JPH09505444A - 接着シートを用いたマルチチップ電子パッケージモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子パッケージ内に複数の半導体装置を支持するためのモジュール１０が設けられている。モジュール１０は支持基板２０と、ポリマ接着材４４により互いに積層化された穿孔基板４２を有する。複数個の半導体装置は穿孔基板４２内に形成された孔３８内に配設され、同一のポリマ接着材４４によって支持基板２０に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】 接着シートを用いたマルチチップ電子 パッケージモジュール 本発明は電子パッケージモジュールに関するものである。より具体的には、穿 孔された基板が支持基板に接着材接合されている。前記孔内に配設された１つま たはそれ以上の半導体装置が同一の接着材を用いて前記支持基板に接合される。 接着材でシールされた金属パッケージは半導体装置を封止するためにしばしば 用いられる。モーリカー他の米国特許第４９３９３１６号に記載されたパッケー ジは陽極酸化処理されたアルミニウム基体とカバー部品で中央キャビティ（空所 ）を画成している。半導体装置がこの基体またはリードフレームパドルに接合さ れる。基体とカバーの間にリードフレームが配設され、典型的には熱硬化性エポ キシ樹脂である接着材がリードフレームの中央部分を前記基体と、半導体を封止 するカバーとの両者に接合する。細い接続ワイヤが、半導体装置をリードフレー ムの内側部分へと電気的に接続する一方、リードフレームの外側部分は印刷回路 基盤のような外部装置に電気的に接続される。 半導体装置の寸法が小さくなり、作動速度の高い装置への需要が増大するにつ れて、複数の半導体装置を同一モジュールに収容することが望ましくなっている 。１つのそのようなモジュールがサヤマ氏の米国特許第５１２４７８３号に開示 されており、該特許は中央に配置された支持基板に接着接合された絶縁基板を開 示している。絶縁基板内に形成された孔は半導体装置をして銀充填エポキシ樹脂 のような導電性接着材をもって支持基板に直接接合せしめることを許容している 。このパッケージにおいては、ダイ・アタッチ（die attach）用導電性接着材プ リフォーム（予備成形体）を各半導体装置に被着する必要があり、各プリフォー ムは正確に整合され、接着材の体積も正確にコントロールする必要がある。もし も小さ過ぎる体積の接着材が用いられた時には、半導体装置は支持基板から離脱 する可能性がある。もしも過剰な接着材が存在する場合には、接着材は半導体装 置の電気的に活性な表面上に広がり、ワイヤ接合と干渉する可能性がある。前記 熱 硬化性エポキシダイ・アタッチ・プリフォームは、硬化後これを除去して欠陥半 導体装置を交換するべく正確な再位置決めを行うことは困難である。モジュール の半導体数が増大するにつれて、欠陥装置に関連して発生するコストは極めて大 きくなる。 複数の半導体装置を収納するための別のタイプのパッケージがコンテ氏の米国 特許第５１２１２９３号に開示されている。ここでは非導電性の基板が金属製の ヒートシンク上に圧着されている。前記非導電性の基板は半導体装置並びにこれ ら装置をテープ自動ボンディング電気接続するための回路軌道用孔を含んでいる 。半導体装置は前記孔内に配置され、該孔は半導体装置を金属製のヒートシンク に近接して支持するべく熱硬化性樹脂によって部分的に充填される。熱硬化性樹 脂の使用は欠陥半導体装置の交換を容易ならしめるが、各孔は個別に充填される ので、接着材の配置を正確に行い、接着材のコントロールを正確に行なう必要が ある。 したがって、複数の半導体装置を収納することができる電子パッケージモジュ ールであって、再加工が可能であるとともに、接着材の配置または体積を正確に コントロールする必要がないパッケージモジュールに対するニーズが存在する。 したがって、本発明の１つの目的は複数の半導体装置を収納することのできる 電子パッケージ用モジュールを提供することである。本発明の特徴とするところ は、モジュールが再加工可能であり、ポリマ接着材の配置または体積を正確にコ ントロールする必要がないという点である。本発明の別の特徴とするところは、 穿孔された基板が接着材シートにより支持基板に積層化されているという点であ る。本発明の更に別の特徴とする所は、複数の半導体装置が同一の接着材シート を利用して支持基板に接合されているという点である。本発明の更に別の特徴と して、組立てられたモジュールはリードフレームに電気的に連結して、電子パッ ケージ内に封止してやることが可能である。 本発明の１つの利点とする所は、単一シートの接着材が穿孔された基板を支持 基板へと積層化すると同時に、半導体装置をも接合するので、接着材の正確な位 置決めが必要とされないという事である。別の利点は接着材シートの厚味がペー ストを使う場合よりも正確にコントロールされているという事である。すなわち 、 コントロールされた体積の接着材が所望の位置において容易に得られる。本発明 の追加の利点は、もしも半導体装置が熱硬化性樹脂によって接合される場合、同 装置は欠陥のある部品を取換えるべく容易に除去可能であるという点である。熱 硬化性樹脂が用いられる時には、前記装置は接着材をガラス遷移点を超える温度 に加熱してやることにより除去し、取換えてやることが可能である。更なる利点 は、接着材が実質的に全支持基板へと付加されるので、配分位置をコントロール するための高価な設備に対する必要性や異なる寸法のダイ・アタッチ材料に対す る複数の配分装置に対する必要性もないという点である。 本発明によれば、電子パッケージのためのモジュールが提供されている。この モジュールは１つの支持基板と、この支持基板付近における穿孔基板とを備えて いる。前記穿孔基板は少なくとも１つの貫通孔を含んでいる。支持基板と穿孔基 板の両者間にはポリマ接着材が配設され、これらを接合せしめている。少なくと も１つの半導体装置が少なくとも１つの穿孔内に配設され、ポリマ接着材によっ て支持基板へと接合されている。 前述の目的、特徴および利点は以下の詳細説明および付図からより明らかにな るであろう。 第１図は従来技術によって支持基板に接着接合された電子パッケージ用マルチ チップモジュールを上平面図で示している。 第２図は第１図の従来技術マルチチップモジュールの第１の実施例の横断面図 。 第３図は第１図の従来技術マルチチップモジュールの第２の実施例の横断面図 。 第４図は本発明のモジュールの半導体装置接合に先立つ状態の上平面図。 第５図は半導体装置の第４図電子モジュール上への配置を示す横断面図。 第６図は別個のベースおよびカバー部品を有する電子パッケージ内に本発明の モジュールを封止した状況を示す横断面図。 第７図はモールド成形したプラスチック半導体パッケージ内に設けた本発明の モジュールをあらわす横断面図。 第１図は従来技術により知られたマルチチップモジュール１２を内蔵したリー ドフレーム組立体１０の上平面図を示している。 リードフレーム組立体はリード内側端部１６において終結している複数のリー ド１４を含んでいる。リード内側端部１６は１つ以上の側から中央領域１８に接 近している。典型的には、リード内側端部１６は２つの側（デュアルインライン パッケージ）または４つの側（クォドパッケージ）から中央領域１８に接近して いる。中央領域内には支持基板２０が配設されており、該基板２０はタイバース トラット（支柱）２２によって支持されたダイ・アタッチパドルとすることがで きる。 前記マルチチップモジュール１２はポリイミドフィルムまたはセラミックのよ うな電気的に絶縁性の材料から形成されている。前記電気的に絶縁性の材料は典 型的にはエポキシシートである熱硬化性ポリマによって支持基板２０に接合され ている。 半導体装置２６を収納するために、前記絶縁性材料の表面にはチップ取付けサ イト（位置）が形成されている。電気回路軌道２８は半導体装置２６を電気的に 連結している。介挿回路３０を設けて、半導体装置２６をリードフレームのリー ド内側端部１６に電気的に連結するボンドワイヤ３２の長さを短かくすることが 可能である。 第２図は従来技術のマルチチップモジュールの第１の例の横断面図を例示して いる。複数の半導体装置２６が支持基板２０上に支持されている。支持基板２０ には絶縁性材料３４が熱硬化性ポリマ接着材２４を介して接着的に接合されてい る。半導体装置２６を取付けるために絶縁性材料の反対側には導電性ボンドパッ ド３６が形成されている。典型的には、導電性ボンドパッド３６と半導体装置２ ６の間の接合は銀充填エポキシのような導電性熱硬化性接着材によって行なわれ る。接合手段装置は近接するボンドパッド間の電気的短絡を防止するために導電 性ボンドパッド上に正確に位置決めされる必要がある。さらに、半導体装置が絶 縁性材料３４に付着するのを保証するために十分な体積の接合手段が供給されね ばならない。 従来技術に係るマルチチップモジュールの第２の例が横断面図により第３図に おいて例示されている。誘電性の非伝導体材料３４′は複数の孔３８を含んでい る。孔３８と整合した孔を含んだ熱硬化性ポリマ接着材２４′が前記絶縁材料３ ４′を支持基板２０に接合せしめている。かくして、複数の半導体装置２６がダ イ・アタッチ４０によって支持基板２０に接合される。ダイ・アタッチ４０は任 意の適当に電気的および（または）熱的に伝導性の材料とすることができる。典 型的には、充填されたエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂は電気的および 熱的伝導性の両者が必要とされる時には銀薄片のような金属性材料で充填される し、あるいは熱的伝導性と電気抵抗が要求される場合には炭化けい素のようなセ ラミック粒子で充填される。 前記ダイ・アタッチ材料４０は典型的には液体として孔３８に提供される。ダ イ・アタッチ材料４０の位置決めおよびその体積は正確にコントロールし、半導 体装置２６が支持基板２０に接合され、ダイ・アタッチ材料が半導体装置２６の 頂部面を覆わないようにする必要がある。半導体装置２６の頂部面の付近にダイ ・アタッチ材料があると、これはワイヤ接合に干渉する可能性を生ずる。 本出願人の発明はダイ・アタッチ材料の配置および体積の両者を正確にコント ロールする必要性を排除している。第４図において上平面図で例示するように、 リードフレーム組立体１０が提供されている。リードフレーム組立体１０はリー ド内側端部１６において終結している。複数のリード１４を含んでいる。リード 内側端部１６は１つ以上の側から中央領域１８に接近している。中央領域１８内 には支持基板２０が配設されている。好ましくは、支持基板２０はタイバースト ラット２２によって支持されたダイ・アタッチパドル（die attach paddle）で ある。別法として、支持基板２０は半導体パッケージのベースの隆起部分とする こともできる。穿孔された基板４２がポリマ接着材４４によって支持基板２０に 接合されている。 穿孔された基板４２は（図示せぬ）半導体装置を収納するための複数の孔３８ を含んでいる。好ましくは、ポリマ接着材４４は穿孔された基板４２の実質的に 全表面下を延び、孔３８中のみ露出しているような一体のシートである。ポリマ 接着材は適当な熱硬化性または熱可塑性のポリマ樹脂とすることができる。 好ましい熱硬化性接着材は約８０℃〜約３００℃の硬化温度を有するエポキシ 樹脂である。硬化圧力は約７mPa〜約３５mPa（１〜５psi）であり、硬化時間は 約１０秒〜約８時間である。熱硬化性接着材は充填を行って特性を変化させるこ とができる。例えば、銀の薄片は電気的および熱的導伝性を増大させることがで きる。 Ａｌ₂Ｏ₃の粒子は熱的伝導性を増大させるであろう。 好ましい熱可塑性接着材は約２５０℃〜約３７５℃の硬化温度を有するポリエ ーテルケトン樹脂である。熱可塑性樹脂の最低硬化温度を高くするのは半導体装 置が作動中またはワイヤ接合中または他の組立作業中に熱を発生した時に接着材 が軟化するのを防止するためである。典型的な硬化時間は約７mPa〜約７０mPaの 硬化圧力において約１０秒〜約２分である。熱可塑性接着材は充填することによ り特性を変化させることができる。銀の薄片は電気的および熱的伝導性を増大さ せるであろう。Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮおよびダイヤモンド粒子は熱的伝導性を増大さ せるであろう。 好ましくは、前記熱可塑性材料は約２００℃〜約４００℃の範囲、好ましくは 約２５０℃〜約３７５℃の範囲の軟化温度を有している。最低温度が半導体装置 の作動温度および最大組立温度によって決められ、装置が作動中ゆるんだり、変 位位置に動いたりしないようにされる。最大温度は悪影響なしに半導体装置を短 時間加熱してもよい温度によって決定される。 ポリマ接着材４４の厚さは約０．０２５mm〜約０．２５mm、好ましくは約０． ０７５mm〜約０．１３mmである。ポリマ接着材４４は支持基板２０または穿孔基 板４２を予熱し、ポリマ樹脂４４のフィルムをこの予熱された基板上に配置して やることのような適当な手段により添加してやることができる。別法として、も しもポリマ樹脂４４が液体またはペーストである場合には、ポリマはいづれの基 板かにスクリーン印刷されるかまたはスプレイ添加される。スクリーン印刷、ス プレイ法または類似の手法が用いられる時には、積層化に先立って溶媒は気化さ せ除去しておかねばならない。 ２つの基板は次に所望の圧力（典型的には約７mPa〜約７０mPa(１〜１０psi) ）、適当な硬化温度（典型的には約２５０℃〜約３７５℃）において適当な時間 （典型的には約１０秒〜約１０分）硬化を行なうことにより積層化される。積層 化が行なわれると、第４図に示すように、ポリマ接着材４４は穿孔基板４２を支 持基板２０に接合され、孔３８を通して見える。 穿孔基板４２はセラミック、ポリマまたは金属のような任意の適当な材料とす ることができる。適当なセラミックスには酸化アルミニウム、窒化アルミニウム 、 炭化ケイ素および窒化ケイ素が含まれる。高分子基板は硬質であってもよいし、 可撓的であってもよく、ポリイミドおよびエポキシを含むことができる。好まし い金属基板は銅、アルミニウム、その合金並びに鋼および鉄−ニッケル合金のよ うな低膨脹材料である。穿孔基板４２は電気的に非伝導性である。もしもセラミ ックまたはポリマが用いられる場合には電気絶縁性は固有のものである。もしも 金属が用いられる場合には穿孔基板は有機または無機誘電体層によって被覆され る。典型的な誘電体層にはエポキシ樹脂のコーティング、またはもしも穿孔基板 がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には陽極酸化層となる。 回路軌道２８および（または）介挿回路３０が次に穿孔基板４２の電気的に非 伝導性の面上に形成される。電気的に伝導性の特徴は当業界周知の任意の手段装 置によって得ることができる。１つの方法はパラジウムニッケル金属化ペースト （metallization paste）をスクリーン印刷する方法である。ペーストは焼成さ れ、銅がこの焼成された金属化層の上に所望の厚さだけ電解法により被着される 。穿孔された基板は典型的に単一層またはマルチ層回路と称される、誘電体層に よって隔離された１つ以上の回路層を有することかできる。 第５図は第４図の実施例に孔３８内に配設された半導体装置２６を追加したも のを横断面図にて示している。半導体装置２６はポリマ接着材４４に接合されて いる。典型的には、熱可塑性ポリマ接着材が支持基板２０を加熱することによっ て軟化温度にまで予熱される。熱硬化性ポリマ接着材はガラス遷移温度を超えて 加熱される。ポリマ接着材４４は多数回軟化点まで再加熱することが可能であり 、こうすることにより半導体装置２６の接合と欠陥装置の除去とを順番に実施す ることが可能となる。典型的には、ポリマ接着材４４を軟化させ、半導体装置２ ６を受入れるために約２５０℃〜約３７５℃の温度へと加熱される。かくして半 導体装置２６を介挿回路３０に電気的に連結するか、または直接リードフレーム （図示せず）のリード内側端部１６に電気的に連結してやることによりマルチチ ップモジュール組立体が完成する。電気的連結、接続はボンドワイヤ３２を使用 するかまたはテープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）において用いられているよう な銅箔の薄肉ストリップを使用することにより実施される。 別法として、組立プロセスを修整して、半導体装置２６の接合を穿孔基板４２ の支持基板２０へと積層化と同時に実施することもできる。 次にマルチチップモジュール組立体は第６図および第７図において横断面で示 すように電子パッケージ内に収納される。第６図において、マルチチップモジュ ール組立体４６はポリマ接着材４９によって電子パッケージベース４８に接合さ れる。ポリマ接着材４９は例えばエポキシのような適当な熱可塑性または熱硬化 性ポリマ樹脂とすることができる。カバー５０はベース４８と組合わさってマル チチップモジュール４６を収納するためのキャビティ（空洞）５２を画成する。 ベース４８およびカバー５０は典型的には熱可塑性または熱硬化性樹脂、好まし くはエポキシであるポリマ接着材５４によって互いに締結される。リードフレー ムのリード１４はリード内側端部１６がキャビティ５２内にある状態でベース４ ８とカバー５０の間に配設される。ベースをカバーに接合することにより電子パ ッケージ５６の組立が完了する。 前記ベース４８およびカバー５０は、セラミック、ポリマ、金属、合金または 金属化合物のような任意の材料で形成することができる。ベース４８のための好 ましい材料はアルミニウム合金である。アルミニウム合金は軽量であり、マルチ チップモジュール４６から熱を効率的に伝導せしめる。前記アルミニウム合金は 電気絶縁性および耐腐蝕性を付与するために陽極酸化被膜層で覆われる。カバー ５０は加熱または冷却中における曲がりを防止するためにベース４８の熱膨脹係 数に近い該係数を有する任意の材料とすることができる。典型的には、カバー５ ０はベースと同一の材料から形成される。 第７図に例示された実施例においては、電子パッケージ５８はポリマ樹脂６０ をマルチチップモジュール４６およびリード内側端部１６のまわりにモールド成 形することにより完成される。エポキシまたはポリエーテルサルフォンのような 任意の慣用的モールド成形用樹脂を用いることができる。 本発明は特にリード式マルチチップ電子パッケージに関連して説明されたが、 同発明はまた単一チップリードパッケージのみならず表面実装およびピングリッ ド列のような他のタイプのパッケージにも等しく適用可能である。 本発明によれば、前述の目的、手段および利点を完全に満足する電気的コネク タシステムが提供されていることは明白である。本発明はその実施例と関連して 説明されてきたが、前述の記載を参考にすれば当業者が多くの代替例、修正例お よび変形例を案出可能なることは明白であろう。かくして、そのような全ての代 替例、修正例および変形例は付記された請求の範囲の精神および広い範囲内に含 まれるものと理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子パッケージ（５６，５８）のためのモジュール（１０）において、 支持基板（２０）と、 前記支持基板（２０）近傍の穿孔基板（４２）にして、該基板は少なくとも１ つの孔（３８）を有している穿孔基板（４２）と、 前記支持基板（２０）および穿孔基板（４２）の両者の間に配設され、両者に 接合されたポリマ接着材（４４）と、 少なくとも１つの半導体装置（２６）にして、前記少なくとも１つの孔（３８ ）内に配設され、前記ポリマ接着材（４４）によって前記支持基板（２０）に接 合された半導体装置（２６）とが含まれていることを特徴とするモジュール（１ ０）。 ２．請求の範囲第１項に記載のモジュール（１０）において、前記ポリマ接着 材（４４）が穿孔基板（４２）の実質的に全表面にわたって広がっている一体層 であることを特徴とするモジュール（１０）。 ３．請求の範囲第２項に記載のモジュール（１０）において、前記ポリマ接着 材（４４）には銀、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素およびダ イヤモンドからなるグループより選択された１つの材料によって充填されている ことを特徴とするモジュール（１０）。 ４．請求の範囲第３項に記載のモジュール（１０）において、前記ポリマ接着 材（４４）が熱硬化性ポリマ樹脂であることを特徴とするモジュール（１０）。 ５．請求の範囲第３項に記載のモジュール（１０）において、前記ポリマ接着 材（４４）が熱可塑性ポリマ樹脂であることを特徴とするモジュール（１０）。 ６．請求の範囲第５項に記載のモジュール（１０）において、前記支持基板（ ２０）がリードフレームのダイパドルであることを特徴とするモジュール（１０ ）。 ７．請求の範囲第５項に記載のモジュール（１０）において、前記支持基板（ ２０）が電子パッケージ（５６）のベースの延長部であることを特徴とするモジ ュール（１０）。 ８．請求の範囲第１項、第４項、第６項、第７項のうちいずれか１項に記載さ れたモジュール（１０）において、ベース部品（４８）およびカバー部品（５０ ）は個々にアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム複合材およびアルミ ニウム化合物からなるグループから選択されたものであり、前記穿孔支持基板を 封止していることを特徴とするモジュール（１０）。 ９．請求の範囲第８項に記載のモジュール（１０）において、前記ベース部品 （４８）および前記カバー部品（５０）は陽極酸化被膜層で覆われたアルミニウ ム合金であることを特徴とするモジュール（１０）。 10．請求の範囲第１項、第４項および第６項のうちのいづれか１項に記載され たモジュール（１０）において、モールド樹脂（６０）が前記穿孔基板（４２） を封止していることを特徴とするモジュール（１０）。 11．電子モジュール（１０）の組立方法において、 少なくとも１つの孔（３８）を有する穿孔基板（４２）を第１のポリマ接着材 （４４）により支持基板（２０）に接合せしめる段階と、 少なくとも１つの半導体装置（２６）を前記少なくとも１つの孔（３８）内に 配設する段階と、 前記半導体装置（２６）を前記第１のポリマ接着材（４４）により前記支持基 板（２０）に接合せしめる段階とが含まれていることを特徴とする電子モジュー ル（１０）の組立方法。 12．請求の範囲第１１項に記載の方法において、前記穿孔基板（４２）および 前記半導体装置（２６）の両者が同一熱サイクル内で前記支持基板（２０）に接 合されることを特徴とする電子モジュール（１０）の組立方法。 13．請求の範囲第１１項に記載の方法において、前記穿孔基板（４２）および 前記半導体装置（２６）が別個の熱サイクルにおいて前記支持基板（２０）に接 合されることを特徴とする電子モジュール（１０）の組立方法。