JPH10504137A - 一体的にバンプされた電子パッケージコンポーネント - Google Patents

一体的にバンプされた電子パッケージコンポーネント

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JPH10504137A
JPH10504137A JP8505053A JP50505395A JPH10504137A JP H10504137 A JPH10504137 A JP H10504137A JP 8505053 A JP8505053 A JP 8505053A JP 50505395 A JP50505395 A JP 50505395A JP H10504137 A JPH10504137 A JP H10504137A
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JP
Japan
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substrate
metallic
base
metallic substrate
electronic package
Prior art date
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Pending
Application number
JP8505053A
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English (en)
Inventor
マフリカル，ディーパク
アール． ホフマン，ポール
エス． ブラデン，ジェフリー
Original Assignee
オリン コーポレイション
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 電子パッケージ応用のためのコンポーネント（６１）を開示される。中央に配置したくぼみ（６８）を有する金属性の基板（６２）は、電気絶縁層（６４）で被覆されている。回路跡（６６）は、半導体素子（５４）をはんだボール（７０）で電気的に相互連結する。詰め用化合物（６０）は、集積回路素子（５４）と回路跡（６６）の一部分を内部に閉じ込める。

Description

【発明の詳細な説明】 一体的にバンプされた電子パッケージコンポーネント 本発明は一体のバンプ（bump）を有する電子パッケージ用のコンポーネント（ component）に関する。詳しくは、リードフレームとパッケージのベースが、外 部回路への電気的相互連結のため単一の突起部を含む。 微小電子素子はシリコン、ゲルマニウム或いはガリウム／砒素のような半導体 材料から典型的に製造される。半導体材料はさいの目に切ったもの、即ち一つの 表面上に形成した回路を有する一般に矩形の構造に造られる。その電気的に能動 的な表面の周辺に沿って、外部回路へ電気的相互連結を容易にするための入／出 力パッド(pad)がある。 半導体素子は脆く、湿気や機械的損傷から保護を必要とする。この保護は、電 子パッケージより与えられる。更に、この電子パッケージは半導体素子と外部回 路との電気信号を伝達するため電気伝導性のある部材を含む。 一つの電子パッケージが、米国特許第４，９３９，３１６号、マフリカ(Mahul ikar)等に於いて公開されている。この特許は別々の陽極酸化したアルミニウム またはアルミニウム合金のベースと、くぼみを定めるカバーコンポーネントを公 開している。リードフレームはこのベースとカバーの間に配置し、両方に粘着す るように接合する。半導体素子はくぼみの中に入れ、リードフレームの内側リー ド端部に電気的に相互連結される。リードフレームの外側リード端部は、パッケ ージの周囲を越えて延在し、外部回路へ相互連結する。 米国特許第５，１５５，２９９、マフリカ(Mahulikar)等に於いて、陽極酸化 したアルミニウムまたはアルミニウム合金のベースコンポーネントと、アルミニ ウム以外の材料から形成したカバーを有する同様の電子パッケージが公開されて いる。 プリント配線板上の有効な場所は制限されており、パッケージの周囲面積を最 小にすることが好ましい。リード付きパッケージの周囲面積は、パッケージのベ ースとカバーの周囲を起えて、リードフレームの外側リード部分により定まる点 へ延在する。 電子パッケージの周囲面積を最小にするため、電気的相互連結はパッケージの ベースを通じてもよい。一つのこのような電子パッケージが、米国特許第４，９ ６５，２２７、チャング(chang)等に於いて公開されている。複数個の端子ピン 支持体が、所要の回路パターンに形成された伸縮自在の金属テープに電気的に相 互連結している。それから端子ピンの一端と伸縮自在の金属回路と半導体素子は 、鋳型樹脂内にカプセルに包む。この鋳型樹脂は、パッケージのベースから外側 へ延在する端子ピンのカプセルに包まれない端部でパッケージの周囲を定める。 端子ピンは薄く、例えば直径０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）の銅で、長さ は１２．７ｍｍ（０．５インチ）まででよい。ピンは曲がりやすく、ピンの整列 を維持するため注意が必要である。ピンはプリント回路板上の合致する穴に差し 込む。穴を明けるとき、正確な合致（fit）を確実にするため、また注意が必要 である。 米国特許第４，６７７，５２６号、ミューリング（Muehling）に於いて、リー ド付きパッケージとピン格子配列パッケージとの間の交差(cross)が公開されて いる。リードフレームの外側リードは、内側リードにより定まる面に対して９０ °曲げられる。内側リードと半導体素子は、外側のリード部分がパッケージのベ ースを通って延在して、鋳型樹脂内にカプセルで包まれる。 このパッケージの欠点は、曲率半径がリードフレーム材質とこの材料の性質に 依存するという点である。もしこの半径をあまりきつく作ると、リードフレーム 材質は割れたり、或いは表面がはげ落ちる(orange peel)。一般に、リードフレ ームの厚さに対する最小曲げ半径の比（ｍｂｒ／ｔ）は、銅合金のリードフレー ムに対して約１と２の間である。厚さ０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）のリー ドフレームは、リード破れを防ぐため少なくとも０．２５ｍｍ（０．０１０イン チ）の曲率半径を必要とする。 米国特許第５，２４１，１３３号、ミューレン（Mullen）III等に於いて公開 されているように、金属はんだパッド(pad)とはんだボールが、ボール格子配列 及びランド格子配列パッケージに使用されている。この特許は、第１の面に回路 跡をもつ絶縁基板と、反対の第２の面にはんだパッドの均一な配列を有する電子 パ ッケージを公開している。半導体素子は、基板の第１の面に取付け、回路トレー ス即ち回路跡に電気的に相互連結する。伝導性の導路(via)は回路跡（circuit t race）とはんだパッドを電気的に相互連結する。鋳型プラスチックカバーは素子 と内側リード端部をカプセルに包む。 金属性のベースを有するボール格子配列パッケージは、１９９４年９月発行の “ボール格子配列パッケージ”という表題のＰＣＴ国際刊行物ＷＯ９４／２２１ ６８に公開されている。金属性のベースコンポーネントは穴の配列をもつ。穴の 内壁は電気的伝導性がある。例えば、もしこのベースがアルミニウムまたはアル ミニウム合金であれば、穴の内壁は陽極酸化（anodization）により非伝導性に 作られる。端子ピンとはんだ或いは伝導性接着剤は穴を通って延在し、このベー スの外側表面により定められた面内で大体終点となる。 ボール格子配列パッケージについての問題は、半導体パッケージとプリント回 路板の熱膨張係数（Ｃ．Ｔ．Ｅ）の不適当な組合せにより、はんだボールが温度 変化につれて伸びたり圧縮したりすることである。この屈曲することがはんだボ ールを疲労させ、最終的にはんだ継ぎ目の欠陥を生じる。 米国特許第４，５８１，６８０、ガーナー（Garner）に於いて、はんだ疲労の 解決法が公開されている。金属化パッドをパッケージのベースの凹所に形成する 。凹所の深さは、凹所とパッケージのベースの中心との距離と共に増加する。パ ッケージ周辺のまわりでのより長いはんだ継ぎ目は、熱膨張係数の不適当な組合 せを償う改良した柔軟性を与える。 しかしながら、内側のリードに垂直な外側のリード有する改良したリードフレ ームの要求がある。また、はんだ疲労を減じるボール格子配列電子パッケージ、 或いはランド格子配列電子パッケージに対する要求がある。 従って、厚さに依存する最小曲げ半径により束縛されない、内側リード部分に 実質的に垂直な外側リード端子を有するリードフレームを供給することが、本発 明の第１の目的である。はんだ疲労を減じるボール格子電子パッケージを供給す ることは、本発明の第２の目的である。 第１と第２の両方の目的が一体的にバンプされた（bumped）パッケージコンポ ーネント（component）により叶えられるのが本発明の特徴である。電気伝導性 のある材料の比較的厚い帯から、外側リード突起部をエッチングすることにより リードフレームを形成するのが本発明の特徴である。突起部は型押し(stamping) するよりはむしろエッチングで作り、そして最小曲げ半径はリードフレームの厚 さに依存しない。この半径が零に近くなるのが本発明の利点である。 本発明のもう一つの特徴は、一体のバンプがパッケージ基板内に形成されるこ とである。これらのバンプはパッケージを支え、且つパッケージの重さがはんだ ボールを歪めるのを防ぐため離隔絶縁体(Standoffs)を形成する。一体のバンプ が、パッケージとプリント回路板を相互連結するのに必要なはんだの容積を減ら し、疲労破壊する前の熱サイクル数を増すことは、本発明の利点である。 上記の目的、特徴及び利点は、他と同様に、以下の明細書と図面から明白であ る。 第１図は、本発明に従ってリードフレームを作るためエッチングの順備をした 金属性の帯を頂部斜視図で示す。 第２図は、第１図の金属性の帯を断面で表示して示す。 第３図は、第１のエッチング操作に続く金属性の帯を断面で表示して示す。 第４図は、重合体の裏地層を有する第３図のエッチングした金属性の帯を断面 で表示して示す。 第５図は、第２のエッチング操作に続く金属性の帯を断面で表示して示す。 第６図は、本発明の斜視図によるリードフレームを示す。 第７図は、本発明に従って形成する鋳型電子パッケージの下のくぼみ断面で表 示して示す。 第８図は、第７図のパッケージの下のくぼみを底部平面図で示す。 第９図は、本発明の実施例に従うボール格子配列電子パッケージを断面で表示 して示す。 第１０図は、本発明に従うリード付き電子パッケージを断面で表示して示す。 第１１図は、重合体封止剤の離隔絶縁体を含むボール格子配列電子パッケージ を断面で表示して示す。 第１２図は、ワイヤ接合棚を有するボール格子配列電子パッケージを断面で表 示して示す。 第１３図は、重合体封止剤の隔離絶縁体を有するフリップチップ接合電子パッ ケージを断面で表示して示す。 第１４図は、一体のバンプを有するボール格子配列電子パッケージの下のくぼ みを断面で表示して示す。 第１５図は、多層回路を有するボール格子配列電子パッケージの上のくぼみを 断面で表示して示す。 第１６図は、フリップチップ接合半導体素子を有するボール格子配列電子パッ ケージの下のくぼみを断面で表示して示す。 第１７図は、フリップチップ接合半導体素子を有するボール格子配列電子パッ ケージの上のくぼみを断面で表示して示す。 第１８図は、一緒に組合せた二つの一体的にバンプされた（integrally bumpe d）電子パッケージを断面で表示して示す。 第１９図は、本発明の実施例に従うバンプを有する型押ししたリードフレーム を断面で表示して示す。 第２０図は、リードを電気的に絶縁するためエッチングした後の第１９図のリ ードフレームを断面で表示して示す。 第１図は、本発明に従って金属性の帯１０からリードフレームの第１の製造方 法を斜視図で示し、一方第２図は横断面の線２−２に沿って見た時の同じ金属性 の帯を表わす。 金属性の帯１０は銅、銅合金、鉄ニッケル合金のように容易にエッチングでき るどんな電気伝導性の材料からも作れる。銅の高い電気伝導性と銅をエッチング できる容易さのため銅合金が好ましい。適切な銅合金は、Ｃ１９４（重量公称成 分、鉄２．３５％、燐０．０３％、亜鉛０．１２％、残部銅）とＣ７０２５（重 量公称成分、ニッケル３．０％、シリコン０．６５％、マンガン０．１５％、残 部銅）として銅開発協会（ＣＤＡ）により称されたものを含める。 金属性の帯１０の厚さは、以下に記述するように一体のバンプの所要の厚さに より決まる。典型的には、金属性の帯１０の厚さは約０．１５ｍｍから約０．５ １ｍｍ（０．００６〜０．０２０インチ）であり、また好ましくは、約０．２０ ｍｍから約０．３０ｍｍ（０．００８〜０．０１２インチ）である。 金属性の帯１０の第１の面１２は、第１の樹脂１４で被覆する。第１の樹脂１ ４は金属性の帯１０をエッチングするのに使う化学溶液中での侵食に耐えるいず れかの重合体であり、且つ回路製作を容易にするため好ましくは写真映像できる 。一つの適切な第１の樹脂は、“リストン”（ＲＩＳＴＯＮ）（デュポンの商標 、ウィルミングトン、ＤＥ）である。この樹脂は、噴霧、スクニーリング、或い は浸積のようなどんな適切な方法によっても被覆できる。金属性の帯１０の全体 の第１の面１２は、好ましくは第１の樹脂１４により被覆する。 反対の第２の面１６は、第２の樹脂１８で選択的に被覆する。第２の樹脂１８ は、エッチング溶液に対して化学的に侵されない重合体であり、また第１の樹脂 １４と同じ成分を有してもよい。第２の樹脂１８は、一体的に突起したリードフ レーム内の所要のバンプ配列に相当する複数個の分離したパッド２０として積層 する。また、もし一体の熱シンク(heat sink)を希望するならば、中央に位置し 分離したパッド２２を含めてもよい。 樹脂を被覆した金属性の帯１０は、適切な化学エッチング溶液に浸す。銅合金 に対しては、塩化第二銅と塩酸の混合物を含む水溶液中に５５℃の温度で浸積す ると、毎分約０．０４ｍｍ（０．００１６インチ）の速度で金属性の帯１０をエ ッチングする。第３図に示すように、金属性の帯１０を、第２の樹脂１８で覆わ れていないこれらの金属性の帯部分を、約０．０１３ｍｍから約０．１ｍｍ（０ ．０００５〜０．００４インチ）の残留厚さ“Ｒ”にエッチングするので十分な 時間、エッチング溶液に浸積する。 それから第２の樹脂１８は、適切な溶剤中に溶解させて除去する。リストン（ ＲＩＳＴＯＮ）については、炭酸ナトリウムが紫外線照射に曝さない部分に対し て適切な溶剤であり、一方水酸化ナトリウムは紫外線照射に曝したこれらの部分 に対して適切である。第２の樹脂１８の除去は、第４図に示すように一体のバン プ２４を露出する。一体のバンプ２４は、金属性の帯１０と単一であり、リード フレームの外側リード部分を形成する。 エッチング後の金属性の帯１０の残部“Ｒ”は薄く、そしてエッチングした金 属性の帯１０を支えることが好ましい。重合体樹脂２６は一体のバンプ２４間の エッチングした部分を満たす。この重合体樹脂はエッチング溶液に対して化学的 に耐食性があり、またエッチングした金属性の帯の鋼性を増加させるのに有効で ある。一つの適切な重合体２６はエポキシである。 重合体樹脂２６は一体のバンプ２４の高さより低い高さまで、エッチングした 部分を満たす。好ましくは、一体のバンプ２４は重合体樹脂２６の高さより約０ ．１ｍｍから約０．４ｍｍ（０．００４〜０．０１５インチ）上へ延在する。 この時、第１の樹脂１４を所要の回路パターンに像映する。この像映は公知の ようにフォトリソグラフィー（photolithography）によってもよい。マスクは紫 外（ＵＶ）光線のような放射重合化源から、部分的に第１の樹脂１４を隠す。Ｕ Ｖ光線に曝した第１の樹脂１４のこれらの部分２８は重合化し、選んだ溶剤中（ ポジフォトレジストに対して）では除去されない。ＵＶ源から保護された第１の 樹脂の部分３０は、選んだ溶剤により容易に除去される。 第１の樹脂１４の曝さない部分３０を除去した後、金属性の帯１０を適切なエ ッチング溶液に浸す。一体のバンプ２４の化学的溶解を防ぐため、このバンプを 再び樹脂で被覆するか、または一体のバンプを溶液の外側に残して帯１０を化学 溶液中に一部分のみ浸す。 第５図に示すように、化学溶液は金属性の帯１０の残部“Ｒ”を通って電気絶 縁チャンネル３２をエッチングし、リードフレームを完成する。 一体のバンプ２４はプリント回路板への接合を容易にするため、金または錫の ようなはんだ付けできる材料で被覆してもよい。代わりに、錫／鉛合金はんだま たは他の低融点はんだで一体のバンプを被覆してもよい。好ましくは、はんだ付 けできる材料３４は電解メッキを適用し、そして約１ミクロンから約５ミクロン の厚さをもち、金メッキはこの厚みの範囲で小さい方に、またはんだ被覆はこの 厚みの範囲で高い方に向いている。 リードフレームの反対の面３６は、銀またはアルミニウムのようなワイヤ接合 できる層３８で、全体的に或いは選択的に被覆してもよい。ワイヤ接合できる層 は約０．５ミクロンから約２ミクロンの厚さを有し、好ましくは銀に対しては電 気分解を適用するか、またはアルミニウムに対しては蒸着(vapordeposition)の いずれかを適用する。 リードフレーム４０は一部分断面斜視図で第６図に示す。金属性の帯は複数個 の電気的に絶縁したリードを形成するためエッチングされ、各々は支える重合体 樹脂２６の深さを越えて延在する一体のバンプ２４で終点となる外側部分４４を 有する。リード４２はリードフレーム４０の中央域に向かって延在する内側リー ド部分４６を有する。 第１図と第６図に示すように、中央に配置した熱放散４８を同じ金属性の帯か ら任意に形成する。それから一つまたはそれ以上の半導体素子が熱放散４８か、 または重合体樹脂２６へ接合され、且つ内側リード部分４６へ電気的に相互連結 される。 先行技術のリードフレームと比較して、このリードフレーム４０の利点は、外 側リード部分４４が外側よりはむしろ下方へ延在し、電子パッケージの周囲面積 を減じていることである。外側リード部分４４は、曲げよりはむしろエッチング により内側リード部分４６に実質的に垂直に形成される。結果として、外側リー ド部分４４と内側リード部分４６の間の角度αは９０度に近づき、リードフレー ム厚さに対する最小曲げ半径の比（ｍｂｒ／ｔ）による制限を受けない。 第７図は、本発明のリードフレーム４０を利用した電子パッケージ５０の下の くぼみを示す。外側リード部分４４は外部回路に電気的に相互連結のため重合体 樹脂２６を越えて延在する。内側リード部分４６は回路トレース即ち回路跡（ci rcuit traces）と熱放散部４８へとパターン化される（patterned）。回路跡を 電気的に絶縁するためと、汚染により短絡が生じるのを防ぐため、内側リード部 分上に適切な裏地層を適用してもよい。一つの適切な裏地層は、エポキシまたは ポリイミドのような重合体である。第２の適切な裏地層は、下記のパッケージの ベースと同様な電気的絶縁層で被覆した金属製の基板である。 少なくとも一つの半導体素子５４は、適切な型接着材料５６により熱放散部４ ８に接合される。低融点の鉛／錫合金はんだまたは銀充てんエポキシ接着剤のよ うなどんな従来の型接着材料を利用してもよい。小さい直径の接合ワイヤ５８ま たはテープ自動接合（“ＴＡＢ”）として知られる薄い銅箔帯により、半導体素 子はリードフレーム４０の内側リード部分４６に電気的に相互連結される。 電気的相互連絡の後、エポキシまたはシリコンのような詰め用化合物（pottin g compound）６０は、半導体素子５４と接合ワイヤ５８と接合ワイヤに 近接した内側リード４６の一部分を内部に閉じ込める。 第８図は、明瞭にするため詰め用化合物を除いた底部平面図に於けるパッケー ジ５０を示す。外側リード部分４４は重合体樹脂２６により支持されて上方へ延 在する。半導体素子５４は熱放散部４８に接合され、且つ内側のリード部分４６ に電気的に相互連結する。 リードフレームを作る別の方法は、第１９図と第２０図に断面を表示して示す 。第１９図に於いて、金属性の帯１０は、複数個の一体のバンプ２４と、また任 意に熱放散部４８を形成するため、深絞り即ちカップ加工(cupping)のように機 械的に変形される。重合体樹脂２６はリードを支えるため適用し、第２の樹脂１ ８は金属性の帯１０の第２の面１６に適用する。 第２の樹脂１８は所要の回路パターンを形成するため、フォトリソグラフィー によるようにパターン化される。リードフレーム構造体を適切なエッチング溶液 に浸積し、一体のバンプ２４をエッチングしないように管理し、第２０図に示す ように内側リード部分を電気的に絶縁する。それからリードフレーム４０′を上 記のリードフレーム４０と同じ方法で使用する。 リードフレーム４０′の利点は、金属性の帯１０を伸ばすことにより一体のバ ンプ２４を形成できる点である。このバンプは金属性の帯の未変形部分５９より 薄く、且つ非常に柔軟である。プリント回路板と電子パッケージ間の熱膨張係数 の組合せ違いは、一体のバンプを曲げることにより補われ、はんだパンプに加わ る周期的な応力を減じ、これにより疲労を減少させる。 第９図は、本発明の実施例に従うボール格子配列パッケージ６１を示す。ボー ル格子配列パッケージ６１はベース６２をもつ。このベース６２は金属、重合体 またはセラミックのようなどんな適切な材料でもよい。高い熱伝導性とエッチン グ性と機械加工性を利用するため金属が好ましい。もしベース６２が電気伝導性 であれば、ベースを電気絶縁層６４で被覆する。 金属性のベースの好ましい材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であ る。それから電気的絶縁層６４は陽極酸化層である。アルミニウムは軽重量であ り、もっと稠密な材料から形成した同じような大きさのベースより、はんだボー ルに少ない重量を加える。この減じた重量は時間の作用としてはんだボールに少 ないクリープ(creep)となる。クリープは接近して配置したはんだボールが接触 し短絡を作るという点で問題である。 陽極酸化したアルミニウムは、溶けたはんだボールにより濡れない。従って、 はんだボールは所要の回路跡の場所から移動しない。黒く一体的に陽極酸化した アルミニウムの赤外線放射性により、有効的熱伝達となる。本発明によるパッケ ージは、現在の表面実装技術（ＳＭＴ）の赤外線はんだリフロー装置とうまく働 く。 アルミニウムは低い弾性率と、はんだボールに対して最小の圧縮と膨張の効果 を有し、はんだボールの疲労を減少する。 ベース６２はチタニウムまたはチタニウム合金のような他の陽極酸化可能な金 属、或いは銅のような陽極酸化不可の金属から形成できる。もし陽極酸化不可の 金属を使用すれば、この金属はアルミナまたは重合体のような電気的絶縁層６４ で被覆してもよい。又、約２重量％から、約１２重量％のアルミニウムを含む銅 合金のように、同時作業中(in situ)耐火性酸化物層を形成できる金属が適切で ある。 回路跡６６はどんな適切な方法によっても絶縁層上に形成される。伝導性イン クをスクリーン印刷により積層してもよく、また銅を所要の厚みと電気伝導度に 伝導インク上に電解メッキして積層してもよい。代わりに、蒸着または直接描写 （direct writing）により回路跡６６を積層してもよい。もし絶縁層６４が有機 重合体のような絶縁紙であれば、金属箔を絶縁紙に接合して、且つ従来の自在の 回路技術を使って所要の回路パターンに写真映像を描いてもよい。 半導体素子５４は、ダイ接着（die attach）５６によりベース６２の中央部分 に接合される。ワイヤ接合５８の高さを減じるため、くぼみ６８をベース６２内 に任意に形成する。素子５４はワイヤ接合５８により回路跡６６に電気的に相互 連結する。それから、この素子とワイヤ接合５８とワイヤ接合５８に近接した回 路跡６６は、詰め用化合物６０によりカプセルで包む。 回路跡６６の周囲部分は、外部回路への電気的相互連結のためはんだボール７ ０に接合される。代わりに、パッケージのベースは、はんだボールの配列のため 凹所の小さなくぼみを含んでもよい。回路跡または電気伝導性の導路（via）は 、 はんだボールとの接触を与える。 電気絶縁層６４が陽極膜であるときは、米国特許第５，０６６，３６８号、パ スクアロニー（Pasqualoni）等に於いて公開されているように、この膜は細孔の 均一な分散をもつ。この細孔サイズが約５０から約５００オングストロームであ るとき、重合体ダイ接着材料５６と詰め用化合物６０への優れた接着が得られる 。しかしながら、この細孔は回路跡６６の積層を妨げる。従って、本発明の好ま しい実施例に於いては、この重合体の下にある絶縁層の部分では、細孔は封止し ていない。絶縁層の残部は、好ましくは封止する。 陽極酸化層は、沸騰水中で１５〜３０分の浸積か、またはニッケルアセテート を含む熱い水溶液中での浸積のようなどんな従来の方法でも封止できる。 ダイ接着材料５６の下にある絶縁層６４の部分と、同じく任意にくぼみ６８の 側壁は、開いた細孔を保つため封止段階中マスクをかける。 本発明に従うリード付きパッケージ８０を、第１０図に於いて断面で表示して 示す。このパッケージは電気絶縁層６４を被覆した金属性のベース６２をもつ。 リードフレームのリード８２は重合体接着剤８４により絶縁層６４へ接合するか 、または低温はんだ８６或いは他の伝導媒体により回路跡６６へ接合する。 もし絶縁層が陽極膜であれば、好ましくは、重合体接着剤または重合体ダイ接 着剤に接触する表面以外の全ての表面上で細孔を封止する。それから、詰め用化 合物は半導体素子５４と、ワイヤ接合５８と内側リード部分またはワイヤ接合に 近接した回路跡部分のいずれかを封止する。 第１１図は、はんだボール７０の疲労に耐える電子パッケージを断面で表示し て示す。はんだボール疲労は電子パッケージ９０とプリント回路板９２が違なる 熱膨張係数をもつとき、はんだの周期的伸張と収縮により生じる。プリント回路 板がＦＲ−４で耐化ガラス充てんエポキシであれば、熱膨張係数（Ｃ．Ｔ．Ｅ． ）は銅の熱膨張係数１８０×１０-7／℃におよそ等しい。もしパッケージのベー ス６２がアルミニウムであれば、その熱膨張係数は約２３０×１０-7／℃であり 、もしパッケージのベースがアルミナであれば、その熱膨張係数は約６０×１０-7 ／℃である。離隔絶縁体９４を含めることにより、はんだボール７０の伸張と 収縮は最小となり、はんだクリープ（経時変形）、はんだ疲労及びはんだボール の 押し潰しを減じる。また、熱膨張係数の違いにより起因するベース（ＸとＹ方向 ）面内の応力は減少する。離隔絶縁体９４は、はんだボール７０を形成するはん だの耐力より大きい耐力を有する材料である。典型的なはんだ成分は、６０％錫 ４０％鉛で約５２．５ＭＰａ（７．６１Ｋｓｉ）の平均引張強さと、２６℃で４ ．５ＭＰａ（６５０Ｐｓｉ）の応力に於いて１０００時間の限界クリープ破断強 さをもつ。この限界クリープ破断強さは、８０℃で１．４ＭＰａ（２００Ｐｓｉ ）の応力に於いて１０００時間である。このクリープ破断強度は指定の環境にお いて、一定時間でのクリープ試験に於いて破断を起こす応力である。 この値より上の耐力をもつ離隔絶縁体として適切な重合体はエポキシである。 離隔絶縁体９４は、パッケージ９０とプリント回路板９２との間隔が熱変動に応 じて変化するのを防ぐ。好ましくは、重合体封止剤の熱膨張係数は、はんだボー ルの繰り返し動作に寄与しないように出来るだけ低くする。 この離隔絶縁体はどんな適切な材料であってもよいが、接着剤が好ましい。そ れから、この離隔絶縁体はパッケージ９０の周囲に環状に適用して、半導体素子 ５４に対しより重要な環境保護を与える。 第１２図は、ワイヤ接合棚１０２を有する電子パッケージ１００を断面で表示 して示す。ワイヤ接合棚１０２は回路跡６６を有するパッケージのベース６２の 表面１０４と実質的に同平面である。この同平面は蒸着と、又フォトレジスト(p hotoresist)及び伝導性インクのスクリーン印刷のように現場被覆工程ラインに よる回路跡の均一な被覆を容易にする。ワイヤ接合棚１０２と表面１０４との間 の側壁は、９０°以下の角度を形成し、好ましくは、回路跡６６及び他の材料の 均一な被覆を容易にするため約４０°と６０°の間である。前の実施例のように 、半導体素子５４とワイヤ接合５８を封止するため、詰め用化合物６０を利用し てもよい。 第１３図は、半導体素子５４を直接プリント回路板９２に接合した電子パッケ ージ１１０を断面で表示して示す。この技術はフリップチップ接合または制御コ ラップス(controlled collapse)チップ接続（Ｃ４）と呼ばれ、１９９５年３月 ２３日刊行“金属電子パッケージに於けるフリップチップ”という題のＰＣＴ国 際公報ＷＯ９５／０８１８８により完全に記載されている。素子５４をプリント 回路板９２上の回路跡１１２へ電気的に相互連結する多くの小さいはんだボール ７０は、特に疲労破損とクリープの傾向がある。一つのはんだボールだけの損傷 が、全体の素子を役に立たなくさせる。上記のように離隔絶縁体を使うことによ り、はんだボール７０の周期的な圧縮と伸張が最小限となり、疲労を減じる。Ｘ とＹ方向の熱膨張係数に起因する応力もまた減少する。 第１４図は、はんだ疲労を更に減じるベース要素１２２を有する電子パッケー ジ１２０を断面で表示して示す。このベース１２２はベースと単一の、複数個の 一体のバンプ１２４を有し、型押し、切削、または化学エッチングにより形成す る。代わりに、ベース１２２は成形（molding）または焼結により形成する。ベ ース１２２及び一体のバンプは、もし電気伝導性の材料から形成すれば、絶縁層 １２６で被覆する。アルミナまたはアルミニウム窒化物のような非電気伝導性の 材料からベースを形成するならば、絶縁層は必要としない。 好ましくは、ベース１２２はアルミニウムまたはアルミニウム合金のような陽 極酸化できる金属から形成し、且つ絶縁層１２６は約５ミクロンから約５０ミク ロンまで、好ましくは約１０ミクロンから約２５ミクロンまでの厚さを有する陽 極膜である。 一体のバンプは約０．４ｍｍから約０．８ｍｍ（０．０１５〜０．０３０イン チ）の、好ましくは約０．５ｍｍから約０．６５ｍｍ（０．０２０〜０．０２５ インチ）の頂点１２８から谷部１３０までの高さを有する。 一体のバンプ１２４はプリント回路板９２から電子パッケージ１２０を離し、 その結果、小さい直径のはんだボール７０のみが、このパッケージをプリント回 路板に接合するため必要である。はんだボールの減少した容積は、圧縮と伸張の 量を減らし、疲労破損とクリープを最小限にする。 回路跡６６は半導体素子５４をはんだボール７０に電気的に相互連結する。回 路跡６６の被覆を容易にするため、ワイヤ接合棚１０２と一体のバンプ１２４と の角度βは、３０°と６０°の間か、或いは測定方向に依り１２０°と１５０° の間のどちらかである。好ましくは、角度βは４０°と５０°の間か、或いは１ ３０°と１４０°の間のどちらかである。 一体のバンプ1２４の頂点１２８は、はんだボール７０の取付けを容易にする ため、はんだ可能な材料１３２で被覆してもよい。適切なはんだ可能な材料は、 金、錫、錫／鉛合金のはんだを含む。 第１５図は、金属性のベース１２２の絶縁層１２６に接合した回路１４２を有 する電子パッケージ１４０上のくぼみを示す。回路１４２は、どんな既知の金属 化技術により絶縁層上に形成された単一の伝導性の層であってもよく、或いは一 つまたはそれ以上の電気絶縁層１４６により分離して接合した一つまたはそれ以 上の伝導性の層１４４を含んでもよい。典型的には、この伝導性の層は、銅また は銅合金箔であり、中間の絶縁層１４６はポリイミドである。回路跡はフォトリ ソグラフィーで伝導層内に形成する。半導体素子５４は、ワイヤ接合５８により 回路跡に電気的に相互連結する。 ベース１２２を通って、伝導性の導路(via)１４８を形成する。金属性のベー スの貫通穴の壁は、陽極膜のような絶縁層１５０により被覆することにより電気 的に非伝導性とする。それから、この穴は、はんだや銀充てん重合体または銅端 子ピンのような伝導性材料で満たす。代わりに、この導路(via)１４８は、伝導 性回路跡１４４を形成するとき蒸着によって満たす。この伝導性材料は、伝導層 １４４を一体のバンプ１２４の頂点１２８へ延在する回路跡６６と相互連結する 。 第１６図は、フリップチップ結合半導体素子５４を有するボール格子電子パッ ケージ１６０上のくぼみを断面で表示して示す。パッケージ１６０は好ましくは 金属性であるベース１２２をもつ。もしベース１２２が電気伝導性であれば、絶 縁層１２６を設ける。回路跡１６２はベース１２２の表面１６４上に形成する。 回路跡に含めるものは、半導体素子５４の電気的に活性の面上の入出力パッドの 配列と整列する伝導性の配列１６６である。はんだボール７０はこの伝導性の配 列１６６を半導体素子５４に電気的に相互連結する。 一つまたはそれ以上の伝導性の導路１４８は、回路跡１６２をベースの反対面 上の一体のバンプ１２４上に形成する回路跡６６と電気的に相互連結する。 第１７図は、ボール格子配列電子パッケージ１７０の下のくぼみを断面で表示 して示す。このパッケージは伝導性の導路が無く、製造の容易さと信頼性を増す 。 半導体素子５４は、低隔点はんだまたは重合体接着剤でもよいダイ接着（die attach）材料５６によりパッケージのベース１２２に接合する。熱グリースおよ び銀または黒鉛充てん接着剤のような他の非常に熱伝導性のある材料は、素子５ ４からベース１２２への熱伝導を最大にするためまた好ましい。 半導体素子５４の熱膨張係数に近いものか、ベースの熱膨張係数に近いもの、 またはその中間のいずれかの熱膨張係数を有する回路盤１７２は、はんだボール ７０を通って素子５４へ接合し、電気的に相互連結する。回路板１７２は支持層 １７４と、半導体素子５４上の入／出力パッドと整列する回路跡１７６の内部配 列と、パッケージのベース１２２の表面上の回路跡に電気的に相互連結した回路 跡１７８の外部配列を有する。 半導体素子がシリコンであれば、支持層１７４はアルミナかＦＲ−４ガラス充 てんエポキシまたは他の適切な材料でも可能である。回路跡はモリ・マンガン（ moly-manganese）金属被覆物に設けた銅のようなどんな適切な材料でもよい。 図示のようにベース１２２に接着して接合した分離したカバーか、または詰め 用化合物かいずれかのカバー１８０が、素子５４をカプセルで包む。 第１８図は本発明の一体にバンプされた（integrally bumped）パッケージの 適用を断面で表示して示す。第１のパッケージ１９０の伝導性バンプは、第２の パッケージ１９４上に形成した回路跡１９２に接合し、電気的に相互連結しても よい。一体のバンプ１２４と絶縁層１２６上に形成した回路跡を利用して、どん な数の電子パッケージを重ねてもよく、プリント回路板上のパッケージ密度を非 常に増やす。 本発明の電子パッケージは主に金属性のベースに基づき記述したが、一方この ベースはまたプラスチック、セラミック、金属／セラミック複合物（サーメット ）およびガラス／セラミック複合物（セルグラス（cerglasses））のような他の 適切な材料からも形成できる。 本発明に従って、前述した目的と特徴と利点を十分満足する一体のバンプを有 するリードクレームと電子パッケージの製造方法を与えたことは明白である。本 発明は特別な実施例と組み合せて記述したが、一方、代替や修正また変形したも のは、前の記述に照らして当業者にとって明らかとなることは明白である。従っ て、全てのこれらの代替、修正、および変形したものを、添付した請求の範囲の 精神と広い範囲内に入れて包含することが意図である。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１月１１日 【補正内容】 くぼみと、該くぼみのベースに接合した半導体素子（５４）と、該ベース（６２ ）に接合され且つ該半導体素子（５４）に電気的に相互連結したリードフレーム （８２）と、該くぼみを満たし且つ該半導体素子（５４）と該リードフレーム（ ８２）の内側リード部分とを内部に閉じ込めた詰め用化合物（６０）とを有する ことを特徴とする上記電子パッケージ（８０）。 ２４．改良された熱伝導率と減少したはんだ部材のクリープを有するボール格 子配列電子パッケージ用コンポーネントに於いて、第１と第２の向かい会う面を 有するアルミニウムとアルミニウム合金から成るグループから選択したベース（ ６２）と、少なくとも該ベース（６２）の一部分を被覆する陽極酸化層（６４） と、該第１の面内に形成されたくぼみ（６８）と該くぼみ（６８）から該ベース （６２）の該第１の面の周囲部分へ延在する該陽極酸化層（６４）上の金属回路 跡（６６）とを有し、且つ該金属回路跡（６６）ははんだ部材（７０）に接合し ていることを特徴とする上記コンポーネント。 ２５．請求項２４に記載の電子パッケージ（６１）に於いて、該詰め用化合物 （６０）の下にある該陽極酸化層（６４）が細孔を含み、且つ該金属回路跡（６ ６）の下にある該陽極酸化層（６４）は封止されていることを特徴とする上記電 子パッケージ（６１）。 ２６．請求項２４に記載のコンポーネントに於いて、該陽極酸化層（６４）が 、均一に分散された細孔を含むことを特徴とする上記コンポーネント。 ２７．請求項２６に記載のコンポーネントに於いて、該細孔が約５０オングス トロームから約５００オングストロームの平均直径を有することを特徴とする上 記コンポーネント。 ２８．請求項２６に記載のコンポーネントに於いて、該はんだ部材（７０）が 該金属回路跡（６６）の周囲部分に接合されたはんだボールであることを特徴と する上記コンポーネント。 ２９．請求項２６に記載のコンポーネントに於いて、該はんだ部材（７０）が 該金属回路跡（６６）の周囲部分に接合されたはんだパッドであることを特徴と する上記コンポーネント。 ３０．請求項２６に記載のコンポーネントに於いて、該金属回路跡（６６）が 直接該陽極酸化層（６４）に存在することを特徴とする上記コンポーネント。 ３１．請求項２４から２６のいずれか１項によるコンポーネントに於いて、該 コンポーネントが更に該くぼみ（６８）のベースに接合された半導体素子（５４ ）を含み、且つ該金属回路跡（６６）に電気的に相互連結され、且つカバー（６ ０）が該半導体素子（５４）と該金属回路跡（５６）の内側部分とを内部に閉じ 込めたことを特徴とする上記コンポーネント。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ブラデン，ジェフリー エス. アメリカ合衆国 94550 カリフォルニア 州リバーモア，アリソン サークル 1059

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．リードフレーム（４０）の製造方法に於いて、 ａ）厚さ“ｔ”と平面を定める向かい合う第一の面（１２）と第２の面（１６ ）を有する金属性の帯（１０）を設けること、 ｂ）“ｔ”より小さい厚さをもつ減じた厚み部分“Ｒ”と、該平面から実質的 に垂直に外側へ延在する約“ｔ”の厚さをもつ一体のバンプ（２４）を形成する ため、該金属性の帯の部分を該第２の面（１６）から選択的に取り除くこと、 ｃ）複数個のリード（４２）を形成するため該減じた厚み部分“Ｒ”の部分の 残りを選択的に取り除くことの諸段階を有すること、および各該リード（４２） は減じた厚み部分“Ｒ”と一体のバンプ部分（２４）を有することを特徴とする 上記リードフレームの製造方法。 ２．請求項１に記載の方法に於いて、重合体樹脂（１６）が減じた厚み部分“ Ｒ”に該第２の面（１６）から被覆されることを特徴とする上記方法。 ３．請求項１に記載の方法に於いて、該第１の面（１２）が支持基板（５２） に接合されることを特徴とする上記方法。 ４．リードフレーム（４０′）の製造方法に於いて、次の段階即ち ａ）向かいあう第１の面（１２）と第２の面（１６）を有する金属性の帯（１ ０）を設けることと、 ｂ）該第２の面（１６）から外側へ延在する一体のバンプ（２４）を形成する ため、該金属性の帯（１０）の選択した部分を機械的に変形することと、 ｃ）該変形しない部分（５９）と該重合体支持層（２６）の組み合せた厚さが 、該一体のバンプ（２４）の高さ以下であるように、該第２の面（１６）の変形 しない部分（５９）に重合体支持層（２６）を被覆することと、 ｄ）リード（４２）を形成するため、該変形しない部分（５９）の部分を選択 的に取り除くことと、且つ各該リード（４２）は変形しない部分（５９）と一体 のバンプ（２４）とを有する諸段階を特徴とする上記製造方法。 ５．請求項１から４までのいずれの方法に於いて、少なくとも該一体のバンプ の最も外側の部分がはんだ付けできる材料（３４）で被覆されていることを特徴 とする上記方法。 ６．請求項１から４までのいずれの方法に於いて、少なくとも第１の面（１２ ）の一部分がワイヤ接合できる材料（３８）で被覆されていることを特徴とする 上記方法。 ７．電子パッケージ（６１，１００）用コンポーネント（６２）に於いて、第 １（１０４）及び第２の実質的に平面的な向かい合う面を有する金属性の基板（ ６２）と、該金属性の基板（６２）を被覆する絶縁層（６４）とを有し、且つ該 絶縁層（６４）は複数個の細孔をもつ第１の部分と実質的に細孔の無い第２の部 分を含むことを特徴とする上記コンポーネント（６２）。 ８．請求項７に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該第１の部分が重合体 （６０）を収めるようになっていることを特徴とする上記金属性の基板（６０） 。 ９．請求項８に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該第２の部分が金属で 覆うようにされていることを特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １０．請求項８に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該第１の部分が該第 １の面（１０４）で深さ“ｄ”を有するチップ収納くぼみ（６８）を含むことを 特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １１．請求項１０に記載の金属性の基板（６２）に於いて、ワイヤ接合棚（１ ０２）が該くぼみ（６８）の壁（１０６）上に“ｄ”以下の深さで被覆されるこ とを特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １２．請求項１１に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該ワイヤ接合棚（ １０２）と該第１の面（１０４）との間の該壁（１０６）が、約３０°から約６ ０°または約１２０°から約１５０°までの角度を形成することを特徴とする上 記金属性の基板（６２）。 １３．請求項１２に記載の金属性の基板（６２）に於いて、回路跡（６６）が 該ワイヤ接合棚（１０２）と該第１の面（１０４）を相互連結することを特徴と する上記金属性の基板（６２）。 １４．請求項１３に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該回路跡がはんだ を受けるようにされた金属性のパッドで終ることを特徴とする上記金属性の基板 （６２）。 １５．請求項１３に記載の金属性の基板（６２）に於いて、該回路跡（６６） がはんだボール（７０）で終ることを特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １６．請求項７に記載の金属性の基板（６２）に於いて、複数個の一体のバン プ（１２４）が該基板（６２）の面から延在していることを特徴とする上記金属 性の基板（６２）。 １７．請求項１６に記載の金属性の基板（６２）に於いて、回路跡（６６）が 少なくとも該一体のバンプ一部分の最も外側の部分（１２８）へ延在することを 特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １８．請求項１７に記載の金属性の基板（６２）に於いて、少なくとも該一体 のいくつかの最も外側の部分（１２８）がはんだ付けできる材料（１３２）で被 覆されることを特徴とする上記金属性の基板（６２）。 １９．請求項１７に記載の金属性の基板（６２）に於いて、伝導性の導路（１ ４８）が該基板（６２）の該第１の面から第基板（６２）の該第２の面へ延在す ることを特徴とする上記金属性の基板（６２）。 ２０．ボール格子配列電子パッケージコンポーネント（９０）に於いて、向か い合う第１と第２の面を有する基板（６２）と、該第１の表面に形成した金属被 覆配列（６６）と、該金属被覆配列に接合したはんだボール（７０）と、該第１ の面の周囲を構成する離隔絶縁体（９４）とを有し、且つ該離隔絶縁体（９４） は該はんだボール（７０）の疲労を最小にするのに有効な高さを有することを特 徴とする上記ボール格子配列電子パッケージコンポーネント（９０）。 ２１．請求項２０に記載のコンポーネント（９０）に於いて、該離隔絶縁体（ ９４）が該はんだボール（７０）の耐力より大きい耐力をもつことを特徴とする 上記コンポーネント（９０）。 ２２．請求項２１に記載のコンポーネント（９０）に於いて、該離隔絶縁体（ ９４）が該基板（６２）と外部のプリント回路板（９２）の両方に接合した重合 体接着剤であることを特徴とする上記コンポーネント（９０）。 ２３．電子パッケージ（８０）に於いて、第１と第２の向かい合う面を有する アルミニウムまたはアルミニウム合金のベース（６２）と、少なくとも該ベース （６２）の一部分を被覆する陽極酸化層（６４）と、該第１の表面内に形成した くぼみと、該くぼみのベースに接合した半導体素子（５４）と、該ベース（６２ ）に接合され且つ該半導体素子（５４）に電気的に相互連結したリードフレーム （８２）と、該くぼみを満たし且つ該半導体素子（５４）と該リードフレーム（ ８２）の内側リード部分とを内部に閉じ込めた詰め用化合物（６０）とを有する ことを特徴とする上記電子パッケージ（８０）。 ２４．電子パッケージ（６１）に於いて、第１と第２の向かい合う面を有する アルミニウムまたはアルミニウム合金のベース（６２）と、少なくとも該ベース （６２）の一部分を被覆する陽極酸化層（６４）と、該第１の表面内に形成した くぼみ（６８）と、該くぼみのベースに接合した半導体素子（５４）と、該くぼ みから該ベースの周囲部分へ延在し且つ半導体素子（５４）へ電気的に相互連結 する金属回路跡（６６）と、該くぼみを満たし且つ該半導体素子（５４）と該回 路跡（６６）の内側部分とを内部に閉じ込めた詰め用化合物（６０）とを有する ことを特徴とする上記電子パッケージ（６１）。 ２５．請求項２４に記載の電子パッケージ（６１）に於いて、該詰め用化合物 （６０）の下にある該陽極酸化層（６４）が細孔を含み、且つ該金属回路跡（６ ６）の下にある該陽極酸化層（６４）は封止されていることを特徴とする上記電 子パッケージ（６１）。
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