JPH0576180B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本発明は、液体樹脂を使用して、半導体デバイ
ス表面、及びデバイス表面のリードとコンタク
ト・パツドとの接合部をカプセル封じする方法に
関するものである。 Ｂ 従来技術 端子リードを有するデバイスの部分を有する半
導体デバイスをカプセル封じすることは、完成し
たパツケージの信頼性を高めるという点で望まし
い。一般に、半導体デバイスの表面、及びデバイ
ス表面上のリードとコンタクト・パツドの間の接
合部に、液体樹脂を使用することが望ましい。導
電性リードを半導体デバイスに接合するには、各
種の方法が知られている。その代表的なものは、
コンタクト・パツド、たとえば半導体チツプ上の
コンタクト・パツド、またはチツプ基板上のコン
タクト・パツドにリードを接着したデバイスであ
る。 一般に、多数の金属性相互結線を個々のチツプ
にその周囲で接続しなければならない。周知の方
法の１つは、ロール状のフイルムを切断して個々
のチツプ・リード群を形成するもので、テープ自
動ボンデイング（TAB）と呼ばれている。この
個々のリード群は、エツチング技術を利用して所
定のチツプ端子形状に対応するパーソナライズし
た形状のリードを得ることによつて形成される。
エツチ・パターンを使つて、多数の同じリード群
を作成する。これらのリード群が、取付けのた
め、１つずつ接着部に送られる。米国特許第
4551912号明細書に、集積テープ・ボンデイン
グ・システムが開示されている。これらの技術を
使用すると、チツプに対するすべてのリードが同
時に接続される。連続リール移送法を使用すれ
ば、処理量は増大する。したがつて、TABは高
生産速度でチツプを同一の入出力回路に接続する
のに非常に有用である。 もう１つの技術は、リード・フレームに接着し
たリードを提供するものである。これらのデバイ
スでは、まず半導体をリード・フレームのパツド
に取り付ける。このパツドは、通常リード・フレ
ーム・パターンの中央に凹部として形成させる。
次に、半導体デバイスのコンタクト・パツドを個
別にワイヤ・ボンデイングまたはテープ自動ボン
デイングにより、取付パツドと間隔を置いて隣接
するリード・フレームのリードの末端にある対応
する接点に付着させる。 リード・フレームに結合させたデバイスをカプ
セル封じすることは、完成したパツケージを製造
する技術として周知である。その代表的な例は、
米国特許第4504435号及び第4641418号明細書に開
示されている。さらに一般的には、デバイスまた
は接点リードに延びるプラスチツク材料を利用し
て電子モジユールをカプセル封じするための実装
技術が、米国特許第3668299号、第3930114号、第
4017495号各明細書に開示されている。 従来技術の方法に付随する問題の１つに、デバ
イス表面の縁部を越えて片持ち式に延びるリード
の端子部分に液体が流れるのを防止することがで
きないことがある。この液体の展着は、自動ボン
デイング・テープのフレーム接着させたチツプの
表面に液状の重合体材料を塗布した後に起こる。
この液状重合体は、チツプの表面のみに塗布し、
理想的には、ダイの表面に展着し、内部ボンド・
リードのみを被覆すべきである。しかし、使用す
る材料は粘度が低いため、リードに沿つて滲み出
す薄いコーテイングを形成しがちである。最終的
に、このようなコーテイングは、内部リード・ボ
ンド領域を越えて延び、外部リード・ボンド領域
にまで達することがある。これは、後のテープ切
断及び基板ボンデイング操作の妨げとなるため極
めて望ましくない。さらに重要なことは、これに
よつて、最終的に得られるカプセル封じの厚みに
ばらつきが生じ、またTABパツケージの領域の
柔軟性が減少するため、望ましくない応力が発生
する恐れがあることである。 Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、半導体デバイスの表面、及び
導電性リードと半導体デバイス表面上のコンタク
ト・パツドとの接合部を液状樹脂を用いてカプセ
ル封じし、しかも液体がリードの端子部分に流れ
るのを防止する方法及び装置を提供することにあ
る。 本発明の他の目的は、半導体チツプに接着した
超小型電子リードで、チツプ自体をカプセル封じ
するのに用いる液状樹脂の流動を制限するのに有
用な方法及び装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、リードと、リードをリー
ド・フレーム、またはチツプ基板に接着させたリ
ードに接着させてある半導体チツプとを封入する
のに有用なシスムを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、半導体デバイス及
びその端子リードのカプセル封じに使用する重合
体封止材料の滲出またはあふれ出しを防止するシ
ステムを提供することにある。 Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の上記及びその他の目的は、半導体デバ
イスの表面、及びデバイス表面上の導電性リード
とコンタクト・パツドとの接合部を液状樹脂でカ
プセル封じし、しかも液体がリードの端子部分に
まで流れるのを防止する方法及び装置により達成
される。これを実現するため、液体を半導体デバ
イスの上面に付着させるときに、表面の下から空
気を吹き付けて、デバイスの周囲に空気ダムを形
成させる。続いて液体を硬化させて、固体のカプ
セル体を形成し、表面、金属接点及びリード接合
部を不動態化させる。このカプセル体はまた、接
着したリードを定位置に固定して構造的に安定化
させ、クロスオーバ及び短絡を防止する。 本発明によれば、空気ダムの空気温度、流速及
び入射角は、樹脂が表面上を流れる速度、したが
つて樹脂の位置が制御できるように選定する。す
なわち、温度、空気の流速及び空気を吹き付ける
入射角を変化させることにより、たとえばチツプ
の縁部まで、もしくはチツプの縁部の側面を少し
下まで樹脂を流れさせ、またはチツプの縁部に到
達する手前で停止させて硬化させることができ
る。このようにして、チツプの主表面のエツジ・
キヤツピングを、制御された再現性のある方式で
実施することができる。 周知のように、テープ自動ボンデイング等の方
法を利用する場合、ビーム・リードをチツプの縁
部から片持ち式に突き出し、内部リードの端部
を、チツプ・パツドに接着し、次いでパツドをチ
ツプ内の回路及びデバイスに電気的に接続する。
チツプ・パツド接合部へのリードを含むチツプの
表面は、エポキシを主体とする樹脂や、シリコン
を主体とする樹脂等、周知の重合体材料を利用す
るカプセル封じによつて不動態化させる。本発明
によれば、適当な液状重合体をチツプ表面に付着
させて展着させる。チツプの縁部からはみ出した
ビーム・リード突出部上への材料の滲出またはあ
ふれ出しを防止するため、チツプを定位置に支持
する構造により、空気をチツプの下から吹き付け
る。空気流の性質すなわち温度、流速、及びチツ
プ縁部を通る空気流とビーム端部のなす角度は、
ビーム端部への材料のあふれ出しが抑制されるよ
うに調節する。そうするには、たとえば、チツプ
縁部での液滴表面の粘度を増大させたり、コーテ
イングの付着速度と空気の流速の間の運動量の平
衡をとる。 本発明によれば、この制御されたカプセル封じ
を行なうデバイスは、チツプを真空で定位置に支
持する空気ダム取付具を使用する。チツプを、カ
プセル封じすべき表面をウエルの底部と反対向き
になるようにしてウエルに入れる。不動態化され
ていない表面をウエルの底面に接触させる。この
ウエルは、チツプを定位置で支持するために真空
をかけるための凹みまたは溝を有する。ウエルの
第２の凹みまたは溝は、チツプの周囲及びビー
ム・リード相互間に空気を流すためのものであ
る。取付具を加熱することによつて、チツプと、
チツプの周囲を流れる空気を、加熱する。この支
持構造は、カプセル封じされるチツプの表面がリ
ードの高さより下になるように保持し、リードと
チツプの縁部との間に不動態化材料が流れて、リ
ードとチツプの縁部の間との短絡を防止するよう
に構成されている。必要な厚みのカプセル封じが
得られた後、最初に真空をかけるのに使つた凹み
から空気を吹き込んで、チツプをウエルから外へ
持ち上げる。これにより、ビーム端部の損傷が防
止される。本明細書で説明するように、自動カプ
セル封じは、チツプを接着させた、一連のビー
ム・リード・パターンを間隔をあけて固定したキ
ヤリアを取付具に通すことにより行なうことがで
きる。このようにして、自動処理技術が実現でき
る。 Ｅ 実施例 第１図ないし第４図を参照して、本発明の熱空
気ダム取付具について説明する。取付具１０は、
一般に空気及び真空ラインを形成する溝のついた
アルミニウムまたは他の金属のブロツクを含む。
このブロツクは、カバー・プレート１２及び中央
の凹んだウエル１４を有する。凹んだウエルは、
チツプを定位置に保持するためのもので、これに
ついては後で説明する。ウエル１４の中央部に
は、真空ポート１６がある。この真空ポート１６
は、下方に延び、次いで溝１８を通つて真空源
（図示せず）まで延びている。 ウエル１４の周囲及び真空ポート１６の周囲に
は、空気をチツプの周囲に供給するための一連の
開口２０がある。この開口２０はすべて、第４図
に示すように、ブロツク１０に設けた、空気源
（図示せず）からの空気を受けるための共通マニ
ホールド２２に接続されている。もちろん開口２
０は細長い連続したスロツトとして形成すること
もできる。 第１図に示すように、開口２０はビーム端部を
通り、チツプ縁部に沿つて空気流を形成するため
に設けてある。第４図に示すように、チツプ２４
をウエル１４中に置く。チツプは、開口１６を通
してかけられる真空が、チツプ２４の裏面をウエ
ル１４に引き付けるように置く。第４図に示すよ
うに、この真空の作用によつて、チツプは十分水
平に保たれ、最終的に均一なコーテイングが実現
できる。 チツプ２４は一連の周囲端子２６，２８を有す
る。サポート構造３２と、導電性リード・パター
ン３０を有するテープ３０をチツプ２４の上に置
く。サポート構造は通常マイラーまたはポリイミ
ド、リードは銅などの適当な導体である。図のよ
うに、テープは、表面を下にして、端子２６，２
８に接触するようにリード・フレームに取り付け
る。 ブロツク１２は、ホツト・プレート上にのせる
か、あるいはブロツクの下部にカートリツジ／フ
オイル・ヒータ（図示せず）を挿入するかして加
熱することができる。いずれの方法を用いても、
開口２０を通つてブロツク内に流入する空気は、
チツプ２４とリード・パターン３０との間にくる
前に加熱される。ビーム・リードを通過する空気
流は、ビーム・リード上へのコーテイング材料の
あふれ出しを制限する。第１図に示すように、適
当な液状重合体樹脂４２を１滴、ノズル４０から
チツプ２４の表面上に滴下する。適当な低粘度の
樹脂は、チツプの表面に沿つて横方向に展着す
る。矢印で示すように、熱空気流は、次の３つの
要素の組合せにより、コーテイング材料４２のあ
ふれ出しを制限する。 第１は、高温のビーム・リード上に滲出するコ
ーテイングから、急速に溶剤が除去されることで
ある。テープ・サポート３２上のビーム・リード
３０は、開口２０から流入する熱空気流によつて
加熱される。重合体材料４２が完全に硬化しない
間に、溶剤が除去されると、材料の流動の先端を
短縮するのに十分な粘度となる。ただし、空気の
温度を厳密に制御することが必要である。それ
は、溶剤の沸点を超えると、急速な逸散によりふ
くれを生じて、最終部品の表面の外観をそこなう
ためである。同様に、空気温度が適温以下に下が
ると、溶剤の拡散速度が低下し、毛細管現象によ
り樹脂がビーム・リード上に滲出するのを促進す
る。そのため、サイクル時間が長くなる。 第２に、架橋した材料の被膜が急速に形成され
ると、重合体材料のチツプ表面への伝播が減少す
る傾向がある。高温のビーム・リードに接触する
どの材料も重合が促進される。その速度は、使用
する材料の熱伝導率、活性化エネルギー及び反応
機構によつて決まる。コーテイングの両側で急な
温度勾配を生じると、高粘度の、部分的に硬化し
た樹脂の「被膜」がほとんど瞬間的に形成され
る。このような層があると、材料４２の流動先端
内の未反応のコアの前進が抑制される傾向があ
る。 第３に、コーテイングの付着速度と、空気流と
の運動量の平衡により、重合性材料の伝播が安定
化する傾向がある。低粘度及び中粘度の樹脂の場
合、このことは最も重要な要素であると考えられ
る。チツプの表面で画定される境界からあふれ出
した材料は、ビーム端部まで流れ、リードを被覆
し、ビームの空間を通つて滴下する。この側面被
覆の範囲は、注入した材料の量と、材料表面張力
の間の平衡によつて決まる。第１図では、このこ
とは、材料４２の展着を示す点線で示されてい
る。本来表面張力の高い材料は、ビームの隙間を
通つて滴下するよりも、ビーム表面全体に展着す
る傾向がある。取付具１２は、この事実を利用し
て材料のあふれ出しを防止するものである。ビー
ムを加熱するほかに、開口２０を通る空気流は、
チツプ領域を越えて流れる傾向のある材料の平衡
を保つ力を与える。空間を流れるのを妨げられた
材料は、表面張力によりビーム・リード中への流
入を抑制する。このように、空気の流れは、材料
がそこを越えて流れるのが抑制される境界を画定
する働きをする。第６図には、樹脂４２のチツプ
２４の縁部への移動が示されている。樹脂は、ビ
ーム端部３０を「貝殻」に流れ、ビームとチツプ
の間の不連続点で硬化する。気体、通常は空気の
上向きの流れにより、チツプ表面を通り越すこと
が防止される。また、適当な流速があれば、低粘
度の材料をチツプの表面上に連続的に注入して、
他の方法で得られるより、はるかに厚いコーテイ
ングが形成できる。これが、本発明の重要な利点
である。すなわち、低粘度の樹脂を用いて、均一
な厚みのカプセル封じが可能となる。本発明を用
いない場合は、材料の滲出が起こり、このことは
不可能である。したがつて、本発明以前には、高
粘度の材料が使用されており、応力及び不均一な
被覆の問題があつた。 次に、第５図を参照して、完成製品について説
明する。完成製品は、液状重合体がビーム・リー
ドとチツプ縁部との間を流れて、縁部の短絡を防
止している。これは、空気流を厳密に制御して、
このように制御された濡れ作用が行なわれる。ま
た、第２図ないし第４図に示す取付具を用いて、
チツプの表面をテープの下縁よりわずかに下に支
持して、ビーム・リードとチツプ縁部との間に重
合体が流れるようにしていることも原因になつて
いる。カプセル封じを行ない、必要な厚みにチツ
プをコーテイングすると、ウエルの真空をきる。
次に同じ通路１６に圧縮空気流を導入してウエル
からチツプを外へ持ち上げた後、次のサイクルの
ためにテープを前進させる。これにより、チツプ
の縁部とウエルの壁とが接触して、ビーム端部が
損傷を受けることが避けられる。 次に第７Ａ図及び第７Ｂ図を参照して、チツプ
縁部のカプセル封じについて説明する。第７Ａ図
は、第５図のデバイスで、樹脂がチツプ縁部２５
までは流れるが、側面２７には流れない状態を示
す。縁部２５は応力点であり、用途によつては、
樹脂のキヤツプ４２が応力によつてはがれること
がある。そうすると、チツプ自体の積層はく離の
原因にもなる。これを防止するために、本発明で
は、空気流と熱を制御して、縁部２５から側壁２
７へのあふれ出しを制御し、第７Ｂ図に示すよう
なキヤツプを形成させる。この実施例では、応力
点を側壁上の位置４３に移動させて、チツプの主
表面から遠ざけている。 第７Ａ図のキヤツプと第７Ｂ図のキヤツプの応
力の影響を比較するため、有限要素分析を行なつ
た。

【表】

【表】 注：上記の表で、シリコン中の最大応力は、この
厚みのカプセル体の種類や有無に関係な
く、ILB接合部に生じ、これは、アルミニ
ウムのバンプ２８とチツプ２４との間の応
力によるものである。 ハイゾルFP4322は、無水酸で硬化させ
た充填剤添加エポキシ樹脂、ES4322を凍
結した製品である。 アミコン3622は、熱硬化性シリコーン樹
脂である。 これらの値を求めるのに使用したモデル
は、カプセル体の厚みが0.4mmになるよう
にチツプ全体を被覆した場合である。 以上説明したように、第７Ｂ図の縁部キヤツピ
ングは、応力レベルを減少させる点で改善をもた
らす。 本発明は、各種のコーテイングに使用すること
ができる。下記に２例を示す。 例１ エポキシ系コーテイング ハイゾル（Hysol）液体エポキシ樹脂材料
（ES4322）を第２図ないし第４図に示す取付具に
取り付けたチツプの表面に塗布した。アルミニウ
ムのブロツクを90℃に加熱した。空気流を使用せ
ずに材料射出を行なうと、エポキシ樹脂はテープ
上に展着した。しかし、1.4Kg／cm²の圧力で空気
流をリードに吹き付けると、材料の展着が抑制さ
れて、十分にコーテイングされたチツツプが生成
した。この方法に関する重要なパラメータは、注
入するエポキシ樹脂の量、取付具の温度、及び空
気流の圧力と流速であつた。これは、使用する材
料の種類によつて異なり、通常の実験によつて決
定することができる。 例２ シリコーン系コーテイング ダウ・コーニング社（Dow Corning）のシリ
コーン樹脂（３−6550）は、例１で使用したハイ
ゾル（Hysol）エポキシ樹脂よりはるかに低粘度
（1300cps）である。ハイゾル・エポキシ樹脂の粘
度は、室温で約50000cpsである。いずれの樹脂
も、流動温度は取付具の温度が高くなると改善さ
れる。しかし、シリコーン樹脂は粘度がより低い
ため、ビームの端部を越えて流れる傾向が高くな
る。そのため、クローバの葉の形状に似た樹脂の
あふれ出しを生じる傾向がある。空気流がある
と、コーテイングの厚みを変えても展着を生じる
ことなく、完全にチツプが被覆される。 本発明の、基本的な範囲から逸脱することな
く、修正及び変更を加えることができる。テープ
自動ボンデイングに関して本発明の説明を行なつ
たが、所定の厚みの被覆を必要とするコーテイン
グ操作に使用できるように拡張することができ
る。ある特定の用途は、リード・フレームに接着
した高入出力チツプ・ワイヤの初期不動態化に関
するものである。低粘度の樹脂をチツプ上に薄い
層で射出して、材料を反応させると、ワイヤのク
ロスオーバ及び短絡がある程度防止される。さら
に、取付具によつて従来のトランスフア成形の代
わりにこの不動態化工程を使用することができれ
ば、より広範囲の厚みでコーテイングを行なうこ
とが可能になる。 Ｆ 発明の効果 本発明によれば、リードそれ自体に特別な細工
をすることなく、リードに沿つて封じ材が展着す
るのを防止き、しかも低粘度の封じ材を用いて一
様な厚さに正確にかつきれいに封じ材被覆を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による樹脂の注入と、空気流
の原理を説明する部分側面図、第２図は、本発明
による熱空気ダム取付具の上面図、第３図は、こ
の取付具の側面図、第４図は第３図に示した取付
具の定位置にチツプ及びテープを置いた状態を示
す拡大側面図、第５図は、チツプ表面及び内部ビ
ーム・リード接続部上を延びる硬化樹脂を有する
不動態化させたチツプ部分の側面図、第６図は、
チツプとビーム上の硬化した重合体の縁部を示す
第５図の不動態化させたチツプ部分の平面図、第
７Ａ図及び第７Ｂ図は、完成した不動態化キヤツ
プを示す部分側面図である。 １０……取付具、１２……カバー・プレート、
１４……ウエル、１６……真空ポート、２０……
開口、２２……共通マニホールド、２４……チツ
プ、２６，２８……端子、３０……テープ、４０
……ノズル、４２……液状樹脂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面にリードが結合されている回路素子の上
   記表面を上に向けて上記回路素子を配置し、上記
   表面に、流動性を有する液状封じ材を供給して、
   この封じ材を上記表面に沿つて流動させると共
   に、上記回路素子の周囲に下方から気体を噴射し
   て上記封じ材の流れを制御することを特徴とする
   回路素子表面封じ方法。 ２ 表面にリードが結合されている回路素子の上
   記表面を上に向けて上記回路素子を保持するため
   の取付具と、 上記回路素子を上記取付具に固定するための真
   空供給手段と、 上記回路素子の周囲に下方から気体流を供給す
   るための気体供給手段と、 上記回路素子の上記表面に、流動性を有する液
   状封じ材を供給するための手段と、 を有する回路素子表面封じ装置。