【発明の詳細な説明】
キャビティの充填がなされた金属製電子パッケージ
本発明は、少なくとも1つの半導体デバイスを収納する電子パッケージに関す
る。更に詳しく言えば、コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体(ポリ
マー)でパッケージのキャビティ(cavity)を充填することにより、接着性シー
ラントのシール幅が減少される。パッケージ・キャビティの少なくとも一部に重
合体を充填すると、別体カバー部材は必要でなくなる。また、ある種の電子パッ
ケージの剛性は増大する。
シリコン基半導体回路のような集積回路デバイスは、機械的な衝撃から該デバ
イスを保護するためにパッケージ中に収納される。パッケージは各種材料、例え
ばプラスチック、セラミックスおよび金属から作られる。
マフリカール氏他に付与された米国特許第4939316号は、陽極酸化処理
を施されたアルミニウム合金のベースと、キャビティ(空所)を画成するカバー
とを開示している。リードフレームは、ベースとカバーの間に配置されて接着性
のシールリングによって両者に接合される。集積回路デバイスは、リードフレー
ムに電気的に接続されキャビティ内に収納される。組立てられたパッケージは軽
量で、耐久性に富み、デバイスが発生する熱を効果的に発散する。
アルミニウム合金製パッケージの構成要素は、パッケージをシールするために
使用される接着性シーラント、典型的にはエポキシ樹脂よりもかなり小さな熱膨
張率を有している。パッケージが熱せられると、熱により発生する機械的応力が
リードフレームと接着材の間に剥離を生じさせる。パッケージが熱せられるかま
たは冷されると、パッケージ・キャビティ内に取込まれた空気が膨張、収縮する
。キャビティは定まった体積を有しており、取込まれた空気の膨張、収縮が空気
圧の変化として補償される。この圧力変化がシールリングに応力を発生させ、結
果的に剥離を生じる。
シールリングの剥離は、甚だしい漏れ(gross leak)による故障を生じる。こ
の甚だしい漏れによる故障を確認する一つの方法は、典型的には125°Cに加
熱された不活性のフルオロカーボン液中に、約1分間パッケージを浸漬すること
である。パッケージから発する一筋の気泡がシールの剥離およびパッケージ・キ
ャビティに至る通路を示す。水蒸気および他の汚染物がパッケージ・キャビティ
中に進入してデバイスすなわち電気回路の腐食をもたらす。
シールの剥離を防止する一つの方法は、シール通路の幅を大きくすることであ
る。この解決策は、電子パッケージの主製造目的、すなわち電子デバイスを収納
するためのパッケージ・キャビティ内の利用可能面積を最大限にするということ
に逆行する。電子パッケージングの一連の目的は与えられたパッケージの輪郭内
で可能とされる最大デバイスを収納することである。
以下に説明するように、出願人はシリコーン・ゲルのようなコンプライアンス
すなわち柔軟性を有する重合体でパッケージ・キャビティを充填することによっ
て半導体デバイスのための利用可能面積を増大している。バット氏他に付与され
た米国特許第4961106号においてパッケージ・キャビティはヘリウムガス
または酸素ガスおよびシリコーン・ゲルまたはシリケート・ゲルのような良好な
伝熱性を有する流体またはゲルで充填されている。
ファインベルグ氏他に付与された米国特許第5060114号はパッケージ・
キャビティに挿入される適合可能なゲル・パッドを開示している。ゲル・パッド
は全体中に伝熱材料が分散されたシリコーンまたはポリウレタンで作られた圧縮
可能マトリックスを有している。
グロップトッピング(glop topping)は、チャン氏他に付与された米国特許第
4965227号明細書に開示されているようにモールド成形プラスチックパッ
ケージに使用される。パッケージ・キャビティは、柔軟なゲル(例えば、シリコ
ーン)を充填されて環境から保護される。モールド成形樹脂は湿気を浸透させる
ので、グロップトッピングがモールド成形パッケージに使用される。グロップト
ップは湿気の拡散を防止することでパッケージの構成要素の腐食を防止する。
パッケージ・キャビティに対するコンプライアンスすなわち柔軟性を有する重
合体の付加は、伝熱性を向上させ、また湿気バリヤを形成するために開示されて
いるが、シール通路幅を小さくして固定的なパッケージの輪郭内に収納できる電
子デバイスの寸法を増大させるようにするためにコンプライアンスすなわち柔軟
性を有する重合体は今に至るも使用されていない。
加えて、重合体は個別の構成要素を有する電子パッケージにおいて別個のカバ
ー部材の必要性をなくすために使用されていない。更に、金属製パッケージの剛
性を増大させるための重合体の使用は認識されていなかった。
したがって本発明の第1の目的は、幅の狭められた接着性のシールリングを有
する電子パッケージを提供することである。本発明の第2の目的はベース部材お
よびウィンドウ・フレーム(窓枠)により画成されるキャビティが重合体を充填
されて別個のカバー部材が必要とされないようになされた電子パッケージを提供
する。本発明の更なる目的は、剛性の増大された金属製ベース部材およびカバー
部材を有する電子パッケージを提供することである。
本発明の特徴は、汚染物の進入を防止するために、パッケージ・キャビティに
コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体を充填することである。本発明
の利点は、大きな集積回路デバイスまたは多層デバイスが固定的なパッケージの
輪郭内に収納できるということである。本発明の更なる利点は、キャビティが本
質的に汚染を生じることがなく、金(Au)基ボンドワイヤに代えてアルミニウ
ム(Al)基ボンドワイヤを容易に使用できるようにすることである。ボンドワ
イヤは機械的衝撃または振動を受けて移動せず、隣接するワイヤどうしが接触し
て電気的短絡回路を生じる可能性を減少させる。また、ボンドワイヤの振動はワ
イヤを加工硬化させて脆くし破断させる。
本発明の更に他の利点は、パッケージの組立てに熱可塑性重合体のシーラント
が熱硬化性接着材に加えて使用できるようにすることである。パッケージ蓋を熱
可塑性接着材でシールすることで、シールされたパッケージは結果的に交換また
は修理のために開口できるようになされる。本発明の他の利点として、消去可能
・プログラム可能(EPROM)デバイスを収納するためのパッケージのために
コンプライアンスすなわち柔軟性を有するゲルは紫外線光に対して透明であるよ
うに選定され、パッケージは紫外線伝達ガラス蓋でシールされることができる。
本発明によれば、接着によりシールされる電子パッケージが提供される。パッ
ケージはキャビティを画成するベース(基体)およびカバーを有する。集積回路
デバイスに電気的に接続されたリードフレームはベースとカバーとの間に配置さ
れ、デバイスおよびリードフレームの一部がキャビティ内に配置される。コンプ
ライアンスすなわち柔軟性を有する重合体がキャビティの残部空間を実質的に充
填する。シール幅を狭められた接着材が、リードフレームをベースおよびカバー
の両者に対して接合する。
本発明の第二の実施例によれば、キャビティを画成するベースおよびウィンド
ウ・フレームを有する電子パッケージが提供される。リードフレームはベースお
よびウィンドウ・フレーム間に配置され、その両者に対して第一の接着材で接合
される。半導体デバイスは、そのデバイスおよびリードフレームの一部がベース
とウィンドウ・フレームとで画成されたキャビティの一部を占有するようにして
、リードフレームに対して電気的に接続される。重合体はキャビティの残部空間
を実質的に占有する。
本発明の更に他の実施例によれば、キャビティを画成するベースおよびカバー
を有する電子パッケージが提供される。リードフレームはベースおよびウィンド
ウ・フレーム間に配置され、その両者に対して第一の接着材で接合される。半導
体デバイスはリードフレームに電気的に接続され、そのデバイスおよびリードフ
レームの一部がベースとカバーとで画成された前記キャビティの一部を占有する
ようになされる。第二の接着材がキャビティ内に配置され、半導体デバイスをカ
バーに接合する。
上述したこれらの目的、特徴および利点は本明細書および添付図面から明白に
なるであろう。
第1図は先行技術で周知の接着性の金属製パッケージを横断面で示している。
第2図は本発明の第一の実施例による接着材でシールされた金属製パッケージ
を横断面図で示している。
第3図は本発明の第二の実施例による接着材でシールされたウィンドウ・フレ
ームパッケージを横断面図で示している。
第4図は本発明の実施例によるキャビティを充填されたウィンドウ・フレーム
パッケージを横断面図で示している。
第5図はダイ取付けパドルを更に含む請求項4のウィンドウ・フレームパッケ
ージを横断面図で示している。
第6図は本発明の他の実施例による剛性を増大された薄金属製電子パッケージ
を横断面図で示している。
第7図は金属製カバーとの接触を防止するためにボンドワイヤが部分的に絶縁
されている第6図の電子パッケージの実施例を横断面図で示している。
第1図は先行技術で周知の金属製パッケージ10を横断面で示している。この
パッケージ10は金属製ベース12とカバー14を有している。カバー14は典
型的にはベース12と同じ材料で形成される。伝熱性を最大にしてパッケージ重
量を最小にするために、ベース12とカバー14は、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金で作ることができる。一つの適当なアルミニウム合金はアメリカン・
ソサイアティー・オブ・メタルス(AMS)によりA3003として識別される
ものであり、これは0.12重量%のCu、1.2重量%のMnおよび残部のア
ルミニウムの公称組成を有している。A3003は、パスカロニー氏他に付与さ
れた米国特許第5066368号に開示されているように、一体着色陽極酸化処
理(integral color anodization)により黒色を与えることができる。
電子デバイス16は、リードフレーム20の内側リード18に電気的に接続さ
れる。第一の接着材22は、リードフレーム20をベース12とカバー14の両
者に接合する。パッケージの各部材と接着材との間の熱膨張率の不一致により、
またパッケージ・キャビティ24内に取込まれた空気の圧力変化によって発生す
る応力に耐えるには、第一の接着材22と他のパッケージ部材との間の頑強な接
着が必要である。甚だしい漏れによる故障を防止するには、第一の接着材はエポ
キシのように強力に接着する熱硬化型重合体が選択される。
パッケージ10の「D」で示される外形寸法は、プリント回路基盤(図示せず
)上の利用可能空間によって指図される。この空間は制限されており、電子工業
分野における標準化傾向により、通常、Dは固定化されている。デバイス16の
最大寸法はキャビティ24の寸法で制限される。キャビティ24の寸法を大きく
する唯一の方法は、「W」で示されるシール幅を狭めることである。しかしなが
ら、Wが限界値を超えて狭められると、熱膨張の不一致およびキャビティ内圧力
の変動が組合って接着材に生じる機械的応力がシールの剥離を引き起す。ベース
12およびカバー14がアルミニウム合金であり、リードフレームが未メッキ
銅であり、シーラントがノバラック(novalac )基エポキシである場合、この限
界値は約3.8mm(0.15インチ)である。
第2図は本発明による電子パッケージ30を横断面で示している。このパッケ
ージ30はベース12とカバー14を有する。ベース12およびカバー14は、
プラスチック、セラミックス、金属または複合材のような何れかの適当材料で形
成できるが、金属製が好ましい。アルミニウムおよびアルミニウム合金が金属重
量の小さいことおよび金属の良好な伝熱性により最も好ましい。ベース12およ
びカバー14の部分は陽極酸化処理されて耐食性を向上され、また第一の接着材
22に対する接着性を向上されることができる。ベース12およびカバー14は
ASM3xxxおよび6xxxシリーズのアルミニウム合金で形成されるのが最
も好ましい。3xxxシリーズのアルミニウム合金は約1.5重量%までのMn
および他の合金元素を含有し、6xxxシリーズの合金はほぼ比例するMgおよ
びSiを含有してMg2 Siを形成する。両合金シリーズは一体着色陽極酸化処
理により灰色〜黒色を形成することができる。
パッケージ30は「RW」で示される狭められたシール幅を有している。本明
細書および請求の範囲を通じて使用されているように、RWすなわち狭められた
シール幅は限界値よりも狭いシールリング幅を意味している。このシールリング
幅は未充填キャビティを有すパッケージにおいて熱的に発生する、また圧力変動
により発生する接着材の剥離を防止するために予期される幅よりも狭い。外形寸
法Dは変化しないので、シール幅RWの減少はキャビティ24の面積を増大させ
る。WがRWまで減少することのできるメカニズムは、キャビティにコンプライ
アンスすなわち柔軟性を有する重合体26を充填することによる。
ベース12およびカバー14の間にリードフレーム20が配置される。このリ
ードフレームは通常は銅または銅合金で作られ、導電性を最大にするようになさ
れる。集積回路デバイス16はリードフレーム20の内側のリード部分に電気的
に接続される。電気的接続は薄ボンドワイヤ28、またはテープの自動ボンディ
ング(TAB)で使用されるように薄銅箔ストリップ(図示せず)で行われる。
薄ボンドワイヤは金、アルミニウム、銅またはそれらの合金のような何れかの適
当金属で作られ得る。ボンドワイヤはコンプライアンスすなわち柔軟性を有する
重合体26で環境による腐食から保護され、したがって高価な金基ボンドワイヤ
を使用する必要はない。同様に、コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合
体26が使用されるならば、TABリードを金または他のバリヤ層で被覆する必
要ない。
ボンドワイヤの信頼性は所定位置に剛性的に保持されるコンプライアンスすな
わち柔軟性を有する重合体によって更に保護される。ボンドワイヤは機械的衝撃
や振動で動くことはない。ワイヤの動きは2つのボンドワイヤを接触させ、電気
的短絡回路を形成させるようにする。振動はワイヤを加工硬化させて脆くさせ、
破断させることになり得る。コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体は
応力が発生すると撓みを生じ、PDIPs(プラスチック・デュアル・イン・ラ
イン・パッケージズ)およびPQFPs(プラスチック・クアッド・フラット・
パッケージズ)のようなモールド成形プラスチックパッケージに生じるような熱
膨張係数の不一致によるボンドワイヤの断線の問題は生じない。
集積回路デバイス16はキャビティ24内で自由遊動されるか、またはコンプ
ライアンスすなわち柔軟性を有する接着材31でパッケージベース12に結合さ
れる。組立てを容易にできるようにするために、集積回路デバイス16は通常は
ダイ取付けパドル32に結合される。内側リード18およびダイ取付けパドル3
2を含むリードフレーム20のその部分、ならびに半導体デバイス16がキャビ
ティ24の一部を占有する。第一の接着材22がリードフレーム20をベース1
2およびキャビティ24の両者に対して結合する。
キャビティ24の残部空間は実質的にコンプライアンスすなわち柔軟性を有す
る重合体26で占拠される。コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体2
6は、粘性流体、ゲルまたはコンプライアンスすなわち柔軟性を有するプラスチ
ックのような何れかの適当材料とされ得る。液体状態でキャビティ24内に導か
れ、その後ゼラチン状の固体に凝固するゲル化可能材料が好ましい。ゲル化可能
なコンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体26は液相の状態で全ての隅
部およびキャビティ24の隠れた形状部を充填するのに十分とされる低粘性を有
する。ゲルとなる凝固の後、粘性はシールリングを通ってキャビティから漏れる
のを防止するのに十分高い粘性とならねばならない。凝固したゲルは更に、リ
ードフレーム20、集積回路デバイス16およびボンドワイヤ28に対して化学
的に不活性でなければならない。理想的には、コンプライアンスすなわち柔軟性
を有する材料26は集積回路デバイス16が発生する熱を取去る助けをなすため
に良好な伝熱性を有していなければならない。しかしながら、金属製パッケージ
における良好な伝熱性は状ではない。何故ならば、最大の熱放散はベース12を
経て行われるからである。
好ましいコンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体はゲル化可能シリコ
ーン、フルオロカーボンおよびエポキシのような液体、ゲルおよびプラスチック
を含む。最も好ましい重合体は米国ミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング
社で製造されているゲル化可能シリコーンである。
コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体は液相状態で大径注射針によ
って第一のベントポート34を通してキャビティ24へ導かれる。十分な両のコ
ンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体がキャビティ24に導入され、キ
ャビティ全体が十分に充填される。キャビティ24からの置換空気の排出のため
に、第二のベントポート36が備えられている。コンプライアンスすなわち柔軟
性を有する重合体は、第一のベントポート34および第二のベントポート36が
少なくとも部分的に充填されるような十分な量となるまで加えられる。コンプラ
イアンスすなわち柔軟性を有する重合体はゲル化可能であるならば、凝固してゲ
ルとなり、ベントポートはシールされる。
キャビティ24がこのゲルによって充填されたならば、シールリングの剥離は
問題でなくなる。剥離は発生する可能性が低くなる。何故ならば、パッケージ内
に取込まれている空気は排出されたからである。パッケージの加熱および冷却時
に第一の接着材22に応力を生じた圧力変動は排除される。有利なことに、第一
の接着材22の一部が剥離を生じたとしても、この結果は甚だしい漏れ故障とな
らない。パッケージ・キャビティ24への汚染物の進入はコンプライアンスすな
わち柔軟性を有する重合体26で防止される。汚染物がボンドワイヤ28または
半導体デバイス16に達することは不可能である。
実現される一つの付随的な利点は、ボンドワイヤ28が塩化物および他の汚染
物から保護されるので、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のボンドワイヤ
がそれより化学的不活性は強いが格段に高価な金または金合金に代えて使用でき
るということである。
実現される第二の付随的な利点は、第一の接着材22の接着軌道が重要でなく
なることである。パッケージ・キャビティが充填されないと、または部分的に充
填されただけでは、第一の接着材22の剥離は甚だしい漏れ故障につながる。本
発明によりパッケージ・キャビティが実質的に充填されると、剥離は許容できる
ようになる。第一の接着材22の主機能はパッケージを気密保持することからパ
ッケージの構成要素の単なる互いの保持に変化する。この結果、エポキシのよう
な頑強な接着材が予期されることに代えて、それほど頑強ではない接着材、例え
ば熱可塑性重合体が利用できる。
適当な熱可塑性重合体は、これらの一般に「ホットメルト」と称される接着材
を含む。これらの接着材は適当な充填材を追加されて約175°Cまで固体状態
を保持し、プリント回路基盤に対する鑞付け時にパッケージが達するであろうこ
れより高い温度に対して瞬間的に露出されることに耐える。溶融温度よりも高い
温度に上昇したならば、接着材は瞬時に溶融して低粘性の液体となり、温度が再
び低下されると直ぐに硬化する。接着材は熱可塑性であるので、溶融/再凝固の
過程が繰返される。ホットメルト接着材はエチレンおよびビニルアセテート共重
合体(EVA)、ポリビニルアセテート(PVA)、ポリエチレン、アモルファ
スポリプロピレン、例えばスチレンおよびエラストマーセグメントまたはエーテ
ルおよびアミドセグメント(すなわち熱可塑性エラストマー)を基にしたような
ブロック共重合体、ポリアミドおよびポリエステルを含む。EVAは一つの好ま
しいホットメルト接着材である。
第一の接着材22のような熱可塑性重合体を使用する主な利点は、パッケージ
がデバイスの修理または交換を行うためにシーリング後に再度開くことができる
ことである。エポキシのような熱硬化性重合体では修理は不可能である。
第3図は本発明によるウィンドウ・フレームパッケージ50を横断面図で示し
ている。このパッケージは金属プレート52とされ得るベースを有し、半導体デ
バイスを受入れるための凹んだ中央部分を選択的に含むことができる。金属プレ
ート52は何れかの適当材料で作られ、金属で作られるのが好ましく、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金で作られることが最も好ましい。半導体デバイス1
6と電気的に接続されたリードフレーム20が金属プレート52およびウィンド
ウ・フレーム54の間に配置されている。第一の接着材22はリードフレーム2
0を金属プレート52およびウィンドウ・フレーム54の両者に対して結合させ
ている。ウィンドウ・フレーム54はプラスチック、金属またはセラミックスな
どの適当材料で作られる。ウィンドウ・フレーム54は金属プレート52の熱膨
張率にほぼ等しい熱膨張率を有することが好ましい。ウィンドウ・フレーム54
は金属プレート52と同じ材料で作られることが最も好ましい。
リードフレームを結合し、半導体デバイス16を電気的に接続することで、金
属プレート52およびウィンドウ・フレーム54がキャビティ56を画成する。
このキャビティ56はウィンドウ・フレーム54のシーリング目58の位置まで
コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体26で充填される。ウィンドウ
・フレーム54の中心は大きな開口であるので、コンプライアンスすなわち柔軟
性を有する材料は小径チューブから注入するような何れかの適当手段によって導
入される。コンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体が凝固してゲルとな
った後、カバー60が蓋付け(lidding)接着材62によってシール面58に結
合される。蓋付け接着材62は何れかの適当な材料、例えば熱硬化性重合体、熱
可塑性重合体または鑞材とされ得る。ホットメルト接着材(すなわちEVA)の
ような熱可塑性重合体はカバー60が着脱可能になるので好ましい。カバー60
はプラスチック、ガラス、セラミックスまたは金属のような何れかの適当な材料
とされ得る。熱でパッケージの撓みが誘起されるのを防止するために、一つの好
ましい例ではカバー60は金属プレート52と同じ材料で作られる。
本発明の第二の実施例において、カバー60は電磁放射の或る波長を伝達する
ことのできるガラスが選択される。電磁放射に対して或る種のデバイスを露出さ
せると、そのデバイスのメモリが消去され、これらのデバイスは通常はEPRO
Mと称されている。好ましいカバーは紫外線(UV)を伝達することができる。
或る透明カバーは石英(二酸化シリコン)とされる。選択されたコンプライアン
スすなわち柔軟性を有する重合体も紫外線(UV)放射に対して透過性でなけれ
ばならない。このパッケージは他のEPROMパッケージより優れている。コン
プライアンスすなわち柔軟性を有する重合体でパッケージ・キャビティを充填す
ることにより、温度の変化および対応する圧力変化がガラスカバーを撓ませ、こ
れが紫外線(UV)の経路を見出すことになり得る。カバーは熱可塑性接着材で
シールでき、ガラスにキズが付いた場合には交換することができるようにする。
第3図のウィンドウ・フレームパッケージ50は先行技術のパッケージが可能
とするよりも大きな半導体デバイス16または複数のデバイスを固定的なパッケ
ージ輪郭内に収納できる。凝固したコンプライアンスすなわち柔軟性を有する重
合体は剥離の破壊的な影響を軽減する。ボンドワイヤ28は金よりも弱い不活性
材料で作ることができ、カバー14は熱可塑性重合体のような取外し可能な蓋付
け接着材62でシールできる。
本発明の他の実施例において、カバー60は省略できる。第4図を参照すれば
、ウィンドウ・フレームパッケージ70はベース52およびウィンドウ・フレー
ム54を有し、これらがキャビティ56を画成する。リードフレーム20がベー
ス52およびウィンドウ・フレーム54の第一の面72の両者に対して結合され
る。典型的に、リードフレームは熱可塑性エポキシのような第一の接着材22で
結合される。
半導体デバイス16はベース52の中央部分に結合される。ボンドワイヤ28
はリードフレーム20を半導体デバイス16に電気的に接続する。それ故にキャ
ビティ56の一部分はリードフレーム20の内側リード、ボンドワイヤ16およ
び半導体デバイス16が組合って占有される。キャビティ56の残部空間は実質
的に重合体26で充填される。重合体26はキャビティ56を充填し、重合体2
6の最外面74がウィンドウ・フレームの第二の面76と実質的に同平面となる
のに十分な高さまで充填される。最外面74および第二の面76が組合って電子
パッケージ70の頂面を形成する。
詳細に上述した条件を満たす、すなわちまず第一に重合体はパッケージ・キャ
ビティ56を充填するために低粘性であり、その後硬化時に粘性が増大する何れ
かの重合体が本発明のこの実施例に適当であり、エポキシポッティング化合物が
好ましい。エポキシは硬化後はシリコーンまたは同様材料よりも剛性が強く、変
形や浸透に対する耐久性が良好である。
重合体26は例えば窒化シリコンのように伝熱性且つ電気的絶縁性で半導体デ
バイス16からの熱の放散を向上させるようになす材料を添加されることが好ま
しい。加えて、重合体26はリードフレーム20の外側部分の蝋付け時に赤外線
放射の吸収を向上させるために黒色を有することが好ましい。
第5図は本発明の他の電子パッケージ80を横断面で示している。このパッケ
ージは第4図に示した電子パッケージ70と同様であるが、更にダイ取付けパド
ル82を含む。ダイ取付けパドル82は一般にリードフレーム20と同じ材料、
典型的には銅または銅合金で形成されており、内側リード18が画成する開口内
に配置される。半導体デバイス16はダイ取付け接着材84により取付けパドル
82に結合される。内側リード18に対して電気的に接続された後、デバイス/
リードフレーム組立体はパッド取付け接着材31によりパッケージベース12に
対して結合される。パッド取付け接着材はリードフレーム20がベース12およ
びウィンドウ・フレーム54の第一の面72に対して結合されるのと本質的に同
じ時間で硬化されることが好ましい。ベース12およびウィンドウ・フレーム5
4で画成されるキャビティ56はその後エポキシのような重合体26を充填され
、該重合体26の外面およびウィンドウ・フレーム54の第二の面76がパッケ
ージ80のカバーを形成する。
電子パッケージの目的はパッケージの厚さを減少させることである。目標とす
る厚さは最大で1.4mm(0.055インチ)である。この目標厚さはパッケ
ージベースおよびカバーが半導体デバイスの上側または下側の部分にて最大限0
.25mm(0.01インチ)であることを要求する。ベースおよびカバーが金
属製であれば、薄パッケージは変形を受けやすい。組立て時または使用時に温度
変動にパッケージが曝されると、パッケージ・キャビティ内に取込まれた空気の
圧力変化を生じる。これらの圧力変動は従来のパッケージで生じるような第一の
接着材を経ての甚だしい漏れを生じる以外に、薄パッケージではこれらの圧力の
逸脱がベースおよびカバーに内方および外方へ向う撓みを生じることを明らかに
示している。外方への撓みはベース(またはキャビティが下側の形状の場合はカ
バー)をプリント回路記基盤に接触させかねない。内方への撓みは蓋をボンドワ
イヤに接触させかねない。
変形の程度はキャビティ寸法に大きく依存する。キャビティが大きくなればな
るほど、問題は厳しくなる。与えられたパッケージの輪郭に対してキャビティ体
積を増大させることが主なパッケージングの目的であるので、薄金属製パッケー
ジで目的を達成するには剛性を高めねばならない。
第6図は剛性を増大した金属製電子パッケージ90を横断面で示している。パ
ッケージは金属ベース12およびカバー14を有している。カバーはいずれの金
属でも作ることができるが、カバーは加熱時および冷却時にパッケージの撓みを
防止するために、ベースの熱膨張率とほぼ同じ熱膨張率を有すことが好ましい。
ベースおよびカバーは、銅、アルミニウムまたはそれらの合金で形成されること
が好ましく、陽極酸化層を被覆されたアルミニウム合金で形成されるのが最も好
ましい。
リードフレーム20はベース12およカバー14に対して第一の接着材22で
結合される。ベース12およびカバー14はキャビティ24を画成している。半
導体デバイス16は直接に、またはダイ取付けパドル32によってベース12に
結合される。半導体デバイス16は第二の接着材92によってパッケージカバー
14にも結合される。第二の接着材は半導体デバイス16の電気的能動面上に電
気的な短絡回路が形成されるのを防止するために、非導電性の何れかの適当な重
合体接着材とされる。また、第二の接着材は電気的能動面に対して非腐食性でな
ければならない。
第二の接着材の調整された体積はカバー14によりシールされる前に半導体デ
バイス上に付与される。カバーはシーリング時に接着材92と接触し、また第一
の接着材22によりリードフレーム20に対し、および第二の接着材92により
半導体デバイス16に対していずれも結合される。
重合体の硬化による反応生成物を外に出すために、ベントホール94が備えら
れている。ベース12およびカバー14の中央部分は極めて薄いために、ベント
ホールは組立ておよびシーリングを容易にできるようにするために厚い周辺部分
に配置される。ベントホールは重合体接着材を落下させてシールすることができ
る。
第6図の電子パッケージ90はその中央を通して剛性梁(ビーム)を形成する
ことでパッケージのベースおよびカバーの撓みを取去る。しかしながら厚さを減
少したので、ボンドワイヤ28はカバー14に接近する。カバーとの接触は電気
的短絡回路を形成するか、またはボンドワイヤを隣接するボンドワイヤに向けて
撓ませ、または破断させる。これらの問題は第7図に示した実施例で排除される
。第7図に横断面図で示されたパッケージ100は、第二の接着材92が半導体
デバイス16の周囲を超えて延在してワイヤーボンディング28が形成するルー
プの頂部102を取囲むことを除いて第6図のパッケージ90と同じ特徴を有し
ている。第二の接着材はボンドワイヤ28の全体を取囲み、ボンドワイヤが内側
リード18に結合されている箇所を多少超えて終端することが好ましい。この実
施例によれば、ボンドワイヤは腐食および撓みから保護され、カバー14からの
永久的な電気的絶縁を保護される。
本発明の電子パッケージの利点は以下の例から一層明らかになるであろう。こ
れらの例は例示を意図し、限定することは意図していない。
例
一連の金属製電子パッケージが第1表に記載した幅のノバラク基エポキシ薄膜
シールリングを有して組立てられた。これらのパッケージは28mm×28mm
(1.1インチ×1.1インチ)の陽極酸化処理されたアルミニウム製のベース
部材と、208鉛銅リードフレームに対してシール付けされたカバー部材とを有
する。組立てられたパッケージは200時間ほど121°Cで相対湿度100%
にされた圧力釜に置かれ、その後甚だしい漏れに関する試験を行った。第1表に
示されるように、パッケージは約3.8mm(0.150インチ)の限界値があ
った。
パッケージ・キャビティを本発明によりコンプライアンスすなわち柔軟性を有
する重合体で充填することにより、甚だしい漏れ故障はなくなり、2.54mm
未満のシールリング幅のパッケージによる組立体を可能にした。
シールリング幅を軽減させる利点を示すために、例とするベースの部分(充填
されていないキャビティ)、半導体デバイスを取付けるのに利用できるシールリ
ング寸法(28mm×3.81mmの外形寸法;20.4mm×3.81mmの
内径寸法)は以下に示す通である。すなわち
ベース面積 シールリング面積 = 利用可能面積
(1)784mm2 − 369mm2 = 415mm2
キャビティを本発明によりコンプライアンスすなわち柔軟性を有する重合体で
充填させることにより、接着性シール幅は約2.54mmほど減少させることが
でき、約1.25mm〜約2.0mmの範囲であることが好ましい。好ましい範
囲の上限では、シール幅は2.0mm、半導体デバイスを取り付けるために利用
可能な面積は以下に示す通である。
(2)748mm2 − 246mm2 = 538mm2
半導体デバイスを取付けるのに利用できる面積は123mm2 すなわち約30
%ほど増加した。
本発明によれば、本明細書で前述した目的、手段および利点を完全に満たすシ
ールリング幅の狭められた接着によりシールされる電子パッケージの提供された
ことが明白である。本発明はその実施例に関係して説明した。多くの代替例、変
更例および変形例が前述の説明に照らして当業者には明白となることが明らかで
ある。したがって、添付の請求の範囲の欄に記載した精神および広義の範囲に含
まれるこのような代替例、変更例および変形例の全てを包含することが意図され
るところである。Detailed Description of the Invention
Metal electronic package with cavity filling
The present invention relates to an electronic package containing at least one semiconductor device.
You. More specifically, a polymer with compliance or flexibility (poly
The adhesive sealer by filling the package cavity.
The runt seal width is reduced. At least part of the package cavity
Once the coalesce is filled, no separate cover member is needed. Also, some kind of electronic package
The rigidity of the cage is increased.
Integrated circuit devices, such as silicon-based semiconductor circuits, are subject to mechanical shock and
Stored in a package to protect the chair. The package is made of various materials, for example
For example made from plastics, ceramics and metals.
U.S. Pat. No. 4,939,316 issued to Mafrichart et al.
Aluminum alloy base with a cover that defines the cavity
Are disclosed. The leadframe is placed between the base and the cover and is adhesive
It is joined to both by the seal ring. Integrated circuit devices have lead frames
Electrically connected to the chamber and housed in the cavity. Assembled package is light
In quantity, it is durable and effectively dissipates the heat generated by the device.
Aluminum alloy package components to seal the package
Adhesive sealants used, typically much less thermal expansion than epoxy resin
Has a stretch rate. When the package is heated, the mechanical stress generated by the heat is
A separation occurs between the lead frame and the adhesive. The package is heated
Or cools, the air taken in the package cavity expands and contracts
. The cavity has a fixed volume, and the expansion and contraction of the air taken in is
Compensated as a change in pressure. This pressure change causes stress on the seal ring,
The result is peeling.
The peeling of the seal ring causes a failure due to a gross leak. This
One way to confirm a failure due to a severe leak is typically at 125 ° C.
Immerse the package in a heated inert fluorocarbon liquid for approximately 1 minute
It is. A line of air bubbles emanating from the package causes peeling of the seal and packaging key.
Shows the path leading to Javiity. Water vapor and other contaminants in the package cavity
Entry into it results in corrosion of the device or electrical circuit.
One way to prevent peeling of the seal is to increase the width of the seal passage.
You. This solution is the main manufacturing purpose of electronic packages, namely to house electronic devices.
To maximize the available area within the package cavity for
Go back to. The set of goals for electronic packaging is within the outline of a given package.
Is to house the largest device possible.
As described below, Applicants have found that silicone gel-like compliance
That is, by filling the package cavity with a flexible polymer.
Increasing the available area for semiconductor devices. Granted to Mr. Bat and others
In U.S. Pat. No. 4,961,106, the package cavity is helium gas.
Or good such as oxygen gas and silicone gel or silicate gel
It is filled with a fluid or gel having heat conductivity.
U.S. Pat. No. 5,060,114 to Feinberg et al.
Disclosed is a conformable gel pad that is inserted into the cavity. Gel pad
Is a compression made of silicone or polyurethane with heat transfer material dispersed throughout
It has a possible matrix.
Glop topping is a US patent to Chang et al.
Molded plastic packs as disclosed in US Pat. No. 4,965,227.
Used for cage. The package cavity contains a flexible gel (for example, silicone
Be protected with the environment. Molding resin permeates moisture
As such, grop toppings are used in molded packages. Groop
The cap prevents the diffusion of moisture and thus the corrosion of package components.
Compliance with package cavities or weight with flexibility
The addition of coalescing is disclosed to improve heat transfer and also to form a moisture barrier.
However, the width of the seal passage can be reduced to fit inside the fixed package outline.
Compliance or flexible to increase the size of child devices
Polymers with properties have never been used.
In addition, the polymer is a separate cover in an electronic package that has separate components.
-Not used to eliminate the need for components. In addition, the rigidity of the metal package
The use of polymers to increase sex was not recognized.
Accordingly, a first object of the present invention is to have an adhesive seal ring of reduced width.
Is to provide an electronic package. The second object of the present invention is to provide a base member and
And the cavity defined by the window frame fills the polymer
To provide an electronic package that is designed to eliminate the need for a separate cover member
I do. A further object of the present invention is a metal base member and cover with increased rigidity.
An electronic package having a member is provided.
A feature of the present invention is that the package cavity is designed to prevent the ingress of contaminants.
Filling the polymer with compliance or flexibility. The present invention
The advantage is that large integrated circuit devices or multi-layer devices
It means that it can be stored within the contour. A further advantage of the present invention is that the cavity is
Aluminum (Au) -based bond wire is used instead of gold (Au) -based bond wire without causing qualitative contamination.
The purpose is to facilitate the use of aluminum (Al) -based bond wires. Bondwa
The ear does not move under mechanical shock or vibration, and adjacent wires make contact with each other.
Reduce the potential for electrical short circuits. Also, the vibration of the bond wire is
Work-hardens the ear to make it brittle and break.
Yet another advantage of the present invention is a thermoplastic polymer sealant for packaging assembly.
Is to be used in addition to the thermosetting adhesive. Heat package lid
By sealing with a plastic adhesive, the sealed package will eventually be replaced or
Is made open for repair. Another advantage of the present invention is that it is erasable
.For packages to house programmable (EPROM) devices
A compliant gel is transparent to UV light
Selected, the package can be sealed with a UV transmitting glass lid.
According to the present invention, an adhesive sealed electronic package is provided. Pack
The cage has a base defining a cavity and a cover. Integrated circuit
A leadframe electrically connected to the device is placed between the base and cover.
And a portion of the device and leadframe is placed in the cavity. complete
A liens or flexible polymer substantially fills the remaining space of the cavity.
Refill. Adhesive with reduced seal width allows leadframe base and cover
Join to both.
According to a second embodiment of the invention, a base and a window defining a cavity
An electronic package having a frame is provided. The lead frame is the base
And between the window and the frame, and the first adhesive bond to both
Is done. Semiconductor devices are based on a part of the device and lead frame.
And occupy part of the cavity defined by the window frame
, Electrically connected to the lead frame. Polymer is the rest of the cavity
Occupy substantially.
According to yet another embodiment of the present invention, a base and a cover defining a cavity.
An electronic package having is provided. Leadframe base and window
It is arranged between the frame and the frame, and is bonded to both by the first adhesive. Semi-conductor
The body device is electrically connected to the lead frame and is connected to the device and the lead frame.
A portion of the rame occupies a portion of the cavity defined by the base and cover
Is done like this. A second adhesive is placed in the cavity to cover the semiconductor device.
Join to the bar.
These objects, features and advantages described above will be apparent from the specification and the accompanying drawings.
Will be.
FIG. 1 shows, in cross section, an adhesive metal package known in the prior art.
FIG. 2 is a metal package sealed with an adhesive according to the first embodiment of the present invention.
Is shown in a cross-sectional view.
FIG. 3 shows a window frame sealed with an adhesive according to the second embodiment of the present invention.
The package is shown in cross section.
FIG. 4 shows a window frame having a cavity filled therein according to an embodiment of the present invention.
The package is shown in cross section.
5. The window frame package of claim 4 further including a die attach paddle.
Is shown in cross section.
FIG. 6 is a thin metal electronic package with increased rigidity according to another embodiment of the present invention.
Is shown in a cross-sectional view.
Figure 7 shows the bond wire partially insulated to prevent contact with the metal cover.
6 is a cross-sectional view showing an embodiment of the electronic package of FIG.
FIG. 1 shows a metal package 10 known in the prior art in cross section. this
The package 10 has a metal base 12 and a cover 14. Cover 14
It is made of the same material as the base 12 in terms of mold. Package weight with maximum heat transfer
To minimize the amount, the base 12 and cover 14 should be aluminum or aluminum.
It can be made from a nickel alloy. One suitable aluminum alloy is American
Identified by Society of Metals (AMS) as A3003
Which is 0.12 wt% Cu, 1.2 wt% Mn and the balance
It has a nominal composition of luminium. A3003 is given to Pascalony and others
Integrated color anodizing process, as disclosed in U.S. Pat.
A black color can be given by an integral color anodization.
The electronic device 16 is electrically connected to the inner leads 18 of the lead frame 20.
It is. The first adhesive 22 attaches the lead frame 20 to both the base 12 and the cover 14.
Join the person. Due to the thermal expansion coefficient mismatch between each member of the package and the adhesive,
Also, it is generated by the pressure change of the air taken in the package cavity 24.
In order to withstand the stress caused by the strong contact between the first adhesive 22 and other package members,
I need clothes. To prevent failure due to severe leakage, the first adhesive is epoxy.
A thermosetting polymer that strongly adheres, such as xy, is selected.
The external dimensions of the package 10 indicated by "D" are printed circuit boards (not shown).
) Directed by available space above. This space is limited and the electronics industry
Due to standardization trends in the field, D is usually fixed. Device 16
The maximum size is limited by the size of the cavity 24. Increase the size of the cavity 24
The only way to do this is to reduce the seal width, indicated by "W." However
Et al., When W is narrowed beyond the limit value, thermal expansion mismatch and cavity pressure
The mechanical stress generated in the adhesive material in combination causes the peeling of the seal. base
12 and cover 14 are made of aluminum alloy, and lead frame is unplated
If copper and the sealant is a novalac-based epoxy, this limit
The field value is about 3.8 mm (0.15 inch).
FIG. 2 shows an electronic package 30 according to the invention in cross section. This package
The cage 30 has a base 12 and a cover 14. The base 12 and the cover 14 are
Made of any suitable material such as plastic, ceramics, metal or composites
However, it is preferably made of metal. Aluminum and aluminum alloy are heavy metal
Most preferred is the small amount and good heat transfer of the metal. Base 12 and
The portion of the cover 14 and the cover 14 is anodized to improve the corrosion resistance.
The adhesiveness to 22 can be improved. The base 12 and the cover 14
Best formed from ASM3xxx and 6xxx series aluminum alloys
Is also preferred. Aluminum alloys in the 3xxx series have Mn up to about 1.5% by weight.
And other alloying elements, the 6xxx series alloys have nearly proportional Mg and
And Si containing Mg2 Form Si. Both alloy series are integrated colored anodizing treatment
It is possible to form gray to black by reason.
Package 30 has a narrowed seal width designated "RW". Honcho
RW or narrowed as used throughout the text and claims
The seal width means a seal ring width narrower than the limit value. This seal ring
Width is thermally generated in packages with unfilled cavities and pressure fluctuations
The width is narrower than expected to prevent peeling of the adhesive caused by. External dimensions
Since the method D does not change, decreasing the seal width RW increases the area of the cavity 24.
You. The mechanism by which W can be reduced to RW is
By filling the polymer 26 with an anth or flexibility.
The lead frame 20 is arranged between the base 12 and the cover 14. This resource
The frame is usually made of copper or copper alloy and is designed to maximize conductivity.
It is. The integrated circuit device 16 is electrically connected to the lead portion inside the lead frame 20.
Connected to. Electrical connection is thin bond wire 28 or automatic tape bonder
Made of thin copper foil strip (not shown) as used in TAB.
Thin bond wires can be any suitable material such as gold, aluminum, copper or their alloys.
It can be made of the metal. Bond wire is compliant or flexible
Polymer 26 protected from environmental corrosion and therefore expensive gold-based bond wire
Need not be used. Similarly, polymerization with compliance or flexibility
If body 26 is used, the TAB leads must be coated with gold or another barrier layer.
I don't need it.
The reliability of the bond wire depends on the compliance
That is, it is further protected by a flexible polymer. Bond wire has mechanical impact
It does not move due to vibration. The movement of the wire causes the two bond wires to come into contact and
To form a short circuit. Vibrations work-harden the wire, making it brittle,
It can break. Polymers that are compliant or flexible
When stress occurs, bending occurs, and PDIPs (Plastic Dual in La
In Packages) and PQFPs (Plastic Quad Flats)
Heat generated in molded plastic packages such as
There is no problem of bond wire disconnection due to mismatch of expansion coefficients.
The integrated circuit device 16 is free to float in the cavity 24 or
It is bonded to the package base 12 with a liance or flexible adhesive 31.
It is. In order to facilitate assembly, integrated circuit device 16 is typically
It is coupled to the die attach paddle 32. Inner leads 18 and die attach paddle 3
2 of the lead frame 20 and the semiconductor device 16
Occupy part of the tee 24. The first adhesive 22 is based on the lead frame 20 1
2 and cavity 24.
The remaining space of the cavity 24 is substantially compliant
Occupied by polymer 26. Polymer 2 with compliance, that is flexibility
6 is a viscous fluid, gel or plast with compliance or flexibility
It can be any suitable material such as a hook. Introduced into the cavity 24 in liquid state
Preferred are gellable materials which subsequently solidify into a gelatinous solid. Gelable
Polymer 26 with excellent compliance, i.e. flexibility, is used in all corners in the liquid phase.
Section and low viscosity that is sufficient to fill the hidden features of the cavity 24.
I do. After coagulation, which becomes a gel, the viscosity leaks from the cavity through the seal ring.
It should be sufficiently viscous to prevent The solidified gel is
Chemically with respect to the lead frame 20, the integrated circuit device 16 and the bond wire 28.
Must be physically inert. Ideally compliance or flexibility
The material 26 having a layer to help remove the heat generated by the integrated circuit device 16.
It must have good heat transfer properties. However, metal packages
Good heat transfer in is not the case. Because the maximum heat dissipation is the base 12
It is done after that.
Polymers with favorable compliance or flexibility are gellable silico
Liquids, gels and plastics, such as resins, fluorocarbons and epoxies
including. The most preferred polymer is Dow Corning, Midland, Mich.
It is a gellable silicone manufactured by the same company.
Polymers that are compliant or flexible are
Thus, it is guided to the cavity 24 through the first vent port 34. Enough of both
A compliant polymer is introduced into the cavity 24 and
The entire cavity is fully filled. To discharge the replacement air from the cavity 24
And a second vent port 36 is provided. Compliance or flexibility
The polymer having the property that the first vent port 34 and the second vent port 36 are
Add until sufficient to at least partially fill. Compliments
A polymer with an ounce or flexibility, if gellable, coagulates and gels.
And the vent port is sealed.
If the cavity 24 is filled with this gel, the peeling of the seal ring
It doesn't matter. Peeling is less likely to occur. Because in the package
This is because the air taken in is discharged. During package heating and cooling
In addition, pressure fluctuations that have caused stress in the first adhesive 22 are eliminated. Advantageously, the first
Even if a part of the adhesive 22 is peeled off, the result is a serious leakage failure.
No. Ingress of contaminants into the package cavity 24
That is, it is prevented by the polymer 26 having flexibility. The contaminant is bond wire 28 or
It is impossible to reach the semiconductor device 16.
One additional benefit realized is that the bond wire 28 has chloride and other contaminants.
Bond wire made of aluminum or aluminum alloy as it is protected from objects
However, it can be used in place of gold or gold alloy, which is much more chemically inert but much more expensive.
It means that
A second attendant advantage realized is that the bond trajectory of the first adhesive 22 is not important.
Is to be. The package cavity is unfilled or partially filled.
If only filled, the peeling of the first adhesive material 22 leads to a serious leakage failure. Book
Peeling is acceptable when the invention substantially fills the package cavity
Like The primary function of the first adhesive 22 is to keep the package airtight, and
The package components are simply held together. As a result, like epoxy
Instead of expecting a tough adhesive, a less robust adhesive, for example
For example, thermoplastic polymers can be used.
Suitable thermoplastic polymers are those adhesives commonly referred to as "hot melts".
including. These adhesives are solid state up to about 175 ° C with the addition of suitable fillers
Hold and ensure that the package will reach when brazing to the printed circuit board.
Withstands instantaneous exposure to higher temperatures. Higher than melting temperature
When the temperature rises, the adhesive instantly melts into a low-viscosity liquid and the temperature
When it is lowered, it hardens immediately. Because the adhesive is thermoplastic, it does not melt / resolidify.
The process is repeated. Hot melt adhesive is ethylene and vinyl acetate
Combined (EVA), polyvinyl acetate (PVA), polyethylene, amorpha
Polypropylene, eg styrene and elastomeric segments or ether
Based on the amide and amide segments (ie thermoplastic elastomers)
Includes block copolymers, polyamides and polyesters. EVA is a favorite
It is a new hot melt adhesive.
The main advantage of using a thermoplastic polymer such as the first adhesive 22 is the packaging
Can be reopened after sealing to repair or replace the device
That is. Repair is not possible with thermosetting polymers such as epoxies.
FIG. 3 shows in cross section a window frame package 50 according to the present invention.
ing. The package has a base that can be a metal plate 52, and a semiconductor device.
A recessed central portion for receiving a vise may optionally be included. Metal pre
The hood 52 is made of any suitable material, preferably metal.
Most preferably it is made of um or an aluminum alloy. Semiconductor device 1
6 and the lead frame 20 electrically connected to the metal plate 52 and the window.
C. It is arranged between the frames 54. The first adhesive 22 is the lead frame 2
0 to both metal plate 52 and window frame 54
ing. The window frame 54 is made of plastic, metal or ceramics.
Made of any suitable material. The window frame 54 has a thermal expansion of the metal plate 52.
It is preferable to have a coefficient of thermal expansion approximately equal to the tonicity. Window frame 54
Most preferably, is made of the same material as metal plate 52.
By connecting the lead frame and electrically connecting the semiconductor device 16,
The generic plate 52 and the window frame 54 define a cavity 56.
This cavity 56 reaches the position of the sealing eye 58 of the window frame 54
It is filled with a compliant polymer 26. window
-Compliance or flexibility due to the large opening in the center of the frame 54
The compliant material is introduced by any suitable means, such as by injecting through a small diameter tube.
Be entered. Polymer that is compliant, that is, flexible, does not solidify into a gel
Then, the cover 60 is attached to the sealing surface 58 by the lidding adhesive 62.
Are combined. The lidding adhesive 62 may be any suitable material, such as thermosetting polymer, heat
It may be a plastic polymer or a brazing material. Of hot melt adhesive (ie EVA)
Such a thermoplastic polymer is preferable because the cover 60 can be attached and detached. Cover 60
Is any suitable material such as plastic, glass, ceramics or metal
Can be One option is to prevent heat from inducing package deflection.
In the preferred example, the cover 60 is made of the same material as the metal plate 52.
In the second embodiment of the invention, the cover 60 transmits certain wavelengths of electromagnetic radiation.
A glass that can be used is selected. Exposing some devices to electromagnetic radiation
Doing so erases the device's memory, and these devices normally
It is called M. The preferred cover is capable of transmitting ultraviolet (UV) light.
One transparent cover is made of quartz (silicon dioxide). Selected Compliant
The flexible polymer must also be transparent to ultraviolet (UV) radiation.
Must. This package is superior to other EPROM packages. Con
Fill the package cavity with a polymer that is compliant
Temperature changes and corresponding pressure changes will cause the glass cover to flex and
This can result in finding a path for ultraviolet (UV) radiation. The cover is a thermoplastic adhesive
Be able to seal and replace it if the glass is scratched.
The window frame package 50 of FIG. 3 can be a prior art package.
A semiconductor device 16 or a plurality of devices larger than
Can be stored within the contour. Solidified compliance or heavy with flexibility
Coalescing mitigates the destructive effects of exfoliation. Bond wire 28 is weaker inert than gold
It can be made of material and the cover 14 has a removable lid such as a thermoplastic polymer.
It can be sealed with the adhesive material 62.
In another embodiment of the present invention, the cover 60 may be omitted. Referring to FIG.
The window frame package 70 includes a base 52 and a window frame.
Have a cavity 54, which define a cavity 56. Lead frame 20
Coupled to both the window 52 and the first surface 72 of the window frame 54.
You. Typically, the leadframe is a first adhesive 22 such as a thermoplastic epoxy.
Be combined.
The semiconductor device 16 is coupled to the central portion of the base 52. Bond wire 28
Electrically connects the lead frame 20 to the semiconductor device 16. Therefore
A portion of the bitie 56 includes the inner lead of the lead frame 20, the bond wire 16 and
And the semiconductor device 16 are combined and occupied. The remaining space of the cavity 56 is substantially
It is filled with polymer 26. Polymer 26 fills cavity 56 and polymer 2
The outermost surface 74 of 6 is substantially flush with the second surface 76 of the window frame
Filled to a height high enough for The outermost surface 74 and the second surface 76 combine to form an electron
The top surface of the package 70 is formed.
The conditions detailed above are met, ie first of all the polymer is the package cap.
Which has a low viscosity to fill the bite 56 and then increases in viscosity during curing.
That polymer is suitable for this embodiment of the invention, and the epoxy potting compound is
preferable. After curing, epoxy is stiffer than silicone or similar materials and
Good resistance to shape and penetration.
The polymer 26 is a heat conductive and electrically insulating material such as silicon nitride, and has a semiconductor device.
It is preferred that a material be added to improve the dissipation of heat from the vice 16.
New In addition, the polymer 26 is infrared when brazing the outer portion of the lead frame 20.
It is preferred to have a black color to improve the absorption of radiation.
FIG. 5 shows another electronic package 80 of the present invention in cross section. This package
Page is the same as the electronic package 70 shown in FIG.
Including 82. The die attach paddle 82 is generally the same material as the lead frame 20,
Inside the opening defined by the inner lead 18, typically formed of copper or copper alloy
Is located in. The semiconductor device 16 is attached by a die attach adhesive 84 to the paddle.
82. After being electrically connected to the inner lead 18, the device /
The lead frame assembly is attached to the package base 12 by the pad mounting adhesive 31.
Are bound to each other. The lead frame 20 is used for the pad mounting adhesive and the base 12 and
And essentially the same as being bonded to the first surface 72 of the window frame 54.
It is preferably cured in the same time. Base 12 and window frame 5
The cavity 56 defined by 4 is then filled with a polymer 26 such as epoxy.
, The outer surface of the polymer 26 and the second surface 76 of the window frame 54 are packaged.
Forming a cover of the cage 80.
The purpose of electronic packaging is to reduce the thickness of the package. Target
The maximum thickness is 1.4 mm (0.055 inch). This target thickness is a package
The base and cover are at maximum 0 above or below the semiconductor device.
. It is required to be 25 mm (0.01 inch). Gold base and cover
If it is made of metal, the thin package is susceptible to deformation. Temperature during assembly or use
When the package is exposed to fluctuations, the air trapped in the package cavity
A pressure change occurs. These pressure fluctuations are the first to occur as with conventional packaging.
In addition to causing significant leakage through the adhesive, thin packages can handle these pressures.
Clearly deviations cause inward and outward deflection of the base and cover
Is shown. The outward deflection is the base (or if the cavity has a lower shape,
The bar) may contact the printed circuit board. The inward flex is the bond
It may contact the ear.
The degree of deformation largely depends on the cavity size. I hope the cavity gets bigger
The more severe the problem, the more severe the problem becomes. Cavity body for a given package contour
Since the main purpose of packaging is to increase the product, a thin metal package
In order to achieve the purpose, the rigidity must be increased.
FIG. 6 shows in cross section a metal electronic package 90 with increased rigidity. Pa
The package has a metal base 12 and a cover 14. Any gold cover
Although it can be made with metal, the cover will prevent the package from bending during heating and cooling.
To prevent it, it is preferable to have a coefficient of thermal expansion approximately the same as that of the base.
The base and cover should be made of copper, aluminum or their alloys
Are preferable, and most preferably formed of an aluminum alloy coated with an anodized layer.
Good.
The lead frame 20 is attached to the base 12 and the cover 14 with the first adhesive 22.
Be combined. The base 12 and the cover 14 define a cavity 24. Half
Conductor device 16 may be attached to base 12 either directly or by die attach paddle 32.
Be combined. The semiconductor device 16 is package-covered by the second adhesive 92.
It is also connected to 14. The second adhesive is electrically conductive on the electrically active surface of the semiconductor device 16.
Use any suitable non-conductive material to prevent the formation of an electrical short circuit.
It is a united adhesive. Also, the second adhesive should be non-corrosive to the electrically active surface.
I have to.
The adjusted volume of the second adhesive is applied to the semiconductor device before it is sealed by the cover 14.
Granted on the vise. The cover contacts the adhesive 92 during sealing and
Adhesive 22 to lead frame 20 and second adhesive 92 to
Both are coupled to the semiconductor device 16.
A vent hole 94 is provided to discharge the reaction product of the curing of the polymer.
Have been. Since the central portions of the base 12 and the cover 14 are extremely thin, the vent
Holes are thick perimeter to allow easy assembly and sealing
Is located in. The vent hole can be sealed by dropping polymer adhesive
You.
The electronic package 90 of FIG. 6 forms a rigid beam through its center.
This removes the flex of the package base and cover. However reduced thickness
After a short time, the bond wire 28 approaches the cover 14. Electric contact with the cover
A short circuit or direct a bond wire to an adjacent bond wire
Bend or break. These problems are eliminated in the embodiment shown in FIG.
. In the package 100 shown in the cross-sectional view of FIG. 7, the second adhesive 92 is a semiconductor.
A loop formed by wire bonding 28 that extends beyond the perimeter of device 16.
Has the same features as the package 90 of FIG. 6 except that it surrounds the top 102 of the package.
ing. The second adhesive surrounds the entire bond wire 28, with the bond wire inside
It is preferable to terminate slightly beyond the point where it is bonded to the lead 18. This fruit
According to embodiments, the bond wire is protected from corrosion and flexing and
Protected against permanent electrical insulation.
The advantages of the electronic package of the present invention will become more apparent from the examples below. This
These examples are intended to be illustrative, not limiting.
An example
Novarak-based epoxy thin film with a series of metal electronic package widths listed in Table 1
It was assembled with a seal ring. These packages are 28mm x 28mm
(1.1 inch x 1.1 inch) anodized aluminum base
Member and a cover member sealed to the 208 lead copper lead frame
I do. Assembled package has a relative humidity of 100% at 121 ° C for 200 hours.
It was placed in a pressure cooker and then tested for severe leaks. In Table 1
As shown, the package has a limit value of about 3.8 mm (0.150 inches).
Was.
The package cavity can be made compliant with the present invention.
2.54mm
Allowed assembly with packages of less than seal ring width.
To show the benefit of reducing the seal ring width, the example base part (filled
Unfilled cavities), seals available for mounting semiconductor devices
Dimensions (28 mm x 3.81 mm external dimensions; 20.4 mm x 3.81 mm
The inner diameter dimension) is as shown below. Ie
Base area Seal ring area = Usable area
(1) 784 mm2 -369 mm2 = 415 mm2
The cavity is made of a polymer that is compliant or flexible according to the present invention.
By filling, the adhesive seal width can be reduced by about 2.54 mm.
However, it is preferably in the range of about 1.25 mm to about 2.0 mm. Preferred range
At the upper limit of the enclosure, the seal width is 2.0 mm, which is used for mounting semiconductor devices.
The possible areas are as follows:
(2) 748 mm2 -246 mm2 = 538 mm2
The area available for mounting semiconductor devices is 123 mm2 Ie about 30
It increased by about%.
According to the present invention, there is provided a system which fully fulfills the objects, means and advantages mentioned above in the specification.
Provided for electronic packages that are sealed by narrowed adhesive
It is clear. The invention has been described with reference to its embodiments. Many alternatives, strange
Obviously, further modifications and variations will be apparent to the person skilled in the art in light of the above description.
is there. Accordingly, the spirit and broad scope of the appended claims should be covered.
It is intended to include all such alternatives, modifications and variations
Where it is.
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年3月18日
【補正内容】
請求の範囲
1.金属製ベース(52)、およびキャビティ(56)を画成する対向した第
一の面(72)および第二の面(76)を有するウィンドウ・フレーム(54)
と、
前記ベース(52)および前記ウィンドウ・フレーム(54)の間に配置され
たリードフレーム(20)と、
前記ベース(52)および前記ウィンドウ・フレーム(54)の前記第一の面
(72)の両者に対して前記リードフレーム(20)を接合する熱硬化性重合体
として選択された第一の接着材(22)と、
前記リードフレーム(20)に電気的に接続された半導体デバイス(16)で
あって、前記半導体デバイス(16)および前記リードフレーム(20)の一部
(18)が前記キャビティ(56)の一部を占有するようになされている前記半
導体デバイス(16)と、
前記キャビティ(56)の座部空間を実質的に占有する重合体(26)であっ
て、その最外面(74)が前記ウィンドウ・フレーム(54)の前記第二の面(
76)と実質的に同一平面である前記重合体(26)とを含むことを特徴とする
電子パッケージ(70)。
2.前記重合体(26)が粘性液体、ゲルおよびコンプライアンスすなわち柔
軟性を有するプラスチックが構成する群から選択されたことを特徴とする請求の
範囲第1項に記載された電子パッケージ(70)。
3.前記重合体(26)がエポキシであることを特徴とする請求の範囲第2項
に記載された電子パッケージ(70)。
4.前記エポキシ(26)が伝熱性の電気的に絶縁性の材料を添加されたこと
を特徴とする請求の範囲第3項に記載された電子パッケージ(70)。
5.前記ベース(52)および前記ウィンドウ・フレーム(54)がアルミニ
ウム合金で形成されており、少なくとも部分的に陽極酸化層で被覆されているこ
とを特徴とする請求の範囲第4項に記載された電子パッケージ(70)。
6.キャビティ(24)を画成する金属ベース(12)および金属カバー(1
4)と、
前記金属ベース(12)および前記金属カバー(14)の間に配置された内側
リード(18)を有するリードフレーム(20)と、
前記リードフレーム(20)を前記金属ベース(12)および前記金属カバー
(14)の両者に対して結合する熱硬化性重合体として選択された第一の重合体
接着材(22)と、
半導体デバイス(16)を前記金属ベース(12)に結合する接着材(31)
であって、前記半導体デバイス(16)は前記リードフレーム(20)に対して
電気的に接続されており、前記半導体デバイス(16)および前記リードフレー
ム(20)の一部(18)は前記キャビティ(24)の一部を占有するようにな
される前記接着材(31)と、
前記キャビティ(24)内に配置され、半導体デバイス(16)をカバー(1
4)に結合してパッケージ(90,100)の中心を通る剛性梁(ビーム)を形
成するようになす第二の重合体接着材(92)とを含むことを特徴とする電子パ
ッケージ(90,100)。
7.ベントホール(94)が前記カバー(14)の周辺部分を通して延在する
ことを特徴とする請求の範囲第6項に記載された電子パッケージ(90,100
)。
8.前記第二の接着材(92)がエポキシであることを特徴とする請求の範囲
第7項に記載された電子パッケージ(90,100)。
9.前記第二の接着材(92)が前記半導体デバイス(16)の一面の少なく
とも一部を超えて延在していることを特徴とする請求の範囲第7項に記載された
電子パッケージ(90,100)。
10.前記第二の接着材(92)が前記半導体デバイス(16)の周辺を超えて
延在し、また前記半導体デバイス(16)を前記リードフレーム(20)に電気
的に接続しているボンドワイヤ(28)を取囲んでおり、前記ボンドワイヤ(2
8)はそれが形成するループの頂部(102)を経てボンドワイヤ(28)が内
側リード(18)に結合される箇所で終端していることを特徴とする請求の範囲
第9項に記載された電子パッケージ(90,100)。
11.前記第二の接着材(92)が前記リードフレーム(20)の前記内側リー
ド(18)を取囲むように延在していることを特徴とする請求の範囲第10項に
記載された電子パッケージ(90,100)。
12.前記電気的パッケージ(90,100)の厚さが約1.4mm以下である
ことを特徴とする請求の範囲第11項に記載された電子パッケージ(90,10
0)。
13.前記半導体デバイス(16)の下側に位置する前記ベース(12)の部分
の厚さが約0.25mm以下であることを特徴とする請求の範囲第12項に記載
された電子パッケージ(90,100)。
14.前記ベース(12)および前記カバー(14)がともにアルミニウム合金
で形成され、陽極酸化層を少なくとも部分的に被覆されたことを特徴とする請求
の範囲第12項に記載された電子パッケージ(90,100)。[Procedure of Amendment] Article 184-8 of the Patent Act
[Submission date] March 18, 1996
[Correction contents]
The scope of the claims
1. A metallic base (52) and an opposing first defining a cavity (56)
Window frame (54) having one side (72) and a second side (76)
When,
Disposed between the base (52) and the window frame (54)
Lead frame (20),
The first surface of the base (52) and the window frame (54)
Thermosetting polymer for joining the lead frame (20) to both (72)
A first adhesive material (22) selected as
A semiconductor device (16) electrically connected to the lead frame (20)
A part of the semiconductor device (16) and the lead frame (20)
Said half adapted to occupy part of said cavity (56)
A conductor device (16),
A polymer (26) that substantially occupies the seat space of the cavity (56)
The outermost surface (74) of which is the second surface of the window frame (54) (
76) and the polymer (26) which is substantially coplanar.
Electronic package (70).
2. The polymer (26) is viscous liquid, gel and compliance or soft.
Claims characterized in that the flexible plastic is selected from the group consisting of
Electronic package (70) as set forth in claim 1.
3. A second claim in which the polymer (26) is an epoxy.
The electronic package (70) described in.
4. The epoxy (26) has been added with a heat conductive electrically insulating material
An electronic package (70) as set forth in claim 3.
5. The base (52) and the window frame (54) are made of aluminum.
Um alloy and at least partially covered by an anodization layer.
An electronic package (70) according to claim 4, characterized in that
6. A metal base (12) and a metal cover (1) defining a cavity (24).
4) and
An inner side disposed between the metal base (12) and the metal cover (14)
A lead frame (20) having leads (18);
The lead frame (20) is connected to the metal base (12) and the metal cover.
A first polymer selected as a thermosetting polymer that binds to both of (14).
Adhesive (22),
Adhesive (31) for bonding a semiconductor device (16) to the metal base (12)
And the semiconductor device (16) is connected to the lead frame (20).
Electrically connected to the semiconductor device (16) and the lead frame.
A portion (18) of the chamber (20) occupies a portion of the cavity (24).
Said adhesive material (31)
A semiconductor device (16) is disposed within the cavity (24) and covers the semiconductor device (16) (1
4) Combined with 4) to form a rigid beam that passes through the center of the package (90, 100).
And a second polymer adhesive (92) configured to
Package (90,100).
7. A vent hole (94) extends through the periphery of the cover (14)
The electronic package (90, 100) according to claim 6, characterized in that
).
8. The second adhesive material (92) is an epoxy.
The electronic package (90, 100) described in item 7.
9. The second adhesive material (92) is provided on one side of the semiconductor device (16)
Claim 7 characterized in that both extend over a part
Electronic package (90, 100).
Ten. The second adhesive material (92) extends beyond the periphery of the semiconductor device (16).
Electrically extending the semiconductor device (16) to the lead frame (20).
Surrounding the bond wire (28) that is electrically connected, said bond wire (2)
8) the bond wire (28) passes through the top (102) of the loop it forms.
Claims, characterized in that it terminates at the point where it is joined to the side lead (18).
The electronic package (90, 100) described in item 9.
11. The second adhesive material (92) is attached to the inner lead of the lead frame (20).
Claim 10 characterized in that it extends so as to surround the door (18).
Electronic package described (90, 100).
12. The electrical package (90, 100) has a thickness of about 1.4 mm or less.
The electronic package (90, 10) according to claim 11, characterized in that
0).
13. The portion of the base (12) located under the semiconductor device (16)
13. The thickness according to claim 12, wherein the thickness is less than about 0.25 mm.
Electronic package (90, 100).
14. Both the base (12) and the cover (14) are aluminum alloys
And at least partially coated with an anodized layer.
An electronic package (90, 100) according to item 12 of the above.
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(72)発明者 リアン,デクシン
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州モデスト,グレンドワー コート 3708
(72)発明者 マフリカル,ディーパク
アメリカ合衆国 06443 コネチカット州
マジソン,マートルシャムヒース レーン
20
(72)発明者 パスクアロニィ,アンソニー エム.
アメリカ合衆国 06514 コネチカット州
ハムデン,フェアビュー アベニュー
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