JPH0626223B2 - マイクロエレクトロニツクス半導体回路および積層回路を封止するための方法 - Google Patents

マイクロエレクトロニツクス半導体回路および積層回路を封止するための方法

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JPH0626223B2
JPH0626223B2 JP60505156A JP50515685A JPH0626223B2 JP H0626223 B2 JPH0626223 B2 JP H0626223B2 JP 60505156 A JP60505156 A JP 60505156A JP 50515685 A JP50515685 A JP 50515685A JP H0626223 B2 JPH0626223 B2 JP H0626223B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロエレクトロニツクス混成半導体回路
或いはマイクロエレクトロニツクス半導体構造要素を封
止するための方法に関する。
専門用の、医療用のおよび軍事用の適用のための高信頼
性のマイクロエレクトロニツクス回路は湿分痕跡或いは
腐食性の物質の作用に対して長期間の保護を必要とす
る。この目的のためには大抵は、気密に封隙溶接された
或いははんだ付けされている金属製の或いはセラミツク
製のケーシングが使用される。このようなケース、例え
ばコフアールケース並びに所属する封止技術、例えばロ
ールスポツト溶接機、環状プロジエクシヨン溶接機、電
子溶接機或いはレーザ光線溶接機或いはガラスはんだ技
術（Glaslottechnik）並びにガラス化技術（Angla sung
stechnik）は極めて経費を要したり或いは高価でありか
つマイクロエレクトロニツクス回路にとつては熱技術的
に問題がないわけではない。
従つて長年来、商業用のマイクロエレクトロニツクス製
品にあつて、なかんずく消費マイクロエレクトロニツク
ス製品にあつて有利と実証されている比較的価格も安い
並びに合理的な合成物質包装を専門用のマイクロエレク
トロニツクス回路のために品質改良するこが試みられて
きた。
この目的のために、例えばドイツ連邦共和国特許公報第
2 347 049 号、ドイツ連邦共和国特許出願公告公報第25
38 119 号、ドイツ連邦共和国特許出願公告公報第26 2
8 823 号、ドイツ連邦共和国特許出願公告公報第25 45
471 号、ドイツ連邦共和国公開公報第27 48 523 号、ド
イツ連邦共和国公開特許公報第26 56 139 号、ドイツ連
邦共和国公開特許公報31 37 480 号およびドイツ連邦共
和国公開特許公報第31 51 902 号に記載されている多数
の特殊な合成物質および鋳造技術が開発された。
しかし、提案された解決策によつては完全にガス密なお
よび水密な封隙は達せられないと言うことが明らかにな
つた。即ち、合成物質−封止の高い延び係数はセラミツ
ク境界面における比較的高い温度変動が生じた際張力と
これに伴い剥離と亀裂とを招く。従つて高い信頼性が求
められている際および熱的な衝撃応力が強い場合（−65
℃／+125℃）、合成物質封止は使用されない。MIL-M-38
510によつても、従来気密に溶接された或いははんだ付
けされた金属ケースおよびサラミツクケースが受入れら
れて来た。
更にドイツ連邦共和国特許公報第2 347 049 号から、ボ
ンデイングされた半導体回路を合成発泡物質から成る弾
性の被覆層で保護することが可能であることが知られて
いる。しかし、温度の交番負荷が強い場合特に発泡物質
クツシヨンにあつてはカプセル内において高い熱機械的
な張力を予測せねばならず、従つて境界面は分離し、湿
気もしくは腐食性の物質が継目に沿つて進入する。カプ
セルを避け、被覆層を直接延び係数がほぼ適合している
合成樹脂で鋳造した場合（ドイツ連邦共和国公開特許公
報第29 22 005 号）、水蒸気透過性もしくは非亀裂発生
性並びに非孔形成は保証されない。またエポキシ樹脂−
シリコンエラストマー組合わせの場合（ドイツ連邦共和
国公開特許公報第29 22 005 号）、交番する温度負荷が
強かつた際付着強度が僅かであるので剥離が予測され、
従つて毛ほどの亀裂にあつても湿気が全境界継目にわた
つて分散してしまう。更に、コンデンサを両側に合成物
質が積層された金属箔で湿気密に封止することが知られ
ている（ドイツ連邦共和国公開特許公報第25 51 778
号、ドイツ連邦共和国特許公報第15 14 478 号）。しか
しこの技術は幾何学に単純な構造要素形状と強力に付着
するように収縮作用を行う合成物質積層を前提とする。
ボンデイングされたＩＣ或いは小さい非連続の構造要素
を密接して備えている混成体を無圧状態で継目無く、空
隙無くかつ強力な付着性をもつて積層することは不可能
であり、従つて−６５℃と＋１２５℃間の温度交番負荷
の際、電気的な機能特性に影響を及ぼす剥離或いは線変
形が生じる。
即ちすべての公知の方法は、環境による作用に対する封
止の必要とする保護を保証するのには適していない。
本発明の目的は、合成物質包装の利点、なかんずく簡単
な、合理的な成形、良好な電気的な絶縁および僅かな材
料費を金属ケースおよびセラミツクケースの利点、即ち
熱機械的な耐衝撃性と密封性とを充分に組合せる方法を
造ることである。
これは本発明により、物質上に存在上に存在している構
造要素に軟らかい、シール可能な合成物質層を鋳込み、
合成物質−金属−複合箔で被覆し、引き続き合成樹脂で
封止することによつて達せられる。
回路および合成物質−金属−複合箔と固く結合してい
る、孔の無い、非腐食性のかつ軟弾性的な被覆による箔
の支持は金属箔との組合わせの下に従来生じてきた問題
を解決する。
本発明の詳細は第１項以降の請求の範囲および明細書か
ら明らかであり、以下に図面を基にして多数の実施例を
説明する。
第１図は本発明による方法により封止された回路の構造
を示す図、 第２図は第一の方法のステツプの概略図、 第３図は方法の第二のステツプの概略図。
第１図は本発明による方法により封止された回路の基本
構造を示している。
適当なのはAl2O3 から成る物質Ｓ上に例えばSi3N4で不
活性化されたマイクロエレクトロニツクス構造体Ｂが付
着しており、この構造体は金、アルミニウム或いは他の
高導電性の金属から成るボンデイングワイヤＤを介して
公知の様式で帯導体ＬＢと電気的に結合されている。こ
の構造体Ｂとボンデイングワイヤは軟らかい合成物質層
Ｗ内いに存在している。この合成物質層は箔Ｆで覆われ
ており、この箔は金属の層を含んでいる。この箔の構造
に関しては以下に詳しく述べる。最後に全体が高純度の
SiO2 充填材或いは白墨充填材を含んでいるエポキシ樹
脂Ｈで封止されている。
近年ワツカー社によつてシリコンおよび（約５０％）熱
可塑性のポリマーから成るエラストマー物質が開発さ
れ、使用に供されているが、このエラストマー物質は純
粋なシリコンエラストマー物質に比して高い機械的な強
度と構造部分、セラミツク材、金属等上への満足のゆく
付着並びに特に僅かな水蒸気透過性を有している点で優
れており、従つて被覆層として抜群に適している。この
ことに加えて本発明の根底をなす研究の枠内で、使用し
たエラストマーが熱圧縮により合成物質−箔と溶接する
ことができることが見出された。
これを基にして合成物質−金属層から成る複合系が得ら
れる。異なる延び係数、電気適な接触および他の難点は
このような解決策、例えば鋳造と蒸着技術の組合わせを
差当り阻害する。蒸着金属層はガス密ではなく、合成樹
脂、例えばエポキシ樹脂によつて熱の作用時におよび湿
分作用時に侵される。
即ち、本発明による完全な解決策は、例えばSi3N4 によ
つて不活性化され、物質Ｓ上にボンデイングされたマイ
クロエレクトロニツクス回路Ｂを作業温度範囲内で軟化
し、熱を加えることなくかつ亀裂無く成形可能な合成物
質−金属−複合箔Ｆでシール或いは接着可能であり、場
合によつては充分に充填されかつ著しく網状化された合
成樹脂Ｈで封止されかつ固化される合成物質層Ｗで被覆
することである。
本発明による方法を合理的に実施するには特に第２図に
図示したその成果が実証されている熱シール方法が良く
適している。
この際、方法段ａ）により先ずボンデイングされた構造
体Ｂは物質Ｓ上に存在している。ボンデイングワイヤＤ
はこの構造体Ｂを電気的に帯導体ＬＢと結合する。不活
性化材Ｐは不所望の腐食を阻止する。これらの予め調製
された回路がこの状態で先ず予加熱される。
次いで方法段ｂ）により低粘性の、液状のエラストマー
Ｗを載置する。これにより形成された層Ｗは熱シール可
能である。第三の方法段ｃ）において、金属−複合箔Ｆ
が載置され、約２００℃で加熱された中空ラムＳＴで軟
らかい層Ｗ上に圧着される。この場合、箔Ｆの層Ｗに面
した合成樹脂面が熱および圧力の作用の下にこの層Ｗと
結合する。次の冷却の際充填部材Ｗが固化する。次いで
打抜きの際に複合箔の成形を行うのが有利であることが
判つた。
次いで、場合によつては方法段ｄ）によりこれまでに造
られた要素をエポキシ樹脂Ｈと共に鋳込で覆う。第２ｅ
図に図示された最終生成物は第１図による最終生成物に
相当する。
即ちこの方法は、例えばポリオレフインで変性したシリ
コンがポリプロピレン箔と共に容易に１６０〜１９０℃
で加圧下に成形できかつシール可能であることを基礎と
している。内部金属層としては、特に圧延した銅箔或い
はアルミニウム箔、被覆材としては高純度のポリプロピ
レン−ポリエチレン箔、ポリエチレンテレフタレート
箔、ポリカーボネート箔、ポリアミド箔が該当する。層
剥離或いは亀裂形成はこのような複合箔には見られず、
ガス透過率および湿分透過率はエポキシ樹脂或いはシリ
コンエラストマー−包装におけるよりも数１０％だけ少
ない。拡散および透過は半導体回路とアルミニウム積層
との間の約１０〜１００μの厚み、しかもmm単位の長さ
の境界層に沿つて起こるに過ぎない。
圧延加工された、両側で電気的に絶縁された金属箔は上
記のことに加えて出力半導体回路或いは出力ハイブリツ
ド回路にあつて迅速な温度補償を容易にする。
箔を載置するには自体公知の自動的なダイボンダーを適
用するのが有利である。このダイボンダーを有利に同じ
作業工程において箔のための打抜き工具と連動させるの
が有利である。
第３図は本発明による方法の他の実施形を示している。
この場合、内部部分Ti と外部部分Ta とから成る担持
体上には構造要素を含んでいる物質Ｓが存在している。
物質の縁部は担持体の内部部分Tiを越えて突出してお
り、背面にははんだスポツトＬＫがプリントされてい
る。帯導体は誘電層を有する厚膜−スクリーンプリント
にあつてははんだスポツトに対して絶縁されている。方
法段ｂ）は第２図による実施例におけると同じように行
われる。
方法段ｃ）にあつては、即ち箔を載置する際には構造要
素のトポロジーに相応して予成形された箔Ｆが使用され
る。同様にラムＳＴは箔の賦形形状に適合されている。
箔を載置した後この箔は担持体の外部部分ＴＡを外した
後物質の縁部において折返され、第３図に相応してはん
だスポツトではんだ付けされる。引き続き要素はエポキ
シ樹脂Ｈで鋳込まれる。
片面が積層された銅箔がはんだ付けに特に適している。
エポキシ樹脂−石英−鋳込み物は機械的な保護として役
立つ。
以下に三つの実施例を記載する。
例１ チツプもしくは不活性化された半導体回路をキヤリヤ上
に載せ、接続部にボンデイングする。チツプ並びにすべ
てボンデイング接続部を低粘性の、極めて僅かなガス透
過性および水蒸気透過性、高い可撓性およびシール可能
性を特徴とする合成物質で被覆する。この場合、ポリオ
レフイン変性したベンジン中のシリコン−溶液をｐ−メ
チルジシロキサン−メチルメタアクリレートをベースと
した物質上に塗布する。
ポリプロピレン-（７５μ）、アルミニウム−（１０
μ）、ポリエチレンテレフタレート−（５μ）−複合箔
から熱時（約１２０℃）にチツプ用に寸法を定められた
キヤツプを打抜き、ダイボンダーでチツプ−キヤリヤを
越えて折返し、加熱した中空ラムで軟鋳込み物と共に密
にシールする。約１８０℃に加熱された中空ラムは箔を
液状の軟鋳込み物質と共に、シール層が約２０μ以下に
なるように物質上に圧着する。引き続き高純度の可撓性
のエポキシ樹脂−石英粉末−鋳込み物質共にキヤツプも
しくは封止した回路を鋳込む。鋳込み物質としては以下
の成分 １００重量部 T.ENC 1280(CIBA) １２０重量部 T.ドデセイルこはく酸無水物 ０．５ 重量部 T.ピペリジン ２ 重量部 T.ｐ−メチルシロキサン−メチルメタアク
リレート ３００重量部 T.真空乾燥した高純度の石英粉末（Ｘ＝
３０μ） から成る樹脂が適している。
チクソトロープの鋳込み物質を１４０℃で混合して塗布
し、５時間で硬化させる。
例２ 半導体チツプを有している層厚−混成回路と離れ離れに
なつている構造要素を加熱したポリエチレン／キシロー
ル−溶液で積層し、適当に裁断した、場合によつては予
備成形した複合箔で覆い、物質に圧着し、貼着もしくは
シールする。引き続き封止された混成回路の周囲を充填
したエポキシ樹脂で圧着もしくは鋳込む。
例３ ボンデイングした混成回路を約１００℃に予備加熱し、
真空保持装置上に載せ、回路に相当して予備打抜きしか
つ予備成形した銅−（２５μ）−粘着箔で覆う。
回路の帯導体をスクリーンプリントの際所定の接触位置
もしくははんだ付け位置において誘導ペーストで重ね積
層する。箔シール以前にこれらの位置をはんだ付けペー
ストでプリントする。
真空下で箔を打抜き、樹脂でシールし、引き続きはんだ
付けし、周囲を充填されたエポキシ樹脂で圧着するか或
いは鋳込む。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラフ・フオン・リユ‐テイツヒアウ・ハ ラルト ドイツ連邦共和国、デ−‐7312 キルヒハ イム（テツク）‐エートリンゲン、アウ フ、デム、ベルク、２ (56)参考文献 特開 昭54−82655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−172253（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−11652（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭49−5198（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マイクロエレクトロニツクス混成半導体回
    路或いはマイクロエレクトロニツクス半導体構造要素を
    封止する方法において、 −物質（Ｓ）上に存在している構造要素（Ｂ）を軟ら
    かいシール可能な合成物質（Ｗ）で鋳込み、 −第一の層が１０〜１００μの層厚、特に７５μの層厚
    を有するシール可能なポリオレフイン、特にポリプロピ
    レンから成り、 −第二の層が０．２５μ〜２５０μの層厚、特に１０〜
    ３０μの層厚を有する成形可能な金属、特にアルミニウ
    ムから成り、 −第三の層が１〜１００μの層厚、特に１０μの層厚を
    有する貼着可能なポリエステル、特にポリエチレンテレ
    フタレートから成る、 三つの層から成る合成物質−金属−複合箔（Ｆ）で被覆
    し、引き続き構造要素と箔を合成物質（Ｈ）で、 −箔の第一の層がシール可能な充填材（Ｗ）と、 −第三の層が合成物質（Ｈ）と 結合されるように 封止することを特徴とする、マイクロエレクトロニツク
    ス混成半導体回路或いはマイクロエレクトロニツクス半
    導体構造要素を封止するための方法。
  2. 【請求項２】マイクロエレクトロニツクス混成半導体回
    路或いはマイクロエレクトロニツクス半導体構造要素を
    封止するための方法において、 −物質（Ｓ）上に存在する構造要素（Ｂ）を軟らかいシ
    ール可能な合成物質層（Ｗ）で鋳込み、 −第一の層が１０〜１００μの層厚、特に７５μの層厚
    を有するシール可能なポリオレフイン、特にポリプロピ
    レンから成り、 −第二の層が０．２５μ〜２５０μの層厚、特に１０〜
    ３０μの層厚を有している成形可能なかつはんだ付け可
    能な金属、特に銅から成る二つの層から成る合成物質−
    金属−複合箔（Ｆ）で被覆し、 −かつ箔が合成物質側と共に内方に折返されており、か
    つ予め物質（Ｓ）上にプリントされているはんだスポツ
    ト（LK）と湿気密にはんだ付けされており、 −引き続き構造要素と箔を合成物質（Ｈ）で封止するこ
    とを特徴とする、マイクロエレクトロニツクス混成半導
    体回路或いはマイクロエレクトロニツクス半導体構造要
    素を封止するための方法。
  3. 【請求項３】鋳込むために、高純度の、回路素子に対し
    て不活性な、低粘性の、かつ半導体回路および複合箔に
    対して明白な付着特性を備えている可撓性のエポキシ樹
    脂を使用する、請求の範囲第１項或いは第２項に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】鋳込ために、高純度の軟らかい、半導体回
    路に対して不活性な熱時シール可能な、特にポリオレフ
    インを含有している、変性したシリコン或いはシリコン
    −ふつ素をベースとしているシリコン接着剤から成る被
    覆材を使用する、請求の範囲第１項或いは第２項に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】基体および箔から成る複合系を３０〜２５
    ０℃、特に１６０〜１９０℃の温度、１〜５０バール、
    特に５〜１０バールの圧力で配線もしくはボンデング位
    置の外部において加熱シール成形により造る上記請求の
    範囲のいずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】加熱および成形のために加熱可能な中空ラ
    ム（ＳＴ）或いは鋳型を使用する、上記請求の範囲のい
    ずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】複合箔封止材を設ける、請求の範囲第６項
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】マイクロエレクトロニツクス混成半導体回
    路において、物質（Ｓ）上に存在している構造要素
    （Ｂ）が軟らかいシール可能な合成物質層（Ｗ）内に鋳
    込まれており、かつ合成物質−金属−複合箔（Ｆ）で被
    覆されており、引き続き合成樹脂（Ｈ）で封止されてい
    る、マイクロエレクトロニツクス混成半導体回路。
  9. 【請求項９】箔（Ｆ）が、その第一の層が１０〜１００
    μの層厚、特に７５μの層厚を有するシール可能なポリ
    オレフイン、特にポリプロピレンから成り、第二の層が
    ０．２５μ〜２５０μの層厚、特に１０〜３０μの層厚
    を有する成形可能な金属、特にアルミニウムから成り、
    第三の層が１〜１００μの層厚、特に１０μの層厚を有
    する粘着可能なポリエステル、特にポリエチレンテレフ
    タレートから成る三つの層から成り、かつ箔の第一の層
    がシール可能な充填材（Ｗ）と、第三の層が合成物質
    （Ｈ）と結合されている、請求の範囲第８項に記載のマ
    イクロニツクス混成半導体回路。
  10. 【請求項１０】箔（Ｆ）が、第一の層が１０〜１００μ
    の層厚、特に７５μの層厚を有しているシール可能なポ
    リオレフイン、特にポリプロピレンから成り、第二の層
    が０．２５μ〜２５０μの層厚、特に１０〜３０μの層
    厚を有している変形可能なかつはんだ付け可能な金属、
    特に銅から成る二つの層から成り、箔が合成物質側と共
    に内側に折返されており、予め物質（Ｓ）上にプリント
    されているはんだスポツト（ＬＫ）と湿気密にはんだ付
    けされている、請求の範囲第８項に記載のマイクロエレ
    クトロニツクス混成半導体回路。
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