【発明の詳細な説明】
配置可能接着剤によりシールされた電子パッケージ
本発明は、一般的にカプセルに入れられた集積回路のような電子素子のための
パッケージに関する。更に詳細には、本発明は、液状接着剤にて互いに接合され
たベースとカバーとを有する電子パッケージに関する。
Ｈａｓｃｏｅ氏に付与された米国特許４，１０５，８６１にて開示されたよう
な接着剤にてシールされた電子パッケージが、シリコンベース半導体集積回路の
ような電子素子を内封するのに用いられている。接着剤シール電子パッケージは
、廉価であって、最も厳格な軍事規格を受け入れ得る信頼レベルを提供できる。
このパッケージの一つのタイプは、Ｍａｈｕｌｉｋａｒ氏他に付与された米国特
許４，８９７，５０８及び４，９３９，３１６に開示されているように金属のベ
ースとカバーとを有している。
また、米国特許４，３９３，３１５は、アルミニウム或いはアルミニウム合金
のベース、カバー部材を開示している。エポキシ樹脂のようなポリマー接着剤が
、リードフレームを両者に封止させていた。
ポリマー接着剤は、所望の厚さの可撓性シートとして提供される。予め形成さ
れたウインドウフレームが、シートから機械的に打ち抜かれる（stamp）。固定
部材を用いて、別々のポリマーウインドウフレームが、それぞれベースとカバー
との上に並べられる。該パッケージ部材は、ポリマー封止剤を硬化させるため加
熱される。構成されたパッケージは、高い信頼性と、金属部材を介して優れた熱
拡散性とを有している。シート接着剤を用いることの１つの問題点は、ウインド
ウフレームの打ち抜き後に残る打ち抜きクズにある。ポリマーはリサイクルが難
しく、ウインドウフレームは狭く仕切られるため、９０％までの接着剤が、打ち
抜きクズになってしまうことがある。大量のクズは、また、パッケージのコスト
にも影響している。
シート接着剤の更なる問題点は、適切な調節を確実にするために、組み立て作
業にて精密な加工を必要することにある。それぞれのサイズのパッケージとリー
ドフレーム構造のために専用に設計された固定部材が、パッケージのコストに影
響を与えていた。
このため、電子パッケージ部材へのポリマー密封剤を提供する方法を改良する
ことが必要となった。本発明の１つの目的は、パッケージ部材の境界線に液状接
着剤を配置する方法を提供することにある。本発明の特徴は、パッケージの厚さ
を制御し、また、押し出される接着剤を最小にするために、液状接着剤の粘性を
規定することにある。本発明の他の特徴は、液状接着剤の硬化サイクルを、接着
フィルムによるものよりも短くして、製造時間を短縮することにある。
本発明の１つの利点は、クズの量が最小となり、電子パッケージのコストと、
クズをリサイクル、即ち、処理する必要性を削減することにある。本発明の他の
利点は、間紙（paper interleaving）が必要とされず、接着剤の不純物を最小に
することにある。更に、本発明の他の利点は、薄い接着剤を用いることにより、
リードフレームを金属ベース及びカバーに近づけ、リードフレームからの熱の拡
散性を改善することにある。リードフレームの隣接するリード間の相互インダク
タンスが大いに減少され、薄い接着剤がリードの共面性（coplanarity）を改善
する。
本発明によれば、電子パッケージの組み立て方法と、その方法で組み立てられ
るパッケージとが提供される。パッケージを組み立てる方法は、第１接着剤をベ
ース部材の上に配置するステップを含む。リードフレームは、第１接着剤に被せ
られるリードフレームの反対側に配置された第２液状接着剤と該第１液状接着剤
とに支持される。カバー部材が該リードフレーム上に配置され、第２液状接着剤
に支持される。そして、該パッケージ組み立て体が、液状封止剤を硬化するため
に加熱される。
本発明の１つの実施例において、少なくともベースとカバーとの１つが、液状
接着剤を支持するため部材の境界線に隣接するチャンネルを有している。リード
フレームがベースとカバーとの間に配置され、両者に接着剤でボンドされている
。
以上記述した本発明の目的、特徴及び利点は、以下の図面を参照して添付の明
細書から更に明瞭になるであろう。
第１図は、従来技術で知られている金属電子パッケージの拡大された等寸図で
ある。
第２図は、従来技術で知られている接着剤のウインドウフレームを打ち抜いた
エポキシシートの平面図である。
第３図は、配置可能液状接着剤を有する電子ベースの平面図である。
第４図は、第３図のベースを表す断面図である。
第５図は、第１液状接着剤によって支持されたリードフレームの平面図である
。
第６図は、第５図に示すパッケージ組み立て体を表す断面図である。
第７図は、第２液状接着剤を含むパッケージ組み立て体の平面図である。
第８図は、第７図の組み立て体を表す断面図である。
第９図は、本発明の方法に基づき組み立てられた電子パッケージを示す図であ
る。
第１０図は、接着剤維持チャンネルを有するパッケージベースを表す断面図で
ある。
第１１図は、接着剤維持チャンネルを含むカバーとベースから組み立てられた
金属電子パッケージを表す断面図である。
第１２図は、リードフレームを支持する第２チャンネルと接着剤維持チャンネ
ルとの両方を有する電子パッケージの平面図である。
第１３図は、第１２図のパッケージベースを表す断面図である。
第１４図は、リードの電気絶縁を表す第１２図の実施例に基づくベースとカバ
ーとを結合した金属電子パッケージの端面図である。
第１図は、従来技術において知られている接着剤でシールされた電子パッケー
ジ１０の拡大等価図である。接着剤シール電子パッケージ１０は、ベース部材１
２とカバー部材１４とを有している。該ベース部材１２とカバー部材１４とは、
セラミックス、モールドプラスチック、金属等の種々の物質で作られている。銅
、アルミニウム、これらの合金のような金属性の物質が適用可能である。該金属
の高い熱導電性が、内封されている半導体素子からの熱を効率的に拡散する。
リードフレーム１６が、該ベース部材１２とカバー部材１４との両方に接着剤
でボンドされると共に、両者間に配置される。一般的にウインドウフレームの形
に形成された第１接着シート１８が、ベース部材１２をリードフレーム１６の一
方の面にボンドさせる。接着シート２０の形の第２ウインドウフレームは、該リ
ードフレーム１６の他方の面をカバー部材１４に結合させる。
接着剤シール電子パッケージ１０の組み立てにおいて、ベース部材１２、第１
接着シート１８、リードフレーム１６、第２接着シート２０、カバー部材１４の
５つの部材が、組み立てのための機械固定部材に正確に並べられなければならな
い。それぞれのサイズのパッケージやリードフレーム構造のために異なる固定部
材が必要とされた。
第１接着シート１８と第２接着シート２０とは、相対的に厚く、０．１３mm（
０．００５inch）から０．５１mm（０．０２０inch）のオーダである。封止にお
いて加熱されると、接着シートは液体となるが、重量やバネ挟持等の外部からの
力が加えられない限り流れ出すことはない。過剰な流れが、接着剤でリードフレ
ーム１２の内部リード２２を覆うことがある。内部リード２２上の接着剤は、ワ
イヤーボンディングによる半導体素子（図示せず）との電気接続に対して影響を
与える。また、過剰な流れが、接着剤でリードフレーム１６の外部リードを覆う
ことがあった。外部リード上の接着剤は、リードの処理（trimming）及び形成、
テストソケットへのパッケージ組み立て体の取り付け（fitting）、及び、外部
リードのハンダメッキに影響を与える。
ベースとカバーとに加えられる圧力の臨界的なバランスが、従来技術の組み立
処理において必要とされた。不適切な圧力が接着剤の不適切な流れを引き起こし
、部材／接着剤の小孔が汚染物質の侵入に影響した。過剰な圧力が、接着剤の制
御不能な流れを引き起こし、外部又は／及び内部リードを覆う可能性があった。
過剰な接着剤の流れの問題を解決する対策の一つとして、接着シートの厚さを
薄くする方法がある。この解決策は、限定された成功しかもたらさない。第２図
を参照し、接着シートリボン２４の一部が平面図に示されている。該接着シート
リボン２４は、接着剤ウインドウフレーム２６よりも僅かに大きな幅（例えば、
２．５cm、１inch）で、例えば３０−７５ｍ（１００−２５０feet）の長さで提
供されている。ウインドウフレーム２６は、該接着シートリボン２４から機械的
に打ち抜かれて（stamp）いる。該接着シートリボンの厚さは、該接着シートリ
ボンに加わる張力がこれを引き延ばさないように十分にしなければならない。ま
た、
この厚さは、該ウインドウフレーム２６が組み立てにおいて機械的に扱い得るよ
うに十分でなければならない。一般的に、最小で０．１３mm（０．００５inch）
の厚さが要求される。それぞれのパッケージが２つのウインドウフレーム２６を
備える結果、ポリマーの厚さは少なくとも０．２５mm（０．０１０inch）となる
。
該接着シートリボン２４は、打ち抜きのためにコイル状に提供される。接着シ
ートリボン２４自身の固着を防ぐために、間紙が該接着シートと共に通常コイル
にされていた。該間紙は、典型的にはコートされた紙で、問題を引き起こすこと
があった。組み立てられたパッケージの幾つかの不純物は、間紙の材質に起因し
ている。
第３図は、本発明の組み立て処理の第１ステップを示している。この組み立て
処理は、従来技術の問題点を解決している。ダイ−パドルアタッチ（die-paddle
-attach）２８が、ベース部材１２の中央位置に設けられている。リードフレー
ムが中央に配置されたパドルを有するか否かによって、ダイ−パドルアタッチ２
８が、ベース部材１２への半導体ダイの直接ボンデング用であることもあり、ま
た、該ベースへのパドルに付けられることもある。幾つかの電子パッケージにお
いて、パドルがボンディングを経ずに機械的にベース部材１２に接続されること
がある。この実施例において、ダイ−パドルアタッチ２８は省略されている。
ダイ−パドルアタッチ２８が半導体ダイをパッケージベース部材１２に取り付
けるためのものであるなら、ハンダ、封止ガラス、ポリマー接着剤等のいずれか
の好適なダイ取り付け物質を用いることができる。好適なハンダには、鉛−スズ
、金−スズ合金が含まれる。封止ガラス、ポリマー接着剤のような誘電体封止剤
は、熱の拡散性を高めるための銀粉のような熱導電性物質が典型的には混入され
ている。ベース部材１２が、アルミニウム、銅合金のような高い熱拡散係数の金
属であるなら、通常ダイ−パドルアタッチ２８は、シリコンベース半導体ダイと
パッケージベースとの間の熱拡散の不適合の係数を補償するコンプリアントポリ
マー（compliant polymer）である。この代わりに、Ｆｉｓｔｅｒ氏他に付与さ
れた米国特許４，８７２，０４７号に開示されているバッファされたダイアタッ
チを用いることもできる。
ダイアタッチと同じ物質がパドルアタッチのために好適である。リードフレー
ムの熱拡散係数がベースのものと近似しているなら、鉛−スズのようなハンダ合
金を用いることができる。熱拡散の不適合の係数が大きいなら、コンプリアント
ポリマーが好適である。
第１接着剤３０は、ベース１２の境界線３１に隣接して置かれる。該接着剤は
、熱可塑性或いは熱硬化性のポリマーのような好適な物質から成ることができる
。１つの好適な接着剤は熱硬化エポキシである。配置厚さは、リードフレームと
金属パッケージ部材との接触を効果的に防ぎ得る最小のものであることが望まし
い。典型的には、接着剤の厚さは、約０．０２５mmから約０．２５mm（０．００
１−０．０１０inch）であり、好適には、約０．２５mmから約０．０７６mm（０
．００１−０．００３inch）である。
第１液状接着剤３０は、境界線３１へ延在することができるが、該接着剤を境
界線から分離するギャップ３２が、約０．１３mmから１．３mm（０．００５−０
．０５inch）までであることが望ましい。好適には、該ギャップは、約０．０２
５mmから約０．６４mm（０．０１−０．２５inch）である。該ギャップ３２は、
誤って配置された第１液状接着剤３０がパッケージの側面を汚すことを防ぎ、配
置とパッケージ密封に続く接着剤の流れのための領域を提供する。
第４図は、第１液状接着剤３０とダイ−パドルアタッチ２８の配置に続くベー
ス部材１２を表す断面図を示している。第１接着剤３０は、スクリーン印刷、ダ
イレクトライティング（direct writing）等の好適な手法により配置される。ダ
イレクトライティングについては、ハイブリッド回路技術（１９８９年４月）に
Ｍａｔｈｉａｓ氏による論文中に開示されている。ベース部材１２は、振動や他
の外部からの動きから隔絶されたライティングプラットホームの上に載置される
。該ライティングプラットホームは、０．００２５mm（０．０００１inch）の精
度と反復性を有する精密Ｘ−Ｙテーブルである。ポンプが、注射針やライティン
グペンのような配置システムへ所望の粘性を有する接着剤を送る。コンピュータ
援助設計（ＣＡＤ）システムが、該配置システムにてベース部材１２でＸ−Ｙテ
ーブルを位置決めし、第１接着剤３０を所望の厚さ及びパターンに配置する。
第５図に示すようにリードフレーム１６が、第１接着剤３０の上に配置される
とき、該リードフレームは、該接着剤の粘度に基づくき制御された距離沈む。該
第１接着剤３０は、約１０パスカル・秒（１０，０００centipoise）から約５０
０Ｐａ・Ｓ（５００，０００centipoise）の室温粘性を有している。更に好適に
は、粘性は約２０Ｐａ・Ｓ（２０，０００centipoise）から約１００Ｐａ・Ｓ（
１００，０００centipoise）である。出願人は、０．１５mm（０．００６inch）
の厚みを有する液状接着剤では、銅合金リードフレームは、粘性が約２００Ｐａ
・Ｓ（２００，０００centipoise）のときに全く沈まないと断定する。粘性が約
４０Ｐａ・Ｓ（４０，０００centipoise）のとき、リードフレームが約０．１mm
（０．００４inch）沈み、ベース部材１２とリードフレームとの間の間隔は、約
０．５１mm（０．００２inch）となる。
リードフレームの隣接するリード間の相互インダクタンスを低減するため、リ
ードフレームと金属パッケージ部材との間の間隔を最小にすることが望ましい。
約２０Ｐａ・Ｓ（２０，０００centipoise）以下の粘性では、リードフレームは
、配置された第１接着剤３０を介して完全に沈み込み、金属ベース部材１２と接
触して電気的短絡を発生させることがある。誘電体層を、電気的短絡を防止する
ためにベース部材１２の表面３４に配置することができる。第１接着剤３０の最
小の厚みを、リードフレームとベースとの間に配置されたベースの残りからリー
ドフレームを、少なくとも効率的に電気的絶縁し得ようにすることが望ましい。
ダイアタッチパドル３６を任意に有し得るリードフレーム１６は、該リードの
中央位置３８が第１接着剤３０と接触するように配置される。少なくとも１つの
半導体素子４０が、該ダイアタッチパドルにボンドされ、内部リード２２と電気
的に相互接続される。電気的な相互接続は、テープ自動ボンディングのような金
属箔の薄いストライプ或いはワイヤーボンドである。ダイアタッチパドル３６が
用いられない場合には、半導体素子４０は、ダイアタッチ接着剤或いはバッファ
ダイアタッチシステムによってベース部材１２に直接ボンドされる。
第６図は、断面図にて第５図の組み立て体を示している。ダイ−パドルアタッ
チ２８と第１接着剤３０とはこのとき硬化されない。第１接着剤３０の粘性は、
ベース部材１２の表面３４とリードフレームとの間の所望のギャップ４４を維持
する。
第７図に示すように、第２液状接着剤４６は、スクリーン印刷またはダイレク
トライティングによって配置され、第１液状接着剤とリードの中央部分とに被せ
られる。第１液状接着剤３０と第２液状接着剤４６との並べ方について第８図に
示されている。第２液状接着剤４６が、第１液状接着剤と構造的に同一である必
要はない。しかしながら、同じ接着剤を用いることで、必要とされる接着剤の数
を最小にすることができ、組み立て処理を簡易化できる。出願人は、２つのポリ
マー接着剤の間の粘着性は、一方が予め硬化されているときには低い事を認識し
ている。第１及び第２配置可能接着剤の両方が同じ組み立てステップにて硬化さ
れるとき、接着性は改善される。
第２接着剤の上にカバー部材１４の配置され、第９図に示すようにパッケージ
組み立て体が完成する。パッケージ４８は、次に熱的に硬化される。
第１及び第２液状接着剤のための好適な接着剤としては、Ｄｅｘｔｅr社のＨ
ｙｓｏｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（カルフォルニア ピッバーグ）により製造されて
いるＥ９４５９のようなエポキシがある。該エポキシは、１−１０分の１７５゜
Ｃ−２２５゜Ｃの加熱により硬化する。液状接着剤の硬化サイクルは、エポキシ
シート接着剤を組み立てに用いることに比較して、パッケージが熱に晒される時
間を大幅に短縮させる。従来技術のエポキシシートは、９０分以上の約１８０゜
Ｃの硬化温度を典型的に必要とする。接着剤封止の信頼性と半導体素子の集積度
との両方が、熱的に晒される時間を最小にすることにより改善される。
もしも配置された液状接着剤の硬化サイクルがダイ−パドルアタッチを硬化さ
せるのに不十分であるなら、次の硬化焼成（例えば、約３０分から２時間、１６
０°Ｃ−１９０°Ｃ）が必要とされることがある。
金属ベース及びカバー部材とリードフレームとの間の間隔とが最小にすること
が、隣接するリード間の相互インダクタンスを減少させるために好適である。こ
の目的を達成する１つの方法は、第１０図に示すベース部材５０を用いることで
ある。液状接着剤維持チャンネル５２が、該ベースに形成されている。液状接着
剤維持チャンネル５２は、ベースにモールドされ、研磨、或いは、他の手段によ
り形成され得る。１つの好適な手法は、印圧加工である。印圧加工において、金
属クズの発生を避け機械的引き抜くことを行わず、金属が移送される。金属ベー
ス部材の好適な金属は、銅及びアルミニウム合金であり、印圧加工のような歪み
処理における、可塑性及び馴染み性（amenable）を有する。
該液状接着剤維持チャンネル５２は、約０．６３mmから約５．１mm（０．０２
５−０．２００inch）の幅を有する。半導体素子を載置する領域５４を最大にす
るため封止幅を最小にすることが望ましい。液状接着剤維持チャンネル５２の幅
は、約０．１３mmから約２．５５mm（０．０５０−０．１００inch）であること
が望ましい。チャンネルの深さは、リードフレームをパッケージ部材にボンドす
る接着剤を効率的に提供するために十分な量である。望ましくは、深さが、約０
．１２７mmから約２．５４mm（０．００５−０．１０inch）である。好適な深さ
は、約０．１２７mmから約０．１２７mm（０．００５−０．０５inch）である。
第１１図に示されているように、カバー部材５６には、液状接着剤維持チャン
ネル５２が同様に構成されている。両方のチャンネルは、液状接着剤５８で満た
され、リードフレーム１６へボンドされている。
該液状接着剤５８は、リードフレーム１６の中央位置に接触し、毛細力（capi
llary force）で組み立て体の端部と蓋の窪みの内部端部へ延在するが、それ以
上は行かない。ワイヤーボンディングは、ポリマー接着剤の存在に阻害されない
。ベースとカバーとがポリマー、セラミック、或いは、他の誘電体であるなら、
パッケージ６０は、電子パッケージの適用において好適である。ベース部材５０
とカバー部材５６とが金属であるときには、少なくともリードフレーム１６と接
触する部材の表面には、誘電体手段６２が配置されなければならない。該誘電体
手段６２は、ポリマー層或いは酸化層であり得る。ベース及びカバーがアルミニ
ウム或いはアルミニウム合金から成るときには、好適な誘電体は酸化皮膜層であ
る。ベースとカバーとが耐熱性酸化層を形成しない銅のような金属から形成され
るときには、Ｃｒａｎｅ氏他に付与された米国特許４，８８８，４９９に開示さ
れているようにニッケルのような耐熱酸化物を形成する他の金属で、該銅部材を
コートすることができる。
該誘電体層６２は、リードを効率的に電気絶縁し得る限り薄い方が良い。酸化
皮膜層において、厚さは典型的には約０．００７５mmから約０．０５１mm（０．
０００３−０．０２inch）である。
液状接着剤維持チャンネル５２は、先ず液状接着剤を維持することを意図され
ている。ウインドウフレームシート接着剤或いは他のタイプの接着剤が、リード
に沿って流れる接着剤が毛細力によって制限されるように、同様にチャンネル内
に一部維持されることがある。
該電子パッケージ６０は、従来技術のパッケージと比較して相互インタクタン
スを減少し得る。第１２図〜第１４図に示すパッケージの実施例にて、更なる改
良が得られる。平面に直列に並べられた複数のリードを有する電子パッケージは
、いずれかのリードと隣接するリードとの容量結合と誘導分とによって性能上の
制限を受ける。これは、複数の信号リードが直接に配置されときに特に当てはま
る。この結合が、スイッチされない相互接続リード上に電圧ノイズを引き起こし
、これが次に、シリコンチップ回路の望まれないスイッチの原因となって、同時
にスイッチを行い、例えば素子のようなシリコンチップ回路の数を制限した。こ
の制限が、シリコンチップの全ての性能に影響した。
この実施例において、パッケージベース部材７０は、リードの下のグランド面
にフローティングかアクティブかのいずれかである。パッケージベース、即ち、
該グランド面はリードとリードとの間に延在する。リード間の延在は、第１２図
に示すそれぞれ独立した信号リード間か、或いは、リードのグループ間である。
ベース部材７０は、アクティブグランドであり得る。例えば、グランド手段にハ
ンダ付けされ、又は、ボルトされ、グランド面へ電気接合されている。
ベース部材７０は、液状接着剤維持チャンネル５２と共に交差リードフレーム
受けチャンネル７２を含む。ベースとカバーとが互いに用いられるとき、電気的
絶縁を防ぐため、液状接着剤がリードフレームを取り巻くリードフレームチャン
ネル７２へ液状接着剤維持チャンネル５２から流れるように、十分な液状接着剤
が液状接着剤維持チャンネル５２へ配置される。第１４図に示すように、それぞ
れのリードと間にグランドが延在し、相互インダクタンスが十分に低減され或い
は取り除かれるように、該リード1６は、組み合わせ突出部７６で取り囲まれて
いる。
該組み合わせ突出部７６は、液状接着剤に限定されず、同様に接着剤シート或
いは、封止ガラスに適用できる。該組み合わせ突出部７６は、ベース、カバー、
或いは、これらの両方から延在できる。
該突出部７６の高さは、全体漏れ故障（gross leak failure）を引き起こし、
不純物侵入の機会を与える接着剤の孔部の形成を防ぐために、接着剤の厚さ以下
にすべきである。該突出部がリードフレームと同じ高さであるなら、該突出部は
共に配置されるベースとカバーとを同じ電位に電気的に相互接続することができ
る。この構成は、Ｍａｈｕｌｉｋａｒ氏他に付与された米国特許５，０４３，５
３４に開示されているように、素子の動作に影響する電磁干渉を防ぐ。
試作（modelling）において、第９図のパッケージが、２°Ｃ／ワットθjuま
での熱性能の改善させた。ここで、θjuは、素子に提供される電力のユニット毎
に、電子パッケージを取り巻く雰囲気と電子素子との間の温度差を測定したもの
である。試作に従った第９図のパッケージは、１４％相互インダクタンスを低減
する電気性能の改善を行う。第１１図に示すパッケージは、２０％のインダクタ
ンスを低減する電気性能の改善と、２゜Ｃ／ワットθjuまでの熱性能の改善を提
供するよう試作される。
第１４図に示すパッケージは、２５％のインダクタンスを低減する電気性能の
改善と、２゜Ｃ／ワットθjuまでの熱性能の改善を提供するよう試作されている
。
液状接着剤処理の好適性について以下の実例によって例示される。当該実例は
、例示を目的とするものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
実例
液状接着剤（Ｈｙｓｏｌ Ｅ−９４５９）が、酸化皮膜ベース及びカバー部材
の表面に、プログラム可能な空気加圧式注射器によって配置され、Ｘ−Ｙテーブ
ル位置決めシステムで並べられる。該液状接着剤は、それぞれ第１及び第２接着
剤において幅３．８mmで、厚さ約０．０５１mm（０．００２inch）である。更に
正確には、２つの接着剤とリードフレーム（０．１５mm（０．００６inch厚）の
厚さは０．２５mm（０．０１０inch）である。液状接着剤の室温粘性は、４５Ｐ
ａ・Ｓ（４５，０００centipoise）であった。２４０本のリード（一片毎に６０
本）を備えるクワッドリードフレームは、ベースとカバーとの間に配置され、両
者に接着にてボンドされる。該硬化サイクルは、２００°Ｃで、空気中で３分で
ある。
５つのパッケージが、１２１°Ｃで、０．１ＭＰａ（１５ ｐｓi）で、相対
湿度１００％である圧力処置室にて９６時間の評価の対象とされた。１つのパッ
ケージは、隅部にてエポキシが不十分であることによってフッ化炭素液に沈み、
全体漏れ故障を示した。残りの４つのパッケージは、フッ化炭素全体漏れ故障試
験を通った。
上述した利点、手段、目的を満足させる液状接着剤を利用する電子パッケージ
の組み立て方法について、本発明に従い提供されることは明らかである。この実
施例の組み合わせによって記述したが、改変及び改良が、上記の記述から当業者
に取って明瞭である。従って、添付の請求の精神及び広い範囲内に、該代変、改
変、改良を全て含むように意図されている。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to packages for electronic devices such as encapsulated integrated circuits. More particularly, the present invention relates to electronic packages having a base and a cover bonded together with a liquid adhesive. An adhesive sealed electronic package such as that disclosed in US Pat. No. 4,105,861 to Hascoe has been used to encapsulate electronic devices such as silicon-based semiconductor integrated circuits. There is. Adhesive-sealed electronic packages are inexpensive and can provide a level of confidence that can accept the most stringent military standards. One type of this package has a metal base and cover as disclosed in US Pat. Nos. 4,897,508 and 4,939,316 to Mahulikar et al. U.S. Pat. No. 4,393,315 discloses a base or cover member made of aluminum or aluminum alloy. A polymer adhesive, such as an epoxy resin, sealed the leadframe to both. The polymer adhesive is provided as a flexible sheet of desired thickness. A preformed window frame is mechanically stamped from the sheet. Separate polymer window frames are placed on the base and cover, respectively, using the securing members. The packaging member is heated to cure the polymeric encapsulant. The constructed package has high reliability and excellent thermal diffusivity through the metal member. One problem with using sheet adhesives is the punched scraps that remain after stamping the window frame. Since polymers are difficult to recycle and window frames are narrowly partitioned, up to 90% of the adhesive can be punched out. A lot of scraps also affect the cost of packaging. A further problem with sheet adhesives is that they require precision processing in the assembly operation to ensure proper adjustment. Fixing members designed specifically for each size of package and leadframe structure impacted the cost of the package. This has led to a need for improved methods of providing polymeric sealants for electronic packaging components. One object of the present invention is to provide a method of placing a liquid adhesive at the perimeter of a package member. A feature of the invention is to control the thickness of the package and to define the viscosity of the liquid adhesive in order to minimize the adhesive being extruded. Another feature of the present invention is that the curing cycle of the liquid adhesive is shorter than that of the adhesive film to shorten the manufacturing time. One advantage of the present invention is that the amount of scrap is minimized, reducing the cost of electronic packaging and the need to recycle or dispose of scrap. Another advantage of the present invention is that no paper interleaving is required and adhesive impurities are minimized. Yet another advantage of the present invention is the use of a thin adhesive to bring the leadframe closer to the metal base and cover, improving heat diffusion from the leadframe. The mutual inductance between adjacent leads of the leadframe is greatly reduced and the thin adhesive improves the coplanarity of the leads. According to the present invention, a method for assembling an electronic package and a package assembled by the method are provided. The method of assembling the package includes disposing a first adhesive on the base member. The lead frame is supported by the second liquid adhesive and the first liquid adhesive, which are arranged on the opposite side of the lead frame covered with the first adhesive. A cover member is disposed on the lead frame and supported by the second liquid adhesive. The package assembly is then heated to cure the liquid encapsulant. In one embodiment of the present invention, at least one of the base and cover has a channel adjacent the boundary of the member for supporting the liquid adhesive. A lead frame is disposed between the base and the cover and bonded to both with an adhesive. The above-described objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the accompanying specification with reference to the following drawings. FIG. 1 is an enlarged isometric view of a metal electronic package known in the prior art. FIG. 2 is a plan view of an epoxy sheet in which an adhesive window frame known in the prior art is punched out. FIG. 3 is a plan view of an electronic base having a positionable liquid adhesive. FIG. 4 is a sectional view showing the base of FIG. FIG. 5 is a plan view of the lead frame supported by the first liquid adhesive. FIG. 6 is a sectional view showing the package assembly shown in FIG. FIG. 7 is a plan view of a package assembly including the second liquid adhesive. FIG. 8 is a sectional view showing the assembly shown in FIG. 7. FIG. 9 is a diagram showing an electronic package assembled according to the method of the present invention. FIG. 10 is a sectional view showing a package base having an adhesive retaining channel. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a metal electronic package assembled from a cover including an adhesive retention channel and a base. FIG. 12 is a plan view of an electronic package having both a second channel supporting a lead frame and an adhesive retention channel. FIG. 13 is a sectional view showing the package base of FIG. FIG. 14 is an end view of a metal electronic package having a base and a cover combined according to the embodiment of FIG. 12 showing the electrical insulation of the leads. FIG. 1 is an enlarged equivalent view of an electronic package 10 sealed with an adhesive known in the prior art. The adhesive-sealed electronic package 10 has a base member 12 and a cover member 14. The base member 12 and the cover member 14 are made of various substances such as ceramics, mold plastic, and metal. Metallic materials such as copper, aluminum and their alloys are applicable. The high thermal conductivity of the metal efficiently dissipates heat from the enclosed semiconductor device. The lead frame 16 is bonded to both the base member 12 and the cover member 14 with an adhesive, and is arranged between them. A first adhesive sheet 18, generally formed in the shape of a window frame, bonds the base member 12 to one surface of the lead frame 16. A second window frame in the form of adhesive sheet 20 joins the other side of the lead frame 16 to the cover member 14. In assembling the adhesive-sealed electronic package 10, the five members of the base member 12, the first adhesive sheet 18, the lead frame 16, the second adhesive sheet 20, and the cover member 14 are accurately aligned with the mechanical fixing member for assembly. Have to be done. Different fasteners were required for each size package and leadframe construction. The first adhesive sheet 18 and the second adhesive sheet 20 are relatively thick and are on the order of 0.13 mm (0.005 inch) to 0.51 mm (0.020 inch). When heated in the sealing, the adhesive sheet becomes a liquid, but does not flow out unless an external force such as weight or spring clamping is applied. Excessive flow may cover the inner leads 22 of the leadframe 12 with adhesive. The adhesive on the internal leads 22 affects electrical connection with a semiconductor device (not shown) by wire bonding. Also, excessive flow could cover the external leads of leadframe 16 with adhesive. The adhesive on the outer leads affects the trimming and forming of the leads, the fitting of the package assembly to the test socket, and the solder plating of the outer leads. A critical balance of pressure applied to the base and cover was required in the prior art assembly process. Inadequate pressure caused inadequate flow of adhesive, and component / adhesive pores affected contaminant ingress. Excessive pressure could cause an uncontrolled flow of adhesive and cover the outer or / and inner leads. One of the measures to solve the problem of excessive adhesive flow is to reduce the thickness of the adhesive sheet. This solution has only limited success. Referring to FIG. 2, a portion of adhesive sheet ribbon 24 is shown in plan view. The adhesive sheet ribbon 24 is provided with a width (for example, 2.5 cm, 1 inch) slightly larger than that of the adhesive window frame 26, for example, a length of 30-75 m (100-250 feet). The window frame 26 is mechanically stamped from the adhesive sheet ribbon 24. The thickness of the adhesive sheet ribbon should be sufficient so that the tension applied to the adhesive sheet ribbon does not stretch it. Also, this thickness must be sufficient so that the window frame 26 can be handled mechanically during assembly. Generally, a minimum thickness of 0.13 mm (0.005 inch) is required. As a result of each package having two window frames 26, the polymer thickness is at least 0.25 mm (0.010 inch). The adhesive sheet ribbon 24 is provided in a coil shape for punching. In order to prevent the adhesive sheet ribbon 24 itself from sticking, the interleaving paper is usually coiled together with the adhesive sheet. The interleaving paper is typically coated paper and can cause problems. Some impurities in the assembled package are due to the material of the slip sheet. FIG. 3 shows the first step of the assembly process of the present invention. This assembly process solves the problems of the prior art. A die-paddle-attach 28 is provided at the center of the base member 12. Depending on whether the leadframe has a centrally located paddle, the die-paddle attach 28 may be for direct bonding of the semiconductor die to the base member 12 and may also be attached to the paddle to the base. Sometimes it is. In some electronic packages, the paddle may be mechanically connected to the base member 12 without bonding. In this embodiment, the die-paddle attach 28 is omitted. If the die-paddle attach 28 is to attach a semiconductor die to the package base member 12, then any suitable die attach material such as solder, encapsulation glass, polymer adhesive, or the like can be used. Suitable solders include lead-tin, gold-tin alloys. Dielectric encapsulants such as encapsulation glass and polymer adhesives are typically mixed with thermally conductive materials such as silver powder to enhance heat diffusion. If the base member 12 is a high thermal diffusion coefficient metal, such as aluminum or a copper alloy, then the normal die-paddle attach 28 will compensate for the thermal diffusion mismatch factor between the silicon-based semiconductor die and the package base. It is a compliant polymer. Alternatively, the buffered die attach disclosed in US Pat. No. 4,872,047 to Fister et al. May be used. The same materials as die attach are suitable for paddle attach. A solder alloy such as lead-tin can be used if the thermal diffusion coefficient of the leadframe is similar to that of the base. Compliant polymers are preferred if they have a high coefficient of thermal diffusion incompatibility. The first adhesive 30 is placed adjacent to the boundary line 31 of the base 12. The adhesive can be composed of any suitable material such as a thermoplastic or thermosetting polymer. One suitable adhesive is a thermoset epoxy. It is desirable that the arrangement thickness is the minimum thickness that can effectively prevent the contact between the lead frame and the metal package member. Typically, the thickness of the adhesive is about 0.025 mm to about 0.25 mm (0.001-0.010 inch), preferably about 0.25 mm to about 0.076 mm (0. 001-0.003 inch). The first liquid adhesive 30 can extend to the boundary line 31, but the gap 32 separating the adhesive from the boundary line is about 0.13 mm to 1.3 mm (0.005-0.05 inch). Preferably up to. Preferably, the gap is about 0.025 mm to about 0.64 mm (0.01-0.25 inch). The gap 32 prevents misplaced first liquid adhesive 30 from soiling the sides of the package and provides an area for adhesive flow following placement and package sealing. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the base member 12 following the placement of the first liquid adhesive 30 and die-paddle attach 28. The first adhesive 30 is arranged by a suitable method such as screen printing or direct writing. Direct writing is disclosed in a paper by Mathias on Hybrid Circuit Technology (April 1989). The base member 12 is mounted on a lighting platform that is isolated from vibration and other external movements. The writing platform is a precision XY table with 0.0025 mm (0.0001 inch) precision and repeatability. A pump delivers an adhesive of the desired viscosity to a placement system such as a needle or writing pen. A computer aided design (CAD) system positions the XY table with the base member 12 in the placement system and places the first adhesive 30 in the desired thickness and pattern. When the leadframe 16 is placed over the first adhesive 30, as shown in FIG. 5, the leadframe sinks a controlled distance based on the viscosity of the adhesive. The first adhesive 30 has a room temperature viscosity of about 10 Pascal · sec (10,000 centipoise) to about 500 Pa · S (500,000 centipoise). More preferably, the viscosity is from about 20 Pa · S (20,000 centipoise) to about 100 Pa · S (100,000 centipoise). Applicants assert that with a liquid adhesive having a thickness of 0.15 mm (0.006 inch), the copper alloy lead frame will not sink at all when the viscosity is about 200 Pa · S (200,000 centipoise). When the viscosity is about 40 Pa · S (40,000 centipoise), the lead frame sinks by about 0.1 mm (0.004 inch), and the space between the base member 12 and the lead frame is about 0.51 mm (0.002 inch). Becomes It is desirable to minimize the spacing between the leadframe and the metal package member to reduce the mutual inductance between adjacent leads of the leadframe. At a viscosity of about 20 Pa · S (20,000 centipoise) or less, the lead frame may completely sink through the arranged first adhesive 30 and may come into contact with the metal base member 12 to cause an electrical short circuit. is there. A dielectric layer may be placed on surface 34 of base member 12 to prevent electrical shorts. It is desirable to have a minimum thickness of the first adhesive 30 to at least efficiently electrically insulate the leadframe from the rest of the base located between the leadframe and the base. The lead frame 16, which may optionally have a die attach paddle 36, is positioned such that a central location 38 of the lead contacts the first adhesive 30. At least one semiconductor element 40 is bonded to the die attach paddle and electrically interconnected with the inner leads 22. The electrical interconnects are thin strips of metal foil or wire bonds such as tape automated bonding. If the die attach paddle 36 is not used, the semiconductor device 40 is directly bonded to the base member 12 by a die attach adhesive or a buffer die attach system. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the assembly of FIG. The die-paddle attach 28 and the first adhesive 30 are not cured at this time. The viscosity of the first adhesive 30 maintains the desired gap 44 between the surface 34 of the base member 12 and the lead frame. As shown in FIG. 7, the second liquid adhesive 46 is disposed by screen printing or direct writing, and is covered on the first liquid adhesive and the central portion of the lead. FIG. 8 shows how to arrange the first liquid adhesive 30 and the second liquid adhesive 46. The second liquid adhesive 46 need not be structurally identical to the first liquid adhesive. However, using the same adhesive minimizes the number of adhesives required and simplifies the assembly process. Applicants have recognized that the tack between two polymer adhesives is low when one is pre-cured. Adhesion is improved when both the first and second deployable adhesives are cured in the same assembly step. The cover member 14 is disposed on the second adhesive, and the package assembly is completed as shown in FIG. The package 48 is then thermally cured. Suitable adhesives for the first and second liquid adhesives include epoxies such as E9459 manufactured by Dexter Hysol Division (California Pittsburgh). The epoxy is cured by heating at 175 ° C-225 ° C for 1/10. The cure cycle of liquid adhesives significantly reduces the time the package is exposed to heat compared to using epoxy sheet adhesives for assembly. Prior art epoxy sheets typically require a cure temperature of about 180 ° C. for 90 minutes or longer. Both the reliability of the adhesive seal and the integration of the semiconductor device are improved by minimizing the time of thermal exposure. If the cure cycle of the liquid adhesive in place is insufficient to cure the die-paddle attach, then a subsequent cure bake (eg, about 30 minutes to 2 hours, 160 ° C-190 ° C) is required. It may be said that. Minimizing the spacing between the metal base and cover member and the lead frame is preferred to reduce mutual inductance between adjacent leads. One way to achieve this goal is to use the base member 50 shown in FIG. A liquid adhesive retention channel 52 is formed in the base. The liquid adhesive retention channel 52 may be molded into the base, polished, or formed by other means. One suitable technique is impression printing. In the printing process, metal is transferred without avoiding the generation of metal scraps and without performing mechanical drawing. The preferred metals for the metal base member are copper and aluminum alloys, which have plasticity and amenability in strain processing such as stamping. The liquid adhesive retention channel 52 has a width of about 0.63 mm to about 5.1 mm (0.025-0.200 inch). It is desirable to minimize the sealing width in order to maximize the area 54 on which the semiconductor element is mounted. Desirably, the width of the liquid adhesive retention channel 52 is from about 0.13 mm to about 2.55 mm (0.050-0.100 inch). The depth of the channel is sufficient to effectively provide the adhesive that bonds the leadframe to the package member. Desirably, the depth is about 0. It is 127 mm to about 2.54 mm (0.005-0.10 inch). The preferred depth is about 0.127 mm to about 0.127 mm (0.005-0.05 inch). As shown in FIG. 11, the cover member 56 is similarly configured with the liquid adhesive retention channel 52. Both channels are filled with liquid adhesive 58 and bonded to the leadframe 16. The liquid adhesive 58 contacts the central location of the leadframe 16 and extends by capillary force to the end of the assembly and the inner end of the recess in the lid, but no more. Wire bonding is not hindered by the presence of polymer adhesive. If the base and cover are polymers, ceramics, or other dielectrics, the package 60 is suitable for electronic packaging applications. When the base member 50 and the cover member 56 are made of metal, the dielectric means 62 should be arranged at least on the surface of the member that comes into contact with the lead frame 16. The dielectric means 62 can be a polymer layer or an oxide layer. When the base and cover consist of aluminum or an aluminum alloy, the preferred dielectric is an oxide layer. When the base and cover are formed from a metal such as copper that does not form a refractory oxide layer, a refractory oxidation such as nickel as disclosed in US Pat. No. 4,888,499 to Crane et al. The copper member can be coated with other metal forming materials. The dielectric layer 62 should be as thin as possible in order to efficiently electrically insulate the leads. In the oxide layer, the thickness is typically about 0.0075 mm to about 0.051 mm (0.0003-0.02 inch). The liquid adhesive retention channel 52 is intended to initially retain the liquid adhesive. Window frame sheet adhesive or other types of adhesive may also be partially retained within the channel, such that the adhesive flowing along the leads is limited by capillarity. The electronic package 60 may have reduced mutual interactance as compared to prior art packages. A further improvement is obtained with the package embodiment shown in FIGS. An electronic package having a plurality of leads arranged in series in a plane is limited in performance by capacitive coupling between any one of the leads and an adjacent lead and an inductive component. This is especially true when multiple signal leads are placed directly. This coupling causes voltage noise on the unswitched interconnect leads, which in turn causes unwanted switches in the silicon chip circuit, switching at the same time and reducing the number of silicon chip circuits such as devices. Limited This limitation affected the overall performance of the silicon chip. In this embodiment, the package base member 70 is either floating or active on the ground plane under the leads. The package base, i.e. the ground plane, extends between the leads. The extension between the leads may be between the independent signal leads shown in FIG. 12 or between groups of leads. The base member 70 can be an active ground. For example, it is soldered or bolted to the ground means and electrically joined to the ground surface. The base member 70 includes intersecting leadframe receiving channels 72 as well as liquid adhesive retention channels 52. When the base and cover are used together, there is sufficient liquid adhesive so that it flows from the liquid adhesive retention channel 52 to the leadframe channels 72 surrounding the leadframe to prevent electrical insulation. It is located in the maintenance channel 52. As shown in FIG. 14, the leads 16 are surrounded by mating protrusions 76 so that a ground extends between each lead and the mutual inductance is sufficiently reduced or eliminated. The combination protrusion 76 is not limited to a liquid adhesive, but can be similarly applied to an adhesive sheet or sealing glass. The combination protrusion 76 can extend from the base, the cover, or both. The height of the protrusions 76 should be less than or equal to the thickness of the adhesive to prevent the formation of adhesive holes that cause gross leak failure and provide an opportunity for impurity penetration. If the protrusion is flush with the leadframe, the protrusion can electrically interconnect the co-located base and cover to the same potential. This configuration prevents electromagnetic interference affecting the operation of the device, as disclosed in US Pat. No. 5,043,534 to Mahulikar et al. In the prototype, the package of Fig. 9 is 2 ° C / watt θ. ju Improved thermal performance up to. Where θ ju Is a measurement of the temperature difference between the atmosphere surrounding the electronic package and the electronic device for each unit of power provided to the device. The package of FIG. 9 according to the prototype has improved electrical performance by reducing mutual inductance by 14%. The package shown in FIG. 11 has a 20% reduction in inductance, improved electrical performance, and 2 ° C / watt θ. ju Prototyped to provide improved thermal performance up to. The package shown in FIG. 14 has a 25% reduction in inductance, improved electrical performance, and 2 ° C / watt θ. ju Prototyped to provide improved thermal performance up to. The suitability of liquid adhesive treatment is illustrated by the following example. The examples are for illustrative purposes and do not limit the scope of the invention. Illustration A liquid adhesive (Hysol E-9459) is placed on the surface of the oxide base and cover member by a programmable air pressure syringe and lined up with an XY table positioning system. The liquid adhesive has a width of 3.8 mm and a thickness of about 0.051 mm (0.002 inch) in each of the first and second adhesives. More precisely, the thickness of the two adhesives and the lead frame (0.15 mm (0.006 inch thickness) is 0.25 mm (0.010 inch). The room temperature viscosity of the liquid adhesive is 45 Pa · S ( A quad lead frame with 240 leads (60 per strip) is placed between the base and cover and adhesively bonded to both. 3 minutes in air at 200 ° C. Five packages were evaluated for 96 hours in a pressure treatment room at 121 ° C., 0.1 MPa (15 psi) and 100% relative humidity. One package submerged in the fluorocarbon liquid due to insufficient epoxy at the corners and showed a total leak failure, the other four packages passed the fluorocarbon total leak failure test. As mentioned above It is clear that a method of assembling an electronic package utilizing a liquid adhesive satisfying the advantages, means and objectives is provided according to the present invention. It will be apparent to those skilled in the art from the description, and therefore all such alterations, modifications and improvements are intended to be included within the spirit and scope of the appended claims.
─────────────────────────────────────────────────────
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)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，
ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，Ｍ
Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ
，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ
(72)発明者 ホフマン，ポール ロバート
アメリカ合衆国 95356 カリフォルニア
州モデスト，アメリカン アベニュー
5542
(72)発明者 ラミレツ，ジャーマン ジャムリッグ
アメリカ合衆国 94509 カリフォルニア
州アンチョック，ベルフォード ピーク
ウエイ 4804
(72)発明者 ストラウマン，リンダ イー.
アメリカ合衆国 95361 カリフォルニア
州オークデイル，トウェンティー ―シッ
クス マイル ロード 11019
(72)発明者 マフリカー，ディーパック
アメリカ合衆国 06443 コネチカット州
マジソン，マートルズハムヒース レーン
20
(72)発明者 パスカロニ，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，フェアービュー アベニュー
219─────────────────────────────────────────────────── ───
Continued front page
(81) Designated countries 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), AU, BB, BG, BR, BY, CA,
CZ, FI, HU, JP, KP, KR, KZ, LK, M
G, MN, MW, NO, NZ, PL, RO, RU, SD
, SK, UA, VN
(72) Inventor Hoffman, Paul Robert
United States 95356 California
State Modest, American Avenue
5542
(72) Inventor Ramirez, German Jam Rig
United States 94509 California
Belford Peak, Anchok, Oregon
Way 4804
(72) Inventor Strouman, Linda E.
United States 95361 California
Oak Tale, Twenty-Sit
Cousmile Road 11019
(72) Inventor Mafrika, Deepak
United States 06443 Connecticut
Madison, Myrtlesham Heath Lane
20
(72) Inventor Pascaloni, Anthony Em.
United States 06514 Connecticut
Hamden, Fairview Avenue
219