JPH0738426B2 - 集積回路パッケージの製作方法 - Google Patents

集積回路パッケージの製作方法

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JPH0738426B2
JPH0738426B2 JP62013298A JP1329887A JPH0738426B2 JP H0738426 B2 JPH0738426 B2 JP H0738426B2 JP 62013298 A JP62013298 A JP 62013298A JP 1329887 A JP1329887 A JP 1329887A JP H0738426 B2 JPH0738426 B2 JP H0738426B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、集積回路パッケージおよびこのようなパッ
ケージを製作するための方法に関するものである。
先行技術の１つの共通の集積回路パッケージは、共に積
層されかつ集積回路チップを保持する空洞を有する複数
個の薄い平坦なセラミック層からなる。この空洞の断面
は、階段状の側壁を有する。パターン化された電気導体
はセラミックス層の表面上にかつ空洞の段上にあり、こ
れらの導体はワイヤボンディングパッドとして形作られ
る。ディスクリートなワイヤは、信号をチップにかつチ
ップから搬送するようにこれらのボンディングパッドと
集積回路チップとの間で接着される。
空洞は階段状であるので、数行のボンディングパッドが
チップのまわりにある。多数の信号がチップにかつチッ
プから送られるのを可能にするために、これが所望であ
る。集積回路はこれらの信号の数を増加する傾向があ
り、かつ今日のチップは100個以上のホンディングパッ
ドを用いて製作される。
しかしながら、上記の集積回路パッケージに関する問題
は、製造するのに費用がかかることである。この費用の
一要因は、約2800゜Fの温度でセラミックを硬化するのに
必要な炉の価格である。また、炉はその温度が一定のま
まであるように１日24時間動作されなければならない。
この費用の他の要因は、低い歩留りである。硬化処理の
間、セラミックは制御が非常に困難である速度で収縮
し、かつこれによりいくつかのパッケージが使用不可能
になる。また硬化処理の間、パッケージ内のいくつかの
セラミック層間に泡が発生し得て、かついくつかの導体
はセラミック層に適当に接着しない可能性がある。これ
らの組合わされた問題は、典型的にはセラミックパッケ
ージの歩留りをわずか５％ないし50％まで低下させる。
したがって、より低い価格のパッケージを開発すること
に努力が払われ、かつ最終的にセラミックの代わりにエ
ポキシガラスが用いられるようになった。この材料の変
化によって、上記の炉の問題、収縮の問題、泡の問題お
よび導体接着の問題のすべてがなくなる。しかしながら
エポキシガラスパッケージでは、エポキシガラス層を積
層しかつそれを永久的に共に保持するためにエポキシガ
ラス層間に接着層が必要になる。このような接着剤はセ
ラミックパッケージには必要ではなく、かつこの接着剤
が新たな問題を引き起こす。
特定的には、エポキシガラス層の積層の間、接着剤は軟
化しかつ流れ出し、かつもし接着剤が階段状の空洞の段
上のボンディングパッド上に流れ出すならば、パッケー
ジが使用不可能になる。ボンディングパッド上の硬化さ
れた接着剤は、パッドを破壊することなしには除去され
得ない。
先行技術では、このような接着剤の流れを止めるための
方法が提供されなかった。その結果、エポキシガラスパ
ッケージは階段状の側壁とともに作られなかった。その
代わりに空洞は単に縦の側壁を有しかつボンディングパ
ッドは上部エポキシガラス層上にのみ置かれた。しかし
ながら、これは重大な欠点を有する、なぜなら集積回路
チップに送られかつそこから受取られ得る信号の数を厳
しく制限するからである。
したがって、この発明の主たる目的は、上の先行技術の
問題のすべてを克服する改良された集積回路パッケージ
およびその製作方法を提供することである。
発明の要約 この発明では、複数個の薄い平坦なエポキシガラス層
と、エポキシガラス層間の接着層と、階段状の空洞とか
らなるスタックを組立てることにより集積回路パッケー
ジが製作される。この空洞は外部エポキシガラス層から
内部エポキシガラス層に延在し、内部エポキシガラス層
の平坦な表面部分に沿って平行に進み、かつそれからそ
れを貫通する。導体は、平坦な表面部分上にボンディン
グパッドを含む内部エポキシガラス層上にある。スタッ
クが組立てられた後、外部エポキシガラス層および空洞
は弾性ブラダ（空気袋）で覆われる。その結果、ブラダ
の膜が空洞のすべての表面に対して伸びかつ押圧する温
度および圧力でブラダ内に流体を押しやることによりス
タックが積層される。これは、接着剤がボンディングパ
ッド上に流れるのを塞き止める。
この発明の様々な特徴および利点が、添付の図面に従っ
て詳細な説明において述べられる。
発明の詳細な説明 さて第１図を参照すると、新規な集積回路パッケージ10
の詳細が述べられる。パッケージ10は、スタックに配置
される総計５個の薄い平坦なエポキシガラス層11を含
む。これらのエポキシガラス層は、エポキシガラス層間
にあるそれぞれの接着層12により共に保持される。適切
には、接着層はプリプレグから作られる。
第１図では、層11および12が実際のパッケージのおおよ
そ５倍の大きさの断面で示される。実際の実施例では、
層11および12の各々は、四角形でかつ一辺は1.5インチ
（１インチは2.54cm。以下同じ）である。また、エポキ
シガラス層11の各々は0.015インチの厚さであり、かつ
接着層12の各々は0.004インチの厚さである。
パッケージ10はまた、集積回路ダイス14が配置される空
洞13を有する。この空洞13は、層11a、12a、11b、12b、
11c、および12cを貫通する。断面では、空洞13は階段状
であり、そのためそれは層11bの平坦な表面部分11b-1を
露呈し、かつ層11cのエポキシガラスの平坦な表面部分1
1c-1を露呈する。空洞13は層11aおよび12aでは0.66イン
チの広さであり、層11bおよび12bでは0.56インチの広さ
であり、かつ層11cおよび12cでは0.46インチの広さであ
る。
層11a、11bおよび11cは、その平坦な表面上で電気導体
をパターン化した。これらの導体はわずかに約0.001イ
ンチの高さであり、それは断面で示すにはあまりにも薄
すぎる。しかしながら、１つのこのような導体は参照数
字15で上面から示される。これらの導体は、チップ14に
かつそれから電気信号を搬送するために与えられる。そ
れを達成するために、各導体は露呈された表面部分11a-
1、11b-1および11c-1のうちの１つの上にボンディング
パッド15aを含む。
信号は複数個のディスクリートなボンディングワイヤ16
によりボンディングパッド15aと、チップ14上の対応す
るパッドとの間に搬送される。パッケージ自体にかつそ
れから信号を搬送するために、複数個の金属ピン17が設
けられ、それは層11および12内のそれぞれの狭い孔に堅
く固定しかつ導体15と接触する。金属めっきが施された
孔18が設けられ、それは同時に２つのエポキシガラス層
上の電気導体15に接触し、かつそれによって一方の層か
ら他方の層へ信号を送る。
さて第２図ないし第５図を参照すると、第１図の集積回
路パッケージを構成する方法の詳細が述べられる。この
方法では、熱可塑性プラグが用いられ、それは空洞13の
形に近接して整合する形を有し、かつこのようなプラグ
を形成する工程が第２図および第３図で例示される。
初めに、空洞13が貫通するすべてのエポキシガラス層
（すなわち11a、11b、および11c）がスタック内で組立
てられる。それらの層の間で、非接着性の「ダミー」層
20a、20b、および20cが配置される。これらの「ダミ
ー」層は接着層12a、12b、および12cと同じ厚さおよび
空洞の形を有し、かつ適切にはそれらはエポキシガラス
からなる。
「開放」材料（すなわち、高い温度および圧力のもとで
エポキシガラス層11aないし11cおよび接着層12aないし1
2dに粘着しない材料）の薄いシート21が、アセンブリの
上部に置かれる。適切には、シート21は0.001インチの
厚さのテドラ（Tedlar）のシートである。その後、熱可
塑性材料の層22はシート21の上部に置かれる。適切に
は、層22は0.060インチの厚さの、ポリビニル塩化物、
ポリオレフィンまたはポリカーボネートの層である。
上記の第２図の層のすべてはそれから、２つの圧力プレ
ート23aおよび23bにより圧縮される。この圧縮は、熱可
塑性の層22を軟化する温度で、かつ軟化された熱可塑性
材料を層11aないし11cおよび20aないし20cにより形成さ
れた空洞を完全に充填するように強いる圧力で生じる。
適切には、この圧縮は300゜Fおよび300psiで生じ、かつ4
0分間続く。第３図は、この圧縮工程の結果を示す。そ
の図面では、参照数字30は完成された熱可塑性プラグを
示し、それは形づくられた熱可塑性材料22′および開放
材料のその表面膜21′からなる。
次に第４図および第５図を参照すると、熱可塑性プラグ
30が集積回路パッケージ10を製作するのに用いられる工
程が述べられる。初めに、すべてのエポキシガラス層11
aないし11eがスタック内で組立てられ、かつすべての接
着層12aないし12dがエポキシガラス層間に差し込まれ
る。好ましくは、空洞13が延在するそれらの接着層（す
なわち層12a、12bおよび12c）がその上に横たわるエポ
キシガラス層から空洞で引込められる。この引込みは参
照数字31で示され、かつ適切にはそれは0.020インチで
ある。
第４図のアセンブリを作る前に、前記のパターン化され
た導体15が既に内部エポキシガラス層上に形成されてい
ることに注目されたい。これらの導体は、薄いパターン
化されていない銅の膜を各内部エポキシガラス層の一表
面に装着し、所望の導体パターンに従って銅の膜上でフ
ォトレジストの層をパターン化し、かつフォトレジスト
により覆われていない銅の膜のすべての部分を除去する
ように化学的エッチャントを用いるような従来の工程に
より形成される。これらの工程を行なう際に、前記の領
域11b-1および11c-1のボンディングパッド15aもまた製
作される。
層11および12が第３図により組立てられた後、熱可塑性
プラグ30は空洞13に挿入される。プラグ30が作られる態
様により（すなわち、第２図および第３図の方法の工程
により）、プラグ30は空洞13内にきちんと適合する。し
かしながら、プラグと、空洞の層11a、11b、11c、12a、
12b、および12cの側壁のいくつかとの間の小さなボイド
が常に生じる。好ましくは、プラグ30の幅は空洞13の幅
よりも小さくわずかに0.005インチであるべきである。
その後、挿入されたプラグ30を有するスタックされた層
11および12が、プレスの圧力プレート23aと23bとの間に
置かれ、かつ積層される。この積層は、プラグ30が軟化
しかつ空洞13の形に正確に合う温度および圧力で生じ
る。適切には、この積層は350゜Fの温度および300psiの
圧力で生じ、かつ60分間続く。第５図は、この工程の結
果を例示する。
上記の製作方法の重要な特徴は、任意の接着層からの接
着剤が表面11b-1および11c-1上のボンディングパッド上
に流れ出さないことである。これは、接着剤が軟化する
前に積層方法の間プラグ30が軟化し、かつそのためそれ
が接着層11が軟化する前にプラグと層11および12との間
のすべてのボイドを充填するためである。たとえば、ポ
リビニル塩化物プラグ30は160゜Fないし200゜Fで軟化する
が、プリプレグ接着層12は250゜Fないし260゜Fで軟化す
る。
このように、プラグ30は層12a、12bおよび12cの接着剤
がボンディングパッド上に流れ出すのを防ぐダムとして
作用する。このダム作用がなければ、接着剤はボンディ
ングパッド上に流れ出しかつそこで硬化し、かつパッケ
ージを使用不可能にする、なぜなら硬化した接着剤はパ
ッケージに重大な損傷を与えることなく除去され得ない
からである。
上記工程の他の重要な特徴は、積層する間ボンディング
パッド領域11b-1および11c-1を含む層11および12の平坦
な表面上すべてに均一に圧力が加えられることである。
この圧力の均一性は熱可塑性プラグが軟化し、かつ空洞
13の形状に正確に合うという他の成果である。その結
果、ボンディングパッド15aが位置する「段」は四角形
でありかつ傾斜されず、接着層12の厚さは均一であり、
かつエポキシガラス層12の厚さの公差は緩和され得て、
かつそれによって製造価格が下げられる。
第５図の積層工程が完了すると、積層された層11および
12がプレスから除去され、かつ熱可塑性プラグ30が空洞
13から除去される。その後、パッケジの金属ピンおよび
金属めっきが施された孔の各々に対してそれぞれ狭い孔
があけられ、ピン17がその孔に嵌められかつ適所に半田
付けされ、かつ残りの孔18は金属めっきが施される。
次に、第６図および第７図を参照して、集積回路パッケ
ージ10を製作するさらに他の工程が述べられる。この工
程では、予め形成された熱可塑性プラグは必要ではな
い。その代わりに、エポキシガラス層11aないし11eおよ
び接着層12aないし12dの各々がまさに第４図のようにス
タックに配置される。次に、第６図が示すように、この
スタックの外部エポキシガラス層11aが薄い（たとえば
0.030インチの厚さ）弾性ブラダ40で覆われる。適切に
は、ブラダ40は積層する間に生じる温度および圧力に耐
え得るゴムまたは任意の他のエラストマから作られる。
ブラダ40およびスタックされた層11および12は包囲され
た堅い箱41内に置かれ、かつその後流体42がブラダ内に
押しやられる。これは、ブラダの膜40aが空洞13の全表
面に対して伸びかつ押圧する圧力および温度で生じる。
同時に、層11aないし11eおよび12aないし12dが共に積層
される。これは第７図で例示され、そこでは矢印42が加
圧流体を示す。ここでは、熱可塑性プラグでのように、
適当な圧力および温度は60分間350゜Fで300psiである。
膜40aがこのように伸ばされた状態で、それは層12a、12
bおよび12cの接着剤に対するダムとして作用しかつ接着
剤がボンディングパッド15a上に流れ出すのを防ぐ。さ
らに、流体42は圧力を層11aないし11eおよび12aないし1
2dの平坦な表面全体に均一に配分するように動作する。
この結果、空洞13の段は四角形であり、接着層が局部的
に薄くなることが防止され、かつ層11および12の厚さの
公差が緩和され得る。
第６図および第７図に示すこの方法はまた、１つのブラ
ダ40があらゆる空洞の大きさに対応する点で第２図ない
し第５図の方法よりもさらに利点を有する。このよう
に、各々の異なる空洞の大きさに対して別の予め形成さ
れたプラグが必要とされない。
第６図および第７図の方法のさらに他の特徴は、プレス
の使用を伴なわず、箱および流体ポンプのみが用いられ
ることである。これはこの方法の費用を減じる、なぜな
ら箱および手動ポンプは約100ドルで得られるのに対
し、プレスは数千ドルかかるからである。
第６図および第７図の方法のさらに他の特徴は、積層工
程が完了した後、弾性膜40aはプラグよりも容易に空洞1
3から除去され得ることである。これは、流体42の圧力
が減じられると、弾性膜40aがその平坦な伸ばされてい
ない状態に戻る傾向があり、かつそれによって自然に空
洞から取出せるようになるためである。
新規な集積回路パッケージおよびそのパッケージを製作
する２つの方法の詳細のすべてをここまでに余すことな
く説明してきたが、さらにこの発明の性質および精神を
逸脱することなくこれらの詳細な事項に多くの変更およ
び修正を加えるとができる。
たとえば、接着層12aないし12dはあらゆる型のプリプレ
グ、すなわち中間段階まで硬化されたあらゆるファブリ
ック支持の熱硬化性樹脂から作られ得る。適切なファブ
リック材料はガラス、テドラおよび水晶を含み、かつ適
切な樹脂はエポキシ、ポリイミド、トリアジン、テフロ
ンおよびアクリルを含む。上記の代わりに、接着層12a
ないし12dは任意の織込みファブリック材料を用いるこ
となく部分的に硬化された熱硬化性樹脂のシートから作
られてもよい。また、これらの接着層の厚さは変化させ
てもよいが、好ましくは接着剤が積層する間軟化する際
導体15間の空間を充填するのに十分な体積を有するよう
に少なくとも0.002インチとする。
さらに、層11aないし11eはエポキシガラスに限定されな
い。これらの層は任意の絶縁材料から製作されてもよ
い。適切な材料には、上記のような十分に硬化されたフ
ァブリック支持の熱硬化性樹脂、および十分に硬化され
た任意の織込みファブリックのない同じ熱硬化性樹脂を
含む。
層11aないし11eの他の絶縁材料は、セラミックである。
セラミック層が第２図、第４図および第６図の方法の工
程に従って組立てられると、これらのセラミック層は硬
化されていないまたは未焼結状態となり、かつ第５図お
よび第７図の方法の工程によって、セラミック層が炉で
硬化され得る状態に圧縮される。
層11aないし11eがセラミックから作られるとき、それら
はそれらの間に接着剤なしに共に積層されてもよい。そ
の場合、第２図および第３図のダミー層20aないし20c、
および第４図ないし第７図の接着層12aないし12dがなく
なる。代わりに、接着剤の光スプレーがその積層の前
に、層11aないし11cの表面上に置かれてもよい。その間
に接着剤がありかつそれがないセラミック層は第５図お
よび第７図の工程により、130゜Fの温度でかつ1250ない
し1650psiの圧力で２分間、共に積層されてもよい。
セラミックが硬化されるとき、それは収縮する傾向があ
り、かつそれが収縮する程度はセラミツクの密度と逆比
例して変化する。上の方法では、未焼結のセラミック層
のすべては、パッケージ全体を通じて均一な密度に圧縮
されかつそのため、硬化中パッケージ全体を通じてすべ
ての層が均一に収縮する。このように上の方法では、導
体15およびボンディングパッド15aの、空洞13のまわり
での重ね合わせは非常に正確である。
未焼結のセラミックはほぼ常に、少量の湿気を含み、か
つ積層する間この湿気は蒸発しかつパッケージから漏れ
出ようとする。もし積層する間の圧力が未焼結のセラミ
ック層すべてに均一にかけられなければ、この気体は圧
力の低い任意の２つの層間でトラップされ、かつそれに
よって「ブリスタ」を生じる。しかし、第２図ないし第
５図および第６図ないし第７図の方法では、圧力はセラ
ミック層に均一にかけられ、かつそのためこのようなブ
リスタは生じない。
さらに、未焼結のセラミック層上の導体15は、層の平坦
な表面上にわずかに延在し（たとえば、0.001インチ上
へ）、かつもし積層する間、圧力がこれらの導体に不均
一にかけられれば、それらは潰れて不均一な深さのセラ
ミックとなる。それによって導体がセラミックに不均一
に接着するため、これは望ましくない。しかし第２図な
いし第５図および第６図ないし第７図の方法では、導体
およびセラミックに均一な圧力が同時にかけられるので
すべては均一に潰れる。このように、すべての導体が完
成されたパッケージ内でセラミックに接着する度合は均
一であり、かつ制御され得る。
上で説明した詳細をさらに変更するものとして、パッケ
ージ10の層の数は増加されてもよい。たとえば、付加的
な層11および付加的な層12を設けることによりかつそれ
らを介して空洞13を階段状に延在させることにより、余
分のボンディングパッドが集積回路チップ14のための空
洞のまわりに置かれ得る。
上で説明した詳細のさらに他の変更は、第２図および第
３図の工程により製作される予め形成されたプラグ30
が、熱可塑性物質以外の材料から作られてもよいことで
ある。積層する間用いられる温度および圧力のもとで軟
化しかつ冷却しても逆に硬化しない任意の材料が、用い
られてもよい。たとえば、低いデュロメータのゴム（す
なわち、ショア（Shore）A30より小さいデュロメータ定
格を有するもの）が、熱可塑性材料の代わりに用いられ
てもよい。
さらに他の変更として、第６図および第７図のブラダ40
は、すべての側で弾性であるサックまたはバッグである
必要はない。スタックの上部層11aに対してプレスする
側40aのみは弾性膜である必要があり、他方の側40bは堅
いシートまたはハウジングであり得る。
また、第３図、第５図および第７図の工程で積層が生じ
る温度および圧力は、前で述べたものに制限されない。
しかしながら好ましくは、これらの積層工程は、少なく
とも50psiの圧力でかつ少なくとも100゜Fの温度で実行さ
れる。
したがって、この発明の性質および精神を逸脱すること
なく上の詳細に多くのこのような変更がなされ得るの
で、この発明はそれらの詳細に制限されずしかも前掲の
特許請求の範囲により規定されることを理解しなければ
ならない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明に従って構成された集積回路パッケ
ージの好ましい実施例の十分に拡大された断面図であ
る。 第２図ないし第５図は、第１図の集積回路パッケージを
製作する１つの好ましい方法の工程を例示する。 第６図ないし第７図は、第１図の集積回路パッケージを
製作する他の好ましい方法の工程を例示する。 図において、10は集積回路パッケージ、11,12,22は層、
13は空洞、15は導体、15aはボンディングパッド、40は
弾性ブラダ、42は流体である。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集積回路パッケージを製作する方法であっ
    て、 複数個の薄い平坦なエポキシガラス層と、前記エポキシ
    ガラス層間の接着層と、外部エポキシガラス層から内部
    エポキシガラス層に向かって延在しかつ前記内部エポキ
    シガラス層の平坦な表面の部分に沿って平行に進みかつ
    前記エポキシガラス層を貫通する階段状の空洞と、前記
    内部エポキシガラス層の平坦な表面部分上のボンディン
    グパッドを含む前記内部エポキシガラス層上の導体とか
    らなるスタックを組立てる工程と、 前記１つの外部エポキシガラス層と前記空洞を弾性ブラ
    ダで覆う工程と、 前記弾性ブラダが前記空洞のすべての表面に対して伸び
    るとともに前記表面を押圧し、かつそれによって前記接
    着剤が前記ボンディングパッド上を流れるのを塞き止め
    るような温度および圧力で前記弾性ブラダに対して流体
    を押しやることにより、前記スタックを積層する工程と
    を含む、集積回路パッケージを製作する方法。
  2. 【請求項２】前記弾性ブラダがゴムである材料から形成
    される、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記弾性ブラダが前記エポキシガラスおよ
    び前記接着剤にくっつきにくい表面を有する、特許請求
    の範囲第１項の記載の方法。
  4. 【請求項４】前記弾性ブラダがまた、前記外部エポキシ
    ガラス層の平坦な表面全体を覆う、特許請求の範囲第１
    項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記スタックの前記接着層は、前記空洞の
    壁面に沿って前記エポキシガラス層から引込められる、
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記温度および圧力がそれぞれ少なくとも
    100゜Fおよび少なくとも50psiである、特許請求の範囲第
    １項に記載の方法。
  7. 【請求項７】集積回路パッケージを製作する方法であっ
    て、 複数個の薄い平坦な絶縁層からなるスタックと、内部絶
    縁層を介して１つの外部絶縁層から延在しかつ前記内部
    絶縁層の平坦な表面部分を露呈するように形づくられた
    空洞と、露呈された平坦な表面部分上にボンディングパ
    ッドを含む前記内部絶縁層上の導体とを組立てる工程
    と、 弾性膜で前記空洞を覆う工程と、 前記弾性膜が伸びかつ前記空洞の表面に正確に沿うよう
    な温度および圧力で前記弾性膜に対して押しやられた流
    体を用いて前記スタックの層を圧縮することによりそれ
    らを永久的に接合する工程とを含む、集積回路パッケー
    ジを製作する方法。
  8. 【請求項８】前記絶縁層がエポキシガラス層である、特
    許請求の範囲第７項に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記絶縁層が未焼結セラミック層である、
    特許請求の範囲第７項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記弾性膜がゴムの膜である、特許請求
    の範囲第７項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記弾性膜が包囲されたブラダである、
    特許請求の範囲第７項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記弾性膜が前記絶縁層にくっつきにく
    い表面を有する、特許請求の範囲範囲第７項に記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】前記弾性膜が前記空洞を越えて延在し、
    かつ前記外部絶縁層の平坦な表面を覆う、特許請求の範
    囲第７項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記温度および圧力がそれぞれ、少なく
    とも100゜Fおよび少なくとも50psiである、特許請求の範
    囲第７項に記載の方法。
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