專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及塑封半導體器件及其制造方法。特別涉及球柵陣列(BGA)封裝半導體器件，器件中的元件的固定和支撐的方法和器件的制造方法。
半導體封裝結(jié)構已朝著小型化和薄型化方向發(fā)展，以增加封裝結(jié)構中的元件密度。用一個單片處理的信息量趨于增大。輸入/輸出引線的數(shù)量趨于增大。由于封裝的尺寸不能增到所希望的大小，因此當引線數(shù)量增加時任何相鄰的引線之間的間隔趨于大大地減小。因此，當前的形勢是，要求用高技術將器件安裝在電路板上或基板上。為了簡化器件安裝，已出現(xiàn)了與現(xiàn)有安裝形式不同的諸如引線柵格陣列(PGA)和BGA具有外部連接形式的外部連接結(jié)構的封裝。向上型的BGA封裝已在美國專利5216278中公開。向下型的封裝已在美國專利5148265中公開。
與美國專利5216278所公開的結(jié)構類似的BGA結(jié)構，例如，參考圖38至40給出了向上型的一個例子的外形結(jié)構。
圖38是BGA封裝結(jié)構的剖視圖。用粘接之類的方法將一個IC單片1粘接到電路板2上。電路板2是用如BT樹脂的有機材料制成。IC芯片1用連接線12電連接到電路板2上的焊點12上。
圖39是圖38所示BAG封裝結(jié)構的頂面視圖。每個從電路板2上的焊點12上伸出的布線圖形位于電路板2上與電路板2背面的引線端3連通。
圖40是圖38的封裝結(jié)構的底視圖。引出端3位于柵格和與引出端3對應的連接金屬凸點4連通的電連接引線的交叉點處。給裝有IC單片1的電路板表面涂復樹脂14完成保護封裝，IC單片1設置有構成元件。
考慮到生產(chǎn)率，模具中通常有多個空腔，每個空腔都用作BGA包封殼，并在模壓過程中填入樹脂。而且，按這種排列將多個包封殼放在模具中是困難的，而且模制產(chǎn)品的卸出工藝是非常復雜的，這就增大了制造成本。
例如參考圖41和42說明一種與美國專利5148265中所述包封結(jié)構類似的面向下型BGA封裝結(jié)構。圖41是BGA封裝結(jié)構的透視圖，BGA封裝結(jié)構由放在IC芯片1的電路側(cè)表面上的硅橡膠之類的襯墊32和放在襯墊32上的有電路圖形的電路薄膜31構成，IC芯片1與電路薄膜31用連接線13連接。
圖42是圖41的連接部分的放大剖視圖。給IC芯片1和除引出端33的面積之外的包封結(jié)構涂復彈性樹脂14進行保護性包封，以完成包封。這種情況下，所存的問題與面向上型包封所存在的問題類似。因為，考慮到生產(chǎn)率，在模具中通常放置有多個BGA包封殼，并在模壓工藝過程中填充樹脂，按這種排列將多個封裝殼放在模具中是困難的，而且模制品的卸除工藝非常復雜。這將增大造價。
在包括電路板的每個模封工藝中，電路板通常放在上半模與下半模之間，樹脂填入設置在整個電路板上的多個空腔中。因此需要設置一個由滑道和閘門構成的樹脂流路，通過它樹脂供給到整個電路板上。該流路限制了電路設計。此外，由于在模制之后在除去不必要的滑道和閘門的工藝中可能損壞電路板，因此，可能減小包封的可靠性。
許多現(xiàn)有的模制方法，不用位于電路板上的滑道和閘門構成的流路來將樹脂填充到電路板上;例如，JP-B-61-46049，和JP-A-4-184944公開的一種裝配進行的模制工藝，模具有構成部分流路的滑道和閘門。通過該流路，把樹脂加入帶有模腔的模板(所謂的“腔模板”)構成的腔體中和放在模具中的電路板上。該工藝中，電路板上的電路設計不受限制，但要進行薄的包封時會出現(xiàn)其他的問題，例如，由于腔模板薄，除去電路板上制成的樹脂毛刺時會使膜板本身損壞，此外，每次模制時，都要求換新的腔模板，因而模制工藝難于自動化。
JP-A-4-184944公開一種模具結(jié)構，模具中包括有使樹脂提供到模具中流路的滑道和閘門?；篮烷l門的連接部分安裝成當模具打開時相互滑動。這種情況下，樹脂流過滑動部分，這樣，樹脂似乎是進入了流動部分之間可能有的空隙中，因此，似乎會產(chǎn)生對滑動件起滑動阻力作用的樹脂毛刺，使滑動件出現(xiàn)不希望有的不正常動作。該不正動作會在這些封裝的生產(chǎn)中造成嚴重的問題。
現(xiàn)有技術中存在用樹脂模制的模具中封裝的元件放置困難。此外，還存在模制工藝復雜，因此，工藝自動化和維修困難。這些因素造成了生產(chǎn)成本增大。
包括電路板和其他元件的封裝的模制工藝中，樹脂似乎是進入了模具中樹脂流路中的滑動件之間可能存在的空隙中而產(chǎn)生了毛刺，從而引起生產(chǎn)不正常與使生產(chǎn)效率降低。
在模制工藝中進行薄的封裝時，用滑道和閘門構成樹脂流路的安裝是與腔模板和電路板一起設置在模具中的。要求腔模板薄，因此，在制造薄的工件時，模板本身會損壞，這是不希望發(fā)生的。此外，每次模制工藝中，都要求替換新的模板，從而使模制工藝難于自動化，降低了模制效率，增加了造價。
本發(fā)明的目的是，提供一種沒有上述缺點的BGA包封結(jié)構，具有高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。并提供這種BGA包封結(jié)構的制造方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方案中，提供一種BGA封裝結(jié)構，它用一個支撐架牢固地支撐IC芯片，電路板或電路薄膜。
另一方案中，提供一種BGA包封結(jié)構，其中IC芯片和電路板或電路薄膜覆蓋有樹脂。
用一種安裝，使封裝的元件容易地放入模具腔中，因而，在模制工藝中能毫無問題地制成許多BGA封裝結(jié)構。允許支撐架用作熱輻射器，增加電路板的強度，并減少電路板中的彎曲。IC芯片，電路板或電路薄膜用樹脂密封，以減少BGA封裝的彎曲。此外，用支撐架使各個工序易于自動化提高了生產(chǎn)效率。


圖1是第1實施例的BGA包封結(jié)構的部分斷開的透視剖視圖;
圖2A是一個支撐引線架和多組IC芯片和電路板的裝配工藝流程圖;
圖2B是裝配工藝和制成的封裝的說明圖;
圖3A是樹脂模制工藝的工藝流程圖;
圖3B是工藝說明圖;
圖4A是完成模制產(chǎn)品的工藝流程圖;
圖4B是工藝說明圖;
圖5是第2實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖6是第3實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖7是第4實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖8是第5實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖9是第6實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖10是第7實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖11A是第1，第4，和第6實施例中所用支撐架的平面圖;
圖11B是圖11A中沿A-A線的剖視圖;
圖12A是第2，第5和第7實施例中所用支撐架的平面圖;
圖12B是圖12A中沿A-A線的剖視圖;
圖13A是第3實施例中用的支撐架的平面圖;
圖13B是沿圖13A中A-A線的剖視圖;
圖14A是圖11的支撐架的一個改型的平面圖;
圖14B是沿圖14A中A-A線的剖視圖;
圖15A是圖12所示支撐架的一個改型的平面圖;
圖15B是沿圖15A中A-A線的剖視圖;
圖16A是圖13所示支撐架的一個改型的平面圖;
圖16B是沿圖16A中A-A線的剖視圖;
圖17是第8實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖18A是一個支撐引線架、幾組IC芯片和電路膜的裝配工藝流程圖;
圖18B是工藝說明圖;
圖19是第9實施例的BGA包封結(jié)構局部斷開的透視剖視圖;
圖20是第10實施例的BGA包封結(jié)構局部斷開的透視剖視圖;
圖21是第11實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖22是第12實施例析BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖23是第13實施例的BGA包封結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖;
圖24A是第8，第9和第10實施例中所用支撐架的平面圖;
圖24B是沿圖24A中A-A線的剖視圖;
圖25A是第11至13實施例中所用支撐架的平面圖;
圖25B是沿圖25A中A-A線的剖視圖;
圖26A和26B分別是有模制的第2實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大圖;
圖27A和27B分別是有模制的第3實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖28A和28B分別是有模制的第4實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖29A和29B分別是有模制的第5實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖30A和30B分別是有模制的第6實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖31A和31B分別是有模制的第7實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖32A和32B分別是有模制的第8實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖33A和33B分別是有模制的第9實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖34A和34B分別是有模制的第10實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖35A和35B分別是有模制的第11實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖36A和36B分別是有模制的第12實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖37A和37B分別是有模制的第13實施例的模具的局部斷開的透視剖視圖和局部放大的剖視圖;
圖38是面向上的BGA封裝結(jié)構的剖視圖;
圖39是圖38所示BGA封裝結(jié)構的平面圖;
圖40是圖38所示BGA封裝結(jié)構的底視圖;
圖41是普通的面向下的BGA封裝結(jié)構的一個片斷的透視剖視圖;
圖42是圖41的連接部分放大圖;
圖43A和43C均是填充樹脂下的封裝的平面示意圖;
圖43B和43D分別是沿圖43A和43C的A-A線和B-B線的剖視圖;
圖44A和44B分別是樹脂填充工藝結(jié)束時的PGA封裝的平面示意圖和沿圖44A中的C-C線的剖視圖;
圖45A和45B分別是本發(fā)明第14實施例的下半模腔中心部分的放大平面圖和沿圖45A的A-A線的放大剖視圖;
圖46A，46B和46C每個都示出了第14實施例中模具腔的中心部分的操作狀態(tài);
圖47A是電路板和下半模腔的相關凸柱的剖視圖;
圖47B是圖47A的部分放大剖視圖;
圖47C是圖47B的接合件之間樹脂填充情形的說明圖;
圖48是用脫模劑涂覆本發(fā)明的第15實施例的每個電路板引出端表面的涂覆工藝流程圖;
圖49是用脫模劑模制電路板的工藝流程圖;
圖50是用熱固性橡膠樹脂涂覆第16實施例的凸模的工藝流程圖;
圖51是用固化的橡膠樹脂在帶有凸柱的下半模腔中模制電路板的工藝流程圖;
圖52是各實施例的焊料凸點形成率曲結(jié)圖。
下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。在所有附圖中相同的元件用同一數(shù)字表示，并會重復不同的說明。
圖1是第一實施例的面向上的BGA封裝的示意透視圖。IC芯片1和電路板2作為基礎元件，引出端(或電板)3用作設置在電路板安裝側(cè)面上的元件上的外部連接，連接在引出端3的金屬凸點4作為外部引出端，用支撐架(ⅰ)5固定這些元件，由此構成面向上型BGA封裝結(jié)構。支撐架(ⅰ)5由引線架的邊框(或外緣)6，固定電路板的支撐部分7，電路板固定邊框8和接頭支撐部分9和接頭10組成。零件7至10構成支撐部分。在IC芯片1與電路板2之間用粘接片10使其固定。電路板2用絕緣材料制成。用連接線，如金絲13將IC芯片1上的焊接凸點11電連接到電路板2上的引線凸點12上。電引線設置成從電路板2上的焊接凸點12穿過通孔(未畫出)或電路板2中形成的類似結(jié)構連到設有電氣連接的電路板2背面的引出端3，盡管圖中沒畫出。當然，這些電引線要用絕緣材料如焊料抗蝕劑(未畫出)保護。電路板2背面的電引線還延伸到各個電極3。這種情況下，除電路板2的安裝表面上的元件上的引出端之外，放在模具中的這些元件全用樹脂14密封和保護，完成全部封封。把金屬凸點，例如，焊料球，焊接到引出端3上，完成電連線，由此制成成品。
圖2至4，每個都描繪了制造工藝流程和工藝狀況。通常，同時用樹脂模制多個BGA封裝結(jié)構。下面將說明這種情況下采用的制造工藝。圖2A是用IC芯片1，電路板2和支撐架(ⅰ)5作為元件的裝配工藝流程圖。圖2B是裝配工藝的說明示意圖。特別是，支撐架(ⅰ)5有多個圖2B(b)所示的允許同時模制多個BGA封裝的結(jié)構，IC芯片1(圖2B(a))用粘接劑粘接在多個支撐架(ⅰ)5(圖2B(b))上的各個連接片10上。然后，用粘接劑將電路板2(圖2B(c))從支撐架(ⅰ)5(圖2B(b))的背面固定到連接片10的背面，并固定到電路板固定框8上，由此構成夾有連接片10的三層結(jié)構。支撐架(ⅰ)5(圖2B(b))在邊框上有許多定位孔(未畫出)，以便自動進行各制造工藝。然后，用金絲13將IC芯片1上的焊接凸點(未畫出)連接到電路板2上的焊接凸點(未畫出)以構成與電路板的電連接。以完成將多組IC芯片和電路板在多個支撐引線架15上的裝配(圖2B(d))。
圖3A是有多組IC芯片和電路板裝配其上的支撐引線架15的樹脂模制工藝流程圖，圖3B是工藝說明示意圖?，F(xiàn)在說明用熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂連續(xù)模制。裝配有多組IC芯片和電路板的支撐引線架15(圖3B(a))放置成使每組IC芯片和電路板放在模具(ⅰ)16中的相應模腔17中(圖3B(b))。此時，模具(ⅰ)16升溫到環(huán)氧樹脂的固化溫度。模壓的樹脂片(未畫出)送入模具的槽(未畫出)中，并用陽模(未畫出)沖壓。壓過的樹脂14加熱，熔化并通過模具中的滑道18和閘門19進入模腔17，并用固化反應進行固化，成為成品。參考放大剖視圖3B(c)說明模具腔17中的狀態(tài)。其上安裝有多組IC芯片和電路板的支撐引線架15放在上半模20和下半模21之間。每組芯片/電路板上的連接片10放在相應的模腔17中。當然此時用支撐引線架15中的定位孔(未畫出)與模具中模腔17中的定位銷(未畫出)共同作用給每個支撐架15定位。在這種條件下，樹脂加入模腔17中，用樹脂覆蓋并密封除引出端之外的組件。下半模21的模腔中設置的凸臺22防止樹脂加入到電路板2的包封面上的引出端3上，以完成將引出端留在外面的樹脂模制。
圖4A是表示用模制而制出成品的工藝流程示意圖，圖4B是工藝過程說明示意圖。用沖模24(圖4B(b))從樹脂模制產(chǎn)品23(圖4B(a))上切去無用的樹脂模制包封23(圖4B(a))的引線架邊框6，閘門19和滑道18。然后，將分開的產(chǎn)品25(圖4B(c))送入外引線形成工藝(圖4B(d))，在此，例如，把焊料球4送去加熱，使其與電路板包封面上預先露在外面的引出端3連接，完成最終的外引線26裝配，由此完成了樹脂密封BGA包封的全部工藝(圖4B(e))。已廣泛采用常規(guī)的連續(xù)模制技術實現(xiàn)裝配有芯片/電路板的支撐引線架的樹脂密封工藝。所以造價降低，生產(chǎn)效率提高了。芯片/電路板的樹脂密封使有機材料制成的電路板有效地防潮，因此，大大提高了防潮可靠性。特別是，用樹脂密封的電路板上只裝有IC單片的結(jié)構，例如，美國專利5216278所公開的，由于潮濕，使引線從電路板安裝面的芯片上剝落，電路板碎裂，及引線被腐蝕，因此很難保證結(jié)構的防潮可靠性。相反，本實施例中，用樹脂密封芯片/電路板，保證了防潮穩(wěn)定性。由于產(chǎn)品工作中使芯片產(chǎn)生大量的熱，熱量通過芯片下面的連接片和固定電路板用的引線架的邊框有利地輻射出去，因此要求對成品冷卻。要求有較大的熱輻射時，不必切去待切去的引線架邊框6可用作熱輻射器。
圖5是本發(fā)明第二實施例的BGA封裝結(jié)構的透視圖;它由無連接片的支撐引線架(ⅱ)27和連接片支撐件組成。IC芯片1直接連接在電路板2上。支撐架(ⅱ)27邊框8處連接在電路板2上，由此獲得薄型封裝。焊接凸點12的位置可任意設計。芯片連接到電路板上的工藝簡便而有利。樹脂模制中要求用圖26A和26B所示的模具(ⅱ)代替圖3B(h)和3B(c)所示的模具。當然，要求所用的圖4B(b)所示的沖模24應適合于封裝的形狀。
圖6是本發(fā)明第三實施例的BGA封裝結(jié)構的局部切開的透視圖，它包括支撐架(ⅲ)28，支撐架(ⅲ)28中的固定電路板的引線架的支撐件7是彎曲成使引線架的邊框牢固地連接在其上設有引出端3的電路板2的封裝表面上。按這種安裝的優(yōu)點是，即使有大量的焊接凸點，電路板上也能任意地設置焊接凸點12。芯片容易用引線焊接到電路板上。在樹脂模制中，要求用圖27A和27B所示模具(ⅲ)41代替圖3B(b)和3B(c)中所示的模具。當然，要求圖4B(b)所示沖模的形狀與封裝的形狀相適應。
第一至第三實施例的每種封裝結(jié)構，除電路板2上的引出端3外，都用樹脂密封，以確保高防潮可靠性。用無機材料也可以獲到這種密封，可以產(chǎn)生同樣的密封效果。下面參考圖7說明本發(fā)明第4實施例的電路板側(cè)邊的樹脂密封的包封結(jié)構。支撐架結(jié)構與第一實施例所用的相同。圖8示出了第5實施例，它的支撐架結(jié)構與第2實施例用的支撐架結(jié)構相同。
電路板上的引出端3的數(shù)量大而使樹脂密封困難時，第4和第5實施例是有利的。第4實施例的樹脂模制中，要求用圖28A和28B所示模具(ⅳ)42代替圖3B(b)和3B(c)所示模具16。第5實施例的樹脂模制中，要求用圖29A和29B中所示模具(ⅴ)43代替圖3B(b)和3B(c)所示模具16。該情況下，當然，要求用形狀與模制產(chǎn)品的形狀相適應的沖模代替圖4B(b)所示沖模24。有利于模具(要求下半模腔中無凸臺，這在以后會說明)中容易形成模腔并使制造成本降低。
將結(jié)合表示本發(fā)明第6實施例的圖9說明有芯片和電路板的芯片安裝表面的封裝結(jié)構的樹脂密封。支撐架結(jié)構與第1實施例所用支撐架結(jié)構相同。圖10所示第7實施例所用支撐架結(jié)構與第2實施例所用支撐架結(jié)構相同。有利于使該模制用的模具制造簡易并使制造成本降低。
當電路板上的引出端3的數(shù)量大而使樹脂密封困難時，第6和第7實施例是有利的。第6實施例的樹脂模制中，要求用圖30A和30B所示模具(ⅵ)46代替圖3B(b)和3B(c)所示模具16。第7實施例的樹脂模制中，要求用圖31A和31B所示模具(ⅶ)47代替圖3B(b)和3B(c)所示模具16。這種情況下，當然，要求用形狀與模制產(chǎn)品形狀適當?shù)臎_模代替圖4B(b)所示沖模24。這有利于簡化模具(要求下半模腔中無凸臺)中模腔的制造并使造價降低。
在已說明過的第1至第7實施例中所用的電路板材料主要由有機材料和無機材料組成，根據(jù)用于封裝的目的，也可以安全地代用其他材料。第1至第7實施例中的共同之處可能是用支撐架避免模制工藝之后切割掉滑道和閘門時損壞電路板。這種情況下，樹脂密封的封裝僅僅是通過引線架的支撐部分連接到支撐架的邊框上，因而在切除引線架的邊框時。沒有應力加到電路板上，從而增大了可靠性。芯片在工作中產(chǎn)生大量的芯片墊，并要求將這些熱量輻射出去時，應切去的引線架的邊框可以有益地用作熱輻射器，而不必切掉。
第1至第7實施例中用的支撐架5的沖壓圖形示于圖11至16中。圖11A和11B分別是第1第4和第6實施例中用的支撐架的平面圖和沿圖11A中A-A線的剖視圖。用引線架的片狀支撐件7將引線架邊框6連接到引線架邊框8上。用引線架的片狀支撐件9將連接片10連接到邊框8上。圖12A和12B分別是第2，第5和第7實施例中用的引線架的支撐架平面圖和沿圖12A中A-A線的剖視圖。用支撐件7連接邊框6和8。圖13A和13B分別是第3實施例中所用引線架的支撐件的平面圖和沿圖13A中A-A線的剖視圖。用引線架支撐件7連接邊框6和8。支撐件7彎曲成使邊框8位于邊框6下面。已說明引線架的各個元件在四個點連接，元件的數(shù)量可按需要增加或減少。
圖14至16示出了將電路板固定在支撐架上用的引線架的部件30在邊框8形成的四個點位置中彎曲時的支撐架5的沖壓圖。圖14A是支撐架的平面圖，它包括具有把部分切去的固定電路板用的引線架邊框的圖11A和11B所示的引線架支撐件。圖14B是沿圖14A中A-A線的剖視圖。圖15A是支撐架的平面圖，它包括具有部分要切去的固定電路板用的引線架邊框的圖12A和12B所示的引線架的支撐件。圖15B是沿圖15A中A-A線的剖視圖。圖16A是支撐架平面圖，它包括部分要切去的用于固定電路板的引線架邊框的圖13A和13B所示的引線支撐件。圖16B是沿圖16A中A-A線的剖視圖。當然，用這種支撐引線架會產(chǎn)生用上述結(jié)構的相同效果。圖11-16的支撐引線架例如可以用Fe-Ni合金或Cu合金制造。而已說明引線架的元件在四個點連接，連接的元件數(shù)量可以按需要增大或增少。參考圖14至16說明的引線架邊框6有定位孔29，通過它在各制造工序中定位邊框6。
圖17是按本發(fā)明的第8實施例的面向下型BGA封裝結(jié)構的局部斷開的透視剖視圖。BGA封裝結(jié)構由一個IC芯片1，電路薄膜31，形成在耐熱絕緣材料上的圖形，絕緣墊片32，電路薄膜31上的引出端(或電極)33，作為與引出端33連接的外引出端的金屬凸片4和固定這些元件的支撐架(ⅳ)34構成。支撐架(ⅳ)34由邊框6和接頭支撐件9和接頭10構成。連接片10包括支撐部分，背面有粘接劑的芯片1粘接到支撐部。IC芯片1的焊接點(未畫出)是連接金屬，并電連接到電路膜31的引線焊接點(未畫出)。電路膜31上的焊接點連接到相應的外引出端33上。除連接片10的背面之外，這些元件放在模具中并用樹脂14密封。然后，用連接金屬凸片4，例如焊料球，將引線電連接到引出端33，制成成品。
由于本實施例所用元件與第1實施例不同，圖18給出了制造工藝?，F(xiàn)在要說明通常進行的用樹脂同時模制許多封裝的工藝。圖18A是由IC芯片1，電路膜31和作為安裝在多個支撐架(ⅳ)34上的元件的墊片32組成的多組裝配工藝流程示意圖;圖18B是工藝示意圖。支撐架(ⅳ)34有多個結(jié)構如圖18(d)所示，因而允許模制多個包封結(jié)構。這種情況下，首先，IC芯片1(圖18(c))連接到支撐件(ⅳ)34的各連接片10上。然后，絕緣墊片32(圖18(b))連接到各個IC芯片上。除它們的焊接點外。最后，使電路膜31(圖18(a))的焊接點(未畫出)與各芯片焊接點(未畫出)對準，并連接到相應的墊片32上。多個支撐架(ⅳ)34在其邊框中有定位孔(未畫出)，用于進行自動化制造工藝。IC芯片1和相應的電路膜31電連接，例如，用加熱或連接它們的金，焊料合金或其他金屬材料，或用導電樹脂如混有金屬粉的環(huán)氧樹脂使他們連接，由此完成多組IC芯片和電路膜在支撐引線架35上的裝配。然后進行圖3和圖4所示的實施1說明中參考的相同工藝步驟。當然，在這些工藝步驟中，要求用圖32A和32B所示模具(ⅷ)48代替圖3B(b)，3B(c)所示模具16進行樹脂模制工藝。當然，要求用形狀適合于模制產(chǎn)品形狀的沖模代替圖4B(b)所示沖模24。按這種裝配，露出連接片10的背面，以便大大有利于散熱。此外，易于連接象冷卻風扇這樣的強制冷卻機械。除電路膜31上的外引出端33外都用樹脂密封，增大了防潮可靠性。
圖19示出了第9實施例，除外引出端33外，電路膜31上的全部元件用樹脂14密封。要求用圖33A和33B中所示模具(ⅸ)49代替圖3B(b)和3B(c)中所示模具16。當然，用形狀與模制品形狀相適應的模具代替圖4B(b)中所示模具24。這種結(jié)構確保了高防潮可靠性。
圖20示出了第10實施例，它只有芯片/電路膜焊接點連接部分用樹脂密封。要求用圖34A和34B所示的模具(ⅹ)50代替圖3B(b)和3B(c)所示的模具16。當然，要求用形狀與模制產(chǎn)品形狀相適應的模具代替圖4B(b)所示沖模24。用這種裝配提供薄型封裝。
這種安裝中，若外引出端的數(shù)量大到使全部外引出端不能位于芯片區(qū)內(nèi)時，采用第11實施例的BGA包封結(jié)構。它能很好的設置這些引出端，如圖21所示。支撐架(ⅴ)36有從連接片10的各邊突出的連接片10的延長部分37，按要求使這些外引出端位于不能放在芯片區(qū)上的延長的連接片部分37上。連接片的延長部分37和連接片支撐件9彎曲成使設置在接頭延長部分37上的電路膜的延長部分38上的引出端39與位于整個IC芯片1上的電路膜上的引出端(或電極)處于同一平面(或同一高度)，因而，當連接并固定電路膜的延長部分38時，使其保持同一平面。在這種條件下，樹脂密封元件，提供BGA包封。包括各元件的裝配工藝步驟的制造工藝結(jié)合圖18說明。這些工藝步驟與第1實施例說明用的圖3和4中所示的步驟相同。該工藝中，要求用圖35A和35B所示模具(ⅹⅰ)51代替圖3B(b)和3B(c)中所示模具16進行樹脂模制。當然要求用形狀與模制品形狀相適應的模具代替圖4B(b)所示沖模24。正如公知的，改變支撐架(ⅴ)36的連接片延長件37的形狀很容易設置許多引出端。并容易確保電路膜的延長部分38在同一平面內(nèi)。由于露出連接片10，容易附加冷卻機。通過連接片的延長部分37大大改善了散熱。在樹脂密封基礎上，當然，增大了防潮可靠性。
圖22和23分別示出了第12和13實施例。根據(jù)成品的要求樹脂密封不同。樹脂模制中，實施例12要求用圖36A和36B所示的模具(ⅹⅱ)52代替圖3B(b)和3B(c)所示的模具16，而在第13實施例中要求用圖37A和37B所示模具(ⅹⅲ)53代替圖3B(b)，3B(c)所示模具16。當然，要求用形狀與模制品形狀相適應的模具代替圖4B(b)所示的沖模24。當然，這些封裝結(jié)構還與第11實施例中所述的那些結(jié)構相同。
第8至第13實施例中的共同之處可以說的是用支撐架避免模制后切去無用的滑道和閘門時損壞電路板。由于只用引線架的接頭支撐件將樹脂密封的封裝連接到支撐架的邊框上，可以避免在切去滑道和閘門時給電路板加上應力，由此而確?？煽啃?。工作中芯片中產(chǎn)生大量的熱時，要求高散熱連接片的延長部分用作熱輻射器，增大了器件的冷卻效率。引線架邊框6可用作熱輻射器而不切去。
圖24和25示出了第8至第13實施例中用的支撐架沖壓圖形。圖24A是第8至第10實施例的支撐架的平面圖。圖24B是沿圖24A中A-A線的剖視圖。用引線架的四個片狀支撐件9連接引線架的邊框6和連接片10。圖25A是第11至第13實施例的支撐架平面圖，圖25B是沿圖25A中A-A線的剖視圖。用帶有從連接片10的四邊突出的連接片的四個延長部分37的引線架的四個片狀支撐件9連接引線架邊框6和連接片10。連接片的延長部分37和引線架的片狀支撐件9彎曲成使電路膜延長部分38上的所有引出端有齊平的(或在同一高度)。而各個相關的元件被看成是連接在四個點，連接的引線數(shù)量可根據(jù)需要增加或減少。圖24和25所示的每個支撐架均可用例如Fe-Ni合金，Cu合金或其他金屬材料制成。圖24和25的引線架的邊框6有多個定位孔29，通過它們，在各制造工藝中使有關的各個元件定位。模制第1至第3，第8，第9，第11和第12實施例的必要條件是<1>避免形成內(nèi)部有氣泡的壞產(chǎn)品，<2>避免連接金屬凸片時在電路板的引出端表面上形成樹脂毛刺。結(jié)合附圖43和44，用圖說明模制時各實施例上樹脂的填充狀況，以說明氣孔產(chǎn)生的過程和方法，以防止在上述的條件<1>中的氣泡產(chǎn)生。
圖43A，43B，43C，43D各圖都示出了模制中的填充樹脂。圖43A和43C都是平面圖。圖43B和43D分別是沿圖43A和43C中A-A線的剖視圖。圖43A和43B示出了樹脂通過閘門19后填充模腔的方法。實線表示上半模腔中流動樹脂的前部54，虛線表示此時同一點下半模腔中流動樹脂的前部55。正如從圖43A的剖視圖43B所知道的，上半模腔56中的樹脂路徑?jīng)]有下半模腔57中的樹脂路徑復雜。因此，上半模腔56中的樹脂填充比下半模腔57中的填充要較早時間完成。圖43C，43D示出了填充樹脂的后面狀況。上半模腔填充樹脂之后，樹脂填充從下半模腔57的四個側(cè)邊朝它的中心推進。因此，如沿圖43C的B-B線的剖視43D所示，下半模腔57中的氣泡58沒有逸出路徑，并束縛在模腔中。
圖44示出了BGA包封的樹脂填充完成情況。圖44A是平面圖，圖44B是沿圖44A中C-C線的剖視圖。氣泡58束縛在下半模腔57的上部。因此，模制是壞的。為避免這種狀態(tài)，將結(jié)合圖45和46說明避免氣泡58的模具結(jié)構。
圖45示出了第14實施例。圖45A是下半模腔57的中心部分的放大平面圖。圖45B是沿圖45A中A-A線的剖面圖。下半模分成很多部分，一部分與另一部分相互聯(lián)動，形成氣路或排氣孔59允許氣泡經(jīng)此排出。該例中，下半模腔57分成兩部分。即，有凸臺22的第1部分60，凸臺22的形狀與其它凸臺相同，并且沿第1部分四周設置的出氣孔59，第2部分60，其把第1部分裝入第2部分內(nèi)，使氣泡通過下半模腔57的壁以第1部分與第2部分之間的邊界61中的出氣孔59排出。第1部分60還起突臺的作用，當模制產(chǎn)品23從模具中取出時該突臺滑出。
現(xiàn)在參考圖46說明第1，第2部分60，60′的滑動操作。圖46A是模腔中心部分的放大剖視圖，按第1實施例的方法在此設置支撐架5，電路板2和IC芯片1。起突柱62的作用的部分60固定在模具的凸柱固定板63上。圖46B示出了樹脂14的填充工藝步驟。被束縛的氣泡58向下流過排氣孔59，然后，通過部分69與凸柱固定板63之間的空隙按箭頭58指示的水平方向排出。圖46C示出了模制產(chǎn)品從模具中除去之后填充的樹脂14被加熱和固化的情況。移動凸柱固定板63使凸柱62滑動，以便使模制品從模具中除去。用該滑動操作，可以使粘附在排氣孔59上的樹脂毛刺64分開，使模具進入正常狀態(tài)以便進行下面的工藝。上面已說明了兩部分的下半模腔的使用，當然，下半模腔也可以按需要分成兩個以上的部分。凸柱采用具有正方截面的棒形。也可以用有矩形或圓形截面的棒。為容易除去樹脂毛刺，當然可以用聚四氟乙烯進行表面處理。
如上所述，用有許多部分組成的下半模腔，每個相鄰部分之間均有出氣孔，使氣泡排出。此外，由于凸柱的滑動作用，有可能自動排出粘附在排氣孔上的樹脂毛刺，從而容易實現(xiàn)模制自動化。
下面說明作為上述條件(2)的電路板上引出端表面上樹脂毛刺的產(chǎn)生過程和防止這種樹脂毛刺產(chǎn)生的方法?，F(xiàn)在結(jié)合附圖47說明樹脂毛刺的產(chǎn)生過程。
圖47A是放大的剖視圖，圖中，電路板引出端設置成與下半模腔的凸柱連接。用絕緣材料65復蓋電路板2上的引出端周圍的面積和它附近的引線(未畫出)。模腔中，安放成電路板2上的引出端表面66與下半模腔中的凸臺22的頂部67接觸，即，使固體表面相互接觸。圖47B是圖47A的周圍部分的放大示意圖。即，主要是使引出端的粗糙表面66與凸臺22的粗糙的頂表面67相接觸，并使它們之間形成空隙68。在這種狀態(tài)下進行樹脂模制時，樹脂14被壓進空隙68形成樹脂毛刺64，并留在引出端表面66上，如圖47C所示。此外，從電路板本身來考慮，由于電路板本身彎曲和變形，或電路板厚度變化有可能進一步產(chǎn)生樹脂毛刺。為防止產(chǎn)生這種樹脂毛刺，可以用對著下半模腔的凸柱給電路板加壓的方法。然后，用這種方法根據(jù)所加壓力的大小有可能損壞電路板。因此，本發(fā)明采用其他方法，這就是要結(jié)合附圖48-51說明的第15實施例。
首先參見圖48和49說明第15實施例。圖48是電路板引出端和凸柱的放大剖視示意圖，由它示出了防止產(chǎn)生樹脂毛刺的工藝。圖48(a)示出了按電路板2上的引出端3相同安排而設置的標準凸柱69的頂部涂覆的模具拆除劑70。模具釋放劑最好是，例如，硅樹脂，或分散有聚4氟乙烯樹脂的溶劑，或在模制溫度范圍內(nèi)是液體的蠟樹脂。如圖48(b)所示，電路板2放在標準凸柱69上，模具拆除劑70連續(xù)地加到電路板2上的引出端表面66上，形成有模具釋放劑的電路板71，如圖48(c)所示。
圖49示出了模制PGA包封的工藝，它上面放置有帶模具拆除劑的電路板71。圖49(a)中，電路板71上的引出端表面66放置成通過模具拆除劑70與下半模腔的凸柱22的頂67相接觸。圖49(b)示出了樹脂模具。電路板2上的引出端表面66放置成通過模具拆除劑70與下半模腔的凸柱22緊密接觸，由此消除表面66與凸臺22之間可能產(chǎn)生的空隙，從而防止產(chǎn)生樹脂毛刺。圖49C示出了樹脂模制結(jié)束后模制成的電路板的狀態(tài)。電路板2上的引出端表面66和下半模腔的頂67上都保留有模具拆除劑70。模具拆除劑除去之后，外引出端，如金屬凸片形成在電路板2上的引出端表面66上。
現(xiàn)在要參考圖50和51說明第16實施例。圖50是電路板引出端和凸柱的剖視示意圖，并示出了防止產(chǎn)生樹脂毛刺的工藝。圖50(a)示出了按下半模腔中凸柱安置方式相同的方式安置的電路板2上的引出端3，并覆蓋有熱固性橡膠樹脂72。熱固性橡膠樹脂最好包括例如，硅樹脂，或聚四氟乙烯樹脂。如圖50(b)所示，電路板3放置在下半模腔的凸臺22上，將橡膠樹脂輸送到突臺22上，如圖50(c)所示。然后在預定的固化條件下固化橡膠樹脂。
圖51示出了模制包封工藝，使用帶已固化的橡膠樹脂的下半模腔的凸臺22。圖51(a)中，電路板2的引出端表面66和下半模腔的凸臺22設置成通過已固化的橡膠樹脂73相互接觸。圖51B示出樹脂模制。如上面參考圖43和44所說明的，上半模腔填充樹脂的時間較下半模腔早，因此，對著下半模腔的凸臺22壓電路板2，在引出端表面66與凸臺22之間的固化橡膠樹脂73彈性變形，它使引出端表面66與凸臺22的頂放置成相互緊密接觸，使它們之間不會產(chǎn)生空隙，防止產(chǎn)生樹脂毛刺。圖51C模制器件的完成狀態(tài)。當模制品23從模具中除去后，再涂覆有機形式的彈性變形固化橡膠樹脂73，以便進行下面的模制工藝。然后，在電路板2的引出端表面66上形成像金屬凸片之類的外引出端。
圖52示出了表示防止樹脂毛刺產(chǎn)生的焊料凸點形成率的一個實例。這種情況下，用400根引出端為例。將會看到，因電路板引出端表面與模具凸柱之間無彈性材料時，焊料凸點的形成率為50%。反之，會看到，在模具凸柱與電路板引出端表面之間有彈性材料的第15和第16實施例中，焊料凸點的形成率為100%。
因此，根據(jù)第15和第16實施例的裝配，在電路板上的引出端表面與模具凸柱之間放入彈性材料，用于消除電路板彎曲和厚度變化，增加引出端表面與模具凸柱之間的接觸緊密度，防止產(chǎn)生樹脂毛刺。當然，在已說明過的模具拆除劑使用中和已解釋過的固化橡膠樹脂的使用中，在模制溫度下，會變形的任何彈性材料也會有同樣的缺陷。
按照本發(fā)明，用支撐架能容易地提高生產(chǎn)率并降低造價。用樹脂密封BGA元件，能大大提高防潮可靠性。改變支撐架結(jié)構中的接頭的形狀，使其具有一個延長部分，就可以容易地構成如第11至第13實施例中的單片外側(cè)邊上設置有許多引出端的包封。用支撐架和常規(guī)的模制技術，使模制工藝容易地自動化并節(jié)省了操作人員，從而提高了生產(chǎn)率，并保證穩(wěn)定生產(chǎn)。
用模具結(jié)構防止樹脂模制中出現(xiàn)氣泡，并防止在樹脂模制中在電路板引出端表面上產(chǎn)生樹脂毛刺，提高了生產(chǎn)效率并確保穩(wěn)定生產(chǎn)。
權利要求
1.一種半導體器件，其特征在于，包括一個集成電路芯片；一個基片，用它安裝并連接所說的集成電路芯片；多個設置在所述基片上的用于將所述集成電路芯片連接到外邊去的引出端；多個金屬凸片，每個金屬凸片形成在所述多個引出端中的每一個引出端上；一個支撐架，用于牢固地支撐所述的集成電路芯片或所述的基片，其中所述的基片包括電路板或具有在絕緣基片上形成的電路圖形的電路膜。
2.按權利要求1的半導體器件，其特征是用金屬材料制成所述的支撐架。
3.按權利要求1的半導體器件，其特征是，所述支撐架包括外邊框，與所述外邊框的內(nèi)側(cè)邊隔離并位于其內(nèi)的支撐所述集成電路芯片或電路板的支撐件，和多個連接所述外邊框和支撐件的連接裝置。
4.按權利要求3的半導體器件，其特征是，所述上邊框用作熱輻射器。
5.按權利要求3的半導體器件，其特征是，多個所述支撐架的連接裝置構成在切去外邊框時被切去的切割部分。
6.按權利要求1的半導體器件，其特征是，所述的基片包括電路板，用連接線將該電路板連接到所述集成電路芯片上。
7.按權利要求1的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路板，用金屬或?qū)щ姌渲瑢⒃撾娐钒暹B接到所述集成電路芯片上。
8.按權利要求1的半導體器件，其特征是，所述半導體器件用有機材料局部密封。
9.按權利要求8的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路板。
10.按權利要求9的半導體器件，其特征是，包括所述集成電路芯片的整個所述半導體器件，包括在所述電路板的表面上裝有與其電氣連接的所述集成電路芯片，所述電路板的側(cè)邊，和設置有所述金屬凸片的所述電路板的表面，除所述的多個引出端外，都用樹脂密封。
11.按權利要求9的半導體器件，其特征是，包括所述集成電路芯片的整個所述半導體器件，與所述集成電路芯片電氣連接的所述電路板表面，所述電路板的側(cè)邊，除多個引出端和設置有所述的多個引出端的電路板表面外，都用樹脂密封。
12.按權利要求9的半導體器件，其特征是，包括所述集成電路芯片的整個所述半導體器件，與所述集成電路芯片電氣連接的所述電路板表面，除所述多個引出端，設置有所述的多個引出端的所述電路板的表面，和所述電路板的側(cè)邊外，都用樹脂密封。
13.按權利要求1的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路膜。
14.按權利要求13的半導體器件，其特征是，包括所述集成電路芯片的整個所述半導體器件，與所述集成電路芯片電氣連接的所述電路膜表面和設置有所述多個引出端的所述電路膜表面，除所述多個引出端外，都用樹脂密封。
15.按權利要求13的半導體器件，其特征是，包括所述集成電路芯片的整個所述半導體器件，與所述集成電路芯片電氣連接的所述電路膜表面，所述電路膜與所述集成電路芯片連接在一起的部分，除所述多個引出端和設置有所述多個引出端的所述電路膜表面外，都用樹脂密封。
16.一種半導體器件，其特征是，包括一個集成電路芯片;一個基片，它有面對所述集成電路芯片的第一表面，有與所述集成電路芯片電連接的多個連接部分，有一個第二表面，有多個引出端設置在所述第2表面上，通過引線使每個引出端與多個電連接部分中的一個和側(cè)邊連接;多個金屬凸片，每一個形成在所述多個引出端中的每個引出端上;一個支撐架，用于牢固地支撐所述基片和所述集成電路芯片;和密封材料，至少密封所述集成電路芯片和所述基片的所述第1表面;至少露出所述金屬凸片而不密封。
17.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片由電路板或電路膜構成。
18.按權利要求16的半導體器件，其特征是，用金屬構成所述支撐架。
19.按權利要求18的半導體器件，其特征是，所述支撐架是包括外邊框，位于與所述外邊框的內(nèi)側(cè)相互隔開支撐所述基片和所述集成電路芯片中的至少一個的支撐件和連接所述外邊框與所述支撐件的多個連接部分的一個整體形成的構件。
20.按權利要求19的半導體器件，其特征是，保留露在外邊的外邊框并用作熱輻射器。
21.按權利要求19的半導體器件，其特征是，所述支撐架的多個連接部分包括在切除所述外邊框時被切去的切割部分。
22.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片包括用連接線與所述集成電路芯片連接的電路板。
23.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路膜，用金屬或?qū)щ姌渲顾龅碾娐纺づc所述集成電路芯片連接。
24.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述密封材料包括有機材料。
25.權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路板，其中所述密封材料還密封所述電路板到其兩側(cè)面，所述電路板的第二表面和金屬凸片露在外面不密封。
26.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路板，其中所述密封材料還密封所述電路板到第二表面，所述金屬凸片露在外邊不密封。
27.按權利要求16的半導體器件，其特征是，所述基片包括電路膜，其中所述密封材料還密封所述集成電路芯片和與集成電路芯片連接在一起的所述電路膜的所述第一表面的部分，而使所述電路膜的所述第2表面和所述的金屬凸片露在外邊不密封。
28.按權利要求27的半導體器件，其特征是，所述密封材料還密封所述電路膜到第二表面，所述的凸片露在外邊不密封。
29.一種制造半導體器件的方法，其特征是，包括步驟將集成電路芯片和基片安裝在支撐架上，所述基片包括電路板或電路膜;用連接裝置中連接集成電路芯片和基片;用有機樹脂填充并密封由集成電路芯片，基片和支撐架構成的組件的預定部分，和形成多個焊料凸點，每個凸點對應于位于基片上的多個外部連接引出端的一個端點。
30.按權利要求29的方法，其特征是，用模具進行填充和密封工藝步驟。
31.按權利要求30的方法，其特征是，模具由上半模和下半模構成，每個半模中有一槽，當上半模和下半模打開時，組件放在上下半模之間，集成電路芯片的側(cè)邊上和外部連接引出端的側(cè)邊上形成多個覆蓋在組件上的空腔，讓樹脂流入空腔中，其中所述的密封步驟包括步驟一分為二的上下模之間放入支撐架，把集成電路芯片和基片安裝在支撐架上;樹脂壓入空腔中;其中下半模有多個凸柱，槽內(nèi)多個外部連接引出端中每一個用一個凸柱，避免樹脂粘到多個外部連接引出端，保證每個金屬凸片相互隔開。
32.按權利要求31的方法，其特征是，下半模中設置有多個凸柱的部分，其包括有多個相互聯(lián)動的模塊，每個模塊有一個凸柱與帶出氣孔的外部連接引出端對應，出氣孔至少形成在任意兩個相鄰模塊的界面處。
33.按權利要求31的方法，其特征是，用彈性塑料覆蓋下半模中設置的各個凸柱的頂部。
34.按權利要求31的方法，其特征是，用模具拆除劑覆蓋下半模中設置的各個凸柱的頂部。
全文摘要
一種半導體塑封，特別涉及對BGA封裝的封裝結(jié)構和方法。一種樹脂密封的BGA封裝，其中支撐架牢固地支撐半導體部件，例如，IC芯片，電路板或電路膜，用樹脂密封，用由上半模和下半模構成的模具，其下半模中有多個凸柱，每個凸柱的位置與每個外引出端對應，模具有分割結(jié)構，在其各分割的零件之間有出氣孔。
文檔編號H01L21/56GK1113035SQ95102930
公開日1995年12月6日 申請日期1995年2月10日 優(yōu)先權日1994年2月10日
發(fā)明者角田重晴, 佐伯準一, 吉田勇, 大路一也, 本田美智晴, 北野誠, 米田奈柄, 江口州志, 西邦彥, 安生一郎, 大塚憲一 申請人:株式會社日立制作所