專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑封半導(dǎo)體器件及其制造方法。特別涉及球柵陣列(BGA)封裝半導(dǎo)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。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)已朝著小型化和薄型化方向發(fā)展，以增加封裝結(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)前的形勢是，要求用高技術(shù)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(PGA)和BGA具有外部連接形式的外部連接結(jié)構(gòu)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(gòu)類似的BGA結(jié)構(gòu)，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(gòu)。
圖38是BGA封裝結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)的底視圖。引出端3位于柵格和與引出端3對應(yīng)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(fù)樹脂14完成保護封裝，IC單片1設(shè)置有構(gòu)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(fù)雜的，這就增大了制造成本。
例如參考圖41和42說明一種與美轉(zhuǎn)利514826中所述包封結(jié)構(gòu)類似的面向下型BGA封裝結(jié)構(gòu)。圖41是BGA封裝結(jié)構(gòu)的透視圖，BGA封裝結(jié)構(gòu)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(gòu)成，IC芯片1與電路薄膜31用連接線13連接。
圖42是圖41是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(gòu)涂復(fù)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(fù)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(shè)置在整個電路板上的多個空腔中。因此需要設(shè)置一個由滑道和閘門構(gòu)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(shè)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，可能減少包封的可靠性。
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(gòu)成的流路來將樹脂填充到電路上；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(gòu)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(gòu)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(shè)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(gòu)，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(dāng)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(yán)重的問題。
現(xiàn)有技術(shù)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(fù)雜，因此，工藝自動化和維修困難。這些困素造成了生產(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(gòu)成樹脂流路的安裝是與腔模板和電路板一起設(shè)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。

發(fā)明內(nèi)容
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(gòu)，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(gòu)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(gòu)，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(gòu)，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(gòu)。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。
附圖簡述

圖1是第1實施例的BGA包封結(jié)構(gòu)的部分?jǐn)嚅_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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)的剖視圖；圖39是圖38所示BGA封裝結(jié)構(gòu)的平面圖；圖40是圖38所示BGA封裝結(jié)構(gòu)的底視圖；圖41是普通的面向下的BGA封裝結(jié)構(gòu)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操作狀態(tài)；圖47A是電路板和下半模腔的相關(guān)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。
發(fā)明的
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)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(fù)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(chǔ)元件，引出端(或電板)3用作設(shè)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(gòu)成面向上型BGA封裝結(jié)構(gòu)。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(gòu)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。用連拉線，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(shè)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中形碭類似結(jié)構(gòu)連到設(shè)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(dāng)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(gòu)。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(gòu)，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(gòu)成夾有連接片10的三層結(jié)構(gòu)。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(未畫面)以構(gòu)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加工15的樹脂模制工藝流程圖，圖3B是工藝說明示意圖。現(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(yīng)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)送入模具有槽(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(yīng)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(yīng)的模腔17中。當(dāng)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(shè)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(yù)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(shù)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(gòu)，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(gòu)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(gòu)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(shè)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(dāng)然，要求所用的圖4B(b)所示的沖模24應(yīng)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(gòu)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3支撐件7是彎曲成使引線架的邊框牢固地連接在其上設(shè)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(shè)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(dāng)然，要求圖4B(b)所示沖模的形狀與封裝的形狀相適應(yīng)。
第一至第三實施例的每種封裝結(jié)構(gòu)，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(gòu)。支撐架結(jié)構(gòu)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(gòu)與第2實施例用的支撐架結(jié)構(gòu)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。這種情況下，當(dāng)然，要求用形狀與模制產(chǎn)品形狀適當(dāng)?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。
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(gòu)的樹脂密封。支撐軻結(jié)構(gòu)與第1實施例所用支撐架結(jié)構(gòu)相同。圖10所示第7實施例所用支撐架結(jié)構(gòu)與第2實施例所用支撐架結(jié)構(gòu)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(dāng)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的示模具(vii)47代替圖3B(b)和3B(c)所示模具16。這種情況下，當(dāng)然，要求用形狀與模制產(chǎn)品形狀適當(dāng)?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(yīng)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(yīng)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實施例中用的支撐軻的平面圖和沿圖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(dāng)然，用這種支撐引線架會產(chǎn)生用上述結(jié)構(gòu)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(gòu)的局部斷開的透視剖視圖。BGA封裝結(jié)構(gòu)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(gòu)成。支撐架(iv)34由邊框6和接頭支撐件9和接頭10構(gòu)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(yīng)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我封裝的工藝。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(gòu)如圖18(d)所示，因而允許模制多個包封結(jié)構(gòu)。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，絕緣熱片32(圖18(b))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(zhǔn)，并連接到相應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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。按這些裝配，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(fēng)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33職所示模具(ix)49代替圖3B(b)和3B(c)中所示模具16。當(dāng)然，用形狀與模制品形狀相適應(yīng)的模具代替圖4B(b)中所示模具24。這種結(jié)構(gòu)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(dāng)然，要求用形狀與模制產(chǎn)品形狀相適應(yīng)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(gòu)。它能很好的設(shè)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(shè)置在頭延長部分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(或早極)處于同一平面(或同一高度)，因而，當(dāng)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。鎢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(dāng)然要求用形狀與模制品形狀相適應(yīng)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(shè)置許多引出端。并容易確保電路膜的延長部分38在同一平面圖。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(chǔ)上，當(dāng)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(dāng)然，要求用形狀與模制品形狀相適應(yīng)的模具代替圖4B(b)所示的沖模24。當(dāng)然，這些封裝結(jié)構(gòu)還與第11實施例中所述的那些結(jié)構(gòu)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軻的邊框上，可以避免在切去滑道和閘門時給電路板加上應(yīng)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實施例的支撐軻平面圖，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(guān)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所示的每個支撐軻均可用例如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(guān)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部，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(gòu)。
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(shè)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(dāng)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(shè)置支近架5′電路板和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(dāng)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(dāng)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的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(shè)置成與下半模腔的凸柱連接。用絕緣材料65復(fù)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(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(shè)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(dāng)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(dāng)然，在已說明過的模具拆除劑使用和已解釋過的固化橡膠樹脂的使用中，在模制溫度下，會變形成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(gòu)中的接頭的形狀，使其具有一個延長部分，就可以容易地構(gòu)成如第11至第13實施例中的單片外側(cè)邊上設(shè)置有許多引出端的包封。用支撐架和常規(guī)的模制技術(shù)，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(gòu)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(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將支撐架和帶有電路布線的基片構(gòu)件結(jié)合起來；將半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件的電路布線電連接起來；利用所述支撐架將所述半導(dǎo)體芯片配置在模具之內(nèi)的適當(dāng)位置；以及在所述半導(dǎo)體芯片依然由所述支撐架定位于所述模具中的所述位置的情況下，對所述半導(dǎo)體芯片進行樹脂密封。
2.按權(quán)利要求1的制造方法，進一步包括這樣的步驟在所述樹脂密封的半導(dǎo)體器件上制成導(dǎo)電凸片。
3.按權(quán)利要求1的制造方法，其中所述基片構(gòu)件包括一絕緣基片構(gòu)件和在所述絕緣基片構(gòu)件的第一、第二相對表面上形成的布線圖形，所述絕緣基片構(gòu)件的所述第一和第二表面上的所述布線圖形是相互電連接的，所述半導(dǎo)體芯片安裝在所述基片構(gòu)件的所述第一表面上，而在所述基片構(gòu)件的第二表面上制成導(dǎo)電凸片。
4.按權(quán)利要求1的制造方法，其中所述支撐架支撐多個半導(dǎo)體芯片。
5.按權(quán)利要求1的制造方法，進一步包括這樣的步驟從所述的支撐所述多個半導(dǎo)體芯片的支撐架分開所述多個半導(dǎo)體芯片中的單獨個半導(dǎo)體芯片。
6.按權(quán)利要求4的制造方法，其中，所述樹脂密封步驟中，固定在所述支撐架的所述多個半導(dǎo)體芯片是連續(xù)模制的。
7.按權(quán)利要求1的制造方法，其中所述支撐架用含有鐵鎳合金的材料制成。
8.按權(quán)利要求1的制造方法，其中所述支撐架用含有銅合金的材料制成。
9.按權(quán)利要求1的制造方法，其中，將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件電連接起來的步驟中，所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件用連接線連接，所述支撐架和所述半導(dǎo)體芯片之間未構(gòu)成電連接，而且所述支撐架和所述基片構(gòu)件之間未構(gòu)成電連接。
10.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將多個半導(dǎo)體芯片和帶有電路布線的基片構(gòu)件結(jié)合到支撐架上；將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件的電路布線電連接起來；利用所述支撐架將所述半導(dǎo)體芯片配置在模具之內(nèi)的適當(dāng)位置；以及在所述半導(dǎo)體芯片依然由所述支撐架定位于所述模具中的所述位置的情況下，對所述半導(dǎo)體芯片進行樹脂密封。
11.按權(quán)利要求10的制造方法，進一步包括這樣的步驟在所述樹脂密封的半導(dǎo)體器件上制成導(dǎo)電凸片。
12.按權(quán)利要求10的制造方法，其中所述基片構(gòu)件包括一絕緣基片構(gòu)件和在所述絕緣基片構(gòu)件的第一、第二相對表面上形成的布線圖形，所述絕緣基片構(gòu)件的所述第一和第二表面上的所述布線圖形是相互電連接的，所述半導(dǎo)體芯片安裝在所述基片構(gòu)件的所述第一表面上，而在所述基片構(gòu)件的第二表面上制成導(dǎo)電凸片。
13.按權(quán)利要求10的制造方法，進一步包括這樣的步驟從所述的支撐所述多個半導(dǎo)體芯片的支撐架分開所述半導(dǎo)體芯片中的單獨個半導(dǎo)體芯片。
14.按權(quán)利要求10的制造方法，其中，所述樹脂密封步驟中，固定在所述支撐架的所述多個半導(dǎo)體芯片是連續(xù)模制的。
15.按權(quán)利要求10的制造方法，其中，將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件電連接起來的所述步驟中，所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件用連接線連接，所述支撐架和所述半導(dǎo)體芯片之間未構(gòu)成電連接，而且所述支撐架和所述基片構(gòu)件之間未構(gòu)成電連接。
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將半導(dǎo)體芯片和帶有電路布線的基片構(gòu)件結(jié)合到支撐架上；將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件的電路布線電連接起來；對所述半導(dǎo)體芯片進行樹脂密封；以及在所述樹脂密封的半導(dǎo)體器件上制成焊料凸點。
17.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將半導(dǎo)體芯片安裝到帶有電路布線的基片構(gòu)件上；將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件的電路布線電連接起來；將所述基片構(gòu)件和支撐架結(jié)合起來；對所述半導(dǎo)體芯片進行樹脂密封；以及在所述樹脂密封的半導(dǎo)體器件上制成焊料凸點。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將帶有電路布線的基片構(gòu)件和支撐架結(jié)合起來；將半導(dǎo)體芯片安裝到所述基片構(gòu)件上；將所述半導(dǎo)體芯片和所述基片構(gòu)件的電路布線電連接起來；對所述半導(dǎo)體芯片進行樹脂密封；以及在所述樹脂密封的半導(dǎo)體器件上制成焊料凸點。
19.按權(quán)利要求16的制造方法，其中，在所述的樹脂密封步驟中，安裝在所述基片構(gòu)件上并由所述支撐架支撐的所述半導(dǎo)體芯片，利用設(shè)置在所述支撐架中的定位孔，被配置在模具中的適當(dāng)位置，然后進行樹脂密封。
20.按權(quán)利要求16的制造方法，其中，在所述的樹脂密封步驟中，所述支撐架具有多個在其上固定的所述半導(dǎo)體芯片，由所述支撐架支撐的所述多個半導(dǎo)體芯片設(shè)置在模具之內(nèi)，而且對所述多個半導(dǎo)體芯片以等數(shù)的子集方式進行樹脂密封。
21.按權(quán)利要求1的制造方法，其中，所述基片構(gòu)件是一種多層電路板。
22.按權(quán)利要求1的制造方法，其中，所述基片構(gòu)件是一種電路膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體塑封，特別涉及對BGA封裝的封裝結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(gòu)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(yīng)。模具有分割結(jié)構(gòu)，在其各分割的零件之間有出氣孔。
文檔編號H01L21/56GK1489192SQ02143808
公開日2004年4月14日 申請日期1995年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月10日
發(fā)明者角田重晴, 一, 佐伯準(zhǔn)一, 也, 吉田勇, 大路一也, 智晴, 本田美智晴, 柄, 北野誠, 志, 米田奈柄, 郎, 江口州志, 西邦彥, 安生一郎, 大憲一 申請人:株式會社日立制作所