专利名称:耐热塑料半导体器件的制作方法
本发明涉及一种耐热塑料半导体器件，特别是涉及一种使用偏平封装，具有高的耐热耐湿性能，准备用作高密度安装的耐热塑料半导体器件。
在将电子器件用来完成日益增加的功能，并在速度日益增高下处理数量日益增大的信息量时，使用对高密度表面安装有利的所谓扁平集成电路，在印刷电路板上已经广泛地用在大规模集成电路和其它半导体器件里。
图3展示一种扁平集成电路，图4是通过线B-B的截面图。图4a展示的是其中不用接合涂层树脂(JCR)的情况，而在图4b展示的是其中使用JCR的情况。在图3和图4a的情况中，集成电路芯片23首先是管芯粘合到由小岛支架所支承的小岛22上，然后外部引线21和集成电路芯片23以金丝24线焊接，并用一模压树脂25密封起来。在图4b的情况中，用金丝24焊接之后，给集成电路芯片23的表面涂上一层JCR 26以改进抗湿性。
将一具有上述结构的扁平集成电路29安装在一块印刷电路板27上的常规方法是一种部分加热焊接法，如图5所示，其中只有引线是用烙铁30加热的。近来，对于要大量生产的项目里曾经屡用另一个方法，在这方法里，将整个封装加热。特别是如图6a所示，焊膏被加到印刷电路板27上，而将扁平集成电路29放在印刷电路板27上，然后用例如热空气或近红外或远红外辐射的措施来进行加热。示于图6b的另一种方法是将一粘合剂31加到印刷电路板27上，将扁平集成电路29放在粘合剂31上，从而把它附着到印刷电路板27上，然后将组合件浸入焊料槽里。
当用上述焊接方法加热整个封装并将封装暴露于超过200℃的温度下时，尽管器件已在23℃和60%的相对湿度环境条件下放置了一个星期或更长时间，湿气仍然会蒸发，此时封装从内到外产生很大的应力作用。此外，模压树脂的强度下降几乎达到0公斤/厘米2至0.1公斤/厘米2。因为集成电路芯片是密封封装的，蒸汽不容易排出到封装外。结果是，扁平的特别是一种具有薄模压的扁平集成电路，会像气球般膨胀，逐渐使模压树脂25的上或下表面破裂，这种破裂严重使器件的可见外观变劣，图7a中的A和B处展示有这种可见缺陷的扁平集成电路29的横截面，图76示其顶视图，而图7C示其底视图。
如果使用这种有裂纹的扁平集成电路29，金丝可能会在裂纹处断开。此外，湿气也易于进入裂纹处，透入集成电路芯片23，并在其表面上侵蚀铝的互连，从而逐渐导致开路，使集成电路不能完成其功能。
本发明的一个目的就是要提供一种耐热塑料半导体器件，它能轻易防止汽化的湿气，并具有优良的抗湿能力。
根据本发明提供的一种耐热塑料封装的半导体器件包括有一个在其第一表面上具有接点的集成电路芯片，一个小岛，该集成电路芯片以其面向小岛第一表面的第二表面安装在小岛上，一层低粘性层形成在该小岛的第二表面上，外部引线，连接集成电路芯片上的接点和外部引线的内部端头用的焊接导线，密封集成电路芯片、小岛、低粘性层、焊接引线和外部引线的内部用的模压树脂封装，模压树脂备有通气孔延伸到低粘性层的附近，低粘性层对模压树脂的粘附力很低甚或没有粘附力。
在如上述本发明中所使用的结构中，在封装的模压树脂和低粘性层之间的界面处的粘附力被降低下来，使得在用加热整个封装的方法来焊接器件时，已经被吸收在模压树脂里的湿气可轻易地作为蒸汽逸过上述界面和通气孔排出封装的外面。从而大大减少因封装里面水蒸汽压力引起的内应力，并因此避免封装发生裂纹。
集成电路芯片在封装里安装的地方由芯片涂层覆盖着，因而有防止来自模压树脂的腐蚀性杂质离子穿透的能力，故不会诱发腐蚀。芯片涂层在焊接过程也用来降低集成电路芯片上的热应力。
在附图中图1a是展示本发明一个实施例的半导体器件的底视图，图1b是图1中经直线A-A的横截面，图2a展示通气孔中薄镀层(flash layer)的横截面，图2b展示薄镀层最大容许厚度的特性曲线，图3展示用先有技术制造的半导体器件的部分顶视图，图4是经图3中直线B-B的横截面，图5说明附接一块扁平集成电路的部分加热法的示意图，图6是将整个封装加热以附接扁平集成电路的方法示意图，图7是指出先有技术缺陷的示意图。
本发明的一个实施例将参考图1和2加以说明。图1和2里的参考数字11和12分别表示外部引线和形成一引线框(一种42-合金制引线框)的小岛。参考数字13表示管芯粘合到这个小岛12的集成电路芯片。参考数字14表示由金丝组成的细金属丝，线焊这金丝，将集成电路芯片13表面上接点连接到外部引线11。参考数字11a表示小岛支架。
参考数字17表示一低粘性层，这是一层镀到小岛12下表面的镀金层，即镀到集成电路芯片13装在小岛上的表面的相对表面上。在金镀层组成的低粘性层处，其表面是钝性的，故只略为粘到模压树脂，例如环氧树脂上。
参考数字18是一个通气孔，它从封装的底部通到上面的低粘性层17。该通气孔的结构在“冲电气研究开发”52卷4期第73至78页上可能会有介绍。例如，它可以由精整压模给出圆形通气孔。
由于有低粘性层17和封装下侧面上的通气孔18，在温度超过200℃下焊接过程间，水蒸汽不会陷进封装内部，而是通过低粘性层17和模压树脂15间的界面17和通气孔18排到外部，这种做法能使加热后的封装变形减到最小。为了防止湿气(低粘性层17和模压树脂15间的界面相当容易为湿气提供入口)和为了减少应力(这是由于热滞后模压树脂15在集成电路芯片13上产生的)，可将对集成电路芯片13表面有高粘性的硅树脂组成的芯片涂层16加到集成电路芯片13的表面。芯片涂层16也用来防止腐蚀性杂质离子，例如氯(Cl)离子和钠(Na)离子从模压树脂透入，从而防止集成电路芯片表面上的接点和互连受到腐蚀。芯片涂层16还有防止因α粒子引起的软误差(soft error)(发生在半导体器件本身或者包含有一存储器的场合)。
如图2a所示，在低粘性层17和通气孔18间可能有一层薄镀层15a。在该附图中，r表示通气孔的半径，h表示低粘性层下面模压树脂15的厚度，而t表示薄镀层的厚度。能使薄镀层在焊接时首先断开的最大厚度在图2b中以通气孔的半径r作为参变数给出，如果厚度值在箭头表示的区域的直线下面，裂纹首先在薄镀层15a发生，从而避免了封装的裂开。
如果通气孔的直径2r为1.0毫米，而薄镀层15a的厚度为0.1毫米，有些密封材料会出现膨胀或裂开，但当低粘性层下面的厚度约为0.85毫米时，就不会发生膨胀或裂纹，且有广泛的密封材料可作选择。
以上述的结构，可以构成一种使用扁平耐热塑料封装的半导体器件。本实施例中低粘性层17是一层镀金层，但也可以使用镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)和其它在外表面上有钝性的镀料，或在其表面上形成一层具有钝性的氧化物薄膜。还有另一种做法是，也可以使用一种氟化树脂(产品名为泰氟隆Teflon)、硅树脂或其它对模压树脂具有低粘附力的物质。
为低粘性层17覆盖的区域可以是小岛12下表面的全部，或者是相应于通气孔18的那一部分。另一种做法是，可将低粘性层17延伸以覆盖小岛支架11a的部分或全部，以便更容易排出水蒸汽。也可以不用42-合金制引线框而用铜制引线框，但仍然可在其上形成低粘性层17。
通气孔18并不一定是圆的;也可使用多边形的形状。只要该孔是小的，其形状倒不受限制。对于芯片涂层16，如果不用上面给出的硅树脂，也可以使用一种聚酰亚胺树脂。
虽然在所介绍的实施例中，提供了芯片涂层以防止杂质离子从模压树脂透入，在所用模压树脂不含腐蚀性杂质时，可以除去芯片涂层。
虽然上面介绍了一种扁平封装，也可将本发明用到其它各种树脂密封的封装，例如有双列直插式管脚(DIP)的结构。
表1中示出体现本发明的耐热塑料半导体器件的高温测试结果。测试试样是一个有薄镀层厚度t＝o，0.1毫米、通气孔直径2r＝1毫米的44管脚的扁平封装。它们在85℃和相对湿度为85%的条件下吸收了72小时的湿气，并在温度245℃下在红外回流室中对封装表面进行热处理。
表1
表1指出，本发明的测试结果是极有利的。
如在详细叙述中所解释的，由于本发明中的低粘性层形成在至少一部分的小岛下表面上，而且通气孔配置在封装底部的相应位置，故在例如焊接的高温处理期间，来自所吸收湿气的蒸汽可以经过低粘性层和模压树脂间的界面和通气孔排到外界。由于水蒸汽的压力，结果使内部应力降低，从而避免封装的裂开;故改进了器件的耐热性。
在集成电路芯片的表面用一层至少能阻挡杂质离子透入的芯片涂层时，来自外界的杂质离子被阻止到达芯片表面，因此，连同上述的裂纹的避免，器件的耐湿性也得到改进。
表2示出体现本发明耐热塑料半导体器件的耐湿测试结果。称为加压蒸煮测试的耐湿性测试是在121℃温度、100%相对湿度和2个大气压力的气氛下进行的。受测试的器件是一个有薄镀层厚度为t＝0.1毫米，通气孔直径2r＝1毫米的44管脚封装，进行本测试前，器件先放在温度为85℃和相对湿度为85%的湿气吸收条件下72小时，然后在使封装表面温度为245℃的红外回流炉中加热。在表2中，“PTC-H”表示经受加压蒸煮测试的时间(小时)。
在没有加芯片涂层时发生的失效是由于铝在焊接区腐蚀引起的接点失效。表2表示提供芯片涂层后改进了耐湿性。
表2
于是本发明得出一种高度可靠的耐热塑料半导体器件。
权利要求
1.一种耐热塑料封装的半导体器件，其特征在于它包括一个在其第一表面上有接点的集成电路芯片，一个小岛，该集成电路芯片以其面向小岛的第一表面的第二表面装在小岛上，一层形成在小岛第二表面上的低粘性层，外部引线，连接集成电路芯片和外部引线的内端部用的焊接导线，密封集成电路芯片、小岛、低粘性层、焊接导线和外部引线的内端部用的模压树脂封装，该模压树脂备有延伸至低粘性层附近的通气孔，一层对模压树脂具有低粘附能力或没有粘附能力的低粘性层。
2.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于该模压树脂包括一环氧树脂。
3.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于该低粘性层是由Au、Ni、Cr、Co、氟化树脂或硅树脂构成的。
4.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于集成电路芯片的第一表面涂有一层能至少防止腐蚀性杂质离子从模压树脂透入的芯片涂层。
5.根据权利要求
4的一种器件，其特征在于该芯片涂层是由硅树脂或聚酰亚胺树脂构成的。
6.根据权利要求
4的一种器件，其特征在于该芯片涂层被构成用来覆盖集成电路芯片上的接点和覆盖焊接到接点上的部分焊接导线。
7.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于该通气孔垂直地对小岛延伸。
8.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于该通气孔形成在模压树脂覆盖该低粘性层的那个部分。
9.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于留在该通气孔底部的模压树脂的厚度要小到使得留在底部的模压树脂在封装中透入水后进行加热期间要比模压树脂的其余部分先断裂。
10.根据权利要求
1的一种器件，其特征在于该外部引线和小岛都是由一引线框构成的。
专利摘要
一种耐热塑料封装的半导体器件包括一个在其第一表面上有接点的集成电路芯片；一个小岛，该集成电路芯片以其面向该小岛第一表面的第二表面装在小岛上；一层形成在小岛第二表面上的低粘性层；外部引线；连接集成电路芯片上的接点和外部引线的内端部用的焊接导线；用以密封集成电路芯片、低粘性层、焊接导线和外部引线的内端部用的模压树脂封装。该模压树脂备有延伸到低粘性薄层邻近的通气孔。该低粘性层对模压树脂具有低(或没有)粘附能力。
文档编号H01L23/31GK87102401SQ87102401
公开日1987年10月7日 申请日期1987年3月27日
发明者南部正刚, 武井信二, 奥秋裕 申请人:冲电气工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan