(57)【要約】  集積回路装置（１００）は、保護パッケージ（１０８）に封入された集積回路（１０４）から構成される。集積回路（１０４）には少なくとも１つの能動素子が組み込まれており、その能動素子は感知素子または放射線放出素子であってもよい。集積回路（１０４）をインターポーザ（１０３）に載置し、電気的に接続する。インターポーザ（１０３）は集積回路（１０４）と実質的に等しい熱膨張係数を有する。インターポーザ（１０３）をリードフレーム（１０２）に接着する。ボンドワイヤ（１０６）により集積回路（１０４）をインターポーザ（１０３）に電気的に接続し、ボンドワイヤ（１０５）によりインターポーザ（１０３）をリードフレーム（１０２）の周辺部（１０１）に電気的に接続する。集積回路（１０４）、インターポーザ（１０３）、及びリードフレーム（１０２）をそれぞれに載置し電気的に接続した後、集積回路（１０４）の最上面にゲル ブロッブ（１０７）を滴下し、ゲルに覆われたアセンブリを形成する。ゲルに覆われたアセンブリを成形型のキャビティ内に挿入する。キャビティの内部表面上には、ゲル ブロッブ（１０７）と接触するようになっている凸部（１１０）が設けられている。その後、可塑性の成形コンパウンド（１０８）を成形型のキャビティ内に射出し、保護パッケージ内に集積回路を封入する。【選択図】図１
2008502130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ内に集積回路装置を封入する方法であって、
最上面に少なくとも一つの能動素子が組み込まれている集積回路を準備するステップと、
前記集積回路と実質的に等しい熱膨張係数を有し、電気的接点が組み込まれているインターポーザを準備するステップと、
前記集積回路を前記インターポーザに電気的に接続するステップと、
前記インターポーザをリードフレームに載置するステップと、
アセンブリを形成するために前記集積回路を前記インターポーザの最上面に載置するステップと、
前記インターポーザを前記リードフレームに電気的に接続するステップと、
前記集積回路の前記最上面とシリコン製のインターポーザの前記最上面を覆う量のゲルを前記集積回路上に滴下して、ゲルで覆われたアセンブリを形成するステップと、
１つの表面上に前記ゲルと接触するようになっている凸部を有する成形型のキャビティ内に前記アセンブリを挿入するステップと、
前記凸部と接触する部分を除いて前記アセンブリを包み囲むために、成形コンパウンドを前記キャビティ内に導入するステップと、
前記キャビティから前記アセンブリを取り出すステップとから構成されており、前記アセンブリを前記キャビティから取り出すと、前記覆われたアセンブリを包み囲んでいる前記成形コンパウンドに開口部が形成されていて、前記開口部を通して前記能動素子を外部に露出できる集積回路装置を封入する方法。
【請求項２】
前記集積回路を前記インターポーザに載置する前に、前記インターポーザを前記リードフレームに載置する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記集積回路を封入するために、前記成形コンパウンドを前記キャビティ内に２０ｂａｒ〜８０ｂａｒの範囲内の圧力で射出する前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４】
前記ゲルが前記インターポーザ及び前記集積回路の両方の最上面全体を実質的に覆う前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
滴下するゲルの量を調整して、前記ゲルが前記インターポーザ及び前記集積回路の最上面以外の領域を覆わないようにする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ゲルが前記インターポーザのエッジ部に達したとき、前記ゲルが流れ出るのを止めるのに十分な表面張力を有する請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記インターポーザがシリコン製のインターポーザである前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記集積回路をシリコン製ウェーハ上に形成する前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
フリップチップ実装により、前記集積回路を前記インターポーザ上に載置する前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記インターポーザの前記最上面上に設けたボンドパッドを、前記集積回路の前記最上面に設けたボンドパッドにリンクするワイヤによって、前記集積回路を前記インターポーザに電気的に接続する前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記集積回路が、前記集積回路を通って前記集積回路の底面へと延びるバイアを備えており、前記集積回路は前記インターポーザの前記最上面上に設けた複数の適切なフォーメーションに電気的に接続されるようになっている請求項１乃至請求項９のいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項１２】
前記インターポーザの前記最上面に設けたボンドパッドを前記リードフレームの周辺部にリンクするワイヤによって、前記インターポーザを前記リードフレームの前記周辺部に電気的に接続する前記請求項のいずれか１つに記載の方法
【請求項１３】
電気接続部のパターンを、前記インターポーザの上部表面に設ける前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記インターポーザを前記集積回路に接続するボンドパッドと前記インターポーザを前記リードフレームに接続するボンドパッドとの間を前記接続部が通っている請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記集積回路と外部プロセッシング手段とを相互接続するために、前記インターポーザがさらに電子回路手段を備えている前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記能動素子が感知素子である前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記感知素子が、圧力、動作、温度、または放射線のうちの１つ以上を検出するようになっている感知素子である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記集積回路装置が２つ以上の感知素子を備えている請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記能動素子が放出素子である前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
前記能動素子が放射線放出素子である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
放射線感知素子と放射線放出素子の２つの能動素子が存在する前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
前記集積回路が、１つのウェーハ上に形成された複数の類似する集積回路のうちの1つである前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
前記集積回路が前記ウェーハ上にアレイ状に形成されている請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
アレイ状になっている前記集積回路を個々に分離するために、前記ウェーハを切り分ける請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記請求項のいずれか１つに記載の方法に従って製造されたパッケージ型集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にパッケージ型集積回路装置及び保護パッケージ内にそのような集積回路装置を封入する方法に関する。具体的には、パッケージ型集積回路センサ装置及び／またはパッケージ型集積回路放出装置、並びに保護パッケージ内にそのような装置を封入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路センサ装置または集積回路放出装置は、圧力、動作、または他の物理的パラメータを検出する、または（可視光線、赤外線、紫外線の波長おいて）放射線を検出及び／または放出するようになっている能動素子を組み込んだ集積回路から構成されている。一般的に、集積回路は保護パッケージ内に封入されている。保護パッケージは集積回路を外部回路に電気的に接続できるように、また感知素子を外部環境に露出できるようになっている。
【０００３】
集積回路装置が確実に正確に機能するようにするために、能動素子をパッケージによって覆い隠してはいけない。または封入プロセスにより能動素子を傷つけてもいけない。従来の低価格の封入方法は、リードフレーム（lead frame）上に集積回路を載置し、成形型のキャビティ（cavity）内に集積回路及びリードフレームを挿入することから構成されている。集積回路を完全に封入するために、適切な成形コンパウンド（moulding compound）を２０ｂａｒ〜８０ｂａｒの範囲内の圧力でキャビティ内に射出する。それでも能動素子を外部の環境に確実に露出できるようにするためには、数多くの技法を採用することができる。
【０００４】
そのような技法の１つでは、集積回路を成形型に挿入する前にゲルを能動素子に塗布し、封入プロセスの間、成形型の側面、または成形型の側面からの凸部（projection）がゲル（gel）と接触するように成形型が作られている。このようして、能動素子とパッケージの外部との間に、能動素子を外部環境に露出できる通路を設けている。能動素子を外部環境にさらに露出するためには、封入プロセスがいったん終了したらゲルを取り除いてもよい。この方法は米国特許公報US5,897,338に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外部に露出したままになる集積回路の領域は、滴下するゲルの量と滴下場所とによって定まるため、これらの方法においてはその量と滴下場所は非常に重要である。使用するゲルが少なすぎる場合は、その結果、可塑性の成形コンパウンドが能動素子を汚染したり、覆い隠したりすることになるので、能動素子のオペレーティング能力（operating capability）を低下させたり、無くしてしまうことさえある。反対に、使用するゲルが多すぎる場合は、封入後にパッケージ内に非常に大きな空間を残すことがあり、パッケージの不具合を招く可能性はより高くなる。封入後にゲルを取り除く場合には、さらに集積回路の他の部品も外部環境に露出することがあり、回路に不具合が生じる可能性は高くなる。また、ゲルを不均一に塗布した場合は、上記の問題のうちの一方または両方を引き起こすことがある。
【０００６】
成形コンパウンドと感知素子との間にゲルが存在しない場合には、そのように不均一にゲルを塗布することにより、集積回路に過度の応力（stress）がかかり、その結果として半導体を損傷したり、または破損したりすることさえある。
【０００７】
さらに、ゲルが均一に塗布されたとしても、集積回路とパッケージとの間で熱膨張係数が一致しないという問題が生じる。この問題が生じた場合は、集積回路に応力（stress）またはひずみ（strain）がかかる。応力またはひずみにより、または熱ドリフト（thermal drift）及び／またはヒステリシス効果（hysteresis effect）のために、センサの精度に誤差が生じることがある。これは、最初は封入後にパッケージを冷却し硬化（setting）している間に起こる。また、動作中に（during operation）パッケージが広範囲の温度に晒される場合にも起きることがある。能動素子と、パッケージを形成する成形コンパウンドとの間にゲルが存在しない場合は、その影響は増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の目的は上記の問題点の少なくともいくつかを軽減または克服する、センサ装置／ラジエータ装置をパッケージ内に封入する（packaging）方法を提供することである。
【０００９】
本発明によれば、パッケージ内に集積回路装置を封入する方法であって、以下のステップで構成される方法が提供される。
【００１０】
最上面に少なくとも一つの能動素子が組み込まれている集積回路を準備するステップと、
集積回路と実質的に等しい熱膨張係数を有し、電気的接点が組み込まれているインターポーザ（interposer）を準備するステップと、
集積回路をインターポーザに電気的に接続するステップと、
インターポーザをリードフレームに載置するステップと、
集積回路をインターポーザの最上面に載置してアセンブリを形成するステップと、
インターポーザをリードフレームに電気的に接続するステップと、
集積回路の最上面とシリコン製のインターポーザの最上面を覆う量のゲルを集積回路上に滴下して、ゲルで覆われたアセンブリを形成するステップと、
１つの表面上にゲルと接触するようになっている凸部を有する成形型のキャビティ内にアセンブリを挿入するステップと、
凸部と接触する部分を除いてアセンブリを包み囲むために、成形コンパウンドをキャビティ内に導入するステップと、
キャビティからアセンブリを取り出すステップとから構成されており、アセンブリを前記キャビティから取り出すと、ゲルで覆われたアセンブリを包み囲んでいる成形コンパウンドに開口部が形成されていて、開口部を通して能動素子を外部に露出できる集積回路装置を封入する方法が提案されている。
【００１１】
本発明の方法によれば、集積回路と成形コンパウンドとの熱膨張係数の不一致による過度の応力とひずみを能動素子にかけることなく、圧力、動作、及び／またはその他の適切な物理的パラメータを検出し、及び／または（可視光線、赤外線、紫外線の波長において）放射線を検出または放出するために使用する低価格の集積回路装置を提供することができる。
【００１２】
集積回路をインターポーザに載置する前に、インターポーザをリードフレームに載置するのが好ましい。このようにすれば、従来のダイ接着技術を用いて、載置するステップの両方を行うことができる。
【００１３】
集積回路を封入するために、成形コンパウンドをキャビティ内に２０ｂａｒ〜８０ｂａｒの範囲内の圧力で射出するのが好ましい。
【００１４】
能動素子は、感知素子（sensing element）または放出素子（emitting element）であってもよい。能動素子が感知素子の場合は、圧力、動作、温度、または（可視光線、赤外線、紫外線の波長における）放射線のうち１つ以上を検出するようになっている感知素子であることが好ましい。必要ならば,集積回路装置は２つ以上の感知素子から構成されてもよい。この場合、各感知素子は同一の及び／または同様の及び／または異なる物理的パラメータを感知するように動作する。能動素子が放出素子の場合は、（可視光線、赤外線、紫外線の波長において）放射線を放出する素子であることが好ましい。好ましい実施例では、能動素子は放射線感知素子及び放射線放出素子で構成されてもよい。そのような実施例では、必要に応じて放出素子及び感知素子を同様のまたは異なる波長で動作するようにしてもよい。
【００１５】
ゲルはインターポーザ及び集積回路の両方の最上面全体を実質的に覆っているのが好ましい。また、滴下するゲルの量を調整して、ゲルがインターポーザ及び集積回路の最上面以外の領域を覆わないようにするのが好ましい。ゲルがインターポーザのエッジ部（edges）に達したとき、ゲルが流れ出るのを止めるのに十分な表面張力をゲルが有するのがさらに好ましい。
【００１６】
インターポーザがシリコン製のインターポーザであるのが好ましい。また、集積回路をシリコン製のウェーハ上に形成するのが好ましい。
【００１７】
適切な何らかの手段により、集積回路をインターポーザ上に載置できる。例えば、フリップチップ実装またはその他の適切な方法でもよい。インターポーザの最上面上に設けたボンドパッドを、集積回路の最上面に設けたボンドパッドにリンクするワイヤによって、集積回路をインターポーザに電気的に接続するのが好ましい。または、集積回路が、集積回路を通って集積回路の底面へと延びるバイアを備えており、インターポーザの最上面上に設けた適切なフォーメーション（formation）に電気的に接続するようにしてもよい。インターポーザの最上面に設けたボンドパッドをリードフレームの周辺部にリンクするワイヤによって、インターポーザをリードフレームの周辺部に電気的に接続するのが好ましい。
【００１８】
電気的接続部のパターンをインターポーザの上部表面に設けるのが好ましい。インターポーザを集積回路に接続するボンドパッドとインターポーザをリードフレームに接続するボンドパッドとの間に接続部が通っていることがさらに好ましい。集積回路と外部プロセッシング手段とを相互接続するために、インターポーザがさらに電子回路手段を備えるのが好ましい。
【００１９】
集積回路が、１つのウェーハ上に形成された複数の類似する集積回路のうちの１つであるのが好ましい。集積回路が、例えば長方形または正方形のアレイのように、ウェーハ上にアレイ状に形成されるのがさらに好ましい。そして、アレイ状になっている集積回路を個々に分離するために、ウェーハを切り分けるのが好ましい。その後、前述の方法に従って、個々の集積回路をパッケージ内に封入するのが好ましい。
【００２０】
本発明の第２の特徴によれば、本発明の第１の特徴の方法に従って製造されたパッケージ型集積回路装置が提供される。
【００２１】
本発明の第２の特徴によるパッケージ型集積回路は、所望通りにまたは必要に応じて、本発明の第１の特徴のいくつかを組み込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここで、本発明をよりよく理解するために、封入後の集積回路装置の断面図を示す１つの図面を参照しつつ、本発明の一例をさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１では、集積回路装置１００は保護パッケージ１０８に封入された集積回路１０４から構成されている。集積回路１０４には少なくとも１つの能動素子が組み込まれている。能動素子は、放射線、圧力、気温、または同様の外部の刺激に反応する感知素子、あるいは放射線放出手段であってもよい。そのような集積回路装置１００ではパッケージは能動素子を外部環境に露出し、かつ集積回路１０４の残りの部分を保護するようになっている。
【００２４】
図１に示した例では、ゲル ブロッブ（blob）１０７が集積回路１０４の最上面全体を覆って塗布されている。これは、能動素子を動作可能に維持しつつ、集積回路を保護する手段となっている。例えば、能動素子が放射線感知素子または放射線放出素子であり、ゲル１０７が透明なゲルである場合、ゲル１０７の存在により、放射線感知素子または放射線放出素子の動作が悪影響を受けることはない。同様に、大気圧はゲルを通して伝えられるので、圧力感知素子はそれでも効果的に動作する。必要であれば、または所望されれば、ゲル ブロッブ１０７を取り除いてもよいのはもちろんである。
【００２５】
インターポーザ１０３上に集積回路１０４を載置し、電気的に接続する。インターポーザ１０３は集積回路１０４と実質的に等しい熱膨張係数を有する。このようにするために一般的には、集積回路１０４をシリコン製のウェーハ上に形成し、同様にインターポーザ１０３もシリコン製のウェーハとする。集積回路１０４とインターポーザ１０３との間には電気接続部を設ける。この電気接続部は、ワイヤ１０６により、集積回路１０４の最上面に設けたボンドパッドをインターポーザ１０３の最上面に設けたボンドパッドにリンクすることによって形成される。他の実施例では、集積回路１０４が形成されているウェーハを貫通するバイア（via）を設けて、集積回路１０４とインターポーザ１０３との間に電気的接続部を形成することができる。
【００２６】
次に、リードフレーム１０２上にインターポーザ１０３を載置し、電気的に接続する。インターポーザ１０３の最上面に設けたボンドパッドとリードフレーム１０２の周辺部１０１との間でワイヤ１０５により電気的接続を行う。また、インターポーザ１０３の上部表面には電気的接続部のパターンを形成する。この電気的接続部は、インターポーザ１０３を集積回路１０４に電気的に接続するボンドパッドと、インターポーザ１０３をリードフレーム１０２の周辺部１０１に電気的に接続するボンドパッドとの間を通っている。他の実施例では、インターポーザ１０３はさらにインターフェイスまたは処理回路（processing circuitry）を備えていてもよい。
【００２７】
ゲル ブロッブ１０７はインターポーザ１０３の最上面全体及び集積回路１０４の最上面全体を覆っている。保護パッケージ１０８は、リードフレーム１０２の周辺部１０１の端部及びゲル ブロッブ１０７の最上面の一部を除いて、集積回路装置の全体を封入している。このように、集積回路１０４が成形コンパウンド１０８と直接接触することなく、集積回路装置を保護パッケージの内部に封入することができる。これにより、集積回路１０４と成形コンパウンド１０８の熱膨張係数の不一致から生じる応力及びひずみの悪影響が低減される。
【００２８】
以下のプロセスに従って、集積回路装置１００を製造する。インターポーザ１０３をリードフレームに接着する。次に、集積回路１０４をインターポーザ１０３に載置する。その後、ボンドワイヤ１０６により集積回路をインターポーザ１０３に電気的に接続し、ボンドワイヤ１０５によりインターポーザ１０３をリードフレーム１０２の周辺部１０１に電気的に接続する。実施例によっては、有機ＢＧＡ基板（organic BGA substrate）等をリードフレームの代わりとして使用してもよい。
【００２９】
一般的には、集積回路１０４は１つのウェーハ上にアレイ状に形成された複数の同様の集積回路のうちの１つであり、適切な何らかの切断手段によって、アレイ内の個々の集積回路を切り分ける。
【００３０】
インターポーザ１０３からリードフレーム１０２の周辺部またはリード１０１への電気的接続部は、インターポーザ１０３をリードフレーム１０２上に載置する前でも、載置した後でも形成することができる。
【００３１】
集積回路１０４、インターポーザ１０３、及びリードフレーム１０２を載置し互いに電気的に接続してから、集積回路１０４の最上面上にゲル ブロッブ１０７を滴下し、集積回路１０４の最上面及びインターポーザ１０３の最上面の両方を覆ってゲルに覆われたアセンブリを形成する。滴下するゲルの量は、インターポーザ１０３のエッジ部１０９からゲルが広がって出ないような量に制限する。ゲルの分散は、ゲル１０７の表面張力によっても制限される。
【００３２】
リードフレーム１０２、インターポーザ１０３、集積回路１０４、及びゲル ブロッブ１０７をボンドワイヤ１０５及びボンドワイヤ１０６とともに成形型のキャビティ内に挿入する。キャビティの内側の表面には、ゲル ブロッブ１０７と接触するように凸部が設けられている。その後、保護パッケージ内に集積回路装置を封入するために、成形型のキャビティ内に可塑性の成形コンパウンド１０８を射出する。
【００３３】
パッケージに封入された集積回路装置を成形型から取り出した後、必要に応じてゲル１０７を除去しても保持してもよい。例えば、能動素子とパッケージ外部との間を放射線が通過するときに、放射線の減衰またはひずみを少なくすることができるように、ゲル１０７を除去してもよい。あるいは、放射線や圧力が集積回路１０４の能動素子に伝わるときに、能動素子の保護のために、ゲル１０７を保持してもよい。実施例によっては、成形型の凸部によって、ゲル１０７の上部表面を所望の形状に形成するようにしてもよい。これは、放射線感知素子に入射光を集めたり、または放出素子が放出した放射線を集めて平行ビームにしたりするレンズを提供するために使用することができる。
【００３４】
集積回路１０４とパッケージ１０８との間にゲル１０７を供給し、集積回路１０４とインターポーザ１０３の熱膨張係数を一致させることにより、温度が変化したときでも集積回路１０４にかかるひずみをほとんどまたは全くなくすことができる。ゲル１０７は柔軟性があるので、温度の変化があっても集積回路１０４に大きなひずみがかかることはない。本発明が、一例として述べた前述の実施例の詳細に限定されないことはもちろんである。
【図１】
2008502130.tif 000003
【国際調査報告】
2008502130.tif 000004
2008502130.tif 000005