JP2004363548A - 集積回路ダイ製作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】新規な集積回路ダイ製作方法を提供する。
【解決手段】従来必要であったワイヤボンドを排除し、回路（６２）がまだウエファーフォーマット内にある間に集積回路パッケージを提供する方法である。その上に集積回路（６２）を製作したウエファー基板がパターン化され、エッチングされて、基板を通る信号及び接地バイア（７４、７２）を形成する。裏側接地面（８２）は接地バイア（７２）と接触するように付着される。保護層（９０）が基板の頂表面（７６）上に形成され、保護層（９８）は基板の底表面上に形成され、底部保護層（９８）は集積回路（６２）間で除去された基板材料の区域を満たす。バイア（１０６）が底部保護層（９８）を通して形成され、ウエファー基板は集積回路（６２）間でダイ処理される。
【選択図】 図６

Description

本発明は一般に集積回路を梱包（パッケージ化）する方法（パッケージ方法）に関し、特に、リードフレーム構造体及びワイヤボンドを排除し、集積回路がまだウエファーフォーマット内にある間に試験を可能にするパッケージ方法に関する。
当業界で理解されているように、多くの集積回路チップは集積回路ウエファー上でパターン化され、一緒に形成される。ウエファーは直径３−１５インチ（約７６．２−３８１ｍｍ）とすることができ、回路の複雑さに応じてウエファー上でマトリックス形状となって対称的に位置する数百又は数千の集積回路チップを含む。集積回路チップが製作された後、ウエファーが集積回路チップ間で切断され、ウエファーからチップを分離する。次いで、チップは性能試験を受ける。
集積回路チップがウエファーから分離された後、時には、チップは環境保護等を提供するパッケージ組立体としてパッケージングされる。一般に、集積回路チップは、接地基準及び集積回路チップから熱を除去するための熱カップリングを提供するように金属化した接地面に装着される。リードフレームはパッケージの外側の他の回路素子に対するパワー、信号及び接地接続を提供するために組立体に装着される。リードフレームとチップとの間及びリードフレームと接地面との間に電気的な接続を提供するために、ワイヤボンドが使用される。しかし、ワイヤボンドは、特に高周波数において、集積回路の性能を落とす寄生インダクタンス及びキャパシタンスを生じさせる。
図１は上述の形式の集積回路チップ１２をパッケージングするためのパッケージ組立体１０の断面図である。集積回路チップ１２ははんだの如き熱的及び電気的に伝導性の取り付け層１６により裏側接地面１４に装着される。接地面１４はリードフレーム２０に組み合わされたダイパドル１８に装着される。リードフレーム２０は相互に及びダイパドル１８から電気的に隔離された複数の別個のリード２４を有する。リード２４は他の回路素子及びシステムから集積回路チップ１２への信号及びパワー接続を提供する。金属トレース２６はパッケージ組立体１０内でリード２４の頂部に位置し、リードへの良好な電気接点を提供する。信号ワイヤボンド２８はトレース２６及びチップ１２に電気的に接続され、これらへの電気的接続を形成する。更に、接地ワイヤボンド３０は、図示のように、接地面１４及びトレース２６又は接地面１４及びチップ１２に電気的に結合される。流動可能なはんだ層３２はリード２４及びダイパドル１８の底表面に付着され、良好な電気的、機械的及び熱的なカップリングを提供する。
プラスチック化合物の如き成形可能な材料が集積回路チップ１２、ワイヤボンド２８、３０及びリードフレーム２０のまわりで射出成形され、素子をシールすると共に保護カバー３６を提供する。パッケージ組立体１０は他のパッケージ組立体を含む回路盤（図示せず）に表面装着され、電気システムを形成する。はんだ層３２は、はんだがリード２４の側部上まで流れて回路盤への良好な電気接続を形成するように、加熱される。
図１に示すパッケージ組立体１０のリードフレーム２０のリード２４は保護カバー３６の側部を越えて延びる。従って、組立体１０の寸法は必要以上に大きい。図２はパッケージ組立体１０の変形例である別の既知のパッケージ組立体４０の断面図であり、同様の素子は同じ符号で示してある。この実施の形態においては、カバー３６を形成するための成形に当って、リード２４と一直線の側部となるようにモールド成形され、そのため、はんだがリード２４の側部上まで流れたとき、これへの電気的接続を更に形成する。
本発明の教示に従えば、従来必要とされたワイヤボンドを排除し、集積回路がまだウエファーフォーマット内にある間に集積回路のパッケージを提供する、集積回路のためのパッケージ組立体が開示される。
その上に多くの集積回路を作成したウエファー基板は、各回路の外周のまわりで基板を通して信号及びパワーバイアを形成し、回路の下方で基板を通して接地バイアを形成するように、パターン化され、エッチングされる。ウエファー基板の一部とバイアと集積回路との組み合わせは集積回路ダイを画定する。ボンディングパッドはウエファー基板の頂表面及び底表面上に付着され、信号バイアに電気的に結合される。裏側接地面が接地バイアと電気的に接触するように設けられる。
頂部保護層は全部の集積回路上に付着され、フォトレジストは、ウエファー基板材料をダイ間で除去できるように、ウエファー基板の底表面上で付着され、パターン化され、エッチングされる。次いで、底部保護層がウエファー基板の底表面上に付着され、基板材料を除去してしまったダイ間の領域を満たす。次いで、底部保護層は、パッケージ組立体の外部での電気接点を形成するために裏側金属層及び信号パッドと接触するようなそこを通る電気的なバイアを提供するように、パターン化され、エッチングされる。次いで、ウエファーは、ダイの側部上の種々のバイアが組立体内で回路へ電気信号を提供するために露出するように、ダイの縁部に沿ってダイ処理される。
ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための方法に係る本発明の実施の形態の以下の説明は本質的に単なる例示であり、本発明又はその応用又は使用を限定する意図のものではない。
図３−６は、集積回路６２がここでは半導体ウエファー基板６４として表す製作ウエファーのまだ一部である間の、集積回路６２をパッケージングするための処理工程を示す、集積回路構造体６０の断面図である。半導体基板６４は、特定のデバイスに応じて、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の如き任意の適当な半導体又は基板ウエファー材料とすることができ、５０−１０００μｍの如き適当な厚さを有する。更に、ウエファーは任意の適当な直径とすることができ、集積回路６２は増幅器、ＲＡＭ、ＤＡＣ、ＡＤＣ等の如き任意の適当な電気素子とすることができる。集積回路６２は集積回路ダイ（チップ）６６の一部であり、多くのダイは罫書きレーン（スクライブレーン）６８により分離される。典型的な集積回路ダイの寸法は１／２ｍｍ2から６２５ｍｍ2までの範囲にある。
ここで一層詳細に説明するが、信号接続、パワー接続及び接地接続を含む電気的な接続は接地バイア７２並びに信号及びパワーバイア７４によりパッケージ組立体の外部の他の回路に対して行われる。バイア７２、７４は、基板６４上のフォトレジスト層（図示せず）をパターン化し、バイアを位置させるべき場所から、パターン化されたフォトレジスト層を通して半導体材料をエッチングで除去し、基板６４内に形成された穴を銅合金の如き適当なバイア金属で満たすことにより、基板６４を通して形成される。図示のように、バイア７２、７４は、異方性エッチングを含む従来既知のいくつかの技術のうちの任意のものにより、基板６４の頂表面７６を通して形成される。
一連の頂側ボンドパッド７８は集積回路６２のまわりでパターン化され、集積回路６２に対する信号及びパワー接続を提供する。特に、集積回路６２に関連する種々の信号及びパワートレースは集積回路６２の縁部に沿って形成され、ボンドパッド７８がそれと電気接触できるようにする。ボンドパッド７８は、図示のように、適当なバイア７４により基板６４の裏側８４上の裏側ボンドパッド８０に電気的に結合される。裏側接地面８２は基板６４の裏側８４上でパターン化され、集積回路６２から接地面８２への接続は適当なバイア７２を介して行われる。接地面８２は熱溜め（熱シンク）の目的で適当な熱伝導性を提供するのに適した寸法及び形状を有する。明らかなように、接地面８２は裏側パッド８０から電気的に隔離される。従って、ダイ６６は集積回路６２、パッド７８、８０、基板６４の一部及び接地面８２から構成される。
次いで、適当な材料が全体のウエファーの頂部に付着され、図４に示すような頂部保護層９０を提供する。保護層９０はプラスチック化合物の如き任意の適当な材料とすることができ、１５０−２００μｍの如き任意の適当な厚さとすることができる。フォトレジスト層９２が構造体６０の裏側上で付着され、パターン化されて、罫書きレーン６８内の基板６４の区域９６が露出し、ダイ６６内のバイア７２、７４間の基板６４の区域９４が露出しないようにする。次いで、適当なエッチング剤を使用して区域９６内の基板材料を除去し、ダイ６６を一緒に保持する元の材料を除去する。ウエファー内の種々のダイ６６は頂部保護層９０によりまだ保持されている。基板のエッチングの間、エッチング剤は、その外縁のまわりにおいて信号バイア７４間でダイ６６の内方へ横方向に、破線１０２で表す位置まで移動する。
次いで、フォトレジスト層９２が適当なエッチング処理により除去され、底部保護層９８が構造体６０の裏側上に付着されて、図５に示すように、基板６４の区域９６が先に除去されてしまった区域１００を満たす。従って、図示のように、頂部層９０及び底部層９８は罫書きレーン６８で併合する。保護層９８は保護層９０と同じ材料又は別の適当な材料で作ることができる。また、１つの実施の形態においては、保護層９８は１５０−２００μｍの如き保護層９０とほぼ同じ厚さを有する。
次に、フィトレジスト層が裏側保護層９８の裏側表面１０４上で付着され、パターン化される。フォトレジスト層内の開口がボンドパッド８０及び接地面８２に対向して画定される。次いで、保護層９８はフォトレジスト層の開口を通してエッチングされて、図６に示すように、パッド８０及び裏側接地面８２を露出させるために保護層９８内に開口が設けられる。これらの開口即ち穴は、パッド８０に接触する電気信号及びパワーバイア１０６並びに接地面８２に接触する接地バイア１０８を提供するように、バイア物質で満たされる。それ故、ダイ６６は保護層９０、９８により完全に保護され、保護層９８を通してのバイア１０６、１０８による集積回路６２への電気的カップリングを有する。
ダイ６６がまだウエファーフォーマット内にある間、ダイをプローブ調査し、試験し、描写できる。ダイ６６を試験した後、保護された集積回路パッケージ組立体としてダイ６６を分離するために線１１０に沿って構造体６０を切断することにより、ダイが分離される。明らかなように、信号及びパワーバイア７４はパッケージ組立体の外部環境に曝され、接地面８２はパッケージ組立体の底部でバイア１０８と電気的に接触する。更に、ダイ半導体材料は保護層９８により保護される。
図７は切断線１１０に沿って構造体６０から除去された分離されたダイ６６の１つであるパッケージ化されたダイ１１２の斜視図であり、同様の素子は同様の符号で示してある。明らかなように、集積回路６２に対する電気的接触は種々のバイア１０６、７４により提供することができる。パッケージ化されたダイ１１２は電気回路盤に表面装着することができ、この場合、はんだはバイア１０６の側部上まで流れ、既知のパッケージ組立体において行われていたような電気的接触を形成する。１つの実施の形態においては、パッケージ化されたダイ１１２の完全な厚さは約１００−５００μｍほどまで小さくすることができる。これは同じ寸法のダイのために従来知られているパッケージ組立体よりも実質的に薄い。
上述したパッケージ製作技術は、ダイが重ねられるパッケージ組立体まで広げることができる。図８はこの実施の形態を示すウエファー構造体１２０の断面図であり、同様の素子は上記で使用したものと同じ符号で特定してある。頂部から集積回路６２への電気接続を提供するため、フォトレジスト及びエッチング剤を使用して、保護層９０がパターン化され、エッチングされて、下方の信号パッド７８を露出させるために層９０を通る穴を形成する。次いで、穴即ち開口がバイア材料で満たされ、信号パッド７８との電気接触を行うバイア１２２を形成する。バイア１２２の頂表面はパッケージ化ピン接続位置を提供し、また、集積回路がまだウエファーフォーマット内にある間に集積回路６２を試験するために使用することができる。次いで、上述のように構造体１２０が切断線１１０に沿ってダイ処理され、別個のパッケージ化ダイを提供する。この実施の形態においては、パッケージ化ダイは通常の上向きで又は上側を下にして表面装着することができ、いずれも集積回路６２に対する電気接続及び接地接続を提供する。
バイア１２２は、空間を大事に使うためにパッケージ化ダイが互いの頂部で重なるのを可能にする。図９ははんだ再流ボンド１３６により底部パッケージ化ダイ１３４に装着された頂部パッケージ化ダイ１３２を含むパッケージ組立体１３０の斜視図である。明らかなように、両方のパッケージ化ダイ１３２、１３４は構造体１２０からのもので互いに上下に重ねられたパッケージ化ダイである。明らかなように、集積回路６２に対する電気接続を提供するためにパッケージ組立体１３０にわたって適正な電気接続が行われる。本発明は２つの重ねられたパッケージ化ダイに限定されず、任意の妥当な数の重ねられたダイまで広げることができる。
上述の説明は本発明の単なる例示的な実施の形態を開示し、述べたものである。当業者なら、このような説明から並びに添付図面及び特許請求の範囲の記載から、特許請求の範囲で規定されたような本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正及び変形が可能であることを容易に認識できよう。
集積回路のための既知のパッケージ組立体の断面図である。 集積回路のための別の既知のパッケージ組立体の断面図である。 本発明に係る、ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための製作技術を示す構造形状の断面図である。 本発明に係る、ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための製作技術を示す構造形状の断面図である。 本発明に係る、ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための製作技術を示す構造形状の断面図である。 本発明に係る、ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための製作技術を示す構造形状の断面図である。 ウエファーから分離された図６に示す集積回路パッケージの１つを示す斜視図である。 本発明の別の実施の形態に係る、ウエファーフォーマットにおいて集積回路をパッケージングするための製作技術を示す構造形状の断面図である。 ウエファーから分離され、一緒に重ねられた図８に示す回路パッケージの２つを示す斜視図である。
符号の説明
６２ 集積回路
６４ ウエファー基板
６６ 集積回路ダイ
７２、７４ バイア
７８、８０ パッド
８２ 接地面
９０、９８ 保護層
１０６、１０８ バイア
１１２ パッケージ化ダイ
１２０ ウエファー構造体
１２２ バイア
１３０ パッケージ組立体
１３２、１３４ パッケージ化ダイ

Claims (10)

  1. ウエファーフォーマットにおいてパッケージ化された集積回路ダイを製作する方法において、
    頂表面及び底表面を有するウエファー基板を提供する工程と；
    それぞれ罫書きレーンにより互いに分離された複数の集積回路を上記ウエファー基板の上記頂表面上に製作する工程と；
    上記集積回路に関して上記基板を通して信号バイアを形成する工程と；
    集積回路に電気的に接触する頂側ボンドパッドを、上記信号バイアに接触させて上記基板の上記頂表面上に付着する工程と；
    上記信号バイアに接触させて上記基板の上記底表面上に裏側ボンドパッドを付着し、上記頂側パッドと上記裏側パッドとの間に電気的接続を形成する工程と；
    上記頂側パッド及び上記集積回路を覆うように頂側保護層を上記ウエファー基板上に付着する工程と；
    上記罫書きレーン内の基板材料の部分を、上記集積回路間で上記基板の底部から除去する工程と；
    上記罫書きレーン内で除去された上記基板の部分を満たしかつ上記頂側保護層と接触するように、底側保護層を当該ウエファー基板上に付着する工程と；
    上記裏側ボンドパッドに接触するように上記裏側保護層を通して信号バイアを形成する工程と；
    パッケージ化されたダイの外表面がこれへの電気的な接続を形成するための露出した信号バイアを含むように、上記罫書きレーンに沿って上記ウエファー基板を切断して、上記パッケージ化されたダイに分離する工程と；
    を有することを特徴とする方法。
  2. 上記基板を通って延び、上記集積回路の裏面金属層と電気的に接触する複数の接地バイアを形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 上記裏側パッドに隣接しかつ上記接地バイアと電気的に接触して上記基板の上記底表面上に接地面を付着する工程を更に有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 上記接地面に電気的に接触するように上記裏側層を通して接地バイアを形成する工程を更に有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 基板材料の部分を除去する上記工程が、上記罫書きレーンの外側の信号バイア間の基板材料の部分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 基板材料の部分を除去する上記工程が、上記集積回路の下方の上記ウエファー基板の基板材料の除去を阻止する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 上記ウエファーを切断する前に上記集積回路の性能試験を行う工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 上記頂側パッドと電気的に接触するバイアを、上記頂側保護層を通して形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. １つのダイ内の上記裏側層を通る上記バイアが別のダイ内の上記頂側層を通る上記バイアと電気的に接触するように、複数の上記パッケージ化されたダイを重ねる工程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 上記頂側層及び上記裏側保護層がプラスチック層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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