JP2004530307A - チップのリードフレーム - Google Patents
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Abstract
チップのリードフレームが、基板面に端子を有するダイに配置され、前記ダイと前記基板との間の空洞部と、前記端子と前記基板との間の接点を形成することによって、製造される。化合物が前記空洞部に入り、基板上面にレイヤを形成するように、化合物がその面に付けられる。前記レイヤは、前記基板がエッチング処理され、リードフレームを生産し得るに十分な剛性をアセンブリに与え得る。ダイと、リードフレームと、前記リードフレームにレイヤを形成し、前記ダイと前記リードフレームとの間の空洞部を埋め得る連続的な回路網とを含むデバイスもまた、開示される。
Description
【0001】
背景技術
本発明はチップのリードフレームに関する。
【0002】
半導体チップは、それぞれが1ミクロンより小さい何百万ものトランジスター回路と、チップと外部要素との間の複数の接続を含む。
【0003】
図1Aを参照すると、いわゆるフリップチップの構造が小型のアセンブリと、縮小した基盤のフットプリントの大きさと、改善された電子的及び熱的性能を有するより短くより多くの入出力(I/O)接続とを容易にする。一般的にフリップチップは、導体素子と基板114とを接続する半田バンプ110を有するダイ101を含む。
【0004】
電気的にフリップチップを接続する1つの方法は、制御圧壊チップ接続技術(C4)を利用する。まず、半田バンプ110が、ダイ110又は基板114又はその双方の能動側のパッドに付けられる。次に半田バンプ110が溶けて、流れることが可能になり、前記バンプが、ダイ101又は基板114の対応するパッドに対して完全に濡れることを確実にする。一般的に、粘着性フラックスが一方又は双方の面に付けられ、接合される。そして、ダイ101のフラックスを支持する面と基板114とが、一般の配置でそれぞれ接触して取り付けられる。ダイ101と基板パッケージとを、半田の融点まで又はそれ以上に加熱することにより、リフローが実施される。チップの半田と、基板とが結合し、融解した半田の表面張力により、対応するパッドが相互に自己整合することをもたらす。
【0005】
接合されたパッケージは半田が凝固するまで冷却される。半田接続の結果として生じる高さは、誘拐した半田列の表面張力と、チップの重さとのバランスに基づいて決定される。何らかのフラックス又はフラックスの残基は、洗浄操作においてダイ101と基板114との結合から除去される。
【0006】
最後に、ダイ101の底面と基板114の上面との間に、エポキシのアンダーフィル116が付けられ、半田列を囲み、支持する。ダイと基板の半田接続の信頼性と耐疲労性とが、著しく増大している。アンダーフィル116は、半田列を通して全ての熱負荷を運ばせるのではなく、チップと基板との間の熱膨張率(CTE)の差によって引き起こされる熱負荷の大部分を伝える役割を果たす。アンダーフィル116はまた、半田列を他の半田列から電気的に絶縁することができる。
【0007】
いくつかの集積回路の適用には、結果として生じるパッケージチップの電気性能を最大化するため、できるだけ薄い基板又はフィルムを利用することが望ましい。一般的に、薄い基板又はフィルムは、高分子材料を含み、0.05から0.5mmの厚さである。薄い基板のより短いビアは、基板のループインダクタンスを減少するのに役立つ。前記薄い回路は非常に柔らかく、半田ボール又はピンを取り付ける困難を生じさせ得る。補強しない場合は、取り付け又は取り外し操作中に損傷を受けやすい。現在の1つの措置は、粘着性のレイヤ112を使用して、基板の周囲に適切な材料の硬いブロック111を接着することである。
【0008】
取り付けられた硬いブロック111は、全てのパッケージを硬化させる。また、図1Bを参照すると、硬いブロックからの支持バー109が、ルーティング・リード204によってフリップチップパッド206に取り付けられたランド・グリッド・アレイ(LGA)パッド230のような、個々の要素を補強するために使用され得る。
【0009】
エポキシ系接着剤をダイ101の側面の上まで付け、ダイを補強するエポキシの帯を形成することもまた知られている(米国特許第6,049,124号参照)。
【0010】
詳細な説明
図2Aから2Gの例を参照すると、ダイ101が基板105に取り付けられ、パッケージされ、アセンブリ160(図2G)を形成する。
【0011】
図2Aを参照すると、まず、前記ダイ101は、前記基板105に関して向けられる。前記ダイ101は、集積回路を支持するチップ又はシリコンウエハーであり得る。前記基板105は、銅のような導体材料であり得る。例えば、前記基板105が、連続的な銅又は他の導体箔であり得る。銅箔は、質量で少なくとも約40%、50%、60%、70%又は99%の銅を含み得る。銅の小さい電気抵抗により、加工されたフリップチップのアセンブリの性能が改善される。
【0012】
前記基板は、約22am、20am、18am又は16amの厚さよりも薄い可能性がある。
【0013】
前記基板105は、電源のループインダクタンスを低減するデカップリング・コンデンサのような受動素子103を実装するための絶縁パッド108を有し得る。
【0014】
前記ダイ101は、前記基板105との接続を形成するための半田バンプ110を含む。半田の組成の例には、高温バンプ(例えば97%Pbと3%Sn)と、共晶バンプ(63%Pbと37%Sn)と、スタッドバンプ(例えば100%Au)と、導電性のエポキシとが含まれる。バンプは、例えば共晶バンプでめっきされた高温バンプのように、上記の組み合わせによっても形成され得る。
【0015】
前記バンプ110は、ダイの底面に規則的に配置され得る。例えば、前記バンプは約11ミル(279.4μm)のピッチを有し得る。
【0016】
図2Bと図6とを参照すると、前記バンプ110が基板に接触するように、前記ダイ101が、前記基板105に配置される610。前記半田バンプ110を前記基板105に取り付けるために熱が使用される。
【0017】
ある実施例においては、熱の波動でダイ101を局所的に過熱する熱圧着が使用される。例えば、接着処理は、2重量グラム/バンプで3秒間230℃の熱の波動を適用することができる。そのような処理は、前記半田バンプ110を受けるように配置された半田抵抗ダムを有するフリップチップのパッドの必要性を未然に防ぎ得る。
【0018】
他の実施例において、前記半田バンプを溶かし、前記基板105に接着するために、リフロー加熱装置が使用される。前記基板は、各バンプのリフローの半田を含む半田抵抗ダムを含み得る。半田抵抗ダムを形成する干渉レイヤ300の使用の説明については、下記に説明する。
【0019】
前記ダイに取り付けた後、前記ダイ101の底面と前記基板上面とが、前記半田バンプ110から形成された接点により広げられた隙間115を形成する。前記隙間は、例えば、約120μm、100μm、80μm、又は50μm未満である可能性がある。
【0020】
図2Cと図2Dを参照すると、前記基板105が下の成形型120と上の成形型130との間に配置される。成形型の上部130及び/又は下部120は、多様な金属や、プラスチックや、セラミックや、化合物を含む何らかの適当な材料を含み得る。組成物が圧力により型穴145に注入される間に、前記成形型はその形を保持する十分な剛性を有し得る。
【0021】
上の成形型130は、リリースフィルム125を支持し得る。前記リリースフィルム125は、前記ダイ101の上面102を上の成形型130から分離する熱抵抗フィルムであり得る。前記リリースフィルム125は、エポキシのない上面102を維持するために、前記ダイ101の上面102へのフラッシュを防止するために使用され得る。典型的なリリースフィルムは、日本のアピックヤマダ株式会社のFilm Assisted Molding Equipment(Fame(商標))により提供される。前記リリースフィルムは、フッ化炭素ベースのポリマーを含み、0.5から5ミルの厚みを有し得る。
【0022】
前記成形型には、例えばランナー140の反対側に小さな通気穴が含まれ、注入された組成物が移動する場合に、空洞部145から空気が逃げることを可能にする。
【0023】
図2Eを参照すると、ポリマーを形成し得る組成物が、型穴145に接続するランナー140に注入される640。前記組成物は、圧力によって、例えばランナーを通じて副室から暑い塑性状態で届けられ、前記空洞部145に入る。注入後、前記組成物は、前記ダイ101と前記基板105との間の空洞部の間に広がるポリマーの回路網150を固化し、形成することができる。前記固化処理は、硬化条件での定温放置を含み得る。
【0024】
ダイ101のアンダーフィルになり、前記ダイ又は(受動素子103のような)他の構成要素によって覆われていない前記基板の全範囲に広がるポリマーの回路網を形成することにより、前記アセンブリ160は、(硬いフレーム111のような)硬い支持部を欠く場合でも、硬くなり、増強する。
【0025】
前記ポリマーの回路網の広がりは、例えば、適切な成形型(120と130)の設計により変化し得る。したがって、ある実施例においては、前記ポリマーの回路網は、異なる高さ(すなわち基板105に垂直の方向に)、例えば下のダイの面の上部から上のダイの面まで、又はその2つの20%、40%、50%、60%又は80%のレイヤを形成し得る。
【0026】
同様に、前記基板105の面に沿った前記ポリマーの回路網の広がりもまた、適切な成形型の設計によって変わり得る。従って、ある実施例においては、前記ポリマーの回路網は、少なくとも受動素子103又は前記基盤105に取り付けられた他の構成要素まで、又は同じ基板105に配置された他のダイ101まで、又は前記基板105の周囲まで広がる。(それに加えて又はその代わりに)前記ポリマーの回路網は、少なくとも前記ダイ101の高さであるダイの周囲から離れた距離(前記基板105の面に水平に)、すなわち、前記基板105の反対側のダイの底面からダイの上面の距離に広がり得る。
【0027】
多様な組成物がアンダーフィルと硬いアセンブリを形成するために使用され得る。前記化合物は樹脂又はポリマーを形成する他の化合物である可能性がある。前記ポリマーは、一般的には非導電性である。連続的な硬い回路網は、前記化合物を固化することにより形成された接触構造である。前記構造は、前記基板105(又は後述のリードフレーム210)に剛性を与える。
【0028】
樹脂は結晶性樹脂及び多機能タイプの樹脂を含む。BMIや、ポリエステルや、熱可塑性プラスチックのような他の樹脂が、必要に応じて使用され得る。
【0029】
ある実施例においては、前記化合物は、ガラス繊維入りのエポキシのようなエポキシである。使用されるエポキシ樹脂は、動作中に集積チップにより生じうる高温に対する耐性を含む高い強度と優れた熱特性を有し得る。さらに、未硬化液体状態のエポキシは、比較的低い粘性を備え、前記チップと基板面の間の空間への注入を容易にすることができる。例えば、前記エポキシは、165℃において、約20Pas、15Pas、12Pas、10Pas又は8Pas未満の融解粘度を有し得る。
【0030】
表1は、典型的なエポキシの配合の特性の一部を記載したものである。前記特性は、限定さるものではなく、単独で又は他の特性との組み合わせで存在し得る。
【0031】
概して、未使用の無充填のエポキシと、シリコンチップ又は補強されたプラスチック基板のどちらか一方との間の熱膨張率(CTE)の違いは著しい。フリップチップのパッケージが受け得る広範囲の動作温度を考慮すると、結合される材料のCTEをできるだけ近くなるように調整し、それによって、何らかの誘発される熱圧力を最小限にすることが望ましい。逆に言えば、充填材が多すぎることは、エポキシの配合の粘度が、チップ110の上部と基板120の対応する面との間の隙間に流れにくい点まで増加することを引き起こす。加えて、前記充填材が未使用のエポキシより大きい弾性率を有していれば、硬化エポキシの配合の剛性を増加するように作用し、結果として生じるチップパッケージのより大きい剛性をもたらす。したがって、質量で約80%の二酸化珪素の微小球を有する充填されるエポキシ樹脂が、理想的な配合であるとみられている。
【0032】
【表1】
出荷パッケージが生産速度で形成され得る高温で比較的早く硬化され、室温において、又は成形型に注入される前の供給ラインにおいて混合エポキシと触媒が硬化しない少しの高温において、比較的長い可使時間を備えるエポキシの配合を有することもまた望ましい。望ましい樹脂は、165℃で約120秒の硬化特性を有する。他の樹脂の配合の特性に応じて、適した結果を備える異なる硬化特性が特定され得る。所定の熱可塑性プラスチック樹脂が、硬化温度を有さず、高温で融解し、冷却されて凝固する成形型動作において利用され得ることもまた考えられる。
【0033】
仕様が表1の形と配合のエポキシ樹脂を使用することにより、成型処理が次のように行われる。まず、前記成形型が、それに含まれる不完成のチップパッケージとともに165℃で過熱される、あるいは、前記成形型が165℃に維持され、不完成のチップがそれに挿入される。次に、エポキシ樹脂がランナー140を通じて、約1−5MPaの圧力で前記成形型に注入される。前記樹脂の粘土を低め、樹脂が造形処理に移ることを容易にするため、その樹脂は中温まで予熱され得る。適切な量のエポキシが型穴に注入されると、エポキシが完全に硬化するため、少なくとも120秒間165℃に保たれる。
【0034】
図2Fと6とを参照すると、硬化後、前記成形型が分離され、図2Fに描かれるアセンブリ160が取り外される650。一般的に成型されたフリップチップのパッケージは、次のパッケージを形成するために成形型が直ちに再利用されるように、成形型が熱い間に取り外される。しかし、成形されたフリップを取り除く前に、成形型が硬化することを許容され得ることが考えられる。
【0035】
図2Gを参照すると、前記アセンブリ160は取り除かれて、導電性基板105の上に、エポキシで囲まれ、アンダーフィルのあるダイ101を備える。
【0036】
図3Aから3Eを参照すると、フリップチップ基板のアセンブリ160の加工として、前述の処理の変形が用いられる。薄い基板105が絶縁抵抗レイヤ300で覆われる。前記絶縁レイヤがエッチング処理され、又は別の方法で修正され、半田ボール又は構成要素からの他の接触を受けることが可能な部分310を除去する。前記絶縁レイヤ300は高い電気抵抗を有し、すなわち、非導電材料から形成される。
【0037】
図3Bをまた参照すると、除去された受容部分310にダイ101の半田ボール110が配置するように、ダイ101が基板105に設置される。適切に加熱されると、半田ボールがリフローし、基板105との安定した電気接点を形成する。同様に、コンデンサのような受動素子103もまた、半田接触112により基板に接続される。
【0038】
図3Cを参照すると、前述の通り、ダイ101により形成されたアセンブリと、受動素子103と、基板105とが、成形型に囲まれ、連続的な硬い支持構造150を形成するエポキシのレイヤ150で覆われる。
【0039】
前記絶縁レイヤ300と前記ダイ101の底面との間に隙間が形成されると、前記エポキシのレイヤにより形成された構造がその隙間を埋めることができる。
【0040】
図2Gと3Dの双方に描かれるエポキシの枠150が形成された後に、導電性基板105がエッチング660により修正され、リードフレーム210を加工する。エッチング660は、化学エッチングに限定されない。例えば、エッチング660は、UV又はCO2高圧レーザーアブレーション処理や、写真平板処理や、従来の銅のエッチング処理によって行われ得る。
【0041】
図3を参照すると、エッチング660は、例えば端子230とダイの接続110のそれぞれを接続する導電性の経路204を残す。
【0042】
前記端子230は、ランド・グリッド・アレイ(LGA)や、ボール・グリッド・アレイ(BGA)や、ピン・グリッド・アレイ(PGA)や、プリント回路基板(PCB)や、マザーボードのような、多様なチップのインタフェースフォーマットのいずれにも都合良く調和するように構成され得る。
【0043】
図7を参照すると、エポキシ枠150により備わる剛性と支持は、薄い基盤105の使用を可能にするのみならず、C4パッド206とルーティング・リード204の高密度を可能にする。例えば、2つのC4パッド206の間の中心同士の距離582は、約0.127mm未満である可能性があり、約0.12mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.083mm、0.07mm又はそれ未満である可能性がある。すなわち、第1のC4パッドと第4の近接したC4パッドの間のピッチは、約0.35mm、0.3mm、0.27mm、0.25mm、又は0.2mm未満である。
【0044】
その後、絶縁膜370がエッチングされた基板に付けられる670。絶縁化合物は、エポキシの枠とアンダーフィルを形成するために使用されるエポキシの化合物と同じ又は異なる可能性がある。前記絶縁化合物は、基板105から形成されたリードフレームの異なる導電性の経路204の間のショートを保護する抵抗膜370を形成する。
【0045】
他の実施例において、図4Aに描かれるように、ハーフエッチングング処理された基板705が用いられる。約18μmの厚さを有する基盤では、9μmの深さで、基板705の下層730に支持されたハーフエッチングング710が形成される。図4Bを参照すると、ダイのバンプ110がハーフエッチングング処理された基板705の隆起部720に沿って接続を形成するように、ダイ101がハーフエッチングング処理された基板705に配置される。図4Cを参照すると、アセンブリがポリマーの組成物に接触され、前記アセンブリを硬くし、補強する回路網150を形成する。図4Dを参照すると、ハーフエッチングング処理された基盤705の下半分又は基板の下層730は、リードフレーム210を加工するために取り除かれる。
【0046】
図2に示したステップ610から670は、例えば図5に描かれるように、平行して複数のダイ101に実行され得る。図5Aを参照すると、複数のダイ101が基板105を構成するパネルに配置される。リールやストリップや、他の形式の基板105もまた用いられ得る。
【0047】
図5Bを参照すると、全てのアセンブリが成形型に設置され、エポキシでカプセル化され、硬いアセンブリ410を形成する。そして、基板105の底面がエッチングされ660、リードフレームを形成する。エッチングは、写真平板マスクを通じて投影される光に基板底面430の表示部分420を露光することを含み得る。
【0048】
図5Cと図6とを参照すると、基板105はダイスカットされ680、ダイ101とリードフレーム210とを含む各個別デバイスに分離される。一般的にダイスカットの後は、各個別デバイスには、デバイスの周囲すなわちリードフレーム210の周囲に広がるカプセル化されたレイヤが含まれる。
【0049】
本願で説明した技術は前述の例に限定されない。
【0050】
例えば、カプセル化した回路網150を形成する組成物と同じ組成物又は異なる組成物を使用して、成形型のダイ110の設置の前に、アンダーフィルで隙間115が埋められ得る。成形型の形を調整することにより、例えば少なくともダイの底面まで広げる構造や、少なくともダイの上面まで広げる構造や、ダイの底面から上面までの距離の少なくとも25%、50%、75%又は90%まで広げる構造等の多様な構造で、カプセル化した回路網150が加工され得る。さらに別の例においては、図8に描かれるように、カプセル化した回路網150が、ダイの上面を覆う。
【0051】
前述の通り、本願で説明した方法により生産されるリードフレームは、多様なインタフェースフォーマットに用いられ得る。図8を参照すると、リードフレーム210が、約1mmのピッチで間隔が開いた複数の半田バンプ830を含むBGAに接続される。リードフレーム210はまた、ダイ101に接続するゴールドワイヤ810のような追加の特徴を含み得る。アセンブリは、ダイの上面102を覆うポリマーの組成物で覆われ、追加のカプセル化レイヤ150を形成する。アセンブリは約1.2mmの高さ820を有し得る。
【0052】
図8に描くように、リードフレーム210とボール830との隙間は、カプセル化レイヤ150と異なるアンダーフィルの組成物850で埋められる。絶縁膜220は、リードフレーム210と半田ボール830との間の抵抗レイヤを形成する。
【0053】
その他の実施についても請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1A】従来のフリップチップの構造の図である。
【図1B】従来のフリップチップの構造の図である。
【図2A】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2B】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2C】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2D】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2E】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2F】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2G】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図3A】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3B】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3C】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3D】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3E】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図4A】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4B】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4C】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4D】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図5A】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図5B】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図5C】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図6】ダイ101をパッケージする処理のフローチャートである。
【図7】ルーティング・リードとパッドの図である。
【図8】ボール・グリッド・アレイの図である。
背景技術
本発明はチップのリードフレームに関する。
【0002】
半導体チップは、それぞれが1ミクロンより小さい何百万ものトランジスター回路と、チップと外部要素との間の複数の接続を含む。
【0003】
図1Aを参照すると、いわゆるフリップチップの構造が小型のアセンブリと、縮小した基盤のフットプリントの大きさと、改善された電子的及び熱的性能を有するより短くより多くの入出力(I/O)接続とを容易にする。一般的にフリップチップは、導体素子と基板114とを接続する半田バンプ110を有するダイ101を含む。
【0004】
電気的にフリップチップを接続する1つの方法は、制御圧壊チップ接続技術(C4)を利用する。まず、半田バンプ110が、ダイ110又は基板114又はその双方の能動側のパッドに付けられる。次に半田バンプ110が溶けて、流れることが可能になり、前記バンプが、ダイ101又は基板114の対応するパッドに対して完全に濡れることを確実にする。一般的に、粘着性フラックスが一方又は双方の面に付けられ、接合される。そして、ダイ101のフラックスを支持する面と基板114とが、一般の配置でそれぞれ接触して取り付けられる。ダイ101と基板パッケージとを、半田の融点まで又はそれ以上に加熱することにより、リフローが実施される。チップの半田と、基板とが結合し、融解した半田の表面張力により、対応するパッドが相互に自己整合することをもたらす。
【0005】
接合されたパッケージは半田が凝固するまで冷却される。半田接続の結果として生じる高さは、誘拐した半田列の表面張力と、チップの重さとのバランスに基づいて決定される。何らかのフラックス又はフラックスの残基は、洗浄操作においてダイ101と基板114との結合から除去される。
【0006】
最後に、ダイ101の底面と基板114の上面との間に、エポキシのアンダーフィル116が付けられ、半田列を囲み、支持する。ダイと基板の半田接続の信頼性と耐疲労性とが、著しく増大している。アンダーフィル116は、半田列を通して全ての熱負荷を運ばせるのではなく、チップと基板との間の熱膨張率(CTE)の差によって引き起こされる熱負荷の大部分を伝える役割を果たす。アンダーフィル116はまた、半田列を他の半田列から電気的に絶縁することができる。
【0007】
いくつかの集積回路の適用には、結果として生じるパッケージチップの電気性能を最大化するため、できるだけ薄い基板又はフィルムを利用することが望ましい。一般的に、薄い基板又はフィルムは、高分子材料を含み、0.05から0.5mmの厚さである。薄い基板のより短いビアは、基板のループインダクタンスを減少するのに役立つ。前記薄い回路は非常に柔らかく、半田ボール又はピンを取り付ける困難を生じさせ得る。補強しない場合は、取り付け又は取り外し操作中に損傷を受けやすい。現在の1つの措置は、粘着性のレイヤ112を使用して、基板の周囲に適切な材料の硬いブロック111を接着することである。
【0008】
取り付けられた硬いブロック111は、全てのパッケージを硬化させる。また、図1Bを参照すると、硬いブロックからの支持バー109が、ルーティング・リード204によってフリップチップパッド206に取り付けられたランド・グリッド・アレイ(LGA)パッド230のような、個々の要素を補強するために使用され得る。
【0009】
エポキシ系接着剤をダイ101の側面の上まで付け、ダイを補強するエポキシの帯を形成することもまた知られている(米国特許第6,049,124号参照)。
【0010】
詳細な説明
図2Aから2Gの例を参照すると、ダイ101が基板105に取り付けられ、パッケージされ、アセンブリ160(図2G)を形成する。
【0011】
図2Aを参照すると、まず、前記ダイ101は、前記基板105に関して向けられる。前記ダイ101は、集積回路を支持するチップ又はシリコンウエハーであり得る。前記基板105は、銅のような導体材料であり得る。例えば、前記基板105が、連続的な銅又は他の導体箔であり得る。銅箔は、質量で少なくとも約40%、50%、60%、70%又は99%の銅を含み得る。銅の小さい電気抵抗により、加工されたフリップチップのアセンブリの性能が改善される。
【0012】
前記基板は、約22am、20am、18am又は16amの厚さよりも薄い可能性がある。
【0013】
前記基板105は、電源のループインダクタンスを低減するデカップリング・コンデンサのような受動素子103を実装するための絶縁パッド108を有し得る。
【0014】
前記ダイ101は、前記基板105との接続を形成するための半田バンプ110を含む。半田の組成の例には、高温バンプ(例えば97%Pbと3%Sn)と、共晶バンプ(63%Pbと37%Sn)と、スタッドバンプ(例えば100%Au)と、導電性のエポキシとが含まれる。バンプは、例えば共晶バンプでめっきされた高温バンプのように、上記の組み合わせによっても形成され得る。
【0015】
前記バンプ110は、ダイの底面に規則的に配置され得る。例えば、前記バンプは約11ミル(279.4μm)のピッチを有し得る。
【0016】
図2Bと図6とを参照すると、前記バンプ110が基板に接触するように、前記ダイ101が、前記基板105に配置される610。前記半田バンプ110を前記基板105に取り付けるために熱が使用される。
【0017】
ある実施例においては、熱の波動でダイ101を局所的に過熱する熱圧着が使用される。例えば、接着処理は、2重量グラム/バンプで3秒間230℃の熱の波動を適用することができる。そのような処理は、前記半田バンプ110を受けるように配置された半田抵抗ダムを有するフリップチップのパッドの必要性を未然に防ぎ得る。
【0018】
他の実施例において、前記半田バンプを溶かし、前記基板105に接着するために、リフロー加熱装置が使用される。前記基板は、各バンプのリフローの半田を含む半田抵抗ダムを含み得る。半田抵抗ダムを形成する干渉レイヤ300の使用の説明については、下記に説明する。
【0019】
前記ダイに取り付けた後、前記ダイ101の底面と前記基板上面とが、前記半田バンプ110から形成された接点により広げられた隙間115を形成する。前記隙間は、例えば、約120μm、100μm、80μm、又は50μm未満である可能性がある。
【0020】
図2Cと図2Dを参照すると、前記基板105が下の成形型120と上の成形型130との間に配置される。成形型の上部130及び/又は下部120は、多様な金属や、プラスチックや、セラミックや、化合物を含む何らかの適当な材料を含み得る。組成物が圧力により型穴145に注入される間に、前記成形型はその形を保持する十分な剛性を有し得る。
【0021】
上の成形型130は、リリースフィルム125を支持し得る。前記リリースフィルム125は、前記ダイ101の上面102を上の成形型130から分離する熱抵抗フィルムであり得る。前記リリースフィルム125は、エポキシのない上面102を維持するために、前記ダイ101の上面102へのフラッシュを防止するために使用され得る。典型的なリリースフィルムは、日本のアピックヤマダ株式会社のFilm Assisted Molding Equipment(Fame(商標))により提供される。前記リリースフィルムは、フッ化炭素ベースのポリマーを含み、0.5から5ミルの厚みを有し得る。
【0022】
前記成形型には、例えばランナー140の反対側に小さな通気穴が含まれ、注入された組成物が移動する場合に、空洞部145から空気が逃げることを可能にする。
【0023】
図2Eを参照すると、ポリマーを形成し得る組成物が、型穴145に接続するランナー140に注入される640。前記組成物は、圧力によって、例えばランナーを通じて副室から暑い塑性状態で届けられ、前記空洞部145に入る。注入後、前記組成物は、前記ダイ101と前記基板105との間の空洞部の間に広がるポリマーの回路網150を固化し、形成することができる。前記固化処理は、硬化条件での定温放置を含み得る。
【0024】
ダイ101のアンダーフィルになり、前記ダイ又は(受動素子103のような)他の構成要素によって覆われていない前記基板の全範囲に広がるポリマーの回路網を形成することにより、前記アセンブリ160は、(硬いフレーム111のような)硬い支持部を欠く場合でも、硬くなり、増強する。
【0025】
前記ポリマーの回路網の広がりは、例えば、適切な成形型(120と130)の設計により変化し得る。したがって、ある実施例においては、前記ポリマーの回路網は、異なる高さ(すなわち基板105に垂直の方向に)、例えば下のダイの面の上部から上のダイの面まで、又はその2つの20%、40%、50%、60%又は80%のレイヤを形成し得る。
【0026】
同様に、前記基板105の面に沿った前記ポリマーの回路網の広がりもまた、適切な成形型の設計によって変わり得る。従って、ある実施例においては、前記ポリマーの回路網は、少なくとも受動素子103又は前記基盤105に取り付けられた他の構成要素まで、又は同じ基板105に配置された他のダイ101まで、又は前記基板105の周囲まで広がる。(それに加えて又はその代わりに)前記ポリマーの回路網は、少なくとも前記ダイ101の高さであるダイの周囲から離れた距離(前記基板105の面に水平に)、すなわち、前記基板105の反対側のダイの底面からダイの上面の距離に広がり得る。
【0027】
多様な組成物がアンダーフィルと硬いアセンブリを形成するために使用され得る。前記化合物は樹脂又はポリマーを形成する他の化合物である可能性がある。前記ポリマーは、一般的には非導電性である。連続的な硬い回路網は、前記化合物を固化することにより形成された接触構造である。前記構造は、前記基板105(又は後述のリードフレーム210)に剛性を与える。
【0028】
樹脂は結晶性樹脂及び多機能タイプの樹脂を含む。BMIや、ポリエステルや、熱可塑性プラスチックのような他の樹脂が、必要に応じて使用され得る。
【0029】
ある実施例においては、前記化合物は、ガラス繊維入りのエポキシのようなエポキシである。使用されるエポキシ樹脂は、動作中に集積チップにより生じうる高温に対する耐性を含む高い強度と優れた熱特性を有し得る。さらに、未硬化液体状態のエポキシは、比較的低い粘性を備え、前記チップと基板面の間の空間への注入を容易にすることができる。例えば、前記エポキシは、165℃において、約20Pas、15Pas、12Pas、10Pas又は8Pas未満の融解粘度を有し得る。
【0030】
表1は、典型的なエポキシの配合の特性の一部を記載したものである。前記特性は、限定さるものではなく、単独で又は他の特性との組み合わせで存在し得る。
【0031】
概して、未使用の無充填のエポキシと、シリコンチップ又は補強されたプラスチック基板のどちらか一方との間の熱膨張率(CTE)の違いは著しい。フリップチップのパッケージが受け得る広範囲の動作温度を考慮すると、結合される材料のCTEをできるだけ近くなるように調整し、それによって、何らかの誘発される熱圧力を最小限にすることが望ましい。逆に言えば、充填材が多すぎることは、エポキシの配合の粘度が、チップ110の上部と基板120の対応する面との間の隙間に流れにくい点まで増加することを引き起こす。加えて、前記充填材が未使用のエポキシより大きい弾性率を有していれば、硬化エポキシの配合の剛性を増加するように作用し、結果として生じるチップパッケージのより大きい剛性をもたらす。したがって、質量で約80%の二酸化珪素の微小球を有する充填されるエポキシ樹脂が、理想的な配合であるとみられている。
【0032】
【表1】
出荷パッケージが生産速度で形成され得る高温で比較的早く硬化され、室温において、又は成形型に注入される前の供給ラインにおいて混合エポキシと触媒が硬化しない少しの高温において、比較的長い可使時間を備えるエポキシの配合を有することもまた望ましい。望ましい樹脂は、165℃で約120秒の硬化特性を有する。他の樹脂の配合の特性に応じて、適した結果を備える異なる硬化特性が特定され得る。所定の熱可塑性プラスチック樹脂が、硬化温度を有さず、高温で融解し、冷却されて凝固する成形型動作において利用され得ることもまた考えられる。
【0033】
仕様が表1の形と配合のエポキシ樹脂を使用することにより、成型処理が次のように行われる。まず、前記成形型が、それに含まれる不完成のチップパッケージとともに165℃で過熱される、あるいは、前記成形型が165℃に維持され、不完成のチップがそれに挿入される。次に、エポキシ樹脂がランナー140を通じて、約1−5MPaの圧力で前記成形型に注入される。前記樹脂の粘土を低め、樹脂が造形処理に移ることを容易にするため、その樹脂は中温まで予熱され得る。適切な量のエポキシが型穴に注入されると、エポキシが完全に硬化するため、少なくとも120秒間165℃に保たれる。
【0034】
図2Fと6とを参照すると、硬化後、前記成形型が分離され、図2Fに描かれるアセンブリ160が取り外される650。一般的に成型されたフリップチップのパッケージは、次のパッケージを形成するために成形型が直ちに再利用されるように、成形型が熱い間に取り外される。しかし、成形されたフリップを取り除く前に、成形型が硬化することを許容され得ることが考えられる。
【0035】
図2Gを参照すると、前記アセンブリ160は取り除かれて、導電性基板105の上に、エポキシで囲まれ、アンダーフィルのあるダイ101を備える。
【0036】
図3Aから3Eを参照すると、フリップチップ基板のアセンブリ160の加工として、前述の処理の変形が用いられる。薄い基板105が絶縁抵抗レイヤ300で覆われる。前記絶縁レイヤがエッチング処理され、又は別の方法で修正され、半田ボール又は構成要素からの他の接触を受けることが可能な部分310を除去する。前記絶縁レイヤ300は高い電気抵抗を有し、すなわち、非導電材料から形成される。
【0037】
図3Bをまた参照すると、除去された受容部分310にダイ101の半田ボール110が配置するように、ダイ101が基板105に設置される。適切に加熱されると、半田ボールがリフローし、基板105との安定した電気接点を形成する。同様に、コンデンサのような受動素子103もまた、半田接触112により基板に接続される。
【0038】
図3Cを参照すると、前述の通り、ダイ101により形成されたアセンブリと、受動素子103と、基板105とが、成形型に囲まれ、連続的な硬い支持構造150を形成するエポキシのレイヤ150で覆われる。
【0039】
前記絶縁レイヤ300と前記ダイ101の底面との間に隙間が形成されると、前記エポキシのレイヤにより形成された構造がその隙間を埋めることができる。
【0040】
図2Gと3Dの双方に描かれるエポキシの枠150が形成された後に、導電性基板105がエッチング660により修正され、リードフレーム210を加工する。エッチング660は、化学エッチングに限定されない。例えば、エッチング660は、UV又はCO2高圧レーザーアブレーション処理や、写真平板処理や、従来の銅のエッチング処理によって行われ得る。
【0041】
図3を参照すると、エッチング660は、例えば端子230とダイの接続110のそれぞれを接続する導電性の経路204を残す。
【0042】
前記端子230は、ランド・グリッド・アレイ(LGA)や、ボール・グリッド・アレイ(BGA)や、ピン・グリッド・アレイ(PGA)や、プリント回路基板(PCB)や、マザーボードのような、多様なチップのインタフェースフォーマットのいずれにも都合良く調和するように構成され得る。
【0043】
図7を参照すると、エポキシ枠150により備わる剛性と支持は、薄い基盤105の使用を可能にするのみならず、C4パッド206とルーティング・リード204の高密度を可能にする。例えば、2つのC4パッド206の間の中心同士の距離582は、約0.127mm未満である可能性があり、約0.12mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.083mm、0.07mm又はそれ未満である可能性がある。すなわち、第1のC4パッドと第4の近接したC4パッドの間のピッチは、約0.35mm、0.3mm、0.27mm、0.25mm、又は0.2mm未満である。
【0044】
その後、絶縁膜370がエッチングされた基板に付けられる670。絶縁化合物は、エポキシの枠とアンダーフィルを形成するために使用されるエポキシの化合物と同じ又は異なる可能性がある。前記絶縁化合物は、基板105から形成されたリードフレームの異なる導電性の経路204の間のショートを保護する抵抗膜370を形成する。
【0045】
他の実施例において、図4Aに描かれるように、ハーフエッチングング処理された基板705が用いられる。約18μmの厚さを有する基盤では、9μmの深さで、基板705の下層730に支持されたハーフエッチングング710が形成される。図4Bを参照すると、ダイのバンプ110がハーフエッチングング処理された基板705の隆起部720に沿って接続を形成するように、ダイ101がハーフエッチングング処理された基板705に配置される。図4Cを参照すると、アセンブリがポリマーの組成物に接触され、前記アセンブリを硬くし、補強する回路網150を形成する。図4Dを参照すると、ハーフエッチングング処理された基盤705の下半分又は基板の下層730は、リードフレーム210を加工するために取り除かれる。
【0046】
図2に示したステップ610から670は、例えば図5に描かれるように、平行して複数のダイ101に実行され得る。図5Aを参照すると、複数のダイ101が基板105を構成するパネルに配置される。リールやストリップや、他の形式の基板105もまた用いられ得る。
【0047】
図5Bを参照すると、全てのアセンブリが成形型に設置され、エポキシでカプセル化され、硬いアセンブリ410を形成する。そして、基板105の底面がエッチングされ660、リードフレームを形成する。エッチングは、写真平板マスクを通じて投影される光に基板底面430の表示部分420を露光することを含み得る。
【0048】
図5Cと図6とを参照すると、基板105はダイスカットされ680、ダイ101とリードフレーム210とを含む各個別デバイスに分離される。一般的にダイスカットの後は、各個別デバイスには、デバイスの周囲すなわちリードフレーム210の周囲に広がるカプセル化されたレイヤが含まれる。
【0049】
本願で説明した技術は前述の例に限定されない。
【0050】
例えば、カプセル化した回路網150を形成する組成物と同じ組成物又は異なる組成物を使用して、成形型のダイ110の設置の前に、アンダーフィルで隙間115が埋められ得る。成形型の形を調整することにより、例えば少なくともダイの底面まで広げる構造や、少なくともダイの上面まで広げる構造や、ダイの底面から上面までの距離の少なくとも25%、50%、75%又は90%まで広げる構造等の多様な構造で、カプセル化した回路網150が加工され得る。さらに別の例においては、図8に描かれるように、カプセル化した回路網150が、ダイの上面を覆う。
【0051】
前述の通り、本願で説明した方法により生産されるリードフレームは、多様なインタフェースフォーマットに用いられ得る。図8を参照すると、リードフレーム210が、約1mmのピッチで間隔が開いた複数の半田バンプ830を含むBGAに接続される。リードフレーム210はまた、ダイ101に接続するゴールドワイヤ810のような追加の特徴を含み得る。アセンブリは、ダイの上面102を覆うポリマーの組成物で覆われ、追加のカプセル化レイヤ150を形成する。アセンブリは約1.2mmの高さ820を有し得る。
【0052】
図8に描くように、リードフレーム210とボール830との隙間は、カプセル化レイヤ150と異なるアンダーフィルの組成物850で埋められる。絶縁膜220は、リードフレーム210と半田ボール830との間の抵抗レイヤを形成する。
【0053】
その他の実施についても請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1A】従来のフリップチップの構造の図である。
【図1B】従来のフリップチップの構造の図である。
【図2A】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2B】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2C】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2D】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2E】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2F】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図2G】ダイ101と基板105とをパッケージする第1の処理の図である。
【図3A】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3B】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3C】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3D】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図3E】ダイ101と基板105とをパッケージする第2の処理の断面と図の連続である。
【図4A】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4B】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4C】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図4D】ハーフエッチングング処理されたリードフレーム105を使用して、ダイをパッケージする処理の図である。
【図5A】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図5B】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図5C】ダイ101をパッケージする処理の図である。前記処理は、基板105をダイスカットすることを含む。
【図6】ダイ101をパッケージする処理のフローチャートである。
【図7】ルーティング・リードとパッドの図である。
【図8】ボール・グリッド・アレイの図である。
Claims (30)
- a)導電性基板の基板上面に端子を有するダイを配置し、それにより、前記ダイと前記基板との間に空洞部が形成され、前記端子と前記導電性基板との間に接点が形成され、
b)導電性リードを生成するように前記導電性基板をエッチングすることを有する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記配置が、
(1)基板上面にレイヤが形成されるように、前記面に化合物を付し、
(2)連続的な回路網を形成するように、前記化合物を固化することを有する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記基板が、基板の下層で支持されたハーフエッチングを有し、
前記エッチングが、前記基板の下層を取り除くことを有する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記配置が複数のダイを配置することを有し、
前記方法がエッチングされた導電性基板をダイスカットすることを更に有する方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記化合物が前記空洞部を埋める方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記化合物を前記面に付ける前に、アンダーフィルの組成物を用いて前記空洞部を埋めることを更に有する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記基板上面が、前記端子を受けるために適合した除去部分を有する絶縁レイヤに覆われる方法。 - 請求項7に記載の方法であって、
前記絶縁レイヤと前記ダイとの間に隙間が形成され、b)の前に
前記ダイに対向する絶縁レイヤの面に化合物を付けることと、
前記隙間を前記化合物で埋めることと、
連続的なポリマーの回路網を形成するように、前記化合物を固化することと
を更に含む方法。 - a)化合物を基板と前記基板に接続されたダイとの間の隙間に入れ、前記基板上面にレイヤを形成させ、
b)前記隙間の中に広がり、ダイの周囲を囲むレイヤを形成する連続的な硬い回路網を生成するように、前記化合物を固化することを有する方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
少なくとも前記基板に対向する前記ダイの面まで、前記レイヤが広がる方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記レイヤが、少なくとも前記ダイの底面からダイの上面までの距離まで、基板面に沿って広がる方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記レイヤが前記基板の周囲まで広がる方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記付けることが、
(1)成形型を使用して前記ダイと基板上面とを囲み、型穴を形成し、
(2)前記型穴に前記化合物を注入することを有する方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記成形型の表面がフィルムを含む方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記化合物が、少なくとも1MPaの圧力で注入される方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記化合物がエポキシを有する方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記基板をエッチングし、リードを生成することを更に有し、
各リードが接点の1つからリード端子までの導電性の経路を形成する方法。 - 請求項17に記載の方法であって、
前記基板のエッチングされた部分を埋める絶縁の組成物を付けることを更に有する方法。 - 導電性のリードと、リード間に入る絶縁の組成物とを有するリードフレームと、
前記リードフレームに接点によって接続され、前記リードフレームの第1の部分から隙間により間隔が開いたダイの下面を有するダイと、
少なくとも前記ダイの底面の上まで広がるレイヤを形成し、前記第1の部分の外であり、全く構成要素に占有されていない前記リードフレームの面の部分を覆う連続的な回路網を形成するポリマーの組成物と
を有するデバイス。 - 請求項19に記載のデバイスであって、
前記隙間を少なくとも部分的に埋め、前記第1の部分を覆う絶縁レイヤを更に有するデバイス。 - 請求項19に記載のデバイスであって、
前記連続的な回路網が、前記ダイの底面から前記ダイの上面までの距離の少なくとも50%まで広がるデバイス。 - 請求項21に記載のデバイスであって、
前記連続的な回路網が、前記ダイの上面を覆うレイヤを形成するデバイス。 - 請求項19に記載のデバイスであって、
前記リードが0.10mm未満のピッチを有するデバイス。 - 導電性基板と、
前記基板に接点によって接続され、前記基板から隙間により間隔が開いたダイの底面を有するダイと、
少なくとも前記ダイの底面の上まで広がる前記基板の部分に回路網を形成するポリマーの組成物と
を有するデバイスであって、
前記レイヤが前記デバイスに対する十分な剛性を与え、フレームの支持なしで前記基板をエッチングする間に、接点の結合性を維持するデバイス。 - 請求項24に記載のデバイスであって、
前記導電性基板が、抵抗の組成物で埋められるエッチングを有するデバイス。 - 請求項24に記載のデバイスであって、
前記基板が、ハーフエッチングングを有するデバイス。 - 請求項24に記載のデバイスであって、
前記レイヤが、少なくとも前記ダイの上面まで広がるデバイス。 - a)化合物を基板と前記基板に接続されたダイとの間の隙間に入れ、前記基板上面にレイヤを形成させ、
b)前記隙間の中に広がり、ダイの周囲を囲むレイヤを形成する連続的な硬い回路網を生成するように、前記化合物を固化することを有する方法。 - 請求項28に記載のデバイスであって、
前記隙間を少なくとも部分的に埋め、前記第1の部分を覆う絶縁レイヤを更に有するデバイス。 - 請求項28に記載のデバイスであって、
前記レイヤが前記リードフレームの周囲まで広がるデバイス。
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