JP2005535140A - パッケージ化半導体デバイスの製造方法及び装置並びにかかる方法で得られるパッケージ化半導体デバイス及びかかる方法に用いるのに適した金属キャリヤ - Google Patents

Abstract

本発明は、封止材が施された少なくとも１つの半導体結晶を備える金属キャリヤに、ダイヤモンド粒を含むダイシングブレード（５）Ｇを備えたダイシング装置で個別化工程を施すパッケージ化半導体デバイスの製造方法に関し、個別化工程では、ダイシングブレードが、冷却用流体で冷却されながら、封止材及び金属キャリヤ（１００）を切断して少なくとも１つの半導体デバイスを個別化し、個別化工程の実施中、摩擦力を減少させる冷却用流体を用いる。好ましくは、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属のダイシングブレード（５）が用いられ、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は、切断に寄与するダイヤモンド粒相互間の距離が実質的に全てのソーイング（切削）屑の除去を可能にするに足るほど長い密度で定められる最大密度よりも低い又はこれに等しい密度でダイシングブレード（５）中に用いられている。金属キャリヤ（１００）は好ましくは、切断される金属の量を減少させ、切断中における金属の振動を阻止する種々の特徴部を備える。

Description

発明の詳細な説明

すべてのパッケージ化半導体デバイスの相当多くの部分は、端子を備えた銅キャリヤ（いわゆる（ＨＶ）クォドフラット形リード無しパッケージ）から形成され、銅キャリヤ上には少なくとも１つの半導体デバイスが搭載され、そのボンディングパッドは、ワイヤボンディングされた接続部により端子に電気的に接続される。半導体デバイス及びワイヤボンディング接続部は、通常はガラス繊維入りエポキシである封止が施される。

一般に、上述の銅キャリヤのソーイング（sawing）は、ダイシング装置で行われる。銅キャリヤの取扱いは、フィルムフレームキャリヤ（ＦＦＣ）を介して行われ、かかるフィルムフレームキャリヤは、粘着テープが貼付されたプラスチックリング又は金属リングから成る。銅キャリヤはテープ上に置かれ、次にしっかりと押圧して露出面全体にわたり接着が行われるようにする。次に、銅キャリヤ付きのＦＦＣをダイシング装置に運び込み、セラミック真空チャックの頂部上にセットする。カメラ及び専用に設計された位置合わせ特徴部を用いて銅キャリヤを位置合わせした後、銅キャリヤを一方向にソーイング、回転し、次いで上記一方向に垂直な方向にソーイングする。ソーイングは、ダイヤモンド粒を含むダイシングブレードで行われる。ダイシングブレードは、専用に設計されたライン、いわゆるソーイングレーンに沿ってエポキシ封止材と銅キャリヤの両方を切断し、ブレードの切断深さは、テープ中で終わり、それにより後に数十マイクロメートルのテープだけが残る。ソーイング中、ダイシングブレードは、冷却用流体で冷却されている。

ソーイング後、個別化されたパッケージ化半導体デバイスが搭載されたＦＦＣをソーイング領域から運び出し、クリーニング／乾燥ユニット内に運び込み、このクリーニング／乾燥ユニットは、脱イオン水又は水道水及び圧縮空気を用いてソーイング（切削）屑を除去すると共に個別化パッケージ化半導体デバイスを乾燥（吹き付け乾燥）させる。ソーイング屑は、ソーイングプロセス中に生じ、０〜１０マイクロメートルの粒径の小さなエポキシ粒子及び２０〜６０マイクロメートルの粒径の幾分大きな銅片から成る。次に、ＦＦＣ全体をマガジン内に運び込み、次に、新たなＦＦＣを装入する。

このプロセスに関する幾つかの所見は次の通りである。

−ＦＦＣのための別法として、個別化されたパッケージ化半導体デバイス付き銅キャリヤの運搬のためにチャック（パッケージ専用真空テーブルの使用）も又使用できる。

−或る特定の頻度でブレードの摩耗を測定してブレードのｚ位置を調節し、それにより連続生産中、全ての銅キャリヤについて同一の切断深さを達成する。この工程の頻度は、用いられるソーイングプロセスの実際のブレードの摩耗で決まる。

−ブレードの形状の変化に対応するため、上述のプロセスを、いわゆるツルーイング（形直し）プロセスと交互に行う必要があり、ツルーイングプロセスでは、ダミー材料を用いてブレードを実質的に摩耗させることによりこれをその元のゼロ時間品質形状に作り直す。

−ダイシングブレードにくっついた銅屑を除去するため、ブレードを実質的にダミー材料上で摩耗させ、それによりブレードの一部だけではなく、これにくっついている屑も除去する。このプロセスは、ドレッシング（目直し）と呼ばれている。

工程品質に応じて、加工−ツルーイング−ドレッシングシーケンスを調整すると、当該プロセスについて考えられる最も長い加工時間を達成することができる。

上述したような公知のソーイングプロセスでは、ダイシングブレードは通常、比較的軟質で高い摩耗マトリックスの剛性材料（いわゆる、樹脂結合ブレード）で構成され、このマトリックスは、部分的に工業用ダイヤモンド粒で満たされ、通常、脱イオン水が冷却用流体として用いられる。しかしながら、水は、必ずしも脱イオン水である必要はない。水道水も使用できる。水の他に、冷却用流体は、冷却用流体の冷却効果を高めるための或る表面張力減少添加剤を含むのがよい。

公知のソーイングプロセスの問題は、プロセスの効率が低いということである。製品かダイシングブレードかのいずれかが比較的短時間で壊れるということが観察されている。

公知のソーイングプロセスの問題を解決するため、本発明の方法は、摩擦力減少冷却用流体をソーイングプロセス中に用いるということを特徴としている。本発明は、ソーイング中、銅がダイヤモンドにくっつき、それにより加える力が比較的短時間で大きくなり、その結果ソーイングされるべき製品又はダイシングブレードのいずれかの破損が生じるという認識に基づいている。本発明は更に、摩擦力減少冷却用流体を用いると、上記の効果が実質的に低減し、ソーイングされるべき製品の品質とダイシングブレードの摩耗及び耐用年数の両面に関し、満足のゆく結果が得られるという認識に基づいている。

好ましくは、摩擦力減少冷却用流体は、合成油を水に加えることで得られる。適当な油の例は、キャストロール社製の商品名Sintilo 82又は商品名Miracol 80及びアーチェナー・ケミー社製の商品名ＡＣ６２２７又はＡＣ３６７６である。最善の結果は、Sintilo 82で得られた。これら油は全て、環境及び人に優しく且つ水との使用可能なエマルションにかなり良好に混合可能である。適当な濃度は、１〜１０容量％であることが判明している。

実験により判明したこととして、本発明の方法は、公知の方法と比べて顕著な利点を有している。本発明の方法を利用することにより、ブレードの摩耗を著しく減少させることができ、それによりブレードの耐用年数が長くなる。この方法により、ブレードの破損及び（又は）製品品質の低下を防止しながらダイシング速度の増大が可能である。また、この方法を用いることにより、用いられている冷却用流体の量を減少させることができる。別の利点は、ダイシングブレードのドレッシングを行う頻度が少なくて済み、その直接的な結果として、ソーイングプロセスの動作時間が著しく増大するということにある。別の利点は、個別化されたパッケージ化半導体デバイス上に存在するばりのサイズが公知の方法で生じるばりよりも小さいということにある。

好ましい実施形態では、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属のダイシングブレードが用いられ、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は、切断に寄与するダイヤモンド粒相互間の距離が実質的に全てのソーイング屑の除去を可能にするに足るほど長いような密度で定められる最大密度よりも低い又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いられる。

上記において特定したような最大密度を超える密度を選択した場合、ブレードの摩耗は、事実上ゼロとなろう。さらに、個別化パッケージ化半導体デバイスの銅部分上に見えるばりは、顕微鏡により検出可能な極端な形状を取ることになる。かかる高い密度を用いると、その結果として端子が取れることさえあるが、これは目視検査により検出可能である。恐らくはかかる高密度で生じる別の効果は、ダイシングブレードが銅で（完全に）塞がれることにある。

劈開性ダイヤモンド粒は有利には、切断に寄与するダイヤモンド粒１つ当たりのダイシング力が、ダイヤモンド粒がダイシングブレードから取れるのを阻止するのにちょうど足るほど小さい密度によって定められる最小密度よりも高く又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いられる。

ダイシング力は、いわゆるキストラー（Kistler）ロードセルを用いることにより測定できる。しかしながら、ダイヤモンド粒１つ当たりのダイシング力（切断に寄与する）を求めることは困難である。それにもかかわらず、密度が上記において特定したような最小密度に達したかどうかを判定する他の方法が当業者には知られている。もしこの最小密度を下回る密度が選択されると、ダイヤモンド粒は、ダイシングブレードから取れやすくなり、それによりダイシングブレードには穴が残り、これらの穴は、顕微鏡で検出可能である。さらに、ブレードの摩耗は、極めて大きく、これは一般に、ダイシング装置それ自体で測定可能である。

鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は有利には、２０〜６０マイクロメートルのサイズで用いられる。有利には、水中に分散させたソーイング油のエマルションが、摩擦力減少冷却用流体として用いられ、摩擦力を減少させる機能を有するソーイング油は有利には、１〜１０容量％で用いられる。有利には、天然の鋭利な劈開性ダイヤモンド粒が、ダイヤモンド粒として用いられる。金属キャリヤとして、有利には延性のある金属キャリヤ、例えば銅キャリヤが用いられる。

封止材は有利には、エポキシから成り、好ましくは、最高８０％の量までガラス繊維入りである。本発明の方法は、このような種類の製品のダイシングに非常に適していることが判明した。

本発明の方法の別の有利な実施形態は、以下の特徴の各々又は組合せによって構成される。

−ソーイングレーンに関して対称な設計の銅キャリヤを用いること。この特徴は、ダイシングブレードの非対称の摩耗を防止する。換言すると、ブレードの切れ刃の一方の側部の摩耗は、ブレードの切れ刃の他方の側部の摩耗と実質的に同一である。対称性の高いブレードの摩耗により、ソーイング中におけるダイシングブレードの良好な位置合わせが可能になる。

キャリヤ設計によりサイドレール（エポキシで被覆されていない銅キャリヤの部分）のソーイング又は事前のサイドレールの除去を防止すること。純銅のソーイングの結果として、銅材料の延性による余分なブレード摩耗が生じることになる。

ソーイングレーン中に最少量の銅を用いること。ソーイングの単位長さ当たりのソーイングされるべき銅の量を減少させると、ソーイングの単位長さ当たりのブレードの摩耗が減少する。これは好ましくは、ソーイングレーン中の銅をハーフエッチングすることにより得られる。エッチングは、キャリヤの底部側から行われる。このように、ソーイングレーン中の銅は、例えば５０％減少するだけでなく、成形後、そのダイシングを高信頼度に且つ制御された状態にする封止材で支持されることになる。かくして、封止材は、ソーイングレーン中のキャリヤの銅の両側に設けられる。

実験により以下が示された。

−ブレード摩耗の減少は一般に、冷却用流体として水（脱イオン水）と組み合わされた樹脂結合ブレードでは得られない。この公知のソーイングプロセスにおけるブレードは、１ｍのソーイング長さ当たり約５０〜３００μｍの摩耗を示し、これに対し、上述したような好ましいダイシングブレードの使用と組み合わせて本発明のソーイングプロセスを用いることにより、１ｍのソーイング長さ当たり約１〜２μｍの摩耗が実現できる。

−好ましいダイシングブレードを用いるが、水（脱イオン水）とのみ組み合わせて用いることにより、ダイシングブレードの破損が生じる。

−また、一般に、本発明のソーイングプロセスの摩擦力減少冷却用流体と組み合わせて公知のソーイングブレードの樹脂結合ブレードを用いても所望の効果は得られない。フェノール樹脂を主成分とするブレードのような或る特定の樹脂結合ブレードだけが本発明の方法において満足のいく結果をもたらした。

本発明は更に、封止材が施された少なくとも１つの半導体結晶を備える金属キャリヤに個別化工程を施すダイシング装置であって、個別化工程では、ダイシングブレードが冷却用流体で冷却されながら、封止材及び金属キャリヤを切断して少なくとも１つの半導体デバイスを個別化するダイシング装置において、個別化工程中、摩擦力を減少させる冷却用流体を供給する手段を有することを特徴とするダイシング装置に関する。

好ましくは、ダイシング装置は、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属のダイシングブレードを有し、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は、切断に寄与するダイヤモンド粒相互間の距離が実質的に全てのソーイング屑の除去を可能にするに足るほど長いような密度で定められる最大密度よりも低い又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いられる。

最後に、本発明は、本発明の方法で得られたパッケージ化半導体デバイス及びかかる方法に用いるのに適した金属キャリヤに関する。

本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、図面と関連して読まれる以下に説明する実施形態に関して説明され明らかになろう。

図は、概略的であり、縮尺通りには作成されていない。種々の図中、同一の部分には一般に、同一の参照符号が与えられたり、同一のハッチングが施されている。

図１は、本発明の方法によりパッケージ化半導体デバイスを製造する際の関連の工程におけるパッケージ化半導体デバイスの概略平面図である。図１に示す工程は、本方法の個別化工程に該当している。この場合、銅で作られたキャリヤ１００が、多数のダイパッド１を有し、このダイパッド上に半導体結晶（図示せず）が存在する。ダイパッド１は、リード２によって包囲され、これらリードは、キャリヤ１００中の隙間３だけダイパッドから離された状態で、軸線５Ａ回りに回転するダイシングブレード５のためのソーイング（切削）レーン４として機能するキャリヤ１００の部分に接続されている。ダイシングブレード５は、上述したように鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属から成る。半導体結晶は、これ又図面には示されていないワイヤボンディング部によってリード２に接続されている。ダイシングブレード５の近くにノズル６が設けられ、合成油と水の混合物が、ダイシングプロセス中、このノズルを通ってダイシングブレード５に差し向けられる。この例ではキャストロール社の５容量％の商品名Sintilo 82と水（水道水）の混合物が用いられる。この段階では、半導体結晶は、図示されていないモールド材料で被覆され、このモールド材料は、キャリヤ１００の領域Ｍに存在する。キャリヤ１００は、成形プロセス中、かくしてモールドの無いキャリヤ１００の領域Ｃのところでクランプされる。モールドはこの場合、最高８０％までガラス繊維で満たされたエポキシ材料から成る。

キャリヤ１００は、本発明の方法における最適なダイシングに寄与する多くの特徴部を備えている。第１に、キャリヤ１００の設計は、ソーイングレーン４に沿って、即ちこれに関して対称である。第２に、キャリヤ１００の銅は、図中、細かいハッチングが施されたキャリヤ１００の多くの領域において底部側からハーフエッチングされている。ソーイングレーン４中では、このハーフエッチングにより、ソーイングされる銅の量が減少する。第３に、キャリヤ１００は、銅が存在しないサイドレールスロット７を備えている。これらは主として、ダイシングブレード５がキャリヤ１００に入るソーイングレーン４の前で成形領域Ｍに設けられている。これらスロット７は、図中、キャリヤ１００の一側部に示されているに過ぎないが、好ましくは、キャリヤ１００の４つ全ての側部に設けられる。また、スロット７とソーイングレーン４を接続するキャリヤ１００の領域８は好ましくは、ハーフエッチングされる。さらに、キャリヤ１００のハーフエッチング領域９Ａ，９Ｂが、それぞれスロット７及びリード２の側面に沿って設けられている。これらは、キャリヤ１００をモールドに繋留する役目を果たし、それによりキャリヤは、ダイシングプロセス中安定化されると共にダイシングプロセス中その部品の振動に対し保護され、かかる振動は、ダイシングプロセスを妨害する場合がある。これと同様な機能が、スロット７相互間に配置された追加のスロット１７によって提供され、これら追加のスロットも又、金型をキャリヤ１００に繋留するためにこれらの側部に沿ってハーフエッチングされた領域９Ｃを備えている。

図２は、図１においてＩＩで示された図１のデバイスの細部の概略平面図である。この図は、キャリヤ１００のソーイングレーン４の一部を２つのリード２と共に示している。

リード２は、繋留を行うと共に、ダイシング中、キャリヤ１００の望ましくない振動を阻止するハーフエッチング領域９Ｂを備えている。ダイシングブレード５の損傷及び摩耗並びに個別化された半導体デバイスの損傷に関する最善の結果は、ダイシングブレード５がリード２に入るところにかかるハーフエッチング領域は存在していない場合に得られる。かかる側面２Ａは好ましくは真っ直ぐであって平らであり、ダイシング中、リード２に入るダイシングブレード５の側面に対し垂直に延びている。また、この理由で、リード２の側面２Ａがソーイングレーン（領域）４の側面に移り変わるところでは適当な曲率半径が選択されている。

本発明は上述の実施形態には限定されず、当業者であれば本発明の範囲に含まれる多くの変形例を想到できることは明らかであろう。

本発明の方法によりパッケージ化半導体デバイスを製造する際の関連の工程におけるパッケージ化半導体デバイスの概略平面図である。 図１中ＩＩで示された図１のデバイスの細部の概略平面図である。

Claims (18)

1. 封止材が施された少なくとも１つの半導体結晶を備える金属キャリヤに、ダイヤモンド粒を含むダイシングブレードを備えたダイシング装置で個別化工程を施すパッケージ化半導体デバイスの製造方法であって、個別化工程では、ダイシングブレードが、冷却用流体で冷却されながら、封止材及び金属キャリヤを切断して少なくとも１つの半導体デバイスを個別化する方法において、個別化工程の実施中、摩擦力を減少させる冷却用流体を用いることを特徴とする方法。
2. 摩擦力を減少させる冷却用流体としての冷却水への添加剤として、水中に分散させた合成油のエマルションの形態で剛性油を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 剛性油を１〜１０容量％で用いることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属のダイシングブレードが用いられ、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は、切断に寄与するダイヤモンド粒相互間の距離が実質的に全てのソーイング屑の除去を可能にするに足るほど長いような密度で定められる最大密度よりも低い又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いられていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の方法。
5. 鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を、切断に寄与するダイヤモンド粒１つ当たりのダイシング力が、ダイヤモンド粒がダイシングブレードから取れるのを阻止するのにちょうど足るほど小さい密度によって定められる最小密度よりも高く又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 粒径が２０〜６０マイクロメートルの鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. ダイシングブレードがキャリヤを切断する際に辿るソーイングレーンに関して対称な設計の金属キャリヤを用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一に記載の方法。
8. ソーイングレーンの前に位置するスロットを備えた金属キャリヤの側部を用意することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 種々の場所で厚さの減少した金属キャリヤを用意することを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一に記載の方法。
10. 金属キャリヤの厚さをエッチングによりキャリヤの底部側から減少させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 銅キャリヤのように延性のある金属キャリヤを用いることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
12. 好ましくはガラス繊維入りのエポキシ封止材を用いることを特徴とする１〜１１のうちいずれか一に記載の方法。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の方法により得られたパッケージ化半導体デバイス。
14. 請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の方法に用いるのに適した金属キャリヤであって、キャリヤが切断されるべきソーイングレーンに関して対称設計になっていることを特徴とする金属キャリヤ。
15. ソーイングレーンの前に位置したスロットが設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の金属キャリヤ。
16. 厚さの減少した領域が設けられていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の金属キャリヤ。
17. 封止材が施された少なくとも１つの半導体結晶を備える金属キャリヤに個別化工程を施すダイシング装置であって、個別化工程では、ダイシングブレードが冷却用流体で冷却されながら、封止材及び金属キャリヤを切断して少なくとも１つの半導体デバイスを個別化するダイシング装置において、個別化工程中、摩擦力を減少させる冷却用流体を供給する手段が設けられていることを特徴とするダイシング装置。
18. 鋭利な劈開性ダイヤモンド粒を含む焼結金属のダイシングブレードを有し、鋭利な劈開性ダイヤモンド粒は、切断に寄与するダイヤモンド粒相互間の距離が実質的に全てのソーイング屑の除去を可能にするに足るほど長いような密度で定められる最大密度よりも低い又はこれに等しい密度でダイシングブレード中に用いられていることを特徴とする請求項１７に記載のダイシング装置。

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