JP3771843B2 - 導電性接着フィルムを用いるパワー半導体ダイの接着方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、半導体デバイスに関するものであり、より詳しくは、伝熱性および／または導電性の基板にパワー半導体ダイ（ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｉｅ）を接着させるための新規な方法に関する。
【０００２】
ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体ダイは、通常は、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、半田などの導電性材料によって、または電気的分離が所望ならば、電気絶縁性材料によって、導電性のリードフレームまたは他の基板に付着される。この方法は、ウェーハからダイをシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）した後に、個々のダイに関して順々に行われるので時間が掛かる。
【０００３】
（発明の簡単な説明）
本発明によれば、導電性または電気絶縁性であることができる接着フィルムを、パワー半導体のためのダイ付着材料として用いる。更に、そのような接着フィルムは、ダイシンギュレーション段階前に、パワー半導体ウェーハに付着させる。
【０００４】
次に、接着フィルムを用いて、低電力集積回路をリードフレームにボンディングする。本発明によれば、導電性または電気絶縁性の接着フィルムを用いて、パワー半導体を、基板／リードフレームにボンディングする。
【０００５】
従来技術における接着フィルムは、プレカットされ、フィルム上にダイを配置する前に基板上に配置される。次に、得られた基板／フィルム／ダイアセンブリは、ダイ／リードフレーム間の接着を向上させるために部分的に熱処理される。本発明によれば、接着フィルムは、ダイシンギュレーション段階前に、パワー半導体ウェーハ上に配置する。次に、ウェーハ／接着フィルムのスタックを、従来のシンギュレーション法を用いて切り分けて、接着フィルムを予め付着したダイを製作する。次に、熱処理により接着剤を再活性化させて、ボンディングを促進し、硬化を完了させる前に、切り分けたダイ／フィルムのスタックを基板／リードフレーム上に配置する。
【０００６】
いくつかの利点が本発明によって提供される。すなわち、従来のパワー半導体ダイの付着では、エポキシ樹脂タイプまたは半田タイプの接着剤をペーストまたは液体の形態で使用する。これらの材料は、しばしば、ダイボンディング中に、ダイの縁から基板／リードフレーム上にこぼれる。このこぼれにより、リードフレーム／基板上に配置できるダイのサイズが限定される。接着フィルムを用いることによって、そのようなこぼれがなくなる。その結果、所与のサイズのパッケージ中により大きなダイを配置することができる。ボンド線（ｂｏｎｄ ｌｉｎｅ）の厚さも、接着フィルムの厚さによって設定され、一定となる。接着剤層中にはボイドも存在しなくなる。
【０００７】
ダイシンギュレーション前に、導電性または（電気絶縁性）接着フィルムを、パワー半導体ウェーハ上に予めボンディングすると、組立て中の余計なピックアンドプレイス段階も不要となる。したがって、製造装置のコストが下がり、サイクル時間が短くなる。
【０００８】
（発明の実施形態の詳細な説明）
図１および図２は、従来技術のパワー半導体ダイ１０と、半田またはエポキシ樹脂の付着材料１２によってダイが付着される導電性基板１１を示している。従来法では、材料１２がこぼれ、それにより、所与の面積の基板上におけるダイの最大サイズが限定されることに留意されたい。
【０００９】
図３および図４は、図１および図２のダイ１０を示しており、薄くて柔軟な接着フィルム１３を用いてダイ１０および基板１１をボンディングしている。フィルム１３は、導電性であるか、または絶縁性であることができ、熱硬化可能である。図３および図４で見られるように、このようなフィルムを用いると、こぼれがなくなるので、図１および図２の基板と同じ面積の基板１１上で、より大きな面積のダイ１０が可能になる。
【００１０】
本発明の新規な方法は、図５から図８に示してある。図５は、従来の方法で同時に加工される多数の同一のパワー半導体ダイを含む半導体デバイスウェーハ２１を示している。したがって、ウェーハは、導電性ソース電極および底部導電性ドレイン電極によって従来通り覆われた頂部表面にＰ／Ｎ接合を有する何百もの同一の縦型導電パワーＭＯＳＦＥＴダイを含むことができる。ウェーハのダイは、従来の切り分け装置（ｓａｗｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）でウェーハを切り分けることによって、シンギュレーションされる。次に、ダイのドレイン電極を基板に半田付けまたはエポキシボンディングすることによって、個々のダイをリードフレームまたは他の基板上に装着する。
【００１１】
本発明によれば、接着フィルム２０を、約６インチ（１５．２４ｃｍ）の典型的な直径を有することができるウェーハのサイズに切り分ける。
【００１２】
フィルム２０は、好ましくは、ポリイミドフィルム、例えばＰＣボードや「フレックス」回路で電気巻線絶縁（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｗｉｎｄｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）など用にしばしば用いられる「ＫＡＰＴＯＮ」（登録商標）フィルムとして公知のポリイミドフィルムである。Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミドは優れた絶縁体である。次に、ウェーハ２１およびフィルム２０を互いに積層し、予熱して接着力を向上させるが、フィルム２０は、完全には硬化させない。
【００１３】
次に、図６に概略を示してあるように、フィルム２０およびウェーハ２１を同時に切り代２２で切り分けて、別個のダイにする。従来のフレームまたは基板では、分離したフィルム／ダイのスタックを適所に保持する。次に、シンギュレーションされたデバイスが、自動的に取り上げられ、加熱された各リードフレームまたは基板上の装着すべき場所に運ばれるように、従来のピックアンドプレイスデバイス（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）中にスタックを配置する。
【００１４】
すなわち、図７に示してあるように、従来のピックアンドプレイス装置によって、ダイ／フィルムのスタック２１／２０を取り上げ、各基板１１上に配置することができる。好ましくは、圧力を加えて、予熱された基板１１の表面上にスタック２１／２０を押し付ける。
【００１５】
次に、ダイ／フィルムのスタック２１／２０と基板１１を約２６０℃まで加熱して、フィルム２１を完全に熱硬化させ、基板１１に対するボンドを形成させる。
【００１６】
図７および図８のような構造化を行って、ダイオンダイパッケージ（ｄｉｅ−ｏｎ−ｄｉｅ ｐａｃｋａｇｅ）（図９）またはサイドバイサイドダイパッケージ（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ ｄｉｅ ｐａｃｋａｇｅ）（図１０）を形成することもできる。すなわち、図９では、接着剤層２０と半導体ダイ２１とを有する２つの同一のダイ３０および３１を、ダイ３０の上にダイ３１を重ねて実装することができる。ダイ３０および３１は、それぞれ、多種多様なデバイス、例えばＭＯＳＦＥＴおよびショットキーダイオードであってもよく、異なるサイズまたは面積であってもよい。あるいは、ダイ３１は集積回路であってもよい。
【００１７】
さらに、図９における層２０は、ダイ３０と３１とを背面（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）接続させることのできる、適当な導電性接着フィルムとすることができる。
【００１８】
図１０に示してあるように、ダイ３０および３１は、それぞれＭＯＳＦＥＴおよびＩＣ（ダイ２１）を含んでいてもよい。
【００１９】
フィルム２０用に使用できる他のフィルムとしては、Ａｌｐｈａ Ｍｅｔａｌｓ ３８３Ｇ（ＲＨＳ）やＵＨ２Ｗ−Ｅポリイミドフィルム（ＬＨＳ）などの熱可塑性接着剤ペーストが挙げられる。
【００２０】
本発明を、その特定の実施形態に関して説明したが、他の多くの変形形態および改良および他の使用法も当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明は本明細書における具体的な開示によってではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のダイ接着の上面図である。
【図２】 従来技術のダイ接着の側面図である。
【図３】 導電性接着フィルムによって基板に接着されたパワー半導体ダイの上面図である。
【図４】 導電性接着フィルムによって基板に接着されたパワー半導体ダイの側面図である。
【図５】 大面積接着フィルムおよび半導体デバイスウェーハのシンギュレーション前の透視図である。
【図６】 接着後の図５の透視図である。
【図７】 基板に接着する前の図６のアセンブリからシンギュレーションされた１つのダイ／フィルムスタックを示す図である。
【図８】 熱硬化およびボンディング後の図８のアセンブリを示す図である。
【図９】 ダイオンダイアセンブリ（ｄｉｅ−ｏｎ−ｄｉｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に適用される本発明の方法を示す図である。
【図１０】 共通基板上におけるダイのサイドバイサイドアセンブリ（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に適用される本発明の方法を示す図である。

Claims (11)

  1. 半導体ダイを基板に接着する方法であって、
    まず、第１の面積を有する、薄くて柔軟な熱硬化性でかつポリイミドの絶縁性のフィルムを提供するステップと、
    次に、前記第１の面積に比べてそれぞれ実質的に小さい第３の面積を有し、互いに間隔をあけた複数の半導体ダイを提供するような第２の面積を有する半導体ウェーハ上に、剥離シートのない前記薄くて柔軟な熱硬化性フィルムのみを設けるステップと、
    次に、前記熱硬化性フィルムと前記半導体ウェーハとを接着するように、前記熱硬化性フィルムを部分的に硬化させるために、前記半導体ウェーハと前記熱硬化性フィルムを予熱するステップと、
    次に、個々の素子を形成するために、前記熱硬化性フィルムと前記複数の同一である半導体ダイの両方を同時にシンギュレーションするステップと、
    次に、前記基板を加熱するステップと、
    次に、前記半導体ダイ上の前記熱硬化性フィルムを前記基板の頂部表面に押し付けて接着するように、前記シンギュレーションされた半導体ダイを前記基板の頂部表面に配置するステップと、
    次に、前記熱硬化性フィルムを完全に硬化させて、前記半導体ダイを前記基板に対して堅固に接着させるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記基板が、導体リードフレームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記熱硬化性フィルムが、ポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記熱硬化性フィルムが、ポリイミドであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  5. 前記半導体ダイ上の前記熱硬化性フィルムが、前記基板上での組立て後に、前記半導体ダイの面積と同じ面積を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 第２接着フィルムを有する第２半導体ダイを、前記第１半導体ダイから水平方向に移動した位置で前記基板に接着させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. その上に第２接着フィルムを有する第２半導体ダイを、前記基板に固定された前記ダイの頂部に接着させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記第１の面積が、前記第２の面積と実質的に同じであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記半導体ダイおよびフィルムを、ピックアンドプレイス装置によって前記基板へと移動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記第２接着フィルムが、前記基板に固定される前記半導体ダイの前記頂部表面に比べてより小さい面積を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  11. 前記第２半導体ダイと前記第２接着フィルムの両方が、前記基板に固定される前記半導体ダイと同じ面積を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
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