JP4903205B2 - フリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス及び半導体ダイをパッケージングする方法 - Google Patents

Description

関連出願のクロスレファレンス

本願は、２００５年７月１２日に出願された米国特許出願第１１／１７９，３４８号に基づく優先権を主張する。

半導体をパッケージングすることは、半導体の使用開始前において採られる製造工程の最終ステップである。パッケージングにはコストがかかる。なぜなら、半導体ダイを個々に処理することが必要になるからである。複数の機能を1つのダイへ集積するチップのシステムソリューションが多数、提案されているが、それでも非常に多くの半導体デバイスは個々にパッケージングされている。

電子システムは、プリント回路基板上の集積回路を含んでいる。当該システムは、モーターとスピーカーと他の実際のデバイスを作動させるため必要な高電圧と高電流を供給する。一般的な電子システムでは、パワー半導体と集積回路はプリント回路基板に半田付けされる。基板上の回路配線は、デバイス間の接続と外部への接続を設ける。パワー半導体の一般的なパッケージング技術は、ソース領域とゲートとキャリヤカバーのための接続部であるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）であり、キャリヤカバーはパワー半導体のドレイン側へ接続して、ソース領域とゲートの接続と同じ平面にドレイン接続を行う。このように、パワーデバイスは１つの平面上に全ての接続を有し、それらの接続をプリント回路基板に直接、半田付けしてもよい。

ＢＧＡパッケージングを形成するために用いることができる方法は、半田ボール取り付け工程である。半田ボール取り付け工程において、半田ボールは半導体基板と同様、半導体キャリヤにある伝導領域のボール・ランド・パターン上に機械的に設置される。半田ボールが特定のボール・ランド・パターン上に設置された後、半導体ダイは回路基板に反転（フリップオーバー）され、集積される。

半田ボールは一般的に、鉛を主な材料とする半田合金を有している。例えば、半田合金は、融点が約セ氏１８３度である共晶に近いスズ-鉛合金（Ｓｎ−Ｐｂ）でもよい。半田ボールが半導体ダイと回路基板の間にあるとき、半田ボールは、１つの温度または融点以下の温度にまで加熱される。半田ボールを融点以下に加熱する目的は、半田ボールがつぶれないようにすることを確実にするためである。半田ボールは溶解され、回路基板を半導体ダイに接続するためにリフローされる。半田中の酸化物は除去され、半導体ダイの伝導表面部と基板は溶解した半田とともに保存される。溶解とリフローの後、半田相互接続が半導体ダイと基板の間に形成される。形成された半田相互接続は、回路基板と半導体ダイを緊密に電気的に結合する。

図８は、１つの従来技術の半導体ダイパッケージを示す。このダイパッケージにおいて、キャリヤ１００に半導体ダイ１０２を受ける長方形のキャビティ１００−１が設けられている。この例において、半導体ダイは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を有し、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型パッケージ内にある。半田ボールアレイ１０８は、キャリヤ１００の縁部表面１０６上にあるのと同様、半導体ダイ１０２上にある。半田ボールアレイ１０８は、２つのグループに分けられる。半田ボールの１番外側にあるアレイ１０８−２はキャリヤの縁部表面１０６と接続し、半田ボール内部アレイ１０８−１はダイ表面部と接続する。半田ボールアレイ1０８は、例えば基板のような回路基板に集積され接続されることができる。

半田ボール内部アレイ１０８−１がＭＯＳＦＥＴのソース電極とゲート電極への接続部を設けると同時に、半田ボールの外部アレイ１０８−２は、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極に接続部を設ける。角にある半田ボール１０８−３はゲート電極として用いられ、内側アレイ１０８−１内の残った半田ボール１０８−１は、ＢＧＡ ＭＯＳＦＥＴのソース電極に対する低抵抗接続としての割り当てを設ける。

半田ボール技術は強化と改良がなされ、より強固な設計を提供する。例えば、ボール相互接続の接着性の強さは改良されていく。仮に、ボール相互接続が弱ければ、ボール取り付け工程を用いて形成された半田相互接続が壊れる可能性がある。そして、ダイパッケージ内で１つ以上の半田相互接続が失敗すれば、パッケージ全体が機能しなくなる可能性がある。それに加え、処理の間（例えば、リフローの間）、半田ボールは変形する。この変形は、アレイ内における半田ボールの高さが変化する原因となる。その結果として、半田ボールの端部が互いに同一面上にないかもしれない。仮に、例えば、伝導性パッドのアレイ上にある半田ボールのいくつかが、そのアレイ上にある半田ボールの高さより高くなれば、短い方の半田ボールは半導体ダイと回路基板の両方を接続できなくなるかもしれない。形成されたダイパッケージは不完全な半田相互接続のために機能しなくなる可能性がある。また、処理の間、半田ボールが動く可能性がある。もし、半田ボールが意図された半田ボールの位置から移動すれば、期待した相互接続が半導体ダイパッケージ内で形成されないかもしれない。最後に、多くの半田ボールは鉛を含有している。鉛は環境に無害な物質ではない。半導体ダイパッケージ内で使用される鉛の量を除去しないのであれば、減少させることが期待される。

米国特許第６，８９３，９０１号は改善した発明であり、リードフレームの金属層内で形成される金属バンプを有し、また、パワー半導体を支持するためのダイパッドを有する。発明の開示全体は、参照によってここに援用する。バンプは、金属層を押すことによって形成される。各々の適切なスタンピング装置は、多重スタンピング材料(しばしば、スタンピングツールとして言及される)のようなバンプを形成するために用いることができ、スタンピングダイと一致している。 スタンピングダイは、多重スタンピング材料を受けるように構成された凹部を有している。一般的な工程において、金属層は、スタンピングダイの上に設置される。金属層がスタンピングダイの上にある間、スタンピング材料は、金属層をパンチングする。パンチングの間、スタンピング材料は、スタンピングダイの凹部によって、金属層を通過することなしに金属層の１部を押す。金属層 に適用される圧は、金属層の１部を変形させ、金属層内に多重に押されたバンプを形成する。このスタンピング処理が繰り返され、金属層内にバンプの集合が形成される。バンプの集合をスタンピングした後、多重キャリヤが形成される。半導体ダイが個々のキャリヤに集められ個別パッケージングを形成した後、形成されたキャリヤは互いに分離される。分離されたパッケージは、基板のような回路基板へ集積される。いくつかの実施例では、キャリヤは、半導体ダイを基板のような回路基板へ電気的に結合させるリードフレームとされる。図９を参照されたい。

本願における構造と工程は、ダイパッドの鋳造とキャリヤ表面部で接触突起部をパンチングするために、デュアルゲージリードフレームと大規模な金属加工設備を必要とする。それゆえ、依然として、従来技術と従来発明を改善するための十分な場所が必要である。

本発明は、従来技術の方法やダイのパッケージングよりも高価でなく、より確実
に半導体ダイをパッケージングする方法とパッケージングされた半導体ダイを提供する。本発明は、ドレイン接続をパワーＭＯＳＦＥＴの裏側からＭＯＳＦＥＴの正面側の表面部上にあるボールグリッドアレイに平行な平面へ導くため、曲げられ、突起部を備えた縁部を有するシングルゲージの曲げられたリードフレームを設ける。ボールグリッドアレイはソース領域とゲート領域への接続を有する。その方法は、始めに、１つの厚みのある平坦部を備えたリードフレームを提供する。リードフレームは、ダイパッドと、ダイパッドをサイドレールへ保持する１つ以上のタイバーを有する。この方法は、リードフレームの平坦部にある１つの縁部に沿った突起部を形成する。この突起部は、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン部分へ電気的、機械的に接続される。特に、ダイパッドの１つ以上の縁部はカットされ、ダイパッドと同一面にあり、ダイパッドから伸張している平坦な突起部を備えた縁部を形成する。平坦な突起部はその後、テーパ形成された先端部、好適には、台形の形状を備えた先端部に成形される。突起部は、従来通りの金属加工またはスタンピング機械によって加工される。次に、曲げ溝は、突起部を備えた縁部の各々の近傍にあるダイパッドの表面部に形成される。曲げ溝は比較的浅い。そして、突起部を備えた縁部は垂直に曲げられ、ダイパッドの平面部の横から伸張した突起部を有する。この曲げ処理は、リードフレーム材料の応力を最小限にするために２つ以上のステップで実行される。突起部を備えた縁部が垂直の状態にある時、突起部の先端部は叩かれ、先端部が同一面となる状態にする。

前述のように要約される方法は、このように、ダイ取り付けパッドを備える半導体デバイスをパッケージングした曲げられたフリップチップを提供し、このダイ取り付けパッドは、パワーＭＯＳＦＥＴ又はデバイスのようなその他を保持するための平坦な表面部を有する。平坦な表面部の接着剤または半田層はダイパッド上のダイを保持する。少なくとも、ダイ取り付けパッドの１つの縁部に沿った１つの壁はテーパ形成された多くの突起部を有し、この突起部は、パワーＭＯＳＦＥＴの裏側からソースとゲート接続のボールグリッドアレイを有するパワー半導体の他の面にある平面へ電気的な接続を導くためにダイ取り付けパッドの平坦部から横向きに伸張している。突起部を備えた各々の壁も逃げ溝を有し、壁が垂直に曲がることを可能にしている。

発明を実施するための形態

図１を参照すると、ダイ取り付けパッド（ＤＡＰ）３０が示されている。ダイ取り付けパッド３０は通常、リードフレームに接続されているが、金属形成工程の説明をより効果的に説明するために接続構造は省略されている。当該工程はステップ２０から開始され、ＤＡＰ３０には上部表面３１、下部表面３２、そして４つの縁部３２、３３、３４、３５が設けられている。

次のステップ２１では、当該４縁部は加工され、空間３７によって互いに分離した数多くの平坦な突起部３６を形成する。図１の実施例では、３つの縁部３２、３４、３５は平坦な突起部３６に形成される。残りの縁部３３も又、リードフレームへＤＡＰ３０を接続する１対のタイバー４１、４２に加工される（図示しない）。平坦な突起部のうちの１つが図２のステップ５０においてより詳細に示されている。突起部３６は、平面６０で終端する切れ目のない長方形伸張構造を有し、ＤＡＰ３０の上部表面３１と下部表面３２に対して実質的に横向きである。

図１を参照すると、次のステップ２２で、突起部３６の端部に台形状先端部を形成する。図２は、より詳細な台形状先端部を示す。端部６０の近傍にある突起部の側面の角度は機械によって形成され、角度を内側に向け、突起部３６の中心軸方向へ向けて傾斜させられる。このステップは、図２のステップ５１としてより詳細に示されている。端部６０の近傍にある突起部３６の各壁面部は、突起部３６の縦方向と平行した軸方向に傾く角度に傾斜していることに留意されたい。ステップ５１は、端部６５０の近傍にある上部表面と下部表面の６１と６３がどの程度傾斜しているかを示したものであり、当業者にとって、その他２つの表面部６２、６４も同様に傾斜していることは周知である。傾斜している表面部６１、６２、６３、６４は変形した先端表面部６５で終端し、それにより、台形状に形成された突起部を備えた先端部が形成される。好適な実施例では、突起部３６は、その中心軸に対して垂直な平面において正方形の断面を有する。もちろん、突起部３６は、長方形の断面を持つことがあり、台形状に形成された先端部も又、設けることがきる。たとえ、その突起部が他の形状に形成された断面を有していたとしても、傾斜した平坦な表面部を設け、先端部へ伸張する突起部の壁をテーパ形成することができる。このように、３つ、４つ、５つ以上の、周囲にある突起部を備えた表面部は本発明の範囲内であると考えられる。

ダイパッド３０の縁部に台形状の突起部を備えた先端部が形成されていることは、当業者にとって周知である。形成処理は金属加工用具とダイを使用し、突起部の先端部を目的とする台形状へ加工する。このように、ダイパッド３０の非常に小さな金属部分にのみ、形成処理が施される。それに加え、この形成処理は、ダイパッド３０と同一面に突起部を形成する。この種の金属加工処理は、ダイパッド３０の平面に対して横向きであるダイキャビティへ金属を形成する従来技術の処理と比較して容易である。

端部の形成工程の間、端部６０と台形の４つの角は丸められる。図５（ａ）と図５（ｂ）を参照されたい。一般的な突起部２０２は次の特徴を有している。突起部２０２は、約０．２５×０．２５ｍｍの正方形ベース２１５、または約０．２０×０．２５ ｍｍの長方形ベースを有していてもよい。タイバーは、約０．２３ｍｍの長さ２１２を有し、その初期幅２１４は約０．１５ｍｍであり、最終幅２１８は０．２５ｍｍである。逃げ幅２１３は約０．２０ｍｍであり、逃げ深さ２１１は、約０．０５ｍｍから０．０７５ｍｍである。タイバー角度２１７は約４５度である。

前述から、互いの測定値が相関関係にある少なくとも1つの特定の例が示される。例えば、突起部の高さは、リードフレームの厚さの１倍から２倍の間である。突起部のベースは正方形または長方形であり、少なくとも２縁部はリードフレームの厚さと同じ長さである。逃げ溝の深さと幅は、リードフレームの厚みの約２％である。端部の平坦部２０３は正方形領域であり、その正方形領域の外縁部の長さは先端部のベースの外縁部の約半分であり、面積はベース領域の２０−４０パーセントの間である。上記の長さと他の相関関係は、当業者によって容易に確認される。

突起部２０９の高さはダイパッド３０から約０．４５ｍｍであり、プラス「０」mmとマイナス０．０３５mmの公差を有する。台形部の角度２０１は、約６０度である。台形表面部の前面の角は丸められており、好適には、０．０５ｍｍの曲率半径２０２を備えている。曲げられた突起部の角度５６は８５度と９５度の間である。角の逃げ深さ２０８と逃げ幅２０７は、約０．０５ｍｍである。突起部の先端部は、どの先端部においても約０．１３ｍｍの正方形の平坦な表面部を有する。この平坦な表面部は、叩く処理で形成される。このように、突起部を備えた先端部２０２は、微小で平坦な表面部へ至るテーパ形成された輪郭を示し、この表面部は先端部２０２を基板へ半田付けすることを容易にする。

形成ステップの後、ＤＡＰ３０は、１回目と２回目の曲げステップ２３、２４へ進む。曲げステップより前に、溝、好適にはｖ溝６６がＤＡＰ３０の表面部３１上に機械加工される。溝６６のより詳細については、図２のステップ５２を参照されたい。最初の曲げステップ（図１の２３、図２の５３）では、台形状の先端部は、最初の角度６７まで曲げられる。その角度は約４５度である。ステップ２４と５４の２回目に曲げられた角度６８は約９０度である。突起部３６の金属の曲げにより生ずるひずみを調節する時間を与えるため、２つ以上のステップで突起部３６を曲げることが好ましい。仮に、１回のステップで突起部が９０度まで曲げられたとすれば、その突起部は曲げられることにより破壊される可能性がある。突起部３６が曲げられるにつれてｖ溝の近傍にある部分が圧縮され、ｖ溝から遠い部分と下部表面６３に張力がかかることは当業者には周知である。これにより金属内の内部の応力が生じ、急激に９０度まで曲げることは、金属の曲げに失敗する原因となる。

突起部を９０度に曲げることは困難である。リードフレームの金属は一定の反発力を有し、曲げ工程において反発する傾向がある。そのため、対策としては、少なくとも９０度までの範囲でわずかに曲げを行うことである。好適な実施例では、わずかな曲げは９０度までであることが好ましい。図６（ｂ）の角度５６．２を参照されたい。製造における６段階ある自由度として、角度は図６（ａ）の角度５６．１によって示される９５度と、図６（ｃ）の角度５６．３によって示される８５度の間でもよい。

図１を参照すると最後のステップ２５は、曲げステップである。このステップの一部として、台形状先端部３６の端部６５は、残ったばりを除去し、共通平面上にある突起部の端部を調整するために軽く叩かれる。叩くことは非常に制御された工程である。それは、直立した突起部に過剰な応力を加えるものではない。しかしながら、仮に、叩いている間に突起部が曲がってしまいがちあるならば、叩いている間、突起部の少なくとも反対側の２箇所の側面で支持部を設けて突起部を支持することは当業者には周知である。これら支持部（図示しない）は、突起部のゆがみを減少もしくは防止する。

本発明は、突起部が形成されるＤＡＰ３０の１つ、２つ、３つの縁部で使用してもよい。突起部を備えた４縁部を形成することが可能である。しかしながら、突起部を備えた縁部の目的は、半導体ダイ６０の底部にある電極へ電気的な接続を設けるためであることを覚えておかなければならない。本願のほぼ全てにおいて、これら突起部を備えた３つの縁部は、ダイ６０の裏側へ良好な電気的接続を設けるのに十分である。本願の多くの場合、突起部を備えた１つの縁部で十分である。次の説明は、突起部を備えた３つの縁部を有するパッケージと突起部を備えた１つの縁部を有するパッケージを作成するための本発明の使用方法を説明している。突起部を備えた２つの縁部を有するパッケージは３面法を用いて作成され、１つの面の上に１の縁部を形成しない。また、１つの縁部を有するパッケージに処理を施し、突起部を備えた第２の縁部を形成する。

図３．１−３．４を参照すると、１つ以上のＤＡＰ３０を備えたリードフレーム７０を有する発明の１つの実施例を示されている。各ＤＡＰ３０は曲げられた突起部３６を備えた３つの縁部を有する。ＤＡＰ３０はサイドレール７１、７２に接続されている。１対のタイバー７３、７４は、ＤＡＰ３０の２つの角をサイドレール７２へ接続している。縁部３０．１とサイドレール７２の間にある空間に注意されたい。反対側にある縁部３０．４は、一方のサイドレール７１に対し同じ広がりを有する。サイドレール７１と７２の間にあるＤＡＰ３０の態様はＤＡＰ３０の連続として繰り返され、リードフレーム７０に６個以上のＤＡＰ３０を１対のサイドレール７１、７２の間に設けてもよい。半導体デバイス６０は、ＤＡＰ３０の中心部分３１に付加される。半導体デバイス６０の表面部６５は共通接続を有する。一般的な共通接続は、ＭＯＳＦＥＴのドレインまたはバイポーラトランジスタのコレクタである。デバイス６０の他の表面は、ボールのアレイもしくは突起部６１を有する。ＭＯＳＦＥＴの場合、ボールの大部分または突起部はソース領域に接続されており、少なくとも１つのボールまたは突起部がゲートに接続されている。バイポーラデバイスでは、ボールの大部分または突起部はエミッタ領域に接続され、少なくとも１つのボールまたは突起部がデバイス６０の表面部にあるベース領域に接続されている。

図３．２は、図３．１と一致する部分図であるが、サイドレールは示されていない。図３．３に示されている次のステップでは、残りのＤＡＰとデバイス６０は輪郭図８０の中にある。次のステップでは、適切な加工機械がサイドレール７２からタイバー７３、７４を切断する。そして、ＤＡＰ３０からサイドレール７１の余分な部分を切断して、図３．４に示されているデバイス６０を備える切り出されたＤＡＰ３０を残す。切り出されたＤＡＰ３０とデバイス６０は、回路基板上で反転して集積するための準備がなされるか、または、個別にパッケージングしてもよい。

図４（ａ）−４（ｂ）を参照すると、従来の技術によってリードフレーム１０３上の片側バンプを、本発明によって他のリードフレーム７０．１上に突起部を片側に備えた縁部を有するパッケージと比較している。従来技術の組合せは、ＤＡＰ１０４と、ＤＡＰ１０４の１つの縁部上にパンチングされたバンプ６０を有している。従来技術のデバイスは、必須のレールと連続したＤＡＰ１０４の間にある空間を有し、ＤＡＰは互いに離れている。本発明によるパッケージは２つの異なったサイドレール７１．１と７２．１を有しており、ＤＡＰ３０は、２つのレールの間に広がっており４本のタイバーによって支持されている。ダイがＤＡＰ３０に付加された後、切り出し加工を行う機械は、サイドレール７１．１と７２．１の間にあるタイバーとＤＡＰ３０を切断する。その後、回収と設置を行う機械がＤＡＰ３０を回収し、プリント回路基板へ半田付けするための適切な場所にＤＡＰ３０を設置する。

ダイ３１４と単一面の台形状突起部を備えた縁部３１０を有する曲げを完了したフレーム３００は、図７（ａ） と７（ｂ)に示されている。曲げられた突起部を備えた壁３０１は約１．４５ｍｍの幅を有し、パッケージ幅３１１全体は約１．５５０ ｍｍである。半田ペースト構造３０２は、ダイパッド３２５の上でダイ３６０を保持する。パッケージ３００は約１．５５０mmの長さ３０３を有する。ダイパッド３１４の長さ３０８は約１．２５ mmである。突起部の端部のＤＡＰ表面部までの距離は約０．４２ｍｍであり、パッケージ３２１の全体の高さは約０．６７ｍｍである。突起部の端部は約０．０５ｍｍの半径３１３を有する。半田バンプ３１５は、約３００μｍの直径を有する。パッケージ全体の高さ３１７は約０．７１mmである。ダイ３１４とボールグリッドアレイを合わせた高さは約０．４６ｍｍである。

一般的に、図５（ａ）と図５（ｂ）中の１つに示されるように、より小さなダイでは１つの縁部を曲げたパッケージで十分である。しかし、より大きなサイズのダイではしばしば、２つまたは３つの縁部を曲げた壁を要求し、回路基板に対するダイ後部電極の確実な電気的接続と、曲げられたパッケージの確実で機械的な接続を設ける。

従来技術のパッケージを生産するために用いられるスタンピング方法、鋳造方法、パンチング方法と比較すると、本発明の方法と装置は経済的利点に優れている。次の説明では、従来技術の工程と本発明で示される装置を比較する。

一般的な従来技術のスタンピング工程を図１０に示す。スタンピング装置は、多重スタンピング材料を有するスタンピング機械（しばしば、スタンピングツールと呼ばれる。図示しない）と、対応するスタンピングダイ１２０を含む。スタンピングダイは、多重スタンピング材料を受けるために構成される凹部を有する。一般的な工程では、金属層１００はスタンピングダイに設置される。スタンピング材料は、金属層がスタンピングダイに置かれている間、金属層をパンチングする。パンチングの間、スタンピング材料は、金属層の間を通過することなしにスタンピングダイの凹部にある金属層の部分を押す。金属層に適用される圧力は金属層の部分を変形させ、金属層中の多重に押されたバンプを形成する。このスタンピング工程は繰り返され、バンプの集団が形成される。特に、従来技術のリードフレーム１００は２つの寸法を有しており、１０１部分は突起部分として約０．７５ｍｍであり、１０２部分は最終ダイパッドの厚みとして約０．３３ｍｍである。０．７５ｍｍ部分は巧妙に鋳造され、厚さ０．３３ｍｍのダイパッド部分と独自の厚さのエッジ部分１０２を形成する。次に、より厚い部分１０１はパンチングされてリードフレームのより厚い部分１０１の表面から上に突き出たコニカルサッド１０４を形成する。これにより最終生成物１０９を形成する。

対照的に、本発明を０．７５ｍｍ未満や０．２５ｍｍと同程度に薄いリードフレームで始めてもよい。発明はこのように、リードフレーム全体に均一な厚みと、より少ない材料ですむことを提供する。従来技術と本発明の双方において対応するリードフレームでは、本発明は従来技術により必要とされる材料の３分の１だけでよい。材料費だけで、本発明は材料費を６６％削減する。１つのパッケージ各々の材料費が非常に少ない半面、小規模な生産によって毎年典型的に生産されることにより材料費が増加すれば、生産者にとってコスト削減は非常に重要である。

本発明ではまた、製造がより容易である。従来技術のリードフレームで実行される製造工程は、数トンもの製造装置とスタンピング装置を必要とする。対照的に、軽い重量の、加工と形成を行う機械は、本発明による曲げられたリードフレームを形成するのに十分である。

本発明の他の利点は、ダイパッドが押されないこと、または、薄くしたり接触しないことである。シングルゲージ材料の使用は、従来技術のデバイスよりも、さらに強固で、より完成度が高く集積された半導体デバイスを設ける。対照的に、従来技術の変形は従来技術におけるリードフレームの相対的に大きな領域を変形し、縁部にある突起部よりも薄いダイパッドを形成する。従来技術のダイパッドのスタンピングと鋳造はパッドを破壊するかもしれない。

我々は、スタンピングと鋳造がダイパッド材料内で内部応力をかけることを確信している。さらに先の工程または試験ステップの間、リードフレームには加熱や冷却がなされ、そして、それにより内部の応力を開放することができる。その応力を解放する時、ダイがダイパッドから離れるかもしれない。いくつかの失敗した部品の分析では、ダイが割れたり、またはダイパッドから持ち上がるということが示された。スタンピングと鋳造による内部の構造的な応力は、ダイパッドが伸張／収縮し、それゆえダイがダイパッドで壊れる原因となる。対照的に、本発明は、ダイパッドの鋳造やスタンピングを行わないので、ダイパッドには不要な応力がかからない。本発明が用いられる場合、ダイパッドからダイが持ち上がることは、実質的にない。

タイバーがダイパッドから切り離される時、先行技術のデュアルゲージリードフレームには問題ある。なぜなら、タイバーはダイパッドより厚いからであり、タイバーを切断するステップは、ダイパッド上でねじれ力を与える。なぜなら、ダイパッドはタイバーよりも薄いので、ダイパッドはねじれやすく、そのねじれがダイパッドを破壊したり、またはダイパッドからダイが分離したりする可能性がある。対照的に、本発明のシングルゲージリードフレームは、そのようなねじれ力とねじれを有しない。なぜならば、リードフレームのすべての部分は同じゲージだからである。

シングルゲージリードフレームを形成するよりもデュアルゲージリードフレームを形成することの方が困難である。本発明のシングルゲージリードフレームはより薄い突起部を備えた縁部を有する。このように、本発明は、従来技術が形成することができるよりも縁部に沿ってより多くの突起部を形成することができる。なぜならば、発明の突起部は、それらの端部のみから加工され形成されたからである。対照的に、従来技術の突起部は、金属をダイキャビティにスタンピング込むことによって形成される。その技術により、縁部の先端部間の配置または間隔に関する技術は、金属の破壊を防ぐために必要な支持部によって制限される。

本発明のもう一つの長所は、最低限の複雑さで、１つ、２つ、３つの縁部上に突起部を形成が可能であることである。主要な金属加工工程は材料除去と非変形であるため、本発明の工程は、ディープダイキャビティと金属の破壊から保護するための大きな支持部を必要としない。その上、本発明は金属を除去して突起部を形成し、そして、さらに多くの金属を除去して曲げステップの準備を行う。突起部の先端部のみが加工され、そして、台形状先端部に形成される。金属が水平状態にある間、本発明での金属は加工されるに過ぎない。対照的に、従来技術は金属変形を用いて、金属を１つの平面から金属平面に垂直な平面へスタンピング出すことによって突起部全体を形成する。

本発明によって、突起部バンプを２つまたは３つの縁部へ容易に伸張させることができ、タイバーを直接に除去することができる。なぜならば、リードフレームの全ての材料は同じゲージを有しているからである。しかしながら、従来技術のリードフレームは、突起部を備えた縁部のために厚いゲージを有している。厚いゲージを有しているということは、２つまたは３つの縁部に突起部を備えることが非常に困難であることになる。従来技術の縁部は、厚さ０．７５ｍｍであり、縁部方向へのタイバーは類似の厚みを有することに留意されたい。そのようなタイバーは、切断や加工するのが困難である。

図１は、突起部を備えた３つの縁部を有する曲げられたリードフレームを形成するステップの連続を示す。 図２は、曲げられたリードフレームにおいて、平坦な突起部の端部を垂直な台形状突起部へ金属加工するステップの連続を示す。 図３は、ダイパッドをサイドレールへ接続しているタイバーがどのように除去されるかを示すステップの連続である。 図４（ａ）と図４（ｂ）は、従来技術における１つの縁部のリードフレームと本発明によって製造される１つの縁部のリードフレームを比較した平面図である。 図５（ａ）と図５（ｂ）は、１つの縁部が曲げられたパッケージにおける平面図と断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３つの角度の中の１つの角度において、突起部を備えた縁部を有する、曲げられたリードフレームの図である。 図７（ａ）と７（ｂ）は、順に、１つの突起部の部分平面図と、突起部の断面図を示している。 図８は、１つの従来技術におけるパッケージの斜視図である。 図９は、他の従来技術におけるパッケージの斜視図である。 図１０は、図９のパッケージングのプロセスフローである。

Claims (26)

1. 半導体ダイをパッケージングする方法であって、
   前記半導体ダイを受けて保持するための平坦部を有するリードフレームを設けるステップと、
   前記リードフレームの前記平坦部の第１の縁部に沿った１つ以上の突起部を形成するステップと、
   前記平坦部表面上に、前記第１の縁部と平行に配され、前記第１の縁部から離れた１の溝を形成するステップと、
   前記１つ以上の突起部の各々の端部に４つの傾斜面を有する先端部を形成するステップと、
   前記第１の縁部を、前記リードフレームの前記平坦部に対し前記溝のまわりに１の角度まで曲げるステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 前記角度が８４度と９０度の間にあることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記１つ以上の突起部を形成するステップは、前記第１の縁部から材料を除去し、前記縁部に沿った前記１つ以上の突起部を残すステップを有する請求項１記載の方法。
4. 前記１つ以上の突起部の各々における前記先端部を叩くステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 溝を形成する前記ステップが前記リードフレームの前記平坦部の前記表面部にｖ溝を機械加工するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. ダイ取り付け表面部及びボールグリッドアレイ表面部を備えた半導体ダイを設けるステップと、
   前記半導体ダイの前記ダイ取り付け表面部を前記リードフレームの平面部に取り付けて、ボールグリッドアレイを前記リードフレームの平面部から向きをそらすステップと、をさらに含み、
   前記１つ以上の突起部の各々の前記先端部が、前記半導体ダイの前記表面部上に配された前記ボールアレイと同一面になるように、前記溝が形成され且つ前記リードフレームの前記第１の縁部が曲げられることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. １つの表面部に１つのみの電極と他の表面部に１つ以上の電極を備えた半導体ダイを設けるステップと、
   １つの電極のみを備えた前記表面部に平坦な接続部を形成して前記他の表面部にボールグリッドアレイの接続部を形成するステップと、
   前記半導体ダイの前記平坦な接続部を前記リードフレームの前記平坦部へ取り付けるステップと、をさらに含み、
   前記１つ以上の突起部の各々の前記先端部が、前記ボールアレイと同一面になるように、前記溝が形成され且つ前記リードフレームの前記第１の縁部が曲げられることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記半導体ダイはＭＯＳＦＥＴであり１つの電極のみを備えた前記表面がドレイン電極を支持して他の表面はソースとゲート電極を支持することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記リードフレームの前記平坦部の第２の縁部に沿った１つ以上の突起部を形成するステップと、
   前記平坦部表面上に、前記第２の縁部と平行に配され、前記第２の縁部から離れた第２の溝を形成するステップと、
   前記第２の縁部を前記リードフレームの前記平坦部に対して１の角度まで曲げるステップと、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記リードフレームの前記平坦部の第３の縁部に沿って１つ以上の突起部を形成するステップと、
    前記平坦部の表面上に、前記第３の縁部と平行に配され、前記第３の縁部から離れた第３の溝を形成するステップと、
    前記第３の縁部を前記リードフレームの前記平坦部に対し１の角度まで曲げるステップと、をさらに有することを特徴とする請求項９記載の方法。
11. フリップチップ・パッケージングされた半導体デバイスであって、
    半導体ダイを受ける平坦部を有するダイ取り付けパッドと、
    前記平坦部上にあり、半導体ダイを保持する接着層または半田層と、
    接着層または半田によって、前記ダイ取り付けパッドの前記平坦部に面して取り付けられた１つの表面部を有する半導体ダイと、
    前記ダイ取り付けパッドの１つの縁部に沿って、前記ダイ取り付けパッドに対して横向きに配された壁と、
    前記壁から伸張し、互いに間隔をおいて配された複数の突起部と、を含み、
    前記突起部の端部は、４つの傾斜面を有する台形のテ―パ状の端部を有することを特徴とするフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
12. 前記ダイ取り付けパッドの前記平坦部に面している前記表面部から反対側の表面部上において、バンプアレイまたはボールアレイをさらに有することを特徴とする請求項１１記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
13. 前記突起部の前記先端部と前記バンプまたはボールの前記先端部が共通平面にあることを特徴とする請求項１１記載の前記フリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
14. 前記ダイ取り付けパッド及び壁は、銅または銅合金のシートから形成されていることを特徴とする請求項１１記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
15. フリップチップ・パッケージングされた半導体デバイスであって、
    半導体ダイと１つ以上の縁部を受ける平坦部を有するダイ取り付けパッドと、
    前記平坦部上で、半導体ダイを保持する接着層または半田層と、
    接着層または半田によって前記ダイ取り付けパッドの前記平坦部に面して取り付けられる１つの表面部を有し、他の表面部がバンプまたはボール接着を備えた半導体ダイと、
    各壁が前記ダイ取り付けパッドの縁部に沿っていて前記ダイ取り付けパッドに対して横向きに配されている１つ以上の壁と、
    前記１つ以上の壁の各々から伸張する複数の離間した突起部と、を有し、
    前記複数の離間した突起部の各々の端部は、４つの傾斜面を有する台形のテ―パ状の端部を有することを特徴とするフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
16. 前記ダイ取り付けパッドが４つの縁部と突起部を備えた少なくとも１つの壁を有することを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
17. 前記ダイ取り付けパッドが４つの縁部と突起部を備えた少なくとも２つの壁を有することを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
18. 前記ダイ取り付けパッドが４つの縁部と突起部を備えた少なくとも３つの壁を有することを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
19. 前記突起部の頂部は前記バンプまたはボール接続と実質的に同一面にあることを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
20. 前記１つ以上の壁の各々の前記ベースと前記ダイ取り付けパッドの接合面は、除去により形成されたダイ取り付け材料の溝によって画定されることを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
21. 前記１つ以上の壁の各々が前記１つ以上の壁のそれぞれと関連付けられた前記溝によって画定される軸のまわりに曲げられることを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
22. 前記ダイ取り付けパッドと前記１つ以上の壁が共通の材料と前記１つ以上の壁のベースを有し、前記ダイ取り付けパッドは前記共通の材料における曲げによりさらに画定されることを特徴とする請求項１５記載のフリップチップ・パッケージングされた半導体デバイス。
23. 半導体ダイをパッケージングする方法であって、
    前記半導体ダイを受けて保持する平坦なダイ取り付けパッドを備えたリードフレームを設けるステップと、
    前記ダイ取り付けパッドの１つ以上の縁部に突起部をパンチングして、縁部から突き出た１つ以上の突起部を形成するステップと、
    パンチングされた各縁部の近傍において、前記ダイ取り付けパッドの前記表面部に溝を形成するステップと、
    前記１つ以上の突起部の各々の端部に４つの傾斜面を有する先端部を形成するステップと、
    形成された溝に対してパンチングされた縁部を２つの別々の工程により溝の方向へ曲げて、突起部を備えた前記パンチングされた縁部をダイ取り付けパッドに対して１の角度に配するステップと、を有することを特徴とする半導体ダイをパッケージングする方法。
24. 平坦な接続部を備えた１つの表面にある平坦部とバンプの接続部を備えた反対側の表面部を有する半導体ダイを設けるステップと、
    前記半導体ダイの前記平坦な表面部を前記平坦なダイ取り付けパッドへ接続するステップと、
    前記突起部の前記端部が前記半導体表面のバンプの端部が同一面になるようにまで、突起部を備えるパンチングされた前記縁部の各々を溝に対して平行な軸のまわりに曲げるステップと、を有することを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 半導体ダイをパッケージングする方法であって、
    前記半導体ダイを受けて保持する平坦部を備えたリードフレームを設けるステップと、
    前記リードフレームの前記平坦部の１つの縁部に沿って突起部を形成するステップと、
    前記突起部の端部に４つの傾斜面を有する先端部を形成するステップと、
    前記突起部を有する前記縁部に平行に設けられ且つ前記縁部から離間された前記平坦部の表面部に溝を形成するステップと、
    前記縁部を、前記リードフレームの前記平坦部に対し前記溝のまわりに１の角度まで曲げるステップと、
    前記突起部の端部を叩くステップと、を含む半導体ダイをパッケージングする方法。
26. 平坦な接続部を備えた１つの表面にある平坦部とバンプの接続部を備えた反対側の表面部を有する半導体ダイを設けるステップと、
    前記半導体ダイの前記平坦な表面部を前記平坦なダイ取り付けパッドへ接続するステップと、
    前記突起部の前記端部が前記半導体表面のバンプの端部が同一面になるようにまで、突起部を備えるパンチングされた前記縁部の各々を溝に対して平行な軸のまわりに曲げるステップと、を有することを特徴とする請求項２５記載の方法。

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