JP7303294B2 - Icパッケージ - Google Patents

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Description

半導体製造において、集積回路(IC)パッケージングは、物理的損傷、腐食などを防止する支持ケース内に集積回路の1つまたは複数の半導体ダイ(ICチップとも呼ばれる)をカプセル化する半導体デバイス製造のステップである。カプセル化された半導体ダイを備えた支持ケースは、ICパッケージと呼ばれる。ICパッケージは、識別およびトレーサビリティのためにレーザマーキングされ得る。
本開示の態様は、集積回路(IC)パッケージを提供する。ICパッケージは、パッケージ基板と、1つまたは複数のICチップと、マーキングプレートと、プラスチック構造とを含む。1つまたは複数のICチップは、パッケージ基板と相互接続される。マーキングプレートは、第1の主表面と、第2の主表面とを有する。マーキングプレートは、第1の主表面を1つまたは複数のICチップに向けて1つまたは複数のICチップ上に積み重ねられる。プラスチック構造は、マーキングプレートの第2の主表面がICパッケージの外面の一部になる状態で、1つまたは複数のICチップおよびマーキングプレートをカプセル化するように構成される。
いくつかの例では、マーキングプレートは、半導体材料、セラミック材料、金属材料、金属合金材料のうちの少なくとも1つで形成される。一例では、マーキングプレートは、階段構造を有するように構成され、第1の主表面は、第2の主表面とは異なる表面積(例えば、これより小さな表面積)を有する。別の例では、マーキングプレートは、第1の主表面および第2の主表面が同じ表面積を有する矩形の直方体形状を有するように構成される。
一実施形態では、ICパッケージは、1つまたは複数のICチップをパッケージ基板に相互接続するように構成された複数の結合ワイヤを含む。プラスチック構造は、複数の結合ワイヤをカプセル化するように構成される。
ICパッケージは、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ、クアッドフラットパッケージ(QFP)、クアッドフラットノンリード(QFN)パッケージ、ランドグリッドアレイ(LGA)パッケージ、およびピングリッドアレイ(PGA)の1つであることが、留意される。
いくつかの実施形態では、隣接するICチップは、ずらされ、ICパッケージ内の複数のICチップは、ジグザグパターンで積み重ねられる。
本開示の一態様によれば、マーキングプレートは、プラスチック構造よりも優れたレーザ透過防止特性を有する。例えば、マーキングプレートのレーザ透過深さは、プラスチック構造内のレーザ透過深さよりも短い。いくつかの例では、マーキングプレートは、プラスチック構造より高い剛性を有する。本開示の別の態様によれば、マーキングプレートは、1つまたは複数のICチップと実質的に等しい熱膨張係数(CTE)を有する。本開示の別の態様によれば、マーキングプレートは、プラスチック構造よりも優れた熱伝導率を有する。したがって、マーキングプレートは、動作中にICチップによって生成された熱をICパッケージの外面に伝達することができる。
本開示の態様は、集積回路(IC)パッケージを製造するための方法を提供する。方法は、パッケージ基板上に1つまたは複数のICチップを積み重ねることと、マーキングプレートを、第1の主表面を1つまたは複数のICチップに向けて1つまたは複数のICチップ上に積み重ねることと、マーキングプレートの第2の主表面がICパッケージの外面の一部になる状態で、1つまたは複数のICチップおよびマーキングプレートをカプセル化するプラスチック構造を形成することとを含む。
一例では、方法は、マーキングプレートおよび1つまたは複数のICチップをプラスチック構造内にカプセル化することと、プラスチック構造を研削してマーキングプレートの第2の主表面を露出させることとを含む。さらに、方法は、マーキングプレートの第2の主表面上にレーザマーキングすることを含む。
本開示の態様は、添付の図とともに読むことにより、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従い、様々な機能は、一定の比率で描かれていないことが、留意される。実際、議論を明確にするために、様々な機能の寸法は、任意に拡大または縮小され得る。
いくつかの実施形態による集積回路(IC)パッケージ100の断面図である。 いくつかの実施形態による別のICパッケージ200の断面図である。 本開示の一実施形態によるプロセス例300の概要を示すフローチャートである。 いくつかの実施形態による製造プロセス中のICパッケージ100の断面図である。 いくつかの実施形態による製造プロセス中のICパッケージ100の別の断面図である。 いくつかの実施形態による製造プロセス中のICパッケージ100の別の断面図である。
以下の開示は、提供された主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。本開示を簡略化するために、構成要素および配置の特有の例が、以下に説明される。当然ながら、これらは単なる例であり、限定することを意図したものではない。例えば、以下の説明における第2の特徴を覆ったまたはその上の第1の特徴の形成は、第1および第2の特徴が直接接触して形成される実施形態を含むことができ、また、第1および第2の特徴が直接接触しないように、第1と第2の特徴との間に追加の特徴が配置され得る実施形態を含むこともできる。加えて、本開示は、様々な例において参照数字および/または文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、単純さおよび明快さを目的としており、それ自体は、議論される様々な実施形態および/または構成間の関係を指示するものではない。
さらに、「下」、「下方」、「下側」、「上方」、「上側」などのような空間的に相対的な用語は、説明を容易にするために、1つの要素または特徴と別の要素(複数可)または特徴(複数可)との関係を図に示すように説明するために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示す向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの様々な向きを包含することが意図されている。装置は他の方向に向けられ(90度または他の方向に回転され)てもよく、本明細書で使用する空間的に相対的な記述子も同様に、それに応じて解釈されてよい。
本開示の態様は、プラスチック構造内に埋め込まれたマーキングプレートを備えた集積回路(IC)パッケージを提供する。マーキングプレートは、プラスチック構造の成形材料よりも高い剛性を有し、成形材料よりも優れたレーザ透過防止特性を有する。剛性が高いため、はんだ付けプロセスなどの高温処理によるICパッケージの歪みを低減することができる。さらに、より優れたレーザ透過防止特性のために、比較的薄いマーキングプレートが、可能になる。したがって、ICパッケージは、比較的薄い厚さを有することができるか、またはパッケージの厚さを増やさずにより多くのICチップをカプセル化することができる。
図1は、いくつかの実施形態による集積回路(IC)パッケージ100の断面図である。ICパッケージ100は、パッケージ基板110と、複数のICチップ120(例えば、図1の例のICチップ120A~120Hを含む)と、マーキングプレート150とを含む。ICチップ120は、パッケージ基板110上に積み重ねられ、プラスチック構造140内にカプセル化される。マーキングプレート150は、ICチップ120上に積み重ねられ、プラスチック構造140内に埋め込まれる。マーキングプレート150の表面155は、ICパッケージ100の外面の一部であり、表面155は、識別およびトレーサビリティのためにレーザマーキングされ得る。
パッケージ基板110は、例えば、エポキシベースのラミネート基板、樹脂ベースのビスマレイミド-トリアジン(BT)基板などの適切な絶縁材料(誘電体材料とも呼ばれる)で作製される。パッケージ基板110は、ICチップ120に機械的支持を提供するために比較的硬い。パッケージ基板110は、第1の表面111と、第2の表面112とを有する。ICチップ120は、パッケージ基板110の第2の表面112などの表面上に配設される。
パッケージ基板110はまた、ICチップ120の電気的支持を提供する。いくつかの例では、パッケージ基板110は、絶縁材料を間に挟んだ、銅線などの金属トレースの複数の層を含む。異なる層の金属トレースは、ビアで接続され得る。さらに、コンタクト構造が、第1の表面111上と第2の表面112上の両方に形成されて、ICパッケージ100内のICチップ120をICパッケージ100の外にある構成要素に電気的に接続する。
ICチップ120は、任意の適切なチップであることができる。ICチップ120は、記憶、計算、および/または処理機能を提供するための様々な回路を含む。
パッケージ基板110は、ICチップ120の入力/出力から、ICパッケージ100の第1の表面111および第2の表面112上に形成されるコンタクト構造までの相互接続を提供する。一例では、ICチップ120は、ICチップ120上に形成される内部回路に電気的に接続された入力/出力(I/O)パッド(図示せず)を含む。結合ワイヤ130(例えば、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、銀ワイヤ、および金ワイヤなど)が結合されてICチップ120上のI/Oパッドおよびパッケージ基板110の第2の表面112上のコンタクト構造を接続し、ICチップ120とパッケージ基板110との間の電気的接続を形成する。図1の例では、ICチップ120内の隣接するICチップは、ずらされて結合スペースを提供し、結合ワイヤ130がI/Oパッド上に結合され、短絡を回避することを可能にする。さらに、ICチップ120は、ジグザグパターンで積み重ねられて、結合ワイヤ130のためのスペースを提供する。
パッケージ基板110はまた、第1の表面111上に適切なコンタクト構造160を含む。図1の例では、ICパッケージ100は、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージであり、コンタクト構造160のそれぞれは、はんだパッドと、はんだパッド上に堆積されたはんだボールとを含む。いくつかの例では、はんだボールがパッケージ基板110上に形成されていないことが、留意される。一例では、ICパッケージは、クアッドフラットパッケージ(QFP)である。別の例では、ICパッケージ100は、クアッドフラットノンリード(QFN)パッケージである。別の例では、ICパッケージ100は、ランドグリッドアレイ(LGA)パッケージであり、コンタクト構造のそれぞれは、はんだパッドを含む。別の実施形態では、ICパッケージ100は、ピングリッドアレイ(PGA)パッケージであり、コンタクト構造160のそれぞれは、ピンを含む。
図1の例では、パッケージ基板110、プラスチック構造140、およびマーキングプレート150は、ICチップ120を内部にカプセル化するICパッケージ100の外側部分を形成する。具体的には、マーキングプレート150は、ICチップ120上に積み重ねられる。次に、パッケージ基板110の第2の表面112、ICチップ120および結合ワイヤ130は、プラスチック構造140によってカプセル化される。マーキングプレート150は、表面155をレーザマーキングのために露出させて、プラスチック構造140内に埋め込まれる。
プラスチック構造140は、シリカ充填剤、樹脂などの任意の適切な材料で形成される。一例では、プラスチック構造140は、エポキシ成形コンパウンド(EMC)を含む。プラスチック構造140およびICチップ120は、異なる熱膨張(CTE)係数(CTEミスマッチとも呼ばれる)を有し、異なる熱伝導率を有する。
本開示の一態様によれば、マーキングプレート150は、プラスチック構造140よりも高い剛性を有する材料で形成される。図1の例では、ICパッケージ100は、上面(例えばマーキングプレート150の表面155)から底面(例えば、パッケージ基板110の第1の表面111)にかけて、マーキングプレート150と、ICチップ120と、パッケージ基板110とを含む。マーキングプレート150、ICチップおよびパッケージ基板110は、プラスチック構造140よりも比較的高い剛性を有する。従来の例では、関連するICパッケージの上部もEMCで作製され、後のマーキングに使用される。従来の例と比較して、ICパッケージ100は、EMCの体積分率が低く、したがって、従来の例よりも高いパッケージ剛性を有する。
本開示の別の態様によれば、マーキングプレート150は、ICチップ120とほぼ同じCTE(例えば、CTEの一致)を有する。したがって、ICパッケージ110は、熱処理中の反りが低減される。例えば、CTEの不一致により、成形後の熱処理中にパッケージの反りが発生する可能性がある。例えば、ICパッケージは、表面実装プロセスを使用してプリント回路基板(PCB)に実装され得る。表面実装プロセスは、処理温度を例えば200℃以上に上げるはんだリフローステップを含む。処理温度が例えば室温に戻ると、ICパッケージ100は、上面から底面へのCTEが一致するため、従来の例と比較して反りが減少している。
さらに、本開示の一態様によれば、マーキングプレート150は、レーザ透過を防止するために、プラスチック構造140よりも優れたレーザ透過防止特性を有する。例えば、マーキングプレート150内のレーザ透過深さは、プラスチック構造140内のレーザ透過深さよりも短い。したがって、ICパッケージ100は、厚みが低減するか、またはより多くのICチップ120を含むことができる。例えば、従来の例では、レーザマーキングがEMC上にマークされているので、ICチップ120上の回路および結合ワイヤ130へのレーザ損傷を防ぐために、ICチップの上方のプラスチックパッケージの上部は、約150μmなどの比較的厚いものにする必要がある。マーキングプレート150は、プラスチック構造140よりも優れたレーザ透過防止特性を有しており、ICチップ120上の回路および結合ワイヤ130へのレーザ損傷を防ぐのに、30μmの厚さで十分となる。
本開示の別の態様によれば、マーキングプレート150は、プラスチック構造140よりも優れた熱伝導率を有する。例えば、マーキングプレート150は、動作中にICチップによって生成された熱を、プラスチック構造140よりも速くICパッケージ100の外面に伝達することができる。高速の熱伝達は、ICチップ120に適切な熱環境を提供し、動作中のチップ温度を低下させ、動作中にICチップ120が適切に実行することを可能にすることができる。
一実施形態では、マーキングプレート150は、純粋なシリコンなどのシリコンの形態であり、一例では、(輝く表面155により)ミラーダイと呼ばれる。したがって、マーキングプレート150は、ICチップ120とほぼ同じCTE(例えば、CTEの一致)を有し、プラスチック構造140よりも高い剛性およびより優れたレーザ透過防止特性を有する。
セラミック、金属、金属合金などの他の適切な材料を使用して、マーキングプレート150を形成できることが、留意される。一例では、マーキングプレート150は、セラミック材料で形成される。別の例では、マーキングプレート150は、金属合金で形成される。マーキングプレート150は、ICチップ120を向くマーキングプレート150の底面が結合ワイヤ130への短絡を回避するために非導電性であるように適切に処理される。
図1の例では、マーキングプレート150は、断面図で階段形状を有するように構成される。したがって、ICチップ120Hを向くマーキングプレート150の表面157は、マーキングプレート150の表面155よりも小さい。表面157が小さいことにより、ICチップ120H上にワイヤ結合のためのより多くのスペースが提供される。大きい表面155は、レーザマーキングのためのより広い領域を可能にする。
図1の例では、ICチップ120が同じチップサイズで示されているが、ICチップ120は、他の例では異なるチップサイズを有することができることが、留意される。
ICチップ120およびマーキングプレート150を積み重ねるとき、ICチップ120とマーキングプレート150との間に、接着フィルム、ポリマーフィルム、スペーサーフィルムなどの中間層170を使用できることにも留意される。
図2は、いくつかの実施形態による別のICパッケージ200の断面図を示す。ICパッケージ100と同様に、ICパッケージ200は、パッケージ基板210と、複数のICチップ220と、マーキングプレート250とを含む。ICチップ220は、パッケージ基板210上に積み重ねられ、プラスチック構造240内にカプセル化される。マーキングプレート250は、ICチップ220上に積み重ねられ、プラスチック構造240内に埋め込まれる。マーキングプレート250の表面255は、ICパッケージ200の外面の一部であり、表面255は、識別およびトレーサビリティのためにレーザマーキングされ得る。
ICパッケージ200は、ICパッケージ100で使用されるものと同一、同等、または類似である特定の構成要素を利用する。例えば、ICチップ220は、ICチップ120と同等または類似している。結合ワイヤ230は、結合ワイヤ130と同等または類似している。プラスチック構造240は、プラスチック構造140と同等または類似している。パッケージ基板210は、パッケージ基板110と同等または類似している。これらの構成要素の説明は、上記で提供されており、わかりやすくするためにここでは省略される。
図2の例では、マーキングプレート250は、矩形の直方体形状を有し、断面図において矩形の形状を有するように構成されているため、ICチップ220Hを向く表面257は、 ICパッケージ200の外面の一部である表面255と同じ表面積のものである。
さらに、図2の例では、ICパッケージ200は、はんだ付けボール無しのLGAパッケージであることができる。パッケージ基板210は、第1の表面211上に平坦なコンタクト構造を含む。
図3は、本開示のいくつかの実施形態による製造のためのプロセス300の概要を示すフローチャートを示している。一例では、プロセス300は、ICパッケージ100、ICパッケージ200などのICパッケージを製造するために使用される。
図4~図6は、いくつかの実施形態による、プロセス300中の中間段階でのICパッケージ100の様々な断面図を示す。ICパッケージ200などの他のICパッケージについては、図4~図6に適切な変更を加えることができることが、留意される。
図3および図4を参照すれば、プロセスは、S301から始まり、S310に進む。
S310では、ICチップが、パッケージ基板上に積み重ねられる。図4に示すように、複数のICチップ120は、パッケージ基板110上に積み重ねられる。ICチップ120は、ワイヤ結合のためのより多くのスペースを提供するためにずらされて積み重ねられる。例えば、ICチップ120領域内の隣接するICチップは、ワイヤ結合のためのスペースを提供するためにずらされる。ICチップ120は、ジグザグパターンで積み重ねられ得る。次に、結合ワイヤ130が結合されて、ICチップ120をパッケージ基板110に相互接続する。図4の例では、接着フィルム170が、隣接するICチップ120間に使用される。
S320では、初期マーキングプレートが、ICチップ上に積み重ねられる。図4に示すように、初期マーキングプレート450が、ICチップ120上に積み重ねられる。初期マーキングプレート450がICパッケージ100内のマーキングプレート150よりも厚いことが、留意される。図4の例では、接着フィルム170が、初期マーキングプレート450とICチップ120の上部との間に使用される。
S330では、初期マーキングプレートおよびICチップが、初期プラスチック構造内にカプセル化される。図5に示すように、EMCなどのプラスチック材料が成形されて、ICチップ120および初期マーキングプレート450をカプセル化する初期プラスチック構造540を形成する。
S340では、初期プラスチック構造が、研削される。図5に示すように、初期プラスチック構造540は研削されて初期マーキングプレート450を露出させ、さらに研削してプラスチック構造140およびマーキングプレート150を形成する。図6は、研削後のICパッケージを示す。
S350では、ICパッケージは、マーキングプレート上にレーザマーキングされる。例えば、識別およびトレーサビリティのために、後のマーキングが、マーキングプレート150上で実行され得る。
S360では、さらなるプロセスが、ICパッケージ上で実行され得る。一例では、はんだボール160などのはんだボールが、パッケージ基板110に取り付けられる。一例では、ICパッケージングは、パッケージのマトリックスアレイの形で実行される。パッケージのマトリックスアレイは、さいの目に切られて個別のICパッケージを形成することができる。個々のICパッケージが、次にテストされソートされ得る。その後、プロセスはS399に進み、終了する。
前述は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、本明細書で紹介した実施形態の同じ目的を実行するため、および/または同じ利点を達成するために、他のプロセスおよび構造を設計または変更するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解しなければならない。当業者はまた、そのような同等の構造が、本開示の精神および範囲から逸脱しないこと、また、本開示の精神および範囲から逸脱することなく本明細書において様々な変更、置換、および変更を行うことができることを認識しなければならない。

Claims (18)

  1. 集積回路(IC)パッケージであって、
    パッケージ基板と、
    前記パッケージ基板と相互接続された1つまたは複数のICチップと、
    第1の主表面および第2の主表面を有するマーキングプレートであって、前記第1の主表面を前記1つまたは複数のICチップに向けて、前記1つまたは複数のICチップ上に積み重ねられ、結合ワイヤにより支持されていないマーキングプレートと、
    前記マーキングプレートの前記第2の主表面が前記ICパッケージの外面の一部になる状態で、前記1つまたは複数のICチップおよび前記マーキングプレートをカプセル化するように構成されたプラスチック構造とを備え
    前記マーキングプレート内のレーザ透過深さが、前記プラスチック構造内のレーザ透過深さよりも短い、集積回路(IC)パッケージ。
  2. 前記マーキングプレートが、半導体材料、セラミック材料、金属材料、および金属合金材料の少なくとも1つで形成される、請求項1に記載のICパッケージ。
  3. 前記マーキングプレートが、階段構造を有するように構成され、前記第1の主表面が、前記第2の主表面とは異なる表面積を有する、請求項1に記載のICパッケージ。
  4. 複数の前記結合ワイヤが、前記1つまたは複数のICチップを前記パッケージ基板に相互接続するように構成され、
    前記プラスチック構造が、前記複数の結合ワイヤをカプセル化するように構成される、請求項1に記載のICパッケージ。
  5. 前記ICパッケージが、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ、クアッドフラットパッケージ(QFP)、クアッドフラットノンリード(QFN)パッケージ、ランドグリッドアレイ(LGA)パッケージ、およびピングリッドアレイ(PGA)の1つである、請求項1に記載のICパッケージ。
  6. 前記1つまたは複数のICチップは、複数のICチップであって、
    前記複数のICチップ内の隣接するICチップが、結合ワイヤ用のスペースを提供するためにずらされる、請求項1に記載のICパッケージ。
  7. 前記マーキングプレートが、前記第1の主表面および前記第2の主表面が実質的に同じ表面積を有する矩形の直方体形状を有するように構成される、請求項1に記載のICパッケージ。
  8. 前記マーキングプレートが、前記プラスチック構造より高い剛性を有する、請求項1に記載のICパッケージ。
  9. 前記マーキングプレートが、前記1つまたは複数のICチップと実質的に等しい熱膨張係数(CTE)を有する、請求項1に記載のICパッケージ。
  10. 集積回路(IC)パッケージを製造するための方法であって、
    パッケージ基板上に1つまたは複数のICチップを積み重ねることと、
    マーキングプレートを、ワイヤにより支持されないように、第1の主表面を前記1つまたは複数のICチップに向けて前記1つまたは複数のICチップ上に形成することと、
    前記マーキングプレートの第2の主表面が前記ICパッケージの外面の一部になる状態で、前記1つまたは複数のICチップおよび前記マーキングプレートをカプセル化するプラスチック構造を形成することとを含み、
    前記マーキングプレート内のレーザ透過深さが、前記プラスチック構造内のレーザ透過深さよりも短い、方法。
  11. 前記マーキングプレートおよび前記プラスチック構造を形成することが、
    初期マーキングプレートおよび前記1つまたは複数のICチップを初期プラスチック構造内にカプセル化することと、
    前記初期プラスチック構造および前記初期マーキングプレートを研削して、前記マーキングプレートの前記第2の主表面を露出させることとをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記マーキングプレートの前記第2の主表面上にレーザマーキングすることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  13. 前記1つまたは複数のICチップ上に前記マーキングプレートを形成することが、
    前記第2の主表面より小さい前記第1の主表面を有する前記マーキングプレートを、前記1つまたは複数のICチップに向けて形成することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  14. 前記ワイヤを結合して前記1つまたは複数のICチップを前記パッケージ基板に相互接続することと、
    前記結合されたワイヤをカプセル化する前記プラスチック構造を形成することとをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  15. 前記1つまたは複数のICチップは、複数のICチップであって、
    前記パッケージ基板上に前記複数のICチップを積み重ねることが、
    前記複数のICチップ内の隣接するICチップをずらして、結合ワイヤ用のスペースを提供することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  16. 前記1つまたは複数のICチップ上に前記マーキングプレートを形成することが、
    前記第1の主表面および前記第2の主表面が実質的に同じ表面積を有する矩形の直方体形状を有する前記マーキングプレートを形成することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  17. 前記マーキングプレートが、前記プラスチック構造より高い剛性を有する、請求項10に記載の方法。
  18. 前記マーキングプレートが、前記1つまたは複数のICチップと実質的に等しい熱膨張係数(CTE)を有する、請求項10に記載の方法。
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