JP4555835B2 - 多孔性担体を用いたダイのカプセル化 - Google Patents

Description

本発明は概して、集積回路（ＩＣ）ダイのカプセル化に関する。

パッケージ集積回路の製造におけるカプセル化工程の際に、ＩＣダイを支えるために担体が用いられる。幾つかの工程で、ＩＣダイは、テープまたはその他の種類の取り付け構造体により担体に取り付けられる。金型がＩＣダイの周囲に設置され、次に、ダイの外側の金型の底面がテープで画定された状態で、ダイのカプセル化が行われる。カプセル材が硬化した後、テープの接着剤を軟化させるためにテープを加熱することにより、担体がカプセル構造体から除去される。次に、テープがカプセル構造体から除去される。

担体の除去のためにテープを加熱する上での１つの問題点は、カプセル構造体に加えられる熱が、カプセル構造体内の所望の位置からダイを横滑りさせる可能性があることである。

他の担体の除去工程において、テープの接着剤は、テープへの紫外（ＵＶ）放射線の照射によって劣化され得る。しかしながら、これらの工程で、テープ上のＵＶ劣化可能な接着剤は、カプセル化工程の硬化温度に曝された後に十分に機能しないおそれがある。

必要とされているものは、集積回路ダイのパッケージ化の改良された方法である。
本発明は、添付図面を参照することで、よりよく理解され、その多数の目的、特徴および利点が当業者に明らかとなる。

異なる図面で使用されている同じ参照記号は、特に明記されない限り同一の品目を示す。

以下に、本発明を実施する様態の詳細な説明を記載する。説明は本発明を例証することを意図しており、制限するものとして解釈されてはならない。
図１〜９は、カプセル構造体から担体を除去するために接着構造体の接着強度を低下させるべく、溶剤を担体内に通過させるために多孔性担体を使用するＩＣダイのカプセル化工程の様々な段階の一実施形態を図示している。

図１は、カプセル化工程のためのテープの貼付前の担体１０１の断面図である。担体１０１は、担体の一側から他側まで溶剤を通過させる細孔を有する多孔性である。一実施形態において、担体１０１は、ガラスマトリクスに埋め込まれた酸化アルミニウムの複合材料から製造される。他の実施形態において、担体１０１は、例えば金属、セラミックス、ガラス、プラスチック、ポリマまたはそれらの組み合わせなどの他の材料で製造されることができ、かかる材料は、連続した開放細孔を有するように製造されている。幾つかの実施形態において、担体は、カプセル化工程の温度（例えば１５０℃）に耐えることができる材料で製造されている。

一実施形態において、担体１０１は、０．２ミクロンの細孔直径および１００万分の８（ｐｐｍ）の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する細孔を備えている。他の実施形態では、担体１０１の細孔径は０．０２ミクロンから３０ミクロンの範囲でもよい。他の実施形態では、細孔径はもっと大きくてもよい。しかしながら、幾つかの実施形態において、より大きな細孔径は、望まれる滑らかさのレベルを超えて、担体表面の滑らかさに影響を与えることがある。一実施形態において、担体表面の所望の滑らかさは、ＩＣダイの取り付けに用いられる接着構造体の種類に依存している。幾つかの実施形態では、接着構造体は平面層として使用されることができ、それによって、より大きな細孔径を有する担体を可能にする。

より小さな細孔径の細孔を有する担体が用いられてもよい。しかしながら、より小さな細孔径では、担体を通過する溶剤の量が少なくなる。幾つかの実施形態では、接着構造体の強度を低下させるために必要な時間は、担体を通過する溶剤の量に依存する。したがって、幾つかの実施形態では、溶剤の望まれる通過量に応じて、０．０２ミクロン以上の細孔直径を有する連続した開放細孔を備える担体が利用される。また、より小さな寸法の細孔を有する担体を利用することは、小径の細孔が塞がれるおそれがある点で、担体の再利用に影響を与える可能性がある。

他の実施形態で、担体１０１のＣＴＥは他の値でもよい。幾つかの実施形態において、担体１０１のＣＴＥは、ＩＣダイをカプセル化するために用いられるカプセル材のＣＴＥよりも低い。幾つかの実施形態において、カプセル材は、０．５〜２０ｐｐｍの範囲のＣＴＥを有している。

図２を参照すると、テープ２０３が担体１０１の上面に貼付されている。テープ２０３の貼付前に、担体１０１は、例えば焼成および洗浄により清掃されている。一実施形態において、テープ２０３は両面接着テープである。テープ２０３のダイ側（図２の上方）は、５０ミクロンの厚さのシリコーン接着材料を有しているが、他の実施形態では、他の厚さ（例えば１２〜１００ミクロン）および／または他の接着材料（例えばアクリル性または有機性）でもよい。

一実施形態において、テープ２０３の担体側（図２の下方）は、７５ミクロンの厚さのシリコーン接着材料を有している。他の実施形態において、担体側の接着材料は、他の種類の接着材料（例えばアクリル性または有機性）および／または他の厚さでもよい。幾つかの実施形態において、担体側の接着材料の厚さは、担体１０１の上面を「平坦化」するために、担体１０１の上面の孔または他の窪みを充填するに十分な厚さでなくてはならない。しかしながら、幾つかの実施形態において、担体側の接着材料の最高厚さは、溶剤によりテープ２０３から担体を解放する能力により制限されている。幾つかの実施形態において、担体側の接着材料の厚さは１２〜１００ミクロンの範囲であることができ、他の実施形態では他の厚さでもよい。一実施形態において、テープは、３０ミクロンを超える接着材料をダイ側に有しており、５０ミクロンを超える接着材料を担体側に有している。幾つかの実施形態において、シリコーン接着剤は、シリコーン強度を増加または低下させるために添加剤を有してもよい。一実施形態において、ダイ側の接着材料および担体側の接着材料は、テープの担体（例えばポリエステルまたはポリアミド）により分離されている。

図３は、カプセル材の金型がテープ２０３上に設置された後の、担体１０１の断面図を示す。金型３０５は、テープ２０３の中間部を露出させるための開口３０７を有している。

図４を参照すると、集積回路ダイ４０３および４０５は、テープ２０３上において、開口３０７内の予め画定された位置に設置されている。一実施形態において、複数のダイは、テープ２０３上にアレイ配置（例えば４×６、６×６、または８×８）で設置されている。一実施形態において、ダイは、標準的なピックアンドプレース法によりテープ２０３上に設置されているが、他の方法でテープ２０３上に設置されてもよい。

一実施形態において、ダイ４０３および４０５は、個々のダイ内で続いてシングル化された半導体ウエハ上に構築される集積回路を含む。図示される実施形態において、ダイ４０３および４０５はフリップチップ配置を有しており、テープ２０３上に、その活性側を下向きに設置され、ボンドパッド（図示せず）が、図４に対してダイ４０３および４０５の底面上に位置している。

図５を参照すると、カプセル構造体５０５内にダイ４０３および４０５をカプセル化するカプセル材５０３を形成するために、カプセル材料が開口３０７内に（例えばシリンジおよびロボットニードルで）分注されている。他の実施形態において、カプセル材５０３は、例えばスクリーン印刷、押出コーティング、移送モールド、射出モールド、グロブトップ、またはその他のカプセル化処理等の他のカプセル化処理によって形成され得る。

図６を参照すると、担体１０１の底部が溶剤槽６０３内に設置されている。溶剤槽６０３からの溶剤は、毛管作用により担体内に吸収されてテープ２０３の担体側の接着材料と接触する。溶剤は、テープ２０３の担体側の接着材料の接着強度を低下させる。溶剤がアセトンであるとともに接着材料がシリコーン接着剤である一実施形態において、溶剤はシリコーン接着剤の接着特性を軟化させる。一実施形態において、担体１０１がテープ２０３から分離する前に、担体１０１の底部が約５分間、槽６０３内に設置されている。他の実施形態においては、担体のより大きな部分が槽６０３内に浸漬されてもよい。幾つかの実施形態においては、担体・モールド・カプセル構造体の全体が槽６０３内に浸漬されてもよい。

溶剤が担体内を通過する多孔性担体を使用する一つの利点は、担体の除去工程が、室温あるいは幾つかの実施形態においては少なくともカプセル材の遷移温度（Ｔｇ）未満の温度で行われ得ることである。従って、担体は、ダイ４０３および４０５をカプセル構造体５０５内で横滑りさせることなく、カプセル構造体５０５から除去され得る。一実施形態において、カプセル材５０３の遷移温度は約１４０℃である。他の実施形態において、他の種類のカプセル材料は、９０℃〜２００℃の範囲のＴｇを有することができる。

図７は、担体１０１が除去された後の金型３０５と、カプセル構造体５０５と、テープ２０３との断面図を示す。
図８を参照すると、テープ２０３は、カプセル構造体５０５および金型３０５から引き離されている。図９を参照すると、金型３０５は、カプセル構造体５０５から除去されている。幾つかの実施形態において、相互連結構造体（図示せず）を形成するために、構造５０５は、ダイの活性側でさらなる集積工程（例えば誘電および金属相互連結処理）に曝されている。次に、カプセル構造体５０５は、複数のパッケージＩＣ内にシングル化される。

一実施形態において、各パッケージＩＣは、一個のＩＣダイ（例えば４０３）を含む。しかしながら、他の実施形態においては、各パッケージＩＣは複数のダイ（例えば積層あるいは並列構成）を含んでもよい。また、他の実施形態のパッケージＩＣは、カプセル材（例えば５０３）内にカプセル化される独立したデバイス（例えばトランジスタ、フィルタ、コンデンサ、アンプ）を含んでもよい。これらの追加部品は、カプセル化前にテープ２０３上に設置されている。幾つかの実施形態において、埋め込まれたシステム全体（例えばマルチチップモジュール、ＲＦシステム、または他の無線または情報処理システム）がパッケージＩＣ内に含まれてもよい。

他の実施形態において、パッケージ基板は、テープ２０３とＩＣダイ（例えば４０５）との間に位置しており、幾つかの実施形態において、パッケージ基板がカプセル材の底部を画定している。一実施形態において、ＩＣダイはパッケージ基板に搭載され、次に、パッケージ基板が開口３０７内に設置されている。他の実施形態において、パッケージ基板はまず開口３０７内でテープ２０３上に設置され、次にＩＣダイが基板上に設置されている。他の実施形態において、カプセル化の前に、ワイヤーボンドが活性側のボンドパッド上と、パッケージ基板上のボンドパッド上とに取り付けられ、ダイは、活性側を上にしてパッケージ基板上に設置されてもよい。

他の実施形態において、他の種類の接着構造体がテープ２０３の代わりに用いられてもよい。例えば、集積回路金ダイを取り付けるために２層のテープが用いられ得る。テープの一層は両面に接着材料を有しており、他層は片側にのみに接着剤を有するだろう。

他の実施形態において、フォトレジストまたは他の種類の接着剤（例えば有機性接着剤）が、ダイを担体に取り付けるための接着構造体として用いられ得る。かかる幾つかの実施形態において、フォトレジストの第１の層（図示せず）は、担体１０１の上面に塗布されるだろう。フォトレジストの第１の層を硬化させる硬化工程後、フォトレジストの第２の層が、硬化したフォトレジスト層上に塗布される。次にＩＣダイがフォトレジストの第２の層上に設置される。その後、フォトレジストの第２の層が硬化される。他の実施形態において、ダイを担体に取り付けるために一層のみが用いられる場合に、乾燥膜フォトレジストまたは他の接着剤が用いられ得る。かかる接着剤の一例はデュポン社が販売するＲＩＳＴＯＮである。

フォトレジストまたは接着構造体を有する幾つかの実施形態で、アセトンまたはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が、（例えば担体１０１の底部が溶剤槽内に設置されている場合）フォトレジストまたは接着剤層を溶解する溶剤として用いられ得る。

他の実施形態において、例えば他の種類の接着材料または他の種類のフォトレジスト材料などを含む、他の種類の接着構造体が用いられ得る。幾つかの実施形態において、接着構造体は、カプセル材を硬化させる硬化温度に耐えることができる。

本発明の一態様において、方法は、多孔性担体を準備する工程と、多孔性担体を覆う接着構造体を準備する工程と、接着構造体上に第１の集積回路ダイを設置する工程とを含む。前記方法はまた、カプセル構造体を形成するために第１の集積回路ダイをカプセル化する工程と、カプセル構造体から多孔性担体を分離する工程とを含む。

本発明の別の態様において、方法は、多孔性担体を準備する工程と、多孔性担体に接着構造体を接着させる工程と、接着構造体上に少なくとも一つの集積回路ダイを設置する工程とを含む。前記方法はまた、カプセル構造体を形成するために少なくとも一つの集積回路ダイをカプセル化する工程と、カプセル構造体から多孔性担体を除去する工程とを含む。除去工程は、接着構造体と多孔性担体との間の接着強度を低下させるために、多孔性担体内を通過する溶剤を使用する工程を含む。

本発明の別の態様において、方法は、少なくとも０．０２ミクロンの細孔直径を有する細孔を含む再利用可能な多孔性担体を準備する工程と、再利用可能な多孔性担体に接着構造体を接着する工程と、接着構造体上にアレイ配列で複数の集積回路ダイを設置する工程とを含む。前記方法はまた、カプセル構造体を形成するために前記複数の集積回路ダイをカプセル化する工程と、カプセル構造体から再利用可能な多孔性担体を分離する工程とを含む。分離工程は、接着構造体と再利用可能な多孔性担体との間の接着強度を低下させるために、多孔性担体内を通過する溶剤を使用する工程を備える。

本発明の特定の実施形態が図示されるとともに説明されているが、本願の説明に基づき、本発明とその広義な態様から逸脱することなくさらなる変更および改変が行われ得ることは当業者には明白であり、従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神と範囲内にあるように、全てのかかる変更および改変をその範囲内に包含するものである。

本発明に係る担体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における一段階中の、上部に接着テープが貼付されている担体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、担体、接着テープおよびカプセル材の金型の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、担体、接着テープ、カプセル材の金型およびＩＣダイの一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、担体、接着テープ、カプセル材の金型およびカプセル構造体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、担体、接着テープ、カプセル材の金型およびカプセル構造体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、担体の除去後の接着テープ、カプセル材の金型およびカプセル構造体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、接着テープの除去後のカプセル材の金型およびカプセル構造体の一実施形態の断面図である。 本発明に係るパッケージ集積回路の製造における別の一段階中の、カプセル材の金型の除去後のカプセル構造体の一実施形態の断面図である。

Claims (12)

1. 多孔性担体を準備する工程と、
   前記多孔性担体を覆う接着構造体を準備する工程と、
   前記接着構造体上に第１の集積回路ダイを設置する工程と、
   カプセル構造体を形成するために前記第１の集積回路ダイをカプセル化する工程と、
   前記カプセル構造体から前記多孔性担体を分離する工程とを備える方法であって、
   前記接着構造体は両面テープからなり、前記両面テープは少なくとも３０ミクロンの厚さを有するダイ側接着材料と、前記ダイ側接着材料と前記多孔性担体との間に設けられて少なくとも５０ミクロンの厚さを有する担体側接着材料とからなり、
   前記カプセル構造体から前記多孔性担体を分離する工程は、前記接着構造体に作用するために前記多孔性担体内を通過する溶剤を使用する工程を備え、
   前記溶剤が前記多孔性担体を通過して前記担体側接着材料と接触することにより、前記接着構造体が軟化して、前記カプセル構造体が前記多孔性担体から分離する方法。
2. 前記接着構造体はフォトレジストを備える請求項１に記載の方法。
3. 前記多孔性担体は、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックおよびポリマからなる群から選択される少なくとも一つの材料を備える請求項１に記載の方法。
4. 前記多孔性担体は、ガラスマトリクスに埋め込まれた酸化アルミニウムを備える請求項１に記載の方法。
5. 多孔性担体を準備する工程と、
   前記多孔性担体に接着構造体を接着させる工程であって、前記接着構造体は両面テープからなり、前記両面テープは少なくとも３０ミクロンの厚さを有するダイ側接着材料と、前記ダイ側接着材料と前記多孔性担体との間に設けられて少なくとも５０ミクロンの厚さを有する担体側接着材料とからなる工程と、
   前記接着構造体上に少なくとも一つの集積回路ダイを設置する工程と、
   カプセル構造体を形成するために少なくとも一つの前記集積回路ダイをカプセル化する工程と、
   前記カプセル構造体から前記多孔性担体を除去する工程であって、前記接着構造体と前記多孔性担体との間の接着強度を低下させるために、前記多孔性担体を通る溶剤を使用する工程を有する工程とを備え、
   前記溶剤が前記多孔性担体を通過して前記担体側接着材料と接触することにより、前記接着構造体が軟化して、前記カプセル構造体が前記多孔性担体から分離する方法。
6. 前記多孔性担体を除去する工程は、前記カプセル化工程で使用されるカプセル材料の遷移温度（Ｔｇ）未満の温度で実施される請求項５に記載の方法。
7. 少なくとも０．０２ミクロンの細孔直径を有する細孔を含む、再利用可能な多孔性担体を準備する工程と、
   再利用可能な前記多孔性担体に接着構造体を接着させる工程であって、前記接着構造体は両面テープからなり、前記両面テープは少なくとも３０ミクロンの厚さを有するダイ側接着材料と、前記ダイ側接着材料と前記多孔性担体との間に設けられて少なくとも５０ミクロンの厚さを有する担体側接着材料とからなる工程と、
   前記接着構造体上にアレイ配置で複数の集積回路ダイを設置する工程と、
   カプセル構造体を形成するために複数の前記集積回路ダイをカプセル化する工程と、
   前記カプセル構造体から再利用可能な前記多孔性担体を分離する工程であって、前記接着構造体と再利用可能な前記多孔性担体との間の接着強度を低下させるために、前記多孔性担体内を通過する溶剤を使用する工程を有する工程とを備え、
   前記溶剤が前記多孔性担体を通過して前記担体側接着材料と接触することにより、前記接着構造体が軟化して、前記カプセル構造体が前記多孔性担体から分離する方法。
8. 前記分離工程の後、
   再利用可能な多孔性担体に第２の接着構造体を接着させる工程と、
   第２の接着構造体上に複数の第２の集積回路ダイを設置する工程と、
   第２のカプセル構造体を形成するために、複数の第２の集積回路ダイをカプセル化する工程と、
   第２のカプセル構造体から再利用可能な多孔性担体を分離する工程と
   をさらに備える請求項７に記載の方法。
9. 前記再利用可能な多孔性担体は、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックおよびポリマからなる群から選択される少なくとも一つの材料を備える請求項７に記載の方法。
10. 前記再利用可能な多孔性担体は、ガラスマトリクスに埋め込まれた酸化アルミニウムを備える請求項７に記載の方法。
11. 前記再利用可能な多孔性担体は、最高で０．３ミクロンの細孔直径を有する連続した開放細孔によって特徴付けられる請求項７に記載の方法。
12. 前記分離工程は最高で摂氏９０度の温度で実施される請求項７に記載の方法。

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