(57)【要約】CSP又はスタックド・チップCSPの製造は、支持されない接着フィルム又は硬いキャリアに支持された接着剤で、ペースト接着剤で使用するように構築されたダイ取付装置を用いて遂行できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ダイを接着フィルムによって基板に接着して半導体パッケージを製造する方法であって：
a.  ウェファー・ダイシング・テープ上に接着フィルムを供給する工程、ただし、該接着フィルムは弾性率が120 MPaより高く、ウェファー・ダイシング・テープへの接着力が0.1 MPa未満である、
b.  該ウェファー・ダイシング・テープ上の接着フィルムをデカールに切断する工程、
c.  該接着剤デカールをダイシング・テープから取り上げて、該接着剤デカールを基板に載置する工程、
d.   圧力及び／又は熱によって、該接着剤デカールを該基板にラミネートする工程、
e.  半導体ダイを取り上げて、該接着剤上に載置する工程、及び
f.  圧力及び／又は熱によって、該ダイを接着剤にラミネートする工程、
を含む方法。
【請求項２】
多数の半導体ダイが積み重ねられた半導体パッケージを製造する方法であって、最初に請求項１に記載の方法を実行する工程、次いで前に接着された半導体チップを基板として用いて、積み重ねられる半導体ダイの数に必要な回数だけ請求項１に記載の方法を繰り返す工程、を含む方法。
【請求項３】
該接着フィルムが支持されない熱可塑性フィルムもしくは熱硬化性フィルム又は硬いキャリアに支持される熱可塑性フィルムもしくは熱硬化性フィルムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの製造に使用される接着剤及び接着方法に関する。本発明は、チップ・スケール・パッケージ及びスタックド・ダイ・パッケージの製造において特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
チップ・スケール・パッケージ（CSP）は、半導体パッケージングにおいて軽量、省スペース、高密度及び高い電気的性能という利点を有する。１つ以上の集積半導体チップを積み重ねた形で含むCSPはさらに高い電気的性能を有し、スペースと重量を減少できる。
【０００３】
半導体は基板に機械的及び電気的に結合され、その基板は他のデバイス又は外部電源に結合される。基板は、金属リードフレーム、セラミック又はラミネートなどの剛体であっても、ポリイミドテープなどフレキシブルなものであってもよい。
【０００４】
半導体を基板に結合する１つの方法は、ワイヤ・ボンディングと呼ばれる方法で、半導体チップはペースト又は接着フィルムによって基板に接着され、次にチップの活性端子が細い金属線によって基板の活性端子に結合される。
【０００５】
歴史的に見ると、ペースト接着剤の方が接着フィルムよりもよく用いられている。しかし、フィルムの方がチップ形態に精密にフィットさせることができ（ｘ−ｙ許容誤差）、接着剤のはみ出しが最小又は全くなく、接着剤層の厚さや傾斜を容易にコントロールできるため、一部のCSPは接着フィルムを用いる方が製造し易い。
【０００６】
しかし、接着フィルムを用いる工程と設備は、チップ・スケール・パッケージ及びスタックド・チップ・スケール・パッケージを製造するコストを増加させ、製造時間を増大させる。半導体コンポーネントは、適当な基板の上に「ピック・アンド・プレース」装置と普通呼ばれる装置によって載置される。この装置は、コスト効率の良い仕方で、要求される生産性に合わせて確実かつ正確にコンポーネントを載置するために重要である。
【０００７】
接着フィルムを用いてCSPを製造する１つの方法では、フィルムからデカール（decal）を切り取り、取り上げて基板に載置し、圧力と熱でラミネートする。次に半導体チップを取り上げて、接着剤の上に載置し圧力及び／又は熱で接着剤にラミネートする。ピックアップ・アンド・プレース装置の他に、この方法では特別なフィルム操作及びラミネート装置が必要である。
【０００８】
接着フィルムを用いる別の方法では、デカールを打ち抜いて圧力及び／又は熱によって基板にラミネートし、半導体チップを取り上げて接着剤上に載置し、圧力及び／又は熱によって半導体にラミネートする。この方法は、所望のデカールの各形毎に別々のパンチ・セットと、特別なパンチ装置とフィルム・ラミネート装置を必要とする。
【０００９】
スタックド・チップCSPも上記の２つの方法及び装置を用いて製造できるが、必要なフィルム材料は厚さが異なり、流動特性が異なるものである必要があるかもしれない。スタックド・チップのプロセスは、接着フィルムのデカールを取り上げて、基板に載置して熱と圧力を加え、ダイを取り上げて、接着剤上に載置して熱と圧力を加えるというものである。このプロセスが繰り返されるが、この場合、接着剤のデカールは最初の（母）チップの上に載置されてラミネートされ、続いて同じ又は異なる幾何形状の第２の（娘）チップが母チップの上に載置される。次に娘チップがラミネートされる。普通、母及び娘チップを載置しラミネートするために特別なフィルム・ラミネート装置が必要である。
【００１０】
別の方法では、接着剤フィルムが直接に半導体ウェファーの裏側にラミネートされ、そのウェファーが通常のウェファー・ダイシング装置によって個々のダイに切り離される（シンギュレーション）。個々のダイには接着剤がラミネートされて残っており、そのダイが取り上げられて基板に、又はダイ・スタッキングの場合は別のダイに、載置される。ダイは、圧力及び／又は熱で基板又は最初のダイにラミネートされる。この方法は、特別なフィルム・ラミネート装置、ならびに特別なフィルム・ダイ接着装置を必要とする。
【００１１】
CSP及びスタックドCSPには接着フィルムが有利であるが、半導体パッケージング産業の比較的大きなセクターでは、ペースト接着剤の塗布で用いられるプロセスと装置の方が、コストの安さ、使用が容易であること及び産業内部でこの装置が利用できることなどの理由で好ましいとされている。
【００１２】
ペースト接着剤を用いて半導体チップを基板に接着するための標準的なピック・アンド・プレース装置は、最初にペースト接着剤を基板に小出しし、次にチップを取り上げて、そのチップを接着剤上に載置する。載置の際に基板が安置される載置台は加熱されることもされないこともあるが、ピック・アンド・プレース装置によって加えられる圧力を用いてダイ取付の質を最適化できる。このタイプの装置は、通常、ポスト・ラミネーション能力を備えておらず、現在、接着フィルムを用いるために必要な装置に比べて安価である。
【００１３】
このタイプの装置のピック・アンド・プレース、加熱及び押圧成分を用いて、半導体パッケージをシングル・チップ又はスタックド・チップとして、接着フィルムを用いて製造する利点は、時間とコストにおける有利さにある。高価なパンチ・セットは省かれ、操作自体にかかる時間は少なくなる。さらに、典型的な半導体パッケージング・プロセスはウェファー・ダイシング能力が必要であり、フィルムの物理的性質を適切に選ぶことによって、ダイシング装置を用いて接着フィルムを適当な形態に切ることができるであろう。
【００１４】
CSP又はスタックド・チップCSPの製造は、支持されない接着フィルム又は硬いキャリアに支持された接着剤によって、ペースト接着剤で使用するように構築された標準的なダイ取付装置を用いて遂行できることが見出された。本発明は、支持されない接着フィルム又は硬いキャリアに支持された接着剤を用いて半導体を製造する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
支持されない接着剤は、弾性率が120 MPaよりも高く、ウェファー・ダイシング・テープへの粘着力が0.1 MPaよりも小さいどんな熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤又は熱可塑性と熱硬化性組み合わせ接着剤であってもよい。適当な接着剤は、エポキシ、シアネートエステル、ポリイミド、シロキサンポリイミド、マレイミド、シリコーン又はそれらの組み合わせである。
【００１６】
支持された接着剤は、硬いキャリア層の片面又は両面にウェファー・ダイシング・テープへの粘着力が0.1 MPaよりも小さい熱可塑性接着剤又は熱硬化性接着剤をコーティングしたものである。両面がコーティングされる場合、接着剤は両面が同じ組成であることも異なる組成であることもある。硬い層が存在することで切断及びピック・アンド・プレースにおける取扱いが容易になり、２つの接着される面の間に特に厚い調節された距離が必要とされる場合にはこの層がスペーサーとして働く。
【００１７】
硬いキャリアは、セラミック、シリコン又は金属などの無機物質であっても、ポリイミド又はポリエステルなどの有機物質であっても、FR-及びBTラミネート・ボードなど無機物質と有機物質の組み合わせであってもよいが、複合物質は全体として弾性率が120 MPaであり、ダイシング・テープへの粘着力が0.1 MPa未満でなければならない。
【００１８】
これらの物理的パラメータの範囲内で、接着剤は支持されるタイプであっても支持されないタイプであっても、半導体ウェファーを取り扱うのに用いられる標準的な装置、例えば、ウェファー・ダイシング・テープ用のアプリケータ、ダイシング・ソー及びピック・アンド・プレース装置（ヒータ・ブロックを備えたダイ・ボンダー）によって取り扱うことができる。接着剤は、標準的なダイシング・テープ・ラミネート装置によってウェファー・ダイシング・テープに貼付される。次に、シリコン・ウェファーが切断されるのと同じプロセスで、接着剤は個々のデカールに切断される。（この方法は、非常に薄くてもろいウェファーの過剰な操作が回避されるという点でウェファー裏面ラミネート法に比べて有利である。）
【００１９】
接着剤の取付は、ダイ取付と同じ仕方でペースト・ボンダーを用いて行われる。接着剤デカールがウェファー・ダイシング・テープから取り上げられて、選ばれた基板に載置され、圧力及び／又は熱によってその基板にラミネートされる。次に、半導体ダイが取り上げられて、その接着剤上に載置され、圧力及び／又は熱によってラミネートされる。
【００２０】
スタックド・チップ・スケール・パッケージの場合、この手順が、前に接着された半導体チップを基板として用いて、積み重ねられる半導体ダイの数に必要な回数だけ繰り返される。
【００２１】
以下の例１と２では、接着フィルムは120 MPaよりも高い弾性率を有し、ウェファー・ダイシング・テープへの粘着力は0.1 MPa未満であった。例３のキャリアは、これらの基準に合致しなかった。
【００２２】
例１：熱硬化性フィルム接着剤（Ablestik Laboratories 製、RP571-10）、30.48cm（12 in）×30.48cm（12 in）×50.8μm（2 mil）厚さのシート、がBTラミネート・ボード（三菱ガス化学製、20.32cm（8 in）×20.32cm（8 in）×203.2μm（8 mil）厚さ）の両面にラミネート装置を用いて以下の条件でラミネートされた：
スピード：    30.5 cm/分
温度：        57.2℃（135 °F）
圧力：        275.8kPa（40 psi）
【００２３】
次に、ラミネートされた接着剤をダイシング・テープ（Nitto SPV224）に取り付け、Disco DAD 320ダイシング装置を次のパラメータに設定して4 mm × 6 mmのデカールに切断した：
刃：          NBC-ZH27HEEE
主軸速度：    30,000 rpm
送り速度：    2.54 cm/秒
切断モード：  ダウン切断
【００２４】
切断された接着剤はESEC Die Bonder 2007 LOCダイ・ボンダーによって、２回の試行でピック・アンド・プレース能力を以下のパラメータに設定して処理できるかどうかテストされた：
試行                                    ＃１            ＃２
取り上げｚ−高さ、μm（mil）            4496（177）     4496（177）
取り上げ時間、ミリ秒                    50              50
ホイル接触時間、ミリ秒                  60              0
ニードルトップ高さ、μm（mil）          1144（45）      1144（45）
エジェクター高さオフセット、μm（mil）  249（9.8）      249（9.8）
ニードル速度、mm/秒                     30              30
成功回数／試行回数                      10/10           10/10
【００２５】
２つのホイル接触時間の各々でテストは10回行われ、２つのホイル接触時間の各々で10回成功した。この実施例は、標準的なピック・アンド・プレース装置を用いて接着剤をウェファー・ダイシング・テープから取り上げられることを示している。
【００２６】
例２：単層ポリエチレン（America Plastic, 30.48cm × 30.48cm × 76.2μm（3mil）厚さ）が、Nitto SPV-224ダイシング・テープに取り付けられ、Disco DAD 320ダイシング装置を用いて、4 mm × 6 mmサイズに、NBC-ZH27HEEEの刃、主軸速度30,000 rpm、送り速度2.54 cm/秒で切断された。切断の条件は以下の通りである：
2005507172.tif 000002
【００２７】
切断されたポリエチレンはESEC Die Bonder 2007 LOCダイ・ボンダーによって、ピック・アンド・プレース能力を以下のパラメータに設定して処理できるかどうかテストされた：
取り上げｚ−高さ（mm）              6.00〜5.52
取り上げ時間（ミリ秒）              600〜6000
ホイル接触時間（ミリ秒）            200
ニードルトップ高さ（mm）            0
エジェクター高さオフセット（mm）    0〜1.80
ニードル速度（mm/s）                30〜110
ボンドアーム状態                    停止状態
エジェクター状態                    校正高さ
ニードル状態                        最低位置
ボンドアームz pos(mm)               2.17
チップ厚さ（mm）                    0.17
ニードル・タイプ                    丸頭
成功回数／試行回数                  10/10
【００２８】
例３：例２と同じテストが行われたが、基板物質が127μm（5 mil）のシリコーンである点だけが異なっていた。取り上げは10回中10回失敗した。
【国際公開パンフレット】
2005507172.tif 000003
2005507172.tif 000004
2005507172.tif 000005
2005507172.tif 000006
2005507172.tif 000007
2005507172.tif 000008
2005507172.tif 000009
2005507172.tif 000010
2005507172.tif 000011
2005507172.tif 000012
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507172.tif 000013
【国際調査報告】
2005507172.tif 000014
2005507172.tif 000015
2005507172.tif 000016