(57)【要約】治具（３０）内で柔らかい導電性ボール（１４）のアレイを形成するステップと、ボールの対向面を平らにするステップとを含む集積回路ダイ（１２）を実装するための方法。次に、平らになったボールは、治具からモールド・マスキング・テープ（３６）に移動する。ＩＣダイの第１の面は、ダイ取付け接着剤（１６）によりボールに取り付けられ、次にダイ上のワイヤ・ボンディング・パッド（２０）がワイヤ（２２）により各ボールに直接電気的に接続される。封入剤（２４）はダイ、電気接続および形成されたボールの頂部上に形成される。テープが除去され、隣接する封入されたダイが、ソー分割により分離される。その結果、露出したボールを含む底面を有する封入されたＩＣができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路ダイを実装するための方法であって、
治具内で複数の柔らかい導電性ボールを形成するステップであって、前記ボールの対向面の少なくとも一部が平らになるステップと、
前記形成したボールを前記治具からモールド・マスキング・テープに移動するステップと、
集積回路ダイの第１の面を前記モールド・マスキング・テープに取り付けるステップであって、前記ダイの第２の面が複数のダイ・ボンディング・パッドを有し、前記ダイが前記形成されたボールにより囲まれているステップと、
前記ダイ・ボンディング・パッドを、前記ダイを囲んでいる前記形成された各ボールに電気的に接続するステップと、
前記ダイ、前記電気接続および前記形成したボールの頂部をモールド・コンパウンドで封入するステップと、
前記ボールの底部が露出するように前記モールド・マスキング・テープを除去するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記治具内で形成された前記ボールが球状である請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項３】
前記治具内で形成された前記ボールがほぼ矩形である請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項４】
ボールを形成するステップが、前記ボールの少なくとも２つの対向面の少なくとも一部を平らにする機械的コイニング・ステップを含む請求項１に記載の集積回路を実装するための方法。
【請求項５】
前記モールド・マスキング・テープをフレームに取り付けるステップをさらに含む請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項６】
前記ダイ取付けステップが、前記ダイの前記第１の面をダイ取付け接着剤により複数のボールに取り付けるステップを含む請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項７】
前記電気的に接続するステップが、対応する複数のワイヤにより、前記ダイ・ボンディング・パッドを前記各ボールにワイヤボンディングするステップを含む請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項８】
前記ワイヤボンディング・ステップにおいて、前記ワイヤが前記ボールを貫通し、その中に埋め込まれる請求項７に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【請求項９】
隣接する複数の封入されたダイから封入されたダイをソーで分割するステップをさらに含む請求項１に記載の集積回路ダイを実装するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の実装に関し、より詳細には、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）実装デバイスの改良形製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）ダイは、シリコン・ウェハのような半導体ウェハ上に形成される小さなデバイスである。リードフレームは、通常、ウェハから切り離されたＩＣダイを支持するパドルを含む金属フレームである。リードフレームも、外部電気接続を行うリード・フィンガを有する。すなわち、ダイはダイ・パドルに取り付けられ、次にダイのボンディング・パッドが外部電気接続を行うために、ワイヤ・ボンディングまたはフリップ・チップ・バンプを介してリード・フィンガに接続される。ダイおよびワイヤボンドまたはフリップ・チップ・バンプを保護材料で封入するとパッケージができる。パッケージ・タイプにより、外部電気接続は、薄型小型パッケージ（ＴＳＯＰ）におけるようにそのまま使用することもできるし、または例えば、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）用の球状半田ボールを取り付けることによりさらに処理することができる。これらの端末点により、ダイをプリント回路板のような他の回路に電気的に接続することができる。しかし、化学エッチングおよびエッチ・バックのようなステップが必要である場合には、リードフレームを形成したり、デバイスを実装するとコストが高くなったり、時間がかかったりする。
【０００３】
事実上、すべての電子デバイスは、パッケージ化されたＩＣを使用していて、小型で強力なデバイスが要求されているので、パッケージ・サイズを小さくすることは非常に望ましいことである。ＬＧＡパッケージは、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの一部である半田ボールを使用していないので高さが低くなる。パッケージ化されたデバイスを、半田ボールによりプリント回路板（ＰＣＢ）に取り付ける代わりに、ＬＧＡパッケージはソケットによりＰＣＢに取り付けられる。最近では、ＬＧＡパッケージは、プリント回路板上に置かれた半田によりリフロー実装されてきた。信頼性を低下させないでパッケージの高さが低くなったために、ＬＧＡパッケージが、携帯電話、デジタル・カメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）等のような多くの電子デバイス用に広く使用されるようになっている。さらに、ＬＧＡパッケージは、より小さなパッケージでピン数を増やすことができる。同時に、ＩＣからパッケージ用パッドへの電気的パスが短くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故、パッケージ化されたＩＣのサイズを小さくする方法が求められている。また、安価なコストでＩＣを実装するための方法を提供することも望ましいことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、集積回路ダイを実装するための方法を提供する。この方法は、
治具内で複数の柔らかい導電性ボールを形成するステップであって、ボールの対向面の少なくとも一部が平らになるステップと、
形成したボールを治具からモールド・マスキング・テープに移動するステップと、
集積回路ダイの第１の面をモールド・マスキング・テープに取り付けるステップであって、ダイの第２の面が複数のダイ・ボンディング・パッドを有し、ダイが形成されたボールにより囲まれているステップと、
ダイ・ボンディング・パッドを、ダイを囲んでいる形成された各ボールに電気的に接続するステップと、
ダイ、電気接続、および形成したボールの頂部をモールド・コンパウンドで封入するス
テップと、
ボールの底部が露出するようにモールド・マスキング・テープを除去するステップとを含む。この場合、２つ以上のデバイスが同時に形成され、次に隣接するデバイスを分離するために個別分割ステップが行われる。
【０００６】
添付の図面を参照すれば、本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明をよりよく理解することができるだろう。図に示す本発明は、単に例示としてのものであって、添付の図面に限定されない。図面中、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
添付の図面に関連して記述する以下の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を説明するためのものであり、本発明を実行することができる唯一の形を示すものではない。本発明の精神および範囲内に含まれる異なる実施形態によっても、同じまたは同等の機能を実行することができることを理解されたい。
【０００８】
ここで図１を参照すると、この図は、本発明のある実施形態により形成され、パッケージ化された半導体デバイス１０の拡大断面図である。パッケージ化されたデバイス１０は、ダイ取付け材料１６により１つまたは複数の柔らかいボール１４に取り付けられているシリコン・ウェハから切り離した集積回路ダイのような集積回路ダイ１２を有する。集積回路ダイ１２は、複数のワイヤ・ボンディング・パッド２０を含む頂面すなわち第１の面１８を有する。ワイヤ・ボンディング・パッド２０は、他の柔らかいボール１４に電気的に接続している。好適には、ワイヤ・ボンディング・パッド２０は、ワイヤボンディングを介して、ワイヤ２２により柔らかいボール１４に接続していることが好ましい。ダイ１２、電気接続、ワイヤ２２、および柔らかいボール１４の少なくとも頂部は、モールド・コンパウンド２４によりカバーされているか封入されている。ボール１４の底面は、露出していて、集積回路ダイ１２をプリント回路板に接続することができる。ワイヤ２２が接続しているボール１４は、当業者であれば周知のように、ダイ１２、基板またはプリント回路板へ／からデータ、電力または接地信号を送るために使用することができ、一方、ダイ１２が取り付けられている他のボール１４は、ダイ１２から熱を伝えることができ（すなわち、熱管理を行うことができ）、プリント回路板レベルの半田接合部の強度を強化している。すなわち、ダイ１２の下のボール１４は、プリント回路板レベルの半田強度を強化する半田づけすることができる面を提供する。隅のボールおよびパケットの縁部に沿ったボールでも、パッケージの機械的強度を強化する接続を提供することができることに留意されたい。
【０００９】
集積回路ダイ１２は、デジタル信号プロセッサ、特種用途向け回路等のような任意のタイプの回路であってもよい。このような回路は、当業者にとって周知のものである。好適には、柔らかいボール１４は、電気信号がそこを通ることができるように導電性材料から作ることが好ましい。導電性材料は、銅または金、またはその合金、または６３／３７材料（錫６３％、鉛３７％）、または９０／１０（鉛９０％、錫１０％）のような柔らかい半田のような金属であってもよい。別の方法としては、柔らかいボール１４を、金属面仕上げの高分子基材から形成することもできる。鉛を含んでいない金属のボールにより鉛を含まないパッケージを作ることができる。ワイヤ２２を容易にそれにワイヤボンディングできるように、ボール１４は柔らかい材料から作られる。好適には、ワイヤ２２は、ワイヤボンディング中、ワイヤ２２が柔らかいボール１４内に貫通し、その中に埋め込まれるように、銅、または硬質の金合金のようなもっと硬いまたはもっと硬質材料から作ることが好ましい。以下にさらに詳細に説明するように、ワイヤ２２用にもっと硬い材料を使用することにより、ワイヤ２２を柔らかいボール１４内に貫通することができ、それにより柔らかいボール１４内に硬質ワイヤ２２を埋め込むことにより接続が形成される。
【００１０】
ダイ１２は、ダイ取付け材料１６により複数のボール１４に取り付けられる。ダイ取付け材料１６は、ダイを基板に取り付けるために使用するエポキシのような任意の周知の接着剤であってもよい。図の実施形態の場合には、ダイ１２は、ボール１４に取り付けられているが、ダイ１２は、銅のような金属からできているダイ・パドルの一方の面に取り付けることもできる。その場合、ダイ・パドルの他方の面は露出している。もう１つの方法は、ダイ１２の底面（すなわち、第２の面）を露出させる方法である。この場合、ダイ１２は、ボール１４のうちの任意のものまたはダイ・パドルに取り付けられない。封入剤２４は、集積回路を実装するために通常使用される当業者であれば周知のタイプのものである。
【００１１】
ここで図２Ａ〜図９を参照しながら、本発明によるＩＣダイを実装するための方法について説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、本発明のある実施形態による柔らかい導電性ボール１４を形成するための治具３０を示す。図２Ａは、治具３０の斜視図であり、図２Ｂは、治具３０内に位置する導電性ボールの拡大図である。集積回路ダイ１２を実装するためのプロセスの第１のステップは、柔らかいボール１４を形成するステップである。治具３０は、ボール１４が形成される複数の凹部を含む大きな平らな面を有する金属のブロックである。凹部は、治具３０の表面上のグリッドまたはアレイ内に形成される。本発明の最も重要な考慮事項の１つは、製造コストを安くすることである。この好ましい実施形態の場合には、ボール１４は回転している板上に溶融金属を注ぐことにより形成される。そうすることにより、非常にコスト・パフォーマンスのよい方法で、非常に寸法の精度が高い小さな金属のボールを形成することができる。治具３０内の凹部は通常丸い。好適には、凹部は、凹部内で形成されたボールの一部が平らなまたは一部が平らな表面を有するように、平らなまたは一部が平らな底面を有することが好ましい。球状のボールまたは平らな底面を有する球状のボールを形成するもう１つの方法は、矩形のボールを使用することができる。図１０は、矩形のボール１５の一例を示す。
【００１２】
すでに説明したように、ボール１４は、柔らかい金属のような変形することができる柔らかい導電性材料から形成される。例示としての金属としては半田または金がある。当業者であれば周知のように、大部分のＢＧＡボールは、非常に柔らかい６３／３７材料（錫６３％、鉛３７％）からできている。９０／１０（鉛９０％、錫１０％）材料を使用した場合でも、ボールは変形することができる。ここで図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、治具３０内にボール１４を入れた後で、ボール１４の頂面３２が、機械的コイニング・プロセスによりプレス３４で平らにされる。すなわち、ボール１４の頂面３２を平らにする治具３０の凹部内でボール１４の頂面を押すためにプレス３４が使用される。好適には、凹部は、平らなまたは一部が平らな底面を有していることが好ましいので、ボール１４の底面が頂面３２と同じ方法で平らにされる。それ故、ボール１４の少なくとも２つの対向面が平らになるか、一部平らになる。
【００１３】
ここで図４を参照すると、機械的コイニング・プロセスの後で、ボール１４は治具３０からその１つの面上に接着剤が塗布されているモールド・マスキング・テープ３６に移動する。より詳細に説明すると、テープ３６がボール１４上に置かれる。ボール１４は、テープ３６の接着面に付着し、次にテープ３６が治具３０から上方に剥がされる。別の方法としては、治具３０をテープ３６上に置き、ボール１４がテープ３６の接着面に付着した後で、治具３０を動かすことができる。図５に示すように、ボール１４がテープ３６に移動する前または移動した後に、モールド・マスキング・テープ３６を金属フレーム３８に付着することができる。
【００１４】
ボール１４がモールド・マスキング・テープ３６に移動した後で、ダイ取付けステップが行われる。図５Ａを参照すると、集積回路ダイ１２が、所定の位置で複数のボール１４に取り付けられる。ダイ１２は、複数のワイヤ・ボンディング・パッド２０を含む頂面お
よび底面を有する。この好ましい実施形態の場合には、ダイ１２の底面は、ダイ取付け接着剤１６によりボール１４に直接取り付けられる（図１）。ダイ１２は、ダイ１２が複数のボール１４で囲まれるような位置に取り付けられる。Ｉ／Ｏの数は、各ダイ１２を囲んでいるボール１４の数を決定するために使用される。ダイ１２を複数のボール１４の頂部に取り付けることにより、大きさが同じで１つのボール・マトリックス・パターンを有するボールを形成するために、治具を使用することができる。１つのボール・マトリックス・パターンにより、治具３０のサイズを変えなくても、異なるサイズのダイおよび異なるパッケージ・サイズを形成することができる。さらに、すでに説明したように、ダイ１２が取り付けられているボール１４は、ＩＣ１２のための熱路としての働きをし、プリント回路板レベルの半田接合部の強度を強化する半田づけすることができる表面を提供する。すなわち、ボール１４は、半田づけすることができる面を提供する。
【００１５】
ダイは他の方法でも取り付けることができる。第１の方法の場合には、ダイ１２は、図５Ｂに示すように、ボール１４が存在しない位置でテープ３６に直接取り付けられる。すなわち、治具３０内でボールのアレイを形成している場合、ボールが存在しないいくつかの点を残しておき、そのような点が個々のダイ１２を収容する。このようにして、ダイ１２は、封入された後およびテープを除去した後で露出面を有する。第２の方法の場合には、図５Ｃに示すように、ダイ１２は非導電性エポキシ４０によりテープ３６に取り付けられる。この第２の方法で形成したパッケージの場合には、ダイ１２は露出しないし、ダイ１２とパッケージの完成品の外側の間には導電路は存在しない。この第２の方法を使用すれば、パッケージの下でＰＣＢの経路を決めることができる。図５Ｄを参照すると、さらにもう１つの方法の場合、エポキシまたは半田４４により、ダイ１２が、ヒート・シンク４２（例えば、ベタ金属板（ｓｏｌｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｐｌａｔｅ））に取り付けられる。ヒート・シンク４２は、ボール１４をテープ３６に取り付けた後で、テープ３６に取り付けることができる。ヒート・シンク４２は、さらに、パッケージの熱性能を改善することができ、パッケージの半田づけすることができる面積を増大することができる。
【００１６】
ここで図１、図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、すでに説明したように、ダイ１２をテープ３６またはボール１４に取り付けた後で、ワイヤ・ボンディング・パッド２０が、ダイ１２を囲んでいる形成された各ボール１４に電気的に接続される。より詳細に説明すると、ボンディング・ワイヤ２２が、ＩＣワイヤ・ボンディング・パッド２０から、形成された各ボール１４に接続される。形成されたボール１４はモールド・マスキング・テープ３６の接着剤だけで保持されているので、従来の熱音波ワイヤ・ボンディング・プロセス中に使用する超音波力に耐えられるほど、しっかりとボールを保持することができない場合がある。それ故、従来の熱音波ボンディングを使用する代わりに、柔らかいボール１４内に貫通するために、銅または硬質金合金でできている硬質ワイヤが使用される。これで、柔らかいボール１４内に硬質ワイヤ２２を埋め込むことにより接続が形成される。図６Ｂに示すように、ワイヤ２２の先端３３はボール１４内に埋め込まれる。先端３３は、通常円形をしていて、ワイヤ・ボンディング機械により、ワイヤ２２の電気フレーム・オフ（ＥＦＯ）により形成される。
【００１７】
ワイヤボンディング・プロセスが終了した後で、ダイ１２、電気接続、ワイヤ２２およびボールの一部を、好適には集積回路を実装するための周知のプラスチック材料で封入することが好ましい。図７は、その上に封入剤２４を有するテープ３６を保持する金属フレーム３８を示す。この段階において、封入剤が、テープ３６の一方の面全体をカバーする。ボール１４の一部が平らな面が、封入剤２４内にそのボール１４を固定するのを助ける固定フィーチャを供給することに留意されたい。
【００１８】
封入工程の後に、手でまたは市販の剥離機（ｄｅ−ｐｅｅｌｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）などでモールド・マスキング・テープ３６が除去され、それにより図８に示すように、ボ
ール１４のアレイの底部が露出する。信頼性の高いＬＧＡ相互接続を確実に行うために、ボールの露出した底部を、両方とも腐蝕に強く、接触抵抗が低い貴金属による面仕上げ（例えば、ニッケル／金）でコーティングまたはメッキすることができる。ボール１４の露出した部分は、電解ニッケル／金メッキを選択的に堆積することによりコーティングすることができる。最後に、好適には、個々のパッケージ化されたデバイス１０を形成するために周知のソー分割工程により、封入したマトリックスが個々に分割される。
【００１９】
ソー分割工程の前に、必要に応じて、電気機能試験を行うことができる。封入したデバイスのＩ／Ｏ端子のすべてが実装工程中に分離しているので、ストリップ・フォーマットで電気試験を行うことができる。そのため試験器の使用が改善され、プロセスまたはコストを追加しないでも、並行して試験を行うことができる。
【００２０】
パッケージ化されたデバイスの高周波電気性能は改善される。何故なら、ＩＣ１２からプリント回路板への信号経路が短くなったからである。さらに、システム基板の反りによる応力破損に対する半田接合部の抵抗が増大するので、システムの信頼性が改善される。携帯電話ハンドセット・メーカーにとって、ＲＦ性能の改善および機械的応力破損に対する強度の改善は重要な問題である。
【００２１】
本発明は、集積回路を実装するための容易で安価な方法を提供する。デバイス・コストは安い。何故なら、基板も端末（外部ピンまたはボール）も必要としないからである。金属リードフレームを使用していないので、分割ステップで使用するソーブレードは金属を切断する必要がなく、そのため、ソーブレードの寿命が延びる。また、リードフレームを必要としないので、基板追跡ルーティングを行う必要がない。この実装工程は、コストを高くすることがある化学エッチ・バックを必要としない。この実装工程は、現在入手できる機器により行うことができる。パッケージは、また、最低０．４ｍｍの非常に低いプロファイルを有する。ＬＧＡパッケージについて説明してきたが、ＱＦＮ（クワッド・フラット・ノー・リード）のような他のパッケージ・タイプも上記方法により形成することができる。スタックド・ダイ・デバイスもこの方法で実装することができる。ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）を使用すれば、例えば、２００＋Ｉ／Ｏのような高い相互接続密度を達成することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態を図示し説明してきたが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されないことを理解することができるだろう。当業者であれば、特許請求の範囲に記載するように、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、種々の修正、変更、変形、置換および等価物を思い付くことができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のある実施形態によるパッケージ化された集積回路の拡大断面図。
【図２Ａ】本発明のある実施形態による導電性ボールを形成するための治具の斜視図。
【図２Ｂ】図２Ａの治具内に位置する導電性ボールの大きな拡大図。
【図３Ａ】図２Ａの治具内の導電性ボールに対する機械的コイニング・プロセスを示す斜視図。
【図３Ｂ】機械的コイニング・プロセス後の図２Ａの治具内の導電性ボールの大きな拡大斜視図。
【図４】導電性ボールを図２Ａの治具から接着テープに移動するステップを示す斜視図。
【図５Ａ】本発明のある実施形態によるダイ取付け工程の斜視図。
【図５Ｂ】別のダイ取付け工程を示す拡大断面図。
【図５Ｃ】別のダイ取付け工程を示す拡大断面図。
【図５Ｄ】別のダイ取付け工程を示す拡大断面図。
【図６Ａ】複数の導電性ボールにワイヤボンディングした図５のダイのうちの１つを示す大きな拡大斜視図。
【図６Ｂ】図６Ａのワイヤボンディングのうちの１つの大きな拡大断面図。
【図７】封入工程後の導電性ボールにワイヤボンディングしたダイを有する接着テープの頂面の斜視図。
【図８】本発明のある実施形態によるテープ除去ステップ後の封入デバイスの底面を示す斜視図。
【図９】本発明による個別分割工程後のパッケージ化されたデバイスの底面の斜視図。
【図１０】本発明による導電性ボールの他の実施形態の斜視図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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