(57)【要約】【課題】従来のリードフレームに基づいたパッケージングの低コストを維持するフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ及び方法を提供する。【解決手段】リードフレーム１６に対しダイ１２を接続するための方法であって、ダイ１２の上に金属のバンプ１４を形成し、リードフレームのボンディング・フィンガ２２にバンプ１４を接触させ、バンプ１４を加熱し、ボンディング・フィンガ２２に対してバンプ１４を押圧することによって、リードフレーム１６に対しダイ１２を接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームに対しダイを接続するための方法であって、
前記ダイの上に金属のバンプを形成する工程と、
リードフレーム上のボンディング・フィンガに前記バンプを接触させる工程と、
前記バンプを加熱する工程と、
前記ボンディング・フィンガに対して前記バンプを押圧する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記金属バンプ形成工程はスタッドバンピングを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金属バンプ形成工程は電気めっきを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記金属バンブは金を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記バンプ加熱工程は前記ダイを加熱する工程を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
基板上に前記ボンディング・フィンガを支持する工程と、
圧力によって前記ダイを支持する工程とをさらに含み、
前記ボンディング・フィンガに対する前記バンプ押圧工程は、前記ダイと前記基板とをお互いの方向に移動させるための力を加える工程を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記加熱工程及び前記押圧工程は、結果として元のバンプ高さの約１５％と約２０％との間の範囲まで前記バンプ材料が変形するのに十分な温度と圧力で行われる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記金属バンブは金を含んでおり、前記加熱工程は約１００℃〜約４００℃の範囲の温度まで前記バンプを加熱する工程を含んでおり、前記押圧工程は１バンプあたり約１０グラムから２５０グラムの範囲の垂直荷重と等価な力を加える工程を含んでいる請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記リードフレームの前記ボンディング・フィンガに前記バンプを接触させるのに先立って、
基板上に前記リードフレームを支持する工程と、
前記リードフレームのボンディング・フィンガの内側の前記基板上にフィル材料の測定された量を分配する工程とをさらに含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記フィル材料は粘着性の樹脂を含んでいる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
複数のチップ・イン・リードフレームのパッケージを形成する方法であって、
１セットのボンディング・フィンガをそれぞれ含む複数のリードフレームを供給する工程と、
複数のダイであってその上に形成された１セットの金属のバンプをそれぞれ有する複数のダイを供給する工程と、
支持体上に前記リードフレームを位置決めする工程と、
前記各セットのバンプが１セットのボンディング・フィンガと接触するように前記リードフレーム上に前記ダイを配置する工程と、
前記バンプを加熱する工程と、
前記ボンディング・フィンガの上に前記バンプを圧縮するために前記リードフレームに対して前記ダイを押圧する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記金属バンブは金を含んでおり、前記加熱工程は約１００℃から約４００℃の範囲の温度まで前記バンプを加熱する工程を含んでおり、前記押圧工程は１バンプあたり約１０グラムから２５０グラムの範囲の垂直荷重と等価な力を加える工程を含んでいる請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記リードフレームの前記ボンディング・フィンガと前記バンプとを接触するのに先立って、
基板上に前記リードフレームを支持する工程と、
前記各セットのリードフレームのボンディング・フィンガの内側の前記基板上にフィル材料の測定された量を分配する工程とをさらに含んでいる請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記チップ・イン・リードフレームのパッケージを単数にする工程をさらに含んでいる請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法によって作製されたチップ・イン・リードフレームのパッケージ。
【請求項１６】
前記ダイは前記セットのボンディング・フィンガの関係でキャビティ・アップ・ウォードに位置している請求項１５記載のパッケージ。
【請求項１７】
前記ダイは前記セットのボンディング・フィンガの関係でキャビティ・ダウン・ウォードに位置している請求項１５記載のパッケージ。
【請求項１８】
前記リードがファン状に内側に広がっている請求項１５記載のパッケージ。
【請求項１９】
前記リードがファン状に外側に広がっている請求項１５記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
＜発明の背景＞
本発明は、リードフレームに基づいたパッケージ、 特にリードフレームへのフリップ・チップ相互接続に関する。
【０００２】
リードフレームに基づいたパッケージは、低コストであるため電子パッケージングにおいて広範囲に使用される。初期レベルの相互接続は、典型的にはワイヤ・ボンディングによって達成される。改善された電気性能に対する最近の要求は、特にＲＦアプリケーションで使用されるデバイスのために、リードフレームへの「フリップ・チップ」相互接続の考察を導いた。
【０００３】
従来のフリップ・チップデバイスは、ダイとリードフレームのボンディング・フィンガとの間を接触させるために、はんだバンプを採用する。はんだバンプに基づいたデバイスは、高いコストのために、またリードフレームへはんだバンプを接合する過程が、例えば、はんだ振れのような技術的な難問を与えるので、多くのアプリケーションに対して受け入れられていない。必要とされているのは、リードフレームへのフリップ・チップ相互接続を達成するが、従来のリードフレームに基づいたパッケージングの低コストを維持するパッケージ構成である。
【０００４】
＜発明の要約＞
フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージは、リードフレームのボンディング・フィンガに直接接合したバンプを有するチップを含んでいる。本発明によれば、バンプは、金のような金属を採用するスタッド・バンプ技術によってダイ上に形成される。また、チップは、リードフレームのボンディング・フィンガ上へのバンプの熱圧縮によってリードフレームに付けられる。
【０００５】
従って、一つの一般的な態様において、本発明は、ダイの上に金属バンプを形成すること、リードフレームのボンディング・フィンガとバンプとを接触させること、バンプを加熱すること、及びボンディング・フィンガに対してバンプを押圧することによって、リードフレームに対しダイを接続する方法を特徴としている。熱圧縮プロセスはバンプの変形という結果になる。
【０００６】
前記の方法のうちのいくつかの実施形態では、バンプは、チップパッケージング技術では周知のとおり、ワイヤ・ボンディングマシンを採用する「スタッドバンピング」技術によって形成される。バンプを形成する金属は、大きな範囲の可塑性を有する様々な金属及び合金のいずれかであり得る。特定の実施形態では、金属は金を含んでいる。
バンプは、例えば、ダイに加える熱によって加熱され得る。
【０００７】
前記方法のいくつかの実施形態において、ダイがキャビティ・ダウンに位置している場合、ボンディング・フィンガは基板上で支持され、ダイの裏側は押圧によって支持され、そして、バンプは、ダイ及び基板をお互いの方に向かって移動させるための押圧力を加えることによって、ボンディング・フィンガに対して押し付けられる。バンプは、元のバンプ高さの１５％から２０％の範囲まで、加えられた押圧力の下で、バンプ材料の塑性変形を許容するために十分に加熱される。押圧力と温度の組み合わせは、特別の選ばれた金属か合金に応じて選択される。金が使用される場合、例えば、バンプは約１８０℃〜４００℃の範囲の温度まで加熱され、１バンプあたり約１０グラムから２５０グラムの範囲の垂直荷重に等しい力が加えられる。基板は、便利なように、粘着性の表面（リードフレームはその上につけられる）を有していてもよく、また、基板はシートかフィルムであってもよい。特定の実施形態においては、基板は脱離可能な接着剤を有するテープであり、これにより、一旦バンプがボンディング・フィンガに接続されたあとに、基板がその表面から除去され得る。これは、いくつかの実施形態において、接続用のリードフレーム上のランドを露出することができる。
【０００８】
ダイと基板との間の機械的な支持を提供することは望ましい。従って、前記方法のいくつかの実施形態では、バンプがボンディング・フィンガと接触する前に、フィル材料の測定された量が基板上に分配される。それゆえ、ダイと基板とがお互いの方に向かって強制的に動かされるにつれて、その材料がダイと基板との間で圧縮される。好ましいフィル材料は粘着性の樹脂を含んでいる。その材料もまた、バンプが変形するにつれてバンプより下方の領域でずらされる。それによって、バンプ材料が、ボンド・フィンガ材料との直接の冶金接触を形成することを許可する。望ましくは、フィル材料の十分な量は、その材料がダイと基板との間で一般的に定義された量を満たすことを強制されるように分配される。その材料は、例えばスクリーン印刷やノズル通しの押出し成形を含む様々な技術のうちのいずれによって分配されてもよい。
【０００９】
その結果生じるフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージは、従来のフリップ・チップのパッケージングにおけるアンダーフィルとしてのモールドされた化合物の機能として、高度に信頼できて、そのために、ダイとリードフレームとの間に形成されたジョイントの寿命を延ばす。さらに、そのプロセスは、従来のプラスチック・パッケージング・プロセス・フローと一般的に互換性を有する。
【００１０】
他の一般的な態様において、本発明は、１セットのボンディング・フィンガをそれぞれ有する多くのリードフレームを供給すること、複数のダイであってその上に形成された１セットの金属のバンプをそれぞれ有する複数のダイを供給すること、支持体上にリードフレームを位置決めすること、各セットのバンプが１セットのボンディング・フィンガに接触するようにリードフレーム上にダイを配置すること、バンプを加熱すること、及びボンディング・フィンガ上にバンプを圧縮するためにリードフレームに対してダイを押圧することによって、多くのフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージを形成する方法を特徴としている。
【００１１】
いくつかの実施形態では、パッケージは、例えば、リードされた又はリードのない構成といった要求されるどんなフットプリントでも、モールドされたパッケージを形成する従来の技術によって、トランスファ・モールドされる。いくつかの実施形態ではチップはキャビティ・ギャップに位置し、他の実施形態ではそれはキャビティ・ダウンに位置する。いくつかの実施形態において、ダイの裏側は改善された熱性能を与えるために、また他の利点のために露出される。
【００１２】
本発明によるフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージは、ダイ上のボンディングパッドの最も小さなピッチが少なくともリードフレームでの達成可能な最も小さなボンド・フィンガのピッチと一致するのに十分なだけの大きさであるアプリケーションにおいて特に有用である。現在利用可能なリードフレームで最も小さなボンド・フィンガのピッチは、一般的に、約１５０μｍである。
【００１３】
他の一般的な態様では、本発明は、ダイであってその上に形成された１セットのバンプを有するダイを供給する工程と、ボンディング・フィンガを有するリードフレームを供給する工程と、セットのバンプがセットのボンディング・フィンガと接触するように、リードフレームとダイとを接触する工程と、バンプを加熱する工程と、そしてボンディング・フィンガに対してバンプを押圧する工程とにより作製されたフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージを特徴としている。
【００１４】
本発明によるプロセスは、従来のワイヤ・ボンディングよりも速く、二つというよりむしろ一つのボンドだけが形成されるという事実に起因して、かなり少ないＡｕ（又は、他の高価な金属）を使用する。その上、フリップ・チップ・アタッチメントは、ダイ・アタッチ材料の使用やその結果生じるオペレーションの解決策を要求されない。フリップ・チップ接続は、標準のワイヤ・ボンド可能な仕上げに用いる発明によって達成され、それによって、リードフレームの付加的な処理又は扱いのための必要性を排除する。
【００１５】
＜発明の詳細な説明＞
一般的に、本発明によるフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージは、「リードされた」フットプリント又は構成、若しくは「リードのない」構成を有してもよい。そしてデバイスがリードのない構成を有する場合、リード又はボンディング・フィンガは「ファン状に外側に広がっても」、「ファン状に内側に広がっても」よい。その上、ダイは「キャビティ・アップ・ウォード」又は「キャビティ・ダウン・ウォード」に置かれてもよい。それぞれの構成は、特別なアプリケーションによって利点を与える。その各種の構成は、図及びそれを参照する下記記述の参照によって、より完全に理解されるであろう。
【００１６】
理解されるように、図面はプレゼンテーションの明瞭さに対する単純化された視点における発明の様々な実施形態を示す概略図である。本発明による典型的なデバイスは、例えば、図の中で示されるよりも、もっと大多数のリードを有していてもよく、そして、発明の理解に必要でない多くの詳細（例えば、ダイそれ自身の構成の詳細など）は図から省略される。図面は尺度にはならない。
【００１７】
次に図の方をみると、本発明によるフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ１０は、図１の平面図において図式で示され、図２の正面図においてファン状に外側に広がるリードされたフットプリントを有している。パッケージ１０は、ダイバンプ１４を有するダイ１２、及びリードフレーム１６を含んでいる。ダイ１２は、リードフレーム１６のボンディング・フィンガ２２へダイバンプ１４経由で付けられる。図１及び図２中で示される実施形態において、ダイとバンプとリードフレームの一部は、接続のために周囲でリードの終端２０を露出しておいて、プラスチックボディ１８で囲まれる。
【００１８】
ダイバンプは、その技術におけるよく知られた技術を含む様々な技術のうちのいずれによっても形成されることが可能である。ダイバンプは、好ましくは、金スタッドバンピングや電気めっきのような技術によって形成される。バンプは、好ましくは、金スタッドバンピング技術（ワイヤ・ボンディングに類似したオペレーション）によって形成される。
【００１９】
プラスチックボディは、その技術におけるよく知られた技術を含む様々な技術のうちのいずによっても形成されることが可能である。前記ボディは、好ましくは、ダイ１２及びリードフレーム１６の一部がトランスファ・モールドされたプラスチックに包まれる従来のプラスチック・パッケージング・プロセスによって形成される。
【００２０】
前記発明は、様々なリードのないフットプリントのうちのいずれでも有しているフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージの構成において、特に有用である。例えば、図３は３０でキャビティ・ダウンのリードのないパッケージ構成を概略的に示す。この構成において、パッケージ接続用はんだボール３７のアタッチメントのためのリードフレーム３８のランド３９が中央に位置している一方、ダイバンプ３６が周辺に位置している。
【００２１】
そして、例えば、図４は４０でキャビティ・ダウンのリードのないパッケージ構成を概略的に示しており、この構成において、パッケージ接続用はんだボール４７のアタッチメントのためのリードフレーム４８のランド４９が周辺に位置している一方、ダイバンプ４６が中央に位置している。
【００２２】
そして、例えば、図５は５０でキャビティ・アップのリードのないパッケージ構成を概略的に示しており、この構成において、リードフレーム５８のランド５９が周辺に位置している一方、ダイバンプ５６が中央に位置している。
【００２３】
そして、例えば、図６は６０でキャビティ・アップのリードのないパッケージ構成を概略的に示しており、この構成において、リードフレーム６８のランド６９とともに、ダイバンプ６６が周辺に位置している。
【００２４】
いずれにしてもこれらの構成は、接続がはんだボールを通じてつくられるボール・グリッド・アレイ、又は接続させることにハンダボールが使用されないランド・グリッド・アレイのどちらかで採用されてもよい。
【００２５】
前記発明は、小さなパッケージが望まれる低級なＩ／Ｏアプリケーションにおいて特に用いることができる。典型的なアプリケーションは、例えば、１００本未満のピン又はより少ない、約３平方ｍｍから１２平方ｍｍの範囲内のパッケージ本体では太さ１ｍｍのものを使用してもよい。そのようなアプリケーションはアナログ、ＲＦ、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅ、Ｌｏｇｉｃ、ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＲＤＲＡＭ、Ｆｌａｓｈ及びＥＥＰＲＯＭを特に含んでいてもよい。
【００２６】
製造工程は次の一般的なスキームを含んでいる。仮の接着テープは支持基板の役割をするためにリードフレームに適用される。フィル材料の測られた量は、例えば、注射器の使用によって又はスクリーン印刷によって基板上に配置される。ダイはバンプがリードフレーム・フィンガと適切に合わせられるように配置され、次に、ダイは熱圧縮によってリードフレームに接合され、同じステップで、接着剤が分配され、そして硬化する。随意的に、そのパッケージはダイ及びリードフレームを囲むためにポリマーで任意にオーバモールドされる。典型的には、そのパッケージは複数のアレイに構成され、その後単数にされる。
【００２７】
製造原価は、特に銅のリードフレーム構成が使用される場合、比較的低い。パッケージの熱的及び電気的パフォーマンスは本発明によって改善されることが可能である。リードフレームの痕跡は、改善された電気性能及び弱まった電気的寄生効果のために短くしておくことができ、また、いくつかの構成においては、銅のリードフレーム及びダイの下方のはんだボールの使用は改善された熱性能を与えることができる。中央ランドを採用する構成においては、ボードレベル信頼性は、より大きなダイに対してでさえ、改善され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態に従ったキャビティ・ダウン・フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の平面的な視点における概略図であり、リードがファン状に外側に広がった、リードされたフットプリントを有している。
【図２】
図１における２−２‘で示されるフリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の部分的な視点における概略図である。
【図３】
本発明の他の実施形態に従ったキャビティ・ダウン・フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の部分的な視点における概略図であり、ダイパッドがパッケージの周辺に向かって位置決めされ、ランドがパッケージの中心に向かって位置決めされたリードのないフットプリントを有している。
【図４】
本発明の他の実施形態に従ったキャビティ・ダウン・フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の部分的な視点における概略図であり、ダイパッドがパッケージの中心に向かって位置決めされ、ランドがパッケージの周辺に向かって位置決めされたリードのないフットプリントを有している。
【図５】
本発明の他の実施形態に従ったキャビティ・アップ・フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の部分的な視点における概略図であり、ダイパッドがパッケージの中心に向かって位置決めされ、ランドがパッケージの周辺に向かって位置決めされたリードのないフットプリントを有している。
【図６】
本発明の他の実施形態に従ったキャビティ・アップ・フリップ・チップ・イン・リードフレームのパッケージ構成の部分的な視点における概略図であり、ダイバンプがランドとともにパッケージの周辺に向かって位置決めされたリードのないフットプリントを有している。
【符号の説明】
１０、３０、４０、５０、６０　パッケージ
１４、３６、４６、５６、６６　ダイバンプ
１２　ダイ
１６、３８、４８、５８、６８　リードフレーム
１８　プラスチックボディ
２０　リードの終端
２２　ボンディング・フィンガ
３７、４７　はんだボール
３９、４９、５９、６９　リードフレームのランド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004511081.tif 000011
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2004511081.tif 000015
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2004511081.tif 000017
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004511081.tif 000023