(57)【要約】  本発明は、レーザアブレーション処理によってポリマー樹脂モールド化合物基板をパッケージまたはチップへと単体化するためにレーザを使用するシステムおよび方法を含む。基板を保持するために使用される金属治具は、切断中にレーザビームが侵入することを可能にするためのトレンチを含む。ベースに内蔵された配管によって水が治具の周りを循環することができ、切断中に基板を冷却する。レーザビームは、圧縮ガスまたは空気とともに切断ノズルを通過することができ、基板を冷却するとともにデブリを除去する。切断処理にはパルスレーザビームが使用され得、その結果、異なる速度およびレーザ・パラメータにおけるパスの組み合わせが実現され得る。これによって、ユニットの高速の単体化が１つのパスで可能になる。
2020534670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアブレーション処理によってポリマー樹脂化合物をパッケージへと単体化するためのシステムであって、
バッファ・ステーションと、
レーザと、
前記ポリマー樹脂化合物を保持するための治具とからなり、
前記レーザが、前記治具に埋め込まれているトレンチに沿って切断し、
前記治具が、内部管系を有するベース板を通して液体を循環させることによって冷却される、システム。
【請求項２】
前記トレンチが約１〜３センチメートルの深さおよび１ミリメートル以上の幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トレンチが０．５ｍｍ以上の幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
真空圧が、前記ポリマー樹脂化合物を前記治具に保持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザが、１０ｋＨｚ以上の繰返し率のパルスレーザである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記バッファ・ステーションが加熱エレメントを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記バッファ・ステーションが、加熱された前記ポリマー樹脂化合物が予熱後の形態を保つように、前記ポリマー樹脂化合物を急速に冷却するための高速冷却ガス用ガス抽出機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
圧縮空気またはガスの供給源が、圧縮空気またはガスを前記レーザの方向へ強制放出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
レーザ切断処理によってポリマー樹脂化合物をパッケージへと単体化する方法であって、
前記ポリマー樹脂化合物を切断治具に載せるステップと、
真空引きして、前記ポリマー樹脂化合物を前記切断治具に固定するステップと、
パルスレーザを作動させて、前記ポリマー樹脂化合物を、前記切断治具に埋め込まれている一連のトレンチに沿って切断するステップと、
前記切断治具のベース板を通して液体を循環させて、前記ポリマー樹脂化合物を冷却するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記切断治具に載せる前に、バッファ・ステーションにおいてポリマー樹脂化合物を予熱する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
加熱された前記ポリマー樹脂化合物を、予熱後の形態を保つように、前記切断治具に載せる前に高速冷却ガスを噴射して急速冷却する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
加圧された空気またはガスを前記レーザの方向に放出して、前記レーザによって融除された領域を冷却する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
加圧された空気またはガスを前記レーザの方向に放出してデブリを除去する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記切断治具のエッジに沿った１つまたは複数の排出開口を通してデブリおよび／または煙霧を排出する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記パッケージを前記切断治具から除去して洗浄ステーションへ移動する追加のステップを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路チップの作製に関し、より具体的には、レーザアブレーション処理によってポリマー樹脂または基板を集積回路へと単体化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチップまたはチップとも称される集積回路（「ＩＣ」）は、シリコンなどの半導体材料の小さく平坦な部分上の電子回路のセットである。多数の小さなトランジスタを統合すると、個別の電子部品から構築されたものよりも小さく、より安価で、より高速の回路をもたらす。ＩＣは、コンピュータ、携帯電話、および他のデジタル家電を含む無数の電子デバイスにおいて使用されている。
【０００３】
ディスクリート回路に対するＩＣの主要な利点はコストおよび性能である。パッケージ化されたＩＣは、使用する材料がディスクリート回路よりも非常に少ない。ＩＣは一般的にはフォトリソグラフィによってユニットとしてプリントされるが、ディスクリート回路は一度に１つのトランジスタずつ構築される。ＩＣの部品はサイズが小さく近接近であるので、急速にスイッチングすることができ、消費電力が比較的少ない。しかしながら、ＩＣの設計や必要なフォトマスクの製作は割高である。この高価な初期コストは、ＩＣが高生産量に対してのみ実用的であることを意味する。
【０００４】
半導体デバイスの製作は、ＩＣを作成するために使用される処理である。これは、一般的には、シリコンなどの半導体材料で作製されたウェーハ（すなわち基板）の切断から始まる。その後、一連のフォトリソグラフィ・ステップおよび化学処理ステップを用いてＩＣを製作できる。
【０００５】
ダイ作製は、集積回路（ＩＣ）のパッケージングおよびテストのためにウェーハを作製する処理である。ダイ作製は、一般的にはウェーハ取り付けおよびウェーハ・ダイシングを含む。ウェーハが個別のダイに切断される前にウェーハ取り付けが遂行される。このステップ中に、ウェーハは、リングに取り付けられたプラスチック・テープ上に取り付けられる。ダイシング、切断、または単体化は、ウェーハをより小さい部分に切断するステップを包含している。複数の同一の集積回路を含むウェーハは、個々のダイがそれらの回路のうち１つを含むように切断される。半導体ウェーハから個々の半導体ダイを単体化するために様々な方法および機器が使用され得る。一般的には、ダイヤモンドの切断ホイールまたはウェーハ・ソーを用いてスクライブ・グリッドに沿ってウェーハを切断するために、スクライビングまたはダイシングと呼ばれる技術が使用される。
【０００６】
単体化の従来の方法は、ウェーハを個々のダイに切断するためにダイヤモンド・ソーイングを使用する。しかしながら、エポキシ・モールド化合物のパッケージのダイヤモンド・ソーイングには問題があり得る。一般的な問題には、エッジ・チッピング、エッジ亀裂、銅スミア、エッジの銅バリおよびはんだブリッジがある。水スラリまたは湿式化学スラリの使用は、これらの問題のうちいくつかを防止する上で助けになり得る。しかしながら、さらなる問題に、機械的ソーイング中の漏れがあり得る。他の問題には、機械的ソーが高コストであること、不安定なチップ寸法によるソー摩耗、およびダイシング速度が遅いことが含まれる。
【０００７】
ダイヤモンド・ソーイングの別の制約には、直線の切断にしか適さないことがある。さらに、切断工具のアライメントおよび幅を許容するために、各スクライブ・グリッドが比較的大きな幅を有する必要がある。このことによって半導体ウェーハの大部分が浪費される。加えて、切断処理が遅く、半導体ウェーハ上のスクライブ・グリッドをすべて刻みつけるのに、大抵の場合１時間以上を必要とする。
【０００８】
アブレイシブ・ウォーター・ジェット（ＡＷＪ）技術は、従来の方法に対していくらかの改善を提供する。小オリフィスを通された湿式化学スラリが、材料の半導体チップを切断するのに使用され得る。しかしながら、ＡＷＪにも短所がある。これは、一般に処理が遅いことである。一般的には、ＡＷＪは、湾曲した切断用にのみ使用されるときでさえ、毎時１０００ユニット（ＵＰＨ）未満に制限される。また、ＡＷＪは、洗浄および乾燥の形態の後処理が必要である。また、水は濾過して再利用され得るが、激しいＡＷＪアクションによってガーネット粒径が縮小し、再利用することができなくなる。他の問題には、高い経費と、オペレータのための音響の保護／遮断を必要とする高いノイズレベルとが含まれる。
【０００９】
レーザは、ダイの単体化と、ウェーハやパッケージのマーク付けのための改善された方法とをもたらす。レーザは、クワッドフラット・リードなし（ＱＦＮ）、ファインピッチ・ボールグリッド・アレイ（ＦＢＧＡ）、およびマイクロ・セキュアデジタル（ＳＤ）またはマイクロ・セキュアデジタル（ＳＤ）（ＭＭＣ）ならびにダイレクト・チップ・アタッチ（ＤＣＡ）タイプ・パッケージなど、ＩＣパッケージを単体化するための機械的方法に対する魅力的な代替形態として出現した。この技術はしばしばレーザ・ソーイングとも呼ばれ、輪郭付けされたパッケージならびに表面実装製品用に特に有効である。後者の場合、精密な切断のためのレーザの能力は、最大収量および最小フットプリントのために、電子機器をエッジに対して非常に接近して配置することを可能にする。レーザベースの単体化は、工具摩耗もワークピースに対する機械的応力もないので、「非接触処理」である。その上に、レーザ切断は一貫した結果をもたらし得る。しかしながら、レーザ技術は、有効であるためには、速度、コスト、およびエッジ粗さなどの問題に対処する必要がある。
【００１０】
レーザが生成する熱がしばしば問題になる。レーザ単体化において、レーザ熱の熱的影響により、エッジの熱的損傷、材料の燃焼、および放出された材料によるアブレーションを含む重大な問題が生じる。ピコ秒（ｐｓ）、フェムト秒（ｆｓ）の超短パルスのレーザ、または紫外線（ＵＶ）レーザは、高コストであるため、パッケージのダイシング用に使用するには一般にコスト効率が悪い。さらに、フェムト秒レーザも、ピコ秒レーザも、ＵＶレーザも、低出力であるために、ダイシングの工業スループット要件を満たすことができない。
【００１１】
したがって、レーザを使用してこれらの制約を克服する、ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板のための改善されたレーザ切断システムおよび方法が必要とされている。この方法は、従来技術よりも短い時間で均一な単体化をもたらすとともに、より狭いスクライブ線を維持するべきである。
【発明の概要】
【００１２】
以下の概要は、開示される実施形態に特有の革新的な特徴のうちいくつかの理解を容易にするために提供されるものであり、十分に説明するようには意図されていない。本明細書で開示される実施形態の様々な態様は、明細書全体、特許請求の範囲、図面、および要約を全体として考慮に入れることによって十分に理解され得る。
【００１３】
実施形態は、レーザアブレーション処理によってポリマー樹脂化合物をパッケージへと単体化するためのシステムを含む。このシステムは、バッファ・ステーション、レーザおよびポリマー樹脂化合物を保持するための治具を含むことができる。ポリマー樹脂化合物を治具に保持するために真空圧を使用することができる。レーザは、１０ｋＨｚ以上の繰返し率のパルスレーザであり得る。バッファ・ステーションは、高速冷却ガスを放射するためのガスインジェクタを任意選択で伴う加熱エレメントを含むことができる。さらに、圧縮空気またはガスの供給源は、圧縮空気またはガスをレーザの方向へ強制放出する。
【００１４】
レーザは、治具に埋め込まれているトレンチに沿って切断し、治具は、内部管系を有するベース板を通して液体を循環させることによって冷却される。トレンチは、約１〜３センチメートルの深さおよび１ミリメートル以上の幅を有し得る。代替の設計では、トレンチは０．５ｍｍ以上の幅を有する。
【００１５】
実施形態は、レーザ切断処理によってポリマー樹脂化合物をパッケージへと単体化する方法も含む。この方法は、（ａ）ポリマー樹脂化合物を切断治具に載せるステップと、（ｂ）真空引きして、ポリマー樹脂化合物を切断治具に固定するステップと、（ｃ）パルスレーザを作動させて、ポリマー樹脂化合物を、切断治具に埋め込まれている一連のトレンチに沿って切断するステップと、（ｄ）切断治具のベース板を通して液体を循環させて、ポリマー樹脂化合物を冷却するステップとを含む。
【００１６】
この方法は、バッファ・ステーションにおいて基板を予熱する追加のステップと、基板を切断治具に載せる前に、任意選択で高速冷却ガスを噴射するステップとを含むことができる。融除された領域を冷却するため、および／またはデブリを除去するために、加圧された空気またはガスが使用され得る。パッケージは、切断された後に洗浄ステーションに送達され得る。
【００１７】
〔導入部〕
本発明の第１の態様は、ポリマー樹脂モールド化合物のパッケージまたは基板をレーザアブレーション処理によってパッケージまたはチップにするレーザ単体化のシステムおよび方法である。
【００１８】
本発明の第２の態様は、パルスレーザビームと、異なる速度およびレーザ・パラメータにおけるパスの複数の組み合わせとを使用するレーザ切断（すなわち順次の切断）方法である。
【００１９】
本発明の第３の態様は、高いスループットとエッジ品質の最適の組み合わせを実現する複数のパスとして複数の順次の切断を使用するレーザ切断方法である。
【００２０】
本発明の第４の態様は、トレンチを有する切断治具を使用するレーザ切断方法であり、ポリマー樹脂化合物はトレンチに沿って切断される。
【００２１】
本発明の第５の態様は、液体を循環させる内部管を有するベース板を使用して切断治具および取り付けられた基板／チップを冷却するレーザ切断方法である。
【００２２】
上記の概要ならびに例示の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面とともに読むと一層よく理解される。本開示を説明するために、本開示の例示的構築が図面に示されている。しかしながら、本開示は、本明細書で開示された特定の方法および手段には限定されない。その上に、当業者なら図面が原寸に比例しないことを理解するであろう。可能な場合には、同種の要素は同一の番号によって指示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】単体化のために使用される基板およびレーザビームを表す図である。
【図２Ａ】レーザアブレーション処理によって、ポリマー樹脂モールド化合物のパッケージまたは基板をチップへと単体化するレーザ切断方法のステップを列記するフローチャートである。
【図２Ｂ】レーザアブレーション処理の後にチップを洗浄するステップを列記するフローチャートである。
【図３Ａ】パッケージまたは基板が載せられていない切断治具の上面図である。
【図３Ｂ】パッケージまたは基板が載せられていない切断治具の正面図である。
【図４Ａ】切断治具の側面図である。
【図４Ｂ】真空穴の拡大図である。
【図５】切断治具を冷却するために、切断治具が取り付けられたベース板を通って循環する冷水の方向を表す図である。
【図６Ａ】ＯＬＧＡを取り付けられたインタポーザのストリップ・パッケージを表す図である。
【図６Ｂ】第１のステップにおける単体化を表す図である。
【図６Ｃ】第２のステップにおける単体化を表す図である。
【図６Ｄ】第３のステップにおける単体化を表す図である。
【図６Ｅ】第４のステップにおける単体化を表す図である。
【図６Ｆ】単体化の後の個々のパッケージを表す図である。
【図６Ｇ】単体化の後の個々のパッケージのエッジを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔定義〕
本発明は主としてエポキシ・モールド化合物の単体化に関して説明されるが、本発明はそのように限定されることなく、小形部品の正確な成形およびモールディングを必要とする他の試みを支援するために使用され得ることが理解される。また、ポリマー樹脂化合物が参照されているが、この技術は他の基板へ容易に移すことができる。これらの非限定的な例において論じられる特定の値および構成は多様であり得、少なくとも１つの実施形態を示すためにのみ引用され、それらの範囲を制限するようには意図されていない。
【００２５】
本明細書における「一実施形態／一態様」または「実施形態／態様」に対する参照は、実施形態／態様に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態／態様に含まれることを意味する。本明細書の様々な位置における「一実施形態／一態様では」または「別の実施形態／態様では」というフレーズの使用は、必ずしもすべてが同一の実施形態／態様を参照するわけではなく、他の実施形態／態様を相互排除する個別または代替の実施形態／態様でもない。その上に、他のものによってではなく、いくつかの実施形態／態様によって示され得る様々な特徴が説明される。同様に、他の実施形態／態様ではなく、いくつかの実施形態／態様に関する要件であり得る様々な要件が説明される。実施形態および態様は、特定の例において互換的に使用され得る。
【００２６】
本明細書で使用される用語は、本開示の文脈内で、各用語が使用される特定の文脈において、一般に当技術における通常の意味を有する。本開示を説明するために使用される特定の用語は、本開示の説明に関して実務者にさらなる手引きを提供するために、以下で、または本明細書の他のところで論じられる。便宜上、特定の用語が、たとえばイタリック体および／または引用符を使用して強調されることがある。強調の使用が、用語の範囲および意味に影響することはなく、用語の範囲および意味は、同一の文脈では強調の有無にかかわらず同一である。同一のことが複数のやり方で表現され得ることが理解されよう。
【００２７】
結果的に、本明細書で論じた用語のうち任意の１つまたは複数の代替言語および同義語が使用され得る。また、用語には、本明細書で詳述される／論じられるかどうかにかかわらず、いかなる特別な重みも与えられることはない。特定の用語については同義語が与えられる。１つまたは複数の同義語の説明部において、他の同義語の使用が除外されることはない。本明細書で論じられる何らかの用語の例を含めて本明細書のどこかでの例の使用は例示でしかなく、本開示またはいかなる例示された用語の範囲や意味をさらに制限するようには意図されていない。同様に、本開示は、本明細書で示される様々な実施形態に限定されない。
【００２８】
本開示の範囲をさらに制限する意図なしで、本開示の実施形態による、機器、装置、方法およびそれらに関する結果の例が以下で示される。例では、読者の便宜のためにタイトルまたはサブタイトルが使用されることがあるが、本開示の範囲を制限されるべきものではないことに留意されたい。本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、別段の定義がない限り、本開示が属する技術の当業者によって一般に理解されるのと同一の意味を有する。矛盾する場合には、定義を含めて本文献が制御する。
【００２９】
「ダイ」という用語は、その上に機能回路が製作される半導体材料のブロックを指す。一般的には、集積回路は、フォトリソグラフィなどの処理によって電子品質シリコン（ＥＧＳ）または他の半導体（ＧａＡｓなど）の単一のウェーハ上の大きなロットで生産される。ウェーハは、それぞれが回路の１つのコピーを含む多くの部分に切断される（「ダイシングされる」）。これらの部分の各々がダイと呼ばれる。
【００３０】
埋め込みウェーハ・レベル・ボール・グリッド・アレイ（ｅＷＬＢ）は集積回路用のパッケージ技術である。パッケージの相互接続は、シリコンチップおよび注入化合物で作製された人工ウェーハ上に与えられる。ｅＷＬＢは、伝統的なウェーハ・レベル・ボール・グリッド・アレイ技術（ＷＬＢまたはＷＬＰ：ウェーハ・レベル・パッケージ）のさらなる発展である。ｅＷＬＢ技術の背景の主たる推進力は、相互接続経路設定のためにより多くのスペースを可能にすることであった。
【００３１】
「ガルバノメータ・スキャナ・レーザ」という用語は、ガルバノメータ・スキャナによって制御されたレーザビーム運動を指す。ガルバノメータ・スキャナは、入射レーザ光をＸおよびＹに偏向させる２つのガルボ・スキャンミラーを含む。２つのスキャンミラーの後に、レーザビームを合焦するための焦点レンズがある。上下ならびに前後に移動する２軸運動を実行すると、基板を単体化するためにレーザビームが走査される。ガルボ・スキャナの後の合焦されたビームは、基板を単体化するために使用される。
【００３２】
「集積回路」、「ＩＣ」、「マイクロチップ」、「シリコンチップ」、「コンピュータ・チップ」または「チップ」という用語は、フォトリソグラフィ技術を使用して電子回路がエッチングされる、特別に作製されたシリコン（または別の半導体）の一部分を指す。シリコンチップは、論理ゲート、コンピュータ・プロセッサ、メモリおよび特別なデバイスを含むことができる。チップは脆弱であるため、通常は頑丈なプラスチック・パッケージによって取り囲まれている。チップとの電気接触は、パッケージから突出する金属脚によってもたらされる。
【００３３】
「切り溝」という用語は、ソーによって後に残された狭いチャネルおよび（関連する）幅の測定値を指し、これは、ソー・ブレードの幅、ブレードの歯のセット、切断中に生じる揺れ量、および切断面から出た材料の量を含むいくつかの要因に依拠する。レーザを使用するとき、切り溝は、切断される材料の特性、ワークピースの厚さ、レンズの焦点距離、およびレーザにおいて使用される切削ガスのタイプに依拠する。
【００３４】
「レーザアブレーション」という用語は、レーザビームを照射することによって固体の表面から材料を除去する処理を指す。低レーザ束において、吸収されたレーザ・エネルギーによって材料が加熱され、蒸発または昇華する。
【００３５】
「有機ランド・グリッド・アレイ」すなわち「ＯＬＧＡ」という用語は、空気空洞およびパターニングされた導電トレースを伴う有機基板を有するリードレスパッケージを指す。特定の用途に依拠して、パッケージにおいて、ＡＳＩＣと、異なる波長を有するＬＥＤとが統合される。接続は、パッケージの底面におけるリード（端子ピン）によってなされる。これらのリードはＰＣＢ上に直接はんだ付けされる。
【００３６】
「パッケージの積み重ね」、または「パッケージ・オン・パッケージ」という用語は、個別の論理およびメモリ・ボールグリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージを垂直に結合するための集積回路のパッケージング方法を指す。２つ以上のパッケージが重なって設置される（すなわち、信号をルーティングするための標準インターフェースを介在させて積み重ねられる）。これによって、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、およびデジタルカメラなどのデバイスの部品密度をより高くすることができる。
【００３７】
「フォトリソグラフィ」または「光リソグラフィ」という用語は、薄膜または基板の大部分の各部にパターニングするための微細加工において使用される処理を指す。フォトマスクから基板上の光感応化学物質「フォトレジスト」に幾何学模様を転写するために光が使用される。
【００３８】
「単体化」、「ダイ切断」または「ダイシング」という用語は、複数の同一の集積回路をそれぞれ含むウェーハを、それらの回路のうち１つを含む個々のダイに切り分ける処理を指す。この処理は、スクライビングおよび分割、機械的ソーイングまたはレーザ切断を包含することができる。ダイシング処理に続いて、個々のシリコンチップがチップ・キャリアの中に封入され、次いで、コンピュータなどの電子デバイスの構築に使用するのに適切なものになる。
【００３９】
本明細書で使用される他の技術用語は、種々の専門用語辞典によって例示されるように、それらが使用される技術における通常の意味を有する。これらの非限定的な例において論じられる特定の値および構成は多様であり得、少なくとも１つの実施形態を示すためにのみ引用され、それらの範囲を制限するようには意図されていない。
【００４０】
〔好ましい実施形態の説明〕
ダイ作製は、一般的には基板のダイシングまたは切断が後に続く基板取り付けを含む。基板は一般的にはポリマー樹脂モールド化合物である。本発明は切断治具に基板を取り付けるために真空圧を利用する。その後、基板を各部分（すなわちチップ）へと切断するためにレーザ技術が使用される。
【００４１】
図１は、レーザアブレーションによって切断される基板を表す。焦点レンズが、レーザビームを、レーザ・ソフト・アブレーション・スポット３２０における基板接触点へと導く。レーザビームは矢印３０５によって表された方向に移動する。レーザによってスクライブ線すなわち単体化ストリート３１５が形成される。レーザは、基板を個々のパッケージに分離するために、基板の上に複数回導かれる（すなわち、複数のパス）。パルスレーザビームは、異なる速度におけるパスとレーザ設定の組み合わせを用いて使用され得る。これによって、ユニットの高速の単体化が１つのパスで可能になる。
【００４２】
ガス管も表されている。ガス管３１０の出口は、ガスまたは圧縮空気を単体化ストリートと平行な方向に導く。これは基板を冷却し、切断処理に由来する粒子またはデブリを除去する。表されるように、ガス管３１０は、切断ストリートに沿ったビーム運動の方向に整列される。
【００４３】
切断中は基板を保持するために金属治具（図示せず）が使用される。この治具は、切断されている間にレーザビームが侵入することを可能にするためのトレンチを含む。さらに、この治具は、基板を冷却するための水を使用することができる。ベース板に内蔵された管によって水が循環し、治具から熱を奪うことによる、切断中の基板の冷却が可能になり得る。
【００４４】
図２Ａは、一実施形態によるレーザアブレーション処理によって基板をチップへと単体化するレーザ切断方法のフローチャート１００である。この処理は基板取り付けと基板単体化に分離され得る。基板および／または単体化されたユニットを移動させるためにピッカ（ピックアンドプレース機またはロボット）が使用され得る。
【００４５】
ステップ１０５において、バッファ・ステーション上に基板が配置される。バッファ・ステーションは、切断治具上に配置する前に高速冷却ガスの任意選択の噴射を伴う、基板を予熱するためのホットプレートを含むことができる。加熱されたポリマー樹脂化合物は、予熱後の形態を保つように、切断治具に載せられる前に高速冷却ガスによって急速に冷却され得る。このステップにより、切断治具上に配置される前に基板の反りが解放され得て、優れた真空密閉を保証する。
【００４６】
その後、ステップ１１０において、ピックアップ・デバイスは、基板をバッファ・ステーションから切断治具（「治具」）に載せることができる。基板は、個々のチップに切断されている間は切断治具によってしっかりと保持される。基板は真空圧によって固定され得る。ステップ１１５は、基板に吸引力をかけて運動を防止するための真空の活性化を表す。真空穴は円（正方形ユニット）または長方形（矩形ユニット）であり得る。
【００４７】
切断治具は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはアルミニウムなどの金属ベースの材料を用いて構築され得る。治具の最下部は、切断中にユニットの吸引を可能にするための少なくとも１つの真空チャンバを備えることができ、それによってユニットの運動を防止する。各ユニットは、切断治具から切り出されたアイランドに載せられ得、ユニットの表面の掻き傷／損傷を防止するために０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さ（好ましくはおよそ０．５ｍｍの厚さ）のゴムの層で支持される。
【００４８】
次のステップ１２０では、好ましくは下方に面する基板に対して切断（「単体化」）が遂行される。レーザは、パルスレーザビームを使用して基板を個々のチップに切断することができる。基板が、異なる速度およびレーザ・パラメータにおける複数のパスを使用して切断されるように、パルスレーザビームが使用される。これは、基板をより低い温度に維持するための助けになり、レーザビームからの加熱がより小さいので反るのが防止される。
【００４９】
切断処理によるデブリは、ノズルを通って切断領域に導入される圧縮空気（たとえばＮ２、Ａｒ、またはＣＯ２）を使用して除去され得る。ノズルは圧縮空気を導入するように考えて配置され得、その結果レーザ切断ストリートと平行して整列される。デブリはチャンバの最下部から排出され得る。切断中に生成されたデブリおよび煙霧は、治具（図示せず）の側部および最下部に配置された排出開口を通って除去され得る。圧縮空気は、特にレーザ接触領域における切断ストリートを冷却すること、およびレーザが基板と接触したときの「スパーク」を防止することの助けにもなり得る。
【００５０】
余熱は従来の方法のレーザ単体化に共通する問題である。この問題を克服するために、治具は、切断中に基板を冷却するために冷水を循環させるステップ１２５のためのシステムを含むことができる。冷水の温度は、２２℃未満（好ましくはおよそ１０℃以下）である。これは、切断中にユニットを冷却し、レーザによって生成した熱を切断領域から効果的に逃がす。
【００５１】
ステップ１３０において、ガスまたは圧縮空気が、ノズルを通って切断領域に導入され得る。レーザビームは、圧縮ガスまたは空気とともに切断ノズルを通過することができる。これによって、ユニットの高速の単体化が１つのパスで可能になる。切断後に、切断治具に保持されている単体化されたユニットは、ステップ１３５において、デブリを除去するとともにユニットの表面に残された切断バリ／繊維を除去するために洗浄され得る。単体化中に蓄積したまたは定着したデブリを吹き飛ばすために、排気口が作動され得る。洗浄処理は、デブリがない単体化されたユニットを生産するためにブラッシングなどの追加のステップを含むことができる。
【００５２】
図２Ｂは、一実施形態による自動機械のための洗浄ステップ１０１のフローチャート１０１である。ユニットはステップ１４０において真空搬送アームによって選出され、ステップ１４５において第１の洗浄ステーションに移動される。第１の洗浄ステーションにおいて、ユニットの上側が、アルコール溶液（たとえばＩＰＡ）または普通の脱イオン（ＤＩ）水で少し濡らされた柔らかい布地／スポンジを用いて洗浄される。次に、ユニットはステップ１５０において反転ステーションに移動されて１８０度反転され、別の搬送アームによって選出される。ユニットは、次に、ステップ１５５において、洗浄のために第２の洗浄ステーションに移動される。第１の洗浄ステーションと同様に、ＩＰＡなどのアルコール溶液またはＤＩ水が使用され得る。ここでユニットの下側が洗浄される。次に、ユニットは、ステップ１６０においてグリッドのないテーブルまで移動され、テーブルに載ってピッカのピックアップ位置に移送される。回転するピッカ・ヘッドが各ユニットを選出し、ステップ１６５においてブラッシング・ステーションへ移動させることができ、その結果、ユニットは４つの側面のすべてがブラッシングされる。次いで、ユニットは、ステップ１７０において視覚検査カメラを通って移動され、トレーに降ろされる。残ったスクラップ・レールは別のピッカ・アームによって自動的に除去され、スクラップ・ビン（図示せず）に廃棄される。
【００５３】
〔切断治具〕
単体化の好ましい方法では、切断治具は、単体化中に基板をしっかりと保持する。２つの構造上の特性により、基板は、反りまたは他の損傷に繋がる高温に到達することなく正確に切断され得る。切断中にレーザビームの侵入が可能になるようにトレンチ（すなわち治具のへこんだ領域）が埋め込まれている。内部配管を有するベースは、ベース板の中を冷水が循環することを可能にする。これは、切断中に治具から熱を除去して基板を冷却する。
【００５４】
図３Ａは、図２Ａの方法で使用される切断治具２００の上面図２０２を表す。トレンチは、中央部分にグリッドを形成する。基板は切断治具上に配置される。レーザが、トレンチに沿って切断するように導かれ、基板から個々のパッケージを形成する。図３Ｂは、治具のトレンチ（狭い白色の垂直線）をさらに示すための前面図２１０を表す。トレンチは、好ましくは約１〜３センチメートルの深さおよび１ミリメートル以上の幅を有する。
【００５５】
図４Ａは、治具の側面図２２０ならびに切断治具の異なる領域において得られた断面図２３０および断面図２４０を含む追加の図を表す。図４Ｂは、真空穴の詳細な部分を表す。
【００５６】
細片を取り囲むレール（すなわちユニットのない細片の周囲）は、治具によって支持され、ピンを用いて配置されて、真空によって適所に保持され得る。細片レール上に保持するためのものと、ユニット上に保持するためのものの、２つの個別の真空ラインが設けられる。金属治具に切り込まれたトレンチが各ユニットを取り囲んでおり、各々が１ｃｍ〜３ｃｍ（好ましくはおよそ２ｃｍ以上）の深さおよび幅の最小値（ユニット切り溝の幅＋Ｘｍｍ）を有する。Ｘの値は、各ユニットの幅および長手方向の寸法に依拠し、少なくとも０．５ｍｍ（以上）（好ましくは１ｍｍ）である。トレンチは、切断中にレーザビームを侵入させるとともに、切断から生じたデブリを収集するように設計されている。トレンチは各細片の切断後に高圧空気で洗浄され得る。真空穴は、円（正方形ユニットとともに使用する）または長方形（矩形ユニットとともに使用する）などの形状を有し得る。
【００５７】
単体化中に基板を冷却するために水または別の流体が使用され得る。図５は、切断治具が取り付けられ得るベース板を表す。冷水がベース板の中を循環して、切断治具および取り付けられた基板を冷却する。矢印は、一連のチューブまたは管を通る水流の方向を示す。
【００５８】
切断治具は、切断チャンバの中に完全に密封され得る。切断から生じたデブリおよび煙霧は、チャンバの側部および最下部にある複数の排出開口を通って排出され得る。さらに、チャンバの最上部の空気ブローが、チャンバの内部の機械部品上に蓄積したかまたは定着したデブリに向けられ得る。これによって、デブリがチャンバの最下部から排出され得る。この目的のために、窒素、二酸化炭素または圧縮空気が使用され得る。圧縮空気がレーザ切断領域と平行に並ぶようにノズルが配置され得る。これは、対象物体と接触したときのレーザのスパークを最小化するための、切断領域の冷却ならびにデブリの洗浄の助けになる。
【００５９】
〔レーザ〕
２つのタイプのレーザヘッド設計のうち１つが単体化するために使用され得る。１つの設計タイプはガルバノメータ・スキャナによって生成されるレーザビームである。レーザビームが基板の表面に対して垂直方向に侵入するのを可能にするために焦点レンズが使用される。焦点レンズは、切断される基板上のビームの出力強度およびその分布に依拠して、従来の焦点レンズ、Ｆ−θ焦点レンズまたはテレセントリック・レンズであり得る。一般的な単体化用途向けには、１００ｍｍ×１００ｍｍ以下の走査フィールドならばＦ−θ焦点レンズで十分である。この方法により、レーザビームが、異なる速度およびレーザ・パラメータにおけるパスの組み合わせを用いて基板を成形することが可能になる。代替形態では、圧縮ガス（Ｎ２／ＣＯ２）または空気とともに切断ノズルが使用され得る。これによって、ユニットの高速の単体化が１つのパスで可能になる。
【００６０】
レーザは、低コストであり、必要な保守がなく／最小限で、切断処理に関する他の基準を満たすので、本発明の好ましい方法では切断のためにレーザを使用する。しかしながら、切断の手法は、高品質のエッジを有する基板を効率的に生産するための努力を含むべきである。
【００６１】
基板のエッジ品質の最適化のために、周辺の加熱は最小限にするべきである。これは、材料に対してアブレーション閾値を超えて出力されるレーザパワーの合計の割合を最大化することを意味する。これをするやり方の１つは、短いパルス持続時間を有するレーザおよび高速の立ち上り時間を有するパルスを使用することである。各パルスによって生じる熱は小さく、次のパルスが達する前に放散するだけの時間がある。この点に関して、パルスレーザは連続波形（ＣＷ）レーザではないのが好ましい。パルスレーザは、ナノ秒（ｎｓ）近赤外（ＮＩＲ）レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはファイバレーザなど）またはパルス幅調整可能なｎｓ  ＮＩＲレーザ（１ナノ秒から５００ナノ秒のパルス幅など）であり得、１０〜２００ワットの電力を有する。レーザはマルチラインかつ多層処理において与えられ得る。
【００６２】
単体化処理は、材料を除去するためにレーザ・ソフト・アブレーション技術を使用することができる。高度なエッジ品質を達成するには、単体化の正確なニーズのためにいくつかのレーザ・パラメータを最適化する必要がある。パラメータは、レーザパルス持続時間、パルスレート、ドウェル時間、レーザパワー、モード品質および切断を含む。単体化処理は周期的パラメータ変更を用いて改善され得る。高い繰返し率の「洗浄パス」によって、切り溝の仕上げを改善することができる。
【００６３】
周辺の熱的影響の制限に関して、レーザパルスの空間閉じ込めは時間的閉じ込めと同じくらい重要であり得る。拡散域ではなく、小さく強いスポットに合焦することができるレーザビームを使用することが決定的であり得る。このタイプのスポットは、横電磁（ＴＥＭ００）単一モード出力を生じるようにレーザを設計することによって得られ、ビームは電力ピークが中央にある円形断面を有する。レーザに関する通則として、電力が増加するにつれて、高いモード品質を保つことがますます困難になる。しかしながら、単体化は、機械的ソーイングに匹敵する速度および費用効果を提供するために比較的高い電力レベルを必要とする可能性がある。そのため、レーザは、ＴＥＭ００出力とともにこの高い電力レベルを提供するために、念入りに設計する必要がある。
【００６４】
高いパルス繰返し率も望ましい。これによって、点線切断を生じることなく、材料にわたるレーザビームの高速掃引が可能になる。パッケージ単体化については、繰返し率が１０ｋＨｚ未満であると処理速度が制限されることになる。このため、１０ｋＨｚよりも高いパルス繰返し率の単体化レーザを使用するのが好ましい。
【００６５】
原理的に、レーザは、１回の切断で、１ｍｍの総厚みでさえパッケージ全体を切り離すことができる。しかし、これを実現するのに必要なドウェル時間が、有害な熱的影響（すなわち粗い燃焼エッジ）を引き起こすおそれがある。複数の順次の切断を使用することによって、より優れた結果を得ることができる。たとえば、１ｍｍまたは１．２ｍｍなどそれ以上の厚さのパッケージに対して高いスループットとエッジ品質の最適の組み合わせを提供するのに、複数のパスが理想的であり得る。
【００６６】
〔実施例〕
〔ＯＬＧＡを取り付けられたインタポーザの単体化〕
図６Ａは、ＯＬＧＡを取り付けられたインタポーザのストリップ・パッケージをレーザ単体化するための一例を表す。樹脂モールド（すなわち基板）をパッケージへと単体化するために１００ナノ秒（ｎｓ）のパルスＮＩＲファイバレーザが使用される。上記で説明されたようにレーザの複数の走査が使用される。この例では３つの走査（すなわちライン）が使用されている。基板が個々のパッケージに分離されるまで、それぞれの走査によって、より滑らかでより完全な単体化ストリート３１５がもたらされる。
【００６７】
第１の走査は、１６Ｗの電力、３００ｍｍ／ｓの速度および１５０ＫＨｚの周波数で遂行される。単体化の結果が図６Ｂに表されている。単体化ストリート３１５に沿って直線の清浄な溝が形成されている。第２のステップは、２８Ｗの電力、５００ｍｍ／ｓの速度および１５０ＫＨｚの周波数で遂行される。単体化の結果が図６Ｃに示されている。ステップ２のエッジ燃焼なしで特定の切断深さが生成される。
【００６８】
第３のステップは、６８Ｗの電力、７５０ｍｍ／ｓの速度および１５０ＫＨｚの周波数で遂行される。単体化の結果が図６Ｄに示されている。単体化ストリート３１５に沿って直線の清浄な溝が形成されている。第４のステップは、４５Ｗの電力、７５０ｍｍ／ｓの速度および２００ＫＨｚの周波数で遂行される。単体化の結果が図６Ｅに示されている。最終的な単体化ステップが完了し、その結果、基板が、図６Ｆに示されるようにより小さいパッケージに分離される。３２０には、パッケージの下面図がパッケージ３２５の上面図とともに示されている。
【００６９】
図６Ｇは、単体化の後の個々のパッケージのエッジを表す。チップは清浄な頂面および清浄で直線の側壁を有する。
【００７０】
〔レーザの選択〕
レーザは、信頼できて、コスト効率が良く、切断処理に十分に適合するべきである。ＣＷレーザではなくパルスレーザが使用される。たとえば、ナノ秒ＮＩＲファイバレーザまたは１０〜２００ワットの電力を有するパルス幅調整可能なｎｓ  ＮＩＲファイバレーザが使用され得る。Ｎｄ：ＹＡＧレーザなど他のタイプのレーザも使用され得る。
単体化処理
【００７１】
レーザ・ソフト・アブレーションは、マルチライン、多層処理とともに使用され得る。パラメータを周期的に変化させると、処理の速度およびパッケージの品質を改善することができる。さらに、高い繰返し率の「洗浄パス」によって、切り溝の仕上げを改善することができる。
【００７２】
本発明が、特定の実施形態および用途の観点から、要約された形態と詳述された形態の両方において説明されてきたが、これらの説明は、本発明の範囲を、いかなるそのような実施形態および用途にも限定するようには意図されておらず、本明細書で説明された方法およびシステムならびにそれらの運用の、説明された実施形態、用途および詳細における多くの置換、変更、および変形形態が、この発明の趣旨から逸脱することなく当業者によってなされ得ることが理解されるであろう。
【図１】
2020534670.tif 000003
【図２Ａ】
2020534670.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
2020534670.tif 000011
【図６Ｂ】
2020534670.tif 000012
【図６Ｃ】
2020534670.tif 000013
【図６Ｄ】
2020534670.tif 000014
【図６Ｅ】
2020534670.tif 000015
【図６Ｆ】
2020534670.tif 000016
【図６Ｇ】
2020534670.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月21日(2019.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアブレーション処理によってポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板をパッケージへと単体化するためのシステムであって、
前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を予熱するためのホットプレートを備えるバッファ・ステーションと、
レーザと、
前記ポリマー樹脂化合物を保持するための治具からなり、
前記レーザが、前記治具に埋め込まれているトレンチに沿って切断し、
前記治具が、内部管系を有するベース板を通して液体を循環させることによって冷却される、システム。
【請求項２】
前記トレンチが約１〜３センチメートルの深さおよび１ミリメートル以上の幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トレンチが０．５ｍｍ以上の幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
真空圧が、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を前記治具に保持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザが、１０ｋＨｚ以上の繰返し率のパルスレーザである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記バッファ・ステーションが、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板が予熱後の形態を保つように、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を急速に冷却するための高速冷却ガス用ガス抽出機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
圧縮空気またはガスの供給源が、圧縮空気またはガスを前記レーザの方向へ強制放出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
レーザ切断処理によってポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板をパッケージへと単体化する方法であって、
ホットプレートを備えるバッファ・ステーションにおいて前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を予熱するステップと、
前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を切断治具に載せるステップと、
真空引きして、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を前記切断治具に固定するステップと、
パルスレーザを作動させて、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を、前記切断治具に埋め込まれている一連のトレンチに沿って切断するステップと、
前記切断治具のベース板を通して液体を循環させて、前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を冷却するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記ポリマー樹脂モールド化合物ベースの基板を、予熱後の形態を保つように、前記切断治具に載せる前に高速冷却ガスを噴射して冷却する追加のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
加圧された空気またはガスを前記レーザの方向に放出して、前記レーザによって融除された領域を冷却する追加のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
加圧された空気またはガスを前記レーザの方向に放出してデブリを除去する追加のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記切断治具のエッジに沿った１つまたは複数の排出開口を通してデブリおよび／または煙霧を排出する追加のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記パッケージを前記切断治具から除去して洗浄ステーションへ移動する追加のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【国際調査報告】
2020534670.tif 000018
2020534670.tif 000019
2020534670.tif 000020
2020534670.tif 000021