KR20080092935A - 클립리스 및 와이어리스 반도체 다이 패키지 및 그제조방법 - Google Patents

클립리스 및 와이어리스 반도체 다이 패키지 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

반도체 다이 패키지를 제조하는 방법이 개시된다. 어떠한 실시예들에서는, 상기 방법은 리드 표면을 가지는 적어도 하나의 리드 구조를 포함하는 리드프레임 구조를 사용하는 단계를 포함한다. 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 반도체 다이는 리드프레임 구조 상에 부착된다. 반도체 다이의 제1 표면은 실질적으로 리드 표면에 평면을 이루고 그리고 반도체 다이의 제2 표면은 리드프레임 구조에 연결된다. 적어도 하나의 리드 구조를 반도체 다이에 전기적으로 연결하기 위하여 도전성 물질층은 리드 표면 및 반도체 다이의 제1 표면 상에 형성된다.
반도체 다이 패키지, 리드 표면, 리드 구조, 리드프레임 구조, 반도체 다이

Description

클립리스 및 와이어리스 반도체 다이 패키지 및 그 제조방법{CLIPLESS AND WIRELESS SEMICONDUCTOR DIE PACKAGE AND METHOD FOR MAKING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 반도체 다이 패키지들 및 반도체 다이 패키지들의 제조 방법들에 관련된다.
많은 반도체 다이 패키지들이 존재한다. 많은 반도체 패키지들은 반도체 다이 상의 소스 및 게이트 영역들을 리드프레임 상의 소스 및 게이트 리드들로 전기적으로 연결하기 위하여 와이어들을 사용한다. 많은 다른 반도체 패키지들은 외부 단자들로 외부 연결들을 형성하는 와이어들 대신에 크립들을 사용한다. 그러한 반도체 다이 패키지들은 보통 “와이어리스” 패키지들로 언급된다. 일반적인 와이어리스 패키지는 반도체 다이로 부착되는 클립을 포함한다. 단자 연결들을 위한 와이어들을 사용하는 반도체 다이 패키지들보다 더 좋은 열적 및 전기적 특성들을 가지기 때문에 와이어리스 반도체 다이 패키지들이 일반적으로 선호된다.
클립 본딩된 반도체 패키지들이 유용한 동안, 개선들이 이루어졌다. 예를 들어, 클립 본딩을 필요로 하는 반도체 패키지 플랫폼들의 고비용이 하나의 문제점이다. 클립의 비용은 리드프레임의 비용만큼 높을 수 있다. 더욱이, 클립 본딩은 비싼 맞춤형 클립 본더(bonder)들 및 페이스트 디스펜서 시스템을 필요로 한다. 클립 본딩된 패키지들은 따라서 매우 높은 물질 및 제조 비용들을 가진다.
클립 본딩에 존재하는 다른 문제점은 클립 및 반도체 다이 사이에 일정하지 않거나 불규칙적인 양의 솔더를 적용하는 문제점이다. 다이 및 클립 사이에 일정하지 않거나 불규칙적인 양의 솔더가 사용될 때, 결과적인 패키지들은 낮은 성능을 나타낼 수 있다. 그리고, 마이크로리드 패키지(MLP) 구성성분들의 피쳐 사이즈들이 점점 더 작아짐에 따라, 식각된 그리고 반-식각된 프레임 기술의 치수 공차 성능들 및 금속-금속 여유(clearance)에 의해 디자인들이 제한된다.
본 발명의 실시예들은 앞에서의 문제점들 및 다른 문제점들을 개별적으로 그리고 집합적으로 언급한다.
본 발명의 실시예들은 반도체 다이 패키지들 및 반도체 다이 패키지들의 제조 방법들에 관련된다. 본 발명의 어떠한 실시예들은 마이크로리드 패키지들(MLP)에 관련된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 작은 아웃라인(SO) 패키지들과 같은, 다른 타입들의 반도체 다이 패키지들로 연장될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 반도체 다이 패키지의 제조 방법에 관련되는데, 상기 방법은 리드 표면을 가지는 적어도 하나의 리드 구조를 포함하는 리드프레임 구조를 구현하는 단계; 상기 리드프레임 구조에 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 반도체 다이를 부착(attach)하는 단계, 여기에서 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면은 상기 리드 표면과 실질적으로 평평하고(planar) 상기 반도체 다이의 상기 제2 표면은 상기 리드프레임 구조에 연결되며; 및 상기 적어도 하나의 리드 구조를 상기 반도체 다이에 전기적으로 연결(couple)하기 위하여 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면 및 상기 리드 표면 상에 전도성 물질층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 리드 표면을 가지는 적어도 하나의 리드 구조를 포함하는 리드프레임 구조; 상기 리드프레임 구조 상에 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 반도체 다이, 여기에서 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면은 상기 리드 표면과 실질적으로 평평하고(planar) 상기 반도체 다이의 제2 표면은 상기 리드프레임 구조와 연결되는; 및 상기 반도체 칩의 상기 제1 표면 및 상기 리드 표면 상에 있으며 그리고 상기 적어도 하나의 리드 구조와 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면을 연결하는 전도성 막;을 포함하는 반도체 다이 패키지에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 도해하는 플로우차트를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조의 측단면도를 도시한다.
도 2aa는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조의 평면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 2bb는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 2c는 몰딩 물질을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 2cc는 몰딩 물질을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 2d는 몰딩 물질 및 전도성 물질층을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 2dd는 몰딩 물질 및 전도성 물질층을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 2e는 몰딩 물질 및 전도성 물질층 및 그 위에 덮는 솔더 페이스트 층을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 2ee는 몰딩 물질 및 전도성 물질층 및 그 위에 덮는 솔더 페이스트 층을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법을 도해하는 플로우차트를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4aa는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4bb는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4c는 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4cc는 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4d는 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4dd는 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4e는 소스 연결을 위한 전도성 물질층 및 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4ee는 소스 연결을 위한 전도성 물질층 및 비전도성 마스크를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4f는 소스 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층 및 게이트 연결을 위한 와이어 본드를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4ff는 소스 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층 및 게이트 연결을 위한 와이어 본드를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4g는 소스 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층, 게이트 연결을 위한 와이어 본드 및 반도체 패키지 상에 밀봉제를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4h는 소스 및 게이트 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층의 연속적인 스트립을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 4hh는 소스 및 게이트 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층의 연속적인 스트립을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4i는 소스 및 게이트 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층의 두 개의 스트립 및 위에 덮는 솔더 페이스트를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다. 도 4ii는 소스 및 게이트 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층의 두 개의 스트립 및 위에 덮는 솔더 페이스트를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 평면도를 도시한다.
도 4j는 소스 및 게이트 연결을 위한 비전도성 마스크, 전도성 물질층의 두 개의 스트립, 위에 덮는 솔더 페이스트 및 반도체 패키지 상을 덮는 밀봉제를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 변경된 반도체 다이의 측단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 평면도를 도시한다.
도 5b는 몰딩 물질을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 평면도를 도시한다.
도 5c는 몰딩 물질 및 전도성 물질을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 평면도를 도시한다.
도 5d는 몰딩 물질, 전도성 물질층 및 위에 덮는 솔더 페이스트층을 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 평면도를 도시한다.
도 5e는 몰딩 물질, 전도성 물질층, 위에 덮는 솔더 페이스트층 및 반도체 패키지를 덮는 밀봉제를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 평면도를 도시한다.
도 5f는 몰딩 물질, 전도성 물질층, 위에 덮는 솔더 페이스트층 및 반도체 패키지를 덮는 밀봉제를 가지는 리드프레임 구조 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 포함하는 멀티-다이 플랫폼의 측단면도를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 와이어-본딩된 패키지에 대한 클립-본딩된 패키지의 이점들을 유지하면서 완전하게, 또는 실질적으로 완전하게 패키지 내에 클립리스 및 와이어리스 내부배선(interconnection)을 제공함으로써 상기 문제점들 및 다른 문제점들을 언급한다. 그러한 이점들은 낮은 온-저항(RDSon) 및 높은 전류-수반 능력들을 포함한다.
그러한 패키지의 다른 이점들은 완전하게 또는 실질적으로 완전하게 클립리스 및 와이어리스 플랫폼들의 낮은 비용이다. 클립의 비용이 실질적으로 리드프레임 구조의 비용만큼 높기 때문에, 클립리스 패키지는 반도체 다이 패키지들에 대한 플랫폼들의 물질 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다. 더욱이, 클립 본딩은 비싼 고객 제조 클립 본더들 및 페이스트 디스펜서 시스템들을 필요로 하는데 반하여, 본 발명의 실시예들은 단지 표준적인 스크린 프린터를 사용할 수 있다. 따라서, 제조 비용들은 또한 감소된다. 따라서, 존재하는 스탠다드 패키지들에 대한 드롭-인 대체와 관련된 비용들이 또한 감소된다.
본 발명의 일실시예에 따른 와이어리스 및 클립리스 패키지는 반도체 다이 내의 전기적 소자 내에 입력 및/또는 출력 단자들을 동류의 리드프레임 구조로 연결하기 위하여 필요한 와이어들 또는 클립 구조들을 사용하지 않거나 또는 그 갯수를 실질적으로 줄인다. 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 다이 패키지에서는, 클립 또는 와이어 본드들 대신에, 반도체 다이 패키지는 리드프레임 구조 내의 적어도 하나의 리드 구조를 반도체 다이 내의 단자들에 전기적으로 연결하기 위하여 반도체 다이 및 리드프레임 구조의 위에(over) 전도성 물질층을 포함한다.
도. 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 공정 플로우를 도해하는 플로우차트를 도시한다. 상기 플로우차트 내의 각 단계는 도. 2a - 2ee에서 아래에서 더욱 상세하게 기술된다.
우선, 도. 1의 단계 1(a)에 의해 나타낸 것처럼 리드프레임 구조가 제공된다. “리드프레임 구조”라는 용어는 리드프레임으로부터 유래되는 구조 또는 리드프레임과 동일한 구조를 언급할 수 있다. 도 2a는 리드프레임 구조(20)의 단면도를 도시하며, 도 2aa는 리드프레임 구조(20)의 상면도를 도시한다. 각각의 리드프레임 구조는 리드 표면들(20(a)), 및 다이 어태치 영역(20(b))을 가지는 두 개 또 는 그 이상의 리드들을 포함할 수 있다. 상기 리드들은 다이 어태치 영역(20(b))에서 측방향으로 신장한다. 단일 리드프레임 구조는 게이트 리드 구조(20(c)), 및 소스 리드 구조(20(d))를 포함할 수 있다. 도 2aa에서, G, S 및 D의 예시적인 지정은 게이트, 소스 및 드레인 리드 핑거들을 각각 언급한다. 게이트 및 소스 리드 핑거들 및 구조들은 결국 형성되는 반도체 패키지에서 서로간에 전기적으로 절연된다.
리드프레임 구조(20)는 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 리드 프레임 구조 물질들은 구리, 알루미늄, 금, 등, 및 이들의 합금들과 같은 금속들을 포함한다. 리드프레임 구조들은 또한 금, 크롬, 은, 팔라듐, 니켈 등의 도금된 층들과 같은 도금된 층들을 포함할 수 있다. 리드프레임 구조(20)는 약 1mm 보다 작은(예를 들어, 약 0.5 mm 보다 작은) 두께를 포함하는, 임의의 적절한 두께를 또한 가질 수 있다.
리드프레임 구조는 상기 리드프레임 구조의 리드들 또는 다른 부분들을 형성하기 위하여 통상적인 공정들을 사용하여 식각되며 그리고/또는 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 리드프레임 구조는 소정의 패턴을 형성하기 위하여 연속적인 전도성 시트(sheet)를 식각함으로써 형성될 수 있다. 식각 이전에 또는 이후에, 상기 리드프레임 구조들의 상기 리드들의 상기 리드 표면들에 대하여 상기 리드프레임 구조의 다이 어태치 표면이 다운세트(downset)되도록, 상기 리드프레임 구조들은 또한 스탬핑 될 수 있다. 스탬핑(stamping)이 사용된다면, 상기 리드프레임 구조는 타이-바(tie-bar)들에 의해 연결되는 리드프레임 구조들의 어레이에서 많은 리드프레임 구조들 중의 하나일 수 있다. 리드프레임 구조 어레이는 리드프레임 구조들을 다른 리드프레임 구조들에서 분리하기 위하여 절단될 수 있다. 절단의 결과로, 소스 리드 및 게이트 리드와 같은 최종 반도체 다이 패키지 내의 리드프레임 구조의 부분들은 서로간에 전기적으로 그리고 기계적으로 연결되지 않을 수 있다. 따라서, 리드프레임 구조는 연속적인 금속 구조 또는 불연속적인 금속 구조일 수 있다.
리드프레임 구조가 구현(obtain)된 이후에, 도. 1의 단계 1(b)에 의해 나타난 것처럼, 적어도 하나의 반도체 다이가 리드프레임 구조 상에 장착(mount)되고 부착(attach)된다. 도 2b는 리드프레임 구조(20) 상에 장착되는 제1 표면(32a) 및 제2 표면(32b)을 가지는 반도체 다이(30)를 도시한다. 반도체 다이 패키지의 제2 표면(32b)은 리드프레임 구조(20)의 다이 어태치 영역(20(b))에 근접(proximate)한다. 리드프레임 구조(20)의 다이 어태치 영역(20(b))에서 반도체 다이(30)를 리드프레임 구조(20)에 부착하기 위하여 임의의 적절한 접착제(adhesive) 또는 솔더가 사용될 수 있다.
반도체 다이(30)는 반도체 다이(30)의 제1 표면(32a)에서 게이트 영역(30(a)) 및 소스 영역(30(b))을 포함할 수 있으며, 그리고 반도체 다이(30)는 반도체 다이(30)의 제2 표면(32b)에서 드레인 영역(30(c))을 포함할 수 있다. 게이트 영역(30(a)) 및 소스 영역(30(b))은 도. 2bb의 평면도에서 도시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 도. 2b에서 점선에 의해 도시된 것처럼, 반도체 다이(30)의 제1 표면(32a)은 리드프레임 구조(20)의 리드 표면(20(a))과 실질적으로 동일 평면(coplanar)이다.
반도체 다이(30)는 임의의 적절한 반도체 소자일 수 있다. 적절한 소자들은 수직 또는 수평 소자들을 포함할 수 있다. 수직 소자들은 전류가 다이를 통하여 수직으로 흐를 수 있도록 적어도 다이의 일측면에서 입력(input)을 가지고 다이의 타측면에서 출력(output)을 가진다. 수평 소자들은 전류가 다이를 통하여 수평으로 흐를 수 있도록 다이의 일측면에 적어도 하나의 입력을 그리고 다이의 동일한 측면에 적어도 하나의 출력을 포함할 수 있다. 예시적인 수직 전력 소자들은 미국 특허 출원 번호 6,274,905 및 6,351,018에서 기술될 수 있는데, 상기 두 출원들은 본 출원과 동일한 양수인에게 양도되고, 그리고 상기 두 출원은 모든 목적을 위하여 전체로 인용되어 여기에서 통합된다.
수직 전력 트랜지스터들은 VDMOS 트랜지스터들 및 수직 바이폴라 트랜지스터들을 포함한다. VDMOS 트랜지스터는 확산에 의하여 형성된 두 개 이상의 반도체 영역들을 가지는 MOSFET이다. 그것은 소스 영역, 드레인 영역 및 게이트를 가진다. 상기 소자는 소스 영역 및 드레인 영역이 반도체 다이의 대향하는(opposite) 표면들에 위치한다는 점에서 수직이다. 게이트는 트렌치(trenched) 게이트 구조 또는 평면(planar) 게이트 구조일 수 있으며, 소스 영역과 동일한 표면에서 형성된다. 트렌치 게이트 구조들이 평면 게이트 구조들보다 더 좁고 공간을 덜 차지하기 때문에 트렌치 게이트 구조들이 바람직하다. 동작 중에, VDMOS 소자에서 소스 영역에서 드레인 영역으로 전류의 흐름은 실질적으로 다이 표면들에 수직이다.
다이 어태치 영역(20(b))에서 반도체 다이(30)가 리드프레임 구조(20)에 부착된 이후에, 본 발명의 두 개의 바람직한 실시예들이 아래에서 반도체 다이 패키지의 공정에 대하여 더 설명된다.
I. 공정 플로우 A
반도체 다이(30)가 리드프레임 구조(20)에 부착된 이후에, 도 1에서 단계 1(c)에 의해 나타난 것처럼, 다이(30) 및 리드프레임 구조(20)의 적어도 일부를 둘러싸면서 몰딩 물질(40)이 형성될 수 있다. 몰딩된 구조는 일반적으로 다른 구조들보다 더 낮은 휨(warpage)와 더 높은 전체 패널 강도(rigidity)를 가진다. 도 2c에서 도시된 것처럼, 제1 표면(40(a)) 및 제2 표면(40(b))을 가지는 몰딩 물질(40)은 리드프레임 구조(20)를 덮는다(cover). 일반적으로, 리드 표면(20(a))과 같은, 리드프레임 구조(20)의 적어도 하나의 표면은 몰딩 물질(40)의 제1 표면(40(a))과 실질적으로 동일면(coplanar)이다. 도 2c에서 도시된 바람직한 실시예에서, 반도체 다이(30)의 제1 표면(32a)은 또한 리드 표면(20(a)) 및 몰딩(40)의 제1 표면(40(a))과 동일한 평면을 공유한다. 도 2cc에서 도시된 몰딩된 구조는 또한 반도체 다이(30)의 게이트 영역(30(a)) 및 소스 영역(30(b))의 표면들 및 게이트 리드 구조(20(c)) 및 소스 리드 구조(20(d))의 표면들이 모두 공통의 평면들을 공유하고 몰딩 물질(40)을 통과하여(through) 노출되는 것을 나타낸다.
막 또는 테이프-보조 트랜스퍼(a film or tape-assisted transfer) 몰딩 공정을 포함하는 임의의 적절한 몰딩 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어, 테이프-보조의, 단일-면 몰딩 공정에서, 리드프레임 구조(30) 및 반도체 다이(30)는 테이프 구조의 접착면에 접착(adhere)된다. 이러한 결합체는 그 다음에 몰드의 몰드 캐버티(cavity)에 위치시킨다. (액상 또는 반액상 형태의) 몰딩 물질(40)이 그 다음에 리드프레임 구조(20) 하의 몰딩 챔버 내로 도입되며, 몰딩 물질(40)은 위쪽으로 통 과하여 리드프레임 구조(20) 내의 좁은 틈(interstice)들을 충진한다. 몰딩 물질이 고상화되면, 테이프 구조, 리드프레임 구조(20), 및 몰딩 물질(40)이 상기 챔버로부터 제거될 수 있다. 여분의 몰딩 물질은 그것이 고상화되기 이전에 또는 이후에 테이프 구조의 반대 방향의 리드프레임 구조(20)의 면으로부터 제거될 수 있다. 그 다음에 테이프 구조는 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)로부터 분리될 수 있다. 리드 구조들(20(c) 및 20(d)) 및 다이 영역들(30(a) 및 30(b))과 같은, 테이프 구조와 접촉하는 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)의 표면들은 고상화된 몰딩 물질(40)을 통과하여 노출된다. 다른 실시예들에서는, 두 개의 몰딩 다이들이 테이프-보조 공정 대신으로 사용될 수 있다.
리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)를 몰딩 물질(40)로 몰딩한 이후에, 디바(debar), 디플래시(deflash) 및 디정크(dejunk) 공정들이 수행될 수 있다. 종래 기술에서 알려진 디플래시 및 디정크 공정들은 여분의 몰딩 물질을 제거하기 위하여 사용될 수 있다.
몰딩 물질(40)은 비페닐-계 물질들 및 다기능, 교차 결합된 에폭시 수지 화합물 물질들과 같은, 몰딩을 위하여 임의의 적합한 물질일 수 있다. 리드프레임 구조(20)의 리드 구조들(20(c) 및 20(d))이 몰딩 물질(40)을 지나서 측방향 외부로 신장하지 않는다면, 반도체 패키지는 “리드리스(leadless)" 패키지로 생각될 수 있다. 리드프레임 구조(20)의 리드 구조들(20(c) 및 20(d))이 몰딩 물질(40)을 지나서 신장한다면, 그렇다면 반도체 패키지는 “리디드(leaded)" 패키지일 수 있다.
반도체 다이(30)가 리드프레임 구조(20)에 부착된 이후에, 반도체 다이(30) 의 상부 표면(32a) 및/또는 하부 표면(32b)은 리드 구조들(20(c) 및 20(d))와 같은, 리드프레임 구조의 전도성 영역들에 전기적으로 연결될 수 있다. 일반적으로, 반도체 다이(30) 및 리드프레임 구조의 전도성 부분들은 함께 와이어 본딩되어 왔다. 대신, 전도성 클립들이 반도체 다이(30)를 리드프레임 구조(20)의 전도성 부분들에 전기적으로 연결하기 위하여 사용되어져 왔다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예들은 와이어 본딩 또는 전도성 클립들의 필요성을 함께 제거한다.
그 대신에, 본 발명의 실시예들에서, 반도체 다이(30) 및 리드 구조들(20(c) 및 20(d)) 사이의 전기적 연결은, 도 1의 단계 1(d)에 의해 나타난 것처럼, 몰딩(40)을 통과하여 노출된 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)의 부분들 위의(over) 전도성 막 또는 전도성 물질층에 의해 제공된다. 도 2d에서 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 전도성 물질 막 또는 층(50)은 공통의 평면을 공유하는 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)의 노출된 표면과 더불어 몰딩된 구조를 덮는다(coat). 전도성 물질(50)은 리드프레임 구조(20), 반도체 다이(30) 및 몰딩 물질(40)과 접촉하는 외부의 제1 표면(50(a)) 및 제2 표면(50(b))을 가진다. 전도성 물질(50)은 어떠한 실시예들에서 제1 전도층을 형성할 수 있다.
전도성 물질 막 또는 층(50)은 다양한 방법들로 형성될 수 있다. 예시적인 막 형성 공정은 스크린 프린팅, 기상 증착, 롤러 코팅, 스핀 코팅, 커튼 코팅 등을 포함한다. 부가적(additive)이거나 공제하는(subtractive) 공정들이 또한 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전도성 물질(50)이 마스크를 통하여 증착되거나 또는 적용되기 이전에, 작업 표면 또는 테이프 상에 몰딩된 구조가 배치될 수 있다. 도 1의 단계 1(e)에 의해 나타난 것처럼, 그 다음에 전도성 물질(50)은 큐어링된다. 전도성 물질(50)이 고상화될 때, 상기 마스크는 그 때에 상기 몰딩된 구조에서 제거될 수 있거나 또는 벗겨질(peel) 수 있다. 상기 마스크에 의해 이전에 덮여졌던 리드프레임 구조(20)의 부분들은 전도성 물질(50)이 없을 수 있고 따라서 고상화된 전도성 물질(50)에 의해 노출될 수 있다. 스크린 프린팅에 의해 노출된 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30)의 부분들은, 도 2dd에서 도시된 것처럼, 소스 리드 구조(20(d)) 및 반도체의 소스 영역(30b)의 일부를 포함한다. 반도체 다이(30) 및 소스 리드 구조(20(d))의 노출된 부분들은 전도성 물질(50)의 밑에 있는 표면들에 직접 부착하기 위하여 후속의 솔더 프린팅 또는 전기도금을 허용할 수 있고, 따라서 전도성 물질(50) 상으로 고착될 수 있다. 이것은 전기적 연결의 신뢰성을 증가시키고 전기적 연결의 저항을 감소시킬 수 있으며 그리고 또한 전도성 트레이스의 단면적을 증가시킨다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전도성 물질(50)은 후속의 솔더 프린팅 및/또는 전기도금을 위한 시드층 또는 접착층으로서 작용한다. 도 1의 단계 1(f)-1(h)에 의해 나타난 것처럼, 후속의 솔더 프린팅, 솔더 리플로우, 및 전기도금 공정들이 반도체 다이(30) 및 리드 구조들(20(c) 및 20(d)) 사이의 접촉 전기적 성능을 더욱 개선시킬 수 있다. 후속의 솔더 페이스트를 이용한 프린팅이 도 2e 및 2e‘에서 도시된다. 솔더 페이스트(60)가 전도성 물질(50) 상에서 고착되고 더욱 신뢰할 수 있는 전기적 연결을 제공할 수 있도록 솔더 페이스트(60) 커버리지(coverage)는 전도성 물질(50)의 커버리지보다 더 클 수 있다. 솔더 페이스트 층(60)은 어떠한 실시 예들에서는 제2 전도층을 형성할 수 있다. 도시된 것처럼, 게이트 및 소스 연결들에 각각 해당하는 두 개의 분리된 솔더 영역들이 존재한다.
전도성 물질층(50) 및 솔더 페이스트 층(60)은 임의의 적절한 두께들을 가질 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질층(50)의 두께는 어떠한 실시예들에서는 약 50 미크론 보다 더 작을 수 있다. 솔더 페이스트 층(60)의 두께는 어떠한 실시예들에서는 약 100 미크론 보다 더 작을 수 있다.
반도체 패키지의 에지들 주변에 노출된 몰드를 유지하기 위하여, 전도층(50), 후속의 솔더 페이스트(60) 및/또는 전기도금의 커버리지는 리드프레임(20), 반도체 다이(30) 및 몰딩(40)의 몰딩된 구조의 크기보다 더 작을 수 있다. 이것은 보드 장착 동안 솔더 브릿지를 방지할 수 있다.
전도층(50) 및 후속의 솔더층(60) 및/또는 전기도금층에 의해 반도체 다이(30)가 게이트 및 소스 리드 구조들에 전기적으로 연결된 이후에, 밀봉 물질(미도시)이 전체 반도체 다이 패키지 상에 걸쳐 증착될 수 있다. 상기 밀봉(encapsulating) 물질은 비페닐 물질들, 및 다기능 교차 결합된 에폭시 수지 화합물과 같은, 앞에서 설명한 몰딩 물질과 동일한 타입의 물질이거나 다른 타입의 물질를 포함할 수 있다. 어떠한 실시예들에서는, 밀봉 물질은 몰딩 물질과 다를 수 있다. 임의의 적절한 밀봉 물질이 사용될 수 있다.
II . 공정 플로우 B
도 3은 본 발명의 대안의 바람직한 실시예에 따른 예시적인 공정 플로우를 도해하는 플로우차트를 도시한다. 플로우차트 내의 각각의 단계는 도 4a 4j'에 대 해서, 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
단계 3(a)에 의해 나타나는, 리드프레임 구조(20)를 제공하는 단계 및 단계 3(b)에 의해 나타나는, 리드프레임 구조(20) 상에 반도체 다이(30)를 부착하는 단계에서 앞에서 상세하게 설명된 공정 플로우 A의 단계들과 동일한 공정 단계들을 도 4a 및 4aa는 도시한다. 반도체 다이(30)는 제1 표면(32a) 및 제2 표면(32b)을 가지며, 상기 제2 표면(32b)은 리드프레임 구조(20)에 근접(proximate)하고 제1 표면(32a)은 리드 표면(20(a))과 공통의 평면을 가진다. 도 4b 및 4bb는 게이트 및 소스를 다이 에지 여유(die edge clearance)까지 증가시킨 변경된 반도체 다이를 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 4bb는 변경된 반도체 다이(30)의 변경된 게이트 및 소스 영역들(38)의 평면도를 도시한다.
반도체 다이(30)가 리드프레임 구조(20)에 부착된 이후에, 도 2c에서 도시된 것처럼 공정 플로우 A에서 자세하게 설명된 몰딩 단계는 수행되지 않는다. 대신에, 도 3의 단계 3(c)는 반도체 다이(30) 및 리드프레임 구조(20) 사이의 갭(gap)이 비전도성 물질에 의해 덮여지는 것을 나타낸다. 이러한 단계는 도 4c-4d에서 도시된 것처럼 리드 표면(20(a)) 및 반도체 다이의 제1 표면(32a) 사이의 갭을 덮어 걸치는(over) 테이프 또는 접착제를 배치하거나 또는 솔더 마스크를 프린팅함으로써 구현될 수 있다. 비전도성 마스크 또는 테이프(70)는 반도체 다이(30) 및 리드프레임 구조의 표면(20(a)) 사이의 갭을 통하여 후속의 전도성 물질이 흘러가는 것을 방지한다.
도 4c 및 4cc에서 도시된 실시예에서, 솔더 마스크, 비전도성 접착제 또는 테이프 어플리케이션(70)은 반도체 다이(30)의 소스 영역(30(b)) 및 소스 리드 구조(20(d)) 사이의 갭을 덮는다. 이러한 방법은 존재하는 반도체 다이들의 사용을 허용한다. 도 4d 및 4dd에서 도시된 다른 실시예는 도 4b 및 4bb의 변경된 반도체 다이를 도시한다. 솔더 마스크, 비전도성 접착제 또는 테이프 어플리케이션(70)은 변경된 반도체 다이 실시예에 대한 변경된 게이트 및 소스 영역들(38)을 덮는다.
솔더 마스크 또는 비전도성 접착제(70)가 디스펜싱 또는 적용된 이후에, 도 3의 단계 3(d) 및 3(e)에 의해 나타난 것처럼, 반도체 패키지 위에 전도성 물질이 프린트되고 큐어링된다. 도 4e 및 4ee는 전도층(80)이 리드프레임 구조(20) 및 반도체 다이(30) 사이의 소스 연결을 제공하는 것을 도시한다. 전도성 물질(80)이 반도체 다이와 리드들 사이의 전기적 연결을 제공하기 위하여, 반도체 다이(30)의 소스 영역(30(b)), 비전도성 물질(70) 및 소스 리드 표면(20(d)) 상에 증착되거나 또는 적용된다. 전도성 물질(80)은 공정 플로우 A에서 전도성 물질 막 또는 층(50)에 대하여 앞에서 이미 설명된 것과 같은 임의의 방법들에 의해 형성될 수 있으며 그리고 임의의 물질들일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 게이트 연결은 와이어 본딩에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 와이어 본드(82)는 반도체 다이(30)의 게이트 영역(30(a))을 리드프레임 구조(20)의 게이트 리드 구조(20(c))에 전기적으로 연결하기 위하여 도 4f 및 4ff에서 도시된다. 대안의 실시예에서, 이러한 게이트 연결은 와이어 본드(82) 대신에, 도 4hh에서 도시된 것처럼, 전도성 물질 막 또는 층(84)에 의해 제공될 수 있다.
도 4h-4ii는 변경된 게이트 및 소스 영역들(38)을 가지는 변경된 반도체 구조를 도시한다. 도 4h-4hh에서 도시된 변경된 반도체 구조의 실시예에서는, 게이트 리드 구조(20(c)) 및 소스 리드 구조(20(d))를 건너는 단일 스트립으로 비전도성 층 또는 접착제(72)가 적용된다. 도 4h-4hh에서 도시된 변경된 반도체 구조의 다른 실시예에서는, 비전도성 층 또는 접착제(72)이 두 개의 스트립(74a) 및 74b)으로 적용된다. 비전도성 스트립(74a)은 게이트 리드 구조(20(c)) 및 반도체 게이트 영역(30(a)) 사이의 갭을 덮으며, 그리고 비전도성 스트립(74b)은 소스 리드 구조(20(d)) 및 반도체 소스 영역(30(b)) 사이의 갭을 덮는다.
도 3의 단계 3(f) 및 3(g)는 어떠한 실시예들에 대하여, 솔더 페이스트는 전도성 물질 상에 프린트 될 수 있고, 반도체 패키지의 전기적 특성들을 향상시키기 위하여 후속적으로 리플로우될 수 있다는 것을 나타낸다. 소스 및 게이트 연결들 상의 솔더 페이스트는 전도성 트레이스 저항을 줄이고 전류 핸들링 능력을 증가시킬 수 있다. 도 4i-f(i)'는 전도성 물질 막 또는 층(80) 상에 직접적으로 솔더 페이스트(90)이 적용되는 것을 나타낸다.
본 발명의 일실시예에서는, 전도성 물질(80)은 후속의 솔더 페이스트 프린팅 공정에 대하여 시드층 또는 접착층으로 작용할 수 있다. 솔더(90)가 전도성 물질(80) 상에 고착될 수 있도록, 도 4ii에서 도시된 것처럼 솔더 페이스트(90)의 커버리지는 전도층(80)보다 또한 더 클 수 있다. 이것은 신뢰할 수 있으며 낮은 저항의 연결의 결과로 나타날 수 있다.
마지막으로, 전도층 게이트(84)를 가지는 실시예에 대하여 도 4j에서, 그리 고 와이어 본딩된 게이트 연결(82)을 가지는 실시예에 대하여 도 4g에서 도시된 것처럼 반도체 패키지를 밀봉제(100)가 덮는다. 실시예에 관해서, 밀봉 물질은 비페닐-계 물질들 및 다기능, 교차 결합된 에폭시 수지 화합물 물질들과 같은, 동일한 타입 또는 다른 타입의 몰딩 물질을 포함할 수 있다.
도 5a-5e는 멀티-다이 플랫폼을 제공하는 공정 플로우 A에 따른 실시예의 공정 단계들을 도시한다. 예를 들어, 도 5a는 리드프레임 구조의 다른 면들 상에 장착된 두 개의 반도체 다이들을 가지는 리드프레임 구조를 도시한다. 게이트 리드 구조들은 다이의 양 면들 상에(200(a) 및 200(b)에서) 나타난다. 소스 리드 구조들은 다이의 양 면들 상에(202a 및 202b에서) 또한 존재한다. 반도체 다이(204)는 게이트 및 소스 리드 구조들(200(a) 및 202a)에 연결되고 그리고 반도체 다이(206)는 게이트 및 소스 리드 구조들(200(b) 및 202b)에 연결된다. 게이트 및 소스 리드 핑거들은 리드프레임 구조의 양 면들 상에, 각각 G 및 S에서 도시된다.
도 5b에서, 몰딩 물질(208)은 리드프레임 구조 및 반도체 다이들(204 및 206)의 부분들을 덮는다. 공정 플로우 A에 따른 것처럼, 반도체 다이의 부분들(204 및 206)이 노출된 것처럼, 리드프레임 구조의 부분들(200(a) 및 202a)이 노출된다. 도 5c는 공정 플로우 A에서 설명된 것과 동일한 방식으로 반도체 패키지 상에 전도성 물질층(210)이 프린트되고 큐어링되는 것을 나타낸다. 도 5d는 전도성 물질층(210) 상에 전기도금(212)의 층을 나타낸다. 도 5e는 전기도금층(212) 상에 밀봉제(214)를 가지는 반도체 다이를 도시한다. 도 5f는 도 5a-5e에서 도시된 공정 단계들을 거친 반도체 다이 패키지의 모든 층들의 단면을 도시한다. 도 5f에서, 노출 된 드레인 연결은 반도체 다이 패키지의 하부에서 참조번호 216에 의해 나타낸다.
여기에서 사용된 용어들 및 표현들은 한정의 용어들이 아닌 설명의 용어들로 사용되고, 도시되고 설명되는 특징들의 등가물들 또는 그들의 부분들을 배제한 용어들 및 표현들의 사용을 의도하는 것이 아니며, 다양한 변경들이 본 발명이 주장하는 권리범위 이내에서 가능하다는 것이 인식될 수있다. 더욱이, 본 발명의 임의의 실시예의 임의의 하나 또는 그 이상의 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 본 발명의 임의의 다른 실시예의 임의의 하나 또는 그 이상의 특징들과 결합될 수 있다.
앞에서 언급된 모든 특허 출원들, 특허들 및 간행물들은 모든 목적을 위하여 전체로 인용되어 여기에서 통합된다. 어떠한 것도 선행 기술로 허용되지 않는다.
본 발명에 의하면 생산성이 높은 반도체 다이 패키지들 및 반도체 다이 패키지들의 제조 방법들을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 리드 표면을 가지는 적어도 하나의 리드 구조를 포함하는 리드프레임 구조를 구현하는 단계;
    상기 리드프레임 구조에 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 반도체 다이를 부착(attach)하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 리드 구조를 상기 반도체 다이에 전기적으로 연결(couple)하기 위하여 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면 및 상기 리드 표면 상에 전도성 물질층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 반도체 다이의 상기 제1 표면은 상기 리드 표면과 실질적으로 평평하고(planar) 상기 반도체 다이의 상기 제2 표면은 상기 리드프레임 구조에 연결되는, 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 다이 및 상기 리드프레임 구조의 적어도 일부분을 둘러싸는 몰딩 물질을 몰딩하는 단계를 더 포함하며, 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면 및 상기 리드 표면이 상기 몰딩하는 단계 이후에 상기 몰딩 물질을 통과하여(through) 노출되는, 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리드 구조 및 상기 반도체 다이 사이의 갭(gap)을 덮는(over) 상기 리드프레임 구조 상의(on) 비전도성 물질의 마스크를 배치(place)하는 단계를 더 포함하는 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도층을 덮는(over) 솔더 페이스트 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 전기도금을 사용하여 상기 전도성 물질층 상에 제2 전도층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 전기도금을 사용하여 상기 전도성 물질층 상에 제2 전도층을 형성하는 단계 및 상기 제2 전도층 상에 보호 물질층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 다이 패키지의 제조방법.
  7. 리드 표면을 가지는 적어도 하나의 리드 구조를 포함하는 리드프레임 구조;
    상기 리드프레임 구조 상에 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 반도체 다이; 및
    상기 반도체 다이의 상기 제1 표면 및 상기 리드 표면 상에 있으며 그리고 상기 적어도 하나의 리드 구조와 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면을 연결하는 전도성 막;을 포함하고,
    상기 반도체 다이의 상기 제1 표면은 상기 리드 표면과 실질적으로 평평하고(planar) 상기 반도체 다이의 제2 표면은 상기 리드프레임 구조와 연결되는 반도체 다이 패키지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반도체 다이 및 상기 리드프레임 구조를 덮는(covering) 몰딩 물질을 더 포함하고, 상기 반도체 다이는 수직 전력 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  9. 제7항에 있어서, 반도체 다이 및 상기 리드프레임 구조를 덮는 몰딩 물질을 더 포함하며, 상기 반도체 다이 패키지의 에지(edge)들은 상기 몰딩 물질을 통과하여 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리드 구조 및 상기 반도체 다이 사이의 갭을 덮는 상기 리드프레임 구조 상의 비전도성 물질의 마스크를 더 포함하는 반도체 다이 패키지.
  11. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리드 구조 및 상기 반도체 다이 사이의 갭을 덮는 상기 리드프레임 구조 상의 비전도성 물질층을 더 포함하며, 상기 비전도성 물질은 솔더 마스크인 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  12. 제7항에 있어서, 상기 반도체 다이의 상기 제1 표면은 적어도 하나의 게이트 영역 및 적어도 하나의 소스 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  13. 제7항에 있어서, 상기 반도체 다이의 상기 제2 표면은 적어도 하나의 드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  14. 제7항에 있어서, 상기 반도체 다이는 적어도 하나의 게이트 영역 및 적어도 하나의 소스 영역을 포함하고, 상기 게이트 영역은 상기 적어도 하나의 리드 구조에 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
  15. 제7항에 있어서, 상기 반도체 다이는 전력 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 패키지.
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