特許 7256343 二層ナノ粒子接着フィルム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-04

(45)【発行日】2023-04-12

(54)【発明の名称】二層ナノ粒子接着フィルム

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/28 20060101AFI20230405BHJP

   H01L 23/50 20060101ALI20230405BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20230405BHJP

   H01L 21/56 20060101ALI20230405BHJP

   B82Y 30/00 20110101ALI20230405BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20230405BHJP

【ＦＩ】

H01L23/28 A

H01L23/50 G

H01L21/52 E

H01L21/56 H

B82Y30/00

B82Y40/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019531942

(86)(22)【出願日】2017-12-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-05-14

(86)【国際出願番号】 US2017066495

(87)【国際公開番号】W WO2018112247

(87)【国際公開日】2018-06-21

【審査請求日】2020-12-10

(31)【優先権主張番号】15/378,236

(32)【優先日】2016-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】230129078

【弁護士】

【氏名又は名称】佐藤 仁

(72)【発明者】

【氏名】ベンジャミン スタッセン クック

(72)【発明者】

【氏名】ヨン リン

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１７１２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７９５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８２１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２７５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１２３２６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ８２Ｙ ５／００－９９／００

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／５６

Ｈ０１Ｌ ２３／２８－２３／３１

Ｈ０１Ｌ ２３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
第１の表面を有する第１の材料の基板を提供することと、
前記第１の材料と異なる第２の材料のナノ粒子を含む第１の溶剤ペーストの層を前記第１の表面上に付加的に堆積することと、
第１の液状ネットワーク構造を形成するために前記第２の材料のナノ粒子を共に焼結し、前記基板に結合するために前記第１の表面の下の前記基板の領域に前記第２の材料の一部を拡散させるように前記第１の溶剤ペーストにエネルギーを印加することと、
前記第１の液状ネットワーク構造を固化することと、
前記第２の材料の焼結したナノ粒子上に第３の材料のナノ粒子を含む第２の溶剤ペーストの層を付加的に堆積することであって、前記第３の材料が前記第２の材料と異なる化学化合物を含み、前記第３の材料のナノ粒子と前記第２の材料のナノ粒子との間の分子間力によって前記第３の材料のナノ粒子が前記第２の材料のナノ粒子に付着する、前記付加的に堆積することと、
第２の液状ネットワーク構造を形成するために前記第３の材料のナノ粒子を共に焼結するように前記第２の溶剤ペーストにエネルギーを印加することと、
前記第２の液状ネットワーク構造を固化することと、
を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板が、金属基板と半導体デバイスに用いられる金属リードフレームと絶縁層と交互にされる金属層を含む積層基板とを含む群から選択される、方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１の材料が、銅と銅合金とアルミニウムとアルミニウム合金と鉄ニッケル合金とを含む群から選択される、方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、
前記第１の材料が、スズと銀とニッケルとパラジウムと金とを含む群から選択される金属のめっき層を含む、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記付加的に堆積することが、スクリーン印刷とフレキソ印刷とグラビア印刷と浸漬コーティングとスプレーコーティングとインクジェット印刷とを含む群から選択され、前記インクジェット印刷が、圧電と熱と音響と静電とのインクジェット印刷を含む、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記第２の材料が、金属と金属酸化物と酸化物とセラミックスとを含む群から選択される、方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
前記第３の材料が、ポリマーと酸化物とセラミックスと金属と金属酸化物とを含む群から選択される、方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、
前記第２の材料のナノ粒子を焼結するためのエネルギーが、熱エネルギーと光子エネルギーと電磁エネルギーと化学エネルギーとを含む群から選択される、方法。

【請求項9】

方法であって、
第２の材料のナノ粒子を含む第１の溶剤ペーストの層を前記第２の材料と異なる第１の材料の基板の第１の表面上に付加的に堆積することと、
第１の液状ネットワーク構造を形成するために前記第２の材料のナノ粒子を共に焼結し、前記基板に結合するために前記第１の表面の下の前記基板の領域に前記第２の材料の一部を拡散させるように前記第１の溶剤ペーストにエネルギーを印加することと、
前記第１の液状ネットワーク構造を固化することと、
第３の材料のナノ粒子を含む第２の溶剤ペーストの層を前記第２の材料の焼結したナノ粒子上に付加的に堆積させることであって、前記第３の材料が前記第２の材料と異なる化学化合物を含み、前記第３の材料のナノ粒子と前記第２の材料のナノ粒子との間の分子間力によって前記第３の材料のナノ粒子が前記第２の材料のナノ粒子に付着する、前記付加的に堆積することと、
第２の液状ネットワーク構造を形成するために前記第３の材料のナノ粒子を共に焼結するように前記第２の溶剤ペーストにエネルギーを印加することと、
前記第２の液状ネットワーク構造を固化して、それにより２層ナノ粒子膜を形成することと、
を含む、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、
前記基板が、銅と銅合金とアルミニウムとアルミニウム合金と鉄ニッケル合金とを含む群から選択される前記第１の材料を備える半導体デバイスに用いるための金属リードフレームである、方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の方法であって、
前記第１の材料が、スズと銀とニッケルとパラジウムと金とを含む群から選択される金属のめっき層を含む、方法。

【請求項12】

請求項９に記載の方法であって、
前記第２の材料が、金属と金属酸化物と酸化物とセラミックスとを含む群から選択される、方法。

【請求項13】

請求項９に記載の方法であって、
前記第３の材料が、ポリマーと酸化物とセラミックスと金属と金属酸化物とを含む群から選択される、方法。

【請求項14】

請求項９に記載の方法であって、
前記２層ナノ粒子膜を第４の材料内に封止することを更に含む、方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の方法であって、
前記封止することの前に、前記封止することの後に半導体チップがパッケージ内に位置するように前記基板上に前記半導体チップをアセンブルすることを更に含む、方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の方法であって、
前記第４の材料が、エポキシベースのモールディング化合物のような重合体化合物を含む、方法。

【請求項17】

請求項１４に記載の方法であって、
前記第４の材料が、前記第３の材料と混ざり合う前記第４の材料によって前記第３の材料のナノ粒子と結合する、方法。

【請求項18】

請求項１４に記載の方法であって、
前記第３の材料のナノ粒子が、前記第４の材料の物体に結合する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、一般に半導体デバイス及びプロセスに関し、より詳細には、異なる材料間の界面の接着性を改善するため、パッケージ化された半導体デバイスに適用される二層ナノ粒子接着フィルムの構造及び製造に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体パッケージは、それらの機能に基づいて、様々な異なる材料を含む。リードフレーム及びボンドとして形成される金属が、機械的安定性、及び電気及び熱伝導のために用いられる。ポリマーモールディング化合物などの絶縁体は、封止及びフォームファクタ（form factor）のために用いられる。パッケージ製造の間、複数の半導体チップをリードフレームのストリップに取り付け、チップをそれらのそれぞれのリードに接続し、アセンブルされたチップをパッケージ内に封止することが一般的である。パッケージは、機械的な損傷や湿気や光などの環境の影響に対して、封止された部品を保護する。

【0003】

一般的な封止手法は、トランスファモールディング法である。取り付け及び接続されたチップを備えるリードフレームストリップが、各々アセンブルされたチップの周りのキャビティを形成する、スチールモールド内に置かれる。半粘性熱硬化性重合体化合物が、リードフレームストリップにわたりランナーを介して押され、ゲートを介して各キャビティに入る。キャビティを充填した後、化合物は、重合により固化され得る。最終的に、ディゲート工程において、ランナーにおける化合物は、キャビティを充填する化合物から各ゲートにおいて外される。

【0004】

パッケージの均一性及び整合性を確実にするため、金属性及び非金属材料は、製品寿命の間、互いに接着することが期待される。接着不良は、パッケージに湿気を侵入させ、電気的リーク及び化学的腐食によるデバイス欠陥を引き起こす。これは更に、半導体チップの基板に対する取り付けの欠陥、ワイヤボンドの破損、及びはんだバンプのクラック、及び劣化した熱的及び電気エネルギー放散につながり得る。

【0005】

今日の半導体技術は、多様化された材料間の接着性を改善するために多くの方法を採用しており、これにより、パッケージは、剥離なしに、加速された試験及び使用条件をパスする。こういった方法には、モールディング化合物を化学的に精製すること、（例えばプラズマによってモールディング工程の直前に）リードフレーム金属表面を活性化すること、及び、ベース金属を酸化することによりポリマー化合物に対するリードフレーム金属の親和性を向上させることが含まれる。また、くぼみ、グルーブ又は突起、突出部、及びその他の三次元特徴などの設計特徴が、パッケージ材料との改善された連結のために、リードフレーム表面に付加される。

【0006】

半導体パッケージにおいて、リードフレーム、チップ、及び封止化合物間の接着を増大させるための従来の技術の別の例は、金属シートからパターンをスタンピング又はエッチングした後リードフレーム表面を化学的にエッチングすることによる、リードフレーム表面全体の粗化である。化学的エッチングは、エッチャントを用いるサブトラクティブプロセスである。化学的エッチングは、およそ１μｍ又はそれ以下の粗さの微晶質金属表面をつくる。リードフレームの一つの表面のみを粗化するため、粗化されていないリードフレームに対して、約１０～１５％のコストを付加する。

【0007】

粗い表面を達成するための更に別の方法は、粗い金属（ニッケルなど）層を堆積するための、ニッケルめっき槽などの特殊金属めっき槽の利用である。この方法はアディティブプロセスである。つくられる表面粗さはおよそ１～１０μｍである。リードフレーム表面の粗化は、幾つかの歓迎されない副次的作用を有し得る。視覚システムは、粗化された表面を見るのが困難であるため、表面の一般的な粗化はワイヤボンディングに負の影響を与える。粗い表面はキャピラリ寿命を短縮させ、粗い表面上の微細汚染物質は、ボンディング整合性を劣化させる。概して、レジン構成要素が、チップ取り付け化合物のバルクから分離し、チップパッドの表面の上に広がるとき、粗い表面は、よりブリーディングを起こす傾向がある。樹脂ブリードは、湿気レベル感度を劣化させ得、チップパッド上のダウン接合と干渉し得る。選択的粗化手法が用いられることもあるが、これは、再利用可能なシリコーンラバーマスク又はガスケットに関与し、従って、選択的粗化は高価である。例えば、化学的粗化を選択されたリードフレームエリアに制限するための保護マスクは、粗化されないリードフレームに対して約３５～４０％のコストを付加する。

【0008】

特に、デバイス小型化の別の縮小工程が実装されるとき接着性効率が更に低減するので、こういった労力の全てにおける成功は限定されてきている。

【発明の概要】

【0009】

表面を有する第１の材料の基板の説明される例において、表面は、二層ナノ粒子フィルムを堆積させることによって改変される。フィルムは、表面の頂部上にあり、表面と接する第２の材料のナノ粒子層と、第２の材料のナノ粒子層の頂部上にあり、第２の材料のナノ粒子層と接する第３の材料のナノ粒子層とを含む。第３の材料のナノ粒子は、第２の材料のナノ粒子に付着する。表面に隣接する基板領域が、第１の材料における第２の材料の混合物を含む。第４の材料が、第３の材料のナノ粒子層に接し、化学的／機械的に結合する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施例に従った、異種材料の対象間の接着性を高めるための付加的二層ナノ粒子接着フィルムを作成するプロセスフローを要約する図である。

【0011】

【図2】第１の材料の基板の表面上の第２の材料のナノ粒子の付加的層の形成を含む実施例を図示する。

【0012】

【図3】図２のノズルを備えるシリンジの一部の拡大図を図示し、シリンジは、一実施例に従った溶剤における第２の材料のナノ粒子のペーストで充填されている。

【0013】

【図4】一実施例に従った、第２の材料を基板表面に隣接する基板領域に拡散させるのと同時に、第２の材料のナノ粒子を焼結した後の付加的層を示す。

【0014】

【図5】一実施例に従った、第２材料の焼結ナノ粒子の層の表面上の第３材料のナノ粒子の付加的層の形成を図示する。

【0015】

【図6】図５のノズルを有するシリンジの一部の拡大図を示し、シリンジは、一実施例に従った溶剤における第３の材料のナノ粒子のペーストで充填されている。

【0016】

【図7】一実施例に従った、第３の材料の付加的層のボイドを充填するパッケージング化合物による付加的な二層ナノ粒子接着フィルムの封止を示す。

【0017】

【図8】第２の材料のナノ粒子と第３の材料のナノ粒子との混合物を含む溶剤を用いるナノ粒子の付加的層の形成を含む別の実施例を図示する。

【0018】

【図9】図８のノズルを有するシリンジの一部の拡大図を示し、シリンジは、一実施例に従って第２の材料のナノ粒子と第３の材料のナノ粒子との混合物を含むペーストで充填される。

【0019】

【図10】一実施例に従った、リードフレームとプラスチックパッケージとの間の接着を高める、二層ナノ粒子接着フィルムで覆われたリードフレームの部分を有する例示のパッケージ化された半導体デバイスを示す。

【0020】

【図11】いずれも一定の縮尺で描かれる、異なる疎水性のリガンド分子を有する従来のナノ粒子コアを図示する。

【発明を実施するための形態】

【0021】

一実施例において、多様な材料間の接着性及び機械的結合を高める方法が記載される。本方法は、材料間の２つの重ね合わされた（又は、相互に噛み合わされた）ナノ粒子層で構成される付加的接着フィルムの形成及び固定を含む。図１は、実施例を要約する図である。付加的フィルムが上に構築される材料を本明細書では基板と呼び、基板との接着を必要とする別の材料を本明細書ではパッケージと称される。例として、図２には基板が２０１と示され、図７においてパッケージが７０１と示されている。

【0022】

図１に示すプロセスフローの適用は、半導体デバイスの製造技術に適用することができる。半導体技術において、基板は、通常、金属リードフレーム、又は、複数の交互の電気絶縁層及び導電層で構成される積層基板のいずれかである。図１のプロセス１０１において、第１の材料でつくられ、二次元に延在する表面を有する基板が選択される。

【0023】

基板がリードフレームである場合（図１０参照）、このようなリードフレームは、好ましくは、１２０～２５０μｍの通常の厚さの範囲で、銅、銅合金、鉄ニッケル合金、アルミニウム、及びコバール（商標）などのベース金属の薄いシートからエッチング又は打ち抜かれる。本明細書で用いられる場合、ベース金属という用語は、開始材料の含蓄を有し、化学的特性を示唆しない。リードフレームには、ベース金属の完全な又は部分的な表面エリア上にメッキされた付加的な金属層を有するものがあり、その例は、銅リードフレーム上のメッキされたニッケル、パラジウム、及び金の層である。

【0024】

リードフレームは、半導体チップ（１０１０）をしっかりと位置決めするための安定した支持パッド（図１０の１００１）を提供する。また、リードフレームは、様々な導電体をチップに近接させるため、多数の導電リード（１００３）を提供する。リードの先端とチップ端子との間の任意の残りのギャップは、通常、ボンディングワイヤ（１０３０）によって橋渡しされる。或いは、フリップチップ技術において、チップ端子は、金属バンプによってリードに接続され得る。

【0025】

リードフレーム特性が、取り付けられたチップ及びパッケージング化合物（図１０における１０７０）に対する信頼性の高い接着を容易にすることが重要である。モールディング化合物とリードフレームの金属仕上げとの間の化学親和性の他に、特に、接着のためのより低い表面エリアを提供する、パッケージ寸法の縮小の技術的傾向に鑑みて、接着にはリードフレーム表面粗さが必要となることがある。また、鉛フリーはんだを使用する必要性が、リフロー温度範囲を約２６０℃近辺に強いるので、高温でのリードフレームへの金型コンパウンド接着を維持することがより困難となる。

【0026】

図１のプロセスフローを参照すると、プロセス１０２において、プロセスフローのステップ１０２の間、第２の材料のナノ粒子を含む分散剤又は溶剤を含む溶剤ペーストが提供される。溶剤ペーストの一例が図３に図示され、３０１で示される。分散剤に溶解したナノ粒子は、第２の材料のナノ粒子３０２と称される。この説明では、原子又は分子、無機又は有機化学的化合物、一次元ワイヤ、二次元結晶及び小板、及びナノチューブによって構成される、球形又はその他の三次元クラスタを含む。

【0027】

ナノ粒子３０２は、金属、金属酸化物、酸化物、及びセラミックスを含む群から選択され得る。金属は、金、銀、銅、アルミニウム、スズ、亜鉛、及びビスマスを含み得る。金属酸化物は、変化する比を有する第二銅及び第一銅酸化物の混合物として、銅よりも良好なモールディング化合物に対する化学的接着を提供する、銅酸化物を含み得る。

【0028】

図１のプロセスフローのステップの間、第２の材料のナノ粒子を含む溶剤ペースト３０１の層２００が、図２に示される基板２０１の表面２０１ａ上に付加的に堆積される。層２００は、利用可能な二次元表面エリアにわたって延在し得、又は溶剤ペーストの液滴サイズに依存して約０.１μｍ～１００μｍのアイランドなどの表面エリアの一部のみを覆い得る。

【0029】

溶剤ペーストを堆積させるための装置は、ノズル２１１を備えた移動するシリンジ２１０を備えたコンピュータ制御インクジェットプリンタを含み、このノズル２１１から、ペーストの個別の液滴３１０が放出される。多数の市販されているプリンタから自動化されたインクジェットプリンタを選択され得る。或いは、特定のペーストを扱うため、カスタマイズされたインクジェットプリンタを設計することができる。或いは、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、浸漬コーティング、スプレーコーティング、及び多くの他の方法を含む、任意のアディティブ方法を用いることができる。

【0030】

上述したように、堆積された層２００は、基板２０１の横方向の寸法に沿って延在し得、又は、例示の長さ２０２、２０３として図２に示されているように、約０.１μｍ～１００μｍの長さ延在するアイランドを含み得る。金属リードフレームでは、層２００が、一つ又は複数のリードのリードフレーム表面エリア全体を、又は、チップ取り付けパッドなどの選択された部品を覆い得る。シリンジ２１０の反復される範囲のまとめられた液滴から高さを構築することで、層２００は、約１００ｎｍ～５００ｎｍの高さ２００ａを有し得るが、それより薄くても、又は著しく厚くてもよい。

【0031】

図１に示すプロセスのステップ１０４の間、第２の材料のナノ粒子を共に焼結するための温度まで高めるため、及び同時に、第２の材料を第１の表面に隣接する基板領域に拡散させ、それにより、第２の材料の焼結されたナノ粒子を第１の表面に固定するために、エネルギーが提供される。必要とされるエネルギーは、熱エネルギー、光エネルギー、電磁エネルギー、及び化学エネルギーなど、複数のソースによって提供され得る。共に焼結するとき、ナノ粒子３０２は、液状ネットワーク構造４０２内へ粒子間で狭窄（neck）する。液状ネットワーク構造４０２は、図４の層４００を形成する。

【0032】

第２の材料のナノ粒子４０２の焼結と同時に、或る第２の材料は、基板２０１の表面２０１ａ（第１の表面）に隣接する領域の第１の材料への原子相互拡散によって拡散する。図４において、基板２０１の表面２０１ａ付近の領域に相互拡散された第２の材料は、４０２ａで示される。拡散深さは図４において４０２ｂで示される。基板への原子相互拡散は相互拡散結合を生成し、相互拡散結合は、焼結された第２のナノ粒子の層４００を基板２０１に固定する。

【0033】

焼結プロセスの後、第２の材料の液状ネットワーク構造４０２は固化して、第２の材料４０２の固体層４００をつくる。硬化したネットワーク構造４００は固体層として基材表面に残るので、第２の材料のナノ粒子４０２は、構造的ナノ粒子である。

【0034】

図１に示すプロセスのステップ１０５の間、第３の材料のナノ粒子を含む分散剤又は溶剤を含む、別の溶剤ペーストが提供される。溶剤ペーストの一例は図５に図示され、５０１で示される。分散剤に溶解したナノ粒子は、第３の材料のナノ粒子５０２と称される。第３の材料は、ポリマー、酸化物、セラミックス、金属、及び金属酸化物を含む群から選択され得る。金属は、金、銀、銅、アルミニウム、スズ、亜鉛、及びビスマスを含み得、金属酸化物は、変化する比を有する第二銅及び第一銅酸化物の混合物として、銅よりも良好なモールディング化合物に対する化学的接着を提供する、銅酸化物を含み得る。

【0035】

第２の材料のナノ粒子の選択に関連して、第３の材料のナノ粒子は、第２の材料のナノ粒子への接着を有するように動作可能であるように選択される。分子間力により、第３の材料のナノ粒子は、第２の材料のナノ粒子に付着する。関連する効果において、表面張力の増加、又は表面エネルギーが、接着性の増大及び表面への濡れを生じさせる。

【0036】

ナノ粒子の表面が、処理されたナノ粒子が或る所望の機能を果たすことが可能になるように処理される場合、そのような処理は、機能化（functionalization）と称される。例えば、ナノ粒子が互いから分離していることが望まれる場合、ナノ粒子は、凝固を防止するためリガンドで処理され得る（それらは「機能化」される）。図２に示す例において、第２の材料のナノ粒子への改善された接着性のために、第３の材料のナノ粒子の表面を機能化することが有利である。図１１は、一定の縮尺で描かれ、コア１１０１の表面に取り付けられた、異なる疎水性リガンド分子と共に、直径５ｎｍの滑らかな球体として理想化されるコア１１０１を有するナノ粒子１１００を図示している。図１１のリガンド分子には、分子１１０２（トリオクチルホスフィンオキサイド、ＴＯＰＯ）、分子１１０４（トリフェニルホスフィン、ＴＰＰ）、分子１１０６（ドデカンチオール、ＤＤＴ））、分子１１０８（テトラオクチルアンモニウムブロマイド、ＴＯＡＢ）、及び分子１１１０（オレイン酸、ＯＡ）が含まれる。

【0037】

他のナノ粒子のコアは、コア表面に取り付けられる親水性リガンド分子を有し得る。例としては、メルカプト酢酸（ＭＡＡ）、メルカプトプロピオン酸（ＭＰＡ）、メルカプトウンデカン酸（ＭＵＡ）、メルカプトコハク酸（ＭＳＡ）、ジヒドロリポ酸（ＤＨＬＡ）、ビススルホン化トリフェニルホスフィン（ｍＰＥＧ_５‐ＳＨ、ｍＰＥＧ_４５‐ＳＨ）、及び配列ＣＡＬＮＮの短いペプチドが含まれる。コアの表面上に取り付けられる不活性な分子鎖などのリガンド分子が、凝集に対してナノ粒子を安定化させ得る一方、表面上に取り付けられる他のリガンド分子が、対象との接着性を高め得る。

【0038】

一例として、銅酸化物（ＣｕＯ及びＣｕ_２Ｏの両方）ナノ粒子の分子の共有結合を促進するため、シロキサン、シラン、又はアミン基をコア表面に取り付けて、銅酸化物ナノ粒子を機能化し得る。

【0039】

いくつかの用途において、第３の材料が第２の材料と同一の化学元素であるが、異なる多孔度、又は異なる表面機能をもたらす異なる化合物配合物を有するとき、第３の材料の層と第２の材料の層との間の接着を達成し得る。一例として、第３の材料は、第２の材料と同じ元素のアミン基又はシラン基の化合物であり得、又は第３の材料は、ＣｕＯ対Ｃｕ_２Ｏなど、異なる酸化物配合物に属し得る。別の例として、材料密度、又は多孔性のサイズ若しくは密度（規則的対ランダム構成）は異なり得る。さらに別の例では、第３の材料は、粒子境界又は格子欠陥に沿って固体中への異なる拡散特性を有し得る。

【0040】

図１において示されるプロセスフローのステップ１０６の間、第３の材料のナノ粒子を含む溶剤ペースト５０１の層５００が、第２の材料の焼結ナノ粒子の層２００上に付加的に堆積される。このプロセスは図５に示され、第３の材料のナノ粒子の層５００の厚みは５００ａである。層５００は、基板２０１の利用可能な二次元表面エリア上にわたって延在してもよく、又は、例示的な長さ５０３及び５０４として図５に示されるように、溶剤ペーストの液滴サイズに依存して、約０．１μｍ～１００μｍのアイランドなど、表面エリアの一部のみを覆ってもよい。

【0041】

本堆積のための装置は、ペーストの個別の液滴６１０が不連続に放出される、ノズル５１１を備える移動シリンジ５１０を備えるコンピュータ制御インクジェットプリンタを含む。自動インクジェットプリンタが、多数の市販されているプリンタから選択され得る。或いは、カスタマイズされたインクジェットプリンタが、特定のペーストのために機能するように設計され得る。或いは、スクリーン印刷、凹版印刷、フレキソ印刷、浸漬コーティング、スプレーコーティング、並びに、圧電性、熱的、音響、及び静電気インクジェット印刷を含むインクジェット印刷を含む、任意のアディティブ方法が用いられ得る。

【0042】

上述したように、堆積された層５００は、基板２０１全体の横方向寸法に沿って延在してもよく、又は、図５に示すように、約０．１μｍ～１００μｍ長さにわたって延在するアイランドを含んでもよい。金属性リードフレームでは、層５００は、一つ又は複数のリードのみのリードフレーム表面エリア全体、又は、チップ取り付けパッドなどの選択された部品、を覆い得る。シリンジ５１０の反復される範囲のまとめられた液滴から高さを構築することで、層５００は、約１００ｎｍ～５００ｎｍの高さ５００ａを有し得るが、それより薄くても、又は著しく厚くてもよい。

【0043】

図１において示されたプロセスフローのステップ１０７の間、第３の材料のナノ粒子を共に焼結するための温度を高めるために、エネルギーが提供される。必要なエネルギーは、熱エネルギー、光エネルギー、電磁エネルギー、及び化学エネルギーなど、複数のソースによって提供され得る。共に焼結するとき、ナノ粒子５０２は、液状ネットワーク構造内へ粒子間で狭窄する。狭窄接続では、溶融粒子の表面は、粒子間の狭窄（neck）に似た、しぼられた（constricted）範囲を示す。液状ネットワーク構造は、図４における層５００を形成している。焼結プロセスの後、第３の材料の液状ネットワーク構造を凝固させて、第３の材料の固体層４００がつくられる。

【0044】

第３の材料のナノ粒子が焼結され、固化され、第２の材料の焼結ナノ粒子に付着することにより、二層ナノ粒子フィルム５２０が形成される。二層フィルム５２０の厚み５２０ａは、好ましくは、約０．１μｍから１０μｍの間である。

【0045】

図１において示されたプロセスフローのステップ１０８の間、固体二層ナノ粒子フィルム５２０は、第１の材料の基板２０１の少なくとも一部と共に、重合体化合物のパッケージに封止される。このプロセスは図７で示されており、重合体化合物は７０１で示されている。重合体化合物による封止のための方法の一つは、熱硬化性エポキシベースのモールディング化合物を用いるトランスファモールド技術である。この化合物は、モールディングプロセスの間の高温で低粘性を有するので、重合体化合物は、第３の材料の層５００における如何なる細孔（pore）／ボイド５０２ａをも容易に充填し得る。細孔／ボイドの重合体材料による充填は、それらが整然としたパターンで配列されるか又はランダムな分布に配列されるか、及び、それらが狭いエントランスを備える球形の窪みに似た細孔／ボイドを含む、浅い又はランダムな三次元構成であるか、にかかわらず、任意の細孔に対して成される。

【0046】

化合物が重合され、周囲温度まで冷却された後、重合体化合物７０１は、パッケージ内及び細孔／ボイド内で硬化される。プラスチック材料の硬化の後、重合体で充填された細孔／ボイドは、ナノ粒子層５００におけるパッケージの固定を表し、パッケージ（第４の材料）及び二層ナノ粒子フィルム（第３の材料）の界面に強度を与える。また、上述したように、層５００は、ナノ粒子層４００に対する接着性を有し、二層フィルム強度を与える。次に、層４００は、金属相互拡散４０２ａによって金属性基板２０１に固定され、基板に対する二層フィルムの界面に強度を与える。全体的な結果として、二層ナノ粒子フィルムは、プラスチックパッケージ７０１と金属性基板２０１との間の接着を改善する。桁違いの接着改善が測定されている。

【0047】

物体間の機械的接着に加えて、２つの異なる材料間の全体的な接着は、化学的接着によって改善され得る。その結果、第２の材料及び第３の材料のナノ粒子は、化学的接着を高めるように選択され得る。一例として、銅酸化物ナノ粒子は、金ナノ粒子よりも重合体のモールディング化合物に対するより良好な化学的ボンディングを有する。

【0048】

別の実施例は、図８に示すようなナノ粒子層であり、第２の材料のナノ粒子４０２と第３の材料のナノ粒子５０２とを混合して単一の均質層８００にする。接合層８００は、基板２０１の層８００に対する、及びパッケージ７０１の層８００に対する、２つの界面における接着を平均化することによって、基板２０１とパッケージ７０１との間の接着を改善する。

【0049】

図８及び図９に示すように、層８００の製造プロセスは、ナノ粒子層４００及び５００をつくる上述した製造プロセスに類似する。第２の材料のナノ粒子４０２と第３の材料のナノ粒子５０２との混合物を含む溶剤ペースト９０１と共にコンピュータ制御インクジェットプリンタが用いられる。

【0050】

２つのナノ粒子材料の焼結された半均質ナノ粒子層による２つの物体間の接着改善のための方法は、第１の材料の物体及び第４の材料の物体を提供することによって始まる。その後、第２の材料のナノ粒子と第３の材料のナノ粒子との半均質混合物を含む溶剤ペーストが提供される。第２の材料のナノ粒子は、第１の材料でつくられた基板の表面近傍領域への分子拡散によって、第１の材料への拡散結合を形成し得る。第３の材料のナノ粒子は、第２の材料のナノ粒子への分子間力によって接着結合を形成し、細孔／ボイドの充填による電気的力及び／又は機械的結合に起因して、第４の材料化学的結合の物体を更に形成する。

【0051】

次のプロセスのためのコンピュータ化されたインクジェット印刷手法を用いて、溶剤ペーストの半均質混合物の層が、第１の材料の物体の表面上に付加的に堆積される。次に、第２のナノ粒子と第３の材料を共に焼結し、焼結ナノ粒子層を形成し、同時に第１の材料の物体の表面に隣接する領域に第２の材料を拡散させるために、温度を上昇させるためにエネルギーが加えられる。

【0052】

次に、第４の材料の物体を焼結ナノ粒子層と接触させて、化学的及び／又は機械的ボンディングを実現し、第４の材料の物体が第３の材料のナノ粒子に接合される。

【0053】

図１０は、金属性リードフレーム及びプラスチックパッケージを含む例示の半導体デバイスにおいて、二層ナノ粒子接着フィルムによる増強された接着の例示の一実施例を示す。この例示の実施例は、半導体チップ１０１０をアセンブルするためのパッド１００１と、パッド１００１をパッケージの側壁に接続するタイバー１００２と、複数のリード１００３とを含む、リードフレームを備える半導体デバイス１０００である。本記載において、タイバーはストラップと称され得る。チップ端子は、ボンディングワイヤ１０３０によってリード１００３に接続され、ボンディングワイヤは、通常、ボールボンド１０３１及びスティッチボンド１０３２を含む。図１０の例において、リード１００３は、カンチレバー状リードのような形状であり、他の実施例において、リードは、ＱＦＮ（Quad Flat No-lead）デバイス又はＳＯＮ（small outline no-lead）デバイスにおいて用いられるような平坦リードの形状を有してもよい。長手方向の拡張部に沿って、図１０における例示的なデバイスのストラップ１００２は、パッド１００１及びリード線１００３が同じ平面にないため、湾曲及びステップを含む。他のデバイスにおいて、ストラップ１００２は、パッド１００１とリード１００３とが同じ平面にあるため、平坦で平面状である。

【0054】

図１０において、リードフレームの一部は破線１０２０によって記されており、これは、ナノ粒子でつくられる二層フィルムを含む。フィルムは、ランダムな分散及びランダムな三次元構成のボイドを含み得る。例示的なデバイス１０００は、チップ１０１０及びワイヤボンド１０３０を封止するためのパッケージ１０７０を含むので、二層フィルムの如何なるボイドも重合体化合物によって充填される。パッケージ１０７０は、エポキシベースの熱硬化性ポリマーなどの重合体化合物でつくられ、モールディングプロセスで形成され、重合プロセスによって硬化される。パッケージ１０７０の重合体化合物とリードフレームとの間の接着は、二層ナノ粒子フィルムによって改善される。他のデバイスは、多孔質二層ナノ粒子フィルムによって覆われるリードフレームのより多くのより大きなエリアを有し得る。

【0055】

半導体技術において、例示の実施例は、トランジスタ及び集積回路など、低及び高ピンカウントを有するアクティブ半導体デバイスに、及び、リードフレームパッド上の能動及び受動構成要素の組み合わせにも、適用可能である。

【0056】

別の例として、例示の実施例は、シリコンベースの半導体デバイスに、及び、ガリウムヒ化物、ガリウム窒化物、シリコンゲルマニウム、及び業界で用いられている任意の他の半導体材料を用いるデバイスにも適用可能である。また、例示の実施例は、カンチレバー状リードを備えるリードフレームに、及び、ＱＦＮ及びＳＯＮのタイプのリードフレームにも適用可能である。

【0057】

別の例として、リードフレームに加えて、例示の実施例は、積層基板に、及び、非金属性ボディに接合されるべき任意の他の基板又は支持構造に適用可能である。

【0058】

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】