JP2002329736A

JP2002329736A - 半導体装置の封止方法及び製造方法

Info

Publication number: JP2002329736A
Application number: JP2001132631A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shimada; 修嶋田; Mitsuo Kikuchi; 満男菊池; Yoshiaki Wakashima; 喜昭若島; Takeshi Funaki; 威志船木
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】封止部材の高さが平坦で偏りのない樹脂封止型
半導体装置を得る。【解決手段】配線基板１０表面に搭載された半導体素子
１５を覆うように、マスク本体２２の開口部が仕切り２
１によって複数の領域に仕切られている印刷用マスク２
０を介して封止材２５を印刷し、封止部材１８を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の封止
方法と、該方法を用いる半導体素子の製造方法とに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、配線基板、
リードフレーム、半導体パッケージなどの基材の表面に
搭載された半導体素子や、素子及び基材の接続端子部、
接続配線などを保護するため、通常、封止材による半導
体素子等の封止が行われる。この封止の方法には、成形
型内に封止材を充填して硬化させるトランスファーモー
ルド法、液状封止材を封止部に滴下し硬化させるポッテ
ィング法、パッケージ内に液状封止材を注入するキャス
ティング法などが知られている。

【０００３】しかし、これらの方法では、用いる封止材
の量がばらついてしまい、均一な半導体装置を量産する
ことは困難である。そこで、特開平４−３４６２３５号
公報では、スクリーンマスクを介して樹脂を印刷するこ
とにより、半導体素子を封止する方法が提案されてい
る。

【０００４】この方法によれば、樹脂量がスクリーンマ
スクの開口部の容積によって規定されるため、封止に用
いられる樹脂の量を一定にすることができる。しかし、
近年では、高粘度の封止材が用いられるようになってき
ており、しかも、ボンディングワイヤが高密度に配線さ
れるようになっているため、この方法では、ワイヤの間
隙に樹脂を完全に充填することが難しく、ボイドが残っ
たり、封止部材の表面が部分的に陥没したりすることが
多い。

【０００５】この問題を解決するための手法として、特
開平１１−４０５９０号公報では、真空差圧印刷法によ
る封止が提案されている。この真空差圧印刷法は、印刷
を２段階に分け、まず真空雰囲気中で封止材を１段階目
の印刷（一次印刷）を行った後、減圧を緩和することで
差圧充填を行い、これにより生ずる封止材の陥没部分に
対して、２段階目の印刷（二次印刷）により封止材を補
充する印刷方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この真空差圧印刷法を
用いれば、微細な間隙にも封止材を行き渡らせることが
でき、封止部材の欠陥を回避することができるが、この
方法では、一次印刷における封止材の高さの均一性が厳
密に要求される。これは、一次印刷後の封止材表面に陥
没箇所があった場合、内部の空隙に対する差圧充填によ
り、さらにその陥没箇所が陥没すると、二次印刷によっ
ても埋めきれずに封止部材の欠陥となる場合があるから
である。

【０００７】しかし、従来の方法では、印刷方向に対し
て高さの偏りが生じてしまうことが知られている。この
偏りは、用いる封止材の種類、印刷条件によって異なる
が、皆無にすることはできなかった。この封止材の高さ
の偏りは、封止材の面積が大きいほど顕著になる。近
年、半導体素子のサイズが大きくなるにつれて、封止材
の面積も大きくなっており、従来の方法による印刷で
は、封止材の高さの偏りも無視できないものとなってき
ている。このため、封止材内部のボイドを解消するのに
有効な真空差圧印刷法を用いても、封止部材の欠陥を完
全に回避することはできなかった。

【０００８】そこで本発明は、封止部材の高さが平坦で
偏りのない樹脂封止型半導体装置を得るための封止方法
及び製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
鋭意検討した結果、本発明者らは、スキージによるマス
ク開口部への封止材の刷り込み時に、封止材が開口部の
印刷方向後方に偏ってしまうためであることを見出し、
開口部を複数の領域に仕切ることによって、この偏りを
分散することができることを見出した。

【００１０】そこで本発明では、基材表面に搭載された
半導体素子を覆うように、印刷用マスクを介して封止材
を印刷し、該封止材を硬化させる半導体素子の封止方法
であって、マスク本体の開口部が仕切りによって複数の
領域に仕切られている印刷用マスクを用いる封止方法が
提供される。

【００１１】さらに本発明では、上述した本発明の封止
方法を用いて半導体素子の少なくとも一部を封止する工
程を備える半導体装置の製造方法が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において用いられる印刷用
マスクの仕切りは、格子状又は網状であることが望まし
く、印刷方向を考慮することなく使用でき、封止材の版
離れ性がよいため、網状仕切りを用いることが特に望ま
しい。

【００１３】仕切りを構成する仕切り部材の間隙（すな
わち間隙幅／孔眼寸法）は、充填材に含まれるフィラー
による目詰まりが生じにくく均一な厚さに印刷すること
ができるサイズであることが好ましく、要求される封止
部材の厚さ、充填材に含まれるフィラーの粒径などに応
じて適宜決定することができる。通常、網状に配置され
た仕切り部材からなる網状仕切りを用いる場合はその孔
眼寸法が０．０４〜２．５ｍｍであることが好ましく、
格子状に配置された仕切り部材からなる格子状仕切りを
用いる場合は間隙の幅が０．０４〜２．５ｍｍであるこ
とが好ましい。また、各仕切り部材の幅は２０〜５００
μｍであることが好ましい。本発明には、特に３００〜
１０メッシュの網状の仕切りが適している。

【００１４】なお、ここで格子とは、仕切り部材が縦横
に組み合わされたもの（縦横格子）であってもよく、一
方向に並行に並べられたもの（縦格子、横格子）であっ
てもよい。格子状の仕切りを用いる場合、印刷方向（す
なわち、スキージを摺動させる方向）は、格子の空隙の
長辺と直交する方向にすることが望ましい。

【００１５】本発明において用いられる印刷用マスクの
形状及び厚さは、形成する封止部材の形状及び厚さに応
じて適宜定めることができる。また、印刷用マスク及び
その仕切り部材の材質も特に限定されるものではなく、
樹脂、樹脂組成物、金属などを適宜用いることができ
る。マスク本体と仕切り部材とは、同じ材質からなって
いてもよく、異なる材質からなっていてもよい。また、
マスク本体と仕切り部材とは、一体となっていてもよ
く、分離可能になっていてもよい。分離可能な場合は、
マスク本体上に仕切り部材を重ねた状態で印刷に用いれ
ばよい。

【００１６】本発明の封止方法は、真空差圧印刷法によ
り印刷を行う場合に特に適しているが、印刷方法はこれ
に限られず、常圧での印刷方法など、他の印刷方法を適
用しても構わない。なお、真空差圧印刷法は、つぎの
（１）高真空状態での一次印刷及び（２）中真空状態で
の二次印刷の２工程を備える印刷方法である。（１）印刷部位全体、即ち印刷装置の一部分又は全部、
印刷マスク、封止材及び被印刷物を真空容器の中に設置
し、真空容器を高真空にして一次印刷を行う。（２）次に、真空容器を中真空状態にする。これによ
り、一次印刷で樹脂が充填されなかった高真空の空洞部
分が中真空状態で潰されて空洞がほとんど無くなり、同
時に空洞部に充填された樹脂の分だけ樹脂表面に窪みが
発生する。この状態で中真空のまま二次印刷を行い、樹
脂表面の窪みを埋めた後、大気圧に戻し被印刷物を取り
出す。

【００１７】本発明では、半導体素子の少なくとも一部
が封止材によって封止される。半導体素子の全体を封止
してもよく、その一部のみを封止してもよいが、半導体
素子及び基板の端子部（インナー接続部）、接続配線部
（ボンディングワイヤ）などを封止することが望まし
い。

【００１８】本発明において用いられる封止材は、特に
限定されるものではなく、適宜選択することができる。
本発明では、封止材として樹脂のみを単独で用いてもよ
く、フィラーなど、樹脂以外の成分を含む樹脂組成物等
を用いてもよい。本発明では、従来より遥変性の低い封
止材であっても使用することができ、遥変性１．２〜
４．５の封止材が好適である。封止材の組成及び組成比
は、必要に応じて適宜決定することができる。

【００１９】封止材に含まれる樹脂としては、例えば、
エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹
脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポ
リエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等
が挙げられる。

【００２０】本発明において用いられる封止材は、必要
に応じて、有機フィラー又は無機フィラーを含んでいて
もよい。フィラーには、１種類のフィラーを単独で用い
てもよく、２種以上のフィラーを併用しても構わない。

【００２１】ここで用いることのできる有機フィラーと
しては、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹
脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、
フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リアミド樹脂等の樹脂用いることができる。これらの樹
脂を用いる場合、封止材に含有させる溶剤に溶解しない
程度の、高分子量の微粒子又は架橋された微粒子を用い
ることが望ましい。

【００２２】また、無機フィラーとしては、アルミナ、
シリカ、マグネシア、フェライトなどの金属酸化物の微
粒子、又は、タルク、マイカ、カオリン、ゼオライトな
どの珪酸塩類、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの金
属塩類の微粒子を使用する。

【００２３】本発明の半導体装置製造方法は、本発明の
封止方法により半導体素子の少なくとも一部を封止する
工程を備えるものであれば、他の工程について特に制限
されるものではなく、周知の半導体装置製造工程を適宜
選択して適用することができる。例えば、配線基板の所
定の位置に半導体素子を搭載し、ワイヤボンディングに
より端子間を接続した後、素子及び接続箇所の全体を本
発明の方法により樹脂封止し、必要に応じて接続用バン
プを形成し、必要に応じて裁断などの加工を行うことに
より、半導体装置を得ることができる。

【００２４】なお、本発明により封止を行う半導体装置
のパッケージは特に限定されるものではないが、本発明
の封止方法を適用して製造することのできる樹脂封止型
半導体装置のパッケージとしては、例えば、ＢＧＡ（Ba
ll Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などの
表面実装型パッケージや、ＣＯＢ（Chip On Board）な
どのベアチップ実装型パッケージなどが挙げられる。基
板端子部と半導体素子端子部との電気的接続方法も特に
限定されるものではなく、ワイヤボンディング、フィリ
ップチップボンディングのいずれを用いてもよい。

【００２５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２６】＜実施例１＞本実施例では、つぎのように
して樹脂封止型半導体装置を１０個作製した。

【００２７】（１）半導体素子搭載工程まず、ガラスエポキシ樹脂からなる日立化成工業（株）
製のガラスエポキシ基板Ｅ６７９（縦２００ｍｍ、横１
５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）の表面に、外部接続部１３
及び内部接続部１４を含む配線と、絶縁膜１２とを形成
し、配線基板１０を得た（図１（ａ））。

【００２８】この配線基板１０表面に、所定の形状に裁
断したダイボンディング材１７を介して半導体素子１５
（縦横各８．７ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ）を接着し、素
子１５の端子部と基板１０の内部接続部１４とを、直径
２５μｍの金線にてワイヤボンディングした（図１
（ｂ））。

【００２９】（２）封止工程続いて、半導体チップ１５及び基板１０の内部接続部１
４を覆うように、封止材２５を印刷した（図１
（ｃ））。封止材２５としては、日立化成工業（株）製
のＣＥＬ−ＣＸ７２６０ＳＳを用いた。この封止材２
５の粘度は１３１Ｐａ・ｓであり、遥変性は４．１であ
る。以下に、本実施例における印刷方法について説明す
る。

【００３０】本実施例では、東レエンジニアリング
（株）製の真空差圧印刷装置ＶＥ−５００を用い、スキ
ージ２４にポリテトラフルオロエチレン製のものを用い
て、真空差圧印刷方法により印刷を行った。また、印刷
用マスクは、オンコンタクトで使用した。

【００３１】本実施例において印刷に用いた印刷用マス
ク２０は、図１（ｃ）に示すように、縦横各４５０ｍｍ
のアルミニウム製フレーム２３と、このフレーム２３の
内側に取り付けられた、感光性樹脂からなるマスク本体
２２（厚さ４００μｍ）と、マスク本体２２の開口部
（縦横各１５ｍｍ）に設けられた仕切り２１とを備え
る。本実施例における仕切り２１は、８０メッシュ（線
径５０μｍ、孔眼寸法２７０μｍ）のステンレス（ＳＵ
Ｓ）からなる網状の仕切り部材からなり、その端部がマ
スク本体の開口部内壁に埋め込まれている。

【００３２】本実施例における封止材２５の印刷は、つ
ぎのようにして行った。まず、真空差圧印刷装置に印刷
用マスク２０をセットし、マスク２０上に封止材２５を
供給した後、印刷装置の真空容器内のステージ（図示せ
ず）上に素子１５を搭載した配線基板１０をセットし
た。次に、脱泡のため真空容器内を１．３×１０^２Ｐａ
に減圧した後、真空容器内の真空度を５．５×１０^２Ｐ
ａとして、一次印刷を行った。この一次印刷の印刷条件
は、印圧０．１５ＭＰａ、スキージ速度１０ｍｍ／秒、
スキージ角度４５°とした。続いて、真空容器内の真空
度を１９９×１０ ^２Ｐａとして、二次印刷を行った。二
次印刷の印刷条件は、印圧０．１５ＭＰａ、スキージ速
度１５ｍｍ／秒、スキージ角度０°とした。

【００３３】次に、真空容器内の減圧を解除して基板を
取り出し、クリーンオーブン内で、１２０℃で１時間、
さらに１５０℃で３時間加熱して封止材２５を硬化さ
せ、封止部材１８とした（図１（ｄ））。

【００３４】（３）外部接続端子形成工程最後に、基板１０の外部接続部１３にフラックスをディ
スペンス塗布し、はんだボールを搭載して、窒素雰囲気
炉ではんだボールをリフローさせて外部接続端子１９を
形成した。これにより、図１（ｅ）に示す樹脂封止型半
導体装置が得られた。

【００３５】得られた半導体装置における封止部材の厚
さは、表１に示すように、印刷方向に応じた偏りがほと
んどなく、ほぼ平坦な表面を有していた。

【００３６】

【表１】なお、表１に示した封止部材の厚さは、それぞれ１０試
料の平均値である。また、「手前」、「中央」、「後
方」は、それぞれ、印刷方向、すなわちスキージの移動
方向２６（図１（ｃ））における位置を表し、図１
（ｅ）に示すように、マスク開口部におけるスキージの
摺動開始箇所（入り口）１８ａを「手前」、摺動終了箇
所（出口）１８ｂを「後方」、その中間１８ｃを「中
央」とした。

【００３７】＜実施例２＞縦横各１７．４ｍｍ、高さ
０．１５ｍｍの半導体素子を用い、マスクの開口サイズ
を縦横各３０ｍｍとした他は、実施例１と同様にして樹
脂封止型半導体装置を１０個作製した。得られた半導体
装置における封止部材の高さ（平均値）を表１に示す。
本実施例においても、実施例１と同様の平坦で偏りのな
い封止部材を有する半導体装置が得られた。

【００３８】＜比較例＞封止材の印刷に、アルミニウム
製フレーム（縦横各４５０ｍｍ）に取り付けられたステ
ンレス製のマスク（厚さ：４００μｍ、開口サイズ：縦
横各１５ｍｍ）であって、開口部に仕切りのないものを
用いた他は、実施例１と同様にして、樹脂封止型半導体
装置を１０個作製した。得られた半導体装置における封
止部材は、表１に示すように、封止材が印刷方向後方に
偏ってしまっていた。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、封止部材の高さが平坦
で偏りのない樹脂封止型半導体装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における半導体装置の製造工程を示す
説明図である。

【符号の説明】

１０…配線基板、１２…絶縁膜、１３…外部接続部、１
４…内部接続部、１５…半導体素子、１６…金線、１７
…ダイボンディング材、１８…封止部材、１８ａ…手
前、１８ｂ…後方、１８ｃ…中央、１９…外部接続端
子、２０…印刷用マスク、２１…仕切り部材、２２…マ
スク本体、２３…フレーム、２４…スキージ、２５…封
止材、２６…印刷方向（スキージの移動方向）。

フロントページの続き (72)発明者若島喜昭東京都港区芝浦四丁目９番25号日立化成工業株式会社工業材料事業本部内 (72)発明者船木威志東京都港区芝浦四丁目９番25号日立化成工業株式会社工業材料事業本部内Ｆターム(参考） 5F061 AA01 BA04 CA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材表面に搭載された半導体素子の少なく
とも一部を覆うように、印刷用マスクを介して封止材を
印刷して硬化させる半導体素子の封止方法において、上記印刷用マスクの開口部は、仕切りによって複数の領
域に仕切られていることを特徴とする半導体素子の封止
方法。
【請求項２】上記仕切りは、格子状又は網状であること
を特徴とする請求項１記載の半導体素子の封止方法。
【請求項３】上記仕切りは、孔眼寸法０．０４〜２．５
ｍｍの網状であることを特徴とする請求項２記載の半導
体素子の封止方法。
【請求項４】上記仕切りは、間隙幅０．０４〜２．５ｍ
ｍの格子状であることを特徴とする請求項２記載の半導
体素子の封止方法。
【請求項５】上記印刷は、真空差圧印刷法により行われ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半
導体素子の封止方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の方法を用
いて半導体素子の少なくとも一部を封止する工程を備え
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。