JP2005183807A - Printing mask for semiconductor sealing, sealing method of semiconductor element, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スクリーン印刷の手法で半導体素子を封止材料で封止するために用いられる半導体封止用印刷マスクに関するものであり、またこの半導体封止用印刷マスクを用いて行なう半導体素子の封止方法、及びこの封止方法で得られる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor sealing print mask used for sealing a semiconductor element with a sealing material by a screen printing technique, and to seal a semiconductor element using the semiconductor sealing print mask. The present invention relates to a stopping method and a semiconductor device obtained by this sealing method.
半導体装置の製造方法として、配線基板の表面にICなどの半導体素子を多数個搭載し、この各半導体素子を封止材料で封止した後、配線基板を切断して各半導体素子を個片に分離させる方法が増えてきている。このように配線基板に搭載した多数個の半導体素子に同時に封止材料を封止する場合には、封止材料の封止面積が大幅に拡大し、また半導体装置の薄型化に応じて薄い厚みで封止を行なう方向にあることから、スクリーン印刷の手法を用いて半導体素子を液状の封止材料で封止する方法が増えてきている。 As a method of manufacturing a semiconductor device, a large number of semiconductor elements such as ICs are mounted on the surface of a wiring board, and each semiconductor element is sealed with a sealing material, and then the wiring board is cut into individual semiconductor elements. There are an increasing number of methods of separation. When sealing the sealing material simultaneously on a large number of semiconductor elements mounted on the wiring board in this way, the sealing area of the sealing material is greatly increased, and the thickness is reduced as the semiconductor device becomes thinner. Therefore, the number of methods for sealing a semiconductor element with a liquid sealing material using a screen printing method is increasing.
この方法は、配線基板1に搭載された半導体素子2に対応して開口部3を設けたマスク7を用い、そして図5(a)のように、半導体素子2を開口部3内に位置させて配線基板1の上にこのマスク7を重ねるように配置し、マスク7の上に液状の封止材料4を供給すると共に、マスク7の上面に圧接させながら一方向に移動させるスキージ5でこの封止材料4を擦って、開口部3内に封止材料4を充填することによって、封止材料4で半導体素子2を封止するようにしたものである(例えば特許文献1等参照)
しかしこのように液状封止材料4をマスク7を通してスクリーン印刷して、半導体素子2を封止する場合、マスク7の上面に圧接させたスキージ5の移動に伴って封止材料4を開口部3内に押し込んで充填することによって、封止が行なわれるが、移動するスキージ5が開口部3の上を通過する際に、開口部3に充填された封止材料4がスキージ5によって引張られ、スキージ5の移動方向での、スキージ5が開口部3に最初に到達する始端部内と、スキージ5が最後に到達する終端部内とを比較すると、開口部3の終端部内において封止材料4が過剰に供給されることになる。従って図5(b)のように、封止材料4の厚みが開口部3の始端部よりも終端部付近で厚くなるおそれがあり、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を得ることができない。封止材料4が低粘度・低チクソトロピー性を示すものでは、スクリーン印刷後の封止材料4の流れで上面が水平に近くなるが、高フィラー系などの封止材料4では高粘度・高チクソトロピー性になる傾向があり、スクリーン印刷後も封止材料4は流れ難く封止材料4の上面の形状は保持され易くなる。
This method uses a
However, when the liquid sealing
そしてこのように、半導体素子2を封止した封止材料4の上面が平坦でないと、製造した半導体装置をボードに実装する場合などに吸引して取り扱う際の吸着性が悪くなって、組み立て性が低下するという問題や、半導体装置に印刷する場合に印刷がし難くなるという問題など、製品化の場面での問題が種々発生するものであった。
Thus, if the upper surface of the sealing
そこで上記のように封止材料4の厚みが開口部3の始端部よりも終端部付近で厚くならないように、マスク7の厚みを調整する試みがなされている。図6(a)(b)はその一例を示すものであり、マスク7の開口部3の部分の厚みを、スキージ5の移動方向の始端部から終端部に至るまで厚みが次第に薄くなるように形成してある(例えば、特許文献2等参照)。
Therefore, as described above, an attempt is made to adjust the thickness of the
このようにマスク7の開口部3の部分の厚みをスキージ5の移動方向の始端部から終端部へと厚みが次第に薄くなるように形成することによって、開口部3の終端部の部分に充填される封止材料4の量が過剰にならないようにすることができるものであり、封止材料4の厚みが開口部3の始端部よりも終端部付近で厚くならないようにして、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を得ることができるのである。
上記のように特許文献2の発明では、マスク7の開口部3の部分の厚みをスキージ5の移動方向の始端部から終端部へと厚みが次第に薄くなるように形成しているが、開口部3の部分の厚みをこのように形成するためには、図6に示すように、マスク7の開口部3の周縁部の上面をスキージ5の移動方向に下り傾斜する傾斜面に形成する必要がある。
As described above, in the invention of
そして半導体封止用のマスク7は数mm以下(通常3mm以下)の薄い厚みの金属板で形成されるものであり、マスク7に開口部3を形成する加工はエッチング加工で行なわれるのが一般的であるが、上記のようにマスク7の上面を下り傾斜する傾斜面に形成することは、エッチング加工では行なうことができない。従って研磨加工などの物理的加工でマスク7の表面を研削して傾斜面を形成する必要があり、マスク7の加工が非常に困難であるという問題を有するものであった。
The
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を封止材料で封止するにあたって、封止材料の上面を平坦化して均一な厚みで封止することができ、しかも加工が容易な半導体封止用印刷マスクを提供することを目的とするものであり、またこの半導体封止用印刷マスクを用いて、封止材料の上面を平坦化して均一な厚みで半導体素子の封止をすることができる半導体素子の封止方法を提供することを目的とするものであり、さらにこの半導体素子の封止方法を用いて、上面が平坦で均一な厚みの封止材料で半導体素子を封止した半導体装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and when sealing a semiconductor element with a sealing material, the upper surface of the sealing material can be flattened and sealed with a uniform thickness, and the processing can be performed. An object of the present invention is to provide an easy-to-semiconductor sealing print mask. Also, using this semiconductor sealing print mask, the upper surface of a sealing material is flattened to seal a semiconductor element with a uniform thickness. It is an object of the present invention to provide a method for sealing a semiconductor element, and further, by using this method for sealing a semiconductor element, a semiconductor element can be formed with a sealing material having a flat upper surface and a uniform thickness. An object of the present invention is to provide a sealed semiconductor device.
本発明の請求項1に係る半導体封止用マスクは、配線基板1に搭載された半導体素子2に対応する開口部3を設けて形成され、開口部3内に半導体素子2を位置させて配線基板1の上に配置すると共に封止材料4をスキージ5で擦って開口部3内に充填することによって、封止材料4で半導体素子2を封止するために使用される半導体封止用マスクであって、マスク7の開口部3の周縁部の厚みを、マスク7の上を開口部3を横切って移動するスキージ5の移動方向での開口部3の始端部から終端部付近まで等厚に形成すると共に開口部3の終端部の周縁部の上面に凹部6を設けて他の部分より薄く形成して成ることを特徴とするものである。
The mask for semiconductor encapsulation according to claim 1 of the present invention is formed by providing an
マスク7の開口部3の周縁部の厚みを、スキージ5の移動方向での終端部が他の部分より薄くなるように形成することによって、開口部3の終端部の部分に充填される封止材料4の量が過剰にならないようにすることができ、封止材料4の厚みが開口部3の始端部よりも終端部付近で厚くならないようにして、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を得ることができる。またマスク7の開口部3の周縁部の厚みは、開口部3の始端部から終端部付近まで等厚であり、開口部3の終端部の周縁部の上面に凹部6を設けて他の部分より薄くなるようになっており、マスク7の上面を傾斜面に形成する必要がないと共に、エッチングやルーターによる切削加工などで凹部6を加工することによって、開口部3の終端部の周縁部の厚みを薄く形成することができる。
Sealing that fills the end portion of the
また請求項2の発明は、請求項1において、開口部の周縁部の終端部の凹部を設けた部分の厚みと、開口部の周縁部の他の部分の厚みとの差が、50〜200μmであることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the difference between the thickness of the end portion of the peripheral portion of the opening and the thickness of the other portion of the peripheral portion of the opening is 50 to 200 μm. It is characterized by being.
この発明によれば、開口部3の終端部の部分に充填される封止材料4の量を適量に設定することができ、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を精度高く得ることができる。
According to this invention, the amount of the sealing
本発明の請求項3に係る半導体素子の封止方法は、請求項1又は2に記載の半導体封止用マスク7を用い、配線基板1に搭載された半導体素子2を開口部3内に位置させて配線基板1の上に該マスク7を配置し、マスク7上に供給された封止材料4をスキージ5で擦って開口部3内に封止材料を充填することによって、封止材料4で半導体素子を封止するにあたって、封止材料4として、粘度が50〜400Pa・sの液状封止材料を用いることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor element sealing method using the
この発明によれば、封止材料4の適度な流れで、封止材料4の上面を平坦化して、より均一な厚みの封止材料4で半導体素子2の封止をすることができる。
According to the present invention, the upper surface of the sealing
また請求項4の発明は、請求項3において、半導体素子2の封止を0.01MPa以下の減圧雰囲気で行なうことを特徴とするものである。
The invention of
この発明によれば、封止材料4をスキージ5で擦って半導体素子2を封止する際に、空気が封止材料4に巻き込まれることがなくなり、封止材料4中にボイド等が発生するようなことなく封止を行なうことができる。
According to this invention, when sealing the
本発明の請求項5に係る半導体装置は、配線基板1に搭載された半導体素子2が、請求項3又は4に記載の方法で封止材料4によって封止されて成ることを特徴とするものである。
The semiconductor device according to
この発明によれば、上面が平坦で均一な厚みの封止材料4で半導体素子2を封止した半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, a semiconductor device in which the
本発明によれば、半導体封止用印刷マスクはエッチングなどの容易な加工で作製することができるものである。そしてこの半導体封止用印刷マスクを用いて、封止材料の上面の平坦性が高く均一な厚みの封止材料で半導体素子の封止をすることができるものである。 According to the present invention, the semiconductor encapsulation printing mask can be produced by an easy process such as etching. By using this semiconductor sealing print mask, the semiconductor element can be sealed with a sealing material having a high flatness on the upper surface of the sealing material and a uniform thickness.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
本発明で用いる半導体封止用の印刷マスク7は数mm以下(通常3mm以下)の薄い厚みのステンレス板など金属板で形成されるものであり、マスク7には開口部3が上下両面に開口して設けてある。一方、配線基板1の上面にはワイヤー10等で配線基板1の回路に電気的に接続した状態で半導体素子2が搭載してあり、マスク7の開口部3はこの配線基板1に搭載された半導体素子2に対応する位置において、半導体素子2の寸法より大きな開口として形成してある。
The semiconductor sealing
そしてこのマスク7の上面にはスキージ5がその下端を圧接させた状態で、開口部3の上を横切って移動するようになっているが、スキージ5の移動方向での開口部3の終端部の位置においてマスク7の上面に凹部6が凹設してある。この凹部6は図2に示すように、開口部3の終端部から開口部3の端縁にかけた位置において、スキージ5が移動する方向と直交する方向の全長に亘って、マスク7の上面に溝状に形成してある。凹部6の断面形状は図1のように円弧状であっても、図3のように角型であってもいずれでもよい。このように開口部3の終端部の位置においてマスク7の上面に凹部6を設けることによって、開口部3の終端部の周縁部のマスク7の厚みが、スキージ5の移動方向での開口部3の始端部から凹部6の手前の終端部付近までの周縁部のマスク7の厚みより薄く形成されるものであり、マスク7の開口部3の周縁部のうち、スキージ5の移動方向での開口部3の始端部から凹部6の手前の終端部付近までは等厚に形成されるものである。
The
上記のようにマスク7に開口部3と凹部6を設けるにあたっては、マスク7を表裏両面からエッチング(ハードエッチング)加工して開口部3を形成し、次いでマスク7の片面の表層部をハーフエッチング(ソフトエッチング)加工して凹部6を形成することによって、金属の腐食という化学的処理で容易に行なうことができる。例えばマスク7がステンレス板である場合、第二酸化鉄を主成分とするエッチング液を用い、マスク7の表面の開口部3を形成する箇所以外の部分をドライフィルムなどのエッチングレジストで被覆して、このエッチング液をマスク7に作用させることによって、マスク7の内部までハードエッチングして開口部3を形成することができるものであり、次に、マスク7の表面の凹部6を形成する箇所以外の部分をドライフィルムなどのエッチングレジストで被覆し、同じエッチング液を用い、ライン速度を2倍にするなどしてマスク7にエッチング液が作用する時間を半減させるなどして、エッチングレイトを半分にすることによって、マスク7の表層のみをハーフエッチングして凹部6を形成することができるものである。尚、これら開口部3や凹部6の加工は、上記のようなエッチングの他に、ドリルやルーターなどの機械的加工手段を用いて行なうこともできるものであり、特に凹部6はルーターなどによる溝切り加工で容易に形成することができるものである。
When the
ここで、凹部6の深さ寸法D2を50〜200μmの範囲に設定して、開口部3の周縁部の凹部6を設けた部分の厚みと、開口部3の周縁部の他の部分の厚みD1との差(D2)が50〜200μmになるようにするのが好ましい。また開口部3のスキージ5の移動方向での幅寸法W1に対する、凹部6の開口部3内の同方向での幅寸法W2の比(W2/W1)は、1/4〜1/10の範囲に設定するのが好ましい。
Here, by setting the depth D 2 of the
尚、図2及び図3の実施の形態では、一つの開口部3を設けたマスク7を図示しているが、実際には、配線基板1に多数個の半導体素子2を縦横に配列して搭載してあり、マスク7にはこれらの各半導体素子2と対応する位置に多数の開口部3が図4に示すように設けてある。そして凹部6は、スキージ5が移動する方向と直交する方向に並ぶ各開口部3の終端部を結ぶ線に沿って、マスク7の幅全長に亘るように設けてある。
In the embodiment of FIGS. 2 and 3, the
しかして、上記のように形成されるマスク7を用いて、配線基板1に搭載された半導体素子2を封止成形するにあたっては、図1(a)のように、半導体素子2を開口部3内に位置させるようにして配線基板1の上にマスク7を重ねて水平に配置し、マスク7の上に液状の封止材料4を供給する。封止材料4としては特に限定されるものではないが、例えば液状エポキシ樹脂組成物などを用いることができる。そして、ゴムやウレタン等の弾性体で形成されるスキージ5をその下端をマスク7の上面に圧接させた状態で、図1(a)の矢印のように、開口部3の上を横切らせて移動させることによって、スキージ5で擦って封止材料4を開口部3内に押し込んで充填することができるものであり、このように開口部3内に封止材料4を充填することによって、半導体素子2を封止材料4で被覆して封止することができるものである。
Thus, when the
ここで、上記のようにスキージ5で擦って封止材料4を開口部3内に押し込み充填する際に、スキージ5が開口部3の上を移動するときに開口部3に充填された封止材料4がスキージ5で引張られ、開口部3の終端部内において封止材料4が過剰に供給されることになる。しかし、開口部3の終端部には凹部6が形成してあって、開口部3の終端部の厚みは他の部分よりも薄くなっており、開口部3の終端部の容積は他の部分よりも小さくなっている。従って、開口部3の終端部内への封止材料4の充填量は、封止材料4が過剰に供給されることと容積が小さいこととが打ち消し合って、開口部3内の終端部以外の部分とほぼ同等になるものであり、開口部3の終端部付近での封止材料4の厚みが厚くならないようにすることができ、図1(b)のように半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を得ることができるものであって、封止材料4の厚みを均一にすることができるものである。
Here, when the sealing
このとき、既述のように、開口部3の周縁部の凹部6を設けた部分の厚みと、開口部3の周縁部の他の部分の厚みとの差が50〜200μmになるようにするのが好ましい。厚みの差が50μm未満であると、開口部3の終端部付近での封止材料4の厚みが厚くならないようにする効果が不十分であり、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性を精度高く得ることが難しい。また厚みの差が200μmを超えると、逆に開口部3の終端部付近での封止材料4の厚みが薄くなって、半導体素子2を封止した封止材料4の上面の平坦性が得られなくなるおそれがある。
At this time, as described above, the difference between the thickness of the portion provided with the
そして上記のようにスクリーン印刷の手法で半導体素子2を封止材料4で封止した後、配線基板1上からマスク7を外し、封止材料4を硬化させることによって、図1(b)のようなCOB形状などの半導体装置を得ることができるものである。配線基板1に多数個の半導体素子2を縦横に配列して搭載してある場合には、図4のように多数の開口部3を設けたマスク7を用い、マスク7の各開口部3にそれぞれ半導体素子2を位置させるようにして配線基板1の上にマスク7を配置し、各半導体素子2を封止材料4で一括封止すると共に封止材料4を硬化させた後、配線基板1を切断して各半導体素子2を個別に分離させることによって、図1(b)のような半導体装置を得ることができるものである。
Then, after the
このようにして、封止材料4の粘度やチクソトロピー性に影響されることなく、封止材料4の上面の平坦性(水平性)を良好に保ちながら半導体素子2を封止成形して、表面が水平で平坦な半導体装置を得ることができるものであり、半導体装置をボードに実装する場合などに吸引して取り扱う際の吸着性の悪化を防ぐことができ、組み立て性の低下を防止できると共に、半導体装置の表面への印刷性が良好になるものである。
In this way, the
ここで、封止材料4としては液状であれば特に制限されることなく使用することができるが、なかでも粘度(スクリーン印刷を行なう雰囲気での温度、例えば25℃での粘度)が50〜400Pa・sの範囲のものが好ましい。封止材料4の粘度が50Pa・s未満であると、マスク7の開口部3に封止材料4を充填して半導体素子2を封止した後にマスク7を外すと、封止材料4が流れて半導体素子2の一部やワイヤー10が露出するおそれがある。また封止材料4の粘度が400Pa・sを超えると、封止材料4の流動性が不足してマスク7の開口部3への充填性が悪くなり、充填不良による欠けや、ボイドの混入などの問題が生じるおそれがある。
Here, the sealing
また、マスク7の開口部3に封止材料4を充填して半導体素子2を封止する図1(a)の工程を、0.01MPa(100Torr)以下の減圧雰囲気で行なうのが好ましい。このように減圧雰囲気下で成形材料4を開口部3に充填することによって、この際に空気が封止材料4に巻き込まれることがなくなり、封止材料4中にボイド等が発生するようなことなく封止を行なうことができるものである。減圧度は低いほど好ましいが、70Pa(0.5Torr)程度が実用上の下限である。
Moreover, it is preferable to perform the process of Fig.1 (a) which seals the
1 配線基板
2 半導体素子
3 開口部
4 封止材料
5 スキージ
6 凹部
7 マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
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