JP2006013274A

JP2006013274A - 半導体素子の製造方法、この方法に用いるスキージ装置及び半導体装置

Info

Publication number: JP2006013274A
Application number: JP2004190685A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Makita; 俊幸牧田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】
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る半導体封止用のスキージ装置と、この半導体封止用のスキージ装置を用いた半導体素子の製造方法、さらにこの半導体素子の製造方法により得た半導体装置を提供する。
【解決手段】
半導体素子１３が搭載された配線基板１１上に半導体素子１３の搭載位置に合わせて開口部１５を有するマスク１２を重ね、封止材料１０をスキージ２を用いてマスク１２の開口部１５から印刷することによって半導体素子１３を封止材料で封止して半導体装置を得る半導体装置の製造方法に用いられるスキージ装置１であって、封止材料を供給する封止材料供給手段６と、この封止材料供給手段６と接続されて封止材料をマスク１２上面に印刷するスキージ２とを備え、スキージ２の下端部２ｂは弾性体からなるとともに封止材料を吐出するための吐出口３がスキージ２の幅方向に沿って設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、配線基板に半導体素子を搭載し封止して得られる半導体装置とその製造方法及びその製造に用いるスキージ装置に関するものである。

従来の半導体装置、特にチップオンボード（ＣＯＢ）と呼ばれるものにおいては、ＩＣ等の半導体素子を配線基板上に搭載した後に封止材料を用いて半導体素子を封止することにより製造されている。

ここで、半導体素子の封止方法としては、封止材料が液状である場合、ディスペンサーを用いて封止材料を半導体素子上に滴下させる、いわゆるディスペンサー法が知られている。

一方、配線基板の表面にＩＣ等の半導体素子を多数個搭載し、これらの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（以下、印刷法と称する）が増えてきている。（例えば、特許文献１）
特開２０００−３１１７２公報

しかしながら、上記ディスペンサー法においては、面積が大きい配線基板に対して封止材料を一定の厚みで塗布することが困難であり、また、各半導体素子を個々に封止していくため、生産効率が低いという問題があった。

また、上記印刷法においては、図５（ａ）に示すように、配線基板２１に搭載された半導体素子２２に対応して開口部２３を設けたマスク２７を用い、半導体素子２２を開口部２３内に位置させて配線基板２１の上にこのマスク２７を重ねるように配置し、マスク２７の上に液状の封止材料２４を供給すると共に、マスク２７の上面に圧接させながら一方向に移動させるスキージ２５でこの封止材料２４を擦って、開口部２３内に封止材料２４を充填することによって、封止材料２４で半導体素子２２を封止するようにしたものである。

しかしこのように液状封止材料２４をマスク２７を通してスクリーン印刷して、半導体素子２２を封止する場合、マスク２７の上面に圧接させたスキージ２５の移動に伴って封止材料２４を開口部２３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２５が開口部２３の上を通過する際に、開口部２３に充填された封止材料２４がスキージ２５によって引張られ、スキージ２５の移動方向での、スキージ２５が開口部２３に最初に到達する始端部内と、スキージ２５が最後に到達する終端部内とを比較すると、開口部２３の終端部内において封止材料２４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２４の厚みが開口部２３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２２を封止した封止材料２４の上面の平坦性を得ることができない。そしてこのように、半導体素子２２を封止した封止材料２４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、半導体装置の表面にマーキングする場合にマーキング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。

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る半導体封止用のスキージ装置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のスキージ装置を用いて、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製造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製造方法を用いて、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。

前記課題を解決するため、本発明に係るスキージ装置は、半導体素子が搭載された配線基板上に該半導体素子の搭載位置に合わせて開口部を有するマスクを重ね、液状封止材料（以下、封止材料と称する）をスキージを用いてマスクの開口部から印刷することによって半導体素子を封止材料で封止して半導体装置を得る半導体装置の製造方法に用いられるスキージ装置であって、封止材料を供給する封止材料供給手段と、この封止材料供給手段と接続されて封止材料をマスク上面に印刷するスキージとを備え、前記スキージの下端部は弾性体からなるとともに封止材料を吐出するための吐出口がスキージの幅方向に沿って設けられ、且つスキージの内部にはスキージ上面から前記吐出口まで連通した空洞部が設けられてなるようにする。

また、前記空洞部は、スキージの厚み方向における距離がスキージの底部に近づくほど小さくなるよう形成されてなるとともに、前記吐出口の開口幅が０．５〜２ｍｍの範囲で調整できるものであることが好ましい。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載のスキージ装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記スキージの下端部を前記マスク上面に圧接させた状態で水平方向に移動させながら封止材料を吐出して封止を行うようにする。

また、前記封止材料の吐出圧力を変化させることにより、封止材料の吐出量を調整するものであることが好ましい。

また、前記封止材料の吐出を２０００Ｐａ以下の減圧雰囲気下で行うことが好ましい。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスキージ装置又は半導体装置の製造方法により得られた半導体装置であることを特徴とする。

上記本発明の請求項１に係るスキージ装置においては、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、製品化時における組み立て性を向上させたり、半導体装置表面へのマーキングをしやすくすることができる。

また、スキージの下端部をマスク上面と圧接させることにより、吐出口周囲とマスク上面との密閉性を高めることができ、封止材料を加圧した状態においてもマスクの開口部以外の部分に封止材料が吐出されることがないので、必要部のみに封止材料を供給することができ、封止材料を余分に吐出してマスク上面を汚したりすることがなく、封止材料の使用効率を向上させることができる。

上記本発明の請求項２に係るスキージ装置においては、封止材料をスムーズに吐出口まで誘導することができるとともに、マスクの開口部の大きさに応じて吐出口の開口幅を調整すればよく、開口幅の異なるスキージを複数準備しておく必要がない。

上記本発明の請求項３に係る半導体装置の製造方法においては、請求項１又は請求項２に記載のスキージ装置を用い、前記スキージの下端部を前記マスク上面に圧接させた状態で水平方向に移動させながら封止材料を吐出して封止を行うので、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。

また、吐出口周囲とマスク上面との密閉性を高めることができ、封止材料を加圧した状態においてもマスクの開口部以外の部分に封止材料が吐出されることがないので、必要部のみに封止材料を供給することができ、封止材料を余分に吐出してマスク上面を汚したりすることがなく、封止材料の使用効率を向上させることができる。

また、スキージをマスクの一端から他端へ水平に移動させる時に生じる封止材料のローリング現象を発生させずに封止材料を開口部内に充填することができるので、封止材料中に空気が混入するのを防止することができる。

上記本発明の請求項４に係る半導体装置の製造方法においては、マスクの開口部の大きさに合わせて最適な吐出量を設定することができる。

上記本発明の請求項５に係る半導体装置の製造方法においては、封止材料中に空気が巻き込まれるのを防止することができ、封止材料中にボイド等が発生するのを防止することができる。

上記本発明の請求項６に係る半導体装置においては、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得ることができる。

本発明の実施形態におけるスキージ装置１は、図１、２に示すように、液状の封止材料１０を供給する封止材料供給手段６と、この封止材料供給手段６と接続されて封止材料１０を配線基板上にマスクを介して印刷するスキージ２とを備えている。

封止材料供給手段６は、封止材料１０を貯めるタンク６ａと、タンク６ａに接続されてタンク６ａ内の封止材料１０の圧力を調整する圧力調整部４を備えている。ここで、圧力調整部４としては、例えばポンプ等を用いることができる。

スキージ２は、幅方向に長尺となる形状を有しており、略直方体形状の本体部２ａと、本体部２ａの底面側に着脱自在に取り付けられた下端部２ｂにより構成されている。

下端部２ｂには、封止材料１０を吐出するための吐出口３がスキージ２の幅方向に沿って設けられている。ここで、吐出口３は、リブ等を用いて幅方向において複数に分割されていてもよく、これにより吐出口３の変形を抑制することができる。

また、下端部２ｂは、ゴム等の弾性体からなり、底部に近づくにつれて厚みが薄くなるよう形成されたものである。

スキージ２内部にはスキージ２上面から吐出口３まで連通した空洞部５が設けられており、空洞部５の上部側はタンク６ａと接続されている。

ここで、空洞部５は、スキージ２の厚み方向における距離がスキージ２の底部に近づくほど小さくなるよう形成されている。

下端部２ｂの上部には、スキージ２の幅方向に沿って設けられた支持部材９を介して厚み方向にボルト７が一方から貫通させてあり、他方からナット８をボルト７に螺合させてある。これにより、吐出口３の開口幅ｄを、０．５〜２ｍｍの範囲で調整することができるようになっている。

次に、本実施形態におけるスキージ装置１を用いて半導体素子を封止して半導体装置を製造する方法について説明する。

図３に示すように、複数の半導体素子１３が搭載された配線基板１１上に、半導体素子１３の搭載位置に合わせて予め開口部１５が設けられたマスク１２を、半導体素子１３が開口部１５内に位置するように重ねて配置する。

次いで、スキージ２の下端部２ｂがマスク１２上面に圧接した状態となるようにスキージ２を配置する。

そして、スキージ２を図中の矢印で示す方向に移動させながら、吐出口３から封止材料１０を吐出させて半導体素子１３を封止していく。

その後、マスク１２を取り外して個片化することにより半導体装置を得ることができる。

ここで、圧力調整部４により、タンク６ａ内の封止材料１０の圧力を調整することにより吐出圧力を変化させ、封止材料１０の吐出量を調整するようになっている。

また、バキュームチャンバー（図示せず）内において、減圧雰囲気下で封止材料１０の吐出を行うことが好ましい。この場合、雰囲気の圧力を２０００Ｐａ以下とすることが好ましい。

次に、開口部１５内に封止材料１０が充填される様子について、図４を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、下端部２ｂが開口部１５の手前の位置にあるときには、吐出口３の周囲にわたって下端部２ｂとマスク１２上面が圧接されているので、封止材料１０は空洞部５内に密閉された状態となっている。

次いで、図４（ｂ）に示すように、下端部２ｂの吐出口３が開口部１５上にさしかかると、封止材料１０が開口部１５内に吐出され始める。

そして、図４（ｃ）に示すように、半導体素子１３の周囲を封止材料１０で覆っていく。

このとき、スキージ２の下端部２ｂが、スキージ２が進行する向きと反対の向きにたわんだ状態でマスク１２上を移動する。これにより、封止材料１０は下端部２ｂの先端部分のたわみ方向に沿って吐出される。即ち、垂直方向よりもややスキージ２が進行する向きと反対向きに吐出される。

このため、スキージ２が開口部１５に最初に到達する始端部側に封止材料１０を横方向から押しながら充填していく。

さらに、下端部２ｂの先端部分のうちスキージ２の進行方向に対して後方に位置する方の先端部分により、封止材料１０の高さがマスク１２上面の高さと略等しくなるように、マスク１２上を擦って移動する。

そして、図４（ｄ）に示すように、下端部２ｂの吐出口３が開口部１５を越えると、再び封止材料１０は空洞部５内に密閉された状態となる。

このように、吐出口３から封止材料１０を必要量だけ吐出しながらスキージ２が移動するので、封止材料１０がスキージ２により引張られることがなく、且つ、開口部１５の終端部内で封止材料１０が過剰に供給されることがない。そのため、開口部１５の中央部付近で封止材料１０の厚みが薄くなることを防止できるとともに、開口部１５の始端部よりも終端部付近で封止材料１０の厚みが厚くなることを防止できる。

以上のように、本実施形態に係るスキージ装置１は、封止材料１０の上面を平坦化して均一な厚みで封止することができ、製品化時における組み立て性を向上させたり、半導体装置表面へのマーキングをしやすくすることができる。

また、スキージ２の下端部２ｂをマスク１２上面と圧接させることにより、吐出口３周囲とマスク１２上面との密閉性を高めることができ、封止材料１０を加圧した状態においてもマスク１２の開口部１５以外の部分に封止材料１０が吐出されることがないので、必要部のみに封止材料１０を供給することができ、封止材料１０を余分に吐出してマスク１２上面を汚したりすることがなく、封止材料１０の使用効率を向上させることができる。

また、封止材料１０をスムーズに吐出口３まで誘導することができるとともに、マスク１２の開口部１５の大きさに応じて吐出口３の開口幅ｄを調整すればよく、開口幅ｄの異なるスキージ２を複数準備しておく必要がない。

また、スキージ２をマスク１２の一端から他端へ水平に移動させる時に生じるローリング現象を発生させずに封止材料１０を開口部１５内に充填することができるので、封止材料１０中に空気が混入するのを防止することができる。

また、吐出口３の開口幅ｄを、０．５〜２ｍｍの範囲で調整することができるので、マスク１２の開口部１５の大きさに合わせて最適な吐出量を設定することができる。

また、減圧雰囲気下で封止材料１０の吐出を行うことにより、封止材料１０中に空気が巻き込まれるのを防止することができ、封止材料１０中にボイド等が発生するのを防止することができる。

また、本実施形態において得られる半導体装置は、上面が平坦で厚みが均一なものであり、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よく、組み立て性に優れ、半導体装置表面にマーキングする場合に印刷がしやすいものである。

本発明の実施形態におけるスキージ装置１の斜視図である。同実施形態におけるスキージ装置１の断面図である。同実施形態におけるスキージ装置１を用いて封止材料１０を印刷する方法を示す斜視図である。開口部１５内に封止材料１０が充填される様子を示す、図３におけるＡ−Ａ´断面図である。（ａ）従来の印刷法により封止材料２４を充填する方法を示す断面図である。（ｂ）従来の印刷法により得られた半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１スキージ装置
２スキージ
３吐出口
４圧力調整部
５空洞部
６封止材料供給手段
１０封止材料

Claims

半導体素子が搭載された配線基板上に該半導体素子の搭載位置に合わせて開口部を有するマスクを重ね、封止材料をスキージを用いてマスクの開口部から印刷することによって半導体素子を封止材料で封止して半導体装置を得る半導体装置の製造方法に用いられるスキージ装置であって、
封止材料を供給する封止材料供給手段と、この封止材料供給手段と接続されて封止材料をマスク上面に印刷するスキージとを備え、
前記スキージの下端部は弾性体からなるとともに封止材料を吐出するための吐出口がスキージの幅方向に沿って設けられ、且つスキージの内部にはスキージ上面から前記吐出口まで連通した空洞部が設けられてなることを特徴とするスキージ装置。
前記空洞部は、スキージの厚み方向における距離がスキージの底部に近づくほど小さくなるよう形成されてなるとともに、前記吐出口の開口幅が０．５〜２ｍｍの範囲で調整できるものであることを特徴とする請求項１に記載のスキージ装置。
請求項１又は請求項２に記載のスキージ装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記スキージの下端部を前記マスク上面に圧接させた状態で水平方向に移動させながら封止材料を吐出して封止を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記封止材料の吐出圧力を変化させることにより、封止材料の吐出量を調整するものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記封止材料の吐出を２０００Ｐａ以下の減圧雰囲気下で行うことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスキージ装置又は半導体装置の製造方法により得られた半導体装置。