JP2006049732A - 半導体パッケージの製造方法および半導体パッケージの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の上面全域に渡って、放熱部材の対向面との距離を均一にするとともに、半導体素子上に一定の距離で放熱部材が配置される半導体パッケージの製造方法および半導体パッケージの製造装置を提供する。
【解決手段】回路基板１２上に搭載された半導体素子１１を覆う状態で、半導体素子１１上に放熱部材１３を接着固定する半導体パッケージ１０の製造方法および製造装置であって、半導体素子１１の上面と放熱部材１３の対向面との平行出しを行い、平行となる傾きで半導体素子１１の上面および放熱部材１３の対向面を固定する第１工程と、平行となる傾きを維持した状態で、半導体素子１１と放熱部材１３とを離間させて、半導体素子１１上に接着層１４を形成する第２工程と、平行となる傾きを維持した状態で、半導体素子１１上に接着層１４を介在させて放熱部材１３を配置し、半導体素子１１上に放熱部材１３を固定する第３工程とを有することを特徴とする半導体パッケージの製造方法および製造装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体パッケージの製造方法および半導体パッケージの製造装置に関するものであり、特に、回路基板上に搭載された半導体素子から発生した熱を放熱する放熱部材を備えた半導体パッケージの製造方法および半導体パッケージの製造装置に関するものである。

電気製品の小型化、低消費電力化といった要求に応えるため、半導体素子の高集積化技術とともに、これらの半導体素子を高密度に配置する実装技術も展開されてきている。このような実装技術のうち、多層配線が形成された回路基板（インターポーザ）上に、半導体素子がフリップチップ接続によりフェイスダウン実装された半導体パッケージは、半導体パッケージの小型化だけではなく、高速化の点からも有利である。

このような半導体パッケージには、回路基板上に搭載された半導体素子から発生する熱を放熱するため、回路基板上の半導体素子を覆う状態で、放熱部材が接着固定されている。このような放熱部材は、例えば半導体素子の上部を覆う放熱板と、半導体素子の側壁周辺を囲う状態で配置され、放熱板を支持する枠状の支持部とが一体で構成されている。そして、このような放熱部材は、半導体素子上に接着層を介して放熱板が配置されるとともに、回路基板上に接着層を介して支持部が配置されることで、半導体素子を覆う状態で配置されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１４８５９２公報（図３）

ここで、接着層は樹脂材料を主成分として構成されており、特に、半導体素子上の接着層は熱伝導性に優れた材料で構成されている。また、半導体素子上の接着層は、放熱部材を固定するとともに、半導体素子と放熱部材との熱膨張率の差による応力を緩和する役割も果たしている。

そして、上述したような放熱部材を、接着層を介して半導体素子上および回路基板上に接着固定する半導体パッケージの製造方法としては、次のように行うことが一般的である。まず、例えば凹部が配列形成された矩形状のトレイの各凹部内に、半導体素子が搭載された複数の回路基板を、回路基板が凹部の底面側に配置される状態で、それぞれ収納する。次いで、半導体素子上と放熱部材の支持部が配置される回路基板の領域上に、それぞれペースト状の接着剤を塗布して接着層を形成する。続いて、放熱部材の放熱板を半導体素子上に、支持部を回路基板上に配置した後、トレイの全域を覆う矩形状の蓋体を配置し、蓋体とトレイの四隅をネジ等で固定して、蓋体とトレイとを圧縮する。その後、このトレイをオーブンに入れて加熱することで接着層を硬化させて、放熱部材を半導体素子上および回路基板上に接着固定する。

しかし、上述したような製造方法では、トレイの各凹部に収納された回路基板上および半導体素子上に接着層を介して放熱部材を配置するが、この放熱部材をトレイの蓋体により全体的に押圧することから、トレイと蓋体とを固定する４隅側がより押圧され易く、各凹部内で放熱部材への押圧が均等になり難い。このため、回路基板上に搭載された半導体素子の上面に対して、放熱部材の半導体素子との対向面を平行に配置することが困難であった。したがって、半導体素子の上面全域に渡って放熱部材の対向面との距離が均一にならず、半導体素子の表面が部分的に高温になり易いため、半導体素子の誤動作が発生するという問題が生じていた。

また、上述したように、各凹部内で放熱部材への押圧が均等になり難いため、半導体素子上の接着層の膜厚を精密に制御することが難しく、半導体素子の上面に対して放熱部材を一定の距離に配置することが困難であった。このため、半導体素子の上面に対して、半導体素子と放熱部材との熱膨張率の差による応力が緩和される範囲で、放熱性を向上させるためにより近接させた距離に、放熱部材を配置することは難しかった。したがって、半導体素子の上面に放熱部材が近すぎる場合には上記応力による半導体素子の破損が生じ、遠すぎる場合には十分な放熱性が得られないという問題が生じていた。

上述したような課題を解決するために、本発明における半導体パッケージの製造方法は、回路基板上に搭載された半導体素子を覆う状態で、半導体素子上に放熱部材を接着固定する半導体パッケージの製造方法であって、次のような製造工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、半導体素子の上面と前記放熱部材の対向面との平行出しを行い、平行となる傾きで半導体素子の上面および放熱部材の対向面の傾きを固定する工程を行う。次に、第２工程では、この傾きを維持した状態で、半導体素子と放熱部材とを離間させて、半導体素子上に接着層を形成する工程を行う。続いて、第３工程では、この傾きを維持した状態で、半導体素子上に接着層を介在させて放熱部材を配置し、半導体素子上に固定する工程を行うことを特徴としている。

このような半導体パッケージの製造方法によれば、回路基板上に搭載された半導体素子の上面に対して、放熱部材の対向面の平行出しを行い、平行となる半導体素子の上面および放熱部材の対向面の傾きを維持した状態で、半導体素子上に接着層を介在させて放熱部材を配置し、半導体素子上に放熱部材を固定する。これにより、半導体素子の上面に対して放熱部材の対向面を平行に配置した状態で接着固定することができるため、半導体素子の上面全域に渡って、放熱部材の対向面との距離を均一にすることが可能となる。また、予め半導体素子の上面に対する放熱部材の対向面の距離を、所定の距離となるように規定しておき、第３工程で、所定の距離となるように、放熱部材を半導体素子上に配置する場合には、放熱部材を半導体素子の上面に対して一定の距離で配置し、その位置で放熱部材を半導体素子上に接着固定することが可能となる。

また、本発明の半導体パッケージの製造装置は、回路基板上に搭載された半導体素子を覆う状態で、放熱部材を配置する半導体パッケージの製造装置であって、回路基板を保持可能な第１保持手段と、第１保持手段に対向配置されるとともに放熱部材を保持可能な第２保持手段とを備え、第１保持手段または第２保持手段は、対向する第１保持手段または第２保持手段の保持面に対して近接可能に構成されており、第１保持手段または第２保持手段の保持面の傾きが変動自在に構成されるとともに、第１保持手段に保持された回路基板上の半導体素子と、第２保持手段に保持された放熱部材の対向面とが平行となる傾きで保持面を固定可能な平行出し機構を備えていることを特徴としている。

このような半導体パッケージの製造装置によれば、第１保持手段または第２保持手段の保持面の傾きが変動自在に構成されるとともに、第１保持手段に保持された回路基板上の半導体素子と、第２保持手段に保持された放熱部材の対向面とが平行となる傾きで保持面を固定可能な平行出し機構を備えていることから、半導体素子の上面に対して放熱部材の対向面を平行に配置することができる。これにより、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離を均一にすることが可能となる。また、第１保持手段の保持面と、対向する第２保持手段の保持面との距離を、所定の距離となるように制御する制御部が設けられている場合には、放熱部材を半導体素子の上面に対して一定の距離で配置することが可能となる。

以上説明したように、本発明の半導体パッケージの製造方法ならびに半導体パッケージの製造装置によれば、半導体素子の上面全域に渡り、放熱板の対向面との距離を均一にすることができる。したがって、半導体素子の表面が部分的に高熱になるのを防ぐことができるため、半導体素子の誤動作が防止されることから、信頼性の高い半導体パッケージを得ることができる。

また、半導体素子の上面に対して、一定の距離で放熱部材を配置することができるため、半導体素子の上面に対して、半導体素子と放熱部材との熱膨張率の差による応力が緩和される範囲で、放熱性を向上させるためにより近接させた距離で、放熱部材を配置することができる。したがって、応力による半導体素子の破損を防止するとともに、半導体素子から発生する熱を効率よく放熱することが可能である。

以下、本発明の半導体パッケージの製造方法およびこの製造方法に用いる半導体パッケージの製造装置の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明における半導体パッケージの製造装置の実施形態の一例を、図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態における半導体パケージの製造装置１００は、半導体素子１１が搭載された回路基板１２上に、半導体素子１１を覆う状態で放熱部材１３を接着固定するものである。

この製造装置１００は、回路基板１２を保持可能な第１保持手段１０１と、第１保持手段１０１に対向配置されるとともに、放熱部材１３を保持可能な第２保持手段１０２と、第１保持手段１０１の保持面１０１ａと第２保持手段１０２の保持面１０２ａとの距離を制御する制御部１０３と、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上および半導体素子１１上に接着層を形成する接着層形成手段１０４とを備えている。

第１保持手段１０１は、例えば半導体素子１１が搭載された回路基板１２を半導体素子１１側を上方に向けた状態で載置固定する実装ステージである。この第１保持手段１０１は、第１保持手段１０１の保持面１０１ａ上に載置された回路基板１２を吸着固定するための吸着源となる真空ポンプ（図示省略）を備えており、保持面１０１ａ下には、回路基板１２を加熱するためのコンスタントヒータ（図示省略）からなる加熱機構が内蔵されている。

また、第１保持手段１０１には、回路基板１２が載置固定される保持面１０１ａとは別の領域となる保持面１０１ｂが設けられている。保持面１０１ｂ上には、例えば半導体素子１１から発生した熱を放熱する放熱板１３ａと、放熱板１３ａを支持する枠状の支持部１３ｂとが一体で構成された放熱部材１３が載置される。そして、放熱部材１３は、後述する第２保持手段１０２に保持されて、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上に配置されるため、支持部１３ｂ側を下方に向けた状態で載置されることとする。

さらに、第１保持手段１０１は、水平方向、すなわち、図面上ｘｙ方向に移動自在に構成されており、第１保持手段１０１の上方に配置されている第２保持手段１０２および接着層形成手段１０４の下方に、その保持面１０１ａ、１０１ｂを配置可能に構成されている。

第２保持手段１０２は、例えば放熱部材１３を保持可能に構成された圧着ヘッドであり、その保持面１０２ａが第１保持手段１０１の保持面１０１ａに対向配置される状態で、第１保持手段１０１の上方に設けられている。この第２保持手段１０２は、その保持面１０２ａを上下方向、すなわち図面上ｚ方向に移動自在とする駆動部１０５を備えており、保持面１０２ａに保持された放熱部材１３を、第１保持手段１０１の保持面１０１ａに保持された回路基板１２に対して、近接および離間可能に構成されている。

また、第２保持手段１０２は、この駆動部１０５に支持される平行出し機構１０６を備えている。平行出し機構１０６は、例えば、駆動部１０５に支持される上部ホルダ１０６ａと、この上部ホルダ１０６ａと係合する状態で設けられた下部ホルダ１０６ｂと、下部ホルダ１０６ｂの下端部に配置されたパルスヒータ１０６ｃからなる加熱機構とで構成されている。ここで、下部ホルダ１０６ｂは上方に凸状の曲面を有しており、上部ホルダ１０６ａにはこの凸状の曲面を受ける凹状の曲面が設けられている。そして、例えば上部ホルダ１０６ａには、上部ホルダ１０６ａと下部ホルダ１０６ｂとの当接面間に、エアーを供給可能なエアー回路が接続されており、この当接面間にエアーベアリングを形成可能に構成されている。これにより、下部ホルダ１０６ｂは上部ホルダ１０６ａに対して摺動可能となる。

この下部ホルダ１０６ｂの下端部に配置されたパルスヒータ１０６ｃの下面側が、放熱部材１３を保持する保持面１０２ａとなる。このパルスヒータ１０６ｃには、放熱部材１３を保持面１０２ａに吸着保持可能な吸着源となる真空ポンプ（図示省略）が設けられている。そして、下部ホルダ１０６ｂが上部ホルダ１０６ａに対して摺動することで、保持面１０２ａの傾きが変動自在となり、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１の上面に対して、保持面１０２ａに保持された放熱部材１３における放熱板１３ａの半導体素子１１との対向面の平行出しが可能となる。

さらに、平行出し機構１０６には、第１保持手段１０１および第２保持手段１０２に保持された状態で、半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面とを近接させた場合に、その平行状態を検知するためのセンサーが設けられており、平行となる傾きで、下部ホルダ１０６ｂが固定され、保持面１０２ａの傾きが維持されるように構成されていることとする。

また、ここでの図示は省略したが、第２保持手段１０２には、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上に、第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３を配置した場合に、押圧した状態で保持面１０２ａの位置を微調整する、スクラブ機構が設けられていることとする。このスクラブ機構は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの振幅で図面上ｘｙ方向に微振動するように構成されている。これにより、半導体素子１１と放熱部材１３との間に介在される接着層が金属粒子等のフィラーを含有している場合であっても、接着層の膜厚の調整が容易であるため、半導体素子１１の上面と放熱部材１３との距離の微調整が可能である。なお、ここでは、スクラブ機構により保持面１２ａの下降位置の微調整が行われることとするが、第２保持手段１０２が超音波発生手段を備えていてもよく、超音波による振動で、保持面１０２ａの下降位置の微調整を行ってもよい。

また、制御部１０３は、第１保持手段１０１の保持面１０１ａと対向する第２保持手段１０２の保持面１０２ａとの距離を制御するように設けられている。この制御機構１０３は第１の測定用ヘッド１０７と、第２の測定用ヘッド１０８と、第１の測定用ヘッド１０７および第２の測定用ヘッド１０８からの測定値を処理し、駆動部１０５による第２保持手段１０２の下降位置を制御する演算処理部１０９とを備えている。

ここで、第１の測定用ヘッド１０７は、例えば、後述する接着層形成手段１０４に設けられており、第１保持手段１０１の保持面１０１ａ上に載置固定された回路基板１２上の半導体素子１１の保持面１０１ａからの高さおよび保持面１０１ｂに載置された放熱部材１３の厚みを測定する。放熱部材１３の厚みとしては、放熱板１３ａの厚みおよび支持部１３ｂの厚みを測定するように構成されていることとする。この測定された値は、演算処理部１０９で処理され、演算処理部１０９からの指令により、第１保持手段１０１に載置された回路基板１２上の半導体素子１１の上面と第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３の半導体素子１１との対向面とが所定の距離となるように、第１保持手段１０１の保持面１０１ａに対する第２保持手段１０２の保持面１０２ａの下降位置が規定される。

また、この下降位置が規定されることで、後述する接着層形成手段１０４により半導体素子１１上に形成する接着層の膜厚が、この所定の距離となるように規定される。この場合、半導体素子１１上に塗布形成する際の接着層の膜厚は、後工程で放熱部材１３により接着層を押圧することで膜厚の調整を行うことから、上述した所定の距離以上となるように規定されることとする。これにともない、回路基板１２上に形成する接着層の膜厚も規定される。

また、第２の測定用ヘッド１０８は、例えば、第２保持手段１０２に設けられており、第１保持手段１０１の保持面１０１ａに保持された回路基板１２上に、第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３を接着層を介して配置した状態の、保持面１０１ａからの放熱部材１３の高さを測定するように構成されている。この測定された値は、演算処理部１０９で処理され、半導体素子１１の上面と放熱部材１３の対向面との距離が所定の距離となっているかどうかの確認が行われる。そして、規定された距離になっていない場合には、第２保持手段１０２の保持面１０２ａの下降位置を微調整する。

また、接着層形成手段１０４は、第１保持手段１０１の上方に設けられており、例えば第１保持手段１０１に保持された回路基板１２およびこの回路基板１２上の半導体素子１１に接着剤を塗布可能なディスペンサーであることとする。この接着層形成手段１０４は、上下方向、すなわち図面上ｚ方向に可動するための駆動部１１０を備えており、その下端部側に２つのディスペンスヘッド１１１ａ、１１１ｂを備えている。これらのディスペンスヘッド１１１ａ、１１１ｂはｘｙ方向に微動可能に構成されることで、第１保持手段１０１に載置固定された状態の半導体素子１１上および回路基板１２上に、それぞれ接着剤を塗布可能に構成されている。この場合、上述した制御部１０３により予め規定された膜厚となるように、接着剤が塗布されることとする。

次に、上述したような半導体パッケージの製造装置１００を用いた半導体パッケージの製造方法について、図２のフローチャートの順序（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）に従い、図３、図４の製造工程断面図を用いて説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、第１保持手段１０１の保持面１０１ａ上に、半導体素子１１が搭載された回路基板１２を、半導体素子１１側を上方に向けた状態で、真空ポンプ（図示省略）による吸着保持により、載置固定する（Ｓ１０１）。

また、図１に示すように、第１保持手段１０１の保持面１０１ｂ上に、支持部１３ｂを下方に向けた状態で放熱部材１３を載置する。そして、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、放熱部材１３が載置された保持面１０１ｂを接着層形成手段１０４の直下に配置し、第１の測定用ヘッド１０７により、放熱部材１３の放熱板１３ａの厚みと支持部１３ｂの高さを測定する（Ｓ１０２）。

次に、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、回路基板１２が載置された保持面１０１ａを接着層形成手段１０４の直下に配置する。そして、再び第１の測定用ヘッド１０７により、保持面１０１ａから半導体素子１１の上面までの高さを測定する（Ｓ１０３）。このＳ１０２およびＳ１０３で得られた測定値が演算処理部１０９で処理されることで、第２保持手段１０２の駆動部１０５による放熱部材１３の下降位置および、半導体素子１１上と回路基板１２上とに塗布する接着層の膜厚が規定される。

具体的には、後工程で半導体素子１１上に塗布形成する接着層の膜厚は、半導体素子１１と放熱部材１３の熱膨張率の差による応力を緩和可能な膜厚で形成される必要がある。また、半導体素子１１の上面に対して、放熱部材１３の放熱板１３ａが近接して配置される方が、放熱性が向上されるため、好ましい。このため、上記応力を緩和可能な範囲でより近接した所定の距離となるように、半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面との距離を規定する。そして、この距離に基づき、第２保持手段１０２の保持面１０２ａの下降位置が規定され、また、半導体素子１１上に塗布形成する接着層の膜厚がこの距離以上となるように規定される。さらに、これにともない、放熱部材１３の位置が規定されるため放熱部材１３の支持部１３ｂを固定するために回路基板１２上に塗布形成する接着層の膜厚も規定される。

上述したように、半導体素子１１の高さと放熱部材１３の厚みを測定した後、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、放熱部材１３が載置された保持面１０１ｂを第２保持手段１０２の直下に配置する。続いて、第２保持手段１０２を下降させて、真空ポンプ（図示省略）を稼働させることで、下部ホルダ１０６ｂの下端部に配置されたセラミックヒータ１０６ｃの保持面１０２ａに放熱部材１３を吸着保持させる（Ｓ１０４）。この際、後述する工程で、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１の上面に対して、第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３における放熱板１３ａの対向面の平行出しを行うため、下部ホルダ１０６ｂの中心と放熱部材１３の放熱板１３ａの中心が合致する状態で保持させることとする。その後、第２保持手段１０２を上昇させる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、回路基板１２が載置された保持面１０１ａを第２保持手段１０２の直下に配置する。その後、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１を覆う状態で、予め規定された所定の距離まで第２保持手段１０２の保持面１０２ａを下降させる。そして、平行出し機構１０６により、半導体素子１１の上面と放熱部材１３における放熱板１３ａの半導体素子１１との対向面の平行出しを行う。具体的には、エアーベアリングにより上部ホルダ１０６ａに対して下部ホルダ１０６ｂを摺動させることで、保持面１０２ａの傾きを調整し、平行出しを行う。そして、平行となる保持面１０２ａの傾きを検出し、その傾きで下部ホルダ１０６ｂを固定する（Ｓ１０５）。

ここで、平行状態の検知方法としては、例えば第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１と、第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３とを近接させた状態で、半導体素子１１と放熱板１３ａとの間に光を照射して反射させることで、半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面との距離を測定し、平行状態を検知することとする。なお、ここでは、半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面との平行出しを行うこととしたが、回路基板１２の上面と半導体素子１１の上面が平行である場合には、回路基板１２の上面と放熱板１３ａの対向面との平行出しを行ってもよい。

その後、平行となる保持面１０２ａの傾きを維持した状態で、第２保持手段１０２を上昇させて、放熱部材１３を第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１から離間させる。

次いで、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、回路基板１２が載置された保持面１０１ａを、図１を用いて説明した接着層形成手段１０４の直下に配置する。次に、この接着層形成手段１０４を駆動部１１０により下降するとともに、ディスペンスヘッド１１１ａをｘｙ方向に微動させて、図３（ｃ）に示すように、予め規定された膜厚以上となるように半導体素子１１上に接着層１４を塗布形成する。この接着層１４は、半導体素子１１から発生する熱を放熱板１３ａ（前記図３（ｂ）参照）に伝導するため、金属粒子等からなる熱伝導性の良好なフィラーが含有された熱硬化性の樹脂材料で形成されていることとする。なお、ここでは、接着層１４は熱硬化性の樹脂材料で形成されていることとするが、硬化しないタイプの樹脂材料を用いてもよい。この場合には、後述する回路基板１２上に設けられる接着層には、硬化性のものを用いることとする。

続いて、ディスペンスヘッド１１１ｂ（前記図１参照）をｘｙ方向に微動させて、回路基板１２上の放熱部材１３の支持部１３ｂ（前記図３（ｂ）参照）が配置される領域上に、予め規定された膜厚となるように、接着層１５を塗布形成する（Ｓ１０６）。ここでは、この接着層１５は熱硬化性の樹脂材料で形成されていることとするが、速硬化性の樹脂材料で形成されていてもよい。

その後、図４（ｄ）に示すように、第１保持手段１０１をｘｙ方向に移動させて、回路基板１２が載置された保持面１０１ａを第２保持手段１０２の直下に配置する。そして、再び、放熱部材１３を、回路基板１２上の半導体素子１１を覆う状態で配置する。この場合には、第２保持手段１０２の保持面１０２ａの傾きを維持した状態で、半導体素子１１の上面から所定の距離となるように、接着層１４を介して放熱板１３ａを配置し、接着層１５を介して支持部１３ｂを回路基板１２上に配置する。この際、第２保持手段１０２の保持面１０２ａをスクラブさせながら、放熱部材１３を半導体素子１１および回路基板１２上に押圧し、放熱部材１３の下降位置を微調整する。

その後、第２保持手段１０２に設けられた第２測定用ヘッド１０８（前記図１参照）により、保持面１０１ａからの放熱部材１３の高さを測定し、半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面が所定の距離で配置されているかどうかを確認する。そして、配置されていない場合には、第２保持手段１０２の保持面１０２ａの高さを微調整する。

これにより、第１保持手段１０１に保持された回路基板１２上の半導体素子１１の上面に対して、第２保持手段１０２に保持された放熱部材１３における放熱板１３ａの対向面が、予め規定された所定の距離で、平行に配置される。続いて、第１保持手段１０１および第２保持手段１０２による保持状態を維持したまま、約１０５℃に第１保持手段１０１と第２保持手段１０２を加熱する。これにより、接着層１４、１５を硬化し、放熱部材１３を半導体素子１１上および回路基板１２上に固定する（Ｓ１０７）。よって、半導体素子１１の上面に対して、放熱板１３ａの対向面が所定の距離で平行に配置された状態で硬化されるため、その状態を維持することが可能となる。このようにして、回路基板１２上に搭載された半導体素子１１を覆う状態で放熱部材１３が接着固定された半導体パッケージ１０が形成される。

なお、ここでは、接着層１５が熱硬化性の樹脂材料で形成されている例について説明したが、上述したように、接着層１５が速硬化性の樹脂材料で形成されている場合には、半導体素子１１の上面に対して放熱板１３ａを所定の距離となるように平行に配置した後、放熱板１３ａよりも先に支持部１３ｂが接着層１５を介して回路基板１２上に接着固定される。これにより、半導体素子１１上の接着層１４が硬化しなくても放熱板１３ａは所定の距離に固定されることから、第１保持手段１０１および第２保持手段１０２による保持状態を維持したまま、半導体素子１１上の接着層１４を硬化しなくてもよく、上記保持手段から外した後に、オーブン等で硬化してもよい。これにより、Ｓ１０７の工程が短縮化される。

次いで、図４（ｅ）に示すように、第１保持手段１０１（前記図４（ｄ）参照）の回路基板１２の吸着保持を解除し、第２保持手段１０２を上昇させることで、半導体パッケージ１０を、収納容器１１２内に収納する。この後は冷却を行うが、この半導体パッケージ１０が収納された収納容器１１２をオーブン（図示省略）に入れて再度加熱することにより、接着層１４、１５中の溶剤等を除去してもよい。

以上のような半導体パッケージの製造方法および半導体パッケージの製造装置によれば、回路基板１２上に搭載された半導体素子１１の上面に対して、放熱板１３ａの半導体素子１１との対向面の平行出しを行い、平行となる半導体素子１１の上面および放熱板１３ａの対向面の傾きを維持した状態で、半導体素子１１上に接着層１４を介在させて放熱部材１３を配置し、半導体素子１１上に放熱部材１３を固定する。これにより、半導体素子１１の上面に対して放熱板１３ａの対向面を平行に配置した状態で接着固定することができるため、半導体素子１１の上面全域に渡って、放熱板１３ａの対向面との距離を均一にすることが可能となる。したがって、半導体素子１１の表面が部分的に高熱になるのを防ぐことができるため、半導体素子１１の誤動作が防止されることから、信頼性の高い半導体パッケージ１０を得ることができる。

また、予め半導体素子１１の上面と放熱板１３ａの対向面との距離を、半導体素子１１と放熱部材１３との熱膨張率の差による応力の緩和される範囲で、より近接した所定の距離となるように規定しておき、半導体素子１１の上面に対して、この所定の距離となるように放熱板１３ａに配置する。これにより、半導体素子１１の上面に対して一定の距離で放熱部材１３を配置し、その位置で接着固定することが可能となる。したがって、応力による半導体素子１１の破損を防止するとともに、半導体素子１１から発生する熱を効率よく放熱することが可能である。

なお、本実施形態では、第１保持手段１０１がｘｙ方向に移動自在とし、第２保持手段１０２および接着層形成手段１０４がｚ方向に移動自在であることとしたが、本発明はこれに限定されず、第１保持手段１０１がｚ方向に移動自在であってもよく、第２保持手段１０２および接着層形成手段１０４がｘｙ方向移動自在であってもよい。

また、ここでは、第２保持手段１０２側にエアーベアリングによる平行出し機構が設けられる例について説明したが、上部ホルダ１０２ｂと下部ホルダ１０２ｃの当接面の摩擦が少なければ、エアーを供給しなくても構わない。また、上記当接面間にオイルを供給するオイルベアリングであってもよく、ボールが配置されたボールベアリングであってもよい。さらに、保持面１０２ａの傾きが変動自在であり、第１保持手段に保持された回路基板１２上の半導体素子１１の上面と、第２保持手段１２に保持された放熱部材１３の対向面とが平行となる傾きで固定可能な平行出し機構１０６が設けられていれば、本実施形態のような構成でなくてもよい。また、この平行出し機構１０６は第１保持手段１０１側に設けられていてもよい。

また、ディスペンサーからなる接着層形成手段１０４により、接着層１４、１５を塗布形成することとしたが、本発明はこれに限定されず、例えばシート状の接着剤を手動または自動により、半導体素子１１上および回路基板１２上に貼着して接着層１４、１５を形成してもよい。

さらに、本実施形態では、放熱板１３ａと枠状の支持部１３ｂとを備えた放熱部材１３を、半導体素子１１を覆う状態で、半導体素子１１上および回路基板１２上に接着固定する例について説明したが、本発明はこの放熱部材１３の形状に限るものではなく、放熱板１３ａのみで構成された放熱部材１３であってもよい。この場合には、例えば枠状の補強材（スティフナー）を、半導体素子１１の側壁を囲う状態で、回路基板１２の外縁部上に接着層を介して固定する。そして、補強材上と半導体素子１１上とに接着層をそれぞれ形成して、放熱部材１３を配置する。この場合の平行出しの工程は、補強材を回路基板１２上に固定する前に行っても、固定した後に行ってもよい。

本発明の半導体パッケージの製造装置に係る実施形態を説明するための構成図である。 本発明の半導体パッケージの製造方法に係る実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明の半導体パッケージの製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である（その１）。 本発明の半導体パッケージの製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である（その２）。

符号の説明

１０１…第１保持手段、１０２…第２保持手段、１０１ａ，１０２ａ…保持面、１０３…制御部、１０４…接着層形成手段、１１…半導体素子、１２…回路基板、１３…放熱部材

Claims (7)

1. 回路基板上に搭載された半導体素子を覆う状態で、当該半導体素子上に放熱部材を接着固定する半導体パッケージの製造方法であって、
   前記半導体素子の上面と前記放熱部材の対向面との平行出しを行い、平行となる傾きで前記半導体素子の上面および前記放熱部材の対向面の傾きを固定する第１工程と、
   前記傾きを維持した状態で、前記半導体素子と前記放熱部材とを離間させて、前記半導体素子上に接着層を形成する第２工程と、
   前記傾きを維持した状態で、前記半導体素子上に前記接着層を介在させて前記放熱部材を配置し、前記半導体素子上に前記放熱部材を固定する第３工程とを有する
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
2. 請求項１記載の半導体パッケージの製造方法において、
   前記半導体素子の上面に対する前記放熱部材の対向面の距離を、所定の距離となるように規定し、
   前記第３工程では、前記所定の距離となるように前記半導体素子上に前記放熱部材を配置し、前記半導体素子上に前記放熱部材を固定する
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
3. 請求項１記載の半導体パッケージの製造方法において、
   前記第３工程では、前記接着層を加熱することで硬化し、前記半導体素子上に前記放熱部材を固定する
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
4. 回路基板上に搭載された半導体素子を覆う状態で、当該半導体素子上に放熱部材を接着固定する半導体パッケージの製造装置であって
   前記回路基板を保持可能な第１保持手段と、
   前記第１保持手段に対向配置されるとともに、前記放熱部材を保持可能な第２保持手段とを備え、
   前記第１保持手段または前記第２保持手段は、対向する前記第１保持手段または前記第２保持手段の保持面に対して近接可能に構成されており、
   前記第１保持手段または前記第２保持手段の前記保持面の傾きが変動自在に構成されるとともに、前記第１保持手段に保持された回路基板上の半導体素子の上面と、第２保持手段に保持された放熱部材の対向面とが平行となる傾きで、前記保持面を固定可能な平行出し機構を備えている
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造装置。
5. 請求項４記載の半導体パッケージの製造装置において、
   前記第１保持手段の前記保持面と、対向する前記第２保持手段の前記保持面との距離を、所定の距離となるように制御する制御部が設けられている
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造装置。
6. 請求項４記載の半導体パッケージの製造装置において、
   前記第１保持手段に保持された前記回路基板上の前記半導体素子上に、接着層を形成する接着層形成手段を備えている
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造装置。
7. 請求項４記載の半導体パッケージの製造装置において、
   前記第１保持手段および前記第２保持手段には、加熱機構が設けられている
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造装置。

Images