JP2007073554A - 樹脂封止デバイスの製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスチップの機能面上方を中空状態とした封止構造を適用した上で、封止信頼性を向上させることを可能にした樹脂封止デバイスの製造方法及びその製造装置を提供する。
【解決手段】樹脂封止デバイスの製造方法は、デバイスチップ２の機能面側がフリップチップ接続された配線基板１を、所定温度に制御されたステージ３上に配線基板１側を支持するように載置する工程と、載置された配線基板１上のデバイスチップ２の端面付近にステージよりも高い温度を有する樹脂１２を適用しデバイスチップ２の機能面を中空内に封止する工程と、適用された樹脂１２を熱硬化する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂でデバイスチップの機能面を中空内に封止した樹脂封止デバイスの製造方法及びその製造装置に係り、特に例えばＳＡＷチップ等に好適な樹脂封止デバイスの製造方法及びその製造装置に関する。

例えばＳＡＷ（Surface acoustic wave）チップ等においては、通常の半導体装置と同様に外界の影響から素子を保護するために封止構造が用いられている。ただし、ＳＡＷチップ等はその特性から素子の機能面上方を中空状態に保持しなければならないため、中空状態を保持し得る封止構造を適用する必要がある。このような封止構造としては、従来から適用されているカンタイプのパッケージが知られているが、パッケージの大型化が避けられないことから、近年の小型化要求には到底対応することができない。

このような点に対して、例えば特許文献１には、デバイスチップの機能面上方が中空状態となるようにデバイスチップの周囲を感光性樹脂で中空封止した構造が記載されている。また、特許文献２には、機能面が中空内に保持されるように高粘度のＮＣＰ（Non Conductive Polymer）樹脂等で封止した構造が記載されている。
特開２００１−２９８１０２号公報 特開２００５−１１００１７号公報

しかしながら、従来の封止構造のうち、デバイスチップの外周を感光性樹脂で中空封止した構造では、用いる感光性樹脂の流動性が高く、塗布時に樹脂が半導体チップの機能面周辺にまで侵入し素子特性を劣化させ易くするという難点を有していた。一方、高粘度のＮＣＰ樹脂等を適用した構造では、デバイスチップ上に塗布する際の樹脂が１００〜２００Ｐa・ｓという高粘度であるため、塗布出しに時間を要し作業性の悪化を招く傾向にあった。

本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、封止信頼性を向上させた上で、容易にかつ収率よく樹脂封止デバイスを製造可能にした樹脂封止デバイスの製造方法及び樹脂封止デバイスの製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る樹脂封止デバイスの製造方法は、デバイスチップの機能面側がフリップチップ接続された配線基板を、所定温度に制御されたステージ上に前記配線基板側を支持するように載置する工程と、前記載置された配線基板上の前記デバイスチップの端面付近に前記ステージよりも高い温度を有する樹脂を適用し前記デバイスチップの機能面を中空内に封止する工程と、前記適用された樹脂を熱硬化する工程とを有することを特徴とする。

すなわち、この樹脂封止デバイスの製造方法は、予め樹脂が適用されるデバイスチップの端面付近の温度を、樹脂の温度よりも低く制御することにより、機能面を中空内に封止する際に樹脂の粘度を高くして流動化し難くし、機能面周辺への樹脂の侵入を抑制することができる。したがって、封止信頼性の高い樹脂封止デバイスを提供することができる。また、製造歩留まりを低下させることなく容易に樹脂封止デバイスを作製することができる。

また、本発明に係る樹脂封止デバイスの製造装置は、冷却体を内蔵し、かつ、デバイスチップがフリップチップ接続された配線基板を保持可能な配線基板保持部と、前記保持された配線基板上の前記デバイスチップの端面付近に樹脂を適用する樹脂適用部とを具備することを特徴とする。

すなわち、この樹脂封止デバイスの製造装置は、冷却体を内蔵した配線基板保持部を用いることにより、保持された配線基板上のデバイスチップを冷却して適用された樹脂の高粘度にすることができる。これによって、機能面を中空封止する際に樹脂の流れ込みを抑制して信頼性の高い樹脂封止デバイスを収率よく提供することができる。

本発明によれば、封止信頼性を向上させた上で、容易にかつ収率よく樹脂封止デバイスを製造可能にした樹脂封止デバイスの製造方法及び樹脂封止デバイスの製造装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を模式的な断面で示す工程図である。図２は、図１（ａ）に示した状態を模式的な平面で示す図である。ここでは、樹脂封止デバイスとしてＳＡＷデバイスを例に挙げて説明する。

まず、図１（ａ）、図２に示すように、ＳＡＷチップ２の櫛歯状電極６（ＩＤＴ）と向き合うようにＳＡＷチップ２がフリップチップ接続された配線基板１を、配線基板１側がステージ３に接するように載置する。ここで、予め用意しておく配線基板１側の構成について説明する。ＳＡＷチップ２（例えば０．１ｍｍ角、厚さ３ｍｍ）には、櫛歯状電極６を取り囲むように電極パッド７（例えば７０μｍ程度）が形成されており、ＳＡＷチップ２端面と電極パッド７との距離は、例えば１５０μｍ程度である。セラミックス基板等からなる配線基板１（例えば厚さ０．５〜１．０ｍｍ）には、配線パターン９が形成されており、この配線パターン９の所定位置とＳＡＷチップ２の電極パッド７とがＡｕバンプ８を介して接続されている。配線パターン９の所定位置の下方には、スルーホール電極１０が形成されており、配線基板１裏面に設けられた外部電極１１と接続されている。ステージ３には、０〜１０℃に温度制御された水などの冷却媒体５を循環させる冷却媒体循環ライン（冷却体）が内蔵されており、載置された配線基板１側を０〜１０℃に冷却することができる。冷却媒体循環ラインは、ステージ３外部に設けられた例えばペルチェ素子を用いた冷却器（不図示）と連結されている。

次に、図１（ｂ）に示すように、動作機構（不図示）と動作制御手段（不図示）により熱硬化性樹脂１２が封入されたディスペンサヘッド４を作動させて、ステージ３上のＳＡＷチップ２の外周端面を取り囲むようにロ字状に樹脂１２を塗布する。ディスペンサヘッド４は、動作機構及び動作制御手段によってＳＡＷチップ２上を水平及び垂直に移動制御することが可能であり、かつ、圧縮エアにより内部に封入された熱硬化性樹脂１２を吐出させることができる。熱硬化性樹脂１２は、ディスペンサヘッド４から吐出させ易くするため、冷凍保管（−２０℃）されていたものを粘度２０Ｐａ・ｓ（２５℃）となるように、ディスペンサ内で一定時間（２５℃）貯留したものである。このような熱硬化性樹脂１２を配線基板１上に塗布すると、配線基板１は０〜１０℃に冷却されているため熱硬化性樹脂１２の温度が下がり、粘度が１００Ｐａ・ｓまで増加して流動化し難くなる。これによって、塗布された樹脂１２がＳＡＷチップ２と配線基板１との空隙（例えば５０μｍ前後の空隙）に流れ込んで櫛歯状電極６に付着することを防ぐことが可能となり、確実に電極６を中空内に封止することができる。

この後、図１（ｃ）に示すように、配線基板１ごと例えばオーブン１４に投入し、１５０℃程度で３０分程加熱し、塗布された樹脂１２を熱硬化させる。加熱してから熱硬化反応が起こる１００℃になるまでの間に樹脂１２が低粘度になり流動化し易くなるが、櫛歯状電極６上方の封止空間の内圧が高くなるため電極６周辺に流れ込む恐れはない。なお、オーブン１４の代わりにホットステージを用いてもよい。ＳＡＷチップ２が実装された配線基板１をホットステージに載置することで、配線基板１側に直に熱を供給できるため、１５０℃に加熱した場合５分程度で熱硬化させることができる。

以下の工程は、図示していないが、本実施形態のＳＡＷデバイスを完成させると図３（ａ）（ｂ）に示すような態様になる。図３は、図１に示す製造方法を用いて得られたＳＡＷデバイスの最終的な構成を示す断面図及び平面図である。図３に示すように、ＳＡＷデバイス３０は、ＳＡＷチップ２を被覆するようにエポキシ樹脂等のモールド樹脂１３が形成されている。モールド樹脂１３の形成では、熱硬化性樹脂１２は固化しているため、モールド樹脂１３がＳＡＷチップ２と配線基板１との隙間に流れ込む恐れはない。熱硬化性樹脂１２を形成した後、モールド樹脂１３で２重に封止することで封止信頼性をさらに向上させることができる。モールド樹脂１３を完全に固化させた後、モールド樹脂１３の上からダイシング装置により個片に切断して、図３（ａ）（ｂ）に示すＳＡＷデバイス３０を得ることができる。

このようにして得られるＳＡＷデバイス３０では、配線基板１とＳＡＷチップ２との空隙に櫛歯状電極６とＡｕバンプ８とを取り囲むように熱硬化性樹脂１２が形成される。チップ２下に入り込む熱硬化性樹脂１２の幅は、ＳＡＷデバイス３０の小型化を図り、かつ、信頼性を向上させるため１５０μｍ以内であることが好ましい。

ここで、図４と図５を用いて本実施形態に係る熱硬化性樹脂の温度と粘度との関係を説明する。図４は、図１に示した工程で用いられる熱硬化性樹脂の温度と粘度との関係を示す図である。図５は、図１に示した工程を含めた過程での熱硬化性樹脂の温度と粘度の経時的な変化を示す図である。なお、図５中に示した（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各工程の経時的な変化にそれぞれ対応している。

図４に示すように、本実施形態で用いられる熱硬化性樹脂は１００℃付近で熱硬化反応が起こる。すなわち、１００℃未満であると温度上昇とともに低粘度になり流動化し易くなり、１００℃を越えると熱硬化反応が起こり急激に粘度上昇して固化する。

本実施形態ではこのような温度差による熱硬化性樹脂の粘度変化を利用する。すなわち、図５に示すように冷凍保管（−２０℃程度）されたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を予め常温（２５℃）で一定時間放置しておき、粘度をディスペンサヘッドから吐出させ易い２０Ｐａ・ｓ（２５℃）に調整する。

このように常温で粘度調整された樹脂を、０〜１０℃に冷却されたステージ上の配線基板に塗布すると、樹脂の温度が０〜１０℃まで下がりその粘度は１００Ｐａ・ｓまで増加して流動化し難くなる。これによって、ＳＡＷチップと配線基板との空隙への樹脂の流れ込みを防止することができる。

塗布された樹脂をオーブンで熱硬化すると、１００℃になるまでの間に樹脂が低粘度になり流動化し易くなるが、櫛歯状電極上方の封止空間の内圧が高くなるため電極周辺に流れ込む恐れはない。

したがって、本実施形態によれば、温度差による樹脂の粘度変化を利用することにより、製造過程でＳＡＷチップ２の櫛歯状電極６に樹脂１２が付着することなく、電極６を確実に中空内に封止することが可能な封止信頼性の高い封止樹脂デバイスを提供することができる。小型のＳＡＷチップ２（例えば１ｍｍ以下）の場合でも、チップ２と配線基板１との空隙内に入り込む樹脂１２幅を例えば１５０μｍ以内に抑えることができるため、信頼性を高めた上で樹脂封止デバイスの小型化を図ることができる。また、樹脂１２の粘度変化を用いて中空封止することで、容易に収率よく樹脂封止デバイスを得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を示している。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略または省略する。本実施形態で用いるディスペンサヘッド内には封入された樹脂を加温するヒーターが設けられている。また、ステージには冷却体が内蔵されていない。

まず、図６（ａ）に示すようにＳＡＷチップ２の櫛歯状電極６側が向き合うようにフリップチップ接続された配線基板１を、配線基板１側がステージ６１上に接するように載置する。本実施形態で用いるステージ６１には冷却体が内蔵されていないため、ステージ６１は常温（２５℃）である。したがって、ステージ６１上のＳＡＷチップ２が実装された配線基板１も常温で保持される。

次に、図６（ｂ）に示すようにヒーター６３を有するディスペンサヘッド６２を作動させて、ステージ６１に載置された配線基板１上のＳＡＷチップ２の外周端面に熱硬化性樹脂１２をロ字状に塗布する。熱硬化性樹脂１２は、常温で１００Ｐａ・ｓの粘度を有する樹脂をディスペンサヘッド６２内のヒーター６３で５０℃まで昇温させたものであり、ディスペンサヘッド６２から吐出させ易い２０Ｐａ・ｓ付近に調整されている。このように樹脂１２が常温で５０〜１００Ｐａ・ｓの粘度を有する場合、ステージ６１を冷却せずに、ヒーター６３等で樹脂１２を常温よりも高い温度に昇温させて用いてもよい。ステージ６１上の配線基板１は常温であるため、６０℃まで昇温された樹脂１２が配線基板１に触れると、温度降下して高粘度になる。これによって、櫛歯状電極６周辺まで樹脂１２が流れ込むことなく電極６に付着することを防止することができる。

続いて、図６（ｃ）に示すように、熱硬化性樹脂１２をオーブン１４で熱硬化する。この後、モールド樹脂でＳＡＷチップ２を封止する。

したがって、本実施形態によれば、ステージ６１が常温の場合でも、ディスペンサヘッド６２に封入された樹脂１２を５０℃程度まで昇温することにより、ステージ６１上の配線基板１に塗布した時に、樹脂１２を高粘度で低流動化することができる。これによって、櫛歯状電極６上方に気密性の高い封止空間を形成することが可能となり封止信頼性の高い樹脂封止デバイスを収率よく得ることができる。

次に、第３の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法について図７を参照して説明する。図７は、第３の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を示している。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略または省略する。本実施形態ではステージには第１の実施形態と同様の冷却体が内蔵されている。また、ＳＡＷチップの端面付近に樹脂を塗布する際に、スキージとスクリーン板を使用する。

まず、図７（ａ）に示すように、ＳＡＷチップ２がフリップチップ接続された配線基板１をステージ７１に載置する。ステージ７１には、０〜１０℃に温度制御された水などの冷却媒体７２を循環させる冷却媒体循環ライン（冷却体）が内蔵されており、載置された配線基板１側を０〜１０℃に冷却することができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、予めＳＡＷチップ２の所定位置に合わせて位置決めされたスクリーン板７３上に、常温で２０Ｐａ・ｓに調整されたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂１２を供給し、スキージ７４をスクリーン板７３上の樹脂１２に押し付けながら移動させてＳＡＷチップ２の端面付近に樹脂１２を塗布する。ステージ７１上の配線基板１は０〜１０℃に冷却されているため、樹脂１２（２５℃）が配線基板１に触れると、温度降下とともに１００Ｐａ・ｓまで粘度が上昇し低流動化する。これによって、樹脂１２がＳＡＷチップ２と配線基板１との空隙に樹脂１２が侵入して、櫛歯状電極６周辺まで到達することを防ぐことができる。

続いて、図７（ｃ）に示すように、塗布された熱硬化性樹脂１２をオーブン１４で熱硬化する。この後、エポキシ樹脂等のモールド樹脂でＳＡＷチップ２を封止する。

したがって、本実施形態によれば、温度差による樹脂１２の粘度変化を利用することにより、櫛歯状電極６の封止信頼性を高めた上で電極６を安定して動作させることが可能な樹脂封止デバイスを提供することができる。また、予め乳剤でスクリーン板７３にパターニングすることによって、ＳＡＷチップ２の外周端部に対して確実に塗布することができ塗布不良の発生を低減することができる。すなわち、樹脂１２の塗布をスクリーン板７３の開閉とスキージ７４の移動のみで瞬時に行うことができ、樹脂封止デバイスを容易に収率よく得ることが可能となる。

なお、上述した実施形態では、樹脂封止デバイスとしてＳＡＷデバイスを例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、素子の機能面上方に封止空間を必要とするＭＥＭＳデバイス、光学デバイス等であっても適用することができる。
また、０〜１０℃に温度制御された冷却媒体を供給するペルチェ素子等は、ステージ内に予め設けて用いてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を模式的な断面で示す工程図。 図１（ａ）に示した状態を模式的な平面で示す図。 図１に示す製造方法を用いて得られたＳＡＷデバイスの最終的な構成を示す断面図及び平面図。 図１に示した工程で用いられる熱硬化性樹脂の温度と粘度との関係を示す図。 図１に示した工程を含めた過程での熱硬化性樹脂の温度と粘度の経時的な変化を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を模式的な断面で示す工程図。 本発明の第３の実施形態に係る樹脂封止デバイスの製造方法を模式的な断面で示す工程図。

符号の説明

１…配線基板、２…ＳＡＷチップ、３，６１，７１…ステージ、４，６２…ディスペンサヘッド、５，７２…冷却媒体、６…櫛歯状電極、７…電極パッド、８…Ａｕバンプ、９…配線パターン、１０…スルーホール電極、１１…外部電極、１２…熱硬化性樹脂、１３…モールド樹脂、１４…オーブン、３０…ＳＡＷデバイス、６３…ヒーター、７３…スクリーン板、７４…スキージ。

Claims (6)

1. デバイスチップの機能面側がフリップチップ接続された配線基板を、所定温度に制御されたステージ上に前記配線基板側を支持するように載置する工程と、
   前記載置された配線基板上の前記デバイスチップの端面付近に前記ステージよりも高い温度を有する樹脂を適用し前記デバイスチップの機能面を中空内に封止する工程と、
   前記適用された樹脂を熱硬化する工程と
   を有することを特徴とする樹脂封止デバイスの製造方法。
2. 前記ステージは、０〜１０℃に制御されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止デバイスの製造方法。
3. 樹脂を適用し前記デバイスチップの前記機能面を中空内に封止する前記工程が、昇温手段により前記樹脂を昇温させてなされることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止デバイスの製造方法。
4. 樹脂を適用し前記デバイスチップの機能面を中空内に封止する前記工程が、ディスペンサを用いてなされることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止デバイスの製造方法。
5. 樹脂を適用し前記デバイスチップの機能面を中空内に封止する前記工程が、スクリーン印刷を用いてなされることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止デバイスの製造方法。
6. 冷却体を内蔵し、かつ、デバイスチップがフリップチップ接続された配線基板を保持可能な配線基板保持部と、
   前記保持された配線基板上の前記デバイスチップの端面付近に樹脂を適用する樹脂適用部と
   を具備することを特徴とする樹脂封止デバイスの製造装置。

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