JP2007294989A - 半導体装置のアンダーフィル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】できる限り正確にアンダーフィル材の供給量を制御することができる半導体装置のアンダーフィル方法を提供する。
【解決手段】プリント配線基板１１に対する半導体装置の搭載に先立って、ノズル２１からプリント配線基板１１の表面に向けて紫外線硬化樹脂の流動体３５を供給する。所定量の流動体３５が噴き出た時点で、ノズル２１に形成された透過窓２６から流動体に紫外線を照射する。紫外線に曝された流動体では固化反応が引き起こされる。この固化反応によって流動体の粘度は高められる。部分的な粘度の高まりによってノズル２１内の流動体に仕切りが形成される。ノズル２１の先端から噴き出た流動体３５と仕切りとの間で流動体は比較的に簡単に途切れることができる。このように流動体の途切れを調整することができれば、ノズルから噴き出る流動体の供給量は高い精度で制御されることが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、プリント配線基板に実装されるフリップチップといった半導体装置とプリント配線基板の表面との間に区画される空間にアンダーフィル材を充填するアンダーフィル方法に関する。

プリント配線基板の表面に対する半導体装置の搭載に先立ってプリント配線基板の表面にアンダーフィル材（例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂）の流動体を塗布するアンダーフィル方法は従来から知られる。半導体装置は、プリント配線基板の表面に盛られたアンダーフィル材上に搭載される。プリント配線基板の表面に半導体装置が押し付けられた状態でアンダーフィル材が硬化すると、半導体装置はプリント配線基板の表面に固定されることができる。このアンダーフィル方法によれば、半導体装置とプリント配線基板の表面との間隔が狭められても、半導体装置とプリント配線基板の表面との間に区画される空間の隅々にまでアンダーフィル材の流動体は行き渡ることができる。そういった空間はアンダーフィル材で確実に満たされる。

こうしたアンダーフィル方法では、個々の半導体装置ごとに流動体の塗布量すなわち供給量が正確に制御される必要がある。流動体の供給量が多すぎれば、半導体装置の周囲からアンダーフィル材の流動体が溢れ出てしまう。プリント配線基板に対する後処理に支障を来す。反対に、流動体の供給量が少なすぎると、半導体装置とプリント配線基板との間で電気的接続を確立する金属製の接続バンプが完全に包み込まれなかったり、プリント配線基板の表面で露出する金属製の配線パターンが完全に覆われなかったりしてしまう。こういった接続バンプや配線パターンの露出が放置されると、接続バンプや配線パターンの腐食が進行することが懸念される。

その一方で、前述のアンダーフィル方法では、個々の半導体装置ごとに順番にアンダーフィル材の硬化が実施されなければならない。したがって、半導体装置の実装に多大な時間が費やされてしまう。しかも、アンダーフィル材の硬化にあたって半導体装置はプリント配線基板の表面に押し付けられなければならない。半導体装置に対する押し付け力が保持されたままアンダーフィル材の硬化が達成されることから、こういったアンダーフィル方法を実現するアンダーフィル装置の構造は複雑化しやすい。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、できる限り正確にアンダーフィル材の供給量を制御することができる半導体装置のアンダーフィル方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そういったアンダーフィル方法を実現することができる半導体装置用アンダーフィル装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、正確にアンダーフィル材の供給量を制御するにあたって大いに役立つアンダーフィル材充填シリンジやプリント配線基板、アンダーフィル向け前処理方法を提供することを目的とする。さらにまた、本発明は、プリント配線基板に対する半導体装置の搭載に先立ってプリント配線基板の表面にアンダーフィル材を供給する場合でも、比較的に簡単な構造のアンダーフィル装置を利用することができるアンダーフィル方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、プリント配線基板の表面に対する半導体装置の搭載に先立って、ノズルからプリント配線基板の表面に向けて反応性硬化樹脂の流動体を供給する工程と、所定量の流動体が噴き出た時点で、ノズル内で流動体の粘度を高める工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法が提供される。

かかるアンダーフィル方法では、ノズル内で流動体の粘度が高められると、こうした部分的な粘度の高まりによってノズル内の流動体に仕切りが形成される。ノズルの先端から噴き出た流動体と仕切りとの間で流動体は比較的に簡単に途切れることができる。このように流動体の途切れを調整することができれば、ノズルから噴き出る流動体の供給量は比較的に高い精度で制御されることが可能となる。ここで、反応性硬化樹脂には、光線に曝されると硬化する光硬化樹脂や、熱に曝されると硬化する熱硬化樹脂、その他の反応に基づき硬化する樹脂が含まれることができる。

また、第２発明によれば、プリント配線基板の表面に対する半導体装置の搭載に先立って、ノズルからプリント配線基板の表面に向けて光硬化樹脂の流動体を供給する工程と、所定量の流動体が噴き出た時点で、ノズルに形成された透過窓から流動体に光線を照射する工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法が提供される。

かかるアンダーフィル方法では、透過窓から流動体に光線が照射されると、光線に曝される流動体では固化反応が引き起こされる。この固化反応によって流動体の粘度は高められる。こうしてノズル内で流動体の粘度が高められると、第１発明と同様に、部分的な粘度の高まりによってノズル内の流動体に仕切りが形成される。ノズルの先端から噴き出た流動体と仕切りとの間で流動体は比較的に簡単に途切れることができる。このように流動体の途切れを調整することができれば、ノズルから噴き出る流動体の供給量は高い精度で制御されることが可能となる。ここで、光硬化樹脂には、例えば紫外線に曝されると硬化する紫外線硬化樹脂や、紫外線のみならず熱に曝されると硬化する紫外線硬化樹脂が用いられることができる。

こうしたアンダーフィル方法を実現するにあたっては、例えば、光不透過性のノズルと、ノズルの基端に接続されて、光硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体と、ノズルに形成される透過窓とを備えるアンダーフィル材充填シリンジが用いられればよい。こうしたアンダーフィル材充填シリンジでは、例えば収容体に加えられる圧力に応じてノズルから光硬化樹脂の流動体は噴き出ることができる。透過窓に向けて光線が照射されると、前述のように光硬化樹脂の粘度は高められることができる。

また、こうしたアンダーフィル材充填シリンジに代えて、一般のアンダーフィル材充填シリンジが用いられてもよい。このアンダーフィル材充填シリンジは、周知の通り、光不透過性のノズルと、ノズルの基端に接続されて、光硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体とを備える。ただし、ノズルの先端には筒型のアタッチメントが接続される。このアタッチメントには前述のように透過窓が形成される。ノズルから噴き出る光硬化樹脂の流動体はアタッチメント内を通過してアタッチメントの先端から噴き出る。アタッチメントに形成された透過窓に光線が照射されると、アタッチメント内では前述のように光硬化樹脂の粘度は高められることができる。こうしたアタッチメントによれば、アンダーフィル材充填シリンジの構造の変更を伴わずに所望通りに流動体の粘度は高められることが可能となる。

こういったアンダーフィル材充填シリンジを使用するにあたって、例えば半導体装置用アンダーフィル装置は、加工テーブルと、加工テーブルに向き合う支持ヘッドと、支持ヘッドに連結されて、噴き出し位置に向かう支持ヘッドの移動を引き起こす位置決め機構と、支持ヘッドに連結されて、支持ヘッドに向けて圧力を供給するディスペンサと、噴き出し位置の支持ヘッドおよび加工テーブルの間に規定される照射域に向かって光線を照射する光源とを備えればよい。前述のアンダーフィル材充填シリンジは支持ヘッドに装着される。光硬化樹脂の流動体は、ディスペンサから支持ヘッドに供給される圧力の働きを借りてノズルから噴き出ることができる。ノズル内で流動体の粘度を高めるにあたっては、照射域に透過窓が位置決めされればよい。こういった位置決めには位置決め機構の働きが利用されればよい。

こういった半導体装置用アンダーフィル装置は、さらに、前記加工テーブルに向かう前記光線を遮るマスク部材を備えることが望ましい。こうして光線が遮られれば、ノズルの先端から噴き出た光硬化樹脂が即座に固まってしまうことは確実に回避されることができる。

さらに、第３発明によれば、プリント配線基板に形成されたアンダーフィル材投入孔を覆う半導体装置をプリント配線基板の下向き面に保持しつつ、プリント配線基板の下向き面に光線を照射する工程と、光線の照射中に、プリント配線基板の上向き面側からアンダーフィル材投入孔に光硬化樹脂の流動体を供給する工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法が提供される。

かかるアンダーフィル方法によれば、アンダーフィル材投入孔に供給された光硬化樹脂の流動体は半導体装置に受け止められる。流動体は、半導体装置とプリント配線基板の下向き面との間で広がっていく。このとき、半導体装置の周囲では、溢れ出た光硬化樹脂の流動体は硬化する。流動体の流れは、硬化した光硬化樹脂によって堰き止められる。流動体の広がりは制限される。光硬化樹脂の流動体が必要以上に広がることは回避されることができる。

こうしたアンダーフィル方法を実現するにあたって、半導体装置用アンダーフィル装置は、例えば、噴き出し位置に位置決めされる支持ヘッドと、支持ヘッドに連結されて、支持ヘッドに向けて圧力を供給するディスペンサと、噴き出し位置に位置決めされた支持ヘッドの下方に配置されて、上方に向かって光線を照射する光源とを備えればよい。支持ヘッドには前述のアンダーフィル材充填シリンジが装着されればよい。このアンダーフィル材充填シリンジは、従来と同様に、光不透過性のノズルと、ノズルの基端に接続されて、光硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体とを備えればよい。

さらにまた、第４発明によれば、基板本体の表面でアンダーフィル材の塗布予定域に配置される導電性入出力パッドと、アンダーフィル材の塗布予定域に規定される導電性入出力パッドの過密域で基板本体に穿たれる過密側アンダーフィル材投入孔と、アンダーフィル材の塗布予定域に規定される導電性入出力パッドの過疎域で基板本体に穿たれ、過密側アンダーフィル材投入孔に比べて大きく形成される過疎側アンダーフィル材投入孔とを備えることを特徴とするプリント配線基板が提供される。

一般に、プリント配線基板に半導体装置が実装される場面では、半導体装置の導電性の接続バンプはプリント配線基板上の入出力パッドに受け止められる。言い換えれば、入出力パッドの密集度に応じて接続バンプの密集度は必然的に決定されることができる。過密域のように、入出力パッドすなわち接続バンプが密集して配置されると、たとえプリント配線基板の表面と半導体装置との間隔が狭くても、接続バンプを伝ってアンダーフィル材の流動体は広がりやすい。その一方で、過疎域のように、接続バンプが疎らに配置されても、接続バンプの配置に応じて拡大された過疎側アンダーフィル材投入孔が形成されれば、接続バンプの助けを借りずともアンダーフィル材の流動体は容易に半導体装置とプリント配線基板の表面との間で広がっていくことができる。こういった過密側アンダーフィル材投入孔および過疎側アンダーフィル材投入孔は一体に形成されてもよい。

さらにまた、第５発明によれば、プリント配線基板の表面に規定されるアンダーフィル材の塗布予定域にプラズマ照射を施すことを特徴とするアンダーフィル向け前処理方法が提供される。

プラズマ照射によれば、プリント配線基板の表面に付着した汚れが払い除けられ、プリント配線基板の濡れ性は高められることができる。このように濡れ性が高められれば、アンダーフィル材の流動体は容易にプリント配線基板の表面に沿って広がっていくことが可能となる。しかも、塗布予定域の周囲で、流動体の表面張力に比較して大きな表面力が確保されれば、流動体が塗布予定域を超えて広がることは確実に回避されることが可能となる。

さらにまた、第６発明によれば、プリント配線基板の表面に反応性硬化樹脂の流動体を供給する工程と、反応性硬化樹脂の流動体が供給されたプリント配線基板の表面に半導体装置を搭載する工程と、搭載された半導体装置に超音波ヘッドを接触させる工程と、反応性硬化樹脂の流動体を硬化させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の実装方法が提供される。

かかる実装方法によれば、プリント配線基板上に設置された半導体装置には超音波ヘッドから超音波振動が伝達される。その結果、半導体装置は、微細な振幅で高速にプリント配線基板の表面に沿って横揺れする。こうした半導体装置の横揺れは、プリント配線基板上の入出力パッドと半導体装置側の導電性バンプとの間に摩擦を引き起こす。摩擦熱の働きで導電性バンプと入出力パッドとの間には接合が確立される。こうしてプリント配線基板上に半導体装置は固定されることができる。こうしてプリント配線基板上に全ての半導体装置が固定された後に一括で反応性硬化樹脂を硬化させることができれば、半導体装置の実装に費やされる処理時間は短縮化されることができる。しかも、こうした実装方法によれば、反応性硬化樹脂を硬化させるにあたって半導体装置に押し付け力を加え続ける必要はなく、比較的に簡単な構造で半導体装置向け実装装置は構成されることが可能となる。ここで、反応性硬化樹脂には、光線に曝されると硬化する光硬化樹脂や、熱に曝されると硬化する熱硬化樹脂、その他の反応に基づき硬化する樹脂が含まれることができる。

こうした半導体装置の実装方法では、前記超音波ヘッドを接触させるにあたって、前記半導体装置と超音波ヘッドとの間に薄膜フィルムが配置されることが望ましい。前述のように半導体装置に対して超音波ヘッドが接触すると、薄膜フィルムは半導体装置と超音波ヘッドとの間に挟み込まれる。したがって、半導体装置の周囲から溢れ出る反応性硬化樹脂の流動体は薄膜フィルムに付着する。超音波ヘッドに対する反応性硬化樹脂の付着は確実に阻止されることができる。その結果、半導体装置に対して超音波ヘッドは確実に大きな接触面積で接触することができる。半導体装置に対する超音波振動の伝達は確実に確立され続けることができる。

こうした薄膜フィルムを用いることに代えて、半導体装置の外周にフランジが形成されてもよい。こういったフランジはプリント配線基板の表面に段差面を向き合わせる。こうした半導体装置によれば、溢れ出た反応性硬化樹脂の流動体はフランジの段差面に受け止められる。流動体がフランジを回り込んで超音波ヘッドに到達することは極力回避されることができる。その結果、前述と同様に、超音波ヘッドに対する反応性硬化樹脂の付着は確実に阻止されることができる。

こうした半導体装置を形成するにあたって、半導体装置の切り分け方法は、ウェハーから半導体装置を切り出すにあたって、ウェハーに第１溝幅の刻み目を入れる工程と、第１溝幅よりも小さい第２溝幅の切り込みで刻み目に沿って半導体装置を切り離す工程を備えればよい。こうした切り分け方法によれば、比較的に簡単に半導体装置の外周にフランジを形成することができる。

以上のように本発明によれば、プリント配線基板上にアンダーフィル材の流動体を供給するに当たって、できる限り正確にアンダーフィル材の供給量を制御することが可能となる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置の全体構成を概略的に示す。このアンダーフィル装置１０は、例えば水平面でプリント配線基板１１を受け止める加工テーブル１２と、この加工テーブル１２に向き合い、加工テーブル１２に設定される三次元座標系上で移動する支持ヘッド１３とを備える。三次元座標系は、例えば加工テーブル１２の水平面に沿って規定されるｘ座標軸およびｙ座標軸と、加工テーブル１２の水平面に直交するｚ座標軸とによって規定されればよい。こうした三次元座標系に基づく支持ヘッド１３の動きは例えば位置決め機構１４の働きを借りて達成される。位置決め機構１４は、例えばｘ座標軸、ｙ座標軸およびｚ座標軸に沿って支持ヘッド１３を案内する案内機構の組み合わせによって実現されることができる。

支持ヘッド１３には、例えば紫外線硬化樹脂といったアンダーフィル材の流動体が充填されたアンダーフィル材充填シリンジ１５が着脱自在に装着される。このアンダーフィル材充填シリンジ１５には、例えば支持ヘッド１３に連結されるディスペンサ１６から圧力すなわち空気圧が供給される。アンダーフィル材充填シリンジ１５に空気圧が供給されると、後述されるように、シリンジ１５に充填された紫外線硬化樹脂の流動体はシリンジ１５から加工テーブル１２に向かって吐き出される。紫外線硬化樹脂には、紫外線の働きで固化反応が引き起こされるものや、紫外線だけでなく熱の働きで固化反応が引き起こされるものが含まれてもよい。

図１に示されるように、アンダーフィル材充填シリンジ１５には紫外線照射装置１７が接続される。この紫外線照射装置１７はアンダーフィル材充填シリンジ１５に向けて光源１８から紫外線を照射する。光源１８は、図１から明らかなように、マスク部材１９によってアンダーフィル材充填シリンジ１５に固定されてもよい。こうしたマスク部材１９は、光源１８から加工テーブル１２に向かって照射される紫外線を遮る。したがって、マスク部材１９によれば、光源１８から照射される紫外線が加工テーブル１２上のプリント配線基板１１に行き着くことはない。しかも、こうして光源１８がアンダーフィル材充填シリンジ１５に一体化されれば、アンダーフィル材充填シリンジ１５に追随する光源１８の移動を実現するにあたって光源１８に固有の位置決め機構を設ける必要はない。ただし、光源１８はアンダーフィル材充填シリンジ１５に一体化される必要は必ずしもなく、アンダーフィル材充填シリンジ１５と光源１８とに個別に位置決め機構が設けられてもよい。位置決め機構１４やディスペンサ１６、紫外線照射装置１７の働きは例えばコントローラ２１によって制御される。

アンダーフィル材充填シリンジ１５は、例えば図２に示されるように、光不透過性のノズル２１と、このノズル２１の基端に一体に形成されて、紫外線硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体２２とを備える。収容体２２にはピストン２３が配置される。ピストン２３によれば、収容体２２の内部空間は、ディスペンサ１６に通じる圧力室２４と、ノズル２１に通じる樹脂室２５とに区分けされる。樹脂室２５には紫外線硬化樹脂の流動体が蓄えられる。ディスペンサ１６から気圧室２４に空気圧が導入されると、ピストン２３はノズル２１に向かって前進する。その結果、樹脂室２５に蓄えられた紫外線硬化樹脂の流動体はノズル２１の先端から加工テーブル１２に向かって押し出される。

ノズル２１には透過窓２６が形成される。この透過窓２６には例えば透明なガラスや合成樹脂板がはめ込まれる。こうした透過窓２６によれば、ノズル２１を通過する紫外線硬化樹脂の流動体は、紫外線照射装置１７の光源１８から照射される紫外線に曝されることができる。ただし、例えば図３に示されるように、透過窓２６は、ノズル２１に形成される必要は必ずしもなく、ノズル２１の先端に接続される筒型のアタッチメント２７に形成されてもよい。

ここで、以上のような半導体装置用アンダーフィル装置１０によって実現されるアンダーフィル方法を詳述する。いま、例えば図４に示されるように、輪郭（周辺）に沿って球状の金バンプ３１が配置される半導体装置（例えばフリップチップ）３２がプリント配線基板１１上に実装される場面を想定する。プリント配線基板１１には、金バンプ３１の配置に対応して導電性の入出力パッド３３が形成される。こうした入出力パッド３３の配置によれば、プリント配線基板１１の表面では、入出力パッド３３に囲まれた無パッド領域３４が区画されることができる。

加工テーブル１２にプリント配線基板１１が設置されると、支持ヘッド１３すなわちアンダーフィル材充填シリンジ１５は、例えば図５（ａ）に示されるように、プリント配線基板１１に対して位置決めされる。この位置決めにあたってコントローラ２０は位置決め機構１４に向けて駆動指令を供給する。駆動指令には、例えば加工テーブル１２に設定される三次元座標系に従って指定されるｘ座標値やｙ座標値が含まれればよい。こうしてｘ座標値およびｙ座標値で特定される待機位置にアンダーフィル材充填シリンジ１５が位置決めされると、ノズル２１の先端は無パッド領域３４の中央に向き合わせられる。ノズル２１は、プリント配線基板１１の表面に直交する姿勢に維持される。

続いてアンダーフィル材充填シリンジ１５は、図５（ｂ）に示されるように、噴き出し位置まで下降する。この下降にあたってコントローラ２０は位置決め機構１４に向けて駆動指令を供給する。この駆動指令では、前述の三次元座標系に従ってｚ座標値が指定されればよい。ノズル２１は、プリント配線基板１１の表面に直交する姿勢に維持され続ける。

アンダーフィル材充填シリンジ１５が噴き出し位置に到達した時点で、コントローラ２０はディスペンサ１６に空気圧の供給を指示する。ディスペンサ１６は、予め決められた圧力値の空気圧をアンダーフィル材充填シリンジ１５に向けて送り出す。アンダーフィル材充填シリンジ１５では、気圧室２４に導入される空気圧に応じてピストン２３が前進する（例えば図２参照）。その結果、ノズル２１の先端から紫外線硬化樹脂の流動体３５は噴き出る。

ノズル２１から噴き出た紫外線硬化樹脂の流動体３５はプリント配線基板１１の無パッド領域３４に受け止められる。このとき、流動体３５の供給量は無パッド領域３４の広さに応じて予め決定される。すなわち、流動体３５の広がりは、入出力パッド３３に囲まれる無パッド領域３４内に止められる。その結果、紫外線硬化樹脂の流動体３５が入出力パッド３３に覆い被さることは阻止される。流動体３５の供給量は例えば圧力値の大きさと空気圧の供給時間とによって調整されればよい。

空気圧の供給が終了すると、コントローラ２０は紫外線照射装置１７に紫外線の照射を指示する。紫外線照射装置１７は、図５（ｃ）に示されるように、光源１８からアンダーフィル材充填シリンジ１５に向けて紫外線を照射する。アンダーフィル材充填シリンジ１５では、透過窓２６からノズル２１の内部に紫外線が射し込む。

紫外線の照射が終了すると、アンダーフィル材充填シリンジ１５は、図５（ｄ）に示されるように、再び待機位置まで上昇する。この上昇にあたってコントローラ２０は位置決め機構１４に向けて駆動指令を供給する。この駆動指令では、前述と同様に、三次元座標系に従ってｚ座標値が指定されればよい。アンダーフィル材充填シリンジ１５が上昇すると、ノズル２１の先端は、噴き出た紫外線硬化樹脂の流動体３５から引き離される。こうして半導体装置３２の搭載に先立って、ノズル２１からプリント配線基板１１の表面に向けて流動体３５の供給は実現される。

流動体３５の供給が完了すると、図６（ａ）に示されるように、プリント配線基板１１の表面には半導体装置３２が搭載される。半導体装置３２の金バンプ３１は真っ先にプリント配線基板１１上の入出力パッド３３に受け止められる。続いて半導体装置３２には、プリント配線基板１１の表面に直交する方向に押し付け力が加えられる。半導体装置３２はプリント配線基板１１の表面に対して押し付けられる。金バンプ３１は押し潰される。金バンプ３１が押し潰されるにつれて、半導体装置３２とプリント配線基板１１との間隔は狭められる。こうして間隔が狭められると、半導体装置３２とプリント配線基板１１の表面との間では、挟み込まれた紫外線硬化樹脂の流動体３６は半導体装置３２の外周に向かって押し出される。その結果、図６（ｂ）に示されるように、入出力パッド３３に受け止められた金バンプ３１の周囲に紫外線硬化樹脂の流動体３６は行き渡る。入出力パッド３３上では金バンプ３１は紫外線硬化樹脂の流動体３６に完全に埋もれる。

その後、押し付け力の解放に先立って、プリント配線基板１１上の紫外線硬化樹脂に向けて紫外線が照射される。紫外線硬化樹脂が完全に硬化すると、半導体装置３２はプリント配線基板１１の表面に強固に固定される。半導体装置３２とプリント配線基板１１との間には金バンプ３１および入出力パッド３３の働きによって確実に電気的接続は確立される。こうして半導体装置３２の実装は完了する。

前述のように紫外線が照射されると、ノズル２１では、例えば図７（ａ）に示されるように、紫外線の照射域３７で流動体の固化反応が引き起こされる。この固化反応によって照射域３７では流動体の粘度は高められる。こうした部分的な粘度の高まりによって、ノズル２１内の流動体には仕切り域３８が形成される。この仕切り域３８によれば、ノズル２１内の流動体は、プリント配線基板１１の表面に向かって噴き出た流動体３５に連なる先端流動域３９と、収容体２５に蓄えられた流動体に連なる残留流動域４０とに分断される。

その後、アンダーフィル材充填シリンジ１５が上昇すると、図７（ｂ）に示されるように、流動体の先端流動域３９は、噴き出た流動体３６との連続性を維持する。したがって、先端流動域３９はノズル２１から引っ張り出される。その一方で、仕切り域３８は確実にノズル２１内に残留する。その結果、ノズル２１内の流動体は先端流動域３９と仕切り域３８との境界で確実に途切れる。こうして流動体が常に同一の位置で途切れれば、正確な供給量で流動体はノズル２１から噴き出ることが可能となる。その一方で、粘度の高まりに応じて仕切り域３８が形成されない場合には、流動体の供給量に微妙なばらつきが生じることが確認された。こうしたばらつきによれば、流動体の供給量が多すぎて半導体装置３２の周囲から過度にアンダーフィル材の流動体が溢れ出たり、流動体の供給量が少なすぎて金バンプ３１や配線パターンが完全に覆われなかったりしてしまう。

仕切り域３８に対する先端流動域３９の確実な途切れを実現するには、仕切り域３８の粘度は先端流動域３９の粘度すなわち紫外線の照射以前の粘度（＝３０００ｃｐｓ〜６０００ｃｐｓ程度）の１．５倍程度以上に設定されればよい。ただし、粘度が高すぎると、流動体の流動性が完全に失われてしまい、その後の流動体の供給に支障を来してしまう。したがって、粘度の設定にあたっては、こういった流動性が考慮されなければならない。仕切り域３８の粘度は紫外線の照射時間に基づき制御されればよい。

なお、以上のようなアンダーフィル方法では、光源１８の点滅によって紫外線の照射量が決定されてもよく、例えば透過窓２６を開閉するシャッタ（図示せず）を用いて紫外線の照射量が決定されてもよい。

図８は、紫外線硬化樹脂の流動体３５が盛られたプリント配線基板１１に半導体装置３２を固定する実装装置４２を概略的に示す。この実装装置４２は、例えば水平面でプリント配線基板１１を受け止める加工テーブル４３と、この加工テーブル４３に向き合う超音波ヘッド４４とを備える。超音波ヘッド４４は、前述と同様に位置決め機構４５の働きを借りて加工テーブル４３に対して位置決めされることができる。

超音波ヘッド４４には超音波振動装置４６と減圧装置４７とが接続される。超音波振動装置４６で生成される超音波振動は振動子４８から超音波ヘッド４４に伝達される。その結果、超音波ヘッド４４は、例えば２μｍといった微細な振幅で水平方向に高速に横揺れすることができる。減圧装置４６は、超音波ヘッド４４に形成される減圧路４９から例えば空気を吸引する。

超音波ヘッド４４と加工テーブル４３との間にはフィルム供給装置５１が配置される。このフィルム供給装置５１は、従ロール５２に巻き付けられた薄膜フィルムテープ５３を巻き上げる駆動ロール５４を備える。駆動ロール５４が回転すると、薄膜フィルムテープ５３は、超音波ヘッド４４と加工テーブル４３との間に形成される空間を横切ることができる。薄膜フィルムテープ５３は例えばテフロン樹脂やポリイミド樹脂から形成されればよい。位置決め機構４５や超音波振動装置４６、減圧装置４７、フィルム供給装置５１の働きは例えばコントローラ５５によって制御される。

ここで、以上のような実装装置４２によって実現される半導体装置の実装方法を詳述する。いま、例えば図８に示されるように、紫外線硬化樹脂の流動体３５が盛られたプリント配線基板１１に半導体装置３２が搭載された場面を想定する。まず、超音波ヘッド４４は半導体装置３２に対して位置決めされる。その後、例えば図９に示されるように、超音波ヘッド４４は下降する。超音波ヘッド４４の先端は半導体装置３２に接触する。こうした超音波ヘッド４４の位置決めや下降にあたってコントローラ５５は位置決め機構４５に向けて駆動指令を供給する。

続いてコントローラ５５は減圧装置４７に空気の吸引を指示する。減圧路４９から空気が吸引されると、減圧路４９の圧力は減少する。その結果、半導体装置３２は超音波ヘッド４４の先端に吸着される。こういった吸着を確立するにあたって、薄膜フィルムテープ５３には、半導体装置３２と減圧路４９の先端とを接触させる貫通孔（図示せず）が予め形成される。

こうして超音波ヘッド４４に半導体装置３２が固定されると、コントローラ５５は超音波振動装置４６に超音波振動の生成を指示する。生成された超音波振動は振動子４８から超音波ヘッド４４に伝達される。超音波ヘッド４４は微細な振幅で高速に横揺れする。超音波ヘッド４４の横揺れは確実に半導体装置３２に伝達される。こうした半導体装置３２の横揺れは、プリント配線基板１１上の入出力パッド３３と半導体装置３２側の金バンプ３１との間に摩擦を引き起こす。摩擦熱の働きで金バンプ３１と入出力パッド３３との間には接合が確立される。プリント配線基板１１上に半導体装置３２は固定される。

接合が確立されると、超音波振動装置４６の動作は停止する。続いて減圧装置４７の作動が停止すると、減圧路４９の圧力は上昇する。超音波ヘッド４４に対する半導体装置３２の吸着は解除される。位置決め機構４５の働きを借りて超音波ヘッド４４は再び上昇する。こうした超音波振動装置４６、減圧装置４７および位置決め機構４５の動作は、コントローラ５５から出力される指令に基づき実施される。

その後、紫外線硬化樹脂の流動体３５には紫外線が照射される。紫外線硬化樹脂が完全に硬化すると、半導体装置３２の実装は完了する。紫外線硬化樹脂の硬化は、プリント配線基板１１の表面に個々の半導体装置３２が搭載されるたびに実施されてもよく、プリント配線基板１１の表面に複数個の半導体装置３２が搭載された後に実施されてもよい。ただし、全ての半導体装置３２が搭載された後に紫外線硬化樹脂の硬化が実施されれば、作業工程の短縮化や簡略化に大いに役立つことができる。

以上のような実装方法では、半導体装置３２に対する超音波ヘッド４４の接触時に半導体装置３２と超音波ヘッド４４との間に薄膜フィルムテープ５３が挟み込まれる。したがって、例えば図９から明らかなように、半導体装置３２の周囲から溢れ出た紫外線硬化樹脂の流動体３５は薄膜フィルムテープ５３に付着する。超音波ヘッド４４に対する紫外線硬化樹脂の付着は確実に阻止されることができる。超音波ヘッド４４は、常に、大きな接触面積で半導体装置３２に接触し続けることができる。したがって、半導体装置３２に対する超音波振動の伝達や吸着は確実に維持され続けることができる。超音波ヘッド４４の先端に紫外線硬化樹脂の流動体が付着してしまうと、超音波ヘッド４４に対して半導体装置３２が吸着されなかったり、超音波ヘッド４４の振動が半導体装置３２に伝達されなかったりすることがある。

紫外線硬化樹脂の流動体が付着した薄膜フィルムテープ５３は駆動ロール５４によって巻き取られる。半導体装置３２に超音波ヘッド４４が接触するたびに駆動ロール５４の巻き上げが実施されれば、半導体装置３２と超音波ヘッド４４との間には、従ロール５２から巻き解かれた新しい薄膜フィルムテープ５３が常に配置されることができる。薄膜フィルムテープ５３に付着した紫外線硬化樹脂は駆動ロール５４に確実に回収されることができる。

超音波ヘッド４４に対する紫外線硬化樹脂の付着を防止するにあたっては、例えば図１０に示されるように、半導体装置５７の外周にフランジ５８が形成されてもよい。こうしたフランジ５８によって規定される段差面５９はプリント配線基板１１の表面に向き合わせられる。こうした半導体装置５７によれば、図１０から明らかなように、溢れ出た紫外線硬化樹脂の流動体３５はフランジ５８の段差面５９に受け止められる。流動体３５がフランジ５８を回り込んで超音波ヘッド４４に到達することは極力回避されることができる。その結果、前述と同様に、超音波ヘッド４４に対する紫外線硬化樹脂の付着は確実に阻止されることができる。

ここで、以上のような半導体装置５７の形成方法を簡単に説明する。まず、図１１（ａ）に示されるように、ウェハー６１から個々の半導体装置５７を切り出すにあたって、ウェハー６１の表面に第１溝幅Ｗ１の刻み目６２を入れる。こうした刻み目６２の形成には、例えば第１溝幅Ｗ１に対応する第１厚みのカットソー６３が用いられればよい。続いて、図１１（ｂ）に示されるように、形成された刻み目６２に沿って個々の半導体装置５７を切り離す。この切り離しにあたって、刻み目６２には、第１溝幅Ｗ１よりも小さい第２溝幅Ｗ２の切り込み６４が入れられる。こうした切り込み６４には、例えば第２溝幅Ｗ２に対応する第２厚みのカットソー６５が用いられればよい。刻み目６２の中心線に沿って切り込み６４が入れられれば、刻み目６２を挟んで配列される１対の半導体装置５７に各々段差面５９が形成されることができる。

なお、このように超音波ヘッド４４を用いた半導体装置３２、５７の実装方法では、前述のような紫外線硬化樹脂がアンダーフィル材に用いられることができるだけでなく、熱硬化樹脂やその他の反応性硬化樹脂がアンダーフィル材に用いられてもよい。

図１２は本発明の第２実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置の全体構成を概略的に示す。このアンダーフィル装置７１は、例えば水平面でプリント配線基板７２を受け止める加工テーブル７３と、この加工テーブル７３に向き合い、加工テーブル７３に設定される三次元座標系上で移動する支持ヘッド７４とを備える。加工テーブル７３には紫外線照射装置７５の光源７６が埋め込まれる。この紫外線照射装置７５の光源７６は上方に向かって紫外線を照射する。

三次元座標系は、例えば加工テーブル７３の水平面に沿って規定されるｘ座標軸およびｙ座標軸と、加工テーブル７３の水平面に直交するｚ座標軸とによって規定されればよい。こうした三次元座標系に基づく支持ヘッド７４の動きは例えば位置決め機構７７の働きを借りて達成される。位置決め機構７７は、例えばｘ座標軸、ｙ座標軸およびｚ座標軸に沿って支持ヘッド７４を案内する案内機構の組み合わせによって実現されることができる。

支持ヘッド７４には、例えば紫外線硬化樹脂といったアンダーフィル材の流動体が充填されたアンダーフィル材充填シリンジ７８が着脱自在に装着される。このアンダーフィル材充填シリンジ７８には、例えば支持ヘッド７４に連結されるディスペンサ７９から圧力すなわち空気圧が供給される。アンダーフィル材充填シリンジ７８に空気圧が供給されると、前述と同様に、シリンジ７８に充填された紫外線硬化樹脂の流動体はシリンジ７８から加工テーブル７３に向かって吐き出される。紫外線硬化樹脂には、紫外線の働きで固化反応が引き起こされるものや、紫外線だけでなく熱の働きで固化反応が引き起こされるものが含まれてもよい。位置決め機構７７やディスペンサ７９、紫外線照射装置７５の働きは例えばコントローラ８０によって制御される。

ここで、以上のような半導体装置用アンダーフィル装置７１で実現されるアンダーフィル方法を詳述する。このアンダーフィル方法を実施するにあたって、プリント配線基板７２には予め半導体装置８２が固着される。こうした半導体装置８２の固着には、例えば図１３に示されるように、プリント配線基板７２上の入出力パッド８３に半田付けされる半田バンプや、前述のように入出力パッド８３に超音波振動で接合される金バンプといった導電性の接続バンプ８４が用いられれればよい。こういった接続バンプ８４は、前述と同様に、例えば半導体装置８２の輪郭（周辺）に沿って配置されればよい。

接続バンプ８４に囲まれつつ半導体装置８２とプリント配線基板７２との間に区画される空間には、プリント配線基板７２に形成されたアンダーフィル材投入孔８５が接続される。加工テーブル７３にプリント配線基板７２が設置されると、図１３から明らかなように、半導体装置８２は、アンダーフィル材投入孔８５と紫外線照射装置７５の光源７６との間に配置される。すなわち、半導体装置８２は、プリント配線基板７２の下向き面でアンダーフィル材投入孔８５を覆う。

続いて支持ヘッド７４すなわちアンダーフィル材充填シリンジ７８は、プリント配線基板７２に対して位置決めされつつ下降する。前述と同様に、位置決めや下降にあたってコントローラ８０は位置決め機構７７に駆動指令を供給する。こうしてアンダーフィル材充填シリンジ７８が噴き出し位置に到達すると、アンダーフィル材充填シリンジ７８の先端すなわちノズル８６はアンダーフィル材投入孔８５に進入する。

アンダーフィル材充填シリンジ７８が噴き出し位置に到達した時点で、コントローラ８０はディスペンサ７９に空気圧の供給を指示する。ディスペンサ７９は、予め決められた圧力値の空気圧をアンダーフィル材充填シリンジ７８に向けて送り出す。その結果、前述と同様に、ノズル８６の先端から紫外線硬化樹脂の流動体８８は噴き出る。紫外線硬化樹脂の流動体８８は、プリント配線基板７２の上向き面側からアンダーフィル材投入孔８５に供給される。供給された紫外線硬化樹脂の流動体８８は半導体装置８２に受け止められる。半導体装置８２とプリント配線基板７２の表面との間に区画される空間は紫外線硬化樹脂の流動体８８で満たされていく。

ノズル８６から紫外線硬化樹脂の流動体８８が注ぎ込まれる間、コントローラ８０は紫外線照射装置７５に紫外線の照射を指示する。プリント配線基板７２の下向き面には光源７６から紫外線が照射される。その結果、半導体装置８２の周囲では、溢れ出た紫外線硬化樹脂の流動体は硬化する。流動体８８の流れは硬化した紫外線硬化樹脂によって堰き止められる。したがって、流動体の広がりは制限される。紫外線硬化樹脂の流動体が必要以上に広がることは回避されることができる。

空気圧の供給が終了すると、アンダーフィル材充填シリンジ７８は再び上昇する。前述と同様に、この上昇にあたってコントローラ８０は位置決め機構７７に向けて駆動指令を供給する。その後、紫外線の照射が継続されると、紫外線硬化樹脂の流動体８８は完全に硬化する。半導体装置８２の実装は完了する。

以上のようなアンダーフィル方法を実施するにあたって、プリント配線基板７２に形成されるアンダーフィル材投入孔８５は、例えば図１４に示されるように、過密側アンダーフィル材投入孔９１と過疎側アンダーフィル材投入孔９２とで構成されてもよい。すなわち、このプリント配線基板７２では、基板本体９３の表面でアンダーフィル材の塗布予定域９４に複数個の入出力パッド９５は配置される。この塗布予定域９４内では、任意の基準に基づき入出力パッド９５の過密域９６と過疎域９７とが区画されることができる。過密側アンダーフィル材投入孔９１は過密域９６に配置される一方で、過疎側アンダーフィル材投入孔９２は過疎域９７に配置される。過疎側アンダーフィル材投入孔９２は、図１４から明らかなように、過密側アンダーフィル材投入孔９１に比べて大きく形成される。しかも、過疎側アンダーフィル材投入孔９２は過密側アンダーフィル材投入孔９１に一体に形成される。塗布予定域９４は、プリント配線基板７２に実装される半導体装置の輪郭形状の基づき規定されればよい。

こうしたプリント配線基板７２に半導体装置が実装される場面では、半導体装置の導電性の接続バンプはプリント配線基板７２上の入出力パッド９５に受け止められる。言い換えれば、入出力パッド９５の密集度に応じて接続バンプの密集度は必然的に決定されることができる。過密域９６のように、入出力パッド９５すなわち接続バンプが密集して配置されると、たとえプリント配線基板７２の表面と半導体装置との間隔が狭くても、接続バンプを伝ってアンダーフィル材の流動体は広がりやすい。その一方で、過疎域９７のように、接続バンプが疎らに配置されても、接続バンプの配置に応じて拡大された過疎側アンダーフィル材投入孔９２が形成されれば、接続バンプの助けを借りずともアンダーフィル材の流動体は容易に半導体装置とプリント配線基板７２の表面との間で広がっていくことができる。このようなアンダーフィル材投入孔８５が用いられなければ、半導体装置とプリント配線基板７２の表面との間隔が狭められるにつれて流動体の広がりは著しく阻害されてしまう。

いずれのアンダーフィル方法を採用する場合でも、例えば図１５に示されるように、プリント配線基板１０１の表面に規定されるアンダーフィル材の塗布予定域１０２にプラズマ照射が施されることが望ましい。こうしたプラズマ照射によれば、プリント配線基板１０１の表面に付着した汚れが払い除けられ、プリント配線基板１０１表面の濡れ性は高められることができる。このように濡れ性が高められれば、アンダーフィル材の流動体１０３は容易にプリント配線基板１０１の表面に沿って広がっていくことが可能となる。塗布予定域１０２の周囲で、流動体１０３の表面張力に比較して大きな表面力が確保されれば、流動体１０３が塗布予定域１０２を超えて広がることは確実に回避されることが可能となる。塗布予定域１０２は、プリント配線基板１０１に実装される半導体装置１０４の輪郭形状の基づき規定されればよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置の全体構成を概略的に示す図である。 アンダーフィル材充填シリンジの拡大断面図である。 アンダーフィル材充填シリンジの先端に装着されるアタッチメントを概略的に示す一部拡大断面図である。 プリント配線基板および半導体装置の構造を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置で実現されるアンダーフィル方法を概略的に示す工程図である。 プリント配線基板に対する半導体装置の実装方法を概略的に示す工程図である。 照射窓の働きを概略的に示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る実装装置の全体構成を概略的に示す図である。 実装装置で実現される半導体装置の実装方法を概略的に示す工程図である。 他の実施形態に係る半導体装置の構造を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の切り分け方法を概略的に示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置の全体構成を概略的に示す図である。 第２実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置で実現されるアンダーフィル方法を概略的に示す工程図である。 第２実施形態に係る半導体装置用アンダーフィル装置で実現されるアンダーフィル方法に適用されるプリント配線基板の構造を概略的に示す平面図である。 プラズマ照射が施されたプリント配線基板の概念を示す平面図である。

符号の説明

１ 半導体装置用アンダーフィル装置、１１ プリント配線基板、１２ 加工テーブル、１３ 支持ヘッド、１４ 位置決め機構、１５ アンダーフィル材充填シリンジ、１６ ディスペンサ、１８ 光源、１９ マスク部材、２１ ノズル、２２ 収容体、２６ 透過窓、２７ アタッチメント、３２ 半導体装置、３５ 紫外線硬化樹脂（反応性硬化樹脂）の流動体、４４ 超音波ヘッド、５３ 薄膜フィルムテープ、５７ 半導体装置、５８ フランジ、５９ 段差面、６１ ウェハー、６２ 刻み目、６４ 切り込み、７１ 半導体装置用アンダーフィル装置、７２ プリント配線基板、７４ 支持ヘッド、７６ 光源、７９ ディスペンサ、８２ 半導体装置、８５ アンダーフィル材投入孔、８８ 紫外線硬化樹脂（光硬化樹脂）の流動体、９１ 過密側アンダーフィル材投入孔、９２ 過疎側アンダーフィル材投入孔、９３ 基板本体、９４ 塗布予定域、９５ 導電性入出力パッド、９６ 過密域、９７ 過疎域、１０１ プリント配線基板、１０２ 塗布予定域、Ｗ１ 第１溝幅、Ｗ２ 第２溝幅。

Claims (14)

1. プリント配線基板の表面に対する半導体装置の搭載に先立って、ノズルからプリント配線基板の表面に向けて反応性硬化樹脂の流動体を供給する工程と、所定量の流動体が噴き出た時点で、ノズル内で流動体の粘度を高める工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法。
2. プリント配線基板の表面に対する半導体装置の搭載に先立って、ノズルからプリント配線基板の表面に向けて光硬化樹脂の流動体を供給する工程と、所定量の流動体が噴き出た時点で、ノズルに形成された透過窓から流動体に光線を照射する工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法。
3. 光不透過性のノズルと、ノズルの基端に接続されて、光硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体と、ノズルに形成される透過窓とを備えることを特徴とするアンダーフィル材充填シリンジ。
4. 光不透過性のノズルと、ノズルの基端に接続されて、光硬化樹脂の流動体で満たされる光不透過性の収容体と、ノズルの先端に接続される筒型のアタッチメントと、アタッチメントに形成される透過窓とを備えることを特徴とするアンダーフィル材充填シリンジ。
5. 加工テーブルと、加工テーブルに向き合う支持ヘッドと、支持ヘッドに連結されて、噴き出し位置に向かう支持ヘッドの移動を引き起こす位置決め機構と、支持ヘッドに連結されて、支持ヘッドに向けて圧力を供給するディスペンサと、噴き出し位置の支持ヘッドおよび加工テーブルの間に規定される照射域に向かって光線を照射する光源とを備えることを特徴とする半導体装置用アンダーフィル装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置用アンダーフィル装置において、前記加工テーブルに向かう前記光線を遮るマスク部材をさらに備えることを特徴とする半導体装置用アンダーフィル装置。
7. プリント配線基板に形成されたアンダーフィル材投入孔を覆う半導体装置をプリント配線基板の下向き面に保持しつつ、プリント配線基板の下向き面に光線を照射する工程と、光線の照射中に、プリント配線基板の上向き面側からアンダーフィル材投入孔に光硬化樹脂の流動体を供給する工程とを備えることを特徴とする半導体装置のアンダーフィル方法。
8. 噴き出し位置に位置決めされる支持ヘッドと、支持ヘッドに連結されて、支持ヘッドに向けて圧力を供給するディスペンサと、噴き出し位置に位置決めされた支持ヘッドの下方に配置されて、上方に向かって光線を照射する光源とを備えることを特徴とする半導体装置用アンダーフィル装置。
9. 基板本体の表面でアンダーフィル材の塗布予定域に配置される導電性入出力パッドと、アンダーフィル材の塗布予定域に規定される導電性入出力パッドの過密域で基板本体に穿たれる過密側アンダーフィル材投入孔と、アンダーフィル材の塗布予定域に規定される導電性入出力パッドの過疎域で基板本体に穿たれ、過密側アンダーフィル材投入孔に比べて大きく形成される過疎側アンダーフィル材投入孔とを備えることを特徴とするプリント配線基板。
10. プリント配線基板の表面に規定されるアンダーフィル材の塗布予定域にプラズマ照射を施すことを特徴とするアンダーフィル向け前処理方法。
11. プリント配線基板の表面に反応性硬化樹脂の流動体を供給する工程と、反応性硬化樹脂の流動体が供給されたプリント配線基板の表面に半導体装置を搭載する工程と、搭載された半導体装置に超音波ヘッドを接触させる工程と、反応性硬化樹脂の流動体を硬化させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の実装方法。
12. 請求項１１に記載の半導体装置の実装方法において、前記超音波ヘッドを接触させるにあたって、前記半導体装置と超音波ヘッドとの間には薄膜フィルムが配置されることを特徴とする半導体装置の実装方法。
13. 請求項１１に記載の半導体装置の実装方法において、前記半導体装置の外周には、前記プリント配線基板の表面に段差面を向き合わせるフランジが形成されることを特徴とする半導体装置の実装方法。
14. ウェハーから半導体装置を切り出すにあたって、ウェハーに第１溝幅の刻み目を入れる工程と、第１溝幅よりも小さい第２溝幅の切り込みで刻み目に沿って半導体装置を切り離す工程を備えることを特徴とする半導体装置の切り分け方法。

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