JP2016115867A - パッケージ基板の加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱拡散基板上にデバイスが配置され樹脂によって封止されて構成されるパッケージ基板の分割を、バリを発生させることなく、効率よく行う。【解決手段】切削ブレード３２を熱拡散基板１１に達しない深さまで樹脂に切り込ませて分割予定ライン１４に沿って切削して樹脂１３を残存させる切削溝形成工程と、樹脂１３に対して吸収性を有する波長の赤外レーザー光線を切削溝に沿って照射して残存する樹脂を切断する樹脂切断工程と、露出した熱拡散基板１１に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し分割予定ライン１４に沿って熱拡散基板１１を切断して個々のパッケージデバイスに分割する分割工程と、を実施することにより、樹脂１３の切断と熱拡散基板１１の切断とに要する時間をそれぞれ短縮し、全体としてパッケージ基板の分割に要する時間を短縮する。【選択図】図３

Description

本発明は、パッケージ基板を個々のパッケージデバイスに分割する方法に関する。
熱拡散基板上に複数のデバイスを配置し、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等でデバイスを封止して構成されるパッケージ基板は、隣り合うデバイス間を切削等して切断することにより個々のデバイスごとのパッケージデバイスに分割される。熱拡散基板には、放熱性が高く安価である等の理由から、ステンレス、銅等の金属が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
また、パッケージ基板の分割には、樹脂のみを切削ブレードで切断し、熱拡散基板についてはレーザー加工により切断する方法や（特願２０１３−１６８７９４号）、樹脂及び熱拡散基板の双方をレーザー加工により切断する方法も考えられている（特願２０１４−１５３６４６号）。
特開２００９−２２４６８３号公報
しかし、回転する切削ブレードをパッケージ基板に切り込ませて切削すると、金属製の熱拡散基板が切断された部分にバリが生じやすい。樹脂のみを切削ブレードで切断し、熱拡散基板をレーザー加工により切断すると、バリの発生を防止することはできるが、樹脂の切断時に切削ブレードの先端が熱拡散基板に接触するために切削抵抗が大きくなり、切削速度を上げることができない。一方、レーザー加工により樹脂を切断する場合は、切断面が焼けるのを防止するために、パルスレーザー光線の出力を抑えて複数回アブレーションさせて切断する必要があり、切断に時間が掛かり生産性の点で問題がある。この問題は、樹脂が厚くなるほど顕著となる。
本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、熱拡散基板上にデバイスが配置され樹脂によって封止されて構成されるパッケージ基板の分割を、バリを発生させることなく、効率よく行うことを目的とする。
本発明は、熱拡散基板の表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが配置され、複数のデバイスを樹脂によって被覆し樹脂層を形成したパッケージ基板を分割予定ラインに沿って分断して個々のパッケージ基板に分割するパッケージ基板の加工方法であって、パッケージ基板の熱拡散基板側を保持手段によって保持し、切削ブレードを分割予定ラインに位置付けて熱拡散基板に達しない深さまで樹脂に切り込ませて分割予定ラインに沿って切削することにより樹脂を残存させ、分割予定ラインに沿って切削溝を形成する切削溝形成工程と、切削溝形成工程が実施され熱拡散基板側が保持手段によって保持されるパッケージ基板の分割予定ラインに沿って形成された切削溝に沿って、樹脂に対して吸収性を有する波長の赤外レーザー光線を照射し、残存する樹脂を切断する樹脂切断工程と、樹脂切断工程が実施され熱拡散基板側が保持手段によって保持されたパッケージ基板の分割予定ラインに沿って、露出した熱拡散基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し分割予定ラインに沿って熱拡散基板を切断して個々のパッケージデバイスに分割する分割工程と、からなる。
樹脂切断工程で用いる赤外レーザー光線は、CO2レーザーであり、パルス幅が１０ｎｓ〜１０μｓであることが好ましい。
本発明では、熱拡散基板を切削ブレードで切削しないため、バリの発生を防止するとともに切削速度が低下するのを防止することができ、樹脂の切断を切削とレーザー加工とで行うため、樹脂の切断に要する時間を短縮することができる。したがって、樹脂の切断と熱拡散基板の切断とに要する時間をそれぞれ短縮することができ、全体としてパッケージ基板の分割に要する時間を短縮することができる。また、切削とレーザー加工とによって樹脂の切断を行うことにより、樹脂が厚いパッケージ基板でも切断に要する時間が長くなることがなく、生産性が低下しない。
加工装置の例を示す斜視図である。 パッケージ基板の例を示す拡大断面図である。 切削溝形成工程を示す拡大断面図である。 切削溝が形成されたパッケージ基板を示す拡大断面図である。 樹脂切断工程を示す拡大断面図である。 分割工程を示す拡大断面図である。
図１に示す加工装置１は、被加工物を保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物に対して切削加工を施す切削手段３と、保持手段２に保持された被加工物に対してレーザー加工を施す第１のレーザー加工手段４及び第２のレーザー加工手段５を備えている。
保持手段２は、平面状に形成された保持面２０と、被加工物の分断すべき分割予定ラインに対応する位置に縦横に形成された溝２１と、溝２１によって区画された領域にそれぞれ備えた吸引孔２２とを備えている。保持手段２の下方には、保持手段２を回転させる回転手段２３が配設されている。
切削手段３は、Ｙ軸方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３１と、スピンドル３０の先端に装着された切削ブレード３２とを備えている。
第１のレーザー加工手段４は、第１の照射ヘッド４０と、第１の照射ヘッド４０にアシストガスを流入させるアシストガス導入部４１とを備えている。また、第２のレーザー加工手段５は、第２の照射ヘッド５０と、第２の照射ヘッド５０にアシストガスを流入させるアシストガス導入部５１とを備えている。
保持手段２は、加工送り手段６によってＸ軸方向に加工送りされる。加工送り手段６は、Ｘ軸方向の軸心を有するボールネジ６０と、ボールネジ６０と平行に配設された一対のガイドレール６１と、ボールネジ６０を回動させるモータ６２と、ボールネジ６０に螺合するナットを内部に備えるとともに底部がガイドレール６１に摺接する移動板６３とを備え、モータ６２がボールネジ６０を回動させることにより、ガイドレール６１によってガイドされて移動板６３がＸ軸方向に移動する構成となっている。そして、移動板６３がＸ軸方向に移動することにより、移動板６３によって支持された回転手段２３及び保持手段２もＸ軸方向に移動する。
加工送り手段６及び保持手段２は、インデックス送り手段７によってＹ軸方向（Ｘ軸方向に対して水平に直交する方向）にインデックス送りされる。インデックス送り手段７は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ７０と、ボールネジ７０と平行に配設された一対のガイドレール７１と、ボールネジ７０を回動させるモータ７２と、ボールネジ７０に螺合するナットを内部に備えるとともに底部がガイドレール７１に摺接する移動板７３とを備え、モータ７２がボールネジ７０を回動させることにより、ガイドレール７１によってガイドされて移動板７３がＹ軸方向に移動する構成となっている。移動板７３の上面には加工送り手段６が配設されており、移動板７３がＹ軸方向に移動することにより、加工送り手段６及び保持手段２もＹ軸方向に移動する。
切削手段３は、切込み送り手段８によってＺ軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して直交する方向）に切込み送りされる。切込み送り手段８は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ８０と、ボールネジ８０と平行に配設された一対のガイドレール８１と、ボールネジ８０を回動させるモータ８２と、ボールネジ８０に螺合するナットを内部に備えるとともに側部がガイドレール８１に摺接する昇降板８３とを備え、モータ８２がボールネジ８０を回動させることにより、ガイドレール８１によってガイドされて昇降板８３がＺ軸方向に昇降する構成となっている。昇降板８３の側面には切削手段３が固定されており、昇降板８３がＺ軸方向に昇降することにより、切削手段３もＺ軸方向に移動する。
第１のレーザー加工手段４及び第２のレーザー加工手段５は、昇降手段９によって昇降可能に支持されている。昇降手段９は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ９０と、ボールネジ９０と平行に配設された一対のガイドレール９１と、ボールネジ９０を回動させるモータ９２と、ボールネジ９０に螺合するナットを内部に備えるとともに側部がガイドレール９１に摺接する昇降板９３とを備え、モータ９２がボールネジ９０を回動させることにより、ガイドレール９１によってガイドされて昇降板９３がＺ軸方向に昇降する構成となっている。昇降板９３の側面には支持台９４を介して第１のレーザー加工手段４及び第２のレーザー加工手段５が固定されており、昇降板９３がＺ軸方向に昇降することにより、第１のレーザー加工手段４及び第２のレーザー加工手段５もＺ軸方向に移動する。
以下では、このように構成される加工装置１を用いて、図２に示すパッケージ基板１０を加工する方法について説明する。このパッケージ基板１０は、熱拡散基板１１と、熱拡散基板１１の表面１１０に配置された複数のデバイス１２と、複数のデバイス１２を樹脂によって被覆した被覆層１３とから構成されている。熱拡散基板１１は、例えばステンレス、銅などにより形成され放熱性が高く安価な金属基板や、アルミナセラミック基板などがある。一方、樹脂層１３を構成する樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などであり、その厚さは、例えば１ｍｍ程度である。
各デバイス１２は、熱拡散基板１１の表面１１０に格子状に形成された分割予定ライン１４によって区画された領域に配置されている。このパッケージ基板１０は、分割予定ライン１４に沿って分断することにより、個々のデバイス１２ごとのパッケージデバイスに分割される。
（１）切削溝形成工程
図２及び図３に示すように、パッケージ基板１０は、熱拡散基板１０側が保持手段２の保持面２０に保持され、樹脂層１３の上面が露出した状態となる。そして、図３に示すように、図１に示した切削手段３を構成する切削ブレード３２を高速回転させて分割予定ライン１４の上方に位置付け、切削ブレード３２を樹脂層１３に切り込ませ、切削ブレード３２の下端が熱拡散基板１１に達しない深さまで切削ブレード３２を下降させるとともに、図１に示した加工送り手段６によって保持手段２をＸ軸方向に加工送りする。そうすると、図４に示すように、分割予定ライン１４に沿って切削溝１５が形成される。熱拡散基板１１に達しない深さまで切削ブレード３２を切り込ませることにより、樹脂層１３には、切削溝１５の下方に、切削ブレード３２によって切削されない部分である樹脂残存部１６が形成される。本工程は、例えば、以下の加工条件で行われる。
切削ブレードの厚み ：２００［μｍ］
切削ブレードの直径 ：５２［ｍｍ］
切削ブレードの回転速度 ：２００００［ｒｐｍ］
加工送り速度 ：１００［ｍｍ／秒］
このような切削を、図１に示したインデックス送り手段７によって、隣り合う分割予定ライン１４間の間隔ずつ切削手段３をＹ軸方向にインデックス送りしながら、同方向のすべての分割予定ライン１４に沿って行った後、保持手段２を９０度回転させてから同様の切削を行うことにより、すべての分割予定ライン１４に沿って切削溝１５を形成する。
切削溝形成工程では、熱拡散基板１１に達しない深さまで切削ブレード３２を切り込ませることにより、熱拡散基板１１に切削ブレードが切り込まないため、切削抵抗の増加に伴う切削速度の低下を防ぐことができる。
（２）樹脂切断工程
次に、図５に示すように、切削溝形成工程が実施されたパッケージ基板１０の熱拡散基板１１側が保持手段２によって保持された状態で、分割予定ライン１４の上方に、第１のレーザー加工手段４を構成する第１のレーザー照射ヘッド４０を位置付ける。そして、集光レンズ４２を通して、分割予定ライン１４に形成された切削溝１５に沿って、樹脂層１３を構成する樹脂に対して吸収性を有する波長のレーザー光線ＬＢ１を樹脂層１３に対して照射する。レーザー光線ＬＢ１の照射時は、アシストガス導入部４１からアシストガスを導入し、照射ヘッド４０から噴出させる。本工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長 ：CO2レーザー（９．２〜１０．６［μｍ］）
繰り返し周波数 ：１００［ｋＨｚ］
パルス幅 ：１０［ｎｓ］〜１０［μｓ］
平均出力 ：４０［Ｗ］
集光スポット径 ：φ１００［μｍ］
加工送り速度 ：６００［ｍｍ／秒］
アシストガス ：１［ＭＰａ］
レーザー光線ＬＢ１は、樹脂層１３の樹脂残存部１６に集光する。そして、図１に示した加工送り手段６によって保持手段２をＸ軸方向に加工送りする。そうすると、分割予定ライン１４に沿ってアブレーション加工が行われて樹脂切断溝１７が形成される。レーザー光線ＬＢ１は、樹脂に対して吸収性を有し、熱拡散基板１１に対して吸収が小さいため、熱拡散基板１１がアブレーション加工されることはなく、樹脂残存部１６のみが加工されて樹脂切断溝１７が形成され、樹脂層１３が切断される。樹脂層１３が切断されることにより、その部分から、熱拡散基板１１の表面１１０が露出する。
このようなレーザー加工を、図１に示したインデックス送り手段７によって、隣り合う分割予定ライン１４間の間隔ずつ切削手段３をＹ軸方向にインデックス送りしながら、同方向のすべての分割予定ライン１４に沿って行った後、保持手段２を９０度回転させてから同様の切削を行うことにより、すべての分割予定ライン１４に沿って樹脂切断溝１７を形成する。
樹脂切断工程では、樹脂切断溝１７の両側面が焼けるのを防止する観点から、レーザー光線の出力をあまり高くすることができないため、保持手段２を何往復かさせながらレーザー光線ＬＢ１の照射を行う必要が生じることもあるが、切削溝形成工程で樹脂層１３があらかじめ切削されているため、切削溝形成工程を実施せずレーザー加工のみで樹脂を切断する場合と比較すると、樹脂の切断に要する時間を短縮することができる。
（３）分割工程
次に、図６に示すように、樹脂切断工程が実施されたパッケージ基板１０の熱拡散基板１１側が保持手段２によって保持された状態で、分割予定ライン１４の上方に、第２のレーザー加工手段５を構成する第２のレーザー照射ヘッド５０を位置付ける。そして、集光レンズ５２を通して、分割予定ライン１４に形成された樹脂切断溝１７に沿って、熱拡散基板１１に対して吸収性を有する波長のレーザー光線ＬＢ２を照射し、分割予定ライン１４に沿って熱拡散基板１１を切断する。レーザー光線ＬＢ２の照射時は、アシストガス導入部５１からアシストガスを導入し、照射ヘッド５０から噴出させる。本工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長 ：ＹＡＧレーザーまたはファイバーレーザー
（１．０６［μｍ］）
繰り返し周波数 ：２０［ｋＨｚ］
パルス幅 ：可変
平均出力 ：１５０〜５００［Ｗ］
集光スポット径 ：φ５０［μｍ］
加工送り速度 ：１６０［ｍｍ／秒］
アシストガス ：１［ＭＰａ］
レーザー光線の平均出力、パルス幅は、熱拡散基板１１の材質又は厚みに応じて変更する。例えば、熱拡散基板１１が熱を伝達しやすい銅により構成される場合は、レーザー光線の出力エネルギーによる熱の伝達を抑えるためにパルス幅を短くし、さらに平均出力を大きくすると良い。また、熱拡散基板１１の厚みは１００〜３００μｍであり、厚みが厚くなれば、平均出力を大きくするかパルス幅を長くして加工する。
レーザー光線ＬＢ２は、樹脂切断溝１７の下方の熱拡散基板１１に集光する。そして、図１に示した加工送り手段６によって保持手段２をＸ軸方向に加工送りする。そうすると、分割予定ライン１４に沿って基板切断溝１８が形成される。このとき、レーザー加工により生じたドロスは、溝２１に落下するため、基板切断溝１８の側面等に付着しない。
このようなレーザー加工を、図１に示したインデックス送り手段７によって、隣り合う分割予定ライン１４の間隔ずつ保持手段２をＹ軸方向にインデックス送りしながら、Ｘ軸方向に延在するすべての分割予定ライン１４に沿って行った後、保持手段２を９０度回転させてから同様のレーザー加工を行うことにより、すべての分割予定ライン１４に沿って基板切断溝１８が形成されると、パッケージ基板１０が個々のデバイス１２ごとのパッケージデバイスに分割される。
分割工程では、切削ブレードを使用せず、レーザー加工により熱拡散基板１１を切断するため、基板切断溝１８の両側面にバリが発生するのを防止することができる。また、分割工程では、レーザー光線ＬＢ２の出力を高くすることが可能であるため、１度の加工送りで基板切断溝１８を形成することができる。
１：加工装置
２：保持手段
２０：保持面 ２１：溝 ２２：吸引孔 ２３：回転手段
３：切削手段
３０：スピンドル ３１：ハウジング ３２：切削ブレード
４：第１のレーザー加工手段
４０：第１の照射ヘッド ４１：アシストガス導入部 ４２：集光レンズ
５：第２のレーザー加工手段
５０：第２の照射ヘッド ５１：アシストガス導入部 ５２：集光レンズ
６：加工送り手段
６０：ボールネジ ６１：ガイドレール ６２：モータ ６３：移動板
７：インデックス送り手段
７０：ボールネジ ７１：ガイドレール ７２：モータ ７３：移動板
８：切込み送り手段
８０：ボールネジ ８１：ガイドレール ８２：モータ ８３：昇降板
９：昇降手段
９０：ボールネジ ９１：ガイドレール ９２：モータ ９３：昇降板 ９４：支持台
１０：パッケージ基板
１１：熱拡散基板 １１０：表面
１２：デバイス １３：被覆層 １４：分割予定ライン
１５：切削溝 １６：樹脂残存部 １７：樹脂切断溝 １８：基板切断溝

Claims (2)

  1. 熱拡散基板の表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが配置され、該複数のデバイスを樹脂によって被覆し樹脂層を形成したパッケージ基板を該分割予定ラインに沿って分断して個々のパッケージ基板に分割するパッケージ基板の加工方法であって、
    パッケージ基板の該熱拡散基板側を保持手段によって保持し、切削ブレードを該分割予定ラインに位置付けて該熱拡散基板に達しない深さまで該樹脂に切り込ませて該分割予定ラインに沿って切削することにより該樹脂を残存させ、該分割予定ラインに沿って切削溝を形成する切削溝形成工程と、
    該切削溝形成工程が実施され該熱拡散基板側が保持手段によって保持されるパッケージ基板の該分割予定ラインに沿って形成された該切削溝に沿って、該樹脂に対して吸収性を有する波長の赤外レーザー光線を照射し、該残存する樹脂を切断する樹脂切断工程と、
    該樹脂切断工程が実施され該熱拡散基板側が保持手段によって保持されたパッケージ基板の該分割予定ラインに沿って、露出した該熱拡散基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し該分割予定ラインに沿って該熱拡散基板を切断して個々のパッケージデバイスに分割する分割工程と、
    からなるパッケージ基板の加工方法。
  2. 前記樹脂切断工程で用いる赤外レーザー光線は、CO2レーザーであり、パルス幅が１０ｎｓ〜１０μｓである
    請求項１に記載のパッケージ基板の加工方法。
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