JP2018170316A - 基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数の半導体チップが配置された基板の、半導体チップが配置された領域を一括で孔版印刷して封止を行なって半導体装置を得る際に、ボイドを低減しつつ、品質バラツキも抑制する基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】 基板を半導体チップが配置されていない面から支持し、前記基板に孔版印刷を行なう際に孔版印刷装置のテーブル上に配置される支持板と、前記支持板に着脱可能であって、前記基板を前記支持板に押し付ける機能を有した押え具とを備え、前記押え具は、前記基板に封止材を孔版印刷を行なう際の孔版としても機能する基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【選択図】 図１
Description
本発明は、複数の半導体チップが配置された基板の、半導体チップが配置された領域を一括で孔版印刷する際に用いる基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
回路基板上の半導体チップ等の電子部品を樹脂封止するための手法として、未硬化の封止材を用いた孔版印刷がある。孔版印刷は、封止材を孔版上に供給した後に、孔版上のスキージを動かすことにより、孔版の孔内に封止材を押し込むものであるが、封止材を押し込む際に空気を巻き込んで封止材中にボイドが残存することがある。
電子部品の樹脂封止においては、電子機器の信頼性の観点から、封止材中にボイドが存在することは好ましくない。そのため、孔版印刷を真空雰囲気下で行う真空印刷装置の普及が進んでいる。特に、真空雰囲気下での複数回の孔版印刷の間で真空度を下げる（大気圧に近づける）、真空差圧充填法を用いることにより、ボイドが微少で表面の平坦性に優れた樹脂封止が可能になっている（特許文献１）。
真空差圧充填の一例を図５および図６を用いて説明する。図５および図６は、基板Ｗに配置された個々の半導体チップC周辺に封止Ｒを印刷する例を示しており、孔版６の孔部６Ｈに往路用スキージ４および復路用スキージ５を用いて印刷材Ｒを充填する。
図５（ａ）は孔版６上に封止材Ｒを供給した印刷開始前の状態、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は一次印刷の状態を示す図であり、この一次印刷は圧力Ｐ１の真空下で行われる。まず、孔版６上に供給された封止材Ｒを往路用スキージ４が孔部側に移動させ（図５（ｂ））、孔部６Ｈに封止材Ｒを押し込んで行き（図５（ｃ））、全ての孔部６Ｈに封止材Ｒを充填する（図５（ｄ））。しかし、孔部６Ｈへの印刷材Ｒの際に、ボイドＶが生じることがある。ここで、一次印刷は圧力Ｐ１の真空下で行われているため、周囲を圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐにすることで、Ｐ１とＰの比に応じた分だけボイドが縮小するとともに、流動により封止材Ｒからボイドが放出されることもある。これにより、孔部に一次印刷で充填された封止材Ｒの見かけ体積が縮小し、その分だけ孔部内の封止材Ｒの表面が凹む（図６（ｅ））。
次に、孔部内の封止材Ｒの平坦性を改善するために二次印刷を行う（図６）。この二次印刷を行う時の圧力Ｐ２は、Ｐ１に比べて１０倍以上の高い圧力である必要があるが、大気圧以下の減圧下で実施される。図６において、二次印刷は復路用スキージ５を用いて実施され（図６（ｆ））、二次印刷の後（図６（ｇ））は、半導体チップCはボイドが少なく表面の平坦性に優れた封止材Ｒに覆われる。この後、（通常は基板Ｗを支持するテーブル８を下降させて）基板Ｗを孔板６から離して（図６（ｈ））、基板Ｗ上に印刷された封止材Ｒを硬化することで半導体チップＣの樹脂封止が完了する。
半導体装置の封止技術として、従来のように基板上の半導体チップを個々に封止する方式に加え、ウェハレベルパッケージ（以降ＷＬＰと記す）技術の進展により、ウェハ基板上に高密度に搭載した半導体チップを一括で封止する方式の採用も増えている。
ウェハ基板上の半導体チップの一括封止は、図７（図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ断面図）に示すようにウェハからなる基板Ｗ上に多数搭載された半導体チップＣを、図８（図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ断面図）のように封止材Ｒで一括封止するものであり、半導体チップＣの一括封止が行なわれた基板Ｗは、図９（ａ）に示すように半導体チップＣの搭載位置を避けるように格子状にカット（ダイシング）され、図９（ａ）のＡ−Ａ断面の半導体チップ（図９（ｂ））は、個片化され図９（ｃ）のような半導体装置ＣＤとなる。なお、図示していないが、半導体装置ＣＤにはバンプ電極が形成されていてもよい。
図８のように基板Ｗ上の半導体チップＣを一括封止する方法としては、トランスファ成形や圧縮成形等があるが、孔版印刷の差圧充填も、ボイドが少ない（かつ存在するボイドも微小）という長所があることから、注目されている。
しかし、基板Ｗとなるウェハの薄厚化が進んでいる状況で、比較的広い領域を一括で孔版印刷するのに際しては課題も生じている。
図１０は、半導体チップCが多数搭載された（ウェハからなる）基板W上に、孔版印刷の差圧充填により封止材Ｒを印刷する様子を示したものであり、封止材供給後（図１０（ａ））、印刷が完了し（図１０（ｂ））、基板Ｗを支持するテーブル８を下げているが（図１０（ｃ））、孔版６の孔６Ｈ周縁部において、封止材の粘着性により孔版離れ難く、基板Ｗが図１０（ｄ）のように湾曲することがある。このような湾曲は、テーブル８が基板Ｗを吸着保持することで抑制することが出来るが、差圧充填は真空雰囲気下で行なうため、基板Ｗを真空吸着により保持することが困難で、版離れの際に抑制することが難しかった。
図１０（ｄ）のように基板Ｗが湾曲してしまうと、平面上に放置しても容易に平坦化するものではなく、仮に平坦化できたとしても未硬化の封止材Ｒは粘性を有しているため、基板Ｗの位置によって封止材Ｒの厚みに変化が生じてしまう。すなわち、基板Ｗが湾曲すると、封止材Ｒを硬化して、ダイシングして得た半導体装置ＣＤにも封止厚みバラツキに起因する品質バラツキが生じることになる。
本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、複数の半導体チップが配置された基板の、半導体チップが配置された領域を一括で孔版印刷して封止を行なって半導体装置を得る際に、ボイドを低減しつつ、品質バラツキも抑制する基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
複数の半導体チップが配置された基板を固定する基板固定治具であって、
前記基板を前記半導体チップが配置されていない面から支持し、前記基板に孔版印刷を行なう際に孔版印刷装置のテーブル上に配置される支持板と、前記支持板に着脱可能であって、前記基板を前記支持板に押し付ける機能を有した押え具とを備え、
前記押え具は、前記基板に封止材を孔版印刷を行なう際の孔版としても機能する基板固定治具である。
複数の半導体チップが配置された基板を固定する基板固定治具であって、
前記基板を前記半導体チップが配置されていない面から支持し、前記基板に孔版印刷を行なう際に孔版印刷装置のテーブル上に配置される支持板と、前記支持板に着脱可能であって、前記基板を前記支持板に押し付ける機能を有した押え具とを備え、
前記押え具は、前記基板に封止材を孔版印刷を行なう際の孔版としても機能する基板固定治具である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板固定治具を用いて前記基板の前記半導体チップが搭載された領域に封止材を一括で孔版印刷する印刷工程と、前記印刷工程後の前記基板を加熱して前記封止材を硬化させる硬化工程と、前記封止材が硬化した後の基板を個片に分割するダイシング工程と、からなる半導体装置の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記印刷工程を真空雰囲気下で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
前記印刷工程を真空雰囲気下で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記孔版印刷に用いるスキージの素材にセラミックスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
前記孔版印刷に用いるスキージの素材にセラミックスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記硬化工程までは、前記基板を前記基板固定治具に固定することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
前記硬化工程までは、前記基板を前記基板固定治具に固定することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明により、複数の半導体チップが配置された基板の、半導体チップが配置された領域を一括で孔版印刷して封止を行なって半導体装置を得る際に、ボイドを低減しつつ、品質バラツキも抑制することが可能となる。
本発明の実施形態につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る基板固定治具１の一実施形態を示すものであり、図１（ａ）は上面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。基板固定治具１は、半導体チップＣが搭載された基板Ｗを固定するものである。
図１は、本発明に係る基板固定治具１の一実施形態を示すものであり、図１（ａ）は上面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。基板固定治具１は、半導体チップＣが搭載された基板Ｗを固定するものである。
半導体チップＣを搭載する基板Ｗとして、エポキシ樹脂等の絶縁材料からなる配線基板であっても良いが、本実施形態ではＷＬＰに用いる半導体ウェハを例示している。なお、所謂ファンアウトＷＬＰにおいては、接着フィルムが貼られたキャリアが基板Ｗとなる。また、封止材Ｒとしては、エポキシ樹脂やシリコン樹脂で未硬化の状態の粘度は１０〜２０００Ｐａ・Ｓのものが用いられる。
図１に示すように、基板固定治具１は、支持板１０に配置された基板Ｗ（図２）を押え具１１によって押し付けて固定するものであり、支持板１０と押え具１１の平行度を確保するために、基板Ｗと同じ厚みを有したスペーサ１２を介することが望ましいが、基板Ｗの厚みが極めて薄い場合においては、スペーサ１２がなくてもよい。また、スペーサ１２は、支持板１０と、押え具１１とは独立した形態であってもよいが、支持板１０または押え具１１のいずれかに形成したものであってもよい。
支持板１０は、基板Ｗの全面を支持する形状の平坦面を有するものである。支持板１０の厚みは、薄すぎると基板Ｗとともに湾曲する懸念があり好ましくない。一方、厚すぎても熱容量が大きくなり、後述の硬化工程において、封止材を硬化させるのに時間を要するとともに、高温状態から冷めるのにも時間を要するので生産効率等の観点から好ましくない。具体的に支持板１０の厚みとしては２ｍｍから１０ｍｍの範囲にあることとが好ましい。また、支持板１０の熱膨張率が押え具１１と異なると熱硬化工程において基板固定治具１が変形することもあるので、支持板１０と押え具１１の熱膨張率差が小さいものを用いるのが好ましく、支持板１０と押え具１１を同材質とすることが更に望ましい。具体的な材質としては平坦加工の容易さや軽さ、剛性等を考慮して、ステンレス鋼やアルミが望ましい。
押え具１１は、図２のように支持板１０の面上に配置された基板Ｗ（図２（ａ）は上面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図）を支持板１０に押さえつけるものであるが、半導体チップＣが搭載された領域は開口部１１Ｈとなっている。このため、押え具１１は基板Ｗの周縁部付近を押えることになる。
ところで、押え具１１は、基板Ｗの周縁部付近を押さえつけながらも半導体チップが搭載された領域に開口部１１Ｈを有する構成であることから、基板Ｗ上の半導体チップＣを封止する際の孔版印刷の孔版として利用することも可能である。すなわち、図１の押え具１１は、図１０の孔版６として機能させることが出来、孔版として用いる場合の押え具１１の厚みは封止材の印刷厚みにする必要がある。押え具１１の材質は前述のとおり支持板１０と同様にステンレス鋼、アルミ、等が適しているが、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０のように磁性を有するものを用いれば、磁力を用いて支持板１０に抑え具１１を固定することも可能である。この場合、支持板１０にマグネットを埋め込む必要があり、支持板１０の適正厚みは４ｍｍ〜１０ｍｍになる。なお、押え具１１の固定に磁力を用いない場合は、ネジ等により機械的に固定すればよい。
以後、基板固定治具１によって固定した基板Ｗに搭載された半導体チップCから半導体装置ＣＤを得る工程について説明する。
まず、図３（ａ）では、半導体チップＣが搭載された基板Ｗを孔版印刷装置にセットして、孔版印刷を開始する前の状態を示している。図３（ａ）において、基板固定治具１は支持板１０の下面が孔版印刷装置のテーブル８上に配置されており、封止材Ｒは印刷材供給手段３により押え具１１の上に供給されている。
ここで、前述のとおり押え具１１は孔版の役割を果たしており、封止材Ｒは往路用スキージ４および復路用スキージ５により、開口部１１Ｈ内を埋めるように印刷される。実際には、往路用スキージ３および復路用スキージ４はスキージ走行軸９の軸方向に沿って移動しながら、多量の封止材Ｒを開口部１１Ｈ内に押し込みつつ、押え具１１の上面高さを超えた封止材Ｒを削り取る動作を行なって、封止材Ｒの上面と押え具１１の上面を揃えている。このように、封止材Ｒの余分を削りとって封止材Ｒの厚みを均一にするため、往路用スキージ４および復路用スキージの素材として剛性の高いものが適し、剛性が高ければ樹脂であってもよいが、アルミナ等のセラミックスが一層好ましい。
また、図示していないが、図３（ａ）に示した孔版印刷装置を構成する各部は真空チャンバー内に収納されており、孔版印刷が真空（減圧下）で行なえるようになっている。このため、基板固定治具１をテーブル８が真空吸着することが困難であるため、ホルダ８０を用いて基板固定治具１をテーブル８に固定する構成となっている。
開口部１１Ｈ内に封止材Ｒを孔版印刷する印刷工程においては、図３（ａ）の状態から真空雰囲気下で往路用スキージ４を用いた往路印刷を行なった後に、真空度を下げてから（圧力を上げて）復路用スキージ５を用いた復路印刷を行なう。復路印刷を行なった後の状態を示したのが図３（ｂ）であり、開口部１１Ｈ内に押え具１１の厚みで封止材Ｒが印刷されている。ここで、往路印刷と復路印刷は真空下で行い往路と復路で圧力差をもたせた（真空差圧充填である）ことから開口部１１Ｈ内に印刷された封止材Ｒ内のボイドは微小化している。なお、本実施形態では、真空差圧充填を行なうことを前提としているが、脱泡が容易な封止材Ｒを用いる場合においては、真空雰囲気で一回の印刷を行なうだけでも良い。すなわち、復路用スキージ５が不要な場合もある。
図３（ｂ）のように開口部１１Ｈ内に封止材Ｒが印刷された後は、ホルダ８０を解除することで、基板固定治具１をテーブル８から外すことが出来る。すなわち、基板固定治具１が基板Ｗを固定した状態で、支持板１０の下面をテーブル８から離すことが出来る。この際、支持板１０が剛性を有していて湾曲し難いことから、基板Ｗを湾曲させることなく孔版印刷装置から取り出すことが出来る。
ところで、図５に示したように半導体チップＣを個別に封止する際に用いるような細かな孔部６Ｈが多数存在する孔版６と異なり、多数の半導体チップを一括で封止する際に用いる孔版は複雑な加工を必要とせず、安価に多量に製作することが出来る。すなわち、押え具１１は安価に多量に製作することが可能なものである。
このため、半導体チップＣが搭載された領域に封止材が印刷された基板Ｗは、支持板１０と押え具１１で挟み込んだ状態で取り扱うことができる。すなわち、封止材Ｒを硬化させる硬化工程は、図４（ａ）のように、半導体チップＣが搭載された領域に封止材が印刷された基板Ｗを、支持板１０と押え具１１で挟み込んだ状態で行なうことが出来る。硬化工程においては、封止材Ｒを熱硬化させるた基板Ｗを加熱するが、図４（ａ）のように基板Ｗは基板固定治具１により固定された状態であり、支持板１０と押え具１１の熱膨張率に大きな差がなければ、基板固定治具１自体の熱変形も生じ難く、封止材Ｒの熱変形に伴う基板Ｗの湾曲も押さえ込むことが出来る。この結果、基板Ｗの湾曲が抑えられるとともに、封止材Ｒの厚み変化を抑えた状態で硬化を完了させることが出来る。
封止材Ｒが硬化したら、基板固定治具１から基板Ｗを外す。すなわち、押え具１１および支持板１０による基板Ｗの挟み込みを解除する（図４（ｂ）、図４（ｃ））。
この後は、図９に示したように封止材Ｒが硬化した後の基板Ｗを、半導体チップＣ毎に個片に分割して（ダイシング工程）、半導体装置ＣＤが得られる。なお、ダイシングして半導体装置ＣＤとする前に、基板Ｗ（の半導体チップＣが搭載されていない側）にバンプ電極を形成する工程を設けてもよい。
前述のとおり、基板Ｗに印刷した封止材Ｒはボイドが微小で、厚みも均一であり、印刷後の工程やハンドリングにおいても基板Ｗが湾曲することもないため、封止材内のボイドは低減され、封止厚みバラツキも抑制されている。すなわち、本発明により、品質バラツキの少ない半導体装置の提供が可能になる。
１ 基板固定治具
３ 印刷材供給手段
４ 往路用スキージ
５ 復路用スキージ
６ 孔版
６Ｈ 孔部
８ テーブル
９ スキージ走行軸
１０ 支持板
１１ 押さえ具
１１Ｈ 押え具の開口部
１２ スペーサ
８０ ホルダ
Ｃ 半導体チップ
ＣＤ 半導体装置
Ｒ 封止材
Ｖ ボイド
Ｗ 基板（ウェハ）
３ 印刷材供給手段
４ 往路用スキージ
５ 復路用スキージ
６ 孔版
６Ｈ 孔部
８ テーブル
９ スキージ走行軸
１０ 支持板
１１ 押さえ具
１１Ｈ 押え具の開口部
１２ スペーサ
８０ ホルダ
Ｃ 半導体チップ
ＣＤ 半導体装置
Ｒ 封止材
Ｖ ボイド
Ｗ 基板（ウェハ）
Claims (5)
- 複数の半導体チップが配置された基板を固定する基板固定治具であって、
前記基板を前記半導体チップが配置されていない面から支持し、前記基板に孔版印刷を行なう際に孔版印刷装置のテーブル上に配置される支持板と、
前記支持板に着脱可能であって、前記基板を前記支持板に押し付ける機能を有した押え具とを備え、
前記押え具は、前記基板に封止材を孔版印刷を行なう際の孔版としても機能する基板固定治具。 - 請求項１に記載の基板固定治具を用いて前記基板の前記半導体チップが搭載された領域に封止材を一括で孔版印刷する印刷工程と、
前記印刷工程後の前記基板を加熱して前記封止材を硬化させる硬化工程と、
前記封止材が硬化した後の基板を個片に分割するダイシング工程と、
からなる半導体装置の製造方法。 - 請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記印刷工程を真空雰囲気下で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記孔版印刷に用いるスキージの素材にセラミックスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項２から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記硬化工程までは、前記基板を前記基板固定治具に固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
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| JP2017064693A JP2018170316A (ja) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | 基板固定治具およびこれを用いた半導体装置の製造方法 |
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