JP2018207001A - 半導体実装構造体および半導体実装方法、塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子とカバー材とを接着材で張り合わせた半導体実装構造体において、その側面に、接着材の垂れ、這い上がりが制限れた半導体実装構造体を提供すること。
【解決手段】方形の半導体素子と、方形の保護部材と、前記半導体と前記保護部材との間に位置する接着材と、を含み、前記接着材は、前記半導体と前記保護部材との間の中間部と、前記方形の保護部材の側面を覆う側面部と、を有し、前記側面部は、側面視で長方形形状である半導体実装構造体を用いる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体実装構造体および半導体実装方法、塗布装置に関する。特に、接着材を用いた半導体実装構造体および半導体実装方法、塗布装置に関する。

従来から、イメージセンサの画素部を保護するためにカバーガラスを貼り付ける構造が用いられている。

図１は、イメージセンサである半導体素子４と保護部材６のカバーガラスを貼り付けるところの斜視図である。まず半導体素子４の表面に接着材５を塗布する。塗布後、保護部材６を半導体素子４に近づける。この時の接着材５の広がりを、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、半導体素子４と保護部材６とを貼り付ける時の経時変化を示す平面図である。

図２（ａ）〜図２（ｃ）の順に接着材５が同心円状に広がる。保護部材６は透明なので、接着材５を見ることができる。

しっかり接着するため、保護部材６の四隅部分に接着材５をまわす必要がある。このためには、半導体素子４の外形から接着材５がはみ出る状態にする必要がある。

最終、完成品を図３の側面図に示す。半導体素子４の側面への接着材垂れ１４やカバーガラスへの接着材這い上がり１３が発生する。接着材垂れ１４や接着材這い上がり１３は保護部材６の辺の中央部により多く発生する。接着材這い上がり１３は辺の中央が一番盛り上がった状態になり、保護部材６の両側コーナー方向に少なくなる。

接着材垂れ１４は半導体素子４の辺の中央が一番盛り上がった状態になり、半導体素子４の両側コーナー方向に少なくなる。これらは保護部材６を貼付けるときに、接着材５が同心円状に広がったことによる痕跡となり、次工程で不要な接着材転写等が発生し品質低下の危険性がある。

塗布形状を、円形でなく、方形にする方法として、特許文献１の方法がある。特許文献１によれば、フリップチップ実装における樹脂塗布工程で、配線基板の半導体チップ搭載部に、接着樹脂を、ドット状に複数点塗布し、四角形状に広げている。または、十字形状に塗布し、四角形状に広げている。

特開２００１−２５０８４５号公報

しかしながら、特許文献１は、比較的大きい部材に対する方法である。特許文献１の方法では、塗布ノズルとして、ディスペンサ（シリンジ）を用いており、内部から多くの塗布液を塗布している。塗布後、広い範囲に液を広げている。

半導体素子単体の微小部材の場合は、一点塗布で所望の塗布量に達してしまう。このため、特許文献１の提案を適用することは困難である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、半導体素子とカバー材とを接着材で張り合わせた半導体実装構造体において、その側面に、接着材の垂れ、這い上がりが制限れた半導体実装構造体および半導体実装方法、塗布装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、方形の半導体素子と、方形の保護部材と、上記半導体と上記保護部材との間に位置する接着材と、を含み、上記接着材は、上記半導体と上記保護部材との間の中間部と、上記方形の保護部材の側面を覆う側面部と、を有し、上記側面部は、側面視で長方形形状である半導体実装構造体を用いる。

接着材を充填したノズルと、上記接着材を出入する塗布針と、を備え、上記塗布針の先端部の平面形状は、方形サイズを元に、各辺の中央部に三角形の溝を作った十字形状である転写塗布装置を用いる。

針先端が十字形状の塗布針を用いて接着材を半導体素子に塗布する工程と、方形形状の保護部材を上記接着材上へ実装する工程と、を含む半導体実装方法を用いる。

本発明の転写塗布装置によれば、微小な一点転写の塗布径を四角形状にすることができるため、接合部材の下に四隅まで均一に充填することができ、半導体チップと接合部材の接着信頼性を向上することができる。また、接合部材からのはみ出し量も少なくなり、次工程での影響がなくなる。

従来の半導体素子とカバーガラスとを接着する時の斜視図 （ａ）〜（ｃ）従来の半導体素子と保護部材とを接着する時の平面図 従来の接着材塗布手段を用いた時の半導体素子の側面図 （ａ）実施の形態の実装構造体の正面図、（ｂ）実施の形態の実装構造体の平面図 実施の形態の半導体実装構造体の拡大側面図 （ａ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の側面部５ａの拡大図、（ｂ）従来の半導体実装構造体の図３の側面部の拡大図、（ｃ）実施の形態の半導体実装構造体の辺部の拡大図、（ｄ）従来の半導体実装構造体の図３の辺部の拡大図 （ａ）〜（ｂ）実施の形態の接着材塗布針による接着材塗布を示す断面図 実施の形態の接着材塗布針の先端部の平面図 （ａ）〜（ｃ）実施の形態の接着材時の塗布針と半導体素子との関係を示す図、（ｄ）〜（ｆ）（ａ）〜（ｃ）の時の塗布針の先端と接着材との関係を示す図 実施の形態の接着材塗布針の先端と接着材との関係を示す平面図 （ａ）〜（ｃ）実施の形態の接着材塗布時の接着材の変化を示す平面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜構造＞
図４（ａ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の側面図、図４（ｂ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の平面図である。図５は、実施の形態の半導体実装構造体１００の拡大側面図であり、接着材５の端部を示している。半導体素子４上に、保護部材６が、接着材５で接着されている。

半導体素子４は、イメージセンサなどの機能性素子である。この例では、平面視で１ｍｍ×１ｍｍ程度の正方形である。直方体である。

保護部材６は、この場合、カバーガラスである。半導体素子４を保護するものである。大きさは平面視で半導体素子４より小さい、１ｍｍ×１ｍｍ未満の正方形である。

接着材５は、半導体素子４と保護部材６とを接着するものである。

（１）接着材５は、半導体素子４と保護部材６との間の中間部５ｃと、中間部５ｃの周辺に位置する周辺部５ｂと、方形の保護部材６の側面を覆う側面部５ａと、を有する。なお、中間部５ｃは、保護部材６の下面（接続面）のみに位置する。側面部５ａは、周辺部５ｂの頂部に位置する。この側面部５ａ、周辺部５ｂの形状が、従来（図３）と大きく異なる。

側面部５ａは、保護部材６への接着材這い上がった部分である。側面部５ａは、保護部材６の辺の中央部分、コーナー部分にかかわらずほぼ均等な形状である。

図６（ａ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の側面部５ａの拡大図である。図６（ｂ）は、従来の半導体実装構造体の図３の側面部に相当する部分の拡大図である。保護部材６の底面を保護部材底面６ａで示している。

実施の形態の半導体実装構造体１００の側面部５ａは、側面視で長方形であり、保護部材底面６ａから上辺までの距離９ａ（矢印）が一定である。その距離９ａは、全体で、１０％以内のばらつきである。なお、側面部５ａは、側面視で、台形、または、方形であってもよい。

一方、従来の半導体実装構造体の側面部では、全体として、その距離９が大きく変化している。

（２）接着材５の周辺部５ｂは、保護部材６のコーナー部分で、４分の１円状に広がるコーナー部５ｂ１と、保護部材６の辺部分で、辺から外へ広がる辺部５ｂ２とを有する。

コーナー部（５ｂ１）の保護部材（９）から一番離れた距離（９ｃ）は、辺部（５ｂ２）の保護部材（９）の側面から一番離れた距離（９ｂ）より小さい。接着材５が必要最小限に抑えられている。保護部材６のコーナー部に応力の集中がなく安定して接着ができている。

辺部５ｂ２は、平面視で、長方形形状である。コーナー部５ｂ１は、平面視で、４分の１円の形状である。

図６（ｃ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の辺部５ｂ２の拡大図である。図６（ｄ）は、従来の半導体実装構造体の図３の辺部の拡大図である。保護部材６の側面を保護部材側面６ｂで示している。

実施の形態の半導体実装構造体１００の辺部５ｂ２は、側面視で長方形であり、保護部材側面６ｂから外辺までの距離９ｂ（矢印）が一定である。その距離９ｂは、全体として１０％以内のばらつきである。なお、側面部５ａは、側面視で、台形、または、方形であってもよい。

一方、従来の半導体実装構造体の辺部では、その距離９ｂが大きく変化している。

（３）また、実施の形態の半導体実装構造体では、半導体素子４の壁面への接着材５の垂れ（図３の接着材垂れ１４）はない。

実施の形態の半導体実装構造体１００では、接着材５が、必要な部分にのみ分布し、半導体素子４と保護部材６との接着信頼性を向上することができる。

この構造は、以下の製造方法で実現できる。

＜製造方法＞
従来は、接着材５を、ディスペンサ方式やシリンジ方式の注射方式で供給していた。実施の形態では、棒状の針の先端に接着材５をつけ、それを転写することで接着材を供給する。この方式により、接着材５の塗布形状を円状ではなく四角形にすることができる。

＜全体＞
図７（ａ）は、実施の形態の接着材塗布手段の断面図である。接着材５を入れたノズル２に十字形の塗布針２０１が挿入されている。図７（ｂ）は、実施の形態の接着材塗布手段により接着材５を半導体素子４に塗布するところの断面図である。

塗布針２０１を下部に移動させ、ノズル２より外部へ出す。塗布針２０１の先端には、接着材５が付着している。塗布針２０１をさらに下げ、半導体素子４に接着材５の塗布を行う。塗布針２０１は、半導体素子４と接触しないので、接着材５は広がらない、また、必要以上に接着材５は塗布されない。

＜塗布針＞
図８は、実施の形態の塗布針２０１の先端の平面図である。塗布針２０１の先端の形状は、一辺ａとした正方形７を基準に四辺から三角形溝８をそれぞれ抜き取った状態である。塗布針２０１の材質は超硬を使用した。

一辺ａは、保護部材６の１辺に対して、およそ１２５％±１０％の寸法とした。三角形溝８は、二等辺三角形である。二等辺三角形の高さｂは、一辺ａの長さの約２５％±３％とした。溝幅ｃは、一辺ａの１／２とすることで、頂角約角度４５度の二等辺三角形の三角形溝８とした。

なお、二等辺三角形の頂点（頂角）は、加工の都合で多少の角丸めや面取りとなっていても構わない。

実際に転写される塗布径は、おおよそ溝幅ｃを一辺とした正方形となる。従って、塗布径を増減させたい場合は、高さｂの長さを調整することで目的に合う塗布針２０１の先端形状を算出することが可能である。

＜工程＞
次に上記十字形状の塗布針２０１を使用し、半導体素子４に保護部材６を貼付けるまでの工程を説明する。

図７（ａ）に示す実施の形態の接着材塗布手段の図のように、接着材５を入れたノズル２に十字形の塗布針２０１を挿入した。

次に、図７（ｂ）に示すように、塗布針２０１を下げ、半導体素子４の塗布面に接触させず、近接させて接着材５を一点転写する。なお、接着材５の種類、塗布量により、塗布針２０１を塗布面に接着させてもよい場合もある。

図９（ａ）〜図９（ｆ）は、実施の形態の接着材塗布の工程を説明する図である。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、接着材５の転写前、転写時、転写後それぞれの塗布針２０１と半導体素子４との側面図、図９（ｄ）〜図９（ｆ）は、図９（ａ）〜図９（ｃ）に、それぞれ対応し、接着材５の転写前、転写時、転写後それぞれの塗布針２０１の先端の平面図である。図９（ａ）〜図９（ｆ）のそれぞれの図で、塗布針２０１と接着材５の塗布形状の関係を示している。

図９（ａ）、図９（ｄ）では、塗布針２０１の先端に付着した接着材１０が付着している。

図９（ｂ）および図９（ｅ）で示す通り、転写時の接着材５は塗布針２０１の先端形状につられて濡れ広がりが起こるため、転写時の塗布形状１１の形状で半導体素子４に転写される。

接着材５の転写後は、図９（ｃ）と図９（ｆ）に示すように、表面張力の影響で転写後の塗布形状１２に経時変化し、四角形の塗布形状となる。厳密には四頂点は角丸めの塗布形状となる。このことを図１０の塗布針２０１の先端の拡大平面図で示す。

次に、保護部材６を半導体素子４に貼付けを行う。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、実施の形態の接着材塗布手段を用いた場合のイメージセンサの実装方法工程図である。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように保護部材６を半導体素子４に貼り付ける工程では、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の順に接着材５が保護部材６に沿った状態で均等に広がり、半導体素子４から接着材５がはみ出すことがない。従って半導体素子４の壁面に接着材５の垂れが起こらず、保護部材６への接着材５の這い上がり１３も均一化される。

なお、接着材５はアクリル樹脂系で１０００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度のものを使用した。

以上のように、従来の円柱形状の塗布針を十字形状の塗布針に変更するだけで、四角形状の接着材塗布を実現することができ、品質の高い半導体実装構造体が得られる。

なお、平面視で２ｍｍ×２ｍｍ以下の半導体素子４、保護部材６では、この方法でないと、上記構造を得ることができない。１．５ｍｍ×１．５ｍｍ以下となると、さらに、そうである。

本発明の塗布装置は、一点転写において塗布形状を四角形にできる特徴を有し、四角形状の部材を品質よく貼りあわせる用途に幅広く適用できる。また、本発明の半導体実装構造体と半導体実装方法は、半導体に限られず、光学部品など精密部品に利用されうる。

２ ノズル
４ 半導体素子
５ 接着材
５ａ 側面部
５ｂ 周辺部
５ｂ１ コーナー部
５ｂ２ 辺部
５ｃ 中間部
６ 保護部材
６ａ 保護部材底面
６ｂ 保護部材側面
７ 正方形
８ 三角形溝
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 距離
ａ 一辺
ｂ 高さ
ｃ 溝幅
１０ 付着した接着材
１１ 転写時の塗布形状
１２ 転写後の塗布形状
１３ 接着材這い上がり
１４ 接着材垂れ
１００ 半導体実装構造体
２０１ 塗布針

Claims (11)

1. 方形の半導体素子と、
   方形の保護部材と、
   前記半導体と前記保護部材とを接合する接着材と、を含み、
   前記接着材は、
   前記保護部材の接合面に位置する中間部と、
   前記保護部材の側面に位置する側面部と、
   前記中間部の周囲に位置する周辺部と、を有し、
   前記側面部は、側面視で四角形形状である半導体実装構造体。
2. 前記側面部は、側面視で、台形、または、方形である請求項１記載の半導体実装構造体。
3. 前記側面部は、
   底辺が、前記保護部材の底面であり、
   前記底辺からの前記側面部の上端までの距離のばらつきが１０％以内である請求項１または２記載の半導体実装構造体。
4. 前記中間部は、保護部材のコーナー部分で、側面から広がるコーナー部と、保護部材の辺部分で、辺から外へ広がる辺部とを有し、
   前記コーナー部の前記保護部材から一番離れた距離は、前記辺部の前記保護部材から一番離れた距離より小さい請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体実装構造体。
5. 前記辺部は、平面視で、長方形形状であり、前記コーナー部は、平面視で、４分の１円の形状である請求項４記載の半導体実装構造体。
6. 前記接着材は、前記半導体素子の側面には、存在しない請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体実装構造体。
7. 前記半導体素子と前記保護部材とは、平面視で２ｍｍ×２ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体実装構造体。
8. 接着材を充填したノズルと、
   前記接着材を出入する塗布針と、を備え、
   前記塗布針の先端部の平面形状は、方形サイズを元に、各辺の中央部に三角形の溝を作った十字形状である塗布装置。
9. 前記溝は、二等辺三角形である請求項８記載の塗布装置。
10. 前記二等辺三角形は、頂点が９０度であり、
    前記十字形状は、４５度で直行する請求項８または９記載の塗布装置。
11. 針先端が十字形状の塗布針を用いて接着材を半導体素子に塗布する工程と、
    方形形状の保護部材を前記接着材上へ実装する工程と、
    を含む半導体実装方法。
    

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