JP4246803B2

JP4246803B2 - 半導体装置用スペ−サ−の形成方法および半導体装置を含む装置の形成方法ならびに表面実装型フォトカプラ−の形成方法

Info

Publication number: JP4246803B2
Application number: JP29462996A
Authority: JP
Inventors: 和裕小林; 恵堀内
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH10125952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部接続電極上に半田バンプ電極を有する半導体装置を基板の導電パタ−ン等に半田結合する場合のスペ−サ−の形成方法、このスペ−サ−を形成してバンプ付き半導体装置を含む装置の基板に搭載する方法、特にその応用の一例として半導体発光素子と半導体受光素子が透光性基板の両側に対向して装着されマザ−ボ−ド等に直接搭載される表面実装型フォトカプラ−装置の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は印加された電気信号をこれに対応する光に変換しその後再びこれを電気信号に変換することによって入力された電気信号と電気的に分離絶縁された出力電気信号を取り出すフォトカプラ−、特にマザ−ボ−ド等に直接搭載される従来提案されてきた表面実装型フォトカプラ−装置の構成を示す斜視図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う矢視断面図である。図７から明らかなように発光素子１から発せられた光は透光性接着剤２、透光性基板３、及び透光性樹脂４を透過した後受光素子５に受光される。このフォトカプラ−の製造工程は以下の通りである。
【０００３】
（ａ）最初に発光素子１及び受光素子５を搭載するための透光性基板３を準備する。（ｂ）次にこの基板３の上下面に導電パタ−ン６、７を形成する。基板３は必要に応じて加熱プレス等により例えば図６に示すような所望の形状に成形する。（ｃ）基板上面の発光素子１の光放射部を含む面に対向する領域に透光性接着剤２を塗布して発光素子１の光放射部を含む面を透光性基板３に接着しこの透光性接着剤２を硬化して発光素子１を基板３に固着する。（ｄ）発光素子１の電極部９と基板上面の導電パタ−ン６を半田結合する。
【０００４】
（ｅ）上記プロセス（ａ）乃至（ｄ）と平行して、又はこれに継続して多数の受光素子５を形成した受光素子内蔵ウエハ−１０を準備する。（ｆ）該ウエハ−１０の多数の電極部に半田バンプ１１を形成する。（ｇ）該ウエハ−をダイシングして半田バンプ付き受光素子を形成し、（ｈ）半田バンプ１１を加熱リフロ−して受光素子５の電極部と基板３の下面の導電パタ−ン７を半田結合することによって受光素子５を透光性基板３の下面に固定する。
【０００５】
（ｉ）（ｈ）のプロセスの度毎に透光性樹脂４を基板３の下面とフォトトランジスタの間の空隙Ａに注入し、硬化する。（ｊ）上記の全プロセスが完了したとき、このフォトカプラ−の中身を遮光性樹脂によって封止する。以上纏めると以下のようになる。

【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の形成工程に於いては半導体素子の外部接続端子はあらかめウエハ−単位で一括して半田バンプ形成し、半田付けはリフロ−炉を通して行われるのが普通であるが半導体素子と導電パタ−ンの半田バンプ結合のように微小部分の半田付けには半田部材の固定について問題が多く、上記のフォトカプラ−の例のように透光性基板と半導体受光素子の間の距離を一定に保持することが要求される場合にはこれを補助する手段としてスペ−サ−を設けることが必要である。しかもそれはできるだけ簡単な構造で半導体素子側にに設けることができれば好都合である。本発明は一般的に半導体素子に半田バンプを形成しこれを基板等にリフロ−結合することが必要な製造プロセスに於いて、半田結合作業を補助し作業を安定化すると共に、作業終了後も装置を構成する要素として機能するスペ−サ−手段とその形成方法を提供することを第１の目的としている。
生産工数を削減するために、できることはなるべくウエハ−単位で一括処理で行うべきで、上記従来例においてもウエハ−単位で半田バンプの形成を行って来た（ｆ）。しかしながらその直後のプロセスでこの半田バンプ付きの受光素子を形成し（ｇ）、これをを基板下面の導電パタ−ンにバンプリフロ−結合するようにしていたために（ｈ）、半田バンプ結合後にこのスペ−スを埋めるために透光性樹脂４を注入し、さらにこれを硬化して（ｉ），次のプロセス（ｊ）に繋ぐ必要があった。即ち次のプロセス（ｊ）でこのフォトカプラ−の中身の全体をパッケ−ジする遮光性樹脂２０を注入しパッケ−ジングするのに備えてこの遮光性樹脂２０がこの領域に浸入して光路を妨げることのないようにするために，透光性樹脂４で図７に示すように基板３の下面と受光素子５の受光面の間のスペ−スを埋めることが必要であった。しかしながら、このスペ−スＡへの透光性樹脂４の注入と硬化（ｉ）は基板３への受光素子５の固定（ｈ）の度毎に行わなければならなかった。したがって、例えば受光素子２万個基板に装着する（ｈ）とすれば２万回透光性樹脂４を注入して、更に硬化を待たなければならなかった（ｊ）。これは膨大な工数であり、生産効率を著しく阻害する要因をなしていた。本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、従来問題となっていたプロセス（ｇ）乃至（ｉ）を全廃して、新たにこれに代わるプロセス（○印表示後述）を導入し従来受光素子全数について行ってきた透光性樹脂の注入と硬化のプロセスをウエハ−の処理の段階で一括処理する製造方法を提供することを第２の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（Ａ）上記目的を達成するために、本発明の半導体装置用スペ−サ−の形成方法に於いては、外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体装置用スペ−サ−の形成方法であって、以下の工程：
（１）前記半導体装置のバンプ電極形成面上にスペ−サ−用樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程とを有し、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成したことを特徴としている。
（Ｂ）更に、本発明は前記半導体装置はウエハ−上にそれぞれ前記バンプ電極が形成された複数個の半導体素子であり、該複数個の半導体素子に同時に前記スペ−サ−を形成した後、個々の半導体素子に分割する上記（Ａ）の半導体装置用スペ−サ−の形成方法であることを特徴としている。
（Ｃ）更に、本発明は前記半導体装置が光学特性を有する半導体素子であり、前記スペ−サ−用樹脂に透光性樹脂を用いて透光性スペ−サ−を形成した前記（Ａ）の半導体装置用スペ−サ−の形成方法であることを特徴としている。
（Ｄ）本発明は外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体装置に該半導体装置用スペ−サ−を形成し該半導体装置を含む装置を形成する方法であって、
（１）前記半導体装置の前記バンプ電極形成面上にスペ−サ−用樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程と、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成する工程と、
（６）前記半田バンプを前記スペ−サ−を介して前記半導体装置を含む装置の基板の導電パタ−ンにリフロ−結合する工程とを有し、
（７）前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成したことを特徴としている。
（Ｅ）本発明は外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体受光装置に該半導体受光装置用スペ−サ−を形成し該半導体受光装置を含む表面実装型フォトカプラ−装置を形成する方法であって、
（１）前記半導体受光装置のバンプ形成面上にスペ−サ−用の透光性樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用の透光性樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用の透光性樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程と、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用の透光性樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成する工程と、
（６）両面に導電パタ−ンを形成し、一方の側に半導体発光素子を搭載した透光性基板の他方の側の前記導電パタ−ンに、前記半導体受光装置を前記スペ−サ−を介して半田バンプ結合して装着する工程と、を含む表面実装型フォトカプラ−装置の形成方法であることを特徴としている。
（Ｆ）更に、本発明は前記半導体受光装置は前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記透光性樹脂面上に突出した前記スペ−サ−を形成した前記（Ｅ）の表面実装型フォトカプラ−の形成方法であることを特徴としている。
（Ｇ）更に、本発明は前記半導体受光装置はウエハ−上にそれぞれ前記バンプ電極を形成された複数個の半導体受光素子であり、該複数個の半導体受光素子に同時に前記スペ−サ−用の透光性樹脂を形成した後、個々の半導体受光素子に分割する前記（Ｅ）の表面実装型フォトカプラ−の形成方法であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５は本発明に係る表面実装型フォトカプラ−の製造方法の工程を示す説明図である。（ａ）一対の発光素子１（発光ダイオ−ド）及び受光素子５（フォトトランジスタ）から成る表面実装型フォトカプラ−を製造する方法に於いて、上記発光素子１及び受光素子５を搭載するための熱可塑性ポリイミドフィルム等から成る透光性基板３を準備する。（ｂ）次にこの透光性基板３の上面の上記発光素子１の光放射部に対向する部分を除く領域及び基板３の下面の前記受光素子の受光部に対向する部分を除く領域に銅箔を形成し、エッチング処理を行い、更に半田メッキ等処理により導電パタ−ン６、７を形成する。（ｃ）前記基板上面の前記発光素子１の光放射部に対向する部分に透光性接着剤２を塗布して前記発光素子１を基板３に接着し、該接着剤２を硬化して該発光素子１を固着する。（ｄ）該発光素子１の導電部９と透光性基板３上の導電性パタ−ン６とをフロ−半田結合し、発光素子１を装着した基板３を形成する。
【０００９】
（ｅ）図１に示すごとく多数の受光素子５（フォトトランジスタ、フォトダイオ−ド等）を形成した受光素子内蔵ウエハ−１０を準備する。この実施例のウエハ−サイズ４インチ乃至６インチのウエハ−に於いては０．６□ｍｍの大きさのフォトトランジスタ素子約２万個（４インチウエハ−の場合、５インチの場合約３万個、６インチの場合約４万５千個）が含まれている。（ｅ）このウエハ−１０を構成するそれぞれのフォトトランジスタのエミッタ及びコレクタ電極に半田バンプ１１を形成する。（ｆ）次に図２に示すごとく半田バンプ１１を設けたウエハ−１０上に透光性樹脂４を半田バンプ１１の頭部が覆われる高さまで流入する。（ｇ）しかる後バンプ１１の頭部及び流入された透光性樹脂４上にこれらを覆うように変形しやすい粘着剤層１３付きシ−ト１４をラミネ−トし、加圧することにより、半田バンプ１１上の粘着層１３が変形することによって段差を有する形状に透光性樹脂が変形し、この状態にて透光性樹脂４を硬化する。（ｈ）しかる後前記シ−ト１４を剥離すると図３に示すような透光性樹脂で覆われた表面上に粘着剤１３の厚みだけ半田バンプ１１の頭が出たスペ−サ−が形成される。粘着層１３の厚みの異なるシ−トを使用すれば透光性樹脂４によるスペ−サ−の厚みは任意に変えることが出来る。（ｉ）これを各フォトトランジスタ素子単位にダイシングして分割することにより受光部を透光性樹脂で覆われ半田バンプ１１の頭部のみが透光性樹脂４の表面から出た各々の受光素子５を形成する。
【００１０】
（ｊ）次に図５に示すように既に述べたプロセス（ａ）乃至（ｄ）によって形成された発光素子１の搭載済みの基板３の下面の、発光素子１の光放射部に対向するように受光素子５の受光部を位置決めし、該受光素子５の半田バンプ１１をリフロ−して前記基板３の下面の導電性パタ−ン７に半田結合（Ｋ）した後に遮光樹脂２０で全体を封止する。以上本発明の工程を纏めると以下のようになる（○印特徴部）。

【００１１】
【発明の効果】
（１）本発明のバンプ付き受光素子５（半導体装置）のスペ−サ−手段（硬化した透光性樹脂４）は半田結合作業中はこれを支え、半田結合作業終了後はその場所を占有して機器を構成する要素として機能するものであり、その厚みは粘着層を含むテ−プの粘着層１３の厚みを変えることによって任意に変えることができ、また樹脂の材質を変える（たとえば透光性、遮光性等）ことによって多くの目的に適合した機能を有する任意の厚さのスペ−サ−を提供することができるのでその製造プロセス及び完成品中での機能に於ける応用は甚大である。
（２）更に、上記説明から明らかなように本発明のフォトカプラ−の製造方法によれば、例えば従来３万個の受光素子５を基板３に搭載する場合には３万回透光性樹脂４をインサ−トし、かつ硬化するという膨大な工数を要したものが３万個分の透光性樹脂の形成と硬化をわずか１回の工程で一挙に遂行してしまうので製造工数は大幅に削減され、製造コストは低減され生産性を著しく向上することができた。
【００１２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面実装型フォトカプラ−の製造方法の工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る表面実装型フォトカプラ−の製造方法の図１に続く工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る表面実装型フォトカプラ−の製造方法の図２に続く工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係る表面実装型フォトカプラ−の外観斜視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う矢視断面図である。
【図６】従来提案された表面実装型フォトカプラ−の外観斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う矢視断面図である。
【符号の説明】
１発光素子
２透光性接着剤
３透光性基板
４透光性樹脂
５受光素子
６、７導電パタ−ン
８半田
９発光素子電極部
１０受光素子ウエハ−
１１半田バンプ
１３粘着剤層
１４シ−ト

Claims

外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体装置用スペ−サ−の形成方法であって、
（１）前記半導体装置のバンプ電極形成面上にスペ−サ−用樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程とを有し、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成したことを特徴とする半導体装置用スペ−サ−の形成方法。
前記半導体装置はウエハ−上にそれぞれ前記バンプ電極が形成された複数個の半導体素子であり、該複数個の半導体素子に同時に前記スペ−サ−を形成した後、個々の半導体素子に分割することを特徴とする請求項１記載の半導体装置用スペ−サ−の形成方法。
前記半導体装置が光学特性を有する半導体素子であり、前記スペ−サ−用樹脂に透光性樹脂を用いて透光性スペ−サ−を形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置用スペ−サ−の形成方法。
外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体装置に該半導体装置用スペ−サ−を形成し該半導体装置を含む装置を形成する方法であって、
（１）前記半導体装置の前記バンプ電極形成面上にスペ−サ−用樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程と、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成する工程と、
（６）前記半田バンプを前記スペ−サ−を介して前記半導体装置を含む装置の基板の導電パタ−ンにリフロ−結合する工程とを有し、
（７）前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成したことを特徴とする該半導体装置を含む装置の形成方法。
外部接続電極上にバンプ電極を有する半導体受光装置に該半導体受光装置用スペ−サ−を形成し該半導体受光装置を含む表面実装型フォトカプラ−装置を形成する方法であって、（１）前記半導体受光装置のバンプ形成面上にスペ−サ−用の透光性樹脂を塗布する工程と、
（２）塗布された前記スペ−サ−用の透光性樹脂面上に柔軟性を有するシ−ト部材を積層して押圧する工程と、
（３）前記スペ−サ−用の透光性樹脂を硬化させる工程と、
（４）前記柔軟性を有するシ−ト部材を剥離する工程と、
（５）前記柔軟性を有するシ−ト部材の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記スペ−サ−用の透光性樹脂面上に突出したスペ−サ−を形成する工程と、
（６）両面に導電パタ−ンを形成し、一方の側に半導体発光素子を搭載した透光性基板の他方の側の前記導電パタ−ンに、前記半導体受光装置を前記スペ−サ−を介して半田バンプ結合して装着する工程と、を含む表面実装型フォトカプラ−装置の形成方法。
前記柔軟性を有するシ−ト部材が粘着剤付きシ−トであり、前記粘着剤の変形によって前記バンプ電極の頭部のみが前記透光性樹脂面上に突出した前記スペ−サ−を形成したことを特徴とする請求項５記載の表面実装型フォトカプラ−の形成方法。
前記半導体受光装置はウエハ−上にそれぞれ前記バンプ電極を形成された複数個の半導体受光素子であり、該複数個の半導体受光素子に同時に前記スペ−サ−用の透光性樹脂を形成した後、個々の半導体受光素子に分割することを特徴とする請求項５記載の表面実装型フォトカプラ−の形成方法。