JP6199659B2

JP6199659B2 - パッケージ基板の加工方法

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Publication number: JP6199659B2
Application number: JP2013168794A
Authority: JP
Inventors: 信和出島; 高橋　邦充; 邦充高橋; 早希木村; 竹内　雅哉; 雅哉竹内
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: TW201511113A; JP2015037145A; TWI611474B

Description

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合成樹脂層によって被覆したパッケージ基板を分割予定ラインに沿って分割するパッケージ基板の加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、パワーデバイス等のデバイスは、発熱により機能の低下を招かないようにヒートシンクと呼ばれる熱拡散基板に配設して用いられる場合がある。このように熱拡散基板にデバイスが配設されたパッケージデバイスは、熱拡散基板の表面に複数のデバイスが配設されたパッケージ基板を分割することによって製造される。なお、熱拡散基板は、ステンレス鋼や銅等の金属の他、窒化アルミニウムなどの熱伝導率の高いセラミックスによって形成される（例えば特許文献１参照）。

パッケージ基板は、熱拡散基板の表面に分割予定ラインとなる所定の間隔を持って複数のデバイスがボンド剤を介して配設されるとともに、分割予定ラインとなる所定の間隔を埋めるように合成樹脂が被覆されて構成される。

上記パッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断し個々のパッケージデバイスに分割するには、ダイサーと呼ばれる切削ブレードを備えた切削装置が用いられている。
また、パッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断する方法として、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する方法も用いられている。

特開２００９−２２４６８３号公報

而して、切削ブレードを備えた切削装置によってパッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断すると、熱拡散基板が金属で形成されている場合には、バリが発生してパッケージデバイスの品質を低下させるという問題がある。また、熱拡散基板がセラミックスで形成されている場合には、切削が困難であり、加工速度が遅く生産性が悪いという問題がある。
一方、パッケージ基板の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することによりパッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断する方法においては、合成樹脂が溶融してパッケージデバイスの品質を著しく低下させるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、パッケージデバイスの品質を低下させることなく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ことができるパッケージ基板の加工方法を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、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合成樹脂層によって被覆したパッケージ基板を分割予定ラインに沿って個々のパッケージデバイス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るとともに、切削ブレードの外周縁を熱拡散基板の表面に達する深さに設定して切り込み送りし、分割予定ラインに沿って切削することにより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た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、分割予定ラインに沿って形成された該切削溝に沿ってレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を該切削溝に沿って切断する熱拡散基板切断工程と、を含み、
該熱拡散基板切断工程においてレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を該切削溝に沿って切断する際には、レーザー光線による加工部に対しアシストガスを噴射することを特徴とするパッケージ基板の加工方法が提供される。

上記熱拡散基板切断工程においてパッケージ基板を保持する保持手段は、パッケージ基板の分割予定ラインと対応する領域に逃げ溝が形成されるとともに該逃げ溝によって区画された複数の領域にそれぞれ吸引孔が設けられた保持テーブルを備え、該保持テーブル上にパッケージ基板の熱拡散基板側を吸引保持した状態で上記熱拡散基板切断工程を実施する。

本発明によるパッケージ基板の加工方法は、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るとともに切削ブレードの外周縁を熱拡散基板の表面に達する深さに設定して切り込み送りし、分割予定ラインに沿って切削することにより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た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、分割予定ラインに沿って形成された該切削溝に沿ってレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を該切削溝に沿って切断する熱拡散基板切断工程と、含み、熱拡散基板切断工程においてレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を切削溝に沿って切断する際には、レーザー光線による加工部に対しアシストガスを噴射するものであり、熱拡散基板切断工程は切削ブレードによる切断ではなくレーザー加工による切断であるため、熱拡散基板が金属で形成されていてもバリが発生することはなく、パッケージデバイスの品質を低下させるという問題が解消する。
また、本発明によるパッケージ基板の加工方法においては、熱拡散基板切断工程は切削ブレードによる切断ではなくレーザー加工による切断であるため、熱拡散基板がセラミックスで形成されていても円滑に切断でき、生産性が良好となる。

本発明によるパッケージ基板の加工方法によって加工されるパッケージ基板の斜視図および断面図。本発明によるパッケージ基板の加工方法における切削溝形成工程を実施するための切削装置の要部を示す斜視図。本発明によるパッケージ基板の加工方法における切削溝形成工程の説明図。本発明によるパッケージ基板の加工方法における熱拡散基板切断工程を実施するためのレーザー加工装置の要部を示す斜視図。図４に示すレーザー加工装置の保持テーブルに切削溝形成工程が実施されたパッケージ基板が保持された状態を示す斜視図。本発明によるパッケージ基板の加工方法における熱拡散基板切断工程の説明図。

以下、本発明によるパッケージ基板の加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１の(a)および(b)には、被加工物としてのパッケージ基板の斜視図および断面図が示されている。図１の(a)および(b)に示すパッケージ基板２は、厚みが０．３mmのステンレス鋼板からなる熱拡散基板２１の表面２１aに格子状の分割予定ライン２２となる所定の間隔を持って複数のＩＣ、ＬＳＩ、パワーデバイス等のデバイス２３がボンド剤を介して配設されるとともに、分割予定ライン２２となる所定の間隔を埋めるように合成樹脂２４が被覆されて構成される。

上記パッケージ基板２を複数の分割予定ライン２２に沿って分割するには、先ずパッケージ基板２の熱拡散基板２１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るとともに熱拡散基板２１の表面近傍に切り込み送りし、分割予定ライン２２に沿って切削することにより分割予定ライン２２に沿って切削溝を形成する切削溝形成工程を実施する。この切削溝形成工程は、図２に示す切削装置を用いて実施する。図２に示す切削装置３は、被加工物を保持する保持手段としての保持テーブル３１と、該保持テーブル３１上に保持された被加工物を切削する切削手段３２と、保持テーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。保持テーブル３１は、矩形状に形成されており、吸着チャック支持台３１１と、該吸着チャック支持台３１１上に装着された吸着チャック３１２を具備しており、該吸着チャック３１２の表面である載置面上に上記パッケージ基板２を図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、保持テーブル３１は、図示しない回転機構によって回動可能に構成されている。このように構成された保持テーブル３１は、図示しない切削送り手段によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。

上記切削手段３２は、実質上水平に配置されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に支持された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２の先端部に装着された厚みが２００μｍの切削ブレード３２３を含んでおり、回転スピンドル３２２がスピンドルハウジング３２１内に配設された図示しないサーボモータによって矢印３２３aで示す方向に回転せしめられるようになっている。

上記撮像手段３３は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

以下、上記切削装置３を用いて実施する切削溝形成工程について説明する。
切削溝形成工程は、先ず上記パッケージ基板２の熱拡散基板２１側を保持テーブル３１の吸着チャック３１２の表面である載置面上に載置し、図示しない吸引手段を作動することにより保持テーブル３１にパッケージ基板２を吸引保持する(ウエーハ保持工程)。従って、保持テーブル３１上に保持されたパッケージ基板２は、デバイス２３および合成樹脂２４側が上側となる。このようにして、パッケージ基板２を保持した保持テーブル３１は、図示しない切削送り手段によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。

保持テーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によってパッケージ基板２の切削加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段３３および図示しない制御手段は、パッケージ基板２に所定方向に形成されている分割予定ライン２２と、切削ブレード３２３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、切削領域のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、パッケージ基板２に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２２に対しても、同様に切削領域のアライメントを遂行する。

以上のようにして保持テーブル３１上に保持されているパッケージ基板２の切削領域を検出するアライメントが行われたならば、パッケージ基板２を保持した保持テーブル３１を切削作業領域に移動し、図３の(a)に示すように所定の分割予定ライン２２の一端（図３の(a)において左端）を切削ブレード３２３の直下に位置付ける。そして、切削ブレード３２３を矢印３２３aで示す方向に回転しつつ更に切削ブレード３２３を２点鎖線で示す退避位置から矢印Ｚ１で示す方向に所定量切り込み送りする。この切り込み送り位置は、熱拡散基板２１の表面近傍であり、図示の実施形態においては切削ブレード３２３の外周縁が熱拡散基板２１の表面（上面）に達する深さに設定されている。このようにして、切削ブレード３２３の切り込み送りを実施したならば、保持テーブル３１を図３の(a)において矢印Ｘ1で示す方向に所定の切削送り速度で移動し、図３の(b)に示すように保持テーブル３１に保持されたパッケージ基板２に形成された分割予定ライン２２の他端（図３の(a)において右端）が切削ブレード３２３の直下より僅かに左側に達したら、保持テーブル３１の移動を停止するとともに、切削ブレード３２３を矢印Ｚ２で示す方向に実線で示す退避位置まで上昇せしめる。この結果、パッケージ基板２には図３の(c)に示すように分割予定ライン２２に沿って合成樹脂２４が切削され幅が２００μｍの切削溝２４１が形成される（切削溝形成工程）。

なお、上記切削溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレードの厚み：２００μｍ
切削ブレードの直径：５２mm
切削ブレードの回転速度：２００００rpm
切削送り速度：１００ｍｍ／秒

上述した切削溝形成工程をパッケージ基板２に所定の方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿って実施したならば、保持テーブル３１を９０度回動し、保持テーブル３１に保持されたパッケージ基板２に上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２２に沿って切削溝形成工程を実施する。

上述した切削溝形成工程を実施したならば、パッケージ基板２の熱拡散基板２１側を保持手段によって保持し、分割予定ライン２２に沿って形成された切削溝２４１に沿ってレーザー光線を照射することにより熱拡散基板２１を切削溝２４１に沿って切断する熱拡散基板切断工程を実施する。この熱拡散基板切断工程は、図４に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図４に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持する保持手段としての保持テーブル４１と、該保持テーブル４１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２と、保持テーブル４１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段４３を具備している。保持テーブル４１は、矩形状に形成され表面中央部に上記パッケージ基板２を吸引保持する吸引保持部４１０が突出して設けられている。吸引保持部４１０の上面（保持面）にはパッケージ基板２に形成された分割予定ライン２２と対応する領域に逃げ溝４１１が格子状に形成されている。なお、逃げ溝４１１の幅は１mm以上に形成されており、パッケージ基板２に形成された切削溝２４１が所定範囲内に位置付けられるようになっている。また、吸引保持部４１０には、分割予定ライン２２によって区画された複数の領域にそれぞれ吸引孔４１２が形成されており、この吸引孔４１２が図示しない吸引手段に連通されている。なお、保持テーブル４１は、図示しない回転機構によって回転可能に構成されている。このように構成された保持テーブル４１は、図示しない加工送り手段によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。

上記レーザー光線照射手段４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング４２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器４２２が装着されている。また、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段４２は、集光器４２２から照射されるパルスレーザー光線によって加工する際に発生するデブリを吹き飛ばすアシストガス噴射手段４２４を具備している。なお、レーザー光線照射手段４２は、集光器４２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。

上記レーザー光線照射手段４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４３は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

上記レーザー加工装置４を用いて熱拡散基板切断工程を実施するには、図５に示すように保持テーブル４１の吸引保持部４１０の上面である保持面上に上記切削溝形成工程が実施されたパッケージ基板２の熱拡散基板２１側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、パッケージ基板２を保持テーブル４１上に吸引保持する（パッケージ基板保持工程）。このとき、保持テーブル４１の吸引保持部４１０に設けられた複数の吸引孔４１２に作用する負圧によって個々のパッケージデバイス２３が確実に吸引保持される。このようにして、保持テーブル４１上に吸引保持されたパッケージ基板２は、分割予定ライン２２に沿って合成樹脂２４が切削された切削溝２４１が上側となる。

上述したようにパッケージ基板保持工程を実施したならば、パッケージ基板２を吸引保持した保持テーブル４１は、図示しない切削送り手段によって撮像手段４３の直下に位置付けられる。保持テーブル４１が撮像手段４３の直下に位置付けられると、撮像手段４３および図示しない制御手段によってパッケージ基板２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段４３および図示しない制御手段は、パッケージ基板２に分割予定ライン２２に沿って形成された切削溝２４１を撮像せしめ、切削溝２４１がX軸方向およびY軸方向と平行である否かを確認するアライメント作業を実施する。もし、分割予定ライン２２がX軸方向およびY軸方向と平行でない場合には、図示しない回転駆動手段を作動して保持テーブル４１に保持されたパッケージ基板２に形成された切削溝２４１がX軸方向およびY軸方向と平行となるように調整する（アライメント工程）。

上述したようにアライメント工程を実施したならば、図６の（ａ）で示すように保持テーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の切削溝２４１を集光器４２２の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すようにパッケージ基板２は、切削溝２４１の一端(図６の（ａ）において左端)が集光器４２２の直下に位置するように位置付けられる。そして、図６の（c）に示すように集光器４２２から照射されるパルスレーザー光線LBの集光点Ｐを切削溝２４１の底面（熱拡散基板２１の表面）付近に合わせる。次に、レーザー光線照射手段４２の集光器４２２からパッケージ基板２の熱拡散基板２１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつ保持テーブル４１を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すように切削溝２４１の他端（図６の（ｂ）において右端）が集光器４２２の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに保持テーブル４１の移動を停止する（熱拡散基板切断工程）。このように熱拡散基板切断工程を実施することにより、図６の（c）に示すようにパッケージ基板２の熱拡散基板２１は、切削溝２４１に沿って形成されるレーザー加工溝２１１によって切断される。この熱拡散基板切断工程においては、アシストガス噴射手段４２４が作動して集光器４２２から照射されるパルスレーザー光線による加工部に例えば圧力が１MPaのエアーが噴射される。この結果、パルスレーザー光線によって加工する際に発生するデブリが吹き飛ばされ保持テーブル４１に形成された逃げ溝４１１に押し込まれる。従って、パルスレーザー光線によって加工する際に発生するデブリがパッケージデバイスの表面に付着することはない。

なお、上記熱拡散基板切断工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長：１μｍ
繰り返し周波数：１８ｋＨｚ
平均出力：１５０W
集光スポット径：φ５０μｍ
加工送り速度：１６０ｍｍ／秒

上述した熱拡散基板切断工程をパッケージ基板２に所定の方向に形成された全ての切削溝２４１に沿って実施したならば、保持テーブル４１を９０度回動し、保持テーブル４１に保持されたパッケージ基板２に上記所定方向に対して直交する方向に形成された切削溝２４１に沿って熱拡散基板切断工程を実施する。この結果、パッケージ基板２は個々のパッケージデバイスに分割される。なお、個々に分割されたパッケージデバイスは、保持テーブル４１の吸引保持部４１０に吸引保持されパッケージ基板の状態で維持される。但し、パッケージ基板２のパッケージデバイスを構成しない外周部は保持テーブル４１に吸引保持されていないので、保持テーブル４１から端材として脱落する。

上述した熱拡散基板切断工程は、切削ブレードによる切断ではなくレーザー加工による切断であるため、熱拡散基板２１が金属で形成されていてもバリが発生することはなく、パッケージデバイスの品質を低下させるという問題が解消する。
また、熱拡散基板切断工程は切削ブレードによる切断ではなくレーザー加工による切断であるため、熱拡散基板２１がセラミックスで形成されていても円滑に切断でき、生産性が良好となる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく本発明の趣旨の範囲で種々の変更は可能である。例えば、上述した実施形態においては切削装置３の保持テーブル３１とレーザー加工装置の保持テーブル４１とをそれぞれ異なる構造にした例を示したが、切削装置３の保持テーブル３１をレーザー加工装置の保持テーブル４１と同じ構造にしてもよい。

２：パッケージ基板
２１：熱拡散基板
２２：分割予定ライン
２３：デバイス
２４：合成樹脂
３：切削装置
３１：切削装置の保持テーブル
３２：切削手段
３２３：切削ブレード
３３：撮像手段
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置の保持テーブル
４１１：逃げ溝
４１２：吸引孔
４２：レーザー光線照射手段
４２２：集光器
４２４：アシストガス噴射手段
４３：撮像手段

Claims

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合成樹脂層によって被覆したパッケージ基板を分割予定ラインに沿って個々のパッケージデバイス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るとともに、切削ブレードの外周縁を熱拡散基板の表面に達する深さに設定して切り込み送りし、分割予定ラインに沿って切削することにより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た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、分割予定ラインに沿って形成された該切削溝に沿ってレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を該切削溝に沿って切断する熱拡散基板切断工程と、を含み、
該熱拡散基板切断工程においてレーザー光線を照射することにより熱拡散基板を該切削溝に沿って切断する際には、レーザー光線による加工部に対しアシストガスを噴射することを特徴とするパッケージ基板の加工方法。
該熱拡散基板切断工程においてパッケージ基板を保持する保持手段は、パッケージ基板の分割予定ラインと対応する領域に逃げ溝が形成されるとともに該逃げ溝によって区画された複数の領域にそれぞれ吸引孔が設けられた保持テーブルを備え、該保持テーブル上にパッケージ基板の熱拡散基板側を吸引保持した状態で該熱拡散基板切断工程を実施する、請求項１記載のパッケージ基板の加工方法。