TW201633385A - 封裝基板之加工方法 - Google Patents

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Nobukazu Dejima
Masaya Takeuchi
Seiji Fujiwara
Chikara Aikawa
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Abstract

不產生毛邊且有效率的進行在熱擴散基板上配置元件並 以樹脂密封而構成之封裝基板的分割。 實施下列步驟：切 削溝形成步驟，使切削刀切入樹脂到未達熱擴散基板的深度，並沿著分割預定線切削，而使樹脂殘存；樹脂切斷步驟，沿著切削溝照射對樹脂具有吸收性之波長的紅外線雷射光線以切斷殘存的樹脂；及分割步驟，照射對露出的熱擴散基板具有吸收性之波長的雷射光線並沿著分割預定線切斷熱擴散基板，分割成一個個的封裝元件，藉此可以分別縮短樹脂之切斷與熱擴散基板之切斷所需要的時間，進而縮短整體之封裝基板的分割所需要的時間。

Description

封裝基板之加工方法 發明領域
本發明是有關於將封裝基板分割成一個個的封裝元件之方法。
發明背景
在熱擴散基板上配置複數個元件，並以環氧樹脂或矽樹脂等將元件密封而構成的封裝基板，藉由將相鄰的元件之間切削等而切斷，分割成以一個個的元件為單位的封裝元件。由於放熱性較高、價位便宜等因素，因此熱擴散基板使用不鏽鋼、銅等金屬(參照例如，專利文獻1)。
又，封裝基板的分割中，亦可考慮以切削刀僅切斷樹脂，而熱擴散基板則以雷射加工進行切斷的方法(日本專利特願2013-168794號)、或以雷射加工切斷樹脂與熱擴散基板兩者的方法(日本專利特願2014-153646號)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2009-224683號公報
發明概要
然而，當旋轉的切削刀切入封裝基板而切削時，金屬製的熱擴散基板被切斷的部分容易產生毛邊。若以切削刀僅切斷樹脂，並以雷射加工切斷熱擴散基板，雖能防止毛邊的發生，但由於切斷樹脂時，切削刀的前端接觸熱擴散基板，因此切削阻力會變大，無法提高切削速度。另一方面，以雷射加工切斷樹脂時，為了防止切斷面燒焦，必須抑制脈衝雷射光線的輸出，並使其燒蝕複數次來切斷，而在切斷時花費很多時間，在生產性方面產生問題。此問題在樹脂越厚時越顯著。
本發明是有鑑於此種問題而作成者，其目的在於不產生毛邊且有效率地進行在熱擴散基板上配置有元件並以樹脂密封而構成之封裝基板的分割。
本發明為一種封裝基板之加工方法，是沿著在熱擴散基板的表面形成為格子狀之分割預定線分斷封裝基板而分割成一個個封裝基板的封裝基板之加工方法，前述封裝基板是在由該分割預定線所劃分而成的複數個區域中分別配置有元件，並以樹脂被覆複數個元件，而形成樹脂層，前述封裝基板之加工方法包含：切削溝形成步驟，以保持機構保持封裝基板的熱擴散基板側，將切削刀定位於分割預定線後切入樹脂到未達熱擴散基板的深度，再沿著分割預定線進行切削，藉此使樹脂殘存，沿著分割預定線形成切削溝； 樹脂切斷步驟，沿著切削溝照射對樹脂具有吸收性之波長的紅外線雷射光線，切斷殘存之樹脂，該切削溝是沿著實施切削溝形成步驟並以保持機構保持有熱擴散基板側之封裝基板的分割預定線而形成；及分割步驟，沿著分割預定線照射對露出的熱擴散基板具有吸收性之波長的雷射光線，並沿著分割預定線切斷熱擴散基板，而分割成一個個的封裝元件，前述分割預定線是沿著實施樹脂切斷步驟並以保持機構保持有熱擴散基板側之封裝基板的分割預定線。
較理想的是，樹脂切斷步驟所使用的紅外線雷射光線為CO2雷射，脈衝寬度為10ns~10μs。
由於本發明不使用切削刀切削熱擴散基板，因此能夠防止毛邊的發生，並且能夠防止切削速度降低，且由於樹脂的切斷是以切削及雷射加工來進行，因此可以縮短切斷樹脂所需要的時間。從而，可以分別縮短樹脂之切斷與熱擴散基板之切斷所需要的時間，整體而言可縮短封裝基板的分割所需要的時間。又，由於是以切削與雷射加工進行樹脂切斷，因此即使是樹脂較厚的基板，切斷所需要的時間也不會變長，生產性也不會降低。
62、72、82、92‧‧‧馬達
1‧‧‧加工裝置
63、73‧‧‧移動板
2‧‧‧保持機構
7‧‧‧分度進給機構
20‧‧‧保持面
8‧‧‧切入進給機構
21‧‧‧溝
83、93‧‧‧昇降板
22‧‧‧吸引孔
9‧‧‧昇降手段
23‧‧‧旋轉機構
94‧‧‧支撐台
3‧‧‧切削機構
10‧‧‧封裝基板
30‧‧‧轉軸
11‧‧‧熱擴散基板
31‧‧‧殼體
110‧‧‧表面
32‧‧‧切削刀
12‧‧‧元件
4‧‧‧第1雷射加工機構
13‧‧‧被覆層
40‧‧‧第1照射頭
14‧‧‧分割預定線
41、51‧‧‧輔助氣體導入部
15‧‧‧切削溝
42、52‧‧‧聚光透鏡
16‧‧‧樹脂殘存部
5‧‧‧第2雷射加工機構
17‧‧‧樹脂切斷溝
50‧‧‧第2照射頭
18‧‧‧基板切斷溝
6‧‧‧加工進給機構
LB1、LB2‧‧‧雷射光線
60、70、80、90‧‧‧滾珠螺桿
X、Y、Z‧‧‧方向
61、71、81、91‧‧‧導軌
圖1是表示加工裝置之例的立體圖。
圖2是表示封裝基板之例的放大剖面圖。
圖3是表示切削溝形成步驟的放大剖面圖。
圖4是表示形成有切削溝之封裝基板的放大剖面圖。
圖5是表示樹脂切斷步驟的放大剖面圖。
圖6是表示分割步驟的放大剖面圖。
用以實施發明之形態
圖1所示的加工裝置1具備：保持被加工物的保持機構2、對於保持在保持機構2之被加工物施行切削加工的切削機構3、及對於保持在保持機構2之被加工物施行雷射加工的第1雷射加工機構4以及第2雷射加工機構5。
保持機構2具備：形成為平面狀的保持面20、縱橫地形成於與被加工物之用以分斷的分割預定線相對應之位置的溝21、及分別設置在由溝21所劃分之區域中的吸引孔22。保持機構2的下方配設有使保持機構2旋轉的旋轉機構23。
切削機構3具備：具有Y軸方向之軸心的轉軸30、可旋轉地支撐轉軸30的殼體31、及裝設於轉軸30之前端的切削刀32。
第1雷射加工機構4具備：第1照射頭40、及使輔助氣體流入第1照射頭40的輔助氣體導入部41。又，第2雷射加工機構5具備：第2照射頭50，及使輔助氣體流入第2照射頭50的輔助氣體導入部51。
保持機構2藉由加工進給機構6在X軸方向上加工進給。加工進給機構6具備：具有X軸方向之軸心的滾珠螺桿60、與滾珠螺桿60平行配置的一對導軌61、使滾珠螺 桿60轉動的馬達62、及在內部具備螺合於滾珠螺桿60的螺帽且底部滑接於導軌61的移動板63，並成為藉由馬達62使滾珠螺桿60轉動，而使移動板63受導軌61引導而在X軸方向上移動的構成。而且，藉由移動板63在X軸方向上移動，由移動板63所支撐的旋轉機構23以及保持機構2也會在X軸方向上移動。
加工進給機構6以及保持機構2藉由分度進給機構7在Y軸方向(與X軸方向水平正交的方向)上分度進給。分度進給機構7具備：具有Y軸方向之軸心的滾珠螺桿70、與滾珠螺桿70平行配置的一對導軌71、使滾珠螺桿70轉動的馬達72、及在內部具備螺合於滾珠螺桿70的螺帽且底部滑接於導軌71的移動板73，並成為藉由馬達72使滾珠螺桿70轉動，移動板73受導軌71引導而在Y軸方向上移動的構成。移動板73的上表面配置有加工進給機構6，藉由移動板73在Y軸方向上移動，加工進給機構6以及保持機構2也在Y軸方向上移動。
切削機構3藉由切入進給機構8在Z軸方向(與X軸方向及Y軸方向正交的方向)上切入進給。切入進給機構8具備：具有Z軸方向之軸心的滾珠螺桿80、與滾珠螺桿80平行配置的一對導軌81、使滾珠螺桿80轉動的馬達82、及在內部具備螺合於滾珠螺桿80的螺帽且側部滑接於導軌81的昇降板83，並成為藉由馬達82使滾珠螺桿80轉動，昇降板83受導軌81引導而在Z軸方向上昇降的構成。昇降板83的側面固定有切削機構3，藉由昇降板83在Z軸方向上昇降， 切削機構3也在Z軸方向上昇降。
第1雷射加工機構4以及第2雷射加工機構5藉由昇降機構9支撐為可昇降。昇降機構9具備：具有Z軸方向之軸心的滾珠螺桿90、與滾珠螺桿90平行配置的一對導軌91、使滾珠螺桿90轉動的馬達92、及在內部具備螺合於滾珠螺桿90的螺帽且側部滑接於導軌91的昇降板93，並成為藉由馬達92使滾珠螺桿90轉動，昇降板93受導軌91引導而在Z軸方向上昇降的構成。第1雷射加工機構4以及第2雷射加工機構5藉由支撐台94固定於昇降板93的側面，藉由昇降板93在Z軸方向上昇降，第1雷射加工機構4以及第2雷射加工機構5也在Z軸方向上移動。
以下使用如此構成的加工裝置1，說明將圖2所示之封裝基板10加工的方法。該封裝基板10是由熱擴散基板11、配置於熱擴散基板11之表面110的複數個元件12、及以樹脂被覆複數個元件12的被覆層13所構成。熱擴散基板11是由例如不鏽鋼、銅等所形成，有散熱性高且價位便宜的金屬基板或氧化鋁陶瓷基板。另一方面，構成樹脂層13的樹脂是例如環氧樹脂、矽樹脂等，其厚度為例如1mm左右。
各元件12配置於在熱擴散基板11的表面110以形成格子狀之分割預定線14所劃分的區域中。該封裝基板10藉由沿著分割預定線14分斷，而分割成以一個個的元件12為單位的封裝元件。
(1)切削溝形成步驟
如圖2及圖3所示，封裝基板10之熱擴散基板10側保持 於保持機構2的保持面20，成為樹脂層13的上表面露出的狀態。而且，如圖3所示，使構成圖1所示之切削機構3的切削刀32高速旋轉且定位在分割預定線14的上方，使切削刀32切入樹脂層13，且使切削刀32下降至切削刀32的下端未達熱擴散基板11的深度，並且藉由圖1所示的加工進給機構6，在X軸方向上加工進給保持機構2。如此一來，如圖4所示，沿著分割預定線14形成切削溝15。藉由使切削刀32切入至未達熱擴散基板11的深度，而在樹脂層13，於切削溝15的下方形成為未被切削刀32切削的部分、亦即樹脂殘存部16。
本步驟是以例如以下的加工條件進行。
切削刀的厚度：200[μm]
切削刀的直徑：52[mm]
切削刀之旋轉速度：20000[rpm]
加工進給速度：100[mm/秒]
藉由圖1所示的分度進給機構7，而在Y軸方向上以相鄰之分割預定線14間的間隔一一地分度進給切削手段3，並沿著同方向之所有的分割預定線14進行如此之切削後，使保持機構2旋轉90度後再進行同樣的切削，藉此沿著所有的分割預定線14形成切削溝15。
在切削溝形成步驟中，由於使切削刀32切入至未達熱擴散基板11的深度，藉此切削刀不會切入熱擴散基板11，故能夠防止伴隨著切削阻力增加而切削速度降低。
(2)樹脂切斷步驟
其次，如圖5所示，在以保持機構2保持實施過切削溝 形成步驟的封裝基板10之熱擴散基板11側的狀態下，將構成第1雷射加工機構4的第1雷射照射頭40定位在分割預定線14的上方。然後，通過聚光透鏡42沿著形成於分割預定線14的切削溝15，對樹脂層13照射對構成樹脂層13之樹脂具有吸收性之波長的雷射光線LB1。照射雷射光線LB1時，從輔助氣體導入部41導入輔助氣體，並使其從照射頭40噴出。本步驟是以例如以下的加工條件進行。
雷射光線的波長：CO2雷射(9.2~10.6[μm])
重複頻率：100[kHz]
脈衝寬度：10[ns]~10[μs]
平均輸出：40[W]
聚光點徑：φ100[μm]
加工進給速度：600[mm/秒]
輔助氣體：1[MPa]
雷射光線LB1聚光在樹脂層13的樹脂殘存部16上。而且，以圖1所示的加工進給機構6在X軸方向上加工進給保持機構2。如此一來，沿著分割預定線14進行燒蝕加工，而形成樹脂切斷溝17。由於雷射光線LB1對樹脂具有吸收性，且相對於熱擴散基板11吸收較小，因此可僅加工樹脂殘存部16而形成樹脂切斷溝17，切斷樹脂層13，而不對熱擴散基板11進行燒蝕加工。藉由樹脂層13被切斷，熱擴散基板11的表面110從此部分露出。
藉由圖1所示的分度進給機構7，而在Y軸方向上以相鄰之分割預定線14間的間隔一一地分度進給切削機構 3，並沿著同方向之所有的分割預定線14進行如此之雷射加工後，使保持機構2旋轉90度後再進行同樣的切削，藉此沿著所有的分割預定線14形成樹脂切斷溝17。
從樹脂切斷步驟中可防止樹脂切斷溝17的兩側面燒焦的觀點來看，由於不太能夠提高雷射光線的輸出，因此也會必須使保持機構2來回數次並進行雷射光線LB1之照射，但由於在切削溝形成步驟中已經預先切削樹脂層13，因此相較於不實施切削溝形成步驟而只以雷射加工切斷樹脂的情況，可縮短切斷樹脂所需的時間。
(3)分割步驟
其次，如圖6所示，在以保持機構2保持實施過樹脂切斷步驟的封裝基板10之熱擴散基板11側的狀態下，將構成第2雷射加工機構5的第2雷射頭50定位在分割預定線14的上方。然後，通過聚光透鏡52沿著形成於分割預定線14的樹脂切斷溝17，照射對熱擴散基板11具有吸收性之波長的雷射光線LB2，並沿著分割預定線14切斷熱擴散基板11。照射雷射光線LB2時，從輔助氣體導入部51導入輔助氣體，並使其從照射頭50噴出。本步驟是以例如以下的加工條件進行。
雷射光線的波長：YAG雷射或光纖雷射(fiber laser)(1.06[μm])
重複頻率：20[kHz]
脈衝寬度：可變
平均輸出：150~500[W]
聚光點徑：φ50[μm]
加工進給速度：160[mm/秒]
輔助氣體：1[MPa]
雷射光線的平均輸出、脈衝寬度依據熱擴散基板11的材質或厚度而變更。例如，當熱擴散基板11是由容易傳熱的銅所構成時，為了抑制雷射光線的輸出能量所引起的熱傳導，可縮短脈衝寬度，甚至加大平均輸出。又，熱擴散基板11的厚度為100~300μm，只要厚度變厚，就可以加大平均輸出或增加脈衝寬度，以進行加工。
雷射光線LB2聚光於樹脂切斷溝17之下方的熱擴散基板11。然後，以圖1所示的加工進給機構6在X軸方向上加工進給保持機構2。如此一來，就可以沿著分割預定線14形成基板切斷溝18。此時，由於雷射加工所產生的熔渣會落下至溝21，因此不會附着於基板切斷溝18的側面等。
藉由圖1所示的分度進給機構7，而在Y軸方向上以相鄰之分割預定線14的間隔一一地分度進給保持機構2，並沿著延伸於X軸方向之所有的分割預定線14進行如此之雷射加工後，只要藉由使保持機構2旋轉90度後再進行同樣的雷射加工，而沿著所有的分割預定線14形成基板切斷溝18時，封裝基板10就會被分割成以一個個的元件12為單位的封裝元件。
在分割步驟中，由於不使用切削刀，而是以雷射加工切斷熱擴散基板11，因此可防止基板切斷溝18的兩側面發生毛邊。又，在分割步驟中，由於能夠提高雷射光線 LB2的輸出，因此能夠以1次的加工進給，形成基板切斷溝18。
2‧‧‧保持機構
110‧‧‧表面
20‧‧‧保持面
12‧‧‧元件
22‧‧‧吸引孔
13‧‧‧被覆層
32‧‧‧切削刀
14‧‧‧分割預定線
10‧‧‧封裝基板
X、Y、Z‧‧‧方向
11‧‧‧熱擴散基板

Claims (2)

  1. 一種封裝基板之加工方法，是沿著在熱擴散基板的表面形成為格子狀的分割預定線分斷封裝基板而分割成一個個封裝基板的封裝基板之加工方法，前述封裝基板是在由該分割預定線所劃分而成的複數個區域中分別配置有元件，並以樹脂被覆該複數個元件，而形成樹脂層，前述封裝基板之加工方法包含：切削溝形成步驟，以保持機構保持封裝基板的該熱擴散基板側，將切削刀定位在該分割預定線後切入該樹脂到未達該熱擴散基板的深度，再沿著該分割預定線進行切削，藉此使該樹脂殘存，沿著該分割預定線形成切削溝；樹脂切斷步驟，沿著該切削溝照射對該樹脂照射具有吸收性之波長的紅外線雷射光線，切斷該殘存的樹脂，該切削溝是沿著實施該切削溝形成步驟並以保持機構保持有該熱擴散基板側之封裝基板的該分割預定線而形成；及分割步驟，沿著該分割預定線照射對露出的該熱擴散基板具有吸收性之波長的雷射光線，並沿著該分割預定線切斷該熱擴散基板，而分割成一個個的封裝元件，前述分割預定線是沿著實施該樹脂切斷步驟並以保持機構保持有該熱擴散基板側之封裝基板的分割預定線。
  2. 如請求項1之封裝基板的加工方法，其中，前述樹脂切斷步驟所使用的紅外線雷射光線為CO2雷射，脈衝寬度為10ns~10μs。
TW104136846A 2014-12-17 2015-11-09 封裝基板之加工方法 TWI673783B (zh)

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