JP4778370B2

JP4778370B2 - 電子部品の製造方法

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Publication number: JP4778370B2
Application number: JP2006188115A
Authority: JP
Inventors: 正敏湯浅
Original assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Current assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: JP2007158293A

Description

本発明は、チップの能動素子が樹脂などで直接覆われていない電子部品の製造方法に関する。

近年、光ディスクの記録密度が向上し、光ディスクの情報を読み込むために使用されるレーザ光の波長が短くなっている。レーザ光を検出する光ピックアップ半導体装置は、その光検出部が樹脂で覆われており、レーザ光の波長が短くなるほど、樹脂が劣化しやすい。そこで、従来から、光検出部を樹脂で覆うことなく露出させた光検出半導体装置が知られている（特許文献１）。
特開２００３−２７３３７１号公報

上記特許文献１の光検出半導体装置では、光検出部を樹脂によりパッケージングする際、樹脂が光検出部を覆う前に樹脂を硬化させたり、光検出部を覆っている樹脂を硬化前に吸引治具などで吸引したり、面倒な作業が不可避であった。

（１）請求項１に記載の電子部品の製造方法に係る発明は、能動素子を有するチップを樹脂封止してなる電子部品の製造方法において、可撓性基板上に設けられた外部電極に、能動素子面が可撓性基板と所定の距離をあけて対向するようにチップを搭載し、チップおよび外部電極が孔版の開口部に入るように可撓性基板を真空印刷機に取り付け、大気圧に比べて減圧雰囲気下で、チップの能動素子面に対向する上面およびチップの周囲側面に樹脂を供給してスクリーン印刷し、可撓性基板と能動素子との間にガス溜まりが形成されるようにチップを可撓性基板上で樹脂封止し、可撓性基板を剥離して能動素子を露出させることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の電子部品の製造方法において、樹脂封止するときの雰囲気圧力を変えることによって、ガス溜まりの大きさを制御することを特徴とする。
（３）請求項３に記載の電子部品の製造方法に係る発明は、能動素子を有するチップを樹脂封止してなる電子部品の製造方法において、可撓性基板上に設けられた外部電極に、能動素子面が可撓性基板と所定の距離をあけて対向するようにチップを搭載し、大気圧に比べて減圧雰囲気下で可撓性基板と能動素子との間にガス溜まりが形成されるようにチップを可撓性基板上で樹脂封止し、可撓性基板を剥離して能動素子を露出させ、ガス溜まりによって形成された開口部をガラス板または硬質プラスチック板で塞ぐことを特徴とする。

本発明によれば、チップの能動素子に雰囲気ガスが溜まるようにチップを樹脂封止する。したがって、チップの能動素子が樹脂などで直接覆われていない電子部品を簡単に作製することができる。

本発明の実施形態の光検出半導体装置について図１を参照して説明する。図１（ａ）は光検出半導体装置１の裏面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。

図１において、符号１は光検出半導体装置、２は光検出半導体素子である。光検出半導体素子２には光検出部２Ａが設けられている。光検出半導体装置１には、開口部（以下、受光開口１Ａと呼ぶ）が形成されており、受光開口１Ａの底面では光検出半導体素子２の光検出部２Ａが露出している。そして、受光開口１Ａを入射したレーザ光などの光を光検出部２Ａで受光して検出する。光検出半導体装置１の受光開口１Ａ側には外部電極３が配設されており、光検出半導体素子２と外部電極３とは、Ａｕなどからなるバンプ５によって接続されている。光検出半導体装置１の４隅には、回路基板との接着強度を上げるために補強パッド４が設けられている。光検出半導体素子２と外部電極３と補強パッド４とは、樹脂６、たとえばエポキシ樹脂によって封止される。受光開口１Ａにおける光検出部２Ａの周囲を取り囲んでいる樹脂６の取り囲み面１Ｂは凹形状である。

以上のように、光検出半導体装置１の裏面には光検出半導体素子２の光検出部２Ａが露出されることになり、受光開口１Ａに入射した光は直接に光検出部２Ａで受光される。外部電極３および補強パッド４も光半導体装置１の裏面に露出しており、半田接合することにより光検出半導体装置１を回路基板に実装することができる。

外部電極３および補強パッド４の層構造について図２を参照して説明する。外部電極３および補強パッド４は主に電鋳により形成されたＮｉ層２１からなる。Ｎｉ層２１の厚さは、たとえば３０〜６０μｍである。Ｎｉ層２１の上下には、中間層であるＰｄ層２２，２４を介して、外部電極３とバンプ５とを接続するために、および外部電極３の半田濡れ性を改善するためにＡｕ層２３，２５が設けられている。

次に、上述した光検出半導体装置１の製造方法について、図３〜図８を参照して説明する。図３は、光検出半導体装置１の製造方法について説明するためのフローチャートである。図３に示すように、ウエハを個片化して作製した光検出半導体素子２を、電極を形成した金属板に実装し、そして樹脂封止することによって光検出半導体装置１を作製する。

光検出半導体装置１の製造に使用されるウエハには、能動素子として光検出部２Ａが複数形成されている。また、金属板には、厚さ約０．１ｍｍの平板状のＪＩＳ規格のＳＵＳステンレス鋼板またはＣｕ板などの可撓性を有する金属薄板が使用される。

工程３０１では、ウエハ上の各素子上に所定個数のバンプ５を形成する。バンプ５は、後述する超音波接合によりウエハに取り付けられる。工程３０２では、ウエハをダイシングして個片化し、光検出半導体素子２を作製する。

工程３０３では、金属板に電鋳工法によって外部電極３を形成する。工程３０３の金属板の外部電極形成工程について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、金属板４１の両面にレジスト４２を塗布またはラミネートする。次に、アクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図４（ｂ）に示すように、外部電極３を形成する部分のレジスト４２を除去する。金属板４１の一方の面には電極を形成しないので、レジスト４２によって全面が覆われたままである。次に、Ｈ_２ＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ_２やＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８などの酸化性溶液により、レジスト４２を除去した部分の金属板４１の面をソフトエッチングする。そして、硫酸などの酸で酸洗いし、酸活性処理を行う。

酸活性処理を行った金属板４１に外部電極３を形成する。外部電極３は次のようにして形成する。
（１）金属板４１をＡｕめっき溶液に浸漬し、めっきにより金属基板４１にＡｕ層２５を形成する。
（２）Ｐｄめっき溶液に浸漬し、めっきによりＡｕ層２５上にＰｄ層２４を形成する。
（３）Ｎｉめっき溶液に浸漬して金属板４１に電力を供給して電鋳を行い、Ｐｄ層２４上にＮｉ層２１を形成する。
（４）Ｐｄめっき溶液に金属板４１を浸漬し、めっきによりＮｉ層２１上にＰｄ層２２を形成する。
（５）Ａｕめっき溶液に金属板４１を浸漬し、めっきによりＰｄ層上２２にＡｕ層２３を形成する。

以上のようにして、図４（ｃ）に示すように、図２の層構造の外部電極３を金属板４１に形成する。そして、図４（ｄ）に示すように、レジスト４２を金属板４１から剥離する。補強パッド４も外部電極３と同時に金属板４１に形成する。

図３の工程３０４では、外部電極３が形成された金属板４１をプラズマクリーニングする。このプラズマクリーニングにより、外部電極表面のＡｕは活性化され、外部電極３と光検出半導体素子２に設けられたバンプ５との接続強度を高めることができる。

工程３０５では、超音波接合により光検出半導体素子２を金属板４１にフリップチップ接続する。フリップチップ接続工程について図５を参照して説明する。バンプ５が外部電極３上に配置されるように光検出半導体素子２を金属板４１に搭載し、光検出半導体素子２にボンディングツール５１を当てる。そして、ボンディングツール５１によって押圧しながら超音波振動を光検出半導体素子２に与える。その結果、バンプ５と外部電極３とが接続し、光検出半導体素子２が金属板４１に実装される。

工程３０６では、真空印刷機によって、金属板４１に搭載された光検出半導体素子２と外部電極３と補強パッド４とを樹脂で封止する。ここで、真空印刷機とは真空雰囲気下で封止用樹脂をスクリーン印刷し、半導体素子などを樹脂封止する装置である。真空印刷機による樹脂封止工程について図６を参照して説明する。

光検出半導体素子２を実装した金属板４１を真空印刷機に取り付け、図６（ａ）に示すように、光検出半導体素子２および外部電極３が孔版６１の開口部６１Ａに入るように、孔版６１の位置合わせをする。次に真空印刷機内を、たとえば３００００Ｐａまで減圧し、図６（ｂ）に示すように、スキージ６２を移動し、封止用樹脂６３を金属板４１に印刷する。この封止用樹脂６３は、たとえば熱硬化性エポキシ系樹脂から成る。このとき、光検出半導体素子２と金属板４１との間で、光検出半導体素子中央付近に雰囲気ガスが残ってガス溜まり６４が発生する。このガス溜まり６４のため、光検出部２Ａの周囲は封止用樹脂未充填となり、光検出部２Ａは封止用樹脂６３に覆われない。

次に、真空印刷機内の圧力をたとえば、大気圧まで上げる。その結果、ガス溜まり周囲の圧力が高くなり、図６（ｃ）に示すようにガス溜まり６４は小さくなる。このため、孔版６１の開口部６１Ａを満たしていた封止用樹脂６３が見かけ上、減少する。そこで、再び孔版６１の開口部６１Ａを封止用樹脂６３で満たすために、図６（ｄ）に示すようにスキージ６２を移動し、もう一度封止用樹脂６３を印刷する。そして、孔版６１を取り外して、図６（ｅ）に示すように樹脂封止工程は完了する。

図３の工程３０７では、樹脂封止した金属板４１をオーブンに入れ、所定温度、たとえば、１００℃で加熱して、封止用樹脂６３を硬化させる。このとき、ガス溜まり６４内のガスは膨張するので、ガス溜まり６４は大きくなる。工程３０８では、樹脂封止した光検出半導体素子２などから金属板４１を剥離する。金属板４１は可撓性を有するので、図７（ａ）に示すように容易に剥離することができる。金属板４１を剥離すると、受光開口１Ａにおいて光検出半導体素子２の光検出部２Ａが露出する。また、受光開口１Ａはガス溜まり６４によって形成されるので、光検出部２Ａの周囲を取り囲んでいる樹脂６の取り囲み面１Ｂは凹形状になる。以下、図７（ｂ）に示す金属板４１を剥離したものを樹脂封止体７０と呼ぶ。

工程３０９では、図８（ａ）に示すように、１点鎖線８１に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体７０をダイシングする。そして、図８（ｂ）に示すように、一つの樹脂封止体７０が分割され、光検出半導体装置１が完成する。

以上のようにして作製された光検出半導体装置１は、図９に示すような穴９１Ａが設けられた回路基板９１に半田９２を介して実装される。この場合、光ディスクの情報を読み込むために照射されたレーザ光ＬＢは、光ディスク面で反射して、回路基板９１の穴９１Ａを通過し、光検出半導体装置１の受光開口１Ａに入射する。受光開口１Ａに入射したレーザ光ＬＢは樹脂６内を通過せず、直接、光検出半導体素子２の光検出部２Ａに入射する。このため、レーザ光ＬＢによって光検出部２Ａを覆っている樹脂が劣化し、光検出半導体装置が使用不可能となることはない。

以上の実施形態による光検出半導体装置１の製造方法は次のような作用効果を奏する。
（１）樹脂封止を減圧下で行い、光検出部２Ａの周囲に雰囲気ガスが溜まるように光検出半導体素子２を樹脂６で封止するようにした。したがって、光検出部２Ａへの光路に樹脂が存在しない光検出半導体装置１を簡単に作製することができる。

（２）全工程を通じて、光検出半導体素子２の光検出部２Ａに対して何も接触しないので、光検出部２Ａを傷つけることはない。すなわち、上述したとおり従来例では、光検出部２Ａの受光面上に吸引治具を近づけ、樹脂を硬化前に吸引する工程も必要であった。本実施の形態では、このような吸引治具などが不要であり、光検出部２Ａを傷つけるおそれもない。

（３）樹脂封止するときに発生するガス溜まり６４の大きさは、樹脂封止するときの減圧の程度によって制御することができる。すなわち、減圧の程度を大きくするとガス溜まり６４は小さくなり、真空まで減圧するとガス溜まり６４はほとんど発生しない。一方、減圧の程度を小さくするとガス溜まり６４は大きくなる。このように、本発明の実施形態では樹脂封止するときの圧力を調整することによって受光開口１Ａの大きさを簡単に制御することができる。一例を図１０に示す。図１０（ａ）は、図６（ｂ）の樹脂印刷時の雰囲気圧力を３００００Ｐａとしたときに得られる受光開口１Ａの形状を示す。図１０（ｂ）は２００００Ｐａ、図１０（ｃ）は１００００Ｐａ、図１０（ｄ）は５０００Ｐａの圧力にそれぞれ制御したときの受光開口１Ａの形状を示す。たとえば、印刷時の圧力を１００００Ｐａにすることによって、図１０（ｃ）に示すように、光検出部２Ａが樹脂で覆われず、しかも、光検出半導体素子２はできるだけ樹脂６に覆われるような大きさの受光開口１Ａを得ることができる。

（４）真空印刷機を使用してスクリーン印刷法で光検出半導体素子２の樹脂封止をするので、簡単に樹脂封止時の圧力を制御することができ、受光開口１Ａの大きさを制御することができる。

（５）光検出部２Ａの周囲を取り囲んでいる樹脂６の取り囲み面１Ｂは凹形状であるので、取り囲み面１Ｂを反射したレーザ光は光検出部２Ａに入射しない。したがって、取り囲み面１Ｂを反射したレーザ光による誤検出を防止することができる。

以上の実施形態の光検出半導体装置１を次のように変形することができる。
（１）光検出半導体素子２の樹脂封止時の雰囲気の圧力を変えて樹脂封止できるものであれば、真空印刷機による樹脂封止に限定されない。

（２）平面視で光検出部２Ａが光検出用半導体素子２の中央にない場合、光検出部２Ａの配置に応じてガス溜まり６４の位置を次のように調節することができる。たとえば、封止用樹脂６３の光検出用半導体素子２と金属板４１との間への流れ込み量が光検出用半導体素子２の右と左とでは異なるようにスキージ６２の形状を変え、ガス溜まり６４の位置を制御するようにしてもよい。あるいは、光検出用半導体素子２と金属板４１との間に、封止用樹脂６３が流れ込みにくくする流入阻害部を金属板４１上などに形成し、封止用樹脂６３の流れ込みを制御することによって、ガス溜まり６４の位置を制御するようにしてもよい。

（３）光検出用半導体装置１について説明したが、チップの能動素子が樹脂などで直接覆われていない電子部品であれば、光検出用半導体装置１に限定されない。たとえば、ＳＡＷフィルタや、圧力センサなどの各種センサに適用してもよい。

（４）外部電極３は、主に電鋳によるＮｉ層２１によって構成したが、導電性を有する金属であればＮｉに限定されない。たとえば、電鋳によるＣｕ層で構成してもよい。

（５）外部電極３と半田を接続するためにＡｕ層２５を設けたが、半田と接続するための金属層であれば、Ａｕ層２５に限定されない。たとえば、Ｓｎ層、Ｓｎ−Ｐｂ層、Ｓｎ−Ａｇ層、Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などを形成してもよい。

（６）外部電極３などを形成する基板は、可撓性を有する平板状の可撓性基板であれば、金属板４１に限定されない。たとえば、導電性樹脂基板を使用してもよい。また、無電解めっきを使用して外部電極３を形成する場合は、金属板４１のように導電性基板である必要はなく、非導電性基板でもよい。

（７）可撓性を有するシートに外部電極を形成し、そのシートに形成された外部電極にチップを搭載して外部電極とチップとを電気的に接続し、樹脂封止した後、そのシートを剥がして分割して生産する電子部品であれば、本発明の実施形態に限定されない。たとえば、ＭＡＰ（ＭｏｌｄｅｄＡｒｒａｙＰａｃｋａｇｉｎｇ）方式で生産されたＱＦＮ（ＱｕａｄＦｌａｔＮｏｎ−ＬｅａｄｅｄＰａｃｋａｇｅ）に適用してもよい。この場合、シートに形成された外部電極は電鋳Ｎｉの代わりにリードフレームとなる。また、シートは、可撓性を有する金属板４１の代わりに粘着性を有する樹脂シートであるアセンブリシートとなる。

（８）複数種類の電子部品を混流するラインでは、次のようにして工程を自動化することができる。たとえば、封止樹脂印刷時の雰囲気圧力を各電子部品ごとに記憶しておき、印刷機にセットされたチップや金属板４１に形成された外部電極３のパターンなどを画像認識して電子部品の種類を読み込む。そして、読み込んだ電子部品に最適な雰囲気圧力を読み出し、印刷時圧力を調整するようにしてもよい。このような印刷機は、封止用樹脂６３の印刷時の雰囲気圧力を記憶したテーブルを格納した記憶装置と、印刷機にセットされたチップや金属板４１に形成された外部電極３のパターンなどを画像認識することによってこれから作製される電子部品の種類を読み込む画像認識装置と、読み込んだ電子部品の種類より記憶装置に格納したテーブルを照合して印刷時の雰囲気圧力を制御する制御装置とを備えて構成することができる。このような印刷機を使用することによって、電子部品の種類ごとに能動素子が最適に露出される雰囲気圧力に自動的に設定され、使用者の利便性が向上する。

（９）光検出半導体素子２の光検出部２Ａにゴミなどが付着しないようにするために、または外気の湿度による光検出半導体素子２の信頼性低下を防止するために光検出半導体装置１の受光開口１Ａをガラスや硬質プラスチックで塞ぐようにしてもよい。受光開口１Ａをガラス板７で塞いだ光検出半導体装置１００について、図１１を参照して説明する。本発明の実施形態の光検出半導体装置１と共通する部分は同一の符号を付し、本発明の実施形態の光検出半導体装置１と異なる部分を主に説明する。図１１（ａ）は光検出半導体装置１００の裏面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

図１１に示すように、光検出半導体装置１００の受光開口１Ａはガラス板７によって塞がれており、ガラス板７はエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂からなる接着剤８によって固定される。

次に、光検出半導体装置１００の製造方法について、図１２および図１３を参照して説明する。図１２は、光検出半導体装置１００の製造方法について説明するためのフローチャートである。

工程３０８まで本発明の実施形態における光検出半導体装置１と同じ工程で進み、工程４０１では、図１３（ａ）に示すように、樹脂封止体７０における受光開口１Ａの周囲にペースト状の接着剤８を塗布する。接着剤８の塗布は、たとえば印刷法やノズルからの吐出により行われる。工程４０２では、図１３（ｂ）に示すように、個片化されたガラス板７を、受光開口１Ａを覆うように接着剤８の上に載置する。このとき、塗布した接着剤８が広がるようにガラス板７を押圧する。工程４０３では、樹脂封止体７０をオーブンに入れ、所定温度で加熱して、接着剤８を硬化させる。そして、工程３０９では、図１３（ｃ）に示すように、光検出半導体装置１００の場合と同様に１点鎖線８２に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体７０をダイシングする。その結果、図１３（ｄ）に示すように、一つの樹脂封止体７０が分割され、光検出半導体装置１００が完成する。

以上のようにして作製された光検出半導体装置１００は、図１４に示すようなガラス板７が入り込む大きさの穴９３Ａが設けられた回路基板９３に半田９２で実装される。この場合、光ディスクの情報を読み込むために照射されたレーザ光ＬＢは、光ディスク面で反射して、反射したレーザ光ＬＢはガラス板７を通過して光検出半導体素子２の光検出部２Ａに入射する。

ここで、光検出半導体装置１００の接着剤８に熱硬化性樹脂を使用したが、紫外線硬化樹脂を使用してもよい。この場合、工程４０３では、加熱する代わりに樹脂封止体７０に紫外線を照射することになる。また、接着剤８はペースト状のものを使用したが、シート状のものを使用して、シートを貼り付けることによって受光開口１Ａの周囲に接着剤８を設けるようにしてもよい。

工程４０１で樹脂封止体７０に接着剤８を塗布したが、樹脂封止体７０に接着剤８を塗布する代わりに、ガラス板７に接着剤８を塗布するようにしてもよい。

レーザ光ＬＢを透過するものであればガラス板７に限定されず、たとえば硬質プラスチック板を用いてもよい。

本発明は、その特徴的構成を有していれば、以上説明した実施の形態になんら限定されない。

図１（ａ）は本発明の実施形態の光検出半導体装置の裏面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。外部電極および補強パッドの層構造を説明するための図である。光検出半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。金属板上に電鋳工法で外部電極の形成する工程を説明するための図である。光検出半導体素子のフリップチップ接続工程を説明するための図である。真空印刷機を使用した樹脂封止工程を説明するための図である。金属板の剥離工程を説明するための図である。樹脂封止体のダイシング工程を説明するための図である。回路基板に実装された光検出半導体装置を説明するための図である。樹脂封止のときの雰囲気の圧力を変えたときの受光開口の大きさを説明するための図である。図１１（ａ）は受光開口にガラス板を設けた光検出半導体装置の裏面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。受光開口にガラス板を設けた光検出半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。受光開口にガラス板を設ける工程を説明するための図である。回路基板に実装された、受光開口にガラス板を設けた光検出半導体装置を説明するための図である。

符号の説明

１，１００光検出半導体装置
１Ａ受光開口
１Ｂ取り囲み面
２光検出半導体素子
２Ａ光検出部
３外部電極
４補強パッド
５バンプ
６樹脂
７ガラス板
８接着剤
４１金属板
４２レジスト
５１ボンディングツール
６１孔版
６１Ａ開口部
６２スキージ
６３封止用樹脂
６４ガス溜まり
７０樹脂封止体
９１，９３回路基板
９２半田

Claims

能動素子を有するチップを樹脂封止してなる電子部品の製造方法において、
可撓性基板上に設けられた外部電極に、前記能動素子面が前記可撓性基板と所定の距離をあけて対向するようにチップを搭載し、
前記チップおよび前記外部電極が孔版の開口部に入るように前記可撓性基板を真空印刷機に取り付け、
大気圧に比べて減圧雰囲気下で、前記チップの前記能動素子面に対向する上面および前記チップの周囲側面に樹脂を供給してスクリーン印刷し、前記可撓性基板と前記能動素子との間にガス溜まりが形成されるように前記チップを前記可撓性基板上で樹脂封止し、
前記可撓性基板を剥離して前記能動素子を露出させることを特徴とする電子部品の製造方法。
請求項１に記載の電子部品の製造方法において、
前記樹脂封止するときの雰囲気圧力を変えることによって、前記ガス溜まりの大きさを制御することを特徴とする電子部品の製造方法。
能動素子を有するチップを樹脂封止してなる電子部品の製造方法において、
可撓性基板上に設けられた外部電極に、前記能動素子面が前記可撓性基板と所定の距離をあけて対向するようにチップを搭載し、
大気圧に比べて減圧雰囲気下で前記可撓性基板と前記能動素子との間にガス溜まりが形成されるように前記チップを前記可撓性基板上で樹脂封止し、
前記可撓性基板を剥離して前記能動素子を露出させ、
前記ガス溜まりによって形成された開口部をガラス板または硬質プラスチック板で塞ぐことを特徴とする電子部品の製造方法。