(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）底部に半導体素子が載置された複数の凹部を有するパッケージ部材を準備し、
（ｂ）前記複数の凹部の位置に対応する開口部を複数備えた基板の前記開口部内に、蛍光物質を含有する透光性の樹脂を充填し、
（ｃ）前記パッケージ部材の前記各凹部と前記各開口部とを重ね合せ、
（ｄ）前記パッケージ部材を、回転中心に対して前記基板よりも外側に配置し、前記パッケージ部材及び前記基板を前記回転中心の周りで回転させて、前記各開口部内の樹脂を前記パッケージ部材の前記各凹部に一括注入し、かつ前記各凹部内の樹脂において、半導体素子近傍での前記蛍光物質を、凹部表面における前記蛍光物質よりも高密度に、前記蛍光体を配置し、前記樹脂を硬化させ、前記凹部ごと又は前記半導体素子ごとに分離する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記開口部は、テーパー状である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記開口部は、底に向かってその断面積が小さくなる有底のテーパー状であって、前記開口部の底に底面積よりも小さな貫通孔を有する請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
工程（ｃ）において、前記パッケージ部材の凹部と前記貫通孔とを、重ね合わせる請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記開口部は、角が丸められた三角形及び四角形等の多角形形状、円及び楕円形状である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板の表面及び／又は前記開口部内の表面には、テフロン（登録商標）加工が施されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
工程（ｂ）において、印刷工法により前記複数の開口部内に前記樹脂を一括充填する請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂の粘度は、５０ｍＰａ・ｓ〜１２０００ｍＰａ・ｓである請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
工程（ｄ）において、前記回転の速度が８００〜２０００ｒｐｍである請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。                                                                      
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂封止型の半導体装置において、半導体素子周辺に樹脂を充填する方法としてポッティング工法及び印刷工法等が利用されている（例えば、特許文献１〜３）。なお、これらの従来技術においては、半導体素子周辺に樹脂を充填した後に、遠心力を利用して、樹脂内に含有される蛍光物質の適切な配置／沈降を行なっている。
【０００３】
しかし、ポッティング工法では、シリンジに充填した樹脂を、半導体素子周辺に個々に圧力によって吐出するために、生産能率が低い。また、蛍光物質を樹脂に含有させるためには、シリンジに充填した樹脂内に蛍光物質を混合して、この蛍光物質含有樹脂を、個別に半導体素子周辺にポッティングするために、その作業における時間経過によって蛍光物質がシリンジ内で沈降し、初期にポッティングされた樹脂と後期にポッティングされた樹脂との間において蛍光物質濃度の変動が生じ、均質な製品の製造ができないという課題があった。
【０００４】
また、印刷工法では、通常、必要な部分にのみ樹脂が印刷できるように開口部を複数設けたマスクを利用し、このマスク上からスキージを用いて樹脂を刷り込む。従って、１回の刷り込みによって複数の半導体素子周辺に樹脂を充填することができるという利点がある。
しかし、極微細な半導体装置を製造するために、超微細な開口部を形成して、その開口部から超微細な半導体素子の周辺に樹脂を充填することとなると、個々の半導体素子周辺に十分な量で、かつ均一量で樹脂を充填することが困難となり、作業中のマスクの極わずかなずれなどによって、意図しない部位へ樹脂が付着するなど、製品の品質低下を招きやすいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６４９３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８５１１号公報
【特許文献３】特開２００８−３１１４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数の半導体素子に対する樹脂の充填を、確実かつ簡便に、しかも、短時間で均質に、確実に行なうことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）底部に半導体素子が載置された凹部を有するパッケージ部材を準備し、
（ｂ）前記凹部の位置に対応する開口部を備えた基板の前記開口部内に樹脂を充填し、
（ｃ）前記パッケージ部材の凹部と前記基板の開口部とを重ね合せ、
（ｄ）前記パッケージ部材を、回転中心に対して前記基板よりも外側に配置し、前記パッケージ部材及び前記基板を前記回転中心の周りで回転させて、前記開口部内の樹脂を前記パッケージ部材の凹部に注入する工程を含む。
このような半導体装置の製造方法では、以下の１以上を備えることが好ましい。
前記樹脂が、蛍光物質を含有する透光性の樹脂である。
前記基板の開口部は、テーパー状である。
前記基板の開口部は、底に向かってその断面積が小さくなる有底のテーパー状であって、前記基板の開口部の底に底面積よりも小さな貫通孔を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、複数の半導体素子に対する樹脂の充填を、確実かつ簡便に、しかも、短時間で均質に、確実に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図である。
【図２】図１の続きの工程を示す概略工程図である。
【図３】本発明の別の半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図である。
【図４】本発明のさらに別の半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法において用いる基板の形状を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態１
本発明の半導体装置の製造方法では、図２（Ａ）に示したように、工程（ａ）として、底部に半導体素子を搭載した凹部１１を有するパッケージ部材１０を準備する。
ここで半導体素子は、トランジスタ、メモリ、ＣＣＤ、集積回路、発光ダイオード等の半導体材料によって形成された種々の素子が挙げられる。なかでも、発光ダイオード等の光を出射し得る素子に対してより有効である。
【００１１】
パッケージ部材１０は、通常、半導体素子の電極と電気的に接続し得る金属部材が底面に配置された部材である。従って、このような金属部材自体が凹部を有し、その底面に半導体素子が搭載されたものであってもよいし、金属部材上に半導体素子が搭載され、その外周を取り囲むように壁が設けられて凹部を構成するものであってもよい。また、金属部材に半導体素子が電気的に接続されていれば、底部を含む凹部内に金属部材が露出していなくても、つまり、金属部材自体が凹部を構成していなくてもよい。このような場合、例えば、パッケージ部材は、金属部材と、金属部材の一部をその内部に埋め込んだ又はその表面に積層された絶縁材料（例えば、プラスチック、セラミックス等）とによって形成されていてもよい。
パッケージ部材１０の凹部１１の底部への半導体素子の搭載は、半田による接合、導電性ペーストを用いた接合、絶縁性の接合剤を用いた接合など、当該分野で公知の方法のいずれの方法を利用して行なってもよい。
【００１２】
パッケージ部材１０は、通常、複数の半導体素子が並列され、例えば、図２（Ａ）に示すように、一定の間隔で、マトリクス状に並列されている。従って、このような複数の半導体素子が並列されたパッケージ部材に対して後述する工程を行なうことが好ましいが、半導体素子を搭載した状態で個々の半導体装置に分離／分割された、１つの半導体装置に対応するパッケージ部材に対して、以降の工程を行なってもよい。
【００１３】
工程（ａ）は、必ずしも工程（ｂ）の前に行なうことは必要ではなく、工程（ｃ）（ｄ）の前に行なわれていればよい。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、工程（ｂ）において、凹部１１に対応する開口部１２を備えた基板１３を準備し、図１（Ｂ）に示すように、この基板１３の開口部１３内に樹脂１４を充填する。
凹部１１に対応する開口部１２とは、上述したパッケージ部材１０の凹部１１が１つのみの場合には、半導体素子等を除いた凹部内の容積と略一致する容積又はこの凹部内に充填しようとする量の樹脂を収めることができる容積を有する開口部であることが好ましい。また、凹部が複数並列している場合には、上述した容積を有し、かつ、後述する工程において、パッケージ部材と基板とを重ね合わせた場合に、凹部の位置と開口部の位置とが一致するように配置された開口部であることが好ましい。
【００１５】
開口部１２は、後述するパッケージ部材１０の凹部１１と基板１３の開口部１２との重ね合せの態様に応じて、図１（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、有底の凹部状の開口部１２であってもよいし、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板５４、５５において、有底の凹部５１、５２の形状を有し、かつその底５１ａ、５２ａに底面積よりも小さな貫通孔５３が形成された開口部であってもよいし、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように、基板２３、３３において、貫通孔形状の開口部２２、３２、つまり無底形状であってもよい。
【００１６】
また、開口部は、上述したように、パッケージ部材の凹部に充填しようとする量の樹脂を収めることができる容積を有することが好ましいが、必ずしもこれに一致していなくても、意図する樹脂量よりも大きな容積であってもよい。
開口部の平面形状、つまり、開口部内に樹脂を充填する際に樹脂を入れる側の平面形状は、発光素子の形状又はパッケージ部材の凹部の形状に一致するものであることが適しているが、特に、後述する工程において１つの開口部から全樹脂が確実に注出し得るように、角が丸められた三角形及び四角形等の多角形形状、円及び楕円形状等であることが好ましい。
【００１７】
開口部自体の形状は、角が丸められた三角形及び四角形等の多角柱、円及び楕円柱であってもよいが、テーパー状を有している（例えば、多角形錐台、逆多角形錐台、円及び楕円錐台、逆円及び楕円錐台）であることが好ましい。ここでのテーパー形状は、後述するパッケージ部材の凹部と基板の開口部との重ね合せの態様に応じて、いずれの表面に向かって断面積が小さくなってもよい。例えば、上述したように、開口部が有底の凹部状又はさらに貫通孔を有する場合には、底に向かってその断面積小さくなる形状が挙げられる。貫通孔の形状の場合には、いずれかの表面に向かって断面積が小さくなるテーパーであってもよいし、一面から他面に向かって徐々に幅広になった後幅狭になる又は徐々に幅狭になった後幅広になるテーパーであってもよい。
【００１８】
基板は、例えば、単一の又は複数連結したパッケージ部材に対応した形状を有していればよく、通常、四角形又は長方形等である。その厚みは、上述した開口部において所望の容積を確保できる厚みであることが適しており、半導体素子又は半導体装置の大きさ等によって適宜調整することができる。通常、数百μｍ〜数十ｍｍ程度である。基板を構成する材料は、例えば、金属、セラミックス、樹脂及びこれらの複合材料等種々のものを利用することができる。基板の表面及び／又は開口部内の表面には、テフロン（登録商標）加工などが施されていることが好ましい。これによって、後述する樹脂の充填の際に、意図しない部位への樹脂の付着を防止し、あるいは付着した樹脂を容易に除去することができる。
基板に開口部を形成する方法は、公知の方法、例えば、ポンチ加工、エッチング、押圧など、その大きさ及び形状によって適宜選択することができる。
【００１９】
開口部内に樹脂を充填する方法は、特に限定されないが、製造工程の簡略化等を考慮すると、印刷工法が好ましい。
例えば、図１（Ｂ）に示したように、基板１３上に樹脂１４を供給し、スキージ等の部材１７に適度な圧力を加えながら矢印Ｆの方向に移動させる等の原理を利用した方法が適している。この場合のスキージに加える圧力、スキージ角度、スキージ速度等の条件は、用いる基板の材料及び厚み、樹脂の種類等に応じて適宜選択することができる。
このような操作、つまり、図１（Ｃ）に示すように、スキージ等の部材１７を、基板１３上で移動させることにより、開口部１２内に樹脂１４を、高精度に一定量で確実に充填することができる。また、複数の開口部に対して同時に樹脂を充填することができるために、処理能力が高く、ひいては半導体装置の生産能力を向上させることができる。
【００２０】
ここでの樹脂は、上述したような印刷工法に使用することができるものであれば特に限定されず、種々のものを利用することができる。例えば、シリコーン樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂が挙げられる。
なお、半導体素子として発光素子を搭載する場合には、透光性の樹脂であることが必要である。ここで透光性とは、発光素子から出射される光が６０％以上、７０％以上、好ましくは７５％以上、８０％以上、より好ましくは８５％以上透過し得る性質を有するものが挙げられる。特に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂又はこれらの組み合わせ等が好ましい。
【００２１】
樹脂の粘度は、基板の開口部の形状、つまり、底の有無、貫通孔の有無等、開口部の大きさ等にかかわらず、パッケージ部材と基板の重ね合わせが適切にできること、さらに、回転によるいわゆる遠心力を利用してパッケージ部材の凹部に樹脂を確実に注入できること等を考慮して、適宜選択することができる。通常、樹脂の粘度は、百ｍＰａ・ｓ程度〜数万ｍＰａ・ｓ程度のものが使用され、１５０ｍＰａ・ｓ〜１２０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましい。
【００２２】
なお、本発明の方法によれば、比較的粘度が高いものを選択しても、スキージ等による部材によって、均等に樹脂を伸ばし、各開口部に一定量で均一に樹脂を充填することができる。
【００２３】
樹脂は、拡散剤又は蛍光物質を含有していてもよい。特に、半導体素子として発光素子を搭載する場合には、発光素子から出射される光に対して有利に作用することから、これらを含有させることが好ましい。
拡散剤は、光を拡散させるものであり、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。
蛍光物質は、発光素子からの光を変換させるものであり、発光素子から封止部材の外部へ出射される光の波長を変換することができる。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、有機蛍光物質であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2などの無機蛍光物質等、種々好適に用いられる。例えば、半導体装置において、発光素子を用い、白色光を得ようとする場合は、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光物質を利用すると、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成することができる。同様に、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2蛍光物質を利用した場合は、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できる。
これら拡散剤及び蛍光物質は、例えば、その平均粒径が１００μｍ程度以下、さらに数十μｍ程度以下が好ましい。
拡散剤又は蛍光物質を含有させる場合、これらの量は、得ようとする特性、用いる樹脂等によって適宜調整することができるが、通常、樹脂１００重量部に対して、２〜１００重量部程度が含有され、２００重量部程度まで可能である。
【００２４】
このように、樹脂に拡散剤及び／又は蛍光物質を含有させたとしても、本発明の方法によれば、これらの剤又は物質が容易に沈降しない粘度に調節して利用することができるために、個々の開口部への樹脂の供給が、その工程の初期、中期、後期等にかかわらず、これら拡散剤及び／又は蛍光物質を一定濃度で供給することが可能となる。よって、特に、発光素子を用いた発光装置を製造する場合には、色調ばらつきが出現することなく、歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
工程（ｃ）において、まず、パッケージ部材１０の凹部１１と、樹脂１４が充填された基板１３の開口部１２とを重ね合せる。この場合、図２（Ａ）に示したように、有底の開口部１２が形成された基板１３を用いる場合には、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示したような樹脂１４の供給側の基板１３の表面を、パッケージ部材１０の凹部１１の表面に、矢印Ｘに示すように重ね合わせることが好ましい（図２（Ａ）参照）。
【００２６】
次いで、工程（ｄ）において、重ね合わせた状態で、パッケージ部材１０と基板１３とを回転させて、図２（Ｂ）に示すように、その回転によって与えられる力Ｙを利用して、開口部１２内の樹脂１４をパッケージ部材の凹部に注入する（図２（Ｃ）参照）。
ここでの回転は、重ね合わせたパッケージ部材１０及び基板１３の外側の任意の位置に回転中心軸Ｚを設定し、その回転中心軸Ｚの周りで行なう。この際、パッケージ部材１０がこの回転中心軸Ｚに対して基板１３よりも外側に配置するように回転させる。これによって、いわゆる遠心力を利用して、樹脂１４を基板１３の開口部１２から、パッケージ部材１０側に押し出して、注入することができる。
【００２７】
なお、遠心力は、"回転運動" 回転運動をする系において観測される"慣性力" 慣性力の一種で見かけの力であり、円運動のある時点での接線方向に働く慣性力とその向きを常に変え続けようとする向心力との合力を意味する。よって、この遠心力、つまり、慣性力と向心力との合力が必ずしも重ね合わせたパッケージ部材１０及び基板１３の表面に対して垂直方向に働いていなくても、慣性力、向心力及び重力との合力が垂直に働いていてもよい。
【００２８】
そのために、例えば、スイング式の遠心分離機を利用する方法が挙げられる。このような遠心分離機は、市販品のいずれを用いてもよいし、例えば、先行技術に開示の装置又は原理を利用してもよい（例えば、特開２００８−２１８５１１号、特開２００８−３１１４７７号等参照）。遠心分離機を利用する場合、その回転数及び時間は、用いる樹脂の種類及び粘度、半導体装置の大きさ等を考慮して、適宜調整することができる。例えば、数百ｒｐｍ〜数千ｒｐｍの回転速度、十秒〜数十分間程度の時間が挙げられ、好ましくは、８００〜２０００ｒｐｍ程度の回転数、数十秒〜１０分間程度の時間が挙げられる。
【００２９】
このように、いわゆる遠心力を利用することにより、遠心条件、樹脂仕様等を適宜調整することにより、簡便かつ容易、迅速に、樹脂を多数のパッケージ部材の凹部に注入することができ、生産能力を増大させることが可能となる。
また、樹脂中に拡散剤及び／又は蛍光物質が含有されている場合には、上述したように、各パッケージ部材の凹部に対してこれら剤又は物質を常に一定の濃度で供給することができることに加え、このような遠心力によって、樹脂の注入と同時に、これら剤又は物質の沈降を制御又は促進させることができ、これら剤又は物質の半導体素子近傍への配置をより簡便に制御することができる。
【００３０】
続いて、パッケージ１０の凹部１１内に樹脂１４を注入した後、樹脂１４を硬化させ、所望の部位で、凹部ごと又は半導体素子ごとに分離することによって、半導体装置を得ることができる。
金属部材上に半導体素子が搭載され、その外周を取り囲むように壁が設けられて凹部を構成する場合、すなわち、半導体素子を載置する部材と、樹脂１４を成型する壁の部材とが一体でない場合、樹脂１４硬化後に壁を除去してもよい。
【００３１】
実施形態２
この実施形態では、実施形態１と同様に、図３（Ａ）に示すように、底部に半導体素子２５を搭載した凹部２１を有するパッケージ部材２０を準備する。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、貫通孔による開口部２２を備えた基板２３を用いて、実施形態１と同様に蛍光物質２６を含有した樹脂２４を充填する。
図３（Ｃ）に示すように、パッケージ部材２０の凹部２１と、基板２３の開口部２２とを重ね合せる。この場合、開口部２２は貫通孔であるために、一面又は他面のいずれの面における開口部２２の開口と重ね合わせてもよい。
【００３２】
その後、実施形態１と同様にして、パッケージ部材２０を、回転中心軸に対して基板２３よりも外側に配置するように、パッケージ部材２０及び基板２３を回転させることにより、遠心力を利用して、図３（Ｄ）に示すように、開口部２２内の蛍光物質２６含有樹脂２４をパッケージ部材２０の凹部２１に注入する。
図３（Ｅ）に示すように、そのまま遠心力を与えることにより、樹脂２４よりも一般に比重の大きな蛍光物質２６は、パッケージ部材２０のより外側、つまり、半導体素子２５側に沈降し、半導体素子２５近傍で蛍光物質２６を高密度に配置させることができる。
その後、実施形態１と同様に、半導体素子ごとに分離することによって、半導体装置を得る。
【００３３】
実施形態３
この実施形態では、実施形態１と同様に、図４（Ａ）に示すように、底部に半導体素子３５を搭載した凹部３１を有するパッケージ部材３０を準備する。
次いで、図４（Ｂ）に示すように、テーパー状の貫通孔による開口部３２を備えた基板３３を用いて、実施形態１と同様に蛍光物質３６を含有した樹脂３４を充填する。
図４（Ｃ）に示すように、パッケージ部材３０の凹部３１と、基板３３の開口部３２とを重ね合せる。この場合、開口部３２はテーパー状の貫通孔であるために、開口部２２の幅狭の開口と重ね合わせることが適している。これにより、幅狭の開口から小さな応力で容易に樹脂を押し出すことが可能となる。
【００３４】
その後、実施形態１と同様にして、パッケージ部材３０を、回転中心に対して基板３３よりも外側に配置するように、パッケージ部材３０及び基板３３を回転させることにより、遠心力を利用して、図４（Ｄ）に示すように、開口部３２内の蛍光物質３６含有樹脂３４をパッケージ部材３０の凹部３１に注入する。
実施形態２と同様に、そのまま遠心力を与えることにより、蛍光物質３６を、パッケージ部材３０のより外側、つまり、半導体素子３５側に沈降させ、半導体素子３５近傍で蛍光物質３６を高密度に配置させることもできる。
その後、実施形態１と同様に、半導体素子ごとに分離することによって、半導体装置を得る。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、樹脂封止型の全ての半導体装置の製造における樹脂封止において利用することができ、特に、白色ＬＥＤ等に好適に利用できる。また、半導体素子として、高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤ等として、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源に利用することができる半導体装置の製造において極めて有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、２０、３０  パッケージ部材
１１、２１、３１  凹部
１２、２２、３２  開口部
１３、２３、３３  基板
１４、２４、３４  樹脂
１７  部材
２５、３５  半導体素子
２６、３６  蛍光物質
５１、５２  有底の凹部
５１ａ、５２ａ  底
５３  貫通孔
５４、５５  基板
【図１】
0005906597.tif 000002
【図２】
0005906597.tif 000003
【図３】
0005906597.tif 000004
【図４】
0005906597.tif 000005
【図５】
0005906597.tif 000006