(57)【要約】【課題】  半導体素子を封止材料で封止するにあたって、封止材料の上面を平坦化して均一な厚みで封止することができ、しかも加工が容易な半導体封止用印刷マスクを提供する。【解決手段】  配線基板１に搭載された半導体素子２に対応する開口部３を設けて形成され、開口部３内に半導体素子２を位置させて配線基板１の上に配置すると共に封止材料４をスキージ５で擦って開口部３内に充填することによって、封止材料４で半導体素子２を封止するために使用される半導体封止用マスクに関する。マスク７の開口部３の周縁部の厚みを、マスク７の上を開口部３を横切って移動するスキージ５の移動方向での開口部３の始端部から終端部付近まで等厚に形成すると共に開口部３の終端部の周縁部の上面に凹部６を設けて他の部分より薄く形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板に搭載された半導体素子に対応する開口部を設けて形成され、開口部内に半導体素子を位置させて配線基板の上に配置すると共に封止材料をスキージで擦って開口部内に充填することによって、封止材料で半導体素子を封止するために使用される半導体封止用マスクにおいて、マスクの開口部の周縁部の厚みを、マスクの上を開口部を横切って移動するスキージの移動方向での開口部の始端部から終端部付近まで等厚に形成すると共に開口部の終端部の周縁部の上面に凹部を設けて他の部分より薄く形成して成ることを特徴とする半導体封止用マスク。
【請求項２】
開口部の周縁部の終端部の凹部を設けた部分の厚みと、開口部の周縁部の他の部分の厚みとの差が、５０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用マスク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体封止用マスクを用い、配線基板に搭載された半導体素子を開口部内に位置させて配線基板の上に該マスクを配置し、マスク上に供給された封止材料をスキージで擦って開口部内に封止材料を充填することによって、封止材料で半導体素子を封止するにあたって、封止材料として、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓの液状封止材料を用いることを特徴とする半導体素子の封止方法。
【請求項４】
半導体素子の封止を０．０１ＭＰａ以下の減圧雰囲気で行なうことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の封止方法。
【請求項５】
配線基板に搭載された半導体素子が、請求項３又は４に記載の方法で封止材料によって封止されて成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷の手法で半導体素子を封止材料で封止するために用いられる半導体封止用印刷マスクに関するものであり、またこの半導体封止用印刷マスクを用いて行なう半導体素子の封止方法、及びこの封止方法で得られる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法として、配線基板の表面にＩＣなどの半導体素子を多数個搭載し、この各半導体素子を封止材料で封止した後、配線基板を切断して各半導体素子を個片に分離させる方法が増えてきている。このように配線基板に搭載した多数個の半導体素子に同時に封止材料を封止する場合には、封止材料の封止面積が大幅に拡大し、また半導体装置の薄型化に応じて薄い厚みで封止を行なう方向にあることから、スクリーン印刷の手法を用いて半導体素子を液状の封止材料で封止する方法が増えてきている。
【０００３】
この方法は、配線基板１に搭載された半導体素子２に対応して開口部３を設けたマスク７を用い、そして図５（ａ）のように、半導体素子２を開口部３内に位置させて配線基板１の上にこのマスク７を重ねるように配置し、マスク７の上に液状の封止材料４を供給すると共に、マスク７の上面に圧接させながら一方向に移動させるスキージ５でこの封止材料４を擦って、開口部３内に封止材料４を充填することによって、封止材料４で半導体素子２を封止するようにしたものである（例えば特許文献１等参照）
しかしこのように液状封止材料４をマスク７を通してスクリーン印刷して、半導体素子２を封止する場合、マスク７の上面に圧接させたスキージ５の移動に伴って封止材料４を開口部３内に押し込んで充填することによって、封止が行なわれるが、移動するスキージ５が開口部３の上を通過する際に、開口部３に充填された封止材料４がスキージ５によって引張られ、スキージ５の移動方向での、スキージ５が開口部３に最初に到達する始端部内と、スキージ５が最後に到達する終端部内とを比較すると、開口部３の終端部内において封止材料４が過剰に供給されることになる。従って図５（ｂ）のように、封止材料４の厚みが開口部３の始端部よりも終端部付近で厚くなるおそれがあり、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を得ることができない。封止材料４が低粘度・低チクソトロピー性を示すものでは、スクリーン印刷後の封止材料４の流れで上面が水平に近くなるが、高フィラー系などの封止材料４では高粘度・高チクソトロピー性になる傾向があり、スクリーン印刷後も封止材料４は流れ難く封止材料４の上面の形状は保持され易くなる。
【０００４】
そしてこのように、半導体素子２を封止した封止材料４の上面が平坦でないと、製造した半導体装置をボードに実装する場合などに吸引して取り扱う際の吸着性が悪くなって、組み立て性が低下するという問題や、半導体装置に印刷する場合に印刷がし難くなるという問題など、製品化の場面での問題が種々発生するものであった。
【０００５】
そこで上記のように封止材料４の厚みが開口部３の始端部よりも終端部付近で厚くならないように、マスク７の厚みを調整する試みがなされている。図６（ａ）（ｂ）はその一例を示すものであり、マスク７の開口部３の部分の厚みを、スキージ５の移動方向の始端部から終端部に至るまで厚みが次第に薄くなるように形成してある（例えば、特許文献２等参照）。
【０００６】
このようにマスク７の開口部３の部分の厚みをスキージ５の移動方向の始端部から終端部へと厚みが次第に薄くなるように形成することによって、開口部３の終端部の部分に充填される封止材料４の量が過剰にならないようにすることができるものであり、封止材料４の厚みが開口部３の始端部よりも終端部付近で厚くならないようにして、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を得ることができるのである。
【特許文献１】特開平１１−０４０５８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように特許文献２の発明では、マスク７の開口部３の部分の厚みをスキージ５の移動方向の始端部から終端部へと厚みが次第に薄くなるように形成しているが、開口部３の部分の厚みをこのように形成するためには、図６に示すように、マスク７の開口部３の周縁部の上面をスキージ５の移動方向に下り傾斜する傾斜面に形成する必要がある。
【０００８】
そして半導体封止用のマスク７は数ｍｍ以下（通常３ｍｍ以下）の薄い厚みの金属板で形成されるものであり、マスク７に開口部３を形成する加工はエッチング加工で行なわれるのが一般的であるが、上記のようにマスク７の上面を下り傾斜する傾斜面に形成することは、エッチング加工では行なうことができない。従って研磨加工などの物理的加工でマスク７の表面を研削して傾斜面を形成する必要があり、マスク７の加工が非常に困難であるという問題を有するものであった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を封止材料で封止するにあたって、封止材料の上面を平坦化して均一な厚みで封止することができ、しかも加工が容易な半導体封止用印刷マスクを提供することを目的とするものであり、またこの半導体封止用印刷マスクを用いて、封止材料の上面を平坦化して均一な厚みで半導体素子の封止をすることができる半導体素子の封止方法を提供することを目的とするものであり、さらにこの半導体素子の封止方法を用いて、上面が平坦で均一な厚みの封止材料で半導体素子を封止した半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る半導体封止用マスクは、配線基板１に搭載された半導体素子２に対応する開口部３を設けて形成され、開口部３内に半導体素子２を位置させて配線基板１の上に配置すると共に封止材料４をスキージ５で擦って開口部３内に充填することによって、封止材料４で半導体素子２を封止するために使用される半導体封止用マスクであって、マスク７の開口部３の周縁部の厚みを、マスク７の上を開口部３を横切って移動するスキージ５の移動方向での開口部３の始端部から終端部付近まで等厚に形成すると共に開口部３の終端部の周縁部の上面に凹部６を設けて他の部分より薄く形成して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
マスク７の開口部３の周縁部の厚みを、スキージ５の移動方向での終端部が他の部分より薄くなるように形成することによって、開口部３の終端部の部分に充填される封止材料４の量が過剰にならないようにすることができ、封止材料４の厚みが開口部３の始端部よりも終端部付近で厚くならないようにして、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を得ることができる。またマスク７の開口部３の周縁部の厚みは、開口部３の始端部から終端部付近まで等厚であり、開口部３の終端部の周縁部の上面に凹部６を設けて他の部分より薄くなるようになっており、マスク７の上面を傾斜面に形成する必要がないと共に、エッチングやルーターによる切削加工などで凹部６を加工することによって、開口部３の終端部の周縁部の厚みを薄く形成することができる。
【００１２】
また請求項２の発明は、請求項１において、開口部の周縁部の終端部の凹部を設けた部分の厚みと、開口部の周縁部の他の部分の厚みとの差が、５０〜２００μｍであることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、開口部３の終端部の部分に充填される封止材料４の量を適量に設定することができ、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を精度高く得ることができる。
【００１４】
本発明の請求項３に係る半導体素子の封止方法は、請求項１又は２に記載の半導体封止用マスク７を用い、配線基板１に搭載された半導体素子２を開口部３内に位置させて配線基板１の上に該マスク７を配置し、マスク７上に供給された封止材料４をスキージ５で擦って開口部３内に封止材料を充填することによって、封止材料４で半導体素子を封止するにあたって、封止材料４として、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓの液状封止材料を用いることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、封止材料４の適度な流れで、封止材料４の上面を平坦化して、より均一な厚みの封止材料４で半導体素子２の封止をすることができる。
【００１６】
また請求項４の発明は、請求項３において、半導体素子２の封止を０．０１ＭＰａ以下の減圧雰囲気で行なうことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明によれば、封止材料４をスキージ５で擦って半導体素子２を封止する際に、空気が封止材料４に巻き込まれることがなくなり、封止材料４中にボイド等が発生するようなことなく封止を行なうことができる。
【００１８】
本発明の請求項５に係る半導体装置は、配線基板１に搭載された半導体素子２が、請求項３又は４に記載の方法で封止材料４によって封止されて成ることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明によれば、上面が平坦で均一な厚みの封止材料４で半導体素子２を封止した半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体封止用印刷マスクはエッチングなどの容易な加工で作製することができるものである。そしてこの半導体封止用印刷マスクを用いて、封止材料の上面の平坦性が高く均一な厚みの封止材料で半導体素子の封止をすることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２２】
本発明で用いる半導体封止用の印刷マスク７は数ｍｍ以下（通常３ｍｍ以下）の薄い厚みのステンレス板など金属板で形成されるものであり、マスク７には開口部３が上下両面に開口して設けてある。一方、配線基板１の上面にはワイヤー１０等で配線基板１の回路に電気的に接続した状態で半導体素子２が搭載してあり、マスク７の開口部３はこの配線基板１に搭載された半導体素子２に対応する位置において、半導体素子２の寸法より大きな開口として形成してある。
【００２３】
そしてこのマスク７の上面にはスキージ５がその下端を圧接させた状態で、開口部３の上を横切って移動するようになっているが、スキージ５の移動方向での開口部３の終端部の位置においてマスク７の上面に凹部６が凹設してある。この凹部６は図２に示すように、開口部３の終端部から開口部３の端縁にかけた位置において、スキージ５が移動する方向と直交する方向の全長に亘って、マスク７の上面に溝状に形成してある。凹部６の断面形状は図１のように円弧状であっても、図３のように角型であってもいずれでもよい。このように開口部３の終端部の位置においてマスク７の上面に凹部６を設けることによって、開口部３の終端部の周縁部のマスク７の厚みが、スキージ５の移動方向での開口部３の始端部から凹部６の手前の終端部付近までの周縁部のマスク７の厚みより薄く形成されるものであり、マスク７の開口部３の周縁部のうち、スキージ５の移動方向での開口部３の始端部から凹部６の手前の終端部付近までは等厚に形成されるものである。
【００２４】
上記のようにマスク７に開口部３と凹部６を設けるにあたっては、マスク７を表裏両面からエッチング（ハードエッチング）加工して開口部３を形成し、次いでマスク７の片面の表層部をハーフエッチング（ソフトエッチング）加工して凹部６を形成することによって、金属の腐食という化学的処理で容易に行なうことができる。例えばマスク７がステンレス板である場合、第二酸化鉄を主成分とするエッチング液を用い、マスク７の表面の開口部３を形成する箇所以外の部分をドライフィルムなどのエッチングレジストで被覆して、このエッチング液をマスク７に作用させることによって、マスク７の内部までハードエッチングして開口部３を形成することができるものであり、次に、マスク７の表面の凹部６を形成する箇所以外の部分をドライフィルムなどのエッチングレジストで被覆し、同じエッチング液を用い、ライン速度を２倍にするなどしてマスク７にエッチング液が作用する時間を半減させるなどして、エッチングレイトを半分にすることによって、マスク７の表層のみをハーフエッチングして凹部６を形成することができるものである。尚、これら開口部３や凹部６の加工は、上記のようなエッチングの他に、ドリルやルーターなどの機械的加工手段を用いて行なうこともできるものであり、特に凹部６はルーターなどによる溝切り加工で容易に形成することができるものである。
【００２５】
ここで、凹部６の深さ寸法Ｄ２を５０〜２００μｍの範囲に設定して、開口部３の周縁部の凹部６を設けた部分の厚みと、開口部３の周縁部の他の部分の厚みＤ１との差（Ｄ２）が５０〜２００μｍになるようにするのが好ましい。また開口部３のスキージ５の移動方向での幅寸法Ｗ１に対する、凹部６の開口部３内の同方向での幅寸法Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は、１／４〜１／１０の範囲に設定するのが好ましい。
【００２６】
尚、図２及び図３の実施の形態では、一つの開口部３を設けたマスク７を図示しているが、実際には、配線基板１に多数個の半導体素子２を縦横に配列して搭載してあり、マスク７にはこれらの各半導体素子２と対応する位置に多数の開口部３が図４に示すように設けてある。そして凹部６は、スキージ５が移動する方向と直交する方向に並ぶ各開口部３の終端部を結ぶ線に沿って、マスク７の幅全長に亘るように設けてある。
【００２７】
しかして、上記のように形成されるマスク７を用いて、配線基板１に搭載された半導体素子２を封止成形するにあたっては、図１（ａ）のように、半導体素子２を開口部３内に位置させるようにして配線基板１の上にマスク７を重ねて水平に配置し、マスク７の上に液状の封止材料４を供給する。封止材料４としては特に限定されるものではないが、例えば液状エポキシ樹脂組成物などを用いることができる。そして、ゴムやウレタン等の弾性体で形成されるスキージ５をその下端をマスク７の上面に圧接させた状態で、図１（ａ）の矢印のように、開口部３の上を横切らせて移動させることによって、スキージ５で擦って封止材料４を開口部３内に押し込んで充填することができるものであり、このように開口部３内に封止材料４を充填することによって、半導体素子２を封止材料４で被覆して封止することができるものである。
【００２８】
ここで、上記のようにスキージ５で擦って封止材料４を開口部３内に押し込み充填する際に、スキージ５が開口部３の上を移動するときに開口部３に充填された封止材料４がスキージ５で引張られ、開口部３の終端部内において封止材料４が過剰に供給されることになる。しかし、開口部３の終端部には凹部６が形成してあって、開口部３の終端部の厚みは他の部分よりも薄くなっており、開口部３の終端部の容積は他の部分よりも小さくなっている。従って、開口部３の終端部内への封止材料４の充填量は、封止材料４が過剰に供給されることと容積が小さいこととが打ち消し合って、開口部３内の終端部以外の部分とほぼ同等になるものであり、開口部３の終端部付近での封止材料４の厚みが厚くならないようにすることができ、図１（ｂ）のように半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を得ることができるものであって、封止材料４の厚みを均一にすることができるものである。
【００２９】
このとき、既述のように、開口部３の周縁部の凹部６を設けた部分の厚みと、開口部３の周縁部の他の部分の厚みとの差が５０〜２００μｍになるようにするのが好ましい。厚みの差が５０μｍ未満であると、開口部３の終端部付近での封止材料４の厚みが厚くならないようにする効果が不十分であり、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性を精度高く得ることが難しい。また厚みの差が２００μｍを超えると、逆に開口部３の終端部付近での封止材料４の厚みが薄くなって、半導体素子２を封止した封止材料４の上面の平坦性が得られなくなるおそれがある。
【００３０】
そして上記のようにスクリーン印刷の手法で半導体素子２を封止材料４で封止した後、配線基板１上からマスク７を外し、封止材料４を硬化させることによって、図１（ｂ）のようなＣＯＢ形状などの半導体装置を得ることができるものである。配線基板１に多数個の半導体素子２を縦横に配列して搭載してある場合には、図４のように多数の開口部３を設けたマスク７を用い、マスク７の各開口部３にそれぞれ半導体素子２を位置させるようにして配線基板１の上にマスク７を配置し、各半導体素子２を封止材料４で一括封止すると共に封止材料４を硬化させた後、配線基板１を切断して各半導体素子２を個別に分離させることによって、図１（ｂ）のような半導体装置を得ることができるものである。
【００３１】
このようにして、封止材料４の粘度やチクソトロピー性に影響されることなく、封止材料４の上面の平坦性（水平性）を良好に保ちながら半導体素子２を封止成形して、表面が水平で平坦な半導体装置を得ることができるものであり、半導体装置をボードに実装する場合などに吸引して取り扱う際の吸着性の悪化を防ぐことができ、組み立て性の低下を防止できると共に、半導体装置の表面への印刷性が良好になるものである。
【００３２】
ここで、封止材料４としては液状であれば特に制限されることなく使用することができるが、なかでも粘度（スクリーン印刷を行なう雰囲気での温度、例えば２５℃での粘度）が５０〜４００Ｐａ・ｓの範囲のものが好ましい。封止材料４の粘度が５０Ｐａ・ｓ未満であると、マスク７の開口部３に封止材料４を充填して半導体素子２を封止した後にマスク７を外すと、封止材料４が流れて半導体素子２の一部やワイヤー１０が露出するおそれがある。また封止材料４の粘度が４００Ｐａ・ｓを超えると、封止材料４の流動性が不足してマスク７の開口部３への充填性が悪くなり、充填不良による欠けや、ボイドの混入などの問題が生じるおそれがある。
【００３３】
また、マスク７の開口部３に封止材料４を充填して半導体素子２を封止する図１（ａ）の工程を、０．０１ＭＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以下の減圧雰囲気で行なうのが好ましい。このように減圧雰囲気下で成形材料４を開口部３に充填することによって、この際に空気が封止材料４に巻き込まれることがなくなり、封止材料４中にボイド等が発生するようなことなく封止を行なうことができるものである。減圧度は低いほど好ましいが、７０Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）程度が実用上の下限である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図２】同上のマスクの一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】同上のマスクの他の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】同上のマスクの他の一例を示す斜視図である。
【図５】従来例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図６】他の従来例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  配線基板
２  半導体素子
３  開口部
４  封止材料
５  スキージ
６  凹部
７  マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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