(57)【要約】【課題】打ち抜き金型などの高価な用具や装置を必要とせず、簡易な工法で、素子実装部分の感光性樹脂組成物を除去することができ、精密な加工への対応も可能であり、かつ基板と筐体間の充分な接着力が得られる半導体デバイスパッケージの製造方法、およびこの方法により製造される半導体デバイスパッケージを提供する。【解決手段】基板、前記基板上に実装される素子、およびその素子を収納する筐体を有する半導体デバイスパッケージの製造方法であって、基板上に、感光性樹脂組成物を塗布する工程、マスクを用いての露光および現像により、感光性樹脂組成物を素子実装部から除去する工程、および、残存した感光性樹脂組成物上に、前記筐体を重ね、加熱、加圧して前記基板と筐体とを接着する工程を有する半導体デバイスパッケージの製造方法、およびこの方法により製造される半導体デバイスパッケージ。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上に実装される素子、およびその素子を収納する筐体を有する半導体デバイスパッケージの製造方法であって、
前記基板上に、感光性樹脂組成物を塗布する工程、マスクを用いての露光および現像により、感光性樹脂組成物を素子実装部から除去する工程、および、残存した感光性樹脂組成物上に、前記筐体を重ね、加熱、加圧して前記基板と筐体とを接着する工程を有することを特徴とする半導体デバイスパッケージの製造方法。
【請求項２】
感光性樹脂組成物が、エポキシ／アクリレート系のネガ型感光性接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスパッケージの製造方法。
【請求項３】
前記露光および加熱を、感光性樹脂組成物のＢステージ状態の損失弾性率が１．０ＭＰａ以下となる露光量および加熱温度で、行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体デバイスパッケージの製造方法。
【請求項４】
基板、前記基板上に実装される素子、およびその素子を収納する筐体を有し、
前記基板上に、感光性樹脂組成物を塗布した後、マスクを用いての露光および現像により、感光性樹脂組成物を素子実装部から除去し、残存した感光性樹脂組成物上に、前記筐体を重ね、加熱、加圧して前記基板と筐体とを接着して製造されることを特徴とする半導体デバイスパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子などを搭載した半導体デバイスパッケージの製造方法、およびその方法より製造される半導体デバイスパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスパッケージとは、基板上に半導体素子等の素子を搭載したパッケージである。このような半導体デバイスパッケージは、素子を搭載する基板と、その上に接着され搭載される素子、および搭載される素子を収納し基板に接着される筐体からなる。
【０００３】
特に、最近の照明用ＬＥＤ、高輝度ＬＥＤなどに用いられる半導体素子には、大きな電流が流れ、従って発熱も大きいので、基板としては、放熱性の高いセラミックや金属などの材料からなるものが使用される。一方、筐体としても、耐熱性の高いセラミックや金属などを用いることができるが、その加工性の高さ、製造コストの低さから、耐熱樹脂部材の使用が好ましい。半導体デバイスパッケージは、このような基板上に筐体を接着して一体化したものに、発光素子等の素子を実装して製造することができる。
【０００４】
基板と筐体を接着するために、従来は、エポキシ樹脂等からなる熱硬化性接着剤が用いられ、これを基板上に塗布し筐体との接着が行われてきた。しかし、素子を実装する部分には接着剤が不要であるため、それを除去する、あるいは、必要な部分にのみ接着剤を塗布する必要がある。
【０００５】
そこで従来は、接着剤シートを用いて基板上に接着剤を塗布した場合は、打ち抜き金型により該当箇所を打ち抜き、不要な接着剤を除去していた。しかし、所要パターンに応じた打ち抜き金型は高価であり、また打ち抜き、除去、貼付時の位置あわせなどの工程を要するなど工法も複雑となり、コストアップの要因となっていた。
【０００６】
また、接着剤ペーストを用い、精密なスクリーン印刷等により、接着剤を必要箇所のみに塗布する方法も考えられるが、この場合は、精密なスクリーン印刷機や所用パターンに応じた印刷版が必要であり、工法が複雑で、コストアップの要因となる。また、これらの方法では、幅数十μｍ〜数百μｍ程度の加工精度が限度であり、近年のパッケージの小型化の進展において要求されるより細かいパターンへの対応が難しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体デバイスパッケージの製造方法であって、打ち抜き金型などの高価な用具や装置を必要とせず、簡易な工法で、素子実装部分の樹脂組成物を除去することができ、精密な加工への対応も可能であり、かつ基板と筐体間の充分な接着力が得られる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】
【０００８】
本発明者は、上記の目的を達成するために、鋭意検討した結果、従来の熱硬化型接着剤に代えて、感光性樹脂組成物を用いて、基板と筐体との接着を行い、露光、現像により加工することにより、前記の課題が達成されることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、基板、前記基板上に実装される素子、およびその素子を収納する筐体を有する半導体デバイスパッケージの製造方法であって、前記基板上に、感光性樹脂組成物を塗布する工程、マスクを用いての露光および現像により、感光性樹脂組成物を素子実装部から除去する工程、および、残存した感光性樹脂組成物上に、前記筐体を重ね、加熱、加圧して前記基板と筐体とを接着する工程を有することを特徴とする半導体デバイスパッケージの製造方法を提供するものである（請求項１）。
【００１０】
このように、熱硬化性接着剤の代わりに感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、マスクを用いての露光および現像により、不要な感光性樹脂組成物を除去する方法によれば、幅数μｍ〜数十μｍ程度の加工精度が可能である。またこの方法は、安価で作製も容易なマスクを使用するため、様々なパターンへの対応が可能であり、製造工程も露光、現像といった比較的簡易な工法により実施できるなどの利点もある。
【００１１】
本発明の製造方法に用いられる基板としては、素子からの発熱を効率よく放散させるために、高い放熱性を要求され、金属やセラミックス等、熱伝導率の高い素材よりなるものが好ましく用いられる。より具体的には、金属材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、銅−タングステン複合材料（ＣｕＷ）、銅−モリブデン複合材料（ＣｕＭｏ、ＣｕＭｏＣｕ）等が例示され、セラミック材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等が例示される。ここにおいて、基板は、単一素材からなるものに限定はされず、複合化された基板であってもよい。
【００１２】
筐体（枠体）は、基板上に接着され、素子を収納する空間を有する。発光素子の場合は、筐体は集光部としても機能する。素子は、基板上に搭載されるので、前記空間内に素子搭載部の基板が露出しており、素子搭載部においては、筐体と基板との接着はされていない。
【００１３】
筐体は、通常、耐熱性の良い材料により形成される。筐体を形成する高耐熱性材料は、金属やセラミックを用いることもできるが、成形の簡便さ、コストの安価さより、樹脂あるいは樹脂を主成分とする組成物よりなるものが好ましい。筐体を形成する材料も、単一素材からなるものに限定はされず、複合化されたものであってもよい。基板並びに筐体の材料は、目的とするパワーデバイスパッケージに応じて、適宜、設計・選定される。
【００１４】
本発明では、基板と筐体が、感光性樹脂組成物により接着される。この感光性樹脂組成物としては、ウレタンアクリレ−ト、エステルアクリレ−ト、エポキシアクリレ−トなどのアクリル系樹脂、ジアゾ系、アジド系、ポリアミド系、ポリアミドイミド系樹脂などがあげられる。またこれらは、単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００１５】
また、感光剤を配合することによって、ほとんどの樹脂を感光性樹脂化することも可能である。感光性樹脂組成物には、露光された部分（すなわち、マスクされなかった箇所）が、現像液によって溶け、除去されるポジ型、露光されなかった部分（すなわち、マスクされた箇所）が現像液によって溶け、除去されるネガ型があるが、本発明においてはいずれも使用することができる。
【００１６】
感光性樹脂組成物の選定については、接着性や、現像性、収縮性等の硬化特性を考慮して、適宜選定すればよい。中でも、エポキシ／アクリレート系のネガ型感光性接着剤が、現像性、接着性が良好であるので好ましい。請求項２は、この好ましい態様に該当する。
【００１７】
本発明の製造方法では、先ず、前記感光性樹脂組成物が基板上へ塗布される。感光性樹脂組成物の塗布方法としては、コーティング、スピンコート等の塗膜法、転写等一般的な塗工法や、フィルムないしはシート状樹脂組成物の貼付による方法などが採用でき、感光性樹脂組成物の組成により適宜選定すればよい。
【００１８】
基板に感光性樹脂組成物を塗布（シート状の感光性樹脂組成物の場合は貼付）した後、感光性樹脂組成物をＢステージ化し（シート状の感光性樹脂組成物の場合は仮圧着（ラミネート））、マスクを用いての露光が行われる。すなわち、塗布された感光性樹脂組成物にマスク材を置いて露光すると、露光部と非露光部との間で、現像液に対する溶解性の差異が生じる。そこで、現像液に浸すと、露光されなかった部分（ネガ型の場合）または露光された部分（ポジ型の場合）が除去され、この部分に素子を実装することができる。
【００１９】
マスクは比較的安価であり、露光および現像は、比較的容易な工程であるので、低い製造コストで感光性樹脂組成物の除去を行うことができる。また、この方法により、数μｍ〜数十μｍ程度の精度で加工することが可能である。
【００２０】
その後、現像により除去されなかった感光性樹脂組成物上に、筐体が重ねられ基板との接着がされる。接着は、基板、感光性樹脂組成物および筐体の積層体を、加熱、加圧することにより行われる。加熱、加圧後、通常さらに加熱によるポストキュアを行い、接着が完了する。
【００２１】
前記露光、現像の工程における好ましい露光量は用いる感光性樹脂組成物の種類やその厚みにより変動するが、ネガ型の場合、露光量が多すぎると樹脂の硬化反応が進みすぎて、筐体との接着性を損なう場合があり、露光量が少なすぎると接着部分の樹脂が不十分になるなど現像によりパターニングが困難になる場合がある。また、ポジ型の場合も、露光量が少なすぎると、素子実装部分の接着剤が充分に除去されない場合がある。
【００２２】
一方加熱温度の範囲も、用いる感光性樹脂組成物の種類やその厚みにより変動するが、通常、２５０℃以下が好ましい。熱硬化性樹脂の場合、２５０℃を越えると硬化反応が早く進みすぎ樹脂組成物の基材や筐体への濡れ性や埋まり性が低下して、接着力が低下する場合がある。また、筐体が樹脂組成物により形成されている場合、筐体の熱変形を起こしやすくなる。
【００２３】
特に、前記露光、現像の工程における露光量、および接着の工程における加熱温度は、感光性樹脂組成物のＢステージ状態の損失弾性率が１．０ＭＰａ以下となる露光量および加熱温度で行うことが、好ましい場合が多い。露光量および加熱条件をこの範囲内とすることにより、通常、優れた接着力が得られる。請求項３は、この好ましい態様に該当する。
【００２４】
露光量を増大する、加熱温度を低くすることにより、硬化後の感光性樹脂組成物の損失弾性率が増大するが、１．０ＭＰａを越えるような条件の場合は、接着剤の粘度が上昇するので、被着面に対する濡れ性や埋まり性が不足して、十分な接着力が発現されない場合が多い。
【００２５】
すなわち、優れた接着力を有し、信頼性の高い接着を達成するためには、感光性樹脂組成物の種類や厚みに応じて選択される適切な露光量、加熱温度で、かつ、前記加熱、加圧後の樹脂の損失弾性率が１．０ＭＰａ以下となる露光量および加熱温度が、通常、好ましい。露光量および加熱温度をこのような範囲内とすることにより、従来の熱硬化性樹脂を用いる方法と同等以上の高い信頼性の接着が可能である。
【００２６】
なお、損失弾性率とは、動的粘弾性測定装置（ＤＭＳ）により得られる損失弾性率Ｅ”であり、周波数：１０Ｈｚ、昇温速度：１０℃／ｍｉｎの測定条件下で、２３℃〜３００℃の範囲において測定した値である。
【００２７】
本発明は、さらに、前記の本発明の半導体デバイスパッケージの製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイスパッケージを提供する（請求項４）。前記のように、この半導体デバイスパッケージは、安価な設備を用い、簡易な工程で製造できるものであり、また加工精度にもすぐれ、基板と筐体との接着力も優れるので、信頼性の高いものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、半導体デバイスパッケージの製造において、打ち抜き金型などの高価な用具や装置を必要とせず、簡易な工法で、素子実装部分の樹脂組成物を除去することができ、精密な加工への対応も可能である。さらに、基板と筐体間の充分な接着力が得られる。従って、この方法により製造される半導体デバイスパッケージは、安価に製造できるものであり、かつ信頼性も高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
（実施例１〜８）
基板を、予め、７０℃で３分間プレヒートする。同じ７０℃の温度のもと、エポキシ／アクリレート系ネガ型感光性樹脂組成物（商品名:ＰＦＲ−８００  ＡＵＳ４０２、太陽インキ製造（株）製）を、５ｋｇ／ｃｍ２で５秒間圧着して、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなる基板に貼付（ラミネート）した。次に、感光性樹脂組成物が貼付された基板を、表１及び表２に示す露光量で露光した後、感光性樹脂組成物面上に、３ｍｍ角、厚さ１ｍｍに成型されたＰＢＴ樹脂製チップを配置して、表１及び表２に示す加熱温度のもと、５ｋｇ／ｃｍ２の力で５分間圧着した。その後、１５０℃環境下に１時間おいて、ポストキュアさせ、試験体を得た。
【００３１】
なお、このチップは、筐体のモデル部材であり、筐体と基板との接着力を評価するために、筐体と同様な材質により形成されている。
【００３２】
（比較例）
比較例として、１２０℃で３分間、実施例に用いた基板と同じ基板をプレヒートした後、同じ１２０℃の温度のもと、エポキシ系熱硬化性接着剤（商品名：Ｔ２１００、日立化成工業（株）製）を、５ｋｇ／ｃｍ２で５秒間加圧して、貼付（ラミネート）した。接着剤面上に実施例に用いたと同じ樹脂製チップを配置して、１２０℃で３分間のプレヒート後、５ｋｇ／ｃｍ２、１２０℃で５秒間圧着、さらにその後１５０℃環境下に１時間おいて、ポストキュアさせ、実施例と同様にして試験体を得た。
【００３３】
前記、実施例、比較例として得られた各試験体につき、（株）レスカ製ボンディングテスタＰＴＲ−１０を使用して、シェア強度測定（チップをシェアツールで横から水平方向に押し、チップと基板との接合面が破断された時の強度の測定）を行った。測定結果を、表１〜表３にあわせて示す。
【００３４】
【表１】
2007115932.tif 000002
【００３５】
【表２】
2007115932.tif 000003
【００３６】
【表３】
2007115932.tif 000004
【００３７】
表１、表２の測定結果より、同じ露光量であれば、チップ圧着時の温度が１１０℃までは、温度の上昇にあわせて接着力も上昇するが、１５０℃あたりからは、逆に温度の上昇にあわせて接着力が下降する傾向が見られる。これは、１１０℃あたりまでは、露光により光硬化した感光性樹脂組成物が加熱されて軟化することにより粘度が下がり、被着面に対する濡れ性や埋まり性が向上しているためと思われる。逆に、１５０℃あたりからは、露光により光硬化した感光性樹脂組成物の熱硬化が始まり、被着面に対する濡れ性や埋まり性が不足してくるためと思われる。
【００３８】
一方、同じチップ圧着温度であれば、露光量の小さい方が、接着力が上昇する傾向が見られる。これは、露光量が小さいために、感光性樹脂組成物を構成するアクリレートの架橋反応が進まず、接着剤の粘度上昇が抑えられて、被着面に対する濡れ性や埋まり性を維持しているためと思われる。
【００３９】
（参考例）
また、表４に示す露光量で露光した感光性樹脂組成物をＢステージ化した各試験体の圧着温度における損失弾性率Ｅ”を、動的年弾性測定装置（ＤＭＳ）を用いて測定した。測定結果を、表４に示す。このとき、周波数は、１０Ｈｚ、温度上昇は、毎分１０℃とした。
【００４０】
表４に示す結果の中で、露光量１２０ｍＪ／ｃｍ２、２１０ｍＪ／ｃｍ２の場合（温度７０〜１９０℃）は、前記実施例１〜８の条件に該当する。表１、表２の結果よりあきらかなように、これらの中で、１８０℃以下の加熱温度であって、かつ、損失弾性率が１．０ＭＰａ以下となる場合（表中の太枠内）に、優れた接着力が得られている。なお、露光量８０ｍＪ／ｃｍ２では、充分な現像性が得られず、感光性樹脂組成物の除去を充分行えない。
【００４１】
【表４】
2007115932.tif 000005