JP4740645B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣカード等の半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体素子を組み込んだＩＣカードやＩＣタグが急速に普及している。ＩＣカードは、例えば、プリペイド機能を有する定期券、プリペイドカード、電子キー機能を有する身分証明証等に利用されている。また、ＩＣタグは、例えば、各種物品に付けられるバーコードに代わる電子識別標識等に利用されている。

これらＩＣカード等の製造方法としては、第１の基板と第２の基板との間に、ＩＣチップ及びアンテナを含む部品からなるＩＣインレットを介在させて接着剤により貼合せる接着剤貼合法（例えば、特許文献１参照。）、基材部にＩＣモジュールを固定し、その上にＩＣモジュールを覆うＩＣ保護層を配設し、このＩＣ保護層の上に射出成形により射出成形層を形成する射出成形法（例えば、特許文献２参照。）等が用いられている。ここで、ＩＣカード等の製造方法として主流となっている従来の接着剤貼合法について、図面を用いて説明する。

図４は、従来の接着剤貼合法によりＩＣカードを製造する工程を示す工程図であり、ハッチング部分のみが断面を示す。先ず、図４Ａに示すように、位置合わせ用の認識マーク１０１が表示された基板１０２の上部に第１の接着剤１０３を部分的に塗布する。この際、第１の接着剤１０３は、通常不透明な接着剤が用いられているため、認識マーク１０１を覆わないように基板１０２の一部に塗布する。次に、図４Ｂに示すように、第１の接着剤１０３の上にＩＣチップ１０４を載置する。次に、図４Ｃに示すように、基板１０２の全面を覆うように第２の接着剤１０５を塗布する。次に、図４Ｄに示すように、第２の接着剤１０５の上に保護層１０６を配置する。最後に、保護層１０６を基板１０２側に押圧して加熱することにより、図４Ｅに示すＩＣカード１０７が製造される。
特開２００３−３０６１８号公報 特開平８−３１０１７１号公報

前述のＩＣカードやＩＣチップを今後さらに普及させるためには、低コストでの大量生産を可能にする生産技術の開発が課題となる。しかし、上記従来の接着剤貼合法では、第１の接着剤１０３を塗布した後、さらに第２の接着剤１０５を塗布する必要があり、多数の工程を必要とする。また、一枚の基板ごとに半導体素子を１個ずつ搭載する必要があり、作業が煩雑となる。このため、上記従来の接着剤貼合法では、低コストでの大量生産は困難であった。

本発明は上記問題を解決したもので、低コストでの大量生産が可能なＩＣカード等の半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の半導体装置の製造方法は、位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一方の主面全体に、前記認識マークが透視可能な接着層を形成する第１の工程と、前記接着層の上に、前記認識マークを基準に位置合わせして半導体素子を載置する第２の工程と、前記半導体素子が載置された前記接着層の全面を覆うように保護層を形成する第３の工程と、前記基板と前記保護層とを前記接着層を介して接合する第４の工程とを含むことを特徴とする。

本発明により、接着層を１層のみ形成するだけで、基板と保護層との間に半導体素子を配置した半導体装置を製造でき、また、１つの基板に複数の半導体素子を配置して複数の半導体装置を一度に製造できる。このため、低コストでの大量生産が可能な半導体装置の製造方法を提供できる。

本発明の半導体装置の製造方法の一例は、位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一方の主面全体に、認識マークが透視可能な接着層を形成する第１の工程と、接着層の上に、認識マークを基準に位置合わせして半導体素子を載置する第２の工程と、半導体素子が載置された前記接着層の全面を覆うように保護層を形成する第３の工程と、基板と保護層とを接着層を介して接合する第４の工程とを含む。

接着層を通して認識マークが透視可能であるため、認識マークの上にも接着層を形成でき、基板の全面に一度に接着層を形成できる。このため、基板と半導体素子との接合及び基板と保護層との接合を１つの接着層で行うことができ、製造工程を簡略化できる。

ここで、透視可能とは、接着層が完全に無色透明である場合だけではなく、有色透明、半透明等であっても、接着層を通して認識マークが確認できる状態であれば全て含まれる。

また、接着層は、熱硬化性樹脂を含み、接着層を加熱して硬化させることにより、基板と保護層とを接合することが好ましい。熱硬化性樹脂を用いた加熱硬化による接合は、接合信頼性が高く、接合作業も合理的に行えるからである。

さらに、接着層が熱硬化性樹脂を含む場合、半導体素子を加熱した後に接着層の上に載置することにより、半導体素子の少なくとも下部に位置する接着層を加熱して硬化させ、半導体素子を基板上に固定し、その後、未硬化の接着層を加熱して硬化させることにより、基板と保護層とを接合することが好ましい。半導体素子を基板上に予め固定することにより、その後の作業性が向上するからである。

また、半導体素子を接着層の上に複数載置し、その後、基板と保護層とを接着層を介して接合し、基板と保護層との間に複数の半導体素子が配置された半導体装置前駆体を形成し、その後、半導体装置前駆体を、半導体素子が少なくとも１個含まれるように個片に切断することが好ましい。これにより、一枚の基板から複数の半導体装置の製造が可能となり、低コストでの大量生産がより確実に行えるからである。

また、剥離層と保護層とからなる２層フィルムを、保護層が接着層に対向するように配置し、２層フィルムを接着層に対して押圧することにより、保護層を接着層上に配置した後、保護層と剥離層とを分離することが好ましい。２層フィルムを用いることにより、プレス等で押圧しても、プレスから保護層を容易に分離でき、基板や半導体素子に応力が加わることなく保護層を形成できるからである。

また、上記接着層は、フィルム状接着剤から形成することができる。フィルム状接着剤は、連続的な供給が可能であり、連続生産による大量生産が可能となる。

また、上記接着層は、液状接着剤から形成することができる。液状接着剤は、ロールコータによる塗布が可能であり、接着剤の塗布工程を合理的に行うことができる。

また、上記接着層は、ナノ粒子フィラーを含む透明性接着剤から形成されていることが好ましい。ナノ粒子フィラーを含むことにより、接着層の透明性を維持しつつ、接着層の耐熱性及び耐浸水性を向上できるからである。

また、上記保護層は、熱可塑性樹脂フィルムから形成されていることが好ましい。保護層を予めフィルムとして形成することにより、保護層の取扱いを合理的に行え、また、熱可塑性樹脂を用いることにより、接着層の加熱の際の熱により熱可塑性樹脂が軟化するため、基板と熱可塑性樹脂フィルムとの接合がより強固に行えるからである。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す工程図であり、ハッチング部分のみが断面を示す。先ず、図１Ａに示すように、位置合わせ用の認識マーク１１が表示された基板１２の一方の主面全体に、認識マーク１１が透視可能な接着層１３を形成する。接着層１３を認識マーク１１が透視可能な材料で形成することにより、基板１２の全面に接着層１３を形成しても認識マーク１１を認識できる。

接着層１３は、熱硬化性樹脂の主剤及び硬化剤を含んでいるフィルム状接着剤又は液状接着剤から形成することができる。接着層１３の厚さは、後述する半導体素子の厚さによって異なるが、例えば、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍである。

上記熱硬化性樹脂の主剤は、認識マーク１１が透視可能な材料であれば特に限定されないが、接合信頼性の点でエポキシ樹脂が好ましい。上記エポキシ樹脂としては、例えば、固形タイプ又は液状タイプの、ビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、ナフタレン型エポキシ、臭素化エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシ、ビフェニル型エポキシ等を用いることができる。

上記熱硬化性樹脂の硬化剤としては、例えば、酸無水物硬化剤、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤等を用いることができる。酸無水物硬化剤としては、例えば、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−４−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸、無水ナジック酸等を用いることができる。アミン系硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、メタキシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルフォン等を用いることができる。フェノール系硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック系、パラキシリレン変性フェノール系、ジシクロペンタジエン変性フェノール系等を用いることができる。

また、熱硬化性樹脂は、ナノ粒子フィラーをさらに含むことが好ましい。これにより、接着層１３の透明性を維持しつつ、接着層１３の耐熱性及び耐浸水性を向上できるからである。ナノ粒子フィラーとしては、粒子径が４０ｎｍ以下のシリカ粉末、アルミナ粉末などを用いることができる。この粒子径以下であれば、光の散乱を阻害しないため、透明性の低下がないからである。ナノ粒子フィラーの添加量は、特に制限はない。

また、基板１２は、リジット基板としてはセラミック基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができ、フレキシブル基板としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリイミド（ＰＩ）基板等を用いることができる。基板１２の厚さは特に限定されないが、通常０．１ｍｍ〜１ｍｍである。

次に、図１Ｂに示すように、接着層１３の上に、認識マーク１１を基準に位置合わせして半導体素子１４を載置する。この際、半導体素子１４を予め加熱しておくと、半導体素子１４の下部に位置する接着層１３が一部硬化して、半導体素子１４を仮固定することができる。半導体素子１４の大きさ、種類は特に限定されないが、例えば、縦１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、横１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍのＩＣチップ等が該当する。

次に、図１Ｃに示すように、半導体素子１４が載置された接着層１３の全面を覆うように保護層１５を配置する。保護層１５は、熱可塑性樹脂フィルムから形成することができる。熱可塑性樹脂フィルムとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエステル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリレート共重合体、ポリアミド樹脂、ブタジエンゴム／スチレン共重合体、フェノキシ樹脂、又はこれらの混合物等からなるフィルムを用いることができる。保護層１５の厚さは特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。

最後に、プレス（図示せず。）を用いて保護層１５を加熱しながら基板１２側に押圧する。これにより、接着層１３内に半導体素子１４が埋設されるとともに、接着層１３も加熱されて硬化し、基板１２と保護層１５とが接着層１３を介して接合し、図１Ｄに示す半導体装置１６が製造される。

（実施形態２）
図２は、本発明の半導体装置の製造工程の他の一例を示す工程図であり、ハッチング部分のみが断面を示す。本実施形態は、基板上に複数の半導体素子を載置し、保護層の形成に２層フィルムを用い、最後に基板を個片に切断する点で実施形態１と相違するが、その他は実施形態１とほぼ同様である。従って、実施形態１と共通する一部の説明は省略する。

先ず、図２Ａに示すように、位置合わせ用の認識マーク２１が表示された基板２２の一方の主面全体に、認識マーク２１が透視可能な接着層２３を形成する。接着層２３を認識マーク２１が透視可能な材料で形成することにより、基板２２の全面に接着層２３を形成しても認識マーク２１を認識できる。接着層２３は、熱硬化性樹脂の主剤及び硬化剤を含んでいるフィルム状接着剤又は液状接着剤から形成することができる。

次に、図２Ｂに示すように、接着層２３の上に、認識マーク２１を基準に位置合わせして複数の半導体素子２４を載置する。この際、半導体素子２４を予め加熱しておくと、半導体素子２４の下部に位置する接着層２３が一部硬化して、半導体素子２４を仮固定することができる。半導体素子２４の大きさ、種類は特に限定されない。

次に、図２Ｃに示すように、半導体素子２４が載置された接着層２３の全面を覆うように、保護層２５と剥離層２６とからなる２層フィルム２７を、保護層２５が接着層２３に対向するように配置するとともに、プレス２８を２層フィルム２７の上に配置する。加熱プレス２８は、ステンレス鋼などから形成することができる。

保護層２５は、熱可塑性樹脂フィルムから形成することができる。熱可塑性樹脂フィルムとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエステル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリレート共重合体、ポリアミド樹脂、ブタジエンゴム／スチレン共重合体、フェノキシ樹脂、又はこれらの混合物等からなるフィルムを用いることができる。保護層２５の厚さは特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。また、剥離層２６は、剥離性材料で形成されている。剥離性材料としては特に限定されず、無機系剥離剤及び有機系剥離剤のいずれも使用できる。剥離層２６の厚さは特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。

次に、図２Ｄに示すように、プレス２８を用いて２層フィルム２７を加熱しながら接着層２３に対して押圧する。プレス２８の温度は、接着層２３の硬化温度以上に設定されている。これにより、接着層２３内に半導体素子２４が埋設されるとともに、接着層２３も加熱されて硬化し、基板２２と保護層２５とが接着層２３を介して接合する。

次に、図２Ｅに示すように、２層フィルム２７とプレス２８とを持ち上げると、保護層２５と剥離層２６とが容易に分離される。剥離層２６を備えた２層フィルム２７を用いて保護層２５を基板２２に押圧した後に持ち上げることにより、保護層２５から剥離層２６をスムーズに分離できる。

最後に、図２Ｅに示した切断箇所ａ、ｂ、ｃをカッター等で切断することにより、複数の半導体装置が製造される。

なお、図３は、プレス２８と２層フィルム２７とを示す側面図であり、２層フィルム２７は、ロール２９から巻き出されてプレス２８により押圧され、その後にロール３０に巻き取られる。

以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例）
下記のとおり、実施形態２と同様にして、ＩＣカードを作製した。

先ず、位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一方の主面全体に、ロールコータを用いて透明性の接着剤を厚さ０．１ｍｍで塗布して接着層を形成した。この接着剤としては、主剤として大日本インキ製のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂“ＥＸＡ８３０ＬＶＰ”（商品名）を１００重量部、硬化剤として旭電化製のメチルテトラヒドロ無水フタル酸“ＫＲＭ−２９１−５”（商品名）を１００重量部、硬化触媒として四国化成製のイミダゾール“１Ｍ２ＥＺ”（商品名）を１重量部及びナノ粒子フィラーとして平均粒径３０ｎｍのシリカ微粒子を４０重量部、それぞれ含むエポキシ樹脂系接着剤を使用した。基板としては、縦２４６ｍｍ、横３７４ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍのＰＥＴ基板を用いた。

次に、上記接着層の上に、認識マークを基準に位置合わせして約２００℃に加熱したＩＣチップを１６個載置して、ボンディング実装した。ＩＣチップの大きさは、縦１．５ｍｍ、横２．１ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍとし、ボンディング圧は、５ｋｇｆ／１チップとした。

次に、ＩＣチップが実装された基板の全面を覆うように、保護層と剥離層とからなる２層フィルムを、保護層が基板の接着層に対向するように配置するとともに、プレスを２層フィルムの上に配置した。保護層としては、スリーエム製の厚さ０．８ｍｍのアクリル樹脂フィルムを用いた。剥離層としては、無機系剥離コーティング剤を保護層の表面に厚さ０．５ｍｍでコーティングして用いた。プレスは、ステンレス鋼製プレスを使用した。

次に、１５０℃に加熱したプレスを用いて２層フィルムを加熱しながら基板側にプレス荷重６４ｋｇｆで押圧し、接着層を加熱して硬化させるとともに、基板と保護層とを接着層を介して接合した。

最後に、基板を縦５４ｍｍ、横８６ｍｍの大きさに切断し、それぞれＩＣチップを１個実装した本実施例のＩＣカードを作製した。

（比較例）
下記のとおり、図４に示した従来の工程と同様にして、ＩＣカードを作製した。

先ず、位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一部（縦５４ｍｍ、横８６ｍｍ）に、記録マークを覆わないように第１の接着剤を厚さ０．１ｍｍで塗布した。第１の接着剤としては、実施例１と同様の接着剤を用いた。また、基板としては、実施例１で用いたＰＥＴ基板を、縦５４ｍｍ、横８６ｍｍの大きさに切断したものを用いた。

次に、第１の接着剤の上に、認識マークを基準に位置合わせして約２００℃に加熱したＩＣチップを１個載置して、ボンディング実装した。ＩＣチップは、実施例１と同様のＩＣチップを用いた。ＩＣチップのボンディング圧は、５ｋｇｆとした。

次に、ＩＣチップが実装された基板の全面を覆うように、ロールコータを用いて第２の接着剤を厚さ０．２ｍｍで塗布した。第２の接着剤としては、エポキシ系接着剤を用いた。

次に、第２の接着剤の上に保護層を配置した。保護層としては、実施例１と同様のアクリル樹脂フィルムを用いた。

最後に、１５０℃に加熱したプレスを用いて保護層を加熱しながら基板側にプレス荷重４ｋｇｆで押圧し、第２の接着剤を加熱して硬化させるとともに、基板と保護層とを第２の接着剤を介して接合して、本比較例のＩＣカードを作製した。

上記実施例では、一種類の接着剤を用いるだけで、基板と保護層との間にＩＣチップを配置したＩＣカードを製造でき、製造工程を簡略化できる。また、基板と保護層との間に複数のＩＣチップを配置した後に切断することにより、複数のＩＣカードを一度に製造でき、製造効率を向上できる。このため、低コストでの大量生産が可能なＩＣカード等の半導体装置の製造方法を提供できる。

一方、上記比較例では、二種類の接着剤を塗布する必要があり、製造工程が煩雑となる。また、１つの基板ごとに１個のＩＣチップを配置しているため、製造効率が良好ではない。

以上の実施例を含む本発明の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１） 位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一方の主面全体に、前記認識マークが透視可能な接着層を形成する第１の工程と、
前記接着層の上に、前記認識マークを基準に位置合わせして半導体素子を載置する第２の工程と、
前記半導体素子が載置された前記接着層の全面を覆うように保護層を形成する第３の工程と、
前記基板と前記保護層とを前記接着層を介して接合する第４の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２） 前記接着層は、熱硬化性樹脂を含み、
前記第４の工程において、前記接着層を加熱して硬化させることにより、前記基板と前記保護層とを接合する付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記３） 前記接着層は、熱硬化性樹脂を含み、
前記第２の工程において、前記半導体素子を加熱した後に前記接着層の上に載置することにより、前記半導体素子の少なくとも下部に位置する前記接着層を加熱して硬化させ、前記半導体素子を前記基板上に固定し、
前記第４の工程において、未硬化の前記接着層を加熱して硬化させることにより、前記基板と前記保護層とを接合する付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記４） 前記第２の工程において、前記半導体素子を前記接着層の上に複数載置し、
前記第４の工程において、前記基板と前記保護層とを前記接着層を介して接合し、前記基板と前記保護層との間に複数の前記半導体素子が配置された半導体装置前駆体を形成し、
さらに、前記半導体装置前駆体を、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように個片に切断する第５の工程を含む付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記５） 前記第３の工程において、剥離層と前記保護層とからなる２層フィルムを、前記保護層が前記接着層に対向するように配置し、前記２層フィルムを前記接着層に対して押圧することにより、前記保護層を前記接着層上に配置した後、前記保護層と前記剥離層とを分離する付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記６） 前記接着層は、フィルム状接着剤から形成されている付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記７） 前記接着層は、液状接着剤から形成されている付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記８） 前記液状接着剤は、ロールコータを用いて塗布される付記７に記載の半導体装置の製造方法。

（付記９） 前記接着層は、ナノ粒子フィラーを含む透明性接着剤から形成されている付記１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０） 前記保護層は、熱可塑性樹脂フィルムから形成されている付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す工程図である。 本発明の半導体装置の製造工程の他の一例を示す工程図である。 プレスと２層フィルムの側面図である。 従来の接着剤貼合法によりＩＣカードを製造する工程を示す工程図である。

符号の説明

１１、２１、１０１ 認識マーク
１２、２２、１０２ 基板
１３、２３ 接着層
１４、２４ 半導体素子
１５、２５、１０６ 保護層
１６ 半導体装置
２６ 剥離層
２７ ２層フィルム
２８ プレス
２９、３０ ロール
１０３ 第１の接着剤
１０４ ＩＣチップ
１０５ 第２の接着剤
１０７ ＩＣカード

Claims (5)

1. 位置合わせ用の認識マークが表示された基板の一方の主面全体に、前記認識マークが透視可能な接着層を形成する第１の工程と、
   前記接着層の上に、前記認識マークを基準に位置合わせして半導体素子を載置する第２の工程と、
   前記半導体素子が載置された前記接着層の全面を覆うように保護層を形成する第３の工程と、
   前記基板と前記保護層とを前記接着層を介して接合する第４の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記接着層は、熱硬化性樹脂を含み、
   前記第４の工程において、前記接着層を加熱して硬化させることにより、前記基板と前記保護層とを接合する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記接着層は、熱硬化性樹脂を含み、
   前記第２の工程において、前記半導体素子を加熱した後に前記接着層の上に載置することにより、前記半導体素子の少なくとも下部に位置する前記接着層を加熱して硬化させ、前記半導体素子を前記基板上に固定し、
   前記第４の工程において、未硬化の前記接着層を加熱して硬化させることにより、前記基板と前記保護層とを接合する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２の工程において、前記半導体素子を前記接着層の上に複数載置し、
   前記第４の工程において、前記基板と前記保護層とを前記接着層を介して接合し、前記基板と前記保護層との間に複数の前記半導体素子が配置された半導体装置前駆体を形成し、
   さらに、前記半導体装置前駆体を、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように個片に切断する第５の工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第３の工程において、剥離層と前記保護層とからなる２層フィルムを、前記保護層が前記接着層に対向するように配置し、前記２層フィルムを前記接着層に対して押圧することにより、前記保護層を前記接着層上に配置した後、前記保護層と前記剥離層とを分離する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
   

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