JP6937466B2 - 塗布方法と塗布装置と部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗布方法と塗布装置と部品の製造方法に関する。特に、接着材を用いた塗布方法と塗布装置と部品の製造方法に関する。

従来から、イメージセンサの画素部を保護するために、カバーガラスを貼り付けることが行なわれている。

図１は、イメージセンサである半導体素子４と保護部材６のカバーガラスを貼り付けるところの斜視図である。半導体素子４と保護部材６を貼り付けるために、まず半導体素子４の表面に接着材５を塗布する必要がある。図２は接着材５を塗布する装置の図である。接着材５を入れたノズル２に塗布針１が挿入されている。

図３は、接着材５を半導体素子４に塗布している時の図である。塗布針１を下部に移動させ、ノズル２より外部へ出す。塗布針１の先端には接着材５ｅが付着しており、塗布針１をさらに下げることにより、半導体素子４に接着材５ｅが転写される。塗布針１は一定の速度で動作させ、半導体素子４に接着材５ｅが転写される位置まで下降させる。転写時は、塗布針１の先端の接着材５ｅと、塗布針１の先端付近の側面１ｆに付着する接着材５ｆとが同時に転写される。

塗布後、図１のように保護部材６を半導体素子４に近づける。この時の接着材５の広がりを、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、半導体素子４と保護部材６とを貼り付ける時の経時変化を示す平面図である。

図４（ａ）〜図４（ｃ）の順に接着材５が同心円状に広がる。保護部材６は透明なので、接着材５を見ることができる。

しっかり接着するため、保護部材６の四隅部分に接着材５をまわす必要がある。このためには、半導体素子４の外形から接着材５がはみ出る状態にする必要があるため、塗布量のばらつきを考慮して、多めに塗布することが必要となってくる。

最終、接着材５の塗布量が多すぎた場合の完成品を図５の側面図に示す。半導体素子４の側面への接着材垂れ１１やカバーガラスへの接着材這い上がり１０が発生する。接着材垂れ１１や接着材這い上がり１０は保護部材６の辺の中央部に、より多く発生する。接着材這い上がり１０は、辺の中央が一番盛り上がった状態になり、保護部材６の両側コーナー方向に少なくなる。接着材垂れ１１は、半導体素子４の辺の中央が一番盛り上がった状態になり、半導体素子４の両側コーナー方向に少なくなる。これらは保護部材６を貼付ける時に、接着材５が同心円状に広がったことによる痕跡となり、次工程で不要な接着材転写等が発生し品質低下の危険性がある。塗布量のばらつきを考慮して接着材５を多めに塗布してしまうと、品質の悪い完成品を多く生産する可能性が高くなってしまう。このことから塗布量のばらつきを極力抑えて、接着材を塗布する量をできるだけ多くしない必要がある。

塗布量を高精度に制御する方法として、特許文献１の方法がある。特許文献１では、接着剤を、半導体素子の１辺に塗布し、他辺へ広げるものである。

特開２０１６−２１７３６号公報

しかしながら、特許文献１は、塗布量ばらつきを抑制する方法でなく、余分な工程が必要である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、塗布量ばらつきを抑えた塗布方法と塗布装置と部品の製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、ノズルから、接着材を付着した塗布針を出す吐出工程と、上記接着材を、上記塗布針の先端と上記ノズルとに分離する分離工程と、第１部材に上記接着材と付着させる付着工程と、を含む塗布方法を用いる。

ノズルから、接着材を付着した塗布針を出す吐出工程と、上記接着材を、上記塗布針の先端と上記ノズルとに分離する分離工程と、第１部材に上記接着材と付着させる付着工程と、上記第１部材上の上記接着材上から第２部材を接合する接合工程と、を含む部品の製造方法を用いる。

接着材を保持したノズルと、先端に上記接着材が付着した状態で上記ノズルから吐出する塗布針と、上記塗布針の移動速度を制御して上記先端の接着材を上記塗布針の先端と上記ノズルとに分離する制御をする制御部と、を有する塗布装置を用いる。

本発明の転写塗布装置によれば、微小な一点転写の塗布量ばらつきを低減することができるため、接合部材の下に四隅までしっかり充填できる接着材量を精度よく塗布することができ、半導体チップと接合部材の接着信頼性を向上することができる。また、接合部材からのはみ出し量も少なくなり、次工程での影響がなくなる。

従来の半導体素子とカバーガラスとを接着する時の斜視図 従来の接着材塗布針による接着材塗布を示す図 従来の接着材塗布の転写中塗布針と接着材の関係を示す図 （ａ）〜（ｃ）従来の半導体素子と保護部材とを接着する時の平面図 従来の接着材塗布手段を用いた時の半導体素子の側面図 （ａ）実施の形態の実装構造体の正面図、（ｂ）実施の形態の実装構造体の平面図 実施の形態の半導体実装構造体の拡大側面図 実施の形態の接着材塗布の途中停止した塗布針と接着材の関係を示す図 実施の形態の接着材塗布の途中停止後の塗布針と接着材の関係を示す図 実施の形態の接着材塗布の再下降した塗布針と接着材の関係を示す図 実施の形態の接着材塗布の転写中塗布針と接着材の関係を示す図 （ａ）従来の接着材塗布時の動作フローを示す図、（ｂ）実施の形態の接着材塗布時の動作フローを示す図 従来方式と実施の形態の塗布量をプロットしたグラフの図 （ａ）従来の塗布針先端の位置と時間との関係を示す図、（ｂ）〜（ｃ）実施の形態の塗布針先端の位置と時間との関係を示す図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜構造＞
図６（ａ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の側面図、図６（ｂ）は、実施の形態の半導体実装構造体１００の平面図である。図７は、実施の形態の半導体実装構造体１００の拡大側面図であり、接着材５の端部を示している。半導体素子４上に、保護部材６が、接着材５で接着されている。

半導体素子４は、イメージセンサなどの機能性素子である。この例では、平面視で１ｍｍ×１ｍｍ程度の正方形である。直方体である。

保護部材６は、この場合、カバーガラスである。半導体素子４を保護するものである。大きさは平面視で半導体素子４より小さい、１ｍｍ×１ｍｍ未満の正方形である。

接着材５は、半導体素子４と保護部材６とを接着するものである。

接着材５は、半導体素子４と保護部材６との間の中間部５ｃと、中間部５ｃの周辺に位置する周辺部５ｂと、方形の保護部材６の側面に這い上がった側面部５ａと、を有する。なお、中間部５ｃは、保護部材６の下面（接続面）のみに位置する。側面部５ａは、周辺部５ｂの頂部に位置する。この側面部５ａ、周辺部５ｂが接着材５の塗布量ばらつきによって大ききが変化する。少なくとも中間部５ｃが完全に満たされる量を最少の塗布量とする必要があるため、塗布量ばらつきによって最少となりうる量以上を狙う必要がある。そのため塗布量ばらつきが大きいと、側面部５ａ、周辺部５ｂが必要以上の量となり、半導体素子４の側面への接着材垂れ１１の発生要因となる。

実施の形態の半導体実装構造体１００では、接着材５の塗布量ばらつきを低減することができ、半導体素子４の側面への接着材垂れ１１の発生を低減することができる。

この構造は、以下の製造方法で実現できる。

＜製造方法＞
従来は、塗布針１の下降開始から転写までを一定の速度の制御で、接着材５を塗布する方式を使用していた。ここで、一定速度の制御とは、初期、終期で、制御できない低速度の領域を除く。

実施の形態では、塗布針１の下降動作を速度制御することで、接着材５の塗布量ばらつきを低減することができる。

＜工程＞
図１２（ａ）は、従来の接着材塗布動作、図１２（ｂ）は、実施の形態の接着材塗布動作である。従来方式に対し、実施の形態では、塗布針１の移動速度を変化させ、一時停止する制御をしている。

次に上記塗布針１の下降動作を一時停止する動作を使用し、半導体素子４に接着材５を塗布するまでの工程を説明する。

（１）充填工程
まず、ノズル２に接着材５を充填し、接着材５を保持する。接着材５は、この例では、アクリル樹脂系で１０００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度のものを使用した。図２は、接着材５を塗布する装置の図である。接着材５を入れたノズル２に塗布針１を挿入した。すでに、ノズル２に接着材５が保持されていれば、充填工程は不要である。

（２）吐出工程
図２の状態から、塗布針１を下方へ移動させ、塗布針１をノズル２外へ吐出させる。

（３）分離工程
吐出工程後、塗布針１の一定の移動速度を変更し、途中で止める。図８は、途中で停止した塗布針１と接着材５の関係を示す図である。塗布針１を下方向に移動させ、ノズル２から一定の距離突き出した状態で一旦停止させる。ノズル２から押し出された接着材５は、塗布針１の先端に付着する接着材５ｅと、塗布針１の側面に付着する接着材５ｄとに分離される。停止させることで接着材５を分離させる。なお、塗布針１を、一定速度で移動させても、接着材を分離できるが、分離する場所がばらつきよくない。

今回は、ノズル２の先端から塗布針１が１ｍｍ突き出したところで停止させた。ノズル２の先端から突き出す塗布針１の長さは、接着材５の種類、ノズル２の外径、内径、塗布針１の外径により変化させる必要がある。

図９は、実施の形態の接着材塗布の途中停止後の塗布針１と接着材５との関係を示す図である。塗布針１の停止後、１秒後の状態である。塗布針１の先端面（底面）に付着する接着材５ｅは、図８と同等（保持されている）であるが、塗布針１の側面に付着する接着材５ｄは形状が異なる。接着材５の粘性により、塗布針１に押し出された力に反発してノズル２へ引き戻され分離されることにより、塗布針１の側面に付着する接着材５ｄが変化する。この結果、塗布針１の先端付近の側面１ｆには接着材５ｄは付着していない。

（４）塗布工程
分離工程後、再度、塗布針１を移動させる。図１０は実施の形態の接着材塗布の再下降した塗布針と接着材の関係を示す図である。塗布針１を再下降しても塗布針１の先端付近の側面１ｆには接着材５ｄが付着していない状態が継続される。

図１１は、実施の形態の接着材塗布の転写中の塗布針１と接着材５の関係を示す図である。半導体素子４への接着材塗布は、塗布針１の先端部のみ転写される。塗布針１の側面に付着した接着材５ｄが転写の対象にならないため、塗布される接着材５の量は、ばらつきが少なく安定する。

一時停止の時間は、０．５秒〜５．０秒の範囲が好ましい。それより長い時間でもよいが、生産性を考えると、５秒以下が好ましい。

停止する場所は、ノズル２から１ｍｍ〜２ｍｍ程度離れたところである。ノズル２からの距離が長すぎる（３ｍｍ）と、ノズル２側に引き込み切れない接着材５が、塗布針１側面に溜まり、塗布量が安定しない。

一時停止でなくとも、ある地点から速度を落とすことで同様の効果が見込める。図１４（ａ）は、従来の塗布針先端の位置と時間との関係を示す図である。図１４（ｂ）〜図１４（ｃ）は、実施の形態の塗布針先端の位置と時間との関係を示す図である。図１４（ｂ）では、途中で停止させている。図１４（ｃ）では、停止はさせていないが、途中で速度を遅くしている。例えば、ノズル２から、１ｍｍ／秒で塗布針１が吐出し、ノズル２から１ｍｍ離れたところから、０．１１ｍｍ／秒で５秒進み、その後、１ｍｍ／秒で塗布針１を移動させても、一時停止と同様の結果である。途中で段階的に移動速度を変化させることがよい。停止、または、速度を遅くすることは１箇所のみあればよい。全体として緩やかな変化より、不連続な変化が好ましい。

（５）接合工程
接着材５が塗布された後、半導体素子４と保護部材６とが、合体される。その後、接着材５が硬化される。

＜実験＞
図１３は従来方式と実施の形態の方式でそれぞれ接着材の塗布を行い、塗布量をプロットした結果である。以下の条件で実施した。

接着剤： アクリル樹脂系 １０００ｍＰａ・ｓ程度
ノズル内径： φ８００μｍ
塗布針の速度： １．７５ｍｍ／秒
塗布針の径： φ４００μｍ
一時停止させた位置： ノズルから１ｍｍ突き出した位置
一時停止時間： １秒
従来方式は一時停止なしで、その他は同条件。
塗布量のばらつきが大幅に低減できており、従来方式の３σ＝０．２２に対して、実施の形態では３σ＝０．０６となった。

以上のように、従来の塗布針転写による塗布方法に対して、塗布針の下降動作を一時停止することにより、塗布針側面の接着材付着を無くすことができ、塗布量ばらつき低減することが可能となる。
（全体として）
接着材としては、半田ペースト、接合材を広く含む。

半導体素子４の代わりに、第１部材として、各種デバイスへも応用できる。保護部材６の代わりに、第２部材として、カバーガラス以外に、各種保護部材、他のデバイスも用いることができる。

塗布針１の制御など装置での制御は、図３の制御部１２で行なう。

本発明の塗布装置は、一点転写において塗布量のばらつきを低減できる特徴を有し、品質よく部材を貼りあわせる用途に幅広く適用できる。また、本発明の半導体実装方法と半導体実装装置は、半導体に限られず、光学部品など精密部品に利用されうる。

１ 塗布針
１ｆ 側面
２ ノズル
４ 半導体素子
５ 接着材
５ａ 側面部
５ｂ 周辺部
５ｃ 中間部
５ｄ 接着材
５ｅ 接着材
５ｆ 接着材
６ 保護部材
１０ 接着材這い上がり
１１ 接着材垂れ
１２ 制御部
１００ 半導体実装構造体

Claims (4)

1. ノズルから、接着材を付着した塗布針を出す吐出工程と、
   前記接着材を、前記塗布針の先端と前記ノズルとに分離する分離工程と、
   第１部材に前記接着材と付着させる付着工程と、を含み、
   前記分離工程は、前記塗布針の移動速度を変化させる工程であり、
   前記塗布針の移動速度の変化は、前記移動速度を遅くすることであり、
   前記分離工程では、前記塗布針の側面の接着材を前記ノズルまで戻し、前記塗布針の先端面の接着材を維持する塗布方法。
2. ノズルから、接着材を付着した塗布針を出す吐出工程と、
   前記接着材を、前記塗布針の先端と前記ノズルとに分離する分離工程と、
   第１部材に前記接着材と付着させる付着工程と、を含み、
   前記分離工程は、前記塗布針の移動速度を変化させる工程であり、
   前記塗布針の移動速度の変化は、一時停止させることであり、
   前記分離工程では、前記塗布針の側面の接着材を前記ノズルまで、戻し、前記塗布針の先端面の接着材を維持する塗布方法。
3. 前記請求項１又は２に記載の塗布方法と、
   第１部材に前記接着材と付着させる付着工程と、
   前記第１部材上の前記接着材上から第２部材を接合する接合工程と、を含む部品の製造方法。
4. 接着材を保持したノズルと、
   先端に前記接着材が付着した状態で前記ノズルから吐出する塗布針と、
   前記塗布針の移動速度を制御して前記先端の接着材を前記塗布針の先端と前記ノズルとに分離する制御をする制御部と、を有し、
   前記請求項１又は２に記載の塗布方法をする塗布装置。

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