JP3238256B2 - Semiconductor device, image sensor device, and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device, image sensor device, and manufacturing method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子を実装した半
導体装置及びその製造方法、更にこれを応用した原稿な
どの画像情報を読み取るイメージセンサ装置とその製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device on which a semiconductor element is mounted and a method of manufacturing the same, and further relates to an image sensor device for reading image information such as a manuscript and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、LSI等の半導体素子を配線基板
上に実装する技術として、ワイヤボンディング法、フリ
ップチップボンディング法、フィルムキャリアボンディ
ング法、ビームリードボンディング法等が知られてい
る。ワイヤボンディング法では、回路導体層が形成され
た基板上に半導体素子(チップ)を導電性接着剤で固定
し、チップ上の電極と回路導体層とを金やアルミニウム
などの金属細線によって接続する。しかし、このような
ワイヤボンディング法では、金属細線を用いた配線作業
が大変であり、また、チップ上の電極はチップ周辺に形
成する必要があるため、電極間ピッチを小さくすること
が難しく、高密度実装への対応が困難である。このよう
な問題を解消するために、ワイヤレスボンディングによ
る半導体素子の実装技術として、イメージセンサ素子の
実装技術が、米国特許第5,065,006 号及び米国特許第5,
138,145 号に開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for mounting a semiconductor element such as an LSI on a wiring board, a wire bonding method, a flip chip bonding method, a film carrier bonding method, a beam lead bonding method and the like are known. In the wire bonding method, a semiconductor element (chip) is fixed on a substrate on which a circuit conductor layer is formed with a conductive adhesive, and electrodes on the chip and the circuit conductor layer are connected by a thin metal wire such as gold or aluminum. However, in such a wire bonding method, it is difficult to perform a wiring operation using a thin metal wire, and since the electrodes on the chip need to be formed around the chip, it is difficult to reduce the pitch between the electrodes. It is difficult to respond to density mounting. In order to solve such a problem, as a technology for mounting a semiconductor device by wireless bonding, a mounting technology for an image sensor device is disclosed in U.S. Pat. No. 5,065,006 and U.S. Pat.
No. 138,145.
【0003】これらの特許に開示されるイメージセンサ
装置の製造方法を図7及び図8を参照しながら説明す
る。図7は、透明基板11の上にイメージセンサチップ
16がフェイスダウン状態で実装されたイメージセンサ
装置の断面図を示している。イメージセンサ装置は、以
下のように製造される。まず、回路導体層12を形成し
た透明基板11上に光硬化型絶縁樹脂18を塗布する。
その上に、バンプ14を備えた電極15及び受光素子1
9を有するイメージセンサチップ16をフェイスダウン
状態で圧着し、圧力を加えながら透明基板11を通して
紫外線を照射する。紫外線照射によって光硬化型絶縁樹
脂18が硬化され、イメージセンサチップ16が基板に
固定される。その後、シリコンなどの樹脂を塗布して保
護膜17を形成し、イメージセンサ装置が完成する。A method of manufacturing the image sensor device disclosed in these patents will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view of an image sensor device in which the image sensor chip 16 is mounted face down on the transparent substrate 11. The image sensor device is manufactured as follows. First, a photocurable insulating resin 18 is applied on the transparent substrate 11 on which the circuit conductor layer 12 is formed.
The electrode 15 having the bump 14 and the light receiving element 1
The image sensor chip 16 having the image 9 is pressed in a face-down state, and ultraviolet light is irradiated through the transparent substrate 11 while applying pressure. The photocurable insulating resin 18 is cured by the irradiation of ultraviolet rays, and the image sensor chip 16 is fixed to the substrate. Thereafter, a protective film 17 is formed by applying a resin such as silicon, and the image sensor device is completed.
【0004】図8に示されるように、イメージセンサチ
ップ16上の電極15は、先端に環状突起部20を備え
たバンプ14を有している。イメージセンサチップ16
は、このバンプ14が基板11上の回路導体層12に当
接するように、基板11上にフェイスダウン状態でマウ
ントされる。イメージセンサチップ16が上から加圧さ
れたとき、この環状突起部20がつぶれることによっ
て、回路導体層12とバンプ14とが密着するように接
続される。[0004] As shown in FIG. 8, an electrode 15 on an image sensor chip 16 has a bump 14 provided with an annular projection 20 at the tip. Image sensor chip 16
Are mounted face down on the substrate 11 such that the bumps 14 come into contact with the circuit conductor layer 12 on the substrate 11. When the image sensor chip 16 is pressed from above, the annular protrusion 20 is crushed, so that the circuit conductor layer 12 and the bump 14 are connected so as to be in close contact with each other.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来技
術においては、透明基板11を通して紫外線を照射する
ことによって光硬化型絶縁樹脂18が硬化されている。
絶縁樹脂18のうち、透明基板11上に配設された回路
導体層12によって陰となる部分は、紫外線が十分に照
射されないため、完全に硬化されない場合がある。絶縁
樹脂18の硬化が不完全である場合には、半導体素子
(イメージセンサチップ)16が実装された半導体装置
の強度が十分に得られないので、装置の耐久性が低下す
る。また、素子16と回路導体層12との接続不良が生
じやすい等の問題もある。更に、半導体装置がイメージ
センサ装置である場合には、絶縁樹脂18が完全に硬化
されていない場合には、絶縁樹脂18の光学的特性が不
均質になることによって引き起こされる問題がある。例
えば絶縁樹脂18の屈折率が異なる部分が生じることに
より、入射した光の屈折や散乱などが生じて、受光素子
19による画像の読み取りに誤差が生じたり、解像度が
低下したりする。As described above, in the prior art, the photocurable insulating resin 18 is cured by irradiating ultraviolet rays through the transparent substrate 11.
The portion of the insulating resin 18 which is shaded by the circuit conductor layer 12 disposed on the transparent substrate 11 may not be completely cured because the ultraviolet rays are not sufficiently irradiated. If the curing of the insulating resin 18 is incomplete, the strength of the semiconductor device on which the semiconductor element (image sensor chip) 16 is mounted cannot be sufficiently obtained, so that the durability of the device decreases. Further, there is a problem that a connection failure between the element 16 and the circuit conductor layer 12 is likely to occur. Furthermore, when the semiconductor device is an image sensor device, there is a problem caused by the inhomogeneous optical characteristics of the insulating resin 18 if the insulating resin 18 is not completely cured. For example, when a portion having a different refractive index of the insulating resin 18 occurs, refraction or scattering of incident light occurs, and an error occurs in reading an image by the light receiving element 19 or resolution is reduced.
【0006】また、バンプ14の環状突起部20をつぶ
すために必要な圧力以上の圧力で加圧を行わねばなら
ず、イメージセンサチップ16や透明基板11の破壊が
生じる場合がある。また、機械的変形による接続である
ため密着が不完全であったり、電極15やバンプ14、
回路導体層12の高さのばらつきや、イメージセンサチ
ップ16や透明基板11の反りなどを吸収しきれないた
めに、電気的接続が不完全になる場合もある。In addition, the pressure must be applied at a pressure higher than the pressure required to crush the annular projection 20 of the bump 14, and the image sensor chip 16 and the transparent substrate 11 may be broken. In addition, since the connection is made by mechanical deformation, the adhesion is incomplete, or the electrode 15 or the bump 14,
Since the variation in the height of the circuit conductor layer 12 and the warpage of the image sensor chip 16 and the transparent substrate 11 cannot be completely absorbed, the electrical connection may be incomplete.
【0007】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、絶縁樹脂を
完全に硬化し、更に半導体素子(チップ)上の電極と基
板上の回路導体層とを電気的に確実に接続することによ
り、信頼性の高い半導体装置及びイメージセンサ装置を
提供し、またそれらの製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to completely cure an insulating resin, and to further form an electrode on a semiconductor element (chip) and a circuit conductor on a substrate. An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and an image sensor device by reliably and electrically connecting layers, and to provide a method for manufacturing the semiconductor device and the image sensor device.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第1及び第2の面を有する透光性基板と、透光性基板の
第1の面上に形成された回路導体層と、電極を表面に有
しかつ透光性基板の第1の面上にフェイスダウン状態で
実装された半導体素子と、半導体素子を透光性基板に固
定するための光熱硬化型絶縁樹脂層とを備えており、回
路導体層の少なくとも一部分にメッキ金属層が設けら
れ、半導体素子の電極はメッキ金属層を介して回路導体
層に接続され、メッキ金属層と回路導体層との接合面
に、メッキ金属が回路導体層上で一旦融解して再凝固す
ることによってなる合金層が形成されており、そのこと
によって上記目的を達成するものである。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A light-transmitting substrate having first and second surfaces, a circuit conductor layer formed on the first surface of the light-transmitting substrate, and a first surface of the light-transmitting substrate having electrodes on its surface A semiconductor element mounted face-down above, and a photo-thermosetting insulating resin layer for fixing the semiconductor element to the light-transmitting substrate are provided, and a plating metal layer is provided on at least a part of the circuit conductor layer. The electrodes of the semiconductor element are connected to the circuit conductor layer via the plating metal layer, and the plating metal is once melted on the circuit conductor layer and re-solidified on the joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer. An alloy layer is formed, thereby achieving the above object.
【0009】本発明の半導体装置は、前記電極と前記メ
ッキ金属層との接合面に、メッキ金属が電極上で一旦融
解して再凝固することによってなる合金層が形成されて
いれば、更によい。In the semiconductor device according to the present invention, it is further preferable that an alloy layer formed by melting the plating metal once on the electrode and re-solidifying it is formed on the joint surface between the electrode and the plating metal layer. .
【0010】上記メッキ金属が半田で構成されていると
好適である。It is preferable that the plating metal is made of solder.
【0011】また、本発明の半導体装置は、半導体素子
の電極が金属バンプを有するものであり金属バンプはメ
ッキ金属層を介して回路導体層に接続され、金属バンプ
とメッキ金属層との接合面に、メッキ金属が一旦融解し
て再凝固することによってなる合金層が形成されている
と好適である。Further, in the semiconductor device according to the present invention, the electrodes of the semiconductor element have metal bumps, the metal bumps are connected to the circuit conductor layer via the plated metal layer, and the bonding surface between the metal bump and the plated metal layer is provided. Preferably, an alloy layer is formed by melting and re-solidifying the plating metal once.
【0012】上記金属バンプは、Auバンプであると好
適である。It is preferable that the metal bump is an Au bump.
【0013】本発明の半導体装置の製造方法は、第1及
び第2の面を有する透光性基板の第1の面上に、回路導
体層を形成する工程と、回路導体層の少なくとも一部分
に、メッキ金属層を形成する工程と、透光性基板の第1
の面上に、光熱硬化型絶縁樹脂層を形成する工程と、電
極を表面に有する半導体素子を、電極がメッキ金属層上
に位置するように、フェイスダウン状態で配置する工程
と、半導体素子を透光性基板に対して押圧しながら、透
光性基板の第2の面から、透光性基板を通して光熱硬化
型絶縁樹脂に紫外線を照射して光熱硬化型絶縁樹脂を硬
化させる第1硬化工程と、半導体素子が配置された透光
性基板を、一定時間ある温度に保つことによって、光熱
硬化型絶縁樹脂を更に硬化させる工程であって、その温
度はメッキ金属層の金属の融点及び光熱硬化型絶縁樹脂
の硬化温度よりも高い温度である第2硬化工程とを包含
しており、そのことにより上記目的を達成するものであ
る。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a circuit conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate having first and second surfaces; Forming a plated metal layer;
Forming a photo-thermosetting insulating resin layer on the surface of, and arranging the semiconductor element having an electrode on the surface in a face-down state such that the electrode is located on the plated metal layer; and A first curing step of irradiating the light-curable insulating resin with ultraviolet light from the second surface of the light-transmitting substrate through the light-transmitting substrate while pressing the light-transmitting substrate, thereby curing the light-curable insulating resin; And a step of further curing the photothermosetting insulating resin by maintaining the translucent substrate on which the semiconductor element is disposed at a certain temperature for a certain period of time, the temperature being the melting point of the metal of the plating metal layer and the photothermal curing. A second curing step at a temperature higher than the curing temperature of the mold insulating resin, thereby achieving the above object.
【0014】前記第2硬化工程はメッキ金属を融解しメ
ッキ金属層と回路導体層との接合面に合金を形成する工
程を包含すると、更に良い。It is more preferable that the second hardening step includes a step of melting a plating metal and forming an alloy on a joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer.
【0015】前記半導体素子の電極は金属バンプを有し
ており、前記第2硬化工程はメッキ金属を融解し金属バ
ンプとメッキ金属層との接合面、及びメッキ金属層と回
路導体層との接合面に各々合金を形成する工程を包含し
ていると好適である。The electrode of the semiconductor element has a metal bump, and the second curing step melts the plating metal to bond the metal bump to the plating metal layer and to bond the plating metal layer to the circuit conductor layer. Preferably, the method includes a step of forming an alloy on each surface.
【0016】前記第2硬化工程は、半導体素子を透光性
基板に対して押圧しながら行われると好適である。It is preferable that the second curing step is performed while pressing the semiconductor element against the light-transmitting substrate.
【0017】前記回路導体層を形成する工程は、透光性
基板の第1の面上に導体層を堆積する工程と、フオトリ
ソグラフィ技術によって導体層をパターニングし、それ
によって回路導体層を形成する工程とを包含すると好適
である。The step of forming the circuit conductor layer includes a step of depositing the conductor layer on the first surface of the light-transmitting substrate, and a step of patterning the conductor layer by photolithography, thereby forming a circuit conductor layer. It is preferable to include the steps.
【0018】また、前記回路導体層を形成する工程は、
透光性基板の第1の面上にフレキシブルプリント基板を
張り付けることによって回路導体層を形成する工程であ
ってもよい。Further, the step of forming the circuit conductor layer includes:
A step of forming a circuit conductor layer by attaching a flexible printed board to the first surface of the light-transmitting substrate may be employed.
【0019】本発明のイメージセンサ装置は、第1及び
第2の面を有する透光性基板と、透光性基板の第1の面
上に形成された回路導体層と、電極及び受光素子を表面
に有し、かつ透光性基板の第1の面上にフェイスダウン
状態で実装されたイメージセンサ素子と、イメージセン
サ素子を透光性基板に固定するための光熱硬化型絶縁樹
脂層とを備えており、回路導体層の少なくとも一部分に
メッキ金属層が設けられ、イメージセンサ素子の電極は
メッキ金属層を介して回路導体層に接続され、メッキ金
属層と回路導体層との接合面に、メッキ金属が回路導体
層上で一旦融解して再凝固することによってなる合金層
が形成されており、そのことにより上記目的を達成する
ものである。An image sensor device according to the present invention includes a light-transmitting substrate having first and second surfaces, a circuit conductor layer formed on the first surface of the light-transmitting substrate, electrodes and a light receiving element. An image sensor element having a surface and mounted face-down on a first surface of a light-transmitting substrate, and a photothermosetting insulating resin layer for fixing the image sensor element to the light-transmitting substrate. A plating metal layer is provided on at least a part of the circuit conductor layer, and an electrode of the image sensor element is connected to the circuit conductor layer via the plating metal layer, and on a joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer, An alloy layer is formed by melting and re-solidifying the plated metal once on the circuit conductor layer, thereby achieving the above object.
【0020】本発明のイメージセンサ装置は、電極とメ
ッキ金属層との接合面に、メッキ金属が電極上で一旦融
解して再凝固することによってなる合金層が形成されて
いれば更によい。In the image sensor device of the present invention, it is more preferable that an alloy layer formed by melting the plating metal once on the electrode and re-solidifying it is formed on the joint surface between the electrode and the plating metal layer.
【0021】上記メッキ金属が半田で構成されていると
好適である。It is preferable that the plating metal is made of solder.
【0022】本発明のイメージセンサ装置は、イメージ
センサ素子の電極が金属バンプを有するものであり、金
属バンプはメッキ金属層を介して回路導体層に接続さ
れ、金属バンプとメッキ金属層との接合面に、メッキ金
属が一旦融解して再凝固することによってなる合金層が
形成されていると好適である。In the image sensor device according to the present invention, the electrodes of the image sensor element have metal bumps. The metal bumps are connected to the circuit conductor layer via the plated metal layer, and the metal bump is bonded to the plated metal layer. It is preferable that an alloy layer formed by melting and re-solidifying the plating metal once is formed on the surface.
【0023】上記金属バンプは、Auバンプであると好
適である。The metal bump is preferably an Au bump.
【0024】前記透光性基板と前記光熱硬化型絶縁樹脂
層とを合わせた厚さは、150μm以下であると好適で
ある。It is preferable that the total thickness of the light-transmitting substrate and the photo-thermosetting insulating resin layer is 150 μm or less.
【0025】本発明のイメージセンサ装置の製造方法
は、第1及び第2の面を有する透光性基板の第1の面上
に、回路導体層を形成する工程と、回路導体層の少なく
とも一部分に、メッキ金属層を形成する工程と、透光性
基板の第1の面上に、光熱硬化型絶縁樹脂層を形成する
工程と、電極及び受光素子を表面に有するイメージセン
サ素子を、電極がメッキ金属層上に位置するように、フ
ェイスダウン状態で配置する工程と、イメージセンサ素
子を透光性基板に対して押圧しながら、透光性基板の第
2の面から、透光性基板を通して光熱硬化型絶縁樹脂に
紫外線を照射して光熱硬化型絶縁樹脂を硬化させる第1
硬化工程と、イメージセンサ素子が配置された透光性基
板を、一定時間ある温度に保つことによって、光熱硬化
型絶縁樹脂を更に硬化させる工程であって、その温度は
メッキ金属層の金属の融点及び光熱硬化型絶縁樹脂の硬
化温度よりも高い温度である第2硬化工程とを包含して
おり、そのことにより上記目的を達成するものである。According to a method of manufacturing an image sensor device of the present invention, a step of forming a circuit conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate having first and second surfaces, and at least a portion of the circuit conductor layer Forming a plated metal layer, forming a photothermosetting insulating resin layer on the first surface of the light-transmitting substrate, and forming an image sensor element having electrodes and light-receiving elements on the surface. A step of arranging the image sensor element in a face-down state so as to be positioned on the plated metal layer, and pressing the image sensor element against the light-transmitting substrate while passing the light-transmitting substrate from the second surface of the light-transmitting substrate A first method of irradiating the photothermosetting insulating resin with ultraviolet light to cure the photothermosetting insulating resin.
A curing step and a step of further curing the photothermosetting insulating resin by maintaining the translucent substrate on which the image sensor element is disposed at a certain temperature for a certain period of time, the temperature being the melting point of the metal of the plating metal layer. And a second curing step at a temperature higher than the curing temperature of the photothermosetting insulating resin, thereby achieving the above object.
【0026】前記第2硬化工程は、メッキ金属を融解し
メッキ金属層と回路導体層との接合面に合金を形成する
工程を包含すると好適である。Preferably, the second hardening step includes a step of melting the plating metal and forming an alloy on the joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer.
【0027】前記イメージセンサ素子の電極は金属バン
プを有しており、前記第2硬化工程はメッキ金属を融解
し金属バンプとメッキ金属層との接合面、及びメッキ金
属層と回路導体層との接合面に各々合金を形成する工程
を包含していると好適である。The electrode of the image sensor element has a metal bump, and the second curing step melts the plating metal to form a bonding surface between the metal bump and the plating metal layer, and between the plating metal layer and the circuit conductor layer. Preferably, the method includes a step of forming an alloy on each joint surface.
【0028】前記第2硬化工程は、イメージセンサ素子
を透光性基板に対して押圧しながら行われてると好適で
ある。Preferably, the second curing step is performed while pressing the image sensor element against the light transmitting substrate.
【0029】前記透光性基板と前記光熱硬化型絶縁樹脂
層とを合わせた厚さが、150μm以下であると好適で
ある。It is preferable that the total thickness of the translucent substrate and the photothermosetting insulating resin layer is 150 μm or less.
【0030】前記回路導体層を形成する工程は、透光性
基板の第1の面上に、導体層を堆積する工程と、フオト
リソグラフィ技術によって導体層をパターニングし、そ
れによって回路導体層を形成する工程とを包含している
と好適である。The step of forming the circuit conductor layer includes a step of depositing the conductor layer on the first surface of the light-transmitting substrate, and a step of patterning the conductor layer by photolithography, thereby forming the circuit conductor layer. It is preferable that the method includes the steps of:
【0031】また、前記回路導体層を形成する工程は、
透光性基板の第1の面上に、フレキシブルプリント基板
を張り付けることによって回路導体層を形成するもので
あってもよい。Further, the step of forming the circuit conductor layer includes:
The circuit conductor layer may be formed by attaching a flexible printed board to the first surface of the light-transmitting substrate.
【0032】また、前記回路導体層を形成する工程は、
透光性基板の第1の面上に厚膜印刷によって回路導体層
を形成するものであってもよい。Further, the step of forming the circuit conductor layer comprises:
The circuit conductor layer may be formed by thick-film printing on the first surface of the translucent substrate.
【0033】[0033]
【作用】本発明の半導体装置またはイメージセンサ装置
によれば、回路導体層上にメッキ金属層が設けられ、半
導体素子やイメージセンサ素子上の電極とメッキ金属層
との接合面、及び透光性基板上の回路導体層とメッキ金
属層との接合面に合金層が設けられることによって、こ
れらの素子を回路導体層に電気的に確実に接続すること
ができる。このことにより、信頼性の高い半導体装置ま
たはイメージセンサ装置を提供することができる。According to the semiconductor device or the image sensor device of the present invention, the plating metal layer is provided on the circuit conductor layer, and the bonding surface between the electrode on the semiconductor element or the image sensor element and the plating metal layer, and the light transmitting property. By providing the alloy layer on the joint surface between the circuit conductor layer and the plated metal layer on the substrate, these elements can be reliably and electrically connected to the circuit conductor layer. Thus, a highly reliable semiconductor device or image sensor device can be provided.
【0034】本発明の半導体装置またはイメージセンサ
装置の製造方法によれば、回路導体層上にメッキ金属層
を形成する工程、及び第2硬化工程(熱処理)を通して
合金層を形成することにより半導体素子やイメージセン
サ素子上の電極と透光性基板上の回路導体層とを電気的
に確実に接続することができる。このことにより、信頼
性の高い半導体装置またはイメージセンサ装置の製造方
法を提供することができる。また第1硬化工程(光照
射)及び第2硬化工程(熱処理)によって光熱硬化型絶
縁樹脂を完全に硬化し、半導体素子やイメージセンサ素
子を透光性基板に確実に実装できるので、装置の実装歩
留まりを大幅に向上することができる。第1及び第2の
硬化工程によって素子が確実に実装されることにより、
半導体装置やイメージセンサ装置の劣化が防止され、装
置の耐久性を増すことができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device or an image sensor device of the present invention, a semiconductor element is formed by forming an alloy layer through a step of forming a plated metal layer on a circuit conductor layer and a second curing step (heat treatment). Also, the electrodes on the image sensor element and the circuit conductor layer on the translucent substrate can be electrically reliably connected. Thus, a highly reliable method for manufacturing a semiconductor device or an image sensor device can be provided. Further, the photo-thermosetting insulating resin is completely cured by the first curing step (light irradiation) and the second curing step (heat treatment), and the semiconductor element and the image sensor element can be securely mounted on the light-transmitting substrate. Yield can be greatly improved. By ensuring that the element is mounted by the first and second curing steps,
Deterioration of the semiconductor device and the image sensor device can be prevented, and the durability of the device can be increased.
【0035】[0035]
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0036】本発明の半導体装置の構成を、図1に示
す。透光性基板1は、ガラス基板を用いている。透光性
基板1は、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルサル
フォン(PAS)、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の透明基
板であってもよい。透光性基板1は、第1及び第2の面
を有している。この第1の面1a上には、銅やアルミニ
ウムなどの金属から形成された回路導体層2が設けられ
ている。半導体素子6は、その表面に電極5を有してい
る。半導体素子6上には様々の素子が形成されていても
よい。半導体素子6の電極5は金属バンプ4を有してい
る。金属バンプ4はAu バンプである。金属バンプ4は
本発明に必須の要素ではないが、金属バンプ4を設けた
実施例について本発明を説明する。FIG. 1 shows the structure of the semiconductor device of the present invention. The translucent substrate 1 uses a glass substrate. The translucent substrate 1 is made of polyarylate (PA), polyether sulfone (PAS), polyethylene terephthalate (PE).
T) or a transparent substrate such as polyethylene naphthalate (PEN). The translucent substrate 1 has first and second surfaces. On the first surface 1a, a circuit conductor layer 2 formed of a metal such as copper or aluminum is provided. The semiconductor element 6 has the electrode 5 on the surface. Various elements may be formed on the semiconductor element 6. The electrode 5 of the semiconductor element 6 has the metal bump 4. The metal bump 4 is an Au bump. Although the metal bump 4 is not an essential element of the present invention, the present invention will be described with respect to an embodiment in which the metal bump 4 is provided.
【0037】半導体素子6は、透光性基板1の第1の面
1a上にフェイスダウン状態で実装されている。半導体
素子6と透光性基板1との間には、半導体素子6を該透
光性基板1に固定するための光熱硬化型絶縁樹脂層8が
設けられている。光熱硬化型絶縁樹脂はアクリレート系
の透明な樹脂であるが、この他に、例えば、メタクリレ
ート系等を用いることができる。一般的に、光硬化型絶
縁樹脂は、光を照射することによって硬化されるが、そ
の中には加熱によっては硬化されないものも含まれてい
る。しかし本発明に於いては、光だけでなく加熱によっ
ても硬化される絶縁樹脂を用いている。The semiconductor element 6 is mounted face-down on the first surface 1a of the translucent substrate 1. A photo-thermosetting insulating resin layer 8 for fixing the semiconductor element 6 to the light-transmitting substrate 1 is provided between the semiconductor element 6 and the light-transmitting substrate 1. The photothermosetting insulating resin is an acrylate-based transparent resin. In addition, for example, a methacrylate-based resin can be used. Generally, a photocurable insulating resin is cured by irradiating light, and some of them are not cured by heating. However, in the present invention, an insulating resin that is cured not only by light but also by heating is used.
【0038】回路導体層2の少なくとも一部分には、メ
ッキ金属層3が設けられ、半導体素子6の電極5は、メ
ッキ金属層3を介して回路導体層2に接続されている。
メッキ金属層3が回路導体層2上で一旦融解して再凝固
することによって、メッキ金属層3と回路導体層2の接
合面には合金層が形成されている。本実施例に於いて、
メッキ金属層3としては、In /Ga グループ、In /
Sn グループ、Pb /Sn グループ等の半田が用いられ
ている。金属バンプ4は、メッキ金属層3を介して回路
導体層2に接続されており、金属バンプ4とメッキ金属
層3との接合面には、メッキ金属層3が一旦融解して再
凝固することによって形成された合金層を有している。
尚、金属バンプ4を設けない場合には、狭義の電極5と
メッキ金属層3との接合面に合金層が形成される。A plating metal layer 3 is provided on at least a part of the circuit conductor layer 2, and the electrode 5 of the semiconductor element 6 is connected to the circuit conductor layer 2 via the plating metal layer 3.
The plating metal layer 3 is once melted and re-solidified on the circuit conductor layer 2, so that an alloy layer is formed on the joint surface between the plating metal layer 3 and the circuit conductor layer 2. In this embodiment,
As the plated metal layer 3, In / Ga group, In / Ga
Solder of Sn group, Pb / Sn group or the like is used. The metal bumps 4 are connected to the circuit conductor layer 2 via the plating metal layer 3. The plating metal layer 3 is once melted and re-solidified on the joint surface between the metal bump 4 and the plating metal layer 3. Has an alloy layer formed.
When the metal bumps 4 are not provided, an alloy layer is formed on the bonding surface between the electrode 5 and the plated metal layer 3 in a narrow sense.
【0039】上記半導体装置の製造方法を以下に説明す
る。A method for manufacturing the above semiconductor device will be described below.
【0040】まず、半導体プロセスによって単結晶シリ
コン基板(ウエハ)上に、各種素子(図示せず)及び取
り出し電極5の本体を形成する。電極5の本体上には、
電気メッキ法やボールボンディング法等によって、金属
バンプ4を形成する。金属バンプ4は、Au バンプであ
る。その後、このウエハを高精度ダイシング技術によっ
て切断し、半導体素子6を作製する。First, various elements (not shown) and a main body of the extraction electrode 5 are formed on a single crystal silicon substrate (wafer) by a semiconductor process. On the body of the electrode 5,
The metal bumps 4 are formed by an electroplating method, a ball bonding method, or the like. The metal bump 4 is an Au bump. After that, the wafer is cut by a high-precision dicing technique to manufacture the semiconductor element 6.
【0041】次に、ガラス基板である透光性基板1の第
1の面1a上に、回路導体層2を形成する。透光性基板
1は、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルサルフォ
ン(PAS)、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の透明基
板であってもよい。回路導体層2は、透光性基板1上
に、銅やアルミニウムなどの金属を、蒸着法やスパッタ
リング法等を用いて堆積した後、堆積した金属層をフォ
トリソグラフィ技術によってパターニングすることによ
って形成される。回路導体層2は、箔等を用いて形成す
ることもできる。あるいは、回路導体層2は、透光性基
板1の第1の面1a上に、フレキシブルプリント基板を
張り付けることによって形成されてもよい。Next, the circuit conductor layer 2 is formed on the first surface 1a of the translucent substrate 1, which is a glass substrate. The translucent substrate 1 is made of polyarylate (PA), polyether sulfone (PAS), polyethylene terephthalate (PE).
T) or a transparent substrate such as polyethylene naphthalate (PEN). The circuit conductor layer 2 is formed by depositing a metal such as copper or aluminum on the translucent substrate 1 using an evaporation method, a sputtering method, or the like, and then patterning the deposited metal layer by a photolithography technique. You. The circuit conductor layer 2 can also be formed using a foil or the like. Alternatively, the circuit conductor layer 2 may be formed by attaching a flexible printed board to the first surface 1a of the light-transmitting substrate 1.
【0042】更に、回路導体層2の所定の位置に、例え
ば電解または無電解等の方法によってメッキ金属層3を
形成する。次に、透光性基板1の第1の面1a上の所定
の位置に、アクリレート系の透明な光熱併用硬化型の絶
縁樹脂をスタンピング法またはスクリーン印刷法等で所
定量塗布することによって、光熱硬化型絶縁樹脂層8を
形成する。その上に、電極5等を表面に有する半導体素
子6を、電極5がメッキ金属層3上に当接するように、
フェイスダウン状態で配置する。そして、半導体素子6
を該透光性基板1に対して押圧しながら、透光性基板1
の回路導体層2が形成されていない第2の面1bの側か
ら、透光性基板1を通して光熱硬化型絶縁樹脂層8に紫
外線を照射して、光熱硬化型絶縁樹脂を硬化させる(第
1硬化工程)。第1硬化工程に於いては、半導体素子6
に上方から、0.5kgf〜2.5kgfの圧力を加え
ている。紫外線は、200mW〜500mWの強度で、約
0.5分〜2.0分照射する。Further, a plated metal layer 3 is formed at a predetermined position of the circuit conductor layer 2 by, for example, an electrolytic or electroless method. Next, a predetermined amount of an acrylate-based transparent photo-thermo-curable insulating resin is applied to a predetermined position on the first surface 1a of the translucent substrate 1 by a stamping method, a screen printing method, etc. The curable insulating resin layer 8 is formed. A semiconductor element 6 having an electrode 5 or the like on its surface is placed thereon so that the electrode 5 contacts the plated metal layer 3.
Place it face down. And the semiconductor element 6
Is pressed against the light transmitting substrate 1 while the light transmitting substrate 1 is pressed.
The photothermosetting insulating resin layer 8 is irradiated with ultraviolet rays from the side of the second surface 1b where the circuit conductor layer 2 is not formed through the translucent substrate 1 to cure the photothermosetting insulating resin (first). Curing step). In the first curing step, the semiconductor element 6
From above, a pressure of 0.5 kgf to 2.5 kgf is applied. The ultraviolet light is irradiated at an intensity of 200 mW to 500 mW for about 0.5 to 2.0 minutes.
【0043】その後、半導体素子6が配置された透光性
基板1を、電気炉の中に入れ、一定時間ある温度に保つ
ことによって、光熱硬化型絶縁樹脂を更に硬化させる
(第2硬化工程)。この温度は、メッキ金属層3の金属
の融点及び光熱硬化型絶縁樹脂の硬化温度よりも高い温
度である。メッキ金属層3として共晶半田を用いる場合
は、185℃〜200℃で約5分〜30分の熱処理を行
う。本実施例に於いては、190℃で約10分間の熱処
理を行なった。第2硬化工程に於いては、メッキ金属が
融解するので、金属バンプ4とメッキ金属3との接合
面、及びメッキ金属4と回路導体層2との接合面に各々
合金が形成される。Thereafter, the light transmissive substrate 1 on which the semiconductor element 6 is disposed is placed in an electric furnace and kept at a certain temperature for a certain period of time to further cure the photothermosetting insulating resin (second curing step). . This temperature is higher than the melting point of the metal of the plating metal layer 3 and the curing temperature of the photothermosetting insulating resin. When eutectic solder is used as the plating metal layer 3, heat treatment is performed at 185 ° C. to 200 ° C. for about 5 minutes to 30 minutes. In this embodiment, heat treatment was performed at 190 ° C. for about 10 minutes. In the second hardening step, the plating metal is melted, so that an alloy is formed on the joining surface between the metal bump 4 and the plating metal 3 and on the joining surface between the plating metal 4 and the circuit conductor layer 2, respectively.
【0044】上記第2硬化工程で、メッキ金属を一旦融
解させることにより、以下のような効果が得られる。メ
ッキ金属層3が液体となることによって、電極5の接合
表面の微細な形状に合致した状態になるので、両者の接
触面積は増大し、接合表面に沿った密着性が増す。接合
表面に於ける合金層もより形成されやすくなり、確実に
接続することができる。また、表面に有機物の汚れが存
在するような場合にも、そのような汚れを除去すること
ができる。The following effects can be obtained by melting the plating metal once in the second curing step. When the plating metal layer 3 becomes liquid, it becomes in a state conforming to the fine shape of the joint surface of the electrode 5, so that the contact area between them increases, and the adhesion along the joint surface increases. The alloy layer on the joining surface is also more easily formed, and the connection can be made reliably. In addition, even when organic dirt is present on the surface, such dirt can be removed.
【0045】第2硬化工程に於いては、第1硬化工程
で、透光性基板1上に形成された回路導体層2の陰にな
り、未硬化であった部分の光熱硬化型絶縁樹脂を完全に
硬化し、半導体素子6の実装が完了する。尚、第2硬化
工程の熱処理は、0〜1.0kgfの圧力を上方から加
え、半導体素子6を透光性基板1に対して押圧しながら
行われている。In the second curing step, in the first curing step, the uncured portion of the photothermosetting insulating resin which is shaded by the circuit conductor layer 2 formed on the light-transmitting substrate 1 is removed. It is completely cured, and the mounting of the semiconductor element 6 is completed. Note that the heat treatment in the second curing step is performed while applying a pressure of 0 to 1.0 kgf from above to press the semiconductor element 6 against the translucent substrate 1.
【0046】半導体素子6の実装が完了した後、シリコ
ン等の樹脂をディスペンサーなどで塗布し、コーティン
グ樹脂7を形成し、半導体装置が完成する。After the mounting of the semiconductor element 6 is completed, a resin such as silicon is applied with a dispenser or the like to form a coating resin 7, and the semiconductor device is completed.
【0047】上述のように、第1硬化工程及び第2硬化
工程によって光熱硬化型絶縁樹脂を硬化させることによ
り、第1硬化工程のみによる硬化だけでは完全に硬化で
きなかった光熱硬化型絶縁樹脂部分を、第2硬化工程に
よって更に硬化させることによって完全に硬化すること
ができる。更に、第2硬化工程において、メッキ金属層
3と金属バンプ4及び回路導体層2との接合面に於いて
それぞれ合金層が形成されることにより、半導体素子6
を回路導体層2に電気的により確実に接続することがで
きる。このことにより、半導体素子6をより確実に透光
性基板1に実装することが可能となる。As described above, by curing the photothermosetting insulating resin in the first curing step and the second curing step, the photothermosetting insulating resin portion that cannot be completely cured only by the first curing step alone. Can be completely cured by further curing in the second curing step. Further, in the second curing step, an alloy layer is formed on the joint surface between the plated metal layer 3, the metal bump 4, and the circuit conductor layer 2, thereby forming the semiconductor element 6
Can be more reliably electrically connected to the circuit conductor layer 2. Thus, the semiconductor element 6 can be more reliably mounted on the translucent substrate 1.
【0048】次に、図2〜図5を参照しながら本発明の
イメージセンサ装置の構成を説明する。図1に示された
半導体装置の各部分に対応する部分には、同一の参照番
号を付してある。図3は、イメージセンサ装置を上方か
ら見た図、図4及び図5は、それぞれ図2に示されたA
−A線、B−B線に沿った断面図である。Next, the configuration of the image sensor device of the present invention will be described with reference to FIGS. Parts corresponding to the respective parts of the semiconductor device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 3 is a view of the image sensor device as viewed from above, and FIGS. 4 and 5 respectively show A shown in FIG.
It is sectional drawing which followed the -A line and the BB line.
【0049】透光性基板1は、ポリアリレート(P
A)、ポリエーテルサルフォン(PAS)、ポリエチレ
ンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレー
ト(PEN)等の透明基板である。透光性基板1は、上
記半導体装置の場合と同様に、ガラス基板とすることも
できる。密着型イメージセンサ装置の場合の透光性基板
1の厚さは、0.5mm〜2.0mmである。完全密着型イ
メージセンサ装置の場合の透光性基板1の厚さTs は1
0μm〜200μmであるが、好ましくは10μm〜7
5μmである。The translucent substrate 1 is made of polyarylate (P
A), a transparent substrate made of polyethersulfone (PAS), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) or the like. The light-transmitting substrate 1 may be a glass substrate as in the case of the semiconductor device. In the case of a contact type image sensor device, the thickness of the light transmitting substrate 1 is 0.5 mm to 2.0 mm. The thickness Ts of the translucent substrate 1 in the case of the complete contact type image sensor device is 1
0 μm to 200 μm, preferably 10 μm to 7 μm
5 μm.
【0050】透光性基板1の第1の面1a上には、銅、
アルミニウムなどの金属、あるいは、金や銀−白金等の
貴金属で形成された回路導体層2が設けられている。回
路導体層2の厚さTo は、3μm〜35μmの範囲で形
成される。On the first surface 1a of the translucent substrate 1, copper,
A circuit conductor layer 2 made of a metal such as aluminum or a noble metal such as gold or silver-platinum is provided. The thickness To of the circuit conductor layer 2 is formed in the range of 3 μm to 35 μm.
【0051】イメージセンサ素子6は、その表面に電極
5、受光素子9、及びその他の素子(図示せず)を有し
ている。受光素子9は、フォトトランジスタやフォトダ
イオード等であり、その他の素子は、CCDやMOS、
バイポーラIC等のアクセス回路である。受光素子9
は、図3及び図5に示されるように受光素子アレイを形
成している。イメージセンサ素子6の電極5の本体上に
は、金属バンプ4が設けられている。金属バンプ4はA
u バンプである。Au バンプの厚さTb は、3μm〜6
0μmである。金属バンプ4は、本発明に必須の構成要
素ではないが、金属バンプ4を設けた実施例について本
発明を説明する。The image sensor element 6 has an electrode 5, a light receiving element 9, and other elements (not shown) on its surface. The light receiving element 9 is a phototransistor or a photodiode, and the other elements are a CCD, a MOS,
It is an access circuit such as a bipolar IC. Light receiving element 9
Form a light receiving element array as shown in FIG. 3 and FIG. The metal bumps 4 are provided on the body of the electrode 5 of the image sensor element 6. Metal bump 4 is A
u It is a bump. The thickness Tb of the Au bump is 3 μm to 6 μm.
0 μm. Although the metal bump 4 is not an essential component of the present invention, the present invention will be described with respect to an embodiment in which the metal bump 4 is provided.
【0052】イメージセンサ素子6は、透光性基板1の
第1の面上にフェイスダウン状態で実装されている。イ
メージセンサ素子6と透光性基板1との間には、イメー
ジセンサ素子6を透光性基板1に固定するための光熱硬
化型絶縁樹脂層8が備えられている。光熱硬化型絶縁樹
脂はアクリレート系の透明な樹脂であるが、この他に、
例えば、メタクリレート系等を用いることができる。回
路導体層2の少なくとも一部分には、メッキ金属層3が
設けられ、イメージセンサ素子6の電極5は、メッキ金
属層3を介して回路導体層2に接続されている。メッキ
金属層3が回路導体層2上で一旦融解して再凝固するこ
とによって、メッキ金属層3と回路導体層2の接合面に
は合金層が形成されている。 本実施例に於いて、メッ
キ金属層3は、In /Ga グループ、In /Sn グルー
プ、Pb /Sn グループ等の半田が用いられている。メ
ッキ金属層3の厚さTm は、2μm〜20μmである。
金属バンプ4は、メッキ金属層3を介して回路導体層2
に接続されており、金属バンプ4とメッキ金属層3との
接合面には、メッキ金属が一旦融解して再凝固すること
によって形成された合金層を有している。尚、金属バン
プ4を設けない場合には、狭義の電極5とメッキ金属層
3との接合面に合金層が形成される。The image sensor element 6 is mounted face-down on the first surface of the light transmitting substrate 1. A photothermosetting insulating resin layer 8 for fixing the image sensor element 6 to the translucent substrate 1 is provided between the image sensor element 6 and the translucent substrate 1. Photo-thermosetting insulating resin is an acrylate-based transparent resin.
For example, a methacrylate type or the like can be used. A plating metal layer 3 is provided on at least a part of the circuit conductor layer 2, and the electrode 5 of the image sensor element 6 is connected to the circuit conductor layer 2 via the plating metal layer 3. The plating metal layer 3 is once melted and re-solidified on the circuit conductor layer 2, so that an alloy layer is formed on the joint surface between the plating metal layer 3 and the circuit conductor layer 2. In the present embodiment, the plating metal layer 3 is made of solder of an In / Ga group, an In / Sn group, a Pb / Sn group, or the like. The thickness Tm of the plating metal layer 3 is 2 μm to 20 μm.
The metal bump 4 is formed on the circuit conductor layer 2 via the plated metal layer 3.
And a bonding surface between the metal bump 4 and the plated metal layer 3 has an alloy layer formed by melting and re-solidifying the plated metal once. When the metal bumps 4 are not provided, an alloy layer is formed on the bonding surface between the electrode 5 and the plated metal layer 3 in a narrow sense.
【0053】上記イメージセンサ装置を完全密着型イメ
ージセンサ装置として使用する場合には、受光素子9か
ら透光性基板1の第2の面1bまでの距離T(T=Ts
+To +Tb +Tm )は、150μm以下、好ましく
は、100μm以下である。When the above image sensor device is used as a complete contact type image sensor device, the distance T (T = Ts) from the light receiving element 9 to the second surface 1b of the translucent substrate 1
+ To + Tb + Tm) is 150 μm or less, preferably 100 μm or less.
【0054】このように距離Tが制限される理由は、完
全密着型イメージセンサ装置の場合はレンズを用いない
ので、イメージセンサ装置の分解能(解像度)が、原稿
面(透光性基板1の第2の面1b)から受光素子9まで
の距離Tに大きく依存しているからである。この関係を
図6に示す。図6の縦軸は、MTF(Modulation-Trans
fer-Function)値であり、分解能を示す尺度である。実
用上、MTF値は4lp/mmで、30〜40%以上必要で
あるために、上述のように受光素子9から透光性基板1
の第2面1bまでの距離が制限されるのである。上記イ
メージセンサ装置の製造方法を以下に説明する。The reason that the distance T is limited in this manner is that the lens is not used in the case of the completely contact type image sensor device, and the resolution (resolution) of the image sensor device is limited to the original surface (the first surface of the transparent substrate 1). This is because it largely depends on the distance T from the second surface 1b) to the light receiving element 9. FIG. 6 shows this relationship. The vertical axis in FIG. 6 is MTF (Modulation-Trans
fer-Function) value, which is a measure of resolution. In practical use, the MTF value is 4 lp / mm and 30 to 40% or more is required.
Is limited to the second surface 1b. A method for manufacturing the image sensor device will be described below.
【0055】まず、半導体プロセスによって単結晶シリ
コン基板(ウエハ)上に、受光素子9であるフォトトラ
ンジスタ、駆動回路(図示せず)、及び取り出し電極5
の本体を形成する。電極5の本体上には、電気メッキ法
やボールボンディング法等によって、Au バンプ4を形
成する。その後、このウエハを高精度ダイシング技術に
よって切断し、イメージセンサ素子6を作製する。First, a phototransistor as a light receiving element 9, a driving circuit (not shown), and an extraction electrode 5 are formed on a single crystal silicon substrate (wafer) by a semiconductor process.
To form a body. An Au bump 4 is formed on the body of the electrode 5 by an electroplating method, a ball bonding method, or the like. Thereafter, the wafer is cut by a high-precision dicing technique, and the image sensor element 6 is manufactured.
【0056】次に、ポリアリレート(PA)、ポリエー
テルサルフォン(PAS)、ポリエチレンテレフタレー
ト(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等
の透明基板である、透光性基板1の第1の面1a上に回
路導体層2を形成する。透光性基板1は、ガラス基板で
あってもよい。回路導体層2は、透光性基板1上に、銅
やアルミニウムなどの金属を、蒸着法やスパッタリング
法等を用いて堆積した後、堆積した金属層をフォトリソ
グラフィ技術によってパターニングすることによって形
成される。回路導体層2は、箔等を用いて形成すること
もできる。また回路導体層2は、金や銀−白金等の貴金
属を用いて形成してもよい。あるいは回路導体層2は、
透光性基板の第1の面上に、フレキシブルプリント基板
を張り付けたり、厚膜印刷によって形成してもよい。Next, the first surface 1a of the translucent substrate 1, which is a transparent substrate such as polyarylate (PA), polyether sulfone (PAS), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene naphthalate (PEN). The circuit conductor layer 2 is formed thereon. The translucent substrate 1 may be a glass substrate. The circuit conductor layer 2 is formed by depositing a metal such as copper or aluminum on the translucent substrate 1 using an evaporation method, a sputtering method, or the like, and then patterning the deposited metal layer by a photolithography technique. You. The circuit conductor layer 2 can also be formed using a foil or the like. The circuit conductor layer 2 may be formed using a noble metal such as gold or silver-platinum. Alternatively, the circuit conductor layer 2
A flexible printed board may be attached to the first surface of the light-transmitting substrate, or may be formed by thick-film printing.
【0057】更に、回路導体層2の所定の位置に、例え
ば電解または無電解等の方法によってメッキ金属層3を
形成する。Further, a plated metal layer 3 is formed at a predetermined position of the circuit conductor layer 2 by, for example, an electrolytic or electroless method.
【0058】次に、透光性基板1の第1の面1a上の所
定位置に、アクリレート系の透明な光熱併用硬化型の絶
縁樹脂をスタンピング法またはスクリーン印刷法等で所
定量塗布することによって、光熱硬化型絶縁樹脂層8を
形成する。その上に、電極5及び受光素子9等を表面に
有するイメージセンサ素子6を、電極5がメッキ金属層
3上に当接するように、フェイスダウン状態で配置す
る。そして、イメージセンサ素子6を透光性基板1に対
して押圧しながら、透光性基板1の回路導体層2が形成
されていない第2の面1bの側から、透光性基板1を通
して光熱硬化型絶縁樹脂層8に紫外線を照射して、光熱
硬化型絶縁樹脂を硬化させる(第1硬化工程)。Next, a predetermined amount of an acrylate-based transparent photo-thermosetting insulating resin is applied to a predetermined position on the first surface 1a of the translucent substrate 1 by a stamping method, a screen printing method, or the like. Then, a photothermosetting insulating resin layer 8 is formed. An image sensor element 6 having an electrode 5, a light receiving element 9, and the like on its surface is disposed face-down thereon so that the electrode 5 contacts the plated metal layer 3. Then, while pressing the image sensor element 6 against the translucent substrate 1, the light is transmitted through the translucent substrate 1 from the side of the second surface 1 b of the translucent substrate 1 where the circuit conductor layer 2 is not formed. The curable insulating resin layer 8 is irradiated with ultraviolet rays to cure the photothermosetting insulating resin (first curing step).
【0059】本実施例で使用したイメージセンサ素子6
は、1素子当り15個の電極5を有しており、1素子当
り0.5kgf〜2.5kgfの圧力を上方から加えて
いる。上記の圧力を加えると同時に、透光性基板1の第
2の面1bの下方から、100m W〜1500m Wの強
度の紫外線を20秒〜100秒照射した。量産効果を考
慮すると、20秒〜40秒で第1の硬化を完了するのが
望ましい。The image sensor element 6 used in this embodiment
Has 15 electrodes 5 per element, and applies a pressure of 0.5 kgf to 2.5 kgf per element from above. Simultaneously with the application of the above pressure, ultraviolet light having an intensity of 100 mW to 1500 mW was irradiated from below the second surface 1b of the light transmitting substrate 1 for 20 seconds to 100 seconds. In consideration of the mass production effect, it is desirable to complete the first curing in 20 to 40 seconds.
【0060】その後、イメージセンサ素子6が配置され
た透光性基板1を、電気炉の中に入れ、一定時間ある温
度に保つことによって、光熱硬化型絶縁樹脂を更に硬化
させる(第2硬化工程)。この温度は、メッキ金属層3
の金属の融点及び光熱硬化樹脂の硬化温度よりも高い温
度である。メッキ金属として共晶半田を用いる場合は、
185℃〜200℃で約5分〜30分の熱処理を行う。
本実施例に於いては、190℃で約10分間の熱処理を
行なった。第2硬化工程に於いては、メッキ金属層3が
融解するので、金属バンプ4とメッキ金属層3との接合
面、及びメッキ金属層3と回路導体層2との接合面に各
々合金層が形成される。Thereafter, the light transmissive substrate 1 on which the image sensor element 6 is disposed is placed in an electric furnace and kept at a certain temperature for a certain period of time to further cure the photothermographic insulating resin (second curing step). ). This temperature depends on the plating metal layer 3
Is higher than the melting point of the metal and the curing temperature of the photothermosetting resin. When using eutectic solder as plating metal,
The heat treatment is performed at 185 ° C. to 200 ° C. for about 5 minutes to 30 minutes.
In this embodiment, heat treatment was performed at 190 ° C. for about 10 minutes. In the second hardening step, since the plating metal layer 3 is melted, an alloy layer is formed on each of the bonding surface between the metal bump 4 and the plating metal layer 3 and the bonding surface between the plating metal layer 3 and the circuit conductor layer 2. It is formed.
【0061】上記第2硬化工程で、メッキ金属層3を一
旦融解させることにより得られる効果は、上述の半導体
装置の実施例の場合と同様である。メッキ金属層3を一
旦融解させることにより液体となったメッキ金属層3
は、電極5の接合表面の微細な形状に合致した状態にな
る。このことにより、両者の接触面積は増大し、接合表
面に沿った密着性が増す。従って、接合表面に於ける合
金層がより形成されやすくなるので、イメージセンサ素
子6を確実に接続することができる。また、表面に有機
物の汚れが存在するような場合にも、そのような汚れを
除去することができる。The effect obtained by melting the plating metal layer 3 once in the second curing step is the same as that in the above-described embodiment of the semiconductor device. The plating metal layer 3 which has become liquid by temporarily melting the plating metal layer 3
Is in a state conforming to the fine shape of the bonding surface of the electrode 5. As a result, the contact area between the two increases, and the adhesion along the bonding surface increases. Therefore, since the alloy layer on the joining surface is more easily formed, the image sensor element 6 can be reliably connected. In addition, even when organic dirt is present on the surface, such dirt can be removed.
【0062】第2硬化工程に於いては、第1硬化工程
で、透光性基板1上に形成された回路導体層2の陰にな
り、硬化が不完全であった部分の光熱硬化型絶縁樹脂を
完全に硬化し、イメージセンサ素子6の実装が完了す
る。尚、第2硬化工程の熱処理は、0〜1.0kgfの
圧力を上方から加え、イメージセンサ素子6を透光性基
板1に対して押圧しながら行われている。In the second curing step, in the first curing step, the photo-thermosetting insulating portion of the portion which was shaded by the circuit conductor layer 2 formed on the translucent substrate 1 and was incompletely cured was used. The resin is completely cured, and the mounting of the image sensor element 6 is completed. The heat treatment in the second curing step is performed while applying a pressure of 0 to 1.0 kgf from above and pressing the image sensor element 6 against the light transmitting substrate 1.
【0063】イメージセンサ素子6の実装が完了した
後、シリコン等の樹脂をディスペンサーなどで塗布し、
コーティング樹脂7を形成してイメージセンサ装置が完
成する。上述のように、第1硬化工程に於いては、紫外
線照射のみによって光熱硬化型絶縁樹脂が硬化されるた
め、光熱硬化型絶縁樹脂に未硬化の部分が残る。このた
め、第1硬化工程のみによって光熱硬化型絶縁樹脂を硬
化した場合、後の環境試験等に於いて実装不良が発生す
る。表1に、光硬化(第1硬化工程)のみを行った場合
と、光硬化及び熱硬化(第1及び第2硬化工程)を行っ
た場合とに於ける環境試験結果をそれぞれ示す。2つの
場合の試験結果を比較すると、恒温恒湿度(85℃、8
5%)に保持した場合及びヒートショック(−30℃〜
+70℃)を与えた場合のいずれの場合も、紫外線照射
及び熱処理によって光熱硬化型絶縁樹脂を硬化した場合
には、試験品の中に不良品は生じていない。しかし、紫
外線照射のみによって光熱硬化型絶縁樹脂を硬化した場
合には、約40%〜60%に不良品が生じている。この
ように、光硬化及び熱処理の二段階の硬化を行うことに
よって、装置の実装歩留まりを向上させることができ
る。また、表1の試験結果から明らかなように、光硬化
及び熱処理の二段階の硬化によって、イメージセンサ装
置の劣化を防ぎ、イメージセンサ装置の耐久性を増すこ
とができることがわかる。After the mounting of the image sensor element 6 is completed, a resin such as silicon is applied with a dispenser or the like,
The image sensor device is completed by forming the coating resin 7. As described above, in the first curing step, the photothermosetting insulating resin is cured only by the irradiation of ultraviolet rays, so that an uncured portion remains in the photothermosetting insulating resin. Therefore, when the photothermosetting insulating resin is cured only by the first curing step, a mounting failure occurs in a later environmental test or the like. Table 1 shows the results of environmental tests in the case where only light curing (first curing step) was performed and in the case where light curing and heat curing (first and second curing steps) were performed, respectively. Comparing the test results in the two cases, the temperature and humidity (85 ° C., 8
5%) and heat shock (-30 ° C ~
(+ 70 ° C.), no defective product was found in the test product when the photothermosetting insulating resin was cured by ultraviolet irradiation and heat treatment. However, when the photothermosetting insulating resin is cured only by ultraviolet irradiation, defective products occur in about 40% to 60%. As described above, by performing two-stage curing of light curing and heat treatment, the mounting yield of the device can be improved. Further, as is clear from the test results in Table 1, it can be understood that deterioration of the image sensor device can be prevented and durability of the image sensor device can be increased by two-stage curing of light curing and heat treatment.
【0064】[0064]
【表1】 [Table 1]
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明の半導体装置またはイメージセン
サ装置によれば、半導体素子やイメージセンサ素子を回
路導体層に電気的に確実に接続することができ、信頼性
の高い半導体装置またはイメージセンサ装置を提供する
ことができる。According to the semiconductor device or the image sensor device of the present invention, the semiconductor device or the image sensor device can be electrically connected to the circuit conductor layer reliably, and the semiconductor device or the image sensor device with high reliability can be obtained. Can be provided.
【0066】本発明の半導体装置またはイメージセンサ
装置の製造方法によれば、信頼性の高い半導体装置また
はイメージセンサ装置の製造方法を提供することができ
るとともに、装置の実装歩留まりを大幅に向上すること
ができる。第1及び第2の硬化工程によって素子が確実
に実装されることにより、半導体装置やイメージセンサ
装置の劣化が防止され、装置の耐久性を増すことができ
る。According to the method of manufacturing a semiconductor device or an image sensor device of the present invention, it is possible to provide a highly reliable method of manufacturing a semiconductor device or an image sensor device, and to greatly improve the mounting yield of the device. Can be. By reliably mounting the elements by the first and second curing steps, deterioration of the semiconductor device and the image sensor device can be prevented, and the durability of the device can be increased.
【図1】本発明の半導体装置の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明のイメージセンサ装置の正面断面図であ
る。FIG. 2 is a front sectional view of the image sensor device of the present invention.
【図3】本発明のイメージセンサ装置の上方からの見取
り図である。FIG. 3 is a perspective view of the image sensor device of the present invention from above.
【図4】図2に示されたA−A線に沿った本発明のイメ
ージセンサ装置の側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of the image sensor device of the present invention, taken along line AA shown in FIG. 2;
【図5】図2に示されたB−B線に沿った本発明のイメ
ージセンサ装置の側面断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of the image sensor device of the present invention, taken along line BB shown in FIG. 2;
【図6】完全密着型イメージセンサ装置のMTF値を、
原稿面から受光素子までの距離の関数として示すグラフ
である。FIG. 6 shows an MTF value of a perfect contact type image sensor device.
9 is a graph showing a function of a distance from a document surface to a light receiving element.
【図7】従来例のイメージセンサ装置の正面断面図であ
る。FIG. 7 is a front sectional view of a conventional image sensor device.
【図8】従来例のイメージセンサ素子の実装工程の一部
を示す図である。FIG. 8 is a view showing a part of a mounting process of a conventional image sensor element.
1 透光性基板 2 回路導体層 3 メッキ金属層 4 バンプ 5 電極 6 イメージセンサ素子(半導体素子) 7 コーティング樹脂 8 光熱硬化型絶縁樹脂層 9 受光素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 translucent substrate 2 circuit conductor layer 3 plated metal layer 4 bump 5 electrode 6 image sensor element (semiconductor element) 7 coating resin 8 photothermosetting insulating resin layer 9 light receiving element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−272764(JP,A) 特開 平2−309643(JP,A) 特開 平4−6841(JP,A) 特開 平4−240741(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-27264 (JP, A) JP-A-2-309643 (JP, A) JP-A-4-6841 (JP, A) JP-A-4- 240741 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/60
Claims (25)
と、 透光性基板の第1の面上に形成された回路導体層と、 電極を表面に有しかつ透光性基板の第1の面上にフェイ
スダウン状態で実装された半導体素子と、 半導体素子を透光性基板に固定するための光熱硬化型絶
縁樹脂層と、を備えた半導体装置であって、 回路導体層の少なくとも一部分にメッキ金属層が設けら
れ、 半導体素子の電極はメッキ金属層を介して回路導体層に
接続され、 メッキ金属層と回路導体層との接合面に、メッキ金属が
回路導体層上で一旦融解して再凝固することによってな
る合金層が形成されている、 半導体装置。A light-transmitting substrate having first and second surfaces; a circuit conductor layer formed on the first surface of the light-transmitting substrate; and a light-transmitting substrate having electrodes on its surface. A semiconductor device comprising: a semiconductor element mounted face-down on a first surface of the semiconductor device; and a photo-thermosetting insulating resin layer for fixing the semiconductor element to a light-transmitting substrate. The plating metal layer is provided on at least a part of the semiconductor element, and the electrode of the semiconductor element is connected to the circuit conductor layer via the plating metal layer, and the plating metal is formed on the connection surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer. A semiconductor device having an alloy layer formed by melting and re-solidifying once.
キ金属が電極上で一旦融解して再凝固することによって
なる合金層が形成されている請求項1に記載の半導体装
置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an alloy layer formed by melting and re-solidifying the plating metal on the electrode is formed on a joint surface between the electrode and the plating metal layer.
の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plating metal is solder.
ものであり金属バンプはメッキ金属層を介して回路導体
層に接続され、金属バンプとメッキ金属層との接合面
に、メッキ金属が一旦融解して再凝固することによって
なる合金層が形成されている請求項1に記載の半導体装
置。4. An electrode of a semiconductor device having a metal bump, the metal bump being connected to a circuit conductor layer via a plating metal layer, and the plating metal being once melted on a joint surface between the metal bump and the plating metal layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an alloy layer is formed by re-solidification.
に記載の半導体装置。5. The metal bump is an Au bump.
3. The semiconductor device according to claim 1.
第1の面上に、回路導体層を形成する工程と、 回路導体層の少なくとも一部分に、メッキ金属層を形成
する工程と、 透光性基板の第1の面上に、光熱硬化型絶縁樹脂層を形
成する工程と、 電極を表面に有する半導体素子を、電極がメッキ金属層
上に位置するように、フェイスダウン状態で配置する工
程と、 半導体素子を透光性基板に対して押圧しながら、透光性
基板の第2の面から、透光性基板を通して光熱硬化型絶
縁樹脂に紫外線を照射して光熱硬化型絶縁樹脂を硬化さ
せる第1硬化工程と、 半導体素子が配置された透光性基板を、一定時間ある温
度に保つことによって、光熱硬化型絶縁樹脂を更に硬化
させる工程であって、その温度はメッキ金属層の金属の
融点及び光熱硬化型絶縁樹脂の硬化温度よりも高い温度
である第2硬化工程と、 を包含する半導体装置の製造方法。6. A step of forming a circuit conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate having first and second surfaces, and a step of forming a plating metal layer on at least a part of the circuit conductor layer. Forming a photo-thermosetting insulating resin layer on the first surface of the light-transmitting substrate; and placing the semiconductor element having electrodes on the surface in a face-down state so that the electrodes are positioned on the plated metal layer. And irradiating the photothermosetting insulating resin with ultraviolet light from the second surface of the translucent substrate through the translucent substrate while pressing the semiconductor element against the translucent substrate. A first curing step of curing the insulating resin, and a step of further curing the photothermosetting insulating resin by maintaining the light-transmitting substrate on which the semiconductor element is disposed at a certain temperature for a certain period of time. Melting point of metal layer and photo-thermosetting type The method of manufacturing a semiconductor device comprises a second curing step at a temperature higher than the curing temperature of the resin.
キ金属層と回路導体層との接合面に合金を形成する工程
を包含する請求項6に記載の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the second curing step includes a step of melting the plating metal and forming an alloy on a joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer.
おり、第2硬化工程はメッキ金属を融解し金属バンプと
メッキ金属層との接合面、及びメッキ金属層と回路導体
層との接合面に各々合金を形成する工程を包含する請求
項6に記載の半導体装置の製造方法。8. The electrode of the semiconductor element has a metal bump, and the second curing step melts the plating metal to bond the metal bump to the plating metal layer and to bond the plating metal layer to the circuit conductor layer. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising a step of forming an alloy on each surface.
に対して押圧しながら行われる請求項6に記載の半導体
装置の製造方法。9. The method according to claim 6, wherein the second curing step is performed while pressing the semiconductor element against the light-transmitting substrate.
基板の第1の面上に導体層を堆積する工程と、フオトリ
ソグラフィ技術によって導体層をパターニングし、それ
によって回路導体層を形成する工程とを包含している請
求項6に記載の半導体装置の製造方法。10. The step of forming a circuit conductor layer includes the steps of: depositing a conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate; and patterning the conductor layer by photolithography, thereby forming a circuit conductor layer. 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising the steps of:
基板の第1の面上にフレキシブルプリント基板を張り付
けることによって回路導体層を形成するものである請求
項6に記載の半導体装置の製造方法。11. The semiconductor device according to claim 6, wherein in the step of forming the circuit conductor layer, the circuit conductor layer is formed by attaching a flexible printed board on the first surface of the light-transmitting substrate. Manufacturing method.
と、 透光性基板の第1の面上に形成された回路導体層と、 電極及び受光素子を表面に有し、かつ透光性基板の第1
の面上にフェイスダウン状態で実装されたイメージセン
サ素子と、 イメージセンサ素子を透光性基板に固定するための光熱
硬化型絶縁樹脂層と、を備えたイメージセンサ装置であ
って、 回路導体層の少なくとも一部分にメッキ金属層が設けら
れ、 イメージセンサ素子の電極はメッキ金属層を介して回路
導体層に接続され、 メッキ金属層と回路導体層との接合面に、メッキ金属が
回路導体層上で一旦融解して再凝固することによってな
る合金層が形成されている、 イメージセンサ装置。12. A light-transmitting substrate having first and second surfaces, a circuit conductor layer formed on the first surface of the light-transmitting substrate, electrodes and light-receiving elements on the surface, and The first of the translucent substrate
An image sensor device comprising: an image sensor element mounted face-down on a surface of the substrate; and a photo-thermosetting insulating resin layer for fixing the image sensor element to the light-transmitting substrate. A plating metal layer is provided on at least a part of the circuit, and the electrodes of the image sensor element are connected to the circuit conductor layer via the plating metal layer, and the plating metal is on the circuit conductor layer at the joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer. An image sensor device in which an alloy layer is formed by melting and re-solidifying once.
ッキ金属が電極上で一旦融解して再凝固することによっ
てなる合金層が形成されている請求項12に記載のイメ
ージセンサ装置。13. The image sensor device according to claim 12, wherein an alloy layer is formed on the joint surface between the electrode and the plating metal layer by melting and re-solidifying the plating metal on the electrode.
記載のイメージセンサ装置。14. The image sensor device according to claim 12, wherein the plating metal is solder.
プを有するものであり、金属バンプはメッキ金属層を介
して回路導体層に接続され、金属バンプとメッキ金属層
との接合面に、メッキ金属が一旦融解して再凝固するこ
とによってなる合金層が形成されている請求項12に記
載のイメージセンサ装置。15. An electrode of an image sensor element having a metal bump. The metal bump is connected to a circuit conductor layer via a plating metal layer, and a plating metal is formed on a joint surface between the metal bump and the plating metal layer. 13. The image sensor device according to claim 12, wherein an alloy layer formed by melting and re-solidifying is formed.
15に記載のイメージセンサ装置。16. The image sensor device according to claim 15, wherein the metal bump is an Au bump.
を合わせた厚さが、150μm以下である請求項12に
記載のイメージセンサ装置。17. The image sensor device according to claim 12, wherein the total thickness of the translucent substrate and the photothermosetting insulating resin layer is 150 μm or less.
の第1の面上に、回路導体層を形成する工程と、 回路導体層の少なくとも一部分に、メッキ金属層を形成
する工程と、 透光性基板の第1の面上に、光熱硬化型絶縁樹脂層を形
成する工程と、 電極及び受光素子を表面に有するイメージセンサ素子
を、電極がメッキ金属層上に位置するように、フェイス
ダウン状態で配置する工程と、 イメージセンサ素子を透光性基板に対して押圧しなが
ら、透光性基板の第2の面から透光性基板を通して光熱
硬化型絶縁樹脂に紫外線を照射して光熱硬化型絶縁樹脂
を硬化させる第1硬化工程と、 イメージセンサ素子が配置された透光性基板を、一定時
間ある温度に保つことによって、光熱硬化型絶縁樹脂を
更に硬化させる工程であって、その温度はメッキ金属層
の金属の融点及び光熱硬化型絶縁樹脂の硬化温度よりも
高い温度である第2硬化工程と、 を包含するイメージセンサ装置の製造方法。18. A step of forming a circuit conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate having first and second surfaces, and a step of forming a plating metal layer on at least a part of the circuit conductor layer Forming a photo-thermosetting insulating resin layer on the first surface of the light-transmitting substrate; and forming an image sensor element having electrodes and light-receiving elements on the surface such that the electrodes are located on the plated metal layer. Arranging the image sensor element in a face-down state, and irradiating the photothermosetting insulating resin with ultraviolet light from the second surface of the light-transmitting substrate through the light-transmitting substrate while pressing the image sensor element against the light-transmitting substrate. A first curing step of curing the photothermosetting insulating resin, and a step of further curing the photothermosetting insulating resin by maintaining the translucent substrate on which the image sensor element is disposed at a certain temperature for a certain period of time. The temperature Method of manufacturing includes an image sensor device, the second curing step is a temperature higher than the curing temperature of the melting point and photothermal curable insulating resin of the metal of the metal layer.
ッキ金属層と回路導体層との接合面に合金を形成する工
程を包含する請求項18に記載のイメージセンサ装置の
製造方法。19. The method for manufacturing an image sensor device according to claim 18, wherein the second curing step includes a step of melting the plating metal and forming an alloy on a joint surface between the plating metal layer and the circuit conductor layer.
プを有しており、第2硬化工程はメッキ金属を融解し金
属バンプとメッキ金属層との接合面、及びメッキ金属層
と回路導体層との接合面に各々合金を形成する工程を包
含する請求項18に記載のイメージセンサ装置の製造方
法。20. An electrode of an image sensor element having a metal bump, wherein a second curing step is performed by melting a plating metal to form a bonding surface between the metal bump and the plating metal layer, and between a plating metal layer and a circuit conductor layer. 19. The method for manufacturing an image sensor device according to claim 18, comprising a step of forming an alloy on each of the bonding surfaces.
透光性基板に対して押圧しながら行われる請求項18に
記載のイメージセンサ装置の製造方法。21. The method according to claim 18, wherein the second curing step is performed while pressing the image sensor element against the translucent substrate.
を合わせた厚さが、150μm以下である請求項18に
記載のイメージセンサ装置の製造方法。22. The method for manufacturing an image sensor device according to claim 18, wherein a total thickness of the light transmitting substrate and the photothermosetting insulating resin layer is 150 μm or less.
基板の第1の面上に、導体層を堆積する工程と、フオト
リソグラフィ技術によって導体層をパターニングし、そ
れによって回路導体層を形成する工程とを包含している
請求項18に記載のイメージセンサ装置の製造方法。23. A step of forming a circuit conductor layer, comprising the steps of: depositing a conductor layer on a first surface of a light-transmitting substrate; and patterning the conductor layer by photolithography, thereby forming the circuit conductor layer. 19. The method for manufacturing an image sensor device according to claim 18, comprising a step of forming.
基板の第1の面上にフレキシブルプリント基板を張り付
けることによって回路導体層を形成するものである請求
項18に記載のイメージセンサ装置の製造方法。24. The image sensor according to claim 18, wherein, in the step of forming the circuit conductor layer, the circuit conductor layer is formed by attaching a flexible printed circuit board on the first surface of the light-transmitting substrate. Device manufacturing method.
基板の第1の面上に厚膜印刷によって回路導体層を形成
するものである請求項18に記載のイメージセンサ装置
の製造方法。25. The method according to claim 18, wherein the step of forming the circuit conductor layer comprises forming the circuit conductor layer on the first surface of the light-transmitting substrate by thick-film printing. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP26451292 | 1992-10-02 | ||
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JP13822193 | 1993-06-10 | ||
JP24501093A JP3238256B2 (en) | 1992-10-02 | 1993-09-30 | Semiconductor device, image sensor device, and manufacturing method thereof |
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