JP4313503B2

JP4313503B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4313503B2
Application number: JP2000197393A
Authority: JP
Inventors: 聡三浦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002016194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオード，ラインセンサ，イメージセンサ等の受光素子である半導体素子またはこれらの受光部を有する半導体素子を具備した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ等の受光素子である半導体素子またはこれらの受光部を有する半導体素子を具備した半導体装置は、以下のように構成されていた。セラミックス等から成り半導体素子を載置する底板としての基体と、セラミックス等から成り基体の周縁部に半導体素子を囲繞するように設けられた枠体とから構成される容器本体の内部に半導体素子を載置して接着固定し、半導体素子の電極と基体上面の外部接続用の電極パッドとを基体上面に設けられたメタライズ層等で接続し、枠体上面の外形と略同形状のガラス等から成る蓋体を枠体上部に載置し樹脂により封止することによって作製される。
【０００３】
例えば、従来例として、端子が設けられたガラス基板と、ガラス基板面上に離隔し、撮像面のマイクロレンズを対向させて搭載、配置された固体撮像素子と、固体撮像素子端子およびガラス基板端子間を電気的に接続するバンプと、対向する固体撮像素子のマイクロレンズ面およびガラス基板面間に空間を形成しながら固体撮像素子周面部を一体的に封止する樹脂層とを具備することにより、マイクロレンズ面に異材質が直接接触することを回避する構成を採ることができ、マイクロレンズ機能が常時十分に確保され、また組み立てが簡易化されて生産性の高いものとなるというものが提案されている（特開平７−２３１０７４号公報参照）。
【０００４】
また、他の従来例として、ＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の受光素子を有する半導体素子に対して、ガラス，石英，サファイア，透明樹脂等の透明部材を、半導体素子の受光部表面との間に空間が形成されるように半導体素子の受光部エリアにのみ配設して、受光部エリアを封止することにより、小型軽量化を図ることができ、封止樹脂の受光部エリアへの侵入を防止することができるものが知られている（特開平１１−２６７８２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例においては、固体撮像素子のマイクロレンズ面とガラス基板面間との間の空間、および、透明部材と半導体素子の受光部表面との間の空間を形成するために、樹脂製枠体や樹脂製の封止枠を、固体撮像素子や半導体素子の外周部に設けており、この樹脂製枠体や樹脂製の封止枠が半導体装置の小型軽量化、薄型化を妨げていた。また、樹脂製枠体や樹脂製の封止枠を別途作製して位置精度良く配置する必要があるため、組み立ての作業性が悪く、生産性が低下し易いものであった。
【０００６】
このような樹脂製枠体や樹脂製の封止枠に代えて、封止樹脂により上記の空間を形成することもできるが、この場合塗布された封止樹脂が受光部エリアに侵入し、受光部エリアの一部が封止樹脂で覆われて、受光特性が劣化するという問題が発生し易いものであった。
【０００７】
また、ガラス基板や透明部材を使用せずに、受光部表面を含む半導体素子の上面および側面を透明樹脂で覆う構成（樹脂モールド）も採り得るが、半導体素子の発熱による熱的ストレスや透明樹脂の吸湿により、受光部表面から透明樹脂が剥離し易いという問題があった。さらに、半導体素子がマイクロレンズ付のイメージセンサである場合、またはそのようなイメージセンサ部を有するものである場合、透明樹脂のマイクロレンズ面上への被覆により、レンズ効果が大幅に低下するという問題もあった。
【０００８】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、小型軽量化および薄型化が達成されるとともに組み立ての作業性が良好であり、生産性が良く、また封止樹脂が半導体素子の受光部エリアに侵入して受光特性が劣化するのを防止し得るものとすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上面に受光部が設けられかつ前記上面の周縁部に電極が形成された半導体素子が上側主面に載置されるとともに、該上側主面の前記半導体素子の載置部より周縁側に電極パッドが形成された基体と、前記電極および前記電極パッドを電気的に接続したボンディングワイヤと、前記電極および前記ボンディングワイヤの前記電極からの立ち上がり部を覆うように前記上面の周縁部の全周に設けられた紫外線硬化性樹脂と、前記半導体素子を覆うように前記紫外線硬化性樹脂の上部でもって接着された、外形が前記半導体素子と略同形の透光性部材と、前記半導体素子および前記紫外線硬化性樹脂並びに前記透光性部材の側部の全周を封止する封止樹脂とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、上記の構成により、紫外線硬化性樹脂が基体の周縁部に枠状に形成されるため、半導体素子と透光性部材とで形成される空間の側壁と成り、また紫外線硬化性樹脂はボンディングワイヤの頂部の直上に透光性部材の周縁部が位置するように形成できるため、きわめて小型軽量で薄型の半導体装置と成し得る。また、紫外線硬化性樹脂は塗布後直ちに硬化させることができるため、半導体素子の受光部に侵入するのを防ぐことができ、また紫外線硬化性樹脂中にボンディングワイヤが入り込む構造であることから、紫外線硬化性樹脂の硬化前の流れ出しを抑制でき、硬化後の強度も十分に維持できる。従って、紫外線硬化性樹脂が半導体素子の受光部エリアに侵入して受光特性が劣化するのを防止し得、別個の枠体等を作製し配置する必要もないので、低コストに製造でき、組み立ての作業性も良好となる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記紫外線硬化性樹脂が暗色系に着色されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、外部より入射された光が、紫外線硬化性樹脂で散乱されてノイズとして受光されるのを防ぐことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置について以下に説明する。図１は本発明の半導体装置の断面図であり、同図において、１はフォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（Charge Coupled Device），ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）等の受光素子である半導体素子またはこれらの受光部を有する半導体素子、２は半導体素子の受光部、３はガラス，石英，サファイア，透明樹脂等から成る透光性部材、４は紫外線硬化性樹脂、５は半導体素子１を載置する基体、６は半導体素子１の電極８と基体５の電極パッドとを電気的に接続するボンディングワイヤ、７は封止樹脂である。
【００１４】
本発明において、半導体素子１は、その上面の中央部等の一部に受光部２が設けられており、その上面の受光部２の周囲側である周縁部には、入出力用の電極８が形成されている。
【００１５】
また、半導体素子１が載置される基体５の上側主面には、半導体素子１の載置部より周縁側に電極パッド９が設けられており、この電極パッド９は基体５の配線パターン（図示せず）や外部電気回路等に接続される。
【００１６】
この基体５は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）セラミックス等のセラミックス材料、ガラスセラミックス材料等の無機材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルテロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等の樹脂系材料、またはＡｌ，Ｃｕ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属材料が使用できる。
【００１７】
電極８および電極パッド９は、Ｃｕ、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ₂Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等から成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。
【００１８】
また、電極８と電極パッド９とは、アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ）等から成るボンディングワイヤ６で電気的に接続されており、ボンディングワイヤ６は電極８から立ち上がり、次いで基体５の上側主面の周縁部の電極パッド９へ向かって下方へ折り曲げられており、その折り曲げ部が頂部となる。
【００１９】
そして、ボンディングワイヤ６の少なくとも立ち上がり部が紫外線硬化性樹脂４で覆われており、かつ半導体素子１の上面の周縁部の全周に紫外線硬化性樹脂４が設けられる。この紫外線硬化性樹脂４は、アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂であり、紫外線硬化性と熱硬化性の両特性を有する併用型であってもよい。また、ボンディングワイヤ６の立ち上がり部から折り曲げ部までの部分を紫外線硬化性樹脂４で覆ってもよく、その折り曲げ部は頂部に至らない部分まで、略頂部まで、または頂部から下向きに折り曲がった部分までのいずれであってもよい。
【００２０】
本発明において、紫外線硬化性樹脂４の高さによって規定される、半導体素子１と透光性部材３との間隔が０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．０１ｍｍ未満では、マイクロレンズに接触するといった不具合を生じるおそれがあり、０．５ｍｍを超えると、小型化、薄型化が成されず実用性が低下する。
【００２１】
また、紫外線硬化性樹脂４は、黒色、黒灰色、茶色、褐色、黒褐色、濃緑色、濃青色、青緑色、濃紫色、暗赤色等の暗色系に着色されているのがよく、この場合染料、顔料等を紫外線硬化性樹脂４に混入させることで容易に暗色系とし得る。このように、紫外線硬化性樹脂４を暗色系とすることで、紫外線硬化性樹脂４の表面における光の反射、散乱を抑制することができ、受光部２にノイズが入るのを大幅に抑えることができる。
【００２２】
顔料としては、カーボン，チタン，酸化鉄等であり、またはこれらの２種以上の混合物がよくこの場合黒色系の顔料となり最も光吸収性に富むものとなる。紫外線硬化性樹脂４の全固形成分に対する顔料の含有量は０．１〜５０重量％がよく、０．１重量％未満では着色が困難となり、５０重量％を超えると紫外線硬化性樹脂４に照射される紫外線が顔料により遮断されて紫外線硬化性樹脂４の硬化が困難となる。また、カーボン等の導電性粒子の場合その導電性粒子にアクリル樹脂等をコーティングしたものを用いれば、ボンディングワイヤ６から紫外線硬化性樹脂４を通じてのショート等の問題が解消される。また、アルミナ等の粒子を用いることもでき、これはＣｒ等を混入することで濃紫色とし得る。
【００２３】
また、顔料用の粒子の平均粒径は約０．０５〜約１μｍがよく、０．０５μｍ未満ではフィラーが凝集して分散性が低下し易くなる。１μｍを超えると、粒子間の隙間が大きくなり、また紫外線が粒子で遮断され易くなり、紫外線硬化性樹脂４の硬化性および接着性が低下し易くなる。
【００２４】
紫外線硬化性樹脂４の明度、彩度、光透過性に関しては、全くの黒色等に着色すると紫外線が粒子で遮断され易くなり、紫外線硬化性樹脂４の硬化性が低下する。従って、半光透過性にしたものや茶色系に着色したものが、紫外線硬化性樹脂４の硬化性を阻害しない点で好ましい。
【００２５】
また、染料を用いる場合、ゼラチン，グリュー，ガゼイン等の天然樹脂あるいはアミン変性ポリビニルアルコール等の合成樹脂から成る染色基材を酸性染料等の染料で染色して、それを紫外線硬化性樹脂４に混入させることにより着色し得る。
【００２６】
さらには、紫外線硬化性樹脂４の表面の光の反射、散乱を抑制するために、艶消し剤を含有させてもよい。
【００２７】
また、封止樹脂７は、半導体素子１および紫外線硬化性樹脂４並びに透光性部材３の側部の全周を封止するように設けられ、半導体素子１と透光性部材３と紫外線硬化性樹脂４とで形成される内部の空間を気密に封止する。この封止樹脂７は、図１に示すように、基体５の周縁側の電極パッド９およびボンディングワイヤ６の立ち下がり部までを覆うように設けることができる。また、半導体素子１と紫外線硬化性樹脂４および透光性部材３の側部のみに設けることもでき、従って、この側部に少なくとも塗布形成すればよい。
【００２８】
この封止樹脂７は、フェノール系樹脂，シリコーン系樹脂，アクリル系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂，尿素樹脂，メラミン樹脂，ポリエステル樹脂，エポキシ系樹脂，ケイ素樹脂，フタル酸ジアリル，ポリウレタン等の熱硬化性樹脂がよく、このような熱硬化性樹脂を用いることで、硬化した紫外線硬化性樹脂４を熱により軟化させることがなく、半導体素子１と透光性部材３と紫外線硬化性樹脂４とで形成される内部の空間を保持した状態で気密に封止し得る。特に、この封止樹脂７は、シリコーン系樹脂，アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂がよく、これらは密着封止性に優れている。
【００２９】
また、本発明の半導体装置は、母基板に多数個を作製しておき、作製後ダイシング法等により個々の半導体装置に切断し分割してもよい。その場合、図１の破線部７ａに示すように、封止樹脂７の上部および側部は、半導体装置全体が直方体状を成すように角張っていてもよい。
【００３０】
本発明の透光性部材３は、半導体素子１を覆うような半導体素子１の外形と略同形の板状のものであり、外光を透過させる窓部および蓋体として機能する。この透光性部材３は、主面が平面状の平板状に限らず、レンズ状に加工されたものでもよい。透光性部材３の厚さは０．３〜１．０ｍｍ程度が良く、０．３ｍｍ未満では、強度が小さいため組み立て中に破損したり、樹脂封止によって反りが発生し取り込んだ画像が歪むという問題が発生し易い。１．０ｍｍを超えると、小型軽量化および薄型化が成されず実用性が低下する。
【００３１】
また、透光性部材３としては、光透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ソーダガラス等のガラス、プラスチック、サファイア（アルミナの単結晶）、石英等が好ましい。
【００３２】
かくして、本発明は、紫外線硬化性樹脂が半導体素子と透光性部材とで形成される空間の側壁と成り、またボンディングワイヤの頂部の直上に透光性部材の周縁部が位置するように形成できるため、きわめて小型軽量で薄型の半導体装置と成る。また、紫外線硬化性樹脂は塗布後直ちに硬化させることができるため、半導体素子の受光部に紫外線硬化性樹脂が侵入するのを防ぐことができ、また紫外線硬化性樹脂中にボンディングワイヤが入り込む構造であることから、紫外線硬化性樹脂の硬化前の流れ出しを抑制でき、硬化後の強度も十分に維持できる。従って、紫外線硬化性樹脂が半導体素子の受光部エリアに侵入して受光特性が劣化するのを防止し得、別個の枠体等を作製し配置する必要もないので、低コストに製造でき、組み立ての作業性も良好となる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、上面に受光部が設けられかつ上面の周縁部に電極が形成された半導体素子が上側主面に載置されるとともに、上側主面の半導体素子の載置部より周縁側に電極パッドが形成された基体と、電極および電極パッドを電気的に接続したボンディングワイヤと、電極およびボンディングワイヤの電極からの立ち上がり部を覆うように上面の周縁部の全周に設けられた紫外線硬化性樹脂と、半導体素子を覆うように紫外線硬化性樹脂の上部でもって接着された、外形が半導体素子と略同形の透光性部材と、半導体素子および紫外線硬化性樹脂並びに透光性部材の側部の全周を封止する封止樹脂とを具備したことにより、紫外線硬化性樹脂が基体の周縁部に枠状に形成されて、半導体素子と透光性部材とで形成される空間の側壁と成り、また紫外線硬化性樹脂はボンディングワイヤの頂部の直上に透光性部材の周縁部が位置するように形成できるため、きわめて小型軽量で薄型の半導体装置と成る。また、紫外線硬化性樹脂は塗布後直ちに硬化させることができ、半導体素子の受光部にそれが侵入するのを防ぐことができる。また、紫外線硬化性樹脂中にボンディングワイヤが入り込む構造であることから、紫外線硬化性樹脂の硬化前の流れ出しを抑制でき、硬化後の強度も十分に維持できる。従って、紫外線硬化性樹脂が半導体素子の受光部エリアに侵入して受光特性が劣化するのを防止し得、別個の枠体等を作製し配置する必要もないので、低コストに製造でき、組み立ての作業性も良好となる。
【００３５】
好ましくは、紫外線硬化性樹脂が暗色系に着色されていることにより、外部より入射された光が、紫外線硬化性樹脂で散乱されてノイズとして受光されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１：半導体素子
２：受光部
３：透光性部材
４：紫外線硬化性樹脂
５：基体
６：ボンディングワイヤ
７：封止樹脂
８：電極
９：電極パッド

Claims

上面に受光部が設けられかつ前記上面の周縁部に電極が形成された半導体素子が上側主面に載置されるとともに、該上側主面の前記半導体素子の載置部より周縁側に電極パッドが形成された基体と、前記電極および前記電極パッドを電気的に接続したボンディングワイヤと、前記電極および前記ボンディングワイヤの前記電極からの立ち上がり部を覆うように前記上面の周縁部の全周に設けられた紫外線硬化性樹脂と、前記半導体素子を覆うように前記紫外線硬化性樹脂の上部でもって接着された、外形が前記半導体素子と略同形の透光性部材と、前記半導体素子および前記紫外線硬化性樹脂並びに前記透光性部材の側部の全周を封止する封止樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置。
前記紫外線硬化性樹脂が暗色系に着色されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。