CN113451275A - 半导体元件以及固体摄像装置 - Google Patents

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樱井大辅
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Abstract

半导体元件具有：多个微透镜，设置于主面，对光进行聚光；多个导电性电极，设置于主面的背面；光电变换部，被导入由多个微透镜聚光的光；以及应变传感器，设置在与光电变换部相同的层，检测应变。固体摄像装置具有：上述半导体元件；透明构件；粘接层，覆盖多个微透镜，并且粘接透明构件；以及多个外部连接电极，分别与多个导电性电极电连接。

Description

半导体元件以及固体摄像装置
技术领域
本公开涉及半导体元件以及固体摄像装置。
背景技术
近年来，电子部件、电子设备的小型化、高功能化、多样化不断发展，为了应对所要求的需求，谋求半导体元件的高密度化。
作为用于实现高密度化的半导体元件的封装，例如，一般公知有隔着薄膜或者粘接剂等对半导体元件粘贴了盖玻片的晶片级CSP(Chip Size Package，芯片尺寸封装)。
例如，在专利文献1中，公开了半导体封装件。图8是专利文献1的半导体封装件的剖视图。
专利文献1的半导体封装件100具有：半导体元件102，在半导体基板101的第1面101a设置有电路元件；外部布线区域110，设置于半导体基板101的第2面101b；支承基板104，在半导体基板101的第1面101a设置有粘接层105，包括通过粘接层105粘接、并固定的具有光透射性的材料；电极焊盘106，配置于半导体基板101的第1面101a；贯通孔，在电极焊盘106正下方的半导体基板101内打开，以使得电极焊盘106从半导体基板101的第2面101b露出；电绝缘膜107，配置为覆盖半导体基板101的第2面101b和贯通孔的内侧面，露出电极焊盘106；贯通电极108，配置为隔着电绝缘膜107覆盖贯通孔的内侧面以及电极焊盘106的露出部，并与电极焊盘106电连接；外部布线109，用于连接贯通电极108和外部布线区域110；连接部，用于将外部端子与外部布线区域110连接；以及保护膜113，在半导体基板101的第2面101b侧，将连接部以外的部分全部覆盖。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4722702号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的半导体封装件中，在封装中的组装工序中的机械应力、热应力等集中于粘接并固定支承基板、半导体基板的粘接层。
上述的应力集中在半导体封装件的完成后也作为应变而残留于该半导体封装件，但在半导体封装件的出厂前进行的电检查、光学特性检查中，难以将该应变检测为不良。因此，残留有应变的半导体封装件作为成品提供给用户。之后，通过在将半导体封装件二次安装于基板时产生的热应力、模块组装时产生的机械应力，在粘接层的界面、位于粘接层的下层的多个微透镜、滤色器等半导体元件内部而产生裂缝、剥离这样的后发不良。
本公开的一个方式的目的在于提供一种能够在向用户提供前检测成为后发不良的原因的不良的半导体元件以及固体摄像装置。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式所涉及的半导体元件具有：多个微透镜，设置于主面，对光进行聚光；多个导电性电极，设置于所述主面的背面；光电变换部，被导入由所述多个微透镜聚光的光；以及应变传感器，设置在与所述光电变换部相同的层，检测应变。
本公开的一个方式所涉及的固体摄像装置具有：本公开的一个方式所涉及的半导体元件；透明构件；粘接层，覆盖所述多个微透镜，并且粘接所述透明构件；以及多个外部连接电极，分别与所述多个导电性电极电连接。
发明效果
根据本公开，能够在向用户提供前检测成为后发不良的原因的不良。
附图说明
图1是本公开的实施方式1所涉及的固体摄像装置的立体图。
图2是本公开的实施方式1所涉及的固体摄像装置的剖视图。
图3是本公开的实施方式1所涉及的半导体元件的剖视图。
图4是本公开的实施方式1所涉及的固体摄像装置的检查工序的流程图。
图5是表示以往的检查工序与本公开的实施方式1的检查工序的对比的表。
图6是本公开的实施方式2所涉及的半导体元件的俯视图。
图7是本公开的实施方式3所涉及的半导体元件的俯视图。
图8是专利文献1的半导体封装件的剖视图。
符号说明
1 透明构件
2 粘接层
3 半导体元件
4 外部连接电极
5 微透镜
6 滤色器
7 光电变换部
8 应变传感器
8a p计量器
8b n计量器
9 内部布线
10 导电性电极
100 半导体封装件
100b 半导体封装件的第2面
101 半导体基板
101a 半导体基板的第1面
1O1b 半导体基板的第2面
102 半导体元件
103 电路元件
104 支承基板
105 粘接层
106 电极焊盘
106a 电极焊盘的底面
107 电绝缘膜
108 贯通电极
10gb 与贯通电极的电极焊盘接合的部分
109 外部布线
110 外部布线区域
111 金属杆
113 保护膜
200 固体摄像装置。
具体实施方式
以下，参照附图，对本公开的实施方式进行说明。另外，对各图中共用的结构要素标注相同的符号，并适当省略它们的说明。
此外，各图所示的结构要素的尺寸(例如，厚度、长度等)与实际的尺寸不同，为容易图示的尺寸。此外，各图所示的多个微透镜、光电变换部以及多个外部连接电极各自的个数也与实际的个数不同，为容易图示的个数。此外，各结构要素的材质并不限定于以下说明的材质。
〔实施方式1〕
使用图1、图2、图3对本实施方式的固体摄像装置200的结构进行说明。图2是固体摄像装置200的剖视图。图3是设置在固体摄像装置200的半导体元件3的剖视图。
如图1、图2所示，固体摄像装置200具有透明构件1、粘接层2、半导体元件3以及多个外部连接电极4。
如图3所示，半导体元件3具有多个微透镜5、滤色器6、光电变换部7、应变传感器8、内部布线9以及多个导电性电极10。
如图2所示，在半导体元件3的主面(图3所示的滤色器6)设置有多个微透镜5。另一方面，如图1、图2所示，在半导体元件3的主面的背面设置有多个导电性电极10。如图2所示，在多个导电性电极10设置有与多个导电性电极10电连接的多个外部连接电极4。
如图2所示，在半导体元件3的主面设置有粘接层2以覆盖各微透镜5的全体。在粘接层2的上部设置有被粘接层2粘接、固定的透明构件1。
作为透明构件1的材质，例如，可以使用硼硅酸盐玻璃板(ホウケイ酸ガラス板)，也可以使用为了防止由特性方向的干涉条纹引起的龟纹(モフレ)而具有双折射特性的石英板、低通滤波器。另外，使用硼硅酸玻璃板时的透明构件1的厚度例如为100μm～1000μm的范围内，优选为200μm～500μm的范围内。
粘接层2是光学透明的合剂。作为粘接层2的材料，例如，可列举出丙烯酸系树脂、环氧树脂或者聚酰亚胺系树脂等。此外，粘接层2具备通过紫外线的照射、加热或者这两者而固化，且折射率比多个微透镜5低的固化物特性。
如图2所示，在多个导电性电极10的表面设置有多个外部连接电极4。
如图3所示，多个导电性电极10与设置于半导体元件3的内部的内部布线9电连接。因此，固体摄像装置200经由多个导电性电极10以及多个外部连接电极4而被二次安装于基板(省略图示。以下同样)，由此半导体元件3与基板电连接。基板例如是电子设备的电路基板。
多个外部连接电极4例如可以是焊球，也可以是在表面形成有导电性被膜的导电性树脂球，也可以是通过引线接合形成的凸块。作为焊球的材料，例如可以使用Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系、Zn-Bi系等组成的焊料材料，但并不限定于这些组成。
此外，在使用焊球作为多个外部连接电极4的情况下，也可以通过焊接而粘接于半导体元件3。在使用导电性树脂球作为多个外部连接电极4的情况下，也可以通过导电性粘接剂粘接于半导体元件3。此外，例如，也可以使用丝网印刷法将焊膏供给到多个外部连接电极4上，进行回流焊，由此形成多个外部连接电极4。
此外，如图3所示，在半导体元件3的内部，在多个微透镜5以及滤色器6的下方设置有光电变换部7。光电变换部7经由内部布线9与多个导电性电极10电连接。从半导体元件3的表面进入的光被多个微透镜5聚光，被滤色器6滤波，照到光电变换部7。
此外，如图3所示，在半导体元件3的内部，在滤色器6的下方，与光电变换部7相邻地设置有应变传感器8。
应变传感器8例如是通过将磷、硼等杂质向硅晶片扩散而形成的半导体。应变传感器8包含p计量器8a和n计量器8b。
应变传感器8根据基于在使恒定电流流过计量器时计测出的电压值和施加了外部应力时计测出的电压值的变化的电阻变化率以及应变系数来计算应变。即，应变传感器8利用在对计量器施加了机械应力时电阻发生变化的压电电阻效果来检测应变。
应变传感器8经由内部布线9与多个导电性电极10电连接。由此，在固体摄像装置200的检查工序(后述的应变检查)中，能够从半导体元件3的外部经由多个导电性电极10向应变传感器8流过恒定电流，能够计测电压值。
此外，不仅在固体摄像装置200的检查工序中，而且在制造固体摄像装置200的各工序中，能够从半导体元件3的外部经由多个导电性电极10流过电流、测定电压。
因此，能够在规定的工序中，实时地监视应变。例如，在透明构件1的贴合工序中，首先存在如下一系列的工艺：在多个微透镜5上涂布成为粘接层2的粘接剂，接下来在粘接层2上安装透明构件1，然后，利用紫外线、热使其固化。通过使用应变传感器8，能够根据上述一系列工艺中的电阻值变化来监视应变的变化。此外，能够掌握在制造中的哪个工艺中产生了最大应变。
因此，预先掌握半导体元件3成为不良的裂缝、剥离现象与应变的相关关系，在制造中实时地监视应变数据，将该结果向制造设备反馈，由此能够以适当的制造条件生产固体摄像装置200。
与此相对，以往，作为检查工序，进行检测透明构件的缺损、多个导电性电极的外观不良等的外观检查、检测导通不良、电特性不良等的电检查(也可以称为导通检查)、检测颜色不均、像素伤痕不良等的光学特性检查、对实际拍摄到的固体摄像装置的图像进行感官检查的图像检查、以及进行透明构件的表面的异物、灰尘的检测的灰尘检查，然后，固体摄像装置被包装、出厂。因此，虽然能够检测出厂前的缺陷，但不能在出厂前检测因出厂后进行的固体摄像装置的向基板的二次安装、模块组装而可能产生的后发不良(例如，裂缝、剥离)。
在图4中示出本实施方式的固体摄像装置200的检查工序的流程。图4是表示固体摄像装置200的检查工序的流程的流程图。
首先，进行外观检查(步骤S1)。在该外观检查中，进行透明构件1的缺损、多个导电性电极10的外观不良等检测。
接下来，进行电检查(步骤S2)。在该电检查中，进行导通不良、电特性不良等的检测。
接下来，进行光学特性检查(步骤S3)。在该光学特性检查中，进行颜色不均、像素伤痕不良等的检测。
接下来，进行图像检查(步骤S4)。在该图像检查中，对实际拍摄到的固体摄像装置200的图像进行感官检查。
接下来，进行应变检查(步骤S5)。在该应变检查中，使用应变传感器8进行应变的检测(具体而言，半导体元件3内部的残留应力的测定)。
最后，进行灰尘检查(步骤S6)。在该灰尘检查中，进行透明构件1的表面上的异物、灰尘的检测。
经过了步骤S1～S6的检查的固体摄像装置200被包装、出厂。
如以上说明的那样，在固体摄像装置200的检查工序中，追加了步骤S5的应变检查这一点，与以往的检查工序不同。
在图5中示出以往的检查工序与本实施方式的检查工序的对比。在图5中，圆圈标记表示能够检测不良项目，叉号标记表示无法检测不良项目。
在本实施方式的检查工序中，能够检测后发的图像缺陷、后发的图像应变等可能发生后发不良的产品。
上述后发的图像缺陷是指，因出厂后的工序(例如，二次安装时、或者模块组装时等)的应力而产生的以多个微透镜、滤色器、粘接层的剥离为原因的像素的伤痕等。此外，上述后发的图像应变是指，因出厂后的工序的应力而产生的多个微透镜、以粘接层本身的应变为原因的图像的应变等。
图5所示的特性(后发)是受光灵敏度的降低、分光特性等。此外，图5所示的图像(后发)是包含上述后发的图像缺陷以及后发的图像应变的总称。
通常，由于出厂前的残留应力和出厂后的工序中产生的应力，产生上述剥离、应变，产生上述后发不良。与此相对，在本实施方式的检查工序中，能够检测出厂前的半导体元件3内部的残留应力。因此，事先调查出厂前的残留应力和出厂后的工序中产生的应力与后发不良的产生的相关关系(相同関係)，通过在本实施方式的工序中检测出厂前的残留应力，能够检测可能产生后发不良的产品。
〔实施方式2〕
使用图6对本实施方式的半导体元件3的结构进行说明。图6是从透明构件1侧(换言之，主面侧)观察本实施方式的半导体元件3的俯视图。
如图6所示，在半导体元件3的主面以格子状配置有多个微透镜5。在各微透镜5的正下方设置有光电变换部7。由此，从外部进入多个微透镜5的光的行进路径被多个微透镜5变更，更多的光被收集到光电变换部7。
在此，为了实现固体摄像装置的灵敏度特性的提高，重要的是，从多个微透镜5进入的光不被遮挡而到达光电变换部7。因此，应变传感器8需要设置在不影响光的行进路径的位置。
在由应变传感器8检测的应变主要是由覆盖各微透镜5并且粘接、固定透明构件1的粘接层2的机械应力或者热应力所引起的。因此，主要的不良产生位置是粘接层2与多个微透镜5的界面、或者多个微透镜5与处于其下层的滤色器6的界面。
此外，多个微透镜5大多由容易吸收应力的低弹性的材料形成。因此，上述应力容易集中在相邻的多个微透镜5之间。
从以上说明的光的行进路径以及应力集中的观点出发，在本实施方式的半导体元件3中，如图6所示，在从透明构件1侧俯视半导体元件3时，在相邻的多个微透镜5的边界部分(也可以说是相邻的多个微透镜5彼此的接触部分)的正下方，并且，在相邻的光电变换部7之间(以下，称为光电变换部之间)配置有应变传感器8。
另外，在图6中，作为一个例子，图示了应变传感器8配置在全部的光电变换部之间的情况，但并不限定于此。例如，应变传感器8也可以仅配置在设想为特别容易施加应力的光电变换部之间。或者，例如，在想要掌握半导体元件3全体的应变的倾向的情况下，应变传感器8也可以仅配置在位于半导体元件3的主面的中央的光电变换部之间和位于半导体元件3的主面的外周侧或者角部侧的光电变换部之间。
如上构成的图6的半导体元件3设置于图1、图2所示的固体摄像装置200。
〔实施方式3〕
使用图7，对本实施方式的半导体元件3的结构进行说明。图7是从透明构件1侧(换言之，主面侧)观察本实施方式的半导体元件3的俯视图。
如图7所示，多个微透镜5以及光电变换部7的配置位置与图6相同。即，在半导体元件3的主面以格子状配置有多个微透镜5，在各微透镜5的正下方设置有光电变换部7。
如图7所示，在从透明构件1侧观察半导体元件3的情况下，多个微透镜5为圆形状。而且，在从透明构件1侧俯视半导体元件3时，应力容易集中于由相邻的四个的多个微透镜5的外缘部包围的区域。该区域也可以称为未配置有多个微透镜5的区域，因此，以下，称为“微透镜非配置区域”。
从上述的应力集中的观点出发，在本实施方式的半导体元件3中，在微透镜非配置区域的正下方(更具体而言，多个微透镜非配置区域的中央部分的正下方)，并且，沿倾斜方向相邻的光电变换部7之间配置有应变传感器8。
另外，在图7中，作为一个例子，图示了应变传感器8配置于所有的多个微透镜非配置区域的情况，但并不限定于此。例如，应变传感器8也可以仅配置在设想为特别容易施加应力的微透镜非配置区域。或者，例如，应变传感器8也可以仅配置在位于半导体元件3的主面的中央的多个微透镜非配置区域和位于半导体元件3的主面的外周侧或者角部侧的多个微透镜非配置区域。或者，例如，应变传感器8也可以在配置有多个微透镜5的区域全体等间隔地配置。进而，例如在想要在开发用途等中测定应变的情况下，也可以随机选定想要测定的多个微透镜非配置区域，仅在该多个微透镜非配置区域配置有应变传感器8。
如上构成的图7的半导体元件3设置于图1、图2所示的固体摄像装置200。
如以上说明的那样，本实施方式的半导体元件3的特征在于，具有：多个微透镜5，设置于主面，对光进行聚光；多个导电性电极10，设置于主面的背面；光电变换部7，被导入由多个微透镜5聚光的光；以及应变传感器8，设置在与光电变换部7相同的层，检测应变。
此外，本实施方式的固体摄像装置200的特征在于，具有：上述本实施方式的半导体元件3；透明构件1；粘接层2，覆盖多个微透镜5，并且粘接透明构件1；以及多个外部连接电极4，分别与多个导电性电极10电连接。
根据上述特征，本实施方式的半导体元件3以及固体摄像装置200能够在向用户提供前检测成为后发不良(在二次安装工序、模块组装工序中产生)的原因的不良(应变)。
另外，本公开并不限定于上述实施方式的说明，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。
工业上的可利用性
本公开的半导体元件以及固体摄像装置能够预先探测在以往的检查工序中无法检测的在提供给用户后可能产生的后发不良，在小型化、高功能化不断发展的半导体元件以及固体摄像装置中是有用的。

Claims (6)

1.一种半导体元件，具有：
多个微透镜，设置于主面，对光进行聚光；
多个导电性电极，设置于所述主面的背面；
光电变换部，被导入由所述多个微透镜聚光的光；以及
应变传感器，设置在与所述光电变换部相同的层，检测应变。
2.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，
所述光电变换部与所述多个微透镜的各个位置对应地设置，
所述应变传感器配置在相邻的所述光电变换部之间。
3.根据权利要求2所述的半导体元件，其中，
在从所述主面侧俯视所述半导体元件时，
所述多个微透镜以格子状配置，
所述应变传感器配置在相邻的所述多个微透镜的边界部分的正下方。
4.根据权利要求2所述的半导体元件，其中，
在从所述主面侧俯视所述半导体元件时，
所述多个微透镜以格子状配置，
所述应变传感器配置在未配置所述多个微透镜的区域的正下方。
5.根据权利要求1或者2所述的半导体元件，其中，
所述半导体元件还具有滤色器，该滤色器设置在所述多个微透镜与所述光电变换部之间，对被所述多个微透镜聚光的光进行滤波。
6.一种固体摄像装置，具有：
权利要求1或者2所述的半导体元件；
透明构件；
粘接层，覆盖所述多个微透镜，并且粘接所述透明构件；以及
多个外部连接电极，分别与所述多个导电性电极电连接。
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