JP2004226254A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置を外部電気回路基板等にハンダ付けする際に、半導体素子の上側主面および基板上面の接合材や封止樹脂と半導体素子の上側主面との間の接合界面、および接合材や封止樹脂と基板上面との間の接合界面に剥離等が発生せず、また接触検知センサ部にごみや埃が付着しにくいものとすること。
【解決手段】半導体装置は、第1および第2の貫通孔1a,1bが形成され、第1の貫通孔1aの上面側開口の周囲に電極パッド6が形成されている基板1と、上側主面の電極5が第1の貫通孔1aの基板1の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部4が第2の貫通孔1bの基板1の下面側開口に対向するように、基板1の下面に上側主面が接着された半導体素子3と、電極5および電極パッド6を第1の貫通孔1aを通って電気的に接続する導電性接続線と、電極5、導電性接続線および電極パッド6を覆うとともに第1の貫通孔1aに充填された樹脂2とを具備している。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上側主面の一部に接触検知センサ部が設けられている半導体素子を接触検知センサ部が露出するようにして基板に搭載した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、上側主面の一部に接触検知センサ部(以下、センサ部ともいう)が設けられている半導体素子をセンサ部が露出するようにして基板に搭載した半導体装置の需要が増加してきている。このような半導体装置は、個人認証や個人識別のための指紋検知装置,バイオセンサ装置等に用いられるようになってきている。
【0003】
従来の指紋検知装置等に用いられる半導体装置の断面図を図2に示す。図2において、101はガラスエポキシ樹脂,セラミックス等からなる基板、102は封止樹脂、103は半導体素子、104は半導体素子103の上面のセンサ部、105は半導体素子104の上側主面に配置された電極、106は基板101上面に配設された電極パッド、107はボンディングワイヤ、108は接着剤である。
【0004】
このような半導体装置は、基板101の上面の中央部に半導体素子104を接着剤108を用いて接着する。次に、半導体素子103の上側主面の電極105と基板101の上面の電極パッド106とをボンディングワイヤ107を用いて電気的に接続する。その後、電極105、ボンディングワイヤ107および電極パッド106を覆うように、かつ半導体素子103の上側主面のセンサ部104が露出するように、封止樹脂102を用いて部分的にモールドし封止する、という工程により製作される。この半導体装置は、外部電気回路基板等(不図示)に200〜240℃の融点のハンダを用いて実装される。
【0005】
この半導体装置は、個人認証や個人識別のための指紋検知装置,バイオセンサ装置等に用いられるため、センサ部は露出していなくてはならず、かつ、半導体素子103を電気的に駆動するために導電性接続線としてのボンディングワイヤ107を外部環境から保護するようにして、基板101に実装する必要がある。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−78953号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置においては、外部電気回路基板等に200〜240℃の融点のハンダで実装する際に、ハンダ付けに伴う温度上昇により、シリコンから成る半導体素子104(線熱膨張係数3.5×10−6/℃)と封止樹脂102(線熱膨張係数約15×10−6/℃程度)との接合界面に、それらの線熱膨張係数の違いによるせん断応力が発生し剥離が生じることにより、剥離した部位から水分が侵入する。その結果、ボンディングワイヤ107に接続された半導体素子103上の電極105が腐食し、半導体素子103内部や半導体素子103周囲の電気回路が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【0008】
また、半導体素子103の上面のセンサ部104が露出するように構成された半導体装置の場合、センサ部104を取り囲むように封止樹脂102を用いて半導体素子103を部分的に封止するため、被測定物に付着していたごみや埃がセンサ部104に残留しやすくなり、測定に誤りが発生し易いという問題点があった。
【0009】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体装置を外部電気回路基板等にハンダ付けする際に、半導体素子の上側主面および基板の上面に設けられた接合材や封止樹脂と半導体素子の上側主面との間の接合界面、および接合材や封止樹脂と基板の上面との間の接合界面に、剥離等が発生しない半導体装置を提供することにある。また、センサ部にごみや埃が残留せず、測定に誤りが発生し難いものとすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第1および第2の貫通孔が形成されているとともに前記第1の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、前記電極が前記第1の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するとともに前記接触検知センサ部が前記第2の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するように、前記基板の下面に前記上側主面が接着された半導体素子と、前記電極および前記電極パッドを前記第1の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、前記電極、前記導電性接続線および前記電極パッドを覆うとともに前記第1の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことを特徴とする。
【0011】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第1および第2の貫通孔が形成されているとともに第1の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、電極が第1の貫通孔の基板の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部が第2の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように、基板の下面に上側主面が接着された半導体素子と、電極および電極パッドを第1の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、電極、導電性接続線および電極パッドを覆うとともに第1の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことから、半導体素子の上側主面の電極と導電性接続線と基板の上面の電極パッドとを覆う樹脂が第1の貫通孔に充填されていることにより、樹脂が第1の貫通孔の基板の上面側開口の周囲から第1の貫通孔の内部を経て第1の貫通孔の基板の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板および半導体素子に付着するため、樹脂と基板とを強固に接着することができる。その結果、樹脂に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極、導電性接続線および電極パッドの周囲の樹脂による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。
【0012】
また、接触検知センサ部は第2の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように設置されているため、接触検知センサ部が第2の貫通孔を介して露出していることとなり、簡易な構成でもって接触検知センサ部にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【0013】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記基板の下面の外周部に前記半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、前記半導体素子は、前記上側主面および側面が前記基板の下面および前記枠体の側面に樹脂を介して接着されていることを特徴とする。
【0014】
本発明の半導体装置は、基板の下面の外周部に半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、半導体素子は、上側主面および側面が基板の下面および枠体の側面に樹脂を介して接着されていることにより、半導体素子の上側主面と基板の下面との間に加え、半導体素子の側面と枠体の側面との間も樹脂を介して強固に接合されるため、より一層半導体素子と基板とを強固に接着することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置について以下に詳細に説明する。図1は、本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、1はガラスエポキシ樹脂,セラミックス等からなる基板、1aは第1の貫通孔、1bは第2の貫通孔、2は樹脂、3は半導体素子、4は半導体素子3の上側主面に設けられたセンサ部、5は半導体素子3の上側主面に設けられた電極、6は基板1の上側主面に設けられた電極パッド、7は導電性接続線としてのボンディングワイヤ、8は基板1の下面と半導体素子3の上側主面とを接着する樹脂接着剤である。
【0016】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第1および第2の貫通孔1a,1bが形成されているとともに第1の貫通孔1aの上面側開口の周囲に電極パッド6が形成されている基板1と、上側主面に電極5および接触検知センサ部4が形成され、電極5が第1の貫通孔1aの基板1の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部4が第1の貫通孔1aの基板1の下面側開口に対向するように、基板1の下面に上側主面が接着された半導体素子3と、電極5および電極パッド6を第1の貫通孔1aを通って電気的に接続する導電性接続線と、電極5、導電性接続線および電極パッド6を覆うとともに第1の貫通孔1aに充填された樹脂2とを具備している。
【0017】
本発明の基板1は、アルミナ(Al)質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム(AlN)質焼結体、ムライト(Al・SiO)質焼結体、炭化珪素(SiC)質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる。特に、耐熱温度が高いという点でセラミックスが好ましい。特に、基板1は外部電気回路基板等に実装される際の熱で膨張し、半導体素子3にストレスを与える場合があることから、線熱膨張係数が5×10−6/℃程度と小さいアルミナを主成分としたセラミックスが好ましい。
【0018】
また基板1は、上面に電極パッド6が設けられている。この電極パッド6は、例えば基板1の上面に形成された配線導体(図示せず)の一端に形成されたものであり、その配線導体は基板1の上面で電極パッド6から外周部に向かって延びており、配線導体の外周部側の端部に外部電気回路等に接続される外部接続用の接続パッドが形成されている。電極パッド6は、半導体素子3の上側主面の電極5とボンディングワイヤ7を介して電気的に接続される。ボンディングワイヤ7は、基板1の上面側開口の周囲に電極パッド6が設けられている第1の貫通孔1aを通って、電極5および電極パッド6を接続している。
【0019】
半導体素子3は、その上側主面にセンサ部4および入出力用の電極5が設けられており、個人認証や個人識別を行なう指紋検知装置における画像信号の識別機能や、バイオセンサにおける検査部から送信される電気信号(被測定物が接触して得た信号)の処理機能等の機能を有している。このセンサ部4は、感圧センサ、指紋検知センサなどの接触検知型のものであって、被測定物がセンサ部4に接触することによって、その接触部の形状や凹凸パターンの情報を得るといったものである。より具体的には、センサ部4は、例えば電気抵抗の変化を検知する多数の微小な電極や圧力の変化を検知する多数の微小な圧電素子がマトリックス(行列)状に配置された構成を有するものである。
【0020】
半導体素子3は、その上側主面が基板1下面に樹脂接着剤8を介して接着されて搭載される。樹脂接着剤8は、エポキシ樹脂、低融点ガラス、Au−Siロウ材、Au−Snロウ材等から成る。その後、半導体素子3の上側主面の電極5と基板1の上面の電極パッド6とを、Al,Au,Cu等の電気伝導率が良好な金属から成るボンディングワイヤ7を用いて電気的に接続する。
【0021】
本発明の半導体装置は、電極5、電極パッド6およびボンディングワイヤ7を樹脂2で覆うとともに第1の貫通孔1aに樹脂2が充填されることにより、樹脂2が第1の貫通孔1aの基板1の上面側開口の周囲から第1の貫通孔1aの内部を経て第1の貫通孔1aの基板1の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板1および半導体素子3に付着するため、樹脂2と基板1とを強固に接着することができる。その結果、樹脂2に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極5、導電性接続線および電極パッド6の周囲の樹脂2による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。また、センサ部4は第2の貫通孔1bの基板1の下面側開口に対向するように設置されているため、センサ部4が第2の貫通孔1bを介して露出していることとなり、簡易な構成でもってセンサ部4にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【0022】
電極パッド6が近傍に形成される第1の貫通孔1aは、特に配置や形状を特定するものではないが、センサ部4に対向する第2の貫通孔1bよりも幅が小さいものであってもよい。
【0023】
また、センサ部4に対向する第2の貫通孔1bの大きさは、センサ部4に樹脂接着剤8が付着しないようにするために、樹脂接着剤8の第2の貫通孔1b内面の下端からセンサ部4への若干の広がりやメニスカスを考慮して、センサ部4よりも太さ(直径)を0.1〜10mm幅で大きくすることが好ましい。
【0024】
なお、基板1は、第1および第2の貫通孔1a,1bがそれぞれ複数形成されていてもよい。また、第1および第2の貫通孔1a,1b以外にも貫通孔が形成されていてもよい。
【0025】
また、図3に示すように、基板1の下面の外周部に半導体素子3を取り囲むように枠体1cが取着されており、半導体素子3は、上側主面および側面が基板1の下面および枠体1cの側面に樹脂8を介して接着されていることが好ましい。なお、図3は本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図であり、図1と同じ部位には同じ符号を付している。
【0026】
これにより、半導体素子3の上側主面と基板1の下面との間に加え、半導体素子3の側面と枠体1cの側面との間も樹脂8を介して強固に接合されるため、樹脂8により基板1と半導体素子3をより一層強固に接着することができる。
【0027】
この枠体1cは、アルミナ(Al)質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム(AlN)質焼結体、ムライト(Al・SiO)質焼結体、炭化珪素(SiC)質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる。特に、耐熱温度が高いという点でセラミックスが好ましい。また、枠体1cを基板1と同種のセラミックスで形成するのがよく、この場合、基板1と枠体1cとを従来周知のセラミックグリーンシート積層法により一体的に成形し焼成することにより容易に形成でき、基板1に枠体1cを強固に取着できるとともに、生産性を向上させることができる。
【0028】
枠体1cは、その内周縁が基板1の第1の貫通孔1aおよび第2の貫通孔1bよりも外側に位置するように取着する必要はあるが、内周縁や外周縁は直線状に限らず、波形や折れ線状とされていてもよい。
【0029】
また、枠体1cの厚みは半導体素子3よりも厚いのがよく、半導体素子3の側面と枠体1cの側面との接着面積を十分に確保することができる。
【0030】
線状のボンディングワイヤ7の場合その直径は15〜100μmが好ましい。15μm未満では、ボンディングする際にボンディングワイヤ7が蛇行しやすくなり、隣接するボンディングワイヤ7同士が接触し電気的なショートが発生し易くなる。100μmより大きくなると、ボンディングする際にボンディングワイヤ7を切断することが困難となる。
【0031】
また、リボン状のボンディングワイヤ7の場合、その厚さは10〜50μmで幅が100〜500μmであることが好ましい。厚さが10μm未満または幅が100μm未満では、ボンディングワイヤ7として強度(腰)が弱くなり、所望のループを形成することが困難になる。また、厚さが50μmを超えたり幅が500μmを超えると、ボンディングする際にボンディングワイヤ8を切断することが困難となる。
【0032】
また、半導体装置の小型化およびファインピッチボンディングという観点から、直径が25〜32μmの線状のボンディングワイヤ7がより好ましい。
【0033】
また、樹脂2は、半導体素子3を樹脂封止する際に一般に使用される樹脂(モールド樹脂、ポッティング樹脂)であればよく、特に規定するものではないが、例えばエポキシ樹脂等の樹脂を使用する場合、このような樹脂の未硬化の液状のものを、電極5およびボンディングワイヤならびに電極パッド6を覆うようにして基板1の上面側から第1の貫通孔1aを介して基板1の下面側にかけて流し込み充填させ、その後加熱硬化や紫外線硬化させることにより形成される。
【0034】
かくして、本発明の半導体装置は、外部電気回路基板等にハンダ付け等して実装する際に急激な温度変化が生じた場合においても、半導体素子と基板との接合界面および樹脂と基板との接合界面において、剥離が発生しにくい高信頼性の半導体装置となる。
【0035】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【0036】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第1および第2の貫通孔が形成されているとともに第1の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、電極が第1の貫通孔の基板の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部が第2の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように、基板の下面に上側主面が接着された半導体素子と、電極および電極パッドを第1の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、電極、導電性接続線および電極パッドを覆うとともに第1の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことにより、半導体素子の上側主面の電極と導電性接続線と基板の上面の電極パッドとを覆う樹脂が第1の貫通孔に充填されていることにより、樹脂が第1の貫通孔の基板の上面側開口の周囲から第1の貫通孔の内部を経て第1の貫通孔の基板の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板および半導体素子に付着するため、樹脂と基板とを強固に接着することができる。その結果、樹脂に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極、導電性接続線および電極パッドの周囲の樹脂による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。
【0037】
また、接触検知センサ部は第2の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように設置されているため、接触検知センサ部が第2の貫通孔を介して露出していることとなり、簡易な構成でもって接触検知センサ部にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【0038】
本発明の半導体装置は、好ましくは基板の下面の外周部に半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、半導体素子は、上側主面および側面が基板の下面および枠体の側面に樹脂を介して接着されていることにより、半導体素子の上側主面と基板の下面との間に加え、半導体素子の側面と枠体の側面との間も樹脂を介して強固に接合されるため、より一層半導体素子と基板とを強固に接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図3】本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:基板
1a:第1の貫通孔
1b:第2の貫通孔
1c:枠体
2:樹脂
3:半導体素子
4:接触検知センサ部
5:電極
6:電極パッド
7:ボンディングワイヤ
8:樹脂接着剤

Claims (2)

  1. 上下面間を貫通する第1および第2の貫通孔が形成されているとともに前記第1の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、前記電極が前記第1の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するとともに前記接触検知センサ部が前記第2の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するように、前記基板の下面に前記上側主面が接着された半導体素子と、前記電極および前記電極パッドを前記第1の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、前記電極、前記導電性接続線および前記電極パッドを覆うとともに前記第1の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記基板の下面の外周部に前記半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、前記半導体素子は、前記上側主面および側面が前記基板の下面および前記枠体の側面に樹脂を介して接着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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100756873B1 (ko) * 2007-06-28 2007-09-07 안복만 두께동 밀착력이 강화된 인쇄회로기판과 그 제조방법

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