JP2005093494A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長の短い光の発光または受光を行う素子を内蔵して、外部との光信号の入出力を問題なく行う半導体装置装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 底部１２Ａおよび側部１２Ｂから成り上部に開口部を有する筐体と、底部１２Ａの表面に固着されて且つその表面に受光部または発光部が設けられた半導体素子１３と、底部１２Ａに埋め込まれて一端が半導体素子１３に接近するように配置されたリード１１と、半導体素子１３とリード１１とを接続する金属細線１４と、受光部が受光する光または発光部が発光する光に対して透明性を有する材料から成り且つ開口部を塞ぐ蓋部１５とを有する構成となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受発光を行う半導体素子を内蔵する半導体装置およびその製造方法に関する。

図６を参照して、従来型の半導体装置１００の構成について説明する。図６（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図６（Ｂ）はその断面図である（特許文献１参照）。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、半導体装置１００の中央部には導電材料から成るランド１０２が形成され、ランド１０２の周囲には多数個のリード１０１の一端が接近している。リード１０１の一端は金属細線１０５を介して半導体素子１０４と電気的に接続され、他端は封止樹脂１０３から露出している。封止樹脂１０３は、半導体素子１０４、ランド１０２およびリード１０１を封止して一体に支持する働きを有する。また、半導体素子１０４として光学素子が採用された場合は、光に対して透明性を有する樹脂が封止樹脂１０３として採用される。
特開平１１−３４０２５７号公報

しかしながら、上記した半導体素子１０４として、波長の短い光の発光または受光を行う素子を採用した場合、多々問題が発生する。具体的には、波長の短い光により封止樹脂１０３が悪影響を受ける場合と、封止樹脂により光信号が劣化してしまう場合が考えられる。前者の場合は、半導体素子１０４として波長の短い光（例えば波長４７５ｎｍ程度のブルーレーザー）の受発光を行う素子を採用すると、その光により封止樹脂１０３が変色等を起こしてしまう。また、後者の場合は、離形剤等が混入されている封止樹脂１６の透明さが不十分であることから、半導体素子が受発光するブルーレーザー等の波長の短い光が封止樹脂１６により減衰してしまう。

本発明は上述した問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、波長の短い光の発光または受光を行う素子を内蔵して、外部との光信号の入出力を問題なく行う半導体装置装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、底部および側部から成り上部に開口部を有する筐体と、前記底部の表面に固着されて且つその表面に受光部または発光部が設けられた半導体素子と、前記底部に埋め込まれて一端が前記半導体素子に接近するように配置されたリードと、前記半導体素子と前記リードとを接続する金属細線と、前記受光部が受光する光または前記発光部が発光する光に対して透明性を有する材料から成り且つ前記開口部を塞ぐ蓋部とを有することを特徴とする。

本発明は、下方に突出する凸部を各々に有する複数個のリードより成るユニットを形成する工程と、電気的接続領域となる箇所の前記リードの表面を露出させて前記リードが埋め込まれるように樹脂による底部を形成し、同時に前記底部から連続する側部を形成して前記各ユニット毎に開口部を有する筐体を射出成形する工程と、前記底部に半導体素子を固着する工程と、前記リードの凸部付近の表面にワイヤボンディングを行うことにより前記半導体素子と前記リードとを金属細線により接続する工程と、透明性を有する材料から成る蓋部を用いて前記開口部を塞ぐ工程と、前記リードおよび前記側部を切断することにより前記各ユニットを分離する工程とを有することを特徴とする。

本発明では、以下に示すような効果を奏することができる。

樹脂製の筐体に半導体素子を収納させ、この筐体の開口部を塞ぐように透明性を有する蓋部を形成した。この蓋部は半導体素子が受発光を行う光線に対して高い透明度を有するので、封止材よる光信号の劣化を防止することができる。

更に、製法では、電気的接続領域となる箇所の下部に第1の凸部を設け、この領域上面をモールド金型の上金型に当接させ、第1の凸部を下金型に当接させている。従って、リードの電気的接続領域に封止樹脂が付着してしまうのを防止することができる。

図１を参照して、本発明の半導体装置の詳細な構成を説明する。図１（Ａ）は本発明の半導体装置１０の平面図であり、図１（Ｂ）は裏面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ’線に於ける断面図である。

同図を参照して、本発明の半導体装置１０は、底部１２Ａおよび側部１２Ｂから成り上部に開口部を有する筐体１２と、底部１２Ａの表面に固着されて且つその表面に受光部または発光部が設けられた半導体素子１３と、底部１２Ａに埋め込まれて一端が半導体素子１３に接近するように配置されたリード１１と、半導体素子１３とリード１１とを接続する金属細線１４と、受光部が受光する光または発光部が発光する光に対して透明性を有する材料から成り且つ開口部を塞ぐ蓋部１５とを有する構成となっている。

筐体１２は、樹脂から成り、半導体素子１３が収納される空間を内部に構成して、上部に開口部を有する。また、筐体１２は、ケースの底辺を構成する底部１２Ａと、底部１２Ａの周辺部四方から上方に延在する側部１２Ｂとから成る。

図１（Ａ）を参照して、リード１１は、一方の端部が半導体素子１３に接近するように延在し、他方の端部が半導体装置１０の周辺部まで延在している。また、半導体装置１３付近に於けるリード１１同士の間隔よりも、周辺部におけるリード１１同士の間隔が大きく成っている。更に、リード１１は、半導体素子１３を両端方向から挟み込むように複数個が延在している。また、半導体素子１３を囲むように４方向にリード１１が延在しても良い。

図１（Ｃ）を参照して、リード１１の断面構造を説明する。リード１１は、半導体素子１３近傍の端部付近にて下方に突出する第１の凸部１１Ａと、半導体装置１０の周辺部付近にて下方に突出する第２の凸部１１Ｂとを有する。この第1の凸部１１Ａと第２の凸部１１Ｂとは、下方に凹状に形成された箇所を介して連続している。また、半導体素子１３に接近しない方（周辺部付近）のリード１１の端部は、筐体１２の側部１２Ｂから外部に露出する。そして、第１および第２の凸部１１Ａ、１１Ｂの裏面は底部１２Ａから露出し、この状態を図１（Ｂ）に示す。また、外部に露出する第２の凸部１１Ｂの裏面は、半田等のロウ材を介して外部との電気的接続を行う外部電極として機能する。従って、第２の凸部１１Ｂ同士の間隔は、半田ブリッジを起こさない範囲で決定される。また、第１の凸部１１Ａも筐体１２裏面から露出するが、ここでも半田ブリッジを起こさないように、第１の凸部１１Ａと第２の凸部１１Ｂとの間隔は、第２の凸部１１Ｂ同士の間隔と同程度以上に長く設定される。

半導体素子１３は、筐体１２内部に収納され、底部１２Ａの表面に固着されている。そして、半導体素子１３の電極とリード１１とは、金属細線１４を介して電気的に接続されている。半導体素子１３としては、その表面に受光素子または／および発光素子が形成されている。また、ここでは、波長４７５ｎｍ程度の高周波のブルーレーザーの受発光を行う素子を、半導体素子１３として採用することができる。

凹部１６は、樹脂より成る底部１２Ａの表面を部分的に窪ませた領域であり、その平面的な大きさは載置される半導体素子１３の大きさに対応している。そして、この凹部１６に塗布されたＡｇペースト等の接着剤を介して半導体素子１３は固着されている。

蓋部１５は、筐体１２の開口部を上部から塞ぐ役割を有し、その材料としては半導体素子１３が受発光する光に対して透明性を有する材料が採用される。例えば、半導体素子１３が波長４７５ｎｍ程度の高周波のブルーレーザーの受発光を行うときは、このブルーレーザーに対して透明性を有する材料が、蓋部１５として採用される。一例として、ガラスは蓋部１５として好適な材料である。

図２を参照して、上記した半導体装置１０の実装構造を説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は実装基板２０に実装された半導体装置１０の断面図である。

図２（Ａ）を参照して、装置裏面に露出する第２の凸部１１Ｂに、半田等のロウ材２２を付着させることにより、半導体装置１０は実装基板２０上の導電路２１に固着されている。即ち、銅等の金属より成るリード１１の露出する部分の濡れ性を用いて、ロウ材２２の形状を規制し、半田ブリッジによるショートの危険性を排除している。

図２（Ｂ）を参照して、ここでは、半導体装置１０裏面に半田レジスト１７が形成され、第２の凸部１１Ｂに対応する箇所に開口部が形成されてロウ材２２が形成されている。従って、ここでは、レジスト１７に設けた開口部によりロウ材２２の位置及び形状が規制され、半田流れをより防止することができる。

図３以降を参照して、上記した半導体装置１０の製造方法を説明する。

先ず、図３を参照して、下方に突出する凸部を各々に有する複数個のリード１１より成るユニット３２を形成する。図３（Ａ）はブロック３３が複数個形成される導電箔であるフレーム３１の平面図であり、図３（Ｂ）は１つのブロック３３の中のユニット３２を拡大した図であり、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。

図３（Ａ）を参照して、銅等の金属から成る導電箔であるフレーム３１を加工することにより、フレーム３１には複数個のブロック３３が所定の距離だけ離間されて配置されている。個々のブロックにはマトリックス状に多数個のユニット３２が形成されている。ここで「ユニット」とは、１つの半導体装置を構成する要素単位のことである。

図３（Ｂ）を参照して、上記ユニット３２の具体的構成を説明する。本発明では、ブロック３３内部に等間隔で第1の連結部３４Ａおよび第２の連結部３４Ｂが延在している。ここでは、紙面の縦方向に第1の連結部３４Ａが等間隔で延在し、この第1の連結部３４Ａと直角に交差するように第２の連結部３４Ｂが等間隔に延在している。ここでは、横方向に延在する第２の連結部３４Ｂから上下方向にリード１１が延在している。１つのユニット３２を見ると、ユニット３２の上部に位置する第２の連結部３４Ｂからユニット内側（下方向）に多数個のリード１１が延在する。更に、ユニット３２の下部に位置する第２の連結部３４Ｂからユニット内側（上方向）に多数個のリード１１が延在する。

図３（Ｃ）を参照して、リード１１の断面構造を説明する。リード１１には、先端部に第1の凸部１１Ａを有し、ユニット３２の周辺部に対応する箇所に第２の凸部を有する。また上記したフレーム３１の加工は、プレスまたはエッチングにより行うことができる。

次に、図４を参照して、電気的接続領域となる箇所のリード１１の表面を露出させてリード１１が埋め込まれるように樹脂による底部１２Ａを形成し、同時に底部１２Ａから連続する側部１２Ｂを形成して各ユニット３２毎に開口部を有する筐体１２を射出成形する。図４（Ａ）はユニット３２を拡大した図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。

ここでは、ブロック毎に１つのキャビティに収納されて一括して樹脂封止が行われる。熱可塑性樹脂を用いるインジェクションモールド、または、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドにより、この樹脂封止は行うことができる。また、半導体素子が収納される領域が形成されるように、本工程に用いる上金型は、筐体１２の内部領域の形状に対応した形状になっている。即ち、筐体１２の内部領域と嵌合する形状の凸状の部分が、モールドを行う上金型に形成されている。樹脂封止時に於いては、リード１１の表面は上金型の下面に当接している。このことにより、電気的接続領域に、封止樹脂が誤って付着してしまうのを防止することができる。

また、リード１１の電気的接続領域（金属細線と接続する箇所）の下部には、第1の凸部１１Ａが設けられている。従って、樹脂封止時では、リード１１の電気的接続領域がモールド金型の上金型に当接し、第1の凸部１１Ａが下金型に当接している。このことから、リード１１が上下方向に移動せず、上記した効果を更に大きくすることができる。

また、本工程により、半導体素子が載置される予定の領域に、凹部１６が形成される。凹部１６の平面的な大きさは、載置予定の半導体素子よりも若干大きく形成されてよい。

次に、図５を参照して、底部１２Ａに半導体素子１３を固着し、リード１１の凸部付近の表面にワイヤボンディングを行うことにより半導体素子１６とリード１１とを金属細線１４により接続する。図５（Ａ）はユニット３２を拡大した図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。

先ず、底部１２Ａに設けた凹部１６に、接着剤を介して半導体素子１３を固着する。ここで、接着剤としてはＡｇペーストの他に、絶縁性接着剤等を全般的に用いることができる。このように凹部１６に半導体素子１３を固着することにより、オーバーフローした接着剤がリード１１等に付着してしまうのを防止することができる。

また、凹部１６の形成により、半導体素子１３の位置を低くすることができる。このことにより、次工程で、金属細線を用いて半導体素子１３とリード１１とを接続するが、半導体素子１３の位置が低いことから、半導体素子１３表面とリード１１表面との段差を小さくすることができる。従って、半導体素子１３とリード１１との金属細線１４による接続を容易に行うことができ、更に、ワイヤボンディングの工程の歩溜まりを向上させることができる。

次に、同じ図５（Ｂ）を参照して、透明性を有する材料から成る蓋部１５を用いて開口部を塞ぎ、リード１１および側部１２Ｂを切断することにより各ユニット３２を分離する。

ガラス等の透明な材料からなる蓋部１５により、半導体素子の上方開口部を塞ぐ。また蓋部１５の接着は絶縁性の接着剤により行うことができる。ここでは、半導体素子１３が内蔵される内部領域よりも平面的な大きさが若干大きいサイズの蓋部１５を用いて、個々の開口部を塞いでいるが。１つのブロック３３全体を塞ぐようなサイズの蓋部１５を用いることも可能である。この場合は、次工程で他の構成要素と共に、分割される。

そして、図５（Ｂ）に示す点線の位置で、側部１２Ｂおよびリード１１をスクライブすることにより、個々のユニット３２に分割する。即ち、本工程で、個々のリード１１は電気的に分断される。以上の工程で、図１に示すような半導体素子１３が完成する。

本発明の半導体装置を説明する平面図（Ａ）、裏面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。 本発明の半導体装置を説明する断面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。 従来の半導体装置を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ リード
１２ 筐体
１３ 半導体素子
１４ 金属細線
１５ 蓋部

Claims (7)

1. 底部および側部から成り上部に開口部を有する筐体と、
   前記底部の表面に固着されて且つその表面に受光部または発光部が設けられた半導体素子と、
   前記底部に埋め込まれて一端が前記半導体素子に接近するように配置されたリードと、
   前記半導体素子と前記リードとを接続する金属細線と、
   前記受光部が受光する光または前記発光部が発光する光に対して透明性を有する材料から成り且つ前記開口部を塞ぐ蓋部とを有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記底部の裏面に部分的に露出する前記リードの裏面により、外部電極が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記底部表面には凹部が設けられ、前記凹部に塗布される接着剤を介して前記半導体素子は前記底部に固着されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記蓋部は、ガラスより成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 下方に突出する凸部を各々に有する複数個のリードより成るユニットを形成する工程と、
   電気的接続領域となる箇所の前記リードの表面を露出させて前記リードが埋め込まれるように樹脂による底部を形成し、同時に前記底部から連続する側部を形成して前記各ユニット毎に開口部を有する筐体を射出成形する工程と、
   前記底部に半導体素子を固着する工程と、
   前記リードの凸部付近の表面にワイヤボンディングを行うことにより前記半導体素子と前記リードとを金属細線により接続する工程と、
   透明性を有する材料から成る蓋部を用いて前記開口部を塞ぐ工程と、
   前記リードおよび前記側部を切断することにより前記各ユニットを分離する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. マトリックス状に形成された複数の前記ユニットから成るブロックが導電箔に形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記凸部は、前記リードの端部付近に設けた第1の凸部と、前記ユニットの周辺部付近のリードに設けた第２の凸部から成ることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。

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