JP2005197381A - 半導体装置と画像読取装置と画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で半導体素子の反りを防止することのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージ１２２と、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップ１２４と、パッケージ１２２の他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリード１２６を介してパッケージ１２２を取り付ける基板１２５とを備えた半導体装置であって、基板１２５をパッケージ１２２より硬い材質で構成し、パッケージ１２２を長手方向に沿って複数箇所を基板１２５に接着剤Ｍで固定した。
【選択図】 図４

Description

この発明は、樹脂製のパッケージに半導体素子を収納した半導体装置と、この半導体装置を備えた画像読取装置と、この画像読取装置を備えた画像形成装置とに関する。

従来から、図１２に示すように上面に図示しない収納凹部が形成された樹脂製のパッケージ２００と、前記収納凹部に収容される固体撮像素子等の半導体素子（図示せず）と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップ２０１とを備えた半導体装置が知られている。

この半導体装置が撮像手段や光学センサーとして使用される場合を考慮すると、キャップ２０１の半導体素子と対向する部分は、透光性を有するガラスから構成されている。このような構成の半導体装置は、パッケージ及びキャップがセラミックやガラス等から構成されているため、強度の点では優れているものの、製造コストが高くなるという欠点がある。

これに対して、パッケージ２００やキャップ２０１が樹脂モールドで形成されている半導体装置は、パッケージやキャップがセラミックやガラス等で形成される構成よりも製造コストを低く抑えることができる。

ところが、パッケージ２００やキャップ２０１が樹脂モールドで形成されている半導体装置は、パッケージやキャップがセラミックやガラス等で形成されている半導体装置よりも強度が劣るため、半導体装置を動作させたときの半導体素子自体の発熱で図１３に示すようにパッケージ２００やキャップ２０１に反りが生じ易く、パッケージ２００やキャップ２０１に反りが生じると、半導体素子も反ってしまい、半導体素子で読み取った画像を大きく劣化させてしまう。

また、半導体素子とパッケージ２００の線膨張係数の差によって半導体素子に熱応力が発生し、この熱応力によって半導体素子に反りが生じる問題もあった。

パッケージやキャップが樹脂モールドで形成されている半導体素子の反りの抑制には、特許文献１（特開平１１−２５１４６８号公報）に示すように、キャップの厚さを０．５ｍｍ以下に規制して半導体素子の線膨張係数を通常のプリント基板の線膨張係数に近づけるという方法がある。この方法は、半導体装置がプリント基板にハンダによって取り付けられる時の、ハンダの加熱及び冷却の際に、半導体装置とプリント基板との線膨張係数の違いから生じる反りを抑制するというものである。

また、半導体素子の反りの抑制には、特許文献２（特開２００２−１７１３８７号公報）に示すように、基板を保持部材に固定保持させて基板自体の剛性を上げるとともに、保持部材に熱伝導性の高い剛性部材を使用し、保持部材に設けた弾性部材（板バネ）によって半導体素子の両端部をその保持部材の面に向けて付勢して押圧保持し、この押圧保持によって、半導体素子の剛性も上げて熱膨張に対して強い構成を得ている。
特開平１１−２５１４６８号公報 特開２０００−１７１３８７号公報

しかしながら、半導体素子の押圧保持は半導体素子の長手方向の両端だけを保持しているため、両端の保持力は高いがそれ以外の半導体素子の保持力は低くなる上に、保持部材に半導体素子を押圧保持させる機構を設けなければならないので、保持部材の部品点数が増加して製造コストが高くなってしまう問題がある。

この発明の目的は、簡単な構成で半導体素子の反りを防止することのできる半導体装置と、この半導体装置を備えた画像読取装置と、この画像読取装置を備えた画像形成装置とを提供することにある。

請求項１の発明は、一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
前記基板をパッケージより硬い材質で構成し、
前記パッケージを長手方向に沿って複数箇所を基板に接着固定したことを特徴とする。

請求項２の発明は、一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
前記基板より硬い硬質部材でその基板を補強したことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記基板の一部の層を前記硬質部材で形成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、前記硬質部材はセラミックスであることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記硬質部材は金属板であることを特徴とする。

請求項６の発明は、前記金属板は外気に触れる部分があることを特徴とする。

請求項７の発明は、一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
前記パッケージより硬い硬質部材でそのパッケージを補強したことを特徴とする。

請求項８の発明は、前記硬質部材はセラミックスであることを特徴とする。

請求項９の発明は、前記硬質部材は金属板であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、前記金属板は外気に触れる部分があることを特徴とする。

請求項１１の発明は、一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
前記半導体素子の熱によるパッケージの反りの方向と逆方向に前記基板を反らしておくことを特徴とする。

請求項１２の発明は、一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
前記半導体素子の熱によるパッケージの反りの方向と逆方向に前記基板が反るように、線膨張係数が異なる複数の材質でその基板を構成したことを特徴とする。

請求項１３の発明は、前記半導体素子は固体撮像装置であることを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項１３に記載の半導体装置を備えていることを特徴とする画像読取装置である。

請求項１５の発明は、請求項１４に記載の画像読取装置を備えていることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１ないし請求項５の発明によれば、半導体素子の熱によるパッケージの反りを防止することができるとともにその構成も簡単なものとなる。

請求項６の発明によれば、半導体素子の熱が金属板を介して放熱されるので、半導体素子の熱による半導体素子の反りを抑制することができる。

請求項７ないし請求項１１の発明によれば、半導体素子の熱によるパッケージの反りを防止することができるとともにその構成も簡単なものとなる。

請求項１２の発明によれば、半導体素子の熱によるパッケージの反りを防止することができるとともにその構成も簡単なものとなり、基板の反りによる半導体素子の反りを防止することができる。

請求項１４の発明によれば、半導体素子の熱によるパッケージの反りを防止することのできる画像読取装置を提供することができる。

請求項１５の発明によれば、半導体素子の熱によるパッケージの反りを防止することのできる画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明に係る半導体装置の実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１は画像形成装置である複写機１の構成を概略的に示したものである。この複写機１は、複写機本体２と、この複写機本体２の上に設けた画像読取装置１００とを備え、複写機本体２内には印刷部１０が設けられている。

この印刷部１０は、感光体１１と、この感光体１１の表面を一様に帯電させる帯電器１２と、感光体１１の帯電表面に光によって静電潜像を書き込む書込装置１３と、感光体１１のその静電潜像を現像する現像器１４と、その静電潜像を用紙に転写する転写ベルト１５と、その転写画像を定着させる定着器１６と、次の静電潜像を形成するために感光体１１の表面を清掃するクリーニングユニット１７等とを有している。

書込装置１３は、画像読取装置１００によって読み取られた画像データに基づいて変調されたレーザ光を感光体１１に照射して静電潜像を形成する偏向走査型である。なお、偏向走査型に代えてライン型の書込装置であってもよい。

画像読取装置１００は、筺体３の上面に設けたコンタクトガラス１０１と、このコンタクトガラス１０１上に載置される用紙の画像を読み取る読取光学系１１０と、この読取光学系１１０が読み取る画像を撮像する半導体装置１２０等とを有している。

読取光学系１１０は、図２に示すように、ハロゲンランプ１１１および第１ミラー１１２を備えた第１走行体１１３と、第２ミラー１１４および第３ミラー１１５を備えた第２走行体１１６と、半導体装置１２０の前面に配置された集束レンズ１１７等とを有している。第１走行体１１３と第２走行体１１６はモータ（図示せず）により走行速度が１対２の関係で走行するようになっている。１１８は信号処理基板である。

半導体装置１２０は、図３および図４に示すように、上面（一方の面）に収納凹部１２１が形成された樹脂製の不透明なパッケージ１２２と、収納凹部１２１内に収容される半導体素子である固体撮像素子（ＣＣＤ）１２３と、収納凹部１２１を塞ぐ透明な樹脂製のキャップ１２４と、パッケージ１２２を取り付ける基板１２５等とを備えている。パッケージ１２２およびキャップ１２４は樹脂モールドで形成されている。基板１２５はパッケージ１２２の底面側（他方の面側）に配置され、固体撮像素子１２３は受光面を上にしてパッケージ１２２の収納凹部１２１に収納されている。

半導体装置１２０は、図２において、パッケージ１２２の上面が左を向くように配置されている。

固体撮像素子１２３には、図３および図４に示すように、金属製の複数のリード１２６が接続されており、各リード１２６はパッケージ１２２から外方へ突出していて基板１２５に取り付けらている。そして、複数のリード１２６によってパッケージ１２２が所定の間隙を開けて基板１２５に取り付けられている。

基板１２５はパッケージ１２２より硬い材質である例えばガラスエポキシ材で構成されている。また、パッケージ１２２の底部と基板１２５とは接着剤Ｍによりパッケージ１２２の長手方向に沿って３カ所固定されている。

このように、パッケージ１２２が硬質の基板１２５に複数箇所固定されているので、固体撮像素子１２３が熱を発生しても、固体撮像素子１２３とパッケージ１２２の熱線膨張係数の違いによってパッケージ１２２が反ってしまうのが防止される。

このため、固体撮像素子１２３の反りが防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化を防止することができる。
［第２実施例］
図５は第２実施例の半導体装置１３０を示したものである。この半導体装置１３０は、樹脂製の基板１３５を４つの積層体１３５Ａで積層し、これら積層体１３５Ａの中に硬い材質の層１３５Ｂを設けたものである。層１３５Ｂはセラミックや金属などの板から構成されている。積層体１３５Ａは例えばガラスエポキシ材で構成されている。

このように基板１３５に硬い材質の層１３５Ｂを設けたものであるから、固体撮像素子１２３が熱を発生しても、固体撮像素子１２３とパッケージ１２２の熱線膨張係数の違いによってパッケージ１２２が反ってしまうのが防止される。

このため、固体撮像素子１２３の反りが防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化を防止することができる。

図６は、他の例の半導体装置１４０を示したものであり、この半導体装置１４０は、樹脂製の基板１４５を４つの積層体１４５Ａで積層し、この積層体１４５Ａの中に金属板１４６からなる層を設け、この金属板１４６を積層体１４５Ａから両側に突出させたものである。

この半導体装置１４０によれば、基板１４５の金属板１４６の両側部分１４６Ａ,１４６Ｂが外気に露出されるので、固体撮像素子１２３が発生する熱をその両側部分１４６Ａ,１４６Ｂから放熱することができる。このため、さらにパッケージ１２２が反ってしまうことが抑制される。このため、固体撮像素子１２３の反りがさらに防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化をさらに防止することができる。
［第３実施例］
図７は第３実施例の半導体装置１５０を示したものである。この半導体装置１５０は、パッケージ１２２の底部に材質の硬い板材１５１を固着させたものである。板材１５１の材質は例えばセラミックや金属である。

このように、パッケージ１２２の底部に材質の硬い板材１５１を固着させたものであるから、固体撮像素子１２３が発生する熱によって熱線膨張係数の違いによるパッケージ１２２および固体撮像素子１２３が反ってしまうことが抑制される。このため、固体撮像素子１２３の反りが防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化を防止することができる。

図８は他の例の半導体装置１６０を示したものである。この半導体装置１６０は、パッケージ１２２の底部に金属板１６１を固着させ、こ金属板１６１の両側部分１６１Ａ,１６１Ｂをパッケージ１２２の側方から外方へ突出させたものである。

この半導体装置１６０によれば、金属板１６１の両側部分１６１Ａ,１６１Ｂの両面が外気に露出されるので、固体撮像素子１２３が発生する熱をその両側部分１６１Ａ,１６１Ｂから効率よく放熱することができる。このため、さらにパッケージ１２２が反ってしまうことが抑制される。このため、固体撮像素子１２３の反りがさらに防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化をさらに防止することができる。
［第４実施例］
図９は第４実施例の半導体装置１６０を示したものである。この半導体装置１６０は、パッケージ１２２の反り方向と反対方向に基板１６１を予め反っておくものである。

この第４実施例の半導体装置１６０によれば、基板１６１がパッケージ１２２の反りの方向と反対方向に反っているので、固体撮像素子１２３が発生する熱でパッケージ１２２やキャップ１２４が破線で示すように反っていくと、パッケージ１２２は基板１６１によってその反りの方向と反対方向に引っ張られる状態となり、このためパッケージ１２２の反りは抑制される。

このため、固体撮像素子１２３の反りが防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化が防止される。
［第５実施例］
図１０は第５実施例の半導体装置１７０を示したものである。この半導体装置１７０は、基板１７１を線膨張係数の異なる材質の２つの部材１７１Ａ,１７１Ｂを重ねて構成したものである。パッケージ１２２に対向する側の部材１７１Ａは線膨張係数の低い例えばガラスエポキシ材で構成し、パッケージ１２２と反対側の部材１７１Ｂは線膨張係数の高い例えばポリエステル材で構成したものである。

この半導体装置１７０によれば、固体撮像素子１２３が熱を発生すると、部材１７１Ｂの線膨張係数が部材１７１Ａの線膨張係数より高いことにより、基板１７１は図１１に示すように反っていくので、固体撮像素子１２３が発生する熱でパッケージ１２２やキャップ１２４が破線で示すように反っていくことが防止される。

また、固体撮像素子１２３の熱により基板１７１が図１１に示すように反っていくので、基板１７１と固体撮像素子１２３との線膨張係数の差から固体撮像素子１２３がパッケージ１２２と同方向（破線で示す方向）に反って行くことが防止される。

このため、固体撮像素子１２３の反りがより確実に防止され、固体撮像素子１２３で撮像した画像の劣化をより確実に防止することができる。

上記実施例では、いずれも複写機に搭載した半導体装置について説明したが、これに限らず例えばファクシミリに搭載する半導体装置であってもよい。

この発明に係る半導体装置を搭載した複写機の構成を概略的に示した説明図である。 図１に示す複写機に搭載した画像読取装置の構成を概略的に示した説明図である。 半導体装置を示した平面図である。 図３に示す半導体装置を示した側面図である。 第２実施例の半導体装置を示した側面図である。 第２実施例の他の例の半導体装置を示した側面図である。 第３実施例の半導体装置を示した側面図である。 第３実施例の他の例の半導体装置を示した側面図である。 第４実施例の半導体装置を示した側面図である。 第５実施例の半導体装置を示した側面図である。 半導体装置の基板が反った状態を示した説明図である。 従来の半導体装置の構成を示した説明図である。 半導体装置のパッケージやキャップが反った状態を示した説明図である。

符号の説明

１２０ 半導体装置
１２１ 収納凹部
１２２ パッケージ
１２３ 固体撮像素子（半導体素子）
１２４ キャップ
１２５ 基板
１２６ リード

Claims (15)

1. 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
   前記基板をパッケージより硬い材質で構成し、
   前記パッケージを長手方向に沿って複数箇所を基板に接着固定したことを特徴とする半導体装置。
2. 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
   前記基板より硬い硬質部材でその基板を補強したことを特徴とする半導体装置。
3. 前記基板の一部の層を前記硬質部材で形成したことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記硬質部材はセラミックスであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記硬質部材は金属板であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
6. 前記金属板は外気に触れる部分があることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
   前記パッケージより硬い硬質部材でそのパッケージを補強したことを特徴とする半導体装置。
8. 前記硬質部材はセラミックスであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記硬質部材は金属板であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
10. 前記金属板は外気に触れる部分があることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
11. 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
    前記半導体素子の熱によるパッケージの反りの方向と逆方向に前記基板を反らしておくことを特徴とする半導体装置。
12. 一方の面に収納凹部が形成された樹脂製のパッケージと、前記収納凹部に収容される半導体素子と、前記収納凹部を塞ぐ透明な樹脂製のキャップと、前記パッケージの他方の面側に配置され且つ前記半導体素子に接続されるとともに前記パッケージから外方へ突出した金属製の複数のリードを介して前記パッケージを取り付ける基板とを備えた半導体装置であって、
    前記半導体素子の熱によるパッケージの反りの方向と逆方向に前記基板が反るように、線膨張係数が異なる複数の材質でその基板を構成したことを特徴とする半導体素子。
13. 前記半導体素子は固体撮像装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
14. 請求項１３に記載の半導体装置を備えていることを特徴とする画像読取装置。
15. 請求項１４に記載の画像読取装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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