JP2007053335A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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栄造 藤井
Yutaka Fukai
裕 深井
Yutaka Harada
豊 原田
Seiichi Itoi
清一 糸井
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Abstract

【課題】半導体装置をさらに小型化するとともに、固体撮像装置等の光デバイスとして構成するときのカバーガラス等の蓋板のずれを防止し、歩留まりを向上させる。
【解決手段】シート基材８などの基板部および複数の壁部９ａよりなる基台と、壁部９ａ間の間隙に露出する複数の導体部４とを有したパッケージ２と、その内部空間に搭載された固体撮像素子１などの半導体素子と、前記半導体素子と壁部９ａ間の導体部４とを電気的に接続した金属細線５と、導体部４と金属細線５との接続部を覆うように壁部９ａ間の間隙に埋め込まれた樹脂封止材７と、半導体素子を搭載したパッケージ２の内部空間を封止したカバーガラス６などの封止部材を備えた構造とする。金属細線５を接続するための領域が壁部９ａの領域とオーバーラップするので、小型化、低背化を実現できる。カバーガラス６は壁部９ａが支柱となるのでずれが生じにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は導体部を設けたパッケージに半導体素子を搭載した半導体装置およびその製造方法に関する。
従来の半導体装置に、導体部を設けたパッケージに半導体素子をベアチップの状態で搭載したものがある。たとえば、図１４に示すように、固体撮像素子２１を凹状のパッケージ２２内に搭載し、固体撮像素子２１の主面に形成された複数の電極パッドとパッケージ２２に形成された複数の導体部２４の内部端子部とを金属細線２５によりそれぞれ接続し、パッケージ２２の上面にカバーガラス２６を接着してパッケージ内を気密した固体撮像装置がある。
図１５に示すように、パッケージ２２の側壁上面に電極パッド２２ａを配置し、この電極パッド２２ａに対して、パッケージ２２内に搭載した固体撮像素子２１の電極パッドを金属細線２５で接続し、電極パッド２２ａと金属細線２５との接続部分を覆うようにパッケージ２２の側壁上面の全周に樹脂層２７を設け、樹脂層２７上にカバーガラス２６を接着することで、小型化を図った固体撮像装置もある（特許文献１参照）。
カバーガラスを固体撮像素子などの光素子の上に空間を設けて配置するのでなく、光素子の上面に貼り付けた光デバイスもある（特許文献２参照）。
特開２００２−１６４５２４号公報 特開２００３−１９７８８５号公報
しかしながら従来タイプの固体撮像装置は、パッケージのキャビティー内に導体部の内部端子部を配置して固体撮像素子からの金属細線を接続させているので、キャビティー内にそのための接続領域も必要となり、縦横サイズの縮小や低背化は困難である。
特許文献１に開示された固体撮像装置は、従来タイプの固体撮像装置に比べて縦横サイズを縮小可能であるものの、低背化はされず、またパッケージの側壁上面の電極パッドと金属細線との接続部分を覆う樹脂の塗布量を均一にできず、その上にカバーガラスを載せて樹脂の硬化を待つ間にカバーガラスが移動してしまい、Ｘ，Ｙ方向やθ方向にずれ易いという問題もある。
特許文献２に開示された光デバイスは、パッケージに搭載してワイヤボンディングする場合にそのための接続領域がキャビティー内に必要となるのは、従来タイプの固体撮像装置と同様である。
本発明は上記問題を解決するもので、半導体装置をさらに小型化するとともに、固体撮像装置等の光デバイスとして構成するときのカバーガラス等の蓋板のずれを防止し、歩留まりを向上することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、基板部およびその周縁部分に立ち上がった複数の壁部よりなる基台と前記基板部の周方向に沿って隣り合う壁部間の間隙に露出する複数の導体部とを有したパッケージと、前記基台の内部空間に搭載された半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記壁部間の導体部とを電気的に接続した金属細線と、前記導体部と金属細線との接続部を覆うように前記壁部間の間隙に埋め込まれた樹脂部と、前記半導体素子を搭載した基台の内部空間を封止した封止部材とを備えたことを特徴とする。
壁部は基板部の少なくともコーナー部分に配置されていることを特徴とする。壁部は基板部の各辺に沿って枠状に配列されていることを特徴とする。壁部間の間隙のそれぞれに１または複数の導体部が配置されていてよい。
封止部材は、壁部および壁部間の樹脂部の上面に前記樹脂部と同一あるいは異なる樹脂により固着された蓋板であってよい。半導体素子が光素子であるときには透光性の蓋板が使用される。
封止部材は、半導体素子の上面部をも覆うように基台の内部空間に充填された樹脂であってもよい。
半導体素子が光素子であるときには、封止部材は前記半導体素子上に位置する透光性の蓋板およびこの蓋板の周囲の基台の内部空間に充填された樹脂であってよい。
壁部に蓋板を位置決めする段差部が形成されているのが好都合である。壁部の外面と壁部間の樹脂部の外面とが面一であるのが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法は、基板部およびその周縁部分に立ち上がった複数の壁部よりなる基台と前記基板部の周方向に沿って隣り合う壁部間の間隙に露出する複数の導体部とを有したパッケージを形成する工程と、前記基台の内部空間に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記壁部間の導体部とを金属細線で電気的に接続する工程と、前記導体部と金属細線との接続部を覆うように前記壁部間の間隙を樹脂で埋め込む工程と、前記基台の内部空間を封止部材で封止する工程とを有することを特徴とする。
パッケージを形成する工程では、基台と複数の導体部とを一体的に、且つ複数組配列して、隣り合う基台の基板部および壁部が少なくとも連続するように形成し、基台の内部空間を封止部材で封止する工程の後に、前記隣り合う基台間で連続している壁部を２分する方向にダイシングすることにより、半導体素子を内包した個々の半導体装置に分割する工程を行うようにしてもよい。
基台の内部空間を封止する工程では、前記基台の上端開口を覆う蓋板を封止部材として用いて、前記基台の壁部および壁部間の樹脂部の上面に前記樹脂部と同一あるいは異なる樹脂により固着するようにしてもよい。半導体素子が光素子であるときに透光性の蓋板を用いる。蓋板を固着する樹脂は、壁部間の間隙を樹脂で埋め込む際に同時に壁部の上面に配置するのが好都合である。
基台の内部空間を封止する工程では、樹脂を封止部材として用いて、前記基台の内部空間に半導体素子の上面部をも覆うように充填するようにしてもよい。
半導体素子が光素子であるときには、基台の内部空間を封止する工程として、半導体素子の上面部にカバーシートで覆った透光性の蓋板を配置するステップと、壁部間の間隙を埋め込む樹脂を前記基台の内部空間に前記透光性の蓋板の上面位置まで充填するステップと、前記樹脂の硬化後にカバーシートを剥がすステップとを行うようにしてもよい。
樹脂を充填するステップは射出成形法により行うことができる。樹脂を充填するステップを塗布法により行い、カバーシートを剥がした後に透光性の蓋板の周囲に樹脂をポッティングするステップを行ってもよい。
基台の内部空間に充填する樹脂は、壁部間の間隙を樹脂で埋め込む際に同時に充填するのが好都合である。
本発明の半導体装置は、パッケージの外殻をなす壁部間の間隙に導体部を設けているので、半導体素子からの金属細線を接続するための領域が壁部の領域とオーバーラップし、パッケージが従来よりも寸法縮小され、従来装置と較べて、小型化、低背化を実現できる。またパッケージが寸法縮小される結果、半導体素子から外部端子部までの電気導通経路が短くなり、インダクタが小さくなり、信号の伝送損失を改善できる。
金属細線と導体部との接続部分は樹脂で覆うので、強固な接続となり、接続信頼性を確保できる。蓋板を貼付するときには、壁部が支持体となり、従来装置のように接続部分を覆った樹脂が支持体となるのではないので、容易に安定して固着される。光デバイスを構成する場合に用いる透光性の蓋板は、前記壁部上に貼付することで、あるいは素子上に貼付することで、ずれを回避できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態の半導体装置としての固体撮像装置の構成を示す平面図、図１（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、同固体撮像装置の図１（ａ）におけるａ−ａ’断面、ｂ−ｂ’断面、ｃ−ｃ’断面を示す断面図である。
図１に示した固体撮像装置において、固体撮像素子１はノンリード型の中空パッケージ２（以下、単にパッケージ２という）の内底面にペースト状固着剤３により固着され、固体撮像素子１の主面周縁部に形成された複数の電極パッド１ａとパッケージ２に形成された複数の導体部４とが金属細線５によりそれぞれ電気的に接続され、パッケージの上面には透光性窓部材たる所定厚みの平板状カバーガラス６が樹脂封止材７により接着されていて、パッケージ内は気密されている。
固体撮像素子１は、撮像回路や受光回路が備わっている、ＣＣＤ型、あるいはＣＭＯＳセンサー型などの固体撮像素子である。他の受光回路等を有する撮像素子、センサー素子に代えても構わない。
ペースト状固着剤３は、熱硬化性エポキシ樹脂にＡｇフィラーが含有されたＡｇペーストなどが用いられる。金属細線５は、Ａｌ、Ａｕなどを主体としたもので、φ１０〜１００μｍの線径のものが用いられる。カバーガラス６は必ずしもガラス材でなくてもよく、プラスチックあるいはハードコート・プラスチック等の透光性蓋板等を用いてもよい。
パッケージ２は、セラミック製のシート基材８の周縁部に枠体９が一体化されて、枠体９の内側にキャビティー１０が形成された基台と、キャビティー１０に臨む内部端子部を有し、パッケージ外側面へ引き出された複数の導体部４とを備えている。
この固体撮像装置が従来のものと相違するのは、パッケージ２に、枠体９を幅方向に横切る複数の溝部１１が設けられ、各溝部１１内の底面に、上述した導体部４が露出している点である。換言すると、シート基材８の上面にキャビティー１０を形成するように複数の壁部９ａがシート基材８の周方向に沿って枠状に配列され、壁部９ａ間の間隙である溝部１１のそれぞれに導体部４が１つずつ形成されている。
各々の導体部４はシート基材８に対し段差を有している。各々の導体部４は、溝部１１内に内部端子部４ａがあり、パッケージ底面（裏面）に露出するビア４ｂなどが接続していて、その露出部に所定形状の外部端子（図示せず）が形成されている。固体撮像素子１と導通させるための金属細線５は溝部１１内の内部端子部４ａに対して接続されている。その接続部分を覆い且つ溝部１１内を埋めるように樹脂封止材７が配置されている。
この固体撮像装置の構造は、固体撮像素子１からの金属細線５を導体部４に接続するための必要領域を、カバーガラス６を貼付するための必要領域にオーバーラップさせたものであり、従来タイプの固体撮像装置と較べて、縦横寸法を小型化可能である。装置高さについても、パッケージ側壁上で電極と金属細線とを接続する特許文献１の装置に較べて低背化される。
具体的には、金属細線５を導体部４に接続するための必要寸法（枠体９の幅方向寸法）は０．４ｍｍであり、図示したようにパッケージ２の一対の対辺のそれぞれに沿って導体部４を配列した場合には、従来タイプの固体撮像装置ではキャビティー１０内に０．４ｍｍ×２ヶ所＝０．８ｍｍが必要であるのに対し、本発明装置では壁部９ａ間の溝部１１内で接続するので、キャビティー１０内にそのための寸法は要さず、その分だけ従来装置より寸法の縮小化が可能である。
金属細線５と導体部４との接続部分は樹脂封止材７で覆うので、強固な接続となり、接続信頼性を確保できる。またこの接続部分は壁部９ａ間の溝部１１内にあるので、カバーガラス６を貼付するときには、壁部９ａが支柱となり、Ｘ，Ｙ方向やθ方向にずれることなく容易に安定して固着される。さらに上記したように従来装置よりも寸法縮小されるため、固体撮像素子１の電極パッド１ａから外部端子までの電気導通経路が短くなり、インダクタが小さくなり、信号の伝送損失を改善できる。
なお、図示した固体撮像装置では、主面の一対の対辺のそれぞれに沿って複数の電極パッド１ａが配列された固体撮像素子１が搭載されているため、対応する一対の対辺にのみ溝部１１，導体部４が配置されたパッケージ２が用いられているが、主面の４辺に沿って電極パッド１ａが配列された固体撮像素子１を搭載する場合には、４辺に溝部１１，導体部４が配置されたパッケージ２を用いればよく、それにより同様の効果が得られる。
また図示した固体撮像装置では、ノンリード型のパッケージ２であるため導体部４が上述したような構造であるが、導体部４として溝部１１内からパッケージ外へ延びるリードを配置してもよく、その場合はリードをパッケージ外側面に沿って折り曲げることで、外部端子部をパッケージ底面に配置することができる（後述する図８参照）。
図１に示した固体撮像装置を製造する第１の製造方法を説明する。
図２（ａ）に示すように、上記したパッケージ２を準備する。パッケージ２のシート基材８，枠体９の材料たるセラミックとしては、この種のパッケージに一般に使用されているアルミナセラミックス（Ａｌ２０３）、ムライトセラミックス（３Ａｌ２０３・２Ｓｉ０２）、ガラスセラミック材などが使用される。各々の導体部４は、Ｃｕ、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ上にＮｉ−Ａｕめっきを施すか、Ｗのメタライズ上にＮｉ−Ａｕめっきを施すか、Ｃｒ−Ｃｕのメタライズ上にＮｉ−Ａｕめっきを施すなどの方法で形成される。
準備したパッケージ２の内底面の素子搭載領域のたとえば複数箇所に、ペースト状固着剤３を塗布する（ダイスボンド前工程）。
ペースト状固着剤３の塗布方法としては、ディスペンサー等に装着されたマルチノズルから塗布する方法や、スタンパーに装着された転写部から転写する方法などがある。この作業は、キャビティー１０、溝部１１、導体部４等にダストや被膜等が付着しないように、清浄化され且つ湿度・温度が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
図２（ｂ）に示すように、パッケージ２の素子搭載領域上に固体撮像素子１を搭載する（ダイスボンド後工程）。
固体撮像素子１はたとえば、Ｓｉウェハー状態で、ステッパー等により受光回路などを形成し、回路の上層に集光のためのマイクロレンズを形成し（オンチップ工程）、ウェハー裏面を所定厚みに研削し（バックグラインド工程）、研削後のＳｉウェハーをダイシングシートに貼り付け、個片に分割することで形成される。
個片化された固体撮像素子１をコレットと呼ばれる治具でピックアップして搭載する。素子搭載領域上に塗布されたペースト状固着剤３が固体撮像素子１の裏面に塗れ広がるように、コレットによって固体撮像素子１を前後左右に数十μｍスクラブ（揺動）する。なおこのとき、パッケージ２の所定の部分（たとえば壁部９ａの上面）を基準にして、Ｘ、Ｙ方向の２次元的位置及び固体撮像素子１の基準面からの高さや傾斜を、規定された範囲内の精度となるように調整する。そして１００℃〜２００℃に加熱してペースト状固着剤３を硬化させることにより、固体撮像素子１を素子搭載領域上に固着させる。素子搭載領域上にペースト状固着剤３を塗布するのでなく、固体撮像素子１の裏面に接着シートを貼り付け、この接着シートを介して固着してもよい。
図２（ｃ）（ｃ´）に示すように、パッケージ２の各導体部４の内部端子部（４ａ）と固体撮像素子１の各電極パッド１ａとを金属細線５により電気的に接続する（ワイヤボンディング工程）。
金属細線５としてＡｕワイヤーを用いる場合は、超音波・熱圧着方法（ボールボンディング法）で接続する。つまり、キャピラリーと呼ばれるコーン状の治具の中心に開いた孔にＡｕワイヤーを通しておき、その先端部を放電にて溶融させて球状にし、電極パッド１ａに熱圧着（１５０〜２００℃）させつつ超音波を併用して合金化させることで接合させ、そのＡｕワイヤーをさらに導体部４へ導き、超音波振動を加えて接合させた後、キャピラリーのエッジで切断する。Ａｕワイヤーとしてはφ１０〜３０μｍの線径が多く用いられる。
金属細線５にＡｌワイヤーを用いる場合は、ウェッジボンディング法を用いて接続する。つまり、ウェッジボンディングツールと呼ばれる治具を用いて、常温にて超音波振動のみで電極パッド１ａと導体部４とに接合させる。Ａｌワイヤーとしてはφ２０〜１００μｍの線径が多く用いられる。このウェッジボンディング法は、ボールボンディング法と比較して、電極パッド１ａ等を高温下に曝さなくてよいという利点があるが、ツールは一方向にしか動かせないため、パッケージ２の固定台座かボンディングヘッドを回転させる必要があり、タクトがかかる。
図２（ｄ）に示すように、導体部４と金属細線５との接続部分が内部にある溝部１１、および、壁部９ａの上面に、熱硬化型、またはＵＶ硬化型、若しくは両性能を備えたペースト状の樹脂封止材７、たとえば熱硬化型エポキシ樹脂を塗布する（樹脂塗布工程）。
そのための第１の方法としては、ディスペンサーに装着されたノズル１２から、溝部１１内を埋め込み且つ壁部９ａの上面をも覆うように樹脂封止材７を塗布する。壁部９ａの上面については、カバーガラス６が載るシール部となる領域に沿って描画塗布する。シール部や溝部１１から樹脂封止材７が溢れ出すことのない適量とする。
第２の方法としては、まず溝部１１を樹脂封止材７で埋め込み、溝部１１内の樹脂封止材７を熱または紫外線により硬化させた後に、壁部９ａの上面と溝部１１内の樹脂封止材７の上面とに均一に樹脂封止材７を塗布する。
第１の方法、第２の方法（工数がより多い）のいずれを選択するかは、溝部１１の深さや数、次工程でカバーガラス６による気密封止が確実にされるかなどを考慮して決めればよい。いずれの方法でも、金属細線５と導体部４との接続部分を樹脂封止材７で覆うので、強固な接続となり、接続信頼性を得ることができる。溝部１１内、壁部９ａ上のそれぞれに塗布する樹脂封止材７は、同一であっても異なってもよく、それぞれの目的、条件に合わせて、成分や粘度が違うものを選択すればよい。
図２（ｅ）（ｅ´）に示すように、パッケージ２の壁部９ａ上面に塗布された樹脂封止材７の上にカバーガラス６を貼り付け、樹脂封止材７を熱または紫外線により硬化させる（封止工程）。
このときには、カバーガラス６の表面がパッケージ２の基準面（たとえば壁部９ａの上面）と平行になるように仮固定し、その状態でカバーガラス６の上方からの紫外線照射あるいは加熱により樹脂封止材７を硬化させてカバーガラス６を確実に固着させる。気密、防湿性が損なわれないよう、防湿剤等が配合された樹脂封止材７を使用するのが効果的である。
図１に示した固体撮像装置を製造する第２の製造方法を説明する。
図３（ａ）に示すように、パッケージユニット１３が複数個、縦横に配列されたブロックシート１４を準備する。パッケージユニット１３は上述したパッケージ２に相応するもので、隣り合うパッケージユニット１３間で、シート基材８，枠体９，溝部１１，導体部４が連続している。ブロックシート１４は、シート基材８、枠体９ともにセラミック材料を用いて形成してもよいし、セラミック製のシート基材８上に、溝付きの枠体９をエポキシ樹脂の射出成形により形成してもよい。
準備したブロックシート１４のパッケージユニット１３ごとのキャビティー１０内にペースト状固着剤３を塗布する。
図３（ｂ）に示すように、ペースト状固着剤３が塗布されたパッケージユニット１３内に固体撮像素子１を搭載し、固着させる。
図３（ｃ）（ｃ´）に示すように、パッケージユニット１３の導体部４と個体撮像素子１の電極パッド１ａとを金属細線５により接続させる。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、溝部１１内および壁部９ａの上面に熱硬化型、またはＵＶ硬化型、若しくは両性能を備えたペースト状の樹脂封止材７を塗布する。
この際に、溝部１１内と壁部９ａの上面とに同時に塗布してもよいし、順次に塗布してもよいが、隣り合う中空パッケージユニット１３の溝部１１どうしは繋がっているので、繋がった溝部１１には同時に樹脂封止材７を塗布できる。図示を省略するが、パッケージユニット１３どうしの境界部分に樹脂溜まりとなる溝や凹部を形成しておけば、樹脂封止材７の塗布量のばらつきを調整することも可能である。
図４（ｃ）に示すように、各パッケージユニット１３の壁部９ａおよび壁部９ａ間の樹脂封止材７上にカバーガラス６を貼り付け、樹脂封止材７を硬化させる。
その後に、ブロックシート１４をパッケージユニット１３ごとにダイシングブレード１５で分割して、図４（ｄ）（ｄ´）に示すような、個片のパッケージ２に個体撮像素子１，カバーガラス６が搭載された固体撮像装置を得る。
分割の際には、ブロックシート１４をダイシングテープ（図示せず）に貼付し、ダイシングブレード１５を一分間に数万回転させながら、シャワー水洗しながら切断する。パッケージユニット１３どうしの境界部分に樹脂溜まりとなる溝や凹部を形成している場合は、この時点で切除することができる。ダイシングテープは、塩化ビニール、ポリオレフィンなどの伸縮性のある樹脂基材の上にＵＶ接着剤が塗布されたものを使用できる。またダイシングブレード１５はボンド材にダイヤモンドの砥粒を含有させたものを使用できる。
この第２の製造方法、つまり、ブロックシート１４の状態で個体撮像素子１，カバーガラス６を搭載し、パッケージユニット１３ごとに分割する方法によれば、パッケージ２を１個ずつ取り扱う第１の製造方法と較べて製造効率が向上する。また分割後の個片のパッケージ２では、壁部９ａの外側面と溝部１１内の樹脂封止材７の外側面とが面一になるので、美しく良好な外形を創出できるだけでなく、壁部９ａと溝部１１内の樹脂封止材７の境界に水分が入りにくくなって信頼性も良好となる。固体撮像装置を機器に搭載する際の位置決めにも有用である。
図５（ａ）は本発明の第２実施形態における固体撮像装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は同固体撮像装置の断面図である。
この固体撮像装置が第１の実施の形態の固体撮像装置と相違するのは、パッケージ２が、シート基材８上の４隅にＬ形の壁部１６が一体化されて形成され、壁部１６どうしの間隙に複数の導体部４が互いに間隔をおいて配列されている点である。樹脂封止材７は、導体部４と金属細線５との接続部分を覆うように壁部１６間の間隙に埋め込まれるとともに各壁部１６上に塗布され、その上にカバーガラス６が貼付されている。
この固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置と同様の効果が得られるほか、第１の実施形態の固体撮像装置よりも導体部４のピッチを狭くすることができる。枠状に並んだ壁部９ａ間の溝部１１に導体部４を配置した第１の実施形態の構造では、溝部１１ごとに、金属細線５を接続するための治具が入り込む寸法が少なくとも必要であるのに対し、４隅にのみ壁部１６がある第２の実施形態の構造では、治具が入り込む寸法は特に考慮する必要がないからである。例えば図１を用いて説明した第１の実施形態では０．８ｍｍピッチまでとすると、図５に示した第２の実施形態では０．４ｍｍピッチまでが可能である。
４隅の壁部１６の上面を位置規制部位として用いてカバーガラス６と固体撮像素子１との平行度を保つことができるのは、第１の実施形態が壁部９ａの上面を位置規制部位として用いるのと同様である。
なお図５に示した固体撮像装置では、主面の４辺に沿って電極パッド１ａが配列された固体撮像素子１が搭載されるため、対応する４辺に導体部４が配置されたパッケージ２が用いられているが、主面の一対の対辺に沿ってのみ電極パッド１ａが配列された固体撮像素子１が搭載される場合は、対応する２辺にのみ導体部４が配置されたパッケージ２を用いればよい。
図５に示した固体撮像装置の製造方法を説明する。
図６（ａ）に示すように、上記したパッケージ２を準備し、その内底面の素子搭載領域のたとえば複数箇所に、ペースト状固着剤３を塗布する。パッケージ２は、第１実施形態のものと同様に、セラミック材料のみで形成したものであってもよいし、壁部１６をエポキシ樹脂で射出成形して形成したものであってもよい。
ペースト状固着剤３が塗布されたパッケージ２上に、図６（ｂ）に示すように固体撮像素子１を搭載し、固着させる。
図６（ｃ）に示すように、パッケージ２の導体部４と個体撮像素子１の電極パッド１ａとを金属細線５により接続させる。
図６（ｄ）に示すように、パッケージ２の壁部１６間の間隙に、金属細線５と導体部４との接続部分を覆うように且つその間隙を埋め込むように、また壁部１６の上面にも、熱硬化型、またはＵＶ硬化型、若しくは両性能を備えたペースト状の樹脂封止材７を塗布し、塗布された樹脂封止材７の上からカバーガラス６を貼り付ける。
なお、樹脂封止材７を壁部１６間の間隙に均一な高さに埋め込むのは、第１実施形態の溝部１１に埋め込むのと較べて困難なので、図７に示すように、壁部１６間の間隙内の最外周に段差部１７を設けて封止材止めとしてもよい。この構造は壁部９に適用してもよい。
あるいは、樹脂封止材７を壁部１６間の間隙に均一な高さに埋め込むために、図８に示すように、壁部１６の内周にカバーガラス６を位置決めする段差部１８を設け、この段差部１８に嵌め込むカバーガラス６で樹脂封止材７を押さえるようにしてもよい。ここでは導体部４としてリードを用いている。
カバーガラス６を単に位置決めする目的で、カバーガラス６の周縁部に突部（図示省略）を設け、この突部に嵌め合う段差部（図示省略）を壁部１６の外周あるいは上面に設けてもよい。
以上、固体撮像装置について説明してきたが、固体撮像装置以外の光デバイス、さらには光デバイス以外の半導体装置、たとえば、重力（加速度）、電波、音を使用するセンサー素子を搭載したもの（ＭＥＭＳなどが代表例）にも上述した構造および製造方法を適用することができる。光デバイスでないときにはカバーガラス６に代えて透光性を有さない蓋板を用いることができる。
図９（ａ）は本発明の第３実施形態における固体撮像装置の構成を示す平面図、図９（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、同固体撮像装置の図９（ａ）におけるａ−ａ’断面、ｂ−ｂ’断面、ｃ−ｃ’断面を示す断面図である。
この固体撮像装置が第１の実施の形態の固体撮像装置と相違するのは、カバーガラス６を壁部９ａおよび壁部９ａ間の樹脂封止材７の上面に固着するのでなく、固体撮像素子１の上に貼付け、カバーガラス６，固体撮像素子１の周囲のキャビティー１０内に樹脂封止材７をカバーガラス６の上面位置まで充填している点である。この構造によれば、第１の実施の形態の固体撮像装置と比べて、固体撮像素子１とカバーガラス６との間に空隙が不要な分、低背化できる。
図９に示した固体撮像装置を製造する第１の方法を説明する。
図１０（ａ）に示すように、先に図３を用いて説明したのと同様のブロックシート１４を準備する。また固体撮像素子１の上にカバーガラス６を配置した一体品を準備する。カバーガラス６の表面はカバーシート１９で覆っておく。
そして、パッケージユニット１３ごとのキャビティー１０内にペースト状固着剤３を塗布し、図１０（ｂ）に示すように、固体撮像素子１，カバーガラス６，カバーシート１９の一体品を固体撮像素子１を下側にして固着させる。
図１０（ｃ）に示すように、パッケージユニット１３ごとに個体撮像素子１の電極パッド１ａとの導体部４とを金属細線５により接続させる。
その後に、カバーガラス６，固体撮像素子１，カバーシート１９の周囲のキャビティー１０内および壁部９ａ間の溝部（１１）内に、熱硬化型、またはＵＶ硬化型、若しくは両性能を備えたペースト状の樹脂封止材７を塗布して充填する。樹脂封止材７の量はカバーガラス６の上面位置までとする。
樹脂封止材７を硬化させた後、図１０（ｄ）に示すように、カバーシート１９を剥がし、カバーガラス６の周囲および溝部１１内の樹脂封止材７に発生している窪み部分に樹脂封止材７を垂らして表面を均一化する（ポッティング封止工程）。この際の樹脂封止材７としてはたとえば、熱硬化型エポキシ樹脂であって、常温（室温）で液状、１００〜１５０℃で０．５〜１ｈで硬化するものを用いる。
この樹脂封止材７の硬化後に、図１０（ｅ）に示すように、ブロックシート１４をパッケージユニット１３ごとにダイシングブレード１５で分割して、図１０（ｆ）に示すような、個片のパッケージ２に個体撮像素子１，カバーガラス６が搭載された固体撮像装置を得る。
この製造方法によれば、先に図３，４を用いて説明した方法よりもさらに製造効率が向上する。
図９に示した固体撮像装置を製造する第２の方法を説明する。
図１１（ａ）に示すように、先に図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明したのと同様にして、ブロックシート１４のパッケージユニット１３ごとのキャビティー１０内に、ペースト状固着剤３を塗布し、固体撮像素子１，カバーガラス６，カバーシート１９の一体品を固体撮像素子１を下側にして固着させ、各固体撮像素子１の電極パッド（１ａ）と導体部４とを金属細線５により接続させる。
次に、図１１（ｂ）に示すように、ブロックシート１４を成形金型Ｍ１，Ｍ２に装填し、必要に応じて壁部９ａの上面にもカバーシート１９を貼付け、カバーガラス６，壁部９ａをカバーシート１９を介して上金型Ｍ１で押さえた状態で、上下の金型Ｍ１，Ｍ２間のキャビティーに樹脂封止材７を圧入して、樹脂封止材７をパッケージユニット１３ごとの壁部９ａ間の間隙および固体撮像素子１，カバーガラス６，カバーシート１９の一体品の周囲に圧入し、硬化させる。この際の樹脂封止材７としてはたとえば、１２０〜２００℃で液状化し、その後の高温下で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂を用いる（トランスファーモールド法による封止工程）。
図示を省略するが、金型Ｍ１，Ｍ２には所定の位置にゲート（樹脂注入口）が設けられていて、ランナー（樹脂の通り道）を通じて、ポットに連結されている。金型Ｍ１，Ｍ２は所定温度に加熱されており、ランナーやポットも予め１５０〜２００℃に加熱されている。このため、タブレット状のエポキシ樹脂をポット内に投入してプランジャーで押し込むと、エポキシ樹脂は、ポットや金型の熱によって溶融しながら移動し、ランナー、次いでゲートを通って、金型Ｍ１，Ｍ２間のキャビティーに流入する。それに伴ってゲートの反対側のエアベンドより排気される。
図１１（ｃ）に示すように、樹脂封止材７で封止されたブロックシート１４を成形金型Ｍ１，Ｍ２より取り出し、カバーシート１９を剥がす。その後に、図１１（ｄ）に示すように、パッケージユニット１３ごとにダイシングブレード１５で分割して、個片のパッケージ２に個体撮像素子１，カバーガラス６が搭載された固体撮像装置を得る。
この製造方法によれば、トランスファーモールド法を用いているため、塗布法を用いて紫外線硬化させる場合に固体撮像素子１の光学部分を保護するために必要な高精度のマスクは不要であり、カバーガラス６をカバーシート１９で覆っているため樹脂バリが発生することもない。
カバーガラス６をカバーシート１９を介して上金型Ｍ１で押さえた状態で樹脂封止材７を圧入し、硬化させるので、樹脂封止材７はカバーガラス６の上面位置までとなり、樹脂封止材７の上面はポッティング樹脂で埋め込む場合よりも平坦となり、且つカバーガラス６との境界から緩やかに傾斜して下る傾斜部分がカバーガラス６の側面を完全に覆う。その結果、カバーガラス６の表面とその周囲の樹脂封止材７および壁部１６の表面とはほぼ面一になり、美しく良好な外形を創出できる。
図１２（ａ）は本発明の第４実施形態における固体撮像装置の構成を示す平面図、図１２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、同固体撮像装置の図１２（ａ）におけるａ−ａ’断面、ｂ−ｂ’断面、ｃ−ｃ’断面を示す断面図である。
この固体撮像装置が第３の実施の形態の固体撮像装置と相違するのは、パッケージ２の壁部９ａ間の間隙のそれぞれに複数の導体部４が互いに間隔をおいて形成され、壁部９ａ間の間隙に充填された樹脂封止材７が導体部４間の絶縁材としても機能している点である。この固体撮像装置も図１０、１１を用いて説明したのと同様にして製造できる。
固体撮像装置等の光デバイスでない半導体装置は、カバーガラス６を用いることなく、図１３に示すように、固体撮像素子１の表面をも覆うようにキャビティー１０内に樹脂封止材７を充填すればよい。樹脂封止材７の充填は塗布法を用いてもよいし成形金型を用いてもよい。
本発明に係る半導体装置は従来装置よりも小型化することができ、光デバイスとして構成する場合もカバーガラスなどの透光性部材のずれが生じないので、ビデオカメラ、デジタルカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話等の種々の電子機器に搭載して、製品を小型化するのに有用である。
本発明の第１の実施形態の半導体装置としての固体撮像装置の構成図 図１の固体撮像装置を製造する第１の製造方法を説明する工程図 図１の固体撮像装置を製造する第２の製造方法の前半工程を示す工程図 図１の固体撮像装置を製造する第２の製造方法の後半工程を示す工程図 本発明の第２の実施形態の半導体装置としての固体撮像装置の構成図 図５の固体撮像装置を製造する製造方法を示す工程図 本発明の固体撮像装置の細部を示した断面図 本発明の固体撮像装置の別の細部を示した断面図 本発明の第３の実施形態の半導体装置としての固体撮像装置の構成図 図９の固体撮像装置を製造する第１の製造方法を説明する工程図 図９の固体撮像装置を製造する第２の製造方法を説明する工程図 本発明の第４の実施形態の半導体装置としての固体撮像装置の構成図 本発明の第５の実施形態の半導体装置の構成図 従来の固体撮像装置の断面図 従来の他の固体撮像装置の断面図
符号の説明
１ 固体撮像素子
1a 電極パッド
２ 中空パッケージ
４ 導体部
５ 金属細線
６ カバーガラス
７ 封止材
８ シート基材
９ 枠体
9a 壁部
10 キャビティー
11 溝部
13 パッケージユニット
14 ブロックシート
16 壁部
17，18 段差部
19 カバーシート

Claims (20)

  1. 基板部およびその周縁部分に立ち上がった複数の壁部よりなる基台と前記基板部の周方向に沿って隣り合う壁部間の間隙に露出する複数の導体部とを有したパッケージと、前記基台の内部空間に搭載された半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記壁部間の導体部とを電気的に接続した金属細線と、前記導体部と金属細線との接続部を覆うように前記壁部間の間隙に埋め込まれた樹脂部と、前記半導体素子を搭載した基台の内部空間を封止した封止部材とを備えた半導体装置。
  2. 壁部は基板部の少なくともコーナー部分に配置されている請求項１記載の半導体装置。
  3. 壁部は基板部の各辺に沿って枠状に配列されている請求項１記載の半導体装置。
  4. 壁部間の間隙のそれぞれに１または複数の導体部が配置されている請求項１記載の半導体装置。
  5. 封止部材は壁部および壁部間の樹脂部の上面に前記樹脂部と同一あるいは異なる樹脂により固着された蓋板である請求項１記載の半導体装置。
  6. 半導体素子が光素子であるときには透光性の蓋板が使用される請求項５記載の半導体装置。
  7. 封止部材は半導体素子の上面部をも覆うように基台の内部空間に充填された樹脂である請求項１記載の半導体装置。
  8. 半導体素子が光素子であるときには、封止部材は前記半導体素子上に位置する透光性の蓋板およびこの蓋板の周囲の基台の内部空間に充填された樹脂である請求項１記載の半導体装置。
  9. 壁部に蓋板を位置決めする段差部が形成されている請求項５記載の半導体装置。
  10. 壁部の外面と壁部間の樹脂部の外面とが面一である請求項１記載の半導体装置。
  11. 基板部およびその周縁部分に立ち上がった複数の壁部よりなる基台と前記基板部の周方向に沿って隣り合う壁部間の間隙に露出する複数の導体部とを有したパッケージを形成する工程と、前記基台の内部空間に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記壁部間の導体部とを金属細線で電気的に接続する工程と、前記導体部と金属細線との接続部を覆うように前記壁部間の間隙を樹脂で埋め込む工程と、前記基台の内部空間を封止部材で封止する工程とを有する半導体装置の製造方法。
  12. パッケージを形成する工程では、基台と複数の導体部とを一体的に、且つ複数組配列して、隣り合う基台の基板部および壁部が少なくとも連続するように形成し、基台の内部空間を封止部材で封止する工程の後に、前記隣り合う基台間で連続している壁部を２分する方向にダイシングすることにより、半導体素子を内包した個々の半導体装置に分割する工程を行う請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
  13. 基台の内部空間を封止する工程では、前記基台の上端開口を覆う蓋板を封止部材として用いて、前記基台の壁部および壁部間の樹脂部の上面に前記樹脂部と同一あるいは異なる樹脂により固着する請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
  14. 半導体素子が光素子であるときに透光性の蓋板を用いる請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
  15. 蓋板を固着する樹脂は、壁部間の間隙を樹脂で埋め込む際に同時に壁部の上面に配置する請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
  16. 基台の内部空間を封止する工程では、樹脂を封止部材として用いて、前記基台の内部空間に半導体素子の上面部をも覆うように充填する請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
  17. 半導体素子が光素子であるときには、基台の内部空間を封止する工程として、半導体素子の上面部にカバーシートで覆った透光性の蓋板を配置するステップと、壁部間の間隙を埋め込む樹脂を前記基台の内部空間に前記透光性の蓋板の上面位置まで充填するステップと、前記樹脂の硬化後にカバーシートを剥がすステップとを行う請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
  18. 樹脂を充填するステップを射出成形法により行う請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
  19. 樹脂を充填するステップを塗布法により行い、カバーシートを剥がした後に透光性の蓋板の周囲に樹脂をポッティングするステップを行う請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
  20. 基台の内部空間に充填する樹脂は、壁部間の間隙を樹脂で埋め込む際に同時に充填する請求項１６または請求項１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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