JP2007194441A - イメージセンサ用半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光半導体素子を含んだ複数の半導体素子を積層して搭載するイメージセンサ用半導体装置の放熱性能を高め、また半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和する。
【解決手段】外部回路と接続するための導体1が設けられた凹状のパッケージ2内に、光半導体素子4,半導体素子3が積層して搭載され、パッケージ2の開口が光透過性蓋体6で封止されたイメージセンサ用半導体装置において、パッケージ2の内外に露出する熱伝導体8を備え、半導体素子4,半導体素子3間に熱伝導性板体9が配置され、熱伝導性板体9と熱伝導体8とが接続された構造とする。これにより、半導体素子3と光半導体素子4の双方から熱伝導性板体9と熱伝導体8とに順次に伝熱する、という高熱伝導率の伝熱経路が確保される。
【選択図】図1
【解決手段】外部回路と接続するための導体1が設けられた凹状のパッケージ2内に、光半導体素子4,半導体素子3が積層して搭載され、パッケージ2の開口が光透過性蓋体6で封止されたイメージセンサ用半導体装置において、パッケージ2の内外に露出する熱伝導体8を備え、半導体素子4,半導体素子3間に熱伝導性板体9が配置され、熱伝導性板体9と熱伝導体8とが接続された構造とする。これにより、半導体素子3と光半導体素子4の双方から熱伝導性板体9と熱伝導体8とに順次に伝熱する、という高熱伝導率の伝熱経路が確保される。
【選択図】図1
Description
本発明は、パッケージ内に光半導体素子を含んだ複数の半導体素子を積層して搭載したイメージセンサ用半導体装置およびその製造方法に関し、特に放熱性の高い半導体装置を提供する技術に関するものである。
従来、光半導体素子は、光の経路を確保し且つ外部から保護するために、プラスチックやセラミックで形成したパッケージ内に実装し、ガラス板などの光透過性蓋体で封止している。
QFPタイプのイメージセンサ用半導体装置を図15に示す。図15(a)は同半導体装置の上面図、図15(b)は図15(a)におけるAOBラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置は、外部回路と接続するための導体1が配置された凹状のパッケージ2と、パッケージ2内に搭載された半導体素子3および光半導体素子4と、半導体素子3および光半導体素子4をそれぞれ導体1に接続するワイヤ5A,5Bと、パッケージ2の開口端を封止する光透過性蓋体6とを備えている。2Aはパッケージ2の凹部、7は接着剤である。導体1の外部接続用端子は理解を容易にするために屈曲させることなく図示している。
このイメージセンサ用半導体装置は、外部回路と接続するための導体1が配置された凹状のパッケージ2と、パッケージ2内に搭載された半導体素子3および光半導体素子4と、半導体素子3および光半導体素子4をそれぞれ導体1に接続するワイヤ5A,5Bと、パッケージ2の開口端を封止する光透過性蓋体6とを備えている。2Aはパッケージ2の凹部、7は接着剤である。導体1の外部接続用端子は理解を容易にするために屈曲させることなく図示している。
上記半導体装置の製造方法を図16を参照しながら説明する。図16(a)〜(e)は全て、図15(a)におけるAOBラインでの断面を示している。
図16(a)に示すように導体1が配置されたパッケージ2を準備し、図16(b)に示すようにパッケージ2の凹部2A内の底面にペースト材(図示せず)を介して半導体素子3を搭載し、図16(c)に示すように半導体素子3の上面にペースト材(図示せず)を介して光半導体素子4を搭載し、図16(d)に示すように、半導体素子3または光半導体素子4の表面の電極(図示せず)と導体1の内端部の電極(図示せず)とをワイヤ5Aまたは5Bによって電気的に接続し、図16(e)に示すようにパッケージ2の上端に接着剤7により光透過性蓋体6を取り付ける。
図16(a)に示すように導体1が配置されたパッケージ2を準備し、図16(b)に示すようにパッケージ2の凹部2A内の底面にペースト材(図示せず)を介して半導体素子3を搭載し、図16(c)に示すように半導体素子3の上面にペースト材(図示せず)を介して光半導体素子4を搭載し、図16(d)に示すように、半導体素子3または光半導体素子4の表面の電極(図示せず)と導体1の内端部の電極(図示せず)とをワイヤ5Aまたは5Bによって電気的に接続し、図16(e)に示すようにパッケージ2の上端に接着剤7により光透過性蓋体6を取り付ける。
このように、光半導体素子4を他の半導体素子3と積層する際には一般にその間にペースト材等の接着材を配置しているが、イメージセンサ用でない半導体装置では、半導体素子間にダイパッドを配置する提案もなされている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−237565公報
しかしながら、従来の積層構造のイメージセンサ用半導体装置では、複数の半導体素子による発熱量が大きいことに加え、上側に配置される光半導体素子の主な放熱経路は、下側の半導体素子とパッケージとを通してという熱伝導性の悪い経路であるため、放熱性が十分ではない。また異なる機能を持った半導体素子が隣接するがゆえに、半導体素子間の電気的な相互干渉が無視できない。
本発明は、上記問題に鑑み、パッケージ内に光半導体素子を含んだ複数の半導体素子を積層して搭載する、積層型マルチチップの一種であるイメージセンサ用半導体装置の放熱性能を高め、また半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和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は、外部回路と接続するための導体が設けられた凹状のパッケージ内に、光半導体素子を含んだ複数の半導体素子が積層して搭載され、前記パッケージの開口が光透過性蓋体で封止されたイメージセンサ用半導体装置において、前記パッケージの内外に露出する熱伝導体を備え、前記複数の半導体素子の間に熱伝導性板体が配置され、前記熱伝導性板体と熱伝導体とが接続された構造としたことを特徴とする。
また、熱伝導性板体が下側の半導体素子の電極を覆わない形状に形成され、前記半導体素子がワイヤによって導体と接続されていることを特徴とする。熱伝導性板体の下側の半導体素子が導体に対してフリップチップ接続されていることを特徴とする。
熱伝導性板体が熱伝導性接着剤を介して熱伝導体と接続されていることを特徴とする。熱伝導性板体が金属ボールを介して熱伝導体と接続されていることを特徴とする。
熱伝導性板体および熱伝導体が導電性材料で形成されていることを特徴とする。熱伝導性板体が導電性材料で形成され、電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続されていることを特徴とする。
熱伝導性板体および熱伝導体が導電性材料で形成されていることを特徴とする。熱伝導性板体が導電性材料で形成され、電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続されていることを特徴とする。
熱伝導性板体の表面に反射光低減処理が施されていることを特徴とする。
熱伝導性板体の表面に絶縁膜が設けられていることを特徴とする。表面に絶縁膜が設けられた熱伝導性板体の端部が、その下側の半導体素子の端部よりも外側に位置していることを特徴とする。
熱伝導性板体の表面に絶縁膜が設けられていることを特徴とする。表面に絶縁膜が設けられた熱伝導性板体の端部が、その下側の半導体素子の端部よりも外側に位置していることを特徴とする。
半導体素子を搭載するためのダイパッドが熱伝導体と一体化されてパッケージ内に配置されていることを特徴とする。
熱伝導体が、熱伝導性板体の上側の半導体素子がワイヤにより接続される導体の内側に延びていて、その延在部に前記熱伝導性板体が接続されていることを特徴とする。
熱伝導体が、熱伝導性板体の上側の半導体素子がワイヤにより接続される導体の内側に延びていて、その延在部に前記熱伝導性板体が接続されていることを特徴とする。
パッケージの底部が半導体基板よりなり、この半導体基板に導体が設けられるとともに、熱伝導体がビア状に設けられていることを特徴とする。
パッケージ内において導体の端部が千鳥状に配置され、熱伝導性板体の下側の半導体素子は内側に配置された導体の端部にフリップチップ接続によって接続され、熱伝導性板体の上側の半導体素子は外側に配置された導体の端部にワイヤにより接続されていることを特徴とする。
パッケージ内において導体の端部が千鳥状に配置され、熱伝導性板体の下側の半導体素子は内側に配置された導体の端部にフリップチップ接続によって接続され、熱伝導性板体の上側の半導体素子は外側に配置された導体の端部にワイヤにより接続されていることを特徴とする。
熱伝導性板体の下側の半導体素子がワイヤによって導体と接続されている上記のイメージセンサ用半導体装置を製造する際に、外部回路と接続するための導体と熱伝導体とが設けられた凹状のパッケージ内に前記半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子上に熱伝導性板体を搭載する工程と、前記熱伝導性板体上に光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子および半導体素子のそれぞれの電極をワイヤにより前記導体と接続させる工程と、前記パッケージの開口端に接着剤を介して光透過性蓋体を搭載する工程とを行うことができる。
熱伝導性板体の下側の半導体素子が導体に対してフリップチップ接続されている上記のイメージセンサ用半導体装置を製造する際に、外部回路と接続するための導体と熱伝導体とが設けられた凹状のパッケージ内に前記半導体素子をフリップチップ接続して搭載する工程と、前記半導体素子上に熱伝導性板体を搭載する工程と、前記熱伝導性板体上に光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子の電極をワイヤにより前記導体と接続させる工程と、前記パッケージの開口端に接着剤を介して光透過性蓋体を搭載する工程とを行うことができる。
本発明のイメージセンサ用半導体装置は、熱伝導性板体を両半導体素子間に配置し、パッケージの内外にわたる熱伝導体に接続する構造なので、両半導体素子について、熱伝導性板体への接触面から熱伝導性板体を経て熱伝導体のパッケージ外露出部まで伝熱する、という高熱伝導率の伝熱経路が確保される。したがって、熱伝導体を当該半導体装置が搭載されるプリント基板などと接続することによって、高い放熱性能を得ることが可能となる。よって、各半導体素子の特性悪化や熱暴走などを防止することが可能となる。この半導体装置を製造する際の組立ても容易である。
熱伝導性板体の下側の半導体素子は導体に対してワイヤによって接続してもよいし、フリップチップ接続してもよいが、フリップチップ接続方式によれば、この半導体素子上の電極を避けることを考慮することなく、熱伝導性板体の形状を決めることが可能となる。このため熱伝導板体を大きくしてパッケージ外への伝熱経路をより高熱伝導率とすることも可能となる。当該半導体素子自体のサイズも大きく設定できる。ワイヤによって接続する場合には、この半導体素子上の電極(ワイヤボンドされる電極)を覆わない形状に熱伝導性板体を形成する。
熱伝導性板体を熱伝導体に対して接続するのに、熱伝導性接着剤や金属ボールを用いると、両者間の熱伝導性が高くなり、高い放熱性能が可能となる。
熱伝導性板体を導電性材料で形成して、電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続することにより、また熱伝導性板体および熱伝導体をともに導電性材料で形成して、熱伝導体をパッケージ外の電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続することにより、熱伝導性板体の上下に配置される半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる。
熱伝導性板体を導電性材料で形成して、電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続することにより、また熱伝導性板体および熱伝導体をともに導電性材料で形成して、熱伝導体をパッケージ外の電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続することにより、熱伝導性板体の上下に配置される半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる。
熱伝導性板体の表面に反射光低減処理を施すことにより、この熱伝導板体の表面やその下側の半導体素子の上面での反射光を抑えることができ、その反射光が更に光透過性蓋体の裏面などで反射して光半導体素子に入射することで発生するノイズを低減することができる。
熱伝導性板体の表面に絶縁膜を設けることにより、この熱伝導性板体の上側に搭載された光半導体素子に接続されるワイヤと当該熱伝導性板体との電気的なショートを防ぐことができる。さらに、この絶縁膜を有した熱伝導性板体を、その下側の半導体素子の端部よりも外側に端部が位置するように形成しておくことにより、上側に搭載される光半導体素子に接続されるワイヤと下側の半導体素子との電気的なショートを防ぐことができる。
半導体素子を搭載するためのダイパッドを熱伝導体と一体化させてパッケージ内に配置することにより、ダイパッドの露出部分の面積分だけ、熱伝導性板体と熱伝導体とが接続した合計面積を大きくすることができ、より効果的な、高熱伝導率の伝熱経路が確保される。ダイパッドと一体化させる熱伝導体の数は多い方が放熱性能の面では有利となる。
熱伝導体を、熱伝導性板体の上側の半導体素子がワイヤにより接続される導体の内側に延びた形状とし、その延在部に熱伝導性板体を接続することにより、熱伝導性板体と熱伝導体とが接続した合計面積を大きくすることができ、より効果的な、高熱伝導率の伝熱経路が確保される。
パッケージの底部を半導体基板とし、この半導体基板に導体とともに熱伝導体をビア状に設けることによっても、このビア状の熱伝導体によって、高熱伝導率の伝熱経路が確保される。このパッケージに対して、熱伝導板体の下側の半導体素子をフリップチップ接続する場合には、当該半導体素子の周辺部だけでなく底面全体にアレイ状にバンプを配置できるので、同じサイズのパッケージであっても、パッケージ内の複数の半導体素子とパッケージ外部との間でより多くの電気信号をやりとりできるようになる。逆に言うと、同じ端子数であっても、より小さなパッケージサイズのイメージセンサ用半導体装置を実現できる。
パッケージ内において導体の端部を千鳥状に配置し、熱伝導性板体の下側の半導体素子を内側に配置された導体の端部にフリップチップ接続によって接続し、熱伝導性板体の上側の半導体素子を外側に配置された導体の端部にワイヤにより接続することにより、同じサイズのパッケージであっても、パッケージ内の複数の半導体素子とパッケージ外部との間でより多くの電気信号をやりとりできるようになる。逆に言うと、同じ端子数であっても、より小さなパッケージサイズのイメージセンサ用半導体装置を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1(a)は本発明の第1の実施形態のイメージセンサ用半導体装置の上面図、図1(b)は同半導体装置の図1(a)におけるAOBラインでの断面図、図1(c)は同半導体装置の図1(a)におけるCODラインでの断面図、図1(d)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図である。ここではQFPタイプのイメージセンサ用半導体装置を例示している。外部接続用端子は理解を容易にするために屈曲させることなく図示している。図1(d)においては光透過性蓋体の図示を省略している。
図1(a)は本発明の第1の実施形態のイメージセンサ用半導体装置の上面図、図1(b)は同半導体装置の図1(a)におけるAOBラインでの断面図、図1(c)は同半導体装置の図1(a)におけるCODラインでの断面図、図1(d)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図である。ここではQFPタイプのイメージセンサ用半導体装置を例示している。外部接続用端子は理解を容易にするために屈曲させることなく図示している。図1(d)においては光透過性蓋体の図示を省略している。
図1(a)〜(d)に示すように、このイメージセンサ用半導体装置は、外部回路と接続するための導体1を下部に配した凹状のパッケージ2内に、半導体素子3および光半導体素子4を積層して搭載し、これら半導体素子3および光半導体素子4をそれぞれワイヤ5Aおよびワイヤ5Bにより導体1に電気的に接続し、パッケージ2の上端にパッケージ2とほぼ同じ大きさの光透過性蓋体6を接着剤7で取り付けている。パッケージ2の凹部2A内に光半導体素子4を半導体素子3とともに密封した構造である。
このイメージセンサ用半導体装置が従来のものと相違するのは、パッケージ2の下部のコーナ近傍に導体1と同様に延びる熱伝導体8を配置し、半導体素子3と光半導体素子4との間に熱伝導性板体9を配置し、これら熱伝導性板体9と熱伝導体8とを熱伝導性接着剤10で接続している点である。熱伝導性板体9は、半導体素子3上の電極11を覆わず、パッケージ2内の底面に露出した熱伝導体8の露出部8Aを覆う形状である。具体的には、熱伝導性板体9は、半導体素子3の周縁部の電極11よりも内側に外端が位置する矩形の板体であり、そのコーナから熱伝導体8の露出部8Aに向かう方向に延びた接続部9Aを有している。
パッケージ2の材料としては積層セラミックやエポキシ系の樹脂などが用いられ、導体1としては銅や42アロイなどの鉄系の合金などが用いられる。半導体素子3の素材には主にシリコンが用いられ、光半導体素子4としては主にCCDやCMOSセンサなどが用いられる。ワイヤ5A、5Bとしては金線が用いられることが多い。光透過性蓋体6としては主にガラス板が用いられるが、ローパスフィルタやレンズなどの光学部品が用いられることもある。接着剤7としてはエポキシ系の樹脂などが用いられる。熱伝導体8,熱伝導性板体9の材料としては銅や42アロイなどの鉄系の合金などが用いられ、熱伝導性接着剤10としてはエポキシ系の樹脂などが用いられる。
上記のイメージセンサ用半導体装置の製造方法を図2を参照しながら説明する。図2(a)〜(c)と図2(e)〜(g)は同半導体装置の図1(a)におけるAOBラインでの断面を示し、図2(d)は同半導体装置の図1(a)におけるCODラインでの断面を示している。
図2(a)に示すような凹状のパッケージ2を準備する。パッケージ2の下部には、側壁の内外で露出する複数の導体1を配設するとともに、少なくとも1本の熱伝導体8(図1(a)参照)を同様に配設しておく。そして、図2(b)に示すように、半導体素子3をパッケージ2内の底面の所定位置に接着剤や粘着テープなどの接着材(図示せず)を用いて接続固定する。
次に、図2(c)に示すように、熱伝導性板体9を半導体素子3上の所定位置に熱伝導性接着剤(図示せず)を用いて接続固定するとともに、図2(d)に示すように、熱伝導性板体9の接続部9Aを熱伝導体8の露出部8A上に熱伝導性接着剤10を用いて接続固定する。
次に、図2(e)に示すように、光半導体素子4を熱伝導性板体9上の所定位置に熱伝導性接着剤(図示せず)を用いて接続固定する。その後に、図2(f)に示すように、半導体素子3の表面の電極と導体1の内端部の電極(図示せず)とをワイヤ5Aで接続するとともに、光半導体素子4の表面の電極(図示せず)と導体1の内端部の電極(図示せず)とをワイヤ5Bで接続する。
最後に、図2(g)に示すように、パッケージ2の上端に光透過性蓋体6を接着剤7により接続固定して、イメージセンサ用半導体装置の完成品を得る。
完成品たるイメージセンサ用半導体装置には、半導体素子3の上面および光半導体素子4の底面の双方からの熱が熱伝導性板体9へと伝わり、続いて熱伝導体8の露出部8Aから外端部まで伝えられる、という高熱伝導率の伝熱経路が確保される。このため、熱伝導体8の外端部を、この半導体装置を実装するプリント基板などと接続することによって、高い放熱性能を得ることが可能となる。その結果、半導体素子3や光半導体素子4の特性悪化や熱暴走などを防止することが可能となる。
完成品たるイメージセンサ用半導体装置には、半導体素子3の上面および光半導体素子4の底面の双方からの熱が熱伝導性板体9へと伝わり、続いて熱伝導体8の露出部8Aから外端部まで伝えられる、という高熱伝導率の伝熱経路が確保される。このため、熱伝導体8の外端部を、この半導体装置を実装するプリント基板などと接続することによって、高い放熱性能を得ることが可能となる。その結果、半導体素子3や光半導体素子4の特性悪化や熱暴走などを防止することが可能となる。
製造の際も、パッケージ2に熱伝導体8を予め設けておき、その熱伝導体8に、上述した形状の熱伝導性板体9を接続するだけなので、組立てが容易であり、熱伝導性板体9が、半導体素子3のワイヤボンディングの妨げになることもない。
図3は本発明の第2の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図3(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図3(b)は図3(a)におけるODラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置では、熱伝導体8および熱伝導性板体9の材料として、上述した第1の実施形態のイメージセンサ用半導体装置でも使用した銅や42アロイ等の鉄系の合金などの導電性材料を用いている。ただし、これらを接着固定する熱伝導性接着剤13として、金属フィラーを混合したエポキシ系の樹脂等の導電性接着剤を用いている。このことにより、熱伝導性板体9,熱伝導体8で形成される伝熱経路を導電経路としても機能させることができる。よって、熱伝導体8の外端部をパッケージ外の定電位に接続することで、半導体素子3と光半導体素子4との電気的な相互干渉を緩和することが可能となる。
図4は本発明の第3の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図として示している。
このイメージセンサ用半導体装置では、熱伝導性板体9の材料として、上述した第1の実施形態のイメージセンサ用半導体装置でも使用した銅や42アロイ等の鉄系の合金などの導電性材料を用いている。ただし、熱伝導性板体9を、導体1の内でパッケージ外の定電位に接続される導体1Bにワイヤ5Cによって接続している。このことにより、熱伝導性板体9が定電位となり、半導体素子3と光半導体素子4との電気的な相互干渉を緩和することが可能となる。
このイメージセンサ用半導体装置では、熱伝導性板体9の材料として、上述した第1の実施形態のイメージセンサ用半導体装置でも使用した銅や42アロイ等の鉄系の合金などの導電性材料を用いている。ただし、熱伝導性板体9を、導体1の内でパッケージ外の定電位に接続される導体1Bにワイヤ5Cによって接続している。このことにより、熱伝導性板体9が定電位となり、半導体素子3と光半導体素子4との電気的な相互干渉を緩和することが可能となる。
図5は本発明の第4の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図5(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図5(b)は図5(a)におけるODラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、熱伝導性板体9の上面をつや消し黒色の塗料などの反射防止膜14で覆ったことである。このように反射光の低減処理を施したことにより、熱伝導性板体9の上面での反射光を抑えることができ、かかる反射光が光透過性蓋体6の裏面などで更に反射されて光半導体素子4に入射することによるノイズを低減することが可能となる。
図6は本発明の第5の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図として示している。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、熱伝導性板体9の接続部9Aを熱伝導体8に対して、その露出部8Aの上面(あるいは熱伝導性板体9の接続部9Aの下面)に予め形成したバンプ(金属ボール)15Aを介して接続固定したことである。このため、熱伝導体8の外端部を、この半導体装置を実装するプリント基板などと接続することによって、高い放熱性能を得ることが可能となる。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、熱伝導性板体9の接続部9Aを熱伝導体8に対して、その露出部8Aの上面(あるいは熱伝導性板体9の接続部9Aの下面)に予め形成したバンプ(金属ボール)15Aを介して接続固定したことである。このため、熱伝導体8の外端部を、この半導体装置を実装するプリント基板などと接続することによって、高い放熱性能を得ることが可能となる。
図7は本発明の第6の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図7(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図7(b)は図7(a)におけるODラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、熱伝導性板体9の上面をエポキシ樹脂などの絶縁膜16で覆ったことである。このような絶縁処理を施したことにより、熱伝導性板体9と、その上に搭載される光半導体素子4に接続されるワイヤ5Bとの電気的なショートを防ぐことができる。
図8は本発明の第7の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図8(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図8(b)は図8(a)におけるOAラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第6の実施形態のものと相違するのは、表面を絶縁膜16で覆った熱伝導性板体9を、その下側の半導体素子1よりも、パッケージ2の内側面に近い位置まで配置したことである。このことにより、熱伝導性板体9の上側に搭載される光半導体素子4に接続されるワイヤ5Bと、熱伝導性板体9の下側に配置される半導体素子3との電気的なショートを防ぐことができる。
図9は本発明の第8の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図9(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図9(b)は図9(a)におけるOAラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、パッケージ2内の底部に銅や42アロイ等の鉄系の合金などのダイパッド18を設けるとともに、このダイパッド18と、熱伝導性板体9が接続される熱伝導体8の内の少なくとも1つとを一体化した点である。
このことにより、半導体素子3よりも外周側にあるダイパッド18の露出部分も熱伝導体8の延長部として機能させて、熱伝導性板体9と熱伝導体8との接続面積を大きくすることができ、熱伝導性板体9、ダイパッド18、熱伝導体8で形成される、より効果的な、高熱伝導率の伝熱経路を確保することが可能となる。なおダイパッド18はより多くの熱伝導体8と一体化させた方が放熱性能の面では有利である。
図10は本発明の第9の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図10(a)は同半導体装置の上面図、図10(b)は同半導体装置の図10(a)におけるAOBラインでの断面図、図10(c)は同半導体装置の図10(a)におけるCODラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第1の実施形態のものと相違するのは、半導体素子3をスタッドバンプなどのバンプ15Bを用いるフリップチップ接続によって導体1と接続していることである。このような接続法を採用することにより、熱伝導性板体9の形状を、半導体素子3上の電極を避けることを考慮せずに決めることが可能になる。ここでは、パッケージ2外への伝熱経路をより高熱伝導率化させるべく、熱伝導板体9を大きくするとともに、搭載する半導体素子3のサイズを大きくしている。
上記イメージセンサ用半導体装置の製造方法を図11を参照しながら説明する。図11(a)〜(c)と図11(e)〜(g)は図10(a)におけるAOBラインでの断面を示し、図11(d)は図10(a)におけるCODラインでの断面を示している。
図11(a)に示すような凹状のパッケージ2を準備する。パッケージ2の下部には、側壁の内外に露出する複数の導体1を配設するとともに、少なくとも1本の熱伝導体8(図10(a)参照)を同様に配設しておく。そして、図11(b)に示すように、半導体素子3をパッケージ2内の底面の所定位置に配置し、半導体素子3に予め形成したバンプ15Bを用いて導体1とフリップチップ接続する。
次に、図11(c)に示すように、熱伝導性板体9を半導体素子3上の所定位置に熱伝導性接着剤(図示せず)を用いて接続固定するとともに、図11(d)に示すように、熱伝導性板体9の接続部9Aを熱伝導体8の露出部8A上に熱伝導性接着剤10を用いて接続固定する。
次に、図11(e)に示すように、光半導体素子4を熱伝導性板体9上の所定位置に熱伝導性接着剤(図示せず)を用いて接続固定する。その後に、図11(f)に示すように、光半導体素子4の表面の電極(図示せず)と導体1の内端部の電極(図示せず)とをワイヤ5Bで接続する。
最後に、図11(g)に示すように、パッケージ2の上端に光透過性蓋体6を接着剤7により接続固定して、イメージセンサ用半導体装置の完成品を得る。
このように、パッケージ2に熱伝導体8を予め設けておき、その熱伝導体8に別個の熱伝導性板体9を接続する構造なので、組立てが容易であるとともに、高放熱構造を実現できる。
このように、パッケージ2に熱伝導体8を予め設けておき、その熱伝導体8に別個の熱伝導性板体9を接続する構造なので、組立てが容易であるとともに、高放熱構造を実現できる。
図12は本発明の第10の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図として示している。
このイメージセンサ用半導体装置が第9の実施形態のものと相違するのは、パッケージ2内において、導体1をその内端が千鳥状に並ぶように配置し、内側に配置された導体1に対して半導体素子3をフリップチップ接続によって接続し、外側に配置された導体1に対して光半導体素子4をワイヤ5Bで接続したことである。
このイメージセンサ用半導体装置が第9の実施形態のものと相違するのは、パッケージ2内において、導体1をその内端が千鳥状に並ぶように配置し、内側に配置された導体1に対して半導体素子3をフリップチップ接続によって接続し、外側に配置された導体1に対して光半導体素子4をワイヤ5Bで接続したことである。
このことにより、パッケージ2内の複数の半導体素子3や光半導体素子4とパッケージ2外部との間で、同じサイズのパッケージであっても、より多くの電気信号をやりとりすることが可能となる。逆に言うと、同じ端子数であっても、より小さなパッケージサイズのイメージセンサ用半導体装置が実現可能である。
図13は本発明の第11の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図13(a)は同半導体装置を対称面で1/4分割した上面図、図13(b)は図13(a)におけるOAラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置が第9の実施形態のものと相違するのは、熱伝導性板体9に接続される熱伝導体8を、光半導体素子4が接続される導体1の内側に延びた形状とし、この延在部8Bに熱伝導性板体9を接続したことである。このことにより、熱伝導性板体9と熱伝導体8との接続面積が大きくすることができ、より効果的な、高熱伝導率の伝熱経路を確保することが可能となる。
図14は本発明の第12の実施形態のイメージセンサ用半導体装置を示す。図14(a)は同半導体装置の上面図、図14(b)は図14(a)におけるAOBラインでの断面図、図14(c)は図14(a)におけるCODラインでの断面図である。
このイメージセンサ用半導体装置では、パッケージ2の底部をガラスエポキシ製などの半導体基板19とし、この半導体基板19の上にエポキシ樹脂などの樹脂側壁20を一体に設けている。半導体基板19には、その上面から下面にわたる内層配線である導体1Cを複数に設け、各導体1Cに接続する外部接続用のバンプ15Cを下面に設けるとともに、熱伝導性板体9に接続される熱伝導体8Cを半導体基板19内にビア状に設けている。そして導体1Cに対して半導体素子3をフリップチップ接続によって接続している。
この構造によれば、半導体素子3の周縁部だけでなく底面全体にアレイ状にバンプ15Bを配置しておき、これらのバンプ15Bに対応する導体1C,バンプ15Cをパッケージ2に設けておくことにより、同じサイズのパッケージ2であっても、半導体素子3と外部回路との間でより多くの電気信号をやりとりすることが可能になる。逆に言うと、同じ端子数で、より小さなパッケージサイズのイメージセンサ用半導体装置が実現可能である。また、パッケージ2を構成する半導体基板19の熱伝導率が高くなくても、ビア形状の熱伝導体8Cによって高い放熱性を実現することができる。
本発明のイメージセンサ用半導体装置は、高熱伝導率の伝熱経路を有し、高い放熱性能を備えているので、かかる半導体装置を搭載するデジタルスチルカメラ、携帯用カメラ、ムービー、車載用カメラ、監視カメラ、医療用カメラ、放送用カメラ、Webカメラ、テレビ電話用カメラ、ゲーム機用カメラ、光学マウス、DVD・CDドライブなどの光ピックアップなどに有用である。
1 導体
2 パッケージ
3 半導体素子
4 光半導体素子
5A,5B,5C ワイヤ
6 光透過性蓋体
8 熱伝導体
9 熱伝導性板体
10 熱伝導性接着剤
13 導電性接着剤
14 反射防止膜
15A,15B,15C バンプ
16 絶縁膜
18 ダイパッド
19 半導体基板
2 パッケージ
3 半導体素子
4 光半導体素子
5A,5B,5C ワイヤ
6 光透過性蓋体
8 熱伝導体
9 熱伝導性板体
10 熱伝導性接着剤
13 導電性接着剤
14 反射防止膜
15A,15B,15C バンプ
16 絶縁膜
18 ダイパッド
19 半導体基板
Claims (16)
- 外部回路と接続するための導体が設けられた凹状のパッケージ内に、光半導体素子を含んだ複数の半導体素子が積層して搭載され、前記パッケージの開口が光透過性蓋体で封止されたイメージセンサ用半導体装置であって、
前記パッケージの内外に露出する熱伝導体を備え、前記複数の半導体素子の間に熱伝導性板体が配置され、前記熱伝導性板体と熱伝導体とが接続されたイメージセンサ用半導体装置。 - 熱伝導性板体は下側の半導体素子の電極を覆わない形状に形成され、前記半導体素子はワイヤによって導体と接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体の下側の半導体素子は導体に対してフリップチップ接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体は熱伝導性接着剤を介して熱伝導体と接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体は金属ボールを介して熱伝導体と接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体および熱伝導体は導電性材料で形成されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体は導電性材料で形成され、電気的に定電位に接続される導体と電気的に接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体の表面に反射光低減処理が施されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体の表面に絶縁膜が設けられている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 表面に絶縁膜が設けられた熱伝導性板体の端部は、その下側の半導体素子の端部よりも外側に位置している請求項9記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 半導体素子を搭載するためのダイパッドが熱伝導体と一体化されてパッケージ内に配置されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導体は、熱伝導性板体の上側の半導体素子がワイヤにより接続される導体の内側に延びていて、その延在部に前記熱伝導性板体が接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- パッケージの底部が半導体基板よりなり、この半導体基板に導体が設けられるとともに、熱伝導体がビア状に設けられている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置。
- パッケージ内において導体の端部が千鳥状に配置され、熱伝導性板体の下側の半導体素子は内側に配置された導体の端部にフリップチップ接続によって接続され、熱伝導性板体の上側の半導体素子は外側に配置された導体の端部にワイヤにより接続されている請求項3記載のイメージセンサ用半導体装置。
- 熱伝導性板体の下側の半導体素子がワイヤによって導体と接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置を製造する際に、
外部回路と接続するための導体と熱伝導体とが設けられた凹状のパッケージ内に前記半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子上に熱伝導性板体を搭載する工程と、前記熱伝導性板体上に光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子および半導体素子のそれぞれの電極をワイヤにより前記導体と接続させる工程と、前記パッケージの開口端に接着剤を介して光透過性蓋体を搭載する工程とを行うイメージセンサ用半導体装置の製造方法。 - 熱伝導性板体の下側の半導体素子が導体に対してフリップチップ接続されている請求項1記載のイメージセンサ用半導体装置を製造する際に、
外部回路と接続するための導体と熱伝導体とが設けられた凹状のパッケージ内に前記半導体素子をフリップチップ接続して搭載する工程と、前記半導体素子上に熱伝導性板体を搭載する工程と、前記熱伝導性板体上に光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子の電極をワイヤにより前記導体と接続させる工程と、前記パッケージの開口端に接着剤を介して光透過性蓋体を搭載する工程とを行うイメージセンサ用半導体装置の製造方法。
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JP2006011788A JP2007194441A (ja) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | イメージセンサ用半導体装置およびその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2234151A1 (en) | 2009-03-24 | 2010-09-29 | Sony Corporation | Semiconductor device |
JP2012182491A (ja) * | 2007-09-28 | 2012-09-20 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | ガラスキャップモールディングパッケージ及びその製造方法、並びにカメラモジュール |
JP2015162506A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 京セラ株式会社 | 撮像素子実装用基板及び撮像装置 |
-
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- 2006-01-20 JP JP2006011788A patent/JP2007194441A/ja not_active Withdrawn
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