JP2009043893A - 半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】中空構造を有する半導体パッケージにおいて、簡単な構造で中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体パッケージ1は、半導体基板10、該半導体基板の一面側に配された機能素子11、前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板20、及び、前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材21、を少なくとも備えた半導体パッケージであって、前記封止部材は、透湿樹脂層22を少なくとも有することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る半導体パッケージ1は、半導体基板10、該半導体基板の一面側に配された機能素子11、前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板20、及び、前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材21、を少なくとも備えた半導体パッケージであって、前記封止部材は、透湿樹脂層22を少なくとも有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、中空構造を有する半導体パッケージ及びその製造方法に関する。
中空構造を有するパッケージが必要な半導体デバイスとしては、MEMSデバイスと呼ばれる光学センサ、圧カセンサ、加速度センサが代表的である。これらの半導体デバイスにおいて中空構造パッケージを行うために、シリコンやガラスなどからなるキャップ基板と半導体デバイスとを対向させて接合する。接合の手法としては、陽極接合もしくは常温接合による直接接合、低融点金属もしくは低融点セラミック、そして樹脂材料を接合材料とした間接接合が主流である。
前述した半導体デバイスの一部には、特性上の必要から樹脂材料が用いられている。一般的な樹脂材料は200℃以上で変性するため、樹脂材料を用いた半導体デバイスではパッケージ加工の上限温度が低くなる。そのため、これらの半導体デバイスに中空構造パッケージを行うためには接合方法として樹脂接合が選択される。
従来の半導体パッケージにおける樹脂接合では、一般的に接着剤と呼ばれる樹脂材料が用いられている。代表的な接着剤成分はアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
これらの樹脂材料は、接合する基板の片方又は両方の上に供給される。供給方法としてはディップ法、スプレ一法、スピンコート法が一般的である。供給後には両基板を対向させ、加圧、加熱、紫外線照射など樹脂材料に適した手法を用いて接合を行う。
これらの樹脂材料は、接合する基板の片方又は両方の上に供給される。供給方法としてはディップ法、スプレ一法、スピンコート法が一般的である。供給後には両基板を対向させ、加圧、加熱、紫外線照射など樹脂材料に適した手法を用いて接合を行う。
前述した中空構造を実現するためには、樹脂材料をパターニングする必要がある。これは印刷法、フォトレジストを用いたリフトオフ法又はエッチング法にて行われる。樹脂材料が感光性を有する場合には、フォトリソグラフィによりパターンを形成する。樹脂材料の供給後は、前記と同様の手法にて接合を行う。
しかしながら、樹脂接合により中空構造を形成する半導体パッケージでは、樹脂材料を経由した中空部内への水蒸気侵入、侵入水蒸気の放出不十分、又は雰囲気温度低下による結露現象が問題である。特に光学センサーデバイスのパッケージにおいては、中空部内で発生する結露が光学センサーヘの到達光量に影響を及ぼし、光学センサの感度が見かけ上低下してしまう。
このような中空部内の結露を防ぐため、特許文献1では中空部と外気との間に通気孔を設ける半導体パッケージ構造が提案されている。この構造においては中空部内と外気との間で気体が容易に移動できるため、急激な雰囲気変化が起きても中空部内の結露は起こりにくい。
しかしながら、通気孔内を移動するのは気体だけでなく、液体としての水、固体としての塵も同様であるため中空部内の汚染が生じやすい。
中空部内の結露を防ぐ手法としては、樹脂材料の選定も有効である。すなわち、(1)防湿樹脂(水蒸気透過性の低い樹脂材料)による中空部内への水蒸気侵入の抑制、(2)透湿樹脂(水蒸気透過性の高い樹脂材料)による中空部内と外気との間の水蒸気移動の促進である。水蒸気透過性の低い樹脂材料としてはポリビニリデンクロライド、エチルビニルアルコール、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンが代表的である。一方、水蒸気透過性の高い樹脂材料としては多孔質フッ素樹脂、シリコーン樹脂が代表的である。
中空部内の結露を防ぐ手法としては、樹脂材料の選定も有効である。すなわち、(1)防湿樹脂(水蒸気透過性の低い樹脂材料)による中空部内への水蒸気侵入の抑制、(2)透湿樹脂(水蒸気透過性の高い樹脂材料)による中空部内と外気との間の水蒸気移動の促進である。水蒸気透過性の低い樹脂材料としてはポリビニリデンクロライド、エチルビニルアルコール、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンが代表的である。一方、水蒸気透過性の高い樹脂材料としては多孔質フッ素樹脂、シリコーン樹脂が代表的である。
その他、吸水性に優れた樹脂材料を用いた中空部封止による中空部結露防止や(例えば、特許文献2参照)。また、前記吸水性樹脂を用いた中空型樹脂パッケージ構造が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、前記の防湿及び透湿樹脂を中空構造形成のための接合樹脂として用いることは困難である。前述した通り、接着材料と防湿及び透湿材料には両方の機能を有する材料が存在しないためである。
しかしながら、前記の防湿及び透湿樹脂を中空構造形成のための接合樹脂として用いることは困難である。前述した通り、接着材料と防湿及び透湿材料には両方の機能を有する材料が存在しないためである。
その他の結露対策としては、以下の提案がなされている。
例えば、イメージセンサモジュールの凹形状基板とガラス板との接合部中に透湿部材層を設けることでガラス板への結露を防ぐ構造を提案されている(例えば、特許文献2参照)。図4は、特許文献2に記載の半導体モジュールの構成を示す断面図である。102はイメージセンサモジュール、106はベース、108はCCDイメージセンサ、110はガラス板、111は透湿部材、114はワイヤボンディング、118は配線、120は接着層、122は収容室である。
例えば、イメージセンサモジュールの凹形状基板とガラス板との接合部中に透湿部材層を設けることでガラス板への結露を防ぐ構造を提案されている(例えば、特許文献2参照)。図4は、特許文献2に記載の半導体モジュールの構成を示す断面図である。102はイメージセンサモジュール、106はベース、108はCCDイメージセンサ、110はガラス板、111は透湿部材、114はワイヤボンディング、118は配線、120は接着層、122は収容室である。
その他にも、パッケージ材料の熱伝導率差を利用し、結露による影響のない面へ優先的に結露させることで結露によるデバイス特性への影響を回避する方法や(例えば、特許文献4参照)、外部電子機器を用いた半導体チップ冷却機構の利用により中空部の結露を防止する方法(例えば、特許文献5参照)等が提案されている。
しかしながら、前述した方法においても、以下に示すような問題があった。
すなわち、特許文献1に記載の通気孔を形成する方法では、通気孔からごみ、粉塵等異物の侵入の虞がある。また、特許文献2に記載の吸水性樹脂による封止では、樹脂の吸水量に限界があり、結露を十分に防止することは困難である。特許文献3に記載の透湿部材による封止では、適用がチップレベルパッケージに限定されてしまう。特許文献4に記載の熱伝導率差を利用した結露防止法では、材料がセラミックのみに限定されてしまう。また、特許文献5に記載の、外部に冷却機構を用いた方法では、コストが高くなってしまう。
特開2002−124589号公報
特開2007−084814号公報
特開2006−196929号公報
特開2004−153145号公報
特開2000−101000号公報
すなわち、特許文献1に記載の通気孔を形成する方法では、通気孔からごみ、粉塵等異物の侵入の虞がある。また、特許文献2に記載の吸水性樹脂による封止では、樹脂の吸水量に限界があり、結露を十分に防止することは困難である。特許文献3に記載の透湿部材による封止では、適用がチップレベルパッケージに限定されてしまう。特許文献4に記載の熱伝導率差を利用した結露防止法では、材料がセラミックのみに限定されてしまう。また、特許文献5に記載の、外部に冷却機構を用いた方法では、コストが高くなってしまう。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、中空構造を有する半導体パッケージにおいて、簡単な構造で中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、中空構造を有する半導体パッケージにおいて、中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを、簡単な工程で製造することが可能な半導体パッケージの製造方法を提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、中空構造を有する半導体パッケージにおいて、中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを、簡単な工程で製造することが可能な半導体パッケージの製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の請求項1に記載の半導体パッケージは、半導体基板、該半導体基板の一面側に配された機能素子、前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板、及び、前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材、を少なくとも備えた半導体パッケージであって、前記封止部材は、透湿樹脂層を少なくとも有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の半導体パッケージは、請求項1において、前記封止部材は、前記透湿樹脂層及び水蒸気透過係数の低い接着剤層から構成され、前記透湿樹脂層は前記キャップ基板側に、前記接着剤層は前記半導体基板側に、それぞれ配されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の半導体パッケージは、請求項2において、前記半導体パッケージの縦断面方向から見て、前記透湿樹脂層の幅は、前記半導体基板の外端部から前記機能素子の外端部までの距離よりも小さいことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の半導体パッケージの製造方法は、半導体基板、該半導体基板の一面側に配された機能素子、前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板、及び、前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材、を少なくとも備え、前記封止部材は、透湿樹脂層を少なくとも有する半導体パッケージの製造方法であって、前記キャップ基板側に前記透湿樹脂層を形成する工程と、前記半導体基板側に水蒸気透過係数の低い接着剤層を形成する工程と、前記透湿樹脂層に前記接着剤層を接着させて前記封止部材とし、前記キャップ基板と前記半導体基板とを前記封止部材により接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の半導体パッケージは、請求項1において、前記封止部材は、前記透湿樹脂層及び水蒸気透過係数の低い接着剤層から構成され、前記透湿樹脂層は前記キャップ基板側に、前記接着剤層は前記半導体基板側に、それぞれ配されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の半導体パッケージは、請求項2において、前記半導体パッケージの縦断面方向から見て、前記透湿樹脂層の幅は、前記半導体基板の外端部から前記機能素子の外端部までの距離よりも小さいことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の半導体パッケージの製造方法は、半導体基板、該半導体基板の一面側に配された機能素子、前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板、及び、前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材、を少なくとも備え、前記封止部材は、透湿樹脂層を少なくとも有する半導体パッケージの製造方法であって、前記キャップ基板側に前記透湿樹脂層を形成する工程と、前記半導体基板側に水蒸気透過係数の低い接着剤層を形成する工程と、前記透湿樹脂層に前記接着剤層を接着させて前記封止部材とし、前記キャップ基板と前記半導体基板とを前記封止部材により接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明では、半導体基板とキャップ基板とを接合する封止部材が、透湿樹脂層を少なくとも有することで、透湿樹脂層が水蒸気移動経路として働き、外気〜中空部間の水蒸気移動が容易となるため、中空パッケージ内の結露が抑制される。これにより本発明の半導体パッケージは、簡単な構造で中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを提供することができる。
また、本発明では、キャップ基板側に透湿樹脂層を形成し、半導体基板側に水蒸気透過係数の低い接着剤層を形成し、前記透湿樹脂層に前記接着剤層を接着させて前記封止部材とし、前記キャップ基板と前記半導体基板とを前記封止部材により接合することで、中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを、簡単な工程で製造することが可能な半導体パッケージの製造方法を提供することができる。
また、本発明では、キャップ基板側に透湿樹脂層を形成し、半導体基板側に水蒸気透過係数の低い接着剤層を形成し、前記透湿樹脂層に前記接着剤層を接着させて前記封止部材とし、前記キャップ基板と前記半導体基板とを前記封止部材により接合することで、中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージを、簡単な工程で製造することが可能な半導体パッケージの製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る半導体パッケージの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る半導体パッケージの一実施形態を示す断面図である。
本発明の半導体パッケージ1A(1)は、半導体基板10、該半導体基板10の一面側に配された機能素子11、前記半導体基板10の一面と対向して配され、前記半導体基板10の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板20、及び、前記機能素子11の周囲に配され、前記半導体基板10と前記キャップ基板20とを接合する封止部材21、を少なくとも備え、前記封止部材21は、透湿樹脂層22を有することを特徴とする。
本発明の半導体パッケージ1A(1)は、半導体基板10、該半導体基板10の一面側に配された機能素子11、前記半導体基板10の一面と対向して配され、前記半導体基板10の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板20、及び、前記機能素子11の周囲に配され、前記半導体基板10と前記キャップ基板20とを接合する封止部材21、を少なくとも備え、前記封止部材21は、透湿樹脂層22を有することを特徴とする。
本発明では、半導体基板10とキャップ基板20とを接合する封止部材21が、透湿樹脂層22を少なくとも有することで、透湿樹脂層22が水蒸気移動経路として働き、外気〜中空部2間の水蒸気移動が容易となるため、中空パッケージ内の結露が抑制される。接着剤のみで半導体デバイスとガラス板を接合した従来構造と比較して急激な外気変動による中空部内結露を抑制することができる。これにより本発明の半導体パッケージ1は、簡単な構造で中空部2内の結露を抑制するとともに、該中空部2内への異物侵入や、金属からなる電極パッド12などの腐食を抑制することができる。
本発明は、シリコン貫通配線技術とWLCSP(ウエハレベルチップサイズパッケージ)とを組み合わせた構造提案であるためウエハレベルでの一括形成、凹形状のベースを用いないためパッケージ面積及び高さの軽減が可能である。
前記封止部材21は、前記透湿樹脂層22及び水蒸気透過係数の低い接着剤層23から構成され、前記透湿樹脂層22は前記キャップ基板20側に、前記接着剤層23は前記半導体基板10側に、それぞれ配されている。
電極パッド12等を有する半導体基板10側には透湿性の低い接着剤層23が配されているため、前述した特許文献1に記載の透湿部材/接着層/透湿部材の3層構造の場合と比較して、高温水蒸気と電極金属との接触が抑制され電極腐食が起こりにくい。また、透湿樹脂層22をキャップ基板20側に形成するため、半導体基板10に起因する温度制約を上回る樹脂材料の使用が可能となる。
また、半導体基板10の表面は接着剤層23で保護されているため、金属からなる電極パッド12などの腐食が抑制される。
また、半導体基板10の表面は接着剤層23で保護されているため、金属からなる電極パッド12などの腐食が抑制される。
半導体基板10は、例えばシリコン等からなる。半導体基板10は、一方の表面10aに機能素子11と、電極パッド12が形成され、他方の表面10bと該電極パッド12を電気的に接続する貫通電極13を備えている。貫通電極13は半導体基板10の表裏両面を貫通する微細孔14の内面に、絶縁膜15を介しての導電体16を充填して構成されている。また、貫通電極13と電気的に接続された配線部17には、外部接続のためのバンプ18が配されている。
本形態例における機能素子11は、例えばCCD素子等のイメージセンサである。このように、機能素子11が光学的デバイスである場合、機能素子11の使用波長帯において光透過性を有することが好ましく、この場合は、ガラスや透光性樹脂などからなるキャップ基板20を用いることができる。また、キャップ基板20は、各種の光学フィルタ機能やレンズ機能などの光学的機能を有するものでもよい。
機能素子11の他の例として、例えばMEMSデバイス(MEMS=Micro Electro Mechanical System)などをウエハレベルでパッケージングする場合に、可動部が存在する等の理由からMEMSデバイスの周囲にキャビティを必要とするようなパッケージにおいても適用が可能である。パッケージング対象となりうるMEMSデバイスとしては、例えばマイクロリレー、マイクロスイッチ、圧力センサ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー等が挙げられる。
電極パッド12及び配線部17としては、例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)、アルミニウム−シリコン(Al−Si)合金、アルミニウム−シリコン−銅(Al−Si−Cu)合金等の導電性に優れる材料が好適に用いられるが、これらの材料は酸化されやすい性質を有している。
絶縁膜15としては、酸化珪素(SiO2 )、窒化珪素(Si3N4)、リンシリケートガラス(PSG)、ボロンリンシリケートガラス(BPSG)等が利用でき、半導体パッケージ1の使用環境に応じて適宜選択すればよい。
導電体16としては、電気の良導体であれば特に制限は無く、例えば電気抵抗が低い銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、錫等の他に、Au−Sn、Sn−Pb等の合金、あるいはSn基、Pb基、Au基、In基、Al基などのはんだ合金等の金属が利用できる。
導電体16としては、電気の良導体であれば特に制限は無く、例えば電気抵抗が低い銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、錫等の他に、Au−Sn、Sn−Pb等の合金、あるいはSn基、Pb基、Au基、In基、Al基などのはんだ合金等の金属が利用できる。
キャップ基板20は、機能素子11の上方に間隔を介して配置され、機能素子11を保護する等の役割を有する。キャップ基板20としては、樹脂やガラス、金属等からなる板材を用いることができる。
封止部材21は、半導体基板10とキャップ基板20との間隔を確保するともに、キャップ基板20を半導体基板10と接合すものである。封止部材21は、キャップ基板20を半導体基板10と接合したときに、機能素子11の周囲を切れ目なく囲い、かつ、機能素子11の上を覆わないような所定位置に設けられる。これにより、機能素子11の周囲の空間(中空部2)が半導体基板10とキャップ基板20と封止部材21とにより気密に封止される。
封止部材21の高さ(厚み)は、特に限定されるものではなく、機能素子11から要求される仕様などの条件に応じて自由に選択可能であるが、例えば数μm〜数百μmの範囲であれば、機能素子11の周囲に十分なキャビティを確保することができるとともに、半導体パッケージ1全体の寸法を抑制することができる。
封止部材21は、前記透湿樹脂層22及び水蒸気透過係数の低い接着剤層23から構成され、前記透湿樹脂層22は前記キャップ基板20側に、前記接着剤層23は前記半導体基板10側に、それぞれ配される。
本発明による中空部結露抑制のキーポイントは、透湿樹脂の水蒸気透過係数、及び透湿樹脂層22の面積と厚さである。結露抑制のためには水蒸気透過係数の高い樹脂を選定することが重要である。このような透湿樹脂としては、例えば、多孔質フッ素樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。
本発明による中空部結露抑制のキーポイントは、透湿樹脂の水蒸気透過係数、及び透湿樹脂層22の面積と厚さである。結露抑制のためには水蒸気透過係数の高い樹脂を選定することが重要である。このような透湿樹脂としては、例えば、多孔質フッ素樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。
透湿樹脂層22の面積であるが、一般的には中空部面積が大きいほど温度低下により液化する水分量が多く、また中空部/チップ面積比が小さい場合には中空部から外気への水蒸気移動を律造する樹脂層の長さが大きくなるため結露が発生しやすい。しかしながらこれらの寸法は半導体デバイスの仕様に制約を受けるため、結露抑制のためには透湿樹脂層22の厚さをかせぐことが重要である。これらのパラメーターは半導体デバイスの仕様ごとに設計する必要がある。
透湿樹脂層22を所定位置に形成するには、例えば液状樹脂を使用して印刷法により所定位置に塗布したり、ドライフィルムをラミネートしてこれをフォトリソグラフィ技術により所定位置のみ残してパターニングする方法等が利用できる。
接着剤層23に用いられる接着剤としては、例えばエポキシ樹脂や感光性BCB樹脂などを用いることができる。接着剤層23は、半導体基板10の表面に接着剤を塗布することによって形成することができる。接着剤の塗布方法は特に限定されるものでないが、例えばスタンピング、ディスペンス、スピンコート、スプレーコート等の手法を用いることが可能である。接着剤層23の厚さは、接着剤材料の種類に応じて十分な接着強度が得られる厚さとする。
図2は、本発明の半導体パッケージの他の実施形態を示す断面図である。
この半導体パッケージ1B(1)では、半導体パッケージ1Bの縦断面方向から見て、前記透湿樹脂層22の幅Wが、前記半導体基板10の外端部から前記機能素子11の外端部までの距離Lよりも小さくなされている。
この半導体パッケージ1B(1)では、半導体パッケージ1Bの縦断面方向から見て、前記透湿樹脂層22の幅Wが、前記半導体基板10の外端部から前記機能素子11の外端部までの距離Lよりも小さくなされている。
本発明では、透湿樹脂層22の寸法を変更することも可能である。水蒸気移動の容易性を考慮した場合、固体物質の存在しない中空通気孔が水蒸気移動の理想的形態となる。透湿樹脂といえども中空通気孔と比較した場合には水蒸気移動度の低下を避けられず、その程度はフィックの法則から明らかなとおり透湿樹脂層22の幅(拡散長)に比例する。
しかしながら前述した通り、中空通気孔を形成した場合にはパーティクル侵入による中空部内汚染の恐れがある。よって透湿樹脂層22の存在は必須であり、さらにその幅は可能な限り狭いことが望ましい。
図2のように透湿樹脂層22の幅を狭くした場合、本発明で提案する結露抑制効果が最大限に発揮される。なお、接着剤層23の幅は半導体デバイス表面保護の観点から、半導体デバイスの仕様通りであることが好ましい。
図2のように透湿樹脂層22の幅を狭くした場合、本発明で提案する結露抑制効果が最大限に発揮される。なお、接着剤層23の幅は半導体デバイス表面保護の観点から、半導体デバイスの仕様通りであることが好ましい。
次に、前述した半導体パッケージ1の製造方法について説明する。
本発明の半導体パッケージの製造方法は、前記キャップ基板20側に前記透湿樹脂層22を形成する工程と、前記半導体基板10側に水蒸気透過係数の低い接着剤層23を形成する工程と、前記透湿樹脂層22に前記接着剤層23を接着させて前記封止部材21とし、前記キャップ基板20と前記半導体基板10とを前記封止部材21により接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の半導体パッケージの製造方法は、前記キャップ基板20側に前記透湿樹脂層22を形成する工程と、前記半導体基板10側に水蒸気透過係数の低い接着剤層23を形成する工程と、前記透湿樹脂層22に前記接着剤層23を接着させて前記封止部材21とし、前記キャップ基板20と前記半導体基板10とを前記封止部材21により接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の半導体パッケージの製造方法では、キャップ基板20側に透湿樹脂層22を形成し、半導体基板10側に水蒸気透過係数の低い接着剤層23を形成し、前記透湿樹脂層22に前記接着剤層23を接着させて前記封止部材21とし、前記キャップ基板20と前記半導体基板10とを前記封止部材21により接合することで、中空部内の結露を抑制するとともに、該中空部内への異物侵入や、電極パッド12など金属部の腐食を抑制した半導体パッケージ1を、簡単な工程で製造することが可能となる。
以下、各工程ごとに詳しく説明する。
以下、各工程ごとに詳しく説明する。
(1)まず、シリコン等からなる半導体基板10の表面に、例えば光デバイス等の所望の機能素子11や電極パッド12を通常の半導体製造プロセスを利用して形成する。また、半導体基板10の表裏両面を貫通する微細孔14を形成し、その内面に絶縁膜15を介して導電体16を充填して貫通電極13を形成する。さらに、接続に必要な配線部17及びバンプ18を形成する[図3(a)参照]。
(2)キャップ基板20側に透湿樹脂層22を形成する[図3(b)参照]。
透湿樹脂層22の形成方法としてはスピンコート法、印刷法、ディスペンス法があり、選定した透湿樹脂材料に適した方法を用いる。続いて透湿樹脂層22をパターニングする。前述の通りこれら透湿樹脂材料は感光性を有さないため、成膜方法としては印刷法もしくはディスペンス法を用いることが好ましい。
透湿樹脂層22の形成方法としてはスピンコート法、印刷法、ディスペンス法があり、選定した透湿樹脂材料に適した方法を用いる。続いて透湿樹脂層22をパターニングする。前述の通りこれら透湿樹脂材料は感光性を有さないため、成膜方法としては印刷法もしくはディスペンス法を用いることが好ましい。
スピンコート法を採用する場合は、予めキャップ基板20上にレジスト層をパターン形成しておき、透湿樹脂層22の形成後にレジスト層を剥離するリフトオフ法、もしくは透湿樹脂層22の形成後にフォトマスクなどを用いたマスキングを施し、その後透湿樹脂層22のエッチング、マスク層の除去を行うことが必要となる。
透湿樹脂層22のパターニング後、必要に応じて透湿樹脂層22の加熱硬化を行う。この際の温度上限はガラス板の融点であり、前述した温度制約を無視することができる。
透湿樹脂層22のパターニング後、必要に応じて透湿樹脂層22の加熱硬化を行う。この際の温度上限はガラス板の融点であり、前述した温度制約を無視することができる。
(3)半導体基板10側に水蒸気透過係数の低い接着剤層23を形成する[図3(c)参照]。
続いて半導体基板10上に接着剤層23の成膜及びパターニングを行う。この際、接着剤は感光性を有しているためフオトリングラフィーによるパターニングが可能である。接着剤層23の形成方法、露光時の光源波長、現像液種類は選定した接着剤材料に適した条件で実施すればよい。
なお、前記(2)と(3)の工程は、順番が逆であっても構わない。
続いて半導体基板10上に接着剤層23の成膜及びパターニングを行う。この際、接着剤は感光性を有しているためフオトリングラフィーによるパターニングが可能である。接着剤層23の形成方法、露光時の光源波長、現像液種類は選定した接着剤材料に適した条件で実施すればよい。
なお、前記(2)と(3)の工程は、順番が逆であっても構わない。
(4)透湿樹脂層22に接着剤層23を接着させて封止部材21とし、キャップ基板20と半導体基板10とを封止部材21により接合する[図3(d)参照]。
接着剤層23を形成した半導体基板10と、透湿樹脂層22を形成したキャップ基板20とを、接着剤層23及び透湿樹脂層22がそれぞれ形成された面を対向させて、位置合わせする。
接着剤層23を形成した半導体基板10と、透湿樹脂層22を形成したキャップ基板20とを、接着剤層23及び透湿樹脂層22がそれぞれ形成された面を対向させて、位置合わせする。
その後、接着剤層23を形成した半導体基板10と、透湿樹脂層22を形成したキャップ基板20とを接合する。接着剤による接合では熱・紫外線などの接着剤硬化反応源を必要とする。また、接着剤の接着力発現には適度な加重印加も必要であり、以上の理由から一般的にはプレス版を用いた熱圧着を用いる。この加工により透湿樹脂層22/接着剤層23界面接合が形成される。
以上により、図1に示すような半導体パッケージ1が完成する。
以上により、図1に示すような半導体パッケージ1が完成する。
以上、本発明の半導体パッケージについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、半導体基板上の機能素子1つに対応する部分のみを図示したが、本発明は、複数の機能素子を備えた半導体パッケージに適用することもできる。
例えば、前述した実施形態では、半導体基板上の機能素子1つに対応する部分のみを図示したが、本発明は、複数の機能素子を備えた半導体パッケージに適用することもできる。
本発明は、中空構造を有する半導体パッケージに広く適用可能である。
1 半導体パッケージ、2 中空部、10 半導体基板、11 機能素子、12 電極パッド、13 貫通電極、14 微細孔、15 絶縁膜、16 導電体、17 配線部、18 バンプ、20 キャップ基板、21 封止部材、22 透湿樹脂層、23 接着剤層。
Claims (4)
- 半導体基板、該半導体基板の一面側に配された機能素子、
前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板、及び、
前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材、を少なくとも備えた半導体パッケージであって、
前記封止部材は、透湿樹脂層を少なくとも有することを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記封止部材は、前記透湿樹脂層及び水蒸気透過係数の低い接着剤層から構成され、
前記透湿樹脂層は前記キャップ基板側に、前記接着剤層は前記半導体基板側に、それぞれ配されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記半導体パッケージの縦断面方向から見て、前記透湿樹脂層の幅は、前記半導体基板の外端部から前記機能素子の外端部までの距離よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の半導体パッケージ。
- 半導体基板、該半導体基板の一面側に配された機能素子、
前記半導体基板の一面と対向して配され、前記半導体基板の表面から所定の間隔を介して配されたキャップ基板、及び、
前記機能素子の周囲に配され、前記半導体基板と前記キャップ基板とを接合する封止部材、を少なくとも備え、
前記封止部材は、透湿樹脂層を少なくとも有する半導体パッケージの製造方法であって、
前記キャップ基板側に前記透湿樹脂層を形成する工程と、
前記半導体基板側に水蒸気透過係数の低い接着剤層を形成する工程と、
前記透湿樹脂層に前記接着剤層を接着させて前記封止部材とし、前記キャップ基板と前記半導体基板とを前記封止部材により接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
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