JP2009141198A - 半導体装置及びその製造方法と、該半導体装置を備えるカメラモジュール - Google Patents

半導体装置及びその製造方法と、該半導体装置を備えるカメラモジュール Download PDF

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Abstract

【課題】枠体を有し且つ樹脂封止の行われる半導体装置において、枠体の上面への封止樹脂の乗上げを抑制する。
【解決手段】
半導体装置100は、絶縁基体101と、絶縁基体101上に設けられた半導体素子106と、半導体素子106上に設けられた保護体109と、絶縁基体101の周縁部に設けられ、半導体素子106を囲む枠体102とを備える。枠体102の内側に封止樹脂110が充填されており、枠体102の半導体素子106側に、少なくとも枠体102上部コーナー部分を除去してなる少なくとも1つの溝111が設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、CCD、CMOS等の撮像素子を用いた固体撮像装置に代表される光学デバイス等、絶縁基体に半導体素子を搭載して構成される半導体装置及びその製造方法に関するものである。
近年、携帯端末をはじめとする電子機器の小型化に伴い、半導体装置の小型化が要求されている。半導体装置は、小型化及び薄型化と共に、装置を搭載するセットへの2次実装に関して基準面の品質も重要であり、実装面の品質向上が要求されている。半導体装置のなかでも、特に、ビデオカメラやスチルカメラ等に広く用いられている固体撮像装置等の光学デバイスにはこの市場要求が強い。
図5(a)及び(b)に、従来の固体撮像装置の構成を示す。図5(a)は該固体撮像装置の平面図、図5(b)は図5(a)におけるVb-Vb'線による断面図である。
固体撮像装置は、絶縁基体1を用いて構成されている。絶縁基体1の周縁部には枠体2が設けられ、枠体2によって囲われた内側の部分の絶縁基体1表面は素子搭載面3となっている。素子搭載面3の周囲から絶縁基体1の下面に複数の配線部4が導出されると共に、素子搭載面3に接着剤5により光機能素子6が固定されている。光機能素子6と配線部4とは金属細線7によって電気的に接続されている。光機能素子6上には接着剤8により透光性の保護体9が接合され、金属細線7を埋め込むように枠体2と光機能素子6との間に封止樹脂10が充填されている。枠体2の上面は、搭載基準面13である。尚、図5(a)は、封止樹脂10を透視した状態として示されている。
このような固体撮像装置において、枠体2と、保護体9及び光機能素子6との間に封止樹脂10を充填するためには、液状の封止樹脂を滴下ノズルによって滴下して充填する処理が一般に用いられてきた。封止樹脂10を充填する目的は、光機能素子6の受光面に迷光が入ること等による光学デバイスの誤動作や、性能及び機能の劣化を防止することである。この目的を果たすためには、光機能素子6上に接着剤8により接合された透光性の保護体9の上端面まで封止樹脂10を充填しなければならない。
特許文献1には、液状の封止樹脂を滴下により充填し、枠体及び液状の封止樹脂にパッケージ構成部材を接触させる方法が提案されている。
特開2006−186288号公報
しかしながら、小型化を要求されている光学デバイス装置において、小型化された枠体2に、前記のように液状の封止樹脂を滴下ノズルにて滴下した場合、液状の封止樹脂が枠体2の上面の搭載基準面13に乗り上げて品質を劣化させることがある。これは、液状の封止樹脂粘度が約1Pa・s(パスカル秒)と低粘度であるため、保護体9及び光機能素子6と枠体2との間に液状の封止樹脂10を滴下して充填する際、滴下完了直後の塗布面から滴下ノズルが離れる瞬間に、液状の封止樹脂表面に波紋が発生して搭載基準面13上に乗り上げることによる。
光学デバイスのほとんどは、カメラモジュール等に組み込む際、搭載基準面13を高さの基準として実装される。このため、この面に対する封止樹脂10のはみ出し等が発生すると、カメラモジュール等の実装不良の原因となる。光学デバイス(及び、それに伴って枠体2)が小型化されるにつれて、この問題が顕著になっている。
また、波紋の発生を抑えるために、液状の封止樹脂を滴下するための滴下ノズルの内径及び外径を細くすることが考えられる。これにより、波紋の広がりが抑制されて搭載基準面13上への液状の封止樹脂の乗り上げを緩和することは可能である。しかし、このようにすると、封止樹脂の滴下時間が長くなり、製造コストが増大する。このため、一般的ではない。
このような点の解決が、枠体を有する光学デバイス装置の小型化に関して課題となっている。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、小型化された枠体2に液状の封止樹脂10を搭載基準面13に乗り上げることなく滴下により充填することのできる半導体装置及びその製造方法と、これらを利用したカメラモジュールとを提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、絶縁基体と、絶縁基体上に設けられた半導体素子と、半導体素子上に設けられた保護体と、絶縁基体の周縁部に設けられ、半導体素子を囲む枠体とを備え、枠体と、半導体素子及び保護体との間に封止樹脂が充填されており、枠体の半導体素子側に、少なくとも枠体上部コーナー部分を除去してなる少なくとも1つの溝が設けられている。
本発明の半導体装置によると、枠体の半導体素子側(内側)に少なくとも1つの溝が設けられていることにより、枠体内に封止樹脂を充填する際に該封止樹脂が枠体上面に乗り上げるのを防いでいる。これにより、小型化した枠体を有する半導体装置において、製品品質及び歩留りを安定させることができる。また、溝については枠体を形成する際に形成することができ、溝を設けるために製造コストが上がることも無い。
尚、溝は、枠体の高さ方向について絶縁基体に達しないように設けられていることが好ましい。
つまり、溝は枠体内側の上端から下に向かって途中で(絶縁基体に達しない位置で)途切れるように形成され、途切れた位置において内壁に段差が生じている。このようにすると、封止樹脂は、枠体内への充填が完了する際に前記段差上に乗り上げて溝内に溜まることができる。この結果、封止樹脂が枠体上に乗り上げるのを抑制することができる。
また、溝は、枠体の高さ方向について絶縁基体に達するように設けられていることも好ましい。
この場合、溝は枠体内側の上端から絶縁基体に達するまで途切れずに形成され、内壁に段差は生じていない。このようにすると、封止樹脂の枠体内への充填が完了する際に生じる波紋を沈めるためのより長い距離を得ることができる。このため、枠体上に封止樹脂が乗り上げるのを抑制することができる。
また、絶縁基体に設けられた外部接続用の配線部と、半導体素子と配線部とを電気的に接続する金属細線とを更に備え、金属細線は、封止樹脂によって覆われていることが好ましい。
このような構成となっていることにより、半導体素子から外部までの電気的な接続が確保されると共に、金属細線は封止樹脂に覆われることにより信頼性が向上する。
また、半導体装置を平面視した際に、溝は、R状、四角状又は三角状の形状を有することが好ましい。
R状(弧状)の溝は、丸形の切削ドリル等により容易に形成することができる。四角状の溝は、より大きく広がった封止樹脂の波紋にも適応することができる。三角状の溝は、封止樹脂の波紋の流れを妨げることなく波紋を吸収することに優れている。
また、溝の少なくとも一部が枠体の外壁に達するように設けられていることが好ましい。
このようにすると、溝のうちの枠体の外壁に達している部分がエアーベントとして機能し、樹脂成形の際に有用である。このとき、封止樹脂が枠体の外に飛び出すことがないように、枠体の外壁に達している部分の寸法は十分に狭くする。
また、溝は、枠体の外壁には達しないように設けられていることが好ましい。
このようにすると、封止樹脂が枠体の外に飛び出すことはない。
また、半導体素子は、少なくとも受光又は発光する光学素子であり、保護体は、透光性部材であることが好ましい。このように、本発明の半導体装置は光学デバイスであっても良い。
前記目的を達成するため、本発明のカメラモジュールは、本発明の半導体装置を備える。これにより、小型化した半導体装置を用いるカメラモジュールについて、製品品質及び歩留りを安定することができる。
前記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基体上に半導体素子を設ける工程(a)と、半導体素子上に保護体を設ける工程(b)と、絶縁基体の周縁部に、半導体素子を囲む枠体であって、その半導体素子側に少なくとも枠体上部コーナー部分を除去してなる少なくとも1つの溝が設けられている枠体を設ける工程(c)と、枠体と半導体素子及び保護体との間に、滴下ノズルを用いて液状の封止樹脂を充填する工程(d)とを備える。
本発明の半導体装置の製造方法によると、封止樹脂の充填を完了するために滴下ノズルを上昇させる際に封止樹脂の表面に波紋が生じたとしても、枠体上面に封止樹脂が乗り上げるのを防止することができる。これは、枠体の半導体素子側(内側)に枠体上端に、少なくとも枠体上部コーナー部を除去してなる溝を設けているため、該溝に封止樹脂を受け入れることができることによる。この結果、半導体装置の製造歩留りを向上することができると共に、滴下ノズルを細くした場合とは異なり封止樹脂の滴下時間が長くなることもない。
本発明の半導体装置によると、枠体の内側に設けた溝により、封止樹脂の滴下直後に滴下ノズルを塗布面より離すときの波紋を抑制することができる。これにより、製品の小型化と、搭載基準面の品質及び製造歩留まりの安定を実現することができる。さらに枠体成型時に同時に溝を加工することにより、溝を設けるための製造コストの影響も発生しない。
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。ここでは、半導体装置の一例として光学デバイスを取り上げる。
図1(a)及び(b)は、本実施形態の光学デバイス100の構成を示す図である。図1(a)は光学デバイス100の平面図、図1(b)は図(a)におけるIb-Ib'線による断面図である。
光学デバイス100は、セラミックス、樹脂等により形成された絶縁基体101を用いて構成されている。絶縁基体101の周縁部には枠体102が設けられ、枠体102によって囲われた内側部分の絶縁基体101表面は素子搭載面103となっている。素子搭載面103の周囲から、絶縁基体101の下面に、メタライズ配線体等により形成された複数の配線部104が導出されている。また、素子搭載面103上には、銀ペースト等の接着材105により半導体素子の一例として光機能素子106が固定されている。光機能素子106と、配線部104とは、Auワイヤー等の金属細線107によって電気的に接続されている。光機能素子106上には、エポキシ樹脂等を主材とするUV接着剤等の接着剤108により、透光性の保護体109が接合されている。また、金属細線107を埋め込むように、枠体102と光機能素子106(及び保護体109)との間に例えばエポキシ樹脂を主材とする封止樹脂110が充填されている。尚、枠体102の上面は、搭載基準面113である。また、図1(a)は、封止樹脂110を透視した状態として示されている。
更に、本実施形態の光学デバイス100において、枠体102の内壁112に対し、少なくとも1つのR状の溝111が設けられている。より詳しく述べると、枠体102における光機能素子106側に、少なくとも枠体102の上部コーナー部分を除去するようにして溝111が設けられている。これは、図5(a)及び(b)に示す従来の半導体装置と相違する点の一つである。尚、R状の溝111は、素子搭載面103に平行な断面形状がR状であると共に、枠体102の上端に達し且つ絶縁基体101には達しないように設けられている。このため、R状の溝111の下端において、枠体102の内壁112には角111aを伴う段差が生じている。
以下に、R状の溝111の効果について説明する。
光学デバイス100を製造するには、絶縁基体101、R状の溝111を有する枠体102、配線部104、光機能素子106及び保護体109を備える構造を構成し且つ金属細線107により配線部104と光機能素子106との電気的接続を行った後に、封止樹脂110による封止を行う。
図2(a)〜(c)は、絶縁基体101上に固定された光機能素子106及び保護体109と、枠体102との間に封止樹脂110を充填する工程を示す断面図である。
まず、図2(a)には、滴下ノズル114を用いて光機能素子106及び保護体109と枠体102との間の領域(以下、樹脂封止領域と呼ぶ)に液状の封止樹脂10滴下する工程において、滴下が完了し、且つ、滴下ノズル114を上昇させる前の様子を示している。
封止樹脂110による充填を行う際には、液状の封止樹脂110が入っている滴下ノズル114を、樹脂封止領域に降下させる。次に、空気圧を利用して液状の封止樹脂110を滴下しながら滴下ノズル114が樹脂封止領域を描画する(つまり、前記領域の範囲において滴下ノズル114を適宜移動させる)ことにより、樹脂封止領域に封止樹脂110を充填する。
充填を完了するためには、滴下ノズル114に対する空気圧を遮断し、液状の封止樹脂110の滴下を停止する。図2(a)にはこのようにして滴下を停止した直後の様子が示されており、滴下ノズル114の先端は、樹脂封止領域に充填された液状の封止樹脂110と連結した状態にある。また、充填された液状の封止樹脂110は、その表面張力により、枠体102の内壁112の側に設けられたR状の溝111の角111aに接する状態になっており、R状の溝111内には入り込んでいない。
尚、ここではR状の溝111及び滴下ノズル114について一つずつ示しているが、いずれも複数用いることも可能である。
次に、図2(b)は、液状の封止樹脂110の滴下を停止した図2(a)の状態の後、滴下ノズル114を上昇させて、その先端と液状の封止樹脂110との連結を切断する。ここで、液状の封止樹脂110の粘度が例えば1Pa・sと低いため、前記連結が切断された瞬間、樹脂封止領域に充填された液状の封止樹脂110の表面に波紋が発生する。
次に、図2(c)は、図2(b)に示す状態の後、滴下ノズル114を上昇させて封止樹脂の滴下工程を完了した状態を示す。ここでは、図2(b)の際に液状の封止樹脂110の表面に発生した波紋のために、枠体102に設けられたR状の溝111内に入り込んでいる。つまり、液状の封止樹脂110は、表面張力によってR状の溝111の角111aに接する状態に維持されていた。しかし、発生した波紋の影響によりこのような状態が維持されなくなり、その結果として、液状の封止樹脂110が角111aを乗り越え、R状の溝111内に入り込む。
しかし、枠体102の上面である搭載基準面113上に液状の封止樹脂110が乗り上げることは防止される。これは、図2(b)にて説明したように波紋が発生したとしても、液状の封止樹脂110をR状の溝111に積極的に溜めることにより実現する。
図2(c)の後、液状の封止樹脂110を硬化させることにより封止が完了する。
このようにして、搭載基準面113上に液状の封止樹脂110が乗り上げるのを防ぐことができる。従来技術とは異なり、本実施形態の方法によると滴下ノズル114の内外径を細くする必要は無いため、滴下に要する時間が長くなることもない。このため、滴下時間のタクトをかけることなく製造コストの増大を防ぐことができる。また、R状の溝111は、枠体102を形成する際に同時に形成することができるため、コストへの影響はない。
以上のように、本実施形態の半導体装置及びその製造方法によると、枠体を有し樹脂封止を行う半導体装置において、小型化の限界を解決し且つ搭載基準面113の状態を良好に保つことができる。
尚、R状の溝111の形成位置は、枠体102の内壁112側の任意の位置を選ぶことができる。重要なのは滴下ノズル114を上昇させて樹脂封止領域に充填した液状の封止樹脂110との連結を切断する位置をR状の溝111の形成位置に対応させることであり、R状の溝111は、加工が容易な位置を選んで設けることができる。この点からも、R状の溝111を設けることによる製造コストの増加は回避されている。
また、滴下ノズル114を複数用いて樹脂封止を行う場合、それぞれの滴下ノズル114に対応するように複数のR状の溝111を設けることが必要である。
また、滴下ノズル114を上昇させる際、R状の溝111の側に斜め方向に上昇させることにより、封止樹脂の表面に発生する波紋の影響がR状の溝111の向きにおいて大きくなるようにすることができる。よって、このようにするのが好ましい。
次に、素子搭載面103に平行な断面がR状の溝111と、これに代わる別の断面形状の溝とについて更に説明する。
図3(a)は、既に説明した光学デバイス100の平面図であり、設けられている溝111の(素子搭載面103に平行な)断面の形状はR状である。半導体装置の小型化が進行するにつれて、搭載基準面113や枠体102についても小型化されていることが多い。そこで、液状の封止樹脂110の表面に発生する波紋の形状に合わせてR状の溝111とすることにより、枠体102に対する加工を最小寸法にて施すことができる。つまり、波紋は円状に発生するものであるから、溝についてもR状(弧状)に形成すれば最も小さな溝をもって機能を果たすことができる。
また、R状の溝111であれば、枠体102を形成する際の成形金型について、加工時にエンドミル等の丸形切削ドリルを使用することができる。このため、成形金型の加工が容易であり、成形金型の加工費についても影響は無いと言える。
次に、図3(b)には、素子搭載面103に平行な断面が四角状の溝151を形成する場合を示している。この場合、溝151の内側の幅を広げたことにより、滴下ノズル114の上昇を高速にした場合に大きく広い範囲の波紋が発生したとしても対応することができる。このため、滴下ノズル114の上昇を高速化して生産性向上を果たすことができる。また、溝151の幅を広げることにより、液状の封止樹脂110を溜めることができる量が多くなり、枠体102の上面である搭載基準面113への封止樹脂110の乗り上げを防止する効果も向上する。
更に、図3(c)には、素子搭載面103に平行な断面が三角状の溝152を形成する場合について示している。ここでは、三角形の一辺を枠体102の内壁112に接する部分における溝151の寸法とし、該一辺とは反対側の頂点を枠体102の外壁に到達するように形成している。
このように、三角状の溝152の一頂点を外壁に達するように設けることにより、液状の封止樹脂に生じた波紋について、その流れを妨げることなく吸収することができる。つまり、樹脂成形に空気を逃がすエアーベント機能を果たしている。
但し、液状の封止樹脂が枠体102の外に漏れ出ることがないように、枠体102の外壁に到達する頂点部分における溝152の寸法は、数十μm程度とする。
また、枠体102の小型化により搭載基準面113についても小型化されていることが多いから、枠体102の外壁部分にまで達するように溝152を設けることにより、波紋の流れを円滑にすると共に、波紋が静まるのに必要な距離を最大限に広げることができる。これにより、搭載基準面113に液状の封止樹脂が乗り上げるのをより確実に防ぐことができる。
次に、溝111等の縦断面(枠体102の高さ方向の断面)形状について更に説明する。
図4(a)は、第1の実施形態の光学デバイス100に設けられたR状の溝111について、縦断面を示している。先に述べた通り、溝111は枠体102の上面に達し且つ絶縁基体101には達しないように形成されている。また、溝111の下部において、段差面111bは平坦(素子搭載面103に対して平行)である。また、搭載基準面113から段差面111bまでの距離は比較的短い。このため、表面張力により、滴下ノズル114を上昇させる時までに液状の封止樹脂110が角111aを乗り越えて溝111内に入り込むことが無いように維持される。
これに対し、図4(b)には、段差面153bが枠体102の内壁112側から外壁側に向かって低くなるように傾斜した形状の溝153を示している。
この場合、封止樹脂の滴下停止後、滴下ノズル114を上昇させる際に発生する波紋がより静まりやすい。これは、発生した波紋のために封止樹脂が角153aを越えて段差面153bに乗り上げると、段差面153bの傾斜に沿って流れやすいことによる。
また、このように傾斜した段差面153bを有する溝153は、平坦な段差面111bを有する場合よりも多くの封止樹脂110を溜めることができる。よって、枠体102の上面である搭載基準面113に対する封止樹脂110の乗り上げを防ぐ効果をより確実に発揮する。内壁112側における搭載基準面113から段差面153bまでの距離は小さくすることができるから、滴下ノズル114を上昇させる時までに封止樹脂110が溝153に入り込むこともない。
また、図4(c)に示すように、枠体102の内壁112側に対し、搭載基準面113及び絶縁基体101の両方に達する溝154を形成することもできる。この場合、段差は生じないことになる。
このような溝154は、搭載基準面113に対する封止樹脂110の乗り上げを防ぐという目的は同じであるかが、段差を有する溝111及び溝153とは働きが異なる。つまり、波紋が発生した際に封止樹脂110を溜めることではなく、枠体102の内壁112と、光機能素子106及び保護体109との距離を広げ波紋が静まりやすくする役割を果たす。これは、発生する波紋の高さが比較的低い場合(滴下ノズル114の上昇速度を比較的低く設定した場合等)において有効である。
尚、図3(a)〜(c)に示した素子搭載面103に平行な断面の種々の形状と、図4(a)〜(c)に示した縦断面の種々の形状とは、各々組み合わせることが可能である。
尚、以上に説明した実施形態における各固体撮像装置の構成、製造方法、カメラモジュール等電子機器への組み込みを実施することにより、安価で且つ組み込み品質に優れた小型薄型の光学デバイスや電子機器を提供することができる。
本発明に係る光学デバイスは、小型薄型化に加えて組み込みの高品質化を果たすことができるため、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話のような小型薄型電子機器に用いる固体撮像装置として有用である。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る光学デバイス100の平面図であり、図1(b)は、図1(a)におけるIb-Ib'線による断面図である。 図2(a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る光学デバイス100の製造工程のうち、封止樹脂110の充填について説明する図である。 図3(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の光学デバイスにおける溝の素子搭載面に平行な断面形状を説明する図である。 図4(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の光学デバイスにおける溝の素子搭載面に垂直な断面形状を説明する図である。 図5(a)は、従来の光学デバイスの平面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるVb-Vb'線による断面図である。
符号の説明
100 光学デバイス
101 絶縁基体
102 枠体
103 素子搭載面
104 配線部
105 接着剤
106 光機能素子
107 金属細線
108 接着剤
109 保護体
110 封止樹脂
111 溝
111a 角
111b 段差面
112 内壁
113 搭載基準面
114 滴下ノズル
151 溝
152 溝
153 溝
153a 角
153b 段差面
154 溝

Claims (10)

  1. 絶縁基体と、
    前記絶縁基体上に設けられた半導体素子と、
    前記半導体素子上に設けられた保護体と、
    前記絶縁基体の周縁部に設けられ、前記半導体素子を囲む枠体とを備え、
    前記枠体と前記半導体素子及び前記保護体との間に封止樹脂が充填されており、
    前記枠体の前記半導体素子側に、少なくとも前記枠体上部コーナー部分を除去してなる少なくとも1つの溝が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記溝は、前記枠体の高さ方向について前記絶縁基体に達しないように設けられていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1において、
    前記溝は、前記枠体の高さ方向について前記絶縁基体に達するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一つにおいて、
    前記絶縁基体に設けられた外部接続用の配線部と、
    前記半導体素子と前記配線部とを電気的に接続する金属細線とを更に備え、
    前記金属細線は、前記封止樹脂によって覆われていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一つにおいて、
    前記半導体装置を平面視した際に、前記溝は、R状、四角状又は三角状の形状を有することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一つにおいて、
    前記溝の少なくとも一部が前記枠体の外壁に達するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1〜5のいずれか一つにおいて、
    前記溝は、前記枠体の外壁には達しないように設けられていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一つにおいて、
    前記半導体素子は、少なくとも受光又は発光する光学素子であり、
    前記保護体は、透光性部材であることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8の半導体装置を備えるカメラモジュール。
  10. 絶縁基体上に半導体素子を設ける工程(a)と、
    前記半導体素子上に保護体を設ける工程(b)と、
    前記絶縁基体の周縁部に、前記半導体素子を囲む枠体であって、その半導体素子側に少なくとも前記枠体上部コーナー部分を除去してなる少なくとも1つの溝が設けられている枠体を設ける工程(c)と、
    前記枠体と前記半導体素子及び前記保護体との間に、滴下ノズルを用いて液状の封止樹脂を充填する工程(d)とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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