JP2010283311A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】受発光素子から構成される半導体装置において透明部材の上面への樹脂のはみ出しを防止し、それにより、光学特性上の問題が防止された、小型で且つ品質レベルの高い半導体装置を提供する。
【解決手段】受発光領域上に透明部材１が取り付けられており且つ複数のボンディングパッドを有する半導体素子２と、前記半導体素子２がダイボンドされた突部１０を有した基板３と、前記基板３に設けられた複数の接続端子６と、前記複数のボンディングパッドのそれぞれと対応する接続端子６とを電気的に接続するボンディングワイヤー５と、前記透明部材１の側面、前記半導体素子２及び前記ボンディングワイヤー５を被覆する樹脂４とを備え、前記基板３の突部１０の面積は、前記半導体素子２の面積よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、受発光素子から構成される半導体装置に関する。
近年、電子機器の小型化、薄型化及び軽量化と共に、半導体装置の高密度実装化への要求が強くなっている。さらに、微細加工技術の進歩による半導体素子の高集積化に伴って、チップサイズパッケージ又はベアチップの半導体素子を直接実装する、いわゆるチップ実装技術が提案されている。このような動向は、受光素子や発光素子から構成される半導体装置においても同様であり、種々の構成が提案されている。
例えば、特許文献１に、受光素子から構成される半導体素子における受光領域上に透明部材を透明接着剤で直接貼り付けて、小型薄型化を図っている構造が提案されている。
具体的な構造例としては、受光領域上に透明接着剤を介して透明部材が取り付けられており、且つ複数のボンディングパッドを有する半導体素子が基板上にダイボンドされている。各ボンディングパッドと、基板に設けられた複数の接続端子とはＡｕワイヤーによって電気的に接続されている。透明部材の側面、半導体素子及びＡｕワイヤーは樹脂によって被覆されている。
また、樹脂封止の方法としては、金型によるモールド成形、印刷、ポッティングなどがあるが、大量生産には、金型によるモールド成形が最も適している。
この構造によれば、従来透明部材を張合わせている側壁部のエリアが不要となり小型化が図れると同時に、従来のチップ上から透明部材までの空間がなくなるため、薄型化が図れる。
特開２００６−４１１８３号公報
上述した従来の構造においては、金型で樹脂成形する際に、透明部材の上面に封止樹脂がはみ出さないように、金型の上金型部（以下、上金型と言う）の面と透明部材の上面との密着度を高める必要がある。
ところが、基板上にダイボンドされているチップは、基板の面に対し多少の傾きがあることに加え、チップ上に透明接着剤を介して接着されている透明部材もチップの面に対して多少の傾きがあり、基板の面に対して透明部材の面は多少の傾きがあるため、上金型の面と透明部材の上面とが十分密着しない状態となってしまう。
その結果、上金型の面と透明部材の上面との隙間から、樹脂が進入し、透明部材の上面へ付着し、光学特性に悪影響を及ぼす問題が生じる。
前記に鑑み、本発明は、受発光素子から構成される半導体装置において透明部材の上面への封止樹脂のはみ出しが起こりにくく、それにより、光学特性上の問題が少ない、小型で且つ品質レベルの高い半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板に設けられた突部と、前記突部の上面にダイボンドされており、受光領域および発光領域の少なくともいずれか一方を有し、当該受光領域および発光領域上に透明部材が取り付けられており且つ複数のボンディングパッドを有する半導体素子と、前記基板に設けられ、前記複数のボンディングパッドのそれぞれに対応する複数の接続端子と、前記複数のボンディングパッドのそれぞれと前記基板の対応する接続端子とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、前記透明部材の側面、前記半導体素子及び前記複数のボンディングワイヤーを被覆する樹脂とを備え、前記突部の上面の面積は、前記半導体素子の下面の面積よりも小さく、前記半導体素子の下面と前記基板との隙間に前記樹脂が充填されている。
尚、本発明において、受光領域及び発光領域とは、前記半導体素子においてそれぞれ受光機能及び発光機能を有している領域をいう。
本発明の半導体装置によると、半導体素子がダイボンドされる突部の面積が、半導体素子の面積よりも小さいため、半導体素子の下面と基板との隙間にも樹脂が充填される。
このため、樹脂を金型成形する場合において、上金型の面にて透明部材の上面を押さえつつ樹脂を充填する際、半導体素子の下面側の樹脂によって上方向に押し上げる力が生じるため、金型の上面と透明部材の面の密着度が高まり、樹脂が上金型の面と透明部材の上面の隙間から進入して透明部材上面にはみ出す不具合が起こりにくくなる。
その結果、光学特性上の問題が少ない、小型で且つ信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本発明の半導体装置において、前記突部は、形状、寸法、高さを限定するものではないが、良好な樹脂充填性と十分な下方向からの押し上げの力を得るために、一例として、高さは０．１ｍｍ以上で、面積は透明部材が前記半導体素子上に占める面積より小さいことが望ましい。また、前記突部は、複数の小突部から構成されていてもよい。
本発明の半導体装置によれば、半導体素子を、基板に設けられた半導体素子よりも小さい突部にダイボンドするので、半導体素子の下面と基板との隙間にも樹脂が充填される。
このため、樹脂を金型成形する場合において、金型の上金型の面にて透明部材の上面を押さえつつ樹脂を充填する際、半導体素子の下面側の樹脂によって上方向に押し上げる力が生じるため、金型の上面と透明部材の面の密着度が高まり、樹脂が上金型の面と透明部材の上面の隙間から進入して透明部材上面にはみ出す不具合が起こりにくくなる。
その結果、光学特性上の問題が少ない、小型で且つ品質レベルの高い半導体装置を提供することができる。
（ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態の半導体装置の断面図及び裏面平面図である。 （ａ）〜（ｈ）本発明の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。尚、これらの参照図面において、各構成部材の厚さや長さ等は、分かりやすさや図面作成上の観点から実際の寸法とは異なっている。また、各構成部材、例えば電極や端子等の個数も実際とは異なっており、図示しやすい個数としている。さらに、各構成部材の材質等については、以下に説明する材質等に限定されるものではない。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の断面図及び裏面平面図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の半導体装置において、半導体素子２が基板３の突部１０上にダイボンドされている。半導体素子２は、受発光領域上に透明接着剤１２を介して透明部材１が取り付けられており、且つ複数のボンディングパッド（図示せず）を有している。
各ボンディングパッドと、基板３に設けられた複数の接続端子６とは、ボンディングワイヤー５によって電気的に接続されている。透明部材１の側面、半導体素子２及びボンディングワイヤー５は樹脂４によって被覆されている。尚、透明部材１の上面は樹脂４から露出している。
本実施形態に係る半導体装置の特徴は、半導体素子２がダイボンドされる基板３の突部１０の面積が、半導体素子２の下面の面積よりも小さい点である。
本実施形態によると、半導体素子２がダイボンドされる基板３の突部１０の面積が、半導体素子２の下面の面積よりも小さいため、半導体素子２の下面側にも樹脂が充填される。樹脂４を金型成形する場合において、上金型（図示せず）の面にて透明部材１の上面を押さえつつ樹脂を充填する際、半導体素子２の下面側に充填された樹脂４によって半導体素子２を上方向に押し上げる力が生じるため、上金型の面と透明部材の上面の密着度が高まる。
その結果、樹脂４が上金型の面と透明部材１の上面の間から進入し、透明部材１の上面にはみ出す不具合が軽減される。それにより、光学特性上の問題が防止された、小型で且つ信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
尚、本実施形態において、突部１０の上面の形状は図１（ａ）に示すような矩形に限らず、例えば、図１（ｂ）に示すような円形であってもよい。また、図１（ｃ）に示すように、突部１０が複数の小突部から構成されていてもよい。
また、突部１０の高さは、０．１ｍｍ以上であり、面積は、透明部材１の面積より小さいことが望ましい。これにより、良好な樹脂充填性と半導体素子２の下面側から上方向への十分な押し上げの力を得ることができる。
また、突部１０は、基板３をエッチングすることで形成してもよく、また、基板に樹脂、金属を接着することで形成してもよい。
また、本実施形態において、半導体素子２の基材の材料としては、例えばシリコンを用いてもよいが、半導体レーザーや発光ダイオード等へ適用する場合には、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物やＩＩ−ＶＩ族化合物等を用いてもよい。
また、本実施形態において、透明部材１は、半導体素子２の受発光領域の全面を覆うことができる大きさを有している。また、透明部材１の上面及び下面は互いに平行な光学的平面に加工されていると共に、透明部材１の側面は上下両面に対して垂直な平面になっているが、一部の稜線もしくはコーナーが面取りやＲ加工されていてもよい。
また、本実施形態において、透明部材１の材料としては、例えば硼珪酸ガラス板を用いてもよいし、又は、特定方向の干渉縞によるモアレを防止するために、複屈折特性を持つ水晶板若しくは方解石板からなるローパスフィルタを用いてもよい。
また、透明部材１の材料としては、赤外線カットフィルタの両側に複屈折特性が直交するように石英板若しくは方解石板を貼り合わせたローパスフィルタを用いてもよいし、又は、透明なエポキシ系樹脂板、透明なアクリル系樹脂板若しくは透明アルミナ板を用いてもよい。
ここで、透明部材１の材料として、硼珪酸ガラス板を用いる場合、透明部材１の厚さを２００μｍから１０００μｍまでの範囲、好ましくは３００μｍから７００μｍまでの範囲に設定する。
透明部材１の厚さの下限を２００μｍに設定する理由は、透明部材１、透明接着剤１２、樹脂４、半導体素子２等から構成される半導体装置の実装時の取り付け高さを５００μｍ以下にして小型薄型化を実現するためである。また、透明部材１の厚さの上限を１０００μｍに設定する理由は、波長が５００ｎｍの入射光に対して９０％以上の透過率を実現するためである。
さらに、透明部材１の厚さの好ましい範囲を３００μｍから７００μｍまでの範囲に設定する理由は、現行の製造技術を用いて最も安定した半導体装置の生産を可能にすると共に構成部材として廉価な汎用品を用いて安価且つ小型薄型の半導体装置を実現するためである。
尚、透明部材１の材料として、透明アルミナ又は透明樹脂を使用する場合、透明部材１を構成する各材料が有する透過率の違いを考慮して透明部材１の厚さを決定する必要がある。また、透明部材１の材料として、水晶又は方解石を使用する場合、複屈折による２重結像の間隔が透明部材１の厚さに関係するため、各材料の透過率の違いに加えて、半導体素子２の受発光領域における画素間隔を考慮して透明部材１の厚さを決定する必要がある。
また、本実施形態において、透明接着剤１２は、半導体素子２の受発光領域上に透明部材１を固着する際に用いる光学的に透明な接着剤である。この透明接着剤１２の材料としては、例えばアクリル系樹脂、又は、可視光の波長範囲内に吸収端を持たないように樹脂配合がなされたエポキシ系樹脂若しくはポリイミド系樹脂を用いることができる。
また、本実施形態において、樹脂４は、半導体素子２の上面における受発光領域（つまり透明部材１の形成領域）を除く部分と透明部材１の側面とを覆うように形成された遮光性の樹脂であって、樹脂４の上面は平坦であり、樹脂４の半導体素子２の上面における厚さは透明部材１とほぼ同程度の厚さである。
また、樹脂４の材料としては、エポキシ系樹脂を用いてもよいし、又は、半導体素子２の基材の薄型化、半導体装置としての熱衝撃耐性や耐湿性の向上等を図るために、低弾性硬化物、例えばビフェニル系樹脂やシリコン系樹脂を用いてもよい。
具体的な樹脂４の配合組成は、例えば成形金型を用いてトランスファーモールドにより樹脂４を成形する場合、半硬化状粉末樹脂がタブレット化された状態の主材であるエポキシ系樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材であるシリカ粉末、難燃材、顔料であるカーボンブラック、及び離型剤から構成される。
特に、本実施形態の半導体装置において、樹脂４を構成する無機充填材及び顔料の選定及び配合量は、半導体装置の反りや遮光性能にとって重要である。また、硬化剤の吸水率を低くして半導体素子２の配線の腐食に起因する断線不良を防止するために、溶融して結晶性を取り除いた高純度のシリカを種々の直径の球状に加工して、硬化剤として適正に配合して用いる。
また、顔料については、高温多湿環境中で樹脂４の硬化剤中の電気抵抗が下がって半導体装置の絶縁不良を誘発しない範囲で樹脂４の硬化剤中に可能な限り多く配合し、それにより、透明部材１周辺の入射光が透明部材１の側面から進入して迷光となる事態を阻止する。具体的には、顔料として、例えば遮光性の高い色調を持つカーボンブラックを用いることにより、樹脂４上からの入射光の一部が半導体素子２の上面（主面）上の受動素子又は能動素子のｐｎ接合部若しくはゲート部に到達する事態を阻止し、それによって、半導体素子２の誤動作を防止する。ここで、顔料として、配合量を高くすることができる粒径や低分極性を持つ材料を選択することが重要である。
次に本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｈ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、複数のボンディングパッドを有する複数の半導体素子２を基板３上にダイボンドする。各半導体素子２は、互いに所定間隔をあけて２次元行列状に配置される。各半導体素子２には、予め、受発光領域上に透明接着剤１２を介して透明部材１が取り付けられている。
次に、図２（ｂ）に示すように、各半導体素子２上の各ボンディングパッドと、基板３に設けられた対応する接続端子６とをボンディングワイヤー５によって電気的に接続する。
次に、図２（ｃ）に示すように、上金型７の面と透明部材１の上面との間にリリースシート９を介在させて、複数の半導体素子２がダイボンドされた基板３を、上金型７と下金型８とでクランプする。
続いて、図２（ｄ）に示すように、透明部材１の上面（主面）をリリースシート９によって覆いながら、透明部材１の側面、半導体素子２及びボンディングワイヤー５を封止する樹脂４の成形を行う。リリースシート９の材質としては、例えばフッ素樹脂等が用いられる。ここで、基板３上に２次元行列状に配置され且つそれぞれ透明部材１が取り付けられている半導体素子２同士の間の空間に樹脂４が充填される。
次に、図２（ｅ）に示すように、樹脂封止された基板３から上金型７及び下金型８を取り外す。
その後、図２（ｆ）に示すように、樹脂封止された基板３をダイシングシート１３に貼り付ける。図２（ｆ）では、透明部材１側をダイシングシート１３に貼り付けている様子を示しているが、基板３側（ダイパッド側）をダイシングシートに貼り付けてもよい。続いて、複数の半導体素子２が２次元行列状に配置された基板３に対してダイシングブレード１１によりダイシングを行う。
これにより、図２（ｇ）に示すように、基板３は半導体素子２毎に個片化され、複数の半導体装置を一括して形成することができる。
最後に、図２（ｈ）に示すように、ダイシングシート１３から各半導体装置を切り離して洗浄を行う。
本実施形態の製造方法によると、樹脂封止を行った後、基板３を切断して半導体素子２毎に個片化することにより、半導体装置を一括して複数形成することができる。また、上金型７の面と透明部材１の上面との間にリリースシート９を介在させて基板３をクランプしながら樹脂封止を行う際に半導体素子２の下面にも樹脂が充填される。そのため、半導体素子２の下面側から上方向に押し上げる力が加わり、上金型７の面と透明部材１の上面との密着力が高まり、リリースシート９に覆われている透明部材１の上面には樹脂４が進入しにくくなる。従って、透明部材１の上面や基板３の下面への樹脂４のはみ出しによる光学特性上の問題が少ない半導体装置を実現することができる。
本発明は半導体装置及びその製造方法は、例えば携帯電話やデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のイメージセンサ及びその製造に好適である。
１ 透明部材
２ 半導体素子
３ 基板
４ 樹脂
５ ボンディングワイヤー
６ 接続端子
７ 上金型
８ 下金型
９ リリースシート
１０ 突部
１１ ダイシングブレード
１２ 透明接着剤
１３ ダイシングシート

Claims (4)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた突部と、
    前記突部の上面にダイボンドされており、受光領域および発光領域の少なくともいずれか一方を有し、当該受光領域および発光領域上に透明部材が取り付けられており、且つ複数のボンディングパッドを有する半導体素子と、
    前記基板に設けられ、前記複数のボンディングパッドのそれぞれに対応する複数の接続端子と、
    前記複数のボンディングパッドのそれぞれと前記対応する接続端子とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、
    前記透明部材の側面、前記半導体素子及び前記複数のボンディングワイヤーを被覆する樹脂と
    を備え、
    前記突部の上面の面積が、前記半導体素子の下面の面積よりも小さく、前記半導体素子の下面と前記基板との隙間に前記樹脂が充填されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記突部の上面の面積は、前記透明部材が前記半導体素子上に占める面積より小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記突部が、複数の小突部で構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記樹脂が、遮光性をもった樹脂である
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
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