JP2011166080A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】固体撮像素子１３の特性が安定している撮像装置１を提供する。
【解決手段】第１の主面１１に形成された固体撮像素子１３と第２の主面１２に形成された固体撮像素子１３の外部端子１７とを有するデバイスチップ１０と、接続パッド３６を有する先端部３１と、９０度以上の角度に折り曲げられた屈曲部３２と、延設部３３と、からなり、先端部３１から屈曲部３２を介して延設部３３まで延設された配線層３５を有する配線板３０と、第２の主面１２に先端部３１を接着する接着層１６と、外部端子１７と接続パッド３６とを電気的に接続するワイヤボンディング配線４０と、を具備し、配線板３０がデバイスチップ１０の第２の主面の直上空間１０Ｓ内にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップをチップサイズパッケージした半導体装置に関し、特に、半導体素子が形成された第１の主面と対向する第２の主面に配線板を接合した半導体装置に関する。
半導体装置は、半導体素子が形成された半導体チップと、半導体チップを外部の配線板等に接続するパッケージと、から構成されている。近年では、高密度実装の要求に応じて、半導体チップと略同等の大きさでパッケージ化できるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が多用されるようになってきた。
ＣＳＰでは、半導体チップには半導体素子が形成された第１の主面から貫通配線を介して第２の主面に半導体素子の外部接続用電極部が形成される。例えば、特開２００８−２７０６５０公報には、電極部にスタッドバンプが形成されている半導体装置が開示されている。しかし上記構造の半導体装置はスタッドバンプを介して配線板に圧着して実装されるため、半導体チップに応力が加わる。ＣＳＰでは貫通配線を形成するために半導体チップの厚さが薄く加工されているため、応力による半導体素子の特性が劣化、例えば動作が不安定となりノイズ発生が多発するおそれがあった。
特開２００８−２７０６５０号公報
本発明は、半導体素子の特性が安定している半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明の半導体装置は、第１の主面に形成された半導体素子と、第２の主面に形成された前記半導体素子の外部端子とを、有する半導体チップと、接続パッドを有する先端部と、９０度以上の角度に折り曲げられた屈曲部と、延設部と、からなり、前記先端部から前記屈曲部を介して前記延設部まで延設された配線層を有する配線板と、前記第２の主面と前記配線板の前記先端部を接合する接着層と、前記半導体チップの前記外部端子と前記接続パッドとを電気的に接続するワイヤボンディング配線と、を具備し、前記配線板が、前記半導体チップの前記第２の主面の直上空間内にある。
本発明によれば、半導体素子の特性が安定している半導体装置を提供することができる。
第１の実施の形態の撮像装置の斜視図である。 第１の実施の形態の撮像装置を説明するための説明図であり、図２（Ａ）は上面から見たときの状態を示す図、図２（Ｂ）は側面からから見たときの状態を示す図、図２（Ｃ）は正面からから見たときの状態を示す図である。 第１の実施の形態の撮像装置を内視鏡の先端部に配設したときの断面構造を説明するための模式図である。 第２の実施の形態の撮像装置の斜視図である。 第２の実施の形態の撮像装置を説明するための説明図であり、図５（Ａ）は上面から見たときの状態を示す図、図５（Ｂ）は側面からから見たときの状態を示す図、図５（Ｃ）は正面からから見たときの状態を示す図である。 第２の実施の形態の撮像装置を内視鏡の先端部に配設したときの断面構造を説明するための模式図である。
＜第１の実施形態＞
本実施の形態の半導体装置は、例えば内視鏡の先端部に配設される撮像装置１である。図１および図２に示すように、撮像装置１は、半導体チップであるデバイスチップ１０と、デバイスチップ１０の第１の主面１１に接合された透明基板であるガラス基板２０と、デバイスチップ１０の第２の主面１２の中央部に接着層１６を介して接合された配線板３０と、を有する。
デバイスチップ１０の第１の主面１１には半導体素子である固体撮像素子１３（図２（Ｂ）参照）が形成されており、固体撮像素子１３と信号のやりとりをするための外部端子１７は貫通配線１４（図２（Ｂ）参照）を介して第２の主面１２に形成されている。なお貫通配線１４の第２の主面１２側から外部端子１７までは引き回し配線により接続されているが、外部端子１７以外は図示しない絶縁層により覆われている。また固体撮像素子としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等でもよいし、裏面照射型の撮像素子であってもよい。また半導体素子としては、特に撮像素子に限定するものではない。
配線板３０は、ポリイミド等の可撓性樹脂を基材とし、銅等からなる配線層３５を有するフレキシブル配線板である。なお、以下、便宜上、配線板３０を、先端部３１、屈曲部３２、延設部３３に区分して表現するが、図１に示すように１枚の配線板であり、前記区分の境界は明確に定義されるものではなく、接着層１６との接合部を先端部３１、屈曲している部分を屈曲部３２としている。なお配線板は少なくとも屈曲部３２が可撓性を有しているフレキシブル配線板であればよく、先端部３１および延設部３３を硬質配線板で構成してもよい。フレキシブル配線板と硬質配線板とからなる複合配線板では、区分の境界は明確である。
配線板３０の先端部３１には接続パッド３４が、延設部３３の後端側には接続パッド３６（図３参照）が形成されており、接続パッド３４と接続パッド３６とは配線層３５により電気的に接続されている。また配線板３０に、接続パッド（不図示）を介してチップコンデンサ等の電子部品５６（図３参照）を配線層３５と接続して電気回路を構成してもよい。
そして、配線板３０の先端部３１は、接着層１６を介してデバイスチップ１０の第２の主面１２と接合されている。さらに、固体撮像素子１３の外部端子１７と配線板３０の接続パッド３４とは、ワイヤボンディング配線４０により接続されている。ワイヤボンディング配線４０により接続された端子間に作用する応力は極めて低い。またワイヤボンディング時に作用する熱および応力の影響も大きくはない。なお、図１等に示す撮像装置１では、樹脂ならなる封止材４１により機械的強度が劣るワイヤボンディング配線４０を保護しているとともに、屈曲部３２の形状を保持している。
一方、配線板３０は、可撓性を有する屈曲部３２において接着層１６との接合部から９０度以上の角度（θＶ１）に折り曲げられている。このため、延設部３３を含めた配線板３０は、デバイスチップ１０の第２の主面１２の直上空間１０Ｓ内に納められている。なお、配線板３０の延設部３３は電子部品５６を実装したり、ケーブルを接続したりする必要があるため、その長手方向の寸法（長さ）は、搭載される部品の大きさにもよるが、例えば先端部３１の主面の辺の長さの２〜８倍である。また、配線板３０は、単層配線板でもよいし、少なくとも両面に配線層が形成されている多層配線板であってもよい。
次に、撮像装置１の製造方法について説明する。
最初に、シリコン基板の表面（第１の主面１１）に公知の半導体プロセスを用いて多数の固体撮像素子１３が形成される。そしてシリコン基板と略同サイズのガラスウエハを保護材として固体撮像素子１３形成面に接合後、シリコン基板の裏面（第２の主面１２）側から研削加工が行われる。研削加工によりシリコン基板の厚さを薄くした後、裏面側からエッチング等により貫通孔を形成し、内部を導電性ペーストやめっき法やスパッタ法等により導電化することで貫通配線１４が形成される。その後、ガラスウエハが接合されたシリコン基板を切断により個片化することによりガラス基板２０が接合された撮像素子チップであるデバイスチップ１０が作製される。配線板３０は銅箔と基材であるポリイミド等を貼り合わせエッチングしたり、めっき法等を用いたりして作製され、必要に応じて電子部品５６が実装される。
そして、デバイスチップ１０の第２の主面１２の中央部に配線板３０の先端部３１が接着層１６を介して接合される。次に、ワイヤボンディング装置を用いて、固体撮像素子１３の外部端子１７と配線板３０の接続パッド３４とが接続される。ワイヤボンディング配線４０は、金またはアルミニウム等からなる金属細線を超音波振動により発生する熱等により圧着接合したものである。
そして、配線板３０が、屈曲部３２において接着層１６との接合部から９０度以上の角度（θＶ１）に大きく折り曲げられる。なお、屈曲される前の屈曲角度は０度である。屈曲角度は、９０度以上であれば配線板３０をデバイスチップ１０の第２の主面１２の直上空間１０Ｓ内に配置可能であり、延設部３３の長さ、搭載する部品の大きさおよび形状に応じて決定される。
さらに、ワイヤボンディング配線４０を保護するとともに、屈曲部３２の形状を維持するために、樹脂等からなる封止部である封止材４１が第２の主面１２に配設される。さらに、配線板３０の延設部３３の接続パッド３６に、ケーブルがはんだ付けにより接続される。
本実施の形態の撮像装置１は、チップサイズパッケージを用いて作製されており、固体撮像素子１３の外部端子１７と配線板３０の接続パッド３４とをワイヤボンディング配線４０で接続し、配線板３０を折り曲げ、デバイスチップ１０の投影面積内に納めている。このため、撮像装置１は、半導体素子である固体撮像素子１３に作用する応力が小さいため、固体撮像素子１３は特性が安定しており、画像信号にノイズ等が発生することが少ない。さらに、配線板３０が、デバイスチップ１０の第２の主面１２の直上空間１０Ｓ内にあるこのため、光軸方向の大きさが小さい。
そして、図３に示すように、本実施の形態の撮像装置１は内視鏡装置５０の挿入部先端部に配設したとき、先端部の細径化が可能である。図３において模式的に示している光学系５１と、撮像装置１とは枠部５２により光軸Ｏを中心に固定されている。撮像装置１の後側はシールド枠５３により覆われており、シールド枠５３の内部は樹脂充填剤５５により充填されている。配線板３０の延設部３３にはチップコンデンサ等の電子部品５６が実装されているとともに、接続パッド３６にはケーブル５４が接続されている。
すなわち、以上の説明の内視鏡装置５０は、第１の主面に形成された撮像素子と、第２の主面に形成された前記撮像素子の外部端子とを、有する撮像素子チップと、先端部に配設された接続パッドと、前記接続パッドから延設部まで延設された配線層と、を有する配線板と、前記第２の主面に前記先端部を接着する接着層と、前記外部端子と前記接続パッドとを電気的に接続するワイヤボンディング配線と、を具備し、前記延設部が、前記接着層との接合部から９０度以上の角度に折り曲げられた可撓性の屈曲部を有し、前記撮像素子チップの前記第２の主面の直上空間内にあることを特徴とする撮像装置を、挿入部先端部に具備している。
＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態の撮像装置１Ａについて説明する。本実施の形態の撮像装置１Ａは第１の実施の形態の撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図４および図５に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ａの配線板３０Ａは、少なくとも両面に配線層を有する多層配線板である。そして、先端部から延設部３３Ａの屈曲部側までが長手方向の２本のスリット３７により幅方向に３分割されている。言い換えれば、先端部、屈曲部および延設部の屈曲部側が幅方向に３分割するための２本のスリット３７を有する。分割された先端部３１Ａ１〜３１Ａ３には、それぞれ接続パッド３４Ａ１、３４Ａ２、３４Ａ３が形成されているが、接続パッド３４Ａ１、３４Ａ３と接続パッド３４Ａ２とは異なる面に形成されている。
そして３分割された屈曲部３２Ａ１〜３２Ａ３が、それぞれの接続パッドが上面となるように交互に直角に反対方向に折り曲げられ、先端部３１Ａ１〜３１Ａ３がデバイスチップ１０の第２の主面１２の中央部に接着層１６を介して接合されている。すなわち、図５（Ｂ）に示す屈曲角θＶ２、θＶ１はともに９０度である。
本実施の形態の撮像装置１Ａは、第１の実施の形態の撮像装置１が有する効果に加えて、屈曲部に集中する配線板の応力を低減することができる。このため、撮像装置１よりも、固体撮像素子１３の特性がより安定しており、例えば、ノイズの発生がより低減されている。
なお、本実施の形態の撮像装置１Ａでは３分割された先端部３１Ａ１〜３１Ａ３が交互に直角に折り曲げられている場合を例示しているが、複数に分割された先端部が交互に折り曲げられていれば、撮像装置１よりも、配線板の屈曲部に集中する応力を低減することが可能である。
そして、図６に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ａは内視鏡装置５０Ａの挿入部先端部に配設したとき、細径化を実現できるだけでなく、実装する電子部品５６の配置の自由度が高く、またケーブル５４を両面に接続可能であるために、配線板３０Ａの設計が容易である。
すなわち図６に示すように、内視鏡装置５０Ａが挿入部先端部に有する撮像装置１Ａは、撮像装置１が有する構成に加えて、さらに配線板が多層配線板であり、先端部、屈曲部および延設部の屈曲部側が長手方向のスリットにより幅方向に分割されており、分割された複数の屈曲部が、交互に反対方向に折り曲げられている。
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
１、１Ａ…撮像装置、１０…デバイスチップ、１０Ｓ…直上空間、１１…第１の主面、１２…第２の主面、１３…固体撮像素子、１４…貫通配線、１６…接着層、１７…外部端子、２０…ガラス基板、３０、３０Ａ…配線板、３１、３１Ａ１〜３１Ａ３…先端部、３２、３２Ａ１〜３２Ａ３…屈曲部、３３、３３Ａ…延設部、３４、３４Ａ１〜３４Ａ３…接続パッド、３５…配線層、３６…接続パッド、３７…スリット、４０…ワイヤボンディング配線、４１…封止材、５０、５０Ａ…内視鏡装置、５１…光学系、５２…枠部、５３…シールド枠、５４…ケーブル、５５…充填剤、５６…電子部品

Claims (6)

  1. 第１の主面に形成された半導体素子と、第２の主面に形成された前記半導体素子の外部端子とを、有する半導体チップと、
    接続パッドを有する先端部と、９０度以上の角度に折り曲げられた屈曲部と、延設部と、からなり、前記先端部から前記屈曲部を介して前記延設部まで延設された配線層を有する配線板と、
    前記半導体チップの前記第２の主面と前記配線板の前記先端部とを接合する接着層と、
    前記外部端子と前記接続パッドとを電気的に接続するワイヤボンディング配線と、を具備し、
    前記配線板が、前記半導体チップの前記第２の主面の直上空間内にあることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記配線板が少なくとも両面に配線層を有する多層配線板であり、前記先端部、前記屈曲部および前記延設部の屈曲部側が長手方向のスリットにより幅方向に分割されており、
    分割された複数の前記屈曲部が、交互に反対方向に折り曲げら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。
  3. 前記複数の屈曲部が、交互に直角に反対方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記先端部が前記半導体チップの前記第２の主面の中央部に接着されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記ワイヤボンディング配線および前記屈曲部を覆う封止部を具備することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記半導体素子が撮像素子であり、
    前記第１の主面に透明基板が接合されている撮像装置であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
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