JP2017208421A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂の熱膨張および熱収縮によって接続金属線が切断したり、外れたりするのを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、受光部７ａと複数のパッド電極８とが上面に形成された半導体チップ２と、半導体チップの周囲に配置された複数のリード４と、半導体チップ２の複数のパッド電極８と複数のリード４とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤ９と、半導体チップ２および複数のボンディングワイヤ９を封止する封止樹脂５とを含む。封止樹脂５は、外部から受光部７ａに光を入力させるための受光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂１１と、受光経路以外の部分を形成する第２樹脂１２とを含む。第２樹脂１２の熱膨張係数は、第１樹脂１１の熱膨張係数よりも小さい。【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に受光部または投光部を有する半導体装置に関する。

受光部を有する半導体装置として、上面に受光部と複数の電極とが形成された半導体チップと、半導体チップの周囲に配置された複数のリードと、半導体チップの複数の電極と複数のリードとを電気的に接続する複数のワイヤと、半導体チップ、複数のワイヤおよび複数のリードを封止する透光性の封止樹脂とを含むものが提案されている。封止樹脂は、ＳｉＯ_２等のフィラーを含まない透明樹脂からなる。

特開２０００−２３２２３５号公報

前述の従来の半導体装置（以下、従来例という）では、封止樹脂はフィラーを含まない透明樹脂から構成されている。フィラーを含まない透明樹脂からなる従来例の封止樹脂は、フィラーを含む不透明樹脂からなる一般的な封止樹脂に比べて、熱膨張係数が大きい。したがって、従来例では、加熱工程および冷却工程を伴うリフロー時において、封止樹脂の熱膨張および熱収縮の度合いが、不透明な一般的な封止樹脂に比べて大きくなる。このため、リフロー時において、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によってワイヤに応力がかかり、ワイヤが切断したり、外れたりするおそれがある。特に、ワイヤと電極への接続部や、ワイヤのリードへの接続部において、ワイヤが切断したり、外れたりしやすい。このようなことは、リフロー時でなくても、外部環境の温度変化によって起こりうる。

この発明の目的は、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によって接続金属線が切断したり、外れたりするのを抑制することができる半導体装置を提供することである。

この発明による第１の半導体装置は、受光部および複数の電極が上面に形成された半導体チップと、前記半導体チップの周囲に配置された複数の端子と、前記半導体チップの複数の電極と前記複数の端子とを電気的に接続する複数の接続金属線と、前記半導体チップおよび前記複数の接続金属線を封止する封止樹脂とを含む。前記封止樹脂は、外部から前記受光部に光を入力させるための受光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂と、前記受光経路以外の部分を形成する第２樹脂とを含む。前記各接続金属線、前記各接続金属線の前記電極への接続部および前記各接続金属線の前記端子への接続部は、前記第２樹脂によって封止されている。前記第２樹脂の熱膨張係数は、前記第１樹脂の熱膨張係数よりも小さい。

この構成では、透光性を有する第１樹脂によって受光経路が形成されているので、第１樹脂を通じて外部の光を受光部に入力させることができる。
一方、この構成では、各接続金属線、各接続金属線の電極への接続部および各接続金属線の端子への接続部は、第２樹脂によって封止されている。第２樹脂は第１樹脂よりも熱膨張係数が小さいので、第２樹脂は第１樹脂に比べて熱膨張および熱収縮の度合いが小さい。このため、接続金属線が透光性を有する第１樹脂で封止されている場合に比べて、接続金属線に係る熱応力を低減させることができる。これにより、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によって接続金属線が切断したり、外れたりするのを抑制することができる。

この発明の一実施形態では、前記半導体チップは、半導体チップ本体と、前記半導体チップ本体の上面に形成された受光素子とを含み、前記受光素子の上面が受光部を構成している。
この発明の一実施形態では、前記封止樹脂は、前記端子の下面が露出するように、前記半導体チップ、前記複数の接続金属線および前記複数の端子を封止している。

この発明の一実施形態では、上面および下面を有し、当該上面に前記半導体チップがダイボンディングされていて、当該下面が前記封止樹脂の下面に露出するように前記封止樹脂で封止されたダイパッドをさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記接続金属線は、銅、金またはアルミニウムからなる。
この発明の一実施形態では、前記第１樹脂は、透明の熱硬化型のエポキシ系樹脂からなり、前記第２樹脂は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

この発明の一実施形態では、前記半導体装置は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置である。
この発明の一実施形態では、前記半導体装置は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）が適用された半導体装置である。
この発明の一実施形態では、前記半導体装置は、ＳＯＰ（Small Outlined Package）が適用された半導体装置である。

この発明による第２の半導体装置は、投光部および複数の電極が上面に形成された半導体チップと、前記半導体チップの周囲に配置された複数の端子と、前記半導体チップの複数の電極と前記複数の端子とを電気的に接続する複数の接続金属線と、前記半導体チップおよび前記複数の接続金属線を封止する封止樹脂とを含む。前記封止樹脂は、前記投光部から外部に光を出力させるための投光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂と、前記投光経路以外の部分を形成する第２樹脂とを含む。前記各接続金属線、前記各接続金属線の前記電極への接続部および前記各接続金属線の前記端子への接続部は、前記第２樹脂によって封止されている。前記第２樹脂の熱膨張係数が前記第１樹脂の熱膨張係数よりも小さい。

この構成では、透光性を有する第１樹脂によって投光経路が形成されているので、半導体チップの投光部から取り出される光を、第１樹脂を通じて外部に出力させることができる。
一方、この構成では、各接続金属線、各接続金属線の電極への接続部および各接続金属線の端子への接続部は、第２樹脂によって封止されている。第２樹脂は第１樹脂よりも熱膨張係数が小さいので、第２樹脂は第１樹脂に比べて熱膨張および熱収縮の度合いが小さい。このため、接続金属線が透光性を有する第１樹脂で封止されている場合に比べて、接続金属線に係る熱応力を低減させることができる。これにより、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によって接続金属線が切断したり、外れたりするのを抑制することができる。

この発明の一実施形態では、前記半導体チップは、発光素子チップからなる。
この発明の一実施形態では、前記接続金属線は、銅、金またはアルミニウムからなる。
この発明の一実施形態では、前記第１樹脂は、透明の熱硬化型のエポキシ系樹脂からなり、前記第２樹脂は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の上面および側面を示す図解的な斜視図である。 図２は、図１のII−II線に沿う図解的な断面図である。 図３は、図１の半導体装置の下面および側面を示す図解的な斜視図である。 図４は、図１の半導体装置の製造に用いられるリードフレームの一部を示す底面図である。 図５は、図１の半導体装置の製造工程を示す図解的な断面図である。 図６は、図５の次の工程を示す図解的な断面図である。 図７は、図６の次の工程を示す図解的な断面図である。 図８は、図７の次の工程を示す図解的な断面図である。 図９は、図８の次の工程を示す図解的な断面図である。 図１０は、図９の次の工程を示す図解的な断面図である。 図１１は、図１０の次の工程を示す図解的な断面図である。 図１２は、この発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図解的な断面図である。 図１３は、この発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す図解的な平面図である。 図１４は、図１３の半導体装置の図解的な断面図である。 図１５は、図１３の半導体装置に使用されている半導体チップを示す図解的な平面図である。 図１６は、図１５の半導体チップの図解的な断面図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の上面および側面を示す図解的な斜視図である。図２は、図１のII−II線に沿う図解的な断面図である。図３は、図１の半導体装置の下面および側面を示す図解的な斜視図である。
半導体装置１は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置である。この半導体装置１は、受光部７ａを有する半導体チップ２と、ダイパッド３と、複数のリード４と、封止樹脂５とを備えている。ダイパッド３は、半導体チップ２を支持するためのものである。複数のリード４は、半導体チップ２と電気的に接続されている。封止樹脂５は、半導体チップ２、ダイパッド３および複数のリード４を封止している。

半導体チップ２は、半導体チップ本体６と、半導体チップ本体６の上面（表面）の中央部に形成された受光素子７とを含む。半導体チップ本体６には、受光素子７から出力される光検出信号の増幅・補正等を行うための信号処理回路が内蔵されている。半導体チップ本体６は、受光素子７が形成されている側の表面を上方に向けた状態で、ダイパッド３上にダイボンディングされている。受光素子７の上面が受光部７ａとなっている。半導体チップ本体６の表面には、受光素子７の周囲に、複数個のパッド電極８が形成されている。パッド電極８は、半導体チップ本体６の最表面に形成された表面保護膜から配線層の一部を露出させることによって形成されている。各パッド電極８は、ボンディングワイヤ（接続金属線）９によってリード４に接続されている。ボンディングワイヤ９は、金、銅、アルミニウム等の金属線からなる。

封止樹脂５は、図１に示すように、例えば、上下方向に扁平な略直方体形状に形成されている。上下方向は、半導体装置１の厚さ方向と同義である。略直方体状の封止樹脂５は、底面をなす下面５ａと、天面をなす上面５ｂと、下面５ａおよび上面５ｂに対して略垂直な方向に延びる側面５ｃとを有している。下面５ａおよび上面５ｂは、いずれも平坦面である。下面５ａおよび上面５ｂは、平面視において、たとえば略矩形状に形成されている。側面５ｃは、下面５ａおよび上面５ｂに連なっている。換言すれば、半導体装置１は、下面５ａおよび上面５ｂのそれぞれの４辺に連なる４つの側面５ｃを有している。

封止樹脂５は、外部から受光部７ａに光を入力させるための受光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂１１と、受光経路以外の部分を形成する第２樹脂１２とからなる。第１樹脂（受光経路）１１は、半導体チップ本体６の上面の受光素子７を含む中央部から、上方に向かって広がる略円錐台形状である。第１樹脂１１は、透明樹脂（透光性樹脂）からなる。第１樹脂１１は、例えば、フィラーを含まない熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

第２樹脂１２は、封止樹脂５における第１樹脂（受光経路）１１以外の部分を形成している。したがって、各ボンディングワイヤ９、各ボンディングワイヤ９の半導体チップ本体６のパッド電極８への接続部および各ボンディングワイヤ９のリード４への接続部は、第２樹脂１２によって封止されている。第２樹脂１２は、第１樹脂１１よりも熱膨張係数が小さい樹脂からなる。第２樹脂１２は、この実施形態では、不透明樹脂（遮光性樹脂）からなる。第２樹脂１２は、例えば、強度や硬度を高めるためのフィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。強度や硬度を高めるためのフィラーには、例えば、ＳｉＯ_２フィラー、Ａｌ_２Ｏ_３フィラー等がある。この実施形態では、第２樹脂１２は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

ダイパッド３およびリード４は、後述するように、銅または銅を含む合金からなる金属薄板から形成される。
ダイパッド３は、平面視矩形状である。図２および図３に示すように、ダイパッド３は、その下面３ａが封止樹脂５の下面５ａから露出している。この封止樹脂５の下面５ａから露出するダイパッド３の下面３ａには、下面３ａの略全面を覆うように半田濡れ性を高めるための半田めっき層（図示略）が形成されている。ダイパッド３の上面に、半導体チップ２がダイボンディングされている。

複数のリード４は、ダイパッド３の各側面と直交する各方向における両側に、それぞれ同数ずつ設けられている。ダイパッド３の各側面に対向するリード４は、その対向する側面と平行な方向に等間隔に配置されている。
各リード４は、ダイパッド３の側面と直交する方向（ダイパッド３との対向方向）に長尺な平面視矩形状に形成されている。各リード４は、その下面４ａ（接続面）が封止樹脂５の下面５ａから露出し、長手方向の外側端面４ｂが封止樹脂５の側面５ｃから露出している。また、リード４の下面４ａと外側端面４ｂとが交差して形成された角部も封止樹脂５から露出している。リード４の下面４ａには、半田濡れ性を高めるための半田めっき層（図示略）が形成されている。

リード４の下面４ａは、実装基板（配線基板）上のランドに半田接合される外部端子として機能する。一方、リード４の上面は、封止樹脂５内に封止されている。このリード４の上面は、インナーリードとしての役割を担い、ボンディングワイヤ９が接続されている。
図４は、半導体装置１の製造に用いられるリードフレームの一部を示す底面図である。

半導体装置１は、後述するように、リードフレーム２０を用いたＭＡＰ方式により製造される。リードフレーム２０は、銅を含む金属（たとえば、銅を主成分として、この銅に対して、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎなどの元素を、１０分の数％〜数％添加して得られる銅合金）の薄板を加工することにより形成される。
リードフレーム２０は、格子状の支持部２１と、支持部２１に取り囲まれる各矩形領域内に配置されるダイパッド３と、ダイパッド３の周囲に配置される複数のリード（リード構成部材）４とを一体的に備えている。

ダイパッド３は、各角部と支持部２１との間に架設される吊りリード２２によって支持部２１に支持されている。各リード４は、ダイパッド３側と反対側の端部が支持部２１に接続されている。互いに隣り合うダイパッド３の間において、一方のダイパッド３の周囲に配置される各リード４と他方のダイパッド３の周囲に配置される各リード４とは、リード４の長手方向に支持部２１を挟んで対向し、一直線状に延びている。

図５〜図１１は、半導体装置１の製造方法を示す図解的な断面図である。
半導体装置１の製造方法について説明する。まず、図５に示すように、リードフレーム２０が用意される。なお、図５〜図１１において、リードフレーム２０は、その切断面のみが示されている。
次に、図６に示すように、リードフレーム２０のダイパッド３上に、たとえば、高融点はんだ（融点が２６０℃以上のはんだ）、銀ペーストなどからなる接合材（図示せず）を介して、半導体チップ２がダイボンディングされる。次に、半導体チップ２のパッド電極８とリード４の上面とが、たとえば、金、銅またはアルミニウムの細線からなるボンディングワイヤ９で接続される（ボンディング工程）。

その後、封止樹脂を形成するための樹脂封止工程が行われる。つまり、まず、図７に示すように、受光経路となる部分（第１樹脂１１が形成される部分）にゴム等からなるマスク部材３５が配置された状態で、リードフレーム２０が封止用の金型に入れられ、ダイパッド３の下面３ａ、リード４の下面４ａおよび支持部２１の下面が露出するように、リードフレーム２０および半導体チップ２の大部分が第２樹脂１２の材料からなる封止樹脂３２によって封止される。

次に、図８に示すように、マスク部材３５が除去される。これにより、受光経路となる部分に凹部３３が形成される。そして、図９に示すように、凹部３３内に、第１樹脂１１の材料からなる封止樹脂３１が充填される。以下において、封止樹脂３１と封止樹脂３２とを合わせて封止樹脂３０という場合がある。
樹脂封止工程が終了すると、半製品４０が完成する。半製品４０は、リードフレーム２０と、半導体チップ２と、これらを封止した封止樹脂３０（３１，３２）とを含んでいる。封止樹脂３０は、リードフレーム２０を覆う板状をなしている。封止樹脂３０は、その底面をなす下面３０ａと、その天面をなす上面３０ｂとを含んでいる。封止樹脂３０の下面３０ａから、ダイパッド３の下面３ａ、リード４の下面４ａおよび支持部２１の下面が露出される。ダイパッド３の下面３ａおよびリード４の下面４ａは、封止樹脂３０の下面３０ａと面一になっている。

その後、半製品４０を切断して半導体装置１を個別に切り出す工程が行われる。この工程が完了すると、封止樹脂３０は、個々の半導体装置１の封止樹脂５となる（図１１参照）。
具体的には、まず、封止樹脂３０から露出する、ダイパッド３の下面３ａおよびリード４の下面４ａに、半田めっき層（図示略）が形成される（めっき工程）。

次に、図１０に示すように、リードフレーム２０の支持部２１上に設定されたダイシングライン（図示略）に沿って、ダイシングブレード３４を移動させる。ダイシングブレード３４は、その円盤形状の中心軸線まわりに回転しながら、ダイシングライン上を移動する。その際、ダイシングブレード３４は、支持部２１の下面側（封止樹脂３０の下面３０ａ側）から入れられる。これにより、支持部２１と、支持部２１上の封止樹脂３０と、支持部２１の両側の所定幅の領域に存在するリード４の基端部と、リード４の基端部上の封止樹脂３０が除去される（ダイシング工程）。

これにより、図１１に示すように、各リード４が支持部２１から切り離されるとともに、封止樹脂３０が切り分けられて封止樹脂５となる。また、封止樹脂３０における封止樹脂３１は、封止樹脂５における第１樹脂１１となり、封止樹脂３０における封止樹脂３２は、封止樹脂５における第２樹脂１２となる。こうして、リード４の下面４ａおよび外側端面４ｂと、リード４の下面４ａと外側端面４ｂとが交差して形成される角部とが封止樹脂５から露出し、図１に示す構造の半導体装置１の個片が得られる。

前述の第１実施形態では、透光性を有する第１樹脂１１によって受光経路が形成されているので、第１樹脂１１を通じて外部の光を受光部７ａに入力させることができる。
一方、各ボンディングワイヤ９、各ボンディングワイヤ９の半導体チップ本体６のパッド電極８への接続部および各ボンディングワイヤ９のリード４への接続部は、第２樹脂１２によって封止されている。第２樹脂１２は第１樹脂１１よりも熱膨張係数が小さいので、第２樹脂１２は第１樹脂１１に比べて熱膨張および熱収縮の度合いが小さい。このため、ボンディングワイヤ９が透光性を有する第１樹脂１１で封止されている場合に比べて、ボンディングワイヤ９に係る熱応力を低減させることができる。これにより、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によってボンディングワイヤ９が切断したり、外れたりするのを抑制することができる。

前述の第１実施形態に係る半導体装置１は、ＱＦＮが適用された半導体装置であるが、この発明は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）が適用された半導体装置にも適用することができる。
図１２は、この発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図解的な断面図である。図１２は、第１実施形態の図２の断面図に対応する断面図である。図１２において、前述の図２に示された各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。

半導体装置１Ａは、ＳＯＰ（Small Outlined Package）が適用された半導体装置である。第２実施形態に係る半導体装置１Ａは、第１実施形態に係る半導体装置１に比べて、リード４の形態が異なっている。複数のリード４は、ダイパッド３の４つの側面のうち、１組の対向する２側面の両側に、それぞれ同数ずつ設けられている。各リード４は、正面から見てクランク状であり、封止樹脂５内に配置されたインナーリード部４１と、封止樹脂５から外部に突出したアウターリード部４２とを有している。半導体チップ本体６のパッド電極８は、ボンディングワイヤ９によってリード４のインナーリード部４１に接続されている。その他の点は、前述の第１実施形態に係る半導体装置１と同様である。この第２実施形態においても、前述の第１実施形態と同様な効果が得られる。

図１３は、この発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す図解的な平面図である。図１４は、図１３の半導体装置の図解的な断面図である。
半導体装置１Ｂは、上面が開口されたケース５１と、ケース５１内に収容され、上発光素子チップ（半導体チップ）１０１と、ケース５１内の空間部に充填された封止樹脂５２とを含む。

発光素子チップ１０１は、平面視四角形状であり、上面と、下面と、それらを連結する側面とを有している。発光素子チップ１０１の上面は、高域部１２１と、高域部１２１よりも低い位置にある低域部１２２とを含んでいる。低域部１２２は、平面視において、周縁部と１つのコーナ部とに形成されている。高域部１２１は、平面視において、低域部１２２に囲まれた領域に形成されている。平面視において、低域部１２２の高域部１２１側の縁部と、高域部１２１の低域部１２２の縁部との間には、それらを接続するための接続部１２３が形成されている。コーナ部の低域部１２２と高域部１２１との間を接続する接続部１２３は、平面視において内方に凸の湾曲面に形成されている。

コーナ部の低域部１２２には、ｎ側電極１０９が形成されている。高域部１２１には、ｎ側電極１０９のあるコーナ部と対向するコーナ部に、ｐ側電極１１６が形成されている。高域部１２１上面のうち、ｐ側電極１１６を含むコーナ部を除いた領域（図１３に網点で示す領域）が、光が取り出される投光部１２４となっている。つまり、発光素子チップ１０１の上面１２１，１２２には、投光部１２４と、投光部１２４の周囲に配置された複数の電極１０９，１１６が形成されている。

ケース５１は、底壁５３と側壁５４とを含む。底壁５３は、発光素子チップ１０１を支持する絶縁基板５５と、絶縁基板５５の両端から露出するように設けられた一対の端子５６，５７とを備えている。発光素子チップ１０１は、投光部１２４が上を向くような姿勢で、絶縁基板５５に接着剤（図示略）を介して接合されている。
発光素子チップ１０１のｐ側電極１１６と一方の端子５６とが、ボンディングワイヤ（接続金属線）５８によって接続されている。発光素子チップ１０１のｎ側電極１０９と他方の端子５７とが、ボンディングワイヤ５９よって接続されている。

封止樹脂５２は、投光部１２４から外部に光を出力させるための投光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂６１と、投光経路以外の部分を形成する第２樹脂６２とからなる。第１樹脂（投光経路）６１は、発光素子チップ１０１の投光部１２４から、上方に向かって広がる略角錐台形状である。第１樹脂６１は、透明樹脂（透光性樹脂）からなる。第１樹脂６１は、例えば、フィラーを含まない熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

第２樹脂６２は、封止樹脂５２における第１樹脂（投光経路）６１以外の部分を形成している。したがって、各ボンディングワイヤ５８，５９、各ボンディングワイヤ５８，５９の発光素子チップ１０１の電極１０９，１１６への接続部および各ボンディングワイヤ５８，５９の端子５６，５７への接続部は、第２樹脂６２によって封止されている。第２樹脂６２は、第１樹脂６１よりも熱膨張係数が小さい樹脂からなる。第２樹脂６２は、この実施形態では、不透明樹脂（遮光性樹脂）からなる。第２樹脂６２は、例えば、強度や硬度を高めるためのフィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。強度や硬度を高めるためのフィラーには、例えば、ＳｉＯ_２フィラー、Ａｌ_２Ｏ_３フィラー等がある。この実施形態では、第２樹脂６２は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる。

図１５は、図１３の半導体装置に使用されている発光素子チップを示す図解的な平面図である。図１６は、図１５の発光素子チップの図解的な断面図である。
発光素子チップ１０１は、平面視四角形状のチップ状である。発光素子チップ１０１は、表面１０２Ａおよび裏面１０２Ｂを有する基板１０２と、基板１０２の表面１０２Ａに順に積層されたｎ型導電型半導体層１０３、発光層１０４およびｐ型導電型半導体層１０５とを含む。以下、ｎ型導電型半導体層１０３を「ｎ型半導体層１０３」といい、ｐ型導電型半導体層１０５を「ｐ型半導体層１０５」という。基板１０２は、平面視で四角形状である。ｎ型半導体層１０３における周縁部付近を除いた部分と、発光層１０４と、ｐ型半導体層１０５とによって、半導体積層構造部１０６が構成されている。半導体積層構造部１０６は、平面視において、基板１０２とほぼ相似の四角形状であり、１つのコーナ部に切除部１０６Ａを有している。切除部１０６Ａの側面（接続部１２３の一部を構成している）は、平面視において内方に向かって突出した湾曲面に形成されている。

基板１０２は、発光層１０４の発光波長λ（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえば、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなる。「発光波長に対して透明」とは、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が６０％以上の場合をいう。この実施形態では、基板１０２は、サファイア基板である。基板１０２の厚さは、たとえば、２００μｍ〜３００μｍである。

基板１０２の表面１０２Ａには、ｎ型半導体層１０３へ突出する複数の円錐台状の凸部１０７が形成されている。これらの凸部１０７は、図１５に示すように、離散配置されている。この実施形態では、各凸部１０７は、ＳｉＮで形成されている。各凸部１０７は、基板１０２の表面１０２Ａをエッチングすることにより、形成してもよい。
基板１０２の表面１０２Ａに凸部１０７が形成されているので、基板１０２の表面１０２Ａとｎ型半導体層１０３との界面において光が全反射するのを抑制することができる。
これにより、光取り出し効率を向上させることができる。たとえば、基板１０２の裏面１０２Ｂで反射して、基板１０２とｎ型半導体層１０３との界面に対して様々な角度で入射する光が、当該界面において基板１０２の裏面１０２Ｂ側に全反射するのを抑制できる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。

ｎ型半導体層１０３は、基板１０２の表面１０２Ａに積層されている。ｎ型半導体層１０３は、基板１０２の表面１０２Ａの全域を覆っている。ｎ型半導体層１０３によって、全ての凸部１０７は覆われている。ｎ型半導体層１０３は、ｎ型のＧａＮからなり、発光層１０４の発光波長λに対して透明である。
ｎ型半導体層１０３について、基板１０２の表面１０２Ａを覆う下面を裏面１０３Ｂといい、裏面１０３Ｂとは反対側の上面を表面１０３Ａということにする。ｎ型半導体層１０３の表面１０３Ａには、中央部の高位領域と、高位領域の周囲の高位領域より低い低位領域とが存在する。これにより、ｎ型半導体層１０３の表面１０３Ａには、高位領域と低位領域との境界部に段差が形成されている。

高位領域におけるｎ型半導体層１０３が、半導体積層構造部１０６内のｎ型半導体層を構成している。低位領域におけるｎ型半導体層１０３を、半導体積層構造部１０６から引き出された引き出し部１０８ということにする。引き出し部１０８では、その側面が基板１０２の側面と面一に揃う位置まで外側に引き出されている。引き出し部１０８は、半導体積層構造部１０６の周囲を取り囲むように形成されている。

引き出し部１０８の表面（低域部１２２）には、半導体積層構造部１０６の切除部１０６Ａに対応する領域に、ｎ側電極１０９が接触して形成されている。ｎ側電極１０９は、引き出し部１０８の表面に形成されたｎ側透明電極層１１０と、ｎ側透明電極層１１０上に形成されたｎ側パッド１１１とからなる。ｎ側透明電極層１１０は、平面視で基板１０２の４辺と平行な４辺を有する四角形状であり、半導体積層構造部１０６の切除部１０６Ａの側面に対向するコーナ部が外方に突出した湾曲面に形成されている。ｎ側透明電極層１１０は、たとえば、発光層１０４の発光波長λに対して透明な材料（たとえば、ＩＴＯ、ＺｎＯ）からなる。ｎ側パッド１１１は、平面視で円形状である。ｎ側パッド１１１は、たとえば、Ｃｒ、Ａｕからなる。

発光層１０４は、ｎ型半導体層１０３上に積層されている。発光層１０４は、ｎ型半導体層１０３の表面１０３Ａにおける高位領域の全域を覆っている。発光層１０４は、この実施形態では、Ｉｎを含む窒化物半導体（たとえばＩｎＧａＮ）からなる。
ｐ型半導体層１０５は、発光層１０４上に積層されている。ｐ型半導体層１０５は、発光層１０４の表面の全域を覆っている。ｐ型半導体層１０５は、ｐ型のＧａＮからなり、発光層１０４の発光波長λに対して透明である。このように、ｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０５とで発光層１０４を挟んだ発光ダイオード構造（半導体積層構造部１０６）が形成されている。

ｐ型半導体層１０５における発光層１０４とは反対側の表面には、半導体積層構造部１０６の切除部１０６Ａと対向するコーナ寄りの位置に、平面視で円形状の絶縁膜（電流遮断用絶縁膜）１１２が形成されている。絶縁膜１１２は、たとえば、発光層１０４の発光波長λに対して透明なＳｉＯ_２からなる。
ｐ型半導体層１０５の表面の周縁部を除いた領域（電流注入領域）には、ｐ側透明電極層１１５が形成されている。ｐ側透明電極層１１５におけるｐ型半導体層１０５とは反対側の表面が高域部１２１である。ｐ側透明電極層１１５によって、絶縁膜１１２は覆われている。ｐ側透明電極層１１５は、たとえば、発光層１０４の発光波長λに対して透明な材料（たとえば、ＩＴＯ、ＺｎＯ）からなる。ｐ側透明電極層１１５の厚さは、たとえば、１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

ｐ側透明電極層１１５におけるｐ型半導体層１０５とは反対側の表面（高域部１２１）には、絶縁膜１１２の表面と対向する位置（図１６では絶縁膜１１２の真上位置）に、ｐ側電極（ｐ側パッド）１１６が形成されている。ｐ側電極１１６は、平面視で絶縁膜１１２より径の小さな円形状である。ｐ側電極１１６は、たとえば、Ｃｒ、Ａｕからなる。高域部１２１のうちｐ側電極１１６を含むコーナ部を除いた領域が投光部１２４である。

前述の絶縁膜１１２は、よく知られているように、半導体積層構造部１０６におけるｐ側電極１１６の直下以外に電流を流し、ｐ側電極１１６によって遮られる光を低減させるために設けられている。
この発光素子チップ１０１では、ｎ側電極１０９（ｎ側パッド１１１）とｐ側電極（ｐ側パッド）１１６との間に順方向電圧を印加すると、ｐ側電極１１６からｎ側電極１０９へ向かって電流が流れる。電流は、ｐ側電極１１６からｎ側電極１０９へ向かって、ｐ側透明電極層１１５、ｐ型半導体層１０５、発光層１０４およびｎ型半導体層１０３を、この順番で流れる。このように電流が流れることによって、ｎ型半導体層１０３から発光層１０４に電子が注入され、ｐ型半導体層１０５から発光層１０４に正孔が注入される。そして、これらの正孔および電子が発光層１０４で再結合することにより、発光層１０４から波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの光が発生する。この光は、ｐ型半導体層１０５およびｐ側透明電極層１１５を透過して、ｐ側透明電極層１１５の表面（高域部１２１）の投光部１２４から取り出される。

発光層１０４からｎ型半導体層１０３側に向かった光は、ｎ型半導体層１０３を透過する。そして、この光の一部は、ｎ型半導体層１０３と基板１０２との界面や、基板１０２の裏面等で反射する。反射した光は、ｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５およびｐ側透明電極層１１５をこの順で透過して、ｐ側透明電極層１１５の表面（高域部１２１）の投光部１２４から取り出される。

上記第３実施形態では、透光性を有する第１樹脂６１によって投光経路が形成されているので、発光素子チップ１０１の投光部１２４から取り出される光を第１樹脂６１を通じて外部に出力させることができる。
一方、各ボンディングワイヤ５８，５９、各ボンディングワイヤ５８，５９の発光素子チップ１０１の電極１０９，１１６への接続部および各ボンディングワイヤ５８，５９の端子５６，５７への接続部は、第２樹脂６２によって封止されている。第２樹脂６２は第１樹脂６１よりも熱膨張係数が小さいので、第２樹脂６２は第１樹脂６１に比べて熱膨張および熱収縮の度合いが小さい。このため、ボンディングワイヤ５８，５９が透光性を有する第１樹脂６１で封止されている場合に比べて、ボンディングワイヤ５８，５９に係る熱応力を低減させることができる。これにより、封止樹脂の熱膨張および熱収縮によってボンディングワイヤ５８，５９が切断したり、外れたりするのを抑制することができる。

この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 半導体装置
２ 半導体チップ
３ ダイパッド
３ａ 下面
４ リード
４ａ 下面
４ｂ 外側端面
５ 封止樹脂
５ａ 下面
５ｂ 上面
５ｃ 側面
６ 半導体チップ本体
７ 受光素子
７ａ 受光部
８ パッド電極
９ ボンディングワイヤ
１１ 第１樹脂
１２ 第２樹脂
２０ リードフレーム
２１ 支持部
２２ 吊りリード
３０ 封止樹脂
３０ａ 下面
３０ｂ 上面
３１ 封止樹脂
３２ 封止樹脂
４１ インナーリード部
４２ アウターリード部
５１ ケース
５２ 封止樹脂
５３ 底壁
５４ 側壁
５５ 絶縁基板
５６，５７ 端子
５８，５９ ボンディングワイヤ
６１ 第１樹脂
６２ 第２樹脂
１０１ 発光素子チップ（半導体チップ）
１０９ ｎ側電極
１１６ ｐ側電極
１２１ 高域部
１２２ 低域部
１２３ 接続部
１２４ 投光部

Claims (13)

1. 受光部および複数の電極が上面に形成された半導体チップと、
   前記半導体チップの周囲に配置された複数の端子と、
   前記半導体チップの複数の電極と前記複数の端子とを電気的に接続する複数の接続金属線と、
   前記半導体チップおよび前記複数の接続金属線を封止する封止樹脂とを含み、
   前記封止樹脂は、外部から前記受光部に光を入力させるための受光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂と、前記受光経路以外の部分を形成する第２樹脂とを含み、
   前記各接続金属線、前記各接続金属線の前記電極への接続部および前記各接続金属線の前記端子への接続部は、前記第２樹脂によって封止されており、
   前記第２樹脂の熱膨張係数は、前記第１樹脂の熱膨張係数よりも小さい、半導体装置。
2. 前記半導体チップは、半導体チップ本体と、前記半導体チップ本体の上面に形成された受光素子とを含み、前記受光素子の上面が受光部を構成している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記封止樹脂は、前記端子の下面が露出するように、前記半導体チップ、前記複数の接続金属線および前記複数の端子を封止している、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 上面および下面を有し、当該上面に前記半導体チップがダイボンディングされていて、当該下面が前記封止樹脂の下面に露出するように前記封止樹脂で封止されたダイパッドをさらに含む、請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記接続金属線は、銅、金またはアルミニウムからなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記第１樹脂は、透明の熱硬化型のエポキシ系樹脂からなり、
   前記第２樹脂は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記半導体装置は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）が適用された半導体装置である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記半導体装置は、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）が適用された半導体装置である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記半導体装置は、ＳＯＰ（Small Outlined Package）が適用された半導体装置である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 投光部および複数の電極が上面に形成された半導体チップと、
    前記半導体チップの周囲に配置された複数の端子と、
    前記半導体チップの複数の電極と前記複数の端子とを電気的に接続する複数の接続金属線と、
    前記半導体チップおよび前記複数の接続金属線を封止する封止樹脂とを含み、
    前記封止樹脂は、前記投光部から外部に光を出力させるための投光経路を形成しかつ透光性を有する第１樹脂と、前記投光経路以外の部分を形成する第２樹脂とを含み、
    前記各接続金属線、前記各接続金属線の前記電極への接続部および前記各接続金属線の前記端子への接続部は、前記第２樹脂によって封止されており、
    前記第２樹脂の熱膨張係数は、前記第１樹脂の熱膨張係数よりも小さい、半導体装置。
11. 前記半導体チップは、発光素子チップからなる、請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記接続金属線は、銅、金またはアルミニウムからなる、請求項１０または１１に記載の半導体装置。
13. 前記第１樹脂は、透明の熱硬化型のエポキシ系樹脂からなり、
    前記第２樹脂は、ＳｉＯ_２フィラーを含む熱硬化型のエポキシ系樹脂からなる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。

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