JP2022134485A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子に加わる透明樹脂の応力を減少させ、半導体発光素子がランドから剥離することを抑制できる半導体装置の提供。【解決手段】半導体装置１は、ランド２３を有する基板６と、ランド２３に取り付けられた半導体発光素子２０と、半導体発光素子２０を覆う透明樹脂４０と、ランド２３の周辺から半導体発光素子２０の上端２０ａよりも高く突出すると共に、透明樹脂４０と接触する突起部３０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

従来から、下記特許文献１に記載の半導体装置が知られている。この半導体装置においては、配線基板の表面に配置された半導体素子、素子搭載部、リード線の一部、吊りピン部の一部、ダイアタッチ材及びボンディングワイヤ等が、エポキシ樹脂等を材料とする樹脂封止体により樹脂封止されている。

特開２００７－４２７０２号公報

ところで、半導体発光素子（ＬＥＤ光源）を基板に搭載し、当該半導体発光素子を樹脂封止する場合、半導体発光素子の発光を妨げないように透明樹脂を用いるのが一般的である。しかしながら、透明樹脂には、その透光性を確保するために、例えば基板との熱膨張差を緩和する物質などを添加することは困難である。仮に、透明樹脂と基板との間に熱膨張差が生じ、半導体発光素子と基板のランドとの接続界面にせん断応力が加わると、熱ストレスによって半導体発光素子がランドから剥離する可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子に加わる透明樹脂の応力を減少させ、半導体発光素子がランドから剥離することを抑制できる半導体装置の提供を目的とする。

本発明の一態様に係る半導体装置は、ランドを有する基板と、前記ランドに取り付けられた半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う透明樹脂と、前記ランドの周辺から前記半導体発光素子の上端よりも高く突出すると共に、前記透明樹脂と接触する突起部と、を備える。

上記半導体装置において、前記突起部は、前記ランドを挟んで一対で設けられていてもよい。

上記半導体装置において、前記突起部は、平面視で前記ランドに沿って直線状に延びていてもよい。

上記半導体装置において、前記突起部は、平面視で前記ランドに沿ってスポット状に設けられていてもよい。

上記半導体装置において、前記基板は、第１平面と、前記第１平面に対して窪んだ第２平面と、を有し、前記ランドは、前記第２平面に設けられていてもよい。

上記半導体装置において、前記ランドは、前記半導体発光素子を前記ランドに接続する導電性接着材のフィレットよりも外形が小さくてもよい。

上記本発明の一態様によれば、半導体発光素子に加わる透明樹脂の応力を減少させ、半導体発光素子がランドから剥離することを抑制できる半導体装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図１に示す矢視ＩＩ－ＩＩ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る突起部の一変形例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る突起部の一変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の要部の一変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１を示す平面図である。図２は、図１に示す矢視ＩＩ－ＩＩ断面図である。
図１に示す半導体装置１は、反射型光エンコーダである。この半導体装置１は、平面視矩形状の筐体２と、筐体２に収容された投光部３及び受光部４と、筐体２内において投光部３及び受光部４の間を仕切る隔壁５と、を備えている。

隔壁５は、筐体２に収容された基板６上に設けられ、投光部３及び受光部４は、隔壁５を隔てて１枚の基板６上に搭載されている。なお、投光部３と受光部４は、分離した２枚の基板に搭載されていても構わない。

受光部４は、半導体受光素子１０を備えている。半導体受光素子１０は、例えば、光センサー搭載のＣＭＯＳアンプＩＣである。半導体受光素子１０の表面には、複数の接続電極が設けられ、基板６に設けられた複数のボンディングパッド１１と、ボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。

投光部３は、半導体発光素子２０を備えている。半導体発光素子２０は、例えば、ＬＥＤ光源である。半導体発光素子２０の表面には、接続電極が設けられ、基板６に設けられた複数のボンディングパッド２１と、ボンディングワイヤ２２を介して電気的に接続されている。

また、半導体発光素子２０の裏面には、Ａｕ蒸着などで接続電極が設けられ、基板６に設けられたランド２３と、導電性接着材２４を介して電気的に接続されている。導電性接着材２４は、例えば、Ａｇペーストの接着材（主成分はエポキシ樹脂）である。なお、導電性接着材２４の代わりに、半導体発光素子２０をランド２３にはんだで接続しても構わない。

図２の断面図に示すように、半導体発光素子２０は、透明樹脂４０に覆われている。透明樹脂４０は、半導体発光素子２０、ランド２３、導電性接着材２４、基板６の表面７及び後述する突起部３０を封止している。この透明樹脂４０は、基板６（例えば、ガラスエポキシ基板）よりも熱膨張率が高い、例えば透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などである。

ランド２３の周辺には、突起部３０（ダム）が立設している。突起部３０は、基板６の表面７から半導体発光素子２０の上端２０ａよりも高い位置まで突出している。なお、ここで言う「半導体発光素子２０の上端２０ａ」とは、半導体発光素子２０のチップ表面（上面）であるが、チップ表面に突設された図示しない接続電極の上端であっても構わない。

透明樹脂４０は、突起部３０の上端３０ａよりも高い位置までモールドされている。透明樹脂４０は、突起部３０の上端３０ａ及び側面３０ｂと接触している。突起部３０の側面３０ｂは、基板６の表面７に沿う板面方向で、導電性接着材２４による半導体発光素子２０の裏面２０ｂ（Ａｕ蒸着面）とランド２３との接続界面２５及び半導体発光素子２０の側面２０ｃと、透明樹脂４０を隔てて対向している。

図１に示すように、突起部３０は、ランド２３を挟んで一対で設けられている。また、突起部３０は、平面視でランド２３に沿って直線状に平行に延びている。突起部３０の長手方向の寸法は、ランド２３よりも長くなっている。この突起部３０は、平面視矩形の板状部材を基板６に貼り付けるなどして形成することができる。

上記構成の半導体装置１によれば、図２に示すように、ランド２３の周辺から半導体発光素子２０の上端２０ａよりも高く突出する突起部３０が、基板６との熱膨張差により透明樹脂４０が基板６の板面方向に沿って広がろうとする移動を抑制するため、半導体発光素子２０の側面２０ｃに加わる熱応力を緩和することができる。これにより、導電性接着材２４による半導体発光素子２０とランド２３との接続界面２５に加わるせん断応力を低減でき、半導体発光素子２０がランド２３から剥離することを抑制できる。

特に、本実施形態の導電性接着材２４のように、Ａｇペーストの主成分であるエポキシは、自身の－ＯＨ基（ヒドロキシ基）と被接着面の－Ｏ基（カルボニル基）が結合して接着するが、本実施形態の半導体発光素子２０の裏面２０ｂのように、Ａｕ蒸着されている場合、裏面２０ｂは酸化しないことから、基本的にはＡｇペーストで接着しておらず、主成分のエポキシの粘着力でタックしているだけと推定される。このような半導体発光素子２０がランド２３から剥離し易い条件において、本構成は特に有効である。

このように、上述した第１実施形態の半導体装置１は、ランド２３を有する基板６と、ランド２３に取り付けられた半導体発光素子２０と、半導体発光素子２０を覆う透明樹脂４０と、ランド２３の周辺から半導体発光素子２０の上端２０ａよりも高く突出すると共に、透明樹脂４０と接触する突起部３０と、を備える。この構成によれば、半導体発光素子２０に加わる透明樹脂４０の応力を減少させ、半導体発光素子２０がランド２３から剥離することを抑制できる。

また、第１実施形態では、突起部３０は、ランド２３を挟んで一対で設けられている。この構成によれば、半導体発光素子２０の側面２０ｃに加わる透明樹脂４０の応力を左右どちらからも緩和することができる。

また、第１実施形態では、突起部３０は、図１に示す平面視でランド２３に沿って直線状に延びている。この構成によれば、基板６に板状部材を貼り付けるなどして突起部３０を形成することができる。

上述した第１実施形態では、以下のような変形例を採用することができる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る突起部３０の一変形例を示す平面図である。
図３に示す突起部３０は、平面視でランド２３に沿ってスポット状に設けられている。この構成によれば、基板６に対する液状樹脂のポッティングなどで突起部３０を形成することができる。

図４は、本発明の第１実施形態に係る突起部３０の一変形例を示す平面図である。
図４に示す突起部３０は、隔壁５と一体となっている。この構成によれば、隔壁５を樹脂モールドなどで形成するときに、同時に突起部３０も形成することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置１の要部を示す断面図である。
図５に示すように、第２実施形態では、基板６が、第１平面７ａと、第１平面７ａに対して窪んだ第２平面７ｂと、を有し、ランド２３は、第２平面７ｂに設けられている。つまり、第２実施形態の基板６の表面７には、段差が設けられ、当該段差を設けた厚みの薄い部分にランド２３が形成されている。

なお、図５に示す符号８は、基板６に設けられたレジストである。図５において図示しないが、ランド２３の両側には、第１実施形態と同様に一対の突起部３０が形成されている。ちなみに、第２平面７ｂを深く形成し、半導体発光素子２０の上端２０ａがレジスト８の表面以下の高さとなれば、基板６上にダムとなる壁を設けなくても構わない。

上記構成の第２実施形態によれば、ランド２３が基板６の第１平面７ａに対して窪んだ第２平面７ｂに設けられているため、導電性接着材２４による半導体発光素子２０とランド２３との接続界面２５が、透明樹脂４０の応力によってせん断応力がするレジスト８の表面や第１平面７ａと同一平面でなくなる。これにより、導電性接着材２４による半導体発光素子２０とランド２３との接続界面２５に加わるせん断応力を低減でき、半導体発光素子２０がランド２３から剥離することを抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置１の要部を示す断面図である。
図６に示すように、第３実施形態では、ランド２３が、半導体発光素子２０をランド２３に接続する導電性接着材２４のフィレットよりも外形が小さくなっている。なお、第３実施形態においても、図６において図示しないが、ランド２３の両側には、第１実施形態と同様に一対の突起部３０が形成されている。

導電性接着材２４のフィレットとは、半導体発光素子２０の側面２０ｃとランド２３の表面との角部を満たしている部分である。導電性接着材２４は、半導体発光素子２０の側面２０ｃから離れるに従って徐々に薄くなっていく。導電性接着材２４のフィレットは、ランド２３の表面から外側に延出し、ランド２３の側面２３ａに接触（接着）している。また、導電性接着材２４のフィレットの外形部分は、基板６の表面７まで延び、当該表面７と接触（接着）している。

上記構成の第３実施形態によれば、ランド２３が導電性接着材２４のフィレットよりも外形が小さいため、導電性接着材２４のフィレットがランド２３の側面２３ａを抱え込み、アンカー効果が得られる。このため、基板６との熱膨張差によって透明樹脂４０から半導体発光素子２０に応力が加わったとしても、半導体発光素子２０がランド２３から剥離することを抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、図２に示すように、透明樹脂４０は、突起部３０の上端３０ａよりも高い位置までモールドされていると説明したが、図７に示すように、突起部３０の上端３０ａよりも低く、且つ、半導体発光素子２０の上端２０ａよりも高い位置までモールドされている構成であっても構わない。このような構成であっても、突起部３０によって、半導体発光素子２０がランド２３から剥離することを抑制できる。

また、例えば、上記第２実施形態では、図示しない突起部３０があることを前提に説明したが、突起部３０がなく、図５に示す構成のみでも、半導体発光素子２０の剥離防止作用が得られる。したがって、上述した第２実施形態の一部又は全部は、以下の付記１のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
ランドを有する基板と、
前記ランドに取り付けられた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆う透明樹脂と、を備えており、
前記基板は、第１平面と、前記第１平面に対して窪んだ第２平面と、を有し、
前記ランドは、前記第２平面に設けられている、ことを特徴とする半導体装置。

また、例えば、上記第３実施形態でも、図示しない突起部３０があることを前提に説明したが、突起部３０がなく、図６に示す構成のみでも、半導体発光素子２０の剥離防止作用が得られる。したがって、上述した第３実施形態の一部又は全部は、以下の付記２のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記２）
ランドを有する基板と、
前記ランドに取り付けられた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆う透明樹脂と、を備えており、
前記ランドは、前記半導体発光素子を前記ランドに接続する導電性接着材のフィレットよりも外形が小さい、ことを特徴とする半導体装置。

１…半導体装置、２…筐体、３…投光部、４…受光部、５…隔壁、６…基板、７…表面、７ａ…第１平面、７ｂ…第２平面、８…レジスト、１０…半導体受光素子、１１…ボンディングパッド、１２…ボンディングワイヤ、２０…半導体発光素子、２０ａ…上端、２０ｂ…裏面、２０ｃ…側面、２１…ボンディングパッド、２２…ボンディングワイヤ、２３…ランド、２３ａ…側面、２４…導電性接着材、２５…接続界面、３０…突起部、３０ａ…上端、３０ｂ…側面、４０…透明樹脂

Claims (6)

1. ランドを有する基板と、
   前記ランドに取り付けられた半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子を覆う透明樹脂と、
   前記ランドの周辺から前記半導体発光素子の上端よりも高く突出すると共に、前記透明樹脂と接触する突起部と、を備える、ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記突起部は、前記ランドを挟んで一対で設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体装置。
3. 前記突起部は、平面視で前記ランドに沿って直線状に延びている、ことを特徴とする請求項１または２に記載された半導体装置。
4. 前記突起部は、平面視で前記ランドに沿ってスポット状に設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載された半導体装置。
5. 前記基板は、第１平面と、前記第１平面に対して窪んだ第２平面と、を有し、
   前記ランドは、前記第２平面に設けられている、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記ランドは、前記半導体発光素子を前記ランドに接続する導電性接着材のフィレットよりも外形が小さい、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体装置。

Images