JP3885670B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空型樹脂パッケージの内部底面部に固着した半導体素子主面や中空パッケージ内部端子と半導体素子上の電極端子とを電気的に接続する導体や中空パッケージ内部端子を除く領域を低吸湿樹脂で覆った半導体装置とその製造方法であり、高透湿度樹脂中に乾燥剤を混ぜた低吸湿性樹脂は中空内の湿気を強力に吸収し、材質は硬化後も低応力のシリコーンであるため、半導体素子への硬化収縮応力も極めて小さい等の特性を有することを特徴とする半導体装置の構造及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の撮像機能を有する半導体素子７を塔載した半導体装置１４の構造を図１９、図２０を用いて説明を行い、その製造方法を図２１（ａ）から図２１（ｆ）を用いて説明する。撮像機能を有する半導体素子７を塔載した従来の半導体装置１４の斜視図と、そのＡ−Ａ部断面図を図１９および図２０にそれぞれ示す。
【０００３】
まず、従来の半導体装置１４の構造はシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤とシリカの混合微粒を混合した充填剤等を所定比で混合したエポキシ樹脂で形成される外囲器、その外囲器の中空底部に設けられたパッケージ底面２、パッケージ底面２より上方周囲に設けた内部端子３、外囲器最上部の封着面４、外囲器の外部側壁から延在し所定の形状に成形された外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１と、パッケージ底面２に熱硬化型樹脂からなる固着物６で取り付けられた撮像機能を有する半導体素子７と、半導体素子７の主面上周辺に設けられている電極端子９と、中空型樹脂パッケージ１の内部端子３と電極端子９を接続する導体１０と、封着面４に熱或いは紫外線もしくは両者の性能を有する封着物１１で封着されるガラス板１２で構成される。
【０００４】
つぎに、従来の半導体装置１４の製造方法を図２１の断面フローチャート（ａ）から（ｆ）を用いて説明する。
【０００５】
図２１（ａ）は上記半導体装置１４の説明に用いたパッケージ底面２、内部端子３、封着面４、外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１の断面を示す。
【０００６】
図２１（ｂ）はパッケージ底面２に適量の熱硬化型で導電性もしくは非導電性のペースト状固着物６を塗布した断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたマルチノズルからパッケージ底面２の半導体素子７塔載部への塗出や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた固着物６をパッケージ底面２の半導体素子７塔載部へ転写により行う。
【０００７】
図２１（ｃ）はパッケージ底面２に塗布された固着物６の上から半導体素子７を貼りつけた断面を示す。半導体素子７のパッケージ底面２への固着手段は中空型樹脂パッケージ１の所定の部分を基準にして、Ｘ方向、Ｙ方向の２次元的位置および半導体素子７主面の基準面からの高さや傾斜を規定された範囲内に精度良く貼りつける。半導体素子７を精度良くパッケージ底面２に貼りつけた後１５０℃から１８０℃の温度条件で１時間から１．５時間加熱硬化することで半導体素子７をパッケージ底面２に固着を行う。
【０００８】
図２１（ｄ）は半導体素子７の主面８上周辺の電極端子９と中空型樹脂パッケージ１内部の内部端子３を導体１０で接続した断面を示す。導体１０の接続手段は１０μｍから３５μｍ径の金線を用いて熱圧着と超音波接合を併用した合金化接合により行う。金線は先端部を放電により溶融して球状にし、これを電極端子９の上から１２０℃から１８０℃の温度と押圧加重１０ｇｆから２０ｇｆ、超音波振動を加えて接続する。
【０００９】
図２１（ｅ）は封着面４に熱硬化型または紫外線硬化型もしくは両性能を備えたペースト状の有機封着物１１を塗布した際の断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたノズルから封着面４への描画塗布や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた封着物１１を封着面４に溢れ出すことの無い適量を転写する。
【００１０】
図２１（ｆ）は封着面４に塗布された封着物１１の上から所定の厚みの透明ガラス板１２を貼りつけた断面を示す。このガラス板１２の表面はパッケージ基準面と平行を維持するように貼りあわせて仮固定し、その後ガラス板１２を通して紫外線照射を行ったり、加熱することで封着物１１を硬化して封着面４にガラス板１２をしっかりと固定する。
【００１１】
上記の工程処理のようにして撮像機能を有する従来の半導体装置１４が実現されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では乾燥剤を充填剤として含有する樹脂は、エポキシ系樹脂で構成されており、樹脂パッケージの中空部に拡散により進入したり、ガラス板を封着する際に取り込まれた湿気が乾燥剤に吸収されるにはエポキシ樹脂自身が拡散係数の小さい材料であるため時間を要し、従って高温多湿の雰囲気で使用されてパッケージ内に取り込まれた湿気が外部環境と平衡に達した状態で常温で使用するとガラス内面に結露する。そのために、一旦長時間（１時間以上）常温で保管し、過剰湿気が乾燥剤に吸収されるまで待機する必要があった。加えて長時間過剰湿気中に半導体素子がさらされるために、電極端子（ボンディングパッド）の腐食につながるという課題を有していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は中空型樹脂パッケージ内部の半導体素子主面を除く領域にシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤の微粉と暗色顔料を混ぜたゲル状吸湿性樹脂を滴下塗布する。また、パッケージ底面の半導体素子塔載領域近傍を除く面に溝を設けて溝中に乾燥剤の環状塊を埋設するために吸湿性樹脂を乾燥剤の塊と共に配置する。本構造によって半導体素子に機械的歪みの影響を与えず、パッケージ内部に存在する湿気は迅速にシリコーンゲル中の乾燥剤に吸収され、またその粘着性から塵埃を捕獲できる良好な半導体装置が実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１から図１８、図２２、図２３を用いて順次説明を行う。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態における半導体装置１４の構造を図１および図２を用いて説明する。本発明の中空型樹脂パッケージ１構成材料はエポキシ樹脂、シリカの充填剤等を所定比で混合した熱硬化性封止樹脂１５とＦｅ−Ｎｉ合金リードフレームの各材質で形成される。中空型樹脂パッケージ１は外囲器と外囲器に形成された中空部と中空部周囲の封着面４と内部端子３とパッケージ底面２と外部端子５で構成される。各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器上面に中空部が設けられており、外囲器上面はガラス板１２を貼りつける封着面４と中空部の開口を、中空内部は中間周辺面に撮像機能を有する半導体素子７主面上の電極端子９と接続するための内部端子３と下面に半導体素子７を塔載するためのパッケージ底面２を、外囲器外部側面は内部端子３と外部回路を接続するための外部端子５をそれぞれ備えている。また内部端子３と外部端子５の表面はＡｕでメッキされている。
【００１６】
このような構造の中空型樹脂パッケージ１のパッケージ底面２上にＡｇとエポキシ樹脂を主成分とする固着物６で半導体素子７が固着されており、半導体素子７主面周辺に配置されている前記電極端子９と中空型樹脂パッケージ１の内部端子３がＡｕ細線から成る導体１０で電気的に接続される。この形態の中空型樹脂パッケージ１中空部内の半導体素子７主面を除いたパッケージ底面２と内部端子３を覆うようにシリコーン樹脂にシリカゲルの微粉末充填剤と暗色顔料を混ぜた本発明のゲル状吸湿性樹脂１３が滴下塗布され液面が平坦になってから加熱硬化され、中空型樹脂パッケージ１が傾斜した際に流動が生じない構造としている。この中空部を外部の多湿環境と遮断するために中空型樹脂パッケージ１外囲器封着面４上にエポキシ樹脂を主成分とする封着物１１でガラス板１２が貼りつけられ、最後に外部端子５が所望する形状に金型で切断成形される。
【００１７】
以下にシリコーン系ゲル状吸湿性樹脂１３と従来の樹脂のヤング率、指触性、透湿度、熱伝導率における特性比較を示すが、それぞれの項目で本発明の半導体装置１４に適用されるシリコーン系ゲル状吸湿性樹脂１３は本発明の目的に対して従来のエポキシ系樹脂と同等もしくは優れた性能である。即ち中空型樹脂パッケージ１や半導体素子７に対する応力は低ヤング率、低応力化が図れ、進入した水分も高透湿度のためゲル状吸湿性樹脂１３に混ぜた粉末乾燥剤（シリカゲルやモレキュラーシーブズ）に早く吸収され内部結露が防止でき、封着後中空部中に屑が残存する場合は樹脂が硬化後も高指触性であるため屑を捕獲できる等の優れた機能を実現出来る。
【００１８】
本発明の第２の実施の形態における半導体装置１４の構造を図３から図６を用いて説明する。本発明の中空型樹脂パッケージ１構成材料は実施形態１に記載の各材質と同様のもので形成される。本発明と実施形態１の相異は実施形態１の中空型樹脂パッケージ１を構成する外囲器と外囲器に形成された中空部と中空部周囲の封着面４と内部端子３とパッケージ底面２と外部端子５とパッケージ底面２の半導体素子７固着領域を包囲するように形成された隔壁１９を備える点である。
【００１９】
各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器の上面周辺にガラス板１２を貼りつける封着面４と封着面内側に中空部の開口を配置し、外囲器中空内部の周辺段差面に外部端子５と一体の内部端子３と、下面に半導体を塔載するためのパッケージ底面２およびパッケージ底面２の半導体素子７塔載領域を包囲するように設けられる隔壁１９を配置し、外囲器外部側面に内部端子３と外部回路を接続するための外部端子５を配置する。
【００２０】
隔壁１９の高さは外囲器封着面との間に導体１０を配置可能にする高さ以下で形成され、外囲器内壁と隔壁１９間のパッケージ底面２と内部端子３上を覆うようにシリコーン樹脂と乾燥剤、暗色顔料を混ぜたゲル状吸湿性樹脂１３を滴下塗布後加熱硬化して得られる。
【００２１】
このような構造にすることで、ガラス封着後に中空型樹脂パッケージ１の中空内に残存もしくは進入してきた水分は透水性の高いシリコーン樹脂中にすばやく進入し、シリコーン樹脂中に混ぜられている粉末乾燥剤（シリカゲルもしくはモレキュラーシーブズ）に吸収される。その結果中空内は常時乾燥状態に保たれて中空内外間の温度差によるガラス板内面の結露が防止でき、加えてシリコーン樹脂の半導体素子７主面への塗れあがりを防止出来る信頼性の高い半導体装置１４が実現できる。また、中空型樹脂パッケージ１への応力や、中空型樹脂パッケージ１中の屑の捕獲も実施形態１と同様の効果が実現出来るものである。
【００２２】
本発明の第３の実施形態における半導体装置１４の構造を図７から図１２を用いて説明する。
【００２３】
本発明の中空型樹脂パッケージ１構成材料は実施形態１に記載の各材質と同様のもので形成される。本発明と実施形態１の相異は実施形態１の中空型樹脂パッケージ１を構成する外囲器と外囲器に形成された中空部と中空部周囲の封着面４と内部端子３とパッケージ底面２と外部端子５に加えて半導体素子７固着領域を包囲するように形成された隔壁１９と内部端子３が形成されている段差との間のパッケージ底面２に溝１６を設け、溝１６の中にゲル状吸湿性樹脂１３と共に乾燥剤の塊１７を埋設する点である。
【００２４】
各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器の上面周辺にガラス板１２を貼りつける封着面４と封着面４内側に中空部の開口を配置し、外囲器中空内部の周辺段差面に外部端子５と一体の内部端子３を配置し、下面に半導体素子７塔載領域と領域の周囲に設ける溝１６を配置する。溝にはゲル状吸湿性樹脂１３と共にシリカゲル乾燥剤の塊１７を埋設し、塊１７は環状もしくは分割して用いる。
【００２５】
このような構造を実現することで、ガラス封着後に中空型樹脂パッケージ１の中空内に残存もしくは進入してきた水分は透水性の高いシリコーン樹脂中にすばやく進入し、シリコーン樹脂中に混ぜられている粉末乾燥剤（シリカゲルもしくはモレキュラーシーブズ）に吸収される。その結果中空内は常時乾燥状態に保たれて中空内外間の温度差によるガラス板１２内面の結露が防止でき加えて中空内の飽和吸水量が高くなり、外部温度変化による中空型樹脂パッケージ１内での結露が一層防止できる信頼性の高い半導体装置１４が実現できる。
【００２６】
また、中空型樹脂パッケージ１への応力や、中空型樹脂パッケージ中の屑の捕獲も第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様の効果が実現できるものである。
【００２７】
以上に第１の実施の形態から第３の実施の形態までの内容を説明したが、各実施の形態をそれぞれ組み合わせて用いることで一層の効果が得られるものである。その実施の形態の断面を図１３から図１６、図２２、図２３に示した。図１３は第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態の組み合わせで、図１４は第１の実施の形態と第２の実施の形態の組み合わせで、図１５は第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態に加えて半導体素子固着面にリードフレームの構成部品であるダイパッド１８を組み合わせ、図１６は第１の実施の形態のパッケージ底面２に溝１６を形成したもので、図２２は図１６のゲル状吸湿性樹脂の量を増やして、吸湿性を強化したものである。
【００２８】
以上の各実施の形態の構造を実現するためにリードフレーム材料のＣｕ系の使用、固着物６にＡｌペーストや半硬化状のシート剤の使用、導体１０にＣｕやＡｌ細線の使用、乾燥剤にモレキュラーシーブズの使用、封着物１１にスクリーン印刷法で形成される紫外線硬化型や熱硬化型の使用、リードフレーム表面のメッキにＰｄの使用を行っても何ら問題はない。
【００２９】
さらに中空型樹脂パッケージがレンズ一体型の場合はガラス板１２および封着物１１を使用せずにレンズユニットで直接封着しても何ら問題は無い。さらにパッケージ底面２にリードフレームで構成されるダイパッドを有していても何ら問題は無い。
【００３０】
つぎに本発明の半導体装置１４を実現するための第１の実施の形態による製造方法を図１７と図１８（ａ）から図１８（ｈ）を用いて説明する。
【００３１】
図１８（ａ）は第１の実施の形態で述べた半導体装置１４の構造における説明に用いたパッケージ底面２、内部端子３、パッケージ枠部上の封着面４、外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１の断面を示す。
【００３２】
図１８（ｂ）は中空型樹脂パッケージ１の表面を酸素プラズマやアルゴンスパッターで処理して樹脂表面の改質と同時に、内部端子３や外部端子５表面上の薄い樹脂被膜を除去して清浄化を行う。
【００３３】
図１８（ｃ）はパッケージ底面２に適量の熱硬化型で導電性もしくは非導電性のペースト状固着物６を塗布した断面を示すが、シート状であっても問題は無い。塗布の手段はディスペンサーに装着されたマルチノズルからパッケージ底面２の半導体素子７塔載部への塗出や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた固着物６をパッケージ底面２の半導体素子７塔載部へ転写により行う。
【００３４】
図１８（ｄ）はパッケージ底面２に塗布された固着物６の上から半導体素子７を貼りつけた断面を示す。半導体素子７のパッケージ底面２への固着手段は中空型樹脂パッケージ１の所定の部分を基準にして、Ｘ方向、Ｙ方向の２次元的位置および半導体素子７主面の基準面からの高さや傾斜を規定された範囲内の精度に貼りつける。半導体素子７を精度良くパッケージ底面２に固着物６で貼りつけた後１５０℃から１８０℃の温度条件で１時間から１．５時間加熱硬化することで半導体素子７をパッケージ底面２に固着を行う。
【００３５】
図１８（ｅ）は半導体素子７の主面上周辺の電極端子９と中空型樹脂パッケージ１内部の内部端子３を導体１０で接続した断面を示す。導体１０の接続手段は１５μｍから３０μｍ径の金線を用いて熱圧着と超音波接合を併用した合金化接合により行う。金線は先端部を放電により溶融して球状にし、これを電極端子９の上から１２０℃から１８０℃の温度と４０ｇｆから８０ｇｆの押圧加重および超音波振動を加えて接続し、導体１０の内部端子３への接続は１２０ｇｆから１８０ｇｆの押圧加重および超音波振動を加えて接続する。
【００３６】
図１８（ｆ）はパッケージ底面２上にゲル状吸湿性樹脂１３を滴下しそして硬化した状態の断面を示す。低応力吸湿性樹脂１３の配合、塗布、硬化の手段は１μｍから２００μｍ径のシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤微粉充填剤と暗色顔料を練り込んだ主剤のゲル状シリコーン樹脂と硬化剤を重量比１０：１（材料の種類により異なる）で混ぜた低応力吸湿性樹脂１３をディスペンサーを用いてパッケージ底面２に半導体素子７の主面と内部端子３を設けた段差面を除き滴下塗布する。塗布量はパッケージ寸法と塔載される半導体素子７の組合わせにより異なる。そして１２０℃から１５０℃の温度で１時間から１．５時間の加熱硬化を行う。
【００３７】
図１８（ｇ）はパッケージ枠部上面４に熱硬化型または紫外線硬化型もしくは両性能を備えたペースト状の有機封着物１１を塗布した際の断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたノズルからパッケージ枠部上面４への描画塗布や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた封着物１１をパッケージ枠部上面４に溢れ出すことの無い適量を転写する。
【００３８】
図１８（ｈ）はパッケージ枠部上面４に塗布された封着物１１の上から所定の厚みの透明ガラス板１２を貼りつけた断面を示す。このガラス板１２の表面はパッケージ基準面と平行を維持するように貼りあわせて仮固定し、その後ガラス板１２を通して紫外線照射を行ったり、加熱することで封着物１１を硬化してパッケージ枠部上の封着面４にガラス板１２をしっかりと固定する。
【００３９】
このような製造方法を実施することで中空部内の湿気や塵埃が捕獲出来て半導体素子７に対して応力が小さい本発明の実施形態１の撮像機能を有する半導体装置１４が達成される。また、第２の実施の形態では中空型樹脂パッケージのパッケージ底面２に隔壁８を備え、第３の実施の形態ではゲル状吸湿性樹脂の塗布領域に溝１６を形成しそこにゲル状吸湿性樹脂１３と共に乾燥剤の塊１７を埋設する点以外は同じ製造方法を使用するものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば中空型樹脂パッケージ１の内部に存在する湿気が外部温度変化により、ガラス板１２内面に結露する問題が解決され、ゲル状吸湿性樹脂１３の表面が粘着性であることから撮像素子の大敵である塵埃の捕獲ができて、さらに半導体素子には機械的歪みの影響を及ぼさない等の高信頼性半導体装置１４が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体装置におけるＢ−Ｂ断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂滴下塗布前での半導体装置における斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図５】本発明の第２の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂滴下塗布前での半導体装置におけるＣ−Ｃ断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置におけるＤ−Ｄ断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図８】本発明の第３の実施の形態の半導体装置におけるＥ−Ｅ断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂中に埋設される環状乾燥剤配置例の平面図
【図１０】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における平面図
【図１１】本発明の第３の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂中に埋設される分割乾燥剤配置例の平面図
【図１２】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における平面図
【図１３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせた半導体装置における断面図
【図１４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせた半導体装置における断面図
【図１５】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態に加えてパッケージ底面にダイパッドを備える半導体装置における断面図
【図１６】本発明の第２の実施の形態から隔壁を取り除き、ゲル状吸湿性樹脂を内部端子形成段差面以下に滴下塗布した半導体装置における断面図
【図１７】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図１８】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における組立工程図
【図１９】従来例の半導体装置における斜視図
【図２０】従来例の半導体装置におけるＡ−Ａ断面図
【図２１】従来例の半導体装置における組立工程図
【図２２】本発明の他の実施の形態の半導体装置における断面図
【図２３】本発明の他の実施の形態の半導体装置における組立工程図
【符号の説明】
１ 中空型樹脂パッケージ
２ パッケージ底面
３ 内部端子
４ 封着面（外囲器中空部上面）
５ 外部端子
６ 固着物（ＤＢ剤）
７ 半導体素子
８ 主面
９ 電極端子（ボンディングパッド）
１０ 導体（金属細線）
１１ 封着物
１２ ガラス板
１３ ゲル状吸湿性樹脂
１４ 半導体装置
１６ 溝
１７ 塊（乾燥剤）
１８ 導電性固着台
１９ 隔壁
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空型樹脂パッケージの内部底面部に固着した半導体素子主面や中空パッケージ内部端子と半導体素子上の電極端子とを電気的に接続する導体や中空パッケージ内部端子を除く領域を低吸湿樹脂で覆った半導体装置とその製造方法であり、高透湿度樹脂中に乾燥剤を混ぜた低吸湿性樹脂は中空内の湿気を強力に吸収し、材質は硬化後も低応力のシリコーンであるため、半導体素子への硬化収縮応力も極めて小さい等の特性を有することを特徴とする半導体装置の構造及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の撮像機能を有する半導体素子７を塔載した半導体装置１４の構造を図１９、図２０を用いて説明を行い、その製造方法を図２１（ａ）から図２１（ｆ）を用いて説明する。撮像機能を有する半導体素子７を塔載した従来の半導体装置１４の斜視図と、そのＡ−Ａ部断面図を図１９および図２０にそれぞれ示す。
【０００３】
まず、従来の半導体装置１４の構造はシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤とシリカの混合微粒を混合した充填剤等を所定比で混合したエポキシ樹脂で形成される外囲器、その外囲器の中空底部に設けられたパッケージ底面２、パッケージ底面２より上方周囲に設けた内部端子３、外囲器最上部の封着面４、外囲器の外部側壁から延在し所定の形状に成形された外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１と、パッケージ底面２に熱硬化型樹脂からなる固着物６で取り付けられた撮像機能を有する半導体素子７と、半導体素子７の主面上周辺に設けられている電極端子９と、中空型樹脂パッケージ１の内部端子３と電極端子９を接続する導体１０と、封着面４に熱或いは紫外線もしくは両者の性能を有する封着物１１で封着されるガラス板１２で構成される。
【０００４】
つぎに、従来の半導体装置１４の製造方法を図２１の断面フローチャート（ａ）から（ｆ）を用いて説明する。
【０００５】
図２１（ａ）は上記半導体装置１４の説明に用いたパッケージ底面２、内部端子３、封着面４、外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１の断面を示す。
【０００６】
図２１（ｂ）はパッケージ底面２に適量の熱硬化型で導電性もしくは非導電性のペースト状固着物６を塗布した断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたマルチノズルからパッケージ底面２の半導体素子７塔載部への塗出や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた固着物６をパッケージ底面２の半導体素子７塔載部へ転写により行う。
【０００７】
図２１（ｃ）はパッケージ底面２に塗布された固着物６の上から半導体素子７を貼りつけた断面を示す。半導体素子７のパッケージ底面２への固着手段は中空型樹脂パッケージ１の所定の部分を基準にして、Ｘ方向、Ｙ方向の２次元的位置および半導体素子７主面の基準面からの高さや傾斜を規定された範囲内に精度良く貼りつける。半導体素子７を精度良くパッケージ底面２に貼りつけた後１５０℃から１８０℃の温度条件で１時間から１．５時間加熱硬化することで半導体素子７をパッケージ底面２に固着を行う。
【０００８】
図２１（ｄ）は半導体素子７の主面８上周辺の電極端子９と中空型樹脂パッケージ１内部の内部端子３を導体１０で接続した断面を示す。導体１０の接続手段は１０μｍから３５μｍ径の金線を用いて熱圧着と超音波接合を併用した合金化接合により行う。金線は先端部を放電により溶融して球状にし、これを電極端子９の上から１２０℃から１８０℃の温度と押圧加重１０ｇｆから２０ｇｆ、超音波振動を加えて接続する。
【０００９】
図２１（ｅ）は封着面４に熱硬化型または紫外線硬化型もしくは両性能を備えたペースト状の有機封着物１１を塗布した際の断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたノズルから封着面４への描画塗布や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた封着物１１を封着面４に溢れ出すことの無い適量を転写する。
【００１０】
図２１（ｆ）は封着面４に塗布された封着物１１の上から所定の厚みの透明ガラス板１２を貼りつけた断面を示す。このガラス板１２の表面はパッケージ基準面と平行を維持するように貼りあわせて仮固定し、その後ガラス板１２を通して紫外線照射を行ったり、加熱することで封着物１１を硬化して封着面４にガラス板１２をしっかりと固定する。
【００１１】
上記の工程処理のようにして撮像機能を有する従来の半導体装置１４が実現されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では乾燥剤を充填剤として含有する樹脂は、エポキシ系樹脂で構成されており、樹脂パッケージの中空部に拡散により進入したり、ガラス板を封着する際に取り込まれた湿気が乾燥剤に吸収されるにはエポキシ樹脂自身が拡散係数の小さい材料であるため時間を要し、従って高温多湿の雰囲気で使用されてパッケージ内に取り込まれた湿気が外部環境と平衡に達した状態で常温で使用するとガラス内面に結露する。そのために、一旦長時間（１時間以上）常温で保管し、過剰湿気が乾燥剤に吸収されるまで待機する必要があった。加えて長時間過剰湿気中に半導体素子がさらされるために、電極端子（ボンディングパッド）の腐食につながるという課題を有していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は中空型樹脂パッケージ内部の半導体素子主面を除く領域にシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤の微粉と暗色顔料を混ぜたゲル状吸湿性樹脂を滴下塗布する。また、パッケージ底面の半導体素子塔載領域近傍を除く面に溝を設けて溝中に乾燥剤の環状塊を埋設するために吸湿性樹脂を乾燥剤の塊と共に配置する。本構造によって半導体素子に機械的歪みの影響を与えず、パッケージ内部に存在する湿気は迅速にシリコーンゲル中の乾燥剤に吸収され、またその粘着性から塵埃を捕獲できる良好な半導体装置が実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１から図１８、図２２、図２３を用いて順次説明を行う。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態における半導体装置１４の構造を図１および図２を用いて説明する。本発明の中空型樹脂パッケージ１構成材料はエポキシ樹脂、シリカの充填剤等を所定比で混合した熱硬化性封止樹脂１５とＦｅ−Ｎｉ合金リードフレームの各材質で形成される。中空型樹脂パッケージ１は外囲器と外囲器に形成された中空部と中空部周囲の封着面４と内部端子３とパッケージ底面２と外部端子５で構成される。各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器上面に中空部が設けられており、外囲器上面はガラス板１２を貼りつける封着面４と中空部の開口を、中空内部は中間周辺面に撮像機能を有する半導体素子７主面上の電極端子９と接続するための内部端子３と下面に半導体素子７を塔載するためのパッケージ底面２を、外囲器外部側面は内部端子３と外部回路を接続するための外部端子５をそれぞれ備えている。また内部端子３と外部端子５の表面はＡｕでメッキされている。
【００１６】
このような構造の中空型樹脂パッケージ１のパッケージ底面２上にＡｇとエポキシ樹脂を主成分とする固着物６で半導体素子７が固着されており、半導体素子７主面周辺に配置されている前記電極端子９と中空型樹脂パッケージ１の内部端子３がＡｕ細線から成る導体１０で電気的に接続される。この形態の中空型樹脂パッケージ１中空部内の半導体素子７主面を除いたパッケージ底面２と内部端子３を覆うようにシリコーン樹脂にシリカゲルの微粉末充填剤と暗色顔料を混ぜた本発明のゲル状吸湿性樹脂１３が滴下塗布され液面が平坦になってから加熱硬化され、中空型樹脂パッケージ１が傾斜した際に流動が生じない構造としている。この中空部を外部の多湿環境と遮断するために中空型樹脂パッケージ１外囲器封着面４上にエポキシ樹脂を主成分とする封着物１１でガラス板１２が貼りつけられ、最後に外部端子５が所望する形状に金型で切断成形される。
【００１７】
以下にシリコーン系ゲル状吸湿性樹脂１３と従来の樹脂のヤング率、指触性、透湿度、熱伝導率における特性比較を示すが、それぞれの項目で本発明の半導体装置１４に適用されるシリコーン系ゲル状吸湿性樹脂１３は本発明の目的に対して従来のエポキシ系樹脂と同等もしくは優れた性能である。即ち中空型樹脂パッケージ１や半導体素子７に対する応力は低ヤング率、低応力化が図れ、進入した水分も高透湿度のためゲル状吸湿性樹脂１３に混ぜた粉末乾燥剤（シリカゲルやモレキュラーシーブズ）に早く吸収され内部結露が防止でき、封着後中空部中に屑が残存する場合は樹脂が硬化後も高指触性であるため屑を捕獲できる等の優れた機能を実現出来る。
【００１８】
【００１９】
各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器の上面周辺にガラス板１２を貼りつける封着面４と封着面内側に中空部の開口を配置し、外囲器中空内部の周辺段差面に外部端子５と一体の内部端子３と、下面に半導体を塔載するためのパッケージ底面２およびパッケージ底面２の半導体素子７塔載領域を包囲するように設けられる隔壁１９を配置し、外囲器外部側面に内部端子３と外部回路を接続するための外部端子５を配置する。
【００２０】
隔壁１９の高さは外囲器封着面との間に導体１０を配置可能にする高さ以下で形成され、外囲器内壁と隔壁１９間のパッケージ底面２と内部端子３上を覆うようにシリコーン樹脂と乾燥剤、暗色顔料を混ぜたゲル状吸湿性樹脂１３を滴下塗布後加熱硬化して得られる。
【００２１】
このような構造にすることで、ガラス封着後に中空型樹脂パッケージ１の中空内に残存もしくは進入してきた水分は透水性の高いシリコーン樹脂中にすばやく進入し、シリコーン樹脂中に混ぜられている粉末乾燥剤（シリカゲルもしくはモレキュラーシーブズ）に吸収される。その結果中空内は常時乾燥状態に保たれて中空内外間の温度差によるガラス板内面の結露が防止でき、加えてシリコーン樹脂の半導体素子７主面への塗れあがりを防止出来る信頼性の高い半導体装置１４が実現できる。また、中空型樹脂パッケージ１への応力や、中空型樹脂パッケージ１中の屑の捕獲も実施形態１と同様の効果が実現出来るものである。
【００２２】
本発明の第３の実施形態における半導体装置１４の構造を図７から図１２を用いて説明する。
【００２３】
本発明の中空型樹脂パッケージ１構成材料は実施形態１に記載の各材質と同様のもので形成される。本発明と実施形態１の相異は実施形態１の中空型樹脂パッケージ１を構成する外囲器と外囲器に形成された中空部と中空部周囲の封着面４と内部端子３とパッケージ底面２と外部端子５に加えて半導体素子７固着領域を包囲するように形成された隔壁１９と内部端子３が形成されている段差との間のパッケージ底面２に溝１６を設け、溝１６の中にゲル状吸湿性樹脂１３と共に乾燥剤の塊１７を埋設する点である。
【００２４】
各構成物の位置関係は中空型樹脂パッケージ１外囲器の上面周辺にガラス板１２を貼りつける封着面４と封着面４内側に中空部の開口を配置し、外囲器中空内部の周辺段差面に外部端子５と一体の内部端子３を配置し、下面に半導体素子７塔載領域と領域の周囲に設ける溝１６を配置する。溝にはゲル状吸湿性樹脂１３と共にシリカゲル乾燥剤の塊１７を埋設し、塊１７は環状もしくは分割して用いる。
【００２５】
このような構造を実現することで、ガラス封着後に中空型樹脂パッケージ１の中空内に残存もしくは進入してきた水分は透水性の高いシリコーン樹脂中にすばやく進入し、シリコーン樹脂中に混ぜられている粉末乾燥剤（シリカゲルもしくはモレキュラーシーブズ）に吸収される。その結果中空内は常時乾燥状態に保たれて中空内外間の温度差によるガラス板１２内面の結露が防止でき加えて中空内の飽和吸水量が高くなり、外部温度変化による中空型樹脂パッケージ１内での結露が一層防止できる信頼性の高い半導体装置１４が実現できる。
【００２６】
また、中空型樹脂パッケージ１への応力や、中空型樹脂パッケージ中の屑の捕獲も第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様の効果が実現できるものである。
【００２７】
以上に第１の実施の形態から第３の実施の形態までの内容を説明したが、各実施の形態をそれぞれ組み合わせて用いることで一層の効果が得られるものである。その実施の形態の断面を図１３から図１６、図２２、図２３に示した。図１３は第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態の組み合わせで、図１４は第１の実施の形態と第２の実施の形態の組み合わせで、図１５は第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態に加えて半導体素子固着面にリードフレームの構成部品であるダイパッド１８を組み合わせ、図１６は第１の実施の形態のパッケージ底面２に溝１６を形成したもので、図２２は図１６のゲル状吸湿性樹脂の量を増やして、吸湿性を強化したものである。
【００２８】
以上の各実施の形態の構造を実現するためにリードフレーム材料のＣｕ系の使用、固着物６にＡｌペーストや半硬化状のシート剤の使用、導体１０にＣｕやＡｌ細線の使用、乾燥剤にモレキュラーシーブズの使用、封着物１１にスクリーン印刷法で形成される紫外線硬化型や熱硬化型の使用、リードフレーム表面のメッキにＰｄの使用を行っても何ら問題はない。
【００２９】
さらに中空型樹脂パッケージがレンズ一体型の場合はガラス板１２および封着物１１を使用せずにレンズユニットで直接封着しても何ら問題は無い。さらにパッケージ底面２にリードフレームで構成されるダイパッドを有していても何ら問題は無い。
【００３０】
つぎに本発明の半導体装置１４を実現するための第１の実施の形態による製造方法を図１７と図１８（ａ）から図１８（ｈ）を用いて説明する。
【００３１】
図１８（ａ）は第１の実施の形態で述べた半導体装置１４の構造における説明に用いたパッケージ底面２、内部端子３、パッケージ枠部上の封着面４、外部端子５とを備えた中空型樹脂パッケージ１の断面を示す。
【００３２】
図１８（ｂ）は中空型樹脂パッケージ１の表面を酸素プラズマやアルゴンスパッターで処理して樹脂表面の改質と同時に、内部端子３や外部端子５表面上の薄い樹脂被膜を除去して清浄化を行う。
【００３３】
図１８（ｃ）はパッケージ底面２に適量の熱硬化型で導電性もしくは非導電性のペースト状固着物６を塗布した断面を示すが、シート状であっても問題は無い。塗布の手段はディスペンサーに装着されたマルチノズルからパッケージ底面２の半導体素子７塔載部への塗出や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた固着物６をパッケージ底面２の半導体素子７塔載部へ転写により行う。
【００３４】
図１８（ｄ）はパッケージ底面２に塗布された固着物６の上から半導体素子７を貼りつけた断面を示す。半導体素子７のパッケージ底面２への固着手段は中空型樹脂パッケージ１の所定の部分を基準にして、Ｘ方向、Ｙ方向の２次元的位置および半導体素子７主面の基準面からの高さや傾斜を規定された範囲内の精度に貼りつける。半導体素子７を精度良くパッケージ底面２に固着物６で貼りつけた後１５０℃から１８０℃の温度条件で１時間から１．５時間加熱硬化することで半導体素子７をパッケージ底面２に固着を行う。
【００３５】
図１８（ｅ）は半導体素子７の主面上周辺の電極端子９と中空型樹脂パッケージ１内部の内部端子３を導体１０で接続した断面を示す。導体１０の接続手段は１５μｍから３０μｍ径の金線を用いて熱圧着と超音波接合を併用した合金化接合により行う。金線は先端部を放電により溶融して球状にし、これを電極端子９の上から１２０℃から１８０℃の温度と４０ｇｆから８０ｇｆの押圧加重および超音波振動を加えて接続し、導体１０の内部端子３への接続は１２０ｇｆから１８０ｇｆの押圧加重および超音波振動を加えて接続する。
【００３６】
図１８（ｆ）はパッケージ底面２上にゲル状吸湿性樹脂１３を滴下しそして硬化した状態の断面を示す。低応力吸湿性樹脂１３の配合、塗布、硬化の手段は１μｍから２００μｍ径のシリカゲルやモレキュラーシーブズ等の乾燥剤微粉充填剤と暗色顔料を練り込んだ主剤のゲル状シリコーン樹脂と硬化剤を重量比１０：１（材料の種類により異なる）で混ぜた低応力吸湿性樹脂１３をディスペンサーを用いてパッケージ底面２に半導体素子７の主面と内部端子３を設けた段差面を除き滴下塗布する。塗布量はパッケージ寸法と塔載される半導体素子７の組合わせにより異なる。そして１２０℃から１５０℃の温度で１時間から１．５時間の加熱硬化を行う。
【００３７】
図１８（ｇ）はパッケージ枠部上面４に熱硬化型または紫外線硬化型もしくは両性能を備えたペースト状の有機封着物１１を塗布した際の断面を示す。塗布の手段はディスペンサーに装着されたノズルからパッケージ枠部上面４への描画塗布や、スタンパーに装着された転写部の転写面に付着させた封着物１１をパッケージ枠部上面４に溢れ出すことの無い適量を転写する。
【００３８】
図１８（ｈ）はパッケージ枠部上面４に塗布された封着物１１の上から所定の厚みの透明ガラス板１２を貼りつけた断面を示す。このガラス板１２の表面はパッケージ基準面と平行を維持するように貼りあわせて仮固定し、その後ガラス板１２を通して紫外線照射を行ったり、加熱することで封着物１１を硬化してパッケージ枠部上の封着面４にガラス板１２をしっかりと固定する。
【００３９】
このような製造方法を実施することで中空部内の湿気や塵埃が捕獲出来て半導体素子７に対して応力が小さい本発明の実施形態１の撮像機能を有する半導体装置１４が達成される。また、第２の実施の形態では中空型樹脂パッケージのパッケージ底面２に隔壁８を備え、第３の実施の形態ではゲル状吸湿性樹脂の塗布領域に溝１６を形成しそこにゲル状吸湿性樹脂１３と共に乾燥剤の塊１７を埋設する点以外は同じ製造方法を使用するものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば中空型樹脂パッケージ１の内部に存在する湿気が外部温度変化により、ガラス板１２内面に結露する問題が解決され、ゲル状吸湿性樹脂１３の表面が粘着性であることから撮像素子の大敵である塵埃の捕獲ができて、さらに半導体素子には機械的歪みの影響を及ぼさない等の高信頼性半導体装置１４が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体装置におけるＢ−Ｂ断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂滴下塗布前での半導体装置における斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図５】本発明の第２の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂滴下塗布前での半導体装置におけるＣ−Ｃ断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置におけるＤ−Ｄ断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図８】本発明の第３の実施の形態の半導体装置におけるＥ−Ｅ断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂中に埋設される環状乾燥剤配置例の平面図
【図１０】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における平面図
【図１１】本発明の第３の実施の形態のゲル状吸湿性樹脂中に埋設される分割乾燥剤配置例の平面図
【図１２】本発明の第３の実施の形態の半導体装置における平面図
【図１３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせた半導体装置における断面図
【図１４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせた半導体装置における断面図
【図１５】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態と第３の実施の形態に加えてパッケージ底面にダイパッドを備える半導体装置における断面図
【図１６】本発明の第２の実施の形態から隔壁を取り除き、ゲル状吸湿性樹脂を内部端子形成段差面以下に滴下塗布した半導体装置における断面図
【図１７】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における斜視図
【図１８】本発明の第１の実施の形態の半導体装置における組立工程図
【図１９】従来例の半導体装置における斜視図
【図２０】従来例の半導体装置におけるＡ−Ａ断面図
【図２１】従来例の半導体装置における組立工程図
【図２２】本発明の他の実施の形態の半導体装置における断面図
【図２３】本発明の他の実施の形態の半導体装置における組立工程図
【符号の説明】
１ 中空型樹脂パッケージ
２ パッケージ底面
３ 内部端子
４ 封着面（外囲器中空部上面）
５ 外部端子
６ 固着物（ＤＢ剤）
７ 半導体素子
８ 主面
９ 電極端子（ボンディングパッド）
１０ 導体（金属細線）
１１ 封着物
１２ ガラス板
１３ ゲル状吸湿性樹脂
１４ 半導体装置
１６ 溝
１７ 塊（乾燥剤）
１８ 導電性固着台
１９ 隔壁
Claims (5)
- 外部端子を有する中空型樹脂パッケージと、前記パッケージの内部底面に固着された半導体素子と、前記パッケージの内部端子と前記素子の電極端子とを電気的に接続する導体と、前記パッケージ内部の前記素子主面を除く領域に設けた前記中空型樹脂パッケージを構成する樹脂材料よりも透湿性の高い吸湿性樹脂と、前記パッケージ外囲器の上面に貼りつけられた透明ガラス板とを有しており、前記パッケージ底面に溝を設け、前記溝に乾燥剤の環状もしくは分割状の塊を前記吸湿性樹脂中に埋設する状態で備えたことを特徴とする半導体装置。
- 半導体素子の固着領域を包囲するように内部底面に設けられた隔壁と外部端子とを有する中空型樹脂パッケージと、前記パッケージの内部底面に固着された半導体素子と、前記パッケージの内部端子と前記素子の電極端子とを電気的に接続する導体と、前記パッケージの外囲器内壁と前記隔壁との間に施した前記中空型樹脂パッケージを構成する樹脂材料よりも透湿性の高い吸湿性樹脂と、前記パッケージの外囲器上面に貼りつけた透明ガラス板とを有しており、前記パッケージ底面に溝を設け、前記溝に乾燥剤の環状もしくは分割状の塊を前記吸湿性樹脂中に埋設する状態で備えたことを特徴とする半導体装置。
- 前記吸湿性樹脂は硬化剤を混ぜたゲル状シリコーン樹脂を加熱硬化してなり、前記シリコーン樹脂中に粒径が１μｍから２００μｍの粉末シリカゲルまたはモレキュラーシーブズの吸湿性充填剤を混ぜて用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
- 前記ゲル状シリコーン樹脂に暗色顔料を混ぜて用いることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
- 前記中空型樹脂パッケージを構成する樹脂材料はエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
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