JP3956859B2

JP3956859B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3956859B2
Application number: JP2003024687A
Authority: JP
Inventors: 幸哲小松; 敏男山本; 晶雄泉
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラに搭載するオートフォーカス用測距モジュールなどに適用する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる頭記オートフォーカス用測距モジュールの全体構成を図３に示す（例えば、特許文献１参照。）。
図３において、１は左右一対のレンズ１Ｌ，１Ｒを備えた光学レンズ部、２は前記レンズ１Ｌ，１Ｒに対応する絞り穴２Ｌ，２Ｒを形成した絞り部、３は半導体光センサチップ４（以下「センサチップ」と呼称する）を搭載してセンサ部（半導体装置）を構成する樹脂パッケージであり、これら三つのパーツを図示のように各パーツを上下に重ね合わせて接着剤もしくは溶剤により結合した上で、内部にゲル状の透明充填材を充填して測距モジュールを構成している。
【０００３】
ここで、樹脂パッケージ３は、その底部側中央にチップ搭載部３ａを形成してその両サイドにデュアル・イン・ライン形のリード端子５をインサート成形した樹脂成形品になり、チップ搭載部３ａの上面にセンサチップ（半導体チップ）４を実装している。また、センサチップ４は、基板上に左右のホトセンサアレイ４Ｌ，４Ｒを作り込んだ短冊形状で、前記のチップ搭載部３ａに接着剤によりマウントした上で、センサチップ４の上面中央の両サイドに配列した電極部（ボンディングパッド）４ａと前記リード端子５のインナーリード部５ａとの間をボンディングワイヤ６で接続している。なお、樹脂パッケージ３の底面には前記チップ搭載部３ａを挟んでその両脇に窓穴を開口し、測距モジュールの組立後に透明充填材を注入してセンサチップ４およびボンディングワイヤ６を樹脂封止するようにしている。
【０００４】
次に、前記測距モジュールのセンサ部に採用している樹脂パッケージ３の従来構造を図４(a),(b) に、また該樹脂パッケージ３にセンサチップ４をマウントした組立状態を図５に示す。すなわち、樹脂パッケージ３の底部中央に形成したチップ搭載部３ａには、その上面中央にセンサチップ４の幅に対応する溝幅の凹溝３ｂが形成されており、さらにこの凹溝３ｂの長手方向に沿って溝内中央の両サイドにはセンサチップ４を載置する一対の台座３ｃが、また長手方向の両端側には突起状のチップ受け３ｄが形成されている。
ここで、台座３ｃはセンサチップ４の電極部４ａにワイヤボンディングを施す際に加わる加圧力の受け台としての役目を果たし、突起状のチップ受け３ｄはセンサチップ４の搭載姿勢が長手方向で傾くのを防ぐ支柱の役目を果たしている。
【０００５】
上記構造の樹脂パッケージ３に対して、センサチップ４は次のような手順で実装される。まず、樹脂パッケージ３のチップ搭載部３ａに形成した台座３ｃ，チップ受け３ｄの上面を含めて凹溝３ｂの面域に接着剤７として紫外線・熱硬化型接着剤を塗布し、続いてセンサチップ４を定位置に載置して台座上に押さえ付け、この状態で樹脂パッケージ３の上方から紫外線を照射し、チップ接合面の外周面域に塗布されている接着剤７をＵＶ硬化（一次硬化）してセンサチップ４を定位置に仮止めする。続いてこの組立体を炉内温度１００℃程度に保った加熱炉に搬入して加熱処理し、ＵＶ硬化で紫外線の照射が行われなかった未硬化領域を含めてチップ接合面の全面域で接着剤７を熱硬化（二次硬化）させる。
【０００６】
次に、センサチップ４の電極部４ａとリード端子５のインナーリード部５ａとの間にワイヤ６をボンディングする。また、センサ部３をレンズ部１，絞り部２と結合せずに独立したパッケージ構造として用いる場合は、最後に樹脂パッケージ３の上面に透明板（図示せず）を被着接合した上で、前記したパッケージ裏面側に開口した窓穴から透明充填材を注入してセンサチップ４，ボンディングワイヤ６を樹脂封止する。
なお、接着剤７として紫外線・熱硬化型接着剤を使用するのは、チップセンサ４の実装工程でセンサチップ４を定位置に精度よく固定させるためである。すなわち、前記のようにチップ搭載部３の上面に塗布した接着剤７を周域からＵＶ硬化（一次硬化）させることでチップ搭載部３ａにマウントしたセンサチップ４を位置精度よく仮止めでき、続く熱硬化処理（二次硬化）により紫外線照射が十分に行き届かない中央面域を含めて接着剤塗布面の全体で接着剤７を熱硬化させて高い接着強度を確保することができる。
【０００７】
一方、図４(a),(b) に示した樹脂パッケージ構造の改良案として図６(a),(b) に示す構成のものが本発明と同一出願人より特願２００２−１６９９９２号として先に提案されている。すなわち、図４に示すパッケージ構造では、センサチップ４を載置するチップ搭載部３ａの台座３ｃが凹溝３ｂの両サイドに沿って階段状に形成されているため、センサチップ４のマウント工程で接着剤７の塗布面上にチップセンサ４を載置して上方から押さえつけと、台座３ｃの上面から周囲に押し出された流動性のある接着剤（未硬化状態）の一部が逃げ場を失ってセンサチップ７と凹溝３ｂの側縁との間に残る細隙を上方に這い上がって、リード端子５のインナーリード部５ａおよびセンサチップ４の電極面に付着することがある。また、この接着剤７の逸出に伴って凹溝３ｂの中央部分では接着剤の塗布量が不足し、このためにセンサチップ４との間の接合面域にボイドが生じて接着不良となり、測距モジュールの実使用時に外部から加わる振動，衝撃などによりセンサチップ４が樹脂パッケージ３のチップ搭載部３ａから剥離して計測不能のトラブルを引き起こすおそれがある。
【０００８】
かかる点、樹脂パッケージ３のチップ搭載部３ａに形成した台座３ｃを、図６(a),(b) のように偏平な島状台座として凹溝３ｂの底面中央に形成し、該台座３ｃの両サイドと凹溝側縁との間に接着剤溜まりとなる隙間を確保を確保することにより、センサチップのマウント工程で台座３ｃの上に載置したセンサチップ４を押さえつけた際に、台座３ｃの上面から周囲に押し出された接着剤７は逃げ場を失ってチップ搭載部３ａの上面側に逸出するのを防ぐことができてセンサチップ４に対する接合強度の確保が期待できる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２００２−２０２１２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６(a),(b) に示したパッケージ構造を採用し、そのチップ搭載部３ａに塗布した紫外線・熱硬化型接着剤にＵＶ硬化（一次硬化）および熱硬化（二次硬化）の処理を施してセンサチップ４を接合した場合に、接着強度の信頼性面で次に述べるような問題が新たに発生することが判明した。
すなわち、ＵＶ硬化処理（一次硬化）に続いて、樹脂パッケージ３にチップセンサ４を仮止めした組立体を加熱炉に搬入して熱硬化処理（二次硬化）を行うと、樹脂パッケージ本体も高温に加熱されることになる。このために、接着剤および樹脂パッケージ３の樹脂に吸収されていた水分（成形材料あるいはモノマーに含まれていたり、重合反応により生成した水分）が蒸発して外方に抜け出るようになる。この場合に、センサチップ４の接合面域について着目すると、チップ搭載部３ａの上面に塗布した接着剤７のうち、紫外線照射による一次硬化処理によって紫外線の当たる外周部分の接着剤は硬化するが、その硬化部分で取り囲まれたチップセンサ下の内側面域では紫外線が照射されずに接着剤が未硬化の状態である。このために、続く二次硬化の加熱処理に伴ってチップ接合面域の内方側に発生した水蒸気は外方に自由に抜け出すことができず、センサチップ４とチップ搭載部３ａ，およびＵＶ硬化済みの外周面域で囲まれた内側面域の未硬化接着剤の中に気泡となってこの部分に取り残されるようになる。
【００１１】
しかも、このような状態になると、気泡の圧力によりＵＶ硬化済みの部分で接着剤７にクラックが生じるほか、その内側の面域では接着剤７が気泡（ボイド）を含んだまま硬化するようになり、これが接着不良の原因となってセンサチップに対する接着強度の信頼性が低下する。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、紫外線・熱硬化型接着剤の熱硬化処理（二次硬化）に伴って半導体チップ下の接合面域に生じた水蒸気に起因する接着不良を防いで高い接着強度を確保できる改良した半導体装置のパッケージ構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、樹脂パッケージの底部側に形成したチップ搭載部の台座上面に半導体チップを接着剤によりマウントした半導体装置で、前記接着剤として紫外線・熱硬化型接着剤をチップ搭載部に塗布し、台座上に半導体チップを載置した状態で周囲から紫外線を照射して接着剤を一次硬化し、次いで加熱処理を施して二次硬化させるようにしたものにおいて、
前記チップ搭載部の接着剤塗布面域にパッケージの裏面側に通じる貫通孔を穿孔し、接着剤の熱硬化処理に伴ってチップ接合面域に生じた水蒸気を前記貫通孔を通じて外部に逃がすような構成とする（請求項１）。
【００１３】
上記構成によれば、樹脂パッケージのチップ搭載部上にマウントした半導体チップを紫外線・熱硬化型接着剤のＵＶ硬化および熱硬化処理を経て接合する過程で、加熱硬化処理に伴いチップ接合面域に生じた水蒸気は、前記貫通孔を通じてチップ接合面域からパッケージの裏面側に放出される。これにより、半導体チップの接合面域に接着剤のクラックやボイドの発生がなくなって高い接着強度が確保できる。
また、前記の構成において、樹脂パッケージに形成したチップ搭載部および貫通孔は具体的に次記のような態様で構成するのが好ましい。すなわち、
(1) チップ搭載部の長手方向に沿って上面中央に偏平な島状台座，およびその両側に突起状のチップ受けを形成した上で、前記の島状台座とチップ受けの中間位置に貫通孔を穿孔する（請求項２）。これにより、紫外線照射による接着剤の一次硬化に続いて行う加熱処理による二次硬化の過程でチップ接合面の内周面域に生じた水蒸気を、前記位置に穿孔した貫通孔を通じて効率よく外部に放出すことができる。
【００１４】
(2) また、貫通孔の孔径は、チップ搭載部の面上に塗布した接着剤が貫通孔を通じてチップ搭載部の裏面側に直ちに漏出しないような細孔に設定する（請求項３）。すなわち、貫通孔の孔径が大きいとチップ搭載部に塗布した接着剤が硬化以前の流動性のある状態で貫通孔を通じて外部に漏れ出て接合面域の接着剤量が不足するおそれがあるが、上記のように貫通孔を細穴径に設定しておくことで不要な接着剤の漏出を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１，図２に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１は半導体装置の組立構造図で (a),(b) はその平面および縦断面図を示し、また図２は図１における樹脂パッケージの構造図で、(a),(b) はその平面および縦断面図を示す。また、実施例の図中で図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち、図示実施例の樹脂パッケージ３においては、図６と同様にチップ搭載部３の長手方向に沿って上面中央に偏平な島状台座３ｃ，およびその両側に突起状のチップ受け３ｄを形成した上で、島状台座３ｃとチップ受け３ｄの中間位置にはチップ搭載部３ａを貫通してその裏面側に形成した凹部３ｅに通じる貫通孔３ｆが新たに穿孔されている。また、この貫通孔３ｆは、接着剤７の粘度（例えば、２５℃で５５００ｍPa・ｓ以上) に対して孔径を例えば０．６mm程度の細孔とし、貫通孔３ｆの上に流動性のある接着剤７（未硬化状態）を塗布しても、貫通孔３ｆを通じて接着剤がすぐには漏れ出ることがないように設定する。なお、チップ搭載部３ｂに接着剤７を塗布した後は、接着剤の不要な漏出を防ぐために、できるだけ速やかに次のＵＶ硬化（一次硬化）および熱硬化（二次硬化）の処理に移行するようにする。
【００１６】
上記構造の樹脂パッケージ３に対し、チップ搭載部３ｂに紫外線・熱硬化型接着剤７を塗布してこの上にセンサチップ４を載置し、続く紫外線照射による一次硬化でセンサチップ４を定位置に仮止めした後、この組立体を加熱炉に搬入して接着剤７の加熱硬化処理を行うと、この加熱処理に伴ってセンサチップ４の接合面域に発生した水蒸気は、この部分に閉じ込められることなく前記の貫通孔３ｆを通じて樹脂パッケージ３の裏面側に放出される。したがって、従来のパッケージ構造で問題となっていた水蒸気の閉じ込めに起因する接着剤のクラック発生，気泡（ボイド）の残留による接着強度の低下、および接着強度の低下が原因で発生するセンサチップ４の剥離などのトラブルを回避して製品の信頼性向上が図れる。
【００１７】
また、図示実施例のように、貫通孔３ｆの穿孔位置をチップ搭載部の中央に形成した島状台座３ｃとその両側に形成した突起状チップ受け３ｄとの間の底面位置に設定しておくことで、接合面域に生じた水蒸気を効果的に逃がすことができる。すなわち、紫外線照射による一次硬化処理でチップ搭載部３ａの外周域に塗布した接着剤７が硬化すると、接着剤の硬化収縮によりその内方側に塗布されている未硬化の接着剤は硬化済みの周辺部分に向け流動して集まるようになる。
そこで、貫通孔３ｆを図示実施例の位置に穿孔しておけば、二次硬化の加熱処理により接合面域に生じた水蒸気は接着剤７の大きな抵抗を受けずに貫通孔３ｆを通じてスムーズにパッケージの裏面側に逃がすことができる。
【００１８】
なお、樹脂パッケージ３のチップ搭載部３ａにセンサチップ４をマウントした後は、センサチップ４の電極とリード端子５との間にワイヤ６をボンディングした上で、樹脂パッケージの上面に透明板８を被着するか、もしくは図３で示すようにレンズ部１の絞り部２と結合し、この組立状態で樹脂パッケージを裏返し、パッケージ裏面側の両脇に開口した窓孔，およびチップ搭載部３ａの裏面側の凹部３ｅから透明充填材を注入してセンサチップ４およびボンディングワイヤ６を樹脂封止し、これで測距センサ部，もしくは該センサ部を搭載した測距モジュールが完成する。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、樹脂パッケージの底部側に形成したチップ搭載部の台座上面に半導体チップを接着剤によりマウントした半導体装置であり、接着剤として紫外線・熱硬化型接着剤をチップ搭載部に塗布し、台座上に半導体チップを載置した状態で周囲から紫外線を照射して接着剤を一次硬化し、次いで加熱処理を施して二次硬化させるようにしたものにおいて、前記チップ搭載部の接着剤塗布面域にパッケージの裏面側に通じる貫通孔を穿孔し、接着剤の熱硬化処理に伴ってチップ接合面域に生じた水蒸気を前記貫通孔を通じて外部に逃がすように構成したことにより、
樹脂パッケージのチップ搭載部上にマウントした半導体チップを紫外線・熱硬化型接着剤のＵＶ硬化および熱硬化処理を経て接合する過程で、加熱硬化処理に伴いチップ接合面域に生じた水蒸気を、前記貫通孔を通じてチップ接合面域からパッケージの裏面側に逃がすことができる。これにより、従来構造で問題となっていた半導体チップ接合部に接着不良が生じるのを防止して、製品の信頼性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例に係る半導体装置の組立構造図で、(a),(b) はそれぞれ平面図，および縦断面図
【図２】図１における樹脂パッケージの構造図で、(a),(b) はそれぞれ平面図，および縦断面図
【図３】本発明の実施対象となるオートフォーカス測距モジュールの分解斜視図
【図４】図４における樹脂パッケージの従来構造図で、(a),(b) はそれぞれ外観斜視図，および平面図
【図５】図４の樹脂パッケージに半導体チップを実装した組立状態を表す縦断面図
【図６】図４と異なる樹脂パッケージの従来例の構造図で、(a),(b) はそれぞれ外観斜視図，および平面図
【符号の説明】
３樹脂パッケージ
３ａチップ搭載部
３ｃ台座
３ｄチップ受け
３ｆ貫通孔
４センサチップ（半導体チップ）
５リード端子
６ボンディングワイヤ
７接着剤

Claims

樹脂パッケージの底部側に形成したチップ搭載部の台座上面に半導体チップを接着剤によりマウントした半導体装置であり、接着剤として紫外線・熱硬化型接着剤をチップ搭載部に塗布し、台座上に半導体チップを載置した状態で周囲から紫外線を照射して接着剤を一次硬化し、次いで加熱処理を施して二次硬化させるようにしたものにおいて、
前記チップ搭載部の接着剤塗布面域にパッケージの裏面側に通じる貫通孔を穿孔し、接着剤の熱硬化処理に伴ってチップ接合面域に生じた水蒸気を前記貫通孔を通じて外部に逃がすようにしたことを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、チップ搭載部の長手方向に沿って上面中央に偏平な島状台座，およびその両側に突起状のチップ受けを形成した上で、前記の島状台座とチップ受けの中間に貫通孔を穿孔したことを特徴とする半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置において、貫通孔の孔径を、チップ搭載部の面上に塗布した接着剤が貫通孔を通じて裏面側に漏出しない範囲の細孔に設定したことを特徴とする半導体装置。