JP5568451B2

JP5568451B2 - 半導体パッケージ

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Publication number: JP5568451B2
Application number: JP2010264155A
Authority: JP
Inventors: 英之和田; 勇気須藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012114370A

Description

本発明は、フォトダイオ−ド、フォトトランジスタなどの受光素子、あるいはイメージセンサとして使用されるＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの固体撮像素子、さらには発光ダイオードなどの発光素子等、各種の半導体光学素子を収納した半導体パッケージに関するものである。

近年、各種電子機器に対する小型化の要求がますます高まっており、それに伴って、電子機器に搭載される半導体パッケージに対しても、その小型化の要求が強くなっている。このような小型化の要求は、各種受光素子、固体撮像素子、あるいは発光素子などの半導体光学素子を収納した光学半導体パッケージについても例外ではない。
ところで半導体パッケージの小型化の目標としては、内蔵されている半導体チップと同じかまたはそれよりわずかに大きい程度の、いわゆるチップサイズとすることが望まれている。このようなチップサイズの半導体パッケージを製造するための技術としては、ウエハ状態のまま、パッケージングまでを行ってしまう、ウエハレベルパッケージング技術が開発されて、既に実用化されている。このウエハレベルパッケージング技術は、ウエハレベルで半導体素子の形成を行った半導体基板に対し、そのウエハレベルのまま、再配線や電極形成、さらに樹脂などによる封止を行った後、ダイシング加工によってチップサイズに切り分け、個別の半導体パッケージ（単体パッケージ）を得るものであり、最終的にダイシング加工によりウエハを切断した半導体チップの大きさ（平面的に見た面積）がそのまま単体パッケージの大きさとなって、前述のようなチップサイズでのパッケージングが達成される。そしてこのようなウエハレベルパッケージング技術は、各種受光素子や固体撮像素子などの半導体光学素子を収納した半導体パッケージの製造にも適用されるようになっており、その従来の一例としては、例えば特許文献１にも示されており、この特許文献１に示される光学半導体パッケージについて、図１７、図１８を参照して説明する。

図１７は、ダイシング加工によってチップサイズに切り出された光学半導体パッケージを示し、図１８は、ダイシング加工直前のウエハサイズの段階での光学半導体パッケージを示す。これらの図において、符号１０は個別の半導体パッケージ（単体パッケージ）を示す。この単体パッケージ１０は、基本的には、一方の面に光学素子１２を形成した半導体基板１４と、その光学素子１２の受光面１２ａに対向するように配置されたガラスなどの透光性基板１６とを有し、半導体基板１４と透光性基板１６との間を透明樹脂からなる接着剤１８によって接着、封止してなるものである。そして半導体基板１４には、これを厚み方向に貫通する貫通孔２０が形成され、かつその貫通孔２０の内面には、電気絶縁層２２を介して導電膜２４が形成されて、この貫通孔内側の導電膜２４により、半導体基板１４を厚み方向に貫通する貫通電極２６が構成されている。さらに半導体基板１４における一方の面（透光性基板１６の側の表面）には、前記貫通電極２６に電気的に接続された電極パッド２８が形成されており、また電極パッド２８の表面が露呈するように保護膜３０が形成されている。そしてこのような単体パッケージ１０を実際にウエハレベルパッケージング技術によって製造するにあたっては、図１８に示しているように、上述のような単体パッケージ１０の複数個をウエハサイズで平面状に並べた態様のウエハレベルパッケージ３２を作成し、これをダイシング加工によって図１８の仮想線Ｑで示す位置で切り分けて、図１７に示しているようなチップサイズの単体パッケージ１０を得ることになる。

ところで半導体パッケージに要求される性能としては、気密性、耐湿性、耐薬品性なども重要であるが、放熱性能も重要である。すなわち、半導体基板から発生する熱が十分に放散されずに、パッケージ内部が温度上昇すれば、半導体素子の動作に悪影響を与え、また配線抵抗の増大、あるいは半田バンプを使用している場合の半田バンプの融解、さらには熱応力の増大による保護膜の剥離などの原因となる。特に半導体光学素子を用いた半導体パッケージでは、光学素子に入射させるべき光もしくは光学素子から発せられる光を透過させるために、透光性基板を用いる必要がある。この透光性基板としては、透明度や耐久性などの観点からガラスが用いられる場合がほとんどであるが、ガラスは金属などと比較して熱伝導率が格段に低い。また透光性基板としてのガラス板を薄肉化すれば、極めて割れやすくなって、製造プロセスでのハンドリング中に割れてしまうことが多いから、あまり薄肉化することはできず、通常は半導体基板の厚みの数倍以上（３倍〜５倍程度）の厚肉とされる。このようにガラスを透光性基板として用いた光学素子半導体パッケージにおいては、材質に由来する熱伝導率および厚みの関係から、透光性基板の側からの放熱性が劣り、その結果、パッケージ全体としても放熱性能に劣らざるを得なかった。

一方、光学素子半導体パッケージの放熱性能を向上させるための方策としては、例えば特許文献２〜５に示すように従来から種々提案されている。

そのうち、特許文献２においては、固体撮像装置のパッケージとして、固体撮像素子の裏面側（すなわち固体撮像素子の受光面に対し反対側、言い換えればガラスなどの透光性部材が位置する側に対して反対側）を、熱伝導性の良好な金属などからなる放熱兼用ケース（放熱兼用封止部材）によって取り囲んだ構成が示されている。

また特許文献３においては、固体撮像装置のパッケージとして、撮像素子とガラスなどの透光性部材との間の側方に金属配線を延出させるとともに、その延出部分を外部に露出させ、その部分をヒートシンクとして機能させるようにした構造が示されている。

さらに特許文献４においては、固体撮像装置のパッケージとして、ウエハレベルパッケージング技術を適用し、かつ半導体基板をその厚み方向に貫通する貫通配線（ＴＳＶ）構造を適用して、ウエハレベルでのプロセス後にダイシング加工によりチップサイズの撮像素子本体を得、さらにその後に撮像素子本体を、ケース（の凹部）に収納する構造が示されており、この場合、上記のケースとして熱伝導率の高い物質を使用することによって、放熱性を高めることが可能とされている。

また特許文献５においては、固体撮像装置を構成する素子チップ搭載用の中空パッケージとして、素子チップの側方に延出するリ−ドフレームを使用することを前提とし、リードフレームを、樹脂層を介して金属片により挟んで、その金属片に放熱効果を担わせるようにしたものが示されている。

しかしながら、これらの特許文献１〜５パッケージは、いずれも小型化の点では不十分であり、特に放熱性を高めながらも小型化を図るという点では、未だ満足できるものではなかった。

すなわち、先ず特許文献２に記載されている固体撮像装置のパッケージは、配線およびそれを支持する基板を側方に延出させるとともに、放熱兼用ケース（放熱兼用封止部材）を使用して封止する関係上、ウエハレベルでパッケージングまでを行なうことはできず、また放熱兼用ケースおよび側方に延出する配線と支持基板の存在により、チイプサイズよりもかなり大きなサイズとならざるを得ず、十分な小型化を達成できない。

また特許文献３に記載されている固体撮像装置のパッケージは、ヒートシンクとして機能させる金属配線を側方に延出させる必要があるため、特許文献２のパッケージと同様に、ウエハレベルでパッケージングを行なうことができないばかりか、チップサイズよりもかなり大きなサイズとならざるを得ず、したがってこの場合も小型化が不十分であった。

そしてまた特許文献４に記載されている固体撮像装置のパッケージは、ウエハレベルパッケージングを適用してチップサイズを達成すると称しながらも、ダイシング加工後に最終的に個別の撮像素子本体をそれぞれケースに収納して封止することとしているため、そのケースの分だけチップサイズよりも大きくなり、十分な小型化を図ることができず、またダイシング加工後にケースに収納して封止するプロセスが必要となるため、製造工程数も多くなって、製造コストが高くならざるを得ない。

さらに特許文献５に記載されている固体撮像装置素子チップ搭載用の中空パッケージは、素子チップの側方に延出するリ−ドフレームを使用することから、ウエハレベルでパッケージングまで行なってしまうことはできず、また側方に延出するリ−ドフレームの存在により、チップサイズよりもかなり大きいサイズとならざるを得ず、この場合も小型化は不十分であった。

国際公開第２００５／０２２６３１号パンフレット特開２００４―１７３０２８号公報特開２００９―１５８９６５号公報特開２００８―１３０７３８号公報特開２００３―７８８０号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、半導体素子として光学素子を用いた半導体パッケージとして、小型化を図って、例えばチップサイズを維持しながらも、その放熱性能を従来より格段に高めた半導体パッケージ、特にウエハレベルでパッケージングまでを行って小型化する製造プロセスに適した光学素子半導体パッケージを提供することを課題としている。

図１７、図１８に示したような、ウエハレベルでのプロセスによりパッケージングまでを行なってチップサイズとした光学素子半導体パッケージにおいては、半導体基板（半導体チップ）と実質的に同じ面積を有するガラスなどの透光性基板が半導体基板上に重ねられた状態となっている。しかるに、半導体基板の表面に形成された光学素子自体は、その受光面の広さが、透光性基板の広さよりも格段に小さいのが通常である。この場合、透光性基板の周辺部分を透過する光は、光学素子に入射されないか、または仮に入射されたとしても光学素子の動作にほとんど影響を与えない。したがって、そのような透光性基板の周辺部分は、本来は光を透過させる必要がない部分である、と言うことができる。換言すれば、透光性基板における光学素子の受光面と同じ広さか、またはそれより若干大きい程度の広さの部分は、光を透過させる必要がある領域であるが、それ以外の部分、特に周辺部分は、光を透過させる必要がない領域（以下、光透過不要領域と記す）、すなわち光学素子の機能に対しては無駄な領域である、と言うことができる。なおここでは、光学素子が受光する場合について説明したが、発光ダイオードなどの発光素子を用いている場合にも、同様のことが言える場合が多い。

前述のように、ウエハレベルで半導体基板に透光性基板を重ねてパッケージングし、その後にダイシング加工によりパッケージ単体を切り出すプロセスにより製造された光学素子半導体パッケージでは、透光性基板の周辺部分に必然的に前述のような光を透過させる必要がない領域が、広い面積で存在する。特に光学素子がフォトダイオードなどの受光素子である場合は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ（固体撮像素子）の場合と比較して、半導体基板における光学素子の周辺の部分の面積が広く、したがって透光性基板における前述の光透過不要領域も、かなり大きな領域となるのが通常である。
一方光学素子半導体パッケージにおける透光性基板としては、前述のようにガラスを使用するのが通常であって、ガラスは金属などと比較すれば格段に熱伝導性が劣り、しかも透光性基板の厚みは半導体基板の厚みの数倍以上の厚み、通常は３〜５倍程度の肉厚とされるから、その熱容量が極めて大きく、そのため半導体パッケージにおける透光性基板の側からの放熱性が極めて悪くならざるを得ない。このことは、逆に言えば、透光性基板の側からの放熱性を高めることができれば、半導体パッケージ全体としてその放熱性能を格段に向上させ得ると考えられる。しかるに従来の光学素子半導体パッケージでは、例えば前記特許文献２〜５からも理解できるように、透光性基板の側からの放熱性向上については全く配慮がなされておらず、このことが放熱性向上に限界が生じる要因となっていたのである。

そこで本発明者らは、前述のように、透光性基板に光学素子の機能に対して無駄な領域（光透過不要領域）が大きく存在していることに着目し、その無駄な領域を有効活用するべく、その領域に放熱のために有効な構造を適用することによって、透光性基板の側からの放熱効果を高め、これにより半導体パッケージ全体としても優れた放熱性を与えることとした。すなわち、透光性基板の光透過不要領域に、それぞれ少なくとも一部が透光性基板の外面側の空間に連通される複数の微小空洞部を形成しておくことによって、透光性基板の側からの放熱性を高めることとした。またこのような構造とすることによって、半導体パッケージとしてチップサイズを維持することができ、したがって小型化の目的にも反することなく、放熱性能を従来よりも飛躍的に向上させることが可能となったのである。

したがって本発明の基本的な形態（第１の形態）による半導体パッケージは、
第１面およびその第１面に対して平行な第２面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１面に形成された光学素子と、
第３面及びその第３面に対し平行な第４面を有し、かつその第４面が前記半導体基板の前記第１面に対向するように配置された透光性基板と、
前記半導体基板の少なくとも周辺部分と前記透光性基板の少なくとも周辺部分との間を接合する接合部材、
とを備えた半導体パッケージにおいて；
前記透光性基板の前記第３面と前記第４面との間を、前記光学素子への入出力光が通過すべき光透過領域と、それ以外の光透過不要領域とに区分し、
前記透光性基板の前記第３面と前記第４面との間における前記光透過不要領域と平面視で重なる領域に、少なくとも一部が透光性基板の外面に開口して半導体パッケージの外部空間に連通する少なくとも１以上の微小空洞部が形成されていることを特徴とするものである。

また本発明の第２の形態による半導体パッケージは、
前記第１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記透光性基板の前記第３面に、前記微小空洞部のうちの少なくとも１以上の微小空洞部が開口していることを特徴とするものである。

さらに本発明の第３の形態による半導体パッケージは、
前記第２の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部が、透光性基板の前記第３面から透光性基板をその厚み方向に貫通する貫通孔とされていることを特徴とするものである。

そしてまた本発明の第４の形態による半導体パッケージは、
前記第３の形態による半導体パッケージにおいて、
前記貫通孔が、半導体基板の前記第１面から、さらに半導体基板の内部まで貫入するように形成されていることを特徴とするものである。

また本発明の第５の形態による半導体パッケージは、
前記第１〜第４の形態のうちのいずれか１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部の内面の少なくとも一部に、熱伝導材料からなる伝熱膜が形成されていることを特徴とするものである。

さらに本発明の第６の形態による半導体パッケージは、
前記第５の形態による半導体パッケージにおいて、
前記透光性基板の表面のうち、前記光透過不要領域の表面の、少なくとも前記微小空洞部の開口端を囲む部位に、熱伝導材料からなる放熱膜が形成されており、かつ前記微小空洞部の内面の前記伝熱膜がその微小空洞部の開口端まで連続しており、その伝熱膜が前記微小空洞部の開口端において前記放熱膜に熱的に接続されていることを特徴とするものである。

また本発明の第７の形態による半導体パッケージは、
前記第１〜第６の形態のうちのいずれか１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、透光性基板の内部において枝分かれ構造とされていることを特徴とするものである。

そしてまた本発明の第８の形態による半導体パッケージは、
前記第１〜第７の形態のうちのいずれか１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、異なる２箇所以上の箇所において透光性基板の外面に開口されていることを特徴とするものである。

そしてまた本発明の第９の形態による半導体パッケージは、
前記第８の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、透光性基板における前記第３面と、前記第３面及び前記第４面に対して直角をなす側面との両面に開口していることを特徴とするものである。

そしてまた本発明の第１０の形態による半導体パッケージは、
前記第１〜第９の形態のうちのいずれか１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、溝部であることを特徴とするものである。

そしてまた本発明の第１１の形態による半導体パッケージは、
前記第１〜第１０の形態のうちのいずれか１の形態による半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部の内部の少なくとも一部に、熱伝導材料が充填されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、光学素子半導体を収納した半導体パッケージとして、光学素子をカバーする透光性基板の第３面と第４面との間における、光学素子にとって不要かつ無駄な領域（光透過不要領域）と平面視で重なる領域に、少なくとも一部が透光性基板の外面に開口して半導体パッケージの外部空間に連通する１以上の微小空洞部を形成することによって、本来熱伝導率が低くかつ肉厚に形成されることが多い（したがって熱容量の大きい）透光性基板の側から、内部の熱を前記微小空洞部を介して外部空間に効果的に放熱することができ、そのため優れた放熱性能を得ることができ、しかも光学素子をカバーする部材として従来一般の光学素子半導体パッケージでも組み込まれているガラスなどの透光性基板の一部を利用して放熱させる構造としているため、特にパッケージのサイズが大きくなることがなく、たとえばチップサイズに小型化することができ、したがって放熱性能の向上と小型化とを同時に達成することができる。

本発明の第１の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第１の実施形態による半導体パッケージの模式的な平面図である。ウエハレベルパッケージ技術によって図１、図２に示される本発明の第１の実施形態による半導体パッケージを製造する際における、ダイシング加工直前のウエハレベルでの半導体パッケージの模式的な縦断面図である。図１、図２に示される第１の実施形態による半導体パッケージを、ウエハレベルパッケージ技術によって製造する方法の一例を段階的に示す模式的な縦断面図である。本発明の第２の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第３の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第４の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第５の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第６の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。である。本発明の第７の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の第８の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。図１１に示される第８の実施形態の半導体パッケージを、ウエハレベルパッケージング技術を適用して製造する際の、ダイシング加工直前のウエハレベルのパッケージを示す模式的な縦断面図である。本発明の第９の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。本発明の半導体パッケージに使用される、微小空洞部を形成した透光性基板の別の例を示す模式的な縦断面図である。本発明の半導体パッケージに使用される、微小空洞部を形成した透光性基板のさらに他の例を示す模式的な斜視図である本発明の第１０の実施形態による半導体パッケージの模式的な縦断面図である。従来の光学素子半導体パッケージの一例、特にウエハレベルでパッケージングまで行なって製造した光学素子半導体パッケージの例を示す模式的な縦断面図である。図１７に示す光学素子半導体パッケージの製造プロセスにおける、ダイシング加工直前のウエハサイズの半導体パッケージを示す模式的な縦断面図である。

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。
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態による半導体パッケージを示す図で、図１はその縦断面図、図２は透光性基板の側からの平面図である。

図１、図２において、半導体パッケージ１００は、その全体的な構成としては、図１７に示した従来の半導体パッケージと同様に、フォトダイオード、フォトトタンジスタなどの受光素子、あるいはＣＣＤ、ＣＭＯＳで代表されるイメージセンサ（固体撮像素子）、さらには発光ダイオードなどの発光素子などの半導体光学素子１０４を形成した半導体基板１０２と、光学素子１０４の受光面（発光素子の場合は発光面となるが、以下の説明ではすべて受光面と記す）１０４ａに対向するように配設されたガラスなどの透光性基板１０６とを備えた構成とされている。すなわち半導体基板１０２は、その厚み方向に対して直交する平行な２面（第１面１０２ａおよび第２面１０２ｂ）を有しており、そのうち第１面１０２ａのほぼ中央の位置に、光学素子１０４が形成され、その光学素子１０４の表面の一部または全部が受光面１０４ａとされている。

ここで、半導体基板１０２は、従来のものと同様に半導体シリコン基板などからなるものであればよく、要はその第１面１０２ａの側に光学素子１０４が形成されているものであれば、特に限定されるものではない。また透光性基板１０６は、その厚み方向に対して直交する平行な２面（第３面１０６ａおよび第４面１０６ｂ）を有しており、その第３面１０６ａがパッケージ外部の空間に露呈し、第４面１０６ｂが、半導体基板１０２の第１面１０２ａに平行でかつ前記光学素子１０４の受光面１０４ａに対向するように配設されている。なお光学素子１０４としては、前述のように種々のものを適用可能であるが、半導体基板１０２における受光面１０４ａの外側の領域が広くなるもの、例えばフォトダイオードなどの受光素子が好適である。また透光性基板１０６としては、硼珪酸ガラス、石英ガラス、その他の各種ガラスを用いるのが通常であるが、光学素子１０４において受光すべき波長域で十分な光透過性を有している材料であれば、特にガラスに限られるものではなく、透明度の高い樹脂なども使用可能である。但し本発明では、もともと熱伝導率が低く、しかも肉厚で使用せざるを得ないガラスを透光性基板１０６として用いた場合に顕著な効果を得ることができる。なお、図１においては、半導体基板１０２と透光性基板１０６がほぼ等しい厚みを有するように描いているが、実際には、透光性基板１０６の厚みは、半導体基板１０２の厚みの数倍以上、通常は３〜５倍程度とされる。具体的には、半導体基板１０２の厚みは、通常は５０μｍ〜２００μｍとされるのに対し、ガラス材料からなる透光性基板１０６は、３００μｍ〜７００μｍとされるのが通常である。

さら図１に示される半導体パッケージ１００について詳細に説明すれば、半導体基板１０２には、これをその厚み方向に貫通して第１面１０２ａおよび第２面１０２ｂの両面に開口する貫通孔１０８が形成されている。また半導体基板１０２の表面の各面のうち、第１面１０２ａにおける光学素子１０４以外の領域の表面と、第２面１０２ｂと、貫通孔１０８の内面には絶縁層１１０が形成されている。そして貫通孔１０８の内側には、前記絶縁層１１０を介して導電膜１１４が形成されている。この導電膜１１４は、半導体基板１０２をその厚み方向に貫通しており、半導体基板１０２の第１面１０２ａの側において、光学素子１０４からの入力／出力用の電極パッド１１６に電気的に接続され、また半導体基板１０２の第２面１０２ｂの側に延長されて、その第２面側延長部分に半田バンプ１１８が形成されている。したがって貫通孔１０８の内側の導電膜１１４は、いわゆる貫通配線１２０を構成していることになる。なお半田バンプ１１８の代わりに、銅やアルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、金、銀などからなる金属パッドを形成してもよいことはもちろんである。

また半導体基板１０２の第２面１０２ｂの側は、保護膜１２２によって覆われている。この保護膜１２２は、電気絶縁性材料、好ましくは耐食性、耐熱性が良好な材料、たとえば窒化ケイ素、酸化ケイ素、あるいは各種の樹脂などからなるものであり、前記貫通孔１０８の導電膜１１４の内面側にも充填されるとともに、半田バンプ１１８の先端部分を外部空間に露呈させるように形成されている。一方半導体基板１０２の第１面１０２ａと透光性基板１０６の第４面１０６ｂとの間は、接合部材１２４によって接合されている。この接合部材１２４は、本実施形態の場合は、透光性を有する電気絶縁性の各種樹脂系の接着剤からなるものであり、この接合部材１２４によって、半導体基板１０６における機能素子、すなわち光学素子１０４を主体とする部分が外部空間に対して封止されて、半導体パッケージとしての封止（パッケージング）が行なわれることになる。

さらに透光性基板１０６における所定の領域には、本発明において重要かつ特徴的な要素である微小空洞部１２６が形成されている。
すなわち透光性基板１０６は、その全体がガラスなどの透光性材料によって作られているが、既に述べたように、透光性基板１０６をその第３面１０６ａの側から平面的に見て、光学素子１０４の受光面１０４ａと同じ広さか又はそれより若干大きい広さの部分は、光学素子１０４の受光面１０４ａに入射させるべき光が透過するが、光学素子１０４の受光面１０４ａからその側方に離れた部分、特に透光性基板１０６の周辺部分を透過する光は、受光面１０４ａに入射されないか、または入射されても光学素子１０４の動作に影響を与えないことが多い。そこで透光性基板１０６を、光学素子１０４の受光面１０４ａに入射させるべき光が透過する領域（光透過領域１２８）と、それ以外の領域（光透過不要領域１３０）とに区分し、後者の光透過不要領域１３０に、微小空洞部１２６を形成して、透光性基板１０６の側からの放熱性を高めるようにしている。

ここで、光透過領域１２８は、光学素子１０４の受光面１０４ａの直上の領域、すなわち受光面１０４ａの外縁を透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）まで、その第３面１０６ａに直交する方向に沿って延長させた面（角筒面もしくは円筒面）により囲まれる領域、又はその角筒面もしくは円筒面を、透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）に向けてテーパー状に拡大させた面によって囲まれる領域、と言うことができる。そして光透過不要領域１３０は、上記の角筒面もしくは円筒面、またはテーパー面の外側の領域となる。もちろん光学素子１０４の特性、あるいは用途、使用状況などによっても光透過領域１２８および光透過不要領域１３０の大きさ、形状は異なるが、通常は図１の２点鎖線で示しているように、光学素子１０４の受光面１０４ａから透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）に向けて所定のテーパー角度でテーパー状に拡大させた面Ｐの内側を光透過領域１２８、外側を光透過不要領域１３０とすればよい。

なお光学素子１０４としてフォトダイオードなどの受光素子を用いている場合、一般にその受光面１０４ａは、０．１〜０．２ｍｍ×０．１〜０．２ｍｍ程度の矩形面であることが多く、これに対し透光性基板１０６は、ウエハレベルプロセスを適用する場合、１〜３ｍｍ×１〜３ｍｍ程度とされるのが一般的であり、したがって透光性基板１０６の周辺部分に十分な広さの光透過不要領域１３０を確保することが可能である。

なおまた、光透過不要領域１３０に形成される各微小空洞部１２６は、いずれも少なくともその一部が、透光性基板１０６の外側の空間に連通している必要がある。すなわち、各微小空洞部１２６の少なくとも一部が外部空間に向けて開口していることにより、透光性基板１０６の内部から外部への放熱が行なわれるようにしているのである。

微小空洞部１２６の形状、パターン、大きさ、深さ、および数は、基本的には限定されるものではないが、図１、図２に示す実施形態では、微小空洞部１２６として、透光性基板１０６の第３面１０６ａから彫り込まれた複数の溝部（トレンチ）１２６Ａと、透光性基板１０６の第３面１０６ａから透光性基板１０６をその厚み方向に貫通しかつ透光性基板１０６と半導体基板１０２との間の接合部材１２４を貫通して半導体基板１０２の第１面１０２ａに至る複数の貫通孔１２６Ｂとが形成されている。上記の溝部１２６Ａは、透光性基板１０６の第３面１０６ａの表面から、透光性基板１０６の厚み寸法よりも小さい任意の深さで溝状に彫り込まれたものであり、図示の例では、光透過不要領域１３０内の相対的に内側の領域に、透光性基板１０６の厚み方向と平行な断面において矩形状をなしかつ透光性基板１０６の第３面１０６ａと平行な方向に延伸するように形成されている。一方、貫通孔１２６Ｂは、光透過不要領域１３０内の相対的に外側の領域において、透光性基板１０６をその厚み方向に貫通し、さらに接合部材１２４をその厚み方向に貫通して、半導体基板１０２の第１面１０２ａに達するように形成されている。

さらに上述のように透光性基板１０６の光透過不要領域１３０に形成された微小空洞部１２６としての溝部１２６Ａおよび貫通孔１２６Ｂの内面には、伝熱膜１３２が形成されている。またこれらの微小空洞部１２６の透光性基板第３面１０６ａの側の開口端周辺部、言い換えれば透光性基板第３面１０６ａにおける光透過不要領域１３０に相当する部分の表面には、微小空洞部１２６内面の前記伝熱膜１３２に熱的に接続された放熱膜１３４が形成されている。これらの伝熱膜１３２および放熱膜１３４は、いずれも熱伝導性の良好な金属、例えば銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金などからなるものであり、伝熱膜１３２と放熱膜１３４とは、それぞれ個別に形成しても、あるいは両者を連続一体に形成してもよい。

なお図１、図２では、放熱膜１３４は、透光性基板第３面１０６ａにおける光透過不要領域１３０に相当する部分の表面の全域にわたって連続して形成されているが、必ずしも光透過不要領域１３０の表面の全域にわたって連続させる必要はなく、各微小空洞部１２６の開口端ごとに、その開口端を取り囲むように分離独立して形成されていてもよい。その点は、後述する各実施形態の場合も同様であり、各実施形態に示されている放熱膜１３４を、各微小空洞部の開口端ごとにそれを取り囲むように分離独立させても良い。また伝熱膜１３２については、図１の例では、すべての微小空洞部１２６（溝部１２６Ａ、貫通孔１２６Ｂ）の内面の全面に形成しているが、場合によっては、多数の微小空洞部のうちの一部の微小空洞部の内面のみに伝熱膜１３２を形成したり、あるいは、各微小空洞部の内面のうち、一部分のみに伝熱膜１３２を形成することも許容される。例えば、図１における微小空洞部１２６のうち、貫通孔１２６Ｂの内面には伝熱膜１２６を形成する一方、溝部１２６Ａについては内面への伝熱膜の形成を省くことも許容される。

なお図１、図２に示す実施形態の半導体パッケージ１００を製造するにあたっては、いわゆるウエハレベルチップサイズパッケージングの手法に従い、図３に示しているように、ウエハサイズで前述の半導体基板１０２および透光性基板１０６の重ね合わせや接合（封止）、電極形成、さらには微小空洞部１２６（溝部１２６Ａ、貫通孔１２６Ｂ）の形成や、伝熱膜１３２および放熱膜１３４の形成を行い、その後に図３中の仮想線Ｄで示しているようにチップサイズにダイシングして、個別の単体半導体パッケージ１００とするのが通常である。このような製造プロセスの一例については、後に改めて図４を参照して説明する。

以上のような図１、図２に示す実施形態の半導体パッケージ１００においては、透光性基板１０６の光透過不要領域１３０に微小空洞部１２６（溝部１２６Ａ、貫通孔１２６Ｂ）が形成されているため、透光性基板１０６における外部空間に露出される表面積が拡大されており、しかもその微小空洞部１２６の内面には良伝熱材料からなる伝熱膜１３２が形成されていて、その伝熱膜１３２は透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）の放熱膜１３４に熱的に接続されているため、光学素子１０４および半導体基板１０２や配線から生じた熱は、効率よく透光性基板１０６の外部の空間に放出される。

より詳細に説明すれば、光学素子１０４および半導体基板１０２自体や配線から生じた熱は、接合部材１２４を介して透光性基板１０６に伝達され、その透光性基板１０６の内部に貫入している微小空洞部１２６内の空間に、伝熱膜１３２を介して放出される。また同時に、微小空洞部１２６の内面の伝熱膜１３２は、熱を微小空洞部１２６の開口端へ向けて伝える機能を果たし、その伝熱膜１３２により微小空洞部１２６の開口端に伝達された熱は、放熱膜１３４により外部空間に放出される。また微小空洞部１２６のうちでも特に貫通孔１２６Ｂにおいては、その貫通孔１２６Ｂが透光性基板１０６を貫通して半導体基板１０２に達しているため、半導体基板１０２の熱を直接的に放熱させることができ、より一層効率的に放熱することができる。

したがって図１、図２に示す実施形態では、微小空洞部１２６（溝部１２６Ａ、貫通孔１２６Ｂ）の形成による表面積拡大効果と、微小空洞部１２６内面の伝熱膜１３２および表面の放熱膜１３４による伝熱・放熱効果と、さらに貫通孔１２６Ｂによる半導体基板１０２からの直接放熱効果とが相俟って、極めて効果的に放熱することができるのである。

なお透光性基板１０６における微小空洞部１２６を形成した部分では、光の透過率は必然的に低下し、また特に上記の実施形態に示すように伝熱膜１３２、放熱膜１３４を形成した場合、その部分は光を透過させない。しかしながら微小空洞部１２６および伝熱膜１３２、放熱膜１３４は、光を透過させる必要のない部分（光透過不要領域１３０）に形成されているため、これらにより光が遮られることが光学素子１０４の動作に悪影響を及ぼすような事態は生じない。

次に図１、図２に示した実施形態の半導体パッケージの製造方法の一例について、図３および図４の（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。なお図１、図２に示した実施形態の半導体パッケージは、本来はウエハレベルでパッケージングし、最終的にダイシングによりチップサイズに切り分けて、単体パッケージを得るプロセスにより製造されるものであるが、図４の（Ａ）〜（Ｅ）においては、図面の煩雑さを避けるため、ウエハサイズでは示さず、最終的に一つの単体パッケージとなるべき部分のみを示す。また図４の（Ａ）〜（Ｅ）では、半導体基板１０２に光学素子１０４および電極パッド１１６を形成する工程、その他、信号処理回路や配線の形成など、光学素子１０４の側の面（第１面１０２Ａ）についての通常の半導体基板製造工程は既に完了しているものとし、その後の工程についてのみ示す。

先ず図４（Ａ）に示すように、半導体基板１０２における光学素子１０４が形成された面（第１面１０２ａ）に、接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤層を形成する。そしてその上に、ガラスなどからなる透光性基板１０６を重ね合わせ、加熱圧着、あるいは加熱硬化、紫外線硬化などの公知の手段を適用して透光性基板１０６を接合する。接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤層は、半導体基板１０２上の電極パッド１１６の上面をも覆うように形成する。このようにして透光性基板１０６を半導体基板１０２に重ね合わせて接合すれば、接合と同時に半導体パッケージとしての封止が行なわれたことになる。ここで、接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂系やシリコーン樹脂系の接着剤を適用することができる。図示の実施形態では、接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤を、光学素子１０４の受光面１０４ａを覆うように半導体基板１０２の第１面１０２ａ側の全面に形成しているところから、その樹脂系接着剤としては十分な透光性（光学素子１０４で受光すべき波長領域での十分な透光性）を有するものを用いる必要がある。但し、後に改めて説明する図５に示すように、光学素子１０４の受光面１０４ａ上をキャビティ１３６とする場合には、接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤層は、その受光面１０４ａを避けた周辺部分のみに形成すればよいから、その場合には接合部材１２４となるべき樹脂系接着剤は透光性を有している必要はなく、したがって例えば着色材など混合した透光性を有していない樹脂系接着剤を使用することができる。

前述のようにして透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合した後には、図４（Ｂ）に示すように、半導体基板１０２における光学素子１０４に対し反対側の面を研磨加工し、半導体基板１０２を所定の厚みまで薄肉化する。すなわち前述の第２面１０２ａを形成する。

続いて図４（Ｃ）に示すように、透光性基板１０６の光透過不要領域１３０に、微小空洞部１２６として、複数の溝部１２６Ａ及び複数の貫通孔１２６Ｂを形成する。このような微小空洞部１２６を形成するための具体的手段は特に限定されるものではなく、従来からガラスの微細加工に使用されている手段を適宜適用することができる。例えば、フォトリソグラフィ技術により所定のレジストパターンを形成して、フッ酸などの強酸を用いてウエットエッチングしたり、あるいは反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを適用して微小空洞部１２６を形成することも可能である。但し、本発明の場合、より良好な放熱性を得るためには、微小空洞部１２６を透光性基板１０６の内部まで深く貫入させたり、透光性基板１０６の厚み方向に貫通させたり（貫通孔１２６Ｂ）、さらには後に別の実施形態として図９〜図１１を参照して説明するように、透光性基板１０６の内部で枝分かれ構造とすることが望ましく、このように透光性基板１０６の内部まで深く進入、貫通、あるいは枝分かれする構造の微小空洞部１２６を形成するためには、レーザ照射による改質処理と、ウエットエッチング処理とを組み合わせた方法を適用することが望ましい。すなわち、透光性基板１０６の光透過不要領域１３０における微小空洞部を形成すべき箇所にレーザ光を照射して、その部位を、エッチングされやすい組織に改質し、その後にフッ酸などの強酸を用いたウエットエッチングにより改質部位を除去することによって、所望のパターンの微細な微小空洞部を形成することができる。ここで、レーザ光照射時に、その焦点を透光性基板１０６の内部に合わせ、かつその焦点位置を連続的に移動させることにより、透光性基板１０６の内部に所定のパターンで連続する改質部を形成することができる。

なお、微小空洞部１２６のうち、貫通孔１２６Ｂを形成するにあたっては、透光性基板１０６のみならず、樹脂系接着剤からなる接合部材１２４をも貫通させる必要があるが、この接合部材貫通部分の樹脂系接着剤は、ドライエッチング、例えばＯ_２にＣＦ系ガスやＡｒを混合したガスによるプラズマエッチングなどの処理により容易に除去可能であるから、前述のようなレーザ照射による改質およびウエットエッチングにより透光性基板１０６を貫通させた後、続いてドライエッチングにより接合部材１２４を貫通させれば、貫通孔１２６Ｂを形成することができる。

その後、図４（Ｄ）に示すように、半導体基板１０２について、貫通配線（貫通電極）１２０の形成、再配線（図示略）、半田バンプ１１８の形成、さらには必要に応じて保護膜１２２の形成を行なう。ここで、貫通配線１２０の形成にあたっては、先ず半導体基板１０２の第２面１０２ｂの側から貫通孔１０８を形成し、さらに絶縁層１１０を形成してから、導電膜１１４を形成すればよい。これらの貫通配線形勢プロセスに適用する具体的方法は特に限定されるものではなく、従来の貫通配線構造の半導体パッケージの製造法と同様であればよい。また再配線、半田バンプ１１８の形成、保護膜１２２の形成も、従来と同様な手段を適用すればよい。

続いて図４（Ｅ）に示すように、透光性基板１０６の微小空洞部１２６、すなわち溝部１２６Ａおよび貫通孔１２６Ｂの内面に伝熱膜１３２を形成するとともに、透光性基板１０６の第３面１０６ａにおける光透過不要領域１３０に相当する部分の表面に放熱膜１３４を形成する。これらの伝熱膜１３２、放熱膜１３４はいずれも銅やアルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、そのほか、金、銀、これらの合金などの熱伝導性が良好な金属によって形成すればよく、一般的な金属薄膜形成技術、例えばメッキ（無電解メッキ、電解メッキ）、スパッタリング、蒸着、あるいはＣＶＤなどの手段を適用すれば良い。なお微小空洞部１２６内面の伝熱膜１３２の形成と、透光性基板１０６表面の放熱膜１３４の形成とは、同時に実施しても、あるいはいずれか一方の膜形成を先に行い、その後に他方の膜形成をおこなってもよい。後者の場合、伝熱膜１３２と放熱膜１３４は異なる方法によって形成してもよい。

以上の各工程は、既に述べたように、ウエハレベルで実施するのが通常である。すなわち図４（Ａ）〜（Ｅ）では図面の簡略化のために単位チップのサイズで示しているが、実際は図３に示しているように、ウエハサイズで製造される。そこで上述の各工程が終了した後、図３の仮想線Ｄで示す位置でダイシング加工を施してチップサイズに切断することにより、最終的に単体半導体パッケージ１００が得られる。

なお以上の製造工程例では、図４（Ｄ）に示す貫通配線（貫通電極）１２０の形成、再配線、半田バンプ１１８の形成の後に、図４（Ｅ）に示す微小空洞部１２６の内面の伝熱膜１３２及び半導体基板１０２表面の放熱膜１３４の形成を行なうこととしているが、場合によっては、逆に伝熱膜１３２及び放熱膜１３４の形成を先に行い、その後に貫通配線（貫通電極）１２０の形成、再配線、半田バンプ１１８の形成をおこなっても良い。

さらに前述の製造工程例では、透光性基板１０６に対しての微小空洞部１０６の形成を、図４（Ｃ）に示したように透光性基板１０６を半導体基板１０２に重ね合わせて接合した後に行なっているが、場合によっては、半導体基板１０２に接合する以前の透光性基板１０６に、予め前記同様な手段によって微小空洞部１０６を形成しておき、その後に透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合することもできる。またその場合、微小空洞部１２６の内面の伝熱膜１３２及び半導体基板１０２表面の放熱膜１３４の形成も、透光性基板１０６を半導体基板１０２に重ね合わせて接合する前に、予め行なっておいても良い。

なおまた、前述の説明では、製造工程例について、ウェハレベルでパッケージングまでを行なってしまい、その後にダイシング加工によってチイプサイズに切り分けて単体パッケージを得るのが通常であるとしているが、もちろんそのようなウエハレベルプロセスで製造される場合に限定されるものではなく、個別的なパッケージングプロセスによって製造することも許容され、その点は、以下の各実施形態の半導体パッケージを製造する場合も同様である。ただし、本発明の半導体パッケージは、透光性基板１０６の周辺部分にある程度の面積で光透過不要領域が存在することを前提としており、また一方、ウェハーレベルプロセスでパッケージングまで行なう場合には、そのような比較的広い光透過不要領域が必然的に生じることから、本発明の半導体パッケージは、ウェハーレベルプロセスによって製造する場合に適用することが有利である。

さらに本発明の他の実施形態について説明する。
図１〜図４に示す実施形態では、半導体基板１０２に透光性基板１０６を接着して封止するにあたって、接合部材１２４となる樹脂系接着剤を、半導体基板１０２の第１面１０２ａからの全面、すなわち光学素子１０４の受光面１０４ａを含む面全体を覆うように塗布するものとしたが、接合部材１２４は、要は透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合すると同時に、半導体基板１０２の機能領域、すなわち光学素子１０４及びその周辺部分を外部空間に対して密封すればよいのであり、その観点からすれば、光学素子１０４の受光面１０４ａを覆っていなくてもよい。すなわち、図５に示すように、光学素子１０４の受光面１０４ａと透光性基板１０６との間はキャビティ（空所）１３６としてもよい。その場合、接合部材１２４の接着剤としては透光性が低いもの、あるいは透光性を持たないものであっても差し支えない。但し、製造プロセス上からは、受光面１０４ａをも覆うように半導体基板１０２の第１面１０２ａの全面に透光性の接着剤を塗布することが望ましい。なおまた、以下の各実施形態においても、それぞれ図では接合部材１２４が光学素子１０４の受光面１０４ａを覆うものとして示しているが、いずれの形態でも、上記と同様に、受光面１０４ａ上をキャビティ１３６としてもよい。

図６には、図１〜図４に示した実施形態における透光性基板１０６の微小空洞部１２６のうち、貫通孔１２６Ｂをその深さ方向に延伸させて、半導体基板１０２の内部まで貫入させた実施形態を示す。すなわち図６において、微小空洞部１２６として、図１に示したものと同様な複数の溝部１２６Ａと、透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）から透光性基板１０６をその厚み方向に貫通し、さらに接合部材１２４を貫通して半導体基板１０２の内部まで貫入する複数の貫通貫入孔１２６Ｃとが形成されている。そして貫通進入孔１２６Ｃの底部、すなわち半導体基板１０２に貫入している部分の半導体基板１０２側の内面には絶縁膜１３８が形成され、その絶縁膜１３８の表面を含む貫通貫入孔１２６Ｃの内面に、前記同様な伝熱膜１３２が形成されている。
このように微小空洞部１２６として、半導体基板１０２の内部まで貫入する貫通貫入孔１２６Ｃを形成しておけば、半導体基板１０２から発生する熱を直接貫通貫入孔１２６Ｃの内部空間に放出し、また同時に伝熱膜１３２、放熱膜１３４を介して透光性基板１０６上の外部空間に放出することができるため、図１〜図４に示した実施形態の場合よりもさらに放熱効果を高めることができる。

なお上述のように半導体基板１０２まで貫入する貫通貫入孔１２６Ｃを形成する場合、例えば前記同様に透光性基板１０６内部に対するレーザ照射による改質と、ウエットエッチングとを組み合わせた処理によって透光性基板１０６を貫通する貫通孔を形成し、続いてドライエッチングにより樹脂系接着剤からなる接合部材１２４を貫通させ、さらに通常の半導体基板製造プロセスで行なわれているエッチング（ドライもしくはウエット）によって、半導体基板１０２の内部の所定の深さまでその孔を延長させればよい。

あるいはまた、透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合する以前の段階で、半導体基板１０２に上記貫通貫入孔１２６Ｃのうちの半導体基板１０２側の部分（有底穴部）を、エッチングプロセスによって形成しておき、その後に透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合してから、透光性基板１０６および接合部材１２４を貫通する貫通孔を形成して、その貫通孔を上記の半導体基板１０２側の有底穴部に連続させてもよい。さらには、透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合する以前の段階で、半導体基板１０２に上記貫通貫入孔１２６Ｃのうちの半導体基板１０２側の部分（有底穴部）を、エッチングプロセスによって形成しておくとともに、同じく透光性基板１０６を半導体基板１０２に接合する以前の段階で、透光性基板１０６に貫通孔を形成しておき、その後に透光性基板１０６を透光性基板１０６に接合し、さらに中間の接合部材１２４をドライエッチングなどにより貫通させて、連続する貫通貫入孔１２６Ｃを形成してもよい。このように、透光性基板１０６接合前に、半導体基板１０２に上記貫通貫入孔１２６Ｃのうちの半導体基板１０２側の部分（有底穴部）を形成しておく手法によれば、半導体基板製造工程の一環として、微小空洞部を構成する上記有底穴部をも容易に形成することができ、製造工程上有利となる。

図７には、本発明の別の実施形態の半導体パッケージ１００を示す。図７に示す実施形態においては、微小空洞部１２６としての貫通孔１２６Ｂは、透光性基板１０６をその厚み方向に貫通しているが、樹脂層からなる接合部材１２４までは貫通せず、貫通孔１２６Ｂの底部が接合部材１２４の表面まで達している。接合部材１２４の樹脂系接着剤もある程度の熱伝導性を有しているから、このような実施形態においても、図１〜図４に示した実施形態よりは劣るものの、かなりの放熱効果を得ることができる。

さらに図８には、別の実施形態として、微小空洞部１０６として、前述のような貫通孔１２６Ｂは形成せず、複数の溝部１２６Ａのみを形成し、かつ前述の伝熱膜１３２および放熱膜１３４を形成しない構造の半導体パッケージ１００を示す。このような実施形態の場合でも、微小空洞部１２６としての溝部１２６Ａにより放熱効果を得ることができる。

図９には、光透過不要領域１３０に形成された微小空洞部１２６のうち、図１〜図４に示した実施形態における各貫通孔１２６Ｂに対応する微小空洞部１２６Ｄについて、透光性基板１０６の内部で枝分かれ構造とした実施形態の半導体パッケージ１００を示す。すなわち図８の実施形態において、枝分かれ構造微小空洞部１２６Ｄは、図１〜図４の貫通孔１２６Ｂと同様に透光性基板１０６の厚み方向に貫通する幹空洞部１２６Ｄａにおける透光性基板１０４の厚み方向の中間位置から、一次分岐空洞部１２６Ｄｂが透光性基板１０６の厚み方向に対し直交する方向に枝状に分岐延出するように形成され、さらにその一次分岐空洞部１２６Ｄｂにおける長さ方向の複数の位置からは、二次分岐空洞部１２６Ｄｃが透光性基板１０６の厚み方向に沿って枝上に分岐延出された構成とされている。なおこのような枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄにおいても、その一部である一次分岐空洞部１２６Ｄｂおよび二次分岐空洞部１２６Ｄｃは、透光性基板１０６における光透過不要領域１３０内に形成されることはもちろんである。

このような透光性基板１０６内部で枝分かれ構造を有する微小空洞部１２６Ｄは、透光性基板１０６の内部から、効果的に抜熱することができる。なおこのような枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄを形成するにあたっては、既に述べたようなレーザ照射による改質とウエットエッチングとを組み合わせた処理を適用することが望ましい。すなわち、透光性基板１０６の光透過不要領域１３０における枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄを形成すべき箇所にレーザ光の焦点位置を合わせてレーザ光を照射することにより、その部位をエッチングされやすい組織に改質し、その後にフッ酸などの強酸を用いたウエットエッチングにより改質部位を除去することによって、所望の枝分かれパターンを有する微小空洞部１２６Ｄを容易に形成することができる。

なお図９の例では、枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄについて、透光性基板１０６の厚み方向に沿った一つの断面において二次元的な枝分かれ構造として示しているが、実際には図９に示す断面に対して直交する方向にも枝分かれさせた構造とするなど、三次元的に枝分かれする構造としても良いことはもちろんである。さらに図９の例では微小空洞部１２６Ｄの幹空洞部１２６Ｄａを、図１〜図４に示した貫通孔１２６Ｂと同様な貫通孔としているが、幹空洞部１２６Ｄａは必ずしも貫通孔である必要はなく、透光性基板１０６の厚みの中途までの深さの有底穴、あるいは溝部であってもよい。さらには、逆に図６に示す例における貫通貫入孔１２６Ｃと同様に、半導体基板１０２の内部まで貫入する貫通貫入孔によって幹空洞部１２６Ｄａを構成してもよい。

さらに図１０には、図９に示した枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄの内面に、熱伝導性の良好な金属からなる伝熱膜１３２を形成し、かつ透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａのうちの光透過不要領域１３０に、微小空洞部１０６Ｄの開口端において伝熱膜１３２に熱的に連続する放熱膜１３４を形成した実施形態を示す。このような実施形態の半導体パッケージによれば、図９に示したものより、さらに優れた放熱効果を得ることができる。なおこれらの伝熱膜１３２および放熱膜１３４は、既に述べた図１〜図４に示したものと同様に形成すればよい。

以上の各実施形態においては、各微小空洞部１２６は、それぞれ透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）のみに開口するものとしたが、透光性基板１０６の厚み方向と平行な側面１０６ｃ、１０６ｄにも開口する構成としてもよい。その場合の一つの実施形態を、図９に示した実施形態の変形例として、図１１に示す。
図１１において、枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄの幹空洞部１２６Ｄａの中間位置からは、図９、図１０に示したと同様な一次分岐空洞部１２６Ｄｂのほか、側面連通用分岐空洞部１２６Ｄｄが、透光性基板１０６の厚み方向に直交する方向に枝上に分岐延出されて、その側面連通用分岐空洞部１２６Ｄｄの先端が透光性基板１０６の側面１０６ｃ、１０６ｄに開口している。このような構造は、特に透光性基板１０６の側面１０６ｃ、１０６ｄが半導体パッケージの外部空間に曝されるような使用態様の場合に、優れた放熱効果を発揮することができる。すなわちその場合には、透光性基板１０６の内部からの熱が、半導体基板１０２の第３面１０６ａの側から外部空間に放出されるのみならず、側面１０６ｃ、１０６ｄの側からも外部空間に放出されるため、より高い放熱効果を得ることができる。またこのように一つの微小空洞部が、二箇所以上の異なる複数の箇所に開口する構造とすることにより、微小空洞部内に空気の流れを生じさせて、微小空洞部内に高温の空気が滞留してしまうことを防止することも可能をなり、その点からも放熱性向上に有利となる。

上述のような図１１に示す構造の半導体パッケージ１００は、例えば図１２に示しているように、ダイシング加工前のウエハレベル段階において、透光性基板１０６におけるダイシングで切断されるべき境界（ウエハレベルからチップサイズに切り分けたときに単体パッケージの側面となるべき部位）Ｄを横切るように側面連通用分岐空洞部１２６Ｄｄを形成しておくことにより、容易に作成することができる。

なお微小空洞部１２６が透光性基板１０６の内部において延伸する方向は、前記各実施形態で示しているような、透光性基板１０６の厚みに沿った方向、あるいはそれに直交する方向に限られるものではなく、傾斜状に延伸されていても良いことはもちろんである。このように微小空洞部１２６を傾斜状に延伸させた実施形態を、図１３に示す。なおこの実施形態は、微小空洞部１２６を、二箇所以上の異なる複数の箇所に開口する構造としている。すなわち、微小空洞部１２６として、透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）から側面１０６ｃ（または１０６ｄ）に向けて傾斜状に貫通する斜行孔１０６Ｅが形成されている。この実施形態の場合も、空気を微小空洞部内で流通移動させて、放熱効果を高めることができる。なお図１３に示す実施形態では、伝熱膜１３２、放熱膜１３４を形成していないが、これらを形成しておけば、より一層放熱効果を高めることができる。

既に述べたように微小空洞部１２６の具体的な形状、パターンは特に限定されないが、以上の各実施形態における微小空洞部とは異なる形状、パターンの微小空洞部１２６の例を、図１４、図１５に示す。図１４に示す例では、微小空洞部１２６は、透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）から、断面が３角形もしくは楔形をなすように彫り込まれた溝によって構成されている。また図５に示す例では、透光性基板１０６の表面に、例えば円柱状をなす多数の突起部１４０を形成して、隣り合う突起部１４０の間の空間が微小空洞部１２６となるように構成している。これらの微小空洞部１２６の場合も、それぞれ放熱効果を期待することができる。なお図１４、図１５に示すような微小空洞部１２６を、図１もしくは図７に示した貫通孔１２６Ｂ、あるいは図６に示した貫通貫入孔１２６Ｃ、さらには図９、図１０、図１１に示した枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄなどと組み合わせてもよい。そのほか、これまでに説明した各実施形態の微小空洞部を種々組み合わせてもよいことはもちろんである。

さらに図１６には、透光性基板１０６の微小空洞部１２６内に、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金などの熱伝導性の良好な金属からなる伝熱充填材１４２を充填した実施形態の半導体パッケージ１００を、図９に示した実施形態の変形例として示す。図１６において、微小空洞部１２６としては、図９に示したものと同様に、枝分かれ構造の微小空洞部１２６Ｄおよび溝部１２６Ａが形成されており、これらの微小空洞部１２６に、上述のような伝熱充填材１４２が充填されている。このような実施形態においては、透光性基板１０６内部の熱は、各微小空洞部１２６内の伝熱充填材１４２によって透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）に伝達され、その透光性基板表面から外部空間に放出されて、放熱効果をもたらすことができる。なお、透光性基板１０６の表面（第３面１０６ａ）における光透過不要領域、特に各微小空洞部１２６の開口端を囲む部位に、上記伝熱充填材１４２に対して熱的に接続された伝熱膜１３４（図１６では図示略）を形成しておけば、よりいっそう放熱効果を高めることができる。なおここでは図９の実施形態の変形例として示したが、その他の実施形態における微小空洞部１２６に伝熱充填材１４２を充填しても、同様な効果を得ることができる。またこのように微小空洞部１２６に伝熱充填材１４２を充填する場合、図１６の例では、すべての微小空洞部１２６（溝部１２６Ａ、枝分かれ構造空洞部１２６Ｄ）に充填しているが、場合によっては、多数の微小空洞部のうちの一部の微小空洞部のみに伝熱充填材１４２を充填したり、あるいは、各微小空洞部の内面のうち、一部分のみに伝熱充填材１４２を充填することも許容される。なお伝熱充填材１４２は、微小空洞部の内部を完全に満たすことを求められるものではない。伝熱充填材１４２は伝熱路として機能すればよいのであるから、微小空洞部内に、伝熱機能を妨げない程度の空隙が存在してもよい。

１００半導体パッケージ
１０２半導体基板１０２
１０２ａ第１面
１０２ｂ第２面
１０４光学素子
１０４ａ受光面
１０６透光性基板
１０６ａ第３面
１０６ｂ第４面
１２４接合部材
１２６微小空洞部
１２６Ａ溝部
１２６Ｂ貫通孔
１２６Ｃ貫通貫入孔
１２８光透過領域
１３０光透過不要領域
１３２伝熱膜
１３４放熱膜
１３８伝熱充填材

Claims

第１面およびその第１面に対して平行な第２面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１面に形成された光学素子と、
第３面及びその第３面に対し平行な第４面を有し、かつその第４面が前記半導体基板の前記第１面に対向するように配置された透光性基板と、
前記半導体基板の少なくとも周辺部分と前記透光性基板の少なくとも周辺部分との間を接合する接合部材、
とを備えた半導体パッケージにおいて；
前記透光性基板の前記第３面を、前記光学素子への入出力光が通過すべき光透過領域と、それ以外の光透過不要領域とに区分し、
前記透光性基板の前記第３面と前記第４面との間における前記光透過不要領域と平面視で重なる領域に、少なくとも一部が透光性基板の外面に開口して半導体パッケージの外部空間に連通する少なくとも１以上の微小空洞部が形成されていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１に記載の半導体パッケージにおいて、
前記透光性基板の前記第３面に、前記微小空洞部のうちの少なくとも１以上の微小空洞部が開口していることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項２に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部が、透光性基板の前記第３面から透光性基板をその厚み方向に貫通する貫通孔とされていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項３に記載の半導体パッケージにおいて、
前記貫通孔が、半導体基板の前記第１面から、さらに半導体基板の内部まで貫入するように形成されていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部の内面の少なくとも一部に、熱伝導材料からなる伝熱膜が形成されていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項５に記載の半導体パッケージにおいて、
前記透光性基板の表面のうち、前記光透過不要領域の表面の、少なくとも前記微小空洞部の開口端を囲む部位に、熱伝導材料からなる放熱膜が形成されており、かつ前記微小空洞部の内面の前記伝熱膜がその微小空洞部の開口端まで連続しており、その伝熱膜が前記微小空洞部の開口端において前記放熱膜に熱的に接続されていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１〜請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、透光性基板の内部において枝分かれ構造とされていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１〜請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、異なる２箇所以上の箇所において透光性基板の外面に開口されていることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項８に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、透光性基板における前記第３面と、前記第３面及び前記第４面に対して直角をなす側面との両面に開口していることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１〜請求項９のうちのいずれか１の請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部は、溝部であることを特徴とする、半導体パッケージ。
請求項１〜請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載に記載の半導体パッケージにおいて、
前記微小空洞部のうち、少なくとも１以上の微小空洞部の内部の少なくとも一部に、熱伝導材料が充填されていることを特徴とする、半導体パッケージ。