JPH01201967A - 半導体受光素子の取り付け方法及び半導体受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体受光素子の取り付け方法及び半導体受
光装置に係わり、特に、受光エリアに高い平面度が要求
される半導体受光素子の取り付け方法及び半導体受光装
置に関する。

［従来の技術］ 従来、ＣＣＤ　（電荷結合素子）に代表される固体イメ
ージセンサのような半導体受光素子を、リードフレーム
のアイランド部又はセラミックパッケージ若しくはセラ
ミック基板のダイ・ア・タッチ部に取り付ける方法とし
ては、通常の半導体素子を取り付ける場合と同様の方法
が行なわれている。すなわち、リードフレームのアイラ
ンド部、セラミックパッケージあるいはセラミック基板
のダイ・ア・タッチ部に、例えばエポキシ系ペーストや
ポリイミド系ペーストを塗布後、半導体受光素子をペー
スト上に配置し、次いで、半導体受光素子をペースト側
に極めて短時間加圧し、その後ペーストを高温で硬化さ
せることにより取り付けている。ここで、ペーストの硬
化時間を短くするために３００℃以上の高温でペースト
の硬化を行なう場合もある。

また、他の取り付け方法として、Ａｕ−３ｉ共晶法でダ
イボンディングする方法もある。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら、
上記した従来の取り付け方法では、半導体受光素子のサ
イズが大型化した場合、次のような問題が発生する場合
がある。

すなわち、エポキシ系ペーストやポリイミド系ペースト
の硬化収縮率は一般的に５〜１０％であり、また、半導
体受光素子の素材であるシリコンの熱膨張率は３．７Ｘ
１０”６（１／℃）であるのに対し、半導体用セラミッ
クパッケージの熱膨張率は６．９Ｘ１０−６〜７．８Ｘ
１０．−６（１／℃）であり、シリコンの約２倍である
。これらの部材を用いてセラミック基板又はセラミック
パッケージのダイ・ア・タッチ部上に半導体受光素子を
ダイボンディングするに際し、エポキシ系ペーストある
いはポリイミド系ペーストを熱硬化させると、半導体受
光素子が湾曲した状態でダイ・ア・タッチ部上に固定さ
れることがある。第３図はこの状態を模式的に示したも
のであり、９はセラミック基板又はセラミックパッケー
ジのダイ・ア・タッチ部である。８はエポキシ系ペース
ト又はポリイミド系ペースト、７は半導体受光素子、１
０は湾曲量である。第３図においてはセラミック基板９
および半導体受光素子７は凹型に変型しているが、凹型
あるいは波型に変形する場合もある。

かかる変形が与える影響を、デジタルカラー複写機の原
稿読み取り用センサを例として以下に説明する。原稿読
み取り用センサとしてＣＣＤを使用する場合、一般に、
原稿サイズを光学的に１１５に縮小して半導体受光素子
であるＣＣＤの受光エリアに結像させる。

原稿読み取り幅をＡ４サイズの短辺（約２１ｃｍ）とし
てもこの時のＣＣＤ受光エリア長は４．２ｃｍとなり、
原稿位置精度及びＣＣＤのダイ・ア・タッチ部への実装
位置精度を考えるとＣＣＤ受光エリア長は約５．０ｃｍ
必要であり、このときのＣＣＤの素子サイズは約５．５
ｃｍとなる。１１５に縮小して原稿をＣＣＤ上に結像さ
せることが可能な結像深度は、受光エリア長か５．０ｃ
ｍのＣＣＤ面上で約１０μｍ以下であり、さらにカラ一
対応として同−ＣＣＤ面上に赤、青、緑の３色を読み取
るために３本手行な受光エリア（図示せず）をもつ場合
、さらにきびしくなる。本研究によれば、ＣＣＤの素子
サイズが５．５ｃｍの場合、第３図に示すＣＣＤの湾曲
度は１５μｍ以上であり、大きいもので７０μｍ以上で
あることが確認されている。受光エリア内のみに限って
もほぼ同様の湾曲度であると考えられる。そのため、従
来方法で取り付けることにより製造した半導体受光装置
をデジタルカラー複写機の原稿読み取りセンサに使用し
た場合、そのデジタルカラー複写機により複写された複
写画像は、一部に不鮮明なボケ、ピントズレが発生する
ことがある。

半導体受光素子のダイボンディングをＡｕ−８１共晶法
で行なえば、わずかに平面度は向上するか、上述したよ
うなカラ一対応の場合、半導体受光素子であるＣＣＤ上
にカラーフィルターを配置する必要がある。しかし、カ
ラーフィルターが染料の場合にはその耐熱温度は１５０
℃以下てあり、一方、顔料の場合には２５０℃以下であ
るので、４３０〜４５０℃で行なうＡｕ−５ｉ共晶法は
使用てきない。

なお、従来方法の問題点を発見するにいたった上記検討
に使用した半導体受光素子であるＣＯＤは、受光エリア
が３本のラインセンサで構成されており、ラインセンサ
１本あたりの画素数は５０００画素、１画素あたりの大
きさは１０μｍＸ１０μｍである。各ラインセンサ上に
は、赤、青、緑のカラーフィルターがそれぞれ配置され
ている。

以上に述べたように、従来方法で半導体受光素子を取り
付けた場合、特に半導体受光素子サイズが大きいと半導
体受光素子が湾曲されてダイボンディングされてしまい
、半導体受光素子の受光エリアの平面度か低下するとい
う問題を生じ、ひいては、半導体受光装置を使用して所
望の動作、性能を必要とするシステムに上述したような
不都合を発生させることがある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の第１の要旨は、リードフレームのアイランド部
又はセラミックパッケージ若しくはセラミック基板のダ
イ・ア・タッチ部に、半導体ダイボンディング用ペース
トを用いて半導体受光素子を取り付ける方法において、
該半導体受光素子の２組の向い合った２辺のスクライブ
ラインの少なくとも１組の向い合った２辺のスクライブ
ライン上のすべての点で圧力が−様となるように、リー
ドフレームのアイランド部又はセラミックパッケージ若
しくはセラミック基板のダイ・ア・タッチ部方向に、該
半導体受光素子のスクライブラインを加圧しながら半導
体ダイボンディング用ペーストを硬化させることを特徴
とした半導体受光素子の取り付け方法である。

また、本発明の第２の要旨は、リードフレーム、セラミ
ックパッケージまたはセラミック基板と、リードフレー
ムのアイランド部又はセラミックパッケージ若しくはセ
ラミック基板のダイ・ア・タッチ部とに取り付けられた
半導体受光素子とを有する半導体装置において、該半導
体受光素子の受光面の湾曲量が１０μｍ以下であること
を特徴とする半導体装置である。

［作用］ 本発明によれば、リードフレームのアイランド又はセラ
ミックパッケージ若しくはセラミック基板のダイ・ア・
タッチ部に半導体受光素子を半導体ダイボンディング用
ペーストを用いて取り付けるときに、半導体受光素子の
２組の向い合った２辺のスクライブラインのうち少なく
とも１組のスクライブライン上のすべての点で−様な圧
力を加えながら半導体ダイボンディング用ペーストを硬
化させるので、半導体受光素子、特にその受光エリアの
湾曲を低減でき、高い平面度が得られる、そのため、半
導体受光素子の受光面に結像する場合に不鮮明なボケ、
ピントズレの発生することのない半導体受光装置が得ら
れる。

［実施例］ 本実施例では、半導体受光素子として前述したデジタル
カラー複写機の原稿読み取り用のＣＣＤラインセンサ（
ｓ　ｏ　ｏ　ｏ画素×３本）を使用している。

ます、本実施例を説明する前に、本発明の簡単な模式図
を第１図及び第２図に示し、これを説明した後、本実施
例を説明する。これにより、本実施例は簡単に理解でき
る。

第１図において、１は半導体受光素子 （ＣＣＤを使用）、２はスクライブライン加圧用治具、
３はセラミック基板、４は半導体ダイボンディング用ペ
ーストであるエポキシＡｇペーストを示しである。この
第１図において、加圧用治具２は、半導体受光素子１の
スクライブラインの長辺側を均一に加圧している９第２
図は第１図の半導体受光素子１のセンサ面を示しており
、５はスクライブライン、６は半導体受光素子の受光部
である。スクライブラインとは、半導体受光素子が、ま
だウェハ状であるときに、各素子を分離（カッティング
）するためのラインであり、スクライブライン上には、
いかなる能動領域もなく、したがって加圧治具２で加圧
することができる。

では、本実施例について説明する。第４図は半導体受光
素子を本発明の方法でダイボンディングするセラミック
実装基板を示しており、１１はセラミック基板、１２は
金メツキされたダイ・ア・タッチ部、１３−１．１３−
２は位置決め穴（後で使用する）、１４は外部回路に接
続する場合に使用する外部リードビンであり（セラミッ
ク基板１１の長辺側に片側２０ビン両側で計４０ビン配
置しである）。

また、セラミック基板１１上のワイヤボンディング用パ
ット１５と外部リードビン１４を電気的に接続するアル
ミ配線１６が所望の型状で配置されている。さらに図示
はしていないが、アルミ配線１６上にアルミナ絶縁層を
配置している。ま、た、セラミック基板１１の平面度は
２μｍである。

第５図は本実施例に用いるダイボンド治具であり、１７
は加圧用上部治具でありこの裏面に第１図のスクライブ
ライン加圧用治具２が配置されており、１９は加圧用下
部治具である。１８は加圧用上部治具１７の位置決め穴
であり、２０は加圧用下部治具の面２３に垂直度５μｍ
で配置された位置決めビンてあり位置決め穴１８と対に
なっている。２１−１．２１−２は面２３に第４図のセ
ラミック基板１１を配置するための位置決めビンであり
、１３−１及び１３−２の位置決め穴と対になっており
、２２はセラミック基板１１に配置された外部リードピ
ン１４を挿入するミゾである。またスクライブライン加
圧用治具２は位置決めピン１８に対して位置決めされ、
加圧用上部治具１７に配置されている。

以後に、以上の部材及び治具を用いた本発明の手順を示
す。

（手順１） 金メツキされたダイ・ア・タッチ部１２上に位置決め穴
１３て位置決めしてＣＣＤを配置する。

この時、使用する半導体ダイボンド用ペーストは低膨張
率型ペースト、例えばＣＲＭ−１０３５（商品名、住友
ベークライト株式会社）などが望ましい。ここではまた
ペーストは硬化させない。

（手順２） ＣＣＤを配置したセラミック基板１１を加圧用下部治具
１９に配置する。このときセラミック基板１１の位置決
め穴１３−１．１３−２は、加圧用下部治具１９上の位
置決めピン２１−１゜２１−２に合わせる。このとき外
部リードピン１４はミゾ２２に挿入されている。

（手順３） 次に、加圧用上部治具１７の位置決め穴１８を加圧用下
部治具１９上の位置決めビン２０に挿入し、スクライブ
ライン加圧用治具２をセラミック基板１１上のＣＣＤラ
インセンサと合わせる。このときスクライブライン加圧
用治具２と、ＣＣＤラインセンサのスクライブラインは
、位置決め穴１８．１３−１．１３−２及び位置決めピ
ン２１−１．２１−２．２０により位置決めされている
。

（手順４） しかるのち、このままの状態で半導体ダイボンディング
用ペーストを硬化させる。このときペーストを３００℃
以上の高温で短時間で硬化させると、所望の平面度か得
られないばかりか、ＣＣＤにクラックわれか発生する場
合があるので、１２０〜１５０℃の温度で長時間（１〜
２時間）かけて硬化させることが望ましい。

手順１〜手順４を終了後セラミック基板１１を、加圧用
治具１７，１９からはずし、所望の電極バッド１５とＣ
ＣＤ上の電極パッドとを金属細線２４で結合し、しかる
のち、第６図に示すように、セラミック基板１１と同材
で作ったセラミックわく２５と、ガラス（例えばコーニ
ング社製７０５９ガラス）２６から作るキャビティ２７
をエポキシ樹脂等てセラミック基板１１にＣＣＤ２８等
を封止するように接着する。この接着に用いたエポキシ
樹脂は１２０〜１５０℃て１時間加熱することにより硬
化させるが硬化の前後てのＣＣＤの受光エリア（約５．
０ｃｍ）の湾曲量（第３図−１０）は硬化前で５〜７μ
ｍ、硬化後で最大１０μｍであった。本実施例では加圧
用上部治具１７の重さを５００ｇにして行なフたが５０
０ｇをこえると半導体受光素子（ＣＣＤラインセンサ）
のクラックわれが発生することがあり、５００ｇ以下で
あることが望ましい。

本実施例では半導体受光素子としてＣＣＤラインセンサ
を用いたか、他の受光素子、例えば最近開発された受光
素子であるＢＡＳ工Ｓ　（Ｂａ５ｅＳｔｏｒｅ　Ｉｍａ
ｇｅ　５ｅｎｓｏｒ　　の略、写真工業１９８７年５月
号、Ｖｏｌ　４５．　Ｎｏ、　５．　Ｐ８８　（株）写
真工業出版社に基本原理を示しである。）などを用いて
もよい。また、さらに基板として使用したセラミックの
熱線膨張係数を半導体受光素子の素材であるシリコンの
熱線膨張係数３．７Ｘ１０−６（１／ｌ）に近づけると
なおよく、できれば３、　０　Ｘ　１０−６（１／℃）
〜４．５Ｘ１０−６（１／ｌ）であれはよい。

［発明の効果］ 本発明によれは半導体受光素子の受光面の湾曲度の小さ
く、半導体受光素子の受光面に結像する場合に不鮮明な
ボケ、ピントズレの発生することのない半導体受光装置
か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の模式図、第２図は第１図の半導体受光
素子の受光面、第３図は半導体受光素子ダイボンディン
グ後の湾曲、第４図は実施例に用いたセラミック基板、
第５図は実施例に用いた加圧用治具、第６図は封止方法
説明である。 １．７・・・半導体受光素子、２・・・スクライブライ
ン加圧用治具、３，９・・・セラミック基板、４゜８・
・・半導体ダイボンディング用ペースト、５・・・スク
ライブライン、６・・・受光部、１０・・・半導体受光
素子の湾曲度、１１・・・セラミック基板、１２・・・
金メツキされたダイ・ア・タッチ部、１３・・・位置決
め穴、１７・・・加圧用上部治具、１８・・・位置決め
穴、１９・・・加圧用下部治具、２０・・・位置決めピ
ン、２１・・・位置決めビン、２２・・・ミゾ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）リードフレームのアイランド部又はセラミックパ
   ッケージ若しくはセラミック基板のダイ・ア・タッチ部
   に、半導体ダイボンディング用ペーストを用いて半導体
   受光素子を取り付ける方法において、該半導体受光素子
   の２組の向い合った２辺のスクライブラインの少なくと
   も１組の向い合った２辺のスクライブライン上のすべて
   の点で圧力が一様となるように、リードフレームのアイ
   ランド部又はセラミックパッケージ若しくはセラミック
   基板のダイ・ア・タッチ部方向に、該半導体受光素子の
   スクライブラインを加圧しながら半導体ダイボンディン
   グ用ペーストを硬化させることを特徴とした半導体受光
   素子の取り付け方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、加圧するスクラ
   イブラインが半導体受光素子の長辺側であることを特徴
   とする半導体受光素子の取り付け方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項において、半導
   体受光素子の長辺側の長さが、 ５０ｍｍ以上であることを特徴とする半導体受光素子の
   取り付け方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、セラミックパッ
   ケージ又はセラミック基板に使用するセラミックの熱線
   膨張係数が３．０×１０＾−＾６（１／℃）〜４．５×
   １０＾−＾６（１／℃）であることを特徴とする半導体
   受光素子の取り付け方法。
5. （５）リードフレーム、セラミックパッケージまたはセ
   ラミック基板と、リードフレームのアイランド部又はセ
   ラミックパッケージ若しくはセラミック基板のダイ・ア
   ・タッチ部に取り付けられた半導体受光素子とを有する
   半導体受光装置において、該半導体受光素子の受光面の
   湾曲量が１０μｍ以下であることを特徴とする半導体装
   置。