JPS62221137A - 半導体装置及びその製造方法 - 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、半導体装置、特に半導体チップのパッケージ
ングに関係する。

〔従来の技術〕

固体撮像装置（以下撮像素子と称する）は一体型ＶＴＲ
カメラの普及にともない急速に需要が伸びている。需要
の伸びとともに撮像素子の価格低減競争が激しくなって
いる。この競争の中で、主流の承販晶種のパッケージン
グ方式がシームウェルド方式から有機シール方式へと移
り替わりつつある。シームウェルド方式の特徴は超高信
頼性にあり、金属同志を熔着しており、気密性と耐湿性
は極めて良好である。しかしながら光を取り入れる窓こ
れをガラスキャップと称しているが、このガラスキャッ
プの構造は複雑でそれゆえ高価となっている。すなわち
、ガラスキャップは、ガラス窓と窓を支えるセラミック
枠及びセラミック枠へ接合されている金属枠から構成さ
れ、ガラス窓とセラミック枠はフリットガラスで、また
、セラミック枠と金属枠はＡｇろう等によって熔着され
ており、大変複雑な高価なものであった。シームウェル
ド方式は例えば特開昭６０−１７３８６１号公報で知ら
れている。他方有機シール方式では、ガラスキャップは
、ガラス板であり極めて単純なものである。有機シール
方式では、内部配線と外部端子（リートピンと称する）
を有するセラミック成形体（以下パッケージと称する）
に接着剤例えばエポキシ樹脂接着剤にて該ガラス板をそ
の周辺部同志の気密が保持されるように接合している６
ガラス板とパッケージによって構成される内部は中空で
、この内部に固体撮像素子チップやカラー固体撮像素子
ではカラーフィルタ付き素子が取付けられている。第８
図に、従来の有機シール方式のパッケージングの概略断
面図を示す、第８図ではセラミックパッケージ製の例を
示したがり−ドピン等の金属部以外を有機樹脂性とする
ことも可能である。半導体におけるパッケージングとは
、一般に半導体素子チップと外部回路との接続をになう
機能を有し、外部との機械的影響や化学的影響からの保
護機能を有する外装を半導体素子チップへ施すことであ
り、固体撮像や紫外線消去ＥＰ−ＲＯＭ　（Ｅ　１ｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｐ　ｒｏｇｒａｍａｍａｂｌｅ　　
ＲｅａｄＯｎｌｙ　　Ｍｅｍｏｒｙ）等では光を通過す
る機能を合わせて与える。そこで、有機シール方式でも
、外部端子４へ接続するＡｌ等のボンディングワイヤー
６が撮像素子チップからパッケージ３側の印刷配線端子
へと設けられている。撮像索子チップはＡｇペースト５
等によってチップの底がパッケージのダイアタッチ面に
接着固定されている。このチップの固定では導通の必要
のない場合があり、素子設計上では高価なＡｇペースト
を使用しない場合もある。パッケージの内部配線とリー
ドピン４とは金属ろう材７によって接合されている。光
情報を導入する窓として、ガラスキャップ１が、その周
囲を接着剤８で接着し気密とするように施されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

有機シールの場合、特に問題となる欠点がある。

有機物は気密性においてシームウェルド方式に比較する
と大変劣っており、特に透湿により侵入する水分が結露
し、Ａｌ配線等の電食等腐食を引き起こし、ついには不
動作へと進む信頼性の問題がある。固体撮像装置では結
露は画質の低下に結びつくため、不動作へと進まなくと
も品質上問題があると言える。

シール部の透湿を防ぐ検討が色々図られているが、有機
物そのものを通過する成分が存在し、耐湿性の本質的な
完全には至っていない。

本発明は、上記の信頼性を改善し、実用上問題の発生し
ない信頼性を装置に付与することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の一実施例によれば、透湿によって侵入する水分
あるいは腐食性ガスを吸着するためにガス吸着剤をパッ
ケージ内に入れる。

〔作用〕

結露あるいは配線の腐食を遅らせることができる。

〔実施例〕

侵入してくる水分は、中空部の気体中に含まれ蒸気とし
て存在する成分と、固体の表面例えば撮像素子チップ表
面やパッケージ内壁あるいはガラスキャップ内面に吸着
される成分とに分かれる。

また接着剤等の有機物等が存在すると、接着剤層中に吸
水され保持される。エポキシ樹脂等では分子内に水酸基
を有しており、比較的含水しやすく、吸水量は大きい０
例えば素子チップをパッケージに接着するＡｇペースト
は吸水率が３重量％程度と比較的大きい。

またセラミック表面は若干ポーラス性があり。

吸着水量は通常の平坦な表面より大きく約１μｇ／−程
度である。これらの成分間には平衡が成立し、吸着脱離
が起こっている。中空部の水蒸気圧が装置のおかれてい
る温度での飽和水蒸気圧に達すると結露が起こり、水滴
が観測されるようになる。

ここで、室温２５℃前後で結露寸前の状態でのパッケー
ジ内の水分の分配の状態を想定する。パッケージの中空
部の体積を約０．５ｏｃと、セラミックの表面積を約４
−とし、Ａｇペースト量を約１０■とするとそれぞれの
部分に分配される水分量は蒸気分として約１μｇ、セラ
ミック吸着量として約４μｌＡｇペースト層への吸着吸
水量として約３００μｇとなる。すなわち、透湿によっ
てパッケージ内が結露に至るまでの間にＡｇペーストや
パッケージの内壁に多量に吸水される過程が存在するこ
とが理解できる。

発明者等は、有機シール性のパッケージングにおいて耐
湿性の検討中、その評価の過程で上記の現象を見い出し
た。耐湿テストのため、恒温恒湿槽にテストサンプルを
入れ、透湿量を測定するようくもりテストを行った。く
もりテストは８０℃で１５分加熱後ガラス窓部をメタノ
ールをひたした綿棒で冷却し、その内部に結露が認めら
れるかで透湿のレベル判定を行った。結露が起こり難く
いサンプルはその内部に撮像素子チップがＡｇペースト
でダイボンディングされたものあるいはテストのための
湿度センサを内装したサンプルであった。これらの現象
は前述したＡｇペースト層への吸水や湿度センサを構成
するセラミック板への水分の吸着によって起こったと理
解できる。

そこで、本発明者等は、上記現象を信頼性向上のため積
極的に利用することに思い至った。すなわち、ガス吸着
剤を内装することで、透湿してくる水分をガス吸着剤に
吸収し、キャビティ内の水蒸気圧の上昇を遅延し、結露
への時間の延長を図った。以下具体的に説明する。

ガス吸着剤としてＡｇペーストが使用可能である０通常
Ａｇペーストは高価であり、多量に塗布して使用せず、
８Ｘ１０ｍｍ”程度の素子チップで約８〜１０■程度の
量である。本発明ではＡｇペーストを多量に用い、水分
吸着量を大幅に増大させた。Ｌｏｎｇで水分吸着量がキ
ャビティへ分配される飽和時の水分量の約３００倍へと
増大させ得る。

塗布量が多い時、Ａｇペーストによるチップ表面への汚
染が発生しやすくなる。このペーストの表面へのまわり
込みを防ぐため、第１図に示すように素子チップを配置
するダイタッチ部に凸部を設け素子チップがペースト中
に潜み込まないように工夫した。またダイアタッチ部に
井戸状の穴や溝を設け、溝等を埋めもどすようにＡｇペ
ーストを塗布した。第１図（ａ）はダイアタッチ部に凸
部を設けた例で、同図（ｂ）は凸部と溝等を設けた例で
ある。第１図で１０ｗ：のＡｇペーストで素子チップを
接着するとその接着剤層の厚みは約４０１ｍ前後である
。第１図のよう１こダイアタッチ部に構造的な凹凸を設
けると園オーダの凹凸とすることができ、Ａｇペースト
の充填量を飛躇的に増加させることが可能となる。

第２＠に他の方法を示す。図中９はガス吸着体である。

このガス吸着体は全多孔性粉体例えばシルカゲルあるい
はアルミナゲルを有機樹脂に混和し成形硬化したもので
ある。このように樹脂に混和し成形硬化すると発塵等の
恐れがなく、取り扱いかが便利になる。固体撮像装置で
は撮像面やガラス面等にゴミ等の異物が付着する。すな
わち光路内に光を遮る異物が存在すると画像に黒点状の
キズが生じ２品質を著しくそこね不良品となる。

上記のように樹脂で成形したガス吸着体は吸水速度ある
いは吸着速度において、ガス吸着材の粉体に比較すると
低下するが、水分又はガスの飽和吸着量の面での低下は
ほぼ無視しうる。ガス吸着体の細孔の奥深くまで樹脂が
浸透することがなく。

またたとえ樹脂がその表面を湿潤しても、樹脂とガス吸
着体との界面に水分が吸着される。次に吸着速度の低下
の影響について述べる。信頼性等°の寿命を考える時そ
の経時変化は通常極めて遅い現象である。有機シールの
透湿速度とこれらガス吸着体の成形樹脂との透湿速度と
ほぼ等しいと考えてよく、また若干樹脂によっては透湿
速度の早いものもあり、また樹脂量を少な目にすること
や発泡して樹脂の壁を薄くする工夫で透湿性を速めるこ
とが可能であり、樹脂でガス吸着体を成形する影響はほ
とんどないと考えてよい。ガス吸着体粉末をＡｇペース
トに混和し、Ａｇペーストと同等の働きをもたせる後述
の方法でも、上記と同様のことが言え、樹脂に混和する
ことによる影響は考えなくてよい。

ガス吸着体９を初めから成形されているものを利用する
ことができる１例えばポーラスなセラミック板又は球、
例えばコーニング社のバイコールガラスあるいは成形し
たシリカゲル又はアルミナゲル等が使用しうる０例えば
パイコールガラス、Ｎａ、０−Ｂ２０３ＳｉＯ，素ガラ
スを５００〜６ｏＯ℃で熱処理し、２相分離を行い、次
に酸処理により多孔性シルカガラスに変える、次に１０
００℃程度の熱処理をほどこして高ケイ酸ガラス（パイ
コールガラス９６〜９８％Ｓｉｎ、）とする、このガラ
ス形成過程で多孔性のレベルの異なるものが得られる。

すなわち、高温熱処理で若干多孔性が低下する。他の例
として通常のシリカゲルの説明を簡単に行う、シリカゲ
ルは、３Ｎ程度のアルカリ性である水ガラス溶液に水冷
した３Ｎ硫酸をかきまぜながら加えて約ＰＨ１にする。

この溶液を一夜放置後濾化し濾液を６０℃の湯煎で加湯
するとゲル化が起こり全体が凝固する。このゲルを水洗
いし、１１０℃で乾燥すると弾力の強いゲルとなる、こ
の状態でさらに流水で洗浄し可溶性塩を除去し、乾燥す
るとガラス状のシリカゲルが得られる。成形する場合は
初めに水洗いした含水ゲルを成形し乾燥して作る。この
ようにして作るゲルは５００ｒｒｒ／ｇ程度の比表面積
を有しており、通常４００μｇ／ｒｘ？程度の水分を吸
着する。１０■程度上記ゲルを内装すると水分吸着を２
０００μｇ程度増加させうる。一般のＡｇペースト１０
■では吸水量が３００μｇ程度であるため、約−桁水分
吸着量を増加でき、セラミック部の吸水量が４μｇ程度
と比較的小さいことを考慮するとほぼ水分吸着量が５倍
程度増加し、水分による故障モードでの信頼性寿命は５
倍はど延長される。

第２図ではガス吸着体を素子チップと並設したが、素子
チップに重ねて挿入することも可能である。

次に第３図を説明する。

第３図で、１０がガラスあるいはセラミックあるいは樹
脂小球である。このような小球をＡｇペースト中に混和
し塗布すると、Ａｇペースト層の厚みを増すことが可能
となる。素子チップをダイアタッチ部に圧着するとき、
多量のＡｇペーストを塗布しておくと素子チップがダイ
アタッチ部に片当りしたりして素子チップとダイアタッ
チ部との平行度が悪くなる。固体撮像素子等では、像を
結像する必要が有り、素子チップはパッケージ内に正し
く接着されなければならない。小球をＡｇペースト中に
添加しておくと、素子チップを圧着した時小球上面で静
止するため、片当りが防止でき、精度よい素子チップの
装着が可能となる。小球の径によって厚みがコントロー
ルされ、比較的厚いＡｇペースト層とすることができる
。Ａｇペーストは吸水性が前述したように大きく、塗布
量を多くすることで信頼性を改善できる。

小球の代りにメツシュ状のスペーサを挿入することも有
効である。メツシュの間の空間にＡｇペースト等が多量
に充填され、しかもメツシュの厚さによって素子チップ
の平行度が保たれる。

第４図を次に説明する。

図中１１はガス吸着粉末を樹脂あるいはＡｇ又はＡｌの
ペースト中に分散混和したものである。

第２図で記述したと同等の硬化が得られ、しかも内装の
ために特別の工程を設ける必要がなく、コストの上昇を
まねかない。

第５図は第４図の例に第３図の例の小球を混和した形態
をしており、第５図中の１２は小球表面に多孔性膜約１
〜２７ＪＩＢ前付着した形の表面多孔性小球である。第
４図、第３図の例と同等の効果が得られる。

第６図は、第４図と第１図（ａ）の例を組合せた実施例
であり、これら組合せの効果が得られる。

ガス吸着材としては、有機ガス用、水分用等色々のもの
がある。有機シール部を透過し、画質低下を引き起こす
ガスは主に水分であるが、ハロゲン系ガスあるいは有機
ガス等も結集して水滴状の粒子を作ることがあり、これ
らも信頼性不良を引き起こす原因となっている。有機ガ
ス成分の吸着にはガーボンブラックなどが特に有効であ
る。水分には、シリカゲル、アルミナゲル、ゼオライト
、活性白土などの極性の強い表面を有する吸着剤が有効
である。これらと目的にあわせて使用される。

シリカゲルにも有機物は吸着されるため、吸着剤として
はシリカゲル系統の吸着剤でよい。吸着体には表面多孔
性のものもあり、これらも使用しうる。有機物、特に極
性基を多数分子内に有する樹脂、例えばエポキシあるい
はゼラチン、ポリビニールアルコール等多くの樹脂が吸
水性が強く水分吸着剤として応用することができる。

これらのガス吸着剤はその製造方法から不純物としてＮ
ａやハロゲンを含んでいることがしばしばであり、選択
に当って注意が必要である。水洗や煮沸洗浄によっであ
るいは酸処理を加えたアルカリ成分を除去しであるいは
同様にハロゲン成分を除去して使用するとよい、また入
手時には水分を多量に吸着しており、不活性であること
が多く、加熱脱水して使用する。シリカゲルの場合１５
０℃、アルミナの場合４００〜５００℃前後での処理が
ペターである。

樹脂とガス吸着剤とを混和する時は、減圧脱気あるいは
脱泡しておくとよい。減圧処理のない場合樹脂の加熱効
果時にガス吸着剤からガスが多量に放出され、極端に発
泡し、飛散し発塵の原因となることがある。

次に、第４図に従って製造方法を説明する。

あらかじめ１５０℃、５＋ｍｓの条件で乾燥した全多孔
性シリカゲルをＡｇペーストに添加し混和し、０．７気
圧に減圧脱気して高い粘度のシリカゲル入りＡｇペース
トを作る。このペースト１１を５０■パツケージ内に塗
布し、素子チップ２を圧着して１５０℃で加熱硬化した
。次に素子とパッケージとの接続のための、Ａｆｌワイ
ヤー６を超音波ボンディングした。ワイヤーボンディン
グ後ゴミ等をＡｉｒスプレー等ではらい真空加熱を１０
０〜２００℃で３時間行いセラミックパッケージやガス
吸着剤からの水分等のアウトガス（脱水、脱ガス）を図
った。十分乾燥したＮ２雰囲気中で冷却し、ガラスキャ
ップ１で加熱封止した。ガラスキャップ１には有機シー
ル材８が半硬化の状態で形成されており、パッケージの
シール部と合わせ、１ｋｇ　〜２ｋｇの加重を加えて５
０℃で６０〜１２０分程度加熱硬化させることでシール
８が完成する。

パッケージ内の水分吸着材はＡｇペースト４０■シリカ
ゲル１０■で、セラミックパッケージへの水分吸着があ
るが無視しうる量であるため、これらの水分吸着量は、
従来のＡｇペースト１０■使用時に比較して、１０倍と
なった。

本サンプルの耐湿性評価を行った。前述のくもりテスト
で内湿度上昇の速度を調べた。その結果くもり不良に達
する時間が約５倍はど延長し、信頼性の大幅な改善が得
られた。

〔発明の効果〕

本発明によるパッケージングの際のガス吸着剤の内装に
より、（ｉ）発塵の心配なく、ガス吸着剤を内装できる
ようになった。（ｎ）水分吸着による、くもり不良へ至
る時間を大幅に延長できるようになった。　　（ｆｉｔ
）水分の結露が不良における故障の先行モードであるた
め、固体撮像装置の信頼性を大幅に改善できた。ガス吸
着剤は一般に粉体であり、吸着能力は粉体の場合の方が
大きい。

粉体はそれ自体が塵であり、撮像素子の稼動時品質をそ
こねる。本発明の樹脂との混和塗布により発塵を防ぎ、
吸着剤をパッケージのキャビティに内装可能となった。

第７図は本発明の効果を示す図である。環境３５℃９０
Ｒ）１％下に放置された時の累積不良率と羅しよう時間
との関係を示している１本テストは色々な高温高湿下で
テストし、通常状態へと外挿して得た結果である。本発
明では水分等の吸着量を容易に１０倍程度以上に増加さ
せ得るため、キャビティ内がくもり不良を起こすまでの
時間が大幅に図のように延長でき、不良発生を長時間側
にシフトさせ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイアタッチ部を改善した本発明の２つの例、
第２図はガス吸着体を内装した本発明の例、第３図は小
球をＡｇペーストに混入してＡｇペーストの厚さを増加
する工夫の本発明の例、第４図は、Ａｇペーストあるい
は接着剤等にガス吸着剤を混和しペーストとして塗布し
た本発明の例。 第５図は第３図と同様の効果のため添加した表面多孔性
小球１２を用いた本発明の例、第６図は第２図（ａ）に
第４図を組合せた本発明の例、第７図は本発明の効果を
示すグラフである。第８図、は従来の固体撮像装置の概
略の断面図である。 １・・・ガラスキャップ、２・・・素子チップ、３・・
・パッケージ、４・・・リードピン、５・・・Ａｇまた
はＡｌペースト、６・・・Ａｌワイヤー、７・・・金属
ロー材、８・・・有機シール、９・・・ガス吸着体、１
０・・・ガラス等の小球、１１・・・ガス吸着粉末を混
和した樹脂ペースト。 ＡｇまたはＡｌ粉末が含まれることあり、１２・・・表
面多孔性小球。 第１図 ８・・・接着剤 第２図 第３図 ９・・・ガス吸着体 １０・・・球状体 第４図 第５図 １１・・・ガス吸着ペースト １２・・・表面多孔性球状体 経過年　　　　（年）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップをパッケージ等の外装内に装着した半
   導体装置において、該外装がすくなくとも一部が有機物
   で構成され、上記外装内にガス吸着剤を入れたことを特
   徴とする固体撮像装置あるいは半導体装置。 ２、ガス吸着剤が水分吸着剤となっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、上記ガス吸着剤がハロゲンやサルファー等を含む有
   極性ガスあるいは一般の有機ガス吸着剤であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、上記ガス吸着剤が接着剤あるいはレジンと混和され
   パッケージング内に塗布あるいはポッティングされてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１、２又は３項記
   載の半導体装置。 ５、上記ガス吸着剤がＡｇペーストあるいはＡｌペース
   ト等の導電ペーストと混和され、パッケージ内に塗布あ
   るいはポッティングされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１、２、３又は４項記載の半導体装置。 ６、上記ガス吸着剤を混和した該接着剤あるいはレジン
   あるいはペーストが半導体素子チップのパッケージング
   部剤への接着あるいは固着剤を兼ねていることを特徴と
   する特許請求の範囲第４又は５項記載の半導体装置。 ７、上記ガス吸着剤のほかにガラス球あるいはアルミナ
   球等のガス吸着剤より粒子径の大きい粒子を混和し、固
   体撮像素子チップあるいは半導体チップをパッケージン
   グ部剤へ接着又は固着したことを特徴とする特許請求の
   範囲第４、５又は６項記載の半導体装置。 ８、上記ガス吸着剤の少なくとも一部がガラス球等のガ
   ス吸着剤より粒子径の大きい粒子の表面を被覆している
   いわゆる表面多孔性吸着剤から構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第４、５、６又は７項記載の半
   導体装置。 ９、パッケージング部材のダイアタッチ部に凸部あるい
   は凹凸あるいは溝を設け、上記ガス吸着剤を含む接着剤
   あるいは固着剤にて固体撮像素子チップあるいは半導体
   素子チップを該ダイアタッチ部に接合したことを特徴と
   する特許請求の範囲第４、５、６、７又は８項記載の半
   導体装置。 １０、パッケージング部材の内部に井戸状の穴あるいは
   溝を設け上記ガス吸着剤を混和した接着剤あるいは固着
   剤を充填し硬化したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４、５、６、７又は８項記載の半導体装置。 １１、上記ガス吸着剤が板状あるいはブロック状である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１、２又は３項記載
   の半導体装置。 １２、上記ガス吸着剤あるいはブロックがパッケージン
   グ部材内部に接着剤あるいは固着剤にて半導体素子チッ
   プと並設あるいは該チップとパッケージング部材との間
   に挿入し装置されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１１項記載の半導体装置。 １３、上記ガス吸着剤がＡｇペーストあるいはＡｌペー
   ストで、塗布量が０．２５ｍｇ／ｍｍ＾２以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１、２又は３項記載の
   半導体装置。 １４、ガス吸着剤を接着剤あるいはレジンに混和する際
   、該ガス吸着剤を加熱し脱ガス処理を施した後、減圧下
   で混和あるいは混和後減圧下で脱気と脱泡を行うことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。