(57)【要約】  半導体モジュールを搭載した製品全体の小型化を図る。  光学素子を有する第１の半導体チップと、第１の半導体チップの上に搭載された第２の半導体チップと、第１の半導体チップおよび第２の半導体チップを収容するとともに、光学素子と対向する領域に開口が形成された基体と、基体の開口を塞ぐ透光性カバーとを有し、第２の半導体チップは、反射抑制機能を備えていることを特徴とする半導体モジュールを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を有する第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップの上に搭載された第２の半導体チップと、
前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップを収容するとともに、前記光学素子と対向する領域に開口が形成された基体と、
前記基体の前記開口を塞ぐ透光性カバーと、を有し、
前記第２の半導体チップは、反射抑制機能を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記第２の半導体チップにおける前記光学素子に面する部分に、前記第２の半導体チップへ向けて入射した光の反射を抑制する反射抑制部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に、前記第２の半導体チップへ向けて入射した光の反射を抑制する材料を有したアンダーフィルが配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第２の半導体チップの全周囲に、前記第２の半導体チップへ向けて入射した光の反射を抑制する反射抑制部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記反射抑制部は、前記第２の半導体チップの側面よりも反射率の低い材料を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記反射率の低い材料は、カーボンブラック、鉄黒又はチタンブラックを含有したアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシート剤、又は黒色の樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記第２の半導体チップにおける前記光学素子に面する部分に、他の部分よりも表面が粗い領域が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに面する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、
前記第２の面の面積よりも前記第１の面の面積の方が小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに面する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、
平面視において、前記第２の面における前記光学素子側の端が、前記第１の面における前記光学素子側の端よりも前記光学素子に近いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに面する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、
前記第２の半導体チップは、前記第２の面側から前記第１の面側の方へすぼまるテーパー部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間の隙間の高さは、前記光学素子に近い側が、前記光学素子に遠い側よりも低いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
前記基体における、前記第１の半導体チップの下側に溝が配置されており、
前記溝に第３の半導体チップが搭載されていることを特徴とする請求項１〜１１に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
前記第１の半導体チップの上には、第３の半導体チップがさらに搭載されていることを特徴とする請求項１〜１１に記載の半導体モジュール。
【請求項１４】
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップ上において、上から見たときに前記光学素子に重ならない位置、または、一部だけ重なる位置に搭載されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップがパッケージ基体に収容された半導体モジュールに関し、特に半導体モジュールの小型化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体モジュールの一例として、固体撮像素子の半導体チップをパッケージ基体に収容したものがある。例えば、特許文献１には、開口を有する基体に搭載された固体撮像素子と、開口を塞ぐ透光性保護板とを備えた半導体モジュールが開示されている。この固体撮像素子は、光を電気に変換する光電変換部を有し、光電変換部が形成された領域が、透光性保護板と対向するように配置されている。透光性保護板から入射した光は、固体撮像素子の光電変換部に入射される。【０００３】
また、他にも半導体モジュールの一例として、特許文献２、特許文献３のようなデバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５２３７１号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４２００号公報
【特許文献３】特開昭６２−１９６９７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記半導体モジュールには、固体撮像素子（第１の半導体チップ）の光電変換部などの光学素子を駆動する回路（第２の半導体チップ）が含まれていない。そのため、例えばデジタルスチルカメラの製造メーカでは、半導体モジュールを組み込む際、第２の半導体チップを上記半導体モジュール外に別途組み込む必要があり、その分の作業負荷が発生する。また、このようにすると、半導体モジュールを搭載した製品全体を小型化ができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体モジュールは、光学素子を有する第１の半導体チップと、前記第１の半導体チップの上に搭載された第２の半導体チップと、前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップを収容するとともに、前記光学素子と対向する領域に開口が形成された基体と、前記基体の前記開口を塞ぐ透光性カバーと、を有し、前記第２の半導体チップは、反射抑制機能を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成の半導体モジュールによれば、第１の半導体チップおよび第２の半導体チップを１つのパッケージ内に収容することにより、半導体モジュールを搭載した製品全体を小型化できるという効果がある。【０００８】
また、第２の半導体チップから第１の半導体チップの光学素子への光の反射を抑制する機能を備えている。このような機能により、ゴースト、フレアといった画質異常など、不要光による機能劣化を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における半導体モジュールの構成図
【図２】本発明の実施形態の第１変形例における半導体モジュールの構成図
【図３】本発明の実施形態の第１変形例における半導体モジュールの構成図
【図４】半導体チップ側面に反射抑制部を形成することの利点を説明するための参考図
【図５】本発明の実施形態の第２変形例における半導体モジュールの構成図
【図６】本発明の実施形態の第３変形例における半導体モジュールの構成図
【図７】本発明の実施形態の第４変形例における半導体モジュールの構成図
【図８】本発明の実施形態の第５変形例における半導体モジュールの構成図
【図９】本発明の実施形態の第６変形例における半導体モジュールの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る半導体モジュールの全体構成について、図１（ａ）〜図１（ｄ）を用いて説明する。
【００１２】
（全体構成）
図１（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図１（ｂ）は半導体モジュールの内部構造を説明するために、一部の部品を取外した状態の上面図である。半導体モジュールは、主な構成として、第１、第２の半導体チップ２、４と、基体１と、透光性カバー７とを備えている。
【００１３】
図１（ｂ）は、透光性カバー７が取外された状態であり、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ’線矢視断面が図１（ａ）に相当する。
【００１４】
（パッケージ）
第１、第２の半導体チップ２、４を基体１の内部空間に収容し、基体１の開口を透光性カバー７で塞ぐことによって、パッケージとなる。基体１は、平板状の底部１ａと枠状の側部１ｂとからなり、セラミック材料などで形成されている。底部１ａと側部１ｂは別体で成形された後に接合されたものでもよいし、一体成形されたものでもよい。基体１は、複数の電極パッド９を有している。第１の半導体チップ２に形成された電極パッド８と基体１に形成された電極パッド９とがワイヤー１０を介して電気的に接続されている。そして、第１の半導体チップ２の電気信号は、複数の電極パッド９を介してパッケージ外部の配線に伝えられる。
【００１５】
また、透光性カバー７は、平板状であり、透光性樹脂または透光性ガラスなどで形成されており、透光性カバー７が、基体１の内部空間に通じる開口を塞ぐように、基体１の上面に樹脂などからなる接着剤６により接着されている。なお、透光性カバー７は、ゴム材料を介して基体１の側部１ｂにはめ込まれるように配置されていてもよい。
【００１６】
（半導体チップ）
第１の半導体チップ２は、イメージセンサーや光ピックアップなどにおける光電変換部である受光素子又は半導体レーザやＬＥＤ素子などの発光素子などの光学素子３を有するデバイスとして機能する。第１の半導体チップ２がイメージセンサーとして機能する場合には、第１の半導体チップ２はシリコン基板と、シリコン基板上に設けられたレンズ層および複数の電極パッドとを有している。そして、シリコン基板内の領域に入射光を受光し光電変換する光電変換部が行列状に複数形成されている。
【００１７】
第２の半導体チップ４は、第１の半導体チップ２に形成された光学素子３を駆動する駆動回路又は第１の半導体チップ２の光学素子３で生成された信号の処理を行う信号処理回路、あるいはそれらの両方を備える。半導体チップ４は、半導体チップ２の上にバンプ５を介してフリップチップボンディングされている。フリップチップボンディングされることにより、半導体チップ２の表面積を小さくすることができるという効果がある。
【００１８】
なお、上から見たときに、第２の半導体チップ４は第１の半導体チップ２の光学素子３と重ならないように配置した方が好ましい。もし重なるように配置すると、重なった領域だけ光学素子としての機能を十分に果たせないからである。ただ、一部重なるように配置されることはありえる。
【００１９】
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体モジュールは、光学素子を有する第１の半導体チップの上に信号処理をする第２の半導体チップが搭載された２つの半導体チップを１つのパッケージ内に収納することにより、半導体モジュールを搭載した製品全体を小型化することができるという効果がある。
【００２０】
また、本実施形態においては、半導体モジュールに含まれる半導体チップの数が２つであるとして説明したが、少なくとも１つの半導体チップが、別の半導体チップに搭載されていれば、半導体チップの数が３つ以上であっても構わない。例えば、表面に第２の半導体チップ４が搭載された、光学素子３を有する第１の半導体チップ２を基体１の底部に搭載する。そして、基体１の底部に形成された溝内（第１の半導体チップの下部に配置）に、第３の半導体チップ１８を搭載するような構成であっても構わない（図１（ｃ）参照）。もしくは、第３の半導体チップ１８を第２の半導体チップ４同様に、第１の半導体チップ２の表面に搭載しても構わない（図１（ｄ）参照）。ここで、第３の半導体チップ１８としては、画像処理機能を有するチップが考えられる。
【００２１】
＜第１変形例＞
本発明の実施形態の第１変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。図２（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図２（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００２２】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００２３】
第２の半導体チップ４は、少なくとも光学素子３に面する（対応する）部分に、第２の半導体チップ４へ向けて入射した光の反射を抑制する反射抑制部１２を備えている。図２（ｃ）から分かるように、透光性カバー７を透過した光は第２の半導体チップ４へ向けても入射される。この入射光１１は、第２の半導体チップ４の側面にて反射され、第１の半導体チップ２の光学素子３へ入射すると、ゴースト、フレアといった画質異常など不要光による機能劣化を生じさせる場合がある。そこで、第２の半導体チップ４の側面に反射抑制部を設けることにより、第１の半導体チップ２への反射光の入射を抑制することができる。
【００２４】
なお、光学素子３に面する部分とは反対側の側面にも、反射抑制部１２を設けても良い。また、第２の半導体チップ４の側面全周囲に反射抑制部１２を設けても良い。これは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示してある。このようにすることで、第１の半導体チップと反射抑制部の位置関係を考慮する工程を省くことができる。
【００２５】
なお、反射抑制部１２は、第２の半導体チップ４の側面よりも反射率の低い材料で形成されていることが好ましい。具体的には、カーボンブラック、鉄黒又はチタンブラックなどを含有したアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシート剤、又は黒色の樹脂を有していることが好ましい。
【００２６】
参考例として、第２の半導体チップに反射抑制部が形成されていないときの状態を、図４（ａ）〜図４（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、第２の半導体チップ４に反射抑制部が形成されていないと、入射光１１は、第２の半導体チップ４の側面にて反射され、第１の半導体チップ２の光学素子３へ入射して、ゴースト、フレアといった画質異常など不要光による機能劣化を生じさせる場合がある。
【００２８】
また、図４（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ４の側面に、例えばシリコン、有機膜などのダスト１３が残存している場合がある。第２の半導体チップ４に反射抑制部が形成されていない場合には、ダスト１３が第２の半導体チップ４の側面に残存したままであるので、ダスト１３が光学素子３に付着し、不良が発生するリスクが高い。それに対し、第２の半導体チップ４に反射抑制部１２が形成されれば、図４（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ４側面に残存するダストが反射抑制部１２により固定され、光学素子３への移動を抑制することが可能となり、歩留が向上し、安定した生産が可能となる。
【００２９】
＜第２変形例＞
本発明の実施形態の第２変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図５（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００３０】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００３１】
第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ４との間に、第２の半導体チップ４へ向けて入射した光の反射を抑制する材料を有したアンダーフィル１４が形成されている。アンダーフィル１４が形成されていることにより、第２の半導体チップ４の下側面からの反射を抑制することができる。
【００３２】
なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ４との間にアンダーフィル１４を形成することにより、第２の半導体チップ４の側面にも反射抑制部が形成されていてもよい。また、アンダーフィル１４とは別の材料を用いて、第２の半導体チップの側面にも反射抑制部を設けてもよい。
【００３３】
なお、アンダーフィル１４は、第２の半導体チップ４の側面よりも反射率の低い材料で形成されていることが好ましい。具体的には、カーボンブラック、鉄黒又はチタンブラックなどを含有したアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシート剤、又は黒色の樹脂を有していることが好ましい。
【００３４】
＜第３変形例＞
本発明の実施形態の第３変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図６（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００３５】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００３６】
第２の半導体チップ４の側面、表面、裏面の全面（全周囲）に、第２の半導体チップ４へ向けて入射した光の反射を抑制する反射抑制部が形成されている。これは、反射抑制機能を有するポッティング剤１５を塗布することにより、実現可能である。
【００３７】
なお、ポッティング剤１５は、第２の半導体チップ４の側面よりも反射率の低い材料で形成されていることが好ましい。具体的には、カーボンブラック、鉄黒又はチタンブラックなどを含有したアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシート剤、又は黒色の樹脂を有していることが好ましい。
【００３８】
＜第４変形例＞
本発明の実施形態の第４変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図７（ａ）〜図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図７（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００３９】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００４０】
第２の半導体チップ４は、少なくとも光学素子３に面する（対応する）部分に、第２の半導体チップ４へ向けて入射した光の反射を抑制する粗面部１６を備えている。粗面部１６は、表面加工が施されることにより、他の部分よりも表面が粗く形成されている。他の部分とは、第２の半導体チップ４の表面や裏面などのことである。このように、粗面部１６が形成されることにより、第２の半導体チップ４の側面に残存していたダストを除去し、光学素子３へのダストの付着を抑制することができるという効果がある。また、表面が粗いことにより、光学素子への不要な反射光を抑制することができる。なお、表面粗度は、光学素子３への不要な反射光を抑制することができる程度に調整することが好ましい。
【００４１】
なお、光学素子３に面する部分とは反対側の側面にも、粗面部１６を設けても良い。また、第２の半導体チップ４の側面全周囲に粗面部１６を設けても良い。このようにすることで、第１の半導体チップ２と粗面部１６との位置関係を考慮する工程を省くことができる。
【００４２】
＜第５変形例＞
本発明の実施形態の第５変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図８（ａ）〜図８（ｃ）を用いて説明する。図８（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図８（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００４３】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００４４】
第２の半導体チップ４において、第１の半導体チップ２に面する面を第１の面とし、第１の面とは反対側の面を第２の面とする。このとき、第２の半導体チップ４は、第２の面側から第１の面側の方へすぼまるテーパー部１７を有している。これは、第２の半導体チップ４をテーパー加工することにより、形成可能である。このように、テーパー部１７が形成されることにより、第２の半導体チップ４の側面が傾斜することとなり、光学素子への不要な反射光が光学素子３まで到達するのを抑制することができる。なお、傾斜角度は、光学素子３への不要な反射光を抑制することができる程度で適宜調整することが好ましい。具体的には、第１の半導体チップ２の表面と第２の半導体チップ４の側面との成す角度が１０°〜８０°である。
【００４５】
なお、第２の半導体チップ４の側面を傾斜させるには、テーパー部１７に限らず、第１の半導体チップ２の表面に平行な方向の位置関係を見たときに、第２の面における光学素子側の端が、第１の面における光学素子側の端よりも光学素子に近い配置とすればよい。もしくは、第２の面の面積よりも第１の面の面積の方が小さいような形状としてもよい。
【００４６】
このように、第２の半導体チップ４の側面を傾斜させることにより、第２の半導体チップ４からの反射光が光学素子３まで到達しにくくなるという効果がある。
【００４７】
＜第６変形例＞
本発明の実施形態の第６変形例に係る半導体モジュールの全体構成について、図９（ａ）〜図９（ｃ）を用いて説明する。図９（ａ）は、半導体モジュールの模式断面図であり、図９（ｂ）は透光性カバーを取外した状態の上面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）における第２の半導体チップの光学素子に面する部分近傍を拡大した図である。
【００４８】
第２の半導体チップ４以外の構成は、実施形態と同様であるので説明を省略し、第２の半導体チップ４の構成について、詳細に説明する。
【００４９】
第２の半導体チップ４は、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ４の間の隙間の高さが光学素子３に近い側が光学素子３に遠い側よりも低くなるように、配置される。例えば、第２の半導体チップ４を傾けて第１の半導体チップに搭載すればよい。これは、光学素子３に近い側のバンプの高さを光学素子３から遠い側のバンプの高さよりも低くすることにより実現できる。これにより、第２の半導体チップ４の側面を傾斜させることができる。なお、傾斜角度は、光学素子３への不要な反射光を抑制することができる程度で適宜調整することが好ましい。具体的には、第１の半導体チップ２の表面と第２の半導体チップ４の側面との成す角度が１０°〜８０°である。
【００５０】
上記構成とすることにより、第２の半導体チップ４からの反射光が光学素子３まで到達しにくくなるという効果がある。
【００５１】
なお、上記実施形態および各変形例の構成を、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせて使用することも可能である。これにより、第２の半導体チップ側面からのダストの付着、反射光の光学素子への入射といった機能劣化要因をより確実に抑制することができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の半導体モジュールによると、本半導体モジュールを搭載した製品全体の小型化を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１    基体
２    第１の半導体チップ
３    光学素子
４    第２の半導体チップ
５    バンプ
６    接着剤
７    透光性カバー
８    電極パッド
９    電極パッド
１０    ワイヤー
１１    入射光
１２    反射抑制部
１３    ダスト
１４    アンダーフィル
１５    ポッティング剤
１６    粗面部
１７    テーパー部
１８    第３の半導体チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012093426.tif 000005
【図４】
2012093426.tif 000006
【図５】
2012093426.tif 000007
【図６】
2012093426.tif 000008
【図７】
2012093426.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2012093426.tif 000012
2012093426.tif 000013
2012093426.tif 000014
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