(57)【要約】【課題】受光用半導体素子を有する電子装置において、封止材にクラックが発生することを抑制する。【解決手段】電子装置１０は、基板２０と基板２０上に設けられた受光用半導体素子３０とを備える。封止材５０は、受光用半導体素子３０の受光面の少なくとも一部が露出するように、受光用半導体素子３０の周縁部分の少なくとも一部と基板２０とを被覆する。【選択図】図１
2020170773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、受光面に複数の受光素子が配列された受光用半導体素子と、
前記受光用半導体素子の受光面の少なくとも一部が非被覆領域となるように、前記受光用半導体素子の側面および受光面の縁部分と前記基板とを被覆する封止材と、
を備え、前記非被覆領域に前記複数の受光素子の少なくとも一部が配置されている電子装置。
【請求項２】
前記受光用半導体素子の前記受光面の上方に光学部材を保持する保持部材をさらに備え、
前記保持部材の少なくとも下部は前記封止材で被覆されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記封止材が、熱硬化性樹脂、無機充填材、および硬化剤を含む請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記無機充填材が、シリカ、アルミナおよび水酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上である請求項３または４に記載の電子装置。
【請求項６】
前記無機充填材の含有量は、封止用樹脂組成物の全固形分に対して７０質量％以上９２質量％以下である、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記封止材が可視光を透過しない請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載された電子装置に用いられる、封止材。
【請求項９】
受光用半導体素子を備える基板を用意する工程と、
前記受光用半導体素子の受光面の少なくとも一部が露出するように、前記受光用半導体素子の側面および前記受光面の縁部分と前記基板とを封止材で被覆する工程と、
を有する電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、封止材および電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受光素子を有する電子装置の構造として、いわゆる中空パッケージ構造が知られている。
例えば、特許文献１には、樹脂製封止材によってＣＣＤセンサなどの半導体素子を囲った中空パッケージ構造に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、中空パッケージ構造では、一般に封止材で覆う面積または体積が大きくなりやすいため、受光素子と、封止材との間に生じる内部応力が大きくなってしまう。この結果、封止材にクラックが発生するなどの不都合がある。
そこで、本発明者が、受光素子の一部を封止材で直接固定するという新たな試みを行ったところ、意外にも、受光素子を適切に固定しつつ、クラックの発生を抑制できるという知見を得た。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、基板と、前記基板上に設けられ、受光面に複数の受光素子が配列された受光用半導体素子と、前記受光用半導体素子の受光面の少なくとも一部が非被覆領域となるように、前記受光用半導体素子の側面および受光面の縁部分と前記基板とを被覆する封止材と、を備え、前記非被覆領域に前記複数の受光素子の少なくとも一部が配置されている電子装置が提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、上述した電子装置に用いられる、封止材が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、受光用半導体素子を備える基板を用意する工程と、前記受光用半導体素子の受光面の少なくとも一部が露出するように、前記受光用半導体素子の側面および前記受光面の縁部分と前記基板とを封止材で被覆する工程と、を有する電子装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、受光用半導体素子を有する電子装置において、封止材にクラックが発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る電子装置を示す断面図である。
【図２】実施形態に係る電子装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】実施形態に係る電子装置の製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、本明細書中、数値範囲の説明における「ａ〜ｂ」との表記は、特に断らない限り、ａ以上ｂ以下であることを表す。
【００１１】
図１は、実施形態に係る電子装置を示す断面図である。
電子装置１０は、主な構成として、基板２０、受光用半導体素子３０、封止材５０、筐体６０、光学レンズ７０および光学フィルタ８０を備える。
【００１２】
基板２０は、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂で形成することができる。
【００１３】
基板２０の一方の主表面（本実施形態では、受光用半導体素子搭載面）に所定パターンの配線層２２が設けられている。配線層２２を構成する材料としては銅が挙げられる。配線層２２の厚さは、たとえば２０μｍである。
【００１４】
また、基板２０に受光用半導体素子３０が搭載されている。受光用半導体素子３０は、たとえば、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。受光用半導体素子３０の受光面には、フォトダイオードなどの受光素子（図示せず）がマトリクス状に形成されており、各受光素子は、受光量に応じて光を電荷に光電変換し、画素信号として出力する。受光用半導体素子３０に設けられた素子電極３２と所定領域の配線層２２とが金線４０によりワイヤボンディング接続されている。なお、ワイヤボンディングが接続される配線層２２の上面にＮｉ／Ａｕ層などの金めっき層が形成されていてもよい。
【００１５】
封止材５０は、受光用半導体素子３０の受光面の少なくとも一部が非被覆領域となるように、前記受光用半導体素子の側面および受光面の縁部分と受光用半導体素子３０の周囲の基板２０とを被覆し、受光用半導体素子３０を基板２０上に固定する。具体的には、封止材５０は、受光用半導体素子３０の側面および当該側面から連続する受光面の縁部分を被覆する。この縁部分は素子電極３２が設置される領域を含んでおり、素子電極３２、金線４０および配線層２２が封止材５０により被覆される。受光用半導体素子３０の受光面における非被覆領域において、当該受光面に形成された複数の受光素子のうち、少なくとも一部が配置されており、好ましくは、当該受光面に形成された複数の受光素子の全てが非被覆領域に配置されることが好ましい。これによれば、当該受光面に形成された複数の受光素子をより有効に活用することができる。なお、本実施形態では、受光用半導体素子３０の受光面における非被覆領域の形状は矩形である。
【００１６】
封止材５０のうち、受光用半導体素子３０の受光面の外縁部分を被覆する部分に切り欠きが設けられている。言い換えると、受光用半導体素子３０の受光面の露出部分を取り囲む部分の封止材５０の厚さが、受光用半導体素子３０の最外縁部分を封止する封止材５０の厚さより薄くなっており、受光用半導体素子３０の受光面の露出部分を取り囲む部分の封止材５０に段差が形成されている。
【００１７】
封止材５０は、熱硬化性樹脂（Ａ）と、硬化剤（Ｂ）と、無機充填材（Ｃ）とを含む封止用樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物という場合がある）により構成される。
【００１８】
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、エポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂としては、具体的には、ビフェニル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；スチルベン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂；などを用いることができる。エポキシ樹脂は、一種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。中でも、エポキシ樹脂として、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂またはビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。これにより、得られる電子装置１０の電気的信頼性が向上される。
【００１９】
封止用樹脂組成物中の熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量の下限は、封止用樹脂組成物の固形分１００質量部に対して、０．１質量部以上であることが好ましく、０．３質量部以上であることがより好ましく、０．５質量部以上であることがさらに好ましい。
また、封止用樹脂組成物中の熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量の上限は、封止用樹脂組成物の固形分１００質量部に対して、２０質量部以下であることが好ましく、１５質量部以下であることがより好ましく、１０質量部以下であることが更に好ましい。
封止用樹脂組成物中の熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記数値範囲内であることにより、得られる電子装置１０の電気的信頼性が向上される。
【００２０】
硬化剤（Ｂ）としては、重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、および縮合型の硬化剤などを用いることができる。
【００２１】
重付加型の硬化剤としては、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン；ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミン；ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどのポリアミン化合物；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物；無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などの酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、ポリビニルフェノール、アラルキル型フェノール樹脂などのフェノール樹脂系硬化剤；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などを用いることができる。重付加型の硬化剤は、１種単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２２】
触媒型の硬化剤としては、ベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）などの３級アミン化合物；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などを用いることができる。触媒型の硬化剤は、１種単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２３】
縮合型の硬化剤としては、具体的には、レゾール型フェノール樹脂；メチロール基含有尿素樹脂などの尿素樹脂；メチロール基含有メラミン樹脂などのメラミン樹脂などが挙げられる。縮合型の硬化剤としては、上記具体例のうち、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２４】
硬化剤（Ｂ）としては、上記具体例のうち、フェノール樹脂系硬化剤を含むことが好ましい。
フェノール樹脂系硬化剤としては、一分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を用いることができ、その分子量、分子構造は限定されない。
フェノール樹脂系硬化剤としては、具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック、フェノール−ビフェニルノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；ポリビニルフェノール；トリフェノールメタン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び／又はビフェニレン骨格含有ナフトールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル型フェノール樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノール化合物などが挙げられる。フェノール樹脂系硬化剤としては、上記具体例のうち、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
フェノール樹脂系硬化剤としては、上記具体例のうち、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂を含むことが好ましい。これにより封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂を良好に硬化することができる。したがって、硬化が不十分であることに起因する、樹脂組成物に配合される無機充填材の凝集を抑制できる。
【００２５】
封止用樹脂組成物中の硬化剤（Ｂ）の含有量の下限は、封止用樹脂組成物の固形分全体に対して、０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましく、１．５質量％以上であることがさらに好ましく、２質量％以上であることが一層好ましい。
また、封止用樹脂組成物中の硬化剤（Ｂ）の含有量の上限は、封止用樹脂組成物の固形分全体に対して、１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましく、６質量％以下であることがさらに好ましく、５質量％以下であることが一層好ましい。
封止用樹脂組成物中の硬化剤（Ｂ）の含有量が上記数値範囲内であることにより、エポキシ樹脂を良好に硬化することができる。したがって、硬化が不十分であることに起因する、樹脂組成物に配合される無機充填材の凝集を抑制できる。
【００２６】
無機充填材（Ｃ）としては無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物及び無機水酸化物などを用いることができる。
無機酸化物としては、具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維（石英ガラス）などが挙げられる。なお、シリカとしては、具体的には、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶性シリカ、２次凝集シリカ、微粉シリカなどを用いることができる。
【００２７】
無機窒化物としては、具体的には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが挙げられる。
無機炭化物としては、具体的には、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化タンタルなどが挙げられる。
無機水酸化物としては、具体的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
【００２８】
無機充填材（Ｃ）としては上記具体例のうち、例えば、無機酸化物または無機水酸化物を用いることが好ましく、シリカ、アルミナ及び水酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上を用いることがより好ましい。これにより、熱伝導性が良好な樹脂組成物を得ることができる。
【００２９】
無機充填材（Ｃ）の平均粒径は、好ましくは、１μｍ以上３０μｍ以下であり、より好ましくは、５μｍ以上２５μｍ以下である。このような範囲の平均粒径を有する無機充填材（Ｃ）を用いることにより、得られる封止用樹脂組成物の熱伝導性が向上する。
【００３０】
無機充填材（Ｃ）の最大粒径は、２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがさらに好ましい。このような無機充填材（Ｃ）を用いることにより、得られる封止用樹脂組成物の熱伝導性がさらに改善される。
【００３１】
封止用樹脂組成物中の無機充填材（Ｃ）の含有量は、封止用樹脂組成物の全固形分に対して、７０質量％以上９２質量％以下であることが好ましく、８０質量％以上９２質量％以下あることがさらに好ましい。無機充填材（Ｃ）の含有量が上記範囲内であることにより、得られる封止用樹脂組成物の熱伝導性が良好となる。
【００３２】
封止用樹脂組成物は、上記成分に加え、必要に応じて、硬化促進剤、低応力剤、離型剤、カップリング剤、イオンキャッチャー、着色剤、難燃剤等を含んでもよい。着色剤としては、カーボンブラックが挙げられ、後述する迷光の入射を抑制する観点から黒色カーボンブラックが好ましく用いられる。
【００３３】
なお、封止材５０は、受光用半導体素子３０に迷光が入射することを抑制する観点から、封止材５０が可視光を透過しないことが好ましい。ここで、「可視光」とは３５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光であり、「可視光を透過しない」とは、可視光の透過率が５％以下であることをいう。封止用樹脂組成物中の無機充填材（Ｃ）の含有量や封止用樹脂組成物に添加される着色剤の量を調節することで、可視光を透過しない封止材５０を得ることができる。
【００３４】
電子装置１０は、受光用半導体素子３０の受光面の上方に筐体６０を備える。本実施形態では、筐体６０はレンズなどの光学部材を保持する保持部材である。
筐体６０は、受光用半導体素子３０の受光面を取り囲む側壁６２と、筐体６０上部に開口が形成されるように、側壁６２の最上部から筐体６０の内側に前記側壁６２と直交する方向に延在するひさし部分６４とを有する。筐体６０の少なくとも下部は封止材５０で被覆されており、より具体的には、筐体６０の側壁６２に関して、底面および外側面の下部が封止材５０で被覆されている。言い換えると、筐体６０の側壁６２の下部が上述した封止材５０の切り欠き部分に填め込まれている。このため、受光用半導体素子３０の受光面と、筐体６０の側壁６２の底面とは、受光用半導体素子３０の受光面の露出部分を取り囲む部分の封止材５０の厚さだけ離間している。
筐体６０の内部に光学レンズ７０が取り付けられており、筐体６０は光学レンズ７０を保持する保持部材としての役割を有する。筐体６０に取り付けられた光学レンズ７０および後述する光学フィルタ８０を透過した光（電磁波）が受光用半導体素子３０で受光される構造となっている。
【００３５】
光学フィルタ８０は、受光用半導体素子３０の受光面上に設けられている。光学フィルタ８０は、特定の波長領域の電磁波が透過可能な材料で形成されており、具体的には、ＩＲカットフィルタである。光学フィルタ８０をＩＲカットフィルタとすることにより、受光用半導体素子３０に入射する過度な長波長の赤外線が遮断される。なお、光学フィルタ８０としては、ＩＲカットフィルタの他に、紫外線カットフィルタ、カラーフィルタ、偏光板、燃焼ガス透過フィルタ、火炎測温フィルタ、プラスチック測温フィルタ、石英ガラス透過フィルタ、ガラス測温用フィルタなどが挙げられる。
【００３６】
（電子装置の製造方法）
上述した電子装置１０の製造方法は、少なくとも、受光用半導体素子３０を備える基板２０を用意する工程と、受光用半導体素子３０の少なくとも一部を封止材５０で被覆する工程と、を有する。より具体的な製造方法について、図２および図３を参照して説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板２０上に銅箔を形成した後、リソグラフィーによるエッチングにより所定パターンの配線層２２を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、基板２０の所定領域に、接着剤を用いて受光用半導体素子３０を固定した後、金線４０を用いて素子電極３２と配線層２２とを電気的に接続する。
次に、図２（ｃ）に示すように、受光用半導体素子３０の受光面の少なくとも一部が露出する開口と、当該開口を取り囲む切り欠き部（段差）とが形成されるような金型を用いて封止材５０用の樹脂組成物を基板２０上に成形する。これにより、受光用半導体素子３０は、受光面の少なくとも一部が非被覆領域（露出部）となるように封止材５０で被覆される。なお、金型を設置する際に受光面の非被覆領域と金型との間にゴムやシリコーン樹脂などのバッファ材料を設置することが好ましい。これによれば、金型が受光用半導体素子３０の受光面に接触することにより、受光用半導体素子３０の受光面に形成された受光素子がダメージを受けることを抑制し、最終的に得られる電子装置の動作信頼性を向上させることができる。
【００３７】
次に、図３（ａ）に示すように、光学フィルタ８０の周縁部分に接着剤を塗布し、受光用半導体素子３０の受光面上に固定する。
次に、図３（ｂ）に示すように、光学レンズ７０が取り付けられた筐体６０の側壁６２の下部を封止材５０の切り欠き部分に填め込み、接着剤などで固定する。
以上の工程により、実施形態に係る電子装置１０が製造される。
【００３８】
以上説明した実施形態に係る電子装置１０によれば、受光用半導体素子３０を基板２０上に固定する封止材５０の面積または体積を必要最小限とすることで、封止材５０にかかる内部応力を低減し、封止材５０にクラックが生じることを抑制することができる。
また、実施形態に係る電子装置１０によれば、受光用半導体素子３０を囲む中空部分を要しないため、受光用半導体素子３０と光学レンズ７０の距離を短くすることができるため、光学的な精度をより向上することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  電子装置
２０  基板
２２  配線層
３０  受光用半導体素子
３２  素子電極
４０  金線
５０  封止材
６０  筐体
７０  光学レンズ
８０  光学フィルタ
【図１】
2020170773.tif 000003
【図２】
2020170773.tif 000004
【図３】
2020170773.tif 000005