(57)【要約】【課題】パッケージに収容される素子の周囲に封止樹脂材が充填されるデバイスにおいて、熱応力に起因するパッケージと封止樹脂材との剥離を防止できるようにする。【解決手段】デバイスは、底部及び該底部を囲む側壁部を有する函体２と、函体２の底部に固着された光学素子３と、函体２の内部に形成された内部端子１１ａと、函体２と光学素子３との間に充填された封止樹脂材７とを有している。さらに、内部端子１１ａにおける光学素子３側の端面を覆うように形成され、熱膨張係数が函体２の熱膨張係数の値以上で且つ封止樹脂材７の熱膨張係数の値未満の材料からなる被覆部材６を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部及び該底部を囲む側壁部を有するパッケージと、
前記パッケージの底部に固着された素子と、
前記パッケージの内部に形成された内部端子と、
前記パッケージと前記素子との間に充填された封止樹脂材と、
前記内部端子における前記素子側の端面を覆うように形成され、熱膨張係数が前記パッケージの熱膨張係数の値以上で且つ前記封止樹脂材の熱膨張係数の値未満の材料からなる被覆部材とを備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記素子は、受光部を有する光学素子であり、
前記受光部を覆うように形成され、前記光学素子と固着された透明部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記封止樹脂材は、遮光性を有する材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記被覆部材は、その一部が前記内部端子における前記素子側の端面の上面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記被覆部材は、その一部が前記内部端子における前記素子側の端面の下面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記被覆部材は、前記パッケージと同一の材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記パッケージは、絶縁性を有する複数の基板を積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記パッケージは、絶縁性を有する複数の基板と樹脂材とから形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記パッケージは、モールド成型によって形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイスに関し、特に凹状のパッケージに収容する素子の周囲に封止樹脂材が充填される構成を採るデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化はますます加速しており、電子機器に使用されるデバイス、例えば光学デバイスも例外ではなく、ますますの小型化が必要とされている。このため、従来の光学デバイスでは、凹状のパッケージ（容器）に光学素子を収容し、保護ガラス等（以下、透明部材と呼ぶ。）によって開口部を封じる構造であったのに対し、光学素子の上に透明部材を直接に固着する構造を持つ光学デバイスが開発され、さらなる小型化及び薄型化が図られている。
【０００３】
しかしながら、光学素子の上に透明部材を直接に固着する構造では、透明部材の端面（外周面）と光学素子の受光部との距離が短くなるため、受光部に透明部材の端面からの不用な入射光が侵入しやすくなり、その影響によるフレア又はゴースト等の画像不良が発生する。
【０００４】
そこで、透明部材の端面の外側からの入射光の進入を防止できるように、透明部材の端面に遮光層を形成する構造、又は光学素子の受光部の面積に対して透明部材の面積を大きくする構造が提案されている。
【０００５】
また、例えば下記の特許文献１には、次のような構成の光学デバイスが提案されている。すなわち、透明部材が受光部に直接に固着された光学素子が断面凹状のパッケージに収容されている。凹状パッケージの内側には底部（ダイアタッチ部）よりも高い段差部が設けられており、その段差部に形成された金めっき等からなる内部端子と光学素子に形成されたパッドとが金線等によって電気的に接続されている。さらに、凹状パッケージの内部に遮光樹脂材を充填し、充填された遮光樹脂材によって透明部材の端面を全面的に覆うことにより、透明部材の端面からの不要な入射光の進入を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】昭６１−１２３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された光学デバイスのように、透明部材が直接に固着された光学素子を凹状パッケージに収容し、凹状パッケージの内部に充填された遮光樹脂材により透明部材の端面の全面を覆う方法は、光学デバイスを実装する実装基板へのリフロー実装等の高温下において、凹状パッケージと比べて遮光樹脂材の熱膨張係数が大きいため、凹状パッケージの開口部の方向（上方）に遮光樹脂材が伸びようとする。これにより、凹状パッケージと遮光樹脂材との間に大きな応力が発生して、該遮光樹脂材との密着力が弱い部分、例えば凹状パッケージ内の内部端子の金めっき部の特にチップ側の端面を起点として、金めっき部と遮光樹脂材とが剥離するという問題がある。
【０００８】
また、金めっき部と遮光樹脂材とが剥離すると、光学素子と内部端子とを接続するワイヤが遮光樹脂材に引っ張られるため、ワイヤが断線して電気的不良が発生するという問題もある。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、パッケージに収容される素子の周囲に封止樹脂材が充填されるデバイスにおいて、熱応力に起因するパッケージと封止樹脂材との剥離を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は、デバイスを、内部端子における半導体素子側の端面を被覆部材により覆う構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係るデバイスは、底部及び該底部を囲む側壁部を有するパッケージと、パッケージの底部に固着された素子と、パッケージの内部に形成された内部端子と、パッケージと素子との間に充填された封止樹脂材と、内部端子における素子側の端面を覆うように形成され、熱膨張係数がパッケージの熱膨張係数の値以上で且つ封止樹脂材の熱膨張係数の値未満の材料からなる被覆部材とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のデバイスによると、内部端子における素子側の端面を覆うように形成され、熱膨張係数がパッケージの熱膨張係数の値以上で且つ封止樹脂材の熱膨張係数の値未満の材料からなる被覆部材を備えている。このため、例えば実装用の基板にデバイスをリフロー実装する際の高温下において、封止樹脂材の熱膨張係数がパッケージと比べて大きく、封止樹脂材の応力がパッケージとの界面で大きくなった場合であっても、封止樹脂材と内部端子との剥離の起点がなくなる。従って、内部端子と封止樹脂材とが剥離しにくくなるので、デバイスの信頼性を向上することができる。
【００１３】
なお、被覆部材を設けるために必要な領域は、内部端子の素子（チップ）側の端部において、従来からその形状及びめっきの状態が不安定であり、ワイヤボンドが不可能とされている領域内に収めることができる。従って、被覆部材を設けるために内部端子のサイズを大きくする必要はない。
【００１４】
本発明のデバイスにおいて、素子は受光部を有する光学素子であり、本発明のデバイスは、受光部を覆うように形成され、光学素子と固着された透明部材をさらに備えていてもよい。
【００１５】
このようにすると、不要な入射光によるフレア又はゴースト等の画像不良が発生しない光学デバイスを実現できる。
【００１６】
本発明のデバイスにおいて、封止樹脂材には、遮光性を有する材料を用いることができる。
【００１７】
本発明のデバイスにおいて、被覆部材は、その一部が内部端子における素子側の端面の上面に形成されていてもよい。
【００１８】
このように、被覆部材の高さは、内部端子の上面と同一の高さかそれ以上であればよく、その一部が内部端子の上面の周縁部に掛かっていてもよい。これにより、内部端子の端面をより確実に覆うことができるので、内部端子と封止樹脂材とがより剥離し難い構造となる。
【００１９】
また、この場合に、被覆部材は、その一部が内部端子における素子側の端面の下面に形成されていてもよい。
【００２０】
本発明のデバイスにおいて、被覆部材はパッケージと同一の材料により形成されていてもよい。
【００２１】
この場合には、被覆部材は、内部端子をパッケージに形成するよりも前に形成しておいてもく、また、内部端子を形成した後に、印刷法、塗布法又はコーティング法等によって形成してもよい。なお、被覆部材の材料は、必ずしもパッケージと同一でなくてもよい。すなわち、被覆部材の材料は、熱膨張係数がパッケージの熱膨張係数の値以上で、且つ封止樹脂材の熱膨張係数の値未満の材料であってもよい。このようにすると、被覆部材において、パッケージと封止樹脂材との熱膨張係数の違いにより発生する界面の応力を緩和することができるので、パッケージと封止樹脂材との剥離を抑制するという効果を得られる。
【００２２】
本発明のデバイスにおいて、パッケージは、絶縁性を有する複数の基板を積層して形成されていてもよい。
【００２３】
また、本発明のデバイスにおいて、パッケージは、絶縁性を有する複数の基板と樹脂材とから形成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明のデバイスにおいて、パッケージは、モールド成型によって形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るデバイスは、凹状パッケージに収容される素子の周囲に封止樹脂材が充填されるデバイスの、熱応力に起因するパッケージと封止樹脂材との剥離を防止することができるため、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係るデバイスを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態の第１変形例に係る断面図である。（ｂ）は本発明の一実施形態の第２変形例に係る断面図である。（ｃ）は本発明の一実施形態の第３変形例に係る断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態の第４変形例に係る断面図である。（ｂ）は本発明の一実施形態の第５変形例に係る断面図である。（ｃ）は本発明の一実施形態の第６変形例に係る断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係るデバイスの要部の第１の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係るデバイスの要部の第２の製造方法を示す工程順の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の一実施形態に係るデバイスであって、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
【００２９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るデバイス１は、凹状すなわち側壁部に囲まれた底部を有する函体（パッケージ）２の底面上に固着された光学素子３を有している。光学素子３の上部には受光部４が選択的に形成されている。光学素子３の上面には、透明部材５が受光部４を覆うように樹脂接着材１３により固着されている。また、光学素子３の上面における透明部材５に覆われない周縁部には、受光部２と導通した電極部８が形成されている。
【００３０】
このように、上面に透明部材５が固着された光学素子３は、函体２と該函体２の内外にわたるリード部１１とによって構成された光学素子保持体を用いてパッケージングされている。ここで、リード部１１における函体２の内側から露出する部分は、内部端子１１ａである。
【００３１】
より具体的には、光学素子３は、その下面を函体２の底面上にダイボンド（ＤＢ）材１２により固着されている。電極部８と内部端子１１ａとはワイヤ９によって電気的に接続されている。また、函体２における透明部材５及び光学素子３の周辺部には、遮光を兼ねた封止樹脂材７により充填されている。透明部材５の端面８（側面）を覆う封止樹脂材７には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等を用いることができる。
【００３２】
また、樹脂接着材１３には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂等の透明樹脂材料を用いることができる。
【００３３】
光学素子３の上面に固着される透明部材５は、材料として、ガラス、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ又は光学ローパスフィルタ等を用いることができる。一般に透明部材５にはガラスが用いられ、その形状は概ね平面方形状の平板であり、上面及び下面共に受光部４を覆うサイズに形成されている。
【００３４】
なお、光学素子３は限定されず、例えばイメージセンサ等であってよい。また、ダイボンド材１２には、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
【００３５】
本実施形態の特徴として、内部端子１１ａにおける光学素子３側の端面は、函体２と同一の材料、又は熱膨張係数が函体２の熱膨張係数の値以上で且つ封止樹脂材７の熱膨張係数の値未満の材料からなる被覆部材６によって覆われている。ここで、被覆部材６は内部端子１１ａの端部上、すなわち端部上の周縁部までを覆っている。
【００３６】
このように、内部端子１１ａの光学素子３側の端面が被覆部材６により覆われていることにより、以下のような効果を奏する。すなわち、デバイス１を実装基板に実装する際の、リフロー実装等の高温下において、函体２の熱膨張係数と比べて封止樹脂材７の熱膨張係数が大きく、その結果、封止樹脂材７と函体２との界面で応力が大きくなった場合においても、被覆部材６を設けることにより、封止樹脂材７と内部端子１１ａを構成する金めっき部との剥離の起点がなくなる。このため、内部端子１１ａと封止樹脂７とが剥離しにくい構造となり、リフロー対応温度及び信頼性を向上することができる。
【００３７】
なお、被覆部材６の構成材料に函体２と同一の材料でなく、熱膨張係数が函体２の熱膨張係数の値以上で且つ封止樹脂材７の熱膨張係数の値未満の材料を用いる場合は、被覆部材６において、函体２と封止樹脂材７との熱膨張係数の違いにより発生する界面の応力を緩和することができるので、函体２と封止樹脂材７との剥離をより一層抑制することができる。
【００３８】
（一実施形態の第１変形例）
図２（ａ）の第１変形例に示すように、内部端子１１ａは、その光学素子３側の端部が段差部の端部よりも内側に形成されていてもよい。このようにすると、図１に示すデバイス１と同等の効果を得られる上に、函体２の段差部の上に被覆部材６を形成しやすくなる。
【００３９】
（一実施形態の第２変形例）
また、図２（ｂ）の第２変形例に示すように、内部端子１１ａは、その光学素子３側の端部が段差部の端部から庇状に突き出していてもよい。このようにすると、図１に示すデバイス１と同等の効果を得られる上に、内部端子１１ａにおけるワイヤ９のボンディングエリアのマージンを大きくすることができる。
【００４０】
（一実施形態の第３変形例）
図２（ｃ）の第３変形例に示すように、内部端子１１ａにおける光学素子３側の端面を覆う被覆部材６が、端面のみ、すなわち側面のみを覆っていてもよい。このようにしても、図１に示すデバイス１と同等の効果を得ることができる。
【００４１】
（一実施形態の第４変形例）
また、図３（ａ）の第４変形例に示すように、被覆部材６は、内部端子１１ａの光学素子３側の端面のみを覆い、且つその高さは内部端子１１ａの上面と同一かそれ以上であればよい。このようにしても、図１に示すデバイス１と同等の効果を得ることができる。
【００４２】
（一実施形態の第５変形例）
また、図３（ｂ）の第５変形例に示すように、被覆部材６は、函体２と一体に形成されていてもよい。なお、被覆部材６は、函体２に内部端子１１ａを形成するよりも前に形成してもよく、また、函体２に内部端子１１ａを形成した後に、それを覆うように形成してもよい。
【００４３】
（一実施形態の第６変形例）
図３（ｃ）に示す第６変形例においては、光学素子３に代えて、半導体素子３Ａを函体２に封止している。ここで、半導体素子３Ａには、例えば、マイクロプロセッサ等のＬＳＩを用いることができる。このように、函体２の凹部に封止される半導体素子３Ａであっても、内部端子１１ａと封止樹脂７とが剥離しにくい構造となるため、リフロー対応温度及び信頼性を向上することができる。
【００４４】
また、図３（ｃ）においては、内部端子１１ａにおける光学素子３側の端部を段差部の端部と一致させて形成している。
【００４５】
なお、内部端子１１ａにおける光学素子３側の端部の段差部上の位置、及び被覆部材６の形状は、互いに対向する段差部（各図の左右の段差部）で必ずしも同一とする必要はない。すなわち、本実施形態の形状及び第１〜第６の各変形例の形状を適宜組み合わせることも可能である。
【００４６】
以下、前記のように構成されたデバイス１の製造方法について説明する。
【００４７】
まず、チップの上部で且つ中央部分に受光部４を有し、該受光部４の周辺部に受光部４に導通する電極部８を有する光学素子３を準備する。続いて、光学素子３の上に受光部４を覆うように、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂等からなる樹脂接着材１３を塗布する。続いて、塗布された樹脂接着材１３の上に受光部４を覆うように透明部材５を接着して固着する。
【００４８】
次に、半導体パッケージとしての、例えばエポキシ樹脂又はアルミナセラミック等からなる凹部を有する函体２を準備する。函体２は、内部端子１１ａ及び外部端子を有するリード部１１を備えている。続いて、函体２の底面上に、例えばエポキシ樹脂等からなる熱硬化性を有するダイボンド材１２により光学素子３を接着して固着する。
【００４９】
次に、リード部１１の内部端子１１ａと光学素子３の電極部８とを、例えばアルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）からなるワイヤ９により電気的に接続する。続いて、例えば描画塗布工法又は印刷塗布工法により、函体２の内部における光学素子３と透明部材５との隙間に封止樹脂材７を充填する。封止樹脂材７には、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等を主材とする封止樹脂を用いることができる。
【００５０】
以上のように、本発明の例示的な一実施形態に係るデバイスの製造方法の大部分は、公知の方法によって実現される。
【００５１】
なお、本実施形態に係るデバイス１は、上記の製造方法に限定されない。
【００５２】
以下、さらに、本実施形態に係るデバイス１の特徴部分である被覆部材６の製造方法について説明する。
【００５３】
（第１の製造方法）
被覆部材６の第１の製造方法について図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５４】
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、セラミック等からなり、第１の絶縁性基板２ａ、第２の絶縁性基板２ｂ及び第３の絶縁性基板２ｃが積層されてなる函体２を用意する。ここで、函体２は、板状の第１の絶縁性基板２ａの周縁部に、側壁部となる枠状の第２の絶縁性基板２ｂ及び枠状の第３の絶縁性基板２ｃを順次積層することにより形成されている。また、図示はしていないが、第１の絶縁性基板２ａには、必要な配線が形成されている。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように、印刷法又はめっき法により、第１の絶縁性基板２ａの下面及び側面から、第２の絶縁性基板２ｂの側面及び上面に至るリード部１１を形成する。前述したように、リード部１１における函体２の内側から露出する部分が内部端子１１ａとなる。
【００５６】
次に、図４（ｃ）に示すように、塗布ノズルによる塗布法、充填法、印刷法又はコーティング法等により、函体２と同一の構成材料又は熱膨張係数が函体２の構成材料の熱膨張係数の値以上且つ封止樹脂材７の熱膨張係数の値未満で、且つペースト状の材料を、内部端子１１ａの内側の端面を覆うように充填して、被覆部材６を形成する。続いて、内部端子１１ａの表面に、金めっき等のめっき処理を施す。めっき処理は、被覆部材６を形成する前か後のいずれであってもよい。なお、被覆部材６を形成する前にめっき処理を施す場合の被覆部材６を形成するタイミングは、封止樹脂材７を充填する前までに行えばよく、工程の順序を限定するものではない。
【００５７】
（第２の製造方法）
次に、被覆部材６の第２の製造方法について図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、図５（ａ）に示すように、必要な配線が形成された板状の第１の絶縁性基板２ａの周縁部に、側壁部となる枠状の第２の絶縁性基板２ｂを積層した、例えばセラミック等からなる構造体を作製する。
【００５９】
次に、図５（ｂ）に示すように、塗布ノズルによる塗布法等により、枠状の第２の絶縁性基板２ｂにおける内側の端部上であって、後工程で形成する内部端子の端面と接する位置に第１の絶縁性基板２ａ及び第２の絶縁性基板２ｂと同一の材料からなる被覆部材６を形成する。
【００６０】
次に、図５（ｃ）に示すように、印刷法又はめっき法によって、第１の絶縁性基板２ａの下面及び側面から、第２の絶縁性基板２ｂの側面及び上面に至るリード部１１を形成する。ここでは、リード部１１における第２の絶縁性基板の上側の端部が内部端子１１ａとなり、該内部端子１１ａの端面は被覆部材６の外側の側面と接触する。その後、セラミック等からなる第３の絶縁性基板２ｃを、リード部１１の上を含む第２の絶縁性基板２ｃの上に積層する。
【００６１】
なお、第２の製造方法においても、被覆部材６は、函体２を構成する絶縁性基板と同一の材料に限られず、熱膨張係数が函体２の構成材料の熱膨張係数の値以上且つ封止樹脂材７の熱膨張係数の値未満である材料を用いることができる。
【００６２】
また、第１及び第２の製造方法においては、函体２にセラミック等の複数の絶縁性基板を積層した構成を用いたが、これに限られない。例えば、函体２は、モールド成型により形成してもよい。また、絶縁性基板とモールド成型とを組み合わせた構成であってもよい。なお、この場合も、内部端子１１ａを覆う被覆部材６の形成方法は、上記の第１又は第２の製造方法と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るデバイスは、小型化したパッケージにおいても、高品質及び高信頼性を確保することができ、特に凹状のパッケージに収容する素子の周囲が封止樹脂材により充填されるデバイス等に有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１      デバイス
２      函体（パッケージ）
２ａ    第１の絶縁性基板
２ｂ    第２の絶縁性基板
２ｃ    第３の絶縁性基板
３      光学素子
３Ａ    半導体素子
４      受光部
５      透明部材
６      被覆部材
７      封止樹脂材
８      電極部
９      ワイヤ
１１    リード部
１１ａ  内部端子
１２    ダイボンド材
１３    樹脂接着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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