(57)【要約】【課題】  小型化・薄型化という市場要求に応えつつ、外観的なクラックの発生を防止できる信頼性を向上させた半導体装置を得ること。【解決手段】  外部接続用の配線部４が設けられた絶縁基体１と、前記絶縁基体１の主面上に固着された半導体素子６と、前記半導体素子６上に固着された保護体９と、前記絶縁基体１の前記主面上の周縁部に設けられた枠体２と、前記配線部４と前記半導体素子６とを電気的に接続する金属細線７を覆う封止樹脂１０とを備え、前記絶縁基体１はセラミックで形成され、前記枠体２は樹脂材料で形成されている。【選択図】  図１
2010251563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用の配線部が設けられた絶縁基体と、
前記絶縁基体の主面上に固着された半導体素子と、
前記半導体素子上に固着された保護体と、
前記絶縁基体の前記主面上の周縁部に設けられた枠体と、
前記配線部と前記半導体素子とを電気的に接続する金属細線を覆う封止樹脂とを備え、
前記絶縁基体はセラミックで形成され、前記枠体は樹脂材料で形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が光学素子であり、前記保護体が透光性部材からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子が固体撮像素子である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記枠体が、前記絶縁基体上に直接塗布形成されたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基体上に搭載された半導体素子上に、保護体が固着され、絶縁基板の周縁部に枠体が固着された半導体装置、特に、固体撮像装置等の光学素子を搭載した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯端末をはじめとする電子機器の小型化に伴い、半導体装置の小型化が要求されている。また、半導体装置には、小型化および薄型化だけでなく、その性能の信頼性向上を図るために、外観的なクラックの発生を防止することが要求されている。
【０００３】
半導体装置のなかでも特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に広く用いられている固体撮像装置等の光学素子を搭載した半導体装置では、半導体素子上に固着される保護体としてガラス等の透光性部材が用いられるために、外観的なクラックを防止することに対する市場要求が強い。
【０００４】
従来の固体撮像装置の構成を図５に示す。図５（ａ）は従来の固体撮像装置の平面図、図５（ｂ）は従来の固体撮像装置の断面図であり、図５（ａ）にＸ−Ｘ'矢視線として示した部分の断面構造を示した図である。
【０００５】
従来の固体撮像装置５０は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、絶縁基体５１と、絶縁基体５１の主面、すなわち、図５（ｂ）における図中上側の面の中央部に、凹所として形成された素子搭載部５３に、接着剤５５を介して固着された固体撮像素子５６と、固体撮像素子５６上に、接着剤５８を介して固着されたガラス製の保護体５９とを備えている。また、絶縁基体５１に形成された配線部５４と、固体撮像素子５６とが金属細線５７で接続されていて、金属細線５７は封止樹脂６０で覆われている。なお、この封止樹脂６０は必ずしも透明であるとは限らないが、図５（ａ）では封止樹脂６０を透視した状態を示している。そして、絶縁基板５１の固体撮像素子５６が搭載されている主面上の周縁部には、金属細線５７を覆うように絶縁基体５１と同じくセラミック製の枠体５２が形成されている。
【０００６】
従来の固体撮像装置５０において、固体撮像装置５０が使用される環境温度によって封止樹脂６０の体積が変化するという問題があり、この封止樹脂６０の体積の変化が原因となって保護体５９にクラックが生じないよう、封止樹脂６０材料の応力緩和特性を適正化することで対策を行っていた。
【０００７】
なお、特許文献１には、熱可塑性樹脂での成形パッケージを用いた従来の半導体装置の例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２０１９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の固体撮像装置５０では、封止樹脂６０の応力緩和特性を調整するために、配合する樹脂やフィラーの種類と配合率の最適化が行われていたが、封止樹脂６０に要求される特性として、耐熱性、流動性、塗布作業性などを併せて考慮する必要があり、樹脂材料の最適化するための時間やコストが増大してしまう。また、樹脂やフィラーの配合調整では、要求される全ての特性を充分に満足できない可能性があり、封止樹脂６０の応力緩和特性の最適化を図るという従来の方法では、好ましい固体撮像装置が得られないというリスクが高くなる。
【００１０】
また、特許文献１に記載された半導体装置では、熱可塑性樹脂で成形パッケージを行っているが、この方法では、絶縁基板に形成された配線部と、搭載される半導体素子との電気的接続を多層配線化することが困難となる。このため、例えば、３０端子を超えるような多配線を必要とする半導体素子を搭載する場合には、絶縁基板の面積が大きくなって半導体装置が大型化してしまい、市場要求に反するおそれが高い。また、半導体素子の全体を樹脂で覆う構成であるため、放熱性が劣るという問題があり、これを解決するために半導体装置にファンクーラーや放熱板を設置するなど、放熱対策を採ることが必要になって、半導体装置の実装コストが増大化してしまう。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するものであり、小型化・薄型化という市場要求に応えつつ、外観的なクラックの発生を防止できる信頼性を向上させた半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、外部接続用の配線部が設けられた絶縁基体と、前記絶縁基体の主面上に固着された半導体素子と、前記半導体素子上に固着された保護体と、前記絶縁基体の前記主面上の周縁部に設けられた枠体と、前記配線部と前記半導体素子とを電気的に接続する金属細線を覆う封止樹脂とを備え、前記絶縁基体はセラミックで形成され、前記枠体は樹脂材料で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置は、封止樹脂として応力緩和特性の優れた特殊な材料を用いることなく、保護体の外観クラックの発生を効果的に防止することができる。このため、半導体装置の製品としての信頼性を向上させることができるとともに、温度変化に対する製品品質が安定するため、例えば、リフロー炉を使用した半田接合の自動化が可能となるなど、半導体装置の実装コストの削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態としての固体撮像装置の構成を示す図であり、図１（ａ）はその平面構成を示す平面図であり、図１（ｂ）はその断面構成を示す断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態としての固体撮像装置の構成を示す図であり、図２（ａ）はその平面構成を示す平面図であり、図２（ｂ）はその断面構成を示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態としての固体撮像装置の、製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構成を示す図であり、図５（ａ）はその平面構成を示す平面図であり、図５（ｂ）はその断面構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の半導体装置は、外部接続用の配線部が設けられた絶縁基体と、前記絶縁基体の主面上に固着された半導体素子と、前記半導体素子上に固着された保護体と、前記絶縁基体の前記主面上の周縁部に設けられた枠体と、前記配線部と前記半導体素子とを電気的に接続する金属細線を覆う封止樹脂とを備え、前記絶縁基体はセラミックで形成され、前記枠体は樹脂材料で形成されている。
【００１６】
このようにすることで、金属細線を覆う封止樹脂の体積が環境温度で膨張・収縮しても、封止樹脂の周囲に位置する枠体が同じく樹脂材料で形成されているため、封止樹脂の体積の変化を吸収することができる。このため、封止樹脂に覆われた保護体に過剰な外力が加わることを効果的に防止することができ、保護体に外観的クラックが生じることを防止することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置において、前記半導体素子が光学素子であり、前記保護体が透光性部材からなることが好ましい。このようにすることで、光学的な影響を引き起こす保護体の外観的クラックの発生を確実に防止するという厳しい要求に応えた、光学素子を搭載した半導体装置を得ることができる。
【００１８】
さらに、前記半導体素子が固体撮像素子であることが好ましい。
【００１９】
また、前記枠体が、前記絶縁基体上に直接塗布形成されたものであることが好ましい。このようにすることで、半導体装置をより簡易に低コストで実現することができる。
【００２０】
以下、本発明にかかる半導体装置の実施形態として、絶縁基板に搭載される半導体素子がＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子である、固体撮像装置の場合を例示して説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の実施形態である固体撮像装置の平面図、図１（ｂ）は、本実施形態の固体撮像装置の断面図であり、図１（ａ）にＡ−Ａ'矢視線として示した部分の断面構造を示した図である。
【００２２】
本実施形態の固体撮像装置１００は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、セラミック製の絶縁基体１と、絶縁基体１の主面、すなわち、図１（ｂ）における図中上側の面の中央部に、接着剤５を介して固着された半導体素子である固体撮像素子６と、固体撮像素子６上に、接着剤８を介して固着された保護体９とを備えている。また、絶縁基体１の主面の周縁部には、樹脂製の枠体２が配置されている。
【００２３】
絶縁基体１の主面の、固体撮像素子６が搭載される中央部領域の周囲には、搭載された半導体素子である固体撮像素子６と電気的に接続され、固体撮像素子６の各端子と外部の回路基板等との接続を行うための、メタライズ配線体などによって形成された複数の配線部４を有している。図１（ａ）では、配線部４は、固体撮像素子６が搭載されている領域の、図１（ａ）中の左右方向にそれぞれ４本ずつ形成されているように示しているが、これはあくまで例示であり、配線部４を固体撮像素子６の搭載領域の、図中の上下方向に配置することもでき、また、各辺に配置される配線電極の本数も４本に限られないことは言うまでもない。
【００２４】
本実施形態の固体撮像装置１００では、配線部４の、固体撮像素子６との接続部の反対側の端部は、図１（ｂ）に示すように絶縁基体１の側端部に沿って折り返されて、絶縁基体１の主面とは異なる面である裏面側に引き出されている。このようにすることで、配線部４を含めた固体撮像装置１００の表面積の小型化が図れるが、本発明の半導体装置はこの限りではなく、配線部４を絶縁基体１の裏面側で外側方向へ広がるように配置してもかまわない。
【００２５】
また、本実施形態の固体撮像装置１００では、図１（ｂ）に示すように、セラミック製の絶縁基体１の主面、すなわち固体撮像素子６が搭載される面には、その中央部に素子搭載部３としての凹部が形成されていて、固体撮像素子６はこの凹部内に埋め込まれるように配置されている。このように、半導体素子である固体撮像素子６を凹部状の素子搭載部３内に配置することで、固体撮像素子６の上面に設けられた図示しない電極パッドと、絶縁基体板１に設けられた配線部４との高さが同じとなり、固体撮像素子６と配線部４との電気的接続を得るためのＡｕワイヤー等の金属細線７の長さを短くできる。この結果、固体撮像装置１００全体の小型化ができるとともに、金属細線７の使用量が削減でき、また、ワイヤリング工程と呼ばれる金属細線７を、配線部４と固体撮像素子６の電極パッドに金属接合する工程の所要時間の短縮化が可能となる。
【００２６】
言うまでも無く、本実施形態の固体撮像装置１００において、絶縁基体１の中央部の素子搭載部３が凹んでいることは必須の要件ではなく、絶縁基体１の主面は平坦面でもかまわない。また、本実施形態で示したように、絶縁基体１の素子搭載部３を凹所として形成する場合には、絶縁基体１をセラミックの積層体として形成すれば、凹部を容易に形成できる。さらに、セラミックの積層体で絶縁基体１を形成すると、搭載された半導体素子の駆動により発生した熱を放熱し易いというメリットもある。
【００２７】
配線部４が形成されている部分を含めた絶縁基体１の主面上の周縁部には、中央部に配置された固体撮像素子６を取り囲むようにして、プラスチック樹脂などの樹脂製の枠体２が、熱硬化性接着剤等により固着されている。
【００２８】
絶縁基体１の素子搭載部３に配置された固体撮像素子６は、銀ペーストなどの周知の接着剤５により、固着・搭載されている。そして、固体撮像素子６の上面の、図示しない受光領域を覆うようにして、エポキシ樹脂等を主材とするＵＶ接着剤などの接着剤８により、ガラスなどの透光性部材の保護体９が固着されている。
【００２９】
また、保護体９と枠体２との間の、金属細線７が形成されている部分を覆うようにして、枠体２と固体撮像素子６との間には、エポキシ樹脂を主剤とする封止樹脂１０が充填されている。図から分かるように、本実施形態の固体撮像装置１００では、枠体２と保護体９、そして、充填された封止樹脂１０の上面の高さが同じ高さとなっている。このようにすると、上面が略同一面となるため、この封止樹脂１０の上面をレンズの鏡筒やプリズムなどの光学素子を取り付ける際の基準面とすることができる。また、封止樹脂１０の上面に、レンズ鏡筒やプリズムなどの光学素子を直接貼り付けることができるようになるため、これらの光学素子を含めた固体撮像装置全体の小型化が可能となる。
【００３０】
なお、図１（ａ）では、本実施形態の固体撮像装置の具体的構成の理解を助けるために、従来技術を示した図５（ａ）と同様に、封止樹脂１０を透視した状態を示している。
【００３１】
この図１に示した本実施形態の固体撮像装置１００が、図５を用いて説明した従来の固体撮像装置５０と異なっているのは、絶縁基体１上に形成された枠体２が、エポキシなどの樹脂で形成されている点である。このようにすることで、周囲環境の温度変化において、封止樹脂１０が膨張したり、収縮したりしても、その外形の変化を枠体２の形状の変化として吸収することができる。このため、ガラス等で形成された保護体９に封止樹脂１０から加わる応力が緩和され、保護体９にクラックなどの微小な破壊が生じることを防止することができ、固体撮像装置１００としての製品品質の信頼性が向上する。
【００３２】
このような観点から、枠体２を形成する樹脂としては、封止樹脂１０との関係で選択することが好ましく、特に、その線膨張係数が封止樹脂１０の線膨張係数である３０〜９０×１０-6Ｋ-1と近似するものを選択すれば良い。したがって、枠体２の材質としては、線膨張係数が一致する、上記したエポキシ樹脂の他にメラミン、フェノールなどの熱硬化性樹脂等を使用することができる。この中でも、エポキシ樹脂を主材とするものを選択すれば、汎用されている材料であるために、材料費用を低コスト化できて有益である。
【００３３】
次に、本実施形態の固体撮像装置の別の形態の例を、図２を用いて説明する。
【００３４】
図２は、本実施形態の別の形態の固体撮像装置２００を示す図であり、図２（ａ）は、平面図を、図２（ｂ）は、図２（ａ）中Ｂ−Ｂ'矢視線で示した部分の断面構成を示す断面図である。なお、図１（ａ）と図１（ｂ）とを用いて説明した、本実施形態の固体撮像装置１００と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細の説明を省略する。また、図２（ａ）において、封止樹脂１０を透視した状態を示している点も、図１（ａ）と同様である。
【００３５】
図２に示す固体撮像装置２００では、絶縁基体１の主面の周縁部に形成された樹脂製の枠体２２が、絶縁基体１上に直接塗布して形成されたものである点が、図１に示した固体撮像装置１００と異なっている。
【００３６】
図２に示した固体撮像装置２００の、枠体２２の形成方法を図３を用いて説明する。
【００３７】
まず、図３（ａ）に示すように、絶縁基体１に保護体９が接着された固体撮像素子６を固定し、金属細線７にて固体撮像素子６の表面にある図示しない電極パッドと配線部４とを接続する。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁基体１の周縁部の配線部４が形成されている領域を、塗出ノズル１２を走査して、塗出口から樹脂を塗出させて塗布する。この樹脂を一般的な熱硬化オーブンにより硬化させて、樹脂製の枠体２を形成する。
【００３９】
最後に、図３（ｃ）に示すように、枠体２と保護体９との隙間から封止樹脂１０を注入、充填して、熱硬化オーブンにより硬化させる。
【００４０】
このようにして形成される固体撮像装置２００では、図１に示した固体撮像装置１００と比較して、枠体２を樹脂成型で製造して絶縁基体１上に固着する場合に必要な、枠体２の形状を得るための金型や、枠体２と絶縁基体１とを接着する接着剤などが不要となり、絶縁基体１周囲に容易に樹脂製の枠体を形成することができる。このため、封止樹脂１０の周囲温度による変形を吸収することができ、保護体９に微細なクラックが生じることを効果的に防止できる固体撮像装置２００を、より安価に製造することができるという、高いコストメリットを得ることができる。
【００４１】
次に、本実施形態の固体撮像装置のさらに別の形態を、図４を用いて説明する。
【００４２】
図４は、本実施形態のさらに別の形態の固体撮像素子３００を示す図であり、図１（ｂ）および、図２（ｂ）に相当する部分の断面構成を示す断面図である。なお、図１（ｂ）で示した本実施形態の固体撮像装置１００，および、図２（ｂ）で示した、本実施形態にかかる別の形態の固体撮像装置２００と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細の説明を省略する。
【００４３】
図４に示す固体撮像装置３００では、図２で示した本実施形態にかかる別の固体撮像装置２００と同様に、絶縁基体１の主面の周縁部に樹脂製の枠体３２が塗布形成されたものである。そして、樹脂製の枠体３２を、金属細線７に被さるように形成されている点が、図２に示した固体撮像装置２００と異なる。このような形状とすることができるのは、上記図３で説明したように、樹脂製の枠体３２を絶縁基体１上に塗布して形成する方法であれば、金属細線７にて固体撮像素子６の表面にある図示しない電極パッドと配線部４とを接続した後に、枠体３２の形成ができるためである。
【００４４】
このように、金属細線７に被さるように樹脂製の枠体３２を形成することで、絶縁基体１上に、配線部４を引き出して形成する必要が無くなり、固体撮像装置３００の外形を定める絶縁基体１の表面積を小さくすることが可能となる。したがって、小型化された固体撮像装置３００を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の半導体装置として、半導体素子として受光素子を搭載された固体撮像装置を例示して説明したが、本発明の半導体装置は、このような固体撮像装置に限られるものではない。本発明の半導体装置としては、固体撮像装置以外の発光素子、受光素子などの光デバイス、さらには、光デバイスではない、メモリ、演算回路などの半導体装置にも適用することができる。
【００４６】
このように、本発明によれば、製品信頼性を向上した半導体装置を得ることができ、かつ、特に、樹脂製の枠体を絶縁基体上に直接塗布して形成した場合には、製造コストを低減することもできる。このため、半導体装置を実装する電子機器、たとえばビデオカメラやスチルカメラ等も、従来品に比較して信頼性を向上することができ、かつ、低コストで製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかる半導体装置は、搭載される半導体素子の保護体の破損を防止することができるものとして有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１      絶縁基体
２      枠体
３      素子搭載部
４      配線部
５      接着剤
６      半導体素子（固体撮像素子）
７      金属細線
８      接着剤
９      保護体
１０    封止樹脂
１００  固体撮像装置（半導体装置）
【図１】
2010251563.tif 000003
【図２】
2010251563.tif 000004
【図３】
2010251563.tif 000005
【図４】
2010251563.tif 000006
【図５】
2010251563.tif 000007