(57)【要約】【課題】封止樹脂との熱膨張係数の相違に起因して透光性部材が破損するのを防止する。【解決手段】回路基板２の上面２１上に搭載された半導体素子３の機能領域３１上に、透明接着剤層７により接着された透光性部材４が積層されている。回路基板２の上面２１上には、半導体素子３およびワイヤ６を覆い、かつ、透光性部材４の周囲を覆って封止する封止部材５が形成されている。封止部材５は、透光性部材４の厚さの下半部以下の領域を覆って透光性部材４を封止している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一面上に搭載され、上面に機能領域が形成された半導体素子と、
前記半導体素子の機能領域上に積層された透光性部材と、
前記基板の一面上に形成され、前記半導体素子の周囲および前記透光性部材の周囲を覆って封止する封止部材と、を備え、
前記封止部材は、前記透光性部材の厚さの下半部以下の領域を覆っていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体デバイスにおいて、前記半導体素子は、前記機能領域の外周に配列された電極を有し、前記基板の一面には接続端子が形成され、前記半導体素子の電極と前記基板の接続端子はワイヤにより接続されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体デバイスにおいて、前記封止部材の上面は、前記透光性部材の近傍がその外側の周囲よりも低く形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記半導体素子は前記基板の一面にボンディングされ、前記透光性部材は前記半導体素子に接着されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、さらに、前記透光性部材上に前記透光性部材から離間して設けられた第２の透光性部材を備え、前記封止部材は、前記透光性部材の上部に空隙部を有し、前記第２の透光性部材は、前記封止部材に支持されて設けられていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材は、その一部が前記封止部材の前記空隙部内に配置されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材は、前記封止部材上に配置されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材は、前記半導体素子の前記機能領域上に積層された前記透光性部材よりも大きい面積を有することを特徴とする半導体デバイス。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材は前記封止部材に接着されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材の一面に光学的フィルタが形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体デバイスにおいて、前記半導体素子の前記機能領域上に積層された前記透光性部材の外面に光学的フィルタが形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１２】
請求項５乃至９のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記第２の透光性部材と前記半導体素子の前記機能領域上に積層された前記透光性部材との間に透明な材料が充填されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記透光性部材は、周縁部が薄肉に形成され、前記封止部材は、前記周縁部の厚さ全体を覆っていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体デバイスにおいて、前記透光性部材は、周縁部が薄肉に形成され、前記封止部材は、前記周縁部の厚さ全体の一部の領域を覆っていることを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子が封止樹脂により封止された半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学センサ等の機能領域を有する半導体デバイスにおいては、電子機器の小型化に伴い、小型化および薄型化が図られており、最近では、半導体素子の一面上に透光性部材を、直接、積層する構造が検討されている。この構造では、半導体素子と透光性部材の周囲に絶縁性の封止樹脂を充填する方式が採用されている。
通常は、封止樹脂は、その上面が透光性部材の上面とほぼ同一面となる厚さに形成される。
【０００３】
固体撮像素子のような光学素子を備えた半導体デバイスにおいて、透光性部材の周側部から入射する光が受光部に届き難くするために、透光性部材の上面周縁部にテーパ面を設けた構造としたものがある。このような半導体デバイスにおいて、封止樹脂の上面を、透光性部材の上面より少し低い位置にしたものがある、しかし、この構造においても、封止樹脂の上面はテーパ面の中間部に位置しており、ほぼ、透光性部材の厚さ全体を覆う厚さに形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透光性部材の周縁部の厚さのほぼ全体を封止樹脂で覆う従来の構造では、封止樹脂と透光性部材との熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が透光性部材に作用し、透光性部材が破損する可能性が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の半導体デバイスは、基板と、基板の一面上に搭載され、上面に機能領域が形成された半導体素子と、半導体素子の機能領域上に積層された透光性部材と、基板の一面上に形成され、半導体素子の周囲および透光性部材の周囲を覆って封止する封止部材と、を備え、封止部材は、透光性部材の厚さの下半部以下の領域を覆っていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、封止部材が封止する透光性部材の領域は、透光性部材の厚さの下半部以下の浅い領域である。このため、封止樹脂と透光性部材との熱膨張係数の相違に起因して透光性部材に作用する応力を小さくすることができ、透光性部材を破損され難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る半導体デバイスの一実施の形態の断面図。
【図２】本発明に係る半導体デバイスの実施形態２の断面図。
【図３】本発明に係る半導体デバイスの実施形態３の断面図。
【図４】本発明に係る半導体デバイスの実施形態４の断面図。
【図５】本発明に係る半導体デバイスの実施形態５の断面図。
【図６】本発明に係る半導体デバイスの実施形態６の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−実施形態１-
以下、この発明の半導体デバイスの一実施の形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の半導体デバイスの一実施の形態の断面図である。
半導体デバイス１は、回路基板（基板）２と、半導体素子３と、透光性部材４と、封止部材５とを備えている。
半導体素子３は上面に、例えば、受光領域などの機能領域３１等を有し、回路基板２の上面（一面）２１上に不図示のダイボンド材よりダイボンディングされている。半導体素子３の機能領域３１の周囲には、複数の電極３２が配列されている。各電極３２は、回路基板２の上面２１上における、半導体素子３の外周に配列して形成された接続端子２２にワイヤ６により接続されている。電極３２と接続端子２２との接続は、金ワイヤを用いたワイヤボンディング法によるものである。図示はしないが、回路基板２の上面２１には、所定の回路を構成する配線が形成されている。
【００１０】
半導体素子３の機能領域３１上には、透光性部材４が、透明接着剤層７により接着されて積層されている。透光性部材４は、透明な樹脂材料またはガラスにより形成された、厚さが均一な板状部材であり、機能領域３１よりも少し大きい面積を有し、機能領域３１全体を覆っている。
封止部材５は、回路基板２の上面２１上において、半導体素子３およびワイヤ６の全体を覆って形成されている。封止部材５は、また、透明接着剤層７の周囲全体、および透光性部材４の周囲を覆って透光性部材４を封止している。
ここで重要な点は、封止部材５は、透光性部材４の厚さ全体を封止しているのではなく、透光性部材４の厚さの下半部以下、換言すれば、厚さの半分以下の浅い領域を封止している点である。
【００１１】
ワイヤ６は、半導体素子３の周縁部の少し外周に最大高さ部６ａを有し、最大高さ部６ａから電極３２に向かって漸次下降する湾曲状に形成されている。封止部材５の上面５１は、電極３２と最大高さ部６ａ間のワイヤ６の湾曲形状に倣って、透光性部材４の近傍がその周囲よりも低くなる形状に形成されている。
【００１２】
このような、半導体デバイス１の製造方法の一例を下記に示す。
回路基板２上に半導体素子３をダイボンディングする。半導体素子３の電極３２と回路基板２の接続端子２２を、ワイヤボンディング法を用いてワイヤ６により接続する。透光性部材４を透明接着剤層７により接着して半導体素子３の機能領域３１上に積層する。透明接着剤層７の材料は、例えば、透明なエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を用いることができる。
そして、回路基板２上に、液状の封止材料を、ポッティング法等により塗布し、半導体素子３およびワイヤ６全体を覆い、かつ、透光性部材４の厚さの下半部以下の領域を覆う。封止材料は、透光性部材の厚さの１割〜３割程度を覆う程度としてもよい。
【００１３】
封止樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂を用いることができる。樹脂中にガラス繊維などのフィラを分散した材料も好ましい。
封止樹脂を、加熱・硬化することにより、図１に図示されるような封止部材５が形成された半導体デバイス１が形成される。封止樹脂材料として紫外線硬化型を用い、紫外線を照射して硬化するようにしてもよい。
なお、半導体デバイス１を製造する場合、１枚の回路基板２から、多数の半導体デバイス１を同時に得るようにすることもできる。その場合には、１枚の回路基板２に複数の半導体素子３を配列し、半導体素子３が搭載された各領域に上記工程処理を行い、封止樹脂を硬化する前、または硬化した後、回路基板２および封止部材５を各半導体デバイス１の境界で切断すればよい。
【００１４】
上記実施形態において、半導体素子３およびワイヤ６は、その全体が封止部材５に覆われて封止され、保護される。また、透光性部材４は、その厚さの下半部以下の領域が封止部材５により接着されて、封止される。しかし、封止部材５による透光性部材４の封止領域は、透光性部材４の厚さの下半部以下の浅い領域である。このため、透光性部材４と封止部材５の熱膨張係数の相違に起因して透光性部材４に作用する応力は小さいものとなり、透光性部材４を、破損され難くすることができる。
【００１５】
また、上記実施形態において、封止部材５の上面５１は、電極３２と最大高さ部６ａ間のワイヤ６の湾曲形状に倣って形成されている。すなわち、封止部材５の上面５１は、ワイヤ６の最大高さ部６ａに対応する位置が高い位置となっている。このため、封止部材５の上面５１を、透光性部材４の近傍がその周囲よりも低くなる形状としても、ワイヤ６を保護する十分な厚さとすることができる。
なお、本発明に係る半導体デバイスは、以下に示すように、種々の実施形態を採用することが可能である。
【００１６】
--実施形態２--
図２は、本発明に係る半導体デバイスの実施形態２の断面図である。
実施形態２の半導体デバイス１Ａは、透光性部材４を２つ備えている。
第１の透光性部材４Ａは、第１実施形態と同様、半導体素子３の機能領域３１上に、透明接着剤層７により接着されて積層されている。封止部材５Ａは、第１の透光性部材４Ａの周囲に、第１の透光性部材４Ａの厚さの下半部以下の領域を覆っている。封止部材５Ａの中央部には、第１の透光性部材４Ａの周囲を覆う部分から上方に向けて面積が拡大する逆角錐台形の空隙部５３が形成されている。
【００１７】
第２の透光性部材４Ｂは、第１の透光性部材４Ａよりも大きい面積を有し、封止部材５Ａの空隙部５３の上部に、その下部側が収納された状態で配置されている。封止部材５Ａは上面５２が平坦に形成されており、第２の透光性部材４Ｂの上面４１は、封止部材５Ａの平坦な上面５２から突出している。第２の透光性部材４Ｂの下面は第１の透光性部材４Ａの上面から離間しており、第２の透光性部材４Ｂと第１の透光性部材４Ａとの間は中空構造部となっている。この状態で、第２の透光性部材４Ｂは、封止部材５Ａに不図示の接着剤により接着されている。
【００１８】
実施形態２に示す半導体デバイス１Ａの製造方法の一例を以下に示す。
回路基板２上に半導体素子３をダイボンドする工程から第１の透光性部材４Ａを半導体素子３の機能領域３１上に積層する工程までは、実施形態１と同様である。但し、実施形態２における透光性部材４Ａは、実施形態１における透光性部材４に対応する。
次に、回路基板２上に、液状封止材料を、ポッティング法等により塗布し、半導体素子３およびワイヤ６全体を覆うように形成する。この工程は、実施形態１と同様であるが、液状封止材料の上面が、第１の透光性部材４Ａの上面よりも高くなるように、実施形態１の場合よりも液状封止樹脂を厚く塗布する。
【００１９】
次に、空隙部５３の形状を有する治具（図示せず）により、第１の透光性部材４Ａの上方から液状封止樹脂を押圧し、液状封止樹脂を周囲に流動させて、液状封止樹脂に空隙部５３を形成する。そして、液状封止樹脂を硬化して封止部材５Ａを形成する。
この後、第２の透光性部材４Ｂを封止部材５Ａの空隙部５３の上部に接着する。封止部材５Ａの上面５２は、第２の透光性部材４Ｂの上面４１よりも低い位置であるので、第２の透光性部材４Ｂは、外周側面の厚さ全体ではなく、厚さの一部の領域のみが封止部材５Ａに接着され支持される。
【００２０】
第２の透光性部材４Ｂは、封止部材５Ａに封止されるのではなく、接着される構造であるため、図２に図示されるように、第２の透光性部材４Ｂの厚さの半分以上に亘り、封止部材５Ａに接着してもよい。しかし、第２の透光性部材４Ｂの材料により、破損する可能性が大きいようであれば、第２の透光性部材４Ｂの厚さの下半部以下の領域を接着するようにしてもよい。
【００２１】
−−実施形態３--
図３は、本発明に係る半導体デバイスの実施形態３の断面図である。
実施形態３の半導体デバイスにおいても、実施形態２と同様、第１の透光性部材と第２の透光性部材を備える。
実施形態３が実施形態２と相違する点は、第２の透光性部材４Ｃは、その外形サイズが封止部材５Ｂの外形サイズと同一であることである。
実施形態３における半導体デバイス１Ｂにおいては、封止部材５Ｂは、第２実施形態の封止部材５Ａより薄く形成され、その上面５２ａは、空隙部５３ａの近傍から周縁部まで全体に亘り平坦に形成されている。第２の透光性部材４Ｃは、封止部材５Ｂの上面５２ａに接着されている。
【００２２】
実施形態３の半導体デバイス１Ｂは、実施形態２の半導体デバイス１Ａと同様な方法で製造することが可能である。但し、実施形態３の場合には、第２の透光性部材４Ｃを封止部材５Ｂに接着した後、回路基板２、封止部材５Ｂと共に第２の透光性部材４Ｃを、その外周において切断するようにしてもよい。第２の透光性部材４Ｃがガラスのような切断が困難な材料である場合には、回路基板２と封止部材５Ｂを、その周縁部で切断した後、接着するようにしてもよい。
【００２３】
第３の実施形態は、第２の実施形態に比し、封止部材５Ｂの形状等が簡単であり、生産性の向上を図ることができる。半導体デバイス１Ｂの外形サイズが小さい場合には、第２の透光性部材４Ｂの外形サイズが余り大きくならないので、有利である。
上記以外は、実施形態２と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
実施形態２および実施形態３において、第１の透光性部材４Ａと第２の透光性部材４Ｂとの間、または第１の透光性部材４Ａと第２の透光性部材４Ｃとの間は中空構造部となっている。この中空構造部を大気圧としてもよいが、減圧したり、透明な物質を充填したりしてもよい。中空構造部内にゲッタを成膜して減圧の確保を容易にすることができる。物質が充填されていない場合には、中空構造部内に存在する水蒸気等が温度変化により結露して受光領域を曇らせることがある。中空構造部内に、透明な物質を充填することにより、中空構造部内に存在する水蒸気を無くすことができるので、水蒸気の結露による受光領域の曇りを防止することができる。中空構造部内に充填する物質の一例としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。
【００２５】
また、中空構造部内に充填する透明な物質内に顔料や染料を分散させ、赤外線、紫外線等の特定範囲の波長光のみを受光部に到達させたり、遮断したりする光学的フィルタの機能を備えさせるようにしてもよい。
【００２６】
--実施形態４--
図４は、本発明に係る半導体デバイスの実施形態４の断面図である。
実施形態４の半導体デバイス１Ｃは、実施形態２の半導体デバイス１Ａと同様な構造を有する。
実施形態４の半導体デバイス１Ｃが、実施形態２の半導体デバイス１Ａと相違する点は、第１の透光性部材４Ａおよび第２の透光性部材４Ｂに波長選択用薄膜（光学的フィルタ）が形成されている点である。
第１の透光性部材４Ａの下面、すなわち、半導体素子３側の面には、第１の波長選択用薄膜８１が、また、第２の透光性部材４Ｂの下面、すなわち、中空構造部側の面には第２の波長選択用薄膜８２が形成されている。
【００２７】
第１、第２の波長選択用薄膜８１、８２は、赤外線、紫外線等の特定範囲の波長光のみを受光部に到達させたり、遮断したりする光学的フィルタであり、例えば、蒸着等により成膜することができる。
第１、第２の波長選択用薄膜８１、８２は、一方、または両方を、第１または第２の透光性部材４Ａ、４Ｂの上面に形成してもよい。また、第１、第２の波長選択用薄膜８１、８２のいずれか一方のみを備える半導体デバイス１Ｃとすることもできる。
その他は、実施形態２と同様であるので、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
なお、図３に示す実施形態３の半導体デバイス１Ｂにおいても、第１、第２の透光性部材４Ａ、４Ｃの一方または両方に、第１、第２の波長選択用薄膜８１、８２を形成することができる。
【００２９】
--実施形態５--
図５は、本発明に係る半導体デバイスの実施形態５の断面図である。
実施形態１〜４においては、透光性部材は、厚さが一様な板状部材であった。
図５に図示された透光性部材４Ｄは、その周縁部４ｄ１が中央部４ｄ２より薄く形成されている。周縁部４ｄ１の厚さは、中央部４ｄ２の厚さの半分よりも厚く、封止部材５は、透光性部材４Ｄの周縁部４ｄ１の周囲を周縁部４ｄ１の厚さの下半部以下の厚さで封止している。
透光性部材４Ｄの形状は、平坦な板状部材に限らず、中央部が凸状あるいは凹状に湾曲したり、あるいは上面に微細なレンズや凹凸を形成したりしたものであってもよい。
その他は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
--実施形態６--
図６は、本発明に係る半導体デバイスの実施形態６の断面図である。
実施形態６においても、実施形態５と同様、透光性部材は、その周縁部が中央部より薄く形成されている。
実施形態６の半導体デバイス１Ｅが、実施形態５の半導体デバイス１Ｄと相違する点は、封止部材５が、透光性部材４Ｅの周縁部４ｅ１の厚さ全体を封止している点である。
図６に図示された透光性部材４Ｅの周縁部４ｅ１の厚さは、中央部４ｅ２の厚さの半分以下とされている。このため、封止部材５により、透光性部材４Ｅの周縁部４ｅ１の厚さ全体を封止しても、透光性部材４Ｅの中央部４ｅ２の厚さの下半部以下の領域が封止されるにすぎない。
【００３１】
従って、実施形態６においても、他の実施形態と同様、透光性部材４Ｅと封止部材５の熱膨張係数の相違に起因して透光性部材４Ｅに作用する応力は小さいものとなり、透光性部材４Ｅを、破損され難くすることができる。
【００３２】
以上説明した通り、本発明の半導体デバイスの各実施形態によれば、半導体素子３の機能領域３１上に積層された透光性部材４、４Ａ〜４Ｅの周囲を封止する封止部材５、５Ａ、５Ｂを備え、封止部材５が封止する透光性部材４、４Ａ〜４Ｅの領域は、透光性部材４、４Ａ〜４Ｅの厚さの下半部以下の浅い領域とされている。このため、封止樹部材５、５Ａ、５Ｂと透光性部材４、４Ａ〜４Ｅとの熱膨張係数の相違に起因して透光性部材４、４Ａ〜４Ｅに作用する応力を小さくすることができ、透光性部材４、４Ａ〜４Ｅを破損され難くすることができる。
【００３３】
上記各実施形態において、封止部材５の上面５１は、透光性部材４の近傍が低く、ワイヤ６の最大高さ部６ａに対応する位置が高くなる形状とされている。このため、封止部材５の上面５１を、透光性部材４の近傍がその周囲よりも低くなる形状としても、ワイヤ６を保護する十分な厚さとすることができる。
【００３４】
実施形態２、３として示されているように、回路基板２上に、第１、第２の透光性部材４Ａ、４Ｂ（または４Ｃ）を配置し、第１、第２の透光性部材４Ａ、４Ｂ（または４Ｃ）間に中空構造部を構成することができる。中空構造部内にゲッタを成膜して減圧の確保を容易にすることができる。また、中空構造部内に透明な物質を充填して、内部に水蒸気が結露するのを防止することができる。中空構造部内に顔料や染料を分散させて光学的フィルタの機能を備えさせることができる。
【００３５】
実施形態４に示すように、第１、第２の透光性部材４Ａ、４Ｂの一面に波長選択用薄膜８１、８２を形成して光学的フィルタの機能を備えさせることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、半導体素子３と回路基板２をワイヤボンディングにより接続する構造として例示した。しかし、本発明は、半導体素子３と回路基板２のボンディングとして、フリップチップボンディング等他の接合方法を適用することが可能である。
【００３７】
上記実施形態では、半導体素子３の機能領域３１を受光領域として例示したが、本発明は、発光等、受光以外の他の機能を有する半導体素子３に対しても適用することができる。
【００３８】
その他、本発明の半導体デバイスは、上記各実施形態を組み合わせたり、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形したりして構成することが可能であり、要は、半導体素子の機能領域上に積層された透光性部材の周囲を、封止部材によって、透光性部材の厚さの下半部以下の領域で覆って封止するようにしたものであればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１、１Ａ〜１Ｄ    半導体デバイス
２    回路基板（基板）
３    半導体素子
４、４Ａ〜４Ｄ    透光性部材
５、５Ａ、５Ｂ    封止部材
６    ワイヤ
７    透明接着剤層
２２    接続端子
３１    機能領域
３２    電極
５３    空隙部
８１、８２    波長選択用薄膜（光学的フィルタ）
【図１】
2014038942.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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