(57)【要約】【課題】絶縁基体に対する蓋体の平行度が良好になり、気密封止の信頼性に優れるとともに、例えば光半導体素子を収容されて成る場合でも、工程内での異物の付着を極力防ぐことができるとともに、蓋体が透光性蓋体の場合に透光性蓋体のキズやカケの発生を防ぐことができ、正確な受光が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】上面に半導体素子３が収容される凹部１ａを形成するとともに凹部１ａの周囲に凹部１ａの内側から外側に向かって漸次高さが高くなるように、第1の段差部１ｂおよび第２の段差部１ｃが順次形成されている絶縁基体１と、凹部１ａの内面から絶縁基体１の側面および下面の少なくとも一方にかけて形成された配線導体２と、凹部１ａの底面に載置され、配線導体２に電気的に接続される電極４を有した半導体素子３と、第１の段差部１ｂ上に配置される蓋体５とを具備した半導体装置９であって、絶縁基体１及び蓋体５を、第２の段差部１ｃと蓋体５の側面との間に充填される接合材７を介して接合する。【選択図】図１
2006156528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に半導体素子が収容される凹部を形成するとともに該凹部の周囲に凹部の内側から外側に向かって漸次高さが高くなるように、第1の段差部および第２の段差部が順次形成されている絶縁基体と、
前記凹部の内面から前記絶縁基体の側面および下面の少なくとも一方にかけて形成された配線導体と、
前記凹部の底面に載置され、前記配線導体に電気的に接続される電極を有した半導体素子と、
前記第１の段差部上に配置される蓋体とを具備した半導体装置であって、
前記絶縁基体及び前記蓋体を、前記第２の段差部と前記蓋体の側面との間に充填される接合材を介して接合したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接合材の上端が、前記絶縁基体の上面および前記蓋体の上面よりも上方に位置するように凸状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接合材が紫外線硬化型樹脂を硬化させて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合材が前記第１の段差部の外方にのみ配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか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、半導体素子収納用パッケージに半導体素子を収納し、蓋体により気密封止して成る半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等に使用される半導体集積回路素子、フォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ等の受光素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子等の半導体素子を気密に収納するための半導体素子収納用パッケージは、半導体素子を収容するための凹部が上面に形成された絶縁基体と、絶縁基体の凹部の内側から外側に導出された配線導体とを具備した構造を有している。
【０００３】
半導体素子は絶縁基体の凹部の底面に載置され接着されており、半導体素子の上面外周部に電極が設けられている。半導体素子の電極と上記配線導体のうち凹部の内面に露出した部位とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤにより電気的に接続される。
【０００４】
また、セラミック、金属（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や銅合金等）、ガラス、有機樹脂等から成る蓋体が絶縁基体の上面にエポキシ樹脂等の樹脂からなる接合材を介して接着固定されて凹部を塞ぐ形になっており、これによって絶縁基体と蓋体とで形成される容器の内部に半導体素子が気密封止される。
【０００５】
このように従来の半導体装置は、蓋体によって、半導体装置の内部空間にゴミなどの異物が侵入するのを防止するとともに、半導体装置の内部空間を密閉空間とすることで、外部雰囲気の湿気が半導体装置内に侵入するのを防ぎ、半導体素子の耐久性を向上させている。
【０００６】
なお、配線導体のうち凹部の外側に導出された部位は、外部接続用の導体として機能する。
【０００７】
そして、例えば半導体素子として光半導体素子を用いる場合、蓋体は透光性材料により形成され、かかる透光性蓋体を介して外部の光が光半導体素子の受光面で受光されると、もに光半導体素子で電気信号に変換される。この電気信号は、配線導体、および配線導体と電気的に接続された外部の電気回路を経由して、半導体装置の外部に配置された各種の機器や素子などに送られる。
【０００８】
また、蓋体を絶縁基体に対して取着させるには、例えば、接合材として熱硬化性樹脂を用いるような場合、絶縁基体の凹部に半導体素子を収容した後、絶縁基体の上面の外周部に未硬化の樹脂を塗布するとともに、この樹脂を間に挟んで蓋体の下面と絶縁基体の上面とを位置決めセットし、樹脂を効果させることにより行なわれる。
【特許文献１】特開２００４−７１９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の半導体装置においては、蓋体と絶縁基体との間に接合材が介在し、接合材の高さを一定に維持することが難しいことから、次のような不具合が生じるという問題があった。すなわち、絶縁基体に対して蓋体が傾いて取着されたり、接合材の厚さが部分的にばらついたりすることに起因して、蓋体の絶縁基体に対する接合強度がばらつき、蓋体の絶縁基体に対する接合の信頼性が低くなって気密封止の信頼性が劣化してしまう。
【００１０】
また、例えば半導体素子が光半導体素子である場合、蓋体が傾いた結果、光半導体素子の受光面と透光性の蓋体との間の距離がばらつき、受光面に入射する外部の光に歪が生じ、正確に受光させることができなくなってしまう。
【００１１】
また、絶縁基体の凹部に半導体素子を収容した後、蓋体を絶縁基体に接合して凹部を塞ぐまでの間に、凹部内に外部環境中の異物（塵埃、ミスト等）が入り込む場合があり、その異物が導電性の異物の場合に、半導体素子の電極や配線導体、半導体素子と配線導体とを接続するボンディングワイヤ等に付着して電気的短絡等の不具合を発生させるという問題があった。また、半導体素子が光半導体素子の場合には、光半導体素子の受光部に異物が付着することにより、光半導体素子の受光特性が劣化する。
【００１２】
なお、上記異物の凹部内への入り込みは、半導体装置の製造工程において、蓋体による封止前、外観検査工程や、封止工程までの取り扱い（滞留、搬送、位置決め作業等）の際に、凹部が開放されていることに起因して生じる。
【００１３】
したがって、本発明は上記の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、絶縁基体に対する蓋体の平行度が良好で、気密封止の信頼性や、例えば半導体素子が光半導体素子の場合の受光特性等の特性に優れるとともに凹部内への異物の入り込みが効果的に防止された半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置は、上面に半導体素子が収容される凹部を形成するとともに該凹部の周囲に凹部の内側から外側に向かって漸次高さが高くなるように、第１の段差部および第２の段差部が順次形成されている絶縁基体と、前記凹部の内面から前記絶縁基体の側面および下面の少なくとも一方にかけて形成された配線導体と、前記凹部の底面に載置され、前記配線導体に電気的に接続される電極を有した半導体素子と、前記第１の段差部上に配置される蓋体とを具備した半導体装置であって、前記絶縁基体及び前記蓋体を、前記第２の段差部と前記蓋体の側面との間に充填される接合材を介して接合したことを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の半導体装置は、前記接合材の上端が、前記絶縁基体の上面および前記蓋体の上面よりも上方に位置するように凸状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに本発明の半導体装置は、前記接合材が紫外線硬化型樹脂を硬化させて成ることを特徴とするものである。
【００１７】
またさらに本発明の半導体装置は、前記接合材が前記第１の段差部の外方にのみ配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置は、上面に半導体素子が収容される凹部を形成するとともに凹部の周囲に凹部の内側から外側に向かって漸次高さが高くなるように、第1の段差部および第２の段差部が順次形成されている絶縁基体と、凹部の内面から絶縁基体の側面および下面の少なくとも一方にかけて形成された配線導体と、凹部の底面に載置され、配線導体に電気的に接続される電極を有した半導体素子と、第１の段差部上に配置される蓋体とを具備した半導体装置であって、絶縁基体及び蓋体を、第２の段差部と蓋体の側面との間に充填される接合材を介して接合するようにしたことから、絶縁基体の上面（第１の段差部の上面）と蓋体の下面との間に接合材が介在することはなく、接合材の厚さのバラツキに起因する蓋体の傾きを有効に防止することができ、絶縁基体に対する蓋体の平行度が良好な半導体装置を得ることが可能となる。例えば、半導体素子が光半導体素子の場合であれば、蓋体と光半導体素子の受光面との平行度に優れ、光半導体素子の受光部で外部からの入射光を正確に受光することが可能な、受光特性に優れた光半導体装置とすることができる。
【００１９】
また、絶縁基体及び蓋体を、第２の段差部と蓋体の側面との間に充填される接合材を介して強固に接合することができるので、気密封止の信頼性を良好に確保することができる。
【００２０】
さらに、蓋体を絶縁基体に接合材で接合する工程において、蓋体の下面にあらかじめ接合材を塗布することなく、蓋体を第１の段差部の上面に仮置きして凹部を塞いでおくことができるので、半導体装置の製造工程において、蓋体による封止前、外観検査工程や、封止工程までの取り扱い（滞留、搬送、位置決め作業等）の際に、異物が凹部内に入るのを防止することができる。そのため、異物が半導体素子等に付着して、半導体素子の電極間等の電気的短絡や、例えば半導体素子が光半導体素子の場合にその受光面に付着して受光特性を劣化させるといった不具合の発生も有効に防止される。
【００２１】
またさらに、蓋体がガラスから成る場合でも、ガラスの破片が剥離しやすいエッジ部が、第２の段差部と蓋体の側面に充填される接合材で被覆されることになるため、エッジ部でガラスの破片が剥離することを効果的に防止することができる。
【００２２】
さらにまた本発明の半導体装置によれば、接合材の上端を、絶縁基体の上面および蓋体の上面よりも上方に位置するように凸状に形成することにより、蓋体を透光性のガラス等で形成する場合であっても、外部の装置等と接触しやすい蓋体の外周部分が接合材で保護されることとなり、光半導体装置の取り扱いの際に誤って蓋体にキズが付くのを有効に防止することができる。
【００２３】
またこの場合、蓋体上面の外周部を覆う接合材の上端部分が、蓋体の上面よりも高い位置にあることから、光半導体装置が外部の装置，治具等に接触するときには、まず蓋体の上面の外周部を覆う接合材の上端部分に接触するようになっており、これによっても蓋体の上面にキズが付くのを有効に防止することができる。
【００２４】
さらにまた本発明の半導体装置によれば、紫外線硬化型樹脂を硬化させて接合材とすることより、半導体素子、および絶縁基体に余計な熱履歴を付加させることがなく、半導体素子の信頼性低下を有効に防止することができ、半導体素子と絶縁基体の接着、及び接続信頼性の低下も有効に防止することができる。
【００２５】
またさらに本発明の半導体装置によれば、接合材を第１の段差部の外方にのみ配置させておくことにより、接合材の蓋体の中央部への広がりをなくすことができる。したがって、半導体素子として光半導体素子を用いた上、蓋体を透光性材料で形成する場合に、接合材により外光の受光を阻害されることが殆どなく、受光特性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は半導体素子、５は蓋体、７は接合材である。この絶縁基体１、配線導体２、半導体素子３、蓋体５および接合材７により、半導体装置９が主に構成されている。
【００２７】
絶縁基体１の上面に形成された凹部１ａには半導体素子３が収容され、凹部１ａの底面に接着剤６により接合される。
【００２８】
半導体素子３は、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等に使用される半導体集積回路素子、フォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ等の受光素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子等である。
【００２９】
かかる半導体素子３は、例えば光半導体素子の場合、上面の中央部に受光部が設けられ、また上面の外周部には信号の入出力用の電極が設けられている。
【００３０】
また、絶縁基体１は、アルミナセラミックス，窒化アルミニウムセラミックス，炭化珪素セラミックス，窒化珪素セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミックス等からなり、平板状の底板部の上面の外周部に別体の枠状の側壁部が設けられているか、または絶縁基体１の底板部と側壁部とは一体的に形成されていてもよい。これらの底板部と側壁部とにより、絶縁基体１の上面には、半導体素子３を収容するための凹部１ａが形成されている。
【００３１】
このような絶縁基体１の凹部１ａの内側から絶縁基体１の側面および下面に少なくとも一方にかけて配線導体２が形成されている。
【００３２】
配線導体２のうち凹部１ａの内面に露出した部位が半導体素子３の電極にボンディングワイヤ８を介して接続されていることにより、凹部１ａに収容された半導体素子３が、電極４、ボンディングワイヤ８および配線導体２を介して、凹部１ａの外側に導出されている。この配線導体２の導出部分を外部電気回路に接続することにより、半導体素子３が外部電気回路に電気的に接続される。
【００３３】
なお、配線導体２は、図１において凹部１ａの内側面と底面との間に形成された段状部の上面で凹部１ａの内面に露出しているが、凹部１ａの底面で露出するようにしてもよい。
【００３４】
上述した配線導体２は、タングステン，モリブデン，銅，銀等のメタライズ導体により形成されている。そして、配線導体２は、例えば絶縁基体１となるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に予め所定のスルーホールを形成し、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属ペーストを、グリーンシートの表面や、スルーホールの内面に印刷塗布したり充填しておくことにより形成される。
【００３５】
そして、半導体素子３が収容されている凹部１ａは蓋体５によって塞がれ、絶縁基体１と蓋体５とから成る容器の内部に半導体素子が気密に収納されて半導体装置９が構成される。
【００３６】
蓋体５は、光学用ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ほうけい酸ガラス等のガラスや、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料、酸化アルミニウム質焼結体，ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料、鉄−ニッケル−コバルト合金，鉄−ニッケル合金等の金属材料により形成される。
【００３７】
また、蓋体５は、例えば半導体素子３が光半導体素子であれば、ガラスや樹脂等の透光性の材料で形成される。
【００３８】
またさらに、上述した絶縁基体１の凹部１ａの周囲には、凹部１ａの内側から外側に向かって漸次高さが高くなるように、第１の段差部１ｂおよび第２の段差部１ｃが順次形成されている。
【００３９】
第１の段差部１ｂは、その上面に蓋体５が配置され、蓋体５を支持する機能を有する。
【００４０】
また、第２の段差部１ｃは、第１の段差部１ｃ上に配置される蓋体５の側面との間に接合材７を充填させる機能を有し、その接合材７で蓋体５と絶縁基体１とが接合される。
【００４１】
上述した第１の段差部１ｂに蓋体５を搭載、位置決めし、その後、蓋体５の外周部の側面と絶縁基体１の第２の段差部１ｃで囲まれたスペースに接合材７を充填し、硬化等の所定の処理を施すことにより、接合材７を介して蓋体５の側面と絶縁基体１（第２の段差部１ｃ）とが接合され、半導体素子３を搭載し収容した凹部１ａが気密封止される。
【００４２】
また、接合材７としては、アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂材料や、ＡｕＳｎ、ＰｂＳｎ等の半田材や、低融点ガラス材等が用いられる。
【００４３】
この接合材７には、半導体素子３が光半導体素子の場合、不要な外光の入射を遮断するために、黒色，茶褐色，暗緑色，濃青色等の暗色系の顔料や染料を混入させてもよい。
【００４４】
なお、接合材７の充填については、例えば、未硬化の上記樹脂材料をディスペンス法やスクリーン印刷法等で塗布，充填することにより行なうことができる。
【００４５】
この場合、第２の凹部１は、内側面を垂直な面とする必要はなく、内側や外側に傾斜した面としてもよい。例えば、第２の段差部１ｃの内側面を、上端から下端にかけて漸次内側に傾斜させた場合、接合材７の充填をより容易に行なうことができる。
【００４６】
また、第２の段差部１ｃの内側面を、上端から下端にかけて漸次外側に傾斜させた場合、接合材７の充填される容積をより大きく確保できるととともに、傾斜した内側に接合材が入り込むことによりアンカー効果を得ることができ、蓋体５の接合をより強固なものとすることができる。傾斜させる方向は、使用する接合材７や蓋体５の性質（蓋体５に対する接合材７の濡れやすさ、接合強度等）、蓋体５および第２の段差部１ｃの大きさ，形状、半導体装置に要求される特性等（気密封止の信頼性のレベルや、気密封止の作業性への要求等）に応じて適宜決定すればよい。
【００４７】
以上のような本形態の半導体装置９によれば、上述したように、第１の段差部１ｂ上に蓋体５が配置され、絶縁基体１及び蓋体５を、第２の段差部１ｃと蓋体５の側面との間に充填される接合材７を介して接合するようにしたことから、絶縁基体１の上面（第１の段差部１ｂの上面）と蓋体５の下面との間に接合材７が介在されることはなく、接合材７の厚さのバラツキに起因する蓋体５の傾きを有効に防止することができ、絶縁基体１に対する蓋体５の平行度が良好な半導体装置９を得ることができる。例えば、半導体素子３が光半導体素子の場合、蓋体５と光半導体素子の受光面との平行度に優れ、光半導体素子の受光部で外部からの入射光を正確に受光することが可能な、受光特性に優れた光半導体装置が得られる。
【００４８】
また、絶縁基体１及び蓋体５を、第２の段差部１ｃと蓋体５の側面との間に充填される接合材７を介して強固に接合することができるので、気密封止の信頼性を良好に確保することができる。
【００４９】
さらにこの場合、蓋体５を絶縁基体１に接合材７で接合する工程において、蓋体５の下面にあらかじめ接合材を塗布することなく、蓋体５を第１の段差部１ｂの上面に仮置きして凹部１ａを塞いでおくことができるので、半導体装置９の製造工程において、蓋体５による封止前、外観検査工程や、封止工程までの取り扱い（滞留、搬送、位置決め作業等）の際に、異物が凹部１ａ内に入ることを防止できる。そのため、異物が半導体素子３等に付着して、半導体素子３の電極間等の電気的短絡や、例えば半導体素子３が光半導体素子の場合にその受光面に付着して受光特性を劣化させること等の不具合を防ぐことができる。
【００５０】
また、本発明の半導体装置９は、接合材７の上端が、絶縁基体１の上面および蓋体５の上面よりも上方に位置するように凸状に形成されていることが好ましい。この場合、半導体素子３として光半導体素子を用いた上、蓋体５をガラス等の透光性材料で形成しても、蓋体のうち外部の装置等と接触しやすい外周部分が接合材７で保護されることになり、半導体装置９（光半導体装置）の取り扱いの際に誤って透光性蓋体にキズが付くのを有効に防止することができる。
【００５１】
さらに、蓋体の上面の外周部を覆う接合材７の上端部分が、透光性蓋体の上面よりも高い位置にあることから、光半導体装置が外部の装置，治具等に接触するときには、まず蓋体の上面の外周部を覆う接合材７の上端部分に接触するようになっており、これによってもガラス等から成る蓋体の上面にキズが付くのを有効に防止することができる。
【００５２】
また、上述した半導体装置９は、接合材７を紫外線硬化型樹脂を硬化させて形成するのが好ましい。この場合、半導体素子３、および絶縁基体１に余計な熱履歴を付加させることがなく、半導体素子３の信頼性低下を有効に防止することができ、半導体素子３と絶縁基体１の接着、及び接続信頼性の低下も有効に防止される。
【００５３】
また、上述した半導体装置は、接合材を第１の段差部の外方にのみ配置させておくことが好ましい。この場合、接合材７の蓋体５の中央部への広がりをなくすことができるため、半導体素子３として光半導体素子を用いた上、蓋体５を透光性材料で形成する場合であっても、接合材７により外光の受光を阻害されることが少なく、受光特性をさらに向上させることができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・絶縁基体
１ａ・・凹部
１ｂ・・第１の段差部
１ｃ・・第２の段差部
２・・・配線導体
３・・・半導体素子
４・・・電極
５・・・蓋体
６・・・接着剤
７・・・接合材
８・・・ボンディングワイヤ
９・・・半導体装置
【図１】
2006156528.tif 000003