(57)【要約】      （修正有）【課題】チップの線膨張係数と基板の線膨張係数の差に起因する応力が生じても、接合している電極の接続の信頼性を高めることのできる半導体装置及び電子カメラを提供する。【解決手段】半導体装置１は、第１の電極部２ｂを有する半導体チップ２と、第１の電極部２ｂに固着されることなく第１の電極部２ｂに圧接された第２の電極部３ｂを有する基板３と、を備える。第１及び第２の電極部２ｂ，３ｂの一方又は両方は、半球状の凸部をなす。【選択図】図１
2015073017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極部を有する半導体チップと、
前記第１の電極部に固着されることなく前記第１の電極部に圧接された第２の電極部を有する基板と、
を備え、
前記第１及び第２の電極部の一方又は両方は、半球状の凸部をなすことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップと前記基板とを接着し前記第１の電極部と第２の電極部との間に硬化収縮力が生じる接着剤を、備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、
前記第１及び第２の電極部の他方は、前記凸部が当接される平面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、
前記第１及び第２の電極部の他方は、前記凸部の一部を受け入れる凹部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップは撮像領域を有し、
前記基板は、少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し前記半導体チップに対して前記撮像領域の側に配置された配線基板であり、
前記開口部を覆うように配置され前記基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材を、備え、
当該半導体装置は固体撮像装置である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップは撮像領域を有し、
前記基板は透光性を有し、
前記基板は前記撮像領域を覆うように配置され、
当該半導体装置は固体撮像装置である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びこれを用いた電子カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一例である固体撮像装置の一例として、下記特許文献１の図４には、光通過孔の形成された配線基板と、この配線基板の一方の面に前記光通過孔を閉塞するように接着剤で接着されたカバーガラスと、前記配線基板の他方の面に前記光通過孔を閉塞するようにバンプ接合された固体撮像素子（ベアチップ撮像素子）とから構成された撮像部が、開示されている。
【０００３】
この固体撮像装置では、前記バンプ接合は、前記配線基板の電極に異方性導電ペースト接着剤を塗布し、固体撮像素子に設置された金ボールバンプを熱圧着することにより行われ、配線基板の電極と固体撮像素子の金ボールバンプとの間が、固着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４７３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の固体撮像装置では、ベアチップ撮像素子の線膨張係数と配線基板の線膨張係数との差に起因するバイメタル効果により生ずる応力によって、電気的な接続の不良による信頼性の低下や、ベアチップ撮像素子の撮像面の反りによる撮像性能の低下を、招いてしまう。
【０００６】
このような事情は、撮像性能の低下の点を除いて、固体撮像装置以外の半導体装置についても同様である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電気的な接続の信頼性を高めることができる半導体装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による半導体装置は、第１の電極部を有する半導体チップと、前記第１の電極部に固着されることなく前記第１の電極部に圧接された第２の電極部を有する基板と、を備え、前記第１及び第２の電極部の一方又は両方は、半球状の凸部をなすものである。
【０００９】
第２の態様による半導体装置は、前記第１の態様において、前記半導体チップと前記基板とを接着し前記第１の電極部と第２の電極部との間に硬化収縮力が生じる接着剤を、備えたものである。
【００１０】
第３の態様による半導体装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１及び第２の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、前記第１及び第２の電極部の他方は、前記凸部が当接される平面を有するものである。
【００１１】
第４の態様による半導体装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１及び第２の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、前記第１及び第２の電極部の他方は、前記凸部の一部を受け入れる凹部を有するものである。
【００１２】
第５の態様による半導体装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記半導体チップは撮像領域を有し、前記基板は、少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し前記半導体チップに対して前記撮像領域の側に配置された配線基板であり、前記開口部を覆うように配置され前記基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材を、備え、当該半導体装置は固体撮像装置であるものである。
【００１３】
第６の態様による半導体装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記半導体チップは撮像領域を有し、前記基板は透光性を有し、前記基板は前記撮像領域を覆うように配置され、当該半導体装置は固体撮像装置であるものである。
【００１４】
第７の態様による電子カメラは、前記第１乃至第６のいずれかの態様による半導体装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気的な接続の信頼性を高めることができる半導体装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図１中の一部を拡大した一部拡大概略断面図である。
【図３】図１に示す固体撮像装置の、半導体チップの一方側付近において半導体チップと配線基板との角度が変化した状態を、模式的に示す一部拡大概略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電子カメラを模式的に示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す一部拡大概略断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す一部拡大概略断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による半導体装置及び電子カメラについて、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置としての固体撮像装置１を模式的に示す概略断面図である。図２は、図１中の一部を拡大した一部拡大概略断面図である。
【００１９】
本実施の形態による固体撮像装置１は、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、配線基板３と、透光性部材としての透光性板４とを備えている。
【００２０】
本実施の形態では、半導体チップ２は、チップとして構成されたＣＭＯＳ、ＣＣＤ等のイメージセンサであり、撮像領域２ａには複数の画素（図示せず）が２次元状に配置されている。半導体チップ２は、透光性板４を介して撮像領域２ａに入射した入射光を光電変換して、画像信号を出力する。半導体チップ２には、例えば、前記画素を駆動して画像信号を読み出す読み出し回路（図示せず）や、出力信号を処理する処理回路（例えば、ＡＤ変換回路等）を搭載してもよい。
【００２１】
本実施の形態では、半導体チップ２の基板材料はシリコンとされ、半導体チップ２はいわゆるシリコンチップとなっている。もっとも、本発明では、半導体チップ２の基板材料は必ずしもシリコンに限定されるものではない。
【００２２】
本実施の形態では、配線基板３として、フレキシブル配線基板が用いられている。配線基板３には、所定の回路を搭載するように回路部品を搭載してもよいし、回路部品を搭載せずに中継用配線のみを搭載してもよい。配線基板３は、少なくとも半導体チップ２の撮像領域２ａと対向する領域に形成された開口部３ａを有している。
【００２３】
半導体チップ２の外周付近の上面（撮像領域２ａ側の面）に電極部２ｂが形成され、配線基板３における開口部３ａの周囲の下面に電極部３ｂが形成されている。半導体チップ２の電極部２ｂは、半導体チップ２に形成された配線（図示せず）と電気的に接続され、配線基板３の電極部３ｂは、配線基板３に形成された配線（図示せず）と電気的に接続されている。
【００２４】
半導体チップ２の電極部２ｂと配線基板３の電極部３ｂとが、互いに固着されることなく圧接され、これにより両電極部２ｂ，３ｂ間が電気的に接続されている。本実施の形態では、配線基板３の電極部３ｂは半球状の凸部をなし、半導体チップ２の電極部２ｂは電極部３ｂが当接される平面（図２中の上面）を有している。半球状の凸部をなす電極部３ｂは、例えば、半田等で構成したり、半球状の樹脂をコアとしその表層側に金属膜等の導電膜を形成したいわゆる樹脂バンプで構成することができる。平面を有する電極部３ｂは、例えば、金やアルミニウムなどの金属で構成することができる。なお、電極部２ｂ，３ｂの表面の摩擦係数は小さくすることが好ましい。
【００２５】
本実施の形態では、半導体チップ２の外周付近と配線基板３における開口部３ａの周囲との間（電極部２ｂ，３ｂの付近を含む）には、半導体チップ２と配線基板３とを接着する接着剤６が形成され、これにより、撮像領域２ａと透光性板４との間の空間の気密性が保たれるようになっている。接着剤６は、半導体チップ２の電極部２ｂと配線基板３の電極部３ｂとの間に硬化収縮力が働くように、公知の方法で形成されている。接着剤６としては、弾性変形率の高い樹脂を用いることが好ましく、具体的には、例えば、ヘンケル（Ｈｅｎｋｅｌ）社製の型番ＦＰ５１２０のアンダーフィル材（その弾性係数は４．８ＧＰａ）などを用いることができる。
【００２６】
透光性板４は、配線基板３の上面（配線基板３の側と反対側の面）側において配線基板３の開口部３ａを覆うように配置され、配線基板３の上面に対して固定されている。本実施の形態では、配線基板３における開口部３ａの周囲の上面と透光性板４との間に接着剤７が形成されている。これにより、透光性板４が配線基板３の上面に対して固定されている。必要に応じて、透光性板４と配線基板３との間にスペーサ部材等を介在させてもよい。本実施の形態では、接着剤７は、配線基板３における開口部３ａの全周に渡って設けられ、撮像領域２ａと透光性板４との間の空間の気密性が保たれるように、透光性板４と配線基板３との間が封止されている。
【００２７】
透光性板４の材料としては、例えば、α線対策のガラス（α線の放出量を十分に低減したガラス）や、光学ローパスフィルタである水晶などを使用することができる。
【００２８】
図３は、図１に示す固体撮像装置１の、半導体チップ２の一方側付近において半導体チップ２と配線基板３との角度が変化した状態を、模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図２に対応している。
【００２９】
本実施の形態では、半導体チップ２の電極部２ｂと配線基板３の電極部３ｂとが互いに固着されることなく圧接され、配線基板３の電極部３ｂは半球状の凸部をなし、半導体チップ２の電極部２ｂは電極部３ｂが当接される平面を有している。したがって、本実施の形態では、接着剤６が弾性変形することで、電極部２ｂ，３ｂ間が圧接状態を保ったまま、電極部２ｂ，３ｂの付近で、図２に示す状態から図３に示すような状態へ半導体チップ２と配線基板３との角度がある程度変化する自由度を持つとともに、半導体チップ２と配線基板３とが図２中の横方向へある程度移動する自由度を持つ。このため、本実施の形態によれば、電極部２ｂ，３ｂ間が半田等で固着されている場合に比べて、半導体チップ２と配線基板３との間に線熱膨張係数差があっても、環境温度変化によるバイメタル効果に起因する応力により電極部２ｂと電極部３ｂとの間が離れる可能性が低減されるとともに、環境温度変化によるバイメタル効果に起因する応力による半導体チップ２の撮像面（撮像領域２ａ）の反りが低減される。よって、本実施の形態によれば、電極部２ｂ，３ｂ間の電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、半導体チップ２の撮像面の反りによる撮像性能の低下を低減することができる。
【００３０】
なお、本発明では、本実施の形態とは逆に、半導体チップ２の電極部２ｂが半球状の凸部をなし、配線基板３の電極部３ｂが、電極部２ｂが当接される平面を有していてもよい。
【００３１】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラ１００を模式的に示す概略断面図である。
【００３２】
本実施の形態による電子カメラ１００のボディ１０１内には、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１が組み込まれている。本実施の形態による電子カメラ１００は、一眼レフレックス型の電子スチルカメラとして構成されているが、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１は、他の電子スチルカメラやビデオカメラや携帯電話機に搭載されたカメラ等の種々の電子カメラに組み込んでもよい。
【００３３】
本実施の形態による電子カメラ１００では、ボディ１０１には交換式の撮影レンズ１０２が装着されている。撮影レンズ１０２を通過した被写体光はクイックリターンミラー１０３で上方に反射されてスクリーン１０４上に結像する。スクリーン１０４に結像した被写体像はペンタダハプリズム１０５から接眼レンズ１０６を通してファインダ観察窓１０７から観察される。クイックリターンミラー１０３は図示しないレリーズ釦が全押しされると上方に跳ね上がり、撮影レンズ１０２からの被写体像が前述した固体撮像装置１に入射する。
【００３４】
固体撮像装置１が、ブラケット（図示せず）及び位置調整機構（図示せず）等を介してボディ１０１に取り付けられることで、固体撮像装置１がボディ１０１内に位置決めして固定されている。
【００３５】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１が用いられているので、電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、撮像性能の低下を低減させることができる。
【００３６】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置１１を模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図２に対応している。図５において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態による固体撮像装置１１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、配線基板３の電極部３ｂのみならず、半導体チップ２の電極部２ｂも、半球状の凸部をなしている点である。
【００３８】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００３９】
本実施の形態による固体撮像装置１１は、前記第２の実施の形態による電子カメラ１００において、固体撮像装置１の代わりに用いることができる。この点は、後述する各固体撮像装置についても同様である。
【００４０】
［第４の実施の形態］
図６は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置２１を模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図２に対応している。図６において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態による固体撮像装置２１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、半導体チップ２の電極部２ｂが、配線基板３の半球状の凸部をなす電極部３ｂの一部を受け入れる凹部を有している点である。例えば、半導体チップ２に図６中の上面を平面とした金等からなる電極部２ｂを形成した後に、配線基板３の半球状の凸部をなす電極部３ｂを半導体チップ２の電極部２ｂの上面に押圧してその上面を凹ませることで電極部２ｂに凹部を形成し、一旦電極部３ｂを電極部２ｂから引き離した後に、電極部３ｂを電極部２ｂに接触させればよい。
【００４２】
本実施の形態によれば、配線基板３の半球状の凸部をなす電極部３ｂの一部が、半導体チップ２の電極部２ｂの凹部に受け入れられているため、半導体チップ２と配線基板３とは図２中の横方向へ移動する自由度は持たないものの、電極部２ｂ，３ｂ間が圧接状態を保ったまま、電極部２ｂ，３ｂの付近で、半導体チップ２と配線基板３との角度がある程度変化する自由度を持つ。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、配線基板３の半球状の凸部をなす電極部３ｂの一部が、半導体チップ２の電極部２ｂの凹部に受け入れられているため、電極部２ｂ，３ｂ間の接触面積が大きくなることから、電極部２ｂ，３ｂ間の接触抵抗が小さくなる。
【００４４】
なお、本発明では、本実施の形態とは逆に、半導体チップ２の電極部２ｂが半球状の凸部をなし、配線基板３の電極部３ｂが半導体チップ２の電極部２ｂの一部を受け入れる凹部を有していてもよい。
【００４５】
［第５の実施の形態］
図７は、本発明の第５の実施の形態による固体撮像装置３１を模式的に示す概略断面図であり、図１に対応している。図７において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態による固体撮像装置３１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、配線基板３、透光性板４及び接着剤７に代えて、透光性を有する配線基板３２が用いられ、配線基板３２にフレキシブル配線基板３３がバンプ３４を介して接合されている点である。
【００４７】
配線基板３２としては、例えば、α線対策のガラス（α線の放出量を十分に低減したガラス）からなるガラス板が用いることができる。
【００４８】
半導体チップ２の外周付近の上面（撮像領域２ａ側の面）に電極部２ｂが形成され、この電極部２ｂに対応する位置において配線基板３２における下面に電極部３２ｂが形成されている。
【００４９】
半導体チップ２の電極部２ｂと配線基板３２の電極部３２ｂとが、互いに固着されることなく圧接され、これにより両電極部２ｂ，３２ｂ間が電気的に接続されている。本実施の形態では、配線基板３２の電極部３２ｂは半球状の凸部をなし、半導体チップ２の電極部２ｂは電極部３２ｂが当接される平面を有している。逆に、半導体チップ２の電極部２ｂが半球状の凸部をなし、配線基板３２の電極部３２ｂが、電極部２ｂが当接される平面を有していてもよい。あるいは、電極部２ｂ，３２ｂの両方とも半球状の凸部をなしてもよいし、電極部２ｂ，３２ｂのいずれか一方が半球状の凸部をなし、電極部２ｂ，３２ｂの他方が前記凸部の一部を受け入れる凹部を有していてもよい。
【００５０】
半導体チップ２の外周付近と配線基板３２との間（電極部２ｂ，３２ｂの付近を含む）には、前述した接着剤６が形成され、これにより、電極部２ｂと電極３２ｂとが圧接されるとともに、撮像領域２ａと配線基板３２との間の空間の気密性が保たれるようになっている。
【００５１】
図面には示していないが、配線基板３２の下面には、バンプ３４が接合される電極パッド、及び、その電極パッドと電極部３２ｂとの間を接続する配線も、形成されている。半導体チップ２は、電極部２ｂ，３２ｂ、配線基板３２の下面の配線及び電極パッド、バンプ３４、並びに、フレキシブル配線基板３３を介して、外部に接続されるようになっている。バンプ３４としては、Ａｕスタッドバンプ等の金属製バンプが用いられている。
【００５２】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、電極部２ｂ，３２ｂ間の電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、半導体チップ２の撮像面の反りによる撮像性能の低下を低減することができる。
【００５３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、前記第１乃至第４の実施の形態では、配線基板３としてフレキシブル配線基板が用いられているが、本発明では、配線基板３としてリジッド配線基板を用いてもよい。
【００５５】
また、前記各実施の形態及びそれらの変形例は、本発明を固体撮像装置に適用した例であるが、本発明は固体撮像装置以外の種々の半導体装置にも適用することができる。本発明は、特に、温度変化の大きい環境で使用される半導体装置に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１１，２１，３１  固体撮像装置
２  半導体チップ
２ａ  撮像領域
２ｂ  電極部
３  配線基板
３ａ  開口部
３ｂ  電極部
４  透光性板（透光性部材）
６，７  接着剤
【図１】
2015073017.tif 000003
【図２】
2015073017.tif 000004
【図３】
2015073017.tif 000005
【図４】
2015073017.tif 000006
【図５】
2015073017.tif 000007
【図６】
2015073017.tif 000008
【図７】
2015073017.tif 000009