(57)【要約】  【解決手段】  光検出装置であって、導電性トレースをめっきしたガラス基板と、ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する半導体装置であって、導電性トレースの第１のサブセットに電気的に接続された複数のボンドパッドをさらに含む半導体装置と、前記導電性トレースを有する前記ガラス基板の側面を前記ガラス基板に対面する前記半導体装置の側面に接合させるための金属シール構造体と、前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、導電性トレースの第２のサブセットに電気的に接続された複数の導電性構造とを含む、光検出装置。  【選択図】  図６
2021525956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出装置であって、
導電性トレースをめっきしたガラス基板と、
前記ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する半導体装置であって、前記導電性トレースに電気的に接続された複数のボンドパッドをさらに有するものである、前記半導体装置と、
前記導電性トレースを有する前記ガラス基板の側面を前記ガラス基板に対面する前記半導体装置の側面に接合するための金属シール構造体と、
前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記導電性トレースに電気的に接続された複数の導電性構造と
を有する、光検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光検出装置において、前記導電性トレースはＴｉ／Ｃｕシード層を有し、前記シード層は追加の銅でめっきされるものである、光検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の光検出装置において、前記金属シール構造体は、前記光検出器を取り囲むリングを有するものである、光検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の光検出装置において、前記金属シール構造体は、Ｓｎ／Ｃｕ拡散接合を有するものである、光検出装置。
【請求項５】
請求項３記載の光検出装置において、前記金属シール構造体は、気密シールを有するものである、光検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の光検出装置において、さらに、前記複数の導電性構造に電気的に接続されたプリント基板を有するものである、光検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の光検出装置において、前記複数のボンドパッドは、Ｓｎ／Ｃｕ拡散接合により、前記導電性トレースに電気的に接続されるものである、光検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の光検出装置において、前記複数のボンドパッドは、前記金属シール構造体の周囲の外側に配置されるものである光検出装置。
【請求項９】
請求項１記載の光検出装置において、前記複数の導電性構造は、はんだボールを有するものである光検出装置。
【請求項１０】
請求項１記載の光検出装置において、前記複数の導電性構造は、前記ガラス基板上に形成された銅ピラーを有するものである光検出装置。
【請求項１１】
光検出装置を使用する方法であって、
前記光検出装置は、ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する半導体装置を有し、前記半導体装置は、金属シール構造体を用いてガラス基板に接合されており、この方法は、
前記ガラス基板を通して前記光検出器で光を受光する工程と、
前記光検出器での受光に応答して、前記半導体装置のボンドパッドにより、前記半導体装置から前記ガラス基板上の導電性トレースの第１のセットへ第１の電気信号を送信する工程と、
前記ガラス基板上の導電性構造を介して、前記半導体装置の周囲の外側で、計算装置によって前記第１の電気信号を受信する工程であって、前記計算装置は、前記ガラス基板上の導電性構造が接続されているプリント基板（ＰＣＢ）上の導電性構造により、前記ガラス基板上の前記導電性構造に電気的に接続されているものである、前記第１の電気信号を受信する工程と
を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、さらに、
前記計算装置によって、前記第１の電気信号および前記光検出器からの複数の他の電気信号を部分的に解析することにより、標的媒体の存在を計算する工程を有するものである、方法。
【請求項１３】
光センサーシステムであって、
外部環境から半導体装置の表面へ光を透過させるように構成されたガラス基板と、
前記ガラス基板の表面に形成された電気信号伝導手段と、
前記ガラス基板を通して光を検出し、当該光に応答して前記電気信号を発生させる手段であって、前記光を検出する手段は前記半導体装置上に形成されるものであり、前記半導体装置は、さらに、前記電気信号伝導手段に電気的に接続された複数のボンドパッドを有するものである、前記光を検出し、前記電気信号を発生させる手段と、
前記ガラス基板を前記半導体装置に接合する手段と、
前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記電気信号伝導手段に電気的に接続された複数の導電性構造と
を有する、光センサーシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載の光センサーシステムにおいて、前記伝導手段はＴｉ／Ｃｕシード層を含む導電性トレースを有し、前記シード層は追加の銅でめっきされるものである、光センサーシステム。
【請求項１５】
請求項１３記載の光センサーシステムにおいて、前記接合する手段は、前記光を検出する手段を取り囲むリングを有するものである、光センサーシステム。
【請求項１６】
請求項１５記載の光センサーシステムにおいて、前記リングはＳｎ／Ｃｕ拡散接合を有するものである、光センサーシステム。
【請求項１７】
請求項１５記載の光センサーシステムにおいて、前記リングは気密シールを有するものである、光センサーシステム。
【請求項１８】
請求項１３記載の光センサーシステムにおいて、さらに、前記複数の導電性構造に電気的に接続されたプリント基板（ＰＣＢ）を有するものである、光センサーシステム。
【請求項１９】
請求項１８記載の光センサーシステムにおいて、さらに、
前記プリント基板（ＰＣＢ）に取り付けられ、前記プリント基板（ＰＣＢ）のトレースを通して前記光検出手段と電気的に連動するように構成された計算装置を有するものである、光センサーシステム。
【請求項２０】
請求項１３記載の光センサーシステムにおいて、前記複数の導電性構造は、前記光透過手段上に形成された銅ピラーを有するものである、光センサーシステム。
【請求項２１】
電子装置であって、
導電性トレースをめっきしたガラス基板と、
前記ガラス基板に対面する側に露出した検出器を有する半導体装置であって、前記導電性トレースに電気的に接続された複数のボンドパッドをさらに有するものである、前記半導体装置と、
前記導電性トレースを有する前記ガラス基板の側面を前記ガラス基板に対面する前記半導体装置の側面に接合させるための金属シール構造体と、
前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記導電性トレースに電気的に接続された複数の導電性構造と
を有する、電子装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の電子装置において、前記検出器は光検出器を有するものである、電子装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の電子装置において、前記検出器は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を有するものである、電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年６月１日付で出願された米国特許出願第１５／９９５，５１０号に対して優先権を主張するものであり、以下に当該出願の記載全体を包含することを目的とし、またあらゆる適用可能な目的に関して、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来の光検出パッケージには、プリント基板（ＰＣＢ）に取り付けられた集積回路を有するものがある。集積回路のボンドパッドは、ボンドワイヤを用いてＰＣＢのトレースに接続されている。従来のシステムの１例として、集積回路は透明な成形化合物で覆われている。斯かる従来のチップパッケージは比較的安価であり、多様な用途に適用可能である。しかし、斯かるチップパッケージの１つの欠点は、オーバーモールド材料が約摂氏１０５度の温度制限を有していることである。特に、オーバーモールド材料は熱膨張係数が大きく、高温に晒されるとボンドワイヤを切断する恐れがある。オーバーモールド材料は、高温に晒されると、光透過性を変化させる恐れもある。
【０００３】
別の例として、従来の光検出パッケージには、ＰＣＢの凹部内に取り付けられた集積回路を有するものがある。この場合も、集積回路のボンドパッドは、ボンドワイヤを用いてＰＣＢのトレースに接続されている。ガラス蓋が集積回路の上部に置かれており、ボンドワイヤは、邪魔にならないように、十分な上部空間を有している。ガラス蓋は、従来の接着剤を用いてＰＣＢに接着されていてもよい。
【０００４】
斯かる従来例の欠点は、集積回路の上部とガラス蓋の上部との間の空間が大きいので、回折が顕著に生じることである。これは、ガラス蓋の厚さだけでなく、ボンドワイヤを収納する上部空間によっても生じる場合がある。回折は既知の現象であり、一部の用途においては不利とはならないが、用途によっては、より高精度の測定値が使用される場合があり、回折が小さい方が有利となる。いくつかの従来のチップパッケージにおける別の潜在的欠点は、ガラス蓋とＰＣＢとの間の接着剤の温度制限が約摂氏１２５度であり、高温に晒されると、完全性の喪失が生じることである。
【０００５】
従って、より高温の熱仕様を有し、回折を減少させるためにより肉薄の外形状を提供する、従来技術のチップパッケージが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの例示的実施形態は、いくつかの低温コンポーネント（例えば、透明なオーバーモールドまたは低温接着剤）を高温コンポーネント（例えば、ガラス／金属接合）で置き換えることにより、高温の熱仕様を有するチップパッケージを提供する。例えば、１つの実施形態は、拡散接合金属シールリングを用いてガラス基板に取り付けられた半導体チップを有する。従って、斯かる例示的なチップパッケージは、構造的完全性を提供しつつ、後のアセンブリ行程中または現場において、比較的高温（例えば、摂氏１００度〜４００度）に晒すことができる。斯かる例では、より肉薄の外形状を提供し、ボンドワイヤをガラス基板の金属めっきで置き換えることにより、回折を減少させるのも可能である。例えば、金属めっきは、半導体チップのボンドパッドと電気的に接続されていてもよいし、さらには、外部電気コネクターと電気的に接続されていてもよい。
【０００７】
１つの例示的実施形態は光検出装置を含み、この光検出装置は、導電性トレースをめっきしたガラス基板と、前記ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する半導体装置であって、前記導電性トレースに電気的に接続された複数のボンドパッドをさらに有するものである、前記半導体装置と、前記導電性トレースを有するガラス基板の側面をガラス基板に対面する半導体装置の側面に接合させるための金属シール構造体と、前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記導電性トレースに電気的に接続された複数の導電性構造とを有する。
【０００８】
別の例示的実施形態は光検出装置を使用する方法を含んでおり、前記光検出装置は、ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する半導体装置を有し、前記半導体装置は、金属シール構造体を用いてガラス基板に接合されており、当該方法は、前記ガラス基板を通して光検出器で光を受光する工程と、前記光検出器での受光に応答して、前記半導体装置のボンドパッドにより、前記半導体装置から前記ガラス基板上の導電性トレースの第１のセットへ第１の電気信号を送信する工程と、前記ガラス基板上の導電性構造により、半導体装置の周囲の外側で、計算装置によって前記第１の電気信号を受信する工程であって、前記計算装置は、前記ガラス基板上の導電性構造が接続されているプリント基板（ＰＣＢ）上の導電性構造により、前記ガラス基板上の導電性構造に電気的に接続されているものである、前記第１の電気信号を受信する工程とを有する。
【０００９】
さらに別の例示的実施形態は光センサーシステムを含み、この光センサーシステムは、外部環境から半導体装置の表面へ光を透過させるように構成されたガラス基板と、前記ガラス基板の表面に形成された電気信号伝導手段と、前記ガラス基板を通して光を検出し、当該光に応答して電気信号を発生させる手段であって、当該光を検出する手段は、前記半導体装置上に形成されるものであり、前記半導体装置は、さらに、前記電気信号伝導手段に電気的に接続された複数のボンドパッドを有するものである、前記光を検出し、前記電気信号を発生させる手段と、前記ガラス基板を前記半導体装置に接合する手段と、前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記電気信号伝導手段に電気的に接続された複数の導電性構造とを有する。
【００１０】
さらに別の例示的実施形態は動作または加速度検出装置を含み、この動作または加速度検出装置は、導電性トレースをめっきしたガラス基板と、ＭＥＭＳ装置を内部に有する半導体装置であって、導電性トレースに電気的に接続された複数のボンドパッドをさらに有するものである、前記半導体装置と、前記導電性トレースを有するガラス基板の側面をガラス基板に対面する半導体装置の側面に接合させるための金属シール構造体と、前記半導体装置の周囲の外側に設けられ、前記導電性トレースに電気的に接続された複数の導電性構造とを有する、動作または加速度検出装置を含む。動作または加速度検出装置は、前記半導体装置から信号を受信して動作または加速度を検出または測定するための、半導体装置に連動された計算装置もさらに有している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の態様は、添付の図面と共に考慮されることにより、以下の詳細な記載から最もよく理解されるものである。種々の特徴は、当業界の標準的技法に従って、原寸大には描かれていない点は強調されるべきである。事実、考察の明瞭化のため、種々の特徴の寸法は、任意に増大または減少されている。
【図１】図１は、いくつかの実施形態における、例示的ガラス基板の図である。
【図２】図２は、いくつかの実施形態における、ガラス基板上の金属めっきの例示的パターンの図である。
【図３】図３は、いくつかの実施形態における、銅ピラーを有する例示的ガラス基板を示す。
【図４】図４は、いくつかの実施形態における、図１のガラス基板と共に使用される例示的半導体装置を示す。
【図５】図５は、いくつかの実施形態における、図１の半導体装置上の例示的はんだパターンを示す。
【図６】図６は、いくつかの実施形態における、図１のガラス基板上にある図４の半導体装置を整列および取り付けるための例示的操作を示す。
【図７】図７は、いくつかの実施形態における、ガラス基板上に取り付けられる半導体装置の２つの例を示す。
【図８】図８は、いくつかの実施形態における、プリント基板に取り付けられた半導体装置にガラス基板を有する、例示的半導体装置パッケージを示す。
【図９Ａ】図９Ａは、いくつかの実施形態における、はんだボールをガラス基板上に作製するための例示的技法を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、いくつかの実施形態における、はんだボールをガラス基板上に作製するための例示的技法を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、いくつかの実施形態における、はんだボールをガラス基板上に作製するための例示的技法を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、いくつかの実施形態における、はんだボールをガラス基板上に作製するための例示的技法を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、いくつかの実施形態における、プリント基板上に取り付けられた例示的半導体装置パッケージ、およびプリント基板上に取り付けられた計算装置を示す（計算装置は、ＰＣＢ内の導電性構造を用いて、半導体装置パッケージに電気的に連動されている）。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、プリント基板上に取り付けられた例示的半導体装置パッケージを示す（半導体装置パッケージは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）装置を有する）。
【図１２Ａ】図１２Ａは、いくつかの実施形態における、半導体装置パッケージの適用例を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、いくつかの実施形態における、半導体装置パッケージの適用例を示す。
【図１３】図１３は、いくつかの実施形態における、光学システムを操作するための例示的方法のフローチャートを示す（当該システムは、図６〜１２のいずれかの半導体装置パッケージを取り入れている）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の開示は、提供されている主題の様々な特徴を実施するため、数多くの異なる実施形態または実施例を提供するものである。本開示の簡略化のため、コンポーネントおよび配置に関する特定の例が以下に記載されている。斯かる例は、勿論、単なる例であり、制限的な意味を有するものではない。本明細書記載の装置、システム、方法の任意の変更および更なる修正、並びに本開示関連の当業者に通常想定されるような本開示の原理に関する任意の更なる応用が、ここでは十分想定されている。例えば、１つの実施形態に関して記載されている特徴、コンポーネント、および／または工程は、明示的に示されていなくても、本開示の他の実施形態に関して記載されている特徴、コンポーネント、および／または工程と組み合わされてもよく、従って、本開示による装置、システム、または方法のさらに別の実施形態が形成されてもよい。さらに、いくつかの例において、同一または類似の部分に言及する場合、簡略化のため、図面全体に亘って同一の符号が使用されている。
【００１３】
種々の実施形態が、高温用途に適し、従来のいくつかの設計よりも扁平な半導体チップパッケージを提供する。さらに、本明細書の例は光センサーパッケージ設計に関して記載されてはいるが、実施形態の範囲は光センサーにのみ限定されるものではない。むしろ、本明細書記載の概念は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）半導体チップパッケージにも同様に適用可能である。
【００１４】
本開示は、半導体チップパッケージに一般的に関連している。１つの例では、チップパッケージは、ガラス基板と、ガラス基板に接合された半導体装置とを有する。ガラス基板は、半導体装置に対面する表面にめっきが施された導電性トレースを有する。半導体装置は、ガラス基板に対面する側に露出した光検出器を有する。半導体装置は、ガラス基板上の導電性トレースのいくつかに電気的に接続された、複数のボンドパッドも有している。さらに、本明細書の例は、導電性トレースを有するガラス基板の側面をガラス基板に対面する側の半導体装置に接合させる金属シール構造体も有している。従って、半導体装置は、そのボンドパッドを通して、電気信号を導電性トレースへ送信できる。勿論、いくつかの実施形態は、プリント基板（ＰＣＢ）または電気コンポーネントを有する他の基板に取り付けられるように設計されてもよい。従って、例示的なチップパッケージは、半導体装置の周囲の外側に導電性構造を有していてもよく、その場合、斯かる導電性構造は、少なくともいくつかの導電性トレースとＰＣＢまたは他の基板の電気接続部との間に、電気通信を提供するものである。
【００１５】
さらに本明細書の例に関して述べると、チップパッケージは斯かる導電性構造によってＰＣＢに取り付けられていてもよいし、あるいは斯かる導電性構造のいくつかははんだボールだけを有していてもよいし、はんだボールを導電性ピラーと一緒に使用するものであってもよい。取り付けの際、チップパッケージは、半導体装置がガラス基板の下側になるように配置されものであり、その場合、ガラス基板は、その導電性構造によってＰＣＢに電気的に接続される。１つの例示的配列においては、光検出器は、光検出器がガラス基板を通して受光できるように、ガラス基板に対面する側の半導体装置に形成される。
【００１６】
さらに、他の例として、計算装置をさらに有するＰＣＢ、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＣＰＵ、マイクロコントローラー、あるいは例えばＰＣＢのトレースによってチップパッケージの半導体装置に電気的に接続される他の処理装置が含まれていてもよい。従って、例示的使用方法には、ガラス基板を通して光検出器で受光する工程が含まれていてもよい。次に、光検出器を有するチップは、受光に応答し、チップのボンドパッドによって、チップからガラス基板上の導電性トレースへ電気信号を送信する。計算装置は、ガラス基板上の１つ以上の導電性構造およびＰＣＢ内の１つ以上の導電性構造によって電気信号を受信する。次に、計算装置は、電気信号に関して任意の適切なプロセスまたはアルゴリズムを実行してもよい。実施例には、光学エンコーダーで実施される装置が含まれてもよく、その場合、計算装置は、電気信号の解析により、光学エンコーダー構造体の動作を測定してもよい。勿論、種々の実施形態が、光学エンコーダー以外の用途に含まれていてもよい。事実、実施形態の範囲は、本明細書記載のチップパッケージに関する適切な用途を全て包含している。
【００１７】
種々の実施形態が、従来のシステムに対する利点を提供する。例えば、いくつかの実施形態においては、接着剤およびオーバーモールド材料などのポリマー材料の使用が削減または排除され、斯かる材料の代わりに高温に耐え得るガラスや金属が使用される。さらに、半導体ダイとガラス基板との間に気密シールが作製される実施形態では、経時的に透湿を減少または排除することにより、ダイ表面の低質化が抑制できる。透湿の削減または排除は、光検出装置にとってもＭＥＭＳ装置にとっても好ましいものである。
【００１８】
さらに、ボンドワイヤの使用の削減または排除は、扁平な装置の提供を可能にする。従って、ボンドワイヤをガラスの金属めっきで置き換えた装置は、半導体装置の上部とガラス基板の上部との間の距離を減少させ、その結果、ガラス基板を通して受光される光の回折が抑制される。
【００１９】
図１は、１つの実施形態におけるガラス基板１００を示している。ガラス基板１００は任意の適切な厚さを有していてもよく、円形のウェーハとして、あるいは長方形の形状として開始されてもよい。さらに、本明細書記載のプロセスは、所定のガラス板を単一化する前に、ウェーハまたは長方形の形状上に所定のパターンが複数回作製されるように実施されてもよい。他の実施形態においては、本明細書記載のプロセスは、ダイサイズの単一の基板での単一化の後に実施されてもよい。
【００２０】
ガラス基板１００は、金属めっきコンポーネント１０２、１０４、１０６を有している。この例における金属めっきコンポーネント１０６は、以下でさらに詳細に記載されるように、金属シールリング内に含まれている。この例における金属めっきコンポーネント１０４は導電性トレース用の接点であり、以下でさらに詳細に記載されるように、半導体装置上のボンドパッドに対応している。金属めっきコンポーネント１０２はコンポーネント１０６および１０４の周囲の外側にあり、ＰＣＢまたは他の基板との電気接点として使用される。以下でさらに詳細に記載されるように、いくつかの実施形態においては、金属めっきコンポーネント１０２は銅ピラーまたははんだボール用の基部である。
【００２１】
図１は、ダイサイズの単一のガラス基板１００の側面図である。図２は、同一のガラス基板１００の上面図である。図２は、金属めっきコンポーネント１０２が、ボンドパッド接点１０４およびシールリング１０６を取り囲んでいる複数のコンポーネントの中の１例であることを示している。金属めっきコンポーネント１０２は、各々、ＰＣＢまたは他の基板に物理的および電気的に接続された導電性コンポーネントに対応していてもよい。この点は、以下にさらに詳細に記載する。
【００２２】
同様に、金属めっきコンポーネント（ボンドパッド接点）１０４は、シールリング１０６を取り囲んでいる複数のコンポーネントの中の１例である。金属めっきコンポーネント１０４と金属めっきコンポーネント１０２はトレースによって接続されており、半導体装置のボンドパッドからＰＣＢまたは他の基板上の電気接点へ電気信号を伝導するための構造体である。図１は、金属めっきコンポーネント１０２の２つの例（すなわち、符号１０２の金属めっきコンポーネントおよびガラス基板１００の上面の右端に置かれたコンポーネント）を示している。図１は、金属めっきコンポーネント１０４の２つの例（すなわち、符号１０４の金属めっきコンポーネントおよびガラス基板１００の上面の右端に置かれたコンポーネント）も示している。
【００２３】
さらに、図２は、この例では実質的に長方形の形状を有する金属めっきコンポーネント１０６をシールリングの上部として示している。しかし、実施形態の範囲には、金属めっきコンポーネント１０６として、任意の適切な形状が含まれていてもよい。図２が示すように、金属めっきコンポーネント１０６は不連続点を有しておらず、閉じた形状を有していることに注目されたい。従って、以下にさらに詳細に記載されるように、金属シールリングは気密シールとして成形可能である。
【００２４】
金属めっきコンポーネント１０２、１０４、１０６は、任意の適切な技法を用いてガラス基板１００上に成形されてもよい。１つの例において、スパッタリングプロセスを用いてチタン銅（Ｔｉ／Ｃｕ）シード層を形成し、その後、電解めっき、無電解めっき、蒸発、または他のプロセスにより、シード層上に銅の薄層を作製してもよい。１つの例では、銅の層の厚さは約５μｍであり、ガラス基板１００の厚さは０．１５ｍｍと０．２５ｍｍとの間であるが、実施形態の範囲には、所定の用途に任意の適切な厚さが含まれていてよい。金属めっきの形状は、図２示されるようなパターンで、銅およびシード層をマスキングおよびエッチングすることにより達成できる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、金属めっきコンポーネント１０２上に銅ピラーがさらに備えてもよい。斯かる特徴は図３に示されているが、銅ピラー１０８は、マスキング、電解めっき、または他のプロセスを通して成形されてもよい。この例では、各金属めっきコンポーネント１０２が銅ピラー１０８を有しており、その形状は、対応する金属めっきコンポーネント１０２の形状と同一または実質的に同一である。さらに、銅ピラー１０８は、フラッシュＮｉ（またはＣｕ）プリフラックス（ＯＳＰ）表面仕上げなどの表面保護特性を有していてもよい。銅ピラー１０８は、ガラス基板１００上の金属トレースをＰＣＢまたは他の基板上の電気接点に物理的および電気的に接続するのに使用できる電導性構造体を形成する。しかし、以下にさらに詳細に記載されるように、いくつかの実施形態においては、銅ピラー１０８は省かれてもよい。
【００２６】
図４は、１つの実施形態における例示的な半導体装置４００を示す。半導体装置４００は、図１〜３に関して上述したガラス基板１００に対応するように作製される。例えば、はんだコンポーネント４０４はボンドパッド４０１に電気接触しており、さらにはんだコンポーネント４０４は金属めっきコンポーネント１０４と整列している。同様に、はんだコンポーネント４０６は金属めっきコンポーネント１０６と整列して金属シール構造体を形成する。
【００２７】
１つの例では、半導体装置４００は他の半導体装置と一緒にウェーハ上に形成され、はんだ構造体４０４および４０６を形成するための本明細書記載のプロセスが、ウェーハの異なる各半導体装置において実施される。勿論、種々の実施形態において、半導体装置４００作製用の任意の適切な技法が使用されてよい。
【００２８】
まずはんだ構造体４０４がボンドパッド４０１上に作製されるが、その場合、ボンドパッド４０１は、半導体装置４００用の信号出力部として機能する。はんだ構造体４０４の作製においては、まずＴｉ／Ｃｕシード層が成形され、次に錫（Ｓｎ）層がその上に形成される。次に、シード層および錫層が、マスキングおよびエッチングを用いてパターン化される。事実、はんだ構造体４０４および４０６は、同じパターニングプロセスを用いて一緒に成形されてもよい。
【００２９】
この例においては、半導体装置４００は能動素子４１０を含んでいる。能動素子４１０の例には、フォトダイオードまたは他の適切な光検出器が含まれてよい。能動素子４１０の他の例はＭＥＭＳ装置である。しかし、実施形態の範囲はフォトダイオードやＭＥＭＳ装置に限定されるものではなく、本明細書記載の原理は半導体装置４００上に作製される任意の適切な装置に適用できる。しかし、図１〜１０に関連して記載される例では、能動素子４１０は、半導体装置パッケージの組み立て後にガラス基板を通して露光される目的で半導体装置４００表面に形成される、フォトダイオードまたはフォトダイオード群を有している。この例では半導体装置４００はシリコンチップであるが、実施形態の範囲には、ＧａＡｓなどの他の材料が含まれてもよい。能動素子４１０は、図の簡略化のため図６〜１０では省かれているが、（図示されようとされまいと）装置４００の半導体材料内に形成されるものである。
【００３０】
図４は半導体装置４００の側面図を示しており、図５はその上面図を示している。はんだ構造体４０２が多くのはんだ構造体のうちの１つとして示されているが、この場合、各構造体は半導体装置４００のそれぞれのボンドパッドに対応している。はんだ構造体４０６は、図２の金属めっきコンポーネントと同じ寸法を有する実質的に長方形として示されている。
【００３１】
図６〜８は、１つの実施形態におけるチップパッケージの組み立て方法を示している。図６〜８は、図１のはんだピラー１０８を有するチップパッケージの組み立て工程を図示する。この例においては、パッケージが反転され取り付けられる際に、はんだピラー１０８がＰＣＢまたは他の基板に確実に接触できるように、はんだピラー１０８の高さは半導体装置４００の表面の高さよりも大きくなっている。つまり、この例においては、図６に示される工程中、半導体装置４００は単一化されたチップであることが仮定されている。
【００３２】
半導体装置４００は、金属めっきコンポーネント１０４、１０６がそれぞれはんだ構造体４０４、４０６と整列するように反転され、ガラス基板１００と整列する位置に置かれる。次に、半導体装置４００は、金属めっきコンポーネント１０４、１０６およびそれぞれのはんだ構造体４０４、４０６の間で接触が生じる位置に置かれる。この例では、上述の通り、金属めっきコンポーネント１０４、１０６は銅を含み、はんだ構造体４０４、４０６は錫を含む。特定の温度（例えば、摂氏１８９度）において、半導体装置４００の錫とガラス基板１００の銅の接触により、拡散接合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂｏｎｄ：２つの部分の機械的接合）が形成される。当該拡散は、摂氏４００度超の再溶解温度を有する銅と錫の合金を形成する。後に行われるＰＣＢへのはんだ付け工程では、最高摂氏２５０度の温度で銅ピラー１０８上部のはんだが加熱されることに注目されたい。しかし、ＰＣＢへのはんだ付けの温度は、ボンドパッドおよびシールリングにおける拡散接合部の完全性を脅かすことはない。
【００３３】
拡散接合工程が完了すると、構造体１０６および４０６によって形成されたシールリングが気密シールを形成する。いくつかの例において、大気中の湿気または酸素を避けるため、拡散接合工程は共晶環境または窒素環境で行われてもよい。
【００３４】
図７は、種々の実施形態において、半導体装置４００をガラス基板１００に取り付ける場合の２つの異なる配列を示している。拡散接合工程後、ボンドパッドとシールリングとの間に耐湿シールを作製するのに封止材料７０２が使用される（上の例）。封止材料７０２は、例えばペレットタイプのモールド化合物を用いて、フィルム補助された成形（Ｆｉｌｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍｏｌｄｉｎｇ：ＦＡＭ）プロセスにより適用される。図７の下の例では、分注プロセスを用いて、アンダーフィル７０５がＦＡＭの代わりに封止方法として使用される。
【００３５】
図８は、１つの実施形態において、ＰＣＢ８００に取り付けられた例示的チップパッケージ構造体を示す。図８の例は図７の上の例を採用しているが、ＰＣＢへ取り付けるのに、同様にして図７の下の例が用いられてもよいことは理解されている。
【００３６】
図８の例をさらに参照すると、チップパッケージ（ガラス基板１００および半導体装置４００を含む）は反転され、ＰＣＢ８００に取り付けられる。はんだボール８０２は、反転される前にチップパッケージに適用されてもよいし、チップパッケージがＰＣＢ８００上に配置される前にＰＣＢ８００に適用されてもよい。はんだボール８０２を流動化させ、銅ピラー１０８とＰＣＢ電気接点８０４との間で安定した機械的および電気的接続点を形成するのに、加熱が行われてもよい。図８には示されていないが、電気接点８０４は、ＰＣＢ８００内の導電性構造（トレースやビアなど）に電気的に接続されていてもよい。電気接点８０４は、図１１Ａに関連して以下にさらに説明するが、半導体装置４００とＰＣＢ８００上の別の装置との間で電気信号が伝達されるように、ＰＣＢ８００上の別の装置、例えば計算装置（図示しない）に電気的に接続されていてもよい。
【００３７】
さらに、ガラス基板１００上の金属めっき導電性パターンは、図８には示されていない（図２には示されている）。図２および図５における上述したパターンは、半導体装置４００のボンドパッドと銅ピラー１０８との間に電気接続を提供するものであることは理解されている。従って、半導体装置４００のボンドパッドとＰＣＢ８００の電気接点８０４との間には、電気接続が確立されている。
【００３８】
図６〜８は、ガラス基板１００上に銅ピラー１０８を有する実施形態を示している。対照的に、図９Ａ、Ｂおよび図１０Ａ、Ｂは、銅ピラー１０８を省いた実施形態を示している。例えば、図１を参照すると、ガラス基板１００はその上に銅ピラー１０８を有していない。銅ピラーを構築することなく、ガラス基板１００上で半導体装置４００の整列および取り付けが行なわれ、その後アンダーフィルが適用されてもよい。その後、はんだ用ペーストがはんだ用ペースト分注機９５０によって添加され、次にリフロープロセスを行うことによりはんだボール９０２の形成を行ってもよい。はんだボール９０２は半導体装置４００の表面を妨げないほど十分な高さを有しているので、図９の構造体を反転させＰＣＢに接続させることが可能であることは注目されたい。図９Ｂは、１つの実施形態によるはんだボール９０２の形成、並びにリフローの前後を示している。
【００３９】
図１０ＡおよびＢの例を参照すると、はんだ用ペーストをスクリーン印刷するのにはんだステンシル１００５が使用され、その後リフロープロセスによりはんだボール１００２が形成される。これは、図９Ａ、Ｂの実施形態におけるはんだ用ペースト分注機９５０の使用とは対照的である。ステンシル１００５の使用の利点として、はんだボール１００２の作製は、それが同時に行われるのではるかに迅速であることであり、特定の基板の単一化の前に大型ウェーハまたは長方形のガラスに適用される場合には特にそうである。斯かる実施形態においては、はんだボール１００２の作製後、ガラス基板１００を単一化する工程、および半導体装置４００をガラス基板１００に取り付ける工程が含まれてもよい。図１０Ｂは、１つの実施形態によるはんだボール１００２の形成、並びにリフローの前後を示している。
【００４０】
図９Ａ、Ｂにおいても、図１０Ａ、Ｂにおいても、図８に示される配列同様、斯かるパッケージはその後反転され、ＰＣＢに取り付けられてもよい。言い換えると、図８を例に挙げると、はんだボール９０２または１００２は、ＰＣＢ８００上の電気接点８０４に取り付けられてもよい。
【００４１】
種々の実施形態が、従来のシステムと比較して優れた点を提供する。例えば、透明の封止材料の代わりにガラス基板１００を使用することにより、高温に耐え得るパッケージが提供される。半導体装置４００とガラス基板１００との間に金属の拡散接合を使用し、有機接着剤を使用しない実施形態では特にそうである。さらに、ガラス基板１００の表面に配置される金属トレースでボンドワイヤを置き換えることにより、チップパッケージのプロファイル、特に能動素子４１０の表面とガラス基板１００の遠位表面との間の距離が短縮されるであろう。能動素子４１０の表面とガラス基板１００の遠位表面との間の距離は、例えば、図８においてｙで示してある。距離の短縮により回折が減少する結果、種々の実施形態がより高い精密度を達成できるであろう。
【００４２】
図１１Ａは、１つの実施形態における光検出器パッケージの用途を示している。光検出器パッケージ１１０２は、図７〜９に示されるパッケージなどの例示的パッケージである。特に、光検出器パッケージ１１０２は、半導体装置、例えばガラス基板（例えば、ガラス基板１００）に取り付けられたチップ（例えば、半導体装置４００）などを有していてもよい。光検出器パッケージ１１０２は、図８に関連して上述されているようなはんだボールを用いてＰＣＢに取り付けられる。
【００４３】
ＰＣＢ８００は計算装置１１０４も有する。図１１Ａの例で使用されるのに適した計算装置の例には、ＣＰＵ、多心プロセッサ、ＡＳＩＣ、マイクロコントローラなどが挙げられる。計算装置１１０４は、当該計算装置１１０４内に位置する非一時的媒体、あるいは計算装置１１０４から分離された非一時的媒体に記憶されるコンピュータ実行可能コードを読み取り実行するように構成されていてもよい。計算装置１１０４は、コンピュータ実行可能コードを実行することにより、図１２Ａ、１２Ｂ、および１３に関連して以下に記載されるような機能を提供してもよい。計算装置１１０４は、ＰＣＢ８００の表面および部品１１０５で総合的に示されるビアおよびトレース上の電気接点（図示しない）によって、光装置パッケージ１１０２と電気的に通信している。計算装置１１０４は光検出器パッケージ１１０２から電気信号を受信し、その信号を解析および処理し、意味のある出力または制御を提供してもよい。
【００４４】
光装置パッケージ１１０２は、通常の操作中にガラス基板１００を通して受光するように構成されたフォトダイオードなどの光受信装置を有していてもよい。他の実施形態においては、光装置パッケージ１１０２は、通常の操作中にガラス基板１００を通して光子を伝送するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光伝送装置を有していてもよい。いくつかの実施形態では、受光装置と光伝送装置の両方が、同じ光装置パッケージに、あるいは異なる光装置パッケージに含まれていてもよい。さらに、上述したように、実施形態の範囲はＭＥＭＳなどの光装置に限定されるものではなく、光装置の代わりにあるいはそれに加えて、他の装置が半導体装置４００に含まれていてもよい。従って、いくつかの実施形態においては、部品１１０２はＭＥＭＳパッケージを有していてもよいし、光装置を全て省いたものであってもよい。ＭＥＭＳ装置を有する例示的パッケージが図１１Ｂに示してある。図１１Ｂを参照すると、装置パッケージ１１０２は図９Ａに示されるパッケージ、すなわち半導体装置４００がガラス基板１００に取り付けられたパッケージに類似している。半導体装置４００は、その中の光装置の代わりにあるいはそれに加えて、ＭＥＭＳ１１１２を有している。ＭＥＭＳ１１１２は、光源１１１４からの入射光を反射するように構成されている。反射器ＭＥＭＳ１１１２はマイクロミラーであってもよく、その傾きを電子的に制御するものであってもよい。パッケージ１１０２は、反射器ＭＥＭＳ１１１２を望ましい角度に傾斜することにより、光源１１１４（静止状態であってもよい）からの光を指定された受光装置へ向けることができる。１つの実施形態においては、密閉された上部空間（すなわち、ＭＥＭＳ１１１２とガラス基板の最も近い表面との間の空間）が傾斜用の空間を提供する。
【００４５】
図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、本開示の１つの実施形態による光センサーアプリケーション１２００および１２２０が示してある。光装置パッケージ１２０２は光伝送装置（例えば、ＬＥＤ）を有し、図１〜１０に関連して上述された原理に従って構築されていてもよい。同様に、光装置パッケージ１２０４は光センサー（例えば、フォトダイオード）を有し、図１〜１０に関連して上述された原理に従って構築されていてもよい。光装置パッケージ１２０２、１２０４は、基板（例えば、ＰＣＢ）に取り付けられており、図１１Ａに関連して上述されたような計算装置に電気的に接続されていてもよいことは理解されているが、斯かる詳細は、説明の簡略化のため、図１２Ａ、Ｂから省かれている。
【００４６】
図１２Ａ、Ｂの実施形態は、透過アプリケーションおよび反射アプリケーションを示している。図１１Ａ、１２Ａ、および１２Ｂに関連して考察されている原理は、画像検出器、指紋認識装置、光センサー、光スイッチ、マイクロ流体ソーティング、流体センサーシステムなどの種々のシステムに適用可能である。
【００４７】
図１２Ａを参照すると、パッケージ１２０２、１２０４の間にスロット１２０６が存在し、方向指示矢印１２１０によって示されるように、標的媒体１２０８がそれを通過するようになっている。光装置パッケージ１２０２は、光装置パッケージ１２０４に向けて光を出力する。標的媒体１２０８がスロット１２０６を通過すると、標的媒体１２０８を透過する光の量が、光装置パッケージ１２０２と光装置パッケージ１２０４の間にある標的媒体部分の透過度に応じて変化する。いくつかの実施形態においては、標的媒体１２０８の第１の部分１２１２は、標的媒体１２０８の第２の部分１２１４よりも不透明度あるいは反射率が高いかもしれない。例えば、標的媒体１２０８は接着ラベルを添付した裏紙であるかもしれない。この例の場合、ラベルは、標的媒体１２０８の第２の部分１２１４である裏紙よりも不透明度の高い標的媒体１２０８の第１の部分１２１２に相当する。
【００４８】
図１２Ｂを参照すると、本開示の反射式実施形態が示されている。この実施形態においては、光装置パッケージ１２０２および光装置パッケージ１２０４は互いに近い位置に配置されており、標的媒体１２０８は、方向指示矢印１２１０で示されるように、光装置パッケージ１２０２および光装置パッケージ１２０４の上を通過する。この実施形態においては、光装置パッケージ１２０２が標的媒体１２０８に向けて光を出力し、光装置パッケージ１２０４が、標的媒体１２０８によって反射された光を検出する。標的媒体１２０８が方向指示矢印１２１０に沿って光装置パッケージ１２０２、１２０４の上を通過すると、標的媒体１２０８から反射された光量が、標的媒体１２０８部分の反射率に応じて変化する。
【００４９】
図１２Ａ、Ｂの実施形態のいずれかにおいて、計算装置（図示しない）が光装置パッケージ１２０４の光センサーから電気信号を受信し、その信号を処理し、ある種の有用な結果を提供する。例えば、計算装置は、例えば、標的媒体１２０８の存在または不在を検出したり、標的媒体１２０８の動きを測定したり、標的媒体１２０８の定性的性質（例えば、透過係数）を決定したりするものであってもよい。
【００５０】
例示的画像検出器または指紋認識システムは、図１２Ｂの反射式実施形態に従うものであってもよく、その場合、標的媒体１２０８は、指あるいは画像を付した媒体を有するものであってもよい。例示的な光センサーは標的媒体１２０８および発光装置を省いたものであってもよく、その代わりに、コンピュータプロセッサに連動した光感知装置を用いて、光の強度が閾値よりも上であるか下であるかを決定するものであってもよい。光スイッチは、標的媒体１２０８を有していても省いていてもよいが、光の強度が閾値よりも上であるか下であるかに基いて装置をオンまたはオフにする光センサーとして機能する。例示的マイクロ流体ソーティングまたは流体センサーにおいては、標的媒体１２０８は、透過光または反射光を減少させる透明な容器またはパイプに流体を有するものであり、同様にして計算装置によって検出されるものであってもよい。光学エンコーダー実施形態においては、光感知装置および計算装置が、コードホイールまたはコードストリップの動きを測定するものであってもよい。
【００５１】
別の例においては、パッケージ１２０２および１２０４は、モノリシックシリコンとして、または１つのパッケージ内のデュアルシリコンとして、同じパッケージ内で組み合わされてもよい。
【００５２】
図１３は、１つの実施形態において、半導体装置パッケージを使用するための例示的方法１３００を示している。方法１３００は、光検出器パッケージおよび斯かる光検出器パッケージと電気的に連動された計算装置を有する、図１１Ａ、１２Ａ、および１２Ｂに示されるようなアプリケーションによって実行されてもよい。
【００５３】
工程１３１０は、ガラス基板を通して光検出器で受光する工程を有している。例えば、光検出器パッケージは、光センサーを持つ半導体装置を有していてもよい。光センサーには例えばフォトダイオードなどが含まれる。図８の実施形態を例として挙げると、光子はガラス基板１００を通過して光センサー装置に到達する。光は環境光であってもよいし、特定の光源（例えば、同じアプリケーションの一部であるＬＥＤ）からの光であってもよいし、あるいはその両方であってもよい。ガラス基板は、外部環境からの光を光検出器の方へ通過させる。
【００５４】
工程１３２０は、例えば工程１３１０での受光に応答して、半導体装置から電気信号を送信する工程を有している。いくつかの光センサーは検出光に応答して信号を提供し、他の光センサーは閾値を下回る検出光（例えば、光の不在）に応答して電気信号を送信するようにプログラムされていてもよいことは注目されるべきである。いずれにせよ、信号は半導体装置のボンドパッドから出力されるが、その場合、ボンドパッドはガラス基板上の導電性トレースに電気的に接続されている。ガラス基板の例示的トレースが図２に示してある。さらに、導電性トレースは、銅ピラー、はんだボールなどの導電性構造に電気的に接続されており、それら導電性構造はさらにＰＣＢまたは他の基板のビアおよびトレースに電気的に接続されている。
【００５５】
工程１３３０において、計算装置（例えば、図１１Ａのパッケージ１１０４の装置）は、ＰＣＢのビアおよびトレースによって斯かる電気信号を受信する。計算装置は半導体装置と双方向的に通信していてもよいし、そうでなくてもよい。
【００５６】
工程１３４０において、計算装置は、部分的に電気信号および光検出器からの複数の他の電気信号を解析することにより、標的媒体の存在を計算する。他の実施形態においては、計算装置は、例えば、標的媒体の不在を検出したり、標的媒体の動きを測定したり、標的媒体の定性的性質を決定したり、光の存在または不在を検出したりするものであってもよい。
【００５７】
実施形態の範囲は、図１３に示される一連の特定の工程１３１０〜１３３０に限定されるものではない。むしろ他の実施形態においては、工程部分を追加したり、省略したり、再配置したり、修正したりされるものであってもよい。例えば、他の実施形態では、任意の望ましい出力または情報を提供するため、通常操作中および工業プロセス中に、工程１３１０〜１３４０が反復されてもよい。
【００５８】
前述の記載は、当業者が本開示の態様をより良く理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説したものである。同一の目的を実行するため、および／または本明細書で紹介された実施形態の特徴と同じ特徴を達成するため、本開示が、他の工程または構造を設計または調整するための基礎として容易に使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。斯かる等価の構成が本開示の精神および範囲から逸脱するものではないこと、並びに本開示の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更、置換、および修正が可能であることも当業者には理解されるであろう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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