(57)【要約】【課題】中空部内の耐透湿性を向上させた中空型半導体パッケージを提供する。【解決手段】樹脂３４０は、半導体チップ３０１とスペーサ３０５との接合部分を封止するとともに、スペーサ３０５とリッド３３０との接合部分を封止する。この樹脂３４０には、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかが吸湿材として添加される。このため、受動素子３１０又はセンサ３１０が配置された中空部の気密性を向上させることが可能になるとともに、当該中空部の雰囲気ガス中の水分や、半導体チップ３０１、スペーサ３０５及びリッド３３０における当該中空部を構成する内壁面に吸着した水分が吸収されやすくなり、当該中空部における耐透湿性を向上させることができる。【選択図】        図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する中空型半導体パッケージにおいて、
前記中空部を封止する、吸湿材が添加された樹脂を備える中空型半導体パッケージ。
【請求項２】
凹部が形成された基板と、
前記凹部内に配置される半導体チップと、
前記凹部の上部に配置され、前記半導体チップを覆う蓋材と、
前記基板と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂と、
を備える中空型半導体パッケージ。
【請求項３】
基板と、
前記基板の上面に配置される枠材と、
前記枠材で囲まれた領域に配置される半導体チップと、
前記枠材の上部に配置され、該枠材で囲まれた領域を覆う蓋材と、
前記基板と前記枠材との接合部分、及び、前記枠材と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂と、
を備える中空型半導体パッケージ。
【請求項４】
半導体チップと、
前記半導体チップの上面に配置される枠材と、
前記枠材で囲まれた領域に配置される半導体チップと、
前記枠材の上部に配置され、該枠材で囲まれた領域を覆う蓋材と、
前記半導体チップと前記枠材との接合部分、及び、前記枠材と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂と、
を備える中空型半導体パッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の中空型半導体パッケージにおいて、
前記吸湿材は、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかである中空型半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空部を有する中空型半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｖｉｃｅ）に代表されるセンサ等の光デバイスや、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、半導体ウェハから切り出されて、セラミックパッケージやプラスチックパッケージに収容され、気密封止される。これらのデバイスは、外部からの光を受けて動作したり、機械的な作動部を有するものである。このため、これらのデバイスを収容する半導体パッケージは中空構造を有する必要がある。
【０００３】
従来の中空型半導体パッケージの製造工程では、基板の上面に枠材であるコバールリングが形成される。更に、このコバールリングで囲まれた領域に半導体ウェハから切り出された半導体チップが配置され、当該半導体チップと基板とがボンディングワイヤによって接続される。そして、コバールリングの上部に、当該コバールリングで囲まれた領域を覆う蓋部であるリッドが形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４６４８９号公報（第３−４頁、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体チップが配置される中空部の気密性を確保することは容易ではなく、当該中空部内に水分が侵入した場合には、半導体チップの信頼性が短期化する。このため、中空部内の耐透湿性を向上させ、半導体チップの信頼性の長期化を図った中空型半導体パッケージが要求されている。
【０００６】
そこで、本願は、中空部内の耐透湿性を向上させた中空型半導体パッケージを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に記載されるように、中空部を有する半導体パッケージにおいて、前記中空部を封止する、吸湿材が添加された樹脂を備える。
【０００８】
また、本発明は請求項２に記載されるように、凹部が形成された基板と、前記凹部内に配置される半導体チップと、前記凹部の上部に配置され、前記半導体チップを覆う蓋材と、前記基板と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂とを備える中空型半導体パッケージである。
【０００９】
また、本発明は請求項３に記載されるように、基板と、前記基板の上面に配置される枠材と、前記枠材で囲まれた領域に配置される半導体チップと、前記枠材の上部に配置され、該枠材で囲まれた領域を覆う蓋材と、前記基板と前記枠材との接合部分、及び、前記枠材と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂とを備える中空型半導体パッケージである。
【００１０】
また、本発明は請求項４に記載されるように、半導体チップと、前記半導体チップの上面に配置される枠材と、前記枠材で囲まれた領域に配置される半導体チップと、前記枠材の上部に配置され、該枠材で囲まれた領域を覆う蓋材と、前記半導体チップと前記枠材との接合部分、及び、前記枠材と前記蓋部との接合部分を封止する、吸湿材が添加された樹脂とを備える中空型半導体パッケージである。
【００１１】
また、本発明は請求項５に記載されるように、請求項１乃至４の何れかに記載の中空型半導体パッケージにおいて、前記吸湿材は、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかである。
【００１２】
本発明によれば、中空型半導体パッケージにおける中空部が樹脂で封止される。具体的には、基板や半導体チップ、枠材、蓋材のそれぞれの接合部分が樹脂で封止され、しかも、この樹脂には吸湿材が添加されている。このため、半導体チップや素子が配置される中空部における耐透湿性を向上させ、半導体パッケージの信頼性を長期化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
（第１実施例）
図１乃至図５は、第１実施例における中空型半導体パッケージの製造工程を示す図である。図１に示す第１工程では、凹部が形成された基板１００が用意され、図２に示す第２工程では、その凹部に半導体チップ１１０が配置される。
【００１５】
図３に示す第３工程では、ボンディングワイヤ１２０により、基板１００と半導体チップ１１０とが電気的に接続される。ボンディングの方法としては、例えば、ネイルヘッドボンディング法や超音波ウェッジボンディング法が採用される。
【００１６】
ネイルヘッドボンディング法では、キャピラリに通された金のボンディングワイヤ１２０の先端が溶融されることによりボールが形成される。次に、このボールが半導体チップ１１０の上面に形成されたアルミニウム等の電極上に加熱圧着される。更に、キャピラリによってボンディングワイヤ１２０の先端が基板１００の上面に形成された電極へ導かれ、当該電極に圧着される。その後、ボンディングワイヤ１２０は、クランパにより挟まれて、更に引っ張られることにより切断される。一方、超音波ウェッジボンディング法では、アルミニウムのボンディングワイヤ１２０の先端と半導体チップ１１０の上面に形成されたアルミニウム等の電極との接触部分が、ウェッジツールにより加圧され、更に超音波が印加される。これにより、接触面に塑性変形が生じ、ボンディングワイヤ１２０の先端と半導体チップ１１０の上面に形成された電極とが接合される。更に、ボンディングワイヤ１２０の先端が基板１００の上面に形成された電極へ導かれ、これらボンディングワイヤ１２０の先端と基板１００の上面に形成された電極との接触部分が、ウェッジツールにより加圧され、超音波が印加される。これにより、接触面に塑性変形が生じ、ボンディングワイヤ１２０の先端と基板１００の上面に形成された電極とが接合される。この超音波ウェッジボンディング法は、常温での接合が可能であるという利点を有する。
【００１７】
図４に示す第４工程では、基板１００に形成された凹部の上部に、半導体チップ１１０を覆う蓋材としてのリッド１３０が形成される。このリッド１３０は透明な部材であれば良く、ガラス、プラスチック等が用いられる。
【００１８】
図５に示す第５工程では、基板１００とリッド１３０との接合部分を封止する樹脂１４０が塗布され、当該樹脂１４０が硬化することにより、中空型半導体パッケージが完成する。この樹脂１４０の材料は、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、フィラー（充填材）である。エポキシ樹脂は、線膨張係数が１０−４〜１０−５程度であり、例えばクレゾール・ノボラック系の樹脂が採用される。また、硬化剤としては、例えばフェノール・ノボラック系の樹脂が採用される。フィラーとしては、例えばシリカが採用される。フィラーを用いるのは、コスト削減、線膨張係数の低下、樹脂強度の向上のためである。
【００１９】
更に、本実施例では、樹脂１４０には、更に吸湿材が添加される。吸湿材としては、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかが採用される。通常、封止材として用いられる樹脂は、吸湿率の低いものが用いられる。しかし、本実施例では、吸湿材の添加され、吸湿率が向上した樹脂１４０が用いられる。このような樹脂１４０が用いられる場合には、基板１００とリッド１３０に囲まれた中空部、換言すれば、半導体チップ１１０が配置された中空部の気密性を向上させることができる。また、樹脂１４０には、吸湿材が添加されているため、半導体チップ１１０が配置された中空部の雰囲気ガス中の水分や、基板１００及びリッド１３０における当該中空部を構成する内壁面に吸着した水分が吸収されやすくなり、当該中空部における耐透湿性を向上させることができる。このため、中空型半導体パッケージの信頼性を長期化させることが可能となる。
【００２０】
（第２実施例）
図６乃至図１０は、第２実施例における中空型半導体パッケージの製造工程を示す図である。図６に示す第１工程では、基板２００の上面に枠材としてのスペーサ２０５が配置される。更に、図７に示す第２工程では、スペーサ２０５により囲まれた領域に半導体チップ２１０が配置される。
【００２１】
図８に示す第３工程では、ボンディングワイヤ２２０により、基板２００と半導体チップ２１０とが電気的に接続される。ボンディングの方法としては、第１実施例と同様、例えば、ネイルヘッドボンディング法や超音波ウェッジボンディング法が採用される。
【００２２】
図９に示す第４工程では、スペーサ２０５の上部に、半導体チップ２１０を覆う蓋材としてのリッド２３０が形成される。このリッド２３０は透明な部材であれば良く、ガラス、プラスチック等が用いられる。
【００２３】
図１０に示す第１０工程では、基板２００とスペーサ２０５との接合部分を封止するとともに、スペーサ２０５とリッド２３０との接合部分を封止する樹脂２４０が塗布され、当該樹脂２４０が硬化することにより、中空型半導体パッケージが完成する。この樹脂２４０の材料は、第１実施例と同様、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、フィラーである。
【００２４】
また、本実施例では、樹脂２４０には、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかが吸湿材として添加される。このような吸湿材が添加された樹脂２４０が用いられる場合には、第１実施例と同様、半導体チップ１１０が配置された中空部の気密性を向上させることが可能になるとともに、当該中空部の雰囲気ガス中の水分や、基板２００、スペーサ２０５及びリッド２３０における当該中空部を構成する内壁面に吸着した水分が吸収されやすくなり、当該中空部における耐透湿性を向上させることができる。このため、中空型半導体パッケージの信頼性を長期化させることが可能となる。
【００２５】
（第３実施例）
図１１乃至図１５は、第３実施例における中空型半導体パッケージの製造工程を示す図である。本実施例では、いわゆるウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）が製造される。
【００２６】
図１１に示す第１工程では、半導体ウェハ３００の上面に、トランジスタ等の受動素子３１０、ＣＣＤやＤＭＤ等のセンサ３１０又はＭＥＭＳ３１０が形成される。更に、図１２に示す第２工程では、半導体ウェハ３００の上面に、上述した受動素子３１０、センサ３１０又はＭＥＭＳ３１０を囲むように、枠材としてのスペーサ３０５が配置される。
【００２７】
図１３に示す第３工程では、スペーサ３０５の上部に、受動素子３１０、センサ３１０又はＭＥＭＳ３１０を覆う蓋材としてのリッド３３０が形成される。このリッド３３０は透明な部材であれば良く、ガラス、プラスチック等が用いられる。
【００２８】
図１４に示す第４工程では、半導体ウェハ３００とスペーサ３０５との接合部分を封止するとともに、スペーサ３０５とリッド３３０との接合部分を封止する樹脂３４０が塗布され、当該樹脂２４０が硬化する。この樹脂３４０の材料は、第１実施例と同様、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、フィラーである。
【００２９】
また、本実施例では、樹脂３４０には、シリカゲル、ゼオライト、ポリビニルアルコール系樹脂及びポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー、多孔質シリカ、活性炭、ポリイミド樹脂の何れかが吸湿材として添加される。このような吸湿材が添加された樹脂３４０が用いられる場合には、第１実施例と同様、受動素子３１０、センサ３１０又はＭＥＭＳ３１０が配置された中空部の気密性を向上させることが可能になるとともに、当該中空部の雰囲気ガス中の水分や、半導体ウェハ３００、スペーサ３０５及びリッド３３０における当該中空部を構成する内壁面に吸着した水分が吸収されやすくなり、当該中空部における耐透湿性を向上させることができる。このため、中空型半導体パッケージの信頼性を長期化させることが可能となる。
【００３０】
図１５に示す第５工程では、半導体ウェハ３００が個片（半導体チップ３０１）に切断されて、中空型半導体パッケージが完成する。
【００３１】
次に、本発明による改善効果を説明する。図１６は、各樹脂の吸水率の推移を示す図である。同図において、サンプル１（ＳＰＬ−１）は本発明における吸湿材として多孔質シリカが添加されたエポキシ樹脂であり、サンプル２（ＳＰＬ−２）は吸湿材が添加せずに別の方法によって吸水率を上昇させたエポキシ樹脂であり、サンプル３（ＳＰＬ−３）は従来のエポキシ樹脂である。なお、図１６は、温度８５℃、湿度８５％の条件下における各エポキシ樹脂の吸水率の推移が示されている。
【００３２】
図１６から明らかなように、本発明における吸湿材として多孔質シリカが添加されたサンプル１のエポキシ樹脂は、サンプル２及びサンプル３のエポキシ樹脂よりも高い吸水率である。
【００３３】
一方、図１７は、本発明における吸湿材が添加された樹脂を用いた場合における見かけ露点温度の推移を示す図である。図１７は、温度６０℃、湿度９０％の環境下に本発明に係る中空型半導体パッケージを配置し、各経過時間において、中空型半導体パッケージのリッドの温度を変化させたときに、当該リッドが曇った温度を見かけ露点温度としてプロットした結果である。
【００３４】
図１７から明らかなように、時間が経過するほど、見かけ露点温度が上昇する。換言すれば、時間が経過するほど、リッドが曇りにくくなる。これは、樹脂により、半導体チップ等が配置された中空部内の吸湿が行われたためと考えられる。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、中空型半導体パッケージは、第１乃至第３実施例における構成を有しているが、他の構成を有する中空型半導体パッケージにも、本発明を適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、中空型半導体パッケージにおける中空部の耐透湿性を向上させ、信頼性の長期化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における中空型半導体パッケージの第１の製造工程を示す図である。
【図２】第１実施例における中空型半導体パッケージの第２の製造工程を示す図である。
【図３】第１実施例における中空型半導体パッケージの第３の製造工程を示す図である。
【図４】第１実施例における中空型半導体パッケージの第４の製造工程を示す図である。
【図５】第１実施例における中空型半導体パッケージの第５の製造工程を示す図である。
【図６】第２実施例における中空型半導体パッケージの第１の製造工程を示す図である。
【図７】第２実施例における中空型半導体パッケージの第２の製造工程を示す図である。
【図８】第２実施例における中空型半導体パッケージの第３の製造工程を示す図である。
【図９】第２実施例における中空型半導体パッケージの第４の製造工程を示す図である。
【図１０】第２実施例における中空型半導体パッケージの第５の製造工程を示す図である。
【図１１】第３実施例における中空型半導体パッケージの第１の製造工程を示す図である。
【図１２】第３実施例における中空型半導体パッケージの第２の製造工程を示す図である。
【図１３】第３実施例における中空型半導体パッケージの第３の製造工程を示す図である。
【図１４】第３実施例における中空型半導体パッケージの第４の製造工程を示す図である。
【図１５】第３実施例における中空型半導体パッケージの第５の製造工程を示す図である。
【図１６】樹脂の吸水率の推移を示す図である。
【図１７】見かけ露点温度の推移を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００  基板
１１０、２１０、３０１  半導体チップ
１２０、２２０、３２０  ボンディングワイヤ
１３０、２３０、３３０  リッド
１４０、２４０、３４０  樹脂
２０５、３０５  スペーサ
３００  半導体ウェハ
３１０  受動素子、センサ又はＭＥＭＳ
【図１】
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【図２】
2004327712.tif 000004
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
2004327712.tif 000013
【図１２】
2004327712.tif 000014
【図１３】
2004327712.tif 000015
【図１４】
2004327712.tif 000016
【図１５】
2004327712.tif 000017
【図１６】
2004327712.tif 000018
【図１７】
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