(57)【要約】【課題】半導体装置を外部電気回路基板等にハンダ付けする際に、半導体素子の上側主面および基板上面の接合材や封止樹脂と半導体素子の上側主面との間の接合界面、および接合材や封止樹脂と基板上面との間の接合界面に剥離等が発生せず、また接触検知センサ部にごみや埃が付着しにくいものとすること。【解決手段】半導体装置は、第１および第２の貫通孔１ａ，１ｂが形成され、第１の貫通孔１ａの上面側開口の周囲に電極パッド６が形成されている基板１と、上側主面の電極５が第１の貫通孔１ａの基板１の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部４が第２の貫通孔１ｂの基板１の下面側開口に対向するように、基板１の下面に上側主面が接着された半導体素子３と、電極５および電極パッド６を第１の貫通孔１ａを通って電気的に接続する導電性接続線と、電極５、導電性接続線および電極パッド６を覆うとともに第１の貫通孔１ａに充填された樹脂２とを具備している。【選択図】  図１
2004226254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下面間を貫通する第１および第２の貫通孔が形成されているとともに前記第１の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、前記電極が前記第１の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するとともに前記接触検知センサ部が前記第２の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するように、前記基板の下面に前記上側主面が接着された半導体素子と、前記電極および前記電極パッドを前記第１の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、前記電極、前記導電性接続線および前記電極パッドを覆うとともに前記第１の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基板の下面の外周部に前記半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、前記半導体素子は、前記上側主面および側面が前記基板の下面および前記枠体の側面に樹脂を介して接着されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上側主面の一部に接触検知センサ部が設けられている半導体素子を接触検知センサ部が露出するようにして基板に搭載した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、上側主面の一部に接触検知センサ部（以下、センサ部ともいう）が設けられている半導体素子をセンサ部が露出するようにして基板に搭載した半導体装置の需要が増加してきている。このような半導体装置は、個人認証や個人識別のための指紋検知装置，バイオセンサ装置等に用いられるようになってきている。
【０００３】
従来の指紋検知装置等に用いられる半導体装置の断面図を図２に示す。図２において、１０１はガラスエポキシ樹脂，セラミックス等からなる基板、１０２は封止樹脂、１０３は半導体素子、１０４は半導体素子１０３の上面のセンサ部、１０５は半導体素子１０４の上側主面に配置された電極、１０６は基板１０１上面に配設された電極パッド、１０７はボンディングワイヤ、１０８は接着剤である。
【０００４】
このような半導体装置は、基板１０１の上面の中央部に半導体素子１０４を接着剤１０８を用いて接着する。次に、半導体素子１０３の上側主面の電極１０５と基板１０１の上面の電極パッド１０６とをボンディングワイヤ１０７を用いて電気的に接続する。その後、電極１０５、ボンディングワイヤ１０７および電極パッド１０６を覆うように、かつ半導体素子１０３の上側主面のセンサ部１０４が露出するように、封止樹脂１０２を用いて部分的にモールドし封止する、という工程により製作される。この半導体装置は、外部電気回路基板等（不図示）に２００〜２４０℃の融点のハンダを用いて実装される。
【０００５】
この半導体装置は、個人認証や個人識別のための指紋検知装置，バイオセンサ装置等に用いられるため、センサ部は露出していなくてはならず、かつ、半導体素子１０３を電気的に駆動するために導電性接続線としてのボンディングワイヤ１０７を外部環境から保護するようにして、基板１０１に実装する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−７８９５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置においては、外部電気回路基板等に２００〜２４０℃の融点のハンダで実装する際に、ハンダ付けに伴う温度上昇により、シリコンから成る半導体素子１０４（線熱膨張係数３．５×１０−６／℃）と封止樹脂１０２（線熱膨張係数約１５×１０−６／℃程度）との接合界面に、それらの線熱膨張係数の違いによるせん断応力が発生し剥離が生じることにより、剥離した部位から水分が侵入する。その結果、ボンディングワイヤ１０７に接続された半導体素子１０３上の電極１０５が腐食し、半導体素子１０３内部や半導体素子１０３周囲の電気回路が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【０００８】
また、半導体素子１０３の上面のセンサ部１０４が露出するように構成された半導体装置の場合、センサ部１０４を取り囲むように封止樹脂１０２を用いて半導体素子１０３を部分的に封止するため、被測定物に付着していたごみや埃がセンサ部１０４に残留しやすくなり、測定に誤りが発生し易いという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体装置を外部電気回路基板等にハンダ付けする際に、半導体素子の上側主面および基板の上面に設けられた接合材や封止樹脂と半導体素子の上側主面との間の接合界面、および接合材や封止樹脂と基板の上面との間の接合界面に、剥離等が発生しない半導体装置を提供することにある。また、センサ部にごみや埃が残留せず、測定に誤りが発生し難いものとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第１および第２の貫通孔が形成されているとともに前記第１の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、前記電極が前記第１の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するとともに前記接触検知センサ部が前記第２の貫通孔の前記基板の下面側開口に対向するように、前記基板の下面に前記上側主面が接着された半導体素子と、前記電極および前記電極パッドを前記第１の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、前記電極、前記導電性接続線および前記電極パッドを覆うとともに前記第１の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第１および第２の貫通孔が形成されているとともに第１の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、電極が第１の貫通孔の基板の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部が第２の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように、基板の下面に上側主面が接着された半導体素子と、電極および電極パッドを第１の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、電極、導電性接続線および電極パッドを覆うとともに第１の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことから、半導体素子の上側主面の電極と導電性接続線と基板の上面の電極パッドとを覆う樹脂が第１の貫通孔に充填されていることにより、樹脂が第１の貫通孔の基板の上面側開口の周囲から第１の貫通孔の内部を経て第１の貫通孔の基板の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板および半導体素子に付着するため、樹脂と基板とを強固に接着することができる。その結果、樹脂に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極、導電性接続線および電極パッドの周囲の樹脂による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。
【００１２】
また、接触検知センサ部は第２の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように設置されているため、接触検知センサ部が第２の貫通孔を介して露出していることとなり、簡易な構成でもって接触検知センサ部にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記基板の下面の外周部に前記半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、前記半導体素子は、前記上側主面および側面が前記基板の下面および前記枠体の側面に樹脂を介して接着されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置は、基板の下面の外周部に半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、半導体素子は、上側主面および側面が基板の下面および枠体の側面に樹脂を介して接着されていることにより、半導体素子の上側主面と基板の下面との間に加え、半導体素子の側面と枠体の側面との間も樹脂を介して強固に接合されるため、より一層半導体素子と基板とを強固に接着することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１はガラスエポキシ樹脂，セラミックス等からなる基板、１ａは第１の貫通孔、１ｂは第２の貫通孔、２は樹脂、３は半導体素子、４は半導体素子３の上側主面に設けられたセンサ部、５は半導体素子３の上側主面に設けられた電極、６は基板１の上側主面に設けられた電極パッド、７は導電性接続線としてのボンディングワイヤ、８は基板１の下面と半導体素子３の上側主面とを接着する樹脂接着剤である。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第１および第２の貫通孔１ａ，１ｂが形成されているとともに第１の貫通孔１ａの上面側開口の周囲に電極パッド６が形成されている基板１と、上側主面に電極５および接触検知センサ部４が形成され、電極５が第１の貫通孔１ａの基板１の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部４が第１の貫通孔１ａの基板１の下面側開口に対向するように、基板１の下面に上側主面が接着された半導体素子３と、電極５および電極パッド６を第１の貫通孔１ａを通って電気的に接続する導電性接続線と、電極５、導電性接続線および電極パッド６を覆うとともに第１の貫通孔１ａに充填された樹脂２とを具備している。
【００１７】
本発明の基板１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる。特に、耐熱温度が高いという点でセラミックスが好ましい。特に、基板１は外部電気回路基板等に実装される際の熱で膨張し、半導体素子３にストレスを与える場合があることから、線熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さいアルミナを主成分としたセラミックスが好ましい。
【００１８】
また基板１は、上面に電極パッド６が設けられている。この電極パッド６は、例えば基板１の上面に形成された配線導体（図示せず）の一端に形成されたものであり、その配線導体は基板１の上面で電極パッド６から外周部に向かって延びており、配線導体の外周部側の端部に外部電気回路等に接続される外部接続用の接続パッドが形成されている。電極パッド６は、半導体素子３の上側主面の電極５とボンディングワイヤ７を介して電気的に接続される。ボンディングワイヤ７は、基板１の上面側開口の周囲に電極パッド６が設けられている第１の貫通孔１ａを通って、電極５および電極パッド６を接続している。
【００１９】
半導体素子３は、その上側主面にセンサ部４および入出力用の電極５が設けられており、個人認証や個人識別を行なう指紋検知装置における画像信号の識別機能や、バイオセンサにおける検査部から送信される電気信号（被測定物が接触して得た信号）の処理機能等の機能を有している。このセンサ部４は、感圧センサ、指紋検知センサなどの接触検知型のものであって、被測定物がセンサ部４に接触することによって、その接触部の形状や凹凸パターンの情報を得るといったものである。より具体的には、センサ部４は、例えば電気抵抗の変化を検知する多数の微小な電極や圧力の変化を検知する多数の微小な圧電素子がマトリックス（行列）状に配置された構成を有するものである。
【００２０】
半導体素子３は、その上側主面が基板１下面に樹脂接着剤８を介して接着されて搭載される。樹脂接着剤８は、エポキシ樹脂、低融点ガラス、Ａｕ−Ｓｉロウ材、Ａｕ−Ｓｎロウ材等から成る。その後、半導体素子３の上側主面の電極５と基板１の上面の電極パッド６とを、Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ等の電気伝導率が良好な金属から成るボンディングワイヤ７を用いて電気的に接続する。
【００２１】
本発明の半導体装置は、電極５、電極パッド６およびボンディングワイヤ７を樹脂２で覆うとともに第１の貫通孔１ａに樹脂２が充填されることにより、樹脂２が第１の貫通孔１ａの基板１の上面側開口の周囲から第１の貫通孔１ａの内部を経て第１の貫通孔１ａの基板１の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板１および半導体素子３に付着するため、樹脂２と基板１とを強固に接着することができる。その結果、樹脂２に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極５、導電性接続線および電極パッド６の周囲の樹脂２による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。また、センサ部４は第２の貫通孔１ｂの基板１の下面側開口に対向するように設置されているため、センサ部４が第２の貫通孔１ｂを介して露出していることとなり、簡易な構成でもってセンサ部４にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【００２２】
電極パッド６が近傍に形成される第１の貫通孔１ａは、特に配置や形状を特定するものではないが、センサ部４に対向する第２の貫通孔１ｂよりも幅が小さいものであってもよい。
【００２３】
また、センサ部４に対向する第２の貫通孔１ｂの大きさは、センサ部４に樹脂接着剤８が付着しないようにするために、樹脂接着剤８の第２の貫通孔１ｂ内面の下端からセンサ部４への若干の広がりやメニスカスを考慮して、センサ部４よりも太さ（直径）を０．１〜１０ｍｍ幅で大きくすることが好ましい。
【００２４】
なお、基板１は、第１および第２の貫通孔１ａ，１ｂがそれぞれ複数形成されていてもよい。また、第１および第２の貫通孔１ａ，１ｂ以外にも貫通孔が形成されていてもよい。
【００２５】
また、図３に示すように、基板１の下面の外周部に半導体素子３を取り囲むように枠体１ｃが取着されており、半導体素子３は、上側主面および側面が基板１の下面および枠体１ｃの側面に樹脂８を介して接着されていることが好ましい。なお、図３は本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図であり、図１と同じ部位には同じ符号を付している。
【００２６】
これにより、半導体素子３の上側主面と基板１の下面との間に加え、半導体素子３の側面と枠体１ｃの側面との間も樹脂８を介して強固に接合されるため、樹脂８により基板１と半導体素子３をより一層強固に接着することができる。
【００２７】
この枠体１ｃは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる。特に、耐熱温度が高いという点でセラミックスが好ましい。また、枠体１ｃを基板１と同種のセラミックスで形成するのがよく、この場合、基板１と枠体１ｃとを従来周知のセラミックグリーンシート積層法により一体的に成形し焼成することにより容易に形成でき、基板１に枠体１ｃを強固に取着できるとともに、生産性を向上させることができる。
【００２８】
枠体１ｃは、その内周縁が基板１の第１の貫通孔１ａおよび第２の貫通孔１ｂよりも外側に位置するように取着する必要はあるが、内周縁や外周縁は直線状に限らず、波形や折れ線状とされていてもよい。
【００２９】
また、枠体１ｃの厚みは半導体素子３よりも厚いのがよく、半導体素子３の側面と枠体１ｃの側面との接着面積を十分に確保することができる。
【００３０】
線状のボンディングワイヤ７の場合その直径は１５〜１００μｍが好ましい。１５μｍ未満では、ボンディングする際にボンディングワイヤ７が蛇行しやすくなり、隣接するボンディングワイヤ７同士が接触し電気的なショートが発生し易くなる。１００μｍより大きくなると、ボンディングする際にボンディングワイヤ７を切断することが困難となる。
【００３１】
また、リボン状のボンディングワイヤ７の場合、その厚さは１０〜５０μｍで幅が１００〜５００μｍであることが好ましい。厚さが１０μｍ未満または幅が１００μｍ未満では、ボンディングワイヤ７として強度（腰）が弱くなり、所望のループを形成することが困難になる。また、厚さが５０μｍを超えたり幅が５００μｍを超えると、ボンディングする際にボンディングワイヤ８を切断することが困難となる。
【００３２】
また、半導体装置の小型化およびファインピッチボンディングという観点から、直径が２５〜３２μｍの線状のボンディングワイヤ７がより好ましい。
【００３３】
また、樹脂２は、半導体素子３を樹脂封止する際に一般に使用される樹脂（モールド樹脂、ポッティング樹脂）であればよく、特に規定するものではないが、例えばエポキシ樹脂等の樹脂を使用する場合、このような樹脂の未硬化の液状のものを、電極５およびボンディングワイヤならびに電極パッド６を覆うようにして基板１の上面側から第１の貫通孔１ａを介して基板１の下面側にかけて流し込み充填させ、その後加熱硬化や紫外線硬化させることにより形成される。
【００３４】
かくして、本発明の半導体装置は、外部電気回路基板等にハンダ付け等して実装する際に急激な温度変化が生じた場合においても、半導体素子と基板との接合界面および樹脂と基板との接合界面において、剥離が発生しにくい高信頼性の半導体装置となる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、上下面間を貫通する第１および第２の貫通孔が形成されているとともに第１の貫通孔の上面側開口の周囲に電極パッドが形成されている基板と、上側主面に電極および接触検知センサ部が形成され、電極が第１の貫通孔の基板の下面側開口に対向するとともに接触検知センサ部が第２の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように、基板の下面に上側主面が接着された半導体素子と、電極および電極パッドを第１の貫通孔を通って電気的に接続する導電性接続線と、電極、導電性接続線および電極パッドを覆うとともに第１の貫通孔に充填された樹脂とを具備したことにより、半導体素子の上側主面の電極と導電性接続線と基板の上面の電極パッドとを覆う樹脂が第１の貫通孔に充填されていることにより、樹脂が第１の貫通孔の基板の上面側開口の周囲から第１の貫通孔の内部を経て第１の貫通孔の基板の下面側開口の周囲まで廻り込むようにして基板および半導体素子に付着するため、樹脂と基板とを強固に接着することができる。その結果、樹脂に剥離等が発生しにくくなり、水分の浸入が抑えられて電極、導電性接続線および電極パッドの周囲の樹脂による保護が維持され、電気特性の信頼性が高い半導体装置となる。
【００３７】
また、接触検知センサ部は第２の貫通孔の基板の下面側開口に対向するように設置されているため、接触検知センサ部が第２の貫通孔を介して露出していることとなり、簡易な構成でもって接触検知センサ部にゴミや埃が付着しにくいものとすることができる。
【００３８】
本発明の半導体装置は、好ましくは基板の下面の外周部に半導体素子を取り囲むように枠体が取着されており、半導体素子は、上側主面および側面が基板の下面および枠体の側面に樹脂を介して接着されていることにより、半導体素子の上側主面と基板の下面との間に加え、半導体素子の側面と枠体の側面との間も樹脂を介して強固に接合されるため、より一層半導体素子と基板とを強固に接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基板
１ａ：第１の貫通孔
１ｂ：第２の貫通孔
１ｃ：枠体
２：樹脂
３：半導体素子
４：接触検知センサ部
５：電極
６：電極パッド
７：ボンディングワイヤ
８：樹脂接着剤
【図１】
2004226254.tif 000003
【図２】
2004226254.tif 000004
【図３】
2004226254.tif 000005