(57)【要約】【課題】パッケージの上部に配置されるカバーガラスを不要として、薄型で、光学的な性能が改善され、かつ安価な半導体装置を提供する。【解決の手段】上面に凹部３を有するパッケージ１と、凹部の底面周縁部に配置された内部端子群４と、凹部を包囲するパッケージの側壁２の外周面に配置され、側壁を貫通して内部端子４と接続された外部端子５群と、凹部の底面に固着された撮像機能を有する半導体素子６と、半導体素子の主面６ａ周縁部に配置された電極端子群と内部端子群とを接続する導体部材９群とを備える。半導体素子の主面上に、半導体素子の有効画素領域の直上を覆う光学部材１２が封着される。【選択図】  図１
2005005392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部を有するパッケージと、前記凹部の底面周縁部に配置された内部端子群と、前記凹部を包囲する前記パッケージの側壁の外周面に配置され、前記側壁を貫通して前記内部端子と接続された外部端子群と、前記凹部の底面に固着された撮像機能を有する半導体素子と、前記半導体素子の主面周縁部に配置された電極端子群と前記内部端子群とを接続する導体部材群とを備えた半導体装置において、
前記半導体素子の主面上に、前記半導体素子の有効画素領域の直上を覆う光学部材が封着されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記光学部材の封着部を含む外周縁部と、前記半導体素子の電極端子群への前記導体部材群の接続部とが共に、封着材により封着された請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子の主面と前記光学部材との間に枠状の接着シートが介在し、前記接着シートにより、前記光学部材が前記半導体素子の主面へ封着されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子の主面と前記光学部材との間の間隔は、１０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置を製造する方法であって、周縁部面に枠状の光学部材接着シートを貼付した光学部材を作製し、前記半導体素子の主面に、前記光学部材接着シートを介在させて有効画素領域を覆うように前記光学部材を接合し、前記光学部材を接合した前記半導体素子をパッケージ内に実装する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像機能および受光機能を有する半導体素子が搭載された半導体装置に関し、特に、そのパッケージの薄型化、小型化、光学部材の取付け構造の高精度化、およびそれに適した製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮像機能を有する半導体素子を塔載した半導体装置は、図５および６に示すような構造を有する（例えば、特許文献１参照）。図５は、従来例の半導体装置の斜視図、図６は、図５のＢ−Ｂ’断面図である。
【０００３】
樹脂製ＤＩＰパッケージ１は、主剤のエポキシ樹脂、硬化剤のフェノール樹脂、アミン系の硬化促進剤、離型ワックス、カーボンブラック、密着剤、シリカ微粒を混合した充填剤等を所定比で混合した樹脂で形成される。パッケージ１は、側壁２によって包囲された凹部３を有する。凹部３の底面の周縁部には内部端子４が配置され、側壁２を貫通してパッケージ１の外周面に延在し、所定形状の外部端子５が形成されている。
【０００４】
パッケージ１の内部底面には、撮像機能を有する半導体素子６が、銀ペースト等の熱硬化型樹脂を主体とする固着部材７により固定されている。半導体素子６の主面６ａの周縁部に設けられた電極端子８と、パッケージ１の内部端子４とは、金細線等の導体部材９により接続されている。パッケージ１の側壁２の上面２ａには、防塵や防湿を目的としたカバーガラス１０が、熱或いは紫外線もしくは両者により硬化する封着部材１１で封着されている。
【０００５】
上述のような従来例の撮像機能型半導体装置は、以下に記載するような方法により製造される。
【０００６】
まず、撮像機能を有する半導体素子６群が形成されているウェーハを、ダイシングにより所定の大きさに分割する。個片に分離された半導体素子６を、パッケージ１の凹部３の底面に、銀ペースト等の固着部材７で精度良く貼付けた後、１５０℃から１８０℃の高温雰囲気中で１時間加熱硬化して固定する。外部端子５は、予めパッケージ１の側壁２に沿って下方に折り曲げられている。
【０００７】
次に、半導体素子６上周辺の電極端子８とパッケージ１凹部３内の内部端子４との間を、金細線等の導体部材９でワイヤーボンドする。次に、パッケージ１の側壁上面２ａにカバーガラス１０を、エポキシ樹脂等で構成され紫外線や加熱で硬化する液状の封着部材１１で水平に貼付けた後、封着部材１１を硬化させる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２６７６２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例の構成は、パッケージ１の実装形態が、ＤＩＰやＱＩＰのスルーホール型の大型パッケージを主たる対象としたものである。しかしながら、撮像機能型半導体装置を用いた製品の動向は軽薄短小に向かっており、したがって撮像機能型半導体装置にも、当然小型化が要望される。これに対して、現状では、撮像機能型半導体装置の小型薄型化の対応が未だ十分ではないのが実態である。
【００１０】
また、光学的な高平坦カバーガラス１０の使用は、撮像機能型半導体装置の特性（信号／ノイズ比）やコスト面の阻害要因である。撮像機能型半導体装置では小型化、高い信号／ノイズ比の確保、低コスト化が将来の技術開発方針の必須条件であるため、高平坦カバーガラス１０の使用は、改善すべき課題となっている。
【００１１】
以上のような理由から、本発明は、パッケージの上部に配置されるカバーガラスを不要として、薄型で、光学的な性能が改善され、かつ安価な半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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の半導体装置は、上面に凹部を有するパッケージと、前記凹部の底面周縁部に配置された内部端子群と、前記凹部を包囲する前記パッケージの側壁の外周面に配置され、前記側壁を貫通して前記内部端子と接続された外部端子群と、前記凹部の底面に固着された撮像機能を有する半導体素子と、前記半導体素子の主面周縁部に配置された電極端子群と前記内部端子群とを接続する導体部材群とを備え、前記半導体素子の主面上に、前記半導体素子の有効画素領域の直上を覆う光学部材が封着される。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記構成の半導体装置を製造する方法であって、周縁部面に枠状の光学部材接着シートを貼付した光学部材を作製し、前記半導体素子の主面に、前記光学部材接着シートを介在させて有効画素領域を覆うように前記光学部材を接合し、前記光学部材を接合した前記半導体素子をパッケージ内に実装する工程を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置においては、撮像機能を有する半導体素子の主面上に、半導体素子の有効画素領域の直上を覆う光学部材が封着されることにより、パッケージ上部のカバーガラスが不要となり、薄型化を図ることができる。また、光学部材は従来のカバーガラスよりも小面積であるため、強度的な問題なく薄くすることができ、その結果、光学的な性能を向上させることが可能となる。さらに、光学部材小面積で薄型であることにより、光学部材の材料および封着材のコストを低減することができる。
【００１５】
上記構成において好ましくは、光学部材の封着部を含む外周縁部と、半導体素子の電極端子群への導体部材群の接続部とが共に、封着材により封着された構成とする。また好ましくは、半導体素子の主面と光学部材との間に枠状の接着シートが介在し、接着シートにより、光学部材が半導体素子の主面へ封着されている構成とする。また好ましくは、半導体素子の主面と光学部材との間の間隔は、１０μｍ以上２００μｍ以下とする。
【００１６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
実施の形態１における撮像機能型半導体装置の構成について、図１および２を参照して、具体的に説明する。図１は、同半導体装置の斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図５および６に示した従来例と同様の要素については、同一の参照番号を付して説明する。
【００１８】
パッケージ１は、側壁２によって包囲された凹部３を有し、凹部３の底面の周縁部には内部端子４が配置されている。内部端子４は、側壁２を貫通してパッケージ１の外周面に延在し、所定形状の外部端子５が形成されている。
【００１９】
パッケージ１の内部底面には、撮像機能を有する半導体素子６が、銀ペースト等の熱硬化型樹脂を主体とする固着部材７により固定されている。半導体素子６の主面６ａの周縁部に設けられた電極端子８と、パッケージ１の内部端子４とは、金細線等の導体部材９群により接続されている。
【００２０】
半導体素子６の主面６ａの有効画素領域の直上には、光学フィルターやレンズのような光学部材１２が、光学部材接着シート１３により固定されている。光学部材１２は、半導体素子６の主面６ａとの間に１０μｍから２００μｍの間隔を有する。光学部材１２の厚みは、一例としては０．３ｍｍとする。
【００２１】
上記構成のように半導体素子主面６ａ上に光学部材１２を取り付けることにより、パッケージ１の上面にカバーガラスを取付ける必要がないので、装置全体をより薄くすることができる。また、光学部材１２は従来のカバーガラスよりも小面積で良いので、従来のカバーガラス（５００μｍ）より薄くしても強度的に問題がない。その結果、光学的なＳ／Ｎ比の向上、光学的歪の抑圧が可能となる。また、光学部材１２が従来のカバーガラスよりも小面積で薄型であることにより、光学部材１２の材料および封着材のコストを低減することができる。さらに、ウェーハ段階で光学部材を取り付けることができるので、不良が発生した場合、パッケージ、ワイヤーボンド加工等に関するコストを無駄にすることが回避される。さらに、半導体素子主面６ａ上の隙間が小さいので、放熱性に優れている。さらに、画素領域上に直接塵埃が付着した場合に比べて、光学部材１２が設けられることにより、塵埃を除去することが容易である。
【００２２】
半導体素子６の主面６ａと光学部材１２の間隔を１０μｍから２００μｍの範囲とするのは、以下のことを前提とすると良好な結果が得られるからである。
【００２３】
まず、半導体装置の厚みを回路基板上に実装した時の高さを、実用上十分に薄い１．０ｍｍ以下に設定する。樹脂製中空パッケージＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、あるいはセラミック製中空パッケージＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｌｅａｄｌｅｓｓ  Ｃｈｉｐ−Ｃａｒｒｉｅｒ）の通常の形状を前提とすると、基板とパッケージ１の底面の間隔、パッケージ１の底部壁、固着部材７、半導体素子６、および光学部材１２の厚みの総計が、０．６７ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲になる。すなわち、ＳＯＰでは、０．８ｍｍの厚さになる場合があり、またＣＬＣＣでも、０．６７ｍｍが薄さの下限である。
【００２４】
したがって、全体の高さを１．０ｍｍ以下にするには、半導体素子主面６ａと光学部材１２の間隔は、０．２ｍｍ（２００μｍ）以下にすればよい。一方、半導体素子主面６ａと光学部材１２の間隔は、光学部材接着シート１３の厚みに相当するので、光学部材接着シート１３の加工実現性の制約から０．０１ｍｍ（１０μｍ）以上は必要である。
【００２５】
つぎに上記構成の半導体装置を製造する方法について、図３を参照して説明する。図３（ａ）から図３（ｉ）は、本実施の形態の製造方法における各工程を示す斜視図である。また、この製造方法の工程は、光学部材接着シート１３に熱硬化型樹脂を用いた場合の例である。
【００２６】
まず図３（ａ）に示すように、補強材のスペーサー１４上に、加熱及び紫外線照射で硬化する光学部材接着シート１３を貼りつける。光学部材接着シート１３の厚みは、１０μｍから２００μｍの範囲とする。スペーサー１４としては、光学部材接着シート１３との剥離が円滑に行える組合せの材料を用いる。
【００２７】
次に図３（ｂ）に示すように、スペーサー１４に貼付けられた光学部材接着シート１３を、所望する大きさと間隔で格子状に打抜く。この打ち抜きにより、光学部材接着シート１３だけが打ち抜かれ、スペーサー１４は一体形状が保持される。また、打抜かれる方の光学部材接着シート１３は平面で押圧され、打抜き部にダレを生じないことが重要である。
【００２８】
次に図３（ｃ）に示すように、打抜き後の光学部材接着シート１３の上面に、光学フィルターやレンズがアレー状に形成された光学部材板１５を、光学部材接着シート１３の格子パターンと一致するように載置し、一定の押圧力を加えて貼合せる。
【００２９】
次に図３（ｄ）に示すように、光学部材板１５と光学部材接着シート１３がスペーサー１４上で貼合された積層体を、ダイサーで切断分離して個片化する。それにより、複数個の光学部材１２に各々光学部材接着シート１３が貼り付けられた状態を得る。ダイサーによる切断は、スペーサー１４の表面部に切れ目が入る程度の深さに設定する。
【００３０】
次に図３（ｅ）に示すように、個片された光学部材接着シート１３付きの光学部材１２を、スペーサー１４から分離する。図には、一部の光学部材１２がスペーサー１４から取り外された跡の状態を示す。
【００３１】
上述の工程とは別途、図３（ｆ）に示すように、半導体素子６群が縦横に形成されたシリコンウェーハ１６を、ダイサーで切断分離して、各半導体素子６を個片化する。シリコンウェーハ１６のダイシングシートは、紫外線照射型、あるいは非照射型のいずれであっても良い。
【００３２】
次に図３（ｇ）に示すように、光学部材接着シート１３付きの光学部材１２を、個片化された半導体素子６の有効画素領域の直上に貼付ける。貼付けは、相対湿度１０％ＲＨ以下の空気中もしくは窒素ガスの環境下で、所定の温度、好ましくは１５０から１７０℃で約１時間加熱することにより行う。光学部材接着シート１３としては、例えば、ポリアミドイミドエーテル等の熱可塑性単体層、あるいはアクリル、ポリオレフィンといった基材の上下面にエポキシ等の熱硬化性の樹脂を形成した複層のものを用いることができる。
【００３３】
また上述の工程とは別に、図３（ｈ）に示すように、図１に示した中空型樹脂パッケージ１を作成する。
【００３４】
次に図３（ｉ）に示すように、パッケージ１の内部底面に、図３（ｈ）の状態の半導体素子６を、銀ペースト等の固着部材７で精度良く貼付けてから加熱硬化して固着する。さらに半導体素子６の電極端子８とパッケージ１の内部端子４間を、ワイヤーボンダーにより金細線等の導体部材９で接続する。
【００３５】
以上の製造方法により、小型で光学的に高性能な実施の形態１の半導体装置を、効率的に製造することが出来る。すなわち、光学部材１２を光学部材接着シート１３を用いて固定することにより、半導体素子６の主面に対する光学部材１２の平行度を高精度で得ることができるからである。半導体素子６の主面に対する光学部材１２の平行度が高いことにより、被撮像物体に忠実な歪みの少ない画像を得ることができる。
【００３６】
この効果が得られるのは、以下の理由による。すなわち、光学部材１２を固定する際に、光学部材１２と半導体素子６の主面の間に小さな粒子屑が介在しても、粒子屑は光学部材接着シート１３中に埋もれるため、光学部材１２の平行度が影響を受け難くなる。一方従来例の、パッケージの上面にカバーガラスを取付けた構造の場合、接合のために紫外線硬化型液状樹脂が一般に使用されるため、樹脂中に粒子屑を取込むと、パッケージの側壁上面とカバーガラスの間に残存し、カバーガラス面に傾斜を生じさせる結果になっていた。
【００３７】
また、以上の説明では樹脂ＤＩＰパッケージの場合を例としたが、パッケージ１の材料や形状にかかわらず、本実施の形態は適用可能である。さらに半導体素子６のパッケージ１への固着には、異方性導電膜を使用しても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
実施の形態２における半導体装置について、図４を参照して説明する。この半導体装置の構成は、大略、図１および２に示した実施の形態１における半導体装置と同様である。すなわち、撮像機能型半導体素子６の主面６ａの有効画素領域の直上に、光学フィルターやレンズのような光学部材１２を固定した構造を有する。
【００３９】
本実施の形態の半導体装置が実施の形態１と相違する点は、光学部材１２と光学部材接着シート１３の外周縁端面、および半導体素子６の主面６ａ上の電極端子８を被覆して、液状樹脂等の封着部材１７を塗布硬化した構造を有することである。この場合でも、光学部材１２と、半導体素子６の主面６ａとの間の間隔は、１０μｍから２００μｍの範囲とする。
【００４０】
上述のように、光学部材１２と光学部材接着シート１３の外周縁端面、および電極端子８を封着部材１７で被覆することにより、半導体素子６の主面６ａと光学部材１２の隙間への水分の侵入が防止されて、耐腐食性が向上する。また、導体部材９における電極端子８との接続部近傍が封着部材１７で固定されるので、機械的な脆弱さが補われて、振動や衝撃変形に対する耐久性が向上する。さらに、半導体素子６の主面６ａからの光の多重反射や、導体部材９による光の反射を防止できる。
【００４１】
本実施の形態２の半導体装置を製造する方法は、概ね図３に示した実施の形態１と同様の工程により行われる。実施の形態１における製造方法と異なるのは、図３（ｉ）に示した工程である。すなわち、図３（ｉ）の工程において、ワイヤーボンド後に、光学部材１２と光学部材接着シート１３の外周縁端面、および半導体素子６の主面６ａ上の電極端子８を被覆するように、液状樹脂等の封着部材１７を塗布硬化する工程が追加される。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、パッケージの上部に配置されるカバーガラスを不要として、薄型で、光学的な性能が改善され、かつ安価な半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における半導体装置の斜視図
【図２】図１の半導体装置のＡ−Ａ’部断面図
【図３】実施の形態１における半導体装置を製造するための各工程を示す斜視図
【図４】実施の形態２における半導体装置の断面図
【図５】従来例のパッケージを備えた半導体装置の斜視図
【図６】図５の半導体装置のＣ−Ｃ’部断面図
【符号の説明】
１  パッケージ
２  側壁
２ａ  側壁上面
３  凹部
４  内部端子
５  外部端子
６  半導体素子
６ａ  主面
７  固着部材
８  電極端子
９  導体部材
１０  カバーガラス
１１  封着部材
１２  光学部材
１３  光学部材接着シート
１４  スペーサー
１５  光学部材板
１６  ウェーハ
【図１】
2005005392.tif 000003
【図２】
2005005392.tif 000004
【図３】
2005005392.tif 000005
【図４】
2005005392.tif 000006
【図５】
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【図６】
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