(57)【要約】【課題】  簡略な工程によって高い歩留まりで製造することができる半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置２５は、光学部材３と、光学部材３に対向するように形成された主面を有する半導体素子８と、光学部材３の半導体素子８に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜４と、複数の導電性電極膜４のそれぞれと対向するように半導体素子８の主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子１０と、導電性電極膜４に接合するように複数の電極端子１０のそれぞれの上に形成された複数の金属突起１１と、半導体素子８を囲むように複数の導電性電極膜４の上に設けられた外囲器１９と、半導体素子８と外囲器１９と光学部材３とを固定するために半導体素子８と外囲器１９との間に塗布された封止物２４と、複数の導電性電極膜４のそれぞれと外囲器１９の外側において接合された複数の外部端子７とを具備する。【選択図】  図２
2005223017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材と、
前記光学部材に対向するように形成された主面を有する半導体素子と、
前記光学部材の前記半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、
前記複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように前記半導体素子の前記主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、
前記導電性電極膜に接合するように前記複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、
前記半導体素子を囲むように前記複数の導電性電極膜の上に設けられた外囲器と、
前記半導体素子と前記外囲器と前記光学部材とを固定するために前記半導体素子と前記外囲器との間に塗布された封止物と、
前記複数の導電性電極膜のそれぞれに対して前記外囲器の外側において接合された複数の外部端子とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記外囲器は、外側に形成された外側面を有しており、
前記外囲器の前記外側面には、前記複数の外部端子をそれぞれ固定するための複数の溝が形成されている、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子へ向かう湿気を遮断するために前記外囲器を覆うように設けられた湿気遮断部材をさらに具備している、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記外囲器には、前記湿気遮断部材を嵌め込むための段部が形成されている、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
光学部材と、
前記光学部材に対向するように形成された主面を有する半導体素子と、
前記光学部材の前記半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、
前記複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように前記半導体素子の前記主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、
前記導電性電極膜に接合するように前記複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、
前記半導体素子と前記光学部材とを固定するために前記半導体素子と前記複数の導電性電極膜との間に塗布された封止物と、
前記複数の導電性電極膜のそれぞれに対して前記半導体素子の外側において接合された複数の外部端子とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子と前記光学部材と前記封止物とによって囲まれる空間には、ヘリウムガスが大気圧以下の圧力において封入されている、請求項５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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パッケージとフィルターおよびレンズ等の光学部材等とを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来の半導体装置９０の構成を示す斜視図であり、図１２は図１１に示す面ＪＪに沿った断面図である。半導体装置９０は、中空直方体形状をした外囲器９１を備えている。外囲器９１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によって形成されている。半導体装置９０は、樹脂製ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）を構成している。
【０００３】
外囲器９１の内部には、撮像機能を有する半導体素子９８が、熱硬化型樹脂からなる固着部材９２によって取り付けられている。半導体素子９８の上面には、電極端子８０が設けられている。外囲器９１の側壁には、複数の外部端子９７が外壁から内側へ延在するように設けられている。各外部端子９７の外囲器９１の内側には、内部端子９６が設けられている。内部端子９６と電極端子８０とは、ボンディングワイヤーによって接続されている。外囲器９１に形成された開口を覆うように防塵および防湿のための透明なガラス板９８が設けられている。ガラス板９８は、封止物９４によって外囲器９１の上面に固定されている。
【特許文献１】特開平１１−５４５４３号公報（第５頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図１１および図１２を参照して前述した従来の構成では、パッケージの実装形態がＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）といった大型パッケージが現在の主流であるのに対し、装置の動向は軽薄短小に向かっており、市場でそれらに適用される構成部品も当然小型化指向のものが要望されるにもかかわらず、現状は必ずしも市場の要望に沿った形で電子部品の小型薄型化が進んでいないのが実態である。
【０００５】
前述した従来のパッケージは、外囲器９１の中に外部端子９７を埋設した構造であったため、外囲器９１の内部に外部端子９７を形成するために複雑な封止工程が必要である。このような封止工程では、外囲器９１と外部端子９７との間の位置精度を確保することが困難であり、外部端子９７を形成した後も外部端子９７の表面に樹脂膜が付いて歩留まりが低下する、といった問題があった。
【０００６】
また、半導体素子９８に設けられた電極端子８０と外部端子９７とをボンディングワイヤーによって電気的に接続するように構成されているため、これに関連する工程が複雑になり、歩留まりの点で問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、簡略な工程によって高い歩留まりで製造することができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、光学部材と、前記光学部材に対向するように形成された主面を有する半導体素子と、前記光学部材の前記半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、前記複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように前記半導体素子の前記主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、前記導電性電極膜に接合するように前記複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、前記半導体素子を囲むように前記複数の導電性電極膜の上に設けられた外囲器と、前記半導体素子と前記外囲器と前記光学部材とを固定するために前記半導体素子と前記外囲器との間に塗布された封止物と、前記複数の導電性電極膜のそれぞれに対して前記外囲器の外側において接合された複数の外部端子とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る他の半導体装置は、光学部材と、前記光学部材に対向するように形成された主面を有する半導体素子と、前記光学部材の前記半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、前記複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように前記半導体素子の前記主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、前記導電性電極膜に接合するように前記複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、前記半導体素子と前記光学部材とを固定するために前記半導体素子と前記複数の導電性電極膜との間に塗布された封止物と、前記複数の導電性電極膜のそれぞれに対して前記半導体素子の外側において接合された複数の外部端子とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡略な工程によって高い歩留まりで製造することができる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施の形態に係る半導体装置においては、光学部材の半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように半導体素子の主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、導電性電極膜に接合するように複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、前記半導体素子を囲むように前記複数の導電性電極膜の上に設けられた外囲器と、半導体素子と外囲器と光学部材とを固定するために半導体素子と外囲器との間に塗布された封止物と、複数の導電性電極膜のそれぞれに対して外囲器の外側において接合された複数の外部端子とが設けられている。このため、半導体素子と電気的に接続される外部端子を外囲器の外側に設けることができるので、外部端子を外囲器の中に埋設させる必要が無い。その結果、外囲器の中に外部端子を形成するための複雑な封止工程が不要であり、簡略な工程によって半導体装置を製造することができる。
【００１２】
この実施の形態では、前記外囲器は、外側に形成された外側面を有しており、前記外囲器の前記外側面には、前記複数の外部端子をそれぞれ固定するための複数の溝が形成されていることが好ましい。
【００１３】
前記半導体素子へ向かう湿気を遮断するために前記外囲器を覆うように設けられた湿気遮断部材をさらに具備していることが好ましい。
【００１４】
前記外囲器には、前記湿気遮断部材を嵌め込むための段部が形成されていることが好ましい。
【００１５】
本実施の形態に係る半導体装置においては、光学部材に対向するように形成された主面を有する半導体素子と、光学部材の前記半導体素子に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜と、複数の導電性電極膜のそれぞれと対向するように半導体素子の前記主面の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子と、導電性電極膜に接合するように複数の電極端子のそれぞれの上に形成された複数の金属突起と、半導体素子と光学部材とを固定するために半導体素子と複数の導電性電極膜との間に塗布された封止物と、複数の導電性電極膜のそれぞれと半導体素子の外側において接合された複数の外部端子とが設けられている。このため、半導体素子と電気的に接続される外部端子を外囲器の外側に設けることができるので、外部端子を外囲器の中に埋設させる必要が無い。その結果、外囲器の中に外部端子を形成するための複雑な封止工程が不要であり、簡略な工程によって半導体装置を製造することができる。
【００１６】
この実施の形態では、半導体素子と光学部材と封止物とによって囲まれる空間には、ヘリウムガスが大気圧以下の圧力において封入されていることが好ましい。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る半導体装置２５の構成を示す斜視図であり、図２は図１に示す面ＡＡに沿った断面図である。半導体装置２５は、略直方体形状をした光学部材３を備えている。光学部材３は、ガラス、フィルターまたはレンズ等によって構成されている。
【００１９】
半導体装置２５には、光学部材３に対向するように形成された主面９を有する半導体素子８が設けられている。光学部材３の半導体素子８の主面９に対向する面の周縁、およびその反対側の面の周縁には、複数の導電性電極膜４が形成されている。導電性電極膜４を形成するためには、例えばＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｉｎ（２.０μｍ／０.１μｍ／０.２μｍ／０.１μｍ）の積層膜を堆積しエッチングして所望の形状に仕上げる。また別の方法として材料構成が異なる積層膜やマスク蒸着を採用してもよい。
【００２０】
半導体素子８の主面９の周縁には、複数の電極端子１０が、複数の導電性電極膜４のそれぞれと対向するように形成されている。導電性電極膜４に接合するように複数の電極端子１０のそれぞれの上に複数の金属突起１１が形成されている。
【００２１】
複数の導電性電極膜４の上に半導体素子８を囲むように外囲器１９が設けられている。半導体素子８と外囲器１９と光学部材３とを固定するために半導体素子８と外囲器１９との間に封止物２４が塗布されている。半導体装置２５は、複数の導電性電極膜４のそれぞれに対して外囲器１９の外側において接合された複数の外部端子７を備えている。
【００２２】
半導体素子８は、導電性電極膜４の先端近傍に金属突起１１の表面を精度良く合わせてフリップチップボンドを行い、光学部材３の下面に接合する。また、接合は異方性導電膜（ＡＣＦ）を使用しても問題は無い。光学部材３に半導体素子８を接合した後、半導体素子８の側面に到達するように半導体素子８の周辺に液状樹脂等のアンダーフィルを塗布する。
【００２３】
その上から貫通する開口部２を有する外囲器１９を所定位置に貼り合わせて、半導体素子８が外囲器１９の開口２における所定位置になるように位置合わせを行う。
【００２４】
この液状樹脂を加熱や紫外線照射により硬化する。最後に光学部材３の上面と下面に形成した複数の導電性電極膜４における外部端子７の取り付け部に予め外装メッキを施した外部端子７を取り付けた後、ハンダや導電性樹脂を施して加熱することで固着する。
【００２５】
このようにして構成された半導体装置２５は、外部端子７が外囲器１９に埋設されない構成であり、またボンディングワイヤーを有しない構造である。このため、複雑な工程をともなわずに簡単な組立工程によって半導体装置を製造することができる。
【００２６】
これにより、工程を簡略化し、歩留まりを良くすると同時に信頼性の向上を図ることができる。また、端子間接続に使用していたボンディングワイヤーのインダクタンス成分が減少するため周波数的な電気的特性の向上も図ることができる。
【００２７】
また、外囲器の底が無く、半導体素子を外囲器の内側面で支える構造であるため薄型化が可能である。
【００２８】
パッケージの材料に熱硬化型樹脂を使用した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００２９】
なお、本実施の形態としてパッケージの外形にクワッド型を用いた例を説明したが、デュアルインライン型を用いても良い。また、アンダーフィル材として液状樹脂を用いた例を説明したが、半硬化型のシート状樹脂であっても構わない。
【００３０】
以上のように実施の形態１によれば、光学部材３の半導体素子８に対向する面の周縁に形成された複数の導電性電極膜４と、複数の導電性電極膜４のそれぞれと対向するように半導体素子８の主面９の周縁にそれぞれ形成された複数の電極端子１０と、導電性電極膜４に接合するように複数の電極端子１０のそれぞれの上に形成された複数の金属突起１１と、半導体素子８を囲むように複数の導電性電極膜４の上に設けられた外囲器１９と、半導体素子８と外囲器１９と光学部材３とを固定するために半導体素子８と外囲器１９との間に塗布された封止物２４と、複数の導電性電極膜４のそれぞれと外囲器１９の外側において接合された複数の外部端子７とが設けられている。このため、半導体素子８と電気的に接続される外部端子７を外囲器１９の外側に設けることができるので、外部端子７を外囲器１９の中に埋設させる必要が無い。その結果、外囲器１９の中に外部端子７を形成するための複雑な封止工程が不要であり、簡略な工程によって半導体装置を製造することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２に係る半導体装置２５Ａの構成を示す斜視図であり、図４は図３に示す面ＢＢに沿った断面図である。図１および図２を参照して前述した実施の形態１に係る半導体装置２５の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３２】
前述した実施の形態１に係る半導体装置２５と異なる点は、外囲器１９の外側面に、複数の外部端子７をそれぞれ固定するための複数の縦溝１４が形成されている点である。縦溝１４の溝幅および溝深さは、外部端子７を収納し得る幅と深さになっている。外部端子７には、外装メッキが予め施されている。
【００３３】
このようにして得られた半導体装置２５Ａは、外部端子７の腹の部分が外囲器１９に形成された縦溝１４によって固定されるため、実施の形態１において前述した効果に加えて、外部端子７の変形を防止することができ、また外部端子７の位置精度の向上を図ることができるという効果を得ることができる。その結果、小型で変形しにくい外部端子７を有した安価な半導体装置を実現することができる。
【００３４】
（実施の形態３）
図５は実施の形態３に係る半導体装置２５Ｂの構成を示す斜視図であり、図６は図５に示す面ＣＣに沿った断面図である。図１および図２を参照して前述した実施の形態１に係る半導体装置２５の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３５】
前述した実施の形態１に係る半導体装置２５と異なる点は、外囲器１９の下面の開口部２側に設けた段部に湿気遮蔽部材１３を備えている点である。湿気遮蔽部材１３は、半導体素子８へ向かう湿気を遮断するために外囲器１９を覆うように設けられている。このように外囲器１９の底面に湿気遮蔽部材１３を貼り合わせることにより、底面側からの湿気の侵入を防止し、半導体素子８の劣化を防止することができる。
【００３６】
（実施の形態４）
図７は実施の形態４に係る半導体装置２５Ｃの構成を示す斜視図であり、図８は図７に示す面ＤＤに沿った断面図である。図１および図２を参照して前述した実施の形態１に係る半導体装置２５の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３７】
前述した実施の形態１に係る半導体装置２５と異なる点は、外囲器１９の外側面に、複数の外部端子７をそれぞれ固定するための複数の縦溝１４が形成されている点と、外囲器１９の下面の開口部２側に設けた段部に湿気遮蔽部材１３を備えている点である。
【００３８】
このように、複数の外部端子７をそれぞれ固定するための複数の縦溝１４を形成すると、外部端子７の腹の部分が外囲器１９に形成された縦溝１４によって固定されるため、外部端子７の変形を防止することができ、また外部端子７の位置精度の向上を図ることができる。そして、外囲器１９の底面に湿気遮蔽部材１３を貼り合わせると、底面側からの湿気の侵入を防止し、半導体素子８の劣化を防止することができる。
【００３９】
（実施の形態５）
図９は実施の形態５に係る半導体装置２５Ｄの構成を示す斜視図であり、図１０は図９に示す面ＥＥに沿った断面図である。
【００４０】
図１および図２を参照して前述した実施の形態１に係る半導体装置２５の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４１】
前述した実施の形態１に係る半導体装置２５と異なる点は、外囲器１９が設けられておらず、封止物２４が、半導体素子８と光学部材３とを固定するために半導体素子８と複数の導電性電極膜４との間に塗布されている点である。
【００４２】
実施の形態５の説明は熱硬化型樹脂を用いた場合を例にして行っていく。
【００４３】
まず図９において、最上部にフィルターやレンズ等の光学部材３を配置する。光学部材３の周辺に複数の外部端子７を取り付けるべく、上面と下面に複数の導電性電極膜４を形成する。
【００４４】
光学部材３の下面側のそれぞれの導電性電極膜４は、外部端子７と接続され、半導体素子８が主面９の周辺に備える電極端子１０上の金属突起１１のなかで接合の対象とする金属突起１１の位置と整合させる場所まで内部に向かって延在する内部端子として形成する。
【００４５】
導電性電極膜４の形成は、例えばＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｉｎ（２.０μｍ／０.１μｍ／０.２μｍ／０.１μｍ）の積層膜を堆積しエッチングして所望の形状に仕上げる。また別の方法として材料構成とは異なる積層膜やマスク蒸着を採用してもよい。半導体素子８は導電性電極膜４の先端近傍に金属突起１１の表面を精度良く合わせてフリップチップボンドを行い、光学部材３の下面に接合する。
【００４６】
また、接合は異方性導電膜（ＡＣＦ）を使用しても問題は無い。光学部材３に半導体素子８を接合した後、半導体素子８の側面に到達するように半導体素子８の周辺に液状樹脂等のアンダーフィルを塗布する。半導体素子８が所定位置になるように位置合わせを行う。
【００４７】
この樹脂を加熱や紫外線照射により硬化する。最後に光学部材３の上面と下面に形成した複数の導電性電極膜４の外部端子７取り付け部に予め外装メッキを施した外部端子７を取り付けた後ハンダや導電性樹脂を施して加熱することで固着する。
【００４８】
このようにして得られた半導体装置２５Ｄは外囲器１９を持たず、紫外線硬化樹脂等の封止物２４で固定されるため、さらに薄型の半導体装置２５を実現することができる。
【００４９】
上記実施の形態１から実施の形態４は、光学部材３の上面と下面に外部端子７取り付け部を備えるものであったが、さらなる小型化の実現のために光学部材3の上面の外部端子７取り付け部を除去し、導電性電極膜４は下面のみに形成するものであって構わない。
【００５０】
更に、撮像機能型半導体装置において半導体素子８の主面９部の温度上昇は性能に著しい劣化を誘発するものであり、この課題を解決するために半導体装置２５の光学部材３における下面と半導体素子８の主面９との間の空間に熱伝導率の高いヘリウムガスを大気圧以下で封入することで放熱性の優れた高性能半導体装置の実現が図れる。
【００５１】
以上のように、実施の形態１〜５に係る  半導体装置によれば、リードが外囲器に埋設されず、ボンディングワイヤーを有しない構造であるため、複雑な工程をともなわずに簡単な組立で半導体装置を構成することができる。これにより、工程を簡略化し、歩留まりを良くすると同時に信頼性の向上を図ることができる。また、端子間接続に使用していたボンディングワイヤーのインダクタンス成分が減少するため周波数的な電気的特性の向上も図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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パッケージとフィルターおよびレンズ等の光学部材等とを備える半導体装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す斜視図
【図２】図１に示す面ＡＡに沿った断面図
【図３】実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す斜視図
【図４】図３に示す面ＢＢに沿った断面図
【図５】実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す斜視図
【図６】図５に示す面ＣＣに沿った断面図
【図７】実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す斜視図
【図８】図７に示す面ＤＤに沿った断面図
【図９】実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す斜視図
【図１０】図９に示す面ＥＥに沿った断面図
【図１１】従来の半導体装置の構成を示す斜視図
【図１２】図１１に示す面ＪＪに沿った断面図
【符号の説明】
【００５４】
３  光学部材
４  導電性電極膜
７  外部端子
８  半導体素子
１０  電極端子
１１  金属突起
１９  外囲器
２４  封止物
２５  半導体装置
【図１】
2005223017.tif 000003
【図２】
2005223017.tif 000004
【図３】
2005223017.tif 000005
【図４】
2005223017.tif 000006
【図５】
2005223017.tif 000007
【図６】
2005223017.tif 000008
【図７】
2005223017.tif 000009
【図８】
2005223017.tif 000010
【図９】
2005223017.tif 000011
【図１０】
2005223017.tif 000012
【図１１】
2005223017.tif 000013
【図１２】
2005223017.tif 000014