(57)【要約】【課題】高温高湿環境に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置を提供すること。【解決手段】固体撮像装置１０は、受光領域を備えた固体撮像素子１２と、固体撮像素子を搭載し金ワイヤ１６で接続されるパッケージ１４と、このパッケージにシール剤２２によって接合されたシールガラス２０から構成されている。パッケージとシールガラスによって中空部２４が形成され、この中空部に固体撮像素子が配置され、固体撮像素子の受光領域に対向する側のシールガラスの全面に透明樹脂層１８が形成され、透明樹脂層とパッケージはシール剤によって接合されている。透明樹脂層の厚さは０．１μｍ以上、望ましくは１μｍ以上であり、透明樹脂層の吸湿率は０．１質量％以上であり、透明樹脂層は主成分として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂の何れかを含有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換領域を備えた半導体装置と、
この半導体装置が搭載されるパッケージと、
前記半導体装置側の全面に透明樹脂層が形成されたシールガラスと
を有し、前記透明樹脂層と前記パッケージが周辺部でシール剤を介して接合されて形成された中空部に前記半導体装置が配置され、前記透明樹脂層と前記光電変換領域が対向する、光電変換装置。
【請求項２】
前記透明樹脂層の厚さは０．１μｍ以上である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記透明樹脂層の厚さは１μｍ以上である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記透明樹脂層の吸湿率は０．１質量％以上である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記透明樹脂層は、主成分として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂の何れかを含有する、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記半導体装置は前記光電変換領域として受光領域を備え、この受光領域に複数の受光素子が形成され、固体撮像装置として構成された、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記半導体装置は前記光電変換領域として発光領域を備え、この発光領域に少なくとも１つの発光素子が形成され、光電変換装置が発光装置として構成された、請求項１に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部を有する光電変換装置し、特に、高温高湿環境下に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置は小型化、高機能化され、携帯電話、携帯型コンピュータ等の携帯情報機器、自動車等の移動体への搭載が進み利用分野が広がっている。
【０００３】
固体撮像装置は、多くの場合、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の固体撮像素子が形成された半導体チップが、セラミックス又は樹脂からなるパッケージ本体と、ガラス又は樹脂製からなる透明なシール（カバー）板とが接合されて形成される中空部に、配置される構造をとっている。パッケージと透明シール板は、多くの場合、有機樹脂からなる封止用接着剤によって接合されている。
【０００４】
図４（Ａ）は、従来技術における固体撮像装置の構成例を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、固体撮像装置５０は、光電変換領域として受光領域を備えた固体撮像素子５２と、収納部を有し、固体撮像素子５２を搭載し金ワイヤ５６で接続されるパッケージ５４と、このパッケージ５４にシール剤６２によって接合されたシールガラス６０から構成されている。パッケージ５４とシールガラス６０によって中空部６４が形成され、この中空部６４に固体撮像素子５２が配置されている。
【０００５】
パッケージ本体がセラミックスによって形成される場合、セラミックスが緻密であれば非透湿性であるが、製造コストが高いと言う難点がある。パッケージ本体が樹脂によって形成される場合、製造コストが低いと言う利点があるが、多くの樹脂は水分を透過させる性質をもつと言う難点がある。この難点を改善するために、樹脂に無機充填剤を加えて樹脂量を小さくし、水の透過量を小さくしようとする方法もあるが、パッケージ本体の成型性の低下、成型体の機械的強度の低下という問題がある。
【０００６】
固体撮像装置は、半導体チップを中空部に密封する構造であるため、パッケージ本体と透明シール板が接合された後に、密封時に中空部に封入された湿気が透明シール板の内側面に結露したり、また、外部と中空部の間の湿度差によって、パッケージ本体や透明シール板を構成する樹脂、封止用接着剤等を経由して中空部に湿気が侵入すること、或いは、中空部の温度が低下すること、或いは、中空部から外部への湿気の逸散が不十分であること等のために、透明シール板の内側面に結露したりするという問題があった。
【０００７】
透明シール板の内側面への結露を防ぐために、パッケージを構成する材料として、例えば、水蒸気透過性の低い樹脂材料、水蒸気透過性の高い樹脂材料、吸湿剤を含有させ吸湿性を高めた樹脂材料等を使用することが報告されている。また、透明シール板の内側面への結露を防ぐために、パッケージと透明シール板を接合する接合部に、例えば、水蒸気透過性の高い封止用接着剤、水蒸気透過性の低い封止用接着剤、吸湿剤を含有させ吸湿性を高めた封止用接着剤等を使用することが報告されている。また、透明シール板の内側面への結露を防ぐために、パッケージと透明シール板を接合する接合部に透湿部材層を設ける方法、中空部の内部に吸湿剤を配置し湿気を吸着させようとする方法等が報告されている。
【０００８】
透明シール板の内側面への結露を防ぐ方法の例として、例えば、「固体撮像装置」と題する後記の特許文献１には次の記載がある。
【０００９】
固体撮像装置は、ＣＣＤイメージチップを収納した中空樹脂パッケージと、このパッケージに接着封止した光透過性窓部と、この窓部の内面に塗布した透明で且つ吸湿性を有した樹脂皮膜とを備えたものである。透明で且つ吸湿性を有した樹脂皮膜は、吸湿性アクリル系重合体或いは吸湿性メタアクリル系重合体又はそれらを主成分とし疎水性モノマーを共重合させた吸湿性樹脂又はマルトトリオース化合物からなる。光透過性窓部は、ガラス或いは有機高分子体、又はそれらの複合系体からなる。特許文献１の発明の構成によれば、パッケージが樹脂製であるため、安価である。また、パッケージを光透過性窓材で接着封止し、その窓部内面に透明で且つ吸湿性を有した樹脂皮膜を塗布形成したので、樹脂皮膜が湿気を吸着し、窓部内面及びチップ表面への結露が防止できるとしている。
【００１０】
図５は、特許文献１に記載の図１であり、固体撮像装置の構成例を説明する図である。図５において、７２は樹脂からなる中空パッケージ、７３はＣＣＤイメージチップ、７４はパッケージ７２を封止するガラスからなる窓部、７５はリード、７６は窓部７４の内面に塗布した透明で且つ吸湿性を有した樹脂皮膜である。このパッケージの中空部の容積は約０.０４ｃｍ3である。パッケージ７２は、半導体パッケージ用のトランスファーモルド用封止樹脂にて構成されている。吸湿性樹脂皮膜７６は、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、メタアクリル酸グリシジルの各モル比が１７：５：３で合成された共重合体からなり、５μｍの厚さに塗布されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
パッケージ本体と透明シール板が封止用接着剤（有機樹脂からなる。）によって接合され形成された中空部に、撮像領域を備えた半導体チップが密封された構造を有する固体撮像装置は、高温高湿下においてもその使用が要求されるようになってきており、使用される環境条件が、高温高湿、常温常湿のように変化した場合にも、安定した動作が得られ高い信頼性が要求される。
【００１２】
固体撮像装置が高温高湿下におかれると、パッケージ本体、封止用接着剤が樹脂によって形成される場合には、湿気がパッケージの中空部に短時間で侵入しやすくなり、透明シール板の内面に結露を生じてしまう。中空部への湿気の侵入は、パッケージ本体、封止用接着剤を形成する樹脂を介して生じる。
【００１３】
パッケージ本体、封止用接着剤を形成する樹脂へ湿気が侵入すると、パッケージ本体と封止用接着剤の界面、或いは、透明シール板と封止用接着剤の界面での剥離を生じる原因となり信頼性低下の原因となる。
【００１４】
図４（Ｂ）は、従来技術の固体撮像装置の構成例において、高温高湿から室温への環境変化における固体撮像装置の変化を示す図である。
【００１５】
図４（Ｂ）に示すように、固体撮像装置５０が高温高湿、例えば、８５℃、８５％ＲＨの環境下に５００時間、曝露した後、室温とその湿度の環境に変化させた場合、シールガラス６０の中空部６４に面する側の面に結露を生じてしまう。
【００１６】
このように、固体撮像装置５０が使用される環境の変化によって、パッケージ５４の中空部６４に侵入した湿気によってシールガラス６０の内面に結露を生じ、撮像特性が劣化するという問題がある。
【００１７】
中空部６４に固体撮像装置５０を有するパッケージ５４は、リフロー工程によって、実装基板に実装される。
【００１８】
図４（Ｃ）に示すように、固体撮像素子５２を半田接続するためのリフロー工程において、シール剤６２とシールガラス６０との界面で剥離が発生する。
【００１９】
リフロー工程では、パッケージ５４の図示しないリードフレームの先端（アウターリード）、或いは、半田バンプ等と、実装基板の端子部（例えば、ランド部）とを、高温下で短時間に半田を溶融させて接合する。接合しようとする部位を、例えば、２６０℃の雰囲気に数秒おいて、半田を溶融させ接合する。
【００２０】
パッケージ５４、シール剤６２を形成する樹脂はその吸湿性、透湿性のため、環境条件に応じて、パッケージ５４、シール剤６２は湿気を吸収したり、中空部６４に湿気が透過したりする。この湿気の吸収は、先述したように、界面での剥離を生じる原因となる。この界面に滞留する湿気（水分）は、リフロー工程における加熱によって、急激に気化して膨張し、界面剥離を促進させる。
【００２１】
また、リフロー工程における加熱によって、中空部６４の湿気も急激に気化して膨張し中空部６４の内圧が上昇し、更に、パッケージ５４、シール剤６２、シールガラス６０の熱膨張係数の差に起因する応力がシール剤６２に作用するので、特に、シール剤６２、シールガラス６０の界面で剥離が生じ易い。また、シール剤６２も破壊し易くなる。
【００２２】
このように、界面剥離やシール剤の破壊によるパッケージの破壊（リフロークラック）は、固体撮像装置５０の封止性能を大幅に劣化させ、信頼性を失う大きな要因となる。
【００２３】
以上説明したように、封止性能の劣化を抑制し、高い信頼性を有する固体撮像装置を実現するためには、シールガラス６０の内面の結露を抑制可能な優れた耐湿性と、リフロー工程における高温曝露に対する優れた耐性（耐リフロー性）が要求される。この要求を満たすために、従来、各種の方法が検討されているが、耐湿性と耐リフロー性を共に十分に満足する方法は知られていない。
【００２４】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高温高湿環境に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
即ち、本発明は、光電変換領域を備えた半導体装置（例えば、後述の実施の形態における固体撮像素子１２）と、この半導体装置が搭載されるパッケージと、前記半導体装置側の全面に透明樹脂層が形成されたシールガラスとを有し、前記透明樹脂層と前記パッケージが周辺部でシール剤を介して接合されて形成された中空部に前記半導体装置が配置され、前記透明樹脂層と前記光電変換領域が対向する、光電変換装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、光電変換領域を備えた半導体装置と、この半導体装置が搭載されるパッケージと、前記半導体装置側の全面に透明樹脂層が形成されたシールガラスとを有し、前記透明樹脂層と前記パッケージが周辺部でシール剤を介して接合されて形成された中空部に前記半導体装置が配置され、前記透明樹脂層と前記光電変換領域が対向しているので、湿度、温度変化による前記シールガラス面への結露を防止することができ、リフロー処理による前記シールガラスの剥離を防止することができ、高温高湿環境に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】、本発明の実施の形態における、固体撮像装置の構成例とその環境変化を説明する図である。
【図２】同上、シールガラス面の表面への透明樹脂の作製方法を説明する図である。
【図３】同上、固体撮像装置の作製方法を説明する平面図である。
【図４】従来技術における、固体撮像装置の構成例とその課題を説明する図である。
【図５】同上、固体撮像装置の構成例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の光電変換装置では、前記透明樹脂層の厚さは０．１μｍ以上である構成とするのがよい。より望ましくは前記透明樹脂層の厚さは１μｍ以上である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記透明樹脂層は光透過を妨げることなく湿気を吸収し、応力を緩和するため、前記パッケージと前記シール剤の間、前記シール剤と前記シールガラスの間の界面での剥離が生じ難い光電変換装置を提供することができる。
【００２９】
また、前記透明樹脂層の吸湿率は０．１質量％以上である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記透明樹脂層によって湿気が吸収され、応力を緩和するため、前記パッケージと前記シール剤の間、前記シール剤と前記シールガラスの間の界面での剥離が生じ難い光電変換装置を提供することができる。
【００３０】
また、前記透明樹脂層は、主成分として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂の何れかを含有する構成とするのがよい。このような構成によれば、前記透明樹脂層は比較的大きな吸湿率を有するので、前記シールガラス面への結露を防止することができる光電変換装置を提供することができる。
【００３１】
また、前記半導体装置は前記光電変換領域として受光領域を備え、この受光領域に複数の受光素子が形成され、固体撮像装置として構成されるのがよい。このような構成によれば、高温高湿環境に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置を提供することができる。
【００３２】
また、前記半導体装置は前記光電変換領域として発光領域を備え、この発光領域に少なくとも１つの受光素子が形成され、光電変換装置が発光装置として構成されるのがよい。このような構成によれば、高温高湿環境に曝露されても、高い耐湿性、高い信頼性を有する光電変換装置を提供することができる。
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３４】
以下、半導体装置が、光電変換領域として受光領域を備えこの受光領域に複数の受光素子が形成され、固体撮像装置として構成された光電変換装置を例にとって、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は上述した作用、効果を満たす構成であればよく、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
例えば、半導体装置が、光電変換領域として発光領域を備えこの発光領域に少なくとも１つの受光素子が形成され、光電変換装置が発光装置として構成されたものであってもよい。
【００３６】
なお、以下に示す図面は構成が明瞭に分かり易くなるように描いているので、縮尺は厳密に正確なものではない。
【００３７】
［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態における、固体撮像装置の構成例とその環境変化を説明する断面図であり、図１（Ａ）は構成例を示す図、図１（Ｂ）は高温高湿から室温への環境変化における固体撮像装置の変化を示す図である。
【００３８】
図１（Ａ）に示すように、固体撮像装置１０は、光電変換領域として受光領域を備えた固体撮像素子１２と、収納部を有し、固体撮像素子１２を搭載し金ワイヤ１６で接続されるパッケージ１４と、このパッケージ１４にシール剤２２によって接合されたシールガラス２０から構成されている。パッケージ１４は、例えば、無機充填剤を含有する無機充填エポキシ樹脂であり、金ワイヤ１６はパッケージ１４の内部で露出する導体部に接続され、この導体部はパッケージ１４の外部へ伸出している。
【００３９】
シールガラス２０の一方側の全面に透明樹脂層１８が形成されており、シールガラス２０の周辺部で透明樹脂層１８がシール剤２２を介してパッケージ１４に接合されている。そして、パッケージ１４とシールガラス２０によって中空部２４が形成され、固体撮像素子１２の受光領域とシールガラス２０に形成された透明樹脂層１８が対向しており、中空部２４に固体撮像素子１２が配置されている。
【００４０】
ここで、中空部２４の面積を８ｍｍ×７ｍｍ、体積を４４．８ｍｍ3とし、８５℃／８５％ＲＨ、２５℃／５０％ＲＨにおける飽和水蒸気圧をそれぞれ、５７８６８Ｐａ、３１７０Ｐａとし、透明樹脂層１８が置かれる中空部２４の環境条件が８５℃／８５％ＲＨから２５℃／５０％ＲＨに変化する状況を想定する。
【００４１】
中空部２４の環境条件が８５℃／８５％ＲＨから２５℃／５０％ＲＨに変化する時、中空部２４の内部で結露する水分量は、１．２８×１０-8ｇとなる。透明樹脂層１８の密度を１．０５ｇ／ｃｍ3とし、厚さを１μｍとする時、この水分量１．２８×１０-8ｇを吸収するためには、透明樹脂層１８の吸湿率の満たすべき条件は、２５℃／５０％ＲＨにおいて、０．０２２質量％以上であればよい。
【００４２】
このような条件は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂の何れかを主成分として含有し、厚さが０．１μｍ以上、望ましくは１μｍ以上であり、吸湿率が０．１質量％以上である透明樹脂層１８によって、満たされる。
【００４３】
例えば、アクリル樹脂として一般的なＰＭＭＡの飽和吸湿率は、２３℃／３３％ＲＨにおいて０．２質量％、７０℃／５０％ＲＨにおいて０．５質量％、８５℃／８５％ＲＨにおいて１質量％であることが知られている。なお、この飽和吸湿率は、アクリル樹脂の吸湿前、吸湿後の質量を測定し、（吸湿後質量−吸湿前質量）÷（吸湿前質量）によって定義されるものである。
【００４４】
図１（Ｂ）に示すように、固体撮像装置１０が高温高湿、例えば、８５℃、８５％ＲＨの環境下に５００時間、曝露した後、室温とその湿度の環境に変化させた場合、湿気は透明樹脂層１８によって吸収されるので、シールガラス２０の中空部２４に面する側の面に結露を生じない。
【００４５】
このように、固体撮像装置１０が使用される環境の変化によって、パッケージ１４の中空部２４に侵入した湿気によってシールガラス２０の内面に結露を生じ、撮像特性が劣化することがない。
【００４６】
また、リフロー工程によって、パッケージ１４を実装基板に搭載する場合、パッケージ１４、シール剤２２を形成する樹脂はその吸湿性、透湿性のため、環境条件に応じて、パッケージ１４、シール剤２２は湿気を吸収したり、中空部１４に湿気が透過したりする。パッケージ１４、シール剤２２に吸収された湿気は、リフロー工程における加熱によって、急激に中空部６４へ気化して、中空部６４に透過した湿気と共に膨張し中空部６４の内圧が上昇することによる応力、また、パッケージ１４、シール剤２２、シールガラス２０の熱膨張係数の差に起因する応力がシール剤２２に作用する。
【００４７】
しかし、シ−ル剤２２は、透明樹脂層１８を介しシールガラス２０と接着されているので、透明樹脂層１８がこれら応力を緩和するため、パッケージ１４とシール剤２２の間、シール剤２２とシールガラス２０の間の界面での剥離が生じ難い。
【００４８】
このように、リフロー工程において、シールガラス２０とシール剤２２との界面でのシールガラスの剥離を防止することができる。
【００４９】
なお、透明樹脂層１８は、厚さ１μｍの時、４００ｎｍ以上、７００ｎｍの波長範囲で８０％以上の光透過率を有しており、シールガラス２０の光透過率を大幅に低下させないものである。
【００５０】
また、透明樹脂層１８の組成はその熱膨張係数が、応力を緩和するために、シールガラス２０とシ−ル剤２２の中間の値となるように設定される。
【００５１】
図２は、本発明の実施の形態における、シールガラス面の表面への透明樹脂の作製方法を説明する図である。
【００５２】
先ず、図２（Ａ）に示すように、滴下機３０を使用して透明樹脂滴３２を、高速回転の状態にある大判ガラス３４の面に滴下して、透明樹脂滴の広がり３２ａを大判ガラス３４の全面に所望の厚さとなるように広げ、大判ガラス３４の全面に透明樹脂をスピンコートする。
【００５３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、大判ガラス３４の一方側の全面に形成された透明樹脂を硬化させ、透明樹脂層１８を形成する。
【００５４】
次に、図２（Ｃ）に示すように、一方側の全面に透明樹脂層１８が形成された大判ガラス３４を所望の大きさにダイシングし個片化して、一方側の全面に透明樹脂層１８が形成されたシールガラス２０を得る。
【００５５】
図３は、本発明の実施の形態における、固体撮像装置の作製方法を説明する平面図である。
【００５６】
先ず、図３（Ａ）に示すように、例えば、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とするダイボンド材を使用して、固体撮像素子１２をパッケージ１４に接着固定する。
【００５７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ワイヤーボンドを行う。固体撮像素子１２の電極端子と、パッケージ１４の内部に露出する導体部に接続する。
【００５８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、シール剤２２を使用して、透明樹脂層１８が形成されたシールガラス２０をパッケージ１４に接合し、パッケージ１４の開口部を塞ぎ、固体撮像素子１２を密封状態とする。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれは、湿度、温度変化によるシールガラス面への結露を防止することができ、リフロー処理によるシールガラスの剥離を防止することができる光電変換装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０…固体撮像装置、１２…固体撮像素子、１４…パッケージ、１６…金ワイヤ、
１８…透明樹脂層、２０…シールガラス、２２…シール剤、２４…中空部、
３０…滴下機、３２…透明樹脂滴、３２ａ…透明樹脂滴の広がり、３４…大判ガラス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６２】
【特許文献１】特開平８−２３０８５号公報（段落０００５〜００８、段落００１０〜００１２、図１）
【図１】
2012069619.tif 000003
【図２】
2012069619.tif 000004
【図３】
2012069619.tif 000005
【図４】
2012069619.tif 000006
【図５】
2012069619.tif 000007