(57)【要約】【課題】放熱性を確保し、画質の劣化を抑制する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、センサー部１１０を有する第１の半導体チップ１００と、第１の半導体チップ１００上のセンサー部１１０を避けた領域に配置された第２の半導体チップ１０１と、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１とを電気的に接続する第１の接続部材１０８と、第１の半導体チップ１００に形成され、センサー部１１０と第１の接続部材１０８とを電気的に接続するアンプ回路１１４と、アンプ回路１１４の上方に配置され、アンプ回路１１４と電気的に接続されておらず、かつ、アンプ回路１１４と熱的に連結されている第１の熱伝導部材１１２と、を備える。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサー部を有する第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップ上の前記センサー部を避けた領域に配置された第２の半導体チップと、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、
前記第１の半導体チップに形成され、前記センサー部と前記第１の接続部材とを電気的に接続する回路部と、
前記回路部の上方に配置され、前記回路部と電気的に接続されておらず、かつ、前記回路部と熱的に連結されている第１の熱伝導部材と、を備える
半導体装置。
【請求項２】
前記センサー部は受光素子であり、前記第２の半導体チップはＡＤコンバータである
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の熱伝導部材は、金属材料で構成されている
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の熱伝導部材は、前記第１の接続部材と同一の材料で構成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の熱伝導部材は、第２の半導体チップと接している
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の熱伝導部材は、複数の前記回路部の上方において、複数の前記回路部にわたって連続的に形成されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の熱伝導部材の形状は、前記第１の接続部材の形状と同一の形状である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体装置は、さらに、
前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップを収容するとともに、少なくとも前記センサー部と対向する領域が透光性材料で形成されたパッケージと、
前記第２の半導体チップと前記パッケージとを熱的に連結する第２の熱伝導部材とを備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１の熱伝導部材の前記センサー部に対向する辺の長さは、前記第２の半導体チップの前記センサー部に対向する辺の長さ以上の長さである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の熱伝導部材は、前記センサー部の外周を囲んで形成されている
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置は、さらに、
前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップを収容するとともに、少なくとも前記センサー部と対向する領域が透光性材料で形成されたパッケージを備え、
前記第１の熱伝導部材は、前記パッケージと熱的に接続されている
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１の半導体チップは、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第２の接続部材を有し、
前記第２の接続部材の下部に、前記第１の半導体チップの一の面から他の面へ貫通する貫通電極を有している
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記パッケージにおいて、前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップの上方に設けられた天井部の下面は、前記第２の半導体チップの上面と接している
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、センサーチップに信号処理チップを積層した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体モジュール内で発生する熱を放熱することで、半導体モジュール内に設けられた素子が熱による劣化や機能障害を生ずるのを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された半導体モジュールは、光電変換領域が形成された第１の半導体チップと、第１の半導体チップ上における光電変換領域が形成されていない領域に設けられ、第１の半導体チップと電気的に接続された第２の半導体チップと、第１の半導体チップ、第２の半導体チップを収容するとともに、少なくとも光電変換領域と対向する領域が透光性材料で形成されたパッケージと、第２の半導体チップとパッケージとを熱的に連結する熱伝導部材とを備える。この半導体モジュールは、第２の半導体チップで発生した熱を、熱伝導部材を介してパッケージに放熱することで、第２の半導体チップで発生した熱が光電変換部側へ移動するのを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２４３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、第２の半導体チップで発生した熱が光電変換部側へ移動するのを抑制するのであり、光電変換部から第２の半導体チップを結ぶ回路で発生した熱が光電変換部側へ移動する場合には、放熱が不十分であり、光電変換部において機能障害が発生するおそれがある。
【０００６】
発熱による光電変換部における機能障害とは、例えば、以下のようなものがある。
【０００７】
固体撮像素子においては、映像信号の黒レベルを一定にするために、暗電流によるノイズ成分を映像信号から差し引く必要がある。暗電流は、光電変換部を構成する半導体の熱雑音に起因するものであり、第２の半導体チップからの発熱により光電変換部が形成された領域内で温度分布、すなわち、部分的に温度上昇が生じた場合には、当該領域内での暗電流の発生量に差が出てしまうこととなる。
【０００８】
暗電流によるノイズ成分は、光電変換部が形成された領域全体で一律に映像信号から差し引かれるため、当該領域内で暗電流の発生量に差があると、本来差し引かれるべき量のノイズ成分が差し引かれないこととなる。その結果、画質が劣化するという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、放熱性を確保し、画質の劣化を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示における半導体装置は、センサー部を有する第１の半導体チップと、前記第１の半導体チップ上の前記センサー部を避けた領域に配置された第２の半導体チップと、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、前記第１の半導体チップに形成され、前記センサー部と前記第１の接続部材とを電気的に接続する回路部と、前記回路部の上方に配置され、前記回路部と電気的に接続されておらず、かつ、前記回路部と熱的に連結されている第１の熱伝導部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本開示における半導体装置によると、放熱性を確保し、画質の劣化を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図
【図１Ｂ】第１の実施の形態に係る半導体装置の平面図
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の回路動作を示したブロック図
【図３】第１の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示した断面図
【図４Ａ】第１の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示した断面図
【図４Ｂ】第１の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示した断面図
【図５】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した平面図
【図６】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した平面図
【図７Ａ】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した断面図
【図７Ｂ】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した断面図
【図７Ｃ】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した断面図
【図８】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した平面図
【図９】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した平面図
【図１０】第１の実施の形態に係る半導体装置の他の変形例を示した平面図
【図１１】第２の実施の形態に係る半導体装置を示した断面図
【図１２】第３の実施の形態に係る半導体装置を示した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。但し、詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１４】
なお、添付図面および以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
はじめに、第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施の形態に係る半導体装置の全体構造を示す図であり、図１Ｂは平面図、図１Ａは図１Ｂに示したＡ−Ａ’線矢視断面図である。なお、図１Ｂに示す半導体装置では、図１Ａにおける透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００１７】
図１Ａに示す半導体装置は、主な構成として、第１の半導体チップ１００とセンサー部１１０と、第１の半導体チップ１００上のセンサー部１１０を避けた領域に配置された第２の半導体チップ１０１と、パッケージ１０２と、第１の半導体チップ１００上に形成され、センサー部１１０と第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１とを結ぶアンプ回路１１４の上に形成された第１の熱伝導部材１１２とを備えている。
【００１８】
［１．パッケージ］
パッケージ１０２は、内部に第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１とを収容するとともに、センサー部１１０と対向する領域が透光性カバー１０３で形成されている。
【００１９】
具体的には、図１Ａに示すように、パッケージ１０２は、セラミック製の基板部１０２ａと、同じくセラミック製の側壁部１０４と、透光性カバー１０３とで構成される。側壁部１０４と透光性カバー１０３との固着には、例えば、接着剤等を用いることができる。
【００２０】
透光性カバー１０３は、平板状であり、透光性を有する樹脂または透光性を有するガラス等で形成されている。この透光性カバー１０３は、パッケージ１０２を構成する側壁部１０４により構成される開口を塞ぐように、パッケージ１０２の側壁部１０４に接着剤等により固着されている。なお、透光性カバー１０３は、パッケージ１０２において第１の半導体チップ１００および第２の半導体チップ１０１の上方に設けられるため、本実施の形態における天井部に相当する。
【００２１】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、パッケージ１０２の内部には、複数の電極パッド１０５が設けられている。また、基板部１０２ａには、複数の外部リード線１１１が設けられている。外部リード線１１１の一部は、基板部１０２ａ内に埋設されるとともに、他の部分は基板部１０２ａの外部に突出している。
【００２２】
電極パッド１０５および外部リード線１１１は、それぞれ基板部１０２ａ内に埋設された配線に接続されている。そして、基板部１０２ａの上面に第１の半導体チップ１００が配置されており、さらに第１の半導体チップ１００の上面に第２の半導体チップ１０１が配置されている。
【００２３】
［２．第１の半導体チップ及び第２の半導体チップ］
［２−１．外観構成］
第１の半導体チップ１００は、イメージセンサとして機能する。第１の半導体チップ１００は、シリコン基板と、シリコン基板上に設けられた電極パッド１１６及び１１７とを有している。なお、電極パッド１１６及び電極パッド１１７は、後に詳述するように、イメージセンサにおいてそれぞれ垂直転送部１１６および水平転送部１１７を構成する電極パッドとして使用される。
【００２４】
シリコン基板内には、入射光を受光し光電変換する光電変換部が行列状に複数形成されている。なお、光電変換部は、後に詳述するように、本実施の形態におけるセンサー部１１０に相当する。以下、この領域（光電変換部）をセンサー部１１０と称す。なお、第１の半導体チップ１００と基板部１０２ａとは、例えば、金属ペースト等によりボンディングされている。
【００２５】
また、図１Ａに示すように、透光性カバー１０３を通過した光が第１の半導体チップ１００のセンサー部１１０に入射されるように、第１の半導体チップ１００において、センサー部１１０と透光性カバー１０３とが対向するように配置されている。
【００２６】
図１Ａに示すように、電極パッド１０５は、それに対応するパッケージ１０２の電極パッド１１３に、外部リード線（ワイヤー線）１０６によりボンディングされている。センサー部１１０と第２の半導体チップ１０１とに信号を伝達する経路には、例えば、アンプ回路１１４が形成されている。アンプ回路１１４は、センサー部１１０からの信号を増幅させて第２の半導体チップ１０１に伝達する。なお、アンプ回路１１４は、本実施の形態における回路部に相当する。
【００２７】
第２の半導体チップ１０１は、例えば、後に詳述するように、第１の半導体チップ１００に形成されたセンサー部（光電変換部）１１０を駆動する駆動回路１２０、および、第１の半導体チップ１００からのアナログの画像電気信号をデジタル信号に変換するＡＦＥ（アナログフロントエンド）回路１２１等を含んだ集積回路のチップである。
【００２８】
この第２の半導体チップ１０１の下端には、複数の接続部材が配設されている。複数の接続部材とは、例えば図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１の接続部材１０８及び第２の接続部材１０９とがある。
【００２９】
第１の接続部材１０８は、センサー部１１０からの信号を第２の半導体チップ１０１に送るための電極である。第２の接続部材１０９は、アナログ信号をデジタルに変換したデジタル信号を第２の半導体チップ１０１から第１の半導体チップ１００に送るための電極である。この第１の接続部材１０８と第２の接続部材１０９とを介して、対応する第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１とがフリップチップボンディングにより接続されている。
【００３０】
第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１との隙間には、アンダーフィル樹脂１０７が充填されている。アンダーフィル樹脂１０７は、例えば接着力強化剤により構成され、第１の接続部材１０８、第２の接続部材１０９および第２の半導体チップ１０１を保護するために用いられている。アンダーフィル樹脂１０７の材料としては、例えば、液状エポキシ樹脂、樹脂シート、ＡＣＦ（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）等を用いることができる。
【００３１】
［２−２．回路構成］
図２は、本実施の形態に係る半導体装置における第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１の内部回路および動作の一例を模式的に示すブロック図である。
【００３２】
本実施の形態にける半導体装置において、第１の半導体チップ１００は、イメージセンサとして機能する。第１の半導体チップ１００のセンサー部１１０には、行列状に配置された複数の光電変換回路１１５と、光電変換回路１１５の列毎に対応して設けられた垂直転送部１１６と、水平転送部１１７とが配置される。すなわち、センサー部１１０は、受光素子として機能する。垂直転送部１１６および水平転送部１１７は、それぞれ電極パッド１１６及び１１７で構成される。
【００３３】
各光電変換回路１１５は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する。垂直転送部１１６は、各光電変換回路１１５で生成された信号電荷を読み出し、水平転送部１１７に転送する。水平転送部１１７は、転送された信号電荷を同じ第１の半導体チップ１００内の出力回路部１１９に転送する。出力回路部１１９は、転送された信号電荷をアナログの画像電気信号に変換して第２の半導体チップ１０１に出力する。
【００３４】
第２の半導体チップ１０１は、駆動回路１２０と、ＡＦＥ回路１２１と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２２とを備えている。駆動回路１２０は、ＴＧ１２２で生成されるタイミング信号に基づいて駆動パルスを生成し、第１の半導体チップ１００に出力する。
【００３５】
ここで、駆動パルスには、垂直転送部１１６、水平転送部１１７および出力回路部１１９のそれぞれを駆動する駆動パルスが含まれる。第１の半導体チップ１００では、これらの駆動パルスにもとづいて、上述のような光電変換回路１１５で生成された信号電荷の読み出しから、出力回路部１１９からの画像電気信号の出力までの一連の動作が行われる。
【００３６】
ＡＦＥ回路１２１は、ＴＧ１２２で生成されるタイミング信号に基づいて、出力回路部１１９から出力されたアナログの画像電気信号を、デジタル信号に変換（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）する。ＡＤＣの前処理として、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）、自動利得調整（ＡＧＣ：Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行ってもよい。変換されたデジタル信号は、第２の半導体チップ１０１の外部に出力される。
【００３７】
第１の半導体チップ１００から第２の半導体チップ１０１に出力される画像電気信号は、第１の接続部材１０８より第２の半導体チップ１０１へ送られる。また、第２の半導体チップ１０１から出力されるデジタル信号は、第２の接続部材１０９により第１の半導体チップ１００へ送られた後、第２の接続部材１０９と電気的に接続された電極パッド１０５に送られる。第１の半導体チップ１００において、センサー部１１０から第２の半導体チップ１０１へ送られる信号は、アンプ回路１１４によって増幅される。
【００３８】
前述の内部回路の一例では、第１の半導体チップ１００がＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサの場合を説明したが、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサや、その他のメカニズムによるイメージセンサであってもよい。ＣＭＯＳイメージセンサを用いれば、消費電力の抑制に有効である。また、被写体像を撮像して画像データを生成するものであればよい。
【００３９】
また、第２の半導体チップ１０１に実装する回路は、前述の駆動回路１２０、ＡＦＥ回路１２１、ＴＧ１２２に限らず、それらを含まないものであっても、もしくはその他の機能を備えたものであってもよい。画像電気信号を受けてデジタル信号を出力するものであれば、物理的にどのように構成してもよい。
【００４０】
また、第２の半導体チップ１０１の代わりに、もしくは第２の半導体チップ１０１に加えて、半導体チップ以外の電子部品を配置してもよい。また、ＡＦＥ回路１２１の機能は、ＡＤＣは必須だが、その他の機能は選択的に配置してもよい。
【００４１】
［２−３．熱伝導部材］
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、パッケージ１０２内におけるアンプ回路１１４の上方には、第１の熱伝導部材１１２が設けられている。第１の熱伝導部材１１２は、アンプ回路１１４と電気的に接続されておらず、熱的に連結されている。第１の熱伝導部材１１２は、アンプ回路１１４からの発熱を逃がす機能を果たす。
【００４２】
第１の熱伝導部材１１２は、パッケージ１０２内に含まれる気体よりも熱伝導率が高い材料で構成されている。このような材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属材料、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の熱伝導性の高い樹脂材料、または、これらの樹脂材料を布状に形成した熱伝導性シート等が挙げられる。また、第１の熱伝導部材１１２に上記の樹脂材料を用いる場合には、酸化亜鉛、酸化チタン、銀、カーボン、セラミック等の熱伝導性のフィラーが混合されていることが望ましい。第１の熱伝導部材１１２の材料として、例えば金属材料を用いることで、高い伝導性と非透光性を有する熱伝導部材を構成することができる。
【００４３】
上記では、第１の熱伝導部材１１２がパッケージ１０２内に含まれる気体よりも熱伝導率が高い材料で構成されているとしたが、より好ましくは、第１の半導体チップ１００よりも熱伝導率が高い材料で構成されている方が良い。第１の熱伝導部材１１２が第１の半導体チップ１００よりも熱伝導率が高い材料で構成されている場合には、アンプ回路１１４の放熱は、第１の半導体チップ１００を介してパッケージ１０２に放熱されるよりも、第１の熱伝導部材１１２から直接放熱される方が、放熱量が多くなる。したがって、アンプ回路１１４から第１の半導体チップ１００への熱の移動が減少し、第１の半導体チップ１００はより安定した動作を行うことができる。
【００４４】
このように、アンプ回路１１４の上方に、熱的に連結されている第１の熱伝導部材１１２が設けられていることで、アンプ回路１１４からの発熱を効率的に放熱することが可能となる。このような構成とすることで、アンプ回路１１４からの発熱によるセンサー部１１０の温度上昇を軽減することができる。また、第１の熱伝導部材１１２は、アンプ回路１１４と電気的には接続されていないので、第１の半導体チップ１００は、より安定した動作を行うことができる。
【００４５】
［３．まとめ］
上記構成の半導体装置では、アンプ回路１１４の上方に第１の熱伝導部材１１２が設けられている。このような構成により、アンプ回路１１４からの発熱によるセンサー部１１０の温度上昇を軽減することができる。これにより、半導体装置で構成される画質の劣化を抑制することができる。また、画素周辺部に発熱部が存在する場合であっても、半導体装置の回路部の放熱性を確保し、画質の劣化を抑制することができる。
【００４６】
また、このようにイメージセンサである第１の半導体チップ１００と駆動回路１２０およびＡＦＥ回路１２１が形成された第２の半導体チップ１０１とを、パッケージ１０２内に収容したので、例えばデジタルスチルカメラに半導体装置を組み込む際、別途、駆動回路１２０およびＡＦＥ回路１２１が形成された半導体チップを組み込む必要がない。したがって、その分、デジタルスチルカメラの組み込み作業負荷を軽減することができる。
【００４７】
また、本実施の形態に係る半導体装置では、第１の半導体チップ１００が高い平面精度で形成される基板部１０２ａの上に配置されているため、第１の半導体チップ１００とパッケージ１０２（基板部１０２ａ）とを精度よく平行に配置することができる。したがって、デジタルスチルカメラ等に半導体装置を組み込む際、センサー部１１０をデジタルスチルカメラ等のレンズの光軸に対して垂直に精度よく配置することができる。結果として、センサー部１１０とレンズとの距離が焦点距離に一致しなくなることによる画像の歪みまたはボケ等による画質の劣化を抑制することができる。
【００４８】
なお、ここでの「平行」とは、完全に平行であるものだけでなく、平行となるように設計されたものであり、製造誤差等により設計値からずれたものも含んでいる。
【００４９】
（第１の実施の形態の変形例）
次に、第１の実施の形態の変形例について説明する。以下、第１の実施の形態と同一の構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００５０】
図３は、第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置を示した断面図である。図３に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ａが第１の接続部材１０８及び第２の接続部材１０９と同一材料で形成されている。
【００５１】
これにより、第１の熱伝導部材１１２ａと第１の接続部材１０８とを同時に形成することが可能となり、製造プロセスを簡略化することができる。なお、第２の接続部材１０９も、第１の熱伝導部材１１２ａ及び第１の接続部材１０８と同一材料で形成されてもよい。
【００５２】
図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置を示した断面図である。図４Ａに示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｂと第２の半導体チップ１０１とが接した構成となっている。より具体的には、第１の熱伝導部材１１２ｂと第２の半導体チップ１０１とは、互いの側面で接している。これにより、アンプ回路１１４で発生した熱を、第１の熱伝導部材１１２を介して第２の半導体チップ１０１に逃がすことができる。したがって、第２の半導体チップ１０１を放熱板として活用することができ、放熱効果を高めることができる。
【００５３】
また、図４Ｂに示す半導体装置のように、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップの間に挟みこむような形で第１の熱伝導部材１１２ｃが形成されていてもよい。このような構成により、第１の熱伝導部材１１２ｃと第２の半導体チップ１０１との接触面積が増大するため、放熱効果を高めることができる。なお、第２の半導体チップ１０１の厚みを大きくすることで、第２の半導体チップ１０１の熱容量を増やすことができるので、放熱効果をより高めることができる。
【００５４】
図４Ａ及び図４Ｂでは、第１の熱伝導部材１１２ｂまたは１１２ｃと第２の半導体チップ１０１の接しかたの一例を示したが、この構成に限るものではなく、第１の熱伝導部材１１２ｂ又は１１２ｃが第２の半導体チップ１０１と接していれば、他のいかなる構成も可能である。
【００５５】
図５は、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。なお、図５に示す半導体装置では、透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００５６】
図５に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｄが連続的に形成される。すなわち、第１の熱伝導部材１１２は、センサー部１１０と第２の半導体チップ１０１との間に設けられた複数のアンプ回路１１４ごとに複数個設けられるのではなく、複数のアンプ回路１１４にわたって連続的に１つ形成されてもよい。これにより、第１の熱伝導部材１１２とアンプ回路１１４との接触面積が増え、放熱効果を高めることができる。また、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１との間に充填されるアンダーフィル樹脂１０７がセンサー部１１０へ染み出すのを防ぐ効果も期待される。
【００５７】
なお、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１との間に充填されるアンダーフィル樹脂１０７は、第１の接続部材１０８を覆っていればよく、第１の熱伝導部材１１２ｄを覆う必要はない。そのため、第１の熱伝導部材１１２ｄを連続的に形成することにより、アンダーフィル樹脂１０７がセンサー部１１０へ染み出すのを防ぐ効果もある。
【００５８】
図６は、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。なお、図６に示す半導体装置では、透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００５９】
図６に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｅの形状は、第１の接続部材１０８及び第２の接続部材１０９と同一の形状に形成されている。一例として、図６に示すように、第１の接続部材１０８および第２の接続部材１０９は、上面から見た形状が円形の形状を有している。したがって、第１の熱伝導部材１１２ｅの上面から見た形状も、円形の形状に形成されている。
【００６０】
これにより、第１の熱伝導部材１１２と第１の接続部材１０８と第２の接続部材１０９とを同一の条件で形成することができ、製造プロセスを容易にすることができる。
【００６１】
図７Ａ〜図７Ｃは、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。
【００６２】
図７Ａに示す半導体装置では、半導体装置は第２の熱伝導部材１２３ａを備え、第２の半導体チップ１０１とパッケージ１０２とが第２の熱伝導部材１２３ａで熱的に連結されている。具体的には、図７Ａに示すように、第２の熱伝導部材１２３ａの一端側において、基板部１０２ａに対向する面の一部は、第２の半導体チップ１０１の上面に接続されている。また、第２の熱伝導部材１２３ａの他端側は、パッケージ１０２の側壁部１０４に埋め込まれて接続されている。
【００６３】
これにより、アンプ回路１１４で発生した熱を、第２の半導体チップ１０１と第２の熱伝導部材１２３ａとを介してパッケージ１０２に逃がすことができ、放熱効果を高めることができる。
【００６４】
また、図７Ｂに示す半導体装置においては、第２の熱伝導部材１２３ｂは、図７Ａに示した第２の熱伝導部材１２３ａと同様、第２の熱伝導部材１２３ｂの一端側において、基板部１０２ａに対向する面の一部が、第２の半導体チップ１０１の上面に接続されている。また、第２の熱伝導部材１２３ｂの他端側は、基板部１０２ａの方向へ折り曲げられ、第２の熱伝導部材１２３ｂが側壁部１０４および基板部１０２ａの両方に接するように構成されている。
【００６５】
このような構成とすることで、側壁部１０４および基板部１０２ａが、第２の熱伝導部材１２３ｂを設ける際のガイドとして機能するため、第２の熱伝導部材１２３ｂの位置合わせを容易に行うことができる。さらに、第２の熱伝導部材１２３ｂが、側壁部１０４および基板部１０２ａの両方に接するようにすることで、第２の熱伝導部材１２３ｂとパッケージ１０２との接触面積が増え、より効率的に第２の半導体チップ１０１から第２の熱伝導部材１２３ｂを介してパッケージ１０２側へ、アンプ回路１１４の熱を放熱することができる。
【００６６】
なお、第２の熱伝導部材１２３ｂは、必ずしも側壁部１０４と基板部１０２ａとの両方に接している必要はなく、第２の熱伝導部材１２３ｂが側壁部１０４のみに接していることとしてもよい。
【００６７】
なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す半導体装置においては、第２の熱伝導部材１２３ａまたは１２３ｂが板状の形状である場合を例示したが、第２の熱伝導部材の形状はこれに限定されない。
【００６８】
例えば、図７Ｃに示す第２の熱伝導部材１２３ｃのように、上述したような熱伝導性に優れる樹脂材料を、第２の半導体チップ１０１と、側壁部１０４と、基板部１０２ａとに接するように充填することにより、第２の熱伝導部材１２３ｃを形成することとしてもよい。このように図７Ｃに示す方法で第２の熱伝導部材１２３ｃを形成することは、アンダーフィル樹脂１０７をパッケージ１０２内に流し込むことで第２の熱伝導部材１２３ｃを簡易に形成することができるという利点がある。
【００６９】
図８は、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。なお、図８に示す半導体装置では、透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００７０】
図８に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｆのセンサー部１１０に対向する辺の長さは、第２の半導体チップ１０１のセンサー部１１０に対向する辺の長さよりも長くなっている。ここで、第１の熱伝導部材１１２ｆのセンサー部１１０に対向する辺の長さは、第２の半導体チップ１０１のセンサー部１１０に対向する辺の長さと同等であってもよい。すなわち、第１の熱伝導部材１１２ｆのセンサー部１１０に対向する辺の長さは、第２の半導体チップ１０１のセンサー部１１０に対向する辺の長さと同等の長さ以上に形成されていればよい。
【００７１】
これにより、第１の熱伝導部材１１２ｆと第１の半導体チップ１００との接触面積が増えるので、アンプ回路１１４で発生した熱を第１の半導体チップ１００を介して放熱することができる。したがって、アンプ回路１１４で発生した熱の放熱効果をより高めることができる。加えて、第１の熱伝導部材１１２ｆにより、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ１０１との間に充填されるアンダーフィル樹脂１０７がセンサー部１１０へ染み出すのを防ぐことができる。
【００７２】
図９は、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。なお、図９に示す半導体装置では、透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００７３】
図９に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｇがセンサー部１１０の外周を囲うように形成されている。具体的には、図９に示すように、第１の熱伝導部材１１２ｇは、センサー部１１０の外周を矩形形状に囲むように構成されている。これにより、第１の半導体チップ１００において、センサー部１１０およびセンサー部１１０の外周付近の温度を均一化する効果を高めることができる。
【００７４】
図１０は、第１の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示した平面図である。なお、図１０に示す半導体装置では、透光性カバー１０３の図示を省略している。
【００７５】
図１０に示す半導体装置では、第１の熱伝導部材１１２ｈがパッケージ１０２と熱的に接続されている。具体的には、図１０に示すように、第１の熱伝導部材１１２ｈは、センサー部１１０の外周を矩形形状に囲むと共に、矩形形状の四隅がパッケージ１０２の側壁部１０４と接続されるように第１の熱伝導部材１１２ｈが延びた構成となっている。
【００７６】
これにより、アンプ回路１１４で発生した熱をパッケージ１０２に逃がすことができ、放熱効果を高めることができる。
【００７７】
ここでは、第１の熱伝導部材１１２とパッケージ１０２の接続方法の一例を示したが、この構成に限るものではない。上述した変形例に限らず、第１の熱伝導部材１１２がパッケージ１０２と熱的に接続されていれば、他のいかなる接続方法も可能である。例えば、上述した変形例では、第１の熱伝導部材１１２ｈはパッケージ１０２の側壁部１０４に接続されているが、第１の熱伝導部材１１２ｈは基板部１０２ａまたは透光性カバー１０３に接続される構成であってもよい。
【００７８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００７９】
図１１は、第２の実施の形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明するため、説明を簡略化したり、省略したりする構成もある。
【００８０】
本実施の形態に係る半導体装置が第１の実施の形態に係る半導体装置と相違する点は、第２の半導体チップ１０１からの信号を第１の半導体チップ１００に接続する第２の接続部材１０９の下方に貫通電極１２４およびはんだボール１２５が設けられている点である。
【００８１】
詳細には、図１１に示すように、第１の半導体チップ１００には、第２の半導体チップ１０１配置された一の面から他の面へ貫通孔が形成されている。そして、当該貫通孔の内部に導電性材料が充填されることで、貫通電極１２４が形成されている。
【００８２】
また、第１の半導体チップ１００の基板部１０２ａと対向する面に位置する貫通電極１２４の端部には、貫通電極１２４と電気的に接続されるはんだボール１２５が配置されている。これにより、第２の半導体チップ１０１は、貫通電極１２４とはんだボール１２５とを介してパッケージ１０２と接続されている。
【００８３】
このような構成により、アンプ回路１１４で発生した熱を、貫通電極１２４を通してパッケージ１０２に放熱することができる。したがって、アンプ回路１１４の放熱性をより高めることができる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
図１２は、第３の実施の形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明するため、説明を簡略化したり、省略したりする構成もある。
【００８５】
本実施の形態に係る半導体装置が第１の実施の形態と相違する点は、第２の半導体チップ１０１がパッケージ１０２に直接的に接するように設けられている点である。より詳しくは、図１２に示すように、パッケージ１０２における天井部、すなわち、透光性カバー１０３の下面と第２の半導体チップ１０１の上面とが接している点である。
【００８６】
これにより、アンプ回路１１４で発生した熱を、第２の半導体チップ１０１を介してパッケージ１０２に放熱することができる。したがって、アンプ回路１１４の放熱性をより高めることができる。
【００８７】
さらに、パッケージ１０２における第２の半導体チップ１０１と接する天井部（透光性カバー１０３の下面）が、パッケージ１０２内に含まれる気体よりも熱伝導率が高い材料で構成されており、この天井部が熱伝導部材として機能する。これにより、アンプ回路１１４の発熱を第１の熱伝導部材１１２と、第２の半導体チップ１０１と、パッケージ１０２とを通して放熱できる。したがって、アンプ回路１１４の放熱効果をより高めることができる。
【００８８】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００８９】
例えば、上述した半導体装置では、第１の半導体チップがＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサの場合を説明したが、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサや、その他のメカニズムによるイメージセンサであってもよい。また、被写体像を撮像して画像データを生成するものであればよい。
【００９０】
また、第２の半導体チップに実装する回路は、駆動回路、ＡＦＥ回路、ＴＧに限らず、それらを含まないものであっても、もしくはその他の機能を備えたものであってもよい。画像電気信号を受けてデジタル信号を出力するものであれば、物理的にどのように構成してもよい。
【００９１】
また、第２の半導体チップの代わりに、もしくは第２の半導体チップに加えて、半導体チップ以外の電子部品を配置してもよい。また、ＡＦＥ回路の機能は、ＡＤＣは必須だが、その他の機能は選択的に配置してもよい。
【００９２】
また、第１の熱伝導部材は、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属材料、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の熱伝導性の高い樹脂材料、または、これらの樹脂材料を布状に形成した熱伝導性シートに限らず、その他の材料であってもよい。
【００９３】
また、第１の熱伝導部材の形状および大きさは、上述した実施の形態に示したものに限らず、適宜変更してもよい。
【００９４】
また、半導体装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る半導体装置を備えた各種デバイスなども本開示に含まれる。例えば、本発明に係る半導体装置を備えたムービーカメラも本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る半導体装置は、センサーチップとＡＤコンバータチップのＣｏＣの構成において、第１の半導体チップのセンサー部と接続部材とを結ぶ回路上での発熱が大きい場合にでも、センサー部の温度分布を軽減し画素特性の向上が期待される。
【符号の説明】
【００９６】
１００    第１の半導体チップ
１０１    第２の半導体チップ
１０２    パッケージ
１０２ａ    基板部
１０３    透光性カバー
１０４    側壁部
１０５    電極パッド
１０６    外部リード線
１０７    アンダーフィル樹脂
１０８    第１の接続部材
１０９    第２の接続部材
１１０    センサー部（光電変換部）
１１１    外部リード線
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ    第１の熱伝導部材
１１３    電極パッド
１１４  アンプ回路（回路部）
１１５  光電変換回路
１１６  垂直転送部（電極パッド）
１１７  水平転送部（電極パッド）
１１９  出力回路部
１２０  駆動回路
１２１  ＡＦＥ回路
１２２  ＴＧ
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ  第２の熱伝導部材
１２４  貫通電極
１２５  はんだボール
【図１Ａ】
2017037865.tif 000003
【図１Ｂ】
2017037865.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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