JP2008192769A

JP2008192769A - 樹脂封止型半導体受光素子、樹脂封止型半導体受光素子の製造方法、及び樹脂封止型半導体受光素子を用いた電子機器

Info

Publication number: JP2008192769A
Application number: JP2007024693A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Kushimatsu; 勇一郎串松; Hirofumi Shindo; 弘文進藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101236996A; US20080185610A1

Abstract

【課題】透明シリコーン樹脂を用いながらも、温度サイクルなどの環境変化に対する耐久性が優れ、信頼性が高い樹脂封止型半導体受光素子を提供する。
【解決手段】回路基板１１の搭載面１１ａ及び回路基板１１上のボンディングワイヤー１３の接続箇所等を透明エポキシ樹脂層１４により封止し、透明エポキシ樹脂層１４を硬化させても、透明エポキシ樹脂層１４と回路基板１１の搭載面１１ａとの界面での剥離が生じ難く、かつ透明エポキシ樹脂層１４内部でのボンディングワイヤー１３の断線が生じ難い。温度サイクル試験などの信頼性試験を行っても、その様な剥離や断線が生じず、十分に高い信頼性を達成することができる。また、短波の光に対して優れた耐光性を有する透明シリコーン樹脂層１５のみを通じて、受光素子チップ１２の受光面１２ａへと光が入射する様にして、受光特性の低下等の発生を未然に防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光素子を透明樹脂で封止した樹脂封止型半導体受光素子、その製造方法、及びそれを用いた電子機器に関する。

光センサーや光ピックアップ用センサーなどの分野では、半導体素子チップを基板に搭載して、このチップを透明樹脂で封止した樹脂封止型のデバイスが用いられることが多い（特許文献１乃至４を参照）。

一般的には、封止用の透明樹脂として、透明エポキシ樹脂、透明シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられている。

また、封止の方法としては、金型を用いたトランスファ成型により半導体素子チップを樹脂封止する方法や、半導体素子チップの配置領域を囲む枠内に液状の樹脂を滴下して（ポッティング）、この液状の樹脂をオーブン等により加熱硬化させ、半導体素子チップを樹脂封止する方法が用いられることが多い。

一方、光ピックアップの分野では、高密度の記録再生を可能にする為に、半導体レーザーの短波化が進んでおり、近年は青色の半導体レーザーを使用した光ピックアップが開発されている。そして、半導体レーザーのパワーモニタ用の受光素子などにおいては、青色レーザー光に対応した樹脂封止型の受光素子が製品化されている。

この様な受光素子の封止樹脂としても、その代表的なものとして透明エポキシ樹脂や透明シリコーン樹脂があるが、透明エポキシ樹脂は、青色などの短波の光により劣化を起こして、その透過率が悪くなるという欠点がある。このため、青色レーザー光のパワーモニタ用の受光素子の封止用としては、短波の光に対して優れた耐光性を有する透明シリコーン樹脂を使用することが多い。

図４は、透明シリコーン樹脂により受光素子を封止した従来の樹脂封止型半導体受光素子を示す断面図である。この従来の樹脂封止型半導体受光素子１０１は、回路基板１０２上に受光素子チップ１０３を搭載し、回路基板１０２の配線パターンと受光素子１０３の電極をボンディングワイヤー１０４により接続し、回路基板１０２の搭載面、受光素子チップ１０３、及びボンディングワイヤー１０４を透明シリコーン樹脂１０５により封止したものである。
特開平１-２０９７３３号公報特許第３７０２９９８号公報特許第３７１０９４２号公報特開２００４−７９６８３号公報

しかしながら、図４に示す様な従来の樹脂封止型半導体受光素子１０１では、短波の光に対して優れた耐光性を有する透明シリコーン樹脂１０５を用いているため、次の様な問題点があった。

すなわち、透明シリコーン樹脂１０５は、透明エポキシ樹脂に比べると、その硬化収縮率が大きく、硬化後の樹脂内部のストレス（内部歪み）が大きい。このため、温度サイクル試験などの信頼性試験において、樹脂内部でのボンディングワイヤーの断線や樹脂と回路基板との界面での剥離などの不具合が発生し易く、透明エポキシ樹脂を用いた場合と比べると、温度サイクルなどの環境変化に対する耐久性が劣り、信頼性が低かった。

そこで、本発明は、かかる問題点を解決すべく提案されたもので、透明シリコーン樹脂を用いながらも、温度サイクルなどの環境変化に対する耐久性が優れ、信頼性が高い樹脂封止型半導体受光素子、その製造方法、及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂封止型半導体受光素子は、回路基板上に搭載された受光素子を透明樹脂で封止した樹脂封止型半導体受光素子において、前記受光素子の受光面が露出する様に前記回路基板の該受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止し、少なくとも該受光素子の受光面を透明シリコーン樹脂で封止している。

また、本発明の樹脂封止型半導体受光素子の製造方法は、回路基板上に複数の受光素子を搭載する工程と、前記各受光素子と前記回路基板を電気的にそれぞれ接続する工程と、前記各受光素子の受光面が露出する様に前記回路基板の該各受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止する工程と、前記各受光素子の受光面及び前記透明エポキシ樹脂上面を透明シリコーン樹脂で封止する工程と、前記回路基板、前記透明エポキシ樹脂、及び前記透明シリコーン樹脂をダイシングにより切断して、該回路基板上の前記各受光素子を分離する工程とを含んでいる。

更に、本発明の電子機器は、上記本発明の樹脂封止型半導体受光素子を用いている。

この様な本発明の樹脂封止型半導体受光素子では、受光素子の受光面が露出する様に回路基板の該受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止してから、少なくとも該受光素子の受光面を透明シリコーン樹脂で封止している。従って、回路基板の搭載面及び回路基板上のボンディングワイヤーの接続箇所等は、透明エポキシ樹脂により封止されることになり、この透明エポキシ樹脂の硬化収縮率が小さいことから、硬化後の樹脂内部のストレス（内部歪み）が小さく、このために樹脂内部でのボンディングワイヤーの断線や樹脂と回路基板との界面での剥離などの不具合が発生せず、温度サイクルなどの環境変化に対する耐久性が優れ、高い信頼性を得ることができる。

また、少なくとも受光素子の受光面を透明シリコーン樹脂で封止しており、この透明シリコーン樹脂が短波の光に対して優れた耐光性を有していることから、受光素子の受光特性が損なわれずに済む。

一方、本発明の樹脂封止型半導体受光素子の製造方法によれば、回路基板上に複数の受光素子を搭載して接続し、各受光素子の受光面が露出する様に回路基板の該各受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止し、各受光素子の受光面及び透明エポキシ樹脂上面を透明シリコーン樹脂で封止し、回路基板、透明エポキシ樹脂、及び透明シリコーン樹脂をダイシングにより切断して、該回路基板上の各受光素子を分離している。この様な方法により、上記本発明の樹脂封止型半導体受光素子を複数個同時に製造することができる。

また、本発明の電子機器は、上記本発明の樹脂封止型半導体受光素子を用いているので、この樹脂封止型半導体受光素子と同様の作用効果を達成することができ、延いては電子機器そのものの耐久性が向上する。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の樹脂封止型半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。本実施形態の樹脂封止型半導体受光素子１は、光ピックアップの分野で青色の半導体レーザーのパワーモニタに用いられるものである。

この樹脂封止型半導体受光素子１では、回路基板１１の受光素子チップ１２を搭載する搭載面１１ａに導電性ペースト等を塗布して、受光素子チップ１２を導電性ペースト等を介して回路基板１１の搭載面１１ａに搭載固着し、受光素子チップ１２の電極（図示せず）と回路基板１１の配線パターン端子部をＡｕ等からなるボンディングワイヤー１３により接続している。

そして、受光素子チップ１２の受光面１２ａが露出する様に、回路基板１１の搭載面１１ａを透明エポキシ樹脂層１４で封止し、更に受光素子チップ１２の受光面１２ａ及び透明エポキシ樹脂層１４の上面１４ａを透明シリコーン樹脂層１５で封止している。

透明エポキシ樹脂層１４及び透明シリコーン樹脂層１５は、受光素子チップ１２の配置領域を囲む様に設けられた型枠内に液状の透明エポキシ樹脂や透明シリコーン樹脂を滴下して（ポッティング）、液状の樹脂をオーブン等により加熱硬化させて形成されたものである。前記型枠は、金型を用いて回路基板１１上にインサート成型する方法や接着剤等を使用して回路基板１１上に貼り付ける方法などによって形成することができる。

この結果、回路基板１１の搭載面１１ａ及び回路基板１１上のボンディングワイヤー１３の接続箇所（セカンドボンディング箇所）等が透明エポキシ樹脂層１４により封止されることになる。また、受光素子チップ１２の受光面１２ａが透明シリコーン樹脂１５により封止されることになる。

ここで、透明シリコーン樹脂は、透明エポキシ樹脂に比べると、その硬化収縮率が大きいことから、硬化後の透明シリコーン樹脂内部のストレス（内部歪み）が大きい。このため、例えば温度サイクル試験などの信頼性試験を行うと、樹脂と回路基板との界面での剥離や樹脂内部でのボンディングワイヤーの断線（主にセカンドボンディング箇所の断線）などの不具合が発生し易い。

これに対して透明エポキシ樹脂は、その硬化収縮率が小さいことから、硬化後の透明エポキシ樹脂内部のストレス（内部歪み）が小さい。このため、本実施形態の様に回路基板１１の搭載面１１ａ及び回路基板１１上のボンディングワイヤー１３の接続箇所等を透明エポキシ樹脂層１４により封止して、透明エポキシ樹脂層１４を硬化させても、透明エポキシ樹脂層１４と回路基板１１の搭載面１１ａとの界面での剥離が生じ難く、かつ透明エポキシ樹脂層１４内部でのボンディングワイヤー１３の断線が生じ難い。温度サイクル試験などの信頼性試験を行っても、その様な剥離や断線が生じず、十分に高い信頼性を達成することができる。

本実施形態では、透明エポキシ樹脂層１４による回路基板１１の搭載面１１ａ及びボンディングワイヤー１３の接続箇所の封止が確実となる様に透明エポキシ樹脂層１４の厚みを制御し、これにより高い信頼性を再現できるようにしている。

同時に、受光素子チップ１２の厚みよりも薄くなる様に透明エポキシ樹脂層１４の厚みを制御して、受光素子チップ１２の受光面１２ａが透明エポキシ樹脂層１４により覆われないようにしている。この結果、透明シリコーン樹脂層１５のみにより受光素子チップ１２の受光面１２ａを覆って封止することが可能になり、この透明シリコーン樹脂層１５のみを通じて、受光素子チップ１２の受光面１２ａへと光が入射することになる。

先に述べた様に本実施形態の樹脂封止型半導体受光素子１は、青色の半導体レーザーのパワーモニタに用いられるものであることから、短波の光に対して優れた耐光性を有する透明シリコーン樹脂層１５のみを通じて、受光素子チップ１２の受光面１２ａへと光が入射する様にして、受光特性の低下等の発生を未然に防止している。仮に、透明エポキシ樹脂層１４を通じて、光が入射するならば、透明エポキシ樹脂１４が短波の光により劣化して、その透過率が悪くなり、受光特性の低下等が発生する。

図２のグラフは、本実施形態の樹脂封止型半導体受光素子１と、透明シリコーン樹脂のみにより封止された従来の半導体受光素子とについて、温度サイクル試験を行った実験結果を示している。この実験では、−４０℃〜＋１００℃という温度サイクルが繰り返される環境における樹脂封止型半導体受光素子１及び従来の半導体受光素子の不良発生率(ボンディングワイヤーの断線発生率)を調べている。

図２のグラフから明らかな様に、本実施形態の樹脂封止型半導体受光素子１では、２０００サイクルの後でも不良発生が無く、極めて高い信頼性が得られている。これに対して従来の半導体受光素子では、１００サイクル程度でも不良が発生し、５００サイクル後では不良率が４０％となっており、信頼性の点で著しく劣っている。

次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、本発明の製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態の製造方法では、図１に示す樹脂封止型半導体受光素子１を複数個同時に製造している。

まず、図３（ａ）に示す様に回路基板１１Ａの搭載面１１ａに導電性ペースト等を塗布して、複数の受光素子チップ１２を搭載面１１ａに配列して搭載固着し、受光素子チップ１２毎に、受光素子チップ１２の電極（図示せず）と回路基板１１Ａの配線パターン端子部をＡｕ等からなるボンディングワイヤー１３により接続する。

次に、図３（ｂ）に示す様に液状の透明エポキシ樹脂を回路基板１１Ａの搭載面１１ａに滴下して（ポッティング）、回路基板１１Ａの搭載面１１ａ及び回路基板１１Ａ上のボンディングワイヤー１３の接続箇所（セカンドボンディング箇所）等を透明エポキシ樹脂層１４で被覆する。その後、オーブン等により透明エポキシ樹脂層１４を加熱硬化させ、回路基板１１Ａの搭載面１１ａ及び回路基板１１Ａ上のボンディングワイヤー１３の接続箇所等を透明エポキシ樹脂層１４で樹脂封止する。

このとき、透明エポキシ樹脂層１４の厚みを各受光素子チップ１２の厚みよりも薄くして、各受光素子チップ１２の受光面１２ａを露出させる。

次に、図３（ｃ）に示す様に液状の透明シリコーン樹脂を滴下して（ポッティング）、透明エポキシ樹脂層１４の上面１４ａ及び各受光素子チップ１２の受光面１２ａを透明シリコーン樹脂層１５で被覆する。その後、オーブン等により透明シリコーン樹脂層１５を加熱硬化させ、透明エポキシ樹脂層１４及び各受光素子チップ１２の受光面１２ａを透明シリコーン樹脂層１５で樹脂封止する。

次に、図３（ｄ）に示す様にブレード２１を用いたダイシングにより回路基板１１Ａ、透明エポキシ樹脂層１４、及び透明シリコーン樹脂層１５を所定のラインに沿って切断分割して、各受光素子チップ１２を分離し、図１に示す様な回路基板１１、受光素子チップ１２、ボンディングワイヤー１３、透明エポキシ樹脂層１４、及び透明シリコーン樹脂層１５等からなる樹脂封止型半導体受光素子１を複数個得る。

ここでは、回路基板１１Ａ裏面にダイシングシートを貼り付けて、封止樹脂側からダイシングしているが、その逆に封止樹脂上面にダイシングシートを貼り付けて回路基板１１Ａ側からダイシングしても良い。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で多様に変形することができる。

また、本発明は、樹脂封止型半導体受光素子だけでなく、この樹脂封止型半導体受光素子を適用した電子機器をも包含する。電子機器としては、光ピックアップ等がある。

本発明の樹脂封止型半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。図１の実施形態の樹脂封止型半導体受光素子と従来の半導体受光素子とについて、温度サイクル試験を行った実験結果を示すグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の製造方法の一実施形態を示す図である。従来の樹脂封止型半導体受光素子を示す断面図である。

符号の説明

１樹脂封止型半導体受光素子
１１、１１Ａ回路基板
１２受光素子チップ
１３ボンディングワイヤー
１４透明エポキシ樹脂層
１５透明シリコーン樹脂層

Claims

回路基板上に搭載された受光素子を透明樹脂で封止した樹脂封止型半導体受光素子において、
前記受光素子の受光面が露出する様に前記回路基板の該受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止し、少なくとも該受光素子の受光面を透明シリコーン樹脂で封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体受光素子。
回路基板上に複数の受光素子を搭載する工程と、
前記各受光素子と前記回路基板を電気的にそれぞれ接続する工程と、
前記各受光素子の受光面が露出する様に前記回路基板の該各受光素子を搭載した搭載面を透明エポキシ樹脂で封止する工程と、
前記各受光素子の受光面及び前記透明エポキシ樹脂上面を透明シリコーン樹脂で封止する工程と、
前記回路基板、前記透明エポキシ樹脂、及び前記透明シリコーン樹脂をダイシングにより切断して、該回路基板上の前記各受光素子を分離する工程とを含むことを特徴とする樹脂封止型半導体受光素子の製造方法。
請求項１に記載の樹脂封止型半導体受光素子を用いた電子機器。