JP2008124160A - 半導体装置、その製造方法、およびそれを搭載したカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置などの半導体装置を小型・薄型化しながら耐湿性を確保する。
【解決手段】リード部１を有する樹脂パッケージ２（支持体）と、リード部１に電気的に接続された撮像素子３（半導体素子）と、撮像素子３の一主面の所定の領域を覆って当該撮像素子３に取り付けられた光透過性蓋板７（蓋体）と、リード部１および撮像素子３の接続部分を覆い、且つ撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面を覆った樹脂封止部１５とを有する構造とし、樹脂封止部１５は耐湿性樹脂材料あるいは吸湿材含有樹脂材料で形成する。装置を薄型化しつつ、吸湿材含有封止樹脂を用いた場合は水分は吸湿材に吸収されてしまうため、また耐湿性封止樹脂を用いた場合はそれ自体が吸湿しにくいため、樹脂封止部１５と光透過性蓋板７との界面への水分の浸入を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、その製造方法、およびそれを搭載したカメラモジュールに関し、特に、耐湿性を向上させるための技術に関する。

従来の半導体装置に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を樹脂やセラミックで形成したパッケージ（容器）のキャビティ内に固着し、光透過性蓋板によって封止した固体撮像装置がある。

従来の固体撮像装置を図６に示す。リード部１を一体に設けた中空状の樹脂パッケージ２（プリモールド体）のダイアタッチ面に撮像素子３をダイボンド材料４によりダイボンドし、撮像素子３上の電極パッド（図示せず）とリード部１のインナーリード部５とを金属線６によりワイヤボンドし、撮像素子３の上方を覆う光透過性蓋板７を樹脂パッケージ２上に封着材料８により固定している。この際の封着材料８には一般的に熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が用いられるが、耐湿性を向上させるために、シリカを含有させたものもある（特許文献１）。

しかしこの固体撮像装置は、樹脂パッケージ２内に撮像素子３を配置して光透過性蓋板７により気密的に封止する構造であるため、光透過性蓋板７を搭載する樹脂パッケージ２の封着面には高い平坦度が要求される。また樹脂パッケージ２の内面と撮像素子３との間、および撮像素子３と光透過性蓋板７との間に隙間を設けているため、固体撮像装置が大きくなる。

一方、図７に示すような薄型の固体撮像装置が提案されている。上述したのと同様の樹脂パッケージ２のダイアタッチ面に、光透過性蓋板７を接着剤９にて直接に貼り付けた撮像素子３をダイボンド材料４によりダイボンドし、撮像素子３上の電極パッド（図示せず）とリード部１のインナーリード部５とを金属線６によりワイヤボンドし、樹脂パッケージ２のキャビティ内に封止樹脂１０を塗布して、撮像素子３および光透過性蓋板７の外周側に充填し、金属線６を完全に被覆している。この際の封止樹脂１０としては液状のエポキシ樹脂が主に用いられる。

この固体撮像装置は、撮像素子３上に接着剤９にて直接に光透過性蓋板７を貼り付けることで薄型化を図るとともに、ワイヤボンド接合部を封止する封止樹脂１０を撮像素子３および光透過性蓋板７の外周側に充填することで、光透過性蓋板７の側面を遮光したものである。
特開平６−４９３３３号公報

しかし図７に示した固体撮像装置では、薄型化はされるものの、封止樹脂１０が撮像素子３および光透過性蓋板７と直接に接するため、封止樹脂１０が吸湿したときに光透過性蓋板７との界面で剥離が起こり、それにより、或いは封止樹脂１０の吸湿の影響によって、光透過性蓋板７を撮像素子３に接着する接着剤９が吸湿して機能低下することがあり、固体撮像装置としては耐湿性が十分でないという問題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、固体撮像装置などの半導体装置を小型・薄型化しながら耐湿性を確保することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、導体部を有する支持体と、前記導体部に電気的に接続して前記支持体上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子上にその一主面の所定の領域を覆って搭載された蓋体と、前記導体部およびそれへの接続部を覆い且つ前記半導体素子および蓋体の外周面を覆った樹脂封止部とを有し、前記樹脂封止部が耐湿性樹脂材料あるいは吸湿材含有樹脂材料で形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、半導体素子上に蓋体を搭載することで装置を薄型化しながら、吸湿材含有封止樹脂が用いられた場合は水分は吸湿材に吸収されてしまうため、あるいは耐湿性封止樹脂が用いられた場合はそれ自体が吸湿しにくいため、樹脂封止部と蓋体との界面への水分の浸入を抑えることができる。よって、樹脂封止部と蓋体との界面での剥離は起こり難く、蓋体を半導体素子に取り付けるのに用いられる接着剤の機能低下も起こり難く、半導体装置は耐湿性に優れることとなる。

この構造は、半導体素子が光学素子であり、蓋体が光透過性蓋体であるときに特に好ましい。かかる構造の半導体装置、たとえば固体撮像装置などの光デバイスは、水分があると結露を生じるなど、品質に影響が出やすいからである。樹脂封止部は光透過性蓋体の側面を遮光する機能も果たす。

支持体は、凹状あるいは平坦に形成されているものであってよい。平坦な支持体を用いれば、側壁が存在しない分、小型化が可能である。また支持体は、セラミックあるいは樹脂を基材として一部に導体部を配して形成されているか、または全体が導体材料にて所定のリード部を配して形成されているものであってよい。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子上にその一主面の所定の領域を覆う蓋体を搭載するとともに、前記半導体素子を、導体部を有する支持体上に前記導体部に電気的に接続させて搭載し、その後に、液状の耐湿性樹脂材料あるいは吸湿材含有樹脂材料を前記導体部およびそれへの接続部と前記半導体素子および蓋体の外周面に塗布して樹脂封止部を形成することを特徴とする。

光学素子と光透過性蓋体とを有した上記の半導体装置を搭載したカメラモジュールを構成することもできる。

本発明によれば、半導体素子に直接に蓋体を搭載し、支持体に搭載後の半導体素子の電気的接続部を封止するための樹脂封止部を、前記半導体素子および蓋体の外周面をも覆うように形成するとともに、この樹脂封止部の材料に、耐湿性封止樹脂あるいは吸湿材含有封止樹脂を用いるようにしたので、得られる半導体装置は、樹脂封止部と蓋体との界面への水分の浸入を抑えることができ、封止部と蓋体との界面での剥離は起こり難く、蓋体を半導体素子に取り付けた接着剤の機能低下も起こり難く、耐湿性に優れることとなる。よって、半導体装置が高温高湿環境下に置かれても水分の影響を低減でき、高い耐湿性、高い信頼性を確保することが可能であり、半導体装置を固体撮像装置として構成するときも好都合である。また、半導体素子に直接に蓋体を取り付けているので、装置の薄型化を実現することができ、平坦な支持体を用いれば小型化も図ることができる。

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。各図においては、構成部材の厚みや長さ等は実際とは異なる図示しやすい寸法で表示している。また構成部材の内、電極や端子の個数は実際とは異なる図示しやすい数としている。各構成部材の材料も以下に挙げる材料に限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態の半導体装置である固体撮像装置の断面図である。
この固体撮像装置は、導体部を有する支持体として、リード部１を有する凹状の樹脂パッケージ２を用いており、電極パッド（図示せず）を一主面に有した撮像素子３と、撮像素子３の一主面の所定の領域を覆って当該撮像素子３に取り付けられた光透過性蓋板７と、撮像素子３の電極パッドとリード部１のインナーリード部５とを電気的に接続した金属線６と、インナーリード部５および金属線６および撮像素子３の接続部分を覆い、且つ撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面を覆った樹脂封止部１５とを有している。
９は接着剤、４はダイボンド材料である。

この固体撮像装置の大きな特徴は、樹脂封止部１５を形成している封止樹脂材料が、吸湿材含有樹脂材料であることである。この吸湿材含有樹脂材料においては、基材たる樹脂にはエポキシ樹脂（硬化剤や充填剤等も含まれる）などが用いられ、吸湿材には、多孔質二酸化ケイ素（吸湿フィラー、シリカゲル）、ゼオライト、高吸収性ポリマー（ポリアクリル酸系重合体等）などが用いられる。これらの吸湿材の含有量は、吸湿性能の発現が確認でき、尚且つ樹脂自体の流動性が確保できる量として０．５〜９０重量％であることが望ましい。吸湿材含有樹脂材料に代えて耐湿性樹脂材料、たとえばシリコーン樹脂、ビニール樹脂（共重合体）などを用いても構わない。

吸湿材含有樹脂材料を用いた場合は、水分は吸湿材に吸収され、基材たる樹脂は水分の影響を受けにくくなるため、また耐湿性樹脂材料を用いた場合はそれ自体が吸湿しにくいため、樹脂封止部１５と光透過性蓋板７との界面への水分の浸入を抑えることができる。

よって、樹脂封止部１５と光透過性蓋板７との界面での剥離は起こり難く、光透過性蓋板７を撮像素子３に取り付けた接着剤９の機能低下も起こり難く、固体撮像装置は高耐湿性、高品質性を備えることとなる。したがって、固体撮像装置が高温高湿環境下に置かれても水分の影響を受け難くなり、高い信頼性を確保することが可能である。撮像素子３に直接に光透過性蓋板７を取り付けているので装置も薄型となる。

この固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、図１（ｂ）に示すような、リード部１を有する樹脂パッケージ２を準備する。そのためには、図示を省略するが、トランスファ成型装置に備わる封止金型の上下金型間にリードフレームをセットし、上下金型を型締めした後、プランジャーによって予めポット内にセットされた樹脂タブレットを高い圧力、高い温度をかけて前記上下金型のキャビティへ圧送することにより、中空状の樹脂パッケージ２をリードフレームに形成された複数のリード部１と一体に成形する（プリモールド体）。図示した樹脂パッケージ２は、内面に段差部（中段部）を形成し、この段差部にリード部１のインナーリード部５を露出させている。

なおここでは、樹脂パッケージ２を１個のみ示しているが、通常はリードフレームとして、複数のリード部１とダイパッド部とこれらを保持したフレーム枠とを１ユニットとして複数ユニット配列したものを用い、前記の封止金型にてユニット毎に樹脂パッケージ２を形成し、適当時に個々の樹脂パッケージ２に分割する工法をとる。リードフレームの材料には、４２アロイ等の鉄系材料、あるいは銅系材料が用いられる。樹脂パッケージ２を形成する樹脂タブレットには、例えばエポキシ樹脂、具体的にはビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂等が用いられる。

次に、図１（ｃ）に示すように、光透過性蓋板７を透明な接着剤９（アクリル系ＵＶ硬化樹脂、エポキシ系ＵＶ硬化樹脂など）にて直接に貼り付けた撮像素子３を、樹脂パッケージ２のダイアタッチ面にダイボンド材料４によりダイボンドする。この際の撮像素子３の位置合せには、樹脂パッケージ２の外形、インナーリード部５への切り欠き、樹脂パッケージ２内の段差部などを用いる。ダイボンド材料４にはＡｇペースト、ＬＥテープなどを用いる。

次に、図１（ｄ）に示すように、撮像素子３上の電極パッドとインナーリード部５とをＡｕ線などの金属線６によりワイヤボンドする。その後に、図１（ｅ）（ｆ）に示すように、樹脂パッケージ２のキャビティ内に塗布ノズル１１（マルチノズルでもよい）を用いて上述の封止樹脂材料（液状）１５ａ（以下、単に樹脂１５ａという）を塗布して、撮像素子３および光透過性蓋板７の外周側に充填する。この際に、樹脂１５ａによって、金属線６を完全に被覆するとともに、撮像素子３の外周面および光透過性蓋板７の外周面を被覆する。樹脂１５ａの硬化後に、図１（ａ）に示した完成品が得られる。

なお、撮像素子３以外の光素子や、光透過性蓋板７以外の光透過性部材を用いて光学デバイスを形成してもよく、さらには光素子でない半導体素子や光透過性でない蓋板を用いて半導体装置を形成しても構わない。撮像素子３，光透過性蓋板７，樹脂パッケージ２は樹脂封止部１５によって一体化されるので、接着剤９，ダイボンド材料４を省略することも可能である。光透過性蓋板７は撮像素子３に対して、上記のように撮像素子３を樹脂パッケージ２に搭載するに先立って取り付けるのでなく、撮像素子３を樹脂パッケージ２に搭載した後に取り付けてもよい。

図２は本発明の第２実施形態の半導体装置である固体撮像装置の断面図である。
上記の第１実施形態の半導体装置と異なるのは、導体部を有する支持体として、導体部１９ａを一体に設けた凹状のセラミックパッケージ２０を用いている点である。第１実施形態の半導体装置と同様の工程で製造することができ、同様の効果が得られる。

図３（ａ）は本発明の第３実施形態の半導体装置である固体撮像装置の断面図である。
この固体撮像装置は、導体部１９ｂを有する平板状の有機基板３０を用いており、電極パッド（図示せず）を一主面に有した撮像素子３と、撮像素子３の一主面の所定の領域を覆って当該撮像素子３に取り付けられた光透過性蓋板７と、撮像素子３の電極パッドと導体部１９ｂとを電気的に接続した金属線６と、導体部１９ｂおよび金属線６および撮像素子３の接続部分を覆い、且つ撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面を覆った樹脂封止部１５とを有している。有機基板３０は、エポキシ、ＢＴレジン（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）、ポリイミド等の樹脂の他、好ましくはガラス繊維などをも基板材料として構成される樹脂基板の表面や内層に配線したものを使用することができる。好ましい樹脂基板の例にガラスエポキシやＢＴ基板と総称されるものがあり、多層配線基板の例にＡＬＩＶＨ（Any Layer Via Hole）基板と総称されるものがある。図示を省略しているが、導体部１９ｂは、もう一方の表面に外部接続用端子が引き出されている。

この固体撮像装置においても、樹脂封止部１５を形成する封止樹脂材料として、吸湿材含有樹脂材料（あるいは耐湿性樹脂材料）が用いられ、上述したのと同様の効果が得られる。

この固体撮像装置を製造する際には、まず、図３（ｂ）に示すような、導体部１９ｂを有する平板状の有機基板３０を準備する。
次に、図３（ｃ）に示すように、光透過性蓋板７を接着剤９にて直接に貼り付けた撮像素子３を複数個、有機基板３０のダイアタッチ面にダイボンド材料４によりダイボンドする。ダイボンド材料４にはＡｇペースト、ＬＥテープなどを用いる。

次に、図３（ｄ）に示すように、各撮像素子３上の電極パッド（図示せず）と有機基板３０の導体部１９ｂの接続端子とを金属線６によりワイヤボンドする。
図３（ｅ）に示すように、ワイヤボンドを終了した有機基板３０を樹脂塗布用の枠状の治具３１にセットし、図３（ｆ）に示すように、治具２３内に液状の樹脂１５ａを充填する。この際には、樹脂１５ａによって、金属線６を完全に被覆するとともに、撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面を被覆する。なおこの際に、樹脂１５ａが光透過性蓋板７の表面に付着しないように、ディスペンサ１２により注意して塗布するか、あるいは光透過性蓋板７の表面をマスクしておく。

図３（ｇ）に示すように、硬化した樹脂で一体化された成形品を治具３１から取り外し、図３（ｈ）（ｉ）に示すように、ほぼ撮像素子３のサイズにダイシングソー３２によりダイシングすることで、図３（ａ）に示すような、個片の固体撮像装置を得る。

この固体撮像装置は、図１、図２に示した各固体撮像装置と同様に、薄型、高耐湿性、高品質性を実現しながら、側壁が存在しない分だけ小型化することが可能である。液状の樹脂１５ａの塗布は、印刷、インクジェット、などを用いても構わない。上記の有機基板３０に代えて、導体部を有する平板状のセラミック支持体や、上述のリードフレームを用いても構わない。

図４（ａ）は本発明の第４実施形態の半導体装置である固体撮像装置の断面図である。
この固体撮像装置は、導体部を有する支持体として、デバイスホール３１内にインナーリード部５を設けた平坦な支持体３２を用いている。詳細には支持体３２は、デバイスホール３１を有した有機絶縁テープ３３を基材とし、有機絶縁テープ３３に形成された配線回路からデバイスホール３１内にインナーリード部５が伸び、有機絶縁テープ３３上の配線回路がソルダーレジスト３４に被覆されている。

そして、電極部３５を一主面に有し、この電極部３５でインナーリード部５に接合された撮像素子３と、撮像素子３の一主面の所定の領域を覆って当該撮像素子３に取り付けられた光透過性蓋板７と、インナーリード部５および撮像素子３の接続部分を覆い、且つ撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面を覆った樹脂封止部１５とを有している。

この固体撮像装置においても、樹脂封止部１５を形成する封止樹脂材料として、吸湿材含有樹脂材料（あるいは耐湿性樹脂材料）が用いられ、上述したのと同様の効果が得られる。

この固体撮像装置を製造する際には、まず、図４（ｂ）に示すように、撮像素子３と支持体３２とを互いの対応する電極部３５とインナーリード部５とが接合可能な位置に位置合わせする。次に、図４（ｃ）に示すように、撮像素子３と支持体３４とを互いの対応する電極部３５とインナーリード部５とが接合可能な位置へと移動させ、ボンディングが可能な状態にセットする。

次に、図４（ｄ）に示すように、電極部３５とインナーリード部５とをボンディングツール３６を用いて熱圧着あるいは超音波熱圧着により接合する。この際に複数組の電極部３５・インナーリード部５を一括で接合してもよいし、シングルポイントにて接合してもよい。

次に、図４（ｅ）（ｆ）に示すように、接合終了後に、電極部３５とインナーリード２５との接合部およびインナーリード２５の露出部を塗布ノズル１１からの液状の樹脂１５ａを塗布して封止する。この際に撮像素子３および光透過性蓋板７の外周面も樹脂１５ａで覆う。光透過性蓋板７の表面は露出させる。樹脂硬化後に、図４（ａ）に示したような、固体撮像装置の完成品を得る。

この固体撮像装置では、有機絶縁テープ３３がインナーリード２５の下支えとなる状態で支持体３２を用いたが、支持体３２を表裏逆にして用いても構わない。
図５は上述した固体撮像装置を搭載したカメラモジュールの断面図である。

このカメラモジュールは、先に図７を用いて説明した固体撮像装置とレンズモジュール３７とにより構成されている。レンズモジュール３７は、レンズ３８，３９，４０を筒状レンズケース４１の上部筒部に所定の間隔で且つ光軸を一致させて嵌装したものであり、上部筒部よりも内寸が大きく形成された下部筒部内に固体撮像装置が光透過性蓋板７を奥側にして収納されている。レンズモジュール３７と固体撮像装置との間には、固体撮像装置の樹脂部１４の上面と外周面とを押えるパッケージ押え４２が介装されていて、これにより、固体撮像装置の撮像素子３がレンズ３８，３９，４０の光軸に対して所定の位置および姿勢に保持されている。固体撮像装置は図示したものに限らず用いることができる。

本発明によれば、半導体装置を小型・薄型化しながら、高耐湿性、高信頼性を確保することができ、かかる半導体装置は、携帯電話やデジタルカメラなどに搭載するイメージセンサの撮像素子を有する固体撮像装置として特に有用である。

本発明の第１実施形態の半導体装置である固体撮像装置およびその製造工程を示す断面図 本発明の第２実施形態の半導体装置である固体撮像装置の断面図 本発明の第３実施形態の半導体装置である固体撮像装置およびその製造工程を示す断面図 本発明の第４実施形態の半導体装置である固体撮像装置およびその製造工程を示す断面図 本発明に係るカメラモジュールの断面図 従来の固体撮像装置の断面図 従来の他の固体撮像装置の断面図

符号の説明

１ リード部
２ 樹脂パッケージ
３ 撮像素子
４ ダイボンド材料
５ インナーリード部
６ 金属線
７ 光透過性蓋板
９ 接着剤
11 塗布ノズル
15 樹脂封止部
15a 封止樹脂材料
20 セラミックパッケージ
30 有機基板
31 デバイスホール
32 支持体
35 電極部

Claims (6)

1. 導体部を有する支持体と、前記導体部に電気的に接続して前記支持体上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子上にその一主面の所定の領域を覆って搭載された蓋体と、前記導体部およびそれへの接続部を覆い且つ前記半導体素子および蓋体の外周面を覆った樹脂封止部とを有し、前記樹脂封止部が耐湿性樹脂材料あるいは吸湿材含有樹脂材料で形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 半導体素子が光学素子であり、蓋体が光透過性蓋体であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 支持体は、凹状あるいは平坦に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 支持体は、セラミックあるいは樹脂を基材として一部に導体部を配して形成されているか、または全体が導体材料にて所定のリード部を配して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 半導体素子上にその一主面の所定の領域を覆う蓋体を搭載するとともに、前記半導体素子を、導体部を有する支持体上に前記導体部に電気的に接続させて搭載し、その後に、液状の耐湿性樹脂材料あるいは吸湿材含有樹脂材料を前記導体部およびそれへの接続部と前記半導体素子および蓋体の外周面に塗布して樹脂封止部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項２に記載された半導体装置を搭載したことを特徴とするカメラモジュール。

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