JP2011205068A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の発光、または受光を行う従来の半導体装置では、フィラーの無い透明な樹脂で封止されるため、熱膨張係数αの不一致から信頼性に欠けていた。
【解決手段】 半導体チップ６の表面、特に受光または発光を行う領域に透過手段９を設ける事により、他はフィラーの入った絶縁樹脂１１で封止できる。よってＳｉの熱膨張係数α（Ｓｉ）に近づけることができる。更には、支持基板２がガラス繊維やガラスフィラーが入ったものであれば、支持基板２とも熱膨張係数を近づけることができ、反りの発生を抑止することができる。また、表面に保護膜１０を設け、金型の内壁に当接可能な透過手段９を用意すれば、この保護膜１０が透過手段の傷を防止することができ、更に光の通過領域を保護膜１０で囲んで設けられているので、ここの領域に前記封止樹脂の浸入を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を発射したり、または入射光を検出したりする半導体装置に関する。

光信号を発射したり、また入射光を検出する半導体装置は、例えばＤＶＤ、最近ではブルーＲＡＹを採用した映像機器に採用されている。

例えば光を発射するものは、半導体レーザであり、光を検出するものは、受光用光パッケージである。ＤＶＤ機器の中の光ピックアップモジュールは、組み込まれた半導体レーザから発射した光が対物レンズを経由して光ディスクに照射され、ディスクからの反射光は、プリズムを介して、モジュールに組み込まれた受光用パッケージに入射する。この受光用光パッケージは、中空構造のものが一般的である。

これは、プリント基板の上に、障子の桟の様な、格子状の側壁を設け、四方を前記側壁で囲んだ空間の中に、この光素子が実装される。また側壁から成る開口部は、例えばガラス板が貼り合わされていた。この技術に関しては、例えば特開２００１−０５３１８０号公報（ＵＳ６５２１４８２号 発効日：２００３／Ｆｅｂ．１８）（文献４）が詳しい。

一方、半導体のパッケージは、一般的にトランスファーモールド法で樹脂から流し込まれて封止される。そして長い開発の歴史から、半導体チップの材料であるＳｉの熱膨張係数α１と合わせるために封止樹脂にフィラーが混入されている。しかし本発明のテーマである、光パッケージでは、このフィラーが光を散乱させるため、採用することができない。仮にフィラーを入れないと、熱膨張係数の差が、大きくなり、封止樹脂の中の半導体チップは、大きな応力が加わる。

更に溶かした時の樹脂の粘性が低下し、金型の接合面から溶融樹脂が流出し、バリとなってしまう。この様な事情から、殆どは、ガラス板が貼り合わされた中空パッケージが採用されている。

それにも関わらず、封止樹脂にフィラーを入れずにトランスファーモールドする方法も実現されている。一般にプリント基板に光素子を実装し、金型で一度に樹脂で封止し、ダイシングにて固片化したものである。

特開２００１−３５１９９７号公報 特開２００６−１９３６３号公報 特開２００４−３１９５３０号公報ＵＳ７，５６６，５８８ 特開２００１−０５３１８０号公報（ＵＳ６，５２１，４８２）

図９の中空パッケージ５０では、側壁５１と光素子５２との間は、チップマウンターのツールやボンダーのツールが挿入される事から、どうしてもマージンが必要であり、小型化が難しく、しかもガラスの貼りあわせ工程が複雑になるため、コスト低減が困難であった。

一方、図１０の光半導体装置６０に於いて、フィラーの入らない熱硬化性樹脂６１は、粘度が低く、トランスファーモールドで行った場合、バリの発生が問題となった。またこの封止樹脂の熱膨張係数（線膨張係数）と基板の熱膨張係数（線膨張係数）が大きく違うために、パッケージに反りが発生し、半導体チップが故障する問題があった。また最近では、ＢＤ（Blue-ray Disc）で４０５ｎｍの波長が採用され、樹脂の耐光性が問題になっている。紫外に近いため、変色したりする。

よって特開２００６−１９３６３号公報（文献２）の如く、チップの上にダイス状のガラスを載せてモールドする技術が出てきた。しかしガラス基板が金型の内壁に当たり、ガラス板に傷が入る問題があった。またこの傷を防止するため、金型の上金型の内壁全域に柔軟性のある樹脂シートを貼り合わせ、ガラス板の傷防止を図っていた。しかしこの樹脂シートを剥がした際に、ガラス板にチャージが溜まり、埃を誘引する問題があった。

更には、樹脂シートを金型に装着する場合、樹脂シート用の設備やこの樹脂シートの費用でコスト高を招いてしまう。しかもガラスを樹脂シートに当接すると、ガラスが樹脂シートに食い込み、完成後は、パッケージからガラスが若干飛び出して形成される問題があった。この場合、ガラスの角が何かに当たったりすると、角が欠けたりする。

これは、できあがった半導体装置は、セットへ実装するため、組立工程へ運ばれるが、その際に、埃が載ったり、傷が付いたりする問題があった。また作業をする上で、注意を払って取り扱わなければ成らなかった。

一方、特開２００４−３１９５３０号公報（文献３）では、ガラスに保護膜を被覆してモールドする方法が公開されている。これは、モールドした後に保護膜を取り除くタイプであり、その取り除きの手間がかかった。また保護膜を剥がす際に、チャージアップし、ガラス表面にごみが付着する問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みて成されたものであり、ＭＡＰ用の基板またはリードフレームで適用できるもので、
特に半導体チップの表面に設けられ、光を透過する材料で成る厚みを持った透過手段と、前記透過手段の表面で、前記受光または発光の光の通過領域を囲んで設けられた保護膜と、半導体チップを被覆し、前記透過手段の側面および前記保護膜の外側側面を被覆し、前記保護膜の表面および前記保護膜で囲まれた通過領域を露出するフィラーの入った絶縁樹脂とを有する事で解決するものである。

また半導体チップが設けられた支持基板またはリードフレームを用意し、
前記半導体チップの表面に、表面、裏面および側面から成り、光通過領域を囲む保護膜が前記表面に設けられた透過手段を設け、
金型のキャビティに支持基板またはリードフレームを設け、前記保護膜で囲まれた前記光通過領域内への流入を遮断して、一括で絶縁樹脂を封止し、
前記金型から取り出した後に、前記ユニット毎にダイシングして分離する事で解決するものである。

半導体チップの表面、特に受光または発光を行う領域に透過手段を設ける事により、他はフィラーの入った絶縁樹脂で封止できる。よってＳｉの熱膨張係数α（Ｓｉ）に近づけることができる。更には、支持基板がガラス繊維やガラスフィラーが入ったものであれば、支持基板とも熱膨張係数を近づけることができ、反りの発生を抑止することができる。

一方、表面に保護膜を設け、金型の内壁に当接可能な透過手段を用意すれば、この保護膜が透過手段の傷を防止することができ、更に光の通過領域を保護膜で囲んで設けられているので、ここの領域に前記封止樹脂の浸入を防止することができる。

またフィラーの入らない絶縁樹脂の代わりに、ガラス等から成る小さな透過手段を採用し、その周りをフィラーの入った絶縁樹脂で封止するため、金型に圧入される樹脂の粘度は、高くなり、金型の接合部分からのバリは、抑止できる。

完成された半導体装置は、パッケージの表面と保護膜の表面は、実質同一面となるため、引っかかりもない。また保護膜の開口部は、非常に小さいため、ガラス自体に傷が入らない上に、外からのごみまたは保護膜がこすれて発生するごみの付着も抑止される。

更に、前記保護膜は、重合された樹脂から成る事で解決するものである。特に重合されている事から、結合性が高く、こすれによるごみも少ない。

また前記保護膜は、前記絶縁樹脂よりも軟らかい材料より成る事で解決するものである。

一方、組立作業では、保護膜が設けられているので、従来例で示した半導体装置ほど神経質に取り扱う必要もない。

また半導体素子は、結構光をノイズとして受ける場合がある。しかし保護膜がその迷光を遮断する働きを有し、誤動作の防止も可能である。

本発明の半導体装置を説明する図である。 本発明の半導体装置を説明する図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体装置を説明するための図である。 従来の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 従来の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に採用されるリードフレームを説明する図である。 本発明の半導体装置が光ピックアップモジュールに採用された場合の概略図である。 Ｓｉインターポーザを採用した本発明の半導体装置を示す図である。

本発明の特徴
以下に、本発明について図１を見ながら説明する。一般に絶縁樹脂１１は、フィラーが混ぜられる。例えば、酸化Ｓｉ、アルミナまたはガラスファイバー等がこのフィラーとなる。これは、半導体チップ６、支持基板２またはリードフレーム４Ａの熱膨張係数と絶縁樹脂７の熱膨張係数を考慮しながら、その混入率が決められている。しかしながら、この混入物は、光を乱反射させるため、光を扱う半導体パッケージでは採用されない。正確には、光の通過する部分にフィラーがあるため、光が乱反射され、正確な信号が得られないためである。

一方、絶縁樹脂１１としてエポキシ系の熱硬化性樹脂を採用するが、混入物の無い樹脂を採用すれば、その粘度が低くなってしまう。これは、上金型と下金型の当接部から金型外部に向かって樹脂が流れ出し、いわゆる樹脂バリが発生する。この辺の技術は、例えば特開２００７−３０５８５９号公報を参照してほしい。

本発明は、光の通過領域ＬＰ（例えば、ガラス等の透過手段に設けられたレーザの光の通り道）よりも大きなサイズのガラス基板を透過手段９として配置し、その他はフィラーの入った絶縁樹脂１１で封止する事で、低粘度の絶縁樹脂の使用を排除できる。

またフィラーの入った絶縁樹脂１１が採用できるので、熱膨張係数の不一致を抑制でき、反りを防止することができる。更に樹脂からなる保護膜１０を、光の通過領域ＬＰを囲むように設けることで、透過手段９は、金型の内壁に直接当たらず、透過手段９に傷が付くことなく封止できる。しかもフィラーの入った絶縁樹脂は、この保護膜１０が壁と成り、この通過領域ＬＰに浸入することがない。

このポイントは、透過手段９を半導体チップ６の上に設け、この透過手段９の表面にある保護膜１０を金型の内壁に当接するようにして封止する事にある。よって金型の内壁は、保護膜１０に当たり、透過手段９に傷が付かない特徴がある。この結果、従来例で説明した金型の内側に貼る樹脂シートを、不要にしてもよい。しかしながらコスト高になるが、採用してもよい。

またガラス等の透過手段９、保護膜１０を採用し、その周りをフィラーの入った絶縁樹脂１１で封止するため、金型周囲の当接部分からのバリ発生も抑止できる。

完成された半導体装置１は、絶縁樹脂１１が保護膜１０の外側の側面と一体となり、パッケージ１１の表面と保護膜１０の表面は、実質同一面となるため、通過領域ＬＰの部分の透過手段９は、少し凹む構造と成る。よって透過手段自体に傷が入らない上に、保護膜１０もこすられずらく、保護膜１０から発生するごみの量も抑止される。図１のＢ−１は、通過領域の部分だけエッチングされているので、他は、透過手段９の表面全域に保護膜が設けられている。一方、図１のＢ−２は、エッチングにより、保護膜は、通過領域を囲み、リング状にしている。どちらでも良いが、特にＢ−２は、保護膜の外側には、モールド時の絶縁樹脂１１が薄く覆われる。図では、点線で示した円Ｃの部分が、薄く覆われる部分で、その厚みは、略保護膜の厚みである。この構造は、絶縁樹脂１１が他の部分と一体となるので、透過手段の離脱を防止できる。更には、透過手段と絶縁樹脂の界面がパッケージの表面に現れないため、耐湿性の向上も可能である。

ここで透過手段は、光に対して透明で、厚みを有するものが好ましい。図１や図２では、厚みは、接続手段８の頂部を超える厚みが好ましい。材料としては、ガラス、透明な樹脂がある。一方保護膜１０は、樹脂を薄く塗布したもの、樹脂シート、薄い板状の樹脂等が考えられる。図１（Ｂ）に示すように、通過領域ＬＰ等のエッチング加工が可能な物が好ましい。例えばソルダーレジスト等の液状樹脂は、塗布、エッチング加工が容易で、適している。

一般にホトソルダーは、熱処理等の重合工程を経ずに使用している。しかしながら、組み立て等の作業工程で、このホトソルダーが何かに触れるとごみが発生し、通過領域ＬＰに留まる恐れがある。

よって改善策として、本発明では、樹脂を重合させている。材料としてイミド樹脂を大判のガラス板に薄く形成し、パターニングした後に、熱を加えて重合させ、ポリイミドとした。その結果、イミド樹脂の間の結合が強くなり、ごみの発生が抑制された。またホトソルダーや絶縁樹脂よりも、ポリイミドの方が軟らかく、透過手段９に加わる力を減らせ、透過手段の劣化を抑止できる。

しかも、保護膜１０の開口部ＬＰが図１-Ｄの如く、狭いエリアに限定されているので、この開口部ＬＰの中までごみが入ることもない。或いは、かなり抑制することができる。

一方、組立作業では、保護膜１０が設けられているので、従来例で示した半導体装置ほど神経質に取り扱う必要もない。保護膜内側の透過手段に何かが当たる可能性も低い。

更には、半導体チップ６の表面、特に受光または発光を行う領域に透過手段９を設ける事により、他はフィラーの入った絶縁樹脂１１で封止できる。よって従来のパッケージと同じように、Ｓｉの熱膨張係数α（Ｓｉ）に絶縁性樹脂１１を近づけることができる。更には、支持基板２がガラス繊維やガラスフィラーが入ったものであれば、支持基板２も含めて調整でき、装置全体の反りを抑止することができる。

本発明は、金型用いる方法で適用できる。例えば、トランスファーモールドで封止可能なものは、全てのパッケージに適用できる。特に、小型化を考えた場合、支持基板やリードフレームを採用したＭＡＰ法と呼ばれる製造方法に於いて有効である。

第１の実施の形態
本半導体装置１は、図１に示すように、支持基板２を採用している。支持基板は、少なくとも表面が絶縁処理されたものである。具体的には、セラミック基板、樹脂基板または表面が絶縁処理された金属基板でよい。特に樹脂基板は、インターポーザといわれるもので、絶縁樹脂をコアとし、両面にＣｕパターンが形成された絶縁性基板、Ｃｕをコアとし、両面に絶縁樹脂が被覆され、更に両面にＣｕパターンが形成された絶縁性基板が好ましい。絶縁樹脂は、エポキシ系、ポリイミド系材料で、フィラーやガラス繊維が混入されている。ここでは、ガラスエポキシ基板を採用している。

この支持基板２の表面には、半導体チップ６の搭載領域３と、半導体チップ６と電気的に接続される内部電極４が設けられ、裏面には、内部電極と電気的に接続された外部電極５が設けられる。この接続は、例えば、内部電極４の裏面に、支持基板２の表から裏面に貫通孔（スルーホール）が設けられ、この貫通孔に設けられた電極材料を介して、内部電極と外部電極５は電気的に接続されている。そして必要により、この外部電極の中央を残して、ホトソルダーレジストPSRが設けられ、露出した外部電極５には、ロウ材が設けられる。

尚、ここでは、図面の都合から２層配線層で示してあるが、これ以上の多層構造で良い。また一層パターンでも良い。一層構造の場合、内部電極４の裏側に相当する支持基板２には、貫通孔が設けられ、この貫通孔に露出する内部電極４にロウ材が設けられている。

搭載領域３は、内部電極４、外部電極５と同一材で、Ｃｕを主成分とするアイランドが設けられ、このアイランドに半導体チップ６の裏面が固着されている。アイランド３は、一般的には、Ｎｉ、Ａｕがメッキされ、この上にロウ材、Ａｇペーストまたは絶縁性接着剤を介して固着される。またチップを絶縁性接着剤で固定する場合は、アイランド３は、省略されて、支持基板に直に固着されてもよい。また半導体チップ６が高速処理で発熱量が大である場合、スルーホールをサーマルビアとして形成し、支持基板２の裏面に放熱電極を設けてもよい。更にチップ裏面をGNDに落とすならば、支持基板２の裏に外部電極を用意しても良い。

半導体チップ６は、光を発射したり、または入射した光を受けるもので、前者はＬＥＤやレーザであり、後者の受光素子は、ホトダイオードやホトダイオードが内蔵された光ＩＣである。特にホトダイオード、または光ＩＣは、ＤＶＤやブルーレイと呼ばれるセットの一部として使われる。すなわち、光ピックアップに用いられ、光ディスクからの反射されたレーザ光を検出し、１、０の検出をしたり、またはスポット位置の検出を行っている。そしてこの半導体チップ６の表面には、周囲にパッドである内部電極１０が設けられ、パッドの内側には、この光処理機能を持った拡散領域（ホトダイオード素子）が半導体プロセスにより作り込まれている。

この半導体チップ６の裏面がアース接地である場合、チップ裏面には、裏面電極があり、前記アイランドに、ロウ材またはＡｇペースト等で電気的に接続される。そして接続電極７と前記内部電極４は、金属細線８で接続される。またアース接地されない場合は、絶縁性接着剤が用いられる。

続いて、透過手段９が設けられる。これは、光が通過可能な材料からなり、例えばガラスまたは透明な樹脂（一般にプラスチックが好ましい）が良い。そして、ダイス状にカットされ、その表面には、光通過領域を囲むように保護膜１０が形成される。この光通過領域とは、光が入ったり、出たりする通路である。例えば、レーザチップであれば、光が発射され、外部に出て行くその通路であり、その通路の上にガラス板が設けられ、このガラス板の限られた通路の周囲を囲むように、ガラス板の表面に保護膜１０が設けられている。

またピックアップに採用される光ＩＣでは、外から入ってくる光（例えばレーザ光）を、ＩＣ内に設けられたホトダイオードに入射させている。特に、このレーザ光が前記ガラス板の表面にスポット状に映し出されるが、このスポット径よりも一回り大きなサイズ（例えば直径０．７ｍｍ）に相当する領域が前記保護膜で囲まれて設けられている。

図１（Ｂ）は、この透過手段９の一例であり、表面、裏面および４側面から成るダイス状にカットされたガラス板である。ここでは、上から見ると矩形であるが、どの様な形状でも良い。円形や多角形でも良い。四角形であれば、後述のダイシングで簡単に作れるが、それ以外の形状であると、パンチングで抜いたり、エッチングで加工が可能である。尚、裏面は、接着剤ＡＤであり、色濃くハッチングした部分が保護膜１０である。また保護膜の裏には、反射防止膜が設けられても良い。

この透過手段９が半導体チップ６の上に設けられ、絶縁樹脂１１で封止される。保護膜１０が、キャビティを構成する上金型または下金型の内壁に当接する事で、絶縁樹脂１１は、支持基板２の表面、半導体チップ６を封止し、更には透過手段の側面および保護膜の外側の側面と密着して、封止している。

本発明の特徴は、透過手段としてガラスを採用したので、粘度の低い樹脂を採用せず、その周りには、フィラーの入った絶縁樹脂１１が設けられる。例えば、フィラーは、シリコン酸化膜、アルミナまたはガラス等のフィラーやガラス繊維である。

サイズにも拠るが、パッケージが４（縦）×５（横）×０．８５（厚み）ｍｍで、半導体チップ６が２．１２（縦）×２．５（横）×０．３３（厚み）ｍｍとすれば、透過手段は、１．１×１．１×０．２５（厚み）ｍｍで、全体のサイズの１．７％を占めている。逆に、絶縁樹脂の量は、１２％を占める。

また平面的サイズは、パッケージの平面積に対して、透過手段の比率は、６％程度の極小さなパッケージである。

よって絶縁樹脂を採用し、この中の混入物の量を調整すれば、支持基板２、絶縁樹脂１１およびチップの熱膨張係数の不一致を調整でき、反りを防止することができる。

また図から、保護膜１０の表面と絶縁樹脂１１の表面は、同一面となる。よって外的な接触があっても、ガラス基板にまでその接触が至らない。しかも保護膜が突出しているものは、接触等で埃やゴミの発生源となり、光の通過する部分の汚れにつながる。しかし同一面であるので、その心配も少ない。よって組立工程に於いても、それほど神経質に管理せずとも、安心して取り扱える。

更に、製造方法でも説明するが、ダイス状に個片化された透過手段９は、ボンディング装置に取り付けられた吸着コレットで、保持できる。特に本発明では、保護膜１０の表面と絶縁樹脂１１の表面は、実質同一面でなる事から、この吸着コレットで吸引しやすい構造である。

図１（Ａ）は、後述するＭＡＰ法で構成されているので、支持基板および絶縁樹脂１１の側壁が一致している。一方、図１（Ｃ）の様に、個別モールドでもよく、封止部が支持基板よりも一回り小さくても良い。

更に図１（Ｄ）を見ても、その特徴的な形状が見て取れる。樹脂から成る薄べったい直方体のパッケージは、黒の樹脂で、表面には、１割にも満たない小さな緑の保護膜があり、そしてその保護膜の中央に、材料が取り除かれて成る光の通過路ＬＰがある。まるで黒のパッケージの表面に小さなまん丸の目があるパッケージである。

この構造からも、外から絞られたレーザ光は通過可能であるが、通過領域を超える外乱光は、この保護膜で遮断が可能であり、光ノイズの影響も少ない。

続いて、図１（Ｂ−１）と（Ｂ−２）の違いを説明する。Ｂ−１は、通過領域約０．７ｍｍφを除いて、透過手段９の上面の全域に保護膜１０が設けられ、Ｂ−２は、通過領域９をリング状に囲む保護膜１０が設けられている。内径は、約０．７ｍｍで外形は約０．９である。Ｂ−１であると、図１（Ａ）の矢印で示すように透過手段９と絶縁樹脂１１の界面が、保護膜１０と絶縁樹脂１１の界面と一致し、矢印の部分から湿気が浸入したり、クラックが入る恐れがある。一方、Ｂ−２の構造であれば、図１（Ｄ）の様にリングの保護膜の外側には、透過手段９の上面に渡り絶縁樹脂１１が被覆される。

よって保護膜１０と絶縁樹脂１１の界面が内側に入り、クラックの発生、湿気の浸入が防止できる。また絶縁樹脂が点線の○で示す部分Ｃを被覆するため、透過手段９自体の離脱等を防止することができる。

このＣの部分にもフィラーが入るようにするには、保護膜１０の厚みは、約５０μｍ〜１００μｍが必要である。またフィラーが入らなくても良いなら、５０μｍ以下でも良い。
またＵＶなどの光で重合できる樹脂、例えばイミド系樹脂であると、ポリイミドとして重合でき、金型に当接しても、ゴミの発生が少ない。

第２の実施の形態
図２は、リード４Ａやアイランド３Ａが樹脂パッケージの裏面に埋め込まれ、リードやアイランドの裏面が露出した構造の半導体装置である。この構造に到達する方法は、幾つかあります。例えばリードフレームの裏面を金型に当接して実現したり、ハーフエッチングでランドや電極が形成されたＣｕ板を採用し、モールドの後でＣｕ板の裏側を取り除いたもの、支持基板にリードやアイランドが設けられ、封止の後でこの支持基板を剥がす方法でも実現が可能である。これもＭＡＰ法と個別モールドによる封止方法がある。

先ずは、ＭＡＰ法によって製造された半導体装置を説明する。尚、図１と一致する所は、できる限り同じ番号を付した。

図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の透過図で、パッケージ外形は、上面、裏面および４側面からなるもので、まず矩形のアイランド３Ａがある。このアイランド３Ａは、アイランド３Ａのコーナーから外に向かい４本の吊りリードＬが設けられ、途中で二股に分かれている。

一方、アイランド３Ａの周囲には、一端がアイランドに近接し、他端がパッケージ１Ａの側面へと向かったリード４Ａが設けられ、リード４Ａの端面とパッケージの側面は、同一面である。そしてアイランド３Ａには、前実施の形態と同様に、半導体チップ６が設けられている。この半導体チップ６の接続電極７は、リード４Ａの一端と金属細線８を介して電気的に接続されている。そして半導体チップ６の上には、透過手段９が設けられている。この透過手段は、前実施の形態と同じ構造であり、表面には保護膜１０が設けられている。尚、図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ｂ−２）のリング状の保護膜１０が設けられたものを示しており、図１（Ａ）の様に透過手段９の上面全域に設けられても良い。

そしてこの透過手段９も含めて、絶縁樹脂１１で封止されている。保護膜１０が、上金型または下金型の内壁に当接する事で、封止樹脂１１は、アイランド３Ａ、リード４Ａ、金属細線および半導体チップ６を封止し、更には透過手段９の側面は絶縁樹脂で覆われ、保護膜の外側の側面から外側に相当する部分の透過手段９の表面を被覆している。

前実施の形態と同様に、パッケージに比較して、透過手段が小さいため、更には光を通過できるため、絶縁樹脂１１は、混入物を入れられる。例えば、シリコン酸化膜、アルミナまたはガラス等のフィラーやガラス繊維が良い。サイズにも拠るが、透過手段９が、半導体チップ６の一部（１／２〜１／１０）を覆う程度のサイズであるため、絶縁樹脂の量が半分〜以上を占める。よってこの混入物の量を調整すれば、絶縁樹脂１１の熱膨張係数を調整でき、反りを防止することができる。また仮にパッケージ全体が反ったとしても、透過手段９は、保護膜の周囲を覆っているので、界面に隙間が発生したり、取れてしまう事は無い。

図２（Ａ）は、リードフレームを採用したＭＡＰ法で製造されているため、半導体装置１Ａは、表面、裏面および４つの側面から成る６面体でなり、側面とリードの端面が一致している。

一方、図２（Ｂ）は、半導体装置毎に個別モールドしてあり、離型性が考慮されて、側面がやや傾斜している６面体からなる。図２（Ｂ）は、パッケージの裏面から上方に向かうにつれ、内側に傾斜している。またパッケージの側面からリード４Ａが突出している。

図２（Ｄ）は、２端子構造で、ダイオードである半導体チップの裏面がアイランド３Ａと電気的に接続され、アイランド３Ａと一体で連続してなる一方のリード４Ｂが、図面では、上側で、半導体チップの表の電極が金属細線を介してアイランドと分離されて設けられた下方のリード４Ａと電気的に接続されている。そして、アイランド３Ａ、半導体チップを封止し、封止部からリード４Ａ、４Ｂの他端がパッケージの外部に露出している。また同様に透過手段９が、半導体チップの上に設けられ、光の通過領域を囲むように保護膜１０が設けられている。これも個別モールドであり、保護膜が金型の内壁に当接するように設けられ、樹脂が注入されている。

更に図２（Ｄ）は、前述したリードフレーム以外の方法で実現したものであり、Ｃｕ箔をハーフエッチングしてアイランド7やリードを形成したり、支持基板の上にこれらのパターンを形成するため、支持リードが不要な構造である。

では、図１の支持基板を採用したＭＡＰ法について、図３から説明する。

まず透過手段９について説明する。ここでは、図３（Ａ）に示すように、先ずは大判のガラス板２０を用意する。このガラス板２０の表側は、保護膜１０が設けられている。そして図からも判る様にマトリックス状に配置されている。ここでは、図面の都合もあり、その個数は１６個であるが、実際は、縦横が１．１０ｍｍ×１．１０ｍｍ程度で、その数は、結構大量である。また表側は、反射防止膜として、例えばＴｉＮが全面に設けられ、更にその上にホトソルダーが設けられ、ホトソルダーのパターニングがされた後、パターニングされたホトソルダーを介して反射防止膜がパターニングされている。矩形の平面形状の保護膜１０で、中の光の通過領域ＬＰが円形でくり貫かれている。この光の通過領域は、円形である。しかし光源が斜めに入射されれば、楕円形になる。
また２つの光源が斜めから入り、重なれば、十字となる。よってくり貫きの形状は、円形、楕円、楕円が十の字に重なった手裏剣の如き形状（図３（Ｃ）、（Ｅ）参照）と、色々な場合が考えられる。また前述したように、イミド系樹脂を採用した場合、好ましくは、大板の状態で熱処理され、重合処理される。

そして点線で示されている部分が仮想の分割ラインＤＬで、ここに沿ってダイシングされている。よって図３（Ｂ）の様に、ダイス状の透過手段が製造できる。この形状は、図１（Ｃ）で示した。保護膜１０が内側に後退しているので、ガラスのエッジからこの後退した部分まで絶縁樹脂１１が被覆され、アンカーがかかる。一方、図３（Ｄ）は、分割ラインＤＬの部分まで保護膜が形成され、この状態でダイシングしてもよい。この場合、図１（Ａ）の様にガラス９の側面と保護膜１０の周囲が一致している。

続いて、図４を参照する。（Ａ）は、大判の支持基板２が示され、ユニットとなる導電パターンがマトリックス状に配置されている。ここでは、アイランド３とその周囲に８個の内部電極４が１ユニットで構成されている。図面では省略したが、支持基板２の裏面にも１ユニットの外部電極５がマトリックス状に設けられている。そしてアイランドおよびリードの接続部には、下からＮｉ、Ａｕが順にメッキにより被覆されている。

続いて、図４（Ｂ）に示すように、各アイランドに半導体チップ６が固着され、半導体チップ６の接続電極７と内部電極４は、金属細線で電気的に接続されている。

その後、図５（Ａ）に示すように、透過手段９が半導体チップ６の上に固着される。予め、半導体チップ６の上に、透明となる接着剤が塗布され、この上に設けられる。マウンターの吸着コレットで吸引し、たんに半導体チップの上に載置すればよい。また接着シートをガラス基板の裏面に貼っておいても良い。

一方、半導体チップとして、ホトダイオードを一例として簡単に説明する。一般にＰＮ接合で拡散領域が半導体基板に形成され、ここに光が入射されると、その強度に応じて出力が出る。平面的に見ると、「田」の字で構成され、４つのホトダイオードの出力が差動回路等で比較され、外部からの光がちょうど中央に位置しているのか判断する。また光が拡散領域に届くように、拡散領域に相当する所のパシベーション膜が取り除かれていても良い。この場合、この除去領域の周囲のパシベーション膜に前記透過手段の接着剤が当接することになる。

続いて、図５（Ｂ）の様に、この支持基板２は、金型に設けられる。一般にキャビティを構成する上金型または下金型の内壁はフラットである。つまり上金型であれば、上面、下金型であれば、底面がフラットであり、ここに透過手段の保護膜１０が当接する様に配置される。普通は、支持基板が下金型に配置され、下金型が上昇し両金型で支持基板２の周囲をクランプする機構であり、上金型の上面が当接する様に成っている。また行列配置されたユニットは、一つのキャビティに載置され、複数のユニットが一括して封止される。

ゲートから注入される絶縁樹脂は、シリコン酸化膜、アルミナ、樹脂ボール等のフィラーが混入され、熱膨張係数が調整されている。

直接に保護膜１０が内壁に当接した場合、若干の加圧が加わるので保護膜は、上からプレスされて封止される。よって保護膜の厚みにも拠るが、金型から取り出した際、この保護膜が圧力から開放されて、極わずかパッケージの表面よりも数μオーダーで飛び出す場合もある。また保護膜で囲んだ部分に絶縁樹脂が入り込まないようにするのに、上金型の内壁全域に剥離用の樹脂シートを貼り合わし、ここに保護膜を当接すると、行列に並んだ保護膜全域が当接でき、精度の高い封止が可能である。

最後に、金型から取り出し、点線の部分でダイシングすれば、図１（Ａ）の如き半導体装置が完成する。

続いて、リードフレーム３０を採用した例について説明する
図６（Ａ）の右図は、リードフレーム３０を示し、左図は、半導体装置と成るユニットの部分の断面を示している。

先ずアイランド３Ａがあり、アイランド３Ａの４コーナーには、吊りリードＬが延在されている。一方、アイランド３Ａの４側辺の夫々には、一端がアイランドに近接し、他端が外に向かったリード４Ａが複数本も受けられている。この半導体装置に対応する１ユニットは、マトリックス状に配置され、格子状に延在されたタイバーＴがちょうどダイシングラインに相当するエリアに配置されている。このタイバーは、符号Ｌの引き出し線の付け根の部分で見ると、左右にユニットが隣接し、右ユニットのリード４Ａと左ユニットのリー４Ａが、１本のタイバーで支持されている。他の３本のタイバーも同様である。そして各吊りリードＬは、タイバーの交点またはその近傍に延在され、タイバーと一体となっている。

ここでは、このリードフレーム３０のアイランド３Ａに半導体チップ６が実装され、半導体チップ６の接続電極７とリードが金属細線で接続されている。

このリードフレームが用意された後に、図３で製造された透過手段９が載せられる。ボンダーに装備された吸着コレットで吸引され、半導体チップの上に載せられる。

仮に透過手段が載せられた後に金属細線をボンディングすると、ボンディングヘッドが透過手段に接触する可能性があり、好ましくない。

続いて、図７の様に、このリードフレームを金型に載置してトランスファーモールドする。保護膜１０は、上金型の内壁に当接し、モールドされるので、絶縁樹脂表面と、保護膜表面は、実質同一面となる。

最後にモード後のリードフレームを取り出し、タイバーの部分でダイシングし、個片化する。

以上全ての実施例において、通過手段が、光に対して透明な材料から成り、光の通過領域を囲むように保護膜が形成されている。よって他は、フィラーの入った絶縁樹脂で封止が可能となる。その結果、αの調整が可能となる。また光の受光または発光部以外に演算用のＩＣが作りこまれた場合、この部分には、フィラー入りの絶縁樹脂で封止できるので、信頼性の高い半導体装置が提供できる。

一方、保護膜が光の通過領域を囲んで透過手段の表面に配置され、この保護膜が金型の上面または底面に当接しているため、この光の通過領域は、絶縁樹脂を排除できる。よって極わずかな部分を残してフィラー入りの絶縁樹脂で封止できるので、一般の半導体パッケージと同様な信頼性を確保できる。

しかも絶縁樹脂表面と保護膜が同一面となって封止されるため、傷防止、ゴミ付着防止が可能となる。

以上、非常に簡単な方法で量産性のあるパッケージが、信頼性高い状態で提供できる。

図１１は、図６のリードフレームの変わりに用いられるものである。図６は、ＱＦＮのパッケージとなり、図１１は、ＶＳＯＮのパッケージと成る。アイランド３の対向する２つの側辺Ｌ１からは、支持リードＳＰが延在し、第１の枠体Ｆ１と一体となっている。またこの第１の枠体Ｆ１と交差する第２の枠体Ｆ２には、リード４Ａがアイランド３に向かって設けられている。リードフレームＭＡＰ方式で封止されるため、一括モールドの後は、枠体Ｆ１、Ｆ２の所でダイシングされる。

図１２は、本半導体装置を光ピックアップモジュールに採用した時の一例を示す。符号１００は、光ピックアップのハウジングであり、内蔵されたレーザの光が半導体装置１に到達させるために、開口部１０１が設けられている。ハウジング１００の下には、回路を構成するためにプリント基板が設けられ、このプリント基板の端子とフレキシブルシート１０３の回路が接続されている。そして、フレキシブルシートと一体でプリント基板１０５が設けられ、この上に半導体装置１が設けられている。フレキシブルシート１０３を折り曲げて、固定部１０４の内側に、前記半導体装置１を配置し、プリント基板１０５と固定部１０４は、接着剤で固定されている。

図１３は、半導体装置１および支持基板２として、Ｓｉ半導体基板を採用したもので、基板には、貫通電極ＴＳＶが設けられ、接続電極７と外部電極５が電気的に接続されている。このＳｉ半導体基板の内側に受光部が設けられ、その上に透過手段が設けられている。この場合、半導体チップと支持基板が共用されるため、更に薄型になる。（Ａ）は、基板の周囲まで絶縁樹脂で覆われ、（Ｂ）は、側面と絶縁樹脂側面が一致したものである。

尚、図１の支持基板としてＳｉインターポーザを採用してもよい。図１の支持基板材料の代わりに、Ｓｉ基板を採用するだけで、他の構成は、実質同じである。

１：半導体装置
２：支持基板
３：搭載領域
４：内部電極
５：外部電極
６：半導体チップ
７：接続電極
８：接続手段
９：透過手段
１０：保護膜
１１：絶縁樹脂
ＡＤ：接着剤

Claims (16)

1. 表面に、素子を設けるための搭載領域と前記搭載領域の周囲に設けられた内部電極と裏面に設けられた外部電極とを有する支持基板と、前記搭載領域に設けられた受光または発光を行う半導体チップと、前記半導体チップに設けられたパッドと前記内部電極を接続する接続手段と、前記半導体チップの表面に設けられ、光を透過する材料で成る厚みを持った透過手段と、前記透過手段の表面で、前記受光または発光の光の通過領域を囲んで設けられた保護膜と、前記支持基板の表面、前記半導体チップ、前記接続手段、前記透過手段の側面および前記保護膜の外側側面を被覆し、前記保護膜の表面および前記保護膜で囲まれた通過領域を露出する様に設けられたフィラーの入った絶縁樹脂とを少なくとも有する半導体装置。
2. 表面に、素子を設けるためのアイランドと前記アイランドの周囲に設けられたリードと、前記アイランドに設けられた受光または発光を行う半導体チップと、前記半導体チップに設けられたパッドと前記リードを接続する接続手段と、前記半導体チップの表面に設けられ、光を透過する材料で成る厚みを持った透過手段と、前記透過手段の表面で、前記受光または発光の光の通過領域を囲んで設けられた保護膜と、前記アイランド、前記リード、前記半導体チップ、前記接続手段、前記透過手段の側面および前記保護膜の外側側面を被覆し、前記保護膜の表面および前記保護膜で囲まれた通過領域を露出する様に設けられたフィラーの入った絶縁樹脂とを少なくとも有する半導体装置。
3. 前記保護膜は、前記透過手段の外周よりも内側に後退して設けられ、露出した透過手段の上に、前記絶縁性樹脂が被覆される請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記保護膜は、重合された樹脂から成る請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記保護膜は、前記絶縁樹脂よりも軟らかい材料より成る請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
6. 前記保護膜は、ポリイミド樹脂から成る請求項４に記載の半導体装置。
7. 前記透過手段は、光を透過する板を加工したものから成る請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
8. 前記保護膜の表面と前記絶縁樹脂の表面は、実質同一面でなる請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記板は、ガラス板または透明樹脂である請求項７に記載の半導体装置。
10. 前記透過手段の平面形状は、矩形、円、楕円または十字である請求項９に記載の半導体装置。
11. 表面に、素子を設けるための搭載領域と前記搭載領域の周囲に設けられた内部電極と裏面に設けられた外部電極とを有するユニットがマトリックス状に配列され、前記搭載領域に受光または発光を行う半導体チップが電気的に接続されて設けられた支持基板を用意し、
    前記半導体チップの表面に、表面、裏面および側面から成り、光通過領域を囲む保護膜が前記表面に設けられた透過手段を設け、
    前記金型のキャビティに前記マトリックス状に配置された前記搭載領域を設け、前記保護膜で囲まれた前記光通過領域内への流入を遮断して、一括で絶縁樹脂を封止し、
    前記金型から取り出した後に、前記ユニット毎にダイシングして分離する半導体装置の製造方法。
12. 前記透過手段は、ガラス板または透明樹脂板を用意し、前記透過手段の上にソルダーレジストまたは重合された樹脂から成る前記保護膜を第２のユニットとしてマトリックス状に設け、前記第２のユニット毎に、ダイシングまたはパンチングして形成する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記保護膜が前記金型を構成する上金型または下金型の内壁に当接させるか、または前記上金型または下金型の内壁に樹脂シートを吸引させ、前記樹脂シートに前記保護膜を当接し、前記光通過領域内への流入を遮断する請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 表面に、素子を設けるためのアイランドと前記アイランドの周囲に設けられたリードとを有するユニットがマトリックス状に配列され、前記アイランドに受光または発光を行う半導体チップが電気的に接続されて設けられたリードフレームを用意し、
    前記半導体チップの表面に、表面、裏面および側面から成り、光通過領域を囲む保護膜が前記表面に設けられた透過手段を設け、
    前記金型のキャビティに前記マトリックス状に配置された前記リードフレームを設け、前記保護膜で囲まれた前記光通過領域内への流入を遮断して、一括で絶縁樹脂を封止し、
    前記金型から取り出した後に、前記ユニット毎にダイシングして分離する半導体装置の
    製造方法。
15. 前記透過手段は、ガラス板または透明樹脂板を用意し、前記透過手段の上にソルダーレジストまたは重合された樹脂から成る前記保護膜を第２のユニットとしてマトリックス状に設け、前記第２のユニット毎に、ダイシングまたはパンチングして形成する請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記保護膜が前記金型を構成する上または下金型の内壁に当接させるか、または前記上または下金型の内壁に樹脂シートを吸引させ、前記樹脂シートに前記保護膜を当接し、前記光通過領域内への流入を遮断する請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。

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