TW201903976A - 半導體封裝及半導體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件之軟性誤差的半導體封裝。 本發明之半導體封裝1之特徵在於：其係用以搭載半導體元件7並將其密封者，且具備：容器2，其具有供半導體元件7搭載之底部3與配置於該底部3上之框狀之側壁部4；玻璃蓋5，其配置於容器2之側壁部4之上方，且用以將容器2內密封；及封接材料層6，其配置於容器2之側壁部4與玻璃蓋5之間；且於封接材料層6之半導體元件7側之上端部6a與半導體元件7之上表面7a之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4。

Description

半導體封裝及半導體裝置

本發明係關於一種用以搭載半導體元件並將其密封之半導體封裝及使用該半導體封裝之半導體裝置。

先前，使用封裝來搭載元件並將其密封。此種封裝例如由可搭載元件之容器、及用以將容器內密封之蓋構件構成。作為收容於封裝之元件，例如，已知有CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)等固體攝像元件、發光元件、或MEMS(Microelectromechanical System，微機電系統)等。 於下述專利文獻1中，揭示有用以收容電子元件之封裝。專利文獻1之封裝具備封裝基板及蓋體，該封裝基板具有凹部與配置於其周圍之階部。上述封裝基板之階部與上述蓋體係經由設置於其間之接合層而接合。於專利文獻1中，記載有上述接合層較佳為由包括鉍系玻璃等低熔點玻璃之封接材料而構成之內容。於專利文獻1中，藉由對此種封接材料通過蓋體照射雷射，使封接材料熔融及固化，而使上述封裝基板之階部與上述蓋體接合。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2016-27610號公報

[發明所欲解決之問題] 然而，於在專利文獻1之封裝中收容有固體攝像元件等半導體元件之情形時，有因來自封裝之構成構件之α射線之游離作用而產生半導體元件之軟性誤差的情況。 本發明之目的在於提供一種不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件之軟性誤差的半導體封裝及使用該半導體封裝之半導體裝置。 [解決問題之技術手段] 本發明之半導體封裝之特徵在於：其係用以搭載半導體元件並將其密封者，且具備：容器，其具有供上述半導體元件搭載之底部與配置於該底部上之框狀之側壁部；玻璃蓋，其配置於上述容器之側壁部之上方，且用以將上述容器內密封；及封接材料層，其配置於上述容器之側壁部與上述玻璃蓋之間；且以使上述側壁部之一部分存在於上述封接材料層之上述半導體元件側之上端部與上述半導體元件之上表面之外周緣之間之方式，設置上述側壁部。 本發明之半導體封裝較佳為，比A/B與比C/D滿足A/B＜C/D，比A/B係將上述封接材料層之厚度設為A，將上述封接材料層之上述半導體元件側之上端部與上述側壁部之上述半導體元件側之上端部的俯視時之距離設為B時的比，比C/D係將上述側壁部之上表面與上述半導體元件之上表面之高度差設為C，將上述側壁部之上述半導體元件側之上端部與上述半導體元件之與上述封接材料層為相反側之上端部的俯視時之距離設為D時的比。 本發明之半導體封裝較佳為，上述封接材料層由玻璃料而構成。 本發明之半導體封裝較佳為，上述玻璃料包含鉍系玻璃。 本發明之半導體裝置之特徵在於：具備根據本發明而構成之半導體封裝、及收容於上述半導體封裝之內部之半導體元件。 本發明之半導體裝置較佳為，上述半導體元件為固體攝像元件。 [發明之效果] 根據本發明，可提供一種不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件之軟性誤差的半導體封裝。

以下，對較佳之實施形態進行說明。但是，以下之實施形態只不過為例示，本發明並不限定於以下之實施形態。又，於各圖式中，存在具有實質上相同之功能之構件由相同之符號參照之情形。 圖1係表示本發明之一實施形態之半導體封裝及半導體裝置之模式性剖視圖。又，圖2係將本發明之一實施形態之半導體封裝及半導體裝置中設置有封接材料層之部分放大表示之模式性剖視圖。 [半導體封裝] 如圖1所示，半導體封裝1係用以搭載半導體元件7並將其密封之半導體封裝。作為搭載於半導體封裝1之半導體元件7，例如，可列舉CCD或CMOS等固體攝像元件。 半導體封裝1具備容器2、玻璃蓋5及封接材料層6。 於本實施形態中，容器2由LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics，低溫共燒陶瓷)而構成。但是，容器2亦可由其他材料而構成，容器2之材料並不特別限定。 容器2具有底部3及側壁部4。底部3係容器2中供半導體元件7搭載之部分。於底部3上，配置有框狀之側壁部4。又，於側壁部4之上表面4a上，配置有玻璃蓋5。玻璃蓋5係用以將容器2密封之構件。 再者，於側壁部4與玻璃蓋5之間設置有封接材料層6。藉由封接材料層6而將側壁部4與玻璃蓋5接合。於本實施形態中，封接材料層6由包含鉍系玻璃之玻璃料而構成。但是，封接材料層6亦可由其他材料而構成，並不特別限定。再者，於本實施形態中，封接材料層6之剖面形狀為矩形，但封接材料層6之側面6b亦可具有帶弧度之形狀，封接材料層6之形狀並不特別限定。 於本實施形態之半導體封裝1中，於封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4。再者，封接材料層6之上端部6a係封接材料層6之半導體元件7側之上端部。又，外周緣7b係半導體元件7之上表面7a之外周緣。 又，於半導體封裝1中，於封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之上端部7c之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4。半導體元件7之上端部7c係與封接材料層6之上端部6a為相反側之半導體元件7之上端部。 於半導體封裝1中，於封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4，故而不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。再者，關於該情況可如下所述般進行說明。 於本實施形態之半導體封裝1中，如上所述，使用包含鉍系玻璃之玻璃料，將側壁部4與玻璃蓋5接合。此時，包含鉍系玻璃之玻璃料存在包含如鉛般釋放α射線之雜質之情形。因此，於使用此種玻璃料之先前之半導體封裝中，有因自玻璃料釋放之α射線之游離作用而產生半導體元件之軟性誤差的情況。 相對於此，於本實施形態之半導體封裝1中，如上所述，於封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4。因此，可藉由側壁部4而遮蔽自封接材料層6釋放並朝向半導體元件7之α射線。因此，自封接材料層6釋放之α射線不易照射至半導體元件7，從而可不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 如此，於半導體封裝1中，由於在將封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b連接之所有直線上存在側壁部4之一部分，故而可藉由側壁部4而遮蔽自封接材料層6釋放且朝向半導體元件7之α射線，藉此可不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 再者，如上所述，於封接材料層6之剖面之形狀並非矩形，而是例如封接材料層6之側面6b具有帶弧度之形狀之情形時，較佳為於封接材料層6之側面6b中最靠半導體元件7側之部分與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4。於該情形時，可藉由側壁部4進一步確實地遮蔽α射線，從而可更不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 於本發明中，較佳為圖1及圖2所示之A、B、C及D滿足A/B＜C/D。 再者，上述A為封接材料層6之厚度。上述B為封接材料層6之上端部6a與側壁部4之上端部4b之俯視時之距離。再者，側壁部4之上端部4b係側壁部4之半導體元件7側之上端部。又，上述B係封接材料層6之上端部6a與側壁部4之上端部4b之俯視時之最短距離。 上述C為側壁部4之上表面4a與半導體元件7之上表面7a之高度差(側壁部4之上表面4a－半導體元件7之上表面7a)。又，上述D為側壁部4之上端部4b與半導體元件7之上端部7c之俯視時之距離。半導體元件7之上端部7c係半導體元件7之與封接材料層6為相反側之上端部。更具體而言，半導體元件7之上端部7c係設置於與求出上述B時所使用之封接材料層6之上端部6a為相反側之半導體元件7之上端部。半導體元件7之上端部7c係半導體元件7之外周緣7b中離求出上述B時所使用之封接材料層6之上端部6a最遠之部分。 於圖1及圖2所示之A、B、C及D滿足A/B＜C/D之情形時，可藉由側壁部4而進一步確實地遮蔽α射線。因此，可更不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 A/B(A相對於B之比)較佳為未達0.1，更佳為0.05以下。於A/B為上述上限以下之情形時，可藉由側壁部4而進一步確實地遮蔽α射線，從而可更不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。再者，A/B較佳為0.001以上。於該情形時，可進一步提高側壁部4與玻璃蓋5之接合強度。 C/D(C相對於D之比)較佳為0.05以上，更佳為0.1以上。於C/D為上述下限以上之情形時，可藉由側壁部4而進一步確實地遮蔽α射線，可更不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。C/D之上限值例如可設為50。 以下，對構成半導體封裝1之各構件之詳細情況進行說明。 (容器) 容器2具有底部3及側壁部4。容器2既可為底部3及側壁部4一體成形者，亦可為藉由接著劑等將底部3及側壁部4分別單獨成形者接合而成。 容器2例如由陶瓷或玻璃陶瓷等構成。作為陶瓷，可列舉氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、莫來石等。作為玻璃陶瓷，可列舉LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)等。作為LTCC之具體例，可列舉氧化鈦或氧化鈮等無機粉末與玻璃粉末之燒結體等。 (玻璃蓋) 作為構成玻璃蓋5之玻璃，例如，可使用SiO₂ -B₂ O₃ -RO(R為Mg、Ca、Sr或Ba)系玻璃、SiO₂ -B₂ O₃ -R'₂ O(R'為Li、Na或Ka)系玻璃、SiO₂ -B₂ O₃ -RO-R'₂ O系玻璃(R'為Li、Na或Ka)、SnO-P₂ O₅ 系玻璃、TeO₂ 系玻璃或Bi₂ O₃ 系玻璃等。 (封接材料層) 作為用以形成封接材料層6之封接材料，例如，可使用玻璃料。其中，較佳為包含Bi₂ O₃ 系玻璃粉末(鉍系玻璃粉末)、SnO-P₂ O₅ 系玻璃粉末、V₂ O₅ -TeO₂ 系玻璃粉末等低熔點之玻璃料。尤其，於照射雷射而進行封接之情形時，自使封接材料以更短時間之加熱軟化之必要性與進一步提高接合強度之觀點而言，玻璃料更佳為使用軟化點非常低之鉍系玻璃粉末。又，玻璃料亦可包含低膨脹耐火性填料或雷射吸收材等。作為低膨脹耐火性填料，例如，可列舉堇青石、矽鋅礦、氧化鋁、磷酸鋯系化合物、鋯英石、氧化鋯、氧化錫、石英玻璃、β-石英固溶體、β-鋰霞石、鋰輝石。又，作為雷射吸收材，例如，可列舉選自Fe、Mn、Cu等之至少1種金屬或包含該金屬之氧化物等化合物。 [半導體裝置] 半導體裝置10具備上述半導體封裝1與半導體元件7。半導體元件7收容於半導體封裝1之內部。半導體裝置10由於具備上述半導體封裝1，故而不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 如此，於半導體裝置10中不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差，故而作為半導體元件7，例如可較佳地使用CCD或CMOS等固體攝像元件。 以下，一面參照圖3(a)～(d)，一面對半導體封裝1及半導體裝置10之製造方法之一例進行說明。 (半導體封裝及半導體裝置之製造方法) 首先，如圖3(a)所示，準備具有底部3及側壁部4之容器2。繼而，如圖3(b)所示，於容器2之側壁部4之上表面4a上，印刷封接材料。作為封接材料，例如，可使用包含鉍系玻璃之玻璃料。封接材料之印刷後，使之乾燥，進而進行熱處理，藉此使封接材料燒結，形成封接材料層6。再者，封接材料層6亦可形成於玻璃蓋5側。 其次，如圖3(c)所示，於容器2之底部3上搭載半導體元件7。再者，於本製造方法中，於搭載該半導體元件7時，於封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式形成有側壁部4或封接材料層6。 其次，如圖3(d)所示，於側壁部4之上表面4a上設置有封接材料層6之部分，配置玻璃蓋5。再者，玻璃蓋5只要以俯視時至少一部分與設置有封接材料層6之部分重疊之方式配置即可。但是，較佳為，玻璃蓋5以俯視時與設置有封接材料層6之部分完全重疊之方式配置。 其次，於在側壁部4之上表面4a上介隔封接材料層6而配置有玻璃蓋5之狀態下，照射來自雷射光源之雷射，藉此，使封接材料層6軟化，使容器2之側壁部4及玻璃蓋5接合。藉此，將容器2之內部氣密密封，獲得圖1所示之半導體封裝1及半導體裝置10。根據該方法，由於能夠僅對封接材料層6局部地進行加熱，故而可不使耐熱性較低之半導體元件7劣化地將半導體封裝1氣密密封。作為上述雷射，例如，可使用波長為600 nm～1600 nm之雷射。 又，於照射雷射時，首先，將來自雷射光源之雷射通過玻璃蓋5照射至封接材料層6。此時，雷射於框狀之側壁部4之上表面4a上進行掃描並環繞。環繞之雷射照射至超過雷射照射之起點之位置為止。藉此，將容器2密封。雷射之終點既可為超過使雷射環繞後之起點之位置，亦可為與起點相同之位置。 再者，於本發明中，亦可不照射雷射，僅藉由對封接材料層6進行加熱，而使封接材料層6軟化，使容器2之側壁部4及玻璃蓋5接合。 於所獲得之半導體裝置10中，由於在封接材料層6之上端部6a與半導體元件7之外周緣7b之間，以存在側壁部4之一部分之方式設置有側壁部4，故而不易產生因α射線之游離作用所致之半導體元件7之軟性誤差。 以下，關於本發明，基於具體性的實施例，進而詳細地進行說明，但本發明並不受以下之實施例任何限定，能夠於不變更其主旨之範圍內適當變更而實施。 (實施例1) 首先，準備具有底部及側壁部且由LTCC而構成之容器。 其次，於容器之側壁部之上表面印刷玻璃料。於印刷後，進行乾燥、熱處理而使玻璃料燒結，形成封接材料層。再者，作為玻璃料，使用以莫耳%計具有39%之Bi₂ O₃ 、23.7%之B₂ O₃ 、14.1%之ZnO、2.7%之Al₂ O₃ 、20%之CuO、0.5%之Fe₂ O₃ 之組成的玻璃粉末。 其次，於所準備之容器之內側底部之特定區域，具體而言於搭載半導體元件時供半導體元件之上表面配置之區域設置閃爍計數器。 其次，於容器之側壁部上方之設置有封接材料層之部分配置玻璃蓋。繼而，對容器之側壁部之設置有封接材料層之部分，自玻璃蓋上方之雷射光源照射雷射，使封接材料層軟化，使容器之側壁部與玻璃蓋接合。藉此，將容器之內部密封，獲得半導體封裝。 再者，於實施例1中，以如下方式設計半導體封裝，即，封接材料層之厚度A為5 μm，於搭載有半導體元件時，封接材料層之半導體元件側之上端部與側壁部之半導體元件側之上端部的俯視時之距離B成為300 μm。又，以如下方式設計半導體封裝，即，側壁部之上表面與半導體元件上表面之高度差C為400 μm，側壁部之半導體元件側之上端部與半導體元件之與封接材料層為相反側之上端部的俯視時之距離D成為7200 μm。 再者，於所獲得之半導體封裝中，於搭載有半導體元件之情形時，於封接材料層之半導體元件側之上端部與半導體元件之上表面之外周緣之間，以存在側壁部之一部分之方式設置有側壁部。 (比較例1) 於比較例1中，以如下方式設計半導體封裝，即，封接材料層之厚度A為5 μm，於搭載有半導體元件時，封接材料層之半導體元件側之上端部與側壁部之半導體元件側之上端部的俯視時之距離B成為10 μm。又，以如下方式設計半導體封裝，即，側壁部之上表面與半導體元件上表面之高度差C為400 μm，側壁部之半導體元件側之上端部與半導體元件之與封接材料層為相反側之上端部的俯視時之距離D成為7200 μm；除此以外與實施例1同樣地獲得半導體封裝。 再者，於所獲得之半導體封裝中，於搭載有半導體元件之情形時，於封接材料層之半導體元件側之上端部與半導體元件之上表面之外周緣之間，不存在側壁部之一部分。 (評估) 藉由以上述方式配置之閃爍計數器，而測定α射線量。 再者，以下所示之α射線量之值係用由上述方法(閃爍計數器)24小時測定出之計數值除以時間及半導體元件搭載面之面積而算出。 於實施例1中，入射至閃爍計數器之α射線量為0.00 cph/cm² 。另一方面，於比較例1中，入射至閃爍計數器之α射線量為2.80 cph/cm² 。

1‧‧‧半導體封裝

2‧‧‧容器

3‧‧‧底部

4‧‧‧側壁部

4a‧‧‧上表面

4b‧‧‧上端部

5‧‧‧玻璃蓋

6‧‧‧封接材料層

6a‧‧‧上端部

6b‧‧‧側面

7‧‧‧半導體元件

7a‧‧‧上表面

7b‧‧‧外周緣

7c‧‧‧上端部

10‧‧‧半導體裝置

圖1係表示本發明之一實施形態之半導體封裝及半導體裝置之模式性剖視圖。 圖2係將本發明之一實施形態之半導體封裝及半導體裝置中設置有封接材料層之部分放大表示之模式性剖視圖。 圖3(a)～(d)係用以說明本發明之一實施形態之半導體封裝之製造方法的模式性剖視圖。

Claims (6)

1. 一種半導體封裝，其係用以搭載半導體元件並將其密封者，且具備： 容器，其具有供上述半導體元件搭載之底部與配置於該底部上之框狀之側壁部； 玻璃蓋，其配置於上述容器之側壁部之上方，且用以將上述容器內密封；及 封接材料層，其配置於上述容器之側壁部與上述玻璃蓋之間；且 以使上述側壁部之一部分存在於上述封接材料層之上述半導體元件側之上端部與上述半導體元件之上表面之外周緣之間之方式，設置上述側壁部。
2. 如請求項1之半導體封裝，其中比A/B與比C/D滿足A/B＜C/D， 比A/B係將上述封接材料層之厚度設為A，將上述封接材料層之上述半導體元件側之上端部與上述側壁部之上述半導體元件側之上端部的俯視時之距離設為B時的比， 比C/D係將上述側壁部之上表面與上述半導體元件之上表面之高度差設為C，將上述側壁部之上述半導體元件側之上端部與上述半導體元件之與上述封接材料層為相反側之上端部的俯視時之距離設為D時的比。
3. 如請求項1或2之半導體封裝，其中上述封接材料層由玻璃料而構成。
4. 如請求項3之半導體封裝，其中上述玻璃料包含鉍系玻璃。
5. 一種半導體裝置，其具備： 如請求項1至4中任一項之半導體封裝；及 半導體元件，其收容於上述半導體封裝之內部。
6. 如請求項5之半導體裝置，其中上述半導體元件為固體攝像元件。