KR100660660B1 - 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

플라스틱제의 센서 스테이지에 반도체 광 센서 칩을 장착하여 접착제로 고정 부착할 때에 접착의 결함을 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킨다.

바닥벽(3a)의 상부면 중앙에 반도체 광 센서 칩(4)을 설치하는 채널 형상의 오목 홈(3b)을 형성한 플라스틱 성형품인 센서 스테이지(3)에 대하여, 상기 오목 홈 내에 열·UV 경화형 접착제를 도포하고 센서 칩을 정위치에 고정 부착하는 구성으로 하는 반도체 장치에 있어, 상기 센서 스테이지의 바닥벽에 형성한 오목 홈 내의 바닥면 중앙에 센서 칩을 올려놓는 섬 형상의 편평한 페디스탈(3e), 또는 상기 페디스탈의 양 옆에 센서 칩을 수평 자세로 지탱하는 돌기(3d)를 설치함과 동시에, 상기 페디스탈의 측부 가장자리와 대치하는 오목 홈의 측면을 경사면(3b-1)으로 한다. 이로써, 센서 칩을 장착할 때에 오목 홈에 도포한 접착제가 밖으로 빠져나가는 것을 억제하고, 아울러 UV 조사면적을 확대하여 센서 칩을 확실하게 고정 부착할 수 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 스테이지의 구조도이며, (a),(b)는 각각 외관 사시도, 및 평면도이다.

도 2는 도 1의 센서 스테이지에 반도체 광 센서 칩을 장착한 조립 상태를 나타내는 요부 확대도이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 선A-A에 따른 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 장치에 광학 렌즈부, 조리개부를 조합하여 구성한 거리계(range finder) 모듈의 분해 사시도이다.

도 4는 도 3에 있어 센서 스테이지의 종래 구조도이며, (a),(b)는 각각 외관 사시도, 및 평면도이다.

도 5는 도 4의 센서 스테이지에 반도체 광 센서 칩을 장착한 조립상태를 나타내는 요부 확대도이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 선A-A에 따른 단면도이다.

도 6은 도 2의 조립구조에서 센서 칩의 이면에 고정 부착한 접착제의 부착상황을 나타내는 도면이다.

도 7은 도 5의 조립구조에서 센서 칩의 이면에 고정 부착한 접착제의 부착상황을 나타내는 도면이다.

** 주요한 부호 설명 **

1 광학렌즈부 2 조리개부

3 센서 스테이지 3a 바닥벽

3b 오목 홈 3d 돌기

3e 섬형의 페디스탈 4 반도체 광 센서 칩

4a 전극부 5 리드 단자

5a 내부 리드부 6 본딩 와이어

7 접착제

본 발명은 카메라에 탑재하는 오토 포커스용 거리계(range finder) 모듈 등에 적용되는 반도체 장치에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 광 센서 칩을 장착하는 센서 스테이지의 구조에 관한 것이다.

우선, 본 발명과 동일 출원인에 의한 일본 특허 출원 2001-328568호로서 앞서 제안된 거리계 모듈의 구성을 도 3에 도시한다. 도 3에 있어, 도면부호 1은 좌우 한 쌍의 렌즈(1L, 1R)를 구비한 광학 렌즈부, 도면부호 2는 상기 렌즈(1L, 1R)에 대응하는 조리개 구멍(2L, 2R)을 형성한 조리개부, 도면부호 3은 반도체 광 센서 칩(4)(이하, 센서 칩이라 한다)를 장착한 센서 스테이지(반도체 광 센서 칩을 장비(裝備)한 반도체 장치의 패키지)이며, 이들 세개 부분은 플라스틱으로 되어 있으며, 도시한 바와 같이 각 부분을 상하로 겹쳐 맞추어 그 접합면을 접착제로 접착한 상태에서 그 내부에 겔 형태의 투명 충전재를 충전하여 거리계 모듈을 구성하고 있다.

여기에서, 반도체 센서 칩(4)은, 일직선상에 늘어선 좌우의 포토 센서 어레이(4L,4R)를 만들어 넣은 직사각형(短冊) 형상으로 되고, 리드 단자(듀얼 인라인; dual in-line)(5)를 인서트 성형한 수지제(樹脂製)의 센서 스테이지(3)의 바닥벽(3a)상의 정위치에 장착하고 접착제로 고정 부착한 상태에서, 센서 칩(4)의 상부면 중앙의 양 사이드에 배열한 전극부(본딩 패드;4a)와 센서 스테이지(3)의 바닥벽 상부면으로 인출한 리드 단자(5)의 내부 리드부(5a) 사이를 본딩 와이어(6)로 접속하고 있다. 또한, 센서 칩(3)의 바닥벽(3a)의 양 옆에 개구된 창 구멍은, 거리계 모듈의 조립상태에서 그 케이스 내부에 충전하는 투명 충전재를 주입하는 구멍이다.

다음으로, 상기 센서 스테이지(3)의 관련 구조에 대한 상세를 도 4, 도 5에 도시한다. 즉, 센서 스테이지(3)에는 그 바닥 벽(3a)의 상부면 중앙에 센서 칩(4)의 폭에 대응하는 홈 폭에 설정된 채널 형상의 오목 홈(단면 U자 형 ; 3b)이 형성되어 있으며, 이 오목 홈(3b)을 따라 홈 내의 양 사이드에는 센서 칩(4)을 올려 놓는 한 쌍의 페디스탈(3c; pedestal) 및 바닥벽(3a)의 길이 방향의 양 단측에 돌기(3d)가 계단 형상으로 형성되어 있다.

여기서, 페디스탈(3c)은, 센서 칩(4)의 전극부(4a)에 와이어 본딩을 할 때의 패드로서의 역할과, 또한 마주보며 늘어선 페디스탈 사이에서 오목 홈 내의 중앙에 접착제의 저장 공간을 확보하는 것으로, 그 폭, 길이는 도 5(a)에서 도시한 바와 같이 센서 칩(4)의 전극부(4a)의 배열 영역에 대응하고 있다. 한편, 돌기(3d)는 센서 칩(4)을 센서 스테이지(3)에 부착한 상태에서 그 길이 방향에서의 자세의 경사를 막는 지주 역할을 하는 것이다.

상기 구조의 센서 스테이지(3)에 대해, 센서 칩(4)은 다음과 같은 방법으로 장착된다. 우선, 센서 스테이지(3)의 바닥벽(3a)에 형성한 오목 홈(3b)에 접착제로서 열·UV 경화형 접착제를 도포하고, 이어서 센서 칩(4)을 장착하여 정위치에 눌러 붙이고, 이 상태에서 센서 스테이지(3)의 상방으로부터의 자외선 조사에 의해 UV 경화를 수행하여 센서 칩(4)을 정위치에 임시로 고정시킨다. 그 후 접착제를 열 경화시켜 센서 칩(4)을 센서 스테이지(3)에 고정 부착하고, 최종적으로 센서 칩(4)의 전극부(4a)와 센서 스테이지(3)에 인서트 성형되어 있는 리드 단자(5)의 이너 리드부(5a) 사이에 와이어(6)를 본딩한다.

또한, 접착제로서 열·UV 경화형 접착제를 사용하는 것은, 상기 조립공정에서의 제조효율, 신뢰성이란 양 측면에서 센서 칩(4)을 정위치에 정확하게 접합시키기 위한 것이며, 상기한 바와 같이 접착제를 UV 경화시켜 센서 스테이지(3)에 장착한 센서 칩(4)을 위치 정확하게 임시 고정시킬 수 있으며, 나아가 열 경화를 수행함으로써 높은 접착 강도를 확보할 수 있다. 또한, 도 4, 도 5에서 서술한 바와 같이 오목 홈(3b)의 홈 내부를 따라 양 사이드에 페디스탈(3c)을 설치하여 홈 내부 중앙부에 접착제의 저장 공간이 되는 간극을 확보하고, 이 페디스탈(3c) 위에 올려놓은 센서 칩(4)의 이면과 오목 홈(3b)의 바닥면 사이의 간극을 접착제로 채움으로써, 접착제는 두께를 가지게 되며, 센서 스테이지(플라스틱)와 센서 칩(실리콘)과의 열팽창 차에 기인하는 센서 칩의 위치 어긋남, 박리를 억제하여 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

상기한 관련 구조의 센서 스테이지에서, 센서 칩을 장착하는 조립공정에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 센서 스테이지(3)의 바닥벽에 형성된 오목 홈(3b)에 접착제를 도포하는 공정에서는, 이 홈 내의 측부 가장자리를 따라 계단 형상으로 형성된 페디스탈(3c)의 상부면에도 접착제가 도포된다. 따라서, 계속되는 센서 칩(4)의 장착 공정에서 칩을 페디스탈(3c) 위에 올리고 상방으로부터 눌러 붙이면, 오목 홈(3b)에 도포된 유동성이 있는 접착제의 일부는 빠져나갈 곳이 없어 센서 칩(4)의 측부 가장자리와 오목 홈(3b) 사이에 잔존하는 가는 간극을 기어오르고, 바닥벽(3a)의 상부면으로 비산(飛散)하여 리드 단자(5)의 내부 리드부(5a) 및 센서 칩(4)의 전극부(4a)에 부착하는 경우가 있다. 또한, 이 접착제가 삐쳐 나옴에 따라 오목 홈(3b)의 중앙 부분에서는 접착제 양이 감소하고, 이 때문에 센서 칩(4)과 오목 홈 바닥면 사이에 빈틈이 발생하고, 센서 칩(4)의 일부 영역이 센서 스테이지(3)에 접착되지 않는 결함이 발생한다.

도 7에서 이러한 접착의 결함 발생 상황을 도시하고 있다. 즉, 센서 칩(4)을 센서 스테이지(3)에 장착하고 접착제를 경화 처리한 후, 센서 칩(4)을 센서 스테이지로부터 벗겨내 그 접착제의 접착 상태를 조사해 본 결과, 도시한 바와 같이 접착제(7)는 센서 스테이지(3)에 형성된 돌기(3d ; 도 4 참조)에 대응하는 흔적(7a)을 둘러싸는 부분에 많이 집중되고, 센서 칩(4)의 이면 중앙 부분에는 접착제가 거의 부착되어 있지 않은 영역이 보여지는 것 외, 이 부분에 부착되어 있는 접착제는, UV 경화 공정으로 센서 스테이지(3)의 상방으로부터 조사하는 자외선이 충분히 도달되지 않기 때문에 경화가 불충분하다는 것이 판명되었다.

게다가, 제조 공정에서 이와 같은 접착의 결함이 발생하면, 제품(거리계 모듈) 사용 중에 충격력이 가해지면 예상치 못하게 센서 칩(4)이 센서 스테이지(3)로부터 박리되어 계측 불능이라는 문제점을 일으킬 염려가 있어 신뢰성이 저하된다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 서두에서 기재한 반도체 장치를 대상으로, 센서 스테이지에 장착한 센서 칩을 접착제로 고정 부착할 때에 접착의 결함 발생을 억제하여 신뢰성 향상을 도모할 수 있도록 그 칩 장착부의 구조를 개량한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명을 따르면, 센서 스테이지에 반도체 광 센서 칩을 장착하고, 상기 센서 칩 상에 결상된 피사체 상을 전기신호로 변환하는 반도체 장치로, 상기 센서 스테이지는 그 바닥벽의 상부면 중앙에 센서 칩을 설치하는 채널 형상의 오목 홈을 형성하여 상기 오목 홈의 측방으로 리드 단자를 인서트 성형한 플라스틱 성형품이고, 상기 오목 홈 내에 열·UV 경화형 접착제를 도포하여 센서 칩을 정위치로 고정 부착한 후, 센서 칩의 전극부와 리드 단자간을 본딩 와이어로 접속한 반도체 장치로서,

상기 센서 스테이지의 바닥벽에 형성한 오목 홈 내의 바닥면 중앙에 센서 칩을 올려놓는 섬 형상의 편평한 페디스탈을 설치하는 반도체 장치이다.

이와 같이 오목 홈 내의 바닥면 중앙에 섬 형태의 페디스탈을 설치하고, 오목 홈에 접착제를 도포한 상태에서 센서 칩을 페디스탈 위에 올려 눌러 붙이면, 접착제는 이 페디스탈을 둘러싸는 주변 영역으로 퍼져가고 센서 칩의 이면과 오목 홈의 바닥면 사이의 간극을 채운다. 게다가, 페디스탈의 측부 가장자리와 이에 대치하는 오목 홈의 모서리 사이에는 접착제 저장공간이 되는 단차가 없는 간극이 확보되기 때문에, 센서 칩을 눌러 붙일 때 접착제가 빠져나갈 곳이 없어 오목 홈으로부터 밖으로 비산하지 않고, 이로써 관련 구조에서 문제가 된 빈틈이 발생하지 않게 되며, 센서 칩과 센서 스테이지 사이에 넓은 접합 면적을 확보하여 확실하게 고정 부착될 수 있다.

게다가, 상기 접착제로서 UV·열경화형 접착제를 적용하고, UV 조사에 의한 제 1 차 경화와, 가열에 의한 제 2 차 경화를 병용함으로써, 보다 강화된 접착 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기한 센서 스테이지의 칩 장착부를 다음과 같이 구체적인 형태로 구성할 수 있다.

(1) 페디스탈은, 그 폭이 오목 홈의 홈 폭보다 작고, 센서 칩의 상부면 양 사이드에 배열되어 형성된 전극부의 영역을 하부면으로부터 지탱하는 폭으로 설정하고, 센서 칩의 전극부에 대한 와이어 본딩이 확실하게 수행될 수 있도록 한다.

(2) 센서 스테이지에 형성된 페디스탈의 측부 가장자리와 대치하는 오목 홈의 측면을 경사면으로 하고, 센서 칩의 측부 가장자리 사이의 간극을 확대하여 접착제의 저장 공간을 확대시킴과 동시에, 이 확대된 간극을 통하여 센서 칩의 이면측을 채우고 있는 접착제를 향한 넓은 UV 조사면적을 확보하도록 한다.

(3) 센서 스테이지의 오목 홈 내에, 페디스탈과는 별개로 센서 칩을 하부면으로부터 지탱하고 그 길이 방향의 경사를 방지하는 지지부재를 설치한다. 또한, 그 지지부재를 오목 홈의 길이 방향으로 페디스탈의 양측면에 배치된 돌기로 하며, 그 높이를 페디스탈의 높이보다 약간 높게 설정하며, 센서 칩을 올려놓은 상태에서 상기 페디스탈의 상부면과 센서 칩의 이면 사이에 접착제 영역을 확보할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도 1, 도 2에 도시한 실시예에 근거하여 설명한다. 한편, 실시예의 도면 중에서 도 4, 도 5에 대응하는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

즉, 도시된 실시예에 있어, 도 4의 관련 구조에서 오목 홈 내의 양 사이드로 나누어 배치된 2 개의 페디스탈(3c) 대신에, 센서 스테이지(3)의 바닥벽(3a)에 형성한 채널 형상의 오목 홈(3b)의 바닥면 중앙에는 섬 형상(사각형)의 편평한 페디스탈(3e)이 형성되며, 또한, 이 페디스탈(3e)을 사이에 두고 오목 홈(3b)의 길이 방향의 양측에는 도 4와 동일한 한 쌍의 돌기(3d)가 형성되어 있다. 또한, 상기 페디스탈(3e)의 측부 가장자리와 대치하는 오목 홈(3b)의 측면을, 도 4와 같이 수직면으로 하지 않고, 홈의 개구 가장자리를 향해 넓어지는 경사면(3b-1)으로 형성되어 있다.

여기에서, 상기 페디스탈(3e)은, 그 가로 폭을 오목 홈(3b)의 홈 폭보다 작게, 그리고 페디스탈(3e) 위에 장착하는 센서 칩(4)의 상부면 양 사이드에 배열되어 형성한 전극부(4a) 영역을 하부면측으로부터 받아드리도록 설정한다. 또한, 센서 칩(4)의 길이방향에서의 자세의 경사를 억제하기 위해 설치한 한 쌍의 돌기(3d)는, 상기 페디스탈(3e)과 동일한 높이로 하던 가, 또는 약간 높게(100㎛이하) 설정하여, 센서 칩(3)의 이면과 페디스탈(3e)의 상부면 사이의 간극에 접착제 영역을 확보하도록 하여도 무방하다.

상기의 구성에서, 관련 기술에 의한 조립 공정과 동일한 순서로 센서 스테이지(3)의 바닥벽(3a)에 형성한 오목 홈(3b)에 열·UV 경화형 접착제를 도포한 후, 센서 칩(4)을 장착하여 상방으로부터 정위치에 눌러 붙이면, 접착제는 페디스탈(3e)을 둘러싸는 주변 영역으로 넓어지게 되지만, 이 경우 페디스탈(3e)의 측방에는 오목 홈(3)의 측벽 사이에 페디스탈(3e)보다 한층 낮은 홈이 있고, 또한 오목 홈(3b)의 측벽이 상방을 향해 넓어지게 경사져 있어 이 부분에 큰 용적의 접착제 저장 공간이 확보된다.

따라서, 접착제는 관련 구조와 같이 센서 칩(4)과 오목 홈(3b) 사이의 간극을 기어올라 외측으로 비산하는 현상이 발생하지 않고, 오목 홈(3b)의 홈 내에 유지된다. 이로써, 센서 칩(4)의 이면측에 충전된 접착제의 양이 부족하여 접합면에 빈틈이 발생하는 문제점이 없어지고, 넓은 접합면적을 확보하여 센서 칩(4)을 확실하게 고정 부착할 수 있다.

또한, 페디스탈(3e)의 폭을 상기와 같이 설정함으로써, 와이어(6)의 본딩 공정에서도, 센서 칩(4)의 상부면 양 사이드에 형성한 전극부(4a)의 영역을 페디스탈(3e)에서 하부면측으로부터 받아들여 본딩 작업을 확실하게 수행할 수 있다.

게다가, 오목 홈(3b)의 측면을 경사면으로서 장착한 센서 칩(4)의 측부 가장자리 사이의 간극을 확대시킴으로써 접착제의 UV 조사면적이 확대된다. 이로써 접착제의 UV 경화공정에서 센서 스테이지(3)의 상방으로부터 조사하는 자외선을 센서 칩(4)의 이면측을 향해 효율적으로 도광(導光)하여 이 부분에 충전되어 있는 접착제를 UV 경화시킬 수 있다.

게다가, UV 경화 후, 열경화를 실시하여 접착제 주체의 경화를 진행시킴으로써 보다 높은 접착강도를 확보할 수 있다. 관련 기술에서도 동일한 효과를 얻을 수 있지만, 본 발명에 있어서는 상기와 같이 UV가 접착제에 효율적으로 조사되기 때문에, UV·열경화형 접착제의 성능을 효과적으로 끌어내어 최종적인 접착강도를 향상시킬 수 있다.

한편, 도 6은 상기의 칩 장착 구조의 센서 스테이지(3)에 센서 칩(4)을 장착하여 접착제를 경화 처리한 후, 도 7과 동일하게 센서 칩(4)을 센서 스테이지로부터 뜯어낸 상태에서의 접착제의 고정부착 상태를 나타내는 도면이고, 도면 중의 부호 7a는 돌기(3d)에 대응하는 흔적을, 또 7b는 페디스탈(3e)에 대응하는 흔적을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이, 접착제(7)는 페디스탈(3e) 및 돌기(3d)를 둘러싸는 주변 영역에서 센서 칩(4)에 골고루 부착되어 있으며, 도 7에서 도시한 바와 같이 접착의 결함의 발생이 보이지 않는다.

한편, 상기의 실시예는 도 3의 거리계 모듈에 적용하는 센서 스테이지에 대해 기술하였지만 이에 한정되지 않으며, 이미지 센서 등의 반도체 칩을 플라스틱 패키지에 장착하여 구성한 반도체 장치로서 넓게 적용할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 바닥벽의 상부면 중앙에 반도체 광 센서 칩을 설치하는 채널 형상의 오목 홈을 형성하고, 상기 오목 홈의 측방에 리드 단자를 인서트 성형한 플라스틱 성형품인 센서 스테이지에 대해, 상기 오목 홈 내에 열·UV 경화형 접착제를 도포하여 센서 칩을 정위치에 고정 부착한 후, 센 서 칩의 전극부와 리드 단자 사이를 본딩 와이어로 접속한 반도체 장치에 있어, 상기 센서 스테이지의 바닥벽에 형성한 오목 홈 내의 바닥면 중앙에 센서 칩을 올려 놓는 섬 형태의 편평한 페디스탈을 설치함으로써,

관련기술에 의한 칩 장착 구조에서 접착제가 비산하는 문제점 및 이에 기인한 칩 접합면의 빈틈 등의 접착 결함을 억제하고, 센서 칩과 센서 스테이지 사이에 넓은 접합면적을 확보하여 확실하게 고정 부착할 수 있다.

또한, 상기 오목 홈의 측면을 경사면으로 함으로써, 센서 칩의 이면측에 충전되어 있는 접착제에 대한 UV 조사면적을 넓혀 UV 경화를 효율적으로 수행하는 등, 상기 반도체 장치를 광학 렌즈부, 조리개부와 조합하여 신뢰성 높은 거리계 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 센서 스테이지에 반도체 광 센서 칩을 장착하고, 상기 센서 칩 상에 결상된 피사체 상을 전기 신호로 변환하는 반도체 장치로, 상기 센서 스테이지는 그 바닥벽의 상부면 중앙에 센서 칩을 설치하는 채널 형상의 오목 홈을 형성하고 상기 오목 홈의 측방으로 리드 단자를 인서트 성형한 플라스틱 성형품이고, 상기 오목 홈 내에 접착제를 도포하여 센서 칩을 정위치에 고정 부착한 후, 센서 칩의 전극부와 리드 단자 간을 본딩 와이어로 접속한 반도체 장치로서,

   상기 센서 스테이지의 바닥벽에 형성한 오목 홈 내의 바닥면 중앙에 센서 칩을 올려놓는 섬 형상의 편평한 페디스탈(pedestal)을 설치한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접착제가 열·UV경화형 접착제인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 페디스탈은 그 폭이 오목 홈의 홈 폭보다 작고, 센서 칩의 상부면 양 사이드에 배열하여 형성한 전극부의 영역을 하부면으로부터 지탱하는 폭으로 설정한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 페디스탈의 측부 가장자리와 대치하는 오목 홈의 측면을 경사면으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서 스테이지의 오목 홈 내에, 상기 페디스탈과는 별개로 센서 칩을 하부면으로부터 지탱하고 그 길이 방향의 경사를 방지하는 지지부재를 설치한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 지지부재는 오목 홈의 길이 방향으로 페디스탈의 양측면에 배치된 돌기이며, 상기 돌기의 높이를 페디스탈의 높이보다 약간 높게 설정한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 장치는, 상기 반도체 장치에 광학 렌즈부와 조리개부를 조합하여 구성하는 거리계(range finder) 모듈의 센서 스테이지인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.

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