半导体装置及光耦合装置的制作方法

本申请享有以日本专利申请2015-175055号(申请日：2015年9月4日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种半导体装置及光耦合装置。

背景技术：

已知有在光接收芯片上设置有发光芯片的光耦合装置。该种光耦合装置是为了保护发光芯片而利用第1树脂部覆盖发光芯片的表面。而且，第1树脂部的表面被第2树脂部所覆盖。

然而，第1树脂部与第2树脂部因通常热膨胀系数不同，而存在若第1树脂部与第2树脂部的密接性较高，则受到来自第2树脂部的应力，导致发光芯片剥离之虞。

技术实现要素：

本发明的实施方式是提供一种使设置在第1半导体元件上的第2半导体元件避免剥离的半导体装置及光耦合装置。

根据本实施方式，提供一种半导体装置，具备：第1半导体元件、

设置在所述第1半导体元件上的第2半导体元件、

将所述第2半导体元件的表面覆盖的凝胶状硅酮、及

将所述硅酮的表面与所述第1半导体元件的表面覆盖的树脂部。

附图说明

图1A是本实施方式的光耦合装置的立体图。

图1B是图1A的A-A的剖视图。

图2是以箭头表示利用第2树脂部覆盖第1树脂部的表面时的应力方向的主要部分 放大剖视图。

图3A是表示光接收芯片的外形形状为长方形时的第1树脂部的配置的示意图。

图3B是表示光接收芯片的外形形状为正方形时的第1树脂部的配置的示意图。

图4是发光芯片与光接收芯片的周边的示意性剖视图。

图5是示意性表示橡胶状硅酮与树脂部的界面附近的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

(第1实施方式)

图1A是本实施方式的光耦合装置1的立体图，图1B是图1A的A-A线的剖视图。本实施方式的光耦合装置1具有：分别分离地配置在衬底2上的第1焊垫3、第2焊垫4及第3焊垫5、设置在第1焊垫3上的光接收芯片6、设置在光接收芯片6上的发光芯片7、设置在第2焊垫4上的第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)8、设置在第3焊垫5上的第2MOSFET9、将发光芯片7的表面覆盖的凝胶状硅酮10、及将硅酮10的表面覆盖的树脂部11。第1MOSFET8与第2MOSFET9是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等功率半导体元件。

在光耦合装置1中，发光芯片7将输入信号转换为光信号，在电绝缘的状态下光接收芯片接收该光信号且转换为电信号，基于该电信号，第1MOSFET8与第2MOFET9将负载(未图示)驱动。

图1A及图1B的光耦合装置1内置有第1MOSFET8与第2MOSFET9，但也可以利用与光耦合装置1不同的半导体元件实现第1MOSFET8与第2MOFET9。

衬底2是在第1方向x上，在表面2a的一端侧具有第1区域2b，在另一端侧具有第2区域2c。而且，在背面2d设置有图案18。在第1区域2b，配置有第1端子12及第2端子13，在第2区域2c，配置有第3端子14及第4端子15。第1端子12是利用接合线16连接于发光芯片7的阳极，第2端子13是利用不同的接合线16连接于发光芯片7的阴极。第3端子14是电源端子，第4端子15是接地端子。第3端子14与第4端子15分别经由各个接点17，而与图案18电性连接。这些图案18是经由另外的接点17，而与第2焊垫4及第3焊垫5电性连接。其他，设置有将光接收芯片6与第1及第2MOSFET8、9分别连接的接合线16、及将第1及第2MOSFET8、9彼此连接的接合线16。

发光芯片7既可为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等发光元件单体的半导体装置，也可为将安装有发光元件的衬底与安装有发光元件的外围电路的衬底收纳于一个封装体的半导体元件。光接收芯片6是内置有光敏二极管等光接收元件的半导体元件。

发光芯片7的发光面是与配置在光接收芯片6的上表面侧的光接收面对向地配置。发光芯片7与光接收芯片6是例如通过使膏状的透明硅酮硬化的透明粘接构件19而粘接。此处，所谓透明是指相对于发光芯片7所发出的光的发光波长具有透过性。通过将发光芯片7堆叠在光接收芯片6上，以较短的距离将发光芯片7的发光面与光接收芯片6的光接收面对向配置，便可利用光接收芯片6无损失地接收来自发光芯片7的光，从而可提升表现光接收效率的光的耦合特性。

凝胶状的硅酮10是如图1B所示，将发光芯片7的表面、与连接于发光芯片7的上表面的接合线16的一部分覆盖。凝胶状的硅酮10是如下所述，具有硬度低于橡胶状的硅酮、即软质之类的性质。

因此，凝胶状的硅酮10可相对于温度或湿度等环境条件的变化，灵活地使形状产生变化。由此，凝胶状的硅酮10作为应力缓和构件发挥功能。另外，凝胶状的硅酮10是透明或不透明皆可。

树脂部11是如图1B所示，将凝胶状硅酮10的表面与光接收芯片6的表面覆盖，也将第1MOSFET8与第2MOSFET9的表面覆盖。树脂部11是例如由使微小的碳或TiO₂等混合存在的环氧树脂所形成。树脂部11具备遮光性，以不使来自光耦合装置1的外部的光进入硅酮10。即，树脂部11是由对于自发光芯片7发出的光不具有透过性的材料所形成。

以往，利用橡胶状的硅酮将发光芯片7的表面覆盖。为提升橡胶状的硅酮与树脂部11的密接性，较理想为将橡胶状硅酮的表面进行等离子清洗。等离子清洗是对清洗对象物的表面照射高能量的电子及离子，将清洗对象物的最表面的化学耦合的一部分切断，从而可使该表面的密接性提升。

然而，若将橡胶状硅酮的表面进行等离子清洗之后，附着树脂部11，则存在硅酮与树脂部11的密接性变得过高，导致发光芯片7剥离之虞。图2是以箭头y1、y2表示在光接收芯片6上堆叠发光芯片7，利用橡胶状硅酮10覆盖发光芯片7的表面，将硅酮10的表面进行等离子清洗之后，利用树脂部11覆盖硅酮10的表面的情形时的应力的方向的图。

在利用包含环氧树脂的树脂部11覆盖橡胶状硅酮10的情形时，橡胶状硅酮10的热膨胀系数大于环氧树脂，故因将树脂部11成形时的高温，硅酮10比树脂部11更膨 胀，其结果，硅酮10被压抵于树脂部11，从而硅酮10与树脂部11牢固地接合，密接性提升。此后，若温度下降，则硅酮10将在图2的箭头y1的方向上收缩。然而，若硅酮10与树脂部11的密接性较高，则硅酮10与树脂部11的界面不进行移动，因此，沿箭头y2的方向拉伸发光芯片7的应力进行作用，作为结果，存在将发光芯片7粘接于光接收芯片6的透明粘接构件19剥落，导致发光芯片7剥离之虞。若发光芯片7剥离，则发光面与光接收面的位置关系偏离，故自发光芯片7发出的光中未被光接收芯片6接收的泄漏光的比例变多，从而表现光接收效率的光的耦合特性劣化。

若如此地为使用橡胶状硅酮10，使硅酮10与树脂部11的密接性提升而进行等离子清洗，则容易引起发光芯片7剥离。

另一方面，若使用橡胶状硅酮10，不进行等离子清洗地使树脂部11附着于硅酮10的表面，则因橡胶状的硅酮10的收缩率大于由环氧树脂形成的树脂部11，而导致硅酮10与树脂部11之间产生剥离。若硅酮10自树脂部11剥离，则发光芯片7的上表面的接合线16变得容易断线。

根据如此的背景，本实施方式是采用凝胶状的硅酮，而不采用橡胶状的硅酮。凝胶状硅酮是硬度值小于环氧树脂或橡胶状硅酮，且容易塑性变形的材料。凝胶状硅酮的硬度值可利用例如硬度计进行测量。本实施方式中所使用的凝胶状硅酮是依据JIS K 6253或JIS K 7215(A类)，利用硬度计测量所得的硬度值为10～24范围内。本发明者将硬度值进行各种改变并进行实验之后，获知若硬度值未达10，则存在凝胶状硅酮的形状变得容易变形，从而无法稳定地维持硅酮的外形形状之虞。可知硬度为16以上，可形成更稳定的形状。而且，可知若硬度值超过24，则存在变得过硬，从而与树脂部11的密接性变差，出现间隙之虞。

另外，为进行参考，而利用硬度计，对包含环氧树脂的树脂部11的硬度值进行测定后，硬度值为75。若凝胶状硅酮中硬度为10～24的范围内，则硅酮10与树脂部11的密接性较佳，在PCT等的加速寿命试验的前后未产生剥离等，而且在硅酮10的表面未产生剥离。如此般，树脂部11的硬度值较理想为硅酮10的硬度值的3倍以上、即30以上。

根据本发明者的实验，可知若利用硬度值为10～24、较理想为16～24的凝胶状硅酮将发光芯片7覆盖，则即便进行压力锅试验(PCT，Pressure Cooker Test)等高温高湿度下的加速寿命试验，也不会产生发光芯片7剥离。

在凝胶状硅酮10中，硅酮10与树脂部11的接触界面容易相应于应力而灵活地移动，即便一部分受到应力作用，也可以将该应力释放到周围，从而硅酮10作为应力缓 和构件发挥功能。而且，在使用凝胶状硅酮10的情形时，因与树脂部11的密接性变得优于使用橡胶状硅酮10的情形，故不必将凝胶状硅酮10的表面进行等离子清洗。由此，可将制造步骤简化。

另外，也可以对凝胶状硅酮10进行等离子清洗。即便进行等离子清洗，也无损硅酮10与树脂部11的界面相应于应力灵活地移动的性质，在硅酮10作为应力缓和构件发挥功能的方面并无改变。

而且，等离子清洗也可以在形成凝胶状硅酮10之前进行。即，在形成凝胶状硅酮10之前，通过将发光芯片7与光接收芯片6的表面进行等离子清洗，而表面的湿润性提升，从而凝胶状硅酮10变得容易附着于表面。

因凝胶状硅酮10的厚度越厚，则越容易缓和应力，故而，较理想为使硅酮10尽可能地变厚。例如，如图1所示，在光接收芯片6的外形形状为长方形，且堆叠在该光接收芯片6之上的发光芯片7的外形形状为正方形的情形时，如图3A的示意图所示，较理想为，在光接收芯片6的上表面的大致中央部配置发光芯片7，且在光接收芯片6的上表面的大致全域配置硅酮10。于该情形时，在光接收芯片6的长边侧的第2方向y上，更厚地形成硅酮10，从而可更加防止发光芯片7在该方向上剥离。

另外，并非限定于光接收芯片6的外形形状必须为长方形，例如也可能存在正方形的情形。在该情形时，如图3B的示意图所示，较理想为，在光接收芯片6的上表面的大致中央部配置发光芯片7，且在4方向上均等地配置硅酮10。

如此一来，第1实施方式是在光接收芯片6上堆叠发光芯片7，且利用凝胶状硅酮10将发光芯片7的表面覆盖，利用包含环氧树脂的树脂部11将硅酮10的表面覆盖，因而，硅酮10与树脂部11的接触界面相应于应力而灵活地移动，从而硅酮10作为应力缓和构件发挥功能，因此，即便温度或湿度等环境条件出现变化，也可以防止发光芯片7剥离。

(第2实施方式)

第2实施方式是利用橡胶状硅酮10，防止发光芯片7剥离。

第2实施方式的光耦合装置1是与图1相同地构成。图4是发光芯片7与光接收芯片6的周边的示意性剖视图。如图4所示，堆叠在光接收芯片6上的发光芯片7的表面与连接于发光芯片7及光接收芯片6的接合线16的一部分是由橡胶状的硅酮10所覆盖。硅酮10是由包含环氧树脂等的树脂部11所覆盖。图5是示意性表示橡胶状硅酮10与树脂部11的界面附近的放大剖视图。

本实施方式的橡胶状的硅酮10是在发光芯片7的上表面侧与侧面侧，厚度不同。 更具体而言，硅酮10使发光芯片7的上表面侧的厚度薄于侧面侧的厚度。橡胶状的硅酮10是在设为高温而提升柔软性的状态下，附着于发光芯片7的表面，因此，可使较多的硅酮与附着于发光芯片7的上表面侧相比相对容易地附着于发光芯片7的侧面侧。

第2实施方式是利用硅酮10将发光芯片7的表面覆盖之后，不将硅酮10的表面进行等离子清洗地形成树脂部11。树脂部11是例如利用环氧树脂形成。因此，若在橡胶状的硅酮10的表面不进行等离子清洗地将树脂部11成形，则硅酮10因成形时的高温而相较树脂部11更膨胀，从而将硅酮10与树脂部11相接地设置。因此，硅酮10与树脂部11的密接性变得较佳。若树脂部11的成形结束后，硅酮10及树脂部11的温度下降，则硅酮10相较树脂部11更大地收缩。硅酮10是与形成在发光芯片7的上表面侧相比，更厚地形成在侧面侧，故与上表面侧相比，侧面侧进行收缩的尺寸变大。其原因在于，与上表面侧相比，侧面侧的硅酮10的厚度更大，故整体的收缩量变大。

因而，发光芯片7的侧面侧是如图5所示，在硅酮10与树脂部11之间形成更大的第1空隙部21。该第1空隙部21变得大于发光芯片7的上表面侧中的硅酮10与树脂部11之间的第2空隙部22。通过在硅酮10与树脂部11之间形成第2空隙部22，而缓和硅酮10拉伸发光芯片7的应力，从而防止发光芯片7剥离。

在发光芯片7的上表面侧，因硅酮10的厚度较薄，故硅酮10的收缩量较小，从而即便在硅酮10与树脂部11之间也不会形成较大的间隙。因而，可防止配置在发光芯片7的上表面侧的接合线16断线。

另外，在利用树脂部11将硅酮10的表面覆盖之前，可仅将硅酮10的一部分，具体而言可仅将发光芯片7的上表面侧进行等离子清洗，从而提升发光芯片7的上表面侧中的硅酮10与树脂部11的密接性。由此，即便硅酮10进行收缩，在硅酮10与树脂部11之间也难以产生第2空隙部22。若硅酮10与树脂部11相接地设置，则硅酮10将要进行收缩的应力作用于拉伸发光芯片7的方向，但发光芯片7的上表面侧因硅酮10的厚度较薄，故硅酮10的应力较小。因而，不会容易引起发光芯片7剥离。而且，在硅酮10的上表面侧，将硅酮10与树脂部11相接地设置对于接合线16防止断线而言较为合适。

如此般，在第2实施方式中，因使硅酮10的厚度在发光芯片7的侧面侧厚于发光芯片7的上表面侧，故硅酮10与树脂部11之间的空隙的尺寸变成侧面侧大于上表面侧。因而，可将自发光芯片7的侧面侧拉伸发光芯片7的应力缓和，从而可防止发光芯片7剥离。在第2实施方式中，可一边使用发光芯片7剥离成为问题的橡胶状硅酮10，一边防止发光芯片7剥离，因此，无需变更硅酮的材料，便可防止发光芯片7剥离。

上述第1及第2实施方式是针对将发光元件7粘接于光接收芯片6上的情形时防止剥离的结构进行了说明，但光接收芯片6与发光元件7并非必须的构成。本发明可适用于将第2半导体元件粘接于任意的第1半导体元件上的各种半导体装置，且对于第1半导体元件与第2半导体元件的具体种类并无特别要求。

对本发明的若干个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提示，并非意在限定发明的范围。这些新颖的实施方式可利用其它各种方式而实施，且可在不脱离发明主旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变化包含于发明的范围或主旨中，并且包含于专利申请的范围中记载的发明及其均等的范围中。

[符号的说明]

1 光耦合装置

2 衬底

3 第1焊垫

4 第2焊垫

5 第3焊垫

6 光接收芯片

7 发光芯片

8 第1MOSFET

9 第2MOSFET

10 第1树脂部

11 第2树脂部