专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，其具有高散热特性并包括具有成像功能的半导体元 件，所述半导体元件容纳在封装中。
背景技术：
JP-A-2007-194441公开了一种半导体器件，其包括具有成像功能的半导体元件 (例如CCD (电荷耦合装置)和CMOS图像传感器)，所述半导体元件设置在由陶瓷形成的封 装中。更详细地参照JP-A-2007-194441，光电导体元件和半导体元件彼此重叠地设置在凹 形封装中，并且设置在光电导体元件和半导体元件之间的传热板连接到热导体并从封装的 内外侧露出。在JP-A-2007-194441所公开的半导体器件中，通过形成具有高热传导特性的 热传递路径实现了改进的散热装置，其将热量从半导体元件和光电导体元件依次传递到热 传输板和热导体。在JP-A-2007-194441所公开的半导体器件中，从封装的内外侧露出的热导体 的一端连接到印刷电路板以最终散发热量。在半导体器件用作成像传感器的情况下， 由于所述器件的光接收表面用作光路，在光接收表面不能设置散热构件。为此原因， JP-A-2007-194441所公开的半导体器件不能像计算机的CPU(中央处理器)那样通过在半 导体元件上设置冷却元件(例如冷却风扇)来强制冷却。在半导体器件具有成像功能的情况下，一般地，即使温度不超过可靠性会受到影 响的额定温度，如果器件温度上升8到10°C，也会使得所述器件的暗电流大致翻倍。从而， 图像质量会由于增大的噪声而降低。为此原因，十分重要的是，使用具有成像功能的半导体 器件，将所述器件的温度保持得尽可能低，以便于实现满意的图像质量。
发明内容
希望提供一种具有高散热特性的半导体器件，其解决上述技术问题。还希望提供一种半导体器件，其中，能够防止出现归因于温度上升的图像质量的 降低。根据本发明的实施例，提供一种半导体器件，包括半导体元件，其具有成像功能， 其一个表面用作光接收表面；封装件，其具有使得所述光接收表面朝外来容纳所述半导体 元件的凹陷；透光板，其封闭容纳所述半导体元件的所述封装件的所述凹陷；导体，其设置 在所述封装件处，电连接到所述半导体元件，并电连接到外部电路；传热构件，其设置为从 所述半导体元件的另一表面突出；以及印刷电路板，所述外部电路设置在其上，所述半导体 元件安装在其上而与所述外部电路电连接，并且，所述印刷电路板形成有开口，以用于在其 间具有间隙地容纳所述传热构件。根据本发明的实施例，所述传热构件设置为从所述半导体元件的一个表面突出， 并且所述印刷电路板形成有开口以用于在其间具有间隙地容纳所述传热构件。从而，在半 导体元件处产生的热量能够由传热构件有效地散发，而不会传递到印刷电路板。从而，能够防止出现归因于温度上升的图像质量的降低。
图1是根据本发明第一实施例的半导体器件的主要部分的俯视图；图2是所述半导体器件的主要部分的横截面视图；图3是通过结合半导体元件、光传输板和传热构件与封装所获得的组件的立体 图，从所述组件的设置传热构件的一侧看去；图4是示出将传热构件安装到所述封装的安装凹陷中的方式的横截面视图；图5是半导体器件和散热构件的分解立体图；图6是半导体器件上安装有散热构件的横截面视图；图7是根据本发明第二实施例的半导体器件的横截面视图，示出将散热构件固定 在传热构件上的方式；图8是示出传热构件的顶面上形成有螺纹孔的立体图；图9是根据本发明第三实施例的半导体器件的横截面视图，示出如何使用所提供 的螺钉将散热构件固定在传热构件上；图10是示出传热构件的顶面上形成有螺钉的立体图；图11是根据本发明第四实施例的半导体器件的横截面视图，示出接地电缆与传 热构件连接；图12是所述主要部分的放大横截面视图，示出通过使用接地电缆将传热构件连 接到半导体元件的地电位并将传热构件连接到印刷电路板的方式；图13是示出将半导体元件连接到通孔的俯视图；图14是所述主要部分的放大横截面视图，示出通过焊接将接地电缆连接到传热 构件的方式；图15是根据本发明第五实施例的半导体器件的主要部分的横截面视图，示出堆 叠在传热构件上的珀耳帖元件以及为所述传热构件设置的冷却风扇；图16是示出珀耳帖元件堆叠在传热构件上的横截面视图，传热构件的厚度减小；图17是该实施例的替代布置方式的横截面视图，其中，珀耳帖元件替代传热构 件；图18是根据本发明第六实施例的半导体器件的分解立体图，其中，半导体元件直 接放置在传热构件上；图19是示出半导体元件和传热构件之间的关系的俯视图；图20是所述主要部分的横截面视图，示出半导体元件直接放置在传热构件上并 将其安装到封装的方式；以及图21A是示出QFP(四线扁平封装)类型的封装上的导体和传热构件之间的位置 关系的横截面视图；图21B是示出BGA(球栅阵列)类型的封装上的导体和传热构件之间的 位置关系的横截面视图。
具体实施例方式现在将参照附图按照如下顺序描述实现本发明的半导体器件。
1.第一实施例2.第二实施例3.第三实施例4.第四实施例5.第五实施例6.第六实施例7.其它实施例8.示例性应用(第一实施例)如图1到4所示，实现本发明的半导体器件1包括具有成像功能的例如QFP (四线 扁平封装)类型的半导体元件2，容纳所述半导体元件2的封装3，电连接到所述半导体元 件2的导体4，封闭所述封装3的光传输板5，设置为从所述半导体元件2突出的传热构件 6，和外部电路设置在其上的印刷电路板7。半导体元件2是具有成像功能的光接收元件(例如CCD (电荷耦合装置))或CMOS 图像传感器)，并且所述元件具有形成于其衬底(例如由硅制成)的一个表面上的光接收部 分，所述光接收部分包括光接收表面2a。如图2所示，半导体元件2容纳在封装3中。封装3由电绝缘材料(例如陶瓷或 环氧树脂)制成。封装3例如具有大致矩形的形状，并且底部为例如大致矩形形状的凹陷 3a形成于所述封装的一侧上。上述半导体元件2安装在凹陷3a中，使得光接收表面2a定 位在所述凹陷的开口侧。例如，半导体元件2通过使用具有低耐热性的粘合剂(例如传热 粘合剂8)施加到凹陷3a的底部。如图1和2所示，作为半导体元件2的引线的导体4设置在形成凹陷3a的一部分 的周壁3b上，导体从周壁3b内侧穿过周壁3b延伸到外侧。具体地，多个导体4并排设置 在封装3的每一侧上。半导体元件2电连接到位于凹陷3a内侧的导体4的端部4a，并且， 印刷电路板7上的外部电路电连接到位于凹陷3a外侧的导体4的端部4b。导体4弯曲为 使得其位于凹陷3a外侧的端部4b低于其位于凹陷3a内侧的端部4a，从而将端部4b与位 于封装3之下的印刷电路板7上的连接盘相接触。导体4的位于凹陷3a内侧的端部4a通 过导线9电连接到导体2的端子。多个导体2可容纳在封装3的凹陷3a中。当具有多个半导体元件2时，用作光接 收元件的半导体元件2可固定到集成有驱动控制电路等的用作光接收表面的另一半导体 元件，前一元件的与光接收表面2a相反的表面固定到后一元件。在此情形下，位于光接收 元件之下的第二半导体元件也通过导线电连接到导体4的端部4a。当具有多个半导体元件 2时，半导体元件2可并排水平设置。半导体元件2可安装在形成于基于倒晶封装的封装3 上的晶格上。当半导体元件2固定到封装3的凹陷3a并粘合到导体4时，凹陷3a由广传输板5 封闭。一般地，光传输板5由透明玻璃板或树脂板构成。光传输板5可以是具有光学功能 的元件(例如低通滤波器或透镜)。台阶5a形成于形成为凹陷3a的一部分的周壁3b的顶 部，以允许光传输板5定位并安装在凹陷中。通过借助施加到台阶5a或光传输板5的粘合 剂11而使凹陷配合到台阶5a从而固定光传输板5。
如图2和4所示，封装3具有形成于其与凹陷3a相反的底面上的安装凹陷12，以 允许安装传热构件6。安装凹陷12形成于凹陷3a基本上与固定到台阶3a的半导体元件2 相对的位置中。从而，封装3的底部的厚度小于其周壁的厚度，因为安装凹陷12形成于另 一侧上。封装3由电绝缘材料(例如如上所述的陶瓷或环氧树脂)形成，并且这种材料一 般具有高耐热性。从而，封装3在固定半导体元件2的区域中的厚度小于封装的周壁中的 厚度，以允许在半导体元件2处产生的热量高效率地热传递到具有低耐热性的传热构件6。 在设置有安装凹陷12的区域中留下具有较小厚度的底部3c以防止传热构件6和半导体元 件2之间的电绝缘降低，从而防止操作故障。参照安装凹陷12的尺寸，安装凹陷12的面积可略大于或略小于半导体元件2的 面积，只要该面积与半导体元件2的面积大致相等。在没有凹陷的情况下封装3的底部的 厚度足够小时，并非必须设置安装凹陷12。 如图3和4所示，传热构件6安装在安装凹陷12中。传热构件6由至少在热传导 率方面优异的材料制成。例如，可使用铜钨合金。传热构件6通过使用传热粘合剂13施加 到安装凹陷12。传热构件6的高度形成为当传热构件6施加到安装凹陷12时使得其从封 装3的底部突出。更具体地，传热构件6的高度形成为使得该构件的顶面6a位于导体4的 位于凹陷3a外侧的端部4b之下。传热构件6的材料不限制于铜钨合金，并且也可替代地使用其他铁类合金(例如 铜合金)。通过将半导体元件2施加到封装3的其内设置有导体4的凹陷3a并通过引线结 合将所述元件电连接到所述导体的位于凹陷3a内侧的端部4a，形成半导体器件1。凹陷3a 由光接收表面5封闭，并且传热构件6施加到安装凹陷12，如图4所示。然后，通过将半导 体元件2、光传输板5和传热构件6与封装3如上所述地结合所形成的组件Ia安装在印刷 电路板7上。例如，印刷电路板7是其厚度例如为约Imm的柔性印刷电路板，如图1和2所示。 在安装组件Ia的区域中，印刷电路板7具有焊盘7a，导体4的位于凹陷3a外侧的端部4b 电连接到焊盘7a。焊盘7a设置的数量与导体4的位于凹陷3a外侧的端部4b相对应，并 且，所述焊盘设置为大致为矩形的形式。每个焊盘7a电连接到形成于印刷电路板7上的外 部电路14。在由多个焊盘7a围绕的区域中，开口 7b形成为用于在其间具有间隙地容纳固 定在封装3的安装凹陷12中并从封装3的底部突出的传热构件6。印刷电路板7可以是刚性板或作为刚性板和柔性板的结合的软硬结合板。通过使封装3与半导体元件2、光传输板5和传热构件6组合所形成的组件Ia起 初被固定在其在印刷电路板7上的安装位置中，传热构件6插入在开口 7b中。然后，导体 4的位于凹陷3a未测的端部4b通过使用回流工艺焊接焊盘7a。通过将组建Ia安装在印 刷电路板7上所形成的半导体器件1处于下列状态传热构件6的顶面6a从开口 7b突出 到与印刷电路板的其上设置有焊盘7a的安装表面相反的表面之上。从而，在半导体元件2 处产生的热被热传递到突出到与印刷电路板7的其上设置有焊盘7a的安装表面相反的表 面之上的传热构件6。而且，半导体器件1的传热构件6可设置有散热构件15，如图5和6所示。散热构 件15由具有高散热特性的金属材料(例如铝)制成。散热构件15的基部15c的一个表面平坦，以用作用于将所述构件附着在传热构件6的顶面6a上的附着表面。传热构件6具有的厚度使得顶面6a位于印刷电路板7之上，以允许大于安装凹陷12的散热构件15安装在 所述安装凹陷上。散热构件15具有形成于所述构件的与基部15c相反的一侧上的多个翼 片15b。通过使用用作固定构件的传热粘合剂16将附着表面15a附着到传热构件6的顶面 6a从而将散热构件15固定到传热构件6。在上述半导体器件1中，半导体元件2和散热构件15之间的大部分距离由具有低 耐热性的传热构件6的厚度所占据。从而，在半导体器件1中，在半导体元件2处产生的热 能够非常高效地传递到散热构件15，并且因此能够将半导体元件2的温度保持得较低。g卩，在半导体器件1中，半导体元件2的热经由传热构件6有效地传递到散热构件 15。从而，半导体器件1的半导体元件2的温度能够保持得较低从而抑制归因于温度上升 的暗电流以及屏幕中不规则的黑电平(黑斑)所引起的热噪声。由于能够将半导体元件的 温度保持得较低，所以能够延长半导体元件的寿命。而且，在半导体器件1中，半导体元件 2的热能够在散热构件15处散发，而不会干扰到印刷电路板7。从而，较少量的热被传递到 印刷电路板7。结果是，能够抑制施加在安装在印刷电路板7上除了组件Ia以外的电子器 件上的热应力，并且，能够将包括这些器件的电路的失效率保持得较低。一般地，封装3的材料与印刷电路板7的材料不同，并且从而这些材料具有不同的 线性膨胀系数。在半导体器件1中，半导体元件2的热能够有效地散发以抑制封装3处的温 度上升。结果是，印刷电路板7较不易受到归因于其温度变化的温度收缩的不利影响。从 而，锡裂较不易出现在导体4的位于凹陷3a外侧的端部4b被焊接到焊盘7a的区域中，这 允许提高产品的长期可靠性。(第二实施例)如图7和8所示，在下面将要描述的半导体器件20中，通过使用用作固定构件的 螺钉将散热构件15固定到传热构件6。具体地，一个或多个螺钉孔21设置在传热构件6的顶面6a上，并且在此实施例中 设置有两个螺钉孔。散热构件15由具有高散热特性的金属材料(例如铝)制成。所述构件的基部15c 的一个表面平坦，以用作抵靠在传热构件6的顶面6a上的表面22。多个翼片15b形成于基 部15c的另一侧上。通孔23、23形成于两对相应的相邻翼片15b之间以与传热构件6上的 螺钉孔21、21相关联。通过使得抵靠表面22抵靠在传热构件6的顶面6上而使散热构件15定位。然后， 用作固定构件的螺钉24、24穿过通孔23、23插入并旋紧到螺钉孔21中以固定散热构件15， 传热构件6的顶面6a和抵靠表面22被保持为彼此紧密接触。在上述半导体器件20中，通过使用螺钉将散热构件15固定到传热构件6，这使得 与通过使用传热粘合剂16固定所述构件时所实现的抗振特性相比实现更高的抗振特性。 当所述装置用作视频摄像机时，传热构件6和散热构件15之间的结合承受极大的温度变 化，因为在操作时所述装置温度较高并且又返回到正常温度。由于散热构件15由螺钉24固 定到传热构件6，所述结合抵抗热应力的强度能够被保持得高于使用传热粘合剂16所能实 现的强度。在半导体器件20必须拆卸并维修以修复故障时，与通过使用传热粘合剂16将 散热构件15固定到传热构件6的情形相比，在通过使用螺钉将散热构件15固定到传热构件6的情形下，能够更容易地拆卸并且维修所述器件。(第三实施例) 在下面描述的半导体器件30中，传热构件6设置有用作固定构件的螺钉，如图9 和10所示，并且通过用螺母紧固螺钉而固定散热构件15。具体地，螺钉31设置为与传热构件6的顶面6a —体。可设置一个或多个螺钉31， 并且在此实施例中设置有两个螺钉。散热构件15由具有高散热特性的金属材料(例如铝)制成。所述构件的基部15c 的一个表面平坦，以用作抵靠在传热构件6的顶面6a上的表面32。多个翼片15b形成于基 部15c的另一侧上。通孔33、33形成于两对相应的相邻翼片15b之间以与传热构件6上的 螺钉31、31相关联。通过使得抵靠表面32抵靠在传热构件6的顶面6上而使散热构件15定位。然后， 用作固定构件的螺钉31、31穿过通孔33、33插入并且螺钉31、31由螺母34、34紧固以固定 散热构件15，传热构件6的顶面6a和抵靠表面32被保持为彼此紧密接触。除了与上述半导体器件20提供相同的优点外，上述半导体器件30还能够下列优 点。具体地，在图7和8所示的半导体器件20中，当螺钉24被太强烈地紧固时，传热构件6 朝向半导体元件2扭曲，并且这种扭曲还能够出现在封装3中的半导体元件2中。结果是， 在半导体元件2的光轴和设置在镜筒中的光学透镜的光轴等之间会出现偏移。然后，由所 述元件成像的图像可能在其周边模糊。当所述元件的光轴从镜筒的后对焦透镜的光轴偏移 时，所得到的图像可能出现散焦。就此，在半导体器件30中，因为与传热构件6的顶面6a 一体的螺钉31由螺母34紧固，能够防止传热构件6朝向半导体元件2扭曲以及因此的封 装3中的半导体元件2的扭曲。在如上所述作为本发明第二和第三实施例的半导体器件20和30中，散热构件使 用螺钉固定到传热构件6。这种方法便于维修和保养，因为能够方便地取下散热构件15。(第四实施例)在本发明的上述第一到第三实施例中，不关心传热构件6的材料是否具有导电 性，只要所述材料具有高热传导性。当传热构件6除了高热传导性外还具有导电性时，传热 构件6的电位不确定。当传热构件6的电位不确定时，静电或外部电波形式的噪声能够流 入到起到类似天线作用的散热构件15中，并且噪声可能不会流到接地。在此情形下，噪声 可能流入到半导体元件2中，例如因为由包括在封装3的底部3c中的绝缘物质以及夹在半 导体元件2和传热构件6之间的传热粘合剂8和13而形成的静电电容，如图2所示。在图11到13所示的半导体器件40中，铜钨合金用作如上所述的传热构件6从而 为所述构件提供高传热性以及高导电性。在半导体器件40中，传热构件6通过使用接地电 缆41电连接到印刷电路板7的地电位。图11到13中示出的半导体器件40是一个示例， 其中，如图7和8中所示，通过将螺钉24紧固到设置在散热构件15中的螺钉孔21中而将 散热构件15固定到传热构件6。或者，可通过使用如图9和10所示由螺母34紧固设置在 传热构件6上的螺钉24而将半导体器件40的散热构件15固定到传热构件6。具体地，如图11所示，印刷电路板7具有连接盘42，连接盘42电连接到地电位并 且例如设置在所述印刷电路板的与其上安装有组件Ia的表面相反的表面上并定位为靠近 组件Ia的安装位置，组件Ia通过组合半导体元件2、光传输板5和传热构件6与封装3所形成。接地电缆41的一端焊接到连接盘42从而与其电连接。形成有通孔的端子部分43 设置在接地电缆41的另一端上。端子部分43插入在传热构件6的顶面6a与散热构件15 之间，并且通过将具有导电性的螺钉24旋入通孔来使得这两个构件固定到一起。从上将会理解，在半导体器件40中，由散热构件15所拾取的外部噪声能够被引导到经由接地电缆41与印刷电路板7的地电位相连接的连接盘42，由此，能够减小流入到半 导体元件2中的噪声。接地电缆41的一端或者可通过使用具有导电性的螺钉等电连接到连接盘42。一般地，半导体元件2的地电位由导体4连接到印刷电路板7的地电位。在高运 行频率范围内，配线9和导体4的感应分量不容忽视，并且难以保持地电位不受影响。根据 现有技术，通过由于增大分配到地电位并且并联连接的导体的数目所实现的阻抗的减小， 地电位已经被保持为尽可能接近所希望值。然而，在此情形下，导体4数目的增大可能会导 致成本上升。在半导体器件40中，通过将传热构件6连接到半导体元件2的地电位并使用接地 电缆41将传热构件6电连接到印刷电路板7的地电位从而减小半导体元件2的地电位的 阻抗。如图12和13所示，一个或多个通孔44在封装3的底部3c的周边部分中或围绕 半导体元件2形成。具体地，通孔44围绕着封装3的设置为用于安装传热构件6并位于周 壁3b内侧的安装凹陷12所形成。通孔44以导电材料填充或者在其周壁上涂以导电材料， 以电连接其上安装有半导体元件2的表面及其相反的表面。将由配线45电连接的第一焊 盘46形成于其上形成有半导体元件2的表面上的通孔44处。配线45设置为通过使用引 线结合将分配到地电位的半导体元件2的端子与第一焊盘46电连接。将要与具有导电性 的传热构件6电连接的第二焊盘47形成于与其上形成有半导体元件2的表面相反的表面 上。传热构件6具有形成为与封装3的外周部分具有间隙的切口部分48，并且第二焊盘47 接触切口部分48的表面以电连接到所述构件6。从而，半导体元件2的地电位经由通孔44 电连接到传热构件6。在上述半导体器件40中，传热构件6电连接到半导体元件2的地电位，并且传热 构件6还通过使用接地电缆41电连接印刷电路板7的地电位。从而，在半导体器件40中， 能够在与增大导体40数目的情形相比减小导体4的数目的同时，减小半导体元件2的地电 位的阻抗。图13中的示例示出作为从上述实施例中沿竖直方向延伸的八个导体4减小的 结果的沿竖直方向延伸的六个导体4。在半导体器件40中，半导体元件2经由形成于封装3中的通孔44电连接到与印 刷电路板7的地电位电连接的传热构件6。从而，半导体器件40的半导体元件2能够以比 通过使用导体4将半导体元件2电连接到印刷电路板7的地电位时所能实现的机械强度更 大的机械强度连接到地电位。在半导体器件40中，能够抑制外部噪声以及从半导体元件2 自身发射的电波的影响。而且，在半导体器件40中，这种效果能够通过由螺钉24将散热构 件15固定到传热构件6的操作简单地实现。当与通过烙铁将跳线连接到传热构件6和印刷电路板7的地电位的情形相比，通 过由螺钉24将散热构件15固定到传热构件6并将半导体元件2和传热构件6连接到印刷 电路板7的地电位，能够更高操作性地实现装配。原因在于因为传热构件6的低耐热性，焊接的温度不容易升高到熔点，这使得由于烙铁施加的热朝向封装3扩散。当试图使用高功 率烙铁升高焊接温度时，温度急剧地传递到半导体元件2，并且所述热量将会损害半导体元 件2。 当通过使用弹簧等(未示出)而不是螺钉24将散热构件15压到与传热构件6接 触以将其连接到印刷电路板7上的地电位时，散热构件15和传热构件6之间的接触可能会 由于归因于例如灰尘和沙子等陷入所述构件之间的缝隙中的颗粒物的长期变化而变得不 稳定。在此情形下，接触区域可能由于来自于外部的振动或震动而振动，以造成归因于振动 频率的电位变化，并且因此而产生的噪声可能出现在从半导体元件2输出的图像上。这种 问题在半导体器件40中可得到抑制，因为通过使用螺钉将散热构件15固定到传热构件6。已经作为接地电缆41的具有端子部分43的端部通过使用螺钉24如图11所示地 连接的例子描述了上述示例。或者，接地电缆41的端部可通过使用螺钉49a而不是螺钉24 如图14所示地电连接到传热构件6。在此情形下，导电垫圈49b设置在接地电缆41的端部 处，螺钉孔49c例如设置在传热构件6的一侧上。通过将螺钉49a插入到垫圈49b并将其 旋入到螺钉孔49c中，将接地电缆41的端部电连接到传热构件6。(第五实施例)已经作为在半导体元件2处产生的热从传热构件6热传递到散热构件15以被动 方式散热的例子描述了上述实施例。或者，能够通过使用一个或多个珀耳帖元件或冷却风 扇以主动方式执行冷却。在如图15所示的半导体器件50中，珀耳帖元件51安装在传热构件6上。散热构 件15安装在珀耳帖元件51上。散热构件15由冷却风扇52冷却。在此装置中使用的传热构件6具有一个或多个以如图7和8所示相同方式设置在 其顶面6a上的螺钉孔21，并且在此实施例中设置有两个螺钉孔。珀耳帖元件51具有与传热构件6的顶面6a大致相同的尺寸，并且其电连接到DC 电源51a。该元件在其朝向传热构件6的表面上吸收热量并且从其朝向散热构件15的表面 散发热量。珀耳帖元件51安装为使得其朝向传热构件6的表面抵靠顶面6a。珀耳帖元件 51具有形成为穿过其厚度方向延伸并与螺钉孔21、21相关联的安装孔51b、51b。散热构件15如上所述由具有高散热特性的金属材料(例如铝)制成。该构件的 基部15c的一个表面平坦，并且该表面构成与珀耳帖元件51的散热侧表面抵靠的表面22。 多个翼片15b形成于基部15c的另一侧上。通孔23、23形成于相关对的相邻翼片15之间 以与传热构件6的螺钉孔21、21以及珀耳帖元件51的安装孔51b、51b相关联。通过使得抵靠表面22抵靠在珀耳帖元件51的散热侧的表面上而使散热构件15 定位。然后，通过将用作固定构件的螺钉24、24插入到通孔23、23和安装孔51b、51b中并 将所述螺钉旋入到螺钉孔21、21中，散热构件15被固定，顶面6a和抵靠表面22被保持为 紧密接触。通过在传热构件6的顶面6a上如图9和10所示地设置螺钉31、31、将螺钉31、31 插入到通孔23、23和安装孔51b、51b中并将所述螺钉31、31由螺母34、34固定，可将珀耳 帖元件51和散热构件15安装在传热构件6上。而且，与电源52a连接的冷却风扇52设置在散热构件15之下。从而，在半导体器 件50的半导体元件2处产生的热能够经由传热构件6由散热构件15的珀耳帖元件51以主动方式传递，并且冷却风扇52允许以高效率辐射热量。从而，能够延长半导体元件2的寿命。半导体器件50可仅包括作为主动冷却装置的珀耳帖元件51而排除冷却风扇52。 或者，所述装置可仅包括冷却风扇52而排除珀耳帖元件51。半导体器件50包括从印刷电路板7的内层延伸的柔性板53而不是如图11和14 所示的接地电缆41。柔性板53电连接到印刷电路板7的地电位。由螺钉24穿过的通孔形 成于设置在柔性板53端部处的刚性焊盘53a中。形成为焊盘53a的间隙的切口部分6b形 成于传热构件6的顶面6a上。如图15所示，螺钉24穿过位于柔性板53端部处的焊盘53a 插入以将板安装在传热构件6和珀耳帖元件51之间。因此而描述的半导体器件50能够以 简单的构造设置，因为不需要使用接地电缆41。由于具有与焊盘53a的厚度相等的深度的 切口部分6b设置在传热构件6的顶面6a上，用于安装珀耳帖元件51的表面在焊盘53a设 置在切口部分6b时变得平坦。从而，能够以稳定的姿态安装珀耳帖元件51，其中，所述元件 不受振动。当传热构件6和珀耳帖元件层叠时，需要传热构件6和珀耳帖元件51的叠层具有 的总厚度使得所述叠层如图16所示地突出在印刷电路板7之上。传热构件6、珀耳帖元件 51和散热构件15可通过螺钉使用如图15所示地安装到封装3，并且它们还可通过使用传 热粘合剂(尽管未示出)固定。从而，比安装凹陷12大的散热构件15能够安装到珀耳帖 元件51。已经作为采用由铜钨合金等制成具有高传热性的传热构件6的例子描述了上述 实施例，如图17所示，珀耳帖元件15可使用，而不是使用这种传热构件6。具体地，珀耳帖 元件51可直接安装在封装3的安装凹陷12中。尽管未示出，珀尔提元件51和散热构件15 可通过使用螺钉安装到封装3，并且它们还可以通过使用传热粘合剂来固定。当珀耳帖元 件51安装在安装凹陷12中时，珀耳帖元件51起到具有高传热性传热构件6的作用，并且 半导体元件2的热量能够传递到散热构件15而不传递到印刷电路板7。这种半导体器件的 厚度能够制得小于其中珀耳帖元件51如图15所示地层叠在传热构件6上的器件的厚度。(第六实施例)已经作为安装凹陷12设置在封装3的底部3c上并且传热构件6固定在安装凹陷 12中的例子描述了上述实施例。安装凹陷12可形成为穿过封装延伸以允许半导体元件2 直接放置在传热构件6上，如图18到20所示。具体地，作为上述封装的替代形式的半导体器件60的封装61由电绝缘材料(例 如陶瓷或环氧树脂)形成。例如，封装61具有矩形形状，并且例如具有大致矩形形状的凹 陷61a形成于封装的一侧上。用作半导体元件2的引线的导体4设置在形成为凹陷61a的 一部分的周壁61b上，所述导体穿过周壁61b从其内侧延伸到外侧。导体4的位于凹陷61a 内侧的端部4a电连接到半导体元件2，到期的位于凹陷61a外侧的端部4b电连接到印刷电 路板7的外部电路。导体4的位于凹陷61a内侧的端部4a通过配线9电连接到导体2的 端子。其上安装有半导体元件2的传热构件62设置在封装61的底部61c处，并且安装 孔63形成于所述底部处以允许放置传热构件62。用于支撑传热构件62的支撑台阶部分 63a绕安装孔63形成。
传热构件62具有基部62a和传热部分62b，半导体元件2固定在基部62a上，传 热部分62b与基部62a形成为一体并且散热构件15和珀耳帖元件51固定在其上。传热部 分62b形成为小于基部62a，并且所述构件62总体上具有大致上以台阶型突出的截面形状。 半导体元件2安装在基部62a的主要表面62d上，使得所述元件的光接收表面2a定位在封 装61的与其上设置有安装孔63的一侧相反的开口侧上。例如，半导体元件2通过使用具 有低耐热性的粘合剂(例如传热粘合剂64)施加到基部62a的主要表面。传热构件62具有围绕基部62a和传热部分62b之间的结合处形成的接合台阶部 分62c，接合台阶部分62c与围绕安装孔63形成的支撑台阶部分63a接合。通过使用具有 低耐热性的粘合剂(例如传热粘合剂65)将传热构件62固定到与接合台阶部分62c接合 的支撑台阶部分63a，使得半导体元件2的光接收表面定位在封装61的与其上设置有安装 孔63的一侧相反的开口侧上。 基部62a的其上施加半导体元件2的主要表面62d的面积大于半导体元件2的面 积。从而，当从所述器件的入光侧观察时，主要表面62d的一些部分从半导体元件2周围露 出。因而，图像质量可由于归因于在主要表面62d的露出部分上的入射光的漫反射而造成 的鬼影而降级。为此原因，在基部62a的主要表面62d上执行绝缘处理和抗反射处理67，并 且传热粘合剂65施加到相应的表面以将半导体元件2粘合到其上。能够通过施加绝缘膜 和抗反射膜或在所述表面上执行电镀处理或真空沉积而执行绝缘处理和抗反射处理67。在半导体器件60中，执行引线结合以通过使用配线66将半导体元件2连接到导 体4。然后，通过使用粘合剂68将光传输板5固定到形成于作为凹陷61a的一部分形成的 周壁61b的顶部处而将光传输板5安装在印刷电路板7上。在上述半导体器件60中，由于半导体元件2直接安装在传热构件62的基部62a 上，在半导体元件处产生的热能够直接传递到传热构件62。半导体器件60可设置有如上所述的珀耳帖元件51和冷却风扇52。散热构件15 可使用螺钉安装到传热构件62，并且所述构件62可使用接地电缆41电连接到印刷电路板 7的地电位。半导体元件2的地电位可连接到传热构件62。(7.其它实施例)现在将就通过使用如第一到第六实施例中所使用的QFP(四线扁平封装)类型封 装3将传热构件6安装在印刷电路板7上的高度进行描述。图21A以示例的方式示出本发 明第一实施例中描述的半导体器件1。如图21A所示，导体4的位于QFP (四线扁平封装) 类型的封装的凹陷3a外侧的端部4b被弯曲得低于导体4的位于凹陷3a内侧的端部4b，使 得端部4b与印刷电路板7的位于封装3之下的连接盘接触。传热构件6突出，使得其顶面 定位在位于凹陷3a外侧的端部4b的高度hi之下，并且该顶面位于用于在其间具有间隙地 容纳传热构件6的印刷电路板7的开口 7b中。或者，传热构件6可形成为具有的高度使得 所述构件突出在印刷电路板7之下。从而，在半导体元件2处产生的热不容易传递到印刷 电路板7，并且便于散热构件15的安装。本发明可以以如图21B所示的BGA(球栅阵列)类型的半导体器件70实现，其通 过使用设置在封装71的底面上的金属球或隆起形式的端子72安装。在此情形下，半导体 元件2使用配线74连接到封装71底面上的焊盘71a。焊盘71a电连接到端子72。施加到 封装71的底部上的传热构件73突出在金属球形式的端子72的高度h2之下，并且传热构件6定位在用于在其间具有间隙地容纳所述构件的印刷电路板7的开口 7b中。或者，传热 构件73可形成为具有的高度使得所述构件突出在印刷电路板7之下。从而，在半导体元件 2处产生的热不容易传递到印刷电路板7，并且便于散热构件15的安装。 (8.示例性应用)具有成像功能实现本发明的半导体器件1、20、30、40、50、60和70可用在具有成像 功能的电子设备中。例如，本发明的实施例可用作视频摄像机和静止照相机的成像部分。本 发明的实施例可用作望远镜和显微镜的成像部分和用作光盘驱动器的光学拾取器。本申请包含2009年3月24日在日本专利局递交的日本优先权专利申请 JP2009-0072496所公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用方式结合于此。本领域的技术人员应该理解到可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组 合、子组合和替换，只要它们在权利要求的范围或者其等同范围内。
权利要求
一种半导体器件，包括半导体元件，其具有成像功能，其一个表面用作光接收表面；封装件，其具有使得所述光接收表面朝外来容纳所述半导体元件的凹陷；透光板，其封闭容纳所述半导体元件的所述封装件的所述凹陷；导体，其设置在所述封装件处，电连接到所述半导体元件，并电连接到外部电路；传热构件，其设置为从所述半导体元件的另一表面突出；以及印刷电路板，所述外部电路设置在其上，所述半导体元件安装在其上而与所述外部电路电连接，并且，所述印刷电路板形成有开口，以用于在其间具有间隙地容纳所述传热构件。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中，散热构件通过使用固定构件固定到所述传 热构件的表面上的与所述封装相反的一侧上。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述传热构件是电导体并电连接到所述印 刷电路板的地电位。
4.如权利要求3所述的半导体器件，其中，所述传热构件电连接到所述半导体元件的 地电位。
5.如权利要求2到4中任一项所述的半导体器件，其中，所述散热构件设置有珀耳帖元件。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件，包括半导体元件，其具有成像功能，其一个表面用作光接收表面；封装件，其具有使得所述光接收表面朝外来容纳所述半导体元件的凹陷；透光板，其封闭容纳所述半导体元件的所述封装件的所述凹陷；导体，其设置在所述封装件处，电连接到所述半导体元件，并电连接到外部电路；传热构件，其设置为从所述半导体元件的另一表面突出；以及印刷电路板，所述外部电路设置在其上，所述半导体元件安装在其上而与所述外部电路电连接，并且，所述印刷电路板形成有开口，以用于在其间具有间隙地容纳所述传热构件。
文档编号H01L27/14GK101847644SQ20101013852
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年3月24日
发明者天野良介 申请人:索尼公司