(57)【要約】【課題】  絶縁基体と透光性蓋体とを接合する接合材の紫外線の照射が適切に行われたものか否かを適切に識別することができ、所定の品質を確保、維持することのできる光半導体装置を提供すること。【解決手段】  上面に光半導体素子３を収容し搭載するための凹部１aを有する絶縁基体１と、絶縁基体１の凹部１aの内側から外側に導出された配線導体２と、絶縁基体１の凹部１ａの底面に接合されて搭載されるとともに電極４が配線導体２に電気的に接続された光半導体素子３と、絶縁基体１の上面に凹部１aを塞ぐようにして接合材７を介して取着された透光性蓋体５とを具備し、接合材７は紫外線によって変色する色素を含有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側に導出された配線導体と、前記絶縁基体の前記凹部の底面に接合されて搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして接合材を介して取着された透光性蓋体とを具備しており、前記接合材は、紫外線硬化性であるとともに紫外線によって変色する色素を含有していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記接合材は、紫外線硬化性樹脂から成ることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記接合材は、前記絶縁基体と前記透光性蓋体との接合部から前記透光性蓋体の下面の内側に向かって延在していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオード、ラインセンサ、イメージセンサ等の受光素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子を具備した光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフォトダイオード（ＰＤ）、ラインセンサ、イメージセンサ等の受光素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子を具備した光半導体装置を構成する絶縁基体は、上面に光半導体素子を収容するための凹部が形成されている。また、絶縁基体の凹部の内面から絶縁基体の側面および下面の少なくとも一方にかけて配線導体が形成されている。
【０００３】
光半導体素子は絶縁基体の凹部の底面に載置され接着されており、その光半導体素子の上面の外周部には電極が設けられている。光半導体素子の電極と上記配線導体のうち凹部の内面に露出した部位とは、Ａｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤにより電気的に接続される。また、透光性蓋体が絶縁基体の上面に、凹部を覆うようにして接合材により取着されている。
【０００４】
このように従来の光半導体装置は、透光性蓋体を有することにより、光半導体装置の内部空間にゴミなどの異物が進入することを防止するとともに、光半導体装置の内部空間を密閉空間とすることで、外部雰囲気の湿気が光半導体装置内に進入するのを極力防ぐようにして、光半導体素子の耐久性を向上させるようにしている。
【０００５】
なお、一般的な光半導体装置では、外部機器との電気的接続を行うために絶縁基体の外周部に外部接続端子が配設されており、その外部接続端子は、絶縁基体の凹部内から絶縁基体の側面および下面の少なくとも一方にかけて形成された配線導体等を介して電極パッドに接続されている。
【０００６】
そして、光半導体素子により透光性蓋体を介して受光されるとともに変換されて生じた電気信号は、配線導体および外部接続端子を経由して光半導体装置の外部に配置された各種の機器や素子などに送られる。
【０００７】
なお、従来のフォトダイオード（ＰＤ）、ラインセンサ、イメージセンサ等の受光素子である光半導体素子またはこれらの受光部を有する光半導体素子を具備した光半導体装置において、透光性蓋体と絶縁基体との接着における接合材としては、シリカフィラーを混入させたエポキシ樹脂やフェノール樹脂，クレゾール樹脂，粉体カーボンとシリコン樹脂粒子の混合体等の熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いたものが使用されている。
【０００８】
特に、近年、透光性蓋体を絶縁基体に取着する接合材としては、硬化のためにあまり大きな熱を加える必要が無く、光半導体素子に対する熱の影響の小さい、紫外線硬化性樹脂から成るものが多用されるようになってきている。
【０００９】
また、接合材として紫外線硬化性樹脂から成るものを用いると、熱硬化性樹脂に比べ樹脂の硬化のための処理時間が短縮できるので、光半導体装置を製造する工程の短縮化に有効である。
【特許文献１】特開平１０−１１６９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の光半導体装置においては、透光性蓋体を絶縁基体に取着する接合材が確実に硬化しているか否かを外観的に確認することが難しいという問題があった。例えば、透光性蓋体と絶縁基体とを接合させる接合材が紫外線硬化性樹脂の場合、接合材が確実に硬化して透光性蓋体が絶縁基体に強固に接合、取着されるためには、接合材に対して紫外線が照射されている必要があるが、硬化の前後で樹脂に色調や透明度等の変化が顕著に生じることはなく、また温度もほとんど変わらないので、接合材について紫外線が照射されたものであるか否かを外観的に確認することができない。そのため、接合材が未硬化で光半導体素子が気密封止されていない光半導体装置が誤って流出する危険性があった。
【００１１】
また、この流出を避けるためには、光半導体装置の１個ずつについて、透光性蓋体に機械的に力を加えて透光性蓋体が動くかどうかを確認して接合されているか否かを識別する必要があり、光半導体装置の生産性が非常に低くなってしまうという問題があった。
【００１２】
なお、紫外線が照射されないという事象は、例えば、紫外線照射装置の故障や紫外線の照射位置、照射時間、出力等の設定の間違い等のいわゆる装置トラブルや、光半導体装置を紫外線照射装置に移送するラインにおける移送の不順等のいわゆるライントラブル等に起因して生じる。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、絶縁基体と透光性蓋体とを接合する接合材（紫外線硬化性樹脂）に対する紫外線照射が適切に行われ、光半導体素子が確実に気密封止されているか否かを容易かつ確実に識別することができ、気密封止の信頼性が良好に確保されているとともに生産性に優れた光半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置は、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側に導出された配線導体と、前記絶縁基体の前記凹部の底面に接合されて搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして接合材を介して取着された透光性蓋体とを具備しており、前記接合材は紫外線によって変色する色素を含有していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置は好ましくは、前記接合材は、紫外線硬化性樹脂から成ることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の半導体装置は好ましくは、前記接合材は、前記絶縁基体と前記透光性蓋体との接合部から前記透光性蓋体の下面の内側に向かって延在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体装置によれば、絶縁基体の上面に絶縁基体の凹部を塞ぐようにして透光性蓋体を取着するための接合材は、紫外線によって変色する色素を含有していることから、接合材を硬化させる紫外線が照射されたときには、その紫外線により接合材に含有されている色素が変色するため、接合材に対して紫外線照射がされたか否かを容易かつ確実に識別することができる。その結果、光半導体素子が確実に気密封止されているか否かを容易かつ確実に識別することができ、気密封止の信頼性が良好に確保されているとともに、生産性に優れた光半導体装置を提供することができる。
【００１８】
なお、接合材は、硬化を確実とするために硬化の最後の段階で熱硬化されるものであってもよい。即ち、硬化の初期の段階では紫外線照射され、硬化の最後の段階では熱硬化される場合もあるため、紫外線照射のみにより硬化される接合材でなくても、硬化の有無の確認について一定の効果を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の光半導体装置において好ましくは、接合材は、紫外線硬化性樹脂から成ることから、必要な量の紫外線が接合材に照射されたか否かのみに応じて接合材の硬化の度合いが決まるので、接合材（色素）が変色しているか否か、またどの程度変色しているかを見ることにより、接合材が確実に硬化して透光性蓋体が絶縁基体に強固に接合されているか否かをより確実に識別することができる。
【００２０】
接合材が色素を含有していない紫外線硬化樹脂である場合、透光性蓋体を取着する封止工程における紫外線照射装置のトラブル、その封止ラインにおけるライントラブル等によって、紫外線の照射前と照射済みの製品との識別が困難となるが、本発明においてはそのような問題が生じないため、紫外線照射の済んでいない製品（接合材が未硬化の製品）の流出や紫外線照射の不十分による信頼性の低下した製品が流出することを効果的に防止することができる。
【００２１】
また、本発明の光半導体装置において好ましくは、透光性蓋体と絶縁基体とを接合させる接合材が、絶縁基体と透光性蓋体との接合部から透光性蓋体の下面の内側に向かって延在していることから、絶縁基体と透光性蓋体とを接合材を介して取着し、紫外線を照射した際に接合材に含有された色素が紫外線により変色し、透光性蓋体の下面の内側に向かって延在している部分の接合材も同様に変色するため、透光性蓋体の外周部から光半導体素子の受光部に外光が斜めに入り込むことを効果的に防ぐことができる。また、透光性蓋体の外周部から凹部内に入り込んだ外光が受光部で受光されずに凹部内で乱反射することも効果的に防止できる。その結果、気密封止の信頼性や生産性に優れるとともに、受光特性に優れた光半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の光半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の光半導体装置について実施の形態の例を示す断面図である。図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は光半導体素子、４は光半導体素子の電極、５は蓋体、６は光半導体素子３を絶縁基体１に接着するための接着剤、７は接合材、８はボンディングワイヤである。これらの絶縁基体１、配線導体２、光半導体素子３、蓋体５、接合材７、ボンディングワイヤ８により、光半導体装置９が主に構成されている。
【００２３】
本発明の絶縁基体１の上面に形成された凹部１ａには光半導体素子３が収容され、凹部１ａの底面に接着剤６により接合される。この光半導体素子３の上面には受光部が設けられ、また光半導体素子３の上面の外周部には電源用や信号用等の電極４が設けられている。また、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲の全周に、接合材７を介して、ガラス，石英，サファイア，透明樹脂等から成る透光性蓋体５が接合され取着されている。
【００２４】
本発明の光半導体装置９を構成する絶縁基体１は、アルミナセラミックス（アルミナ質焼結体），窒化アルミニウムセラミックス，炭化珪素セラミックス，窒化珪素セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミックス等からなり、絶縁基体１の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部が設けられているか、または絶縁基体１の底板部と側壁部とは一体的に形成されていてもよい。
【００２５】
絶縁基体１は、例えば、アルミナ質焼結体から成り、底板部と側壁部とが一体焼成して形成されている場合、アルミナ，シリカ等の原料粉末を有機溶剤，樹脂バインダーとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製するとともに、一部のものを枠状に打ち抜いて枠状のグリーンシートを作製し、その後、枠状のグリーンシートが上層に位置するようにしてグリーンシートを複数積層し、原料粉末の組成に応じて約１３００〜１６００℃の温度で焼成することにより形成される。底板部および側壁部は、１層のグリーンシートで形成されても、複数のグリーンシートが積層されて形成されてもよい。
【００２６】
この場合、絶縁基体１は、光半導体装置９を外部電気回路基板（図示せず）等に実装した際に、光半導体素子３の作動、停止にともなう発熱で膨張、収縮するため、光半導体素子３に加わる熱応力を極力小さくして信頼性を高める上で、熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さく、光半導体素子３との熱膨張係数の差の小さいアルミナを主成分としたセラミックスから成ることが好ましい。
【００２７】
また、絶縁基体１の凹部１ａの内側から外側に導出するようにして配線導体２が形成されている。配線導体２のうち凹部１ａの内側に露出した部位に光半導体素子３の電極４がボンディングワイヤ８を介して接続され、凹部１ａ外側に導出された露出部分が外部電気回路（図示せず）に半田等（図示せず）を介して接続されることにより、絶縁基体１に搭載された光半導体素子３は、電極４、ボンディングワイヤ８および配線導体２を介して外部電気回路に電気的に接続される。
【００２８】
この配線導体２は、タングステン，モリブデン，銅，銀等のメタライズ導体により形成されている。そして、配線導体２は、例えば絶縁基体１となるグリーンシートに予め所定のスルーホールを形成し、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属ペーストをスルーホールの内面に印刷塗布したり充填しておくことにより形成される。
【００２９】
また、光半導体素子３は、その上面の中央部に受光部が設けられており、その上面の受光部の周囲である外周部には、電源用や信号用の電極４が設けられている。光半導体素子３は、ＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（Charge Coupled Deice）、ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の受光素子、またはこれらの受光部を有する光半導体素子などからなる半導体素子である。
【００３０】
この光半導体素子３は凹部１ａの底面に載置され接着剤６によって接合されており、外周部の電極４と、配線導体２の凹部１ａでの露出部分とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ８により電気的に接続される。
【００３１】
接着剤６としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂接着剤やガラス等から成るものを用いることができる。
【００３２】
なお、ボンディングワイヤ８は、その長さが０．３〜３ｍｍであることが好ましい。０．３ｍｍ未満では、ボンディングワイヤ８が短すぎて十分なループを形成することが難しくなるため、光半導体素子３の電極４と配線導体２とを確実に接続することが難しくなり、接続不良が生じやすくなる。３ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ８が長くなりすぎてループが不要に高くなる傾向があり、ボンディングワイヤ８に不要なインダクタンスが発生して高周波信号の伝送性が劣化しやすくなるとともにコスト高となる。
【００３３】
また、光半導体素子３の電極４と配線導体２との接続は、ボンディングワイヤ８により行うものに限らず、いわゆるリボン等の帯状の接続線等を用いてもよい。
【００３４】
また、蓋体５が接合材７を介して絶縁基体１の上面に接合され取着されており、これにより光半導体素子３を搭載し収容した凹部１ａが気密封止される。この接合材７は、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，フェノール樹脂，クレゾール樹脂，ポリエーテルアミド樹脂等の樹脂材料から成る。なお、樹脂材料の中にシリカ粉末やカーボン粉末等の無機フィラー粉末を添加したものでもよい。
【００３５】
また、蓋体５の上下面の少なくとも一方に紫外線を遮断するための光学膜を形成してもよい。
【００３６】
本発明の光半導体装置９は、蓋体５を絶縁基体１の上面に取着している接合材７に紫外線によって変色する色素を含有させている。これにより、接合材７を硬化させる紫外線が照射されたときには、その紫外線により接合材７に含有されている色素が変色するため、接合材７に対して紫外線照射がされたか否かを色素の色を見ること、実際には接合材７の色を見ることにより、容易かつ確実に識別することができる。その結果、光半導体素子３が確実に気密封止されているか否かを容易かつ確実に識別することができ、気密封止の信頼性が良好に確保されているとともに生産性に優れた光半導体装置９を提供することができる。
【００３７】
なお、接合材７は、硬化を確実とするために硬化の最後の段階で熱硬化されるものであってもよい。即ち、硬化の初期の段階では紫外線照射され、硬化の最後の段階で熱硬化されるものであり、紫外線照射のみにより硬化される接合材でなくてもよい。その場合でも、硬化の有無の確認について一定の効果を得ることができる。
【００３８】
透光性蓋体５と絶縁基体１とを取着している接合材７に紫外線照射を行なうことにより、接合材７の紫外線硬化反応によって透光性蓋体５と絶縁基体１とを接合材７により強固に接合させることができる。また、紫外線照射の際には接合材７に予め含有された色素が変色するため、紫外線照射された製品の接合材７の変色度合いにより、適切に紫外線が照射されて所定の接合強度が得られているか否かを、目視で確認、判断することができる。これにより、透光性蓋体５を取着する封止工程における紫外線照射装置のトラブル、その封止ラインにおけるライントラブル等により、紫外線の照射前と照射済みの製品の識別が困難となることはなく、接合材７の目視により識別が容易となる。その結果、紫外線照射の済んでいない製品（接合材７の未硬化の製品）の流出や紫外線照射の不十分による信頼性の低下した製品が流出することを効果的に防止することができ、信頼性の高い光半導体装置９を提供することができる。
【００３９】
接合材７に含有される色素は、メラニン色素などからなり、例えば長径１〜２μm、短径０．４μm程度の米粒形状のものなどが用いられる。このような色素は、色素の粉末を未硬化の接合材７に添加し混練することにより、接合材７中に均一に含有される。また、色素は接合材７全体に均一な割合で含有されていることが好ましい。色素の含有の割合にバラツキがあると、接合材７の硬化の程度の識別が難しくなる傾向がある。
【００４０】
また、色素の含有量は接合材７に対して５質量％以上であることが好ましい。これにより、接合材７の変色を確実に鮮明なものとすることができ、紫外線照射の有無の識別がより容易かつ確実なものとなる。また、経済性や作業性を考慮すると、５乃至２０質量％の範囲がより一層好ましい。
【００４１】
接合材７は、色素の変色を明瞭に把握するために、それ自体は無色透明または白色系のものであることがよい。このような接合材７として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂から成るものが特に好適である。
【００４２】
本発明の光半導体装置９において、接合材７は、紫外線硬化性樹脂から成ることが好ましい。これにより、必要な量の紫外線が接合材７に照射されたか否かのみに応じて接合材７の硬化の度合いが決まるので、接合材７（色素）が変色しているか否か、またどの程度変色しているかを見ることにより、接合材７が確実に硬化して透光性蓋体５が絶縁基体１に強固に接合されているか否かをより確実に識別することができる。
【００４３】
また、接合材７は、絶縁基体１と透光性蓋体５との接合部から透光性蓋体５の下面の内側に向かって延在していることが好ましい。これにより、絶縁基体１と透光性蓋体５とを接合材７を介して取着し、紫外線を照射させた際に接合材７に含有された色素が変色し、透光性蓋体５の下面の内側に向かって延在している部分の接合材７も同様に変色するため、透光性蓋体５を通って受光部に達する外光のうち、受光部の直上の領域の外側から凹部１ａ内に斜めに入り込む外光を遮断することができる。その結果、斜めに入り込む外光の凹部１ａ内での乱反射等により、受光される外光に歪み等を生じることを効果的に軽減、防止することができ、より一層信頼性に優れた半導体装置９を作製することができる。この場合、接合材７の延在する幅は、受光部の直上の領域よりも外側までの幅とするのがよい。接合材７が透光性蓋体５のうち受光部の直上の部分まで延在すると、透光性蓋体５を外光が通って受光部に達することが阻害され、外光が受光部で正常に受光されることが難しくなる。
【００４４】
接合材７の延在する幅は、未硬化の接合材７の粘度を調整して流れる幅を制御すること等により、所望の幅に制御することができる。
【００４５】
また、透光性蓋体５の下面に、接合材７の不必要な流れや延在を防ぐためのダム状の突出部を設けたり、溝を設けたりしてもよい。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、紫外線で変色する色素は、接合材７中に均一に分散させたものに限らず、例えば、接合材７の露出面（紫外線が入射して来る表面）側に近い領域（表層）における含有量を内側（内部）における含有量よりも少なくしておいて、露出面付近で変色した色素が紫外線を吸収して内部に照射されにくくなることを抑制し、接合材７の内部に十分な量の紫外線を入射させて、接合材７の全域において硬化がより確実に行なわれるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：絶縁基体
１ａ：凹部
２：配線導体
３：光半導体素子
４：電極
５：蓋体
６：接着剤
７：接合材
８：ボンディングワイヤ
９：半導体装置
【図１】
2006013175.tif 000003