(57)【要約】【課題】  透光性蓋体の絶縁基体に対する回転方向の位置ずれが生じても、絶縁基体に対して鏡筒を正常な位置関係にして取着でき、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。【解決手段】  上面に凹部１ａを有する四角形状の絶縁基体１と、凹部１ａに収容されて電極４が配線導体２に接続された光半導体素子３と、絶縁基体１上面の凹部１ａの周囲の部位の内周側に取着された透光性蓋体５と、絶縁基体１上面の凹部１ａの周囲の部位の外周側に、内側面の下端部に形成された段差部が透光性蓋体５の側面との間に隙間をあけて全周にわたって取着された四角筒状の鏡筒９とを具備し、鏡筒９は、段差部の透光性蓋体５の側面側への突出幅が鏡筒９の各内側面の中央部で最も大きく、各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっている。【選択図】  図１
2006093397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子を収容するための凹部を有する四角形状の絶縁基体と、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に収容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、前記絶縁基体上面の前記凹部の周囲の部位の内周側に取着された透光性蓋体と、前記絶縁基体上面の前記凹部の周囲の部位の外周側に、内側面の下端部に形成された段差部が前記透光性蓋体の側面との間に隙間をあけて全周にわたって取着された四角筒状の鏡筒とを具備しており、該鏡筒は、前記段差部の前記透光性蓋体の側面側への突出幅が前記鏡筒の各内側面の中央部で最も大きいとともに前記各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっていること特徴とする光半導体装置。
【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】
また、光学系光半導体機器（光学機能を持った光半導体機器）等に用いられる光半導体装置は、横断面が四角形状で中空の筒の上部に光学レンズが取り付けられた鏡筒（ホルダーともいう）を、絶縁基体の上面における透光性蓋体よりも外側の部位に、透光性蓋体を囲むように取着された構造を有し、レンズを介して画像の取り込みができる機能を有している。このようなレンズ付きの光半導体装置は、レンズで焦点を合わせて像を結ぶことができる光学的な機能、例えばカメラの撮像部分としての機能を備え、カメラ付き携帯電話、デジタルカメラ、パソコン用カメラ等の光学系光半導体機器の部品として使用される。
【０００８】
鏡筒の絶縁基体及び透光性蓋体に対する取着は、一般に、樹脂接着剤等の接着剤を介して行なわれる。例えば鏡筒の内側面の下端部に段差部を形成しておき、段差部に接着剤を塗布し、段差部を透光性蓋体の側面に接着すること等により行なわれる。
【特許文献１】特開２００４−１６５２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光半導体装置においては、鏡筒を絶縁基体の上面の外周部や透光性蓋体の側面に取着するときに、鏡筒を正常に位置合わせして、レンズが光半導体素子の受光部に対して正常な位置関係になるように取着することが難しいという問題が発生する場合がある。この問題は、透光性蓋体を絶縁基体に接合するときに、透光性蓋体が絶縁基体に対して位置ずれする際に、特に透光性蓋体が絶縁基体に対して回転するように位置ずれする（所謂θ方向の位置ずれが生ずる）場合に、鏡筒が透光性蓋体のθ方向の位置ずれに応じて位置ずれすることに起因する。
【００１０】
透光性蓋体にθ方向の位置ずれが生じると、透光性蓋体の側面が、四角形の絶縁基体の辺の中央部から一端部に向かうにつれて漸次外側にせり出すようになるため、このせり出した透光性蓋体の外周部分に妨げられて、鏡筒の下端部を絶縁基体の上面の外周部の所定位置に取着することが難しくなる。また、この場合、鏡筒を絶縁基体に対して正常な位置関係になるように位置合わせをする手間の増加や、不具合の生じた光半導体装置の選別等が必要であるため、光半導体装置としての生産性が低くなる。また、コストも高くなる。
【００１１】
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、透光性蓋体の絶縁基体に対するθ方向の位置ずれが生じても、絶縁基体に対して鏡筒を正常な位置関係にして取着することが可能で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】
【００１２】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容するための凹部を有する四角形状の絶縁基体と、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に収容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、前記絶縁基体上面の前記凹部の周囲の部位の内周側に取着された透光性蓋体と、前記絶縁基体上面の前記凹部の周囲の部位の外周側に、内側面の下端部に形成された段差部が前記透光性蓋体の側面との間に隙間をあけて全周にわたって取着された四角筒状の鏡筒とを具備しており、該鏡筒は、前記段差部の前記透光性蓋体の側面側への突出幅が前記鏡筒の各内側面の中央部で最も大きいとともに前記各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光半導体装置によれば、上面に光半導体素子を収容するための凹部を有する四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の凹部の内側から外側に導出された配線導体と、絶縁基体の凹部に収容されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された光半導体素子と、絶縁基体上面の凹部の周囲の部位の内周側に取着された透光性蓋体と、絶縁基体上面の凹部の周囲の部位の外周側に、内側面の下端部に形成された段差部が透光性蓋体の側面との間に隙間をあけて全周にわたって取着された四角筒状の鏡筒とを具備しており、鏡筒は、段差部の透光性蓋体の側面側への突出幅が鏡筒の各内側面の中央部で最も大きいとともに各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっていることから、四角筒状の鏡筒の段差部を、四角形状の絶縁基体の上面の外周部に、透光性蓋体の側面との間に隙間をあけて嵌め込むようにして取着することにより、透光性蓋体が絶縁基体に対し回転方向にずれている場合でも透光性蓋体に干渉することなく、絶縁基体上面に鏡筒を取り付けられる。従って、鏡筒を絶縁基体および透光性蓋体に対して容易に位置決めして取着することができる。
【００１４】
また、鏡筒の段差部は、透光性蓋体の側面側への突出幅が鏡筒の各内側面の中央部で最も大きいとともに各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっていることから、透光性蓋体が絶縁基体に対しθ方向にずれていたとしても、つまり透光性蓋体の側面が絶縁基体上面の外縁の中央部から端部にかけて漸次外側にせり出すようになっていたとしても、段差部の突出幅が端部に向かって漸次小さくなっている内側面の透光性蓋体との隙間が端部に向かって大きくなっているため、そのずれを吸収することができる。その結果、鏡筒を、位置ずれ（θずれ）を生じることなく絶縁基体の上面に容易に接合し取着することができる。従って、絶縁基体に対して鏡筒を正常な位置関係にして取着することが可能で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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。また、図２は本発明の光半導体装置に取着する光学レンズ付きの鏡筒の断面図と下面図を示し、それらの位置関係を示している。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は透光性蓋体、６は光半導体素子３を絶縁基体１に接着するための接合材、７は透光性蓋体５を絶縁基体１に取着するための樹脂接着剤、８はボンディングワイヤ、９は光学レンズ１０を備える鏡筒である。これらの絶縁基体１、配線導体２、光半導体素子３、透光性蓋体５および鏡筒９により、光半導体装置２０が主に構成されている。
【００１６】
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の底面に光半導体素子３が接合材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の周囲の部位の内周側の全周に、樹脂接着剤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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。絶縁基体１の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。
【００１９】
この場合、絶縁基体１は、光半導体装置２０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は、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。
【００２０】
また、絶縁基体１の凹部１ａの内側から外側に配線導体２が導出されている。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を介して電気的に接続され、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。
【００２１】
この配線導体２は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の金属材料により形成されている。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必要に応じてスルーホールを形成し、上記金属材料（タングステン，モリブデン，銅，銀等）の金属ペーストをグリーンシートの表面やスルーホール内に印刷塗布したり充填しておくことにより形成される。
【００２２】
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である。
【００２３】
この光半導体素子３は、凹部１ａ底面に載置され接合材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。
【００２４】
接合材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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、所謂リボン等の帯状の接続線等を用いてもよい。
【００２７】
また、透光性蓋体５が樹脂接着剤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。この樹脂接着剤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。
【００２８】
また、透光性蓋体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。
【００２９】
また、鏡筒９は、エポキシ系樹脂，アクリル系樹脂，フェノール樹脂，メラミン樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂材料により形成され、外形が四角筒状である。鏡筒９は、インジェクション成形やトランスファー成形等の手法により所定の形状に成形され作製される。また、鏡筒９は、上端部に光学レンズ１０を備えるとともに、下端部が絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲の部位の外周側（透光性蓋体５を取り囲む部位）に取着される。鏡筒９は、光学レンズ１０により外光によって像を結ばせ、光半導体素子３の受光部３ａで撮像等の光学的な処理を行なわせる機能をなす。
【００３０】
なお、光学レンズ１０が平面視で円形状なので、それが取り付けられる鏡筒９は、内側面の上端部を円筒状としたり、内側面の光学レンズ１０が取り付けられる上端部に円形状の枠を予め取着しておいたりして、取り付けを容易に行なえるようにしておく。また、鏡筒９に取り付けられる光学レンズ１０は、ガラス系のレンズやプラスチック系のレンズが使用される。
【００３１】
このような鏡筒９付きの光半導体装置２０は、光学レンズ１０で焦点を合わせて像を結ぶことができる光学的な機能、例えばカメラの撮像部分としての機能を備え、カメラ付き携帯電話、デジタルカメラ、パソコン用カメラ等の光学系光半導体機器の部品として使用される。即ち、例えば携帯電話等の機器の部品として使用される光半導体装置２０において、光学レンズ１０を通って鏡筒９内に入射した光は、透光性蓋体５を透過して光半導体素子３の受光部３ａで像を結ぶ。この光学像が受光部３ａで撮像されるとともに光半導体素子３内で電気信号に変換され、電極４から配線導体２を経て、外部の電気回路、例えば光半導体装置２０が使用されている機器の実装基板等に送信される。
【００３２】
鏡筒９の内側面の下端部には、段差部が形成されている。鏡筒９は、絶縁基体１上面の凹部１ａの周囲の部位の外周側に、この段差部が透光性蓋体５の側面との間に隙間をあけて全周にわたって取着されている。鏡筒９の内側面の下端部に段差部が形成されていることから、段差部を絶縁基体１上面の外周部に透光性蓋体５側面との間に隙間をあけて嵌め込むようにして取着することにより、鏡筒９を絶縁基体１および透光性蓋体５に対して容易に位置決めして取着することができる。
【００３３】
また、鏡筒９は、段差部の透光性蓋体５の側面側への突出幅が鏡筒９の各内側面の中央部で最も大きいとともに各内側面の両端部に向かうに伴って漸次小さくなっている。この構成により、四角筒状の鏡筒９の段差部を、四角形状の絶縁基体１の上面の外周部に、透光性蓋体５の側面との間に隙間をあけて嵌め込むようにして取着することにより、絶縁基体１に対し回転方向にずれた透光性蓋体５に干渉することなく、絶縁基体１の上面に鏡筒９を取り付けられる。従って、鏡筒９を絶縁基体１および透光性蓋体５に対して容易に位置決めして取着することができる。
【００３４】
また、透光性蓋体５が絶縁基体１に対しθ方向にずれていたとしても、つまり透光性蓋体５の側面が絶縁基体１上面の外縁の中央部から端部にかけて漸次外側にせり出すようになっていたとしても、段差部の突出幅が端部に向かって漸次小さくなっている内側面の透光性蓋体５との隙間が端部に向かって大きくなっているため、そのずれを吸収することができる。その結果、鏡筒９を、位置ずれ（θずれ）を生じることなく絶縁基体１の上面に容易に接合し取着することができる。従って、絶縁基体１に対して鏡筒９を正常な位置関係にして取着することが可能で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２０を提供することができる。
【００３５】
なお、段差部は、図１に示したように２段構造とし、２段目（下段側）の段部下面が絶縁基体１上面に取着されるとともに、２段目の側面が絶縁基体１側面に対向するように形成されたものに限らず、１段のみとしてもよい。また、接着剤１１が透光性蓋体５の側面と鏡筒９の段差部の側面との間にまで介在していてもよい。
【００３６】
段差部の透光性蓋体５側面側への突出幅について、鏡筒９の内側面の中央部から両端部に向かうに伴って漸次小さくする場合、その小さくする度合いは、透光性蓋体５の位置ずれ（θ方向のずれ）量に応じて適宜設定することができる。透光性蓋体５のθ方向のずれは、透光性蓋体５の寸法（平面寸法）や厚さ、樹脂接着剤７の厚さ、材料、透光性蓋体５の搭載機の精度等により影響を受ける。そのずれ量は、透光性蓋体５の平面寸法が大きいほど、透光性蓋体５の厚さが薄いほど、樹脂接着剤７が厚いほど、大きくなる。そのため、段差部の突出部は、透光性蓋体５の平面寸法が大きいほど、透光性蓋体５の厚さが薄いほど、樹脂接着剤７が厚いほど、両端部にかけてその突出幅がより小さくなるようにする。
【００３７】
例えば、特にカメラ付き携帯電話に使用される光半導体装置２０においては、透光性蓋体５の平面寸法は、１２ｍｍ角、厚さが０．５ｍｍ程度である。この場合、突出部は中央部で０．３〜１ｍｍ、両端部で０．１〜０．６ｍｍとすることが好ましい。
【００３８】
また、突出部の幅を漸次小さくする際、突出部を形成する内側面が平面視で直線状になるようにしても、外側に凹んだ湾曲する曲線状になるようにしてもよい。
【００３９】
また、鏡筒９は、段差部が形成された内側面が突出部の突出幅が最大となる内側面の中央部も含めて透光性蓋体５側面と直接接しないような寸法、形状とすることが好ましい。これにより、接着剤１１が透光性蓋体５の上面にはみ出して受光の妨げになることを効果的に防止でき、鏡筒９と透光性蓋体５との間の位置合わせがより容易になる。また、受光の信頼性を向上させることもできる。
【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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。
【図２】本発明の光半導体装置の鏡筒の断面図と下面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・配線導体
３・・・光半導体素子
４・・・電極
５・・・透光性蓋体
６・・・接合材
７・・・樹脂接着剤
８・・・ボンディングワイヤ
９・・・鏡筒
１０・・・光学レンズ
１１・・・接着剤
２０・・・光半導体装置
【図１】
2006093397.tif 000003
【図２】
2006093397.tif 000004