(57)【要約】【課題】  長方形状の光半導体素子の短辺側の接合強度を向上させて、画像の精細化および光検知の高精度化の要求に対応した信頼性の高い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１０１を収容し搭載するための凹部が形成されるとともに凹部底面に光半導体素子１０１の搭載部が形成された絶縁基体１０２と、絶縁基体１０２の搭載部から側面または下面にかけて導出された配線導体１０４と、搭載部に接合材１０３を介して接合され搭載されるとともに電極１０６が配線導体１０４に接続された長方形状の光半導体素子１０１と、搭載部の光半導体素子１０１の短辺側の外側の部位に、光半導体素子１０１の短辺側の側面に平行に設けられた突出部１０９とを具備し、光半導体素子１０１の短辺側の側面と突出部１０９との間に、縦断面における表面形状が波形の凹状とされた接合材１０３の溜りが形成されている。【選択図】  図１
2006093398.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し搭載するための凹部が形成されるとともに該凹部の底面に前記光半導体素子の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記搭載部から側面または下面にかけて導出された配線導体と、前記搭載部に接合材を介して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長方形状の光半導体素子と、前記搭載部の前記光半導体素子の短辺側の外側の部位に、前記光半導体素子の短辺側の側面に平行に設けられた突出部と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備しており、前記光半導体素子の短辺側の側面と前記突出部との間に、縦断面における表面形状が波形の凹状とされた前記接合材の溜りが形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記光半導体素子は、電極が前記絶縁基板上面の前記突出部の外側の前記配線導体にボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、前記突出部は、その上面に前記ボンディングワイヤが入り込む溝が形成されてい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、前記光半導体素子の長辺側の側面を被覆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】
本発明は受光素子または受光部を有する半導体素子を具備する光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトダイオード，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子を具備した光半導体装置は、例えば、上面に凹部を有する絶縁基体の凹部内側に光半導体素子が収容され搭載された構成である。光半導体素子は、接合材を介して絶縁基体の凹部に接合されている。そして、例えば平板状の蓋体が、接着材を介して絶縁基体の上面に接合されている。
【０００３】
なお、光半導体素子と絶縁基体とを接合する接合材には、例えば、銀，アルミニウム等の金属から成るろう材、シリカ等の無機材のフィラーを混入させたエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等が用いられている。従来の接合材の塗布方法としては、例えば光半導体素子がラインセンサのように長方形状のものである場合、絶縁基体の凹部の光半導体素子に対応する部位に接合材を線状に塗布する方法、若しくは絶縁基体の凹部の光半導体素子に対応する部位に接合材を点状に塗布する方法が用いられてきた。そして、その接合材の上に光半導体素子を位置合わせして搭載し、光半導体素子を接合材に押し付けるようにして光半導体素子と絶縁基体の凹部との接合面の全域に接合材を押し広げて、光半導体素子と絶縁基体とを接合していた。なお、接合材は、その一部が絶縁基体の凹部の光半導体素子に対応する領域からはみ出し、そのはみ出した部分の表面が傾斜面状または緩やかな曲面状のメニスカスを形成していた。
【特許文献１】特開１９９９−５４６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光半導体装置において、特に光半導体素子がラインセンサのように長方形状のものである場合、光半導体素子と絶縁基体とを接合する接合材が、光半導体素子の短辺側から剥がれ、光半導体素子の位置ずれが発生するおそれがあった。このように接合材が光半導体素子の短辺側から剥がれる現象に関して、その原因を検討したところ、次の２つの原因が考えられる。１つ目の原因は、光半導体素子と絶縁基体との熱膨張係数の差による熱応力等の応力が、光半導体素子の短辺側に集中することである。２つ目の原因は、接合材のうち絶縁基体の光半導体素子に対応する領域からはみ出した部分の表面が傾斜面状または緩やかな曲面状のメニスカスを形成しており、そのような形状のメニスカスでは、光半導体素子の短辺側に集中した応力を吸収または分散することが不十分なことであった。
【０００５】
そして、光半導体素子の短辺側における接合強度を向上させるために、絶縁基体の光半導体素子に対応する領域において、光半導体素子の短辺側の接合材を厚く塗布する方法も考えられるが、この方法では、光半導体素子が傾いて搭載されるおそれがある。特に、近年、フォトダイオード，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子は、画像の精細化および光検知の高精度化の要求に応じてたいへん精細に形成されており、光半導体素子のわずかな傾きによっても大きな影響が現れるようになってきている。
【０００６】
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、長方形状の光半導体素子が搭載された場合に光半導体素子の短辺側における接合強度を向上させることにより、近年における画像の精細化および光検知の高精度化の要求に応じた信頼性の高い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】
【０００７】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成されるとともに該凹部の底面に前記光半導体素子の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記搭載部から側面または下面にかけて導出された配線導体と、前記搭載部に接合材を介して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長方形状の光半導体素子と、前記搭載部の前記光半導体素子の短辺側の外側の部位に、前記光半導体素子の短辺側の側面に平行に設けられた突出部と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備しており、前記光半導体素子の短辺側の側面と前記突出部との間に、縦断面における表面形状が波形の凹状とされた前記接合材の溜りが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光半導体装置は好ましくは、前記光半導体素子は、電極が前記絶縁基板上面の前記突出部の外側の前記配線導体にボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、前記突出部は、その上面に前記ボンディングワイヤが入り込む溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の光半導体装置は好ましくは、前記接合材は、前記光半導体素子の長辺側の側面を被覆していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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し搭載するための凹部が形成されるとともに凹部の底面に光半導体素子の搭載部が形成された絶縁基体と、絶縁基体の搭載部から側面または下面にかけて導出された配線導体と、搭載部に接合材を介して接合されて搭載されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された長方形状の光半導体素子と、搭載部の光半導体素子の短辺側の外側の部位に、光半導体素子の短辺側の側面に平行に設けられた突出部と、絶縁基体の上面に凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備しており、光半導体素子の短辺側の側面と突出部との間に、縦断面における表面形状が波形の凹状とされた接合材の溜りが形成されていることから、熱応力が大きく作用する光半導体素子の短辺側の側面の外側で、突出部との間に接合材の大きな溜りを作って、光半導体素子と絶縁基体との接合強度を向上させることができる。
【００１１】
また、接合材の溜まりの縦断面における表面形状が波形の凹状とされていることから、凹状の表面に沿って応力を吸収、分散させることができる。その結果、長方形状の光半導体素子の短辺側からの剥がれを抑制し、より一層接合信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、光半導体素子は、電極が絶縁基板上面の突出部の外側の配線導体にボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、突出部は、その上面にボンディングワイヤが入り込む溝が形成されていることから、ボンディングワイヤを溝内に固定して、曲がり等の変形の発生を防止することができ、隣接するボンディングワイヤ同士の接触による電気的な短絡等の不具合が効果的に防止され、電気的接続の信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【００１３】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材は、光半導体素子の長辺側の側面を被覆していることから、光半導体素子を絶縁基体に対してその全周にわたり強固に接合することができ、より信頼性の高い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】
【００１４】
本発明の光半導体装置について以下に図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光半導体装置おいてＸで示した箇所の拡大断面図である。本発明の光半導体装置１１０は、光半導体素子１０１と、光半導体素子１０１が搭載された絶縁基体１０２と、光半導体素子１０１と絶縁基体１０２とを接合する接合材１０３と、絶縁基体１０２に形成され光半導体素子１０１と電気的に接続された配線導体１０４と、絶縁基体１０２に取着された蓋体１０５と、突出部１０９とを備える。
【００１５】
光半導体素子１０１は、平面視において長方形状である。この光半導体素子１０１は、例えば、ＰＤ（Photodiode Device），ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子や、ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の受光部を有する半導体素子等である。この光半導体素子１０１は、上面に受光部が設けられている。また、光半導体素子１０１は、上面の受光部の周囲に電源用や信号用等の電極１０６が設けられている。
【００１６】
絶縁基体１０２は、上面に光半導体素子１０１が搭載される搭載部を有する。図１に示した例おいては、絶縁基体１０２は上面に内側に搭載部を有する凹部を有する。この絶縁基体１０２は、例えばアルミナ質焼結体（アルミナセラミックス），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や、樹脂等から成る。
【００１７】
ここで、絶縁基体１０２がアルミナ質焼結体から成り、底板部と側壁部とが一体的に焼成により形成されている場合の絶縁基体１０２の製造方法について説明する。まず、アルミナ，シリカ等の原料粉末を有機溶剤および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を製造する。そして、一部のセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施し、枠状のセラミックグリーンシートを製造する。その後、枠状のセラミックグリーンシートが上層に位置するようにセラミックグリーンシートを積層し、原料粉末の組成に応じて約１３００℃〜１６００℃の温度で焼成する。以上により、絶縁基体１０２が成形される。なお、絶縁基体１０２は、板状のアルミナ質焼結体の上面の外周部に枠状のアルミナ質焼結体を接合することにより形成してもよい。
【００１８】
接合材１０３は、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２の凹部底面に接合するために用いられる。また、突出部１０９は、搭載部の光半導体素子１０１の短辺側の側面に平行に設けられたものであり、光半導体素子１０１の側面部と突出部１０９の間に接合材１０３の溜まりを形成し、光半導体素子１０１と絶縁基体１０２との接合の強度および信頼性を補強する機能をなす。
【００１９】
即ち、光半導体素子１０１の短辺側の側面と突出部１０９との間に、縦断面における表面形状が波形の凹状（曲線の凹状）とされた接合材１０３の溜りが形成されている。この構成により、熱応力が大きく作用する光半導体素子１０１の短辺側の側面の外側で、接合材１０３が大きな溜りを作り、光半導体素子１０１と絶縁基体１０２との接合強度を向上させることができる。また、光半導体素子１０１の短辺側の側面と突出部１０９との間の接合材１０３の溜まりの縦断面における表面形状が波形の凹状とされていることから、接合材１０３の曲がった（凹状の）表面に沿って熱応力を分散させることができる。その結果、長方形状の光半導体素子１０１の短辺側からの剥がれを抑制し、接合信頼性の高い光半導体装置１１０を提供することができる。
【００２０】
このように、本発明の光半導体装置１１０によれば、例えばラインセンサのような長方形状の光半導体素子１０１において、短辺側に応力が集中することにより発生する剥がれ等を抑制することができる。そして、光半導体素子１０１により外光を正常に受光することができ、他の外部機器や素子に正常な電気信号を送信することができる。
【００２１】
接合材１０３は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂から成る樹脂接着剤を用いることができる。
【００２２】
また、突出部１０９は、例えば、アルミナ質焼結体（アルミナセラミックス），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や、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等の樹脂材料やガラスエポキシ樹脂等から成る。突出部１０９の絶縁基体１０２への取着は、接合材１０３と同じ接合材によって接合してもよいし、エポキシ系樹脂，アクリル系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂接着剤で接着しもよい。また、絶縁基体１０２と一体成形されたものでもよい。
【００２３】
突出部１０９は、図１では板状（壁状）に形成した例を示しているが、上面と側面の間の角を円弧状に成形したもの、上面が傾斜したもの、台形状、ブロック状等でもよい。
【００２４】
また、接合材１０３については、絶縁基体１０２に対する接合の強度を優先して考えた場合、エポキシ系樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリエーテルアミド樹脂が適している。ただし、接合材１０３は、絶縁基体１０２および光半導体素子１０１の間に広い面積で介在するので、両者間の熱応力を吸収し易いように、ヤング率の低い材料を用いることが好ましい。
【００２５】
接合材１０３は、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２の凹部の底面の搭載部に搭載する際に、光半導体素子１０１の形状に合わせて細長く、かつ長辺方向において光半導体素子１０１より長くなるように、絶縁基体１０２の凹部底面に接合材１０３を塗布しておき、その上に光半導体素子１０１を搭載することにより、光半導体素子１０１と絶縁基体１０２との間に介在し両者を接合させるようにして、また光半導体素子１０１の短辺側の側面を被覆するとともに突出部１０９との間に接合材１０３の溜まりが存在するように形成される。この接合材１０３は、例えば樹脂材料から成る場合、ディスペンス法またはスクリーン印刷法により塗布される。
【００２６】
接合材１０３について、図１（ｂ）に示すように、光半導体素子１０１の短辺側の側面の被覆部１０３ａの縦断面において、その縦断面における表面形状を波形の凹状とするには、例えば以下のような手段を用いることができる。
【００２７】
即ち、まず突出部１０９を予め絶縁基体１０２に取着しておき、絶縁基体１０２の凹部内の突出部１０９の内側に接合材１０３を塗布し、その上に光半導体素子１０１を搭載し取着させる。その際、光半導体素子１０１の短辺側の側面から突出部１０９までの間の距離を適切に設定することにより、光半導体素子１０１の短辺側の側面では接合材１０３が表面張力により接着するとともにその断面形状が上に凸の形状となる。また、光半導体素子１０１の短辺側の側面から距離の離れた、その側面と突出部１０９との中間位置では、接合材１０３はその自重により断面形状が下に凸の形状となる。更に、突出部１０９の内側面では接合材１０３が表面張力により接着するとともに断面形状が上に凸の形状となる。つまり、光半導体素子１０１の短辺側の側面から突出部１０９までの間の距離を適切に設定することにより、縦断面における表面形状が波形の凹状とされた接合材１０３の溜りを形成することができる。
【００２８】
例えば、光半導体素子１０１の短辺側の側面から突出部１０９までの距離は、接合材１０３の厚み、即ち光半導体素子１０１と絶縁基体１０２との間の接合材１０３の厚みが２０〜８０μｍの場合、０．３〜１．７ｍｍが好ましい。０．３ｍｍ未満では、距離が小さすぎるため接合材１０３の断面形状が波形の凹状とならず、また、１．７ｍｍを超える場合、距離が大きすぎるため接合材１０３の断面形状が平坦な形状となり、ともにその断面形状による応力の効果的な分散が望めない結果となる。
【００２９】
また、本発明の光半導体装置１１０において、光半導体素子１０１は、電極１０６が絶縁基体１０２上面の突出部１０９の外側の配線導体１０４にボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、突出部１０９は、その上面にボンディングワイヤ１０７が入り込む溝（図示せず）が形成されていることが好ましい。これにより、ボンディングワイヤ１０７を溝内に固定して、曲がり等の変形の発生を防止することができ、隣接するボンディングワイヤ１０７同士の接触による電気的な短絡等の不具合は効果的に防止され、電気的接続の信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【００３０】
そのため、例えば、光半導体素子１０１の電極１０６のファインピッチ化や、ボンディングワイヤ１０７が設計上長くなる（ロングワイヤーとなる）仕様においても、ボンディングワイヤ１０７の曲がりや変形等による、隣接するボンディングワイヤ１０７との接触によるショート不良や、ボンディングワイヤ１０７の形状不良を効果的に防止することができ、光半導体装置１１０の長期にわたる信頼性をより向上させることができる。
【００３１】
突出部１０９上面の溝は、ボンディングワイヤ１０７が入り込む形状、例えば平面視で直線状であり、ボンディングワイヤ１０７が入り込む寸法（幅および深さ）を有するものであれば良い。例えば、縦断面形状は円弧状、四角形状、三角形状等の種々の形状とすることができる。また、ボンディングワイヤ１０７のループ形状等に応じて、途中で深さや幅が変化するようなものでもよい。また、溝は、電極１０６と配線導体１０４のボンディング部とを結ぶ直線上に形成されていることが望ましい。
【００３２】
また、本発明の光半導体装置１１０において、接合材１０３は、光半導体素子１０１の長辺側の側面を被覆していることが好ましい。これにより、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２に対し、その全周にわたり強固に接合することができ、より信頼性の高い光半導体装置１１０を提供することができる。
【００３３】
配線導体１０４は、絶縁基体１０２の上面から下面にかけて形成され、光半導体素子１０１の電極にボンディングワイヤ１０７を介して電気的に接続されている。配線導体１０４は、絶縁基体１０２の上面から側面にかけて形成されていてもよい。配線導体１０４は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，白金，金等の金属材料から成り、メタライズ層，メッキ層，蒸着層，金属箔層等の形態で絶縁基体１０２の所定部位に形成される。配線導体１０４は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合、タングステンの粉末を有機溶剤，樹脂バインダーとともに混練した金属ペーストを、絶縁基体１０２となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等により印刷することにより形成される。なお、配線導体１０４は、絶縁基体１０２の下面や側面に導出している部分に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，銅，銅合金等から成るリード端子をろう付け等により取着してもよい。また、配線導体１０４の露出表面に金メッキや錫メッキ等のメッキ層を被着させておいてもよい。
【００３４】
蓋体１０５は、光半導体素子１０１が収納される空間を形成するように、接着材１０８を介して絶縁基体１０２上面に取着されている。蓋体１０５は、全体若しくは一部が透光性部材から成る。図１の光半導体装置１１０において、蓋体１０５は、ガラス，石英，サファイア，透明樹脂等の透光性材料を板状に成形したものである。また、図示しないが、絶縁基体１０２を平板状のものとする場合、凹形状の蓋体を用いてもよい。この場合、凹形状の蓋体の一部が透光性部材から成る。また、蓋体１０５の上面若しくは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おいてもよい。
【００３５】
接着材１０８は、例えば、アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，フェノール系樹脂，クレゾール系樹脂等の樹脂接着剤から成る。なお、接着剤１０８には、余計な外光を遮断することを目的として、黒色，茶褐色，暗褐色，暗緑色，濃青色等の暗色系の顔料や染料を混入させておいてもよい。また、接着材１０８は、ガラス等の無機材料から成るものや、無機材料から成るフィラー粉末を、樹脂接着剤に添加したものもよい。
【００３６】
また、接着材１０８が透明な樹脂接着剤から成る場合、接着材１０８の屈折率が透明な蓋体１０５の屈折率と等しくなるようにしておくことが好ましい。この場合、接着材１０８と蓋体１０５との界面における光の反射や散乱等を抑制することができ、光半導体素子１０１に余計な反射光や散乱光が入射することを抑制することが可能となる。また、接着材１０８が透明な樹脂接着剤から成る場合、その内部に含まれる気泡の体積が３０体積％以下であることが好ましい。気泡の体積が３０体積％を超えると、接着材１０８の接合力が低下するとともに、気泡によって光半導体素子１０１に余計な反射光や散乱光が入射する可能性がある。接着材１０８に含まれる気泡の割合を小さくするためには、減圧室や真空装置内で接着材１０８を取り扱う方法や、予め接着材１０８に含まれる気泡を真空脱泡する方法等がある。
【００３７】
また、蓋体１０５の外周部に遮光性の樹脂膜を貼り付けておいてもよい。このような構成により、半導体素子１０１に余計な外光が入射されることを抑えることができる。
【００３８】
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内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の光半導体装置のＸ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１・・・光半導体素子
１０２・・・絶縁基体
１０３・・・接合材
１０４・・・配線導体
１０５・・・蓋体
１０６・・・電極
１０７・・・ボンディングワイヤ
１０８・・・接着材
１０９・・・突出部
１１０・・・光半導体装置
【図１】
2006093398.tif 000003