(57)【要約】【課題】環境の変化によるボンディングワイヤの切断、充填材中の気泡の発生、剥離、及び充填材形状の変化を防止し、信頼性を向上させた開放型パッケージの半導体光センサ装置を提供する。【解決手段】常温で硬化する２液式ゲルを５０℃にて２液混合した直後から硬化開始まで（せん断弾性率が初期値の１００倍に達するまで）の時間が３０分以内であるとともにせん断弾性率の値が７００Ｐａから２５００Ｐａまでの範囲内にある透明シリコーンゲル１４を充填剤とする半導体光センサ装置とした。【選択図】  図１
2004363354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料から構成され、開放部を有する筐体と、
筐体の内部から外部へ引き出される配線部材と、
筐体に固定される半導体光センサチップと、
半導体光センサチップ表面に設けられた端子と配線部材とを電気的に接続する接続手段と、
筐体の内部に充填されて半導体光センサチップの上面を覆うとともに、筐体の開放部を介して表面が外気に露出する透明充填材と、
透明充填材を介して半導体光センサチップの上方に設けられる透明板と、
を備える半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、せん断弾性率の値が７００Ｐａから２５００Ｐａまでの範囲内にあるような透明充填材であることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項２】
絶縁材料から構成され、開放部を有する筐体と、
筐体の内部から外部へ引き出される配線部材と、
筐体に固定される半導体光センサチップと、
半導体光センサチップ表面に設けられた端子と配線部材とを電気的に接続する接続手段と、
筐体の内部に充填されて半導体光センサチップの上面を覆うとともに、筐体の開放部を介して表面が外気に露出する透明充填材と、
透明充填材を介して半導体光センサチップの上方に設けられるレンズと、
を備える半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、せん断弾性率の値が７００Ｐａから２５００Ｐａまでの範囲内にあるような透明充填材であることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体光センサ装置において、
前記筐体と前記レンズとの間に配置され、前記レンズが集光する光量を調節する絞り孔を有する絞りを備えることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、常温で硬化する２液式ゲルの透明シリコーンゲルであり、５０℃にて２液混合した直後から硬化開始まで（せん断弾性率が初期値の１００倍に達するまで）の時間が３０分以内の透明シリコーンゲルであることを特徴とする半導体光センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光センサチップが実装される半導体光センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体光センサ装置は各種の形態があるが、例えば、半導体光センサチップをセラミック製の筐体にダイボンディングし、透明充填材で封止する実装形態が従来技術として知られている。このような従来技術について図を参照しつつ説明する。図９は、従来技術の半導体光センサ装置の構成図である。
半導体光センサ装置１００は、リードフレーム１０１、半導体光センサチップ１０２、ボンディングワイヤ１０３、セラミック基板１０４、セラミック外周枠１０５、透明板１０６、接着層１０７，１０８を備えている。
【０００３】
リードフレーム１０１は、収容される半導体光センサチップ１０２の内部端子に対応してパターニングされており、リードピン機能も兼ね備える。
半導体光センサチップ１０２は、具体的にはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）画像センサ、フォトダイオード、赤外線センサなどである。
ボンディングワイヤ１０３は、リードフレーム１０１の各リードピンと半導体光センサチップ１０２の各端子とを各々対応させて接続される。
【０００４】
セラミック基板１０４は、底面に凹部１０４ａが形成されており、その凹部１０４ａ内の底面に半導体光センサチップ１０２がダイボンディングされる。
セラミック外周枠１０５は、絶縁材料で構成されている。接着層１０７は、低融点ガラスまたは接着剤を硬化させて形成した層であり、セラミック基板１０４の上側に接着層１０７によりセラミック外周枠１０５が固着される。また、リードフレーム１０１も、セラミック基板１０４とセラミック外周枠１０５との間に挟まれて接着層１０７によって固着される。これらリードフレーム１０１、セラミック基板１０４、およびセラミック外周枠１０５は、セラミック筐体を構成する。
【０００５】
透明板１０６は、ガラスや樹脂などの透明材料で形成される。接着層１０８は、接着層１０７と同様に、低融点ガラスまたは接着剤を硬化させて形成した層であり、セラミック外周枠１０５の上面、つまりセラミック外周枠１０５の開口部端面に接着層１０８により透明板１０６が固着される。これによりセラミック筐体内に収容される半導体光センサチップ１０２を封止している。このような半導体光センサ装置１００は、セラミック筐体内部が中空状態、つまり気体により中空でパッケージする構成（以下気密型中空パッケージという）である。
【０００６】
上記の構造からなる半導体光センサ装置１００は、透明板１０６を透過して到達した光を半導体光センサチップ１０２が検知し、それに応じて半導体光センサチップ１０２が出力する検出信号をリードフレーム１０１を介して外部へ出力してセンサ装置として機能するものである。
従来技術の一例の半導体光センサ装置にはこのようなものがある。
【０００７】
また、半導体光センサ装置の他の従来技術として、例えば、気密型ではない開放型パッケージが存在している。この場合、半導体光センサチップの保護と信頼性の向上とをともに実現させるため、内部に保護剤（充填材）を充填する必要がある。このような開放型パッケージは気密性を要しないため筐体の材料にガラス、セラミックを使用する必要がなくなり、筐体、透明板を含め樹脂で構成することにより、低価格化を実現することができる。
このような開放型パッケージによる従来技術の一例の半導体光センサ装置・測距装置が、例えば、特許文献１，２にも開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２３０８５６号公報
（段落番号００２４〜００７１，図１〜図１９）
【特許文献２】
特開２００２−２０２１２１号公報
（段落番号００１８〜００２５，図１〜図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９を用いて説明した従来技術の半導体光センサ装置は、セラミック筐体内が中空の気密型中空パッケージであり、開放型の半導体光センサ装置のように充填材を充填しないため、充填材に起因する応力などが発生せず、信頼性は高い。しかしながら、セラミック基板など高価格な部材を使用するためコスト低減が難しいという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１，２で記載した開放型パッケージの半導体光センサ装置・測距装置で採用されている充填構造においては、充填材が温度変化によって膨張、収縮する。そして膨張時では充填材内部に圧縮の応力が、収縮時では引張の応力が発生する。
硬い充填材を使用した場合、膨張・収縮時の体積変化により充填材が筐体内部で移動し、充填材の強度がボンディングワイヤの強度を上回りボンディングワイヤを切断する。また、収縮時の内部応力が、筐体内部壁面と充填材との接着力を上回り、界面の剥離が発生する。
【００１１】
一方、軟らかい充填材を使用した場合は、温度変化による充填材の膨張・収縮により元の形状が維持できなくなり、筐体内の充填材が変形したままになる。
また、収縮状態では充填材の強度が引張の応力を下回った場合、充填材内部に亀裂が発生し気泡発生の原因となる。
このように開放型パッケージでは充填材の膨張・収縮に配慮する必要があった。
【００１２】
気密型中空パッケージと開放型パッケージとではそれぞれ長所・短所が混在するが、コスト低減を図るため開放型パッケージを選択する場合、充填材の膨張・収縮を技術的に解決する必要があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、環境の変化によるボンディングワイヤの切断、充填材中の気泡の発生、外気の吸引、剥離、及び充填材形状の変化を防止し、信頼性を向上させた開放型パッケージの半導体光センサ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明の半導体光センサ装置は、
絶縁材料から構成され、開放部を有する筐体と、
筐体の内部から外部へ引き出される配線部材と、
筐体に固定される半導体光センサチップと、
半導体光センサチップ表面に設けられた端子と配線部材とを電気的に接続する接続手段と、
筐体の内部に充填されて半導体光センサチップの上面を覆うとともに、筐体の開放部を介して表面が外気に露出する透明充填材と、
透明充填材を介して半導体光センサチップの上方に設けられる透明板と、
を備える半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、せん断弾性率の値が７００Ｐａから２５００Ｐａまでの範囲内にあるような透明充填材であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る発明の半導体光センサ装置は、
絶縁材料から構成され、開放部を有する筐体と、
筐体の内部から外部へ引き出される配線部材と、
筐体に固定される半導体光センサチップと、
半導体光センサチップ表面に設けられた端子と配線部材とを電気的に接続する接続手段と、
筐体の内部に充填されて半導体光センサチップの上面を覆うとともに、筐体の開放部を介して表面が外気に露出する透明充填材と、
透明充填材を介して半導体光センサチップの上方に設けられるレンズと、
を備える半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、せん断弾性率の値が７００Ｐａから２５００Ｐａまでの範囲内にあるような透明充填材であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る発明の半導体光センサ装置は、
請求項２に記載の半導体光センサ装置において、
前記筐体と前記レンズとの間に配置され、前記レンズが集光する光量を調節する絞り孔を有する絞りを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係る発明の半導体光センサ装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の半導体光センサ装置において、
前記透明充填材は、常温で硬化する２液式ゲルの透明シリコーンゲルであり、５０℃にて２液混合した直後から硬化開始まで（せん断弾性率が初期値の１００倍に達するまで）の時間が３０分以内の透明シリコーンゲルであることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明の半導体光センサ装置は透明充填材の硬さ及び硬化性に注目し、充填材内部に気泡が発生したり、また、筐体との界面の剥離が発生したりしないような硬さに制限することにより、上記目的を解決する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の半導体光センサ装置に係る第１実施形態について、図を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図２は本実施形態の半導体光センサ装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２０】
この半導体光センサ装置１は、図１（ａ）で示すように、リードフレーム（本発明の構成の配線部材の一具体例である）１１、半導体光センサチップ１２、ボンディングワイヤ（本発明の構成の接続手段の一具体例である）１３、透明シリコーンゲル（本発明の構成の透明充填材の一具体例である）１４、透明板１５、プラスチック筐体（本発明の構成の筐体の一具体例である）１６、裏蓋１７を備えている。
【００２１】
プラスチック筐体１６の底面は、図１（ａ）では左右両側から橋架される略Ｈ字状の固定部１６ａとそれ以外の開放部１６ｂとに分けられる。
固定部１６ａには半導体光センサチップ１２のダイボンディング箇所、および、リードフレーム１１の固定箇所が設けられている。開放部１６ｂは下側へ通じる孔である。
このようなプラスチック筐体１６の側部からは、リードフレーム１１が内部から外部へ貫通している。さらにプラスチック筐体１６の固定部１６ａには、半導体光センサチップ１２がダイボンディングされている。
【００２２】
そして半導体光センサチップ１２表面の端子とリードフレーム１１とはボンディングワイヤ１３を介して接続されている。また、プラスチック筐体１６の上面には透明板１５が、接着または溶着により、プラスチック筐体１６の上縁部に固着されている。このプラスチック筐体１６の内部は保護用の透明シリコーンゲル１４が充填され、この透明シリコーンゲル１４はプラスチック筐体１６の開放部１６ｂで露出している。
この露出している透明シリコーンゲル１４を保護するため、裏蓋１７がプラスチック筐体１６の下縁部に接着または溶着により固着されている。この裏蓋１７にはこのパッケージの開放性を維持するために孔１７ａが開けられている。
【００２３】
図２で示すように、プラスチック筐体１６の底部の開放部１６ｂにより、透明シリコーンゲル１４が外気に曝されている。このために温度変化により透明シリコーンゲル１４が膨張・収縮してもプラスチック筐体１６の底部の透明シリコーンゲル１４の露出部が上下して体積変動を逃げることができる。このように透明シリコーンゲル１４の温度変化により体積変動が生じた場合でも、内圧の上昇という事態を防止し、透明板１５が圧力により離脱するような事態を防止する。
【００２４】
なお、本発明ではこの透明シリコーンゲル１４として、特に反応抑制剤の添加量が少なく（つまり５０℃で２液混合した直後から硬化開始まで、換言すればせん断弾性率が初期値の１００倍に達するまでの時間（以下硬化開始時間という。）が３０分以内であり）、かつせん断弾性率が７００〜２５００Ｐａの範囲に収まるような透明シリコーンゲルを採用した。
本発明者は、後に実施例で述べる実験手法により鋭意実験を行い、本発明の半導体光センサ装置１，２，３（半導体光センサ装置２，３については後述）の透明シリコーンゲル１４のせん断弾性率・硬化開始時間が上記条件の場合に充填剤として最適であることを知見した。
【００２５】
せん断弾性率が６００Ｐａに満たない透明シリコーンゲルは、軟らかすぎて形状を維持できずに開放部６ｂから流れ出るため、下限は７００Ｐａとした。
そして、せん断弾性率が２５００Ｐａを超える透明シリコーンゲルは、硬すぎて弾力がなく膨張、収縮によって気泡・変形を発生するため、上限を２５００Ｐａとした。
さらに、せん断弾性率が７００Ｐａ〜２５００Ｐａの範囲内にあっても、硬化開始時間が３３分を超えるような透明シリコーンゲルでは気泡の発生、ゲル形状の変形が起こるため、硬化開始時間が３０分以内の透明シリコーンゲルとした。
【００２６】
透明シリコーンゲルの硬化開始時間により気泡の発生・変形等が起こる理由について説明する。ここに反応抑制剤の添加量は硬化時間の変動をもたらす一つの要因である。一般に透明シリコーンゲルが硬化するまでに多くの作業を必要とする場合、反応抑制剤が多く添加された透明シリコーンゲルを採用して作業時間を確保している。半導体光センサ装置１でも透明シリコーンゲル１４の脱泡などが行われるため、可能ならば硬化開始時間は長くして作業時間を確保することが好ましい。
【００２７】
しかしながら、透明シリコーンゲル１４に反応添加剤を多く添加すると、ゲルの架橋反応が抑制されるため硬化後の透明シリコーンゲル１４の中に未架橋のシリコンオイルが含まれたり、架橋点が減少した強度の低いゲルとなる。
このような透明シリコーンゲル１４は、膨張、収縮等による内部応力に対して耐えられなくなり亀裂や変形が発生しやすい状態となる。そこで、反応抑制材の添加量が少ない、つまり硬化開始時間が短い透明シリコーンゲルを採用した。
【００２８】
このように、反応抑制剤の添加量が少なく（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）、せん断弾性率が７００〜２５００Ｐａとなるような透明シリコーンゲル１４を内部の充填材として使用することにより、透明シリコーンゲル１４は、内部での気泡の発生、外気の吸引、または、充填材と筐体の界面剥離は発生せず、従来よりも更に安定した特性を維持することができる。
【００２９】
続いて、本発明の半導体光センサ装置に係る第２実施形態について、図を参照しつつ、説明する。図３は本実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【００３０】
この半導体光センサ装置２は、図３（ａ）で示すように、リードフレーム（本発明の構成の配線部材の一具体例である）１１、半導体光センサチップ１２、ボンディングワイヤ（本発明の構成の接続手段の一具体例である）１３、透明シリコーンゲル（本発明の構成の透明充填材の一具体例である）１４、プラスチック筐体（本発明の構成の筐体の一具体例である）１６、裏蓋１７、レンズ１８、絞り１９を備えている。
本実施形態では、第１実施形態の透明板１５に代えて、レンズ１８と絞り１９とを搭載した点が相違する以外は同じ構成であり、同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００３１】
レンズ１８は透明シリコーンゲル１４を介して半導体光センサチップ１２の上方に設けられる。
絞り１９は、プラスチック筐体１６とレンズ１８との間に配置され、レンズ１８が集光する光量を調節する絞り孔１９ａを有する。
レンズ１８および絞り１９を通過した光が半導体光センサチップ１２に入射されることとなる。
透明シリコーンゲル１４は、図３（ｂ）で示すように、レンズ１８、絞り１９およびプラスチック筐体１６で決定される空間内に充填され、また、開放部１６ｂを介して外気に曝される。
【００３２】
本実施形態の透明シリコーンゲル１４も反応抑制剤の添加量が少なく（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）、かつせん断弾性率が７００〜２５００Ｐａの範囲の透明シリコーンゲルを採用した。
このような半導体光センサ装置２も、プラスチック筐体１６の開放部１６ｂにより透明シリコーンゲル１４が外界へ露出した形態となっている。このために温度変化により透明シリコーンゲル１４が膨張・収縮により体積変動が生じた場合でも、プラスチック筐体１６の開放部１６ｂで露出する透明シリコーンゲル１４の露出部が上下し、内圧の上昇という事態を防止し、レンズ部１８および絞り１９が離脱するような事態を防止する。
【００３３】
さらに反応抑制剤の添加量が少なく（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）、せん断弾性率が７００〜２５００Ｐａとなるような透明シリコーンゲル１４を内部充填材に使用することにより、透明シリコーンゲル１４は、内部での気泡の発生、外気の吸引、または、充填材と筐体の界面剥離は発生せず、従来よりも更に安定した特性を維持することができる。
なお、第２実施形態において絞り１９を取り去り、レンズ１８をプラスチック筐体１６に直接固着する構成も可能である。このような構成としても、本発明の効果を奏する。
【００３４】
続いて、本発明の半導体光センサ装置に係る第３実施形態について、図を参照しつつ、説明する。図４は本実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図４（ａ）は斜視外観図、図４（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【００３５】
この半導体光センサ装置３は、図４（ａ），（ｂ）で示すように、リードフレーム（本発明の構成の配線部材の一具体例である）１１、半導体光センサチップ１２、ボンディングワイヤ（本発明の構成の接続手段の一具体例である）１３、透明シリコーンゲル（本発明の構成の透明充填材の一具体例である）１４、プラスチック筐体（本発明の構成の筐体の一具体例である）１６、裏蓋１７、レンズ１８、絞り１９を備えている。
【００３６】
第２実施形態のレンズ１８は一つのレンズが形成された単眼レンズであったが、本実施形態では、右レンズ１８Ｒ，左レンズ１８Ｌという一対のレンズを有するペアレンズであり、また、絞り１９も右絞り孔１９Ｒと左絞り孔１９Ｌという一対の絞り孔が形成された絞りである。
このレンズ１８は透明シリコーンゲル１４を介して半導体光センサチップ１２の上方に設けられる。
この絞り１９は、プラスチック筐体１６とレンズ１８との間に配置され、レンズ１８が集光する光量を調節する。
レンズ１８および絞り１９を通過する左右の光が半導体光センサチップ１２に入射されることとなる。
本実施形態ではレンズ１８のレンズ数および絞り１９の絞り孔数が相違する以外は第２実施形態と同じ構成であり、同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の透明シリコーンゲル１４も、反応抑制剤の添加量が少なく（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）、かつせん断弾性率が７００〜２５００Ｐａの範囲の透明シリコーンゲルである。このような半導体光センサ装置３も、プラスチック筐体１６の開放部１６ｂにより透明シリコーンゲル１４が外界へ露出した形態となっている。さらに図４（ｂ）で示すように透明シリコーンゲル１４が固定部１６ａの下面を全て覆っている。
【００３８】
本実施形態は、第２実施形態と比べ、透明シリコーンゲル１４が充填されるプラスチック筐体１６・絞り１９の内部構造がかなり複雑になっており、透明シリコーンゲル１４の露出面積に比べ奥行きが増えている。このため、温度変化によって透明シリコーンゲル１４が膨張、収縮を行った場合の露出部の上下量は大きくなり、透明シリコーンゲル１４中の気泡や界面での剥離が、第１，第２実施形態と比較して最も発生しやすい。しかしながら、上記条件を満たす透明シリコーンゲル１４を採用することで、温度変化により透明シリコーンゲル１４が膨張・収縮により体積変動が生じた場合でも、プラスチック筐体１６の開放部１６ｂで露出する透明シリコーンゲル１４の露出部が上下し、内圧の上昇という事態を防止し、レンズ部１８および絞り１９が圧力により離脱するような事態を防止する。
【００３９】
このように、反応抑制剤の添加量が少なく（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）、せん断弾性率が７００〜２５００Ｐａとなるような透明シリコーンゲル１４を内部の充填材に使用することにより、透明シリコーンゲル１４には、内部での気泡の発生、外気の吸引、または、充填材と筐体の界面剥離は発生せず、従来よりも更に安定した特性を維持することができる。
なお、第３実施形態において絞り１９を取り去り、レンズ１８をプラスチック筐体１６に直接固着する構成も可能である。このような構成としても、本発明の効果を奏する。
【００４０】
【実施例】
続いて、本発明の実施例について説明する。本実施例では、第３実施形態の半導体光センサ装置３を用いて、透明シリコーンゲル１４のせん断弾性率が７００〜２５００Ｐａのときに最も好ましいと判断する実験手法について説明する。
まず弾性率一般について図を参照しつつ説明する。図５は弾性率を説明する説明図であり、図５（ａ）はせん断弾性率の説明図、図５（ｂ）は縦弾性率の説明図である。図５（ａ）で示すようにせん断変形する微小な部分を取り出すと、せん断応力Ｐが加わり、せん断歪みψだけ変形する。
【００４１】
この場合Ｆをせん断力、Ｓをせん断力が加わる面積とすると、せん断応力Ｐは、Ｐ＝Ｆ／Ｓとなる。
また、ｕをせん断力Ｆにより移動した微小距離、Ｌをせん断力が加わる２断面の距離とすると、せん断歪みはψ＝ｕ／Ｌである。
これらせん断応力Ｐとせん断歪みψとから、せん断弾性率μ（剛性率Ｇ）は次式のように表される。
【００４２】
【数１】
2004363354.tif 000003
【００４３】
また、図５（ｂ）で示すように縦歪みではＦを張力、Ｓをせん断力が加わる面積とすると、応力Ｐは、Ｐ＝Ｆ／Ｓとなる。
また、ΔＬは張力Ｆにより移動した微小距離、Ｌを元の長さとすると、縦歪み＝ΔＬ／Ｌである。
これら応力と歪みとから、縦弾性率Ｅは次式のように表される。
【００４４】
【数２】
2004363354.tif 000004
【００４５】
このようなせん断弾性率μ（剛性率Ｇ）と縦弾性率（Ｙｏｕｎｇ率）Ｅとは次式の関係が成り立つ。
【００４６】
【数３】
2004363354.tif 000005
【００４７】
このようにせん断弾性率μ（剛性率Ｇ）と縦弾性率（Ｙｏｕｎｇ率）Ｅとは同じ特性を表している。
続いて透明シリコーンゲル１４の制御パラメータとしてせん断弾性率μを採用する理由について説明する。材料の特性を示すものとして、先に説明した弾性率以外にも粘度が知られており、粘度は主に流体の特性（自らは形状を維持できないものの流れやすさ）、弾性率は剛体の特性（固体の硬さ）を表すものとして用いられる。本実施形態の透明シリコーンゲル１４は、プラスチック筐体１６内で一定の硬さとなるように硬化して固体として取り扱われるものであり、粘度ではなく弾性率を採用する。
【００４８】
さらにせん断弾性率と縦弾性率とを比較すると、本実施形態では、底面に開放部が設けられたプラスチック筐体１６に充填される透明シリコーンゲル１４であり、膨張収縮による剥離時に加わる力、および、ボンディングワイヤ１３に働く力はせん断応力が主になると考えられ、せん断弾性率μで表すことが適している。このようなせん断弾性率μはレオメータで容易に測定することができる。続いてレオメータによりせん断弾性率の計測について図を参照しつつ説明する。図６はレオメータによるせん断弾性率の計測を説明する説明図である。
【００４９】
レオメータ５０は、図６（ａ），（ｂ）で示すように、回転プレート５１とサンプル皿５２を備え、サンプル５３のせん断弾性率を計測する。このようなレオメータ５０の測定方法について説明する。
レオメータ５０のサンプル皿５２にサンプル（透明シリコーンゲル）５３を入れ、レオメータ５０の回転プレート５１とサンプル皿５２のギャップを１ｍｍに保ち、レオメータ５０の図示しない温度コントローラを調整して所定温度（５０℃）程度に加熱し、サンプル５３であるゲルを硬化させる。この場合硬化開始時間は、使用する透明シリコーンゲルにより予め判明しているものである。その上で回転プレート５１を所定トルクで回転させ、移動距離によりせん断弾性率を特定する。
【００５０】
続いてレオメータの測定原理について説明する。
図６（ｃ）で示すように半径Ｒの円板状のサンプル５３であるとする。サンプル５３がΔθ回転する場合に、微小領域では図６（ｄ）で示すようなせん断力Ｆが上面の横方向に加わるものとする。Ｓを面積、Ｐ（ｔ）をせん断応力（単位面積あたりのせん断力）、ｔを時間とすると、せん断力Ｆは次式で示すようになる。
【００５１】
【数４】
2004363354.tif 000006
【００５２】
そして検出トルクＴ（ｔ）は次式のように表される。
【００５３】
【数５】
2004363354.tif 000007
【００５４】
ここにＰ（ｔ）は、ψ（ｔ）をせん断歪みとすると、数１より次式のように表される。
【００５５】
【数６】
2004363354.tif 000008
【００５６】
最終的に検出トルクは次式のように表される。
【００５７】
【数７】
2004363354.tif 000009
【００５８】
数７の積分を行うと次式のように表される。
【００５９】
【数８】
2004363354.tif 000010
【００６０】
この式をせん断弾性率μでまとめると次式のように表される。
【００６１】
【数９】
2004363354.tif 000011
【００６２】
これら検出トルクＴ（ｔ），せん断歪みψ（ｔ）はレオメータ５０により計測され、ｒ＝Ｒであることを考慮して、せん断弾性率（剛性率）を求めることができる。このようなレオメータ５０の測定条件を以下に示す。
【００６３】
・回転プレート径：５０ｍｍφ
・ギャップ：１．０ｍｍ
・回転プレートの回転振動周波数：ω＝０．１ｒａｄ／ｓ
・測定温度：２５．０℃
・歪：ｒ＝５．０％
【００６４】
このようなレオメータ５０は、図示しない演算処理部を備え、自動的に検出トルク（ｔ），せん断歪みψ（ｔ）を測定し、計算によりせん断弾性率を求める。このようなレオメータ５０を用いて多数種類の透明シリコーンゲルのせん断弾性率を計測する。
【００６５】
続いて、このような多数の透明シリコーンゲルが実際の半導体光センサ装置に搭載された場合の挙動に基づいて、良否を判定する。まず、判定基準について説明する。図７はせん断弾性率・硬化開始時間が異なる透明シリコーンゲルの良否の判定基準を説明する説明図である。図７（ａ）で示すように、先に説明した第３実施形態の半導体光センサ装置３の下面を上側に向け、下面から透明シリコーンゲルを充填し、所定時間硬化させる。この場合パラメータはせん断弾性率・硬化開始時間となる。判断対象箇所での挙動により判断を行う。
【００６６】
判断基準について説明する。
まず、気泡が発生した場合の判断はその時点で×となる。気泡が発生しない場合の判断はさらに以下のように分けられる。
Ｉ）図７（ｂ）で示すようにゲル液面が半導体光センサチップ１２の裏面に達しない場合の判断は○となる。
ＩＩ）図７（ｃ）で示すようにくぼみが半導体光センサチップ１２の表面を越えない場合の判断は△となる。
ＩＩＩ）図７（ｄ）で示すようにくぼみが半導体光センサチップ１２の表面を越える場合の判断は×となる。
【００６７】
そして、レオメータ５０により予めせん断弾性率・硬化開始時間が異なる多数サンプル（本実験ではサンプル数を４２とした。）の透明シリコーンゲル１４を半導体光センサ装置３に充填し、上記の判断基準のもとで、良否の判定を行う。なお、透明シリコーンゲルは主剤と硬化剤という２液を５０℃にて混合させ、所定時間の間硬化させるというものである。ここに２液混合した直後からせん断弾性率が初期値の１００倍に達するまでの時間を硬化開始時間とする。
【００６８】
図８は、透明シリコーンゲルの多数サンプルのせん断弾性率に対する硬化後の形状を調べた結果を示す特性図である。同一型式の２液式の透明シリコーンゲルの硬化開始時間の異なるロットについて二液の混合比を変えて、硬化開始時間に拘わらず５０℃で２時間で硬化して硬化後のせん断弾性率に対する硬化後の充填材形状を調べた結果を示す特性図である。
○は気泡、変形の発生がないものである。△は、気泡、変形の発生はないが半導体光センサチップが出力する受光データに影響のない窪みがあるものである。×は、気泡又は変形が発生したものである。
【００６９】
図８の特性図を見ると、せん断弾性率については７００Ｐａ以上２５００Ｐａ以下、硬化開始時間については３３分以内では気泡、ゲル形状の変形は発生しない。
また、せん断弾性率の下限については、６００Ｐａ以下では軟らかすぎて形状の維持は難しい状態である。
また、硬化開始時間が３３分を超えるものは亀裂や変形が発生する。
【００７０】
従って、反応抑制剤の添加量の少ない（５０℃での硬化開始時間が３０分以内）２液式シリコーンゲルで、せん断弾性率が７００Ｐａ〜２５００Ｐａのものを内部充填材に使用することにより、上記問題を解決することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境の変化によるボンディングワイヤの切断、充填材中の気泡の発生、外気の吸引、剥離、及び充填材形状の変化を防止し、信頼性を向上させた開放型パッケージの半導体光センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体光センサ装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の半導体光センサ装置の構成図であり、図４（ａ）は斜視外観図、図４（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】弾性率を説明する説明図である。
【図６】レオメータによるせん断弾性率の計測を説明する説明図である。
【図７】せん断弾性率・硬化開始時間が異なる透明シリコーンゲルの良否の判定基準を説明する説明図である。
【図８】透明シリコーンゲルの多数サンプルのせん断弾性率に対する硬化後の形状を調べた結果を示す特性図である。
【図９】従来技術の半導体光センサ装置の構成図である。
【符号の説明】
１，２，３  半導体光センサ装置
１１        リードフレーム
１２        半導体光センサチップ
１３        ボンディングワイヤ
１４        透明シリコーンゲル
１５        透明板
１６        プラスチック筐体
１６ａ      固定部
１６ｂ      開放部
１７        裏蓋
１７ａ      孔
１８        レンズ
１８Ｒ      右レンズ
１８Ｌ      左レンズ
１９        絞り
１９Ｒ      右絞り孔
１９Ｌ      左絞り孔
５０        レオメータ
５１        回転プレート
５２        サンプル皿
５３        サンプル（透明シリコーンゲル）
【図１】
2004363354.tif 000012
【図２】
2004363354.tif 000013
【図３】
2004363354.tif 000014
【図４】
2004363354.tif 000015
【図５】
2004363354.tif 000016
【図６】
2004363354.tif 000017
【図７】
2004363354.tif 000018
【図８】
2004363354.tif 000019
【図９】
2004363354.tif 000020