(57)【要約】【課題】光半導体素子の上面の受光部と透光性蓋体の下面とが平行に保持されたものとすること。【解決手段】光半導体装置１は、上面に凹部２ａが形成されるとともに、凹部２ａの内周にその上面に光半導体素子３の電極４が電気的に接続される電極パッド５が配設された段差部２ｄが形成された基体２と、凹部２ａの底面２ｂに載置され、上面の中央部に受光部３ａが設けられているとともに外周部に電極４が形成された光半導体素子３と、上面の凹部２ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層７と、樹脂層７の上部で接着されて光半導体素子３を封止する透光性蓋体８とを具備し、段差部２ｄの上面から透光性蓋体８の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材９を略等間隔で３個以上設けた構成である。【選択図】　図１
2004146609.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凹部が形成されるとともに、該凹部の内周にその上面に前記光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であって、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で３個以上設けたことを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
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図３に示す。図３において、１０１は、基体１０２、光半導体素子１０３および透光性蓋体１０８から主に構成される光半導体装置である。１０２ａは基体１０２の上側主面に形成された凹部、１０２ｂは凹部１０２ａの底面、１０２ｃは基体１０２の側壁部、１０３は基体１０２に実装される光半導体素子、１０３ａは光半導体素子１０３の上面の中央部に設けられた受光部、１０４は光半導体素子１０３の上面の外周部に設けられた電極である。また、１０５は基体１０２の凹部１０２ａの底面１０２ｂの外周部に設けられた電極パッド、１０６はボンディングワイヤ、１０７は基体１０２の上面の凹部１０２ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層、１０８はガラス等からなる透光性蓋体である。
【０００３】
この光半導体装置１０１を構成する基体１０２はセラミックス等からなり、基体１０２の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部１０２ｃが設けられている。基体１０２の底板部と側壁部１０２ｃとは一体的に形成されていてもよい。また、基体１０２の凹部１０２ａの底面１０２ｂの外周部には電極パッド１０５が設けられている。
【０００４】
光半導体素子１０３は基体１０２の底面１０２ｂに載置され接着されており、光半導体素子１０３の上面の外周部には電極１０４が設けられている。電極１０４と電極パッド１０５とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ１０６により電気的に接続される。また、透光性蓋体１０８が樹脂層１０７を介して基体１０２の側壁部１０２ｃの上面に接着される（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３２３２３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置１０１においては、光半導体素子１０３を載置する底板としての基体１０２の厚み、光半導体素子１０３を囲むように設けられた側壁部１０２ｃの厚み、光半導体素子１０３を載置接着するための接着層の厚み、および側壁部１０２ｃ上面の外形と略同形状のガラス等からなる透光性蓋体１０８を側壁部１０２ｃ上面に載置し接着封止するための樹脂層１０７の厚み等の公差ばらつきがあった。そのため、光半導体素子１０３の上面と透光性蓋体１０８の下面とを平行にすることが困難であるという問題があった。
【０００７】
このような問題があることから、例えば光半導体装置１０１をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置１０１との位置合わせに透光性蓋体１０８の表面が使用されるため、光半導体素子１０３上面の受光部１０３ａに対して鏡筒のレンズが傾き、画像の取り込みに不具合が生じるといった問題点が発生していた。
【０００８】
この問題点を解決するために、特許文献１には、図４に示すような、透光性蓋体２０４が光半導体素子２０３に対して平行になるように位置決めを行う基準面として、基体２０２の側壁部の内側面に設けられた、透光性蓋体２０４の両端部の底面を支持する一対の第１の基準面２０２ａと、透光性蓋体２０４の中央部底面を支持する第２の基準面２０２ｂとを有することにより、透光性蓋体２０４の反りを容易に矯正できる画像装置２０１が提案されている。
【０００９】
しかしながら、上記従来例のいずれにおいても、光半導体素子を載置する底板としての基体の厚み公差や反り、また基体の上側主面の外周部に光半導体素子を囲むように設けられた側壁部の厚み公差、光半導体素子を載置接着するための接着層の厚みのばらつきによる影響を避けることができず、その結果、光半導体素子上面の受光部に対する鏡筒レンズの傾きが発生するという問題点は解決されていなかった。
【００１０】
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、光半導体装置内に収納された光半導体素子の上面の受光部と透光性蓋体の下面とを平行にすることにより、光半導体装置の受光特性を良好なものとすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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凹部が形成されるとともに、該凹部の内周にその上面に前記光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であって、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で３個以上設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の光半導体装置は、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で３個以上設けたことから、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質の画像が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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一例を示す断面図、図２は図１の光半導体装置の平面図である。これらの図において、１は、基体２、枠体２ｃ、光半導体素子３、透光性蓋体８および支持部材９から主に構成される光半導体装置である。２ａは基体２の上面に形成された凹部、２ｂは凹部２ａの底面、２ｃは基体２の側壁部、３は基体２に実装される光半導体素子、３ａは光半導体素子３の上面の中央部に設けられた受光部、４は光半導体素子３の上面の外周部に設けられた入出力用の電極である。また、５は基体２の凹部２ａの内周の段差部２ｄの上面に設けられた配線導体の一部である電極パッド、６はＡｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤ、７は基体２の上面の凹部２ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層、８はガラス、石英、サファイヤ、透明樹脂等からなる透光性蓋体である。
【００１４】
本発明の光半導体装置１は、上面に凹部２ａが形成されるとともに、凹部２ａの内周にその上面に光半導体素子３の電極４が電気的に接続される電極パッド５が配設された段差部２ｄが形成された基体２と、凹部２ａの底面２ｂに載置され、上面の中央部に受光部３ａが設けられているとともに外周部に電極４が形成された光半導体素子３と、上面の凹部２ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層７と、樹脂層７の上部で接着されて光半導体素子３を封止する透光性蓋体８とを具備し、段差部２ｄの上面から透光性蓋体８の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材９を略等間隔で３個以上設けた構成である。
【００１５】
この光半導体装置１を構成する基体２はセラミックス等からなり、基体２の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部２ｃが設けられている。また、基体２の底板部と側壁部２ｃとは一体化されていてもよい。
【００１６】
光半導体素子３は基体２の底面２ｂに載置され接着固定されており、光半導体素子３の上面の外周部には電極４が設けられている。電極４と電極パッド５とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ６により電気的に接続される。また、透光性蓋体８が樹脂層７を介して基体２の側壁部２ｃの上面に接着固定される。
【００１７】
本発明の支持部材９は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ａｌ，Ｃｕ等の金属、またはアクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコーン樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂から成る。支持部材９は基体２の凹部２ａの内周の段差部２ｄから透光性蓋体８との間に設置されるため、光半導体装置１全体が外部回路基板等に実装される際の熱で支持部材９が膨張し、基体２や透光性蓋体８にストレスを与える可能性が有る。このことから、上記材料の中でも熱膨張係数の低いセラミックスが好適である。例えば熱膨張係数が５×１０−６〜１０×１０−６／℃程度のアルミナを主成分としたセラミックスを用いるのが好ましい。
【００１８】
支持部材９の形状としては、高さは３００〜１５００μｍがよく、また断面形状は、一辺の長さが１００μｍ〜１ｍｍの多角形である多角柱状、直径１００μｍ〜１ｍｍの円形である円柱状、または長径が１００μｍ〜１ｍｍの楕円径である楕円柱状等がよい。
【００１９】
高さが３００μｍ未満では、支持部材９がボンディングワイヤ６の最上部および側壁部２ｃの最上面よりも低くなる場合がある。高さが１５００μｍを超えると、光半導体装置１自体の厚みが増し大型になるので好ましくない。
【００２０】
支持部材９の断面形状については、支持部材９は基体２の底面２ｂで光半導体素子１と側壁部２ｃとの間の狭い領域に設置する必要があるため、多角柱状の場合断面の一辺の長さが１ｍｍ以下であり、円柱状の場合断面の直径が１ｍｍ以下であり、楕円柱状の場合断面の長径が１ｍｍ以下であることが好ましい。一方、多角柱状の場合断面の一辺の長さが１００μｍ未満であり、円柱状の場合断面の直径が１００μｍ未満であり、楕円柱状の場合断面の長径が１００μｍ未満であると、支持部材９が細すぎるため、その加工性、設置する際の作業性が悪くなる。
【００２１】
従って、支持部材９のより好ましい形状としては、高さが６００〜１１００μｍ、断面形状は、多角柱状の場合一辺の長さが２００〜５００μｍの多角形、円柱状の場合直径が２００〜５００μｍの円形、楕円柱状の場合長径が２００〜５００μｍの楕円形であることがよい。
【００２２】
支持部材９の設置場所としては、光半導体素子３の平面視形状が略四角形の場合、光半導体素子３の周囲でそのコーナー部付近の凹部２ａの内周の段差部２ｄがよく、光半導体素子３の１個あたり略等間隔で３〜４個設置することが好ましい。これは、光半導体素子３の受光部３ａに対し透光性蓋体８が平行になるように支持するためには、光半導体素子３の周囲に極力間隔を開けて設置するのがよいからであり、また３個以上なくては平行に支持するのが困難である。支持部材９の設置間隔は、受光部３ａの中心に関して等角度間隔とすることができる。３個の場合１２０°間隔、図２に示すように４個の支持部材９ａ〜９ｄを設ける場合９０°間隔とすればよい。
【００２３】
支持部材９の上端面は、側壁部２ｃの上面より高い位置にあるのがよい。側壁部２ｃの上面には樹脂層７があるため、支持部材９の上端面は樹脂層７の下端よりも高い位置にあるのがよく、その場合支持部材９を透光性蓋体８の下面に接着するのが容易になる。また、支持部材９の上端面は、樹脂層７の下端よりは高く、樹脂層７の上端以下の低い位置にあるのが好ましい。支持部材９の上端面が樹脂層７の上端より高くなると、透光性蓋体８の下面が樹脂層７から剥離し易くなる。
【００２４】
また、支持部材９の形状として、下側が上側よりも太く、上端が尖った形状であってもよい。この場合、支持部材９が軟質のものであれば、透光性蓋体８の下面に支持部材９の上端が当接した状態で透光性蓋体８の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材９の上端が潰れることにより、透光性蓋体８を光半導体素子３の受光部３ａに平行な状態として固定することができる。また、支持部材９が硬質のものであれば、透光性蓋体８の下面に支持部材９の上端が当接した状態で透光性蓋体８の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材９の上端が透光性蓋体８の下面に突き刺さることにより、透光性蓋体８を光半導体素子３の受光部３ａに平行な状態として固定することができる。
【００２５】
また、支持部材９を設置する際は、アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等から成る接着剤を用いて固定する。支持部材９の上端面および／または下端面を接着すれば良い。
【００２６】
本発明の基体２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ａｌ，Ｃｕ等の金属から成る。また、側壁部２ｃは基体２と別体であってもよいが、その場合基体２と同じ材料から成るのがよい。
【００２７】
基体２の凹部２ａの内周の段差部２ｄに電極パッド５が設けられているが、この電極パッド５は、基体２の側壁部２ｃ外面および基体２の下面等に形成されたメタライズ層等から成る配線パターンやリード端子等（図示せず）を介して外部電気回路等に接続される。
【００２８】
本発明の光半導体素子３は、ＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ），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。この光半導体素子３を基体２の底面２ｂに接着する際、銀ペースト等から成る接合材を用いて固定するが、接合材の厚みをできるだけ薄くした方がよい。具体的には接合材の厚みは５０μｍ以下がよい。この場合、底面２ｂに対する光半導体素子３の平行度が良くなり、支持部材９を設置することによる、光半導体素子３に対する透光性蓋体８の平行度の向上効果が大きくなる。
【００２９】
樹脂層７は、アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等から成る。この樹脂層７は、余計な外光の入射を遮断するために、黒色、茶色、暗緑色、濃青色等の暗色系の染料や顔料を混入させてもよい。
【００３０】
【実施例】
本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００３１】
図１，図２の光半導体装置１を以下のようにして構成した。アルミナセラミックスから成る基体２、ＣＣＤから成る光半導体素子３、ガラスから成る透光性蓋体８を用い、光半導体素子３を基体２の底面２ｂに厚さ３０μｍの銀ペースト（銀を含有する樹脂接着剤）で接着し、段差部２ｄの底面の電極パッド５と光半導体素子３の上面の電極４とをＡｕ製のボンディングワイヤ６で接続した。次に、段差部２ｄの底面の四隅部に、直径５００μｍ、高さ１ｍｍでアルミナセラミックスから成る円柱状の支持部材９ａ〜９ｄをエポキシ系樹脂で接着するとともに、透光性蓋体８をエポキシ系樹脂から成る樹脂層７で接着した。
【００３２】
また、比較例として、支持部材９ａ〜９ｄがない以外は上記実施例と同様にして図３に示した光半導体装置１０１を作製した。
【００３３】
そして、本発明の光半導体装置１と比較例のものとを比較検討した。支持部材９ａ〜９ｄを有していない比較例の半導体装置１０１では、光半導体素子１０３の受光部１０３ａと透光性蓋体１０８との平行度、即ち受光部１０３ａと透光性蓋体１０８との間の隙間の最大値と最小置の差は約１００μｍであったが、本発明の光半導体装置１では３０μｍ以下にまで抑えることができた。なお、測定の方法としては、金属顕微鏡等の高倍率（１００〜４００倍）の顕微鏡を用い、焦点深度によって光半導体素子の上面と透光性蓋体の下面との間の距離を測る方法を用いた。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００３５】
【発明の効果】
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凹部が形成されるとともに、凹部の内周にその上面に光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、樹脂層の上部で接着されて光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備し、段差部の上面から透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で３個以上設けたことにより、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【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】図１の光半導体装置の平面図である。
【図３】従来の光半導体装置の一例の断面図である。
【図４】従来の光半導体装置の他の例の断面図である。
【符号の説明】
１：光半導体装置
２：基体
２ａ：凹部
２ｂ：底面
２ｃ：側壁部
２ｄ：段差部
３：光半導体素子
３ａ：受光部
４：電極
５：電極パッド
７：樹脂層
８：透光性蓋体
９：支持部材
【図１】
2004146609.tif 000003
【図２】
2004146609.tif 000004
【図３】
2004146609.tif 000005
【図４】
2004146609.tif 000006