(57)【要約】【課題】小型化、低背化および高密度実装が可能であり、光半導体素子の設置について高い信頼性が得られる光半導体装置を提供すること。【解決手段】光半導体装置は、四角枠状の絶縁体から成り、上部の内側に内周面から突出した凸部２ｂが形成されるとともに凸部２ｂの下面に電極パッド５が形成された枠体２と、上面の中央部に受光部３ａを有し、側面が枠体２の内周面に接着されるとともに受光部３ａの周囲に配設された電極４が電極パッド５に電気的に接続された光半導体素子３と、枠体２の上面に樹脂層７を介して接着された透光性蓋体８とから成る。【選択図】  図１
2004200621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角枠状の絶縁体から成り、上部の内側に内周面から突出した凸部が形成されるとともに該凸部の下面に電極パッドが形成された枠体と、上面の中央部に受光部を有し、側面が前記枠体の内周面に接着されるとともに前記受光部の周囲に配設された電極が前記電極パッドに電気的に接続された光半導体素子と、前記枠体の上面に樹脂層を介して接着された透光性蓋体とから成ることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記凸部の前記下面の前記電極パッドより外周側に、前記電極パッドより高く突出した突出部が形成されており、前記光半導体素子は、その上面外周部を前記突出部に当接させていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【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の断面図を図２に示す。従来の光半導体装置は、図２に示すように、半導体収納用パッケージ（以下、半導体パッケージともいう）１０１を構成するとともにセラミックス等からなる基体１０２を具備している。基体１０２の底板部１０２ｄの上面の中央部に光半導体素子１０３が載置され、光半導体素子１０３の電極１０４が基体１０２内部に形成した電極パッド１０５にボンディングワイヤ１０６を介して電気的に接続される。そして、基体１０２の側壁部１０２ｃの上面の略全周に設けられた樹脂層１０７を介して透光性蓋体１０８を接着することにより、光半導体装置が構成される。
【０００３】
また、図２において、１０２ａは基体１０２の上側主面に形成された凹部、１０２ｂは基体１０２の内周面の中央部に全周にわたって環状に形成された凸部、１０２ｃは基体１０２の側壁部、１０２ｄは基体１０２の底板部、１０３は基体１０２の底板部１０２ｄの上面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は凸部１０２ｂの上面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の側壁部１０２ｃの上面に設けられた樹脂層、１０８はガラス等からなる透光性蓋体、１０９は光半導体素子１０３を基体１０２の底板部１０２ｄに接合するための接合樹脂である。
【０００４】
この半導体パッケージ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１０２ｄ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１０２ｄ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の内周面に形成された凸部１０２ｂの上面には電極パッド１０５が設けられている。
【０００５】
光半導体素子１０３は基体１０２の底板部１０２ｄの上面に載置され、接合樹脂１０９を介して接着されており、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）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８１７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、光半導体装置の更なる高密度実装化、小型化、低背化が益々要求されてきているが、上記従来の光半導体装置１０１では小型化、低背化には限界があるという問題点があった。
【０００８】
例えば、上記従来の光半導体装置１０１の厚みは基体１０２の厚みによって概ね決定される。基体１０２の厚みは側壁部１０２ｃと底板部１０２ｄの総厚みにより決定されるが、基体１０２の凹部１０２ａに光半導体素子１０３ａに収納され、透光性蓋体１０８が樹脂層１０７を介して側壁部１０２ｃに接着されて光半導体素子１０３ａが封止されるため、側壁部１０２ｃの高さは光半導体素子１０３の厚みより大きくする必要がある。
【０００９】
また、基体１０２の底板部１０２ｄの厚みは、０．４ｍｍ未満にすると、反りやうねりが発生し易くなり、底板部１０２ｄの平坦性が悪くなる。その結果、光半導体素子１０３を接合樹脂１０９を介して底板部１０２ｄの上面に接合できない、または接合強度が弱くなるという問題点があった。
【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、小型化、低背化および高密度実装が可能であり、光半導体素子の設置について高い信頼性が得られる光半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、四角枠状の絶縁体から成り、上部の内側に内周面から突出した凸部が形成されるとともに該凸部の下面に電極パッドが形成された枠体と、上面の中央部に受光部を有し、側面が前記枠体の内周面に接着されるとともに前記受光部の周囲に配設された電極が前記電極パッドに電気的に接続された光半導体素子と、前記枠体の上面に樹脂層を介して接着された透光性蓋体とから成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光半導体装置は、上記構成により、上部の内側に内周面から突出した凸部が形成されるとともに凸部の下面に電極パッドが形成された枠体と、側面が枠体の内周面に接着されるとともに受光部の周囲に配設された電極が電極パッドに電気的に接続された光半導体素子とを有することから、従来の光半導体装置に比べ、光半導体装置の高さは枠体の高さと透光性蓋体の厚さとによってほぼ決定されることとなり、光半導体装置が大幅に低背化される。また、光半導体素子の電極と枠体の電極パッドとを直接的に接続してボンディングワイヤ等を省くことができることから、光半導体装置が大幅に小型化されるとともに、ボンディングワイヤによる高周波信号の伝送損失等が解消されて光半導体素子の作動性が大幅に向上する。
【００１３】
さらに、従来の光半導体装置に比べ、底板に相当する部品が不要となるため、底板の反りやうねりによって光半導体素子の設置位置が不安定になったり設置が不可能になるようなことがなくなり、また、部品点数が少なくなって製造コストを低減することができる。その結果、小型化および低背化された高信頼性で安価な光半導体装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記凸部の前記下面の前記電極パッドより外周側に、前記電極パッドより高く突出した突出部が形成されており、前記光半導体素子は、その上面外周部を前記突出部に当接させていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、好ましくは凸部の下面の電極パッドより外周側に、電極パッドより高く突出した突出部が形成されており、光半導体素子は、その上面外周部を突出部に当接させていることから、枠体に対する光半導体素子の位置合わせが容易になり、光半導体素子の上面の受光部の周囲に配設された電極を電極パッドに確実かつ容易に電気的に接続することが可能となる。
【００１６】
【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例を示す断面図である。図１に示すように、半導体パッケージ１を構成するとともにセラミックス等からなる枠体２を具備しており、枠体２の内周面に光半導体素子３の側面が全周にわたってエポキシ樹脂からなる接着樹脂９を介して接着される。光半導体素子３の側面は、その一部が接着樹脂９を介して接着されていてもよい。
【００１７】
また光半導体素子３の上面で中央部の受光部３ａの周囲に配設された電極４は、枠体２の上部の内側に内周面から突出した凸部２ｂの下面に形成された電極パッド５に、当接されて直接的に接続されることが好ましい。この場合、電極４と電極パッド５とを接続するためのボンディングワイヤが不要となり、ボンディングワイヤによる高周波信号の伝送損失等が解消されて光半導体素子の作動性がきわめて良好になる。また、電極４と電極パッド５との接続部をエポキシ樹脂からなる接着樹脂９で覆って接着してもよく、また電極４と電極パッド５とを導電性樹脂や半田等の導電性接続部材を介して接続してもよい。さらに、電極４と電極パッド５とを、電極４側または電極パッド５側に形成された配線導体を介して接続してもよい。
【００１８】
そして、枠体２の側壁部２ｃの上面には、その略全周に設けられた樹脂層７を介して透光性蓋体８が接着されており、これにより光半導体装置１が構成されている。
【００１９】
図１において、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の入出力用の電極である。また、５は枠体２の上部の内側に内周面から突出した凸部２ｂの下面に形成された電極パッド、７は枠体２の側壁部２ｃの上面に設けられた接着樹脂、８はガラス，石英，サファイア，透明樹脂等からなる透光性蓋体、９はエポキシ樹脂等からなる接着樹脂である。
【００２０】
本発明の光半導体装置１は、枠体２の内周面に光半導体素子３の接着面を設けることにより、光半導体装置１の高さを枠体２の高さと透光性蓋体８の厚さとに相当する高さとすることができ、光半導体装置１の高さを従来の基体１０２を用いたものに比べて大幅に低くすることができる。
【００２１】
本発明の枠体２は、焼結体（セラミックス）からなる場合、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からなる。この枠体２は、外部回路基板等に実装される際の熱で膨張し、光半導体素子３にストレスを与える場合があることから、熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さいアルミナを主成分としたセラミックスが好ましい。
【００２２】
また、本発明の透光性蓋体８は、ガラス，石英，サファイヤ（単結晶アルミナ），透明樹脂等からなる透光性のものであり、特に光半導体素子３がＣＣＤ等の外光を受光する光半導体素子である場合に好適である。また、透光性蓋体８の上下面の少なくとも一方には紫外線を遮断するための光学膜が形成されていてもよい。この透光性蓋体８は、その外形寸法が枠体２上面の外形寸法より小さく、枠体２の凹部２ａよりは大きいものが好ましい。この場合、透光性蓋体８の端が枠体２の外側の突出しないため、光半導体装置１が小型化されるとともに、透光性蓋体８の端が他の部品等に衝突して破損することを防ぐことができる。
【００２３】
また、枠体２の上部の内周面には全周にわたって凸部２ｂが形成されており、枠体２の内周面で凸部２ｂより下側が光半導体素子３の側面に接着される接着面となっている。この凸部２ｂの下面に設けられた電極パッド５は、枠体２の外面や枠体２の上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、その配線パターンに接続されたリード端子等（図示せず）を介して、外部電気回路等に接続される。
【００２４】
凸部２ｂは、その上面が枠体２の上面に面一になっていてもよく、その場合、樹脂層７を凸部２ｂの上面まで延出させて樹脂層７の幅を大きくして、透光性蓋体８の接合強度を向上させることができる。また、凸部２ｂは、その上面が枠体２の上面よりも上方に突出していてもよい。この場合、樹脂層７が凸部２ｂの上面に延出しすぎるのを抑えることができ、また枠体２の内周面で光半導体素子３との接合面を大きくしたり、枠体２の高さを若干低くすることができる。
【００２５】
また本発明の光半導体装置は、図４に示すように、凸部２ｂの下面の電極パッド５より外周側に、電極パッド５より高く突出した突出部２ｄが形成されており、光半導体素子３は、その上面外周部を突出部２ｄに当接させていることが好ましい。これにより、枠体２に対する光半導体素子３の位置合わせが容易になり、光半導体素子３の上面の受光部３ａの周囲に配設された電極４を電極パッド５に確実かつ容易に電気的に接続することが可能となる。
【００２６】
本発明の光半導体素子３は、その上面の中央部に受光部３ａが設けられており、上面の受光部３ａの周囲である外周部には、入出力用の電極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（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ  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。
【００２７】
樹脂層７および接合樹脂９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。また、樹脂層７は、余計な外光の入射を遮断するために、上記したような樹脂に、黒色，茶褐色，暗緑色，濃青色等の暗色系の顔料や染料を混入させてもよい。
【００２８】
かくして、本発明は、四角枠状の絶縁体から成り、上部の内側に内周面から突出した凸部２ｂが形成されるとともに凸部２ｂの下面に電極パッド５が形成された枠体２と、上面の中央部に受光部３ａを有し、側面が枠体２の内周面に接着されるとともに受光部３ａの周囲に配設された電極４が電極パッド５に電気的に接続された光半導体素子３と、枠体２の上面に、樹脂層７を介して接着された透光性蓋体８とから成ることにより、光半導体装置の大幅な小型化、低背化が可能になる。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１の光半導体装置を以下のように構成した。イメージセンサ素子から成る光半導体素子３、アルミナセラミックスから成る枠体２、ガラスから成る透光性蓋体８、半田バンプから成る電極４を用い、枠体２の上部の内側に内周面から突出した凸部２ｂを全周にわたって形成し、凸部２ｂの下面の電極パッド５と光半導体素子３の上面の外周部に設けられた電極４とを当接させて直接的に電気的に接続した。その際、電極パッド５と電極４との接続部を、エポキシ樹脂からなる接着樹脂９により覆って接着した。その後、枠体２の上面に透光性蓋体８をエポキシ樹脂から成る樹脂層７で接着封止することにより、本発明の光半導体装置のサンプルＡを作製した。このサンプルＡにおいて、凸部２ｂの厚さＬ１（図３）は０．５ｍｍ、凸部２ｂの幅（長さ）Ｌ２（図３）は０．５ｍｍであった。
【００３１】
また、比較例として、上記実施例と同じ光半導体素子３、透光性蓋体８、ボンディングワイヤ６と、従来構成の高さ１．４７ｍｍの基体１０２（図２）を用い、従来構成の光半導体装置のサンプルＢを作製した。
【００３２】
更に、従来構成の基体１０２の底板部１０２ｄの厚みを０．３ｍｍとしたサンプルＣを作製した。
【００３３】
そして、これらのサンプルＡ，Ｂ，Ｃの各１０個について、サンプルＡにおいては電極パッド５と電極４とのオープン不良発生数、サンプルＢ，Ｃにおいてはボンディングワイヤ１０６のオープン不良発生数および光半導体素子３の基体からの外れの発生数を評価した。サンプルＡ，Ｂ，Ｃとも、電極パッド５と電極４とのオープン不良発生数およびボンディングワイヤ１０６のオープン不良発生数は０であったが、光半導体素子３の外れは、サンプルＡ，Ｂでは０であったのに対してサンプルＣでは２個発生した。
【００３４】
また、光半導体装置の厚みは、サンプルＢが２．０９ｍｍ、サンプルＣが１．９２ｍｍであるのに対し、サンプルＡは１．６２ｍｍであり、本発明の光半導体装置は約２０％の小型低背化が達成された。
【００３５】
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種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上部の内側に内周面から突出した凸部が形成されるとともに凸部の下面に電極パッドが形成された枠体と、側面が枠体の内周面に接着されるとともに受光部の周囲に配設された電極が電極パッドに電気的に接続された光半導体素子とを有することから、従来の光半導体装置に比べ、光半導体装置の高さは枠体の高さと透光性蓋体の厚さとによってほぼ決定されることとなり、光半導体装置が大幅に低背化される。また、光半導体素子の電極と枠体の電極パッドとを直接的に接続してボンディングワイヤ等を省くことができることから、光半導体装置が大幅に小型化されるとともに、ボンディングワイヤによる高周波信号の伝送損失等が解消されて光半導体素子の作動性が大幅に向上する。
【００３７】
さらに、従来の光半導体装置に比べ、底板に相当する部品が不要となるため、底板の反りやうねりによって光半導体素子の設置位置が不安定になったり設置が不可能になるようなことがなくなり、また、部品点数が少なくなって製造コストを低減することができる。その結果、小型化および低背化された高信頼性で安価な光半導体装置を提供することができる。
【００３８】
本発明の光半導体装置は、好ましくは凸部の下面の電極パッドより外周側に、電極パッドより高く突出した突出部が形成されており、光半導体素子は、その上面外周部を突出部に当接させていることにより、枠体に対する光半導体素子の位置合わせが容易になり、光半導体素子の上面の受光部の周囲に配設された電極を電極パッドに確実かつ容易に電気的に接続することが可能となる。
【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】従来の光半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の光半導体装置における枠体の拡大断面図である。
【図４】本発明の光半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：光半導体素子収納用パッケージ
２：枠体
２ａ：凹部
２ｂ：凸部
２ｃ：側壁部
２ｄ：突出部
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：接着樹脂
【図１】
2004200621.tif 000003
【図２】
2004200621.tif 000004
【図３】
2004200621.tif 000005
【図４】
2004200621.tif 000006