(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記上面から側面または下面にかけて形成された配線導体と、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、前記絶縁基体の前記上面に、前記光半導体素子が収納される空間を形成するように取着された、少なくとも一部が透光性部材から成る蓋体とを具備しており、前記接合材は、前記光半導体素子の短辺側の側面を被覆しているとともに、前記側面を被覆している部分の表面が波形にうねった凹凸状に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】
前記接合材は、前記光半導体素子の前記短辺側の前記側面を被覆している部分の前記表面の縦断面形状が、前記側面から外側に向かって凹状部および凸状部が連続的に形成された形状であ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前記短辺側の前記側面のうち高さ方向における下端から中央まで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。
【請求項４】
前記接合材は、前記光半導体素子の前記側面に接する箇所より外縁部の方が薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記接合材は、前記外縁部における厚さが、外縁に向かうに伴って漸次薄くなっていることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。
【請求項６】
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乃至請求項５のいずれかに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ものである。
【背景技術】
【０００２】
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、凹形状の絶縁基体の内側に光半導体素子が搭載された構成となっている。光半導体素子は、接合材を介して絶縁基体に接合されている。そして、例えば平板状の蓋体が、接合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や、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。ここで、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には、絶縁基体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が傾斜面状または緩やかな曲面のメニスカス状となっていた。
【特許文献１】特開２００１−２９８０３２号公報
【特許文献２】特開平５−２９１３１３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には、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てしまう現象に関して、その原因を検討したところ、次の２つの原因が考えられた。１つ目の原因は、光半導体素子と絶縁基体との熱膨張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してしまうことであった。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が傾斜面状または緩やかな曲面のメニスカス状となっており、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困難なことであった。
【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ことを目的に、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てしまうおそれがあった。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た。
【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、上面に光半導体そしの搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記上面から側面または下面にかけて形成された配線導体と、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、前記絶縁基体の前記上面に、前記光半導体素子が収納される空間を形成するように取着された、少なくとも一部が透光性部材から成る蓋体とを具備しており、前記接合材は、前記光半導体素子の短辺側の側面を被覆しているとともに、前記側面を被覆している部分の表面が波形にうねった凹凸状に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
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前記短辺側の前記側面を被覆している部分の前記表面の縦断面形状が、前記側面から外側に向かって凹状部および凸状部が連続的に形成された形状であることを特徴とするものである。
【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前記短辺側の前記側面のうち高さ方向における下端から中央までを被覆していることを特徴とするものである。
【００１０】
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前記側面に接する箇所より外縁部の方が薄いことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の光半導体装置は、好ましくは、前記接合材は、前記外縁部において、外縁に近づくに伴って漸次薄くなることを特徴とするものである。
【００１２】
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ものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光半導体装置によれば、接合材が光半導体素子の短辺側の側面を被覆しているとともに、側面を被覆する部分の表面が波形にうねった凹凸状に形成されていることにより、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ができるとともに、光半導体素子の短辺側における接合材に集中しがちな応力を効果的に吸収、分散させることができる。すなわち、接合材が光半導体素子の短辺側の側面を被覆していることにより、その接合強度を向上させることができ、側面を被覆する部分の表面が波形にうねった凹凸状に形成されていることにより、その凹凸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、信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材の光半導体素子の短辺側の側面を被覆している部分の表面の縦断面形状が、側面から外側に向かって凹状部および凸状部が連続的に形成された形状であることにより、光半導体素子の短辺側の接合材に加わる応力を凹状部および凸状部により効果的に分散させることができる。すなわち、凹部においては、傾斜面の上方に向かって応力が分散され、また、さらに外側に位置する凸部においては、傾斜面の上方に向かって応力が集中される。従って、側面を被覆している接合材の全体としては、応力が分散され、剥がれが生じやすい箇所に応力が集中することを抑制することが可能となる。また、応力が集中する凸部が、光半導体素子との間に凹部を挟んで形成されていることにより、光半導体素子との接合面における剥がれも抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材が、光半導体素子の短辺側の側面のうち高さ方向における下端から中央までを被覆していることにより、光半導体素子の短辺側における接合強度をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材の光半導体素子の側面に接する箇所より外縁部の方が薄いことにより、外縁部に応力が集中することをより抑えることができ、接合材の外縁からの剥がれを抑制することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材が、外縁部における厚さが、外縁に向かうに伴って漸次薄くなっていることにより、接合材の外縁部に応力が集中することをより抑えることができ、外縁からの剥がれを抑制することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、接合材が、前記光半導体素子の長辺側の側面を被覆していることにより、光半導体素子の長辺側においても、接合材の内部に生じる応力を分散させることができ、接合材の外縁からの剥がれをさらに抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の光半導体装置について、以下、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）に示した光半導体装置おいてＸで示した箇所の拡大図である。本発明の光半導体装置は、光半導体素子１０１と、光半導体素子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とを備える。
【００２０】
光半導体素子１０１は、平面視において長方形状の外観を有する。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。
【００２１】
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、絶縁基体１０２は、内側に搭載部を有する凹形状のものである。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。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上面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。
【００２２】
接合材１０３は、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２の上面に接合するために用いられる。接合材１０３は、光半導体素子１０１の短辺側の側面を被覆するように設けられている。また、接合材１０３は、光半導体素子１０１の底面と絶縁基体１０２との間から光半導体素子１０１の側面側の絶縁基体１０２上へ延在している。この接合材１０３の光半導体素子１０１の短辺側の側面を被覆する部分（側面被覆部１０３ａ）の表面が、凹凸状に形成されている。側面被覆部１０３ａを縦断面で見た場合、この凹凸は波形にうねっている。すなわち、接合材１０３は、側面被覆部１０３ａの表面の縦断面形状が、側面から外側に向かって凹状部および凸状部が連続的に形成された形状となっているのがよい。
【００２３】
ここで、この接合材１０３の成形方法について説明する。まず、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２の上面に搭載する際に、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の上面に接合材１０３を塗布する。そして、塗布された接合材１０３上に光半導体素子１０１を搭載した後に、光半導体素子１０１の短辺側の外側から光半導体素子１０１の方向へ向けて接合材１０３に外力を加えて、接合材１０３の表面を波形に褶曲させる。また、他の接合材１０３の成形方法として、波形の治具を接合材１０３の表面に押し付けて、接合材１０３の表面を波形に成型する方法もある。
【００２４】
なお、接合材１０３は、図１（ｂ）に示すように、側面被覆部１０３ａの縦断面において、短辺側側面から外縁に向かうに伴って厚さが薄くなっており（第１の部位）、続いて外縁に向かうに伴って厚さが厚くなっており（第２の部位）、さらに続いて外縁に向かうに伴って厚さが薄くなっている（第３の部位）形状としておくことが好ましい。このような形状をとることにより、応力を効果的に分散させることが可能となる。すなわち、外縁に向かうに従って厚さが厚くなる第２の部位により、応力を上方向に分散させることができる。
【００２５】
また、光半導体素子１０１を絶縁基体１０２に接合する際に、絶縁基体１０２における光半導体素子１０１の短辺に対応する部位より光半導体素子１０１の外周部に対応する部位の方が厚くなるように、接合材１０３を絶縁基体１０２の上面に塗布しておいてもよい。この場合は、接合材１０３上に光半導体素子１０１を搭載したときに、接合材１０３の表面張力により第２の部位を形成することが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。すなわち、接合材１０３上に光半導体素子１０１を搭載したときに、光半導体素子１０１による加重により接合材１０３は下方へ移動する。さらにその外側における接合材１０３は厚く設けられているため、第２の部位を容易に形成することが可能となる。
【００２６】
このように、本発明の光半導体装置では、光半導体素子１０１の短辺側の側面が接合材１０３により被覆されていることにより、光半導体素子１０１と絶縁基体１０２との接合をより強固なものとすることができる。そして、本発明の光半導体装置では、接合材１０３の光半導体素子１０１の短辺側の側面を被覆する部分（側面被覆部１０３ａ）の表面が凹凸状に形成されている（表面が波形にうねっている）ことにより、接合材１０３に生じる応力を、表面の凹凸（波形の表面）に沿って分散させることが可能となる。このように、本発明の光半導体装置によれば、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。
【００２７】
また、接合材１０３は、光半導体素子１０１の短辺側の側面のうち高さ方向における下端から中央までを被覆していることが好ましい。このような構成により、光半導体素子１０１をより確実に接合することができる。また、接合材１０３は、光半導体素子１０１の側面に接する箇所の厚さより外縁部の厚さの方が薄いことが好ましい。このような構成により、接合材１０３に生じる応力が接合材１０３の外縁部に集中することを抑えることができ、接合材１０３が内部応力により外縁部から剥がれることを抑制することできる。さらには、接合材１０３は、外縁部において、外縁に向かうに伴って厚さが薄くなっていることが好ましい。このような構成により、接合材１０３の外縁部に応力が集中することをより抑えることができ、外縁からの剥がれをより抑制することが可能となる。また、接合材１０３は、光半導体素子１０１の長辺側の側面を被覆するように形成されていてもよい。そして、長辺側の側面の被覆部の表面が凹凸状に形成されていてもよい。すなわち、長辺側側面の被覆部の表面が波形に成形されていてもよい。この構成により、半導体素子１０１と絶縁基体１０２との接合をより強固なものとすることが可能となる。
【００２８】
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の電極と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であれば、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。
【００２９】
なお、ボンディングワイヤ１０７は、その長さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが好ましい。ボンディングワイヤ１０７の長さが０．３ｍｍ未満では、ボンディングワイヤ１０７が短すぎて十分なループを形成することが困難となり、光半導体素子１０１の電極１０６と配線導体１０４とを確実に接続することが困難となる。また、ボンディングワイヤ１０７の長さが３．０ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ１０７が長くなりすぎループが不要に高くなる傾向があり、不要なインダクタンスが発生して高周波信号の伝送特性が劣化するおそれがある。
【００３０】
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、接合材１０８を介して絶縁基体１０２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に示した光半導体装置において、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には、凹形状の蓋体を用いてもよい。この場合には、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。
【００３１】
接合材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７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、接合材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。
【００３２】
また、接合材１０８が透明な樹脂接着剤から成る場合、接合材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、接合材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、接合材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、接合材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。接合材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合材１０８を取り扱う方法や、予め接合材１０８に含まれる気泡を真空脱泡する方法等がある。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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、（ｂ）は（ａ）に示した光半導体装置のＸ箇所の拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
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・・・接合材
【図１】
0004780933.tif 000002