(57)【要約】【課題】例えば透光性の蓋体が絶縁基体の上面に傾くことなく接合された、受光精度等の特性に優れた光半導体装置等の半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置は、上面に半導体素子３が収納される凹部１ａが形成された絶縁基体１と、絶縁基体１の凹部１ａの内側から外側にかけて導出された配線導体２と、凹部１ａの底面に載置されるとともに電極４が配線導体２に電気的に接続された半導体素子３と、下面の外周部と側面との間に段差９が形成されているとともに絶縁基体１の上面に凹部１ａを塞ぐようにして下面の外周部が接合された蓋体５とを具備し、蓋体５は、下面の段差９よりも内側が絶縁基体１の上面に接しているとともに、段差９と絶縁基体１の上面との間に充填された接合材７を介して絶縁基体１に接合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に半導体素子が収納される凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側にかけて導出された配線導体と、前記凹部の底面に載置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半導体素子と、下面の外周部と側面との間に段差が形成されているとともに前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして下面の外周部が接合された蓋体とを具備しており、該蓋体は、下面の前記段差よりも内側が前記絶縁基体の上面に接しているとともに、前記段差と前記絶縁基体の上面との間に充填された接合材を介して前記絶縁基体に接合されていることを特徴とする半導体装置。
【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等を具備した半導体装置に関するものである。
【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等の半導体装置を構成する絶縁基体は、上面に光半導体素子を収容するための凹部が形成されている。また、絶縁基体の凹部の内側から外側（絶縁基体の側面や下面等）にかけて配線導体が導出されている。
【０００３】
光半導体素子は絶縁基体の凹部の底面に載置され接着されており、その光半導体素子の上面の外周部には電極が設けられている。光半導体素子の電極と上記配線導体のうち凹部の内側に露出した部位とが、Ａｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤにより電気的に接続される。また、透光性の蓋体が絶縁基体の上面に凹部を覆うようにして接合材により取着されている。
【０００４】
このように従来の半導体装置は、透光性の蓋体を有することにより、半導体装置の内部空間にゴミなどの異物が侵入することを防止するとともに、半導体装置の内部空間を密閉空間とすることで、外部雰囲気の湿気が半導体装置内に侵入するのを極力防ぐようにして、光半導体素子の耐久性を向上させるようにしている。
【０００５】
なお、一般的な半導体装置では、外部機器との電気的接続を行うために絶縁基体の外周部に外部接続端子が配設されており、その外部接続端子は、絶縁基体の凹部内側から外側（絶縁基体の側面や下面）にかけて形成された配線導体等を介して電極パッドと接続されている。
【０００６】
そして、半導体素子としての光半導体素子により透光性の蓋体を通して外光を受光して変換されて生じた電気信号は、配線導体および外部接続端子を経由して半導体装置の外部に配置された各種の機器や素子などに送られる。
【０００７】
なお、従来の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半導体装置において、接合材としては、一般的にシリカフィラーを混入させたエポキシ樹脂やフェノール樹脂，クレゾール樹脂，粉体カーボンとシリコン樹脂粒子の混合体等が使用されている。
【０００８】
また、蓋体は、通常、平板状であり、その下面の外周部と絶縁基体の上面との間に接合材が介在し、その接合材を介して蓋体と絶縁基体とが接合されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開１９９８−１１６９４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置においては、絶縁基体に透光性の蓋体を取着するための接合材が、厚みを有しており、その厚みを制御することが難しく部分的にばらつくことが多いため、この接合材の厚みの差に応じて透光性の蓋体が傾いて絶縁基体上面に接合され、光半導体素子の受光部と透光性の蓋体との平行度が取れず、半導体素子の受光部に届く光がひずみ、正確な受光ができず、正確な電気信号に変換できないという問題点があった。
【００１１】
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、例えば透光性の蓋体が絶縁基体の上面に傾くことなく接合された、受光精度等の特性に優れた半導体装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上面に半導体素子が収納される凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側にかけて導出された配線導体と、前記凹部の底面に載置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半導体素子と、下面の外周部と側面との間に段差が形成されているとともに前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして下面の外周部が接合された蓋体とを具備しており、該蓋体は、下面の前記段差よりも内側が前記絶縁基体の上面に接しているとともに、前記段差と前記絶縁基体の上面との間に充填された接合材を介して前記絶縁基体に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置は、絶縁基体と、下面の外周部と側面との間に段差が形成されているとともに絶縁基体の上面に凹部を塞ぐようにして下面の外周部が接合された蓋体とを具備しており、蓋体は、下面の段差よりも内側が絶縁基体の上面に接しているとともに、段差と絶縁基体の上面との間に充填された接合材を介して絶縁基体に接合されているため、蓋体の下面の外周部が絶縁基体の上面に接合材を間に挟むことなく接することになり、透光性の蓋体を平行に絶縁基体に接合することができる。例えば半導体素子として光半導体素子および蓋体として透光性の蓋体を用いる場合、平坦な透光性の蓋体の下面の外周部が絶縁基体の上面に接合材を間に挟むことなく接することになり、透光性の蓋体を平行に絶縁基体に接合することができる結果、透光性の蓋体は絶縁基体の凹部の底面に載置された光半導体素子の受光部に平行に取着されることになり、半導体素子の受光部に届く光がひずみこと無く正確な受光ができ、正確な電気信号に変換できる信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の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。
【００１５】
図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は半導体素子、４は半導体素子の電極、５は蓋体、６は半導体素子３を絶縁基体１に搭載し固定するための接着材、７は接合材、８はボンディングワイヤである。これらの絶縁基体１、配線導体２、半導体素子３、蓋体５、接合材７およびボンディングワイヤ８により、半導体装置１０が主に構成されている。
【００１６】
絶縁基体１の上面に形成された凹部１ａには、半導体素子３が収容され凹部１ａの底面に載置されるとともに、接着材６により接合される。この半導体素子３は上面に受光部が設けられた光半導体素子であり、また半導体素子３の上面の外周部には電源用や信号用等の電極が設けられている。半導体素子３が光半導体素子である場合、蓋体５は透光性のものとなる。また、凹部１ａの底面の外周部や凹部１ａの内周面には電極パッドが設けられており、その電極パッドと半導体素子３の電極４とがＡｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤ８で電気的に接続されている。
【００１７】
さらに、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲の全周に接合材７を塗布し、例えばガラス，石英，サファイア，透明樹脂等から成る透光性の蓋体５が接合されて取着される。
【００１８】
絶縁基体１は、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、樹脂等から成る。絶縁基体１は、例えば、アルミナ質焼結体からなる場合、アルミナ粉末にガラス粉末等を添加した原料粉末を有機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（以下、グリーンシートともいう）を形成し、次に、グリーンシートのうち側壁部となるものを枠状等の所定の形状に打抜き加工した後、底板部となる平板状のグリーンシート、枠状のグリーンシートの順に積層し、高温で焼成することにより製作される。
【００１９】
この絶縁基体１は、半導体装置１０を外部電気回路基板等に実装した際に、半導体素子３の作動、停止にともなう発熱で膨張、収縮するため、半導体素子３に加わる熱応力を極力小さくして信頼性を高めるうえで、熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さく、半導体素子３との熱膨張係数の差の小さいアルミナを主成分としたセラミックスから成ることが好ましい。
【００２０】
絶縁基体１の上面には、半導体素子３を収容し底面に載置するための凹部１ａが形成されており、配線導体２が凹部１ａの内側から外側に導出されている。この配線導体のうち凹部の内側に露出した部位に半導体素子３の電極をボンディングワイヤ８を介して接続することにより、絶縁基体１に搭載された半導体素子３は、電極４、ボンディングワイヤ８および配線導体２を介して外部電気回路に電気的に接続される。
【００２１】
この配線導体２は、タングステン，モリブデン，銅，銀等のメタライズ導体等により形成されている。そして、配線導体２は、例えば絶縁基体１となるグリーンシートに予め所定のスルーホールを形成し、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属ペーストをスルーホールの内面に印刷塗布したり充填しておくことにより形成される。
【００２２】
また、半導体素子３は、その上面の中央部に受光部が設けられており、その上面の受光部の周囲である外周部には、電源用や信号用の電極４が設けられている。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などからなるものである。また本発明において、半導体素子３はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子であってもよい。
【００２３】
この半導体素子３は絶縁基体１の凹部１ａの底面に載置され、樹脂接着剤，ろう材，低融点ガラス等から成る接着材６によって接着されており、半導体素子３の外周部には電極４が設けられている。半導体素子３の電極４と、配線導体２の凹部１ａの露出部分にある電極パッドとは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ８により電気的に接続される。
【００２４】
なお、ボンディングワイヤ８は、その長さを０．３〜０．８ｍｍとすることが好ましい。０．３ｍｍ未満では、ボンディングワイヤ８が短すぎて十分なループを形成することが難しくなるため、半導体素子３の電極４と電極パッドとを確実に接続することが難しくなり、接続不良が生じやすくなる。０．８ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ８が長くなりすぎてループが不要に高くなる傾向があり、ボンディングワイヤ８に不要なインダクタンスが発生して高周波信号の伝送性が劣化しやすくなるとともにコスト高となる。
【００２５】
また、半導体素子３の電極４と電極パッドとの接続は、ボンディングワイヤ８により行うものに限らず、いわゆるリボン等の帯状の接続線等を用いてもよい。
【００２６】
また、蓋体５が接合材７を介して絶縁基体１の上面に接合され取着されており、これにより半導体素子３を搭載し収容した凹部１ａが気密封止される。この接合材７は、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，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。この接合材７は、余計な外光の入射を遮断するために、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もよい。
【００２７】
また、蓋体５の上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もよい。
【００２８】
本発明の半導体装置１０においては、蓋体５の下面の外周部と側面との間に段差９を形成するとともに、この蓋体５について、下面の段差９よりも内側が絶縁基体１の上面に接しているとともに、段差９と絶縁基体１の上面との間に充填された接合材７を介して絶縁基体１に接合されたものとする。これにより、平坦な蓋体５の下面の外周部が絶縁基体１の上面に接合材７を間に挟むことなく接することになり、蓋体５を平行に絶縁基体１に接合することができる。その結果、例えば蓋体５が透光性のもので半導体素子３が光半導体素子である場合、透光性の蓋体５は絶縁基体１の凹部１ａの底面に載置された半導体素子３の受光部に平行に取着されることになり、半導体素子３の受光部に届く光がひずみこと無く正確な受光され、正確な電気信号に変換できる信頼性の高い光半導体装置としての半導体装置１０を提供することができる。
【００２９】
なお、蓋体５の下面の外周部と側面との間の段差９は、蓋体５の下面からの高さが２０〜５００μｍの範囲であることが好ましい。段差の高さが２０μｍ未満では、接合材９を確実に段差内に収めることが難しく、一部が段差９よりも内側にはみ出て蓋体５と絶縁基体１との間に入り込んで蓋体５を傾けるおそれがある。また５００μｍを超えると、段差９が深くなりすぎるので接合材７が不足し、蓋体５の接合強度を劣化させるおそれがある。
【００３０】
また、蓋体５の下面の外周部と側面との間の段差９は、蓋体５の側面から内側に５００〜３０００μｍの幅で形成することが好ましい。段差９の幅が５００μｍ未満では、接合材７を確実に段差９内に収めることが難しく、一部が段差９よりも内側にはみ出て蓋体５と絶縁基体１との間に入り込んで蓋体５を傾けるおそれがある。また３０００μｍを超えると、段差９の幅が広くなりすぎるので接合材７が不足し、蓋体５の接合強度を劣化させるおそれがある。
【００３１】
このような段差９のある蓋体５は、例えば、透光性の蓋体５の下面の外周部と側面との間に沿って研磨加工を行い段差９ができるように成形する方法、平板状の透光性の部材を下面の外周に沿って段差ができるようにして成形した樹脂枠体の内側にはめ込んで接合する方法等により、作製することができる。
【００３２】
また、蓋体５の外形寸法を絶縁基体１の上面の外形寸法より小さくすると、蓋体５の外周端が絶縁基体１の外側にはみ出ないため、蓋体５の外周部が傷ついたり、蓋体５の外周部が他の部品に当たって蓋体５が絶縁基体１から剥離するのを抑えることができ、より一層信頼性に優れた半導体装置１０を作製することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記の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であれば種々の変更は可能である。例えば、ボンディングワイヤ８は、そのループの最高部が蓋体５の下面に接していてもよい。この場合、半導体装置１０の低背化が容易になるともに、蓋体５をより一層安定的に取着することができる。また、ボンディングワイヤ８と電極４や電極パッドとの接続部も接合材６で覆われていてもよい。この場合、ボンディングワイヤ８および電極４の接続部の接続の信頼性が向上する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、絶縁基体と、下面の外周部と側面との間に段差が形成されているとともに絶縁基体の上面に凹部を塞ぐようにして下面の外周部が接合された蓋体とを具備しており、蓋体は、下面の段差よりも内側が絶縁基体の上面に接しているとともに、段差と絶縁基体の上面との間に充填された接合材を介して絶縁基体に接合されているため、平坦な蓋体の下面の外周部が絶縁基体の上面に接合材を間に挟むことなく接することになり、蓋体を平行に絶縁基体に接合することができる。例えば半導体素子として光半導体素子および蓋体として透光性の蓋体を用いる場合、平坦な透光性の蓋体の下面の外周部が絶縁基体の上面に接合材を間に挟むことなく接することになり、透光性の蓋体を平行に絶縁基体に接合することができる結果、透光性の蓋体は絶縁基体の凹部の底面に載置された光半導体素子の受光部に平行に取着されることになり、半導体素子の受光部に届く光がひずみこと無く正確な受光ができ、正確な電気信号に変換できる信頼性の高い光半導体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。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・配線導体
３・・・半導体素子
４・・・電極
５・・・蓋体
７・・・接合材
９・・・段差
１０・・・半導体装置
【図１】
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