(57)【要約】【課題】  光半導体装置への熱履歴により発生する透光性蓋体の歪を防止することができ、また、光半導体装置の小型化に伴い透光性蓋体が薄型化されたとしても、透光性蓋体に生じる歪を防止でき、透光性蓋体の平坦度を確保することができ、正常な電気信号を外部の機器や素子などに送ることが可能な信頼性の高い光半導体装置を提供すること。【解決手段】  光半導体装置１０は、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部１aを有する絶縁基体１と、凹部１aの内側から外側に導出された配線導体２と、凹部１aの底面に搭載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光半導体素子３と、絶縁基体１の上面に凹部１aを塞ぐようにして接合材７を介して取着された透光性蓋体５とを具備し、透光性蓋体５は、露出した下面のうち平面視で半導体素子３の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部８が全周にわたって形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側に導出された配線導体と、前記絶縁基体の前記凹部の底面に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光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして接合材を介して取着された透光性蓋体とを具備しており、前記透光性蓋体は、その露出した下面のうち平面視で前記光半導体素子の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部が全周にわたって形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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に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内に収容されるとともに凹部の底面に樹脂接着剤等により接合されて搭載されており、その光半導体素子の上面の中央部に受光面を有し、外周部等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、金（Ａｕ），アルミニウム（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、透光性蓋体が絶縁基体の上面に凹部を塞ぐようにして接合材を介して取着されている。
【０００４】
このように従来の光半導体装置は、透光性蓋体を有することにより、光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、光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光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、一般的な光半導体装置では、外部機器と電気的に接続する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、配線導体のうち凹部の外側に導出された部位と接続され、配線導体等を介して外部の電極パッド等と接続されている。
【０００６】
そして、光半導体素子により透光性蓋体を通して外光を受光し変換された電気信号は、配線導体および外部接続端子を経由して光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】
透光性蓋体は、透明なガラスや有機樹脂，石英，サファイア等の透光性材料を平板状に加工することにより形成されており、光半導体素子による受光を正確に行わせるには、光半導体素子の受光面と透光性蓋体の主面とを平行にしておく必要がある。
【０００８】
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光半導体装置において、絶縁基体と透光性蓋体とを接合する接合材としては、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，カーボン粉体とシリコン樹脂粒子の混合体等が使用されている。また、接合材は、通常、透光性蓋体を絶縁基体の上面に接合し取着しておくのに必要な程度の量が用いられており、透光性蓋体と絶縁基体との間に介在するとともに、透光性蓋体と絶縁基体との接合面の外側から透光性蓋体の側面にかけてはみ出すようにして被着されている。
【特許文献１】特開平１０−１１６９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光半導体装置においては、透光性蓋体を絶縁基体に接合材により接合する際の熱履歴、または透光性蓋体を絶縁基体に接合材により接合した後の種々の熱履歴等により透光性蓋体に歪を生じてしまい、光半導体素子による受光の精度が劣化するという問題が生じることがあった。
【００１０】
また、透光性蓋体は、光の透過率をより高めたり、光半導体装置の薄型化のために厚みが薄くなる傾向にあるため、上記のような歪が顕著に現われることがあり、光半導体素子に外光を長期にわたって正常に受光させることができず、正常な電気信号を外部の機器や素子などに送ることができない問題を生じることがあった。
【００１１】
また、その歪により透光性蓋体の絶縁基体に対する接合が弱くなると、光半導体素子を収納する密閉空間の気密性が劣化し、密閉空間内に外部雰囲気の湿気等が侵入しやすくなって光半導体装置としての信頼性が低くなってしまう。
【００１２】
特に、近時、ＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子は、画像の精細化や、センサとしての検知精度の高精度化等の要求に応じて受光部が非常に精細に形成されているため、透光性蓋体の接合強度のわずかな劣化によっても、このような信頼性の低下等の問題点を生じてしまう。
【００１３】
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、光の透過率の向上や光半導体装置の薄型化に伴い透光性蓋体が薄型化されたとしても、光半導体装置への熱履歴により発生する透光性蓋体の歪を防止して平坦度を長期にわたって確保することができ、光半導体素子に外光を長期にわたって歪を生じることなく正常に受光させて、正常な電気信号を外部の機器や素子などに送ることが可能であり、また同時に、透光性蓋体が絶縁基体に長期にわたって強固に接合され、気密封止を長期にわたって確保することが可能な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】
【００１４】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記凹部の内側から外側に導出された配線導体と、前記絶縁基体の前記凹部の底面に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光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして接合材を介して取着された透光性蓋体とを具備しており、前記透光性蓋体は、その露出した下面のうち平面視で前記光半導体素子の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部が全周にわたって形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光半導体装置によれば、透光性蓋体は、その前記光半導体素子の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部が全周にわたって形成されていることから、凸部により透光性蓋体の全周にわたって機械的な強度を補強して変形し難くすることができ、透光性蓋体を絶縁基体に接合材により接合する際の熱履歴、または透光性蓋体を絶縁基体に接合材により接合した後の種々の熱履歴等により発生する透光性蓋体の歪を防止することができる。その結果、光の透過率の向上や光半導体装置の薄型化に伴い透光性蓋体が薄型化されたとしても、透光性蓋体に生じる歪を防止でき、透光性蓋体の平坦度を確保することができ、光半導体素子に外光を長期にわたって正常に受光させて、正常な電気信号を外部の機器や素子などに送ることが可能な信頼性の高い光半導体装置を作製することができる。また、透光性蓋体の歪を効果的に防止できるため透光性蓋体を絶縁基体に長期にわたって強固に接合し、気密封止を長期にわたって確保することが可能な信頼性の高い光半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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である。また、図２は本発明の光半導体装置に使用される透光性蓋体について実施の形態の一例を示す平面図である。図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は光半導体素子、４は光半導体素子３の電極、５は透光性蓋体、６は光半導体素子３を絶縁基体１に接合し搭載するための接着剤、７は絶縁基体１に透光性蓋体５を接合し取着するための接合材、８は透光性蓋体５に形成された樹脂から成る凸部、９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、光半導体素子３、透光性蓋体５、接合材７、樹脂からなる凸部８、およびボンディングワイヤ９により、光半導体装置１０が主に構成されている。
【００１７】
絶縁基体１は、その上面に凹部１ａを有し、光半導体素子３は凹部１ａ内に収容され、凹部１ａの底面に接着剤６により接合されて搭載される。この光半導体素子３は上面に受光部が設けられており、光半導体素子３の上面の外周部には電源用や信号用等の電極４が設けられている。また、凹部１ａの内側から外側に配線導体２が導出されており、凹部１ａの内側に露出した配線導体２と光半導体素子３の電極４とがＡｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。さらに、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲の全周に樹脂接着剤等から成る接合材７を塗布し、ガラス，石英，サファイア，透明樹脂等から成る透光性蓋体５が接合されて取着されている。
【００１８】
本発明における絶縁基体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、有機樹脂等から成る。そして、絶縁基体１はその底板部の上面の外周部に別体の枠状の側壁部が設けられているか、または絶縁基体１の底板部と側壁部とが一体的に形成されていてもよい。
【００１９】
絶縁基体１は、例えばアルミナ質焼結体から成る場合、アルミナ，ガラス等の原料粉末を有機溶剤，バインダー等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）を作製し、次に、グリーンシートのうち所定のものに打ち抜き加工を施して枠状に成形し、その後、枠状のグリーンシートが上層に位置するようにして複数のグリーンシートを積層するとともに約１３００〜１６００℃の温度で焼成することにより形成される。
【００２０】
絶縁基体１の上面には、光半導体素子３を収容し底面に搭載するための凹部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るとともに、この配線導体２のうち凹部１ａの内側に露出した部位に光半導体素子３の電極４がボンディングワイヤ９を介して接続されることにより、絶縁基体１に搭載された光半導体素子３は、電極４、ボンディングワイヤ９および配線導体２を介して絶縁基体１の凹部１ａの外側に導出され、この導出部分が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グリーンシートの表面および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、光半導体素子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。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からなるものである。
【００２３】
この光半導体素子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剤６によって接着されており、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。光半導体素子３の電極４と、配線導体２の凹部１ａの内側に露出している部分とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ９により電気的に接続されている。
【００２４】
なお、ボンディングワイヤ９は、その長さを０．３〜３ｍｍ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９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、光半導体素子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。３ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ９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９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、光半導体素子３の電極４と配線導体２との接続は、ボンディングワイヤ９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、透光性蓋体５が樹脂接着剤等からなる接合材７を介して絶縁基体１の上面に接合されて取着されており、これにより、光半導体素子３を収容し搭載した凹部１ａが気密封止される。この接合材７は、例えば樹脂接着剤からなる場合、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。また接合材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。また、接合材７は、ガラス等の無機材料からなるものや、無機材料からなるフィラー粉末を樹脂接着剤に添加したものでもよい。また、透光性蓋体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。
【００２７】
この光半導体装置１０は、画像認識装置，センサ等の光学機器や電子機器の部品として使用される。例えば、光学機器や電子機器を構成する外部電気回路基板の所定位置に実装され、外光を受光するとともに光半導体素子３で電気信号に変換し、その電気信号を光学機器や電子機器を構成する外部電気回路基板に供給する。
【００２８】
なお、光半導体装置１０の外部電気回路基板への実装の際には、複数の光半導体装置９を搬送用トレイ等に収納し、まとめて実装用の装置まで搬送する必要があり、また、光半導体装置９をチャック等の保持装置で保持し、外部電気回路基板の所定位置に位置合わせする必要がある。また、光半導体装置１０のトレイへの出し入れは、手作業による方法や自動搬送装置等の設備を用いる方法により行われる。
【００２９】
本発明の光半導体装置１０において、透光性蓋体５は、その露出した下面のうち平面視で光半導体素子３の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部８が全周にわたって形成されている。
【００３０】
本発明の光半導体装置１０によれば、透光性蓋体５に光半導体素子３の受光面よりも外側の部位に樹脂から成る凸部８が全周にわたって形成されていることから、凸部８により透光性蓋体５の全周にわたって機械的な強度を補強して変形し難くすることができ、透光性蓋体５を絶縁基体１に接合材７により接合する際の熱履歴、または透光性蓋体５を絶縁基体１に接合材７を介して接合した後の種々の熱履歴等により発生する透光性蓋体５の歪を効果的に防止することができる。その結果、光半導体装置１０の小型化に伴い透光性蓋体５が薄型化されたとしても、透光性蓋体５に生じる歪を防止でき、透光性蓋体５の平坦度を確保することができ、光半導体素子に外光を長期にわたって正常に受光させることができ、正常な電気信号を外部の機器や素子などに送ることが可能な信頼性の高い光半導体装置を作製することができる。
【００３１】
透光性蓋体５は、透光性のガラス，樹脂，石英，サファイア等からなり、外部の光を歪を生じさせることなく透過させるために平板状に形成されている。
【００３２】
また、透光性蓋体５の下面に形成されている樹脂から成る凸部８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。
【００３３】
凸部８は、透光性蓋体５を通って光半導体素子３に受光される外光の透過を妨げないようにするため、平面視で光半導体素子３の受光面よりも外側の部位に形成する必要がある。この場合、受光面の外縁部から外側上方に向けて４５°の角度で延ばした直線よりも外側に位置させる。
【００３４】
また、この凸部８の形成方法としては、ディスペンスによる樹脂の塗布やマスク印刷による樹脂の塗布などの方法により作製することができる。
【００３５】
また、凸部８は樹脂から成る透光性蓋体５と一体に形成されていてもよい。
【００３６】
さらに、樹脂から成る枠体を準備し、透光性蓋体５に接着剤等を介して取着させることで凸部８と成してもよい。この場合、枠状の部品の縦断面の形状は、四角形に限らず、面取りされた四角形状、台形状、三角状、半円状でも構わない。
【００３７】
また、光半導体素子３の受光面よりも外側の部位に全周にわたって形成された樹脂から成る凸部８の形状は、平面視で四角形状や丸型形状が好ましい。透光性蓋体５に生じる応力に対し補強の役目を行う凸部８は、応力に対する補強の点では全周丸型が好ましいが、この場合光半導体素子３の受光部の全域にわたって形成する必要があり、広範囲に凸部８を形成する必要がある。
【００３８】
また、樹脂から成る凸部８が四角形状の場合、その四隅に応力が集中する傾向があるため、四隅の部分における幅を、辺部における幅よりも太くするか、四隅の形状を曲線形状とした（Ｒをもたせた）ものとすることが好ましい。
【００３９】
凸部８について、四隅の部分における幅を、辺部における幅よりも太くする場合、透光性蓋体５の角部における幅が辺部における幅よりも３０％以上太くすることが好ましい。
【００４０】
凸部８は、例えば透光性蓋体５のサイズが１０〜１５ｍｍ角の場合、その幅を０．５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。０．５ｍｍ以下では、光半導体装置１０の熱履歴によっては、透光性蓋体５に歪を生じる可能性があり、１ｍｍ以上では凸部８がボンディングワイヤ９に接触するおそれがある。
【００４１】
また、凸部８は、黒色等の暗色系の着色剤を添加すること等により、遮光性としておくことが好ましい。凸部８を遮光性としておくと、外部から余計な光が凹部内に進入したり、凹部内で余計な光が乱反射すること等を抑え受光面による受光精度をより高くすることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記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内であれば種々の変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の光半導体装置の実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の光半導体装置に使用される透光性蓋体について実施の形態の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・配線導体
３・・・光半導体素子
４・・・電極
５・・・透光性蓋体
６・・・接着剤
７・・・接合材
８・・・凸部
９・・・ボンディングワイヤ
１０・・・光半導体装置
【図１】
2005217025.tif 000003
【図２】
2005217025.tif 000004