(57)【要約】【課題】  絶縁基体の反りに影響して生じる光半導体素子の反りを効果的に防止し、光半導体素子の受光特性を維持し、安定して作動する光半導体装置を作製すること。【解決手段】  光半導体素子収納用パッケージは、上面に長方形状の光半導体素子４を収容し搭載するための凹部が形成されるとともに凹部の底面に長方形状の搭載部が形成された絶縁基体１と、絶縁基体１を貫通して凹部の内側から外側に導出されるように設けられたリード端子２と、搭載部の短辺側の両端部にそれぞれ取着されるとともに上面に光半導体素子４の短辺側の両端部が接合される台座７とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に長方形状の光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成されるとともに該凹部の底面に長方形状の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体を貫通して前記凹部の内側から外側に導出されるように設けられたリード端子と、前記搭載部の短辺側の両端部にそれぞれ取着されるとともに上面に前記光半導体素子の短辺側の両端部が接合される台座とを具備していることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記短辺側の両端部にそれぞれ接合された台座の高さの差が０．１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
前記台座は、前記凹部の内側面から０．５〜１ｍｍの位置に取着されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記凹部内に収容されるとともに短辺側の両端部の下面が前記台座の上面に接合され、電極が前記リード端子に電気的に接続された長方形状の光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備し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、ラインセンサー，フォトダイオード（ＰＤ），イメージセンサー等の固体撮像素子またはこれらの画像撮像部を有する光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のラインセンサー，ＰＤ，イメージセンサー等の固体撮像素子またはこれらの画像撮像部を有する光半導体素子を具備した光半導体装置は、絶縁基体の上面に光半導体素子収納用の凹部を設けて成る光半導体素子収納用パッケージの凹部内に光半導体素子を収容して搭載し、凹部を蓋体で塞いで光半導体素子を気密封止することにより基本的に構成される。
【０００３】
この絶縁基体は、通常、光半導体素子の形状に応じた四角形状等のセラミックスから成るが、樹脂等の有機系材料から構成されてもよい。例えば、光半導体素子がラインセンサーの場合であれば、細長い長方形状のラインセンサーを搭載するのに適した長方形状である。
【０００４】
また、蓋体は、透明なガラス板等の透光性の部材により形成されたものであり、絶縁基体に搭載された光半導体素子を覆うようにして絶縁基体に取着される。
【０００５】
光半導体素子は、絶縁基体の上面に形成された凹部の底面の中央部に載置固定されており、光半導体素子の上面の中央部には受光部が、外周部には電極が設けられている。
【０００６】
また、絶縁基体の凹部の内側から外側にかけて導出するようにリード端子が設けられており、このリード端子のうち凹部の内側に露出した部位に光半導体素子の電極が、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤにより電気的に接続される。
【０００７】
なお、絶縁基体の上面の凹部は、平板状の基板の外周部に、光半導体素子が搭載される領域を取り囲むようにして遮光性の枠体を接合することにより形成される。また、基板と枠体とは一体成形されていてもよい。
【０００８】
このように光半導体素子が気密封止されて成る光半導体装置は、各種の光学機器に部品として実装されて使用される。
【０００９】
例えば、光半導体素子がラインセンサーの場合であれば、スキャナーやマルチファンクションプリンター，バーコードリーダー等の機器を構成する回路基板に実装される。なお、このときの光半導体装置の回路基板等に対する位置合わせは、光半導体装置の外縁部を回路基板の所定位置に合わせることにより行われる。
【特許文献１】特開平５−１９０８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の光半導体装置においては、絶縁基体を成すセラミックスの焼成時の収縮や有機樹脂の硬化時の収縮等にともない、絶縁基体に上に凸となるような反りが発生してしまい、光半導体素子を絶縁基体に搭載する際に、絶縁基体の形状に追従して光半導体素子が上に凸となるように反ることがある。このような場合、光半導体素子の表面の受光部分に反りが生じることになり、受光画像に歪を発生させ、その結果、光半導体素子が正常に作動しない場合があるという問題があった。
【００１１】
このような問題があることから、例えばラインセンサーを気密封止して成る光半導体装置をスキャナーやマルチファンクションプリンター，バーコードリーダー等に組み込んだ場合、ラインセンサーによる検知に誤作動が生じるといった問題点が発生していた。特に、光半導体素子がラインセンサー等の長方形状のものである場合、長辺方向で絶縁基体の反りが大きくなるため、上記のような受光画像の歪が顕著なものとなる。
【００１２】
従って、本発明は上記従来の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高い寸法精度を有するとともに、特に長方形状の光半導体素子を、受光部分の反り等の不具合を生じることなく気密封止することが可能な受光特性等の特性の良好な光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に長方形状の光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成されるとともに該凹部の底面に長方形状の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体を貫通して前記凹部の内側から外側に導出されるように設けられたリード端子と、前記搭載部の短辺側の両端部にそれぞれ取着されるとともに上面に前記光半導体素子の短辺側の両端部が接合される台座とを具備していることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、前記短辺側の両端部にそれぞれ接合された台座の高さの差が０．１ｍｍ未満であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、前記台座は、前記凹部の内側面から０．５〜１ｍｍの位置に取着されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の構成の光半導体素子収納用パッケージと、前記凹部内に収容されるとともに短辺側の両端部の下面が前記台座の上面に接合され、電極が前記リード端子に電気的に接続された長方形状の光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、凹部の底面の搭載部の短辺側の両端部に台座を設け、その台座の上面に光半導体素子の短辺側の両端部が接合されていることから、光半導体素子は凹部の底面に直接には載置されず、その結果絶縁基体の凹部の底面に反りが生じていても、光半導体素子がその凹部の底面の反りに追従して反るようなことはない。したがって、光半導体素子の平行度を保ちつつ絶縁基体に搭載することができ、光半導体素子が長期にわたって安定して作動することが可能な光半導体装置を提供することができる。
【００１８】
例えば、絶縁基体がセラミックスから成る場合、セラミックスの焼成時に発生した絶縁基体の反りを効果的に吸収し、反りの影響を受けずに光半導体素子を水平に搭載し保持することができる。また、絶縁基体が樹脂等の有機系材料から成る場合も、樹脂の熱履歴による比較的大きな反りの発生に対しても、搭載部の短辺側の両端部にそれぞれ、光半導体素子の短辺側の両端部を接合し保持するための台座を設けることにより、光半導体素子に反りを生じることなく、水平に搭載することができる。その結果、光半導体素子の搭載の位置精度に優れた光半導体素子収納用パッケージを提供することができる。また、光半導体装置を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００１９】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、短辺側の両端部にそれぞれ接合された台座の高さの差が０．１ｍｍ未満であることから、台座自体の収縮による高さバラツキ、変形等を最小限に抑えることができ、凹部底面の反りに伴う光半導体素子の傾きを効果的に防止することができる。
【００２０】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、台座は、凹部の内側面から０．５〜１ｍｍの位置に取着されていることから、光半導体素子と絶縁基板との接触を防止するとともに長辺方向の小型化を実現することができる。
【００２１】
また、台座が絶縁基板の凹部底面部の収縮による変形、または熱履歴に伴う変形により、光半導体素子が傾くことを効果的に防止することができ、また光半導体装置の小型化が実現でき、光半導体装置を組み込むスキャナーやマルチファンクションプリンター，バーコードリーダー等の機器を構成する回路基板の小型化が可能となる。
【００２２】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の構成の光半導体素子収納用パッケージと、凹部内に収容されるとともに短辺側の両端部の下面が台座の上面に接合され、電極がリード端子に電気的に接続された長方形状の光半導体素子と、絶縁基体の上面に凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体とを具備していることから、長方形状の光半導体素子の受光部分に反り等が発生することを効果的に防止することが可能な受光特性等の特性の良好な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】
【００２３】
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素子収納用パッケージを用いた光半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は絶縁基体、２はリード端子、３は透光性蓋体、４は光半導体素子、７は台座である。これらの絶縁基体１、リード端子２、蓋体３、光半導体素子４および台座７により主に光半導体装置８が基本的に構成される。
【００２４】
なお、１ａは光半導体素子４を台座７に接合するための樹脂接合材、１ｂは絶縁基体１と蓋体３を接合する樹脂接合材である。
【００２５】
本発明の絶縁基体１は、アルミナ質焼結体やガラスセラミック焼結体等の絶縁材料から成り、例えば、アルミナ質焼結体から成る場合であれば、アルミナ等の原料粉末を有機溶剤，樹脂のバインダーとともにシート状に成形して複数のグリーンシートを作製し、これらのグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して所定の形状に形成し、高温で焼成することにより製作される。
【００２６】
また絶縁基体１は、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂材料によって形成されていてもよい。
【００２７】
絶縁基体１の上面には、光半導体素子４を収容し搭載するための凹部が設けられている。このような凹部を有する絶縁基体１は、例えば、アルミナ質焼結体から成る場合であれば、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）の一部を枠状に打ち抜いておき、板状のグリーンシートの上に枠状のグリーンシートを積層し一体焼成することにより形成される。また、別個に製作した板状のセラミックスの上面に枠状のセラミックスを結晶性ガラス等を用いて接合することにより形成してもよい。
【００２８】
また、絶縁基体１がエポキシ樹脂からなる場合であれば、未硬化のエポキシ樹脂を所定の絶縁基体１の形状に成形できるような金型を用いて、トランスファーモールド法やインジェクションモールド法等により成形することにより形成される。この場合、平板状の基板部と四角枠状の枠部とを別々に成形しておいて、その後、基板部の上面の外周部に枠部を接合することにより凹部を形成するようにしてもよく、凹部が形成されるような金型を用いて一体的に成形してもよい。
【００２９】
本発明において、絶縁基体１の凹部の底面に長方形状の搭載部が形成されているとともに、搭載部の短辺側の両端部にそれぞれ台座７が取着されている。台座７は、光半導体素子４を支持し接合固定する機能をなし、その上面に光半導体素子４の短辺側の両端部が接合される。
【００３０】
光半導体素子４搭載用の台座７は、セラミック製のもの、樹脂製のもの、または金属を成形してものでよい。台座７は、セラミックスから成る絶縁基体１との一体成形、または樹脂から成る絶縁基体１との一体成形、またはセラミックスから成る四角柱状の台座７や樹脂から成る四角柱状の台座７を所定位置に樹脂接合材等を用いて接合してもよい。
【００３１】
本発明の光半導体装置８によれば、搭載部に光半導体素子４の短辺側の両端部のみを保持させる台座７を設け、その台座７の上に光半導体素子４を搭載し接合固定するようにしたことから、絶縁基体１がセラミック製の場合に生じる、セラミックスの焼成時の熱収縮による反り、また絶縁基体１が樹脂製の場合に生じる、樹脂の吸湿や熱履歴による樹脂の経時変化による比較的大きな反りが発生しても、光半導体素子４を水平度の精度を良好として搭載することができる。
【００３２】
その結果、光半導体素子４の受光部分における受光画像に歪が発生することは効果的に防止され、光半導体素子４の搭載精度の優れた光半導体素子収納用パッケージを提供することができる。また、光半導体装置８を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００３３】
また本発明では、絶縁基体１の凹部の内側から外側に導出するようにしてリード端子２が設けられている。リード端子２は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の鉄系合金や、銅または銅系の合金等からなる。このリード端子２は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル−コバルト合金の板材に打抜き加工やエッチング加工等を施し、所定の寸法、形状に加工することにより形成される。
【００３４】
リード端子２を、凹部の内側から外側に導出するようにして設けるには、絶縁基体１がセラミックスから成る場合、例えば、複数のリード端子２の一端部をフレームで連結してなるリードフレームを、板状のセラミック基板と枠状のセラミック基板との間で結晶性ガラス（ホウ珪酸系ガラス）等を用いて接合させる方法を用いることができる。
【００３５】
また絶縁基体１が樹脂から成る場合、例えば、複数のリード端子２の一端部をフレームで連結してなるリードフレームを、フレームが凹部の外側（絶縁基体１の側面よりも外側）に出るとともに、リード端子２のフレームで連結していない側の各端部が凹部内に露出するようにして、絶縁基体１を成形する金型内にセットしておき、絶縁基体１となる未硬化の樹脂をリードフレームと一体的に加熱硬化させること等の方法を用いることができる。これらの場合、リード端子２を絶縁基体１に設けた後、フレームは切断除去する。
【００３６】
そして、これらの絶縁基体１、リード端子２および台座７により主に本発明の光半導体素子収納用パッケージが構成されており、凹部内に光半導体素子４を収納するとともに、光半導体素子４の短辺側の両端部を、台座７の上に位置決めして載せるとともにエポキシ樹脂等の樹脂から成る樹脂接合材１ａを介して接合固定し、光半導体素子４の電極をリード端子２のうち凹部内に露出している部分にボンディングワイヤ等の電気的接続材（図示せず）を介して電気的に接続し、その後、凹部を塞ぐようにして絶縁基体１の上面に透光性の蓋体３を樹脂接合材１ｂを介して接合し取着することにより、光半導体装置８が作製される。
【００３７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置８において、台座７は、光半導体素子４を強固に保持し接合する上では、その体積が大きいほど好ましいものとなるが、大きくしすぎると、絶縁基体１の反りの影響を受けやすくなり、光半導体素子４に反りを生じることになる。したがって、台座７の大きさは、光半導体素子４の短辺側の幅をＡとすると、台座７の幅をＡ＋０．６ｍｍ〜Ａ＋１．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、光半導体素子４の長辺側の受光部を除く電極および配線部の長辺方向の長さをＢとすると、台座７の長辺方向の長さをＢ＋０．６ｍｍ〜Ｂ＋１．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。これは、光半導体素子４の受光特性に影響を及ぼさないようにするために光半導体素子４の受光部直下には台座７は置けないため、電極および配線部の直下に台座７を設けることから、電極および配線部の長辺方向の長さが台座７の長さを左右することとなることによる。
【００３８】
なお、台座７を絶縁基体１の凹部の底面に接合する方法としては、例えば、接着剤による接着等の方法を用いることができる。また、セラミックス、樹脂等から成る絶縁基体１を成形する際に、絶縁基体１となる板状体と台座７とを一括成形する等の方法を用いることができる。
【００３９】
本発明において、台座７は、円柱状、角柱状等の柱状の形状、または立方体、直方体等の種々の形状とすることができるが、成形性を良好にするためには、立方体、直方体等の形状がよい。
【００４０】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置８において、短辺側の両端部にそれぞれ接合された台座７の高さの差は０．１ｍｍ未満であることが好ましい。短辺側の両端部にそれぞれ接合された台座７の高さの差を０．１ｍｍ未満としておくと、台座７自体の収縮による高さバラツキ、変形等を最小限に抑えることができ、凹部の底面の反りに伴う光半導体素子４の傾きを効果的に防止することができる。
【００４１】
短辺側の両端部の台座７の高さの差を０．１ｍｍ未満とするには、例えば、台座７を搭載部に樹脂接合材を介して接合するときに、樹脂接合材が硬化する前に、台座７を上方より加圧治具で加圧し、台座７の高さを調節すること等の方法を用いることができる。
【００４２】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置８において、台座７は、凹部の内側面から０．５〜１ｍｍの位置に取着されていることが好ましい。この場合、光半導体素子４と絶縁基板１との接触を防止するとともに長辺方向の小型化を実現することができる。また、台座７が絶縁基板１の凹部の底面部の収縮による変形、または熱履歴に伴う変形により、光半導体素子４が傾くことを効果的に防止することができ、また光半導体装置８の小型化が実現でき、光半導体装置を組み込むスキャナーやマルチファンクションプリンター，バーコードリーダー等の機器を構成する回路基板の小型化が可能となる。
【００４３】
なお、台座７が凹部の内側面から０．５〜１ｍｍの位置にあるとは、台座７と凹部の内側面との間の間隔（最短距離）が０．５〜１ｍｍであるということである。
【００４４】
また、台座７は、絶縁基体１の反りの影響を光半導体素子４に伝えにくくする点で、樹脂等の弾性を有する材料からなるのがよい。さらに、台座７の上面の長辺方向の外側が低くなるように段差を設け、その段差において樹脂接合材の体積を大きくすることにより、絶縁基体１が上に凸に反った際に台座７の上面の長辺方向の外側の接合が劣化するのを防ぐことができる。
【００４５】
蓋体３は、高い光透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ソーダガラス等のガラス，プラスチック，サファイア（アルミナの単結晶），石英等から成るのが好ましい。
【００４６】
光半導体素子４は、ＰＤ，ラインセンサー，イメージセンサー，ＣＣＤ（Charge  Coupled Device），ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）等の固体撮像素子、またはこれらの撮像部を有する光半導体素子４から成るものである。
【００４７】
また、絶縁基体１と光半導体素子４とを接合する樹脂接合材１ａが紫外線硬化性樹脂から成る場合、熱硬化性樹脂を使用する場合にくらべ、接着のための加熱工程が省かれるため、絶縁基体１と光半導体素子４との熱膨張係数の差に起因する反りが絶縁基体１に発生せず、受光画像に歪みなどが発生しないため、より一層高い信頼性を有する光半導体装置８を作製することができ、好ましい。
【００４８】
また、絶縁基体１と蓋体３とを接合する樹脂接合材１ｂは、常温で硬化させることが可能で、光半導体素子４に与える影響が小さいことから、紫外線硬化性樹脂からなることが好ましい。この場合、光半導体素子４を搭載部に搭載してから蓋体３を取り付けて封止するまで、オーブン等の中に長時間放置する必要がなくなる。その結果、光半導装置８の内部にダスト、異物等の混入がなくなり、製造歩留まりを飛躍的に向上させ得る。
【００４９】
またエポキシ樹脂等の紫外線硬化性樹脂１ｂは、余計な外光の入射を遮断するために、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。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【実施例】
【００５１】
酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の上面に凹部を設けるとともに凹部の底面に光半導体素子の搭載部を形成し、表１に示したような位置にエポキシ樹脂から成る台座を樹脂接合材で取着して光半導体素子収納用パッケージを作製した。
【００５２】
光半導体素子の搭載部は、絶縁基体の凹部の底面の中央部で光半導体素子が搭載される領域を示すものであり、長さが５１．５ｍｍ、長短辺の長さが１．７５mmの長方形状である。
【００５３】
なお、台座の高さは顕微鏡による焦点深度測定により測定しており、台座の高さの差が０ｍｍとは、その測定法では検知されない程度の高さの差であることを意味する。
【００５４】
凹部は、直方体状であって平面視形状が短辺の長さが４ｍｍ、長辺の長さが５１．５mmの長方形状であり、その各長辺側の内側から外側に導出されるようにして、各辺１１本ずつ、鉄−ニッケル−コバルト合金から成るリード端子を導出させた。
【００５５】
この台座の上に、長方形状のラインセンサー（０．８ｍｍ×４８ｍｍ）の短辺側の両端部をエポキシ樹脂で接合し、ガラス製の蓋体で凹部を塞いで光半導体装置を作製した後、光半導体素子が正常に受光できるか否かの試験を行った。
【００５６】
受光状態の確認は、光半導体素子に所定の光を当て、電気テスターを用いて入力光量に対する出力電圧を測定し、光電変換特性を得る方法により行った。その結果を表１に示す。
【表１】
2005217027.tif 000003
【００５７】
表１の結果からわかるように、台座の高さの差が０．１ｍｍ以上になると、台座自体の収縮による高さバラツキ、変形等による寸法公差が大きくなり、凹部の底面の反りに伴う光半導体素子の傾きを防止することができなくなった。またこの場合、長期使用する間に台座の変形が大きくなるので、光半導体素子の受光面を長期にわたって確実に水平に保つことが難しい。また、台座の高さが高いので、光半導体素子収納用パッケージの低背化が困難である。
【００５８】
また、台座が凹部の内側面から０．５ｍｍ未満の位置にある場合、台座に光半導体素子を搭載する際、搭載精度等の影響により光半導体素子が凹部の内面の絶縁基板部分との接触が起こり、光半導体素子に欠けや傷が生じ、高価な光半導体素子を不良にしてしまう問題が発生した。台座の位置が凹部の内側面から１ｍｍを超えると、台座が絶縁基板の変形にともなって傾きやすくなり、受光状態が劣化する傾向が生じた。
【００５９】
また、絶縁基体の長辺方向の寸法が大きくなるほど絶縁基体の変形度が大きくなり、絶縁基体の変形にともない台座自体も傾きやすくなり、受光状態が劣化する傾向があり、さらに光半導体装置の小型化に不利であり、光半導体装置を組み込むスキャナーやマルチファンクションプリンター，バーコードリーダー等の機器を構成する回路基板の小型化ができない。
【００６０】
これに対し、台座の高さの差が０．１ｍｍ未満であり、台座と凹部の内側面からの距離が０．５〜１ｍｍである本発明の範囲においては、受光状態に歪が生じることはなく、光半導体装置の受光精度は良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】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る。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・樹脂接合材
１ｂ・・・樹脂接合材
２・・・リード端子
３・・・透光性蓋体
４・・・光半導体素子
７・・・台座
８・・・光半導体装置
【図１】
2005217027.tif 000004