(57)【要約】【課題】  透光性蓋体にキズが付きにくく、光半導体素子に外光を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とすること。【解決手段】  上面に光半導体素子３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、絶縁基体１の凹部１ａの底面に接合されて搭載されるとともに電極３ａ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の上面の凹部１ａの周囲に接合された枠体５と、枠体５の上面に凹部１ａを塞ぐようにして外周部が接合材９を介して取着された透光性蓋体７とを具備し、枠体５は、上面と内面との間に全周にわたって段差５ａが形成されており、透光性蓋体７は、上面が枠体５の上面より低くなるようにして外周部が段差５ａに取着されている。【選択図】  図１
2005159085.tif 000002
【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光半導体素子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に接合された枠体と、該枠体の上面に前記凹部を塞ぐようにして外周部が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、前記枠体は、上面と内面との間に全周にわたって段差が形成されており、前記透光性蓋体は、上面が前記枠体の上面より低くなるようにして外周部が前記段差に取着されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記枠体は、内面が前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に位置しているとともに、外面が前記凹部の外側面よりも前記凹部の内側寄りに位置し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】
【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、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、透光性蓋体が絶縁基体の上より、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。
【０００４】
なお、一般的な光半導体装置では、外部機器との電気的な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、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ている。
【０００５】
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。
【０００６】
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、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。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、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している。
【特許文献１】特開１９９８−１１６９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の光半導体装置においては、光半導体装置の外部電気回路基板への実装や搬送等の取り扱いの際、透光性蓋体が誤って実装用の治具，装置や搬送用のトレイ等に接触し、キズが付いてしまうという問題があった。透光性蓋体にキズが付くと、この透光性蓋体を通る外光に歪みが生じたり、外光が通れなくなったりして、外光が光半導体素子に正常に受光されず、光半導体素子から外部の機器や素子などに正常な電気信号を送れなくなるという問題点があった。
【０００８】
また、特に透光性蓋体がガラスからなる場合、そのエッジ部（側面と上面との間の稜線部分等）よりガラスの破片（カレット）が剥離しやすく、その破片が透光性蓋体の表面に付着し、また経時変化により固着し、外光が透光性蓋体を通過する際に歪を生じるという問題点もあった。
【０００９】
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、わずかな透光性蓋体のキズや破片の付着であっても、上記のような問題点を生じてしまう。
【００１０】
また、透光性蓋体と絶縁基体とを接合している接合材が、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程度であるため、絶縁基体と透光性蓋体との接合材を介しての接合を効果的に強固なものとすることが難しく、気密封止の信頼性の向上が難しいという問題があった。
【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、透光性蓋体にキズが付きにくく、光半導体素子に外光を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提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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光半導体素子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に接合された枠体と、該枠体の上面に前記凹部を塞ぐようにして外周部が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、前記枠体は、上面と内面との間に全周にわたって段差が形成されており、前記透光性蓋体は、上面が前記枠体の上面より低くなるようにして外周部が前記段差に取着されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の光半導体装置は、好ましくは、前記枠体は、内面が前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に位置しているとともに、外面が前記凹部の外側面よりも前記凹部の内側寄りに位置していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光半導体装置によれば、枠体は、上面と内面との間に全周にわたって段差が形成されており、透光性蓋体は、上面が枠体の上面より低くなるようにして外周部が段差に取着されていることから、透光性蓋体のうち外部の装置等と接触しやすい外周部分が枠体で保護されることになり、光半導体装置の取り扱いの際に誤って透光性蓋体にキズが付くことを効果的に防止することができる。
【００１５】
また、透光性蓋体の上面より枠体の上面のほうが高いため、光半導体装置が外部の装置，治具等に接触するときには、まず枠体の上面に接触するようになり、透光性蓋体の上面にキズが付くことを効果的に防止することができる。
【００１６】
さらに、透光性蓋体がガラスから成る場合でも、ガラスの破片が剥離しやすいエッジ部が枠体で保護されているため、エッジ部でガラスの破片が剥離することを効果的に防止することができる。
【００１７】
また、透光性蓋体が、枠体の上面と内面との間に全周にわたって形成された段差部に取着されていることから、例えば接合材を介して透光性蓋体を段差部に接合し取着したときに、段差部と透光性蓋体との間に十分な接合材の溜まりを形成することができるため、透光性蓋体の枠体に対する取着を強固とし、光半導体装置の気密封止の信頼性を優れたものとすることができる。
【００１８】
これらの結果、透光性蓋体にキズが付きにくく、またガラス破片の付着も効果的に防止された、光半導体素子に外光を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半導体装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、好ましくは、枠体は、内面が凹部の内側面よりも凹部の内側に位置しているとともに、外面が凹部の外側面よりも前記凹部の内側寄りに位置していることから、枠体が絶縁基体に接合材を介して接合されている場合、枠体の内周側の下面から凹部の内側面にかけて、および枠体の外面から絶縁基体の上面の外周側にかけて、接合材のメニスカスが十分に形成され、枠体と絶縁基体との接合がより一層強固なものとなって気密封止の信頼性により一層優れた光半導体装置を作製することができる。
【００２０】
また、枠体を絶縁基体に接合するときに、枠体の外面と絶縁基体の外側面とが一定の間隔で平行になるように位置決めすることにより、枠体を絶縁基体に対して正確に位置決めして接合することができる。
【００２１】
また、光半導体素子が一般的な四角形状である場合、絶縁基体に枠体を取着するときに、平面視で光半導体素子の側面と枠体の内面とが平行になるように位置合わせすることにより、枠体に取着される透光性蓋体と光半導体素子との位置合わせを正確に行うことができるので、光半導体素子の受光精度をより確実に良好なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は光半導体素子、３ａは光半導体素子の電極、４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、５は枠体、６は透光性蓋体、７は枠体５と透光性蓋体６とから成る蓋部、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、蓋部７およびボンディングワイヤ８により、光半導体装置１０が主に構成されている。
【００２３】
本発明の絶縁基体１は、その上面に形成された凹部１ａに光半導体素子３が収容されて凹部１ａの底面に接着剤４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、また光半導体素子３の上面の外周部には電源用や信号用等の電極３ａ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３ａ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。
【００２４】
さらに、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲の全周には、樹脂接着剤等から成る接合材９を介して枠体５が接合されている。また、枠体５の上面には、凹部１ａを塞ぐようにして透光性蓋体６が取着されている。
【００２５】
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、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。
【００２６】
絶縁基体１の上面には、光半導体素子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半導体素子３の電極３ａがボンディングワイヤ８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３ａ、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。
【００２７】
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）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。
【００２８】
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３ａ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などからなるものである。
【００２９】
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材４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３ａが設けられている。光半導体素子３の電極３ａ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８により電気的に接続される。
【００３０】
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、光半導体素子３の電極３ａと配線導体２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。
【００３１】
また、光半導体素子３の電極３ａと配線導体２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。
【００３２】
また、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲には、枠体５が接合されている。この枠体５の上面には、透光性蓋体６が、凹部１ａを塞ぐようにして外周部が接合材を介して取着されている。この枠体５と透光性蓋体６とからなる蓋部７により光半導体素子３を搭載し収容した凹部１ａが気密封止される。
【００３３】
枠体５の絶縁基体１に対する接合は、樹脂接着剤やろう材、ガラス等の接合材９を介して行われる。この接合材９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。この接合材９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９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。
【００３４】
また、透光性蓋体６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。
【００３５】
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、このような光学機器や電子機器を構成する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電気回路に供給する。
【００３６】
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１０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１０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を用いる方法により行われる。
【００３７】
本発明の光半導体装置１０において、枠体５は、上面と内面との間に全周にわたって段差５ａが形成されており、透光性蓋体６は、上面が枠体５の上面より低くなるようにして外周部が段差５ａに取着されている。これにより、透光性蓋体６のうち外部の装置等と接触しやすい外周部分が枠体５で保護されることになり、光半導体装置１０の取り扱いの際に誤って透光性蓋体６にキズが付くことを効果的に防止することができる。
【００３８】
また、透光性蓋体６の上面より枠体５の上面のほうが高いため、光半導体装置１０が外部の装置，治具等に接触するときには、まず枠体５の上面に接触するようになり、透光性蓋体６の上面にキズが付くことを効果的に防止することができる。
【００３９】
さらに、透光性蓋体６がガラスから成る場合でも、ガラスの破片が剥離しやすいエッジ部が枠体５で保護されているため、エッジ部でガラスの破片が剥離することを効果的に防止することができる。
【００４０】
また、透光性蓋体６が、枠体５の上面と内面との間に全周にわたって形成された段差部５ａに取着されていることから、接合材を介して透光性蓋体６を段差部５ａに接合し取着したときに、段差部５ａと透光性蓋体６との間に十分な接合材の溜まりを形成することができるため、透光性蓋体６の枠体５に対する取着を強固とし、光半導体装置１０の気密封止の信頼性を優れたものとすることができる。
【００４１】
透光性蓋体６を段差部５ａに接合する接合材としては、樹脂接着剤やろう材、ガラス等の接合材を用いることができる。
【００４２】
この接合材は、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。この接合材は、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。
【００４３】
なお、枠体５の上面と透光性蓋体６の上面との高さの差は１〜３ｍｍが好ましい。この高さの差が１ｍｍ未満では、透光性蓋体６の上面にキズが付くことを効果的に防止することが難しくなる傾向があり、３ｍｍを超えると、枠体５の上部が破損しやすくなり、かえって光半導体装置１０の信頼性を低下させるおそれがある。
【００４４】
また、本発明の光半導体装置１０において、枠体５は、内面が凹部１ａの内側面よりも凹部１ａの内側に位置しているとともに、外面が凹部１ａの外側面よりも凹部１ａの内側寄りに位置していることが好ましい。この場合、枠体５が絶縁基体１に接合材９を介して接合されている場合、枠体５の内周側の下面から凹部１ａの内側面にかけて、および枠体５の外面から絶縁基体１の上面の外周側にかけて、接合材９のメニスカスが十分に形成され、枠体５と絶縁基体１との接合がより一層強固なものとなって気密封止の信頼性により一層優れた光半導体装置１０を提供することができる。
【００４５】
また、枠体５を絶縁基体１に接合するときに、枠体５の外面と絶縁基体１の外側面とが一定の間隔で平行になるように位置決めすることにより、枠体５を絶縁基体１に対して正確に位置決めして接合することができる。
【００４６】
また、光半導体素子３が一般的な四角形状である場合、絶縁基体１に枠体５を取着するときに、平面視で、光半導体素子３の側面と枠体５の内面とが平行になるように位置合わせすることにより、枠体５に取着される透光性蓋体６と光半導体素子３との位置合わせを正確に行うことができるので、光半導体素子３の受光精度をより確実に良好なものとすることができる。
【００４７】
この場合、平面視で、枠体５の内面と凹部１ａの内側面との間の距離、および枠体５の外面と絶縁基体１の外側面との間の距離は、０．５〜１ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満では、良好にメニスカスが形成されず、１ｍｍを超えると、特に小型の光半導体装置１０において、枠体５の下面と絶縁基体１の上面との間の接合面積が狭くなって接合強度が低下し、気密封止の信頼性が低下するおそれがある。
【００４８】
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】
【００４９】
【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。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・配線導体
３・・・光半導体素子
３ａ・・・電極
５・・・枠体
５ａ・・・段差
６・・・透光性蓋体
９・・・接合材
１０・・・光半導体装置
【図１】
2005159085.tif 000003