(57)【要約】【課題】  光半導体装置内部で発生する熱を効率よく外部に放熱し、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】  光半導体装置は、上面に光半導体素子４を収容し搭載するための凹部を有する樹脂製の絶縁基体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２ｃと、凹部の底面の搭載部に搭載されるとともに電極がリード端子２ｃに電気的に接続された光半導体素子４と、絶縁基体１の上面に凹部を塞ぐようにして取着された透光性蓋体３とを具備し、絶縁基体１は、凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように形成された長板部２ｂおよび長板部２ｂの両端部に短辺方向に延びた板状部２ａの先端から絶縁基体１を貫通して外側に延出するように形成された放熱用のリード端子２ｄが設けられている。【選択図】  図１
2005101337.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直方体状の凹部を有する樹脂製の絶縁基体と、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複数のリード端子と、前記凹部の底面の搭載部に搭載されるとともに電極が前記リード端子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取着された透光性蓋体とを具備した光半導体装置において、前記絶縁基体は、前記凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように形成された長板部および該長板部の両端部に短辺方向に延びた板状部の先端から前記絶縁基体を貫通して外側に延出するように形成された放熱用のリード端子が設けら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、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具備した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、光半導体素子収納用の凹部を上面に有する絶縁基体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樹脂等から成り、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、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、平板状の基板の上面の外周部に、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。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，その機器を構成する回路基板等に実装される。なお、この実装の際に、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なわれる。
【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】
【０００９】
しかしながら、上記従来の光半導体装置においては、光半導体装置内の光半導体素子にボンディングワイヤを介して電気を流し駆動させると光半導体素子に熱が発生するが、絶縁基体が樹脂等からなり熱伝導性が低いことから、光半導体装置内に熱が蓄積して光半導体素子の温度が高くなり、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。
【００１０】
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画像の検知に誤作動が生じるといった問題点が発生していた。
【００１１】
また、光半導体素子が発生した熱を逃がすために熱伝導率の高いセラミック材料によって絶縁基板を形成する等の構成も考えられるが、セラミック材料は焼成時の収縮にともなう寸法の制御が難しいことから、絶縁基板の寸法精度をあまり高くすることができないため、凹部の内側から外側に導出するようにしてリードフレームを絶縁基体に取着するとき、位置ずれを起こし易いという問題がある。
【００１２】
またセラミックスからなる絶縁基板の外形精度が悪いため、光半導体素子を絶縁基体に収容し搭載する際や、光半導体装置を回路基板等に絶縁基板の外縁部で位置合わせして実装する際の位置精度をあまり高くすることができず、高い寸法精度や位置精度を有する光半導体装置の製造が困難であるという問題もあった。
【００１３】
特に、光半導体素子がラインセンサー等の細長い形状のものである場合、わずかな外形精度の劣化でも、その長辺方向の両端近くでの傾き，位置ずれは非常に大きなものとなるため、ラインセンサーによる画像の検知が不正確になってしまう。
【００１４】
また絶縁基板をセラミック材料で形成する場合、光半導体装置の構造が複雑になり、焼成等の製造工程が増加するとともに製造の作業性が悪くなり、コストダウンが十分に行なえないという問題点があった。
【００１５】
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光半導体素子が発生した熱を有効に外部に放散することができ、光半導体素子を長期にわたって安定して正常に作動させ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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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樹脂製の絶縁基体と、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複数のリード端子と、前記凹部の底面の搭載部に搭載されるとともに電極が前記リード端子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取着された透光性蓋体とを具備した光半導体装置において、前記絶縁基体は、前記凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように形成された長板部および該長板部の両端部に短辺方向に延びた板状部の先端から前記絶縁基体を貫通して外側に延出するように形成された放熱用のリード端子が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光半導体装置によれば、絶縁基体は、凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように形成された長板部および長板部の両端部に短辺方向に延びた板状部の先端から絶縁基体を貫通して外側に延出するように形成された放熱用のリード端子が設けられていることから、光半導体素子で発生した熱を長板部から板状部および放熱用のリード端子を介して効果的に外部に放出することができ、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】
また絶縁基体が樹脂製であり、焼成等の大きな寸法収縮をともなう工程が不要であるため、絶縁基体の寸法精度を高いものとすることができ、高い位置精度および寸法精度で光半導体素子を絶縁基体に搭載することができる。さらに、光半導体装置を外部の回路基板に実装するときの位置合わせの精度を高くすることができ、実装時の位置精度に優れた光半導体装置を提供することができる。
【００１９】
また、光半導体素子が光半導体装置内で位置ずれすることはなく、光半導体装置を歩留まり良く低コストで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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（ａ）は本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の光半導体装置の断面図である。図１において、１は絶縁基体、２ａは板状部、２ｂは長板部、２ｃはリード端子、２ｄは放熱用のリード端子、３は蓋体、４は光半導体素子である。これらの絶縁基体１，板状部２ａ，長板部２ｂ，リード端子２ｃ，放熱用のリード端子２ｄ，蓋体３，光半導体素子４により光半導体装置５が主に構成される。図１（ａ）では、本発明の光半導体装置５の構造をわかりやすくするために蓋体を省略している。
【００２１】
なお、１ａは絶縁基体１と光半導体素子４とを接合する樹脂接合材、１ｂは絶縁基体１と蓋体３を接合する樹脂接合材である。
【００２２】
本発明の絶縁基体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る。
【００２３】
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直方体状の凹部が設けられている。凹部を直方体状としているのは、凹部内に収容される光半導体素子４の形状、例えばラインセンサー等の長板状の形状に対応した形状とするためである。このような凹部を有する絶縁基体１は、例えば、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。
【００２４】
この場合、長方形の平板状の基板部と長方形の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、または直方体状の凹部が形成されるような金型を用いて基板部と枠部とを一体的に成形してもよい。
【００２５】
本発明の光半導体装置５によれば、上記のように絶縁基体１が樹脂製であり、セラミックスのように焼成等の大きな寸法収縮をともなう工程が不要であるため、絶縁基体１の寸法精度を高いものとすることができ、高い位置精度および寸法精度で光半導体素子４を絶縁基体１に搭載することができる。さらに、光半導体装置５を外部の回路基板に実装するときの位置合わせの精度を高くすることができ、実装時の位置精度に優れた光半導体装置５を提供することができる。
【００２６】
そのため、例えば光半導体素子４がラインセンサー等の長細い形状のものであり、絶縁基体１の凹部がそれに対応して細長い形状のものであったとしても、光半導体装置５を外部の回路基板に精度よく位置決めして実装することができ、ラインセンサーによる外部の光の検知等の光半導体装置５としての作動を極めて信頼性に優れたものとすることができる。
【００２７】
また、光半導体素子４が光半導体装置５内で位置ずれすることはなく、光半導体装置５を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００２８】
また、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複数のリード端子２が設けられている。このリード端子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。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、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。
【００２９】
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、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、複数のリード端子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方法等の方法を用いることができる。なお、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。
【００３０】
また、本発明の光半導体装置５において、絶縁基体１は、凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように形成された長板部２ｂおよび長板部２ｂの両端部に短辺方向に延びた板状部２ａの先端から絶縁基体１を貫通して外側に延出するように形成された放熱用のリード端子２ｄが設けられている。これらの長板部２ｂ，板状部２ａおよび放熱用のリード端子２ｄは、光半導体素子４の下面に長板部２ｂが接しており、光半導体素子４で発生する熱を長板部２ｂで吸収し板状部２ａおよびリード端子２ｄを介して伝熱させて外部に放散するように機能しており、伝熱路および放熱体として機能する。
【００３１】
本発明の光半導体装置５によれば、絶縁基体１について上記の構成としたことから、光半導体素子４で発生した熱を長板部２ｂから板状部２ａおよび放熱用のリード端子２ｄを介して効果的に外部に放熱することができ、光半導体素子４が長期にわたって安定して作動することが可能なものとなる。
【００３２】
これらの長板部２ｂ，板状部２ａおよび放熱用のリード端子２ｄは、銅，銅を主成分とする合金，鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料からなり、同じ金属材料により形成されるのがよい。この場合、長板部２ｂ，板状部２ａおよびリード端子２ｄは、銅あるいはその合金が、熱伝導性が高いため好ましい。長板部２ｂ，板状部２ａおよびリード端子２ｄは、例えば、銅からなる場合であれば、銅の板材に適当な打ち抜き加工や折り曲げ加工、エッチング加工等の加工を施すことにより形成される。
【００３３】
また、長板部２ｂ，板状部２ａおよびリード端子２ｄは、絶縁基体１を一体成形する金型の内部に、長板部２ｂが凹部の底面の中央に長辺に沿って延びるように設置されるとともにリード端子２ｄが絶縁基体１を貫通するような位置にセットしておき、その後、絶縁基体１となる未硬化の樹脂を金型内に充填して一体的に加熱硬化させる方法等の方法を用いて絶縁基体１に設けることができる。
【００３４】
長板部２ｂは、直接光半導体素子４と接し、光半導体素子４で発生する熱を吸収するとともに板状部２ａに伝熱する機能をなす。このため、長板部２ｂは、ラインセンサー等の長板状の光半導体素子４の全長にわたって接して効果的に熱を吸収することができるようにするため、光半導体素子４の形状に対応した形状である。
【００３５】
長板部２ｂは、厚みが０．０７ｍｍ未満では、効果的に熱を吸収し伝熱することが難しくなる傾向があり、０．５ｍｍを超えると、その上面に光半導体素子を載置して凹部に収納する際に光半導体素子４が傾きやすくなる傾向がある。従って、長板部２ｂは、厚みが０．０７〜０．５ｍｍの範囲のものが好ましい。
【００３６】
また、長板部２ｂは、その幅を光半導体素子４の幅と同じかそれよりも細くしておくことが好ましい。長板部２ｂの幅が光半導体素子４の幅よりも広くなると、光半導体素子４の熱を長板部２ｂで吸収し易くなるものの、金属材料からなる長板部２ｂと樹脂製の絶縁基体１との熱膨張係数の差に起因する熱応力が大きくなり、絶縁基体１や長板部２ｂにクラックや破断等の破壊が生じやすくなる傾向がある。
【００３７】
板状部２ａは、長板部２ｂから伝わってきた熱を絶縁基体１の両端部で短辺方向に、凹部の内側面付近の絶縁基体１内部まで伝える機能をなす。この板状部２ａは、熱を伝えるという機能の点では、幅および厚さが大きければ大きいほど好ましいが、生産性を考慮して、厚さは長板部２ｂと同じ厚さが好ましい。また、板状部２ａの幅は長板部２ｂの幅に対して１．５〜４倍程度が好ましい。１．５倍未満では、効果的に伝熱することが難しくなる傾向にあり、４倍を超えると、絶縁基体１および凹部の小型化を妨げるおそれがある。
【００３８】
また、放熱用のリード端子２ｄは、板状部２ａから伝わってきた熱を凹部の外側に伝え、外部に放熱するためのものである。
【００３９】
板状部２ａは、もし放熱用のリード端子２ｄを設けずに板状部２ａがそのまま絶縁基体１を貫通していると、板状部２ａの幅が広いため、板状部２ａが絶縁基体１を貫通している部位で気密性が劣化し、気密封止の信頼性が不十分となる。そのため、本発明の光半導体装置５においては、熱を板状部２ａよりも幅の狭いリード端子２ｄに伝え、リード端子２ｄが絶縁基体１を貫通した状態で気密性を保持して外部に放熱させるようにしている。
【００４０】
そのため、放熱用のリード端子２ｄは、絶縁基体１の凹部の気密性を確保するために、その幅を板状部２ａよりも狭くしておく。また、板状部２ａから伝わる熱を効果的に外部に放熱するために、複数形成するとともに、それらの断面積の合計が板状部２ａの断面積の５０〜８０％となるようにすることが好ましい。
【００４１】
なお、これらの長板部２ｂ，板状部２ａおよびリード端子２ｄは、絶縁基体１に設ける際、リード端子２ｄのうち絶縁基体１の外側の端となる部分を、リード端子２ｃの一端部を連結しているフレームで連結して、リード端子２ｃと一体に形成しておくとよく、絶縁基体１を成型する金型内へのリード端子２ｄ等のセットをより容易に行なうことができる。そのため、フレームでの連結を容易とするために、リード端子２ｄは、絶縁基体１の外側の端の位置が、フレームで連結されるリード端子２ｃの端と同じ直線状に並ぶようにして形成することが好ましい。
【００４２】
放熱用のリード端子２ｄは、光半導体素子４で発生する熱の放熱性を良好とするうえでは、その表面積が大きければ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の大きさが大きくなり、光半導体素子４の大きさに対する絶縁基体１の大きさが大きくなり、光半導体装置５の小型化という点では不利なものになってしまう。従って、リード端子２ｄの大きさは、その表面積が５０〜３００ｍｍ２の範囲が好ましい。
【００４３】
本発明の長板部２ｂの長さは例えば７５ｍｍ程度、板状部２ａの長さは例えば８ｍｍ程度、放熱用のリード端子２ｄの長さは例えば７ｍｍ程度である。
【００４４】
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。
【００４５】
本発明において、絶縁基体１の凹部内に光半導体素子４が収容され搭載されるとともに、その電極が、リード端子２ｃのうち凹部内に露出した部位にＡｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ７等を介して接続される。
【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と蓋体３とを接合する樹脂接合材１ｂは、常温下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ものが好ましい。また、絶縁基体１と蓋体３との接合が紫外線硬化性樹脂から成る樹脂接合材１ｂによって行われると、光半導体素子４を凹部の底面に載置してから蓋体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５の内部にダストや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。
【００４８】
また、光半導体素子４を絶縁基体１の凹部底面に接着する樹脂接合材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の光半導体装置５を作製することができる。
【００４９】
また、エポキシ樹脂等の紫外線硬化性樹脂から成る樹脂接合材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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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平面図、（ｂ）は（ａ）の光半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・絶縁基体１と光半導体素子４とを接合する樹脂性接合材
１ｂ・・・紫外線硬化性樹脂
２・・・リード端子
２ａ・・・板状部
２ｂ・・・長板部
２ｃ・・・リード端子
２ｄ・・・放熱用のリード端子
３・・・蓋体
４・・・光半導体素子
５・・・光半導体装置
【図１】
2005101337.tif 000003