(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提供すること。【解決手段】  光半導体装置８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２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２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、リード端子２は、凹部の内側の一部が凹部の底面から絶縁基体１の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚い。【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、前記リード端子は、前記凹部の内側の一部が前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚いことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記リード端子は、前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面にかけて貫通している貫通部が、前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面に向かうに伴って漸次太くなっ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、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、凹部を透光性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で樹脂等から成り、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、透光性蓋体は、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。または、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】
【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作動させると、光半導体素子に熱が発生し、そして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、光半導体素子で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り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。そのため、凹部の内側から外側に導出するようにしてリード端子を絶縁基体に取着する際に、リード端子の位置ずれが生じ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は外形精度が悪いため、光半導体素子を絶縁基体の凹部に収容し搭載する際や、光半導体装置を外部の回路基板等に絶縁基板の外縁部で位置合わせして搭載する際の位置精度をあまり高くすることができず、高い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】
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。
【００１４】
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、その結果、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】
【００１５】
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、前記リード端子は、前記凹部の内側の一部が前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚い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、好ましくは、前記リード端子は、前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面にかけて貫通している貫通部が、前記凹部の底面から前記絶縁基体の下面に向かうに伴って漸次太くなっ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、リード端子は、凹部の内側の一部が凹部の底面から絶縁基体の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚いことから、光半導体素子で発生した熱をリード端子に伝達させるとともに、リード端子のうち凹部の底面から絶縁基体の下面にかけて貫通している貫通部を介して効果的に外部に放熱することができ、その結果、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ることから、絶縁基体が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な材料から成るため、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。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もなく、光半導体装置を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００１９】
また、本発明の光半導体装置によれば、好ましくは、リード端子は、凹部の底面から絶縁基体の下面にかけて貫通している貫通部が、凹部の底面から絶縁基体の下面に向かうに伴って漸次太くなっていることから、光半導体素子で発生した熱は、貫通部において絶縁基体の下面側へ広がるように伝熱されるため放熱性が向上することとなる。これにより、光半導体素子で発生した熱を、より効果的に外部に放熱することができる。
【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は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。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は光半導体素子である。これらの絶縁基体１、リード端子２、透光性蓋体３および光半導体素子４により主に光半導体装置８が構成される。
【００２１】
なお、１ａは光半導体素子４を絶縁基体１の上面に形成された凹部の底面の搭載部やリード端子２の凹部内の一部に接合するための樹脂接合材、１ｂは絶縁基体１と透光性蓋体３と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。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、エポキシ樹脂からなる場合、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。
【００２３】
本発明の光半導体装置８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な材料から成るため、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８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８を作製することができる。また、光半導体素子４が光半導体装置８内で位置ずれすることはなく、光半導体装置８を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、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。この場合、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される。
【００２６】
また、本発明の光半導体装置８においては、リード端子２は、凹部の内側の一部が凹部の底面から絶縁基体１の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚いものとなっている。これにより、光半導体素子４で発生した熱をリード端子２のうち凹部の底面に露出している部位に伝えるとともに、絶縁基体１を貫通している貫通部を介し、下面に露出している部分から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光半導体装置８を作製することができる。
【００２７】
リード端子２を、凹部の内側の一部が凹部の底面から絶縁基体１の下面にかけて貫通しているとともにその貫通部の厚みが残部よりも厚いものとなっているような形状とするには、例えば、金属板を圧延成形して形状加工してリード端子２を有するリードフレームを作製する際に、周側面の中央部に全周にわたってリード端子２の貫通部に対応する溝を設けた円柱状の金型を用いて、その金型を回転させながら金属板に押し当てて加工することによってリード端子２を有するリードフレームを作製することができる。
【００２８】
この場合、リード端子２のうち絶縁基体１の下面に貫通している貫通部は、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大きければ大きいほど好ましいが、貫通部を大きくしすぎると絶縁基体１の機械的強度を確保することが難しくなる。従って、リード端子２の貫通部は、絶縁基体１の下面に露出する面積の絶縁基体１下面の面積に対する割合が、３０〜７５％の範囲となる程度の大きさであることが好ましい。なお、リード端子２の形状は、形成が容易であることから断面が四角形の棒状（長板状、直方体状）である。
【００２９】
リード端子２の貫通部の形状は、完全な直方体に限らず、一部に凸部や凹部を設けた形状とし、凸部を絶縁基体１に食い込ませたり、凹部内に絶縁基体１を形成する樹脂を入り込ませたりすることにより、絶縁基体１に対する接合を強くするようにしてもよい。また、角部を円弧状に面取りして、角部およびその付近で絶縁基体１に亀裂が生じたり、絶縁基体１からリード端子２の貫通部が剥がれたりすることを効果的に防止するようにしてもよい。
【００３０】
また、リード端子２の貫通部は、絶縁基体１の中央部において貫通していることが好ましい。リード端子２の貫通部が絶縁基体１の外周部側に片寄った位置で貫通していると、絶縁基体１の貫通部を挟んだ両側のうち幅の狭いほうの側で絶縁基体１の機械的強度が低下し、絶縁基体１とリード端子２の貫通部との境界等に沿って亀裂が生じやすくなる傾向がある。
【００３１】
さらに、リード端子２の貫通部は、絶縁基体１の中央部で光半導体素子４の搭載部の直下の部位に位置していることが好ましい。この場合、光半導体素子４で発生した熱はリード端子２の貫通部に直接的に伝わり、絶縁基体１の下面側へ効率的に伝熱される。
【００３２】
また、リード端子２は、図２に示すように、凹部の底面から絶縁基体１の下面にかけて貫通している貫通部が、凹部の底面から絶縁基体１の下面に向かうに伴って漸次太くなっていることが好ましい。この場合、光半導体素子４で発生した熱は、貫通部において絶縁基体１の下面側へ広がるように伝熱されるため放熱性が向上することとなる。これにより、光半導体素子４で発生した熱を、より効果的に外部に放熱することができる。また、リード端子２の貫通部が絶縁基体１中に引っ掛かるように設けられるため、リード端子２が絶縁基体１から外れるのを防ぐこともできる。
【００３３】
リード端子２の貫通部を、凹部の底面から絶縁基体１の下面に向かうに伴って漸次太くする場合、絶縁基体１の下面に近づくほど、太くなる割合が大きくなるようにすると、絶縁基体１の下面側へ広がるように伝わる熱をより効率的に伝熱することができ、より好ましいものとなる。
【００３４】
また、リード端子２の貫通部は、その下面が絶縁基体１の下面と同じ高さ、すなわち面一とされているか、または絶縁基体１の下面よりも下側に突出していることが好ましい。リード端子２の露出している下面が絶縁基体１の下面よりも上側に位置する（絶縁基体１の内側に入り込んでいる）と、リード端子２から外部に熱を放散させる効果が低下する傾向があり、光半導体素子４の温度上昇を招き、正常な作動が妨げられるおそれがある。
【００３５】
透光性蓋体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。
【００３６】
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２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。そして、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。
【００３７】
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。
【００３８】
また、絶縁基体１と透光性蓋体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に与える熱的な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を載置してから透光性蓋体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、光半導体装置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。
【００３９】
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。
【００４０】
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】
【００４１】
【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。
【図２】本発明の光半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・絶縁基体
１ａ，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
８・・・光半導体装置
【図１】
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【図２】
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