(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出光が入射される受光面側に電極パッドが形成された受光素子と、前記受光面の反対面で前記受光素子が固定される底面を囲むように段差が設けられてキャビティが形成されると共に前記段差の上面にボンディングパッドが設けられたパッケージと、前記電極パッドと前記ボンディングパッドを電気的に接続する金属細線と、前記キャビティに充填されて前記受光素子及び前記金属細線を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備え、前記受光素子の一の側面のみと前記段差の一の壁面のみとが互いに接するように前記受光素子が前記キャビティに収容され、前記一の側面の側の前記受光面の一辺の近傍に前記電極パッドが形成され、前記一の壁面の側の前記段差の上面の一辺に前記ボンディングパッドが設けられ、前記受光素子の他の側面と前記段差の壁面との間に前記透光性樹脂が充填されていることを特徴とする光検出器。
【請求項２】
前記パッケージには、前記ボンディングパッドが設けられた一辺の前記段差の壁面が前記キャビティ内側に向かって突出した突出部が形成され、この突出部上面に前記ボンディングパッドが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記ボンディングパッドの上面と前記電極パッド上面の高さが同一又は±0.1mm以内の差になっていることを特徴とする請求項１又は２記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホトダイオードなどの受光素子をパッケージに収容した光検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用等の温度の変動が激しい環境下で使用する光検出器としては、金属ハーメチックシールの中空パッケージタイプのものが広く用いられている。この金属ハーメチックシールによるパッケージを用いた場合、材料が高価な上、パッケージも大型になるという欠点があった。
【０００３】
このようなハーメチックシールの代替品として、可撓性のある光透過樹脂を用いてパッケージする手法が考えられる。図７は光透過樹脂によりパッケージングされた光検出器の一般的な例の外観平面図、図８はそのＡ−Ａ線断面図、図９はボンディング部分の拡大図である。図示の通り、キャリアパッケージ１に形成されたキャビティ２の中央部には、エポキシ樹脂等のダイボンド材１１を用いて受光素子５が接着されている。受光素子５側の電極パッド６とキャリアパッケージ１側の段差３上に設けられたボンディングパッド４は、金属細線７を用いたワイヤボンディングにより接続されている。ボンディングパッド４はそれぞれキャリアパッケージ１底面の電極９に接続されており、この電極９を用いて外部の回路に接続できるようになっている。そして、受光素子５及び金属細線７を保護するために可撓性のある透明樹脂８が充填されている。
【０００４】
このようなパッケージ材としてセラミックを使用すれば、パッケージと受光素子の熱膨張係数を近くすることができる。このため、５ミリ角以上の大面積の受光素子にも対応できるなどの特徴があり、低価格化とパッケージの小型軽量化が図れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の光検出器は、金属ハーメチックシール式に比べ耐温度サイクル性の点で、十分な性能が得られなかった。これは、主に温度変化による樹脂の膨張・収縮に伴い発生する応力が金属細線にかかり、断線を起こすためである。
【０００６】
応力を抑えるためには、樹脂に添加物を混入して、樹脂と受光素子、パッケージの熱膨張係数を合わせることも考えられるが、添加物を混入すると樹脂の透明性が低下し、受光素子の光感度を低下させてしまうため、光検出器には採用できない。
【０００７】
本発明は、耐温度サイクル性に関して、金属ハーメチックシール式並の性能が確保でき、低価格で小型軽量化が可能な樹脂封止型光検出器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光検出器は、検出光が入射される受光面側に電極パッドが形成された受光素子と、受光面の反対面で受光素子が固定される底面を囲むように段差が設けられてキャビティが形成されると共に段差の上面にボンディングパッドが設けられたパッケージと、電極パッドとボンディングパッドを電気的に接続する金属細線と、キャビティに充填されて受光素子及び金属細線を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備え、受光素子の一の側面のみと段差の一の壁面のみとが互いに接するように受光素子がキャビティに収容され、一の側面の側の受光面の一辺の近傍に電極パッドが形成され、一の壁面の側の段差の上面の一辺にボンディングパッドが設けられ、受光素子の他の側面と段差の壁面との間に透光性樹脂が充填されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、受光素子をパッケージのキャビティの段差壁面に接して設置するため、受光素子をキャビティ中央に設置した従来品に比べて、電極パッドとボンディングパッドを繋ぐ金属細線を短くすることができる。また、従来品では、受光素子とパッケージの間に隙間があるため、この部分における金属細線下の樹脂層が厚くなっていたが、本発明品では、受光素子とパッケージ間に隙間がないため、樹脂層は従来品に比べて薄くなる。本発明品では、従来品に比べて、金属細線の長さが短く、細線下の樹脂層が薄いことにより、主として樹脂層の熱膨張により生ずる金属細線にかかる応力が軽減されるため、金属細線の断線を回避することができ、耐温度サイクル性が向上し、信頼性を高めることができる。
【００１０】
上記のパッケージには、ボンディングパッドが設けられた一辺の段差の壁面がキャビティ内側に向かって突出した突出部が形成され、この突出部上面にボンディングパッドが設けられていることが好ましい。
【００１１】
このように突出部を設けて、受光素子とキャビティ壁面を接するようにした場合は、ダイボンド材が毛細管現象により、密着したキャビティ壁面と受光素子の隙間を上昇して、受光素子上面に広がることがない。
【００１２】
また、ボンディングパッドの上面と受光素子の電極パッド上面の高さが同一又は±0.1mm以内の差になっていることが好ましい。
【００１３】
これにより、ボンディング部分と金属細線の頂部の高さの差を、従来品に比べて低く抑えることができ、樹脂厚が薄くなり、温度変化による樹脂の膨張・収縮により発生する金属細線に対して上下方向にかかる応力も削減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施例に基づき、本発明の光検出器の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態の外観平面図、図２はそのＢ−Ｂ線断面図、図３はそのボンディング部分の拡大図である。
【００１６】
キャリアパッケージ１はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）製のセラミックであり、図示の通り、矩形形状をしており、その一角は切り欠き１Ａが電極方向を示すインデックスとして設けてある。キャリアパッケージ１の中央には、矩形形状のキャビティ２が形成されている。さらに、キャビティ２を取り囲むように、キャビティ２底面とパッケージ１上面の間に段差３が設けられて構成されている。この段差３の一辺の上面にボンディングパッド４が二つ離れて設けられている。キャリアパッケージ１底面には、ボンディングパッド４の設けられた一辺と平行する両辺に沿って、外部電極９が設けられている。この外部電極９は、パッケージ１内部でボンディングパッド４と電気的に接続されており、この外部電極９を用いて光検出器を外部の回路に接続することができるようになっている。
【００１７】
一方、受光素子５も矩形形状を成し、受光素子５の受光面側の一辺の近傍に電極パッド６が二つ形成されている。ここで、受光素子５がホトダイオードであるときは、二つの電極パッド６の一方はアノード電極、他方はカソード電極となる。受光素子５は受光面の反対側の面がエポキシ樹脂等のダイボンド材１１を用いてキャビティ２の底面に固定されている。
【００１８】
ここで、受光素子５の電極パッド６が形成された一辺を含む一の側面は、ボンディングパッド４が形成された一辺を含む一のキャビティ２壁面に接するように固定されている。このため、二つの電極パッド４とボンディングパッド６はそれぞれ相対し、両者を金属細線７を用いて最短距離で接続することができる。金属細線７には電気抵抗が小さく、延性に富み、耐腐蝕性が良好なＡｕ細線を用いることが好ましい。ボンディングパッド４と電極パッド６の上面の高さは同一又は略同一（高さの差が０．１ｍｍ以内）となっている。このため、金属細線７の頂部の高さを低くすることができる。キャビティ２には、可撓性の光透過性樹脂８が、受光素子５と金属細線７を外部からの汚染等から保護する目的で、キャリアパッケージ１の上面の高さまで充填されている。樹脂８には、透明で可撓性があり、−５０℃でも弾力性を失わず耐寒性の良いシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００１９】
本実施形態の光検出器では、金属細線７下のパッケージ１と受光素子５を密着配置することにより、金属細線７下の樹脂厚を従来品に比べて軽減している。金属細線７が上下方向に受ける応力は、温度差、樹脂の膨張係数及び細線７下の樹脂厚にそれぞれ比例する。従来品では、この樹脂厚が通常０．５５ｍｍあるが、本実施形態では、樹脂厚が０．１５ｍｍ以下となる。このため、従来品に比べて樹脂厚の薄い本実施形態では、温度変化による上下方向の応力が３分の１以下に減少する。
【００２０】
また、密着配置によって、ボンディングパッド６と、電極パッド４間の距離が短くなるため、金属細線７の長さも短くなり、横方向に受ける温度変化による応力も減少する。
【００２１】
本実施形態においては、金属細線の形状も工夫している。図１０（ａ）は理想的な金属細線の形状の側面図であり、図１０（ｂ）はその平面図である。ここで、ファーストボンド部１２から金属細線７が垂直に立ち上がるような形状（図１０（ａ）参照）とすることが、図１１のような形状とすることよりも好ましい。これは、ボンディング部分は図の垂直方向の力より横方向の力に弱いため、熱応力がこの弱い横方向にかからないことが好ましいからである。
【００２２】
さらに、セカンドボンド部１３は、キャリアパッケージのボンディングパッド４に金属細線７が接するテール部１４を１５０μｍ以上とすることが好ましい。これは、図１２に示すように、テール部１４が短いとボンディング面と金属細線７のなす角度が大きくなり、テール部１４の金属細線７下の樹脂厚が厚くなり、セカンドボンド部１３にかかる温度変化による応力が増大するためである。
【００２３】
さらに、ボンディングパッド６と電極パッド４の高さを同一又は略同一に合わせることにより、ボンディング部分と金属細線７の頂部の高さの差が抑えられ、金属細線７の下の樹脂厚が薄くなり、温度変化による上下方向の応力も削減される。
【００２４】
本発明者は、図１〜３に示す構造の光検出器と図６〜９に示す従来構造の光検出器について温度サイクル試験の比較試験を行い、両者の耐熱性を比較した。試験は、−４０℃の低温槽と１２５℃の高温槽にそれぞれ３０分間置き、これを交互に繰り返した。低温槽と高温槽それぞれ１回ずつ置いた状態を１サイクルとした。それぞれの槽間の移動は５分以内とした。光検出器に用いた受光素子はチップサイズ１１ｍｍ角のシリコンホトダイオードである。サンプル数はそれぞれ２０個である。
【００２５】
試験の結果は、従来品では、７５０サイクルで５５％が金属細線が断線し、１５００サイクルまでで全て金属細線の断線により使用不能となった。本発明品では、２０００サイクルまで金属細線の断線はなく、温度サイクル試験で、金属ハーメチックシール式並の信頼性があることが確認された。
【００２６】
図４は本発明の光検出器の他の実施形態の外観平面図、図５はそのＣ−Ｃ線断面図、図６はボンディング部分の拡大図である。図１〜３に示される実施形態と異なる点は、受光素子５と接触するパッケージ１のキャビティ２壁面にキャビティ２に向かって突出した二つの突出部１０が離して設けられ、この突出部１０の先端で、受光素子５と接触していることである。この突出部１０の上面に、ボンディングパッド４が設けられている。二つの突出部１０の間隔は、二つの電極パッド６の間隔に等しい。
【００２７】
この実施形態は、図１〜３に示される実施形態で発生するおそれのあるダイボンド材１１の毛細管現象による受光素子５の受光面上への広がりをなくす事ができる。これは、突出部１０の先端部が受光素子５と接触しているのみで、キャビティ２内壁と受光素子５側面が密着することがない構造となっているためである。これにより、製造がより容易になり、量産時の歩留まりが向上し、安定的な量産が可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、受光素子の電極パッドが形成された一辺を含む一の側面をボンディングパッドが設けられた一辺を含む一のキャビティ内壁に接するように設置しているため、金属細線の長さが従来品に比べて短く、また、金属細線の高さも従来品に比べて低く抑えることができるため、金属細線下の樹脂の厚さを薄くできる。このため、温度変化に伴い、樹脂が膨張・収縮することによって発生する金属細線にかかる熱応力が減少し、温度変化に対して、金属ハーメチックシール式並の高い信頼性を維持し得る。
【００２９】
また、キャビティ内壁に凹凸形状を設けることとすれば、受光素子の接着に用いる接着剤が密着したキャビティ壁面と受光素子の隙間を上昇して、受光素子上面にまで広がるのを防止し、外観不良や特性不良の発生を低く抑えることが可能となる。
【００３０】
さらに、ボンディングパッド上面と電極パッド上面の高さを同一又は略同一に合わせることとすれば、金属細線を張る高さをより低く抑えることができ、金属細線の下の樹脂厚を薄くすることができる。これにより、金属細線にかかる熱応力を低く抑えることができる。
【００３１】
以上の結果、金属ハーメチックシール式並の高い信頼性を有し、車載用等の厳しい使用環境でも対応できる低価格で小型軽量の光検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光検出器の外観平面図である。
【図２】図１に示す光検出器の断面図である。
【図３】図１、２に示す光検出器のボンディング部分の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光検出器の外観平面図である。
【図５】図４に示す光検出器の断面図である。
【図６】図４、５に示す光検出器のボンディング部分の拡大図である。
【図７】従来の一般的な光検出器の外観平面図である。
【図８】図７に示す光検出器の断面図である。
【図９】図７、８に示す光検出器のボンディング部分の拡大図である。
【図１０】ボンディング例を示す図である。
【図１１】従来のセカンドボンディング側のボンディング例を示す図である。
【図１２】従来のセカンドボンディング側のボンディング例を示す図である。
【符号の説明】
１…キャリアパッケージ、１Ａ…切り欠き、２…キャビティ、３…段差、４…ボンディングパッド、５…受光素子、６…電極パッド、７…金属細線、８…透明樹脂、９…外部電極、１０…突出部、１１…ダイボンド材、１２…ファーストボンド部、１３…セカンドボンド部、１４…テール部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003914289.tif 000009
【図９】
0003914289.tif 000010
【図１０】
0003914289.tif 000011
【図１１】
0003914289.tif 000012
【図１２】
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