JP2003243673A

JP2003243673A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2003243673A
Application number: JP2002214397A
Authority: JP
Inventors: Masami Yoshikawa; 雅実吉川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光半導体素子の受光部の上面と透光性蓋体の
下面とが平行に保持されたものとすること。【解決手段】上側主面に凹部１ａが形成されていると
ともに上側主面の凹部１ａの周囲または凹部の底面の外
周部に４つ以上の電極パッド４が形成された基体１と、
凹部１ａの底面に載置され、上面の中央部に受光部２ａ
が設けられているとともに外周部に４つ以上の電極３が
形成された光半導体素子２と、電極３とそれに対応する
電極パッド４とを電気的に接続した４本以上のボンディ
ングワイヤ５と、上側主面の凹部１ａの周囲の略全周に
設けられた樹脂層６と、樹脂層６の上部で接着されて光
半導体素子２を封止する透光性蓋体７とを具備し、ボン
ディングワイヤ５は、３本以上の最高位置が他より高く
なっているとともに略同じ高さになっており、最高位置
の部位が透光性蓋体７の下面に当接している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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
半導体素子またはこれらの受光部を有する半導体素子を
具備した光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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図７に示す。図７において、１はセ
ラミックス等からなる基体で、１ａは基体１の凹部、１
ｂは凹部１ａの底面、１ｃは基体１の枠体、２は基体１
に実装する光半導体素子、２ａは光半導体素子２の受光
部、３は光半導体素子２上に設けられた電極、４は基体
１に設けられた電極パッド、５は光半導体素子３の電極
２と基体１の電極パッド４とを電気的に接続するボンデ
ィングワイヤ、６は接着用の樹脂層、７はガラス等から
なる透光性蓋体であり、樹脂層６によって基体１と透光
性蓋体７とが気密に封止される。

【０００３】そして、上記構成に類似した従来例とし
て、外部光を受光して光電変換する受光素子部を含む光
半導体素子と、光半導体素子用のパッケージと、受光素
子部への光の入射を可能にするためにパッケージの光半
導体素子と対向する位置に配置された透明保護部材と、
透明保護部材の外側表面において受光素子部以外の光半
導体素子表面に相対する部分に設けられた遮光部材とを
有することにより、不要光を遮光することにより高画質
の画像を検出可能な固体画像素子が提案されている（特
開平８−８８３３９号公報参照）。

【０００４】また、他の従来例として、印刷回路基板の
所定領域に取り付けられる半導体チップと、半導体チッ
プ上部に付着され受光ないし発光作用を行う光素子と、
半導体チップを側面から保護するように印刷回路基板上
の両側に取り付けられるウインドフレームと、ウインド
フレーム上部に付着されるガラスリッドとを具備するこ
とにより、フォトダイオード等の光素子の光透過率を阻
害せず、低コストに製造可能で実装面積を低減できる光
電変換用半導体パッケージが知られている（特開平５−
２５９４８３号公報参照）。

【０００５】さらに、近年、光半導体素子２の受光特性
をより良好にするために、紫外線領域の光を遮断する光
学膜が予め被着された透光性部材７を用いた光半導体装
置が使用されつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例においては、セラミックス等から成り光半導体素
子を載置する底板としての基体１の厚み公差や反り、ま
たセラミックス等から成り、基体１の上側主面の周縁部
に光半導体素子２を囲むように設けられた枠体１ｃの厚
み公差、光半導体素子２を接着固定する際の接着厚みの
ばらつき、および枠体１ｃ上面の外形と略同形状のガラ
ス等からなる透光性蓋体７を枠体１ｃ上面に載置し接着
封止するための樹脂層６の厚みのばらつき等により、光
半導体素子２の上面と透光性蓋体７の下面とを平行にす
ることが困難であるという問題があった。

【０００７】このような問題があることから、上記光半
導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた
鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体７の表
面が使用されるため、鏡筒のレンズに対して光半導体素
子２上面の受光部２ａが傾き、画像の取り込みに不具合
が生じるといった問題点が発生していた。

【０００８】また、紫外線領域の光を遮断する光学膜が
予め被着された透光性部材７を用いた光半導体装置の場
合、基体１と透光性蓋体７を接合するために、紫外線硬
化性の樹脂層６を用いるが、紫外線波長領域（320〜425
ｎｍ）の光を遮断する光学膜が被着された透光性蓋体７
の場合、その上方から紫外線を照射しても樹脂層６が硬
化しないという問題があった。この問題を解決するため
に、透光性蓋体７の横方向（水平方向）から樹脂層６に
紫外線を照射していたが、この場合、樹脂層６内におけ
る紫外線透過性を良くするために樹脂層６の厚みを100
μｍ以上に厚くする必要があった。即ち、樹脂層６の厚
みを100μｍ以下とした場合、透光性蓋体７の横方向か
ら樹脂層６に紫外線を照射すると、樹脂層６の紫外線の
透過性が悪く、紫外線が樹脂層６の全体には効果的に照
射されず、樹脂層６の枠体１ｃの内面付近の部位は完全
に硬化しない。その結果、基体１と樹脂層６と透光性蓋
体７との接合強度が不十分となるとともに、十分な気密
性が保たれないといった問題点があった。

【０００９】一方、樹脂層６の厚みを100μｍ以上に厚
くした場合、樹脂層６の厚みのばらつきが大きくなり、
光半導体素子２の受光部２ａの上面と蓋体７の下面とを
平行にすることが困難になり、光半導体素子２の受光特
性に悪影響を与えるといった問題があった。

【００１０】また、上記紫外線硬化性の樹脂層６が完全
に硬化しないといった問題を解決するために樹脂層６に
熱硬化性の樹脂を用いた場合、樹脂を硬化させる加熱の
際に半導体装置の内部の空気の熱膨張が発生し、透光性
蓋体７が膨張した空気に押し上げられた状態で樹脂層６
が硬化する。その結果、光半導体素子２の受光部２ａの
上面と蓋体７の下面とを平行にすることが困難になり、
光半導体素子２の受光特性に悪影響を与えるといった問
題点があった。

【００１１】従って、本発明は上記問題に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は、光半導体装置内に収納さ
れた光半導体素子の受光部の上面と透光性蓋体の下面と
を平行にすることにより、光半導体装置の受光特性を良
好なものとすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、上側主面に凹部が形成されているとともに前記上側
主面の前記凹部の周囲または前記凹部の底面の外周部に
４つ以上の電極パッドが形成された基体と、前記凹部の
底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられてい
るとともに外周部に４つ以上の電極が形成された光半導
体素子と、前記電極とそれに対応する前記電極パッドと
を電気的に接続した４本以上のボンディングワイヤと、
前記上側主面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹
脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子
を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であっ
て、前記ボンディングワイヤは、３本以上の最高位置が
他より高くなっているとともに略同じ高さになってお
り、前記最高位置の部位が前記透光性蓋体の下面に当接
していることを特徴とする。

【００１３】本発明の光半導体装置は、ボンディングワ
イヤのうち３本以上の最高位置が他より高くなっている
とともに略同じ高さになっており、それらの最高位置の
部位が透光性蓋体の下面に当接していることにより、こ
れら３本以上のボンディングワイヤによって透光性蓋体
下面を光半導体素子の受光部の上面に対して平行になる
ように支持することができる。従って、本発明は、光半
導体装置の各構成部材の寸法公差や反り等の影響を受け
ずに、光半導体素子と透光性蓋体との平行精度を保持で
きるという作用効果を有する。

【００１４】また本発明の光半導体装置は、好ましく
は、前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線
を遮断する光学膜が被着されており、前記樹脂層は厚さ
100〜250μｍの紫外線硬化性の樹脂から成ることを特徴
とする。

【００１５】本発明の光半導体装置は、３本以上のボン
ディングワイヤによって光半導体素子と透光性蓋体との
平行度が保持されているため、基体と透光性蓋体を接合
する樹脂層の厚みを、樹脂層内の紫外線透過性を良好に
できる厚みである100μｍ以上とすることができる。即
ち、樹脂層内の紫外線透過性を良好にできるため樹脂層
の硬化が十分になり気密性が向上し、また光半導体装置
の内部に水分が侵入するのを抑制して内部に曇り等が発
生するのを防ぐことができる。さらに、光半導体素子と
透光性蓋体とを平行にするための支持部材や突起等が一
切不要であるため、光半導体装置を小型軽量化すること
ができる。

【００１６】また本発明の光半導体装置は、好ましく
は、前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線
を遮断する光学膜が被着されており、前記樹脂層は厚さ
が150乃至300μｍとされ幅が前記基体の上側主面の前記
幅の方向の長さの20乃至25％とされた紫外線硬化性の樹
脂から成ることを特徴とする。

【００１７】本発明の光半導体装置は、３本以上のボン
ディングワイヤによって光半導体素子と透光性蓋体との
平行度が保持されているため、基体と透光性蓋体を接合
する樹脂層の厚みを、樹脂層内の紫外線透過性が良好な
厚みである100μｍ以上の厚みとすることが可能とな
る。即ち、樹脂層内の紫外線透過性を良好にできるため
樹脂層の硬化が十分になり気密性が向上し、また光半導
体装置の内部に水分が侵入するのを抑制して内部に曇り
等が発生するのを防ぐことができる。また、樹脂層は、
厚さが150乃至300μｍとされ幅が基体の上側主面の幅の
方向の長さの20乃至25％とされた紫外線硬化性の樹脂か
ら成ることから、後工程や二次実装時の半田リフロー等
において高温加熱された場合に生じる、基体と透光性蓋
体との熱膨張係数差による歪みや変形を樹脂層が吸収し
やすくなり、気密性が維持される。従って、光半導体装
置の耐熱信頼性が大幅に向上する。

【００１８】また本発明の光半導体装置は、好ましく
は、前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線
を遮断する光学膜が被着されており、前記樹脂層は厚さ
50乃至100μｍの紫外線硬化性かつ熱硬化性の樹脂から
成ることを特徴とする。

【００１９】本発明の光半導体装置は、透光性蓋体の横
方向（水平方向）から樹脂層に紫外線を照射し、紫外線
が効果的に照射された部位を硬化させ、基体と透光性蓋
体を十分に固定した後に、上記紫外線が十分に照射され
ずに完全硬化しなかった枠体内面付近の樹脂層の部位を
加熱硬化させることができる。これにより、透光性蓋体
の下面と光半導体素子の受光部の上面の平行状態を保っ
たまま樹脂層を完全に硬化させることができるととも
に、樹脂層の厚みを水分が侵入しにくい50乃至100μｍ
とすることができる。従って、光半導体装置の各構成部
材の寸法公差や反り等の影響を受けずに、３本以上のボ
ンディングワイヤによって光半導体素子と透光性蓋体と
の平行度を保持できるとともに、光半導体装置の耐湿性
を向上させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】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，図３および図５は本発明の
光半導体装置の断面図、図２，図４および図６は本発明
の光半導体装置の平面図である。これらの図において、
１は、上側主面に凹部１ａが形成されているとともに上
側主面の凹部１ａの周囲または凹部１ａの底面の外周部
に４つ以上の電極パッド４が形成された基体である。２
は、凹部１ａの底面に載置され、上面の中央部に受光部
２ａが設けられているとともに外周部に４つ以上の電極
３が形成された光半導体素子であり、フォトダイオード
（ＰＤ）、ラインセンサ、イメージセンサ、ＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device）、ＥＰＲＯＭ（Erasableand Pro
grammable ROM）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である。５は、
電極３および電極パッド４を電気的に接続するＡｕ，Ａ
ｌ等から成るボンディングワイヤ、６は、基体１の上側
主面の凹部１ａの周囲の略全周に設けられた樹脂層であ
る。７は、樹脂層６の上部で接着されて光半導体素子２
を封止する透光性蓋体であり、ガラス、石英、サファイ
ヤ、透明樹脂等から成る。この透光性蓋体７は、その上
下面の少なくとも一方に紫外線を遮断する光学膜が被着
されていてもよい。

【００２１】本発明において、光半導体素子２は、その
上面の中央部に受光部２ａが設けられており、その上面
の受光部２ａの周囲の外周部には、入出力用の電極３が
形成されている。また、光半導体素子２が載置される基
体１の上側主面には、光半導体素子２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、上側主面の凹
部１ａの周囲または凹部１ａの底面の外周部に４つ以上
の電極パッド４が設けられている。この電極パッド４
は、基体１の側壁をなす枠体１ｃ外面および基体１の下
側主面等に形成されたメタライズ層等から成る配線パタ
ーンやリード端子等（図示せず）を介して外部電気回路
等に接続される。

【００２２】本発明の電極パッド４の設置については、
図１，図２に示すように凹部１ａの底面の外周部に階段
部を設け、その階段部の上面に形成する構成、図３，図
４に示すように凹部１ａの底面の外周部に形成する構
成、図５，図６に示すように基体１の上側主面の凹部１
ａの周囲に形成する構成等が採り得る。

【００２３】本発明の基体１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミック
ス，炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミッ
クス材料、またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合
金，Ａｌ，Ｃｕ等の金属材料から成る。また、枠体１ｃ
も基体１と同様の材料から成る。図１では、基体１と枠
体１ｃは別体であり、板状の基体１の上側主面の外周部
に枠体１ｃがロウ材等の接着剤で接合された構成である
が、基体１と枠体１ｃとが一体化された構成であっても
よい。

【００２４】樹脂層６は、アクリル系樹脂，エポキシ系
樹脂，シリコーン系樹脂，ポリエーテルアミド系樹脂等
から成り、紫外線硬化性樹脂、または紫外線硬化性と熱
硬化性の両特性を有する併用型のものから成る。この樹
脂層６は、余計な外光の入射を遮断するために、黒色、
茶色、暗緑色、濃青色等の暗色系の染料や顔料を混入さ
せてもよい。

【００２５】本発明において、図２，図４，図６に示す
ように、例えばボンディングワイヤ５a，５ｂ，５ｃ，
５ｄの４本について、それらの最高位置は残りの全ての
ボンディングワイヤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈより高くな
っているとともに略同じ高さになるようにワイヤリング
されている。そして、透光性蓋体７の下面は、ボンディ
ングワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃ，5ｄにて支持されてお
り、これにより透光性蓋体７の下面および上面は光半導
体素子２の受光部２ａ上面に対して平行に保持される。

【００２６】本発明のボンディングワイヤ５は、３本以
上の最高位置が他より高くなっているとともに略同じ高
さになっているが、そのようなボンディングワイヤ５は
３〜30本あるのがよい。３本未満では、透光性蓋体７が
傾き易くなるとともに透光性蓋体７を長期にわたり平行
に支持するのが難しくなり、30本を超えると、高価なボ
ンディングワイヤ５の使用量が増えるためコスト高とな
る。

【００２７】また、最高位置が他より高くなっていると
ともに略同じ高さになっているボンディングワイヤ５が
奇数本の場合、それらが接続される電極３は光半導体素
子２上面の中心に対して略等角度間隔で位置しているの
がよい。偶数の場合、それらが接続される電極３は光半
導体素子２上面の中心に対して略等角度間隔で位置して
いるか、または２個づつが互いに対向するように位置し
ているのがよい。このような構成により、透光性蓋体７
が傾くのを抑制でき、また透光性蓋体７を長期にわたり
平行に支持することが容易になる。

【００２８】さらに、最高位置が他より高くなっている
とともに略同じ高さになっているボンディングワイヤ５
と、その他のボンディングワイヤ５との高さの差は50〜
200μｍ程度あるのがよい。50μｍ未満では、ボンディ
ングの位置精度（高さ精度）によりその他のボンディン
グワイヤ５が透光性蓋体７下面に接触する場合があるた
め、光半導体素子２と透光性蓋体７との平行精度を保持
しにくくなる。200μｍを超えると、ボンディングワイ
ヤ５の長さが長くなって高価なボンディングワイヤ５の
使用量が増えるためコスト高となる。

【００２９】また、最高位置が他より高くなっていると
ともに略同じ高さになっているボンディングワイヤ５の
光半導体素子２の上面からの高さは60〜550μｍ程度あ
るのがよい。60μｍ未満では、光半導体素子２の上面に
十分な空間を形成することができない点で不都合があ
り、550μｍを超えると、ボンディングワイヤ５の長さ
が長くなって高価なボンディングワイヤ５の使用量が増
えるためコスト高となる。

【００３０】本発明のボンディングワイヤ５は、その直
径が20〜50μｍであるのがよく、20μｍ未満では、ボン
ディングワイヤ５の強度が低下して３本以上であっても
透光性蓋体７を定位置に支持するのが困難になり、50μ
ｍを超えると、微細な間隔の電極３にボンディングする
ことができなくなる。

【００３１】本発明において、透光性蓋体７は上下面の
少なくとも一方に紫外線を遮断する光学膜が被着されて
おり、樹脂層６は厚さ100〜250μｍの紫外線硬化性の樹
脂から成ることが好ましい。即ち、最高位置が他より高
くなっているとともに略同じ高さになっているボンディ
ングワイヤ５について、基体１の上側主面の凹部１ａの
周囲からの高さが100〜250μｍであることがよい。100
μｍ未満では、樹脂層６に対し、透光性蓋体７の横方向
（水平方向）より紫外線を照射した場合、樹脂層６内の
紫外線透過性が低下し、樹脂層６が十分に硬化せず気密
性が劣化し易くなる。250μｍを超えると、ボンディン
グワイヤの長さが長くなるためコスト高となるととも
に、樹脂層６を介して光半導体装置の内部へ侵入する水
分の量が増えるため、光半導体装置の内部に曇り等が発
生し、光半導体素子２の受光特性に悪影響を与えること
となる。

【００３２】また、透光性蓋体７の上下面の少なくとも
一方に形成された紫外線を遮断するための光学膜は、酸
化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、ジル
コニア（ＺｒＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、フッ化マ
グネシウム（ＭｇＦ₂）等の誘電体層を、真空蒸着法、
高周波イオンプレーティング法、スパッタリング法等に
より、多層積層して形成される。その層数や厚みや層構
成は要求される光学特性により異なるが、光学膜の総厚
みは0.1〜5.0μｍが好ましい。0.1μｍ未満だと、耐ス
クラッチ性が不十分なため、紫外線の透過防止効果が不
安定になり易く、5.0μｍより大きくなると、膜応力に
より光学膜が剥離することがある。

【００３３】また本発明において、樹脂層６は、厚みが
150〜300μｍで幅が基体１の上側主面の上記幅の方向の
長さの20〜25％であり、アクリル系樹脂，エポキシ系樹
脂等の紫外線硬化性の樹脂から成ることが好ましい。即
ち、最高位置が他より高くなっているとともに略同じ高
さになっているボンディングワイヤ５について、基体１
の上側主面の凹部１ａの周囲からの高さが150〜300μｍ
であるのがよい。

【００３４】樹脂層６の幅が、基体１の上側主面の上記
幅の方向の長さの20％未満、また樹脂層の厚みが150μ
ｍ未満では、後工程や二次実装時の半田リフロー等で高
温加熱された場合、基体１と透光性蓋体７との熱膨張係
数差による膨張変形の差を吸収しにくくなり、基体１と
樹脂層６の接合面あるいは透光性蓋体７と樹脂層６の接
合面に剥離が生じ易くなる。樹脂層６の幅が、基体１の
上側主面のその幅方向の長さの25％以上となると、光半
導体素子２に対し基体１が大型化しコスト高となる。ま
た、樹脂層６の厚みが300μｍを超えると、ボンディン
グワイヤの長さが長くなるためコスト高となる。

【００３５】また本発明においては、上記のように樹脂
層６の幅が広くなっているため、樹脂層６を通して外部
から水分が侵入するのを有効に抑制できる。

【００３６】さらに、透光性蓋体７の下面の少なくとも
ボンディングワイヤ５が当接する部位に、紫外線を遮断
する光学膜を保護する保護層やハードコート層を形成し
てもよい。その場合、紫外線を遮断する光学膜の耐久性
が向上する。

【００３７】本発明の光半導体素子２は画素数が400万
以上であるのがよい。このような高画素数の光半導体素
子２はその大きさが十数ｍｍ角以上と大型となり、基体
１も20ｍｍ角以上の大きさとなる。この場合、後工程や
二次実装時の半田リフロー等で高温加熱され際に、基体
１と透光性蓋体７との熱膨張係数差による膨張変形の差
が大きくなるため、樹脂層６が基体１と透光性蓋体７と
の膨張変形の差を吸収しきれずに基体１と樹脂層６の接
合面あるいは透光性蓋体７と樹脂層６との接合面に剥離
が生じ易くなり、十分な気密性が保持されにくくなると
いう不具合が発生し易いが、本発明の光半導体装置は、
上記の不具合が発生しにくいものとなる。従って、画素
数が400万以上の解像度の高い光半導体素子２を収納し
た高性能の光半導体装置を作製できる。

【００３８】さらに本発明において、樹脂層６は、50〜
100μｍの厚みのアクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂
等からなる紫外線硬化性かつ熱硬化性の樹脂から成るこ
とが好ましい。即ち、最高位置が他より高くなっている
とともに略同じ高さになっているボンディングワイヤ５
について、基体１の上側主面の凹部１ａの周囲からの高
さが50〜100μｍであるのがよい。この場合、透光性蓋
体７の横方向（水平方向）より紫外線を照射し、効果的
に紫外線が照射された部位のみを硬化させ基体１と透光
性蓋体７を十分に固定した後に、上記紫外線が十分に照
射されずに完全硬化しなかった基体１の枠体内面付近の
樹脂の部位を加熱により完全硬化させる。

【００３９】樹脂層６の厚さが50μｍ未満では、樹脂層
６に対して透光性蓋体７の横方向から紫外線を照射した
場合、樹脂層６内での紫外線の透過性が極端に低下し、
樹脂層６がほとんど硬化せずに基体１と透光性蓋体７の
固定が不十分となる。その結果、紫外線により完全硬化
しなかった樹脂の部位を加熱硬化させる際、基体１と樹
脂層６と透光性蓋体７の内部すなわち半導体装置の内部
に閉じ込められた空気の熱膨張により透光性蓋体７が押
し上げられ、透光性蓋体７の下面および上面を光半導体
素子２の受光部２ａの上面に対して平行にすることが困
難となる。また、100μｍを超えると、ボンディングワ
イヤ５の長さが長くなるためコスト高となるとともに、
樹脂層６を透過して光半導体装置の内部へ侵入する水分
の量が増えるため、光半導体装置の内部に曇り等が発生
し、光半導体素子２の受光特性に悪影響を与えやすくな
る。

【００４０】かくして、本発明は、ボンディングワイヤ
の３本以上の最高位置が他より高くなっているとともに
略同じ高さになっており、これらの３本以上のボンディ
ングワイヤで透光性蓋体を支持しているため、光半導体
素子の上面と透光性蓋体の下面とを平行に保持すること
が可能になる。

【００４１】

【実施例】本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明
する。

【００４２】（実施例１）基体１および枠体１ｃともに
アルミナセラミックスから成り、基体１の上側主面（枠
体１ｃ部を含む底面１ｂ）は14.2ｍｍ角であり、枠体１
ｃは厚さが1.4ｍｍ、高さが1.0ｍｍである。また、凹部
１ａの底面１ｂの外周部には、各辺12個で計48個の電極
パッド４を形成した。光半導体素子２は、上面の外周部
に各辺12個で計48個の電極３が形成されており、外形寸
法が7.5ｍｍ角、厚みが700μｍである。

【００４３】まず、光半導体素子２を受光部２ａを上に
して、基体１の底面１ｂ上に100μｍ厚みの樹脂接着剤
で接着した。次に、太さ（直径）が30μｍのボンディン
グワイヤ５を用いて、光半導体素子２の各辺12本のうち
７本の計28本のボンディングワイヤ５のループの最高位
置を光半導体素子２の上面から同じ高さとした。その高
さを下記表１に示すように種々に設定したサンプルを各
20個作製した。

【００４４】なお、各サンプルについて上記28本のボン
ディングワイヤ５の残りの20本については、上記28本と
比較してループの最高位置が70μｍ低くなるように結線
した。

【００４５】次に、各サンプルについて、枠体１ｃの上
面の全面に紫外線硬化性の樹脂層６を塗布し形成した。
次に、紫外線を遮断する厚さ2.0μｍの光学膜が下面に
被着されたガラスから成る透光性蓋体７を、上記28本の
ボンディングワイヤ５のループの最高位置で支持するよ
うに設置した。その後、透光性蓋体７の横方向から樹脂
層６に紫外線を照射し、樹脂層６を硬化させ、基体１と
透光性蓋体７を固定した。このとき、各サンプルの樹脂
層６の厚みは表１に示すように種々の値とした。

【００４６】そして、完成した各サンプルについて、半
導体素子２と透光性蓋体７の平行度が保持されているか
を確認した。その結果を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１より、サンプルＮｏ．１〜10について
は、光半導体素子２と透光性蓋体７の平行度が保持され
た状態であり、全く問題なかった。

【００４９】次に、Ｎｏ．１〜10について耐湿性試験を
行った。まず、125℃で24時間のベーキングを行い、温
度30℃かつ湿度60％の高温高湿環境下に500時間放置し
た後に、温度25℃かつ湿度50％の環境下で、透光性蓋体
７の内側もしくは光半導体素子２の受光部２ａの曇り
（結露）を確認した。その結果、Ｎｏ．３〜８では全く
問題なかったが、Ｎｏ．１では20個中３個、Ｎｏ．２で
は20個中１個、Ｎｏ．９では20個中１個、Ｎｏ．10では
20個中２個に、透光性蓋体７の内側に曇りが確認され
た。

【００５０】よって、樹脂層６の厚みが100〜250μｍで
あるＮｏ．３〜８では、光半導体素子２と透光性蓋体７
との平行度が保持され、かつ耐湿性が向上していること
がわかった。

【００５１】（実施例２）図１の光半導体装置におい
て、基体１は、底部および枠体１ｃともにアルミナセラ
ミックスから成り、上側主面（枠体１ｃ部を含む底面１
ｂ）の大きさは30.0ｍｍ角であり、枠体１ｃは枠部の厚
さが8.0ｍｍ、高さが1.0ｍｍである。また、凹部１ａの
底面１ｂの外周部には、各辺９個で計36個の電極パッド
４が形成されている。光半導体素子２は上面に画素数44
0万の受光部２ａと外周部に各辺９個で36個の電極３が
形成されており、外形寸法が12.0ｍｍ角、厚みが700μ
ｍである。

【００５２】まず、光半導体素子２を受光部２ａを上に
して、基体１の底面１ｂ上に100μｍ厚みの樹脂接着剤
で接着した。次に、太さ（直径）が30μｍのＡｕから成
るボンディングワイヤ５を用いて、光半導体素子２の各
辺９本のうち６本で計24本のボンディングワイヤ５のル
ープの最高位置を光半導体素子２の上面から同じ高さと
し、その高さを下記表２に示すように種々に設定したサ
ンプルを各20個作製した。

【００５３】なお、各サンプルについて上記36本のボン
ディングワイヤ５の残りの12本については、上記24本と
比較してループの最高位置が70μｍ低くなるように結線
した。次に、各サンプルについて、基体１の枠体１ｃの
上面全周にエポキシ樹脂から成る紫外線硬化性の樹脂を
塗布し、紫外線を遮断する2.0μｍ厚の光学膜が下面に
被着されたガラスから成る27.2ｍｍ角の透光性蓋体７
を、上記24本のボンディングワイヤのループの最高位置
で支持するように設置した。その後、透光性蓋体７の横
方向から紫外線硬化性の樹脂層６に紫外線を照射して、
樹脂層６を硬化させた。

【００５４】かくして、光半導体素子２と透光性蓋体７
との平行度を維持し、樹脂層６の幅が底面１ｂのその幅
方向の長さの22.0％であって、樹脂層６の厚みを各サン
プルについて表２のようにした光半導体装置を作製し
た。各サンプル（各20個）について、ピーク温度240度
のリフロー耐熱試験を行った。その結果を表２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２より、サンプルのＮｏ．13〜21につい
ては問題はなかったが、Ｎｏ．11では、枠体１ｃの上面
と樹脂層６との界面での剥離が２個発生した。また、Ｎ
ｏ．12では、枠体１ｃの上面と樹脂層６との界面での剥
離が１個発生した。よって、樹脂層６の厚みが150μm以
上のＮｏ．13〜21においては耐熱信頼性が向上している
ことが確認された。

【００５７】次に、上記Ｎｏ．15と同様に作製した光半
導体装置において、下記表３に示すように、樹脂層６の
幅を種々に設定したサンプル（Ｎｏ．22〜30）を各20個
作製した。なお、透光性蓋体７の大きさは、Ｎｏ．22で
は24.8mm角、Ｎｏ．23では25.4mm角、Ｎｏ．24では26.0
mm角、Ｎｏ．25では26.6mm角、Ｎｏ．26では27.2mm角、
Ｎｏ．27では27.8mm角、Ｎｏ．28では28.4mm角、Ｎｏ．
29では29.0mm 角、Ｎｏ．30では29.6mm角とした。これ
ら各サンプル（各20個）について、ピーク温度240度の
リフロー耐熱試験を行った。その結果を表３に示す。

【００５８】

【表３】

【００５９】表３より、Ｎｏ．24〜30については問題な
かったが、Ｎｏ．22では枠体１ｃの上面と樹脂層６との
界面での剥離が３個発生した。また、Ｎｏ．23では枠体
１ｃの上面と樹脂層６との界面での剥離が１個発生し
た。よって、底面１ｂの長さに対し樹脂層６の幅が20％
以上であるＮｏ．24〜30においては耐熱信頼性が向上し
ていることが確認された。

【００６０】（実施例３）基体１および枠体１ｃともに
アルミナセラミックスから成り、基体１の上側主面（枠
体１ｃ部を含む底面１ｂ）は14.2ｍｍ角であり、枠体１
ｃは厚さが1.4ｍｍ、高さが1.0ｍｍである。また、凹部
１ａの底面１ｂの外周部には、各辺12個で計48個の電極
パッド４を形成した。光半導体素子２は、上面の外周部
に各辺12個で計48個の電極３が形成されており、外形寸
法が7.5ｍｍ角、厚みが700μｍである。

【００６１】まず、光半導体素子２を受光部２ａを上に
して、基体１の底面１ｂ上に100μｍ厚みの樹脂接着剤
で接着した。次に、太さ（直径）が30μｍのボンディン
グワイヤ５を用いて、光半導体素子の各辺12本のうち７
本の計28本のボンディングワイヤ５のループの最高位置
を光半導体素子２の上面から同じ高さとした。その高さ
を下記表４に示すように種々に設定したサンプルを各20
個作製した。

【００６２】なお、各サンプルについて上記28本のボン
ディングワイヤ５の残りの20本については、上記28本と
比較してループの最高位置が70μｍ低くなるように結線
した。

【００６３】次に、各サンプルについて、基体１の枠体
１ｃの上面全周に紫外線硬化性の樹脂６を塗布した。次
に、紫外線を遮断する厚さ2.0μｍの光学膜が下面に被
着されたガラスから成る透光性蓋体７を、上記28本のボ
ンディングワイヤ５のループの最高位置で支持するよう
に設置した。その後、透光性蓋体７の横方向から樹脂層
６に紫外線を照射し、紫外線が効果的に照射される部位
を硬化させ、基体１と透光性蓋体７を固定した。このと
き、各サンプルの樹脂層６の厚みは表４に示すように種
々の値としてある。

【００６４】次に、紫外線が十分に照射されずに完全硬
化しなかった枠体１ｃ内面付近の樹脂層６の部位を加熱
硬化させることで、樹脂層６を完全に硬化させた。

【００６５】そして、完成した各サンプルについて、半
導体素子２と透光性蓋体７の平行度が保持されているか
を確認した。その結果を表４に示す。

【００６６】

【表４】

【００６７】表４より、サンプルＮｏ．33〜41について
は全く問題なかったが、Ｎｏ．31については、透光性蓋
体７とボンディングワイヤ５のループの最高位置との間
に隙間が生じるているものが８個発生した。また、Ｎ
ｏ．32についても、透光性蓋体７とボンディングワイヤ
５のループの最高位置との間に隙間が生じているものが
２個発生した。すなわち、Ｎｏ．31，32については、樹
脂層６の厚みが薄いため、紫外線の透過性が悪く、紫外
線を照射した時点での基体１と透光性蓋体７との固定が
不十分であったため、その後の加熱を行った際に、光半
導体装置の内部の空気の熱膨張により透光性蓋体７が膨
張した空気に押し上げられ、透光性蓋体７とボンディン
グワイヤ５のループの最高位置との間に隙間が生じた。
その結果、光半導体素子２と透光性蓋体７の平行度が保
持されない状態となった。

【００６８】次に、Ｎｏ．33〜41について耐湿性試験を
行った。まず、125度で24時間のベーキングを行い、温
度60度かつ湿度90％の高温高湿環境下に500時間放置し
た後に、温度25度かつ湿度50％の環境下で、透光性蓋体
７の内側もしくは光半導体素子２の受光部２ａの曇り
（結露）を確認した。その結果、Ｎｏ．33〜38では全く
問題なかったが、Ｎｏ．39では20個中１個、Ｎｏ．40で
は20個中１個、Ｎｏ．41では20個中２個のサンプルにつ
いて、透光性蓋体７の内側に曇りが確認された。

【００６９】よって、樹脂層の厚みが50〜100μｍであ
るＮｏ．33〜38では、光半導体素子２と透光性蓋体７と
の平行度が保持され、かつ耐湿性が向上していることが
わかった。

【００７０】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であれ
ば種々の変更は可能である。

【００７１】

【発明の効果】本発明の光半導体装置は、上側主面に凹
部が形成されているとともに上側主面の凹部の周囲また
は凹部の底面の外周部に４つ以上の電極パッドが形成さ
れた基体と、凹部の底面に載置され、上面の中央部に受
光部が設けられているとともに外周部に４つ以上の電極
が形成された光半導体素子と、電極とそれに対応する電
極パッドとを電気的に接続した４本以上のボンディング
ワイヤと、上側主面の凹部の周囲の略全周に設けられた
樹脂層と、樹脂層の上部で接着されて半導体素子を封止
する透光性蓋体とを具備し、ボンディングワイヤは、３
本以上の最高位置が他より高くなっているとともに略同
じ高さになっており、最高位置の部位が透光性蓋体の下
面に当接していることにより、これら３本以上のボンデ
ィングワイヤによって透光性蓋体下面を光半導体素子の
受光部の上面に対して平行になるように支持することが
できる。従って、光半導体装置の各構成部材の寸法公差
や反り等の影響を受けずに、光半導体素子と透光性蓋体
との平行精度を保持できる。

【００７２】本発明の光半導体装置は、好ましくは、透
光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線を遮断する
光学膜が被着されており、樹脂層は厚さ100〜250μｍの
紫外線硬化性の樹脂から成ることにより、３本以上のボ
ンディングワイヤによって光半導体素子と透光性蓋体と
の平行度が保持されているため、基体と透光性蓋体を接
合する樹脂層の厚みを、樹脂層内の紫外線透過性が良好
な厚みである100μｍ以上の厚みとすることが可能とな
る。即ち、樹脂層内の紫外線透過性を良好にできるため
樹脂層の硬化が十分になり気密性が向上し、また光半導
体装置の内部に水分が侵入するのを抑制して内部に曇り
等が発生するのを防ぐことができる。また、光半導体素
子と透光性蓋体とを平行にするための支持部材や突起等
が一切不要であるため、光半導体装置を小型軽量化する
ことができる。

【００７３】また本発明の光半導体装置は、好ましく
は、透光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線を遮
断する光学膜が被着されており、樹脂層は厚さが150〜3
00μｍとされ幅が基体の上側主面の上記幅の方向の長さ
の20〜25％とされた紫外線硬化性の樹脂から成ることに
より、３本以上のボンディングワイヤによって光半導体
素子と透光性蓋体との平行度が保持されているため、基
体と透光性蓋体を接合する樹脂層の厚みを、樹脂層内の
紫外線透過性が良好な厚みである100μｍ以上の厚みと
することが可能となる。即ち、樹脂層内の紫外線透過性
を良好にできるため樹脂層の硬化が十分になり気密性が
向上し、また光半導体装置の内部に水分が侵入するのを
抑制して内部に曇り等が発生するのを防ぐことができ
る。また、樹脂層は、厚さが150〜300μｍとされ幅が基
体の上側主面の上記幅の方向の長さの20〜25％とされた
紫外線硬化性の樹脂から成ることから、後工程や二次実
装時の半田リフロー等において高温加熱された場合に生
じる、基体と透光性蓋体との熱膨張係数差による歪みや
変形を樹脂層が吸収しやすくなり、気密性が維持され
る。従って、光半導体装置の耐熱信頼性が大幅に向上す
る。

【００７４】また本発明の光半導体装置は、好ましく
は、透光性蓋体は上下面の少なくとも一方に紫外線を遮
断する光学膜が被着されており、樹脂層は厚さ50〜100
μｍの紫外線硬化性かつ熱硬化性の樹脂から成ることに
より、透光性蓋体の横方向（水平方向）から樹脂層に紫
外線を照射し、紫外線が効果的に照射された部位を硬化
させて基体と透光性蓋体を十分に固定した後に、上記紫
外線が十分に照射されずに完全硬化しなかった枠体内面
付近の樹脂層の部位を加熱硬化させることができる。こ
れにより、透光性蓋体の下面と光半導体素子の受光部の
上面の平行状態を保ったまま樹脂層を完全に硬化させる
ことができるとともに、樹脂層の厚みを水分が侵入しに
くい50〜100μｍとすることができる。従って、光半導
体装置の各構成部材の寸法公差や反り等の影響を受けず
に、３本以上のボンディングワイヤによって光半導体素
子と透光性蓋体との平行度を保持できるとともに、光半
導体装置の耐湿性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】図１の光半導体装置の平面図である。

【図３】本発明の光半導体装置について実施の形態の他
の例を示す断面図である。

【図４】図３の光半導体装置の平面図である。

【図５】本発明の光半導体装置について実施の形態の他
の例を示す断面図である。

【図６】図５の光半導体装置の平面図である。

【図７】従来の光半導体装置の例の断面図である。

【符号の説明】

１：基体１ａ：凹部１ｂ：底面１ｃ：枠体２：光半導体素子３：電極４：電極パッド５：ボンディングワイヤ６：樹脂層７：透光性蓋体

フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA06 AA10 AB01 BA03 BA10 CA02 FA06 FA08 GC20 HA02 HA05 HA10 HA11 HA14 HA25 HA30 5C024 CY48 CY49 EX22 EX24 EX25 5F044 AA07 JJ03 5F088 AA01 BA11 BA15 BA20 BB02 BB03 JA03 JA05 JA10 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上側主面に凹部が形成されているととも
に前記上側主面の前記凹部の周囲または前記凹部の底面
の外周部に４つ以上の電極パッドが形成された基体と、
前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設
けられているとともに外周部に４つ以上の電極が形成さ
れた光半導体素子と、前記電極とそれに対応する前記電
極パッドとを電気的に接続した４本以上のボンディング
ワイヤと、前記上側主面の前記凹部の周囲の略全周に設
けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光
半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体
装置であって、前記ボンディングワイヤは、３本以上の
最高位置が他より高くなっているとともに略同じ高さに
なっており、前記最高位置の部位が前記透光性蓋体の下
面に当接していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一
方に紫外線を遮断する光学膜が被着されており、前記樹
脂層は厚さ１００乃至２５０μｍの紫外線硬化性の樹脂
から成ることを特徴とする請求項１記載の光半導体装
置。
【請求項３】前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一
方に紫外線を遮断する光学膜が被着されており、前記樹
脂層は厚さが１５０乃至３００μｍとされ幅が前記基体
の上側主面の前記幅の方向の長さの２０乃至２５％とさ
れた紫外線硬化性の樹脂から成ることを特徴とする請求
項１記載の光半導体装置。
【請求項４】前記透光性蓋体は上下面の少なくとも一
方に紫外線を遮断する光学膜が被着されており、前記樹
脂層は厚さ５０乃至１００μｍの紫外線硬化性かつ熱硬
化性の樹脂から成ることを特徴とする請求項１記載の光
半導体装置。