JP2012238812A - 受光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】遮光機能と光フィルタ機能を備えた品質・信頼性の高い受光デバイス用ガラスパッケージ１を提供する。
【解決手段】表面に窪み６を形成し、底面部に内部配線電極８と貫通電極９と外部電極１０を備え、ボンディングワイヤー５を介して受光素子４を実装している遮光機能を付加した黒色系ガラス基板２と、光フィルタ機能を付加した平板ガラス基板３を陽極接合により接合したパッケージ構成により、品質・信頼性の高いガラスパッケージ１を実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス材料を用いたパッケージに、受光素子を実装した受光デバイスに関する。
近年、ガラスパッケージを使用した電子部品が実用化されている。ガラス材料は気密性が高いので外部から浸入する水分や汚染物質を防ぐことができ、半導体素子のシリコン基板と熱膨張係数が近似するので半導体素子を実装したときの実装面や接合面の信頼性が高い。更にガラス材料は安価であることから、製品のコスト上昇を抑制することができる。
図４に、従来の受光素子用透明樹脂封止型半導体装置５の断面構成を、図５に表平面図を模式的に示す。受光素子などの半導体チップをトランスファ成形法でモールドした透明樹脂パッケージに封止して成る半導体装置であって、樹脂パッケージにおける半導体チップと対面する透光窓部を鏡面、該透光窓部を除くパッケージ上下面を梨地面とするとともに、パッケージ側面を抜き勾配のテーパをつけた鏡面と成したことを特徴とする透明樹脂封止半導体装置（例えば、特許文献１を参照）である。
図４において、１は受光素子としての半導体チップ、２は半導体チップ１をマウントした金属リードフレームのダイパッド、３はリードフレームの外部リード、４はボンディングワイヤー、５は透明樹脂パッケージである。
特許文献１では、透明樹脂パッケージ５は、図４において半導体チップ１の受光面と対面する透光窓部５ａの領域は鏡面であって、正規の光は半導体チップの受光面に入射されるのに対し、該透光窓部５ａ以外のパッケージ表面に入射した周囲からの光は、梨地面５ｂで殆んどが乱反射される。また、当該半導体装置をシステム製品に組み込む場合に、設計面で側方から余分な遠光が入光するのを阻止するような遮光構造とするのが一般的である。
特許文献１では、透明樹脂パッケージの構成材料であるエポキシ樹脂は、樹脂パッケージとしての透明度を維持するために通常の補強材を添加しないで使用しているため、高温で強度が不足する。このため、離型過程での外部応力による剥離などによる品質・歩留まりの低下を防止するため、パッケージ側面を抜き勾配のテーパ付きの鏡面５ｃと成して構成する。
特開平２−１００３７４号公報
特許文献１では、半導体チップ１の受光面対面する透光窓部５ａの鏡面部から入射される正規の光はそのまま透明樹脂５を通して半導体チップ１の受光面に入射される、特に光のフィルタ機能はない。また、該透光窓部５ａ以外のパッケージ表面に入射した周囲からの光は、梨地面５ｂでほとんどが乱反射により散乱し半導体チップ１にほとんど到達できない。更に、側方からの余分な遠光については、当該半導体装置が組み込まれるシステムの遮光構造の設計に依存している。
また、特許文献１では、透明樹脂パッケージの構成材料であるエポキシ樹脂は、補強材を添加しないで使用しているため、高温で強度が不足する。更には、金属リードフレームの外部リード３とエポキシ樹脂との線膨張係数の違いにより、その界面の密着性の低下から剥離を発生させ、品質・歩留まり及び信頼性の低下を招く。
本発明は、光フィルタ機能と遮光機能を備えたガラスを用いて、品質・信頼性の高い受光デバイス用パッケージ構造を提供することを目的とする。
本発明の受光デバイスは、表面に窪みが形成されたガラス基板と、その窪み底部に形成された貫通電極と、前記基板上に実装され、前記貫通電極と電気的に接続された受光素子と、前記ガラス基板と接合される平板ガラス基板を備える。
また、貫通電極は前記表面に窪みが形成されたガラス基板の受光素子実装面の反対側に形成された外部電極と電気的に導通される。
また、前記表面に窪みが形成されたガラス基板は、透過率５％以下の遮光性を持つ黒色または類似した濃色を呈する。
また、遮光性を持つ黒色または類似した濃色を呈するガラス基板は、ガラス材に顔料を５〜１０％程度添加することにより得られる。
また、前記表面に窪みが形成されたガラス基板と接合される平板ガラス基板は、光フィルタ機能を有する。
また、その光フィルタ機能は、実装される受光素子の用途により異なるが、例えば照度センサの場合、紫外領域の波長や赤外領域の波長を除去し、人間の視感度特性に合せるための成膜層を備える。
また、その成膜層は、例えば金属酸化膜による多層膜を形成することにより機能を付加することができる。
また、リン酸塩系のガラスを用いたり、ガラス材に顔料を添加することにより、ガラス自体に特定波長のカット機能を付加することができる。
本発明の受光デバイスは、遮光機能を持つ前記表面に窪みが形成されたガラス基板と、光フィルタ機能を持つ前記平板ガラス基板を接合することより、ガラスパッケージとして構成される。
そのガラスパッケージは、前記のそれぞれの機能を持ったガラス基板の構成から、受光素子に必要な入射光のみを安定的に確実に受光することができる。
また、ガラス材料で構成されているため、耐熱性も高く、気密性も高い。また、材料違いによる線膨張係数の違いもないため、界面剥離などの問題も無く、品質・歩留まり及び信頼性の高い受光デバイス用パッケージを提供することができる。
本発明の実施形態に係る受光デバイスの模式的な縦断面図である。 本発明の実施形態に係る受光デバイスの模式的な表平面図である。 本発明の実施形態に係る受光デバイスの模式的な裏平面図である。 従来公知の受光素子用透明樹脂封止型半導体装置の模式的な縦断面図である。 従来公知の受光素子用透明樹脂封止型半導体装置の模式的な表平面図である。
本発明の受光デバイスは、表面に窪みが形成されたガラス基板の底面部に受光素子が実装されている。受光素子の電極からワイヤーボンディングを介してガラス基板底面部にある内部配線電極へ導通している。ガラス基板窪みの底面部からガラス基板の裏面へ露出する貫通電極部を有している。内部配線電極は、この貫通電極部を介して、ガラス基板の裏面にある外部電極へ導通する構成である。
さらに、この窪みが形成されたガラス基板は、黒色または類似した濃色を呈する。具体的には、３００〜１０００ｎｍの光の透過率が５％以下が望ましい。これにより、当該パッケージの下面及び側面から入射する受光素子に不要な光を確実に遮断することができる。
また、前記窪みが形成されたガラス基板と接合される平板ガラス基板は、光フィルタ機能を有する。これにより、受光素子に不要な光は遮断し、必要な入射光のみを安定的に確実に受光することができる。
前記光フィルタ機能を有するガラス基板は、金属酸化膜の多層膜を有するガラスであること、またはガラス自体がフィルタ機能を有するガラス基板材料であることを特徴とする。
前記窪みが形成されたガラス基板と、光フィルタ機能を有する平板ガラス基板は陽極接合により貼合され接合される。
これにより、窪みが形成されたガラス基板と、それと接合される光フィルタ機能を有する平板ガラス基板は、同じガラス材のため線膨張係数の差異がない。また、ガラス材のため耐熱性も高く、気密性も高い。さらに、実装される受光素子とガラス材の線膨張係数の差異は２〜６×１０-6／Ｋ以内と小さくでき、線膨張係数の違いによる応力発生や界面剥離などの問題もない。
よって、品質・歩留まり及び信頼性の高い受光デバイス用パッケージを実現できる。
以下、本発明の受光デバイスの実施例を、図面を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例の受光デバイス１を図１に基づいて説明する。図１は受光デバイス１の模式的な断面図であり、図２、図３の部分ＸＸの模式的な縦断面図である、図２は、受光デバイス１の模式的な表平面図である。図３は、受光デバイス１の模式的な裏平面図である。
図１に示すように、受光デバイス１は、表面に窪み６が形成されたガラス基板２と、ガラス基板２底面部に受光素子４が実装されている。受光素子の電極からボンディングワイヤー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介してガラス基板２底面部にある内部配線電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄへ導通している。ガラス基板２の底面部からガラス基板の裏面へ露出する貫通電極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを有している。内部配線電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、この貫通電極部を９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ介して、ガラス基板の裏面にある外部電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへ導通する構成となる。
外部電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、受光デバイス１のパッケージ電極端子として機能する。
この構成により、外部電極端子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの電圧印加端子に電力を供給すれば、貫通電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、内部配線電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、ボンディングワイヤー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介して受光素子４に電力が供給され、その機能を動作することができる。
ここでいう内部配線電極、貫通電極、外部電極は、銀（Ａｇ）ペーストや銅（Ｃｕ）ペースト、ナノ銀（Ａｇ）ペースト、ナノ銀（Ａｇ）インク等を用い、印刷法やインクジェット塗布法により作製することができる。
また、ボンディングワイヤーは、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）ワイヤーを用いる。
ガラス基板２と平板ガラス基板３とは陽極接合により接合するので、外部に対して気密性が保持されている。接合部７は、ガラス基板２と平板ガラス基板３のどちらか一方に、アルミ（Ａｌ）またはシリコン（Ｓｉ）を５００〜１００００Å程度の膜厚で成膜する。条件は、ある一定時間の間、温度１５０〜３００℃の雰囲気で電圧を３００〜１０００Ｖ印加することにより接合することができる。ここで、ガラス基板２および平板ガラス基板３にはソーダ石灰ガラスやホウ珪酸ガラス等を使用することができる。
ガラス基板２には、ガラス材に顔料として鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属酸化物を添加し遮光機能を付加することができる。
ガラス基板３には、以下のような方法で光フィルタ機能を付加することができる。
例えば、ガラス基板３の表面３ａ、裏面３ｂそれぞれに、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の金属酸化膜を、膜厚５０〜２００ｎｍで交互に２０〜５０層の多層に成膜することにより、視感度補正に近いフィルタ効果を有するガラス基板材３を使用することができる。
また、例えばリン酸塩系ガラスを用いたり、ガラス材に酸化銅などの顔料を添加することにより、ガラス自体で特定波長のカットを可能にした光フィルタ機能を付加したガラス基板材３を使用することができる。
従来の受光素子用透明樹脂封止型半導体装置の構成材の線膨張係数は、例えば、Ｃｕリードフレーム１６．５〜１７．５×１０-6／Ｋ、エポキシ透明樹脂１２．０〜２０．０×１０-6／Ｋ、半導体素子であるＩＣチップ２．６〜３．５×１０-6／Ｋ程度であり、それぞれの材質の線膨張係数の差異による界面の密着性低下により剥離発生の問題がある。それに対し、ガラス基板材２、ガラス基板材３に使うソーダ石灰ガラスおよびほう珪酸ガラスは、それぞれ線膨張係数は８．５×１０-6／Ｋ、５．２×１０-6／Ｋ程度であり、ＩＣチップ２．６〜３．５×１０-6／Ｋとの線膨張係数の差異は、２．３〜５．９×１０-6／Ｋと小さく、品質・歩留まり及び信頼性の高いパッケージを実現できる。
１ 受光デバイス
２ ガラス基板
３ 光フィルタ機能付き平板ガラス基板
４ 受光素子
５ ワイヤー
６ 窪み
７ 接合部
８ 内部配線電極
９ 貫通電極
１０ 外部電極

Claims (7)

  1. 窪みを有するガラス基板と、
    前記窪みの底面に形成された複数の配線電極と、
    前記底面に実装され、前記配線電極と導通する受光素子と、
    前記ガラス基板の底面から裏面へ露出する複数の貫通電極と、
    前記裏面に形成され、前記貫通電極と導通する複数の外部電極と、
    前記窪みを覆うように前記ガラス基板と貼り合わされる平板ガラス基板と、
    からなる受光デバイスにおいて、
    前記平板ガラス基板は、光フィルタ機能を有することを特徴とする受光デバイス。
  2. 前記窪みを有するガラス基板は、遮光性機能を有していることを特徴とする請求項１記載の受光デバイス。
  3. 前記窪みを有するガラス基板は、黒色または濃色を呈するガラスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光デバイス。
  4. 前記窪みを有するガラス基板は、波長３００〜１０００ｎｍの透過率が５％以下であることを特徴とする請求項３記載の受光デバイス。
  5. 前記平板ガラス基板は、金属酸化膜の多層膜を有するガラスであることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の受光デバイス。
  6. 前記平板ガラス基板は、ガラス自体が光フィルタ機能を有することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の受光デバイス。
  7. 前記窪みを有するガラス基板と前記平板ガラス基板とは、陽極接合で接合されていることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の受光デバイス。
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