JP2018174267A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば赤外線デバイス等の光デバイスに関し、より詳細には、樹脂モールドパッケージで封止構造を有する光センサ若しくは発光デバイスのような光デバイスに関する。 The present invention relates to an optical device such as an infrared device, and more particularly to an optical device such as an optical sensor or a light emitting device having a sealing structure in a resin mold package.
近年高発光効率の発光素子及び高SNRを持つ受光素子が様々なニーズに答えるために開発されてきている。これらのデバイスを複合した高度なセンサモジュールも開発されてきている。その一例としてはNDIR(Non-dispersive infrared)方式を用いたガスセンサがある。これまでのNDIR方式のガスセンサはタングステンランプを赤外線の光源、サーモパイルを受光部として用いられてきた。 In recent years, light emitting devices with high luminous efficiency and light receiving devices with high SNR have been developed to meet various needs. Advanced sensor modules that combine these devices have also been developed. One example is a gas sensor using a NDIR (Non-dispersive infrared) system. Conventional NDIR type gas sensors have used a tungsten lamp as an infrared light source and a thermopile as a light receiving portion.
しかし、小型化及び低消費電力化を実現するために、光源としてLED(Light Emitting Diode)、受光部として量子型の赤外線センサという構成が今後のNDIR方式のガスセンサの標準構造になりつつある。受光部の高感度化・高SNR化と発光部の高発光効率化は例えばIII−V族のナローギャップ化合物半導体材料を利用して実現できる。量子型の赤外線センサ及びLEDといった光デバイスはガスセンサモジュールの飛躍的な低消費電力化が実現できる点から特に注目を集めている。これらの光デバイスのもう一つの大きな特長は樹脂モールドで封止できるという点である。発光部及び受光部の小型化は容易にできると共に、それぞれの性能を改善(LEDの高発光効率化及び受光部の高SNR化)することによって、これらのデバイスを利用するガスセンサの高分解能・高SNR化が実現できる。 However, in order to realize miniaturization and low power consumption, a configuration of an LED (Light Emitting Diode) as a light source and a quantum infrared sensor as a light receiving portion is becoming a standard structure of a future NDIR gas sensor. High sensitivity and high SNR of the light receiving part and high luminous efficiency of the light emitting part can be realized by using, for example, a III-V group narrow gap compound semiconductor material. Optical devices such as quantum-type infrared sensors and LEDs have attracted particular attention because they can achieve a dramatic reduction in power consumption of gas sensor modules. Another major feature of these optical devices is that they can be sealed with a resin mold. The light emitting part and the light receiving part can be easily downsized, and the performance of each (improving the light emission efficiency of the LED and increasing the SNR of the light receiving part) improves the high resolution and high performance of gas sensors that use these devices. SNR can be realized.
発光部と受光部の高性能化に加えて、今後のNDIR方式のガスセンサには長期的な安定性が求められる。長期的な安定性という観点において、具体的な課題としては応力や熱による信号ドリフトが懸念される。
デバイスの低応力化を図ったパッケージ構造の一例としては特許文献1に開示されている。
In addition to higher performance of the light emitting part and the light receiving part, long-term stability is required for future NDIR type gas sensors. From the viewpoint of long-term stability, there are concerns about signal drift due to stress and heat as specific problems.
An example of a package structure for reducing the stress of a device is disclosed in
しかしながら、上述のような光デバイスの封止モールドパッケージに於いて、モールドに使われる樹脂の吸湿や熱による応力は光デバイス(量子型赤外線センサ、LED)の発光量の変動や受光感度の変動に影響を及ぼす可能性がある。特に、仕様によってppbオーダーの分解能を要求するガスセンサの場合、光信号レベルが外乱の影響によって、僅かに変化した場合でも、ガス濃度の測定結果には大きな誤差が生じる。
特許文献1で開示されている発明は、このような課題を解決しようとしているが、受光部へもしくは発光部からの光取り出しを、受光部もしくは発光部が形成される基板から行う必要があるため、特許文献1で開示されている発明では実現できない。
However, in the sealed mold package of the optical device as described above, the moisture due to the resin used in the mold and the stress due to heat cause fluctuations in the amount of light emitted from the optical device (quantum type infrared sensor, LED) and fluctuations in the light receiving sensitivity. May have an effect. In particular, in the case of a gas sensor that requires a resolution of the order of ppb depending on the specifications, a large error occurs in the measurement result of the gas concentration even if the optical signal level slightly changes due to the influence of disturbance.
The invention disclosed in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、封止モールド起因の応力の影響を大幅に抑えることで高品質な赤外線デバイスを得ることにある。 This invention is made | formed in view of such a problem, The place made into the objective is to obtain a high quality infrared device by restraining the influence of the stress resulting from a sealing mold significantly.
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の発明により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、上記目的を達成するために、本発明の一態様による光デバイスは、第1基板と、
上記第1基板上に形成され、赤外線を受光可能または発光可能な活性部と、
上記活性部上に、接着部を介して設置された第2基板と、
上記第1基板及び上記第2基板の少なくとも一部を封止するモールド樹脂と、
を備え、
上記第1基板及び上記第2基板の少なくとも一方は、上記モールド樹脂から露出しかつ上記活性部が受光可能または発光可能な赤外線に対して透光性を有することを特徴とする。
As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present invention has found that the above problems can be solved by the following invention, and has completed the present invention.
The present invention was made to achieve such an object. To achieve the above object, an optical device according to an aspect of the present invention includes a first substrate,
An active part formed on the first substrate and capable of receiving or emitting infrared rays;
A second substrate installed on the active part via an adhesive part;
A mold resin for sealing at least a part of the first substrate and the second substrate;
With
At least one of the first substrate and the second substrate is exposed from the mold resin and has a light-transmitting property with respect to infrared light that the active part can receive or emit.
本発明の一態様によれば、封止モールド起因の応力の影響を大幅に抑え、高品質な光デバイスを得ることができる。 According to one embodiment of the present invention, the influence of stress due to a sealing mold can be significantly suppressed, and a high-quality optical device can be obtained.
以下、実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments. However, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明に係る光デバイスの第1実施形態を説明するための断面構成図である。また、図2は、図1における第1基板と活性部との一例の断面構成図である。また、図3は、図2における半導体積層部の一例の断面構成図である。
図1に示すように、本実施形態の光デバイスは、第1基板1と、赤外線を受光可能または発光可能な活性部3と、接着部4を介して設置された第2基板2とがこの順で積層され、第1基板1及び第2基板2の少なくとも一部を封止するモールド樹脂6を備える。第1基板1と活性部3とにより、光電変換素子(受光機能及び発光機能を有する素子)が構成される。本実施形態の光デバイスは、基本的に、第1基板1と、活性部3と、接着部4と、第2基板2とがこの順で積層されていればよく、各構成要素間には必要に応じて所定の部材や層状体が設けられてもよい。
そして、第1基板1及び第2基板2の少なくとも一方は、モールド樹脂6から露出しかつ活性部3が受光可能または発光可能な赤外線に対して透光性を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram for explaining a first embodiment of an optical device according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of an example of the first substrate and the active portion in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of an example of the semiconductor stacked portion in FIG.
As shown in FIG. 1, the optical device of the present embodiment includes a
At least one of the
以下、本実施形態の各構成要素について順次説明する。
<第1基板>
第1基板1は、半導体を含む材料を有する基板又は絶縁性基板のいずれであってもよい。第1基板1(以下、半導体基板1ということがある)は、半導体積層部31を形成するときに高い品質の積層ができるように選定される。具体的な例としてはSiやGaAsやサファイヤ等が挙げられる。また、光の取り出し口が第1基板1の場合、波長に対して、高い透過率(例えば30%以上)を有する必要がある。例えば、半導体積層部31は、In、Sb、As、Al等を含むナローギャップ半導体材料(例えばAlInSb)を含んでなる場合、第1基板1は、半絶縁性GaAsであってもよい。この場合、高品質の結晶性成長が可能となり、且つ、波長数μmの光に対して高い透過率を有するため、好ましい。
Hereinafter, each component of this embodiment is demonstrated sequentially.
<First substrate>
The
<活性部>
第1基板1上に設けられる活性部3は、図2に示すように、半導体積層部31、絶縁層32、及び配線層33を有する。
また、図3で示すように、半導体積層部31は、第1導電型半導体層311、第1バリア層312、活性層313、第2バリア層314、及び第2導電型半導体層315を有する。本実施形態の光デバイスに設けられる活性部3は、ここで示した積層構造に限らず、ガスセンサに必要な波長を発光または受光する構造であれば、積層構造(材料、層数を含む)は特に限定されない。
<Active part>
The
As shown in FIG. 3, the semiconductor stacked
また、光の出入り口は、第1基板1の半導体積層部31が形成されている側でもよく、その反対側でもよいが、配線層33による遮光の影響は無いため、発光効率及び受光感度の観点から第1基板1の反対側が好ましい場合がある。この場合、第1基板1が発光・受光される光の波長に対して高い透過率(例えば30%以上)を有することが好ましい。更に光デバイスの活性部3と外界との光伝搬効率を高めるため、透過率を40%もしくは50%以上にすると更に好ましい。
Further, the light entrance / exit may be on the side of the
[半導体積層部]
半導体積層部31は第1導電型半導体層311、第1バリア層312、活性層313、第2バリア層314、第2導電型半導体層315を備え、光を発光、もしくは受光する部材である。
具体的な例として、第1導電型半導体層311はn型半導体、活性層313は真正半導体、第2導電型半導体層315はp型半導体といった、PIN構造であってもよい。この場合、発光効率を高めるために、第1導電型半導体層311へのホールの拡散を抑制するための第1バリア層312と、第2導電型半導体層315への電子の拡散を抑制するための第2バリア層314とを形成してもよい。半導体積層部31は、赤外線に対して感度もしくは発光機能を有する公知の物質を適用することが可能であり、例えば、InSb等のIn及びSbを含む半導体層を適用することが出来る。
活性部3は図2で示すように、2段のメサ構造となっている。この2段のメサ構造はフォトリソグラフィーとエッチングにより形成できる。エッチング方法は、ウェットエッチングやドライエッチングを用いればよい。
[Semiconductor stacking part]
The semiconductor stacked
As a specific example, the first
The
[配線層]
活性部3は、多数のPIN構造を有し、これらのPIN構造が互いに接続されていてもよい。例えば、図2で示すように直列に接続されていてもよい。この場合、配線層33はこの電気的接続を実現する役割を持つ。配線層33はAu、Ti、Pt等で形成された積層構造であってもよい。
[Wiring layer]
The
[絶縁層]
絶縁層33の材料としては、絶縁性を有し、物理的/化学的ダメージを低減し得るものであればよく、例えば、SiO2やSiN及びそれらの積層体を適用することが出来る。
[Insulation layer]
Any material can be used for the insulating
<第2基板>
第2基板2(以下、チップ2ということがある)は、接着部4によって第1基板1の活性部3側に接合される。
樹脂モールド6は、第1基板1の一部と第2基板2の一部と端子部5とを互いに固定することによって、第1基板1、第2基板2、端子部5のそれぞれ一部を剥き出しに(露出)しながら、機械的強度が保たれる。実施形態によっては、第1基板1を剥き出しにしない(図6を参照)もしくは第2基板2を剥き出しにしない構造(図4)も適用される。
<Second substrate>
The second substrate 2 (hereinafter sometimes referred to as the chip 2) is bonded to the
The
図4で示す第2実施形態では光の入射・出射は第1基板1の活性部3が形成されていない面側のみとなる。一方、図6で示す第4実施形態では光の入射・出射は第2基板2の剥き出し領域となる。ここでは「基板の剥き出し領域」という表現を利用したが、その意味はあくまでも光学的に剥き出しという意味で、所定の波長の光を透過する第1界面部71や第2界面部72を設けてもよい。これらの界面部を設けることによって、光の全波長や波長の一部を制御(透過率のコントロール)が可能となるので、好ましい場合がある。第1界面部71及び第2界面部72の他の役割としては第1基板1及び第2基板2の化学的、物理的な保護がある。
In the second embodiment shown in FIG. 4, light is incident / exited only on the side of the
第2基板2は、下記の4つの役割の少なくともひとつ、もしくはその組み合わせを持ってもよい。
(1)光デバイスの機械的強度向上/応力緩和
第2基板2を、接着部4を介して第1基板1に接着することによって、周囲にある樹脂の応力が緩和できる。第2基板2と第1基板1の寸法、接着部4の厚みは第1基板1と第2基板2とのそれぞれの材質によって最適化する必要がある。
応力緩和効果を十分に得るために必要な第2基板2のヤング率は70MPa以上である。また、第2基板2の具体的な材料としては、例えばSi、GaAs、アルミナ、サファイヤ、石英ガラスなどが挙げられる。
The
(1) Improvement of mechanical strength of optical device / relaxation of stress By adhering the
The Young's modulus of the
(2)放熱効果
第2基板2の放熱は、特に発熱のしやすい発光の光デバイスにその効果が発揮できる。
この放熱効果を実現するため、第2基板2の熱伝導率が5W/(mK)以上である必要はある。このような場合の第2基板2の具体的な材料としてはCuなどが挙げられる。
(2) Heat radiation effect The heat radiation of the
In order to realize this heat dissipation effect, the thermal conductivity of the
(3)導光効果
光の出入り口を第2基板2に設けた場合、この第2基板2が光デバイスの外界から活性部3へ光を導き、もしくは、活性部3から光デバイスの外界へ光を導くことができる。この場合、第2基板2の透過率は取り扱う波長帯に於いて、高い透過率(例えば30%以上)であることが望ましい。
(3) Light guiding effect When the light entrance / exit is provided in the
(4)電磁シールド、磁気シールド効果
第2基板2の電磁シールド若しくは電磁シールド機能は、第2基板2に適切な材質を利用することによって実現可能となる。例えば、第2基板2の材料として、Cuのような電気導電性の高い材料を利用することによって電磁シールドが実現可能で、Feやフェライトのような誘磁率の高い材料を利用することによって磁気シールドが可能となる。
上記電磁シールド機能は、外乱電磁波ノイズの多い環境で利用される受光機能をもつ光デバイス(光センサなど)、もしくは、外乱電磁波を抑えたい発光機能を持つ光デバイス(LEDなど)に特にその効果が発揮できる。
また、上記磁気シールド機能は、外乱磁場ノイズの多い環境で利用される受光機能をもつ光デバイス(光センサなど)、もしくは、外乱磁気ノイズを抑えたい発光機能を持つ光デバイス(LEDなど)に特にその効果が発揮できる。
すなわち、受光機能を持つ光デバイスでは高いSNRが実現でき、発光機能をもつ光デバイスでは低い外乱ノイズ発生が実現できる。
この効果を高めるため、第2基板2の導電率が8×103S/mであってもよい。
(4) Electromagnetic shielding and magnetic shielding effect The electromagnetic shielding or electromagnetic shielding function of the
The above-mentioned electromagnetic shielding function is particularly effective for an optical device (such as an optical sensor) having a light receiving function that is used in an environment with a lot of disturbance electromagnetic noise, or an optical device (such as an LED) having a light emitting function for suppressing disturbance electromagnetic waves. Can demonstrate.
The magnetic shield function is particularly suitable for optical devices (such as optical sensors) having a light receiving function that are used in an environment with a lot of disturbance magnetic field noise, or optical devices (such as LEDs) having a light emitting function for suppressing disturbance magnetic noise. The effect can be demonstrated.
That is, an optical device having a light receiving function can realize high SNR, and an optical device having a light emitting function can realize low disturbance noise generation.
In order to enhance this effect, the conductivity of the
(5)光反射効果
この機能は特に光の出入り口が第1基板1の場合に該当する。
受光機能を持つ光デバイスの場合、第1基板1から入射した光の内、活性部3に吸収されなかった光が第2基板2に反射し、再び活性部3に戻るように設計させる。これによって、光デバイスの感度が高められる。
発光機能を持つ光デバイスの場合、活性部3からの光の内、第2基板2側へ出た光が第2基板2の表面で第1基板1側へ反射されるため、光デバイスの発光効率が高められる。
これらの反射効果が発揮できるように、接着部4の透過率が高い方が好ましい。接着部4の透過率としては、例えば30%以上である。
第2基板2の材料の具体的な例としては、Si、GaAs、サファイヤ、アルミナ、石英ガラス、フェライト、銅、アルミニウム等、若しくはこれらの材料を含む混合材料が挙げられる。
(5) Light Reflection Effect This function is applicable particularly when the light entrance / exit is the
In the case of an optical device having a light receiving function, the light that has not been absorbed by the
In the case of an optical device having a light emitting function, light emitted from the
It is preferable that the transmittance of the
Specific examples of the material of the
<接着部>
接着部4は、第1基板1の活性部3側と、第2基板2とを接合する部材である。
接着部4を形成する材料としては、量産しやすいことから、シリコーンやポリイミドを含む材料でもよい。
また、接着部4は、用途によっては、取り扱う波長に対して透明(透過率は30%以上)であることが好ましい。接着部4を構成する材料のうち、透明な材料としては、例えば、シリコーン樹脂(例えば、旭化成ワッカーシリコーン社製SEMICOSIL 989/1K)が挙げられる。
<Adhesive part>
The
As a material for forming the
Moreover, it is preferable that the
<端子部>
端子部5は、電気的接続機能及び組み立て時の支持部という役割をもつ。そのため、端子部5は、光デバイスの上下面にそれぞれ上端部及び下端部を露出して配置されている。組み立て時の支持部としての役割については図9(A)を参照して後述する。
ここで、上記電気的接続とは、活性部3と外界回路との電気的接続をいう。光デバイス内の電気的接続は、ワイヤボンディング工程によって設けられたワイヤー8によって行われる。ワイヤー8は、端子部5と第1基板1に設けられたパッド部(図示せず)とに接続される。
端子部5の厚さは、例えば0.5mm以下である 。
<Terminal part>
The
Here, the electrical connection means an electrical connection between the
The thickness of the
端子部5は、例えば、銅(Cu)または銅合金、鉄(Fe)または鉄を含む合金等の金属材料で形成され、特に銅製であることが好ましい。端子部5は、モールド樹脂6から露出する端子部5の外側面を除く面に、例えばニッケル(Ni)−パラジウム(Pd)−金(Au)めっきが施されていてもよい。ニッケル(Ni)−パラジウム(Pd)−金(Au)めっきは、銅(Cu)等で形成された端子部5の所定の面に、ニッケル(Ni)めっき、パラジウム(Pd)めっき及び金(Au)めっきが順に形成された積層めっきである。ニッケル(Ni)めっきは端子部5の強度向上に寄与し、パラジウム(Pd)めっきはワイヤー8のワイヤボンディング性の向上に寄与し、金(Au)めっきは実装時のはんだ性向上に寄与する。また、端子部5は、ワイヤー8がワイヤボンディングされる面に銀(Ag)めっきが施されていてもよく、モールド樹脂6の底面から露出する端子部5底面(実装面)にスズ(Sn)めっきが施されていてもよい。銀(Ag)めっきはワイヤー8のワイヤボンディング性の向上に寄与し、スズ(Sn)めっきは実装時のはんだ性向上に寄与する。
The
<第1界面部>
第1界面部71は、第1基板1における半導体積層部31が形成される面の反対の面に形成される層状体である。
第1界面部71を構成する材料の具体的な例としては、光に対して透明な絶縁材料(例えばTiO2、SiO2、Si3N4、など)、光を反射する材料(Al、Au、Pt、など)を含む薄膜、もしくは、屈折率の異なった材料を2種類以上積層した光選択的に反射もしくは透過させる構造であってもよい。
第1界面部71は、例えば厚さ0.01μm以上10μm以下で形成されていてもよい。第1界面部71がこの範囲の厚さに形成されることにより、光の透過率を適切にコントロールすることができる。
<First interface part>
The
Specific examples of the material constituting the
The
<第2界面部>
第2界面部72は、第2基板2における第1基板1に対向する側の面の反対側の面に形成される層状体である。
第2界面部72を構成する材料の具体的な例としては、第1界面部71と同様に、光に対して透明な絶縁材料(例えばTiO2、SiO2、Si3N4、など)、光を反射する材料(Al、Au、Pt、など)を含む薄膜、もしくは、屈折率の異なった材料を2種類以上積層した光選択的に反射もしくは透過させる構造であってもよい。
第2界面部72は、例えば厚さ0.01μm以上10μm以下で形成されていてもよい。第2界面部72がこの範囲の厚さに形成されることにより、光の透過率を適切にコントロールすることができる。
<Second interface>
The
As a specific example of the material constituting the
The
<第3界面部>
第3界面部73は、第2基板2と接着部4との間に設けられる層状体である。第3界面部73を構成する材料は、第1界面部71と同様でもよいが、電磁シールド効果もしくは磁気シールド効果を高めるため、導電性のよい材料であってもよい。第3界面部73を構成する導電性のよい材料としては、例えばTiO2やSiO2が挙げられる。
第3界面部73は、例えば厚さ0.01μm以上10μm以下で形成されていてもよい。第3界面部73がこの範囲の厚さに形成されることにより、電磁シールド効果もしくは磁気シールド効果を適切にコントロールすることができる。
<Third interface>
The
The
<モールド樹脂>
モールド樹脂6は、第1基板1、第2基板2、及び端子部5を接合する部材である。
モールド樹脂6を構成する材料は、量産性と機械強度と有するメリットから、一般的な半導体デバイスで使われるエポキシ樹脂であってもよいが、光センサの吸湿による応力の影響を抑えるため、吸水率の小さい材質が好ましい。
特に、ナローギャップ半導体で形成された活性部3を有する光デバイスの場合、僅かな応力でも光デバイスの構造内のリーク電流は応力によって変動してしまい、電気特性の変動が起こりやすいため、吸湿や温度による応力に小さい適切な樹脂をモールド樹脂6に選定するとよい。
<Mold resin>
The
The material constituting the
In particular, in the case of an optical device having an
モールド樹脂6の厚さは、例えば0.5mm以下である 。
また、モールド樹脂6を構成する材料は、エポキシ樹脂等の樹脂材料の他にフィラーや不可避的に混在する不純物などを含んでいてもよい。この材料におけるフィラーの混合量は、モールド樹脂6を構成する材料中、50体積%以上99体積%以下であることが好ましく、70体積%以上99体積%以下であることがより好ましく、85体積%以上99体積%以下であることがさらに好ましい。
このように、第1実施形態の光デバイスによれば、第1基板1、第2基板2、接着部4、第1界面部71、第2界面部72、第3界面部73を、取り扱う光に対して、高い透過率をもつような寸法・材料にすれば、光の出入り口が第1基板1側、第2基板2側でも可能となる。
The thickness of the
Moreover, the material which comprises the
Thus, according to the optical device of the first embodiment, the light that handles the
(第2実施形態)
図4は、光デバイスの第2実施形態を示す断面構成図である。
図4に示すように、第2実施形態の光デバイスでは、第1実施形態における第2界面部72のような部材を設けず、第2基板2がモールド樹脂6に覆われる態様としている点が第1実施形態と異なる。そのため、光の出入りは第2基板2側では不可能となり、光の出入り口は第1基板1及び第1界面部71側のみとなる。
第2実施形態のように、用途によっては、特に光の出入り口を一つのみにした場合、この構造は好ましい。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing a second embodiment of the optical device.
As shown in FIG. 4, in the optical device of the second embodiment, a member such as the
As in the second embodiment, depending on the application, this structure is preferable particularly when only one light entrance is used.
なお、本実施形態においては、光の受光効率もしくは発光効率を高めるため、第3界面部73に反射効果を持たせてもよい。この場合、第3界面部73の最表面(接着部4との界面)の材料としてはAuのような反射率の高い材質であれば、制限はない。第3界面部73を構成する材料の反射率は、30%以上であることが好ましい。
また、光透過率を高くするため、接着部4の透過率も高いことは望ましく、接着部4の厚みも薄いほうがよい。接着部4の具体的な厚みとしては、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、10μm以下が更に好ましい。
In the present embodiment, the
In order to increase the light transmittance, it is desirable that the transmittance of the
(第3実施形態)
図5は、光デバイスの第3実施形態を示す断面構成図である。
光デバイスの第3実施形態は、上述の第2実施形態の変形例として、光の受光効率もしくは発光効率を高めるため、図5に示す第2界面部72に反射効果を持たせてもよい。すなわち、第2界面部72を反射膜としている。この場合、第2界面部72の最表面(第2基板2との界面)の材料としては、Auのような反射率の高い材質であれば、制限はない。第2界面部72を構成する材料の反射率は、30%以上であることが好ましい。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram showing a third embodiment of the optical device.
As a modified example of the second embodiment, the third embodiment of the optical device may have a reflective effect on the
(第4実施形態)
図6は、光デバイスの第4実施形態を示す断面構成図である。
図6に示すように、この実施形態では、第1実施形態における第2界面部72を設けず、第2基板2が上面に露出しており、かつ第1基板1がモールド樹脂6に覆われている点が第1実施形態と異なる。このように、第1基板1はモールド樹脂6に覆われるため、本実施形態は、光の入射・出射は第2基板2経由で行われる用途で有効である。
この場合、第1界面部71は反射率のよい構造を持つか、反射率のよい材料(例えば、AuやAl)を含む膜であってもよい。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram showing a fourth embodiment of the optical device.
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the
In this case, the
(第5の実施形態)
図7は、光デバイスの第5実施形態を示す断面構成図である。
図7に示すように、この実施形態では、第1実施形態における第1基板1が、対向するリードフレーム(端子部5の一部)の一方の端部から上記対向する向きに延設された延設部5A上に形成される点が第1実施形態と異なる。この実施形態でも光の入射及び出射は第2基板2経由で行われる用途で有効である。この場合、機械的な強度も高められるため、樹脂の吸湿や熱による応力が生じても第一基板1や活性部3の変形が生じにくくなり、光デバイスの発光量の変動や受光感度の変動が生じにくくなるため用途によっては好ましい場合がある。また、光デバイスを回路基板(図示せず)に実装する際に、延設部5Aの底面と回路基板とをはんだ付けすることにより、光デバイスで発生した熱をはんだを介して回路基板に放熱することができるため好ましい。この場合、回路基板の延設部5Aと対向する部分に金属パッド(図示せず)が形成されていることが好ましい。延設部5と回路基板とのはんだ接続性を向上させることができ、放熱性の向上につながる。
なお、図示していないが、本実施形態においては、第1基板1と延設部5Aとの間に接着部材(例えば銀ペースト、樹脂エポキシ等)を設けてもよい。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional configuration diagram showing a fifth embodiment of the optical device.
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the
Although not shown, in the present embodiment, an adhesive member (for example, silver paste, resin epoxy, or the like) may be provided between the
(第6実施形態)
図8は、光デバイスの第6実施形態を示す断面構成図である。
図8に示すように、第6実施形態は、第1実施形態におけるモールド樹脂6に凹み9が形成される点が第1実施形態と異なる。
この構造は光デバイスの含有樹脂量を減らし更に樹脂による応力を低減したい場合には好ましい。この場合、湿度変動の大きい環境で光デバイスを動作させたときに、樹脂吸湿による応力変動も抑えることができるため、好ましい場合はある。
なお、第6実施形態で説明したモールド樹脂6に凹み9が形成される構成は、上述した第1基板1がモールド樹脂6に覆われる第4実施形態の光デバイス、第1基板1がリードフレーム(端子部5の一部)状に形成される第5実施形態の光デバイスの樹脂モールド6に適用してもよい。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram showing a sixth embodiment of the optical device.
As shown in FIG. 8, the sixth embodiment is different from the first embodiment in that a
This structure is preferable when it is desired to reduce the resin content of the optical device and further reduce the stress caused by the resin. In this case, when the optical device is operated in an environment with a large humidity fluctuation, it is sometimes preferable because the fluctuation in stress due to resin moisture absorption can be suppressed.
The configuration in which the
モールド樹脂6の上面に形成された凹み9の深さH2を制御することによって、光デバイス(光センサ)の内部のモールド樹脂6の量を制御できる。これによって、吸湿による樹脂応力によって生じる応力を抑えることができ、耐湿のよい光デバイスが実現できる。
H2の具体的な寸法としては、10μm以上500μm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることがより好ましく、10μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。この寸法は光デバイスの各部位の寸法によって最適化すればよい。
By controlling the depth H2 of the
The specific dimension of H2 is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and further preferably 10 μm or more and 50 μm or less. This size may be optimized according to the size of each part of the optical device.
図9(A)は、本発明の光デバイスの一実施形態における製造工程の第1の例を説明するための断面図である。図9(A)では、第6実施形態の構成を例として説明する。
まず、ニッケル(Ni)−パラジウム(Pd)−金(Au)めっきが施されたリードフレーム1000を準備する。リードフレーム1000は、後に切断されて光デバイスの端子部5となる金属フレームであり、一般的な半導体パッケージプロセスに使われるCuやNi等の金属材料で形成されていればよい。
次に、粘着シート1003の表面にリードフレーム1000を載置する。粘着シート1003は、一方の面に絶縁性の粘着層を有するものを使用する。この粘着層により、粘着シート1003とリードフレーム1000とが接合される。続いて、リードフレーム1000の開口部に、一方の面に活性部3を形成した第1基板1を載置する。第1基板1は、活性部3形成面とは反対側の面を粘着シート1003に対向するようにして粘着シート1003上に載置される。すなわち、粘着シート1003はリードフレーム1000と各光電変換素子(第一基板1及び活性部3)との位置関係を保つ役割を持っている。
FIG. 9A is a cross-sectional view for explaining a first example of a manufacturing process in an embodiment of the optical device of the present invention. In FIG. 9A, the configuration of the sixth embodiment will be described as an example.
First, a
Next, the
続いて、活性部3と、リードフレーム1000の所定の部分とをワイヤー8で接続する。なお、図9(A)では、ワイヤー8が第一基板1とリードフレーム1000とを接続するように記載されているが、実際には図2に示すように、第一基板1上に形成された配線層33とリードフレーム1000とを接続している。
続いて、活性部3上に、接着部4を介して第2基板2を載置する。第2基板2の両面には、予め第2界面部72及び第3界面部73が予めそれぞれ形成されている。第2基板2は、接着部4と第3界面部とが対向するようにして活性部3上に載置される。
Subsequently, the
Subsequently, the
リードフレーム1000並びに第1基板1、活性部3及び第2基板2を含む積層体が接着された粘着シート1003を、粘着シート1003及びリードフレーム1000の厚みの合計と等しい凹部(図示せず)を有する下部金型1001上に載置する。続いて、上部の金型1001を、下部金型1001に所望の圧力で押しつける。このとき、リードフレーム1000と多数の積層体は、下部金型1001の凹部内に収容された状態で下部金型1001と上部金型1002に挟まれる。後に、端子部5となるリードフレーム1000は上部金型1002の支えとなる。このため、上部金型1002から第2基板2及び第1基板1にかかる応力を低減することができ、第2基板2及び第1基板1の損傷を抑制することができる。これによって、高い品質の光デバイスの量産が実現可能となる。このとき、高さHは光デバイスの最終的な寸法を決める。
The
次に、下部金型1001と上部金型1002との空間に溶融樹脂を注入し、冷却する。これにより、モールド樹脂1006が形成される。このとき、図9(A)で示すように、上部金型1002とリードフレーム1000との間に柔らかい素材であるシート1004を挟んで樹脂材料を流し込むことにより、凹み9を有するモールド樹脂6が形成可能となる。また、図9(B)で示すように、上部金型1002の形状を、凹み9に対応する位置が突出する形状とすることによっても凹み9が形成可能となる。
次に、下部金型1001及び上部金型1002からモールド樹脂1006を取り出し、粘着テープ1003を剥がした後の面にダイシングテープ(図示せず)を貼り付ける。最後に、ダイシングブレードを用いてダイシングテープ貼付面と逆側の面からリードフレーム1000部分を切断する。これにより、個片化された光デバイス(図8に示す光デバイス)が得られる。
Next, molten resin is poured into the space between the
Next, the mold resin 1006 is taken out from the
(第7実施形態)
図10は、光デバイスの第7実施形態を示す断面構成図である。
図10に示すように、第7実施形態は、第1実施形態における第1界面部71〜第3界面部73が設けられていない構成である。
第7実施形態では、赤外線を第1基板(半導体基板)1側、第2基板(チップ)2側のどちらから取り出すようにしてもよい。
(Seventh embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a seventh embodiment of the optical device.
As shown in FIG. 10, the seventh embodiment has a configuration in which the
In the seventh embodiment, infrared rays may be extracted from either the first substrate (semiconductor substrate) 1 side or the second substrate (chip) 2 side.
(第8実施形態)
図11は、光デバイスの第8実施形態を示す断面構成図である。
図11に示すように、第8実施形態は、第1実施形態(図1)における第1界面部71〜第3界面部73が設けられていない構成である。第8実施形態の光デバイスでは、第1基板(半導体基板)1が、放熱材料(Agペースト)で形成された放熱層2000上に形成される。また、放熱層2000は樹脂モールド6の底面(光デバイスの実装面)より露出しており、光デバイス実装時に回路基板2001とはんだ2002により接続される。はんだ2002を介して放熱層2000と接続される回路基板2001の一部の領域には、金属パッド2003が形成されていることが好ましい。放熱層2000と回路基板2001とのはんだ接続性を向上させることができ、放熱性の向上につながるためである。また、図11には図示されないが、第1基板1と放熱層2000との間に、第1基板1と放熱層2000との密着性を向上させるための層を設けてもよい。密着性を向上させるための層は、例えば第1基板の裏面に形成された金属薄膜であることが好ましい。金属薄膜は、例えば蒸着やスパッタ法などによって形成される。
第7実施形態では、赤外線を第2基板(チップ)2側から取り出し、第1基板(半導体基板)1側から放熱を行うことができる。
(Eighth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram showing an eighth embodiment of an optical device.
As shown in FIG. 11, the eighth embodiment has a configuration in which the
In the seventh embodiment, infrared rays can be extracted from the second substrate (chip) 2 side and heat can be radiated from the first substrate (semiconductor substrate) 1 side.
<本発明の効果>
以上説明したように、本発明によれば、封止モールド起因の応力の影響を大幅に抑えることで高品質な赤外線デバイスを得ることができる。
<Effect of the present invention>
As described above, according to the present invention, a high-quality infrared device can be obtained by greatly suppressing the influence of stress caused by the sealing mold.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the technical scope of this invention is not limited to the technical scope as described in embodiment mentioned above. It is possible to add various changes or improvements to the above-described embodiments, and it is possible to add such changes or improvements to the technical scope of the present invention. it is obvious.
本発明における光デバイスは高感度、高発光効率、低ノイズ、小型化、高信頼性という特徴から、ガスセンサに利用でき、更に、本発明の光デバイスを利用したNDIRガスセンサは空気モニタリングに応用できる。 The optical device in the present invention can be used for a gas sensor because of its features of high sensitivity, high luminous efficiency, low noise, miniaturization, and high reliability. Furthermore, the NDIR gas sensor using the optical device of the present invention can be applied to air monitoring.
1 第1基板(半導体基板)
2 第2基板(チップ)
3 活性部
31 半導体積層部
311 第1導電型半導体層
312 第1バリア層
313 活性層
314 第2バリア層
315 第2導電型半導体層
32 絶縁層
33 配線層
4 接着部
5 端子部
6 モールド樹脂
71 第1界面部
72 第2界面部
73 第3界面部
8 ワイヤー
9 凹み部
1000 リードフレーム
1001 下部金型
1002 上部金型
1003 粘着シート
1004 シート
2000 放熱層
2001 回路基板
2002 はんだ
2003 金属パッド
1 First substrate (semiconductor substrate)
2 Second substrate (chip)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記第1基板上に形成され、赤外線を受光可能または発光可能な活性部と、
前記活性部上に、接着部を介して設置された第2基板と、
前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一部を封止するモールド樹脂と、
を備え、
前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方は、前記モールド樹脂から露出しかつ前記活性部が受光または発光可能な赤外線に対して透光性を有する光デバイス。 A first substrate;
An active part formed on the first substrate and capable of receiving or emitting infrared rays;
A second substrate installed on the active part via an adhesive part;
A mold resin for sealing at least a part of the first substrate and the second substrate;
With
At least one of the first substrate and the second substrate is an optical device that is exposed from the mold resin and has translucency with respect to infrared rays that the active part can receive or emit.
前記リード端子、前記モールド樹脂の底面、及び前記モールド樹脂の上面において前記モールド樹脂から露出している請求項1から6の何れか一項に記載の光デバイス。 Comprising a plurality of lead terminals arranged around the active part in plan view;
The optical device according to claim 1, wherein the optical device is exposed from the mold resin at the lead terminal, the bottom surface of the mold resin, and the top surface of the mold resin.
前記第1基板を介した赤外線の入射または出射が可能とされている請求項1から9の何れか一項に記載の光デバイス。 The second substrate has a reflective film having a reflectivity of 30% or more with respect to infrared rays that the active part can receive or emit light at an interface with the adhesive part,
The optical device according to any one of claims 1 to 9, wherein infrared light can be incident or emitted through the first substrate.
前記第1基板を介した赤外線の入射または出射が可能とされている請求項1から10の何れか一項に記載の光デバイス。 The second substrate has a reflective film having a reflectance of 30% or more with respect to infrared light that the active part can receive or emit on the surface opposite to the interface with the adhesive part,
The optical device according to any one of claims 1 to 10, wherein infrared light can be incident or emitted through the first substrate.
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