JP2022164132A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増加を抑制すると共に、半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体装置１は、発光素子２と、受光素子３と、導電性材料からなるダイパッド２０とを備える。ダイパッド２０は、第１領域２０Ａ、および、第１領域２０Ａよりも厚い厚さを有する第２領域２０Ｂを含む。受光素子３は、ダイパッド２０に対して電気的に絶縁されるように、第１領域２０Ａの上面上に設けられている。発光素子２は、受光素子３の貫通孔４の内部において、導電性の接着層５を介して第２領域２０Ｂの上面上に設けられている。発光素子２の上面の位置、および、受光素子３の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、発光素子および受光素子を備えた半導体装置と、その製造方法とに関する。

近年、電気信号を光に変換して発光する発光素子と、受光した光を電気信号に変換する受光素子とを備えたフォトカプラなどの半導体装置が開発されている。発光素子から発せられた光は、被測定体で反射し、受光素子で受光される。

例えば、特許文献１には、光の検出感度を向上させるために、発光素子の発光面の高さと、受光素子の受光面の高さとを実質的に同一平面上に位置させることで、発光面から被測定体までの距離と、被測定体から受光面までの距離とを実質的に等しくしたフォトカプラが開示されている。

また、このような構造とするために、特許文献１の図１では、リードフレームに設けられた穴の内部に発光素子を収容し、受光素子に設けられた凹部にリードフレームを嵌め込むことで、発光素子および受光素子をリードフレームに固定している。また、特許文献１の図６では、発光素子および受光素子が、リードフレーム上に設けられておらず、樹脂で覆われることで互いに絶縁されている。また、特許文献１の図９では、発光素子および受光素子が、接着剤を介して、一定の厚さを有するリードフレーム上に設けられている。

特許第６６２０１７６号公報

特許文献１の図１では、受光素子に凹部を設けているが、この構造を実現するための加工技術の難易度が高く、製造工程も増加するので、製造コストが増加するという問題がある。また、特許文献１の図６では、ダイパッドを用いずに発光素子および受光素子を実装している。しかし、特に、大型のパッケージ形態になるに連れて、実装上の信頼性の確保が難しくなるという問題がある。また、特許文献１の図９のように、一定の厚さを有するリードフレーム上に発光素子および受光素子を単純に配置すると、導電性の接着剤が受光素子の側面または下面に接触し、受光素子が、発光素子およびリードフレームと短絡する恐れがある。すなわち、半導体装置の機能および信頼性が低下する恐れがある。

本願の主な目的は、製造コストの増加を抑制すると共に、半導体装置の信頼性を向上させることである。その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

一実施の形態における半導体装置は、発光領域を有する発光素子と、受光領域を有する受光素子と、導電性材料からなるダイパッドとを備える。前記ダイパッドは、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含み、前記受光素子には、前記受光素子を貫通する貫通孔が設けられ、前記受光素子は、前記ダイパッドに対して電気的に絶縁されるように、前記第１領域の上面上に設けられ、前記発光素子は、前記貫通孔の内部において、導電性の第１接着層を介して前記第２領域の上面上に設けられ、前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。

一実施の形態における半導体装置の製造方法は、（ａ）導電性材料からなる金属板と、発光領域を有する発光素子と、受光領域を有し、且つ、貫通孔が設けられた受光素子とを用意する工程、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記金属板を選択的にエッチングすることで、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含むダイパッドを形成する工程、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記金属板を選択的にエッチングすることで、前記ダイパッドから物理的に離間されるように、平面視において前記ダイパッドの外周に複数のリード端子を形成する工程、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記ダイパッドに対して電気的に絶縁されるように、前記第１領域の上面上に、前記受光素子を設置する工程、（ｅ）前記（ｃ）工程後、前記貫通孔の内部に位置するように、前記第２領域の上面上に、第１接着層を介して前記発光素子を設置する工程、（ｆ）前記（ｄ）工程および前記（ｅ）工程後、前記受光素子および前記複数のリード端子を第１ボンディングワイヤで電気的に接続し、前記発光素子および前記受光素子を第２ボンディングワイヤで電気的に接続する工程、を備える。前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。

一実施の形態における半導体装置の製造方法は、（ａ）導電性材料からなる第１金属板と、導電性材料からなる第２金属板と、発光領域を有する発光素子と、受光領域を有し、且つ、貫通孔が設けられた受光素子とを用意する工程、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記第１金属板を選択的にエッチングすることで、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含むダイパッドと、前記ダイパッドから物理的に離間されるように、平面視において前記ダイパッドの外周に複数の第１リード端子部材とを形成する工程、（ｃ）前記（ａ）工程後、前記第２金属板を選択的にエッチングすることで、複数の第２リード端子部材を形成する工程、（ｄ）前記（ｂ）工程および前記（ｃ）工程後、基材上に、前記発光素子が前記貫通孔の内部に位置するように、前記発光素子の上面、前記受光素子の上面および前記第２リード端子部材の上面を搭載する工程、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記受光素子と前記第１領域とが物理的に離間されるように、前記発光素子の下面に、導電性の第１接着層を介して前記第２領域の上面を接着し、前記複数の第２リード端子部材の下面に、それぞれ導電性の第３接着層を介して前記複数の第１リード端子部材の上面を接着する工程、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記貫通孔を埋め込むように、前記受光素子と、前記ダイパッド、前記発光素子、前記第１接着層、前記複数の第１リード端子部材および前記複数の第２リード端子部材との間に、樹脂層を設ける工程、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記基材を除去する工程、（ｈ）前記（ｇ）工程後、前記受光素子および前記複数の第２リード端子部材を第１ボンディングワイヤで電気的に接続し、前記発光素子および前記受光素子を第２ボンディングワイヤで電気的に接続する工程、を備える。前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。

一実施の形態によれば、製造コストの増加を抑制できると共に、半導体装置の信頼性を向上できる。

実施の形態１における半導体装置を示す平面図である。 実施の形態１における半導体装置を示す底面図である。 実施の形態１におけるダイパッドおよび複数のリード端子を示す平面図である。 実施の形態１における半導体装置を示す断面図である。 実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図５に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図６に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図７に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図８に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図９に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態２における半導体装置を示す平面図である。 実施の形態２における半導体装置を示す断面図である。 実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１３に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１４に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１５に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１６に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１７に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 変形例における半導体装置を示す平面図である。 変形例における半導体装置を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置を示す平面図である。 実施の形態３における半導体装置を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２３に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２４に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２５に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２６に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、本願で説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに交差し、互いに直交している。本願では、Ｚ方向をある構造体の縦方向、上下方向、高さ方向または厚さ方向として説明する。また、本願で用いられる「平面視」という表現は、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面を、Ｚ方向から見ることを意味する。

（実施の形態１）
＜半導体装置の構成＞
以下に図１～４を用いて、実施の形態１における半導体装置１について説明する。図１は、半導体装置１を示す平面図であり、図２は、半導体装置１を示す底面図であり、図３は、半導体装置１のうちダイパッド２０および複数のリード端子３０のみを示す平面図である。図４は、図１～図３に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。

実施の形態１における半導体装置１は、例えば光学式エンコーダ用に適したフォトカプラである。図１～図３に示されるように、半導体装置１は、発光素子２、受光素子３、ダイパッド２０および複数のリード端子３０などを備える。

発光素子２は、例えば発光ダイオードのような発光領域を有している。受光素子３は、例えばフォトダイオードのような受光領域と、フォトダイオードを駆動するための複数のトランジスタとを有している。発光素子２から発せられた光は、被測定体（図示せず）で反射し、反射した光は、受光素子３で受光される。ここでは、発光素子２の上面が発光面となり、受光素子３の上面が受光面となっている。

ダイパッド２０および複数のリード端子３０は、導電性の材料からなるが、一枚の金属板５０をエッチング加工することで形成できる。複数のリード端子３０は、ダイパッド２０から物理的に離間されるように、平面視においてダイパッド２０の外周に設けられている。

図４に示されるように、ダイパッド２０は、第１領域２０Ａ、および、第１領域２０Ａよりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において第１領域２０Ａに囲まれた第２領域２０Ｂを含む。

受光素子３には、受光素子３を貫通する貫通孔４が設けられ、受光素子３は、ダイパッド２０に対して電気的に絶縁されるように、第１領域２０Ａの上面上に設けられている。実施の形態１では、第１領域２０Ａの上面上に樹脂層１０が設けられ、受光素子３は、樹脂層１０および絶縁性の接着層６を介して第１領域２０Ａの上面上に設けられている。

樹脂層１０の上面の位置は、第２領域２０Ｂの上面の位置とほぼ同じである。すなわち、樹脂層１０の上面は、第２領域２０Ｂの上面と面一になっている。

発光素子２は、貫通孔４の内部において、導電性の接着層５を介して第２領域２０Ｂの上面に設けられている。すなわち、発光素子２は、平面視において受光素子３に囲まれている。また、発光素子２の発光領域のカソード側が、導電性の接着層５を介してダイパッド２０に電気的に接続されている。

また、発光素子２および受光素子３は、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。すなわち、発光素子２の発光領域のアノード側が、ボンディングワイヤ７を介して受光素子３に電気的に接続される。また、受光素子３および複数のリード端子３０が、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。

＜半導体装置の製造方法＞
以下に図５～図１０を用いて、実施の形態１における半導体装置１の製造方法について説明する。なお、図５～図１０は、図４と同様に、Ａ－Ａ線に沿った断面図である。

まず、導電性材料からなる金属板５０と、発光素子２と、受光素子３とを用意する。金属板５０は、例えば銅であるか、銅に錫、ジルコニウムまたは鉄などを添加した銅合金である。

次に、図５に示されるように、金属板５０の上面上に、レジストパターンＲＰ１を形成する。次に、図６に示されるように、レジストパターンＲＰ１をマスクとして、金属板５０を選択的にエッチングすることで、金属板５０の一部が薄くなるように、金属板５０を加工する。これにより、相対的に薄い第１領域２０Ａ、および、相対的に厚い第２領域２０Ｂを含むダイパッド２０を形成する。その後、レジストパターンＲＰ１を除去する。また、第１領域２０Ａの上面の位置から第２領域２０Ｂの上面の位置までの高さは、例えば金属板５０の厚さ（第２領域２０Ｂの厚さ）の６０％以上、８０％以下の範囲である。

次に、図７に示されるように、第１領域２０Ａの上面上に樹脂層１０を設ける。樹脂層１０は、第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとの間の段差を埋め込むように設けられ、樹脂層１０の上面が第２領域２０Ｂの上面と面一になるように設けられる。または、第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとの間の段差を越えて樹脂層を形成した後、金属板５０の上面を研削し、不要な樹脂を除去することで、第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとの間の段差を埋める樹脂層１０を設けても良い。なお、樹脂層１０は、絶縁性樹脂からなり、例えばエポキシ樹脂からなる。

次に、図８に示されるように、金属板５０の下面上に、レジストパターンＲＰ２を形成する。次に、レジストパターンＲＰ２をマスクとして、金属板５０を選択的にエッチングすることで、金属板５０の一部を切断するように、金属板５０を加工する。これにより、ダイパッド２０から物理的に離間されるように、平面視においてダイパッド２０の外周に複数のリード端子３０が配置されたリードフレームＬＦ１が形成される。その後、レジストパターンＲＰ２を除去する。

次に、図９に示されるように、ダイパッド２０に対して電気的に絶縁されるように、第１領域２０Ａの上面上に、樹脂層１０および絶縁性の接着層６を介して、受光素子３を設置する。そして、受光素子３の貫通孔４の内部に位置するように、第２領域２０Ｂの上面上に、導電性の接着層５を介して発光素子２を設置する。接着層５は、例えば銀ペーストからなり、接着層６は、例えば熱硬化性樹脂からなる。接着層５および接着層６の各々の厚さは、例えば１０μｍ以上、２０μｍ以下である。

なお、受光素子３を設置する工程と、発光素子２を設置する工程とは、何れが先であっても構わない。また、発光素子２の上面の位置は、受光素子３の上面の位置と実質的に同一平面上にある。

次に、図１０に示されるように、受光素子３および複数のリード端子３０をボンディングワイヤ７で電気的に接続し、発光素子２および受光素子３をボンディングワイヤ７で電気的に接続する。その後、複数のリード端子３０の各々の上面、受光素子３の上面の一部、および、ボンディングワイヤ７を覆うように、樹脂層１１で封止することで、図４に示される半導体装置１が製造される。

＜実施の形態１の主な効果＞
実施の形態１の半導体装置１では、特許文献１の図１のように、受光素子３に凹部を形成する難易度の高い加工技術を必要とせず、比較的容易な製造技術で半導体装置１を製造できるので、製造コストの増加を抑制できる。

また、発光素子２および受光素子３がダイパッド２０の上面上に実装されているので、特許文献１の図６のようにリードフレームを用いない実装形態と比較して、実装上の信頼性の確保が容易となり、半導体装置１の信頼性を向上できる。

また、発光素子２の上面の位置は、受光素子３の上面の位置と実質的に同一平面上にある。より具体的には、発光素子２の上面の位置、および、受光素子３の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。

上述のように、発光素子２から発生せられた光は、被測定体で反射し、反射した光は、受光素子３で受光される。従って、発光素子２の上面（発光領域）から被測定体までの距離と、被測定体から受光素子３の上面（受光領域）までの距離とを実質的に等しくすることができる。そのため、半導体装置１の検出精度を向上できる。

なお、発光素子２の上面の位置、および、受光素子３の上面の位置は、例えばこれらの下方に設けられる接着層５および接着層６の形成条件によって、完全に一致しない場合もある。しかし、双方の上面の位置が５μｍ以下の範囲内で一致していれば、半導体装置１の検出精度を十分に向上できる。

また、絶縁性の接着層６の形成条件によっては、接着層６の内部にボイドなどが発生し、受光素子３とダイパッド２０との間で、絶縁性が十分に確保されない場合がある。これに対して実施の形態１では、受光素子３の下方に接着層６だけでなく、樹脂層１０も設けられている。そのため、仮に上記ボイドなどが存在していた場合でも、受光素子３とダイパッド２０との間で、絶縁性を十分に確保することができるので、半導体装置１の信頼性を向上できる。

また、導電性の接着層５の形成条件によっては、接着層５が、発光素子２から広がり過ぎて、受光素子３に近づく場合がある。例えば特許文献１の図９のように、一定の厚さを有するダイパッド２０上に発光素子２および受光素子３を単純に配置すると、導電性の接着層５が受光素子３の側面または下面に接触し、受光素子３が、発光素子２およびダイパッド２０と短絡する恐れがある。このような短絡を防止するために、発光素子２と受光素子３との間の距離（接着層５と接着層６との間の距離）を長くすることが考えられる。しかし、そうすると、半導体装置１のサイズが大きくなるので、半導体装置１の微細化を促進することができない。

これに対して実施の形態１では、樹脂層１０の上面が第２領域２０Ｂの上面と面一にされ、第２領域２０Ｂと樹脂層１０との境界が存在している。第２領域２０Ｂおよび樹脂層１０は、互いに異なる材料からなるので、接着層５の広がり方が、第２領域２０Ｂの上面上と樹脂層１０の上面上とで異なってくる。すなわち、仮に接着層５が第２領域２０Ｂの上面上に広がったとしても、接着層５が、上記境界を越えて、樹脂層１０の上面上に広がり難くなる。従って、半導体装置１のサイズを変えることなく、受光素子３が、発光素子２およびダイパッド２０と短絡する恐れを抑制できる。すなわち、半導体装置１の微細化に対応しながら、半導体装置１の信頼性を向上できる。

なお、図４に示されるように、接着層５の端部が、第２領域２０Ｂと樹脂層１０との境界を越えないように、第２領域２０Ｂの上面上に位置していることが理想的である。

（実施の形態２）
以下に図１１および図１２を用いて、実施の形態２における半導体装置１について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点について主に説明し、実施の形態１と重複する点については説明を省略する。図１１は、半導体装置１を示す平面図であり、図１２は、図１１に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。

図１１および図１２に示されるように、ダイパッド２０が相対的に薄い第１領域２０Ａ、および、相対的に厚い第２領域２０Ｂを含んでいる点については、実施の形態２は、実施の形態１と同様である。しかし、実施の形態２では、第１領域２０Ａの上面上に樹脂層１０が設けられておらず、第１領域２０Ａの上面上に接着層６が直接設けられ、接着層６の上面上に受光素子３が設けられている。

それ故、受光素子３とダイパッド２０との間で、絶縁性を十分に確保するという点については、実施の形態１の方が、実施の形態２よりも優れている。しかしながら、実施の形態２では、樹脂層１０を設置するための製造工程が省略できるので、製造コストの増加を実施の形態１よりも更に抑制できる。

また、第１領域２０Ａと第２領域２０Ｂとの間の段差によって、発光素子２から受光素子３までの距離（沿面距離）が長くなり、また、段差において表面張力が生じるので、接着層５が発光素子２から広がり過ぎた場合でも、接着層５が受光素子３の側面または下面に接触し難くなっている。そのため、受光素子３が、発光素子２およびダイパッド２０と短絡し難くなっているので、半導体装置１の信頼性が確保される。なお、第１領域２０Ａの上面の位置から第２領域２０Ｂの上面の位置までの高さは、例えば金属板５０の厚さ（第２領域２０Ｂの厚さ）の５０％以上、７０％以下の範囲である。

＜実施の形態２における半導体装置の製造方法＞
以下に図１３～図１８を用いて、実施の形態２における半導体装置１の製造方法について説明する。なお、図１３～図１８は、図１２と同様に、Ａ－Ａ線に沿った断面図である。

まず、実施の形態１と同様に、導電性材料からなる金属板５０と、発光素子２と、受光素子３とを用意する。

次に、図１３に示されるように、金属板５０の上面上に、レジストパターンＲＰ３を形成する。次に、レジストパターンＲＰ３をマスクとして、金属板５０を選択的にエッチングすることで、相対的に薄い第１領域２０Ａ、および、相対的に厚い第２領域２０Ｂを含むダイパッド２０を形成する。その後、レジストパターンＲＰ３を除去する。

次に、図１４に示されるように、金属板５０の下面上に、レジストパターンＲＰ４を形成する。次に、レジストパターンＲＰ４をマスクとして、金属板５０を選択的にエッチングすることで、ダイパッド２０から物理的に離間されるように、平面視においてダイパッド２０の外周に複数のリード端子３０が配置されたリードフレームＬＦ１が形成される。その後、レジストパターンＲＰ４を除去する。

次に、図１５に示されるように、基材８上に、ダイパッド２０の下面（第１領域２０Ａの下面、第２領域２０Ｂの下面）および複数のリード端子３０の下面を搭載する。基材８は、搭載物を支持できるものであればよく、例えばポリイミドテープ等の粘着テープである。

次に、図１６に示されるように、ダイパッド２０に対して電気的に絶縁されるように、第１領域２０Ａの上面上に、絶縁性の接着層６を介して、受光素子３を設置する。そして、受光素子３の貫通孔４の内部に位置するように、第２領域２０Ｂの上面上に、導電性の接着層５を介して発光素子２を設置する。

なお、受光素子３を設置する工程と、発光素子２を設置する工程とは、何れが先であっても構わない。また、発光素子２の上面の位置は、受光素子３の上面の位置と実質的に同一平面上にある。

次に、図１７に示されるように、受光素子３および複数のリード端子３０をボンディングワイヤ７で電気的に接続し、発光素子２および受光素子３をボンディングワイヤ７で電気的に接続する。

次に、図１８に示されるように、複数のリード端子３０の各々の上面、受光素子３の上面の一部、および、ボンディングワイヤ７を覆うように、樹脂層１１で封止する。ここで、樹脂層１１は、受光素子３と複数のリード端子３０との間、および、ダイパッド２０と複数のリード端子３０との間にも設けられる。次に、基材８を除去する。すなわち、基材８が粘着テープである場合、基材８を引き剥がす。以上で、図１２に示される半導体装置１が製造される。

（実施の形態２の変形例）
以下に図１９および図２０を用いて、実施の形態２の変形例における半導体装置１について説明する。図１９は、半導体装置１を示す平面図であり、図２０は、図１９に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。

変形例では、図１９および図２０に示されるように、第２領域２０Ｂは、発光素子２が設けられる搭載部２１と、平面視において搭載部２１を囲む周辺部２２と、搭載部２１と周辺部２２との間に設けられた溝部２３とを有する。搭載部２１の上面または周辺部２２の上面からの溝部２３の深さは、例えば金属板５０の厚さ（搭載部２１の厚さまたは周辺部２２の厚さ）の５０％以上、７０％以下の範囲である。

変形例では、実施の形態２と比較して、第２領域２０Ｂに溝部２３が設けられていることで、発光素子２から受光素子３までの距離（沿面距離）が更に長くなる。また、接着層５が広がったとしても、周辺部２２が壁となるので、接着層５は、周辺部２２を超えて受光素子３まで到達し難い。従って、接着層５が、受光素子３の側面または下面に更に接触し難くなり、受光素子３が、発光素子２およびダイパッド２０と更に短絡し難くなるので、半導体装置１の信頼性を更に向上できる。

なお、ここでは、搭載部２１の平面積が発光素子２の平面積よりも大きくなっているが、搭載部２１は、発光素子２を安定して設置できる程度のサイズであればよい。すなわち、搭載部２１の平面積が、発光素子２の平面積よりも小さくてもよい。

また、搭載部２１、周辺部２２および溝部２３を設けるためには、図１３のレジストパターンＲＰ３を、溝部２３となる領域がレジストパターンＲＰ３から露出するようなパターンへ変更すればよい。その後、そのレジストパターンＲＰ３をマスクとして金属板５０をエッチングすることで、搭載部２１と周辺部２２との間に溝部２３が形成される。このように、変形例では、マスクパターンの変更のみを行えばよいので、実施の形態２と比較して、製造工程が増加することは無い。

（実施の形態３）
以下に図２１および図２２を用いて、実施の形態３における半導体装置１について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１および実施の形態２との相違点について主に説明し、実施の形態１および実施の形態２と重複する点については説明を省略する。図２１は、半導体装置１を示す平面図であり、図２２は、図２１に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。

図２１および図２２に示されるように、ダイパッド２０が相対的に薄い第１領域２０Ａ、および、相対的に厚い第２領域２０Ｂを含んでいる点については、実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２と同様である。

しかし、実施の形態３では、受光素子３と第１領域２０Ａとの間に接着層６が設けられておらず、受光素子３は、ダイパッド２０、発光素子２、接着層５および複数のリード端子３０に対して、樹脂層１２によって絶縁されている。言い換えれば、受光素子３と、ダイパッド２０、発光素子２、接着層５および複数のリード端子３０との間には、貫通孔４を埋め込むように、樹脂層１２が設けられている。

接着層６を用いた場合、接着層６の内部にボイドなどが発生し、絶縁性が十分に確保されない恐れがあった。そこで、厚さが十分に厚い樹脂層１２を用いることで、受光素子３と、ダイパッド２０などの他構造物との間で、絶縁性が十分に確保される。

このような構造を成すために、実施の形態３では、複数のリード端子３０の各々の厚さが、実施の形態１および実施の形態２と比較して厚くなっており、複数のリード端子３０の各々の上面の位置は、第２領域２０Ｂの上面の位置よりも高くなっている。そして、図２２に示されるように、複数のリード端子３０の各々の上面、樹脂層１２の上面、受光素子３の上面および発光素子２の上面が、実質的に同じ高さに位置し、面一になっている。従って、実施の形態３でも、発光素子２の上面の位置、および、受光素子３の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している。

複数のリード端子３０の各々の厚さを厚くすることで、製造工程上、受光素子３とダイパッド２０と間の距離が長くなるように、樹脂層１２の厚さを調整できる。実施の形態３では、複数のリード端子部材を積層させて１つのリード端子３０を構成することで、リード端子３０の厚さを厚くしている。

ここでは、複数のリード端子３０の各々は、第１リード端子部材３０Ａと、導電性の接着層９を介して第１リード端子部材３０Ａの上面上に設けられた第２リード端子部材３０Ｂとを含んでいる。

また、第１リード端子部材３０Ａおよびダイパッド２０は、同じ金属板５０を加工することで形成されるので、第１リード端子部材３０Ａの厚さは、第２領域２０Ｂの厚さと同じになる。従って、第１リード端子部材３０Ａおよび第２リード端子部材３０Ｂを含むリード端子３０の厚さは、自明的に、第２領域２０Ｂの厚さよりも厚くなる。

＜実施の形態３における半導体装置の製造方法＞
以下に図２３～図２７を用いて、実施の形態３における半導体装置１の製造方法について説明する。なお、図２３～図２７は、図２２と同様に、Ａ－Ａ線に沿った断面図である。

まず、導電性材料からなるリードフレームＬＦ１と、導電性材料からなるリードフレームＬＦ２と、発光素子２と、受光素子３とを用意する。

図２３に示されるリードフレームＬＦ１は、以下のように形成される。図１３および図１４のエッチング処理と同様の手法によって、金属板５０を選択的にエッチングすることで、相対的に薄い第１領域２０Ａ、および、相対的に厚い第２領域２０Ｂを含むダイパッド２０を形成し、ダイパッド２０から物理的に離間されるように、平面視においてダイパッド２０の外周に複数の第１リード端子部材３０Ａを形成する。

一方で、金属板５０とは別に用意した金属板６０に同様の手法によって選択的にエッチングをすることで、複数の第２リード端子部材３０ＢからなるリードフレームＬＦ２を形成する。金属板６０に用いる導電性の金属は、金属板５０と同一の材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。

次に、図２４に示されるように、基材８上に、発光素子２が貫通孔４の内部に位置するように、発光素子２の上面、受光素子３の上面および第２リード端子部材３０Ｂの上面を搭載する。

次に、図２５に示されるように、受光素子３と第１領域２０Ａとが物理的に離間されるように、発光素子２の下面に、接着層５を介して第２領域２０Ｂの上面を接着し、複数の第２リード端子部材３０Ｂの下面に、それぞれ接着層９を介して複数の第１リード端子部材３０Ａの上面を接着する。接着層９は、例えば銀ペーストからなる。

次に、図２６に示されるように、貫通孔４を埋め込むように、受光素子３と、ダイパッド２０、発光素子２、接着層５、複数の第１リード端子部材３０Ａおよび複数の第２リード端子部材３０Ｂとの間を、樹脂層１２で封止する。なお、樹脂層１２は、絶縁性樹脂であり、例えばエポキシ樹脂である。次に、基材８を除去する。すなわち、基材８が粘着テープである場合、基材８を引き剥がす。

次に、図２７に示されるように、受光素子３および複数のリード端子３０をボンディングワイヤ７で電気的に接続し、発光素子２および受光素子３をボンディングワイヤ７で電気的に接続する。

その後、複数のリード端子３０の各々の上面、受光素子３の上面の一部、および、ボンディングワイヤ７を覆うように、樹脂層１１を形成することで、図２２に示される半導体装置１が製造される。

なお、実施の形態３では、リード端子３０の厚さを厚くするために、第１リード端子部材３０Ａおよび第２リード端子部材３０Ｂを積層させたが、リード端子部材を積層させる数は、２つに限られず、３つ以上であってもよい。その場合、同一の金属板をエッチングすることで、第２領域２０Ｂと発光素子２との間にも、１つのリード端子部材の厚さに相当するリードフレーム（ダイパッド）を残す。リード端子部材を積層させる数を調整することで、受光素子３とダイパッド２０と間の距離を調整できる。

また、金属板５０よりも厚い１つの金属板を用意し、１つの金属板に対して、複数のレジストパターンおよび複数回のエッチング処理を用いることで、１つの金属板から、第１領域２０Ａおよび第２領域２０Ｂを含むダイパッド２０と、第２領域２０Ｂよりも厚いリード端子３０とを形成してもよい。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ 半導体装置
２ 発光素子
３ 受光素子
４ 貫通孔
５ 導電性の接着層
６ 絶縁性の接着層
７ ボンディングワイヤ
８ 基材
９ 導電性の接着層
１０、１１、１２ 樹脂層
２０ ダイパッド
２０Ａ 第１領域
２０Ｂ 第２領域
２１ 搭載部
２２ 周辺部
２３ 溝部
３０ リード端子
３０Ａ 第１リード端子部材
３０Ｂ 第２リード端子部材
５０、６０ 金属板
ＬＦ１、ＬＦ２ リードフレーム
ＲＰ１～ＲＰ４ レジストパターン

Claims (15)

1. 発光領域を有する発光素子と、
   受光領域を有する受光素子と、
   導電性材料からなるダイパッドと、
   を備え、
   前記ダイパッドは、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含み、
   前記受光素子には、前記受光素子を貫通する貫通孔が設けられ、
   前記受光素子は、前記ダイパッドに対して電気的に絶縁されるように、前記第１領域の上面上に設けられ、
   前記発光素子は、前記貫通孔の内部において、導電性の第１接着層を介して前記第２領域の上面上に設けられ、
   前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している、半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   その上面が前記第２領域の上面と面一になるように、前記第１領域の上面上に設けられた第１樹脂層を更に備え、
   前記受光素子は、前記第１樹脂層を介して前記第１領域の上面上に設けられている、半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   平面視において、前記第１接着層の端部は、前記第２領域と前記第１樹脂層との境界を越えないように、前記第２領域の上面上に位置している、半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１領域の上面上に設けられた絶縁性の第２接着層を更に備え、
   前記受光素子は、前記第２接着層を介して前記第１領域の上面上に設けられ、
   前記第１領域の上面の位置から前記第２領域の上面の位置までの高さは、前記第２領域の厚さの５０％以上、７０％以下の範囲である、半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記第２領域は、前記発光素子が設けられる搭載部と、平面視において前記搭載部を囲む周辺部と、前記搭載部と前記周辺部との間に設けられた溝部とを有し、
   前記搭載部の上面または前記周辺部の上面からの前記溝部の深さは、前記搭載部の厚さまたは前記周辺部の厚さの５０％以上、７０％以下の範囲である、半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ダイパッドから物理的に離間するように、平面視において前記ダイパッドの外周に設けられ、且つ、導電性材料からなる複数のリード端子と、
   前記受光素子と、前記複数のリード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   を更に備え、
   前記複数のリード端子の各々の上面の位置は、前記第２領域の上面の位置よりも高く、
   前記受光素子と、前記ダイパッド、前記発光素子、前記第１接着層および前記複数のリード端子との間には、前記貫通孔を埋め込むように、第２樹脂層が設けられている、半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記複数のリード端子の各々は、第１リード端子部材と、導電性の第３接着層を介して前記第１リード端子部材の上面上に設けられた第２リード端子部材とを含み、
   前記ボンディングワイヤは、前記受光素子と、前記複数の第２リード端子部材とを電気的に接続している、半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、
   前記第１リード端子部材の厚さは、前記第２領域の厚さと同じである、半導体装置。
9. （ａ）導電性材料からなる金属板と、発光領域を有する発光素子と、受光領域を有し、且つ、貫通孔が設けられた受光素子とを用意する工程、
   （ｂ）前記（ａ）工程後、前記金属板を選択的にエッチングすることで、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含むダイパッドを形成する工程、
   （ｃ）前記（ｂ）工程後、前記金属板を選択的にエッチングすることで、前記ダイパッドから物理的に離間されるように、平面視において前記ダイパッドの外周に複数のリード端子を形成する工程、
   （ｄ）前記（ｃ）工程後、前記ダイパッドに対して電気的に絶縁されるように、前記第１領域の上面上に、前記受光素子を設置する工程、
   （ｅ）前記（ｃ）工程後、前記貫通孔の内部に位置するように、前記第２領域の上面上に、第１接着層を介して前記発光素子を設置する工程、
   （ｆ）前記（ｄ）工程および前記（ｅ）工程後、前記受光素子および前記複数のリード端子を第１ボンディングワイヤで電気的に接続し、前記発光素子および前記受光素子を第２ボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
   を備え、
   前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している、半導体装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    （ｇ）前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程との間で、その上面が前記第２領域の上面と面一になるように、前記第１領域の上面上に、第１樹脂層を設ける工程、
    を更に備え、
    前記（ｄ）工程では、前記受光素子は、前記第１樹脂層を介して前記第１領域の上面上に設置されている、半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    平面視において、前記第１接着層の端部は、前記第２領域と前記第１樹脂層との境界を越えないように、前記第２領域の上面上に位置している、半導体装置の製造方法。
12. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｄ）工程では、前記受光素子は、絶縁性の第２接着層を介して前記第１領域の上面上に設置され、
    前記第１領域の上面の位置から前記第２領域の上面の位置までの高さは、前記第２領域の厚さの５０％以上、７０％以下である、半導体装置の製造方法。
13. 請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ）工程では、前記第２領域が、搭載部と、平面視において前記搭載部を囲む周辺部と、前記搭載部と前記周辺部との間に設けられた溝部とを有するように、前記金属板がエッチングされ、
    前記搭載部の上面または前記周辺部の上面からの前記溝部の深さは、前記搭載部の厚さまたは前記周辺部の厚さの５０％以上、７０％以下の範囲であり、
    前記（ｅ）工程では、前記発光素子は、前記第１接着層を介して前記搭載部の上面上に設置される、半導体装置の製造方法。
14. （ａ）導電性材料からなる第１金属板と、導電性材料からなる第２金属板と、発光領域を有する発光素子と、受光領域を有し、且つ、貫通孔が設けられた受光素子とを用意する工程、
    （ｂ）前記（ａ）工程後、前記第１金属板を選択的にエッチングすることで、第１領域、および、前記第１領域よりも厚い厚さを有し、且つ、平面視において前記第１領域に囲まれた第２領域を含むダイパッドと、前記ダイパッドから物理的に離間されるように、平面視において前記ダイパッドの外周に複数の第１リード端子部材とを形成する工程、
    （ｃ）前記（ａ）工程後、前記第２金属板を選択的にエッチングすることで、複数の第２リード端子部材を形成する工程、
    （ｄ）前記（ｂ）工程および前記（ｃ）工程後、基材上に、前記発光素子が前記貫通孔の内部に位置するように、前記発光素子の上面、前記受光素子の上面および前記第２リード端子部材の上面を搭載する工程、
    （ｅ）前記（ｄ）工程後、前記受光素子と前記第１領域とが物理的に離間されるように、前記発光素子の下面に、導電性の第１接着層を介して前記第２領域の上面を接着し、前記複数の第２リード端子部材の下面に、それぞれ導電性の第３接着層を介して前記複数の第１リード端子部材の上面を接着する工程、
    （ｆ）前記（ｅ）工程後、前記貫通孔を埋め込むように、前記受光素子と、前記ダイパッド、前記発光素子、前記第１接着層、前記複数の第１リード端子部材および前記複数の第２リード端子部材との間に、樹脂層を設ける工程、
    （ｇ）前記（ｆ）工程後、前記基材を除去する工程、
    （ｈ）前記（ｇ）工程後、前記受光素子および前記複数の第２リード端子部材を第１ボンディングワイヤで電気的に接続し、前記発光素子および前記受光素子を第２ボンディングワイヤで電気的に接続する工程、
    を備え、
    前記発光素子の上面の位置、および、前記受光素子の上面の位置は、５μｍ以下の範囲内で一致している、半導体装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第１リード端子部材の厚さは、前記第２領域の厚さと同じである、半導体装置の製造方法。
    

Images