JP2024088579A - 光電変換素子及びガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の変形による特性変動を抑制可能な光電変換素子及びガスセンサが提供される。【解決手段】光電変換素子は、光を出射又は入射する光出入射面（１０ａ）、半導体基板（１１１）、半導体層（１１２）及び電極（１１３）を有する半導体素子部（１０）と、半導体素子部の側面を覆う封止部（２０）と、を備える半導体モジュール（２１）と、半導体モジュールの一方の面に設けられ、電極と外部接続端子との再配線を覆う絶縁層（３１）と、を備え、絶縁層は、再配線が間に設けられるように第１絶縁層（３１１）と第２絶縁層（３１２）とを含んで構成され、半導体層の少なくとも一部を覆わないように、又は、再配線を覆う絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。【選択図】図５

Description

本開示は光電変換素子及びガスセンサに関する。

半導体素子として、受光した赤外線に応じた信号を出力する赤外線受光素子（赤外線センサ）及び入力した電力に応じて赤外線を発光する赤外線発光素子（赤外線ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）が知られている。量子型の赤外線受光素子は、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する半導体が赤外線を吸収することで発生した光電流により赤外線を検知する。赤外線発光素子は順方向に印加した電圧により赤外線を発光する。赤外線受光素子及び赤外線発光素子は、例えばＮＤＩＲ（ｎｏｎ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ）方式ガスセンサに利用されることがある。ＮＤＩＲ方式ガスセンサは、検出対象ガスに応じた吸収波長帯の赤外線を受光する赤外線受光素子及びその吸収波長帯の赤外線を発光する赤外線発光素子を用いて、ガス濃度を計測することができる。例えば特許文献１は、赤外線を放射する光源と、特定波長の赤外線を検出する検出器とを楕円体の内面（楕円体ミラー）を有するケース内に備え、当該ケース内に被検出ガスが導入されるように構成された装置を開示する。

米国特許出願公開第２０１８／０３４８１２１号明細書

ここで、半導体素子を基板上に配置して構成されるデバイスでは、半導体基板に対しても応力がかかる場合がある。例えば、デバイスの実装時の熱膨張などの影響によって半導体基板が反ることがあり得る。デバイスがガスセンサである場合に、反りによってガスセンサの特性変動が生じることがある。特に小型のガスセンサにおいて、半導体基板の変形は特性に大きく影響するため、半導体素子への影響を抑制可能な技術が求められていた。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、半導体基板の変形による特性変動を抑制可能な光電変換素子及びガスセンサを提供することにある。

（１）本開示の一実施形態に係る光電変換素子は、
光を出射又は入射する光出入射面、半導体基板、半導体層及び電極を有する半導体素子部と、前記半導体素子部の側面を覆う封止部と、を備える半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの一方の面に設けられ、前記電極と外部接続端子との再配線を覆う絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、前記再配線が間に設けられるように第１絶縁層と第２絶縁層とを含んで構成され、前記半導体層の少なくとも一部を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記半導体層の少なくとも一部を前記絶縁層が薄く覆うように形成される場合に、前記絶縁層の薄く覆う部分では、前記第２絶縁層が設けられていない。

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記光電変換素子はＦＯＷＬＰのパッケージ構造を有する。

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記接続領域の一部を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。

（５）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記中央領域を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。

（６）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記接続領域の一部及び前記中央領域を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。

（７）本開示の一実施形態として、（１）から（６）のいずれかにおいて、
前記外部接続端子は複数であって、ＬＧＡ又はＢＧＡを構成する。

（８）本開示の一実施形態に係るガスセンサは、
（１）から（７）のいずれかの光電変換素子であって、前記光出入射面が光を出射する発光素子と、
（１）から（７）のいずれかの光電変換素子であって、前記光出入射面が光を入射する受光素子と、を備え、
前記発光素子から出射されて気体を通って前記受光素子で検出された前記光の受光量に基づいて、前記気体に含まれる被検出ガスを検出する。

（９）本開示の一実施形態として、（１）から（７）のいずれかにおいて、
前記半導体層の少なくとも一部を前記絶縁層が薄く覆うように形成される場合に、前記絶縁層の薄く覆う部分の厚さは、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とを合わせた厚さの１／２以下である。

本開示によれば、半導体基板の変形による特性変動を抑制可能な光電変換素子及びガスセンサを提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係るガスセンサの構成例を示す概略図である。 図２は、図１のガスセンサの断面を示す断面図である。 図３は、図１のガスセンサの導光部材を除いた上面を示す平面図である。 図４は、図１のガスセンサの上面を示す平面図である。 図５は、図１のガスセンサの光電変換素子を含む一部の拡大断面を示す断面図である。 図６は、光電変換素子にかかる応力を説明する図である。 図７は、光電変換素子が発光素子である場合の平面図である。 図８は、光電変換素子が受光素子である場合の平面図である。 図９Ａは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。 図９Ｂは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。 図９Ｃは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。 図９Ｄは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。 図９Ｅは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。 図９Ｆは、光電変換素子の絶縁層の構成の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る光電変換素子及びガスセンサが説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の構成例を示す概略図である。図１では、発光素子１１及び受光素子１２などの位置を示すために、基板を透過させて示している。図２は、図１の中央の仮想線ｂにおけるガスセンサ１の断面を示す断面図である。図３及び図４は、ガスセンサ１の上面を示す平面図である。図３では、ガスセンサ１の導光部材１５を除いて（透過させて）示している。

図１～図４において、ガスセンサ１の向きに対応する直交座標が設定される。この直交座標は、後に参照する図５、図７～図９Ｆでも用いられる。ｚ軸方向は、ガスセンサ１の高さ方向である。ｙ軸方向は、ガスセンサ１の縦方向に対応し、本実施形態において長方形状の基板の長手方向に対応する。また、ｘ軸方向は、ガスセンサ１の横方向（幅方向）に対応し、本実施形態において長方形状の基板の短手方向に対応する。ここで、基板は正方形状であってよく、このときｘ軸方向及びｙ軸方向が１つの辺の方向及びそれに直交する方向に対応してよい。以下において、この直交座標の軸を用いて、位置関係を説明することがある。

図１～図４に示すように、ガスセンサ１は、基板と、発光素子１１と、受光素子１２と、複数の外部接続端子４０と、を備える。本実施形態において、ガスセンサ１は、発光素子１１から出射された光を受光素子１２に導く導光部材１５と、発光素子１１の出射面に設けられた光学フィルタ１６が樹脂成形されたフィルタブロック１６ａと、をさらに備える。また、本実施形態において、ガスセンサ１は、発光素子１１及び受光素子１２の動作を制御し、被検出ガスの濃度を演算するＩＣ１３（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、ＩＣ１３で使用されるデータ及びプログラムなどを記憶するメモリ１４と、をさらに備える。複数の外部接続端子４０は、少なくとも一部が発光素子１１及び受光素子１２と電気的に接続される。また、複数の外部接続端子４０の一部は、ＩＣ１３又はメモリ１４と電気的に接続されてよい。また、発光素子１１及び受光素子１２の一方又は両方は、直接にＩＣ１３と電気的に接続されてよい。また、メモリ１４は、ＩＣに設けることが可能なら備えなくてよい。ＩＣ１３を外部に設ける場合に、ガスセンサ１は、ＩＣ１３を備えていなくてよい。また、メモリ１４を外部に設ける場合に、ガスセンサ１は、メモリ１４を備えていなくてよい。

ここで、半導体素子が樹脂により封止されたデバイスにおいて、デバイスの小型化のために、ＦＯＷＬＰ（Ｆａｎ Ｏｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）又はＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のようなパッケージ構造が用いられることがある。本実施形態において、発光素子１１、受光素子１２、ＩＣ１３及びメモリ１４が半導体素子であって、ガスセンサ１はＦＯＷＬＰのパッケージ構造を有する小型の検出装置を実現する。例えば発光素子１１及び受光素子１２はそれぞれＦＯＷＬＰのパッケージ構造を有してよい。再構成基板は、これらの半導体素子を実装して電気的な接続を行うが、本実施形態において発光素子１１及び受光素子１２の電極形成面側に形成される再配線層３０を含む。再配線層３０の詳細については後述する。また、以下の説明において、基板の一方の面であって、半導体素子が設けられ光を出射又は入射する光出入射する方の面が表面３０ａと称される。基板の表面３０ａと反対の面であって、複数の外部接続端子４０がある方の面が裏面３０ｂと称される。また、発光素子１１及び受光素子１２なども単体で素子を構成する基板を有するが、素子の基板は半導体基板１１１（図５参照）と称される。また、ガスセンサ１を部品として用いる製品も基板を有するが、製品の基板は製品基板と称される。ここで、「裏面３０ｂにある」とは、直接に裏面３０ｂに設けられて存在している状態だけでなく、間接的に設けられて存在している状態を含む。例えば複数の外部接続端子４０は別の層などを介して裏面３０ｂに設けられてよいが、このような間接的な設置による場合も「裏面３０ｂにある」と記載される。

発光素子１１の光出入射面１０ａ（すなわち光出射面）は、基板の表面３０ａに設けられ、被検出ガスの検出に用いられる光を出射する。発光素子１１は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。本実施形態において、発光素子１１が発する光は赤外線であるが、これに限定されない。本実施形態において、発光素子１１はＬＥＤであるが、別の例として半導体レーザ又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒータ等であり得る。ここで、「表面３０ａに設けられる」とは、直接に表面３０ａに設けられることだけでなく、間接的に設けられることを含む。例えばフィルタブロック１６ａは、基板の表面３０ａに接着材などを介して設けられてよいが、このような間接的な設置も「表面３０ａに設けられる」と記載される。

ここで、赤外線の波長は２μｍ～１２μｍであってよい。２μｍ～１２μｍの領域は、各種ガスに固有の吸収帯が数多く存在し、ガスセンサ１で用いるのに特に適した波長帯である。例えば３．３μｍの波長にメタン、４．３μｍの波長に二酸化炭素、９．５μｍの波長にアルコール（エタノール）の吸収帯が存在する。

受光素子１２の光出入射面１０ａ（すなわち光入射面）は、基板の表面３０ａに設けられ、発光素子１１から出射された光を受光する。受光素子１２は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有するものであれば特に制限されない。本実施形態において、受光素子１２が受け取る光は赤外線であるが、これに限定されない。受光素子１２は、受け取った光を電気信号に変換して、変換した電気信号を出力する。電気信号は、例えばＩＣ１３に出力される。電気信号を受け取ったＩＣ１３は、光の透過率等に基づいて被検出ガスの濃度を演算する。

導光部材１５は、発光素子１１の光出射面から出射された光を、光入射面を有する受光素子１２に導く部材である。導光部材１５は、ガスセンサ１の光学系である。導光部材１５は光学部材を備え、発光素子１１から受光素子１２への光路を構成する。ここで、光学部材は例えばミラー、レンズ等である。本実施形態において、導光部材１５は、基板の表面３０ａの接着面１７で基板に接着され、内部に気体が導入される空間を形成する。発光素子１１から出射された光は、導光部材１５によって空間内の気体を通って受光素子１２で受光される。空間内の気体に被検出ガスが含まれれば、特定の波長の光が濃度に応じて吸収されるため、吸収量を検出することにより被検出ガスの濃度を測定することができる。

光学フィルタ１６は、波長選択機能を有する部材である。光学フィルタ１６は、被検出ガスの吸収波長帯の光を透過させるバンドパスフィルタであってよい。本実施形態において、光学フィルタ１６は発光素子１１の出射面に設けられているが、これに限定されない。光学フィルタ１６は、例えば受光素子１２の受光面（入射面）に設けられてよい。

図５は、図１のガスセンサ１の光電変換素子を含む一部の拡大断面を示す断面図である。光電変換素子は、発光素子１１又は受光素子１２である。発光素子１１及び受光素子１２に共通の構造を説明する場合に、光電変換素子の言葉で説明することがある。図５における拡大した断面は、図７又は図８に示すように、発光素子１１又は受光素子１２における外部接続端子４０を横切る仮想線での断面である。

図５に示すように、光電変換素子が備える半導体素子部１０の光出入射面１０ａと反対側の面には、電極１１３が設けられている。半導体素子部１０の電極１１３が形成された面である電極形成面１０ｂは、再配線層３０と接している。半導体素子部１０は、電極１１３を介して再配線層３０と電気的に接続される。

半導体基板１１１は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合のフォトダイオード構造の半導体層１１２を成膜することが可能な素子の基板である。半導体基板１１１は、赤外線等の光透過性を有するものであれば特に制限されない。半導体基板１１１は、半導体を含む材料を含んでよいし、絶縁性であってよい。半導体基板１１１は、一例として、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、サファイヤ、リン化インジウム（ＩｎＰ）等で形成される。半導体層１１２がＩｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ａｌ等を含むナローギャップ半導体材料（例えばＩｎＳｂ）を含む材料で形成される場合、格子欠陥の少ない半導体層１１２を形成する観点から、半導体基板１１１としてＧａＡｓ基板を用いることが好ましい。この場合、半導体基板１１１は光に対して高い透過率を有し、半導体基板１１１上に高品質の結晶性成長が可能となる。さらに、半導体基板１１１の光出入射面１０ａ側の面は、凹凸を形成したり、Ｔｉ０_２等の反射防止膜を形成したりしてよい。光取り出しを向上することが可能となる。

半導体層１１２は、例えば第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層で構成されたＰＩＮ接合のフォトダイオード構造を有している。半導体層１１２としては、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合のフォトダイオード構造又はＬＥＤ構造を有するものであれば、特定の構造に限定されない。半導体層１１２は、赤外線等の特定波長の光に対して感度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を適用することができる。半導体層１１２上に電極１１３が形成される。

封止部２０は、樹脂材料で構成されており、半導体素子部１０の光出入射面１０ａを露出させるように、半導体素子部１０の側面を覆う。また、半導体素子部１０の電極形成面１０ｂが再配線層３０に対して露出する。すなわち、本実施形態に係るガスセンサ１において、半導体素子部１０の光出入射面１０ａ及び電極形成面１０ｂ以外が封止部２０によって封止されている。ここで、半導体素子部１０と封止部２０を含む部分を半導体モジュール２１と称することがある。また、封止部２０は、半導体基板１１１を介して半導体層１１２に赤外線等の光が出入射できるように形成されていればよく、覆う面について特に限定されない。例えば、封止部２０は、半導体素子部１０の電極形成面１０ｂの一部を覆っていてよいし、半導体素子部１０の側面の一部を覆っていなくてよい。封止部２０のうち半導体素子部１０の側面を覆う部分の上面は光出入射面１０ａより薄くてよいし、光出入射面１０ａと面一になっていてよい。

封止部２０としては、量産性、機械強度及び半導体素子部１０への応力の観点から、再配線層３０と近い線膨張係数を有する樹脂材料を用いることが好ましい。封止部２０は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成されてよい。

また、封止部２０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、不可避的に混在する不純物などを含んでいてよい。フィラーとしては、例えばシリカ、アルミナ等が好適に用いられる。

再配線層３０は、半導体素子部１０及び封止部２０の電極形成面１０ｂ側に形成される。再配線層３０は、再配線３２が間に設けられるように第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２とを含んで構成される絶縁層３１と、半導体素子部１０の電極１１３と電気的に接続される再配線３２と、外部接続端子４０を接続するためのパッド３３と、を備えている。本実施形態において、電極１１３に対して再配線３２が接続されて、再配線３２は外部接続端子４０に接続されている。絶縁層３１は、半導体モジュール２１の一方の面に設けられ、少なくとも電極１１３と外部接続端子４０との再配線３２を覆っている。

第１絶縁層３１１は、半導体素子部１０及び封止部２０の電極形成面１０ｂ側に形成されている。第１絶縁層３１１は、反りが小さく、再配線３２との接合性に優れ、耐熱性の高い材料により形成され、具体的にはポリイミド等の樹脂材料により形成される。第１絶縁層３１１は、半導体素子部１０の電極１１３の位置に第１絶縁層３１１を貫通する開口を有している。開口を介して、再配線３２が電極１１３と電気的に接続可能となる。

再配線３２は、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２との間に設けられている。再配線３２は、第１絶縁層３１１の開口から露出する電極１１３の表面を覆い、開口の側壁からパッド３３まで第１絶縁層３１１の表面上で延在する。

再配線３２は、例えば無電解めっき又はスパッタリングにより形成される下地層の上に導体層が形成された構成であってよい。下地層は、第１絶縁層３１１と導体層との接着性を向上させる役割も果たす。下地層は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。導体層は、例えば電解めっきにより形成される。導体層は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。

第２絶縁層３１２は、第１絶縁層３１１の表面に形成される。第２絶縁層３１２は、第１絶縁層３１１と同様に、例えばポリイミド等の樹脂材料により形成される。第２絶縁層３１２は、平面視で第１絶縁層３１１の開口と重ならない領域に、第２絶縁層３１２を貫通する開口を有する。開口を介して、パッド３３が再配線３２と電気的に接続可能となる。第１絶縁層３１１と、第２絶縁層３１２とは、同じ材料で形成されてよい。この場合、半導体モジュール２１から再配線３２の半導体モジュール２１側の面までの高さの絶縁層３１が第１絶縁層３１１となり、再配線３２の半導体モジュール２１側の面から半導体モジュール２１と反対側の部分の絶縁層３１が第２絶縁層３１２となる。

パッド３３は、外部接続端子４０を再配線３２と接続するために設けられる。パッド３３は、例えばＮｉ層とＡｕ層との積層膜により形成される。パッド３３は、第２絶縁層３１２の開口から露出する再配線３２の表面を覆う。

外部接続端子４０は、パッド３３と接しており、第２絶縁層３１２の開口から露出する再配線３２と電気的に接続されている。本実施形態において、外部接続端子４０は複数であって、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を構成する。ただし、外部接続端子４０の形状などは限定されない。外部接続端子４０は例えばはんだボールであってよい。例えば複数の外部接続端子４０がＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を構成してよい。

ガスセンサ１は、発光素子１１と、受光素子１２と、を備え、発光素子１１から出射されて、気体を通って受光素子１２で検出された光の受光量に基づいて、気体に含まれる被検出ガスを検出する。発光素子１１及び受光素子１２は、それぞれ上記の半導体素子部１０の構成を有する。発光素子１１では半導体素子部１０の光出入射面１０ａが光を出射する。受光素子１２では半導体素子部１０の光出入射面１０ａが光を入射する。ガスセンサ１は、例えば測定機器などの製品の部品として用いられ、製品基板に実装される際に、複数の外部接続端子４０が製品基板の所定位置でリフローによってはんだ付けされる。

従来、光学デバイスの実装時のリフローで生じる熱膨張及びその後の冷却による収縮などの影響によって、光学デバイスの基板に力が加わり、結果として光学素子が変形して、光学デバイスの特性変動が生じることがあった。例えば図６の上図のように、外部接続端子１０４０がＬＧＡである従来構造の小型のガスセンサ１００１は、リフロー後に温度が下がったときに、製品基板よりもＬＧＡパッケージの線膨張係数の方が大きいために収縮する。その結果、製品基板に接続された外部接続端子１０４０の方に引っ張る応力が生じる。両方の外部接続端子１０４０までつながっている絶縁層１０３１が光電変換素子の半導体素子部１０１０を覆っているため、応力は絶縁層１０３１を介して半導体素子部１０１０にかかる。すると、半導体素子部１０１０の受発光に関する領域が、複数の外部接続端子１０４０の方に引っ張られて変形し、ガスセンサ１の特性変動が生じることがある。

本実施形態に係るガスセンサ１は、光電変換素子の半導体素子部１０に対して、絶縁層３１が、半導体層１１２の少なくとも一部を覆わないように、又は、再配線３２を覆う絶縁層３１の厚さに比べて薄く覆うように形成されている。例えば図６のように、絶縁層３１は、半導体層１１２の受発光に関する領域を覆わないように分離されている。そのため、半導体素子部１０を外部接続端子４０の方に引っ張る応力が低減されて、半導体基板１１１の変形が抑制され、ガスセンサ１の特性変動の発生を抑制することができる。

以下に、絶縁層３１のいくつかの形成例が説明される。図７は、光電変換素子が発光素子１１である場合の平面図である。図７に示すように、発光素子１１の半導体層１１２は、電極１１３が配置され得る接続領域１０２と、接続領域１０２を除く中央領域１０１とに区分することができる。中央領域１０１は、半導体層１１２の受発光に関する領域である。特に中央領域１０１が異なる方向に引っ張られて変形すると、ガスセンサ１の特性変動が生じる。したがって、中央領域１０１にかかる応力を弱めたり、中央領域１０１に応力がかからないようにしたり、中央領域１０１にかかる応力が主に一方向であるようにしたりすることで、ガスセンサ１の特性変動を抑制することが可能である。図８は、光電変換素子が受光素子１２である場合の平面図である。図８に示すように、受光素子１２でも、半導体層１１２は、接続領域１０２と、中央領域１０１とに区分することができる。

図９Ａ～図９Ｆは、光電変換素子（すなわち発光素子１１又は受光素子１２）の絶縁層３１の構成の一例を示す断面図である。図９Ａ～図９Ｆの光電変換素子の断面は、図７又は図８に示すように外部接続端子４０を横切る仮想線での断面である。

図９Ａに示すように、絶縁層３１が接続領域１０２の一部を覆わないように形成されてよい。絶縁層３１が分離されていることによって、中央領域１０１にかかる応力が主に一方向であるようにできる。図９Ａの例では、ｘ軸正方向の応力が中央領域１０１にかかるが、絶縁層３１が分離されていることによってｘ軸負方向の応力があまりかからない。そのため、半導体基板１１１の変形が抑制され、ガスセンサ１の特性変動の発生を抑制することができる。また、光電変換素子の半導体素子部１０において、絶縁層３１によって覆われない部分は気体（空気）と接することになり、絶縁層３１と接している場合に比べて反射率が大きくなる。そのため、ｚ軸負方向へ向かう光が、気体と接する部分において反射して光出入射面１０ａ又は半導体層１１２に戻るため、発光素子１１の発光効率又は受光素子１２の受光感度を向上させることができる。

図９Ｂに示すように、絶縁層３１が接続領域１０２の一部を、再配線３２を覆う絶縁層３１の厚さに比べて薄く覆うように形成されてよい。絶縁層３１が完全に分離されていなくても、一部が薄くなっていることによって、中央領域１０１にかかる応力を小さくすることができる。ここで、再配線３２を覆う絶縁層３１の厚さは、図５の「Ｔ」で示され、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２とを合わせた厚さである。半導体層１１２の少なくとも一部を絶縁層３１が薄く覆うように形成される場合に、絶縁層３１の薄く覆う部分の厚さは、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２とを合わせた厚さの１／２以下（Ｔ／２以下）であることが好ましい。図９Ｂの例において、第１絶縁層３１１の厚さは、第２絶縁層３１２の厚さ以下である。そして、絶縁層３１が接続領域１０２の一部を薄く覆う部分では、第１絶縁層３１１だけで覆っており、Ｔ／２以下となっている。

図９Ｃに示すように、絶縁層３１が中央領域１０１を覆わないように形成されてよい。このように絶縁層３１が分離されていることによって、中央領域１０１に応力がかからないようにできる。そのため、半導体基板１１１の変形が抑制され、ガスセンサ１の特性変動の発生を抑制することができる。また、図９Ａの場合と同様に、発光素子１１の発光効率又は受光素子１２の受光感度を向上させることができる。

図９Ｄに示すように、絶縁層３１が中央領域１０１を、再配線３２を覆う絶縁層３１の厚さに比べて薄く覆うように形成されてよい。絶縁層３１が完全に分離されていなくても、一部が薄くなっていることによって、中央領域１０１にかかる応力を小さくすることができる。ここで、図９Ｂと同様に、絶縁層３１の薄く覆う部分の厚さは、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２とを合わせた厚さの１／２以下（Ｔ／２以下）であることが好ましい。図９Ｄの例において、絶縁層３１が中央領域１０１を薄く覆う部分では、第２絶縁層３１２が設けられておらず、第１絶縁層３１１だけで覆っている。そのため、絶縁層３１が中央領域１０１を薄く覆う部分の厚さはＴ／２以下となっている。

図９Ｅに示すように、絶縁層３１が接続領域１０２の一部及び中央領域１０１を覆わないように形成されてよい。このように絶縁層３１が分離されていることによって、中央領域１０１に応力がかからないようにできる。そのため、半導体基板１１１の変形が抑制され、ガスセンサ１の特性変動の発生を抑制することができる。また、図９Ａの場合と同様に、発光素子１１の発光効率又は受光素子１２の受光感度を向上させることができる。

図９Ｆに示すように、絶縁層３１が接続領域１０２の一部及び中央領域１０１を、再配線３２を覆う絶縁層３１の厚さに比べて薄く覆うように形成されてよい。絶縁層３１が完全に分離されていなくても、一部が薄くなっていることによって、中央領域１０１にかかる応力を小さくすることができる。ここで、図９Ｂと同様に、絶縁層３１の薄く覆う部分の厚さは、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２とを合わせた厚さの１／２以下（Ｔ／２以下）であることが好ましい。図９Ｆの例において、絶縁層３１が接続領域１０２の一部及び中央領域１０１を薄く覆う部分では、第１絶縁層３１１だけで覆っており、Ｔ／２以下となっている。

以上のように、本実施形態に係る光電変換素子及びガスセンサ１は、上記の構成によって、従来構造と比べて、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制することができる。

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ ガスセンサ
１０ 半導体素子部
１０ａ 光出入射面
１０ｂ 電極形成面
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ ＩＣ
１４ メモリ
１５ 導光部材
１６ 光学フィルタ
１６ａ フィルタブロック
１７ 接着面
２０ 封止部
２１ 半導体モジュール
３０ 再配線層
３０ａ 表面
３０ｂ 裏面
３１ 絶縁層
３２ 再配線
３３ パッド
４０ 外部接続端子
１０１ 中央領域
１０２ 接続領域
１１１ 半導体基板
１１２ 半導体層
１１３ 電極
３１１ 第１絶縁層
３１２ 第２絶縁層
１００１ ガスセンサ
１０１０ 半導体素子部
１０３１ 絶縁層
１０４０ 外部接続端子

Claims (9)

1. 光を出射又は入射する光出入射面、半導体基板、半導体層及び電極を有する半導体素子部と、前記半導体素子部の側面を覆う封止部と、を備える半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールの一方の面に設けられ、前記電極と外部接続端子との再配線を覆う絶縁層と、を備え、
   前記絶縁層は、前記再配線が間に設けられるように第１絶縁層と第２絶縁層とを含んで構成され、前記半導体層の少なくとも一部を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている、光電変換素子。
2. 前記半導体層の少なくとも一部を前記絶縁層が薄く覆うように形成される場合に、前記絶縁層の薄く覆う部分では、前記第２絶縁層が設けられていない、請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記光電変換素子はＦＯＷＬＰのパッケージ構造を有する、請求項１に記載の光電変換素子。
4. 前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記接続領域の一部を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
5. 前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記中央領域を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
6. 前記半導体層を、前記電極が配置され得る接続領域と、前記接続領域を除く中央領域とに区分した場合に、前記絶縁層が前記接続領域の一部及び前記中央領域を覆わないように、又は、前記再配線を覆う前記絶縁層の厚さに比べて薄く覆うように形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
7. 前記外部接続端子は複数であって、ＬＧＡ又はＢＧＡを構成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
8. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子であって、前記光出入射面が光を出射する発光素子と、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子であって、前記光出入射面が光を入射する受光素子と、を備え、
   前記発光素子から出射されて気体を通って前記受光素子で検出された前記光の受光量に基づいて、前記気体に含まれる被検出ガスを検出する、ガスセンサ。
9. 前記半導体層の少なくとも一部を前記絶縁層が薄く覆うように形成される場合に、前記絶縁層の薄く覆う部分の厚さは、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とを合わせた厚さの１／２以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子。

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