JP3872404B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devise）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＣＤやＣＭＯＳ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の一例の断面図を図３に示す。図３に示すように、従来の光半導体装置105は、セラミックス等からなる基体101の底板部101ｄの上側主面の中央部に設けられた載置部101ｄ−１に、光半導体素子102が載置固定され、光半導体素子102の上面の電極107が基体101の凹部101ａの底面に形成した電極パッド106にボンディングワイヤ108を介して電気的に接続され、基体101の側壁部101ｂの上面の略全周に設けられた封止樹脂110を介して透光性蓋体104が側壁部101ｂの上面に接着されて構成されている。また、光半導体素子102の上面の中央部に受光部102ａ、外周部に電極107が設けられている。
【０００３】
また、図３において、111は光半導体素子102を基体101の底板部101ｄの上側主面に接合するための樹脂接着剤、104はガラス等から成る透光性蓋体である。
【０００４】
基体101はセラミックス等からなり、底板部101ｄと、その上側主面の外周部に取着された枠状の側壁部101ｃ，101bとにより構成されている。底板部101ｄと側壁部101ｃ，101ｂとは一体的に形成されている場合もある。
【０００５】
また、光半導体素子102は底板部101ｄの上側主面に樹脂接着剤111を介して接着されて載置固定されており、光半導体素子102の上面の外周部には電極107が設けられている。この電極107と電極パッド106とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ108により電気的に接続される。また、透光性蓋体104が封止樹脂110を介して基体101の側壁部101ｂの上面に接着固定される。
【０００６】
また、他の従来例として、平板状の基体にペースト状の樹脂を用いて枠を形成する構成のものが提案されている（特開平10−144898号公報参照）。
【０００７】
さらに、他の従来例として、遮光性の枠を取り付けている構成のものが提案されている（特開平10−32323号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年光半導体装置の更なる低コスト化および小型化が益々望まれてきているが、上記従来の光半導体装置105では、底板部101ｄと側壁部101ｃ，101ｂとから成る基体101を用いていたため、低コスト化や小型化に限界があった。
【０００９】
そこで、光半導体装置を低コスト化および小型化するために、誘電体から成る平板状の基体、即ち底板部101ｄのみから成り側壁部101ｃ，101ｂを有していない基体を用いて、安価な樹脂から成る枠体を基体の上側主面の外周部に接着した構成のものが提案され実用化されている。しかしながら、一般的に用いられる熱硬化性の樹脂接着剤を用いて枠体を基体に接着すると、樹脂接着剤の加熱硬化後に常温に戻った際に、基体と枠体との熱膨張係数差によって基体に反りが発生したり、基体と枠体とが剥離するという問題点が発生していた。
【００１０】
また、平板状の基体と樹脂から成る枠体との接着に加熱工程を伴わない常温硬化型の樹脂接着剤を用いると、その硬化に５〜12時間程度の長時間の放置が必要となり、スループット（生産性）が低いという問題点があった。
【００１１】
また、特開平10−144898号公報に記載された発明のように、ペースト状の樹脂を用いて枠を形成すると、枠の上にガラス等の透光性蓋体を接着する際の高さの調整が困難となり、高さのバラツキや光半導体素子に対する透光性蓋体の傾きが生じてしまうという問題点があった。
【００１２】
特開平10−32323号公報に記載された発明のように、遮光性の枠を用いた場合、紫外線硬化性の樹脂接着剤を使用することが困難なため、熱硬化性の樹脂接着剤や常温硬化型の樹脂接着剤を用いる必要がある。その結果、熱硬化性の樹脂接着剤では基体の反りや剥離が発生し、常温硬化型の樹脂接着剤では生産性の低下が生じるという問題点があった。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基体の反りや蓋体の傾き等の不具合が生じず、また生産性が高い安価で小型の光半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子を載置する載置部が設けられているとともに前記上側主面の前記載置部の周囲に電極パッドが設けられた誘電体から成る基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤で接着された枠体と、上面の中央部に受光部および外周部に電極が設けられ、下面が前記載置部に接着されて載置固定されるとともに前記電極が前記電極パッドにボンディングワイヤを介して電気的に接続された光半導体素子と、前記枠体の上面に紫外線硬化性の封止材で接着された透光性蓋体とを具備し、前記枠体は下面が前記基体の前記上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、前記電極パッドは前記枠体の下方に位置しているとともに前記ボンディングワイヤとの接続部が前記樹脂接着剤で覆われており、前記枠体および前記透光性蓋体は１００乃至４５０ｎｍの波長の紫外線を７０％以上透過する誘電体から成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、基体の上側主面の外周部に樹脂接着剤で枠体が接着された構成、即ち基体の上側主面の外周部に枠体が直接接着されている構成とされていることから、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化されたものとなる。また、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることから、基体と枠体との接着および枠体と透光性蓋体との接着を、紫外線硬化性の樹脂接着剤および紫外線硬化性の封止材を用いて同時に行なうことが可能となる。その結果、生産性が高く安価な光半導体装置を作製することができる。
【００１７】
本発明の光半導体装置は、枠体は下面が基体の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至30°傾斜しており、電極パッドは枠体の下方に位置しているとともにボンディングワイヤとの接続部が樹脂接着剤で覆われていることから、基体の上側主面の面積が小さくなり、より一層の小型化および低コスト化が達成される。また、ボンディングワイヤおよび電極パッドの接続部が樹脂接着剤で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤の枠体の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体の下端の内側に樹脂接着剤の大きなメニスカスを形成できるため枠体の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤は枠体の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【００１８】
【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は本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図、図２は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。これらの図において、１は基体、２は光半導体素子、３は枠体、４は透光性蓋体であり、これら基体１、光半導体素子２、枠体３および透光性蓋体４により、光半導体装置５が基本的に構成される。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子２を載置する載置部１ａが設けられているとともに上側主面の載置部１ａの周囲に電極パッド６が設けられた誘電体から成る基体１と、基体１の上側主面の外周部に載置部１ａを囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤９で接着された枠体３と、上面の中央部に受光部２ａおよび外周部に電極７が設けられ、下面が載置部１ａに接着されて載置固定されるとともに電極７が電極パッド６にボンディングワイヤ８を介して電気的に接続された光半導体素子２と、枠体３の上面に紫外線硬化性の封止材１０で接着された透光性蓋体４とを具備し、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにボンディングワイヤ８との接続部が樹脂接着剤９で覆われており、枠体３および透光性蓋体４は１００乃至４５０ｎｍの波長の紫外線を７０％以上透過する誘電体から成る。
【００２０】
本発明の基体１は、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2Ｏ3）質焼結体（セラミックス），ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）質焼結体等のセラミックスやガラスセラミックス等の無機材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等の樹脂系材料、またはＡｌ，Ｃｕ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属材料から成る。
【００２１】
この基体１は、外部電気回路基板等に実装される際の熱で膨張し、光半導体素子２にストレスを与える場合があることから、熱膨張係数が５×10-6／℃程度と小さいアルミナを主成分として含有するセラミックスやガラスセラミックスが好ましい。例えば、アルミナを主成分として含有するガラスセラミックスから成る場合、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とから成る原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して泥漿物を作製し、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシート（生シート）と成し、このセラミックグリーンシートに所定の配線導体を印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに加圧して密着させ、最後に約1600℃の高温で焼成することにより製作される。
【００２２】
また、基体１の上側主面の載置部１ａに樹脂接着剤11を介して光半導体素子２が接着され、光半導体素子２の上面の外周部に形成された半田バンプ等からなる電極７が、基体１の上側主面に形成された電極パッド６にボンディングワイヤ８を介して電気的に接続される。この電極パッド６は基体１の内部に形成されている配線パターンと接続される。また、電極パッド６は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属から成り、例えば、基体１がアルミナを主成分として含有するガラスセラミックスから成る場合、電極パッド６の導通抵抗を下げられる点で、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ等が好適に使用される。
【００２３】
さらに、電極パッド６の露出表面には、ニッケルや金等の耐食性に優れワイヤボンディング性やろう材の濡れ性に優れる金属層を１〜20μｍの厚みでめっき法により被着させておくのがよく、電極パッド６の露出表面の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにボンディングワイヤ８の接続性を良好とすることができる。
【００２４】
なお、基体１の上側主面の載置部１ａに光半導体素子２を接着する樹脂接着剤11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が好適に用いられる。
【００２５】
光半導体素子２は、フォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ，ＣＭＯＳセンサ，ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の受光素子、またはこれらの受光部を上面の中央部に有するものである。そして、光半導体素子２は、受光部で受光した光を電気信号に変換し、その電気信号を電極７、ボンディングワイヤ８および電極パッド６を介して外部に出力する。
【００２６】
電極７は、Ｃｕ、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ2Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等から成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。
【００２７】
また、基体１の上側主面の外周部に、光半導体素子２を取り囲むようにして、枠体３がアクリル系樹脂，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る紫外線硬化性の樹脂接着剤９で接着される。さらに、枠体３の上面には、その略全周に設けられたアクリル系樹脂，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る紫外線硬化性の封止材10を介して透光性蓋体４が接着される。
【００２８】
本発明においては、基体１の上側主面に枠体３が直接接着されていることから、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化することができる。また、枠体３および透光性蓋体４が100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成り、基体１と枠体３、枠体３と透光性蓋体４が、紫外線硬化性の樹脂接着剤９および紫外線硬化性の封止材10で接着されていることから、製造工程において基体１と枠体３との接着および枠体１と透光性蓋体４との接着を同時に行なうことができるため、生産性が高く安価な光半導体装置５を作製することができる。
【００２９】
このような枠体３および透光性蓋体４の材料としては、高い紫外線透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ホウ珪酸ガラスやソーダガラス等のガラス、プラスチック、サファイア（アルミナの単結晶）、石英等が好ましい。具体的には、ホウ珪酸ガラス（波長380ｎｍの紫外線の透過率約90％）、プラスチック（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）、サファイア（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）、石英（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）等である。
【００３０】
また、一般的に紫外線硬化性の樹脂を硬化させるためには、紫外線の波長が100ｎｍ乃至450ｎｍが適している。
【００３１】
また本発明においては、図２に示すように、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにＡｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤ８との接続部が樹脂接着剤９で覆われていることが必要である。この場合、枠体３の下面の５乃至３０°の傾斜によってボンディングワイヤ８に損傷を与えない構造となり、更に光半導体装置５の小型化を実現することが可能となる。また、ボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部が樹脂接着剤９で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤９で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤９の枠体３の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体３の下端の内側に樹脂接着剤９の大きなメニスカスを形成できるため枠体３の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤９が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤９は枠体３の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【００３２】
枠体３の下面の傾斜角度が５°未満では、電極パッド６を枠体３の下方に位置させるとともにボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部を樹脂接着剤９で覆うことが困難になる。30°を超えると、枠体３の下面の傾斜が大きくなるので、枠体３と基体１との接合強度を保つことが困難となる。
【００３３】
透光性蓋体４は、主面が平面状とされた平板状のものに限らず、レンズ状に加工されたものでもよい。透光性蓋体４の厚さは0.3〜1.0ｍｍ程度が良く、0.3ｍｍ未満では、強度が小さいため組み立て中に破損したり、封止材10によって反りが発生し光半導体素子２で取り込んだ画像が歪むという問題が発生し易い。1.0ｍｍを超えると、小型軽量化および薄型化が成されず実用性が低下する。
【００３４】
【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。
【００３５】
図１の光半導体装置５を以下のように構成した。外形寸法が８ｍｍ角で厚み0.3ｍｍのアルミナセラミックスから成る基体１の上側主面の中央部の載置部１ａに、５ｍｍ角で厚さ0.6ｍｍの光半導体素子（ＣＭＯＳセンサ）２を樹脂接着剤11で接着して載置固定し、Ａｕ製のボンディングワイヤ８で光半導体素子２の電極７と基体１の電極パッド６を電気的に接続した。次に、基体１の上側主面の外周部の全周に紫外線硬化性の樹脂接着剤９を塗布し、紫外線を透過する透明なアクリル樹脂（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）から成る枠体３を接着した。さらに、枠体３の上面の全周に紫外線硬化性の封止材10を塗布し、ホウ珪酸ガラス（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）から成る透光性蓋体４を接着した。このとき、樹脂接着剤９および封止材10としては、アクリル系樹脂から成る同じものを用いた。そして、樹脂接着剤９および封止材10に波長390ｎｍの紫外線を6000ｍＪ（ミリジュール）照射し硬化させた。
【００３６】
本実施例の光半導体装置５では、５ｍｍ角の光半導体素子２を封止して収納するに際して、図３の従来技術では厚さが2.24ｍｍとなるのに対して、厚さが1.7ｍｍとなり、小型低背化された。
【００３７】
また、本実施例として、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に１０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにＡｕから成るボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部が樹脂接着剤９で覆われている構成とし、他の部分は上記実施例と同様とした光半導体装置５を作製した。この場合、５ｍｍ角の光半導体素子２を封止して収納するに際して、図３の従来技術では厚さが１０．８ｍｍ角以上の外形寸法になるのに対して、外形寸法が８ｍｍ角となり、従来の光半導体装置と比較して面積比で４５％小型化することができた。
【００３８】
また、比較例として、枠体３が黒色のエポキシ系樹脂（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率10％未満）から成り、透光性蓋体４がホウ珪酸ガラス（波長380ｎｍの紫外線の透過率約90％）から成る以外は上記実施例と同様にして光半導体装置を作製した。この場合、従来の光半導体装置においての基体１と枠体３との接着および枠体１と透光性蓋体４との接着に要する時間が１時間となり、上記実施例では、基体１と枠体３と透光性蓋体４を同時に１分で接着できたのに対して60倍と長くなって生産性が低下した。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子を載置する載置部が設けられているとともに上側主面の載置部の周囲に電極パッドが設けられた誘電体から成る基体と、基体の上側主面の外周部に載置部を囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤で接着された枠体と、上面の中央部に受光部および外周部に電極が設けられ、下面が載置部に接着されて載置固定されるとともに電極が電極パッドにボンディングワイヤを介して電気的に接続された光半導体素子と、枠体の上面に紫外線硬化性の封止材で接着された透光性蓋体とを具備し、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることにより、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化されたものとなる。また、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることから、基体と枠体との接着および枠体と透光性蓋体との接着を、紫外線硬化性の樹脂接着剤および紫外線硬化性の封止材を用いて同時に行なうことが可能となる。その結果、生産性が高く安価な光半導体装置を作製することができる。
【００４１】
本発明の光半導体装置は、枠体は下面が基体の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッドは枠体の下方に位置しているとともにボンディングワイヤとの接続部が樹脂接着剤で覆われていることにより、基体の上側主面の面積が小さくなり、より一層の小型化および低コスト化が達成される。また、ボンディングワイヤおよび電極パッドの接続部が樹脂接着剤で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤の枠体の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体の下端の内側に樹脂接着剤の大きなメニスカスを形成できるため枠体の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤は枠体の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【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一例を示す断面図である。
【図２】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３】従来の光半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：光半導体素子
２ａ：受光部
３：枠体
４：透光性蓋体
５：光半導体装置
６：電極パッド
７：電極
８：ボンディングワイヤ
９：樹脂接着剤
10：封止材
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devise）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＣＤやＣＭＯＳ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の一例の断面図を図３に示す。図３に示すように、従来の光半導体装置105は、セラミックス等からなる基体101の底板部101ｄの上側主面の中央部に設けられた載置部101ｄ−１に、光半導体素子102が載置固定され、光半導体素子102の上面の電極107が基体101の凹部101ａの底面に形成した電極パッド106にボンディングワイヤ108を介して電気的に接続され、基体101の側壁部101ｂの上面の略全周に設けられた封止樹脂110を介して透光性蓋体104が側壁部101ｂの上面に接着されて構成されている。また、光半導体素子102の上面の中央部に受光部102ａ、外周部に電極107が設けられている。
【０００３】
また、図３において、111は光半導体素子102を基体101の底板部101ｄの上側主面に接合するための樹脂接着剤、104はガラス等から成る透光性蓋体である。
【０００４】
基体101はセラミックス等からなり、底板部101ｄと、その上側主面の外周部に取着された枠状の側壁部101ｃ，101bとにより構成されている。底板部101ｄと側壁部101ｃ，101ｂとは一体的に形成されている場合もある。
【０００５】
また、光半導体素子102は底板部101ｄの上側主面に樹脂接着剤111を介して接着されて載置固定されており、光半導体素子102の上面の外周部には電極107が設けられている。この電極107と電極パッド106とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ108により電気的に接続される。また、透光性蓋体104が封止樹脂110を介して基体101の側壁部101ｂの上面に接着固定される。
【０００６】
また、他の従来例として、平板状の基体にペースト状の樹脂を用いて枠を形成する構成のものが提案されている（特開平10−144898号公報参照）。
【０００７】
さらに、他の従来例として、遮光性の枠を取り付けている構成のものが提案されている（特開平10−32323号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年光半導体装置の更なる低コスト化および小型化が益々望まれてきているが、上記従来の光半導体装置105では、底板部101ｄと側壁部101ｃ，101ｂとから成る基体101を用いていたため、低コスト化や小型化に限界があった。
【０００９】
そこで、光半導体装置を低コスト化および小型化するために、誘電体から成る平板状の基体、即ち底板部101ｄのみから成り側壁部101ｃ，101ｂを有していない基体を用いて、安価な樹脂から成る枠体を基体の上側主面の外周部に接着した構成のものが提案され実用化されている。しかしながら、一般的に用いられる熱硬化性の樹脂接着剤を用いて枠体を基体に接着すると、樹脂接着剤の加熱硬化後に常温に戻った際に、基体と枠体との熱膨張係数差によって基体に反りが発生したり、基体と枠体とが剥離するという問題点が発生していた。
【００１０】
また、平板状の基体と樹脂から成る枠体との接着に加熱工程を伴わない常温硬化型の樹脂接着剤を用いると、その硬化に５〜12時間程度の長時間の放置が必要となり、スループット（生産性）が低いという問題点があった。
【００１１】
また、特開平10−144898号公報に記載された発明のように、ペースト状の樹脂を用いて枠を形成すると、枠の上にガラス等の透光性蓋体を接着する際の高さの調整が困難となり、高さのバラツキや光半導体素子に対する透光性蓋体の傾きが生じてしまうという問題点があった。
【００１２】
特開平10−32323号公報に記載された発明のように、遮光性の枠を用いた場合、紫外線硬化性の樹脂接着剤を使用することが困難なため、熱硬化性の樹脂接着剤や常温硬化型の樹脂接着剤を用いる必要がある。その結果、熱硬化性の樹脂接着剤では基体の反りや剥離が発生し、常温硬化型の樹脂接着剤では生産性の低下が生じるという問題点があった。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基体の反りや蓋体の傾き等の不具合が生じず、また生産性が高い安価で小型の光半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子を載置する載置部が設けられているとともに前記上側主面の前記載置部の周囲に電極パッドが設けられた誘電体から成る基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤で接着された枠体と、上面の中央部に受光部および外周部に電極が設けられ、下面が前記載置部に接着されて載置固定されるとともに前記電極が前記電極パッドにボンディングワイヤを介して電気的に接続された光半導体素子と、前記枠体の上面に紫外線硬化性の封止材で接着された透光性蓋体とを具備し、前記枠体は下面が前記基体の前記上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、前記電極パッドは前記枠体の下方に位置しているとともに前記ボンディングワイヤとの接続部が前記樹脂接着剤で覆われており、前記枠体および前記透光性蓋体は１００乃至４５０ｎｍの波長の紫外線を７０％以上透過する誘電体から成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、基体の上側主面の外周部に樹脂接着剤で枠体が接着された構成、即ち基体の上側主面の外周部に枠体が直接接着されている構成とされていることから、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化されたものとなる。また、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることから、基体と枠体との接着および枠体と透光性蓋体との接着を、紫外線硬化性の樹脂接着剤および紫外線硬化性の封止材を用いて同時に行なうことが可能となる。その結果、生産性が高く安価な光半導体装置を作製することができる。
【００１７】
本発明の光半導体装置は、枠体は下面が基体の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至30°傾斜しており、電極パッドは枠体の下方に位置しているとともにボンディングワイヤとの接続部が樹脂接着剤で覆われていることから、基体の上側主面の面積が小さくなり、より一層の小型化および低コスト化が達成される。また、ボンディングワイヤおよび電極パッドの接続部が樹脂接着剤で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤の枠体の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体の下端の内側に樹脂接着剤の大きなメニスカスを形成できるため枠体の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤は枠体の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【００１８】
【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は本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図、図２は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。これらの図において、１は基体、２は光半導体素子、３は枠体、４は透光性蓋体であり、これら基体１、光半導体素子２、枠体３および透光性蓋体４により、光半導体装置５が基本的に構成される。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子２を載置する載置部１ａが設けられているとともに上側主面の載置部１ａの周囲に電極パッド６が設けられた誘電体から成る基体１と、基体１の上側主面の外周部に載置部１ａを囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤９で接着された枠体３と、上面の中央部に受光部２ａおよび外周部に電極７が設けられ、下面が載置部１ａに接着されて載置固定されるとともに電極７が電極パッド６にボンディングワイヤ８を介して電気的に接続された光半導体素子２と、枠体３の上面に紫外線硬化性の封止材１０で接着された透光性蓋体４とを具備し、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにボンディングワイヤ８との接続部が樹脂接着剤９で覆われており、枠体３および透光性蓋体４は１００乃至４５０ｎｍの波長の紫外線を７０％以上透過する誘電体から成る。
【００２０】
本発明の基体１は、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2Ｏ3）質焼結体（セラミックス），ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）質焼結体等のセラミックスやガラスセラミックス等の無機材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等の樹脂系材料、またはＡｌ，Ｃｕ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属材料から成る。
【００２１】
この基体１は、外部電気回路基板等に実装される際の熱で膨張し、光半導体素子２にストレスを与える場合があることから、熱膨張係数が５×10-6／℃程度と小さいアルミナを主成分として含有するセラミックスやガラスセラミックスが好ましい。例えば、アルミナを主成分として含有するガラスセラミックスから成る場合、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とから成る原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して泥漿物を作製し、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシート（生シート）と成し、このセラミックグリーンシートに所定の配線導体を印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに加圧して密着させ、最後に約1600℃の高温で焼成することにより製作される。
【００２２】
また、基体１の上側主面の載置部１ａに樹脂接着剤11を介して光半導体素子２が接着され、光半導体素子２の上面の外周部に形成された半田バンプ等からなる電極７が、基体１の上側主面に形成された電極パッド６にボンディングワイヤ８を介して電気的に接続される。この電極パッド６は基体１の内部に形成されている配線パターンと接続される。また、電極パッド６は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属から成り、例えば、基体１がアルミナを主成分として含有するガラスセラミックスから成る場合、電極パッド６の導通抵抗を下げられる点で、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ等が好適に使用される。
【００２３】
さらに、電極パッド６の露出表面には、ニッケルや金等の耐食性に優れワイヤボンディング性やろう材の濡れ性に優れる金属層を１〜20μｍの厚みでめっき法により被着させておくのがよく、電極パッド６の露出表面の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにボンディングワイヤ８の接続性を良好とすることができる。
【００２４】
なお、基体１の上側主面の載置部１ａに光半導体素子２を接着する樹脂接着剤11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が好適に用いられる。
【００２５】
光半導体素子２は、フォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ，ＣＭＯＳセンサ，ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の受光素子、またはこれらの受光部を上面の中央部に有するものである。そして、光半導体素子２は、受光部で受光した光を電気信号に変換し、その電気信号を電極７、ボンディングワイヤ８および電極パッド６を介して外部に出力する。
【００２６】
電極７は、Ｃｕ、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ2Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等から成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。
【００２７】
また、基体１の上側主面の外周部に、光半導体素子２を取り囲むようにして、枠体３がアクリル系樹脂，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る紫外線硬化性の樹脂接着剤９で接着される。さらに、枠体３の上面には、その略全周に設けられたアクリル系樹脂，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る紫外線硬化性の封止材10を介して透光性蓋体４が接着される。
【００２８】
本発明においては、基体１の上側主面に枠体３が直接接着されていることから、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化することができる。また、枠体３および透光性蓋体４が100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成り、基体１と枠体３、枠体３と透光性蓋体４が、紫外線硬化性の樹脂接着剤９および紫外線硬化性の封止材10で接着されていることから、製造工程において基体１と枠体３との接着および枠体１と透光性蓋体４との接着を同時に行なうことができるため、生産性が高く安価な光半導体装置５を作製することができる。
【００２９】
このような枠体３および透光性蓋体４の材料としては、高い紫外線透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ホウ珪酸ガラスやソーダガラス等のガラス、プラスチック、サファイア（アルミナの単結晶）、石英等が好ましい。具体的には、ホウ珪酸ガラス（波長380ｎｍの紫外線の透過率約90％）、プラスチック（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）、サファイア（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）、石英（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）等である。
【００３０】
また、一般的に紫外線硬化性の樹脂を硬化させるためには、紫外線の波長が100ｎｍ乃至450ｎｍが適している。
【００３１】
また本発明においては、図２に示すように、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにＡｕ，Ａｌ等から成るボンディングワイヤ８との接続部が樹脂接着剤９で覆われていることが必要である。この場合、枠体３の下面の５乃至３０°の傾斜によってボンディングワイヤ８に損傷を与えない構造となり、更に光半導体装置５の小型化を実現することが可能となる。また、ボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部が樹脂接着剤９で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤９で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤９の枠体３の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体３の下端の内側に樹脂接着剤９の大きなメニスカスを形成できるため枠体３の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤９が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤９は枠体３の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【００３２】
枠体３の下面の傾斜角度が５°未満では、電極パッド６を枠体３の下方に位置させるとともにボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部を樹脂接着剤９で覆うことが困難になる。30°を超えると、枠体３の下面の傾斜が大きくなるので、枠体３と基体１との接合強度を保つことが困難となる。
【００３３】
透光性蓋体４は、主面が平面状とされた平板状のものに限らず、レンズ状に加工されたものでもよい。透光性蓋体４の厚さは0.3〜1.0ｍｍ程度が良く、0.3ｍｍ未満では、強度が小さいため組み立て中に破損したり、封止材10によって反りが発生し光半導体素子２で取り込んだ画像が歪むという問題が発生し易い。1.0ｍｍを超えると、小型軽量化および薄型化が成されず実用性が低下する。
【００３４】
【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。
【００３５】
図１の光半導体装置５を以下のように構成した。外形寸法が８ｍｍ角で厚み0.3ｍｍのアルミナセラミックスから成る基体１の上側主面の中央部の載置部１ａに、５ｍｍ角で厚さ0.6ｍｍの光半導体素子（ＣＭＯＳセンサ）２を樹脂接着剤11で接着して載置固定し、Ａｕ製のボンディングワイヤ８で光半導体素子２の電極７と基体１の電極パッド６を電気的に接続した。次に、基体１の上側主面の外周部の全周に紫外線硬化性の樹脂接着剤９を塗布し、紫外線を透過する透明なアクリル樹脂（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）から成る枠体３を接着した。さらに、枠体３の上面の全周に紫外線硬化性の封止材10を塗布し、ホウ珪酸ガラス（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率70％以上）から成る透光性蓋体４を接着した。このとき、樹脂接着剤９および封止材10としては、アクリル系樹脂から成る同じものを用いた。そして、樹脂接着剤９および封止材10に波長390ｎｍの紫外線を6000ｍＪ（ミリジュール）照射し硬化させた。
【００３６】
本実施例の光半導体装置５では、５ｍｍ角の光半導体素子２を封止して収納するに際して、図３の従来技術では厚さが2.24ｍｍとなるのに対して、厚さが1.7ｍｍとなり、小型低背化された。
【００３７】
また、本実施例として、枠体３は下面が基体１の上側主面に対して外周側に向かって下方に１０°傾斜しており、電極パッド６は枠体３の下方に位置しているとともにＡｕから成るボンディングワイヤ８および電極パッド６の接続部が樹脂接着剤９で覆われている構成とし、他の部分は上記実施例と同様とした光半導体装置５を作製した。この場合、５ｍｍ角の光半導体素子２を封止して収納するに際して、図３の従来技術では厚さが１０．８ｍｍ角以上の外形寸法になるのに対して、外形寸法が８ｍｍ角となり、従来の光半導体装置と比較して面積比で４５％小型化することができた。
【００３８】
また、比較例として、枠体３が黒色のエポキシ系樹脂（波長100乃至450ｎｍの紫外線の透過率10％未満）から成り、透光性蓋体４がホウ珪酸ガラス（波長380ｎｍの紫外線の透過率約90％）から成る以外は上記実施例と同様にして光半導体装置を作製した。この場合、従来の光半導体装置においての基体１と枠体３との接着および枠体１と透光性蓋体４との接着に要する時間が１時間となり、上記実施例では、基体１と枠体３と透光性蓋体４を同時に１分で接着できたのに対して60倍と長くなって生産性が低下した。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上側主面の中央部に光半導体素子を載置する載置部が設けられているとともに上側主面の載置部の周囲に電極パッドが設けられた誘電体から成る基体と、基体の上側主面の外周部に載置部を囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤で接着された枠体と、上面の中央部に受光部および外周部に電極が設けられ、下面が載置部に接着されて載置固定されるとともに電極が電極パッドにボンディングワイヤを介して電気的に接続された光半導体素子と、枠体の上面に紫外線硬化性の封止材で接着された透光性蓋体とを具備し、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることにより、従来の光半導体装置に比べて低コスト化および小型化されたものとなる。また、枠体および透光性蓋体は100乃至450ｎｍの波長の紫外線を70％以上透過する誘電体から成ることから、基体と枠体との接着および枠体と透光性蓋体との接着を、紫外線硬化性の樹脂接着剤および紫外線硬化性の封止材を用いて同時に行なうことが可能となる。その結果、生産性が高く安価な光半導体装置を作製することができる。
【００４１】
本発明の光半導体装置は、枠体は下面が基体の上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、電極パッドは枠体の下方に位置しているとともにボンディングワイヤとの接続部が樹脂接着剤で覆われていることにより、基体の上側主面の面積が小さくなり、より一層の小型化および低コスト化が達成される。また、ボンディングワイヤおよび電極パッドの接続部が樹脂接着剤で覆われているため、接続部の酸化等による劣化を防ぐことができるとともに接続強度を樹脂接着剤で補強して向上させることができる。さらに、樹脂接着剤の枠体の外側への漏れを防ぐことができるとともに、枠体の下端の内側に樹脂接着剤の大きなメニスカスを形成できるため枠体の接合強度が向上する。従って、本発明の構成においては、樹脂接着剤が若干多すぎたとしても、余分な樹脂接着剤は枠体の下端の内側に大きなメニスカスを形成することとなるため、接合強度が向上することとなる。
【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一例を示す断面図である。
【図２】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３】従来の光半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：光半導体素子
２ａ：受光部
３：枠体
４：透光性蓋体
５：光半導体装置
６：電極パッド
７：電極
８：ボンディングワイヤ
９：樹脂接着剤
10：封止材
Claims (1)
- 上側主面の中央部に光半導体素子を載置する載置部が設けられているとともに前記上側主面の前記載置部の周囲に電極パッドが設けられた誘電体から成る基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するようにして紫外線硬化性の樹脂接着剤で接着された枠体と、上面の中央部に受光部および外周部に電極が設けられ、下面が前記載置部に接着されて載置固定されるとともに前記電極が前記電極パッドにボンディングワイヤを介して電気的に接続された光半導体素子と、前記枠体の上面に紫外線硬化性の封止材で接着された透光性蓋体とを具備し、前記枠体は下面が前記基体の前記上側主面に対して外周側に向かって下方に５乃至３０°傾斜しており、前記電極パッドは前記枠体の下方に位置しているとともに前記ボンディングワイヤとの接続部が前記樹脂接着剤で覆われており、前記枠体および前記透光性蓋体は１００乃至４５０ｎｍの波長の紫外線を７０％以上透過する誘電体から成ることを特徴とする光半導体装置。
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