JP5255950B2 - Manufacturing method of optical semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子と受光素子とが、その発光面および受光面を同じ方向に向けて並べて配置され、発光素子から放射された光が対象物で反射して受光素子により検出することにより、対象物を検出する光半導体装置の製造方法に関する。さらに詳しくは、たとえばバーコードなどの微細なパターンを正確に読み取ることができる高分解能の光半導体装置を、金型を用いることなく、簡単に製造することができる光半導体装置の製造方法に関する。 In the present invention, the light emitting element and the light receiving element are arranged with the light emitting surface and the light receiving surface aligned in the same direction, and the light emitted from the light emitting element is reflected by the object and detected by the light receiving element, The present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device that detects an object. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device that can easily manufacture a high-resolution optical semiconductor device that can accurately read a fine pattern such as a barcode without using a mold.
従来の発光素子と受光素子とを同じ方向に向けて配置し、発光素子から放射された光が対象物で反射して受光素子で検出する、いわゆるフォトリフレクタと呼ばれる光半導体装置は、ある程度の量産をする場合、2重モールド方式で製造されている。すなわち、基板上に発光素子と受光素子とをダイボンディングし、ワイヤボンディングなどにより、発光素子および受光素子の各電極を基板上の電極端子(配線)と接続して透光性樹脂により封止するため、1次モールドを行う。そして、発光素子および受光素子の発光面および受光面とする部分を除いて、発光素子および受光素子を被覆する透光性樹脂層の周囲を、再度遮光性樹脂によりモールド成形して(2次モールド)、外部からの光や、対象物で反射する以外の発光素子からの光が直接受光素子に入射しないように形成される。この際、高分解能を必要とされるフォトリフレクタは、発光素子の光が直接受光素子に到達しないように、その間に遮光壁を形成する構造が採用されている(たとえば特許文献1参照)。
前述のように、2重モールド方式で成形すると、1種類の製品に対して2種類の金型が必要となり、少品種で大量生産をする場合には、金型作製費を回収することができるが、多品種少量生産の場合には、金型費が嵩み、光半導体装置(フォトリフレクタ)のコストアップになるという問題がある。 As described above, when the double mold method is used, two types of molds are required for one type of product, and in the case of mass production with a small number of products, it is possible to recover the mold production costs. However, in the case of high-mix low-volume production, there is a problem that the mold cost increases and the cost of the optical semiconductor device (photo reflector) increases.
たとえば、ただ単に対象物の有無を検出するフォトリフレクタのような光半導体装置なら、光半導体装置を製造する場合に、発光素子と受光素子との位置関係などに関して、それほど精密さを必要としないが、精細なバーコードの検出など高分解能を必要とする光半導体装置では、ノイズの影響などを極力排除し、かつ、発光素子からの光で対象物により反射した光を確実に受光素子で受光することが非常に重要となり、ノイズなどが入らないように、相当精密に製造する必要がある。このような精密さを必要とする高分解能の光半導体装置は、金型成形による2重モールド方式で製造することが望ましいが、使用用途により外形の大きさが若干異なったり、発光面および受光面のレンズ形成の有無により異なったりするような場合、一々金型を変更しなければならず、前述のように2重モールド方式では1つの製品に対して2つの金型を必要とするため、しかも金型費用は非常に高価であるため、多品種少量生産の場合には、非常にコストアップになるという問題がある。 For example, an optical semiconductor device such as a photoreflector that simply detects the presence or absence of an object does not require so much precision regarding the positional relationship between the light emitting element and the light receiving element when manufacturing the optical semiconductor device. In optical semiconductor devices that require high resolution, such as fine bar code detection, the influence of noise is eliminated as much as possible, and the light reflected by the object is reliably received by the light receiving element. This is very important, and it is necessary to manufacture the product with considerable precision so that noise and the like do not enter. A high-resolution optical semiconductor device that requires such precision is preferably manufactured by a double molding method by mold molding, but the size of the outer shape differs slightly depending on the intended use, and the light emitting surface and light receiving surface If there is a difference in the presence or absence of lens formation, the mold must be changed one by one. As described above, the double mold method requires two molds for one product. Since the mold cost is very expensive, there is a problem that the cost is very high in the case of multi-product small-volume production.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高分解能で高性能な光半導体装置を、金型を用いることなく、簡単に製造することができる光半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides an optical semiconductor device manufacturing method capable of easily manufacturing a high-resolution and high-performance optical semiconductor device without using a mold. The purpose is to provide.
本発明による光半導体装置の製造方法は、集合基板上に発光素子および受光素子の組を複数組搭載すると共に、該発光素子および受光素子の電極を前記集合基板上の電極端子と接続し、前記複数組の発光素子および受光素子を一体に被覆するように、前記集合基板の周囲に第1のダムを形成して透光性樹脂を流し込むことにより透光性樹脂層を形成し、前記発光素子および受光素子の組の発光面および受光面が突出形状となるように前記透光性樹脂層の一部を切削することにより凸型部を形成すると共に、前記発光素子および受光素子の組のそれぞれの前記発光素子と前記受光素子との間、および前記発光素子および受光素子の各組の境界部における前記透光性樹脂層に前記基板に達する溝を形成した後、前記集合基板の周囲に第2のダムを形成して該溝内を含め前記透光性樹脂の周囲を被覆するように遮光性樹脂層を流し込み、前記透光性樹脂層の前記凸型部の表面が露出するように前記遮光樹脂層の上面を研削することにより、前記凸型部の上面を露出させながら該凸型部の側面を前記遮光性樹脂層で被覆し、その後前記発光素子および受光素子の各組の境界部の前記遮光性樹脂層を、前記発光素子および受光素子の各組の側壁に前記遮光性樹脂層が残存するように切断することにより個片化することを特徴としている。 A method of manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention includes mounting a plurality of sets of light emitting elements and light receiving elements on a collective substrate, connecting electrodes of the light emitting elements and light receiving elements to electrode terminals on the collective substrate, A light-transmitting resin layer is formed by forming a first dam around the collective substrate and pouring a light-transmitting resin so as to integrally cover a plurality of sets of light-emitting elements and light-receiving elements, and the light-emitting elements and with the set of light-emitting surface and the light receiving surface of the light receiving element to form a convex portion by cutting a portion of the transparent resin layer so that the collision out shape, the set of light-emitting and light-receiving elements between each of said light emitting element and the light receiving element, and after forming a trench reaching the substrate in the transparent resin layer in each set of the boundary portion of the light emitting element and a light receiving element, around the collective substrate The second dam Form pouring light-shielding resin layer so as to cover the periphery of the translucent resin including the groove and the light-shielding resin layer so that the convex portion surface of the transparent resin layer is exposed By grinding the upper surface, the side surface of the convex part is covered with the light-shielding resin layer while exposing the upper surface of the convex part , and then the light-shielding property of the boundary part of each set of the light emitting element and the light receiving element The resin layer is cut into pieces by cutting so that the light-shielding resin layer remains on the side walls of each set of the light-emitting element and the light-receiving element.
ここに集合基板とは、複数組の発光素子および受光素子の組を同時に形成し得る大きな基板を意味する。また、発光素子および受光素子とは、半導体ウェハからチップ化したベアチップのものが一般的に用いられるが、チップ型素子などの素子の形にパッケージしたものでもよい。要は、光を発光し、または受光する状態に形成されたものであればよく、その外観の形状には制約されない。また、受光素子とは、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの他、光を検出し得る素子であれば何でもよい意味である。さらに、電極端子とは、発光素子および受光素子の電極(素子にされている場合にはリードを含む)を中継する部分を意味し、配線などを含む意味である。 Here, the collective substrate means a large substrate on which a plurality of sets of light emitting elements and light receiving elements can be formed simultaneously. As the light emitting element and the light receiving element, a bare chip formed from a semiconductor wafer is generally used, but it may be packaged in the form of an element such as a chip type element. In short, it is sufficient if it is formed so as to emit or receive light, and the shape of its appearance is not limited. The light receiving element means any element other than a photodiode and a phototransistor as long as it can detect light. Further, the electrode terminal means a portion that relays the electrodes of the light emitting element and the light receiving element (including a lead in the case of the element), and includes a wiring and the like.
本発明によれば、発光素子および受光素子を集合基板上に搭載(ダイボンディング)して、その電極を集合基板に形成された電極端子(配線)などと接続した後に、透光性樹脂で全体を被覆してから、発光素子からの光の放射面および受光素子による光の受光面を幅の狭い凸型部の上面にして、その凸型部の側壁を遮光性樹脂により被覆しているため、発光素子から放射された光は凸型部を通ってその上面からのみ放射され、対象物からの反射光のみが受光素子により受光され、発光素子の光が受光素子に直接入り込んだり、外乱光が直接受光素子に入り込んだりすることが抑制され、ノイズが入り込むことなく対象物のパターンを正確に認識することができる。しかも、集合基板上で発光素子および受光素子の組を連続的に並べて、一般的には、ダイボンディングおよびワイヤボンディングをした後に、集合基板上の全面に透光性樹脂を流し込んで封止し、その後研削により透光性樹脂の一部を削って凸型部を形成し、再度全体に遮光性樹脂を流し込んで凸型部の上面が露出するように遮光性樹脂の上面を研削するだけで製造することができるため、2回の樹脂の流し込みと研削のみで非常に精密な光半導体装置(フォトリフレクタ)を製造することができる。 According to the present invention, a light emitting element and a light receiving element are mounted on a collective substrate (die bonding), and the electrode is connected to an electrode terminal (wiring) formed on the collective substrate, and then the whole is made of a translucent resin. Since the light emitting surface of the light emitting element and the light receiving surface of the light receiving element are the upper surfaces of the narrow convex portions, and the side walls of the convex portions are covered with a light shielding resin. The light emitted from the light emitting element is emitted only from the upper surface through the convex part, and only the reflected light from the object is received by the light receiving element, and the light from the light emitting element directly enters the light receiving element, or the disturbance light Can be prevented from entering the light receiving element directly, and the pattern of the object can be accurately recognized without noise. Moreover, a set of light emitting elements and light receiving elements is continuously arranged on the collective substrate, and generally, after die bonding and wire bonding, a translucent resin is poured over the entire surface of the collective substrate and sealed, After that, a part of the translucent resin is ground by grinding to form a convex part, and the light-shielding resin is poured again over the entire surface, so that only the upper surface of the light-shielding resin is ground so that the upper surface of the convex part is exposed. Therefore, a very precise optical semiconductor device (photo reflector) can be manufactured only by pouring and grinding the resin twice.
その結果、たとえばバーコードなどの微細なパターンを正確に読み取ることができる高分解能の光半導体装置を、金型を用いた2重モールドで製造することなく、非常に安価に製造することができる。そのため、ユーザによる仕様変更にも直ちに対応することができると共に、多品種少量の生産でも、非常に安価に、かつ、短期間で製造することができるという効果がある。 As a result, for example, a high-resolution optical semiconductor device that can accurately read a fine pattern such as a barcode can be manufactured at a very low cost without being manufactured by a double mold using a mold. Therefore, it is possible to immediately cope with a specification change by the user, and it is possible to produce a variety of products in a small amount and in a short period of time even in the production of small quantities.
つぎに、図面を参照しながら本発明の光半導体装置(フォトリフレクタ)の製造方法について説明する。図1は、本発明の一実施形態である、1個分のフォトリフレクタの製造工程を示す斜視説明図で、図2に実際に製造する集合基板上に複数個のフォトリフレクタを製造する場合の説明図が示されている。 Next, a method for manufacturing an optical semiconductor device (photo reflector) of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a manufacturing process of one photo reflector according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a case where a plurality of photo reflectors are manufactured on a collective substrate to be actually manufactured. An illustration is shown.
まず、図1(a)に示すように、集合基板1上に、発光素子2および受光素子3の組を複数組搭載すると共に、その発光素子2および受光素子3の電極(図示せず)を集合基板1上の図示しない電極端子(配線)と接続する。集合基板1は、たとえば有機基板からなり、発光素子2や受光素子3の電極(素子にされている場合には、素子の電極端子やリード)と接続する電極端子または配線や、外部回路と接続する電極端子や配線が形成されており、複数個のフォトリフレクタを纏めて製造するための大きな基板である。実際には、図2に概略図が示されるように、集合基板1上に、マトリクス状に発光素子2および受光素子3のベアチップの組をダイボンディングして、それぞれの一方の電極を集合基板1の配線などと接続すると共に、それぞれの他方の電極を図示しない電極端子(配線)とワイヤ4をボンディングして接続する。
First, as shown in FIG. 1A, a plurality of sets of
つぎに、図1(b)に示すように、発光素子2、受光素子3およびワイヤ4の部分を透光性樹脂層5により被覆する。透光性樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂などを用いることができる。この透光性樹脂層5は図2に示すように、集合基板1の周囲に、たとえば0.5mm程度の高さのダム7を形成し、透光性樹脂を流し込むことにより、ほぼダム7の高さで平らになり、透光性樹脂層5が形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, the
つぎに、図1(c)に示すように、発光素子2および受光素子3の発光面および受光面が凸型部5aの上面となるように、透光性樹脂層5の発光素子2および受光素子3の上部に、発光素子2と受光素子3とを結ぶ方向に沿って、たとえば0.2〜0.3mm程度の高さで残るように、その両側をたとえばフラットエンドミル8により研削して、凸型部5aを形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, the light-emitting
その後、図1(d)に示すように、発光素子2および受光素子3の間、および図1(d)には図示されていないが、発光素子2および受光素子3の組の周囲(図2に示す発光素子2および受光素子3の各組の境界部、すなわち個片化のため切断するラインSの部分)の透光性樹脂層5に基板1に達する溝を形成する。発光素子2と受光素子3との間の溝、すなわち遮光溝5bは、発光素子2と受光素子3との間に遮光壁を形成するための溝で、0.2〜0.3mm程度の幅に形成し、素子周囲の溝、すなわち分離溝5cは、個片化のための切断により削り取られる厚さと、切断後に各フォトリフレクタの周囲に、溝内に埋め込んだ遮光性樹脂層6が残存するような幅、すなわち0.3〜0.6mm程度の幅に形成する。この遮光溝5bおよび分離溝5cの深さは、集合基板1の厚さの半分ぐらいまで達するように深く形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, between the
つぎに、図1(e)に示すように、遮光溝5bおよび分離溝5cの溝内を含め透光性樹脂5の周囲を被覆するように遮光性樹脂層6で被覆する。この遮光性樹脂層6の形成も、図2に示す大きな集合基板1の状態で、ダム7の外周にさらに別の図示しないダムを形成し、前述の透光性樹脂層5と同様に、液状の遮光性樹脂を塗り込むことにより、遮光溝5b、分離溝5c内には流れ込み、凹んだ部分にも充填されると共に、表面は平坦になる。この遮光性樹脂として、たとえばエポキシ樹脂に、カーボンブラックのような光を遮断する粉末などを混入したものを用いることができる。また、図示しないダムは、透光性樹脂を塗り込む際に用いたダム7が、遮光溝5bや分離溝5cを形成する際に、切断されていること、透光性樹脂層5よりも若干高く遮光性樹脂層6を形成した方が、表面を平らにしやすいことのため、ダム7の外周に、そのダム7よりも若干(0.1〜0.2mm程度)高くなるように形成するのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1E, the light-
その後、図1(f)に示すように、たとえばフラットエンドミルなどにより、遮光性樹脂層6の上面を研削して平坦化させると共に、透光性樹脂層5の前述の凸型部5aの上面を露出させる。その後発光素子2および受光素子3の各組の境界部(図2に示すラインS)で、発光素子2および受光素子3の各組(フォトリフレクタ)の側壁に遮光性樹脂層6が残存するように切断することにより個片化する。その結果、発光素子2および受光素子3の発光面および受光面が、その発光素子2および受光素子3の上部に透光性樹脂層5で形成された凸型部5aの上面とされ、それ以外の外周および発光素子2と受光素子3との間は、遮光性樹脂層6で被覆されたフォトリフレクタが得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (f), the upper surface of the light-shielding
以上のように、本発明によれば、透光性樹脂層5と遮光性樹脂層6の2回の樹脂の塗布と、透光性樹脂層5の凸型部5aの形成のための研削、および遮光性樹脂層6の上面の平坦化および凸型部5aの上面の露出のための研削の2回の研削を行うだけで、2重モールドのための金型を全く必要とすることなく、精密な寸法構成のフォトリフレクタを得ることができる。一方、このフォトリフレクタによれば、発光素子2から放射する光は、凸型部5aを通って、その上面から放射し、対象物で反射して戻ってくる光を受光する場合には、受光素子3上の凸型部5aの上面から入射した光のみを受光できるように形成されているため、発光素子2からの光が直接受光素子3に到達してノイズになったり、外光が直接受光素子3に入ってノイズになったりすることが抑制され、非常に高分解能の光半導体装置(フォトリフレクタ)となる。
As described above, according to the present invention, the resin is applied twice for the
このような光半導体装置を用いてバーコードを読み込む場合には、凸型部5aの延出方向と直交する方向にバーコードが横切るようにスキャンさせることで、凸型部5aの幅が狭いほど微細なバーコードを読み込むことが可能となる。 When reading a bar code using such an optical semiconductor device, scanning the bar code in a direction perpendicular to the extending direction of the convex part 5a makes the convex part 5a narrower. A fine barcode can be read.
1 集合基板
2 発光素子
3 受光素子
4 ワイヤ
5 透光性樹脂層
5a 凸型部
5b 遮光溝
5c 分離溝
6 遮光性樹脂層
7 ダム
8 エンドミル
S 切断ライン
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