JPH10132558A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、占有スペースの小さい実装、封止方
法を実現し、最適化と信頼性及び小型化の確保を可能と
した光半導体装置を提供する。 【解決手段】本発明によると、対象物に対して光を投射
する発光素子と、前記対象物からの光を受光検出する受
光素子と、透光性を有する配線板とを具備し、前記発光
素子及び前記受光素子を、それぞれの発光部及び受光部
を前記配線板対向させて、前記配線板の前記対象物に対
して反対側の面に接合したことを特徴とする光半導体装
置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に光を照射
し、対象物からの光を検出する機能を有する光半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、光によって物体の位置や傾
き、物体までの距離等を検出するために使用されている
従来の光半導体装置の一例を示している。この光半導体
装置は、特開平５−１６４５５３号公報に開示されてい
るもので、発光素子１０からの光がキャップ６２を通っ
て図示しない対象物に照射され、その反射光が再びキャ
ップ６２を通って受光素子５に入射する。

【０００３】通常、このような光半導体装置において
は、給電や信号検出のための配線の接続と、素子の信頼
性確保のための気密封止が不可欠である。このような実
装、封止技術としては、特開平５−１６４５５３号公報
に開示されているように、一般に、発光素子１０と受光
素子５が一つのステム６１上に実装され、素子とステム
のリードピン７１の間の配線はワイヤ７２でボンディン
グされている。

【０００４】さらに、実装後にガラス窓を有する金属製
キャップ６２が取り付けられて、素子全体が気密封止さ
れている。この従来例では、ガラス窓にレンズ２，４が
成形されている。

【０００５】図２１は、封止技術の別の従来例を示すも
ので、同じく特開平５−１６４５５３号公報に開示され
ている方法で、発光素子１０、受光素子５をリードフレ
ーム７４に実装し、ワイヤ７２によってボンディング配
線を行った後に樹脂をモールド成形して封止している。
この従来例では、モールド樹脂６５を一部突出成形する
ことにより、発光部または受光部に近接してレンズ２，
４を作成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の光半
導体装置の実装、封止方法のうち、ステム、キャップを
用いる方法では、光半導体全体のサイズが、受光素子、
発光素子自体のサイズに対してかなり大きくなってしま
うという問題がある。

【０００７】例えば、従来例として挙げた光半導体装置
では、１〜２ｍｍ角程度のサイズの発光素子、受光素子
を実装するために使用されるステムのサイズは通常直径
５〜９ｍｍ程度である。

【０００８】この種の光半導体装置の最終的なサイズ
は、ステムのサイズによって決定されるため、発光素
子、受光素子を小型化してもそのメリットを有効に生か
すことができない。

【０００９】さらに、配線を引き出すためのステムのリ
ードの長さやリードによる占有スペースも、この種の光
半導体の小型化の阻害要因となっている。また、ある種
の光半導体装置においては、発光素子と対象物の間隔を
例えば３００μm 程度に保持すると最適な構成となる
が、従来のステム、キャップを用いる方式では、発光素
子とキャップ表面の間隔をこのように近接させることは
非常に困難であるため、発光素子と対象物の間隔を最適
化することができないという問題点があった。

【００１０】また、従来の実装、封止方法のうち、モー
ルド樹脂を用いる方法では、ステム、キャップによる方
法に比べて全体の大きさを小さくすることができるが、
通常モールド樹脂の肉厚をある程度確保する必要がある
ため、小型化には一定の限界がある。

【００１１】この場合、特に、発光素子と封止面の間隔
を小さくして、発光素子と対象物の間隔を例えば３００
ミクロン程度に近接させることは非常に困難である。そ
こで、本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもの
で、光半導体装置において、占有スペースの小さい実
装、封止方法を提案し、光半導体装置の性能の最適化と
信頼性の確保を小型であるという特徴を維持したまま実
現することを可能とした光半導体装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、対象物に対して光を投射する発光
素子と、前記対象物からの光を受光検出する受光素子
と、透光性を有する配線板とを具備し、前記発光素子及
び前記受光素子を、それぞれの発光部及び受光部を前記
配線板対向させて、前記配線板の前記対象物に対して反
対側の面に接合したことを特徴とする光半導体装置が提
供される。

【００１３】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、対象物に対して光を投射する発光素子と、前
記対象物からの光を受光検出する受光素子と、前記発光
素子及び前記受光素子とを気密封止する樹脂部材とを具
備する光半導体装置であって、前記発光素子及び前記受
光素子と前記対象物の間の前記樹脂部材の外面が研磨面
であり、該研磨面と前記発光素子との間隔が所定値以下
であることを特徴とする光半導体装置が提供される。

【００１４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、対象物に対して光を投射する発光素子と、前
記対象物からの光を受光検出する受光素子と、前記発光
素子及び受光素子とを実装する基板及び透明板とを具備
する光半導体装置であって、前記透明板が前記発光素子
の光出射部に接触せずに所定値以下の間隔を有するよう
に配置され、前記透明板と前記基板とによって前記発光
素子及び前記受光素子とが気密封止されていることを特
徴とする光半導体装置が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態を図面に基づき説明する。なお、以下の実施の形態に
おいては、光半導体装置の例として、光源に垂直共振器
型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ： Vertical-Cavity Surfa
ce-Emitting Laser）を使用した反射型の光学式エンコ
ーダを挙げているが、本発明の実施の形態はこれに限定
されるものではなく、各種光センサや光ピックアップ等
に応用することが可能である。

【００１６】また、光源が出射する光には、特に制限は
なく、例えば広がり角の大小や可干渉性の有無等に限定
されない。また、受光素子に到達する光は、光源から出
射された光が対象物に到達し、その結果として発生する
光であればその種類は限定されない。

【００１７】例えば、以下の実施の形態で開示されてい
るような単純な反射のみでなく、反射回折光、反射散乱
光、あるいは、光源からの光によって対象物において励
起された光であってもよい。

【００１８】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態を示す。本実施の形態は光学式エンコー
ダであり、移動するスケール３と、このスケール３と表
面側が対向しているポリイミド配線フィルム１と、この
ポリイミド配線フィルム１の裏面側すなわち後述する透
光部１６，１７に対向してスケール３側の面と反対側の
面に接合された発光素子（ＶＣＳＥＬ）１０及び受光素
子（ＰＤ：Photodetector ）５と、ＶＣＳＥＬ１０及び
ＰＤ５をポリイミド配線フィルム１との間で封止するエ
ポキシ樹脂６５とからなる。

【００１９】ここで、ポリイミド配線フィルム１の裏面
側すなわちスケール３に対して反対側の面には、後述す
るように導電性の金属による配線パターン１１が形成さ
れており、ＶＣＳＥＬ１０の表面電極はポリイミド配線
フィルム1 上の対応した配線パターン１１に接合されて
いる。

【００２０】また、ＶＣＳＥＬ１０の裏面電極はボンデ
ィングワイヤ７２によってポリイミド配線フィルム１上
の対応した配線パターンに接続されている。そして、Ｐ
Ｄ５表面の電極はハンダバンプ１２を介したいわゆるフ
リップチップ接合技術によりポリイミド配線フィルム１
上の対応した配線パターン１１に接合されている。

【００２１】また、エポキシ樹脂６５はポリイミド配線
フィルムのスケールに対して反対側の面においてＶＣＳ
ＥＬ１０とＰＤ５とを覆うように配置されている。この
エポキシ樹脂６５とポリイミド配線フィルム１とは、合
わせて封止材として発光素子１０と受光素子５とを外気
から遮断して気密封止している。

【００２２】実際には、エポキシ樹脂６５で封止された
部分を図示しないステージ、モータ等の機器に取り付け
て使用するため、図２に示すようにエポキシ樹脂６５の
底面側すなわちポリイミド配線フィルム１の反対側の表
面を平坦にモールド成形するか、あるいは切削等の二次
加工により平坦化して、基準面６６を作成することが望
ましい。

【００２３】図３は、本実施の形態で使用されるポリイ
ミド配線フィルム１の裏面側すなわちスケール３に対し
て反対側の面の平面図を示す。以上に述べたように、ポ
リイミド配線フィルム１には導電性の金属による配線パ
ターン１１が形成されており、その終端にはＶＣＳＥＬ
１０、ＰＤ５を電気的に接続する端子が形成されてい
る。

【００２４】図３においては、端子１３，１４がＶＣＳ
ＥＬ１０のそれぞれ上面、下面電極に、端子１５がＰＤ
５の電極にそれぞれ接合される。なお、端子１３の中央
部には透光部１６が設けられている。

【００２５】また、ポリイミド配線フィルム１上でＰＤ
５の受光部に対向した部分は透光部１７として、配線パ
ターン１１を形成しないようになされている。本実施の
形態では、スケール３からの反射光が光源であるＶＣＳ
ＥＬ１０に直接戻るとレーザの動作が不安定になるた
め、スケール３の反射面に対して光軸を傾ける必要があ
る。

【００２６】図１及び図２に示した実施形態において
は、スケール３をエンコーダを実装したポリイミド配線
フィルム１に対して傾けて配置しているが、実用上は、
スケールあるいはエンコーダを取り付けるための傾斜面
の加工が必要となり、工程が複雑になる可能性がある。

【００２７】この点を改善するための本実施形態の第１
の変形例として、図４に示すようにフレキシブル基板を
折り曲げジグを利用して曲げた状態で裏面側をエポキシ
樹脂で封止することが可能である。

【００２８】ここで、図４(a) 、図４(b) は製造工程の
一例を、図４(c) は実施形態の一例を示したものであ
る。先ず、図４(a) に図示するように、ポリイミド配線
フィルム１上にＰＤ５およびＶＣＳＥＬ１０を実装す
る。

【００２９】次いで、図４(b) に図示するように、この
ポリイミド配線フィルム１を折り曲げ治具４０１によっ
て吸着し、所定の角度に折り曲げた状態で樹脂成形型４
０２を用いて樹脂封止を実施する。

【００３０】そして、必要により、バリ取り工程等を経
た後、ポリイミド配線フィルム１とスケール３が所定の
距離で対向するように配置することにより、図４(c) に
図示するような実施形態が得られる。

【００３１】このような構成では、図示のようにスケー
ル３をエンコーダの取り付け基準面６６と平行に配置す
ることが可能となる。また、第２の変形例として、図５
に示すように、ＶＣＳＥＬ１０の出射面にモノリシック
にマイクロレンズ１８を集積し、フレキシブル基板上で
面発光レーザが実装される部分に前記マイクロレンズを
挿入する凹部または貫通穴１９を設けることが可能であ
る。

【００３２】この構成では、ＶＣＳＥＬ１０の出射光を
スケール３上で集光することが可能なため、エンコーダ
の高分解能化を実現できる。さらに、第３の変形例とし
て、ＶＣＳＥＬ１０の実装に関しては、図６に示すよう
に、ＶＣＳＥＬ１０を実装する部分にバンプ２５，２６
形成し、その大きさを変えることによって傾けて実装す
ることも可能である。

【００３３】本変形例においては、ＶＣＳＥＬ１０の裏
面側電極の接続をワイヤボンディングで行うことは困難
であるため、裏面電極を表面側に引き出して、例えばバ
ンプ２５，２６を別々に使用してそれぞれの配線を行う
ことが望ましい。

【００３４】以上に述べたエンコーダの構成において
は、ポリイミド配線フィルム１上に形成された配線パタ
ーン１１を介してＶＣＳＥＬ１０に電流を供給すること
により、ＶＣＳＥＬ１０から矢印で示すようなレーザ光
が放射される。

【００３５】このレーザ光は、ポリイミド配線フィルム
１を通ってスケール３の表面に到達し、そこでの反射光
は矢印で示すごとく再びポリイミド配線フィルム１を通
ってＰＤ５に達して電気信号に変換され、その出力は配
線パターン１１を経由して図示しない処理回路の入力信
号となる。

【００３６】この場合、スケール３には所定の間隔で反
射率の高い部分と低い部分が形成してあり、スケール３
による反射光の強度はスケール３の移動に伴って周期的
に変化するので、ＰＤ５の出力信号の変化を検出してカ
ウントすることによりスケール３の移動量が検出され
る。

【００３７】なお、ポリイミド配線フィルム１は、可視
光に対しては必ずしも透過率が高いとは言えないが、赤
外領域の光に対しては透過率が高いため、光源に例えば
波長が９８０ｎｍのＶＣＳＥＬ１０を使用すれば実用上
十分な透過率を有する。

【００３８】以上述べたように、本実施の形態は通常の
光学式エンコーダと同様の作用効果を生ずると共に、以
下に述べるような特有の作用効果を生じる。第１に、Ｖ
ＣＳＥＬ１０の大きさは０．５ｍｍ角程度、ＰＤ５の大
きさは１ｍｍ角程度、ＶＣＳＥＬ１０の発光部とＰＤ５
の受光部の距離は数１００μｍ程度であり、エンコーダ
の分解能を向上させるにはＰＤ５の受光部とスケールと
の距離を０．３ｍｍ程度にする必要があるが、従来はＶ
ＣＳＥＬ１０のスケール３側の面にボンディングワイヤ
７２が配置されていて、このボンディングワイヤ７２が
ＶＣＳＥＬ１０の表面からスケール３方向に突出するた
めに、ＶＣＳＥＬ１０とスケール３の間隔を小さくして
エンコーダの分解能を向上する際にボンディングワイヤ
４２とスケール３が接触する可能性があり、十分にＶＣ
ＳＥＬ１０とスケール３を接近することができなかっ
た。

【００３９】これに対し、本実施の形態においては、Ｖ
ＣＳＥＬ１０のスケール３側の面にボンディングワイヤ
７２等の突起物が配置されていないため、両者を従来以
上に接近することが可能であり、高分解能なエンコーダ
が実現できるという効果がある。

【００４０】第２には以下の作用効果を得る。すなわ
ち、従来の窓付きキャップを用いた封止方法では、キャ
ップ部材の厚さ等の制約からＶＣＳＥＬ１０とパッケー
ジ端部（キャップ外面）の距離を例えば０．３ｍｍ程度
以下にするのは困難であった。

【００４１】また、従来の樹脂モールド封止において、
ＶＣＳＥＬ１０表面を覆う樹脂の厚みを小さくすること
でＶＣＳＥＬ１０とパッケージ端部の距離を０．３ｍｍ
程度以下にすることも不可能ではないが、その場合には
封止工程のわずかなばらつきによってＶＣＳＥＬ１０が
外気に露出する可能性等が生じて信頼性が損なわれる可
能性が大であった。

【００４２】このように従来の封止方法ではＶＣＳＥＬ
１０とパッケージ端部の距離を０．３ｍｍ程度以下にす
ることが困難であったため、エンコーダ素子とスケール
３の間隔を限界まで小さくした場合においてもＶＣＳＥ
Ｌ１０とスケール３の間の距離を０．３ｍｍ程度以下に
することは困難であった。

【００４３】これに対して本実施の形態では、ＶＣＳＥ
Ｌ１０のスケール３側の封止材としてポリイミド配線フ
ィルム1 を用いているため、その厚さを容易に従来より
も薄くすることが可能である。

【００４４】例えば、この封止材として東レ・デュポン
（株）から市販されている厚さ０．００７５ｍｍのポリ
イミドフィルム（商品名「カプトン」）を用いてポリイ
ミド配線フィルム1 を製作することにより、配線パター
ン１１の厚さを加えても０．０３ｍｍ程度の厚さのポリ
イミド配線フィルム1 が得られる。

【００４５】従って、本実施の形態ではＶＣＳＥＬ１０
とパッケージ端部の距離を従来と比較して、例えば、１
／１０程度に小さくすることが可能であり、ＶＣＳＥＬ
１０とスケール３を従来よりも接近することでコンパク
トで高分解能なエンコーダが実現できるという効果を奏
する。

【００４６】その他、変形例における効果として、ポリ
イミド配線フィルムがフレキシブル基板で可撓性を有す
るため、ＶＣＳＥＬ１０とＰＤ５の配置に傾きを付けて
光学系を最適化することが可能であること（第１変形
例）、発光素子表面に集積型マイクロレンズを作成する
場合にも対応が可能であり、より高分解能なエンコーダ
が実現できること（第２変形例）、バンプによって傾き
をつけて光学系の最適化が可能であること（第３変形
例）等が本実施の形態の効果として挙げられる。

【００４７】（第２の実施の形態）図７は、本発明の第
２の実施の形態を示す。本実施の形態は光学式エンコー
ダであり、移動するスケール３と、ガラス配線板６と、
このガラス配線板６のスケールに対して反対側の面に接
合されたＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５と、これらＶＣＳＥ
Ｌ１０及びＰＤ５を封止するエポキシ樹脂６５とからな
る。

【００４８】本実施の形態は、第１実施の形態のポリイ
ミド配線フィルム１を薄板ガラスに配線パターン１１を
形成したガラス配線板６に置き換えたのみで、他の部分
の構成は第１の実施の形態と同様である。

【００４９】この場合、薄板ガラスは可撓性でないた
め、第１実施の形態の変形例のうち、基板を折り曲げて
封止する方法（第１変形例）は適用することができない
が、他の変形例は適用可能である。

【００５０】本実施の形態では、第１実施形態と同様の
作用、効果を有するが、それに加えて薄板ガラスを配線
板６に使用しているため、ポリイミド配線フィルムと比
較して光学的に透過率が高いという利点があり、特に、
可視光を使った光半導体装置においては、高効率を実現
しやすいという効果がある。

【００５１】（第３の実施の形態）図８は、本発明の第
３の実施の形態を示す。本実施の形態は光学式エンコー
ダであり、移動するスケール３にＶＣＳＥＬ１０からの
レーザ光を照射し、その反射光をＰＤ５で受光する構成
となっている。

【００５２】本実施形態においては、予めシリコン基板
２１上にＰＤ５を作成しておき、その後でポリイミドを
スピンコートして厚さ数μm 程度のポリイミド薄膜２２
を形成する。

【００５３】さらに、金属薄膜のパターニング、ポリイ
ミドの成膜を繰り返して、配線パターン１１をポリイミ
ド薄膜２２の内部に形成する。この技術に関しては、例
えば特開平７−８６５５１号公報において、本出願人よ
り開示されており、ここでは詳細プロセスは省略する。

【００５４】次に、ＶＣＳＥＬ１０を取り付ける部分の
シリコン基板２１を裏面から貫通エッチングで除去す
る。この貫通エッチングが終了した時点で、面発光レー
ザをポリイミド薄膜２２に形成された配線パターン１１
にボンディングし、裏面電極はワイヤ７２で配線パター
ン１１にボンディングする。

【００５５】さらに、図示のように、シリコン基板２１
の裏面を例えば薄板ガラス２４で覆って、発光、受光素
子としてのＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５を気密封止する。
この気密封止については、薄板ガラス２４で覆う方法に
限定されるものではなく、第１、第２の実施の形態で述
べたように樹脂封止を行うようにすることも可能であ
る。

【００５６】本実施形態は、第１、第２の実施形態と同
様に、ＶＣＳＥＬ１０のスケール３側の面にボンディン
グワイヤ等の突起物が配置されていないため、ＶＣＳＥ
Ｌ１０とスケール３を従来以上に接近することが可能で
あり、高分解能なエンコーダが実現できるという効果を
奏する。

【００５７】さらに、フレキシブル基板や薄板ガラスを
使用する場合と比較して、配線板の厚みを例えば約１０
μm 程度に低減することができるため、ＶＣＳＥＬ１０
とスケール３をより接近させやすいという効果がある。

【００５８】また、本実施の形態では、予めＰＤ５を形
成した基板上に配線パターン１１をモノリシックに形成
しているため、ＰＤ５の組立工程を省略することがで
き、コストの低減とＶＣＳＥＬ１０や配線板に対する位
置決め精度が向上するという効果もある。

【００５９】（第４の実施の形態）図９は、本発明の第
４の実施の形態を示す。本実施の形態は光学式エンコー
ダであり、移動するスケール（図示せず）と、ＰＤ５
と、このＰＤ５上に搭載されたＶＣＳＥＬ１０と、これ
らＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５を気密封止する透明エポキ
シ樹脂６５からなる。

【００６０】この透明エポキシ樹脂６５の上部外面が研
磨面６７であることが構成上の特徴である。この構成
は、例えば、次に述べるような製造方法によって製造さ
れる。

【００６１】先ず、基板３１上にＰＤ５を実装し、次い
で、このＰＤ５上にＶＣＳＥＬ１０を実装する。さら
に、必要に応じてワイヤ７２によるボンディング等によ
る電気接続工程を実施する。

【００６２】これらの後に、例えば、モールド成形等に
よるエポキシ樹脂６５の成形工程を実施し、ＶＣＳＥＬ
１０及びＰＤ５を気密封止する（図９(a) ）。最後に、
エポキシ樹脂６５の上面を研磨し、研磨面６７を形成す
る工程を実施する（図９(b) ）。

【００６３】本実施の形態では、パッケージ上端部が研
磨工程により形成されるので、ＶＣＳＥＬ１０とパッケ
ージ上端部の距離を精密に加工することが可能である。
例えば、図９(b) 中の距離ｔを０．０１ｍｍとする場合
には、成形後のｔが０．５ｍｍ程度以上になるようにエ
ポキシ樹脂６５を成形した後に、研磨工程と距離ｔの測
定を繰り返し行い、所望の距離ｔが測定された時点で工
程を終了すればよい。

【００６４】このようにして、従来の樹脂成形工程では
実現の困難な微小な距離ｔを実現することが可能であ
る。従って、本実施の形態ではＶＣＳＥＬ１０とパッケ
ージ端部の距離を従来技術と比較して小さくすることが
可能であり、ＶＣＳＥＬ１０とスケール３とを従来より
も接近させることにより、コンパクトで高分解能なエン
コーダが実現できるという効果を奏する。

【００６５】本実施の形態の変形例としては、図１０及
び図１１に示すように、単結晶シリコン（１００）基板
２１を深さ１００〜２００μm 程度異方性エッチング
し、その底面にＰＤ５及びＶＣＳＥＬ１０を実装した後
にエポキシ樹脂６５を凹部に充填し（図１０）、硬化さ
せた後に上面を研磨する（図１１）という方法も可能で
ある。

【００６６】本変形例では、予め基板に凹部を形成して
あるため、樹脂をモールド成形する必要がない。本実施
の形態の他の変形例としては、図１２に示すように、異
方性エッチで形成した凹部に充填したエポキシ樹脂６５
を硬化させた後に平坦化研磨を行い、さらにＶＣＳＥＬ
１０の上面電極からの配線パターン１１を図示のように
樹脂６５の上面に形成することも可能である。

【００６７】なお、配線は、樹脂にレーザ加工等で穴を
形成し、例えばフォトレジストをモールドとした無電解
メッキ等で形成することが可能である。本実施の形態で
は、ＶＣＳＥＬ１０の表面にワイヤボンドをする必要が
ないため、樹脂表面（研磨面６７）とＶＣＳＥＬ１０表
面をさらに近接させやすいという効果がある。

【００６８】（第５の実施の形態）図１３は、本発明の
第５の実施の形態を示す。本実施の形態は光学式エンコ
ーダであり、移動するスケール（図示せず）と、ＰＤ５
と、このＰＤ５上に搭載されたＶＣＳＥＬ１０と、これ
らを気密封止する透明板３２とからなる。

【００６９】図１３に示すように、単結晶シリコン（１
００）基板２１を深さ１００〜２００μm 程度異方性エ
ッチングし、その底面にＰＤ５、さらにこのＰＤ５に重
ねるようにＶＣＳＥＬ１０を実装する。

【００７０】これら両素子の実装形態はこれに限定され
るものではなく、例えば、第１の実施の形態で示したよ
うに並列に実装してもよいが、素子（特にＶＣＳＥＬ１
０）の上面が単結晶シリコン基板２１の上面よりも若干
低くなるようにエッチング深さを決定する。

【００７１】そして、ＰＤ５上に搭載されたＶＣＳＥＬ
１０との両素子の実装後、予め配線パターン１１を形成
した薄い透明板３２で凹部全体をカバーすることによ
り、気密封止する。

【００７２】このときに、ＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５の
上面に形成された電極と透明板３２上の配線パターン１
１を接続する。また、必要があれば、透明板３２のＶＣ
ＳＥＬ１０と反対側にレンズ２等の光学素子を形成する
ことも可能である。

【００７３】本実施の形態の第１の変形例として、例え
ば図１４に示すように、透明板３２には配線パターンを
設けずに、凹部を設けたシリコン基板２１の表面に配線
パターン１１を形成し、これにワイヤ７２をボンディン
グして配線を引き出すことも可能である。

【００７４】また、図示のように、出射光を傾けるため
に異方性エッチで形成した斜面にＶＣＳＥＬ１０を実装
することも可能である。本実施形態の第２の変形例とし
て、図１５に示すように例えばスペーサ３３を介して透
明板３２でＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５の両素子を覆うこ
とにより、気密封止することも可能である。

【００７５】これら透明板３２とスペーサ３３との作成
法としては、例えば、図１６に示すように、シリコン基
板３４上ににガラス基板の接着、スピンオングラスのコ
ーティング等で透明板３２を形成し、次にスペーサ３３
となる部分を残してシリコン基板３４をエッチングすれ
ばよい。

【００７６】具体的には、図１７に示すように、予め所
定の厚みにシリコン基板３４の厚みを合わせておいてか
ら、裏面側にスペーサ３３部分を覆うようにマスク３５
をパターニングして不要部分をエッチングすることによ
り作成することができる。

【００７７】別の方法としては、図１８に示すようにシ
リコン基板３４のスペーサ３３となる部分に予め所望の
深さだけ硼素をドーピングしてから透明板３２を形成
し、その後、水酸化カリウム等でエッチングすると、硼
素をドーピングした部分のみを残して基板３４がエッチ
ングされ、正確な厚みを持ったスペーサ３３を作成する
ことができる。

【００７８】さらに、本実施の形態の第３の変形例とし
て、図１９に示すように、予め基板２１にエッチングで
溝３６を形成してからＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５を実装
することも可能であり、光軸を基板２１に対して傾ける
ことができる。

【００７９】なお、ＶＣＳＥＬ１０及びＰＤ５の封止は
第２変形例で述べたように、スペーサ３３を介して透明
板３２で全体を覆うことにより可能である。以上に述べ
たように、本実施の形態においては、シリコン基板２１
の凹部の深さ、あるいは透明板３２と基板２１間のスペ
ーサ３３の厚さを精密に制御することができるため、透
明板３２とＶＣＳＥＬ１０の間隔を小さくすることが可
能であり、さらに、板厚の小さい透明板３２を使用する
ことにより、ＶＣＳＥＬ１０と図示しないスケールの距
離を小さくすることが可能である。

【００８０】また、透明板３２でＶＣＳＥＬ１０及びＰ
Ｄ５とを気密封止をすることにより、素子の信頼性確保
が可能である。なお、本発明には、以下に示すような発
明が含まれている。

【００８１】（１）対象物に対して光を投射する発光素
子と、前記対象物からの光を受光検出する受光素子と、
透光性を有する配線板とを具備し、前記発光素子及び前
記受光素子を、それぞれの発光部及び受光部を前記配線
板対向させて、前記配線板の前記対象物に対して反対側
の面に接合したことを特徴とする光半導体装置。

【００８２】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述した第１乃至第３の実
施の形態が対応する。

【００８３】（作用・効果）この発明によれば、透光性
を有する配線板に対向して前記対象物と反対側の面に発
光素子、受光素子を接合することにより、両素子の表面
が配線板によって保護される。

【００８４】また、光源と対象物の距離を配線板の厚さ
に近いレベルまで小さくすることが可能であるため、占
有スペースの小さい実装を実現することができ、かつ光
半導体装置の機能を最適化することができる。

【００８５】（２）前記配線板は、前記発光素子及び前
記受光素子に対向する部分に第１及び第２の透光部を有
する配線板であることを特徴とする（１）に記載の光半
導体装置。

【００８６】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述した第１乃至第３の実
施の形態が対応する。

【００８７】（作用・効果）この発明によれば、配線板
の第１及び第２の透光部に対向して前記対象物と反対側
の面に発光素子、受光素子を接合することにより、両素
子の表面が配線板によって保護される。

【００８８】また、（１）と同様に、占有スペースの小
さい実装を実現することができ、かつ光半導体装置の機
能を最適化することができる。 （３）前記発光素子と前記受光素子が前記配線板および
樹脂材料により気密封止されていることを特徴とする
（１）に記載の光半導体装置。

【００８９】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述した第１乃至第３の実
施の形態が対応する。

【００９０】（作用・効果）この発明によれば、（１）
と同様に、占有スペースの小さい実装を実現することが
でき、かつ光半導体装置の機能を最適化することができ
る。

【００９１】さらに、発光素子、受光素子が気密封止さ
れるため、信頼性を向上させることが可能である。 （４）前記配線板が可撓性を有することを特徴とする
（１）に記載の光半導体装置。

【００９２】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第１の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１）と同様に、占
有スペースの小さい実装を実現することができ、かつ光
半導体装置の機能を最適化することができる。

【００９３】さらに、配線板が可撓性であるため、発光
素子を傾けることが容易にでき、例えば対象物から発光
素子への戻り光防止や受光素子への最適入射等、光学系
の構成の最適化が容易になる。

【００９４】（５）前記発光素子の発光面と前記受光素
子の受光面が平行でないことを特徴とする（１）に記載
の光半導体装置。 （対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態としては、前述した第１乃至第３の実施の形態が対
応する。

【００９５】（作用・効果）この発明によれば、（１）
と同様に、占有スペースの小さい実装を実現することが
でき、かつ光半導体装置の機能を最適化することができ
る。

【００９６】さらに、発光素子からの光を対象物経由で
受光素子に最適に入射させる構成をとることが可能にな
る。 （６）前記配線板の前記発光素子搭載部分と前記受光素
子搭載部分とが所定の角度を有することを特徴とする
（５）に記載の光半導体装置。

【００９７】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第１の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１）と同様に、占
有スペースの小さい実装を実現することができ、かつ光
半導体装置の機能を最適化することができる。

【００９８】さらに、発光素子からの光を対象物経由で
受光素子に最適に入射させる構成をとることが可能にな
る。 （７）前記発光素子上に配置された光学素子と、前記配
線板に設けられた前記光学素子を挿入する凹部または貫
通穴を有することを特徴とする（１）に記載の光半導体
装置。

【００９９】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述した第１及び第２の実
施の形態が対応する。

【０１００】（作用・効果）この発明によれば、（１）
と同様に、占有スペースの小さい実装を実現することが
でき、かつ光半導体装置の機能を最適化することができ
る。

【０１０１】さらに、レンズ等の光学素子を発光素子に
集積することによって、高機能な光半導体装置を実現す
ることができる。 （８）前記配線板がポリイミド配線フィルムであること
を特徴とする（１）に記載の光半導体装置。

【０１０２】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第１の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１）と同様に、占
有スペースの小さい実装を実現することができ、かつ光
半導体装置の機能を最適化することができる。

【０１０３】さらに、ポリイミド配線フィルムは、配線
板として一般的な材料で、化学的に安定な材料であるた
め封止にも適していて、光半導体装置の信頼性確保に効
果がある。

【０１０４】また、特に赤外光に対しては良好な透光性
を有するため、光路途中に配置することが可能である。 （９）前記配線板がガラス配線板であることを特徴とす
る（１）に記載の光半導体装置。

【０１０５】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第２の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１）と同様に、占
有スペースの小さい実装を実現することができ、かつ光
半導体装置の機能を最適化することができる。

【０１０６】さらに、ガラス配線板は、ポリイミドに比
べて透明度が高いため、発光素子の波長をより自由に選
定することができる。また、無機材料であるため化学的
に安定であり、光半導体装置の信頼性確保にも効果があ
る。

【０１０７】（１０）前記配線板と前記受光素子がモノ
リシックに形成されていることを特徴とする（１）に記
載の光半導体装置。 （対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態としては、前述の第３の実施の形態が対応する。

【０１０８】（作用・効果）この発明によれば、（１）
と同様に、占有スペースの小さい実装を実現することが
でき、かつ光半導体装置の機能を最適化することができ
る。

【０１０９】さらに、通常のポリイミド配線フィルムや
ガラス配線板を用いる場合に比べて配線板を薄くするこ
とが可能であり、発光素子と対象物の間隔を短くするこ
とが可能である。

【０１１０】また、受光素子がモノリシックで形成でき
るため、組立工程を減らすことができ、発光素子と受光
素子との相対位置決め精度の向上とコストの低減が可能
になる。

【０１１１】（１１）対象物に対して光を投射する発光
素子と、前記対象物からの光を受光検出する受光素子
と、前記発光素子および前記受光素子とを気密封止する
樹脂部材とからなる光半導体装置において、前記発光素
子および前記受光素子と前記対象物の間の前記樹脂部材
の外面が研磨面であり、該研磨面と前記発光素子の間隔
が所定値以下であることを特徴とする光半導体装置。

【０１１２】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第４の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、発光素子および受光
素子とを気密封止をすることにより、光半導体装置の信
頼性の確保が可能である。

【０１１３】さらに、通常の樹脂封止に対して、封止部
の肉厚を薄くすることが可能であるため、両素子と対象
物を近接させて、機能を最適化することが可能である。 （１２）前記発光素子および前記受光素子が基板上に設
けられた凹部内に実装され、前記凹部内に前記樹脂部材
を充填することを特徴とする（１１）に記載の光半導体
装置。

【０１１４】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第４の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１１）と同様に、
光半導体装置の信頼性の確保と機能の最適化が可能であ
る。

【０１１５】さらに、樹脂のモールド成形が不要なた
め、工程の簡略化が可能である。 （１３）前記基板が単結晶シリコンで、前記凹部は異方
性エッチングにより形成されていることを特徴とする
（１２）に記載の光半導体装置。

【０１１６】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第４の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１２）と同様に、
光半導体装置の信頼性の確保と機能の最適化が可能であ
る。

【０１１７】さらに、樹脂のモールド成形が不要なた
め、工程の簡略化が可能である。 （１４）前記樹脂封止部材の表面に配線が形成されてい
ることを特徴とする（１１）に記載の光半導体装置。

【０１１８】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第４の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１２）と同様に、
光半導体装置の信頼性の確保と機能の最適化が可能であ
る。

【０１１９】さらに、発光素子の表面にワイヤボンドを
する必要がないため、発光素子と対象物を接近させて、
光半導体装置の機能の最適化が可能である。 （１５）対象物に対して光を投射する発光素子と、前記
対象物からの光を受光検出する受光素子と、前記発光素
子と前記受光素子とを気密封止する樹脂部材とを具備す
る光半導体装置の製造方法において、前記発光素子及び
前記受光素子とを気密封止するように樹脂を充填するこ
とにより、前記樹脂部材を成形する工程と、前記発光素
子及び前記受光素子と前記対象物との間の前記樹脂部材
の外面を研磨することにより、前記樹脂部材の外面と前
記発光素子との距離を所定値以下にする工程とを具備す
ることを特徴とする光半導体装置の製造方法。

【０１２０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第４の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、発光素子及び受光素
子とを気密封止をすることにより、高信頼性の光半導体
装置の製造が可能である。

【０１２１】さらに、通常の樹脂封止に対して、封止部
の肉厚を薄くすることが可能であるため、両素子と対象
物を近接させて、機能を最適化した光半導体装置の製造
が可能である。

【０１２２】（１６）対象物に対して光を投射する発光
素子と、前記対象物からの光を受光検出する受光素子
と、前記発光素子及び受光素子とを実装する基板及び透
明板とを具備する光半導体装置であって、前記透明板が
前記発光素子の光出射部に接触せずに所定値以下の間隔
を有するように配置され、前記透明板と前記基板とによ
って前記発光素子及び前記受光素子とが気密封止されて
いることを特徴とする光半導体装置。

【０１２３】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第５の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、発光素子及び受光素
子とを気密封止をすることにより、光半導体装置の信頼
性の確保が可能である。

【０１２４】さらに、透明板を使用することによって、
封止部の肉厚を薄くすることが可能であるため、発光素
子と対象物を近接させて、機能を最適化することが可能
である。

【０１２５】（１７）前記基板に対し、スペーサを介し
て前記透明板が配置されていることを特徴とする（１
６）に記載の光半導体装置。 （対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態としては、前述の第５の実施の形態が対応する。

【０１２６】（作用・効果）この発明によれば、（１
６）と同様に、光半導体装置の信頼性の確保と機能の最
適化が可能である。

【０１２７】特に、スペーサの厚みを精密に加工するこ
とにより、発光素子と封止面との間隔を正確に決定する
ことが可能である。 （１８）前記基板が凹部を有し、前記受光素子、発光素
子が前記凹部内に実装され、前記透明板が基板表面に実
装されていることを特徴とする（１６）に記載の光半導
体装置。

【０１２８】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第５の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１６）と同様に、
光半導体装置の信頼性の確保と機能の最適化が可能であ
る。

【０１２９】特に、凹部の深さ精密に加工することによ
り、発光素子と封止面の間隔を正確に決定することが可
能である。 （１９）前記基板が単結晶シリコンで、前記凹部が異方
性エッチングにより形成されたことを特徴とする（１
７）に記載の光半導体装置。

【０１３０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態としては、前述の第５の実施の形態が
対応する。 （作用・効果）この発明によれば、（１６）と同様に、
光半導体装置の信頼性の確保と機能の最適化が可能であ
る。特に、凹部の深さを容易に精密に加工することが可
能なため、発光素子と封止面の間隔を正確に決定するこ
とが可能である。

【０１３１】

【発明の効果】本発明によれば、光半導体装置におい
て、占有スペースの小さい実装、封止方法を提案し、光
半導体装置の性能の最適化と信頼性の確保を小型である
という特徴を維持したまま実現することを可能とした光
半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図で
ある。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の望ましい
形態を示す図である。

【図３】図３は、本第１の実施の形態で使用されるポリ
イミド配線フィルム１の裏面側すなわちスケール３に対
して反対側の面の平面図を示す。

【図４】図４は、本第１の実施の形態の第１の変形例を
示す図である。

【図５】図５は、本第１の実施の形態の第２の変形例を
示す図である。

【図６】図６は、本第１の実施の形態の第３の変形例を
示す図である。

【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態を示す図で
ある。

【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態を示す図で
ある。

【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態を示す図で
ある。

【図１０】図１０は、本第４の実施の形態の第１の変形
例を示す図である。

【図１１】図１１は、本第４の実施の形態の第１の変形
例を示す図である。

【図１２】図１２は、本第４の実施の形態の第２の変形
例を示す図である。

【図１３】図１３は、本発明の第５の実施の形態を示す
図である。

【図１４】図１４は、本第５の実施の形態の第１の変形
例を示す図である。

【図１５】図１５は、本第５の実施の形態の第２の変形
例を示す図である。

【図１６】図１６は、本第５の実施の形態の第２の変形
例における透明板３２とスペーサ３３との作成法を示す
図である。

【図１７】図１７は、本第５の実施の形態の第２の変形
例における透明板３２とスペーサ３３との作成法の具体
例を示す図である。

【図１８】図１８は、本第５の実施の形態の第２の変形
例における透明板３２とスペーサ３３との作成法の別の
具体例を示す図である。

【図１９】図１９は、本第５の実施の形態の第３の変形
例を示す図である。

【図２０】図２０は、光によって物体の位置や傾き、物
体までの距離等を検出するために使用されている従来の
光半導体装置の一例を示す図である。

【図２１】図２１は、封止技術の別の従来例を示す図で
ある

【符号の説明】 ３…スケール、 １…ポリイミド配線フィルム、 １６，１７…透光部、 １０…発光素子（ＶＣＳＥＬ）、 ５…受光素子（ＰＤ：Photodetector ） ６５…エポキシ樹脂、 １１…配線パターン、 ７２…ボンディングワイヤ、 １２…ハンダバンプ、 ６６…基準面、 １３，１４，１５…端子、 ４０１…治具、 ４０２…樹脂成形型、 １８…マイクロレンズ、 １９…貫通穴、 ２５，２６…バンプ、 ６…ガラス配線板、 ２１…シリコン基板、 ２２…ポリイミド薄膜、 ２４…薄板ガラス、 ６７…研磨面、 ３２…透明板、 ３３…スペーサ、 ３４…シリコン基板、 ３５…マスク、 ３６…溝。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に対して光を投射する発光素子
   と、 前記対象物からの光を受光検出する受光素子と、 透光性を有する配線板とを具備し、 前記発光素子及び前記受光素子を、それぞれの発光部及
   び受光部を前記配線板対向させて、前記配線板の前記対
   象物に対して反対側の面に接合したことを特徴とする光
   半導体装置。
2. 【請求項２】 対象物に対して光を投射する発光素子
   と、 前記対象物からの光を受光検出する受光素子と、 前記発光素子及び前記受光素子とを気密封止する樹脂部
   材とを具備する光半導体装置であって、 前記発光素子及び前記受光素子と前記対象物の間の前記
   樹脂部材の外面が研磨面であり、該研磨面と前記発光素
   子との間隔が所定値以下であることを特徴とする光半導
   体装置。
3. 【請求項３】 対象物に対して光を投射する発光素子
   と、 前記対象物からの光を受光検出する受光素子と、 前記発光素子及び受光素子とを実装する基板及び透明板
   とを具備する光半導体装置であって、 前記透明板が前記発光素子の光出射部に接触せずに所定
   値以下の間隔を有するように配置され、前記透明板と前
   記基板とによって前記発光素子及び前記受光素子とが気
   密封止されていることを特徴とする光半導体装置。