WO2014054084A1 - 半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法 Download PDF

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light receiving
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勝久 長谷川
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パイオニア株式会社
パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device in which a light emitting element and a light receiving element are mounted on a common package substrate, a proximity sensor provided with the semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • Patent Document 1 an optical device in which a light shielding member is disposed between a light emitting element and a light receiving element is known (see Patent Document 1).
  • This opto-device seals a substrate, a light emitting element and a light receiving element mounted on the substrate, a light emitting element and a light receiving element with a translucent resin, and a light transmitting element and a light receiving element facing the light emitting element.
  • a mold part including a receiving lens; a groove formed between the transmitting lens and the receiving lens in the mold part; and a light blocking member provided in the groove and blocking light from the light emitting element. .
  • Light emitted from the light emitting element and traveling through the mold portion toward the light receiving element is shielded by a light shielding member provided in the groove. Accordingly, it is possible to prevent the light from flowing from the light emitting element to the light receiving element in the mold part without newly requiring a mold die or the like.
  • the present invention provides a semiconductor device capable of effectively preventing light from flowing from a light-emitting element to a light-receiving element while maintaining ease of manufacture, a proximity sensor including the semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device Is an issue.
  • the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a light emitting element and a light receiving element mounted on a common package substrate are sealed with a sealing resin, and the sealing resin includes a gap between the light emitting element and the light receiving element.
  • An optical groove is formed that refracts at least a part of the emitted light from the light emitting element toward the light receiving element in a direction away from the light receiving element.
  • the optical groove is preferably formed in a cross-sectional “V” shape.
  • the sealing resin is located between the light emitting element and the light receiving element and has the optical groove, the inside of the sealing resin of the emitted light of the light emitting element faces the light receiving element.
  • the radiated light traveling forward is refracted in a direction away from the light receiving element by the optical groove.
  • the optical groove can be easily formed with a rotating blade or the like. Therefore, it is possible to effectively prevent the light from flowing from the light emitting element to the light receiving element while maintaining the ease of manufacture.
  • the “package substrate” is a concept including a lead frame.
  • Another semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a light emitting element and a light receiving element mounted on a common package substrate are sealed with a sealing resin.
  • the sealing resin includes a light emitting element, a light receiving element, and An optical groove is formed between the light emitting element and the optical groove that totally reflects at least part of the emitted light from the light emitting element toward the light receiving element.
  • the optical groove is preferably formed in a cross-sectional “V” shape.
  • the radiated light traveling toward the light receiving element in the sealing resin is totally reflected on the surface of the optical groove on the light emitting element side (interface with air). For this reason, it can suppress that the radiated light which goes inside the sealing resin toward a light receiving element reaches a light receiving element.
  • the optical groove can be easily formed with a rotary blade having a cross-sectional shape complementary to the cross-sectional shape. Therefore, it is possible to effectively prevent the light from flowing from the light emitting element to the light receiving element while maintaining the ease of manufacture.
  • optical groove is preferably configured by a cutting groove formed so as to define a mounting area of the light receiving element and a mounting area of the light receiving element in the sealing resin.
  • the optical groove can be easily formed by simply cutting the sealing resin linearly between the light receiving element mounting area and the light receiving element mounting area.
  • the tip of the optical groove reaches the package substrate.
  • At least one of the light emitting element and the light receiving element is mounted so as to be immersed in a concave groove formed in the package substrate.
  • the emitted light is appropriately reflected in the groove and emitted from the opening side of the groove.
  • the emitted light from the light emitting element has directivity, and the amount of light reaching the light receiving element as noise light can be reduced.
  • the efficiency of extracting emitted light from the light emitting element can be improved by the concave groove.
  • the light receiving element is mounted in the concave groove, the light emitted from the light emitting element toward the light receiving element passes through the opening, so that the amount of light reaching the light receiving element as noise light can be reduced.
  • the groove formed in the package substrate can be easily drilled with a drill bit or the like. Therefore, it is possible to effectively prevent light (noise light) from wrapping around from the light emitting element to the light receiving element while maintaining the miniaturization and the ease of manufacture.
  • the proximity sensor of the present invention includes the semiconductor device described above, and is characterized by sensing the relative approach of an object through a translucent panel body.
  • the radiated light refracted by the optical groove enters the panel body at a deep incident angle. For this reason, reflection from the panel body is suppressed, and accordingly, noise light incident on the light receiving element based on this reflection can be reduced. Therefore, erroneous detection and the like can be prevented.
  • the panel body is mounted on the mobile terminal and the panel body is a touch panel of the mobile terminal.
  • the semiconductor device manufacturing method of the present invention is a semiconductor device manufacturing method described above, in which a light emitting element and a light receiving element are chip-mounted on a package substrate on which a wiring pattern is formed, and after the mounting process, light emission is performed.
  • a groove grinding step is added to the previous manufacturing process.
  • the optical groove formed in the sealing resin can be easily ground with a rotating blade or the like. Therefore, it is possible to effectively prevent light (noise light) from wrapping around from the light emitting element to the light receiving element while maintaining the miniaturization and the ease of manufacture.
  • This semiconductor device includes a light emitting element and a light receiving element, and is used as a proximity sensor.
  • this proximity sensor is mounted on a portable terminal (smart phone) and detects whether or not the user is talking. For this reason, in order to reliably receive the weak reflected light reflected from the human body, the light is prevented from wrapping around from the light emitting element to the light receiving element as much as possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view when the semiconductor device according to the embodiment is mounted on a smartphone as a proximity sensor.
  • the smartphone 1 is provided with a touch panel 2 over the entire front surface thereof, and a receiver 4 is disposed inside the touch panel 2 so as to be mounted on a circuit board 3.
  • a proximity sensor 5 is disposed adjacent to the receiver 4 so as to be mounted on the circuit board 3.
  • the proximity sensor 5 of the embodiment is disposed in the gap between the touch panel 2 and the circuit board 3 and emits infrared rays (in the embodiment, near infrared rays) that serve as detection light via the touch panel 2.
  • infrared rays in the embodiment, near infrared rays
  • the infrared rays radiated from the proximity sensor 5 are reflected by the portion of the ear E, and a part of the infrared rays is reflected on the proximity sensor 5.
  • incident light infrared rays
  • incident light is photoelectrically converted and amplified, and output to a determination circuit (not shown) on the circuit board 3.
  • the amount of received light (current value) is compared with a threshold, and when the threshold is exceeded, the human body (ear E) is detected, that is, the call state is detected. Then, when a call state is detected, mode switching that disables the operation of the touch panel 2 is performed.
  • the proximity sensor 5 detects an extremely close target (ear E or the like), the light emission amount is suppressed to reduce power consumption, and the light reception amount is extremely small compared to the light emission amount. Must be detected reliably. Therefore, the semiconductor device 10 of the present embodiment constituting the proximity sensor 5 is configured to reduce noise light as much as possible in order to improve the S / N ratio.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the semiconductor device 10A according to the first embodiment.
  • the semiconductor device 10A includes a package substrate 11 composed of a substrate frame and a lead frame (a substrate frame in the embodiment), a light emitting element 12 and a light receiving element having a chip configuration mounted on the package substrate 11. 13 and a translucent sealing resin 14 that seals the light emitting element 12 and the light receiving element 13.
  • the light receiving element 13 is mounted (mounted) on the package substrate 11, while the light emitting element 12 is mounted in a groove 15 formed in the package substrate 11. Further, an optical groove 16 having a “V” cross section is formed in the sealing resin 14 between the light receiving element 12 and the light receiving element 13.
  • the package substrate 11 (substrate frame) is made of a glass epoxy or organic material substrate, and on both the front and back surfaces, a light emitting side wiring pattern 21 (electrodes and the like) on which the light emitting element 12 is mounted and conducted, and a light receiving element Light receiving side wiring patterns 22 (electrodes and the like) on which 13 is mounted and conducted are formed. Further, an inverted frustoconical groove 15 is formed in a portion of the package substrate 11 where the light emitting element 12 is mounted. The light emitting element 12 is mounted on a light emitting side wiring pattern 21 (die pad) that also serves as a heat sink provided on the groove bottom 15a of the concave groove 15. A reflective film is preferably formed on the inner peripheral surface of the concave groove 15.
  • the light emitting element 12 is composed of a light emitting diode chip that emits infrared rays (near infrared rays) from the light emitting surfaces at both ends. And the electrode pad 12a of the light emitting element 12 and the land 21a of the light emission side wiring pattern 21 are connected by the bonding wire 24 (a gold wire, a copper wire, an aluminum wire, etc.).
  • the light emitting element 12 is disposed so as to be completely immersed in the groove 15 formed in the package substrate 11.
  • the light emitting element 12 may have an upper surface as a light emitting surface.
  • infrared light is reflected on the inner surface of the groove 12 and radiated from the opening portion. .
  • the infrared rays used as detection light are radiated with the radiation angle narrowed down (focused) and directivity.
  • the reflection of infrared rays on the upper surface (interface with air) of the sealing resin 14 and the lower surface (interface with air) of the touch panel 2 is suppressed. That is, noise light to the light receiving element 13 is suppressed.
  • the light receiving element 13 is composed of a photodiode chip mounted on the package substrate 11 with the upper surface serving as a light receiving surface.
  • the electrode pad 13a of the light receiving element 13 and the land 22a of the light receiving side wiring pattern 22 are connected by a bonding wire 26 (gold wire, copper wire, aluminum wire, etc.). Note that a phototransistor may be used instead of the photodiode.
  • the sealing resin 14 is made of an epoxy resin or silicon resin that is transparent to infrared rays, and covers the light emitting element 12, the light receiving element 13, and the bonding wires 24 and 26 (sealing).
  • the sealing resin 14 may be formed by molding, but the embodiment is formed by potting (details will be described later). That is, the sealing resin 14 is formed by thermosetting the liquid sealing resin 14 that is poured so as to cover the light emitting element 12 and the light receiving element 13.
  • the sealing resin 14 is located between the light emitting element 12 and the light receiving element 13, and at least a part of the emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 is away from the light receiving element 13, that is, in the front.
  • a V-shaped optical groove 16 is formed to be refracted.
  • the optical groove 16 is formed in a “V” cross section so as to reach the surface of the package substrate 11 from the surface of the sealing resin 14.
  • the optical groove 16 is formed so as to define a mounting region of the light receiving element 12 and a mounting region of the light receiving element 13 in the sealing resin 14 in plan view.
  • the optical groove 16 is formed of a cutting groove ground by a dedicated dicing blade 33 (see FIG. 8).
  • the semiconductor device 10 ⁇ / b> A of the first embodiment configured as described above most of the radiated light that travels in the sealing resin 14 toward the light receiving element 13 out of the radiated light of the light emitting element 12 by the optical groove 16 is forward. Refracted toward. For this reason, it can reduce that the radiated light which goes inside the sealing resin 14 toward the light receiving element 1 reaches the light receiving element 13 as noise light.
  • the optical groove 16 can be easily formed by the dicing blade 33 or the like.
  • the emitted light of the light emitting element 12 is appropriately reflected in the groove 15 and is emitted from the opening side of the groove 15. For this reason, the radiated light from the light emitting element 12 is radiated so as to be narrowed down and hardly reaches the light receiving element 13 as noise light in the sealing resin 14. Therefore, it is possible to effectively prevent the light (noise light) from entering from the light emitting element 12 to the light receiving element 13.
  • the concave groove 15 can improve the extraction efficiency of the radiated light from the light emitting element 12.
  • the groove 15 formed in the package substrate 11 can be easily drilled with a drill bit or the like. Accordingly, it is possible to effectively prevent light (noise light) from wrapping from the light emitting element 12 to the light receiving element 13 while maintaining miniaturization and ease of manufacture.
  • the optical groove 16 formed in the sealing resin 14 is formed in a deformed “V” -shaped cross-sectional shape.
  • the light emitting side groove surface 16a which is the surface on the light emitting element 12 side of the optical groove 16, has an angle greater than or equal to the critical angle in the emitted light so that at least a part of the emitted light from the light emitting element 12 is totally reflected. It is formed to become.
  • the optical groove 16 is formed so that the angle formed between the main emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 and the surface orthogonal to the light emitting side groove surface 16a is 42 ° or more.
  • the light emitting element 12 is mounted (mounted) on the package substrate 11, while the light receiving element 13 is mounted in the concave groove 15 of the package substrate 11.
  • the light emitting element 12 is mounted on the light emitting side wiring pattern 21 formed on the package substrate 11, and the light receiving element 13 is received on the groove bottom 15 a of the concave groove 15 so as to be immersed in the concave groove 15.
  • the sealing resin 14 is positioned between the light emitting element 12 and the light receiving element 13 and has a V-shaped optical groove that refracts the emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 forward. 16 is formed. That is, an optical groove 16 having a “V” cross section is formed in the sealing resin 14 so as to define a mounting region for the light emitting element 12 and a mounting region for the light receiving element 13.
  • the radiated light toward the light receiving element 13 out of the radiated light from the light emitting element 12 passes over the opening of the concave groove 15, it becomes difficult to reach the light receiving element 13 as noise light in the sealing resin 14. Further, the reflected light from the object (ear E) is appropriately reflected and converged in the concave groove 15 to reach the light receiving surface of the light receiving element 13 and is received with high light efficiency. Therefore, also in this case, it is possible to effectively prevent the light (noise light) from wrapping from the light emitting element 12 to the light receiving element 13 while maintaining the miniaturization and the ease of manufacture.
  • the light emitting side groove surface 16a of the optical groove 16 is formed to have an angle equal to or greater than the critical angle in the emitted light. That is, the optical groove 16 is formed so that the angle formed between the main emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 and the surface orthogonal to the light emitting side groove surface 16a is 42 ° or more.
  • the optical groove 16 is formed, the radiated light traveling toward the light receiving element 12 in the sealing resin 14 is almost totally reflected by the light emitting side groove surface 16a (interface with air) of the optical groove 16, The light (noise light) from the light emitting element 12 to the light receiving element 13 can be effectively prevented without reaching the light receiving element 13.
  • both the light emitting element 12 and the light receiving element 13 are mounted in the groove 15 of the package substrate 11. That is, the light emitting element 12 is mounted on the light emitting side wiring pattern 21 provided on the groove bottom 15 a of the concave groove 15 so as to be immersed in the concave groove 15, and the light receiving element 13 is immersed in the concave groove 15.
  • the light receiving side wiring pattern 22 provided on the groove bottom 15 a of the concave groove 15 is mounted.
  • the sealing resin 14 is positioned between the light emitting element 12 and the light receiving element 13 and has a V-shaped optical groove that refracts the emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 forward. 16 is formed. That is, an optical groove 16 having a “V” cross section is formed in the sealing resin 14 so as to define a mounting region for the light emitting element 12 and a mounting region for the light receiving element 13.
  • the radiated light that travels toward the light receiving element 13 in the sealing resin 14 out of the radiated light of the light emitting element 12 is the same as in the first embodiment. Refraction by the optical groove 16 can reduce the arrival at the light receiving element 13.
  • the radiated light of the light emitting element 12 does not easily reach the light receiving element 13 as noise light in the sealing resin 14 due to the respective concave grooves 15. Therefore, also in this case, it is possible to effectively prevent the light (noise light) from wrapping from the light emitting element 12 to the light receiving element 13 while maintaining the miniaturization and the ease of manufacture.
  • the light emitting side groove surface 16a of the optical groove 16 is formed to have an angle equal to or greater than the critical angle in the emitted light. That is, the optical groove 16 is formed so that the angle formed between the main emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 and the surface orthogonal to the light emitting side groove surface 16a is 42 ° or more. In this case as well, it is possible to effectively prevent light (noise light) from wrapping from the light emitting element 12 to the light receiving element 13.
  • the sealing resin 14 is positioned between the light emitting element 12 and the light receiving element 13 and has a V-shaped optical groove that refracts the emitted light from the light emitting element 12 toward the light receiving element 13 forward. 16 is formed.
  • the radiated light that travels in the sealing resin 14 toward the light receiving element 13 out of the radiated light of the light emitting element 12 as in the first embodiment Refraction by the optical groove 16 makes it difficult to reach the light receiving element 13. Therefore, it is possible to effectively prevent the light (noise light) from entering from the light emitting element 12 to the light receiving element 13.
  • the light emitting side groove surface 16a of the optical groove 16 is formed to have an angle equal to or greater than the critical angle in the emitted light. Therefore, also in this case, the wraparound of light (noise light) from the light emitting element 12 to the light receiving element 13 can be effectively prevented.
  • a method for manufacturing the semiconductor device 10 (10 ⁇ / b> A) of the embodiment will be described by taking the first embodiment as an example.
  • the light-emitting element 12 and the light-receiving element 13 are mounted in a chip, and after the mounting process, the light-emitting element 12 is wire-bonded, and the light-receiving element 13 is wire-bonded.
  • a potting step (sealing step) for potting the light receiving element 13 with the sealing resin 14 and a groove grinding step for forming the optical groove 16 by grinding after the potting step.
  • this manufacturing method is a so-called wafer level package in resin sealing, it is provided with a dicing process for dividing the wafer into individual semiconductor devices 10 after the potting process. In the dicing process, the groove grinding process is performed.
  • the concave groove 15 may be formed in the substrate frame that has been subjected to the front and back plating treatment, The groove 15 may be formed after the pattern formation of the wiring pattern.
  • the formation of the concave groove 15 is preferably performed together with the formation of the through hole 32 using a dedicated drill bit 31.
  • FIG. 7 when the package substrate 11 is a lead frame (raw material), it is preferable to form the concave groove 15 and both wiring patterns 21 and 22 simultaneously by etching or the like.
  • the light emitting element 12 and the light receiving element 13 are chip-mounted through an adhesive such as silver paste using a known die bonding apparatus.
  • the bonding process the light emitting element 12 and the light receiving element 13 are wire-bonded using a known bonding apparatus, for example, by a ball bonding method.
  • the sealing resin 14 is potted over the entire upper surface of the package substrate 11 using a dispenser, and then the potted sealing resin 14 is cured by oven heating or the like.
  • an optical groove 16 is first formed using a known dicer.
  • a dedicated dicing blade 33 whose cutting blade has a “V” cross section is set on the dicer, and the optical groove 16 is formed at the wafer level.
  • a dicing blade 34 for cutting is set on the dicer, the wafer is cut vertically and horizontally, and individual semiconductor devices 10A are cut out. Thereby, the semiconductor device 10A as a single unit is completed.
  • the semiconductor device 10 (10A) of the embodiment can be easily manufactured only by adding the groove grinding step to the known manufacturing method. Moreover, since the groove grinding step can be performed as part of the dicing step, it can be easily formed with a known dicer or the like. Therefore, the semiconductor device 10 (10A) according to the embodiment having good detection sensitivity can be easily manufactured.
  • the optical groove has a cross-section “V” shape, but may have a cross-section “U” shape or the like as long as refracted light is refracted forward or totally reflected.
  • the semiconductor device of this invention is applicable also to uses other than the proximity sensor of a smart phone (mobile terminal) as an optical device.

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Abstract

　製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光の回り込みを有効に防止することができる半導体デバイス等を提供する。　発光素子１２と受光素子１３とを共通のパッケージ基板１１に実装して成る半導体デバイス１０であって、発光素子１２および受光素子１３の少なくとも一方は、パッケージ基板１１に形成した逆円錐台形状の凹溝１５に没するように、その溝底１５ａに実装され、また封止樹脂１４には、発光素子１２と受光素子１３との間に位置して、発光素子１２から受光素子１３に向う放射光を前方に屈折させるＶ字状の光学溝１６が形成されている。

Description

半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法
　本発明は、発光素子と受光素子とを共通のパッケージ基板に実装して成る半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法に関するものである。
　従来、この種の半導体デバイスとして、発光素子と受光素子との間に遮光部材を配置したオプトデバイスが知られている（特許文献１参照）。
　このオプトデバイスは、基板と、基板上に搭載した発光素子および受光素子と、発光素子および受光素子を透光性樹脂で封止すると共に、発光素子に対峙する発信用レンズおよび受光素子に対峙する受信用レンズを含むモールド部と、モールド部における発信用レンズと受信用レンズとの間に形成された溝と、溝に設けられ、発光素子からの光を遮光する遮光部材と、を備えている。
　発光素子から放射されてモールド部内を受光素子に向かって進む光は、溝に設けられた遮光部材により遮光される。これにより、新たにモールド金型等を必要とすることなく、モールド部内における発光素子から受光素子への光の回り込みを防止することができる。
特開２００９－１０１５７号公報
　このような従来のオプトデバイス（半導体デバイス）では、モールド部に遮光部材を設けるようにしているため、モールド部に溝を形成する工程と、この溝に遮光部材を充填、或いは嵌合接着する工程と、が追加して必要となり、製造工程における工数が増加する問題があった。
　本発明は、製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光の回り込みを有効に防止することができる半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法を提供することを課題としている。
　本発明の半導体デバイスは、共通のパッケージ基板に実装した発光素子および受光素子を、封止樹脂により封止して成る半導体デバイスであって、封止樹脂には、発光素子と受光素子との間に位置して、発光素子から受光素子に向う放射光の少なくとも一部を受光素子から離れる方向に屈折させる光学溝が形成されていることを特徴とする。
　この場合、光学溝が、断面「Ｖ」字状に形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、封止樹脂は、発光素子と受光素子との間に位置して、光学溝を有しているため、発光素子の放射光のうち、封止樹脂内を受光素子に向かって進む放射光は、光学溝により受光素子から離れる方向に向かって屈折される。これにより、封止樹脂内を受光素子に向かう放射光は、前方の空間に向かって進み、受光素子に達する光量を減ずることができる。また、光学溝は、回転ブレード等で簡単に形成することができる。したがって、製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光の回り込みを有効に防止することができる。なお、「パッケージ基板」は、リードフレームを含む概念である。
　本発明の他の半導体デバイスは、共通のパッケージ基板に実装した発光素子および受光素子を、封止樹脂により封止して成る半導体デバイスであって、封止樹脂には、発光素子と受光素子との間に位置して、発光素子から受光素子に向う放射光の少なくとも一部を全反射させる光学溝が形成されていることを特徴とする。
　この場合、光学溝が、断面「Ｖ」字状に形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、封止樹脂内を受光素子に向かって進む放射光は、光学溝の発光素子側の面（空気との界面）で全反射する。このため、封止樹脂内を受光素子に向かう放射光が、受光素子に達するのを抑制することができる。また、光学溝は、その断面形状と相補的断面形状の回転ブレード等で簡単に形成することができる。したがって、製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光の回り込みを有効に防止することができる。
　また、光学溝は、封止樹脂における受光素子の実装領域と受光素子の実装領域とを画成するように形成された、切削溝で構成されていることが好ましい。
　この構成によれば、受光素子の実装領域と受光素子の実装領域との間において、封止樹脂を直線的に切削するだけで、光学溝を簡単に形成することができる。なお、光学溝は、ダイシング工程に併せて実施することが好ましい。
　さらに、光学溝の先端が、パッケージ基板に達していることが好ましい。
　この構成によれば、封止樹脂内において、発光素子から受光素子に向かう放射光を、受光素子に達しないように遮光することができる。
　一方、発光素子および受光素子の少なくとも一方は、パッケージ基板に形成した凹溝に没するように実装されていることが好ましい。
　この構成によれば、例えば発光素子が凹溝に実装されている場合、その放射光は、凹溝内で適宜反射し凹溝の開口部側から放射される。このため、発光素子からの放射光は、指向性を持つことになり、ノイズ光として受光素子に達する光量を減ずることができる。しかも、凹溝により、発光素子からの放射光の取出し効率を向上させることができる。また、受光素子が凹溝に実装されている場合、受光素子に向かう発光素子からの放射光は、開口部上を通過するため、ノイズ光として受光素子に達する光量を減ずることができる。一方、パッケージ基板に形成される凹溝は、ドリルビット等で簡単に穿孔することができる。したがって、小型化および製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　本発明の近接センサーは、上記した半導体デバイスを備え、透光性のパネル体を介して、対象物の相対的な接近をセンシングすることを特徴とする。
　この構成によれば、光学溝で屈折した放射光は、パネル体に対し深い入射角で入射する。このため、パネル体からの反射が抑制され、その分、この反射に基いて受光素子に入射するノイズ光を少なくすることができる。したがって、誤検出等を防止することができる。
　この場合、携帯端末に搭載され、パネル体が、携帯端末のタッチパネルであることが好ましい。
　この構成によれば、発光素子から受光素子への光（ノイズ光）の回り込みを防止できるため、人体を対象物とするセンシングを良好に行うことができる。
　本発明の半導体デバイスの製造方法は、上記した半導体デバイスの製造方法であって、配線パターンを形成したパッケージ基板に、発光素子および受光素子をチップ・マウントするマウント工程と、マウント工程の後、発光素子をワイヤーボンディングすると共に、受光素子をワイヤーボンディングするボンディング工程と、ボンディング工程の後、発光素子および受光素子を、封止樹脂により封止する封止工程と、封止工程の後、研削により光学溝を形成する溝研削工程と、を備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、従前の製造工程に溝研削工程が追加された構成となる。溝研削工程においては、封止樹脂に形成される光学溝が、回転ブレード等により簡単に研削することができる。したがって、小型化および製造の容易さを維持しつつ、発光素子から受光素子への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
実施形態に係る半導体デバイスを、近接センサーとして携帯端末に搭載した状態の断面図である。 第１実施形態に係る半導体デバイスの断面図（ａ）、およびその変形例に係る半導体デバイスの断面図（ｂ）である。 第２実施形態に係る半導体デバイスの断面図（ａ）、およびその変形例に係る半導体デバイスの断面図（ｂ）である。 第３実施形態に係る半導体デバイスの断面図（ａ）、およびその変形例に係る半導体デバイスの断面図（ｂ）である。 第４実施形態に係る半導体デバイスの断面図（ａ）、およびその変形例に係る半導体デバイスの断面図（ｂ）である。 基板フレームにおける溝形成工程を示す説明図である。 リードフレームにおける溝形成工程を示す説明図である。 溝研削工程を含むダイシング工程の説明図である。
　以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る半導体デバイス、これを備えた近接センサーおよび半導体デバイスの製造方法について説明する。この半導体デバイスは、発光素子と受光素子とを備えており、近接センサーとして用いられる。例えば、この近接センサーは、携帯端末（スマートフォン）に搭載され、使用者が通話中であるか否かを検出する。このため、人体から反射した微弱な反射光を確実に受光すべく、発光素子から受光素子への光の回り込みを極力防止する構成になっている。
　図１は、実施形態に係る半導体デバイスを、近接センサーとしてスマートフォンに搭載した場合の断面図である。同図に示すように、スマートフォン１には、その前面全域にタッチパネル２が設けられており、タッチパネル２の内側には、回路基板３に実装するようにして、レシーバー４が配設されている。また、レシーバー４に隣接して、回路基板３に実装するようにして、近接センサー５が配設されている。
　すなわち、実施形態の近接センサー５は、タッチパネル２と回路基板３との間隙に配設され、タッチパネル２を介して検出光となる赤外線（実施形態のものは、近赤外線）を放射する。スマートフォン１の使用者が、通話状態に移行すべく、耳Ｅをレシーバー４に近づけると、近接センサー５から放射された赤外線が、耳Ｅの部分等で反射しその一部が、近接センサー５に入射する。近接センサー５では、入射した光（赤外線）を光―電変換し増幅して、回路基板３の判定回路（図示省略）に出力する。判定回路では、受光量（電流値）が閾値と比較され、閾値を越えることで人体（耳Ｅ）を検出、すなわち通話状態を検出する。そして、通話状態を検出したら、タッチパネル２の操作を無効とするモード切替えを実施する。
　このように、実施形態の近接センサー５は、極めて近い対象物（耳Ｅ等）を検出するものであり、消費電力を抑えるべく発光量が抑えられ、且つ発光量に比して極めて少ない受光量を確実に検出する必要がある。そこで、近接センサー５を構成する本実施形態の半導体デバイス１０では、Ｓ／Ｎ比を向上させるべく、ノイズ光を極力少なくなるように構成されている。
　図２（ａ）は、第１実施形態に係る半導体デバイス１０Ａの断面図である。同図に示すように、この半導体デバイス１０Ａは、基板フレームやリードフレーム（実施形態のものは、基板フレーム）から成るパッケージ基板１１と、パッケージ基板１１に実装したチップ構成の発光素子１２および受光素子１３と、発光素子１２および受光素子１３を封止する透光性の封止樹脂１４と、を備えている。
　また、受光素子１３は、パッケージ基板１１上に実装（マウント）される一方、発光素子１２は、パッケージ基板１１に形成した凹溝１５に実装されている。また、封止樹脂１４には、受光素子１２と受光素子１３との間に位置して、断面「Ｖ」字状の光学溝１６が形成されている。
　パッケージ基板１１（基板フレーム）は、ガラスエポキシや有機材料の基板で構成されており、表裏両面には、発光素子１２がマウントされ且つ導通される発光側配線パターン２１（電極等）、および受光素子１３がマウントされ且つ導通される受光側配線パターン２２（電極等）が、それぞれ形成されている。また、パッケージ基板１１の発光素子１２が実装される部位には、逆円錐台形状の凹溝１５が形成されている。そして、発光素子１２は、この凹溝１５の溝底１５ａに設けたヒートシンクを兼ねる発光側配線パターン２１（ダイパッド）にマウントされている。なお、凹溝１５の内周面には、反射膜を形成しておくことが好ましい。
　発光素子１２は、両小口端の発光面から赤外線（近赤外線）を放射する発光ダイオードのチップで構成されている。そして、発光素子１２の電極パッド１２ａと、発光側配線パターン２１のランド２１ａとは、ボンディングワイヤー２４（金線、銅線、アルミニウム線等）で接続されている。そして、発光素子１２は、パッケージ基板１１に形成した凹溝１５内に完全に没するように配設されている。なお、発光素子１２は、上面を発光面とするものであってもよい。
　図２（ａ）に示すように、パッケージ基板１１の凹溝１５内に実装された発光素子１２では、その両小口端から赤外線が、凹溝１２内面に反射してその開口部分から放射される。このため、検出光となる赤外線は、その放射角度が絞り込まれ（集束）指向性をもって放射されることになる。これにより、封止樹脂１４の上面（空気との界面）や、タッチパネル２の下面（空気との界面）における、赤外線の反射が抑制される。すなわち、受光素子１３へのノイズ光が抑制される。
　受光素子１３は、上面を受光面としてパッケージ基板１１にマウントされたフォトダイオードのチップで構成されている。そして、受光素子１３の電極パッド１３ａと、受光側配線パターン２２のランド２２ａとは、ボンディングワイヤー２６（金線、銅線、アルミニウム線等）で接続されている。なお、フォトダイオードに代えて、フォトトランジスタを用いてもよい。
　封止樹脂１４は、赤外線に対し透明なエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂等で構成されており、発光素子１２、受光素子１３および各ボンディングワイヤー２４，２６を覆っている（封止）。この場合、封止樹脂１４は、モールド成形により形成してもよいが、実施形態のものは、ポッティングにより形成されている（詳細は、後述する）。すなわち、封止樹脂１４は、発光素子１２や受光素子１３を覆うように流し込んだ液体の封止樹脂１４を、熱硬化させて形成されている。
　また、封止樹脂１４には、発光素子１２と受光素子１３との間に位置して、発光素子１２から受光素子１３に向う放射光の少なくとも一部を受光素子１３から離れる方向、すなわち前方に向かって屈折させるＶ字状の光学溝１６が形成されている。光学溝１６は、封止樹脂１４の表面からパッケージ基板１１の表面に達するように断面「Ｖ」字状に形成されている。また、光学溝１６は、平面視において封止樹脂１４における受光素子１２の実装領域と受光素子１３の実装領域とを画成するように形成されている。詳細は後述するが、光学溝１６は、専用のダイシングブレード３３により研削された切削溝で構成されている（図８参照）。なお、封止樹脂１４をモールディングで形成する場合には、金型に光学溝１６と相補的形状の突部を設け、光学溝１６を封止樹脂１４と一体に成形することが好ましい。
　このように構成した、第１実施形態の半導体デバイス１０Ａでは、光学溝１６により、発光素子１２の放射光のうち、封止樹脂１４内を受光素子１３に向かって進む放射光のほとんどは、前方に向かって屈折される。このため、封止樹脂１４内を受光素子１に向かう放射光が、ノイズ光として受光素子１３に達するのを減ずることができる。また、光学溝１６は、ダイシングブレード３３等により簡単に形成することができる。
　さらに、発光素子１２の放射光は、凹溝１５内で適宜反射し凹溝１５の開口部側から放射される。このため、発光素子１２からの放射光は、絞られるようにして放射され、封止樹脂１４内においてノイズ光として受光素子１３に達し難くなる。したがって、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。しかも、凹溝１５により、発光素子１２からの放射光の取出し効率を向上させることができる。一方、パッケージ基板１１に形成される凹溝１５は、ドリルビット等で簡単に穿孔することができる。したがって、小型化および製造の容易さを維持しつつ、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図２（ｂ）を参照して、第１実施形態の変形例に係る半導体デバイス１０ＡＡにつき、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０ＡＡでは、封止樹脂１４に形成した光学溝１６が、変形「Ｖ」字状の断面形状に形成されている。具体的には、発光素子１２からの放射光の少なくとも一部が全反射するように、光学溝１６の発光素子１２側の面である発光側溝面１６ａが、放射光において臨界角以上の角度となるように形成されている。この場合、封止樹脂１４を構成する樹脂材料の屈折率が約１．５であるため、空気に対する封止樹脂１４の臨界角は略４２°となる。したがって、発光素子１２から受光素子１３に向かう主たる放射光と、発光側溝面１６ａに直交わる面の為す角度が、４２°以上となるように、光学溝１６が形成されている。
　このように、光学溝１６を形成すれば、封止樹脂１４内を受光素子１２に向かって進む放射光は、そのほとんどが光学溝１６の発光側溝面１６ａ（空気との界面）で全反射する。このため、封止樹脂１４内を受光素子１２に向かう放射光が、ノイズ光として受光素子１３に達するのを減ずることができる。発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図３（ａ）を参照して、第２実施形態に係る半導体デバイス１０Ｂにつき、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０Ｂでは、第１実施形態と異なり、発光素子１２がパッケージ基板１１上に実装（マウント）される一方、受光素子１３がパッケージ基板１１の凹溝１５に実装されている。すなわち、発光素子１２は、パッケージ基板１１上に形成された発光側配線パターン２１にマウントされ、また受光素子１３は、凹溝１５に没するように、凹溝１５の溝底１５ａに設けた受光側配線パターン２２にマウントされている。
　そして、この場合も、封止樹脂１４には、発光素子１２と受光素子１３との間に位置して、発光素子１２から受光素子１３に向う放射光を前方に屈折させるＶ字状の光学溝１６が形成されている。すなわち、封止樹脂１４には、発光素子１２の実装領域と受光素子１３の実装領域とを画成するように、断面「Ｖ」字状の光学溝１６が形成されている。
　このように構成した、第２実施形態の半導体デバイス１０Ｂでは、第１実施形態と同様に、発光素子１２の放射光のうち、封止樹脂１４内を受光素子１３に向かって進む放射光が、光学溝１６による屈折により、受光素子１３に達するのを減ずることができる。
　また、発光素子１２の放射光のうちの受光素子１３に向かう放射光は、凹溝１５の開口部上を通過するため、封止樹脂１４内においてノイズ光として受光素子１３に達し難くなる。さらに、対象物（耳Ｅ）からの反射光は、凹溝１５内で適宜反射し集束して受光素子１３の受光面に達し、光効率良く受光される。したがって、この場合も、小型化および製造の容易さを維持しつつ、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図３（ｂ）を参照して、第２実施形態の変形例に係る半導体デバイス１０ＢＢにつき、主に第２実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０ＢＢでも、光学溝１６の発光側溝面１６ａが、放射光において臨界角以上の角度となるように形成されている。すなわち、発光素子１２から受光素子１３に向かう主たる放射光と、発光側溝面１６ａに直交わる面の為す角度が、４２°以上となるように、光学溝１６を形成されている。
　このように、光学溝１６を形成すれば、封止樹脂１４内を受光素子１２に向かって進む放射光は、そのほとんど光学溝１６の発光側溝面１６ａ（空気との界面）で全反射し、受光素子１３に達することがなく、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図４（ａ）を参照して、第３実施形態に係る半導体デバイス１０Ｃにつき、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０Ｃでは、発光素子１２および受光素子１３のいずれもが、パッケージ基板１１の凹溝１５に実装されている。すなわち、発光素子１２は、凹溝１５に没するように、凹溝１５の溝底１５ａに設けた発光側配線パターン２１にマウントされ、また受光素子１３は、凹溝１５に没するように、凹溝１５の溝底１５ａに設けた受光側配線パターン２２にマウントされている。
　そして、この場合も、封止樹脂１４には、発光素子１２と受光素子１３との間に位置して、発光素子１２から受光素子１３に向う放射光を前方に屈折させるＶ字状の光学溝１６が形成されている。すなわち、封止樹脂１４には、発光素子１２の実装領域と受光素子１３の実装領域とを画成するように、断面「Ｖ」字状の光学溝１６が形成されている。
　このように構成した、第３実施形態の半導体デバイス１０Ｃでは、第１実施形態と同様に、発光素子１２の放射光のうち、封止樹脂１４内を受光素子１３に向かって進む放射光が、光学溝１６による屈折により、受光素子１３に達するのを減ずることができる。
　また、第３実施形態の半導体デバイス１０Ｃでは、それぞれの凹溝１５により、封止樹脂１４内において発光素子１２の放射光がノイズ光として受光素子１３に達し難くなる。したがって、この場合も、小型化および製造の容易さを維持しつつ、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図４（ｂ）を参照して、第３実施形態の変形例に係る半導体デバイス１０ＣＣにつき、主に第３実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０ＣＣでも、光学溝１６の発光側溝面１６ａが、放射光において臨界角以上の角度となるように形成されている。すなわち、発光素子１２から受光素子１３に向かう主たる放射光と、発光側溝面１６ａに直交わる面の為す角度が、４２°以上となるように、光学溝１６を形成されている。そして、この場合も、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図５（ａ）を参照して、第４実施形態に係る半導体デバイス１０Ｄにつき、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０Ｄでは、従前のものと同様に、凹溝１５が無く、発光素子１２および受光素子１３のいずれもが、パッケージ基板１１上にマウントされている。そして、この場合も、封止樹脂１４には、発光素子１２と受光素子１３との間に位置して、発光素子１２から受光素子１３に向う放射光を前方に屈折させるＶ字状の光学溝１６が形成されている。
　このように構成した、第４実施形態の半導体デバイス１０Ｄでも、第１実施形態と同様に、発光素子１２の放射光のうち、封止樹脂１４内を受光素子１３に向かって進む放射光が、光学溝１６による屈折により、受光素子１３に達し難くなる。したがって、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図５（ｂ）を参照して、第４実施形態の変形例に係る半導体デバイス１０ＤＤにつき、主に第４実施形態と異なる部分について説明する。同図に示すように、この半導体デバイス１０ＤＤでも、光学溝１６の発光側溝面１６ａが、放射光において臨界角以上の角度となるように形成されている。したがって、この場合も、発光素子１２から受光素子１３への光（ノイズ光）の回り込みを有効に防止することができる。
　次に、図２、図６、図７および図８を参照して、実施形態の半導体デバイス１０（１０Ａ）の製造方法について、第１実施形態ものを例に説明する。
　この製造方法は、両配線パターン２１，２２の形成に相前後してパッケージ基板１１に、発光素子１２が実装される凹溝１５を形成する溝形成工程と、溝形成工程の後、パッケージ基板１１に発光素子１２および受光素子１３をチップ・マウントするマウント工程と、マウント工程の後、発光素子１２をワイヤーボンディングすると共に、受光素子１３をワイヤーボンディングするボンディング工程と、ボンディング工程の後、発光素子１２および受光素子１３を、封止樹脂１４によりポッティングするポッティング工程（封止工程）と、ポッティング工程の後、研削により光学溝１６を形成する溝研削工程と、を備えている。
　また、この製造方法は、樹脂封止において、いわゆるウェーハレベルパッケージとしているため、ポッティング工程の後、ウェーハを個々の半導体デバイス１０に分断するダイシング工程を備えている。そして、このダイシング工程において、上記の溝研削工程を実施するようにしている。
　溝形成工程では、パッケージ基板１１が基板フレームである場合には、表裏めっき処理された状態の基板フレームに、凹溝１５を形成してもよいし、表裏めっき処理された状態の基板フレームに、配線パターンのパターン形成を行った後、凹溝１５を形成してもよい。また、図６に示すように、凹溝１５の形成は、専用のドリルビット３１を用い、スルーホール３２の形成と併せて行うことが好ましい。一方、図７に示すように、パッケージ基板１１がリードフレーム（原材）である場合には、エッチング等により、凹溝１５と両配線パターン２１，２２とを同時に形成することが好ましい。
　マウント工程では、既知のダイボンディング装置を用い、発光素子１２および受光素子１３を銀ペースト等の接着剤を介してチップ・マウントする。
　ボンディング工程では、既知のボンディング装置を用い、例えばボールボンディング方式で、発光素子１２および受光素子１３をワイヤーボンディングする。
　ポッティング工程では、ディスペンサを用い、パッケージ基板１１の上面全域に封止樹脂１４のポッティングを行い、その後、ポッティングした封止樹脂１４を、オーブン加熱等により硬化させる。
　図８に示すように、溝研削工程を含むダイシング工程では、既知のダイサを用い、先ず光学溝１６を形成する。光学溝１６の形成（溝研削工程）では、ダイサに、切削刃が断面「Ｖ」字状の専用のダイシングブレード３３をセットし、ウェーハレベルで光学溝１６を形成する。次に、ダイサに、分断用のダイシングブレード３４をセットし、ウェーハを縦横に分断し、個々の半導体デバイス１０Ａを切り出す。これにより、単体としての半導体デバイス１０Ａが完成する。
　このように、実施形態の半導体デバイス１０（１０Ａ）の製造方法では、既知の製造方法に溝研削工程を付加しただけで、半導体デバイス１０（１０Ａ）を簡単に製造することができる。しかも、溝研削工程は、ダイシング工程の一環として実施することができるため、既知のダイサ等で、簡単に形成することができる。したがって、検出感度の良好な実施形態の半導体デバイス１０（１０Ａ）を、簡単に製造することができる。
　なお、本実施形態では、光学溝を断面「Ｖ」字状としたが、放射光の前方への屈折や全反射を奏する限りにおいて、断面「Ｕ」字状等であってもよい。
　また、本発明の半導体デバイスは、光デバイスとして、スマートフォン（携帯端末）の近接センサー以外の用途にも適用可能である。
　１　スマートフォン、２　タッチパネル、５　近接センサー、１０，１０Ａ，１０ＡＡ，１０Ｂ，１０ＢＢ，１０Ｃ，１０ＣＣ，１０Ｄ，１０ＤＤ　半導体デバイス、１１　パッケージ基板、１２　発光素子、１３　受光素子、１４　封止樹脂、１５　凹溝、１５ａ　溝底、１６　光学溝、１６ａ　発光側溝面、２１　発光側配線パターン、２２　受光側配線パターン、２４　ボンディングワイヤー、２６　ボンディングワイヤー

Claims (9)

  1. 　共通のパッケージ基板に実装した発光素子および受光素子を、封止樹脂により封止して成る半導体デバイスであって、
    　前記封止樹脂には、前記発光素子と前記受光素子との間に位置して、前記発光素子から前記受光素子に向う放射光の少なくとも一部を前記受光素子から離れる方向に屈折させる光学溝が形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
  2. 　共通のパッケージ基板に実装した発光素子および受光素子を、封止樹脂により封止して成る半導体デバイスであって、
    　前記封止樹脂には、前記発光素子と前記受光素子との間に位置して、前記発光素子から前記受光素子に向う放射光の少なくとも一部を全反射させる光学溝が形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
  3. 　前記光学溝が、断面「Ｖ」字状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス。
  4. 　前記光学溝は、前記封止樹脂における前記受光素子の実装領域と前記受光素子の実装領域とを画成するように形成された、切削溝で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス。
  5. 　前記光学溝の先端が、前記パッケージ基板に達していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス。
  6. 　前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方は、前記パッケージ基板に形成した凹溝に没するように実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス。
  7. 　請求項１または２に記載の半導体デバイスを備え、
    　透光性のパネル体を介して、対象物の相対的な接近をセンシングすることを特徴とする近接センサー。
  8. 　携帯端末に搭載され、
    　前記パネル体が、前記携帯端末のタッチパネルであることを特徴とする請求項７に記載の近接センサー。
  9. 　請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造方法であって、
    　配線パターンを形成した前記パッケージ基板に、前記発光素子および前記受光素子をチップ・マウントするマウント工程と、
    　前記マウント工程の後、前記発光素子をワイヤーボンディングすると共に、前記受光素子をワイヤーボンディングするボンディング工程と、
    　前記ボンディング工程の後、前記発光素子および前記受光素子を、前記封止樹脂により封止する封止工程と、
    　前記封止工程の後、研削により前記光学溝を形成する溝研削工程と、を備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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