JP2004146609A - 光半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光半導体素子の上面の受光部と透光性蓋体の下面とが平行に保持されたものとすること。
【解決手段】光半導体装置1は、上面に凹部2aが形成されるとともに、凹部2aの内周にその上面に光半導体素子3の電極4が電気的に接続される電極パッド5が配設された段差部2dが形成された基体2と、凹部2aの底面2bに載置され、上面の中央部に受光部3aが設けられているとともに外周部に電極4が形成された光半導体素子3と、上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層7と、樹脂層7の上部で接着されて光半導体素子3を封止する透光性蓋体8とを具備し、段差部2dの上面から透光性蓋体8の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材9を略等間隔で3個以上設けた構成である。
【選択図】 図1
【解決手段】光半導体装置1は、上面に凹部2aが形成されるとともに、凹部2aの内周にその上面に光半導体素子3の電極4が電気的に接続される電極パッド5が配設された段差部2dが形成された基体2と、凹部2aの底面2bに載置され、上面の中央部に受光部3aが設けられているとともに外周部に電極4が形成された光半導体素子3と、上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層7と、樹脂層7の上部で接着されて光半導体素子3を封止する透光性蓋体8とを具備し、段差部2dの上面から透光性蓋体8の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材9を略等間隔で3個以上設けた構成である。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオード,ラインセンサ,イメージ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】
従来のフォトダイオード(PD),ラインセンサ,イメージ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を図3に示す。図3において、101は、基体102、光半導体素子103および透光性蓋体108から主に構成される光半導体装置である。102aは基体102の上側主面に形成された凹部、102bは凹部102aの底面、102cは基体102の側壁部、103は基体102に実装される光半導体素子、103aは光半導体素子103の上面の中央部に設けられた受光部、104は光半導体素子103の上面の外周部に設けられた電極である。また、105は基体102の凹部102aの底面102bの外周部に設けられた電極パッド、106はボンディングワイヤ、107は基体102の上面の凹部102aの周囲の略全周に設けられた樹脂層、108はガラス等からなる透光性蓋体である。
【0003】
この光半導体装置101を構成する基体102はセラミックス等からなり、基体102の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部102cが設けられている。基体102の底板部と側壁部102cとは一体的に形成されていてもよい。また、基体102の凹部102aの底面102bの外周部には電極パッド105が設けられている。
【0004】
光半導体素子103は基体102の底面102bに載置され接着されており、光半導体素子103の上面の外周部には電極104が設けられている。電極104と電極パッド105とは、Au,Al等からなるボンディングワイヤ106により電気的に接続される。また、透光性蓋体108が樹脂層107を介して基体102の側壁部102cの上面に接着される(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−323230号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置101においては、光半導体素子103を載置する底板としての基体102の厚み、光半導体素子103を囲むように設けられた側壁部102cの厚み、光半導体素子103を載置接着するための接着層の厚み、および側壁部102c上面の外形と略同形状のガラス等からなる透光性蓋体108を側壁部102c上面に載置し接着封止するための樹脂層107の厚み等の公差ばらつきがあった。そのため、光半導体素子103の上面と透光性蓋体108の下面とを平行にすることが困難であるという問題があった。
【0007】
このような問題があることから、例えば光半導体装置101をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置101との位置合わせに透光性蓋体108の表面が使用されるため、光半導体素子103上面の受光部103aに対して鏡筒のレンズが傾き、画像の取り込みに不具合が生じるといった問題点が発生していた。
【0008】
この問題点を解決するために、特許文献1には、図4に示すような、透光性蓋体204が光半導体素子203に対して平行になるように位置決めを行う基準面として、基体202の側壁部の内側面に設けられた、透光性蓋体204の両端部の底面を支持する一対の第1の基準面202aと、透光性蓋体204の中央部底面を支持する第2の基準面202bとを有することにより、透光性蓋体204の反りを容易に矯正できる画像装置201が提案されている。
【0009】
しかしながら、上記従来例のいずれにおいても、光半導体素子を載置する底板としての基体の厚み公差や反り、また基体の上側主面の外周部に光半導体素子を囲むように設けられた側壁部の厚み公差、光半導体素子を載置接着するための接着層の厚みのばらつきによる影響を避けることができず、その結果、光半導体素子上面の受光部に対する鏡筒レンズの傾きが発生するという問題点は解決されていなかった。
【0010】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体装置内に収納された光半導体素子の上面の受光部と透光性蓋体の下面とを平行にすることにより、光半導体装置の受光特性を良好なものとすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容する凹部が形成されるとともに、該凹部の内周にその上面に前記光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であって、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことを特徴とするものである。
【0012】
本発明の光半導体装置は、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことから、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質の画像が得られる。
【0013】
【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は図1の光半導体装置の平面図である。これらの図において、1は、基体2、枠体2c、光半導体素子3、透光性蓋体8および支持部材9から主に構成される光半導体装置である。2aは基体2の上面に形成された凹部、2bは凹部2aの底面、2cは基体2の側壁部、3は基体2に実装される光半導体素子、3aは光半導体素子3の上面の中央部に設けられた受光部、4は光半導体素子3の上面の外周部に設けられた入出力用の電極である。また、5は基体2の凹部2aの内周の段差部2dの上面に設けられた配線導体の一部である電極パッド、6はAu,Al等から成るボンディングワイヤ、7は基体2の上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層、8はガラス、石英、サファイヤ、透明樹脂等からなる透光性蓋体である。
【0014】
本発明の光半導体装置1は、上面に凹部2aが形成されるとともに、凹部2aの内周にその上面に光半導体素子3の電極4が電気的に接続される電極パッド5が配設された段差部2dが形成された基体2と、凹部2aの底面2bに載置され、上面の中央部に受光部3aが設けられているとともに外周部に電極4が形成された光半導体素子3と、上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層7と、樹脂層7の上部で接着されて光半導体素子3を封止する透光性蓋体8とを具備し、段差部2dの上面から透光性蓋体8の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材9を略等間隔で3個以上設けた構成である。
【0015】
この光半導体装置1を構成する基体2はセラミックス等からなり、基体2の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部2cが設けられている。また、基体2の底板部と側壁部2cとは一体化されていてもよい。
【0016】
光半導体素子3は基体2の底面2bに載置され接着固定されており、光半導体素子3の上面の外周部には電極4が設けられている。電極4と電極パッド5とは、Au,Al等からなるボンディングワイヤ6により電気的に接続される。また、透光性蓋体8が樹脂層7を介して基体2の側壁部2cの上面に接着固定される。
【0017】
本発明の支持部材9は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックス、Fe−Ni−Co合金,Al,Cu等の金属、またはアクリル系樹脂,エポキシ系樹脂,シリコーン樹脂,ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂から成る。支持部材9は基体2の凹部2aの内周の段差部2dから透光性蓋体8との間に設置されるため、光半導体装置1全体が外部回路基板等に実装される際の熱で支持部材9が膨張し、基体2や透光性蓋体8にストレスを与える可能性が有る。このことから、上記材料の中でも熱膨張係数の低いセラミックスが好適である。例えば熱膨張係数が5×10−6〜10×10−6/℃程度のアルミナを主成分としたセラミックスを用いるのが好ましい。
【0018】
支持部材9の形状としては、高さは300〜1500μmがよく、また断面形状は、一辺の長さが100μm〜1mmの多角形である多角柱状、直径100μm〜1mmの円形である円柱状、または長径が100μm〜1mmの楕円径である楕円柱状等がよい。
【0019】
高さが300μm未満では、支持部材9がボンディングワイヤ6の最上部および側壁部2cの最上面よりも低くなる場合がある。高さが1500μmを超えると、光半導体装置1自体の厚みが増し大型になるので好ましくない。
【0020】
支持部材9の断面形状については、支持部材9は基体2の底面2bで光半導体素子1と側壁部2cとの間の狭い領域に設置する必要があるため、多角柱状の場合断面の一辺の長さが1mm以下であり、円柱状の場合断面の直径が1mm以下であり、楕円柱状の場合断面の長径が1mm以下であることが好ましい。一方、多角柱状の場合断面の一辺の長さが100μm未満であり、円柱状の場合断面の直径が100μm未満であり、楕円柱状の場合断面の長径が100μm未満であると、支持部材9が細すぎるため、その加工性、設置する際の作業性が悪くなる。
【0021】
従って、支持部材9のより好ましい形状としては、高さが600〜1100μm、断面形状は、多角柱状の場合一辺の長さが200〜500μmの多角形、円柱状の場合直径が200〜500μmの円形、楕円柱状の場合長径が200〜500μmの楕円形であることがよい。
【0022】
支持部材9の設置場所としては、光半導体素子3の平面視形状が略四角形の場合、光半導体素子3の周囲でそのコーナー部付近の凹部2aの内周の段差部2dがよく、光半導体素子3の1個あたり略等間隔で3〜4個設置することが好ましい。これは、光半導体素子3の受光部3aに対し透光性蓋体8が平行になるように支持するためには、光半導体素子3の周囲に極力間隔を開けて設置するのがよいからであり、また3個以上なくては平行に支持するのが困難である。支持部材9の設置間隔は、受光部3aの中心に関して等角度間隔とすることができる。3個の場合120°間隔、図2に示すように4個の支持部材9a〜9dを設ける場合90°間隔とすればよい。
【0023】
支持部材9の上端面は、側壁部2cの上面より高い位置にあるのがよい。側壁部2cの上面には樹脂層7があるため、支持部材9の上端面は樹脂層7の下端よりも高い位置にあるのがよく、その場合支持部材9を透光性蓋体8の下面に接着するのが容易になる。また、支持部材9の上端面は、樹脂層7の下端よりは高く、樹脂層7の上端以下の低い位置にあるのが好ましい。支持部材9の上端面が樹脂層7の上端より高くなると、透光性蓋体8の下面が樹脂層7から剥離し易くなる。
【0024】
また、支持部材9の形状として、下側が上側よりも太く、上端が尖った形状であってもよい。この場合、支持部材9が軟質のものであれば、透光性蓋体8の下面に支持部材9の上端が当接した状態で透光性蓋体8の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材9の上端が潰れることにより、透光性蓋体8を光半導体素子3の受光部3aに平行な状態として固定することができる。また、支持部材9が硬質のものであれば、透光性蓋体8の下面に支持部材9の上端が当接した状態で透光性蓋体8の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材9の上端が透光性蓋体8の下面に突き刺さることにより、透光性蓋体8を光半導体素子3の受光部3aに平行な状態として固定することができる。
【0025】
また、支持部材9を設置する際は、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から成る接着剤を用いて固定する。支持部材9の上端面および/または下端面を接着すれば良い。
【0026】
本発明の基体2は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックス、またはFe−Ni−Co合金,Fe−Ni合金,Al,Cu等の金属から成る。また、側壁部2cは基体2と別体であってもよいが、その場合基体2と同じ材料から成るのがよい。
【0027】
基体2の凹部2aの内周の段差部2dに電極パッド5が設けられているが、この電極パッド5は、基体2の側壁部2c外面および基体2の下面等に形成されたメタライズ層等から成る配線パターンやリード端子等(図示せず)を介して外部電気回路等に接続される。
【0028】
本発明の光半導体素子3は、PD,ラインセンサ,イメージセンサ,CCD(Charge Coupled Device),EPROM(Erasable and Programmable ROM)等の受光素子、またはこれらの受光部を有する光半導体素子である。この光半導体素子3を基体2の底面2bに接着する際、銀ペースト等から成る接合材を用いて固定するが、接合材の厚みをできるだけ薄くした方がよい。具体的には接合材の厚みは50μm以下がよい。この場合、底面2bに対する光半導体素子3の平行度が良くなり、支持部材9を設置することによる、光半導体素子3に対する透光性蓋体8の平行度の向上効果が大きくなる。
【0029】
樹脂層7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から成る。この樹脂層7は、余計な外光の入射を遮断するために、黒色、茶色、暗緑色、濃青色等の暗色系の染料や顔料を混入させてもよい。
【0030】
【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。
【0031】
図1,図2の光半導体装置1を以下のようにして構成した。アルミナセラミックスから成る基体2、CCDから成る光半導体素子3、ガラスから成る透光性蓋体8を用い、光半導体素子3を基体2の底面2bに厚さ30μmの銀ペースト(銀を含有する樹脂接着剤)で接着し、段差部2dの底面の電極パッド5と光半導体素子3の上面の電極4とをAu製のボンディングワイヤ6で接続した。次に、段差部2dの底面の四隅部に、直径500μm、高さ1mmでアルミナセラミックスから成る円柱状の支持部材9a〜9dをエポキシ系樹脂で接着するとともに、透光性蓋体8をエポキシ系樹脂から成る樹脂層7で接着した。
【0032】
また、比較例として、支持部材9a〜9dがない以外は上記実施例と同様にして図3に示した光半導体装置101を作製した。
【0033】
そして、本発明の光半導体装置1と比較例のものとを比較検討した。支持部材9a〜9dを有していない比較例の半導体装置101では、光半導体素子103の受光部103aと透光性蓋体108との平行度、即ち受光部103aと透光性蓋体108との間の隙間の最大値と最小置の差は約100μmであったが、本発明の光半導体装置1では30μm以下にまで抑えることができた。なお、測定の方法としては、金属顕微鏡等の高倍率(100〜400倍)の顕微鏡を用い、焦点深度によって光半導体素子の上面と透光性蓋体の下面との間の距離を測る方法を用いた。
【0034】
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あれば種々の変更は可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容する凹部が形成されるとともに、凹部の内周にその上面に光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、樹脂層の上部で接着されて光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備し、段差部の上面から透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことにより、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質な画像が得られる。
【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】図1の光半導体装置の平面図である。
【図3】従来の光半導体装置の一例の断面図である。
【図4】従来の光半導体装置の他の例の断面図である。
【符号の説明】
1:光半導体装置
2:基体
2a:凹部
2b:底面
2c:側壁部
2d:段差部
3:光半導体素子
3a:受光部
4:電極
5:電極パッド
7:樹脂層
8:透光性蓋体
9:支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオード,ラインセンサ,イメージ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】
従来のフォトダイオード(PD),ラインセンサ,イメージ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を図3に示す。図3において、101は、基体102、光半導体素子103および透光性蓋体108から主に構成される光半導体装置である。102aは基体102の上側主面に形成された凹部、102bは凹部102aの底面、102cは基体102の側壁部、103は基体102に実装される光半導体素子、103aは光半導体素子103の上面の中央部に設けられた受光部、104は光半導体素子103の上面の外周部に設けられた電極である。また、105は基体102の凹部102aの底面102bの外周部に設けられた電極パッド、106はボンディングワイヤ、107は基体102の上面の凹部102aの周囲の略全周に設けられた樹脂層、108はガラス等からなる透光性蓋体である。
【0003】
この光半導体装置101を構成する基体102はセラミックス等からなり、基体102の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部102cが設けられている。基体102の底板部と側壁部102cとは一体的に形成されていてもよい。また、基体102の凹部102aの底面102bの外周部には電極パッド105が設けられている。
【0004】
光半導体素子103は基体102の底面102bに載置され接着されており、光半導体素子103の上面の外周部には電極104が設けられている。電極104と電極パッド105とは、Au,Al等からなるボンディングワイヤ106により電気的に接続される。また、透光性蓋体108が樹脂層107を介して基体102の側壁部102cの上面に接着される(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−323230号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置101においては、光半導体素子103を載置する底板としての基体102の厚み、光半導体素子103を囲むように設けられた側壁部102cの厚み、光半導体素子103を載置接着するための接着層の厚み、および側壁部102c上面の外形と略同形状のガラス等からなる透光性蓋体108を側壁部102c上面に載置し接着封止するための樹脂層107の厚み等の公差ばらつきがあった。そのため、光半導体素子103の上面と透光性蓋体108の下面とを平行にすることが困難であるという問題があった。
【0007】
このような問題があることから、例えば光半導体装置101をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置101との位置合わせに透光性蓋体108の表面が使用されるため、光半導体素子103上面の受光部103aに対して鏡筒のレンズが傾き、画像の取り込みに不具合が生じるといった問題点が発生していた。
【0008】
この問題点を解決するために、特許文献1には、図4に示すような、透光性蓋体204が光半導体素子203に対して平行になるように位置決めを行う基準面として、基体202の側壁部の内側面に設けられた、透光性蓋体204の両端部の底面を支持する一対の第1の基準面202aと、透光性蓋体204の中央部底面を支持する第2の基準面202bとを有することにより、透光性蓋体204の反りを容易に矯正できる画像装置201が提案されている。
【0009】
しかしながら、上記従来例のいずれにおいても、光半導体素子を載置する底板としての基体の厚み公差や反り、また基体の上側主面の外周部に光半導体素子を囲むように設けられた側壁部の厚み公差、光半導体素子を載置接着するための接着層の厚みのばらつきによる影響を避けることができず、その結果、光半導体素子上面の受光部に対する鏡筒レンズの傾きが発生するという問題点は解決されていなかった。
【0010】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体装置内に収納された光半導体素子の上面の受光部と透光性蓋体の下面とを平行にすることにより、光半導体装置の受光特性を良好なものとすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容する凹部が形成されるとともに、該凹部の内周にその上面に前記光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であって、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことを特徴とするものである。
【0012】
本発明の光半導体装置は、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことから、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質の画像が得られる。
【0013】
【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は図1の光半導体装置の平面図である。これらの図において、1は、基体2、枠体2c、光半導体素子3、透光性蓋体8および支持部材9から主に構成される光半導体装置である。2aは基体2の上面に形成された凹部、2bは凹部2aの底面、2cは基体2の側壁部、3は基体2に実装される光半導体素子、3aは光半導体素子3の上面の中央部に設けられた受光部、4は光半導体素子3の上面の外周部に設けられた入出力用の電極である。また、5は基体2の凹部2aの内周の段差部2dの上面に設けられた配線導体の一部である電極パッド、6はAu,Al等から成るボンディングワイヤ、7は基体2の上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層、8はガラス、石英、サファイヤ、透明樹脂等からなる透光性蓋体である。
【0014】
本発明の光半導体装置1は、上面に凹部2aが形成されるとともに、凹部2aの内周にその上面に光半導体素子3の電極4が電気的に接続される電極パッド5が配設された段差部2dが形成された基体2と、凹部2aの底面2bに載置され、上面の中央部に受光部3aが設けられているとともに外周部に電極4が形成された光半導体素子3と、上面の凹部2aの周囲の略全周に設けられた樹脂層7と、樹脂層7の上部で接着されて光半導体素子3を封止する透光性蓋体8とを具備し、段差部2dの上面から透光性蓋体8の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材9を略等間隔で3個以上設けた構成である。
【0015】
この光半導体装置1を構成する基体2はセラミックス等からなり、基体2の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部2cが設けられている。また、基体2の底板部と側壁部2cとは一体化されていてもよい。
【0016】
光半導体素子3は基体2の底面2bに載置され接着固定されており、光半導体素子3の上面の外周部には電極4が設けられている。電極4と電極パッド5とは、Au,Al等からなるボンディングワイヤ6により電気的に接続される。また、透光性蓋体8が樹脂層7を介して基体2の側壁部2cの上面に接着固定される。
【0017】
本発明の支持部材9は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックス、Fe−Ni−Co合金,Al,Cu等の金属、またはアクリル系樹脂,エポキシ系樹脂,シリコーン樹脂,ポリエーテルアミド系樹脂等の樹脂から成る。支持部材9は基体2の凹部2aの内周の段差部2dから透光性蓋体8との間に設置されるため、光半導体装置1全体が外部回路基板等に実装される際の熱で支持部材9が膨張し、基体2や透光性蓋体8にストレスを与える可能性が有る。このことから、上記材料の中でも熱膨張係数の低いセラミックスが好適である。例えば熱膨張係数が5×10−6〜10×10−6/℃程度のアルミナを主成分としたセラミックスを用いるのが好ましい。
【0018】
支持部材9の形状としては、高さは300〜1500μmがよく、また断面形状は、一辺の長さが100μm〜1mmの多角形である多角柱状、直径100μm〜1mmの円形である円柱状、または長径が100μm〜1mmの楕円径である楕円柱状等がよい。
【0019】
高さが300μm未満では、支持部材9がボンディングワイヤ6の最上部および側壁部2cの最上面よりも低くなる場合がある。高さが1500μmを超えると、光半導体装置1自体の厚みが増し大型になるので好ましくない。
【0020】
支持部材9の断面形状については、支持部材9は基体2の底面2bで光半導体素子1と側壁部2cとの間の狭い領域に設置する必要があるため、多角柱状の場合断面の一辺の長さが1mm以下であり、円柱状の場合断面の直径が1mm以下であり、楕円柱状の場合断面の長径が1mm以下であることが好ましい。一方、多角柱状の場合断面の一辺の長さが100μm未満であり、円柱状の場合断面の直径が100μm未満であり、楕円柱状の場合断面の長径が100μm未満であると、支持部材9が細すぎるため、その加工性、設置する際の作業性が悪くなる。
【0021】
従って、支持部材9のより好ましい形状としては、高さが600〜1100μm、断面形状は、多角柱状の場合一辺の長さが200〜500μmの多角形、円柱状の場合直径が200〜500μmの円形、楕円柱状の場合長径が200〜500μmの楕円形であることがよい。
【0022】
支持部材9の設置場所としては、光半導体素子3の平面視形状が略四角形の場合、光半導体素子3の周囲でそのコーナー部付近の凹部2aの内周の段差部2dがよく、光半導体素子3の1個あたり略等間隔で3〜4個設置することが好ましい。これは、光半導体素子3の受光部3aに対し透光性蓋体8が平行になるように支持するためには、光半導体素子3の周囲に極力間隔を開けて設置するのがよいからであり、また3個以上なくては平行に支持するのが困難である。支持部材9の設置間隔は、受光部3aの中心に関して等角度間隔とすることができる。3個の場合120°間隔、図2に示すように4個の支持部材9a〜9dを設ける場合90°間隔とすればよい。
【0023】
支持部材9の上端面は、側壁部2cの上面より高い位置にあるのがよい。側壁部2cの上面には樹脂層7があるため、支持部材9の上端面は樹脂層7の下端よりも高い位置にあるのがよく、その場合支持部材9を透光性蓋体8の下面に接着するのが容易になる。また、支持部材9の上端面は、樹脂層7の下端よりは高く、樹脂層7の上端以下の低い位置にあるのが好ましい。支持部材9の上端面が樹脂層7の上端より高くなると、透光性蓋体8の下面が樹脂層7から剥離し易くなる。
【0024】
また、支持部材9の形状として、下側が上側よりも太く、上端が尖った形状であってもよい。この場合、支持部材9が軟質のものであれば、透光性蓋体8の下面に支持部材9の上端が当接した状態で透光性蓋体8の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材9の上端が潰れることにより、透光性蓋体8を光半導体素子3の受光部3aに平行な状態として固定することができる。また、支持部材9が硬質のものであれば、透光性蓋体8の下面に支持部材9の上端が当接した状態で透光性蓋体8の傾斜を微調整する際に少なくとも一部の支持部材9の上端が透光性蓋体8の下面に突き刺さることにより、透光性蓋体8を光半導体素子3の受光部3aに平行な状態として固定することができる。
【0025】
また、支持部材9を設置する際は、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から成る接着剤を用いて固定する。支持部材9の上端面および/または下端面を接着すれば良い。
【0026】
本発明の基体2は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックス、またはFe−Ni−Co合金,Fe−Ni合金,Al,Cu等の金属から成る。また、側壁部2cは基体2と別体であってもよいが、その場合基体2と同じ材料から成るのがよい。
【0027】
基体2の凹部2aの内周の段差部2dに電極パッド5が設けられているが、この電極パッド5は、基体2の側壁部2c外面および基体2の下面等に形成されたメタライズ層等から成る配線パターンやリード端子等(図示せず)を介して外部電気回路等に接続される。
【0028】
本発明の光半導体素子3は、PD,ラインセンサ,イメージセンサ,CCD(Charge Coupled Device),EPROM(Erasable and Programmable ROM)等の受光素子、またはこれらの受光部を有する光半導体素子である。この光半導体素子3を基体2の底面2bに接着する際、銀ペースト等から成る接合材を用いて固定するが、接合材の厚みをできるだけ薄くした方がよい。具体的には接合材の厚みは50μm以下がよい。この場合、底面2bに対する光半導体素子3の平行度が良くなり、支持部材9を設置することによる、光半導体素子3に対する透光性蓋体8の平行度の向上効果が大きくなる。
【0029】
樹脂層7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から成る。この樹脂層7は、余計な外光の入射を遮断するために、黒色、茶色、暗緑色、濃青色等の暗色系の染料や顔料を混入させてもよい。
【0030】
【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。
【0031】
図1,図2の光半導体装置1を以下のようにして構成した。アルミナセラミックスから成る基体2、CCDから成る光半導体素子3、ガラスから成る透光性蓋体8を用い、光半導体素子3を基体2の底面2bに厚さ30μmの銀ペースト(銀を含有する樹脂接着剤)で接着し、段差部2dの底面の電極パッド5と光半導体素子3の上面の電極4とをAu製のボンディングワイヤ6で接続した。次に、段差部2dの底面の四隅部に、直径500μm、高さ1mmでアルミナセラミックスから成る円柱状の支持部材9a〜9dをエポキシ系樹脂で接着するとともに、透光性蓋体8をエポキシ系樹脂から成る樹脂層7で接着した。
【0032】
また、比較例として、支持部材9a〜9dがない以外は上記実施例と同様にして図3に示した光半導体装置101を作製した。
【0033】
そして、本発明の光半導体装置1と比較例のものとを比較検討した。支持部材9a〜9dを有していない比較例の半導体装置101では、光半導体素子103の受光部103aと透光性蓋体108との平行度、即ち受光部103aと透光性蓋体108との間の隙間の最大値と最小置の差は約100μmであったが、本発明の光半導体装置1では30μm以下にまで抑えることができた。なお、測定の方法としては、金属顕微鏡等の高倍率(100〜400倍)の顕微鏡を用い、焦点深度によって光半導体素子の上面と透光性蓋体の下面との間の距離を測る方法を用いた。
【0034】
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あれば種々の変更は可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上面に光半導体素子を収容する凹部が形成されるとともに、凹部の内周にその上面に光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、樹脂層の上部で接着されて光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備し、段差部の上面から透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことにより、基体の側壁部の厚み公差、光半導体素子を基体の凹部の底面に接着するための接着層の厚みのばらつきに殆ど影響されずに、光半導体素子の上面の受光部に対して透光性蓋体の下面を平行にすることができる。その結果、光半導体装置をカメラ等に組み込んだ場合、レンズを備えた鏡筒と光半導体装置との位置合わせに透光性蓋体の表面を使用すれば、光半導体素子の受光部に対し、鏡筒レンズを平行に取り付けることができる。従って、画像取り込みの際に良好な結像が得られ、鮮明で高画質な画像が得られる。
【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】図1の光半導体装置の平面図である。
【図3】従来の光半導体装置の一例の断面図である。
【図4】従来の光半導体装置の他の例の断面図である。
【符号の説明】
1:光半導体装置
2:基体
2a:凹部
2b:底面
2c:側壁部
2d:段差部
3:光半導体素子
3a:受光部
4:電極
5:電極パッド
7:樹脂層
8:透光性蓋体
9:支持部材
Claims (1)
- 上面に光半導体素子を収容する凹部が形成されるとともに、該凹部の内周にその上面に前記光半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された段差部が形成された基体と、前記凹部の底面に載置され、上面の中央部に受光部が設けられているとともに外周部に電極が形成された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲の略全周に設けられた樹脂層と、該樹脂層の上部で接着されて前記光半導体素子を封止する透光性蓋体とを具備した光半導体装置であって、前記段差部の上面から前記透光性蓋体の下面にかけて略同じ高さを有する支持部材を略等間隔で3個以上設けたことを特徴とする光半導体装置。
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WO2008120606A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-09 | Rohm Co., Ltd. | 半導体発光装置 |
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2002
- 2002-10-24 JP JP2002310089A patent/JP2004146609A/ja active Pending
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