JP3884112B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【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及びその製造方法に関する。
【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及びその製造方法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を具備する光半導体装置であって、前記発光素子と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、基板と、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、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、異方性エッチングにより単結晶シリコンからなる前記基板上に凹部を形成する工程と、前記基板上の凹部に前記発光素子と前記受光素子とを配置し、気密封止する樹脂を充填することにより、前記樹脂部材を成型する工程と、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 Surface-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、ＰＤ５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ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０、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ＶＣＳＥＬ１０のそれぞれ上面、下面電極に、端子１５がＰＤ５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ＰＤ５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ＶＣＳＥＬ１０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４０２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、ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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、ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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、ＶＣＳＥＬ１０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、ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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、ＶＣＳＥＬ１０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１０μm 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、ＶＣＳＥＬ１０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ＶＣＳＥＬ１０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（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、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ＶＣＳＥＬ１０）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ＶＣＳＥＬ１０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１１を接続する。
また、必要があれば、透明板３２のＶＣＳＥＬ１０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ＰＤ５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（１６）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、（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。
【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（１７）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及びその製造方法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 (9)

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を具備する光半導体装置であって、
   前記発光素子と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光半導体装置。
2. 前記凹部内に樹脂部材を充填することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
3. 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ることを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置。
4. 前記樹脂部材の表面に配線が形成され、前記発光素子と前記受光素子の少なくとも一つと、電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
5. 前記樹脂部材の、前記発光素子の出射部と前記研磨面との間隔は、１０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
6. 前記基板の、前記凹部が形成された面に、透明板が前記発光素子の光出射部に接触せずに配置され、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請求項１に記載の光半導体装置。
7. 前記透明板に、前記発光素子と前記受光素子の少なくとも一つと、電気的に接続された配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置。
8. 前記基板の有する凹部は、１００〜２００μｍの深さを有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
9. 基板と、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、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、
   異方性エッチングにより単結晶シリコンからなる前記基板上に凹部を形成する工程と、
   前記基板上の凹部に前記発光素子と前記受光素子とを配置し、気密封止する樹脂を充填することにより、前記樹脂部材を成型する工程と、
   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。

Images