JP6564329B2 - 受光モジュールおよび受光モジュールの製造方法 - Google Patents

受光モジュールおよび受光モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、受光モジュールおよび受光モジュールの製造方法に関する。
従来、配線基板上に受光素子が実装された半導体装置が知られている。特許文献１，２に記載の装置では、受光素子は、フリップチップ方式により基板に実装されている。すなわち、基板と受光素子との間にはバンプが設けられ、このバンプにより、受光素子が基板の電極端子または配線パターンに接続されている。受光素子は、樹脂によって封止されている。
特許文献１に記載の装置では、基板に貫通孔が設けられており、この貫通孔に、受光素子の受光面が対向している。受光素子と基板との間隙部には封止樹脂が充填されて、薄い封止樹脂層が形成される。この封止樹脂層の硬化が終わった後に、受光素子の受光面以外の部分が樹脂で封止され、第２の封止樹脂層が形成される。装置の製造においては、基板上に複数の受光素子が設けられ、それらの受光素子に対して封止樹脂層が形成された後に、ダイシングラインに沿って切断・分離が行われることにより、複数の半導体装置が得られる。
特許文献２に記載の装置では、半導体素子の表面の光感応部が基板に対向するようにして、半導体素子が基板上に装着されている。半導体素子は、樹脂によりモールドされている。基板の上記光感応部と対向する部分には、光透過性の窓が設けられている。この透明窓としては、石英ガラス板や樹脂などが用いられる。
特開２００８−２２６８９５号公報 実開昭６２−８４９３７号公報
特許文献１および２に記載の装置では、受光素子の受光面が基板の貫通孔または透明の窓部に対向しており、これにより、貫通孔または窓部を介して光が入射するようになっている。この場合、貫通孔または窓部の大きさに対応して光が入射するため、その結果、それらの大きさに応じた開口率が得られることになる。しかし、更なる開口率の向上は難しい。
本発明は、開口率を向上させることにより、受光感度の増大を図ることができる受光モジュールおよび受光モジュールの製造方法を提供する。
本発明の一態様に係る受光モジュールは、第１表面と、第１表面とは反対側の第２表面と、第１表面に設けられた電極部と、第１表面および第２表面を接続する端面に設けられ、電極部に電気的に接続された端子部と、を有する基板と、基板の第１表面に対面するように設けられ、第１表面との間に設けられたバンプを介して基板の電極部に電気的に接続される半導体受光素子と、半導体受光素子と基板の第１表面との間隙であってバンプの周囲に充填されるアンダーフィルと、基板の第１表面側に設けられて半導体受光素子を封止し、所定波長の光に対して遮光性を有する第１樹脂部と、基板の第２表面側に設けられて第２表面の全体を覆い、所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂部と、を備え、基板には、基板を厚さ方向に貫通する貫通穴が設けられ、半導体受光素子は、半導体受光素子の光検出領域が貫通穴に対面するように配置され、厚さ方向に直交する第１方向における基板の長さは、第１方向における第１樹脂部の長さよりも大きく、基板は、第１樹脂部から第１方向に突出する鍔部を有し、鍔部は、第１表面の露出部分と端子部が設けられた端面とを含み、第２樹脂部は、基板の貫通穴内に突出する突出部を有し、突出部は、半導体受光素子の光検出領域を被覆する。
この受光モジュールによれば、半導体受光素子は、バンプを介して基板の第１表面に設けられている。このようなフリップチップ方式による実装は、ワイヤを用いる場合に比して、断線等の問題を回避できるため、高い信頼性を実現し得る。基板は、第１樹脂部から突出する鍔部を有する。受光モジュールの実装に際し、実装用基板に穴部等を設け、この穴部等に第１樹脂部を入り込ませる。そして鍔部を実装用基板上に載置することで、受光モジュールを実装用基板に容易に実装することができる。基板の第２表面側に設けられた第２樹脂部は、所定波長の光に対して光学的に透明である。第２樹脂部において、基板を覆う面と反対側の露出面から光が入射すると、第２樹脂部の屈折率は空気の屈折率よりも大きいため、光は第２樹脂部の内部で拡散し、第２樹脂部の内部に閉じ込められる。すなわち、露出面から基板の貫通穴に直接入射した光は、半導体受光素子の光検出領域に入射するが、それ以外の光は、基板の第２表面や第２樹脂部の露出面などで反射した後に、貫通穴を介して光検出領域に入射する。第２樹脂部は、基板の第２表面の全体を覆っているため、露出面も大きくなっており、よって受光範囲が広い。第２樹脂部は、広い範囲で入射した光を、貫通穴を介して光検出領域に入射させ得る。貫通穴の大きさに応じた開口率に限られてしまう従来の受光モジュールに比して、この受光モジュールでは、開口率が向上している。しかも、第２樹脂部の突出部は貫通穴内に突出し、さらに光検出領域を被覆する。これにより、第２樹脂部内の光を、貫通穴しいては光検出領域まで確実に導くことができる。その結果として、受光感度の増大を図ることができる。また、半導体受光素子は遮光性を有する第１樹脂部によって封止されているので、貫通穴を経由する光以外の入射光は、遮断され得る。よって、ノイズが減少する。ノイズの減少により、受光感度に関するＳ／Ｎ比が向上する。
いくつかの態様において、第１方向における第２樹脂部の長さは、第１方向における基板の長さと等しく、第１方向における第２樹脂部の端面は、第１方向における基板の端面に面一に連続している。この場合、第１方向における広い範囲で入射した光を、光検出領域に入射させることができ、受光感度を一層増大させることができる。
いくつかの態様において、厚さ方向および第１方向の両方に直交する第２方向における第２樹脂部の長さは、第２方向における基板の長さと等しく、第２方向における第２樹脂部の端面は、第２方向における基板の端面に面一に連続している。この場合、第２方向における広い範囲で入射した光を、光検出領域に入射させることができ、受光感度を一層増大させることができる。
いくつかの態様において、貫通穴は、第２表面側から第１表面側に向かうにつれて細くなるテーパー状である。この場合、光検出領域に光を入射させ易くなり、受光感度を一層増大させることができる。
いくつかの態様において、第２樹脂部において、第２表面を覆う面と反対側の露出面は、フレネルレンズ形状をなしている。この場合、露出面から入射した光を貫通穴に導き易く、集光効率が高まる。よって、受光感度を一層増大させることができる。
いくつかの態様において、基板の第２表面は、所定波長の光を反射させる反射面である。この場合、第２樹脂部の内部での光成分を増大させることができ、また光の閉じ込め効果が更に向上する。よって、受光感度を一層増大させることができる。
本発明の一態様に係る受光モジュールの製造方法は、対向する第１表面と第２表面とを有する基板であって、第１表面に複数の電極部が設けられ、電極部に電気的に接続されて第１表面から厚さ方向に延びる複数の端子部が設けられ、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴が設けられた基板を用意する工程と、基板の第１表面に対面し且つ貫通穴を覆うように複数の半導体受光素子を配置し、第１表面と半導体受光素子との間にバンプを設け、半導体受光素子をボンディングして電極部に半導体受光素子を電気的に接続する工程と、半導体受光素子と基板の第１表面との間隙であってバンプの周囲に充填されたアンダーフィルを形成する工程と、基板の第１表面側において、所定波長の光に対して遮光性を有する第１樹脂を用いて第１表面および半導体受光素子を封止し、第１封止樹脂部を形成する工程と、基板の第２表面側において、所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂を用いて第２表面の全体を封止し、第２封止樹脂部を形成する工程と、第１封止樹脂部の一部を取り除いて第１表面の一部を露出させると共に複数の端子部を露出させる工程と、半導体受光素子が設けられていない領域を通る第１ラインと、第１表面の露出部分を通る第２ラインと、においてそれぞれダイシングを行い、基板を個片化する工程と、を含み、半導体受光素子を電気的に接続する工程では、半導体受光素子の光検出領域が貫通穴に対面するように半導体受光素子を配置し、第２封止樹脂部を形成する工程では、基板の貫通穴内に第２樹脂を流入させ、さらに半導体受光素子の光検出領域を第２樹脂で被覆する。
この製造方法によれば、上記した受光モジュールの作用効果と同様にして、バンプを用いたフリップチップ方式の実装により、高い信頼性を実現し得る。第１表面側においては、遮光性を有する第１樹脂を用いて第１表面および半導体受光素子が封止され、その後、第１封止樹脂部の一部が取り除かれて第１表面が露出させられる。第１表面の露出部分を通る第２ラインでダイシングを行うことにより、基板に、第１樹脂部（取り除かれずに残った第１樹脂部）から突出する鍔部が形成される。この鍔部によれば、上記した受光モジュールと同様に、受光モジュールを実装用基板に容易に実装することができる。一方、第２表面側においては、所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂を用いて第２表面の全体が封止される。貫通穴内に第２樹脂が流入し、貫通穴に対面する光検出領域を第２樹脂が被覆するため、上記した受光モジュールと同様に、開口率が向上し、受光感度の増大を図ることができる。この製造方法によれば、高信頼かつ受光感度の高い受光モジュールを、簡易且つ少ない工程を経て製造することができる。
いくつかの態様において、基板を用意する工程では、複数の基板を重ね合わせた状態で穴開けを行うことにより、１回の穴開けに対して同一の柱状の貫通穴を複数形成する。この場合、基板の穴開け工程の効率が高められる。
本発明のいくつかの態様によれば、開口率が向上し、その結果、受光感度の増大を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る受光モジュールを示す斜視図である。 図１の受光モジュールを底面側から見て示す斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図１の受光モジュールの製造方法を示す流れ図である。 （ａ）は図４に示す製造方法の一工程における被処理体を示す斜視図、（ｂ）は図５（ａ）に続く工程における被処理体を示す斜視図である。 （ａ）は図５（ｂ）に続く工程における被処理体を示す斜視図、（ｂ）は図６（ａ）の工程における被処理体の断面図である。 （ａ）は図６（ａ）に続く工程における被処理体を示す斜視図、（ｂ）は図７（ａ）の工程における被処理体の断面図である。 （ａ）は図７（ａ）に続く工程における被処理体を示す斜視図、（ｂ）は図８（ａ）に続く工程における被処理体を示す平面図である。 実装用基板に実装された図１の受光モジュールを示す斜視図である。 図１の受光モジュールの作用効果を説明するための図である。 （ａ）は第１変形例に係る受光モジュールを示す斜視図、（ｂ）は第２変形例に係る受光モジュールを示す斜視図である。 図１１（ｂ）の受光モジュールによる作用効果を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１〜図３を参照して、本実施形態に係る受光モジュール１について説明する。受光モジュール１は、たとえば、小型の電子機器等に搭載される、表面入射型の受光モジュールである。受光モジュール１は、いわゆる正面光を入力して検出する。受光モジュール１が搭載される電子機器は、特に限られず、あらゆる種類の電子機器が挙げられる。受光モジュール1は、たとえば携帯電話等に搭載されてもよいし、車載用の電子機器等に搭載されてもよい。受光モジュール１は、全体として扁平な直方体状を呈している。受光モジュール１の寸法は、たとえば、一辺が１〜１０ｍｍ程度である。受光モジュール１の寸法は、その用途により任意に定めることができる。
受光モジュール１は、受光モジュール１に入射した光を検出する半導体受光素子１０（図３参照）と、半導体受光素子１０が搭載された基板２０とを備えている。図３に示されるように、半導体受光素子１０は、たとえば矩形状のチップであり、対向する第１面１１および第２面１２と、これらの面を接続する４つの側面１３とを有する。第２面１２には、光検出領域１２ａが設けられている。すなわち、第２面１２は、半導体受光素子１０の受光面である。半導体受光素子１０には、たとえば、ｐｎ接合構造を有するフォトダイオード等を用いることができる。半導体受光素子１０は、上記の構造に限定されず、たとえば、ｐｉｎ構造を有するフォトダイオードであってもよい。
図１〜図３に示されるように、基板２０は、矩形の板状をなす絶縁基板である。基板２０は、対向する第１表面２１および第２表面２２と、対向する一対の第１側面２３ａ，２３ｂと、対向する一対の第２側面２４ａ，２４ｂとを有する。第１表面２１と、その反対側の第２表面２２とは、平行である。第１側面２３ａ，２３ｂは、第１表面２１および第２表面２２を接続しており、基板２０の厚さ方向に直交する第１方向において対向している。第２側面２４ａ，２４ｂは、第１表面２１および第２表面２２を接続しており、基板２０の厚さ方向および第１方向の両方に直交する第２方向において対向している。第１側面２３ａ，２３ｂおよび第２側面２４ａ，２４ｂは、いずれも、第１表面２１に垂直な方向に延びている。以下の説明では、説明の容易のために、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｚ方向は基板２０の厚さ方向に相当し、Ｘ方向は上記の第１方向に相当し、Ｙ方向は上記の第２方向に相当する。
基板２０は、配線基板であり、たとえばガラスエポキシ基板である。基板２０の第１表面２１には、所定の配線パターンが形成されている。第１表面２１には、その配線パターンに電気的に接続される２つの電極部２８ａおよび２つの電極部２８ｂ（図２参照）が設けられている。電極部２８ａおよび電極部２８ｂは、導電性の金属箔からなり、たとえば銅箔からなる。この銅箔は、ニッケルおよび金によってめっきされてもよい。なお、図３において、電極部２８ａおよび電極部２８ｂの図示は省略されている。基板２０は、第１表面２１のみに配線パターンが形成された片面基板であってもよいし、第１表面２１および第２表面２２に配線パターンが形成された両面基板であってもよい。
Ｘ方向の一方の端面である第１側面２３ａには、２つの電極部２８ａにそれぞれ電気的に接続された２つの端子部２７ａが設けられている。端子部２７ａは、第１側面２３ａにおいて、Ｙ方向に離間するように配置されている。Ｘ方向の他方の端面である第１側面２３ｂには、２つの電極部２８ｂにそれぞれ電気的に接続された２つの端子部２７ｂが設けられている。端子部２７ｂは、第１側面２３ｂにおいて、Ｙ方向に離間するように配置されている。
端子部２７ａおよび端子部２７ｂは、それぞれ、基板２０の厚さ方向すなわちＺ方向に延びている。端子部２７ａおよび端子部２７ｂは、それぞれ、第１表面２１から第２表面２２に至るまで形成されてもよい。端子部２７ａおよび端子部２７ｂは、半円筒状の貫通穴に、銅によって半円筒状のスルーホールめっきが施された構成を有する。この銅めっき層は、さらにニッケルおよび金によってめっきされてもよい。半円筒状の端子部２７ａおよび端子部２７ｂの内部には、導電性の樹脂材料が充填されてもよいし、そのような樹脂材料は充填されずに当該内部が空洞のままであってもよい。さらには、当該内部が空洞である場合に、金属箔からなる電極部がその空洞の端面を覆ってもよい。
なお、基板２０が両面基板である場合には、端子部２７ａおよび端子部２７ｂは、第１表面２１および第２表面２２を接続するように設けられ、第２表面２２に、複数の電極部が設けられる。その場合、第２表面２２には、電極部２８ａおよび電極部２８ｂと同様の複数の電極部が設けられてもよい。
上記した２つの端子部２７ａおよび２つの電極部２８ａと、２つの端子部２７ｂおよび２つの電極部２８ｂとは、第１側面２３ａおよび第１側面２３ｂに平行で且つこれらの側面の中間に位置する仮想平面（垂直二等分面）に関して、面対称をなしている。この場合の仮想平面は、Ｘ方向に垂直な平面であり、言い換えれば、ＹＺ平面に平行な平面である。受光モジュール１では、複数の端子部（すなわち複数の電極部）が対称性をもって設けられている。なお、複数の端子部が仮想平面に対して非対称に設けられてもよい。
基板２０の第２表面２２は、所定波長の光を反射させる反射面である。第２表面２２はたとえば赤外光を反射させる反射面であってもよい。第２表面２２を反射面とするため、光の反射率の高い材質からなる基板２０が用いられてもよい。基板２０として、高反射型のガラスエポキシ基板が用いられてもよい。基板２０として、たとえば、いわゆる白色基板やアイボリー基板等が用いられてもよい。基板２０の材質によって反射面を形成する以外にも、基板２０の第２表面２２に光沢めっきを施してもよい。たとえば、第２表面２２を金めっき面としてもよい。第２表面２２に白色の反射膜を形成してもよい。このように第２表面２２が反射面であることにより、後述する第２樹脂部４０の内部における光成分の増大が図られる。
図１および図３に示されるように、基板２０には、基板２０を厚さ方向すなわちＺ方向に貫通する貫通穴２６が設けられている。基板２０は、円柱状をなしており、基板２０の中央部に設けられている。すなわち、貫通穴２６において、第１表面２１側の円形の開口と、第２表面２２側の円形の開口とは、等しい大きさ（すなわち直径）を有する。貫通穴２６は、貫通穴２６の中心軸線がＺ方向に沿うように形成されている。言い換えれば、貫通穴２６は、第１表面２１および第２表面２２に垂直な方向に延びている。この貫通穴２６は、後述する第２樹脂部４０との協働により、半導体受光素子１０の光検出領域１２ａに対する光の入射経路となる。
図３に示されるように、半導体受光素子１０は、複数のバンプ５１を介して基板２０の第１表面２１に対して実装されている。より詳しくは、半導体受光素子１０は、その第２面１２が第１表面２１に対面するように設けられる。第１表面２１と第２面１２との間には、貫通穴２６の周囲に配列されるように、複数のバンプ５１が設けられる。バンプ５１は、たとえば金などの導電性材料からなる。バンプ５１は、半導体受光素子１０を、基板２０の電極部２８ａ，２８ｂに電気的に接続する。このように、半導体受光素子１０は、基板２０上にフリップチップ実装されている。言い換えれば、半導体受光素子１０は、ワイヤレスで基板２０に接合されている。このフリップチップ実装により、受光モジュール１では、薄型化とともに、高信頼化および耐久性の向上が実現されている。
半導体受光素子１０は、光検出領域１２ａが貫通穴２６に対面するように配置される。Ｚ方向から見て、光検出領域１２ａと貫通穴２６とは略同じ大きさであって、それぞれの領域が重なってもよい。貫通穴２６は、光検出領域１２ａより大きくてもよい。
バンプ５１が設けられることにより、半導体受光素子１０の第２面１２と基板２０の第１表面２１との間には間隙が形成される。この間隙には、アンダーフィル５２が充填されている。アンダーフィル５２は、たとえば、主としてエポキシ樹脂などを含む硬化性樹脂である。アンダーフィル５２は、バンプ５１の周囲に充填されて、半導体受光素子１０およびバンプ５１を封止および固定する。
図６（ｂ）に示されるように、アンダーフィル５２の充填時、アンダーフィル５２は第２面１２と第１表面２１との間隙に満たされるが、アンダーフィル５２の外周部５２ｂは、半導体受光素子１０の側面１３から多少はみ出してもよい（図５（ｂ）も参照）。一方、アンダーフィル５２の内周部５２ａは貫通穴２６の周壁面２６ａよりも内側（貫通穴２６内）に入り込まないように、アンダーフィル５２が充填される。
図１〜図３に示されるように、受光モジュール１は、基板２０の第１表面２１側に設けられた遮光性の第１樹脂部３０と、基板２０の第２表面２２側に設けられた透明の第２樹脂部４０とを備える。第１樹脂部３０および第２樹脂部４０は、基板２０の両面側に設けられて、半導体受光素子１０および基板２０（基板２０に関しては一部分）を封止するパッケージである。以下、第１樹脂部３０および第２樹脂部４０の各構成について説明する。
第１樹脂部３０は、矩形の板状をなしており、半導体受光素子１０の第１面１１および４つの側面１３を封止する。第１樹脂部３０は、所定波長の光に対して遮光性を有している。第１樹脂部３０は、たとえば、エポキシ樹脂やシリコーンなどから形成されている。第１樹脂部３０として、好ましくは、いわゆる黒樹脂が用いられる。
第１樹脂部３０は、受光モジュール１の底面をなす裏面３１と、裏面３１とは反対側の表面３２と、対向する一対の第１側面３３ａ，３３ｂと、対向する一対の第２側面３４ａ，３４ｂとを有する。互いに対向する裏面３１と表面３２とは平行である。第１側面３３ａ，３３ｂは、裏面３１および表面３２を接続しており、Ｘ方向において対向している。第２側面３４ａ，３４ｂは、裏面３１および表面３２を接続しており、Ｙ方向において対向している。第１側面３３ａ，３３ｂおよび第２側面３４ａ，３４ｂは、いずれも、裏面３１に垂直な方向に延びている。
第２樹脂部４０は、全体として、矩形の板状をなしている。第２樹脂部４０は、基板２０の第２表面２２の全体を覆っている。第２樹脂部４０は、所定波長の光に対して光学的に透明である。第２樹脂部４０は、たとえば、熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂やシリコーンなどから形成されている。第２樹脂部４０の屈折率は、空気の屈折率より大きい。たとえば、エポキシ樹脂から形成された第２樹脂部４０の屈折率ｎは、約１．５である。なお、第２樹脂部４０は、特定の波長の光を照射することによって硬化する光硬化性樹脂から形成されてもよい。第２樹脂部４０には、光を拡散するためのフィラーが含まれてもよい。
第２樹脂部４０は、第２表面２２の全体を覆う裏面４１と、裏面４１とは反対側の表面４２と、対向する一対の第１側面４３ａ，４３ｂと、対向する一対の第２側面４４ａ，４４ｂとを有する。互いに対向する裏面４１と表面４２とは平行である。第１側面４３ａ，４３ｂは、裏面４１および表面４２を接続しており、Ｘ方向において対向している。第２側面４４ａ，４４ｂは、裏面４１および表面４２を接続しており、Ｙ方向において対向している。第１側面４３ａ，４３ｂおよび第２側面４４ａ，４４ｂは、いずれも、裏面４１に垂直な方向に延びている。
第２樹脂部４０において、受光モジュール１の上面をなす表面４２は、露出面であり、受光モジュール１の光入射面として機能する。特に、第２表面２２の全体を覆う第２樹脂部４０は、貫通穴２６に比して非常に大きい面積の表面４２を有しており、受光モジュール１の全体としての開口率を向上させている。以下、第１樹脂部３０および第２樹脂部４０に関し、基板２０に対する位置関係などについて詳細に説明する。
図２および図３に示されるように、Ｘ方向における基板２０の長さは、Ｘ方向における第１樹脂部３０の長さよりも大きい。第１樹脂部３０は、Ｘ方向において、基板２０よりも短くなっており、基板２０のＸ方向の両端部を露出させている。より詳しくは、Ｘ方向における第１樹脂部３０の端面である第１側面３３ａ，３３ｂは、Ｘ方向における基板２０の端面である第１側面２３ａ，２３ｂよりも半導体受光素子１０側（側面１３側）に位置している。このように、第１樹脂部３０は、基板２０の第１表面２１の全体を覆っていない。
一方、Ｙ方向における基板２０の長さは、Ｙ方向における第１樹脂部３０の長さと等しい。第１樹脂部３０は、Ｙ方向において、基板２０の全長を覆っている。より詳しくは、Ｙ方向における第１樹脂部３０の端面である第２側面３４ａ，３４ｂは、Ｙ方向における基板２０の端面である第２側面２４ａ，２４ｂに面一に連続している。
上記構成により、基板２０は、第１樹脂部３０からＸ方向に突出する鍔部２０ａ，２０ｂを有する。これらの鍔部２０ａ，２０ｂは、上記した仮想平面に関して面対称に形成されている。鍔部２０ａは、第１表面２１の長方形の露出部分２１ａと、２つの端子部２７ａが設けられた上記の第１側面２３ａとを含む。平坦な露出部分２１ａには、２つの電極部２８ａが設けられている。一方、鍔部２０ｂは、第１表面２１の長方形の露出部分２１ｂと、２つの端子部２７ｂが設けられた上記の第１側面２３ｂとを含む。平坦な露出部分２１ｂには、２つの電極部２８ｂが設けられている。これらの鍔部２０ａ，２０ｂは、受光モジュール１が実装用基板９０（図９参照）に実装される際、リフロー面９１に当接しストッパとして機能する。
図１および図３に示されるように、Ｘ方向における基板２０の長さは、Ｘ方向における第２樹脂部４０の長さと等しい。第２樹脂部４０は、Ｘ方向において、基板２０の全長を覆っている。より詳しくは、Ｘ方向における第２樹脂部４０の端面である第２側面４４ａ，４４ｂは、Ｘ方向における基板２０の端面である第２側面２４ａ，２４ｂに面一に連続している。
Ｙ方向における基板２０の長さは、Ｙ方向における４０の長さと等しい。第２樹脂部４０は、Ｙ方向において、基板２０の全長を覆っている。より詳しくは、Ｙ方向における第２樹脂部４０の端面である第２側面４４ａ，４４ｂは、Ｙ方向における基板２０の端面である第２側面２４ａ，２４ｂに面一に連続している。
このように、受光モジュール１の第２樹脂部４０は、第２表面２２の全体を覆う直方体状の本体部４５を有する。第２樹脂部４０は、本体部４５の中央に設けられて、基板２０の貫通穴２６内に突出する突出部４６を更に有する。図３に示されるように、突出部４６は、本体部４５に連続して設けられ、円柱状をなしている。突出部４６は、貫通穴２６から更に突出している。突出部４６は、基板２０を貫通しており、半導体受光素子１０の第２面１２に達している。言い換えれば、円形の先端面４６ａは、第２面１２に密接して、光検出領域１２ａを被覆している。突出部４６の先端部（下端部）は、アンダーフィル５２の内周部５２ａ（図６（ｂ）参照）に密接している。
続いて、図４〜図８を参照して、受光モジュール１の製造方法について説明する。以下の説明において、被処理体１００Ａ〜１００Ｅとは、製造方法の途中段階にある構造体のことをいう。
まず、図５（ａ）に示されるように、ガラスエポキシ基板等の基板２００を用意し、この基板２００に貫通穴２６を形成して、被処理体１００Ａを得る(ステップＳ０１；基板の用意工程)。このステップＳ０１では、たとえば所定のパターニングが施された複数のガラスエポキシ基板を用意する。そして、これらの基板２００を重ね合わせた状態で穴開けを行うことにより、１回の穴開けに対して、同一の円柱状の貫通穴２６を複数形成する。穴開け工程には、たとえばドリル等を用いた公知の方法が用いられ得る。この際、基板２００には、第１表面２１に複数の電極部（電極部２８ａ，２８ｂに相当する）が設けられており、第１表面２１からＺ方向に延びる複数の端子部２０１（端子部２７ａ，２７ｂに相当する）が設けられている。複数の端子部２０１は、第１表面２１と第２表面２２とを接続している。端子部２０１は、円柱状または円筒状である。
ステップＳ０１で得られる被処理体１００Ａでは、複数の貫通穴２６は、たとえば、Ｘ方向に配列されると共に、Ｙ方向に配列される。複数の端子部２０１は、たとえば、Ｘ方向に配列されると共に、Ｙ方向に配列される。貫通穴２６が設けられる列（貫通穴２６の中心を通るライン）と、端子部２０１が設けられる列（端子部２０１の中心を通るライン）とは、重なることなく、ずれている。貫通穴２６と端子部２０１とは、たとえば、これらの個数が１対２の比率となるように設けられている。長方形の頂点に位置する４つの端子部２０１を想定した場合に、これらを結ぶ２本の対角線の交点上に、１つの貫通穴２６が配置されている。
なお、複数の貫通穴２６が予め形成された基板２００を用意してもよい。この場合、ステップＳ０１において穴開けを行う必要はない。また、ステップＳ０３のアンダーフィル５２の充填工程に備えて、アンダーフィル材をフィルムとして最初から基板２００に貼り付けておいてもよい。フィルムが貼られた基板２００に対して、穴開け工程を実施してもよい。
続いて、基板２００の第１表面２１に半導体受光素子１０をボンディングする（ステップＳ０２；半導体受光素子１０のボンディング工程）。このステップＳ０２では、半導体受光素子１０の第２面１２を第１表面２１に対面させて、各貫通穴２６を覆うように各半導体受光素子１０を配置する（図５（ｂ）参照）。このとき、半導体受光素子１０の光検出領域１２ａが、貫通穴２６に対面するように半導体受光素子１０を配置する。そして、第１表面２１と第２面１２との間に複数のバンプ５１を設け、ダイボンドおよびバンプボンド（すなわちフリップチップボンディング）を行う。これにより、電極部に半導体受光素子１０を電気的に接続する。なお、図５〜図８に示されるように、フリップチップ実装が適用される本実施形態の製造方法では、基板２００が裏返された状態で、各工程が実施される。
続いて、被処理体１００と基板２００の第１表面２１との間隙にアンダーフィル５２を充填して、被処理体１００Ｂを得る（ステップＳ０３；アンダーフィルの充填工程）。このステップＳ０３では、第１表面２１上であって、第１表面２１と第２面１２との間隙に、エポキシ樹脂等を含む液状の硬化性樹脂を流し込む。アンダーフィル５２は、バンプ５１の周囲に充填されて、半導体受光素子１０およびバンプ５１を封止および固定する。上記したように、アンダーフィル５２の外周部５２ｂは、半導体受光素子１０の全周囲において、側面１３から多少はみ出す（図５（ｂ）参照）。そして、アンダーフィル５２の内周部５２ａは、貫通穴２６の周壁面２６ａよりも内側（貫通穴２６内）に入り込まないように、アンダーフィル５２が充填される。
このステップＳ０３においてアンダーフィル５２が間隙に充填されることにより、ステップＳ０４の第１封止樹脂部６０の形成工程において、第１樹脂部３０が間隙内ひいては貫通穴２６に侵入することが防止される。また、アンダーフィル５２の内周部５２ａが貫通穴２６内に入り込まないことにより、ステップＳ０５の第２封止樹脂部８０の形成工程において、貫通穴２６の全域に突出部４６が設けられることになる。
なお、上記したように、ステップＳ０１において、アンダーフィル材をフィルムとして基板２００に貼り付けておいてもよい。この方法を採用すれば、ステップＳ０３の充填工程は省略可能である。また、アンダーフィル５２として、異方性導電樹脂を用いてもよい。
続いて、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、基板２０の第１表面２１側において、遮光性の第１樹脂を用いて第１表面２１および半導体受光素子１０を封止して第１封止樹脂部６０を形成し、被処理体１００Ｃを得る（ステップＳ０４；第１封止樹脂部の形成工程）。このステップＳ０４では、第１表面２１の全面にわたって、板状の第１封止樹脂部６０を形成する。第１封止樹脂部６０の第１表面６１は、第１表面２１に平行な平坦面に形成される。第１封止樹脂部６０の第２表面６２は、半導体受光素子１０の第１面１１および側面１３と、基板２０の第１表面２１とを被覆し、これらの面に密着する。第１封止樹脂部６０は、たとえば、未硬化状態の熱硬化性樹脂を金型やダム状の枠体内に充填した後、加熱して硬化させることにより、形成される。なお、熱硬化性樹脂が未硬化状態で流れ出さないのであれば、金型等を用いず、塗布やポッティング後、加熱硬化させて形成してもよい。第１樹脂部３０は、未硬化状態の光硬化性樹脂を金型やダム状の枠体内に充填した後、特定波長の光を照射して硬化させることにより、形成されてもよい。なお、光硬化性樹脂が未硬化状態で流れ出さないのであれば、金型等を用いず、塗布やポッティング後、特定波長の光を照射して硬化させて形成してもよい。
上記ステップＳ０３において、アンダーフィル５２の外周部５２ｂが半導体受光素子１０の全周囲に満たされていることにより、第１封止樹脂部６０は、半導体受光素子１０と基板２０との間隙に侵入できないようになっている（図６（ｂ）参照）。
続いて、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、基板２０の第２表面２２側において、所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂を用いて第２表面２２の全体を封止して第２封止樹脂部８０を形成し、被処理体１００Ｄを得る（ステップＳ０５；第２封止樹脂部の形成工程）。このステップＳ０５では、第２表面２２の全面にわたって、第２封止樹脂部８０を形成する。このとき、基板２００の貫通穴２６内に第２樹脂を流入させ、半導体受光素子１０の光検出領域１２ａを第２樹脂で被覆する。これにより、すべての貫通穴２６内に入り込んだ突出部４６を形成し、その先端面４６ａを光検出領域１２ａに到達させる。第２封止樹脂部８０の第２表面８２は、第２表面２２に平行な平坦面に形成される。第２封止樹脂部８０の第１表面８１は、基板２００の第２表面２２と、半導体受光素子１０の光検出領域１２ａとを被覆し、これらの面に密着する。第２封止樹脂部８０の形成方法については、上記した第１封止樹脂部６０の形成方法と同様の方法が用いられ得る。
上記ステップＳ０３において、アンダーフィル５２の内周部５２ａが貫通穴２６内に入り込まないことにより、第２封止樹脂部８０の突出部４６は、貫通穴２６の全域に設けられ、先端面４６ａは確実に光検出領域１２ａに到達する（図７（ｂ）参照）。
続いて、図８（ａ）に示されるように、第１封止樹脂部６０の一部を取り除いて第１表面２１の一部を露出させ、複数の端子部２０１を露出させて、被処理体１００Ｅを得る（ステップＳ０６；電極の露出工程）。このステップＳ０６では、Ｙ方向に一列に並んだ端子部２０１に対応する範囲において、第１封止樹脂部６０を取り除き、複数の露出部分Ａを形成する。露出部分Ａの間には、直方体状の残存部分６５が形成される。残存部分６５は、受光モジュール１の第１樹脂部３０に相当する。
ステップＳ０６では、具体的には、たとえば断面が長方形状のダイシングブレードを用い、第１封止樹脂部６０の厚さに対応する部分が研削されるように、ダイシングブレードの高さを調節する。そして、第１封止樹脂部６０に対して、Ｙ方向に複数回のカットを行う。この際、端子部２０１が設けられた範囲のみに沿ってカットを行い、半導体受光素子１０が設けられた領域を避ける。ダイシングブレードの幅は、適宜、変更可能である。なお、ダイシングを行う場合に限られず、たとえばケミカルエッチングによって第１封止樹脂部６０の一部を取り除き、複数の露出部分Ａを形成してもよい。
続いて、図８（ｂ）に示されるように、半導体受光素子１０が設けられていないＸ方向の第１ラインＬ１と、露出部分Ａの端子部２０１を通るＹ方向の第２ラインＬ２とにおいてそれぞれダイシングを行い、基板２０を個片化して各受光モジュール１を得る（ステップＳ０７；個片化工程）。このステップＳ０７では、第１ラインＬ１におけるダイシングにより、残存部分６５および第２封止樹脂部８０が分割されて、第１樹脂部３０および第２樹脂部４０が形成される。このとき、面一な第２側面２４ａ、第２側面３４ａ、および第２側面４４ａが形成され、面一な第２側面２４ｂ、第２側面３４ｂ、および第２側面４４ｂが形成される（図１参照）。また、第２ラインＬ２におけるダイシングにより、露出部分Ａが略半分に分割されて、受光モジュール１の鍔部２０ａまたは鍔部２０ｂが形成される。このとき、面一な第１側面２３ａおよび第１側面４３ａが形成され、面一な第１側面２３ｂおよび第１側面４３ｂが形成される。円柱状（または円筒状）の各端子部２０１は、分割されて、半円柱状（または半円筒状）の端子部２７ａ，２７ｂになる。
ステップＳ０７では、ステップＳ０６で用いたのと同様の、断面が長方形状のダイシングブレードを用いる。ただし、ブレード部の厚さを異ならせ、より薄いブレード部とする。したがって、鍔部２０ａまたは鍔部２０ｂは、ブレード部の厚さの異なる２回のダイシングにより形成される。
以上説明した本実施形態の受光モジュール１によれば、半導体受光素子１０は、バンプ５１を介して基板２０の第１表面２１に設けられている。このようなフリップチップ方式による実装は、ワイヤを用いる場合に比して、断線等の問題を回避できるため、高い信頼性が実現されている。基板２０は、第１樹脂部３０から突出する鍔部２０ａ，２０ｂを有する。図９に示されるように、受光モジュール１の実装に際しては、実装用基板９０に、穴部９２等を設ける。穴部９２は、第１樹脂部３０を収容可能な大きさに設定されている。この穴部９２等に第１樹脂部３０を入り込ませ、第１樹脂部３０を落とし込むことができる。そして鍔部２０ａ，２０ｂを実装用基板９０のリフロー面９１上に載置することで、受光モジュール１を実装用基板９０に容易に実装することができる。基板２０の端子部２７ａ，２７ｂは、第１側面２３ａ，２３ｂに露出しているので、接続部９３を用いての接続も容易である。
図１０に示されるように、基板２０の第２表面２２側に設けられた第２樹脂部４０は、所定波長の光に対して光学的に透明である。第２樹脂部４０において、基板２０を覆う面と反対側の露出面（表面４２）から光が入射すると、第２樹脂部４０の屈折率は空気の屈折率よりも大きいため、光は第２樹脂部４０の内部で拡散し、第２樹脂部４０の内部に閉じ込められる。すなわち、露出面（表面４２）から基板２０の貫通穴２６に直接入射した光は、半導体受光素子１０の光検出領域１２ａに入射するが、それ以外の光は、基板２０の第２表面２２や第２樹脂部４０の表面４２などで反射した後に、貫通穴２６を介して光検出領域１２ａに入射する。第２樹脂部４０は、基板２０の第２表面２２の全体を覆っているため、露出面（表面４２）も大きくなっており、よって受光範囲が非常に広い。第２樹脂部４０は、露出面（表面４２）全面の広い範囲で入射した光を、貫通穴１６を介して光検出領域１２ａに入射させ得る。貫通穴の大きさに応じた開口率に限られてしまう従来の受光モジュールに比して、この受光モジュール１では、開口率が向上している。しかも、第２樹脂部４０の突出部４６は貫通穴２６内に突出し、さらに光検出領域１２ａを被覆する。これにより、第２樹脂部４０内の光を、貫通穴２６しいては光検出領域１２ａまで確実に導くことができる。その結果として、受光感度の増大が図られる。また、半導体受光素子１０は遮光性を有する第１樹脂部３０によって封止されているので、貫通穴２６を経由する光以外の入射光は、遮断される。よって、ノイズが減少する。ノイズの減少により、受光感度に関するＳ／Ｎ比が向上する。また、第２樹脂部４０が第２表面２２の全体を覆い、且つ、突出部４６が光検出領域１２ａを被覆しているため、半導体受光素子１０に対する水分の侵入が防止されている。
Ｘ方向における第２樹脂部４０の端面である第１側面４３ａ，４３ｂは、Ｘ方向における基板２０の端面である第１側面２３ａ，２３ｂに面一に連続している。よって、Ｘ方向における広い範囲で入射した光を、光検出領域１２ａに入射させることができ、受光モジュール１における受光感度が一層増大している。
Ｙ方向における第２樹脂部４０の端面である第２側面４４ａ，４４ｂは、Ｙ方向における基板２０の端面である第２側面２４ａ，２４ｂに面一に連続している。よって、Ｙ方向における広い範囲で入射した光を、光検出領域１２ａに入射させることができ、受光モジュール１における受光感度が一層増大している。
基板２０の第２表面２２は、所定波長の光を反射させる反射面であるため、第２樹脂部４０の内部での光成分を増大させることができ、また光の閉じ込め効果が更に向上する。よって、受光モジュール１における受光感度が一層増大している。
上記した受光モジュール１の製造方法によれば、基板２０の第１表面２１側においては、遮光性を有する第１樹脂を用いて第１表面２１および半導体受光素子１０が封止され、その後、第１封止樹脂部６０の一部が取り除かれて第１表面２１が露出させられる。第１表面の露出部分Ａを通る第２ラインＬ２でダイシングを行うことにより、基板２０に、第１封止樹脂部６０の残存部分６５（第１樹脂部３０）から突出する鍔部が形成される。この鍔部によれば、受光モジュール１を実装用基板に容易に実装することができる。一方、第２表面２２側においては、所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂を用いて第２表面２２の全体が封止される。貫通穴２６内に第２樹脂が流入し、貫通穴２６に対面する光検出領域１２ａを第２樹脂が被覆するため、開口率が向上し、受光感度の増大が図られる。この製造方法によれば、高信頼かつ受光感度の高い受光モジュールを、簡易且つ少ない工程を経て製造することができる。
複数の基板２００を重ね合わせた状態で穴開けを行うことにより、１回の穴開けに対して同一の柱状の貫通穴２６を複数形成するので、基板２００の穴開け工程の効率が高められる。
上記した実施形態以外にも、本発明は、種々の変形態様を含んでいる。たとえば、図１１（ａ）に示されるように、受光モジュール１Ａは、受光モジュール１の第２樹脂部４０に代えて、表面４２上に形成されたフレネルレンズ部４７を含む第２樹脂部４０Ａを備えている。露出面がフレネルレンズ形状をなしていることにより、露出面から入射した光を貫通穴２６に導き易く、集光効率が高められている。よって、受光感度が一層増大している。
また、図１１（ｂ）および図１２に示されるように、受光モジュール１ｂは、受光モジュール１Ａのフレネルレンズ部４７に加えて、基板２０に形成された貫通穴２６Ｂが、第２表面２２側から第１表面２１側に向かうにつれて細くなるテーパー状である。貫通穴２６Ｂは、第２表面２２側から第１表面２１側に向けて一定の傾斜で先細となるテーパー形状である。この構成によれば、受光モジュール１Ａと同様の効果に加えて、貫通穴２６Ｂに光を入射させ易くなり、受光感度が一層増大する。
以上の実施形態に限られず、たとえば、以下の変形態様を採ることができる。Ｘ方向にのみ鍔部２０ａ，２０ｂが設けられる場合に限られず、Ｙ方向にも鍔部が設けられてもよい。この場合、ステップＳ０６において第１封止樹脂部６０を取り除く部分を増やし、Ｙ方向のみならずＸ方向に第１封止樹脂部６０を取り除いてもよい。第１樹脂部３０の四方に突出する鍔部が設けられる場合、たとえば端子部は、基板２０の各辺に設けられてもよい（たとえば４辺のそれぞれに２つ設けられ、全体で８つ等）。
鍔部２０ａ，２０ｂは、端子部２７ａ，２７ｂが設けられた端面を含むが、端面は、Ｘ方向（第１方向）の端面に限られず、Ｙ方向の端面であってもよい。すなわち、鍔部２０ａ，２０ｂの側面（第２側面２４ａ，２４ｂの両端部分）に端子部が設けられてもよい。言い換えれば、上記実施形態では、第１側面２３ａ，２３ｂに端子部２７ａ，２７ｂが設けられる場合について説明したが、この態様に限られない。電極部および端子部に関し、個数および配置は適宜変更可能である。ただし、端子部は、鍔部に設けられ得る。
第２樹脂部４０の端面と基板２０の端面とは面一に連続している場合に限られない。第２樹脂部４０の端面と基板２０の端面とは面一に連続していなくてもよい。たとえば、第２樹脂部４０の端面は基板２０の端面に対して傾斜していてもよい。
基板２０に設けられる貫通穴は、円柱状に限られず、四角柱状であってもよい。貫通穴は、多角形柱状であってもよい。基板２０に設けられるテーパー状の貫通穴は、円錐台状に限られず、四角錐台状であってもよい。貫通穴は、多角錐台状であってもよい。テーパー状の貫通穴は、第２表面２２側から第１表面２１側に向けて傾斜角度が複数段階に変わるようなテーパー形状であってもよい。テーパー状の貫通穴が、（フレネルレンズ部４７を備えない）受光モジュール１に採用されてもよい。貫通穴は、中心軸線がＺ方向に沿うように形成される場合に限られず、中心軸線がＺ方向に対して多少傾斜するように形成されてもよい。
１…受光モジュール、１０…半導体受光素子、１２ａ…光検出領域、２０…基板、２１…第１表面、２２…第２表面、２６，２６Ｂ…貫通穴、２７ａ，２７ｂ…端子部、２８ａ，２８ｂ…電極部、３０…第１樹脂部、４０…第２樹脂部、５１…バンプ、５２…アンダーフィル、Ａ…露出部分、Ｌ１…第１ライン、Ｌ２…第２ライン。

Claims (8)

  1. 第１表面と、前記第１表面とは反対側の第２表面と、前記第１表面に設けられた電極部と、前記第１表面および前記第２表面を接続する端面に設けられ、前記電極部に電気的に接続された端子部と、を有する基板と、
    前記基板の前記第１表面に対面するように設けられ、前記第１表面との間に設けられたバンプを介して前記基板の前記電極部に電気的に接続される半導体受光素子と、
    前記半導体受光素子と前記基板の前記第１表面との間隙であって前記バンプの周囲に充填されるアンダーフィルと、
    前記基板の前記第１表面側に設けられて前記半導体受光素子を封止し、所定波長の光に対して遮光性を有する第１樹脂部と、
    前記基板の前記第２表面側に設けられて前記第２表面の全体を覆い、前記所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂部と、を備え、
    前記基板には、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通穴が設けられ、
    前記半導体受光素子は、前記半導体受光素子の光検出領域が前記貫通穴に対面するように配置され、
    前記厚さ方向に直交する第１方向における前記基板の長さは、前記第１方向における前記第１樹脂部の長さよりも大きく、前記基板は、前記第１樹脂部から前記第１方向に突出する鍔部を有し、前記鍔部は、前記第１表面の露出部分と前記端子部が設けられた前記端面とを含み、
    前記第２樹脂部は、前記基板の前記貫通穴内に突出する突出部を有し、前記突出部は、前記半導体受光素子の前記光検出領域を被覆する、受光モジュール。
  2. 前記第１方向における前記第２樹脂部の長さは、前記第１方向における前記基板の長さと等しく、前記第１方向における前記第２樹脂部の端面は、前記第１方向における前記基板の端面に面一に連続している、請求項１に記載の受光モジュール。
  3. 前記厚さ方向および前記第１方向の両方に直交する第２方向における前記第２樹脂部の長さは、前記第２方向における前記基板の長さと等しく、前記第２方向における前記第２樹脂部の端面は、前記第２方向における前記基板の端面に面一に連続している、請求項１または２に記載の受光モジュール。
  4. 前記貫通穴は、前記第２表面側から前記第１表面側に向かうにつれて細くなるテーパー状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の受光モジュール。
  5. 前記第２樹脂部において、前記第２表面を覆う面と反対側の露出面は、フレネルレンズ形状をなしている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の受光モジュール。
  6. 前記基板の前記第２表面は、前記所定波長の光を反射させる反射面である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の受光モジュール。
  7. 対向する第１表面と第２表面とを有する基板であって、前記第１表面に複数の電極部が設けられ、前記電極部に電気的に接続されて前記第１表面から厚さ方向に延びる複数の端子部が設けられ、前記厚さ方向に貫通する複数の貫通穴が設けられた前記基板を用意する工程と、
    前記基板の前記第１表面に対面し且つ前記貫通穴を覆うように複数の半導体受光素子を配置し、前記第１表面と前記半導体受光素子との間にバンプを設け、前記半導体受光素子をボンディングして前記電極部に前記半導体受光素子を電気的に接続する工程と、
    前記半導体受光素子と前記基板の前記第１表面との間隙であって前記バンプの周囲に充填されたアンダーフィルを形成する工程と、
    前記基板の前記第１表面側において、所定波長の光に対して遮光性を有する第１樹脂を用いて前記第１表面および前記半導体受光素子を封止し、第１封止樹脂部を形成する工程と、
    前記基板の前記第２表面側において、前記所定波長の光に対して光学的に透明な第２樹脂を用いて前記第２表面の全体を封止し、第２封止樹脂部を形成する工程と、
    前記第１封止樹脂部の一部を取り除いて前記第１表面の一部を露出させると共に前記複数の端子部を露出させる工程と、
    前記半導体受光素子が設けられていない領域を通る第１ラインと、前記第１表面の露出部分を通る第２ラインと、においてそれぞれダイシングを行い、前記基板を個片化する工程と、を含み、
    前記半導体受光素子を電気的に接続する工程では、半導体受光素子の光検出領域が前記貫通穴に対面するように前記半導体受光素子を配置し、
    前記第２封止樹脂部を形成する工程では、前記基板の前記貫通穴内に前記第２樹脂を流入させ、さらに前記半導体受光素子の前記光検出領域を前記第２樹脂で被覆する、受光モジュールの製造方法。
  8. 前記基板を用意する工程では、複数の前記基板を重ね合わせた状態で穴開けを行うことにより、１回の穴開けに対して同一の柱状の前記貫通穴を複数形成する、請求項７に記載の受光モジュールの製造方法。
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