特許 5952096 光半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5952096

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】光半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/02 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/02 B

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-132846(P2012-132846)

(22)【出願日】2012年6月12日

(65)【公開番号】特開2013-258247(P2013-258247A)

(43)【公開日】2013年12月26日

【審査請求日】2015年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124291

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 悟

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 勇治

(72)【発明者】

【氏名】西尾 文孝

【審査官】 山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０８２８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２０９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６４１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０２７６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５３１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６１２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０４６６７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／０３９２、３１／０８−３１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光半導体チップと、
回路チップと、
前記光半導体チップと前記回路チップとを接続するチップ接続ワイヤと、
前記光半導体チップと前記回路チップとが収容される収容部を有するパッケージと、
前記光半導体チップ、前記回路チップ、及び前記チップ接続ワイヤを覆うように前記収容部に充填されたシリコーン樹脂と、を備え、
前記光半導体チップと前記回路チップとは、前記収容部の同じ底面上に固定されており、
前記パッケージには、前記光半導体チップと前記回路チップとが対向する方向において前記光半導体チップと前記回路チップとの間に設けられ、前記収容部の前記底面から突出した突起部が一体に形成され、
前記突起部は、前記パッケージと同一の材料からなり、前記突起部が一体に形成されたパッケージは、前記シリコーン樹脂よりも低い熱伝導率を有している、
光半導体装置。

【請求項2】

前記突起部は、前記チップ接続ワイヤと前記底面とが対向する方向において前記チップ接続ワイヤと前記底面との間に設けられている、
請求項１記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記チップ接続ワイヤは、所定の方向に沿って複数並んでおり、
前記突起部は、前記所定の方向に沿って延在している、
請求項２記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記パッケージは、黒色を呈している、
請求項１〜３のいずれか一項記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記突起部の高さは、前記光半導体チップの高さ及び前記回路チップの高さよりも小さい、
請求項１〜４のいずれか一項記載の光半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体チップ及び回路チップを備える光半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光半導体チップを備える装置として、例えば、特許文献１に記載のプラスティックパッケージが知られている。このプラスティックパッケージでは、ダイボンディングによりダイエリアにフォトデバイスチップが実装され、ワイヤボンディングによりフォトデバイスチップとリードフレームとが接続されている。ダイエリアを包囲するチップ収容体には、当該チップ収容体を形成する熱硬化性エポキシ樹脂よりも弾性係数の小さいシリコーン樹脂が満たされている。

【0003】

光半導体チップに加え、回路チップを備える光半導体装置においては、光半導体チップ及び回路チップが、例えばワイヤボンディングにより接続される。光半導体チップ、回路チップ、及びこれらを接続するチップ接続ワイヤは、シリコーン樹脂により覆われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−３０９２１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光半導体チップ及び回路チップを備える光半導体装置は、例えば自動車に設置される場合等、温度変化の大きい環境下で使用される場合がある。温度変化によりシリコーン樹脂が膨張や収縮を起こすと、光半導体チップと回路チップとを接続するチップ接続ワイヤがシリコーン樹脂の膨張や収縮に伴って変形し、ワイヤに負荷がかかる懼れがある。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、温度変化に起因するシリコーン樹脂の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤの変形を低減できる光半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の光半導体装置は、光半導体チップと、回路チップと、光半導体チップと回路チップとを接続するチップ接続ワイヤと、光半導体チップと回路チップとが収容される収容部を有するパッケージと、光半導体チップ、回路チップ、及びチップ接続ワイヤを覆うように収容部に充填されたシリコーン樹脂と、を備え、パッケージには、光半導体チップと回路チップとが対向する方向において光半導体チップと回路チップとの間に設けられ、収容部の底面から突出した突起部が一体に形成されている。

【0008】

この光半導体装置では、光半導体チップ及び回路チップがパッケージの収容部に収容され、光半導体チップ、回路チップ、及びこれらを接続するチップ接続ワイヤを覆うように、シリコーン樹脂が収容部に充填されている。収容部の底面からは、光半導体チップと回路チップとの間に設けられ、パッケージと一体に形成された突起部が突出している。このため、収容部に充填されたシリコーン樹脂の量が、突起部が設けられている分だけ低減されている。従って、温度変化により膨張や収縮を起こすシリコーン樹脂の量が減り、温度変化に起因するシリコーン樹脂の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤの変形を低減できる。

【0009】

突起部は、チップ接続ワイヤと底面とが対向する方向においてチップ接続ワイヤと底面との間に設けられてもよい。この場合、チップ接続ワイヤの近傍のシリコーン樹脂の量が低減されるため、温度変化に起因するシリコーン樹脂の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤの変形をさらに低減できる。

【0010】

チップ接続ワイヤは、所定の方向に沿って複数並んでおり、突起部は、所定の方向に沿って延在していてもよい。この場合、チップ接続ワイヤ毎に突起部を設ける必要がなく、突起部を容易に設けることができる。

【0011】

パッケージは、黒色を呈していてもよい。この場合、パッケージに照射された光が好適に吸収されるため、パッケージに照射されて反射した光が光半導体チップの動作に影響を与えることを抑制できる。

【0012】

パッケージは、シリコーン樹脂よりも低い熱伝導率を有していてもよい。この場合、パッケージと一体に形成された突起部により、回路チップの駆動により発生する熱の光半導体チップへの伝導が好適に抑制される。従って、回路チップで発生する熱が光半導体チップの動作に影響を与えることを抑制できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、温度変化に起因するシリコーン樹脂の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤの変形を低減できる光半導体装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第一実施形態の光半導体装置の平面図である。

【図2】図１中のII-II矢視断面図である。

【図3】突起部のない光半導体装置においてシリコーン樹脂が収縮した状態を示す断面図である。

【図4】第二実施形態の光半導体装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ実施形態について詳細に説明する。なお、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0016】

［第一実施形態］
図１は第一実施形態の光半導体装置の平面図、図２は図１中のII-II矢視断面図である。図１に示される光半導体装置ＯＳ１は、例えば自動車における車間距離センサ等として使用される。光半導体装置ＯＳ１は、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２の双方を備えるハイブリッドデバイスである。光半導体装置ＯＳ１は、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２の他に、パッケージ３Ａ、複数（例えば、９つ）のチップ接続ワイヤ４、及びシリコーン樹脂５（図２参照）を備えている。

【0017】

パッケージ３Ａは、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２を収容する筐体である。パッケージ３Ａは、平面視において略矩形状を呈す基部３１と、平面視における基部３１の各辺から基部３１に直交する方向に延びる４つの側壁部３２〜３５と、を有する。基部３１の上面３１ａと４つの側壁部３２〜３５の内側面３２ａ〜３５ａとに囲まれた空間に、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２が収容される。すなわち、基部３１（上面３１ａ）と４つの側壁部（内側面３２ａ〜３５ａ）とは、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２とが収容される収容部として機能する。基部３１の上面３１ａは、収容部の底面として機能する。基部３１には、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２が固定される不図示のパターンが設けられている。

【0018】

パッケージ３Ａは、黒色を呈している。パッケージ３Ａは、シリコーン樹脂よりも低い熱伝導率を有している。パッケージ３Ａを形成する材料としては、例えば液晶ポリマー等を使用することができる。

【0019】

フォトダイオードアレイ１は、光を検知する光半導体チップであり、複数（例えば９つ）のフォトダイオードを配列することにより形成されている。フォトダイオードアレイ１は、複数（例えば、２つ）のリード接続ワイヤ７を介して、リード６に電気的に接続されている。信号処理回路チップ２は、フォトダイオードアレイ１から入力された信号を処理する回路チップであり、入力された信号を増幅するアンプである。信号処理回路チップ２は、複数（例えば、１２つ）のリード接続ワイヤ７を介して、リード６に電気的に接続されている。リード接続ワイヤ７の接続は、例えばワイヤボンディング等により行われる。

【0020】

図２に示されるように、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２とは、互いに対向する状態で収容部内に配置されており、例えばダイボンディング等により上述のパターンに固定されている。すなわち、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２は、パターンを介して、基部３１に固定されている。フォトダイオードアレイ１において、固定面から反対側の面までの距離（高さ）ｄ１は、例えば０．３２ｍｍ程度である。信号処理回路チップ２において、固定面から反対側の面までの距離（高さ）ｄ２は、例えば０．４ｍｍ程度である。

【0021】

本実施形態においては、上面３１ａに平行な方向で、かつ、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２とが対向する方向は、Ｙ方向とされている。上面３１ａと平行な方向で、かつ、Ｙ方向と垂直な方向は、Ｘ方向とされている。上面３１ａに垂直な方向は、Ｚ方向とされている。

【0022】

図１に戻り、チップ接続ワイヤ４は、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２とを電気的に接続する。複数のチップ接続ワイヤ４は、Ｘ方向（所定の方向）に沿って並んでいる。チップ接続ワイヤ４の接続は、例えばワイヤボンディング等により行われる。

【0023】

シリコーン樹脂５は、収容部内の部品を保護すべく、フォトダイオードアレイ１、信号処理回路チップ２、チップ接続ワイヤ４、及びリード接続ワイヤ７等を覆うように収容部に充填されている。シリコーン樹脂５は、フォトダイオードアレイ１で検知する光を透過させることができるように、透光性を有している。

【0024】

次に、上述のパッケージ３Ａについて詳細に説明する。

【0025】

図２に示されるように、パッケージ３Ａには、突起部３６が設けられている。突起部３６は、基部３１の上面３１ａから突出している。突起部３６は、Ｙ方向において、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２との間に設けられている。突起部３６は、Ｘ方向に沿って延在しており（図１参照）、Ｚ方向において、複数のチップ接続ワイヤ４と上面３１ａとの間（複数のチップ接続ワイヤ４の真下）に設けられている。上面３１ａから突起部３６の先端までの距離（高さ）ｄ３は、例えば、０．３ｍｍ程度であり、フォトダイオードアレイ１の高さｄ１及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも小さい。突起部３６は、パッケージ３Ａと同一の材料によりパッケージ３Ａと一体に形成されている。

【0026】

以上のように、本実施形態に係る光半導体装置ＯＳ１では、フォトダイオードアレイ１及び信号処理回路チップ２がパッケージ３Ａの収容部に収容され、フォトダイオードアレイ１、信号処理回路チップ２、及びこれらを接続するチップ接続ワイヤ４を覆うように、シリコーン樹脂５が収容部に充填されている。収容部の底面である上面３１ａからは、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２との間に設けられ、パッケージ３Ａと一体に形成された突起部３６が突出している。

【0027】

図３は、突起部のない光半導体装置においてシリコーン樹脂が収縮した状態を示す断面図である。光半導体装置は、上述のように自動車に設置される場合等、温度変化の大きい環境下で使用される場合がある。図３に示されるように、突起部のない光半導体装置１００において、温度変化によりシリコーン樹脂５が収縮を起こした場合、チップ接続ワイヤ４がシリコーン樹脂５の収縮に伴って変形し、チップ接続ワイヤ４に負荷がかかる懼れがある。温度変化によりシリコーン樹脂５が膨張を起こした場合にも、チップ接続ワイヤ４がシリコーン樹脂５の膨張に伴って変形し、チップ接続ワイヤ４に負荷がかかる懼れがある。

【0028】

これに対し、光半導体装置ＯＳ１では、上述のように、上面３１ａから突起部３６が突出しているため、収容部に充填されたシリコーン樹脂５の量が、突起部３６が設けられている分だけ低減されている。従って、温度変化により膨張や収縮を起こすシリコーン樹脂５の量が減り、温度変化に起因するシリコーン樹脂５の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤ４の変形を低減できる。

【0029】

光半導体装置ＯＳ１では、突起部３６は、チップ接続ワイヤ４と上面３１ａとが対向するＺ方向において、チップ接続ワイヤ４と上面３１ａとの間（チップ接続ワイヤ４の真下）に設けられている。このため、チップ接続ワイヤ４の近傍のシリコーン樹脂５の量が低減される。従って、温度変化に起因するシリコーン樹脂５の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤ４の変形をさらに低減できる。

【0030】

光半導体装置ＯＳ１では、チップ接続ワイヤ４は、Ｘ方向に沿って複数並んでおり、突起部３６は、Ｘ方向に沿って延在している。このため、チップ接続ワイヤ４毎に突起部３６を設ける必要はなく、突起部３６を容易に設けることができる。

【0031】

光半導体装置ＯＳ１では、パッケージ３Ａは、黒色を呈している。このため、パッケージ３Ａに照射された光が好適に吸収され、パッケージ３Ａに照射されて反射した光がノイズとなってフォトダイオードアレイ１の動作に影響を与えることを抑制できる。

【0032】

光半導体装置ＯＳ１では、パッケージ３Ａは、シリコーン樹脂５よりも低い熱伝導率を有している。このため、パッケージ３Ａと同一の材料により一体に形成された突起部３６により、信号処理回路チップ２の駆動により発生する熱のフォトダイオードアレイ１への伝導が好適に抑制される。従って、信号処理回路チップ２で発生する熱がフォトダイオードアレイ１の動作に影響（暗電流の増大といった悪影響等）を与えることを抑制できる。

【0033】

光半導体装置ＯＳ１では、突起部３６の高さｄ３は、フォトダイオードアレイ１の高さｄ１、及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも小さい。

【0034】

突起部３６の高さｄ３がフォトダイオードアレイ１の高さｄ１及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも大きい場合、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２を基部３１に固定する際、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２を吸着して搬送するためのコレットが、突起部３６に干渉しやすい。従って、この場合、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２を固定する位置と、突起部３６を設ける位置との間の距離を大きくする必要があり、装置の大型化を招いてしまう。

【0035】

これに対し、光半導体装置ＯＳ１では、上述のように、突起部３６の高さｄ３は、フォトダイオードアレイ１の高さｄ１、及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも小さいため、コレットが突起部３６に干渉することが防止される。従って、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２を固定する位置と、突起部３６を設ける位置との間の距離を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

【0036】

［第二実施形態］
図４は、第二実施形態の光半導体装置の平面図である。図４に示されるように、本実施形態の光半導体装置ＯＳ２が第一実施形態の光半導体装置ＯＳ１（図１参照）と異なる点は、突起部３７の形状が第一実施形態の突起部３６の形状と異なる点である。

【0037】

光半導体装置ＯＳ２のパッケージ３Ｂには、チップ接続ワイヤ４の個数に対応して、複数（すなわち、９つ）の突起部３７が設けられている。突起部３７は、Ｚ方向において、各チップ接続ワイヤ４と上面３１ａとの間（各チップ接続ワイヤ４の真下）にそれぞれ設けられている。光半導体装置ＯＳ２では、チップ接続ワイヤ４毎に突起部３７が設けられている。各突起部３７の高さは、第一実施形態の突起部３６と同様、例えば、０．３ｍｍ程度であり、フォトダイオードアレイ１の高さｄ１及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも小さい。

【0038】

以上のように、本実施形態に係る光半導体装置ＯＳ２では、収容部の底面である上面３１ａからは、フォトダイオードアレイ１と信号処理回路チップ２との間に設けられ、パッケージ３Ａと一体に形成された複数の突起部３７が突出している。従って、収容部に充填されたシリコーン樹脂５の量が、複数の突起部３７が設けられている分だけ低減されている。よって、温度変化により膨張や収縮を起こすシリコーン樹脂５の量が減り、温度変化に起因するシリコーン樹脂５の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤ４の変形を低減できる。

【0039】

光半導体装置ＯＳ２では、突起部３７は、各チップ接続ワイヤ４と上面３１ａとが対向するＺ方向において、各チップ接続ワイヤ４と上面３１ａとの間（各チップ接続ワイヤ４の真下）にそれぞれ設けられている。このため、各チップ接続ワイヤ４の近傍のシリコーン樹脂５の量が低減される。従って、温度変化に起因するシリコーン樹脂５の膨張や収縮に伴うチップ接続ワイヤ４の変形をさらに低減できる。

【0040】

光半導体装置ＯＳ２では、パッケージ３Ａは、黒色を呈している。このため、パッケージ３Ａに照射された光が好適に吸収され、パッケージ３Ａに照射されて反射した光がノイズとなってフォトダイオードアレイ１の動作に影響を与えることを抑制できる。

【0041】

光半導体装置ＯＳ２では、パッケージ３Ａは、シリコーン樹脂５よりも低い熱伝導率を有している。このため、パッケージ３Ａと同一の材料により一体に形成された複数の突起部３７により、信号処理回路チップ２の駆動により発生する熱のフォトダイオードアレイ１への伝導が抑制される。従って、信号処理回路チップ２で発生する熱がフォトダイオードアレイ１の動作に影響を与えることを抑制できる。

【0042】

光半導体装置ＯＳ２では、各突起部３７の高さｄ３は、フォトダイオードアレイ１の高さｄ１、及び信号処理回路チップ２の高さｄ２よりも小さい。従って、コレットが突起部３６に干渉することが防止される。よって、フォトダイオードアレイ１や信号処理回路チップ２を固定する位置と、各突起部３７を設ける位置との間の距離を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

【0043】

以上、本発明の光半導体装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態においては、光検知用の光半導体チップとして、フォトダイオードアレイ１を使用しているが、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode）やＰＳＤ（Position SensitiveDetector）などの受光素子全般を使用してもよい。光半導体チップとしては、発光用のものを使用してもよく、例えば、ＬＥＤ等を使用することができる。

【0044】

上記実施形態においては、回路チップとして、光半導体チップから出力される信号を処理するための信号処理回路チップ２を使用しているが、光半導体チップを駆動するための駆動回路チップを使用してもよい。

【符号の説明】

【0045】

１…フォトダイオードアレイ、２…信号処理回路チップ、３Ａ，３Ｂ…パッケージ、４…チップ接続ワイヤ、５…シリコーン樹脂、３６，３７…突起部、ＯＳ１，ＯＳ２…光半導体装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】