JPH10144939A - 光検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐温度サイクル性に関して、金属ハーメチッ
クシール式並の性能が確保でき、低価格で小型軽量化が
可能な樹脂封止型光検出器を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 樹脂封止型光検出器において、受光素子
５側面がパッケージ１のキャビティ２壁面に接して配置
され、電極パッド６とボンディングパッド４は相対し、
金属細線７を用いて最短距離で接続されている。金属細
線７と受光素子５を保護するため、可撓性の透光樹脂８
が充填されている。このような構造により、金属細線７
を短くでき、細線下の樹脂厚も薄くできるため、熱によ
る樹脂の膨張・収縮に伴い金属細線にかかる応力が軽減
され、金属細線の断線を回避することができ、信頼性が
高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホトダイオードな
どの受光素子をパッケージに収容した光検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車載用等の温度の変動が激しい環境下で
使用する光検出器としては、金属ハーメチックシールの
中空パッケージタイプのものが広く用いられている。こ
の金属ハーメチックシールによるパッケージを用いた場
合、材料が高価な上、パッケージも大型になるという欠
点があった。

【０００３】このようなハーメチックシールの代替品と
して、可撓性のある光透過樹脂を用いてパッケージする
手法が考えられる。図７は光透過樹脂によりパッケージ
ングされた光検出器の一般的な例の外観平面図、図８は
そのＡ−Ａ線断面図、図９はボンディング部分の拡大図
である。図示の通り、キャリアパッケージ１に形成され
たキャビティ２の中央部には、エポキシ樹脂等のダイボ
ンド材１１を用いて受光素子５が接着されている。受光
素子５側の電極パッド６とキャリアパッケージ１側の段
差３上に設けられたボンディングパッド４は、金属細線
７を用いたワイヤボンディングにより接続されている。
ボンディングパッド４はそれぞれキャリアパッケージ１
底面の電極９に接続されており、この電極９を用いて外
部の回路に接続できるようになっている。そして、受光
素子５及び金属細線７を保護するために可撓性のある透
明樹脂８が充填されている。

【０００４】このようなパッケージ材としてセラミック
を使用すれば、パッケージと受光素子の熱膨張係数を近
くすることができる。このため、５ミリ角以上の大面積
の受光素子にも対応できるなどの特徴があり、低価格化
とパッケージの小型軽量化が図れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光検出器は、金属ハーメチックシール式に比べ耐温
度サイクル性の点で、十分な性能が得られなかった。こ
れは、主に温度変化による樹脂の膨張・収縮に伴い発生
する応力が金属細線にかかり、断線を起こすためであ
る。

【０００６】応力を抑えるためには、樹脂に添加物を混
入して、樹脂と受光素子、パッケージの熱膨張係数を合
わせることも考えられるが、添加物を混入すると樹脂の
透明性が低下し、受光素子の光感度を低下させてしまう
ため、光検出器には採用できない。

【０００７】本発明は、耐温度サイクル性に関して、金
属ハーメチックシール式並の性能が確保でき、低価格で
小型軽量化が可能な樹脂封止型光検出器を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光検出器は、検
出光が入射される受光面側の一辺の近傍に電極パッドが
形成された受光素子と、受光面の反対面で受光素子が固
定される底面を囲むように段差が設けられてキャビティ
が形成されると共に段差の上面の一辺にボンディングパ
ッドが設けられたパッケージと、電極パッドとボンディ
ングパッドを電気的に接続する金属細線と、キャビティ
に充填されて受光素子及び金属細線を封止する透光性樹
脂からなる封止部材とを備え、上記受光素子は、電極パ
ッドが形成された一辺がボンディングパッドが設けられ
た一辺の段差の壁面に接するようにキャビティに収容さ
れていることを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、受光素子をパッケージの
キャビティの段差壁面に接して設置するため、受光素子
をキャビティ中央に設置した従来品に比べて、電極パッ
ドとボンディングパッドを繋ぐ金属細線を短くすること
ができる。また、従来品では、受光素子とパッケージの
間に隙間があるため、この部分における金属細線下の樹
脂層が厚くなっていたが、本発明品では、受光素子とパ
ッケージ間に隙間がないため、樹脂層は従来品に比べて
薄くなる。本発明品では、従来品に比べて、金属細線の
長さが短く、細線下の樹脂層が薄いことにより、主とし
て樹脂層の熱膨張により生ずる金属細線にかかる応力が
軽減されるため、金属細線の断線を回避することがで
き、耐温度サイクル性が向上し、信頼性を高めることが
できる。

【００１０】上記のパッケージには、ボンディングパッ
ドが設けられた一辺の段差の壁面がキャビティ内側に向
かって突出した突出部が形成され、この突出部上面にボ
ンディングパッドが設けられていることが好ましい。

【００１１】このように突出部を設けて、受光素子とキ
ャビティ壁面を接するようにした場合は、ダイボンド材
が毛細管現象により、密着したキャビティ壁面と受光素
子の隙間を上昇して、受光素子上面に広がることがな
い。

【００１２】また、ボンディングパッドの上面と受光素
子の電極パッド上面の高さが同一又は±0.1mm以内の差
になっていることが好ましい。

【００１３】これにより、ボンディング部分と金属細線
の頂部の高さの差を、従来品に比べて低く抑えることが
でき、樹脂厚が薄くなり、温度変化による樹脂の膨張・
収縮により発生する金属細線に対して上下方向にかかる
応力も削減される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施例に基
づき、本発明の光検出器の実施の形態を詳細に説明す
る。

【００１５】図１は、本発明の一実施形態の外観平面
図、図２はそのＢ−Ｂ線断面図、図３はそのボンディン
グ部分の拡大図である。

【００１６】キャリアパッケージ１はアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）製のセラミックであり、図示の通り、矩形形状を
しており、その一角は切り欠き１Ａが電極方向を示すイ
ンデックスとして設けてある。キャリアパッケージ１の
中央には、矩形形状のキャビティ２が形成されている。
さらに、キャビティ２を取り囲むように、キャビティ２
底面とパッケージ１上面の間に段差３が設けられて構成
されている。この段差３の一辺の上面にボンディングパ
ッド４が二つ離れて設けられている。キャリアパッケー
ジ１底面には、ボンディングパッド４の設けられた一辺
と平行する両辺に沿って、外部電極９が設けられてい
る。この外部電極９は、パッケージ１内部でボンディン
グパッド４と電気的に接続されており、この外部電極９
を用いて光検出器を外部の回路に接続することができる
ようになっている。

【００１７】一方、受光素子５も矩形形状を成し、受光
素子５の受光面側の一辺の近傍に電極パッド６が二つ形
成されている。ここで、受光素子５がホトダイオードで
あるときは、二つの電極パッド６の一方はアノード電
極、他方はカソード電極となる。受光素子５は受光面の
反対側の面がエポキシ樹脂等のダイボンド材１１を用い
てキャビティ２の底面に固定されている。

【００１８】ここで、受光素子５の電極パッド６が形成
された一辺は、ボンディングパッド４が形成された一辺
のキャビティ２壁面に接するように固定されている。こ
のため、二つの電極パッド４とボンディングパッド６は
それぞれ相対し、両者を金属細線７を用いて最短距離で
接続することができる。金属細線７には電気抵抗が小さ
く、延性に富み、耐腐蝕性が良好なＡｕ細線を用いるこ
とが好ましい。ボンディングパッド４と電極パッド６の
上面の高さは同一又は略同一（高さの差が０．１ｍｍ以
内）となっている。このため、金属細線７の頂部の高さ
を低くすることができる。キャビティ２には、可撓性の
光透過性樹脂８が、受光素子５と金属細線７を外部から
の汚染等から保護する目的で、キャリアパッケージ１の
上面の高さまで充填されている。樹脂８には、透明で可
撓性があり、−５０℃でも弾力性を失わず耐寒性の良い
シリコーン樹脂を用いることが好ましい。

【００１９】本実施形態の光検出器では、金属細線７下
のパッケージ１と受光素子５を密着配置することによ
り、金属細線７下の樹脂厚を従来品に比べて軽減してい
る。金属細線７が上下方向に受ける応力は、温度差、樹
脂の膨張係数及び細線７下の樹脂厚にそれぞれ比例す
る。従来品では、この樹脂厚が通常０．５５ｍｍある
が、本実施形態では、樹脂厚が０．１５ｍｍ以下とな
る。このため、従来品に比べて樹脂厚の薄い本実施形態
では、温度変化による上下方向の応力が３分の１以下に
減少する。

【００２０】また、密着配置によって、ボンディングパ
ッド６と、電極パッド４間の距離が短くなるため、金属
細線７の長さも短くなり、横方向に受ける温度変化によ
る応力も減少する。

【００２１】本実施形態においては、金属細線の形状も
工夫している。図１０（ａ）は理想的な金属細線の形状
の側面図であり、図１０（ｂ）はその平面図である。こ
こで、ファーストボンド部１２から金属細線７が垂直に
立ち上がるような形状（図１０（ａ）参照）とすること
が、図１１のような形状とすることよりも好ましい。こ
れは、ボンディング部分は図の垂直方向の力より横方向
の力に弱いため、熱応力がこの弱い横方向にかからない
ことが好ましいからである。

【００２２】さらに、セカンドボンド部１３は、キャリ
アパッケージのボンディングパッド４に金属細線７が接
するテール部１４を１５０μｍ以上とすることが好まし
い。これは、図１２に示すように、テール部１４が短い
とボンディング面と金属細線７のなす角度が大きくな
り、テール部１４の金属細線７下の樹脂厚が厚くなり、
セカンドボンド部１３にかかる温度変化による応力が増
大するためである。

【００２３】さらに、ボンディングパッド６と電極パッ
ド４の高さを同一又は略同一に合わせることにより、ボ
ンディング部分と金属細線７の頂部の高さの差が抑えら
れ、金属細線７の下の樹脂厚が薄くなり、温度変化によ
る上下方向の応力も削減される。

【００２４】本発明者は、図１〜３に示す構造の光検出
器と図６〜９に示す従来構造の光検出器について温度サ
イクル試験の比較試験を行い、両者の耐熱性を比較し
た。試験は、−４０℃の低温槽と１２５℃の高温槽にそ
れぞれ３０分間置き、これを交互に繰り返した。低温槽
と高温槽それぞれ１回ずつ置いた状態を１サイクルとし
た。それぞれの槽間の移動は５分以内とした。光検出器
に用いた受光素子はチップサイズ１１ｍｍ角のシリコン
ホトダイオードである。サンプル数はそれぞれ２０個で
ある。

【００２５】試験の結果は、従来品では、７５０サイク
ルで５５％が金属細線が断線し、１５００サイクルまで
で全て金属細線の断線により使用不能となった。本発明
品では、２０００サイクルまで金属細線の断線はなく、
温度サイクル試験で、金属ハーメチックシール式並の信
頼性があることが確認された。

【００２６】図４は本発明の光検出器の他の実施形態の
外観平面図、図５はそのＣ−Ｃ線断面図、図６はボンデ
ィング部分の拡大図である。図１〜３に示される実施形
態と異なる点は、受光素子５と接触するパッケージ１の
キャビティ２壁面にキャビティ２に向かって突出した二
つの突出部１０が離して設けられ、この突出部１０の先
端で、受光素子５と接触していることである。この突出
部１０の上面に、ボンディングパッド４が設けられてい
る。二つの突出部１０の間隔は、二つの電極パッド６の
間隔に等しい。

【００２７】この実施形態は、図１〜３に示される実施
形態で発生するおそれのあるダイボンド材１１の毛細管
現象による受光素子５の受光面上への広がりをなくす事
ができる。これは、突出部１０の先端部が受光素子５と
接触しているのみで、キャビティ２内壁と受光素子５側
面が密着することがない構造となっているためである。
これにより、製造がより容易になり、量産時の歩留まり
が向上し、安定的な量産が可能になる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
受光素子の電極パッドが形成された一辺をボンディング
パッドが設けられた一辺のキャビティ内壁に接するよう
に設置しているため、金属細線の長さが従来品に比べて
短く、また、金属細線の高さも従来品に比べて低く抑え
ることができるため、金属細線下の樹脂の厚さを薄くで
きる。このため、温度変化に伴い、樹脂が膨張・収縮す
ることによって発生する金属細線にかかる熱応力が減少
し、温度変化に対して、金属ハーメチックシール式並の
高い信頼性を維持し得る。

【００２９】また、キャビティ内壁に凹凸形状を設ける
こととすれば、受光素子の接着に用いる接着剤が密着し
たキャビティ壁面と受光素子の隙間を上昇して、受光素
子上面にまで広がるのを防止し、外観不良や特性不良の
発生を低く抑えることが可能となる。

【００３０】さらに、ボンディングパッド上面と電極パ
ッド上面の高さを同一又は略同一に合わせることとすれ
ば、金属細線を張る高さをより低く抑えることができ、
金属細線の下の樹脂厚を薄くすることができる。これに
より、金属細線にかかる熱応力を低く抑えることができ
る。

【００３１】以上の結果、金属ハーメチックシール式並
の高い信頼性を有し、車載用等の厳しい使用環境でも対
応できる低価格で小型軽量の光検出器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光検出器の外観
平面図である。

【図２】図１に示す光検出器の断面図である。

【図３】図１、２に示す光検出器のボンディング部分の
拡大図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る光検出器の外観
平面図である。

【図５】図４に示す光検出器の断面図である。

【図６】図４、５に示す光検出器のボンディング部分の
拡大図である。

【図７】従来の一般的な光検出器の外観平面図である。

【図８】図７に示す光検出器の断面図である。

【図９】図７、８に示す光検出器のボンディング部分の
拡大図である。

【図１０】ボンディング例を示す図である。

【図１１】従来のセカンドボンディング側のボンディン
グ例を示す図である。

【図１２】従来のセカンドボンディング側のボンディン
グ例を示す図である。

【符号の説明】

１…キャリアパッケージ、１Ａ…切り欠き、２…キャビ
ティ、３…段差、４…ボンディングパッド、５…受光素
子、６…電極パッド、７…金属細線、８…透明樹脂、９
…外部電極、１０…突出部、１１…ダイボンド材、１２
…ファーストボンド部、１３…セカンドボンド部、１４
…テール部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出光が入射される受光面側の一辺の近
   傍に電極パッドが形成された受光素子と、前記受光面の
   反対面で前記受光素子が固定される底面を囲むように段
   差が設けられてキャビティが形成されると共に前記段差
   の上面の一辺にボンディングパッドが設けられたパッケ
   ージと、前記電極パッドと前記ボンディングパッドを電
   気的に接続する金属細線と、前記キャビティに充填され
   て前記受光素子及び前記金属細線を封止する透光性樹脂
   からなる封止部材とを備え、前記受光素子は、前記電極
   パッドが形成された一辺が前記ボンディングパッドが設
   けられた一辺の前記段差の壁面に接するように前記キャ
   ビティに収容されていることを特徴とする光検出器。
2. 【請求項２】 前記パッケージには、前記ボンディング
   パッドが設けられた一辺の前記段差の壁面が前記キャビ
   ティ内側に向かって突出した突出部が形成され、この突
   出部上面に前記ボンディングパッドが設けられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の光検出器。
3. 【請求項３】 前記ボンディングパッドの上面と前記電
   極パッド上面の高さが同一又は±0.1mm以内の差になっ
   ていることを特徴とする請求項１又は２記載の光検出
   器。