JP2016100385A - 光半導体デバイスおよび光半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂部により半導体光学素子を適切に保護することができる光半導体デバイスを提供する。【解決手段】基板２と、基板２の外面に設けられ、ダイボンディングパッド３ａを有する第１電極３と、ダイボンディングパッド３ａよりも小さい外形を有し、ダイボンディングパッド３ａに設けられた発光素子６と、発光素子６を囲むようにダイボンディングパッド３ａに設けられた環状の段差部９と、段差部９の外側を囲むように設けられた樹脂部７とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体光学素子を備えた光半導体デバイスおよび光半導体デバイスの製造方法に関するものである。

従来、リードフレームに白色系樹脂をモールドしたリフレクターと、リードフレームのＬＥＤチップ搭載部に搭載されたＬＥＤチップとを備えた発光装置が知られている。このリフレクターの内周面は、平面視において、ＬＥＤチップが搭載されたＬＥＤチップ搭載部の外側に位置している（特許文献１参照）。
また、プリント配線板と、プリント配線板の外面に設けられた配線パターンと、受光面を除いた表面に薄膜が設けられ、配線パターンにダイボンディングされた集積回路素子と、集積回路素子の受光面以外の部分を覆う封止部と、を備えた光検出半導体装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２００７−０１２７２７号公報 特開２００７−１８９１８２号公報

本発明者は、以下の課題を見出した。
光半導体デバイスにおいて、従来の発光装置のように、樹脂部の内周面が、平面視において、半導体光学素子が搭載されたダイボンディングパッドの外側に位置していると、その分、半導体光学素子と樹脂部の内周面との間の間隙が広くなるため、樹脂部により半導体光学素子を十分に保護することができない。
一方、光半導体デバイスが、従来の光検出半導体装置のように、表面に薄膜が設けられた半導体光学素子を備えた構成であると、一部の領域（例えば受光面）を除いて半導体光学素子が樹脂部により覆われるため、樹脂部により半導体光学素子を適切に保護することができる。しかしながら、この場合、薄膜を設けるために半導体光学素子そのものを加工する必要があることから、汎用の半導体光学素子を用いることができない。

本発明は、樹脂部により半導体光学素子を適切に保護することができる光半導体デバイスおよび光半導体デバイスの製造方法を提供することを課題としている。

本発明の光半導体デバイスは、基板と、基板の外面に設けられ、ダイボンディングパッドを有する電極と、ダイボンディングパッドよりも小さい外形を有し、ダイボンディングパッドに設けられた半導体光学素子と、半導体光学素子を囲むようにダイボンディングパッドに設けられた環状の段差部と、段差部の外側を囲むように設けられた樹脂部と、を備えたことを特徴とする。

この場合、開口部を有し、ダイボンディングパッドを被覆する絶縁層、をさらに備え、開口部の内側に、半導体光学素子が位置し、段差部は、開口部の縁部における絶縁層とダイボンディングパッドとの段差により構成されていることが好ましい。

この場合、ダイボンディングパッドに、半導体光学素子を囲む環状の溝部が設けられており、段差部は、溝部により構成されていることが好ましい。

この場合、樹脂部は、段差部の外側に樹脂を塗布することにより形成されたものであることが好ましい。

この場合、段差部の外側に設けられ、ワイヤーを介して半導体光学素子と接続されたワイヤーボンディングパッド、をさらに備えたことが好ましい。

この場合、半導体光学素子は、受光素子、発光素子、および受発光素子、のいずれかであることが好ましい。
なお、受発光素子とは、受光素子と発光素子とを備えた素子を意味する。

本発明の光半導体デバイスの製造方法は、基板の外面に、ダイボンディングパッドを有する電極を形成し、ダイボンディングパッドに、環状の段差部を形成し、ダイボンディングパッドよりも小さい外形を有する半導体光学素子を、段差部の内側に位置するようにダイボンディングパッドに接着し、段差部の外側に、樹脂を塗布することを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係る光半導体デバイスを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ切断線による断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ切断線による断面図である。 図１に示した光半導体デバイスの製造工程を示す図である。 図２に続く製造工程を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光半導体デバイスを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ切断線による断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ切断線による断面図である。 図４に示した光半導体デバイスの製造工程を示す図である。 本発明の比較例に係る光半導体デバイスを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ切断線による断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ切断線による断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下では、図面について「上」「下」等を用いて説明するが、これらの方向は説明の便宜上のものであり、本発明の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第1実施形態に係る光半導体デバイス１について説明する。光半導体デバイス１は、基板２と、第１電極３と、第２電極４と、絶縁層５と、発光素子６と、樹脂部７と、ワイヤー８とを備えている。

基板２は、絶縁性の材料により構成されている。絶縁性の材料としては、例えば、セラミック、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂を好適に用いることができる。

第１電極３は、基板２の外面に設けられている。第１電極３は、ダイボンディングパッド３ａと、第１端子部３ｂとを備えている。ダイボンディングパッド３ａは、基板２の上面に略矩形状に形成されている。ダイボンディングパッド３ａの上面には、発光素子６がボンディングされている。第１端子部３ｂは、ダイボンディングパッド３ａの一辺に連なり、基板２の上面から側面を経て下面にまで設けられている。第２電極４は、基板２の外面に設けられている。第２電極４は、ワイヤーボンディングパッド４ａと、第２端子部４ｂとを備えている。ワイヤーボンディングパッド４ａは、基板２の上面に、ダイボンディングパッド３ａより小さい略矩形状に形成されている。ワイヤーボンディングパッド４ａには、ワイヤー８がボンディングされている。第２端子部４ｂは、ワイヤーボンディングパッド４ａの一辺に連なり、基板２の上面から側面を経て下面にまで設けられている。第１電極３および第２電極４は、後述する銅膜１３（図２等参照）に外装メッキを施すことにより得られる。

絶縁層５は、ダイボンディングパッド３ａの周縁部を被覆している。すなわち、絶縁層５は、ダイボンディングパッド３ａよりも大きい略矩形状に形成されており、ダイボンディングパッド３ａよりも小さい円形の開口部５ａを有している。開口部５ａの内側には、発光素子６が位置している。

この開口部５ａの縁部における絶縁層５の上面とダイボンディングパッド３ａの上面との段差により、円環状の段差部９が構成されている。ここで、ダイボンディングパッド３ａの上面が平坦に形成されているため、段差部９を構成する絶縁層５の開口部５ａ縁部の上面についても、段差部９の全周に亘って平坦に形成されている（図１（ｃ）参照）。なお、段差部９の高さｄ、すなわち、絶縁層５の厚さは、１μｍ以上であることが好ましく、４０μｍ程度であることがより好ましい。

絶縁層５の材料は、後述するように、樹脂部７を構成する塗付用樹脂との濡れ性を考慮して、表面自由エネルギーが低いものが選択される。絶縁層５の材料としては、例えば、アクリレート系樹脂を含むソルダーレジストを好適に用いることができる。また、絶縁層５の材料として、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ポリイミド樹脂などを用いてもよい。

発光素子６は、平面視において、ダイボンディングパッド３ａよりも小さい外形を有している。発光素子６としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを好適に用いることができる。発光素子６は、銀ペーストなどの導電性接着剤により、ダイボンディングパッド３ａの上面に接着されている。

樹脂部７は、ダイボンディングパッド３ａに設けられた段差部９の外側を囲むように設けられている（図面では、樹脂部７が設けられた領域を、ドット状の模様で示している）。樹脂部７は、下方に向かって細径となる略漏斗状の内周面７ａを有しており、その内周面７ａの下端部が、段差部９と略一致している。そのため、樹脂部７の内周面７ａの下端部は、平面視において、ダイボンディングパッド３ａの内側に位置している。発光素子６から発生した光は、樹脂部７の内周面７ａで反射し、光半導体デバイス１の外方へ向かう。なお、樹脂部７に色素を加えることにより、内周面７ａにおける反射光の色、つまり光半導体デバイス１の発光色を変えることが可能である。

樹脂部７は、段差部９の外側に不透明な塗付用樹脂を塗布することにより形成される。塗付用樹脂としては、絶縁層５に対して、ある程度大きい接触角を為す材料が好ましく、例えば３０°以上の接触角を為すことが好ましい。接触角が大きければ、塗布された塗付用樹脂が段差部９の内側に流れ込むことを効果的に防止することができる。接触角を大きくするためには、絶縁層５は表面自由エネルギーが低い方が好ましく、塗付用樹脂は表面張力が大きい方が好ましい。また、塗付用樹脂は、塗布時点での粘度がある程度大きい方が好ましく、例えば１０Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。塗布時点での粘度が大きければ、塗布された塗付用樹脂が、外部からの機械的衝撃によって段差部９の内側に流れ込むことを効果的に防止することができる。このように、表面張力が大きく且つ粘度が大きい材料として、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂を好適に用いることができる。

ワイヤー８は、発光素子６とワイヤーボンディングパッド４ａとを接続している。ワイヤー８としては、例えば金線を好適に用いることができる。ワイヤー８の一部つまりワイヤーボンディングパッド４ａ側は、樹脂部７によって封止されている。なお、ワイヤー８のうち樹脂部７によって封止されていない部分の長さ、およびワイヤー８のうち樹脂部７によって封止されている部分の長さは、ある程度長い方が好ましく、例えば、それぞれ０．３ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、ワイヤー８の一部が封止されたことによる、発光素子６のボンディング箇所やワイヤーボンディングパッド４ａのボンディング箇所への応力集中を回避することができる。

図２および図３を参照して、光半導体デバイス１の製造工程について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、基板２となる絶縁性の基板材１２に、銅メッキを施すことにより、第１電極３および第２電極４となる銅膜１３を形成する。続いて、図２（ｂ）に示すように、基板材１２を表裏に貫通する貫通孔１４を形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、銅メッキを施すことにより、銅膜１３を貫通孔１４の内周面に形成する。続いて、図２（ｄ）に示すように、貫通孔１４を充填材１５により穴埋めする。続いて、図２（ｅ）に示すように、銅メッキを施すことにより、銅膜１３を、充填材１５および基板材１２の上面および下面に形成する。

続いて、図２（ｆ）に示すように、フォトレジスト塗布、露光および現像を行うことにより、パターン形成用のレジスト膜１６を形成する。続いて、図２（ｇ）に示すように、銅膜１３をエッチングする。続いて、図２（ｈ）に示すように、レジスト膜１６を除去する。これにより、銅膜１３に第１電極３および第２電極４のパターンを形成する。

続いて、図３（ｉ）に示すように、絶縁層５となるソルダーレジストの塗布、露光および現像を行うことにより、ダイボンディングパッド３ａの周縁部を被覆する絶縁層５を形成する。これにより、環状の段差部９が形成される。

続いて、銅膜１３に外装メッキを施した後、図３（ｊ）に示すように、ダイボンディングパッド３ａに発光素子６をダイボンディングする。続いて、図３（ｋ）に示すように、発光素子６とワイヤーボンディングパッド４ａとをワイヤー８によって接続する。

続いて、図３（ｌ）に示すように、段差部９の外側に塗付用樹脂をポッティング方式により塗布することにより、樹脂部７を形成する。ここで、段差部９の外側に塗布された塗付用樹脂が段差部９に到達すると、段差部９で塗付用樹脂に表面張力が作用する。そして、上述したように、段差部９を構成する絶縁層５の開口部５ａ縁部の上面が、段差部９の全周に亘って平坦に形成されていることから、表面張力が段差部９の全周に亘って均等に得られ、塗付用樹脂が段差部９の内側に流入することが抑制される。樹脂部７を形成した後、貫通孔１４の位置でダイシングすることによって、図１に示した光半導体デバイス１が得られる。

＜第２実施形態＞
図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る光半導体デバイス１Ａについて説明する。なお、光半導体デバイス１Ａにおいて、光半導体デバイス１と略同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

光半導体デバイス１Ａは、絶縁層５を備えておらず、代わりに、ダイボンディングパッド３ａには、発光素子６を囲む円環状の溝部３ｃが設けられている。この溝部３ｃにより、すなわち、溝部３ｃの開口面（ダイボンディングパッド３ａの上面）と溝部３ｃの底面との段差により、環状の段差部９が構成されている。この溝部３ｃにより構成される段差部９についても、段差部９を構成する溝部３ｃの開口面が、段差部９の全周に亘って平坦に形成されている（図４（ｃ）参照）。なお、溝部３ｃにより構成される段差部９の高さｄ、つまり溝部３ｃの深さについても、１μｍ以上であることが好ましく、４０μｍ程度であることがより好ましい。

図５を参照して、光半導体デバイス１Ａの製造工程について説明する。まず、光半導体デバイス１の製造工程と同様に、図２（ａ）ないし図２（ｈ）に示した工程を行い、銅膜１３に第１電極３および第２電極４のパターンを形成する。

続いて、図５（ｉ）に示すように、フォトレジスト塗布、露光、現像、ハーフエッチングおよびレジスト除去を行うことにより、銅膜１３に溝部３ｃのパターンを形成する。続いて、光半導体デバイス１の製造工程と同様に、図５（ｊ）に示すように、ダイボンディングを行い、さらに、図５（ｋ）に示すように、ワイヤーボンディングを行う。

続いて、図５（ｌ）に示すように、段差部９の外側に塗付用樹脂を塗布することにより、樹脂部７を形成する。ここで、光半導体デバイス１の製造工程と同様に、段差部９の外側に塗布された塗付用樹脂が段差部９に到達すると、段差部９で塗付用樹脂に表面張力が作用することにより、塗付用樹脂が段差部９の内側に流入することが抑制される。樹脂部７を形成した後、貫通孔１４の位置でダイシングすることによって、図４に示した光半導体デバイス１Ａが得られる。

＜比較例＞
図６を参照して、本発明の比較例について説明する。比較例に係る光半導体デバイス１Ｂでは、絶縁層５が、ダイボンディングパッド３ａを被覆していない。すなわち、絶縁層５は、ダイボンディングパッド３ａよりも大きな楕円形の開口部５ａを有している。このため、開口部５ａの縁部において絶縁層５により構成される段差部９は、ダイボンディングパッド３ａ上ではなく、ダイボンディングパッド３ａよりも外側の基板２上に設けられている。基板２の上面には、第１端子部３ｂおよび第２端子部４ｂが設けられていることから、この第１端子部３ｂ上および第２端子部４ｂ上では、段差部９を構成する絶縁層５の開口部５ａ縁部の上面が、他の箇所よりも高くなる（図６（ｃ）参照）。つまり、絶縁層５の開口部５ａ縁部の上面が、段差部９の全周に亘って平坦になっていない。この場合、第１端子部３ｂ上の段差部９および第２端子部４ｂ上の段差部９では、塗付用樹脂に作用する表面張力が、他の箇所よりも小さくなる。その結果、塗付用樹脂が、第１端子部３ｂ上の段差部９または第２端子部４ｂ上の段差部９から内側に流入してしまい、歩留まりの低下を招く。

以上のように、第１実施形態の光半導体デバイス１および第２実施形態の光半導体デバイス１Ａによれば、ダイボンディングパッド３ａに設けられた段差部９を囲むように樹脂部７が設けられているため、樹脂部７の内周面７ａの少なくとも一部（下端部）は、平面視において、ダイボンディングパッド３ａの内側に位置している。これにより、発光素子６と樹脂部７の内周面７ａとの間の間隙を極力狭くすることができる。その結果、樹脂部７により発光素子６を適切に保護することができる。また、発光素子６と樹脂部７の内周面７ａとの間の間隙が広い場合に比べ、発光素子６から発せられた光を、樹脂部７の内周面７ａによって効率良く反射することができるため、光半導体デバイス１および光半導体デバイス１Ａの発光効率を高めることができる。

また、光半導体デバイス１の製造方法および光半導体デバイス１Ａの製造方法によれば、ダイボンディングパッド３ａに設けられた段差部９の外側に塗付用樹脂を塗布することにより、樹脂部７を形成する。このため、段差部９の外側に塗布された塗付用樹脂が段差部９に到達すると、段差部９で塗付用樹脂に表面張力が作用する。そして、段差部９の上面、つまり絶縁層５の開口部５ａ縁部の上面または溝部３ｃの開口面が、段差部９の全周に亘って平坦であることから、表面張力が段差部９の全周に亘って均等に得られ、塗付用樹脂が段差部９の内側に流入することが抑制される。したがって、不透明な塗付用樹脂が付着することにより発光素子６の発光効率が低下することが防止され、光半導体デバイス１および光半導体デバイス１Ａを歩留まり良く製造することができる。また、段差部９がダイボンディングパッド３ａに設けられているため、発光素子６に段差を設けるための加工を行う必要がなく、汎用の発光素子６を用いることができる。

なお、本発明は上記した第１実施形態および第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採用可能であることは言うまでもない。例えば、第１実施形態および第２実施形態は、以下のような形態に変更することができる。

ダイボンディングパッド３ａの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、多角形であってもよい。絶縁層５の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、多角形であってもよく、また、絶縁層５が基板２の上面全体に広がっていてもよい。段差部９の形状、つまり絶縁層５の開口部５ａの形状やダイボンディングパッド３ａの溝部３ｃの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、楕円形、矩形、多角形であってもよい。なお、塗付用樹脂に作用する表面張力の均一化を図る上では、楕円形、或いは、第１実施形態の開口部５ａや第２実施形態の溝部３ｃのように円形が好ましい。

樹脂部７を設ける方法は、特に限定されるものではなく、例えば、トランスファーモールド方式を用いてもよく、予め成形された樹脂部７を基板材１２に接着する方法でもよい。
発光素子６は、露出されている必要はなく、透光性の樹脂により封止されていてもよい。
ダイボンディングパッド３ａと第１端子部３ｂとは、電気的に接続されていればよく、別々の材料で構成されていてもよい。ワイヤーボンディングパッド４ａと第２端子部４ｂとについても同様である。
光半導体デバイス１および光半導体デバイス１Ａは、発光素子６に代えて、受光素子を備えていてもよく、受発光素子を備えていてもよい。

１ ：光半導体デバイス（第１実施形態）
１Ａ ：光半導体デバイス（第２実施形態）
２ ：基板
３ ：第１電極
３ａ ：ダイボンディングパッド
５ ：絶縁層
６ ：発光素子
９ ：段差部

絶縁層５の材料は、後述するように、樹脂部７を構成する塗付用樹脂との濡れ性を考慮して、表面自由エネルギーが低いものが選択される。絶縁層５の材料としては、例えば、アクリレート系樹脂を含むソルダーレジストを好適に用いることができる。また、絶縁層５の材料として、ポリイミド樹脂などを用いてもよい。

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の外面に設けられ、ダイボンディングパッドを有する電極と、
   前記ダイボンディングパッドよりも小さい外形を有し、前記ダイボンディングパッドに設けられた半導体光学素子と、
   前記半導体光学素子を囲むように前記ダイボンディングパッドに設けられた環状の段差部と、
   前記段差部の外側を囲むように設けられた樹脂部と、
   を備えたことを特徴とする光半導体デバイス。
2. 開口部を有し、前記ダイボンディングパッドを被覆する絶縁層、をさらに備え、
   前記開口部の内側に、前記半導体光学素子が位置し、
   前記段差部は、前記開口部の縁部における前記絶縁層と前記ダイボンディングパッドとの段差により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体デバイス。
3. 前記ダイボンディングパッドに、前記半導体光学素子を囲む環状の溝部が設けられており、
   前記段差部は、前記溝部により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体デバイス。
4. 前記樹脂部は、前記段差部の外側に樹脂を塗布することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光半導体デバイス。
5. 前記段差部の外側に設けられ、ワイヤーを介して前記半導体光学素子と接続されたワイヤーボンディングパッド、をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光半導体デバイス。
6. 前記半導体光学素子は、受光素子、発光素子、および受発光素子、のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光半導体デバイス。
7. 基板の外面に、ダイボンディングパッドを有する電極を形成し、
   前記ダイボンディングパッドに、環状の段差部を形成し、
   前記ダイボンディングパッドよりも小さい外形を有する半導体光学素子を、前記段差部の内側に位置するように前記ダイボンディングパッドに接着し、
   前記段差部の外側に、樹脂を塗布する
   ことを特徴とする光半導体デバイスの製造方法。

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