光センサ装置の製造方法及び光センサ装置
【課題】封止部材をエッチングすることなく、光センサ装置の受光面を封止部材から露出できるようにした光センサ装置の製造方法及び光センサ装置を提供する。
【解決手段】粘着テープの粘着性を有する面であって、リードフレーム３０´から露出している領域にＩＲ素子１０の受光面１６を貼付する工程と、リードフレーム３０´の表面にＩＣ素子２０を取り付ける工程と、リードフレーム３０´とＩＣ素子２０とをワイヤー４５で電気的に接続する工程と、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをワイヤー４６で電気的に接続する工程と、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とワイヤー４５、４６をモールド樹脂４９で覆う工程と、モールド樹脂４９及びリードフレーム３０´から粘着テープを除去する工程と、ダイシングストリート３６に沿ってモールド樹脂４９及びリードフレーム３０´を切断して、パッケージを形成する工程と、を含む。
【解決手段】粘着テープの粘着性を有する面であって、リードフレーム３０´から露出している領域にＩＲ素子１０の受光面１６を貼付する工程と、リードフレーム３０´の表面にＩＣ素子２０を取り付ける工程と、リードフレーム３０´とＩＣ素子２０とをワイヤー４５で電気的に接続する工程と、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをワイヤー４６で電気的に接続する工程と、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とワイヤー４５、４６をモールド樹脂４９で覆う工程と、モールド樹脂４９及びリードフレーム３０´から粘着テープを除去する工程と、ダイシングストリート３６に沿ってモールド樹脂４９及びリードフレーム３０´を切断して、パッケージを形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線等の光を検出する光センサ素子と、この光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子とを備えた光センサ装置の製造方法及び光センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。かかる文献には、光電変換素子の光電変換部に光を導入するために、光電変換素子を封止する封止部材（例えば、エポキシ樹脂類に代表される熱硬化性樹脂類のような封止樹脂）に開口部が形成された構成が開示されている。この開口部の底面が、光が入射してくる外界と光電変換部との界面を成す窓となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９５８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されているように、光を導入するための窓は、封止部材を物理的又は化学的にエッチングすることにより形成される。
しかしながら、この方法では、例えば、封止部材をフォトレジスト等でマスクする工程と、マスクされた封止部材をエッチングする工程とが必要である。このため、工程数が増え、製造コストが増えてしまう可能性があった。また、光電変換部の受光面には当然のことながら、光に関して高い透過性が求められるが、エッチングにより窓を形成すると、光電変換部の受光面はエッチング雰囲気に晒されてしまう。このため、光電変換部の受光面は意図せずエッチングダメージを負ってしまい、光の透過性が低下してしまう可能性があった。
【０００５】
また、特許文献１には、その図１Ｆに示されているように、信号処理回路を有するシリコン基板（ＩＣ素子）等の上に光電変換素子を積んだスタック構造や、その図７に示されているように、ＩＣ素子及び光電変換素子をインターポーザ上に積んだスタック構造が開示されている。前者の構造ではＩＣ素子と光電変換素子とが金属バンプ等を介して直に接続され、後者の構造ではＩＣ素子と光電変換素子とがインターポーザを介して電気的に接続される。前者の構造では、ＩＣ素子と光電変換素子との間で高精度な位置合わせが必要であり、接合圧力も低く制限する必要があることから、製造技術上の難易度が高い。また、両構造とも上下の基板を積層したスタック構造であり、このスタック構造を接続端子（リードフレーム）上で封止部材により封止していることから、装置全体の厚みが大きくなるという課題もあった。
そこで、この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、受光面の品質低下を抑えると共に、厚みの小さい光センサ装置を提供できるようにした光センサ装置の製造方法及び、光センサ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサ装置の製造方法は、光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、を備えた光センサ装置をリードフレームを用いて製造する方法であって、前記リードフレームの第１の面に粘着テープの粘着性を有する面を貼付する工程と、前記粘着テープの前記粘着性を有する面であって、前記リードフレームから露出している領域に前記光センサ素子の受光面を貼付する工程と、前記リードフレームの前記第１の面の反対側の第２の面上に前記半導体素子を取り付ける工程と、前記リードフレームと前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、前記光センサ素子と前記半導体素子とを封止部材で覆う工程と、前記封止部材及び前記リードフレームから前記粘着テープを除去する工程と、前記封止部材及び前記リードフレームを切断してパッケージを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
このような方法によれば、封止部材をエッチングすることなく、光センサ素子に光を導入するための窓を封止部材に形成することができる。従来技術と比べて、封止部材に窓を形成するためのエッチング工程が不要であるため、工程数の増加や製造コストの上昇を抑えることができる。また、光センサ素子の受光面にエッチングダメージを与えずに済むため、例えば光の透過性など、受光に関する性能の品質低下を防ぐことができる。また、半導体素子上に光センサを積んだスタック構造ではなく、光センサ素子と半導体素子とをインターポーザを含めて樹脂封止した構造でもないため、比較的簡単な方法で厚みの小さい光センサ装置を作製することができる。
【０００８】
なお、「光センサ装置」としては、例えば、後述するハイブリッドＩＲ５０が該当する。また、「光センサ素子」としては、例えば、後述するＩＲ素子１０が該当する。さらに、「半導体素子」としては、例えば、後述するＩＣ素子２０が該当する。また、リードフレームの「第１の面」は例えば裏面が該当し、その「第２の面」は例えば表面が該当する。さらに、「封止部材」としては、例えば、後述するモールド樹脂４９が該当する。
【０００９】
また、上記の光センサ装置の製造方法において、前記リードフレームは、第１の部位と、前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、前記半導体素子を前記リードフレームの前記第２の面に取り付ける工程では、前記半導体素子を前記第２の部位の前記第２の面に取り付けることを特徴としてもよい。このような方法によれば、例えば、厚さが全体的に均一なリードフレームに半導体素子を取り付ける場合と比較して、半導体素子の取付け位置を低くすることができるので、光センサ装置の厚さをより薄くすることができる。光センサ装置の小型、薄型化にさらに寄与することができる。
【００１０】
本発明の別の態様に係る光センサ装置は、光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第２の面に前記半導体素子が取り付けられると共に、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、前記光センサ素子と前記半導体素子とを覆う封止部材と、を備え、前記光センサ素子の受光面は、前記リードフレームの前記第１の面と同一平面に配置された状態で、前記封止部材から露出していることを特徴とする。
【００１１】
このような構成であれば、上記の製造方法により製造された光センサ装置を提供することができる。受光面にエッチングダメージを負っていない光センサ素子と、この光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子とを混載し、厚みが小さい光センサ装置を提供することができる。
また、上記の光センサ装置において、前記リードフレームは、第１の部位と、前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、前記半導体素子は前記第２の部位の前記第２の面に取り付けられていることを特徴してもよい。このような構成であれば、半導体素子の取付け位置を低くすることができるので、より小型、薄型化された光センサ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受光面の品質低下を抑えると共に、厚みの小さい光センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るＩＲ素子１０の表面側の構成例を示す図。
【図２】第１実施形態に係るＩＣ素子２０の、信号処理回路２１の構成例を示す図。
【図３】第１実施形態に係るリードフレーム３０の構成例を示す図。
【図４】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その１）。
【図５】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その２）。
【図６】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その３）。
【図７】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その４）。
【図８】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その５）。
【図９】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その６）。
【図１０】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図（その１）。
【図１１】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図（その２）。
【図１２】第２実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。
（１）第１実施形態
（１．１）ＩＲ素子の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係るＩＲ素子１０の表面側の構成例を示す平面図である。図１に示すＩＲ素子１０は、赤外線を検出する光センサ素子であり、赤外線等の光を透過する光透過基板１１と、この光透過基板１１の表面側に形成された受光部１２と、を備える。
【００１５】
これらの中で、光透過基板１１としては、ＧａＡｓ基板が用いられる。また、ＧａＡｓ基板の他に、例えば、Ｓｉ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｇｅなどの半導体基板、もしくは、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア基板、ガラス基板などの基板が用いられる。このような基板によれば、赤外線等の特定波長の光を、光透過基板１１の裏面から表面にかけて効率的に透過させることができる。
また、受光部１２は、複数の光電変換素子１３と、光電変換素子１３で光電変換された電気信号を出力するためのパッド部１４と、配線１５と、を有する。光電変換素子１３はいずれも量子型のフォトダイオードであって、配線１５によって直列に接続されている。接続される光電変換素子１３の数が大きいほど発生する起電力は大きくなって、センサとしての感度が高まる。
【００１６】
光電変換素子１３は、例えば、光透過基板１１上に形成されたインジウム（ｌｎ）及びアンチモン（Ｓｂ）を含むＩｎＳｂのようなｎ型化合物半導体層（ｎ層）１３ａと、このｎ層１３ａ上に形成されたノンドープの化合物半導体層層（π層）１３ｂと、このπ層１３ｂ上に形成され、バンドギャップがｎ層１３ａ及びπ層１３ｂよりも大きいＡｌＩｎＳｂのような化合物半導体層１３ｃと、この化合物半導体層１３ｃ上に形成され、ｐ型の不純物が高濃度にドーピングされているｐ型化合物半導体層（ｐ層）１３ｄとにより構成されている。このように、ｎ層１３ａと、π層１３ｂと、ｎ層１３ａ及びπ層１３ｂよりもバンドギャップが大きい化合物半導体層１３ｃと、ｐ層１３ｄとが順次積層されてなる光電変換素子１３は、２０００ｎｍ〜７４００ｎｍの赤外線を検出することができる。
【００１７】
パッド部１４は、受光部１２の光電変換で得られた電気信号をＩＣ素子に出力するために設けられている。このパッド部１４は、例えば、互いに離間して配置された一対のパッド電極１４ａ及び１４ｂを有する。一方のパッド電極１４ａと複数の光電変換素子１３からなる列の一端との間、及び、他方のパッド電極１４ｂと上記列の他端との間がそれぞれ、配線１５によって電気的に接続されている。
【００１８】
ところで、このＩＲ素子１０において、パッド部１４は、ＩＲ素子１０の表面のより中心に近い一部範囲（中心部）に配置されている。また、複数の光電変換素子１３は、このパッド部１４の周囲に配置されている。このような配置によれば、パッド電極１４ａ、１４ｂにワイヤーボンディングする際、圧力や超音波が加わっても光透過基板１１が欠損し難いという利点がある。また、光透過基板１１が欠損し難いため、パッド電極１４ａ、１４ｂに対して、Ａｕ等からなるワイヤーを充分な圧力や超音波で接合することができる。このため、ワイヤーをパッド電極１４ａ、１４ｂにより確実に圧着することができ、ワイヤーボンディングの信頼性を高めることができる。次に、このＩＲ素子１０と同一のパッケージ内に配置されるＩＣ素子２０の構成例について説明する。
【００１９】
（１．２）ＩＣ素子の構成
図２は、本発明の第１実施形態に係るＩＣ素子２０の、信号処理回路２１の構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、ＩＣ素子２０が有する信号処理回路２１は、ＩＲ素子１０やその他の各回路に対して必要に応じてバイアス電流もしくは電圧を与える電源回路２２と、ＩＲ素子１０からの電気信号を増幅する増幅回路２３と、増幅された電気信号を予め設定した電圧と比較する判定回路２４と、基準値としての予め設定した電圧を判定回路２４に入力する基準値発生回路２５とを含み、判定回路２４は外部へ判定結果となるデジタル信号を出力する。信号処理回路２１に含まれる上記の各要素はそれぞれ対応する要素と電気的に接続されている。
【００２０】
一般に、ＩＲ素子を含む光センサ素子の出力信号の振幅、もしくは変動量は数μＶから数ｍＶ以下と小さいため、電気信号は信号処理回路の増幅回路により増幅される。よって、ＩＲ素子１０の受光部１２に光が入射すると、該入射光は電気信号に変換されて増幅回路２３へと出力される。増幅回路２３では、電気信号を増幅して出力する。その後、増幅回路２３から出力された電気信号は、人体や炎からの赤外線を感知したか否かを判断するための判定回路２４に入力される（なお、この電気信号は、外部にアナログ出力しても良い。）。
【００２１】
このとき、判定回路２４には、基準値発生回路２５により、判定回路２４にて判定すべき波長の光、例えば、人体や炎からの赤外線に応じて設定された電圧（基準値電圧）が入力されており、判定回路２４は、該基準値電圧と増幅された電気信号とを比較することにより、該比較結果の電気信号を外部へデジタル出力する。
なお、図２に示したような信号処理回路２１を有するＩＣ素子２０は、量産性、設計の自由度等の観点から最も一般的なシリコン基板にＣＭＯＳプロセスやＢｉＣＭＯＳプロセス、もしくはバイポーラプロセス等により形成するのが好ましいが、ＧａＡｓ基板をはじめとする化合物半導体基板に形成してもよく、用途や、使用環境等に応じて最適な材料とプロセスを選択することができる。次に、リードフレームの構成例について説明する。
【００２２】
（１．３）リードフレームの構成
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るリードフレーム３０の構成例を示す平面図である。図３（ａ）はリードフレーム３０の表面側を示し、図３（ｂ）はリードフレーム３０の裏面側を示している。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すリードフレーム３０は、例えば、銅（Ｃｕ）板を、フォトリソグラフィ技術により、その表面及び裏面の側からそれぞれ選択的にエッチングし、ニッケル（Ｎｉ）−パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）等のめっき（鍍金）処理を施すことにより形成されたものである。
【００２３】
図３（ａ）において、リードフレーム３０内の白色の領域は表面と裏面との間で貫通している領域（以下、貫通領域ともいう。）３１を示し、ハッチングを付した領域は表面の側からハーフエッチングされた領域（以下、ハーフエッチング領域ともいう。）３２ａを示す。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等でマスクされることにより、エッチングされなかった領域（以下、非エッチング領域）３３ａを示す。同様に、図３（ｂ）において、リードフレーム３０内の白色の領域は貫通領域３１を示し、ハッチングを付した領域は裏面の側からハーフエッチングされた、ハーフエッチング領域３２ｂを示す。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等でマスクされことによりエッチングされなかった、非エッチング領域３３ｂを示す。
【００２４】
また、図３（ａ）に示すように、リードフレーム３０の表面側のハーフエッチング領域３２ａには、ＩＣ素子を取り付けるためのダイパッド領域３４が設定されている。さらに、このダイパッド領域３４の隣（図３（ａ）では、右隣）にある貫通領域には、ＩＲ素子１０を配置するための領域３５が設定されている。
さらに、図３（ａ）及び（ｂ）に示すリードフレーム３０の外周部は、後述のダイシング工程で、ダイシングブレード等により切断される領域（カーフ幅という。）３６となっている。
【００２５】
なお、後述の図４（ｂ）に示すように、リードフレーム３０の表面側が非エッチング領域３３ａであり、且つその裏面側も非エッチング領域３３ｂである部位（以下、第１の部位ともいう。）３７の厚さをＴ１とし、リードフレーム３０の表面側がハーフエッチング領域３２ａで裏面側が非エッチング領域である部位（以下、第２の部位ともいう。）３８の厚さをＴ２としたとき、これらの大小関係は、Ｔ１＞Ｔ２となっている。Ｔ１は例えば０．４［ｍｍ］であり、Ｔ２は例えば０．２［ｍｍ］である。また、第２の部位３８は、第１の部位３７と比べて、その表面が断面視で凹んでいる（即ち、第２の部位３８の表面は、第１の部位３７の表面よりも低い位置にある。）。
ダイパッド領域３４は、このような第２の部位３８の表面に設定されている。次に、このリードフレーム３０を用いて、光センサ装置の一種であるハイブリッドＩＲ５０を製造する方法について説明する。
【００２６】
（１．４）ハイブリッドＩＲの製造方法
図４（ａ）〜図９（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す工程図である。また、図１０（ａ）〜図１１は、当該製造方法により製造されたハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す斜視図である。図４〜図１０の各図において、（ａ）は表面側（即ち、第２の面の側）から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ４−Ｘ´４〜Ｘ１０−Ｘ´１０線でそれぞれ切断したときの断面図である。なお、図８（ａ）では、図面の複雑化を回避するために上金型の図示を省略している。
【００２７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず始めに、リードフレーム３０´の裏面側（即ち、第１の面の側）に粘着テープ４１を貼付する。ここでは、図３（ａ）及び（ｂ）に示したリードフレーム３０を１つの単位パターンとし、この単位パターンが平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ連続して並ぶように配置されたリードフレーム３０´を用意する。そして、この用意されたリードフレーム３０´の裏面に粘着テープ４１を貼付する。リードフレーム３０´の裏面側に粘着テープ４１を貼付することによって、貫通領域３１の底面に粘着テープ４１の粘着層が露出した状態となる。
【００２８】
なお、粘着テープ４１としては、粘着性を有すると共に、耐熱性を有する樹脂製のテープが用いられる。粘着性については、粘着層の糊厚がより薄いほうが好ましい。また、耐熱性については、約１５０℃〜２００℃の温度に耐えることが必要とされる。このような粘着テープ４１として、例えばポリイミドテープを用いていることができる。ポリイミドテープは、約２８０℃に耐える耐熱性を有している。このような高い耐熱性を有するポリイミドテープは、後のモールドやワイヤーボンディング時に加わる高熱にも耐えることが可能である。また、粘着テープ４１としては、ポリイミドテープの他に、以下のテープを用いることも可能である。
【００２９】
・ポリエステルテープ 耐熱温度、約１３０℃（但し使用条件次第で耐熱温度は約２００℃にまで達する）。
・テフロン（登録商標）テープ 耐熱温度：約１８０℃
・ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド） 耐熱温度：約１６０℃
・ガラスクロス 耐熱温度：約２００℃
・ノーメックペーパー 耐熱温度：約１５０〜２００℃
・他に、アラミド、クレープ紙が粘着テープ４１として利用し得る。
【００３０】
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、粘着テープ４１の粘着性を有する面であって、リードフレーム３０´から露出している領域（その中でも、図３（ａ）及び（ｂ）に示した、ＩＲ素子を配置するための領域３５）にＩＲ素子１０を貼付する。この貼付（即ち、ＩＲ素子のダイボンディング）は、ＩＲ素子１０の裏面（即ち、図１に示した光電変換素子１３やパッド部１４が形成されている面と向かい合う面）１６を貼り付け面として行う。なお、この貼付に際して、ＩＲ素子１０の裏面１６には予め保護膜（図示せず）を形成しておいてもよい。保護膜としては、例えばフォトレジストを用いることができる。このような保護膜は、例えば、ＩＲ素子１０の基材である光透過基板１１をダイシングする前に成膜しておくことができる。
【００３１】
次に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面に設定されているダイパッド領域にＩＣ素子２０を取り付ける。この取付け（即ち、ＩＣ素子のダイボンディング）は、例えば、ＩＣ素子２０の裏面（即ち、上述の信号処理回路２１などが形成された面と向かい合う面）を取付け面として、銀（Ａｇ）ペースト等の接着剤を介して行う。
【００３２】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＩＣ素子２０とリードフレーム３０´、及び、ＩＣ素子２０とＩＲ素子１０をそれぞれ電気的に接続する。ここでは、ＩＣ素子２０の表面にあるパッド電極２６とリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９とをＡｕ等からなるワイヤー４５で接続すると共に、ＩＣ素子２０の表面にあるパッド電極２７とＩＲ素子１０の表面にあるパッド電極１４ａ、１４ｂとをＡｕ等からなるワイヤー４６で接続する（即ち、ワイヤーボンディングを行う）。
【００３３】
なお、ＩＣ素子２０とリードフレーム３０´との接続は、リードフレーム３０´のボンディング用端子部３９からＩＣ素子２０のパッド電極２６に向かってワイヤー４５を伸ばす、所謂逆ボンディングによって行うことが好ましい。即ち、ボールの形成を伴う１ｓｔボンドをリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９に対して行い、２ｎｄボンドをＩＣ素子２０のパッド電極２６に対して行う。このような方法であれば、ＩＣ素子２０のパッド電極２７よりも、リードフレーム３０´のボンディング用端子部３９の方が低い位置にあるため、ＩＣ素子２０のパッド電極２６からリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９に向かってワイヤー４５を伸ばす、所謂正ボンディングの場合と比較して、ボンディング後のワイヤー４５の高さを低くすることができる。
【００３４】
また、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との接続は、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂからＩＣ素子２０のパッド電極２７に向かってワイヤー４６を伸ばすこと（つまり、ＩＣ素子２０から見て逆ボンディング）によって行う。即ち、ボールの形成を伴う１ｓｔボンドをＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂに対して行い、２ｎｄボンドをＩＣ素子２０のパッド電極２６に対して行う。このような方法であれば、ＩＣ素子２０のパッド電極２７よりも、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂの方が低い位置にあるため、ボンディング後のワイヤー４６の高さを低くすることができる。
【００３５】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面側に上金型４７を配置すると共に、リードフレーム３０´の裏面側にした下金型４８を配置する。そして、上金型４７と下金型４８とによりリードフレーム３０´を挟み込み、上金型４７と下金型４８とに挟まれた空間内にサイドからモールド樹脂を注入し、充填する。これにより、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面側において、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０及びワイヤー４５、４６をモールド樹脂４９で封止する。
【００３６】
なお、モールド樹脂４９としては、例えばエポキシ樹脂を用いることが可能である。また、この樹脂封止の工程では、上金型とリードフレーム３０´の表面側の非エッチング領域３３ａとが隙間無く接触し、且つ、下金型とリードフレーム３０´の裏面側の非エッチング領域３３ｂとが隙間無く接触した状態で、両金型の重ね合わせにより形成される空間のサイドからモールド樹脂４９が供給される。このため、図９（ａ）に示すように、樹脂封止後は、非エッチング領域３３ａはモールド樹脂４９から露出した状態となる。また、この非エッチング領域３３ａで囲まれているハーフエッチング領域３２ａにもモールド樹脂４９は供給されないため、この領域もモールド樹脂４９から露出した状態となる。
【００３７】
次に、リードフレーム３０´の裏面側から粘着テープを除去する。粘着テープの除去後、ポストキュア、ウェットブラストを施し、さらに、ＩＲ素子１０の裏面に図示しない保護膜が形成されている場合は、当該保護膜を除去する。
その後、モールド樹脂４９及びリードフレーム３０´を、ダイシング装置によりダイシングし、カーフ幅３６を切断する。これにより、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、モールド樹脂及びリードフレームは個々の製品（即ち、個々のハイブリッドＩＲ５０）に切り離されて、パッケージ化される。図１０（ｂ）及び図１１に示すように、上記の製造方法により製造されたハイブリッドＩＲ５０では、ＩＲ素子１０の裏面１６はリードフレーム３０の裏面と同一平面に配置された状態で、モールド樹脂４９から露出している。このモールド樹脂４９から露出している裏面１６がＩＲ素子１０の受光面である。この受光面１６に入射した光は、光透過基板１１を通って表面側の受光部１２（図１参照。）に到達するようになっている。
【００３８】
なお、このハイブリッドＩＲ５０を、例えばインターポーザ等の配線基板に実装する場合は、リードフレーム３０の表面側を配線基板に対向させ、リードフレーム３０の表面側であってモールド樹脂４９から露出している端子部（例えば、図１０（ａ）や図１１に示した外部配線基板接続用端子部４２）を配線基板の端子部に電気的に接続する。これにより、受光面１６が遮られることなく、ハイブリッドＩＲ５０を配線基板に実装することができる。
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、ＩＲ素子１０の受光面１６を貼り付け面として、ＩＲ素子１０を粘着テープ４１に貼付した状態で樹脂封止を行い、その後、粘着テープ４１を除去する。これにより、モールド樹脂４９をエッチングすることなくＩＲ素子１０の受光面に光を入射させることができる。
【００３９】
従来技術と比べて、光を導入するための窓を形成するために、モールド樹脂４９をエッチングする必要はなく、エッチング工程とこれに付随するフォトリソグラフィ工程が不要であるため、工程数の増加や製造コストの上昇を抑えることができる。また、ＩＲ素子１０の受光面１６にエッチングダメージを与えずに済むため、例えば光の透過性など、受光に関する性能の品質低下を防ぐことができる。また、ＩＣ素子２０上にＩＲ素子１０を積んだスタック構造ではなく、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをインターポーザを含めて樹脂封止した構造でもないため、比較的簡単な方法で厚みの小さいハイブリッドＩＲ５０を作製することができる。
【００４０】
また、上記の第１実施形態では、リードフレーム３０のダイパッド領域３４は、ハーフエッチングが施された第２の部位３８の表面（即ち、ハーフエッチング領域３２ａ）に設定されている。このため、例えば、厚さが全体的に均一な（即ち、表面にハーフエッチングが施されていない）リードフレームにＩＣ素子を取り付ける場合と比較して、ＩＣ素子２０の取付け位置を低くすることができる。これにより、ハイブリッドＩＲ５０の厚さをより薄くすることができる。上記の逆ボンディングと共に、ハイブリッドＩＲ５０のさらなる小型、薄型化に寄与することができる。
【００４１】
さらに、上記の第１実施形態では、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とが１つのパッケージ内に配置されている。このため、これらを別々に用意し、インターポーザ等の配線基板に対してそれぞれ実装する場合と比べて、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との離間距離を短くすることができ、実装密度の向上が寄与することができる。また、配線基板に対する実装の部品点数を減らすことができるため、実装にかかるコストの低減が可能である。さらに、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続する配線（例えば、図７（ａ）に示したワイヤー４６）の全てをモールド樹脂４９で封止できるため、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００４２】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、ワイヤーボンディング工程で、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをワイヤー４６のみを介して電気的に接続する場合について説明した。しかしながら、本発明において、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との接続方法はこれに限定されることはない。
図１２は、本発明の第２実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す平面図である。図１２に示すように、本発明では、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂとリードフレーム３０のボンディング用端子部４０とをＡｕ等からなるワイヤー４６ａで電気的に接続すると共に、このボンディング用端子部４０とＩＣ素子２０のパッド電極２７とをＡｕ等からなるワイヤー４６ｂで電気的に接続してもよい。つまり、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０を経由して、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続してもよい。このような方法であっても、上記の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
また、図１２に示すように、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをリードフレーム３０のボンディング用端子部４０を経由して接続する場合は、ＩＲ素子１０とボンディング用端子部４０との接続、及び、ＩＣ素子２０とボンディング用端子部４０との接続を、それぞれ逆ボンディングによって行うことが好ましい。即ち、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０からＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂに向かってワイヤー４６ａを伸ばすことが好ましく、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０からＩＣ素子２０のパッド電極２７に向かってワイヤー４６ｂを伸ばすことが好ましい。
このような方法であれば、正ボンディングの場合と比較して、ボンディング後のワイヤー４６ａ、４６ｂの高さを低くすることができるため、ハイブリッドＩＲ５０の小型、薄型化に寄与することができる。
【００４４】
（３）その他の実施形態
なお、上記の第１、第２実施形態では、例えば図１に示したように、ＩＲ素子１０のパッド部１４として、ＩＲ素子１０の表面の中心部に一対のパッド電極１４ａ、１４ｂを配置した構造を示したが、これはあくまで一例である。本発明において、ＩＲ素子のパッド部は、例えば、ＩＲ素子１０の表面の中心部で互いに離間して配置された３つ以上のパッド電極で構成されていてもよい。また、各パッド電極の配置位置も、ＩＲ素子１０の表面の中心部ではなく、例えば、受光部１２の周縁部であってもよい。このような構成であっても、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続することが可能であり、ＩＲ素子１０から電気信号を出力させることができる。
【００４５】
また、上記の第１、第２実施形態では、光センサ素子の一例として、２０００ｎｍ〜７４００ｎｍの赤外線を検出可能なＩＲ素子を例示した。しかしながら、本発明において光センサ素子はこれに限定されるものではない。本発明において、光センサ素子は例えば紫外線のみを検出する素子であってもよく、又は、紫外線と赤外線の両方を検出する素子であってもよい。
【００４６】
一例を挙げると、光透過基板１１上にｎ層と、π層と、ｎ層及びπ層よりもバンドギャップが大きい化合物半導体層と、ｐ層とが順次積層されてなる光電変換素子１３において、ｎ層にＩｎＳｂではなく、ＡｌＮ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＳｂといった他の材料を用いれば、波長が約２５０ｎｍの紫外線から、波長が約１２μｍの赤外線までを検出可能な光センサ素子を作成することが可能である。このような場合は、紫外線から赤外線までを検出する光センサ素子と、この光センサ素子から出力される電気信号を処理するＩＣ素子２０とを、１つのパッケージ内に備えた光センサ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ＩＲ素子
１１ 光透過基板
１２ 受光部
１３ 光電変換素子
１４ パッド部
１４ａ パッド電極
１４ｂ パッド電極
１５ 配線
１６ 裏面（受光面）
２０ ＩＣ素子
２１ 信号処理回路
２２ 電源回路
２３ 増幅回路
２４ 判定回路
２５ 基準値発生回路
２６、２７ パッド電極
３０、３０´ リードフレーム
３１ 貫通領域
３２ａ ハーフエッチング領域
３２ｂ ハーフエッチング領域
３３ａ 非エッチング領域
３３ｂ 非エッチング領域
３４ ダイパッド領域
３５ ＩＲ素子を配置するための領域
３６ ダイシングストリート
３７ 第１の部位
３８ 第２の部位
３９、４０ リードフレームのボンディング用端子部
４１ 粘着テープ
４２ リードフレームの外部配線基板接続用端子部
４５、４６、４６ａ、４６ｂ ワイヤー
４７ 上金型
４８ 下金型
４９ モールド樹脂
５０ ハイブリッドＩＲ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線等の光を検出する光センサ素子と、この光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子とを備えた光センサ装置の製造方法及び光センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。かかる文献には、光電変換素子の光電変換部に光を導入するために、光電変換素子を封止する封止部材（例えば、エポキシ樹脂類に代表される熱硬化性樹脂類のような封止樹脂）に開口部が形成された構成が開示されている。この開口部の底面が、光が入射してくる外界と光電変換部との界面を成す窓となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９５８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されているように、光を導入するための窓は、封止部材を物理的又は化学的にエッチングすることにより形成される。
しかしながら、この方法では、例えば、封止部材をフォトレジスト等でマスクする工程と、マスクされた封止部材をエッチングする工程とが必要である。このため、工程数が増え、製造コストが増えてしまう可能性があった。また、光電変換部の受光面には当然のことながら、光に関して高い透過性が求められるが、エッチングにより窓を形成すると、光電変換部の受光面はエッチング雰囲気に晒されてしまう。このため、光電変換部の受光面は意図せずエッチングダメージを負ってしまい、光の透過性が低下してしまう可能性があった。
【０００５】
また、特許文献１には、その図１Ｆに示されているように、信号処理回路を有するシリコン基板（ＩＣ素子）等の上に光電変換素子を積んだスタック構造や、その図７に示されているように、ＩＣ素子及び光電変換素子をインターポーザ上に積んだスタック構造が開示されている。前者の構造ではＩＣ素子と光電変換素子とが金属バンプ等を介して直に接続され、後者の構造ではＩＣ素子と光電変換素子とがインターポーザを介して電気的に接続される。前者の構造では、ＩＣ素子と光電変換素子との間で高精度な位置合わせが必要であり、接合圧力も低く制限する必要があることから、製造技術上の難易度が高い。また、両構造とも上下の基板を積層したスタック構造であり、このスタック構造を接続端子（リードフレーム）上で封止部材により封止していることから、装置全体の厚みが大きくなるという課題もあった。
そこで、この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、受光面の品質低下を抑えると共に、厚みの小さい光センサ装置を提供できるようにした光センサ装置の製造方法及び、光センサ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサ装置の製造方法は、光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、を備えた光センサ装置をリードフレームを用いて製造する方法であって、前記リードフレームの第１の面に粘着テープの粘着性を有する面を貼付する工程と、前記粘着テープの前記粘着性を有する面であって、前記リードフレームから露出している領域に前記光センサ素子の受光面を貼付する工程と、前記リードフレームの前記第１の面の反対側の第２の面上に前記半導体素子を取り付ける工程と、前記リードフレームと前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、前記光センサ素子と前記半導体素子とを封止部材で覆う工程と、前記封止部材及び前記リードフレームから前記粘着テープを除去する工程と、前記封止部材及び前記リードフレームを切断してパッケージを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
このような方法によれば、封止部材をエッチングすることなく、光センサ素子に光を導入するための窓を封止部材に形成することができる。従来技術と比べて、封止部材に窓を形成するためのエッチング工程が不要であるため、工程数の増加や製造コストの上昇を抑えることができる。また、光センサ素子の受光面にエッチングダメージを与えずに済むため、例えば光の透過性など、受光に関する性能の品質低下を防ぐことができる。また、半導体素子上に光センサを積んだスタック構造ではなく、光センサ素子と半導体素子とをインターポーザを含めて樹脂封止した構造でもないため、比較的簡単な方法で厚みの小さい光センサ装置を作製することができる。
【０００８】
なお、「光センサ装置」としては、例えば、後述するハイブリッドＩＲ５０が該当する。また、「光センサ素子」としては、例えば、後述するＩＲ素子１０が該当する。さらに、「半導体素子」としては、例えば、後述するＩＣ素子２０が該当する。また、リードフレームの「第１の面」は例えば裏面が該当し、その「第２の面」は例えば表面が該当する。さらに、「封止部材」としては、例えば、後述するモールド樹脂４９が該当する。
【０００９】
また、上記の光センサ装置の製造方法において、前記リードフレームは、第１の部位と、前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、前記半導体素子を前記リードフレームの前記第２の面に取り付ける工程では、前記半導体素子を前記第２の部位の前記第２の面に取り付けることを特徴としてもよい。このような方法によれば、例えば、厚さが全体的に均一なリードフレームに半導体素子を取り付ける場合と比較して、半導体素子の取付け位置を低くすることができるので、光センサ装置の厚さをより薄くすることができる。光センサ装置の小型、薄型化にさらに寄与することができる。
【００１０】
本発明の別の態様に係る光センサ装置は、光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第２の面に前記半導体素子が取り付けられると共に、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、前記光センサ素子と前記半導体素子とを覆う封止部材と、を備え、前記光センサ素子の受光面は、前記リードフレームの前記第１の面と同一平面に配置された状態で、前記封止部材から露出していることを特徴とする。
【００１１】
このような構成であれば、上記の製造方法により製造された光センサ装置を提供することができる。受光面にエッチングダメージを負っていない光センサ素子と、この光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子とを混載し、厚みが小さい光センサ装置を提供することができる。
また、上記の光センサ装置において、前記リードフレームは、第１の部位と、前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、前記半導体素子は前記第２の部位の前記第２の面に取り付けられていることを特徴してもよい。このような構成であれば、半導体素子の取付け位置を低くすることができるので、より小型、薄型化された光センサ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受光面の品質低下を抑えると共に、厚みの小さい光センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るＩＲ素子１０の表面側の構成例を示す図。
【図２】第１実施形態に係るＩＣ素子２０の、信号処理回路２１の構成例を示す図。
【図３】第１実施形態に係るリードフレーム３０の構成例を示す図。
【図４】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その１）。
【図５】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その２）。
【図６】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その３）。
【図７】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その４）。
【図８】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その５）。
【図９】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す図（その６）。
【図１０】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図（その１）。
【図１１】第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図（その２）。
【図１２】第２実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。
（１）第１実施形態
（１．１）ＩＲ素子の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係るＩＲ素子１０の表面側の構成例を示す平面図である。図１に示すＩＲ素子１０は、赤外線を検出する光センサ素子であり、赤外線等の光を透過する光透過基板１１と、この光透過基板１１の表面側に形成された受光部１２と、を備える。
【００１５】
これらの中で、光透過基板１１としては、ＧａＡｓ基板が用いられる。また、ＧａＡｓ基板の他に、例えば、Ｓｉ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｇｅなどの半導体基板、もしくは、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア基板、ガラス基板などの基板が用いられる。このような基板によれば、赤外線等の特定波長の光を、光透過基板１１の裏面から表面にかけて効率的に透過させることができる。
また、受光部１２は、複数の光電変換素子１３と、光電変換素子１３で光電変換された電気信号を出力するためのパッド部１４と、配線１５と、を有する。光電変換素子１３はいずれも量子型のフォトダイオードであって、配線１５によって直列に接続されている。接続される光電変換素子１３の数が大きいほど発生する起電力は大きくなって、センサとしての感度が高まる。
【００１６】
光電変換素子１３は、例えば、光透過基板１１上に形成されたインジウム（ｌｎ）及びアンチモン（Ｓｂ）を含むＩｎＳｂのようなｎ型化合物半導体層（ｎ層）１３ａと、このｎ層１３ａ上に形成されたノンドープの化合物半導体層層（π層）１３ｂと、このπ層１３ｂ上に形成され、バンドギャップがｎ層１３ａ及びπ層１３ｂよりも大きいＡｌＩｎＳｂのような化合物半導体層１３ｃと、この化合物半導体層１３ｃ上に形成され、ｐ型の不純物が高濃度にドーピングされているｐ型化合物半導体層（ｐ層）１３ｄとにより構成されている。このように、ｎ層１３ａと、π層１３ｂと、ｎ層１３ａ及びπ層１３ｂよりもバンドギャップが大きい化合物半導体層１３ｃと、ｐ層１３ｄとが順次積層されてなる光電変換素子１３は、２０００ｎｍ〜７４００ｎｍの赤外線を検出することができる。
【００１７】
パッド部１４は、受光部１２の光電変換で得られた電気信号をＩＣ素子に出力するために設けられている。このパッド部１４は、例えば、互いに離間して配置された一対のパッド電極１４ａ及び１４ｂを有する。一方のパッド電極１４ａと複数の光電変換素子１３からなる列の一端との間、及び、他方のパッド電極１４ｂと上記列の他端との間がそれぞれ、配線１５によって電気的に接続されている。
【００１８】
ところで、このＩＲ素子１０において、パッド部１４は、ＩＲ素子１０の表面のより中心に近い一部範囲（中心部）に配置されている。また、複数の光電変換素子１３は、このパッド部１４の周囲に配置されている。このような配置によれば、パッド電極１４ａ、１４ｂにワイヤーボンディングする際、圧力や超音波が加わっても光透過基板１１が欠損し難いという利点がある。また、光透過基板１１が欠損し難いため、パッド電極１４ａ、１４ｂに対して、Ａｕ等からなるワイヤーを充分な圧力や超音波で接合することができる。このため、ワイヤーをパッド電極１４ａ、１４ｂにより確実に圧着することができ、ワイヤーボンディングの信頼性を高めることができる。次に、このＩＲ素子１０と同一のパッケージ内に配置されるＩＣ素子２０の構成例について説明する。
【００１９】
（１．２）ＩＣ素子の構成
図２は、本発明の第１実施形態に係るＩＣ素子２０の、信号処理回路２１の構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、ＩＣ素子２０が有する信号処理回路２１は、ＩＲ素子１０やその他の各回路に対して必要に応じてバイアス電流もしくは電圧を与える電源回路２２と、ＩＲ素子１０からの電気信号を増幅する増幅回路２３と、増幅された電気信号を予め設定した電圧と比較する判定回路２４と、基準値としての予め設定した電圧を判定回路２４に入力する基準値発生回路２５とを含み、判定回路２４は外部へ判定結果となるデジタル信号を出力する。信号処理回路２１に含まれる上記の各要素はそれぞれ対応する要素と電気的に接続されている。
【００２０】
一般に、ＩＲ素子を含む光センサ素子の出力信号の振幅、もしくは変動量は数μＶから数ｍＶ以下と小さいため、電気信号は信号処理回路の増幅回路により増幅される。よって、ＩＲ素子１０の受光部１２に光が入射すると、該入射光は電気信号に変換されて増幅回路２３へと出力される。増幅回路２３では、電気信号を増幅して出力する。その後、増幅回路２３から出力された電気信号は、人体や炎からの赤外線を感知したか否かを判断するための判定回路２４に入力される（なお、この電気信号は、外部にアナログ出力しても良い。）。
【００２１】
このとき、判定回路２４には、基準値発生回路２５により、判定回路２４にて判定すべき波長の光、例えば、人体や炎からの赤外線に応じて設定された電圧（基準値電圧）が入力されており、判定回路２４は、該基準値電圧と増幅された電気信号とを比較することにより、該比較結果の電気信号を外部へデジタル出力する。
なお、図２に示したような信号処理回路２１を有するＩＣ素子２０は、量産性、設計の自由度等の観点から最も一般的なシリコン基板にＣＭＯＳプロセスやＢｉＣＭＯＳプロセス、もしくはバイポーラプロセス等により形成するのが好ましいが、ＧａＡｓ基板をはじめとする化合物半導体基板に形成してもよく、用途や、使用環境等に応じて最適な材料とプロセスを選択することができる。次に、リードフレームの構成例について説明する。
【００２２】
（１．３）リードフレームの構成
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るリードフレーム３０の構成例を示す平面図である。図３（ａ）はリードフレーム３０の表面側を示し、図３（ｂ）はリードフレーム３０の裏面側を示している。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すリードフレーム３０は、例えば、銅（Ｃｕ）板を、フォトリソグラフィ技術により、その表面及び裏面の側からそれぞれ選択的にエッチングし、ニッケル（Ｎｉ）−パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）等のめっき（鍍金）処理を施すことにより形成されたものである。
【００２３】
図３（ａ）において、リードフレーム３０内の白色の領域は表面と裏面との間で貫通している領域（以下、貫通領域ともいう。）３１を示し、ハッチングを付した領域は表面の側からハーフエッチングされた領域（以下、ハーフエッチング領域ともいう。）３２ａを示す。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等でマスクされることにより、エッチングされなかった領域（以下、非エッチング領域）３３ａを示す。同様に、図３（ｂ）において、リードフレーム３０内の白色の領域は貫通領域３１を示し、ハッチングを付した領域は裏面の側からハーフエッチングされた、ハーフエッチング領域３２ｂを示す。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等でマスクされことによりエッチングされなかった、非エッチング領域３３ｂを示す。
【００２４】
また、図３（ａ）に示すように、リードフレーム３０の表面側のハーフエッチング領域３２ａには、ＩＣ素子を取り付けるためのダイパッド領域３４が設定されている。さらに、このダイパッド領域３４の隣（図３（ａ）では、右隣）にある貫通領域には、ＩＲ素子１０を配置するための領域３５が設定されている。
さらに、図３（ａ）及び（ｂ）に示すリードフレーム３０の外周部は、後述のダイシング工程で、ダイシングブレード等により切断される領域（カーフ幅という。）３６となっている。
【００２５】
なお、後述の図４（ｂ）に示すように、リードフレーム３０の表面側が非エッチング領域３３ａであり、且つその裏面側も非エッチング領域３３ｂである部位（以下、第１の部位ともいう。）３７の厚さをＴ１とし、リードフレーム３０の表面側がハーフエッチング領域３２ａで裏面側が非エッチング領域である部位（以下、第２の部位ともいう。）３８の厚さをＴ２としたとき、これらの大小関係は、Ｔ１＞Ｔ２となっている。Ｔ１は例えば０．４［ｍｍ］であり、Ｔ２は例えば０．２［ｍｍ］である。また、第２の部位３８は、第１の部位３７と比べて、その表面が断面視で凹んでいる（即ち、第２の部位３８の表面は、第１の部位３７の表面よりも低い位置にある。）。
ダイパッド領域３４は、このような第２の部位３８の表面に設定されている。次に、このリードフレーム３０を用いて、光センサ装置の一種であるハイブリッドＩＲ５０を製造する方法について説明する。
【００２６】
（１．４）ハイブリッドＩＲの製造方法
図４（ａ）〜図９（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の製造方法を示す工程図である。また、図１０（ａ）〜図１１は、当該製造方法により製造されたハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す斜視図である。図４〜図１０の各図において、（ａ）は表面側（即ち、第２の面の側）から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ４−Ｘ´４〜Ｘ１０−Ｘ´１０線でそれぞれ切断したときの断面図である。なお、図８（ａ）では、図面の複雑化を回避するために上金型の図示を省略している。
【００２７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず始めに、リードフレーム３０´の裏面側（即ち、第１の面の側）に粘着テープ４１を貼付する。ここでは、図３（ａ）及び（ｂ）に示したリードフレーム３０を１つの単位パターンとし、この単位パターンが平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ連続して並ぶように配置されたリードフレーム３０´を用意する。そして、この用意されたリードフレーム３０´の裏面に粘着テープ４１を貼付する。リードフレーム３０´の裏面側に粘着テープ４１を貼付することによって、貫通領域３１の底面に粘着テープ４１の粘着層が露出した状態となる。
【００２８】
なお、粘着テープ４１としては、粘着性を有すると共に、耐熱性を有する樹脂製のテープが用いられる。粘着性については、粘着層の糊厚がより薄いほうが好ましい。また、耐熱性については、約１５０℃〜２００℃の温度に耐えることが必要とされる。このような粘着テープ４１として、例えばポリイミドテープを用いていることができる。ポリイミドテープは、約２８０℃に耐える耐熱性を有している。このような高い耐熱性を有するポリイミドテープは、後のモールドやワイヤーボンディング時に加わる高熱にも耐えることが可能である。また、粘着テープ４１としては、ポリイミドテープの他に、以下のテープを用いることも可能である。
【００２９】
・ポリエステルテープ 耐熱温度、約１３０℃（但し使用条件次第で耐熱温度は約２００℃にまで達する）。
・テフロン（登録商標）テープ 耐熱温度：約１８０℃
・ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド） 耐熱温度：約１６０℃
・ガラスクロス 耐熱温度：約２００℃
・ノーメックペーパー 耐熱温度：約１５０〜２００℃
・他に、アラミド、クレープ紙が粘着テープ４１として利用し得る。
【００３０】
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、粘着テープ４１の粘着性を有する面であって、リードフレーム３０´から露出している領域（その中でも、図３（ａ）及び（ｂ）に示した、ＩＲ素子を配置するための領域３５）にＩＲ素子１０を貼付する。この貼付（即ち、ＩＲ素子のダイボンディング）は、ＩＲ素子１０の裏面（即ち、図１に示した光電変換素子１３やパッド部１４が形成されている面と向かい合う面）１６を貼り付け面として行う。なお、この貼付に際して、ＩＲ素子１０の裏面１６には予め保護膜（図示せず）を形成しておいてもよい。保護膜としては、例えばフォトレジストを用いることができる。このような保護膜は、例えば、ＩＲ素子１０の基材である光透過基板１１をダイシングする前に成膜しておくことができる。
【００３１】
次に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面に設定されているダイパッド領域にＩＣ素子２０を取り付ける。この取付け（即ち、ＩＣ素子のダイボンディング）は、例えば、ＩＣ素子２０の裏面（即ち、上述の信号処理回路２１などが形成された面と向かい合う面）を取付け面として、銀（Ａｇ）ペースト等の接着剤を介して行う。
【００３２】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＩＣ素子２０とリードフレーム３０´、及び、ＩＣ素子２０とＩＲ素子１０をそれぞれ電気的に接続する。ここでは、ＩＣ素子２０の表面にあるパッド電極２６とリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９とをＡｕ等からなるワイヤー４５で接続すると共に、ＩＣ素子２０の表面にあるパッド電極２７とＩＲ素子１０の表面にあるパッド電極１４ａ、１４ｂとをＡｕ等からなるワイヤー４６で接続する（即ち、ワイヤーボンディングを行う）。
【００３３】
なお、ＩＣ素子２０とリードフレーム３０´との接続は、リードフレーム３０´のボンディング用端子部３９からＩＣ素子２０のパッド電極２６に向かってワイヤー４５を伸ばす、所謂逆ボンディングによって行うことが好ましい。即ち、ボールの形成を伴う１ｓｔボンドをリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９に対して行い、２ｎｄボンドをＩＣ素子２０のパッド電極２６に対して行う。このような方法であれば、ＩＣ素子２０のパッド電極２７よりも、リードフレーム３０´のボンディング用端子部３９の方が低い位置にあるため、ＩＣ素子２０のパッド電極２６からリードフレーム３０´のボンディング用端子部３９に向かってワイヤー４５を伸ばす、所謂正ボンディングの場合と比較して、ボンディング後のワイヤー４５の高さを低くすることができる。
【００３４】
また、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との接続は、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂからＩＣ素子２０のパッド電極２７に向かってワイヤー４６を伸ばすこと（つまり、ＩＣ素子２０から見て逆ボンディング）によって行う。即ち、ボールの形成を伴う１ｓｔボンドをＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂに対して行い、２ｎｄボンドをＩＣ素子２０のパッド電極２６に対して行う。このような方法であれば、ＩＣ素子２０のパッド電極２７よりも、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂの方が低い位置にあるため、ボンディング後のワイヤー４６の高さを低くすることができる。
【００３５】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面側に上金型４７を配置すると共に、リードフレーム３０´の裏面側にした下金型４８を配置する。そして、上金型４７と下金型４８とによりリードフレーム３０´を挟み込み、上金型４７と下金型４８とに挟まれた空間内にサイドからモールド樹脂を注入し、充填する。これにより、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム３０´の表面側において、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０及びワイヤー４５、４６をモールド樹脂４９で封止する。
【００３６】
なお、モールド樹脂４９としては、例えばエポキシ樹脂を用いることが可能である。また、この樹脂封止の工程では、上金型とリードフレーム３０´の表面側の非エッチング領域３３ａとが隙間無く接触し、且つ、下金型とリードフレーム３０´の裏面側の非エッチング領域３３ｂとが隙間無く接触した状態で、両金型の重ね合わせにより形成される空間のサイドからモールド樹脂４９が供給される。このため、図９（ａ）に示すように、樹脂封止後は、非エッチング領域３３ａはモールド樹脂４９から露出した状態となる。また、この非エッチング領域３３ａで囲まれているハーフエッチング領域３２ａにもモールド樹脂４９は供給されないため、この領域もモールド樹脂４９から露出した状態となる。
【００３７】
次に、リードフレーム３０´の裏面側から粘着テープを除去する。粘着テープの除去後、ポストキュア、ウェットブラストを施し、さらに、ＩＲ素子１０の裏面に図示しない保護膜が形成されている場合は、当該保護膜を除去する。
その後、モールド樹脂４９及びリードフレーム３０´を、ダイシング装置によりダイシングし、カーフ幅３６を切断する。これにより、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、モールド樹脂及びリードフレームは個々の製品（即ち、個々のハイブリッドＩＲ５０）に切り離されて、パッケージ化される。図１０（ｂ）及び図１１に示すように、上記の製造方法により製造されたハイブリッドＩＲ５０では、ＩＲ素子１０の裏面１６はリードフレーム３０の裏面と同一平面に配置された状態で、モールド樹脂４９から露出している。このモールド樹脂４９から露出している裏面１６がＩＲ素子１０の受光面である。この受光面１６に入射した光は、光透過基板１１を通って表面側の受光部１２（図１参照。）に到達するようになっている。
【００３８】
なお、このハイブリッドＩＲ５０を、例えばインターポーザ等の配線基板に実装する場合は、リードフレーム３０の表面側を配線基板に対向させ、リードフレーム３０の表面側であってモールド樹脂４９から露出している端子部（例えば、図１０（ａ）や図１１に示した外部配線基板接続用端子部４２）を配線基板の端子部に電気的に接続する。これにより、受光面１６が遮られることなく、ハイブリッドＩＲ５０を配線基板に実装することができる。
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、ＩＲ素子１０の受光面１６を貼り付け面として、ＩＲ素子１０を粘着テープ４１に貼付した状態で樹脂封止を行い、その後、粘着テープ４１を除去する。これにより、モールド樹脂４９をエッチングすることなくＩＲ素子１０の受光面に光を入射させることができる。
【００３９】
従来技術と比べて、光を導入するための窓を形成するために、モールド樹脂４９をエッチングする必要はなく、エッチング工程とこれに付随するフォトリソグラフィ工程が不要であるため、工程数の増加や製造コストの上昇を抑えることができる。また、ＩＲ素子１０の受光面１６にエッチングダメージを与えずに済むため、例えば光の透過性など、受光に関する性能の品質低下を防ぐことができる。また、ＩＣ素子２０上にＩＲ素子１０を積んだスタック構造ではなく、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをインターポーザを含めて樹脂封止した構造でもないため、比較的簡単な方法で厚みの小さいハイブリッドＩＲ５０を作製することができる。
【００４０】
また、上記の第１実施形態では、リードフレーム３０のダイパッド領域３４は、ハーフエッチングが施された第２の部位３８の表面（即ち、ハーフエッチング領域３２ａ）に設定されている。このため、例えば、厚さが全体的に均一な（即ち、表面にハーフエッチングが施されていない）リードフレームにＩＣ素子を取り付ける場合と比較して、ＩＣ素子２０の取付け位置を低くすることができる。これにより、ハイブリッドＩＲ５０の厚さをより薄くすることができる。上記の逆ボンディングと共に、ハイブリッドＩＲ５０のさらなる小型、薄型化に寄与することができる。
【００４１】
さらに、上記の第１実施形態では、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とが１つのパッケージ内に配置されている。このため、これらを別々に用意し、インターポーザ等の配線基板に対してそれぞれ実装する場合と比べて、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との離間距離を短くすることができ、実装密度の向上が寄与することができる。また、配線基板に対する実装の部品点数を減らすことができるため、実装にかかるコストの低減が可能である。さらに、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続する配線（例えば、図７（ａ）に示したワイヤー４６）の全てをモールド樹脂４９で封止できるため、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００４２】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、ワイヤーボンディング工程で、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをワイヤー４６のみを介して電気的に接続する場合について説明した。しかしながら、本発明において、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０との接続方法はこれに限定されることはない。
図１２は、本発明の第２実施形態に係るハイブリッドＩＲ５０の構成例を示す平面図である。図１２に示すように、本発明では、ＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂとリードフレーム３０のボンディング用端子部４０とをＡｕ等からなるワイヤー４６ａで電気的に接続すると共に、このボンディング用端子部４０とＩＣ素子２０のパッド電極２７とをＡｕ等からなるワイヤー４６ｂで電気的に接続してもよい。つまり、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０を経由して、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続してもよい。このような方法であっても、上記の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
また、図１２に示すように、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とをリードフレーム３０のボンディング用端子部４０を経由して接続する場合は、ＩＲ素子１０とボンディング用端子部４０との接続、及び、ＩＣ素子２０とボンディング用端子部４０との接続を、それぞれ逆ボンディングによって行うことが好ましい。即ち、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０からＩＲ素子１０のパッド電極１４ａ、１４ｂに向かってワイヤー４６ａを伸ばすことが好ましく、リードフレーム３０のボンディング用端子部４０からＩＣ素子２０のパッド電極２７に向かってワイヤー４６ｂを伸ばすことが好ましい。
このような方法であれば、正ボンディングの場合と比較して、ボンディング後のワイヤー４６ａ、４６ｂの高さを低くすることができるため、ハイブリッドＩＲ５０の小型、薄型化に寄与することができる。
【００４４】
（３）その他の実施形態
なお、上記の第１、第２実施形態では、例えば図１に示したように、ＩＲ素子１０のパッド部１４として、ＩＲ素子１０の表面の中心部に一対のパッド電極１４ａ、１４ｂを配置した構造を示したが、これはあくまで一例である。本発明において、ＩＲ素子のパッド部は、例えば、ＩＲ素子１０の表面の中心部で互いに離間して配置された３つ以上のパッド電極で構成されていてもよい。また、各パッド電極の配置位置も、ＩＲ素子１０の表面の中心部ではなく、例えば、受光部１２の周縁部であってもよい。このような構成であっても、ＩＲ素子１０とＩＣ素子２０とを電気的に接続することが可能であり、ＩＲ素子１０から電気信号を出力させることができる。
【００４５】
また、上記の第１、第２実施形態では、光センサ素子の一例として、２０００ｎｍ〜７４００ｎｍの赤外線を検出可能なＩＲ素子を例示した。しかしながら、本発明において光センサ素子はこれに限定されるものではない。本発明において、光センサ素子は例えば紫外線のみを検出する素子であってもよく、又は、紫外線と赤外線の両方を検出する素子であってもよい。
【００４６】
一例を挙げると、光透過基板１１上にｎ層と、π層と、ｎ層及びπ層よりもバンドギャップが大きい化合物半導体層と、ｐ層とが順次積層されてなる光電変換素子１３において、ｎ層にＩｎＳｂではなく、ＡｌＮ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＳｂといった他の材料を用いれば、波長が約２５０ｎｍの紫外線から、波長が約１２μｍの赤外線までを検出可能な光センサ素子を作成することが可能である。このような場合は、紫外線から赤外線までを検出する光センサ素子と、この光センサ素子から出力される電気信号を処理するＩＣ素子２０とを、１つのパッケージ内に備えた光センサ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ＩＲ素子
１１ 光透過基板
１２ 受光部
１３ 光電変換素子
１４ パッド部
１４ａ パッド電極
１４ｂ パッド電極
１５ 配線
１６ 裏面（受光面）
２０ ＩＣ素子
２１ 信号処理回路
２２ 電源回路
２３ 増幅回路
２４ 判定回路
２５ 基準値発生回路
２６、２７ パッド電極
３０、３０´ リードフレーム
３１ 貫通領域
３２ａ ハーフエッチング領域
３２ｂ ハーフエッチング領域
３３ａ 非エッチング領域
３３ｂ 非エッチング領域
３４ ダイパッド領域
３５ ＩＲ素子を配置するための領域
３６ ダイシングストリート
３７ 第１の部位
３８ 第２の部位
３９、４０ リードフレームのボンディング用端子部
４１ 粘着テープ
４２ リードフレームの外部配線基板接続用端子部
４５、４６、４６ａ、４６ｂ ワイヤー
４７ 上金型
４８ 下金型
４９ モールド樹脂
５０ ハイブリッドＩＲ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、を備えた光センサ装置をリードフレームを用いて製造する方法であって、
前記リードフレームの第１の面に粘着テープの粘着性を有する面を貼付する工程と、
前記粘着テープの前記粘着性を有する面であって、前記リードフレームから露出している領域に前記光センサ素子の受光面を貼付する工程と、
前記リードフレームの前記第１の面の反対側の第２の面上に前記半導体素子を取り付ける工程と、
前記リードフレームと前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、
前記光センサ素子と前記半導体素子とを封止部材で覆う工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームから前記粘着テープを除去する工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームを切断してパッケージを形成する工程と、を含むことを特徴とする光センサ装置の製造方法。
【請求項２】
前記リードフレームは、
第１の部位と、
前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、
前記半導体素子を前記リードフレームの前記第２の面に取り付ける工程では、
前記半導体素子を前記第２の部位の前記第２の面に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の光センサ装置の製造方法。
【請求項３】
光を検出する光センサ素子と、
前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、
第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第２の面に前記半導体素子が取り付けられると共に、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、
前記光センサ素子と前記半導体素子とを覆う封止部材と、を備え、
前記光センサ素子の受光面は、前記リードフレームの前記第１の面と同一平面に配置された状態で、前記封止部材から露出していることを特徴とする光センサ装置。
【請求項４】
前記リードフレームは、
第１の部位と、
前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、
前記半導体素子は前記第２の部位の前記第２の面に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ装置。
【請求項１】
光を検出する光センサ素子と、前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、を備えた光センサ装置をリードフレームを用いて製造する方法であって、
前記リードフレームの第１の面に粘着テープの粘着性を有する面を貼付する工程と、
前記粘着テープの前記粘着性を有する面であって、前記リードフレームから露出している領域に前記光センサ素子の受光面を貼付する工程と、
前記リードフレームの前記第１の面の反対側の第２の面上に前記半導体素子を取り付ける工程と、
前記リードフレームと前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、
前記光センサ素子と前記半導体素子とを封止部材で覆う工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームから前記粘着テープを除去する工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームを切断してパッケージを形成する工程と、を含むことを特徴とする光センサ装置の製造方法。
【請求項２】
前記リードフレームは、
第１の部位と、
前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、
前記半導体素子を前記リードフレームの前記第２の面に取り付ける工程では、
前記半導体素子を前記第２の部位の前記第２の面に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の光センサ装置の製造方法。
【請求項３】
光を検出する光センサ素子と、
前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子と、
第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第２の面に前記半導体素子が取り付けられると共に、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、
前記光センサ素子と前記半導体素子とを覆う封止部材と、を備え、
前記光センサ素子の受光面は、前記リードフレームの前記第１の面と同一平面に配置された状態で、前記封止部材から露出していることを特徴とする光センサ装置。
【請求項４】
前記リードフレームは、
第１の部位と、
前記第１の部位よりも厚さが小さく、前記第１の部位と比べて前記第２の面が低い位置にある第２の部位と、を含み、
前記半導体素子は前記第２の部位の前記第２の面に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１４１６７（Ｐ２０１２−１１４１６７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０５３３（Ｐ２０１０−２６０５３３）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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