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JP2744273B2 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

光電変換装置の製造方法

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JP2744273B2
JP2744273B2 JP1029042A JP2904289A JP2744273B2 JP 2744273 B2 JP2744273 B2 JP 2744273B2 JP 1029042 A JP1029042 A JP 1029042A JP 2904289 A JP2904289 A JP 2904289A JP 2744273 B2 JP2744273 B2 JP 2744273B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光透過性樹脂で封止されている、たとえば、
光センサ、太陽電池、発光装置などの光電変換装置の製
造方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来、固体イメージセンサなどが樹脂により封止され
ている半導体装置は、以下のように製造されていた。
まず、第１図および第２図に基づいて説明する。支持
体31に固定された半導体素子32上には電極パッド39が設
けられており、該半導体素子32の周囲に、内部リード33
を配置し、前記した電極パッド39と内部リード33とを金
属ワイヤ34でボンディングして電気的に接続し、その
後、樹脂封止用鋳型41内に配置し、この樹脂封止用の鋳
型41内に封止用の樹脂を注入していた。
このとき、封止用樹脂の注入用ゲートは、鋳型41内で
の樹脂未充填部をなくするために、第２図中破線で示さ
れるように37aまたは37bの位置に設けていた。なお、第
２図中44はキャビティ内の空気を抜くためのエアベント
である。
しかしながら、この方法では光電変換装置、たとえ
ば、CCDなどの固体イメージセンサを例として説明する
と、第２図に示すように、樹脂未充填部をなくすことだ
けに着眼し、光透過性樹脂注入用ゲートを37aまたは37b
に設けている。すると、ゲートと受光部36との間にはワ
イヤ34が存在するため、ゲートから注入された流動光透
過性樹脂は、ワイヤ34に接触し、樹脂の流れに変化を生
じる。
その結果、樹脂が硬化すると、屈折率が不均一な領域
38が発生し、該領域は光電変換装置の受光部にまで及ん
でいた。詳しく説明するならば、第３図はワイヤ34の近
傍で発生する屈折率不均一領域38を拡大して示したもの
である。ここで、第２図および第３図において40の矢印
はゲートから注入される光透過性樹脂の流れを示してい
る。
つまり、ワイヤ34が、光透過性樹脂の流れのよどみ点
（stagration point）となって、光透過性樹脂の流れが
変化する。このような光透過性樹脂の流れの変化によ
り、屈折率の不均一な領域38は、固体イメージセンサ上
の受光エリア36上に達する。その結果、製造された光電
変換装置においては光透過性樹脂を通して受光エリア36
で検知されるべき入射光が屈折、あるいは散乱させられ
てしまう。
すなわち、受光エリア36内の各画素が検知するはずの
光の光量が減少したり、あるいは、他の画素に入射した
りする。
このことは、固体イメージセンサなどの光電変換装置
を用いて、光強度や光分布を測定することにより、所望
するシステムの動作をコントロールする場合、システム
の誤動作を発生させる原因となる。たとえば、自動焦点
型１眼レフカメラの測距センサとして、光透過性樹脂で
ある透明エポキシ樹脂内に固体イメージセンサを封止し
た光電変換装置を用いる場合、合焦点のズレが発生し、
ピントの合った写真を写すことができない。
つまり、自動焦点型１眼レフカメラの光電変換装置と
して、同一チップ上に、直列に２列の受光エリアをも
ち、１列あたり48個の画素を持ち、画素の面積が30μｍ
×150μｍ＝4500μm2であり、光照度がEV＝２〜１の低
照度であっても光強度分布の測定が可能である固体イメ
ージセンサを用いた合焦点測定によれば、まず、レンズ
からメガネレンズを通して２列のラインセンサ上に同一
像を結像させた後、２列のラインセンサが検出した光強
度分布の差が零となる位置にレンズを移動させ、合焦点
とする（図示せず）。
このときに用いた固体イメージセンサにおいて、当該
固体イメージセンサを封止している透明エポキシ樹脂内
の光路で、受光エリアに達するまでの領域に前記した屈
折率の不均一な領域があると、合焦点の誤測が発生す
る。
この合焦点の誤測は、特に、今後受光部として２次元
的に広い受光エリアを配置したエリアセンサについて
も、撮像された画像のゆがみとして発生することがあ
る。さらには、この光電変換素子が発光素子であり半導
体レーザーなどに使用された際に、光の直線性が前記し
た屈折率不均一層の存在によって損なわれる可能性も出
てくる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述した従来の技術課題に鑑みなされたも
のである。
本発明の目的は、光電変換部上に屈折率の不均一な領
域が形成されることを防止できる光電変換装置の製造方
法を提供することである。
本発明の他の目的は、光電変換装置の封止用樹脂の注
入の際、樹脂の未充填部分が発生することのない光電変
換装置の製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、簡単な構成で光学的特性
の良好な光電変換装置を製造することが可能な、光電変
換装置の製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、低コストで光学的特性に
優れた光電変換装置を製造可能とした、光電変換装置の
製造方法を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明の第１の要旨は、光電変換素子と、該光電変換
素子の電極とリード電極とを電気的に接続するワイヤを
有するワイヤボンディング部と、が樹脂封止され、前記
光電変換素子の光電変換部上に光透過部を有する光電変
換装置の製造方法において、 樹脂を封止するための注入口が配設されたキャビティ
内に前記光電変換素子と前記リード電極とを配設する工
程、 前記注入口より樹脂を注入し、前記ワイヤボンディン
グ部を通過した樹脂を前記光電変換部以外の領域に流す
工程、 前記光電変換素子全体を樹脂封止する工程、 とを有することを特徴とする光電変換装置の製造方法に
存在する。
本発明の第２の要旨は、光電変換素子と、該光電変換
素子の電極とリード電極とを電気的に接続するワイヤを
有するワイヤボンディング部と、が樹脂封止され、前記
光電変換素子の光電変換部上に光透過部を有する光電変
換装置の製造方法において、 樹脂を注入する注入口に対し、前記光電変換部を介し
て実質的に反対側の位置に前記ワイヤボンディング部を
配設して樹脂封止することを特徴とする光電変換装置の
製造方法に存在する。
本発明の第３の要旨は、光電変換素子と、該光電変換
素子の電極とリード電極とを電気的に接続する接続部
と、が樹脂封止され、前記光電変換素子の光電変換部上
に光透過部を有する光電変換装置の製造方法において、 前記電極とリード電極とをバンプを介して前記リード
電極の厚さと前記バンプの厚さとの合計が0.1mm以下と
なるように圧着する工程、 樹脂を注入するための注入口が配設されたキャビティ
内に前記光電変換素子と前記リード電極とを配設する工
程、 前記光電変換素子全体を樹脂封止する工程、 前記注入口より樹脂を注入し、樹脂封止する工程、 とを有することを特徴とする光電変換装置の製造方法に
存在する。
［作 用］ 本発明は、ワイヤボンディング部を有する光電変換装
置の製造方法において、注入口よりキャビティ内に注入
され、ワイヤボンディング部を通過した樹脂が光電変換
部外の領域に流れるようにワイヤボンディング部と光電
変換部と注入口の位置関係を規定し、ワイヤボンディン
グ部を通過した樹脂が光電変換部上に流れ込まないよう
にするものである。
さらには、後続部材としてバンプ（ここでは、Au,Ag,
Al,Pb,Sn,Biおよびこれらの合金などからなる金属）を
用いることにより、ワイヤによる樹脂の不均一な流れの
問題を解決するものである。
［実施例］ 以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する
が、本発明は以下に述べる実施例に限定されることな
く、本発明の目的が達成され得る構成であればよい。つ
まり、光電変換素子の形状、電極の形、リード電極の形
などは適宜選択されるものである。
（実施例１） 第４図は本発明による光電変換装置の製造方法の特徴
を最もよく表わす模式的上面図であり、ここでは光電変
換素子として前出の、自動焦点型１眼レフカメラに好適
に用いられる測距センサとして用いた固体イメージセン
サを用いている。
この第４図で、7cは光透過性樹脂としての透明エポキ
シ樹脂を鋳型11内に注入するために用いられる導入口と
してのゲート、９は固体イメージセンサの電極パッド、
３は光電変換装置の内部リード、４は金属ワイヤ、１は
固体イメージセンサ２を配備する支持体としてのアイラ
ンド、６は固体イメージセンサの受光部、８は屈折率の
不均一な領域、矢印10はゲート7cより注入された透明エ
ポキシ樹脂の流れ、15はリードフレーム、14はキャビテ
ィ11内の空気を抜くためのエアベントである。
第５図（Ａ）は、上記製造方法により、光電変換素子
を樹脂封止し、光電変換装置を製造するための成形装置
を示す模式的上面図である。
第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）における成形装置のＡ−
Ａ′ラインによる模式的側面図である。
上記第５図（Ａ）（Ｂ）を用いて、製造工程について
説明する。まず、リードフレーム15の所定の位置に固体
イメージセンサ２を配置して、ワイヤボンディング装置
（図示せず）を用いて、Auなどの金属ワイヤにより、固
体イメージセンサ２の電極パッド９とリードフレーム15
の内部リード３を電気的に接続する。その後リードフレ
ーム15の所望の部分、すなわち、固体イメージセンサ
２、金属ワイヤ４、内部リード３の各部材が配置された
部分を鋳型（キャビティ）11内に配置する。そして、ゲ
ート7cより透明エポキシ樹脂の注入を開始する。注入さ
れたエポキシ樹脂は、キャビティ11内の空気と置換さ
れ、キャビティ11内に充填される。
このとき、キャビティ11内に存在していた空気はエア
ベント13および14より外部に導出される。この注入の際
の樹脂の流れは第５図（Ａ）、の矢印Ｆに示す通りであ
る。
上記のような注入を行う場合、エアベント13がない場
合には、ゲート7cの位置から透明エポキシ樹脂を注入す
ると、第４図中の斜線部12で示す位置に透明エポキシ樹
脂の未充填部が発生することがあった。そこで、本実施
例では、エアベント14に加え、さらに第５図（Ａ）に示
すように、ゲートからみて、鋳型の手前左右側端、すな
わち、未充填部が発生しやすい位置にエアベント13を設
けてある。そのため、未充填部が発生せず、光電変換装
置の樹脂封止部に欠肉部が存在しなくなる。なお、エア
ベントは、第５図（Ａ）13に示す位置に配設することが
好ましいが、本発明者の実験に基づく検討結果より、第
５図（Ａ）の破線で示される箇所13′に設けることも可
能であった。
上記第２のエアベント13、13′の位置としては、キャ
ビティ11の長さをｌすると、ゲート7cの注入口の中心よ
り上記長さ方向への実質的な長さがｍとなる位置であ
り、その関係は以下の通りである。
3m≦ｌ また、上記キャビティ11の長さｌ方向と交差する巾方
向の実質的な長さをｎとするとき、 2m≦ｎ を満たす関係があることが好ましい。
もちろん、上記２つの条件を同時に満たすことが最も
好ましい。
以上詳述した本実施例では、固体イメージセンサの四
辺のうち、金属ワイヤを接続していない辺に対応するキ
ャビティの壁の中央部近傍の位置にゲート7cを設けてあ
るため、注入された透明エポキシ樹脂は、まず固体イメ
ージセンサ上の受光部上より、金属ワイヤ部の外側へと
流れ、その後、エアベント14の方向に流れる。したがっ
て、金属ワイヤの存在により樹脂の屈折率の不均一な領
域が発生したとしても、それは固定イメージセンサの受
光部上に生じることはない。
以上の実施例によれば、屈折率の不均一な領域が受光
部上に存在せず、かつ、封止材に欠如部のない構造の光
電変換装置（ここでは測距用固体イメージセンサ）を製
造することができ、光学特性も従来に比べ優れた光電変
換装置となる。なお、本製造方法により、光電変換装置
製造の歩留も向上した。
（実施例２） 第６図は本発明の他の実施例を示している。本実施例
では固体イメージセンサの電極パッド９を固体イメージ
センサの四面端部のうち、隣り合った２面端部に設け、
これにしたがってAlなどの内部リード３を設けて、Auな
どの金属ワイヤ４によって電気的に接続されている。
本例では、図面上右辺と下辺が金属ワイヤが配設され
ていない辺に該当し、そのほぼ中央部に対向する位置は
7a,7bの位置に該当する。この構造によれば、エアベン
ト13を特別な位置に設ける必要は特にない。
本実施例では長方形の固体イメージセンサを挙げて、
隣り合う２辺のみに電極パッドが配置されている例につ
いて説明したが、本発明は上述した構成に限定されるこ
となく、本発明の目的が達成されるものであればよい。
つまり、封止（パッケージ）がなされる成形用空間と
してのキャビティに設けられた樹脂の注入口としてのゲ
ートの位置に対して、受光部を介した反対側の位置にワ
イヤボンディング部（電極パッド、金属ワイヤ、内部リ
ードなどを有する）が位置するように配置すること、換
言すれば、ゲートと受光面とで規定された面領域（たと
えば、第６図、Ｓ）より、少なくとも外部にワイヤボン
ディング部を配置することである。
（実施例３） 本発明による光電変換装置の製造方法を適用可能な成
形装置を第７図に示す。
第７図は前述した第５図（Ｂ）にほぼ対応している。
異なる点は第７図のように樹脂注入用のゲート7Cは固体
イメージセンサ２の受光面に対して所定の角度をもって
配設されている点、および空気抜き用のエアベントも同
様に受光面に対して所定の角度をもたせている点であ
る。
キャビティ11と以上のようなゲートおよびエアベント
の構成を上型100および下型200により形成している。
（実施例４） 第８図および第９図は本発明による第４の実施例を示
しており、光電変換装置としての固体イメージセンサの
製造工程の一部を示している。
第８図および第９図で101は固体イメージセンサ、106
は受光エリア、115はリードフレーム、114は光透過性樹
脂注入時の鋳型内の空気を逃すためのエアベント、117
は光透過性樹脂注入用ゲート、109は固体イメージセン
サのAl電極パッド、104はバンプ、103はリードを示して
いる。さらに、第９図は第８図のＡ−Ａ′断面図であ
る。
ここで、製造工程について第10図〜第14図を用いて説
明する。
（工程１） 第10図に示すようにバンプ転写用基板121
上のバンプ104とリードフレーム115のリード103の位置
合わせを行う。バンプとしてはリードの材質にもよる
が、Au,Cu,Alなどが用いられる。
（工程２） 第11図に示すようにバンプ転写ツール122
を用いて加熱、加圧し、リード103にバンプ104を転写す
る。
第12図は、リード103に転写されたバンプ104を模式的
に示したものである。
（工程３） 第13図に示すようにリード103に転写した
バンプ104と固体イメージセンサ101のAl電極パッド109
の位置合わせを行う。
（工程４） 第14図に示すように、Al電極パッド109と
バンプ104との接合用ツール123を用いて、リード103とA
l電極パッド109をバンプ104を介して電気的、機械的に
接合する。
（工程５） その後リードフレーム115の所望の部分、
すなわち、各部材を配置した部分を鋳型内に配置し、ゲ
ート117より透明エポキシ樹脂を注入する。
以上の工程１〜工程５により製造される光電変換装置
は、金属ワイヤーがないために屈折率の不均一な領域の
ない光電変換装置となる。
また、ここで使用したリードフレーム115で固定され
るリード103は、その厚さを十分に検討する必要があ
る。すなわち、本発明の目的とする屈折率の不均一な領
域をなくすために金属ワイヤーを使用しない光電変換装
置を発明したわけであるが、もしリード103の厚さがあ
る一定の厚さ以上であれば、やはり屈折率の不均一な領
域の発生の可能性が出てくる。本発明者が数多くの実験
を行った結果、リード103の厚さはバンプ104の厚さを含
めて0.1mm以下とすることが望ましいことが判明した。
参考として金属ワイヤを用いた場合には、金属ワイヤの
光電変換素子表面（Al電極の存在する面）から0.3〜0.7
mm程度である。
つまりかなり薄いリード電極を用いることが好ましい
のである。
（実施例５） 次に本発明の第５の実施例を示す。第４の実施例の場
合、屈折率の不均一な領域の発生を防ぐことは十分可能
であるが、リード103と光電変換素子（ここでは固体イ
メージセンサ１）の表面が完全に平行であるためにバン
プ104の厚さ、接合用ツール123の使用方法に十分注意を
払わないと第15図の124のようになカケが発生する場合
がある。接合用ツール123を用いた接合方法の条件出し
を十分行えば、解決できるが、その場合、製造工程の十
分な管理が必要となる。
そこで、この管理工程を省くために、第16図のような
リードフレームを用いることによりこのような技術課題
を改善することとした。この場合、注意すべきことは、
第16図中、リード125の角度θ１を十分大きくとり、さ
らに、リード125の屈曲部を光電変換素子101とリード12
5の接合部から十分離さなくてはならない。特に、θ１
が小さい場合、リード125は前出の金属ワイヤーのよう
に屈折率の不均一な領域の発生につながる。
本研究では、θ１を160゜以上180゜未満とすることに
より屈折率の不均一な領域の発生をなくすことが可能で
あることが実験的に明らかになっている。さらに、第17
図のように光電変換素子101とリード131のバンプ104に
よる接合部のみを光電変換素子101と平行にし、リード1
31の本体を第17図のように傾けθ２を十分に小さくする
ことにより屈折率不均一層の発生をなくすことが可能で
ある。我々は、第17図のθ２を20゜以下に設計し良好な
結果を得ている。
また、たとえ、第16図のθ１、第17図のθ２を所望の
値にすることができない場合も、第18図のようにゲート
126をエアベント114の反対側中心部に設けることにより
光透過性樹脂は受光エリア106を通過後、リード125,131
に進み、屈折率の不均一な領域は受光エリア106上に発
生することはない。
また、この場合第18図127の位置に光通過性樹脂未充
填部が発生することがあるので、第19図のようにエアベ
ント128を追加することをすすめる。第19図で130は鋳型
である。
以上説明した光電変換装置の製造方法が適用される透
明エポキシ樹脂の注入方法としては、鋳型の中に素子を
セットし液状の樹脂を注入して、室温または加熱により
硬化させるキャスティング法、あるいは、粉状または固
形状樹脂材料を予熱して、その後加熱・加圧して溶解さ
せ鋳型の中へ注入し、さらに加熱・加圧を続け硬化させ
るトランスファーモールド法などがある。
また、以上の各実施例で製造した光電変換装置は、酸
無水物硬化の透明エポキシ樹脂を用いているが、他の光
透過性樹脂を用いる光電変換装置にも適用できる。
さらにまた、ここで用いた固体イメージセンサは、CC
Dラインセンサを用いたが、他にもMOS型、イメージセン
サにおいても全く同様の効果が得られることはいうまで
もない。
さらには、各実施例の組み合わせにより本願発明をな
すこともできる。
特に、U.S.P.4,686,554 Ohmi et alに開示されている
ような、光エネルギーを受けることによりキャリアを蓄
積する制御電極領域と容量負荷を含む出力回路に一方を
接続された主電極領域とを有するトランジスタと、蓄積
されたキャリアに基づき信号を読み出す読み出し手段と
から構成され、受容した光エネルギーによって変化する
出力信号を供給する光電変換装置であって、制御電極領
域が、主電極に対して選択的に制御電極領域の電位を制
御するポテンシャルソースに接続され、読み出し期間中
は上記制御電極領域と主電極領域の接合部に順バイアス
し、かつ、出力信号が容量負荷における電圧として生成
される光電変換装置において好適に用いられる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、屈折率の不均
一な領域が光電変換部に発生しない、光学特性に優れた
光電変換装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の適用され得る光電変換装置を示す模
式的断面図である。第２図は、従来の光電変換装置の製
造方法を説明するための模式図である。第３図は、第２
図におけるワイヤボンディング部の模式的な部分拡大図
である。第４図は、本発明による光電変換装置の製造方
法を説明するための模式図である。第５図（Ａ）は、第
４図に対応する、光電変換装置の製造装置を示す模式的
上面図。（Ｂ）は、模式的側面図である。第６図は、本
発明による光電変換装置の製造方法を説明するための模
式図である。第７図は、本発明による光電変換装置の製
造装置の模式的側断面図である。第８図は、本発明によ
る光電変換装置の製造方法を説明するための模式図であ
る。第９図は、第８図におけるＡ−Ａ′ラインによる模
式的な断面図である。第10図〜14図は、本発明による光
電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。
第15図は、本発明による光電変換装置の製造方法を説明
するための模式的な部分拡大図である。第16図は、本発
明による光電変換装置を示す模式的な部分拡大図であ
る。第17図は、本発明による光電変換装置を示す模式的
な部分拡大図である。第18図は、本発明による光電変換
装置の製造方法を説明するための模式図である。第19図
は、本発明による光電変換装置の製造装置を示す模式的
な上面図である。 １……アイランド、２……固体イメージセンサ、３……
内部リード、４……金属ワイヤ、６……受光部、7c……
ゲート、８……屈折率の不均一な領域、９……電極パッ
ド、10……透明エポキシ樹脂の流れ、11……キャビテ
ィ、13,13′,14……エアベント、15……リードフレー
ム、25……リード、31……支持体、32……半導体素子、
33……内部リード、34……金属ワイヤ、36……受光部、
37a,37b……光透過性樹脂注入用ゲート、38……屈折率
不均一層、39……電極パッド、41……樹脂封止用鋳型、
44……エアベント、100……上型、101……固体イメージ
センサ、103……リード、104……バンプ、106……受光
エリア、109……電極パッド、114……エアベント、115
……リードフレーム、117……光透過性樹脂注入用ゲー
ト、121……転写用基板、122……転写ツール、123……
接合用ツール、125……リード、126……ゲート、128…
…エアベント、131……リード、130……鋳型、200……
下型

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光電変換素子と、該光電変換素子の電極と
    リード電極とを電気的に接続するワイヤを有するワイヤ
    ボンディング部と、が樹脂封止され、前記光電変換素子
    の光電変換部上に光透過部を有する光電変換装置の製造
    方法において、 樹脂を封止するための注入口が配設されたキャビティ内
    に前記光電変換素子と前記リード電極とを配設する工
    程、 前記注入口より樹脂を注入し、前記ワイヤボンディング
    部を通過した樹脂を前記光電変換部以外の領域に流す工
    程、 前記光電変換素子全体を樹脂封止する工程、 とを有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 【請求項２】光電変換素子と、該光電変換素子の電極と
    リード電極とを電気的に接続するワイヤを有するワイヤ
    ボンディング部と、が樹脂封止され、前記光電変換素子
    の光電変換部上に光透過部を有する光電変換装置の製造
    方法において、 樹脂を注入する注入口に対し、前記光電変換部を介して
    実質的に反対側の位置に前記ワイヤボンディング部を配
    設して樹脂封止することを特徴とする光電変換装置の製
    造方法。
  3. 【請求項３】光電変換素子と、該光電変換素子の電極と
    リード電極とを電気的に接続する接続部と、が樹脂封止
    され、前記光電変換素子の光電変換部上に光透過部を有
    する光電変換装置の製造方法において、 前記電極とリード電極とをバンプを介して前記リード電
    極の厚さと前記バンプの厚さとの合計が0.1mm以下とな
    るように圧着する工程、 樹脂を注入するための注入口が配設されたキャビティ内
    に前記光電変換素子と前記リード電極とを配設する工
    程、 前記光電変換素子全体を樹脂封止する工程、 前記注入口より樹脂を注入し、樹脂封止する工程、 とを有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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