JP2000124480A - 光半導体装置のモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子や受光素子の外形をできる限り薄く
し、これを組み込んだモジュールやセットに於いても小
型化を可能とする。 【解決手段】 発光素子、受光素子として半導体チップ
２３，２４があり、これらを封止する樹脂封止体２５
は、光に対して透明となる材料で成る。また光が素子か
ら発光される領域上、光が素子に入射される領域上に
は、溝２７が形成され、ここに反射面２６を構成する。
その結果光は側面Ｅを介して、射出・入射が可能とな
る。また素子を支持基板２１と実装基板３０でサンドウ
ィッチし、光ノイズの抑制を実現している。しかも実装
基板３０と当接する側の樹脂封止体には凸部ＴＢを設け
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置を実
装した光半導体モジュールに関するもので、特に光半導
体装置の構造を薄くし、この薄い樹脂封止体の側面から
光を射出（または入射）させるものであり、光の発光
軸、光の受光軸の精度を向上した光半導体装置のモジュ
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、サブノートパソコン、携帯情報端
末、電子スチルカメラ等のマルチメディア機器がめざま
しい発展を遂げている。

【０００３】しかも携帯機器は、年間７００万台も販売
され、約８割がＩｒＤＡ(InfraredData Association)規
格の赤外線方式を採用している。つまり外部機器と本体
との赤外線信号を介した送受信が必要で、そこには、赤
外線を発光する発光素子、赤外線を受光する受光素子が
必要となってくる。

【０００４】またＭＤやＣＤ等の光学式記録再生装置で
用いられる光学ヘッドは、光学記録媒体へビームを照射
して光学記録媒体からの変調されたビームを検出するこ
とにより、情報の記録や再生を行う。やはりここでも発
光素子、受光素子が必要となってくる。

【０００５】しかしこれら発光素子、受光素子は、小型
化が実現されていない。例えば、図１０は、特公平７−
２８０８５号公報の技術を説明するもので、半導体レー
ザ１が半導体基板２に直接配置され、断面形状が台形の
プリズム３が半導体基板２に固定されている。なお図番
４は、光学記録媒体である。半導体レーザ１と対向して
いるプリズム３の傾斜面５は半透過反射面で、半導体基
板２と対接しているプリズム面６は、光検出器（受光素
子）７以外の部分が、また面６と対向しているプリズム
面８は、共に反射面となっている。

【０００６】半導体レーザ１から発光され、傾斜面５か
らプリズム３に入射したビーム９は、反射面６と８で反
射されてから、光検出器７で検出される。

【０００７】一方、図１１は、赤外線データ通信モジュ
ール１１で、赤外線ＬＥＤ、ＬＥＤドライバ、ＰＩＮフ
ォトダイオード、アンプ等が内蔵されている。例えば基
板に前記ＬＥＤが実装され、ここから射出される光は、
レンズ１２を介して外部へ放出される。また前記基板に
実装されたフォトダイオードには、レンズ１３を介して
モールド１１内に入射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のモジュールに於
いて、半導体基板上に光学機器が実装され、また半導体
基板のモールド体の上に更にレンズが実装されたりする
ため、これらを組み込んだセットは、小型化が実現でき
ない問題があった。

【０００９】そこで本出願人は、特願平１０−２１８１
９６号公報にて図７の如き構造を発明している。詳細な
構造は、実施例にて説明するが、その概略は、樹脂封止
体を透明樹脂とし、この樹脂封止体に反射面を有する溝
を設け、この反射面を介して前記樹脂封止体の側面から
光を発光したり、光を入射する光半導体装置である。

【００１０】しかしながら、図１２に示すように、リー
ド２２が樹脂封止体２５から外に導出され、Ｌ字状に折
り曲げられている。一方、光が入射されるまたは発射さ
れる右側は、小さな矢印で示される隙間Ｓを有してい
る。

【００１１】樹脂封止体２５の表面ＨＭと、リード２２
の端部であり、実装基板との当接面ＴＭがつらいちに成
るようにリード２２が折り曲げられれば、樹脂封止体２
５の表面ＨＭとリードの当接面ＴＭは、同時に実装基板
に当接される。しかしリード２２の曲げによっては、表
面ＨＭの方が当接面ＴＭよりも下方になると、リード
は、電極パッドの上に浮いた状態となり半田付けができ
ない問題が発生する。

【００１２】従って、隙間Ｓを当接面ＴＭと樹脂封止体
の表面ＨＭとの間に設ければ、必ずリード２２の当接面
ＴＭは、電極パッドと当接され、半田付け不良が防止で
きる。

【００１３】しかし隙間Ｓが存在するため、実装基板３
０に固着された本光半導体装置は、矢印Ｓの間隔で振動
したり、本光半導体装置が傾く問題があった。

【００１４】特に、図５のようにレンズを取り付けた場
合、光軸がずれ、精度の高い発光または受光ができない
問題があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題に鑑
みて成され、第１に、実装基板の上面と面対向する樹脂
封止体の表面に、凸部を設けることで解決するものであ
る。

【００１６】図１や図３に示すように、実質隙間Ｓと同
じ厚みの凸部を設けることで、凸部の底面と実装基板と
は、実質当接されるので振動や本光半導体装置の傾きを
防止できる。

【００１７】第２に、前記凸部を、溝が形成される側の
表面に形成することで解決するものである。

【００１８】支持基板が上になるようにリードを曲げる
と、溝が下になるように形成すると、半導体チップは、
実装基板と支持基板でサンドウィッチされるため、レン
ズ以外からの光浸入を防止できる。

【００１９】また光半導体装置を実装する実装基板が配
置される側の面を上にして実装することで、凸部の底面
と実装基板とは、実質当接されるので振動や本光半導体
装置の傾きを防止できる。

【００２０】第３に、実装基板表面に、凸部を設けるこ
とで解決するものである。

【００２１】図２のように、実装基板に凸部を設けるこ
とで、凸部の底面と実装基板とは、実質当接されるので
振動や本光半導体装置の傾きを防止できる。

【００２２】第４に、凸部と当接する前記樹脂封止体の
表面を、溝が形成される側の表面とする事で解決するも
のである。

【００２３】これも第２の手段と同様に、凸部の底面と
実装基板とは、実質当接されるので振動や本光半導体装
置の傾きを防止できる。

【００２４】第５に、前記凸部を、前記実装基板に設け
られた電極パターンとすることで、別途凸部を設けるこ
となく前記問題を解決することができる。

【００２５】第６に、電極パターンを、前記樹脂封止体
から露出した支持基板と固着することで、光軸が固定さ
れ、また振動も無くすことができる。

【００２６】第７に、電極パターンと前記支持基板を、
半田または導電ペーストにて固着すれば、プリント基板
にＳＭＤ等と一緒に実装でき、しかもリフロー工程で同
時に固定できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】まず、本発明のポイントは、本光
半導体装置を例えばプリント基板、セラミック基板、金
属基板またはフレキシブルシート等の実装基板に設置す
る際に効果を有するが、その前に、透明な封止体に溝を
形成する事の説明を図５〜図７を参照しながら説明す
る。

【００２８】理解のために、図５には、光の出し入れが
行われる側面にレンズが設けられ、実装基板が遮光板と
して機能するように上に配置された光半導体装置の斜視
図を示し、図６は、図５の光半導体装置を上から見た平
面図で示される。また図７ｂは、図５の光半導体装置を
下から見た下面図であり、図７ａは、図７ｂを紙面の上
から下向かって見た断面図で、半導体装置は、発光素子
である。また図７Ｃは、紙面の下から上に向かって見た
断面図で、半導体装置は受光用ホトＩＣである。

【００２９】まず支持基板としては、リードフレーム等
の金属基板が考えられる。また他に回路部品を載せて一
体化させるためには、半導体チップを実装させるための
ランドパターン、配線パターン等が実装されたプリント
基板、セラミック基板、少なくとも表面が絶縁処理され
た金属基板またはフレキシブルシートを支持基板として
採用しても良い。

【００３０】本発明では、図７で示すようにリードフレ
ームを採用している。このリードフレームは、アイラン
ド２１とリード２２により構成され、ここではＣｕより
成り、この上に発光部となる半導体チップ２３、受光部
となる半導体チップ２４が半田や銀ペースト等の固着手
段を介して固定されている。

【００３１】また半導体チップ２３は、例えば赤外ＬＥ
Ｄ、レーザ等の発光素子であり、駆動回路が一体になっ
ていても良い。また半導体チップ２４は、フォトＩＣで
あり、ＰＩＮダイオード等が形成され、やはり駆動回路
が一体のものでよい。これらの半導体チップの周囲に
は、ボンディングパッドが形成され、これに対応して、
チップの周囲から外部へ複数のリード２２が延在されて
おり、この間を金属細線で接続している。

【００３２】そしてリードの先端および半導体チップ
は、光に対して透明な樹脂封止体２５で封止されてい
る。ここで封止材２５としては光に対して透明であれば
良く、材料は特に選ばない。そしてこの封止体２５に
は、反射面２６を持つ溝２７が設けられている。

【００３３】本光半導体装置のポイントは、前記反射面
２６にあり、この反射面２６は封止体２５に溝を形成す
ることで構成され、これにより図７の矢印で示すよう
に、封止体２５の側面Ｅから光の射出、側面Ｅへの入射
が可能となる。ここでは、レンズＬ１、Ｌ２が一体で形
成され、発光素子２３から出た光が９０度に反射されて
レンズＬ１から発射される。またレンズＬ２で外部から
入ってくる光がまとめられ、９０度に曲げられ受光素子
に照射される。

【００３４】一般には、発光部や受光部を構成する半導
体チップは、従来例で説明したように、この上に、プリ
ズムやレンズを構成して半導体装置となるため、これを
使用したモジュールやセットは、セット自身の厚みが厚
く、高価となり、しかもこの上や周辺に光学機器が配置
されるため、薄型・小型が難しかった。しかし溝の一部
分である反射面２６により、封止体の側面Ｅで光の出し
入れが可能となるため、プリズムは不要であるし、レン
ズが必要で有れば、この側面Ｅに一体成型が可能とな
る。

【００３５】つまり透明封止体の側面に凸状のレンズを
一体成型することも可能であるし、ここに別途レンズを
取り付けても良い。従って装置自身の厚みを薄くするこ
とができる。

【００３６】前記リードフレームはＣｕより成り、厚さ
は、約０．１２５ｍｍで、半導体チップの厚みは、例え
ば２５０〜３００μｍ程度である。また封止体２５は、
透明なエポキシ材料で、例えばトランスファーモールド
により成され、全体の厚みは、約１ｍｍ〜１．５ｍｍで
ある。当然チップの厚みが薄くなれば、更に薄くできる
事は言うまでもない。また金型にも溝を形成する部分が
設けられており、透明の樹脂封止体で半導体チップをト
ランスファーモールドした際に、溝が同時に形成され
る。

【００３７】ここで溝２７は、半導体チップを露出する
ことなく、反射面が構成されればよく、例えば厚みの半
分程度、ここでは７５０μｍ程度の深さを有し、少なく
とも反射面２６を構成する部分は４５°に成っている。
ここの反射面は、界面の両側の空気と透明樹脂の屈折率
の違いにより、反射面となる。しかし全ての光が反射さ
れないので、反射面に金属被膜を形成しても良い。

【００３８】本実施例では、光の出し入れ（射出や入
射）が行われる側面Ｅを除いた側面にリードを配置でき
る。しかし金属細線やリードによる反射を考えると、側
面Ｅと対向する側面が好ましい。

【００３９】図に於いて、受光部である半導体チップ２
４は、図７Ｃの実質左側に受光素子領域（第１の領域）
が形成され、右側にこれを駆動する駆動素子領域（第２
の領域）が形成される。つまり第２の領域は、光の経路
とは成らないため、この領域をリードが導出される領
域、金属細線の領域として活用でき、光の反射等による
ノイズが第１の領域に浸入することを防止している。ま
た第１の領域が左側にずれているので、当然溝２７も左
側にずれ、溝から右側の領域は、ワイヤを延在させる領
域として確保できる。もし右側や中央に第１の領域があ
れば、ワイヤは、溝から露出する可能性がある。

【００４０】一方、アイランド２１は、二つで成ってい
るが、一体で構成しても良い。既に公知である半導体チ
ップのマルチチップモジュール技術を使うことで実現で
きる。また樹脂封止体２５は、二つの半導体チップを一
体でモールドしているが、それぞれを分離して個別にモ
ールドしても良い。

【００４１】またアイランドは共通で、樹脂封止体のみ
分離されていても良い。この場合、封止体が連続でない
ため、受光部と発光部の光の相互干渉が無くなる。しか
しアイランドが共通であるため、アイランドを介した電
気信号の相互干渉が発生する可能性がある。この場合、
例えば混成集積回路装置に応用すると便利である。つま
り絶縁処理されたプリント基板、セラミック基板、金属
基板等の支持基板に前記アイランドに相当するパターン
を形成し、ここに受光素子、発光素子を固着すれば良
い。このパターンは、絶縁物質上に被着されているので
それぞれが電気的に分離されている。またリードは、こ
の支持基板の端部に延在されたリード固着用のパッドと
電気的に接続される。またそれぞれの半導体チップは、
支持基板に被着された導電パターンと金属細線を介して
接続される。混成集積回路装置の場合、他の半導体素子
やディスクリートが実装できるため、よりシステムに近
い機能を持たせることが出来る。

【００４２】また封止方法は、リードフレーム型、混成
集積回路装置型の両者ともに、トランスファーモール
ド、インジェクションモールド等で実現できる。

【００４３】本発明のポイントは、図１２の隙間Ｓと実
質同じ厚みの凸部を設ける点にある。図５は、前述した
ようにアイランド２１を遮光板とした構造であるが、特
に遮光を問題としない場合、また別の遮光手段を設ける
場合は、図１に示すように溝が上を向いていても良い。

【００４４】まず図３および図４を用いて後者を説明す
る。

【００４５】図からも判るように、レンズＬ以外から入
る光のノイズ、つまり透明な樹脂の周りから浸入する光
ノイズに着目したものであり、リードを通常の方法とは
逆に曲げ、半導体チップの支持基板、ここではリードフ
レームのアイランド２１を上向きにし、反射面２６を有
する溝を下側に配置したものである。

【００４６】つまり、光半導体装置をセットする実装基
板３０、例えば混成集積回路装置に一般的に採用される
プリント基板、セラミック基板、金属基板は、光に対し
て遮蔽効果を持つ。また支持基板も同様である。従って
支持基板３０を上向きに配置すれば、受光素子や発光素
子は、上下で遮蔽板によりサンドウィッチされる。従っ
て光のノイズの侵入を抑制することができる。

【００４７】しかし実装基板３０の高密度化に伴い、樹
脂封止体２５の下層に配線が設けられる場合がある。ま
た反射率の高い表面を有する場合がある。この場合、点
線は、樹脂封止体２５の仮想位置であり、配線が樹脂封
止体２５の下層に配置されると、本来の光の入射光路で
はない方向から入る光が、また乱反射した光が透過して
配線の表面で反射し、ホトＩＣの受光素子に入射する場
合がある。

【００４８】従って、実装基板の表面は、できるだけ非
鏡面（例えば梨地にする等）にすること、また樹脂封止
体の下層には配線が通過しないよう回避させている。こ
こで符号３２は、リードが半田付けまたは銀ペースト付
けされる電極パッドである。

【００４９】点線で示す下層領域には、反射しやすい配
線が無いため、この配線による光の反射により発生する
誤動作が防止できるメリットを有する。

【００５０】また凸部５０は、本発明のポイントであ
る。

【００５１】図１２で述べたように、隙間Ｓを当接面Ｔ
Ｍと樹脂封止体の表面ＨＭとの間に設ければ、必ずリー
ド２２の当接面ＴＭは、電極パッドと当接され、半田付
け不良を防止できる。

【００５２】しかし隙間Ｓが存在するため、実装基板３
０に固着された本光半導体装置は、矢印Ｓの間隔で振動
したり、本光半導体装置が傾く問題があった。

【００５３】特に、図５のようにレンズを取り付けた場
合、光軸がずれ、精度の高い発光または受光ができない
問題があった。

【００５４】従って、樹脂封止体２５と一体の凸部ＴＢ
を設けることで、凸部の底面と実装基板とは、実質当接
されるので振動や本光半導体装置の傾きを防止できる。

【００５５】尚図４の点線で示す二つの矩形は、凸部Ｔ
Ｂの仮想位置を示すものであるが、凸部は少なくとも一
つ有ればよい。具体的には、図７ｂにその位置が図示さ
れている。

【００５６】一方、図８、図９は、リード２２がＪの字
の形状を持ったものである。この場合、点線で示す仮想
領域にはどうしても電極パッド３２を設けなくては成ら
ないが、それ以外の下層領域には、配線が配置されてい
ない。ここでも樹脂封止体２５と一体で凸部ＴＢが形成
されている。

【００５７】更に、図１に溝が上に形成された光半導体
装置を示す。この場合、凸部ＴＢが図３とは逆の面に形
成されている。尚前実施例で用いた図番と同じ番号は、
前実施例と同じ位置を示している。

【００５８】更に図２では、樹脂封止体と一体で形成さ
れる凸部ＴＢの代わりに、別途凸部を実装基板に設けた
ものを示している。

【００５９】この凸部ＴＢは、隙間Ｓと実質同じ厚さの
立方体が挟まれていればよい。これは個別部品として用
意しても良いし、表面が半田付け可能なものを用意して
も良い。つまりアイランド２１と半田付けが可能である
ため、本光半導体装置を完全に固定させることができ
る。

【００６０】例えば、個別部品としてＣｕから成るもの
を用意し、凸部の下には実装基板に形成される配線と同
一材料から成るＣｕパターンを用意すれば、アイランド
とＣｕパターンで凸部を半田付けできる。

【００６１】また凸部としてＣｕパターンを設け、この
Ｃｕパターンをアイランドと当接させるか、半田付けし
ても良い。図２では、凸部としてＣｕパターンを設けた
構造を示した。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、第１に、樹脂モールド
体である透明封止体に反射面を有する溝を形成すれば、
光は、樹脂封止体の厚みの薄い側面から入射（または発
射）させることができ、プリズム等の光学機器を省略で
きる。しかも支持基板が上になるようにリードを曲げる
と、半導体チップは、実装基板と支持基板でサンドウィ
ッチされるため、透明な樹脂への光浸入を防止できる。

【００６３】また光半導体装置を実装する実装基板が配
置される側の面を上に、溝が形成される側の面を下向き
にして実装することで、実装基板が光の遮光板として働
く。

【００６４】更には、図３のように、凸部を設けること
で、凸部の底面と実装基板とは、実質当接されるので振
動や本光半導体装置の傾きを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である光半導体装置のモジ
ュールを説明する断面図である。

【図２】本発明の実施の形態である光半導体装置のモジ
ュールを説明する断面図である。

【図３】本発明の実施の形態である光半導体装置のモジ
ュールを説明する断面図である。

【図４】図３の実装基板を説明する図である。

【図５】光半導体装置を説明する斜視図である。

【図６】図５を上から見た図である。

【図７】図５を下から見た図である。

【図８】本発明の他の実施の形態である光半導体装置の
モジュールを説明する図である。

【図９】図８の実装基板を説明する図である。

【図１０】従来の光半導体装置を説明する図である。

【図１１】従来の光半導体装置を説明する図である。

【図１２】光半導体装置を実装した際に発生する問題を
説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 公 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 井野口 浩 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 石川 勉 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 関口 智 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 小堀 浩 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA14 AA35 AA47 DA02 DA03 DA13 DA17 DA20 DA22 DA44 DA58 DA59 FF14 5F088 AA03 BA03 BA15 BA20 BB01 EA09 JA02 JA03 JA06 JA12 JA20 KA02 LA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面を受光面（または発光面）とする半
   導体チップと、前記半導体チップを固着する支持基板
   と、前記半導体チップと電気的に接続されるリードと、
   前記半導体チップの受光面（または発光面）上を少なく
   とも封止する少なくとも所定の光に対して透明な樹脂封
   止体と、前記受光面（または発光面）の垂線と所定の角
   度で交差する反射面が前記樹脂封止体上面に設けられて
   成る溝とを有する光半導体装置が実装基板に実装されて
   成る光半導体装置のモジユールに於いて、 前記樹脂封止体から外部に導出されるリードの端部は、
   前記実装基板上の電極パッドと電気的に接続され、前記
   実装基板の上面と面対向する前記樹脂封止体の表面に
   は、前記樹脂封止体の表面と前記実装基板表面の間隔を
   実質的に厚みとする凸部が設けられる事を特徴とした光
   半導体装置のモジュール。
2. 【請求項２】 前記凸部は、溝が形成される側の表面に
   形成される請求項１記載の光半導体装置のモジュール。
3. 【請求項３】 上面を受光面（または発光面）とする半
   導体チップと、前記半導体チップを固着する支持基板
   と、前記半導体チップと電気的に接続されるリードと、
   前記半導体チップの受光面（または発光面）上を少なく
   とも封止する少なくとも所定の光に対して透明な樹脂封
   止体と、前記受光面（または発光面）の垂線と所定の角
   度で交差する反射面が前記樹脂封止体上面に設けられて
   成る溝とを有する光半導体装置が実装基板に実装されて
   成る光半導体装置のモジユールに於いて、 前記樹脂封止体から外部に導出されるリードの端部は、
   前記実装基板上の電極パッドと電気的に接続され、前記
   樹脂封止体の表面と面対向する前記実装基板表面には、
   前記樹脂封止体の表面と前記実装基板表面の間隔を実質
   的に厚みとする凸部が設けられる事を特徴とした光半導
   体装置のモジュール。
4. 【請求項４】 前記凸部と当接する前記樹脂封止体の表
   面は、前記溝が形成される側の表面である請求項３記載
   の光半導体装置のモジュール。
5. 【請求項５】 前記凸部は、前記実装基板に設けられた
   電極パターンである請求項３または請求項４記載の光半
   導体装置のモジュール。
6. 【請求項６】 前記電極パターンは、前記樹脂封止体か
   ら露出した支持基板と固着される請求項５記載の光半導
   体装置のモジュール。
7. 【請求項７】 前記電極パターンと前記支持基板は、半
   田または導電ペーストにて固着される請求項６記載の光
   半導体装置のモジュール。