JPS63102379A - 反射光障壁およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は光結合器並びに反射光障壁及びその製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

反射光障壁又は光結合器の製造はできるだけ簡単で、経
済的にまた有利に行われるべきである。

反射光障壁又は光結合器は特殊な用途に対しては特別に
小さな寸法（ミニ構造形式）で仕上げられるべきである
。

従来の技術水準によれば、帯域技術を用いる反射光障壁
の場合単側波帯技術又は復側波帯技術での光伝送体及び
受光体は充填プラスチックからなる不透光性の層によっ
て分離される。この種の反射光障壁の場合光伝送体での
放射窓及び受光体での入射窓は透明なプラスチックで充
填されている。

単側波帯技術及び復側波帯技術における光結合器の場合
従来の技術水準によれば光伝送体及び受光体は透明なプ
ラスチックで光学的に結合され、次いでこの光学的に結
合された系は不透明なプラスチックで周りを囲まれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、先に記載した形式の光結合器又は反射
光障壁の製法、光結合器及び反射光障壁を提供すること
にあり、その際この方法で光結合器又は反射光障壁は特
に経済的に製造することができるものである。

（問題点を解決するための手段〕 この目的は本発明によれば特許請求の範囲第１項による
方法、同第７〜９項による光結合器及び同第１２〜１３
項による反射光障壁によって達成される。

〔作用効果〕

本発明はモノリシック及びハイブリット技術を組合わせ
ることにより反射光障壁並びに光結合器の製造を可能に
する。この場合モノリシック技術及びハイブリット技術
に関係する当業者が思いっくような全ての方法及び手段
を使用することができる。

本発明によるデバイスは例えばハイブリットに通したデ
バイスとして仕上げることができる。また本発明による
デバイスは、表面の組み立てに適しているＳＭＤデバイ
スとして仕上げることもできる。更に本発明によるデバ
イスは任意の適当なケーシングに内蔵することもできる
。この場合当業者が適当であると思われるすべての技術
を使用することができる。

本発明によるデバイスの場合光伝送体及び受光体は共通
の基板に設けられる。この共通の基板は例えばガラス、
セラミック又はプラスチックから成っていてもよい。こ
の共通の基板は導電路及び／又は他の電気的接続に適し
た、例えばボンディングバンドのような部材を有してい
てもよい。光伝送体及び受光体は基板の一方の面に又は
基板の前面及び背面に別々に配置することもできる。

特に受光体はモノリシンクに基板に構成することができ
る。受光体並びに光伝送体を基板の少なくとも一つの溝
に配置してもよい。

光伝送体及び受光体の光結合並びに分離は基板を介して
行うことができる。

受光体がモノリシックに半導体板中に構成されている場
合には、光伝送体は直接電気的に絶縁して受光体半導体
板上に施すことができる。この場合光伝送体の電気絶縁
は例えば酸化物層又は酸化物層と窒化物層とからなる組
合わせ層のようなパッシベーション層を介してか、プラ
スチック層又は焼結ガラスを介して行うことができる。

反射光障壁の場合光伝送体及び受光体は少なくとも一つ
の隔板によって分離することができる。この隔板は例え
ば適当な腐食構造を有する１０〇−結晶方向に配向され
たシリコン結晶からなっていてよい。

本発明による反射光障壁は多層のホトデテクタを有する
多層反射光障壁として構成することができる。

光伝送体としてはその都度適当な半導体グイオードを使
用することができる。受光体としては例えばホトトラン
ジスタ又はホトダイオードのようなその都度適当な光デ
テクタを使用可能である。

本発明の場合、光伝送体及び受光体の光結合並びに分離
を溝内で行うことが重要である。これは一つの基板上に
同時に多くのデバイスが製造できることを意味し、その
際これらのデバイスの個別化は本発明によるデバイスに
属する受光体及び光伝送体の光結合後ないしは分離後に
はじめて行われる。

本発明によるデバイスの機能試験は同様に溝内で、しか
も個別化前に行うのが有利である。

本発明によるデバイスは個々に分離した後、半導体チッ
プの個別化後この半導体チップを更に加工する当業者に
公知である方法で更に加工することができる。このこと
は半導体チップのような本発明によるデバイスを一個の
ケーシング又はフレームに収納し、ボンディングしまた
カプセル化し得ることを意味する 〔実施例〕 本発明を図面に基づき以下に詳述する。第１図〜第７図
は本発明による反射光障壁を示す。

シリコン基板ｌ中にｎｐロ　トランジスタとしてのホト
トランジスタ２を形成される。ホトトランジスタ２はエ
ミッタ１３、ベース１４及びコレクタ１５を有している
。シリコン基板１は例えば光伝送体３及び又はホトデテ
クタ２に対する制御装置をも含む集積回路として形成す
ることもできる。

ホトデテクタ２としてはホトダイオードを使用すること
もできる シリコン基板ｌ上に部分的に絶縁層４を施す。

絶縁層４は例えば酸化物層であってもよい。この絶縁層
４上に光伝送体３を配設する。光伝送体３はプレーナＧ
ａＡｓ−ＩＲＥＤであってもよい。この種の光伝送体３
はｐ導電領域を有する陽極１２及びｎ導電領域を有する
陰極１１を有する。光伝送体３は絶縁層４上に配置され
ている金属被覆部分１０上にはんだ付け又は接着により
取りつけられる。

光伝送体３は第１図では直接受光体半導体板上に設けら
れる。光伝送体３及び受光体２は隔板５により光学的に
分離される。隔板５は適当な腐食構造を有する１０〇−
結晶方向に配向されたシリコンから成っていてよい、こ
の隔板は接着剤９で基板１に固定する。隔板５は適当な
箇所に金、アルミニウム又は他の適当な材料からなる反
射鏡７を有する。光放射窓及び光入射窓は透明なプラス
チック６で充填されていてもよい、光伝送体３から放出
された光は反射光障壁として使用される場合鏡８で反射
し、最後に受光体２に達する。

第２図は第１図に示したデバイスの平面図である。透明
な光入射窓並びに光放射窓の内側境界箇所は第２図にお
いて１６で示されている。

第３図ははんだ付け又は接着可能のボンディングパッド
を示す。第１図及び第２図に存在する陰極１１、陽極１
２、エミッタ１３及びコレクタ１５の金属被覆は第１図
に示したデバイス表面の適当な箇所で行われ、接触スポ
ットに形成される。

この接触スポット（ボンディンダパツド）は例えばデバ
イスの上側、下側又は一つ又は複数の側面に配置するこ
とができる。この接触スポットはまたデバイス表面の数
個所に分配することも可能である。

第１図によるデバイスはまた数個のホトデテクタが存在
しているように実施することもできる。

第４図ａ）、ｂ）は、例えば唯一の光伝送体に対して２
個のホトデテクタをどのように配設することができるか
、その二つの可能性を示すものである。

例えば第４図ｂ）に示すように光伝送体３を２個のホト
デテクタ２の中心に配置することができるし、また第４
図ａ）に示すように１個の光伝送体３と２個のデテクタ
２とが三角形の各頂点を形成していてもよい。

第５図は第１図によるデバイスにおいて光伝送体３とし
てのブレーナＩＲＥＤの代りに光伝送体１７としてのメ
サＩＲＥＤも配設可能であることを示すものである。光
伝送体１７はＧａＡｓ並びにＧａＡｌＡｓ素子であって
もよい。光伝送体１７はｖｒＡｉｔ層４上に絶縁性の接
着剤１９により固定することができる。

光伝送体１７ははんだ又は導電性接着剤１８により接続
されていてもよい。

第６図及び第７図は光伝送体２０が導線により導電路２
１に接続されている反射光障壁を示すものである。その
際光伝送体２０としてはプレーナ又はメサＩＲＢ［を使
用することができる。絶縁層４上には光伝送体２０の陰
極用金属被覆２２が設けられる。この金属被覆２２上に
光伝送体２０が固定される。光伝送体２０の陽極２３は
同様に絶縁層４上に配設されている導電路２１に導線で
接続されている。金属被覆２１及び２２は適当な接触装
置に導くことができる。

第８図〜第１９図は本発明による光結合器を示す。

第８図は光結合器の略示図である。基板３０は光学的に
光伝送体３２を受光体３１に接続する。

光伝送体３２としては、基板３０の溝に配設されている
ＩＲＥＤを使用することができる。基板３０はガラス、
透明なセラミック又はプラスチックから成っていてもよ
い、光伝送体３２は透明なプラスチック４０により基板
３０内に固定されている。

光伝送体３２の陰極３６及び陽極３７ははんだ又は導電
性接着剤により接触スポット５０．４９に電気的に接続
されており、これは第８図によるデバイスを平面図で表
わす第９図から明らかである。

光伝送体３２から放出された光は受光体３１とは反対側
で反射装置３８により反射される。反射装置３８として
はプラスチック例えば二酸化チタンで充填されたプラス
チックを使用することができる。第８図のデバイスは最
終的には更に保護ラッカ３９で被覆されていてもよい。

光伝送体３２から放出された光は基板３０を介してまた
基板３０と受光体３１との間に配設された透明なプラス
チック層４１を介して受光体３１に達する。受光体３１
はエミッタ３３、ベース３４及びコレクタ３５を有する
。エミッタ３３及びコレクタ３５ははんだ４５で電気的
に金属被覆４６に接続されている。この金属被覆４６は
スルーホール４３により基板３０を通って基板３０の上
側（ここにはすでに光伝送体用の接触スポット４９．５
０が存在する）に達する。第９図はこのようなスルーホ
ール４３を使用した場合に基板３０の上面におけるコレ
クタ３５用の接触スポット４７及びエミッタ３３用の接
触スポット４８を示すものである。

第８図及び第９図による光結合器は光伝送体３２用の接
触スポット４９．５０と受光体３１用の接触スポット４
７．４８との間で基板３０中に凹部４２を有し、これは
光伝送体及び受光体間の耐電圧を高めるのに役立つ。

接触スポット４７〜５０ははんだ付け又はボンディング
可能である。

接触スポット４７〜５０はまた本発明による他のデバイ
スでの他の接触部のようにいわゆる接触圧（バンブ）４
４を有していてもよい。この接触丘４４は例えば「フェ
ース・ダウン・モンタージュ」（ｆａｃｅ−ｄｏｗｎ−
＋＋＋ｏｎｔｉｇｅ）から公知である。この方法はハイ
ブリッド回路におけるカプセル化されていない半導体を
接触と同時に固着する場合に利用する。このためにはデ
バイスを「フリップ−チップＪ（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）
として仕上げることが必要である。この場合システム表
面上に存在する接触部はいぼ状の隆起部“バンプ”とし
て形成される。

これははんだ付け又は溶接により予定の接触面で基板に
結合される。その際半導体のシステム面は基板に面して
いる。

光伝送体３２は第８図及び第９図における配置に対して
、第１０図に示すように平面図で見て９０°回転させる
こともできる。すなわち接触スポット４９．５０の配置
の変動は面単に行うことができる。

第１１図は第８図のデバイスの平面図を示すものである
が、この場合光伝送体としてプレーナＩＲＥＤ５１を使
用する。プレーナ光伝送体５１はその大部分を透明なプ
ラスチック５４により囲まれている。プレーナ光伝送体
５１は陽極５２及び陰極５３を備えている。第１１図の
デバイスはプレーナ光伝送体５１の金属接触部を直接接
触スポットとして使用し得るという利点を有する。

第１２図は第１１図の光結合器を断面図で示すものであ
る。この場合光伝送体５１とホトデテクタ５６との間の
光結合器は透明なプラスチック５４及び透明な基板５５
を介して行われる。透明なプラスチック５４はデテクタ
５６と基板５５との間にも存在する。

第１３図は光伝送体５６が透明な絶縁体５８により絶縁
されて直接受光体半導体板上に施されている光結合器を
示すものである。この場合半導体板内にはエミッタ５９
、コレクタ６０及びベース６１を有する複数個の受光体
５７が形成されている。受光体５７を製造するには拡散
、接触拡散、金属被覆等の当業者が習熟している技術工
程を使用することができる。更に受光体５７を製造する
のに必要な技術工程の終了後半導体板を個々の受光体５
７に細断する前に、個々の受光体５７上に有利にはそれ
ぞれ透明な絶縁体５８が設けられ、この絶縁体５８上に
光伝送体５６が固定される。

この方法によって本発明によるデバイスの製造が簡略化
されるばかりでな（、このデバイスの測定を同様に光結
合器の個別化前に行う場合更にこのデバイスのテストも
著しく簡単になる。

光伝送体５６は完成したシリコン受光体半導体板（ウェ
ファ）上に接着される。その時点で始めてウェファは分
割される。

第１３図における光伝送体５６は陰極６２及び陽極６３
を備えたＩＲＥＤダイオードであってもよい。

第１４図及び第１５図は光結合器の他の実施例を示すも
のである。シリコン（１００）　一基板中には特別に構
造化された受光体６７が形成されている。シリコン基板
は光伝送体６４の範囲内に、ホトダイオード６９が構成
されている凹部を有する。ホトダイオード６９は凹部の
範囲内でコレクタ７２ともう１つの領域（これは受光体
６７のベース７１と同じ導電性を有し、またベース７１
が有するのと同一の導電型の半導体領域を介してか又は
金属片７３を介してベース７１と電気的に結合している
）とから成る。受光体６７もエミッタ７０、ベース７１
及びコレクタ７２を備えている。

基板の凹部に陽極６５及び陰極６６を有する光伝送体６
４が配置される。光伝送体６４とホトダイオード６９と
の間には透明なプラスチック６８が存在する。

第１５図は第１４図によるデバイスとは若干変更された
デバイスの平面図である。

本発明によるすべてのデバイスにおけるように第１４図
及び第１５図による光結合器の場合も光結合器の装着及
びテストはウェファ上で行われ、ウェファはこの後はじ
めて個別化される。

本発明によるデバイスの完成チップの大きさは必要とさ
れる耐電圧性に左右される。その際本発明によるデバイ
スは耐電圧性を簡単に変え得る多くの可能性を提供する
。基板又は基板上の絶縁体を介しての光結合は長さを変
えるか又は基板内の凹部を変えるか又は材質を変えるこ
とによって耐電圧性の変更を簡単に可能にする。

第１３図及び第１４図に基づく光結合器はブレーナ光伝
送体５６並びに６４の代りにメソＩＲＥＤを備えていて
もよい。第１６図は第１３図に相当するものである。第
１３図の光伝送体５６の代りに接触部７５を有するメソ
ＩＲＥＤ７４を使用することができる 第１７図は第１４図のデバイスに相当する。第１４図の
光伝送体６４の代りに第１７図では接触部８０を有する
メソＩＲＥＤ７９を使用することができる。

第１８図及び第１９図は他の光結合器を示すものである
が、この場合光伝送体８７と受光体８８との間の光結合
は溝内で行われると有利である。

基板８３は光伝送体８７を収納するための凹部８４、受
光体８８を収納するための凹部８６及び耐電圧性を高め
るための凹部８５を有する。光伝送体８７と基板８３と
の間で凹部８４中に反射性プラスチックが存在する。受
光体８８と基板８３との間で凹部８６中にも同様に反射
性プラスチックが存在する。光伝送体８７と受光体８８
との間の光結合は、基板８３の上面に施されている光導
波路８９を介して行われる。光導波路８９はガラス、１
１９０により基板８３の上面に押しつけられる。

光導波路８９はプラスチックから成り、これはガラス蓋
９０の凹部に、すなわちガラス蓋９０の溝内に施されて
いる。ガラス蓋９０はその上側に反射層９２、例えば二
酸化チタンを含む塗装を施されていてもよい。このガラ
ス１Ｉ９０はまだ個別化されていないウェファ上に一体
のガラス板として施すことができる。ガラス板は先導波
路８９が配置されているその下側にもう一つの溝を有し
ていてもよく、この溝は同様にその内側に反射層を備え
ておりまた次のように基板８３上に配置されている。す
なわちその際存在する空洞は、ガラス板にさけ目を入れ
るか又はこれを鋸で挽くか又は他の作用によって、第１
９図に示した平面図から明らかなように完成光結合器が
その上面を光結合器上に最終的に残るガラス蓋９０によ
って部分的にのみ被覆されるように構造化することを可
能にする。この結果光伝送体８７と受光体８８とを接続
するための金属被覆９１を設置することが可能となる。

第１８図及び第１９図による光結合器はセラミックから
なっていてもよい基板中に簡単に種々の凹部をエツチン
グし、その後光伝送体８７及び受光体８８の半導体チッ
プを凹部に挿入し、更に基板８３全体をはんだ浴に入れ
、そこで光伝送体８７及び受光器８８の半導体チップを
はんだ付けすることができるという大きな利点を有する
。第１８図及び第１９図による光結合器の場合全ての部
品は液浸はんだ付け法により接合することができる。こ
の場合ボンディングは不要である。光伝送体８７及び受
光体８８用の極めて小さな半導体チップを使用すること
が可能である０例えば１００ｍ１ｃ＋ａチツプが使用可
能である。光伝送体８７の固定は例えば第８図に示した
光伝送体３２の固定と同様にして実施することができる
。

第１８図の基板８３にある凹部８４及び８６中の反射性
プラスチックとしては例えば二酸化チタンを充填した接
着剤を使用することができる。

受光体８８としてはホトトランジスタ又はホトダイオー
ドを使用することができる。

基板８３としては薄膜又は厚膜セラミックを使用するこ
とができる。このセラミックは溝又は任意にしかし適切
に形成された凹部８４，８５．８６を備えている。これ
らの溝は反射性接着剤を有している。この接着剤中で光
伝送体８７及び受光体８８が固定され、その後光伝送体
８７が受光体８８をはんだ付けする。光伝送体８７並び
に受光体８８は更に透明なコンパウンドと光学的に結合
される。この透明なコンパウンドは有利には空洞中に充
填することができる。この空洞は有利にはプレート内に
又はセラミック基板８３に対するのとは反対側に存在す
る。光導波路８９としてはプラスチックが適している。

ガラス蓋９０は熱的膨張係数が小さいという利点を有す
る。

セラミック板を個別化した後第１８図に示した個々の光
結合器はリードフレームに入れ、電気的にワイヤボンデ
ィングで接続することができる。

この種の光結合器はデバイスをカプセル化するためのす
べての射出コンパウンドに適している。電気的接触部が
例えばデバイスの背面に配置されている場合には、表面
組立に適したＳＭＤデバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明による反射光障壁、第８図〜第
１９図は本発明による光結合器の種鳥の構成を示す断面
図、平面図及び配置図である。 １・・・シリコン基板、２・・・ホトデテクタ、３・・
・光伝送体、４・・・絶縁層、５・・・隔板、６・・・
透明プラスチック、７・・・反射鏡、８・・・鏡、９・
・・接着剤、１０・・・金属被覆、１１・・・陰極、１
２・・・陽極、１３・・・エミッタ、１４・・・ベース
、１５・・・コレクタ、１６・・・内側境界箇所、１７
・・・光伝送体、１８・・・導電性接着剤、１９・・・
絶縁性接着剤、２０・・・光伝送体、２１・・・導電路
、２２・・・金属被覆、２３・・・陽極、３０・・・基
板、３１・・・受光体、３２・・・光伝送体、３３・・
・エミッタ、３４・・・ベース、３５・・・コレクタ、
３６・・・陰極、３７・・・陽極、３８・・・反射装置
、３９・・・保護ラッカ、４０・・・透明プラスチック
、４１・・・透明プラスチック層、４２・・・凹部、４
３・・・スルーホール、４４・・・接触圧、４５・・・
はんだ、４６・・・金属被覆、４７・・・接触スポット
、４８・・・接触スポット、４９・・・接触スポット、
５０・・・接触スポット、５１・・・ブレーナＩＲＥＤ
、５２・・・陽極、５３・・・陰極、５４・・・透明プ
ラスチック、５５・・・基板、５６・・・ホトデテクタ
、５７・・・受光体、５８・・・絶縁体、５９・・・エ
ミ・ンタ、６０・・・コレクタ、６１・・・ベース、６
２−・・陰極、６３・・・陽極、６４・・・光伝送体、
６５・・・陽極、６６・・・陰極、６７・・・受光体、
６８・・・透明プラスチック、６９・・・ホトダイオー
ド、７０・・・エミッタ、７１・・・ベース、７２・・
・コレクタ、７３・・・金属片、７４・・・メソＩＲＥ
Ｄ、７５・・・接触部、７９・・・メソＩＲＥＤ、８０
・・・接触部、８３・・・基板、８４・・・凹部、８５
・・・凹部、８６・・・凹部、８７・・・光伝送体、８
８・・・受光体、８９・・・光導波路、９０・・・ガラ
ス蓋、９１・・・金属被覆、９２・・・反射層。 ＩＧ２ ＩＩ　　　　　　ＩＩＩＪ　　　　　　　　ｌｂＦＩＧ
８ ＦＩＧ９ ＦＩＧ１７ ７ｑ １Ｇ１８ ｌＧ１９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体光伝送体及び半導体受光体を単一の基板に配
   設し、光伝送体及び受光体の光結合又は分離を溝内で行
   い、その後にはじめて個別化することを特徴とする光結
   合器又は反射光障壁の製造方法。 ２）光結合器又は反射光障壁の検査を同時に溝内でかつ
   個別化する前に行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３）光結合器又は反射光障壁をその個別化後更に加工す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の方法。 ４）光結合器又は反射光障壁を一つのケース又は枠に入
   れ、ボンディング、はんだ付け又は接着することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５）光結合器又は反射光障壁をリードフレーム上に施す
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６）光結合器又は反射光障壁をカプセルに入れることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項記載の方法
   。 ７）光伝送体及び受光体を共通の基板に配置し、光結合
   を基板を介して行うことを特徴とする半導体光伝送体及
   び半導体受光体を有する光結合器。 ８）光伝送体を基板内で構成し、この受光体の受光領域
   を少なくとも部分的に透明な絶縁体で被覆し、またこの
   透明な絶縁体上に光伝送器を配置することを特徴とする
   半導体光伝送体及び半導体受光体を有する光結合器。 ９）光伝送体及び受光体を基板の同一面上でこの基板の
   凹部又は基板内に配置し、光伝送体と受光体との間の光
   結合を、基板に形成されているか又は光伝送体と基板と
   の間に存在する光導波路を介して行うことを特徴とする
   半導体光伝送体及び半導体受光体を有する光結合器。 １０）半導体構成素子である光伝送体及び受光体の少な
   くとも一つが基板内に構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項記載の光結合器。 １１）光伝送体及び受光体が基板の凹部に配置されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光結合
   器。 １２）光伝送体及び受光体が一つの基板上に配置され、
   かつ光伝送体と受光体との間の光分離を基板を介して行
   うことを特徴とする半導体光伝送体及び半導体受光体を
   有する反射光障壁。 １３）受光体を基板内に構成し、光伝送体を電気絶縁体
   を介して基板上に配設し、光伝送体と受光体との間の光
   分離を少なくとも一つの隔板により行うことを特徴とす
   る半導体光伝送体及び半導体受光体を有する反射光障壁
   。