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発明の名称 光半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−115850(P2007−115850A)
公開日 平成19年5月10日(2007.5.10)
出願番号 特願2005−305042(P2005−305042)
出願日 平成17年10月19日(2005.10.19)
代理人 【識別番号】100109900
【弁理士】
【氏名又は名称】堀口 浩
発明者 野口 吉雄
要約 課題
パッケージサイズの揃った小型の光半導体装置を提供する。

解決手段
第1の凹部11を有し、第1の凹部11の底面に半導体発光素子39が載置された第1の筐体21と、第2の凹部22を有し、第2の凹部の底面に半導体受光素子41が載置された第2の筐体28とを備え、半導体発光素子39と半導体受光素子41とが対向するように、第1の筐体21に第2の筐体28が固着されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
第1の凹部を有し、前記第1の凹部の底面に半導体発光素子が載置された第1の筐体と、
第2の凹部を有し、前記第2の凹部の底面に半導体受光素子が載置された第2の筐体と、
を備え、
前記半導体発光素子と前記半導体受光素子とが対向するように、前記第1の筐体に前記第2の筐体が固着されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項2】
第1の凹部を有し、前記第1の凹部の底面に半導体発光素子および半導体受光素子が並置された第1の筐体と、
第2の凹部を有し、前記第2の凹部に光反射面が形成された第2の筐体と、
を備え、
前記半導体発光素子および前記半導体受光素子と前記第2の凹部の前記光反射面とが対向するように、前記第1の筐体に前記第2の筐体が固着されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項3】
前記第1の筐体の1側面に、前記半導体発光素子および前記半導体受光素子を外部に電気的接続するための電極端子が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光半導体装置。
【請求項4】
前記第2の凹部の前記光反射面にアルミニウム、金、または銀のいずれかの金属膜が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光半導体装置。
【請求項5】
前記第1の筐体の1側面に、前記半導体発光素子を外部に電気的接続するための電極端子が設けられ、前記第1の筐体の1側面に対向する前記第2の筐体の側面に、前記半導体受光素子を外部に電気的接続するための電極端子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光半導体装置、なかでも半導体発光素子と半導体受光素子とを組み合わせたフォトカプラは電子機器において電気的に絶縁された信号伝達の用途に広く用いられている。
また、半導体発光素子と半導体受光素子およびスイッチング素子を組み合わせたフォトリレーは、テスタなどの計測機器やモデムなどに用いられている機械式リレーの高信頼性化を目的に広く用いられるようになってきている。
【0003】
従来のフォトカプラやフォトリレーは、例えば第1リードフレームに半導体発光素子、第2リードフレームに半導体受光素子およびスイッチング素子をそれぞれ載置した後、半導体発光素子と半導体受光素子を対向させ、半導体発光素子と半導体受光素子との間をシリコンなどの透光性樹脂により一次封止し、更に第1および第2リードフレームと半導体発光素子と半導体受光素子およびスイッチング素子全体をエポキシなどの不透光性樹脂により二次封止して形成されていた。
【0004】
また、同一リードフレームに半導体発光素子と半導体受光素子とを平面的に載置した後、半導体発光素子と半導体受光素子全体をシリコンなどの透光性樹脂により一次封止し、更にリードフレームと半導体発光素子と半導体受光素子全体をエポキシなどの不透光性樹脂により二次封止して形成されていた。
【0005】
近年、移動式携帯端末に代表される電子機器や、数千個のフォトリレーを使用するテスタなどで実装密度を向上し、装置の小型化を図るためにフォトカプラ、フォトリレーのパッケージの小型化が要求されている。
【0006】
然しながら、リードフレームを樹脂でモールドしたパッケージでは、光半導体装置を基板にハンダ付けする際にリードフレームとパッケージ端面、透光性樹脂とパッケージ端面までの距離を熱応力が緩和できる程度に確保する必要があるため、パッケージの小型化が難しいという問題があった。
【0007】
またモールドする際に樹脂の形状ばらつきが生じるため、設計通りの寸法のパッケージが得られないという問題があった。
【0008】
これに対して、リードフレームを用いずに、配線が形成された基板を用いたパッケージを有する光半導体装置が知られている(例えば特許文献1参照。)。
【0009】
特許文献1に開示された光半導体装置は、開口部を有する第1の配線基板およびこの第1の配線基板に積層された第2の配線基板からなる積層配線基板を有し、第2の配線基板の表面に開口部と対応した位置に半導体発光素子が載置されている。
【0010】
また、積層配線基板にスイッチング素子がボールバンプを介して電気的に接続され、第1の配線基板の開口部に受光部を対向させるとともに、開口部を覆うように半導体受光素子がボールバンプを介して電気的に接続されている。
【0011】
この半導体受光素子に受光部を覆うように固形状の第1の透光性樹脂が設けられ、第1の配線基板の開口部内に表面が第1の透光性樹脂に接触するように充填され、押圧によって変形可能なゲル状の第2の透光性樹脂が設けられている。
【0012】
更に、第1の配線基板の表面に第1の透光性樹脂および第2の透光性樹脂を覆うようにエポキシ封止用樹脂が設けられている。
【0013】
然しながら、特許文献1に開示された光半導体装置では、第1の配線基板の表面にエポキシなどの封止用樹脂をポッティング法や印刷法などによって塗布しているので、樹脂の塗布量やキュア条件のばらつきにより、パッケージの高さがばらつくという問題がある。
【特許文献1】特開2004−63764号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、パッケージサイズの揃った小型の光半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の一態様の光半導体装置は、第1の凹部を有し、前記第1の凹部の底面に半導体発光素子が載置された第1の筐体と、第2の凹部を有し、前記第2の凹部の底面に半導体受光素子が載置された第2の筐体とを備え、前記半導体発光素子と前記半導体受光素子とが対向するように、前記第1の筐体に前記第2の筐体が固着されていることを特徴としている。
【0016】
本発明の別態様の光半導体装置は、第1の凹部を有し、前記第1の凹部の底面に半導体発光素子および半導体受光素子が並置された第1の筐体と、第2の凹部を有し、前記第2の凹部に光反射面が形成された第2の筐体とを備え、前記半導体発光素子および前記半導体受光素子と前記第2の凹部の前記反射面とが対向するように、前記第1の筐体に前記第2の筐体が固着されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、パッケージサイズの揃った小型の光半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例1】
【0019】
図1は本発明の実施例1に係る光半導体装置を示す図で、図1(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
【0020】
本実施例は、半導体発光素子と、半導体受光素子およびスイッチング素子とを対向して配置した対向型フォトリレーの場合である。
【0021】
始めに、本実施例の光半導体装置10のパッケージについて説明する。
図1に示すように、光半導体装置10のパッケージは、第1凹部11を有する第1筐体21と第2凹部22を有する第2筐体28とが、第1凹部11と第2凹部22を対向して箱型に一体化されている。
【0022】
第1筐体21は、第1凹部11を有する第1基台12と、第1基台12の上面に設けられた第1パッド13、第2パッド14(図示せず)と、第1凹部11の底部内に設けられた第1電極リード15、第2電極リード16と、第1基台12に設けられた第1外部端子17、第2外部端子18、第3外部端子19、第4外部端子20(図示せず)とを有している。
【0023】
第2筺体28は、上面に第2凹部22を有する第2基台23と、第2基台23の上面に設けられた第3パッド24、第4パッド25と、第2凹部22の底部内に設けられた第3電極リード26、第4電極リード27とを有している。
【0024】
第1基台12の上面に設けられた第1凹部11は方形状で、その底部内には第1凹部11の一辺側(図の左辺側)に第1および第2電極リード15、16が設けられている。
【0025】
第1基台12の上面に設けられた第1および第2パッド13、14は第1凹部11の一辺と反対辺側(図の右辺側)に互いに離間して配置されている。
【0026】
また、第1外部端子17は第1電極リード15に接続部29を介して電気的に接続され、第2外部端子18は第2電極リード16と接続部30を介して電気的に接続され、第1および第2電極リード15、16を一辺側へ延伸するように第1基台12の下面に設けられている。
【0027】
第3外部端子19は第1パッド13と接続部31を介して電気的に接続され、第4外部端子20は第2パッド14と接続部32(図示せず)を介して電気的に接続され、第1基台12の下面に設けられている。
【0028】
同様に、第2基台23の上面に設けられた第2凹部22は方形状で、その底部内には第2凹部22の一辺と反対辺側(図の右辺側)に第3および第4電極リード26、27が設けられている。
【0029】
第2基台23の上面に設けられた第3および第4パッド24、25は第2凹部22の一辺と反対辺側(図の右辺側)に互いに離間して配置されている。
【0030】
更に具体的には、第1基台12は、例えばセラミックス部材からなる第1基板33と第2基板34とが積層されている。
【0031】
第1基板33は、例えば厚さ0.1mmに形成され、その上面には第1および第2電極リード15、16が形成され、その下面には第1乃至第4外部端子17、18、19、20が形成され、第1および第2電極リード15、16と第1および第2外部端子17、18をそれぞれ接続する接続部29、30が形成されている。
【0032】
第2基板34は、例えば厚さ0.4mmに形成され、開口幅が2.4mmの方形状の貫通孔34aが形成されている。
【0033】
更に、貫通孔34aの一辺と反対辺側の内壁には第1パッド13を第3外部端子19に接続する接続部31と、第2パッド14を第4外部端子20に接続する接続部32(図示せず)が形成されている。
【0034】
同様に、第2基台23は、例えばセラミックス部材からなる第3基板35と第4基板36とが積層されている。
【0035】
第3基板35は、例えば厚さ0.1mmに形成され、その上面には第3および第4電極リード26、27が形成されている。
第4基板36は、例えば厚さ0.4mmに形成され、開口幅が2.4mmの方形状の貫通孔36aが形成されている。
【0036】
更に、貫通孔36aの一辺と反対辺側の内壁には第3および第4パッド24、25と第3および第4電極リード26、27をそれぞれ接続する接続部37、38が形成されている。
【0037】
ここで、第1基台12の第1凹部11の開口幅と第2基台23の第2凹部22の開口幅は等しくなくても構わないが、ほぼ等しく設定しておくことが望ましい。
【0038】
第1電極リード15には、第1凹部11の中央側の一端部に半導体発光素子を載置するためのマウントベッド15aが設けられている。
【0039】
同様に、第3電極リード26には、第二凹部22の中央側の一端部にスイッチング素子を載置するためのマウントベッド26aと半導体受光素子を載置するためのマウントベッド26bが設けられている。
更に、第4電極リード27には、中央側の一端部にはスイッチング素子を載置するためのマウントベッド27aが設けられている。
【0040】
次に、上記構造のパッケージを用いた光半導体装置10について説明する。
図1に示すように、光半導体装置10は、第1基台12の第1凹部11内に設けられたマウントベッド15aに半導体発光素子39を載置して下面電極(図示せず)と第1電極リード15とを電気的に接続し、半導体発光素子39の上面電極(図示せず)と第2電極リード16とをボンディングワイヤ40を介して電気的に接続している。
【0041】
第2基台23の第2凹部22内に設けられたマウントベッド26aにスイッチング素子42aを載置して下面電極D(図示せず)と第3電極リード26とを電気的に接続し、マウントベッド27aにスイッチング素子42bを載置して下面電極D(図示せず)と第4電極リード27とを電気的に接続している。
【0042】
更に、マウントベッド26bに半導体受光素子41を載置して、スイッチング素子42a、42bの上面電極G、Sと半導体受光素子41の上面電極A、Kとをそれぞれボンディングワイヤ43を介して電気的に接続している。
【0043】
第1基台12の第1凹部11内には、半導体発光素子39およびボンディングワイヤ40を外部から保護するために透光性を有する第1封止樹脂44、例えばシリコン樹脂が上面に達するまで充填されている。
【0044】
同様に、第2基台23の第2凹部22内には、半導体受光素子41、第1および第2スイッチング素子42a、42bおよびボンディングワイヤ43を外部から保護するために透光性を有する第2封止樹脂45、例えばシリコン樹脂が上面に達するまで充填されている。
【0045】
第1凹部11と第2凹部22を対向して第1基台12に第2基台23を冠着することにより、第1および第2パッド13、14と第3および第4パッド24、25がそれぞれ導電性のバンプ(図示せず)を介して電気的に接続される。
【0046】
第1基台12と第2基台23は絶縁性の接着剤46により固着され、第1筺体21と第2筺体28が箱型に一体化される。
【0047】
これにより、第1封止樹脂44と第2封止樹脂45とは互いに密着して光学的に一体化するので、半導体発光素子39から放射された光aは第1封止樹脂44と第2封止樹脂45の界面bで散乱されることなく半導体受光素子41の受光面に入射する。
【0048】
半導体発光素子39は、例えばGaAsまたはGaAlAsを発光層とする赤外LEDであり、半導体受光素子41は、例えば赤外域に受光感度を有するシリコンフォトダイオードアレイであり、第1および第2スイッチング素子42a、42bは、例えば低オン抵抗の縦型MOSトランジスタである。
【0049】
上記光半導体装置10では、第1外部端子17を、例えば半導体発光素子39のカソード端子、第2外部端子18を半導体発光素子39のアノード端子として、第1外部端子17と第2外部端子18を電源(図示せず)に接続することにより、半導体発光素子39から赤外光が放射される。
【0050】
また、第3外部端子19を、例えばスイチング素子42aのドレイン端子、第4外部端子20をスイッチング素子42bのドレイン端子として、第3外部端子19と第4外部端子20間に電源と負荷(図示せず)を接続することにより、半導体発光素子39からの赤外光に応じてスイッチング素子42a、42bがスイッチングされ、入出力間が電気的に絶縁された無極性のフォトリレーとして機能する。
【0051】
次に、上記構造のパッケージを用いた光半導体装置10の製造方法について図2乃至図7を用いて説明する。
【0052】
図2は複数の第1筺体21が一括して形成された基板を示す平面図、図3は第1筺体21の製造工程の要部を示す断面図、図4は複数の第2筺体23が一括して形成された基板を示す平面図、図5は第2筺体23の製造工程の要部を示す断面図、図6は第1および第2筐体21、23が一括して形成された基板を分割する工程を示す断面図、図7は光半導体装置10の組み立て工程を順に示す断面図である。
【0053】
図2に示すように、第1筺体21は複数の第1筐体21が格子状に配列されたシート状の基台50に一括して形成される。
【0054】
即ち、格子状に配列された第1基台12の上面に第1および第2パッド13、14が形成され、第1凹部11の底部内に第1および第2電極リード15、16が形成され、第1基台12の底面に第1乃至第4外部端子17、18、19、20が形成され、第1基台12を貫通する接続部29、30、31、32が形成される。
【0055】
更に具体的には、図3に示すように、第1基台12は、第1基板33と第2基板34とを積層することにより製造される。
【0056】
始に、例えば矩形状の貫通孔(図示せず)が形成された、厚さ0.1mmの未焼結セラミックスの第1基板33を用意し、上面にマウントベッド15aを有する第1電極リード15と、第2電極リード16を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成し、下面に第1乃至第4外部端子17、18、19、20を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成する。
【0057】
次に、貫通孔の内壁に、例えば銀メッキにより第1基板33を貫通する接続部29、30、および接続部31、32の下部を形成する。これにより、第1および第2電極リード15、16と第1および第2外部端子17、18とが電気的に接続される。
【0058】
次に、中央部に、例えば開口幅2.4mmの方形状の貫通孔34aが形成された、厚さ0.4mmの未焼結セラミックスの第2基板34を用意し、上面に第1および第2パッド13、14と、貫通孔34aの内壁に接続部31、32の上部を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成する。
【0059】
次に、未焼結セラミックスの第1基板33および第2基板34を積層した後、加圧して低温焼結することにより、複数の第1筺体21が格子状に配列されたシート状の基台50が得られる。
【0060】
同様にして、図4に示すように、第2筺体28は複数の第2筐体28が格子状に配列されたシート状の基台51に一括して形成される。
【0061】
即ち、格子状に配列された第2基台23の上面に第3および第4パッド24、25が形成され、第2凹部22の底部内に第3および第4電極リード26、27が形成され、第2凹部22の内壁面に沿って接続部37、38が形成される。
【0062】
更に具体的には、図5に示すように、第2基台23は、第3基板35と第4基板36とを積層することにより製造される。
【0063】
第2基台23として、例えば厚さ0.1mmの未焼結セラミックスの第3基板35を用意し、上面にマウントベッド26a、26bを有する第3電極リード26と、マウントベッド27aを有する第4電極リード27を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成する。
【0064】
次に、中央部に、例えば開口幅2.4mmの方形状の貫通孔36aが形成された、厚さ0.4mmの未焼結セラミックスの第4基板36を用意し、上面に第3および第4パッド24、25と、接続部37、38を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成する。
【0065】
次に、未焼結セラミックスの第3基板35および第4基板36を積層した後、加圧して低温焼結することにより、複数の第2筺体28が格子状に配列されたシート状の基台51が得られる。
【0066】
次に、図6(a)に示すように、シート状の基台50を、例えばブレード52で各個片に分割することにより、第1筺体21が得られる。
同様に、図6(b)に示すように、シート状の基台51を、例えばブレード52で各個片に分割することにより、第2筺体28が得られる。
【0067】
次に、図7(a)に示すように、第1基台12の第1凹部11内のマウントベッド15a上に半導体発光素子39を導電性ペーストまたは共晶でマウントし、下面電極を第1電極リード15に接続する。
同様に、第2基台23の第2凹部22内のマウントベッド26b上に半導体受光素子41、マウントベッド26a上にスイッチング素子42a、マウントベッド27a上にスイッチング素子42b導電性ペーストまたは共晶でマウントする。
【0068】
次に、図7(b)に示すように、半導体発光素子39の上面電極と第2電極リード14とをボンディングワイヤ40を介して電気的に接続した後、第1および第2パッド13、14上に、接合剤として、例えばAuボール53を形成する。
同様に、半導体受光素子41とスイッチング素子42a、42bとをボンディングワイヤ43を介して電気的に接続する。
【0069】
次に、図7(c)に示すように、ディスペンサ54により、第1基台12の第1凹部11内にシリコン樹脂を充填し、第1封止樹脂44で封止する。
同様に、第2基台23の第2凹部22内にシリコン樹脂を充填し、第2封止樹脂45で封止する。
【0070】
次に、図7(d)に示すように、ディスペンサ55により、第1基台12の上面全周に絶縁性の接着剤56、例えばノンコネクティングペーストを塗布する。
【0071】
次に、図7(e)に示すように、第2筐体28を熱板57上に載置して、上方から第1凹部11に第2凹部22が対向するように真空チャック58で吸着した第1筺体21を降下させ、第1基台12に第2基台23を冠着した後、加熱あるいは超音波を印加して固着する。
【0072】
これにより、図1に示す第1筐体21と第2筐体28を一体化したパッケージに半導体発光素子39と半導体受光素子41およびスイッチング素子42a、42bとを搭載した光半導体装置10を製造することが可能である。
【0073】
以上説明したように、本実施例の光半導体装置10では、予め成形加工された第1筺体21と第2筺体28とを一体化したので、パッケージサイズのばらつきを防止して光半導体装置を製造することができる。その結果、サイズの揃った小型の光半導体装置が得られる。
【0074】
ここでは、光半導体装置10に2個のスイッチング素子42a、42bを用いた場合について説明したが、スイッチング素子は1個でも構わない。その場合は、有極性のフォトリレーとして機能する。
更に、スイッチング素子は無くても良く、その場合は対向型の所謂フォトカプラとして機能する。
【0075】
また、各個片への分割はブレード52で行なう場合について説明したが、ワイヤーソーで行っても構わない。ワイヤーソーによれば、切り代が小さくできるので、材料損失を減らすことができる利点がある。
【実施例2】
【0076】
図8は本発明の実施例2に係る光半導体装置を示す図で、図8(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図8(b)は図8(a)のB−B線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
【0077】
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【0078】
本実施例が実施例1と異なる点は、第3および第4外部端子を第2基台に設けたことにある。
【0079】
即ち、図8に示すように、本実施例の光半導体装置60のパッケージは、第1凹部11を有する第1筐体21と第2凹部22を有する第2筐体28とが、第1凹部11と第2凹部22を対向して箱型に一体化されている。
【0080】
第1筐体21は、上面に第1凹部11を有する第1基台12と、第1凹部11の底部内に設けられた第1電極リード15、第2電極リード16(図示せず)と、第1基台12に設けられた第1外部端子17、第2外部端子18(図示せず)とを有している。
【0081】
第2筺体28は、上面に第2凹部22を有する第2基台23と、第2凹部22の底部内に設けられた第3電極リード26、第4電極リード27と、第2基台23に設けられた第3外部端子19、第2外部端子20を有している。
【0082】
第1基台12の上面に設けられた第1凹部11は方形状で、その底部内には第1凹部11の一辺と反対辺側(図の右辺側)に第1および第2電極リード15、16が設けられている。
【0083】
また、第1外部端子17は第1電極リード15に接続部29を介して電気的に接続され、第2外部端子18は第2電極リード16と接続部30(図示せず)を介して電気的に接続され、第1および第2電極リード15、16を外側へ延伸するように第1基台12の下面に設けられている。
【0084】
同様に、第2基台23の上面に設けられた第2凹部22は方形状で、その底部内には第2凹部22の一辺と反対辺側(図の右辺側)に第3および第4電極リード26、27が設けられている。
【0085】
また、第3外部端子19は第3電極リード26に接続部31を介して電気的に接続され、第4外部端子20は第4電極リード27と接続部32を介して電気的に接続され、第3および第4電極リード26、27を外側へ延伸するように第2基台23の下面に設けられている。
【0086】
以上説明したように、本実施例の光半導体装置60は、第3および第4外部端子19、20を第2基台23に設けたので、第3および第4電極リード26、27と第3および第4外部端子19、20との電気的接続が容易になる利点がある。
【0087】
ここでは、第1乃至第4外部接続端子17、18、19、20を第1基台21および第2基台23の同じ辺側に設けた場合について説明したが、図9(a)に示すように互いに反対辺側に設けても構わない。また、図9(b)に示すように同じ辺側の中央部に設けても構わない。
【実施例3】
【0088】
図10は本発明の実施例3に係る光半導体装置を示す図で、図10(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図10(b)は図10(a)のC−C線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
【0089】
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【0090】
本実施例が実施例1と異なる点は、第1基台に半導体発光素子と半導体受光素子を搭載した、反射型のフォトカプラとしたことにある。
【0091】
始めに、本実施例の光半導体装置70のパッケージについて説明する。図10に示すように、光半導体装置70のパッケージは、第1凹部11を有する第1筐体21と第2凹部73を有する第2筐体75とが、第1凹部11と第2凹部73を対向して箱型に一体化されている。
【0092】
第1筐体21は、上面に第1凹部11を有する第1基台12と、第1凹部11の底部内に設けられた第1乃至第4電極リード15、16、71、72と、第1基台12に設けられた第1乃至第4外部端子17、18、19、20とを有し、第2筺体75は、上面に第2凹部73を有する第2基台74のみを有している。
【0093】
第1基台12の上面に設けられた第1凹部11は方形状で、その底部内には第1乃至第4電極リード15、16、71、72が設けられている。
このうち、第1および第2電極リード15、16は第1凹部11の一辺側(図の左辺側)に、第3および第4電極リード71、72は第1凹部71の一辺と反対辺側(図の右辺側)に互いに離間して配置されている。
【0094】
また、第1乃至第4外部端子17、18、19、20は第1乃至第4電極リード15、16、71、72と接続部29、30、31、32を介してそれぞれ電気的に接続され、第1乃至第4電極リード15、16、71、72を外側へ延伸するように第1基台12の下面に設けられている。
【0095】
更に具体的には、第1基台12は、例えばセラミックス部材からなる第1基板33と第2基板34とが積層されている。
【0096】
第1基板33は、例えば厚さ0.1mmに形成され、その上面には第1乃至第4電極リード15、16、71、72が形成され、その下面には第1乃至第4外部端子17、18、19、20が形成され、第1乃至第4電極リード15、16、71、72と第1乃至第4外部端子17、18、19、20をそれぞれ接続する接続部29、30、31、32が形成されている。
第2基板34は、例えば厚さ0.4mmに形成され、開口幅が2.4mmの方形状の貫通孔34aが形成されている。
【0097】
一方、第2基台74は、例えば厚さ0.2mmに形成されたセラミックス部材からなる単一の基板で、その上面には、例えば開口径が2.4mmの円形状で底部に向かってドーム状に湾曲した第2凹部73が形成されている。
【0098】
ここで、方形状の第1凹部11の開口幅と円形状の第2凹部73の開口径とは等しくなくても構わないが、ほぼ等しく設定しておくことが望ましい。
【0099】
第1電極リード15には第1凹部11の中央側の一端部には半導体発光素子を載置するためのマウントベッド15aが設けられ、第3電極リード71には中央側の一端部には半導体受光素子を載置するためのマウントベッド71aが設けられている。
【0100】
また、第1乃至第4外部端子17、18、19、20は、それぞれ第1基板33の下面に設けられ、第1基板33を貫通して形成された接続部29、30、31、32を介して第1乃至第4電極リード15、16、71、72に電気的に接続されている。
【0101】
次に、上記構造のパッケージを用いた光半導体装置70について説明する。図10に示すように、光半導体装置70は、第1基台12の第1凹部11内に設けられたマウントベッド15aに半導体発光素子39を載置して下面電極(図示せず)と第1電極リード15とを電気的に接続し、半導体発光素子39の上面電極(図示せず)と第2電極リード16とをボンディングワイヤ(第1接続導体)40を介して電気的に接続している。
【0102】
更に、第1基台12の第1凹部11内に設けられたマウントベッド71aに半導体受光素子33を載置して下面電極(図示せず)と第3電極リード71とを電気的に接続し、半導体受光素子33の上面電極(図示せず)と第4電極リード72とをボンディングワイヤ43を介して電気的に接続している。
【0103】
この半導体発光素子39、半導体受光素子41およびボンディングワイヤ40、43を外部から保護するために、第1基台12の第1凹部11内には透光性を有する第1封止樹脂44、例えばシリコン樹脂が充填され、第1封止樹脂44の上面はほぼ平坦に形成されている。
【0104】
同様に、第2基台74の第2凹部73内には、透光性を有する第2封止樹脂45、例えばシリコン樹脂が充填され、第2封止樹脂45の上面はほぼ平坦に形成されている。
【0105】
これにより、第1封止樹脂44と第2封止樹脂45とは互いに密着して光学的に一体化するので、半導体発光素子39から放射された光aは第1封止樹脂44と第2封止樹脂45の界面bで散乱されることなく第2基台74の第2凹部73のドーム状の湾曲面で反射され、反射された光cは半導体受光素子41の受光面に入射する。
【0106】
上記光半導体装置70では、第1外部端子17を、例えば半導体発光素子39のカソード端子、第2外部端子18を、例えば半導体発光素子39のアノード端子として、アノード端子18およびカソード端子17を電源(図示せず)に接続することにより、半導体発光素子39からの赤外光が放射される。
【0107】
また、第3外部端子19を、例えば半導体受光素子41のカソード端子、第4外部端子20を、例えば半導体受光素子41のアノード端子として、アノード端子20およびカソード端子19に負荷(図示せず)を接続することにより受光した赤外光のエネルギーに応じた光電流が得られ、入力信号が電気的に絶縁されて負荷に伝達されるフォトカプラとして機能する。
【0108】
次に、上記構造のパッケージを用いた光半導体装置70の製造方法について図11乃至図14を用いて説明する。
【0109】
図11は複数の第1筺体21が一括して形成された基板を示す平面図、図12は第1筺体21の製造工程の要部を示す断面図、図13は複数の第2筺体75が一括して形成された基板を示す平面図、図12は光半導体装置70の組み立て工程を順に示す断面図である。
【0110】
図11に示すように、第1筺体21は複数の第1筐体21が格子状に配列されたシート状の基台78に一括して形成される。
【0111】
即ち、格子状に配列された第1基台12の上面の第1凹部11の底部内に第1乃至第4電極リード15、16、71、72が形成され、第1基台12の底面に第1乃至第4外部端子17〜20が形成され、第1基台12を貫通して接続部29、30、31、32が形成される。
【0112】
更に具体的には、図12に示すように、第1基台12は、第1基板33と第2基板34とを積層することにより製造される。
【0113】
始に、例えば4隅に矩形状の貫通孔(図示せず)が形成された、厚さ0.1mmの未焼結セラミックスの第1基板33を用意し、上面にマウントベッド15aを有する第1電極リード15と、第2電極リード16と、上面にマウントベッド71aを有する第3電極リード71および第4電極リード72を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成し、下面に第1乃至第4外部端子17、18、19、20を、例えばニッケルおよび金メッキによりそれぞれ形成する。
【0114】
次に、貫通孔の内壁面に、例えば銀メッキにより第1基板33を貫通する接続部29、30、31、32を形成し、第1乃至第4電極リード15、16、71、72と第1乃至第4外部端子17、18、19、20とを電気的に接続する。
【0115】
次に、中央部に、例えば開口幅2.4mmの方形状の貫通孔34aが形成された、厚さ0.4mmの未焼結セラミックスの第2基板34を用意し、貫通孔34aに接続部29、30、31、32がそれぞれ内接するように第1基板33上に積層する。
【0116】
次に、積層された未焼結セラミックスの第1基板33および第2基板34を加圧して低温焼結することにより、複数の第1筺体21が格子状に配列されたシート状の基台78が得られる。
【0117】
同様にして、図13に示すように、第2筺体75は複数の第2筐体75が格子状に配列されたシート状の基台79に一括して形成される。
【0118】
即ち、第2基台74として、例えば厚さ0.2mmの未焼結セラミックスの基板を用意し、円形状で底部に向かって湾曲したドーム状の第2凹部73を格子状に形成した後、低温焼結することにより第2筺体75が格子状に配列されたシート状の基台79が得られる。
【0119】
次に、シート状の基台78、79を、例えばブレードで各個片に分割することにより、第1および第2筺体21、75が得られる。
【0120】
次に、図14(a)に示すように、第1基台12の第1凹部11内のマウントベッド15a上に半導体発光素子39を導電性ペーストまたは共晶でマウントし、下面電極を第1電極リード15に接続する。
同様に、マウントベッド61a上に半導体受光素子41を導電性ペーストまたは共晶でマウントし、下面電極を第3電極リード71に接続する。
【0121】
次に、図14(b)に示すように、半導体発光素子39の上面電極と第2電極リード16とをボンディングワイヤ40を介して電気的に接続し、半導体受光素子41の上面電極と第4電極リード72とをボンディングワイヤ43を介して電気的に接続する。
【0122】
次に、図14(c)に示すように、ディスペンサ54により、第1基台12の第1凹部11内にシリコン樹脂を充填し、第1封止樹脂44で封止する。
同様に、第2基台74の第2凹部73内にシリコン樹脂を充填し、第2封止樹脂45で封止する。
【0123】
次に、図14(d)に示すように、ディスペンサ55により、第1基台12の上面全周に接着剤56を塗布する。
【0124】
次に、図14(e)に示すように、第2基台74を熱板57上に載置して、上方から第1凹部11に第2凹部73が対向するように真空チャック58で吸着した第1筺体21を降下させ、第1基台12に第2基台74を冠着した後、加熱あるいは超音波を印加して固着する。
【0125】
これにより、図10に示す第1筐体21と第2筐体75を一体化したパッケージに、半導体発光素子39と半導体受光素子41とを搭載した光半導体装置70を製造することが可能である。
【0126】
以上説明したように、本実施例の光半導体装置70では、予め成形加工された第1筺体12に半導体発光素子39と半導体受光素子41を収納し、第2筺体74の第2凹部73を光反射面としたので、パッケージの高さを小さくできる利点がある。
【0127】
ここでは、第1筺体12に半導体発光素子39と半導体受光素子41を収納した場合について説明したが、更にスイッチング素子を収納してフォトリレーとして動作させても構わない。
【実施例4】
【0128】
図15は本発明の実施例4に係る光半導体装置の第2筐体を示す断面図である。本実施例において、上記実施例3と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【0129】
本実施例が実施例3と異なる点は、第2基台74の第2凹部73に光反射膜を形成したことにある。
【0130】
即ち、図15に示すように、第2基台74の第2凹部73に、例えば金、銀、アルミニウムなどの金属膜をメッキまたは蒸着した光反射膜80が形成されている。
【0131】
光反射膜80により、半導体発光素子39と半導体受光素子41との光結合効率を向上させることが可能である。
【0132】
以上説明したように、本実施例の光半導体装置の第2筐体74は、第2基台74の第2凹部73に光反射膜80を形成したので、半導体受光素子41の受光感度が向上し、光半導体装置70の信頼性が向上する利点がある。
【0133】
また、半導体受光素子41の受光感度を一定とする場合には、半導体発光素子39の駆動電流を低減できるので、光半導体装置70の消費電流を低減できる利点がある。
【0134】
上述した実施例においては、シート状の基台50、51を分割して第1筐体21および第2筐体28を形成した後、光半導体装置10を組み立てる場合について説明したが、始にシート状の基台50、51に半導体発光素子39、半導体受光素子41およびスイッチング素子42a、42bを載置して第1及び第2樹脂44、45で封止した後、シート状の基台50、51を固着してから各個片に分離して光半導体装置10を得るようにしても構わない。
【0135】
また、第1乃至第4外部端子17、18、19、20をメッキで形成する場合について説明したが、導電性ペーストなどの印刷法によっても構わない。
【0136】
更に、第1基台12および第2基台23が絶縁体である場合について説明したが、第1基台12および第2基台23の一部または全部が導電体であっても構わない。
【0137】
その場合は、電極リード、外部接続端子、接続部をそれぞれ導電性の基台から絶縁する必要があるが、半導体発光素子39、半導体受光素子41、スイッチング素子42a、42bなどの放熱性が向上する利点がある。
【0138】
更にまた、第1凹部11および第2凹部22、73に透光性樹脂を充填した場合について説明したが、半導体発光素子39と半導体受光素子41との間で所定の光結合効率か得られ、ボンディングワイヤ40、43などの機械的強度が保てる範囲においては、第1および第2封止樹脂44、45は無くても構わない。
その場合に、第1凹部11および第2凹部22、73に乾燥不活性ガスを充填しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0139】
【図1】本発明の実施例1に係る光半導体装置を示す図で、図1(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図2】本発明の実施例1に係る光半導体装置の第1筐体が一括して形成された基板を示す平面図。
【図3】本発明の実施例1に係る第1筐体の製造工程の要部を示す図。
【図4】本発明の実施例1に係る光半導体装置の第2筐体が一括して形成された基板を示す平面図。
【図5】本発明の実施例1に係る第2筐体の製造工程の要部を示す図。
【図6】本発明の実施例1に係る基板から第1および第2筐体の分離工程を示す断面図。
【図7】本発明の実施例1に係る光半導体装置の組み立て工程を順に示す断面図。
【図8】本発明の実施例2に係る光半導体装置を示す図で、図8(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図8(b)は図8(a)のB−B線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図9】本発明の実施例2に係る他の光半導体装置を示す外観図。
【図10】本発明の実施例3に係る光半導体装置を示す図で、図10(a)はその内部を透視して眺めた平面図、図10(b)は図10(a)のC−C線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図11】本発明の実施例3に係る光半導体装置の第1筐体が一括して形成された基板を示す平面図。
【図12】本発明の実施例3に係る第1筐体の製造工程の要部を示す図。
【図13】本発明の実施例3に係る光半導体装置の第2筐体が一括して形成された基板を示す平面図。
【図14】本発明の実施例3に係る光半導体装置の組み立て工程を順に示す断面図。
【図15】本発明の実施例4に係る光半導体装置の第2筐体を示す断面図。
【符号の説明】
【0140】
10、60、70 光半導体装置
11 第1凹部
12 第1基台
13 第1パッド
14 第2パッド
15 第1電極リード
15a、26a、26b、27a マウントベッド
16 第2電極リード
17 第1外部端子
18 第2外部端子
19 第3外部端子
20 第4外部端子
21 第1筺体
22、73 第2凹部
23 第2基台
24 第3パッド
25 第4パッド
26、71 第3電極リード
27、72 第4電極リード
28、75 第2筺体
29、30、31、32、37、38 接続部
33、34、35、36 基板
34a、36a 貫通孔
39 光半導体素子
40、43 ボンディングワイヤ
41 半導体受光素子
42a、42b スイッチング素子
44 第1封止樹脂
45 第2封止樹脂
46、56 接着剤
50、51、78、79 シート状の基台
52 ダイシングブレード
53 Auボール
54、55 ディスペンサ
57 熱板
58 真空チャック
80 光反射膜




 

 


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