(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に電極を有する発光素子と、表面に電極パッド及び受光部を有する受光素子とを備え、前記発光素子裏面の電極と前記受光素子表面の電極パッドを電気的に接続し、かつ前記発光素子裏面と前記受光素子表面の受光部を光学的に結合してなる光結合装置において、
前記発光素子裏面と前記受光素子表面を、導電性物質と透光性物質とを含有する導電性接着剤を介して接着し、
前記発光素子裏面の電極と前記受光素子表面の電極パッドを前記導電性物質により電気的に接続し、かつ前記発光素子裏面と前記受光素子表面の受光部を前記導電性物質の粒子径よりも粒子径が大きな透光性物質を介して光学的に結合したことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
裏面に電極を有する発光素子と、表面に電極パッド及び受光部を有する受光素子とを備え、前記発光素子裏面の電極と前記受光素子表面の電極パッドを電気的に接続し、かつ前記発光素子裏面と前記受光素子表面の受光部を光学的に結合してなる光結合装置において、
前記発光素子裏面と前記受光素子表面を、導電性物質と透光性物質とを含有する導電性接着剤を介して接着し、
前記発光素子裏面の電極と前記受光素子表面の電極パッドを前記導電性物質により電気的に接続し、かつ前記発光素子裏面と前記受光素子表面の受光部を透光性物質を介して光学的に結合しており、前記導電性接着剤の厚みが前記透光性物質の厚みまたは粒子径程度であることを特徴とする光結合装置。
【請求項３】
前記透光性物質は、弾性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記受光素子表面の受光部の一部が該受光素子表面の電極パッドにて覆われ、電極パッドが網目形状又は櫛形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項５】
前記導電性接着剤が、硬化収縮の大きな樹脂に導電性物質及び透光性物質を含ませてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発光素子と受光素子とを電気的接続するとともに、光学的に結合させてなる光結合装置に関するものであり、特に、光メモリー素子、光スイッチング素子、光演算素子等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来例を示す縦断面図である。
【０００３】
本従来例の光結合装置は、受光素子１上に発光素子２が搭載され、前記受光素子１と発光素子２とを電気的接続するとともに、光学的に結合させてなるものであって、詳しくは以下に説明する。
【０００４】
前記受光素子１は、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトサイリスタ等で構成される。図４では、受光素子１としてフォトトランジスタを用いており、表面に電極部３および受光部４を有し、前記電極部３は電極パッド５（例えば、アルミ）にて被覆され、その他の部分が絶縁膜６（例えば、酸化膜）にて被覆されている。なお、表面側にエミッタ電極（電極部３）、ベース電極（図示せず）を有し、裏面側にコレクタ電極（図示せず）を有する構成である。
【０００５】
前記発光素子２は、例えば発光ダイオード等からなり、裏面が前記電極パッド５よりもやや大きい形状であって、表面にアノード電極、裏面にカソード電極を有し、そのうち裏面電極７は発光素子２裏面全域に形成されている。
【０００６】
前記発光素子２と受光素子１との電気的接続は、前記受光素子１の電極パッド５上に導電性接着剤（例えば、Ａｇペースト）８を転写、ディスペンス、印刷等の方法で塗布し、発光素子２を前記導電性接着剤８上に搭載した後に該導電性接着剤８を加熱固化して、発光素子２の裏面電極７と受光素子１の電極パッド５とを電気的に接続している。なお、前記Ａｇペーストを詳細に述べると、エポキシ系接着剤に細かいＡｇ粉体を混入したものである。また、発光素子２と受光素子１との光結合は、発光素子２側面より発する出射光を受光素子１の受光部４にて受光して、発光素子２と受光素子１とを光学的に結合させている。
【０００７】
図５は、他の従来例を示す縦断面図である。本従来例について、上記従来例と相違する点のみ説明する。
【０００８】
本従来例の光結合装置は、発光素子２と受光素子１とをほぼ同形状とし、前記発光素子２の裏面の一部分にはバンプ電極９が形成され、その他の部分を発光部としている。また、前記受光素子１の表面には、前記バンプ電極９と対応する位置にそれぞれ電極パッド５が形成され、各電極パッド５は接続されており、また、受光部４における前記電極パッド５が形成されていない部分を受光面としている。例えば、前記バンプ電極９および電極パッド５を各素子の４隅に４点形成し、前記受光面を中心部分とする。
【０００９】
前記発光素子２と受光素子１と電気的接続は、前記電極パッド５上にバンプ電極９を搭載し、加熱することによりバンプを熔融して接続を行う。また、光結合は、発光素子２裏面の前記バンプ電極９が形成されていない部分より発する出射光を受光素子１の受光部４における受光面にて受光して、発光素子２と受光素子１とを光学的に結合させている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来例の光結合装置は、発光素子２裏面全域を裏面電極７としている。このため、裏面側より光を出射ことはない。ところが、前記裏面電極７を部分電極とすることで発光素子２裏面より光を出射することが可能である。しかしながら、前記裏面電極７下方の上記導電性接着剤８に光透過性が無く、該導電性接着剤８により遮蔽され、発光素子２裏面から直下に光結合させることは不可能であった。このため、図４の如く、発光素子２の側面から斜め下方向に受光素子２の受光部４を配置させ、発光素子２側面からの出射光を受光素子１の受光部４に導くこととなり、広いエリアが必要である。
【００１１】
また、図５に示す従来の光結合装置は、発光素子２裏面に複数のバンプ電極９を形成し、該バンプ電極９間を発光部として、発光素子２の直下より光を導くようにしている。したがって、発光素子２直下にて電気的接続および光結合させることが可能である。しかしながら、発光素子２にバンプ電極９を形成するためのプロセスが別途必要となる他、該バンプ電極９に対応するパターンを受光素子１の電極パッド５に形成する必要がある。また、バンプを熔融する場合に、３００度前後の高温にするので、その高温状態に耐える材料で構成する必要があり、使用する材料に制限がある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、受光素子との電気的接続および光学的結合を発光素子の直下にて行えるとともに、バンプ接続を不要とした光結合装置の提供を目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合装置は、裏面に電極を有する発光素子と、表面に電極部および受光部を有し、該電極部が電極パッドにて覆われた受光素子とを備え、前記発光素子の裏面電極と受光素子の表面電極パッドとを電気的接続し、かつ前記発光素子と受光素子とを光学的に結合させてなる光結合装置において、前記発光素子の裏面に対応して前記受光素子の電極パッドおよび受光面が配置され、前記発光素子の裏面電極を部分電極とし、前記発光素子裏面と受光素子表面とを、導電性物質および形状が該導電性物質よりも大きい透光性物質を含有する導電性接着剤を介して接続してなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項１記載の光結合装置において、前記受光素子の受光部の一部が前記表面電極パッドにて覆われ、該表面電極パッド形状が網目形状または櫛形状からなることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、請求項１または２記載の光結合装置において、前記導電性接着剤が、硬化収縮の大きな樹脂に前記導電性物質および透光性物質を含ませてなることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
上記構成によれば、本発明の光結合装置は、発光素子の裏面電極を部分電極としているので、裏面より直下に光を出射することが可能である。また、前記導電性接着剤に形状が導電性物質よりも大きい透光性物質を混入しているので、発光素子と受光素子とを接続した際に、前記透光性物質を光の伝達光路とすることが可能である。さらに、受光素子の電極パッドおよび受光部は発光素子の裏面に対応して配置されているので、前記電極パッドを導電性接着剤における導電性物質を介して発光素子の裏面電極と接続できるとともに、前記受光部が導電性接着剤における透光性物質を介して前記発光素子と光学的結合することができる。
【００１７】
また、前記受光素子の受光部の一部が前記表面電極パッドにて覆われ、該表面電極パッド形状を網目形状または櫛形状としてなる構成なので、発光素子の複数種の異なる裏面電極の形状に対応でき、受発光素子間の電気的接続および光学的結合をより確実に行うことが可能である。
【００１８】
さらに、前記導電性接着剤を硬化収縮の大きな樹脂に前記導電性物質および透光性物質を含ませてなる構成とすることにより、受発光素子間をさらに狭くすることができ、これにより前記透光性物質が圧迫され、より確実に光学的結合できるとともに、光伝達効率を向上できる。
【００１９】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例を示す縦断面図であり、図２は、図１の要部拡大縦断面図であり、図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、受光素子の電極パッドの形状の一例を示す平面図である。
【００２０】
図１及び図２の如く、本実施例の光結合装置は、発光素子１１と受光素子１２とを導電性接着剤１３を介して厚み方向に積載されたものである。
【００２１】
前記発光素子１１は、例えば発光ダイオード等からなり、表面（アノード側）および裏面（カソード側）に金系合金等からなる電極を有する。このうち、裏面電極１４は部分電極とされ、電気的接続を可能とするとともに裏面より光を出射する構成としている。
【００２２】
前記受光素子１２は、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトサイリスタ等からなる。図中では、受光素子１２としてフォトトランジスタを用いており、表面に電極部（エミッタ電極）１５、ベース電極（図示せず）および受光部１６を有し、また裏面にコレクタ電極（図示せず）を有する。前記受光素子１２表面の少なくとも電極部１５は電極パッド（アルミ）１７にて覆われ、その他の部分が絶縁膜（例えば、酸化膜）１８にて覆われる。前記電極パッド１７は、例えば図３に示すような網目形状あるいは櫛形状とする。この場合、受光部１６の一部を覆う形状となる。前記網目形状あるいは櫛形状としたことにより、発光素子１１の複数種の異なる裏面電極（部分電極）１４の形状に容易に対応することができる。このため、異なる裏面電極の形状毎に電極パッド１７形状を変更する必要がない。
【００２３】
前記導電性接着剤１３は、導電性物質１９と透光性物質２０とを含有するものであり、例えばエポキシ系樹脂に導電性物質１９として粒子径５μｍ以下のＡｇ粉体を６０ｗｔ％混入し、さらに透光性物質２０として粒子径５〜１０μｍの透光性のゴム状粒子からなるシリコーンゴムを２０ｗｔ％混入したものからなる。また、前記透光性物質２０としては、上記に限らず弾性を有する透光性の物質であれば何でも良く、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂等からなる透光性樹脂体を用いても良い。
【００２４】
以下に、製造工程について説明する。
【００２５】
まず、受光素子１２の電極部１５を除く部分を絶縁膜１８にて覆った後に、その表面全域にアルミを蒸着等にて塗布し、さらに電極パッド１７に相当する部分にレジスト塗布し、エッチングにて不要なアルミを除去して電極パッド１７を形成する。また、発光素子１１についても同様に、エッチングにて所望の部分電極形状からなる裏面電極１４を形成する。
【００２６】
次に、前記受光素子１２表面上に上記導電性接着剤１３を塗布し、発光素子１１を搭載する。このとき、発光素子１１の裏面に対応する位置に受光素子１２の電極パッド１７および受光部１６を配置する。
【００２７】
次に、発光素子１１の上方より荷重を加えて透光性物質２０が発光素子１１の裏面および受光素子１２の表面と当接し、かつ変形する状態で加熱し、前記導電性接着剤１３を硬化させる。
【００２８】
また、上記導電性接着剤１３のエポキシ系樹脂の硬化収縮を利用することにより、発光素子１１を搭載した際、前記導電性接着剤１３の厚みが前記透光性物質２０の厚みまたは粒子径程度となるよう発光素子１１を押さえることで、前記導電性接着剤１３を硬化の際の硬化収縮により、導電性接着剤１３の厚みをさらに狭くして前記透光性物質２０を圧迫させ、変形させることが可能となる。このように、導電性接着剤１３に硬化収縮性を持たせたことにより、硬化の際にさらに厚みを狭くできるので、受発光素子の接着面と透光性物質２０とが接する面積を広くすることができ、より確実に受発光素子間の光路を形成でき、かつ光伝達効率を向上できる。
【００２９】
このように、本発明の光結合装置は、発光素子１１の裏面電極１４を部分電極として発光素子１１裏面より直下に光を出射することを可能とし、前記発光素子１１の裏面に対応した位置に受光素子１２の電極パッド１７および受光部１６を配置し、前記発光素子１１と受光素子１２とを形状が導電性物質１９よりも大きい透光性物質２０を混入した導電性接着剤１３にて接着してなる構成なので、前記発光素子１１の裏面電極１４と前記受光素子１２の電極パッド１７とを導電性接着剤１３における導電性物質１９を介して電気的接続できるとともに、前記発光素子１１と受光素子１２の受光部１６とを導電性接着剤１３における透光性物質２０を介して光学的に結合できる。したがって、発光素子の直下つまり搭載した領域にて、電気的接続および光学的結合が行え、装置の小型化、高密度化が図れる。
また、前記受光素子１２の受光部１６の一部が前記表面電極パッド１７にて覆われ、該表面電極パッド１７形状を網目形状または櫛形状としてなる構成なので、発光素子１１の複数種の異なる裏面電極１４の形状に対応でき、受発光素子間の電気的接続および光学的結合をより確実に行うことが可能となる。したがって、受光素子と発光素子との組み合わせが、容易かつ自由にできる。
【００３０】
さらに、前記導電性接着剤１３を硬化収縮の大きな樹脂に前記導電性物質１９および透光性物質２０を含ませてなる構成としているので、樹脂硬化の際に受発光素子間をさらに狭くすることができ、これにより前記透光性物質２０を圧迫され、より確実に光学的結合できるとともに、光伝達効率を向上できる。
【００３１】
加えて、導電性接着剤１３を使用するため、図５に示す従来例のようにバンプ電極を形成する必要がなく、発光素子のバンプ電極形状と受光素子の電極パッド形状を同一とする必要もなく、設計が容易である。また、製造方法においても、従来の導電性接着剤によるダイボンド方法が使用できるため、新たな製造工程、組み立て工程や設備が不要である。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例に限るものではなく、例えば、受発光素子間に透明基板を介在させ、該透明基板に部分電極を形成し、上記発光素子および受光素子を上記導電性接着剤を介して前記透明基板の表裏面に上記同様に接着しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の光結合装置によれば、発光素子の裏面電極を部分電極とし、前記発光素子の裏面に対応した位置に受光素子の電極パッドおよび受光部を配置し、前記発光素子と受光素子とを形状が導電性物質よりも大きい透光性物質を混入した導電性接着剤にて接着してなる構成なので、前記発光素子の裏面電極と前記受光素子の電極パッドとが導電性接着剤における導電性物質を介して電気的接続されるとともに、前記発光素子と受光素子の受光部とが導電性接着剤における透光性物質を介して光学的結合される。したがって、発光素子の直下にて、電気的接続および光学的結合が行え、装置の小型化、高密度化が図れるとともに、バンプ接続が不要となる。
【００３４】
また、本発明の請求項２記載の光結合装置によれば、前記受光素子の受光部の一部が前記表面電極パッドにて覆われ、該表面電極パッド形状を網目形状または櫛形状としてなる構成なので、発光素子の複数種の異なる裏面電極の形状に対応でき、受発光素子間の電気的接続および光学的結合をより確実に行うことが可能となる。したがって、受光素子と発光素子との組み合わせが自由にできる。
【００３５】
さらに、本発明の請求項３記載の光結合装置によれば、前記導電性接着剤を硬化収縮の大きな樹脂としているので、受発光素子間をさらに狭くすることができ、これにより前記透光性物質が圧迫され、より確実に光学的結合されるとともに、光伝達効率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】受光素子の電極パッド形状の一例を示す平面図である。
【図４】従来例を示す図である。
【図５】他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１１  発光素子
１２  受光素子
１３  導電性接着剤
１４  裏面電極
１５  電極部
１６  受光部
１７  電極パッド
１９  導電性物質
２０  透光性物質
【図１】
0003548214.tif 000002
【図２】
0003548214.tif 000003
【図３】
0003548214.tif 000004
【図４】
0003548214.tif 000005
【図５】
0003548214.tif 000006