(57)【要約】【課題】  小型化が可能で、位置決めを正確に行うことができ、比較的安価に製造でき、しかも、放熱性能が比較的高いオプトデバイスを提供すること。【解決手段】  光半導体素子４と複数のリードフレーム２をモールド樹脂１で封止し、モールド樹脂１の表面に形成した凹部９に、モールド樹脂１よりも熱伝導率が高い熱伝導部材８を配置する。凹部９の内側面に、リードフレーム２のインナーリードフレーム２ｂの部分を露出させて、熱伝導部材８をインナーリードフレーム２ｂに接触させる。光半導体素子４で生成された熱が、この光半導体素子４が搭載されたインナーリードフレーム２ｂから、熱伝導部材８を介して他のインナーリードフレーム２ｂに伝達される。インナーリードフレーム２ｂを介してモールド樹脂１の全体に熱が伝達されるので、温度分布の偏りが小さくなる。【選択図】図１
2006013323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子と、
少なくとも１つに上記光半導体素子が搭載された複数のリードフレームと、
上記光半導体素子および複数のリードフレームを封止する封止樹脂と、
上記封止樹脂に形成されていると共に、上記複数のリードフレームの上記封止樹脂に封止された部分である複数のインナーリードフレームの近傍に形成された凹部と、
上記凹部内に設けられていると共に、上記封止樹脂が有する熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材と
を備えることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のオプトデバイスにおいて、
上記複数のインナーリードフレームは、互いに近接するように形成された近接部分を有し、
上記近接部分の近傍に、上記凹部が形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオプトデバイスにおいて、
上記凹部は、内側に上記複数のインナーリードフレームの部分が露出するように形成されており、
上記熱伝導部材は、上記複数のインナーリードフレームの上記凹部の内側に露出した部分に接触するように設けられていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記熱伝導部材は、絶縁性のゲル状材料が硬化したゲル硬化部材であることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記熱伝導部材は、上記凹部に嵌合可能に予め形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記熱伝導部材は、絶縁性のゲル状材料が硬化したゲル硬化部材と、予め所定形状に形成された固形部材とで形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項７】
請求項１または２に記載のオプトデバイスにおいて、
上記封止樹脂の凹部は、この凹部の底から上記複数のインナーリードフレームの表面までの最短距離が、上記封止樹脂の凹部が形成された部分以外の部分の厚みの半分以下に相当する距離に形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記封止樹脂は、透明樹脂材料で形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記封止樹脂は、透明樹脂材料で形成された透明部分と、フィラーが混入された不透明樹脂材料で形成された不透明部分とを有することを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記リードフレームは、銅合金で形成されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記リードフレームは、一部の表面が酸化されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記リードフレームは、一部が樹脂コーティングされていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
発光素子または受光素子を含む複数の上記光半導体素子を備え、
上記複数の光半導体素子は、上記封止樹脂の中心を通る線に関して互いに対称に配置されており、
上記光半導体素子は、この光半導体素子に関して光が入射または出射する面を上記リードフレーム側に向けて、このリードフレームに搭載されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記光半導体素子は、発光素子または受光素子であり、
上記封止樹脂に、上記光半導体素子に関する光の入射経路または出射経路の途中であって、予め形成された光学部品が接着部材で接着されていることを特徴とするオプトデバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１つに記載のオプトデバイスにおいて、
上記封止樹脂は、互いに略同じ形状を有する複数の上記凹部を備え、
上記複数の凹部のうちの少なくとも１つに光学部品が配置され、上記複数の凹部のうちの他のものに上記熱伝導部材が配置されていることを特徴とするオプトデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光通信、照明および自動車等に使用されるオプトデバイスであり、比較的厳しい温度環境で使用されるオプトデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のオプトデバイスに関して、放熱性を改善するための各種の提案がなされている。例えば半導体発光素子を備え、５０Ｍｂｐｓ以上の高速光通信に用いられるようなオプトデバイスでは、上記半導体発光素子及びこの発光素子のドライブＩＣに比較的大電流が流れるので、発熱量が比較的大きい。したがって、上記オプトデバイスの放熱が不十分であると、上記半導体発光素子の出力低下が発生し、十分な光出力が得られないという問題が発生する。
【０００３】
このような問題を解決するため、図７に示すようなオプトデバイスが提案されている（特許文献１：特開平１１−１７２３１号公報参照）。
【０００４】
図７のオプトデバイスは、図示しない発光素子と、この発光素子を駆動するための図示されないドライブＩＣとをリードフレーム１０１に設置し、上記発光素子、ドライブＩＣおよびリードフレーム１０１の部分を樹脂モールド１０２で封止して、デバイスパッケージ１００を形成している。上記リードフレーム１０１は、上記樹脂モールド１０２の外側に延設される延設部１０１ａを有し、この延設部１０１ａが折り曲げられて上記樹脂モールド１０２の正面の一部および背面を覆うことにより、このオプトデバイスの放熱性を高めるようにしている。
【０００５】
また、従来の他のオプトデバイスとしては、図８に示すように、半導体発光素子２０４と、この半導体発光素子２０４を搭載すると共に上記半導体発光素子２０４に接続された導電パターンを有して絶縁材料からなるマウント部材２０７と、このマウント部材２０７を固定すると共に上記導電パターンに電気的に接続されたインナーリード２０２ａと、このインナーリード２０２ａに連なる図示しないアウターリードと、上記発光素子２０４を駆動する駆動装置２０５とを備えたパッケージ２００が提案されている（特許文献２：特開２００２−２７０９０４号公報参照）。このパッケージ２００は、上記インナーリード２０２ａ、発光素子２０４および駆動装置２０５を、樹脂形成体２０１で封止すると共に、この樹脂形成体２０１に、上記発光素子２０４からの光を出射するレンズを一体に形成している。このオプトデバイスは、上記発光素子２０４のうちの発熱量が最も大きい部分である発光面を、上記マウント部材２０７に向けて搭載することにより、上記発光面２０３から上記マウント部材２０７を経由した外部への放熱経路を短くしている。上記発光素子２０４の発光面から出射した光は、上記マウント部材２０７に形成した開口２０８を通ってレンズ２０９を介して外部に放出される。
【０００６】
上記従来のオプトデバイスは、以下のような理由により、単体で放熱性能の向上を行う必要がある。
【０００７】
すなわち、オプトデバイスのパッケージは、ＩＣ等のパッケージと異なり、内部の発光素子や受光素子による光の入出力を伴うため、熱伝導率が０．１７Ｗ／ｍ・ｋ程度と比較的低い透明樹脂を使用する必要がある。これに対して、通常のＩＣパッケージは光の入出力を伴わないので透明である必要が無いから、フィラーが混入されて熱伝導率が０．６７〜２Ｗ／ｍ・ｋ程度と比較的高い樹脂が採用できる。上記オプトデバイスの放熱構造として、リードフレームを介して、上記オプトデバイスが搭載されるプリント基板等に放熱する構造や、パッケージの光の透過に支障の無い箇所に別個に設けた放熱板で放熱する等の構造が考えられる。しかしながら、このような構造のオプトデバイスは、このオプトデバイスを組み込む装置の設計の自由度を制限するという不都合が生じる。このような不都合を防止するため、オプトデバイス単体で放熱性能の向上を行う必要がある。
【０００８】
しかしながら、図７のオプトデバイスは、リードフレームの延設部１０１ａを、樹脂モールドの形状に沿うように折り曲げ加工する必要があるので、コスト高となる。また、リードフレームは、一般に０．２５〜０．４ｍｍの厚みを有するので、この厚みに応じて寸法が大型化するという問題がある。また、このオプトデバイスを例えば通信機器に組み込む際、オプトデバイスの位置合わせは外形基準で行うことが多いので、上記折り曲げられたリードフレームが基準になって、正確な位置決めが行い難いという問題がある。
【０００９】
また、図８のオプトデバイスでは、上記マウント部材２０７は、上記インナーリード２０２ａに接続されると共に上記半導体発光素子２０４を搭載するのに必要な強度が要求され、したがって、厚みが比較的厚くなる一方、上記発光素子２０４からの出射光を通過させる開口が必要である。このような厚みが厚く、かつ、絶縁材料からなるマウント部材２０７に開口を形成するのは技術的難易度が高いので、コストアップを招くという問題がある。しかも、上記絶縁材料からなるマウント部材２０７は、熱伝導率が比較的低いので、このマウント部材２０７によってオプトデバイス全体の熱抵抗が増大するという問題がある。熱伝導率が比較的高い絶縁性材料も存在するが、そのような材料は価格が高いので、マウント部材に用いるとコストアップを招く。
【特許文献１】特開平１１−１７２３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の課題は、小型化が可能で、位置決めを正確に行うことができ、比較的安価に製造でき、しかも、放熱性能が比較的高いオプトデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するため、本発明のオプトデバイスは、
光半導体素子と、
少なくとも１つに上記光半導体素子が搭載された複数のリードフレームと、
上記光半導体素子および複数のリードフレームを封止する封止樹脂と、
上記封止樹脂に形成されていると共に、上記複数のリードフレームの上記封止樹脂に封止された部分である複数のインナーリードフレームの近傍に形成された凹部と、
上記凹部内に設けられていると共に、上記封止樹脂が有する熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材と
を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明は、以下のような背景でなされたものである。すなわち、オプトデバイスに使用される透明樹脂は、０．１７Ｗ／ｍ・ｋ程度と比較的低い熱伝導率を有する一方、リードフレームは、例えば銅合金を使用した場合、３５０Ｗ／ｍ・ｋ程度以上と大幅に高い熱伝導率を有する。従来のオプトデバイスの温度分布を分析すると、光半導体素子が搭載されたリードフレームと、上記封止樹脂の上記光半導体素子に接する部分の温度が上昇する一方、上記光半導体素子が搭載されていないリードフレームや、上記封止樹脂の上記光半導体素子に接する部分以外の部分は温度上昇が少なくて、比較的大きい温度分布の偏りが生じることが判明した。この温度分布の偏りに着目して試験研究を行った結果、オプトデバイス単体の放熱性能を向上するには、空気への放熱量を効率的に増やことが重要であり、空気への放熱量の増大は、オプトデバイスの温度分布の偏りを小さくすることにより達成できることを本発明者は見出した。
【００１３】
上記構成によれば、発熱量が最も大きい上記光半導体素子から、動作に伴う熱の大部分が、熱伝導率が比較的高い上記複数のインナーリードフレームのうち、上記光半導体素子を搭載したリードフレームに伝達される。上記封止樹脂の上記複数のインナーリードフレームの近傍に形成された凹部内に、上記封止樹脂よりも熱伝導率が高い熱伝導部材が配置されているので、この熱伝導部材を介して、上記光半導体素子が搭載されたインナーリードフレームから他のインナーリードフレームに熱が伝達される。したがって、上記複数のインナーリードフレームに略等しい量の熱が伝達されるので、この複数のインナーリードフレームを封止する封止樹脂の全体に、略均一に熱が伝達される。これにより、オプトデバイスの温度分布の偏りが従来よりも小さくなるので、上記オプトデバイスから空気に従来よりも高効率に熱を放出できるから、このオプトデバイスの放熱性能が向上する。
【００１４】
また、上記オプトデバイスは従来よりも良好な放熱性能を有するので、従来におけるように、放熱性能を向上させるために封止樹脂の外側にリードフレームの延在部分を折り曲げて配置する必要が無い。したがって、このオプトデバイスの位置決めを正確に行うことができる。
【００１５】
一実施形態のオプトデバイスは、上記複数のインナーリードフレームは、互いに近接するように形成された近接部分を有し、
上記近接部分の近傍に、上記凹部が形成されている。
【００１６】
上記実施形態によれば、上記複数のインナーリードフレームの近接部分の間で、上記凹部内に配置された熱伝導部材を介して熱が交換される。上記近接部分は互いに近接して形成されているので、熱交換が迅速に行われる。したがって、上記オプトデバイスの全体に、温度分布の偏りが少ない状態で、迅速に熱を伝達できるので、このオプトデバイスから迅速に放熱できる。
【００１７】
一実施形態のオプトデバイスは、上記凹部は、内側に上記複数のインナーリードフレームの部分が露出するように形成されており、
上記熱伝導部材は、上記複数のインナーリードフレームの上記凹部の内側に露出した部分に接触するように設けられている。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記凹部内に露出した上記複数のインナーリードフレームの部分が、上記熱伝導部材に接触するので、上記複数のインナーリードフレームの間で、上記熱伝導部材を直接経由して、迅速に熱交換される。したがって、上記オプトデバイスの全体に、温度分布の偏りが少ない状態で、更に迅速に熱を伝達できて、このオプトデバイスから更に迅速に放熱できる。
【００１９】
一実施形態のオプトデバイスは、上記熱伝導部材は、絶縁性のゲル状材料が硬化したゲル硬化部材である。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記熱伝導部材を容易に形成することができる。また、上記凹部内に上記複数のインナーリードフレームの部分が露出している場合、この露出したインナーリードフレームに、熱伝導部材を容易に密着させた状態に形成することができる。
【００２１】
一実施形態のオプトデバイスは、上記熱伝導部材は、上記凹部に嵌合可能に予め形成されている。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記オプトデバイスの製造時に、上記熱伝導部材を容易に取り付けることができる。
【００２３】
一実施形態のオプトデバイスは、上記熱伝導部材は、絶縁性のゲル状材料が硬化したゲル硬化部材と、予め所定形状に形成された固形部材とで形成されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記オプトデバイスの製造時に、上記熱伝導部材を、上記凹部の内側面に密着した状態に容易に形成できる。
【００２５】
一実施形態のオプトデバイスは、上記封止樹脂の凹部は、この凹部の底から上記複数のインナーリードフレームの表面までの最短距離が、上記封止樹脂の凹部が形成された部分以外の部分の厚みの半分以下に相当する距離に形成されている。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記複数のインナーリードフレームと上記凹部内に配置された熱伝導部材との間を、電気的に絶縁した状態で熱交換の効率を向上できる。
【００２７】
一実施形態のオプトデバイスは、上記封止樹脂は、透明樹脂材料で形成されている。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記封止樹脂は、この封止樹脂が封止する光半導体素子に関して入射または出射する光を、高効率に透過させることができる。
【００２９】
一実施形態のオプトデバイスは、上記封止樹脂は、透明樹脂材料で形成された透明部分と、フィラーが混入された不透明樹脂材料で形成された不透明部分とを有する。
【００３０】
上記実施形態によれば、例えば、上記光半導体素子に関して入射または出射する光の通過位置に上記透明部分を配置する一方、上記光の通過位置以外の位置に上記不透明部分を配置することによって、例えば上記不透明部分の熱伝導率をフィラー等で向上することにより、上記光の入射または出射に影響を与えることなく、オプトデバイス全体の放熱性能を向上できる。
【００３１】
一実施形態のオプトデバイスは、上記リードフレームは、銅合金で形成されている。
【００３２】
上記実施形態によれば、上記リードフレームの熱伝導率を増大させて、このオプトデバイスの放熱性能を向上できる。
【００３３】
一実施形態のオプトデバイスは、上記リードフレームは、一部の表面が酸化されている。
【００３４】
上記実施形態によれば、上記リードフレームの例えば電気的接点となる部分以外の部分の表面が酸化されていることにより、このリードフレームから封止樹脂への熱伝導の効率を向上できる。
【００３５】
一実施形態のオプトデバイスは、上記リードフレームは、一部が樹脂コーティングされている。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記リードフレームの例えば電気的接点となる部分以外の部分が樹脂コーティングされていることにより、このリードフレームから封止樹脂への熱伝導の効率を向上できる。
【００３７】
一実施形態のオプトデバイスは、発光素子または受光素子を含む複数の上記光半導体素子を備え、
上記複数の光半導体素子は、上記封止樹脂の中心を通る線に関して互いに対称に配置されており、
上記光半導体素子は、この光半導体素子に関して光が入射または出射する面を上記リードフレーム側に向けて、このリードフレームに搭載されている。
【００３８】
上記実施形態によれば、上記複数の光半導体素子は、発光素子または受光素子を含み、上記封止樹脂の中心を通る線に関して違いに対称に配置されている。上記封止樹脂の中心を通る線は、例えば、上記光半導体素子に入射または出射する光が進む方向と略直角をなす上記封止樹脂の面において、この面の重心を通る線である。上記光半導体素子は発光素子または受光素子を含むので光送受信を行うことができる。また、上記複数の光半導体素子は、上記封止樹脂の中心を通る線に関して違いに対称に配置されているので、このオプトデバイスの温度分布の偏りを小さくできる。また、上記光半導体素子が上記リードフレームにいわゆるフェイスダウン構造で搭載されるので、上記光半導体素子からの熱をリードフレームに迅速に伝達できる。その結果、光送受信機能を有するオプトデバイスの放熱性能を効果的に向上できる。
【００３９】
一実施形態のオプトデバイスは、上記光半導体素子は、発光素子または受光素子であり、
上記封止樹脂に、上記光半導体素子に関する光の入射経路または出射経路の途中に位置するように、予め形成された光学部品が接着部材で接着されている。
【００４０】
上記実施形態によれば、予め形成された光学部品を、上記光半導体素子に応じて種類を適宜選択して、上記封止樹脂に接着して配置することができる。したがって、少なくとも上記封止樹脂を、複数種類のオプトデバイスに用いることができるので、上記オプトデバイスの製造コストを削減できる。
【００４１】
一実施形態のオプトデバイスは、上記封止樹脂は、互いに略同じ形状を有する複数の上記凹部を備え、
上記複数の凹部のうちの少なくとも１つに光学部品が配置され、上記複数の凹部のうちの他のものに上記熱伝導部材が配置されている。
【００４２】
上記実施形態によれば、上記複数の凹部に配置すべき上記光学部品と上記熱伝導部材とを適宜設定することにより、少なくとも上記封止樹脂を複数種類のオプトデバイスに用いることができるので、上記オプトデバイスの製造コストを削減できる。なお、上記光学部品は、予め形成され、上記凹部内に配置されて接着部材で接着されるものが、配置が容易であることから好ましい。
【発明の効果】
【００４３】
以上より明らかなように、本発明によれば、光半導体素子と、少なくとも１つに上記光半導体素子が搭載された複数のリードフレームと、上記光半導体素子および複数のリードフレームを封止する封止樹脂と、上記封止樹脂に形成されていると共に、上記複数のリードフレームの上記封止樹脂に封止された部分である複数のインナーリードフレームの近傍に形成された凹部と、上記凹部内に設けられていると共に、上記封止樹脂が有する熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備えるので、上記光半導体素子が搭載されたインナーリードフレームから上記熱伝導部材を介して、他のインナーリードフレームに略等しい量の熱を伝達することができる。したがって、上記複数のインナーリードフレームを封止する封止樹脂の全体に、略均一に熱を伝達することができ、その結果、オプトデバイスの温度分布の偏りを従来よりも小さくできて、放熱性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の実施形態を説明するに先立って、本発明の基本的思想を説明する。
【００４５】
オプトデバイスから空気に放熱を行う際には、対流と放射との２つの伝熱機構が主に関与している。
【００４６】
式（１）は、対流による伝熱量を表す式であり、式（２）は、放射による伝熱量を表す式である。
【００４７】
【数１】
2006013323.tif 000003
【００４８】
【数２】
2006013323.tif 000004
【００４９】
式（１）において、伝熱面積は、オプトデバイスの表面積である。αは、形状や寸法に応じた係数であり、オプトデバイスや半導体デバイス等のようなプリント基板上で使用されるものの場合、０．９６が通常使用される。代表長は、オプトデバイスのリードフレーム以外の部分の対流方向における長さであり、通常、５ｍｍ程度である。ΔＴは、周囲温度とオプトデバイスの表面温度との差である。
【００５０】
式（２）において、伝熱面積は、オプトデバイス表面積である。放射率は、構成材料に応じて決される係数であり、一般に樹脂は０．９、光沢のある金属は０．１、つや消しの金属は０．３である。Ｔ１はオプトデバイスの表面温度であり、Ｔ２は周囲の空気の温度（以下、周囲温度という）であり、ΔＴは周囲温度とオプトデバイスの表面温度との差である。
【００５１】
式（１）および（２）から分かるように、空気への放熱効率を上げるには、オプトデバイスの表面積（伝熱面積）を増加させるのが、対流と放射の両方の伝熱量を増大できる点で最も効果的であるが、パッケージサイズや形状の制限がある場合には困難である。他の放熱効率を上げる方法としては、放射率を上げて放射伝熱量を増大させることが考えられるが、通常、オプトデバイスは低コスト化のため、封止樹脂が使用されており、この樹脂の放射率は０．９程度であって、増大させる余地が殆ど無い。したがって、残りのパラメータであるΔＴとＴ１とを増大させることにより、対流と放射の両方の伝熱量を増大させて、オプトデバイスの放熱量を増大させるのが効果的である。すなわち、オプトデバイスの表面温度を上げることにより、対流および放射のいずれの機構による放熱量も増大させることができる。特に、放射による放熱量は、表面温度の３乗に比例するので、放熱量を効果的に増大することができる。なお、オプトデバイス全体の発熱量は、主に、このオプトデバイスが内部に備える光半導体素子の消費電力で決まる。
【００５２】
ここにおいて、従来のオプトデバイスの温度分布は、既に述べたように偏りが比較的大きい。これは、対流および放射による放熱効率が比較的良い部分が、オプトデバイスの表面の一部分のみに限られており、大半の部分では放熱効率が比較的悪いことを意味している。
【００５３】
そこで、本発明は、光半導体素子による発熱を、熱伝導率が比較的高い複数のリードフレームに概略等しく伝達することにより、オプトデバイスの温度分布の偏りを少なくして、これにより、オプトデバイスの略全体において、対流および放熱による放熱効率を向上させるようにしている。上記複数のリードフレームへの熱の伝達は、封止樹脂よりも熱伝導率が高い熱伝導部材を用いることにより、オプトデバイスの構造を大幅に変えることなく、効率良く行うことができる。
【００５４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
（第１実施形態）
図１は、本発明のオプトデバイス１０の一例を示す透過斜視図である。図２Ａは、図１のオプトデバイスのアウターリードフレームが延在する方向である縦方向における断面図である。図２Ｂは、図２Ａの直交方向である横方向におけるオプトデバイスの断面図である。
【００５６】
図１，２Ａおよび２Ｂにおいて、１は封止樹脂としてのモールド樹脂、２はリードフレームである。２ａは、上記リードフレーム２の上記モールド樹脂１に覆われていない部分であるアウターリードフレームであり、２ｂは、上記リードフレーム２の上記モールド樹脂１に覆われた部分であるインナーリードフレームである。３は、上記インナーリードフレーム２ｂに設けられて後述する光半導体素子への光の入出力を行うための開口である。４は、光半導体素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）、５は上記ＬＥＤ４用のマウント部材、７は上記ＬＥＤ４から外部に光を出力するレンズである。９は、上記モールド樹脂１に形成された凹部であり、８は、上記凹部９内に設けられた熱伝導部材である。
【００５７】
上記モールド樹脂１は、フィラーを含む不透明の樹脂で形成されており、４個の上記リードフレーム２と、ＬＥＤ４と、マウント部材５とを封止している。このモールド樹脂１の上記ＬＥＤ４から光が出射する方向と略直角をなす正面に、横方向に連なる２つの概略円錐台形の第１の凹部が形成されており、この第１の凹部の底面の一部に、第２の上記凹部９，９が形成されている。
【００５８】
上記２つの第２の凹部９，９のうちの一方に、上記レンズ７が嵌め込まれて接着部材としての接着剤で固定されている。上記レンズ７は、予め形成された透明樹脂製のレンズである。このレンズ７が設けられた第１の凹部９の底面には、上記インナーリードフレーム２ｂに向かって貫通する貫通孔が形成されている。この凹部９の底の貫通孔に、上記インナーリードフレーム２ｂに形成された貫通孔が連なっている。この上記インナーリードフレーム２ｂの上記凹部９と反対側に、上記マウント部材５を介してＬＥＤ４が搭載されている。上記リードフレーム２は、銅合金で形成することができる。
【００５９】
上記ＬＥＤ４は、発光面が上記マウント部材５の表面に接するいわゆるフェイスダウン状態で実装されている。上記マウント部材５は、例えばガラスのように絶縁性を有する透明材料を用いて形成するのが、貫通孔等を設けることなく上記ＬＥＤ４からの出射光を透過できる点で、好ましい。しかしながら、上記ガラスは熱伝導率が比較的低いので、上記ＬＥＤ４からインナーリードフレーム２ｂへの熱伝導量を増大させるために、薄く形成する必要がある。ここで、上記ガラス製のマウント部材５は、このマウント部材５の平面において、矩形の縁近傍の部分が全て上記インナーリードフレーム２ｂに接するように、上記インナーリードフレーム２ｂに実装される。したがって、上記ガラス製のマウント部材５は、上記熱伝導量を増大するために薄く形成しても、割れや欠け等の問題が生じ難い。なお、上記マウント部材５を不透明な絶縁材料で形成した場合は、フェイスダウンで実装される上記ＬＥＤ４からの出射光を通過させるために、上記インナーリードフレーム２ｂの貫通孔に連なる貫通孔を設ける必要がある。
【００６０】
なお、上記ＬＥＤ４は、光出射面がマウント部材の表面から離れる側を向くフェースアップ状態で上記マウント部材に実装してもよいが、この場合は、上記マウント部材を、インナーリードフレーム２ｂの表面であって、上記モールド樹脂の凹部９側に搭載することになる。この場合、上記インナーリードフレーム２ｂよりも光が出射する側のモールド樹脂１の部分は、光透過性の樹脂を用いて、上記レンズ７と一体に成型するのが好ましい。
【００６１】
上記２つの第２の凹部９，９のうちの他方には、上記熱伝導部材８が設けられている。この熱伝導部材８が設けられた凹部９の底面には、複数の上記インナーリードフレーム２ｂが露出しており、この露出したインナーリードフレーム２ｂに接触するように、上記凹部９内に熱伝導部材８が設けられている。上記インナーリードフレーム２ｂは、上記モールド樹脂の正面から見て底面と側面に突出するアウターリードフレーム２ａに連なる一方、上記モールド樹脂１内では、上記熱伝導部材８が設けられる凹部９に延在する形状を有する。すなわち、上記インナーリードフレーム２ｂは、例えばアウターリードフレーム２ａから枝状に分岐した枝部を有する形状や、上記アウターリードフレーム２ａよりも幅が大きい拡幅部を有する形状であり、上記枝部や拡幅部等が、上記凹部９の底面近傍で互いに近接して集中している。上記熱伝導部材８は、上記モールド樹脂１よりも熱伝導率が高い樹脂であり、絶縁性のゲル状材料が上記凹部９内に充填されて硬化したものである。上記ゲル状材料として、例えば株式会社ジェルテックのＤＰ−１００を用いることができる。上記ゲル状材料を用いることにより、容易かつ確実に上記複数のインナーリードフレーム２ｂに密着した熱伝導部材８を形成して、上記複数のインナーリードフレーム２ｂの間の熱伝導効率を向上することができる。
【００６２】
上記構成のオプトデバイス１０は、以下のように動作する。すなわち、上記アウターリードフレーム２ａを介して入力された電流が上記ＬＥＤ４に入力され、このＬＥＤ４から光が出射される。この出射光は、上記マウント部材５を透過し、インナーリードフレーム２ｂの貫通孔３を通って、上記モールド樹脂の一方の凹部９内のレンズ７を経由して、オプトデバイス１０の外部に出射される。
【００６３】
上記ＬＥＤ４は、動作に伴って発熱が生じる。このＬＥＤ４からの熱は、厚みが比較的薄い上記マウント部材５を介してインナーリードフレーム２ｂに伝わる。このインナーリードフレーム２ｂに伝わった熱は、上記モールド樹脂の他方の凹部９内に配置された熱伝導部材８を介して、他のインナーリードフレーム２ｂに伝わる。これにより、上記ＬＥＤ４で発生した熱が、複数の上記インナーリードフレーム２ｂに概略等しく伝わる。したがって、この複数のインナーリードフレーム２ｂを封止するモールド樹脂１は、従来よりも偏りが少ない温度分布をなして昇温する。その結果、このモールド樹脂１から空気への対流伝熱量と放射伝熱量が、従来のオプトデバイスよりも増大するので、従来よりも高い放熱効率を得ることができる。
【００６４】
上記実施形態において、上記他方の凹部９は、この凹部９の底面にインナーリードフレーム２ｂが露出するように形成したが、上記凹部９の底面に上記インナーリードフレーム２ｂが露出していなくてもよい。例えば、上記凹部９の底面から上記インナーリードフレーム２ｂの表面までのモールド樹脂１の厚みが、このモールド樹脂１の最も厚い部分の厚みの５０％以下の厚みであればよい。これにより、上記複数のインナーリードフレーム２ｂに略等しく熱を伝達することができる。この場合、上記凹部９内に配置する熱伝導部材８は、上記インナーリードフレーム２ｂに接触しないので、導電性の金属板等を用いることができる。したがって、上記ＬＥＤ４が搭載されたインナーリードフレーム２ｂから他のインナーリードフレーム２ｂに、高効率に熱伝達を行うことができる。
【００６５】
また、上記凹部９は、上記インナーリードフレーム２ｂに向かって凹んでいるのであれば、どのような形状であってもよい。また、上記第１の凹部は無くてもよい。
【００６６】
なお、上記実施形態において、光半導体素子として、発光素子であるＬＥＤ４を用いたが、ＬＥＤ以外の他の発光素子でもよい。また、光半導体素子として、フォトダイオード、撮像素子等の受光素子を用いてもよい。
【００６７】
（第２実施形態）
図４乃至６は、本発明の第２実施形態のオプトデバイスであり、第１実施形態のオプトデバイスに対して、熱伝導部材８に近接するインナーリードフレームの形状を変えたものである。本実施形態では、上記熱伝導部材８を有しない図３のオプトデバイス（比較例）と、上記図４乃至６のオプトデバイス（本発明の実施例）について、熱の伝達性能を比較した。熱の伝達性能は、対流と放射を考慮したＦＥＭシミュレーションによって、オプトデバイスを動作した場合の熱抵抗（℃／Ｗ）を算出して評価した。上記各オプトデバイスを、室温の下で動作した場合と、１０５℃の温度の下で動作した場合とを想定してシミュレーションを行った。また、上記各温度の条件について、上記熱伝導部材８として、低熱伝導率（０．１７Ｗ／ｍ・ｋ）の材料を用いた場合と、高熱伝導率（２０Ｗ／ｍ・ｋ）の材料を用いた場合とでシミュレーションを行った。
【００６８】
図３乃至６のオプトデバイスにおいて、図１乃至３のオプトデバイスと同一の部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６９】
図３乃至６において、インナーリードフレーム２１ｂ，２２ｂ，２３ｂおよび２４ｂは、それぞれ、アウターリードフレーム２１ａ，２２ａ，２３ａおよび２４ａに連なっている。また、光半導体素子としてのＬＥＤは、インナーリードフレーム２２ｂに搭載されており、このインナーリードフレーム２２ｂと、このインナーリードフレーム２２ｂ近傍のモールド樹脂１の部分と、上記アウターリードフレーム２２ａの表面温度が高温となる。
【００７０】
図３に示すオプトデバイスは、モールド樹脂１の他方の凹部９に熱伝導部材を配置しないで、この凹部９の内側面を空気に接触させた比較例である。
【００７１】
図４に示すオプトデバイスは、本発明のオプトデバイスであり、モールド樹脂１の他方の凹部９内に熱伝導部材８を配置すると共に、この熱伝導部材８の底側に、インナーリードフレーム２２ｂを１つだけ配置している（実施例１）。
【００７２】
図５に示すオプトデバイスは、本発明のオプトデバイスであり、熱伝導部材８の底側に、２つのインナーリードフレーム２２ｂ，２３ｂを配置している（実施例２）。
【００７３】
図６に示すオプトデバイスは、本発明のオプトデバイスであり、熱伝導部材８の底側に、３つのインナーリードフレーム２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを配置している（実施例３）。
【００７４】
上記各オプトデバイスについて、光半導体素子を１００ｍＷで駆動した場合を想定してＦＥＭシミュレーションを行った。ＦＥＭシミュレーションにおいて、モールド樹脂１は熱伝導率が０．１７Ｗ／ｍ・ｋの透明樹脂であり、リードフレーム２は銅合金ＫＦＣであり、レンズ７は熱伝導率が０．１７Ｗ／ｍ・ｋの透明エポキシ樹脂であり、上記樹脂１，７の放射率は０．９であり、リードフレーム２の放射率は０．３であり、上記熱伝導部材（ＳｉＣ等の固体の熱伝導体と、熱伝導性のゲル材料との混合体）８の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・ｋであるとした。表１は、室温で動作した場合のシミュレーション結果である。表２は、１０５℃の温度で動作した場合のシミュレーション結果である。上記熱伝導部材８は、比較のため、上記レンズ７と同一形状のものであると想定したが、実際には、上記凹部９に充填され、複数のインナーリードフレームに接するものであればどのような形状でも良い。
【００７５】
【表１】
2006013323.tif 000005
【００７６】
【表２】
2006013323.tif 000006
【００７７】
表１から分かるように、熱伝導部材８を配置しない比較例は、熱抵抗を低減する効果が少ない。また、熱伝導率が高い熱伝導部材８を配置しても、この熱伝導部材８の底に１つのインナーリードフレーム２２ｂのみが存在する実施例１は、熱抵抗を低減する効果が比較的少ない。これに対して、熱伝導部材８の底に２個のインナーリードフレーム２２ｂ，２３ｂを配置した実施例２や、３個のインナーリードフレーム２１ｂ，２３ｂ，２４ｂを配置した実施例３の場合は、オプトデバイス全体の温度分布が小さくなり、オプトデバイスの表面温度が高い部分が多くなった結果、熱抵抗が改善されたことが分かった。
【００７８】
また、表２から分かるように、周囲温度が１０５℃の場合、光半導体素子のジャンクション温度を１２５℃と仮定すると、実施例３のオプトデバイスで２００℃／Ｗの熱抵抗を実現できる。したがって、このオプトデバイスは１００ｍＷの許容電力が得られると共に、１０５℃まで使用できると言える。なお、今回、熱伝導率が高い熱伝導部材８として、熱伝達率が２０Ｗ／ｍ・ｋのものを使用したが、更に熱伝導率の高いものを使用した場合、熱抵抗は更に改善される。逆に、凹部９に熱伝導部材８を配置しないで、０．１７Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有するレンズを配置した場合は、熱抵抗改善の効果は殆ど無いと言える。上記熱伝導部材８は、固体材料、ゲル状材料、および、固体材料とゲル状材料のいずれを用いて形成してもよいが、熱伝導率が比較的高いものを用いる必要がある。
【００７９】
以上から明らかなように、熱伝導部材８を用いることにより、モールド樹脂１の表面およびリードフレーム２の表面の温度分布を均一にすることができ、その結果、オプトデバイスの熱抵抗が改善されて、放熱性能を向上することができた。さらに、アウターリードフレーム２ａの部分を、酸化若しくは樹脂コーティングによって放射率を０．３から０．９程度に改善することにより、オプトデバイス全体の熱抵抗を改善することも可能である。ただし、その場合、電気的接点として機能する部分の導通は確保する必要がある。
【００８０】
また、本発明によれば、モールド樹脂１の一部に凹部９を形成することにより、全体の放熱性能を向上できるので、従来のようにリードフレームの一部で表面を覆うことに起因して外形寸法の精度が悪化したりすることが無い。また、モールド樹脂の全体の厚みを薄くする必要が無いので、機械的強度の低減の問題も無い。
【００８１】
本発明のオプトデバイスは、従来よりも良好な放熱性能が得られるので、発光素子およびドライブＩＣに大電流が流れる例えば５０Ｍｂｐｓ以上の高速光通信に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明のオプトデバイスの一例を示す透過斜視図である。
【図２Ａ】図１のオプトデバイスの縦方向における断面図である。
【図２Ｂ】図１のオプトデバイスの横方向における断面図である。
【図３】比較例のオプトデバイスを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例のオプトデバイスを示す図である。
【図５】本発明の第２実施例のオプトデバイスを示す図である。
【図６】本発明の第３実施例のオプトデバイスを示す図である。
【図７】従来のオプトデバイスを示す図である。
【図８】従来のオプトデバイスを示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  モールド樹脂
２  リードフレーム
２ａ  アウターリードフレーム
２ｂ  インナーリードフレーム
３  インナーリードフレームの開口
４  ＬＥＤ
５  マウント部材
７  レンズ
８  熱伝導部材
９  モールド樹脂の凹部
１０  オプトデバイス
【図１】
2006013323.tif 000007
【図２Ａ】
2006013323.tif 000008
【図２Ｂ】
2006013323.tif 000009
【図３】
2006013323.tif 000010
【図４】
2006013323.tif 000011
【図５】
2006013323.tif 000012
【図６】
2006013323.tif 000013
【図７】
2006013323.tif 000014
【図８】
2006013323.tif 000015