(57)【要約】【課題】  ＬＥＤやＰＤ等のチップサイズの小さい半導体光素子を利用することができ、信頼性が高く光伝送品質が良好な小型で安価な光半導体装置を提供することにある。【解決手段】  リードフレーム１上の光半導体素子２を、シリコーン樹脂部１３にて覆っている。このシリコーン樹脂部１３の一部を除いた上記シリコーン樹脂部１３の他の部分を、第１のモールド樹脂部１４にて封止している。上記シリコーン樹脂部１３の一部および上記第１のモールド樹脂部１４を、透光性を有する第２のモールド樹脂部１５にて封止している。この第２のモールド樹脂部１５の線膨張係数は、上記第１のモールド樹脂部１４の線膨張係数よりも大きい。【選択図】  図１
2006294681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
このリードフレームに配置される光半導体素子と、
この光半導体素子の受光または発光を行う部分を少なくとも覆うシリコーン樹脂部と、
このシリコーン樹脂部の一部を露出する孔部を有すると共に、このシリコーン樹脂部の他の部分および上記光半導体素子を封止する第１のモールド樹脂部と、
上記シリコーン樹脂部の一部および上記第１のモールド樹脂部の少なくとも一部を封止すると共に、上記第１のモールド樹脂部の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有し、かつ、透光性を有する第２のモールド樹脂部と
を備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
リードフレーム上の光半導体素子の受光または発光を行う部分を、シリコーン樹脂部にて覆う第１の工程と、
このシリコーン樹脂部の一部を露出するような孔部を形成しながら、このシリコーン樹脂部の他の部分および上記光半導体素子を、第１のモールド樹脂部にて封止する第２の工程と、
上記シリコーン樹脂部の一部および上記第１のモールド樹脂部の少なくとも一部を、第２のモールド樹脂部にて封止する第３の工程と
を備えることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光半導体素子を有する光半導体装置に関し、詳しくは、光ファイバー等の光伝送媒体を利用して光信号を送受信する光通信装置等に利用することができる光半導体装置に関する。
【０００２】
この発明の光半導体装置は、デジタルＴＶ(televisionテレビジョン)、デジタルＢＳ(Broadcasting Satellite：ブロードキャスティング・サテライト)チューナ、ＣＳ(Communication Satellite：コミュニケーション・サテライト)チューナ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc：デジタル多用途ディスク)プレーヤー、ＣＤ(Compact Disc：コンパクト・ディスク)プレーヤー、ＡＶ(Audio Visual：オーディオ・ビジュアル)アンプ、オーディオ、パーソナルコンピュータ(以下、パソコンという)、パソコン周辺機器、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)等の電子機器に使用される。また、動作温度範囲の広い環境、例えば車載用機器であるカーオーディオ、カーナビゲーション、センサーや、工場内のロボットのセンサー、制御用機器等の電子機器にも使用可能である。
【背景技術】
【０００３】
従来より、発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)やフォトダイオード(ＰＤ：Photo Diode)等の光半導体素子と光ファイバーケーブルとを結合させる光半導体装置が知られており、機器間や家庭内、自動車内での光通信に利用されている。
【０００４】
これらの光半導体装置としては、図４に示すように、透明樹脂を用いたトランスファ成形を利用して作製されたものが広く使用されている。図４に示す光半導体装置は、リードフレーム１０１上に導電性接着ペースト１０３により接着された光半導体素子１０２を透明樹脂部１０６で封止し、同透光性樹脂で形成されたレンズ１１０により光半導体素子１０２と光ファイバーケーブル１１１とを光学的に結合させるものである。光半導体素子１０２は、リードフレーム１０１とワイヤー１０４により電気的に結合されている。また、光半導体素子１０２を駆動・制御するためのＩＣ(集積回路)１０５がリードフレーム１０１上に導電性接着ペースト１０３により接着して搭載されている。
【０００５】
一般的に、このような光半導体装置に用いられる透明樹脂は、光学特性を重視するため、フィラーの充填されていない透明樹脂が用いられることにより線膨張係数が大きくなり、耐環境性(耐熱衝撃や放熱性等)に課題があった。
【０００６】
このため、光半導体装置の構成を工夫し、フィラーが充填されたモールド樹脂により封止することができる光半導体装置(図５に示す)が開示されている(例えば、特開２０００−１７３９４７号公報(特許文献１)参照)。図５に示す光半導体装置では、光半導体素子２０２の光学部のみにガラスレンズ２１２を貼付け、リードフレーム２０１に導電性接着ペースト２０３により接着して実装し、光半導体素子２０２の光学部の周囲にある電極とリードフレーム２０１とをワイヤー２０４を介して電気的に接続している。その後、フィラーが充填されたモールド樹脂によりトランスファ成形することにより、光半導体素子２０２に光が入出射する光路をモールド樹脂により遮蔽することなく、光半導体素子２０２やワイヤー２０３をモールド樹脂部２０７で封止することを可能としている。
【０００７】
また、半導体装置の樹脂封止技術として、図６に示すように、リードフレーム３０１と、上記リードフレーム３０１上に導電性接着ペースト３０３により接着した半導体素子３０２と、さらにこれらの両者を接続するボンディングワイヤー３０４を含む本体構成部を一体的に封止する第１の封止樹脂部３０８と、この第１封止樹脂部３０８の外周部の少なくとも一部を被覆するように形成された第２の封止樹脂部３０９とを備え、上記第１の封止樹脂部３０８の線膨張率よりも、上記第２の封止樹脂部３０９の線膨張率が小さくなるように、上記第１,第２の封止樹脂部３０８,３０９が選定されるようにした樹脂封止技術も開示されている(例えば、特開平４−９２４５９号公報(特許文献２)参照)。
【０００８】
従来の光半導体装置は、フィラーの充填されていない透明樹脂によりトランスファ成形され作製されていることから、透明樹脂,リードフレーム,光半導体素子およびボンディングワイヤーの線膨張係数に大きな差異があるため、熱ストレスによりワイヤー断線やパッケージクラック等の不具合が発生するという問題がある。また、透明樹脂の熱伝導率が約０.１７Ｗ／m・Kと金属(例えば銅材は３６５ Ｗ／m・K)比較して非常に小さく光半導体素子で生じる熱を拡散しにくくしており、高温での動作範囲を制限されるという問題がある。このような問題があるため、信頼性の高い光半導体装置を作製するのが非常に困難である。
【０００９】
また、モールド樹脂にフィラーを充填させて、線膨張係数や熱伝導率を調整できることが知られているが、光学特性を重視される光半導体装置では光透過率が低下するためにフィラーの充填が困難(もしくは少量しか充填できない)であることから、信頼性の高い光半導体装置を作製するのに課題があった。このため、フィラーを充填させたモールド樹脂を使用するためには、特許文献１(図５)に開示されているように、光半導体素子の受光部にガラスレンズを搭載し、その一部を含むように樹脂封止する構造が考えられるが、実際にこの構造では、ＣＣＤのように比較的サイズが大きい(数ｍｍ〜数十ｍｍ角)光半導体素子を使用する場合は、光学部にガラスレンズを配置することが可能であるのに対して、ＬＥＤのようにサイズが小さい(数百μｍ角)光半導体素子では、光学部が非常に小さいことから、ガラスレンズも非常に小さいものを使用する必要があり、
(i)  微小なガラスレンズの作製が困難である
(ii)  光学部とガラスレンズとの接合・位置合わせが困難である
(iii)  熱ストレスによりガラスとモールド樹脂の線膨張係数の違いにより界面剥離が発生する
という問題がある。また、光半導体素子の光学部より大きいガラスレンズを使用した場合、光半導体素子の光学部に近接した電極にもガラスレンズがかかるため、ワイヤーボンディングが行えなくなるという問題点がある。
【００１０】
また別の方法として、特許文献２(図６)に開示されているように、リードフレームにボンディングワイヤーにより電気的に接続された半導体素子を第１の封止樹脂で被覆し、さらにこの第１の封止樹脂の外周部を第２の封止樹脂により被覆するような構造において、第１の封止樹脂の線膨張率よりも、第２の封止樹脂の線膨張率を小さくした樹脂を用い、熱ストレスによる封止樹脂間の剥離を低減させる手法も考えられているが、第１の封止樹脂の線膨張係数が第２の封止樹脂の線膨張係数より大きいことから、第２の封止樹脂形成時の熱により、第１の封止樹脂が膨張した状態で成形され、成形後の冷却時に第１の封止樹脂の収縮が第２の封止樹脂に比べ大きくなり、樹脂界面に剥離が発生し、耐湿性等の信頼性の低下という問題が発生する。
【特許文献１】特開２０００−１７３９４７号公報
【特許文献２】特開平４−９２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の課題は、ＬＥＤやＰＤ等のチップサイズの小さい半導体光素子を利用することができ、信頼性が高く光伝送品質が良好な小型で安価な光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の光半導体装置は、
リードフレームと、
このリードフレームに配置される光半導体素子と、
この光半導体素子の受光または発光を行う部分を少なくとも覆うシリコーン樹脂部と、
このシリコーン樹脂部の一部を露出する孔部を有すると共に、このシリコーン樹脂部の他の部分および上記光半導体素子を封止する第１のモールド樹脂部と、
上記シリコーン樹脂部の一部および上記第１のモールド樹脂部の少なくとも一部を封止すると共に、上記第１のモールド樹脂部の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有し、かつ、透光性を有する第２のモールド樹脂部と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
この発明の光半導体装置によれば、上記第１のモールド樹脂部の線膨張係数を、上記第２のモールド樹脂部の線膨張係数よりも小さくすることによって、上記第１のモールド樹脂部と、上記リードフレームおよび上記光半導体素子との線膨張係数の差異を小さくすることが可能となる。これによって、熱ストレスによるボンディングワイヤーの断線やパッケージクラック等が発生しない。
【００１４】
また、上記シリコーン樹脂部の一部を、上記第１のモールド樹脂部で封止せず、上記第２のモールド樹脂部のみで封止するようにしたことにより、上記第１のモールド樹脂部内での光の散乱を低減できる。つまり、上記第１のモールド樹脂部を通過しない光路を形成できる。
【００１５】
また、上記第１のモールド樹脂部は、孔部を有するので、この孔部によって、上記シリコーン樹脂部の一部の大きさを規定できる。そして、この孔部の開口の大きさや形状を、予め一定に、設定することで、複数の光半導体装置を製造するときに、各孔部の開口のバラツキを抑えることができる。つまり、上記孔部から露出する上記シリコーン樹脂部の一部の大きさのバラツキを抑えて、送信または受信時に一定の光量を得ることができる。
【００１６】
したがって、信頼性が高く光伝送品質の良好な光半導体装置を小型で安価に作製することができる。
【００１７】
また、この発明の光半導体装置の製造方法は、
リードフレーム上の光半導体素子の受光または発光を行う部分を、シリコーン樹脂部にて覆う第１の工程と、
このシリコーン樹脂部の一部を露出するような孔部を形成しながら、このシリコーン樹脂部の他の部分および上記光半導体素子を、第１のモールド樹脂部にて封止する第２の工程と、
上記シリコーン樹脂部の一部および上記第１のモールド樹脂部の少なくとも一部を、第２のモールド樹脂部にて封止する第３の工程と
を備えることを特徴としている。
【００１８】
この発明の光半導体装置の製造方法によれば、このシリコーン樹脂部の一部を露出するような孔部を形成しながら、このシリコーン樹脂部の他の部分および上記光半導体素子を、第１のモールド樹脂部にて封止するので、この孔部によって、上記シリコーン樹脂部の一部の大きさを規定できる。そして、この孔部の開口の大きさや形状を、予め一定に、設定することで、複数の光半導体装置を製造するときに、各孔部の開口のバラツキを抑えることができる。つまり、上記孔部から露出する上記シリコーン樹脂部の一部の大きさのバラツキを抑えて、送信または受信時に一定の光量を得ることができる。
【００１９】
また、上記シリコーン樹脂部の一部を、上記第１のモールド樹脂部にて封止せず、上記第２のモールド樹脂部のみにて封止するようにしたので、上記第１のモールド樹脂部内での光の散乱を低減できる。つまり、上記第１のモールド樹脂部を通過しない光路を形成できる。
【００２０】
したがって、信頼性が高く光伝送品質の良好な光半導体装置を小型で安価に作製することができる。
【００２１】
また、この発明の電子機器は、上記光半導体装置を備えることを特徴としている。
【００２２】
この発明の電子機器によれば、信頼性の高い光伝送品質の良好な上記光半導体装置を備えるので、品質の高い安価な電子機器が製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の光半導体装置によれば、ＰＤやＬＥＤのようにサイズの小さい光半導体素子を用いた光半導体装置においても、信頼性が高く光伝送品質の良好な光半導体装置が小型で安価に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２５】
図１は、この発明の光半導体装置の一実施形態である概略的な断面図を示している。この光半導体装置は、図１に示すように、リードフレーム１上に光半導体素子２およびこの光半導体素子２を駆動・制御するためのＩＣ５を導電性接着ペースト３により接着して実装している。また、上記光半導体素子２および上記ＩＣ５は、ワイヤー４を介して、上記リードフレーム１に電気的に接続している。
【００２６】
そして、耐寒性を有するシリコーン樹脂を用いて上記光半導体素子２をコートして、シリコーン樹脂部１３を形成している。なお、このシリコーン樹脂部１３は、上記光半導体素子２の受光または発光を行う部分を少なくとも覆っていればよい。
【００２７】
上記シリコーン樹脂部１３の一部を除いた上記シリコーン樹脂部１３の他の部分、上記光半導体素子２および上記ＩＣ５を、１層目の第１のモールド樹脂部１４にて封止している。すなわち、この第１のモールド樹脂部１４は、上記シリコーン樹脂部１３の一部を露出する孔部１６を有する。
【００２８】
この第１のモールド樹脂部１４は、例えば、透明性は低いが線膨張係数が小さいエポキシ樹脂である。具体的には、この第１のモールド樹脂部１４は、フィラーを含有したフェノール系エポキシ樹脂である。
【００２９】
上記シリコーン樹脂部１３の一部および上記第１のモールド樹脂部１４の外周部を、２層目の第２のモールド樹脂部１５にて封止している。この第２のモールド樹脂部１５は、上記第１のモールド樹脂部１４の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有し、かつ、透光性を有している。この第２のモールド樹脂部１５は、例えば、透明性の高いフィラーを含有した酸無水系エポキシ樹脂である。すなわち、上記光半導体装置は、２層モールド構造を形成している。
【００３０】
上記第２のモールド樹脂部１５には、レンズ１０が形成されている。このレンズ１０に対向するように、光ファイバーケーブル１１が配置されている。そして、上記光半導体素子２と上記光ファイバーケーブル１１とを結ぶ光軸上に、上記第１のモールド樹脂部１４はなく、上記シリコーン樹脂部１３および上記第２のモールド樹脂部１５（上記レンズ１０）がある。
【００３１】
上記構成の光半導体装置によれば、上記第１のモールド樹脂部１４の線膨張係数を、上記第２のモールド樹脂部１５の線膨張係数よりも小さくすることによって、上記第１のモールド樹脂部１４と、上記リードフレーム１および上記光半導体素子２との線膨張係数の差異を小さくすることが可能となる。これによって、熱ストレスによるボンディングワイヤーの断線やパッケージクラック等が発生しない。
【００３２】
また、上記耐寒性を有するシリコーン樹脂部１３により上記光半導体素子２を覆うことによって、低温時にも上記シリコーン樹脂部１３の弾性が保たれることによりボンディングされた上記ワイヤー４にかかる応力を低減できる。
【００３３】
また、上記シリコーン樹脂部１３の一部を、上記第１のモールド樹脂部１４で封止せず、上記第２のモールド樹脂部１５のみで封止するようにしたことにより、上記第１のモールド樹脂部１４内での光の散乱を低減できる。つまり、上記第１のモールド樹脂部１４を通過しない光路を形成できる。
【００３４】
また、上記第１のモールド樹脂部１４は、上記孔部１６を有するので、この孔部１６によって、上記シリコーン樹脂部１３の一部の大きさを規定できる。そして、この孔部１６の開口の大きさや形状を、予め一定に、設定することで、複数の光半導体装置を製造するときに、各孔部１６の開口のバラツキを抑えることができる。つまり、上記孔部１６から露出する上記シリコーン樹脂部１３の一部の大きさのバラツキを抑えて、送信または受信時に一定の光量を得ることができる。
【００３５】
したがって、信頼性が高く光伝送品質の良好な光半導体装置を小型で安価に作製することができる。
【００３６】
次に、上記光半導体装置の製造方法を説明する。
【００３７】
まず、上記リードフレーム１上の上記光半導体素子２の受光または発光を行う部分を、上記シリコーン樹脂部１３にて覆う。
【００３８】
その後、このシリコーン樹脂部１３の一部を露出するような上記孔部１６を形成（確保）しながら、このシリコーン樹脂部１３の一部を除いた上記シリコーン樹脂部１３の他の部分および上記光半導体素子２を、上記第１のモールド樹脂部１４にて封止する。
【００３９】
そして、上記シリコーン樹脂部１３の一部および上記第１のモールド樹脂部１４の少なくとも一部を、上記第２のモールド樹脂部１５にて封止する。
【００４０】
このように、上記シリコーン樹脂部１３の一部を露出するような上記孔部１６を形成しながら、上記シリコーン樹脂部１３の他の部分および上記光半導体素子２を、上記第１のモールド樹脂部１４にて封止するので、この孔部１６によって、上記シリコーン樹脂部１３の一部の大きさを規定できる。
【００４１】
この孔部１６の開口の大きさや形状を、予め一定に、設定することで、複数の光半導体装置を製造するときに、各光半導体装置における上記シリコーン樹脂部１３の一部の大きさのバラツキを抑えることができる。
【００４２】
例えば、図２Ａに示すように、上記光半導体素子２をコートする上記シリコーン樹脂部１３の量が少ない場合、上記孔部１６の深さは、深くなる。一方、図３Ａに示すように、上記光半導体素子２をコートする上記シリコーン樹脂部１３の量が多い場合、上記孔部１６の深さは、浅くなる。
【００４３】
しかし、図２Ｂに示すように、上記シリコーン樹脂部１３の量が少ないとき（図２Ａ）の上記孔部１６の開口の径の大きさは、図３Ｂに示すように、上記シリコーン樹脂部１３の量が多いとき（図３Ａ）の上記孔部１６の開口の径の大きさと、同じである。
【００４４】
このように、上記シリコーン樹脂部１３の量に関わらず、上記孔部１６の開口の径の大きさを一定にできるので、複数の光半導体装置を製造するときに、一定の大きさの光路を形成できて、一定の光量を得ることができる。
【００４５】
要するに、上記シリコーン樹脂部１３を上記第１のモールド樹脂部１４（または上記第２のモールド樹脂部１５）にて単に覆っただけでは、上記光半導体素子２から上記光ファイバーケーブル１１への光量、または、上記光ファイバーケーブル１１から上記光半導体素子２への光量は、上記シリコーン樹脂部１３の大きさや形状に左右される。
【００４６】
しかし、本発明のように、上記孔部１６を確保しながら、上記シリコーン樹脂部１３の一部を除いた上記シリコーン樹脂部１３の他の部分を、上記第１のモールド樹脂部１４にて封止することで、上記光半導体素子２から上記光ファイバーケーブル１１への光量、または、上記光ファイバーケーブル１１から上記光半導体素子２への光量は、上記孔部１６の開口の大きさや形状に左右されて、上記シリコーン樹脂部１３の大きさや形状に左右されない。
【００４７】
近年、光半導体装置を備えた電子機器(デジタルＴＶ、デジタルＢＳチューナ、ＣＳチューナ、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤプレーヤー、ＡＶアンプ、オーディオ、パソコン、パソコン周辺機器、携帯電話、ＰＤＡ等)はコスト競争が激しく、搭載部品に対しての価格ダウン要求は厳しさを増している。
【００４８】
また、車載用のカーオーディオ、カーナビゲーション、センサー,制御機器やＦＡ用のロボットのセンサー、制御用機器等、動作温度範囲の厳しい電子機器にも光半導体装置の搭載が進んでいる。
【００４９】
この発明は、そうした電子機器に対して、信頼性の高い光伝送品質の良好な光半導体装置を安価に提供できることにより、品質の高い安価な電子機器が製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の光半導体装置の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図２Ａ】他の光半導体装置の断面図である。
【図２Ｂ】第１のモールド樹脂部の平面図である。
【図３Ａ】別の光半導体装置の断面図である。
【図３Ｂ】第１のモールド樹脂部の平面図である。
【図４】従来の光半導体装置の概略的な断面図である。
【図５】従来の他の光半導体装置の概略的な断面図である。
【図６】従来の別の光半導体装置の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１,１０１,２０１,３０１    リードフレーム
２,１０２,２０２,３０２    光半導体素子
３,１０３,２０３,３０３    導電性接着ペースト
４,１０４,２０４,３０４    ワイヤー
５,１０５    ＩＣ
１０６    透光性の透明樹脂
１０，１１０    レンズ
１１,１１１,２１１    光ファイバーケーブル
１３    シリコーン樹脂部
１４    第１のモールド樹脂部
１５    第２のモールド樹脂部
１６    孔部
２０７    モールド樹脂部
２１２    ガラスレンズ
３０８    第１の封止樹脂部
３０９    第２の封止樹脂部
【図１】
2006294681.tif 000003
【図２Ａ】
2006294681.tif 000004
【図２Ｂ】
2006294681.tif 000005
【図３Ａ】
2006294681.tif 000006
【図３Ｂ】
2006294681.tif 000007
【図４】
2006294681.tif 000008
【図５】
2006294681.tif 000009
【図６】
2006294681.tif 000010