(57)【要約】【課題】発光素子と受光素子を単一のパッケージに収めるとき、発光素子からの光が受光素子に入射しないような構造を安価で信頼性の高い構造にする必要がある。【解決手段】積層構造を有する光半導体パッケージであって、発光素子と受光素子との間の位置に、溝を設けた。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び受光素子を装着した一枚の配線基板と、
該発光素子と該受光素子の外面を被覆する光透過性の樹脂材料からなる包囲部材層を有し、
前記包囲部材層の前記発光素子と前記受光素子の間に溝を設けたことを特徴とする光半導体用のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光素子と受光素子とを単一のパッケージに収めた光半導体用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来の受発光装置を示したもので、１００は有底の装置ケースで、仕切り板１０２によってその内部が２分されている。
【０００３】
１０３、１０４は先端に支持部１０３ａ、１０４ａを有するリードフレームで、これらは装置ケース１００の一側部を貫通させて装置ケース１００に固定してあり、リードフレーム３の先端が装置ケース１００の一方の内部に突入し、リードフレーム１０４の先端が装置ケース１の他方の内部に突入している。１０５、１０６は接続用のリードフレームで、これらリードフレーム１０５、１０６は装置ケース１００の他側部を貫通させて各先端が装置ケース１００内に突入するようにして装置ケース１００に固定され、上記各先端がリードフレーム１０３、１０４の先端に対向している。そして、リードフレーム１０３の支持部１０３ａには受光素子１０７が装着され、リードフレーム１０４の支持部１０４ａには発光素子８が装着され、受光素子１０７は金属ワイヤー１０９でリードフレーム１０５に、発光素子１０８は金属ワイヤー１００でリードフレーム１０６に各々接続されている。
【０００４】
上記の装置ケース１００内には、一方の内部と他方の内部との各々に液体状の透明樹脂材を充填させて硬化させる。この透明樹脂材は、装置ケース１００から溢れ出るのを避けるため装置ケース１００内の体積より少な目に充填され、硬化させて装置ケース１００内の受光素子１０７、発光素子１０８、金属ワイヤー１０９、１００を保護するようになっている。
【０００５】
上記の光半導体パッケージは、装置ケース１００外に突出した各リードフレーム１０３、１０４、１０５、１０６の後端側が図に示すようにタイバー１１１、１１２に固定されて連設して生産され、最終的にタイバー１１１、１１２が切断され個々の光半導体パッケージとなる。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
上記した光半導体パッケージには次のような問題がある。先ず、この光半導体パッケージに備えたリードフレーム１０３、１０４、１０５、１０６はエッチング等の工法で作られるため価格が高価となり、光半導体パッケージ価格の低廉化を図るのに困難を伴っている。また、このフレーム１０３、１０４、１０５、１０６は繊細なものであるから作業上の取扱いには細心の注意が必要となり、そのため作業能率が悪くなる。
【０００７】
また、発光素子１０８と受光素子１０７の装着及び金属ワイヤー１０９、１１０の接続は機械作業となるが、装置ケース１００の開口部が例えば、１．５ｍｍ×２ｍｍ程度と極めて狭いために機械の動作範囲が限られ機械作業がはかどらない。
【０００８】
装置ケース１００内に液体状の光透過性樹脂材を充填して硬化させるが、樹脂材を充填する際に装置ケース１００から樹脂材が溢れ出るのを避けるため、装置ケース１００内の体積より少な目に充填すると、光の射出部と入射部の表面形状が凹レンズ状となり、光が拡散して装置精度を高める上で問題となる。
【０００９】
さらに、リードフレーム１０３、１０４、１０５、１０６の張出し位置が装置ケース１００の下面と同一でないため、この光半導体パッケージを取付基板に装着する際、リードフレーム１０３、１０４、１０５、１０６を取付基板に接触させるように成形する必要があることから、手間がかかる。そして、この光半導体パッケージは、装置ケース１００を使用していることから、小形化し難い。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光半導体パッケージの上記の問題点を解決することを目的としたもので、積層構造を有する光半導体パッケージであって、発光素子と受光素子との間の位置に、溝を設けたことを特徴とする。
【００１１】
更に遮光性能を高める為に、その溝に遮光性の樹脂を注入すること、或いは遮光性シートを挿入したことを特徴とする。
【００１２】
このように構成した光半導体パッケージは、不要な光線が受光面に入射することを防止し、優れた遮光性能を示しつつ、特別な装置ケースを必要としないことから、小形化に有利となる他、機械作業が容易となる。また、従来装置のような高価なリードフレームを備えないから、ローコスト化し易く、また取扱いにも便利なものとなる。本発明に関する更なる目的及び構成は後述する実施の形態の説明の中で明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。図１は光半導体パッケージの平面図、図２は光半導体パッケージの側面図である。これらの図面において、１１はプリント配線基板で、このプリント配線基板１１は、ほぼ中央に後述する溝ＤＷを備え、この溝ＤＷの直下、および左右側に所定形状の回路パターンを形成してある。
【００１４】
図１上で溝ＤＷの直下及び左右に形成された回路パターンは、外部接続端子１４ａ〜１４ｈ、受光素子及び発光素子の電極１５ａ〜１５ｈ、これら外部接続端子と電極を接続する金属ワイヤー１９ａ〜１９ｇ部分とから構成される。
【００１５】
また、上記した外部接続端子１４ａ〜１４ｈは、図２に示すようにプリント配線基板１１の側面、裏面側にも形成してあり、プリント配線基板１１に形成した半円形の切欠の外周囲となるこの基板１１の外側面に回路パターンを設けて裏面端子と接続してある。
【００１６】
プリント配線基板１１に形成した回路パターンの一部には受光面３２を有する受光素子３１を固着し、回路パターンの他の部分には発光領域２２を有する発光素子２１を固着してある。そして、受光素子３１の電極１５ａ〜１５ｆには外部接続端子１４ａ〜１４ｆとワイヤー１９ａ〜１９ｆで接続されている。発光素子２１は不図示の電極を外部接続端子１４ｈに、電極１５ｇをワイヤー１９ｇで外部接続端子１４ｇに接続してある。
【００１７】
上記した受光素子３１、発光素子２１、および、ワイヤー１９ａ〜１９ｇは透明樹脂材で形成した包囲部材１２、によって保護されている。包囲部材１２は、図２より自明であるが、発光素子２１、受光素子３１の部品の高さ以上が最低必要で、さらにワイヤー１９ａ〜１９ｇのループ高さ、および、光半導体部品の基板への接合代を考慮し、部材１２の厚みが決定される。
【００１８】
この包囲部材１２、ガラス基板１３は、プリント配線基板１１上に形成されている。
本発明の溝は発光素子２１からの直接光が受光素子３１に入射しないようにプリント配線基板１１の回路パターンを切断しないような深さで形成されている。この部分に回路パターンが存在しなければ溝深さはプリント配線基板１１に届く深さでもかまわない。
【００１９】
本実施例において、図１に示されるように溝の直下には配線パターンが配置されているため、図２に示すように溝深さは包囲部材１２と透明ガラス基板１３の厚みよりも若干浅い溝が設けられ、回路パターンが保護され、発光素子と受光素子を電気的に接続することが可能となる。
【００２０】
溝ＤＷは、斜視図　図３に示すように、発光素子２１と受光素子３１との中間位置に配置され、きり通しの溝となっている。溝の加工方法はいろいろ考えられるが、切削、研削等の手段を用いるならば切断面を鏡面に仕上げる必要がある。
【００２１】
鏡面仕上げにより発光素子より射出した光線が、樹脂あるいはガラス等の加工断面の部材内部からの光線の散乱成分光が少なくなり、受光素子にはノイズ光が入りにくく、十分な遮光性能を示す。ただし、切断面が光学的にみて拡散面になっている場合には、かなりの光線が受光部に入射し、遮光性能の低下を招く。
【００２２】
こうした理由により、次の実施例２では、切断加工の鏡面仕上げ加工が不要であり、鏡面仕上げがなくても本発明の遮光機能を十分に満たす構成の一例を示す。
【００２３】
〔実施例２〕
図４は上記した溝ＤＷによる遮光手段としてその他の形態例を示したもので、この遮光手段としては、実施例１の溝部に遮光性樹脂１６を注入したことである。
【００２４】
この方法によれば先の実施例１での溝の仕上げの程度に依存せず、常に高い遮光性能が得られる。遮光性樹脂１６が必要となるが、確実な遮光手段であって、実質的な経済的効果も高い。
【００２５】
図５−１は実施例２の側面図、図６は実施例２の斜視図である。
【００２６】
また、本実施例のその他の変形実施形態例としては、必ずしも遮光材で溝を図４のごとく充填させる必要はなく、溝加工断面に遮光性の塗料が塗布されていてもほぼ同様な効果が得られる。また、図５−２のような遮光性シート部材４１を溝部に挿入・装着しても良い。図１３（１）〜（３）は遮光性シート部材４１を挿入する方法を示した図である。
【００２７】
〔実施例３〕
図７は第３の実施例を説明するための図、図８はその斜視図である。
【００２８】
この実施例では実施例１、２、において溝を第３層、第２層に設けていたが、本実施例３においては第１のプリント配線基板１１と第２層の透明樹脂層に溝が設けられている。
【００２９】
この実施例では配線パターンが図のごとく切断ざれるがこの電極を用いる必要がなければ、本実施例のようにプリント配線基板１１側から溝加工を実施し、図７のごとく遮光性樹脂１６を充填して遮光することが可能である。ここでも先の例のように遮光性の塗料を溝加工断面に塗布されていてよい。
【００３０】
〔実施例４〕
本発明の光半導体パッケージでは第３層をガラス基板としている。
【００３１】
この基板１３にさまざまな光学手段を搭載することが可能で、図９では回折格子を配置し、反射式のエンコーダとして用いることが可能で、光学格子と本発明のパッケージの第３層を兼用することにより超小型の反射式エンコーダが実現可能となる。
【００３２】
〔実施例５〕
実施例４と同様に、図１０では位相格子型のフレネルレンズをガラス上面に形成し、発光素子からの発散光束を平行光束へ変換し、効率よく受光素子に光線を導くことが可能となる。
【００３３】
もちろん、受光側にも同様の回折体１８を設けているのでさらに光の利用効率が高まる。
【００３４】
〔実施例６〕
実施例１では発光素子、受光素子がそれぞれ１個、実装した例であったが、この実施例６の形態は、発光素子を１個、受光素子を２個、実装した例である。図１１は実施例６の光半導体パッケージの平面図、図１２は光半導体パッケージの側面図である。これらの図面において、まず、実施例１と同様に発光素子２１と受光素子３１のほぼ中央に溝を備え、この溝の直下、および左右側に所定形状の回路パターン１４を形成してある。溝部には実施例２と同様に遮光性樹脂が充填され、発光素子からの直接光が確実に遮断される。この実施例では、さらに受光素子３３が発光素子２１を基準に受光素子３２と反対側に固着してある。この受光素子３３に対しても発光素子２１からの直接光が受光素子３３に導かれないように発光素子２１と受光素子３３のほぼ中央に溝を備え、この溝の直下、および左右側に所定形状の回路パターン１４を形成し、溝部には実施例２と同様に遮光性樹脂が充填されている。
【００３５】
この実施例のように本発明においては、プリント基板１１に固着される発光素子、受光素子の数に制限はない。
【００３６】
本発明の実施の形態の幾つかを、次に列挙する。
【００３７】
（実施の態様１）
発光素子及び受光素子を装着した一枚の配線基板と、
該発光素子と該受光素子の外面を被覆する光透過性の樹脂材料からなる包囲部材層を有し、
前記包囲部材層の前記発光素子と前記受光素子の間に溝を設けたことを特徴とする光半導体用のパッケージ。
【００３８】
（実施の態様２）
光透過性のガラス基板層を前記包囲部材層の上に設けたこと実施の態様１のパッケージ。
【００３９】
（実施の態様３）
前記溝に、遮光性の材料を充填したことを特徴とする実施の態様１の光半導体用パッケージ。
【００４０】
（実施の態様４）
前記溝に、遮光性のシート部材を挿入したことを特徴とする実施の態様１の光半導体用パッケージ。
【００４１】
（実施の態様５）
前記ガラス基板層は、光回折体であることを特徴とする実施の態様２の光半導体パッケージ。
【００４２】
（実施の態様６）
配線基板上にて、前記発光素子と前記受光素子が電気的に接続されていることを特徴とする実施の態様１〜５の半導体パッケージ。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の構成では遮光能力の高い遮光手段を提供するとともに、第３層の部材と透明ガラス基板としており、高い平面性が得られるので、たとえば、半導体レーザーや面発光レーザー、あるいは電流狭窄構造を有する点光源ＬＥＤ等の可干渉性のある光源を発光素子として装着した場合に、射出波面の面精度に悪影響を与えずに光半導体パッケージの外に放出することが可能であり、また、同様に受光面側においても、光波の波面のゆがみが極力抑えられて受光可能となる。従って、特に、高精度な光学計測用のセンサデバイス用パッケージとして利用価値が高い。
【００４４】
受光素子面においても同様にたとえば微細なピッチの受光素子アレイが用いられた場合には第３層の平面性が悪いと受光素子アレイには所望の光線が各々の受光エリアに入射されずに性能低下を招いていたが本発明におりその性能は大幅に改善された。
【００４５】
回路パターンのレイアウトの面においては、特に、発光素子側の回路と受光素子側の回路が接続されるような回路パターン構成では発光素子と受光素子のエリアが完全に分割されるような遮光手段を用いることは困難であったが、本発明の遮光手段によれば回路パターンを切断することなしに発光受光間において回路パターンが接続可能となる長所がある。
【００４６】
また、上記実施形態で説明した包囲部材１２は、透明樹脂材で形成してあるが、発光素子２１の発光光が近赤外光の場合、近赤外光に対し光透過性であれば特に視感的に不透明であってもよい。
【００４７】
第３層の透明ガラス基板層は他の部材例えば、ＰＥＴシート体、ポリカーボネートシートシート体、等の透明樹脂シート材を用いることも可能である。
【００４８】
本発明による光半導体パッケージは、次のような利点がある。（１）リードフレーム３、４、５、６のような高価な部品を必要としないので製品コストが下がる。
（２）装置ケース１が不要となるので、従来製品に比べ装置が小型化する。
（３）光の入射部と光の射出部を光学的効果の高い形状として形成できるので装置精度が高まる。
（４）発光素子２１と受光素子３１の装着及びワイヤー１５の付設等の作業が広い空間で行なわれるので、作業機械の動作範囲が限定されることがなく、生産性が向上する。
（５）溝ＤＷは回路パターン上の構造物ではないので遮光体を跨いで回路パターンを接続することが可能となり、その結果、設計の自由度が増し、小型化設計面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す光半導体パッケージの平面図である。
【図２】同光半導体パッケージの側面図である。
【図３】光半導体パッケージに備えた遮光溝の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す光半導体パッケージの平面図である。
【図５】（５−１）同光半導体パッケージの側面図である。
（５−２）同光半導体パッケージの変形例の側面図である。
【図６】光半導体パッケージに備えた遮光溝の斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す光半導体パッケージの側面図である。
【図８】光半導体パッケージに備えた遮光溝の斜視図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す光半導体パッケージの斜視図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示す光半導体パッケージの斜視図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態を示す光半導体パッケージの平面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態を示す光半導体パッケージの側面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の実施例における遮光シート部材の挿入方法を示す光半導体パッケージの側面図である。
【図１４】従来の光半導体パッケージの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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