(57)【要約】【課題】簡単な構成で耐環境性に優れた高い信頼性が得られると共に、高い結合効率で小型化と低価格化できる光結合器およびそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】厚さ方向に貫通した開口部７を有するリードフレーム４の一方の面に、リードフレーム４の開口部７を塞ぐ透光性を有するサブマウント８を配置する。上記サブマウント８のリードフレーム４の開口部７と反対の側に、上記開口部に光学部が対向するように半導体光素子３を配置する。上記リードフレーム４にワイヤー５を介して半導体光素子３を電気的に接続する。非透光性モールド樹脂からなるモールド部１０によって、リードフレーム４の他方の面側の開口部７を露出させた状態で、少なくともリードフレーム４の一方の面と半導体光素子３およびサブマウント８を封止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通した開口部を有するリードフレームと、
上記リードフレームの一方の面に配置され、上記リードフレームの開口部を塞ぐ透光性を有するサブマウントと、
上記サブマウントの上記リードフレームの開口部と反対の側に上記開口部に光学部が対向するように配置され、上記リードフレームにワイヤーを介して電気的に接続された半導体光素子と、
上記リードフレームの他方の面側の上記開口部を露出させた状態で、少なくとも上記リードフレームの一方の面と上記半導体光素子および上記サブマウントを封止する非透光性モールド樹脂からなるモールド部とを備えたことを特徴とする光結合器。
【請求項２】
請求項１に記載の光結合器において、
上記非透光性モールド樹脂がフィラーを７０重量％以上含有することを特徴とする光結合器。
【請求項３】
請求項１に記載の光結合器において、
上記サブマウントに上記半導体光素子の表面電極と電気的に接続する電極が設けられていることを特徴とする光結合器。
【請求項４】
請求項１に記載の光結合器において、
上記サブマウントと上記半導体光素子の光学部との界面が透光性樹脂で満たされていることを特徴とする光結合器。
【請求項５】
請求項３に記載の光結合器において、
上記サブマウントに設けられた上記電極に切り欠きを設けたことを特徴とする光結合器。
【請求項６】
請求項１に記載の光結合器において、
上記サブマウントにレンズが設けられ、上記レンズが上記リードフレームの開口部内に配置されていることを特徴とする光結合器。
【請求項７】
請求項１に記載の光結合器において、
上記リードフレームに配置され、上記半導体光素子と電気的に接続された信号処理用集積回路を備えたことを特徴とする光結合器。
【請求項８】
請求項７に記載の光結合器において、
上記半導体光素子が受光素子であり、上記信号処理用集積回路が上記受光素子の出力信号を増幅する増幅用集積回路であり、
上記受光素子と上記増幅用集積回路が１チップ化されていることを特徴とする光結合器。
【請求項９】
請求項７に記載の光結合器において、
上記半導体光素子が発光素子と受光素子であり、
上記信号処理用集積回路が上記発光素子を駆動する駆動用集積回路と上記受光素子の出力信号を増幅する増幅用集積回路とからなることを特徴とする光結合器。
【請求項１０】
請求項９に記載の光結合器において、
上記駆動用集積回路と上記増幅用集積回路が１チップ化されていることを特徴とする光結合器。
【請求項１１】
請求項７に記載の光結合器において、
上記信号処理用集積回路は、動作状態に係る情報を出力するための出力外部接続端子または制御情報を入力するための入力外部接続端子の少なくとも一方を有することを特徴とする光結合器。
【請求項１２】
請求項１に記載の光結合器において、
上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部は、上記リードフレームの他方の面のほぼ全面が露出するように設けられていることを特徴とする光結合器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光結合器において、
上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部は、上記リードフレームの他方の面に、上記モールド部の上記リードフレームの一方の面側との間に上記リードフレームを挟むように設けられた係止部を有することを特徴とする光結合器。
【請求項１４】
請求項１に記載の光結合器において、
上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部は、上記開口部を露出させる穴部を除いて上記リードフレームの他方の面を覆っていることを特徴とする光結合器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光結合器において、
上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部の上記穴部は、開口から上記リードフレームの開口部側に向かって狭くなる形状であることを特徴とする光結合器。
【請求項１６】
請求項１に記載の光結合器を用いた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】
本発明は、半導体光素子を有する光結合器およびそれを用いた電子機器に関し、特に、光ファイバを伝送媒体として光信号を送受信する光通信リンク等に利用される光結合器およびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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)等の半導体光素子と光ファイバとを結合させる光結合器が知られており、機器間や家庭内、自動車内での光通信に利用されている。
【０００３】
これらの光結合器としては、図１０に示すように透光性樹脂の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１０に示した光結合器１０１は、リードフレーム１０４上に配置された半導体光素子１０３を透光性樹脂１１０で封止し、その透光性樹脂１１０で形成されたレンズ１０８により半導体光素子１０３と光ファイバ１０２とを光学的に結合させるものである。上記半導体光素子１０３は、リードフレーム１０４とワイヤー１０５により電気的に結合されている。また、上記半導体光素子１０３を駆動・制御するための半導体素子がリードフレーム１０４に搭載されている場合もある。このようなトランスファ成形を利用した光結合器は、例えば、ガラスレンズを使用した光結合器と比較すると安価で作製が容易であるという特長を有している。
【０００４】
一方、樹脂モールド材料にフィラーを添加することにより、線膨張係数や熱伝導率を調整できることが知られており、光学特性を必要としない半導体素子ではフィラーが添加されたモールド樹脂(通常は黒色)により封止が行われている。上述した透光性樹脂１１０を用いた光結合器１０１では、光学特性を重視するためにフィラーの添加が困難(もしくは少量しか添加できない)であることから、耐環境性(耐熱衝撃や放熱性等)に課題があった。
【０００５】
このため、図１１に示すように、光結合器の構成を工夫し、フィラーが添加された着色モールド樹脂により封止することができる光結合器が提案されている(例えば、特開２０００−１７３９４７号公報(特許文献１)参照)。図１１に示した光結合器２０１では、半導体光素子２０３の光学部２０６のみにガラスレンズ２０８を貼付け、リードフレーム２０４に実装し、半導体光素子２０３の光学部２０６の周囲にある電極とリードフレーム２０４とをワイヤー２０５により電気的に結合させている。その後、フィラーが添加された着色モールド樹脂２０９によりトランスファ成形することにより、半導体光素子２０３に光が入出射する光路を着色モールド樹脂２０９により遮蔽することなく、半導体光素子２０３やワイヤー２０５を着色モールド樹脂２０９で封止することを可能としている。
【０００６】
上記光結合器は、図１１に示すように、光学部２０６にガラスレンズ２０８を搭載してその一部を含むように樹脂封止する構造としているが、実際にこの構造で樹脂封止する手段が特許文献１には開示されていない。一般的にトランスファ成型に用いる樹脂は、粒子が細かく、数μｍの隙間から樹脂が漏れる現象が生じるため、このような特許文献１に記載された構造を実現することは困難であると考えられる。また、ＣＣＤのように比較的サイズが大きい(数ｍｍ〜数十ｍｍ角)半導体光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が、ＬＥＤのようにサイズが小さい(数百μｍ角)半導体光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)光学的に効果が得られるレンズの設計が困難であるという問題や、(ii)微小なガラスレンズの作製が困難であるという問題、および、(iii)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という問題がある。また、半導体光素子の光学部より大きいガラスレンズを使用した場合、半導体光素子の光学部に近接した電極にもガラスレンズが接合されるため、ワイヤーボンディングが行えなくなる。
【０００７】
上記光結合器には、樹脂レンズを使用する方法も開示されているが、ＬＥＤ等のサイズが小さい半導体光素子を利用する場合には光学部が小さく、同様の理由により対応が困難である。更に、樹脂レンズを使用する場合は、レンズの耐熱性の問題から、着色モールド樹脂による成形を行った後に樹脂レンズを取り付ける必要があるが、半導体光素子の光学部に着色樹脂が回り込まないように、半導体光素子の光学部と金型を圧接もしくは微小ギャップで保持する必要があり、半導体光素子の損傷や高精度での金型管理(およびリードフレームの変形防止)が必要となるため、作製が困難である。特にＬＥＤのようにサイズが小さい半導体光素子では、ワイヤーを保護しつつ光学部に着色モールド樹脂が回り込まないように管理することは非常に困難である。
【０００８】
また、一般的に透光性モールド樹脂と半導体光素子、リードフレームおよびボンディングワイヤーの線膨張係数に差異があるため、高動作温度範囲では、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、信頼性の高い光結合器を作製するのが非常に困難である。
【特許文献１】特開２０００−１７３９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、簡単な構成で耐環境性に優れた信頼性の高い光結合器が得られると共に、高い結合効率で小型化と低価格化を両立させることができ、ＬＥＤやＰＤ等のサイズの小さい半導体光素子を利用することが可能な光結合器およびそれを用いた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明の光結合器は、厚さ方向に貫通した開口部を有するリードフレームと、上記リードフレームの一方の面に配置され、上記リードフレームの開口部を塞ぐ透光性を有するサブマウントと、上記サブマウントの上記リードフレームの開口部と反対の側に上記開口部に光学部が対向するように配置され、上記リードフレームにワイヤーを介して電気的に接続された半導体光素子と、上記リードフレームの他方の面側の上記開口部を露出させた状態で、少なくとも上記リードフレームの一方の面と上記半導体光素子および上記サブマウントを封止する非透光性モールド樹脂からなるモールド部とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
上記構成の光結合器によれば、少なくとも上記リードフレームの一方の面と半導体光素子およびサブマウントを非透光性モールド樹脂からなるモールド部により封止し、リードフレームの他方の面側の開口部を露出させた状態で、例えば上記半導体光素子が受光素子である場合、上記リードフレームの厚さ方向に貫通した開口部を介して入射した光は、上記透光性を有するサブマウントを通過して、上記サブマウントの上記リードフレームの開口部と反対の側に配置された上記半導体光素子の光学部(受光面)に入射する。一方、上記半導体光素子が発光素子である場合、上記半導体光素子の光学部(出射面)から出射された光は、上記透光性を有するサブマウントを通過して、上記リードフレームの開口部を介して出射される。したがって、簡易な構成により、非透光性のモールド樹脂により半導体光素子やワイヤーの封止が確実にでき、耐環境性に優れた信頼性の高い光結合器を実現できる。また、高い結合効率で小型化と低価格化を両立させることができ、ＬＥＤやＰＤ等のサイズの小さい半導体光素子を利用することができる。
【００１２】
また、一実施形態の光結合器は、上記非透光性モールド樹脂がフィラーを７０重量％以上含有することを特徴とする。
【００１３】
上記実施形態の光結合器によれば、フィラーを７０重量％以上含有する非透光性モールド樹脂をモールド部に用いることによって、半導体光素子とリードフレームおよびボンディングワイヤーの線膨張係数に差異を小さくすることが可能であり、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、信頼性の高い光結合器を作製することができる。
【００１４】
また、一実施形態の光結合器は、上記サブマウントに上記半導体光素子の表面電極と電気的に接続する電極が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
上記実施形態の光結合器によれば、上記半導体光素子をサブマウントに実装するときに電極を同時に接合することにより、半導体光素子とサブマウントを簡単に電気的に接続することが可能となり、光結合器の小型化、省スペース化が実現できる。
【００１６】
また、一実施形態の光結合器は、上記サブマウントと上記半導体光素子の光学部との界面が透光性樹脂で満たされていることを特徴とする。
【００１７】
上記実施形態の光結合器によれば、上記半導体光素子とサブマウントの間に空気層が存在しないため、光結合効率の高い光結合器が実現できる。
【００１８】
また、一実施形態の光結合器は、上記サブマウントに設けられた上記電極に切り欠きを設けたことを特徴とする。
【００１９】
上記実施形態の光結合器によれば、上記サブマウントと半導体光素子の光学部との界面に透光性樹脂で満たすときに、上記サブマウントの電極に設けた切り欠きを用いて透光性樹脂を導くことによって、容易に透光性樹脂を充填可能である。
【００２０】
また、一実施形態の光結合器は、上記サブマウントにレンズが設けられ、上記レンズが上記リードフレームの開口部内に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
上記実施形態の光結合器によれば、上記サブマウントに設けられたレンズによって、光ファイバと半導体光素子の結合効率を高くすることが可能である。
【００２２】
また、一実施形態の光結合器は、上記リードフレームに配置され、上記半導体光素子と電気的に接続された信号処理用集積回路を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記実施形態の光結合器によれば、上記半導体光素子と信号処理用集積回路を１パッケージにて作製することが可能であり、小型化、省スペース化が実現できる。
【００２４】
また、一実施形態の光結合器は、上記半導体光素子が受光素子であり、上記信号処理用集積回路が上記受光素子の出力信号を増幅する増幅用集積回路であり、上記受光素子と上記増幅用集積回路が１チップ化されていることを特徴とする。
【００２５】
上記実施形態の光結合器によれば、受光素子と増幅用集積回路との間のワイヤーが不要になり、浮遊容量が低減されて高速応答が可能となる。また、チップ数が低減されるため、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。
【００２６】
また、一実施形態の光結合器は、上記半導体光素子が発光素子と受光素子であり、上記信号処理用集積回路が上記発光素子を駆動する駆動用集積回路と上記受光素子の出力信号を増幅する増幅用集積回路とからなることを特徴とする。
【００２７】
上記実施形態の光結合器によれば、上記発光素子と受光素子を非透光性モールド樹脂で別々に覆うことによって、安易な構成で迷光ノイズの影響を排除でき通信品質の高い通信が可能となると共に、小型化も実現できる。
【００２８】
また、一実施形態の光結合器は、上記駆動用集積回路と上記増幅用集積回路が１チップ化されていることを特徴とする。
【００２９】
上記実施形態の光結合器によれば、チップ数が低減されるため、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。
【００３０】
また、一実施形態の光結合器は、上記信号処理用集積回路は、動作状態に係る情報を出力するための出力外部接続端子または制御情報を入力するための入力外部接続端子の少なくとも一方を有することを特徴とする。
【００３１】
上記実施形態の光結合器によれば、出力外部接続端子からの出力信号や入力外部接続端子からの入力信号により、信号処理回路の動作の制御が可能となり、高機能および通信品質の高い通信が可能となる。
【００３２】
また、一実施形態の光結合器は、上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部が、上記リードフレームの他方の面のほぼ全面が露出するように設けられていることを特徴とする。
【００３３】
上記実施形態の光結合器によれば、製造が安易な構成でコストを低減できると共に、小型化が実現できる。
【００３４】
また、一実施形態の光結合器は、上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部は、上記リードフレームの他方の面に、上記モールド部の上記リードフレームの一方の面側との間に上記リードフレームを挟むように設けられた係止部を有することを特徴とする。
【００３５】
上記実施形態の光結合器によれば、上記モールド部のリードフレームの一方の面側と係止部との間にリードフレームを挟みこむことによって、非透光性モールド樹脂とリードフレームの係止を確実にでき、信頼性が高くまた、小型化が実現できる。
【００３６】
また、一実施形態の光結合器は、上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部が、上記開口部を露出させる穴部を除いて上記リードフレームの他方の面を覆っていることを特徴とする。
【００３７】
上記実施形態の光結合器によれば、上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部の穴部によって、この光結合器と光ファイバの位置決めが容易かつ確実になるため、通信品質の高い通信が可能となる。また、別途位置決め手段を設ける必要がないため、小型化が実現できる。
【００３８】
また、一実施形態の光結合器は、上記非透光性モールド樹脂からなるモールド部の上記穴部は、開口から上記リードフレームの開口部側に向かって狭くなる形状であることを特徴とする。
【００３９】
上記実施形態の光結合器によれば、光ファイバの位置決めがより確実になると共に、開口から上記リードフレーム側に向かって狭くなって光を集光させるような形状の穴部にすることによって、例えば上記半導体光素子が受光素子の場合に入力光に対する誘い込みが容易になり、受光効率が向上する。
【００４０】
また、この発明の電子機器は、光結合器を用いたことを特徴とする。
【００４１】
上記電子機器によれば、上記光結合器を用いることによって、信頼性を向上できると共に、小型化,低コスト化が実現できる。
【発明の効果】
【００４２】
以上より明らかなように、本発明の光結合器によれば、ＰＤやＬＥＤのようにサイズの小さい半導体光素子を用いた場合でも、簡易な構成により、耐環境性に優れた非透光性モールド樹脂により半導体光素子やワイヤーの封止が可能となり、安価で耐環境性に優れた信頼性の高い小型の光結合器を得ることができる。また、リードフレームの開口部やサブマウントに集光機能(レンズなど)を付与することにより光結合効率の改善が可能となる。
【００４３】
さらに、受光素子と増幅用集積回路を１チップ化したことにより、受光素子と増幅用集積回路との間のワイヤーが不要になり、浮遊容量が低減され高速応答が可能となる。また、チップ数が低減となるため、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。
【００４４】
さらに、発光素子、受光素子、発光素子の駆動用集積回路、受光素子の増幅用集積回路を１パッケージにし、非透光性モールド樹脂で封止することにより、複雑な機構なしに迷光ノイズの影響を排除でき、通信品質の高い通信が可能となると共に、小型化も実現できる。
【００４５】
さらに、発光素子の駆動用集積回路および受光素子の増幅用集積回路に動作状態に係る情報と制御情報の授受を行うための出力外部接続端子または入力外部接続端子の少なくとも一方を内蔵しているため、高機能および通信品質の高い通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、この発明の光結合器およびそれを用いた電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４７】
(第１実施形態)
図１(a)は、本発明の第１実施形態による光結合器の概略的な構成を示す断面模式図であり、図１(b)は上記光結合器を光ファイバ２側から見た正面図である。図１(a)は、図１(b)のＩ−Ｉ線から見た断面を示している。
【００４８】
図１(a),(b)に示すように、上記光結合器１は、半導体光素子３と、半導体光素子３が配置されるリードフレーム４と、透光性を有するサブマウントの一例としてのガラスサブマウント８と、ガラスサブマウント８に設けられたレンズ９と、信号処理用集積回路の一例としての信号処理回路(半導体素子)１２等を備えている。上記半導体光素子３の光学部６と対向するリードフレーム４の位置に、厚さ方向に貫通した開口部７を形成している。ここで、光学部６とは、半導体光素子３の光を出射する部分あるいは光を受光する部分のことを表し、例えば、ＬＥＤでは発光面を表し、ＰＤでは受光面のことを表す。
【００４９】
上記半導体光素子３は、光学部６がリードフレーム４に対向するように通常とは逆向き(フェースダウン配置)にガラスサブマウント８に電気的に導通した状態で接着されている。上記ガラスサブマウント８には、半導体光素子３の電極(図示せず)と電気的に接続できるように、電極(図示せず)が設けられている。ガラスサブマウント８の電極と半導体光素子３の電極との電気的接合は、金―すず共晶接合や、Ａｇペースト、Ａｕバンプ等で行われる。なお、上記ガラスサブマウント８と半導体光素子３のいずれの電極も、光学部６の光路を妨げないように設けられている。
【００５０】
上記ガラスサブマウント８と半導体光素子３とを電気的接合を行った場合、ガラスサブマウント８と半導体光素子３の光学部６との間に空気の層が発生する。このような空気の層が発生した場合、半導体光素子３が発光素子の場合、発光素子からの取り出し効率(送信効率)の低下が起こり、また、半導体光素子３が受光素子の場合、受光素子の結合効率(受信効率)の低下が起こる。そこで、この第１実施形態の光結合器では、ガラスサブマウント８と半導体光素子３との間の界面に、透光性樹脂部１１を満たし、空気の層の発生を防ぎ、送信効率および受信効率の低下を防ぐ構造となっている。上記透光性樹脂は、シリコーンやエポキシ樹脂等を使用する。
【００５１】
また、上記ガラスサブマウント８に設けられたレンズ９は、発光素子における送信効率または受光素子における受信効率の向上のために設けられており、ガラスサブマウント８と一体で作製されても良いし、別途接着にて作製されても良い。そうして、上記半導体光素子３の裏面電極と信号処理回路１２をワイヤー５を介して電気的に接続し、ガラスサブマウント８とリードフレーム４をワイヤー５を介して電気的に接続し、信号処理回路１２とリードフレーム４をワイヤー５を介して電気的に接続し、リードフレーム４間をワイヤー５を介して電気的に接続している。
【００５２】
図２(a)は、本発明の第１実施形態による光結合器のサブマウントの電極側から見た図であり、図２(b)は上記サブマウント８の側面図である。
【００５３】
図２(a),(b)において、ガラスサブマウント８の一方の面に半導体光素子(図示せず)の表面電極と電気的に接続される電極２０が設けられており、電極２０には、半導体光素子の光学部(すなわち発光部、受光部)を塞がないように、略円形の光路用穴２１と、左方向と右方向に向かって夫々広がる略三角形の切り欠き２２とが設けられている。
【００５４】
上記半導体光素子の表面電極は、上記のように、金―すず共晶接合や、Ａｇペースト、Ａｕバンプ等電気的接続が行われる。
【００５５】
上記光路用穴２１には、半導体光素子の送信光率もしくは受信効率の低下を防ぐために、透光性樹脂を満たしている。
【００５６】
図２(a),(b)のサブマウント８の場合、半導体光素子の表面電極とサブマウント８の電気的接続の際に、まず、透光性樹脂を光路用穴２１に充填しておき、半導体光素子の表面電極とサブマウント８の電気的接続を行い、半導体光素子とサブマウント８の間に透光性樹脂の充填を行う。このとき、光路用穴２１に充填された透光性樹脂は、余分な量が切り欠き２２側に導かれて広がり、充填が確実に行われる。
【００５７】
また、図３(a)は、透光性樹脂の充填用穴および切り欠きを設けたサブマウントの電極側から見た図であり、図３(b)は上記サブマウント８Ａの側面図であり、図３(c)は図３(a)の電極形状の異なる場合のサブマウント８Ａの電極側から見た図である。
【００５８】
図３(a),(b)において、ガラスサブマウント８Ａの一方の面に半導体光素子(図示せず)の表面電極と電気的に接続される電極２０Ａが設けられており、電極２０Ａには、半導体光素子の光学部(すなわち発光部、受光部)を塞がないように、光路用穴２１Ａが夫々設けられている。
【００５９】
上記半導体光素子の表面電極は、上記のように、金―すず共晶接合や、Ａｇペースト、Ａｕバンプ等電気的接続が行われる。
【００６０】
上記光路用穴２１Ａには、半導体光素子の送信光率もしくは受信効率の低下を防ぐために、透光性樹脂を満たしている。
【００６１】
図３(a),(b)のサブマウント８Ａの場合、まず、半導体光素子の表面電極とサブマウント８Ａの電気的接続を行い、その後、透光性樹脂を電極に設けた穴もしくは切り欠き２２Ａより充填を行い、半導体光素子とサブマウント８Ａの間に透光性樹脂の充填を行う。このとき、光路用穴２１Ａに充填された透光性樹脂は、余分な量が切り欠き２２Ａ側に導かれて広がり、充填が確実に行われる。
【００６２】
また、図１に示すように、上記半導体光素子３やワイヤー５および信号処理回路１２は、フィラーが７０重量％以上添加され、ワイヤー５の線膨張係数と大きく変わらず、かつ高い熱伝導率を有する耐環境性に優れた非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０により覆われている。また、上記リードフレーム４は、リード端子４aを除いてモールド部１０により覆われている。そして、上記リードフレーム４の半導体光素子３が配置されている一方の面とは逆側の他方の面(表面)の開口部７を除く部分を封止している。上記半導体光素子３は、透光性樹脂部１１とガラスサブマウント８とレンズ９およびリードフレーム４の開口部７を介して光ファイバ２と光学的に結合される。
【００６３】
次に、この第１実施形態の光結合器１の作製方法について説明する。
【００６４】
まず、半導体光素子３の光学部６側の面に形成された電極とガラスサブマウントに形成された電極とを電気的に接続する。ガラスサブマウント８の電極と半導体光素子３の電極との電気的接続は、金共晶接合や、はんだ、Ａｇペースト、Ａｕバンプ等の導電性を有する方式により行われる。ここで、半導体光素子３とサブマウント８Ａの間の透光性樹脂の充填も行う。
【００６５】
次に、ガラスサブマウント８に電気的に接続された半導体光素子３の光学部がリードフレーム４の開口部７に対向するように、ガラスサブマウント８をリードフレーム４に接合する。ガラスサブマウント８とリードフレーム４との接合は、接着剤やＡｇペースト等により行う。このとき、半導体光素子３の放熱性を考慮し、熱伝導性の高い接着剤を用いる方が望ましい。
【００６６】
次に、信号処理回路１２を、リードフレーム４にＡｇペースト等の接着剤で接合する。上記信号処理回路１２の放熱性を考慮して、熱伝導性の高い接着剤を用いる方が望ましい。
【００６７】
次に、ワイヤーボンディングにより半導体光素子３の裏面電極やガラスサブマウント８に設けられた電極、信号処理回路１２、リードフレーム４とをワイヤー５により電気的に接続する。
【００６８】
次に、フィラーが７０重量％以上添加された非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０によりトランスファ成形を行う。上記非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０は、ワイヤー５の線膨張係数と大きく変わらず、かつ高い熱伝導率を有する耐環境性に優れている。このとき、リードフレーム４の表面側から開口部７を金型により押さえ、モールド樹脂からなるモールド部１０がリードフレーム４の表面側の開口部７に回り込むことを防止する。
【００６９】
図１に示すように、リードフレーム４の表面側の開口部７の周辺のモールド部１０に、穴部の一例としての光ファイバの位置決め用誘い込み部１０aを設けることにより、光ファイバの位置決めを正確に行うことができる。
【００７０】
この第１実施形態では記載していないが、光ファイバの端面に設けられたプラグを上記位置決め用誘い込み部１０aにより光ファイバの位置決めを行っても良い。
【００７１】
また、図４(a)は他の光結合器の断面模式図であり、図４(b)は上記光結合器を光ファイバ２側から見た正面図である。図４(a)は、図４(b)のIV−IV線から見た断面を示している。この図４(a),(b)に示す光結合器は、モールド部を除いて図１(a),(b)に示す光結合器と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。
【００７２】
図４(a),(b)に示すように、非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０がリードフレーム４の開口部７の面に回り込まない構造でもよい。図４の光結合器は、図１の光結合器と同様に、リードフレーム４の表面側全面をトランスファ成型金型により押さえ、モールド樹脂からなるモールド部１０がリードフレーム４の表面側に回り込むことを防止する。この構造により、光結合器の小型化、省スペース化が実現できる。
【００７３】
また、図５(a)は他のもう１つの光結合器の断面模式図であり、図５(b)は上記光結合器を光ファイバ２側から見た正面図である。図５(a)は、図５(b)のＶ−Ｖ線から見た断面を示している。
【００７４】
図５(a),図５(b)のように、非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０がリードフレーム４の開口部７の面に回り込まない構造とし、一部に非透光性のモールド樹脂の係止部１０bを設けている。この構造により、光結合器の小型化、省スペース化ともに、リードフレーム４に確実に非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０を係止することができるため、信頼性の高い光結合器の実現が可能となる。
【００７５】
上記第１実施形態では、透光性を有するサブマウントとしてガラスサブマウントを使用したが、透光性の樹脂などの透光性材料を使用してもよい。
【００７６】
以上のように、上記第１実施形態で示した光結合器１は、ＰＤやＬＥＤのようにサイズの小さい半導体光素子３を用いた場合でも、簡易な構成により、フィラーが添加され耐環境性に優れた非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０により半導体光素子３やワイヤー５の封止が可能となり、安価で耐環境性に優れた信頼性の高い光結合器を得ることができる。
【００７７】
(第２実施形態)
図６(a)は、本発明の第２実施形態による光結合器の概略的な構成を示す断面模式図であり、図６(b)は上記光結合器を光ファイバ２側から見た正面図である。図６(a)は、図６(b)のVI−VI線から見た断面を示している。
【００７８】
この第２実施形態の光結合器が第１実施形態の光結合器と異なる点は、半導体光素子３が受光素子の場合において、受光素子と信号処理回路１２(図１に示す)である増幅用集積回路とを１チップ化したＩＣ１３を実装した点である。
【００７９】
上記１チップ化したＩＣ１３は、第１実施形態の半導体光素子３の位置に実装している。他の点については、実装方法および構造は第１実施形態と同様であり、第１実施形態の光結合器と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。
【００８０】
この第２実施形態においても、簡易な構成により、フィラーが添加された耐環境性に優れた非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０によりＩＣ１３やワイヤー５の封止が可能となり、安価で耐環境性に優れた光通信器１を得ることができる。
【００８１】
さらに、上記光結合器２０は、受光素子と増幅用集積回路を１チップ化ＩＣ１３としたことにより、受光素子と増幅用集積回路との間のワイヤーが不要になり、浮遊容量が低減されて高速応答が可能となると共に電磁ノイズの影響を受けにくくなる。また、チップ数が低減されるため、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。
【００８２】
(第３実施形態)
図７(a)は、本発明の第３実施形態による光結合器の概略的な構成を示す断面模式図であり、図７(b)は上記光結合器を光ファイバ２側から見た正面図である。図7(a)は、図7(b)のVII−VII線から見た断面を示している。
【００８３】
この第３実施形態の光結合器が第１実施形態の光結合器と異なる点は、１パッケージに発光素子３bと、受光素子３aと、発光素子３bの駆動用集積回路および受光素子３aの増幅用集積回路のＩＣ１４が実装されている点である。その他については、第１実施形態と同様である。
【００８４】
上記第３実施形態の光結合器において、１パッケージに発光素子３bと受光素子３aおよびＩＣ１４が実装されているため、１パッケージにて送受信光結合器の構成が可能となる。
【００８５】
一般に、１パッケージにて送受信光結合器の構成にすると、パッケージ内での光反射により発光素子３bの送信光が受光素子３aに結合され、ノイズ(迷光ノイズ)成分となり、誤動作および通信品質の低下をまねくことがある。迷光ノイズを防ぐために、遮光板等を実装する必要があり製造も困難となり、引いては製造コストも高くなる。
【００８６】
これに対して、第３実施形態の光結合器では、非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０を使用するため、パッケージ内での光反射がなく、発光素子３bの送信光が、受光素子３aに結合されることがない。そのため、迷光ノイズが発生せず、複雑な機構無しに迷光ノイズの影響を排除でき、通信品質の高い通信が可能となると共に小型化も実現できる。
【００８７】
図７において、信号処理回路である発光素子の駆動用集積回路および受光素子の増幅用集積回路を１チップとしたが、それぞれ別のチップ構成としてもよい。また、第２実施形態のように受光素子と受光素子の増幅用集積回路を１チップとし、発光素子の駆動用集積回路を別途設けた構造でもよい。
【００８８】
以上のように、上記第３実施形態で示した光結合器１は、ＰＤとＬＥＤのようにサイズの小さい半導体光素子３a,３bを用いた送受信光結合器の構成とした場合でも、簡易な構成により、フィラーが添加された耐環境性に優れた非透光性のモールド樹脂からなるモールド部１０により半導体光素子３a,３bやワイヤー５の封止が可能となり、安価で耐環境性に優れた光結合器１を得ることができる。
【００８９】
(第４実施形態)
この発明の第４実施形態は、第３実施形態の発光素子の駆動用集積回路および受光素子の増幅用集積回路に動作状態に係る情報と制御情報の授受を行うための出力外部接続端子および入力外部接続端子を内蔵している点である。その他の点については、第３実施形態と同様である。
【００９０】
図８にこの第４実施形態の光結合器の発光素子の駆動用集積回路の一例としての発光素子駆動回路５０の構成を示す。上記発光素子駆動回路５０は、発光素子駆動回路部５１と入力信号検出回路部５２および発光素子駆動電流制御回路部５３で構成されており、１チップ化された構造である。入力信号検出回路部５２は、送信信号が入力されたことを検出し、出力する機能を有している。本検出信号出力からの信号により、発光素子駆動回路部５１を入力信号が無い場合に待機状態にし、入力信号を検出した後に発光素子駆動回路部５１を動作状態にすることが可能である。図８において、５４は発光素子駆動電流制限信号入力端子、５５は送信信号入力端子、５６はＬＥＤ駆動信号出力端子、５７は入力信号受信検出出力端子である。上記５４,５５は、入力外部接続端子の一例であり、５６,５７は、出力外部接続端子の一例である。
【００９１】
このような構成により、待機時における消費電力の低減を行うことが可能となる。また、外部への入力信号受信検出出力端子５７を設けることで、その他の周辺回路においても、同様に待機時における消費電力の低減を行うことが可能である。
【００９２】
また、発光素子駆動電流制御回路部５３は、発光素子の駆動電流を外部の発光素子駆動電流制御入力信号で制御する構成である。たとえば、発光素子であるＬＥＤは高温時に光出力が低下する特性がある。この第４実施形態の発光素子駆動電流制御回路部５３を用いて、高温時において駆動電流を増大させ、光出力を増加させ、高温時の光出力低下を低減することが可能であり、通信品質の高い通信が可能となる。
【００９３】
また、発光素子であるＬＥＤは、光出力のばらつきがあり、また、製造時における実装のばらつきのため、送信器からの光出力にばらつきが生じる。この第４実施形態において、外部より発光素子駆動電流制御信号を入力し、ＬＥＤからの光出力を駆動電流にて制御することが可能であるため、送信器からの光出力をモニタリングして、所定の光出力に合わすことが可能となり、通信品質の高い通信が可能となる。
【００９４】
また、図９に上記第４実施形態の受光素子の増幅用集積回路のＩＣの構成を示す。上記受光素子増幅回路６０には、受信信号検出回路部６１と受光素子増幅回路部６２で構成されており、１チップ化された構造である。受信信号検出回路部６１は、受信信号が入力されたことを検出し、検出信号を出力する機能を有している。図６において、６３受信信号入力端子は、６４出力信号端子は、６５は受信信号検出出力端子である。上記６３は、入力外部接続端子の一例であり、６４,６５は、出力外部接続端子の一例である。
【００９５】
上記受信信号検出回路部６１からの検出信号により、受信信号増幅回路部６２を受信信号が無い場合に待機状態にし、受信信号を検出した後、受信信号増幅回路部６２を動作状態にすることが可能である。このような構成により、待機時における消費電力の低減を行うことが可能となる。また、外部への受信信号検出出力信号端子を設けることで、その他の周辺回路においても、同様に待機時における消費電力の低減を行うことが可能である。
【００９６】
以上のように、第４実施形態で示した発光素子駆動回路５０および受光素子増幅回路６０を備えた光結合器は、発光素子駆動回路および受光素子増幅回路に動作状態に係る情報および制御情報の授受を行うための出力外部接続端子および入力外部接続端子を内蔵しているため、検出信号および外部からの入力信号により、信号処理回路の動作の制御が可能となり、高機能および通信品質の高い通信が可能となる。
【００９７】
上記第４実施形態の光結合器では、発光素子駆動回路５０は、発光素子駆動回路部５１と入力信号検出回路部５２、発光素子駆動電流制御回路部５３で構成され、送信信号入力の有無を検出し、また、外部より発光素子駆動電流制御信号により、発光素子駆動電流を制御する。上記に加え、受光素子増幅回路からの制御信号に基づき、発光素子駆動回路５０は、発光素子駆動電流を制御する等、受発光素子を一体化することで、外部からの制御信号等を介さずに内部の通信のみで自器の制御を実現することが可能となる。
【００９８】
また、発光素子駆動回路５０には、発光素子駆動回路部５１と入力信号検出回路部５２および発光素子駆動電流制御回路部５３で構成されているが、発光素子駆動回路の制御用の論理回路を内蔵していても構わない。
【００９９】
また、受光素子増幅回路６０には、受信信号検出回路部６１と受光素子増幅回路部６２で構成されているが、受光素子増幅回路６０の制御用の論理回路を内蔵していても構わない。
【０１００】
本発明の光結合器は、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、スーパーオーディオ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、パソコン、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、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。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態による光結合器の概略的な構成を示す説明図である。
【図２】図２は上記第１実施形態による光結合器のサブマウントの概略的な構成を示す説明図である。
【図３】図３は上記第１実施形態による光結合器のサブマウントの他の例の構成を示す説明図である。
【図４】図４は上記第１実施形態のモールド部が異なる他の光結合器の概略的な構成を示す説明図である。
【図５】図５は上記第１実施形態のモールド部が異なる他のもう１つの光結合器の概略的な構成を示す説明図である。
【図６】図６は本発明の第２実施形態による光結合器の概略的な構成を示す説明図である。
【図７】図７は本発明の第３実施形態による光結合器の概略的な構成を示す説明図である。
【図８】図８は本発明の第４実施形態による光結合器の発光素子駆動回路の概略的な構成を示す説明図である。
【図９】図９は上記光結合器の受光素子増幅回路の概略的な構成を示す説明図である
【図１０】図１０は従来の光結合器の概略的な構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は従来の他の光結合器の概略的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光結合器
２…光ファイバ
３…半導体光素子
３a…受光素子
３b…発光素子
４…リードフレーム
４a…リード端子
５…ワイヤー
６…光学部
７…開口部
８,８Ａ…サブマウント
９…レンズ
１０…モールド部
１０b…係止部
１１…透光性樹脂部
１２…信号処理回路
１３…ＩＣ
１４…信号処理回路
２０,２０Ａ…電極
２１,２１Ａ…光路用穴
２２,２２Ａ…切り欠き
５０…発光素子駆動回路
５１…発光素子駆動回路部
５２…入力信号検出回路部
５３…発光素子駆動電流制御回路部
６０…受光素子増幅回路
６１…受信信号検出回路部
６２…受光素子増幅回路部
１０１,２０１…光結合器
１０２…光ファイバ
１０３,２０３…半導体光素子
１０４,２０４…リードフレーム
１０５,２０５…ワイヤー
２０６…光学部
１０８…レンズ
１１０…透光性樹脂
２０８…ガラスレンズ
２０９…着色モールド樹脂
【図１】
2005183882.tif 000003
【図２】
2005183882.tif 000004
【図３】
2005183882.tif 000005
【図４】
2005183882.tif 000006
【図５】
2005183882.tif 000007
【図６】
2005183882.tif 000008
【図７】
2005183882.tif 000009
【図８】
2005183882.tif 000010
【図９】
2005183882.tif 000011
【図１０】
2005183882.tif 000012
【図１１】
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