(57)【要約】  【課題】熱サイクルに対する耐性他の点で実用上有効である光デバイス用のＳＭＴパッケージを提供する。  【解決手段】半導体パッケージ（３０）は、パッケージ基板（２４）と、パッケージ基板上の光デバイスであるダイ（２２）と、ダイ上の透明光学素子（２７）と、ダイを完全に被覆し、透明光学素子を一部被覆するカプセル材とを備える。カプセル材は、ダム（３３）の内側に配置され得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板と、
該パッケージ基板上に置かれ、少なくとも一つの光デバイスを含む前記ダイと、
該ダイ上の透明光学素子と、
前記ダイを完全に被覆し、前記透明光学素子を一部被覆するカプセル材とを備えることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
前記ダイを囲繞するダムをさらに備え、前記カプセル材を前記ダム内に配置させたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記ダムは、チキソトロピー性エポキシから成ることを特徴とする、請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記透明な光学素子は、フィルタとレンズからなる群から選択され、
前記少なくとも一つの光デバイスは、レーザと発光ダイオードとフォトダイオードからなる群から選択され、
前記パッケージ基板は印刷回路基板とセラミック基板からなる群から選択され、前記パッケージ基板は、さらに底面に沿ってボールグリッドアレイを備えることを特徴とする、請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記ダムの内側に位置し、前記カプセル材で被覆した他のダイをさらに備え、該他のダイが前記光デバイスを駆動する回路を備えることを特徴とする、請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
半導体パッケージの製造方法であって、
パッケージ基板の上に少なくとも一つの光デバイス含むダイを取り付けるステップと、
透明な光学素子を前記ダイの上に取り付けるステップと、
カプセル材を被着させて前記ダイを完全に被覆し、前記透明光学素子を一部被覆するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項７】
前記カプセル材を被着させるステップの前に、前記ダイの周囲にダムを形成するステップを含み、前記カプセル材は、前記ダム内に被着される前記ステップを有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ダムは、チキソトロピー性エポキシから成ることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記透明な光学素子はフィルタとレンズからなる群から選択され、
前記光デバイスは、レーザと発光ダイオードとフォトダイオードからなる群から選択され、
前記パッケージ基板は印刷回路基板とセラミック基板からなる群から選択され、前記パッケージ基板がさらに底面上にボールグリッドアレイを備えることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記カプセル材を被着する前に前記パッケージ基板上に他のダイを取り付けるステップで、該他のダイが前記光デバイスを駆動する回路を備え、前記ダムは、前記ダイと前記他のダイを囲繞し、前記カプセル材が前記ダイと前記他のダイを被覆するステップをさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージに関し、特に光デバイス用の半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイス用の表面実装技術（ＳＭＴ；ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）パッケージは、光ファイバ（ＦＯ；ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ）の分野にも応用される。今日光デバイス以外の用途で利用される多種多様なＳＭＴパッケージとして、シリコン集積回路（ＩＣ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等の業界で利用されるものが知られている。選択肢として、エポキシやセラミック製ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ；ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）や積層型ＢＧＡやその他多数にて成形したリード線付きパッケージが含まれる。これらのＩＣパッケージには、耐熱性を向上した型や複数のチップのための型や廉価型等の種々のものが含まれる。一方、光デバイス用途のＳＭＴパッケージでは、その種類はそれほど豊富ではない。
【０００３】
ＩＣをパッケージ化するための費用を最も安価にする方法の一つが、図１に示すチップオンボード（ＣＯＢ；ｃｈｉｐ−ｏｎ−ｂｏａｒｄ）である。ダイ１２は、印刷回路基板（ＰＣＢ；ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）上に直接取り付けてあり、ダイ１２上の配線路と、ＰＣＢ１４上の配線路間の接続はボンディングワイヤ１６により行われる。図２に示す如く、外部環境からの保護のために、「グローブトップ」と呼ぶ不透明なエポキシ１８を用いてデバイスを被覆する。エポキシ１８の熱膨張係数（ＣＴＥ；ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を低減して熱サイクルによってボンディングワイヤ１６に過度の応力を及ぼさないようにするため、球状化エポキシにＰＣＢ１４と同様のＣＴＥを有する材料が密に充填又は混合される。充填材（しばしば二酸化ケイ素）は透明でないため、ＣＯＢ１０による手法は、一般に光デバイスには有効ではないとされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、熱サイクルに対する耐性他の点で実用上有効である光デバイス用のＳＭＴパッケージを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による半導体パッケージは、パッケージ基板と、パッケージ基板上に置かれる光デバイスダイと、このダイ上の透明光学素子と、ダイの周囲に随意選択的に形成されるダムと、ダイを完全に被覆するとともに透明光学素子を一部被覆するカプセル材とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる半導体パッケージ、及びその製造方法について詳細に説明する。異なる図における同一の参照符号の使用は、同一又は類似の要素を示すものである。図３及び図４は、本発明の一実施形態における光デバイス用表面実装技術（ＳＭＴ）パッケージ２０を示す。ダイ２２は、パッケージ基板２４に取り付けてある。ダイ２２は、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ；ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）又はフォトダイオード等の光デバイスを含む。パッケージ基板２４は、印刷回路基板（ＰＣＢ）又はセラミック基板とすることができる。パッケージ基板２４の底面にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ；ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）２９を密集させ、別の基板（例えば、ユーザのＰＣＢ）との電気的接続を果すこともできる。ダイ２２上の配線路は、ボンディングワイヤ２６によりパッケージ基板２４上の配線路へ接続する。
【０００７】
透明光学素子２７がダイ２２上に取り付けてあり、パッケージ基板２４上にカプセル材２８を被着することで形成した「グローブトップ」を介する窓を形成している。一実施形態では、窓２７は、矩形片のガラス又は水晶であり、カプセル材２８は、パッケージ基板２４と同様の熱膨張係数（ＣＴＥ）をもたらす材料を充填したエポキシである。窓２７の必要な透明性は、用途に応じたもの（例えば、１０％〜１００％）とする。一実施形態では、窓２７は光を導くレンズか特定の波長の光を通過させるフィルタか又はそれらの組み合わせである。外部環境からの保護のため、カプセル材２８は、パッケージ基板２４上に被着され、ダイ２２を完全に被覆するとともに窓２７を一部被覆してある。窓２７は、その上面からカプセル材２２を無くしてダイ２２から光を逃がすか又はその中に進入させるときに、一部被覆する。
【０００８】
図５及び図６は、本発明の一実施形態の光デバイス用ＳＭＴパッケージ３０を示す。パッケージ２０と同様、パッケージ３０は、ダイ２２とパッケージ基板２４とボンディングワイヤ２６と窓２７を含む。パッケージ３０は、さらに、ダイ２２周りに形成したダム３３とボンディングワイヤ２６とパッケージ基板２４上の窓２７とを含む。ダム３３はダイ２２よりも大きな高さをもたせてあり、内側にカプセル材３８を充填し、ダイ２２を完全に被覆するとともに窓２７を一部被覆する。これにより、僅かに突出する窓２７をもったほぼ平坦な「グローブトップ」による構造が得られる。一実施形態では、カプセル材３８はカプセル材２８に類似する。図示の如く、ダム３３は丸くなった角部をもつ概ね矩形形状を有するが、カプセル材３８が保護する部品を囲繞するのに他の形状を用いることもできる。一実施形態では、ダム３３には、ダムの壁部（例えば、チキソトロピ・エポキシ）を形成する所望粘度と流動特性を有するエポキシが利用される。
【０００９】
パッケージ３０は、幾つかの長所を有する。第１に、調合するカプセル材３８の量の制御が簡単であり、何故なら材料の全量をダム３３内に閉じ込められるからである。第２に、ダム３３は従来の製造工程に用いる真空ピックアップヘッドを用いて簡単に取り扱える平坦なグローブトップを生み出すからである。
【００１０】
図７、図８、図９は、本発明の一実施形態における光デバイス用ＳＭＴパッケージ４０を示す。パッケージ４０は、パッケージ３０に類似する。ダイ２２の代わりに、パッケージ４０は複数の光デバイス（例えば、４個のＶＣＳＥＬ）を有するダイ４２Ａを含む。さらに、パッケージ４０は、光デバイス用ドライバＩＣを有する別のダイ４２Ｂを含む。ダイ４２Ａ、４２Ｂ上の配線路はボンディングワイヤ４６Ａにより接続してあり、その一方でダイ４２Ｂ上の配線路とパッケージ基板４４はボンディングワイヤ４６Ｂにより接続してある。例えば、パッケージ４０はパッケージに含まれる送信器ドライバＩＣ付きの４個のチャネル送信器を取り囲んでいる。図示の如く、より大きな窓４７がダイ４２Ａの上面に取り付けてある。ダム４３が、ダイ４２Ａとダイ４２Ｂとボンディングワイヤ４６Ａとボンディングワイヤ４６Ｂを囲繞している。カプセル材４８はダム４３を充填し、ダイ４２Ａとダイ４２Ｂとボンディングワイヤ４６Ａとボンディングワイヤ４６Ｂとを完全に被覆し、窓４７を一部被覆している。パッケージ基板４４の底面にＢＧＡ４９を密集させ、別の基板（例えば、ユーザのＰＣＢ）への電気的接続を果すこともできる。
【００１１】
図１０と図１１は、本発明の一実施形態の光デバイス用ＳＭＴパッケージ５０を示す。パッケージ５０は、窓４７を各光デバイスごとにレンズ５７（分かりやすくするため一つにだけ符号付けしてある）でもって置き換えた点以外は、パッケージ４０と同様である。一実施形態では、レンズ５７はそれぞれ対応光学デバイスを覆ってダイ４２Ａ上に取り付け、対応光デバイスとの間で光を授受する透明球面レンズとしてある。
【００１２】
図１２は、上記パッケージ（例えば、パッケージ５０）のいずれかを組立期間中に保護する必要がある場合に、パッケージの上面をテープ片９０で覆うことができることを示している。
【００１３】
当業者によれば、上述の実施形態に対して、さらに様々な変形、変更が可能である。即ち、各要素の変形、変更による種々の多くの実施形態が、特許請求の範囲により画定される本発明に含まれる。
【００１４】
上述の実施形態に即して本発明を説明すると、本発明は、パッケージ基板（２４；４４）と、パッケージ基板上のダイ（２２；４２Ａ）で、少なくとも一つの光デバイスを備えるダイと、ダイ上の透明光学素子（２７；４７；５７）と、ダイを完全に被覆し、透明光学素子を一部被覆するカプセル材（２８；３８；４８）とを備える、半導体パッケージ（２０；３０；４０；５０）を提供する。
【００１５】
好ましくは、ダイを囲繞するダム（３３；４３）をさらに備え、カプセル材（３８；４８）は、ダム内に注入又は被着される。
【００１６】
好ましくは、ダム（３３；４３）はチキソトロピ・エポキシから成る。
【００１７】
好ましくは、透明な光学素子（５７）はフィルタとレンズからなる群から選択され、少なくとも一つの光デバイスはレーザと発光ダイオードとフォトダイオードからなる群から選択され、パッケージ基板（２４；４４）は印刷回路基板とセラミック基板からなる群から選択され、パッケージ基板がさらに底面上にボールグリッドアレイ（２９；４９）を備える。
【００１８】
好ましくは、ダムの内側に位置し、カプセル材（４８）で被覆した別のダイ（４２Ｂ）をさらに備え、別のダイが光デバイスを駆動する回路を備える。
【００１９】
更に、本発明は、半導体パッケージ（２０；３０；４０；５０）の製造方法であって、パッケージ基板の上にダイ（２２；４２Ａ）を取り付けるステップで、ダイが少なくとも一つの光デバイスを備えるステップと、透明な光学素子（２７；４７，５７）をダイの上に取り付けるステップと、カプセル材（２８；３８）を被着してダイを完全に被覆し、透明光学素子を一部被覆するステップとを有することを特徴とする方法を提供する。
【００２０】
好ましくは、カプセル材被着ステップの前に、ダイ（２２；４２Ａ）の周囲にダム（３３；４３）を形成するステップであって、カプセル材をダム内に被着させるステップを有する。
【００２１】
好ましくは、ダム（３３；４３）はチキソトロピ・エポキシから成る。
【００２２】
好ましくは、透明な光学素子（５７）はフィルタとレンズからなる群から選択し、光デバイスはレーザと発光ダイオードとフォトダイオードからなる群から選択し、パッケージ基板（２４；４４）は印刷回路基板とセラミック基板からなる群から選択し、パッケージ基板（２２；４４）がさらに底面上にボールグリッドアレイ（２９；４９）を備える。
【００２３】
好ましくは、カプセル材を被着する前にパッケージ基板（４４）上に別のダイ（４２Ｂ）を取り付けるステップで、該別のダイが前記光デバイスを駆動する回路を備え、前記ダム（４３）が前記ダイと前記別のダイを囲繞し、前記カプセル材（４８）が前記ダイ（４２Ａ）と前記別のダイを被覆する前記ステップをさらに有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のチップオンボード・パッケージを示す図である。
【図２】従来のチップオンボード・パッケージを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の光デバイス用パッケージを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の光デバイス用パッケージを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による光デバイス用パッケージを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態の組立工程中にパッケージの一実施形態を保護する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  チップオンボード（ＣＯＢ）
１２  ダイ
１４  印刷回路基板（ＰＣＢ）
１６  ボンディングワイヤ
１８  エポキシ
２０  光デバイス用表面実装技術（ＳＭＴ）パッケージ
２２  ダイ
２４  パッケージ基板
２６  ボンディングワイヤ
２７  透明光学素子（窓）
２８  カプセル材
２９  ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）
３０  光デバイス用ＳＭＴパッケージ
３３  ダム
３８  カプセル材
４０  光デバイス用ＳＭＴパッケージ
４２Ａ，４２Ｂ  ダイ
４３  ダム
４４  パッケージ基板
４６Ａ，４６Ｂ  ボンディングワイヤ
４７  窓
４８  カプセル材
４９  ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）
５０  光デバイス用ＳＭＴパッケージ
５７  レンズ
９０  テープ片
【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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