(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を受光面とする半導体チップと、前記半導体チップを固着する支持基板と、前記半導体チップと電気的に接続されるリードと、前記半導体チップの受光面上を少なくとも封止する透明な樹脂封止体と、前記受光面の垂線と所定の角度で交差する反射面が前記樹脂封止体上面に設けられて成る溝とを有する光半導体装置であり、
前記光半導体装置を実装する実装基板と前記溝は面対向し、光は、前記樹脂封止体の上面と垂直な側面より入射し、前記反射面を介して前記受光面に入射される事を特徴とした光半導体装置。
【請求項２】
上面を発光面とする半導体チップと、前記半導体チップを固着する支持基板と、前記半導体チップと電気的に接続されるリードと、前記半導体チップの発光面上を少なくとも封止する透明な樹脂封止体と、前記発光面の垂線と所定の角度で交差する反射面が前記樹脂封止体上面に設けられて成る溝とを有する光半導体装置であり、
前記光半導体装置を実装する実装基板と前記溝は面対向し、光は、前記反射面を介して前記樹脂封止体の上面と垂直な側面から射出される事を特徴とした光半導体装置。
【請求項３】
前記支持基板は、リードフレームの一要素であるアイランドから成り、アイランドから外部へ導出されるリードは、光が入射される（または射出される）側面との対向面から導出される請求項１または請求項２記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップは、光を受光する機能と光を受光する機能から成り、１チップまたは２チップから成る請求項１または２記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置およびこれを実装した光半導体モジュールに関するもので、特に光半導体装置の構造を薄くし、この薄い側面から光を射出（または入射）させるものであり、これらを用いた機器の小型化・薄型化を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、サブノートパソコン、携帯情報端末、電子スチルカメラ等のマルチメディア機器がめざましい発展を遂げている。
【０００３】
しかも携帯機器は、年間７００万台も販売され、約８割がＩｒＤＡ(Infrared Data Association)規格の赤外線方式を採用している。つまり外部機器と本体との赤外線信号を介した送受信が必要で、そこには、赤外線を発光する発光素子、赤外線を受光する受光素子が必要となってくる。
【０００４】
またＭＤやＣＤ等の光学式記録再生装置で用いられる光学ヘッドは、光学記録媒体へビームを照射して光学記録媒体からの変調されたビームを検出することにより、情報の記録や再生を行う。やはりここでも発光素子、受光素子が必要となってくる。
【０００５】
しかしこれら発光素子、受光素子は、小型化が実現されていない。
例えば、図４は、特公平７−２８０８５号公報の技術を説明するもので、半導体レーザ１が半導体基板２に直接配置され、断面形状が台形のプリズム３が半導体基板２に固定されている。なお図番４は、光学記録媒体である。
半導体レーザ１と対向しているプリズム３の傾斜面５は半透過反射面で、半導体基板２と対接しているプリズム面６は、光検出器（受光素子）７以外の部分が、また面６と対向しているプリズム面８は、共に反射面となっている。
【０００６】
半導体レーザ１から発光され、傾斜面５からプリズム３に入射したビーム９は、反射面６と８で反射されてから、光検出器７で検出される。
【０００７】
一方、図５は、赤外線データ通信モジュール１１で、赤外線ＬＥＤ、ＬＥＤドライバ、ＰＩＮフォトダイオード、アンプ等が内蔵されている。例えば基板に前記ＬＥＤが実装され、ここから射出される光は、レンズ１２を介して外部へ放出される。また前記基板に実装されたフォトダイオードには、レンズ１３を介してモールド１１内に入射される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のモジュールに於いて、半導体基板上に光学機器が実装され、また半導体基板のモールド体の上に更にレンズが実装されたりするため、これらを組み込んだセットは、小型化が実現できない問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題に鑑みて成され、第１および第２の手段とも、樹脂モールド体である透明封止体に反射面を有する溝を形成すれば、光は、封止体の厚みの薄い側面から入射（または発射）させることができ、プリズム等の光学機器を省略できる。しかも支持基板が上になるようにリードを曲げると、半導体チップは、実装基板と支持基板でサンドウィッチされるため、透明な樹脂への光浸入を防止できる。
【００１０】
更には前記支持基板は、リードフレームの一要素であるアイランドから成り、アイランドから外部へ導出されるリードは、前記光が入射される（または射出される）側面との対向面から導出され、リードや金属細線を介した反射により生ずる光のノイズを防止できる。
【００１１】
更には、封止体の側面から光を出し入れできるため、封止体の厚みを例えば１ｍｍ程度に薄くできる事から、これを組み込んだセットに対しても薄型化が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のポイントは、本光半導体装置を例えばプリント基板等の実装基板に設置する際に非常な効果を有するが、その前に、透明な封止体に溝を形成する事の説明を図２を参照しながら説明する。
【００１３】
図は理解のために、三つの図を一体にしたもので、左上が光半導体装置の平面図、左下が前記平面図のＡ−Ａ線に於ける断面図、右上が前記平面図のＢ−Ｂ線に於ける断面図である。
【００１４】
まずリードフレームがある。このリードフレームは、２点鎖線で示すアイランド２１とリード２２により構成され、ここではＣｕより成り、この上(図面では下になる)に発光部となる一点鎖線で示す半導体チップ２３、受光部となる一点鎖線で示す半導体チップ２４が半田等の固着手段を介して固定されている。
また半導体チップ２３は、例えば赤外ＬＥＤレーザ等の発光素子であり、駆動回路が一体になっていても良い。また半導体チップ２４は、フォトセンサであり、ＰＩＮダイオード等であり、やはり駆動回路が一体のものでよい。これらの半導体チップの周囲には、ボンディングパッドが形成され、これに対応して、チップの周囲から外部へ複数のリード２２が延在され、この間を金属細線で接続している。
【００１５】
そしてリードの先端および半導体チップは、光に対して透明な封止体２５で封止されている。ここで封止材２５としては光に対して透明であれば良く、材料は特に選ばない。そしてこの封止体２５には、反射面２６を持つ溝２７が設けられている。
【００１６】
ここのポイントは、前記反射面２６にあり、この反射面は封止体２５に溝を形成することで構成され、これにより点線矢印で示すように封止体２５の側面Ｅから光の射出、側面Ｅへの入射が可能となる。
【００１７】
一般には、発光部や受光部を構成する半導体チップは、この上に、プリズムやレンズを構成して半導体装置となるため、これを使用したモジュールやセットは、セット自身の厚みが厚くなり、しかもこの上や周辺に光学機器が配置されるため、薄型・小型が難しかった。しかし溝の一部分である反射面２６により、封止体の側面Ｅで光の出し入れが可能となるため、プリズムは不要であるし、レンズが必要で有れば、この側面Ｅに形成することになる。つまり透明封止体の側面に凸状のレンズを一体成型することも可能であるし、ここに別途レンズを取り付けても良い。従って装置自身の厚みを薄くすることができる。
前記リードフレームはＣｕより成り、厚さは、約０．１２５ｍｍで、半導体チップの厚みは、例えば２５０〜３００μｍ程度である。また封止体２５は、透明なエポキシ材料で、例えばトランスファーモールドにより成され、全体の厚みは、約１ｍｍ〜１．５ｍｍである。当然チップの厚みが薄くなれば、更に薄くできる事は言うまでもない。また金型にも溝を形成する部分が設けられており、透明の樹脂封止体で半導体チップをトランスファーモールドした際に、溝が同時に形成される。
【００１８】
ここで溝２７は、半導体チップを露出することなく、反射面が構成されればよく、例えば厚みの半分程度、ここでは７５０μｍ程度の深さを有し、少なくとも反射面２６を構成する部分は４５°に成っている。ここの反射面は、界面の両側の空気と透明樹脂の屈折率の違いにより、反射面となる。しかし全ての光が反射されないので、反射面に金属被膜を形成しても良い。
【００１９】
この被膜方法としては、半導体技術で使用される蒸着、スパッタ成膜が考えられ、またその他には、メッキが考えられる。ここで注意を要する所は、封止体２５に形成された被膜材料との短絡である。前者の二つの被膜方法では、マスクを必要とする。また例えば無電解メッキで、溶液の中に全体をディップする場合は、導出する部分のリード２２その導出部周囲の封止体２５の部分に樹脂を塗り、その後でメッキし、この樹脂を取り除けばよい。またディップ以外では、この溶液を溝の部分のみに滴下してメッキさせても良い。金属材料としては、金、Ａｌ、ニッケル等が考えられる。
【００２０】
本実施例では、光の出し入れ（射出や入射）が行われる側面Ｅを除いた側面Ｆ、Ｇ、Ｈにリードを配置できる。しかし金属細線やリードによる反射を考えると、側面Ｈが好ましい。平面図に於いて、受光部である半導体チップは、実質右側に受光素子領域（第１の領域）が形成され、左側にこれを駆動する駆動素子領域（第２の領域）が形成される。つまり第２の半導体領域は、光の経路とは成らないため、この領域をリードが導出される領域、金属細線の領域として活用でき、光の反射等によるノイズが第１の領域に浸入することを防止している。また第１の領域が右側にずれているので、当然溝２７も右側にずれ、溝から左側の領域は、ワイヤを延在させる領域として確保できる。もし左側や中央に第１の領域があれば、ワイヤは、溝から露出する可能性がある。
【００２１】
以上述べた光半導体装置を、例えばプリント基板、セラミック基板、絶縁性金属基板、ＴＡＢ等の樹脂フィルムに実装する場合、図２の左下断面図の如く、水平に配置されるので、薄型のモジュールや機器が形成可能である。
【００２２】
例えばＩＣカード等に実装すれば、カード自身の厚みを薄く且つ側辺方向で光信号のやりとりができる。
【００２３】
一方、アイランド２１は、２点鎖線で示すように二つで成っているが、一体で構成しても良い。既に公知である半導体チップのマルチチップモジュール技術を使うことで実現できる。また樹脂封止体２５は、二つの半導体チップを一体でモールドしているが、それぞれを分離して個別にモールドしても良い。
【００２４】
またアイランドは共通で、樹脂封止体のみ分離されていても良い。この場合、封止体が連続でないため、受光部と発光部の光の相互干渉が無くなる。しかしアイランドが共通であるため、アイランドを介した電気信号の相互干渉が発生する可能性がある。この場合、例えば混成集積回路装置に応用すると便利である。つまり絶縁処理されたプリント基板、セラミック基板、金属基板等の支持基板に前記アイランドに相当するパターンを形成し、ここに受光素子、発光素子を固着すれば良い。このパターンは、絶縁物質上に被着されているのでそれぞれが電気的に分離されている。またリードは、この支持基板の端部に延在されたリード固着用のパッドと電気的に接続される。またそれぞれの半導体チップは、支持基板に被着された導電パターンと金属細線を介して接続される。混成集積回路装置の場合、他の半導体素子やディスクリートが実装できるため、よりシステムに近い機能を持たせることが出来る。
【００２５】
また封止方法は、リードフレーム型、混成集積回路装置型の両者ともに、トランスファーモールド、インジェクションモールド等で実現できる。
【００２６】
なお点線で囲んだ最小の矩形は、光の照射される、または光が射出される部分を示している。
【００２７】
一方、図３は、溝２７の一方の反射面３０を垂直にしたものである。この場合図２と比較し溝から左の領域を確保でき、第１の領域や金属細線を図１よりも左側に配置できる。
【００２８】
では、図１を参照して説明する。本発明は、透明樹脂の周りから浸入する光ノイズに着目したものであり、リードを通常の方法とは逆に曲げ、半導体チップの支持基板、ここではリードフレームのアイランド２１を上向きにしたものである。
【００２９】
つまり光半導体装置をセットする実装基板３０、例えば混成集積回路装置に一般的に採用されるプリント基板、セラミック基板、金属基板は、光に対して遮蔽効果を持つ。また支持基板も同様である。従って支持基板を上向きに配置すれば、受光素子や発光素子は、上下で遮蔽板によりサンドウィッチされる。従って→の如く、光のノイズの侵入を抑制することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、第１に、受光素子または／および発光素子の上面に位置する封止体に溝を形成し、ここの溝を反射面とすることで、光はこの反射面で反射し、チップに対して水平な方向に延在されることになる。
【００３１】
つまり封止体の側面Ｅから光を入射させることができ、また側面Ｅから光を射出させることができる。そのためプリズムを不要とすることができる。またレンズを用いる場合は、側面に形成すればよい。結局厚みを薄くでき、これを用いてモジュール、セット等を形成する場合、光学機器は、側面に沿って形成され、これらの大きさも小さくできる。
【００３２】
また、前記半導体チップを、リードフレームの一要素であるアイランドに載置し、アイランドから外部へ導出されるリードを、光が入射される（または射出される）側面との対向面から導出する事で、更には半導体チップを、光を受光（または発光）する第１の半導体領域と、これを駆動する第２の半導体領域とに分け、前記第２の半導体領域を前記リードと近接する側に配置する事で、第２の半導体領域が、光の経路とは成らないため、この領域をリードが導出される領域、金属細線の領域として活用でき、光の反射等によるノイズの影響を抑制できる。また第１の半導体領域が右側にずれているので、当然溝２７も右側にずれ、溝から左側の領域は、ワイヤを延在させる領域として活用できる。
【００３３】
更に支持基板が上になる構成であり、これを実装基板にセットすれば、透明封止体を光遮蔽板でサンドウィッチしたことになる。従って外部雰囲気からの光侵入を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である光半導体装置を実装基板にセットした際の断面図である。
【図２】図１の光半導体装置を説明する図である。
【図３】図２の溝の変形を説明する図である。
【図４】従来の光半導体装置と光学機器を組んだ概略図である。
【図５】従来の光半導体装置と光学機器を組んだ概略図である。
【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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