JP4166887B2

JP4166887B2 - 光半導体装置

Info

Publication number: JP4166887B2
Application number: JP37026798A
Authority: JP
Inventors: 勝森下; 正之榊原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000196111A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置に係り、特にレンズを有する光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からある光半導体装置として、例えば特公平７−１６０１７号公報に開示されるものがある。この公報に記載される光半導体装置は、リード部に電気的に接続された光半導体チップを有し、この光半導体チップとリード部の一部がエポキシ樹脂等の透光性のモールド樹脂により封止されて光半導体素子が構成され、この光半導体素子には半球状のレンズ部が一体となって設けられている。このような光半導体装置は、例えばトランスファ成形法などにより成形され、この成形法で使用される金型には、リード部、レンズ部および光半導体素子等の型がとられている。また、このレンズ部の付いた光半導体装置には、集光レンズを有する遮光ケースが取り付けられ、レンズ部と集光レンズとの間に空気層が存在している。一方、光半導体素子は、キャスティング法により成形することも可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光半導体装置は、レンズ部と光半導体素子とがトランスファ成形法により一体に成形されるため、レンズ部に対する光半導体チップの位置精度が良好となる一方、金型形状が複雑となるため、金型に極めて高い精度が要求され、非常に高価となり、大量生産の必要がない光半導体装置の製造が困難となる。一方、キャスティング法で成形する場合には、安価な製造が可能であるがレンズ部に対する位置精度の点で問題がある。
【０００４】
また、光半導体装置は、レンズ部に対する光半導体チップの位置精度を高める必要性からレンズ部と光半導体素子とがエポキシ樹脂で一体成形されているが、光半導体装置においては、レンズ部としてエポキシ樹脂より更に透明性の高いものが要求され、その光学特性の向上が求められている。
【０００５】
さらに、レンズ部と集光レンズとの間に空気層が存在しているため、集光レンズに光が入射する場合に、空気層とレンズ部との境界面、および空気層と集光レンズとの境界面において反射損が生じ、光半導体装置全体としての光学特性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、光半導体チップの位置精度を良好に保持しつつ、安価に製造することができ、且つ、光学特性を向上させた光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、光半導体チップを透光性のモールド樹脂で封止して構成され、光半導体チップの受光面又は投光面側に平坦な接合面を有する光半導体素子と、光半導体素子の接合面に対向する平坦な底面を含み光半導体素子の形状に対応した位置合せ部を有すると共に、モールド樹脂と異なる透光性のレンズ成形樹脂から形成されたレンズ体と、光半導体チップをレンズ体の光軸上に位置合せした状態で位置合せ部の底面と接合面との間に介在され、光半導体素子とレンズ体とを接合させる透光性の接着材と、を備えており、接合面のコーナー部に面取り部が形成され、位置合せ部と面取り部とで囲まれる領域が底面側に向かって末広がりとなっていることを特徴とする。
【０００８】
この光半導体装置によれば、光半導体素子がモールド樹脂で構成され、レンズ体がレンズ成形樹脂で構成され、このモールド樹脂とレンズ成形樹脂とが互いに異なるようにされているので、それぞれの機能に適した樹脂を選択することが可能になる。また、光半導体装置の組立時においては、光半導体素子は、その接合面とレンズ体の位置合せ部の底面とを接合させることで、レンズ体に容易に位置合せされる。また、使用時においては、外部から光半導体チップの受光面又は投光面に光が入射する際に、レンズ体と接着材とがともに透光性であるため、レンズ体と接着材との界面で入射光の反射が抑えられる。また、この面取り部が接合面のコーナー部に形成されているため、レンズ体と光半導体素子とを接着材を介して接合させる場合に、液状となった接着材を位置合せ部に滴下し、この液状の接着材を光半導体素子の接合面で押圧したときに、接着材中の空気が抜けるようにすることができる。
【０００９】
また、モールド樹脂はエポキシ樹脂を含み、レンズ成形樹脂はアクリル樹脂を含むことが好ましく、アクリル樹脂としてポリメタクリル酸メチルを含むのが更に好ましい。このようにした場合、アクリル樹脂の透明性は、エポキシ樹脂より高いため、レンズ体の光学特性は向上する。特に、アクリル樹脂をポリメタクリル酸メチルとした場合には、ポリメタクリル酸メチルの高い透明性のため、レンズ体の光学特性は更に向上する。
【００１０】
また、モールド樹脂は、特定波長域の光を選択的に通過させる樹脂からなることが好ましい。この光半導体装置によれば、レンズ体を通って光半導体素子に光が入射される場合に、この入射光のうち特定波長域の光が選択的に通過されて光半導体チップに入射される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による光半導体装置の第１実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、光半導体装置の分解斜視図である。同図に示すように、光半導体装置１は、肉厚平板状の光半導体素子６を有している。この光半導体素子６は、２本のリード部２，３を有し、一方のリード部２には、平板状の先端部２ａが設けられ、この先端部２ａ上には、平板状の光半導体チップ４（例えば受光素子）が固定されている。また、この光半導体チップ４は、Ａｕ細線５を介して他方のリード部３に接続されている。そして、この光半導体チップ４、及びリード部２，３の一部がトランスファ成形法等により透光性のモールド樹脂（例えばエポキシ樹脂）で封止されている。また、モールド樹脂には、光半導体チップ４の受光面４ａと対峙する位置に平坦な矩形状の接合面６ａが形成され、この接合面６ａと光半導体チップ４の受光面４ａとは互いに平行となっている。そして、この接合面６ａの四辺に沿って接合部６ｂが設けられている。ここで、光半導体素子６は、その外形寸法がバラツキを含めても±０．０３以内に収まる程度の精度で作られている。
【００１３】
一方、光半導体装置１は、光半導体素子６と異なるレンズ成形樹脂からなる砲弾型のレンズ体１０を有している。このレンズ体１０には、位置合せ部としての位置合せ用枠部８が一体に設けられ、この位置合せ用枠部８は、光半導体素子６に対応した形状となっている。すなわち、位置合せ用枠部８は、矩形平板状の平坦部１６と、この平坦部１６の三辺に沿ったガイド部１７とで構成され、平坦部１６の底面１６ａが光半導体素子６の接合面６ａと接合され、光半導体素子６の接合部６ｂがガイド部１７と接合されるようになっている。なお、レンズ体１０は、平坦部１６上に設けられている。
【００１４】
レンズ体１０を構成するレンズ成形樹脂として、エポキシ樹脂より透明性が高いという理由からアクリル樹脂が使用されている。ここで、アクリル樹脂として、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を用いることが好ましい。ポリメタクリル酸メチルを用いるのは、ポリメタクリル酸メチルの透明性が極めて高くレンズ体１０として適しているためである。また、ポリメタクリル酸メチル自体安価であり、成形性が良いためである。なお、このようなアクリル樹脂でレンズ体１０を成形する場合には、レンズ体１０は、例えば射出成形法の自動多量成形方式で成形される。このため、レンズ体１０は、光半導体素子６とほぼ同程度の精度で成形されている。また、レンズ体１０に耐熱性が要求される場合には、アクリル樹脂として、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることも可能である。
【００１５】
図２は、光半導体装置１を示す正面図である。同図に示すように、レンズ体１０および光半導体素子６は、位置合せ用枠部８と光半導体素子６の接合面６ａとの間に透光性の接着材９を介在させて接合され、この接合された状態において、光半導体チップ４がレンズ体１０の光軸Ｃ上に位置合せした状態で配置されている。ここで、接着材９は、例えば熱硬化性樹脂が用いられ、特にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はアクリル樹脂等を用いることが好適である。これは、これらの熱硬化性樹脂がモールド樹脂及びレンズ成形樹脂の屈折率に近い値をもつためである。
【００１６】
なお、光半導体素子６の接合面６ａのコーナー部には、空気抜き用の面取り部１１が形成されている。この面取り部１１は、レンズ体１０と光半導体素子６とを接着材９を介して接合させる場合に、液状となった接着材９を位置合せ用枠部８に滴下し、この液状の接着材９を光半導体素子６の接合面６ａで押圧したときに、接着材９中の空気が抜けるようにするためのものである。
【００１７】
このように、前述した光半導体装置１によれば、レンズ体１０が光半導体素子６のエポキシ樹脂と異なるアクリル樹脂で構成されるようにしたので、レンズ体１０の光学特性を向上させることが可能となる。特に、レンズ体１０を構成するアクリル樹脂としてポリメタクリル酸メチルを用いる場合には、ポリメタクリル酸メチルの透明性が特に高いため、レンズ体１０の光学特性は更に向上する。また、光がレンズ体１０を通って光半導体チップ４の受光面４ａに入射する場合に、接着材９の屈折率がレンズ成形樹脂及びモールド樹脂の屈折率に近い値をもつため、レンズ体１０と接着材９との界面、及び接着材９と光半導体素子６との界面で入射光の反射が抑えられる。
【００１８】
また、光半導体装置１の製造時においては、レンズ体１０と光半導体素子６とが異なる樹脂で形成されていることから、レンズ体１０の成形に際して、リード部２，３及び光半導体素子６等の型を、成形に使用する金型に形成する必要がなくなり、金型の形状が複雑になることがない。一方、レンズ体１０は、アクリル樹脂による射出成形法の自動多量成形方式で成形されるため、成形に使用する金型をトランスファ成形法における場合より小型にすることが可能となる。このため、金型自体の価格を低下させることが可能となり、ひいては光半導体素子６の価格を低下させることができる。具体的には、金型の価格を従来品に対して１／１０程度とすることができる。従って、大量生産を必要としない小量多品種の製造にも対応可能となる。また、レンズ体１０の成形に際して、レンズ体１０の成形に使用する金型の形状が複雑にならないので、トランスファ成形法による場合よりレンズ体１０中に気泡が溜まり難くなると共に成形不良が発生し難くなり、製品の歩留まりが向上する。
【００１９】
また、光半導体装置１の組立時においては、光半導体素子６は、その接合面６ａをレンズ体１０の位置合せ用枠部８の底面１６ａと接合させることで、レンズ体１０に確実に位置合せされる。このとき、光半導体素子６とレンズ体１０の位置合せ用枠部８とが同程度の高い寸法精度で作られているため、光半導体チップ４のレンズ体１０に対する位置ズレが極めて小さくなり、レンズ体１０のレンズ効果を十分に発揮することができる。
【００２０】
なお、レンズ体１０と光半導体素子６を異なる樹脂で作るようにしているので、光半導体素子６のみ市販の製品を使用し、この形状に合わせてレンズ体１０を製造することも勿論可能である。
【００２１】
次に、本発明による光半導体装置の第２実施形態について説明する。なお、図中、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付すこととする。
【００２２】
図３に示すように、光半導体装置２０においては、レンズ体１０が光半導体素子６より大きくなっており、レンズ体１０に設けられる円柱状のベース部１２に位置合せ部としての位置合せ用凹部１３を形成させている点で第１実施形態の光半導体装置１と異なる。この位置合せ用凹部１３は、ベース部１２の下面側からレンズ体１０に到達し、光半導体素子６が埋没する深さに形成されている。この凹部１３の形状は、光半導体素子６の上部形状に対応する形状、すなわち、光半導体素子６の上部が填まり込める形状となっている。そして、この凹部１３の底面１３ａは平坦面となっており、鏡面仕上げがなされている。また、ベース部１２には、その凹部１３からベース部１２の外周面１２ａまで延びるガイド溝１４，１５が形成され、このガイド溝１４，１５により光半導体素子６のモールド樹脂から突出する２本のリード部２，３（図５参照）が案内されている。
【００２３】
この光半導体装置２０によれば、光半導体素子６が凹部１３に埋没するようになっているので、光半導体素子１を組み立てる場合より位置合せが容易になる。また、凹部１３の底面１３ａに鏡面仕上げがなされているので、底面１３ａに光が入射する際の反射が抑えられる。なお、この種の光半導体装置２０は、光半導体素子６よりレンズ体１０の方が大きくなっており、従来のトランスファ成形法によってはその製造が困難なものであるが、本発明によれば、このようなタイプの光半導体装置２０の製造も可能となる。
【００２４】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、前述した実施形態の光半導体装置１，２０の他に、様々なタイプの光半導体装置を製造することが可能である。例えば、図６及び図７に示すような光半導体装置３０を製造することも可能となる。すなわち、この光半導体装置３０のレンズ体１０は、その外形を釣鐘形状としており、レンズ体１０に位置合せ部としての位置合せ用凹部１３を直接形成している。この点で、第２実施形態の光半導体装置２０がレンズ体１０のベース部１２に位置合せ用凹部１３を形成しているのとは異なる。なお、この凹部１３は光半導体素子６の上部の外形寸法に合わせた形状となっている。
【００２５】
また、レンズ体１０の他の例として図８及び図９に示すような形状とすることも可能である。すなわち、レンズ体１０は、円柱部１０ｂと、円錐台部１０ｃとを有し、この円錐台部１０ｃには円錐形状の凹部１０ｄが形成されている。一方、円柱部１０ｂの平面部１０ａには、位置合せ部としての位置合せ用凹部１３が形成されている。
【００２６】
なお、レンズ体１０は、図１から図６の形状のものに限られず、レンズ体として適する形状であれば、如何なる形状であってもよい。
【００２７】
また、モールド樹脂のみを特定波長域の光を選択的に通過させる樹脂で構成し、モールド樹脂にフィルタ効果を持たせることも可能である。例えばモールド樹脂を黒色とした場合には、外部からの光がレンズ体１０を通って光半導体チップ４の受光面４ａに入射する際に、モールド樹脂により可視域及び紫外域の光のみがカットされ、赤外域の光のみが選択的に光半導体チップ４の受光面４ａに導かれる。なお、特定波長域の光を選択する樹脂は、選択すべき波長に応じて適宜選択される。
【００２８】
さらに、前述の実施形態においては、光半導体チップ４として受光素子を用いたが、発光素子を用いてもよい。この場合、レンズ体１０は、光半導体チップ４の投光面から発せられる光を発散させる機能を有することとなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による光半導体装置は、光半導体チップを透光性のモールド樹脂で封止して構成され、光半導体チップの受光面又は投光面側に平坦な接合面を有する光半導体素子と、光半導体素子の接合面に対向する平坦な底面を含み光半導体素子の形状に対応した位置合せ部を有すると共に、モールド樹脂と異なる透光性のレンズ成形樹脂から形成されたレンズ体とを備え、光半導体素子とレンズ体とを、光半導体チップをレンズ体の光軸上に位置合せした状態で位置合せ部の底面と接合面との間に介在させて接合するようにしたので、レンズ体に対する光半導体チップの位置精度を維持しつつ、安価に製造することができ、且つ、光学特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体装置の第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の光半導体装置を示す正面図である。
【図３】本発明の光半導体装置の第２実施形態を示す正面図である。
【図４】図３の光半導体装置の平面図である。
【図５】図３の光半導体素子の平面図である。
【図６】本発明の光半導体装置の第３実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６の光半導体装置の縦断正面図である。
【図８】本発明の光半導体装置の第４実施形態を示す斜視図である。
【図９】図８の光半導体装置の縦断正面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０…光半導体装置、４…光半導体チップ、４ａ…受光面、６…光半導体素子、６ａ…接合面、８…位置合せ用枠部（位置合せ部）、９…接着材、１０…レンズ体、１３…位置合せ用凹部（位置合わせ部）。

Claims

光半導体チップを透光性のモールド樹脂で封止して構成され、前記光半導体チップの受光面又は投光面側に平坦な接合面を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子の前記接合面に対向する平坦な底面を含み前記光半導体素子の形状に対応した位置合せ部を有すると共に、前記モールド樹脂と異なる透光性のレンズ成形樹脂から形成されたレンズ体と、
前記光半導体チップを前記レンズ体の光軸上に位置合せした状態で前記位置合せ部の前記底面と前記接合面との間に介在され、前記光半導体素子と前記レンズ体とを接合させる透光性の接着材と、を備えており、
前記接合面のコーナー部に面取り部が形成され、
前記位置合せ部と前記面取り部とで囲まれる領域が前記底面側に向かって末広がりとなっていることを特徴とする接合構造。
前記モールド樹脂はエポキシ樹脂を含み、前記レンズ成形樹脂はアクリル樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の接合構造。
前記アクリル樹脂は、ポリメタクリル酸メチルを含むことを特徴とする請求項２記載の接合構造。
前記モールド樹脂は、特定波長域の光を選択的に通過させる樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の接合構造。