JP4172782B2 - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラインセンサー等の光半導体素子を収容するための光半導体素子収納用パッケージ、および光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を収容してなる光半導体装置に関するものである。

従来、ラインセンサー等の光半導体素子を収容するための光半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）は、一般に、上面に平板状の光半導体素子が載置される載置部が形成された長板状の板部材、板部材の両端面からそれぞれ外側に延びた吊りリード、板部材の側面から間隔をあけて外側に延びた複数のリード、および吊りリードおよび複数のリードの外側の端を一括的に結合したフレームから成るリードフレームと、上面に光半導体素子を収容するための凹部が形成され、板部材が凹部の底面に載置されるとともに吊りリードおよびリードが凹部の内側から凹部を貫通して外側に導出されるように設置された絶縁基体とを具備した構成である。

そして、リードフレームの板部材の上に光半導体素子を載置するとともに樹脂接着剤，半田等を介して接着固定し、光半導体素子の電極をボンディングワイヤ等を介して凹部内に露出しているリードの内側の端部分に電気的に接続し、その後、絶縁基体の凹部の周囲の上面に透光性の蓋体を接合させ、光半導体素子を絶縁基体とリードフレームと蓋体とから成る容器内部に気密に封止することにより、光半導体装置として完成する。

この光半導体装置について、フレームを切断除去することによりリードを個々に独立させるとともに、リードの外側の端を外部電気回路基板の配線導体等の所定位置に半田等を介して電気的，機械的に接続することにより、光半導体装置の外部電気回路基板への実装が行われる。なお、フレームの切断除去の際、吊りリードのうち凹部の外側に出ている部分も切断除去される。

そして、外部の光が、透光性蓋体を通って光半導体素子の上面に形成されている受光面で受光され、この受光された光が光半導体素子で電気信号に変換され、リードを介して外部電気回路に電気信号が供給される。

このような光半導体装置においては、光半導体素子の作動にともなって生じる熱を外部に放散させることが重要な課題となっている。すなわち、樹脂製の絶縁基体を具備するパッケージの場合、光半導体素子を板部材に載置する際の熱による絶縁基体の歪が大きく、絶縁基体の歪によって光半導体素子を載置している板部材に変形が生じ、光半導体素子が傾いてしまうという問題がある。特に、光半導体素子がラインセンサーのような細長い形状のものである場合、その長辺方向の変形が多発し、その変形が非常に大きなものとなる傾向がある。

また、ラインセンサー等の光半導体素子は細長い長方形状であるため、わずかでもリードフレームの板部材の上への載置位置がずれると、光半導体素子は傾いて透光性蓋体に対する平行度が劣化してしまい、受光面に外部の光を正確に受光させることができなくなり、ラインセンサーによる検知等に大きな誤差を生じ、正常な電気信号を出力することができなくなってしまう。

このような課題に対して、例えば特許文献１，２では、アイランド（板部材）の平面形状が波型になされている固体撮像素子用キャビティケース（パッケージ）が提案されている。これらによれば、アイランドを波型にすることにより、絶縁基体に歪が生じたとしても、アイランドの波型部分が伸び縮みすることによりその歪を吸収することができ、アイランドが変形して傾くことを効果的に防止することができるというものである。
特開平７−１６１９５４号公報 特許第３１８６７２９号公報

しかしながら、上記従来の固体撮像素子用キャビティケースでは、絶縁基体の伸縮については、アイランドの波型の部分で吸収することができるものの、熱により絶縁基体が長辺方向に凹状に変形すること等は、依然として十分に防止できないという問題があった。

そのため、特に固体撮像素子（光半導体素子）が細長い形状のものである場合、その長手方向での光半導体素子の傾きを効果的に防止することは難しく、光半導体素子の受光面が透光性蓋体に対して傾いて正確な受光が妨げられるおそれがある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体素子をパッケージの板部材に載置し固定する工程等において板部材を含むリードフレームおよび絶縁基体に熱が作用し、絶縁基体とリードフレームとの熱膨張係数の差に起因して生じた熱応力により絶縁基体に変形が生じたとしても、光半導体素子の受光面の透光性蓋体に対する平行度を確保することができ、光半導体素子の受光面に確実に正確な外光を受光させることが可能な光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供することである。

本発明の光半導体素子収納用パッケージは、両端部に光半導体素子が載置される幅広の平坦部が設けられるとともに該平坦部以外の部位に複数の貫通孔が形成された長板状の板部材、該板部材の両端面からそれぞれ外側に延びた吊りリード、前記板部材の側面から間隔をあけて外側に延びた複数のリード、および前記吊りリードの外側の端と前記複数のリードの外側の端とを一括的に結合したフレームから成るリードフレームと、上面に前記光半導体素子を収容するための凹部が形成され、前記板部材が前記凹部の底面に前記平坦部が前記凹部の底面の両端部に位置するように載置されるとともに前記吊りリードおよび前記リードが前記凹部の内側から前記凹部を貫通して外側に導出されるように設置された絶縁基体とを具備していることを特徴とするものである。

また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、前記複数の貫通孔は、前記板部材の長手方向に並ぶように配列形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の光半導体装置は、上記本発明の各構成の光半導体素子収納用パッケージと、前記板部材の前記載置部に載置されるとともに電極が前記リードに電気的に接続された光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐように取着された透光性蓋体とを具備していることを特徴とするものである。

本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、板部材に複数の貫通孔が形成されていることから、絶縁基体に変形が生じたとしても、板部材のうち貫通孔が形成されている部位が伸び縮みすることによりその変形を吸収することができ、板部材が変形して傾くことを効果的に防止することができる。

また、長板状の板部材の両端部に光半導体素子が載置される幅広の平坦部を設けるとともに、平坦部が凹部の底面の両端部に位置するようにして板部材を凹部に載置したことから、絶縁基体が凹状に反って変形したとしても、その変形の影響を受けにくい凹部の両端の平坦な部分に光半導体素子が載置されていることになり、光半導体素子の受光面を水平にして外光を正確に受光させることができる。

また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、複数の貫通孔は、板部材の長手方向に並ぶように配列形成されていることから、長板状の板部材の歪が大きくなりやすい長手方向に沿って、効果的にその歪を吸収し防止するための貫通孔が配列されることになり、より一層効果的に板部材の変形を防止することができ、光半導体素子の受光精度、長期信頼性をより優れたものとすることができる。

また本発明の光半導体装置は、上記本発明の各構成の光半導体素子収納用パッケージと、板部材の載置部に載置されるとともに電極がリードに電気的に接続された光半導体素子と、絶縁基体の上面に凹部を塞ぐように取着された透光性蓋体とを具備していることから、熱応力に起因する歪によるパッケージの長辺方向の凹状の変形に対して、光半導体素子が傾くという問題を防止できる。その結果、光半導体素子を凹部内に傾くことなく収容し載置することができ、光半導体素子の受光精度、長期信頼性に優れたものを提供することができる。

本発明の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態の１例を示し、１はリードフレーム、２は絶縁基体である。これらのリードフレーム１、絶縁基体２により主にパッケージ３が構成される。また、このパッケージ３に光半導体素子４を収容することにより光半導体装置が構成される。

本発明のリードフレーム１は、両端部に光半導体素子４が載置される幅広の平坦部１ｄが設けられるとともに平坦部１ｄ以外の部位に複数の貫通孔１ｅが形成された長板状の板部材１ａと、板部材１ａの両端面からそれぞれ外側に延びた吊りリード１ｆと、板部材１ａの側面から間隔をあけて外側に延びた複数のリード１ｂと、吊りリード１ｆの外側の端と複数のリード１ｂの外側の端とを一括的に結合したフレーム１ｃとから構成されている。

リードフレーム１は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金，銅合金等の金属から成り、板部材１ａ，リード１ｂ，フレーム１ｃ，平坦部１ｄおよび吊りリード１ｆは同じ材料で形成される。このリードフレーム１は、例えば、板部材１ａ，リード１ｂ，フレーム１ｃ，平坦部１ｄおよび吊りリード１ｆが鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合、鉄−ニッケル−コバルト合金板に打抜き加工やエッチング加工等の金属加工を施すことにより、所定の形状に形成することができる。

絶縁基体２は、樹脂製のものであり、上面に光半導体素子４を収容するための凹部が形成されている。この絶縁基体２にリードフレーム１を、凹部３ａの底面に板部材１ａが位置するとともに平坦部１ｄが凹部３ａの底面の両端部に位置するようにして載置し、リードフレーム１のリード１ｂおよび吊りリード１ｆが凹部３ａの内側から凹部３ａを貫通して外側に導出されるようにして設置することにより、パッケージ３が構成される。

絶縁基体２は、エポキシ樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等の樹脂材料によって形成される。絶縁基体１は、例えば、エポキシ樹脂からなる場合、未硬化のエポキシ樹脂を所定の絶縁基体１の形状に成形できる金型を用いて、トランスファーモールド法やインジェクションモールド法等により成形することにより形成される。この場合、平板状の基板部と四角枠状の枠部とを別々に成形し、その後、基板部の上面の外周部に枠部を接合することにより凹部を形成するようにしてもよく、基板部に凹部が一体に形成されるような金型を用いて一体的に成形してもよい。

なお、リード１ｂおよび吊りリード１ｆが凹部３ａの内側から凹部３ａを貫通した構造とするには、例えば、絶縁基体１の凹部３ａとなる部位に板状部１ａを位置させるとともに、凹部３ａを取り囲む枠状の部位の内側から外側に貫通するようにしてリード１ｂおよび吊りリード１ｆを位置させて、リードフレーム１を絶縁基体２を形成する金型内にセットしておき、その後、金型内に絶縁基体１となる未硬化の樹脂を充填し成型する方法等の方法を用いることができる。

この場合、リード１ｂは、凹部３ａを貫通する必要があり、また外側の端部分が外部電気回路基板の電気回路等に接続されるため、板部材１ａの側面から間隔をあけて外側に延びるようにして取着されている。この構成により、多数のリード１ｂを、隣接するリード１ｂ間の電気絶縁性を確保して形成することができるとともに、リード１ｂの外側の端部分を外部電気回路基板等に接続する際の位置合わせが容易になる。また、例えば、上記基板部分と枠部分との間に貫通するようにしてリード１ｂを位置決めして接合することによりリード１ｂが凹部３ａを貫通するようにする際、リード１ｂの位置決めを容易に行なうことができる。また、基板部分と枠部分との接合面積が広い部分でリード１ｂが貫通するため、絶縁基体２の強度がリード１ｂの介在により劣化することを効果的に防止することもできる。

リードフレーム１のリード１ｂは、凹部３ａ内に収納される光半導体素子４の電極にボンディングワイヤ５等を介して電気的に接続され、光半導体素子４を外部電気回路に接続する機能をなす。なお、リード１ｂの形状は、形成が容易であることから断面が四角形の棒状（長板状、直方体状）である。

リードフレーム１のフレーム１ｃは、複数のリード１ｂの外側の端を一括的に結合することにより、リード１ｂを外部電気回路に接続するまでの間、リード１ｂが取り扱い等にともなって誤って曲がるようなことを防止する等の機能をなし、パッケージ３（光半導体装置）の取り扱いを容易なものとしている。

このパッケージ３において、リードフレーム１の板部材１ａは、ラインセンサー等の細長い長方形状の光半導体素子４を載置するためのスペースを確保するのに適した長板状であり、その上面に光半導体素子４が位置し、必要に応じて樹脂等を介して光半導体素子４に接着される。

板状部１ａの両端面からそれぞれ外側に延びるようにして吊りリード１ｆが形成されている。吊りリード１ｆは板状部１ａと反対側の外側の端部分がフレーム１ｃに結合され、これにより吊りリード１ｆを介して板状部１ａがフレーム１ｃに結合される。このように吊りリード１ｆを介して板状部１ａをフレーム１ｃに結合するとともにリード１ｂをフレーム１ｃに結合してリードフレーム１を形成することにより、板状部１ａやリード１ｂ，吊りリード１ｆ等を絶縁基体１を形成するための金型内にセットする際等の取り扱いが容易なものとなり、パッケージ３の生産性を優れたものとすることができる。

また、本発明のパッケージ３において、板部材１ａは両端部に幅広の平坦部１ｄが設けられている。この平坦部１ｄの上面に光半導体素子４が載置される。平坦部１ｄは、光半導体素子４を傾かせることなく安定して載置するために幅広とされている。この場合、平坦部１ｄの幅は、板部材１ａの幅の１．５〜３倍が好ましい。３倍以上では、パッケージ３の小型化の妨げになる傾向があり、１．５倍未満では、光半導体素子４を安定して載置することが難しくなる傾向がある。

また、平坦部１ｄは、絶縁基体１の凹部３ａの底面の両端部に位置するようにして載置される。これは、絶縁基体１が中央部から凹状に沿って変形したときに、その変形の影響を受けずに光半導体素子４の受光面を透光性蓋体に対して水平にし、外部から入射してくる光を光半導体素子４の上面（受光面）の受光部で正確に受光させるためである。

そして、光半導体素子４の両端部を、凹部３ａの底面の両端部に位置する平坦部１ｄに載置するとともに、光半導体素子４の電極をボンディングワイヤ５等を介して電気的に接続し、透光性蓋体（図示せず）で凹部３ａを封止することにより、光半導体装置が構成される。

また本発明の板部材１ａは、平坦部１ｄを除く部位に複数の貫通孔１ｅが形成されている。この構成により、熱により絶縁基体１に歪が生じたとしても、その歪を貫通孔１ｅの周囲で板部材１ａが伸縮することにより効果的に吸収することができ、板部材１ａの変形を効果的に防止し、光半導体素子４および光半導体装置の受光精度および長期信頼性を優れたものとすることができる。

この場合、貫通孔１ｅは板部材１ａの長手方向に並ぶように配列形成されていることが好ましい。これにより、長板状の板部材１ａの歪が大きくなりやすい長手方向に沿って、効果的にその歪を吸収し防止するための貫通孔１ｅが並んで配列されることになり、より一層効果的に板部材１ａの変形を防止することができ、光半導体素子４および光半導体装置の受光精度、長期信頼性をより優れたものとすることができる。

この貫通孔１ｅは、板部材１ａの幅の３０〜７０％の直径であることが好ましい。貫通孔１ｅの直径が板部材１ａの幅の３０％未満では、熱による樹脂製の絶縁基体２の伸縮により、板部材（アイランド部）１ａが歪むおそれがあり、７０％を超えると、板部材１ａの機械的強度が劣化してたわんだり変形しやすくなり、光半導体素子４を載置することが難しくなる傾向がある。

また、貫通孔１ｅは、その隣接間隔を０．２〜０．７ｍｍの範囲とすることが好ましい。隣接間隔が０．２ｍｍ未満では、板部材１ａの機械的強度が劣化してたわんだり変形しやすくなる傾向があり、０．７ｍｍを超えると、熱による樹脂製の絶縁基体２の伸縮により板部材１ａが歪む傾向がある。

なお、本発明は上述の発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

（ａ）は本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。

符号の説明

１・・・リードフレーム
２・・・絶縁基体
３・・・光半導体素子収納用パッケージ
４・・・光半導体素子

Claims (3)

1. 両端部に光半導体素子が載置される幅広の平坦部が設けられるとともに該平坦部以外の部位に複数の貫通孔が形成された長板状の板部材、該板部材の両端面からそれぞれ外側に延びた吊りリード、前記板部材の側面から間隔をあけて外側に延びた複数のリード、および前記吊りリードの外側の端と前記複数のリードの外側の端とを一括的に結合したフレームから成るリードフレームと、上面に前記光半導体素子を収容するための凹部が形成され、前記板部材が前記凹部の底面に前記平坦部が前記凹部の底面の両端部に位置するように載置されるとともに前記吊りリードおよび前記リードが前記凹部の内側から前記凹部を貫通して外側に導出されるように設置された絶縁基体とを具備していることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
2. 前記複数の貫通孔は、前記板部材の長手方向に並ぶように配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
3. 請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記平坦部に長手方向の両端部が載置されるとともに電極が前記リードに電気的に接続された長板状の光半導体素子と、前記絶縁基体の上面に前記凹部を塞ぐように取着された透光性蓋体とを具備していることを特徴とする光半導体装置。

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