JP2000196111A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 本発明は、光半導体チップ４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４の
受光面４ａ又は投光面側に平坦な接合面６ａを有する光
半導体素子６と、光半導体素子６の接合面６ａに対向す
る平坦な底面１６ａを含み光半導体素子６の形状に対応
した位置合せ部８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１０
と、光半導体チップ４をレンズ体１０の光軸Ｃ上に位置
合せした状態で位置合せ部８の底面１６ａと接合面６ａ
との間に介在され、光半導体素子６とレンズ体１０とを
接合させる透光性の接着材９とを備えることを特徴とす
る。

Description

【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。

【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６
ｂ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６
ａ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１
０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１
２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１０
ｃとを有し、この円錐台部１０ｃには円錐形状の凹部１
０ｄが形成されている。一方、円柱部１０ｂの平面部１
０ａ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、を備えることを特徴とする光半
   導体装置。
2. 【請求項２】 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記載の光半導体装置。
3. 【請求項３】 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記載の光半導体
   装置。
4. 【請求項４】 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のいずれか一項に記載の光半導体装置。