JP2000286212A - プラスティックパッケージ - Google Patents

プラスティックパッケージ

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JP2000286212A
JP2000286212A JP11092114A JP9211499A JP2000286212A JP 2000286212 A JP2000286212 A JP 2000286212A JP 11092114 A JP11092114 A JP 11092114A JP 9211499 A JP9211499 A JP 9211499A JP 2000286212 A JP2000286212 A JP 2000286212A
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light
mold resin
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Masakata Kanbe
正方 神戸
Hitoshi Iwata
仁 岩田
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Tokai Rika Co Ltd
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光用ケースが不要であるにもかかわらず、
デバイスの性能や信頼性の低下を来たさないプラスティ
ックパッケージを提供すること。 【解決手段】 このプラスティックパッケージ1は、フ
ォトデバイスチップ6を備える。受光部9及び信号処理
部を有するチップ6は、リードフレーム3のダイエリア
上に実装されている。チップ6はこの状態でモールド樹
脂2内に封入されている。信号処理部形成エリアA2を
被覆しているモールド樹脂2bの厚さT2を、当該エリ
アA2に入射する光の大部分を遮光しうる程度の厚さ以
上に設定する。受光部形成エリアA1を被覆しているモ
ールド樹脂2aの厚さを、信号処理部形成エリアA2を
被覆しているモールド樹脂2bの厚さより相対的に薄く
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトデバイスチ
ップを備えるプラスティックパッケージに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、フォトデバイスチップを備えるプ
ラスティックパッケージとして種々のものが提案されて
いる。
【0003】この種のパッケージを構成するリードフレ
ームは、ダイパッド及び多数のリードを備えている。ダ
イエリアであるダイパッド上には、例えばシリコンから
なるフォトデバイスチップが実装されている。チップ上
面にある各パッドは、各インナーリード部に対してワイ
ヤボンディングされている。チップにおける特定のエリ
アには、フォトダイオード等のような受光部が形成され
ている。フォトデバイスチップがフォトICチップであ
る場合、受光部の周囲には信号処理のための回路等が形
成されることもある。
【0004】ダイエリア上に実装されたチップは、ダイ
パッド及びインナーリード部とともに、透明エポキシ樹
脂等からなるモールド樹脂内に封入されている。その結
果、チップ等がモールド樹脂によって被覆され、外部の
塵埃や湿気から保護されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、受光部の周
囲に形成された信号処理部に光が入射すると、その入射
光がトランジスタのPNジャンクションに少なからず影
響を与える結果、誤動作を引き起こすおそれがある。こ
のようなことは、デバイスの性能や信頼性を低下させる
原因となる。よって、従来ではスリット付きのケースで
モールド樹脂部分を全体的に覆う対策を講じることによ
り、信号処理部を遮光しかつ受光部にのみ光を入射させ
るようにしていた。また、モールド樹脂部分をアルミニ
ウム等の薄膜で覆って遮光したり、波長選択性の成形樹
脂の使用により信号処理部のPNジャンクションに影響
を波及させないようにする等の対策も講じられていた。
しかし、これらの対策を実施しようとすると、構造の複
雑化や部品点数の増加につながり、コスト高を招きやす
いという問題が生じていた。
【0006】ここで、例えば樹脂を一律に厚くすれば、
光透過率の減少に伴って信号処理部に入射する光の量も
減少し、ひいては誤動作の発生率もある程度は減るもの
と予想される。しかし、この場合には受光部に入射する
光の量も減少する結果、感度が低下してデバイスの高性
能化・高信頼性化が図れなくなる。
【0007】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、遮光用ケースが不要であるにもか
かわらず、デバイスの性能や信頼性の低下を来たさない
プラスティックパッケージを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に記載の発明では、受光部及び信号処理
部が形成されたフォトデバイスチップがリードフレーム
のダイエリア上に実装され、この状態で同チップがモー
ルド樹脂内に封入されているプラスティックパッケージ
において、信号処理部形成エリアを被覆しているモール
ド樹脂の厚さを、当該エリアに入射する光の大部分を遮
光しうる程度の厚さ以上に設定するとともに、受光部形
成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さを、前記信
号処理部形成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さ
より相対的に薄くしたことを特徴とするプラスティック
パッケージをその要旨とする。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1におい
て、前記受光部形成エリアを被覆しているモールド樹脂
の外表面には、光透過性材料からなるレンズが取り付け
られているとした。
【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2において、前記モールド樹脂は熱膨張係数α1が5.
0×10-5(1/℃)以下かつα2が1.0×10
-4(1/℃)以下であってガラス転移温度(Tg)が1
40℃以上のものであり、前記信号処理部形成エリアを
被覆しているモールド樹脂の厚さは0.3mm〜2.0
mmであり、前記受光部形成エリアを被覆しているモー
ルド樹脂の厚さは0.1mm〜0.25mmであるとし
た。
【0011】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項1に記載の発明によると、信号処理部形成エ
リアを被覆しているモールド樹脂の厚さが、入射する光
の大部分を遮光しうる程度以上の厚さに設定されている
ため、信号処理部に光が入射しにくくなっている。ゆえ
に、遮光用ケースを省略した構造であっても、光の影響
で誤動作を起こす確率は低く、デバイスの性能及び信頼
性の低下が回避される。一方、受光部形成エリアを被覆
しているモールド樹脂は相対的に薄く形成されているの
で、同エリアに入射する光の量は、信号処理部形成エリ
アのそれに比べて多くなる。従って、光量不足による感
度の低下を来たしにくく、その意味においてもデバイス
の性能や信頼性の低下が回避される。
【0012】請求項2に記載の発明によると、レンズを
取り付けておけば、受光部形成エリアを被覆しているモ
ールド樹脂が肉薄であっても、その下層にある受光部が
確実に保護される。レンズが集光レンズである場合に
は、受光部形成エリアにより多くの光を入射させること
ができ、結果としてデバイスの高性能化・高信頼性化を
図ることができる。
【0013】請求項3に記載の発明によると、前記樹脂
を用いてモールド樹脂の厚さを上記のごとく設定すれ
ば、より確実にデバイスの高性能化・高信頼性化を図る
ことができる。この樹脂は、一般的に使用される透明モ
ールド樹脂に比べて低熱膨張係数かつ高ガラス転移温度
という性質を持つので、チップやリードフレームとの密
着性が高くてクラックも発生しにくい。このこともデバ
イスの高性能化・高信頼性化に貢献している。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明をフォトインタラプ
タ用(受光側)のプラスティックパッケージ1に具体化
した一実施形態を、図1〜図3に基づき詳細に説明す
る。
【0015】図2,図3には、本実施形態のプラスティ
ックパッケージ1が示されている。このパッケージ1
は、2方向に端子が突出した、いわゆるDIPタイプの
パッケージ形態を採っている。即ち、モールド樹脂2か
らなる本体4によって、導電性金属材料からなるリード
フレーム3を部分的にモールドした構成となっている。
【0016】図1に示されるように、リードフレーム3
は、その中心部分に矩形状のダイパッド5を有してい
る。ダイパッド5の上面(即ちダイエリア)には、セン
サ機能を有するフォトデバイスチップとしてのフォトI
Cチップ6がダイボンディングされている。フォトIC
チップ6は矩形状をしたシリコン基板からなる。ダイパ
ッド5の両側には、リードフレーム3のインナーリード
部3aが配置されている。インナーリード部3aのうち
の1本は、ダイパッド5を支持している。図2,図3に
示されるように、リードフレーム3の各アウターリード
部3bは本体4から突出している。外部接続端子として
使用されるアウターリード部3bは、パッケージ1の下
側に向かっていずれも略L字状に屈曲されている。な
お、図1には屈曲される前のリードフレーム3が示され
ている。
【0017】このフォトICチップ6は矩形状であっ
て、上面側外縁における5箇所にパッド7を備えてい
る。各パッド7と各インナーリード部3aの先端とは、
ボンディングワイヤ8を介してそれぞれワイヤボンディ
ングされている。その結果、チップ6側とリードフレー
ム3側とが電気的に接続されている。
【0018】図1に示されるように、フォトICチップ
6の上面側中央には、受光部としてのフォトダイオード
9が形成されたエリアA1が存在している。このような
受光部形成エリアA1の周囲には、トランジスタや抵抗
等からなる信号処理部が形成されたエリアA2が存在し
ている。同図では、理解を助けるために、受光部形成エ
リアA1及び信号処理部形成エリアA2の双方に異なる
ハッチングを付している。そして、ダイエリア上に実装
されたチップ6は、ダイパッド5、各インナーリード部
3a及び各ボンディングワイヤ8とともに、モールド樹
脂2内に封入されている。
【0019】次に、本実施形態で使用されるモールド樹
脂2について述べる。モールド樹脂2としては、従来よ
り一般的に使用されるモールド樹脂に比べて、低熱膨張
係数かつ高ガラス転移温度という性質を持つものが使用
される。より具体的にいうと、本実施形態のモールド樹
脂2の熱膨張係数α1は5.0×10 -5(1/℃)以
下、かつα2は1.0×10-4(1/℃)以下であるこ
とがよい。α1は3.0×10-5(1/℃)以下である
ことがより望ましく、α2は8.0×10-5(1/℃)
以下であることがより望ましい。以上の点に鑑みて、本
実施形態ではα1が約2.6×10-5(1/℃)、α2
が約7.2×10-5(1/℃)のエポキシ樹脂「KE−
920(商品名,東芝ケミカル社製)」を用いている。
【0020】ちなみに、従来の一般的な透明モールド樹
脂においては、α1が6.0×10 -5(1/℃)以上、
かつα2が1.5×10-4(1/℃)以上になってい
る。透明モールド樹脂の熱膨張係数が大きくなってしま
うのは、透光性を重視した結果、光を遮る要因となるフ
ィラーの含有量を制限せざるを得ないからである。この
場合、金属材料からなるリードフレーム3やチップ6と
の熱膨張係数差が大きくなり、クラックが起こりやすく
なる。
【0021】本実施形態で使用されるべきモールド樹脂
2のガラス転移温度(Tg)は140℃以上であること
がよく、さらには170℃以上であることがよい。以上
の点に鑑みて、ここではTgが185℃〜190℃であ
る上記エポキシ樹脂を用いている。ちなみに、従来の一
般的な透明モールド樹脂のTgは120℃前後である。
Tgが低すぎると、低い温度で樹脂が軟化してしまうこ
とで、リードフレーム3やチップ6との密着性が悪くな
り、耐熱性や信頼性の向上が図れない。
【0022】熱膨張係数を相対的に低めに設定している
上記エポキシ樹脂は、従来の一般的な透明モールド樹脂
ほど高い光透過性は備えていない。厚さの違いによる同
エポキシ樹脂の光透過率(%)は下記の通りである。即
ち、0.2mm厚のとき約80%,0.25mm厚のと
き約50%,0.3mm厚のとき約35%,0.4mm
厚のとき約25%,0.5mm厚のとき約20%,0.
7mm厚のとき約10%,1.0mm厚のとき約3%で
ある。
【0023】要するに、肉薄にすれば光をある程度透過
させることができ、肉厚にすれば光の大部分を遮光する
ことができる。なお、当該エポキシ樹脂は、可視光領域
の波長の光に比べ、赤外領域の波長の光(例えば発光ダ
イオードの光)をより透過させやすいという性質を有し
ている。
【0024】そして、信号処理部形成エリアA2を被覆
しているモールド樹脂2bの厚さT2は、当該エリアA
2に入射する光の大部分を遮光しうる程度の厚さ以上に
設定されている。また、受光部形成エリアA1を被覆し
ているモールド樹脂2aの厚さT1は、信号処理部形成
エリアA2を被覆しているモールド樹脂2bの厚さT2
より相対的に薄くなるように設定されている。説明の便
宜上、受光部形成エリアA1を被覆しているモールド樹
脂2aを肉薄部2aとする。信号処理部形成エリアA2
を被覆しているモールド樹脂2bを肉厚部2bとする。
【0025】肉厚部2bの厚さT2は0.3mm〜2.
0mmであることがよく、さらには0.5mm〜1.5
mmであることがよく、特には0.7mm〜1.0mm
であることがよい。厚さT2が薄すぎると、信号処理部
形成エリアA2の遮光が不完全になり、入射光の影響で
デバイスが誤動作を起こす確率を充分に低減できなくな
るおそれがある。逆に厚さT2が厚すぎると、確実な誤
動作防止が達成される反面、モールド樹脂2の必要量が
増えてしまい、高コスト化やパッケージ1の大型化につ
ながるおそれがある。
【0026】肉薄部2aの厚さT1は0.1mm〜0.
25mmであることがよく、さらには0.15mm〜
0.2mmであることがよい。厚さT1が厚すぎると、
受光部形成エリアA1に入射する光の量が不足して、フ
ォトダイオード9が動作しにくくなるおそれがある。従
って、感度低下を来してしまい、デバイスの性能や信頼
性の向上が図れなくなる。逆に厚さT1が薄すぎると、
感度低下の問題が生じない反面、下層にあるフォトダイ
オード9を湿気等から確実に保護できなくなるおそれが
あり、かえってデバイスの信頼性を損う場合がある。な
お、前記肉厚部2bの厚さT2は肉薄部2aの厚さT1
の2倍以上であることがよく、さらには3倍以上である
ことがよく、特には4倍以上であることがよい。
【0027】本実施形態では具体的にいうと、肉薄部2
aの厚さT1を0.2mmに設定し、かつ肉厚部2bの
厚さT2を、T1の5倍の値である1.0mmに設定し
ている。別の言いかたをすれば、肉薄部2aの光透過率
を約80%に設定し、かつ肉厚部2bの光透過率を、そ
の1/25以下という小さな値(約3%)に設定してい
る。なお、肉薄部2aの光透過率は肉厚部2bの光透過
率の1/20以下の値であることが特によく、1/5以
下の値であることがそれに次いでよい。
【0028】図2,図3に示されるように、このパッケ
ージ1では、肉薄部2aが円形状かつ受光部形成エリア
A1よりもひとまわり大きく形成されている。従って、
本体4において肉薄部2aに対応する箇所は、断面円形
状の凹部11になっている。本実施形態における受光部
形成エリアA1は、150μm角〜300μm角であ
る。凹部11内には光透過性樹脂からなるレンズ10が
装着されている。肉薄部2aの外表面にレンズ10が取
り付けられていると把握することもできる。レンズ10
の上端部は凸面10aになっていて、本体4の上面から
突出している。パッケージ1外部から入射してくる光
は、レンズ10を通過する際に屈曲されかつ集光され
る。レンズ10の形成材料としては、アクリル樹脂やフ
ェノール樹脂等が挙げられる。
【0029】次に、本実施形態のパッケージ1を製造す
る手順について説明する。まず、42アロイ等の導電性
金属板をプレス加工またはエッチング加工することによ
って、所定パターンを備えるリードフレーム3を製造す
る。
【0030】リードフレーム製造工程の後、従来公知の
方法によりダイパッド5上に接着剤を塗布する。塗布方
法としては転写法またはディスペンス法がある。前記塗
布工程の後、リードフレーム3をダイボンダにセットし
て、チップ6をダイパッド5上にダイボンディングす
る。この後、接着剤を熱硬化させ、チップ6をダイパッ
ド5上に完全に接着する。
【0031】ダイボンディング工程の後、リードフレー
ム3をワイヤボンダにセットしてワイヤボンディングを
行うことにより、各パッド7と各インナーリード部3a
とを電気的に接続する。
【0032】ワイヤボンディング工程を経たリードフレ
ーム3を成形用金型内にセットして、モールド樹脂2を
用いたモールド成形を行う。このとき、モールド樹脂2
には肉厚部2b及び肉薄部2aが同時に成形される。
【0033】モールド成形工程の後、肉薄部2aの外表
面(即ち凹部11内)にレンズ10を接着剤を用いて装
着する。そして、アウターリード部3bを屈曲させるリ
ードフォーミング工程を実施すれば、図2,図3に示さ
れるような所望のプラスティックパッケージ1を得るこ
とができる。
【0034】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 (1)このパッケージ1では、肉厚部2bの厚さT2
が、入射する光の大部分を遮光しうる程度以上に設定さ
れている。このため、PNジャンクションのある信号処
理部のあるエリアA2に光が入射しにくくなっている。
ゆえに、遮光用ケースを省略した構造であっても、光の
影響で誤動作を起こす確率は低く、デバイスの性能及び
信頼性の低下を回避することができる。一方、肉薄部2
aは肉厚部2bよりも相対的に薄く形成されているの
で、エリアA1に入射する光の量は、エリアA2のそれ
に比べて確実に多くなる。従って、光量不足による感度
の低下を来たしにくく、その意味においてもデバイスの
性能や信頼性の低下を回避することができる。
【0035】(2)このパッケージ1では、凹部11内
に光透過性材料からなるレンズ10を取り付けている。
従って、受光部形成エリアA1を被覆しているモールド
樹脂2aが肉薄であっても、その下層にあるフォトダイ
オード9を確実に保護することができる。また、集光レ
ンズを用いていることから、受光部形成エリアA1によ
り多くの光を入射させることができる。その結果、フォ
トダイオード9を確実に動作させることができ、デバイ
スの高性能化・高信頼性化を図ることができる。
【0036】(3)このパッケージ1では、前述したエ
ポキシ樹脂をモールド樹脂2として用いるとともに、肉
薄部2a及び肉薄部2bの厚さを上記の好適範囲内に設
定している。従って、耐クラック性、密着性、耐熱性等
が向上し、より確実にデバイスの高性能化・高信頼性化
を図ることができる。
【0037】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 凹部11の形状は、実施形態のような断面円形状の
みに限定されず、その他の形状であってもよい。例え
ば、図4,図5に示される別例のパッケージ21では、
凹部23が細長いスリット状に形成されている。そし
て、その凹部23内に装着されたレンズ22も偏平状に
なっている。
【0038】・ プラスティックパッケージ1の形態
は、実施形態のようなDIPのみに限定されることはな
く、それ以外の形態、例えばSIP,SOP,QFP,
QFJ,QFL等であってもよい。例えば、図6の別例
のパッケージ31では、本体4の1つの側面のみから端
子が突出したSIPの形態を採っている。
【0039】・ 一般的に使用される透明モールド樹脂
に比べて低熱膨張係数かつ高ガラス転移温度という上記
の性質を満たすものであれば、実施形態のエポキシ樹脂
の代わりに、例えばポリイミド樹脂等をモールド樹脂2
として用いてもよい。
【0040】・ 実施形態や別例のような集光を目的と
したレンズ10,22の代わりに、特に集光を目的とし
ていないレンズを用いても構わない。 ・ パッケージ1,21,31からレンズ10,22を
省略した構成とすることも可能である。この場合、構造
がよりいっそう簡単になり、低コスト化が図られる。
【0041】・ フォトダイオード9の代わりに、例え
ばフォトトランジスタ等のような別の受光用素子を形成
してもよい。 ・ フォトICチップ6において受光部が形成されるエ
リアA1以外の領域には、信号処理を行なう回路とは別
に、信号処理以外の機能を担う回路や構造物が形成され
ていてもよい。
【0042】・ 本発明は実施形態のような受光側フォ
トインタラプタ用のパッケージ1に限定されず、発光側
フォトインタラプタ用のパッケージとして具体化されて
もよい。即ち、フォトダイオード9等のような受光部を
備えるフォトICチップ6に代え、発光ダイオード等の
ような発光部を備えるフォトICチップを用いてパッケ
ージを構成してもよい。勿論、このようなフォトICチ
ップ以外のフォトデバイスチップ、例えばCCDチップ
等を用いてパッケージを構成することも勿論可能であ
る。
【0043】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 (1) 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、前記
受光部形成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さ
は、前記信号処理部形成エリアを被覆しているモールド
樹脂の厚さの1/2以下(好ましくは1/4以下)であ
ること。
【0044】(2) 請求項1乃至3、技術的思想1の
いずれか1つにおいて、前記信号処理部形成エリアを被
覆しているモールド樹脂の光透過率は、前記受光部形成
エリアを被覆しているモールド樹脂の光透過率の1/5
以下(好ましくは1/20以下)であること。
【0045】(3) 特定のエリアに受光部が形成され
たフォトデバイスチップがリードフレームのダイエリア
上に実装され、この状態で同チップがモールド樹脂内に
封入されているプラスティックパッケージにおいて、受
光部形成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さを、
受光部非形成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さ
より相対的に薄くしたことを特徴とするプラスティック
パッケージ。
【0046】(4) 請求項1乃至3、技術的思想1乃
至3のいずれか1つにおいて、前記受光部を発光部に置
き換えること。
【0047】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜3に記
載の発明によれば、遮光用ケースが不要であるにもかか
わらず、デバイスの性能や信頼性の低下を来たさないプ
ラスティックパッケージを提供することができる。
【0048】請求項2に記載の発明によれば、デバイス
の高性能化・高信頼性化を図ることができる。請求項3
に記載の発明によれば、より確実にデバイスの高性能化
・高信頼性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施形態のパッケージに
おいて、それに使用されるリードフレームにフォトIC
チップを実装した状態を示す平面図。
【図2】同パッケージの平面図。
【図3】同パッケージの断面図。
【図4】別例のパッケージの平面図。
【図5】図4のパッケージの断面図。
【図6】別例のパッケージの断面図。
【符号の説明】
1,21,31…プラスティックパッケージ、2…モー
ルド樹脂、2a…受光部形成エリアを被覆しているモー
ルド樹脂(肉薄部)、2b…信号処理部形成エリアを被
覆しているモールド樹脂(肉厚部)、3…リードフレー
ム、6…フォトデバイスチップ、9…受光部としてのフ
ォトダイオード、10…レンズ、A1…受光部形成エリ
ア、A2…信号処理部形成エリア、T1…肉薄部の厚
さ、T2…肉厚部の厚さ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】受光部及び信号処理部が形成されたフォト
    デバイスチップがリードフレームのダイエリア上に実装
    され、この状態で同チップがモールド樹脂内に封入され
    ているプラスティックパッケージにおいて、 信号処理部形成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚
    さを、当該エリアに入射する光の大部分を遮光しうる程
    度の厚さ以上に設定するとともに、受光部形成エリアを
    被覆しているモールド樹脂の厚さを、前記信号処理部形
    成エリアを被覆しているモールド樹脂の厚さより相対的
    に薄くしたことを特徴とするプラスティックパッケー
    ジ。
  2. 【請求項2】前記受光部形成エリアを被覆しているモー
    ルド樹脂の外表面には、光透過性材料からなるレンズが
    取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の
    プラスティックパッケージ。
  3. 【請求項3】前記モールド樹脂は熱膨張係数α1が5.
    0×10-5(1/℃)以下かつα2が1.0×10
    -4(1/℃)以下であってガラス転移温度(Tg)が1
    40℃以上のものであり、前記信号処理部形成エリアを
    被覆しているモールド樹脂の厚さは0.3mm〜2.0
    mmであり、前記受光部形成エリアを被覆しているモー
    ルド樹脂の厚さは0.1mm〜0.25mmであること
    を特徴とする請求項1または2に記載のプラスティック
    パッケージ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007036019A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Sharp Corp 光半導体装置および電子機器
WO2022085446A1 (ja) * 2020-10-19 2022-04-28 ローム株式会社 半導体装置

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