JP2002246653A - 光半導体パッケージ - Google Patents

光半導体パッケージ

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JP2002246653A JP2001045403A JP2001045403A JP2002246653A JP 2002246653 A JP2002246653 A JP 2002246653A JP 2001045403 A JP2001045403 A JP 2001045403A JP 2001045403 A JP2001045403 A JP 2001045403A JP 2002246653 A JP2002246653 A JP 2002246653A
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lead frame
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Masayuki Sugizaki
雅之 杉崎
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Toshiba Development and Engineering Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光半導体素子に加わる樹脂応力が緩和でき、高
効率の放熱が可能な光半導体装置を提供する。 【解決手段】第1面とこの第1面に対向する第2面を持
ち、第1面から第2面に亘って形成された貫通孔11B
を有するリードフレームと、第1の主面とこの第1の主
面に対向する第2の主面を持ち、前記第1の主面の一部
分に発光面あるいは受光面のいずれかの面が形成され、
貫通孔11Bと、発光面あるいは受光面のいずれかの面
とが対向するように、リードフレームの第1面11A上
に固着された光半導体素子15と、リードフレームの第
2面上に形成され、前記リードフレームを保持する第1
の樹脂成形体14と、リードフレームの第1面11Aと
光半導体素子15を覆うように形成された第2の樹脂成
形体18とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光信号を受信し
て電気信号に変換して出力したり、あるいは電気信号を
光信号に変換して発信する光半導体素子を、樹脂成形に
よりパッケージ化した光半導体パッケージに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、光源に発光ダイオード(LE
D)や半導体レーザ(LD)を用い、光ファイバなどを
伝送路とする光伝送システムにおいて、光半導体パッケ
ージが使用されている。
【0003】光半導体パッケージは、チップ状の光半導
体素子を樹脂成形によりパッケージ化したものである。
この光半導体パッケージは、光ファイバなどを通して光
信号を受信して電気信号に変換して出力したり、あるい
は電気信号を光信号に変換して光ファイバなどを通して
発信する。
【0004】以下、図面を用いて従来の光半導体パッケ
ージについて説明する。
【0005】図5(a)は、従来の光半導体パッケージ
の一構成例を示す上面図であり、図5(b)は前記光半
導体パッケージの5B−5B線に沿った断面図であり、
さらに図5(c)は前記光半導体パッケージの5C−5
C線に沿った断面図である。
【0006】図に示すように、インナーリード101と
アウターリード102からなるリードフレームは、遮光
性樹脂成形体103により保持されている。インナーリ
ード101の一方の主面101Aには、光半導体素子1
04が固着される。このとき、光半導体素子104の発
光面はインナーリード101と反対方向に向けられる。
このため、インナーリード101の主面101A上に
は、下から順に固着材(導電ペーストまたははんだ)、
光半導体素子104の底面電極、半導体基板、PN接合
面、上面電極が配置される。
【0007】さらに、光半導体素子104とアウターリ
ード102間には、ワイヤ(例えば金細線)105がボ
ンディングされ、これらが電気的に接続されている。イ
ンナーリード101の主面101Aと遮光性樹脂成形体
103とで囲まれた空間は、透光性樹脂成形体106で
封止されている。この透光性樹脂成形体106による封
止は、光半導体素子104の周囲を満たす形で光性樹脂
成形体106を形成する方法と、素子104の周囲に空
間が形成されるように、あらかじめ成型された遮光性樹
脂成形体を取り付ける方法がある。
【0008】また、図6は、従来の光半導体パッケージ
の他の構成例を示す斜視図である。
【0009】図に示すように、リードフレームはインナ
ーリード111とアウターリード112からなる。リー
ドフレームのインナーリード111の主面には、光半導
体素子104と半導体素子113が固着されている。そ
して、前記光半導体素子104、半導体素子113、及
びインナーリード111全体は、透光性樹脂成形体11
4にて覆われている。前記半導体素子113は、光半導
体素子104を駆動する回路を内在した素子であり、必
要によりインナーリード111の主面に固着される。こ
の光半導体パッケージには、遮光性樹脂成形体は用いら
れていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図5(a)〜図5
(c)及び図6に示したような従来の光半導体パッケー
ジでは、光半導体素子104の全体が透光性樹脂成形体
で覆われている。透光性樹脂成形体は遮光性樹脂成形体
に比べて樹脂応力が大きいため、ある応力以上で光半導
体素子104の結晶構造にダメージを与えて非発光状態
を引き起こす場合がある。
【0011】また、光半導体素子104は温度変動に敏
感であり、光出力が温度変化によって増減する。実際に
は、光半導体素子104のPN接合で発生した熱を、リ
ードフレームから外部に逃がす、または透光性樹脂成形
体から外部に逃がすなどの経路で放熱効率を良くする必
要がある。
【0012】しかし、従来の光半導体パッケージでは、
PN接合部からリードフレームまでの間に厚い半導体基
板が存在しているため、熱を効率良く逃がすことができ
ないという問題がある。また、樹脂応力による前記問題
を回避するために、光半導体素子104の周囲を空間と
した場合、光半導体素子104と透光性樹脂成形体との
接触により光半導体素子104で発生した熱が透光性樹
脂成形体を通って外部に逃げる経路がなくなってしまう
という問題がある。
【0013】そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなさ
れたものであり、光半導体素子に加わる樹脂応力が緩和
でき、高効率の放熱が可能な光半導体パッケージを提供
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る光半導体パッケージは、第1面とこ
の第1面に対向する第2面を持ち、前記第1面から第2
面に亘って形成された貫通孔を有するリードフレーム
と、第1の主面とこの第1の主面に対向する第2の主面
を持ち、前記第1の主面の一部分に発光面あるいは受光
面のいずれかの面が形成され、前記貫通孔と前記発光面
あるいは受光面のいずれかの面とが対向するように、前
記リードフレームの第1面上に固着された光半導体素子
と、前記リードフレームの第2面上に形成され、前記リ
ードフレームを保持する第1の樹脂成形体と、前記リー
ドフレームの第1面と前記光半導体素子を覆うように形
成された第2の樹脂成形体とを具備することを特徴とす
る。
【0015】前記構成を有する光半導体パッケージで
は、リードフレームに貫通孔を設け、この貫通孔の孔口
内に光半導体素子の第1面が収まるように、リードフレ
ーム上に光半導体素子を固着することにより、第1の樹
脂成形体から光半導体素子に加わる樹脂応力が緩和で
き、さらに光半導体素子にて発生する熱を効率よく放熱
することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。
【0017】[第1の実施の形態]まず、この発明の第
1の実施の形態の光半導体パッケージについて説明す
る。光半導体パッケージは、外部との接続、及び基板へ
の実装を容易にするために、チップ状の光半導体素子を
樹脂成形によりパッケージ化したものである。この光半
導体パッケージは、光ファイバなどを通して光信号を受
信し電気信号に変換して出力したり、あるいは電気信号
を光信号に変換して光ファイバなどを通して発信する。
【0018】図1(a)は、第1の実施の形態の光半導
体パッケージの構成を示す上面図であり、図1(b)は
前記光半導体パッケージの1B−1B線に沿った断面図
であり、さらに図1(c)は前記光半導体パッケージの
1C−1C線に沿った断面図である。
【0019】図に示すように、インナーリード11とア
ウターリード12からなるリードフレームには、透光性
樹脂からなる第1の樹脂成形体14が成形されている。
インナーリード11の一方の主面11Aには、光半導体
素子15、及び半導体素子16が固着される。
【0020】前記光半導体素子15と半導体素子16と
の間、前記光半導体素子15及び半導体素子16とアウ
ターリード12に接続された電極パッド12Aとの間に
は、ワイヤボンディングによりワイヤ(例えば、金細
線)17が形成され、これらが電気的に接続されてい
る。
【0021】さらに、第1の樹脂成形体14上には、こ
の第1の樹脂成形体14上の光半導体素子15、半導体
素子16、インナーリード11、及びワイヤ17を覆う
ように、第2の樹脂成形体18が成形されている。な
お、図1(a)に示す光半導体素子15、半導体素子1
6、及びワイヤ17は、第1の樹脂成形体14、インナ
ーリード11を透視して見たものであり、破線にて示し
ている。
【0022】前記光半導体素子15が固着されるインナ
ーリード11には、光半導体素子15が発光する光信号
を透過させるための貫通孔11Bが形成されている。こ
の貫通孔11Bの1B−1B線に沿った断面の拡大図を
図1(d)に示す。貫通孔11Bの内部には、第1の樹
脂成形体14が入り込むように成形されている。光半導
体素子15は、図2(b)に示す光半導体素子15の発
光面151が貫通孔11B内に収まるように配置されて
いる。貫通孔11Bの孔径は、発光面151より大き
く、発光面側電極152より小さい寸法に設定する。前
記光半導体素子15の構造は後で詳述する。
【0023】前記光半導体パッケージでは、インナーリ
ード11の主面11Aに、光半導体素子15、及び半導
体素子16を配置し接続する前に、第1の樹脂成形体1
4をリードフレームに成形している。この第1の樹脂成
形体14は、光半導体素子15が発光する光の波長を透
過することが必要である。なお、第1の樹脂成形体14
に、わざと光量を減衰させる材料を使う場合もある。
【0024】さらに、インナーリード11の主面11A
に対向する他方の主面の貫通孔11Bの孔口は、第1の
樹脂成形体14により密封する必要がある。このとき、
第1の樹脂成形体14により、インナーリード11の外
周を覆うようにしてもよいし、インナーリード11の一
部を覆うようにしてもよい。また、貫通孔11Bの内部
全体を覆うようにしてもよいし、貫通孔11Bの内部の
一部を覆うようにしてもよい。しかし、第1の樹脂成形
体14は、貫通孔11Bを突き通ってインナーリードの
主面11A上に出ないようにする。すなわち、貫通孔1
1Bから、第1の樹脂成形体14が突き出さないように
する。これは、光半導体素子15をインナーリード11
の主面11A上に固着するとき、第1の樹脂成形体が障
害になるからである。
【0025】インナーリード11の主面11Aに光半導
体素子15を固着するときには、光半導体素子15の発
光面151を貫通孔11Bに向け、発光面151の中心
と貫通孔11Bの中心とが合うように、これらを配置す
る。発光面側電極152とインナーリード11の主面1
1Aとの間は、はんだ、導電ペースト、あるいはAuな
どの固着材により、固着され電気的に接続される。この
とき、第1の樹脂成形体14と発光面151との間に
は、固着材の厚さ以上の間隙(数μm程度)14Aが確
保される。このような間隙14Aが確保できるのは、溶
解した樹脂が固まったときに縮むからである。
【0026】前記リードフレーム(インナーリード11
及びアウターリード12)の材質には、熱伝導を良くす
る目的でCu系材料を使ってもよいし、コストや熱膨張
を抑えるためにFe系材料を使ってもよい。インナーリ
ード11の主面11Aは、光半導体素子15及び半導体
素子16の固着やワイヤ17の接続などの電気的接続を
行う面であるため、接触抵抗を減らすためにAgメッキ
が施されている。
【0027】また、上述したように、第1の樹脂成形体
14上の光半導体素子15、半導体素子16、及びワイ
ヤ17を覆うように、第2の樹脂成形体18を形成して
いる。この第2の樹脂成形体18は、インナーリード1
1の主面11A上の光半導体素子15、半導体素子1
6、及びワイヤ17を保護するものである。第2の樹脂
成形体18には、遮光性であり、耐水、温度変化に優れ
た樹脂が用いられる。
【0028】ここで、図2(a)、図2(b)、図2
(c)を用いて、前記光半導体素子15の構造を説明す
る。図2(a)は光半導体素子15の斜視図であり、図
2(b)は前記光半導体素子15を発光面151側から
見た上面図であり、さらに図2(c)は前記光半導体素
子15の2C−2C線に沿った断面図である。
【0029】図に示すように、この光半導体素子15の
一方の面上には、発光面151、及び発光面側電極15
2が形成されている。光半導体素子15の断面は、図2
(c)に示すように、発光面151側から、発光面側電
極152、キャップ層153、電流注入層154、電流
ブロック層155、クラッド層156、活性層157、
クラッド層158、基板159、及び基板側電極160
の順に層構造をなしている。発熱源である活性層157
は、発光面側電極152から数〜数十μm、基板側電極
160から数百μmの位置にある。
【0030】図1(a)〜図1(d)に示すような構造
を持つ光半導体パッケージでは、インナーリード11に
貫通孔11Bが形成され、この貫通孔11Bの内部に成
形される第1の樹脂成形体14と、光半導体素子15の
発光面151との間に空隙を設けることにより、第1の
樹脂成形体14から光半導体素子15の発光面151に
樹脂応力が加わるのを防止できる。また、光半導体素子
15の発熱源である活性層(PN接合部)157がイン
ナーリード11の主面11Aに近接して配置されている
ため、活性層157からインナーリード11への熱伝導
が容易となり、高い放熱効果を得ることができる。
【0031】以上説明したようにこの第1の実施の形態
では、インナーリードに貫通孔を設け、この貫通孔に光
半導体素子の発光面が対向するように、インナーリード
上に光半導体素子を固着することにより、樹脂成形体か
ら光半導体素子に加わる樹脂応力が緩和でき、さらに光
半導体素子にて発生する熱を効率よく放熱することがで
きる。
【0032】[第2の実施の形態]次に、この発明の第
2の実施の形態の光半導体パッケージについて説明す
る。
【0033】図3(a)は、第2の実施の形態の光半導
体パッケージの構成を示す上面図であり、図3(b)は
前記光半導体パッケージの3B−3B線に沿った断面図
であり、さらに図3(c)は前記光半導体パッケージの
3C−3C線に沿った断面図である。
【0034】この第2の実施の形態の光半導体パッケー
ジは、前記第1の実施の形態の構成に加えて、第1の樹
脂成形体14に、外部に向かってレンズ形状14Bを形
成したものである。前記第1の実施の形態における構成
と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略し、
以下に、異なる構成部分のみを説明する。
【0035】図3(a)、図3(b)に示すように、第
1の樹脂成形体14には、レンズ形状14Bが形成され
ている。このレンズ形状14Bは、インナーリード11
に設けられた貫通孔11Bの中心がレンズ形状14Bの
中心と一致するように配置される。光半導体素子15か
ら発光される光は、レンズ形状14Bを通って外部に射
出される。これにより、光半導体素子15からの光射出
の指向性や効率を高めることができる。
【0036】以上説明したようにこの第2の実施の形態
によれば、樹脂成形体から光半導体素子に加わる樹脂応
力が緩和でき、高効率の放熱が可能であるのに加えて、
光半導体素子の発光面上にレンズ形状を形成することに
より、光半導体素子から射出される光の指向性がよくな
り、さらに光の射出効率が向上する。
【0037】[第3の実施の形態]次に、この発明の第
3の実施の形態の光半導体パッケージについて説明す
る。
【0038】この第3の実施の形態の光半導体パッケー
ジは、前記第1の実施の形態の構成において、貫通孔1
1Bの内側面を斜めに形成したものである。前記第1の
実施の形態における構成と同様の部分には同じ符号を付
してその説明は省略し、以下に、異なる構成部分のみを
説明する。
【0039】図4は、第3の実施の形態の光半導体パッ
ケージ内のインナーリードに形成された貫通孔の断面の
拡大図である。
【0040】図に示すように、インナーリード11に設
けられた貫通孔11Cは、インナーリード11の主面1
1Aから裏面に向かって、その孔径が直線的(または2
次曲線的)に大きくなっている。すなわち、貫通孔11
Cの内側面は、発光面151に対して斜め直線状(また
は曲線状)に、インナーリード主面11Aから裏面に向
かって孔径が広がるように形成されている。
【0041】インナーリード11の主面11Aへの光半
導体素子15の固着は、光半導体素子15の発光面15
1を貫通孔11Cに向け、発光面151の中心と貫通孔
11Cの中心とがほぼ一致するように、これらを配置す
る。発光面側電極152とインナーリード11の主面1
1Aとの間は、はんだ、導電ペースト、あるいはAuな
どの固着材19により、固着され電気的に接続される。
このとき、第1の樹脂成形体14と発光面151との間
には、固着材19の厚さ以上の間隙(数μm程度)14
Aが確保される。
【0042】図4に示すような構造を持つ光半導体パッ
ケージでは、貫通孔11Cの内側面を反射ミラーとして
使用することができるため、光半導体素子15から射出
される光の指向性や射出効率を高めることができる。
【0043】以上説明したようにこの第3の実施の形態
によれば、樹脂成形体から光半導体素子に加わる樹脂応
力が緩和でき、高効率の放熱が可能であるのに加えて、
インナーリードに設けられた貫通孔の内側面を斜めに形
成することにより、光半導体素子から射出される光の指
向性がよくなり、さらに光の射出効率が向上する。
【0044】なお、前記第1〜第3の実施の形態では、
発光面を有する光半導体素子を例に取り説明したが、光
信号を受光する受光面を有する光半導体素子に対して
も、同様にこの発明を適用できることはもちろんであ
る。
【0045】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
半導体素子に加わる樹脂応力が緩和でき、高効率の放熱
が可能な光半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は第1の実施の形態の光半導体パッケー
ジの構成を示す上面図であり、(b)は前記光半導体パ
ッケージの1B−1B線に沿った断面図であり、(c)
は前記光半導体パッケージの1C−1C線に沿った断面
図であり、(d)は前記光半導体パッケージ内のインナ
ーリードに形成された貫通孔の断面の拡大図である。
【図2】(a)は前記光半導体パッケージ内の光半導体
素子の斜視図であり、(b)は前記光半導体素子を発光
面側から見た上面図であり、(c)は前記光半導体素子
の2C−2C線に沿った断面図である。
【図3】(a)は第2の実施の形態の光半導体パッケー
ジの構成を示す上面図であり、(b)は前記光半導体パ
ッケージの3B−3B線に沿った断面図であり、(c)
は前記光半導体パッケージの3C−3C線に沿った断面
図である。
【図4】第3の実施の形態の光半導体パッケージ内のイ
ンナーリードに形成された貫通孔の断面の拡大図であ
る。
【図5】(a)は従来の光半導体パッケージの一構成例
を示す上面図であり、(b)は前記光半導体パッケージ
の5B−5B線に沿った断面図であり、(c)は前記光
半導体パッケージの5C−5C線に沿った断面図であ
る。
【図6】従来の光半導体パッケージの他の構成例を示す
斜視図である。
【符号の説明】
11…インナーリード 11A…インナーリードの主面 11B…貫通孔 11C…貫通孔 12…アウターリード 12A…電極パッド 14…第1の樹脂成形体 14A…間隙 14B…レンズ形状 15…光半導体素子 16…半導体素子 17…ワイヤ 18…第2の樹脂成形体 19…固着材 151…発光面 152…発光面側電極 153…キャップ層 154…電流注入層 155…電流ブロック層 156…クラッド層 157…活性層 158…クラッド層 159…基板 160…基板側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/02 Fターム(参考) 4M109 AA01 BA01 EE01 EE12 EE13 GA01 5F041 AA06 DA16 DA25 DA43 DA57 EE17 FF14 5F067 AA00 BB00 5F088 BA01 BA16 BB01 JA02 JA06 JA12

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1面とこの第1面に対向する第2面を
    持ち、前記第1面から第2面に亘って形成された貫通孔
    を有するリードフレームと、 第1の主面とこの第1の主面に対向する第2の主面を持
    ち、前記第1の主面の一部分に発光面あるいは受光面の
    いずれかの面が形成され、前記貫通孔と前記発光面ある
    いは受光面のいずれかの面とが対向するように、前記リ
    ードフレームの第1面上に固着された光半導体素子と、 前記リードフレームの第2面上に形成され、前記リード
    フレームを保持する第1の樹脂成形体と、 前記リードフレームの第1面と前記光半導体素子を覆う
    ように形成された第2の樹脂成形体と、 を具備することを特徴とする光半導体パッケージ。
  2. 【請求項2】 前記貫通孔の大きさは、前記光半導体素
    子の発光面あるいは受光面のいずれかの面より大きく、
    前記光半導体素子の発光面あるいは受光面のいずれかの
    面は前記貫通孔内に収まっていることを特徴とする請求
    項1に記載の光半導体パッケージ。
  3. 【請求項3】 前記第1の樹脂成形体は前記貫通孔に入
    り込んでおり、前記光半導体素子と前記第1の樹脂成形
    体との間には所定の空間が形成されていることを特徴と
    する請求項1乃至3のいずれか1つに記載の光半導体パ
    ッケージ。
  4. 【請求項4】 前記第1の樹脂成形体は透光性の樹脂で
    あり、前記第2の樹脂成形体は遮光性の樹脂であること
    を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の光
    半導体パッケージ。
  5. 【請求項5】 前記リードフレームの第1面上に固着さ
    れ、半導体回路を有する半導体素子をさらに具備するこ
    とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
    光半導体パッケージ。
  6. 【請求項6】 前記貫通孔上の前記第1の樹脂成形体に
    はレンズが形成されていることを特徴とする請求項1乃
    至5のいずれか1つに記載の光半導体パッケージ。
  7. 【請求項7】 前記リードフレームの前記貫通孔は、前
    記第1面から第2面に向かって孔径が広がるように形成
    されていることを特徴とする請求項1乃至67のいずれ
    か1つに記載の光半導体パッケージ。
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