JP2002270904A - 半導体パッケージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、発光素子をパッケージングしてなる
光半導体パッケージにおいて、放熱効率を向上できるよ
うにすることを最も主要な特徴としている。 【解決手段】たとえば、所定のインナーリード２１ａ
に、熱導伝率が高いアルミナセラミックスなどの絶縁材
よりなる素子マウント部材３１を固着する。そして、そ
の素子マウント部材３１の一主面上に形成された導電パ
ターン３３の素子パターン電極と、発光素子４１の発光
面電極とをはんだ付けする。また、発光素子４１の基板
面電極４４とインナーリード２１ａとを、金細線７１を
用いてボンディングする。こうして、発光素子４１の発
光面を素子マウント部材３１に接触させた状態で実装す
ることにより、発光素子４１からの熱の放熱経路を短く
する構成とされている。

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、半導体パッケー
ジ装置に関するもので、特に、発熱の大きい発光素子を
パッケージングしてなる光半導体パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発熱の大きい発光素子を樹脂成形
体によりパッケージングしてなる光半導体パッケージが
実用化されている。

【０００３】図７は、従来の光半導体パッケージ１０１
の構成例を示すものである。なお、同図（ａ）は光半導
体パッケージ１０１の内部構造を透視して示す一主面
（発光面）側の正面図、同図（ｂ）は同じく光半導体パ
ッケージ１０１の下側面図、同図（ｃ）は図（ａ）の７
ｃ−７ｃ線に沿う光半導体パッケージ１０１の断面図で
ある。

【０００４】図において、発光素子１０３は、たとえ
ば、Ｆｅ合金またはＣｕ合金からなるリードフレーム１
０５の、その主面の所定の位置に固着されている。通
常、発光素子１０３は極性を有し、発光面（ＰＮ接合か
らなる活性層）側と非発光面側とがそれぞれアノード電
極／カソード電極をなしている。すなわち、上記発光素
子１０３は、一方の極となる非発光面側の電極が、導電
ペーストやはんだなどの固着材１０７を介して、上記リ
ードフレーム１０５上に固着されている。もう一方（他
方）の極となる発光面側の電極には金細線１０９が直に
ボンディングされて、上記リードフレーム１０５の所定
のリード（インナーリード）１０５ａと接続されてい
る。

【０００５】また、上記リードフレーム１０５の、その
主面の所定の位置には、必要に応じて、上記発光素子１
０３を駆動するための回路が形成されてなる半導体素子
１１１が固着されるようになっている。そして、この半
導体素子１１１と上記リードフレーム１０５の所定のイ
ンナーリード１０５ａとの間がそれぞれ金細線１０９を
介して電気的に接続されることにより、上記半導体素子
１１１には所定の配線が施されている。

【０００６】外部端子（アウターリード）１０５ｂを除
く、上記リードフレーム１０５の一部を含んで、上記発
光素子１０３および上記半導体素子１１１などの周囲
が、モールド成形により透明性樹脂１１３によって覆わ
れている。この透明性樹脂１１３は、上記発光素子１０
３の発光部からの信号光の波長に対して、透明である必
要がある。また、透明性樹脂１１３には、上記発光素子
１０３の発光部からの信号光を集光させるための集光レ
ンズ１１３ａが一体成形により形成されている。

【０００７】ここで、上記光半導体パッケージ１０１
は、光伝送を行う場合、上記外部端子１０５ｂ以外が、
図示していない外囲器によって覆われるようになってい
る。外囲器は、外乱光の侵入を防ぐためと、輻射電気ノ
イズの出入りを抑えるために、金属や導電性プラスチッ
クなどを用いて形成されるようになっている。また、外
囲器には、上記透明性樹脂１１３の集光レンズ１１３ａ
に対応する位置に、光ファイバーケーブルの終端部をな
す光コネクタプラグの着脱部が設けられている。すなわ
ち、光伝送時には、上記発光素子１０３の発光部からの
信号光が、上記透明性樹脂１１３の集光レンズ１１３ａ
によって集光されて、上記光ファイバーケーブルへと導
かれる。

【０００８】しかしながら、上記した構成の光半導体パ
ッケージ１０１においては、放熱効果が十分でないとい
う問題があった。すなわち、発光素子１０３の主に発光
面より発生する熱は、発光素子１０３の非発光面側の電
極から固着材１０７を介してリードフレーム１０５へと
伝わり、外部端子１０５ｂを経て、光半導体パッケージ
１０１の外部へと放熱される。また、熱の一部は、発光
素子１０３→透明性樹脂１１３→外囲器もしくはリード
フレーム１０５→外部端子１０５ｂの経路で、外部へと
放熱される。いずれの場合も、発熱源である発光素子１
０３の発光面からの放熱経路が長いため、十分な放熱効
果が得られないという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、発熱源である発光素子の発光面からの放熱
経路が長いため、十分な放熱効果が得られないという問
題があった。

【００１０】そこで、この発明は、放熱効率を向上で
き、十分な放熱効果を得ることが可能な半導体パッケー
ジ装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体パッケージ装置にあっては、半
導体素子と、インナーリードおよびアウターリードを有
するリードフレームと、前記インナーリードに接続され
るとともに、少なくとも前記半導体素子の第１の電極が
接続される第１の導電パターンが形成された、前記半導
体素子を固着するための絶縁材からなるマウント部材
と、少なくとも前記インナーリードを含んで、前記マウ
ント部材上に固着された前記半導体素子を覆う樹脂成形
体とを具備したことを特徴とする。

【００１２】この発明の半導体パッケージ装置によれ
ば、半導体素子の発熱源側をマウント部材に接触させた
状態で実装できるようになる。これにより、半導体素子
からの放熱経路を短くすることが可能となるものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００１４】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態にかかる光半導体パッケージの構成例を示す
ものである。なお、同図（ａ）は光半導体パッケージの
内部構造を透視して示す一主面（非発光面）側の正面
図、同図（ｂ）は同じく光半導体パッケージの内部構造
を透視して示す他主面（発光面）側の正面図、同図
（ｃ）は同じく光半導体パッケージの下側面図、同図
（ｄ）は図（ａ），（ｂ）の１ｄ−１ｄ線に沿う光半導
体パッケージの断面図である。

【００１５】この光半導体パッケージ１１の場合、たと
えば、Ｆｅ合金またはＣｕ合金からなるリードフレーム
２１の、所定のインナーリード２１ａに素子マウント部
材３１が固着され、その素子マウント部材３１の一主面
上の所定の位置に発光素子（半導体素子）４１が実装さ
れている。上記発光素子４１は、その発光面を上記素子
マウント部材３１に接触させた状態で実装される。

【００１６】また、上記リードフレーム２１の、その一
主面の所定のインナーリード２１ａには、上記発光素子
４１を駆動するための回路が形成されてなる半導体回路
素子５１が固着されている。この半導体回路素子５１
は、上記リードフレーム２１の所定のインナーリード２
１ａとの間がそれぞれ金細線５２を介して電気的に接続
されて、所定の配線が施されている。

【００１７】そして、外部端子（アウターリード）２１
ｂを除く、上記リードフレーム２１の一部を含んで、上
記発光素子４１および上記半導体回路素子５１などの周
囲が、モールド成形による透明性樹脂（透光性を有する
樹脂成形体）６１によって覆われてなる構成とされてい
る。この透明性樹脂６１には、上記発光素子４１の発光
部からの信号光を集光させるための集光レンズ６１ａが
一体成形により設けられている。

【００１８】なお、この光半導体パッケージ１１におい
ては、光伝送を行う場合、上記外部端子２１ｂ以外が、
従来と同様に、図示していない外囲器によって覆われる
ようになっている。

【００１９】このような構成によれば、素子マウント部
材３１上に、発光素子４１の発熱源であるＰＮ接合から
なる活性層に近い発光面を固着できるようになる。その
結果、高い放熱効果を得ることが可能となる。

【００２０】以下に、各部の構成について、さらに詳細
に説明する。

【００２１】図２は、上記発光素子４１の構成例を示す
ものである。なお、同図（ａ）は発光素子４１の正面図
であり、同図（ｂ）は同じく右側面図、同図（ｃ）は同
じく下側面図である。

【００２２】通常、発光素子４１は極性を有し、発光面
４１ａ側と非発光面４１ｂ側とがそれぞれアノード電極
／カソード電極をなしている。すなわち、上記発光素子
４１の一主面である発光面４１ａ側には、その表層に近
いところにＰＮ接合からなる活性層（図示していない）
が形成されている。また、上記発光素子４１の発光面４
１ａには、発光部（発熱源）４２および一方の極となる
発光面電極（第１の電極）４３が設けられている。この
発光面電極４３の一部は発光部電極４３ａをなしてお
り、電流注入のために、上記発光部４２の周りを囲むよ
うにして形成されている。

【００２３】上記発光素子４１の他主面である非発光面
４１ｂ側には、他方の極となる基板面電極（第２の電
極）４４が設けられている。

【００２４】上記発光素子４１の上下の各側面４１ｃ，
４１ｄは、それぞれ、シリコンの結晶面に沿う形状を有
して形成されている。

【００２５】図３は、上記素子マウント部材３１の構成
例を示すものである。なお、同図（ａ）は素子マウント
部材３１の一主面側を示す平面図、同図（ｂ）は同じく
他主面側を示す平面図、同図（ｃ）は同図（ａ），
（ｂ）の３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。

【００２６】素子マウント部材３１は、たとえば、熱導
伝率（熱伝導度）が比較的高いアルミナセラミックスや
ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの絶縁材により板型に
形成されている。上記素子マウント部材３１の一主面上
には、上記リードフレーム２１の所定のインナーリード
２１ａが電気的接合（たとえば、はんだ）または絶縁接
合（たとえば、接着）により固着される、導電パターン
３２，３３が形成されている。上記素子マウント部材３
１に固着される上記リードフレーム２１は熱を逃がすた
めの放熱経路の一部となるため、いずれの接合の場合に
も、できるだけ大きな面積を有して固着するのが良い。

【００２７】上記導電パターン３２，３３のうち、たと
えば導電パターン３３には、上記発光素子４１の発光面
電極４３がはんだなどにより電気的に接続される、素子
パターン電極（第１の導電パターン）３３ａが一体的に
形成されている。

【００２８】また、上記素子マウント部材３１のほぼ中
心部には、上記発光素子４１の発光部４２からの信号光
を透過させるための貫通孔３４が開孔されている。この
貫通孔３４は、上記発光素子４１の発光部４２の径より
も大きな径を有して形成されるようになっている（貫通
孔３４の径＞発光部４２の径）。なお、上記貫通孔３４
は、たとえばセラミックスの場合には、焼成前段階で型
抜きするか、レーザカットするか、または、その両方を
行うことによって形成される。

【００２９】図４は、上記素子マウント部材３１の周辺
部の構成を抜き出して示すものである。なお、同図
（ａ）は素子マウント部材３１の一主面側を示す平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）の４ｂ−４ｂ線に沿う断面
図である。

【００３０】図に示すように、素子マウント部材３１の
一主面上の上記導電パターン３２，３３に、所定のイン
ナーリード２１ａが電気的接合または絶縁接合によって
固定されることにより、素子マウント部材３１はリード
フレーム２１に固着されている。

【００３１】素子マウント部材３１の一主面上には、発
光面側を接触させるようにして、発光素子４１がマウン
トされている。すなわち、発光素子４１は、発光面側の
上記発光部４２が、上記素子マウント部材３１の上記貫
通孔３４に対応され、かつ、発光面側の上記発光面電極
４３が、上記素子マウント部材３１の一主面上の素子パ
ターン電極３３ａと位置ずれなく、導電ペーストまたは
はんだなどの固着材を介して固着されている。

【００３２】また、上記発光素子４１は、非発光面側の
上記基板面電極４４が、金細線７１を介して、上記リー
ドフレーム２１の所定のインナーリード２１ａとワイヤ
ボンディングされている。

【００３３】このような構成とした場合、発光素子４１
の主に発光面より発生する熱を、直に、素子マウント部
材３１からリードフレーム２１へと伝えることが可能と
なる。すなわち、発光素子４１の発光面側を素子マウン
ト部材３１に接触させるように実装することによって、
発光素子４１の内部を介さずに放熱させることが可能と
なり、その分だけ、従来の場合よりも放熱経路を短くで
きる。

【００３４】一方、導電パターン３３を介して固着され
る上記インナーリード２１ａは、金細線７１を介して、
所定のインナーリード２１ａと電気的に接続されてい
る。

【００３５】上記したように、発光素子の発熱源側を素
子マウント部材に接触させた状態で実装できるようにし
ている。

【００３６】すなわち、素子マウント部材の一主面上に
導電パターンを形成し、これに、発光素子の発光面側を
固着させるようにしている。これにより、発光素子の主
に発光面より発生する熱は、固着材→素子マウント部材
→リードフレームへと伝わり、外部端子を経て、光半導
体パッケージの外部へと放熱されることになる。したが
って、従来の光半導体パッケージ（図７参照）に比べ、
発光素子からの熱の放熱経路を短くすることが可能とな
る結果、放熱効率が上がり、十分な放熱効果が期待でき
るものである。

【００３７】なお、上記した第１の実施形態において
は、発光素子４１の基板面電極４４を、金細線７１を介
して、リードフレーム２１の所定のインナーリード２１
ａに接続するように構成した場合について説明したが、
これに限らず、たとえば素子マウント部材３１上にワイ
ヤボンディングのためのパッドを設けるようにすること
も可能である。

【００３８】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態にかかる光半導体パッケージの構成例を示す
ものである。なお、同図（ａ）は光半導体パッケージに
おける、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して
示す平面図であり、同図（ｂ）は図（ａ）の５ｂ−５ｂ
線に沿う断面図である。

【００３９】図に示すように、素子マウント部材３１-1
の一主面上には、リードフレーム２１の所定のインナー
リード２１ａが電気的接合または絶縁接合により固着さ
れる、導電パターン３２-1，３３-1が形成されている。
この場合も、上記素子マウント部材３１-1と上記インナ
ーリード２１ａとは、できるだけ大きな面積を有して固
着するのが良い。

【００４０】上記導電パターン３２-1，３３-1とは別
に、上記素子マウント部材３１-1の一主面上には、上記
発光素子４１の発光面電極（第１の電極）４３がはんだ
などにより電気的に接続される素子パターン電極（図示
していない）が一体的に形成されたパッド（第１の導電
パターン）３５ａ、および、上記発光素子４１の基板面
電極（第２の電極）４４が金細線７１を介して接続され
るパッド（第３の導電パターン）３５ｂが形成されてい
る。上記パッド３５ａ，３５ｂは、金細線７１をそれぞ
れ介して、所定のインナーリード２１ａと接続されてい
る。

【００４１】また、上記素子マウント部材３１-1のほぼ
中心部には、上記発光素子４１の発光部４２からの信号
光を透過させるための貫通孔３４が開孔されている。

【００４２】このような構成とした場合、十分な放熱効
果が期待できるだけでなく、信号線にかかる容量（Ｃ）
成分を減らすことが可能となる。すなわち、上記素子マ
ウント部材３１-1に固着される所定のインナーリード２
１ａを信号線として用いるようにした場合、インナーリ
ード２１ａは面積が大きいために容量結合が大きい。し
たがって、上記発光素子４１の発光面電極４３および基
板面電極４４をパッド３５ａ，３５ｂに接続するように
することで、高速の信号電流に影響するＣ成分を削減し
て、発光素子４１を高速スイッチング動作させることが
可能となる。

【００４３】（第３の実施形態）図６は、本発明の第３
の実施形態にかかる光半導体パッケージの構成例を示す
ものである。なお、同図（ａ）は光半導体パッケージに
おける、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出して
示す平面図であり、同図（ｂ）は図（ａ）の６ｂ−６ｂ
線に沿う断面図であり、同図（ｃ）は図（ａ）の６ｃ−
６ｃ線に沿う断面図である。

【００４４】図に示すように、素子マウント部材３１-2
の一主面上には、上記リードフレーム２１の所定のイン
ナーリード２１ａが電気的接合または絶縁接合により固
着される、導電パターン３２，３３が形成されている。
上記導電パターン３２，３３のうち、たとえば導電パタ
ーン３３には、上記発光素子４１の発光面電極４３がは
んだなどにより電気的に接続される、素子パターン電極
（図示していない）が一体的に形成されている。

【００４５】上記導電パターン３２，３３とは別に、上
記素子マウント部材３１-2の一主面上には、導電パター
ン３６，３７が形成されている。導電パターン３６，３
７は、たとえば、半導体制御素子８１を実装するための
パターン電極（第２の導電パターン）３６ａ，３７ａを
有して、それぞれ一体的に形成されている。

【００４６】また、上記素子マウント部材３１-2には、
上記発光素子４１の発光部４２からの信号光を透過させ
るための貫通孔３４が開孔されている。

【００４７】この場合、上記半導体制御素子８１は、そ
の裏面側の電極がはんだ付けなどにより、上記パターン
電極３７ａと電気的に接続される。また、表面側の電極
が、金細線７１を介して上記パターン電極３６ａとボン
ディングされる。これにより、上記半導体制御素子８１
は、上記素子マウント部材３１-2の一表面上に実装さ
れ、インナーリード２１ａを介して、図示していないコ
ントロール回路とつながれる。

【００４８】このような構成とした場合、発光素子４１
と、この発光素子４１を制御するための各種の半導体制
御素子８１とを、素子マウント部材３１-2上に一緒に実
装できるようになる。すなわち、上記素子マウント部材
３１-2には絶縁材を用いるようにしているため、導電パ
ターン３６，３７の形成により、複数の素子４１，８１
を混載させることが可能である。

【００４９】たとえば、上記半導体制御素子８１とし
て、温度変化に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を実
装させるようにした場合には、発光素子４１の安定した
光出力動作を実現できる。つまり、上記素子マウント部
材３１-2は熱導伝率が高く、発光素子４１の温度変化を
伝えやすいため、高精度な温度検出が可能となる。発光
素子４１は、温度と信号光の光出力とが負の勾配を持つ
ことや、発光しきい値電流が正の勾配を持つことが知ら
れている。よって、発光素子４１の温度をセンサ素子で
検出し、その結果にもとづいて発光素子４１のバイアス
を調整してやることにより、安定した光出力が得られ
る。

【００５０】また、上記半導体制御素子８１として、た
とえば、センサ素子とペルチェ素子のような保温素子と
を実装させることも可能である。この場合には、発光素
子４１の温度を一定に保つことが容易に可能となり、よ
り安定した光出力が得られるようになる。

【００５１】このように、発光素子４１の近傍に、温度
センシングなどの機能を容易に追加できるようになる結
果、高い放熱効果に加え、光半導体パッケージ１１の安
定性や信頼性をも改善することが可能となる。

【００５２】なお、この第３の実施形態においては、第
１の実施形態にかかる構成の光半導体パッケージに適用
した場合を例に説明したが、たとえば第２の実施形態に
かかる構成の光半導体パッケージにも同様に適用でき
る。

【００５３】また、発光素子に限らず、発熱する各種の
半導体素子をパッケージングしてなる種々の半導体パッ
ケージ装置にも適用することが可能である。

【００５４】その他、本願発明は、上記（各）実施形態
に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸
脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さら
に、上記（各）実施形態には種々の段階の発明が含まれ
ており、開示される複数の構成要件における適宜な組み
合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、
（各）実施形態に示される全構成要件からいくつかの構
成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の
欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明
の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）
が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が
発明として抽出され得る。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、放熱効率を向上でき、十分な放熱効果を得ることが
可能な半導体パッケージ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる光半導体パッ
ケージの構成例を示す概略図。

【図２】同じく、光半導体パッケージにおける発光素子
の構成例を示す拡大図。

【図３】同じく、光半導体パッケージにおける素子マウ
ント部材の構成例を示す拡大図。

【図４】同じく、素子マウント部材の周辺部の構成を抜
き出して示す拡大図。

【図５】本発明の第２の実施形態にかかる光半導体パッ
ケージの、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出し
て示す拡大図。

【図６】本発明の第３の実施形態にかかる光半導体パッ
ケージの、素子マウント部材の周辺部の構成を抜き出し
て示す拡大図。

【図７】従来技術とその問題点を説明するために示す、
光半導体パッケージの概略構成図。

【符号の説明】

１１…光半導体パッケージ ２１…リードフレーム ２１ａ…インナーリード ２１ｂ…外部端子 ３１，３１-1，３１-2…素子マウント部材 ３２，３２-1，３３，３３-1，３６，３７…導電パター
ン ３３ａ…素子パターン電極 ３４…貫通孔 ３５ａ，３５ｂ…パッド ３６ａ，３７ａ…パターン電極 ４１…発光素子 ４１ａ…発光面 ４１ｂ…非発光面 ４２…発光部 ４３…発光面電極 ４３ａ…発光部電極 ４４…基板面電極 ５１…半導体回路素子 ５２…金細線 ６１…透明性樹脂 ６１ａ…集光レンズ ７１…金細線 ８１…半導体制御素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子と、 インナーリードおよびアウターリードを有するリードフ
   レームと、 前記インナーリードに接続されるとともに、少なくとも
   前記半導体素子の第１の電極が接続される第１の導電パ
   ターンが形成された、前記半導体素子を固着するための
   絶縁材からなるマウント部材と、 少なくとも前記インナーリードを含んで、前記マウント
   部材上に固着された前記半導体素子を覆う樹脂成形体と
   を具備したことを特徴とする半導体パッケージ装置。
2. 【請求項２】 前記半導体素子は、その発熱源側を前記
   マウント部材に接触させるようにして固着されることを
   特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ装置。
3. 【請求項３】 前記半導体素子は発光素子であり、その
   発光面側を前記マウント部材に接触させるようにして固
   着されることを特徴とする請求項１または２に記載の半
   導体パッケージ装置。
4. 【請求項４】 前記マウント部材には、前記発光素子の
   発光部が対応される貫通孔が設けられてなることを特徴
   とする請求項１または３に記載の半導体パッケージ装
   置。
5. 【請求項５】 前記樹脂成形体は、透光性を有すること
   を特徴とする請求項１または３に記載の半導体パッケー
   ジ装置。
6. 【請求項６】 前記マウント部材は、熱伝導度の大きい
   アルミナセラミックスまたは窒化アルミニウムを用いて
   形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体パ
   ッケージ装置。
7. 【請求項７】 前記マウント部材には、さらに第２の導
   電パターンが形成されてなることを特徴とする請求項１
   に記載の半導体パッケージ装置。
8. 【請求項８】 前記第２の導電パターンには、前記半導
   体素子を制御するための制御素子が実装されることを特
   徴とする請求項７に記載の半導体パッケージ装置。
9. 【請求項９】 前記マウント部材には、さらに第３の導
   電パターンが形成されてなることを特徴とする請求項１
   に記載の半導体パッケージ装置。
10. 【請求項１０】 前記第３の導電パターンには、前記半
    導体素子の第２の電極が接続されることを特徴とする請
    求項９に記載の半導体パッケージ装置。
11. 【請求項１１】 前記リードフレームには、前記半導体
    素子を駆動するための回路素子が実装されることを特徴
    とする請求項１に記載の半導体パッケージ装置。