JP2005159296A - オプトデバイスのパッケージ構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 オプトデバイスのパッケージ構造に関して、ワイヤの破断やオプトデバイスの破壊を防止し、かつ、光透過性樹脂のクラックを防止することにある。
【解決手段】 リードフレームの搭載部５に、開口５ａに光出射部を面してＬＥＤ６を搭載する。ＬＥＤ６とリードフレームのリード部３とを接続するワイヤ９を、ＬＥＤ６を搭載した側に配置する。リードフレームのＬＥＤ６を搭載した側と反対側に、ＬＥＤ６からの出射光を透過する光透過性樹脂８を配置する。リードフレームのＬＥＤ６を搭載した側に、ＬＥＤ６とワイヤ９を封止する低応力樹脂２を配置する。リード部３に設けられてＬＥＤ６を搭載した側に屈曲する屈曲部３１と、この屈曲部３１のＬＥＤ６を搭載した側と反対側に位置する低応力樹脂の部分２１と、この低応力樹脂の部分２１に接する光透過性樹脂の端部８１とで、クラック防止構造を構成する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えば、光通信、照明または自動車等に使用され、比較的厳しい温度環境の下で用いられるオプトデバイスのパッケージ構造に関するものである。
従来、オプトデバイスのパッケージ構造としては、リードフレームのデバイス搭載部上に、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）等のオプトデバイスを搭載すると共に、このオプトデバイスと、リードフレームのリード部とをワイヤで接続し、上記オプトデバイスとワイヤとリードフレームとを、光透過性樹脂で封止したものがある（例えば、特開２０００−１７３９４７号公報）。上記光透過性樹脂は、上記オプトデバイスに入射する光に対して良好な透過性を有する材料を用いて、概略直方体形状に形成されている。この光透過性樹脂の上側面にレンズを一体に形成して、このレンズを介して上記光がオプトデバイスに入射するようにしている。また、上記光透過性樹脂の側面から、上記リードフレームのリード部を突出して、このリード部でオプトデバイスのパッケージを所定の電極に接続するようにしている。
しかしながら、上記従来のオプトデバイスのパッケージ構造は、上記光透過性樹脂の光に対する透過性を確保するため、上記光透過性樹脂には、線膨張係数を低減させるフィラーを混入していない。したがって、上記光透過性樹脂の線膨張係数は、上記オプトデバイスおよびワイヤの材料の線膨張係数の数倍である。その結果、上記オプトデバイスのパッケージ構造が、例えば−４０℃〜１０５℃の範囲で温度が変化するような厳しい温度環境で使用された場合、上記光透過性樹脂の熱応力により、上記ワイヤの破断や、上記オプトデバイスの破壊が生じるという問題がある。さらに、上記光透過性樹脂自体にクラックが生じるという問題がある。
特開２０００−１７３９４７号公報（第３図）
そこで、本発明の課題は、オプトデバイスのパッケージ構造に関して、ワイヤの破断やオプトデバイスの破壊を防止し、かつ、光透過性樹脂のクラックを防止することにある。
上記課題を解決するため、本発明のオプトデバイスのパッケージ構造は、
オプトデバイスと、
上記オプトデバイスに対して入射または出射する光が通過する孔を有すると共に上記オプトデバイスを搭載する搭載部と、上記オプトデバイスに電気的に接続されるリード部とを有するリードフレームと、
上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側に配置され、上記オプトデバイスとリード部とを電気的に接続するワイヤと、
上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に配置され、上記光に対して透過性を有する第１の樹脂と、
上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側に少なくとも一部が配置されると共に、上記オプトデバイスとワイヤとを封止し、かつ、線膨張係数が上記第１の樹脂よりも低い第２の樹脂と、
上記第１の樹脂にクラックが生じ難くするクラック防止構造と
を備えることを特徴としている。
上記構成によれば、上記オプトデバイスのパッケージ構造は、上記オプトデバイスとワイヤを封止する第２の樹脂が、上記第１の樹脂よりも低い線膨張係数を有するので、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記オプトデバイスとワイヤに作用する熱応力が効果的に低減される。したがって、上記オプトデバイスが破壊する問題や、上記ワイヤが破断する問題が、効果的に防止される。
また、上記第１の樹脂の線膨張係数は、上記リードフレーム等の線膨張係数よりも大きいにもかかわらず、上記クラック防止構造によって、上記第１の樹脂にクラックが生じ難くなる。したがって、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題が効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、
上記リードフレームの上記リード部に設けられて上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部と、
上記屈曲部よりも上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に位置する第２の樹脂の部分と、
上記第２の樹脂の部分に接する上記第１の樹脂の端部とを含む。
上記実施形態によれば、上記クラック防止構造において、上記リードフレームのリード部に、上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部が設けられ、このリード部の屈曲部よりも上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に、上記第２の樹脂の部分が位置する。この第２の樹脂の部分に、上記第１の樹脂の端部が接している。これにより、この第１の樹脂の端部に生じるせん断応力が、効果的に低減される。その結果、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題が効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、
上記リードフレームの上記リード部に設けられると共に、上記オプトデバイスが搭載された側と反対側が凹となる凹部と、
上記凹部内に位置する第２の樹脂の部分と、
上記第２の樹脂の部分に接する上記第１の樹脂の端部とを含む。
上記実施形態によれば、上記クラック防止構造において、上記リードフレームのリード部に、上記オプトデバイスが搭載された側と反対側が凹となる凹部が設けられ、この凹部内に、上記第２の樹脂の部分が位置する。この第２の樹脂の部分に、上記第１の樹脂の端部が接している。これにより、上記第１の樹脂の端部に生じるせん断応力が、効果的に低減される。その結果、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題が効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、
上記リードフレームの上記リード部に設けられて上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部と、
上記屈曲部の縁に連なる端面を有する上記第１の樹脂の端部と
を含む。
上記実施形態によれば、上記クラック防止構造において、上記リードフレームのリード部に、上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部が設けられる。この屈曲部の縁に、上記第１の樹脂の端部の端面が連なっている。これにより、上記第１の樹脂の端部に生じるせん断応力が効果的に低減される。その結果、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題が効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記第１の樹脂の端部の端面は、上記屈曲部の上記オプトデバイスが搭載された側と反対側の面と略同一平面上に形成されている。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂の端部の端面が、上記リードフレームのリード部に設けられた屈曲部の面と略同一平面上に形成されることにより、上記第１の樹脂の端部に生じるせん断応力が低減される。したがって、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題が効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記第２の樹脂は、トランスファーモールドで形成されている。
上記実施形態によれば、上記第２の樹脂は、上記トランスファーモールドによって形成される。したがって、この第２の樹脂が封止するオプトデバイスやワイヤに生じる残留応力を、効果的に低減できる。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記第２の樹脂は、離型剤が混合されていない。
上記実施形態によれば、上記第２の樹脂は、離型剤が混合されていないので、この第２の樹脂と、上記第１の樹脂との密着性が向上する。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記第１の樹脂は、線膨張係数を低減するフィラーが混合されている。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂は、上記フィラーにより線膨張係数が低減されるので、上記第２の樹脂およびリードフレームの線膨張係数との差が縮小される。したがって、上記第1の樹脂は、過大な熱応力の発生が防止されて、クラックの発生が効果的に防止される。
なお、上記第１の樹脂に混入するフィラーの量は、この第１の樹脂の上記光に対する透過性が大幅に低下しない程度であるのが好ましい。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有し、
上記基体部は、厚みが０．５ｍｍ以下である。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂の基体部に集中する応力が低減する。したがって、この第１の樹脂のクラックの発生が、効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、上記光が出射または入射する方向から見て、上記リードフレームの搭載部の面積よりも小さい面積を有する。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂の基体部に集中する応力が低減する。したがって、この第１の樹脂のクラックの発生が、効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、上記光が出射または入射する方向から見て、上記リードフレームの搭載部の面積よりも小さい面積を有し、
上記基体部は、上記レンズ部の厚みよりも小さい厚みを有する。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂の基体部に集中する応力が低減する。したがって、この第１の樹脂のクラックの発生が、効果的に防止される。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記第２の樹脂は、上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に一部が配置され、この第２の樹脂の一部は、上記リードフレームの上記第１の樹脂が配置された部分以外の部分の少なくとも一部に配置されている。
上記実施形態によれば、上記第２の樹脂の一部が、上記リードフレームの上記第１の樹脂が配置された側と同じ側に配置されているので、例えば、上記第２の樹脂の一部を基準にして他の機器等に搭載することができる。したがって、外形基準で位置合わせが可能なオプトデバイスのパッケージ構造が得られる。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、少なくとも上記リードフレームに接着材で接着されている。
上記実施形態によれば、上記第１の樹脂は、例えばインサート成型によらないで、上記リードフレームとは別個に形成されて、上記接着材でリードフレームに接着される。したがって、例えばインサート成型で形成された場合のような成型収縮による応力の発生を防止できる。その結果、第１の樹脂へのクラックの発生を効果的に防止できる。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記接着材は、最低保存温度よりも低いガラス転移点を有する樹脂を含む。
上記実施形態によれば、上記接着材は、最低保存温度よりも低いガラス転移点を有する樹脂を含むので、このオプトデバイスのパッケージ構造の通常の使用環境において、上記接着材は弾性が比較的大きい。したがって、上記第１の樹脂とリードフレームとの間に生じるせん断応力を低減できるので、上記第１の樹脂へのクラックの発生を効果的に防止できる。なお、上記保存温度とは、ＪＩＳ−Ｃ７０２１−Ｂ１０に定められるように、電気的負荷をかけずに保存できる周囲温度の範囲をいう。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記接着材は、最低保存温度以上、かつ、最高保存温度以下の硬化点を有する樹脂を含む。
上記実施形態によれば、上記接着材は、最低保存温度以上、かつ、最高保存温度以下の硬化点を有する樹脂を含むので、上記接着材の硬化時において、硬化によって生じる熱応力を比較的少なくできる。したがって、上記第１の樹脂に生じるせん断応力を低減できるので、この第１の樹脂におけるクラックの発生を効果的に防止できる。
一実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、
上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集める複数のレンズ部と、この複数のレンズ部に各々連なる複数の基体部とを有し、上記複数のレンズ部および基体部は、互いに分離されている。
上記実施形態によれば、上記複数のレンズ部および基体部は、互いに分離されているので、この第１の樹脂の基体部に集中する応力が低減する。したがって、この第１の樹脂のクラックの発生が、効果的に防止される。
以上のように、本発明のオプトデバイスのパッケージ構造は、リードフレームの搭載部の一方の側に、オプトデバイスに対して入射または出射する光を透過する第１の樹脂を配置し、上記搭載部の他方の側に、オプトデバイスとワイヤを封止する第２の樹脂とを配置し、上記第２の樹脂が、上記第１の樹脂よりも低い線膨張係数を有する。したがって、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記オプトデバイスとワイヤに作用する熱応力を効果的に低減できて、上記オプトデバイスの破壊や上記ワイヤの破断の問題を効果的に防止できる。
また、上記第１の樹脂にクラックが生じ難くするクラック防止構造を備えるので、上記第１の樹脂はリードフレーム等よりも線膨張係数が大きいにもかかわらず、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記第１の樹脂にクラックが生じる問題を効果的に防止できる。
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図であり、図２は、このオプトデバイスのパッケージ構造の平面図である。
このオプトデバイスのパッケージ構造は、オプトデバイスとしてのＬＥＤ（発光ダイオード）６を、リードフレームの搭載部５の図１における下側面に搭載している。上記リードフレームの搭載部５には、上記ＬＥＤ６からの出射光を通過する開口５ａが設けられており、この開口５ａに上記ＬＥＤ６の光出射部が臨んでいる。上記ＬＥＤ６は、ワイヤ９によって、リードフレームのリード部３に電気的に接続されている。上記ワイヤ９は、上記リードフレームの搭載部の上記ＬＥＤ６が搭載された側に配置している。上記ＬＥＤ６およびワイヤ９を、フィラーとしてのシリカが混入された低応力樹脂２によって封止している。この低応力樹脂２は、上記リードフレームの搭載部５の上記ＬＥＤ６が搭載された側に配置している。一方、上記リードフレームの搭載部５の上記ＬＥＤ６が搭載された側と反対側には、上記光ＬＥＤ６の出射光に対して透過性を有する材料からなる光透過性樹脂８を配置している。この光透過性樹脂８の表面には、上記ＬＥＤ６の出射光を集光するレンズ８ａを一体に形成している。上記低応力樹脂２は、例えばエポキシ樹脂に線膨張係数の小さなシリカ等のフィラーを添加し、全体の線膨張係数を低減した樹脂が使用される。上記光透過性樹脂８は、例えば透明エポキシ樹脂が使用される。
上記オプトデバイスのパッケージ構造はクラック防止構造を備える。このクラック防止構造は、上記リードフレームの上記リード部に設けられた屈曲部３１と、この屈曲部３１よりも上記ＬＥＤ６が搭載された側と反対側に位置する低応力樹脂の部分２１と、この低応力樹脂の部分２１に接する上記光透過性樹脂の端部８１とで構成されている。上記リードフレームのリード部の屈曲部３１は、上記ＬＥＤ６が搭載された側に屈曲している。
上記構成のオプトデバイスのパッケージ構造は、上記ＬＥＤ６とワイヤ９とを低応力樹脂２で封止しており、この低応力樹脂２の線膨張係数は、Ｓｉ（シリコン）及びＧａＡｓ（ガリウム砒素）で形成される上記ＬＥＤ６の線膨張係数や、上記リードフレーム、および、ワイヤの線膨張係数に近い値である。したがって、温度の変化が比較的大きい環境で使用されても、上記ＬＥＤ６とワイヤ９に作用する熱応力を効果的に低減できる。その結果、上記ＬＥＤ６の破壊の問題や、上記ワイヤ９の破断の問題を、効果的に防止できる。
また、上記オプトデバイスのパッケージ構造は、上記クラック防止構造を有するので、温度の変化が比較的大きい環境で使用された場合においても、上記光透過性樹脂８のクラックを効果的に防止できる。すなわち、上記光透過性樹脂８は、上記ＬＥＤ６からの光に対して良好な透過性を維持させるため、フィラーを混入していないので、上記リードフレームおよび低応力樹脂２の線膨張係数に対して数倍の線膨張係数を有する。しかしながら、上記クラック防止構造において、上記光透過性樹脂の端部８１は、上記低応力樹脂の部分２１に接しているので、この光透過性樹脂の端部８１に生じるせん断応力が、例えばリードフレームのリード部に接する場合よりも小さくなる。その結果、上記光透過性樹脂８は、クラックの発生を効果的に防止できる。
また、上記オプトデバイスのパッケージ構造は、上記低応力樹脂２と光透過性樹脂８とを、上記リードフレームの下側と上側とに別個に成形することにより、容易に製作できる。すなわち、例えばＬＥＤからの出射光を集光するためのガラス製レンズを、低応力樹脂でインサート成形するよりも、上記ガラス製レンズの位置決め等の手間が不要であるので、容易に製作できる。また、上記低応力樹脂２は、上記リードフレームのＬＥＤ６を搭載した側のみに配置するので、従来におけるようにリードフレームの両側を光等価性樹脂のみで封止するよりも、成形の際における金型中での樹脂の流動性が良好である。したがって、封止樹脂に気泡が生じる問題が防止できる。また、成形用の金型のゲートの配置位置を、比較的少ない制限の下で設定できる。したがって、上記オプトデバイスのパッケージ構造は、２色成形によって比較的容易に安価に作製できる。
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第２実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造の構成が異なる点のみが、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
第２実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造が備えるクラック防止構造は、リードフレームのリード部３に設けられた凹部３２と、この凹部３２内に位置する低応力樹脂の部分２２と、この低応力樹脂の部分２２に接する光透過性樹脂の端部８１とで構成されている。上記リードフレームのリード部の凹部３２は、ＬＥＤ６が搭載された側と反対側が凹となっている。
本実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、温度の変化が比較的大きい環境で使用された場合においても、上記クラック防止構造により、光透過性樹脂８のクラックを効果的に防止できる。すなわち、上記クラック防止構造において、上記光透過性樹脂の端部８１が、上記低応力樹脂の部分２２に接しているので、この光透過性樹脂の端部８１に生じるせん断応力が効果的に低減される。したがって、上記光透過性樹脂８は、リードフレームおよび低応力樹脂２の線膨張係数に対して数倍の線膨張係数を有するにもかかわらず、クラックの発生を効果的に防止できる。
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造の構成が異なる点のみが、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第３実施形態において、第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造が備えるクラック防止構造は、リードフレームのリード部３に設けられた屈曲部３３と、この屈曲部３３の縁に連なる端面８３を有する光透過性樹脂の端部８１とで構成されている。上記リードフレームのリード部の屈曲部３３は、ＬＥＤ６が搭載された側に屈曲している。
本実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、温度の変化が比較的大きい環境で使用された場合においても、上記クラック防止構造により、光透過性樹脂８のクラックを効果的に防止できる。すなわち、上記クラック防止構造において、上記光透過性樹脂の端部８１が上記リード部の屈曲部３３に接すると共に、上記光透過性樹脂の端部の端面８３が、上記屈曲部３３の縁に連なる構成により、上記光透過性樹脂の端部８１に生じるせん断応力が効果的に低減される。したがって、上記光透過性樹脂８は、リードフレームおよび低応力樹脂２の線膨張係数に対して数倍の線膨張係数を有するにもかかわらず、クラックの発生を効果的に防止できる。
上記各実施形態において、上記光透過性樹脂８の成形方法は特に限定されない。一方、上記低応力樹脂２については、上記ＬＥＤ６およびワイヤ９等を封止するので、これらの部品への残留応力を低減するため、トランスファーモールドを用いるのが好ましい。
また、上記低応力樹脂２には離型剤を用いないのが好ましい。低応力樹脂に離型剤を用いると、この低応力樹脂を成形した後に光透過性樹脂を成形する場合、低応力樹脂から離型剤が沁み出して、低応力樹脂と光透過性樹脂との密着性に悪影響を及ぼす場合があるからである。
また、上記光透過性樹脂８には、透光性（光透過率）を損なわない程度にシリカ等のフィラーを混入して、線膨張係数を下げるようにしてもよい。これによって、光透過性樹脂に生じるせん断応力を更に低減することができて、この光透過性樹脂のクラックの発生を更に効果的に防止できる。
また、上記ＬＥＤ６は、例えばＣＣＤ、ＶＣＳＥＬ（面発光型半導体レーザ）及びＰＤ（フォトダイオード）等のような他のオプトデバイスであってもよい。
また、上記光透過性樹脂８および低応力樹脂２の形状は、直方体に限られず、必要に応じて他の形状に変更可能である。
また、上記リードフレームの形状は、必要に応じて他の形状に変更可能である。例えば、搭載部５とリード部３を一体に形成してもよく、また、上記リード部３の本数は何本でもよい。
（実施例）
第１乃至第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を製作し、−４０℃〜１０５℃の範囲で温度が変化する環境で試験を行った。また、第１乃至第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造について、電子計算機を用いたＦＥＭ（有限要素法）によるシミュレーションにより、上記試験の条件の下で生じるせん断応力を計算した。さらに、比較例として、本発明のクラック防止構造を有しないオプトデバイスのパッケージ構造の試験と、せん断応力の計算を行った。
図４は、比較例のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。このオプトデバイスのパッケージ構造は、リードフレームのリード部１０３が、光透過性樹脂８と低応力樹脂２との間の境界線に沿って側方に突出しており、クラック防止構造を有しない点以外は、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と同一の構成部分を有する。図４の比較例において、図１の第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付している。
第１乃至第３実施形態と、比較例のオプトデバイスのパッケージ構造を作製する際に用いた材料は、以下のとおりである。すなわち、低応力モールド樹脂２に、住友ベークライト製ＥＭＥ６７１０を用いた。また、光透過性樹脂８に日東電工製ＮＴ６００を用いると共に、リードフレームに神戸製鋼製銅合金ＫＦＣを用いた。そして、低応力樹脂２の厚みを２ｍｍに形成し、光透過性樹脂８の厚みを１ｍｍに形成すると共に、リードフレームの厚みを０．２５ｍｍに形成した。これらの構成部分により、パッケージサイズが６ｍｍ角のパッケージ構造を作成した。
表１は、各構成部分の材料の物性値を示したものである。
Figure 2005159296
表１に示すように、低応力樹脂１０２の線膨張係数は、フィラーが混入されているので、リードフレームに用いられるＣｕ合金や、ワイヤに用いられるＡｕや、ＬＥＤ６に用いられるＧａＡｓおよびＳｉの線膨張係数に近い値となっている。一方、光透過性樹脂１０８は、上記ＬＥＤ６の出射光に対する透過性の低下を避けるため、フィラーを混入していないので、他の構成材料に対して数倍の大きさの線膨張係数を有する。
表１に示す物性値を有する材料によって、第１乃至第３実施形態、および、比較例のオプトデバイスのパッケージ構造を作製した。このパッケージ構造は、ＬＥＤ６を実装したリードフレームに、低応力樹脂２をインサート成形した後、光透過性樹脂１０８の成形を行って製作した。これらのオプトデバイスのパッケージ構造を、−４０℃〜１０５℃の範囲で温度が変化する環境に置いて、温度サイクル試験を行った。
その結果、比較例の光透過性樹脂８にクラックが発生した。具体的には、図４において、光透過性樹脂の端部８１であって、リードフレームのリード部１０３に接すると共に低応力樹脂８と接する部分に、クラックが最も多く発生した。この次に多くクラックが発生したのは、光透過性樹脂の端部８１であって、リードフレームのリード部１０３に接する部分であった。これらのクラックは、互いに接する各構成部品の線膨張が違うことによって光透過性樹脂の端部８１に生じたせん断応力が、主な原因と考えられる。
一方、第１乃至第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造では、光透過性樹脂の端部８１には、クラックの発生は殆ど見られなかった。これは、第１および第２実施形態では、光透過性樹脂の端部８１に接する低応力樹脂の部分２１，２２は、光透過性樹脂８と線膨張係数が異なるが、ヤング率が比較的小さいので、これらの樹脂の境界に生じるせん断応力が、比較的小さかったためであると考えられる。また、第２実施形態では、光透過性樹脂の端部の端面８３を、リードフレームのリード部の屈曲部３１の縁に連なるように形成することにより、上記光透過性樹脂の端部８１のせん断応力が、低減されたためであると考えられる。
以上の試験結果により、第１および第２実施形態では、リードフレームのリード部３を、第１の樹脂としての光透過性樹脂と、第２の樹脂としての低応力樹脂との境界から突出しないで、上記第２の樹脂のみから突出するように形成したことにより、上記第１の樹脂に過大なせん断応力が発生することを防止できたと考えられる。また、第２実施形態では、リードフレームのリード部３を、第１の樹脂としての光透過性樹脂と、第２の樹脂としての低応力樹脂との境界において、屈曲部の縁が位置するように形成したことにより、上記第１の樹脂に過大なせん断応力が発生することが防止できたと考えられる。
表２は、第１乃至第３実施形態、および、比較例のオプトデバイスのパッケージ構造について、ＦＥＭによるシミュレーションの計算結果を示したものである。このシミュレーションにおいて、光透過性樹脂８のガラス転移点は１２０℃であるので、パッケージ構造の全体の応力がゼロとなる点を１２０℃に設定して、温度条件を−４０℃〜１０５℃の間で変化させて、温度サイクル試験に相当するシミュレーションを行った。
Figure 2005159296
表２において、位置Ａは、光透過性樹脂の端部８１、または、この光透過性樹脂の端部８１の近傍において、この光透過性樹脂８が、リードフレームのリード部３，１０３の幅方向の端と、低応力樹脂２とに接する部分である。また、位置Ｂは、光透過性樹脂の端部８１、または、この光透過性樹脂の端部８１の近傍において、この光透過性樹脂８が、リードフレームのリード部３，１０３の幅方向中央と接する部分である。
表２のシミュレーションの結果は、実物による温度サイクル試験の結果に、良好に対応している。光透過性樹脂８の作製に用いた日東電工製ＮＴ６００は、曲げ強さが１３０Ｍｐａであり、一般に、樹脂のせん断強さは曲げ強さの１／３であることから、上記光透過性樹脂８のせん断強さは約４５Ｍｐａであると推定できる。上記シミュレーションで計算されたせん断応力の値が、上記光透過性樹脂のせん断強さを超えた場合に、せん断破壊が生じやすくなると判断できる。実際に、比較例では、シミュレーション計算によるせん断応力が、位置ＡおよびＢのいずれも４５Ｍｐａを大幅に超えているところ、温度サイクル試験において光透過性樹脂の端部８１に多くのクラックが生じた。一方、第１および第２実施形態では、シミュレーション計算によるせん断応力が、位置ＡおよびＢのいずれも４５Ｍｐを下回っているところ、温度サイクル試験において光透過性樹脂の端部８１にはクラックが生じなかった。また、第３実施形態では、シミュレーション計算によるせん断応力が、位置Ａでは４５Ｍｐを僅かに超えているものの、温度サイクル試験では光透過性樹脂の端部８１にはクラックが生じなかった。
これらの結果から、上記光透過性樹脂８に生じるクラックは、この光透過性樹脂の端部８１がリードフレームのリード部１０３に接する部分において、特に、リード部１０３の幅方向両端で低応力樹脂２にも接する部分に極めて大きなせん断応力が生じることが、原因であると考えられる。ここにおいて、本発明のオプトデバイスのパッケージ構造によれば、クラック防止構造により、光透過性樹脂の端部８１のせん断応力を効果的に低減できるので、上記光透過性樹脂８のクラックを効果的に防止できると考えられる。
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第４実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造の構成が異なる点のみが、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第４実施形態において、第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
本実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造が備えるクラック防止構造は、光透過性樹脂８の厚みを所定の厚みにすることによって実現している。この光透過性樹脂８に発生する熱応力は、主にリードフレーム３，５に対して、線膨張係数とヤング率が異なることによって発生する。特に、上記光透過性樹脂８の厚みが厚いほど、上記リードフレーム３，５と光透過性樹脂８との間に生じるせん断応力が大きくなり、この光透過性樹脂８の端部に応力集中が発生し易くなって、クラックが発生し易くなる。
ここで、上記光透過性樹脂８の厚みを０．５ｍｍ以下にすることにより、上記光透過性樹脂の端部８１に生じるせん断応力を効果的に低減できる。すなわち、上記光透過性樹脂８はリードフレーム３，５および低応力樹脂２の線膨張係数に対して数倍の線膨張係数を有するにもかかわらず、上記クラック防止構造により、上記光透過性樹脂８のクラックの発生を効果的に防止できる。
なお、上記光透過性樹脂８の厚みは、クラックを防止する観点からは薄ければ薄いほど良いが、成型時の樹脂の流動性の問題を考慮すれば、下限を０．３ｍｍ程度とするのが好ましい。
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第５実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造の構成が異なる点のみが、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第５実施形態において、第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
本実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造が備えるクラック防止構造は、光透過性樹脂８の面積を、ＬＥＤ６の光の出射方向から見て、リードフレームの搭載部５の面積よりも小さくすることによって実現する。上記光透過性樹脂８に発生する熱応力は、主にリードフレーム３，５に対して、線膨張係数とヤング率が異なることによって発生する。特に、上記光透過性樹脂８の面積が大きいほど、この光透過性樹脂８の端部近傍において、上記リードフレーム３，５との間に生じるせん断応力が大きくなり、この光透過性樹脂８の端部に応力集中が発生し易くなって、クラックが発生し易くなる。
ここで、上記光透過性樹脂８の面積を、上記ＬＥＤ６の光の出射方向から見て、上記リードフレームの搭載部５の面積よりも小さくすることによって、上記光透過性樹脂の端部８１に生じるせん断応力を効果的に低減できる。すなわち、上記光透過性樹脂８はリードフレーム３，５および低応力樹脂２の線膨張係数に対して数倍の線膨張係数を有するにもかかわらず、上記クラック防止構造により、上記光透過性樹脂８のクラックの発生を効果的に防止できる。
また、第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせて、光透過性樹脂８を薄く、かつ、面積を小さくすることにより、上記光透過性樹脂８のクラックの発生を、更に効果的に防止できる。また、上記光透過性樹脂８に、複数のレンズ８ａ，８ａ・・・が形成されている場合、このレンズ８ａ毎に光透過性樹脂８を分割することにより、この光透過性樹脂８のクラックの発生を更に効果的に防止できる。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第６実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造の構成と、第２の樹脂の配置位置が異なる点のみが、第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第６実施形態において、第１実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
本実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、第５実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造のクラック防止構造と同様のクラック防止構造を備える。すなわち、上記光透過性樹脂８の面積が、ＬＥＤ６の光の出射方向から見て、リードフレームの搭載部５の面積よりも小さく形成している。この場合、上記光透過性樹脂８は、ＬＥＤ６の光の透過のために必要最小限の寸法に形成することになるので、この光透過性樹脂８の表面を用いてパッケージ構造の位置合わせをすることができない場合が生じる。
そこで、上記リードフレーム３，５に関して、上記光透光性樹脂８が配置される側の面において、この光透過性樹脂８が配置される部分以外の部分の少なくとも一部に、低応力樹脂の一部２ａを配置する。この低応力樹脂の一部２ａの表面を用いることにより、このパッケージ構造を搭載すべき機器に対して、このパッケージ構造の位置合わせを行うことができる。なお、上記低応力樹脂２をリードフレーム３，５に成型する際、光路となる部分であって、上記光透過性樹脂８を配置すべき位置にピン等を配置して、上記低応力樹脂の材料の流入を妨げるようにすればよい。
なお、上記低応力樹脂の一部２ａは、上記光透過性樹脂８の厚みを薄く形成した場合に、上記リードフレーム３，５の上記光透過性樹脂８が配置される側の面に形成してもよい。上記薄く形成された光透過性樹脂８で位置合わせができない場合であっても、上記低応力樹脂の一部２ａの表面によって、このパッケージ構造の位置合わせを行うことができる。
（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、クラック防止構造が異なる点のみが、第６実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造と異なる。第７実施形態において、第６実施形態と同一の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造が備えるクラック防止構造は、ＬＥＤ６の光の出射方向から見て、光透過性樹脂８の面積がリードフレームの搭載部５の面積よりも小さいことに加えて、上記光透過性樹脂８を接着剤によって少なくともリードフレームの搭載部５に接着することにより、構成している。
もし、光透過性樹脂８をインサート成型でリードフレーム３，５と一体に形成した場合、上記光透過性樹脂８には、成型収縮による応力や、光透過性樹脂の硬化開始時の温度から周囲温度に至るまでの温度差による熱応力等に起因して、残留応力が発生する。この残留応力は、上記光透過性樹脂８におけるクラックの発生の一因となる。
ここで、本実施形態では、上記光透過性樹脂８をリードフレーム３，５とは別個に形成し、この光透過性樹脂８を接着材１０で少なくともリードフレームの搭載部５に固定する。これにより、上記接着材１０の硬化開始時の温度と周囲温度との温度差による熱応力のみが、上記残留応力の原因となるので、光透過性樹脂８でのクラックの発生の可能性を低減できる。さらに、上記接着材１０を応力の緩衝材として機能させることにより、光透過性樹脂８のクラックの発生を、効果的に防止することができる。
具体的には、上記接着材１０として、オプトデバイスのパッケージの最低保存温度よりも低いガラス転移点を有する材料を用いるのが好ましい。これにより、このオプトデバイスのパッケージを使用する通常の環境において、上記接着材１０をゴム状態にすることができる。これにより、上記接着材１０のヤング率を低減することができるので、この接着材１０が固定するリードフレーム３，５と光透過性樹脂８との間の応力差を緩和することができる。したがって、上記光透過性樹脂８への応力集中を効果的に防止して、クラックの発生を効果的に防止することができる。
また、このオプトデバイスのパッケージの最低保存温度以上、かつ、最高保存温度以下の硬化点を有する接着剤１０を用いることにより、この接着材１０の硬化の過程において、硬化点から周囲温度に至る際の温度差を小さくすることができる。したがって、この接着材１０の硬化時に発生する熱応力を小さくすることができて、光透過性樹脂８のクラックの発生を効果的に防止できる。なお、上記接着材１０の硬化点は、このオプトデバイスのパッケージの最低保存温度の値と最高保存温度の値とを算術平均して得た値であるのが好ましい。
上記第４〜第７実施形態において、上記光透過性樹脂８の成形方法は特に限定されない。一方、上記低応力樹脂２については、上記ＬＥＤ６およびワイヤ９等を封止するので、これらの部品への残留応力を低減するため、トランスファーモールドを用いるのが好ましい。
また、上記低応力樹脂２には離型剤を用いないのが好ましい。低応力樹脂に離型剤を用いると、この低応力樹脂を成形した後に光透過性樹脂を成形する場合、低応力樹脂から離型剤が沁み出して、低応力樹脂と光透過性樹脂との密着性に悪影響を及ぼす場合があるからである。
また、上記ＬＥＤ６は、例えばＣＣＤ、ＶＣＳＥＬ及びＰＤ等のような他のオプトデバイスであってもよい。
また、上記光透過性樹脂８および低応力樹脂２の形状は、直方体に限られず、必要に応じて他の形状に変更可能である。
また、上記リードフレームの形状は、必要に応じて他の形状に変更可能である。例えば、搭載部５とリード部３を一体に形成してもよく、また、上記リード部３の本数は何本でもよい。
表３は、上述の第４、第５および第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造について、光透過性樹脂の端部８１（表２の位置Ｂと同じ位置）に生じる最大せん断応力を、ＦＥＭシミュレーションによって算出した結果を示す表である。このＦＥＭシミュレーションは、表２の結果が得られたＦＥＭシミュレーションと同じ条件によって計算を行った。なお、第４実施形態については、複数のレンズ８ａを有すると共に、このレンズ８ａ毎に光透過性樹脂８を分割したものについても計算を行った。また、第５実施形態については、光透過性樹脂８の厚みが０．５ｍｍである薄型のものについても計算を行った。また、第７実施形態については、接着剤１０が含む樹脂としてシリコーンを用いた場合と、その硬化点が７５℃である場合とについて計算を行った。表３には、比較のため、第１実施形態の計算結果も示している。
Figure 2005159296
上記表３から分かるように、第４、第５および第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造は、第１実施形態と比較して、透過性樹脂８のせん断応力を更に低減することができる。したがって、光透過性樹脂８のクラックの発生を、更に効果的に防止することができると言える。
本発明の第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第１実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す平面図である。 第２実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第３実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 比較例のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第４実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第５実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第６実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。 第７実施形態のオプトデバイスのパッケージ構造を示す断面図である。
符号の説明
２ 低応力樹脂
３ リードフレームのリード部
５ リードフレームの搭載部
５ａ リードフレームの搭載部の開口
６ ＬＥＤ
８ 光透過性樹脂
８ａ レンズ
９ ワイヤ
２１ 低応力樹脂の部分
３１ リード部の屈曲部
８１ 光透過性樹脂の端部

Claims (16)

  1. オプトデバイスと、
    上記オプトデバイスに対して入射または出射する光が通過する孔を有すると共に上記オプトデバイスを搭載する搭載部と、上記オプトデバイスに電気的に接続されるリード部とを有するリードフレームと、
    上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側に配置され、上記オプトデバイスとリード部とを電気的に接続するワイヤと、
    上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に配置され、上記光に対して透過性を有する第１の樹脂と、
    上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側に少なくとも一部が配置されると共に、上記オプトデバイスとワイヤとを封止し、かつ、線膨張係数が上記第１の樹脂よりも低い第２の樹脂と、
    上記第１の樹脂にクラックが生じ難くするクラック防止構造と
    を備えることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  2. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、
    上記リードフレームの上記リード部に設けられて上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部と、
    上記屈曲部よりも上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に位置する第２の樹脂の部分と、
    上記第２の樹脂の部分に接する上記第１の樹脂の端部と
    を含むことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  3. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、
    上記リードフレームの上記リード部に設けられると共に、上記オプトデバイスが搭載された側と反対側が凹となる凹部と、
    上記凹部内に位置する第２の樹脂の部分と、
    上記第２の樹脂の部分に接する上記第１の樹脂の端部と
    を含むことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  4. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、
    上記リードフレームの上記リード部に設けられて上記オプトデバイスが搭載された側に屈曲した屈曲部と、
    上記屈曲部の縁に連なる端面を有する上記第１の樹脂の端部と
    を含むことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  5. 請求項４に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記第１の樹脂の端部の端面は、上記屈曲部の上記オプトデバイスが搭載された側と反対側の面と略同一平面上に形成されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  6. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記第２の樹脂は、トランスファーモールドで形成されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  7. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記第２の樹脂は、離型剤が混合されていないことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  8. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記第１の樹脂は、線膨張係数を低減するフィラーが混合されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  9. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
    上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有し、
    上記基体部は、厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  10. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
    上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、上記光が出射または入射する方向から見て、上記リードフレームの搭載部の面積よりも小さい面積を有することを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  11. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
    上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、上記光が出射または入射する方向から見て、上記リードフレームの搭載部の面積よりも小さい面積を有し、
    上記基体部は、上記レンズ部の厚みよりも小さい厚みを有することを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  12. 請求項１０または１１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記第２の樹脂は、上記リードフレームの上記オプトデバイスが搭載された側と反対側に一部が配置され、この第２の樹脂の一部は、上記リードフレームの上記第１の樹脂が配置された部分以外の部分の少なくとも一部に配置されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  13. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
    上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集めるレンズ部と、このレンズ部に連なる基体部とを有すると共に、少なくとも上記リードフレームに接着材で接着されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  14. 請求項１３に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記接着材は、最低保存温度よりも低いガラス転移点を有する樹脂を含むことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  15. 請求項１３に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記接着材は、最低保存温度以上、かつ、最高保存温度以下の硬化点を有する樹脂を含むことを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
  16. 請求項１に記載のオプトデバイスのパッケージ構造において、
    上記クラック防止構造は、上記第１の樹脂であり、
    上記第１の樹脂は、上記オプトデバイスに対して入射または出射する光を集める複数のレンズ部と、この複数のレンズ部に各々連なる複数の基体部とを有し、上記複数のレンズ部および基体部は、互いに分離されていることを特徴とするオプトデバイスのパッケージ構造。
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