JP2006100312A - 光半導体装置および測距モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光半導体装置に光学部品を組み付けて構成した測距モジュールにおいて、組立精度，組立性の向上を図る。
【解決手段】リードフレーム１にパターン形成した端子リード１１および吊りリード１２をインサートして樹脂パッケージ２を一体成形した上で、該樹脂パッケージのチップ台座２１上に光センサチップ３をマウントして端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離構成した光半導体装置において、吊りリード１２を樹脂パッケージ２の四隅コーナーに放射状に配置した上で、その基部に連ねて吊りリードと略直交する方向に延在するストラップ状の支持リード１７をリードフレームに形成し、また該リードフレーム１を挟んでインサート成形した樹脂パッケージ２について、リードフレームの板面を基準にその上部側および下部側の高さを略同じ高さに揃えて成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラに搭載するオートフォーカス用測距モジュールなどに適用する光半導体装置、およびその光半導体装置を採用して構成した測距モジュールに関する。

頭記のオートフォーカス用測距モジュールとして、リードフレームと一体成形した樹脂パッケージに光センサチップ（センサチップには左右一対のセンサアレイが形成されている）をマウントしてワイヤリングした構造になる光半導体装置に対し、その樹脂パッケージに受光レンズ，絞りケースを組み付けた上で、その内部に透明封止材を充填して構成したものが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
また、前記光半導体装置に関して、リードフレームにパターン形成した端子リードおよび吊りリードをモールド金型にインサートして中空構造の樹脂パッケージを一体にモールド成形（例えばトランスファーモールド）した上で、該樹脂パッケージの底部側に形成したチップ台座上に光センサチップをマウントしてその上面電極と端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、かつ前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離した構成のものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

次に、前記測距モジュールの従来構造およびその製造工程を図５〜図７で説明する。なお、図５はリードフレームに樹脂パッケージを一体成形した状態、図６は樹脂パッケージに受光レンズ，絞りケースを組み付けた状態を表す図、また図７は測距モジュールの製造工程を表すフロー図である。
図５（ａ），（ｂ），図６（ａ），（ｂ）において、１はリードフレーム、２はリードフレーム１に一体成形した樹脂パッケージ、３は樹脂パッケージ２にマウントした光センサチップ、４，５はパッケージ３の上に組み付けた受光レンズ，および絞りケース（遮光ケース）、６は樹脂パッケージ２の裏面に取り付けた裏蓋である。
ここで、リードフレーム１は例えば４２アロイ合金製で、光半導体装置を作り込むパターン区分ごとにその板面中央部分には端子リード１１，およびその両側に吊りリード１２がパターン形成されている。なお、１３はリードフレームの両サイドに形成した搬送用の送り孔，１４は位置決め孔、１５，１６は応力緩和用の長孔である。

上記のような形状で製作したリードフレーム１に対して測距モジュールが次のような工程を経て組み立てられる。まず、前記リードフレーム１を樹脂モールド工程に搬送し、モールド金型の上型と下型との間に挟み込んでリードフレーム１の端子リード１１および吊りリード１２をモールド金型にインサートし、注型樹脂（ポリカーボネート，ポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂）を注入して樹脂パッケージ２をモールド成形する。
ここで、樹脂パッケージ２は周囲が方形状の外囲壁で囲まれた中空構造で、その底部側中央に光センサチップ３をマウントするチップ台座２１，該チップ台座２１の両脇には透明封止材を注入する開口部２２が形成されている。また、樹脂パッケージ２の厚さ（高さ）は底部側にチップ台座２１を形成している分だけリードフレーム１の上側部分（上半部）に比べて下側部分（下半部）の厚みを大きくしている。

また、樹脂パッケージ２の成形に続く工程では、リードフレーム１の端子リード１１について樹脂パッケージ２の外側に延在しているダムバー，アウターリードのカット，リード曲げ加工を施した後に、樹脂パッケージ２の底部側に形成したチップ台座２１の上に光センサチップ３をマウント（接着剤によるダイボンディング）した上で、光センサチップ３の上面電極と端子リード１２のインナーリードとの間をワイヤボンディングする。
次に、前記樹脂パッケージ２の上に受光レンズ４，絞りケース５との組立体を重ね合わせて載置し、光センサチップ３との間で光学的に位置調整した上で接着剤で封止接合し、続いて樹脂パッケージ２の裏面側から液状の透明封止材（透明樹脂材）を注入して樹脂パッケージ２，絞りケース５の内部空間を満たした後、この透明封止材を硬化させる。その後に樹脂パッケージ２の裏面に裏蓋６を取り付け、最後にリードフレーム１と樹脂パッケージ２との間を繋いでいる吊りリード１２を樹脂パッケージの外周面でカットし、リードフレーム１から切り離して測距モジュールを単体として取り出すようにしている。
特開２００３−１３３３３６号公報 特開２００４−１４９９２号公報 特開２００３−１７４０４０号公報

上記の測距モジュールで高い測距精度を確保するには、その製造管理面で各部品の相互間に数μｍレベルの高い組立精度と接合面の高い平坦度が要求される。
ところで、図５で述べたようにリードフレーム１と一体に樹脂パッケージ２をモールド成形すると、成形後に常温に戻した状態では図５（ｂ）で表すように樹脂パッケージ２に弓なりの反りが発生するようになる。この反りの発生要因は、成形樹脂とこれにインサートしたリードフレームとの熱的収縮率の差（樹脂の成形収縮率：約6.５×１０^−５、４２アロイ合金の収縮率：約４．３×１０^−６），および樹脂パッケージの形状にあると推測される。なお、図示ように縦横の長さ比が大きな構造の樹脂パッケージについて、成形後にその反りを実測したところ、樹脂パッケージ２では中央部付近が高くて両端部が低くなり、その高さ方向の高低差δは２５〜３０μｍであった。

また、リードフレーム１についても、樹脂パッケージ２を一体成形した後の状態では、パッケージにインサートされている端子リード１１，吊りリード１２の変形、およびリードフレームの板面にうねりが生じているのが認められた。このリードフレームの変形，うねりの発生要因は、成形樹脂とリードフレームの収縮率の差によって成形時に生じた応力が樹脂パッケージ２にインサート成形されている端子リード１１，吊りリード１２を介してリードフレーム１に加わって発生するものと推測される。
しかも、前記のように樹脂パッケージ２のモールド成形によりパッケージの反り，リードフレーム１のリード変形，うねりが生じると、これが原因で測距モジュールの組立精度，組立性の面で次記のような不具合が生じる。
すなわち、光半導体装置の樹脂パッケージ２に受光レンズ４，絞りケース５の組立体を組み付ける際に、樹脂パッケージ２に反りが生じているとその接合面が平坦でなくなり、このままでは絞りケース５を接着剤で封止接合することが困難となる。そのために、従来の組立工程では各部品を接着剤で接合する際に、受光レンズ４側から加圧力を加えて無理やりに樹脂パッケージ２の反りを矯正するようにして対処しているが、この方法では組立精度が安定せずに受光レンズ４と樹脂パッケージ２にマウントした光センサチップ３との平行度，光学的な相対位置が微妙に変化してしまい、その結果として測距モジュールとしての測距精度がばらついて製品としての良品率が低下する。また、樹脂パッケージ２に反りが生じていると、これに接着剤で接合する絞りケース５との間の接合面の封止密着性が損なわれ、後工程でケース内に液状の透明封止材を封止する際に封止材が接合面から外部に漏れ出る問題もある。

さらに、リードフレーム１に変形，うねりが生じると、組立工程に搬送したリードフレーム１を基準に該リードフレーム上で測距モジュールを組み立てる工程（ロボットのハンドリングによる自動組立）で部品の位置決め精度に誤差が生じたり、組み立てた測距モジュールをリードフレームと一緒に後工程（吊りリード１２のリードカット）へ搬送する際にリードフレーム１の送り孔１３が搬送機構の送り爪から外れて搬送トラブル（搬送詰まり）の発生原因になったりする問題もある。
そのほか、従来の樹脂パッケージ構造では次記のような問題もある。すなわち、図５で示したリードフレーム１には吊りリード１２が端子リード１１と平行してその両側にパターン形成されており、リードフレーム１に樹脂パッケージ２をモールド成形した状態ではリードフレーム１と樹脂パッケージ２との間を繋ぐ吊りリード１２がパッケージ周壁の側壁から側方に突き出している。このために、測距モジュール製作の最終工程で吊りリード１２をカットした跡には、吊りリードの切り残し端部（バリ）が樹脂パッケージ２の側面から側方に突き出すようになる。

このために、図８で示すように測距モジュール７の組立体（製品）を例えばカメラのボディに組み込む場合に、その相手側ケース（カメラ内部の組立フレーム）８には光半導体装置の樹脂パッケージ２から側方に突き出した端子リード１１のアウターリード１１の逃げとなる凹部８１のほか、ケース８の四隅コーナー付近には前記した吊りリード１２の切り残し（バリ）との不要な干渉を避けるよう、吊りリード１２のバリに見合った逃げ用の凹部８２を形成しておく必要があり、このために相手側ケース８の形状が複雑化するほか、測距モジュールのレイアウトの自由度が制限される。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、先記した光半導体装置，オートフォーカス用測距モジュールの構造をベースに、リードフレームに一体成形した樹脂パッケージの反り、およびリードフレームの変形，うねりの発生を低く抑えてモジュールの組立精度，組立性の向上化を図り、併せてモジュール組立体を相手側ケースに組み込む際に、樹脂パッケージの周面から突き出している吊りリードの切り残り（バリ）が相手側ケースに干渉しないようにパッケージ構造を改良した光半導体装置、およびその光半導体装置を採用して構成した測距モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、リードフレームにパターン形成した端子リードおよび吊りリードをインサートして方形形状の樹脂パッケージを一体にモールド成形した上で、該樹脂パッケージの中央に形成したチップ台座上に光センサチップをマウントしてその上面電極と端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、かつ前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離構成した光半導体装置において、
第１の発明では、前記吊りリードの基部に連ねてストラップ状の支持リードをリードフレームにパターン形成するものとし（請求項１）、ここで前記吊りリードは樹脂パッケージの四隅コーナーに放射状に配置した上で、支持リードを前記吊りリードと略直交する方向に延在してパターン形成する（請求項２）。
また、第２の発明では、リードフレームを挟んで一体成形した前記の樹脂パッケージについて、リードフレームの板面を基準にその上部側および下部側の高さを略同じ高さに揃えてモールド成形する（請求項３）。
さらに、第３の発明は前記第１と第２の発明を組み合わせたもので、リードフレームに吊りリードの基部と連なるストラップ状の支持リードをパターン形成するとともに、樹脂パッケージはリードフレームに対し上部側および下部側の高さを揃えて成形する（請求項４）。

また、本発明では前記構成の光半導体装置において、樹脂パッケージの四隅コーナーを面取りした上で、該面取り部から放射状に吊りリードを引出して構成するものとする（請求項５）。
そして、本発明による測距モジュールは、前記構成の光半導体装置を採用し、その樹脂パッケージの上に受光レンズおよび導光ケースの組立体を載置接合した上で、その内部に透明樹脂を充填して構成するものとする（請求項６）。

上記の構成によれば、次記の効果を奏する。
（１）リードフレームに、吊りリードの基部に連ねてストラップ状の支持リードを形成することにより、リードフレームと一体に樹脂パッケージをモールド成形する際にリードフレームと成形樹脂との収縮率差に起因して発生する応力，変形を、吊りリードに連なる支持リードで吸収し、リードフレームの全体に波及する変形，うねりの発生を低く抑えてリードフレームの位置決め，および樹脂パッケージに組み付ける部品の組立精度の向上，安定化が図れる。また、この支持リードを吊りリードに対して略直交する向き延在するようパターン形成することで、応力を効果的に吸収できる。
（２）リードフレームを挟んで一体成形した樹脂パッケージについて、リードフレーム板面を基準にその上部側および下部側の高さを略同じ高さに揃えてモールド成形することにより、樹脂パッケージの上半部，および下半部の成形収縮量がほぼ同じになってパッケージ全体としての反りが縮小して平坦な形状となる。これにより、樹脂パッケージに受光レンズ，絞りケースの光学系部品を組み付けて測距モジュールを組み立てる際に部品間に高い組立精度を確保して、製品としての良品率が向上する。また、組立部品相互間の封止密着性も高まり、その内部に液状封止材を充填する際の液漏れを確実に防止できて組立性が向上する。そして、このパッケージ構造を前項（１）の支持リード付きリードフレームと併用することで、リードフレームの変形，うねりを抑えてより高い部品の組立精度を確保できる。
（３）また、前記の樹脂パッケージについて、その周囲壁の四隅コーナーを面取りした上で、該面取り部から放射状に吊りリードを引出よう構成したことにより、吊りリードをカットしてモジュール組立体をリードフレームから切り離した状態では、樹脂パッケージの四隅コーナーから外側に突き出た吊りリードの切り残し（バリ）が面取り部の形成スペース内に収まるようになる。これにより、モジュール組立体（測距モジュール）をカメラボディなどの相手側ケースに組み込む場合に、相手側ケースには吊りリードとの干渉を回避する逃げの凹所を形成する必要がなく、それだけレイアウトの自由度が向上する。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１はリードフレームに樹脂パッケージを一体形成した状態、図２は樹脂パッケージに受光レンズ，絞りケースの光学部品を組み付けた状態、図３はリードフレームから切り離した測距モジュール単体の組立構造を表す図であり、実施例の図中で図５，図６に対応する部材には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
図示実施例の測距モジュールは図５，図６で述べた測距モジュールの構造をベースとして、これに改良の手を加えた構成になるもので、図７で述べたと同様な工程を経て製造される。まず、リードフレーム１にパターン形成した吊りリード１２について、図示実施例では吊りリード１２がリードフレームと一体に成形される方形形状の樹脂パッケージ２に対してその四隅コーナーから放射状に延在するような位置にパターン形成されており、さらにリードフレーム１には前記吊りリード１２の基部に連ねてその両側に該吊りリードと略直交方向に延在するストラップ状（帯状）の支持リード１７が分岐形成されている。なお、１８は支持リード１７を形成するために該リードの側方に沿ってリードフレームの板面に切欠いた三角形状の切欠孔である。

また、上記のリードフレーム１に一体成形される樹脂パッケージ２について図示実施例では、図１（ｃ）で示すようにパッケージの高さ（周囲壁の厚さ）をｈとして、リードフレーム１の板面を基準にその上部側の高さｈ１および下部側の高さｈ２が略同じ高さになるように定め、またパッケージ内の中央に配したチップ台座２１は樹脂パッケージ２の底面より上方に寄せ、光センサチップ３をマウントする台座上面がリードフレーム１と略同じ高さに並ぶような位置に成形している。さらに、図１（ｂ）で示すように輪郭が方形形状になる樹脂パッケージ２はその四隅コーナー部分の外周側を肉抜きして斜め４５°の面取り部２３を形成し、この面取り部２３に先記したリードフレーム１の吊りリード１２が放射方向から結合するようにしている。
一方、発明者等は前記仕様を基にリードフレーム１，および樹脂パッケージ２のモールド金型を設計，作製した上で、そのリードフレーム１を樹脂パッケージ２にインサート成形して製作した光半導体装置のパッケージについて、その樹脂パッケージ２の反り，リードフレーム１の変形，うねりの発生度合いを検証したところ、成形後の樹脂パッケージ２に生じた表面の反りが大幅に減少しており、図５（ｂ）に対応する反りの高低差δが１０μｍ以下（従来のパッケージではδ＝２５〜３０μｍ）に改善されていることが確認できた。また、リードフレーム１についても、フレーム全体に変形，うねりが殆ど発生してないことが確認された。

この成果は、先記のようにリードフレーム１の吊りリード１２に連ねて応力吸収用のストラップ状支持リード１７を形成したこと、および樹脂パッケージ２についてリードフレーム１の板面を基準にパッケージの上部側および下部側の高さ（外周壁の厚み）を揃えて成形したことによもので、リードフレームと成形樹脂との収縮率差に起因して発生する応力を吊りリードに連なる支持リードが吸収してリードフレーム全体のうねり発生を抑え、また樹脂パッケージの成形収縮に伴う上半部，および下半部の収縮量がほぼ同じになってパッケージ全体の反りが縮小する。
また、リードフレーム１に一体成形した前記の樹脂パッケージ２に光センサチップ３をマウントした上で、樹脂パッケージの上面に受光レンズ４，絞りケース５の光学系部品を接着剤で封止接合してその内部に液状の透明封止材を充填，硬化し、さらに樹脂パッケージ２の裏面に裏蓋６を取り付けた上で、リードフレーム１の端子リード１１，吊りリード１２をカットしてリードフレームから切り離して単体の測距モジュール（図３参照）を試作して検証したところ、樹脂パッケージ２の反りが減少したことで光学系部品との組立性および部品相互間の封止接合性も向上し、封止材の漏出も全く見られないことが確認できた。

しかも、図３に示した測距モジュールの組立体では、最後の工程で吊りリード１２をカットした跡に残る吊りリードの切り残し（バリ）が樹脂パッケージ２の四隅コーナーの面取り部２３から僅かに突き出しているが、この切り残しの突起は樹脂パッケージ２の周囲四辺を囲む方形状の輪郭の内方に収まっている。
したがって、図８で述べたと同様にこの測距モジュール７の組立体をカメラのボディ内部に組み込む場合に、図４（ａ），（ｂ）に示した相手側ケース８の四隅コーナー部分には、前記吊りリードの切り残しとの干渉を避けるための逃げ凹所を形成する必要なく、これにより測距モジュールの配置，レイアウトの自由度が増す利点が得られる。

本発明の実施例による光半導体装置の構造および製造法の説明図で、（ａ）はリードフレームに樹脂パッケージを一体形成した組立状態を表す平面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）における樹脂パッケージおよびその周辺部分の平面図，および側断面図 図１の樹脂パッケージに光学部品を組み付けた本発明の実施例による測距モジュールの組立構造図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および側面図 図２のモジュール組立体をリードフレームから切り離した測距モジュールの外形，内部構造を表す一部断面斜視図 図３の測距モジュールを用途先の相手側ケースに組み込んだ状態を表す図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ側面図および横断面図 図１に対応する光半導体装置の従来構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は樹脂パッケージのモールド成形後の状態を表す側面図 図５の樹脂パッケージに光学部品を組み付けた従来の測距モジュールの組立構造図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および側面図 測距モジュールの製造工程のフロー図 図６でリードフレームから切り離した測距モジュール単体を用途先の相手側ケースに組み込んだ状態を表す図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ側面図および横断面図

符号の説明

１ リードフレーム
１１ 端子リード
１２ 吊りリード
１７ 支持リード
２ 樹脂パッケージ
２１ チップ台座
２３ 四隅コーナーの面取り部
３ 光センサチップ
４ 受光レンズ
５ 絞りケース
６ 裏蓋
７ 測距モジュール

Claims (7)

1. リードフレームにパターン形成した端子リードおよび吊りリードをインサートして方形形状の樹脂パッケージを一体にモールド成形した上で、該樹脂パッケージの中央に形成したチップ台座上に光センサチップをマウントしてその上面電極と端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、かつ前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離構成した光半導体装置において、
   前記吊りリードの基部に連ねてストラップ状の支持リードをリードフレームにパターン形成したことを特徴とする光半導体装置。
2. 請求項１記載の光半導体装置において、吊りリードを樹脂パッケージの四隅コーナーに放射状に配した上で、支持リードを前記吊りリードと略直交する方向に延在してパターン形成したことを特徴とする光半導体装置。
3. リードフレームにパターン形成した端子リードおよび吊りリードをインサートして方形形状の樹脂パッケージを一体にモールド成形した上で、該樹脂パッケージの中央に形成したチップ台座上に光センサチップをマウントしてその上面電極と端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、かつ前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離構成した光半導体装置において、
   前記樹脂パッケージを、リードフレームの板面を基準にその上部側および下部側の高さを揃えてモールド成形したことを特徴とする光半導体装置。
4. リードフレームにパターン形成した端子リードおよび吊りリードをインサートして方形形状の樹脂パッケージを一体にモールド成形した上で、該樹脂パッケージの中央に形成したチップ台座上に光センサチップをマウントしてその上面電極と端子リードのインナーリードとの間をワイヤボンディングし、かつ前記端子リードおよび吊りリードをカットしてリードフレームから分離構成した光半導体装置において、
   前記吊りリードの基部に連ねてストラップ状の支持リードをリードフレームにパターン形成するとともに、該リードフレームに一体成形した樹脂パッケージを、リードフレームの板面を基準にその上部側および下部側の高さを揃えてモールド成形したことを特徴とする光半導体装置。
5. 請求項４に記載の光半導体装置において、吊りリードを樹脂パッケージの四隅コーナーに放射状に配した上で、支持リードを前記吊りリードと略直交する方向に延在してパターン形成したことを特徴とする光半導体装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の光半導体装置において、樹脂パッケージの四隅コーナーを面取りした上で、該面取り部から放射状に吊りリードを引出したことを特徴とする光半導体装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の光半導体装置に対し、その樹脂パッケージの上に受光レンズと絞りケースの組立体を接合した上で、その内部に透明な封止材を充填して構成したことを特徴とする測距モジュール。

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