JP2011091174A

JP2011091174A - 薄型光電素子パッケージ

Info

Publication number: JP2011091174A
Application number: JP2009242885A
Authority: JP
Inventors: Ming Kuen Chiu; 明坤邱; Chien Cheng Wei; 建承魏; Chin Ta Fan; 錦達范; Paul Panaccione; ポール、パナシオーネ
Original assignee: Tong Hsing Electronic Industries Ltd
Current assignee: Tong Hsing Electronic Industries Ltd
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】薄型装置に使用するために厚さを薄くした光電パッケージを提供する。
【解決手段】透明板１１と、該透明板上の金属パターン１３と、該金属パターンに囲まれる窓部１２とを有する金属化透明基板１０と、対向し合う主作動面２０１と電極面２０２とを有するチップ２０と、環状樹脂３０とを備え、前記金属パターンは、少なくとも２つの内部導電パッドと、前記窓部と重ならないように位置すると共に、内部導電パッド１３２に電気接続される、少なくとも１つの外部導電パッド１３１とを有し、前記チップは、主作動面が内部導電パッドに電気接続されるように、金属化透明基板に設置されると共に、該チップの電極面に半田層２１が設けられ、前記環状樹脂は、前記窓部と内部導電パッドとを封止するように、チップと金属化透明基板との接続部位に環設され、該環状樹脂とチップと金属化透明基板に囲まれるように密閉空間が形成されることを特徴とする。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、特に薄型光電素子パッケージに関するものである。

光電素子には、例えば、発光ダイオードのような電気を光に変換する素子や、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）、色センサ（ｃｏｌｏｒｓｅｎｓｏｒ）、マルチスペクトルセンサ（ＩＲｓｅｃｓｏｒ、ＵＶｓｅｎｓｏｒ、ＧＡＭＭＡｒａｙｓｅｎｓｏｒ）、光ファイバセンサ（ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ）、光起電センサ（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｅｎｓｏｒ）、光電池（ｓｏｌａｒｃｅｌｌ）のような光を電気に変換する素子がある。

図７に示すように、従来の光電素子パッケージには、例えば、下記特許文献１に記載されるような発光ダイオードパッケージを有し、該発光ダイオードパッケージは、基板と、チップ（５４）と、透明樹脂（５５）とを備え、その内基板は、中空ハウジング（５１）と、該中空ハウジング（５１）の外側に設置されるリードフレーム（５３）と、底部が該中空ハウジング（５１）の底部から露出し、且つ中空ハウジング（５１）の底部と同一平面上に位置するように中空ハウジング（５１）内に設置されると共に、上面にカップ（５２１）が形成される放熱台（５２）とを有し、該チップ（５４）は、発光面が上方に向かうように該カップ（５２１）に設置されると共に、ワイヤ（５６）によりリードフレーム（５３）にボンディング接続され、該透明樹脂（５５）は、チップ（５４）、ワイヤ（５６）及び一部のリードフレーム（５３）を被覆するように該中空ハウジング（５１）に形成される。尚、ハイパワーチップを使用する場合は、放熱パッド（４１）を介して放熱台（５２）を放熱板（４０）に設置することにより、ハイパワーチップからの熱放散を促進させてもい。

また、図８及び図９に示すように、下記特許文献２に記載された他の従来の光電素子パッケージは、基板と、チップ（６５）と、マスク（６６）とを備える。その内前記基板は、中空ハウジング（６１）と、導電基台（６２）と、２つの半田電極（６３，６４）とを有し、該中空ハウジング（６１）の上部に、該半田電極（６４）を収容するための凹溝（６１１）が形成され、前記導電基台（６２）は、底部が中空ハウジング（６１）の底部から露出し、且つ上部が中空ハウジング（６１）の上部から露出して半田電極（６３）とするように中空ハウジング（６１）に設置されると共に、該導電基台（６２）の上部にカップ（６２１）が凹設され、該チップ（６５）は、発光面が上方に向かって該カップ（６２１）に設置されるように導電基台（６２）に電気接続され、該マスク（６６）は、板部（６６２）と、該板部（６６２）の底面に設けられるワイヤ（６７）と、該板部（６６２）の上面から突設するレンズ部（６６３）とを有し、該マスク（６６）は、レンズ部（６６３）がチップ（６５）に対応し、且つワイヤ（６７）の両端が夫々チップ（６５）と半田電極（６４）に接続されるように、樹脂（６６１）により前記基板に覆設される。

米国特許第７，２０８，７７２米国特許第７，５１４，７１８

近年、薄型装置に使用するために、光電素子パッケージの薄型化が要求されているが、上記従来の光電素子パッケージにおいては、透明の樹脂若しくはマスクによりチップを基板に封止することから、パッケージの厚さが、少なくとも基板の厚さに樹脂またはマスクの厚さを加えた厚さとなるので、パッケージを更に薄くすることができない。
また、温度を一定の範囲内に維持させるため、前記光電素子パッケージに、ハイパワーチップから生じた熱を放熱板若しくは放熱台に伝導するための、導電材又は導熱材からなる基台が設置されるが、その基台がチップと放熱台との間に介在することから、より熱抵抗が高くるので、放熱効果が十分ではないといった欠点があった。

そこで、出願されたのが本発明であって、厚さを薄くした光電パッケージを提供することを目的としている。

本願の請求項１の発明は、透明板（１１）と、該透明板（１１）の一面に形成される金属パターン（１３）と、該金属パターン（１３）に囲まれるように形成される窓部（１２）とを有する金属化透明基板（１０）と、
対向し合う主作動面（２０１）と電極面（２０２）とを有するチップ（２０）と、
環状樹脂（３０）とを備え、
前記金属パターン（１３）は、少なくとも２つの内部導電パッドと、前記窓部（１２）と重ならないように位置すると共に、内部導電パッド（１３２）に電気接続される、少なくとも１つの外部導電パッド（１３１）とを有し、
前記チップ（２０）は、主作動面（２０１）が前記窓部（１２）に向かい且つ前記少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）に電気接続されるように、金属化透明基板（１０）に設置されると共に、該チップ（２０）における電極面（２０２）に半田層（２１）が設けられ、
前記環状樹脂（３０）は、前記窓部（１２）と少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）とを封止するように、チップ（２０）と金属化透明基板（１０）との接続部位に環設され、該環状樹脂（３０）とチップ（２０）と金属化透明基板（１０）に囲まれるように密閉空間（３１）が形成されることを特徴とする薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項２の発明は、前記主作動面（２０１）が発光面であることを特徴とする請求項１に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項３の発明は、前記主作動面（２０１）が受光面であることを特徴とする請求項１に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項４の発明は、前記密閉空間（３１）に透明樹脂が充填されることを特徴とする請求項２又は３に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項５の発明は、前記金属化透明基板（１０）における少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）は、窓部（１２）の対向する両側に位置することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項６の発明は、前記金属パターン（１３）は、前記透明板（１１）の一面に形成される金属層（１３３）と、該金属層（１３３）における、内部導電パッド（１３２）と外部導電パッド（１３１）と対応する位置が露出するように金属層（１３３）に局部的に形成される絶縁層（１３４）と、該金属層（１３３）における、外部導電パッド（１３１）と対応する位置に設置される、外部導電パッド（１３１）としての機能を果たす少なくとも１つの第１導電体（１３１ａ）と該金属層（１３３）における、内部導電パッド（１３２）と対応する位置に設置される、内部導電パッド（１３２）としての機能を果たす少なくとも２つの第２導電体（１３２ａ）とを有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項７の発明は、前記第１導電体（１３１ａ）と第２導電体（１３２ａ）が、金、導電性ポリマー、銅、半田バンプのいずれかからなることを特徴とする請求項６に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項８の発明は、前記透明板（１１）がガラス板であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本願の請求項９の発明は、前記各外部導電パッド（１３１）の上部と、チップ（２０）の電極面（２０２）における半田層（２１）の上部とが、前記金属パターン（１３）から所定の距離離れた同一平面上に位置することを特徴とする薄型光電素子パッケージ、を提供する。

本発明は上記の課題を解決するものであり、金属化透明基板がチップと電気接続するための基板と、チップを封止するためのマスクとしての２つつの機能を持つので、パッケージを厚さを大幅に減らすことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る薄型光電素子パッケージの第１実施例を示す斜視図であり、図２Ａは本発明に係る薄型光電素子パッケージの第１実施例を示す側面一部断面図であり、図２Ｂは本発明に係る薄型光電素子パッケージの第２実施例を示す部分側面断面図であり、図３は図１に示す本発明の第１実施例を示す平面図であり、図４は図１に示す本発明が半田付けにより放熱板に設置された状態を示す部分側面断面図であり、図５は本発明に係る薄型光電素子パッケージの第３実施例を示す部分側面断面図であり、図６Ａは複数の光電素子を製造するために用いる金属化透明基板の平面図であり、図６Ｂは複数の光電素子を製造するために用いる金属化透明基板の底面図である。

図１及び図２Ａに示すように、本発明に係る薄型光電素子パッケージの第１実施例は、金属化透明基板（１０）と、チップ（２０）と、環状樹脂（３０）とを備え、その内、金属化透明基板（１０）は、対向する２つの面を有する透明板（１１）と、該透明板（１１）の一面に形成される金属パターン（１３）と、該金属パターン（１３）に囲まれるように形成される窓部（１２）とを有し、該金属パターン（１３）は、窓部（１２）における、対向する両側に位置する少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）と、該窓部（１２）と重ならないように位置すると共に、該内部導電パッド（１３２）に電気接続される、少なくとも１つの外部導電パッド（１３１）とを有する。尚、本実施例においては、前記透明板（１１）がガラス板であると共に、窓部（１２）の周縁に複数の内部導電パッド（１３２）が設けられる。

前記チップ（２０）は、対向し合う主作動面（２０１）及び電極面（２０２）を有し、その内、主作動面（２０１）は、前記窓部（１２）に向かい且つ窓部（１２）の両側に位置する少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）に電気接続されるように、金属化透明基板（１０）に設置され、チップ（２０）における電極面（２０２）に半田層（２１）が設けられると共に、該半田層（２１）の上部と、前記各外部導電パッド（１３１）の上部とが金属パターン（１３）から所定距離離れた同一平面上に位置する。尚、前記チップ（２０）がＡＬＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる発光ダイオードである場合には、該チップ（２０）における主作動面（２０１）が発光面となり、また、前記チップ（２０）が、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）、色センサ（ｃｏｌｏｒｓｅｎｓｏｒ）、マルチスペクトルセンサ（ＩＲｓｅｃｓｏｒ、ＵＶｓｅｎｓｏｒ、ＧＡＭＭＡｒａｙｓｅｎｓｏｒ）、光ファイバセンサ（ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ）、光起電センサー（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｅｎｓｏｒ）、光電池（ｓｏｌａｒｃｅｌｌ）等の光を電気に変換する素子である場合には、チップ（２０）における主作動面（２０１）が受光面となる。

前記環状樹脂（３０）は、前記窓部（１２）と少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）とを封止するように、チップ（２０）と金属化透明基板（１０）との接続部位に環設され、該環状樹脂（３０）とチップ（２０）と金属化透明基板（１０）に囲まれるように密閉空間（３１）が形成される。尚、本実施例における環状樹脂（３０）は珪素からなり、前記チップ（２０）を透明板（１１）に粘着するための接着剤と、外部から窓部（１２）へ入射する光又は窓部（１２）から外部へ放射する光を遮断する２つの機能を持つ。

また、本実施例において金属パターン（１３）は、金属層（１３３）と、絶縁層（１３４）と、少なくとも１つの第１導電体（１３１ａ）と、少なくとも２つの第２導電体（１３２ａ）とを有し、その内、金属層（１３３）は、前記透明板（１１）の一面に形成され、該絶縁層（１３４）は、金属層（１３３）における内部導電パッド（１３２）と外部導電パッド（１３１）に対応する位置が露出するように、金属層（１３３）に局部的に形成され、該少なくとも１つの第１導電体（１３１ａ）は、金属層（１３３）における少なくとも１つの外部導電パッド（１３１）と対応する位置に設置され、外部導電パッド（１３１）としての機能を果たすものであり、該少なくとも２つの第２導電体（１３２ａ）は、前記金属層（１３３）における少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）と対応する位置に設置され、内部導電パッド（１３２）としての機能を果たすものである。尚、前記第１導電体（１３１ａ）と第２導電体（１３２ａ）は、金、導電性ポリマー、銅、半田バンプ等のいずれかからなることが好ましい。

図５に示すように、本発明の第３実施例においては、金属化透明基板（１０）に少なくとも２つの外部導電パッド（１３１）が設けられ、それらの外部導電パッド（１３１）は、窓部（１２）と重ならないように窓部（１２）の対向する両側に位置する。

図２Ｂに示すように、本発明の第２実施例においては、更に環状樹脂（３０）とチップ（２０）と金属化透明基板（１０）とに囲まれるように形成される密閉空間（３１）に透明樹脂が充填され、これによりチップ（２０）と透明板（１１）との接合強度を向上させることができる。

図４に示すように、本発明に係る第１実施例における薄型光電素子パッケージを、半田付けにより回路板又は放熱板（４０）に設置する時には、チップ（２０）の電極面（２０２）における半田層（２１）と外部導電パッド（１３１）とを回路板もしくは放熱板（４０）側を向くように光電素子パッケージを逆さまに配置し、次にリフロー（ｓｏｌｄｅｒｒｅｆｌｏｗ）により固着すればよい。また、放熱板（４０）に固着させる場合には、チップ（２０）は放熱板（４０）と直接に接触することから、両者の間に熱抵抗は存在せず、効率的に熱を伝えることができるので、光電素子の光電変換性能を維持させることができる。

図６Ａ及び図６Ｂに示すものは、本発明の光電素子を大量に製造するために用いる金属化透明基板（１１'）であり、該金属化透明基板（１１'）は、３×３の合計９個の、マトリクス状に配置した基板ユニットを有し、該各基板ユニットは図３に示すように、窓部（１２）と金属パターン（１３）とを有すると共に、該各基板ユニットにチップ（２０）を設置し、基板ユニットごとに切り分けることにより複数の薄型光電素子を得る。

本発明においては、チップ（２０）における主動面が、金属化透明基板（１０）に向かうように金属パターン（１３）に接続されることから、該金属化透明基板（１０）は、導電基板と、マスクとの２つの機能を持つので、基板に透明樹脂若しくはマスクを設置する構成である従来の光電素子パッケージと比べ、厚さをより薄くすることができる。
また、前記チップ（２０）は、直接に金属化透明基板（１０）における導電パッドに接続されることから、ワイヤボンディングの工程を省くことができ、それにより、チップ（２０）における主作動面（２０１）の面積を従来のチップ（２０）の面積より広くすることができるので、発光効率や受光面積を向上させることができる。
更に、本発明の構成によれば、チップ（２０）の受光面と金属化透明基板（１０）とをワイヤボンディングするための空間を必要としないため、光源に近接する必要がある装置にも対応可能である。

本発明に係る薄型光電素子パッケージの第１実施例を示す斜視図である。本発明に係る薄型光電素子パッケージの第１実施例を示す側面一部断面図である。本発明に係る薄型光電素子パッケージの第２実施例を示す部分側面断面図である。図１に示す本発明の第１実施例を示す平面図である。図１に示す本発明が半田付けにより放熱板に設置された状態を示す部分側面断面図である。本発明に係る薄型光電素子パッケージの第３実施例を示す部分側面断面図である。複数の光電素子を製造するために用いる金属化透明基板の平面図である。複数の光電素子を製造するために用いる金属化透明基板の底面図である。従来の発光ダイオードパッケージの側面断面図である。従来の発光ダイオードパッケージの他の側面断面図である。図８に示す従来の発光ダイオードパッケージの部分斜視断面図である。

１０金属化透明基板
１１、１１' 透明板
１２窓部
１３金属パターン
１３１外部導電パッド
１３２内部導電パッド
１３３金属層
１３４絶縁層
２０チップ
２０１主作動面
２０２電極面
２１半田層
３０環状樹脂
４０放熱板
４１放熱パッド
５光電素子
５１中空ハウジング
５２放熱台
５２１カップ
５３リードフレーム
５４チップ
５５透明樹脂
５６ワイヤ
６０光電素子
６１中空ハウジング
６１１凹溝
６２導電基台
６３、６４半田電極
６５チップ
６６マスク
６６１樹脂
６６２板部
６６３レンズ部
６７ワイヤ

Claims

透明板（１１）と、該透明板（１１）の一面に形成される金属パターン（１３）と、該金属パターン（１３）に囲まれるように形成される窓部（１２）とを有する金属化透明基板（１０）と、
対向し合う主作動面（２０１）と電極面（２０２）とを有するチップ（２０）と、
環状樹脂（３０）とを備え、
前記金属パターン（１３）は、少なくとも２つの内部導電パッドと、前記窓部（１２）と重ならないように位置すると共に、内部導電パッド（１３２）に電気接続される、少なくとも１つの外部導電パッド（１３１）とを有し、
前記チップ（２０）は、主作動面（２０１）が前記窓部（１２）に向かい且つ前記少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）に電気接続されるように、金属化透明基板（１０）に設置されると共に、該チップ（２０）における電極面（２０２）に半田層（２１）が設けられ、
前記環状樹脂（３０）は、前記窓部（１２）と少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）とを封止するように、チップ（２０）と金属化透明基板（１０）との接続部位に環設され、該環状樹脂（３０）とチップ（２０）と金属化透明基板（１０）に囲まれるように密閉空間（３１）が形成されることを特徴とする薄型光電素子パッケージ。
前記主作動面（２０１）が発光面であることを特徴とする請求項１に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記主作動面（２０１）が受光面であることを特徴とする請求項１に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記密閉空間（３１）に透明樹脂が充填されることを特徴とする請求項２又は３に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記金属化透明基板（１０）における少なくとも２つの内部導電パッド（１３２）は、窓部（１２）の対向する両側に位置することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記金属パターン（１３）は、前記透明板（１１）の一面に形成される金属層（１３３）と、該金属層（１３３）における、内部導電パッド（１３２）と外部導電パッド（１３１）と対応する位置が露出するように金属層（１３３）に局部的に形成される絶縁層（１３４）と、該金属層（１３３）における、外部導電パッド（１３１）と対応する位置に設置される、外部導電パッド（１３１）としての機能を果たす少なくとも１つの第１導電体（１３１ａ）と該金属層（１３３）における、内部導電パッド（１３２）と対応する位置に設置される、内部導電パッド（１３２）としての機能を果たす少なくとも２つの第２導電体（１３２ａ）とを有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記第１導電体（１３１ａ）と第２導電体（１３２ａ）が、金、導電性ポリマー、銅、半田バンプのいずれかからなることを特徴とする請求項６に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記透明板（１１）がガラス板であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の薄型光電素子パッケージ。
前記各外部導電パッド（１３１）の上部と、チップ（２０）の電極面（２０２）における半田層（２１）の上部とが、前記金属パターン（１３）から所定の距離離れた同一平面上に位置することを特徴とする薄型光電素子パッケージ。