JP2016122731A - Optical semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線による光通信に適用される光半導体素子を用いた光半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device using an optical semiconductor element applied to wireless optical communication and a method for manufacturing the same.
光を搬送波として用いることによりデータを伝送する方法が広く採用されている。このような方法に用いられる光半導体装置は、たとえば特許文献1に開示されている。前記光半導体装置は、基板(リードフレーム)に光半導体素子(発光素子および受光素子)が搭載され、前記基板と前記光半導体素子とが、ともに封止樹脂で覆われた構成となっている。前記封止樹脂には、前記光半導体素子(発光素子)から出射される光の指向性を高めるための、または前記光半導体素子(受光素子)へ入射される光を集光するためのレンズが備えられている。
A method of transmitting data by using light as a carrier wave is widely adopted. An optical semiconductor device used in such a method is disclosed in
前記レンズは、前記封止樹脂とともに、モールド成形により一体的に形成される方法が一般的である。ただし、この方法によると、前記レンズの配置位置は、前記基板を基準に決定される。したがって、前記光半導体素子が正確な位置に前記基板に搭載されていなければ、前記光半導体素子の搭載位置は、前記レンズの中心位置に対し前記基板面に沿った方向である水平方向の誤差を有することとなる。仮に、前記水平方向の誤差が100μm以上となると無線によるデータの伝送が困難となるため、前記水平方向の誤差は、極力小さくすることが要求されている。 In general, the lens is formed integrally with the sealing resin by molding. However, according to this method, the arrangement position of the lens is determined based on the substrate. Therefore, if the optical semiconductor element is not mounted on the substrate at an accurate position, the mounting position of the optical semiconductor element is a horizontal error that is a direction along the substrate surface with respect to the center position of the lens. Will have. If the horizontal error is 100 μm or more, it is difficult to wirelessly transmit data. Therefore, the horizontal error is required to be as small as possible.
本発明は上記事情に鑑み、レンズの中心位置に対する光半導体素子の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能な光半導体装置を提供することをその課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device capable of minimizing a mounting error of an optical semiconductor element with respect to the center position of a lens and suppressing a decrease in data transmission efficiency.
本発明の第1の側面によって提供される光半導体装置は、搭載面を有した基板と、前記基板の前記搭載面上に搭載された光半導体素子と、前記基板の前記搭載面が向く方向と同一方向に配置され、かつ曲面部を有したレンズと、を備える光半導体装置であって、前記基板の前記搭載面上に配置され、かつ曲面部を有した複数の支持体を備え、前記複数の支持体は、前記基板に形成された複数の支持部にそれぞれ固定され、前記レンズと、前記複数の支持体とは、各々の曲面部において互いに点接触していることを特徴としている。 An optical semiconductor device provided by the first aspect of the present invention includes a substrate having a mounting surface, an optical semiconductor element mounted on the mounting surface of the substrate, and a direction in which the mounting surface of the substrate faces. An optical semiconductor device including a lens disposed in the same direction and having a curved surface portion, the optical semiconductor device including a plurality of supports disposed on the mounting surface of the substrate and having a curved surface portion. The support members are fixed to a plurality of support portions formed on the substrate, respectively, and the lens and the plurality of support members are in point contact with each other at each curved surface portion.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が球体である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of supports is a sphere.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズは、球体である。 In a preferred embodiment of the present invention, the lens is a sphere.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、前記レンズよりも各々の断面寸法が相対的に小である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of supports has a relatively smaller cross-sectional dimension than the lens.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、前記基板の前記搭載面上において、各々が互いに離間して配置されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of supports are arranged separately from each other on the mounting surface of the substrate.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体について、各々の中心を結ぶ線により描かれる平面視形状が多角形となるように、前記複数の支持体が前記基板の前記搭載面上に配置されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of supports are arranged on the mounting surface of the substrate so that a planar view shape drawn by a line connecting the centers of the plurality of supports is a polygon. Is arranged.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記多角形は、三角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, the polygon is a triangle.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記三角形は、正三角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, the triangle is a regular triangle.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記三角形は、二等辺三角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, the triangle is an isosceles triangle.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記多角形は、四角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, the polygon is a quadrangle.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりもヤング係数が相対的に大である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of supports has a relatively larger Young's modulus than the lens.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりも線膨張係数が相対的に小である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of supports has a relatively smaller linear expansion coefficient than the lens.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部は、前記基板を貫通する孔である。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of support portions are holes that penetrate the substrate.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部は、前記基板の前記搭載面に形成された凹部である。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of support portions are recesses formed on the mounting surface of the substrate.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が円形である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of support portions as viewed in the depth direction is circular.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が多角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of support portions viewed in the depth direction is a polygon.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が三角形である。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of support portions viewed in the depth direction is a triangle.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって一様である。 In a preferred embodiment of the present invention, the areas of the plurality of support portions as viewed in the depth direction are each uniform over the depth direction.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって変化している。 In a preferred embodiment of the present invention, the areas of the plurality of support portions as viewed in the depth direction each change over the depth direction.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板と、前記光半導体素子と、前記支持体と、を覆う封止樹脂をさらに備える。 In preferable embodiment of this invention, the sealing resin which covers the said board | substrate, the said optical-semiconductor element, and the said support body is further provided.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止樹脂は、遮光性を有した部分を含む。 In preferable embodiment of this invention, the said sealing resin contains the part which has light-shielding property.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止樹脂に覆われた制御回路素子をさらに備える。 In a preferred embodiment of the present invention, a control circuit element covered with the sealing resin is further provided.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路素子は、遮光性を有した前記封止樹脂に覆われている。 In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit element is covered with the sealing resin having a light shielding property.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、前記基板の前記搭載面とは反対方向を向く実装面を有し、前記実装面に配置された外部電極をさらに備える。 In a preferred embodiment of the present invention, the substrate further includes an external electrode disposed on the mounting surface, the mounting surface facing in a direction opposite to the mounting surface of the substrate.
本発明の第2の側面によって提供される光半導体装置の製造方法は、搭載面を有した基板に、曲面部を有した複数の支持体を固定するための複数の支持部を形成する工程と、前記基板の前記搭載面上に、光半導体素子を搭載する工程と、前記複数の支持部に、前記複数の支持体を固定する工程と、前記複数の支持体の曲面部に、曲面部を有したレンズを点接触させることにより、前記レンズを固定する工程と、前記基板と、前記光半導体素子と、前記複数の支持体とを覆う封止樹脂を形成する工程と、を備えることを特徴としている。 The method for manufacturing an optical semiconductor device provided by the second aspect of the present invention includes a step of forming a plurality of support portions for fixing a plurality of support bodies having curved surface portions on a substrate having a mounting surface; A step of mounting an optical semiconductor element on the mounting surface of the substrate; a step of fixing the plurality of supports to the plurality of support portions; and a curved surface portion on the curved surface portions of the plurality of support bodies. A step of fixing the lens by bringing it into point contact, and a step of forming a sealing resin that covers the substrate, the optical semiconductor element, and the plurality of supports. It is said.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体を固定する工程では、前記基板の前記搭載面と前記複数の支持体とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of fixing the plurality of supports, the plurality of supports are applied by applying an adhesive so as to contact the mounting surface of the substrate and the plurality of supports. The plurality of supports are fixed to the portion.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体を固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を、前記複数の支持体の曲面部を前記封止樹脂から露出させるように固化させることにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of fixing the plurality of supports, the melted translucent sealing resin is exposed, and the curved surface portions of the plurality of supports are exposed from the sealing resin. The plurality of support bodies are fixed to the plurality of support sections by solidifying the plurality of support sections.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズを固定する工程では、前記複数の支持体の曲面部と前記レンズの曲面部とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of fixing the lens, an adhesive is applied so as to contact the curved surface portions of the plurality of support members and the curved surface portion of the lens, thereby the plurality of support members. The lens is fixed to.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズを固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を固化させることにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of fixing the lens, the lens is fixed to the plurality of supports by solidifying the melted translucent sealing resin.
本発明によれば、前記基板に前記複数の支持部が形成され、複数の球体である前記支持体は、前記複数の支持部と係合によりそれぞれ固定されている。また、前記レンズは、前記支持体とは互いに点接触により固定されている。よって、前記支持体および前記レンズの前記基板における固定位置が一意的に、かつ正確に決定される。また、前記光半導体素子の前記基板への搭載は、前記基板における前記複数の支持部の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識した結果に基づいてなされる。この方法により、前記基板に搭載された前記光半導体素子について、前記レンズの中心位置に対する前記基板の前記搭載面に沿った方向である水平方向の搭載誤差を縮小することができる。したがって、前記レンズの中心位置に対する前記光半導体素子の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the present invention, the plurality of support portions are formed on the substrate, and the support bodies that are a plurality of spheres are fixed to the plurality of support portions by engagement. The lens is fixed to the support by point contact with each other. Therefore, the fixing positions of the support and the lens on the substrate are uniquely and accurately determined. The optical semiconductor element is mounted on the substrate based on the result of image recognition of the positions and shapes of the plurality of support portions on the substrate by, for example, a computer. With this method, the horizontal mounting error, which is the direction along the mounting surface of the substrate with respect to the center position of the lens, can be reduced with respect to the optical semiconductor element mounted on the substrate. Therefore, it is possible to minimize the mounting error of the optical semiconductor element with respect to the center position of the lens, and to suppress a decrease in data transmission efficiency.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
本発明にかかる光半導体装置の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of an optical semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施形態〕
図1〜図13に基づき、本発明の第1実施形態にかかる光半導体装置A1について説明する。図1は、光半導体装置A1を示す平面図である。図2は、図1の中心O(後述するレンズ4の中心)を通過するII−II線に沿う断面図である。図3は、図1の中心Oを通過するIII−III線に沿う断面図である。図4は、光半導体装置A1を示す要部拡大断面図である。図5は、光半導体装置A1を示す要部平面図および要部断面図である。図6は、光半導体装置A1を示す要部拡大断面図である。図7〜図11は、光半導体装置A1の製造方法を示す断面図である。図12は、光半導体装置A1の受光量の解析条件を示す説明図である。図13は、光半導体装置A1の受光量の解析結果を示す説明図である。なお、図1は、理解の便宜上、後述する封止樹脂5を省略している。
[First Embodiment]
The optical semiconductor device A1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the optical semiconductor device A1. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II passing through the center O (the center of a
これらの図に示す光半導体装置A1は、発光機能を果たす光半導体素子を用いた送信側と、受光機能を果たす光半導体素子を用いた受信側に大別される。前記送信側は、供給された電流を光に変換し、光を受信側へ出射する機能を有する。前記受信側は、前記送信側より出射された光を検出し、検出結果に基づき電流を出力する機能を有する。本実施形態の光半導体装置A1は、基板1、光半導体素子2、支持体3、レンズ4、封止樹脂5、制御回路素子6およびボンディングワイヤ7を備えている。本実施形態においては、光半導体装置A1は、平面視矩形状である。
The optical semiconductor device A1 shown in these drawings is roughly divided into a transmission side using an optical semiconductor element that performs a light emitting function and a receiving side that uses an optical semiconductor element that performs a light receiving function. The transmitting side has a function of converting the supplied current into light and emitting the light to the receiving side. The receiving side has a function of detecting light emitted from the transmitting side and outputting a current based on the detection result. The optical semiconductor device A1 of the present embodiment includes a
基板1は、光半導体素子2および制御回路素子6を搭載し、光半導体装置A1を対象機器の回路基板などに実装するものである。基板1は、基材11、支持部12、内部電極13および外部電極14を有している。本実施形態においては、基板1は、平面視矩形状である。
The
基材11は、搭載面11aおよび実装面11bを有している。基材11は、たとえばガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる。搭載面11aは、図2に示す基材11の上面であり、光半導体素子2および制御回路素子6が搭載される面である。実装面11bは、図2に示す基材11の下面であり、光半導体装置A1を対象機器の回路基板などに実装する際に利用される面である。搭載面11aと実装面11bは互いに反対側を向いている。
The
支持部12は、支持体3を固定する際に利用される基板1に形成された複数の部位である。本実施形態においては、図1および図4に示すとおり、各々の支持部12は基板1を貫通する孔であり、計3箇所形成されている。また、本実施形態においては、各々の支持部12の深さ方向視形状は円形で、かつ該形状の面積は前記深さ方向にわたって一様である。
The
図5は、理解の便宜上、光半導体装置A1のうち、基板1の基材11、支持部12および支持体3の一部のみについて示している。図5の上段は要部平面図、下段は要部断面図である。各々の支持部12の前記深さ方向視形状は、先述した図5(a)に示す円形以外に、図5(b)に示す三角形、あるいは図5(c)に示す四角形とすることができる。さらに、各々の支持部12の前記深さ方向視形状は、三角形および四角形以外の多角形でもよい。なお、図5(a)、(b)および(c)に示す支持部12の前記深さ方向視形状の面積は、その各々が前記深さ方向にわたっていずれも一様である。
FIG. 5 shows only a part of the
各々の支持部12の前記深さ方向視形状の面積は、前記深さ方向にわたって変化していてもよい。たとえば、図6に示すとおり、支持部12の前記深さ方向視形状の面積を、その各々について前記深さ方向にわたって漸次縮小することができる。より具体的には、図6に示す例においては、支持部12の前記深さ方向視形状の面積が、基板1の搭載面11aから前記深さ方向に離間するほど(図6の下方に向かうほど)小とされている。
The area of the shape in the depth direction of each
内部電極13は、基板1の搭載面11aに配置された電極パッド(導電性パターン)であり、第1ダイパッド13a、ワイヤボンディングパッド13bおよび第2ダイパッド13cを有している。第1ダイパッド13aは、光半導体素子2が搭載される電極パッドである。ワイヤボンディングパッド13bは、その両端においてボンディングワイヤ7が接続される電極パッドである。第2ダイパッド13cは、制御回路素子6が搭載される電極パッドである。
The
外部電極14は、対象機器の回路基板などに配置された電極と相互接続し、光半導体装置A1を実装するための電極である。本実施形態においては、外部電極14は、基板1の一つの辺に沿って、基板1の側面に該電極が露出するように配置されている。また、本実施形態においては、外部電極14は、平面視略半円形であり、かつ基板1の前記深さ方向に対して直交する断面は一様である。内部電極13と外部電極14は、基材11の内部に配置された他の配線部(図示略)を介して互いに導通している。
The
光半導体素子2は、発光機能、または受光機能を果たす光機能領域(図示略)を有している。前記光機能領域が発光機能を果たす場合の光半導体素子2の例としては、たとえばLEDあるいはVCSEL(Vertical Cavity Surface LASER)が挙げられる。前記光機能領域が受光機能を果たす場合の光半導体素子2の例としては、たとえばフォトトランジスタあるいはフォトダイオードが挙げられる。前記光機能領域は、光半導体素子2の図2における上面側に位置する。光半導体素子2は、基板1の第1ダイパッド13aの上に、接着層21を介してダイボンディングにより搭載されている。接着層21は、たとえばAgペーストからなる。
The
支持体3は、レンズ4を固定する際に利用される曲面部を有した複数の部材であり、図1および図4に示すとおり、基板1の支持部12にそれぞれ係合により固定されている。本実施形態においては、支持体3は3つの球体であり、レンズ4よりも各々の断面寸法が相対的に小である。また、本実施形態においては、図1に示すとおり支持体3の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状(図1に示す二点鎖線)が正三角形となるように、支持体3の各々が基板1の搭載面11a上において互いに離間して配置されている。なお、本実施形態においては、図4に示すとおり支持体3は、接着剤31による接合により、支持部12に固定されている。
The
支持体3は、レンズ4よりも弾性変形しにくい材質、すなわちレンズ4よりもヤング係数が相対的に大である材質であることが好ましい。また、支持体3は、レンズ4よりも熱膨張しにくい材質、すなわちレンズ4よりも線膨張係数が相対的に小である材質であることが好ましい。本実施形態においては、支持体3の材質は、たとえば鋼である。
The
レンズ4は、光の指向性を高める、または光を集光させることで、光半導体装置A1間において光を効率よく伝達させるものである。具体的には、発光機能を果たす光半導体素子2を用いた光半導体装置A1(送信側Tx)では、レンズ4により光半導体素子2からの出射光の指向性を高める。また、受光機能を果たす光半導体素子2を用いた光半導体装置A1(受信側Rx)では、レンズ4により光半導体素子2への入射光を集光させる。レンズ4は、基板1の搭載面11aが向く方向と同一方向に配置され、支持体3により固定されている。本実施形態においては、レンズ4は曲面部からなる球体であり、いわゆるボールレンズである。また、本実施形態においては、レンズ4の材質は、たとえば透光性を有した合成樹脂である。さらに、本実施形態においては、レンズ4と支持体3とは、各々の曲面部において互いに点接触している。
The
封止樹脂5は、基板1の搭載面11a上に形成されている。封止樹脂5は、基板1の搭載面11aおよび内部電極13と、光半導体素子2と、支持体3と、制御回路素子6と、ボンディングワイヤ7とを覆うものである。封止樹脂5の材質は、たとえばエポキシ樹脂を主剤とする合成樹脂である。封止樹脂5により、光半導体素子2、制御回路素子6やボンディングワイヤ7などへ異物が付着されなくなるなど、光半導体装置A1に不具合が発生することを防止できる。本実施形態においては、封止樹脂5は、第1封止樹脂51aおよび第2封止樹脂52aを有している。
The sealing
第1封止樹脂51aは、制御回路素子6と、内部電極13およびボンディングワイヤ7のそれぞれ一部とを覆うものである。本実施形態においては、第1封止樹脂51aは、遮光性を有した合成樹脂である。第1封止樹脂51aは、外来の光により制御回路素子6が誤作動することを防止するものである。第2封止樹脂52aは、搭載面11aおよび内部電極13と、光半導体素子2と、支持体3と、第1封止樹脂51aに覆われた制御回路素子6と、ボンディングワイヤ7とを覆うものである。図2および図3に示すとおり、第2封止樹脂52aの頂面に対し、レンズ4の上半部が突出している。本実施形態においては、第2封止樹脂52aは、光半導体装置A1の送信側Txからの出射光、または光半導体装置A1の受信側Rxへの入射光に対し透光性を有している。
The
制御回路素子6は、光半導体装置A1の送信側では、入力信号を制御電流に変換して光半導体素子2を駆動するものである。また、光半導体装置A1の受信側では、光半導体素子2において光起電力により生じた電流を制御して出力信号に変換するものである。制御回路素子6は、基板1の第2ダイパッド13cの上に、接着層(図示略)を介してダイボンディングにより搭載されている。
On the transmission side of the optical semiconductor device A1, the
ボンディングワイヤ7は、基板1の内部電極13と、光半導体素子2と、制御回路素子6とを接続する配線である。内部電極13およびボンディングワイヤ7を介して、光半導体素子2と制御回路素子6とは互いに導通している。ボンディングワイヤ7は、たとえばAuからなる。
The
次に、光半導体装置A1の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device A1 will be described.
図7に示すとおり、基板1の搭載面11a上に内部電極13を配置した後、支持部12を形成する。また、内部電極13の配置とあわせて、外部電極14を形成する金属(図示略)を基板1の基材11内に埋め込む。支持部12は、たとえば基材11を穴開け加工することで形成される。
As shown in FIG. 7, after the
次いで、図8に示すとおり、光半導体素子2および制御回路素子6を、ダイボンディングにより基板1の第1ダイパッド13aおよび第2ダイパッド13cの上にそれぞれ搭載する。該工程により、光半導体素子2は、基板1の搭載面11a上に搭載される。光半導体素子2は、基板1における支持部12の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識し、該認識結果に基づき第1ダイパッド13aの上に搭載される。光半導体素子2および制御回路素子6を基板1に搭載した後、基板1の内部電極13と、光半導体素子2と、制御回路素子6とをボンディングワイヤ7を配置することにより接続する。ボンディングワイヤ7を配置した後、制御回路素子6と、内部電極13およびボンディングワイヤ7のそれぞれ一部とを覆う、第1封止樹脂51aを形成する。本実施形態においては、第1封止樹脂51aは、溶融された合成樹脂を搭載面11a上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。
Next, as shown in FIG. 8, the
次いで、図9に示すとおり、基板1の支持部12に、支持体3をそれぞれ固定する。支持部12に、支持体3をそれぞれ配置した後、基板1の搭載面11aと支持体3とに接するように接着剤31を塗布することで、支持部12に支持体3がそれぞれ固定される。接着剤31は、基板1の内部電極13と支持体3との電気絶縁を確保するため、たとえばポリイミド樹脂などの電気絶縁性を有したものが好ましい。
Next, as shown in FIG. 9, the
次いで、図10に示すとおり、支持体3の曲面部に、曲面部を有したレンズ4を点接触させることにより固定する。本実施形態においては、支持体3およびレンズ4はともに球体であるため、支持体3の上にレンズ4をそのまま配置することにより、支持体3とレンズ4は互いに点接触される。支持体3の上にレンズ4を配置した後、支持体3の曲面部とレンズ4の曲面部とに接するように接着剤41を塗布することで、支持体3にレンズ4が固定される。
Next, as shown in FIG. 10, the
次いで、図11に示すとおり、基板1の搭載面11a上に、第2封止樹脂52aを形成する。第2封止樹脂52aにより、搭載面11aおよび基板1の内部電極13と、光半導体素子2と、支持体3と、第1封止樹脂51aに覆われた制御回路素子6と、ボンディングワイヤ7とがすべて覆われる。第2封止樹脂52aは、モールド成形により形成される。
Next, as shown in FIG. 11, the second sealing
以上の工程を経た後に、基板1をダイシングソー(図示略)で個片化することで、光半導体装置A1が製造される。
After the above steps, the optical semiconductor device A1 is manufactured by dividing the
次に、光半導体装置A1の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the optical semiconductor device A1 will be described.
本実施形態によれば、基板1に貫通孔からなる複数の支持部12が形成され、複数の球体である支持体3は、複数の支持部12と係合によりそれぞれ固定されている。また、レンズ4は、支持体3とは互いに点接触により固定されている。よって、支持体3およびレンズ4の基板1における固定位置が一意的に、かつ正確に決定される。また、光半導体素子2の基板1への搭載は、基板1における複数の支持部12の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識した結果に基づいてなされる。この方法により、基板1に搭載された光半導体素子2について、レンズ4の中心位置に対する基板1の搭載面11aに沿った方向である水平方向の搭載誤差を10μm以下とすることができる。したがって、レンズ4の中心位置に対する光半導体素子2の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。なお、支持体3の標準径に対する径方向誤差は±1μm(標準径1mm)、レンズ4の標準径に対する径方向誤差は±2μm(標準径2mm)につき、前記搭載誤差に対するレンズ4の中心位置の誤差はきわめて小さい。
According to the present embodiment, a plurality of
本発明にかかる光半導体装置A1の効果を検証するため、発光機能を果たす光半導体素子2を用いた送信側Txと、受光機能を果たす光半導体素子2を用いた受信側Rxとによる光無線通信状態における受信側Rxの受光量を解析した。
In order to verify the effect of the optical semiconductor device A1 according to the present invention, optical wireless communication by a transmitting side Tx using the
図12に基づき、本解析条件について説明する。図12は、理解の便宜上、光半導体装置A1のうち、基板1、光半導体素子2、レンズ4および封止樹脂5のみを示す。送信側Txの出力は1mWとした。送信側Txのレンズ4の頂面と、受信側Rxのレンズ4の頂面との離間距離Dは10mmとした。送信側Txにおいて、基板1に搭載された光半導体素子2について、レンズ4の中心軸Otに対する搭載誤差は、中心軸Otに対して前記水平方向および前記水平方向に直交する鉛直方向ともに全くないものとした。また、受信側Rxにおいて、先述した光半導体素子2の光機能領域と、レンズ4の頂面との離間距離の前記鉛直方向の搭載誤差は、製造実態を考慮し、レンズ4へ向かって30μm生じているものとした。受信側Rxの基板1に搭載された光半導体素子2について、レンズ4の中心軸Orに対する前記水平方向の搭載誤差Δlとして、0μm(誤差なし)、10μm、20μm、50μmの計4ケースを設定した。また、搭載誤差Δlは、中心軸Orに対し図12の左方向にのみ生じているものとした。なお、図12に示すとおり、受信側Rxの基板1に搭載された光半導体素子2について、前記水平方向および前記鉛直方向ともに搭載誤差が全くない場合の搭載位置を想像線で示す。
Based on FIG. 12, this analysis condition will be described. FIG. 12 shows only the
図13に基づき、本解析結果について説明する。図13の横軸は、光半導体装置A1の送信側Txおよび受信側Rxの各々のレンズ4の中心軸OtとOrとの水平方向の装置横ずれΔL(mm)を示している。装置横ずれΔLは、送信側Txのレンズ4の中心軸Otを基準として、図12の右方向を正とする。また、図13の縦軸は、受信側Rxの光半導体素子2の受光量(dBm)を示している。図13に示すとおり、搭載誤差Δlが10μmのケースは、0μmのケースと略一致している。また、受信側Rxの最大受光量について、搭載誤差Δlが0μmのケースでは約−5dBm(=0.316mW)、50μmのケースでは約−16dBm(=0.025mW)である。よって、搭載誤差Δlが50μm生じている場合は、該誤差が生じていない場合と比較して受光量が1/10以下に低減されることがいえる。さらに、装置横ずれΔLが−1mmであるときの受光量は、搭載誤差Δlが0μmのケースでは約−7dBm(=0.2mW)、10μmのケースでは約−10dBm(=0.1mW)、20μmのケースでは約−14dBm(=0.04mW)である。したがって、搭載誤差Δlが10μm以下であれば、光半導体装置A1の製造誤差に起因した大幅なデータの伝送効率の低下が生じないことがいえる。
Based on FIG. 13, the results of this analysis will be described. The horizontal axis in FIG. 13 indicates the horizontal device lateral deviation ΔL (mm) between the central axes Ot and Or of the
基板1の支持部12が基板1を貫通する孔であるため、支持部12を容易に形成することができる。また、支持体3の材質について、ヤング係数がレンズ4よりも相対的に大であって、かつ線膨張係数がレンズ4よりも相対的に小である材質、たとえば鋼を採用している。よって、光半導体装置A1の製造過程において、支持体3の弾性変形や熱膨張に伴うレンズ4の固定位置がずれることを防止できる。
Since the
図14〜図20は、本発明の他の実施の形態などを示している。なお、これらの図において、先述した光半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略することとする。 14 to 20 show other embodiments of the present invention. In these drawings, the same or similar elements as those of the optical semiconductor device A1 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
〔第1実施形態の第1変形例〕
図14、図15および図16に基づき、本発明の第1実施形態の第1変形例にかかる光半導体装置A11について説明する。図14は、光半導体装置A11を示す断面図である。図15および図16は、光半導体装置A11の製造方法を示す断面図である。
[First Modification of First Embodiment]
An optical semiconductor device A11 according to a first modification of the first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 14, 15 and 16. FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the optical semiconductor device A11. 15 and 16 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the optical semiconductor device A11.
本変形例の光半導体装置A11は、封止樹脂5の構成とその製造方法が、先述した光半導体装置A1と異なる。本変形例においては、封止樹脂5は、図14に示すとおり第1封止樹脂51b、第2封止樹脂52bおよび第3封止樹脂53を有している。第1封止樹脂51bは、基板1の内部電極13の一部と、光半導体素子2とを覆うとともに、支持体3を基板1の支持部12にそれぞれ固定するための接着剤としての機能を有する。第1封止樹脂51bは、光半導体装置A11の送信側Txからの出射光、または光半導体装置A11の受信側Rxへの入射光に対し透光性を有している。第2封止樹脂52bは、第1封止樹脂51bを覆うとともに、レンズ4を支持体3に固定するための接着剤としての機能を有する。第2封止樹脂52bは、第1封止樹脂51bと同じく透光性を有した合成樹脂である。第3封止樹脂53は、基板1の搭載面11aおよび内部電極13と、支持体3と、第1封止樹脂51bおよび第2封止樹脂52bの側面と、制御回路素子6と、ボンディングワイヤ7とを覆うものである。第3封止樹脂53は、第1封止樹脂51bおよび第2封止樹脂52bと異なり、遮光性を有した合成樹脂である。
The optical semiconductor device A11 of this modification is different from the above-described optical semiconductor device A1 in the configuration of the sealing
光半導体装置A11の封止樹脂5は、外観からは遮光性を有した第3封止樹脂53により形成されているようにみえるが、内部には透光性を有した第1封止樹脂51bおよび第2封止樹脂52bが、光半導体素子2とレンズ4との間に挟まれた構成となっている。したがって、レンズ4を介して光半導体素子2からの光の出射、または光半導体素子2への光の入射が封止樹脂5により阻害されない。
Although the sealing
次に、光半導体装置A11の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device A11 will be described.
基板1の搭載面11a上に内部電極13を配置した後、支持部12を形成する工程は、図7に示す光半導体装置A1と同一である。あわせて、基板1に外部電極14を形成する金属(図示略)を基板1の基材11内に埋め込む工程も、光半導体装置A1と同一である。
After the
次いで、光半導体素子2および制御回路素子6を、ダイボンディングにより基板1の内部電極13の上にそれぞれ搭載する工程と、ボンディングワイヤ7を配置する工程は、図8に示す光半導体装置A1と同一である。その後の工程が光半導体装置A1と異なる。
Next, the process of mounting the
次いで、図15に示すとおり、基板1の支持部12に、支持体3をそれぞれ固定する。支持部12に、支持体3をそれぞれ配置した後、基板1の内部電極13の一部と、光半導体素子2とを覆う第1封止樹脂51bを形成する。本変形例においては、第1封止樹脂51bは、溶融された合成樹脂を基板1の搭載面11a上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。第1封止樹脂51bの形成にあたっては、該樹脂の頂面がレンズ4(図15の想像線)の底面と干渉しないよう、支持体3の曲面部を露出させるように該合成樹脂を固化させる。第1封止樹脂51bの形成により、支持部12に支持体3がそれぞれ固定される。
Next, as shown in FIG. 15, the
次いで、図16に示すとおり、支持体3の曲面部に、曲面部を有したレンズ4を点接触させることにより固定する。本変形例においては、支持体3の上にレンズ4を配置した後、第1封止樹脂51bを覆う第2封止樹脂52bを形成する。第2封止樹脂52bは、第1封止樹脂51bと同様に、溶融された合成樹脂を第1封止樹脂51b上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。第2封止樹脂52bの形成にあたっては、光半導体素子2とレンズ4との間に位置し、支持体3により囲まれた空間が、第1封止樹脂51bと第2封止樹脂52bにより隙間なく充填されるようにする。第2封止樹脂52bの形成により、支持体3にレンズ4が固定される。
Next, as shown in FIG. 16, the
以上の工程を経た後に、基板1の搭載面11a上に、図14に示す第3封止樹脂53を形成する。第3封止樹脂53により、搭載面11aおよび基板1の内部電極13と、支持体3と、第1封止樹脂51bおよび第2封止樹脂52bの側面と、制御回路素子6と、ボンディングワイヤ7とがすべて覆われる。第3封止樹脂53は、モールド成形により形成される。第3封止樹脂53を形成した後に、基板1をダイシングソー(図示略)で個片化することで、光半導体装置A11が製造される。
After the above steps, a
本変形例によっても、レンズ4の中心位置に対する光半導体素子2の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、光半導体装置A11の外面が第3封止樹脂53により形成されることで、光半導体素子2の全周にわたって遮光性を有した直立壁が形成された状態となる。前記直立壁により、光半導体素子2の側方から進行してくる光など、受光すべきでない光を遮蔽することができる。ゆえに、光半導体装置A11のうち、受光機能を果たす光半導体素子2を用いた受信側Rxについて、光の検出精度を向上させることが可能である。
Also according to this modification, the mounting error of the
〔第1実施形態の第2変形例〕
図17および図18に基づき、本発明の第1実施形態の第2変形例にかかる光半導体装置A12について説明する。図17は、光半導体装置A12を示す断面図である。図18は、光半導体装置A12を示す要部拡大断面図である。
[Second Modification of First Embodiment]
An optical semiconductor device A12 according to a second modification of the first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. FIG. 17 is a cross-sectional view showing the optical semiconductor device A12. FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the optical semiconductor device A12.
本変形例の光半導体装置A12は、基板1の支持部12の構成が、先述した光半導体装置A1と異なる。図18に示すとおり、支持部12は、その各々が基板1の搭載面11aに形成された凹部である。本変形例においては、各々の支持部12の前記深さ方向視形状は円形で、かつ該形状の面積は前記深さ方向にわたって漸次縮小している。また、本変形例においては、各々の支持部12の前記深さ方向に沿った断面の外縁は円弧であり、該円弧の曲率と、支持体3の曲率とは一致している。したがって、支持部12と支持体3との各々が、支持部12の全体にわたって互いに面接触している。なお、各々の支持部12の前記深さ方向視形状は、円形以外に、三角形などの多角形とすることができる。あわせて、支持部12の前記深さ方向視形状の面積は、その各々が前記深さ方向にわたって一様であってもよい。
The optical semiconductor device A12 of this modification is different from the above-described optical semiconductor device A1 in the configuration of the
本変形例によっても、レンズ4の中心位置に対する光半導体素子2の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、基板1の支持部12は、その各々が基板1の搭載面11aに形成された凹部であり、支持部12と支持体3との各々が、支持部12の全体にわたって互いに面接触している。よって、支持部12に支持体3を固定する工程において、支持部12および支持体3に接着剤31を塗布する際に、支持体3が転動しにくくなるという効果が得られる。さらに、支持部12は基板1を貫通していないため、基板1の実装面11bの有効面積が、光半導体装置A1よりも相対的に拡大される。よって、図17に示すとおり、実装面11bに外部電極14を配置することが可能となり、光半導体装置A12の実装スペースを縮小することができる。
Also according to this modification, the mounting error of the
〔第2実施形態〕
図19に基づき、本発明の第2実施形態にかかる光半導体装置A2について説明する。図19は、光半導体装置A2を示す平面図である。図19は、理解の便宜上、封止樹脂5を省略している。本実施形態においては、光半導体装置A2は、平面視矩形状である。
[Second Embodiment]
Based on FIG. 19, an optical semiconductor device A2 according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 19 is a plan view showing the optical semiconductor device A2. In FIG. 19, the sealing
本実施形態の光半導体装置A2は、基板1の支持部12および支持体3の配置形態が、先述した光半導体装置A1と異なる。本実施形態においては、図19に示すとおり支持体3の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状(図19に示す二点鎖線)が二等辺三角形となるように、支持体3の各々が基板1の搭載面11a上において互いに離間して配置されている。そして、支持体3の配置形態を基に、支持部12の配置形態が設定されている。なお、支持体3は、光半導体装置A1と同じく3つの球体である。また、支持部12も同じく計3箇所形成されている。
The optical semiconductor device A2 of the present embodiment is different from the above-described optical semiconductor device A1 in the arrangement of the
本実施形態によっても、レンズ4の中心位置に対する光半導体素子2の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、支持体3の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状が二等辺三角形となるように、基板1の支持部12および支持体3の配置形態が設定されている。よって、基板1の搭載面11aおよび実装面11bの全面積が、光半導体装置A1よりも相対的に縮小される。したがって、光半導体装置A2のコンパクト化を図ることができる。
Also according to the present embodiment, it is possible to minimize the mounting error of the
〔第3実施形態〕
図20に基づき、本発明の第3実施形態にかかる光半導体装置A3について説明する。図20は、光半導体装置A3を示す平面図である。図20は、理解の便宜上、封止樹脂5を省略している。本実施形態においては、光半導体装置A3は、平面視矩形状である。
[Third Embodiment]
Based on FIG. 20, an optical semiconductor device A3 according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 is a plan view showing the optical semiconductor device A3. In FIG. 20, the sealing
本実施形態の光半導体装置A3は、基板1の支持部12および支持体3の配置形態が、先述した光半導体装置A1およびA2と異なる。本実施形態においては、図20に示すとおり支持体3は4つの球体である。また、本実施形態においては、支持体3の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状(図20に示す二点鎖線)が四角形となるように、支持体3の各々が基板1の搭載面11a上において互いに離間して配置されている。そして、支持体3の配置形態を基に、支持部12の配置形態が設定されている。したがって、本実施形態においては、支持部12は計4箇所形成されている。
The optical semiconductor device A3 of the present embodiment is different from the above-described optical semiconductor devices A1 and A2 in the arrangement form of the
本実施形態によっても、レンズ4の中心位置に対する光半導体素子2の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、支持体3の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状が四角形となるように、基板1の支持部12および支持体3の配置形態が設定されている。ゆえに、レンズ4の固定にあたって、各々の支持体3とレンズ4との点接触の箇所数が光半導体装置A1およびA2よりも増加する構成であってもよい。
Also according to the present embodiment, it is possible to minimize the mounting error of the
本発明における基板1の支持部12の構成は、その各々が基板1を貫通する孔や、基板1の搭載面11aに形成された凹部に限定されず、たとえば、搭載面11a上に複数の枠状の突起を設けることによって支持部12を構成してもよい。また、本発明にかかる光半導体装置は、先述した実施の形態などに限定されるものではない。本発明にかかる光半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
The configuration of the
A1,A11,A12,A2,A3:光半導体装置
1:基板
11:基材
11a:搭載面
11b:実装面
12:支持部
13:内部電極
13a:第1ダイパッド
13b:ワイヤボンディングパッド
13c:第2ダイパッド
14:外部電極
2:光半導体素子
21:接着層
3:支持体
31:接着剤
4:レンズ
41:接着剤
5:封止樹脂
51a、51b:第1封止樹脂
52a、52b:第2封止樹脂
53:第3封止樹脂
6:制御回路素子
7:ボンディングワイヤ
O:中心
Tx:送信側
Rx:受信側
D:離間距離
Ot,Or:中心軸
Δl:搭載誤差
ΔL:装置横ずれ
A1, A11, A12, A2, A3: Optical semiconductor device 1: Substrate 11:
Claims (29)
前記基板の前記搭載面上に搭載された光半導体素子と、
前記基板の前記搭載面が向く方向と同一方向に配置され、かつ曲面部を有したレンズと、を備える光半導体装置であって、
前記基板の前記搭載面上に配置され、かつ曲面部を有した複数の支持体を備え、
前記複数の支持体は、前記基板に形成された複数の支持部にそれぞれ固定され、
前記レンズと、前記複数の支持体とは、各々の曲面部において互いに点接触していることを特徴とする、光半導体装置。 A substrate having a mounting surface;
An optical semiconductor element mounted on the mounting surface of the substrate;
An optical semiconductor device comprising: a lens disposed in the same direction as the mounting surface of the substrate and having a curved surface portion;
A plurality of supports disposed on the mounting surface of the substrate and having a curved surface;
The plurality of supports are respectively fixed to a plurality of support portions formed on the substrate,
The optical semiconductor device, wherein the lens and the plurality of supports are in point contact with each other at each curved surface portion.
前記基板の前記搭載面上に、光半導体素子を搭載する工程と、
前記複数の支持部に、前記複数の支持体を固定する工程と、
前記複数の支持体の曲面部に、曲面部を有したレンズを点接触させることにより、前記レンズを固定する工程と、
前記基板と、前記光半導体素子と、前記複数の支持体とを覆う封止樹脂を形成する工程と、を備えることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of support portions for fixing a plurality of support bodies having curved surface portions on a substrate having a mounting surface;
Mounting an optical semiconductor element on the mounting surface of the substrate;
Fixing the plurality of supports to the plurality of support parts;
Fixing the lens by making point contact with the lens having the curved surface portion on the curved surface portion of the plurality of supports;
And a step of forming a sealing resin that covers the substrate, the optical semiconductor element, and the plurality of supports.
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