JP3958864B2 - 透明樹脂封止光半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子や受光素子等の光半導体素子を透明樹脂で封止した透明樹脂封止光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子、あるいはホトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を、エポキシ樹脂のような透明樹脂のモールド体で封止した透明樹脂封止光半導体装置が広く知られている。このような光半導体装置では、受光または発光面側（受発光面側）のモールド体表面は鏡面にされ、光が効率よく入出射する。
【０００３】
例えば、実開昭５１−６０７６９号公報では、ＣｄＳセル等の光導電素子に透明樹脂封止を施した光デバイスにおいて、光導電素子の受光面に対応する部分を除くモールド体表面を乱反射面とする技術が開示されている。この乱反射面はランダムな方向から入射する外乱光を乱反射し、受光面への入射を妨げるので、指向性を向上させて誤動作を防止できる、と上記公報には説明されている。
【０００４】
また、特開平７−２５４６２３号公報では、ホトダイオード等の光電変換素子を透明樹脂で封止した光半導体装置において、受光面に対向する部分のモールド体表面に窪みを形成し、窪みの底面を鏡面とすると共に、窪みの外側を広範囲に梨地面とする技術が開示されている。このように窪みの内外で鏡面と梨地面を使い分けて梨地面を広くすれば、製造時に型離れが良くなると説明されている。また、広範囲に形成した梨地面でボイドやヒケが生じても、梨地面の中なので目立たないため外観が劣化しない、と説明されている。
【０００５】
なお、特公平７−５０７５４号公報においても、上記公報と同様に受光面に対向する部分に凹部を形成して、その内外で鏡面と梨地面を使い分ける技術が開示されている。ここでは、光の入出射に関与する鏡面部分が凹部の底面に位置しているので、傷が付きにくい利点がある、と説明されている。
【０００６】
更に、特公平４−１０７４１号（特開昭６２−１０４０５７号）公報では、受光素子と制御素子とを共に透明樹脂で封止した装置において、受光素子に対応する光透過部分のみを外方に突出させ、この上面を鏡面として周囲は梨地面とする技術が開示されている。これによれば、美観検査の対象になる光透過部分の周辺部分が梨地面なので、美観品質が安定して歩留まりが向上する、と説明されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来技術では、光を入出射させるモールド体の鏡面仕上げの範囲を、例えば実開昭５１−６０７６９号公報のように、封止された受発光素子の受発光面に対応する狭い領域に制限してきた。そして、上記の公報（例えば、特開平７−２５４６２３号公報や特公平７−５０７５４号公報）に示されるように、この狭い受発光範囲でモールド体表面を内側に窪ませたり、外側に突出させたりする試みも採用されてきた。
【０００８】
しかし、このように鏡面の範囲を狭くすると、透明樹脂封止された光半導体装置の内部の様子が乱反射面や梨地面に隠れて外側から観察できなくなり、成形後の内部の外観検査が不能になる。このため、良品と不良品を選別することが困難になり、信頼性の高い製品のみの出荷が難しくなる。
【０００９】
また、上記公報のように受発光領域に窪みや凸部を形成すると、この縁部（段差部）に汚れが溜まりやすく、この汚れを除去するのは容易でない。また、凸部を形成すると鏡面が傷付き易くなり、結局はデバイスの光特性を低下させる。
【００１０】
そこで上記の問題点を解決すべく、成形後の目視による内部構造の検査を可能にするため、光半導体素子の受発光面側において、モールド体の外面に窪みや凸部を形成することなく、広い範囲に渉って鏡面にすると、いわゆる「ヒケ」がランダムな位置に発生し、これが光特性を劣化させる。特に、鏡面部分の面積が広くなるとヒケの発生も多くなり、透明樹脂封止光半導体装置としての一定の品質を保証できなくなる。
【００１１】
このように、ヒケの発生を抑えて一定の光特性を保証することと、鏡面部分の面積を広げて内部の目視検査を可能にすることは、いわばトレードオフの関係にあった。本発明者は、かかる問題点について鋭意検討を重ねた結果、モールド体表面におけるヒケの発生には一定のメカニズムがあることに着目し、このメカニズムの発現を抑止するデバイス構造を設計することにより本発明を完成した。
【００１２】
そこで本発明は、成形後の内部の外観検査を可能にしながら、受発光面相当領域のモールド体表面においてヒケを好適に抑制可能にした透明樹脂封止光半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光半導体素子が透明樹脂のモールド体により封止され、このモールド体側面からボンディングリードのアウターリード部が導出されると共に、光半導体素子とボンディングリードのインナーリード部がボンディングワイヤで相互に接続された透明樹脂封止光半導体装置において、光半導体素子の受光または発光部側のモールド体表面は、モールド体側面と鈍角で交差しており、モールド体側面との境界から内側で平坦面をなし、光半導体素子の受光または発光領域を含む範囲が鏡面とされ、かつ、モールド体表面の少なくとも一つの隅部と、モールド体側面の全面とが梨地面とされ、モールド体表面の鏡面を通してインナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置を外観検査可能にされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、モールド体表面は平坦面でありながら少なくとも一つの隅部は梨地面とされ、かつ、この梨地面はモールド体側面の梨地面に連続することとなるため、光半導体素子の受光または発光領域と、インナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置とを含む広い範囲のモールド体表面が鏡面とされている場合でも、製造工程でモールド体表面と金型の内面との間に生じる応力歪は、上記の梨地面で剥離が先行する事により好適に緩和され、鏡面の部分にヒケが生じるのを抑止した光学特性の良好な透明樹脂封止光半導体装置が提供される。また、インナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置を含む範囲が鏡面とされているため、成形後の外観による内部検査、特にワイヤボンディングの良否の検査が可能になる。
【００１５】
本発明は更に、モールド体表面とモールド体側面が鈍角で交差していることも特徴としているところから、モールド体表面の隅部に形成された梨地面と、モールド体側面に形成された梨地面とが、９０度を超える鈍角で交差する面の相互間で連続するので、製造工程における応力歪みの緩和はより好適になり、ヒケの抑止に効果がある。
【００１６】
また、本発明の透明樹脂封止光半導体装置は、モールド体表面が矩形状の平坦面をなし、その矩形状の平坦面の四隅部分が梨地面とされていることを特徴としても良い。このような構成とすれば、矩形の四隅部では、直交する二つのモールド体側面に形成された双方の梨地面がモールド体表面の梨地面に連続し、したがってモールド体表面における梨地面の範囲を最小限にしながら、ヒケを好適になくすことができる。特に、モールド体表面とモールド体側面が９０度を超える鈍角をなす時には、製造工程の冷却時に金型からのモールド体表面の剥離が、四隅部でスムーズに進行し、鏡面部分におけるヒケの発生を大幅に低減できる。
【００１７】
また、本発明の透明樹脂封止光半導体装置は、矩形状の平坦面の四隅部分および四辺に沿う部分が梨地面とされていることを特徴としても良い。このような構成とすれば、矩形状のモールド体表面の全周で梨地面がモールド体側面の梨地面に連続しており、応力歪の緩和が更に好適となる。特に、モールド体表面とモールド体側面が９０度を超える鈍角をなす時には、製造工程の冷却時に金型からのモールド体表面の剥離が、四隅部分および四辺部分でスムーズに進行し、鏡面部分におけるヒケの発生を最小限に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に基づき、本発明を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一要素には同一の符号を附して重複説明を省略する。
【００１９】
具体的な実施形態の説明に先立ち、本発明を完成するに至った経緯に付いて説明する。図１は、本発明者らがこれまで製造してきた従来の透明樹脂封止光半導体装置の斜視図であり、内部構造も点線で図示している。図２は、その製造工程を説明する金型の断面図であり、図３は、製造された透明樹脂封止光半導体装置の外観図である。
【００２０】
図１に示すように、金属製のリードフレーム１０からはチップマウントリード１１とボンディングリード１２が平行に延び、チップマウントリード１１の先端部に形成されたチップマウント部１３には、半導体受光素子であるホトダイオード２がダイボンド等により搭載されている。そして、ボンディングリード１２のインナーリード部１４とホトダイオード２の間には、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ３が掛け渡されている。これらは透明樹脂のモールド体４により封止され、その側面からはボンディングリード部１１，１２のアウターリード部が外部に導出されている。
【００２１】
ここで、モールド体４の上面、すなわちホトダイオード２の受光面側に位置するモールド体表面４１は鏡面をなし、その周囲の上側面４２も鏡面をなしている。これに対し、モールド体４の裏面４３とその周囲の下側面４４は、全面が梨地面をなしている。なお、図面において梨地面は、いわゆるドット模様で示してある。
【００２２】
このような透明樹脂封止光半導体装置は、図２のように製造される。すなわち、リードフレーム１０のチップマウント部１３にホトダイオード２がマウントされ、ボンディングワイヤ３によりホトダイオード２とボンディングリード１２のインナーリード部１４とが接続された状態で、リードフレーム１０は上金型５Ｕと下金型５Ｓの間にセットされる。ここで、モールド体表面４１に相当する上金型上面５１とモールド体上側面４２に相当する上金型側面５２は、いずれも鏡面に仕上げられている。これに対し、モールド体裏面４３に相当する下金型下面５３とモールド体下側面４４に相当する下金型側面５４は、いずれも捺印性を考慮して梨地面になっている。なお、透明なエポキシ樹脂は、開口５５からキャビティに注入される。
【００２３】
このようにしてキャビティにエポキシ樹脂を注入し、樹脂を成形した後に、成形用の上金型５Ｕと下金型５Ｓが開かれる。しかし、実際には、透明なエポキシ樹脂はガラス転移温度が１２０℃であるにも拘わらず、成形温度は１５０℃の高温であるため成形後も熱変形温度以上になっており、金型５Ｕ,５Ｓを開いた時には成形品の硬度が低く、ゴム状になっている。このように、樹脂自体がゴム状であるため、金型を開いた時に成形品に加わる応力がボンディングワイヤ３とボンディング部分に加わることで、ダメージが与えられて断線したり、不安定な接続状態になっている場合がある。このため、成形後に外観検査で不良品を選別（例えば、不安定な接続状態は顕微鏡による外観検査で判別できる）し、透明樹脂封止光半導体装置としての一定の品質を保証することが必要になるのである。
【００２４】
図２の金型５で製造された透明樹脂封止光半導体装置では、図３（Ａ）に外観で示されるように、透明樹脂のモールド体４は上側半分の外面（４１，４２）が鏡面をなし、下側半分の外面（４３，４４）が梨地面をなしている。そして、上面半分の外面には、図３（Ａ）,（Ｂ）に例示するようにヒケが現れることが多かった。この「ヒケ」は、樹脂をモールド成形する際に、金型と樹脂の熱収縮率のの差により生じる表面のごく浅い（１０ミクロン程度の深さ）窪みであり、これが生じると光の入出射特性が劣化する。
【００２５】
透明樹脂の代表例であるエポキシ樹脂では、概ね１．２％の硬化収縮が生じ、金型５と密着するモールド体４が部分的に金型５から剥離し、これがヒケと称する浅い窪みをモールド体４の表面に生み出す。ところで、このヒケは金型５との密着性の高い鏡面で生じ易く、金型５との密着性の高い鏡面部分で硬化収縮による応力が密着力を超える時は、モールド体４が金型５から剥離してヒケが生じる。この時、鏡面部分のヒケはランダムな位置において、つまり発生場所が特定されることなく、しかも、その鏡面部分の面積が広いほど高い確率で生じる。
【００２６】
そこで本発明者は、ヒケの発生する確率を好適に抑制できるデバイス構造を設計すべく、異なる種類の金型５を幾つか用意し、異なる種類の透明樹脂封止光半導体装置を試作した。この場合の金型としては、下金型５Ｓは従来と同様にし、上金型５Ｕをそれぞれ異なるタイプとした。
【００２７】
すなわち、第一のタイプの上金型５Ｕでは、モールド体上面４１に相当する上金型上面５１はダイヤ粉末の研磨剤で鏡面研磨したが、モールド体上側面４２に相当する上金型側面５２については、上金型上面５１との境界部近傍の狭い帯状の範囲を除いて鏡面研磨せず、梨地面のままとした。第二のタイプの上金型５Ｕでは、上金型側面５２は梨地面のままとし、上金型上面５１については上金型側面５２との境界部近傍の狭い帯状の範囲を除いて鏡面研磨した。第三のタイプの上金型５Ｕでは、上金型側面５２は梨地面のままとし、上金型上面５１については四隅部の狭い範囲を除いて鏡面研磨した。
【００２８】
上記の三種類の金型で透明樹脂封止光半導体装置を製造し、梨地面および鏡面の出来具合と、鏡面部分におけるヒケの有無を調べた。
【００２９】
第一のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図４に示すように、平坦なモールド体表面４１の全面と、これに隣接するモールド体上側面４２の上縁部が鏡面となっており、モールド体上側面４２の上縁部を除く大部分は梨地面になっていた。そして、鏡面部分では従来品よりヒケの生じる確率が僅かに低下するものの、相当程度の確率でモールド体表面４１にヒケが発生していた。
【００３０】
第二のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図５に示すように、平坦なモールド体表面４１の四隅部分および四辺に沿う部分が梨地面で、その内側は鏡面となっており、モールド体上側面４２は全面が梨地面になっていた。この場合には、ごく一部の例外サンプルを除いてヒケが殆ど生じていなかった。なお、モールド体表面４１の四隅部分および四辺部分における梨地面の幅は０．５ｍｍ程度以内であり、ボンディングリード１２のインナーリード部１４とボンディングワイヤ３との接続部分の外観検査には、全く支障がなかった。
【００３１】
第三のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図６に示すように、平坦なモールド体表面４１の四隅部分のみが梨地面で、その他は全て鏡面となっており、モールド体上側面４２は全面が梨地面になっていた。この場合には、第二のタイプに比べてより多くのサンプルでヒケが生じるものの、比較的多数のサンプルではヒケが現れないことが判明した。なお、モールド体表面４１における梨地面は四隅部のみに形成され、かつ、その幅は概ね０．５ｍｍ程度以内であり、インナーリード部１４とボンディングワイヤ３との接続部分の外観検査には、全く支障がなかった。
【００３２】
以上のように、第一のタイプの金型で製造した透明樹脂封止光半導体装置と、第二、第三のタイプの金型で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、ヒケの発生について有意の差異があった。
【００３３】
したがって本発明は、光半導体素子（例えばホトダイオード２）が透明樹脂のモールド体４により封止され、このモールド体側面からボンディングリード１２のアウターリード部が導出されると共に、光半導体素子とボンディングリード１２のインナーリード部１４がボンディングワイヤ３で相互に接続された透明樹脂封止光半導体装置において、図５の第一実施形態、あるいは図６の第二実施形態において具体化された下記の構成を採用する。
【００３４】
すなわち、光半導体素子の受・発光部側のモールド体表面４１がモールド体上側面４２との境界から内側で平坦面をなし、光半導体素子の受・発光領域とインナーリード部１４へのボンディングワイヤ３の接続位置とを含む範囲のモールド体表面４１が鏡面とされると共に、モールド体上側面４２の全面が梨地面とされ、かつ、モールド体表面４１の隅部、より好ましくはモールド体表面４１の隅部と周縁部の狭い範囲が梨地面とされていることを特徴とする。
【００３５】
梨地面の表面粗さを、例えば０．５ミクロンＲｍａｘ程度とすれば、この部分でモールド体４と金型５の密着力は著しく低下し、透明樹脂の硬化収縮に伴う界面での剥離が梨地面に集中する。したがって、モールド体表面４１の四隅部分あるいは四辺に沿う部分に囲まれた鏡面部分では、硬化収縮による応力は緩和され、ここでのヒケの発生は抑制される。
【００３６】
以下、本発明の他の好適な実施形態を説明する。
【００３７】
図７は、第三実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合の透明樹脂封止光半導体装置では、モールド体４の両側に５本ずつ、径１０本のアウターリードが導出されている。モールド体４のサイズは横：４．８ｍｍ、縦：４．０ｍｍ、高さ：１．８ｍｍ程度であり、モールド体表面４１とモールド体上側面４２は１００度の鈍角で交差し、モールド体裏面４３とモールド体下側面４４は９５度の鈍角で交差している。
【００３８】
梨地面はモールド体上側面４２、モールド体裏面４３およびモールド体下側面４４の全面に形成され、かつ、モールド体表面４１の四隅部にも形成されている。四隅部の梨地面の幅は０．３ｍｍ程度であり、図示はしないが、透明なエポキシ樹脂モールド体４の内部におけるボンディングワイヤの接続位置は、鏡面部分を通して観察可能になっている。
【００３９】
図８は、第四実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、外形のサイズは第三実施形態と全く同じである。異なるのは、モールド体表面４１における梨地面の形成位置である。すなわち、梨地面は四隅部分の他に、四辺に沿う部分にも形成されており、その幅は０．３ｍｍ程度（最大で０．５ｍｍ程度）である。
【００４０】
図９は、第五実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、モールド体４のサイズが第三実施形態とは多少異なる。すなわち、モールド体４のサイズは横：５．５ｍｍ、縦：４．５ｍｍ、高さ：２．０ｍｍ程度であり、モールド体表面４１とモールド体上側面４２はアウターリードの導出側で９５度、他の側で１００度の鈍角で交差している。また、モールド体裏面４３とモールド体下側面４４は９３度の鈍角で交差している。
【００４１】
一方、梨地面は四隅部分の他に、四辺に沿う部分にも形成されているが、その幅は長辺側と短辺側で異なっており、長辺側で０．５ｍｍ程度、短辺側で０．７ｍｍ程度である。短辺側には長辺方向の硬化収縮による応力が懸かるが、この応力は長辺側に懸かる短辺方向の硬化収縮による応力よりも小さいことを考慮し、梨地面の幅を異ならせている。
【００４２】
図１０は、第六実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、外形のサイズは第五実施形態と全く同じである。異なるのは、モールド体表面４１における梨地面の形成位置である。すなわち、梨地面は四隅部分に幅広く形成される他に、四辺に沿う部分にも狭い幅で形成されており、その幅は四隅部分で０．５ｍｍ程度、四辺に沿う部分で０．２ｍｍ程度である。
【００４３】
本発明は上記実施形態の限定されず、種々の変形が可能である。例えば、光半導体素子は単体のホトダイオードの他、単一のチップにホトダイオードとＩＣを集積したホトＩＣチップでも良く、複数のホトダイオードが単一のチップに組み込まれた素子でも良い。更に、発光ダイオードなどでも良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明によれば、モールド体表面は平坦面でありながら隅部（好ましくは周縁部）は梨地面とされ、かつ、この梨地面はモールド体側面の梨地面に連続することとなるため、製造工程におけるモールド体の硬化収縮に起因する応力歪は上記の梨地面で好適に緩和され、鏡面の部分にヒケが生じる不具合が抑止される。また、成形後の外観による内部検査、特にワイヤボンディングの良否の検査が可能になるので、一定の品質を保証した製品の供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の透明樹脂封止光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の透明樹脂封止光半導体装置を製造する工程を説明する断面図である。
【図３】モールド体の下半分を梨地面とした透明樹脂封止光半導体装置の一例（比較例）を示す斜視図である。
【図４】モールド体の表面と側面の上縁部を除いて、その他の面を梨地面とした透明樹脂封止光半導体装置の一例（比較例）を示す斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の斜視図である。
【図６】第二実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の斜視図である。
【図７】第三実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図８】第四実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図９】第五実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図１０】第六実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【符号の説明】
１…透明樹脂封止光半導体装置、２…ホトダイオード、３…ボンディングワイヤ、４…モールド体、４１…モールド体上面、４２…モールド体上側面、４３…モールド体裏面、４４…モールド体下側面、５Ｕ…上金型、５Ｓ…下金型、５１…上金型上面、５２…上金型側面、５３…下金型下面、５４…下金型側面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子や受光素子等の光半導体素子を透明樹脂で封止した透明樹脂封止光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子、あるいはホトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を、エポキシ樹脂のような透明樹脂のモールド体で封止した透明樹脂封止光半導体装置が広く知られている。このような光半導体装置では、受光または発光面側（受発光面側）のモールド体表面は鏡面にされ、光が効率よく入出射する。
【０００３】
例えば、実開昭５１−６０７６９号公報では、ＣｄＳセル等の光導電素子に透明樹脂封止を施した光デバイスにおいて、光導電素子の受光面に対応する部分を除くモールド体表面を乱反射面とする技術が開示されている。この乱反射面はランダムな方向から入射する外乱光を乱反射し、受光面への入射を妨げるので、指向性を向上させて誤動作を防止できる、と上記公報には説明されている。
【０００４】
また、特開平７−２５４６２３号公報では、ホトダイオード等の光電変換素子を透明樹脂で封止した光半導体装置において、受光面に対向する部分のモールド体表面に窪みを形成し、窪みの底面を鏡面とすると共に、窪みの外側を広範囲に梨地面とする技術が開示されている。このように窪みの内外で鏡面と梨地面を使い分けて梨地面を広くすれば、製造時に型離れが良くなると説明されている。また、広範囲に形成した梨地面でボイドやヒケが生じても、梨地面の中なので目立たないため外観が劣化しない、と説明されている。
【０００５】
なお、特公平７−５０７５４号公報においても、上記公報と同様に受光面に対向する部分に凹部を形成して、その内外で鏡面と梨地面を使い分ける技術が開示されている。ここでは、光の入出射に関与する鏡面部分が凹部の底面に位置しているので、傷が付きにくい利点がある、と説明されている。
【０００６】
更に、特公平４−１０７４１号（特開昭６２−１０４０５７号）公報では、受光素子と制御素子とを共に透明樹脂で封止した装置において、受光素子に対応する光透過部分のみを外方に突出させ、この上面を鏡面として周囲は梨地面とする技術が開示されている。これによれば、美観検査の対象になる光透過部分の周辺部分が梨地面なので、美観品質が安定して歩留まりが向上する、と説明されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来技術では、光を入出射させるモールド体の鏡面仕上げの範囲を、例えば実開昭５１−６０７６９号公報のように、封止された受発光素子の受発光面に対応する狭い領域に制限してきた。そして、上記の公報（例えば、特開平７−２５４６２３号公報や特公平７−５０７５４号公報）に示されるように、この狭い受発光範囲でモールド体表面を内側に窪ませたり、外側に突出させたりする試みも採用されてきた。
【０００８】
しかし、このように鏡面の範囲を狭くすると、透明樹脂封止された光半導体装置の内部の様子が乱反射面や梨地面に隠れて外側から観察できなくなり、成形後の内部の外観検査が不能になる。このため、良品と不良品を選別することが困難になり、信頼性の高い製品のみの出荷が難しくなる。
【０００９】
また、上記公報のように受発光領域に窪みや凸部を形成すると、この縁部（段差部）に汚れが溜まりやすく、この汚れを除去するのは容易でない。また、凸部を形成すると鏡面が傷付き易くなり、結局はデバイスの光特性を低下させる。
【００１０】
そこで上記の問題点を解決すべく、成形後の目視による内部構造の検査を可能にするため、光半導体素子の受発光面側において、モールド体の外面に窪みや凸部を形成することなく、広い範囲に渉って鏡面にすると、いわゆる「ヒケ」がランダムな位置に発生し、これが光特性を劣化させる。特に、鏡面部分の面積が広くなるとヒケの発生も多くなり、透明樹脂封止光半導体装置としての一定の品質を保証できなくなる。
【００１１】
このように、ヒケの発生を抑えて一定の光特性を保証することと、鏡面部分の面積を広げて内部の目視検査を可能にすることは、いわばトレードオフの関係にあった。本発明者は、かかる問題点について鋭意検討を重ねた結果、モールド体表面におけるヒケの発生には一定のメカニズムがあることに着目し、このメカニズムの発現を抑止するデバイス構造を設計することにより本発明を完成した。
【００１２】
そこで本発明は、成形後の内部の外観検査を可能にしながら、受発光面相当領域のモールド体表面においてヒケを好適に抑制可能にした透明樹脂封止光半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光半導体素子が透明樹脂のモールド体により封止され、このモールド体側面からボンディングリードのアウターリード部が導出されると共に、光半導体素子とボンディングリードのインナーリード部がボンディングワイヤで相互に接続された透明樹脂封止光半導体装置において、光半導体素子の受光または発光部側のモールド体表面は、モールド体側面と鈍角で交差しており、モールド体側面との境界から内側で平坦面をなし、光半導体素子の受光または発光領域を含む範囲が鏡面とされ、かつ、モールド体表面の少なくとも一つの隅部と、モールド体側面の全面とが梨地面とされ、モールド体表面の鏡面を通してインナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置を外観検査可能にされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、モールド体表面は平坦面でありながら少なくとも一つの隅部は梨地面とされ、かつ、この梨地面はモールド体側面の梨地面に連続することとなるため、光半導体素子の受光または発光領域と、インナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置とを含む広い範囲のモールド体表面が鏡面とされている場合でも、製造工程でモールド体表面と金型の内面との間に生じる応力歪は、上記の梨地面で剥離が先行する事により好適に緩和され、鏡面の部分にヒケが生じるのを抑止した光学特性の良好な透明樹脂封止光半導体装置が提供される。また、インナーリード部へのボンディングワイヤの接続位置を含む範囲が鏡面とされているため、成形後の外観による内部検査、特にワイヤボンディングの良否の検査が可能になる。
【００１５】
本発明は更に、モールド体表面とモールド体側面が鈍角で交差していることも特徴としているところから、モールド体表面の隅部に形成された梨地面と、モールド体側面に形成された梨地面とが、９０度を超える鈍角で交差する面の相互間で連続するので、製造工程における応力歪みの緩和はより好適になり、ヒケの抑止に効果がある。
【００１６】
また、本発明の透明樹脂封止光半導体装置は、モールド体表面が矩形状の平坦面をなし、その矩形状の平坦面の四隅部分が梨地面とされていることを特徴としても良い。このような構成とすれば、矩形の四隅部では、直交する二つのモールド体側面に形成された双方の梨地面がモールド体表面の梨地面に連続し、したがってモールド体表面における梨地面の範囲を最小限にしながら、ヒケを好適になくすことができる。特に、モールド体表面とモールド体側面が９０度を超える鈍角をなす時には、製造工程の冷却時に金型からのモールド体表面の剥離が、四隅部でスムーズに進行し、鏡面部分におけるヒケの発生を大幅に低減できる。
【００１７】
また、本発明の透明樹脂封止光半導体装置は、矩形状の平坦面の四隅部分および四辺に沿う部分が梨地面とされていることを特徴としても良い。このような構成とすれば、矩形状のモールド体表面の全周で梨地面がモールド体側面の梨地面に連続しており、応力歪の緩和が更に好適となる。特に、モールド体表面とモールド体側面が９０度を超える鈍角をなす時には、製造工程の冷却時に金型からのモールド体表面の剥離が、四隅部分および四辺部分でスムーズに進行し、鏡面部分におけるヒケの発生を最小限に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に基づき、本発明を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一要素には同一の符号を附して重複説明を省略する。
【００１９】
具体的な実施形態の説明に先立ち、本発明を完成するに至った経緯に付いて説明する。図１は、本発明者らがこれまで製造してきた従来の透明樹脂封止光半導体装置の斜視図であり、内部構造も点線で図示している。図２は、その製造工程を説明する金型の断面図であり、図３は、製造された透明樹脂封止光半導体装置の外観図である。
【００２０】
図１に示すように、金属製のリードフレーム１０からはチップマウントリード１１とボンディングリード１２が平行に延び、チップマウントリード１１の先端部に形成されたチップマウント部１３には、半導体受光素子であるホトダイオード２がダイボンド等により搭載されている。そして、ボンディングリード１２のインナーリード部１４とホトダイオード２の間には、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ３が掛け渡されている。これらは透明樹脂のモールド体４により封止され、その側面からはボンディングリード部１１，１２のアウターリード部が外部に導出されている。
【００２１】
ここで、モールド体４の上面、すなわちホトダイオード２の受光面側に位置するモールド体表面４１は鏡面をなし、その周囲の上側面４２も鏡面をなしている。これに対し、モールド体４の裏面４３とその周囲の下側面４４は、全面が梨地面をなしている。なお、図面において梨地面は、いわゆるドット模様で示してある。
【００２２】
このような透明樹脂封止光半導体装置は、図２のように製造される。すなわち、リードフレーム１０のチップマウント部１３にホトダイオード２がマウントされ、ボンディングワイヤ３によりホトダイオード２とボンディングリード１２のインナーリード部１４とが接続された状態で、リードフレーム１０は上金型５Ｕと下金型５Ｓの間にセットされる。ここで、モールド体表面４１に相当する上金型上面５１とモールド体上側面４２に相当する上金型側面５２は、いずれも鏡面に仕上げられている。これに対し、モールド体裏面４３に相当する下金型下面５３とモールド体下側面４４に相当する下金型側面５４は、いずれも捺印性を考慮して梨地面になっている。なお、透明なエポキシ樹脂は、開口５５からキャビティに注入される。
【００２３】
このようにしてキャビティにエポキシ樹脂を注入し、樹脂を成形した後に、成形用の上金型５Ｕと下金型５Ｓが開かれる。しかし、実際には、透明なエポキシ樹脂はガラス転移温度が１２０℃であるにも拘わらず、成形温度は１５０℃の高温であるため成形後も熱変形温度以上になっており、金型５Ｕ,５Ｓを開いた時には成形品の硬度が低く、ゴム状になっている。このように、樹脂自体がゴム状であるため、金型を開いた時に成形品に加わる応力がボンディングワイヤ３とボンディング部分に加わることで、ダメージが与えられて断線したり、不安定な接続状態になっている場合がある。このため、成形後に外観検査で不良品を選別（例えば、不安定な接続状態は顕微鏡による外観検査で判別できる）し、透明樹脂封止光半導体装置としての一定の品質を保証することが必要になるのである。
【００２４】
図２の金型５で製造された透明樹脂封止光半導体装置では、図３（Ａ）に外観で示されるように、透明樹脂のモールド体４は上側半分の外面（４１，４２）が鏡面をなし、下側半分の外面（４３，４４）が梨地面をなしている。そして、上面半分の外面には、図３（Ａ）,（Ｂ）に例示するようにヒケが現れることが多かった。この「ヒケ」は、樹脂をモールド成形する際に、金型と樹脂の熱収縮率のの差により生じる表面のごく浅い（１０ミクロン程度の深さ）窪みであり、これが生じると光の入出射特性が劣化する。
【００２５】
透明樹脂の代表例であるエポキシ樹脂では、概ね１．２％の硬化収縮が生じ、金型５と密着するモールド体４が部分的に金型５から剥離し、これがヒケと称する浅い窪みをモールド体４の表面に生み出す。ところで、このヒケは金型５との密着性の高い鏡面で生じ易く、金型５との密着性の高い鏡面部分で硬化収縮による応力が密着力を超える時は、モールド体４が金型５から剥離してヒケが生じる。この時、鏡面部分のヒケはランダムな位置において、つまり発生場所が特定されることなく、しかも、その鏡面部分の面積が広いほど高い確率で生じる。
【００２６】
そこで本発明者は、ヒケの発生する確率を好適に抑制できるデバイス構造を設計すべく、異なる種類の金型５を幾つか用意し、異なる種類の透明樹脂封止光半導体装置を試作した。この場合の金型としては、下金型５Ｓは従来と同様にし、上金型５Ｕをそれぞれ異なるタイプとした。
【００２７】
すなわち、第一のタイプの上金型５Ｕでは、モールド体上面４１に相当する上金型上面５１はダイヤ粉末の研磨剤で鏡面研磨したが、モールド体上側面４２に相当する上金型側面５２については、上金型上面５１との境界部近傍の狭い帯状の範囲を除いて鏡面研磨せず、梨地面のままとした。第二のタイプの上金型５Ｕでは、上金型側面５２は梨地面のままとし、上金型上面５１については上金型側面５２との境界部近傍の狭い帯状の範囲を除いて鏡面研磨した。第三のタイプの上金型５Ｕでは、上金型側面５２は梨地面のままとし、上金型上面５１については四隅部の狭い範囲を除いて鏡面研磨した。
【００２８】
上記の三種類の金型で透明樹脂封止光半導体装置を製造し、梨地面および鏡面の出来具合と、鏡面部分におけるヒケの有無を調べた。
【００２９】
第一のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図４に示すように、平坦なモールド体表面４１の全面と、これに隣接するモールド体上側面４２の上縁部が鏡面となっており、モールド体上側面４２の上縁部を除く大部分は梨地面になっていた。そして、鏡面部分では従来品よりヒケの生じる確率が僅かに低下するものの、相当程度の確率でモールド体表面４１にヒケが発生していた。
【００３０】
第二のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図５に示すように、平坦なモールド体表面４１の四隅部分および四辺に沿う部分が梨地面で、その内側は鏡面となっており、モールド体上側面４２は全面が梨地面になっていた。この場合には、ごく一部の例外サンプルを除いてヒケが殆ど生じていなかった。なお、モールド体表面４１の四隅部分および四辺部分における梨地面の幅は０．５ｍｍ程度以内であり、ボンディングリード１２のインナーリード部１４とボンディングワイヤ３との接続部分の外観検査には、全く支障がなかった。
【００３１】
第三のタイプの金型５で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、図６に示すように、平坦なモールド体表面４１の四隅部分のみが梨地面で、その他は全て鏡面となっており、モールド体上側面４２は全面が梨地面になっていた。この場合には、第二のタイプに比べてより多くのサンプルでヒケが生じるものの、比較的多数のサンプルではヒケが現れないことが判明した。なお、モールド体表面４１における梨地面は四隅部のみに形成され、かつ、その幅は概ね０．５ｍｍ程度以内であり、インナーリード部１４とボンディングワイヤ３との接続部分の外観検査には、全く支障がなかった。
【００３２】
以上のように、第一のタイプの金型で製造した透明樹脂封止光半導体装置と、第二、第三のタイプの金型で製造した透明樹脂封止光半導体装置では、ヒケの発生について有意の差異があった。
【００３３】
したがって本発明は、光半導体素子（例えばホトダイオード２）が透明樹脂のモールド体４により封止され、このモールド体側面からボンディングリード１２のアウターリード部が導出されると共に、光半導体素子とボンディングリード１２のインナーリード部１４がボンディングワイヤ３で相互に接続された透明樹脂封止光半導体装置において、図５の第一実施形態、あるいは図６の第二実施形態において具体化された下記の構成を採用する。
【００３４】
すなわち、光半導体素子の受・発光部側のモールド体表面４１がモールド体上側面４２との境界から内側で平坦面をなし、光半導体素子の受・発光領域とインナーリード部１４へのボンディングワイヤ３の接続位置とを含む範囲のモールド体表面４１が鏡面とされると共に、モールド体上側面４２の全面が梨地面とされ、かつ、モールド体表面４１の隅部、より好ましくはモールド体表面４１の隅部と周縁部の狭い範囲が梨地面とされていることを特徴とする。
【００３５】
梨地面の表面粗さを、例えば０．５ミクロンＲｍａｘ程度とすれば、この部分でモールド体４と金型５の密着力は著しく低下し、透明樹脂の硬化収縮に伴う界面での剥離が梨地面に集中する。したがって、モールド体表面４１の四隅部分あるいは四辺に沿う部分に囲まれた鏡面部分では、硬化収縮による応力は緩和され、ここでのヒケの発生は抑制される。
【００３６】
以下、本発明の他の好適な実施形態を説明する。
【００３７】
図７は、第三実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合の透明樹脂封止光半導体装置では、モールド体４の両側に５本ずつ、径１０本のアウターリードが導出されている。モールド体４のサイズは横：４．８ｍｍ、縦：４．０ｍｍ、高さ：１．８ｍｍ程度であり、モールド体表面４１とモールド体上側面４２は１００度の鈍角で交差し、モールド体裏面４３とモールド体下側面４４は９５度の鈍角で交差している。
【００３８】
梨地面はモールド体上側面４２、モールド体裏面４３およびモールド体下側面４４の全面に形成され、かつ、モールド体表面４１の四隅部にも形成されている。四隅部の梨地面の幅は０．３ｍｍ程度であり、図示はしないが、透明なエポキシ樹脂モールド体４の内部におけるボンディングワイヤの接続位置は、鏡面部分を通して観察可能になっている。
【００３９】
図８は、第四実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、外形のサイズは第三実施形態と全く同じである。異なるのは、モールド体表面４１における梨地面の形成位置である。すなわち、梨地面は四隅部分の他に、四辺に沿う部分にも形成されており、その幅は０．３ｍｍ程度（最大で０．５ｍｍ程度）である。
【００４０】
図９は、第五実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、モールド体４のサイズが第三実施形態とは多少異なる。すなわち、モールド体４のサイズは横：５．５ｍｍ、縦：４．５ｍｍ、高さ：２．０ｍｍ程度であり、モールド体表面４１とモールド体上側面４２はアウターリードの導出側で９５度、他の側で１００度の鈍角で交差している。また、モールド体裏面４３とモールド体下側面４４は９３度の鈍角で交差している。
【００４１】
一方、梨地面は四隅部分の他に、四辺に沿う部分にも形成されているが、その幅は長辺側と短辺側で異なっており、長辺側で０．５ｍｍ程度、短辺側で０．７ｍｍ程度である。短辺側には長辺方向の硬化収縮による応力が懸かるが、この応力は長辺側に懸かる短辺方向の硬化収縮による応力よりも小さいことを考慮し、梨地面の幅を異ならせている。
【００４２】
図１０は、第六実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。この場合には、外形のサイズは第五実施形態と全く同じである。異なるのは、モールド体表面４１における梨地面の形成位置である。すなわち、梨地面は四隅部分に幅広く形成される他に、四辺に沿う部分にも狭い幅で形成されており、その幅は四隅部分で０．５ｍｍ程度、四辺に沿う部分で０．２ｍｍ程度である。
【００４３】
本発明は上記実施形態の限定されず、種々の変形が可能である。例えば、光半導体素子は単体のホトダイオードの他、単一のチップにホトダイオードとＩＣを集積したホトＩＣチップでも良く、複数のホトダイオードが単一のチップに組み込まれた素子でも良い。更に、発光ダイオードなどでも良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明によれば、モールド体表面は平坦面でありながら隅部（好ましくは周縁部）は梨地面とされ、かつ、この梨地面はモールド体側面の梨地面に連続することとなるため、製造工程におけるモールド体の硬化収縮に起因する応力歪は上記の梨地面で好適に緩和され、鏡面の部分にヒケが生じる不具合が抑止される。また、成形後の外観による内部検査、特にワイヤボンディングの良否の検査が可能になるので、一定の品質を保証した製品の供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の透明樹脂封止光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の透明樹脂封止光半導体装置を製造する工程を説明する断面図である。
【図３】モールド体の下半分を梨地面とした透明樹脂封止光半導体装置の一例（比較例）を示す斜視図である。
【図４】モールド体の表面と側面の上縁部を除いて、その他の面を梨地面とした透明樹脂封止光半導体装置の一例（比較例）を示す斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の斜視図である。
【図６】第二実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の斜視図である。
【図７】第三実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図８】第四実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図９】第五実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【図１０】第六実施形態に係る透明樹脂封止光半導体装置の上面図、正面図および側面図である。
【符号の説明】
１…透明樹脂封止光半導体装置、２…ホトダイオード、３…ボンディングワイヤ、４…モールド体、４１…モールド体上面、４２…モールド体上側面、４３…モールド体裏面、４４…モールド体下側面、５Ｕ…上金型、５Ｓ…下金型、５１…上金型上面、５２…上金型側面、５３…下金型下面、５４…下金型側面。
Claims (6)
- 光半導体素子が透明樹脂のモールド体により封止され、このモールド体側面からボンディングリードのアウターリード部が導出されると共に、前記光半導体素子と前記ボンディングリードのインナーリード部がボンディングワイヤで相互に接続された透明樹脂封止光半導体装置において、
前記光半導体素子の受光または発光部側の前記モールド体表面は、
前記モールド体側面と鈍角で交差しており、
前記モールド体側面との境界から内側で平坦面をなし、
前記光半導体素子の受光または発光領域を含む範囲が鏡面とされ、
かつ、前記モールド体表面の少なくとも一つの隅部と、前記モールド体側面の全面とが梨地面とされ、
前記モールド体表面の鏡面を通して前記インナーリード部への前記ボンディングワイヤの接続位置を外観検査可能にされている、
ことを特徴とする透明樹脂封止光半導体装置。 - 前記モールド体表面は矩形状の平坦面をなし、その矩形状の平坦面の四隅部分が梨地面とされている請求項１記載の透明樹脂封止光半導体装置。
- 前記矩形状の平坦面の四隅部分および四辺に沿う部分が梨地面とされている請求項２記載の透明樹脂封止光半導体装置。
- 前記モールド体表面に設けられる梨地面はモールド体の端部から 0.2mm 〜 0.7mm の範囲の幅で形成される請求項３記載の透明樹脂封止光半導体装置。
- 前記モールド体表面の四隅部に設けられる梨地面の幅は、四辺に沿った部分に設けられる梨地面の幅よりも広い請求項４記載の透明樹脂封止光半導体装置。
- 前記モールド体表面が長辺と短辺からなる矩形状であり、四辺の長辺側に設けられる梨地面の幅が、短辺側に設けられる梨地面の幅よりも小さい請求項３記載の透明樹脂封止光半導体装置。
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