JP3976419B2 - 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、発光素子と受光素子とを樹脂封止した半導体装置に関するものであり、特に装置の薄形化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、サブノートパソコン、携帯情報端末、電子スチルカメラ等のマルチメディア機器がめざましい発展を遂げている。これらの機器は、携帯性を求められることから外部とのデータ送受信にも簡便なものが要求され、赤外線等の光信号を用いることによりコードレスで外部機器と本体とを接続する装置を備えたものが多い。その中でも光信号として波長が870nmの赤外線を用いるIrDA(Infrared Data Association)規格が最も普及している。
【0003】
IrDA規格によるデータ通信を利用するためには、接続すべき両方の機器に、赤外線信号を発する発光素子と、赤外線信号を受ける受光素子とを備える必要がある。発光素子と受光素子とは、それぞれ別個のパッケージとして電子機器に組み込まれる場合もあるし、両者が1つのパッケージに収納されたモジュールとして供給される場合もある。
【0004】
図4に、発光素子と受光素子とを1つのパッケージに収納した赤外線データ通信用の半導体装置の例を示す(例えば、特開平10−70304号)。この装置は、装置本体1内に、半導体チップの形態で提供された受光素子2と発光素子3とを収納したもので、少なくとも赤外線に対して透明な樹脂で樹脂モールドしたものである。特に受光素子2においては、受光用のホトダイオードPDと、アンプ回路等の周辺回路とを同一チップ内に集積化する場合もある。
【0005】
半導体チップで提供された受光素子2のホトダイオードPDは、半導体チップの表面に対して垂直方向に光を受ける構造になっている。そのため、受光素子2、発光素子3共に、半導体チップに対して垂直に光信号6を発光/受光する構造になっており、該光信号6の集光のために各素子の上方に、半球体レンズ4、5を樹脂で形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器における軽薄短小化の要求に対応するためには、プリント基板上に固着する電子部品自体の高さを制限することが不可欠である。しかしながら、光信号6がプリント基板に対して垂直方向に導入するように図4の装置本体1を実装すると、レンズ4、5の存在等により装置本体1の高さが高く、全体の薄形化が困難である欠点があった。
【0007】
一方、図5に示すようにリードを折り曲げてレンズ4、5を横にすることで、プリント基板7に対して水平方向に光信号6を導入する様にする事も可能である。しかし、受光素子2と発光素子3の半導体チップを垂直に立てるようにして実装することから、実装時の高さを半導体チップの大きさ以下にすることが原理的に不可能であり、やはり薄形化が困難である欠点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題に鑑みて成され、発光素子と受光素子とを共通の樹脂層で被覆し、
前記発光素子及び受光素子の上方に反射面を作る溝を形成し、
前記反射面にて光信号を屈曲し、前記樹脂層の一側面から前記光信号の送受信を行う光半導体装置であって、
前記樹脂層の他側面に複数の外部接続リードを有し、
前記溝の最深部に対して前記一側面に近い一方の側で、前記発光素子の電極パッドと前記受光素子の電極パッドとをボンディングワイヤで接続し、
前記溝の最深部に対して前記他側面に近い他方の側で、前記発光及び受光素子の電極パッドと前記外部接続リードとをボンディングワイヤにて接続したことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は受光素子2と発光素子3とを1つのパッケージに収納したもので、図1は本発明の構造を示す平面図、図2(A)は発光素子3部分の断面図を示す断面図、図2(B)は受光素子2部分の断面図を各々示している。
【0010】
これらの図中、21は受光素子2を搭載するアイランド、22は発光素子3を搭載するアイランド、23は外部接続用のリード端子を各々示している。これらは鉄または銅系の素材からなるリードフレームによって提供されており、各アイランド21、22の表面に受光素子2と発光素子3が半田などの接着剤で固着されている。
【0011】
受光素子2は、半導体チップとして提供されたPINホトダイオード等であり、周辺の駆動回路等を同一チップ上に集積化したものでもよい。図中の符号PDは受光素子2のホトダイオード部分(受光面)を示している。半導体チップの表面にはアルミニウム電極パッド30が形成され、ボンディングワイヤ24によって電極パッド30とリード端子23とが接続されている。
【0012】
発光素子3は、半導体チップとして提供された、例えば波長870nmの赤外光を発光するLEDチップである。LEDはチップの全体で発光し、全方位に光が発散する素子である。そのため、チップを固着するアイランド22を円錐形の「お椀」のような形状に加工し、アイランド22の中心部に固着した発光素子3からの光信号6を前記「お椀」の傾斜した側壁で反射させて、光を一方向に集めるような構造としている。前記アイランド22は発光素子3のアノード(A)またはカソード(B)の一方の端子となり、チップ表面に形成した電極パッド30aが他方の端子となる。電極パッド30aは、ボンディングワイヤ24aにより受光素子2の電極パッド30bに接続されている。
【0013】
各アイランド21、22に固着された発光素子2と受光素子3は、リード23の先端部を含めて少なくとも赤外光に対して透明な樹脂でトランスファーモールドされる。樹脂層は封止体25を構成し、封止体25の一表面にはアイランド21、22の裏面が封止体25表面と同一平面を成して露出する。
【0014】
リード端子23は封止体25の他側面25aから外部に導出され、表面実装用途に適するように、Z字型に折り曲げられている。
【0015】
発光素子3の上部には、封止体25の樹脂を所定の深さに凹ませて溝26を形成し、溝26の側壁によって平坦な反射面27を構成している。この反射面27は、封止体25をトランスファーモールドする際に、金型に溝26に対応する雄型部分を形成しておくことによって形成するか、あるいは完成後に封止体25の表面を削ることで形成される。そして、反射面27は、発光素子3から発光された信号光6を反射面27で反射し、封止体25の一側面25bから外部に出射する機能を有する。尚、反射面27はパラボラ状の湾曲面でも良い
封止体25の一側面25bには、発光された光信号6を集光する為のレンズ28が封止体25と一体的に形成されている。レンズ28は例えば所定の半径で設計された半球体であり、その焦点は反射面27での反射を考慮した上で、発光素子3の表面近傍に位置する。
【0016】
一方、発光素子3と同様に、受光素子2側にもその上方に溝26と反射面27を形成する。受光素子3の上部に形成した反射面27は、封止体25の一側面25bから導入させた光信号6を、反射面27で反射させて受光素子2のホトダイオード部分PDに到達させる機能を果たす。封止体25の一側面25bには同じく樹脂層によってレンズ28が形成され、外部から入射される光信号6を集光する。
【0017】
これらの反射面27は、その境界における材料の屈折率の違いにより反射面となる。そのために、封止体25の全体が梨地加工されているのに対して、反射面27とレンズ28表面はそれより表面荒さが小さい鏡面加工としている。反射率を向上するために反射面27の表面を遮光性の金属被膜などで覆っても良い。
【0018】
また、反射面27は半導体チップ表面に対して約45度の傾斜角度を有し、平面視(図1(A)の様に観測して)でホトダイオード部PDの全表面及び発光素子3のチップ全表面を覆う様に形成されている。この結果、溝26の最深部31は発光素子3と受光素子2のホトダイオード部PDに対して、他側面25a側に位置する。最深部31より他側面25a側を他方の側32、一側面25b側を一方の側33とする。溝26の最深部31は、発光素子3側と受光素子2側とで位置が概ね一致している。
【0019】
図3は、溝26の最深部31と各部品との位置関係を示す図である。受光素子2には、ホトダイオードPDの他に、ホトダイオードPDを駆動するための周辺回路35、発光素子3を駆動するための発光駆動回路36が集積化されている。そして、溝26の最深部31は、受光素子2の半導体チップ上を横断する。
【0020】
最深部31に対して、発光素子3と受光素子2のホトダイオード部PDが一方の側33に位置し、受光素子2の電極パッド30の大部分とリード端子23、及びボンディングワイヤ24の大部分が他方の側32に位置する。
【0021】
発光素子3においては、2端子素子であるが故に、半導体チップの基板側を一方の端子(アノード又はカソード)、チップ表面に形成した電極パッド30aを他方の端子(カソード又はアノード)にすることができる。一方の端子は、アイランド22表面に導電性の接着剤で発光素子3を固着することで、溝31を横断するアイランドリード23aにより導出する。他方の端子は、電極パッド30aと、受光素子2の一方の側33に形成した電極パッド30bとをボンディングワイヤ24aで接続し、受光素子2上に形成した発光駆動回路36に接続する。発光駆動回路36には、ボンディングワイヤ24b及び電極パッド30cとを経由して、リード端子23bから発光信号用の入力信号が与えられる。尚、受光素子2表面に電極パッド30bから電極パッド30cまで連続するアルミ電極配線を形成し、リード端子23b自体を他方の端子(カソード又はアノード)とすることも可能である。この様に、発光素子3の他方の端子を、受光素子2の表面に形成した回路素子或いは電極配線を介してリード端子23bに接続することにより、ボンディングワイヤ24aが溝26の最深部31を横断しない構造にすることができる。
【0022】
従って、ボンディングワイヤ24、24aが溝26の最深部31を横断しないので、ボンディングワイヤ24、24aと溝26との干渉を防止できる、各ボンディングワイヤ24、24aは、それぞれ他方の側32と一方の側33で、最深部31よりも高い位置を通過するループを描いて封止体25の内部に収納することができる。そのため、最深部31をチップ表面近傍まで深く形成できるので、封止体25の厚み(図2(B):図示t)を薄く形成することが可能となる。
【0023】
尚、干渉とは、ボンディングワイヤ24のワイヤループが図2(A)の符号37で示したように、溝26の最深部31より高い位置を通過して横断することを意味する。この干渉を防ぐには、溝26の深さを浅く設計しなければならないので、反射面27の傾斜角を維持した上でホトダイオード部PDの全表面及び発光素子3のチップ全表面を覆うには、封止体25の厚みtが大きくなる。
【0024】
以上に説明したとおり、本発明の半導体装置は、光信号6の伝達経路を折り曲げることによって、封止体25の厚みtが薄い、半導体装置を得ることができる。これによって、係る装置をプリント基板上に表面実装した時にプリント基板全体の高さを低く抑えることができ、更には前記プリント基板に対して水平方向に光信号6を出入射することができるので、電子機器の薄形化を推進することができるものである。
【0025】
更に、発光素子3については受光素子2の電極配線又は回路素子を経由してリード端子23に接続するので、ボンディングワイヤ24aと溝26との干渉を防止できる。
【0026】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、溝26で反射面27を設けることにより、樹脂の側面25bから光信号6の出入斜を行える光半導体装置を実現できる利点を有する。この装置は、封止体25の全体の厚みtを低くできるので、プリント基板に実装したときに大幅な薄形化を実現できるものである。
【0027】
更に、発光素子3については受光素子2の電極配線又は回路素子を経由してリード端子23に接続するので、ボンディングワイヤ24aと溝26との干渉を防止でき、装置全体の厚みtを薄形化できる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明する平面図である。
【図2】本発明を説明する断面図である。
【図3】本発明を説明するための図である。
【図4】従来例を説明する斜視図である。
【図5】従来例を説明する斜視図である。

Claims (6)

  1. 発光素子と受光素子とを共通の樹脂層で被覆し、
    前記発光素子及び受光素子の上方に反射面を作る溝を形成し、
    前記反射面にて光信号を屈曲し、前記樹脂層の一側面から前記光信号の送受信を行う光半導体装置であって、
    前記樹脂層の他側面に複数のリード端子を有し、
    前記溝の最深部に対して前記一側面に近い一方の側で、前記発光素子の電極パッドと前記受光素子の電極パッドとをボンディングワイヤで接続し、
    前記溝の最深部に対して前記他側面に近い他方の側で、前記受光素子の電極パッドと前記外部接続リードとをボンディングワイヤにて接続したことを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記電極パッドと電極パッドとを接続するボンディングワイヤが、前記溝の最深部より高い位置を通過することを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
  3. 前記受光素子が集積回路であり、受光用のホトダイオード及び前記ホトダイオードの周辺駆動回路を内蔵したものであることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
  4. 前記発光素子が2端子素子であることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
  5. 前記電極パッドと電極パッドとを接続するボンディングワイヤが、前記2端子素子の一方の端子を導出するものであることを特徴とする請求項4記載の光半導体装置。
  6. 前記2端子素子の他方の端子が前記発光素子を固着するアイランドリードで導出されていることを特徴とする請求項4記載の光半導体装置。
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