JP4146815B2 - 光通信用半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、受光素子と信号処理部を有する光通信用半導体装置を製造する光通信用半導体装置の製造方法に関する。この光通信用半導体装置としては、例えばＴＶ（テレビ受像機），ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ），オーディオ用コンポーネント，エアコンディショナ等の電子機器に取り付けられ、送信機からの赤外線信号を受信して各電子機器の動作を制御する制御信号を発生するリモコン受光ユニットが挙げられる。
一般的なリモコン受光ユニットは、リードフレームに搭載された受光チップおよび信号処理用ＩＣ（集積回路）チップを透光性樹脂で封止して構成されている。リードフレームの一部からなる信号入出力端子は上記透光性樹脂の外へ突出しており、実装基板に電気的に接続されるようになっている。この種のリモコン受光ユニットは、動作時には送信機から赤外線で送られてくる各種電子機器の制御信号を受信する。この赤外線で送られてくる信号は非常に微小であるので、信号処理用ＩＣチップには高ゲインのアンプが内蔵されており、このアンプで上記赤外線による光信号を増幅し、光信号をデジタル信号に変換して出力している。したがって、リモコン受光ユニットは、電磁ノイズには非常に敏感である。
この電磁ノイズ対策のため、上記透光性樹脂を金属製のシールドケースでカバーして、上記シールドケースの端部が実装基板のグランド（接地）端子に電気的に接続されるようにしたものが知られている。しかしながら、上記シールドケースを取り付けるための工数やシールドケース自体のコストがかかる、シールドケースの形状によっては基板への実装自由度が制約を受ける等の問題があった。
そこで、上記シールドケースに代えて、特許文献１（特開平９−８４１６２号公報）では、受光チップおよび信号処理用ＩＣチップを透光性樹脂で一体封止した上、上記透光性樹脂のうち受光用レンズ部と信号入出力端子が突出する面とを除いた領域を導電性樹脂で覆う方式が提案されている。上記導電性樹脂を接地するために、リードフレームの一部からなる接地端子が上記透光性樹脂から突出して上記導電性樹脂に電気的に接続されている。また、上記特許文献１には、大きな電磁ノイズが存在する環境に適合させるために、上記透光性樹脂の受光用レンズ部を金属メッシュで覆う技術も開示されている。
特開平９−８４１６２号公報
しかしながら、上記特許文献１の方式では、導電性樹脂の材料として不適切なものを用いた場合、
（ａ） 導電性樹脂の成形が良好に行えず、生産性が良くない、
（ｂ） 導電性樹脂の導通性が悪く、電磁ノイズシールド効果が不十分である、
（ｃ） 実装時、特に半田付け時に加わる熱等によって外観及び導通性が変動（劣化）する、という問題が生じる。
また、大きな電磁ノイズが存在する環境に適合させるために、特許文献１のように上記透光性樹脂の受光用レンズ部を別部材の金属メッシュで覆う構成では、コスト高となる。
そこで、この発明の課題は、受光用レンズ部を覆うメッシュ部を導電性樹脂で良好に形成できる光通信用半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の光通信用半導体装置の製造方法は、
リードフレーム上に受光素子と信号処理部とを搭載すると共に、上記受光素子に上記信号処理部を電気的に接続する工程と、
上記受光素子と信号処理部を透光性樹脂で封止して、凸状の受光用レンズ部を有し上記透光性樹脂からなる第１封止部を作製する工程と、
成形型を用いて上記第１封止部の周りに導電性樹脂を注入して、上記受光用レンズ部の凸面を網状に覆うメッシュ部を有し上記導電性樹脂からなる第２封止部を作製する工程とを備え、
上記成形型は、上記リードフレームの一部からなる信号入出力端子が上記第１封止部の外へ突出する面とは反対の面の側で、上記受光用レンズ部に対向する樹脂注入用ゲートを有することを特徴とする。
この発明の光通信用半導体装置の製造方法では、上記成形型の樹脂注入用ゲートは上記受光用レンズ部に対して比較的近い位置で対向するので、上記第２封止部を作製する工程で上記成形型に上記ゲートを通して導電性樹脂を注入したとき、上記導電性樹脂が上記受光用レンズ部の周りに回り込み易くなる。したがって、上記メッシュ部の作製精度が良くなる。
一実施形態の光通信用半導体装置の製造方法では、上記樹脂注入用ゲートは、上記受光用レンズ部の周縁部から頂点へ向かって樹脂を注入するように前後方向に傾斜していることを特徴とする。
ここで「前後」とは、第１封止部の受光用レンズ部が設けられている側、つまり光が入射する側を「前」としたときの「前後」である。
この一実施形態の光通信用半導体装置の製造方法では、上記第２封止部を作製する工程で上記成形型に上記ゲートを通して導電性樹脂を注入したとき、上記受光用レンズ部の周縁部から頂点へ向かって導電性樹脂が注入される。したがって、上記導電性樹脂が上記受光用レンズ部の周縁部から頂点へ向かって回り込み易くなって、上記メッシュ部の作製精度がさらに良くなる。
以下、この発明を図示の実施の形態によって詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）に、この発明の一実施形態の製造方法によって製造すべき光通信用半導体装置の断面構成を示す。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
この光通信用半導体装置は、信号用の第１リード１ａ，電源用の第２リード１ｂ，グランド接続用の第３リード１ｃを含むリードフレーム１と、グランド接続用の第３リード１ｃが有する搭載部２に搭載された受光素子である受光チップ３および信号処理部である制御用ＩＣチップ５を備える。上記受光チップ３はフォトダイオードもしくはフォトトランジスタ等で構成される。また、上記制御用ＩＣチップ５は高ゲインのアンプを内蔵している。
上記制御用ＩＣチップ５と受光チップ３は導電性ワイヤ６ａで接続され、受光チップ３は導電性ワイヤ６ｂで第３リード１ｃに接続されている。また、上記制御用ＩＣチップ５は、導電性ワイヤ６ｃで第１リード１ａに接続され、導電性ワイヤ６ｄで第２リード１ｂに接続され、導電性ワイヤ６ｅで第３リード１ｃに接続されている。
上記リードフレーム１と上記受光チップ３および制御用ＩＣチップ５は、透光性樹脂としての赤外透過性樹脂で作製された第１封止部７によって一体に固定され、この第１封止部７は上記受光チップ３と制御用ＩＣチップ５を封止している。この第１封止部７は、この第１封止部７の外面のうち受光チップ３の受光面３Ａに対向する部分に、信号光としての赤外光を導くための凸状の受光用レンズ部７Ａを有する。この第１封止部７の外面のうち上記受光用レンズ部７Ａ以外の前面部分７Ｂ、天面７Ｃ、側面７Ｅ，７Ｆおよび後面７Ｇは、後述する導電性樹脂で作製された第２封止部８で覆われて封止されている。なお、図１では第２封止部８のみにハッチングを施している。第２封止部８が底面７Ｄを覆っていない理由は、第２封止部８をなす導電性樹脂と信号用の第１リード１ａ，電源用の第２リード１ｂとが電気的に短絡するのを避けるためである。
上記リードフレーム１は、第１封止部７内から第２封止部８内に突出した略四角形状の突出部１０，１１を有する。つまり、この突出部１０，１１は第２封止部８内に埋め込まれている。この突出部１０，１１は、第１封止部７の面取り部１２，１３と第２封止部８の角部１４，１５との間に配置されている。この配置により、突出部１０，１１が存在することによる外形寸法の増大を抑制して小型化を図れる。
また、この突出部１０，１１は、表面１０Ａ，１１Ａの全体が第２封止部８に密接している。しかも、上記突出部１０，１１は、四角柱形状の内周面１６Ａ，１７Ａを有する貫通孔１６，１７を有している。この貫通孔１６，１７内には上記第２封止部８の一部（導電部）２１，２２が充填され、この導電部２１，２２は上記貫通孔１６，１７の内周面１６Ａ，１７Ａに密接している。
この構成の光通信用半導体装置では、上記第１封止部７の受光用レンズ部７Ａに、赤外光からなる信号光が入射すると、この信号光は上記受光チップ３の受光面３Ａに導かれる。すると、受光チップ３は上記信号光を電気信号に変換し、この電気信号を導電性ワイヤ６ａを経由して制御用ＩＣチップ５に出力する。すると、この制御用ＩＣチップ５は上記電気信号に対して所定の信号処理を行った出力信号を導電性ワイヤ６ｃを経由して第１リード１ａに出力する。また、この制御用ＩＣチップ５は導電性ワイヤ６ｄで第２リード１ｂに接続されている。この第２リード１ｂは、実装状態では基板（図示せず）の電源に接続されて、この電源から第２リード１ｂ，導電性ワイヤ６ｄを経由して制御用ＩＣチップ５に電力が供給される。また、この制御用ＩＣチップ５は導電性ワイヤ６ｅで第３リード１ｃに接続されている。この第３リード１ｃは上記基板のグランド（ＧＮＤ）端子に接続される。
赤外透過性樹脂で作製された第１封止部７を覆う第２封止部８が導電性樹脂で作製され、この第２封止部８はリードフレーム１の第３リード１ｃの突出部１０，１１の表面１０Ａ，１１Ｂの全体に密接して電気的に接続されている。したがって、この光通信用半導体装置を上記基板に実装し上記第３リード１ｃを上記ＧＮＤ端子に接続すれば、上記第２封止部８は第１封止部７で封止された受光チップ３および制御用ＩＣチップ５に対する電磁波ノイズシールドの役割を果たす。また、この第２封止部８の導電部２１，２２はリードフレーム１の突出部１０，１１が有する貫通孔１６，１７に充填され、この貫通孔１６，１７の周面１６Ａ，１７Ａに密接しているので、突出部１０，１１と第２封止部８との接触面積の増大を図れ、突出部１０，１１と第２封止部８との電気的接続の導電性を向上して、電磁ノイズシールド効果の向上を図れる。
このように突出部１０，１１と第２封止部８とを接触させて導通させれば、記第２封止部８を接地するために別部材を設ける必要がない。したがって、この光通信用半導体装置を低コストで作製できるとともに、基板への実装自由度を高めることができる。
この光通信用半導体装置は、基本的に次の製造工程ｉ）〜iv）によって製造される。すなわち、
ｉ） リードフレーム１（第３リード１ｃ）の搭載部２上に受光チップ３および制御用ＩＣチップ５を搭載するダイボンド工程と、
ii） 導電性ワイヤ６ａ〜６ｅを既述のように配線して受光チップ３および制御用ＩＣチップ５等を電気的に接続するワイヤボンド工程と、
iii） 金型を用いて受光チップ３および制御用ＩＣチップ５の周りに赤外透過性樹脂を注入して、赤外透過性樹脂からなる第１封止部７作製する第１封止工程と、
iv） 金型を用いて第１封止部７の周りに導電性樹脂を注入して、導電性樹脂からなる第２封止部８を作製する第２封止工程と
で製造される。
図４は、生産性、電磁ノイズシールド効果および信頼性（耐熱性を含む。以下同様。）の改善を課題として、第２封止部８をなす導電性樹脂の材料について、本発明者が実験を重ねた結果を示している。
図４中の「樹脂の内容」欄に示すように、本発明者は、第２封止部８をなす導電性樹脂がベース樹脂と導電性添加剤とからなるものとし、ベース樹脂と導電性添加剤とを様々に変えたサンプル（試料１〜試料１２）を作製した。ベース樹脂については、ポリカーボネート、ナイロン、ＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene Plastics）、ポリアセタール、ポリカ・ＡＢＳ混合品（ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との混合品）を採用した。また、導電性添加剤はカーボンファイバとし、その含有率を５％、１０％、１５％、２０％というように５ポイント刻みで変化させた。
各試料の評価の仕方は、「評価の状況」欄に示すように、初期抵抗値（つまり、試料作製直後の導通性）と、信頼性試験（６５℃９５％、温度サイクル、高温放置）および衝撃試験（１４００Ｇ）の結果とに基づいて行った。評価結果が良好なものを○印で、不良なものを×印でそれぞれ表している。
この評価結果から分かるように、ベース樹脂がＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ポリカ・ＡＢＳ混合品である試料３、４、５、６、９については、信頼性試験結果が不良（×）となっている。なお、ベース樹脂がＡＢＳ樹脂である試料９については、成形性、導通性ともに問題がなかったがはんだ耐熱（３００℃１５秒）にて樹脂の膨れが発生した。ベース樹脂がポリアセタールある試料４、５、８は、リードフレーム１と第２封止部８（導電性樹脂）との間の導通が悪かった。
これに対して、ベース樹脂がポリカーボネート、ナイロンである試料１、２、１０、１１、１２については、信頼性試験結果が良好となっている。しかし、ベース樹脂がナイロンである試料２については、成形性不良、具体的には第２封止工程で受光用レンズ部７Ａが注入された樹脂で覆われてしまうものが発生した。
また、ベース樹脂がポリカーボネートである試料であっても、カーボンファイバ含有量が１０％以下のもの（試料１０）については、初期抵抗値が不良（×）であった。
この評価結果から、第２封止部８をなす導電性樹脂については、ベース樹脂をポリカーボネートとし、導電性添加剤をカーボンファイバとし、その含有率を１５％以上に設定すれば、
（ａ） 導電性樹脂の成形が良好に行えて、生産性が良い、
（ｂ） 導電性樹脂の導通性が良く、電磁ノイズシールド効果が十分である、
（ｃ） 実装時、特に半田付け時に加わる熱等によって外観及び導通性が変動（劣化）しない、
という優れたものが得られることが分かった。また、金属シールドケースを用いてシールドを行う場合に比して、小型，低コストで基板への実装自由度を高めることができる。
なお、導電性添加剤としてのカーボンファイバの含有率は、第２封止部８の成形性を良好にする観点から、３０％以下であるのが好ましい。
なお、導電性添加剤としてはカーボンファイバ以外に、カーボンブラック、ステンレスを検討したが、カーボンファイバ以外の添加剤では本形状での導通性が悪かった。
図２は上記光通信用半導体装置の変形例を前方（光が入射する側）から見たところ示している。この変形例では、第２封止部８は、受光用レンズ部７Ａの凸面を網状に覆うメッシュ部３１を有している。この例では、メッシュ部３１は、受光用レンズ部７Ａの周縁部から延びて頂点で集結した４本のエレメント３２，３３，３４，３５からなっている。４本のエレメント３２，３３，３４，３５は、電磁ノイズシールドが良好に行えるように、等角度間隔に配置されている。
この光通信用半導体装置では、第２封止部８のメッシュ部３１が受光用レンズ部７Ａの凸面を網状に覆っているので、メッシュ部３１の隙間（網目）、受光用レンズ部７Ａを通して受光チップ３に光（赤外線など）を入射させることができる一方、上記導電性樹脂からなるメッシュ部３１によって電磁ノイズをシールドできる。したがって、この光通信用半導体装置を大きな電磁ノイズが存在する環境に適合させることができる。しかも、第２封止部８の一部がそのメッシュ部３１を構成しているので、金属メッシュのような別部材を用いる場合に比して、この光通信用半導体装置は低コストで製造される。
なお、メッシュ部３１のエレメント数は、さらに多くてもよいが、隙間（網目）が狭くなって開口率が低くなりすぎない程度にとどめる必要がある。
図２の光通信用半導体装置は、基本的に図１の光通信用半導体装置の製造工程ｉ）〜iv）と同じ工程によって製造される。
ただし、上記メッシュ部３１の形状は網状で細く、かつ受光用レンズ部７Ａの凸面に沿って湾曲しているため、一般的に言って、樹脂成形で作製するのは困難である。第２封止工程で成形型としての金型に樹脂を注入したとき、金型が有する上記メッシュ部に対応した網状の溝内に気泡が残って、樹脂が入り込み難い傾向があるからである。
そこで、この実施形態では、図３に示すように、第２封止工程で用いる金型４１に工夫を施している。すなわち、
まず、この金型４１は、上記受光用レンズ部７Ａの頂点７Ｐに対応する部位に入れ子４２を有する。これにより、上記第２封止工程でこの金型４１に導電性樹脂を注入したとき、金型本体４１と入れ子４２との間の僅かな隙間から空気が逃げる。したがって、上記導電性樹脂が受光用レンズ部７Ａの周りに首尾良く回り込んで、上記メッシュ部３１が精度良く形成される。
また、この金型４１は、第１封止部７の天面７Ｃの側で、受光用レンズ部７Ａに対向する樹脂注入用ゲート４３を有し、この樹脂注入用ゲート４３は、受光用レンズ部７Ａの周縁部７Ｒから頂点７Ｐへ向かって樹脂を注入するように前後方向に傾斜している。このような構成にした場合、樹脂注入用ゲート４３は、リードフレーム１の一部からなる信号入出力端子１ｃ等が突出する底面７Ｄとは反対の側で、受光用レンズ部７Ａに対して比較的近い位置で対向する。したがって、上記第２封止工程でこの金型４１に導電性樹脂を注入したとき、上記導電性樹脂が受光用レンズ部７Ａの周りに回り込み易くなる。したがって、上記メッシュ部３１の作製精度が良くなる。
このように、第２封止工程で用いる金型４１に工夫を施すことにより、図２に示した光通信用半導体装置を精度良く製造することができる。
図１（Ａ）はこの発明の一実施形態の製造方法によって製造すべき光通信用半導体装置の断面を模式的に示す図であり、図１（Ｂ）はもう１つの断面を模式的に示す図である。 上記光通信用半導体装置の変形例を前方から見たところを示す図である。 図２の光通信用半導体装置を製造するための金型を用いる第２封止工程を説明する図である。 第２封止部をなす導電性樹脂についての実験結果を示す図である。
符号の説明
１ リードフレーム
１ａ 第１リード
１ｂ 第２リード
１ｃ 第３リード
２ 搭載部
３ 受光チップ
５ 制御用ＩＣチップ
７ 第１封止部
８ 第２封止部
３１ メッシュ部

Claims (2)

  1. リードフレーム上に受光素子と信号処理部とを搭載すると共に、上記受光素子に上記信号処理部を電気的に接続する工程と、
    上記受光素子と信号処理部を透光性樹脂で封止して、凸状の受光用レンズ部を有し上記透光性樹脂からなる第１封止部を作製する工程と、
    成形型を用いて上記第１封止部の周りに導電性樹脂を注入して、上記受光用レンズ部の凸面を網状に覆うメッシュ部を有し上記導電性樹脂からなる第２封止部を作製する工程とを備え、
    上記成形型は、上記リードフレームの一部からなる信号入出力端子が上記第１封止部の外へ突出する面とは反対の面の側で、上記受光用レンズ部に対向する樹脂注入用ゲートを有することを特徴とする光通信用半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１に記載の半導体製造方法において、
    上記樹脂注入用ゲートは、上記受光用レンズ部の周縁部から頂点へ向かって樹脂を注入するように前後方向に傾斜していることを特徴とする光通信用半導体装置の製造方法。
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