JP4349978B2

JP4349978B2 - 光半導体パッケージ及びその製造方法

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Publication number: JP4349978B2
Application number: JP2004179542A
Authority: JP
Inventors: 勲曽根
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: JP2006005141A

Description

本発明は、発光ダイオードや被検出物の有無又は被検出物の位置を検出する光半導体パッケージ及びその製造方法に関するものである。

光半導体パッケージは、非接触で物体の有無や物体の位置を検出する光センサであり、モータなどの回転の制御や紙、フイルム等の位置、端部の検出などに使用される。その一般的な構成及び原理を説明すると、遮光された発光素子と受光素子を有し、発光素子から照射された光が検知対象の物体に当たって反射され、その反射光を受光素子が検知する。これによって、光半導体パッケージの近傍における物体の有無や位置に応じて受光素子側の出力が変化し、これを検出信号として用いるものである。
しかし、従来知られている光半導体パッケージの例として、絶縁基板の上面に一対の発光素子と受光素子を実装し、発光素子と受光素子を囲むように遮光枠を配設した構造のものや、遮蔽の必要な部分にダイシングなどで溝やくぼみをつくり、この溝やくぼみにＮｉなどのメッキを施して遮蔽する構造のものがある。（例えば、特許文献１参照）
特開平１１−２８９１０５号公報（第２〜３頁、図１、９）

上記した特許文献１に開示されている光半導体パッケージは、遮光枠を使用したものとして、図９及び図１０に示すように、絶縁基板２０は、ガラス繊維入りエポキシ樹脂などよりなり、該絶縁基板２０の上下面には図示しない導電パターン（図１３では、ダイパターン２９、上面パターン３０）が形成され、絶縁基板２０の側面に形成されているスルーホール電極２１を介して接続されている。
前記絶縁基板２０上には、ＬＥＤ等の発光素子２２及びフォトトランジスタ又はフォトダイオードなどの受光素子２３が一対になって併置するようにダイボンド接着され、ボンディングワイヤ２４によりそれぞれワイヤボンディングされている。
前記発光素子２２と受光素子２３の発光、受光方向を規制する機能を有し、発光素子２２と受光素子２３を囲むように絶縁基板２０上に、ＰＰＳなどの遮光性樹脂で成形された遮光枠２５を接合してあり、遮光枠２５には発光素子２２と受光素子２３の発光、受光方向にそれぞれ窓部２５ａ、２５ｂが設けられている。窓部２５ａ、２５ｂ内には透光性樹脂２６が充填され、両素子を封止している。

また、遮蔽の必要な部分にダイシングなどで溝やくぼみをつくり、この溝やくぼみにＮｉなどのメッキを施して遮蔽する構造のものとして、図１１及び図１２に示すように、絶縁基板２０は、ガラス繊維入りエポキシ樹脂などよりなり、該絶縁基板２０の上下面には図示しない導電パターン（図１４では、ダイパターン２９、上面パターン３０）が形成され、絶縁基板２０の側面に形成されているスルーホール電極２１を介して接続されている。前記絶縁基板２０上には、ＬＥＤ等の発光素子２２及びフォトトランジスタ又はフォトダイオードなどの受光素子２３が一対になって併置するようにダイボンド接着され、ボンディングワイヤ２４によりそれぞれワイヤボンディングされている。前記発光素子２２と受光素子２３を囲むよに透光性樹脂２６で封止した後、該封止樹脂２６をハーフダイシング等で、絶縁基板２０の表面に達する切込みを入れて溝２７を形成する。そして、前記透光性樹脂２６の上面、即ち発光素子２２と受光素子２３の発光、受光方向を除く全ての面に、Ｎｉなどのメッキを施して遮蔽する遮光膜２８が形成されている。

図１３は、遮光枠２５を使用し、前記絶縁基板２０に発光素子としてＬＥＤ２２のみを実装した光半導体パッケージで、その構成は、図９及び図１０で説明した光半導体パッケージと同様であり、また、図１４は、遮蔽の必要な部分にダイシングなどで溝やくぼみをつくり、この溝やくぼみにＮｉなどのメッキを施して遮蔽する遮蔽膜２８を形成したもので、前記絶縁基板２０に発光素子としてＬＥＤ２２のみを実装した光半導体パッケージで、その構成は、図１１及び図１２で説明した光半導体パッケージと同様であるので説明は省略する。

解決しようとした問題点は、上記した遮光枠または遮光膜を形成することにより、発光素子および受光素子の側面への光の漏れを防止することはできるが、基板材料に透光性があるため、基板の裏面側への光の漏れを防止することはできない。また、基板内部を伝わり受光素子に到達するという光漏れを防止することはできない。発光素子（ＬＥＤ）において基板裏面側への光漏れを防止できず、裏面側への光漏れは発光効率を低下させる。などの問題があった。

本発明は、上述の欠点を解消するもので、その目的は、遮蔽樹脂枠が内層ベタパターンの位置より深く形成することにより、基板内部に伝わる光漏れの防止を行い、高光出力化を可能にするものである。

上記目的を達成するために、本発明における光半導体パッケージは、ガラスエポキシ樹脂等よりなる基板の上面に導電パターンを形成し、下面に外部接続用電極を設け、前記導電パターンに、発光素子または受光素子または両光素子を実装し、該光素子を透光性樹脂で封止し、前記樹脂で封止された前記光素子の周囲を取り囲むように矩形形状の遮蔽樹脂枠を設けた光半導体パッケージにおいて、前記基板は透光性の樹脂材料からなり、内層に光の遮蔽層及び反射層としてのベタパターンを有する多層基板で、前記遮蔽樹脂枠は熱硬化系樹脂に可視光と赤外光カット剤の添加剤を付加した光遮蔽機能を有する樹脂であって、前記封止樹脂の上面から、前記ベタパターンより深い位置まで形成し、前記受光素子への前記基板内部を伝わる光漏れを防止すると共に前記反射層としてベタパターンにより前記発光素子の光出力効率を高めたことを特徴とする。

また、前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とするものである。

また、前記多層基板の上面の導電パターンと、下面の外部接続用電極は、スルーホール電極を介して接続したことを特徴とするものである。

前記封止樹脂の上面は、凸形状またはフレネルのレンズ形状であることを特徴とするものである。

また、ガラスエポキシ樹脂等よりなる基板の上面に導電パターンを形成し、下面に外部接続用電極を設け、前記導電パターンに、発光素子または受光素子または両光素子を実装し、該光素子を透光性樹脂で封止し、前記樹脂で封止された前記光素子の周囲を取り囲むように矩形形状の遮蔽樹脂枠を設けた光半導体パッケージの製造方法において、透光性の樹脂材料からなり、内層に光の遮蔽層及び反射層としてのベタパターンを有する多層集合基板の上面に所定の導電パターンを形成し、下面にスルーホールにより前記導電パターンと接続する外部接続用電極を設け、前記導電パターンに発光素子または受光素子または両光素子を複数個所定の位置に実装し、該光素子を透光性を有する第１の樹脂で封止し、前記光素子の周囲に矩形状の線状溝を前記ベタパターンの位置より深く形成し、前記線状溝に可視光と赤外光カット剤の添加剤を付加した光遮蔽機能を有する第２の樹脂を充填することにより遮蔽樹脂枠を設け、前記遮蔽樹脂枠上を通る直交する所定のラインに沿って切断することにより、単個または一対の光素子を有する光半導体パッケージに分割したことを特徴とするものである。

本発明の光半導体パッケージは、多層基板に遮蔽（反射）機能を有する内層ベタパターンを形成することにより、基板裏面側への光漏れを防止する遮蔽層の機能と同時に、発光素子においては、ベタパターンは反射層としての機能を有し光がパッケージの前面から出射することにより、発光量が上がり、光出力効率が優れている。また、遮蔽樹脂枠が内層ベタパターンの位置より深いので、受光素子への基板内部を伝わる光漏れの防止に役立つものである。

さらに、本発明の光半導体パッケージの製造方法は、多数個取りの多層集合基板で生産できるので、量産性に優れ、低コスト化が可能である。

本発明の光半導体パッケージ及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明の実施例１に係わり、図１は、光半導体パッケージの断面図（図２のA−A線断面）、図２は、図１の斜視図である。図１及び図２において、１はガラスエポキシ樹脂などよりなる平面が略長方形形状をした絶縁性を有する多層基板で、前記多層基板１は内層に光の遮蔽（反射）層としてのベタパターン２が設けられている。前記多層基板１の上面には導電パターン３と、下面には外部接続用電極４が形成され、両電極はスルーホール電極５を介して接続されている。前記多層基板１の所定位置に、ＬＥＤからなる発光素子６及びフォトトランジスタ又はフォトダイオードからなる受光素子７をダイパターン８上にダイボンド接着し、金属細線９でワイヤーボンディングされ電気的に接続されている。

前記発光素子６と受光素子７を覆うように、可視光カット剤入りエポキシ系の透光性の第１の樹脂１０で封止した後、ダイシングなどにより、両素子６、７を取り囲むように、前記多層基板１のベタパターン２の位置より深い位置まで第１の樹脂１０に線状溝１１を形成する。

前記線状溝１１に、予め、前記熱硬化系樹脂に、可視・赤外光の波長カット機能を有する添加剤を混ぜ込んだ光遮蔽機能を有する第２の樹脂１２を充填し遮蔽樹脂枠（１２）を形成する。該遮蔽樹脂枠１２は、前記発光素子６より出射された赤外光が横方向から漏れて受光素子７間に伝播するのを防ぐ、光干渉防止機能を有するものである。

上記構成の光半導体パッケージの作用・効果について説明する。多層基板１に内層されたベタパターンにより、発光素子６の光はベタパターン２で遮蔽されて、多層基板１の裏側へ漏れることはない。また、内層されたベタパターン２が反射層として機能して、発光素子６の発光量を上げることができる。さらに、ベタパターン２より深いところまで遮蔽樹脂枠１２が設けられているので、多層基板１内部を通過しての光漏れが完全に防止できる。

図３及び図４は、本発明の実施例２に係わり、図３は、発光素子のみを実装した光半導体パッケージの断面図（図４のＢ−Ｂ線断面）、図４は、図３の斜視図である。図３は及び図４において、発光素子としてＬＥＤ６のみを多層基板１に実装し、他の構成は上述した光半導体パッケージと同様である。従って、ＬＥＤ６の光はベタパターン２で遮蔽されて、多層基板１の裏側へ漏れることはなく、内層されたベタパターン２により反射した光がパッケージの前面から出射して、ＬＥＤ６の発光量を上げることができる。光漏れが完全に防止され、高出力化に役立つものである。

上記した実施例１は、光素子として、発光素子と受光素子を実装した光半導体パッケージ、実施例２は、光素子として、発光素子のみを実装した光半導体パッケージについて説明したが、本発明は、光素子として受光素子が１つのみを実装した光半導体パッケージも含むものである。

図５及び図６は、本発明の実施例３に係わり、図５は、実施例１の発光素子及び受光素子の真上に凸レンズを配設した光半導体パッケージの断面図、図６は、図５のＣ−Ｃ線断面である。図５及び図６において、実施例１で説明した光半導体パッケージにおいて、可視光カット剤入りエポキシ系の透光性の第１の樹脂１０で発光素子６及び受光素子７を封止する際に、封止樹脂（１０）の上面で、発光素子６および受光素子７の真上の位置に半球型の凸レンズ１３を形成するものである。半球型の凸レンズ１３は、赤外発光の照射と集光の機能を持たせたものである。

上記した凸レンズ１３は、発光素子６の照射角、受光素子７の集光角を制御することにより、狭指向性の発光装置、受光装置および受発光装置となる。

前記凸レンズ１３の代わりに、フレネルレンズを設けることにより、同様な作用・効果を奏するものである。

次に、上記実施例１の構成の光半導体パッケージの製造方法について説明する。図７（ａ）において、１Ａは多数個取りする多層集合基板で、該多層集合基板１Ａは、内層に光の遮蔽層としてのベタパターン２が設けられている。前記多層集合基板１Ａの上下面には上面電極３、下面電極４が形成され、両電極３、４はスルーホール電極５を介して接続されている。前記多層集合基板１Ａの所定位置において、ＬＥＤからなる発光素子６及びフォトトランジスタ又はフォトダイオードからなる受光素子７が一対になるようにアレイ状に配置し、ダイパターン８上にダイボンド接着し、金属細線９でワイヤーボンディングされ電気的に接続されている。前記両素子６、７を覆うように可視光カット剤入りエポキシ系の透光性樹脂である第１の樹脂１０で封止する。上述した実施例３における凸レンズ１３の形成は、封止樹脂の際に、両素子の真上に同時に成形する。

図７（ｂ）において、前記多層集合基板１Ａ上に実装された一対の発光素子６と受光素子７を取り囲むように、前記多層集合基板１Ａに形成されたベタパターン２の位置より深い位置まで第１の樹脂１０をダイシングなどにより直交する線状溝１１を形成する。

図７（ｃ）において、前記線状溝１１内に熱硬化系樹脂に可視光と赤外光カット剤などの添加剤を付加した光遮蔽機能を有する第２の樹脂１２を充填して遮蔽樹脂枠（１２）を形成する。

図７（ｃ）および図８において、前記発光素子６と受光素子７が一対になるように、前記遮蔽樹脂枠１２上を通る直交する所定のカットラインＸ、Ｙに沿って切断することにより、単個の光半導体パッケージに分割する。以上の工程により、図１、２に示す単個の光半導体パッケージを多数個取り生産することができる。

実施例２において、図３及び図４に示した発光素子（ＬＥＤ）のみを実装した光半導体パッケージの製造方法においても、上記した方法と同様であるので説明は省略する。

以上述べた光半導体パッケージの製造方法により、別体の遮光用成形品を必要としないで、遮蔽樹脂枠１２を具備した多数個取り生産ができる光半導体パッケージの製作が可能である。

本発明の実施例１に係わる光半導体パッケージの断面図である。図１の光半導体パッケージの斜視図である。本発明の実施例２に係わる光半導体パッケージの断面図である。図３の光半導体パッケージの斜視図である。図１の発光素子及び受光素子の上面（真上）に凸レンズを配設した光半導体パッケージの断面図である。図５のＣ−Ｃ線断面である。本発明の実施例１に係わる光半導体パッケージの製造方法を示す断面図である。図５（ｃ）で単個に切断する前の多層集合基板の斜視図である。従来の光半導体パッケージの断面図である。図７の光半導体パッケージの斜視図である。従来の他の光半導体パッケージの断面図である。図９の光半導体パッケージの斜視図である。発光素子のみを実装した従来の光半導体パッケージの断面図である。発光素子のみを実装した従来の他の光半導体パッケージの断面図である。

符号の説明

１多層基板
１Ａ多層集合基板
２内層ベタパターン
６発光素子（ＬＥＤ）
７受光素子
１０第１の樹脂（透光性封止樹脂）
１１線状溝
１２第２の樹脂（遮蔽樹脂枠）
１３半球型の凸レンズ
Ｘ、Ｙカットライン

Claims

ガラスエポキシ樹脂等よりなる基板の上面に導電パターンを形成し、下面に外部接続用電極を設け、前記導電パターンに、発光素子または受光素子または両光素子を実装し、該光素子を透光性樹脂で封止し、前記樹脂で封止された前記光素子の周囲を取り囲むように矩形形状の遮蔽樹脂枠を設けた光半導体パッケージにおいて、前記基板は透光性の樹脂材料からなり、内層に光の遮蔽層及び反射層としてのベタパターンを有する多層基板で、前記遮蔽樹脂枠は熱硬化系樹脂に可視光と赤外光カット剤の添加剤を付加した光遮蔽機能を有する樹脂であって、前記封止樹脂の上面から、前記ベタパターンより深い位置まで形成し、前記受光素子への前記基板内部を伝わる光漏れを防止すると共に前記反射層としてベタパターンにより前記発光素子の光出力効率を高めたことを特徴とする光半導体パッケージ。
前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の光半導体パッケージ。
前記多層基板の上面の導電パターンと、下面の外部接続用電極は、スルーホール電極を介して接続したことを特徴とする請求項１または２記載の光半導体パッケージ。
前記封止樹脂の上面は、凸形状またはフレネルのレンズ形状であることを特徴とする請求項１記載の光半導体パッケージ。
ガラスエポキシ樹脂等よりなる基板の上面に導電パターンを形成し、下面に外部接続用電極を設け、前記導電パターンに、発光素子または受光素子または両光素子を実装し、該光素子を透光性樹脂で封止し、前記樹脂で封止された前記光素子の周囲を取り囲むように矩形形状の遮蔽樹脂枠を設けた光半導体パッケージの製造方法において、透光性の樹脂材料からなり、内層に光の遮蔽層及び反射層としてのベタパターンを有する多層集合基板の上面に所定の導電パターンを形成し、下面にスルーホールにより前記導電パターンと接続する外部接続用電極を設け、前記導電パターンに発光素子または受光素子または両光素子を複数個所定の位置に実装し、該光素子を透光性を有する第１の樹脂で封止し、前記光素子の周囲に矩形状の線状溝を前記ベタパターンの位置より深く形成し、前記線状溝に可視光と赤外光カット剤の添加剤を付加した光遮蔽機能を有する第２の樹脂を充填することにより遮蔽樹脂枠を設け、前記遮蔽樹脂枠上を通る直交する所定のラインに沿って切断することにより、単個または一対の光素子を有する光半導体パッケージに分割したことを特徴とする光半導体パッケージの製造方法。