JPH05315652A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH05315652A
JPH05315652A JP8014392A JP8014392A JPH05315652A JP H05315652 A JPH05315652 A JP H05315652A JP 8014392 A JP8014392 A JP 8014392A JP 8014392 A JP8014392 A JP 8014392A JP H05315652 A JPH05315652 A JP H05315652A
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Japan
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oxide
filler
resin
optical semiconductor
semiconductor device
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Hideaki Noguchi
英明 野口
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた耐熱特性を有し、しかも光特性が良好な
透光性樹脂で封止された光半導体装置を提供する。 【構成】屈折率がエポキシ樹脂と等しくなるように成分
調整されたフィラーを含んだ透光性エポキシ系樹脂で封
止された光半導体装置。このフィラーは、主成分Si酸
化物に、少なくともGe酸化物またはPb酸化物または
Ba酸化物またはP酸化物またはAl酸化物またはTi
酸化物またはTa酸化物またはLa酸化物または稀元素
酸化物を適当な量添加して、フィラーの屈折率をエポキ
シ樹脂の屈折率と等しくしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置に関し、
特に光特性と耐熱特性のすぐれた樹脂封止型光半導体装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光半導体装置に使用されている透
光性樹脂は、大別するとフィラーを含んでいないタイプ
と、フィラーを含んでいるタイプとに分類される。これ
らの従来の透光性樹脂は、透光性と耐熱特性において、
一長一短の特性を有している。すなわち、フィラーを含
まないタイプの樹脂は、透光性においては優れた特性を
有しているが、耐熱特性は劣る。一方、フィラーを含ん
だ樹脂は、耐熱特性は優れているが、光透過率が低く透
明性はない。
【0003】これらの樹脂を使用した代表的光半導体装
置について述べる。フィラーを含まない樹脂を使用した
例として、図3に示すようなLEDがある。ここで、発
光素子31は、リードフレーム32上にマウントされ、
透光性樹脂33で封止されている。なお図中34はボン
ディング線である。この透光性樹脂33は発光素子の光
特性を損わないように、透明性の高い樹脂を使用してい
る。一般にフィラーを添加すると透明性が劣化するの
で、通常この透光性樹脂33にはフィラーを含まないタ
イプの樹脂が使用される。
【0004】一方フィラーを含んだ樹脂を使用した例と
して、図4に示すようなフォトカプラがある。ここで発
光素子41と受光素子42は対向して配置され、透光性
樹脂43で樹脂封止され、さらに遮光性樹脂44で二重
に樹脂封止されている。図中45,46は各々、リード
フレームとボンディング線を示している。フォトカプラ
の場合は、光特性よりも耐湿性を中心とした信頼性が要
求される。一般に透光性樹脂は、フィラーを含んだタイ
プの方が熱膨張率が低く、またリードフレームとの熱膨
張率差も小さい。このためフィラーを含んだタイプの方
が、高温加熱時に透光性樹脂とリードフレームの界面で
空隙が生じにくく、耐湿性が良い。したがって、フォト
カプラの透光性樹脂にはフィラーを含んだタイプの樹脂
が用いられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の光半導
体装置の問題点を述べる。
【0006】まず、フィラーを含まない樹脂で封止した
LEDの場合について述べる。フィラーを含まない透光
または透明性のエポキシ樹脂の熱膨張率は一般に7〜1
0×10-5程度である。この値は、リードフレームに使
用される鉄や銅または42合金等の金属の熱膨張率に比
べて、およそ10倍程度である。このため、組立工程で
のハンダリフロー等で要求される200℃程度以上の温
度が印加されると、エポキシ樹脂とリードフレームの熱
膨張率の差が原因で、封止樹脂とリードフレーム間に空
隙が生じる。この空隙を通って湿気が半導体素子(LE
Dの場合は発光素子)に到達し、素子特性の劣化を誘発
する。このようにフィラーを含まない透光性樹脂で封止
した従来の光半導体装置は、260℃程度以上の高温履
歴で素子特性の劣化を誘発する。すなわち、耐湿性が劣
る。
【0007】一方、フィラーを含んだ透光性樹脂の場
合、熱膨張率はおよそ2〜3×10-5程度にすることが
できる。したがって、この場合には、リードフレームと
の熱膨張率差はさほど大きくない。よって260℃程度
の高温履歴でも、封止樹脂とリードフレームの界面に空
隙が生じることはなく、耐湿性は強い。しかしながら、
このフィラーの材質としてSiO2 を用いているため、
エポキシ樹脂との屈折率差により、光特性、特に樹脂の
透明性と光透過率が大幅に低下する。このことを図6を
用いて説明する。
【0008】図6は、従来の光半導体装置に用いられて
いるフィラーを含んだ透光性樹脂を拡大した図である。
ここで61はSiO2 からなるフィラーを示しており、
エポキシ樹脂62の中に散在している。SiO2 の屈折
率は1.46であるのに対し、エポキシ樹脂の屈折率は
分子構造によって若干異なるが、一般に1.50〜1.
56程度の値となる。このような樹脂に光線63が入射
されると、図に示すように光は散乱される。この結果透
明性は失なわれ、光透過率も大幅に低下する。したがっ
てフィラーを含んだ透光性樹脂で封止した従来の光半導
体装置は、光特性が悪い。例えば、フォトカプラの場
合、光透過率が低いために高い入出力変換特性(CT
R)が得られないという問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、少なくとも発光素子または受光素子が、屈折率がエ
ポキシ樹脂の屈折率と等しくなるように成分調整された
フィラーを含んだ透光性エポキシ系樹脂で封止されてい
る。また、このフィラーは、主成分がSi酸化物で、か
つGe酸化物,Pb酸化物,Ba酸化物,P酸化物,A
l酸化物,Ti酸化物,Ta酸化物,La酸化物,稀元
素酸化物のうち少なくとも一種類以上を適当な量含有す
ることにより、フィラーの屈折率をエポキシ樹脂の屈折
率と等しくすることができる。
【0010】
【実施例】次に本発明について、図面を参照して説明す
る。
【0011】まず、図5を用いて、本発明の光半導体装
置の主要要素であるフィラーを含んだ樹脂について説明
する。ここでフィラー51はエポキシ樹脂52の中に散
在した状態となっている。このフィラーは主成分のSi
酸化物(例えばSiO2 )で、かつGe酸化物,Pb酸
化物,Ba酸化物,P酸化物,Al酸化物,Ti酸化
物,Ta酸化物,La酸化物,稀元素酸化物のうち少な
くとも一種類以上を適当な量含有することにより、フィ
ラー51の屈折率がエポキシ樹脂52の屈折率と等しく
してある。図7に一例として、Si酸化物にGe酸化物
を添加した時の屈折率を示す。Ge酸化物以外の酸化物
をSi酸化物に添加した場合も図7と同じ様な関係が得
られる(例えば、実測等により求める)。この図7に基
づいてSi酸化物への添加量を調整してフィラーの屈折
率を調整する。このように調整されたフィラーを含む樹
脂に光53が入射されると、図5に示すように、光53
はフィラー51で散乱されることなく透過する。この結
果透明度が高く、また光透過率の高い樹脂が得られる。
【0012】一方、封止樹脂の熱膨張率は、エポキシ樹
脂に、低熱膨張率のフィラーを混合させることにより、
2.0〜3.0×10-5以下に調整している。上記した
ような添加物を入れたフィラー自体の熱膨張率は1×1
-5以下なので、フィラーをエポキシ樹脂に混合したと
きの熱膨張率は図8に示すように変化する。このため、
フィラーとエポキシ樹脂との混合率を調整することで、
封止樹脂の熱膨張率を2.0〜3.0×10-5以下にす
ることができる。
【0013】以上説明したフィラーを含んだ樹脂で封止
した光半導体装置は、光特性及び耐熱性の双方とも良好
な特性が得られる。以下実施例をもとに本発明について
説明する。
【0014】図1は、本発明の一実施例を示す図であ
り、LEDに適用した例である。ここで発光素子11は
リードフレーム12上にマウントされ、樹脂13で封止
されている。この封止樹脂は、上記に説明した屈折率が
エポキシ樹脂の屈折率と等しくなるように成分調整され
たフィラーを含んだエポキシ系透光性樹脂である。な
お、成分調整は図7,図8に基づいて行った。
【0015】このような構造にすることにより、発光素
子11から出射された光が樹脂13で散乱されることな
く良好な光特性を得ることができる。さらに樹脂13と
リードフレーム12の熱膨張率差を低く抑えることがで
きるので、組立工程での260℃程度の高温履歴でも強
い耐湿性を得ることができる。なお図1中14はボンデ
ィング線を示している。以上の効果は、受光素子の場合
にも、また、発光素子と受光素子が組み合わさったフォ
トインタラプタにおいても同様に得られる。
【0016】次に図2を用いて、本発明の第2の実施例
を説明する。図2は、本発明の光半導体装置をフォトカ
プラに適用した例である。ここで発光素子21と受光素
子22は対向して配置され、透光性樹脂23で樹脂封止
され、さらに遮光性樹脂24で二重に樹脂封止されてい
る。図中25,26は各々リードフレームとボンディン
グ線を示している。この透光性樹脂23は上記に説明し
た屈折率がエポキシ樹脂の屈折率と等しくなるように成
分調整されたフィラーを含んだエポキシ系樹脂である。
このような構造にすることにより、発光素子11から出
射した光が高い効率で受光素子12に伝わるこの結果、
高い入出力変換時(CTR)が得られるまた一方、第1
の実施例で説明したのと同様に、組立工程での260℃
程度の高温履歴でも強い耐湿性が得られる。以上、本発
明をフォトカプラに適用すると強い耐熱性を保ったま
ま、高い入出力変換効率が得られる。
【0017】なお、実施例ではフィラーとして主成分が
Si酸化物、また、このSi酸化物に添加する材料がG
e酸化物,Pb酸化物,Ba酸化物,P酸化物,Al酸
化物,Ti酸化物,Ta酸化物,La酸化物,稀元素酸
化物を示したが、屈折率が封止樹脂の屈折率に近く、か
つ、透明で熱膨張率が小さい材料であれば上記以外の材
料をフィラーとしてもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光半導体
装置は、少なくとも発光素子または受光素子を、屈折率
がエポキシ樹脂の屈折率と等しくなるように成分調整さ
れたフィラーを含んだ透光性エポキシ系樹脂で封止され
ている。そしてこのフィラーは主成分Si酸化物で、か
つGe酸化物,Pb酸化物,Ba酸化物,P酸化物,A
l酸化物,Ti酸化物,Ta酸化物,La酸化物,稀元
素酸化物を少なくとも一種類以上を適当な含有すること
により、フィラーの屈折率をエポキシ樹脂の屈折率と等
しくしてある。
【0019】このような構造にすることにより、透光性
樹脂中での光散乱を抑えられ、また透光性樹脂の熱膨張
率を2.0〜3.0×10-5以下に抑えられる。その結
果光特性及び耐熱特性に優れた光半導体装置を提供でき
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光半導体装置の一実施例を示す図であ
り、LEDに適用した例である。
【図2】本発明の光半導体装置の第2の実施例を示す図
であり、フォトカプラに適用した例である。
【図3】従来の光半導体装置を示す図であり、各々、L
EDの例である。
【図4】従来の光半導体装置(フォトカプラ)を示す図
である。
【図5】本発明の光半導体装置に使用される透光性樹脂
へ光が入射された時の状態を示す図である。
【図6】従来の光半導体装置に使用されている透光性樹
脂に光が入射された時の状態を示す図である。
【図7】GeO2 ドープドSi酸化物の屈折率を示す図
である。
【図8】フィラーを混合したエポキシ樹脂の熱膨張率を
示す図である。
【符号の説明】
11,21,31,41 発光素子 12,25,32,45 リードフレーム 13,23 屈折率がエポキシ樹脂と等しくなるよう
成分調整されたフィラーを含んだ透光性エポキシ系樹脂 14,26,34,46 ボンディング線 22,42 受光素子 24,44 遮光性樹脂 33,43 従来の透光性樹脂 51 屈折率がエポキシ樹脂と等しくなるよう成分調
整されたフィラー 52,62 エポキシ樹脂 53,63 光線 61 Si酸化物からなる従来のフィラー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも発光素子または受光素子を、
    フィラーを含んだ透光性エポキシ系樹脂で封止する光半
    導体装置において、該フィラーの屈折率が、上記エポキ
    シ樹脂の屈折率と等しいことを特徴とする光半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光半導体装置において、
    フィラーの主成分がSi酸化物で、かつGe酸化物,P
    b酸化物,Ba酸化物,P酸化物,Al酸化物,Ti酸
    化物,Ta酸化物,La酸化物,稀元素酸化物のうち少
    なくとも一種類以上を含有していることを特徴とする光
    半導体装置。
JP8014392A 1992-04-02 1992-04-02 光半導体装置 Withdrawn JPH05315652A (ja)

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