JP2010114141A - 受光・発光一体型光半導体装置および電子機器 - Google Patents

受光・発光一体型光半導体装置および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】近接する受光素子と発光素子との間の光学的または電磁的な干渉を防止する。
【解決手段】リードフレーム１１上に搭載された発光素子１２と受光素子１７とをシリコーン樹脂１４,１９で個別に覆い、シリコーン樹脂１４,１９における発光素子１２の発光部と受光素子１７の受光部とに対向する領域を除いた領域とドライバーＩＣ１３と集積回路チップ１８とを、遮光性モールド樹脂１５,２０で個別に封止して、発光素子部１６と受光素子部２１とを形成し、全体を透光性モールド樹脂２２で覆う。さらに、両素子部１６,２１間の透光性モールド樹脂２２に溝２４を形成し、この溝２４内にグラウンド端子２３を配置する。こうして、溝２４で両素子部１６,２１間を遮光して、両素子１２,１７をＰＤやＬＥＤ等の小さい半導体素子で構成して互いを近接可能にする。また、グラウンド端子２３でドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８からの電磁ノイズを除去する。
【選択図】図１

Description

この発明は、発光素子および受光素子を有する受光・発光一体型光半導体装置、および、この受光・発光一体型光半導体装置を備えた電子機器に関する。
従来より、発光ダイオード(ＬＥＤ)やフォトダイオード(ＰＤ)等の半導体素子と光ファイバーとを結合させた光半導体装置が知られており、機器間や家庭内や自動車内での光通信に利用されている。
これらの光半導体装置としては、図１６に示すように、透明樹脂を用いたトランスファー成型を利用して作製された光結合器が広く使用されている。図１６に示す光結合器においては、リードフレーム１に配置されたＬＥＤやＰＤ等の半導体素子２を透明樹脂モールド３で覆い、透明樹脂モールド３の表面に形成されたレンズ４によって、半導体素子２と光ファイバー５とを光学的に結合させている。尚、半導体素子２は、リードフレーム１とワイヤー６によって電気的に結合されている。さらに、半導体素子２を駆動・制御するための半導体素子７が、リードフレーム１に搭載されている場合もある。このようなトランスファ成型を利用した光結合器は、例えば、ガラスレンズを使用した光結合器の場合と比較すると、安価で作製が容易であるという特徴を有している。
一方、樹脂モールド材料にフィラーを添加することによって、熱膨張係数や熱伝導率を調整できることが知られており、光学特性を必要としない半導体素子の場合には、フィラーが添加されたモールド樹脂(通常は黒色)によって封止が行われている。
しかしながら、上述したような透明樹脂モールドを用いた光結合器の場合には、光学特性を重視するため、目的の特性を十分に得るための量のフィラーを添加できないため、耐環境性(耐熱衝撃・耐熱性)が劣るという問題がある。
そのため、特開２０００‐１７３９４７号公報(特許文献１)に開示されたプラスティックパケージの如く、リードフレームにおけるダイパッドの上面にＣＣＤ(Charge Coupled Devices：電荷結合素子)チップを実装し、ＣＣＤチップの受光部に絶縁性および光透過性のガラス製レンズをダイレクトボンディングし、ＣＣＤチップの受光部を除いた部分を絶縁性のモールド樹脂材料からなるモールド部で覆うように設ける。その際に、絶縁性のモールド樹脂材料には、目的とする熱膨張係数を得るために十分な量のガラスフィラーが添加された光結合器が提案されている。
また、ＬＥＤやＰＤ等のチップサイズが小さい光半導体素子を利用でき、信頼性が高く光伝送品質が良好な光結合器も提案されている。
このような光結合器としては、特開２００７‐３６０１９号公報(特許文献２)に開示された光半導体装置の如く、リードフレーム上に搭載された光半導体素子の表面の光の授受部をシリコーン樹脂部で覆って光経路を確保した上で、このシリコーン樹脂部における上記光半導体素子の上記光授受部に対向する領域を除く全体を、上記リードフレームの熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有する遮光性のモールド樹脂部で封止している光半導体装置がある。さらに、この光半導体装置においては、上記シリコーン樹脂の表面を保護するために、上記遮光性のモールド樹脂部から露出している上記シリコーン樹脂の露出面を透光性のモールド樹脂部で覆うことも提案されている。
一方において、従来は、受光素子と発光素子とを個別にパッケージングして光半導体装置としたものを別々に組み立てて使用していたが、市場の小型化の要求に対応するため、受光素子と発光素子とをひとつのパッケージに収めた受光・発光一体型光半導体素子が開発されている。
上記受光・発光一体型光半導体装置としては、以下のような従来技術が知られている。
(１) 上記特許文献２には、さらに、リードフレーム上に搭載された送信用の発光素子および受信用の受光素子の夫々の光の授受部を個別にシリコーン樹脂部で覆い、このシリコーン樹脂部における上記発光素子または上記受光素子の上記光授受部に対向する領域を除く全体を、上記リードフレームの熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有する遮光性のモールド樹脂部によって一体にパッケージし、この遮光性のモールド樹脂部における上記発光素子と上記受光素子との間の領域を除いて、レンズ部を有する上記透光性のモールド樹脂部によって覆った光通信装置が開示されている。
(２) 特開２００６‐３０７１６号公報(特許文献３)には、受光素子および発光素子を配線基板の別々の配線パターン上に実装し、封止樹脂によって個別に封止すると共に、受光側・発光側の間に遮光樹脂を埋めて光漏れを防止したパッケージを、ハウジングの収納凹部に収納した表面実装型モジュールが開示されている。
(３) 特開２００５‐３４０７２７号公報(特許文献４)には、プリント配線板上に受光素子および発光素子を実装し、この受光素子および発光素子を光透過性樹脂で一体に封止した後、上記発光素子と上記受光素子との間の光透過性樹脂を除去して溝状の凹部を形成し、上記凹部内に遮光性樹脂を充填して光漏れを防止した受発光素子の製造方法が開示されている。
しかしながら、上記従来の上記受光・発光一体型光半導体装置には、以下のような問題がある。
先ず、上記特許文献３に開示された表面実装型モジュールにおけるパッケージ構造は、受光部側と発光側とを個別に透明樹脂によって封止し、遮光樹脂によって受光側・発光側の間を遮光したパッケージを、ハウジングに収納した構造を有している。しかしながら、このようなパッケージ構造では、実装工数が多くなるのみならず、受光側のパッケージと発光側のパッケージとの実装精度が確保できない。
さらに、上記ハウジングを含めた表面実装型モジュールの全体のサイズが非常に大きくなり、パッケージサイズを小さくしようとすると、十分な遮光樹脂を受光側のパッケージと発光側のパッケージとの間に設けることが困難になるという問題がある。また、電磁ノイズに対する対策が皆無であるという問題もある。
また、上記特許文献４に開示された受発光素子におけるパッケージ構造は、受光・発光素子一体型のパッケージ構造を有し、小型化を図っている。しかしながら、発光素子と受光素子との間に遮光性樹脂を充填しただけの構造であって、電磁的なノイズ対策が全く図られてはいないという問題がある。
また、上記特許文献２に開示された光半導体装置におけるパッケージ構造は、受光・発光素子一体型のパッケージ構造を有し、遮光対策として、発光素子および受光素子を透光性のシリコーン樹脂で被覆して光行路を確保した上で、遮光性のモールド樹脂で１次モールドし、さらに、上記透光性のモールド樹脂を保護するために、透光性のモールド樹脂で２次モールドしており、遮光性に関しては十分な対策がとられている。しかしながら、発光素子と受光素子との間を遮光性のモールド樹脂で遮光しているだけであるため、パッケージが小型化した場合、上記受光素子と上記発光素子との距離が非常に近くなるため、遮光構造に課題が残るという問題がある。さらに、電磁的なノイズに関しては、対策がとられていないという問題もある。
特開２０００‐１７３９４７号公報 特開２００７‐３６０１９号公報 特開２００６‐３０７１６号公報 特開２００５‐３４０７２７号公報
そこで、この発明の課題は、ＬＥＤやＰＤ等の半導体素子からなると共に、互いに近接する受光素子と発光素子との間に生ずる光学的または電磁的な干渉を効果的に防止でき、且つ小型の受光・発光一体型光半導体装置、および、それを含む電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の受光・発光一体型光半導体装置は、
搭載部上に搭載された発光素子および受光素子と、
少なくとも上記発光素子の発光部を覆う透光性の第１緩衝樹脂と、
少なくとも上記受光素子の受光部を覆う透光性の第２緩衝樹脂と、
上記第１緩衝樹脂における上記発光部に対向する領域のみを開口するように上記第１緩衝樹脂を封止して発光素子部を形成すると共に、上記搭載部と略同一の熱膨張係数を有する第１遮光性モールド樹脂と、
上記第２緩衝樹脂における上記受光部に対向する領域のみを開口するように上記第２緩衝樹脂を封止して受光素子部を形成すると共に、上記搭載部と略同一の熱膨張係数を有する第２遮光性モールド樹脂と、
上記発光素子部と上記受光素子部とを一体に覆うと共に、上記発光素子部と上記受光素子部とを繋ぎ合わせて一つのパッケージを形成する透光性モールド樹脂と、
上記透光性モールド樹脂における上記発光素子部と上記受光素子部との間に設けられると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光溝と、
上記遮光溝の底部に配設されたグラウンド端子と
を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、発光素子部と受光素子部とを繋ぎ合わせて一つのパッケージを形成する透光性モールド樹脂における上記発光素子部と上記受光素子部との間に形成された遮光溝によって、上記発光素子部と上記受光素子部との間を遮光することができる。したがって、発光素子と受光素子とをＰＤやＬＥＤのようなサイズの小さい半導体素子で構成することができ、上記発光素子と上記受光素子との間隔を縮めることが可能になる。
さらに、上記遮光溝内にグラウンド端子を配置しているので、このグラウンド端子によって、上記発光素子を駆動する駆動回路や上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路で発生する電磁ノイズを除去することが可能になる。
すなわち、この発明によれば、安価で耐環境性に優れた小型の受光・発光一体型光半導体装置を提供することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記搭載部は、単一のリードフレームあるいはガラスエポキシ基板である。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記発光素子および上記受光素子は、上記リードフレーム上に搭載されており、
上記第１遮光性モールド樹脂および上記第２遮光性モールド樹脂は、上記リードフレームと略同一の熱膨張係数を有している。
この実施の形態によれば、上記発光素子および上記受光素子は、上記リードフレーム上に搭載されている。したがって、リードフレームを用いることによって、本受光・発光一体型光半導体装置を、容易に且つ安価に形成することが可能になる。
さらに、上記リードフレームに対して加工を施すことによって、後に詳述するような様々な実施の形態が可能になる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えている。
この実施の形態によれば、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通しているので、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができ、上記発光素子と上記受光素子との間隔をさらに縮めることが可能になる。さらに、上記遮光板は上記グラウンド端子と電気的に接続されているので、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することが可能になる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記グラウンド端子は、上記リードフレームの本体部よりも厚い厚みを有すると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光板として機能する。
この実施の形態によれば、上記グラウンド端子を上記リードフレームの本体部よりも厚く形成して遮光板として機能させるので、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光板として機能するグラウンド端子は、他よりも厚みが厚い部分を有するリードフレームにおける上記厚い部分によって構成されている。
この実施の形態によれば、上記遮光板として機能するグラウンド端子を上記リードフレームで構成するので、上記金属製の遮光板の場合のように、上記グラウンド端子と電気的に接続する必要が無く、製造工程を簡略にすることができると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光物の機械的強度を高めることができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えている。
この実施の形態によれば、上記遮光溝内に遮光性と導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を充填するので、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合と同様に、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができると共に、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することが可能になる。さらに、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合に比して、熱応力に強いパッケージを構成することが可能になる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記リードフレームは、フォーミングが施されて、上記発光素子部側と上記受光素子部側とに段差が設けられており、
上記発光素子部は、上記リードフレームに設けられた上記段差における上段側に形成される一方、上記受光素子部は、上記段差における下段側に形成されている。
この実施の形態によれば、上記発光素子部を段差が設けられたリードフレームの上段側に形成する一方、上記受光素子部を下段側に形成するようにしている。したがって、上記発光素子の上記発光部と上記受光素子の上記受光部との距離を広げると共に、上記発光素子から上記受光素子への光の回りこみを少なくすることができ、より効果的に遮光することができる。さらに、上記発光素子部と上記受光素子部とを一体に覆う上記透光性モールド樹脂の体積を大きくして、パッケージ強度を向上することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記リードフレームは、フォーミングが施されて、上記発光素子部側と上記受光素子部側とに段差が設けられており、
上記発光素子部は、上記リードフレームに設けられた上記段差における下段側に形成される一方、上記受光素子部は、上記段差における上段側に形成されている。
この実施の形態によれば、上記発光素子部を段差が設けられたリードフレームの下段側に形成する一方、上記受光素子部を上段側に形成するようにしている。したがって、上記発光素子の上記発光部と上記受光素子の上記受光部との距離を広げると共に、上記発光素子から上記受光素子への光の回りこみを少なくすることができ、より効果的に遮光することができる。さらに、上記発光素子部と上記受光素子部とを一体に覆う上記透光性モールド樹脂の体積を大きくして、パッケージ強度を向上することができる。
その際に、上記受光素子部よりも高さが低い上記発光素子部を下段側に配置するので、高さが高い上記受光素子部下段側に配置する場合に比して、上記リードフレームの上記段差を低くすることができ、上記リードフレームのフォーミング加工を容易にすることができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えている。
この実施の形態によれば、上記発光素子部を、段差が設けられたリードフレームの上段側あるいは下段側に形成するので、上記発光素子から上記受光素子への光の回りこみを少なくしてより効果的に遮光することができる。
さらに、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通すると共に、上記グラウンド端子と電気的に接続しているので、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができ、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記グラウンド端子は、他よりも厚みが厚い部分を有するリードフレームにおける上記厚い部分によって構成されており、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光板として機能する。
この実施の形態によれば、上記発光素子部を、段差が設けられたリードフレームの上段側あるいは下段側に形成するので、上記発光素子から上記受光素子への光の回りこみを少なくしてより効果的に遮光することができる。
さらに、上記グラウンド端子を上記リードフレームの厚い部分で構成して遮光板として機能させるので、上記金属製の遮光板の場合のように、上記グラウンド端子と電気的に接続する必要が無く、製造工程を簡略にすることができると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光物の強度を高めることができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えている。
この実施の形態によれば、上記発光素子部を、段差が設けられたリードフレームの上段側あるいは下段側に形成するので、上記発光素子から上記受光素子への光の回りこみを少なくしてより効果的に遮光することができる。
さらに、上記遮光溝内に遮光性と導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を充填するので、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合と同様に、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができると共に、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することが可能になる。さらに、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合に比して、熱応力に強いパッケージを構成することが可能になる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記第１遮光性モールド樹脂と上記第２遮光性モールド樹脂との間に、熱可塑性樹脂を成型してなる樹脂遮光板が設けられており、
上記遮光溝は、上記発光素子部と上記受光素子部との間における上記透光性モールド樹脂および上記樹脂遮光板に設けられている。
この実施の形態によれば、上記発光素子部における上記第１遮光性モールド樹脂と、上記受光素子部における上記第２遮光性モールド樹脂との間に、熱可塑性樹脂を成型してなる樹脂遮光板を設けている。したがって、トランスファーモールド成型した熱硬化性樹脂では得られない高強度な特性を得ることができ、パッケージ強度を向上させることができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記樹脂遮光板の表面に金属メッキが施されている。
この実施の形態によれば、上記樹脂遮光板の表面に金属メッキが施されているので、上記金属メッキの表面で光を反射することができる。したがって、上記樹脂遮光板の遮光性を向上でき、上記金属メッキを施さない場合に比べて小さい体積の上記樹脂遮光板で同等の遮光性を確保することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記発光素子および上記受光素子は、上記ガラスエポキシ基板上に搭載されており、
上記第１遮光性モールド樹脂および上記第２遮光性モールド樹脂は、上記ガラスエポキシ基板と略同一の熱膨張係数を有している。
この実施の形態によれば、上記発光素子および上記受光素子は、上記ガラスエポキシ基板上に搭載されている。したがって、上記リードフレーム上に搭載した場合と同様に、上記遮光溝によって、上記発光素子部と上記受光素子部との間を遮光することができ、上記発光素子と上記受光素子との間隔を縮めることが可能になる。さらに、上記遮光溝内に配置された上記グラウンド端子によって、上記発光素子を駆動する駆動回路や上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路で発生する電磁ノイズを除去することが可能になる。
さらに、表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を構成できると共に、上記発光素子部と上記受光素子部とが上記ガラスエポキシ基板で繋がっているので、パッケージ強度を向上させることができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えている。
この実施の形態によれば、上記発光素子および上記受光素子をガラスエポキシ基板上に搭載するので、表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を構成できると共に、パッケージ強度を向上させることができる。
さらに、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通すると共に、上記グラウンド端子と電気的に接続しているので、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができ、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することができる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えている。
この実施の形態によれば、上記発光素子および上記受光素子をガラスエポキシ基板上に搭載するので、表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を構成できると共に、パッケージ強度を向上させることができる。
さらに、上記遮光溝内に遮光性と導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を充填するので、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合と同様に、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができると共に、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することが可能になる。さらに、上記遮光溝内に金属製の遮光板を挿通する場合に比して、熱応力に強いパッケージを構成することが可能になる。
また、１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置では、
上記受光・発光一体型光半導体装置に装着されて少なくとも上記発光素子および上記受光素子の搭載側を被覆すると共に、上記第１遮光性モールド樹脂の上記開口に第１光ファイバの端面が対向する一方、上記第２遮光性モールド樹脂の上記開口に第２光ファイバの端面が対向するように、上記第１光ファイバおよび上記第２光ファイバと上記受光・発光一体型光半導体装置とを接続する光ファイバコネクタを備えている。
この実施の形態によれば、上記受光・発光一体型光半導体装置と第１光ファイバおよび第２光ファイバとを接続する光ファイバコネクタを備えているので、上記受光・発光一体型光半導体装置に対する光ファイバの装着を容易にすることができる。さらに、上記光ファイバコネクタを、導電性および遮光性を有する材料で形成すると共に、上記遮光溝内にも装着されて上記グラウンド端子と電気的に接続されるようにすれば、上記光ファイバコネクタによって、上記発光素子と上記受光素子との間を遮光すると共に、上記電磁ノイズによる誤作動を防止することができる。
また、この発明の電子機器は、この発明の受光・発光一体型光半導体装置を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、透光性モールド樹脂における発光素子部と受光素子部との間に形成された遮光溝によって、上記発光素子部と上記受光素子部との間を遮光することができるため、上記発光素子と上記受光素子との間隔を縮めることが可能であり、上記遮光溝内に配置されたグラウンド端子によって電磁ノイズを除去することができる受光・発光一体型光半導体装置を、電子機器に搭載している。したがって、当該電子機器の小型化と、動作の安定化とを図ることができる。
以上より明らかなように、この発明の受光・発光一体型光半導体装置は、発光素子部と受光素子部とを繋ぎ合わせて一つのパッケージを形成する透光性モールド樹脂における上記発光素子部と上記受光素子部との間に形成された遮光溝によって、上記発光素子部と上記受光素子部との間を遮光するので、発光素子と受光素子とをＰＤやＬＥＤのようなサイズの小さい半導体素子で構成することができ、上記発光素子と上記受光素子との間隔を縮めることができる。
さらに、上記遮光溝内にグラウンド端子を配置しているので、このグラウンド端子によって、上記発光素子を駆動する駆動回路や上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路で発生する電磁ノイズを除去することができる。
すなわち、この発明によれば、安価で耐環境性に優れた小型の受光・発光一体型光半導体装置を提供することができる。
また、上記遮光溝内に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を挿通したり、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を充填したりすれば、上記発光素子部と上記受光素子部との間をさらに効果的に遮光することができると共に、上記電磁ノイズをさらに効果的に除去することができる。
また、この発明の電子機器は、透光性モールド樹脂における発光素子部と受光素子部との間に形成された遮光溝によって、上記発光素子部と上記受光素子部との間を遮光することによって、上記発光素子と上記受光素子との間隔を縮めることができ、上記遮光溝内に配置されたグラウンド端子によって電磁ノイズを除去することができる受光・発光一体型光半導体装置を搭載したので、当該電子機器の小型化と、動作の安定化とを図ることができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。
図１において、本受光・発光一体型光半導体装置においては、リードフレーム１１上に発光素子１２とこの発光素子１２を駆動させる上記駆動回路としてのドライバーＩＣ１３とが実装され、この発光素子１２が上記第１緩衝樹脂としてのシリコーン樹脂１４で覆われ、このシリコーン樹脂１４における発光素子１２の発光部に対向する領域を除いて、少なくともシリコーン樹脂１４およびドライバーＩＣ１３が上記第１遮光性モールド樹脂としての遮光性モールド樹脂１５で封止されて、発光素子部１６が形成されている。
一方、同じリードフレーム１１上に、受光素子１７とこの受光素子１７からの受光信号を処理する上記信号処理回路としての集積回路チップ１８とが実装され、この受光素子１７が上記第２緩衝樹脂としてのシリコーン樹脂１９で覆われ、このシリコーン樹脂１９における受光素子１７の受光部に対向する領域を除いて、少なくともシリコーン樹脂１９および集積回路チップ１８が上記第２遮光性モールド樹脂としての遮光性モールド樹脂２０で封止されて、受光素子部２１が形成されている。尚、上記駆動回路および上記信号処理回路を含む回路全体を電気回路と定義する。
さらに、上記発光素子部１６と受光素子部２１とにおける遮光性モールド樹脂１５,２０から露出しているシリコーン樹脂１４,１９を含む全体が、透光性モールド樹脂２２で覆われて、発光素子部１６と受光素子部２１とが一体にパッケージされている。
その際に、上記シリコーン樹脂１４および透光性モールド樹脂２２における発光素子１２の発光部に対向する領域は、外方に向かってドーム状に突出して、レンズを形成している。同様に、シリコーン樹脂１９および透光性モールド樹脂２２における受光素子１７の受光部に対向する領域は、外方に向かってドーム状に突出して、レンズを形成している。
また、上記発光素子部１６と受光素子部２１との間に、リードフレーム１１の一部で構成された発光素子１２と受光素子１７とのグラウンド端子２３を配置し、このグラウンド端子２３における少なくとも一方の面は、遮光性モールド樹脂１５,２０および透光性モールド樹脂２２によって覆われないようにしている。本実施の形態においては、発光素子部１６と受光素子部２１との間における透光性モールド樹脂２２に略リードフレーム１１のレベルまで形成された上記遮光溝としての受光・発光素子部間溝２４内にグラウンド端子２３を配置することによって、グラウンド端子２３の上面が遮光性モールド樹脂１５,２０および透光性モールド樹脂２２で覆われないようにしている。
ここで、上記発光素子１２,ドライバーＩＣ１３,受光素子１７および集積回路チップ１８は、銀ペーストのような導電性の高い接着剤を用いて、リードフレーム１１上に接着されることによって実装されている。尚、上記導電性の高い接着剤としては、熱伝導性の高い材料や薄膜の材料を用いれば、熱的なコンタクトを十分に得ることができ、且つリードフレーム１１と発光素子１２および受光素子１７である光半導体素子との線膨張係数の差を吸収できるので好ましい。さらに、発光素子１２および受光素子１７は、リードフレーム１１と金属ワイヤーによって電気的に接続されている。
本実施の形態において使用される上記光半導体素子としては、ＬＥＤ,ＰＤ,面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ)あるいはＣＣＤ、および、それらとＩＣとを集積化したＯＰＩＣを用いることができる。
また、上記リードフレーム１１は、上記光半導体素子やドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８等の部品を搭載して支えると共に、各部品へ電気を伝える役割を果たす薄板上の金属板である。リードフレーム１１としては、導電性を有すると共に熱伝導率の高い銅やその合金や４２アロイ等の金属からなる薄板状の平面金属板に対して、エッチング,プレス,切削加工等によって形状を成形し、高い反射率が得られるように表面に銀やパラジウム等によってメッキを施したものが用いられる。
上記第１,第２緩衝樹脂としてのシリコーン樹脂１４,１９は、耐寒性を有し、発光素子１２の少なくとも発光部および受光素子１７の少なくとも受光部を、完全に覆っていればよい。
上記遮光性モールド樹脂１５,２０は、上記シリコーン樹脂１４,１９における上面(つまり、上記発光部および上記受光部に対向する面)を除いた部分,ドライバーＩＣ１３,集積回路チップ１８および上記金属ワイヤーを封止し、リードフレーム１１の両面を覆っている。また、遮光性モールド樹脂１５,２０は、リードフレーム１１の熱膨張係数に略同じ熱膨張係数を有しており、遮光性のフィラー等を添加することによって線膨張係数が小さく調整されている。
例えば、上記光半導体素子の線膨張係数が２.８×１０-6/℃であり、上記金属ワイヤーの線膨張係数が１４.２×１０-6/℃である場合、遮光性モールド樹脂１５,２０の線膨張係数は２０×１０-6/℃以下に調整することが好ましい(通常、フィラーが添加されていないエポキシ樹脂の熱膨張係数は６０×１０-6/℃程度)。
上記遮光性モールド樹脂１５,２０を覆い、発光素子部１６と受光素子部２１をつなぎ合わせている透光性モールド樹脂２２としては、遮光性モールド樹脂１５,２０よりも線膨張係数が大きい樹脂が使用されている。こうすることによって、透光性モールド樹脂２２は遮光性モールド樹脂１５,２０の全体を覆っているため、透光性モールド樹脂２２は遮光性モールド樹脂１５,２０から剥離し難いのである。
ここで、光学的に「透明」とは、使用されている波長領域の光を透過できるという意味であり、その透過率は７０％以上であることが好ましい。
上記グラウンド端子２３は、上記発光素子部１６および受光素子部２１に共通のグラウンド端子であることが好ましい。尚、発光素子部１６と受光素子部２１との夫々にグランド端子を設けることも可能であるが、発光素子部１６と受光素子部２１とに共通の端子とすることによって、通常、発光素子部１６および受光素子部２１の夫々に必要なグラウンド端子を１本のグラウンド端子２３にまとめることができ、端子数を減らすことができるのである。さらに、グラウンド端子２３は、遮光性モールド樹脂１５,２０および透光性モールド樹脂２２の何れからも完全には覆われていない。
また、上記透光性モールド樹脂２２におけるグラウンド端子２３の上部に受光・発光素子部間溝２４を形成して、グラウンド端子２３を外部に対して剥き出し状態にすることによって、本受光・発光一体型光半導体装置を光結合器として光ファイバユニットに組み込む場合、グラウンド端子２３を上記光ファイバユニット全体のグラウンド端子として使用することができる。さらに、グラウンド端子２３を、本受光・発光一体型光半導体装置とコネクタ等の外付けユニットとの位置決め用の基準としても使用できるため、高精度な組み立てを行うことが可能になる。また、透光性モールド樹脂２２に受光・発光素子部間溝２４を形成することによって、発光素子部１６と受光素子部２１とをつなぎ合わせている透光性モールド樹脂２２全体の熱応力を低減することもできる。
また、上記各構成部材における好ましい寸法としては、上記光半導体素子としてＬＥＤを用いた場合の素子サイズは数百μm程度であり、上記光半導体素子としてＰＤを用いた場合の素子サイズは１mm程度である。リードフレーム１１の板厚は１００μm〜５００μm程度が好ましい。発光素子部１６における上記発光部と受光素子部２１における上記受光部との間隔は６mm程度が好ましい。
以上のごとく、本実施の形態においては、同一のリードフレーム１１上に発光素子１２と受光素子１７とを搭載し、この発光素子１２と受光素子１７とを透光性のシリコーン樹脂(緩衝樹脂)１４,１９で個別に覆い、シリコーン樹脂１４における発光素子１２の発光部に対向する領域を除いた領域とドライバーＩＣ１３とを、および、シリコーン樹脂１９における受光素子１７の受光部に対向する領域を除いた領域と集積回路チップ１８とを、リードフレーム１１と略同一の熱膨張係数を有する遮光性モールド樹脂１５,２０で個別に封止して、発光素子部１６と受光素子部２１とを形成する。さらに、上記発光素子部１６と受光素子部２１とにおける遮光性モールド樹脂１５,２０から露出しているシリコーン樹脂１４,１９を含む全体を、透光性モールド樹脂２２で覆って、発光素子部１６と受光素子部２１とを一体につなぎ合わせてパッケージされた受光・発光一体型光半導体装置を形成している。
そして、上記透光性モールド樹脂２２における発光素子部１６と受光素子部２１との間に受光・発光素子部間溝２４を形成し、この受光・発光素子部間溝２４内にグラウンド端子２３を配置して、グラウンド端子２３の上面が遮光性モールド樹脂１５,２０および透光性モールド樹脂２２で覆われないようにしている。
このような構造をとることにより、上記受光・発光素子部間溝２４によって発光素子部１６と受光素子部２１との間を遮光することができ、発光素子１２と受光素子１７とをＰＤやＬＥＤのようなサイズの小さい半導体素子で構成することができ、発光素子１２と受光素子１７との間隔を縮めることが可能になる。
また、上記受光・発光素子部間溝２４内にグラウンド端子２３を配置しているので、発光素子１２を駆動するドライバーＩＣ１３や受光素子１７からの受光信号を処理する集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを除去することが可能になる。
このように、本実施の形態によれば、安価で耐環境性に優れた小型の受光・発光一体型光半導体装置を得ることができるのである。
・第２実施の形態
図２は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。
図２において、リードフレーム１１,発光素子１２,ドライバーＩＣ１３,シリコーン樹脂１４,遮光性モールド樹脂１５,発光素子部１６,受光素子１７,集積回路チップ１８,シリコーン樹脂１９,遮光性モールド樹脂２０,受光素子部２１,透光性モールド樹脂２２,グラウンド端子２３および受光・発光素子部間溝２４は、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同様であり、上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、上記受光・発光素子部間溝２４内に配置されて剥き出しとなっているグラウンド端子２３上に、金属製の遮光板２５を挿入し、グラウンド端子２３と接続することよって、グラウンド端子２３と電気的に接合させている点である。ここで、遮光板２５は、受光・発光素子部間溝２４の上端から突出しており、透光性モールド樹脂２２の上面よりも高くなっている。
上記遮光板２５とグラウンド端子２３とを接続する接着剤としては、銀ペーストのような高い電気伝導性に加え、外部に対して露出するために高強度および高耐候性を有する優れた接着剤であることが好ましい。
また、上記遮光板２５としては、リードフレーム１１と同じ材質であって、高い反射率が得られるように表面に銀やパラジウム等によるメッキを施したものが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子１２を遮光性モールド樹脂１５で封止する一方、受光素子１７を遮光性モールド樹脂２０で封止することに加え、透光性モールド樹脂２２における発光素子部１６と受光素子部２１との間に金属製の遮光板２５を挿入している。したがって、発光素子部１６と受光素子部２１との間を効率的に遮光することができ、発光素子１２と受光素子１７との間隔が非常に狭い受光・発光一体型光半導体装置を得ることができる。
さらに、上記遮光板２５をグラウンド端子２３と電気的に接合させているため、ドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを効率的に除去することが可能になる。
また、上記遮光板２５を、受光・発光素子部間溝２４の上端から突出させて、透光性モールド樹脂２２の上面よりも高く設置している。したがって、本受光・発光一体型光半導体装置を光結合器として光ファイバユニットに組み込む場合、遮光板２５に対して、本受光・発光一体型光半導体装置とコネクタ等の外付けユニットとの位置決め用のピンとしての役割を付与することができ、本受光・発光一体型光半導体装置と上記外付けユニットとの高精度な組み立てが可能になる。
・第３実施の形態
図３は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図３において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、上記第１実施の形態においては、平面な(凹凸がない)リードフレーム１１を使用しているのに対し、本実施の形態においては、グラウンド端子２６の部分のみ厚みが厚いリードフレーム１１を使用しており、グラウンド端子２６を遮光板として機能させる点である。
上記リードフレーム１１としては、グラウンド端子２６の部分のみの板厚ををできるだけ厚くし、他の部分とに段差を付けることが好ましい。例えば、リードフレーム１１の本体の板厚が０.４mmである場合、グラウンド端子２６の部分の板厚が０.８mm以上が好ましい。
尚、上述のような厚みの異なるリードフレーム１１の製造方法としては、エッチングで製造する方法と、プレス加工によって製造する方法とが考えられる。上記エッチング法の場合は、大きな板厚差を有するリードフレーム１１を形成できるが、上記プレス加工の場合に比べて寸法精度が劣るという欠点がある。一方、上記プレス加工法の場合には、上記エッチング法の場合に比べて寸法精度は高いが、２倍程度の板厚差しか設けることができず、例えばリードフレーム１１の本体の板厚が０.４mmの場合には、最大０.８mm程度のグラウンド端子２６しか形成できない。したがって、本受光・発光一体型光半導体装置を組み込む用途に応じて、リードフレーム１１およびグラウンド端子２６の製造方法を選択することが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子１２を遮光性モールド樹脂１５で封止する一方、受光素子１７を遮光性モールド樹脂２０で封止することに加え、透光性モールド樹脂２２における発光素子部１６と受光素子部２１との間に遮光板として機能する高さが高いグラウンド端子２６を配置している。したがって、上記第２実施の形態の場合と同様に、発光素子部１６と受光素子部２１との間を効率的に遮光することが可能になる。さらに、ドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを効率的に除去することが可能になる。
また、上記第２実施の形態の場合には、上記遮光板２５とグラウンド端子２３とをボンディングによって電気的に接続する必要がある。しかしながら、本実施の形態では、上記遮光板を上記グラウンド端子に電気的に接続する工程を必要とはせず、上記遮光板の強度も確保することができるのである。
・第４実施の形態
図４は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図４において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、発光素子部１６と受光素子部２１との間に設けた受光・発光素子部間溝２４内に、電気伝導性と遮光性とを併せ持つ遮光性充填樹脂２７を充填して硬化させる点である。
上記遮光性充填樹脂２７としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂にカーボンブラック等の導電性と遮光性とを併せ持つフィラーを添加した遮光性の液状樹脂が好ましい。また、受光・発光素子部間溝２４内への遮光性充填樹脂２７の充填は、ポッティング法や印刷法等による。その際における充填量は、透光性モールド樹脂２２の上面よりやや低い位置で止めることが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、透光性モールド樹脂２２における発光素子部１６と受光素子部２１との間の受光・発光素子部間溝２４内に、遮光性充填樹脂２７でなる軟質の遮光板を充填している。したがって、上記第２実施の形態の場合のように、金属製の遮光板２５を挿入する場合に比べて、熱応力に強いパッケージを得ることができる。また、受光・発光素子部間溝２４内への遮光性充填樹脂２７の充填を、透光性モールド樹脂２２の上面よりやや低い位置で停止することによって、本受光・発光一体型光半導体装置を光結合器として光ファイバユニットに組み込む場合の位置決め用の溝を確保することができる。したがって、本受光・発光一体型光半導体装置と上記外付けユニットとの高精度な組み立てが可能になる。
・第５実施の形態
図５は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図５において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、遮光性モールド樹脂１５で封止されてなる発光素子部１６と、遮光性モールド樹脂２０で封止されてなる受光素子部２１とが同一平面状になく、発光素子部１６が受光素子部２１よりも上側に位置している点である。また、それに応じて、発光素子部１６と受光素子部２１とにおける遮光性モールド樹脂１５,２０から露出しているシリコーン樹脂１４,１９を含む全体を覆う透光性モールド樹脂２８は、上面には発光素子部１６と受光素子部２１とで段差が設けられる一方、下面は発光素子部１６と受光素子部２１とにおいて平坦に形成されている点である。
本実施の形態において使用されるリードフレーム１１は、発光素子側に発光素子１２とドライバーＩＣ１３とを実装する前に、金型等によって予めフォーミング処理を行い、グラウンド端子２３となる部分と受光素子部２１となる部分とに段差を設けることが好ましい。また、その際における発光素子部１６の部分と受光素子部２１の部分との段差は、受光素子１７の素子高さよりも大きいことが好ましい。例えば、上記素子高さが３７０μmの受光素子１７を実装した場合には、リードフレーム１１における発光素子部１６の部分と受光素子部２１の部分との間には４００μm以上の段差を設けるのである。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子部１６を受光素子部２１よりも上側に位置することによって、発光素子１２の発光点と受光素子１７の受光点との距離を広げることができる。それと同時に、発光素子１２と受光素子１７との間の段差によって発光素子１２からの光の回りこみを少なくすることができるため、より効率的に遮光することができる。さらに、発光素子部１６と受光素子部２１とを覆う透光性モールド樹脂２８の体積を、上記第１実施の形態の場合の透光性モールド樹脂２２よりも大きくすることができ、パッケージ強度が向上することも期待できる。
・第６実施の形態
図６は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図６において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、遮光性モールド樹脂１５で封止されてなる発光素子部１６と、遮光性モールド樹脂２０で封止されてなる受光素子部２１とが同一平面状になく、受光素子部２１が発光素子部１６よりも上側に位置している点である。また、それに応じて、発光素子部１６と受光素子部２１とにおける遮光性モールド樹脂１５,２０から露出しているシリコーン樹脂１４,１９を含む全体を覆う透光性モールド樹脂２９は、上面には受光素子部２１と発光素子部１６とで段差が設けられる一方、下面は受光素子部２１と発光素子部１６とにおいて平坦に形成されている点である。
本実施の形態において使用されるリードフレーム１１は、発光素子側に発光素子１２とドライバーＩＣ１３とを実装する前に、金型等によって予めフォーミング処理を行い、グラウンド端子２３となる部分と発光素子部１６となる部分とに段差を設けることは、上記第５実施の形態の場合と同様であるが、発光素子部１６と受光素子部２１との段差は、発光素子１２の素子高さ以上が好ましい。例えば、上記素子高さが１７０μmの発光素子１２を実装した場合には、２００μm以上の段差を設けるのである。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、受光素子部２１を発光素子部１６よりも上側に位置することによって、上記第５実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。さらに、それに加えて、リードフレーム１１の段差を上記第５実施の形態の場合よりも小さくしても、その効果が期待できるところにある。例えば、一般に、発光素子１２の素子高さは１００μm〜２００μmであるが、受光素子１７の素子高さは３００μm以上と発光素子１２の場合よりも高い。そのため、受光素子部２１を下段に配置した場合には、リードフレーム１１の段差を大きくする必要がある。それに対し、発光素子部１６を下段に配置した場合には、２００μm程度の段差で効果が期待できるのである。
・第７実施の形態
図７は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図７において、図５に示す上記第５実施の形態の場合と同じ部材には図５と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第５実施の形態との相違点は、上記受光・発光素子部間溝２４内に配置されて剥き出しとなっているグラウンド端子２３上に、金属製の遮光板３０を挿入し、グラウンド端子２３と接続することよって、グラウンド端子２３と電気的に接合させている点である。ここで、遮光板３０は、受光・発光素子部間溝２４の上端から突出しており、透光性モールド樹脂２２の上面よりも高くなっている。
上記遮光板３０とグラウンド端子２３を接続する接着剤としては、銀ペーストのような高い電気伝導性に加え、外部に対して露出するために高強度および高耐候性を有する優れた接着剤であることが好ましい。
また、上記遮光板３０としては、リードフレーム１１と同じ材質であって、高い反射率が得られるように表面に銀やパラジウム等によるメッキを施したものが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子部１６を受光素子部２１よりも上側に位置することによって、上記第５実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。さらに加え、透光性モールド樹脂２８における発光素子部１６と受光素子部２１との間に金属製の遮光板３０を挿入している。したがって、発光素子部１６と受光素子部２１との間をさらに効率的に遮光することができ、発光素子１２と受光素子１７との間隔が非常に狭い受光・発光一体型光半導体装置を得ることができる。
さらに、上記遮光板３０をグラウンド端子２３と電気的に接合させているため、ドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを効率的に除去することが可能になる。
・第８実施の形態
図８は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図８において、図５に示す上記第５実施の形態の場合と同じ部材には図５と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第５実施の形態との相違点は、上記第５実施の形態においては、平面な(凹凸がない)リードフレーム１１を使用しているのに対し、本実施の形態においては、グラウンド端子３１の部分のみ厚みが厚いリードフレーム１１を使用しており、グラウンド端子３１を遮光板として機能させる点である。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子部１６を受光素子部２１よりも上側に位置することによって、上記第５実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。さらに加え、透光性モールド樹脂２８における発光素子部１６と受光素子部２１との間に遮光板として機能する高さが高いグラウンド端子３１を配置している。したがって、発光素子部１６と受光素子部２１との間を効率的に遮光することが可能になる。また、ドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを効率的に除去することが可能になる。
・第９実施の形態
図９は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図９において、図５に示す上記第５実施の形態の場合と同じ部材には図５と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第５実施の形態との相違点は、発光素子部１６と受光素子部２１との間に設けた受光・発光素子部間溝２４内に、電気伝導性と遮光性とを併せ持つ遮光性充填樹脂３２を充填して硬化させる点である。
上記遮光性充填樹脂３２としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂にカーボンブラック等の導電性と遮光性とを併せ持つフィラーを添加した遮光性の液状樹脂が好ましい。また、受光・発光素子部間溝２４内への遮光性充填樹脂３２の充填は、ポッティング法や印刷法等による。その際における充填量は、透光性モールド樹脂２８の上面よりやや低い位置で止めることが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子部１６を受光素子部２１よりも上側に位置することによって、上記第５実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。さらに加え、透光性モールド樹脂２８における発光素子部１６と受光素子部２１との間に、遮光性充填樹脂３２でなる軟質の遮光板を配置している。したがって、上記第７実施の形態の場合のように、金属製の遮光板３０を挿入する場合に比べて熱応力に強いパッケージを得ることができる。
・第１０実施の形態
図１０は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図１０において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、発光素子部１６における遮光性モールド樹脂１５と受光素子部２１における遮光性モールド樹脂２０との間に、予め熱可塑性樹脂を成型して得られる樹脂遮光板３３を設けた点。さらに、樹脂遮光板３３に略リードフレーム１１のレベルまで形成された受光・発光素子部間溝３４内に、リードフレーム１１の一部で構成されるグラウンド端子２３を配置することによって、グラウンド端子２３の上面が遮光性モールド樹脂１５,２０,透光性モールド樹脂２２および樹脂遮光板３３で覆われないようにした点である。
上記樹脂遮光板３３としては、ポリフタルアミド等の白色材料を用い、遮光性と同時に高強度な特性を有する材料が好ましい。尚、樹脂遮光板３３は、リードフレーム１１上に発光素子１２,ドライバーＩＣ１３,受光素子１７および集積回路チップ１８を実装する前に、予め上記熱可塑性樹脂をインジェクション成型等で成型することによって形成しておく。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子部１６と受光素子部２１との間に設ける遮光板として、熱可塑性樹脂を成型して得られる樹脂遮光板３３を用いている。したがって、トランスファーモールド成型した熱硬化性樹脂では得られない高強度な特性を得ることができ、パッケージ強度を向上すると共に、添加するフィラーの選択肢も増える。さらに、受光・発光素子部間溝３４を、本受光・発光一体型光半導体装置を光結合器として光ファイバユニットに組み込む場合の位置決め用の溝とすることができる。したがって、本受光・発光一体型光半導体装置と上記外付けユニットとの高精度な組み立てが可能になる。
尚、本実施の形態においては、上記樹脂遮光板３３を、発光素子部１６における遮光性モールド樹脂１５と受光素子部２１における遮光性モールド樹脂２０とに隣接させて配置している。しかしながら、樹脂遮光板３３と遮光性モールド樹脂１５との間、および、樹脂遮光板３３と遮光性モールド樹脂２０との間に、透光性モールド樹脂２２が存在していても一向に差し支えない。
・第１１実施の形態
図１１は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図１１において、図１０に示す上記第１０実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１０実施の形態との相違点は、上記第１０実施の形態における熱可塑性樹脂で成型した樹脂遮光板３３の表面に、反射率の高いメッキ３５を蒸着している点である。
上記メッキ３５としては、銀メッキ,金メッキあるいはパラジウムメッキ等が考えられるが、銀メッキが好ましい。また、メッキ厚としては、反射効率を考慮して２０μm以上が好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、上記透光性モールド樹脂２２における発光素子部１６と受光素子部２１との間に、遮光板として樹脂遮光板３３を設け、樹脂遮光板３３の表面にメッキ３５を施しているので、メッキ３５の表面で光を反射することができる。したがって、樹脂遮光板３３の遮光性を向上でき、メッキ３５を蒸着しない場合に比べ、小さい樹脂体積の樹脂遮光板３３で同等の遮光性を確保することができる。
・第１２実施の形態
図１２は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図１２において、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１実施の形態との相違点は、発光素子１２,ドライバーＩＣ１３,受光素子１７および集積回路チップ１８等の半導体素子を実装する基材を、リードフレームではなく基板３６としている点。そのため、シリコーン樹脂１４およびドライバーＩＣ１３を封止する遮光性モールド樹脂３７、シリコーン樹脂１９および集積回路チップ１８を封止する遮光性モールド樹脂３８、および、遮光性モールド樹脂３７,３８から露出しているシリコーン樹脂１４,１９を含む全体を覆う透光性モールド樹脂３９が、基板３６における発光素子１２および受光素子１７の実装側の面のみに形成されている点である。
さらに、上記発光素子１２と受光素子１７とのグラウンド端子４０を、上記第１実施の形態〜上記第１１実施の形態の場合におけるグラウンド端子２３のごとくリードフレーム１１の一部で構成するのではなく、リードフレーム１１と同様に導電性を有すると共に熱伝導率の高い金属を、発光素子部１６と受光素子部２１との間における透光性モールド樹脂３９に基板３６に達するように形成された受光・発光素子部間溝２４内の基板３６上に成膜して形成している点においても上記第１実施の形態とは相違している。
上記基板３６として代表的なものとしては、ガラスエポキシ基板が考えられる。また、遮光性モールド樹脂３７,３８の素材としては、使用する基板３６の膨張係数と略同じ熱膨張係数を有する樹脂を選択することが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、基本的には上記第１実施の形態の場合と同様の構成を有しているため、上記第１実施の形態の場合と同様に、受光・発光素子部間溝２４によって発光素子部１６と受光素子部２１との間を遮光することができ、発光素子１２と受光素子１７とをＰＤやＬＥＤのようなサイズの小さい半導体素子で構成することができ、発光素子１２と受光素子１７との間隔を縮めることが可能になる。
また、上記受光・発光素子部間溝２４内にグラウンド端子４０を配置しているので、発光素子１２を駆動するドライバーＩＣ１３や受光素子１７からの受光信号を処理する集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを除去することが可能になる。
本実施の形態によれば、さらに加えて、表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を構成できると同時に、発光素子部１６と受光素子部２１とは基板３６でつながっているため、パッケージ強度を向上させることができるという利点もある。
・第１３実施の形態
図１３は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図１３において、図１２示す上記第１２実施の形態の場合と同じ部材には図１２と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１２実施の形態との相違点は、上記受光・発光素子部間溝２４内に配置されて剥き出しとなっているグラウンド端子４０上に、金属製の遮光板４１を配置し、グラウンド端子４０と接続することよって、グラウンド端子４０と電気的に接合させている点である。ここで、遮光板４１は、受光・発光素子部間溝４０の上端から突出しており、透光性モールド樹脂３９の上面よりも高くなっている。
上記遮光板４１とグラウンド端子４０とを接続する接着剤としては、銀ペーストのような高い電気伝導性に加え、外部に対して露出するために高強度および高耐候性を有する優れた接着剤であることが好ましい。
また、上記遮光板４１としては、リードフレーム１１と同じ材質であって銅やその合金や４２アロイ等のごとく導電性を有し、高い反射率が得られるように表面に銀やパラジウム等によるメッキを施したものが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、発光素子１２を遮光性モールド樹脂１５で封止する一方、受光素子１７を遮光性モールド樹脂２０で封止することに加え、透光性モールド樹脂３９における発光素子部１６と受光素子部２１との間に金属製の遮光板４１を挿入している。したがって、発光素子部１６と受光素子部２１との間を効率的に遮光することができ、発光素子１２と受光素子１７との間隔が非常に狭い受光・発光一体型光半導体装置を得ることができる。
さらに、上記遮光板４１をグラウンド端子４０と電気的に接合させているため、ドライバーＩＣ１３や集積回路チップ１８から発生する電磁ノイズを効率的に除去することが可能になる。
さらに加えて、上記発光素子部１６と受光素子部２１とは基板３６でつながっているため、高強度なパッケージ強度を有する表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を得ることができる。
・第１４実施の形態
図１４は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。図１４において、図１２に示す上記第１２実施の形態の場合と同じ部材には図１２と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における上記第１２実施の形態との相違点は、発光素子部１６と受光素子部２１との間に設けた受光・発光素子部間溝２４内に、電気伝導性と遮光性とを併せ持つ遮光性充填樹脂４２を充填して硬化させる点である。
上記遮光性充填樹脂４２としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂にカーボンブラック等の導電性と遮光性とを併せ持つフィラーを添加した遮光性の液状樹脂が好ましい。また、受光・発光素子部間溝２４内への遮光性充填樹脂４２の充填は、ポッティング法や印刷法等による。その際における充填量は、透光性モールド樹脂３９の上面よりやや低い位置で止めることが好ましい。
以上のごとく、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置によれば、上記透光性モールド樹脂３９における発光素子部１６と受光素子部２１との間に、遮光性充填樹脂４２でなる軟質の遮光板を配置している。したがって、上記第１３実施の形態の場合のように、金属製の遮光板４１を配置する場合に比べて、熱応力に強いパッケージを得ることができる。また、本受光・発光一体型光半導体装置を光結合器として光ファイバユニットに組み込む場合の位置決め用の溝を確保することができる。したがって、本受光・発光一体型光半導体装置と上記外付けユニットとの高精度な組み立てが可能になる。
さらに加えて、上記第１３実施の形態の場合と同様に、発光素子部１６と受光素子部２１とは基板３６でつながっているため、高強度なパッケージ強度を有する表面実装型の受光・発光一体型光半導体装置を得ることができる。
・第１５実施の形態
本実施の形態は、上記各実施の形態における受光・発光一体型光半導体装置に装着されて、光ファイバと上記受光・発光一体型光半導体装置とを接続する光ファイバコネクタを備えた受光・発光一体型光半導体装置に関する。
図１５は、本実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。但し、本実施の形態においては、上記光ファイバコネクタを上記第１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置に装着した場合を例に説明する。そこで、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同じ部材には図１と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
図１５において、上記光ファイバコネクタ４３は、上記受光・発光一体型光半導体装置における底面を除く全体を被覆すると共に、リードフレーム１１に対して発光素子１２および受光素子１７の搭載側に突出して、導電性と遮光性とを併せ持つ熱可塑性樹脂あるいは金属で形成されている。光ファイバコネクタ４３における突出部４５の先端面４４は、リードフレーム１１と略平行に且つ平坦に構成されている。ここで、光ファイバコネクタ４３は、上記受光・発光一体型光半導体装置の一部を被覆しているが、全体を被覆していても一向に構わない。
上記光ファイバコネクタ４３の突出部４５における先端面４４には、発光素子１２の光軸と略一致する中心軸を有すると共に、上記受光・発光一体型光半導体装置の透光性モールド樹脂２２に至る円筒状の第１段付貫通穴４６が形成されている。同様に、突出部４５には、受光素子１７の光軸と略一致する中心軸を有すると共に、上記受光・発光一体型光半導体装置の透光性モールド樹脂２２に至る円筒状の第２段付貫通穴４７が形成されている。
上記構成を有する光ファイバコネクタ４３の第１段付貫通穴４６には、光送信用の第１光ファイバが装着されて、発光素子１２と上記第１光ファイバとの光結合が行われる。また、第２段付貫通穴４７には、光受信用の第２光ファイバが装着されて、受光素子１７と上記第２光ファイバとの光結合が行われる。こうして、上記受光・発光一体型光半導体装置に対する光ファイバの装着を容易にすることができるのである。
その際に、導電性および遮光性を有する材料で形成された光ファイバコネクタ４３は、受光・発光素子部間溝２４内にも装着されて、グラウンド端子２３と電気的に接続されている。したがって、光ファイバコネクタ４３に上記第１光ファイバおよび上記第２光ファイバを接続した際に、発光素子１２と受光素子１７との間を遮光すると共に、上記電磁ノイズによる誤作動を防止することができるのである。
尚、本実施の形態においては、上記光ファイバコネクタ４３を上記第１実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置に適用した場合を例示しているが、上記第２実施の形態〜上記第１４実施の形態の受光・発光一体型光半導体装置に適用しても、同様の効果を奏することができる。
以上のごとく、上記各実施の形態によれば、安価で耐環境性に優れた小型の受光・発光一体型光半導体装置を提供することができ、これらは、車載用ＭＯＳＴデバイスとして、車に搭載される光ネットワーク間の電子機器として利用することができる。
この発明の受光・発光一体型光半導体装置における概略構造を示す断面図である。 図１とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１および図２とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図３とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図４とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図５とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図６とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図７とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図８とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図９とはことなる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図１０とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図１１とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図１２とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図１３とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 図１〜図１４とは異なる受光・発光一体型光半導体装置の断面図である。 従来の光半導体装置の断面図である。
符号の説明
１１…リードフレーム、
１２…発光素子、
１３…ドライバーＩＣ、
１４,１９…シリコーン樹脂、
１５,２０,３７,３８…遮光性モールド樹脂、
１６…発光素子部、
１７…受光素子、
１８…集積回路チップ、
２１…受光素子部、
２２,２８,２９,３９…透光性モールド樹脂、
２３,４０,２６,３１…グラウンド端子、
２４,３４…受光・発光素子部間溝、
２５,３０,４１…遮光板、
２７,３２,４２…遮光性充填樹脂、
３３…樹脂遮光板、
３５…メッキ、
３６…基板、
４３…光ファイバコネクタ、
４５…突出部、
４６,４７…段付貫通穴。

Claims (19)

  1. 搭載部上に搭載された発光素子および受光素子と、
    少なくとも上記発光素子の発光部を覆う透光性の第１緩衝樹脂と、
    少なくとも上記受光素子の受光部を覆う透光性の第２緩衝樹脂と、
    上記第１緩衝樹脂における上記発光部に対向する領域のみを開口するように上記第１緩衝樹脂を封止して発光素子部を形成すると共に、上記搭載部と略同一の熱膨張係数を有する第１遮光性モールド樹脂と、
    上記第２緩衝樹脂における上記受光部に対向する領域のみを開口するように上記第２緩衝樹脂を封止して受光素子部を形成すると共に、上記搭載部と略同一の熱膨張係数を有する第２遮光性モールド樹脂と、
    上記発光素子部と上記受光素子部とを一体に覆うと共に、上記発光素子部と上記受光素子部とを繋ぎ合わせて一つのパッケージを形成する透光性モールド樹脂と、
    上記透光性モールド樹脂における上記発光素子部と上記受光素子部との間に設けられると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光溝と、
    上記遮光溝の底部に配設されたグラウンド端子と
    を備えたことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  2. 請求項１に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記搭載部は、単一のリードフレームあるいはガラスエポキシ基板である
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  3. 請求項２に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記発光素子および上記受光素子は、上記リードフレーム上に搭載されており、
    上記第１遮光性モールド樹脂および上記第２遮光性モールド樹脂は、上記リードフレームと略同一の熱膨張係数を有している
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  4. 請求項３に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  5. 請求項３に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記グラウンド端子は、上記リードフレームの本体部よりも厚い厚みを有すると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光板として機能する
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  6. 請求項５に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光板として機能するグラウンド端子は、他よりも厚みが厚い部分を有するリードフレームにおける上記厚い部分によって構成されている
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  7. 請求項３記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  8. 請求項３記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記リードフレームは、フォーミングが施されて、上記発光素子部側と上記受光素子部側とに段差が設けられており、
    上記発光素子部は、上記リードフレームに設けられた上記段差における上段側に形成される一方、上記受光素子部は、上記段差における下段側に形成されている
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  9. 請求項３に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記リードフレームは、フォーミングが施されて、上記発光素子部側と上記受光素子部側とに段差が設けられており、
    上記発光素子部は、上記リードフレームに設けられた上記段差における下段側に形成される一方、上記受光素子部は、上記段差における上段側に形成されている
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  10. 請求項８あるいは請求項９に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  11. 請求項８あるいは請求項９に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記グラウンド端子は、他よりも厚みが厚い部分を有するリードフレームにおける上記厚い部分によって構成されており、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光板として機能する
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  12. 請求項８あるいは請求項９に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  13. 請求項３に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記第１遮光性モールド樹脂と上記第２遮光性モールド樹脂との間に、熱可塑性樹脂を成型してなる樹脂遮光板が設けられており、
    上記遮光溝は、上記発光素子部と上記受光素子部との間における上記透光性モールド樹脂および上記樹脂遮光板に設けられている
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  14. 請求項１３に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記樹脂遮光板の表面に金属メッキが施されている
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  15. 請求項２に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記発光素子および上記受光素子は、上記ガラスエポキシ基板上に搭載されており、
    上記第１遮光性モールド樹脂および上記第２遮光性モールド樹脂は、上記ガラスエポキシ基板と略同一の熱膨張係数を有している
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  16. 請求項１５に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に挿通されて、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光すると共に、上記遮光溝の底部に配設された上記グラウンド端子と電気的に接続された金属製の遮光板を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  17. 請求項１５に記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記遮光溝内に充填されると共に、上記発光素子から出射されて上記受光素子に至る光を遮光する遮光性と、上記発光素子を駆動する駆動回路および上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理回路を含む電気回路からの電磁ノイズを除去する導電性とを併せ持つ遮光性充填樹脂を備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  18. 請求項１から請求項１７までの何れか一つに記載の受光・発光一体型光半導体装置において、
    上記受光・発光一体型光半導体装置に装着されて少なくとも上記発光素子および上記受光素子の搭載側を被覆すると共に、上記第１遮光性モールド樹脂の上記開口に第１光ファイバの端面が対向する一方、上記第２遮光性モールド樹脂の上記開口に第２光ファイバの端面が対向するように、上記第１光ファイバおよび上記第２光ファイバと上記受光・発光一体型光半導体装置とを接続する光ファイバコネクタを備えた
    ことを特徴とする受光・発光一体型光半導体装置。
  19. 請求項１から請求項１７までの何れか一つに記載の受光・発光一体型光半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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