JPS6012782A - 発光ダイオ−ド実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （力　技術分野 この発明は発光ダイオードの実装構造に関する。

光データリンクに於て、発光素子として発光ダイオード
、レーザダイオードが用いられる。受光素子はホトダイ
オード、アバランシェホトダイオードなどが使用される
。

発光素子と受光素子の間は、光ファイバによって結合さ
れる。発光ダイオードは安価で使い易いが、光は前方に
広く拡散する。チップ面に立てた法線となず角を０とす
ると、光強度の分布は、発光ダイオードの場合ｃｏｓＯ
分布に近い。レンズで絞るとしても、発光ダイオードチ
ップからレンズに至るまでの間に側方へそれる光成分も
あって、全ての発光パワーを発光ダイオードの前方へ取
り出す事ができない。

光データリンクを構成する場合、光ファイバに効率良く
発光ダイオードの光を人則させなければならない。光フ
ァイバは多モードファイバで石英ガラス系の場合コア径
が１００μｔｎ程度で広くない。

開口数ＮΔもあまり人きくない場合が多Ｃ）。

（イ）従来技術とその問題点 発光ダイオードは、金属製のケースの中にハーメチック
シールするものと、透明樹脂でモールドするものと２つ
に大別される。

第５図は金属製のケースの中に実装された発光ダイオー
ドの一部縦断面図である。金属製のケースは、皿型のヘ
ッダ１と、ヘッダ１の上からこれを被蓋するキャップ２
とより成る。ヘッダ１には外側からリードピン３，３が
挿入され、ガラス層４によって固定されている。一方の
リードピン３はケース内で折曲っており、この上に発光
ダイオードチップ（以下ＬＥＤチップという）５が接着
又はハンダ付しである。

ＬＥＤチップ５の上面周囲にはリング電極６が設けてあ
り、ボンディングワイヤ７によってリング電極６と他の
リードピン３とが電気的に接続される。

キャップ２の前部開口にはレンズ８が取付けてあり、光
を集めて、光ファイバ９へ効率良く入射するよう工夫さ
れている。

ＬＥＤチップ５は発光部１０が表面近くにある。

光ファイバ９とＬＥＤチップ５の間には、キャップ２に
よって決まるかなりの距！ｉｌトがある。光ファイバ９
は、外側から順に外被覆１１、補強材１２、芯線１３な
どよりなる。芯線１３はさらに、コア、クラッド、シリ
コーンプライマリコートなどを含む。光が入射ずべきコ
アの直径は狭く、ＬＥＤチップ５の発光部１０から、コ
アを見込む角も小さい。

従って、ＬＥＤチップ５で発光した光の一部分しか光フ
アイバコアに入射しない。つまり、発光ダイオードと光
ファイバの結合効率が低い。

キャップ２を浅くして、レンズ８とＬ　ｌ！、　Ｉ）チ
ップ５を近付ければよいわけである。しかし、キャップ
２はボンディングワイヤ７に接触してはならないので、
レンズ８とＬＥＤチップ５を近つけるには限界かある。

さらに窓のレンズの厚みもある。

また、窓外面とファイバ端面もある程度、離さなければ
ならない。ファイバと窓に傷のつくのを避けるためであ
る。

このように、ファイバ端とＬ　Ｅ　Ｉ）チップの間隔は
どうしても広くなってしまう。

第６図は透明樹脂中にモールドした発光ダイオードの平
面図、第７図は第６図中の■ニ■断面図を示す。

これは、リードフレーム３ａ　、３ｂを有し、リードフ
レーム３ａの上に、ＬＥＤチップ５を固定している。リ
ング電極６と、他のリードフレーム３ｂとをボンディン
グワイヤ７で接続する。こうしておいて、透明の樹脂で
ＬＥＤチップ５、ワイヤ７、リードフレーム３ａ　、３
ｂの端部などをまとめてモールド１４しである。

光ファイバ９の先端はモールド１４の面以上に近つける
ことができない。モールド１４の表面とＬＥＤチップ５
の距離ａは、短がければ短い程良い。しかし、これは、
ボンディングワイヤ１を含まなければならないので、成
る程度以下にする事ができない。

ワイヤボンディングは電極と金、Ａ！線とを超音波で溶
着するが、ボンディング端では、ワイヤと電極面が直角
になっていることが多い。彎曲ワイヤの高さを低くする
には、ボンディング端での曲率半径を小さくすればよい
が、そうすると、ボンディング端で大きい曲げモーメン
トが発生し、ボンディングが外れやすい。

そこで、ボンディングワイヤ７は成る程度以上の曲率半
径を与えなければならない。このため４・７！曲邪の頂
点が高くなる。

第５図、第６図に示ず、いずれの実装構造も、Ｌ　Ｅ　
ｌ）チップの光の出射される■１」にボンディングがな
されており、ワイヤが邪魔になるので、ＬＥＤチップ面
とケース表面の側割ａをかなり広くとらなければならな
かった。

（つ）本発明の課題 発光ダイオードと光ファイバの結合効率を上げるため、
発光部と光ファイバ端面をできるだけ接近させる串、こ
れが本発明の課題である。

発光ダイオードは、端面発光形と、面発光形がある。こ
こでは、端面発光形は対象外で゛ある。チップ面に直角
な方向へ光がでる面発光形を間Ｗｊにしている。

ｆ−［−１発光ダイオード 発光ダイオードは、例えば光通ＧＡ用全発光ダイオード
して、短波長帯のＮβａＡｓ　、長波長帯のＩｎＧａＡ
ｓＰが使いやすさ、量産性の点で、既に広く利用されて
いる。

ｐｎ接合部の構造はホモ接合、ダブルへテロ接合などが
知られている。実際に作られるのはダブルへテロ接合が
多い。

ｎ型の基板の上に、ｎ型クラッド層、活性層、１）型ク
ラッド層、Ｐ型層を順にエピタキシャル成長させる。電
流をチップの中央に閉じこめるため、周辺部にもう一層
ｐｎ逆接合部を作って、周辺部には電流か通らないよう
にする。

第１図は発光ダイオードチップの一例を示す平面図であ
る。第２図は第１図中の■−■断面図である。

ｎ型基板２０の上に、活性層２１、Ｐ型層２２がエピタ
キシャル成長法によって作製される。これは一般的な構
造で、活性層２１が、Ｐ、ｎ型クラッド層で挾まれたり
、多様なバリエーションがある。周辺部はｐｎ逆接合で
、電流が通らないようにして、中央に発光部２５ができ
るようにすることが多い。

ｐ型層２２の上には、中央が広く開口したリング電極２
４が設けである。基板２０の下面には裏面電極２３が設
けである。光は、リング電極２４の中央の開口から、チ
ップ面に直角な方向に、外部へ出射される。

発光部２５からリング電極２４の上面までの距離は僅か
であり、数ミクロン−数十ミクロンである。発光部２６
と光ファイバを遠く隔てる要因は、リング電極２４と他
のリードフレームを接続するボンディングワイヤにある
。

オ）本発明の構造 本発明の発光ダイオード実装構造は、 （１）　光通し穴を設けたリードフレームに、（２）Ｌ
ＥＩ）チップの発光面がリードフレームの光通し穴に対
向するよう、Ｌ　Ｅ　Ｉ）チップをリードフレームにマ
ウントし、 （３）、ＬＥｌ）チップの裏面電極と、もう一方のリー
ドフレームとをワイヤボンディングし、（４）ＬＥＤチ
ップ、ボンディングワイヤ、リードフレームの先端を含
むよう透明樹脂でモールドする、 ようになっている。

力）実施例 第４図によって、リードフレームの例を説明する。これ
は、第１リードフレーム３０と第２リードフレーム３１
をタイバー３２で結合したものである。実際には、これ
と同じ単位がタイバーによって、左右に連続しており、
この連続帯は巻き取られて、保管、運搬されることが多
い。

タイバー３２によってつながれたリードフレームの帯は
、連続的に送られて、ＬＥＤチップを実装してゆくこと
ができる。このような方法は既に公知であり、第６図に
示す従来例の発光ダイオードも同様に実装される。モー
ルド後にタイバーは除去される。

第１リードフレーム３０にＬＥＤチップ５をマウントす
る。従来のリードフレーム３ａなどと異る点は、チップ
取付座３３に、光通し穴３４が穿たれている、という事
である。

このようなリードフレーム３０を使い、ＬＥＤチップ５
は、従来とは反対に、発光部を光通し穴３４に対応する
ようリードフレーム３０にマウントする。裏面電極２３
の方ではなく、発光ｉｌｌ百２６のあるリング電極２４
に於て、リードフレーム３０のチップ取付部３３にマウ
ントするわけである。

さらに、裏面電極２３とリードフレーム３１とをワイヤ
ボンディングする。リング電極２４とリードフレーム３
０とは、導電エポキシ、半１］」ペーストなどを用いて
固着されるので電気的に接続される。

このようにした後、ＬＥＤチップ５、ボンディングワイ
ヤ７、リードフレーム３０．３１の先端ヲ全て含んで、
透明樹脂モールドする。こうして実装された発光ダイオ
ードが第３図に示すものである。

ＬＥＤチップ５の発光面が、リードフレーム３０の光通
し穴３４に対向しているから、ＬＥ／Ｉ）で発生した光
は、光通し穴３４からモールド１４の外表面３５の方向
へと出射される。

外表面３５とリードフレーム３０の上面との距離すは、
モールド１４が有する固有の機械的性質によって最小値
が与えられるが、０．７〜１ｔｒａｎあれば良い。また
リードフレームの厚みは例えば０．５咽程度である。

そうすると、ＬＥＤチップ５の発光面２Ｇと、光フアイ
バ端面の距離は、１．２ｍｍ〜１．５ｍ程度まで接近さ
せることができる。

ヰ）効　果 本発明の実装構造は、光通し穴を有するリードフレーム
にＬＥＤを反対向きにしてマウントしているので、ボン
ディングワイヤが前面に突出していない。

このため、発光ダイオードと光ファイバを結合する妹、
発光面と光ファイ／ＮＪ端とＯ）距離を短くすることが
できる。距離が短いので、発光ダイオードと光ファイバ
の結合効率を高める事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＬＥＤチップの一例を示す平面図。 第２図は第１図に於けるｌｌ−１断面図。 第３図は本発明の発光ダイオード実装構造を示す断面図
。 第４図は本発明の実装構造に使用されるべきリードフレ
ームの一単位を示す平面図。 第５図は金属ケースに実装された従来例の発光ダイオー
ドの縦断面図。 第６図は従来例にかかる透明樹脂モールド型の発光ダイ
オードの平面図。 第７図は第６図中の■−■断面図。 ５・・・・・・ＬＥＩ）チップ Ｔ・・・・・・ボンディングワイヤ ２０・・・・・・基　板 ２１・・・・・・活性層 ２２・・・・・・Ｐ型層 ２３・・−・・・裏面電極 ２４−・−・・・リング電極 ２５・・−・・−発光部 ２６・・・・・・発光面 ３０・・・・・・第１リードフレーム ３１・・・・・・第２リードフレーム ３２・・・・・・タイバー ３３・・・・・・チップ取付座 ３４・・・・・・光通し穴 ３５・・・・・・外　表　面 発明者　杉本哲夫 特許出願人　住友電気工業株式会社 ＝６７− 第１図 第３図 第５図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光通し穴３４をチップ取付座３３に設けた第１リードフ
   レーム３０に、Ｉ−Ｅ　Ｄチップ５の発光面２６が第１
   リードフレーム３０の光通し穴３４に対向するようＬＥ
   Ｄチップ５をマウントし、ＬＥＤチップ５の裏面電極２
   ３と、第２リードフレーム３１とをワイヤボンディング
   し、ＬＥＤチップ５、ボンディングワイヤ７、第１リー
   ドフレーム３０、第２リードフレーム３１の先端を含む
   よう透明樹脂でモールドした事を特徴とする発光ダイオ
   ード実装構造。