JP5043553B2 - 光半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、入力側の発光素子からの光を出力側の受光素子に受光させることにより、たとえば電気的絶縁を必要とする２つの回路間の信号授受に用いられる光半導体モジュールに関する。

図９は、従来の光半導体モジュールの一例を示している。同図に示された光半導体モジュールＸは、互いに離間配置された入力側リード９１Ａおよび出力側リード９１Ｂと、これらに搭載された発光素子９２および受光素子９３とを備えている。発光素子９２および受光素子９３は、透明樹脂９４によって覆われている。透明樹脂９４は、不透明な樹脂からなる封止樹脂９５によって覆われている。入力側リード９１Ａに電位が与えられると、発光素子９２が発光する。この光の大部分は、透明樹脂９４と封止樹脂９５との界面によって反射された後に、受光素子９３に受光される。受光素子９３の受光による起電力が生じると、出力側リード９１Ｂから信号が出力される。このような構成により、互いに電気的に絶縁されることが必要である２つの回路間の信号授受を実現することができる。

しかしながら、発光素子９２に入力された電力と受光素子９３から出力される電力との比である変換効率は、透明樹脂９４の形状によって大きく左右される。透明樹脂９４の形状が極端に扁平であるなど不適切であると、変換効率が不当に小さくなる。また、複数の光半導体モジュールＸにおいて透明樹脂９４の形状が互いに不揃いであると、個々の光半導体モジュールＸの変換効率が大きくばらついてしまうという問題があった。

特開平１１−２３８９１０号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、変換効率を高め、かつ変換効率のバラツキを抑制することが可能な光半導体モジュールおよびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される光半導体モジュールは、同一面内において互いに離間配置された入力側リードおよび出力側リードと、上記入力側リードに搭載された発光素子と、上記出力側リードに搭載された受光素子と、上記発光素子および受光素子を覆う透明樹脂と、を備えた、光半導体モジュールであって、上記入力側リードには、上記発光素子に対して上記受光素子とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記発光素子が搭載された面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、上記出力側リードには、上記受光素子に対して上記発光素子とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記受光素子が搭載された面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部が、上記透明樹脂の輪郭の一部を形成していることを特徴としている。

このような構成によれば、上記ドーム部を顕著に膨出した形状とすることが可能である。これにより、上記光半導体モジュールの変換効率を高めることができる。また、上記ドーム部の形状を揃えることが可能である。これは、上記光半導体モジュールの変換効率のバラツキを抑制するのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記入力側リードの上記構造不連続部は、上記発光素子の全周を囲っており、上記出力側リードの上記構造不連続部は、上記受光素子の全周を囲っている。このような構成によれば、上記ドーム部を顕著に膨出した形状とするのに好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部は、溝である。このような構成によれば、本発明でいう構造不連続部を容易かつ適切に形成することができる。

本発明の第２の側面によって提供される光半導体モジュールの製造方法は、同一面内において互いに離間配置された入力側リードおよび出力側リードと、上記入力側リードに搭載された発光素子と、上記出力側リードに搭載された受光素子と、上記発光素子および受光素子を覆う透明樹脂と、を備えた光半導体モジュールの製造方法であって、上記入力側リードには、上記発光素子搭載予定位置に対して上記受光素子搭載予定位置とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記発光素子が搭載される面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、上記出力側リードには、上記受光素子搭載予定位置に対して上記発光素子搭載予定位置とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記受光素子が搭載される面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、上記発光素子および上記受光素子を、上記入力側リードおよび上記出力側リードに搭載する工程と、液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記発光素子を覆い、かつ上記構造不連続部を輪郭の一部とするドーム部を上記入力側リードに形成する工程と、液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記受光素子を覆い、かつ上記構造不連続部を輪郭の一部とするドーム部を上記出力側リードに形成する工程と、液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記２つのドーム部を繋ぐ橋絡部を形成する工程と、を有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記ドーム部を顕著に膨出した形状とすることが可能である。また、上記構造不連続部に囲われた領域に滴下する上記液状の透明樹脂の量を一定とすれば、上記ドーム部の形状を揃えることが可能である。したがって、上記光半導体モジュールの変換効率の向上およびバラツキ防止を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記入力側リードの上記構造不連続部は、上記発光素子の全周を囲っており、上記出力側リードの上記構造不連続部は、上記受光素子の全周を囲っている。このような構成によれば、上記ドーム部を顕著に膨出した形状とするのに好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部は、溝である。このような構成によれば、本発明でいう構造不連続部を容易かつ適切に形成することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る光半導体モジュールの第１実施形態を示している。本実施形態の光半導体モジュールＡ１は、入力側リード１Ａ、出力側リード１Ｂ、発光素子２、受光素子３、透明樹脂４、および封止樹脂５を備えている。光半導体モジュールＡ１は、たとえば電気的に絶縁することが求められる２つの回路間の信号授受に用いられる。なお、図２においては、理解の便宜上、封止樹脂５を想像線で示している。

入力側リード１Ａは、たとえばＣｕ、Ｎｉまたはこれらの合金からなり、発光素子２を搭載するためのものである。入力側リード１Ａには、溝１１Ａが形成されている。溝１１Ａは、環状であり、発光素子２の全周を囲っている。

出力側リード１Ｂは、たとえばＣｕ、Ｎｉまたはこれらの合金からなり、受光素子３を搭載するためのものである。出力側リード１Ｂには、溝１１Ｂが形成されている。溝１１Ｂは、環状であり、受光素子３の全周を囲っている。

溝１１Ａ，１１Ｂは、本発明でいう構造不連続部の一例である。発光素子２または受光素子３が搭載された面に対して、溝１１Ａ，１１Ｂの底面は下位にある面となっている。このように、本発明でいう構造不連続部は、溝１１Ａ，１１Ｂをはじめ、発光素子２または受光素子３から離間した位置に、これらが搭載された面に対して下位にある面が形成されている構造を指す。

発光素子２は、たとえばＬＥＤチップであり、一定の波長の光を発光可能に構成されている。発光素子２は、ワイヤ６を介してリード１Ｃに接続されている。

受光素子３は、たとえばＰＩＮフォトダイオードであり、受けた光の光量に応じた起電力を生じる。受光素子３は、ワイヤ６を介してリード１Ｄに接続されている。

透明樹脂４は、発光素子２および受光素子３を覆っており、たとえば透明な光硬化性樹脂からなる。透明樹脂４は、ドーム部４１Ａ，４１Ｂと橋絡部４２とによって構成されている。ドーム部４１Ａ，４１Ｂは、入力側リード１Ａおよび出力側リード１Ｂから離間する方向に膨出した形状とされている。ドーム部４１Ａは、発光素子２を覆っており、ドーム部４１Ｂは、受光素子３を覆っている。ドーム部４１Ａは、溝１１Ａに囲われた領域に形成されており、溝１１Ａによって輪郭が形成されている。ドーム部４１Ｂは、溝１１Ｂに囲われた領域に形成されており、溝１１Ｂによって輪郭が形成されている。橋絡部４２は、ドーム部４１Ａ，４１Ｂを繋ぐように形成されている。ドーム部４１Ａ，４１Ｂと橋絡部４２とは同一の材質によって形成されている。このため、互いの界面においては、光の屈折や全反射が起こりにくい。

封止樹脂５は、入力側リード１Ａ、出力側リード１Ｂ、およびリード１Ｃ，１Ｄの一部ずつと透明樹脂４とを覆っており、たとえば不透明なエポキシ樹脂からなる。入力側リード１Ａ、出力側リード１Ｂ、およびリード１Ｃ，１Ｄのうち封止樹脂５から露出した部分は、光半導体モジュールＡ１を回路基板などに実装するための端子として用いられる。

次に、光半導体モジュールＡ１の製造方法の一例について、図３〜図６を参照しつつ、以下に説明する。

まず、図３に示すように、入力側リード１Ａ、出力側リード１Ｂ、およびリード１Ｃ，１Ｄを用意する。これらのリードがフレームによって互いが連結されたリードフレームを用いてもよい。入力側リード１Ａには溝１１Ａを、出力側リード１Ｂには溝１１Ｂを、それぞれ形成しておく。溝１１Ａ，１１Ｂは、たとえばエッチングまたはパンチングによって形成する。

次いで、図４に示すように、発光素子２および受光素子３を入力側リード１Ａおよび出力側リード１Ｂにダイボンディングする。また、ワイヤ６を用いて発光素子２および受光素子３をリード１Ｃ，１Ｄに接続する。

次いで、図５に示すように、ノズルＮｚから液状の光硬化性樹脂を溝１１Ａによって囲われた領域にポッティングする。液状の光硬化性樹脂は、溝１１Ａによって囲われた領域を広がり、溝１１Ａの内縁に到達する。溝１１Ａの内縁は、溝１１Ａの底面に向けて切り立った壁面となっている。このため、液状の光硬化性樹脂の表面張力によって、液状の光硬化性樹脂が溝１１Ａの内縁を越えることが防止される。この結果、液状の光硬化性樹脂が発光素子２を覆うドーム状となる。同様に、ノズルＮｚから液状の光硬化性樹脂を溝１１Ｂによって囲われた領域にポッティングする。これにより、液状の光硬化性樹脂は、受光素子３を覆うドーム状となる。これらのドーム状となった液状の光硬化性樹脂に対して所定の波長の光を照射する。これにより、ドーム部４１Ａ，４１Ｂが得られる。

次いで、図６に示すように、ノズルＮｚから液状の光硬化性樹脂を、たとえばドーム部４１Ａにかかるようにポッティングする。これに引き続き、ノズルＮｚをドーム部４１Ｂに向けてポッティングしながら移動させる。すると、液状の光硬化性樹脂がドーム部４１Ａ，４１Ｂを連結する格好となる。この液状の光硬化性樹脂に対して所定の波長の光を照射する。これにより、橋絡部４２が得られ、透明樹脂４が形成される。この後は、たとえばモールド成形によって封止樹脂５を形成する。以上の工程により、図１および図２に示す光半導体モジュールＡ１が得られる。

次に、光半導体モジュールＡ１およびその製造方法の作用について説明する。

本実施形態によれば、ドーム部４１Ａ，４１Ｂを上方に顕著に膨出した形状とすることができる。これにより、発光素子２からの光をドーム部４１Ａと封止樹脂５との界面によってドーム部４１Ｂに向けて適切に反射することが可能である。また、ドーム部４１Ｂに進行してきた光を、ドーム部４１Ｂと封止樹脂５との界面によって受光素子３に向けて適切に反射することが可能である。したがって、発光素子２からの光を受光素子３へと効率よく入射させることが可能であり、光半導体モジュールＡ１の変換効率を高めることができる。

ドーム部４１Ａ，４１Ｂの輪郭は、溝１１Ａ，１１Ｂによって規定されている。ドーム部４１Ａ，４１Ｂを形成するためのポッティングにおいて、滴下する液状の光硬化性樹脂の量を一定とすれば、ドーム部４１Ａ，４１Ｂの形状を一定とすることが可能である。これにより、透明樹脂４の形状も一定となる。したがって、光半導体モジュールＡ１の変換効率のバラツキを抑制することができる。

図７は、本発明に係る光半導体モジュールの第２実施形態を示している。なお、本図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

本実施形態の光半導体モジュールＡ２は、溝１１Ａ，１１Ｂの形状が上述した実施形態と異なっている。図８は、光半導体モジュールＡ２に用いられる入力側リード１Ａ、出力側リード１Ｂ、リード１Ｃ，１Ｄを示している。本実施形態においては、溝１１Ａ，溝１１Ｂは、発光素子２および受光素子３によって挟まれた領域には形成されていない。溝１１Ａ，１１Ｂは、発光素子２および受光素子３の三方を囲う形状とされている。

このような実施形態によっても、ドーム部４１Ａ，４１Ｂを上方に膨出した形状とすることが可能であり、光半導体モジュールＡ２の変換効率の向上およびバラツキ防止を図ることができる。本実施形態においては、溝１１Ａによって囲われた領域に滴下された液状の光硬化性樹脂は、溝１１Ａと入力側リード１Ａの左端縁とによって不当に広がることが防止される。同様に、溝１１Ｂによって囲われた領域に滴下された液状の光硬化性樹脂は、溝１１Ｂと出力側リード１Ｂの右端縁とによって不当に広がることが防止される。

本発明に係る光半導体モジュールおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る光半導体モジュールおよびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

透明樹脂４の材料としては、光硬化性樹脂が好適であるが、これに限定されず、発光素子２からの光を透過させるとともに、ドーム部４１Ａ，４１Ｂを適切に形成可能な粘度を有する材料であればよい。

本発明に係る光半導体モジュールの第１実施形態を示す断面図である。 図１に示す光半導体モジュールを示す平面図である。 図１に示す光半導体モジュールの製造方法の一例に用いるリードを示す平面図である。 図１に示す光は導体モジュールの製造方法の一例において、発光素子および受光素子を搭載した状態を示す断面図である。 図１に示す光は導体モジュールの製造方法の一例において、ドーム部を形成する工程を示す断面図である。 図１に示す光は導体モジュールの製造方法の一例において、橋絡部を形成する工程を示す断面図である。 本発明に係る光半導体モジュールの第２実施形態を示す断面図である。 図７に示す光半導体モジュールの製造方法の一例に用いるリードを示す平面図である。 従来の光半導体モジュールの一例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 光半導体モジュール
１Ａ 入力側リード
１Ｂ 出力側リード
１Ｃ，１Ｄ リード
２ 発光素子
３ 受光素子
４ 透明樹脂
５ 封止樹脂
６ ワイヤ
１１Ａ，１１Ｂ 溝
４１Ａ，４１Ｂ ドーム部
４２ 橋絡部

Claims (6)

1. 同一面内において互いに離間配置された入力側リードおよび出力側リードと、
   上記入力側リードに搭載された発光素子と、
   上記出力側リードに搭載された受光素子と、
   上記発光素子および受光素子を覆う透明樹脂と、
   を備えた、光半導体モジュールであって、
   上記入力側リードには、上記発光素子に対して上記受光素子とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記発光素子が搭載された面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、
   上記出力側リードには、上記受光素子に対して上記発光素子とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記受光素子が搭載された面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、
   上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部が、上記透明樹脂の輪郭の一部を形成していることを特徴とする、光半導体モジュール。
2. 上記入力側リードの上記構造不連続部は、上記発光素子の全周を囲っており、
   上記出力側リードの上記構造不連続部は、上記受光素子の全周を囲っている、請求項１に記載の光半導体モジュール。
3. 上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部は、溝である、請求項１または２に記載の光半導体モジュール。
4. 同一面内において互いに離間配置された入力側リードおよび出力側リードと、
   上記入力側リードに搭載された発光素子と、
   上記出力側リードに搭載された受光素子と、
   上記発光素子および受光素子を覆う透明樹脂と、
   を備えた光半導体モジュールの製造方法であって、
   上記入力側リードには、上記発光素子搭載予定位置に対して上記受光素子搭載予定位置とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記発光素子が搭載される面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、
   上記出力側リードには、上記受光素子搭載予定位置に対して上記発光素子搭載予定位置とは反対側に位置する部分を含み、かつ上記受光素子が搭載される面およびこの面よりも下位となる面を含む構造不連続部が形成されており、
   上記発光素子および上記受光素子を、上記入力側リードおよび上記出力側リードに搭載する工程と、
   液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記発光素子を覆い、かつ上記構造不連続部を輪郭の一部とするドーム部を上記入力側リードに形成する工程と、
   液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記受光素子を覆い、かつ上記構造不連続部を輪郭の一部とするドーム部を上記出力側リードに形成する工程と、
   液状の透明樹脂をポッティングすることにより、上記２つのドーム部を繋ぐ橋絡部を形成する工程と、を有することを特徴とする、光半導体モジュールの製造方法。
5. 上記入力側リードの上記構造不連続部は、上記発光素子の全周を囲っており、
   上記出力側リードの上記構造不連続部は、上記受光素子の全周を囲っている、請求項４に記載の光半導体モジュールの製造方法。
6. 上記入力側リードおよび上記出力側リードの上記構造不連続部は、溝である、請求項４または５に記載の光半導体モジュール。

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