(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024137738
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】光学装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/02 20060101AFI20240927BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20240927BHJP
H01L 33/54 20100101ALI20240927BHJP
H01L 33/22 20100101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
H01L31/02 B
H01L33/62
H01L33/54
H01L33/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024020665
(22)【出願日】2024-02-14
(31)【優先権主張番号】P 2023049048
(32)【優先日】2023-03-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165951
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 憲悟
(74)【代理人】
【識別番号】100180655
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 俊樹
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 允喜
(72)【発明者】
【氏名】松下 浩二
【テーマコード（参考）】
5F142
5F149
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F142AA81
5F142CA02
5F142CC14
5F142CC26
5F142CG03
5F142CG04
5F142CG32
5F142EA02
5F142FA16
5F149AA02
5F149AA04
5F149AB07
5F149BA30
5F149GA02
5F149GA06
5F149JA02
5F149JA06
5F149JA09
5F241CA04
5F241CA13
5F241CB36
(57)【要約】
【課題】製造コストを増加させることなく、装置向きの識別性を向上した光学装置が提供される。
【解決手段】光学装置（１００）は、光学素子（１０）と、開口穴（２３）を有する第１のリードフレーム部（２１）と、第２のリードフレーム部（２２）と、ワイヤー（４０）と、封止部材（７０）と、を備え、光学素子は開口穴に配置され、光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、第１の面を正面から見る平面視で、第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、第１の面に露出する第２のリードフレーム部は回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、光学素子及び第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】光学装置（１００）は、光学素子（１０）と、開口穴（２３）を有する第１のリードフレーム部（２１）と、第２のリードフレーム部（２２）と、ワイヤー（４０）と、封止部材（７０）と、を備え、光学素子は開口穴に配置され、光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、第１の面を正面から見る平面視で、第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、第１の面に露出する第２のリードフレーム部は回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、光学素子及び第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を検出又は放出する光学素子と、
１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と異なる第２のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と前記第２のリードフレーム部の両方又は一方と前記光学素子を電気的に接続するワイヤーと、
前記光学素子、前記第１のリードフレーム部、前記第２のリードフレーム部及びワイヤーを封止する封止部材と、を備え、
前記光学素子は前記開口穴に配置され、
前記光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、
前記第１の面を正面から見る平面視で、前記第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、
前記第１の面に露出する前記第２のリードフレーム部は前記回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、
前記光学素子及び前記第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている、光学装置。
１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と異なる第２のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と前記第２のリードフレーム部の両方又は一方と前記光学素子を電気的に接続するワイヤーと、
前記光学素子、前記第１のリードフレーム部、前記第２のリードフレーム部及びワイヤーを封止する封止部材と、を備え、
前記光学素子は前記開口穴に配置され、
前記光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、
前記第１の面を正面から見る平面視で、前記第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、
前記第１の面に露出する前記第２のリードフレーム部は前記回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、
前記光学素子及び前記第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている、光学装置。
【請求項2】
前記光学素子が赤外線を検出するセンサである、請求項１に記載の光学装置。
【請求項3】
前記光学素子が赤外線を放出するＬＥＤである、請求項１に記載の光学装置。
【請求項4】
前記平面視で、前記光学素子の露出した部分の周囲を前記第１のリードフレーム部の露出した部分が切れ目なく囲っている、請求項１に記載の光学装置。
【請求項5】
前記光学素子の受光面又は発光面が粗面化処理された半導体基板の上に形成されている、請求項１に記載の光学装置。
【請求項6】
前記半導体基板の厚みは４００μｍ以下である、請求項５に記載の光学装置。
【請求項7】
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は７０μｍ以上である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項8】
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は２００μｍ以下である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項9】
前記第２のリードフレーム部において、表面の非エッチング領域と裏面の非エッチング領域とが重なる領域の幅は少なくとも１か所で１００μｍ以下である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項10】
前記第１の面は、前記第２のリードフレーム部がなく前記封止部材が露出し、非対称な形状を形成する非対称領域を有し、
前記第１の面と対向する第２の面における前記非対称領域が重なる領域で第３のリードフレーム部が露出する、請求項１に記載の光学装置。
前記第１の面と対向する第２の面における前記非対称領域が重なる領域で第３のリードフレーム部が露出する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項11】
前記第２のリードフレーム部と、前記第３のリードフレーム部が光学装置の内部で接続されている、請求項１０に記載の光学装置。
【請求項12】
前記第２のリードフレーム部の一部は前記第１の面上で側面に直接接続されていないため、前記側面に接続されていない前記第２のリードフレーム部と、前記側面までの最短距離ｄを有する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項13】
前記最短距離ｄが０．１ｍｍ以上である請求項１２に記載の光学装置。
【請求項14】
前記最短距離ｄが１．０ｍｍ以下である請求項１２に記載の光学装置。
【請求項15】
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３０以上である請求項１２に記載の光学装置。
【請求項16】
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３以下である請求項１２に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は光学装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光学装置の従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載の光デバイスは、所定の製造工程によって、製造にかかる工程数及びコストを抑えつつ、光学素子の受光、発光面を外部に露出させた光デバイスを実現している。所定の製造工程は、電磁波を検出する又は出力する個別素子をリードフレームが貼り付けられた粘着テープの所定の位置に接着する工程を含む。また、所定の製造工程は、リードフレームと個別素子とを電気的に接続する工程と、リードフレームと個別素子とをモールドする工程と、粘着テープを除去する工程と、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１―１０３３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このように、光学素子の受光、発光面を外部に露出させられる、より製造コストが低い光学装置の製造方法の研究開発がなされているが、光学装置の小型化などによる、さらなる低コスト化が望まれている。しかし、特許文献１に記載の製造工程には、リードフレームに湾曲を生じさせ得る工程が含まれている。リードフレームが湾曲することで光学素子に過度な応力が印加されると、光学素子の割れ又は欠けといった破損による収率低下、それに伴う製造コストの増加が生じるおそれがある。
【0005】
製造工程中に光学素子へ印加される応力を低減するために、光学素子の周囲をリードフレームで切れ目なく囲い、光学素子配置部周辺を局所的に湾曲しにくい設計とする方策が考えられる。しかしながら、光学素子をリードフレームで切れ目なく囲う設計とした場合、必然的に光学装置の光学素子の露出面におけるリードフレーム占有面積が増加し、それと引き換えに露出する封止部材の面積が小さくなる。光学装置の表面に露出する封止部材の面積が小さくなると、製造番号及び光学装置の向き識別を目的として封止部材表面に施すレーザーマークを、十分な視認性をもったサイズで示すことが困難になる。十分な視認性をもったサイズのレーザーマークを施すため、封止部材露出面積を増やす、すなわち受光装置のサイズを大きくしてしまうと、一つのリードフレームから製造できる受光装置数が減少し、製造コストが増加してしまう。製造コストを増加させることなく、リードフレーム設計の改善によって光学素子の割れ又は欠けといった破損を防止しようとした場合、十分な視認性をもったレーザーマークを施すことができない。そのため、光学装置の向き識別が困難となり、実装基板に逆向きで実装してしまうことによる動作不良といった不具合の発生があり得る。
【0006】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、製造コストを増加させることなく、装置向きの識別性を向上した光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）本開示の一実施形態に係る光学装置は、
光を検出又は放出する光学素子と、
１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と異なる第２のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と前記第２のリードフレーム部の両方又は一方と前記光学素子を電気的に接続するワイヤーと、
前記光学素子、前記第１のリードフレーム部、前記第２のリードフレーム部及びワイヤーを封止する封止部材と、を備え、
前記光学素子は前記開口穴に配置され、
前記光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、
前記第１の面を正面から見る平面視で、前記第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、
前記第１の面に露出する前記第２のリードフレーム部は前記回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、
前記光学素子及び前記第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている。
光を検出又は放出する光学素子と、
１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と異なる第２のリードフレーム部と、
前記第１のリードフレーム部と前記第２のリードフレーム部の両方又は一方と前記光学素子を電気的に接続するワイヤーと、
前記光学素子、前記第１のリードフレーム部、前記第２のリードフレーム部及びワイヤーを封止する封止部材と、を備え、
前記光学素子は前記開口穴に配置され、
前記光学素子の受光面又は発光面及び第２のリードフレーム部は、それぞれの少なくとも一部が第１の面から露出し、
前記第１の面を正面から見る平面視で、前記第１のリードフレーム部は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸を有し、
前記第１の面に露出する前記第２のリードフレーム部は前記回転軸において１８０°回転非対称な形状を有し、
前記光学素子及び前記第１のリードフレーム部は、側面視で少なくとも一部が重なっている。
【0008】
（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記光学素子が赤外線を検出するセンサである。
前記光学素子が赤外線を検出するセンサである。
【0009】
（３）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記光学素子が赤外線を放出するＬＥＤである。
前記光学素子が赤外線を放出するＬＥＤである。
【0010】
（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記平面視で、前記光学素子の露出した部分の周囲を前記第１のリードフレーム部の露出した部分が切れ目なく囲っている。
前記平面視で、前記光学素子の露出した部分の周囲を前記第１のリードフレーム部の露出した部分が切れ目なく囲っている。
【0011】
（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記光学素子の受光面又は発光面が粗面化処理された半導体基板の上に形成されている。
前記光学素子の受光面又は発光面が粗面化処理された半導体基板の上に形成されている。
【0012】
（６）本開示の一実施形態として、（５）において、
前記半導体基板の厚みは４００μｍ以下である。
前記半導体基板の厚みは４００μｍ以下である。
【0013】
（７）本開示の一実施形態として、（１）から（６）のいずれかにおいて、
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は７０μｍ以上である。
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は７０μｍ以上である。
【0014】
（８）本開示の一実施形態として、（１）から（７）のいずれかにおいて、
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は２００μｍ以下である。
前記開口穴の端から前記光学素子への距離は２００μｍ以下である。
【0015】
（９）本開示の一実施形態として、（１）から（８）のいずれかにおいて、
前記第２のリードフレーム部において、表面の非エッチング領域と裏面の非エッチング領域とが重なる領域の幅は少なくとも１か所で１００μｍ以下である。
前記第２のリードフレーム部において、表面の非エッチング領域と裏面の非エッチング領域とが重なる領域の幅は少なくとも１か所で１００μｍ以下である。
【0016】
（１０）本開示の一実施形態として、（１）から（９）のいずれかにおいて、
前記第１の面は、前記第２のリードフレーム部がなく前記封止部材が露出し、非対称な形状を形成する非対称領域を有し、
前記第１の面と対向する第２の面における前記非対称領域が重なる領域で第３のリードフレーム部が露出する。
前記第１の面は、前記第２のリードフレーム部がなく前記封止部材が露出し、非対称な形状を形成する非対称領域を有し、
前記第１の面と対向する第２の面における前記非対称領域が重なる領域で第３のリードフレーム部が露出する。
【0017】
（１１）本開示の一実施形態として、（１０）において、
前記第２のリードフレーム部と、前記第３のリードフレーム部が光学装置の内部で接続されている。
前記第２のリードフレーム部と、前記第３のリードフレーム部が光学装置の内部で接続されている。
【0018】
（１２）本開示の一実施形態として、（１）から（１１）において、
前記第２のリードフレーム部の一部は側面に前記第１の面上で直接接続されていない。そのため、前記光学装置は前記側面に接続されていない前記第２のリードフレーム部と、前記側面までの最短距離ｄを有する。
前記第２のリードフレーム部の一部は側面に前記第１の面上で直接接続されていない。そのため、前記光学装置は前記側面に接続されていない前記第２のリードフレーム部と、前記側面までの最短距離ｄを有する。
【0019】
（１３）本開示の一実施形態として、（１２）において、
前記最短距離ｄが０．１ｍｍ以上である。
前記最短距離ｄが０．１ｍｍ以上である。
【0020】
（１４）本開示の一実施形態として、（１２）において、
前記最短距離ｄが１．０ｍｍ以下である。
前記最短距離ｄが１．０ｍｍ以下である。
【0021】
（１５）本開示の一実施形態として、（１２）において、
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３０以上である。
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３０以上である。
【0022】
（１６）本開示の一実施形態として、（１２）において、
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３以下である。
前記最短距離ｄが、前記平面視における前記最短距離ｄと並行方向にある前記光学装置の辺の長さＤに対して、１／３以下である。
【発明の効果】
【0023】
本開示によれば、製造コストを増加させることなく、装置向きの識別性を向上した光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る光学装置が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。光学装置は、光を検出又は放出する光学素子を備える。光学装置は、光学素子が赤外線を検出するセンサである受光装置であり得る。また、光学装置は、光学素子が赤外線を放出するＬＥＤである発光装置であり得る。例えば受光装置と同じ構造で発光装置を実現することが可能であるため、以下において、これらをまとめて光学装置として説明する。
【0026】
［光学装置］
図１Ａ及び図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る光学装置１００の構成例を示す図である。本実施形態に係る光学装置１００は、光学素子１０と、１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部２１と、第１のリードフレーム部２１と異なる第２のリードフレーム部２２と、を備える。つまり、光学装置１００のリードフレームは、第１のリードフレーム部２１と、第２のリードフレーム部２２と、を含んで構成される。また、光学装置１００は、第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２の両方又は一方と光学素子１０を電気的に接続するワイヤー４０を備える。また、光学装置１００は、光学素子１０と第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２とワイヤーを封止する封止部材７０を備える。光学素子１０は、半導体基板１１（図２参照）上に形成され、照射された光量に応じた信号を出力、又は印加された電流に応じた光を放出する機能をもつ。光学素子１０は第１のリードフレーム部２１の貫通した開口穴２３に配置される。光学素子１０の受光面又は発光面１１ａと第２のリードフレーム部２２のそれぞれの少なくとも一部は光学装置１００の第１の面１００ａから露出している。光学装置１００の第１の面１００ａを正面から見る平面視で、第１のリードフレーム部２１は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸Ｉ有する。また、光学装置１００の第１の面１００ａに露出する第２のリードフレーム部２２は回転軸Ｉにおいて１８０°回転非対称な形状を有する。光学素子１０及び第１のリードフレーム部２１は、図１Ｂに示すように、光学装置１００の側面視で少なくとも一部が重なっている。側面視は、図１Ａに示す光学装置１００のＡ－Ａ´線による切断面を、第１の面１００ａが上になり、第２の面１００ｂが下になるように視ることをいう。
図１Ａ及び図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る光学装置１００の構成例を示す図である。本実施形態に係る光学装置１００は、光学素子１０と、１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部２１と、第１のリードフレーム部２１と異なる第２のリードフレーム部２２と、を備える。つまり、光学装置１００のリードフレームは、第１のリードフレーム部２１と、第２のリードフレーム部２２と、を含んで構成される。また、光学装置１００は、第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２の両方又は一方と光学素子１０を電気的に接続するワイヤー４０を備える。また、光学装置１００は、光学素子１０と第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２とワイヤーを封止する封止部材７０を備える。光学素子１０は、半導体基板１１（図２参照）上に形成され、照射された光量に応じた信号を出力、又は印加された電流に応じた光を放出する機能をもつ。光学素子１０は第１のリードフレーム部２１の貫通した開口穴２３に配置される。光学素子１０の受光面又は発光面１１ａと第２のリードフレーム部２２のそれぞれの少なくとも一部は光学装置１００の第１の面１００ａから露出している。光学装置１００の第１の面１００ａを正面から見る平面視で、第１のリードフレーム部２１は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸Ｉ有する。また、光学装置１００の第１の面１００ａに露出する第２のリードフレーム部２２は回転軸Ｉにおいて１８０°回転非対称な形状を有する。光学素子１０及び第１のリードフレーム部２１は、図１Ｂに示すように、光学装置１００の側面視で少なくとも一部が重なっている。側面視は、図１Ａに示す光学装置１００のＡ－Ａ´線による切断面を、第１の面１００ａが上になり、第２の面１００ｂが下になるように視ることをいう。
【0027】
光学装置１００は、光学素子１０の受光面又は発光面１１ａと対向する面、すなわち図１Ｂに示す第２の面１００ｂを実装面としてプリント基板等に実装される。プリント基板等へ実装する際、光学装置１００の向きを識別するために、光学装置１００の第１の面１００ａにレーザーマークが施される。レーザーマークに十分な視認性をもたせるためには、レーザーマークの視認性が著しく低下するリードフレーム以外の部分、つまり封止部材７０の露出領域へ、目視で視認できるサイズのレーザーマークが必要となる。よって、十分な視認性をもったレーザーマークを施すためには、光学装置１００の第１の面１００ａにレーザーマークを施すための十分な封止部材７０の露出領域を確保する必要がある。例えば光学装置１００の第１の面１００ａにおけるリードフレーム占有面積を減らすこと、又は光学装置１００の第１の面１００ａを広げることなど、光学装置１００の大型化が必要となる。
【0028】
このとき、第１のリードフレーム部２１の全体又は一部を除去すると、製造工程中における光学素子１０の破損リスクが高まる。また、封止部材７０の領域を広げるために光学装置１００を大型化すると製造コストが増加してしまう。よって、製造コストを増加させることなく、向き識別が容易な光学装置１００を実現するためには、レーザーマーク以外の向き識別手法が必要となる。
【0029】
［光学素子］
図２は、光学素子１０の構成例を示す断面図である。光学素子１０は、第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される。第１の化合物半導体層１０ａは、半導体基板１１の一方の主面上に形成され、第１導電型を有する。活性層１０ｂは、第１の化合物半導体層１０ａ上に形成され、化合物半導体材料からなる。第２の化合物半導体層１０ｃは、活性層１０ｂ上に形成され、第２導電型を有する。ここで、「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」とは、これらの層の関係において、第１の化合物半導体層１０ａ、活性層１０ｂ、第２の化合物半導体層１０ｃの積層順であればよい。「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」構成の形態には、例えば第１の化合物半導体層１０ａと活性層１０ｂとの間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」構成の形態には、活性層１０ｂと第２の化合物半導体層１０ｃとの間に他の層が挿入される場合が含まれる。ここで、主面とは、半導体基板１１の板厚方向に垂直な面であって、半導体基板１１を形成する６面の中で面積が最大である面である。
図２は、光学素子１０の構成例を示す断面図である。光学素子１０は、第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される。第１の化合物半導体層１０ａは、半導体基板１１の一方の主面上に形成され、第１導電型を有する。活性層１０ｂは、第１の化合物半導体層１０ａ上に形成され、化合物半導体材料からなる。第２の化合物半導体層１０ｃは、活性層１０ｂ上に形成され、第２導電型を有する。ここで、「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」とは、これらの層の関係において、第１の化合物半導体層１０ａ、活性層１０ｂ、第２の化合物半導体層１０ｃの積層順であればよい。「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」構成の形態には、例えば第１の化合物半導体層１０ａと活性層１０ｂとの間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、「第１の化合物半導体層１０ａと、活性層１０ｂと、第２の化合物半導体層１０ｃと、がこの順に積層される」構成の形態には、活性層１０ｂと第２の化合物半導体層１０ｃとの間に他の層が挿入される場合が含まれる。ここで、主面とは、半導体基板１１の板厚方向に垂直な面であって、半導体基板１１を形成する６面の中で面積が最大である面である。
【0030】
また光学素子１０は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合によるダイオード構造を含むものであれば特に制限されない。第１導電型半導体層と第２導電型半導体層は反対の導電型を有する。例えば第１導電型半導体層がｐ型であれば第２導電型半導体層はｎ型である。例えば第１導電型半導体層がｎ型であれば第２導電型半導体層はｐ型である。第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ等があるがこれらに制限されない。また、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は複数の材料による積層構造で構成されてよい。
【0031】
半導体基板１１としてはＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＩｎＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板が挙げられるがこの限りではなくそれ以外の絶縁性基板でよい。一例としては、セラミックなどが挙げられる。化合物半導体の結晶成長が容易であることから、ＧａＡｓ基板が好ましい。
【0032】
光学素子１０の形成に用いられる半導体基板１１の厚みは、光学装置１００の小型化の観点から、４００μｍ以下まで薄く研磨されることが望ましい。ただし、基板を薄く研磨するほど光学素子１０の強度は低下するため、光学素子１０の割れ又は欠けといった破損が生じないように、製造工程において印加される応力が設定される。
【0033】
また、半導体基板１１の研磨において、光学素子１０の受光感度又は発光強度向上のため、研磨表面を粗面化処理することが望ましい。つまり、光学素子１０の受光面又は発光面１１ａが粗面化処理された半導体基板１１の上に形成されていることが望ましい。ただし、粗面化処理時によって基板表面の結晶構造が破壊され、基板の強度は低下するため、光学素子１０の割れ又は欠けといった破損が生じないように、製造工程において印加される応力が設定される。ここで「粗面」とは算術平均粗さが１００ｎｍ以上の表面粗さをもつ表面状態のことを指す。
【0034】
【0035】
図３Ａ及び図３Ｂに示すリードフレームは、例えば、銅（Ｃｕ）板を、フォトリソグラフィ技術により、その表面２０ａ及び裏面２０ｂの側からそれぞれ選択的にエッチングし、めっき（鍍金）処理を施すことにより形成されたものである。めっき処理は、例えばニッケル（Ｎｉ）－パラジウム（Ｐｄ）－金（Ａｕ）等であってよい。
【0036】
図３Ａにおいてリードフレーム内の白色の領域は表面２０ａと裏面２０ｂとの間を貫通した開口領域を示す。また、ハッチングを付した領域（斜線で示されている領域）は表面２０ａの側からハーフエッチングされた領域を示す。以下において、ハーフエッチングされた領域は「ハーフエッチング領域」と称される。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等で表面２０ａがマスクされることにより、エッチングされなかった領域（すなわち、非エッチング領域）を示す。また、点線で囲われた領域は光学素子１０が配置される開口穴２３が設けられた第１のリードフレーム部を示す。
【0037】
同様に、図３Ｂにおいて、リードフレーム内の白色の領域は開口領域を示す。ハッチングを付した領域は裏面２０ｂの側からハーフエッチングされたハーフエッチング領域を示す。また、グレーの領域はエッチング時にフォトレジスト等で裏面２０ｂがマスクされることにより、エッチングされなかった非エッチング領域を示す。ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示すリードフレームの外周部は、後述のダイシング工程で、ダイシングブレード等により切断される領域（カーフ幅２４）となっている。また、第２のリードフレーム部２２において、表面２０ａの非エッチング領域と裏面２０ｂの非エッチング領域とが重なる領域の幅は少なくとも１か所で１００μｍ以下であるように構成される。
【0038】
図３Ａに示した平面図において、第１のリードフレーム部２１の開口穴２３の形状は、光学素子１０と同じ形状であることが望ましいが、特に制限されない。開口穴２３は、例えば図４Ｄに示すように、円形など異なる形状であってよい。
【0039】
リードフレームの開口領域には光学素子１０が配置される。従来、図６Ｃに示すワイヤーボンディング工程、図６Ｅに示す樹脂封止において光学素子１０に印加される応力によって割れ又は欠けが生じることがあった。また、従来、図６Ｆに示すリードフレーム２０´の裏面側から粘着テープ５０を剥離する工程で光学素子１０の破壊が生じやすかった。
【0040】
本開示において、リードフレームは、製造工程において光学素子１０に印加される応力を低減するため、光学素子１０の周囲を切れ目なく囲う第１のリードフレーム部２１を備えており、製造工程内で光学素子１０の周辺を局所的に湾曲しにくい設計となっている。また第１のリードフレーム部２１は、光学素子１０に印加される応力を効果的に低減する観点から、光学素子１０と少なくとも一部が重なる高さに存在していることが望ましい。さらに図１Ｂに示したような光学装置１００の第１の面１００ａに光学素子１０の受光面又は発光面１１ａ（露出した部分）を第１のリードフレーム部２１の露出した部分が切れ目なく囲っていることがさらに望ましい。
【0041】
上記の特徴をもった第１のリードフレーム部２１を備えることの背反として、光学装置１００の第１の面１００ａに占める封止部材７０の領域が減少することがある。プリント基板実装面である第２の面１００ｂの逆側の面（すなわち第１の面１００ａ）に十分なサイズの封止部材７０の領域を確保できない場合、製造番号及び向き識別のための目印はリードフレーム上にレーザーマークされなければならない。リードフレーム上のレーザーマークは、封止部材７０上に施されたレーザーマークと比較して、著しく視認性が悪化することが知られている。また、１００ａの面に占める封止部材７０の領域に合わせてレーザーマークサイズを縮小した場合に、視認性が悪化することは明らかである。
【0042】
従来、製造工程において光学素子１０に印加される応力を均一化する観点から、リードフレームは回転軸Ｉにおいて１８０°回転対称な形状が望ましいとされた。この場合に、光学装置１００の向きは封止部材７０の露出表面に施されたレーザーマークで識別する。しかしながら、レーザーマークが実施困難な場合は、光学素子１０へ印加される応力ができる限り均一化されるようにした上で、回転非対称な部分を有するリードフレームを設けることで、光学装置１００の向き識別性を向上させることができる。すなわち、リードフレームが露出している部分について、１８０°回転させたときに、リードフレームが露出していない部分と重なる領域である非対称領域を有してよい。
【0043】
本開示において、光学装置１００の第１の面を正面から見る平面視で、第２のリードフレーム部２２は、１８０°回転非対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸Ｉを有する。
【0044】
ここで、１００ａの面に十分な視認性をもったレーザーマークを施す方策として、光学装置１００を光学素子１０に対して十分に大型化することが考えられるが、今度は光学装置１００の大型化による製造コスト増加が課題となる。よって、光学装置１００のサイズを光学素子１０に対して最低限のサイズに留め、かつ第１のリードフレーム部をもち、受発光素子の向き識別性を担保するためには、第２のリードフレーム部２２を設けることが最も効果的である。
【0045】
具体例として、光学素子１０の受光面又は発光面１１ａが０．１ｍｍ２以上かつ光学装置１００の第１の面１００ａの面積が２５ｍｍ２以下の領域の場合、第２のリードフレーム部２２を設けることが、レーザーマークによる向き識別性よりも効果的となる。さらに光学装置１００の第１の面１００ａの面積が９ｍｍ２以下だと、第２のリードフレーム部２２を設けることがより効果的である。
【0046】
第２のリードフレーム部２２の実現方法としては、例えば図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ及び図４Ｅに示すような方法が提案されるが、特に制限されない。具体的には、第１のリードフレーム部２１から延びる腕部を設け、腕部の一部を除去する、形状を変化させる、などが挙げられる。
【0047】
図４Ｆに示した比較例１では、光学素子１０を囲う第１のリードフレーム部２１に切れ目が入っており、光学素子１０の周辺のリードフレームが製造工程中に湾曲しやすい構造となっている。この場合、光学素子１０が製造工程中に割れ又は欠けといった破損を生じるリスクが高まる。
【0048】
図４Ｇに示した比較例２では、第２のリードフレーム部２２が回転軸Ｉにおいて１８０°回転対称な構造となっている。この場合、受発光素子が１８０°回転してしまっていたとしても気づくことができず、逆向きで基板実装されてしまうリスクが高まる。
【0049】
また、第１のリードフレーム部に設けられた貫通した開口穴２３が光学素子１０のサイズよりも著しく大きい場合、第１のリードフレーム部２１による、光学素子１０への印加応力緩和効果が薄れてしまう。そのため、第１のリードフレーム部に設けられた貫通した開口穴２３の端から光学素子１０への距離は２００μｍ以下であることが望ましい。
【0050】
また、第１のリードフレーム部に設けられた貫通した開口穴２３が光学素子１０のサイズに対して十分な大きさをもたない場合、光学素子１０を開口穴２３へ配置する工程において、光学素子１０が開口穴２３の端部に接触し、製造困難となり得る。そのため、第１のリードフレーム部に設けられた貫通した開口穴２３の端から光学素子１０への距離は７０μｍ以上であることが望ましい。第１のリードフレーム部に設けられた貫通した開口穴２３の端から光学素子１０への距離は１００μｍ以上であることがさらに望ましい。
【0051】
図５は、応力シミュレーションの解析結果を示す。応力シミュレーションでは、第２のリードフレーム部２２の設計により、製造工程における光学素子１０の破損リスクがどの程度影響を受けるかが解析された。本解析では第１のリードフレーム部２１の上下左右から第２のリードフレーム部２２が外周方向へ向けて延びる腕をもった構造を基本とする。上記腕のうち一つのハーフエッチング領域を変更することで、リードフレームが湾曲した場合に光学素子１０に印加される応力がどのように変化するかについてシミュレーションが実施された。
【0052】
この解析の結果、ハーフエッチング領域を広く設けた図５に示される設計が、光学素子１０に印加される応力を最小化できることが分かった。また、この解析によれば、第２のリードフレーム部２２は、個片化前のリードフレームが湾曲した際の応力を吸収するように、非エッチング領域を最小限とした部位を少なくとも一部に備える設計が望ましい。ここで最小限とは、リードフレーム製造における最小加工寸法精度から定められ、例えば領域の幅を１００μｍとすることである。
【0053】
［封止部材］
封止部材７０としては、光学素子１０と第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２とワイヤー４０を封止できるものであれば特に限定されない。例えば、後述するモールド樹脂が該当する。
封止部材７０としては、光学素子１０と第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２とワイヤー４０を封止できるものであれば特に限定されない。例えば、後述するモールド樹脂が該当する。
【0054】
次に、これらの光学素子１０、リードフレーム、封止部材７０を用いる光学装置１００を製造する方法が説明される。
【0055】
【0056】
図６Ａに示すように、まず始めに、リードフレーム２０´が用意される。ここでは、図３Ａ及び図３Ｂに示したリードフレームを１つの単位パターンとし、この単位パターンが平面視で縦方向及び横方向にそれぞれ連続して並ぶように配置されたリードフレーム２０´を用意する。
【0057】
次に、粘着テープ５０がリードフレーム２０´の裏面２０ｂに貼付される。リードフレーム２０´の裏面２０ｂ側に粘着テープ５０を貼付することによって、開口穴２３の底面に粘着テープ５０の粘着層が露出した状態となる。ここで、粘着テープ５０としては、粘着性を有すると共に、耐熱性を有する樹脂製のテープが用いられる。粘着性については、粘着層の糊厚がより薄いほうが好ましい。また、耐熱性については、約１５０℃～２００℃の温度に耐えることが必要とされる。このような粘着テープ５０として、例えばポリイミドテープを用いていることができる。ポリイミドテープは、約２８０℃に耐える耐熱性を有している。このような高い耐熱性を有するポリイミドテープは、後のモールド及びワイヤーボンディング時に加わる高熱にも耐えることが可能である。
【0058】
また、粘着テープ５０としては、ポリイミドテープの他に、以下のテープを用いることも可能である。粘着テープ５０はポリエステルテープであってよい。ポリエステルテープは耐熱温度が約１３０℃であり、使用条件次第で約２００℃にまで達する。粘着テープ５０はテフロン（登録商標）テープであってよい。テフロン（登録商標）テープは耐熱温度が約１８０℃である。粘着テープ５０はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）であってよい。ＰＰＳは耐熱温度が約１６０℃である。粘着テープ５０はガラスクロスであってよい。ガラスクロスは耐熱温度が約２００℃である。粘着テープ５０はノーメックペーパーであってよい。ノーメックペーパーは耐熱温度が約１５０～２００℃である。また、粘着テープ５０はアラミド又はクレープ紙であってよい。
【0059】
次に、図６Ｂに示すように、光学素子１０がリードフレーム２０´の開口穴２３に接着される。この接着は、光学素子１０の半導体基板１１の裏面を貼り付け面として行われる。保護膜１２は、半導体基板１１の裏面に、半導体基板１１が個別にカットされる以前に形成される。半導体基板１１の裏面の保護膜にはフォトレジストが用いられる。
【0060】
次に、図６Ｃに示すように、光学素子１０とリードフレーム２０´が電気的に接続される。ここでは、図１Ａに示したように、光学素子１０のパッド電極と、リードフレーム２０´のボンディング用端子部をＡｕ等からなるワイヤー４０で接続する。
【0061】
次に、図６Ｃの状態のリードフレーム２０´が金型６０内に入れられて、封止部材７０がリードフレーム２０´の上面側に形成される。具体的には、先ず、図６Ｄに示すように、下型６１と上型６２を備えた金型６０及びシート６３を用意し、シート６３を、上型６２の下面（下型６１と対向する面）の全面を覆うように配置する。シート６３は、例えばテフロン（登録商標）製である。
【0062】
次に、金型６０内に図６Ｃの状態のリードフレーム２０´が配置される。具体的には、金属のワイヤー４０側を上に向けて、リードフレーム２０´を下型６１の上に載せ、ワイヤー４０の上側に所定の間隔を開けて上型６２を配置し、シート６３を上型６２の下面に吸着させる。図６Ｄはこの状態を示す。
【0063】
次に、図６Ｄの状態の上型６２と下型６１との空間にモールド樹脂が流し込まれた後に、上型６２を下降させてモールド樹脂に圧縮力を加えることによってシート６３の下面と下型６１の上面との間隔が設定値に合わされて、その後に冷却が行われる。これにより、封止部材７０が形成される。図６Ｅはこの状態を示す。
【0064】
ここで、モールド樹脂としては、例えばエポキシ樹脂を用いることが可能である。また、この樹脂封止の工程では、シート６３とリードフレーム２０´の表面２０ａ側の非エッチング領域が隙間無く接触する。また、下型６１と、リードフレーム２０´の裏面２０ｂ側の非エッチング領域と光学素子１０に貼り付けられた粘着テープ５０とが隙間無く接触した状態で、金型６０の重ね合わせにより形成される空間のサイドからモールド樹脂が供給される。このため、樹脂封止後に、リードフレーム２０´の非エッチング領域はモールド樹脂から露出した状態となる。
【0065】
次に、図６Ｆに示すように、粘着テープ５０がリードフレーム２０´の裏面側から除去される。粘着テープ５０が除去された後に、ポストキュア、ウェットブラストが施される。その後、図６Ｇに示すように、ダイシング装置によってカーフ幅２４で切断が行われて、モールド樹脂及びリードフレーム２０´がダイシングされる。これにより、モールド樹脂及びリードフレーム２０´は個々の製品に切り離されてパッケージ化され、図１Ａ及び図１Ｂに示した光学装置１００が完成する。
【0066】
上記の製造方法では、光学素子１０を第１のリードフレーム部２１に設けられた開口穴２３に配置することで、各工程にて光学素子１０へ印加される応力を緩和している。さらに、第１のリードフレーム部を設けることの背反として生じる受発光素子の向き識別性低下は、本開示の第２のリードフレーム部２２をもつ構造を採用することで解消している。
【0067】
ここで光学装置１００は、図７のような断面を有する構成にすることができる。図７では、図１Ａの構成に比べて第３のリードフレーム部２５との関係が以下のように定められている。本実施形態に係る光学装置１００は、光学素子１０と、１つの貫通した開口穴を有する第１のリードフレーム部２１と、第１のリードフレーム部２１と異なる第２のリードフレーム部２２と、第３のリードフレーム部２５を備える。つまり、光学装置１００のリードフレームは、第１のリードフレーム部２１と、第２のリードフレーム部２２と、第３のリードフレーム部２５と、を含んで構成される。第１のリードフレーム部２１、第２のリードフレーム部２２及び第３のリードフレーム部２５については、材料は同じでもよく、異なっていてもよく、また、一体的に形成されていてもよく、別々に形成されて（から接続されて）いてもよい。光学装置１００は、第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２と第３のリードフレーム部２５との少なくとも１つのリードフレーム部と光学素子１０を電気的に接続するワイヤー４０を備える。また、光学装置１００は、光学素子１０と第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２と第３のリードフレーム部２５とワイヤーを封止する封止部材７０を備える。光学素子１０は、半導体基板１１（図２参照）上に形成され、照射された光量に応じた信号を出力、又は印加された電流に応じた光を放出する機能をもつ。光学素子１０は第１のリードフレーム部２１の貫通した開口穴２３に配置される。光学素子１０の受光面又は発光面１１ａと第２のリードフレーム部２２のそれぞれの少なくとも一部は光学装置１００の第１の面１００ａから露出している。光学装置１００の第１の面１００ａを正面から見る平面視で、第１のリードフレーム部２１は、１８０°回転対称となる第１の面に垂直な方向に延びる回転軸Ｉを有する。また、光学装置１００の第１の面１００ａに露出する第２のリードフレーム部２２は回転軸Ｉにおいて１８０°回転非対称な形状を有する。光学装置１００の第１の面１００ａは、第２のリードフレーム部２２がなく封止部材７０が露出し、非対称な形状を形成する非対称領域を有し、第１の面１００ａと対向する第２の面１００ｂにおける非対称領域が重なる領域で第３のリードフレーム部２５が露出する。光学素子１０及び第１のリードフレーム部２１は、図１Ｂに示すように、光学装置１００の側面視で少なくとも一部が重なっている。
【0068】
図７で、光学装置１００の断面図に示すように、第２のリードフレーム部２２と、第３のリードフレーム部２５は光学装置１００の内部で電気的に接続されている。第２のリードフレーム部２２は、光学装置１００の第１の面１００ａにおいて非対称領域を有する。第３のリードフレーム部２５は、第１の面１００ａにおける第２のリードフレーム部２２の非対称領域と重なる第２の面１００ｂの領域で、露出するリードフレームである。
【0069】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｄに示すように、第２のリードフレーム部２２は、光学装置１００の第１の面１００ａにおいて、第１のリードフレーム部２１から延びる腕部の一部を除去することで非対称領域を有することとしてよい。そのため、第２のリードフレーム部の一部は第１の面１００ａ上で光学装置１００の側面に直接接続されていなくてよい。このとき、光学装置１００は、第２のリードフレーム部と光学装置１００の側面までの最短距離ｄを有する。
【0070】
最短距離ｄは、０．１ｍｍ以上であることが望ましい。レーザーマークの印字サイズ以上にできるため、最短距離ｄは、０．２ｍｍ以上であることが、より望ましい。視認性向上のため、最短距離ｄは、０．４ｍｍ以上であることが、さらに望ましい。
【0071】
最短距離ｄは、１．０ｍｍ以下であることが望ましい。光学装置の強度向上のため、最短距離ｄは、０．９ｍｍ以下であることが、より望ましい。最短距離ｄは、０．６ｍｍ以下であることが、さらに望ましい。
【0072】
光学装置１００の第１の面１００ａを正面から見る平面視における最短距離ｄと並行方向にある光学装置１００の１辺の長さＤとした場合に、最短距離ｄは光学装置１００の１辺の長さＤに対して１／３０以上であることが望ましい。最短距離ｄは光学装置１００の１辺の長さＤに対して１／１５以上であることが、より望ましい。最短距離ｄは光学装置１００の１辺の長さＤに対して１／４以上であることが、さらに望ましい。
【0073】
最短距離ｄは光学装置１００の１辺の長さＤに対して、１／３以下であることが望ましい。
【0074】
以上のように、本実施形態に係る光学装置１００は、第１のリードフレーム部２１と第２のリードフレーム部２２を備えたリードフレーム構造を採用する。このことによって、製造コストを増加させることなく、装置向きの識別性を向上させることができる。また、従来技術で生じ得る光学素子１０の割れ又は欠けといった破損を防止することが可能となる。
【0075】
本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
【符号の説明】
【0076】
１０ 光学素子
１００ 光学装置
１００ａ 第１の面
１００ｂ 第２の面
１０ａ 第１の化合物半導体層
１０ｂ 活性層
１０ｃ 第２の化合物半導体層
１１ 半導体基板
１１ａ 受光面又は発光面
１２ 保護膜
２０´ リードフレーム
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
２１ 第１のリードフレーム部
２２ 第２のリードフレーム部
２３ 開口穴
２４ カーフ幅
２５ 第３のリードフレーム部
４０ ワイヤー
５０ 粘着テープ
６０ 金型
６１ 下型
６２ 上型
６３ シート
７０ 封止部材
１００ 光学装置
１００ａ 第１の面
１００ｂ 第２の面
１０ａ 第１の化合物半導体層
１０ｂ 活性層
１０ｃ 第２の化合物半導体層
１１ 半導体基板
１１ａ 受光面又は発光面
１２ 保護膜
２０´ リードフレーム
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
２１ 第１のリードフレーム部
２２ 第２のリードフレーム部
２３ 開口穴
２４ カーフ幅
２５ 第３のリードフレーム部
４０ ワイヤー
５０ 粘着テープ
６０ 金型
６１ 下型
６２ 上型
６３ シート
７０ 封止部材
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図7】