JP2016122731A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズの中心位置に対する光半導体素子の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能な光半導体装置を提供すること。
【解決手段】 搭載面１１ａを有した基板１と、基板１の搭載面１１ａ上に搭載された光半導体素子２と、基板１の搭載面１１ａが向く方向と同一方向に配置され、かつ曲面部を有したレンズ４と、を備える光半導体装置Ａ１であって、基板１の搭載面１１ａ上に配置され、かつ曲面部を有した複数の支持体３を備え、複数の支持体３は、基板１に形成された複数の支持部１２にそれぞれ固定され、レンズ４と、複数の支持体３とは、各々の曲面部において互いに点接触している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線による光通信に適用される光半導体素子を用いた光半導体装置およびその製造方法に関する。

光を搬送波として用いることによりデータを伝送する方法が広く採用されている。このような方法に用いられる光半導体装置は、たとえば特許文献１に開示されている。前記光半導体装置は、基板（リードフレーム）に光半導体素子（発光素子および受光素子）が搭載され、前記基板と前記光半導体素子とが、ともに封止樹脂で覆われた構成となっている。前記封止樹脂には、前記光半導体素子（発光素子）から出射される光の指向性を高めるための、または前記光半導体素子（受光素子）へ入射される光を集光するためのレンズが備えられている。

前記レンズは、前記封止樹脂とともに、モールド成形により一体的に形成される方法が一般的である。ただし、この方法によると、前記レンズの配置位置は、前記基板を基準に決定される。したがって、前記光半導体素子が正確な位置に前記基板に搭載されていなければ、前記光半導体素子の搭載位置は、前記レンズの中心位置に対し前記基板面に沿った方向である水平方向の誤差を有することとなる。仮に、前記水平方向の誤差が１００μｍ以上となると無線によるデータの伝送が困難となるため、前記水平方向の誤差は、極力小さくすることが要求されている。

特開２００７−１７３５６２号公報

本発明は上記事情に鑑み、レンズの中心位置に対する光半導体素子の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能な光半導体装置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装置は、搭載面を有した基板と、前記基板の前記搭載面上に搭載された光半導体素子と、前記基板の前記搭載面が向く方向と同一方向に配置され、かつ曲面部を有したレンズと、を備える光半導体装置であって、前記基板の前記搭載面上に配置され、かつ曲面部を有した複数の支持体を備え、前記複数の支持体は、前記基板に形成された複数の支持部にそれぞれ固定され、前記レンズと、前記複数の支持体とは、各々の曲面部において互いに点接触していることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が球体である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズは、球体である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、前記レンズよりも各々の断面寸法が相対的に小である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、前記基板の前記搭載面上において、各々が互いに離間して配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体について、各々の中心を結ぶ線により描かれる平面視形状が多角形となるように、前記複数の支持体が前記基板の前記搭載面上に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記多角形は、三角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記三角形は、正三角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記三角形は、二等辺三角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記多角形は、四角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりもヤング係数が相対的に大である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりも線膨張係数が相対的に小である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部は、前記基板を貫通する孔である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部は、前記基板の前記搭載面に形成された凹部である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が円形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が多角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が三角形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって一様である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって変化している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板と、前記光半導体素子と、前記支持体と、を覆う封止樹脂をさらに備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止樹脂は、遮光性を有した部分を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止樹脂に覆われた制御回路素子をさらに備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路素子は、遮光性を有した前記封止樹脂に覆われている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、前記基板の前記搭載面とは反対方向を向く実装面を有し、前記実装面に配置された外部電極をさらに備える。

本発明の第２の側面によって提供される光半導体装置の製造方法は、搭載面を有した基板に、曲面部を有した複数の支持体を固定するための複数の支持部を形成する工程と、前記基板の前記搭載面上に、光半導体素子を搭載する工程と、前記複数の支持部に、前記複数の支持体を固定する工程と、前記複数の支持体の曲面部に、曲面部を有したレンズを点接触させることにより、前記レンズを固定する工程と、前記基板と、前記光半導体素子と、前記複数の支持体とを覆う封止樹脂を形成する工程と、を備えることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体を固定する工程では、前記基板の前記搭載面と前記複数の支持体とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の支持体を固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を、前記複数の支持体の曲面部を前記封止樹脂から露出させるように固化させることにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズを固定する工程では、前記複数の支持体の曲面部と前記レンズの曲面部とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記レンズを固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を固化させることにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する。

本発明によれば、前記基板に前記複数の支持部が形成され、複数の球体である前記支持体は、前記複数の支持部と係合によりそれぞれ固定されている。また、前記レンズは、前記支持体とは互いに点接触により固定されている。よって、前記支持体および前記レンズの前記基板における固定位置が一意的に、かつ正確に決定される。また、前記光半導体素子の前記基板への搭載は、前記基板における前記複数の支持部の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識した結果に基づいてなされる。この方法により、前記基板に搭載された前記光半導体素子について、前記レンズの中心位置に対する前記基板の前記搭載面に沿った方向である水平方向の搭載誤差を縮小することができる。したがって、前記レンズの中心位置に対する前記光半導体素子の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態にかかる光半導体装置を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１の光半導体装置を示す要部拡大断面図である。 図１の光半導体装置を示す要部平面図および要部断面図である。 図１の光半導体装置を示す要部拡大断面図である。 図１の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１の光半導体装置の受光量の解析条件を示す説明図である。 図１の光半導体装置の受光量の解析結果を示す説明図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる光半導体装置の示す断面図である。 図１４の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１４の光半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例にかかる光半導体装置を示す断面図である。 図１７の光半導体装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる光半導体装置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる光半導体装置を示す平面図である。

本発明にかかる光半導体装置の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１〜図１３に基づき、本発明の第１実施形態にかかる光半導体装置Ａ１について説明する。図１は、光半導体装置Ａ１を示す平面図である。図２は、図１の中心Ｏ（後述するレンズ４の中心）を通過するＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図１の中心Ｏを通過するＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、光半導体装置Ａ１を示す要部拡大断面図である。図５は、光半導体装置Ａ１を示す要部平面図および要部断面図である。図６は、光半導体装置Ａ１を示す要部拡大断面図である。図７〜図１１は、光半導体装置Ａ１の製造方法を示す断面図である。図１２は、光半導体装置Ａ１の受光量の解析条件を示す説明図である。図１３は、光半導体装置Ａ１の受光量の解析結果を示す説明図である。なお、図１は、理解の便宜上、後述する封止樹脂５を省略している。

これらの図に示す光半導体装置Ａ１は、発光機能を果たす光半導体素子を用いた送信側と、受光機能を果たす光半導体素子を用いた受信側に大別される。前記送信側は、供給された電流を光に変換し、光を受信側へ出射する機能を有する。前記受信側は、前記送信側より出射された光を検出し、検出結果に基づき電流を出力する機能を有する。本実施形態の光半導体装置Ａ１は、基板１、光半導体素子２、支持体３、レンズ４、封止樹脂５、制御回路素子６およびボンディングワイヤ７を備えている。本実施形態においては、光半導体装置Ａ１は、平面視矩形状である。

基板１は、光半導体素子２および制御回路素子６を搭載し、光半導体装置Ａ１を対象機器の回路基板などに実装するものである。基板１は、基材１１、支持部１２、内部電極１３および外部電極１４を有している。本実施形態においては、基板１は、平面視矩形状である。

基材１１は、搭載面１１ａおよび実装面１１ｂを有している。基材１１は、たとえばガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる。搭載面１１ａは、図２に示す基材１１の上面であり、光半導体素子２および制御回路素子６が搭載される面である。実装面１１ｂは、図２に示す基材１１の下面であり、光半導体装置Ａ１を対象機器の回路基板などに実装する際に利用される面である。搭載面１１ａと実装面１１ｂは互いに反対側を向いている。

支持部１２は、支持体３を固定する際に利用される基板１に形成された複数の部位である。本実施形態においては、図１および図４に示すとおり、各々の支持部１２は基板１を貫通する孔であり、計３箇所形成されている。また、本実施形態においては、各々の支持部１２の深さ方向視形状は円形で、かつ該形状の面積は前記深さ方向にわたって一様である。

図５は、理解の便宜上、光半導体装置Ａ１のうち、基板１の基材１１、支持部１２および支持体３の一部のみについて示している。図５の上段は要部平面図、下段は要部断面図である。各々の支持部１２の前記深さ方向視形状は、先述した図５（ａ）に示す円形以外に、図５（ｂ）に示す三角形、あるいは図５（ｃ）に示す四角形とすることができる。さらに、各々の支持部１２の前記深さ方向視形状は、三角形および四角形以外の多角形でもよい。なお、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す支持部１２の前記深さ方向視形状の面積は、その各々が前記深さ方向にわたっていずれも一様である。

各々の支持部１２の前記深さ方向視形状の面積は、前記深さ方向にわたって変化していてもよい。たとえば、図６に示すとおり、支持部１２の前記深さ方向視形状の面積を、その各々について前記深さ方向にわたって漸次縮小することができる。より具体的には、図６に示す例においては、支持部１２の前記深さ方向視形状の面積が、基板１の搭載面１１ａから前記深さ方向に離間するほど（図６の下方に向かうほど）小とされている。

内部電極１３は、基板１の搭載面１１ａに配置された電極パッド（導電性パターン）であり、第１ダイパッド１３ａ、ワイヤボンディングパッド１３ｂおよび第２ダイパッド１３ｃを有している。第１ダイパッド１３ａは、光半導体素子２が搭載される電極パッドである。ワイヤボンディングパッド１３ｂは、その両端においてボンディングワイヤ７が接続される電極パッドである。第２ダイパッド１３ｃは、制御回路素子６が搭載される電極パッドである。

外部電極１４は、対象機器の回路基板などに配置された電極と相互接続し、光半導体装置Ａ１を実装するための電極である。本実施形態においては、外部電極１４は、基板１の一つの辺に沿って、基板１の側面に該電極が露出するように配置されている。また、本実施形態においては、外部電極１４は、平面視略半円形であり、かつ基板１の前記深さ方向に対して直交する断面は一様である。内部電極１３と外部電極１４は、基材１１の内部に配置された他の配線部（図示略）を介して互いに導通している。

光半導体素子２は、発光機能、または受光機能を果たす光機能領域（図示略）を有している。前記光機能領域が発光機能を果たす場合の光半導体素子２の例としては、たとえばＬＥＤあるいはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface LASER）が挙げられる。前記光機能領域が受光機能を果たす場合の光半導体素子２の例としては、たとえばフォトトランジスタあるいはフォトダイオードが挙げられる。前記光機能領域は、光半導体素子２の図２における上面側に位置する。光半導体素子２は、基板１の第１ダイパッド１３ａの上に、接着層２１を介してダイボンディングにより搭載されている。接着層２１は、たとえばＡｇペーストからなる。

支持体３は、レンズ４を固定する際に利用される曲面部を有した複数の部材であり、図１および図４に示すとおり、基板１の支持部１２にそれぞれ係合により固定されている。本実施形態においては、支持体３は３つの球体であり、レンズ４よりも各々の断面寸法が相対的に小である。また、本実施形態においては、図１に示すとおり支持体３の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状（図１に示す二点鎖線）が正三角形となるように、支持体３の各々が基板１の搭載面１１ａ上において互いに離間して配置されている。なお、本実施形態においては、図４に示すとおり支持体３は、接着剤３１による接合により、支持部１２に固定されている。

支持体３は、レンズ４よりも弾性変形しにくい材質、すなわちレンズ４よりもヤング係数が相対的に大である材質であることが好ましい。また、支持体３は、レンズ４よりも熱膨張しにくい材質、すなわちレンズ４よりも線膨張係数が相対的に小である材質であることが好ましい。本実施形態においては、支持体３の材質は、たとえば鋼である。

レンズ４は、光の指向性を高める、または光を集光させることで、光半導体装置Ａ１間において光を効率よく伝達させるものである。具体的には、発光機能を果たす光半導体素子２を用いた光半導体装置Ａ１（送信側Ｔｘ）では、レンズ４により光半導体素子２からの出射光の指向性を高める。また、受光機能を果たす光半導体素子２を用いた光半導体装置Ａ１（受信側Ｒｘ）では、レンズ４により光半導体素子２への入射光を集光させる。レンズ４は、基板１の搭載面１１ａが向く方向と同一方向に配置され、支持体３により固定されている。本実施形態においては、レンズ４は曲面部からなる球体であり、いわゆるボールレンズである。また、本実施形態においては、レンズ４の材質は、たとえば透光性を有した合成樹脂である。さらに、本実施形態においては、レンズ４と支持体３とは、各々の曲面部において互いに点接触している。

封止樹脂５は、基板１の搭載面１１ａ上に形成されている。封止樹脂５は、基板１の搭載面１１ａおよび内部電極１３と、光半導体素子２と、支持体３と、制御回路素子６と、ボンディングワイヤ７とを覆うものである。封止樹脂５の材質は、たとえばエポキシ樹脂を主剤とする合成樹脂である。封止樹脂５により、光半導体素子２、制御回路素子６やボンディングワイヤ７などへ異物が付着されなくなるなど、光半導体装置Ａ１に不具合が発生することを防止できる。本実施形態においては、封止樹脂５は、第１封止樹脂５１ａおよび第２封止樹脂５２ａを有している。

第１封止樹脂５１ａは、制御回路素子６と、内部電極１３およびボンディングワイヤ７のそれぞれ一部とを覆うものである。本実施形態においては、第１封止樹脂５１ａは、遮光性を有した合成樹脂である。第１封止樹脂５１ａは、外来の光により制御回路素子６が誤作動することを防止するものである。第２封止樹脂５２ａは、搭載面１１ａおよび内部電極１３と、光半導体素子２と、支持体３と、第１封止樹脂５１ａに覆われた制御回路素子６と、ボンディングワイヤ７とを覆うものである。図２および図３に示すとおり、第２封止樹脂５２ａの頂面に対し、レンズ４の上半部が突出している。本実施形態においては、第２封止樹脂５２ａは、光半導体装置Ａ１の送信側Ｔｘからの出射光、または光半導体装置Ａ１の受信側Ｒｘへの入射光に対し透光性を有している。

制御回路素子６は、光半導体装置Ａ１の送信側では、入力信号を制御電流に変換して光半導体素子２を駆動するものである。また、光半導体装置Ａ１の受信側では、光半導体素子２において光起電力により生じた電流を制御して出力信号に変換するものである。制御回路素子６は、基板１の第２ダイパッド１３ｃの上に、接着層（図示略）を介してダイボンディングにより搭載されている。

ボンディングワイヤ７は、基板１の内部電極１３と、光半導体素子２と、制御回路素子６とを接続する配線である。内部電極１３およびボンディングワイヤ７を介して、光半導体素子２と制御回路素子６とは互いに導通している。ボンディングワイヤ７は、たとえばＡｕからなる。

次に、光半導体装置Ａ１の製造方法について説明する。

図７に示すとおり、基板１の搭載面１１ａ上に内部電極１３を配置した後、支持部１２を形成する。また、内部電極１３の配置とあわせて、外部電極１４を形成する金属（図示略）を基板１の基材１１内に埋め込む。支持部１２は、たとえば基材１１を穴開け加工することで形成される。

次いで、図８に示すとおり、光半導体素子２および制御回路素子６を、ダイボンディングにより基板１の第１ダイパッド１３ａおよび第２ダイパッド１３ｃの上にそれぞれ搭載する。該工程により、光半導体素子２は、基板１の搭載面１１ａ上に搭載される。光半導体素子２は、基板１における支持部１２の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識し、該認識結果に基づき第１ダイパッド１３ａの上に搭載される。光半導体素子２および制御回路素子６を基板１に搭載した後、基板１の内部電極１３と、光半導体素子２と、制御回路素子６とをボンディングワイヤ７を配置することにより接続する。ボンディングワイヤ７を配置した後、制御回路素子６と、内部電極１３およびボンディングワイヤ７のそれぞれ一部とを覆う、第１封止樹脂５１ａを形成する。本実施形態においては、第１封止樹脂５１ａは、溶融された合成樹脂を搭載面１１ａ上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。

次いで、図９に示すとおり、基板１の支持部１２に、支持体３をそれぞれ固定する。支持部１２に、支持体３をそれぞれ配置した後、基板１の搭載面１１ａと支持体３とに接するように接着剤３１を塗布することで、支持部１２に支持体３がそれぞれ固定される。接着剤３１は、基板１の内部電極１３と支持体３との電気絶縁を確保するため、たとえばポリイミド樹脂などの電気絶縁性を有したものが好ましい。

次いで、図１０に示すとおり、支持体３の曲面部に、曲面部を有したレンズ４を点接触させることにより固定する。本実施形態においては、支持体３およびレンズ４はともに球体であるため、支持体３の上にレンズ４をそのまま配置することにより、支持体３とレンズ４は互いに点接触される。支持体３の上にレンズ４を配置した後、支持体３の曲面部とレンズ４の曲面部とに接するように接着剤４１を塗布することで、支持体３にレンズ４が固定される。

次いで、図１１に示すとおり、基板１の搭載面１１ａ上に、第２封止樹脂５２ａを形成する。第２封止樹脂５２ａにより、搭載面１１ａおよび基板１の内部電極１３と、光半導体素子２と、支持体３と、第１封止樹脂５１ａに覆われた制御回路素子６と、ボンディングワイヤ７とがすべて覆われる。第２封止樹脂５２ａは、モールド成形により形成される。

以上の工程を経た後に、基板１をダイシングソー（図示略）で個片化することで、光半導体装置Ａ１が製造される。

次に、光半導体装置Ａ１の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、基板１に貫通孔からなる複数の支持部１２が形成され、複数の球体である支持体３は、複数の支持部１２と係合によりそれぞれ固定されている。また、レンズ４は、支持体３とは互いに点接触により固定されている。よって、支持体３およびレンズ４の基板１における固定位置が一意的に、かつ正確に決定される。また、光半導体素子２の基板１への搭載は、基板１における複数の支持部１２の位置および形状を、たとえばコンピュータなどにより画像認識した結果に基づいてなされる。この方法により、基板１に搭載された光半導体素子２について、レンズ４の中心位置に対する基板１の搭載面１１ａに沿った方向である水平方向の搭載誤差を１０μｍ以下とすることができる。したがって、レンズ４の中心位置に対する光半導体素子２の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。なお、支持体３の標準径に対する径方向誤差は±１μｍ（標準径１ｍｍ）、レンズ４の標準径に対する径方向誤差は±２μｍ（標準径２ｍｍ）につき、前記搭載誤差に対するレンズ４の中心位置の誤差はきわめて小さい。

本発明にかかる光半導体装置Ａ１の効果を検証するため、発光機能を果たす光半導体素子２を用いた送信側Ｔｘと、受光機能を果たす光半導体素子２を用いた受信側Ｒｘとによる光無線通信状態における受信側Ｒｘの受光量を解析した。

図１２に基づき、本解析条件について説明する。図１２は、理解の便宜上、光半導体装置Ａ１のうち、基板１、光半導体素子２、レンズ４および封止樹脂５のみを示す。送信側Ｔｘの出力は１ｍＷとした。送信側Ｔｘのレンズ４の頂面と、受信側Ｒｘのレンズ４の頂面との離間距離Ｄは１０ｍｍとした。送信側Ｔｘにおいて、基板１に搭載された光半導体素子２について、レンズ４の中心軸Ｏｔに対する搭載誤差は、中心軸Ｏｔに対して前記水平方向および前記水平方向に直交する鉛直方向ともに全くないものとした。また、受信側Ｒｘにおいて、先述した光半導体素子２の光機能領域と、レンズ４の頂面との離間距離の前記鉛直方向の搭載誤差は、製造実態を考慮し、レンズ４へ向かって３０μｍ生じているものとした。受信側Ｒｘの基板１に搭載された光半導体素子２について、レンズ４の中心軸Ｏｒに対する前記水平方向の搭載誤差Δｌとして、０μｍ（誤差なし）、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍの計４ケースを設定した。また、搭載誤差Δｌは、中心軸Ｏｒに対し図１２の左方向にのみ生じているものとした。なお、図１２に示すとおり、受信側Ｒｘの基板１に搭載された光半導体素子２について、前記水平方向および前記鉛直方向ともに搭載誤差が全くない場合の搭載位置を想像線で示す。

図１３に基づき、本解析結果について説明する。図１３の横軸は、光半導体装置Ａ１の送信側Ｔｘおよび受信側Ｒｘの各々のレンズ４の中心軸ＯｔとＯｒとの水平方向の装置横ずれΔＬ（ｍｍ）を示している。装置横ずれΔＬは、送信側Ｔｘのレンズ４の中心軸Ｏｔを基準として、図１２の右方向を正とする。また、図１３の縦軸は、受信側Ｒｘの光半導体素子２の受光量（ｄＢｍ）を示している。図１３に示すとおり、搭載誤差Δｌが１０μｍのケースは、０μｍのケースと略一致している。また、受信側Ｒｘの最大受光量について、搭載誤差Δｌが０μｍのケースでは約−５ｄＢｍ（＝０．３１６ｍＷ）、５０μｍのケースでは約−１６ｄＢｍ（＝０．０２５ｍＷ）である。よって、搭載誤差Δｌが５０μｍ生じている場合は、該誤差が生じていない場合と比較して受光量が１／１０以下に低減されることがいえる。さらに、装置横ずれΔＬが−１ｍｍであるときの受光量は、搭載誤差Δｌが０μｍのケースでは約−７ｄＢｍ（＝０．２ｍＷ）、１０μｍのケースでは約−１０ｄＢｍ（＝０．１ｍＷ）、２０μｍのケースでは約−１４ｄＢｍ（＝０．０４ｍＷ）である。したがって、搭載誤差Δｌが１０μｍ以下であれば、光半導体装置Ａ１の製造誤差に起因した大幅なデータの伝送効率の低下が生じないことがいえる。

基板１の支持部１２が基板１を貫通する孔であるため、支持部１２を容易に形成することができる。また、支持体３の材質について、ヤング係数がレンズ４よりも相対的に大であって、かつ線膨張係数がレンズ４よりも相対的に小である材質、たとえば鋼を採用している。よって、光半導体装置Ａ１の製造過程において、支持体３の弾性変形や熱膨張に伴うレンズ４の固定位置がずれることを防止できる。

図１４〜図２０は、本発明の他の実施の形態などを示している。なお、これらの図において、先述した光半導体装置Ａ１と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略することとする。

〔第１実施形態の第１変形例〕
図１４、図１５および図１６に基づき、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる光半導体装置Ａ１１について説明する。図１４は、光半導体装置Ａ１１を示す断面図である。図１５および図１６は、光半導体装置Ａ１１の製造方法を示す断面図である。

本変形例の光半導体装置Ａ１１は、封止樹脂５の構成とその製造方法が、先述した光半導体装置Ａ１と異なる。本変形例においては、封止樹脂５は、図１４に示すとおり第１封止樹脂５１ｂ、第２封止樹脂５２ｂおよび第３封止樹脂５３を有している。第１封止樹脂５１ｂは、基板１の内部電極１３の一部と、光半導体素子２とを覆うとともに、支持体３を基板１の支持部１２にそれぞれ固定するための接着剤としての機能を有する。第１封止樹脂５１ｂは、光半導体装置Ａ１１の送信側Ｔｘからの出射光、または光半導体装置Ａ１１の受信側Ｒｘへの入射光に対し透光性を有している。第２封止樹脂５２ｂは、第１封止樹脂５１ｂを覆うとともに、レンズ４を支持体３に固定するための接着剤としての機能を有する。第２封止樹脂５２ｂは、第１封止樹脂５１ｂと同じく透光性を有した合成樹脂である。第３封止樹脂５３は、基板１の搭載面１１ａおよび内部電極１３と、支持体３と、第１封止樹脂５１ｂおよび第２封止樹脂５２ｂの側面と、制御回路素子６と、ボンディングワイヤ７とを覆うものである。第３封止樹脂５３は、第１封止樹脂５１ｂおよび第２封止樹脂５２ｂと異なり、遮光性を有した合成樹脂である。

光半導体装置Ａ１１の封止樹脂５は、外観からは遮光性を有した第３封止樹脂５３により形成されているようにみえるが、内部には透光性を有した第１封止樹脂５１ｂおよび第２封止樹脂５２ｂが、光半導体素子２とレンズ４との間に挟まれた構成となっている。したがって、レンズ４を介して光半導体素子２からの光の出射、または光半導体素子２への光の入射が封止樹脂５により阻害されない。

次に、光半導体装置Ａ１１の製造方法について説明する。

基板１の搭載面１１ａ上に内部電極１３を配置した後、支持部１２を形成する工程は、図７に示す光半導体装置Ａ１と同一である。あわせて、基板１に外部電極１４を形成する金属（図示略）を基板１の基材１１内に埋め込む工程も、光半導体装置Ａ１と同一である。

次いで、光半導体素子２および制御回路素子６を、ダイボンディングにより基板１の内部電極１３の上にそれぞれ搭載する工程と、ボンディングワイヤ７を配置する工程は、図８に示す光半導体装置Ａ１と同一である。その後の工程が光半導体装置Ａ１と異なる。

次いで、図１５に示すとおり、基板１の支持部１２に、支持体３をそれぞれ固定する。支持部１２に、支持体３をそれぞれ配置した後、基板１の内部電極１３の一部と、光半導体素子２とを覆う第１封止樹脂５１ｂを形成する。本変形例においては、第１封止樹脂５１ｂは、溶融された合成樹脂を基板１の搭載面１１ａ上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。第１封止樹脂５１ｂの形成にあたっては、該樹脂の頂面がレンズ４（図１５の想像線）の底面と干渉しないよう、支持体３の曲面部を露出させるように該合成樹脂を固化させる。第１封止樹脂５１ｂの形成により、支持部１２に支持体３がそれぞれ固定される。

次いで、図１６に示すとおり、支持体３の曲面部に、曲面部を有したレンズ４を点接触させることにより固定する。本変形例においては、支持体３の上にレンズ４を配置した後、第１封止樹脂５１ｂを覆う第２封止樹脂５２ｂを形成する。第２封止樹脂５２ｂは、第１封止樹脂５１ｂと同様に、溶融された合成樹脂を第１封止樹脂５１ｂ上に塗布し、該合成樹脂を固化させることで形成される。第２封止樹脂５２ｂの形成にあたっては、光半導体素子２とレンズ４との間に位置し、支持体３により囲まれた空間が、第１封止樹脂５１ｂと第２封止樹脂５２ｂにより隙間なく充填されるようにする。第２封止樹脂５２ｂの形成により、支持体３にレンズ４が固定される。

以上の工程を経た後に、基板１の搭載面１１ａ上に、図１４に示す第３封止樹脂５３を形成する。第３封止樹脂５３により、搭載面１１ａおよび基板１の内部電極１３と、支持体３と、第１封止樹脂５１ｂおよび第２封止樹脂５２ｂの側面と、制御回路素子６と、ボンディングワイヤ７とがすべて覆われる。第３封止樹脂５３は、モールド成形により形成される。第３封止樹脂５３を形成した後に、基板１をダイシングソー（図示略）で個片化することで、光半導体装置Ａ１１が製造される。

本変形例によっても、レンズ４の中心位置に対する光半導体素子２の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、光半導体装置Ａ１１の外面が第３封止樹脂５３により形成されることで、光半導体素子２の全周にわたって遮光性を有した直立壁が形成された状態となる。前記直立壁により、光半導体素子２の側方から進行してくる光など、受光すべきでない光を遮蔽することができる。ゆえに、光半導体装置Ａ１１のうち、受光機能を果たす光半導体素子２を用いた受信側Ｒｘについて、光の検出精度を向上させることが可能である。

〔第１実施形態の第２変形例〕
図１７および図１８に基づき、本発明の第１実施形態の第２変形例にかかる光半導体装置Ａ１２について説明する。図１７は、光半導体装置Ａ１２を示す断面図である。図１８は、光半導体装置Ａ１２を示す要部拡大断面図である。

本変形例の光半導体装置Ａ１２は、基板１の支持部１２の構成が、先述した光半導体装置Ａ１と異なる。図１８に示すとおり、支持部１２は、その各々が基板１の搭載面１１ａに形成された凹部である。本変形例においては、各々の支持部１２の前記深さ方向視形状は円形で、かつ該形状の面積は前記深さ方向にわたって漸次縮小している。また、本変形例においては、各々の支持部１２の前記深さ方向に沿った断面の外縁は円弧であり、該円弧の曲率と、支持体３の曲率とは一致している。したがって、支持部１２と支持体３との各々が、支持部１２の全体にわたって互いに面接触している。なお、各々の支持部１２の前記深さ方向視形状は、円形以外に、三角形などの多角形とすることができる。あわせて、支持部１２の前記深さ方向視形状の面積は、その各々が前記深さ方向にわたって一様であってもよい。

本変形例によっても、レンズ４の中心位置に対する光半導体素子２の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、基板１の支持部１２は、その各々が基板１の搭載面１１ａに形成された凹部であり、支持部１２と支持体３との各々が、支持部１２の全体にわたって互いに面接触している。よって、支持部１２に支持体３を固定する工程において、支持部１２および支持体３に接着剤３１を塗布する際に、支持体３が転動しにくくなるという効果が得られる。さらに、支持部１２は基板１を貫通していないため、基板１の実装面１１ｂの有効面積が、光半導体装置Ａ１よりも相対的に拡大される。よって、図１７に示すとおり、実装面１１ｂに外部電極１４を配置することが可能となり、光半導体装置Ａ１２の実装スペースを縮小することができる。

〔第２実施形態〕
図１９に基づき、本発明の第２実施形態にかかる光半導体装置Ａ２について説明する。図１９は、光半導体装置Ａ２を示す平面図である。図１９は、理解の便宜上、封止樹脂５を省略している。本実施形態においては、光半導体装置Ａ２は、平面視矩形状である。

本実施形態の光半導体装置Ａ２は、基板１の支持部１２および支持体３の配置形態が、先述した光半導体装置Ａ１と異なる。本実施形態においては、図１９に示すとおり支持体３の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状（図１９に示す二点鎖線）が二等辺三角形となるように、支持体３の各々が基板１の搭載面１１ａ上において互いに離間して配置されている。そして、支持体３の配置形態を基に、支持部１２の配置形態が設定されている。なお、支持体３は、光半導体装置Ａ１と同じく３つの球体である。また、支持部１２も同じく計３箇所形成されている。

本実施形態によっても、レンズ４の中心位置に対する光半導体素子２の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、支持体３の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状が二等辺三角形となるように、基板１の支持部１２および支持体３の配置形態が設定されている。よって、基板１の搭載面１１ａおよび実装面１１ｂの全面積が、光半導体装置Ａ１よりも相対的に縮小される。したがって、光半導体装置Ａ２のコンパクト化を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図２０に基づき、本発明の第３実施形態にかかる光半導体装置Ａ３について説明する。図２０は、光半導体装置Ａ３を示す平面図である。図２０は、理解の便宜上、封止樹脂５を省略している。本実施形態においては、光半導体装置Ａ３は、平面視矩形状である。

本実施形態の光半導体装置Ａ３は、基板１の支持部１２および支持体３の配置形態が、先述した光半導体装置Ａ１およびＡ２と異なる。本実施形態においては、図２０に示すとおり支持体３は４つの球体である。また、本実施形態においては、支持体３の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状（図２０に示す二点鎖線）が四角形となるように、支持体３の各々が基板１の搭載面１１ａ上において互いに離間して配置されている。そして、支持体３の配置形態を基に、支持部１２の配置形態が設定されている。したがって、本実施形態においては、支持部１２は計４箇所形成されている。

本実施形態によっても、レンズ４の中心位置に対する光半導体素子２の搭載誤差を極力小さくし、データの伝送効率の低下を抑制することが可能となる。また、支持体３の各々の中心を結ぶ線により描かれる形状が四角形となるように、基板１の支持部１２および支持体３の配置形態が設定されている。ゆえに、レンズ４の固定にあたって、各々の支持体３とレンズ４との点接触の箇所数が光半導体装置Ａ１およびＡ２よりも増加する構成であってもよい。

本発明における基板１の支持部１２の構成は、その各々が基板１を貫通する孔や、基板１の搭載面１１ａに形成された凹部に限定されず、たとえば、搭載面１１ａ上に複数の枠状の突起を設けることによって支持部１２を構成してもよい。また、本発明にかかる光半導体装置は、先述した実施の形態などに限定されるものではない。本発明にかかる光半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ１１，Ａ１２，Ａ２，Ａ３：光半導体装置
１：基板
１１：基材
１１ａ：搭載面
１１ｂ：実装面
１２：支持部
１３：内部電極
１３ａ：第１ダイパッド
１３ｂ：ワイヤボンディングパッド
１３ｃ：第２ダイパッド
１４：外部電極
２：光半導体素子
２１：接着層
３：支持体
３１：接着剤
４：レンズ
４１：接着剤
５：封止樹脂
５１ａ、５１ｂ：第１封止樹脂
５２ａ、５２ｂ：第２封止樹脂
５３：第３封止樹脂
６：制御回路素子
７：ボンディングワイヤ
Ｏ：中心
Ｔｘ：送信側
Ｒｘ：受信側
Ｄ：離間距離
Ｏｔ，Ｏｒ：中心軸
Δｌ：搭載誤差
ΔＬ：装置横ずれ

Claims (29)

1. 搭載面を有した基板と、
   前記基板の前記搭載面上に搭載された光半導体素子と、
   前記基板の前記搭載面が向く方向と同一方向に配置され、かつ曲面部を有したレンズと、を備える光半導体装置であって、
   前記基板の前記搭載面上に配置され、かつ曲面部を有した複数の支持体を備え、
   前記複数の支持体は、前記基板に形成された複数の支持部にそれぞれ固定され、
   前記レンズと、前記複数の支持体とは、各々の曲面部において互いに点接触していることを特徴とする、光半導体装置。
2. 前記複数の支持体は、各々が球体である、請求項１に記載の光半導体装置。
3. 前記レンズは、球体である、請求項１または２に記載の光半導体装置。
4. 前記複数の支持体は、前記レンズよりも各々の断面寸法が相対的に小である、請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
5. 前記複数の支持体は、前記基板の前記搭載面上において、各々が互いに離間して配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置。
6. 前記複数の支持体について、各々の中心を結ぶ線により描かれる平面視形状が多角形となるように、前記複数の支持体が前記基板の前記搭載面上に配置されている、請求項５に記載の光半導体装置。
7. 前記多角形は、三角形である、請求項６に記載の光半導体装置。
8. 前記三角形は、正三角形である、請求項７に記載の光半導体装置。
9. 前記三角形は、二等辺三角形である、請求項７に記載の光半導体装置。
10. 前記多角形は、四角形である、請求項６に記載の光半導体装置。
11. 前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりもヤング係数が相対的に大である、請求項１ないし１０のいずれかに記載の光半導体装置。
12. 前記複数の支持体は、各々が前記レンズよりも線膨張係数が相対的に小である、請求項１ないし１１のいずれかに記載の光半導体装置。
13. 前記複数の支持部は、前記基板を貫通する孔である、請求項１ないし１２のいずれかに記載の光半導体装置。
14. 前記複数の支持部は、前記基板の前記搭載面に形成された凹部である、請求項１ないし１２のいずれかに記載の光半導体装置。
15. 前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が円形である、請求項１３または１４に記載の光半導体装置。
16. 前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が多角形である、請求項１３または１４に記載の光半導体装置。
17. 前記複数の支持部の深さ方向視形状は、各々が三角形である、請求項１６に記載の光半導体装置。
18. 前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって一様である、請求項１３ないし１７のいずれかに記載の光半導体装置。
19. 前記複数の支持部の深さ方向視形状の面積は、各々が前記深さ方向にわたって変化している、請求項１３ないし１７のいずれかに記載の光半導体装置。
20. 前記基板と、前記光半導体素子と、前記支持体と、を覆う封止樹脂をさらに備える、請求項１ないし１９のいずれかに記載の光半導体装置。
21. 前記封止樹脂は、遮光性を有した部分を含む、請求項２０に記載の光半導体装置。
22. 前記封止樹脂に覆われた制御回路素子をさらに備える、請求項１ないし２１のいずれかに記載の光半導体装置。
23. 前記制御回路素子は、遮光性を有した前記封止樹脂に覆われている、請求項２２に記載の光半導体装置。
24. 前記基板は、前記基板の前記搭載面とは反対方向を向く実装面を有し、前記実装面に配置された外部電極をさらに備える、請求項１ないし２３のいずれかに記載の光半導体装置。
25. 搭載面を有した基板に、曲面部を有した複数の支持体を固定するための複数の支持部を形成する工程と、
    前記基板の前記搭載面上に、光半導体素子を搭載する工程と、
    前記複数の支持部に、前記複数の支持体を固定する工程と、
    前記複数の支持体の曲面部に、曲面部を有したレンズを点接触させることにより、前記レンズを固定する工程と、
    前記基板と、前記光半導体素子と、前記複数の支持体とを覆う封止樹脂を形成する工程と、を備えることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
26. 前記複数の支持体を固定する工程では、前記基板の前記搭載面と前記複数の支持体とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する、請求項２５に記載の光半導体装置の製造方法。
27. 前記複数の支持体を固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を、前記複数の支持体の曲面部を前記封止樹脂から露出させるように固化させることにより、前記複数の支持部に前記複数の支持体を固定する、請求項２５に記載の光半導体装置の製造方法。
28. 前記レンズを固定する工程では、前記複数の支持体の曲面部と前記レンズの曲面部とに接するように接着剤を塗布することにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する、請求項２５ないし２７のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
29. 前記レンズを固定する工程では、溶融された透光性を有する前記封止樹脂を固化させることにより、前記複数の支持体に前記レンズを固定する、請求項２５ないし２７のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。

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