CN100359687C - 光耦合半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的光耦合半导体器件具有:在第1布线基板的主面表面上形成、位于第2布线基板的开口部的对角上的安装电极和引线电极;一个极与安装电极连接,另一个极经引线与引线电极连接的发光元件;在第2布线基板的主面表面上,夹着第2布线基板所成的开口部而设置的第1和第2电极焊区;以堵塞第2布线基板所成的开口部的方式配置、与第1电极焊区连接、与发光元件相向的光接收元件;以及与第2电极焊区连接、与引线相向的开关元件。
Description
对有关申请的相互参考
本申请以以前的《日本专利申请2002-19210号》,存档[日期(例如2002.6.28)],为基础,并要求来自该申请的优先权益,这里,该申请的全部内容被合并进去以供参考。
技术领域
本发明涉及被应用于测试仪等测量仪器的光耦合半导体器件及其制造方法。
背景技术
近年来,在测试仪等测量仪器中,以提高可靠性为目的,使用光耦合半导体器件等无节点继电器的情形正在增加。在测试仪中往往在装置内使用若干个光耦合半导体器件,为使测试仪小型化,强烈要求光耦合半导体器件小型化。从这种市场背景出发,正在开发各种各样的光耦合半导体器件。
作为这种光耦合半导体器件,已知例如有在特开平11-63705中公开的光耦合半导体器件。如图10所示,该光耦合半导体器件具有布线基板23,在该布线基板23上形成了凹部24和未图示的布线图形。在布线基板23的凹部24的底面,对发光元件25进行了小片键合,并用金丝26进行了引线键合。
另外,在布线基板23上设置了覆盖凹部24的上表面开口部并处于与发光元件25相向的状态下的光接收元件29。该光接收元件29经凸点34用倒装芯片键合法键合在布线基板23上。
在布线基板23的与安装光接收元件29的面的同一面上,经凸点28用倒装芯片键合法对开关元件27进行了键合。光接收元件29与开关元件27借助于基板23上的未图示的布线图形进行电连接。
在发光元件25与光接收元件之间充填了透光性树脂30,布线基板23侧的光接收元件29和开关元件27分别用遮光性树脂密封。
在该光耦合半导体器件中,通过用倒装芯片键合法安装光接收元件29和开关元件27,所以无需形成引线键合用的焊区,能够使光耦合半导体器件小型化。
另外,这时的开关元件27必须使用栅、源、漏电极在芯片的同一平面上存在的侧向双扩散MOSFET(Lateral Double DiffusedMOSFET)。当使用在芯片背面形成漏电极的开关元件时,如图11所示,需用引线键合法进行安装。
但是,现有的技术存在如下所述的问题。
首先,当在布线基板23的凹部24对发光元件25进行小片键合和引线键合时,必须将凹部24的尺寸设定得大些,以使引线键合器的毛细管不干扰布线基板23。因此,覆盖凹部24的光接收元件29需大至必要的程度以上。
另外,虽然考虑了通过使用将端部做得极细的毛细管,以使凹部24的尺寸减小,但这时毛细管的耐久性、超声波振动特性变坏,生产率显著变差。
还有,由于在布线基板23上还特别需要除凹部24以外的另外的用于安装开关元件27的基板面积,所以光耦合半导体器件难以进一步小型化。
发明内容
着眼于上述事宜,本发明的目的在于提供适合于使光耦合半导体器件小型化的光耦合半导体器件的结构及其制造方法。
本发明的第1方面的光耦合半导体器件具有:在第1布线基板上层叠第2布线基板而构成、利用上述第2布线基板形成开口部的多层布线基板;在上述第1布线基板的主面表面上形成、位于上述第2布线基板所具有的开口部的对角上的安装电极和引线电极;以一个极与上述安装电极电连接的方式配置在上述安装电极上,另一个极经引线与上述引线电极电连接、发光面朝向上述开口部而配置的发光元件;在上述第2布线基板的主面表面上,夹着第2布线基板所成的开口部而设置的第1和第2电极焊区;以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置、与上述第1电极焊区电连接、受光面与上述发光元件的发光面相向的光接收元件;以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置、与上述第2电极焊区电连接、与上述引线相向的开关元件;以及密封上述第2布线基板的开口部的密封材料。
本发明的第2方面的光耦合半导体器件的制造方法包括:在第1布线基板上层叠具有开口部的第2布线基板,从而构成多层布线基板;在上述第1布线基板的主面表面上形成安装电极和引线电极,使之位于上述开口部的对角上;将发光元件以其一个极电连接到上述安装电极上的方式配置在上述安装电极上,将另一个极经引线电连接到上述引线电上、并使其发光面朝向上述开口部;在上述第2布线基板的主面表面上,夹着第2布线基板所成的开口部设置第1和第2电极焊区;以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置光接收元件,并使其与上述第1电极焊区电连接,使其受光面与上述发光元件的发光面相向;以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置开关元件,并使其与上述第2电极焊区电连接,使其与上述引线相向;以及用密封材料密封上述第2布线基板的开口部。
本发明的其他目的和优点将在下面的说明中被宣示,从本说明在一定程度上将明显可见,或者可以通过本发明的实施而被了解。本发明的目的和优点可以利用后面特别指出的手段和组合而被实现和获得。
附图说明
合并入说明书中的、构成说明书的一部分的附图例示了本发明目前的优选实施例,并与上面给出的总说明和下面给出的优选实施例的详细说明一起用来阐明本发明的原则。
图1是示出本发明的第1实施例的光耦合半导体器件的结构的剖面图。
图2是示出在其布线基板的外侧面部形成的缺口的斜视图。
图3是示出该光耦合半导体器件的制造工序的图。
图4是示出该光耦合半导体器件的制造工序的图。
图5是示出该光耦合半导体器件的制造工序的图。
图6是示出该光耦合半导体器件的制造工序的图。
图7是示出该光耦合半导体器件的制造工序的图。
图8是示出本发明第2实施例的光耦合半导体器件的结构的剖面图。
图9是示出本发明第3实施例的光耦合半导体器件的结构的剖面图。
图10是示出第1现有例的光耦合半导体器件的结构的剖面图。
图11是示出第2现有例的光耦合半导体器件的结构的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图所示的实施例对本发明进行详细说明。
图1是示出本发明的一个实施例的光耦合半导体器件的结构的图。
布线基板1是多层布线基板。作为铝制的矩形绝缘基板的第1层2、第2层3和第3层4夹着布线图形被依次层叠构成。布线基板1的外形尺寸为宽2.0mm,深2.0mm,高1.7mm。第2层3和第3层4是矩形框状体,在第1层2的表面上形成的布线图形在该框状体所成的开口部的矩形中空部露出。最终密封该中空部形成半导体器件。
作为第1层2的表面的布线图形,被设置成安装电极5和引线电极8在中空部露出。布线被形成为安装电极5和引线电极8分别向第1层的外周引出,这些布线被第2层3覆盖。布线图形通过以钨为基底在其表面上依次镀镍和金而形成。安装电极5和引线电极8被配置成位于矩形中空部的对角上,这有利于半导体器件的小型化。
作为发光元件6的发光二极管(LED)配置在安装电极5上。发光元件6的一个极与安装电极5电连接。发光元件6的另一个极是发光面,向中空部的开口部露出。该另一个极与引线电极8经金丝7电连接。金丝7大致上仿效开口的对角线而被延伸设置。由第2层3形成的中空部的开口为宽1.4mm、深0.7mm、厚0.6mm,对金丝7的高度的限制是其最高部分不从第2层3的开口突出。因此,首先将金丝7的在引线键合器的毛细管的前端形成的金球以球键合方式键合到引线电极8上,然后垂直提升毛细管,将连接着金球的引线在中空部的开口方向延伸设置,其后,使毛细管大致在水平方向移动,以楔键合方式键合到发光元件6的电极上,从而形成环。
在第1层2的一个外侧面设置了连结两主面的剖面为半圆形的缺口9。在缺口9的表面进行布线。缺口9将安装电极5与在从第1层2的设置了安装电极5的主面看为背面的面上设置的第1外部连接电极16电连接。
在第2层3的框状的主面的表面上形成了多个电极焊区10。光接收元件11以堵塞第2层3所成的开口的方式而被配置。在光接收元件11的表面上形成了电极焊区,该电极焊区经球形凸点32与第2层3的电极焊区10电连接。即,光接收元件11用的电极焊区10以夹着第2层3所成的开口的方式而被设置。光接收元件11的受光部在与电极所在面相同的面上形成,与发光元件6的发光面相向配置。开关元件12与光接收元件11一样,以堵塞第2层3的开口的方式而被配置,借助于球形凸点32对第2层3的另一电极焊区10以倒装芯片的方式连接。即,开关元件12用的电极焊区10以夹着第2层3所成的开口的方式而被设置。开关元件12与金丝7相向配置。
第3层4被配置在第2层3的设置了光接收元件11和开关元件12的面上。第3层4所成的开口被形成为比第2层3所成的开口大,第2层3所成的开口、光接收元件11和开关元件12在第3层4所成的开口内露出。第3层4的厚度被形成为在开口内可容纳光接收元件11和开关元件12的厚度。
在本实施例中,为提高生产率,第3层4用框状绝缘基板构成,但是,由于只要能保护光接收元件11和开关元件12即可,所以也可以用凹状基板。只要不妨碍布线及元件的工作,也可以用导电性构件构成。
在第1和第2层2、3的另一外侧面部,如图2所示,沿垂直方向形成横截面为半圆弧形的缺口15a、15b。在缺口15a、15b的表面进行布线。缺口15a、15b将电极焊区10与在第1层2的背面侧设置的第2外部连接电极17电连接。
连接了开关元件12的漏电极的电极焊区10经缺口15a、15b与外部连接电极17电连接。开关元件12的栅电极、源电极经第2层3的电极焊区10与光接收元件11的阳极电极和阴极电极电连接。
在第2层3和第3层4所成的中空部内充填透光性的硅树脂13,再在硅树脂13的上部充填具有遮光性的环氧树脂14,以便将光接收元件11和开关元件12密封。
在上述结构中,当发光元件6的发光面发光时,该光被光接收元件11的受光面接受,产生电动势,由此控制开关元件12的通断。
下面根据图3~图9对上述光耦合半导体器件的制造方法进行说明。
首先,如图3所示,准备将多个多层布线基板1连在一起、形成板状的成形基体材料40,在该成形基体材料40的表面形成分割用的沟槽33,将多层布线基板1之间隔开。在该板状状态下进行制造,最后分割成单个的光耦合半导体器件。
首先,将发光元件6插入布线基板1的开口部内,用银膏以小片键合方式键合到第1层2上的安装电极5上,通过加热使银膏固化。接着,如图4所示,用金丝7将发光元件6与引线电极8进行连接。
然后,如图5所示,将光接收元件11插入布线基板1的开口部内,在与发光元件6相向的状态下配置在电极焊区10上。利用未图示的键合工具对这样配置的光接收元件11加压,同时施加超声波振动进行倒装芯片键合。键合条件是:加压荷重5N,加压时间200ms,温度200℃。超声波振动的频率为61kHz,芯片的振幅约为0.5μm。利用此键合条件得到了每个凸点为1.2N的抗剪强度。
然后,将开关元件12插入布线基板1的开口部内,与光接收元件11并排配置,将该开关元件12用倒装芯片键合法键合在第2层3的主面上表面部的电极焊区10上。其键合条件与光接收元件11的键合条件相同。
其后,如图6所示,向布线基板1的开口部内注入透光性的硅树脂13,直至封住电极焊区10的位置。接着,如图7所示,向布线基板1的开口部内注入遮光性的环氧树脂14,将光接收元件11和开关元件12密封。最后,沿分割沟槽33将板进行分割,完成光耦合半导体器件。
如上所述,由于配置成使安装电极5和引线电极8位于布线基板1的开口部的对角上,所以能够不增加开口部的尺寸而防止引线键合器的毛细管对布线基板1的干扰。
另外,由于将布线基板1的开口部内用作开关元件12的配置空间,所以在布线基板1的上表面部不特别需要开关元件12的配置空间。因此,能够使光耦合半导体器件飞跃式地小型化,并能提高其可制造性。
另外,在上述第1实施例中,在成形基体材料40上设置了分割沟槽33进行分割,但不限于此,也可以通过切割将成形基体材料40进行分割。
另外,在上述第1实施例中,经缺口9、15a、15b将布线基板1的内部电极5、8、10与外部连接电极16、17进行连接,但不限于此,也可以如图8所示,在第1和第2层2、3上垂直地贯穿通孔部18、19,在该通孔部18、19的内表面进行布线,经该通孔部18、19将布线基板1的内部电极5、8、10与外部连接电极16、17进行电连接。
还有,在上述第1实施例中,用引线键合法安装了发光元件6,但不限于此,也可以如图9所示,用倒装芯片键合法安装发光元件6。
另外,在上述第1实施例中,在制造工序中,将光接收元件11和开关元件12安装在多层布线基板1上后向开口部内注入硅树脂13,但不限于此,也可以将顺序颠倒,在注入硅树脂13之后安装光接收元件11和开关元件12。
还有,也可以在安装了先接收元件11,并注入了硅树脂13之后安装开关元件12。
其他优点和变更很容易发生于技术成熟的领域。因此,本发明在其更宽的方面不限于这里示出和描述的具体细节和有代表性的实施例。因此,在不脱离由本申请所附权利要求及其等价内容所限定的总的发明概念的精神或范围的条件下可以进行各种变更。
Claims (9)
1.一种光耦合半导体器件,其特征在于,具有:
在第1布线基板上层叠第2布线基板而构成、利用上述第2布线基板形成开口部的多层布线基板;
在上述第1布线基板的主面表面上形成、位于上述第2布线基板所具有的开口部的对角上的安装电极和引线电极;
以一个极与上述安装电极电连接的方式配置在上述安装电极上,另一个极经引线与上述引线电极电连接、发光面朝向上述开口部而配置的发光元件;
在上述第2布线基板的主面表面上,夹着第2布线基板所成的开口部而设置的第1和第2电极焊区;
以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置、与上述第1电极焊区电连接、受光面与上述发光元件的发光面相向的光接收元件;
以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置、与上述第2电极焊区电连接、与上述引线相向的开关元件;以及
密封上述第2布线基板的开口部的密封材料。
2.如权利要求1所述的光耦合半导体器件,其特征在于:
上述引线仿效上述开口部的对角线而被延伸设置。
3.如权利要求1所述的光耦合半导体器件,其特征在于,具有:
在上述第1布线基板的设置了安装电极的面的相反一侧的面上设置的第1外部电极;以及
设置在上述第1布线基板的外侧面、剖面为半圆形、在其表面进行布线、用于将上述安装电极与上述第1外部电极进行电连接的缺口部。
4.如权利要求1所述的光耦合半导体器件,其特征在于,具有:
在上述第1布线基板的设置了安装电极的面的相反一侧的面上设置的第2外部电极;以及
设置在上述第1和第2布线基板的外侧面、剖面为半圆形、在其表面进行布线、用于将上述电极焊区与上述第2外部电极进行电连接的缺口部。
5.如权利要求1所述的光耦合半导体器件,其特征在于,具有:
在上述第1布线基板的设置了安装电极的面的相反一侧的面上设置的第1外部电极;以及
沿垂直方向贯穿上述第1布线基板、在其内表面进行布线、用于将上述安装电极与上述第1外部电极进行电连接的通孔部。
6.如权利要求1所述的光耦合半导体器件,其特征在于,具有:
在上述第1布线基板的设置了安装电极的面的相反一侧的面上设置的第2外部电极;以及
贯穿上述第1和第2布线基板、在其内表面进行布线、用于将上述电极焊区与上述第2外部电极进行电连接的通孔部。
7.一种光耦合半导体器件的制造方法,其特征在于,包括:
在第1布线基板上层叠具有开口部的第2布线基板,从而构成多层布线基板;
在上述第1布线基板的主面表面上形成安装电极和引线电极,使之位于上述开口部的对角上;
将发光元件以其一个极电连接到上述安装电极上的方式配置在上述安装电极上,将另一个极经引线电连接到上述引线电极上,并使其发光面朝向上述开口部;
在上述第2布线基板的主面表面上,夹着第2布线基板所成的开口部设置第1和第2电极焊区;
以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置光接收元件,并使其与上述第1电极焊区电连接、使其受光面与上述发光元件的发光面相向;
以堵塞上述第2布线基板所成的开口部的方式配置开关元件,并使其与上述第2电极焊区电连接、使其与上述引线相向;以及
用密封材料密封上述第2布线基板的开口部。
8.如权利要求7所述的光耦合半导体器件的制造方法,其特征在于:
在成形基体材料上形成多个上述多层布线基板,在上述成形基体材料上预先形成将多层布线基板隔开的分割槽,沿该分割槽分割上述布线基板。
9.如权利要求7所述的光耦合半导体器件的制造方法,其特征在于:
在成形基体材料上形成多个上述多层布线基板,用切割法将上述成形基体材料分割成一个个上述多层布线基板。
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