JP2000261027A - Optical semiconductor bonding device and its manufacture - Google Patents

Optical semiconductor bonding device and its manufacture

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JP2000261027A
JP2000261027A JP5855899A JP5855899A JP2000261027A JP 2000261027 A JP2000261027 A JP 2000261027A JP 5855899 A JP5855899 A JP 5855899A JP 5855899 A JP5855899 A JP 5855899A JP 2000261027 A JP2000261027 A JP 2000261027A
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JP
Japan
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light
silicone resin
lead frame
optical semiconductor
far
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JP5855899A
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Japanese (ja)
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Tsuguo Uchino
嗣男 内野
Yujiro Ueki
勇次郎 植木
Toshitada Kawaguchi
敏惟 川口
Teruo Takeuchi
輝雄 竹内
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability and safety by covering a light emitting device and a light receiving device with an optical bonding material, and having the surface of the optical bonding material irradiated with far-ultraviolet rays having a specific peak wavelength and then sealing it with a sealing material. SOLUTION: A light emitting device 1 and a light receiving device 2 are fixed opposite to each other on a lead frame 4, having a prescribed shape with a conductive paste 3 and are bonded to prescribed positions of the lead frame 4 using gold wires 5. This is covered with a silicone resin 6 made by polymerizing dimethylsiloxane and then is cured. Thereafter, the surface of the silicone resin exposed to ozone is irradiated with far-ultraviolet rays having a peak wavelength of 180 nm or lower and activated oxygen at the same time, by using a Xe-type excimer lamp as the far-ultraviolet ray source to activate the surface. The activated surface 8 of the silicone resin is sealed tightly with a sealing material 7 made of a white epoxy resin and is subjected to heat treatment. This enables safe production of a satisfactory insulating characteristic in a short activating time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体結合装置
の製造方法に係り、特に信頼性の向上を図った光半導体
結合装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor coupling device, and more particularly to a method for manufacturing an optical semiconductor coupling device with improved reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光半導体結合装置は、例えば、図
5に示すような反射型光半導体結合装置において、電圧
印加により紫外域から赤外域までの放射線を発する発光
素子1と、この発光素子の発する放射線に対して受光感
度を有する受光素子2を、導電性ペースト3を用いて所
定の形状のリードフレーム4上に相対して固着し,金線
5を用いてリードフレームの所定の位置に結線する。こ
れを紫外域から赤外域の放射線に対し透過性を有し、ヂ
メチルシロキサンを重合したシリコーン樹脂からなる光
結合材料6で被覆し、硬化させる。さらにこの光結合材
料表面に、図2に分光分布を示す低圧水銀ランプにより
発生した波長254nm及び185nmの遠紫外線を1
5分程度照射することにより活性化処理を行い、これを
紫外域から赤外域の放射線に対して50%以上の反射率
を有する白色エポキシ樹脂からなる封止材料7で封止す
る。この活性化処理により、シリコーン樹脂と白色エポ
キシ樹脂との間に共有化学結合が形成され、強固に密着
するため、両者間に界面剥離が生じることもなく、通常
は5、6kVで入出力の絶縁が破壊されるのに対し、1
0kV以上の電圧を印加しても破壊されることがなくな
る。尚、この技術は特公平6−104804に開示され
ている。さらに熱処理を行い、製品化されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical semiconductor coupling device, for example, in a reflection type optical semiconductor coupling device as shown in FIG. 5, a light emitting element 1 which emits radiation from an ultraviolet region to an infrared region by applying a voltage, and this light emitting device A light-receiving element 2 having a light-receiving sensitivity to radiation emitted from the substrate is fixed to a lead frame 4 having a predetermined shape by using a conductive paste 3 and is fixed to a predetermined position of the lead frame by using a gold wire 5. Connect. This is coated with an optical coupling material 6 which is transparent to ultraviolet to infrared radiation, is made of a silicone resin obtained by polymerizing dimethylsiloxane, and is cured. Further, a deep ultraviolet ray having a wavelength of 254 nm and 185 nm generated by a low-pressure mercury lamp whose spectral distribution is shown in FIG.
The activation treatment is performed by irradiating for about 5 minutes, and this is sealed with a sealing material 7 made of a white epoxy resin having a reflectance of 50% or more with respect to radiation in the ultraviolet to infrared region. By this activation treatment, a covalent chemical bond is formed between the silicone resin and the white epoxy resin, and the silicone resin and the white epoxy resin are firmly adhered to each other. Is destroyed while 1
Even if a voltage of 0 kV or more is applied, no breakdown occurs. This technique is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-104804. It is further heat-treated and commercialized.

【0003】このようにして製品化された光半導体結合
素子は、リードフレーム4より導電性ペースト3、金線
5を介して発光素子1に電圧を印加することにより放射
線を放出し、封止材料7により光学的に閉鎖された光結
合材料6を介して受光素子2がこの放射線を受けること
により、光電流を生じるので、これを導電性ペースト
3、金線5を介してリードフレームから出力することに
より、電気的に絶縁した状態での電気的信号の伝達が可
能となる。
The optical semiconductor coupling device manufactured in this way emits radiation by applying a voltage from the lead frame 4 to the light emitting device 1 via the conductive paste 3 and the gold wire 5 to emit a radiation. The light-receiving element 2 receives this radiation via the optical coupling material 6 optically closed by 7 to generate a photocurrent, which is output from the lead frame via the conductive paste 3 and the gold wire 5. This enables transmission of electrical signals in an electrically insulated state.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の光半
導体結合装置の製造方法では、その活性化処理工程にお
いて用いられている低圧水銀ランプの発光波長は、25
4nm及び185nmである。従って、フォトンエネル
ギーが低く、良好な絶縁特性を得るためには、活性化時
間が長くなり、組み立てマージンが少なくなるという問
題や、酸素による吸収が少なく、15〜20cm伝播す
るために、作業者に照射される可能性が高く、ガンを誘
発する等の悪影響を及ぼす恐れがあるという問題があっ
た。
In such a conventional method for manufacturing an optical semiconductor coupling device, the emission wavelength of the low-pressure mercury lamp used in the activation step is 25.
4 nm and 185 nm. Therefore, in order to obtain a low photon energy and good insulating properties, the activation time is long and the assembly margin is small. Also, the absorption by oxygen is small and the propagation is 15 to 20 cm. There is a problem that irradiation is likely to be high and there is a possibility of causing adverse effects such as inducing cancer.

【0005】従って、本発明はこのような従来の欠点を
除去し、高い信頼性及び安全性を有する光半導体結合装
置の製造方法を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical semiconductor coupling device having high reliability and safety while eliminating the conventional disadvantages.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体結合装
置の製造方法は、発光素子と受光素子を光結合材料で被
覆し、この光結合材料表面に遠紫外線源よりピーク波長
180nm以下の遠紫外線を照射した後、封止材料で封
止する工程を具備することを特徴とするものである。
According to the method of manufacturing an optical semiconductor coupling device of the present invention, a light emitting element and a light receiving element are coated with an optical coupling material, and the surface of the optical coupling material has a peak wavelength of 180 nm or less from a far ultraviolet source. After irradiating with ultraviolet rays, a step of sealing with a sealing material is provided.

【0007】また、本発明の光半導体結合装置の製造方
法においては、該遠紫外線源に、Xeタイプエキシマラ
ンプを用いることを特徴とするものである。
In the method of manufacturing an optical semiconductor coupling device according to the present invention, an Xe type excimer lamp is used as the far ultraviolet light source.

【0008】さらに、本発明の光半導体結合装置の製造
方法においては、該光結合材料は、ヂメチルポリシロキ
サン中にヂフェニルシロキサンを1〜20mol%添加
したシリコーン樹脂であることを特徴とするものであ
る。
Further, in the method of manufacturing an optical semiconductor coupling device according to the present invention, the optical coupling material is a silicone resin obtained by adding 1 to 20 mol% of phenylsiloxane to methylpolysiloxane. It is.

【0009】本発明の光半導体結合装置は、第1のリー
ドフレーム上に固定された発光素子と、第2のリードフ
レーム上に固定された受光素子と、これらの発光素子お
よび受光素子をその内部に含み前記発光素子からの光を
前記受光素子に伝達するヂメチルポリシロキサン中にヂ
フェニルシロキサンを1〜20mol%添加したシリコ
ーン樹脂からなる光結合材料と、この光結合材料および
前記第1および第2のリードフレームを封止する樹脂封止
体とを具備することを特徴とするものである。
An optical semiconductor coupling device according to the present invention comprises a light emitting element fixed on a first lead frame, a light receiving element fixed on a second lead frame, and a light emitting element and a light receiving element mounted inside the light emitting element. For transmitting light from the light-emitting element to the light-receiving element, an optical coupling material comprising a silicone resin in which 1-20 mol% of phenylsiloxane is added to methylpolysiloxane, the optical coupling material, and the first and second optical coupling materials. And a resin sealing body for sealing the lead frame of (2).

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図1乃至図5を参照して説明する。 (実施形態1)図1は本発明の光半導体結合装置の構造
を示す断面図である。なお、同図において図9と同一ま
たは対応する構成要素には同一の符号を付し、その詳細
な説明は省略する。発光素子1と受光素子2を、導電性
ペースト3を用いて所定の形状のリードフレーム4上に
相対して固着し、金線5を用いてリードフレームの所定
の位置に結線した。これを、ヂメチルシロキサンを重合
したシリコーン樹脂6で被覆し、硬化させた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
This will be described with reference to FIGS. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an optical semiconductor coupling device according to the present invention. In the figure, the same or corresponding components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The light emitting element 1 and the light receiving element 2 were fixed to each other on a lead frame 4 having a predetermined shape using a conductive paste 3, and were connected to a predetermined position of the lead frame using a gold wire 5. This was covered with a silicone resin 6 obtained by polymerizing dimethylsiloxane and cured.

【0011】次に、遠紫外線源に図3に分光分布を示す
Xeタイプエキシマランプを用い、オゾン及び活性酸素
(酸素原子)に同時にさらされたシリコーン樹脂表面
に、ピーク波長172nmの遠紫外線を照度2.8〜
7.4mW/cm2で30秒〜50秒間照射して活性化
処理を行った。このときXeタイプエキシマランプのガ
ラス面とリードフレーム間の距離を10mm以下に保持
した。このように波長172nmの遠紫外線を照射して
活性化処理を行ったシリコーン樹脂表面8に密着するよ
うに白色エポキシ樹脂からなる封止材料7で封止し、熱
処理を行った。この封止材料には、酸化チタンが5%以
上40%以下含まれていることが好ましい。
Next, an Xe type excimer lamp whose spectral distribution is shown in FIG. 3 is used as a far ultraviolet ray source, and far ultraviolet rays having a peak wavelength of 172 nm are illuminated on the surface of the silicone resin simultaneously exposed to ozone and active oxygen (oxygen atoms). 2.8-
The activation treatment was performed by irradiation at 7.4 mW / cm 2 for 30 seconds to 50 seconds. At this time, the distance between the glass surface of the Xe type excimer lamp and the lead frame was kept at 10 mm or less. In this way, the substrate was sealed with a sealing material 7 made of a white epoxy resin so as to be in close contact with the silicone resin surface 8 which had been activated by irradiation with far ultraviolet rays having a wavelength of 172 nm, and heat-treated. It is preferable that the sealing material contains 5% or more and 40% or less of titanium oxide.

【0012】このようにして得られた光半導体結合装置
について、絶縁耐圧を評価するために、100個のサン
プルに対して10kVの電圧を1分間印加し、破壊され
ずに残った個数を%で表した結果を表1に示す。
In order to evaluate the dielectric strength of the optical semiconductor coupling device thus obtained, a voltage of 10 kV was applied to 100 samples for one minute, and the number of remaining samples without destruction was expressed in%. The results are shown in Table 1.

【表1】 表1に示したように、活性化時間を従来の1/15以下
に短縮したにもかかわらず、低圧水銀ランプを用いたと
きと同等の絶縁特性を得ることができた。
[Table 1] As shown in Table 1, although the activation time was shortened to 1/15 or less of that of the related art, it was possible to obtain the same insulation characteristics as when a low-pressure mercury lamp was used.

【0013】また、Xeタイプエキシマランプによる遠
紫外線は、低圧水銀ランプによる遠紫外線より空気中の
酸素に約10倍吸収されやすいので、エキシマランプの
ガラス面とリードフレーム間の距離を10mm以下に保
持する必要がある一方、エキシマランプと作業者との距
離を、12mm以上に設定することにより、遠紫外線は
空気中の酸素により吸収されて減衰されるため、容易に
安全性を確保することができた。 (実施形態2)実施形態1と同様に、発光素子と受光素
子をリードフレーム上に固着、結線した。これを、今度
はヂフェニルシロキサンを5mol%添加したヂメチル
シロキサンを重合し、ヂメチルポリシロキサンとしたシ
リコーン樹脂で被覆し、硬化させた。次に、シリコーン
樹脂表面を、実施形態1と同じ条件でXeタイプエキシ
マランプを照射して活性化処理を行い、白色エポキシ樹
脂で封止、熱処理を行った。
Further, since the far ultraviolet rays by the Xe type excimer lamp are more likely to be absorbed by oxygen in the air about 10 times than the far ultraviolet rays by the low pressure mercury lamp, the distance between the glass surface of the excimer lamp and the lead frame is kept at 10 mm or less. On the other hand, by setting the distance between the excimer lamp and the worker to 12 mm or more, far ultraviolet rays are absorbed and attenuated by oxygen in the air, so that safety can be easily secured. Was. (Embodiment 2) As in Embodiment 1, a light emitting element and a light receiving element were fixed and connected on a lead frame. Then, this was polymerized with シ ロ キ サ ン methylsiloxane to which ヂ phenylsiloxane was added in an amount of 5 mol%, coated with a silicone resin of ヂ methylpolysiloxane, and cured. Next, the surface of the silicone resin was activated by irradiating a Xe type excimer lamp under the same conditions as in the first embodiment, sealed with a white epoxy resin, and heat-treated.

【0014】このようにして得られた光半導体結合装置
は、実施形態1と同等の絶縁特性を得ることができた。
The optical semiconductor coupling device obtained in this manner was able to obtain the same insulation characteristics as in the first embodiment.

【0015】さらに、耐寒性について、米国防省規格を
満たす条件であるMIL条件(150℃×30分+−65
℃×30分)の温度サイクルテスト(TCT)により評
価を行ったところ、ヂメチルシロキサンのみを重合した
シリコーン樹脂を用いたときには100サイクル程度か
らオープン不良が散発していたのに対し、本実施形態の
ようにヂフェニルシロキサンを添加したところ、400
サイクルまでオープン不良が発生しなかった。ここで、
このような効果を得るには、ヂフェニルシロキサンの添
加量は1mol%以上であることが必要で、一方20m
ol%を超えるとUV及びオゾン耐候性が増大し、活性化
を阻害するので1〜20mol%の範囲で添加するのが
適当である。より好ましくは5〜15mol%である。
尚、この範囲は、図4に示すように、ヂメチルポリシロ
キサン中のフェニル基含有量と凝固点との関係におい
て、凝固点低下のみられる範囲とも一致しており、シリ
コーン樹脂の結晶化がオープン不良を誘発していたと考
えられる。
Further, regarding the cold resistance, the MIL condition (150 ° C. × 30 minutes + −65) which satisfies the US Department of Defense standards.
The temperature was evaluated by a temperature cycle test (TCT) of 30 ° C. × 30 minutes. When a silicone resin obtained by polymerizing only methyl siloxane was used, open failures sporadically started from about 100 cycles. When ヂ phenylsiloxane was added as in
No open failure occurred until the cycle. here,
In order to obtain such an effect, it is necessary that the amount of the phenylsiloxane added is 1 mol% or more, while
If it exceeds ol%, the UV and ozone weather resistance will increase and the activation will be impaired, so it is appropriate to add it in the range of 1 to 20 mol%. More preferably, it is 5 to 15 mol%.
In addition, as shown in FIG. 4, this range also coincides with the range in which the freezing point is reduced in the relationship between the phenyl group content in dimethylpolysiloxane and the freezing point, and crystallization of the silicone resin causes an open defect. It is probable that it was triggered.

【0016】このように、従来法より活性化時間を大幅
に短縮したにもかかわらず、光半導体結合装置の良好な
絶縁特性、耐寒性を得ることができたとともに、作業者
の安全性も確保することができた。
As described above, although the activation time is greatly shortened as compared with the conventional method, good insulation characteristics and cold resistance of the optical semiconductor coupling device can be obtained, and safety of the worker is secured. We were able to.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、短い活性化時間で、安
全に良好な絶縁特性を得ることができる光半導体結合装
置の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing an optical semiconductor coupling device capable of safely obtaining good insulation characteristics with a short activation time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に用いられる光半導体結合装
置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical semiconductor coupling device used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に用いられる低圧水銀ランプ
の分光分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a spectral distribution of a low-pressure mercury lamp used in an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態に用いられるXeタイプエキ
シマランプの分光分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a spectral distribution of a Xe type excimer lamp used in the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態の作用を説明するためのヂメ
チルポリシロキサン中のフェニル基含有量と凝固点との
関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the phenyl group content in dimethylpolysiloxane and the freezing point for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

【図5】従来の光半導体結合装置の製造方法を示す図で
ある。
FIG. 5 is a view showing a method for manufacturing a conventional optical semiconductor coupling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光素子 2 受光素子 3 導電性ペースト 4 リードフレーム 5 金線 6 光結合材料(シリコーン樹脂) 7 封止材料(白色エポキシ樹脂) 8 シリコーン樹脂表面 9 低酸素濃度雰囲気 10 エキシマランプ 11 反射鏡 REFERENCE SIGNS LIST 1 light emitting element 2 light receiving element 3 conductive paste 4 lead frame 5 gold wire 6 optical coupling material (silicone resin) 7 sealing material (white epoxy resin) 8 silicone resin surface 9 low oxygen concentration atmosphere 10 excimer lamp 11 reflector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 敏惟 福岡県北九州市小倉北区下到津1丁目10番 1号 株式会社東芝北九州工場内 (72)発明者 竹内 輝雄 福岡県北九州市小倉北区下到津1丁目10番 1号 株式会社東芝北九州工場内 Fターム(参考) 5F089 AB01 AC15 CA01 DA02 DA14 DA15 EA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiyoshi Kawaguchi 1-10-1, Shimotsu, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture Inside the Toshiba Kitakyushu Plant (72) Inventor Teruo Takeuchi Shimotsutsu, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka No. 1-10 No. 1 F-term in Toshiba Corporation Kitakyushu Plant (reference) 5F089 AB01 AC15 CA01 DA02 DA14 DA15 EA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光素子と受光素子を光結合材料で被覆
し、この光結合材料表面に遠紫外線源よりピーク波長1
80nm以下の遠紫外線を照射した後、封止材料で封止
する工程を具備することを特徴とする光半導体結合装置
の製造方法。
1. A light emitting element and a light receiving element are coated with an optical coupling material, and the surface of the optical coupling material has a peak wavelength of 1 from a far ultraviolet ray source.
A method for manufacturing an optical semiconductor coupling device, comprising a step of irradiating a deep ultraviolet ray of 80 nm or less and then sealing with a sealing material.
【請求項2】 該遠紫外線源に、Xe、Kr、Ar等の
タイプのエキシマランプを用いることを特徴とする請求
項1記載の光半導体結合装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein an excimer lamp of a type such as Xe, Kr, or Ar is used as the far ultraviolet light source.
【請求項3】 該光結合材料は、ヂメチルポリシロキサ
ン中にヂフェニルシロキサンを1〜20mol%添加し
たシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項1記載
の光半導体結合装置の製造方法。
3. The method for manufacturing an optical semiconductor coupling device according to claim 1, wherein said optical coupling material is a silicone resin obtained by adding 1 to 20 mol% of ヂ phenylsiloxane to ヂ methylpolysiloxane.
【請求項4】 第1のリードフレーム上に固定された発
光素子と、第2のリードフレーム上に固定された受光素
子と、これらの発光素子および受光素子をその内部に含
み前記発光素子からの光を前記受光素子に伝達するヂメ
チルポリシロキサン中にヂフェニルシロキサンを1〜2
0mol%添加したシリコーン樹脂からなる光結合材料
と、この光結合材料および前記第1および第2のリードフ
レームを封止する樹脂封止体とを具備することを特徴と
する光半導体結合装置。
4. A light-emitting element fixed on a first lead frame, a light-receiving element fixed on a second lead frame, and a light-emitting element and a light-receiving element contained in the light-emitting element. Transmitting light to the light receiving element;
An optical semiconductor coupling device comprising: an optical coupling material made of a silicone resin to which 0 mol% is added; and a resin sealing body that seals the optical coupling material and the first and second lead frames.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009081430A (en) * 2007-09-04 2009-04-16 Toyoda Gosei Co Ltd Light emitting device

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