JP2014220424A - フォトカプラ - Google Patents

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Abstract

【課題】銀ワイヤを用いたステッチボンディング時のステッチ長を金ワイヤのときよりも長くすることで安定した接合が実現できる安価なフォトカプラを提供する。
【解決手段】第１ボンディングワイヤ(１３)の一端に設けられたボール部を発光ダイオードチップ(１１)の電極に接続し、第１ボンディングワイヤ(１３)の他端のステッチ部を第１リードフレーム(１２)に接続している。第２ボンディングワイヤ(２３)の一端に設けられたボール部を受光素子チップ(２１)の電極に接続し、第２ボンディングワイヤ(２３)の他端のステッチ部を第２リードフレーム(２２)に接続している。上記第１,第２ボンディングワイヤ(１３,２３)のステッチ部のステッチ長を、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、フォトカプラに関する。
従来、フォトカプラとしては、半導体チップ(発光素子,受光素子)の電極とリードフレームとを金属製のワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディング技術を用いたものがある(例えば、特開２０１１−２４９７２４号公報(特許文献１)参照)。
上記従来のフォトカプラは、第１リードフレームに発光ダイオードチップを搭載し、発光ダイオードチップの電極と第１リードフレームとをボンディングワイヤにより電気的に接続している。また上記フォトカプラは、第１リードフレームと電気的に絶縁された第２リードフレームにフォトトランジスタチップを搭載し、フォトトランジスタチップの電極と第２リードフレームとをボンディングワイヤにより電気的に接続した後、トランファモールドすることにより製造される。
上記フォトカプラは、導電性ワイヤの一端に形成されたボール部を、荷重と超音波により発光ダイオードチップの電極に圧着するボールボンディング(１次ボンディング)を行った後、導電性ワイヤの他端を第１リードフレームにステッチボンディング(２次ボンディング)を行う。また、同様にして、導電性ワイヤの一端をフォトトランジスタチップの電極にボールボンディング(１次ボンディング)を行った後、導電性ワイヤの他端を第２リードフレームにステッチボンディング(２次ボンディング)を行う。
特開２０１１−２４９７２４号公報
上記従来のフォトカプラでは、導電性ワイヤとして用いられた高価な金ワイヤに代えて、安価な銅ワイヤを用いているが、銅ワイヤの一端に形成されたボール部が硬いため、発光ダイオードチップに対してダメージを与えるという問題がある。
これに対して、高価な金ワイヤは、柔らかく延展性が高いので、ステッチボンディングの荷重と超音波の条件幅が広いため、フレーム材質およびフレームメッキ材質に関係無く、短いステッチ長でステッチボンディングを行うことができる。
このような金ワイヤよりも安価で、かつ、銅ワイヤのように発光ダイオードを劣化させることがない銀ワイヤをボンディング接続に用いようとすると、銀は硬くて脆いため、金ワイヤと同じステッチ長では安定した接合ができないという問題がある。
そこで、この発明の課題は、銀ワイヤを用いたステッチボンディング時のステッチ長を金ワイヤのときよりも長くすることで安定した接合が実現できる安価なフォトカプラを提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明のフォトカプラは、
発光ダイオードチップと、
上記発光ダイオードチップが搭載された第１リードフレームと、
上記発光ダイオードチップの電極と上記第１リードフレームとを接続する銀または銀合金からなる第１ボンディングワイヤと、
上記発光ダイオードチップに対向するように配置された受光素子チップと、
上記受光素子チップが搭載された第２リードフレームと、
上記受光素子チップと上記第２リードフレームとを接続する銀または銀合金からなる第２ボンディングワイヤと、
少なくとも上記発光ダイオードチップと上記受光素子チップと上記第１リードフレームの一部と上記第２リードフレームの一部を樹脂で覆う樹脂モールド部と
を備え、
上記第１ボンディングワイヤの一端に設けられたボール部が上記発光ダイオードチップの電極に接続され、上記第１ボンディングワイヤの他端のステッチ部が上記第１リードフレームに接続されていると共に、
上記第２ボンディングワイヤの一端に設けられたボール部が上記受光素子チップの電極に接続され、上記第２ボンディングワイヤの他端のステッチ部が上記第２リードフレームに接続され、
上記第１,第２ボンディングワイヤの上記ステッチ部のステッチ長は、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長いことを特徴とする。
また、一実施形態のフォトカプラでは、
上記第１,第２ボンディングワイヤの上記ステッチ部のステッチ長がワイヤ径の３倍以上である。
以上より明らかなように、この発明によれば、銀ワイヤを用いたステッチボンディング時のステッチ長を金ワイヤのときよりも長くすることで安定した接合が実現できる安価なフォトカプラを実現することができる。
図１はこの発明の実施の一形態のフォトカプラの断面図である。 図２は上記フォトカプラのステッチボンディングについて比較例を用いて説明するための図である。 図３は上記フォトカプラの他のステッチボンディングについて比較例を用いて説明するための図である。 図４は比較例のフォトカプラのステッチボンディングの要部の状態を示す図である。 図５は上記実施の形態のフォトカプラのステッチボンディングの要部の状態を示す図である。 図６はステッチ長／ワイヤ径と２ｎｄ破断率の関係を示す図である。
以下、この発明のフォトカプラを図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の一形態のフォトカプラの断面図を示している。
この実施の形態のフォトカプラは、図１に示すように、発光ダイオードチップ１１と、発光ダイオードチップ１１が搭載された第１リードフレーム１２と、発光ダイオードチップ１１の電極と第１リードフレーム１２とを接続する銀からなる第１ボンディングワイヤ１３と、発光ダイオードチップ１１に対向するように配置された受光素子チップ２１と、受光素子チップ２１が搭載された第２リードフレーム２２と、受光素子チップ２１と第２リードフレーム２２とを接続する銀からなる第２ボンディングワイヤ２３と、発光ダイオードチップ１１と受光素子チップ２１と第１リードフレーム１２の一部と第２リードフレーム２２の一部を覆う樹脂モールド部３０とを備えている。
上記樹脂モールド部３０は、発光ダイオードチップ１１と受光素子チップ２１と第１リードフレーム１２の一部と第２リードフレーム２２の一部を透明エポキシ樹脂で覆う第１樹脂モールド部３１と、その第１樹脂モールド部３１を黒色エポキシ樹脂で覆う第２樹脂モールド部３２とを有する。
なお、第１ボンディングワイヤ１３と第２ボンディングワイヤ２３は、主成分の銀(Ａｇ)に他の金属(Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの少なくとも１種類以上)が添加された銀合金でもよい。
上記第１ボンディングワイヤ１３の一端に設けられたボール部を発光ダイオードチップ１１の電極に接続し、第１ボンディングワイヤ１３の他端のステッチ部を第１リードフレーム１２に接続している。
また、第２ボンディングワイヤ２３の一端に設けられたボール部を受光素子チップ２１の電極に接続し、第２ボンディングワイヤ２３の他端のステッチ部を第２リードフレーム２２に接続している。
上記第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３のステッチ部のステッチ長は、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長くしている。
このように、上記実施の形態のフォトカプラでは、導電性ワイヤとして安価で発光ダイオードを劣化させることがない銀ワイヤを用いると共に、ステッチボンディングにおいて、第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３に銀ワイヤを用いて、第１リードフレーム１２,第２リードフレーム２２にキャピラリで荷重と超音波を加えて接合する。
ここで、金は柔らかく延展しやすいため、荷重と超音波を強くかけても破断せずにリードフレームに接合できるので、ステッチ長を短くできるのに対して、銀は金より硬いために金より強い荷重が必要であり、また、銀は延展性が低く脆いため、超音波で破断しないように超音波を弱くする必要がある。
図４は比較例のフォトカプラのステッチボンディングの要部の状態を示しており、図４において、Ｒ１はワイヤ径、Ｌ１はステッチ長である。
次の表１は、ワイヤ径Ｒ１が２５μｍの金ワイヤの場合の荷重と超音波の強さの条件におけるワイヤ接合の結果(全てのワイヤ接合が良好)を示している。
Figure 2014220424
 ここで使用した超音波発生器は、設定値２５５(最大)で０.４Ｗの超音波を出力し、設定値６０,８０,１００における超音波出力は、夫々０.１Ｗ,０.１３Ｗ,０.１６Ｗである。
次の表２は、ワイヤ径が２５μｍの銀ワイヤの場合の荷重と超音波の強さの条件におけるワイヤ接合の結果(全てのワイヤが破断)を示している。
Figure 2014220424
これに対して、超音波を弱くすると接合力が弱くなるので、ステッチ長を従来より長く(ステッチ長＞ワイヤ径×３倍)することで単位面積あたりの超音波を弱くして、銀の破断を無くし全体の面積で接合力を維持して安定したステッチボンディングが実現することができる。
図５は上記実施の形態のフォトカプラのステッチボンディングの要部の状態をしており、図５において、Ｒ２はワイヤ径、Ｌ２はステッチ長である。
次の表３は、ワイヤ径Ｒ２が２．５μｍでステッチ長Ｌ２をワイヤ径Ｒ２の３倍とした銀ワイヤの場合の荷重と超音波の強さの条件におけるワイヤ接合の結果(全てのワイヤ接合が良好)を示している。
Figure 2014220424
図６はステッチ長／ワイヤ径と２ｎｄ破断率の関係を示しており、表２の場合のステッチ長/ワイヤ径＝２．５では、破断率が１００％であるのに対して、表３の場合のステッチ長/ワイヤ径＝３では、破断率が０％であった。
この銀ワイヤのステッチ面積の拡大は、図２,図３に示す２種類の方法で実現でき、フレームの材質や銀ワイヤ径に基づいていずれかを選択する。
図２は上記フォトカプラのステッチボンディングについて比較例を用いて説明するための図である。図２の左上側に比較例のキャピラリ１０１の断面を示し、左下側にワイヤ１０２に対するキャピラリ１０１の荷重およびキャピラリ１０１からワイヤ１０２に印加する超音波の強さを示す一方、図２の右上側にこの実施形態に用いるキャピラリ１の断面を示し、右下側にワイヤ２に対するキャピラリ１の荷重およびキャピラリ１からワイヤ２に印加する超音波の強さを示す。
図２に示すように、キャピラリ１の先端のワイヤ２に押圧する平坦面１aを大きくしてステッチ面積を拡大している。
これにより、キャピラリ１の先端は、キャピラリ軸に対して直交する平坦面１aだけでワイヤ２を押圧するのではなく、平坦面１aの外周縁よりも外側の曲面部１bによってもステッチ面積を拡大できる。
また、図３は上記フォトカプラの他のステッチボンディングについて比較例を用いて説明するための図である。図３の左上側に比較例のキャピラリ１０１によってステッチボンディングされるワイヤ(図示せず)のワイヤ方向に対するワイヤ高さを示し、左下側にワイヤ(図示せず)に対するキャピラリ１０１の荷重およびキャピラリ１０１からワイヤ１０２に印加する超音波の強さを示す一方、図３の右上側にこの実施形態に用いるキャピラリ３によってステッチボンディングされるワイヤ(図示せず)のワイヤ方向に対するワイヤ高さを示し、右下側にワイヤ２に対するキャピラリ１の荷重およびキャピラリからワイヤ２に印加する超音波の強さを示す。
図３に示すように、ワイヤはリードフレームに接触後、同じ高さ、荷重、超音波でワイヤ方向に移動してステッチ面積を拡大している。
これにより、キャピラリ３がワイヤ方向に水平移動時、移動方向に対して垂直方向に超音波振動をワイヤに加えてさらにステッチ面積を拡大することも可能である。
なお、図３では、キャピラリ３の移動時の超音波出力を比較例よりも下げているが、ステッチ面積が拡大したことにより接着強度は維持できる。
上記フォトカプラの構成によれば、第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３に銀(または銀合金)ワイヤを用いたステッチボンディング時のステッチ長を金ワイヤのときよりも長くすることによって、安定した接合が実現できると共に、銀ワイヤを用いることによりコストを低減できる。
また、上記第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３のステッチ部のステッチ長をワイヤ径の３倍以上とすることによって、確実な接合ができる。
上記実施の形態では、発光ダイオードチップ１１と、発光ダイオードチップ１１が搭載された第１リードフレーム１２と、発光ダイオードチップ１１の電極と第１リードフレーム１２とを接続する銀からなる第１ボンディングワイヤ１３と、発光ダイオードチップ１１に対向するように配置された受光素子チップ２１と、受光素子チップ２１が搭載された第２リードフレーム２２と、受光素子チップ２１と第２リードフレーム２２とを接続する銀からなる第２ボンディングワイヤ２３と、発光ダイオードチップ１１と受光素子チップ２１と第１リードフレーム１２の一部と第２リードフレーム２２の一部を覆う樹脂モールド部３０とを備えたフォトカプラについて説明したが、半導体チップと、半導体チップが搭載されたリードフレームと、半導体チップの電極とリードフレームとを接続する銀または銀合金からなるボンディングワイヤと、半導体チップとリードフレームの一部を覆う樹脂モールド部とを備えた半導体装置において、ボンディングワイヤのステッチ部のステッチ長を、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長くしてもよい。
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
この発明のフォトカプラは、
発光ダイオードチップ１１と、
上記発光ダイオードチップ１１が搭載された第１リードフレーム１２と、
上記発光ダイオードチップ１１の電極と上記第１リードフレーム１２とを接続する銀または銀合金からなる第１ボンディングワイヤ１３と、
上記発光ダイオードチップ１１に対向するように配置された受光素子チップ２１と、
上記受光素子チップ２１が搭載された第２リードフレーム２２と、
上記受光素子チップ２１と上記第２リードフレーム２２とを接続する銀または銀合金からなる第２ボンディングワイヤ２３と、
少なくとも上記発光ダイオードチップ１１と上記受光素子チップ２１と上記第１リードフレーム１２の一部と上記第２リードフレーム２２の一部を樹脂で覆う樹脂モールド部３０と
を備え、
上記第１ボンディングワイヤ１３の一端に設けられたボール部が上記発光ダイオードチップ１１の電極に接続され、上記第１ボンディングワイヤ１３の他端のステッチ部が上記第１リードフレーム１２に接続されていると共に、
上記第２ボンディングワイヤ２３の一端に設けられたボール部が上記受光素子チップ２１の電極に接続され、上記第２ボンディングワイヤ２３の他端のステッチ部が上記第２リードフレーム２２に接続され、
上記第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３の上記ステッチ部のステッチ長は、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長いことを特徴とする。
上記構成によれば、第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３に銀(または銀合金)ワイヤを用いたステッチボンディング時のステッチ長を金ワイヤのときよりも長くすることによって、安定した接合が実現できると共に、銀ワイヤを用いることによりコストを低減できる。
また、一実施形態のフォトカプラでは、
上記第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３の上記ステッチ部のステッチ長がワイヤ径の３倍以上である。
上記実施形態によれば、第１,第２ボンディングワイヤ１３,２３のステッチ部のステッチ長をワイヤ径の３倍以上とすることによって、確実な接合ができる。
１…キャピラリ
２…ワイヤ
３…キャピラリ
１１…発光ダイオードチップ
１２…第１リードフレーム
１３…第１ボンディングワイヤ
２１…受光素子チップ
２２…第２リードフレーム
２３…第２ボンディングワイヤ
３０…樹脂モールド部
３１…第１樹脂モールド部
３２…第２樹脂モールド部

Claims (2)

  1. 発光ダイオードチップと、
    上記発光ダイオードチップが搭載された第１リードフレームと、
    上記発光ダイオードチップの電極と上記第１リードフレームとを接続する銀または銀合金からなる第１ボンディングワイヤと、
    上記発光ダイオードチップに対向するように配置された受光素子チップと、
    上記受光素子チップが搭載された第２リードフレームと、
    上記受光素子チップと上記第２リードフレームとを接続する銀または銀合金からなる第２ボンディングワイヤと、
    少なくとも上記発光ダイオードチップと上記受光素子チップと上記第１リードフレームの一部と上記第２リードフレームの一部を樹脂で覆う樹脂モールド部と
    を備え、
    上記第１ボンディングワイヤの一端に設けられたボール部が上記発光ダイオードチップの電極に接続され、上記第１ボンディングワイヤの他端のステッチ部が上記第１リードフレームに接続されていると共に、
    上記第２ボンディングワイヤの一端に設けられたボール部が上記受光素子チップの電極に接続され、上記第２ボンディングワイヤの他端のステッチ部が上記第２リードフレームに接続され、
    上記第１,第２ボンディングワイヤの上記ステッチ部のステッチ長は、金ワイヤを用いて接続したときのステッチ長よりも長いことを特徴とするフォトカプラ。
  2. 請求項１に記載のフォトカプラにおいて、
    上記第１,第２ボンディングワイヤの上記ステッチ部のステッチ長がワイヤ径の３倍以上であることを特徴とするフォトカプラ。
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