JP3119595B2 - 光半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパッケージ内部に光
半導体素子を内装したフォトアイソレータ等の光半導体
装置に関し、特にパッケージにおける熱クラックの発生
を防止してその信頼性を高めた光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォトアイソレータとして、図４
（ａ）に断面構造を示すものが提案されている。同図に
おいて、それぞれ片持構造をした発光側リードフレーム
２１と受光側リードフレーム２２が対向配置され、発光
側リードフレーム２１のアイランド２１ａには発光素子
２３が、また受光側リードフレーム２２のアイランド２
２ａには受光素子２４及びＦＥＴ２５がそれぞれマウン
トされ、かつそれぞれは金属細線からなるボンディング
ワイヤ２６，２７によって所要の電気的接続が取られて
いる。また、発光素子２３と受光素子２４を覆うように
シリコン系樹脂２８が充填され、このシリコン系樹脂２
８によって発光素子２３と受光素子２４が光結合され
る。さらに、エポキシ系遮光性モールド樹脂２９にて全
体がモールドされてパッケージが構成されている。

【０００３】しかしながら、この従来の構造では、パッ
ケージから外部に引き出されている各リードフレーム２
１，２２と一体のリード２１ｂ，２２ｂに対して半田付
け等を行う等の熱処理を加えたときに、この熱がパッケ
ージの内部にまで伝達され、図４（ｂ）に示すように、
パッケージを構成するモールド樹脂２９にクラックが生
じるという問題がある。すなわち、発光素子２３と受光
素子２４を光結合するためのシリコン系樹脂２８の熱膨
張係数が、エポキシ系遮光性モールド樹脂（以下、モー
ルド樹脂と略称する）２９の熱膨張係数に対して１桁高
いために、リードフレーム２１，２２を介してシリコン
系樹脂２８が加熱されたときに、シリコン系樹脂２８が
上下、左右、あらゆる方向に膨張され、このときの膨張
率とモールド樹脂２９との膨張率との差に伴う応力が発
生する。そして、この応力は特に前記各リードフレーム
２１，２２においてアイランド２１ａ，２２ａのリード
２１ｂ，２２ｂが存在していない側の端部を変形させる
力として集中される。通常、パッケージは薄型化を図る
ために、その上下寸法を可及的に小さくしているため、
モールド樹脂２９の上下方向の肉厚が左右方向に比較し
て相対的に薄くされている。そのため、前記したシリコ
ン系樹脂２８の膨張に伴う応力がアイランド２１ａ，２
２ａの各端部に集中し、これがモールド樹脂２９に内部
応力を発生させ、このモールド樹脂２９にクラックＸを
発生させている。

【０００４】なお、一般に樹脂パッケージにおけるクラ
ックを防止するために、例えば特開昭６４−５７６５１
号公報では、図５に示すように、リードフレーム３１の
アイランド３１ａに半導体素子３２を搭載し、ボンディ
ングワイヤ３３により電気接続を行った後、モールド樹
脂３４で封止している半導体装置において、前記アイラ
ンド２１ａの両端部をアイランドの素子搭載部の端部よ
りも内側に曲げ形成し、この曲げ部分３５でモールド樹
脂３４との接触面積を増加して両者の接着力を強化した
構造が提案されている。このため、モールド樹脂３４と
リードフレーム３１との熱膨張の差に伴う応力が生じた
場合でも、前記曲げ部分３５におけるアイランド３１ａ
とモールド樹脂３４との間の剥離が防止でき、この剥離
に伴うモールド樹脂３４での内部応力が原因とされるク
ラックの発生を防止することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、このような図
５に示したアイランド端部を曲げ形成した構造を、図４
に示したフォトアイソレータのリードフレーム２１，２
２に適用してそのクラックの発生を防止することが考え
られるが、このようなアイランド端部の曲げ構造は、図
４の構成におけるシリコン系樹脂２８とモールド樹脂２
９との間の膨張率の差に伴う応力の発生を考慮したもの
ではないため、この種の応力に対してモールド樹脂のク
ラックを有効に防止することは困難である。すなわち、
図５の曲げ構造では、曲げ部分３５がシリコン系樹脂に
対して何ら影響をおよぼす構成とはされていないため、
図４の構成におけるシリコン系樹脂２８が膨張したとき
に、これをアイランド２１ａで受け止めることができ
ず、シリコン系樹脂２８の膨張力がこれに接触するモー
ルド樹脂２９にそのまま加えられ、モールド樹脂２９に
内部応力を発生させてしまう。

【０００６】本発明は熱によるパッケージでのクラック
の発生を防止して信頼性を高めたパッケージ構造の光半
導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子がマ
ウントされた発光側リードフレームと、受光素子がマウ
ントされた受光側リードフレームが対向配置され、かつ
前記両リードフレームの間に前記発光素子と受光素子を
覆うように光透過性の樹脂が充填され、かつその外周部
がモールド樹脂によりモールドされた光半導体装置にお
いて、前記各リードフレームには、それぞれの少なくと
も一部の端部に板厚の小さい領域が設けられ、この板厚
の小さい領域が前記光透過性樹脂に対面するように互い
に向かい合う方向に曲げ形成された屈曲部が設けられ
る。この屈曲部により光透過性の樹脂が熱膨張する際の
膨張力を受け止め、これにより屈曲部が変形されること
で膨張力を吸収し、モールド樹脂に内部応力が発生する
ことを防止し、モールド樹脂でのクラックの発生を防止
する。

【０００８】この場合、前記発光側リードフレームと受
光側リードフレームは、それぞれの素子がマウントされ
るアイランドと、このアイランドの一端部に一体形成さ
れたリードとで構成され、前記リードが反対側に向けて
延長されるように対向配置されるとともに、それぞれの
アイランドには前記リードを形成した箇所を除く部分に
それぞれ屈曲部が形成される構成とする。あるいは、前
記屈曲部は、前記アイランドの他端部に沿って形成され
る構成とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ）は本発明の一
実施形態の平面図と断面図である。片持構造をした発光
側リードフレーム１と受光側リードフレーム２が互いに
その平面を所要の間隔で対向するように配置されてお
り、発光側リードフレーム１のアイランド１ａには発光
素子３がマウントされ、受光側リードフレーム２のアイ
ランド２ａには受光素子４と回路素子５がマウントされ
ている。前記発光側リードフレーム１は、例えば、板厚
０．１５ｍｍ程度の４２合金や鋼等により形成される。
また、発光素子３としては、縦横０．３ｍｍ、高さ０．
２５ｍｍ程度のＧａＡｓ等の材料より製造された発光ダ
イオードが用いられ、銀ペースト等の導電性接着剤にて
マウントされる。そして、φ＝３０μｍ程度の金線から
なるボンディングワイヤ６によって発光側リードフレー
ム１のリード１ｂへの電気的導通がとられている。ま
た、受光側リードフレーム２も同様の材料で形成され、
受光素子４としては縦横１．２ｍｍ、高さ０．２５ｍｍ
程度のフォトダイオードが用いられ、回路素子５として
縦横１ｍｍ、高さ０．３ｍｍ程度の２つのＦＥＴが用い
られ、前記発光素子と同様に受光側リードフレーム２に
マウントされ、かつそのリード２ｂにボンディングワイ
ヤ７により電気的導通がとられている。なお、ここでは
受光側リードフレーム２は、受光素子４を搭載するアイ
ランドと、回路素子５を搭載するアイランドとが分離さ
れた構成の例を示しているが、勿論一体化されたもので
も可能である。

【００１０】ここで、前記発光側リードフレーム１で
は、前記アイランド１ａの端部のうちリード１ｂが設け
られていない側の端部に、前記受光側リードフレーム２
側に向けて傾斜ないし湾曲された屈曲部８が一体に設け
られている。同様に、前記受光側リードフレーム２で
は、前記アイランド２ａの端部のうちリード２ｂが設け
られていない側の端部に、前記発光側リードフレーム１
側に向けて傾斜ないし湾曲された屈曲部９が一体に設け
られている。すなわち、前記各リードフレーム１，２に
設けた各屈曲部８，９は、それぞれ対向するリードフレ
ーム側に向けて互いに向かい合う方向に屈曲されてお
り、各リードフレーム１，２のアイランド１ａ，２ａと
屈曲部８，９とで前記発光素子３と受光素子４を包囲す
るような構成とされている。

【００１１】そして、前記各リードフレーム１，２のア
イランド１ａ，２ａ間に、前記発光素子３と受光素子４
を被覆するようにシリコン系樹脂１０が充填され、発光
素子３と受光素子４とが光結合される。この結果、この
シリコン系樹脂１０は前記各リードフレーム１，２に設
けた屈曲部８，９に対面されることになる。さらに、そ
の外側から前記各リードフレーム１，２を含むようにエ
ポキシ樹脂にカーボン等を配合した遮光性モールド樹脂
１１でモールド成形し、縦横寸法が４〜５ｍｍ、高さ２
ｍｍ程度のＳＯＰパッケージを構成する。なお、安全規
格からの要請により、発光側と受光側の導体物間距離
は、ｍｉｎ０．４ｍｍ、ｔｙｐ０．５ｍｍ程度必要とさ
れ、アイランドの裏面側（素子マウントしていない側）
のモールド樹脂１１の厚さは０．３ｍｍ程度必要とされ
る。

【００１２】なお、参考までに、図１の光半導体装置に
パッケージされた発光素子３、受光素子４、回路素子５
の等価回路図を図２に示す。ここでは受光素子４に放電
短絡回路４ａが一体に形成されている。この構成によれ
ば、発光側リードフレーム１を通して入力される入力電
気信号が発光素子３によって光信号に変換され、この光
信号がシリコン系樹脂１０の内部を通して受光素子４で
受光され、この受光素子４によって光信号は電圧信号へ
変換され、この電圧信号によってＦＥＴ５が動作され
る。そして、このＦＥＴ５の動作により生じた信号が受
光側リードフレーム２を通して出力される。

【００１３】このように構成された光半導体装置を実装
基板に実装する際には、この実施形態のパッケージは表
面実装タイプであるため、温度２００℃から２５０℃程
度のＩＲリフロー、半田フロー、又はこの複合によって
図外の実装基板に表面実装される。この実装時の熱は、
発光側および受光側の各リードフレーム１，２のリード
１ｂ，２ｂから各アイランド１ａ，２ａに伝達され、こ
の熱がシリコン系樹脂１０に伝達されるとシリコン系樹
脂１０は全方向へ膨張される。このとき、シリコン系樹
脂１０とモールド樹脂１１との界面に沿う位置に各アイ
ランド１ａ，２ａの端部に設けた屈曲部８，９が配置さ
れており、この屈曲部８，９がシリコン系樹脂１０の一
部を包囲するように形成されているため、シリコン系樹
脂１０の膨張力はこの屈曲部８，９において受け止めら
れることになる。

【００１４】このため、シリコン系樹脂１０の膨張に伴
う応力が屈曲部８，９に集中され、かつこの屈曲部８，
９を微小に曲げ変形させることでこの応力が吸収され、
シリコン系樹脂１０の膨張に伴う応力がモールド樹脂１
１にまで影響されることは殆どなく、あっても屈曲部
８，９のごく近傍の領域のみに限定される。これによ
り、アイランド１ａ，２ａの外側に延在されるモールド
樹脂１１の肉厚の薄い領域への応力の影響が回避され、
この領域でのクラックの発生が防止されることになる。
したがって、実装時の熱処理によってもパッケージにク
ラックが発生することが抑制でき、光半導体装置の信頼
性を高めることが可能となる。

【００１５】図３は本発明の第二の実施形態の要部の断
面図である。この実施形態において前記第一の実施形態
と等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態
では、発光側リードフレーム１と受光側リードフレーム
２のそれぞれのアイランド１ａ，２ａの端部に設けた屈
曲部８Ａ，９Ａとして、各アイランド１ａ，２ａの端部
に板厚の小さい領域を設け、この薄い板厚の部分を曲げ
形成した構成としている。なお、この場合でも屈曲部８
Ａ，９Ａの曲げ形状は、両リードフレーム１，２間に充
填されるシリコン系樹脂１０を包囲する形状とすること
は前記実施形態と同じである。

【００１６】この第二の実施形態においても、シリコン
系樹脂１０が加熱されて膨張されたときに、この膨張に
伴う応力が屈曲部８Ａ，９Ａに集中され、かつこの屈曲
部８Ａ，９Ａを微小に曲げ変形させることで吸収され、
シリコン系樹脂１０の膨張に伴う応力がモールド樹脂１
１にまで影響されることが殆どなくなり、アイランド１
ａ，２ａの外側に延在されるモールド樹脂１１の肉厚の
薄い領域への応力の影響が回避され、この領域でのクラ
ックの発生が防止されることは言うまでもない。また、
この実施形態では、屈曲部８Ａ，９Ａの板厚が薄く形成
されているため、シリコン系樹脂１０の膨張によって容
易に変形されて応力を効果的に吸収することが可能とな
る。

【００１７】なお、本発明は発光側リードフレームと受
光側リードフレームが同じ方向にリードを延長させて対
向配置した構成の光半導体装置にも適用することが可能
である。この場合には、各素子を屈曲部で有効に包囲し
てシリコン系樹脂に対面させるためには、屈曲部はリー
ドが形成されている箇所を除くアイランドの略全周にわ
たって形成することが好ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した実施形態のうち、屈曲部の
曲げによる膨張力の吸収効果の点で第二の実施形態が有
効であり、これから、本発明は、それぞれ発光素子と受
光素子をマウントした発光側リードフレームと受光側リ
ードフレームが対向配置され、かつこれらリードフレー
ムの間に光透過性の樹脂が充填され、さらにその外周部
がモールド樹脂によりモールドされた光半導体装置にお
いて、各リードフレームには、それぞれの少なくとも一
部の端部に板厚の小さい領域が設けられ、この板厚の小
さい領域が互いに向かい合う方向に曲げ形成された屈曲
部を設けていることにより、光透過性の樹脂が熱膨張す
る際の膨張力を屈曲部において受け止め、これにより屈
曲部が変形されることで膨張力を吸収し、モールド樹脂
に内部応力が発生することを防止し、モールド樹脂での
クラックの発生を防止する。したがって、モールド樹脂
の肉厚を低減した場合でも、クラックの発生を有効に防
止でき、光半導体装置の薄型化、小型化が達成でき、し
かも耐熱特性に優れた光半導体装置が得られる。因み
に、本発明の光半導体装置では、従来の同規格の光半導
体装置に対してパッケージの厚さを０．６ｍｍ程度薄く
することができ、かつ耐熱温度を従来の２６０℃に対し
て２８０から３００℃に改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体装置の第一の実施形態の平面
図と断面図である。

【図２】図１の光半導体装置の等価回路図である。

【図３】本発明の光半導体装置の第二の実施形態の一部
の断面図である。

【図４】従来提案されている光半導体装置の一例の断面
図と平面図である。

【図５】クラック対策が施された半導体装置の一例の断
面図である。

【符号の説明】

１ 発光側リードフレーム ２ 受光側リードフレーム １ａ，２ａ アイランド ３ 発光素子 ４ 受光素子 ５ 回路素子 ８，９ 屈曲部 ８Ａ，９Ａ 屈曲部 １０ シリコン系樹脂 １１ モールド樹脂

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子がマウントされた発光側リード
   フレームと、受光素子がマウントされた受光側リードフ
   レームが対向配置され、かつ前記両リードフレームの間
   に前記発光素子と受光素子を覆うように光透過性の樹脂
   が充填され、かつその外周部がモールド樹脂によりモー
   ルドされた光半導体装置において、前記各リードフレー
   ムは、それぞれの少なくとも一部の端部に板厚の小さい
   領域が設けられ、この板厚の小さい領域が前記光透過性
   樹脂に対面するように互いに向かい合う方向に曲げ形成
   された屈曲部を備えることを特徴とする光半導体装置。
2. 【請求項２】 前記発光側リードフレームと受光側リー
   ドフレームは、それぞれの素子がマウントされるアイラ
   ンドと、このアイランドの一端部に一体形成されたリー
   ドとで構成され、前記リードが反対側に向けて延長され
   るように対向配置されるとともに、それぞれのアイラン
   ドには前記リードを形成した箇所を除く部分にそれぞれ
   前記屈曲部が形成される請求項１に記載の光半導体装
   置。
3. 【請求項３】 前記屈曲部は、前記アイランドの他端部
   に沿って形成される請求項２に記載の光半導体装置。
4. 【請求項４】 前記光透過性の樹脂がシリコン樹脂であ
   り、前記モールド樹脂はエポキシ系遮光性樹脂である請
   求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。