JP3601931B2

JP3601931B2 - 光結合半導体装置

Info

Publication number: JP3601931B2
Application number: JP10486997A
Authority: JP
Inventors: 義彦松尾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JPH10300990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合半導体装置に関し、詳しくは、リードフレームに搭載された発光素子と受光素子が樹脂モールドされた光結合半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６（ａ）および（ｂ）に、従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置の例を示している。
あらかじめ折り曲げ成形された金属製の第１のリードフレーム１および第２のリードフレーム２の各々の第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａに発光素子３および受光素子４を各々個別にダイボンドし、各素子３、４と各リードフレーム１、２とを金線１２等でワイヤボンドを施す。これにより、各素子３、４は第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａに搭載される。発光素子３には応力緩和用としてシリコーン樹脂９のプリコートを施す。
【０００３】
発光素子３および受光素子４がダイボンドされたリードフレーム１、２をスポット溶接またはローディングフレームセットすることにより、発光素子３および受光素子４が相対向するように位置決めする。これにより、第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａの素子搭載面は平行状態で対面している（以下、この状態を平行対面と称す）。
【０００４】
そして、発光素子３から受光素子４への光路を形成するように透光性エポキシ樹脂により一次トランスファーモールドを行うことにより、インナーパッケージ１０を形成し、バリ取り処理を施したあと、外乱光入光防止、および光漏れがなく光信号伝達ができるように遮光性エポキシ樹脂で二次トランスファーモールドを行い、アウタパッケージ１１を形成する。
【０００５】
さらに、各リードフレーム１、２の外装メッキ、タイバーカットして光結合半導体装置Ａが製造される。
図６（ｂ）において、発光素子３から出射する表面発光光Ｌ１は受光素子４に直接入射するようになっている。
図７（ａ）および（ｂ）に、従来の１層モールドタイプの光結合半導体装置の例を示している。
【０００６】
１層モールドタイプにおいては、図６のインナーパッケージ１０の代わりにシリコーン樹脂６にて発光素子３と受光素子４の間に光路を形成（ドッキング）したあと、遮光性エポキシ樹脂でトランスファーモールドを行い、アウタパッケージ１１を形成する。その後リードフレーム１，２の外装メッキ、以下前記２層モールドタイプと同様の工程で光結合半導体装置Ａが製造される。
【０００７】
図７（ｂ）において、発光素子３から出射する表面発光光Ｌ１は受光素子４に直接入射すると共に、発光素子３側面から出る側面発光光Ｌ２はシリコーン樹脂６の表面７（アウタパッケージ１１との境界）に達し、ここで反射されて受光素子４に入射する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光結合半導体装置は、上述のように発光素子３と受光素子４とが対向するように配置されるため、必然的に第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａの素子搭載面も平行対面配置となる。このようにヘッダー部１ａおよび２ａを平行対面配置して遮光性エポキシ樹脂によるアウタパッケージ１１で封止すると、必然的にヘッダー部１ａと２ａ間に浮遊容量（静電容量）が生じる。このような浮遊容量があると、発光素子３と受光素子４間の動作電位が急激に変化した場合、発光素子３に入力信号がなく光信号が発せられないにもかかわらず受光素子４側に変位電流が流れ、誤動作するという問題がある。
【０００９】
また、図７の１層モールドタイプの光結合半導体装置では、発光素子３から発せられた光はシリコーン樹脂６の表面で乱反射されながら受光素子４へ届くが、光路となるシリコーン樹脂６が硬化時や封止材成形時に不安定な形状に成形されるため、光信号伝達効率が低減またはばらつくという問題がある。
【００１０】
一般に図６のインナーパッケージ１０の表面は、金型加工費用や離型性の上から梨地加工されており、このようにインナーパッケージ１０の表面が梨地の場合、光信号は梨地の部分で減衰するため、光信号伝達効率が低減またはばらつくという現象はさらに顕著になる。
【００１１】
さらにまた、図７のシリコーン樹脂６とアウタパッケージ１１を構成する遮光性エポキシ樹脂との境界で界面剥離８が生じやすく、この界面剥離８の箇所で光が減衰するという問題もある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、特に、発光素子と受光素子間に生じる浮遊容量を低減させ、安定した光伝達効率を保持できる光結合半導体装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するべく、本発明は、第１リードフレームの第１ヘッダー部に搭載された発光素子と、第２リードフレームの第２ヘッダー部に搭載された受光素子とが光学的に光路を形成するインナーパッケージでモールドされ、該インナーパッケージの外側にアウタパッケージが形成されている光結合半導体装置において、前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部の各々の素子搭載面が対面しない状態に配置され、かつ、前記インナーパッケージの表面に前記発光素子の表面発光光および／または側面発光光を反射して前記受光素子に導く反射面が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
そして、光結合半導体装置の具体的な態様としては、前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部は、互いに平行であり、かつ高さが異なるように配置されており、あるいは、前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部は、互いに平行であり、かつ同一平面に配置されており、あるいはまた、前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部は、互いに不平行に配置されていることを特徴としている。さらに、前記反射面は、鏡面加工されていることを特徴としている。
【００１４】
前述の如く構成された本発明に係る光結合半導体装置においては、発光素子から出る表面発光光および側面発光光は、光路であるインナーパッケージを経由して直接受光素子に向かい、あるいはインナーパッケージ表面の反射面で反射されて受光素子に向かう。
第１および第２ヘッダー部の各々の素子搭載面が対面しない状態に配置されているため、発光素子と受光素子間に生じる浮遊容量を低減させ、安定した光伝達が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図６および図７と同一部材または同一機能のものは同一符号で示している。
図１は、本発明の第１実施の形態に係わる光結合半導体装置を示している。
図１（ａ）において、光結合半導体装置Ａは、第１のリードフレーム１の第１ヘッダー部１ａにダイボンドされた発光素子３と、第２のリードフレーム２の第２ヘッダー部２ａにダイボンドされた受光素子４とを備えている。
【００１６】
第１ヘッダー部１ａは第１リードフレーム１の導出部１ｃから上方に折曲された折曲部１ｂを介して導出部１ｃと平行に折曲され、この第１ヘッダー部１ａの上面に発光素子３がダイボンドされている。
第２ヘッダー部２ａは第２リードフレーム２の導出部２ｃから下方に折曲された折曲部２ｂを介して導出部２ｃと平行に折曲され、この第２ヘッダー部２ａの上面に受光素子４がダイボンドされている。
【００１７】
第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａは、互いに平行で、かつ、高さが異なる位置に配置され、かつ各々の素子搭載面は上向きであって幅方向にずれた状態で配置されている。
発光素子３にはシリコーン樹脂９がプリコートされ、透光性エポキシ樹脂によりインナーパッケージ１０が形成されている。透光性エポキシ樹脂としては、白色エポキシ樹脂または透明エポキシ樹脂が使用される。
【００１８】
インナーパッケージ１０の外側にアウタパッケージ１１が形成されている。アウタパッケージ１１としては、カーボンが含有されている黒色エポキシ樹脂、あるいは酸化チタンが含有されている白色エポキシ樹脂が使用される。但し、後述のようにインナーパッケージ１０の反射面で光信号を反射させるため、この反射を助長する上では酸化チタン含有の白色エポキシ樹脂が好ましい。
【００１９】
上記第１実施の形態の光結合半導体装置Ａは、以下のようにして製造される。あらかじめ折り曲げ成形された第１のリードフレーム１の第１ヘッダー部１ａおよび第２のリードフレーム２の第２ヘッダー部２ａに各々発光素子３および受光素子４を個別にダイボンドし、各素子３、４とリードフレーム１、２とを金線１２等によりワイヤボンドを施す。発光素子３にはシリコーン樹脂９によりプリコートを施す。
【００２０】
発光素子３および受光素子４がダイボンドされたリードフレーム１、２を図１（ａ）の状態に重ね合わせてフレーム組とし、このフレーム組を金型に準備し、型締め後、透光性エポキシ樹脂を注入封止し、一次トランスファーモールドを行うことにより、インナーパッケージ１０を形成する。バリ取り処理を施したあと、アウタパッケージ用の金型に準備し、型締め後、遮光性エポキシ樹脂を注入封止してアウタパッケージ１１を形成する。このアウタパッケージ１１により、外乱光入光を阻止すると共に、光漏れがなく光信号伝達ができるようになる。
【００２１】
その後、リードフレーム１、２の外装メッキ、タイバーカットして光結合半導体装置Ａが製造される。
前記インナーパッケージ１０は不規則な多角形状をなし、表面を鏡面加工することにより、発光素子３の光を表面で反射させて受光素子４に導くようにしている。第１実施の形態では、図１に示すように、第１反射面１３と第２反射面１４とが上面に所定の傾斜角度をもって形成されている。鏡面加工する部分はこの第１反射面１３と第２反射面１４の部分だけでもよい（以下同じ）。
【００２２】
図１（ｂ）は、発光素子３から受光素子４に至る光路を示す図で、発光素子３から出る表面発光光Ｌ１は第１反射面１３と第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かい、側面発光光Ｌ２は第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かうようになっている。
【００２３】
図２（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係わる光結合半導体装置を示している。
第１ヘッダー部１ａは第１リードフレーム１の導出部１ｃから下方に折曲された折曲部１ｂを介して導出部１ｃと平行に折曲され、この第１ヘッダー部１ａの上面に発光素子３がダイボンドされている。第２ヘッダー部２ａおよび受光素子４の取り付けは図１の第１実施の形態と同一の構成である。
【００２４】
第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａは、互いに平行で同一高さで並行状態で配置され、かつ各々の素子搭載面は上向きであって幅方向にずれた状態で配置されている。
【００２５】
インナーパッケージ１０の表面は、第１反射面１３と第２反射面１４とが上面に所定の傾斜角度をもって対称的に形成されている。
図２（ｂ）において、発光素子３から出る表面発光光Ｌ１は第１反射面１３と第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かい、側面発光光Ｌ２は受光素子４に直接向かうようになっている。
【００２６】
図３（ａ）は、本発明の第３実施の形態に係わる光結合半導体装置を示している。
第１ヘッダー部１ａは第１リードフレーム１の導出部１ｃから上方に折曲された比較的長い折曲部１ｂを介して導出部１ｃと平行に折曲され、この第１ヘッダー部１ａの下面に発光素子３がダイボンドされている。第２ヘッダー部２ａおよび受光素子４の取り付けは図１の第１実施の形態と同一の構成である。
【００２７】
第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａは、互いに平行で高さが異なる位置に配置され、かつ各々の素子搭載面は反対方向であって幅方向にずれた状態で配置されている。
【００２８】
インナーパッケージ１０の表面は、第１反射面１３と第２反射面１４とが上面と下面に所定の傾斜角度をもって略平行に形成されている。
図３（ｂ）において、発光素子３から出る表面発光光Ｌ１は下面の第１反射面１３と上面の第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かい、側面発光光Ｌ２は第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かうと共に、側面発光光Ｌ２の直接光も受光素子４に向かうようになっている。
【００２９】
図４（ａ）は、本発明の第４実施の形態に係わる光結合半導体装置を示している。
第１ヘッダー部１ａは第１のリードフレーム１の導出部１ｃから上方に折曲された折曲部１ｂを介して導出部１ｃと平行に折曲され、この第１ヘッダー部１ａの下面に発光素子３がダイボンドされている。
【００３０】
第２ヘッダー部２ａは第２のリードフレーム２の導出部２ｃから上方に折曲された折曲部２ｂを介して導出部２ｃと平行に折曲され、この第２ヘッダー部２ａの下面に受光素子４がダイボンドされている。
第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａは、互いに平行で同一高さで並行状態で配置され、かつ各々の素子搭載面は下向きであって幅方向にずれた状態で配置されている。
【００３１】
インナーパッケージ１０の表面は、発光素子３の表面発光光Ｌ１を反射する第１反射面１３と第２反射面１４とが下面に所定の傾斜角度をもって対称的に形成されている。
図４（ｂ）において、発光素子３から出る表面発光光Ｌ１は下面の第１反射面１３と第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かい、側面発光光Ｌ２の直接光が受光素子４に向かうようになっている。
図５（ａ）は、本発明の第５実施の形態に係わる光結合半導体装置を示している。
【００３２】
第１ヘッダー部１ａは、第１リードフレーム１の導出部１ｃから下方に折曲された折曲部１ｂを介して導出部１ｃと平行に折曲され、この第１ヘッダー部１ａの上面に発光素子３がダイボンドされている。
第２ヘッダー部２ａは、第２リードフレーム２の導出部２ｃから所定の角度をもって下方に折曲され、この第２ヘッダー部２ａの上面に受光素子４がダイボンドされている。
【００３３】
第２ヘッダー部２ａは第１ヘッダー部１ａに対して所定角度をもって幅方向に対向しており、かつ各々の素子搭載面は上向きであって所定の角度をもって配置されている。
インナーパッケージ１０の表面は、第１反射面１３と第２反射面１４とが上面に非対称の傾斜角度をもって形成されている。
【００３４】
図５（ｂ）において、発光素子３から出る表面発光光Ｌ１は上部の第１反射面１３と第２反射面１４で反射されて受光素子４に向かい、側面発光光Ｌ２は受光素子４に直接向かうようになっている。
以上、本発明の五つの実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、設計において、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなしに種々の変更を行うことができる。
【００３５】
例えば、第１ヘッダー部１ａおよび第２ヘッダー部２ａは、水平である必要はなく、任意に角度に傾斜していてもよく、また、第１ヘッダー部１ａと第２ヘッダー部２ａとの相互間の角度も例えば垂直等任意に設定でき、さらに素子搭載面の向きや素子搭載位置も限定されない。インナーパッケージ１０の反射面１３、１４の形状は、素子搭載位置により決定され、あるいはその逆に、素子搭載位置を反射面１３、１４の形状に合わせて決定してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の光結合半導体装置は、第１および第２ヘッダー部の各々の素子搭載面が平行対面しない状態に配置されているため、発光素子と受光素子間に生じる浮遊容量がほとんどなくなり、安定した光伝達が可能となり、高精度、高信頼性の光結合半導体装置が得られると共に、発光素子の表面発光光だけでなく側面発光光も有効に利用できるため、光伝達効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光結合半導体装置の第１実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図２】本発明に係る光結合半導体装置の第２実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図３】本発明に係る光結合半導体装置の第３実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図４】本発明に係る光結合半導体装置の第４実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図５】本発明に係る光結合半導体装置の第５実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図６】従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【図７】従来の１層モールドタイプの光結合半導体装置を示すもので、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は光路説明図である。
【符号の説明】
１…第１のリードフレーム、１ａ…第１ヘッダー部、２…第２のリードフレーム、２ａ…第２ヘッダー部、３…発光素子、４…受光素子、１０…インナーパッケージ、１１…アウタパッケージ、１３、１４…反射面、Ａ…光結合半導体装置、Ｌ１…表面発光光、Ｌ２…側面発光光

Claims

第１のリードフレームの第１ヘッダー部に搭載された発光素子と、第２のリードフレームの第２ヘッダー部に搭載された受光素子とが光学的に光路を形成するインナーパッケージでモールドされ、該インナーパッケージの外側にアウタパッケージが形成されている光結合半導体装置において、
前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部の各々の素子搭載面が対面しない状態に配置され、かつ、前記インナーパッケージの表面に前記発光素子の表面発光光および／または側面発光光を反射して前記受光素子に導く反射面であって少なくとも２つの傾斜面が形成されており、前記発光素子の光を表面で反射させて前記受光素子に導く反射面の部分だけが鏡面加工されたことを特徴とする光結合半導体装置。
前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部は、互いに平行であり、かつ高さが異なるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
前記第１ヘッダー部および第２ヘッダー部は、互いに平行であり、かつ同一平面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
上面に発光素子が設けられた前記第１ヘッダー部と上面に受光素子が設けられた第２ヘッダー部とは、互いに不平行であって、前記第１ヘッダー部がリードフレームの導出部と平行に折曲され、前記第２ヘッダー部がリードフレームの導出部から所定の角度を持って下向きに折曲されて配置されていることを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
前記反射面以外の面は梨地形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。