JP6345532B2 - 光結合装置の製造方法、光結合装置、および電力変換システム - Google Patents

光結合装置の製造方法、光結合装置、および電力変換システム Download PDF

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Description

本発明は、例えば光結合装置およびその製造技術、あるいは光結合装置を用いた電力変換システムに関する。
特開2013−175561号公報(特許文献1)には、発光素子と受光素子とを光透過性の絶縁フィルムを介して対向させた状態で、樹脂により封止したフォトカプラが記載されている。
特開2013−175561号公報
光結合装置は、発光素子と受光素子の間で光信号を伝送する装置である。光による信号伝送技術は、信号伝送経路を電気的に分離することができる。このため、一次電気回路と二次電気回路の間に光結合装置を挿入することで、一次電気回路と二次電気回路の間を電気的に絶縁できるという利点がある。また、発光素子と受光素子の間の絶縁性を向上させる観点から、光透過性で、かつ、電気的に絶縁性のフィルム材料(以下、絶縁フィルムと記載する)を発光素子と受光素子の間に配置する技術がある。
ところが、光結合装置を組み立てる際に、発光素子と受光素子と絶縁フィルムの位置関係を高精度で合わせた状態で、発光素子、受光素子、および絶縁フィルムを固定することが難しい。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による光結合装置の製造方法は、第1光素子が第1枠部によって支持される第1リードフレームと、第2光素子が第2枠部によって支持される第2リードフレームと、を準備する工程を含む。また、上記光結合装置の製造方法は、上記第1光素子を覆う第1光透過性樹脂、上記第2光素子を覆う第2光透過性樹脂、および上記第1光透過性樹脂と上記第2光透過性樹脂の間に配置される絶縁フィルムシートを介して、上記第1光素子と上記第2光素子とが対向するように、上記第1リードフレームと上記第2リードフレームとを重ねあわせる工程を含む。また、上記絶縁フィルムシートは、上記第1光素子と上記第2光素子との間に配置される本体部と、上記本体部に連結される複数の連結部と、上記第1枠部と上記第2枠部に挟まれて固定される第3枠部と、を有するものである。
上記一実施の形態によれば、発光素子と受光素子と絶縁フィルムの位置合わせ精度を向上させることができる。
一実施の形態である光結合装置を用いた電力変換システム(電力変換装置)の一例を示す説明図(回路ブロック図)である。 図1に示すフォトカプラの一態様の外観構造を示す平面図である。 図2のA−A線に沿った断面図である。 図2のB−B線に沿った断面図である。 図2に示す封止体を透視した状態で、フォトカプラ内部の出力部側の平面構造を示す平面図である。 図2に示す封止体を透視した状態で、フォトカプラ内部の入力部側の平面構造を示す平面図である。 図2〜図6に示す光結合装置の組み立てフローを示す説明図である。 図7の出力部組立工程の基材準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図である。 図8に示すリードフレームのデバイス形成部の拡大平面図である。 図7の入力部組立工程の基材準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図である。 図10に示すリードフレームのデバイス形成部の拡大平面図である。 図7に示す、重ねあわせ工程において、入力部用のリードフレームと出力部用のリードフレームとを、絶縁フィルムシートを介して重ねあわせた状態を示す断面図である。 図12に示す絶縁フィルムシートの全体構造を示す平面図である。 図7に示す樹脂塗布工程において、受光チップの表面上に樹脂を塗布した状態を示す断面図である。 図7に示す樹脂塗布工程において、発光チップの表面上に樹脂を塗布した状態を示す断面図である。 図14に示すリードフレームと絶縁フィルムシートとを重ねた状態を示す断面図である。 図16に示す絶縁フィルムシートを重ねた時のリードフレームと絶縁フィルムの平面的な位置関係を示す平面図である。 図12に示す入力部用のリードフレームを重ねた時の二種類のリードフレームと絶縁フィルムの平面的な位置関係を示す平面図である。 図12に示すデバイス形成部を、成形金型で挟んで樹脂で封止した状態を示す断面図である。 図19に示す封止体の一部を拡大して示す拡大平面図である。 図13に対する変形例である絶縁フィルムシートの一部を拡大して示す拡大平面図である。 図21に示す絶縁フィルムシートを用いて製造したフォトカプラの内部構造を示す平面図である。 図13に対する他の変形例である絶縁フィルムシートの一部を拡大して示す拡大平面図である。 図23に示す絶縁フィルムシートを用いて製造したフォトカプラの内部構造を示す平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
<光結合装置を用いた電力変換システムについて>
まず、本実施の形態の光結合装置を用いた電力変換システムの一例について説明する。図1は、本実施の形態の光結合装置を用いた電力変換システム(電力変換装置)の一例を示す説明図(回路ブロック図)である。
図1に示される電力変換システムは、モータMOTなどの負荷と、インバータ(増幅回路部)INVと、電源BATと、制御部(制御回路)CTCと、フォトカプラ(光結合装置、光結合部)PCとを有している。モータMOTとしては、ここでは3相モータを用いている。3相モータは、位相の異なる3相の電圧により駆動するように構成されている。フォトカプラPCは、インバータINVを構成する電気回路と、制御部CTCを構成する電気回路との間に挿入される光結合部である。フォトカプラPCは、インバータINVと制御部CTCとの間を電気的に絶縁し、かつ、制御部CTCからインバータINVに向かって信号を伝送する機能を有する。
図1の電力変換システムにおいては、電源BATが、インバータINVに接続され、電源BATの電圧(電力)がインバータINVに供給されるようになっている。なお、電源BATとインバータINVとの間に図示しないコンバータやリレーを介在させて、インバータINVに供給される電圧を変換したり、電源BATとインバータINVとの接続状態をスイッチングしても良い。
また、インバータINVにはモータMOTが接続され、電源BATからインバータINVに供給された直流電圧(直流電力)は、インバータINVで交流電圧(交流電力)に変換されて、モータMOTに供給されるようになっている。モータMOTは、インバータINVから供給された交流電圧(交流電力)によって駆動される。
インバータINVには、制御部(コントローラ)CTCも接続されており、この制御部CTCによってインバータINVが制御されるようになっている。すなわち、電源BATからインバータINVに直流電圧(直流電力)が供給され、制御部CTCにより制御されたインバータINVによって交流電圧(交流電力)に変換されて、モータMOTに供給され、モータMOTを駆動することができる。制御部CTCは、例えばECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)により構成されており、MCU(Micro Controller Unit)のような制御用の半導体チップを内蔵している。
インバータINVは、3相に対応して6つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)10を有している。すなわち、3相の各相において、電源BATからインバータINVに供給される電源電位(VCC)とモータMOTの入力電位との間、およびモータMOTの入力電位と接地電位(GND)との間にそれぞれIGBT10が接続されている。
制御部CTCによってIGBT10を流れる電流を制御することにより、モータMOTを駆動(回転)させるようになっている。すなわち、制御部CTCによってIGBT10のオン/オフを制御することにより、モータMOTを駆動することができる。
このように、モータMOTを駆動する、相対的に大きな電流が流れるインバータINVと、制御信号などの相対的に小さい電流が流れる制御部CTCとが電気的に接続されると、制御部CTC側でノイズが発生する懸念がある。
そこで、図1に示すように、インバータINVと制御部CTCとの間を電気的に絶縁し、かつ、制御部CTCからインバータINVに向かって信号を伝送する機能を有するフォトカプラPCを挿入することで、電力変換システムの信頼性を向上させることができる。
したがって、発光素子側から受光素子側に光信号を伝送する機能、および発光素子と受光素子とを電気的に互いに絶縁する機能は、それぞれフォトカプラPCに要求される基本的な機能の一つである。
<光結合装置>
次に、図1に示すフォトカプラPCの一態様である本実施の形態の光結合装置であるフォトカプラPC1の構成の概要について説明する。図2は、図1に示すフォトカプラの一態様の外観構造を示す平面図である。また、図3は、図2のA−A線に沿った断面図、図4は、図2のB−B線に沿った断面図である。また、図5および図6は、図2に示す封止体を透視した状態で、フォトカプラ内部の平面構造を示す平面図である。なお、見易さのため、図5では、図3に示す出力部POPの構成部材を実線で、入力部PIPの構成部材を点線で、絶縁フィルムIF1を一点鎖線でそれぞれ示す。また、図6では、図3に示す入力部PIPの構成部材を実線で、出力部POPの構成部材を点線で、絶縁フィルムIF1を一点鎖線でそれぞれ示す。
図2に示すように、本実施の形態のフォトカプラPC1は、平面視において、四角形を成す封止体(封止部)MRが有する複数の側面MRsの一部から、複数のリードLDが突出した外観形状を成す。封止体MRは、上面MRt、上面MRtの反対側に位置する下面MRb(図3参照)、上面MRtと下面MRbの間に位置する四つの側面MRsを有する。
また、図3および図4に示すように、フォトカプラ(光結合装置、半導体装置)PC1は、受光側の半導体チップである受光チップCP1を備える出力部(第1部分)POP(図3参照)と、発光側の半導体チップである発光チップCP2を備える入力部(第2部分)PIP(図3参照)とが、光透過性の絶縁フィルムIF1を介して対向配置された構造になっている。図3および図4に示す例では、出力部POPが封止体MRの下面MRb側、入力部PIPが封止体MRの上面MRt側に設けられている。ただし、出力部POPと入力部PIPのどちらを上方に配置するかは限定されない。図3に対する変形例として、出力部POPが封止体MRの上面MRt側、入力部PIPが封止体MRの下面MRb側に設けられていても良い。
また、図3および図4に示す出力部POPは、受光素子(光素子)PAが形成される受光チップ(半導体チップ)CP1、受光チップCP1が搭載されたチップ搭載部(ダイパッド、アイランド)DP1、受光チップCP1と電気的に接続される複数のリードLD1(図5参照)、および受光素子PAを覆う光透過性樹脂TR1を有する。
受光素子PAは、光信号を受けて電気信号に変換する光電変換素子であって、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどである。受光素子PAは受光チップCP1の表面(主面)CP1t側に形成される。
また、チップ搭載部DP1は、例えば銅(Cu)などの金属から成る板状の部材であって、受光チップCP1は、裏面CP1bとチップ搭載部DP1とが対向した状態で、ダイボンド材DB1を介してチップ搭載部DP1に搭載されている。また、ダイボンド材DB1は、導電性の接着材であって、受光チップCP1の裏面CP1bに形成された裏面電極PD1bは、導電性の接着材であるダイボンド材DB1を介して、金属製のチップ搭載部DP1と電気的に接続されている。また、図4に示すように、チップ搭載部DP1は、複数のリードLD1のうちの一つと一体に形成されている。つまり、受光チップCP1の裏面電極PD2b(図3参照)は、チップ搭載部DP1を介して外部端子であるリードLD1と電気的に接続されている。
また、図4および図5に示すように、受光チップCP1の表面CP1tには、表面電極PD1tが形成されている。図5に示す例では、表面CP1tには、3つの表面電極(電極パッド)PD1tが形成されている。受光チップCP1の複数の表面電極PD1tは、複数のワイヤBWを介して複数のリードLD1とそれぞれ電気的に接続されている。ワイヤBWは、例えば金(Au)などの金属材料からなる線形の部材(金属細線)である。
また、図3および図4に示すように、受光チップCP1の表面CP1tには、光透過性樹脂TR1が形成される。受光チップCP1の表面CP1t側に形成された受光素子PAは、光透過性樹脂TR1に覆われる。また、光透過性樹脂TR1は、受光チップCP1との密着面の反対側において、絶縁フィルムIF1と密着する。また、図4に示すように光透過性樹脂TR1の厚さは、ワイヤBWのループ高さよりも大きい。なお、ワイヤBWのループ高さとは、ワイヤBWと表面電極PD1tとの接合界面からワイヤBWの最高到達点までの高低差である。図4に示すように、光透過性樹脂TR1の厚さが、ワイヤBWのループ高さよりも大きくなるようにすることで、ワイヤBWと絶縁フィルムIF1とが接触することを抑制できる。つまり、光透過性樹脂TR1には、受光チップCP1の受光素子PAを保護する保護部材としての機能と、絶縁フィルムIF1を支持する支持部材としての機能を有する。
また、光透過性樹脂TR1は、受光素子PAを覆うので、光信号を伝送するためには、光信号の波長に対して光透過性を有する必要がある。このような樹脂として、本実施の形態では、例えば、シロキサン結合による主骨格を持つ、人工高分子化合物である、シリコーン樹脂を用いている。
また、図3および図4に示す入力部PIPは、発光素子(光素子)PPが形成される発光チップ(半導体チップ)CP2、発光チップCP2が搭載されたチップ搭載部(ダイパッド、アイランド)DP2、発光チップCP2と電気的に接続される複数のリードLD2(図4参照)、および発光素子PPを覆う光透過性樹脂TR1を有する。
発光素子PPは、電気信号を光に変換して光信号を出力する素子であって、例えば発光ダイオードなどである。発光素子PPは発光チップCP2の表面(主面)CP2t側に形成される。
また、チップ搭載部DP2は、例えば銅(Cu)などの金属から成る板状の部材であって、発光チップCP2は、裏面CP2bとチップ搭載部DP2とが対向した状態で、ダイボンド材DB2を介してチップ搭載部DP2に搭載されている。また、ダイボンド材DB2は、導電性の接着材であって、発光チップCP2の裏面CP2bに形成された裏面電極PD2bは、導電性の接着材であるダイボンド材DB2を介して、金属製のチップ搭載部DP2と電気的に接続されている。また、図4に示すように、チップ搭載部DP2は、複数のリードLD2のうちの一つと一体に形成されている。つまり、発光チップCP2の裏面電極PD2b(図3参照)は、チップ搭載部DP2を介して外部端子であるリードLD2と電気的に接続されている。
また、図4および図6に示すように、発光チップCP2の表面CP2tには、表面電極PD2tが形成されている。図6に示す例では、表面CP2tには、一つの表面電極(電極パッド)PD2tが形成されている。発光チップCP2の表面電極PD2tは、ワイヤBWを介して複数のリードLD2のうちの一つと電気的に接続されている。ワイヤBWは、例えば金(Au)などの金属材料からなる線形の部材(金属細線)である。
また、図3および図4に示すように、発光チップCP2の表面CP2tには、光透過性樹脂TR2が形成される。光透過性樹脂TR2は、上記した光透過性樹脂TR1と同様に、例えばシリコーン樹脂である。
発光チップCP2の表面CP2t側に形成された発光素子PPは、光透過性樹脂TR2に覆われる。また、光透過性樹脂TR2は、発光チップCP2との密着面の反対側において、絶縁フィルムIF1と密着する。また、図4に示すように光透過性樹脂TR2の厚さは、ワイヤBWのループ高さよりも大きい。このため、ワイヤBWと絶縁フィルムIF1とが接触することを抑制できる。つまり、光透過性樹脂TR1には、発光チップCP2の発光素子PPを保護する保護部材としての機能と、絶縁フィルムIF1を支持する支持部材としての機能を有する。
なお、図5と図6を比較して判るように、発光チップCP2の表面CP2tの面積は受光チップCP1の表面CP1tの面積よりも小さい。このため、本実施の形態の例では、図6に示すように、発光チップCP2の表面CP2tの全体が光透過性樹脂TR2に覆われる。また、本実施の形態の例では、発光チップCP2に接続されるワイヤBWも光透過性樹脂TR2に覆われる。ただし、変形例として、受光チップCP1を覆う光透過性樹脂TR1のように、発光チップCP2の表面CP2tの一部を覆うように光透過性樹脂TR2を形成しても良い。また、別の変形例として、受光チップCP1の表面CP1tの全体が、光透過性樹脂TR1により覆われていても良い。
また、出力部POPおよび入力部PIPの間に配置される絶縁フィルムIF1は、光信号を伝送する必要があるため、例えばポリイミド樹脂など、光透過性の材料により構成される。
また、図4に示すように、受光チップCP1、チップ搭載部DP1、リードLD1の一部(インナリード部)、光透過性樹脂TR1、発光チップCP2、チップ搭載部DP2、リードLD2の一部(インナリード部)、光透過性樹脂TR2、および絶縁フィルムIF1は樹脂からなる封止体MRにより封止される。
封止体MRは、例えば、エポキシ系樹脂など、熱硬化性の樹脂にシリカなどの複数のフィラ粒子が混合された樹脂である。また、封止体MRには、カーボンなどの黒色の粒子が含まれ、光透過性樹脂TR1、TR2と比較して光透過性が低い遮光性材料である。このように、受光素子PAと発光素子PPとの間を透明な材料で接続し、かつ、その周囲を遮光性材料で封止することで、光信号に対するノイズ影響を低減できる。
また、絶縁フィルムIF1は、図4に示すように、受光素子PAと発光素子PPの間に配置される本体部IFBと、図5および図6に示すように、本体部IFBに連結される複数の連結部IFJと、を有する。図5および図6に示す例では、絶縁フィルムIF1は、二本の連結部IFJを有する。また、絶縁フィルムの連結部IFJの端部は、封止体MRの側面MRsにおいて、封止体MRからそれぞれ露出する。
詳しくは、封止体MRは、側面MRs1、側面MRs1の反対側に位置する側面MRs2、側面MRs1と側面MRs2の間に位置する側面MRs3、および側面MRs3の反対側に位置する側面MRs4を有する。そして、絶縁フィルムIF1が有する複数の連結部のうちの一つは、側面MRs1において封止体MRから露出し、絶縁フィルムIF1が有する複数の連結部のうちの他の一つは、側面MRs2において封止体MRから露出する。
絶縁フィルムIF1の本体部IFBに接続される複数の連結部IFJは、後述する光結合装置の製造工程において、本体部IFBの位置合わせを高精度で行うための支持部材である。詳細は後述するが、本実施の形態では、絶縁フィルムIF1の本体部IFBが連結部IFJを介して枠部に支持された状態で封止体MRを形成し、その後、連結部IFJを切断する。このため、本実施の形態のフォトカプラPC1は、複数の連結部IFJのそれぞれの一部(切断面)が、封止体MRの側面MRsにおいて露出した構造になっている。
<光結合装置の製造工程>
次に、図2〜図6に示すフォトカプラPC1の製造工程(組立工程)について、説明する。本実施の形態におけるフォトカプラPC1は、図7に示す組立てフローに沿って製造される。図7は、図2〜図6に示す光結合装置の組み立てフローを示す説明図である。なお、以下、図8、図10、図12や図13など、細かいパターンが規則的に繰り返されて構成されるリードフレームや絶縁フィルムシートなどの構造物の全体構造を示す平面図または断面図では、以下のように図示する。すなわち、細かいパターン分の特徴を見やすくするため、繰り返しパターンの一部を代表的に示し、他の部分は複数の黒丸に置き換える。
1.出力部組立工程
図7に示す出力部組立工程では、リードフレームに図5に示す出力部POPの構成部材を搭載し、出力部用のリードフレームLF1(図9参照)を準備する。なお、図5に示す光透過性樹脂TR1は、本工程の段階では未だ塗布せず、図7に示す樹脂塗布工程で塗布する。図8は、図7の出力部組立工程の基材準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図である。また、図9は、図8に示すリードフレームのデバイス形成部の拡大平面図であって、チップ搭載部上に受光チップを搭載した後、受光チップと複数のリードとを電気的に接続した後の状態を示している。
図7に示す出力部組立工程では、まず、基材準備工程として、図8に示すようなリードフレーム(基材)LF1を準備する。リードフレームLF1は、出力部の組立用の基材であって、平面視において、行列状に配列される複数のデバイス形成部DV1と、複数のデバイス形成部DV1の周囲を囲む枠部FL1を有する。図8では、リードフレームLF1は、列方向(Y方向)に沿って5個のデバイス形成部DV1が設けられた複数の配列ラインDVLを有する。また、図8では、リードフレームLF1が有する複数の配列ラインDVLのうち、3列分を例示的に示している。
また、複数のリードフレームLF1が有する複数のデバイス形成部DV1のそれぞれには、図9に示すように、受光チップCP1が搭載されるチップ搭載部DP1、および受光チップCP1と電気的に接続される複数のリードLD1を有する。複数のリードLD1はタイバーTB1を介して互いに連結されている。また、デバイス形成部DV1内には、図7に示す封止工程で樹脂の広がりを堰き止める部材である、ダム部DM1が形成されている。ダム部DM1は、隣り合うリードLD1の間にそれぞれ形成される。言い換えれば、複数のリードLD1はダム部DM1を介して互いに連結されている。
また、図8に示すようにタイバーTB1およびダム部DM1は、デバイス形成部DV1の配列ラインDVLに沿って延在し、枠部FL1に連結される。したがって、図9に示すチップ搭載部DP1および複数のリードLD1のそれぞれは、タイバーTB1およびダム部DM1を介して枠部FL1に支持される。
また、図7に示す出力部組立工程では、基材準備工程の後、図9に示すように、デバイス形成部DV1に設けられたチップ搭載部DP1に受光チップCP1を搭載する(受光チップ搭載工程)。本工程では、図3を用いて説明したように、受光チップCP1は、裏面CP1bとチップ搭載部DP1とが対向した状態で、ダイボンド材DB1を介してチップ搭載部DP1に搭載される。これにより、図9に模式的に示すように表面CP1t側に形成された受光素子PAが、上方を向いた状態で受光チップCP1がチップ搭載部DP1に搭載される。
また、図7に示す出力部組立工程では、受光チップ搭載工程の後、図9に示すように、受光チップCP1と複数のリードLD1とを電気的に接続する(ワイヤボンド工程)。本工程では、受光チップCP1の表面CP1tにおいて露出する複数の表面電極PD1tと、複数のリードLD1とが、複数のワイヤBWを介して電気的に接続される。
以上の各工程により、図8に示す複数のデバイス形成部DV1のそれぞれに受光チップCP1(図9参照)が搭載され、複数のリードLD1(図9参照)と受光チップCP1とが電気的に接続された出力部用のリードフレームLF1が得られる。
2.入力部組立工程
図7に示す入力部組立工程では、リードフレームに図6に示す入力部PIPの構成部材を搭載し、入力部用のリードフレームLF2(図11参照)を準備する。なお、図6に示す光透過性樹脂TR2は、本工程の段階では未だ塗布せず、図7に示す樹脂塗布工程で塗布する。図10は、図7の入力部組立工程の基材準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図である。また、図11は、図10に示すリードフレームのデバイス形成部の拡大平面図であって、チップ搭載部上に発光チップを搭載した後、発光チップと複数のリードとを電気的に接続した後の状態を示している。
図7に示す入力部組立工程では、まず、基材準備工程として、図10に示すようなリードフレーム(基材)LF2を準備する。リードフレームLF2は、入力部の組立用の基材であって、平面視において、行列状に配列される複数のデバイス形成部DV2と、複数のデバイス形成部DV2の周囲を囲む枠部FL2を有する。図10では、リードフレームLF2は、列方向(Y方向)に沿って5個のデバイス形成部DV2が設けられた複数の配列ラインDVLを有する。また、図10では、リードフレームLF2が有する複数の配列ラインDVLのうち、3列分を例示的に示している。
また、複数のリードフレームLF2が有する複数のデバイス形成部DV2のそれぞれには、図11に示すように、発光チップCP2が搭載されるチップ搭載部DP2、および発光チップCP2と電気的に接続される複数のリードLD2を有する。複数のリードLD2はタイバーTB2を介して互いに連結されている。また、デバイス形成部DV2内には、図7に示す封止工程で樹脂の広がりを堰き止める部材である、ダム部DM2が形成されている。ダム部DM2は、隣り合うリードLD2の間にそれぞれ形成される。言い換えれば、複数のリードLD2はダム部DM2を介して互いに連結されている。
また、図10に示すようにタイバーTB2およびダム部DM2は、デバイス形成部DV2の配列ラインDVLに沿って延在し、枠部FL2に連結される。したがって、図11に示すチップ搭載部DP2および複数のリードLD2のそれぞれは、タイバーTB2およびダム部DM2を介して枠部FL2に支持される。
また、図7に示す入力部組立工程では、基材準備工程の後、図11に示すように、デバイス形成部DV2に設けられたチップ搭載部DP2に発光チップCP2を搭載する(発光チップ搭載工程)。本工程では、図3を用いて説明したように、発光チップCP2は、裏面CP2bとチップ搭載部DP2とが対向した状態で、ダイボンド材DB2を介してチップ搭載部DP2に搭載される。これにより、図11に模式的に示すように表面CP2t側に形成された発光素子PPが、上方を向いた状態で発光チップCP2がチップ搭載部DP2に搭載される。
また、図7に示す入力部組立工程では、発光チップ搭載工程の後、図11に示すように、発光チップCP2と複数のリードLD2とを電気的に接続する(ワイヤボンド工程)。本工程では、発光チップCP2の表面CP2tにおいて露出する表面電極PD2tと、リードLD2とが、ワイヤBWを介して電気的に接続される。
以上の各工程により、図10に示す複数のデバイス形成部DV2のそれぞれに発光チップCP2(図11参照)が搭載され、複数のリードLD2(図11参照)と発光チップCP2とが電気的に接続された入力部用のリードフレームLF2が得られる。
3.重ねあわせ工程
次に、図7に示す、重ねあわせ工程として、図9に示すリードフレームLF1と図11に示すリードフレームLF2とを重ねあわせる。図12は、図7に示す、重ねあわせ工程において、入力部用のリードフレームと出力部用のリードフレームとを、絶縁フィルムシートを介して重ねあわせた状態を示す断面図である。また、図13は、図12に示す絶縁フィルムシートの全体構造を示す平面図である。
詳細は後述するが、本工程では、図12に示すように、リードフレームLF1およびリードフレームLF2のうちいずれか一方の上下を反転させた状態で重ねあわせる。図12に示す例では、リードフレームLF2の上下が反転されている。これにより、受光素子PAと発光素子PPは、受光素子PAを覆う光透過性樹脂TR1、発光素子PPを覆う光透過性樹脂TR2、および光透過性樹脂TR1と光透過性樹脂TR2の間に配置される光透過性の絶縁フィルムシートIFSを介して、互いに対向する。
ここで、図13に示すように、本実施の形態では、複数のデバイス形成部DV3のそれぞれに、本体部IFBが設けられ、連結部IFJを介して一体に形成されたシート状の絶縁フィルムシートIFSを用いる。絶縁フィルムシートIFSは、本工程で、受光素子PA(図12参照)と発光素子PP(図12参照)との間に配置される複数の本体部IFBと、複数の本体部IFBを互いに連結する複数の連結部IFJを有する。また、絶縁フィルムシートIFSは、複数の本体部IFBの周囲を囲み、本工程で、図12に示すようにリードフレームLF1の枠部FL1とリードフレームLF2の枠部FL2に挟まれて固定される枠部FL3を有する。
本工程では、図8に示すリードフレームLF1の複数のデバイス形成部DV1、図10に示すリードフレームLF2の複数のデバイス形成部DV2、および図13に示す絶縁フィルムシートIFSの複数のデバイス形成部DV3がそれぞれ重なるように積層する。これにより各デバイス形成部DV1、DV2、DV3が重なった領域において、図12に示すように、受光素子PAと発光素子PPとの間に本体部IFBが配置される。
ところで、本工程では、光透過性樹脂TR1と光透過性樹脂TR2の間に配置される光透過性の絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBが配置されれば良いので、図9に示す複数のデバイス形成部DV1のそれぞれに図12に示す光透過性樹脂TR1を塗布した後、光透過性樹脂TR1上に本体部IFBを一枚ずつ配置する方法が考えられる。
しかし、本工程では、図12に示す光透過性樹脂TR1、TR2が硬化する前に重ねあわせる必要がある。このため、一枚ずつ独立した本体部IFBを光透過性樹脂TR1上に載置する方法の場合、光透過性樹脂TR1の流動性に起因して、本体部IFBの位置がずれる懸念がある。また、一枚ずつ独立した本体部IFBを光透過性樹脂TR1上に載置する場合、載置後に本体部IFBが回転する場合がある。また、独立した本体部IFBを光透過性樹脂TR1上に載置すると、本体部IFBが光透過性樹脂TR1により支持されことになるので、光透過性樹脂TR1の変形により、本体部IFBが受光チップCP1の表面CP1tに対して傾斜する場合がある。
また、本実施の形態のように、複数のデバイス形成部DV1、DV2、DV3に対して、一括して重ねあわせ処理を施す場合、複数のデバイス形成部DV1の全てに本体部IFBを搭載するまでの時間を要し、位置ずれが発生するリスクが増大する。
一方、本実施の形態によれば、図13に示すように複数の本体部IFBは枠部FL3により支持されている。言い換えれば、絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBは、光透過性樹脂TR1によって支持されるものではない。このため、硬化前の光透過性樹脂TR1が柔らかく、変形し易い場合であっても、複数の本体部IFBの位置は変化しない。すなわち、本実施の形態によれば、本体部IFBの位置合わせを行い、光透過性樹脂TR1上に配置した後に、本体部IFBの位置がずれることを防止できる。
また、本実施の形態によれば、複数の本体部IFBを支持する枠部FL3が固定されることで、絶縁フィルムシートIFSが有する複数のデバイス形成部DV3において、複数の本体部IFBのそれぞれの位置が固定される。このため、図12に示す枠部FL1、FL2、FL3の位置関係を高精度で合わせれば、複数の本体部IFBの位置合わせ精度が向上する。つまり、本実施の形態によれば、受光素子PAと発光素子PPと絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBの位置合わせ精度を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、図12に示すように絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBは、枠部FL3に支持される。このため、図4に示すように、出力部POPのワイヤBWおよび入力部PIPのワイヤBWが、絶縁フィルムIF1と接触し難い構造になっている。したがって、ワイヤBWと絶縁フィルムIF1とが接触することによるワイヤBWの変形を抑制できる。
また、本実施の形態の絶縁フィルムシートIFSは複数の本体部IFBが、連結部IFJを介して一体化されている。このため、図12に示すリードフレームLF1、リードフレームLF2、および絶縁フィルムシートIFSの位置合わせを行うことにより、複数のデバイス形成部DV1、DV2、DV3の位置合わせが実施される。つまり、本実施の形態によれば、複数のデバイス形成部DV1、DV2、DV3の位置合わせを一括して行うことができるので、重ねあわせ作業を効率化することができる。
また、図13に示すように、本実施の形態の絶縁フィルムシートIFSは、Y方向に沿って複数の本体部IFBが配列される複数の配列ラインDVLを有している。各配列ラインDVLは、枠部FL3を介して連結されているが、枠部FL3以外の部分では、互いに分離されている。また、複数の連結部IFJは、配列ラインDVLに沿って隣り合う本体部IFBを連結するように設けられている。また、図13に示す例では、隣り合う配列ラインDVLを接続する連結部IFJは設けられていない。
一方、図9に示す複数のリードLD1、および図11に示す複数のリードLD2のそれぞれは、Y方向に直交するX方向に沿って延びる。つまり、図13に示す複数の連結部IFJの延在方向と、図9または図11に示す複数のリードLD1、LD2の延在方向は異なる。
上記した図4に示すように、リードLD1およびリードLD2の一部は、絶縁フィルムIF1と同じ高さ(図4に示すZ方向における位置)に位置するように形成される。このため、図13に示す複数の連結部IFJの延在方向と、図9または図11に示す複数のリードLD1、LD2の延在方向が同じ方向である場合、連結部IFJとリードLD1、LD2が平面的に重ならないようにレイアウトする必要がある。
しかし、本実施の形態によれば、図13に示す複数の連結部IFJの延在方向と、図9または図11に示す複数のリードLD1、LD2の延在方向が異なる。このため、連結部IFJとリードLD1、LD2が平面的に重ならないようにレイアウトする必要性が低く、それぞれのレイアウトの自由度が向上する。例えば、本実施の形態の場合、図5に示すように、複数のリードLD1、LD2および複数の連結部IFJは、異なる側面MRsにおいて、封止体MRから露出する。
詳しくは、二個の連結部IFJのうち、一方は側面MRs1、他方は側面MRs2において封止体MRから露出する。また、複数のリードLD1のそれぞれは、側面MRs3において封止体MRから露出する。また、複数のリードLD2のそれぞれは、側面MRs4において封止体MRから露出する。
以下、図7に示すフローに沿って、本実施の形態の重ねあわせ工程の一例について説明する。図14は、図7に示す樹脂塗布工程において、受光チップの表面上に樹脂を塗布した状態を示す断面図である。また、図15は、図7に示す樹脂塗布工程において、発光チップの表面上に樹脂を塗布した状態を示す断面図である。
図7に示す、重ねあわせ工程では、まず、図14に示すように、出力部POP用のリードフレームLF1に搭載された受光チップCP1上にペースト状の光透過性樹脂TR1を塗布し、受光素子PAを覆う(樹脂塗布工程、出力部用樹脂塗布工程)。
また、図7に示す、重ねあわせ工程では、図15に示すように、入力部PIP用のリードフレームLF2に搭載された発光チップCP2上にペースト状の光透過性樹脂TR2を塗布し、発光素子PPを覆う(樹脂塗布工程、入力部用樹脂塗布工程)。
図14に示す光透過性樹脂TR1および図15に示す光透過性樹脂TR2は、例えばシリコーン樹脂であって、塗布した直後には、ある程度の流動性を有する。このため、ペースト状の光透過性樹脂TR1、TR2を塗布した直後には、ドーム状に成形される。
なお、図14に示す例では、出力部POP用の光透過性樹脂TR1は、受光チップCP1の表面CP1t上に塗布され、受光チップCP1の周囲のチップ搭載部DP1は光透過性樹脂TR1に覆われない。一方、図15に示す例では、入力部PIP用の光透過性樹脂TR2は、発光チップCP2上に加え、チップ搭載部DP2の一部およびリードLD2の一部を覆うように形成される。ただし、光透過性樹脂TR1、TR2の塗布量は、塗布される半導体チップの大きさや図12に示す受光素子PAと発光素子PPとの離間距離に応じて種々の変形例がある。
また、図7に示す樹脂塗布工程を含む、重ねあわせ工程は、図12、図14および図15に示すように、作業台STGを用いて行われる。作業台STGは、予め高さがオフセットされたデバイス形成部DV1またはデバイス形成部DV2を収容する収容部(凹部)STG1と、リードフレームLF1の枠部FL1またはリードフレームLF2の枠部FL2を保持する保持面STGtと、を有する。また、保持面STGtには、保持面STGtの上方に向かって突出するピンPNが形成されている。このピンPNは、リードフレームLF1、LF2および絶縁フィルムシートIFSのそれぞれに形成された貫通孔ALHに挿入されることで、リードフレームLF1、LF2および絶縁フィルムシートIFSの位置関係を制御する、アライメント治具である。
なお、図15に示す入力部PIPに対する樹脂塗布工程は、図7に示す入力部組立工程の後で、かつ、入力部重ね工程の前であれば、任意のタイミングで実施することができる。また、本実施の形態では、図7に示す入力部重ね工程において、図15に示す入力部PIPを作業台STGから取り出して上下を反転させる。したがって、入力部PIPに対する樹脂塗布工程は、図15に示す作業台STG以外の場所で行うこともできる。
また、図7に示す、重ねあわせ工程では、図14に示す出力部POPに対する樹脂塗布工程の後、図16に示すように、リードフレームLF1上に絶縁フィルムシートIFSを重ねる(絶縁フィルム重ね工程)。図16は、図14に示すリードフレームと絶縁フィルムシートとを重ねた状態を示す断面図である。また、図17は、図16に示す絶縁フィルムシートを重ねた時のリードフレームと絶縁フィルムの平面的な位置関係を示す平面図である。
絶縁フィルム重ね工程では、リードフレームLF1上に絶縁フィルムシートIFSを搬送し、図16に示すように受光素子PAと本体部IFSとが対向するように位置合わせを行う。この時、リードフレームLF1の枠部FL1および絶縁フィルムシートIFSの枠部FL1にはそれぞれ貫通孔ALHが形成されている。本工程での位置合わせは、複数の貫通孔ALHに作業台STGに設けられた複数のピン(位置合わせピン)PNがそれぞれ挿入されることにより行われる。複数の貫通孔ALHのそれぞれは、リードフレームLF1と絶縁フィルムシートIFSの平面的な位置関係を調整するためのアライメント部として形成されているので、貫通孔ALHの位置を揃えることにより、デバイス形成部DV1、DV3の位置が揃うように、パターニングされている。したがって、本工程で位置合わせを行えば、図17に示すようにリードフレームLF1の複数のデバイス形成部DV1と絶縁フィルムシートIFSの複数のデバイス形成部DV3の位置が重なる。このため、複数のデバイス形成部DV1のそれぞれに搭載された複数の受光素子PA(図12参照)と、絶縁フィルムシートIFSが有する複数の本体部IFBとはそれぞれが互いに対向する。
また、位置合わせを行った後、絶縁性フィルムシートIFSを図16に示す作業台STGに向かって近づけると、複数のデバイス形成部DV1、DV3のそれぞれでは、光透過性樹脂TR1と絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBとが密着する。この時、光透過性樹脂TR1は、硬化前の柔らかい状態なので、本体部IFBと受光チップCP1の表面CP1tの間に挟まれて変形する。これにより、光透過性樹脂TR1は本体部IFBと受光チップCP1の間に広がって、本体部IFBと受光素子PAとの離間距離は、予め設定された範囲の値になる。
また、図7に示す、重ねあわせ工程では、上記した絶縁フィルム重ね工程の後、図12に示すように、絶縁フィルムシートIFS上にリード上下を反転させたリードフレームLF2を重ねる(入力部重ね工程)。図18は、図12に示す入力部用のリードフレームを重ねた時の二種類のリードフレームと絶縁フィルムの平面的な位置関係を示す平面図である。
入力部重ね工程では、絶縁フィルムシートIFS上にリードフレームLF1を搬送し、図12に示すようにリードフレームLF2の上下を反転させることにより、発光素子PPと本体部IFSとが対向するように位置合わせを行う。この時、リードフレームLF2の枠部FL2には複数の貫通孔ALHが形成されている。本工程での位置合わせは、リードフレームLF2の複数の貫通孔ALHに作業台STGに設けられた複数のピン(位置合わせピン)PNがそれぞれ挿入されることにより行われる。複数の貫通孔ALHのそれぞれは、リードフレームLF2と絶縁フィルムシートIFSの平面的な位置関係を調整するためのアライメント部として形成されているので、貫通孔ALHの位置を揃えることにより、デバイス形成部DV1、DV2、DV3の位置が揃うように、パターニングされている。
したがって、本工程で位置合わせを行えば、図12に示すようにリードフレームLF2の複数のデバイス形成部DV2と絶縁フィルムシートIFSの複数のデバイス形成部DV3の位置が重なる。このため、複数のデバイス形成部DV2のそれぞれに搭載された複数の発光素子PPと、絶縁フィルムシートIFSが有する複数の本体部IFBとはそれぞれが互いに対向する。
また、位置合わせを行った後、リードフレームLF2を図12に示す作業台STGに向かって近づけると、複数のデバイス形成部DV2、DV3のそれぞれでは、光透過性樹脂TR2と絶縁フィルムシートIFSの本体部IFBとが密着する。この時、光透過性樹脂TR2は、硬化前の柔らかい状態なので、本体部IFBと発光チップCP2の表面CP2tの間に挟まれて変形する。これにより、光透過性樹脂TR2は本体部IFBと発光チップCP2の間に広がって、本体部IFBと発光素子PPとの離間距離は、予め設定された範囲の値になる。なお、図15に示す例のように、光透過性樹脂TR2が、チップ搭載部DP2やリードLD2の一部までを覆っている場合、図12に示すように、本工程では、光透過性樹脂TR2の一部が、チップ搭載部DP2とリードLD2の間に埋め込まれる。
なお、図7では図示を省略したが、重ねあわせ工程では、上記入力部重ね工程の後、図12に示す光透過性樹脂TR1および光透過性樹脂TR2を硬化させる。例えば、本実施の形態の場合、樹脂を加熱処理することにより、光透過性樹脂TR1および光透過性樹脂TR2を硬化させることができる。
4.封止工程
次に、図7に示す封止工程として、図19に示すように封止体(封止部)MRを形成し、受光チップCP1、発光チップCP2、チップ搭載部DP1、DP2、複数のリードLD1(図20参照)および複数のリードLD2(図20参照)のそれぞれの一部、光透過性樹脂TR1、TR2、および絶縁フィルムシートIFSの一部を樹脂で封止する。図19は、図12に示すデバイス形成部を、成形金型で挟んで樹脂で封止した状態を示す断面図である。また、図20は、図19に示す封止体の一部を拡大して示す拡大平面図である。
本工程では、図19に示すように、上型(第1金型)MT1、および上型MT1と対向する下型(第2金型)MT2から成る成形金型MTの間に、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2を挟む。この状態で、上型MT1と下型MT2との間に形成されたキャビティMTc内に樹脂(封止用樹脂)を供給することで封止体MRを形成する。このように、成形金型内に形成された空間に、封止用の樹脂を供給し、成形した後で樹脂を硬化させる封止方式は、トランスファモールド方式と呼ばれる。
本工程では、封止用の樹脂は、図18に示す複数の配列ラインDVLのそれぞれに沿って供給される。言い換えれば、本工程では、封止用の樹脂が、絶縁フィルムシートIFSの複数の連結部IFJの延在方向に沿って供給される。図19および図20に示す例では、樹脂の供給経路は、連結部IFJの位置と重なっており、絶縁フィルムシートIFSの複数の連結部IFJは、樹脂の供給経路に形成された樹脂MRgvにより覆われている。
このように、封止工程において、封止用の樹脂を連結部IFJの延在方向に沿って供給することにより、絶縁フィルムシートIFSの配列ラインDVLの位置が樹脂の供給圧力に起因してずれることを抑制できる。
なお、図7では図示を省略したが、封止工程には、キャビティMTc内に樹脂を供給して成形した後、樹脂を硬化させる封止部硬化処理工程が含まれる。封止部硬化処理工程では、例えば、複数の封止体MRが形成され、一体化されたリードフレームLF1およびリードフレームLF2を図示しないベーク炉に搬送し、加熱処理を施すことで、封止体MRに含まれる熱硬化性樹脂成分を硬化させる。
また、図7では図示を省略したが、図20に示す複数のリードLDのうち、封止体MRから露出している部分に、例えば半田膜からなる外装めっき膜をめっき法により形成する場合には、封止工程の後、かつ、個片化工程の前に、めっき処理を施す。
5.個片化工程
次に、図7に示す個片化工程として、図20に示す複数のリードLD1、複数のリードLD2、および絶縁フィルムシートIFSの複数の連結部IFJのそれぞれを切断し、デバイス形成部DV1、DV2、DV3の封止体MR毎に個片化する。
本工程では、図20に示す隣り合うリードLD1を連結するダム部DM1、および隣り合うリードLD2を連結するダム部DM2を、切断する。また、複数のリードLD1および複数のリードLD2を必要な長さに切断し、タイバーTB1、TB2から分離する。ダム部DM1、DM2やリードLD1、LD2の切断方法としては、例えば、図示しないパンチとダイを用いて、プレス加工により切断する方法を例示できる。
また、本工程では、封止体MRの側面MRs1および側面MRs2に沿って、樹脂MRgvとともに連結部IFJを切断する。切断方法は、例えばリードLDと同様に、プレス加工による切断方式を用いることができる。本工程で連結部IFJを切断すると、絶縁フィルムの連結部IFJの端部は、封止体MRの側面MRs1および側面MRs2において、封止体MRからそれぞれ露出する。
また、図4に示すように、リードLDの封止体MRから露出した部分(アウタリード部)に曲げ加工を施す場合には、本工程において、リードLD1、LD2を切断する時と同時に、あるいは本工程でリードLD1、LD2を切断した後で、リードLD1、LD2を成形することができる。
本工程の後、外観検査、電気的試験など、必要な検査、試験を行い、良品と判定したものが、図2に示す完成品のフォトカプラPC1となる。そして、フォトカプラPC1は出荷され、あるいは図示しない実装基板に実装されて、例えば図1に示す電力変換システムに組み込まれる。
<変形例>
以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
(変形例1)
例えば、上記実施の形態では、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2の位置合わせを行うアライメント方法として、図12に示すように貫通孔ALHに位置決め用のピンPNを挿入する方式を取り上げて説明した。しかし、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2のそれぞれの平面的位置関係が高精度で制御できれば、上記以外の方法であっても良い。
例えば、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2のそれぞれにアライメントマークを形成しておき、センサで認識したアライメントマークの位置情報に基づいて位置合わせする方法を例示できる。
ただし、簡単な治具で、高精度な位置合わせを行うことができるという点では、上記実施の形態で説明したように、複数の貫通孔ALHのそれぞれに、複数の位置決め用のピンPNを挿入することで位置合わせを行う方式の方が好ましい。
(変形例2)
また例えば、上記実施の形態では、図13に示すように、複数の配列ラインDVLのそれぞれの両端に、アライメント部である貫通孔ALHを形成する例を説明した。しかし、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2は、それぞれ一体に形成されているので、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2のそれぞれの任意の2か所に貫通孔ALHが形成されていれば、位置合わせは可能である。
ただし、絶縁フィルムシートIFSは、樹脂製のフィルム材であって、リードフレームLF1やリードフレームLF2などの金属板と比較すると合成が低い。したがって、合成の低い絶縁フィルムシートIFSの平面位置の位置合わせ精度を向上させる観点からは、図13に示す複数の本体部IFBに近い位置で位置合わせを行うことが好ましい。
したがって、絶縁フィルムシートIFSの位置合わせ精度を向上させる観点からは、上記実施の形態で説明したように、リードフレームLF1、絶縁フィルムシートIFS、およびリードフレームLF2のそれぞれの任意の2か所に貫通孔ALHが形成されていることが好ましい。
(変形例3)
また例えば、上記実施の形態では、絶縁フィルムシートIFSの複数の連結部IFJが、配列ラインDVLの延在方向であるY方向に沿って、直線的に延びている実施態様について説明した。しかし、図21に示す変形例のように、連結部IFJが、配列ラインDVLの延在方向(図21ではY方向)に対して、曲がりながら延びていても良い。図21は、図13に対する変形例である絶縁フィルムシートの一部を拡大して示す拡大平面図である。また、図22は、図21に示す絶縁フィルムシートを用いて製造したフォトカプラの内部構造を示す平面図である。
図21に示す絶縁フィルムシートIFS2は、隣り合う本体部IFBを連結する連結部IFJが、デバイス形成部DV3の配列ラインDVLの延在方向であるY方向に対して、デバイス形成部DV3内で曲がりながら延びている。言い換えれば、絶縁フィルムシートIFS2の複数の本体部IFBのうち、隣り合う本体部IFBを連結する複数の連結部IFJのそれぞれの延在距離L1は、隣り合う本体部IFBの離間距離L2よりも長い。上記の点で、図21に示す絶縁フィルムシートIFS2と図13に示す絶縁フィルムシートIFSとは相違する。
図21に示す例では、連結部IFJのそれぞれは、各デバイス形成部DV3内の二箇所において、屈曲する構造になっている。言い換えれば、複数の連結部IFJは、隣り合うデバイス形成部DV3のそれぞれに、二個ずつの屈曲部を有している。
図21に示すように、連結部IFJが、デバイス形成部DV3の配列ラインDVLの延在方向であるY方向に対して、デバイス形成部DV3内で曲がりながら延びる絶縁フィルムシートIFS2を用いた場合、図22に示すようなフォトカプラPC2が得られる。
すなわち、図22に示すフォトカプラPC2が有する絶縁フィルムIF2は、封止体MRの側面MRs1において露出する連結部IFJ1と、側面MRs2において露出する連結部IFJ1と、を有する。また、連結部IFJ1は、封止体MRから露出する露出端部EXP1、露出端部EXP1の反対側において本体部IFBに接続される接続端部CNC1、および露出端部EXP1と接続端部CNC1の間の延在部PT1を有する。また、連結部IFJ2は、封止体MRから露出する露出端部EXP2、露出端部EXP2の反対側において本体部IFBに接続される接続端部CNC2、および露出端部EXP2と接続端部CNC2の間の延在部PT2を有する。
ここで、図22に示すように、連結部IFJ1の延在部PT1は、Y方向に沿って曲がりながら延びる。図22に示す例では、延在部PT1は、封止体MRの側面MRs1と絶縁フィルムIF2の本体部IFBとの間の二箇所に屈曲部を有する。このため、延在部PT1の延在距離PTL1は、封止体MRの側面MRs1と絶縁フィルムIF2の本体部IFBとの離間距離SPL1よりも長い。
また、図22に示すように、連結部IFJ2の延在部PT2は、Y方向に沿って曲がりながら延びる。図22に示す例では、延在部PT2は、封止体MRの側面MRs2と絶縁フィルムIF2の本体部IFBとの間の二箇所に屈曲部を有する。このため、延在部PT2の延在距離PTL2は、封止体MRの側面MRs2と絶縁フィルムIF2の本体部IFBとの離間距離SPL2よりも長い。
図22に示すフォトカプラPC2の内部構造は、以下のように表現することもできる。すなわち、フォトカプラPC2の絶縁フィルムIF2が有する連結部IFJ1の露出端部EXP1と本体部IFBとの間には、封止体MRを構成する樹脂が挿入されている。また、フォトカプラPC2の絶縁フィルムIF2が有する連結部IFJ2の露出端部EXP2と本体部IFBとの間には、封止体MRを構成する樹脂が挿入されている。
上記実施の形態で説明した絶縁フィルムIF1と同様に絶縁フィルムIF2の本体部IFBは、図3に示すように受光素子PAと発光素子PPの間に挿入される部材である。したがって、受光素子PAと発光素子PPの間で光信号を伝送するためには、光透過性の材料で絶縁フィルムIF2を形成する必要がある。
一方、光信号の伝送経路に対するノイズを考慮すると、光源である発光素子PP(図3)から照射される光以外の外光(外来光ともいう)は、受光素子PA(図3参照)に照射されないようにすることが好ましい。
上記実施の形態で説明したフォトカプラPC1(図5参照)や本変形例のフォトカプラPC2のように、絶縁フィルムIF1、IF2の一部が封止体MRから露出する場合、その露出端部が、外光の侵入経路になる場合がある。そこで、本変形例のように、連結部IFJ1、IFJ2をY方向に沿って曲がって延びるように形成することで、外光の侵入経路距離を長くすることができる。この結果、外光が受光素子PA(図3照)に到達することを抑制できるので、フォトカプラPC2はフォトカプラPC1よりも光ノイズ耐性を向上させることができる。
また、図5や図22に示すように、上記実施の形態および本変形例では、絶縁フィルムIF1、IF2の本体部IFB自体は封止体MRから露出せず、本体部IFBよりも幅(延在方向に対して直交する方向の長さ)が狭い連結部IFJが露出する。このため、相対的に幅が大きい本体部IFB自体が封止体MRから露出する場合と比較して、外光が受光素子PA(図3照)に到達することを抑制できる。
なお、本変形例では、外光の侵入経路距離を長くする実施態様の例として、図21に示すように、連結部IFJのそれぞれは、各デバイス形成部DV3内の二箇所において、屈曲する構造を取り上げて説明した。しかし、外光の侵入経路距離を長くする実施態様には種々の変形例がある。例えば、図21に示す屈曲部の一部または全部が曲線的に曲がる湾曲部であっても良い。また、あるいは、図21に示す各デバイス形成部DV3に3個以上の屈曲部または湾曲部を形成し、連結部IFJの平面形状を、ジグザグ形状や蛇行形状にしても良い。
ただし、連結部IFJを配置するためのスペースが大きくなると、相対的に本体部IFBの面積が小さくなる。図3に示す出力部POPと入力部PIPとを電気的に絶縁する、絶縁特性を向上させる観点からは、本体部IFBの面積はできる限り大きくすることが好ましい。したがって、図22に示す連結部IFJ1や連結部IFJ2のように、二箇所の屈曲部(または湾曲部)を有する構造が、本体部IFBの面積を大きくする観点から好ましい。
(変形例4)
また例えば、上記実施の形態では、製造工程中に絶縁フィルムIF1の本体部IFBを支持する部材として、リードLDの延在方向(図5に示す例ではX方向)と異なる方向(図5に示す例ではY方向)に延在する二個の連結部IFJを設ける実施態様について説明した。また、上記実施の形態では、連結部IFJをリードLDと異なる方向に延在させることで、連結部IFJおよびリードLDのレイアウトの自由度が向上することを説明した。しかし、上記実施の形態に対する変形例として、二個の連結部よりもさらに多くの連結部IFJを設けても良い。図23は、図13に対する他の変形例である絶縁フィルムシートの一部を拡大して示す拡大平面図である。また、図24は、図23に示す絶縁フィルムシートを用いて製造したフォトカプラの内部構造を示す平面図である。
図23に示す絶縁フィルムシートIFS3は、以下の点で図13に示す絶縁フィルムシートIFSと相違する。すなわち、絶縁フィルムシートIFS3が有する複数の本体部IFBのそれぞれに接続される複数の連結部IFJのうちの一部(連結部IFJ1、IFJ2)は、デバイス形成部DV3の配列ラインDVLの延在方向であるY方向に沿って延びる。また、絶縁フィルムシートIFS3が有する複数の本体部IFBのそれぞれに接続される複数の連結部IFJのうちの他の一部(連結部IFJ3、IFJ4)は、Y方向に直交するX方向に沿って延びる。言い換えれば、絶縁フィルムシートIFS3は、本体部IFBのそれぞれに対して四方向に延びるように連結部IFJが接続されている。
絶縁フィルムシートIFS3のように、本体部IFBから四方向に向かって延びる連結部IFJを設けた場合、上記実施の形態で説明した絶縁フィルムシートIFSや上記変形例3で説明した絶縁フィルムシートIFS2と比較して、本体部IFBを安定的に支持することができる。したがって、例えば、絶縁フィルムシートIFS3が厚さや材料などに起因して変形し易い場合には、本体部IFBを安定的に支持することで、配列ラインDVLの中央付近で、弛みなどが発生することを抑制できる点で、本変形例の実施態様が特に有効である。
図23に示すように、それぞれの本体部IFBにX方向に沿って延びる連結部IFJ1、IFJ2、およびY方向に沿って延びる連結部IFJ3、IFJ4が連結される、絶縁フィルムシートIFS3を用いた場合、図24に示すようフォトカプラPC3が得られる。
すなわち、図24に示すフォトカプラPC3が有する絶縁フィルムIF3が有する複数の連結部のうち、連結部IFJ1は、封止体MRの側面MRs1において封止体MRから露出する。また、連結部IFJ2は、側面MRs1の反対側に位置する側面MRs2において封止体MRから露出する。また、連結部IFJ3は、側面MRs1および側面MRs3が向くY方向に直交するX方向を向く、側面MRs3において封止体MRから露出する。また、連結部IFJ4は、側面MRs3の反対側に位置する側面MRs4において封止体MRから露出する。
ところで、本変形例のように、複数のリードLDの延在方向であるY方向に沿って延びる複数の連結部IFJ3、IFJ4を設ける場合、封止体MRの側面MRsの近傍において、複数のリードLDと、連結部IFJ3、IFJ4と、が干渉しないようにレイアウトする必要がある。
図24に示す例では、複数の連結部IFJ3のそれぞれは、複数のリードLD1の間において、封止体MRから露出する。また、複数の連結部IFJ4のそれぞれは、複数のリードLD2の間において、封止体MRから露出する。複数のリードLDと、連結部IFJ3、IFJ4と、が干渉しないレイアウトとしては、図24に示す例の他、連結部IFJ3が複数のリードLD1の外側において封止体MRから露出し、連結部IFJ4が複数のリードLD2の外側において封止体MRから露出する変形例がある。ただし、複数のリードLD1、LD2間の離間距離を広く取る観点からは、図24に示すように、複数のリードLDの間に連結部IFJ3、IFJ4を配置することが好ましい。
また、図23に示す、隣り合う配列ラインDVLの間の距離が長くなる場合には、以下の構成が好ましい。すなわち、図23に示すように、配列ラインDVLの間に、Y方向に沿って延びる支持バーSTBを設ける。そして、連結部IFJ3、IFJ4の一方の端部が本体部IFBに接続され、連結部IFJ3、IFJ4の他方の端部が支持バーSTBに接続されることが好ましい。また、図示は省略するが、支持バーSTBのそれぞれの両端部は、図13に示す枠部FL3に接続することが好ましい。これにより、連結部IFJ3、IFJ4による支持強度をさらに向上させることができる。
(変形例5)
また、上記実施の形態では、図13に示すように、枠部FL3の内側に、複数のデバイス形成部DV3が形成された絶縁フィルムシートIFSを用いた光結合装置の製造方法を説明した。しかし、連結部IFJを介して本体部IFBの位置を安定的に制御する効果は、枠部FL3の内側に、一個のデバイス形成部DV3が形成された構造であっても適用できる。
(変形例6)
さらに、上記実施の形態で説明した技術思想の要旨を逸脱しない範囲内において、変形例同士を組み合わせて適用することができる。
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
(1)
(a)第1光素子が形成される第1主面を備える第1半導体チップが搭載された第1チップ搭載部、および上記第1半導体チップと電気的に接続される複数の第1リードを有する第1デバイス形成部と、前記第1デバイス形成部の周囲を囲み、前記チップ搭載部および前記複数の第1リードを支持する第1枠部と、を有する第1リードフレームを準備する工程、
(b)第2光素子が形成される第2主面を備える第2半導体チップが搭載された第2チップ搭載部、および上記第2半導体チップと電気的に接続される複数の第2リードを有し、行列状に配列される第2デバイス形成部と、前記第2デバイス形成部の周囲を囲み、前記チップ搭載部および前記複数の第2リードを支持する第2枠部と、を有する第2リードフレームを準備する工程、
(c)前記(a)工程および前記(b)工程の後、前記第1光素子を覆う第1光透過性樹脂、前記第2光素子を覆う第2光透過性樹脂、および前記第1光透過性樹脂と前記第2光透過性樹脂の間に配置される光透過性の絶縁フィルムシートを介して、前記第1光素子と前記第2光素子とが対向するように、前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとを重ねあわせる工程、
を含み、
前記絶縁フィルムシートは、
前記(c)工程で、前記第1光素子と前記第2光素子との間に配置される本体部と、
前記本体部に連結される複数の連結部と、
前記複数の本体部の周囲を囲み、前記(c)工程で、前記第1枠部と前記第2枠部に挟まれて固定される第3枠部と、
を有する、光結合装置の製造方法。
FL1、FL2、FL3 枠部
IFB 本体部
IFJ 連結部
IFS 絶縁フィルムシート
LF1、LF2 リードフレーム(基材)
PA 受光素子(光素子、受光部)
TR1、TR2 光透過性樹脂

Claims (19)

  1. (a)第1光素子が形成される第1主面を備える第1半導体チップが搭載された第1チップ搭載部、および前記第1半導体チップと電気的に接続される複数の第1リードを有し、行列状に配列される複数の第1デバイス形成部と、前記複数の第1デバイス形成部の周囲を囲み、前記第1チップ搭載部および前記複数の第1リードを支持する第1枠部と、を有する第1リードフレームを準備する工程、
    (b)第2光素子が形成される第2主面を備える第2半導体チップが搭載された第2チップ搭載部、および前記第2半導体チップと電気的に接続される複数の第2リードを有し、行列状に配列される複数の第2デバイス形成部と、前記複数の第2デバイス形成部の周囲を囲み、前記第2チップ搭載部および前記複数の第2リードを支持する第2枠部と、を有する第2リードフレームを準備する工程、
    (c)前記(a)工程および前記(b)工程の後、前記第1光素子を覆う第1光透過性樹脂、前記第2光素子を覆う第2光透過性樹脂、および前記第1光透過性樹脂と前記第2光透過性樹脂の間に配置される光透過性の絶縁フィルムシートを介して、複数の前記第1光素子と複数の前記第2光素子とのそれぞれが対向するように、前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとを重ねあわせる工程、
    を含み、
    前記絶縁フィルムシートは、
    前記(c)工程で、複数の前記第1光素子と複数の前記第2光素子との間にそれぞれ配置される複数の本体部と、
    前記複数の本体部を互いに連結する複数の連結部と、
    前記複数の本体部の周囲を囲み、前記(c)工程で、前記第1枠部と前記第2枠部に挟まれて固定される第3枠部と、
    を有する、光結合装置の製造方法。
  2. 請求項1において、
    (d)前記(c)工程の後、前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部、前記複数の第1リードのそれぞれの一部、前記第1光透過性樹脂、前記第2半導体チップ、前記第2チップ搭載部、前記複数の第2リードのそれぞれの一部、前記第2光透過性樹脂、および前記絶縁フィルムシートの一部を樹脂で封止して、前記第1デバイス形成部と第2デバイス形成部とが重なっている領域毎に封止部を形成する工程、
    (e)前記(d)工程の後、前記複数の第1リード、前記複数の第2リード、および前記複数の連結部を切断し、前記封止部毎に個片化する工程、
    をさらに含む、光結合装置の製造方法。
  3. 請求項2において、
    前記絶縁フィルムシートは、第1方向に沿って前記複数の本体部が配列される第1配列ラインと、前記第1配列ラインの隣に配置され、かつ、前記第1方向に沿って前記複数の本体部が配列される第2配列ラインと、を有し、
    前記複数の連結部は、前記第1方向に沿って隣り合う本体部を連結するように設けられ、
    前記複数の第1リードおよび前記複数の第2リードのそれぞれは、前記第1方向に直交する第2方向に沿って延びる、光結合装置の製造方法。
  4. 請求項3において、
    前記(e)工程では、第1金型、および前記第1金型と対向する第2金型から成る成形金型の間に、前記第1リードフレーム、前記絶縁フィルムシート、および前記第2リードフレームを挟んだ状態で、前記絶縁フィルムシートの前記第1配列ライン、および前記第2配列ラインのそれぞれに沿って前記封止部を構成する樹脂が供給される、光結合装置の製造方法。
  5. 請求項3において、
    前記絶縁フィルムシートの前記複数の本体部のうち、前記隣り合う本体部を連結する前記複数の連結部のそれぞれの延在距離は、前記隣り合う本体部の離間距離よりも長い、光結合装置の製造方法。
  6. 請求項3において、
    前記複数の連結部のうちの一部は、前記第1方向に沿って前記隣り合う本体部を連結するように設けられ、
    前記複数の連結部のうちの他の一部は、前記第1方向に直交する前記第2方向に沿って前記隣り合う本体部を連結するように設けられる、光結合装置の製造方法。
  7. 請求項3において、
    前記複数の連結部のうち、前記第2方向に沿って前記隣り合う本体部を連結するように設けられる複数の連結部のそれぞれは、前記(c)工程において、前記複数の第1リードの間、および前記複数の第2リードの間に配置される、光結合装置の製造方法。
  8. 請求項1において、
    前記(c)工程は、
    (c1)前記第1リードフレームの複数の前記第1半導体チップ上にそれぞれペースト状の前記第1光透過性樹脂を塗布し、前記第1光素子を覆う工程、
    (c2)前記第2リードフレームの複数の前記第2半導体チップ上にそれぞれペースト状の前記第2光透過性樹脂を塗布し、前記第2光素子を覆う工程、
    (c3)前記(c1)工程の後、前記第1リードフレーム上に前記絶縁フィルムシートを重ねる工程、
    (c4)前記(c2)工程および前記(c3)工程の後、前記第1リードフレームと前記絶縁フィルムシート上に前記第2リードフレームを重ねる工程、
    を含み、
    前記(c3)工程では、複数の前記第1光素子と前記複数の本体部とがそれぞれ対向するように位置合わせを行った後、複数の前記第1光透過性樹脂と前記複数の本体部とがそれぞれ密着し、
    前記(c4)工程では、複数の前記第2光素子と前記複数の本体部とがそれぞれ対向するように位置合わせを行った後、複数の前記第2光透過性樹脂と前記複数の本体部とがそれぞれ密着する、光結合装置の製造方法。
  9. 請求項8において、
    前記第1リードフレームの前記第1枠部、前記第2リードフレームの前記第2枠部、および前記絶縁フィルムシートの前記第3枠部には、それぞれ、前記(c3)工程および(c4)工程で位置合わせを行うためのアライメント部が、形成されている、光結合装置の製造方法。
  10. 請求項9において、
    前記アライメント部は、前記第1枠部、前記第2枠部、および前記第3枠部のそれぞれを貫通する複数の貫通孔であって、
    前記(c3)工程および前記(c4)では、前記複数の貫通孔のそれぞれに、複数の位置決めピンを挿入することで位置合わせを行う、光結合装置の製造方法。
  11. 請求項10において、
    前記絶縁フィルムシートは、第1方向に沿って前記複数の本体部が配列される第1配列ラインと、前記第1配列ラインの隣に配置され、かつ、前記第1方向に沿って前記複数の本体部が配列される第2配列ラインと、を有し、
    前記複数の貫通孔は、前記絶縁フィルムシートの前記第1配列ラインの両端、および前記第2配列ラインの両端にそれぞれ形成されている、光結合装置の製造方法。
  12. 請求項1において、
    前記複数の第1リードのうちの一部は、第1ワイヤを介して前記第1半導体チップと電気的に接続され、
    前記複数の第2リードのうちの一部は、第2ワイヤを介して前記第2半導体チップと電気的に接続される、光結合装置の製造方法。
  13. 第1光素子が形成される第1主面を備える第1半導体チップと、
    前記第1半導体チップが搭載された第1チップ搭載部と、
    前記第1半導体チップと電気的に接続される複数の第1リードと、
    前記第1光素子を覆う第1光透過性樹脂と、
    前記第1光素子と対向する第2光素子が形成される第2主面を備える第2半導体チップと、
    前記第2半導体チップが搭載された第2チップ搭載部と、
    前記第2半導体チップと電気的に接続される複数の第2リードと、
    前記第2光素子を覆う第2光透過性樹脂と、
    前記第1光透過性樹脂と前記第2光透過性樹脂の間に配置される光透過性の絶縁フィルムと、
    前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部、前記複数の第1リードのそれぞれの一部、前記第1光透過性樹脂、前記第2半導体チップ、前記第2チップ搭載部、前記複数の第2リードのそれぞれの一部、前記第2光透過性樹脂、および前記絶縁フィルムを樹脂で封止する封止部と、
    を有し、
    前記絶縁フィルムは、
    前記第1光素子と前記第2光素子との間に配置される本体部と、
    前記本体部に連結される複数の連結部と、
    を有し、
    前記封止部は、前記第1チップ搭載部側に位置する第1面、前記第1面の反対側に位置する第2面、および前記第1面と前記第2面の間に位置する第1側面、および前記第1側面の反対側に位置する第2側面を有し、
    前記複数の連結部のうちの第1連結部は、前記封止部の前記第1側面において前記封止部から露出し、
    前記複数の連結部のうちの第2連結部は、前記封止部の前記第2側面において前記封止部から露出する、光結合装置。
  14. 請求項13において、
    前記封止部は、前記第1面と前記第2面の間で、かつ、前記第1側面と前記第2側面の間に位置する第3側面、および前記第3側面の反対側に位置する第4側面を有し、
    前記複数の第1リードは、前記第3側面において前記封止部から露出し、
    前記複数の第2リードは、前記第4側面において前記封止部から露出する、光結合装置。
  15. 請求項13において、
    前記第1連結部は、前記封止部から露出する第1露出端部、前記第1露出端部の反対側において前記本体部に接続される第1接続端部、および前記第1露出端部と前記第1接続端部の間の第1延在部を有し、
    前記第2連結部は、前記封止部から露出する第2露出端部、前記第2露出端部の反対側において前記絶縁フィルムの前記本体部に接続される第2接続端部、および前記第2露出端部と前記第2接続端部の間の第2延在部を有し、
    前記第1延在部の延在距離は、前記第1側面と前記絶縁フィルムの前記本体部との離間距離よりも長く、
    前記第2延在部の延在距離は、前記第2側面と前記絶縁フィルムの前記本体部との離間距離よりも長い、光結合装置。
  16. 請求項13において、
    前記封止部は、前記第1面と前記第2面の間で、かつ、前記第1側面と前記第2側面の間に位置する第3側面、および前記第3側面の反対側に位置する第4側面を有し、
    前記複数の連結部のうちの第3連結部は、前記封止部の前記第3側面において前記封止部から露出し、
    前記複数の連結部のうちの第4連結部は、前記封止部の前記第4側面において前記封止部から露出する、光結合装置。
  17. 請求項16において、
    前記複数の第1リードは、前記第3側面において前記封止部から露出し、かつ、前記第3連結部は、前記複数の第1リードの間において前記封止部から露出し、
    前記複数の第2リードは、前記第4側面において前記封止部から露出し、かつ、前記第4連結部は、前記複数の第2リードの間において前記封止部から露出する、光結合装置。
  18. 請求項13において、
    前記複数の第1リードのうちの一部は、第1ワイヤを介して前記第1半導体チップと電気的に接続され、
    前記複数の第2リードのうちの一部は、第2ワイヤを介して前記第2半導体チップと電気的に接続される、光結合装置。
  19. 増幅回路部と、前記増幅回路部に接続される光結合部を備える電力変換システムであって、
    前記光結合部は、
    第1光素子が形成される第1主面を備える第1半導体チップと、
    前記第1半導体チップが搭載された第1チップ搭載部と、
    前記第1半導体チップと電気的に接続される複数の第1リードと、
    前記第1光素子を覆う第1光透過性樹脂と、
    前記第1光素子と対向する第2光素子が形成される第2主面を備える第2半導体チップと、
    前記第2半導体チップが搭載された第2チップ搭載部と、
    前記第2半導体チップと電気的に接続される複数の第2リードと、
    前記第2光素子を覆う第2光透過性樹脂と、
    前記第1光透過性樹脂と前記第2光透過性樹脂の間に配置される光透過性の絶縁フィルムと、
    前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部、前記複数の第1リードのそれぞれの一部、前記第1光透過性樹脂、前記第2半導体チップ、前記第2チップ搭載部、前記複数の第2リードのそれぞれの一部、前記第2光透過性樹脂、および前記絶縁フィルムを樹脂で封止する封止部と、
    を有し、
    前記絶縁フィルムは、
    前記第1光素子と前記第2光素子との間に配置される本体部と、
    前記本体部に連結される複数の連結部と、
    を有し、
    前記封止部は、前記第1チップ搭載部側に位置する第1面、前記第1面の反対側に位置する第2面、および前記第1面と前記第2面の間に位置する第1側面、および前記第1側面の反対側に位置する第2側面を有し、
    前記複数の連結部のうちの第1連結部は、前記封止部の前記第1側面において前記封止部から露出し、
    前記複数の連結部のうちの第2連結部は、前記封止部の前記第2側面において前記封止部から露出する、電力変換システム。
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