JPH05136454A - 光結合装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光結合装置の電流伝達比のばらつきを少なく
し、リードフレームを省略する。 【構成】 パツケージ１１に凹部１４を形成し、凹部１
４に立体金属配線１５ａ，１５ｂを施して、リードフレ
ームを省略する。立体金属配線１５ａ，１５ｂの上に単
一チツプ３１を搭載し、発光素子１２および受光素子１
３にダイシング分割し、発光素子および受光素子の間の
位置決め誤差をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光チツプと、このチ
ツプからの光を光電変換する受光チツプを具備した光結
合装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光結合装置（フオトカプラ）は、
図１０に示すように、金属製のリードフレーム１上に発
光素子２が搭載され、またリードフレーム３上に受光素
子４が搭載され、これらが光学的に結合するよう対向配
置され、金線５，６により各々他のリードフレームに電
気的に接続されている。そして、この発光素子２および
受光素子４がシリコン樹脂、半透明エポキシ樹脂等の透
光性樹脂７によつてモールドされ、さらに外部からの光
を遮光すると共に全体の形状を形成するため、強度的に
強いエポキシ樹脂等を用いた遮光性樹脂８によつて、一
体的にモールドされている。

【０００３】以上の構成において、発光側に電気信号が
加えられたときには、その電流により発光素子２が発光
し、その放出された光は透光性樹脂７を介して受光素子
４に入り受光素子４にて光電変換されて、受光側リード
フレーム３等を介して電気信号として出力される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１０の従
来例の光結合装置においては、発光素子２および受光素
子４が金属製のリードフレーム１，３に別々に搭載され
ており、各素子２，４のダイボンド精度のくるい等によ
り、電流伝達比（ＣＴＲ）にばらつきが生じていた。

【０００５】また、金属製のリードフレーム１，３等
と、エポキシ系樹脂や、熱可塑性樹脂等からなる透光性
樹脂７および遮光性樹脂８のモールド用材料との間の熱
膨張係数をあわせる必要があつた。

【０００６】また、最近は図１１〜１３のように表面実
装用として、小型化されたものもあるが、リードフレー
ム１，３は、モールド樹脂１０から突出しているため、
小型化の妨げにもなつていた。

【０００７】また、他の基板等への表面実装時の半田リ
フロー処理工程がある場合には、金属リードフレームと
樹脂間で剥離が発生しやすく、そこから水分が入るため
に発光素子２、受光素子４が劣化する等の問題点があつ
た。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑み、電流伝達比の
ばらつきを少なくし、作製が容易で、リードフレームを
もたない構造の光結合装置の製造方法の提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１〜９の如く、パツケージ１１に発光
素子１２および受光素子１３を搭載するための凹部１４
を形成し、該凹部１４に立体金属配線１７を施し、該立
体金属配線１７に受発光両特性を有する単一チツプ３１
を搭載し、該単一チツプ３１を切断分割してその切断面
間で光伝送を行う発光素子１２および受光素子１３を形
成し、これらを透光性樹脂３５にて樹脂封止し、さらに
これらを遮光性樹脂３６ａ，３６ｂにて遮光するもので
ある。

【００１０】本発明請求項２による課題解決手段は、請
求項１記載のパツケージ１１として、液晶ポリマーを使
用したものである。

【００１１】

【作用】上記請求項１による課題解決手段において、ま
ず、パツケージ１１に凹部１４を形成し、凹部１４に立
体金属配線１７を施し、その上に単一チツプ３１を搭載
しダイボンドする。

【００１２】次に、単一チツプ３１を切断して発光素子
１２と受光素子１３とに分割する。その後、透光性樹脂
３５および遮光性樹脂３６ａ，３６ｂにて順次樹脂封止
する。

【００１３】そうすると、発光素子１２と受光素子１３
との光学的結合のための位置決めの誤差がなくなる。

【００１４】また、チツプのダンボイド回数が１度で済
み、工程数を削減できる。

【００１５】また、請求項２によると、パツケージ１１
の材料として液晶ポリマーを使用することによつて、パ
ツケージ１１に対する金属メツキ加工性およびパツケー
ジ自体の耐熱性が高まり、信頼性をより向上できる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の光結合装置の一実施例を示す
平面図、図２は同じくそのＡ−Ａ断面図、図３は同じく
そのＢ−Ｂ断面図である。なお、図１では便宜上透光性
樹脂および遮光性樹脂を省略している。また、図４は同
じくその作製工程の内でメツキ工程までを終えたパツケ
ージの斜視図、図５は同じくその平面図、図６は同じく
その底面図、図７は同じくそのダイシング前の連接され
た状態を示す平面図、図８は同じくその底面図、図９は
同じく受発光用単一チツプの構造を示す側面図である。

【００１７】本発明の光結合装置は、図１〜３の如く、
同一パツケージ１１（樹脂ケース）の内部で、発光素子
１２と受光素子１３とが光学的に結合するよう対向配置
されたものである。

【００１８】前記パツケージ１１は、実際には、図７，
８の如く、複数個が連接されたシート基板の状態で作製
するが、ここでは、図４〜６の如く、パツケージ１１を
取り上げて説明する。

【００１９】パツケージ１１の樹脂材料としては、機能
性高分子材料である液晶ポリマーが使用される。該液晶
ポリマーは、良好なメツキ加工性、半田耐熱性等を有
し、光結合装置の信頼性向上に効果があり、他の機能性
材料と比較しても安価である。ただ液晶ポリマーは半透
明の材料であり、遮光性が不十分である。このため外部
からの光の侵入を防ぐために、液晶ポリマーに例えばカ
ーボン、ＳｉあるいはＩｎＳｂ等の粉体の添加剤を混入
するのが望ましい。添加剤の添加量および粒径は、例え
ばカーボンではそれぞれ０．５〜５．０ｗｔ％および
１．０μｍ以下の範囲とすることによつてパツケージ１
１の十分な遮光性が得られる。０．５ｗｔ％より小さい
添加量ではパツケージ１１の遮光性が十分に取れず、逆
に５．０ｗｔ％を越える量を添加するとパツケージ１１
の樹脂のメツキ加工性が劣化し、また粒径が１．０μｍ
を越える大きさでは、粒径間を光が通過しやすくなり遮
光性が十分にとれないからである。

【００２０】該パツケージ１１の表面には、発光素子１
２および受光素子１３を搭載するための矩形の凹部１４
が形成されている。該凹部１４の底面、側面およびパツ
ケージ１１の上面には、図４の如く、無電界メツキ法、
電界メツキ法あるいは薄膜蒸着技術等の手法を用いて金
属メツキ膜（例えば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ等）を形成した
後、エツチング等により、チツプランド用パツト１５
ａ，１５ｂおよび電極パツド１６ａ，１６ｂを含む立体
金属配線１７が三次元的に配線される。ここで、立体金
属配線１７のうち、パツケージ１１の外側に引き出すた
めの配線１８は、パツケージ１１の外壁の一部に形成し
たスルーホール１９内に金属メツキを施すことによつて
形成する。

【００２１】また、上記立体金属配線１７は、図６に示
すようにパツケージ１１の裏面まで引き回し、他の実装
基板等への半田付けパツド２１として使用する。なお、
前記両チツプランド用パツド１５ａ，１５ｂ間や、チツ
プランド用パツド１５ａ，１５ｂと電極パツド１６ａ，
１６ｂとの間の部分等は、メツキが断絶した状態とさ
れ、パツケージ基材である液晶ポリマーがそのまま露出
して電気的に絶縁された絶縁部３０が三次元的に形成さ
れている。

【００２２】前記発光素子１２および受光素子１３は、
単一チツプとしての一般的な６００ｎｍ帯の発光ダイオ
ード３１（以下、ＬＥＤという）を分割形成したもので
ある。すなわち、発光素子としてのＬＥＤは受光素子と
しても機能することが一般に知られており、分断後のＬ
ＥＤ３１の一方は発光素子１２として、他方は受光素子
１３として使用される。

【００２３】該ＬＥＤ３１は、図９の如く、単一のＰ型
ＧａＡｓ基板２２上に、エピタキシヤル成長により、発
光素子のクラツド層および受光素子のバツフア層になる
Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３と、発光素子の活性層および受
光素子の光吸収層となるＰ型ＧａＡｌＡｓ層２４と、発
光素子のクラツド層および受光素子のＮ型層となるＧａ
ＡｌＡｓ層２５を順次成長させ、最後にＮ電極となるＡ
ｕＧｅ合金とＮｉの層２６と、Ｐ型ＧａＡｓ基板側にＡ
ｕＺｎ合金の層２７を蒸着もしくはスパツタ等の方法で
形成したものを使用している。

【００２４】なお、ＬＥＤ３１としては、上記以外に例
えばＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰを成長させた長波長
用のものや、その他のものを用いても差し支えない。

【００２５】そして、該単一チツプ３１は、図５の二点
鎖線で示す如く、受光用および発光用のチツプランド用
パツド１５ａ，１５ｂの両方に跨がるように銀ペースト
等でダンボンドされ、その後、図１，２の如く、その中
央部３１ａを横断するようダイシング分割される。

【００２６】なお、図中３２は金線等のボンデイングワ
イヤである。

【００２７】前記透光性樹脂３５は、図２，３の如く、
各素子１２，１３の保護や外部量子効率向上の目的で、
光学的に透過率の高いエポキシ等の有機樹脂が使用され
ている。

【００２８】前記遮光性樹脂３６ａ，３６ｂは、図３の
如く、前記透光性樹脂３５の上部やパツケージ１１のダ
イシング後の隙間等から外部の光が受光素子１３に入射
するのを防止するため、これらの表面に遮光性の物質が
コーテイングされたものである。これは例えば、インク
レジストのようなもので良いが、確実に遮光を図るため
にパツケージ１１に添加したものと同様の粉体の添加剤
を混入するとなお一層よい。

【００２９】次に、光結合装置の製造工程について説明
する。

【００３０】最初に、凹部１４を有するパツケージ１１
を、図７，８のような連接するシート基板の状態で金型
成形する。

【００３１】次に、パツケージ１１の凹部１４、スルー
ホール１９内および背面等の表面に、無電界メツキ法、
電界メツキ法あるいは薄膜蒸着技術エツチング等によ
り、立体金属配線１７を立体形成する。

【００３２】その後、受光用および発光用のチツプラン
ド用パツド１５ａ，１５ｂの両方に跨がるように、図９
で示した単一チツプ３１を銀ペースト等でダンボンドす
る。

【００３３】そして、単一チツプ３１を中央部の絶縁ラ
イン上でダイヤモンドブレードのダイシングソー等を用
いてフルダイシングする。そうすると、図９に示した単
一チツプ３１のＰ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、発光素子１
２の活性層と受光素子１３の光吸収層とに分断され、こ
れらは、中央部の間隙３１ａを挟んで対向することにな
り、受発光間の光学的結合が確保される。

【００３４】なお、この際、一部パツケージ１１にまで
切り込みを入れておく。このことにより、単一チツプ３
１を発光素子１２と受光素子１３に分割する際、両素子
１２，１３を確実に電気的に絶縁し、光結合装置として
の機能を実現させている。

【００３５】しかる後、分割された両素子１２，１３の
各々の上部電極とパツド１６ａ，１６ｂとをボンデイン
グワイヤ３３によりワイヤーボンドし、その後、透光性
樹脂３５にて封止する。この際、透光性樹脂３５は凹部
１４を埋め尽くすとともに、単一チツプ３１を分断した
際にできた中央部の間隙３１ａにも流し込んでおく。ま
た、透光性樹脂３５の上面等に遮光性樹脂３６ａを塗布
して遮光しておく。

【００３６】ここまでの工程を、前述の如く、図７，８
に示すシート基板の状態で行う。そして、形成されたパ
ツケージ１１の縦方向のダイシングライン３７を、ダイ
ヤモンドブレードを用いたダイシングソー等でスルーホ
ール１９を切断するようにして分断し、アレイ状のパツ
ケージ列を作る。この際、中央部の間隙３１ａに流し込
まれた透光性樹脂３５は、ダイシングライン３７上の切
断面に露出するため、この部分の遮光性を確保する必要
がある。そこで、この切断面に、上記遮光性樹脂３６ａ
と同質の遮光性樹脂３６ｂをコーテイングしておく。そ
して最後にアレイ状のパツケージ列をダイシングライン
３８で再度ダイシングし、フレームレス構造の光結合装
置を得る。

【００３７】このような工程を経ることにより、本実施
例の光結合装置が実現されるが、これはリードフレーム
がなく小型化された、表面実装用の光結合装置を実現し
ている。

【００３８】使用時には、通常の光結合装置と同様、発
光素子１２に電流を供給してを発光させ、受光素子１３
にて受光し光電変換する。ここで、受光素子１３とし
て、発光素子１２と同様のＬＥＤを用いているため、従
来に比べて受光素子１３の光電変換特性が若干低下する
が、発光素子１２の活性層および受光素子１３の光吸収
層が中央部のわずかな間隙３１ａを挟んで対向している
ので、この間の光学的結合力が強くなり、光結合装置全
体としての特性は向上する。

【００３９】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、パツケージに素子搭載用凹部を有し、
この凹部にそれぞれ立体金属配線を施し、その上に単一
チツプを搭載後、これを切断して発光素子および受光素
子を分割形成することにより、これらの切断面同士を確
実に対向させ得、発光素子および受光素子の間の位置決
め誤差の発生を防止でき、電流伝達比のばらつきを従来
よりも少なくすることができる。

【００４１】また、リードフレームやチツプ等の部品点
数を減らすことができ、コストを削減できる。加えて、
発光素子と受光素子を別々に搭載する必要が無いため、
工程の簡略化が実現できる。

【００４２】さらに、他の基板等への表面実装時の半田
リフロー処理工程がある場合でも、金属リードフレーム
と樹脂との間で膨張係数の差を考慮する必要がなく、剥
離が発生せず信頼性の向上が大きく期待できる。

【００４３】さらにまた、リードフレームを省略した
分、小型化が実現できる。

【００４４】請求項２では、パツケージの材料として液
晶ポリマーを使用しているので、パツケージに対する金
属メツキ加工性および耐熱性を向上でき、高信頼性が得
られるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の光結合装置の一実施例を示す平
面図である。

【図２】図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図４は作製工程内でメツキ工程までを終えたパ
ツケージの斜視図である。

【図５】図５はパツケージの平面図である。

【図６】図６はパツケージの底面図である。

【図７】図７はパツケージのダイシング前の連接された
状態を示す平面図である。

【図８】図８はパツケージのダイシング前の連接された
状態を示す底面図である。

【図９】図９は受発光素子の構造を示す側面図である。

【図１０】図１０は従来の光結合装置の断面図である。

【図１１】図１１は光結合装置の平面図である。

【図１２】図１２は光結合装置の正面図である。

【図１３】図１３は光結合装置の側面図である。

【符号の説明】

１１ パツケージ １２ 発光素子 １３ 受光素子 １７ 立体金属配線 ３１ 単一チツプ ３５ 透光性樹脂 ３６ａ，３６ｂ 遮光性樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パツケージに発光素子および受光素子を
   搭載するための凹部を形成し、該凹部に立体金属配線を
   施し、該立体金属配線に受発光両特性を有する単一チツ
   プを搭載し、該単一チツプを切断分割してその切断面間
   で光伝送を行う発光素子および受光素子を形成し、これ
   らを透光性樹脂にて樹脂封止し、さらにこれらを遮光性
   樹脂にて遮光することを特徴とする光結合装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のパツケージとして、液晶
   ポリマーを使用したことを特徴とする光結合装置の製造
   方法。