JPH10321897A - 光結合半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光結合素子の絶縁耐圧及び熱ストレス等の外
部環境の変化による特性変動を良好に抑制することがで
きる光結合半導体装置を提供する。 【解決手段】 素子用リードフレームに接続された発光
素子１１及び受光素子１２外部が、それぞれ透光性ゴム
状Ｓｉ樹脂１５ａ，１５ｂでオーバーコートされるよう
に形成されてなる。これら透光性ゴム状Ｓｉ樹脂でオー
バーコートされた発光素子及び受光素子は、透光性ゲル
状Ｓｉ樹脂１６で光学的に結合している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光素子と受光素子
とを同一モールド内に封止すると共に、両者を電気的に
絶縁し、かつ、光学的に結合した光結合半導体装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】フォトカプラや光ＭＯＳなど一般的に光
結合半導体と呼ばれる装置は、電気的には絶縁している
ものの光学的に結合している発光素子と受光素子との間
を、赤外線等の光が授受されることにより信号を伝達す
る装置である。発光素子と受光素子は、通常、絶縁体か
らなる透光性樹脂で結合されており、この透光性樹脂内
を光が伝達する。

【０００３】図３には、従来の一般的な透光性樹脂を介
して光学的に結合している光結合半導体装置の断面図を
示す。図３に示した光結合半導体装置において、発光素
子２１及び受光素子２２は、それぞれ発光素子用リード
フレーム２３及び受光素子用リードフレーム２４にダイ
ボンドにより接続されている。発光素子２１及び受光素
子２２は対向して配置されており、それらの間隙には透
光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５が介在し、前記二つの素子を光
学的に結合している。また、透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５
は発光素子２１と受光素子２２とを電気的には絶縁して
いる。これらの部品の周囲は、発光素子用リードフレー
ム２３及び受光素子用リードフレーム２４の端部を除
き、不透光性の外部モールド樹脂２６によって被覆され
ている。

【０００４】光結合半導体装置に要求される特性とし
て、入力と出力との間の絶縁耐圧が挙げられる。絶縁耐
圧は、一般的に界面の密着性が高いと大きく、界面の密
着性が低いと界面部分に空隙が生じ絶縁耐圧が低下す
る。図３に示す構造の光結合半導体装置において、絶縁
耐圧特性は主として透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５と外部モ
ールド樹脂２６の界面放電によって損なわれる。そのた
め、透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５と外部モールド樹脂２６
との界面においては、それらの高い密着性が要求され
る。

【０００５】しかしながら、前記透光性ゴム状Ｓｉ樹脂
２５は硬質である（架橋密度が高い）ため外部モールド
樹脂２６との密着性が低い。そのため、各種部品を被覆
している外部モールド樹脂２６を形成するトランスファ
モールド工程において空隙２７が発生する。具体的な空
隙の発生過程は以下の通りである。加熱して溶融された
外部モールド樹脂材料に高圧を掛け、光結合半導体装置
の金型に送り込み、光結合半導体装置部品を封止して成
形するトランスファモールド工程において、外部モール
ド樹脂２６が冷却され固化し、同時に共に熱せられてい
た透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５が冷却し収縮する。この時
に外部モールド樹脂２６と透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５と
の間に空隙２７が発生する。

【０００６】この問題を解決するために、用いる透光性
樹脂を従来の硬質のものから軟質のものへ、また、軟質
の樹脂においてもゴム状のものからゲル状のより密着性
が高いものへと変更することで、外部モールド樹脂との
密着性を向上させ絶縁耐圧を確保する手段が提案されて
きた。図４には、図３に示した透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２
５を、透光性ゲル状Ｓｉ樹脂２８に変更した光結合半導
体装置の断面図を示す。このようにすることで、透光性
ゲル状Ｓｉ樹脂２８と外部モールド樹脂２６との接触面
の密着性の向上が図られ、絶縁耐圧の向上が実現されて
いる。

【０００７】また、図５には、特公平３−１１１０９号
公報に記載の透光性ゲル状Ｓｉ樹脂中に絶縁性フィルム
を導入した光結合半導体装置の断面図を示す。図５に示
すように透明な絶縁性フィルム３０を透光性ゲル状Ｓｉ
樹脂２８中に配置することで、発光素子２１と受光素子
２２の内部沿面距離が事実上増大し、絶縁耐圧を向上さ
せる手段も実際に用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光結合半導体装置には以下の問題点が存在する。図
４に示した透光性ゲル状Ｓｉ樹脂２８においても、前記
トランスファモールド工程の冷却段階において、図３に
示した透光性ゴム状Ｓｉ樹脂２５と同様に、外部モール
ド樹脂２６との界面には空隙が発生する。また、この空
隙は冷却が進行するにつれて徐々に透光性ゲル状Ｓｉ樹
脂２８の内部に巻き込まれ、図示したように透光性ゲル
状Ｓｉ樹脂２８の内部において気泡２９となる。

【０００９】熱等の外部ストレスが光結合半導体装置に
加わると、この気泡２９は透光性ゲル状Ｓｉ樹脂２８内
部を容易に移動する。そのため、光結合半導体装置とし
ての特性に変動が生じ安定した性能が得られなくなる。
また、移動した気泡が発光素子２１及び受光素子２２の
表面に付着する事例が確認されている。気泡が発光素子
２１及び受光素子２２に付着すると、発光素子２１から
発せられた光の経路を妨げ、発光動作及び受光動作その
ものが困難となる。

【００１０】また、図５に示した特公平３−１１１０９
号公報に記載の透明な絶縁性フィルム３０を透光性ゲル
状Ｓｉ樹脂２８中に導入・配置する技術では、透光性ゲ
ル状Ｓｉ樹脂２８を形成した後に、さらに別の工程で透
明な絶縁性フィルム３０を透光性ゲル状Ｓｉ樹脂２８内
に導入する必要がある。このように工程が多く組立性が
悪いため、製造コスト上昇に繋がる。

【００１１】本発明が解決しようとする課題は、光結合
半導体装置が絶縁耐圧及び熱ストレス等の外部環境の変
化により、その特性が変動するのを良好に抑制すること
が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】前記課題を解決するた
め、本発明の光結合半導体装置は、発光素子と受光素子
とが透光性樹脂により光学的に結合され周囲が不透光性
樹脂にてモールドされてなる光結合半導体装置におい
て、前記透光性樹脂がゴム状Ｓｉ樹脂及びゲル状Ｓｉ樹
脂からなることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の光結合半導体装置は、透光
性ゴム状Ｓｉ樹脂が発光素子及び受光素子の各近傍表面
を被覆するようにして形成されてなり、前記透光性ゲル
状Ｓｉ樹脂が前記発光素子及び受光素子の各近傍表面の
透光性ゴム状Ｓｉ樹脂を光学的に結合するように形成さ
れてなることを特徴とする。

【００１４】本発明の光結合半導体装置は、発光素子及
び受光素子の各近傍表面を被覆する透光性ゴム状Ｓｉ樹
脂が、表面に透光性ゲル状Ｓｉ樹脂を被覆するように形
成されてなることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光結合半導体装
置の一実施の形態について説明する。本発明の光結合半
導体装置は、素子用リードフレームに接続された発光素
子及び受光素子表面が、それぞれゴム状の透光性Ｓｉ樹
脂でオーバーコートされている。これらゴム状の透光性
Ｓｉ樹脂でオーバーコートされた発光素子及び受光素子
は、透光性ゲル状Ｓｉ樹脂で光学的に結合している。

【００１６】また、ゲル状の透光性Ｓｉ樹脂で光学的に
結合されている場合、前記のように気泡が発生し、発光
素子及び受光素子に付着する場合がある。しかし、本発
明のように発光素子及び受光素子表面を透光性ゴム状Ｓ
ｉ樹脂にてコーティングしておけば各素子表面に気泡が
付着するのを防止でき、光の経路を妨げることがないた
め発光動作及び受光動作が円滑に行われる。

【００１７】さらに、発光素子と受光素子とを結合する
光学的経路となる部分は、ゲル状の透光性Ｓｉ樹脂を使
用しているため、透光性ゴム状Ｓｉ樹脂と比較して外部
モールド樹脂との密着性が向上している。そのため、こ
の界面部分における絶縁耐圧が向上できる。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）以下に、本発明の光結合半導体装置の一実
施例を示す。図１には、本実施例における光結合半導体
装置の断面図を示す。発光素子１１及び受光素子１２
は、それぞれ発光素子用リードフレーム１３及び受光素
子用リードフレーム１４にダイボンドにより接続されて
いる。発光素子１１及び受光素子１２の表面は、それぞ
れ発光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及び受光素子
側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂにて被覆されている。発
光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及び受光素子側透
光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂにて覆われている、発光素子
１１及び受光素子１２は対向して配置されており、その
間隙には透光性ゲル状Ｓｉ樹脂１６が介在し、二つの素
子を光学的に結合している光経路を形している。これら
の部品の周囲は、発光素子用リードフレーム１３及び受
光素子用リードフレーム１４の端部を除き、図のように
不透光性の外部モールド樹脂１７によって被覆されてい
る。

【００１９】本発明の光結合半導体装置が作動した場
合、発光素子１１から放射された信号となる光は、発光
素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ、透光性ゲル状Ｓｉ
樹脂１６及び受光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂの
順に透過し、受光素子１２に到達して光結合半導体装置
が動作する。

【００２０】上記のように、発光素子１１から放射され
た光は界面での反射及び減衰等が生じない。光の透過率
についても、ゴム状の透光性Ｓｉ樹脂とゲル状の透光性
Ｓｉ樹脂では全く同じであるため、従来のゲル状あるい
はゴム状の透光性Ｓｉ樹脂を単独で用いた光結合半導体
装置と比較した場合にも、全く同等の特性が得られる。

【００２１】また、絶縁耐圧においては、図３に示した
従来の光結合半導体装置が４ｋＶであったのに対し、本
実施例の光結合半導体装置は実力８ｋＶであった。熱ス
トレス発生時における特性変動についても、図４に示し
た従来技術が５０％以内であったのに対し、本実施例の
光結合半導体装置は２０％以内であった。このように、
絶縁耐圧及び熱ストレス時における特性変動は、共に従
来技術よりも優れている。

【００２２】（実施例２）本発明の光結合半導体装置の
他の実施例を示す。図２には、本実施例における光結合
半導体装置の断面図を示す。本実施例では、図１に示し
た実施例１と同様に、発光素子１１及び受光素子１２の
外表面は各々発光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及
び受光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂにて覆われて
いる。さらにこれらの発光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂
１５ａ及び受光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂの外
表面には、透光性ゲル状Ｓｉ樹脂からなる発光素子側被
膜１９ａ及び受光素子側被膜１９ｂが形成されている。
この発光素子側被膜１９ａ及び受光素子側被膜１９ｂと
同じ透光性ゲル状Ｓｉ樹脂１６により、発光素子１１及
び受光素子１２が接続され光経路を形成している。

【００２３】図１に示した実施例１においては、外部モ
ールド樹脂１７と透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及び１５
ｂとの界面部分では、光結合半導体装置製造時のトラン
スファモールド工程において、若干の空隙１８が生じる
場合がある。この空隙１８が発生する部分は、動作時に
発光素子から放射された光が受光素子へ到達する場合
に、その特性に影響を及ぼさない光経路以外の部分であ
るため、光学的特性には問題がない。しかし、この空隙
の発生を減少もしくは防止させることができると、より
絶縁耐圧を向上することができる。

【００２４】そこで、本実施例のように外部モールド樹
脂１７と発光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及び受
光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂１５ｂとの間に、透光性
ゲル状Ｓｉ樹脂からなる発光素子側被膜１９ａ及び受光
素子側被膜１９ｂが介在するように形成しておく。ゲル
状の透光性Ｓｉ樹脂は、ゴム状のものと比べて外部モー
ルド樹脂１７との密着性が高い。そのため、外部モール
ド樹脂１７との間に生じる空隙の発生を防止でき、さら
なる絶縁耐圧の向上が可能となる。また、万一ゲル状の
透光性Ｓｉ樹脂と外部モールド樹脂１７との間で空隙が
発生し、気泡が発生したとしても、発光素子１１及び受
光素子１２の表面に形成されている、発光素子側透光性
ゴム状Ｓｉ樹脂１５ａ及び受光素子側透光性ゴム状Ｓｉ
樹脂１５ｂにより、各素子表面に気泡が付着するのを防
止できる。そのため信号光の経路を妨げることがなく、
発光動作及び受光動作を妨げない。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような優れた効果を奏する。
受光素子及び発光素子の表面を透光性ゴム状Ｓｉ樹脂に
てコーティングしておくことで、光結合半導体装置を製
造するためのトランスファモールド工程において光経路
となる透光性ゴム状Ｓｉ樹脂中に発生する気泡を透光性
ゴム状Ｓｉ樹脂の外部すなわち外部モールド樹脂との界
面に発生させず、かつ、発光素子及び受光素子上に気泡
を付着及び存在しないようにできる。この手段は絶縁性
フィルム等の特別な部材を必要とせず、特別な工程も必
要ないため製造コストの上昇を防ぐことができる。ま
た、前記発光素子及び受光素子の表面を被覆している透
光性ゴム状Ｓｉ樹脂表面をさらに透光性ゲル状Ｓｉ樹脂
でコーティングすることにより、外部モールド樹脂との
密着性を良好にすることができ、結果としてこの接触部
分において絶縁耐圧を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１における光結合半導体装置
の断面を示す図である。

【図２】 本発明の実施例２における光結合半導体装置
の断面を示す図である。

【図３】 従来の透光性ゴム状樹脂を介して光学的に結
合している光結合半導体装置の断面を示す図である。

【図４】 従来の透光性ゲル状樹脂を介して光学的に結
合している光結合半導体装置の断面を示す図である。

【図５】 特公平３−１１１０９号公報に記載の透光性
ゲル状Ｓｉ樹脂中に絶縁性フィルムを導入した光結合半
導体装置の断面を示す図である。

【符号の説明】

１１ 発光素子 １２ 受光素子 １３ 発光素子用リードフレーム １４ 発光素子用リードフレーム １５ａ 発光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂 １５ｂ 受光素子側透光性ゴム状Ｓｉ樹脂 １６ 透光性ゲル状Ｓｉ樹脂 １７ 外部モールド樹脂 １８ 空隙 １９ａ 発光素子側被膜 １９ａ 受光素子側被膜 ２１ 発光素子 ２２ 受光素子 ２３ 発光素子用リードフレーム ２４ 発光素子用リードフレーム ２５ 透光性ゴム状Ｓｉ樹脂 ２６ 外部モールド樹脂 ２７ 空隙 ２８ 透光性ゲル状Ｓｉ樹脂 ２９ 気泡 ３０ 絶縁性フィルム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子とが透光性樹脂によ
   り光学的に結合され周囲が不透光性樹脂にてモールドさ
   れてなる光結合半導体装置において、前記透光性樹脂が
   ゴム状Ｓｉ樹脂及びゲル状Ｓｉ樹脂からなることを特徴
   とする光結合半導体装置。
2. 【請求項２】 前記透光性ゴム状Ｓｉ樹脂が発光素子及
   び受光素子の各近傍表面を被覆するようにして形成され
   てなり、前記透光性ゲル状Ｓｉ樹脂が前記発光素子及び
   受光素子の各近傍表面の透光性ゴム状Ｓｉ樹脂を光学的
   に結合するように形成されてなる請求項１に記載の光結
   合半導体装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子及び受光素子の各近傍表面
   を被覆する透光性ゴム状Ｓｉ樹脂が、表面に透光性ゲル
   状Ｓｉ樹脂を被覆するように形成されてなる請求項２に
   記載の光結合半導体装置。