JPS6312181A - 樹脂封止型半導体光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 不発明は樹脂封止型半導体光結合装置に係わり、特に熱
損失の大きい半導体素子をホトカプラの受光素子として
用いる場合に適した熱抵抗の低いホトカプラ・パッケー
ジの構造に関するもので。

例えば受光素子側にホトサイリスタを用い高出力のリレ
ーとして使用されるものである。

（従来の技術） 一般にホトカプラは、入力端に赤外発光ダイオード、出
力側に受光素子のホトグイオードを配置し、光を透過す
る材料で光結合し、その外部を遮光性の材料で包んで構
成される光電デバイスの一種で、Ｔ！Ｌ気信号を光信号
に変換し、再び電気信号として取り出すことによシ、電
位の異なるシステム間の信号伝達を行なうものである。

受光素子側にホトサイリスタを用いた高出力のリレーの
場合、受光素子として制御回路を内蔵したホトサイリス
タを用いたことによシ、従来ホトカプラの受光素子の熱
損失の数十倍もしくは数百倍以上となっている。この場
合、受光素子側の熱抵抗の低い外囲器が必要で、更に出
力側に高電圧がかかるため、入出力間またはパッケージ
端子間の絶縁耐圧も必要となってくる。

従来技術の一例を第６図、第７図に示す。第６図は平面
構成図、第７図は第６図のｃ−ｃ’線に沿う断面図であ
シ、１は発光素子、２は受光素子。

３はダイステージ、４はボンディングワイヤ、５はアウ
ターリード、６は透光性樹脂、６ｈは反射面、７は遮光
性樹脂、９はセラミック基板、１０は白色塗料、１１は
枠、１２はケース、１３は銅箔ノ９ターンである。この
ものは発光素子１と受光素子２を、銅箔によシバターン
化されたセラミック基板９にマウントし、ワイヤボンデ
ィングする。

次に透明ｒル状エンキャップ剤を注入する。その上に光
の反射を良くするために白色塗料１ｏをぬる。リード５
をろう付けし之後、キャスティング剤を入れたケース１
２にセラミック板９をはめ込み、熱キユアにより封止し
完成する。

以上はセラミック基板を用いた一例であるが、他方コス
ト面１組み立て工程を考慮したセラミック基板を用いず
ヒートシンクを用いた樹脂封止型半導体装置の従来例を
第８図に示す。図中７１は第２モールド外形、８はヒー
トシンクである。このものは発光素子１、受光素子２が
リードフレームのベッド部にマウントされ、かつワイヤ
ボンディングｔ−施こした後、透光性樹脂６を用いエン
キャップ等によシ元路を形成し、これをヒートシンク８
と共に金型内にセットして遮光性樹脂７によυトランス
ファモールドを行なう。その際リードフレームはヒート
シンク８とは所定の間隔を置−て設置し、この間隙をモ
ールド樹脂が埋めるようにする。こうして樹脂封止した
後、リードフォーミングを行なった状態が第８図である
。この構造？ハ、リードフレーム５とヒートシンク８と
の間の間隙に樹脂モールド層７が介在し、これによって
両者間の絶縁が達成されている。第８図における放熱性
は、グイステーソ部とヒートシンク８との間に介在する
モールド樹脂の熱伝導率に依存する。通常樹脂７として
は、遮光性材でかつ結晶性シカリ粉末を混合して熱伝導
率を向上させたエポキシ樹脂（λ＝６０　Ｘ　１０−’
ｃａｌ／ｃｒｎ　・ｓｅｅ　・℃）が用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来技術のセラミック基板を用いたものは、絶縁耐
圧、熱抵抗値的にも略要求は満足できるが、次のような
大きな問題があった。第１の問題として、部局点数及び
組み立て工程数も多いことから組み立て工程の合理化（
機械化）が困雛で、材料費（特にセラミックへの銅箔）
９ターンが高い）。

人件費がかかシ、製品そのものが非常にコスト高となる
。またマニアル作業のため、精度的問題により信頼性も
悪くなる。第２の問題として、キャスティング材による
封止のためセラミック基板９との接着が充分でなく、種
々の環境試験を経たあとでは耐湿性等に問題があり、安
定した高品質を得ることが困難であった。第３の問題と
して、セラミック基板９を使用しているため機械的、熱
的衝撃に弱く、割れやすい問題もあった。第４の問題と
して、裏面セラミック板の漏光があり、外部の強烈な光
を受けて半導体装置が誤動作、特性異常をおこす問題も
あった。

他方ヒートシンク８を用いた樹脂封止型光半導体装置の
場合の問題点としては、用りられる高熱伝導樹脂は、結
晶性シリカが多く混入されているため粘度が高くならざ
るを得ない。このためトランスファモールドで樹脂モー
ルド層を形成する際、ダイステージ部とヒートシンクの
間を埋める樹脂層にボイドが発生し易く、このボイド発
生は絶縁耐圧を低下させる。この傾向は樹脂の粘度に比
例し、かつダイステージ部とヒートシンク間のｆｆ１Ａ
１に反比例するから、シリカ含有率を高めて放熱特性を
同上しようとすると、ボイド発生が顕著になって絶縁性
が低下してしまう問題があった。−万、シリカ含有量を
増大しかつボイド発生を抑制しようとすれば、ダイステ
ージ部とヒートシンク間の距離を大きくせざるを得す、
樹脂層による熱抵抗が増大して放熱特性向上の効果が得
られなくなってしまう。例えばダイステーノ部寸法が８
ｗ　Ｘ　８　ｍ　＋モールド樹脂としてλ”＝　６０　
Ｘ　ｌ　Ｏ−’　ｃａｌ／ｃｍ−ｇｅｃ−１：含有エポ
キシ樹脂を用いた場合、ボイド発生の関係からグイステ
ーソ部、ヒートシンク間距離を０、５　Ｗ以下にするこ
とはできなかった。

本発明は、コストが高い、組み立て工程に問題のあるセ
ラミック基板によるノ９ツケーゾ構造を用いず、更に従
来の樹脂封止型光半導体装置における問題点を改善する
ためになされたもので、ダイステージ部とヒートシンク
間の距離を短縮すると共にＲイドの発生を防止し、絶縁
耐圧を維持しつつ放熱特性を向上させ、かつ反射面を回
転楕円体の一部として発光素子から光を効率よく受光素
子へ光結合させている樹脂封止型半導体光結合装置を提
供しようとするものでるる。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）本発明は、ダイ
ステージ部へ発光素子、受光素子をマウント、ワイヤビ
ンディングしたものを、発光素子から出た光が効率よく
反射して受光素子へ光結合するように１回転楕円体の一
部の形状をした透光性樹脂にて第１のモールドを行なう
。その場合受光素子マウントのダイステージ部裏面を露
出させておき、かつ放熱用ヒートシンクを用いダイステ
ージ部裏面とヒートシンクとの間に微小隙間を設け、隙
間とヒートシンク更に第１のモールド樹脂から光がもれ
ないように周囲をおおうように、遮光性樹脂によって樹
脂封止する二重モールド構造とした・ （実施例） 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図は平面構成図、第２図は第１図のａ−凰′線に沿う断
面図、第３図は第１図のｂ　−ｂ’線に沿う断面図であ
るが、ここで前記従来例と対応する個所には同一符号を
用いる。即ち１次側の赤外発光ダイオード１はダイステ
ージ３１１（マウントされ、金線４により他のリード５
に接続される。

２次側の受光素子２としては、この場合サイリスタ及び
これを駆動する制御回路を受光素子と共に集積化したペ
レットを用い、これをステージ部３にマウントし、外部
端子に出力するため各端子リード５に対し、アルミワイ
ヤ４にて各々ペレット電極との接続がなされている。赤
外発光ダイオード１と受光素子２，２は透光性樹脂６で
包むようにされ、該樹脂は光の伝達する部分を形成する
。

透光性樹脂６による光路は、発光、受光素子中央を結ぶ
直線を軸としかつ発光素子位置、受光素子位置をそれぞ
れ焦点とする回転楕円体を長手方向に半分とした形状（
いわば半截回転楕円体）とし、該樹脂６はダイステージ
の裏面が露出するように第１次のトランスファモールド
を行なうことによ多形成される。次【ヒートシンク８を
モールド金を内に設置し、ヒートシンク８と所定の間隔
を置いて前記第１の樹脂モールドを形成したリードフレ
ームを設置した後、遮光性樹脂７にてトランスファモー
ルドを行なうことにより、第２の樹脂モールドを形成す
る。この２回目のトランスファモールドにおいて、樹脂
７はまずヒートシンク８と第１の樹脂モールド層６との
間を流れてから第１の樹脂モールドの外側に流れ込む。

従ってこの場合の空気の逃げ場は、従来のようにダイス
テージ部、ヒートシンク間の間隙ではなく第２の樹脂モ
ールドの成形空間となり、問題の間隙部分にボイドを生
じることなく高熱伝導の樹脂を充填することができた。

第１図ないし第３図の構成によれば、第１のモールド６
を発光素子１．受光素子２を焦点とする回転楕円体の一
部形状としたことにより、光の伝達の極めてよい光結合
を可能にした。またグイステーソ部としヒートシンク間
の距離を短縮すると共にディトの発生を防止し、かつ両
者間に介在するモールド樹脂層の結晶性シリカ含有率を
増大し。

絶縁性を維持しつつ放熱特性を向上することができる。

これにより透明樹脂、遮光性樹脂との二重トランス７ア
モールド構造にすることで、容易に組み立て可能な熱抵
抗の極めて低いかつ絶縁耐圧の大きい樹脂封止型半導体
光結合装置が提供できた。

熱抵抗において具体的には、ダイステーノ及びヒートシ
ンク間の距離を０．３　ｒｍと従来の強に短縮し、かつ
この間隙内を従来よりも熱伝導率の高−樹脂で充填した
ため、該樹脂による熱抵抗は従来の３．２℃／Ｗから２
．２℃汐と約２１チ改善することができた。また上記間
隙内の樹脂層におけるｘイドの発生を略完全に防止でき
たため、４０００Ｖの絶縁耐圧を得ることができた。

なお本発明は上記実施例に限られず種々の応用が可能で
ある。例えば上記実施例では受光素子が２個の場合を説
明したが１例えば第４図の如く受光素子が３個の場合に
も適用できる。一般に受光素子が複数の場合、第１の樹
脂モールド層が、各受″＃：、素子中央と発光素子中央
間を軸とする各半截回転楕円体の集合形状にすることが
できる。また封止・ザラケージの高さに制限がある場合
、例えば第５図の如く半截回転楕円体の一部を切断した
形状としてもよい。即ち本発明では第１の樹脂モールド
層は、回転楕円体を長手方向に半分に切った場合のみで
なく、回転楕円体の一部を具備する場合を含むものであ
る。また本発明においては、第１の樹脂モールド層の外
周に白色塗料をぬって反射効率を上げることもできる。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、グイステーソ部とヒ
ートシンク間距離を短縮すると共にボイドの発生を防止
し、絶縁耐圧を維持しつつ放熱特性を向上させ、かつ反
射面を回転楕円体の一部として発光素子から出た光を効
率よく受光素子へ光結合させ得る樹脂封止型半導体光結
合装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面構成図、第２図は第１
図のａ−＆′線に沿う断面図、第３図は第１図ｂ−ｂ’
線に沿う断面図、第４図、第５図は本発明の応用例を示
す斜視図、第６図は従来装置の平面構成図、第７図は第
６図のｃ　−’　ｃ／線に沿う断面図、第８図は他の従
来装置の断面図である。 １・・・発光素子、２・・・受光素子、３・・・グイス
テーソ、４・・・♂ンディングワイヤ、５・・・アウタ
ーリード、６・・・透光性樹脂、７・・・遮光性樹脂、
８・・・ヒートシンク。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 髄 第４図 、第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイステージ表面にマウントされた発光素子及び
   受光素子と、前記ダイステージ部の裏面が露出するよう
   に該ダイステージ及び前記発光素子と受光素子を封止す
   る第１の樹脂モールド層と、前記ダイステージ部の露出
   した裏面下に所定の距離を置いて配置されたヒートシン
   クと、該ヒートシンク及び前記第１の樹脂モールド層の
   外側を覆いかつ前記ダイステージ部の露出面とヒートシ
   ンクとの間の間隙に充填して形成された第２の樹脂モー
   ルド層と、該第２の樹脂モールド層を貫通して先端部が
   前記第１の樹脂モールド層内に配置されかつボンディン
   グワイヤを介して前記発光素子、受光素子表面の内部電
   極に接続されたリードとを具備したことを特徴とする樹
   脂封止型半導体光結合装置。
2. （２）前記第１の樹脂モールド層は透光性材料で、前記
   第２の樹脂モールド層は遮光性材料でかつ熱伝導性に優
   れた熱硬化性モールド樹脂であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の樹脂封止型半導体光結合装置
   。
3. （３）前記第１の樹脂モールド層は、前記発光受光素子
   中央を結ぶ直線を軸としかつ前記発光素子位置、受光素
   子位置をそれぞれ焦点とする回転楕円体を長手方向に切
   断した形状（仮に半截回転楕円体という）となっており
   、前記発光及び受光素子が同一平面上に配置され、前記
   発光素子で発光した光が前記第１の樹脂モールド層の表
   面付近で反射して受光素子側へ光結合することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の樹脂封
   止型半導体光結合装置。
4. （４）前記受光素子が複数の場合前記第１の樹脂モール
   ド層が、前記各受光素子中央と発光素子中央間を軸とす
   る各半截回転楕円体の集合形状となっていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   に記載の樹脂封止型半導体光結合装置。
5. （５）前記第１の樹脂モールド層の外周に白色塗料をぬ
   って反射効率を高くしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項または第３項または第４項に記載
   の樹脂封止型半導体光結合装置。