KR100271423B1 - 광결합소자 및 그 제조방법 - Google Patents

광결합소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
광결합소자
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
종래 광투과성 절연체를 이용한 투과형 광결합소자와 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자에서 발생하는 절연 특성의 저하문제와 제조가 복잡하다는 문제점 및 작은 패키지에도 적용이 불가능하다는 문제를 해결하고자 한 것임.
3. 발명의 해결방법의 요지
전도성이 우수한 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 동일 평면상에 발광소자 (33)(53)와 수광소자(53)(54)를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선(35)(36)(55)(56)으로 상기 발광소자(33)(53) 및 수광소자 (53)(54)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광 소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)가접착되는 하부 리드프레임 및 그 리드프레임 사이에 임의 형상으로 성형된 절연성 물체(39)(59)를 삽입하는 제3공정과;상기 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지(37)(57)로 도포하여 광전달 통로를 형성하는 제4공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 외벽 상면을 고접착 반사설 절연체(38)(58)로도포한 후 그 위를 흑색 에폭시 수지(40)(60)로 트랜스퍼 몰딩하는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 한 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
광-전 변환을 위한 광결합소자에 적용되는 것임

Description

광결합소자 및 그 제조방법
일반적으로, 광결합소자는 입력전류로 빛을 발산하는 발광소자와 그 발광소자에서 발산되는 빛을 전류로 변환하는 수광소자를 하나의 패키지안에 구비한 장치로서, 입출력장치에는 전기적으로 완전히 절연되어있어 출력신호가 입력신호에 영향을 미치지 않는 단방향성 소자이며, 발광소자로서 전류의 변환 효율(광-전변환효율)이 좋은 적외발광 다이오드와 가시발광 다이오드가 사용되며, 수광소자로서 출력 특성이 양호한 포토 트랜지스터와 포토 트라이악, 포토 로직 등이 사용되고 있다.
그 응용은 회로에 있어서 전위차가 다른 두회로간의 교호작용과 고속 광대역신호 전달 등에 널리 사용되고 있다.
첨부한 도면 도1은 상기와 같은 기능을 갖는 종래 광투과성 절연체를 이용한 투과형 광결합소자의 구조를 나타낸 것이다.
이러한 구조의 투과형 광결합소자는 전도성이 우수한 리드프레임(11)(12)에 발광소자(13)와 수광소자(14)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후, 금속세금선 (15)(16)으로 칩의 전극과 지정된 리드 프레임부에 용융 접착시키고, 상호 대향배치를 위해 지정된 기구에 의해 고정한 후 리드 프레임의 지정된 부위를 용접한다.
그 다음에 광투과성 절연체(17)를 도포하여 광 통로를 형성한 후 흑색 에폭시수지(20)로 트랜스퍼 몰딩을하여 광결합소자를 제조하게 된다.
이렇게 제조되는 실릴콘 레진을 이용한 투과형 광결합소자는 입력부로 전류가 유입되면 발광소자(13)가 발광을 하게되고, 그 발산되는 빛은 형성된 광 전달 통로를 통해 수광소자(14)로 전달되며, 수광소자(14)는 그 전달되는 빛을 전류로 변환을 하게된다.
그러나 이러한 종래 실리콘 레진을 이용한 투과형 광결합소자는, 발광소자 (13)와 수광소자(14)가 상호 대향되게 배치되어 있으므로 거리에 제한을 받는 단점이 있었다. 즉, 상호 거리를 가깝게하면 광 전달효율은 좋아지지만 광투과성 절연체(17)와 에폭시 수지(20)와의 접착력이 결여되고 있고, 발광소자(13)와 수광소자 (14)의 짧은 절연거리로 인하여 그의 계면(17,20)으로 전기적 누설이 쉽게 발생되어 절연저하의 문제점이 있으며, 이와는 달리 그의 절연 거리를 확보하기 위해 거리를 증가시키면 넓은 거리로 인하여 광전달 효율이 저하되며, 계면(17)(20)의 접착력 결여로 인하여 절연 향상이 없다는 문제점이 발생된다. 따라서 이러한 구조의 투과형 광결합소자는 큰 절연 내압용으로는 적용이 불가능하며, 그 절연체 내부의 금속세금선(15)(16) 또한 낮게 해야 한다는 등의 문제점이 있다.
그리고 각각의 리드프레임(11)(12)에 대하여 기계적으로 용접을 해야한다는 복잡성이 있으며, 리드프레임(11)(12) 자체의 편차로 인하여 최적의 칩 마운트를 해도 대향배치가 틀어지게 되어 광전달 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 발광소자(13)가 발광할 경우(체면발광), 광투과성 절연체(17) 외부가 흑색 에폭시 수지(20)로 되어 있어 광의 일부가 수광소자(14)에 도달하기 전에 흡수되어 광출력 효율을 저하시키는 등의 문제점도 있었다.
종래 광결합소자의 또 다른 구조로서, 첨부한 도면 도3은 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조를 나타낸 것이다.
상기와 같은 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자는, 전도성이 우수하며 "V홈"(71)(72)를 갖는 리드프레임(21)(22)의 동일 평면상에 발광소자(23)와 수광소자(24)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후 금속세금선(25)(26)으로 칩의 전극과 지정된 리드프레임부에 용융 접착시키고, 광투과성의 실리콘 수지(27)로 광의 전달 통로를 형성하며, 외벽에 반사성 절연체(28)(29)를 도포한 후 흑색 에폭시 수지(30)로 트랜스퍼 몰딩을 하여 제조한다. 또 다른 제조방법으로는 실리콘 수지(27)로 광의 전달 통로를 형성하는 공정까지는 동일하며, 그후에 반사성 절연체(28)(29)를 사용하지 않고 백색 필러(VILLER)를 함유한 에폭시 수지(30)만으로 몰딩을하여 제조를 하게된다.
그러나 이러한 공정에 의해 제조되는 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자도 발광소자(23)와 수광소자(24)와의 간격 제한으로 투과성 실리콘 수지(27)의 도포에 한계가 있어 절연 내압을 증가시킬 수 없다는 문제점을 발생하였다.
아울러 반사성 절연체(28)(29)로 반사막을 도포한 후 경화 시키면 접착력이 떨어져 에폭시 몰딩(30)후 계면이 발생하며, 고절연 내압을 극복할 수 없달는 문제점도 있었다.
그리고 광투과성 실리콘 수지(27)로 광 통로를 형성할 때 그 형상이 원형이나 타원형인데, 그 형상이 하면까지 이루고 있어 발광소자(23)의 발광후 하면으로 반사된 빛은 수광소자(24)측으로 도달할 수 없으므로 광 출력특성을 저하시키는 문제점을 발생하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 광결합소자들의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래투과형과 반사형 광결합소자의 낮은 절연 특성과 광전류 전달비를 개선하고 제조의 복잡화를 해결하여 작은 패키지 PACKAGE ; 4PIN류, ARRAY 포함)에도 적용이 가능토록 함과 동시에 제조가 간단하고 사용이 용이하며 높은 신뢰성을 보장해주는 광결합소자를 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은, 전도성이 우수한 리드프레임의 동일 평면상이 발광소자와 수광소자를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선으로 상기 발광소자 및 수광소자의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광소자와 수광소자가 접착되는 하부 리드프레임 및 그 리드프레임 사이에 성형된 절연성 물체를 삽입하는 제3공정과; 상기 발광소자와 수광소자를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지로 도포하여 광 전달 통로를 형성하는 제4공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지의 외벽 상면을 고접착 반사성 절연체로 도포한 후 그 위를 흑색 에폭시 수지로 트랜스퍼 몰딩하는 제5공정으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다
제1도는 종래 광투과성 절연체를 이용한 투과형 광결합소자의 구조도,
제2도는 종래 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조도,
제3a 및 3b도는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 절연체(FLAT형)를 이용한 반사형 광결합소자의 제1구조도(DIP형),
제4도는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 절연체(CUP형)를 이용한 반사형 광결합소자의 제2구조도(DIP형),
제5a 및 5b도는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 절연체(FLAT형)를 이용한 반사형 광결합소자의 제3구조도(MFP형-GULL-WING형),
제6도는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 절연체(CUP형)를 이용한 반사형 광결합소자의 제4구조도(MFP형-GULL-WING형).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31,32,41,42,51,52,6,62 : 리드프레임 33,43,53,63 : 발광소자
34,44,54,64 : 수광소자
35,36,45,46,55,56,65,66 : 금속세금선
37,47,57,67 : 실리콘 수지 38,48,58,68 : 반사성 절연체
39,49,59,69 : 반투과성 절연체 40,50,60,70 : 흑색 에폭시 수지
도3a 및 b는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 FLAT형 절연체(혹은 T 형)를 이용한 반사형 광결합소자의 구조도(DIP형)이고, 도5a 및 b는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 FLAT형 절연체(혹은 T형)를 이용한 반사형 광결합소자의 다른 구조도(MFP형-GULL-WING형)이다.
여기서 DIP형 반사형 광결합소자의 제조 공정과 GULL-WING형의 MFP소형 제조 공정은 동일하므로, 중복기재를 피하기 위해 작용을 함게 설명한다.
먼저, 전도성이 우수하고 V홈(71)(72)이 있는 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 동일 평면상에 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후, 금속세금선(35)(36)(55)(56)으로 그 발광소자(33)(53) 및 수광소자(34) (54)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융하여 접착시키게 된다.
이후, 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)의 리드프레임(31)(32)(51)(52) 사이에 절연성을 향상 시키고 실리콘 수지의 흐름을 결정하기 위해서, T자형으로 성형된 절연성 반투명 에폭시 수지 또는 관련된 절연성 물체(39)(59)를 상기 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 상면보다 높거나 같은 위치가 되도록 삽입하고, 리드프레임에 열을 인가한 상태에서 광투과성 실리콘 수지(37)(57)를 도포하여 상기 발광소자(33)(53) 및 수광소자(34)(54)를 포함하는 주변부의 상면만을 돔(DOME) 형상(보트형)의 광 전달 통로를 형성하게 된다.
상기와 같은 공정으로 돔 형상을 만든 후, 반사막과 에폭시 수지와의 계면 밀착력 향상과 광 반사력을 증가시키기 위해 반사성 절연체가 완전 경화한후에도 끈적 끈적한 고접착력과 광 반사력을 갖는 반사성 필러가 함유된 경화성 수지 (38) (58)로 외벽 상면을 도포한 후, 흑색 에폭시 수지(40)(60)로 트랜스퍼 몰딩을 하여 광결합소자를 제조하게 되는 것이다.
이렇게 제조되는 본 발명에 의한 광결합소자의 특징은 발광소자와 수광소자 양단간의 절연성을 향상시키고, 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 흐름을 결정하기 위해서, 돌기 모양으로 성형된 절연성 반투명 에폭시 수지 또는 절연성 물질 (39) (59)을 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)의 리드프레임(31)(32) (51) (52)사이에 자동 삽입기로 삽입하였다.
또한, 광투과성의 실리콘 수지(37)(57)로 돔 형의 광전달 통로(상면)를 만들어 주기 위해서, 리드프레임 고정부에 온도조절기능을 갖는 장비를 설치하여 열적으로 광투과성 수지(37)(57)의 흐름과 형상을 결정시킨다.
아울러 절연거리가 짧은 리드프레임의 측계면에서 반사성 물체(38)(58)와 흑색 에폭시 수지(40)(60)의 밀착력 저하로 인해 발생되는 계면의 밀착력을 높이고, 전기적인 광효율 저하 방지를 높이기 위해서 반사성 절연체가 완전 경화한 후에도끈적끈적한 고접착력과 광반사력을 갖는 반사성 필러가 함유된 경화성 수지(38) (58)를 사용하여, 트랜스퍼 몰딩된 흑색 에폭시 수지(40)(60)와의 내부 계면을 제로(0)화하고, 실리콘 수지의 흐름을 V홈(71)(72)(73)(74)과 내부 절연체(39)(59)로 억제함으로써 상면으로만 광이 충분히 전달되도록 하였다.
또한 실리콘 수지의 흐름 억제 수단으로 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 V홈 (71~74)을 "∧"형상의 돌기(71' ~ 74')로 형성할수도 있음을 특징으로 한다.
특히, 본 발명은 기존의 원이나 타원형의 돔 형태를 탈피하여 보트형의 광반사 영역만을 돔으로 형성(37,57 - 상면)하고, 하면은 고절연성의 반투명성 절연체 (39,59)만을 적용시켜 절연내압을 상승 시킴과 동시에 별도로 반사막을 형성시킬 필요가 없으므로 제조 공정이 단순화 하게 된다.
첨부한 도면 도4는 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 CUP형 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조도(DIP형)이고, 도6은 본 발명에 의한 반투과성 에폭시 수지의 CUP형 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 다른 구조도(MFP형-GULL-WING형)이다.
이에 도시된 바와같이, 반투과성 에폭시 수지의 CUP형 절연체(49)가 설치되고 전도성이 우수한 리드프레임(41)(42)(61)(62)의 동일 평면상에 발광소자 (43) (63)와 수광소자(44)(64)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후, 금속세금선(45) (46)(65)(66)으로 그 발광소자(43)(63) 및 수광소자(44)(64)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융하여 접착시킨다.
다음으로, 리드프레임에 열을 인가한 상태에서 광투과성 실리콘 수지(47) (67)로임의 형상의 광 전달 통로를 형성하게 되는데, 이때 광 전달 통로의 형상은 상기 CUP형의 절연성 물체(49)(69)의 양단과 내벽이 접하고 동일한 높이가 되도록 플래트(FLAT)형의 형상이 된다.
그리고, 고집착력과 광반사력을 갖는 반사성 필러를 함유한 경화성 수지(48) (68)로 실리콘 수지(47)(67)의 상면을 소정두께로 도포한 후, 흑색 에폭시 수지 (50)(70)로 트랜스퍼 몰딩을 하여 광결합소자를 제조하게 되는 것이다
이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 리드프레임의 하면과 그 리드프레임 사이에 돌기가 있는 반투명 에폭시 수지의 성형절연체를 삽입함으로써 절연 특성을 개선하였으며, 온도 조절 기능을 갖는 장비를 설치함으로써 빠른 시간내에(1분이내)1차 실리콘 수지의 경화가 이루어지므로 제조의 자동화가 가능하고, 1차 경화된 광투과성 실리콘 수지에 반사성 수지를 주입할 때 수지의 유동성이 좋아 상면 첨두부에만 주입하면 1분 후에는 전체적으로 상면부에 도포되고, 리드프레임(31) (32)(51)(52)의 "V홈" 전까지 억제되어 제조력과 신뢰도 향상을 도모하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 보트형 또는 플래트형의 반사막이 리드프레임을 충분히 감싸고 있어 내외부 절연성을 향상시킬 수있는 효과도 있다
본 발명은 종래 투과형 광결합소자의 낮은 절연 특성을 개선하고 제조의 복잡화를 해결하여 작은 패키지(PACKAGE ; 4PIN류, ARRAY포함)에도 적용이 가능토록 함과 동시에 제조가 간단하고 사용이 용이하며 높은 신뢰성을 보장해주는 광결합소자를 제공하고자 한 것이다.

Claims (13)

  1. 전도성이 우수한 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 동일 평면상에 발광소자 (33)(53)와 수광소자(53)(54)를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선(35)(36)(55)(56)으로 상기 발광소자(33)(53) 및 수광소자 (53)(54)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)가 접착되는 하부 리드프레임 및 그 리드프레임 사이에 임의 형상으로 성형된절연성 물체(39)(59)를 삽입하는 제3공정과; 상기 발광소자(33)(53)와 수광소자(34)(54)를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지(37)(57)로 도포하여 광전달 통로를 형성하는 제4공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 외벽 상면을 고접착 반사성 절연체(38)(58)로 도포한 후 그 위를 흑색 에폭시 수지(40)(60)로 트랜스퍼 몰딩하는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  2. 청구항1에 있어서, 상기 제3공정은 양쪽 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 하면과는 접촉되고 그 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 사이에는 양 리드프레임(31) (32) (51)(52)의 상면보다도 높거나 같은 돌기모양의 절연체를 삽입하는것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  3. 청구항1에 있어서, 상기 제3공정의 절연성 물체(39)(59)는 절연성을 향상시키고 실리콘 수지의 흐름을 결정해주는 절연성 반투명 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  4. 청구항1에 있어서, 상기 제4공정은 리드프레임에 열을 인가하여 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 흐름과형상을 제어하여 상기 절연성 물체의 양단과 내벽이 접하고 높이가 동일한 플래트(FLAT)형의 광 전달 통로로 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  5. 청구항1에 있어서, 상기 제4공정은 리드프레임에 열을 인가하여 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 흐름과형상을 제어하여 보트형의 광 전달 통로로 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  6. 청구항1에 있어서, 상기 제5공정의 고접착 반사성 절연체(38)(58)는 반사막과 에폭시 수지와의 계면 밀착력 향상과 광반사력을 증가시키기 위해 반사성 절연체가 완전히 경화한 후에도 끈적끈적한 고접착력과 광 반사력을 갖는 반사성 필러를 함유한 경화성 수지인 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  7. 청구항1에 있어서, 상기 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 일부에 투과성 및 반투과성 수지의 흐름을 억제하고, 패키지와 리드프레임간의 기밀성 강화를 위해 "V홈"(71~74)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  8. 청구항1에 있어서, 상기 리드프레임(31)(32)(51)(52)의 일부에 투과성 및 반투과성 수지의 흐름을 억제하고, 패키지와 리드프레임간의 기밀성 강화를 위해 "∧"형상의 돌기(71' ~ 74')를 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  9. 반투과성 에폭시 수지의 컵(CUP)형 절연체(49)가 설치되고 전도성이 우수한 리드프레임(31)(32)(51)(52)의동일 평면상에 발광소자(33)(53)와 수광소자(53)(54)를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선(35) (36)(55)(56)으로 상기 발광소자(33)(53) 및 수광소자(53)(54)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광소자(33)(53)와 수광소자(34) (54)를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지(37)(57)로 도포하여 광전달 통로를 형성하는 제3공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지(37)(57)의 외벽 상면을 고접착 반사성 절연체(38)(58)로 도포한 후 그 위를 흑색 에폭시 수지(40)(60)로 트랜스퍼 몰딩하는 제4공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  10. 전도성이 우수하며 투과성 및 반사성 수지의 흐름을 억제하기 위한 "V홈" (71)(72)을 갖는 리드프레임(31)(32)의 동일 평면상에 각각 증착되어 광을 발산하고 그 발산된 광을 전기적인 신호로 변환하는 발광소자(33) 및 수광소자(34)와; 상기 발광소자(33) 및 수광소자(34)를 포함하는 주변부의 상면에만 형성되어 상기 발광소자(33)에서 발산된 광을 상기 수광소자(34)로 전달해 주기 위한 보트(BOAT)형의 광 전달 통로(37)와; 상기 발광소자(33)와 수광소자(34)가 접착되는 하부 리드프레임 및 그 리드프레임 사이에 절연을 위해 삽입되는 플래트형의 절연성 물체(39)와; 상기 광 전달 통로(37)의 외벽 상,하면에 형성된 절연을 위한 절연막 (38)(39)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광결합소자.
  11. 청구항10에 있어서, 상기 광 전달 통로(37)는 상기 리드프레임(31) (32) (51)(52)의 일부에 형성된 V홈(71)(72) 또는 ∧형상의 돌기(71')(72')전까지만 형성시키는 것을 특징으로 하는 광결합소자.
  12. 청구항10에 있어서, 상기 절연성 물체(39)는 상기 리드프레임(31)(32)의 상면보다 높거나 같은 위치가 되도록 삽입하는 것을 특징으로 하는 광결합소자.
  13. 청구항10에 있어서, 상기 절연성 물체(39)가 컵형일 경우에는 리드프레임 (41)(42)에 먼저 절연성 물체(48)를 삽입하고 이후 발광소자(43) 및 수광소자(44)를 증착시키는 것을 특징으로 하는 광결합소자
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