KR19980082184A - 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 투과형과 반사형 광결합소자의 절연특성의 저하문제와 반투과성 에폭시 수지를 이용한 이중구조의 투과형 광결합소자의 제조가 복잡하다는 문제점 및 작은 패키지에도 적용이 불가능하다는 문제를 해결하고자 한 것임.
3. 발명의 해결방법의 요지
전도성이 우수한 리드프레임(41)(42)의 동일 평면상에 발광소자(43)와 수광소자(44)를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선(45)(46)으로 상기 발광소자(43) 및 수광소자(44)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광 소자(43)와 수광소자(44)를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지(47)로 도포하여 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 형성하는 제3공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지(47)의 외벽 상,하면을 고접착 반사성 절연체(48)(49)로 도포한 후 그 위와 리드프레임(41)(42)의 일부를 흑색 에폭시 수지(50)로 트랜스퍼 몰딩하는 제4공정으로 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, 입출력간에는 전기적으로 완전히 절연되어 있어 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 전위치가 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)로 연결하여 광 통로를 형성한 후 흑색 에폭시 수지(20)로 트랜스퍼 몰딩을 하여 광결합소자를 제조하게 된다.
이렇게 제조되는 실리콘 레진을 이용한 투과형 광결합소자는 입력부로 전류가 유입되면 발광소자(13)가 발광을 하게 되고, 그 발산되는 빛은 형성된 광 전달 통로를 통해 수광소자(14)로 전달되며, 수광소자(14)는 그 전달되는 빛을 전류로 변환을 하게 된다.
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 가깝게 하면 광 전달효율은 좋아지지만 광투광성 절연체(17)와 에폭시 수지(20)와의 접착력이 결여되어 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 해야 한다는 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.
상기와 같은 저절연성의 문제점을 개선하기 위하여 종래에는 첨부한 도면 도2와 같은 반투과성 에폭시 수지를 이용한 이중구조의 투과형 광결합소자를 개발하였다.
이는 전도성이 우수한 리드프레임(21)(22)에 발광소자(23)와 수광소자(24)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후, 금속세금선(25)(26)으로 칩의 전극과 지정된 리드 프레임부에 용융 접착시키고, 발광소자(23)의 열적 노화를 방지하기 위해 광투과성 실리콘 수지로 보호막(27)을 형성한다. 그 다음으로 상호 대향 배치를 위해 지정된 기구에 의해 고정한후 리드 프레임(21)(22)의 지정된 부위를 용접하고, 반투명성 에폭시 수지(28)로 1차 몰딩하여 광 통로를 형성한 후, 흑색 에폭시 수지(30)로 다시 몰딩을 하여 광결합소자를 제조하게 된다.
이렇게 제조되는 반투과성 에폭시 수지를 이용한 이중구조의 투과형 광결합소자는, 도1와 같은 광투과성 실리콘 레진을 이용한 투과형 광결합소자에서 발생하는 낮은 절연 문제는 개선하였으나, 반면 광의 통로인 에폭시 수지의 반투명성으로 인하여 광-전류 전달비의 저하에 따른 거리를 단축해야 하며, 내부 절연성 확보를 위해 금속세금선(25)(26)의 높이를 제한해야 하는 특별한 공정관리가 추가되어야 하므로 제조 공정이 복잡하다는 문제점을 야기시켰다.
또한, 반투명성 에폭시 수지(28)의 고상(固狀)으로 인하여 발광소자(23)의 동작시 칩(CHIP)의 축팽창을 원활하게 하기 위해 실리콘 투명수지(27; 광투과성 절연체)를 도포하는데, 이때 광투과성 절연체의 투입양이 불안정하거나 미투입시에는 칩의 노화가 급속하게 이루어져 실장에 막대한 지장을 초래하는 문제점을 발생하였다.
그리고, 실리콘 투명수지(27)와 반투명 에폭시 수지(28)간의 계면 발생으로 인하여 광의 굴절 현상이 일어나 전류 전달이 저하되는 문제점도 발생하였다.
종래 광결합소자의 또 다른 구조로서, 첨부한 도면 도3은 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조를 나타낸 것이다.
상기와 같은 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자는, 전도성이 우수한 리드프레임(31)(32)의 동일 평면상에 발광소자(33)와 수광소자(34)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후 금속세금선(35)(36)으로 칩의 전극과 지정된 리드프레임부에 용융 접착시키고, 광투과성의 실리콘 수지(37)로 광의 전달 통로를 형성하며, 외벽에 반사성 절연체(38)(39)를 도포한 후 흑색 에폭시 수지(40)로 트랜스퍼 몰딩을 하여 제조한다. 또 다른 제조방법으로는 실리콘 수지(37)로 광의 전달 통로를 형성하는 공정까지는 동일하며, 그 후에 반사성 절연체(38)(39)를 사용하지 않고 백색 필러(FILLER)를 함유한 에폭시 수지(40)만으로 몰딩을 하여 제조를 하게 된다.
그러나, 이러한 공정에 의해 제조되는 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합 소자도 발광소자(33)와 수광소자(34)와의 간격 제한으로 투과성 실리콘 수지(37)의 도포에 한계가 있어 절연 내압을 증가시킬 수 없다는 문제점을 발생하였다.
아울러 반사성 절연체(38)(39)로 반사막을 도포한 후 경화 시키면 접착력이 떨어져 에폭시 몰딩(40)후 계면이 발생하며, 고절연 내압을 극복할 수 없다는 문제점도 있었다.
그리고 광투과성 실리콘 수지(37)로 광 통로를 형성할 때 그 형상이 원형이나 타원형인데, 그 형상이 하면까지 이루고 있어 발광소자(33)의 발광후 하면으로 반사된 빛은 수광소자(34)측으로 도달할 수 없으므로 광 출력특성이 저하되는 문제점도 발생하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 광결합소자들의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 투과형과 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 평면상에 발광소자와 수광소자를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과; 상기 제1공정후 금속세금선으로 상기 발광소자 및 수광소자의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과; 상기 발광소자 및 수광소자를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지로 도포하여 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 형성하는 제3공정과; 상기 광투과성 실리콘 수지의 외벽 상,하면을 고접착 반사성 절연체로 도포한 후 그 위와 상기 리드프레임의 일부를 흑색 에폭시 수지로 트랜스퍼 몰딩하는 제4공정으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 광투과성 절연체를 이용한 투과형 광결합소자의 구조도,
도 2는 종래 광투과성 에폭시 수지를 이용한 이중구조의 투과형 결합소자의 구조도,
도 3은 종래 광투과성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조도,
도 4의 (가) 및 (나)도는 본 발명에 의한 보트형과 고접착 반사성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 제1구조도(DIP형),
도 5의 (가) 및 (나)도는 본 발명에 의한 보트형과 고접착 반사성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 제2구조도(MFP형-GULL WING형).
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
41,42,51,52:리드프레임43,53:발광소자
44,54:수광소자45,46,55,56:금속세금선
47,57:실리콘 수지48,49,58,59:고접착 반사성 절연체
50,60:흑색 에폭시 수지61~64, 61'~64':'V'홈 또는 '∧'형 돌기
도4의 (가) 및 (나)도는 본 발명에 의한 보트(BOAT)형과 고접착 반사형 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 구조도(DIP형)이고, 도5의 (가) 및 (나)도는 본 발명에 의한 보트형과 고접착 반사성 절연체를 이용한 반사형 광결합소자의 다른 구조도(MFP소형-GULL-WING형)이다.
여기서 딥(DIP)형 반사형 광결합소자의 제조 공정과 GULL-WING형의 MFP소형 제조 공정은 동일하므로, 중복기재를 피하기 위해 작용을 함게 설명한다.
먼저, 전도성이 우수하고 V홈(61~64)또는 ∧형상의 돌기(61' ~ 64')가 형성된 리드프레임(41)(42),(51)(52)의 동일 평면상에 발광소자(43)(53)와 수광소자(44)(54)를 각각 고전도성 접착제로 접착한 후, 금속세금선(45)(46)(55)(56)으로 그 발광소자(43)(53) 및 수광소자(44)(54)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융하여 접착시키게 된다.
이후, 광투과성이 좋은 절연성 수지인 광투과성 실리콘 수지(47)(57)를 열적으로 처리하여 상기 발광소자(43)(53) 및 수광소자(44)(54)를 포함하는 주변부의 상면만을 보트(BOAT)형의 광 전달 통로로 형성하게 된다.
상기에서, 광투과성 실리콘 수지(47)(57)로 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 만들어 주기 위해서, 리드프레임 고정부에 온도 조절기능을 갖는 장비를 설치하여 최소 안전 측면거리(최단거리) 3mm이상의 계면 절연 거리를 확보하고, 동시에 하면의 돔(DOME) 형성을 방지하며, 광 전달 출력 특성을 개선하기 위해 열적으로 광투과성 수지의 흐름과 형상을 제어하여 보트(BOAT)형 광 전달 통로를 형성하게 되는 것이다.
다음으로, 차기 공정으로 형성되는 반사막과 에폭시 수지와의 계면 밀착력 향상과 광반사력을 증가시키기 위해 반사성 절연체가 완전히 경화한후에도 끈적끈적한 고접착력과 광 반사력을 갖는 반사성 필러를 함유한 경화성 수지인 고접착 반사성 절연체(48)(49)(58)(59)를 상기 광투과성 실리콘 수지(47)(57)의 외벽 상,하면에 소정 두께로 도포하여 반사막을 형성시키게 된다.
그리고 그 반사막위와 리드프레임(41)(42)(51)(52)의 일부를 흑색 에폭시 수지(50)(60)로 트랜스퍼 몰딩하여 광결합소자를 제조하게 되는 것이다.
이러한 방법으로 광결합소자를 제조하게 되면 P-DIP형과 MFP, 즉 MINI-FLAT형 패키지의 고내압용 모든 제품(4/8/16PIN ARRAY 등등)에 적용이 가능하며, 아울러 전류 입력부에 직류형(DC)과 교류형(AC)의 장치를 모두 사용할 수 있게 된다.
이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 리드프레임의 고정부에 온도 조절 기능을 갖는 장비를 설치함으로써 일정한 거리 이상의 보트형태를 구현시킬 있는 효과가 있으며, 빠른시간내에(1분이내) 1차 실리콘 수지(47)(57)의 경화가 이루어 지므로 제조의 자동화가 가능하고, 1차 경화된 광투과성 실리콘 수지(47)(57)에 반사성 수지(48)(49)(58)(59)를 주입할 때 수지의 유동성이 좋아 상면 첨두부에만 주입하면 1분 후에는 전체적으로 상면부에 도포되고, 리드프레임(41)(42),(51)(52)의 V홈(61~64) 또는 ∧형상의 돌기(61`~64`)전까지 억제되어 제조력과 신뢰도 향상을 도모하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 보트형의 반사막이 리드프레임(41)(42)(51)(52)을 충분히 감싸고 있어 내외부 절연성을 향상시킬 수 있는 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 (8)

  1. 전도성이 우수한 리드프레임(41)(42)의 동일 평면상에 발광소자(43)와 수광소자(44)를 각각 고전도성 접착제로 접착시키는 제1공정과;
    상기 제1공정후 금속세금선(45)(46)으로 상기 발광소자(43) 및 수광소자(44)의 전극과 지정된 리드 프레임부를 용융접착시키는 제2공정과;
    상기 발광 소자(43)와 수광소자(44)를 포함하는 주변부의 상면만을 광투과성 실리콘 수지(47)로 도포하여 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 형성하는 제3공정과;
    상기 광투과성 실리콘 수지(47)의 외벽 상,하면을 고접착 반사성 절연체(48)(49)로 도포한 후 그 위와 리드프레임(41)(42)의 일부를 흑색 에폭시 수지(50)로 트랜스퍼 몰딩하는 제4공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  2. 청구항1에 있어서, 상기 제3공정중 광투과성 실리콘 수지(47)로 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 만들어 주기 위해서 리드프레임 고정부에 온도 조절기능을 갖는 장비를 설치하여 최소 안전 측면거리(최단거리) 3mm이상의 계면 절연 거리를 확보하고, 하면의 돔(DOME) 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  3. 청구항1에 있어서, 상기 광 전달 통로 형성시 광 전달 출력 특성을 개선하기 위해 열적으로 광투과성 수지의 흐름과 형상을 제어하여 보트(BOAT)형의 광 전달 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  4. 청구항1에 있어서, 상기 제4공정의 고접착 반사성 절연체(48)(49)는 반사막과 에폭시 수지와의 계면 밀착력 향상과 광반사력을 증가시키기 위해 반사성 절연체가 완전히 경화한후에도 끈적끈적한 고접착력과 광 반사력을 갖는 반사성 필러를 함유한 경화성 수지인 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  5. 청구항1에 있어서, 상기 리드프레임(41)(42)의 일부에는 투과성 및 반사성 수지의 흐름을 억제하고 패키지와 리드프레임간의 기밀성 강화를 위해 V홈(61)(62)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  6. 청구항1 또는 5에 있어서, 상기 리드프레임(41)(42)의 일부에는 투과성 및 반사성 수지의 흐름을 억제하고 패키지와 리드프레임간의 기밀성 강화를 위해 형성된 V홈을 돌기로 대체하는 것을 특징으로 하는 광결합소자의 제조방법.
  7. 전도성이 우수하며 투과성 및 반사성 수지의 흐름을 억제하기 위한 수단을 갖는 리드프레임(41)(42)의 동일 평면상에 각각 증착되어 광을 발산하고 그 발산된 광을 전기적인 신호로 변환하는 발광소자(43) 및 수광소자(44)와;
    상기 발광소자(43) 및 수광소자(44)를 포함하는 주변부의 상면에만 형성되어 상기 발광소자(43)에서 발산된 광을 상기 수광소자(44)로 전달해주기 위한 보트(BOAT)형의 광 전달 통로(47)와;
    상기 광 전달 통로(47)의 외벽 상,하면에 형성된 절연을 위한 절연막(48)(49)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광결합소자.
  8. 청구항 7항에 있어서, 상기 투과성 및 반사성 수지의 흐름 억제 수단으로 리드프레임(41)(42),(51)(52)상에 'V'홈 (61~64)또는 '∧'형상의 돌기(61'~64')를 형성하여 이루어 짐을 특징으로 하는 광결합소자.
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