(57)【要約】【課題】樹脂成型体の密着性が改善され、高温・高湿環境における信頼性が高められた光結合装置を提供する。【解決手段】実施形態の光結合装置は、絶縁基板と、半導体受光素子と、半導体発光素子と、入力端子と、出力端子と、樹脂成型体と、剥離防止材と、を有する。絶縁基板は、上面と、第１および第２の側面と、を有する。半導体受光素子は、受光領域と第１および第２の電極とを上面に有する。半導体発光素子は、受光領域上に設けられ、受光領域に向かって放出光を出射する。入力端子は、第１の側面に隣接する第１導電領域と第２導電領域とを有する。出力端子は、第２の側面に隣接する第３導電領域と第４導電領域とを有する。剥離防止材は、樹脂成型体の下面と、第１の側面に隣接する入力端子の２つの領域および第２の側面に隣接する出力端子の２つの領域とをそれぞれ接着する。【選択図】図２
2020047778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と、第１の側面と、前記第１の側面の反対の側の第２の側面と、を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記上面に設けられ、受光領域と第１の電極と第２の電極とを上面に有する半導体受光素子と、
前記受光領域上に設けられ、第１の電極と第２の電極とを上面に有し、前記受光領域に向かって放出光を出射する半導体発光素子と、
第１導電領域と第２導電領域とを有する入力端子であって、前記第１導電領域は前記半導体発光素子の前記第１の電極に接続されかつ前記第１の側面に接し、前記第２導電領域は前記半導体発光素子の前記第２の電極に接続されかつ前記第１の側面に接する、入力端子と、
第３導電領域と第４導電領域とを有する出力端子であって、前記第３導電領域は前記半導体発光受光素子の前記第１の電極に接続されかつ前記第２の側面に接し、前記第４導電領域は前記半導体受光素子の前記第２の電極に接続されかつ前記第２の側面に接する、出力端子と、
前記絶縁基板の前記上面と、前記入力端子と、前記出力端子と、前記半導体受光素子と、前記半導体発光素子と、の上に設けられた樹脂成型体と、
前記樹脂成型体の下面と、前記第１導電領域と前記第２導電領域のうち前記第１の側面に隣接する２つの領域および前記第３導電領域と前記第４導電領域のうちの前記第２の側面に隣接する２つの領域とをそれぞれ接着する剥離防止材と、
を備えた光結合装置。
【請求項２】
前記剥離防止材は、前記絶縁基板の前記上面において、前記絶縁基板の前記上面と、前記入力端子と、前記出力端子と、前記半導体受光素子と、前記半導体発光素子と、をすべて覆う請求項１記載の光結合装置。
【請求項３】
前記剥離防止材は、前記絶縁基板の前記上面において、前記絶縁基板の前記上面と、前記入力端子と、前記出力端子と、をすべて覆う請求項１記載の光結合装置。  
【請求項４】
前記剥離防止材は、ポリイミドまたはシランカップリング剤である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光結合装置は、フォトカプラーやフォトリレーを含み、入出力端子が電気的に絶縁された状態で信号伝達される。
【０００３】
光結合装置において、半導体受光素子および半導体発光素子は、エポキシなどからなる樹脂成型体により封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂成型体の密着性が改善され、高温・高湿環境における信頼性が高められた光結合装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の光結合装置は、絶縁基板と、半導体受光素子と、半導体発光素子と、入力端子と、出力端子と、樹脂成型体と、剥離防止材と、を有する。前記絶縁基板は、上面と、第１の側面と、前記第１の側面の反対の側の第２の側面と、を有する。前記半導体受光素子は、前記絶縁基板の前記上面に設けられ、受光領域と第１の電極と第２の電極とを上面に有する。前記半導体発光素子は、前記受光領域上に設けられ、第１の電極と第２の電極とを上面に有し、前記受光領域に向かって放出光を出射する。前記入力端子は、第１導電領域と第２導電領域とを有する。前記第１導電領域は前記半導体発光素子の前記第１の電極に接続されかつ前記第１の側面に隣接する。前記第２導電領域は前記半導体発光素子の前記第２の電極に接続されかつ前記第１の側面に隣接する。前記出力端子は、第３導電領域と第４導電領域とを有する。前記第３導電領域は前記半導体発光受光素子の前記第１の電極に接続されかつ前記第２の側面に隣接する。前記第４導電領域は前記半導体受光素子の前記第２の電極に接続されかつ前記第２の側面に隣接する。前記樹脂成型体は、前記絶縁基板の前記上面と、前記入力端子と、前記出力端子と、前記半導体受光素子と、前記半導体発光素子と、の上に設けられる。前記剥離防止材は、前記樹脂成型体の下面と、前記第１導電領域と前記第２導電領域のうち前記第１の側面に隣接する２つの領域および前記第３導電領域と前記第４導電領域のうちの前記第２の側面に隣接する２つの領域とをそれぞれ接着する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態にかかる光結合装置の模式斜視図である。
【図２】図２（ａ）は第１の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図２（ｃ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
【図３】剥離防止材の形状の変形例を説明する模式断面図である。
【図４】剥離防止材の形状の第二の変形例を説明するＢ−Ｂ線に沿った部分拡大模式断面図である。
【図５】比較例にかかる光結合装置の模式斜視図である。
【図６】図６（ａ）は比較例にかかる光結合装置のＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、図６（ｂ）は部分拡大した模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は第２の実施形態にかかる光結合装置の模式斜視図、図７（ｂ）は封止樹脂層を形成する前の模式平面図、図７（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、図７（ｄ）は模式下面図、である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる光結合装置の模式斜視図である。
また、図２（ａ）は第１の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図２（ｃ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
【０００９】
光結合装置５は、絶縁基板１０と、半導体受光素子２０と、半導体発光素子３０と、入力端子４０と、出力端子５０と、樹脂成型体６０と、剥離防止材７０と、を有する。なお、図１は、樹脂成型体６０（破線であらわす）およびエンキャップ樹脂９５を形成する前の斜視図を表す。
【００１０】
絶縁基板１０は、たとえば、矩形状の上面１１と、第１の側面１２と、第１の側面１１の反対の側の第２の側面１３と、を有する。また、絶縁基板１０は、ガラス繊維などを含み、その厚さＴ１は、０．１〜０．５ｍｍなどとすることができる。
【００１１】
図１、２に表すように、絶縁基板１０の第２の側面１３には、切り欠き部を設けることができる。同様に、絶縁基板１０の第１の側面１２にも切り欠き部（図示せず）を設けることができる。
【００１２】
半導体受光素子２０は、絶縁基板１０の上面１１に設けられ、受光領域２１と第１の電極２２と第２の電極２３とを上面２４に有する。半導体受光素子２０は、シリコンｐｎダイオードやフォトトランジスタとすることができる。
【００１３】
半導体発光素子３０は、受光領域２１上に設けられ、第１の電極３１と第２の電極３２とを上面３３に有し、受光領域２１に向かって放出光を出射する。半導体発光素子は、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ系材料を含み、赤外光や近赤外光を放出する。なお、半導体発光素子３０の表面を、シリコーン樹脂などからなるエンキャップ樹脂９５で覆うことができる。
【００１４】
半導体受光素子２０の上面と半導体発光素子３０の下面とはペーストを用いて接着しても良い。ペーストは、透光性と絶縁性を有し、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などとすることができる。  
【００１５】
入力端子４０は、第１導電領域４１と第２導電領域４２とを有する。第１導電領域４１は半導体発光素子３０の第１の電極３１に接続されかつ第１の側面１２に隣接する。第２導電領域４２は半導体発光素子３０の第２の電極３２に接続されかつ第１の側面１２に隣接する。
【００１６】
出力端子５０は、第３導電領域５１と第４導電領域５２とを有する。第３導電領域５１は、半導体制御素子７２を介して半導体受光素子２０の第１の電極２２に接続されかつ第２の側面１３に隣接する。第４導電領域５２は、半導体制御素子７２を介して半導体受光素子２０の第２の電極２３に接続されかつ第２の側面１３に隣接する。半導体制御素子７２は、ＭＯＳＦＥＴなどとすることができる。たとえば、ＭＯＳＦＥＴは、コモンソース接続された２つのＭＯＳＦＥＴを含むことができる。なお、半導体制御素子７２は、光結合装置５の外部に接続することもできる。その場合、半導体受光素子２０は、出力端子５０に直接接続すればよい。
【００１７】
出力端子５０は、第１の面１１に設けられた第３導電領域５１と第４導電領域５２とを有する。第３導電領域５１と、第２の側面１３の切り欠き部の側壁に設けられた導電領域（ビア）５６（図１）と、絶縁基板１０の裏面に設けられた導電領域５３と、は、連続した領域とされる。第４導電領域５２と、第２の側面１３の切り欠き部の側壁に設けられた導電領域（ビア）５７（図１）と、絶縁基板１０の裏面に設けられた導電領域５４（図２（ｃ））と、は、連続した領域とされる。このようにすると、回路基板などの配線部と、切り欠き部の側壁に設けられた導電領域（ビア）５６、５７に形成された半田フィレットにより、接着すると、半田材の接合状態の確認が容易である。
【００１８】
入力端子４０は、第１の面１１に設けられた第１導電領域４１と第２導電領域４２とを有する。第１導電領域４１と、第１の側面１２の切り欠き部の側壁に設けられた導電領域（図示せず）と、絶縁基板１０の裏面に設けられた導電領域４３と、は、連続した領域とされる。第２導電領域４２と、第１の側面１２の切り欠き部に設けられた導電領域（図示せず）と、絶縁基板１０の裏面に設けられた導電領域４４（図２（ｃ））と、は、連続した領域とされる。このようにすると、回路基板などの配線部と、を半田フィレットにより、半田材の接合状態の確認が容易である。
【００１９】
入力端子４０および出力端子５０は、たとえば、絶縁基板１０の第１の面１１に設けられたＣｕ箔、およびその上に積層されたＮｉ、Ｐｄ、Ａｕなどのメッキ層などからなるものすることができる。
【００２０】
樹脂成型体６０（図１に破線で表す）は、絶縁基板１０の上面１１と、入力端子４０と、出力端子５０と、半導体受光素子２０と、半導体発光素子３０と、剥離防止材７０の上に設けられる。樹脂成型体６０は、エポキシ樹脂などとすることができる。
【００２１】
剥離防止材７０は、第１導電領域４１と第２導電領域４２の第１の側面１２に隣接する領域、第３領域５１と第４領域５２の第２の側面１３に隣接する領域、および絶縁基板１０の上面１１であって第２の側面１３に隣接する領域、および絶縁基板１０の上面１１であって第２の側面１３に隣接する領域に少なくとも設けられかつ樹脂成型体６０の下面に位置する。剥離防止材７０は、ポリイミドやシランカップリング剤などとすることができる。剥離防止材７０は、端子の表面のＡｕメッキ層と、樹脂成型体６０との間に形成され、それぞれの界面での密着性を高め界面での剥離防止層として作用する。また、絶縁基板１０との密着性もよい。この結果、酸素、腐食ガス、薬液、水分などの侵入が抑制され、高湿・高温環境下での長期信頼性を高めることができる。
【００２２】
なお、本図において、絶縁基板１０の上面１１のうち、入力端子４０および出力端子５０が設けられない側面にはダイシングにより金属端子と樹脂成型体とが接する界面が露出することはない。エポキシなどからなる樹脂成型体６０の下面は、剥離防止材７０をはさんで絶縁基板（ガラス繊維などを含む）１０の上面１１と接着される。剥離防止材７０は、エポキシとガラス繊維との間の密着性が良好なので、さらに剥離が抑制される。
【００２３】
剥離防止材としてのポリイミドは、芳香族と芳香族とがイミド結合を介して共役構造を持つため、剛直で強固な分子構造となり、イミド結合が強い分子間力を持つ。そのため絶縁基板や樹脂成型体とのとの密着性が上がり従来に比して剥離が抑制される。
【００２４】
また、剥離防止材としてのシランカップリング剤は、分子内に有機材料と化学結合する反応基（ビニル基、エポキシ基など）、および無機材料と化学結合する反応基（メトキシ基、エトキシ基など）を有する。このため、機械的強度の向上や接着性の改善が容易である。
【００２５】
なお、図２（ｂ）に表すＡ−Ａ断面では、第１の側面１２と交差する領域に入力端子４０が存在しない。このため、剥離防止材７０は絶縁基板１０の上面１１に接触する。これに対して、図２（ｃ）に表すＢ−Ｂ線の断面では、第２領域４２が第１の側面１２に隣接する。このため、剥離防止材７０は、樹脂成型体６０の下面と入力端子４０の上面とに密着し、剥離防止層として作用する。すなわち、第１の側面１２および第２の側面１３には、端子の断面と、剥離防止材７０の断面と、樹脂成型体６０の断面と、絶縁基板１０の断面と、を共通に含む切断面が含まれる。
【００２６】
図３は、剥離防止材の形状の変形例を説明するＢ−Ｂ線に沿った模式断面図である。
ポリアミド酸を、たとえば２００℃以上に加熱するなどしてポリイミド化を行う場合、粘度が低いと絶縁基板１０上に広がりパターン化が困難になることがある。この場合、剥離防止材７０を絶縁基板１０、半導体受光素子２０、半導体発光素子３０などの上に塗布すると全面に広がるが、剥離防止層としての効果が損なわれることはない。
【００２７】
図４は、剥離防止材の形状の第二の変形例を説明するＢ−Ｂ線に沿った模式断面図である。
剥離防止材７０を絶縁基板１０の上面１１の一部に塗布し加熱した場合において、濡れ性の高い粘度では、絶縁基板１０と電極上に広がるが、半導体受光素子３０や半導体発光素子２０上には形成されない。このような形態であっても剥離防止層としての効果が損なわれることはない。  
【００２８】
また、半導体受光素子２０と絶縁基板１０との間にパッド電極およびマウント材としてのペーストがあり、それらは剥離防止材７０に覆われており、絶縁基板１０の上面１１を覆う剥離防止材７０の表面と同一の平たんな表面を形成している、あるいは、パッド電極およびマウント材としてのペースト部がそれぞれ高さの異なる凸部になり、絶縁基板１０が凹部となり、それらがなだらか起伏を有する連続する一平面を形成しても良い。さらに、剥離防止材７０は、主に絶縁基板１０の外周部で厚く,内部では薄い構成であってもよい。
【００２９】
図５は、比較例にかかる光結合装置の模式斜視図である。
また、図６（ａ）は比較例にかかる光結合装置のＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った部分拡大模式断面図、である。
【００３０】
光結合装置１０５は、絶縁基板１１０と、半導体受光素子１２０と、半導体発光素子１３０と、入力端子１４０と、出力端子１５０と、樹脂成型体１６０と、を有する。なお、図５は、樹脂成型体１６０（破線であらわす）を形成する前の斜視図を表す。
【００３１】
入力端子１４０や出力端子１５０が設けられた絶縁基板１１０の上に半導体受光素子１２０、半導体発光素子１３０が接合され、ワイヤボンディングがされる。このあと、エポキシなどを用いて樹脂成型を行う。ここまでは、多数個取りの絶縁基板を用いて工程が進められる。さらにダイシングブレードにより個々のデバイスに分割する。図６（ｂ）に、ダイシング位置２００が個片化された光結合装置の両端に示されている。ダイシングブレードの厚さは、たとえば  、０．１〜０．３ｍｍなどとされる。
【００３２】
比較例において、入力端子１４０の第２領域１４２と樹脂成型体１６０との間に界面２１０、および出力端子の第４領域１５２と樹脂成型体１６０との間に界面２１２がそれぞれ露出する。入力端子１４０の導電領域１４１、１４２、および出力端子１５０の導電領域１５１、１５２の表面には、Ａｕメッキ処理などを行いワイヤボンディングとの接合強度を高めることができる。しかしながらＡｕ層と樹脂成型体１６０との接着力は非常に弱い。このため、界面２１０、２１２から外部の酸素や、水分、薬液などが内部に侵入する。なお、気密の程度は、たとえば、グロスリークテストなどにより測定できる。
【００３３】
剥離は、界面の外縁から内部に向かって進行しやすい。この結果、半導体受光素子１２０の電極、半導体発光素子１３０の電極、ボンディングワイヤ１８１〜１８６などとともに素子自体が高湿・高温環境下で劣化し長期信頼性が低下する。
【００３４】
これに対して、第１の実施形態およびこれに付随する変形例によれば、入力端子４０と樹脂成型体６０との間の界面、および出力端子５０と樹脂成型体６０との間に界面には剥離防止層として作用する剥離防止材７０が設けられる。このため、高湿・高温環境下においても界面での剥離が抑制され、長期信頼性が改善される。
【００３５】
図７（ａ）は第２の実施形態にかかる光結合装置の模式斜視図、図７（ｂ）は封止樹脂層を形成する前の模式平面図、図７（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、図７（ｄ）は模式下面図、である。
図７（ａ）において、樹脂成型体６０は破線で表されている。また、図７（ｂ）、図７（ｄ）では、樹脂成型体が削除してある。出力端子５０の第３導電領域５１は入力端子の第１導電領域４１に向かって延在する。第１ＭＯＳＦＥＴチップ８０は、第３導電領域９７に接合されて電気的に接続される。同様に、第２ＭＯＳＦＥＴ８２は、第４導電領域９８に接合されて電気的に接続される。半導体受光素子２０は、第１ＭＯＳＦＥＴ８０と第２ＭＯＳＦＥＴ８２とにまたがって接着される。半導体発光素子３０は、半導体受光素子２０の受光領域に接着される。
【００３６】
第２の実施形態においても、入力端子４０と樹脂成型体６０との間の界面、および出力端子９６と樹脂成型体６０との間に界面には剥離防止層として作用する剥離防止材７０が設けられる。このため、ＡＣ負荷のフォトリレーなどにおいて、高湿・高温環境下での電極と樹脂との界面での剥離が抑制され、長期信頼性が改善される。
【００３７】
第１の実施形態およびこれに付随する変形例、および第２の実施形態によれば、出力端子と樹脂成型体との密着性が改善され、高温・高湿環境における信頼性が高められた光結合装置が提供される。この結果、たとえば、非常に多くのフォトリレーにより構成される半導体テスタにおいて高速信号の切り替えなどに使用される。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
５  光結合装置、１０  絶縁基板、１１  上面、１２  第１の側面、１３  第２の側面、２０  半導体受光素子、２１  受光領域、２２  第１の電極、２３  第２の電極、３０  半導体発光素子、３１  第１の電極、３２  第２の電極、４０  入力端子、４１  第１導電領域、４２  第２導電領域、５０、９６  出力端子、５１、９７  第３導電領域、５２、９８  第４導電領域、７０  剥離防止材  
【図１】
2020047778.tif 000003
【図２】
2020047778.tif 000004
【図３】
2020047778.tif 000005
【図４】
2020047778.tif 000006
【図５】
2020047778.tif 000007
【図６】
2020047778.tif 000008
【図７】
2020047778.tif 000009