(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び受光素子をリードフレーム上に搭載し、発光素子から受光素子にかけての光路となるほぼ一定高さの透光性樹脂突起部を設けており、
前記光路の光伝達方向と直交する方向での透光性樹脂突起部の断面形状が、頂部と、この頂部を挟む２つの辺を有する三角形もしくは三角形に近似する形状であり、
透光性樹脂突起部は、発光素子からの光を反射して狭搾しつつ受光素子に導くことを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項２】
発光素子の発光面と受光素子の受光面がほぼ同一基準面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項３】
透光性樹脂突起部は、カチオン重合により硬化するエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項４】
透光性樹脂突起部は、受光素子近傍で、受光素子に光を集光するドーム状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項５】
発光素子と受光素子間の距離をｌとし、透光性樹脂突起部の高さをＬとすると、ｌ≧Ｌに設定されることを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項６】
透光性樹脂突起部の幅は、発光素子の発光エリアの幅及び受光素子の受光エリアの幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項７】
透光性樹脂突起部の両端は、発光素子及び受光素子に重なるそれぞれの位置にあることを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項８】
透光性樹脂突起部の一端は、受光素子に隣接することを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項９】
発光素子が角柱であり、この発光素子の少なくとも２つの側壁が受光素子に向けられた請求項１に記載の光結合半導体装置。
【請求項１０】
発光素子及び受光素子をリードフレーム上に搭載して、発光素子及び受光素子をダイボンドもしくはワイヤボンドによりリードフレームに接続する工程と、
発光素子から受光素子にかけての光路となるほぼ一定高さの透光性樹脂突起部を形成し、前記光路の光伝達方向と直交する方向での透光性樹脂突起部の断面形状を、頂部と、この頂部を挟む２つの辺を有する三角形もしくは三角形に近似する形状にする工程と、
発光素子、受光素子、及び透光性樹脂突起部を遮光性樹脂により封止する工程と
を含むことを特徴とする光結合半導体装置の製造方法。
【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が樹脂モールドされた光結合半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の装置としては、例えば図１２に示す様な２層モールドタイプのものがある。図１２に示す様に、予め折り曲げ加工されたＣｕ合金、Ｆｅ合金等の金属材料からなる各リードフレーム１０１，１０２のヘッダー１０１ａ，１０２ａに、発光素子１０３及び受光素子１０４をＡｇペースト等の導電性ペーストにより接続して搭載し（ダイボンドと称する）、これらの素子１０３，１０４をそれぞれのリードフレームに結線接続している（ワイヤボンドと称する）。
【０００３】
そして、応力を緩和するために発光素子１０３をシリコーン樹脂で被い（プリコートと称する）、各リードフレーム１０１，１０２のスポット溶接やローディングフレームセットにより、発光素子１０３及び受光素子１０４を位置決めして対向させる。更に、透光性のエポキシ樹脂を用いた１次トランスファーモールドにより、発光素子１０３と受光素子１０４間の光路となるインナーパッケージ１０５を形成し、樹脂漏れした余分な箇所の樹脂バリを削除する。
【０００４】
この後、外乱光の侵入や内部からの光漏れを防ぐために、遮光性のエポキシ樹脂を用いた２次トランスファーモールドにより、アウターパッケージ１０６を形成する。そして、各リードフレーム１０１，１０２に外装メッキを施す。更に、各リードフレーム１０１，１０２の連結支持及びトランスファーモールド時の樹脂漏れの防止という２つの役目を果たす補助リード部を切除し（タイバーカットと称する）、アウターパッケージ１０６から露出しているリードフレーム部分を成形加工して、外部端子を形成する（フォーミングと称する）。
【０００５】
この様な従来の装置においては、発光素子１０３からの光が直線的に受光素子１０４に至る。
【０００６】
また、例えば特開平１１−１７２１２号公報に記載の「反射型ホトカプラ」は、図１３に示す様に構成されている。このホトカプラは、各リードフレーム２０１，２０２に発光素子２０３及び受光素子２０４を搭載し、発光素子２０３と受光素子２０４をシリコーン樹脂２０５により被って、発光素子２０３と受光素子２０４間の光路を形成し（ドッキングと称する）、遮光性のエポキシ樹脂を用いたトランスファーモールドによりアウターパッケージ２０６を形成し、更に各リードフレーム２０１，２０２の外装メッキ、タイバーカット、フォーミング等を施したものである。
【０００７】
この様な従来のホトカプラにおいては、図１４に示す様に発光素子２０３からの光がシリコーン樹脂２０５とアウターパッケージ２０６の界面で反射されてから受光素子２０４に至る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す従来の装置では、発光素子１０３と受光素子１０４を対向配置しているため、各ヘッダー１０１ａ，１０２ａも必然的に対向する。この状態で、各ヘッダー１０１ａ，１０２ａをインナーパッケージ１０５となるエポキシ樹脂により封止すると、各ヘッダー１０１ａ，１０２ａ間に浮遊容量（静電容量）が生じる。この場合、発光素子１０３と受光素子１０４間の電位が急激に変化したときに、受光素子１０４に変位電流が流れ、見かけ上、受光素子１０４の出力が変位し、誤動作の原因となった。
【０００９】
一方、図１３に示す従来のホトカプラでは、発光素子２０３及び受光素子２０４が対向せず、各リードフレーム２０１，２０２も対向しないので、浮遊容量が極めて小さい。ところが、発光素子２０３から出射された光は、シリコーン樹脂２０５内で分散され、シリコーン樹脂２０５とアウターパッケージ２０６の界面で幾度も繰り返し反射される。このため、受光素子２０４に至る前に界面等で吸収される光の比率が高く、発光素子２０３から受光素子２０４への光の伝達効率が低下したりばらつくという問題があった。また、シリコーン樹脂２０５が大きいので、このシリコーン樹脂２０５の熱膨張により、アウターパッケージ２０６にクラックが発生して、光の侵入や漏れが生じるという不都合を生じた。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、発光素子と受光素子間の光の伝達効率を高めかつ安定化させることが可能な光結合半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光結合半導体装置においては、発光素子及び受光素子をリードフレーム上に搭載し、発光素子から受光素子にかけての光路となるほぼ一定高さの透光性樹脂突起部を設けており、前記光路の光伝達方向と直交する方向での透光性樹脂突起部の断面形状が、頂部と、この頂部を挟む２つの辺を有する三角形もしくは三角形に近似する形状であり、透光性樹脂突起部は、発光素子からの光を反射して狭搾しつつ受光素子に導いている。
【００１２】
本発明によれば、透光性樹脂突起部は、発光素子から受光素子にかけての光路となる一定高さのものであって、発光素子からの光を反射して狭搾しつつ受光素子に導く。従って、発光素子からの光は、分散されることなく、受光素子へと導かれる。このため、発光素子から受光素子への光の伝達効率が高くかつ安定する。
【００１３】
また、本発明においては、発光素子の発光面と受光素子の受光面がほぼ同一基準面上に配置されている。
【００１４】
この場合は、光の伝達効率がより高くなり、発光素子及び受光素子を支持するそれぞれのリードフレーム間の浮遊容量を最小限に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明においては、透光性樹脂突起部は、カチオン重合により硬化するエポキシ樹脂である。
【００１８】
このエポキシ樹脂は、耐湿性の点から好ましい。
【００１９】
更に、本発明においては、透光性樹脂突起部は、受光素子近傍で、受光素子に光を集光するドーム状に形成されている。
【００２０】
この場合、受光素子への光の伝達効率がより高くなる。
【００２１】
また、本発明においては、発光素子と受光素子間の距離をｌとし、透光性樹脂突起部の高さをＬとすると、ｌ≧Ｌに設定されている。
【００２２】
光を分散させずに狭搾するには、ｌ≧Ｌに設定するのが好ましい。
【００２３】
更に、本発明においては、透光性樹脂突起部の幅は、発光素子の発光エリアの幅及び受光素子の受光エリアの幅よりも広くなっている。
【００２４】
この場合、透光性樹脂突起部は、発光素子からの光を効率的に受け入れて受光素子へと導くことができ、光の伝達効率がより高くなる。
【００２５】
また、本発明においては、透光性樹脂突起部の両端は、発光素子及び受光素子に重なるそれぞれの位置にある。
【００２６】
あるいは、本発明においては、透光性樹脂突起部の一端は、受光素子に隣接する。
【００２７】
この様に透光性樹脂突起部の端を受光素子もしくは発光素子に重ねるか隣接させれば、発光素子からの光が分散する以前に受光素子に導かれ、光の伝達効率がより高くなる。
【００２８】
また、本発明においては、発光素子が角柱であり、この発光素子の少なくとも２つの側壁が受光素子に向けられている。
【００２９】
例えば、発光素子が四角柱であれば、発光素子の１つの側壁を受光素子に向けるよりも、発光素子の２つの側壁を受光素子に向けた方が、受光素子の受光量が最大で√２倍だけ増大する。
【００３０】
一方、本発明の製造方法は、発光素子及び受光素子をリードフレーム上に搭載して、発光素子及び受光素子をダイボンドもしくはワイヤボンドによりリードフレームに接続する工程と、発光素子から受光素子にかけての光路となるほぼ一定高さの透光性樹脂突起部を形成し、前記光路の光伝達方向と直交する方向での透光性樹脂突起部の断面形状を、頂部と、この頂部を挟む２つの辺を有する三角形もしくは三角形に近似する形状にする工程と、発光素子、受光素子、及び透光性樹脂突起部を遮光性樹脂により封止する工程とを含んでいる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の光結合半導体装置の第１実施形態を示す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａに沿って切断して示す断面図である。
【００３５】
本実施形態の光結合半導体装置１では、金属材料からなる各リードフレーム１１，１２のヘッダー１１ａ，１２ａに、発光素子１３及び受光素子１４をＡｇペースト等の導電性ペーストにより接続して搭載し（ダイボンドと称する）、これらの素子１３，１４をそれぞれのリードフレームにＡｕ線等で結線接続している（ワイヤボンドと称する）する。
【００３６】
引き続いて、各リードフレーム１１，１２をインナーパッケージ用モールド金型に高精度で位置決めしセットした後、透光性樹脂を該金型に射出して、インナーパッケージ１５を形成し、発光素子１３、受光素子１４、各ヘッダー１１ａ，１２ａを封止する。このインナーパッケージ１５は、透光性樹脂突起部１６を含んでいる。この透光性樹脂突起部１６は、発光素子１３から受光素子１４に至る光路となり、その断面形状が三角形となっている。また、この透光性樹脂突起部１６の幅ｃは、発光素子１３の発光エリアの幅及び受光素子１４の受光エリア（受光面）１４ａの幅よりも広くなっている。
【００３７】
インナーパッケージ１５の成型方法としては、例えば日本ペルノックス株式会社から提供されている１液性のエポキシ樹脂「ＥＬＭ−１０００」（商品名）系統を用いて、ＬＩＭ成型等の射出成型により成型するという方法がある。このエポキシ樹脂「ＥＬＭ−１０００」系統は、カチオン重合により硬化し、耐湿性に優れるという特徴を持つ。この成型により漏れ出た余分な箇所の樹脂バリは、バリ抜き用金型やブラスター等により削除する。
【００３８】
更に、外乱光の侵入を防いだり、光路である透光性樹脂突起部１６からの光漏れを防ぐために、酸化チタニウムの充填材を含有した白色遮光性エポキシ樹脂を用いて、アウターパッケージ１７を形成する。
【００３９】
この後、各リードフレーム１１，１２に外装メッキを施してから、各リードフレーム１１，１２の連結支持及びトランスファーモールド時の樹脂漏れの防止という２つの役目を果たす補助リード部を切除し（タイバーカットと称する）、アウターパッケージ１７から露出しているリードフレーム部分を成形加工して、外部端子を形成する（フォーミングと称する）。
【００４０】
以上の工程により、光結合半導体装置１が製造される。
【００４１】
さて、この様な構成の光結合半導体装置１において、透光性樹脂突起部１６は、発光素子１３から受光素子１４にかけての範囲で一定高さを有し、またその断面形状が三角形となっている。更に、アウターパッケージ１７が白色であるから、透光性樹脂突起部１６とアウターパッケージ１７の界面が白色となり、この界面の光反射率が高い。これらのことから、発光素子１３から出射された光は、透光性樹脂突起部１６の各面１６ａ，１６ｂで反射されて狭搾されつつ受光素子１４に至り、受光素子１４で受光される。このとき、透光性樹脂突起部１６内では、発光素子１３から受光素子１４へと光が分散せれずに伝達され、かつ光の伝達距離が短いため、光の伝達効率が高くかつ安定する。
【００４２】
また、透光性樹脂突起部１６の幅を発光素子１３の発光エリアの幅及び受光素子１４の受光エリア１４ａの幅よりも広くしているので、透光性樹脂突起部１６は、発光素子１３からの光を効率的に受け入れて受光素子１４へと導くことができ、光の伝達効率がより高くなる。
【００４３】
更に、ここでは、発光素子１３と受光素子１４間の距離をｌとし、透光性樹脂突起部１６の高さをＬとすると、ｌ≧Ｌに設定されている。これにより、光が分散されずにより効果的に狭搾される。
【００４４】
また、発光素子１３及び受光素子１４がほぼ同一平面上に配置されているので、光の伝達効率がより高くなる。しかも、各ヘッダー１１ａ，１２ａもほぼ同一平面上にあって対向しないので、各ヘッダー１１ａ，１２ａ間の浮遊容量が極めて小さい。このため、この浮遊容量が原因となって、受光素子１４の出力が不用意に変位し、誤動作を招くことがない。
【００４５】
更に、光を透光性樹脂突起部１６を通じて伝達するので、インナーパッケージ１５を大きくする必要がない。このため、インナーパッケージ１５の熱膨張によりアウターパッケージ１７にクラックが発生せずに済む。
【００４６】
尚、本実施形態では、透光性樹脂突起１６に「ＥＬＭ−１０００」系統を適用しているが、この代わりに酸無水系のエポキシ樹脂を適用しても構わない。ただし、酸無水系のエポキシ樹脂は、耐湿性の点で劣る。
【００４７】
あるいは、東芝ケミカル株式会社から提供されているエポキシ樹脂「ＫＥ−９５５」（商品名）系統は、酸化チタン充填材を含有した白色に極めて近いものであり、透光性樹脂突起部１６とアウターパッケージ１７の界面の光反射率を高くするには最も望ましい。
【００４８】
図３は、透光性樹脂突起部の変形例を示す断面図であり、図４は、この変形例の透光性樹脂突起部を示す平面図である。尚、図３及び図４において、図１及び図２の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００４９】
図３及び図４に示す様に、透光性樹脂突起部１６-1の断面形状は、頂部１６-1ａと、弧を描く２つの曲面１６-1ｂ，１６-1ｃとからなる。この様な形状の透光性樹脂突起部１６-1は、その断面形状のため、成型金型から容易に抜くことができるという利点を持つ。
【００５０】
図５は、透光性樹脂突起部の他の変形例を示す断面図であり、図６は、この変形例の透光性樹脂突起部を示す平面図である。尚、図５及び図６において、図１及び図２の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００５１】
図５及び図６に示す透光性樹脂突起部１６-2の断面形状は、半楕円形であり、やはり成型金型から容易に抜くことができるという利点を持つ。また、受光素子１４の受光エリア１４ａの上方で、透光性樹脂突起部１６-2の端部１６-2ａがドーム状となるため、この端部１６-2ａの内壁面で反射された光が受光素子１４の受光エリア１４ａに集光される。この結果として、発光素子１３から受光素子１４への光の伝達効率がより高くなる。
【００５２】
勿論、これらの透光性樹脂突起部１６-1，１６-2は、図１及び図２に示す透光性樹脂突起部１６と同様に、発光素子１３から受光素子１４へと、光を反射して狭搾しつつ導くことができる。
【００５３】
図７は、本発明の光結合半導体装置の第２実施形態を示す断面図であり、図８は、本実施形態の光結合半導体装置の透光性樹脂突起部を示す平面図である。尚、図７及び図８において、図１及び図２の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００５４】
本実施形態の光結合半導体装置２では、透光性樹脂突起部２１の一端２１ａを受光素子１４の受光エリア１４ａの縁にほぼ重ね合わせている。これにより、発光素子１３からの光が分散されて吸収される以前に受光素子１４に導かれ、光の伝達効率がより高くなり、受光素子１４の受光量が増大する。この様な現象は、実験結果から導き出されたことである。
【００５５】
尚、透光性樹脂突起部２１は、透光性樹脂突起部１６と同様に、透明なエポキシ樹脂からなるインナーパッケージ１５の一部として形成され、その断面形状が図２、図３及び図５のいずれかに示す透光性樹脂突起部と同一か又は類似している。
【００５６】
また、一定幅の透光性樹脂突起部２１の代わりに、図９に示す様なほぼ紡錘形の透光性樹脂突起部２１-1を適用しても構わない。
【００５７】
図１０は、本発明の光結合半導体装置の第３実施形態を示す断面図であり、図１１は、本実施形態の光結合半導体装置の透光性樹脂突起部を示す平面図である。尚、図１０及び図１１において、図７及び図８の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００５８】
本実施形態の光結合半導体装置３では、発光素子１３が四角柱であって、４つの側壁が発光することから、発光素子１３を回転させて、発光素子１３の２つの側壁を受光素子１４に向けている。発光素子１３の回転角度θは、発光素子１３の１つの側壁だけを受光素子１４に向けている図１及び図２の状態を基準（θ＝０°）にすると、０°＜θ＜９０°という条件で設定される。ここでは、θ≒４５°となっている。この結果として、受光素子１４の受光量が最大で√２倍だけ増大する。
【００５９】
尚、本発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、多様に変形することができる。例えば、透光性樹脂突起部の断面形状を多様に変形することができ、必ずしも錘状でなくても構わない。また、透光性樹脂突起部の一端を受光素子１４に重ね合わせるだけでなく、透光性樹脂突起部の他端を発光素子１３に重ね合わせても構わない。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、透光性樹脂突起部は、発光素子から受光素子にかけての光路となる一定高さのものであって、発光素子からの光を反射して狭搾しつつ受光素子に導く。従って、発光素子からの光は、分散されることなく、受光素子へと導かれる。このため、発光素子から受光素子への光の伝達効率が高くかつ安定する。
【００６１】
また、本発明によれば、発光素子の発光面と受光素子の受光面がほぼ同一基準面上に配置されているので、光の伝達効率がより高くなり、発光素子及び受光素子を支持するそれぞれのリードフレーム間の浮遊容量を最小限に抑えることができる。
【００６２】
更に、本発明によれば、透光性樹脂突起部の断面形状は、頂部と該頂部を挟む２つの辺を有する形状である。この様な断面形状においては、光は、相互に向き合う２つの内壁面で反射されて狭搾されつつ導かれていく。
【００６３】
また、本発明によれば、透光性樹脂突起部は、カチオン重合により硬化するエポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂は、耐湿性の点から好ましい。
【００６４】
更に、本発明によれば、透光性樹脂突起部は、受光素子近傍で、受光素子に光を集光するドーム状に形成されている。このため、受光素子への光の伝達効率がより高くなる。
【００６５】
また、本発明によれば、発光素子と受光素子間の距離をｌとし、透光性樹脂突起部の高さをＬとすると、ｌ≧Ｌに設定されるので、光を分散させずにより効果的に狭搾することができる。
【００６６】
更に、本発明によれば、透光性樹脂突起部の幅は、発光素子の発光エリアの幅及び受光素子の受光エリアの幅よりも広くなっている。このため、透光性樹脂突起部は、発光素子からの光を効率的に受け入れて受光素子へと導くことができ、光の伝達効率がより高くなる。
【００６７】
また、本発明によれば、透光性樹脂突起部の両端は、発光素子及び受光素子に重なるそれぞれの位置にある。あるいは、透光性樹脂突起部の一端は、受光素子に隣接する。この様に透光性樹脂突起部の端を受光素子もしくは発光素子に重ねるか隣接させれば、発光素子からの光が分散する以前に受光素子に導かれ、光の伝達効率がより高くなる。
【００６８】
また、本発明によれば、発光素子が角柱であり、この発光素子の少なくとも２つの側壁が受光素子に向けられるので、受光素子の受光量が増大する。
【００６９】
更に、本発明によれば、遮光性樹脂は、白色で光反射率が高く、難燃性の樹脂を透光性樹脂突起部との界面に含んでいる。この様な遮光性樹脂は、透光性樹脂突起部との界面の光反射率を高め、更には光の伝達効率をより高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光結合半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａに沿って切断して示す断面図である。
【図３】第１実施形態の光結合半導体装置における透光性樹脂突起部の変形例を示す断面図である。
【図４】図３の透光性樹脂突起部を示す平面図である。
【図５】第１実施形態の光結合半導体装置における透光性樹脂突起部の他の変形例を示す断面図である。
【図６】図５の透光性樹脂突起部を示す平面図である。
【図７】本発明の光結合半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図８】図７の光結合半導体装置における透光性樹脂突起部を示す平面図である。
【図９】第２実施形態の光結合半導体装置における透光性樹脂突起部の変形例を示す平面である。
【図１０】本発明の光結合半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１０の光結合半導体装置における透光性樹脂突起部を示す平面図である。
【図１２】従来装置を例示する断面図である。
【図１３】従来のホトカプラを例示する断面図である。
【図１４】図１３のホトカプラにおけるシリコーン樹脂を示す平面図である。
【符号の説明】
１，２，３  光結合半導体装置
１１，１２  リードフレーム
１３  発光素子
１４  受光素子
１５  インナーパッケージ
１６，２１  透光性樹脂突起部
１７  アウターパッケージ
【図１】
0003725410.tif 000002
【図２】
0003725410.tif 000003
【図３】
0003725410.tif 000004
【図４】
0003725410.tif 000005
【図５】
0003725410.tif 000006
【図６】
0003725410.tif 000007
【図７】
0003725410.tif 000008
【図８】
0003725410.tif 000009
【図９】
0003725410.tif 000010
【図１０】
0003725410.tif 000011
【図１１】
0003725410.tif 000012
【図１２】
0003725410.tif 000013
【図１３】
0003725410.tif 000014
【図１４】
0003725410.tif 000015