(57)【要約】【課題】入出力間絶縁厚みの設計を簡単にし、小型化・薄型化を容易にし、高信頼性を得る。【解決手段】１枚のリードフレームを形成しているリード部２１〜２４を境界面として、フリップチップの発光素子２９と受光素子３２とを互いに反対側に配置する。また、リード部２１〜２４と受光素子３２との間に絶縁シート３１を配置し、把持部材２５〜２８で把持する。そして、発光素子２９をリード部２１,２３の表面にフリップチップボンディングし、受光素子３２を把持部材２６,２８にフリップチップボンディングしてリード部２２,２４に接続する。こうして、入出力間絶縁厚みを絶縁シート３１の厚みにして、設計時の各部の寸法ばらつき管理をより簡単にし、小型化・薄型化を容易にする。絶縁シート３１を入出力間に設けて絶縁信頼性を向上させる。線径が細いＡu線を用いたワイヤボンディングの必要をなくして、断線信頼性の向上を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一組成を有すると共に、同一平面上に配列された複数のリード部と、
フリップチップである発光素子と、
フリップチップである受光素子と
を備え、
上記発光素子は、上記複数のリード部のうちの発光素子用のリード部における一方の面上にフリップチップボンディングされており、
上記受光素子は、上記複数のリード部のうちの受光素子用のリード部における上記一方の面とは反対側の他方の面上にフリップチップボンディングされており、
上記発光素子および上記受光素子の何れか一方と上記複数のリード部との間に挟持された絶縁シートと、
上記発光素子用のリード部にフリップチップボンディングされた上記発光素子と、上記受光素子用のリード部にフリップチップボンディングされた上記受光素子とを樹脂封止する樹脂封止部と
を備えた
ことを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光結合半導体装置において、
上記複数のリード部における上記絶縁シートが挟持されている側の面に設けられて、上記絶縁シートを把持すると共に、上記発光素子あるいは上記受光素子の端子が接続される把持部材を備えた
ことを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の光結合半導体装置において、
上記絶縁シートのシート厚は、上記発光素子側を入力側とする一方、上記受光素子側を出力側とした場合の入出力間を絶縁可能な厚みに設定されている
ことを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の光結合半導体装置を備えた
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源やプログラマブルコントローラ等に用いると好適な光結合半導体装置およびそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の代表的な光結合半導体装置として、特開平６‐１３２５６１号公報(特許文献１)に開示されているような２層モールドタイプの光結合半導体装置がある。
【０００３】
図７に、上記従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置の側面図(図７(a))と断面図(図７(b))とを示す。また、図８に、その主要部分の平面図を示す。尚、図７(b)は図８のＡ‐Ａ'矢視断面図に相当する。また、図７(a)の側面図は、内部構造を分かり易くするために透過図で描いている。
【０００４】
図７および図８において、Ｃu合金やＦe合金等の金属材料で形成された発光素子側の１枚のリードフレーム(図示せず)を形成すると共に、予め折り曲げ加工されたリード部１のヘッダー２に、発光素子３がＡgペースト等の導電性ペーストで搭載(以下、ダイボンドと言う)されている。そして、上記発光素子側のリードフレームを形成すると共に、リード部１に隣接しているリード部１'のワイヤー接続部７と、発光素子３とが、Ａu線８等で結線接続(以下、ワイヤボンドと言う)されている。
【０００５】
同様に、Ｃu合金やＦe合金等の金属材料で形成された受光素子側の１枚のリードフレーム(図示せず)を形成すると共に、予め折り曲げ加工されたリード部４のヘッダー５に、受光素子６がＡgペースト等の導電性ペーストでダイボンドされている。そして、上記受光素子側のリードフレームを形成すると共に、リード部４に隣接しているリード部４'のワイヤー接続部９と、受光素子６とが、Ａu線１０等でワイヤボンドされている。
【０００６】
そうした後に、上記発光素子３と受光素子６とが互いに対向するように上記発光素子側のリードフレームと上記受光素子側のリードフレームとが積層され、リード部１のヘッダー２およびリード部４のヘッダー５の全体が半透明エポキシ樹脂１１で封止される。さらに、半透明エポキシ樹脂１１が不透明エポキシ樹脂１２で封止される。そして、個々の素子に分割されて光結合半導体装置が得られる。尚、図９に、上記従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置の等価回路を示す。
【０００７】
しかしながら、上記従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置には、以下のような問題がある。
【０００８】
入出力間を絶縁する必要のある従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置においては、入力側は、図１０に示すように、予め折り曲げ加工されたリード部１のヘッダー２に発光素子３をダイボンドし、リード部１に隣接するリード部１'のワイヤー接続部７と発光素子３とをワイヤボンドする構造となっている。
【０００９】
また、出力側も、図１１に示すように、上記入力側の場合と同様に、予め折り曲げ加工されたリード部４のヘッダー５に受光素子６をダイボンドし、リード部４に隣接するリード部４'のワイヤー接続部９と受光素子６とをワイヤボンドする構造となっている。
【００１０】
上記構成を有する従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置においては、大きく以下の３つの問題点を指摘することができる。
【００１１】
(１)  一般に、光結合半導体装置においては、入出力間の絶縁厚み(つまり、入出力間の最小距離)が、絶縁性能を確保する上で非常に重要な要素である。上記従来の光結合半導体装置における入出力間絶縁厚みは、図１２における寸法(Ｄ)(すなわち、Ａu線８の最下点と受光素子６の上面との間隔)で表される。そして、その値は、発光素子３の厚み、リード部１,４の板厚、受光素子６の厚み、Ａu線８のループ立ち上がり高さに加えて、リード部１,４の折り曲げ深さ等に依存する。そこで、入出力間の絶縁厚みを設計する際には、リード部１,４の折り曲げ公差に加えて、発光素子３または受光素子６の寸法公差、および、Ａu線８の立ち上がりループの高さばらつき等を考慮する必要がある。
【００１２】
したがって、所定の入出力間絶縁厚みを確実に確保するためには設計尤度を取らざるを得ず、結果として光結合半導体装置の小型化・薄型化を図る際の障害となっている。
【００１３】
(２)  上記従来の２層モールドタイプの光結合半導体装置においては、上記発光素子３と隣接するリード部１'のワイヤー接続部７とを結線するため、および、受光素子６と隣接するリード部４'のワイヤー接続部９とを結線するために、Ａu線８,１０等を使用している。したがって、Ａu線８,１０の線径が細いことに起因して、過電流によるネック部の断線やリード部１,４に振動が加わることによる特定の箇所での断線等の信頼性上の問題が発生している。
【００１４】
(３)  上記の２層モールドタイプの光結合半導体装置においては、上記発光素子３を搭載するための上記発光素子側のリードフレームと、受光素子６を搭載するための上記受光素子側のリードフレームとを、別々に用意する必要がある。ところが、リードフレームは光結合半導体装置を構成する部材の中でも比較的コストウエイトが高く、コストダウンを図る上での障害となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平６‐１３２５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、この発明の課題は、入出力間絶縁厚みの設計が簡単であり、小型化・薄型化およびコストダウンが容易であり、高信頼性を得ることができる光結合半導体装置、及び、それを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の光結合半導体装置は、
同一組成を有すると共に、同一平面上に配列された複数のリード部と、
フリップチップである発光素子と、
フリップチップである受光素子と
を備え、
上記発光素子は、上記複数のリード部のうちの発光素子用のリード部における一方の面上にフリップチップボンディングされており、
上記受光素子は、上記複数のリード部のうちの受光素子用のリード部における上記一方の面とは反対側の他方の面上にフリップチップボンディングされており、
上記発光素子および上記受光素子の何れか一方と上記複数のリード部との間に挟持された絶縁シートと、
上記発光素子用のリード部にフリップチップボンディングされた上記発光素子と、上記受光素子用のリード部にフリップチップボンディングされた上記受光素子とを樹脂封止する樹脂封止部と
を備えた
ことを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、上記発光素子あるいは上記受光素子と、上記複数のリード部と、上記絶縁シートと、上記受光素子あるいは上記発光素子とが積層された構成になっている。その結果、上記発光素子側を入力側とする一方、上記受光素子側を出力側とした場合に、入出力間絶縁厚みは上記絶縁シートの厚みとなる。したがって、所定の入出力間絶縁厚みを得るための寸法ばらつき管理がシンプルで容易なものとなり、光結合半導体装置の小型化・薄型化を容易に図ることが可能になる。
【００１９】
さらに、上記発光素子および上記受光素子は、フリップチップボンディングによってリード部に搭載されている。したがって、細いＡu線を用いたワイヤボンディングを行う必要がなく、断線信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
さらに、上記入出力間に上記絶縁シートを設けることによって、上記入出力間に半透明エポキシ樹脂のみを設ける場合に比べて、絶縁信頼性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、同一組成を有すると共に、同一平面上に配列された上記複数のリード部は、１枚のリードフレームで構成することが可能である。その場合には、コストウエイトが高いリードフレームの枚数を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、１実施の形態の光結合半導体装置では、
上記複数のリード部における上記絶縁シートが挟持されている側の面に設けられて、上記絶縁シートを把持すると共に、上記発光素子あるいは上記受光素子の端子が接続される把持部材を備えている。
【００２３】
この実施の形態によれば、上記複数のリード部に設けられた上記把持部材によって、上記絶縁シートの把持と、上記発光素子あるいは上記受光素子の上記リード部へのフリップチップボンディングとを、容易に行うことが可能になる。したがって、部品点数を少なくして、構成の複雑化を防止することができる。
【００２４】
また、１実施の形態の光結合半導体装置では、
上記絶縁シートのシート厚は、上記発光素子側を入力側とする一方、上記受光素子側を出力側とした場合の入出力間を絶縁可能な厚みに設定されている。
【００２５】
この実施の形態によれば、上記絶縁シートのシート厚が、入出力間を絶縁可能な厚みに設定されているので、入出力間絶縁厚みを設計する場合に考慮すべき項目が少なくなる。したがって、上記入出力間絶縁厚みを設計する場合の設計ばらつきを小さく抑えることができ、光結合半導体装置の小型化・薄型化を容易に図ることができる。
【００２６】
また、この発明の電子機器は、
上記この発明の光結合半導体装置を備えたことを特徴としている。
【００２７】
上記構成によれば、小型化・薄型化を容易に図り、信頼性が高く、コストダウンを図ることができる光結合半導体装置を備えているので、本電子機器の小型化・薄型化を容易に図り、信頼性を高め、コストダウンを図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
以上より明らかなように、この発明の光結合半導体装置は、発光素子あるいは受光素子と、複数のリード部と、絶縁シートと、上記受光素子あるいは上記発光素子とが積層された構成を有するので、入出力間絶縁厚みは上記絶縁シートの厚みとなる。したがって、所定の入出力間絶縁厚みを得るための寸法ばらつき管理がシンプルで容易なものとなり、光結合半導体装置の小型化・薄型化を容易に図ることが可能になる。
【００２９】
さらに、上記発光素子および上記受光素子は、フリップチップボンディングによってリード部に搭載されている。したがって、細いＡu線を用いたワイヤボンディングを行う必要がなく、断線信頼性の向上を図ることができる。
【００３０】
さらに、上記入出力間に上記絶縁シートを設けているので、上記入出力間に半透明エポキシ樹脂のみを設ける場合に比べて、絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３１】
さらに、同一組成を有すると共に、同一平面上に配列された上記複数のリード部は、１枚のリードフレームで構成することが可能である。その場合には、コストウエイトが高いリードフレームの枚数を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００３２】
また、この発明の電子機器は、小型化・薄型化を容易に図り、信頼性が高く、コストダウンを図ることができる上記この発明の光結合半導体装置を備えているので、本電子機器の小型化・薄型化を容易に図り、信頼性を高め、コストダウンを図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の光結合半導体装置における断面図である。
【図２】図１に示す光結合半導体装置における要部平面図である。
【図３】図１および図２に示す光結合半導体装置の等価回路図である。
【図４】図２における絶縁シートおよび受光素子の側面図である。
【図５】図４における把持部材と受光素子のバンプとの拡大図である。
【図６】図１に示す光結合半導体装置における入出力間の絶縁厚みの説明図である。
【図７】従来の光結合半導体装置における側面図および断面図である。
【図８】図７に示す従来の光結合半導体装置における主要部分の平面図である。
【図９】図７に示す従来の光結合半導体装置の等価回路図である。
【図１０】図７に示す従来の光結合半導体装置における入力側を示す図である。
【図１１】図７に示す従来の光結合半導体装置における出力側を示す図である。
【図１２】図７に示す従来の光結合半導体装置における入出力間の絶縁厚みの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本実施の形態の光結合半導体装置における断面図である。また、図２は、本光結合半導体装置における要部平面図を示す。尚、図１(a)は図２のＢ‐Ｂ'矢視断面図に相当し、図１(b)は図２のＣ‐Ｃ'矢視断面図に相当する。
【００３６】
図１および図２において、本光結合半導体装置は、Ｃu合金やＦe合金等の金属材料で形成された１枚のリードフレーム(図示せず)を形成している４本のリード部２１〜２４の先端部に形成される。
【００３７】
すなわち、上記リードフレームには互いに平行する２本のタイバー(図示せず)が設けられている。そして、上記２本のタイバーのうちの一方のタイバーから他方のタイバーに向かってリード部２１,２２が延在している。また、上記他方のタイバーにおけるリード部２１,２２に対向する位置から上記一方のタイバーに向かってリード部２３,２４が延在している。そして、リード部２１,２３は、途中でリード部２２,２４側に直角に折れ曲がった段部を有している。また、リード部２２,２４は、途中でリード部２１,２３側に直角に折れ曲がった段部を有している。
【００３８】
上記リード部２１,２２の先端は、上記２本のタイバーにおける略中間位置で、リード部２３,２４の先端に対向している。以下、リード部２１,２２,２３,２４における上記段部よりも先端側を、先端部２１a,２２a,２３a,２４aと言う。
【００３９】
そして、上記２本のリード部２１,２２における先端部２１a,２２aの受光素子３２を搭載する側の面(以下、裏面と言う)に、リード部２１,２２よりも薄くて狭い金属板を「Ｌ字」状に折り曲げて形成した把持部材２５,２６の一端が接続されている。こうして、把持部材２５,２６は、上記折り曲げ部よりも上記一端とは反対側の他端側が、先端部２１a,２２aと略平行に、且つリード部２３,２４の先端部２３a,２４a側に向かって延在して設置されている。
【００４０】
同様に、他の２本のリード部２３,２４における先端部２３a,２４aの上記裏面に、リード部２３,２４よりも薄くて狭い金属板を「Ｌ字」状に折り曲げて形成した把持部材２７,２８の一端が接続されている。こうして、把持部材２７,２８は、上記折り曲げ部よりも他端側が、先端部２３a,２４aと略平行に、且つリード部２１,２２の先端部２１a,２２a側に向かって延在して設置されている。
【００４１】
以上の結果、上記４本のリード部２１〜２４は、その先端部２１a〜２４aの先端を互いに接近させて、図２に示すように、互いに交差する２つの線分ａａ',ｂｂ'に対して線対称になるように配置される。そして、リード部２１の先端部２１aとリード部２３の先端部２３aにおける上記裏面とは反対側の表面に、発光素子２９の入出力端子を接続する。その場合の発光素子２９はフリップチップであり、両先端部２１a,２３aにバンプ３０を介してフリップチップボンディングで実装される。
【００４２】
さらに、互いに接近している上記先端部２１a〜２４aの裏面に設けられた把持部材２５〜２８と先端部２１a〜２４aとの間には矩形の絶縁シート３１の縁部を差し込んで、絶縁シート３１を把持部材２５〜２８で把持する。また、リード部２２の把持部材２６とリード部２４の把持部材２８とに、受光素子３２の入出力端子を接続する。その場合の受光素子３２はフリップチップであり、両把持部材２６,２８にバンプ３３を介してフリップチップボンディングで実装する。
【００４３】
その場合における上記把持部材２６,２８と受光素子３２とのフリップチップボンディングは、以下のようにして行う。図４は、図２における絶縁シート３１と受光素子３２との箇所をリード部２２,２４側から見た側面図である。リード部２２,２４の先端部２２a,２４aに取り付けられた把持部材２６,２８の先端部に、受光素子３２のバンプ３３が接続される。
【００４４】
図５は、図４における上記把持部材２６および受光素子３２のバンプ３３の拡大図である。図５に示すように、把持部材２６における先端部２６aの端面には、バンプ３３の側面と略同じ曲率を有する湾曲凹部２６bが形成されている。そして、上記先端部２６aの湾曲凹部２６bにバンプ３３の側面を嵌合させた状態で、湾曲凹部２６bとバンプ３３の側面とを導電性ペースト樹脂等で接着する。尚、把持部材２８およびバンプ３３も同様にして接続される。
【００４５】
そうした後、図１に示すように、全体を半透明エポキシ樹脂３４で封止する。さらに、半透明エポキシ樹脂３４を不透明エポキシ樹脂３５で封止する。そして、個々の素子に分割されて光結合半導体装置が得られるのである。すなわち、半透明エポキシ樹脂３４および不透明エポキシ樹脂３５で、上記樹脂封止部を構成しているのである。尚、図３に、上記構成の光結合半導体装置の等価回路を示す。
【００４６】
以上のごとく、本光結合半導体装置においては、図１,図２および図６に示すように、Ａu線等による結線が不要であるフリップチップタイプの発光素子２９および受光素子３２を用いて、リード部２１〜２４と発光素子２９および受光素子３２との間をフリップチップボンディングによって接続している。その際に、上記１枚のリードフレームを形成しているリード部２１〜２４を境界面として、発光素子２９と受光素子３２とを互いに反対側に配置している。
【００４７】
また、上記発光素子２９側を入力側とし、受光素子３２側を出力側とした場合に、入出力間において、雷サージ等の高電圧が瞬間的に加わった場合でもショート状態に陥らないように、リード部２１〜２４と受光素子３２との間に絶縁シート３１を配置している。結果的に、本光結合半導体装置は、発光素子２９,リード部２１〜２４,絶縁シート３１および受光素子３２が層状に積み重なった配置となっている。こうして、入出力間の絶縁厚みを調整可能にな構造にしている。
【００４８】
したがって、本実施の形態においては、入出力間の絶縁厚み(つまり、入出力間の最小距離)は、図６における寸法(Ｉ)であり、上記絶縁シート３１の厚みがそのまま上記入出力間絶縁厚みとなる。そのため、入出力間絶縁厚みを設計する際に考慮すべき項目は絶縁シート３１の寸法公差となり、図１２に示す従来の光結合半導体装置における入出力間絶縁厚みの場合に比べて、「Ａu線のループ立ち上がり高さ」および「リード部の折り曲げ深さ」等の不安定要素が少ない分、寸法ばらつき管理がシンプルで容易なものとなる。その結果、設計ばらつきを、上述した従来の技術の光結合半導体装置に比べて小さく抑えることができ、本光結合半導体装置の小型化・薄型化を容易に図ることが可能になる。
【００４９】
また、上記絶縁シート３１を入出力間に設けることにより、図７および図１２に示す従来の光結合半導体装置における入出力間のごとく、入出力間絶縁厚みの部分が半透明エポキシ樹脂１１のみの場合と比べて、絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態においては、上記発光素子２９および受光素子３２をフリップチップボンディングによってリード部２１〜２４に搭載している。したがって、図７に示す従来の光結合半導体装置の場合のごとく、線径が細いＡu線を用いたワイヤボンディングの必要がなく断線信頼性の向上を図ることができる。
【００５１】
また、図７に示す従来の光結合半導体装置の場合には、上記発光素子３を搭載するためのリード部１,１'と、受光素子６を搭載するためのリード部４,４'とを、別々のリードフレームに形成する必要がある。これに対し、本実施の形態においては、受光素子２９および発光素子３２を、１枚のリードフレームを形成しているリード部２１〜２４上に搭載することが可能であり、コストウエイトが高いリードフレームの枚数を減らしてコストダウンを図ることが可能である。
【００５２】
尚、上記実施の形態においては、上記リード部２１の先端部２１aとリード部２３の先端部２３aとの表面に、発光素子２９をフリップチップボンディングする一方、リード部２２の把持部材２６とリード部２４の把持部材２８とに、受光素子３２をフリップチップボンディングしている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではない。すなわち、発光素子２９と受光素子３２とを入れ換えた構成であってもよい。また、リード部２１の把持部材２５とリード部２３の把持部材２７とに、受光素子をフリップチップボンディングする一方、リード部２２の先端部２２aとリード部２４の先端部２４aとの表面に、発光素子をフリップチップボンディングしても差し支えない。上記何れの場合であっても、上述したような効果を奏することができる。
【００５３】
また、上記実施の形態においては、上記リード部２１〜２４の先端部２１a〜２４aの裏面に設ける把持部材２５〜２８は、リード部２１〜２４とは別の金属板で形成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、リード部２１〜２４の先端部２１a〜２４aを「コ字」状に切り欠き、この切欠き部を上記裏面側に「Ｌ字」状に折り曲げて把持部材２５〜２８を形成してもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態においては、４ピンタイプの光結合半導体装置を例に上げて説明したが、５ピンタイプ、６ピンタイプ、７ピンタイプ、８ピンタイプ等の多ピンタイプの光結合半導体装置にも応用可能であることは言うまでもない。
【００５５】
尚、上記のように構成された光結合半導体装置は、小型化・薄型化が容易であり、高信頼性を有しているために、電源やプログラマブルコントローラ等を有する電子機器に用いると好適である。
【００５６】
また、上記実施の形態において例示した各部の形状および構造は、何れもこの発明を具体化したほんの一例に過ぎず、この発明の範囲がこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５７】
２１〜２４…リード部、
２１a,２２a,２３a,２４a…先端部、
２５〜２８…把持部材、
２９…発光素子、
３０,３３…バンプ、
３１…絶縁シート、
３２…受光素子、
３４…半透明エポキシ樹脂、
３５…不透明エポキシ樹脂。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014003217.tif 000008
【図７】
2014003217.tif 000009
【図８】
2014003217.tif 000010
【図９】
2014003217.tif 000011
【図１０】
2014003217.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2014003217.tif 000014