(57)【要約】【課題】小型化するのに好適な光結合半導体装置の構造及びその製造方法を提供することである。【解決手段】光結合半導体装置は、第１の層２の主面表面に形成されて第２の層３の開口部の対角上に位置するマウント電極５及びワイヤ電極８と、マウント電極５に一方の極、他方の極がワイヤ７を介してワイヤ電極８に接続された発光素子６と、第２の層３の主面表面に第２の層が成す開口部を挟むように設けられた複数の電極パッド１０と、第２の層３がなす開口部を塞ぐように配置され、電極パッド１０に接続されて発光素子６に対向する受光素子１１及び他の電極パッド１０に接続されてワイヤ７に対向するスイッチング素子１２とを具備する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線基板上に第２の配線基板を積層して構成され、前記第２の配線基板により開口部が形成される多層配線基板と、
前記第１の層の主面表面に形成されて前記第２の配線基板が有する開口部の対角上に位置するマウント電極及びワイヤ電極と、
前記マウント電極に一方の極が電気的に接続され、他方の極が前記ワイヤ電極にワイヤを介して電気的に接続され、発光面を前記開口部に向けて配置される発光素子と、
前記第２の配線基板の主面表面に第２の配線基板が成す開口部を挟むように設けられた第１及び第２の電極パッドと、
前記第２の配線基板がなす開口部を塞ぐように配置され、前記第１の電極パッドに電気的に接続されて前記発光素子の発光面に受光面を対向する受光素子と、
前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐように配置され、前記第２の電極パッドに電気的に接続されて前記ワイヤに対向するスイッチング素子と
前記第２の配線基板の開口部を封止する封止材と
を具備することを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項２】
前記ワイヤは前記開口部の対角線にほぼ倣って延設されることを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
【請求項３】
前記第１の配線基板のマウント電極が設けられる面と反対側の面に設けられた第１の外部電極と、
前記第１の配線基板の側周面に断面半円状に設けられて表面に配線を施してなり、前記マウント電極と前記第１の外部電極とを電気的に接続する切欠部とを有することを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
【請求項４】
前記第１の配線基板のマウント電極が設けられる面と反対側の面に設けられた第２の外部電極と、
前記第１及び第２の配線基板の側周面に断面半円状に設けられて表面に配線を施してなり、前記電極パッドと前記第２の外部電極とを電気的に接続する切欠部とを有することを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
【請求項５】
前記第１の配線基板のマウント電極が設けられる面と反対側の面に設けられた第１の外部電極と、
前記第１の配線基板に垂直方向に沿って貫通して内面に配線を施してなり、前記マウント電極と前記第１の外部電極とを電気的に接続する貫通孔部とを有することを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
【請求項６】
前記第１の配線基板のマウント電極が設けられる面と反対側の面に設けられた第２の外部電極と、
前記第１及び第２の配線基板を貫通して内面に配線を施してなり、前記電極パッドと前記第２の外部電極とを電気的に接続する貫通孔部とを有することを特徴とする請求項１記載の光結合半導体装置。
【請求項７】
第１の配線基板上に開口部を有する第２の配線基板を積層して多層配線基板を構成することと、
前記第１の配線基板の主面表面に、前記開口部の対角上に位置するようにマウント電極及びワイヤ電極を形成することと、
前記マウント電極に発光素子の一方の極を電気的に接続し、他方の極をワイヤを介して前記ワイヤ電極に電気的に接続し、その発光面を前記開口部に向けることと、
前記第２の配線基板の主面表面に第２の配線基板が成す開口部を挟むように第１及び第２の電極パッドを設けることと、
前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐように受光素子を配置して前記第１の電極パッドに電気的に接続し、その受光面を前記発光素子の発光面に対向させることと、
前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐようにスイッチング素子を配置して前記第２の電極パッドに電気的に接続し、前記ワイヤに対向させることと、
前記第２の配線基板の開口部を封止材で封止することと
を具備することを特徴とする光結合半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記多層配線基板は成形基材に複数形成され、前記成形基材には多層配線基板間を仕切るように予め分割溝が形成され、この分割溝に沿って前記配線基板を分割することを特徴とする請求項７記載の光結合半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記多層配線基板は成形基材に複数形成され、前記成形基材を前記多層配線基板ごとにダイシングにより分割することを特徴とする請求項７記載の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、テスターなどの計測器に適用される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】
近年、テスターなどの計測器では、信頼性の向上を目的として光結合半導体装置などの無接点リレーを用いる場合が増加している。テスターでは機器内に数干個の光結合半導体装置を用いる場合があり、テスターの小型化のため光結合半導体装置の小型化が強く要望されている。このような市場背景から、様々な光結合半導体装置が開発されている。
【０００３】
この光結合半導体装置としては、例えば、図１０に示すようなものが知られている。この光結合半導体装置は配線基板２３を有し、この配線基板２３には凹部２４と図示しない配線パターンとが形成されている。配線基板２３の凹部２４の底面には発光素子２５がダイボンディングされ、金ワイヤ２６でワイヤボンディングされている。
【０００４】
また、配線基板２３には凹部２４の上面開口部を覆って発光素子２５と対向する状態で受光素子２９が設けられている。この受光素子２９はバンプ３４を介して配線基板２３にフリップチップボンディングされている。
【０００５】
配線基板２３の受光素子２９が実装された面と同一面上にはスイッチング素子２７がバンプ２８を介してフリップチップボンディングされている。受光素子２９とスイッチング素子２７とは基板２３上の図示しない配線パターンにより電気的に接続される。
【０００６】
発光素子２５と受光素子２９の間には透光性樹脂３０が充填され、配線基板２３側の受光素子２９とスイッチング素子２７はそれぞれ遮光性樹脂３１により封止されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
この光結合半導体装置においては、受光素子２９とスイッチング素子２７とをフリップチップボンディングで実装することでワイヤボンディングのためのパッドを形成する必要が無くなり、光結合半導体装置を小型化することができる。
【０００８】
なお、この場合のスイッチング素子２７にはゲート、ソース、ドレイン電極がチップの同一平面上に存在するＬａｔｅｒａｌ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｄｉｆｆｕｓｅｄ　ＭＯＳＦＥＴを用いる必要がある。チップ裏面にドレイン電極が形成されているスイッチング素子を用いる場合には、図１１に示す如くワイヤボンディングで実装することになる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６３７０５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、以下に述べるような問題点があった。
【００１１】
まず、配線基板２３の凹部２４に発光素子２５をダイボンディングしてワイヤボンディングする場合、ワイヤボンダのキャピラリが配線基板２３に干渉しないように凹部２４のサイズを大きく設定する必要がある。このため、凹部２４を覆う受光素子２９が必要以上に大きくなってしまう。
【００１２】
なお、先端を極端に細くしたキャピラリを用いることにより凹部２４のサイズを小さくすることが考えられるが、この場合にはキャピラリの耐久性、超音波振動特性が劣化し、生産性が著しく劣化する。
【００１３】
また、配線基板２３には凹部２４以外にスイッチング素子２７を実装する基板面積を別途特別に必要とするため、光結合半導体装置のさらなる小型化が困難なものとなっていた。
【００１４】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光結合半導体装置を小型化するのに好適な光結合半導体装置の構造及びその製造方法を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、第１の配線基板上に第２の配線基板を積層して構成され、前記第２の配線基板により開口部が形成される多層配線基板と、前記第１の層の主面表面に形成されて前記第２の配線基板が有する開口部の対角上に位置するマウント電極及びワイヤ電極と、前記マウント電極に一方の極が電気的に接続され、他方の極が前記ワイヤ電極にワイヤを介して電気的に接続され、発光面を前記開口部に向けて配置される発光素子と、前記第２の配線基板の主面表面に第２の配線基板が成す開口部を挟むように設けられた第１及び第２の電極パッドと、前記第２の配線基板がなす開口部を塞ぐように配置され、前記第１の電極パッドに電気的に接続されて前記発光素子の発光面に受光面を対向する受光素子と、前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐように配置され、前記第２の電極パッドに電気的に接続されて前記ワイヤに対向するスイッチング素子と、前記第２の配線基板の開口部を封止する封止材とを具備する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、第１の配線基板上に開口部を有する第２の配線基板を積層して多層配線基板を構成することと、前記第１の配線基板の主面表面に、前記開口部の対角上に位置するようにマウント電極及びワイヤ電極を形成することと、前記マウント電極に発光素子の一方の極を電気的に接続し、他方の極をワイヤを介して前記ワイヤ電極に電気的に接続し、その発光面を前記開口部に向けることと、前記第２の配線基板の主面表面に第２の配線基板が成す開口部を挟むように第１及び第２の電極パッドを設けることと、前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐように受光素子を配置して前記第１の電極パッドに電気的に接続し、その受光面を前記発光素子の発光面に対向させることと、前記第２の配線基板が成す開口部を塞ぐようにスイッチング素子を配置して前記第２の電極パッドに電気的に接続し、前記ワイヤに対向させることと、前記第２の配線基板の開口部を封止材で封止することとを具備する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態である光結合半導体装置の構造を示すものである。
【００１８】
配線基板１は多層配線基板である。アルミナ製の矩形状の絶縁基板である第１の層２、第２の層３ならびに第３の層４が、配線パターンを挟持するように順次積層されて構成されている。配線基板１の外形寸法は幅２．０ｍｍ、奥行き２．０ｍｍ、高さ１．７ｍｍである。第２の層３ならびに第３の層４は矩形の枠状体であり、この枠状体が成す開口部が矩形の中空部には第１の層２の表面に形成された配線パターンが露出している。最終的にはこの中空部を封止して半導体装置となす。
【００１９】
第１の層２の表面の配線パターンとして、マウント電極５とワイヤ電極８とが中空部に露出するように設けられている。マウント電極５及びワイヤ電極８はそれぞれ、第１の層の外周へ向けて引き出されるように配線が形成され、これらの配線は第２の層３によって被覆されている。配線パターンはタングステンをベースとし、その表面にニッケル及び金が、順次めっきされて形成されている。マウント電極５とワイヤ電極８とは矩形の中空部の対角上に位置するように配置されていることが、半導体装置の小型化を行ううえで好ましい。
【００２０】
マウント電極５上には発光素子６として発光ダイオード（ＬＥＤ）が配置されている。発光素子６の一方の極はマウント電極５と電気的に接続されている。発光素子６の他方の極は発光面であり、中空部の開口部に向けて露出している。この他方の極とワイヤ電極８とが金ワイヤ７を介して電気的に接続されている。金ワイヤ７は開口の対角線にほぼ倣って延設されている。第２の層３による中空部の開口は幅１．４ｍｍ、奥行き０．７ｍｍ、厚さは０．６ｍｍであり、金ワイヤ７の最も高い部分が第２の層３の開口からはみ出さないように高さが規制される。このため、金ワイヤ７は、ワイヤボンダのキャピラリ先端に形成した金ボールを、まずワイヤ電極８にボールボンディングした後、キャピラリを垂直上昇させ、金ボールからつながるワイヤを中空部の開口方向に延設し、その後キャピラリをほぼ水平方向に移動させて発光素子６の電極にウェッジボンディングすることによってループが形成されている。
【００２１】
第１の層２の一側周面には、両主面を連結するように断面半円状の切欠９が延設されている。切欠９の表面には配線が施されている。切欠９は、マウント電極５と、第１の層２のマウント電極５が設けられた主面からみて裏面となる面に設けられた第１の外部接続電極１６とを、電気的に連結している。
【００２２】
第２の層３の枠状の主面の表面には、複数の電極パッド１０が形成される。受光素子１１が第２の層３がなす開口を塞ぐように配置される。受光素子１１の表面には電極パッドが形成されており、ボールバンプ３２を介して第２の層３の電極パッド１０と電気的に接続されている。すなわち、受光素子１１用の電極パッド１０は、第２の層３が成す開口を挟むように設けられている。受光素子１１の受光部は電極と同じ面に形成されており、発光素子６の発光面と対向するように配置されている。スイッチング素子１２は、受光素子１１と同様に第２の層３の開口を塞ぐように配置され、第２の層３の他の電極パッド１０に対してボールバンプ３２によりフリップチップ接続されている。すなわち、スイッチング素子１２用の電極パッド１０は、第２の層３が成す開口を挟むように設けられている。スイッチング素子１２は、金ワイヤ７と対向するように配置されている。
【００２３】
第３の層４は、第２の層３の受光素子１１及びスイッチング素子１２が配設される面に配置されている。第３の層４が成す開口は第２の層３が成す開口より大きく形成されており、第３の層４が成す開口内に第２の層３が成す開口、受光素子１１ならびにスイッチング素子１２が露出する。第３の層４の厚さは、受光素子１１ならびにスイッチング素子１２を開口内に収納可能な厚さに形成されている。
【００２４】
本実施形態においては、生産性を高めるために、第３の層４は枠状の絶縁基板によって構成しているが、受光素子１１及びスイッチング素子１２を保護できればよいため、凹状の基板でもよい。配線や素子の動作を妨げなければ、導電性部材を用いて構成してもよい。
【００２５】
第１及び第２の層２，３の他側周面部には図２に示すように垂直方向に沿って横断面半円弧状の切欠１５ａ，１５ｂが形成されている。切欠１５ａ，１５ｂの表面には配線が施されている。切欠１５ａ，１５ｂは、電極パッド１０と、第１の層２の裏面側に設けられた第２の外部電極１７とを電気的に連結している。
【００２６】
スイッチング素子１２のドレイン電極が接続された電極１０は切欠１５ａ，１５ｂを介して外部接続電極１７に電気的に接続されている。スイッチング素子１２のゲート電極、ソース電極は第２の層３の電極パッド１０を介して受光素子１１のアノード電極、カソード電極に電気的に接続されている。
【００２７】
第２の層３及び第３の層４が成す中空部内には透光性のシリコーン樹脂１３が充填され、さらにシリコーン樹脂１３の上部側には受光素子１１及びスイッチング素子１２を封止するように遮光性のあるエポキシ樹脂１４が充填されている。
【００２８】
上記した構成において、発光素子６の発光面が発光すると、その光が受光素子１１の受光面によって受光されて起電力が発生し、これによりスイッチング素子１２がオン、オフ制御されることになる。
【００２９】
次に、上記した光結合半導体装置の製造方法を図３〜図７に基づいて説明する。
【００３０】
まず、図３に示すように、複数の多層配線基板１が連なってシート状になった成形基材４０が用意され、この成形基材１の表面には多層配線基板１間を仕切るように分割用の溝３３が形成されている。製造はこのシート状のままで行い、最後に個別の光結合半導体装置に分割する。
【００３１】
まず、発光素子６を配線基板１の開口部内に挿入して第１の層２上のマウント電極５に銀ペーストを用いてダイボンディングし、銀ペーストを加熱により硬化させる。ついで、図４に示すように、発光素子６とワイヤ電極８を金ワイヤ７により接続する。
【００３２】
この後、図５に示すように、配線基板１の開口部内に受光素子１１を挿入して発光素子６に対向する状態で電極パッド１０上に配置する。この配置した発光素子６を、図示しないボンディングツールで加圧し、同時に超音波振動を印加してフリップチップボンディングする。ボンディング条件は、加圧荷重が５Ｎ、加圧時間が２００ｍｓ、温度が２５０℃である。超音波振動の周波数は６１ｋＨｚでチップの振幅は約０．５μｍとした。このボンディング条件によりバンプ当り１．２Ｎのせん断強度を得た。
【００３３】
しかるのち、配線基板１の開口部内にスイッチング素子１２を挿入して受光素子１１に並列に配置し、このスイッチング素子１２を第２の層３の主面上面部の電極パッド１０にフリップチップボンディングする。このボンディングの条件は受光素子１１のボンディングの条件と同様である。
【００３４】
この後、図６に示すように配線基板１の開口部内に電極パッド１０を封止する位置まで透光性のシリコーン樹脂１３を注入して硬化させる。ついで、図７に示すように、配線基板１の開口部内に遮光性のエポキシ樹脂１４を注入して受光素子１１及びスイッチング素子１２を封止する。そして、最後にシートを分割溝３３に沿って分割し、光結合半導体装置を完成する。
【００３５】
上記したように、マウント電極５とワイヤ電極８とを配線基板１の開口部の対角上に位置して配置するため、開口部のサイズを大きくすることなく、ワイヤボンダのキャピラリが配線基板１に干渉することを防止することができる。
【００３６】
また、配線基板１の開口部内をスイッチング素子１２の配置スペースとして利用するため、配線基板１の上面部に特別にスイッチング素子１２の配置スペースを必要とすることがない。従って、光結合半導体装置を飛躍的に小型化できるとともに、製造性を向上できる。
【００３７】
なお、上記した第１の実施の形態では、成形基材４０に分割溝３３を設けて分割するようにしたが、これに限られることなく、成形基材４０をダイシングにより分割するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記第１の実施の形態においては、配線基板１の内部電極５，８，１０と外部接続電極１６，１７とを切欠９，１５ａ，１５ｂを介して接続したが、これに限られることなく、図８に示すように第１及び第２の層２，３に貫通孔部１８、１９を垂直に穿設し、これら貫通孔部１８、１９の内面に配線を施し、この貫通孔部１８、１９を介して配線基板１の内部電極５，８，１０と外部接続電極１６，１７とを電気的に接続するようにしても良い。
【００３９】
さらに、上記第１の実施の形態においては、発光素子６をワイヤボンディングで実装したが、これに限られることなく、図９に示すように発光素子６をフリップチップボンディングで実装することも可能である。
【００４０】
また、上記第１の実施の形態においては、製造工程において、受光素子１１とスイッチング素子１２とを多層配線基板１に実装した後に開口部内にシリコーン樹脂１３を注入したが、これに限られることなく、順番を逆にしてシリコーン樹脂１３を注入したのちに受光素子１１とスイッチング素子１２とを実装しても良い。
【００４１】
さらに、受光素子１１を実装してシリコーン樹脂１３を注入した後にスイッチング素子１２を実装しても良い。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、その要旨の範囲内で種々実施可能なことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配線基板の開口部のサイズを大きくすることなく、ワイヤボンダのキャピラリが配線基板に干渉することを防止することができ、また、配線基板の開口部以外の面に特別にスイッチング素子の配置スペースを必要とすることがないため、光結合半導体装置を飛躍的に小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光結合半導体装置の構造を示す断面図。
【図２】同配線基板の外側面部に形成された切欠を示す斜視図。
【図３】同光結合半導体装置の製造工程を示す図。
【図４】同光結合半導体装置の製造工程を示す図。
【図５】同光結合半導体装置の製造工程を示す図。
【図６】同光結合半導体装置の製造工程を示す図。
【図７】同光結合半導体装置の製造工程を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光結合半導体装置の構造を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光結合半導体装置の構造を示す断面図。
【図１０】第１の従来例である光結合半導体装置の構造を示す図。
【図１１】第２の従来例である光結合半導体装置の構造を示す図。
【符号の説明】
１…多層配線基板、２…第１の層（第１の配線基板）、３…第２の層（第２の配線基板）、５…マウント電極、６…発光素子、７…ワイヤ、８…ワイヤ電極、９…切欠部、１０…電極パッド、１１…受光素子、１２…スイッチング素子、１３…シリコーン樹脂（封止材）、１４…エポキシ樹脂（封止材）、１５ａ，１５ｂ…切欠部、１６…第１の外部電極、１７…第２の外部電極、１８，１９…貫通孔部、３３…分割溝。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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