(57)【要約】【課題】生産性の高い光結合半導体装置の構成を提供すること。【解決手段】外形寸法が幅２．０ｍｍ、奥行き２．０ｍｍ、高さ１．７ｍｍとなる多層配線基板１の中央に凹部４が形成されている。また、第二層２の外周縁部には複数のディンプル形状による凹凸領域５が枠状に形成されている。このディンプル状の凹凸領域５により、エポキシ樹脂と基板の接着面積が２倍以上になり、接着強度が増加するとともに、水分侵入経路が長くなり、信頼性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に、発光素子とこの発光素子から出射される光を受光可能に配置される受光素子とを接合する接合工程と、
接合された前記発光素子及び前記受光素子ならびに前記配線基板の表面の一部を透光性樹脂材料によって封止する工程と、
前記配線基板と接する前記透光性樹脂材料のうちの少なくとも一部をレーザ加工によって除去する工程と、
前記レーザ加工によって表出した前記配線基板の表面に接して配置されるよう、前記受光素子及び前記発光素子及び前記透光性樹脂材料を、遮光性樹脂材料で封止する工程と、
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２】
基板の中央に設けた凹部へ発光素子を実装する工程と、前記基板に出力素子を接合する工程と、前記出力素子の電極にバンプを形成する工程と、前記バンプに対して受光素子を前記凹部を跨ぐようにしてフリップチップボンディングする工程と、前記発光素子、前記出力素子、および前記受光素子を透光性樹脂材料で封止する工程と、前記基板の主面の縁部に存する前記透光性樹脂材料の一部領域をレーザにて除去するとともに除去された透光性樹脂材料と隣接していた前記基板の主面上の領域に複数の凹凸を形成する工程と、複数の凹凸が形成された領域を含めて、前記透光性樹脂材料の外側を遮光性樹脂材料で封止する工程と、を備えたことを特徴とする光結合半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板の中央に設けた凹部へ発光素子を実装する工程と、前記凹部を跨ぐようにして出力素子を前記基板へフリップチップボンディングで実装する工程と、前記凹部を跨ぐようにして受光素子を前記基板へフリップチップボンディングで実装する工程と、前記発光素子、前記出力素子、および前記受光素子を透光性樹脂材料で封止する工程と、前記基板の主面の縁部に存する前記透光性樹脂材料の一部領域をレーザにて除去するとともに除去された透光性樹脂材料と隣接していた前記基板の主面上の領域に複数の凹凸を形成する工程と、複数の凹凸が形成された領域を含めて、前記透光性樹脂材料の外側を遮光性樹脂材料で封止する工程と、を備えたことを特徴とする光結合半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光結合半導体装置の製造方法において、レーザ光による加工を前記レーザ光の出力を変えて複数回に分けて行うことを特徴とする光結合半導体装置の製造方法。
【請求項５】
レーザ光を出射する発光素子と、この発光素子から出射した前記レーザ光を受光して電気信号を生じる受光素子と、前記受光素子及び前記発光素子が接合される配線基板と、前記発光素子と前記受光素子とを封止する前記レーザ光の波長について略透明な透光性樹脂材料と、前記透光性樹脂材料と前記発光素子と前記受光素子とを封止する遮光性樹脂材料と、を有し、
前記配線基板の表面について、前記透光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域と、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域とが連続して存する場合に、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域については、複数のディンプル形状が配されてなる凹凸領域が形成されていることを特徴とする光結合半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光結合半導体装置を小型化する際に好適な光結合半導体装置の構造およ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千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発明されている。以下に従来例として特開平１１−１６３７０５号公報に紹介されている光結合半導体装置を図５を用いて説明する。凹部１８と図示しない配線パターンとが形成された配線基板１９の凹部底面に発光素子としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ）２０がダイマウントされ、金ワイヤ２１でワイヤボンディングされている。そして、凹部の開口を跨ぐように、すなわち、受光面がＬＥＤ２０と対向するように受光素子である光起電力ＩＣ２２が配置され、バンプ２３を介して配線基板１９にフリップチップボンディングされている。配線基板１９の光起電力ＩＣ２２が実装された面と同一面上には出力素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ）２４がバンプ２５を介してフリップチップボンディングされている。光起電力ＩＣ２２とＭＯＳ−ＦＥＴ２４とは基板１９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。ＬＥＤ２０と光起電力ＩＣ２２との間には透光性樹脂２６が充填され、配線基板１９側の光起電力ＩＣ２２とＭＯＳ−ＦＥＴ２４とはそれぞれ遮光性樹脂２７により封止されている。
【０００３】
このような光結合半導体装置においては、光起電力ＩＣ２２とＭＯＳ−ＦＥＴ２４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。なお、この場合のＭＯＳ−ＦＥＴ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ラテラル型ＭＯＳ−ＦＥＴ    （Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  ＭＯＳ−ＦＥＴ）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ＭＯＳ−ＦＥＴを用いる場合には、配線基板から離間している電極の接続についてはワイヤボンディングで行うことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光結合半導体装置では、以下に述べる問題点があった。発光素子と受光素子の間に充填する透光性の樹脂には、シリコーン樹脂が用いられることが多い。これは、透光性があることや、硬化時に発光素子にかかる応力が小さくダメージを防止できることなどによる。このシリコーン樹脂を発光素子と受光素子の間に充填する際には周辺部分へのはみ出しを防止しなくてはならない。シリコーン樹脂がはみ出した部分においては、遮光性樹脂と配線基板は密着できず、信頼性が低下してしまう。シリコーン樹脂のはみ出しを防止する手段としてシリコーン樹脂の精密な塗布量制御を行うことや、受光素子と出力素子の間隔を広げて樹脂はみ出し防止のダムを設けることなどが考えられるが、生産性の著しい低下や光結合半導体装置の大型化が問題となる。
本発明は上記の事情に基づきなされたもので、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および製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、配線基板上に、発光素子とこの発光素子から出射される光を受光可能に配置される受光素子とを接合する接合工程と、
接合された前記発光素子及び前記受光素子ならびに前記配線基板の表面の一部を透光性樹脂材料によって封止する工程と、前記配線基板と接する前記透光性樹脂材料のうちの少なくとも一部をレーザ加工によって除去する工程と、前記レーザ加工によって表出した前記配線基板の表面に接して配置されるよう、前記受光素子及び前記発光素子及び前記透光性樹脂材料を、遮光性樹脂材料で封止する工程と、を具備する光結合半導体装置の製造方法を提供する。
【０００６】
また本発明は、基板の中央に設けた凹部へ発光素子を実装する工程と、前記基板に出力素子を接合する工程と、前記出力素子の電極にバンプを形成する工程と、前記バンプに対して受光素子を前記凹部を跨ぐようにしてフリップチップボンディングする工程と、前記発光素子、前記出力素子、および前記受光素子を透光性樹脂材料で封止する工程と、前記基板の主面の縁部に存する前記透光性樹脂材料の一部領域をレーザにて除去するとともに除去された透光性樹脂材料と隣接していた前記基板の主面上の領域に複数の凹凸を形成する工程と、複数の凹凸が形成された領域を含めて、前記透光性樹脂材料の外側を遮光性樹脂材料で封止する工程と、を備えた光結合半導体装置の製造方法を提供する。
【０００７】
また本発明は、基板の中央に設けた凹部へ発光素子を実装する工程と、前記凹部を跨ぐようにして出力素子を前記基板へフリップチップボンディングで実装する工程と、前記凹部を跨ぐようにして受光素子を前記基板へフリップチップボンディングで実装する工程と、前記発光素子、前記出力素子、および前記受光素子を透光性樹脂材料で封止する工程と、前記基板の主面の縁部に存する前記透光性樹脂材料の一部領域をレーザにて除去するとともに除去された透光性樹脂材料と隣接していた前記基板の主面上の領域に複数の凹凸を形成する工程と、複数の凹凸が形成された領域を含めて、前記透光性樹脂材料の外側を遮光性樹脂材料で封止する工程と、を備えた光結合半導体装置の製造方法を提供する。
これら光結合半導体装置の製造方法においては、レーザ光による加工を前記レーザ光の出力を変えて複数回に分けて行うことが好ましい。
【０００８】
また本発明は、レーザ光を出射する発光素子と、この発光素子から出射した前記レーザ光を受光して電気信号を生じる受光素子と、前記受光素子及び前記発光素子が接合される配線基板と、前記発光素子と前記受光素子とを封止する前記レーザ光の波長について略透明な透光性樹脂材料と、前記透光性樹脂材料と前記発光素子と前記受光素子とを封止する遮光性樹脂材料と、を有し、前記配線基板の表面について、前記透光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域と、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域とが連続して存する場合に、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域については、複数のディンプル形状が配されてなる凹凸領域が形成されている光結合半導体装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１、図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態における光結合半導体装置の構造を示したものである。基板１はアルミナセラミックスを基材とする配線基板を積層させたものであり、第一層２、第二層３から成る多層配線基板である。各配線基板２，３の表面に形成されている配線・電極は、タングステンによって形成された配線パターンの上にニッケルめっきと金めっきとが施されて形成されている。
【００１０】
第二層２は基板に開口が形成されて枠状になっており、これによって多層配線基板１の中央に凹部４が形成されている。また、第二層２の外周縁部には複数のディンプル形状による凹凸領域５が枠状に形成されている。凹凸領域５の凹凸の深さは約１５μｍである。このディンプル状の凹凸領域５により、エポキシ樹脂と基板の接着面積が２倍以上になり、接着強度が増加するとともに、水分侵入経路が長くなり、信頼性が向上する。なお、多層配線基板の外形寸法は幅２．０ｍｍ、奥行き２．０ｍｍ、高さ１．７ｍｍである。
凹部４内には第二層３の表面に形成された配線パターンによる第一の電極６と第二の電極７が配置される。第一の電極にはＬＥＤ８が銀ペースト９を用いて固定されており、ＬＥＤ８の裏面電極と電気的に接続されている。ＬＥＤ８の上面電極と第二の電極７とは金ワイヤ１０で接続されている。凹部４の内部寸法は第一層２の厚さ及び開口の寸法と同等程度で幅１．４ｍｍ、奥行き０．７ｍｍ、深さ０．４ｍｍであり、ワイヤボンディングを行う際にワイヤボンダのキャピラリと第一層２とが干渉しないよう十分な大きさに設定されている。
【００１１】
第一の電極６および第二の電極７は、スルーホール１１により光結合半導体装置の外部表面に導かれ、光結合半導体装置の外部表面に形成された図示しない基板底辺電極に電気的に接続されている。第一層２の外部に面する主面には第三の電極１２と第四の電極１３とが設けてあり、それぞれに銀ペーストを用いてＭＯＳ−ＦＥＴ１４が接合され、ＭＯＳ−ＦＥＴの裏面にあるドレイン電極と電気的に接続されている。第三の電極１２および第四の電極１３もスルーホール１５により多層配線基板の外部表面、すなわち第二層３の底面の電極に電気的に接続されている。
【００１２】
ＭＯＳ−ＦＥＴの表面にはソース電極およびゲート電極があり、それぞれ金バンプを介して光起電力ＩＣのアノード電極、カソード電極へ接続されている。これら３種類４個の素子と、基板の凹部４と、第三および第四の電極１２，１３とは、ＬＥＤ８から出射されるレーザ光の波長から見て略透明なシリコーン樹脂１６で封止されている。さらにシリコーン樹脂１６の外側は黒色のエポキシ樹脂１７で封止されている。
【００１３】
図２は本発明による光結合半導体装置の製造工程を示したものである。配線基板はセラミックスを基材とする多数個取り基板であり、上面と底面にそれぞれスルーホール１１，１５で電気的につながった４つの電極が設けてある。まず、第一の電極６にＬＥＤ８を銀ペースト９を用いて接合し、ワイヤボンディング法により、ＬＥＤ８の上面電極と第二の電極７と金ワイヤ１０で接続する（図２（１）参照）。
【００１４】
次に第三、第四の電極１２，１３にＭＯＳ−ＦＥＴ１４を銀ペースト９を用いて接合し、ＭＯＳ−ＦＥＴの他方の表面に形成されているソース電極とゲート電極とにそれぞれ金ボールバンプを形成する。バンプの径はφ１００μｍで、高さは３０μｍである（図２（２）参照）。
【００１５】
そしてこの金ボールバンプを介して、光電変換素子である光起電力ＩＣ１８をその受光面が下向きになるように、すなわち、受光面がＬＥＤ８の発光面と対向するように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４上にフリップチップボンディングする（図２（３）参照）。
【００１６】
フリップチップボンディング後に略透明なシリコーンゴム１６を素子及び凹部４が埋まるように塗布し、これを硬化させて各素子を封止する（図２（４）参照）。
【００１７】
シリコーンゴム１６が硬化した後、シリコーンゴム１６の表面にＣＯ２パルスレーザを照射し、シリコーンゴムの厚さ、すなわち各素子１４，１８から外部雰囲気までの距離が５〜１０μｍ程度になるように成形加工する。このとき、ＣＯ２レーザのパルス周波数は１００  Ｈｚで、エネルギー密度は０．１１  Ｊ／ｍｍ ２である（図２（５）参照）。
【００１８】
続いて素子の搭載部分の外側、すなわち、多層配線基板の光起電力ＩＣ１８・ＭＯＳ−ＦＥＴ１４の搭載されている面であって外周面に近い縁部の領域にＣＯ２パルスレーザのエネルギー密度を０．１５  Ｊ／ｍｍ ２まで増加させて再度照射し、薄く残存しているシリコーンゴムを除去する。このときシリコーンゴムが除去されるとともにこのシリコーンゴムと隣接するセラミックス基板の表面がディンプル状に加工される（図２（６）参照）。
【００１９】
ディンプル状に加工された多層配線基板上の領域と外形が成形されたシリコーンゴムとを包むように黒色のエポキシ樹脂を塗布して硬化させる（図２（７）参照）。最期にエポキシ樹脂およびセラミックス基板をダイシングで切断し、個別のパッケージ化し光結合半導体装置が完成する（図２（８）参照）。
【００２０】
以上、本発明の一実施の形態について述べたが、本発明はこれ以外にも種々変形可能である。以下、それについて述べる。本実施の形態においては、チップの表裏両面に電極のあるＭＯＳ−ＦＥＴを使用したが、一方の主面にソース、ゲート、ドレイン全ての電極があるラテラル構造のＦＥＴ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  ＭＯＳ−ＦＥＴ）の場合には、図３に示すように、光起電力ＩＣ１８とＭＯＳ−ＦＥＴ１４とをそれぞれ凹部４に跨るように並置してフリップチップボンディングした構成になる。また、ＬＥＤ８を金ワイヤ１０で接続していたが、チップの片方の主面に両電極が備わるＬＥＤであればフリップチップボンディングで実装して電気的な接続を得るように構成しても構わない。またＬＥＤをセラミックス基板に実装した後にＭＯＳ−ＦＥＴをマウントし、バンプを形成しているが、ＬＥＤおよびＭＯＳ−ＦＥＴをまず接合し、その後ワイヤボンディングとバンプ形成を行う順番の工程を用いても良い。透光性樹脂については、光起電力ＩＣ１８の背面まで覆うように封止しているが、背面を露出させ、エポキシ樹脂に接触させる場合もある。
【００２１】
上記したように本実施形態においては、配線基板上に発光素子を接合しこの発光素子から出射する光を受光可能に受光素子を接合する接合工程と、接合された前記発光素子及び前記受光素子ならびに前記配線基板の表面の一部を透光性樹脂材料によって封止する工程と、前記配線基板と接する前記透光性樹脂材料のうちの少なくとも一部をレーザ加工によって除去する工程と、前記レーザ加工によって表出した前記配線基板の表面に接して配置されるよう、前記受光素子及び前記発光素子及び前記透光性樹脂材料を、遮光性樹脂材料で封止する工程と、を具備する光結合半導体装置の製造方法を提供している。
【００２２】
本実施形態では、１個の素子を製造する方法について述べてあるが、実際に製造する場合は、一枚の多層配線基板を切り分けて個々の光結合半導体装置を形成するプロセスが適用される。このとき、発光素子や受光素子を封止するための透光性樹脂材料は流動性が高いものが多いため、所望の部位のみに透光性樹脂材料を供給することが困難である。したがって、一度多層配線基板の表面全面に透光性樹脂材料を塗布し、これを硬化させた後、切り分ける際の切断部位とその近傍を含むように透光性樹脂材料を除去するという工程が有用となる。この除去工程を行う際は、レーザ光による除去加工が効率的である。この結果、透光性樹脂材料の供給が容易になり生産性が向上する。
【００２３】
レーザ光による除去加工を行う際には、レーザ光のエネルギーを比較的小さめにして照射する工程と比較的大きめにして照射する工程の２工程に分けて実施している。これにより、透光性樹脂材料を除去する際に発生する大量のすすを周囲に飛散させにくくすることが可能となるとともに、切断位置近傍に除去しきれずに残存する透光性樹脂材料に関しては、配線基板の基材を含めて除去することが可能となる。
【００２４】
また本実施形態では、レーザ光を出射する発光素子と、この発光素子から出射した前記レーザ光を受光して電気信号を生じる受光素子と、前記受光素子及び前記発光素子が接合される配線基板と、前記発光素子と前記受光素子とを封止する前記レーザ光の波長について略透明な透光性樹脂材料と、前記透光性樹脂材料と前記発光素子と前記受光素子とを封止する遮光性樹脂材料と、を有し、前記配線基板の表面について、前記透光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域と、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域とが連続して存する場合に、前記遮光性樹脂材料と前記配線基板とが接する領域については、複数のディンプル形状が配されてなる凹凸領域が形成されている光結合半導体装置を提供している。これによって、遮光性封止樹脂材料による封止が確実に行われることにより、簡素な構成で信頼性が高い光結合半導体装置の提供が可能となっている。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、信頼性や生産性を保ちながら小型化した光結合半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光結合半導体装置の構造を示す図
【図２】本発明の実施の形態に係る光結合半導体装置の製造工程を示す図
【図３】従来の光結合半導体装置の構造を示す模式図
【符号の説明】
１…多層配線基板                            ２…第一層
３…第二層                                  ４…凹部
５…凹凸領域                                ６…第一の電極
７…第二の電極                              ８…ＬＥＤ
９…銀ペースト                              １０…金ワイヤ
１１…スルーホール                          １２…第三の電極
１３…第四の電極                            １４…ＭＯＳ−ＦＥＴ
１５…スルーホール                          １６…シリコーン樹脂
１７…エポキシ樹脂                          １８…凹部
１９…配線基板                              ２０…ＬＥＤ
２１…金ワイヤ                              ２２…光起電力ＩＣ
２３…バンプ                                ２４…ＭＯＳ−ＦＥＴ
２５…バンプ                                ２６…透光性樹脂
２７…遮光性樹脂
【図１】
2005044947.tif 000003
【図２】
2005044947.tif 000004
【図３】
2005044947.tif 000005