JP3585952B2

JP3585952B2 - 光結合装置

Info

Publication number: JP3585952B2
Application number: JP14742194A
Authority: JP
Inventors: 恭二田辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JPH0818096A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、入出力を光で伝達する光結合装置に関し、特にフィルムキャリア型光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光結合装置（フォトカプラ）に対する市場の要望は著しく、特にリードフレームを使用し、透光性樹脂および遮光性樹脂により二重モールドするデュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）型光結合装置の普及率は上昇の一途であるが、電子部品の小型化、薄型化が進むにつれて、面実装（ＳＭＤ）タイプの需要も加わり、小型の面実装タイプが開発され普及しつつある。
【０００３】
しかしながら、前述した小型化、薄型化のパッケージの要望は現行品のレベルにとどまらずさらに進行している。しかし、従来のリードフレームを利用したトランスファーモールドタイプの光結合装置では、リードフレームを有しているため、その強度および絶縁耐圧等を考慮すると寸法をある程度確保しなければならず、光結合装置の小型化、薄型化も限界に達している。
【０００４】
この流れに対して、リードレスカプラも開発途上にあるが、薄型化をさらに進めたフィルムキャリア方式によるパッケージが望まれている。
【０００５】
このフィルムキャリア方式を採用した光結合装置の一つに、フィルムの同一平面上に、赤外発光ダイオード等からなる発光チップとフォトトランジスタ等からなる受光チップとをそれぞれ搭載する方式がある。
【０００６】
その一例としては、図１０の如く、絶縁フィルム１内に光路をとって発光チップ２と受光チップ３とを光学的に結合させるものであって、絶縁フィルム１の上面に発光側導体パターン４および受光側導体パターン５が形成され、前記発光チップ２は、その発光面が前記絶縁フィルム１の上面に対面するよう発光側導体パターン４に搭載され、前記受光チップ３は、その受光面が前記絶縁フィルム１の上面に対面するよう受光側導体パターン５に搭載されており、前記発光チップ２および受光チップ３は遮光性樹脂６にて封止されて構成されている。なお、７は反射膜であり、該反射膜７は発光チップ２にて発する光を受光チップ３側へ反射させるものである。
【０００７】
上記発光チップ２は、通常、上部電極（アノードまたはカソード）と裏面電極（カソードまたはアノード）であるため、面実装において各電極を絶縁フィルム１とは垂直方向にレイアウトし、両電極共Ａｇペースト等で上記発光側導体パターン４に電気的機械的接続を行う。受光チップ３は、二つの電極が受光面である一面にのみ形成されており、該電極にはバンプ処理（図示せず）が施されており、該バンプ形成面を上記受光側導体パターン５に面ボンディングして電気的機械的接続が行われる。前記バンプには、Ａｕや半田を用いる。
【０００８】
前記絶縁フィルム１の材質には、ポリイミド、ポリエステル、ガラスエポキシ等の樹脂材料を用いる。この絶縁フィルム１上に形成される導体パターン４，５の材料には銅箔または圧延銅が用いられ、該導体パターン４，５は、絶縁フィルム１の穴抜き後、これにラミネートしエッチング処理にてパターンニングを行ってなるものである。
【０００９】
前記遮光性樹脂６は、集積回路（ＩＣ）のアッセンブリー工程で使用されるエポキシ樹脂製の樹脂塊（Ｅペレット）等であり、熱で溶かしてモールディングする。もしくは、薄型における寸法精度を向上させるために、トランスファーモールド技術を用いてモールドする方法もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光結合装置では、受光チップ３を絶縁フィルム１の受光側導体パターン５に搭載する方式として、面ボンディングを採用しているため、受光チップ３に前処理としてバンプ処理を施さなければならず、また、二つの電極を受光面の一面より取り出す構造であるため、チップ面積が大きくなりコストアップの要因となっていた。
【００１１】
また、発光チップ２からの光は、絶縁フィルム１を通り反射膜７によって反射し、受光チップ３に受光されるので、光が減衰し光効率が低下するという欠点があった。
【００１２】
上記問題点を解決するものとして、特願平５−３０９９８３号（１９９３年１２月１０日出願）にて提案したフィルムキャリア型光結合装置（以下、単に「光結合装置」と称す。）がある。
【００１３】
該光結合装置は、図１１の如く、絶縁フィルム１の上面に発光側導体パターン４および受光側導体パターン５が形成され、前記発光側導体パターン４および受光側導体パターン５にそれぞれ発光チップ２およびバンプ処理を施さない受光チップ３を搭載してなるものであって、その搭載方式として、発光チップ２にて発する光を受光チップ５が直接受光できるよう絶縁フィルム１に対して垂直に両チップ２，３をＡｇペースト８にて搭載し、前記受発光チップ２，３間の絶縁フィルム１上に光パス路となる光路用フィルム９を設け、該光路用フィルム９、発光チップ２および受光チップ３を遮光性樹脂６にて封止してなるものである。
【００１４】
前記受光チップ３の構造は、図１２に示すように、直方体形状からなり、上面には電極１０と受光面１１とを備え、底面には他の電極１０′を備えている。該受光チップ３は、図１２（ｂ）に示すように、チップの厚み方向を絶縁フィルム１に接触させて搭載され、各電極１０，１０′が受光側導体パターン５に電気的機械的に接続される。
【００１５】
このような光結合装置によれば、発光チップ２とバンプ処理を施さない受光チップ３とを直接対向するような方式とし、その両チップ２，３間を光透過性物質９にて光パス路を形成した構成なので、従来の反射方式に比べて優れた光効率が得られる、また、受光チップ３を面ボンディング方式（水平搭載方式）より絶縁フィルム１に対して垂直搭載方式としたため、受光チップ３へのバンプ処理が不要となりコストダウンが図れるといった効果を有する。
【００１６】
しかしながら、該光結合装置には新たな問題が生じている。
【００１７】
上述した光結合装置は、受光チップ３が、図１２の如く、受光チップ３の厚みに対してその幅が２倍程度あり、該受光チップ３を図１２（ｂ）の如く、絶縁フィルム１に対して垂直搭載すると、受光チップ３の絶縁フィルム１に搭載する面に対して高さが大きくなり、チップ搭載時の安定性が非常に悪く、チップ転倒等を生じるといった問題が生じていた。該チップ転倒が生じると、ボンディング後に手直し工程を追加しなければならず、製造工程および信頼性に問題を生じていた。
【００１８】
また、薄型化という点では、受光チップ３を立てて搭載しているため、従来例で示した光結合装置よりも、０．２〜０．３ｍｍ程度厚いパッケージとならざるを得なかった。
【００１９】
本発明は、上記課題に鑑み、薄型化、受光チップ搭載時にチップ転倒を防止するための構成を備えた光結合装置の提供を目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明よりなる光結合装置は、一方の面に発光側導体パターンおよび受光側導体パターンを有する絶縁フィルムと、該絶縁フィルムのそれぞれの導体パターンに搭載され、互いが光学的に結合するよう対向配置される発光チップおよび受光チップと、該両チップを封止する遮光性樹脂とを備えてなる光結合装置であって、前記絶縁フィルムは、他方の面より各導体パターンの表面まで貫通する孔を有し、該孔内にそれぞれのチップが配置されてなることを特徴とするものである。
【００２１】
前記各チップは、前記各孔内にチップの厚み方向を寝かせて配置されており、前記各孔の大きさは、それぞれのチップの厚みの大きさより０．２〜０．３ｍｍ程度大きく形成されており、且つ前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さの１／２〜１倍の厚みに形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】
上記構成によれば、本発明の光結合装置は、絶縁フィルムに他方の面より各導体パターンの表面まで貫通する孔を有し、該孔内にそれぞれのチップが配置されてなる構成なので、各チップのダイボンドの際のチップ倒れを前記孔によって保持でき、チップ転倒を低減することができる。また、孔内に各チップを配置した分パッケージの薄型化が可能であり、さらに、該孔はチップの位置決めを容易とすることができる。
【００２３】
前記各チップを前記各孔内にチップの厚み方向を寝かせて配置する場合において、前記各孔の大きさは、それぞれのチップの厚みの大きさより０．２〜０．３ｍｍ程度大きく形成されており、且つ前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さの１／２〜１倍の厚みに形成されているので、チップが完全に倒れることなく保持できるとともに、チップ倒れによる傾きを低減することができる。
【００２４】
【実施例】
図１は、本発明よりなる光結合装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は上面側からの透視図であり、（ｂ）は側面断面図である。図２は、打ち抜き加工後の絶縁フィルムを示す平面図である。図３は、絶縁フィルムに導体パターンが形成された状態を絶縁フィルム裏面側から見た平面図である。図４は、絶縁フィルムに受発光チップが搭載された状態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図５は、絶縁フィルムの樹脂封止領域および最終形状領域を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図６は、発光チップの構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。図７は、受光チップの構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。図８は、製造フローを説明するための図である。
【００２５】
図１の如く、本実施例の光結合装置は、一方の面に発光側導体パターン４および受光側導体パターン５を有し、且つ他方の面より各導体パターン３、４の表面まで貫通する孔１２、１２′が設けられた絶縁フィルム１と、該絶縁フィルム１に設けられた孔１２、１２′よりそれぞれの導体パターン４、５に搭載され、互いが光学的に結合するよう対向配置される発光チップ２および受光チップ３と、該両チップ２、３を封止する遮光性樹脂６とを備えてなるものである。
【００２６】
前記絶縁フィルム１は、図２の如く、透光性でかつ耐熱性に優れたポリイミド、ポリエステル、ガラスエポキシ等の樹脂材料が使用され、複数のデバイス用のものが帯状に連なった状態で製造工程に給せられる。また、絶縁フィルム１の外周部には、外乱光が絶縁フィルム１の厚み方向を伝って受発光間の光路に進入するのを防止するためのスリット１３が穿設されている。該スリット１３は、絶縁フィルム１の光路形成領域Ｌａの周囲がパンチング抜きされたものである。ただし、スリット１３を穿設した後で、絶縁フィルム１の光路形成領域Ｌａが絶縁フィルム１のその他の領域Ｌｂからばらばらになって離脱しないよう、両領域Ｌａ、Ｌｂが連結部１４により連結されている。なお、該連結部１４を設けることにより、該連結部１４から光路形成領域Ｌａ内に外乱光が進入する恐れがある。そこで、連結部１４の外側にも切欠１５を形成し、外部からの直進光が連結部１４を伝って光路形成領域Ｌａに進入するのを防止している。さらに、絶縁フィルム１の光路形成領域の所定部分には、受発光チップ２、３をそれぞれ配置する孔１２、１２′が形成されている。該孔１２、１２′は、パンチング抜きされてなるものである。
【００２７】
該孔１２、１２′は、前記発光チップ２または受光チップ３を配置して各導体パターン４、５に接続する載置孔であり、該孔１２、１２′の大きさは、各チップの厚み方向を寝かせて配置するため、少なくとも各チップ２、３の厚みの大きさに０．２〜０．３ｍｍ程度の許容度をもたせた大きさとする。この範囲よりも小さな数値であると、機械的な位置決め制度に問題が生じ、また範囲よりも大きな数値であると、チップ２、３が転倒するまたはチップ倒れの際の傾斜角度が大きくなるといった不都合を生じる。
【００２８】
さらに、前記絶縁フィルム１は、その厚みが受光チップ３の載置時の高さの１／２〜１倍程度の厚みとする。この範囲よりも小さな厚みであれば、チップ倒れの際の傾斜角度が大きくなり、また、その範囲よりも大きな厚みであれば、チップ搭載に問題が生じる。
【００２９】
したがって、前記孔１２、１２′の大きさを各チップ２、３の厚みに０．２〜０．３ｍｍ程度の許容度をもたせた大きさとし、且つ絶縁フィルム１の厚みを受光チップ３の載置時の高さの１／２〜１倍程度の厚みとすることが望ましい。
【００３０】
ここで本実施例の一例としての具体的数値を述べると、前記孔１２、１２′の大きさはそれぞれ各チップ２、３の厚みに０．２ｍｍすなわち片側当たり０．１ｍｍの許容度をもたせた大きさとしている。また前記絶縁フィルム１の厚みは、従来例（図１０、図１２）では０．１ｍｍであったのを、本実施例では、０．２ｍｍとしている。これは、前記受光チップ３の縦幅（載置した際の高さ）が０．４ｍｍあり、該チップ３を立てた際の中間位置に対応するようにしており、従来の０．１ｍｍであれば絶縁フィルム１上で倒れる可能性があるが、０．２ｍｍとすることで、それを防止することが可能である。これは、チップの重心によるものである。
【００３１】
前記発光チップ２は、赤外発光ダイオード等が使用され、図６の如く、チップの上底面に電極（アノードまたはカソード）１６、１６′を有する構成である。本実施例では、発光チップ２の上面を受光チップ３と対向配置させるため、上面より光を発するようその中心部分には形成されておらず、その周囲のみ電極が形成されている。
【００３２】
前記受光チップ３は、フォトトランジスタ等が使用され、図７の如く、チップの上面に二つの電極１７、１７′有し、その他の部分を受光部としてなる構成である。
【００３３】
前記両チップ２、３は、図１の如く、上述した絶縁フィルム１の孔１２、１２′内を通ってそれぞれの導体パターン４、５に電気的機械的に接続される。そして、両チップ２、３は、絶縁フィルム１と各チップ２、３との隙間を埋めるため、透光性シリコーン樹脂１８にて被覆（プリコート）される。図１中、１９はＡｇペーストを示している。
【００３４】
前記発光側導体パターン４および受光側導体パターン５は、図３の如く、それぞれ銅箔等の導電性材料を用いて、前記絶縁フィルム１の裏面にのみ所望の回路設計に基づき形成されている。該両導体パターン４、５の先端部は各チップ２、３の各電極１６，１６′、１７，１７′に接続するよう形成されており、前記発光側導体パターン４は、その先端部が略Ｌ字形に形成されている。
【００３５】
前記遮光性樹脂６は、光吸収性を有する一般的な黒色エポキシ樹脂等が用いられ、図１の如く、トランスファーモールド方式にて、発光チップ２、受光チップ３および光路形成領域Ｌａを被覆してなるものである。
【００３６】
上記構成の光結合装置の製造方法を１乃至５に従って説明する。また、製造フローを図８に示す。
【００３７】
まず、一枚のフィルムキャリアテープ状の絶縁フィルム１について、パンチング金型にてスリット１３、切欠１５および孔１２，１２′の抜きを行い、図２の形状にする。
【００３８】
その後、銅箔をこの絶縁フィルム１の裏面側に一様にラミネートした後、図３の如く、エッチングにより必要な銅箔を残し、発光側導体パターン４および受光側導体パターン５を形成する。
【００３９】
このようにして作成された絶縁フィルム１に、図４の如く、発光チップ２である発光ダイオードチップを、発光側導体パターン４に対して垂直方向に載置し、Ａｇペースト１９で発光チップ２の表面および裏面電極１６、１６′と発光側導体パターン４の電気的機械的接続を行う。
【００４０】
次に、受光チップ３であるフォトトランジスタチップをその受光面が発光チップ２側に向くよう、且つ受光側導体パターン５に対して垂直方向に載置し、Ａｇペースト１９で受光面側に設けられた二つの電極１７、１７′と受光側導体パターン５との電気的機械的接続を行う。
【００４１】
その後、Ａｇペースト１９の硬化のため、高温放置を行う。この状態で、発光チップ２と受光チップ３の受光面とは対向型となっている。
【００４２】
次に、絶縁フィルム１と各チップ２、３との隙間を埋めるため、透光性樹脂１７にて被覆される。その後、遮光性樹脂６を使用し、薄型化を目的として寸法精度の良いトランスファーモールドにて樹脂モールドを行う。
【００４３】
その後、テーピング状態で連結して電極取り出しパターンにハンダメッキを施した後、金型により単品抜きをして図１に示すような形状の光結合装置が完成する。
【００４４】
このように、本実施例の光結合装置によれば、絶縁フィルム１に他方の面より各導体パターン４、５の表面まで貫通する孔１２、１２′を有し、該孔１２、１２′内にそれぞれのチップ２、３が配置されてなる構成なので、各チップ２、３のダイボンドの際のチップ倒れを前記孔１２、１２′によって保持でき、チップ転倒を低減することができる。また、孔１２、１２′内に各チップ２、３を配置した分パッケージの薄型化が可能であり、さらに、該孔１２、１２′はチップ２、３の位置決めを容易とするも可能である。
【００４５】
前記孔１２、１２′は、それぞれのチップ２、３の厚みに０．２〜０．３ｍｍの許容度を設けた大きさからなり、且つ前記絶縁フィルム１の厚みは、搭載時の受光チップ３の高さの１／２〜１倍の厚みよりなる構成なので、チップ２、３が完全に倒れることなく保持できるとともに、チップ倒れによる傾きを低減することができる。
【００４６】
このように、チップ倒れを防止することにより、各チップ２、３を接着する接着剤１９の硬化による収縮性によって幾分修正することができる。特にチップの傾きが少ないほど修正によって正確なダイボンドが可能となる。
【００４７】
上記実施例では受光チップ３として、図７に示す一方の面に二つの電極１７、１７′および受光部を形成してなつ受光チップを用いたが、図１２に示す一方の面に電極１０および受光部１１を、他方の面に他の電極を形成してなる受光チップを用いたても良い。この場合の受光側導体パターン５の先端形状としては、発光側導体パターン４の先端形状と同様、略Ｌ字形とする。受光チップ３を該構造とすることにより、チップ自身を小さくすることが可能となり、小型化、薄型化が図れる。
【００４８】
また、絶縁フィルム１の裏面側、すなわち導体パターン側のみ遮光性樹脂（モールド）に変わって、遮光膜または反射膜とすることにより、さらに、小型化、薄型化が図れる。
【００４９】
図９は、本発明の他の実施例を示す側面断面図である。本実施例について、上記実施例と相違する点のみ説明する。
【００５０】
本実施例に使用される絶縁フィルム１′は、透光性のオレンジ色ポリイミド１′ａと遮光性の黒色ポリイミド１′ｂを張り合わせてなるものであって、前記オレンジ色ポリイミド１′ａは上記実施例の絶縁フィルム１と同等の構成からなり、該オレンジ色ポリイミド１′ａの導体パターン形成面に黒色ポリイミド１′ｂが張り合わされている。前記黒色ポリイミド１′ｂの外表面には入出力パターン２０、２０′が形成されており、該入出力パターン２０、２０′と各導体パターン４、５とは黒色ポリイミド１′ａに形成されたスルーホール２１にて接続されている。
【００５１】
該構成によれば、面実装型のフィルムキャリア型光結合装置として容易に対応できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光結合装置によれば、絶縁フィルムに他方の面より各導体パターンの表面まで貫通する孔を有し、該孔内にそれぞれのチップが配置されてなる構成なので、各チップのダイボンドの際のチップ倒れを前記孔によって保持でき、チップ転倒を低減する。また、孔内に各チップを配置した分パッケージの薄型化となり、さらに、該孔はチップの位置決めを容易とする。
【００５３】
前記各チップを前記各孔内にチップの厚み方向を寝かせて配置する場合において、前記各孔の大きさは、それぞれのチップの厚みの大きさより０．２〜０．３ｍｍ程度大きく形成されており、且つ前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さの１／２〜１倍の厚みに形成されているので、チップが完全に倒れることなく保持され、チップ倒れによる傾きが低減される。したがって、各チップを接着する接着剤の硬化による収縮性によって完全に修正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明よりなる光結合装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は側面断面図であり、（ｂ）は上面側からの透視図である。
【図２】加工後の絶縁フィルムを示す平面図である。
【図３】絶縁フィルムに導体パターンが形成された状態を絶縁フィルム裏面側から見た平面図である。
【図４】絶縁フィルムに受発光チップが搭載された状態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】絶縁フィルムの樹脂封止領域および最終形状領域を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図６】発光チップの構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。
【図７】受光チップの構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。
【図８】製造フローを説明するための図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す側面断面図である。
【図１０】従来例を示す側面断面図である。
【図１１】先願の提案例を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面断面図である。
【図１２】（ａ）は図１１に示す光結合装置に使用される受光チップの構成図であり、（ｂ）は該受光チップの搭載図である。
【符号の説明】
１絶縁フィルム
２発光チップ
３受光チップ
４発光側導体パターン
５受光側導体パターン
６遮光性樹脂
１２、１２′ 孔
１８透光性樹脂

Claims

一方の面に発光側導体パターンおよび受光側導体パターンを有する絶縁フィルムと、該絶縁フィルムのそれぞれの導体パターンに搭載され、互いが光学的に結合するよう対向配置される発光チップおよび受光チップと、該両チップを封止する遮光性樹脂とを備えてなる光結合装置であって、
前記絶縁フィルムは、他方の面より各導体パターンの表面まで貫通する孔を有し、該孔内にそれぞれのチップが配置されてなることを特徴とする光結合装置。
前記各チップは、前記各孔内にチップの厚み方向を寝かせて配置されており、前記各孔の大きさは、それぞれのチップの厚みの大きさより０．２〜０．３ｍｍ程度大きく形成されており、且つ前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さの１／２〜１倍の厚みに形成されていることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。