JP6620176B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によると、半導体装置は、所定の領域に穴が形成された受光素子と、前記受光素子の前記穴内に設けられた発光素子と、前記受光素子の周縁部を覆う第1樹脂と、を有し、前記受光素子の受光面と前記発光素子の発光面とが、実質的に同一平面上に位置する半導体装置であって、前記受光素子は、第1受光部と第2受光部と、前記第1受光部と前記第2受光部を接続し、前記第1受光部および前記第2受光部よりも薄肉の接続部とを有し、前記受光素子の前記穴は、前記接続部に形成されている。
本発明の第3の態様によると、半導体装置は、ほぼ中央に穴が形成された受光素子と、前記受光素子の前記穴内に配置された発光素子と、前記受光素子の外周に配置されたリード端子と、前記発光素子の発光面に設けられた第1の電極と前記受光素子を接続する第1のワイヤと、前記発光素子の第2の電極と前記リード端子を接続する第2のワイヤと、前記受光素子の受光面および前記発光素子の前記第1の電極を露出して、前記発光素子、前記受光素子、前記リード端子および前記第2のワイヤを封止する樹脂と、を備え、前記受光素子、前記発光素子および前記リード端子が前記樹脂により保持され、前記受光素子の受光面と前記発光素子の前記発光面とが、実質的に同一平面上に位置する。
本発明の第4の態様によると、半導体装置は、ほぼ中央に穴が形成された受光素子と、前記受光素子の前記穴内に配置された発光素子と、前記受光素子および前記発光素子それぞれが取り付けられる平坦な取付部を有し、前記受光素子および前記発光素子それぞれが前記取付部に導電性接合材により接合されたリードフレームと、前記受光素子の外周に沿って設けられ、前記リードフレームから分離して形成されたリード端子と、前記発光素子の発光面に設けられた電極と前記受光素子の第1の電極を接続する第1のワイヤと、前記受光素子の第2の電極と前記リード端子を接続する第2のワイヤと、前記受光素子の受光面および前記発光素子の前記発光面を露出して、前記受光素子の周縁部、記第2のワイヤ、前記リード端子および前記リードフレームの周縁部を封止する樹脂とを備え、前記導電性接合材により前記平坦な取付部に取り付けられた前記受光素子の前記受光面と前記発光素子の前記発光面とが、実質的に同一平面上に位置する。
−第1の実施の形態−
図1〜図3は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置であるフォトカプラ1の一例を模式的に示す図である。図1(a)は上面斜視図、図1(b)は図1(a)から樹脂を除外した場合の上面斜視図、図2(a)は図1(a)におけるA−A’およびB−B’断面図、図2(b)は上面平面図、図2(c)は裏面平面図である。但し、図2(a)においては、A’−B断面の領域は、図示を省略されている。図3は後述する受光チップの斜視図である。なお、説明の都合上、図に示す通りに設定したX軸、Y軸、Z軸からなる座標系を用いるものとする。
また、半導体装置としてフォトカプラ1を例に挙げて以下の説明を行うが、半導体装置としてはフォトカプラ1に限定されるものではなく、フォトマイクロセンサやマークセンサ等でもよい。
受光チップ20は、内部に多数の受光素子(フォトダイオード:PD)を有し、上面視で矩形形状を有する。なお、受光チップ20は、PDおよびトランジスタを組み合わせたフォトトランジスタとして構成してもよいし、PDおよび該PD駆動用回路を構成する集積回路を含めたPDICとして構成してもよい。図3に示すように、受光チップ20の上面の中央を含む所定の領域には、穴201が形成されている。この穴201内には、後述する基板10の中央凹部103が収容される(図2参照)。また、受光チップ20は、穴201を含み、図のX軸方向に沿った領域に薄肉の接続部202(図3参照)が形成されている。受光チップ20は、接続部202を挟んで、第1受光部203(図のY軸方向+側)と、第2受光部204(図のY軸方向−側)とを備える。接続部202の上面(Z軸方向+側の面)は、第1受光部203の上面および第2受光部204の上面から凹んで形成されている。つまり、接続部202の上面は、第1受光部203の上面および第2受光部204の上面よりも、Z軸方向+側において、低い位置に配置されている。
発光チップ30の他の電極、たとえばアノード電極は、ボンディングワイヤ31によって、受光チップ20(図に示す例では第1受光部203)と接続される。
図4(a)に示すように、金属やバックテープ等の薄い支持基材60の上に、複数のリード端子101、中央部102、中央凹部103が形成された基板10と、受光チップ20とを取り付ける。なお、基板10を形成する母材は、複数個のフォトカプラ1が得られるような大きさを有するものであるが、図面では1つのフォトカプラ1となる領域およびその周囲のみを示している。受光チップ20は、接続部202が基板10の中央部102の凹部102a内に配置されるように取り付ける。このとき、基板10の中央部102の凹部102aのZ軸方向−側の面の高さは、受光チップ20の接続部のZ軸方向+側の面との間に、ギャップgが形成されるように、予め、設定されている。なお、基板10は、予め、中央凹部103を形成可能な厚さの厚い板状の母材を準備し、エッチング等により母材の一部を除去し、凹部102aおよび中央凹部103を形成しておく。また、この状態においては、基板10の中央部102および複数のリード端子101は、基板10の外周にフレーム部を有するリードフレーム(図示せず)として一体に形成されており、中央部102および各リード端子101は、リードフレームに形成されたリード部102bにより、該リードフレームに連結されている。
(1)フォトカプラ1は、所定の領域に穴201が形成された受光チップ20と、リードフレームの中央凹部103に設けられる発光チップ30と、受光チップ20の周縁部を覆う樹脂51と、を有し、受光チップ20の表面と発光チップ30の表面とが、実質的に同一平面上に位置する。これにより、発光チップ30から出射した光が物体にて反射するまでの移動距離と、物体で反射した光が受光チップ20に入射するまでの移動距離とを実質的に等しくすることができる。これにより、検出精度を向上し、センサーの高感度化が可能となる。
また、受光チップ上に発光チップを載置してボンディングワイヤにて接続する場合と比較して、Z軸方向の大きさを小さくできるので、フォトカプラ1の小型化、薄型化を達成することができる。
また、実開昭58−148954号公報に開示の従来技術においては、トランジスタの主面に形成される孔部の側面と底面とがなす角度を所定の値に定め、側面で反射された光も受光素子にて受光させている。しかし、受光素子をシリコンにより形成し、受光素子の発光素子収容穴をシリコンの異方性エッチングにより形成する。このため、反射面となる周側面が底面に対してなす傾斜角が53.7°と所定の角度に定められるため、特定の用途以外には用いることが難しく汎用性が低い。これに対して、本実施の形態は、構造体の側面で反射した光を受光チップ20で受光するものではないので、特定の用途以外にも用いることが可能となり、汎用性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
本発明の第2の実施の形態によるフォトカプラについて説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。
図6は、本発明の第2の実施の形態によるフォトカプラ1を例示する図であり、図6(a)は断面図、図6(b)は上面平面図、図6(c)は裏面平面図である。なお、図6(a)は、図6(b)におけるC−C’断面図である。
発光チップ30は、ボンディングワイヤ31によって受光チップ20と接続され、ボンディングワイヤ32によってリード端子101と接続される。これにより、発光チップ30の一方の電極、たとえばカソード電極はリード端子101電気的に接続され、他方の電極、たとえばアノード電極は受光チップ20に電気的に接続される。
図7(a)に示すように、支持基材60の上に、複数のリード端子101と、受光チップ20と、発光チップ30とを取り付ける。なお、リード端子101を形成する母材は、複数個のフォトカプラ1が得られるような大きさを有するものであるが、図面では1つのフォトカプラ1となる領域およびその周辺のみを示している。発光チップ30は、受光チップ20に形成された穴201を通って支持基材60上に取り付ける。また、この状態においては、複数のリード端子101は、外周にフレーム部を有するリードフレーム(図示せず)として一体に形成されており、各リード端子101は、リードフレームに形成されたリード部102bにより、該リードフレームに連結されている。
(1)受光チップ20と発光チップ30とリード端子101の一部とボンディングワイヤ32とは裏面から樹脂41により封止される。これにより、受光チップ20と発光チップ30の上面以外は樹脂41、51により覆われるので、高い耐衝撃性が得られる。また、リード端子101がL字状に樹脂41、51により封止されるので、樹脂抜けに強い形状とすることができる。
本発明の第3の実施の形態によるフォトカプラについて説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。
図9は、本発明の第3の実施の形態によるフォトカプラ1を例示する図であり、図9(a)は断面図、図9(b)は上面平面図、図9(c)は裏面平面図である。なお、図9(a)は、図9(b)におけるD−D’断面図である。
発光チップ30の他方の電極、たとえばアノード電極は、ボンディングワイヤ31によって、受光チップ20と接続される。
受光チップ20と基板10の周縁部(すなわち取付部105の一部とリード端子101の一部(すなわち裏面(Z軸−側の面)を除く部分))とボンディングワイヤ21とは、フォトカプラ1の上部(Z軸方向+側)にて樹脂51によって封止される。なお、樹脂51は、たとえばエポキシのように遮光性のある不透明な樹脂である。
図10(a)に示すように、支持基材60の上に、複数のリード端子101と、取付部105とが形成された基板10を取り付ける。なお、基板10を形成する母材は、複数個のフォトカプラ1が得られるような大きさを有するものであるが、図面では1つのフォトカプラ1となる領域およびその周囲のみを示している。基板10の取付部105上に、受光チップ20を、たとえば銀ペースト等の接着剤を用いたダイボンディングにより接続する。
基板10は受光チップ20と発光チップ30とを保持する取付部105を有している。これにより、発光チップ30を基板10上に設けることができるので、放熱性を向上させることができる。
10…基板
20…受光チップ
21、31、32…ボンディングワイヤ
30…発光チップ
41、51…樹脂
101…リード端子
102…中央部
103…中央凹部
105…取付部
201…穴
202…凹部
203…第1受光部
204…第2受光部
Claims (9)
- 所定の領域に穴が形成された受光素子と、
凹部が形成された発光素子収容部を有し、前記発光素子収容部が前記受光素子の前記穴内に収容されるリードフレームと、
前記リードフレームの前記発光素子収容部の底部内面に設けられた発光素子と、
前記受光素子の外周に沿って設けられ、前記リードフレームから分離して形成されたリード端子と、
前記受光素子の周縁部を覆う第1樹脂と、を有し、
前記発光素子は、導電性接合材により前記リードフレームの前記発光素子収容部の前記底部内面に接合され、
前記受光素子の受光面と前記発光素子の発光面とが、実質的に同一平面上に位置する半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記受光素子は、それぞれ、第1受光部、第2受光部、および前記第1受光部と前記第2受光部とを接続する接続部とを有し、
前記リードフレームは、前記第1受光部および前記第2受光部の受光面である上面を露出し、前記接続部の上面を覆って設けられている半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記リードフレームは、前記受光素子の前記接続部を収容する凹部を有する半導体装置。 - 所定の領域に穴が形成された受光素子と、
前記受光素子の前記穴内に設けられた発光素子と、
前記受光素子の周縁部を覆う第1樹脂と、を有し、
前記受光素子の受光面と前記発光素子の発光面とが、実質的に同一平面上に位置する半導体装置であって、
前記受光素子は、第1受光部と第2受光部と、前記第1受光部と前記第2受光部を接続し、前記第1受光部および前記第2受光部よりも薄肉の接続部とを有し、前記受光素子の前記穴は、前記接続部に形成されている半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
さらに、前記受光素子の前記接続部を収容する凹部を有する基板を備え、前記受光素子が収容された前記凹部内に、第2樹脂が充填されている半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第2樹脂は、前記基板と前記受光素子との間のギャップ内にも充填されている半導体装置。 - ほぼ中央に穴が形成された受光素子と、
前記受光素子の前記穴内に配置された発光素子と、
前記受光素子の外周に配置されたリード端子と、
前記発光素子の発光面に設けられた第1の電極と前記受光素子を接続する第1のワイヤと、
前記発光素子の第2の電極と前記リード端子を接続する第2のワイヤと、
前記受光素子の受光面および前記発光素子の前記第1の電極を露出して、前記発光素子、前記受光素子、前記リード端子および前記第2のワイヤを封止する樹脂と、を備え、
前記受光素子、前記発光素子および前記リード端子が前記樹脂により保持され、
前記受光素子の受光面と前記発光素子の前記発光面とが、実質的に同一平面上に位置する半導体装置。 - ほぼ中央に穴が形成された受光素子と、
前記受光素子の前記穴内に配置された発光素子と、
前記受光素子および前記発光素子それぞれが取り付けられる平坦な取付部を有し、前記受光素子および前記発光素子それぞれが前記取付部に導電性接合材により接合されたリードフレームと、
前記受光素子の外周に沿って設けられ、前記リードフレームから分離して形成されたリード端子と、
前記発光素子の発光面に設けられた電極と前記受光素子の第1の電極を接続する第1のワイヤと、
前記受光素子の第2の電極と前記リード端子を接続する第2のワイヤと、
前記受光素子の受光面および前記発光素子の前記発光面を露出して、前記受光素子の周縁部、
前記第2のワイヤ、前記リード端子および前記リードフレームの周縁部を封止する樹脂とを備え、
前記導電性接合材により前記平坦な取付部に取り付けられた前記受光素子の前記受光面と前記発光素子の前記発光面とが、実質的に同一平面上に位置する半導体装置。 - 請求項1から8までのいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記受光素子の前記受光面と前記発光素子の前記発光面との高さの差は、10μm以内である半導体装置。
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