JPH0818096A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルムキャリア型光結合装置において、チ
ップ転倒を防止するとともに、薄型化を図る。 【構成】 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を有する絶縁フィルム１と、該絶縁フ
ィルム１の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とを備えてなる光結合装置であって、前記
絶縁フィルム１は、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が配置されてなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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】前記孔は、それぞれのチップの厚みに０．
２〜０．３ｍｍの許容度を設けた大きさからなり、且つ
前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さ
の１／２〜１倍の厚みからな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】前記孔は、それぞれのチップの厚みに０．
２〜０．３ｍｍの許容度を設けた大きさからなり、且つ
前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さ
の１／２〜１倍の厚みからなる構成なので、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、１
２′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１
２、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１
２）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１
８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１６，１
６′、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１
７、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１
２、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】前記孔は、それぞれのチップの厚みに０．
２〜０．３ｍｍの許容度を設けた大きさからなり、且つ
前記絶縁フィルムの厚みは、搭載時の受光チップの高さ
の１／２〜１倍の厚みよりなる構成なので、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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 前記孔は、それぞれのチップの厚みに
   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の厚みは、搭載時の受光チップの
   高さの１／２〜１倍の厚みからなることを特徴とする請
   求項１記載の光結合装置。