专利名称：光电耦合半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光电耦合半导体器件(光电耦合器)及其制造方法。
背景技术：
例如，在日本待定专利申请No.Hei 11-177124(1999)中公开了一种涉及本发明的现有技术光电耦合器，其设计使得从光发射元件发射出的光被光接收元件接收。光发射元件和光接收元件以相对的位置关系分别位于第一和第二引线框的压料垫(die pad)上，它们彼此相对倾斜并封装在透光性硅树脂的封装物中。因此，至少部分从光发射元件的主表面平行于安装面发出的光无反射地直接入射到光接收元件上。该专利公开中还公开了一种光电耦合器的制造方法，其中在分别安装有光发射元件和光接收元件的引线框上涂覆封装物，再通过重力形成预定的形状和固化，由此将光发射元件和光接收元件罐装到引线框上的封装物中。
对于近来由于去除了含铅的成分而使板的安装温度提高的趋势，提高光电耦合半导体器件的封装热阻是必不可少的。但是，用于覆盖光发射元件和光接收元件以形成透光路径的硅树脂具有很高的线性膨胀系数，使得最终的封装件由于安装时出现于其中的热应力而易于脆裂。另外，前述的包括在封装物中罐装光发射元件和光接收元件的制造方法不适于批量生产，因为固化的封装物形状不稳定。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种具有环氧树脂的双传递模塑结构的光电耦合半导体器件以及适于批量生产这种光电耦合半导体器件的制造方法，其中双传递模塑结构中的每一个均具有较低的线性膨胀系数和较高的光透射效率。
本发明提供一种光电耦合半导体器件，其包括第一和第二平面引线框，每个框具有一个主要部分和一个远端部分；光发射元件和光接收元件，分别安装在第一和第二引线框的远端部分的上表面上；透光性树脂件，其覆盖光发射元件和光接收元件，并支撑处于间隔相对关系中的第一和第二引线框的远端部分，使得第一和第二引线框的主要部分被定位成共面的关系，在所述远端部分的上表面上安装有光发射元件和光接收元件；和非透光性树脂件，覆盖透光性树脂件，并支撑第一和第二引线框的主要部分；其中透光性树脂件和非透光性树脂件的每个都由作为基础树脂(base resin)的环氧树脂组成。
根据本发明，光发射元件和光接收元件被环氧树脂覆盖，使得光电耦合半导体器件在光发射元件和光接收元件之间的光传导效率很高并且热阻性能优良。
本发明还提供了一种制造光电耦合半导体器件的方法，包括用透光性树脂件覆盖框、光发射元件和光接收元件；和通过二次传递模塑非透光性树脂来形成非透光性树脂件，从而用非透光性树脂覆盖透光性树脂件。
在根据本发明的制造方法中，通过首次和二次传递模塑工艺形成透光性树脂件和非透光性树脂件，使得光电耦合半导体器件可以稳定地批量生产。
图1是根据本发明第一实施例的光电耦合器的平面图；图2是光电耦合器从图1中箭头I-I方向看过去的截面图；图3是根据本发明的第一引线框的平面图；图4是根据本发明的第二引线框的平面图；图5是第一实施例的改型对应于图2的截面图；图6～8是用于解释图1所示光电耦合器的制造方法的模具的截面图；图9是根据本发明用于光电耦合器制造方法的框的平面图；图10是图9所示主要部分的详图；图11是根据本发明的第二实施例的光电耦合器对应于图2的简图；图12～25是用于解释图11所示光电耦合器的制造方法的模具的截面图；以及图26是用于解释图11所示光电耦合器的灵敏度的曲线。
具体实施例方式
根据本发明的光电耦合半导体器件包括第一和第二平面引线框，每个引线框具有一个主要部分和一个远端部分；分别安装在第一和第二引线框远端部分的上表面上的光发射元件和光接收元件；透光性树脂件，其覆盖光发射元件和光接收元件，并支撑其上表面上设置有光发射元件和光接收元件的、处于间隔相对的关系中的第一和第二引线框的远端部分，使得第一和第二引线框的主要部分在位置上成共面的关系；和非透光性树脂件，其覆盖透光性树脂件，并支撑第一和第二引线框的主要部分；其中透光性树脂件和非透光性树脂件的每个都由作为基础树脂的环氧树脂组成。
位于光发射元件和光接收元件之上的透光性树脂件部分具有大致上的半球形形状。或者，光发射元件和光接收元件之上的透光性树脂件部分总体上具有截顶的四棱锥形状。
采用整体框很有利，其中第一和第二引线框处于共面位置。光发射元件和光接收元件分别包括发光二极管和光电二极管。
用于透光性树脂件的还氧树脂的例子包括透光性环氧树脂和半透光性环氧树脂。用于非透光性树脂件的环氧树脂的例子包括白色环氧树脂和阻光环氧树脂，即包含给出阻光效果的添加剂的环氧树脂，如白色或黑色无机细粉末。
优选地，分别安置有光发射元件和光接收元件的远端部分相对于主要部分轻缓地向下倾斜。适当确定各个远端部分的倾斜角度，使得光接收元件可以有效地接收到从光发射元件直接发射出的或经由反射后的光。在此情况下，安置有光发射元件的远端部分以小于安置有光接收元件的远端部分的角度倾斜。
安置有光发射元件的远端部分向下倾斜角度a，安置有光接收元件的远端部分向下倾斜角度b，其中角度a和b满足下列表达式5°≤a≤25°，5°≤b≤25°透光性树脂件包括把来自光发射元件的光导引至光接收元件的上部，和支撑第一和第二引线框的远端部分的下部。上部的体积小于下部的体积。
透光性树脂件具有一外围表面，优选每个远端部分的上表面和与其相邻的外围表面部分形成45至90度的角度。
第一引线框的远端部分可以具有一个台阶(step)，使得光发射元件位于低于第一引线框主要部分的上表面的水平。光发射元件可以部分地被透光性硅树脂覆盖。
根据本发明的光电耦合半导体器件的制造方法包括步骤提供具有第一和第二引线框的整体框；将光发射元件和光接收元件分别安置在第一和第二引线框的远端部分的上表面上；通过首次传递模塑透光性树脂而形成透光性树脂件，从而用透光性树脂件覆盖第一和第二引线框的远端部分、光发射元件和光接收元件；和通过二次传递模塑非透光性树脂来形成非透光性树脂件，从而用非透光性树脂件覆盖透光性树脂件。
在此方法中，具有第一和第二引线框的整体框用于通过模制形成树脂件，使得可以减少步骤数。
优选本制造方法还包括步骤通过向下压远端部分来弯曲分别安置有光发射元件和光接收元件的远端部分。在此情况下，在弯曲步骤和首次传递模塑步骤中采用相同的模具，并且弯曲步骤优选在模具被夹紧时进行。通过此配置，弯曲步骤和首次传递模塑步骤利用相同的模具执行，使得可以达到加工设备的简化和步骤数的减少。
模具可以包括上半模具和下半模具，上半模具可以具有一个用于弯曲的突起。下半模具可以具有一个用于支撑弯曲的远端部分的背面的支撑部分。
第一和第二引线框优选每个都包括元件安置框，在其上安装相应的元件；和信号框，用于接收来自该元件的电信号和将电信号传输至该元件，元件安置框和信号框以平行的关系设置。在此情况下，第一和第二引线框的元件安置框和信号框优选在弯曲步骤中同步弯曲。
突起可以包括一个可以在远端部分弯曲的方向上移动的销钉。
突起可以包括一个用于弯曲第一引线框的第一突起和一个用于弯曲第二引线框的第二突起。第一和第二突起优选每个都包括一个可在相应远端部分的弯曲方向上移动的销钉。
下面将参考附图通过实施例详细描述本发明。应该理解，本发明不限于这些实施例。
第一实施例图1是根据本发明第一实施例的光电耦合半导体器件(以下简称“光电耦合器”)的平面图。图2是光电耦合器从图1中箭头I-I方向看过去的截面图。如图所示，光电耦合器100包括光发射元件1和光接收元件2，所述两元件分别通过银膏部分4和4a粘接到第一和第二平面引线框3和3a的远端部分13和13a的上表面，并且分别经金丝5和5a电连接(或丝焊)到第一和第二引线框3和3a。
图3和4是分别表示第一和第二引线框3和3a的平面图。如图3所示，第一引线框3具有远端部分13和主要部分17，并被分成以平行关系设置的元件安置框18和信号框19。
光发射元件1具有两个输入端(电极)。光发射元件1的一个输入端连接到元件安置框18的远端部分，并且另一输入端经金丝5连接到信号框19的远端部分。
如图4所示，第二引线框3a具有远端部分13a和主要部分17a，并被分成以平行关系设置的元件安置框18a和信号框19a。光接收元件2有两个输出端(电极)。光接收元件2的一个输出端连接到元件安置框18a的远端部分，另一个输出端经金丝5a连接到信号框19a的远端部分。
如图1和2所示，第一引线框3和第二引线框3a的远端部分13、13a以间隔相对的关系设置，其上表面上分别安装有光发射元件1和光接收元件2。远端部分13、13a、光发射元件1和光接收元件2被透光性环氧树脂的透光性树脂件8覆盖，而主要部分17、17a以共面关系固定。另外，白色环氧树脂的非透光性树脂件9覆盖透光性树脂件8以支撑主要部分17、17a。
远端部分13上的光发射元件1部分地被用于保护的硅树脂的透光性树脂件6覆盖。光发射元件1和光接收元件2之上的透光性树脂件8部分具有大致的半球形形状。
如图2所示，透光性树脂件8包括把来自光发射元件1的光导引至光接收元件2的上部，和支撑第一和第二引线框3、3a的远端部分13、13a的下部。上部的体积小于下部的体积。因此光的散射得到抑制，由此提高了从光发射元件至光接收元件的光传导效率。
分别安置有光发射元件1和光接收元件2的远端部分13、13a相对于主要部分17、17a分别向下倾斜角度a和b。通过此配置，从光发射元件1发射的部分光直接入射到光接收元件2上，其余部分的光在透光性树脂件8的半球形表面8a上反射并入射到光接收元件2上。确定半球面8a的形状和尺寸以及角度a和b，从而使入射到光接收元件2上的直接入射光和反射光的总量最大。此时角度a和b满足下列表达式a＜b，5°≤a≤30°，5°≤b≤40°图5是图1和2所示光电耦合器100的改型并与图2对应的光电耦合器100a的截面图。
光电耦合器100a具有基本上与光电耦合器100相同的结构，除了第一引线框3有一个台阶式的远端部分13，使得光发射元件1位于比主要部分17的上表面低的水平。台阶式远端部分13的形状和尺寸使得入射到光接收元件2上的直接入射光和反射光的总量最大。
接下来对制造图1和2所示光耦合器的方法给予解释。
图6是在制造方法中用于首次传递模塑的模具的主要部分的截面图。如图所示，模具200包括上半模具20和下半模具21。上半模具20具有大致为半球形的腔30，而下半模具21具有大致为立方形的腔31。腔30具有一个镜面抛光的内壁。
上半模具20具有设置在腔30的边缘处的突起15、15a，用于使引线框弯曲。下半模具21具有设置在腔31的边缘上的斜支撑部分16、16a，用于支撑因突起15、15a而弯曲的引线框。斜支撑部分16、16a的角度分别对应于图2所示的角度a和b。
首先，制备如图9所示的包括多对第一和第二引线框3、3a的整体框300。然后，通过银膏将光发射元件1和光接收元件2分别粘接到每对中的第一引线框3和第二引线框3a的远端部分，并通过金丝5、5a将光发射元件1和光接收元件2电连接到第一引线框3和第二引线框3a。用硅树脂密封光发射元件1，如图2所示。
接下来，如图7所示，将第一和第二引线框3、3a定位在处于打开状态下的模具200的上半模具20和下半模具21之间。然后，如图8所示，通过降低上半模具20(并夹紧)来闭合模具200。通过突起15、15a下压引线框3、3a的远端部分并由支撑部分16、16a接收该远端部分，由此以预定的角度同步弯曲远端部分。即，图3和4所示的引线框3、3a的元件安置框18、18a和信号框19、19a同步弯曲。
随后，将透光性环氧树脂填充到腔30、31中，用于首次传递模塑。固化透光性环氧树脂之后，打开模具200，并且取出首次传递模塑的产品。
接下来，将首次传递模塑产品设置在用于二次传递模塑的模具中，并且然后将白色环氧树脂填充到模具中。由此通过二次传递模塑形成如图1和2所示的非透光性树脂件9。固化白色环氧树脂之后，取出二次传递模塑的产品。由此提供如图1和2所示的光电耦合器100。
第二实施例图11是根据本发明第二实施例的光电耦合器对应于图2的简图。
光电耦合器100b具有基本上与图2所示光电耦合器100相同的结构，除了在光发射元件1和光接收元件2之上的透光性树脂件8部分具有大体上截顶四棱锥形的形状，以及第一和第二引线框3、3a的远端部分13、13a的上表面分别和与其相邻的透光性树脂件8的外围表面部分形成45至90度的角度α、β。
这种配置使得可以低成本地制造出用于首次传递模塑的模具，无需特殊的加工，例如不需要对模制透光性树脂件8的模具的半球面进行镜面抛光。因此，可以降低制造设备的成本，使得可以以较低的成本制造出具有双传递模塑结构的平坦表面可安装的光电耦合器。
也可以修改图5所示的光电耦合器100a，使得在光发射元件1和光接收元件2之上的透光性树脂件8部分具有如图11所示的大致上截顶四棱锥形的形状。由此改进的光电耦合器100a提供与图11所示光电耦合器100b相同的效果。
接下来，对制造图11所示光电耦合器100b的方法给予解释。
图12是在制造方法中用于首次传递模塑的模具的主要部分的截面图。如图所示，模具200a包括一个上半模具20a和一个下半模具21。上半模具20a有一个大致成截顶四棱锥形的腔30a，而下半模具21有一个大致为立方形的腔31。下半模具21具有与图6所示相同的结构。与腔30的表面(图6)不一样，不需要对腔30a的表面进行镜面抛光。
上半模具20a具有设置在腔30a边缘处的突起15、15a，用于如图6所示的上半模具20一样使引线框弯曲。
首先，如图9所示，制备一个包括多对第一和第二引线框3、3a的整体框300。然后，分别将光发射元件1和光接收元件2通过银膏粘接到成对的第一引线框3和第二引线框3a的远端部分，并且经金丝5、5a将光发射元件1和光接收元件2电连接到第一引线框3和第二引线框3a。如图11所示，用硅树脂密封光发射元件1。
接下来，如图13所示，第一和第二引线框3、3a定位在处于打开状态下的模具200a的上半模具20a和下半模具21之间。然后，如图14所示，通过降低上半模具20a(并夹紧)而关闭模具200a。引线框3、3a的远端部分被突起15、15a向下压，并被支撑部分16、16a接收，由此以预定的角度同步弯曲。
随后，将透光性环氧树脂填充到腔30a、31中，以便用于首次传递模塑。固化透光性环氧树脂之后，打开模具200a，并且取出首次传递模塑产品。
接下来，将首次传递模塑产品设置在用于二次传递模塑的模具中，并再将白色环氧树脂填充到模具中。由此通过二次传递模塑形成图11所示的非透光性树脂件9。固化白色环氧树脂之后，取出二次传递模塑产品。由此提供图11所示的光电耦合器100b。
图15是从模具200a(图12)改进的模具200b的主要部分的截面图。模具200b包括一个上半模具20b和一个下半模具21(具有与图12所示相同的结构)。模具200b具有基本上与模具200a相同的结构，除了上半模具20b具有向下伸出到腔30a的中心处的销钉40。
第一和第二引线框3、3a位于图15所示的模具200b中。当模具200b如图16所示的被夹紧时，引线框3、3a的远端部分13、13a被销钉40和突起15、15a平稳地向下压，由此以预定的角度弯曲。之后进行与上述相同的步骤，由此提供如图11所示的光电耦合器100b。
图17是从模具200a(图12)改进的另一模具200c的主要部分的截面图。模具200c包括上半模具20c和下半模具21(具有与图12所示相同的结构)。模具200c具有基本上与模具200a相同的结构，除了上半模具20c有一个可移动向下深入到腔30a的中心的销钉41。
第一和第二引线框3、3a位于图17所示的模具200c中。然后夹紧模具200c，同时如图18和19所示地向下移动可动销钉41。由此通过可动销钉41和突起15、15a平稳地向下压引线框3、3a的远端部分13、13a，从而以预定的角度弯曲。然后，可动销钉41缩回到上半模具20c的壁中。之后，执行与上述相同的步骤，以提供图11所示的光电耦合器100b。注意，可动销钉41是液压驱动的。
图20是由模具200a(图12)改进的又一模具200d的主要部分的截面图。模具200d包括上半模具20d和下半模具21(具有与图12相同的结构)。模具200d具有基本上与模具200a(图12)相同的结构，除了上半模具20d包括可向下伸出的可动销钉42、42a，取代了图12中示出的突起15、15a。
第一和第二引线框3、3a位于图20所示的模具200d中。如图21所示在模具200d被夹紧之后，如图22所示可动销钉42、42a向下移动。于是，引线框3、3a的远端部分13、13a被可动销钉42、42a平稳地向下压，由此以预定的角度弯曲。然后，可动销钉42、42a缩回到上半模具20d的壁中，如图20所示。之后，执行与上述相同的步骤，从而提供图11所示的光电耦合器100b。注意，可动销钉42、42a被液压驱动。
图23是由模具200a(图12)改进的又一模具200e的主要部分的截面图。模具200e包括上半模具20e和下半模具21(具有与图12所示相同的结构)。模具200e具有基本上与模具200a相同的结构，除了上半模具20e具有可移动向下伸出的销钉43、43a，代替了图12所示的突起15、15a。可动销钉43、43a分别具有对应于弯曲角的楔形远端(taped distal end)。
第一和第二引线框3、3a位于图23所示的模具200e中。如图24所示在夹紧模具200e后，如图25所示地向下移动可动销钉43、43a。由此通过可动销钉43、43a平稳地向下压引线框3、3a的远端部分13、13a，从而以预定的角度弯曲。然后，可动销钉43、43a缩回到上半模具20e的壁中，如图23所示。之后，执行与上述相同的步骤，以提供图11所示的光电耦合器100b。注意，可动销钉43、43a是液压驱动的。
图26是表示根据实际测量确定的第一引线框3的远端部分13的弯曲角a、第二引线框3a的远端部分13a的弯曲角b以及光电耦合器100b的灵敏度之间的关系曲线。在对光发射元件1施加额定电流的同时，测量光接收元件2的输出电流。在该曲线中，提供标准输出电流水平的角度a和b的组合用正方形标记描绘，提供高于标准水平的输出电流水平的角度a和b的组合用圆形标记描绘。提供低于标准水平的输出电流水平的角度a和b的组合用三角形标记描绘。
从图26中可以看出，角度a和b优选分别处于5°≤a≤°25°，5°≤b≤°25°的范围内，更优选处于10°≤a≤°20°，10°≤b≤°20°的范围内，以确保光接收元件2具有不低于标准水平的输出电流水平。
上述光电耦合器(光电耦合半导体器件)有利地用于TV电源和移动电话的充电器。
权利要求
1.一种光电耦合半导体器件，包括第一和第二平面引线框，每个框都有一个主要部分和一个远端部分；光发射元件和光接收元件，分别安装在该第一和第二引线框的该远端部分的上表面上；透光性树脂件，其覆盖该光发射元件和该光接收元件，并支撑其上表面上安装有该光发射元件和该光接收元件的、处于间隔相对的关系中的该第一和第二引线框的该远端部分，使得该第一和第二引线框的该主要部分被定位成共面的关系；和非透光性树脂件，覆盖该透光性树脂件并支撑该第一和第二引线框的该主要部分；其中该透光性树脂件和该非透光性树脂件的每个都由作为基础树脂的环氧树脂组成。
2.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中位于所述光发射元件和所述光接收元件之上的所述透光性树脂件部分具有大致上的半球形形状。
3.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中位于所述光发射元件和所述光接收元件之上的所述透光性树脂件部分具有大致上截顶四棱锥形的形状。
4.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中分别安置有所述光发射元件和所述光接收元件的所述远端部分相对于所述主要部分平缓地向下倾斜。
5.如权利要求4所述的光电耦合半导体器件，其中安置有所述光发射元件的所述远端部分的倾斜角度小于安置有所述光接收元件的所述远端部分的倾斜角度。
6.如权利要求4所述的光电耦合半导体器件，其中安置有所述光发射元件的所述远端部分以角度a向下倾斜，安置有所述光接收元件的所述远端部分以角度b向下倾斜，其中角度a和b满足下列表达式5°≤a≤25°，5°≤b≤25°
7.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中所述透光性树脂件包括把来自所述光发射元件的光导引至所述光接收元件的上部，和支撑所述第一和第二引线框的所述远端部分的下部，该上部的体积小于该下部的体积。
8.如权利要求3所述的光电耦合半导体器件，其中所述透光性树脂件具有一外围表面，并且每个所述远端部分的所述上表面和与其相邻的该外围表面部分形成45至90度的角度。
9.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中所述第一引线框具有邻近其远端部分设置的台阶，使得所述光发射元件位于低于该第一引线框的所述主要部分的上表面的水平。
10.如权利要求1所述的光电耦合半导体器件，其中所述光发射元件部分地被透光性硅树脂覆盖。
11.一种光电耦合半导体器件的制造方法，包括步骤提供具有第一和第二引线框的整体框；将光发射元件和光接收元件分别安置在该第一和第二引线框远端部分的上表面上；通过首次传递模塑透光性树脂而形成透光性树脂件，从而用该透光性树脂件覆盖该第一和第二引线框的远端部分、该光发射元件和该光接收元件；和通过二次传递模塑非透光性树脂来形成非透光性树脂件、从而用该非透光性树脂件覆盖该透光性树脂件。
12.如权利要求11所述的制造方法，还包括通过向下压所述远端部分来使得分别安置有所述光发射元件和所述光接收元件的所述远端部分弯曲，其中在弯曲步骤和首次传递模塑步骤中采用相同的模具，并且该弯曲步骤在模具被夹紧时进行。
13.如权利要求12所述的制造方法，其中所述模具包括上半模具和下半模具，该上半模具有一用于弯曲的突起。
14.如权利要求13所述的制造方法，其中所述下半模具有一用于支撑所述弯曲的远端部分的背面的支撑部分。
15.如权利要求12所述的制造方法，其中所述第一和第二引线框每个都包括其上安装有相应元件的元件安置框，以及用于接收来自该元件的电信号和将电信号传输至该元件的信号框，该元件安置框和该信号框以平行的关系设置，其中该第一和第二引线框的该元件安置框和该信号框在所述弯曲步骤中同步弯曲。
16.如权利要求13所述的制造方法，其中所述突起包括可以在所述远端部分被压下的方向上移动的销钉。
17.如权利要求13所述的制造方法，其中所述突起包括用于弯曲所述第一引线框的第一突起和用于弯曲所述第二引线框的第二突起。
18.如权利要求17所述的制造方法，其中所述第一和第二突起每个都包括可在相应所述远端部分的弯曲方向上移动的销钉。
19.如权利要求13所述的制造方法，其中所述突起包括可以在所述第一和第二引线框的所述远端部分同时弯曲的方向上移动的销钉。
20.一种电子装置，包括如权利要求1所述的光电耦合半导体器件。
全文摘要
本发明公开一种光电耦合半导体器件及其制造方法，该器件包括第一和第二平面引线框，每个引线框有一个主要部分和一个远端部分；分别安装在第一和第二引线框远端部分的上表面上的光发射元件和光接收元件；透光性树脂件，覆盖光发射元件和光接收元件，并支撑其上表面上设置有光发射元件和光接收元件的、处于间隔相对的关系中的第一和第二引线框的远端部分，使得第一和第二引线框的主要部分在位置上成共面的关系；和非透光性树脂件，覆盖透光性树脂件并支撑第一和第二引线框的主要部分。透光性树脂件和非透光性树脂件的每个都由作为基础树脂的环氧树脂组成。
文档编号H01L31/16GK1518131SQ20041000147
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月8日 优先权日2003年1月17日
发明者小路弘之, 也, 高仓英也, 夫, 楠田一夫 申请人:夏普株式会社