安装部件和光耦合器的制作方法

本申请是申请日为2013年12月24日、申请号为201310722113.8、发明名称为“安装部件和光耦合器”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是基于2013年9月12日提交的日本专利申请no.2013-189400提出的，并且要求其优先权，该申请的全部内容通过引用包含在本文中。

本发明总的来说涉及安装部件和光耦合器。

背景技术：

光耦合器(包括光控继电器)可以利用光发射元件将输入电信号转换成光信号，利用光接收元件接收光信号，然后输出电信号。因此，光耦合器可以在输入侧和输出侧彼此绝缘的状态下传输电信号。

在工业设备、办公设备和家用电器设备中，诸如dc电压系统、ac电源系统、电话线系统和控制系统等不同的电源系统布置在一个设备中。然而，如果不同的电源系统被直接连接，则可能出现操作故障。

如果使用光耦合器，在不同的电源之间提供绝缘，因此可以抑制操作故障。

例如，包括用于ac负载的光耦合器的大量光耦合器用在变频空调等中。在lsi试验器中进行信号切换的情况下，使用非常大量的光耦合器。在这种情况下，鉴于减小安装到基板上的面积的必要性，急切需要小型化。即使利用小尺寸，也需要保持高防潮性和可靠性。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了具有高防潮性和可靠性的光耦合器。

总的来说，根据一个实施例，安装部件包括：绝缘基板、第一晶片垫单元、第一端子和第二端子。绝缘基板具有矩形的第一表面、位于所述第一表面的相反侧的第二表面、第一侧面、位于所述第一侧面的相反侧的第二侧面、第三侧面和位于所述第三侧面的相反侧的第四侧面。通孔设置成从所述第一表面延伸到所述第二表面。第一晶片垫单元设置在所述第一表面上。第一端子具有覆盖所述第一侧面、所述第一表面和所述第二表面的导电区域。第二端子具有导电区域，所述导电区域覆盖所述第二侧面和所述第二表面，经由设置在所述通孔中或者所述通孔的侧壁上的导电材料与所述第一晶片垫单元相连，并且与所述第一端子绝缘。从上面看时，所述第一晶片垫单元、所述第一端子和所述第二端子在所述绝缘基板的第一表面上彼此分开。

附图说明

图1a是根据第一实施例的安装部件的示意性平面图，图1b是沿线a-a截取的示意性剖视图；

图2a是使用根据第一实施例的安装部件的光耦合器的示意性平面图，图2b是沿线a-a截取的示意性剖视图；

图3a是根据第二实施例的安装部件的示意性平面图，图3b是沿线a-a截取的示意性剖视图，图3c是变型例沿线a-a截取的示意性剖视图；

图4a是使用根据第二实施例的安装部件的光耦合器的示意性平面图，图4b是沿线a-a截取的示意性剖视图；

图5a是使用根据第三实施例的安装部件的光耦合器的示意性透视图，图5b是沿线a-a截取的示意性剖视图，图5c是密封之前的示意性透视图；

图6a至图6h是示出根据比较例的对置型光耦合器的制造方法的示意图；

图7a是在第三实施例的安装部件的变型例切割之前的示意性平面图，图7b是沿线b-b截取的示意性剖视图；

图8是图5所示的光耦合器的构造图；以及

图9是使用根据第二实施例的变型例的安装部件的光耦合器的示意性透视图。

具体实施方式

下文中，参考附图描述本发明的实施例。

图1a是根据第一实施例的安装部件的示意性平面图，图1b是沿线a-a截取的示意性剖视图。

安装部件包括绝缘基板10、第一晶片垫单元40、第一端子20和第二端子30。

绝缘基板10具有矩形的第一表面10a、位于第一表面10a的相反侧的第二表面10b、第一侧面10c、位于第一侧面10c的相反侧的第二侧面10d、第三侧面10e和位于第三侧面10e的相反侧的第四侧面10f；并且设置有从第一表面10a延伸到第二表面10b的通孔10g。绝缘基板10可以由玻璃纤维等制成，并且可以具有0.1至0.5mm等的厚度。

绝缘基板10的第一侧面10c和第二侧面10d可以设置有槽口10h。槽口10h的内壁可以设置有导电材料。

第一端子20具有例如两个导电区域21和22。在每个导电区域21和22中，设置在第一表面10a上的导电区域和设置在第二表面10b上的导电区域经由第一侧面10c的导电区域相连。当利用焊接带等将第一侧面10c的导电区域和诸如电路板等互连单元结合时，容易检查焊接材料的结合状态。如图1所示，在第一侧面10c上设置槽口10h，并且在槽口10h的表面上设置导电区域也是可以的。

类似地，第二端子30具有例如两个导电区域31和32。在每个导电区域31和32中，设置在第一表面10a上的导电区域和设置在第二表面10b上的导电区域经由设置在槽口10h上的导电区域相连。

第一晶片垫单元40设置在第一表面10a上。第二端子30经由导电材料与第一晶片垫单元40相连。导电材料包括设置在通孔10g中的膏层或镀层或者设置在通孔10g的侧壁上的导电金属化区域。第二端子30与第一端子20绝缘。

第一晶片垫单元40、第一端子20和第二端子30的导电区域可以由设置在绝缘基板10的第一表面10a上的cu箔、层叠在cu箔上的ni、au等的镀层等制成。从上面看时，第一晶片垫单元40、第一端子20和第二端子30在绝缘基板10的第一表面10a上彼此分开。

图2a是使用根据第一实施例的安装部件的光耦合器的示意性平面图，图2b是沿线a-a截取的示意性剖视图。

光耦合器包括图1的安装部件5、光接收元件50、光发射元件60和密封树脂层90。光接收元件50结合到第一晶片垫单元40上，并且光接收元件50的上表面具有光接收面。光发射元件60从其背面向光接收元件50的上表面发射光。结合层52具有透光性和绝缘性，并且将光发射元件60结合到光接收元件50的上表面上。结合层52可以由含有聚酰亚胺树脂、环氧树脂、硅树脂等的绝缘胶等制成，并且密封树脂层90可以由环氧树脂、硅树脂等制成。

光发射元件60的阳极和阴极分别经由结合导线等与第一端子21和22相连。设置在光接收元件50的第一表面上的一个电极经由结合导线等与第二端子32相连。光接收元件50的另一个电极(例如，设置在背面上)结合到第一晶片垫单元40上，并且经由通孔10g与第二端子31相连。

密封树脂层90覆盖光接收元件50、光发射元件60和绝缘基板10的第一表面10a，并且保护光发射元件60、光接收元件50、结合导线等。从上面看时，第一晶片垫单元40、第一端子20和第二端子30在绝缘基板10的第一表面10a上彼此分开。因此，密封树脂层90牢固地附着到绝缘基板10的第一表面10a上，并且可以保持高防潮性和可靠性。

图3a是根据第二实施例的安装部件的示意性平面图，图3b是沿线a-a截取的示意性剖视图，以及图3c是变型例沿线a-a截取的示意性剖视图。

安装部件5包括绝缘基板10、第一端子20和第二端子30。

绝缘基板10具有矩形的第一表面10a、位于第一表面10a的相反侧的第二表面10b、第一侧面10c、位于第一侧面10c的相反侧的第二侧面10d、第三侧面10e和位于第三侧面10e的相反侧的第四侧面10f。

槽口10h可以设置在绝缘基板10的第一侧面10c和第二侧面10d上。槽口10h的侧面可以设置导电区域。

第一端子20具有两个导电区域21和22。在每个导电区域21和22中，设置在第一表面10a上的导电区域和设置在第二表面10b上的导电区域经由设置在槽口10h上的导电区域相连。

第二端子30具有两个导电区域31和32。在每个导电区域31和32中，设置在第一表面10a上的导电区域和设置在第二表面10b上的导电区域经由设置在槽口10h上的导电区域相连。第二端子30和第一端子20相绝缘。

在图3b中，第一端子20和第二端子30均具有第一导电区域aa和第二导电区域bb，第一导电区域aa包括含有au或ag的表面保护层，第二导电区域bb具有由cu等制成的与第一导电区域aa的表面保护层不同的表面。从上面看时，第一端子20和第二端子30在绝缘基板10的第一表面10a上彼此分开。

cu形成主电流路径。第一导电区域aa含有cu和设置在cu上的au或ag，并且设置成可靠地形成半导体元件和导线的结合。

然而，在第一导电区域aa，au或ag具有不足以附着到密封树脂层90上的附着性，并且具有不足的防潮性和可靠性。因此，在cu形成之后，用掩膜等覆盖将要形成第二导电区域bb的区域，以便不在该区域形成au或ag。采用这种方式，可以提高密封树脂层90和第二端子31的具有由cu制成的表面层的第二导电区域bb之间的附着性。

作为选择，如图3c所示，第一端子20和第二端子30分别设置有含有位于cu上的au、ag等的表面保护层23和33，并且掩膜等设置在第一端子20和第二端子30的第一导电区域aa上，以形成第二导电区域。第二导电区域cc构造成在其表面中含有与密封树脂层90的附着性优良的cu、ni、pd等，或者构造成在其表面中包括大约至少几纳米的氧化膜等。与第一导电区域aa的表面相比，第二导电区域cc的表面的氧化物的厚度优选地设定得较厚。

图4a是使用根据第二实施例的安装部件的光耦合器的示意性平面图，以及图4b是沿线a-a截取的示意性剖视图。

光耦合器包括图3所示的安装部件5、结合到第二端子31上并在上表面具有光接收面的光接收元件50、向光接收面发射光的光发射元件60、具有透光性和绝缘性并且将光发射元件60结合到光接收元件50的上表面上的结合层52、以及密封树脂层90。

光发射元件60的阳极和阴极分别经由结合导线等与第一端子21和22的第一导电区域aa相连。设置在光接收元件50的第一表面上的一个电极经由结合导线等与第二端子32的第一导电区域aa相连。光接收元件50的另一个电极设置在其下表面上，并且结合到第二端子31上。

密封树脂层90覆盖光接收元件50、光发射元件60、绝缘基板10的第一表面10a、以及在第一端子20和第二端子30的每一个上的每一个第一导电区域aa和第二导电区域bb，并且保护内部。因此，密封树脂层90牢固地附着到安装部件5上，并且可以保持高防潮性和可靠性。

图5a是使用根据第三实施例的安装部件的光耦合器的示意性透视图，图5b是沿线a-a截取的示意性剖视图，以及图5c是密封之前的示意性透视图。

安装部件5还包括设置在第一表面10a的位于第二端子30和第一晶片垫单元40之间的区域上的第二晶片垫单元41。

在根据第三实施例的安装部件5中，从上面看时，第一晶片垫单元40、第二晶片垫单元41、第一端子20和第二端子30在绝缘基板10的第一表面10a上彼此分开。

光耦合器包括安装部件5、结合到第二晶片垫单元41上的mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)70、结合到第一晶片垫单元40上并在上表面具有光接收面的光接收元件50、向光接收面发射光的光发射元件60、具有透光性和绝缘性并且将光发射元件60结合到光接收元件50的上表面上的结合层52、以及密封树脂层90。上表面具有光接收面的光接收元件50和向光接收面发射光的光发射元件60可以覆盖有透明硅树脂89(由虚线示出)等。

mosfet70的数量可以是一个，但是在该图中，包括以共源极方式相连的两个元件。当假定每个mosfet70的芯片背面是漏极时，第二端子31和32形成mosfet的漏极。

密封树脂层90覆盖光接收元件50、光发射元件60、绝缘基板10的第一表面10a、导电区域21、22、31和32、以及mosfet70，并且保护内部。在光接收元件50和光发射元件60覆盖有透明硅树脂89等的情况下，当安装部件5构造成使得mosfet70的安装座的外边缘与密封树脂层90的外边缘之间的距离dd为40μm或类似值并且光接收元件50的安装座的外边缘与密封树脂层90的外边缘之间的距离ee为70μm或类似值时，密封树脂层90牢固地附着到绝缘基板10的第一表面10a上，并且可以保持高防潮性和可靠性。

[表1]

表1示出了总泄露试验关于密封树脂层的外边缘与安装座的外边缘之间的距离的失效率。

如表1所示，光接收元件50的安装座的外边缘与密封树脂层90的外边缘之间的距离ee需要设定为大于mosfet70的安装座的外边缘与密封树脂层90的外边缘之间的距离dd。此外，当距离dd为最小值时，距离ee优选地比距离dd长至少15μm。作为选择，当距离ee为最小值时，距离dd优选地比(距离ee-15μm)大。结果，即使在高温和高湿的环境下，mosfet70、光发射元件60、光接收元件50以及将这些元件相连的结合导线也可以保持长期高可靠性。

光耦合器包括安装部件5、结合到第二晶片垫单元41上的mosfet70、结合到第一晶片垫单元40上并在上表面具有光接收面的光接收元件50、向光接收面发射光的光发射元件60、以及第一端子20和第二端子30，并且设计为具有最小的构造面积。作为实例，安装部件5的面积可以为大约3.6mm²。此时，可以使mosfet70为0.28mm²，并且可以使光接收元件50为0.58mm²或类似值；同时可以使每个元件与安装部件5的面积比为大约32％，并且可以使第一晶片垫单元40和第二晶片垫单元41与安装部件5的面积比为61％。因此，与传统尺寸相比，该尺寸可以显著地减小。另外，可以确保第一表面10a与密封树脂层90之间的附着面积为39％，并且即使在高温和高湿的环境下也可以保持长期高可靠性。在小于该附着面积的情况下，由于从密封树脂层90等的外边缘剥落导致不能保持长期可靠性。

在图5b所示的沿线a-a截取的示意性剖视图中，可以使由安装部件5、结合到第二晶片垫单元41上的mosfet70、结合到第一晶片垫单元40上并在上表面具有光接收面的光接收元件50、向光接收面发射光的光发射元件60以及将光发射元件60的电极与第一端子20结合的结合导线bw1和bw2构成的竖直高度为大约0.94mm；并且即使假定误差最大为0.11mm，高度也为1.05mm。因此，结合导线bw1和bw2的上表面不从密封树脂层90突出，并且可以进行设计使得安装部件5和密封树脂层90的总厚度为1.3mm，该值是可以保持长期可靠性的最小值。能够使包括透明硅树脂89的结合导线bw1和bw2与密封树脂层90的外边缘之间的距离ff为0.11mm，并且当距离ff在直到1.16mm的范围内时可以类似地获得可靠性。利用从上表面看时至少类似于密封树脂层90的外边缘与光接收元件50之间的距离ee的标准金属模具可以使距离ff为70μm。可以使用高精确的金属模具来获得大约30μm。如图5c所示，利用电镀等形成的内壁导电区域(31m、32m等)可以设置在设置于绝缘基板10的侧面上的槽口的内壁面上，并且可以与导电区域21、22、31和32中的每一个相连。

图6a至图6h是示出根据比较例的对置型光耦合器的制造方法的示意图。也就是说，图6a是光发射侧引线框的示意性部分侧视图，图6b是图6a的示意性部分平面图，图6c是光接收侧引线框的示意性部分侧视图，图6d是图6a的示意性部分平面图，图6e是两个引线框对置的示意性侧视图，图6f是用透明树脂覆盖芯片的结构的示意性剖视图，图6g是利用光屏蔽树脂模制透明树脂和引线框的结构的示意性剖视图，以及图6h是引线切割之后的示意性剖视图。

如图6a和图6b所示，光发射元件111结合到光发射侧引线框100。图6a是沿线c-c截取的示意性部分剖视图。如图6c和图6d所示，光接收元件121和两个mosfet131和132结合到光接收侧引线框200。图6c是沿线d-d截取的示意性部分剖视图。

光发射侧引线框100和光接收侧引线框200如图6e所示被彼此对置。用透明树脂160覆盖光发射元件111、光接收元件121以及两个mosfet131和132。透明树脂160的形状由表面张力等确定，并且形成光传播路径。

如图6g所示，利用光屏蔽树脂170密封透明树脂160、光发射侧引线框100和光接收侧引线框200。如图6h所示，光发射侧引线框100和光接收侧引线框200被切割和利用成形进行处理；从而形成光耦合器。

在比较例中，必要的是，引线框与光屏蔽树脂170的端面之间的厚度以及透明树脂160与光屏蔽树脂170的端面之间的厚度设定为例如0.5mm或以上，以抑制由热应力引起的光屏蔽树脂170出现裂缝。因此，使光耦合器小型化和薄型化是困难的。此外，在比较例的结构中，所获得的装置的数量小于利用第一实施例的安装部件的基板结构的数量，并且难以提高批量生产率。

图7a是在第三实施例的安装部件的变型例切割之前的示意性平面图，图7b是沿线b-b截取的示意性剖视图。

在绝缘基板10的变型例中，设置有用于将第二晶片垫单元41和第二端子30相连的通孔10g、用于第一端子20和第二端子30的槽口10h的通孔，以及分离沟部94。在执行光发射元件和光接收元件的结合和导线结合之后，设置密封树脂层90。在这种情况下，密封树脂层90被放入分离沟部94中，然后固化。

在图7b中，假定mosfet70结合到第二晶片垫单元41上。在分离处理之后，第三侧面10e和第四侧面10f由放入分离沟部94中的密封树脂层90覆盖。因此，可以进一步增强与绝缘基板10的附着性；这样，与不设置分离沟部94的情形相比，mosfet70的外边缘与密封树脂层90的外边缘之间的距离gg可以更短。分离沟部94可以是细长的通孔、细长的凹部等等。

图8是图5所示的光耦合器的构造图。

光接收元件50还可以包括控制电路50a。控制电路50a与光电二极管阵列50b的第一电极和第二电极相连。通过这种构造，可以向以共源极连接的方式相连的每个mosfet70的栅极供应电压。

mosfet70可以是例如n通道的增强型。mosfet70与光电二极管阵列50b的第二电极相连。每个栅极与第一电极相连，并且每个漏极d用作输出端子。

当光信号打开时，两个mosfet70都变成打开，并且经由第二端子(输出端子)30与包括电源和负载的外部电路相连。另一方面，当光信号关闭时，两个mosfet70都变成关闭，并且与外部电路断开。在共源极连接的情况下，可以实现线性输出，并且模拟信号与ac信号的转换变得容易。

图9是使用根据第二实施例的变型例的安装部件的光耦合器的示意性透视图。

安装部件5还包括设置在第一表面10a的位于第一端子20和第二端子30之间的区域上的第二晶片垫单元41。

从上面看时，第二晶片垫单元41、第一端子20和第二端子30在绝缘基板10的第一表面10a上彼此分开。mosfet70与选择性地设置在第二端子30的两个导电区域31和32中的第一导电区域aa相连。

该光耦合器包括安装部件5、结合到第二端子31和32上的mosfet70、结合到晶片垫单元40上并在上表面具有光接收面的光接收元件50、向光接收面发射光的光发射元件60、具有透光性和绝缘性并且将光发射元件60结合到光接收元件50的上表面上的结合层52、以及密封树脂层90。

mosfet70的数量可以是一个，但是在图8和图9中，包括以共源极连接的两个元件。当假定每个mosfet70的芯片背面是漏极时，第二端子31和32形成mosfet的漏极。

密封树脂层90覆盖光接收元件50、光发射元件60、绝缘基板10的第一表面10a、以及第二端子30的第二导电区域bb，并且保护内部。即使在高温和高湿的环境下，mosfet70、光发射元件60、和光接收元件50也可以保持长期高可靠性。

图5和图9所示的光耦合器容易小型化和薄型化，并且实现大的批量生产。另外，增强了密封树脂层90与安装部件5之间的附着性，并且能够改善防潮性。因此，即使在高温和高湿的环境下也可以保持高可靠性。

这些光耦合器可以广泛用在工业设备、办公设备、家用电器设备等中。因此，在包括不同光源的装置中，可以保持操作正常和稳定。

虽然已经描述了一些实施例，但是这些实施例仅仅作为实例提出，并不用于限定本发明的范围。当然，本文描述的新颖性实施例可以以多种其它形式来实现；此外，可以对本文描述的实施例的形式进行各种省略、替换和修改，而不偏离本发明的主旨。所附权利要求及其等同物用来覆盖落入本发明范围和主旨内的这些形式或修改。