專利名稱：光耦合元件及其制造方法和配備其的電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在輸入和輸出之間絕緣而實(shí)施信號(hào)傳輸?shù)墓怦詈显?、制造該光耦合元件的方法和配備該光耦合元件的電子器件?br> 背景技術(shù)：
圖8和圖9中示出了配備功率元件的光耦合元件的常規(guī)結(jié)構(gòu)。
在這一光耦合元件中，在將光發(fā)射元件101安裝到光發(fā)射引線框架111的端板(header)111a上，將光接收元件102安裝到光接收引線框架121的端板121a上，將功率元件103安裝到功率引線框架131的端板131a上之后，采用導(dǎo)線141實(shí)現(xiàn)到每一引線部分的連接，如果必要，可以實(shí)施預(yù)涂覆等。所述光耦合元件具有一種結(jié)構(gòu)，其中在光發(fā)射元件101安裝到光發(fā)射引線框架111的端板111a、光接收元件102安裝到光接收引線框架121的端板121a、功率元件103安裝到功率引線框架131的端板131a的狀態(tài)下，光發(fā)射元件101、光接收元件102和功率元件103彼此面對(duì)設(shè)置，且采用主模制樹脂151全部涂覆，且另外，全部主模制樹脂151又被次級(jí)模制樹脂161涂覆。
功率元件103用于輸出，其受光接收元件102的控制，因此，其設(shè)置于光接收元件102一側(cè)。作為功率元件103的安裝部分的端板130a的區(qū)域盡可能大，以散發(fā)自身生成的熱量。由于功耗越大的組件生成的熱量也越多，因此要增大封裝尺寸(還增大了引腳(lead pin)數(shù)量)，由此提高散熱效果。
而且，就提高小封裝的散熱而言，在已經(jīng)提出的技術(shù)中，例如，采用引線框架的一部分提高散熱(例如，參見JP H4-76062U)，以及向其上安裝了功率元件的端板添加懸置引線，并在樹脂成型之后，將熱沉點(diǎn)焊到這一懸置引線上(例如，參見JP2003-86740A)。
在目前的電子器件中，器件尺寸的降低和功能性的提高正在不斷發(fā)展，其上安裝了光耦合元件的襯底的尺寸的降低也在不斷發(fā)展。在其上安裝了光耦合元件的襯底的尺寸的降低取得進(jìn)展的同時(shí)，自然也要尋求元件尺寸的降低。但是，在具有功率元件的類型的光耦合元件中，必須具有與功耗量相稱的散熱結(jié)構(gòu)，而且為了降低必須具備一定程度的尺寸的封裝的尺寸，一種光耦合元件是必須的，在所述光耦合元件中抑制了熱阻的增大，并且在所述光耦合元件中安裝具備具有良好的生產(chǎn)率的散熱結(jié)構(gòu)的功率元件。
在這種情況下，像在上述JPH4-76062U公開的光耦合器件中，存在的問題在于，就其中采用框架的一小部分替代熱沉的結(jié)構(gòu)而言，限制了所述熱沉的尺寸，并且由于散熱效果小，因此在具有至少某一功耗量的光耦合元件中不能采用這種熱沉。
而且，像在上述JP2003-86740A公開的半導(dǎo)體器件中，就將熱沉點(diǎn)焊到從封裝引出的懸置管腳(pin)的結(jié)構(gòu)而言，存在的問題在于，由于在其內(nèi)安裝了多個(gè)用于功率元件和光接收元件的芯片的光耦合元件中存在多個(gè)不同的電勢(shì)，因此，出于框架結(jié)構(gòu)的原因，實(shí)際上難以從封裝的兩側(cè)引出需要點(diǎn)焊的懸置管腳。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決這些問題提出了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的在于提供一種憑借相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而具有良好的散熱的光耦合元件、制造所述光耦合元件的方法和配備所述光耦合元件的電子器件。
為了解決上述問題，在本發(fā)明的光耦合元件中，在被安裝到了光發(fā)射引線框架上的光發(fā)射元件、以及被安裝到了光接收引線框架上的光接收元件和被安裝到了功率引線框架上的功率元件彼此面對(duì)設(shè)置的狀態(tài)下，所述光發(fā)射元件、所述光接收元件和所述功率元件被主模制樹脂整體涂覆，所述主模制樹脂和形成于散熱引線框架內(nèi)的熱沉被次級(jí)模制樹脂涂覆，在所述次級(jí)模制樹脂內(nèi)部，所述功率元件的引線端子與所述散熱引線框架接觸。
在所述引線端子和所述散熱引線框架發(fā)生接觸的部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接。具體而言，可以采用通過高熔點(diǎn)軟焊(soldering)實(shí)現(xiàn)連接、通過點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)連接或通過具有良好的散熱性的粘合劑或粘合劑片實(shí)現(xiàn)連接(固定)的連接方法中的任何一種。而且，所述散熱引線框架可以配備用于在空間內(nèi)固定的彎曲部分，使得其從所述次級(jí)模制樹脂暴露出來。而且，在本發(fā)明中，將引出至外部的所述散熱引線框架的引線端子用作所述功率元件的引線端子。
一種制造具有上述構(gòu)造的光耦合元件的方法包括在被安裝到了光發(fā)射引線框架上的光發(fā)射元件以及被安裝到了光接收引線框架上的光接收元件和被安裝到了功率引線框架上的功率元件彼此面對(duì)設(shè)置的狀態(tài)下，采用主模制樹脂對(duì)所述光發(fā)射元件、所述光接收元件和所述功率元件整體模制成型的步驟；通過切割所述功率引線框架形成引線端子的步驟，所述功率引線框架從所述主模制樹脂引出，并且其上安裝了所述功率元件；以及將所述引線端子和其內(nèi)形成了熱沉的所述散熱引線框架疊置在一起，并且在這種狀態(tài)下，采用次級(jí)模制樹脂對(duì)所述主模制樹脂和所述熱沉整體模制成型的步驟。
也就是說，本發(fā)明的光耦合元件是雙層轉(zhuǎn)移模制型(transfer mold-type)光耦合元件，在實(shí)施主模制之后，將熱沉固定至安裝了功率元件的引線端子，之后實(shí)施次級(jí)模制。例如，采用點(diǎn)焊、具有高熔點(diǎn)的軟焊或具有良好散熱性的粘合劑或粘合片來實(shí)施熱沉的固定。而且，由于采用了又被用作引腳的框架類熱沉，因此具有能夠連續(xù)執(zhí)行制造過程的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的光耦合元件和制造所述光耦合元件的方法，除了可能改善光耦合元件的散熱特性外，通過在次級(jí)模制樹脂中提供與熱沉連接的連接部分，有可能提高熱沉的固定強(qiáng)度。而且，通過采用還被用作引線框架的熱沉，有可能實(shí)施具有一系列工序的生產(chǎn)，因此有可能提供具有有效散熱的廉價(jià)產(chǎn)品。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的光耦合元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2是示出在處理光接收引線框架和功率引線框架之前已經(jīng)安裝到了框架襯底上的光接收元件和功率元件的平面圖。
圖3是示出光發(fā)射元件、光接收元件和功率元件整個(gè)被主模制樹脂模制成型的狀態(tài)的平面圖。
圖4是示出在初級(jí)模制之后通過切割處于次級(jí)模制樹脂之內(nèi)的部分的功率引線框架而形成引線端子的狀態(tài)的平面圖。
圖5是示出熱沉結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6是示出將兩個(gè)框架襯底疊置在一起，并使引線端子和散熱引線框架的彎曲部分對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)的平面圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的光耦合元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖8是示出常規(guī)光耦合元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖9是示出在處理光接收引線框架和功率引線框架之前已經(jīng)安裝到了框架襯底上的光接收元件和功率元件的平面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
<實(shí)施例1>
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的光耦合元件的結(jié)構(gòu)的截面圖，圖2是示出在處理光接收引線框架和功率引線框架之前已經(jīng)安裝到了框架襯底上的光接收元件和功率元件的平面圖。
在實(shí)施例1的光耦合元件中，在將光發(fā)射元件1安裝到光發(fā)射引線框架11的端板11a，將光接收元件2安裝到光接收引線框架21的端板21a(但是，在圖1中并未示出，因?yàn)檫@里截取了散熱引線框架61部分的截面，在下文中將予以說明)，將功率元件3安裝到功率引線框架31的端板31a之后，將光發(fā)射元件1、光接收元件2和功率元件3借助導(dǎo)線41連接到每一引線部分，如果必要可以實(shí)施預(yù)涂覆等。在將光發(fā)射元件1安裝到光發(fā)射引線框架11的端板11a，將光接收元件2安裝到光接收引線框架21的端板21a，將功率元件3安裝到功率引線框架31的端板31a的狀態(tài)下，光發(fā)射元件1、光接收元件2和功率元件3采用主模制樹脂51整個(gè)涂覆，并彼此面對(duì)設(shè)置，采用次級(jí)模制樹脂71涂覆主模制樹脂51和在散熱引線框架61中形成的熱沉61a。而且，所述光耦合元件具有一種結(jié)構(gòu)，其中功率元件3的引線端子32和散熱引線框架61在次級(jí)模制樹脂71中疊置在一起，并在它們疊置在一起的疊置部分81處接合。
在散熱引線框架61中，在疊置部分81內(nèi)形成彎曲部分(臺(tái)階部分)61b。通過將功率元件3的引線端子32的末端部分設(shè)置在彎曲部分61b中，從而使所述末端部分碰到所述彎曲部分61b，有可能使熱沉61a的位置相對(duì)于主模制樹脂51對(duì)準(zhǔn)。而且，在實(shí)施例1中，處于附著于主模制樹脂51的表面(圖1中的底面)設(shè)置的狀態(tài)的熱沉61a處于埋入次級(jí)模制樹脂71的狀態(tài)。
接下來是對(duì)制造具有上述構(gòu)造的光耦合元件的方法的說明。
在處理光接收引線框架和功率引線框架之前，引線襯底20(如圖2所示，其中對(duì)其進(jìn)行了局部放大)配置有支架(cradle)25、連接至支架25的引線框架部分(例如光接收引線框架21和功率引線框架31)以及連接這些引線框架的主連接桿部分26a和次級(jí)連接桿部分26b。而且，盡管未示出，但是在處理光發(fā)射引線框架之前，引線襯底也具有相似的構(gòu)造。
在這類框架襯底20中，光接收元件2管芯鍵合至光接收引線框架21的端板21a，功率元件3管芯鍵合至功率引線框架31的端板31a，然后，通過引線鍵合實(shí)現(xiàn)到每一引線部分的連接。類似地，光發(fā)射元件1管芯鍵合至光發(fā)射引線框架11的端板11a，然后，通過引線鍵合將其連接至引線部分。
接下來，兩個(gè)框架襯底彼此面對(duì)設(shè)置，從而使光發(fā)射元件1和光接收元件2具有大體相同的光軸，在這種狀態(tài)下，光發(fā)射元件1、光接收元件2和功率元件3整個(gè)被主模制樹脂51模制成型。圖3是示出了這種狀態(tài)的平面圖。也就是說，其示出了已經(jīng)將光接收元件2一側(cè)的框架襯底20和光發(fā)射元件1一側(cè)(圖3所示的底部一側(cè))的框架襯底垂直疊置在了一起的狀態(tài)。
之后，在完成主模制之后，去除連接桿部分26a和26b以及作為半透明樹脂的主模制樹脂51的厚度毛邊(thickness burrs)，但是，在去除這些連接桿部分26a和26b以及厚度毛邊時(shí)，通過在將處于次級(jí)模制樹脂71之內(nèi)的部分處切割連接至其上安裝了功率元件3的端板31a的引線端子部分形成引線端子32，并保留此后安裝熱沉61a的部分。圖4是示出了這種狀態(tài)的平面圖。
然后，使熱沉61a附著于主模制樹脂51的底面，具有彎曲部分61b的散熱引線框架61彎曲從而其與切割后的引線端子32疊置，以及固定它們疊置在一起的疊置部分81。
圖5示出了熱沉61a的結(jié)構(gòu)。熱沉61a是具有散熱引線框架61的框架結(jié)構(gòu)，其中形成了上述彎曲部分61b，框架襯底60的整體形狀與圖2所示的框架襯底20的形狀相同。而且，在框架襯底60中，在支架部分65內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)用于對(duì)準(zhǔn)的開口部分68，形成這些開口部分68從而使它們對(duì)應(yīng)于兩個(gè)開口部分28，開口部分28形成于圖3所示的光接收元件2一側(cè)的框架襯底20的支架部分25內(nèi)，用于對(duì)準(zhǔn)。
因此，可以通過使形成于支架部分內(nèi)的開口部分28和68相互匹配而實(shí)現(xiàn)熱沉61a和主模制樹脂的上述對(duì)準(zhǔn)，以及切割后的引線端子32和散熱引線框架61的彎曲部分61b的對(duì)準(zhǔn)。
圖6示出了采用這種方式將兩框架襯底疊置在一起，并且已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)了引線端子32和散熱引線框架61的彎曲部分61b的狀態(tài)。但是，在圖6所示的狀態(tài)中，它們的疊置是以熱沉61a的框架襯底60在下，框架襯底20在上，如圖4所示(然而，光發(fā)射引線框架11的襯底還處于同一主體當(dāng)中)，前后顛倒。
就此時(shí)固定疊置部分81的方法而言，采用點(diǎn)焊固定疊置部分81，從而確保與切割引線端子32的導(dǎo)電性。然而，可以采用另一種方法實(shí)現(xiàn)這一固定，只要其固定強(qiáng)度能夠承受次級(jí)模制的模制成型，并確保導(dǎo)電性，因此，除了點(diǎn)焊外，也可以采用軟焊。在這種情況下，優(yōu)選采用具有高熔點(diǎn)的軟焊，使得其能夠承受次級(jí)模制的模制成型時(shí)的高溫。除了點(diǎn)焊或軟焊，可以采用具有抗熱性和導(dǎo)電性的粘合劑或粘合片粘結(jié)疊置部分81。
在采用這種方式固定疊置部分81之后，采用遮光的次級(jí)模制樹脂71對(duì)包括疊置部分81和熱沉61a的主模制樹脂51進(jìn)行整體模制成型，并實(shí)施成形等操作，從而制造出了圖1所示的光耦合元件。
于是，從次級(jí)模制樹脂71引出的、并且用作在該處安裝功率元件3的部分的引線變成了在形成主模制樹脂51之后固定到引線端子32的散熱引線框架61。也就是說，在次級(jí)模制樹脂71中，連接至向其上安裝了功率元件3的端板61的引線被劃分成了引向外部的散熱引線框架61和附著于主模制樹脂51的底面的熱沉61a。
因此，伴隨功率元件3所消耗的功率產(chǎn)生的熱量從散熱引線框架61和熱沉61a二者得到了散發(fā)，并降低了熱阻，因此，提高了耐熱性。
<實(shí)施例2>
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的光耦合元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
在上述實(shí)施例1中，熱沉61a處于完全埋入次級(jí)模制樹脂71內(nèi)的狀態(tài)，但是，為了使熱沉61a的功能得到最大化的展現(xiàn)，優(yōu)選將熱沉61a的部分暴露于次級(jí)模制樹脂71之外?？紤]到這一點(diǎn)，在實(shí)施例2中，按照?qǐng)D7所示設(shè)計(jì)熱沉61a的形狀。
也就是說，通過形成向上彎曲的熱沉61a的末端部分，并使這一彎曲末端部分61al與主模制樹脂51的底面接觸，引入了這樣一種形狀，其中，在主模制樹脂51的底面和熱沉61a的上部面61a2之間形成由次級(jí)模制樹脂71填充的空間，熱沉61a的底面61a3與未示出的次級(jí)模制模具的內(nèi)部面接觸。于是，在實(shí)施次級(jí)模制時(shí)，熱沉61a的底面61a3被可靠地暴露于外部，從而獲得了額外的散熱效果。
由于上述實(shí)施例1中的光耦合元件具有將熱沉61a埋入到次級(jí)模制樹脂71中的結(jié)構(gòu)，由功率元件3產(chǎn)生的熱量大部分被具有大熱容量的散熱引線框架61覆蓋，因此，其對(duì)于具有相對(duì)較小功率值的光耦合元件類型是有效的。
而且，由于光耦合元件是絕緣元件，并且熱沉61a與次級(jí)一側(cè)的功率元件3具有相同電勢(shì)，因此存在這樣的問題主側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的絕緣距離由于位于其間的熱沉61a而變小。為了避免這一問題，沿?zé)岢?1a的主側(cè)方向的長(zhǎng)度L1(參見圖1)一般優(yōu)選為2.0到3.4mm左右，但是所述長(zhǎng)度L1將根據(jù)封裝尺寸和所采用的設(shè)定規(guī)格而變化。
而且，按照固態(tài)繼電器(solid state relay)的方式，就在次級(jí)側(cè)端子之間采用幾百伏電壓的元件而言，在這些端子之間必須具備至少某一距離值，因此，熱沉61a和另一端子之間的距離一般優(yōu)選為1到3mm左右。
根據(jù)本發(fā)明，采用了一種結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中，熱沉具有類似框架的形狀，其中，還將熱沉用作引線端子，并且在主模制之后將框架疊置在一起，因而有可能使生產(chǎn)過程自動(dòng)化，并且在生產(chǎn)指標(biāo)不會(huì)急劇下降的情況下，有可能穩(wěn)定、廉價(jià)地提供具有良好地散熱特性地光耦合元件。
本發(fā)明的光耦合元件適合應(yīng)用于各種配備通過輸入和輸出之間的絕緣而實(shí)施信號(hào)傳輸?shù)碾娐返碾娮悠骷?，例如，DVD、TV、VTR、STB、CD、MD、供電裝置、家用電器和轉(zhuǎn)換器控制裝置。
在不背離本發(fā)明的要點(diǎn)或本質(zhì)特征的情況下，可以以各種其他形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。無論從哪方面來講，都應(yīng)將本申請(qǐng)所公開的實(shí)施例視為說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求，而不是上述說明指示，所有落在權(quán)利要求的等同物的含義和范圍內(nèi)的修改或變化都旨在被包含其中。
本申請(qǐng)要求于2005年9月8日在日本提交的日本專利申請(qǐng)No.2005-260853的優(yōu)先權(quán)，在此將其全文引入以供參考。
權(quán)利要求
1.一種光耦合元件，其中，在被安裝到了光發(fā)射引線框架上的光發(fā)射元件、以及被安裝到了光接收引線框架上的光接收元件和被安裝到了功率引線框架上的功率元件彼此面對(duì)設(shè)置的狀態(tài)下，所述光發(fā)射元件、所述光接收元件和所述功率元件由主模制樹脂整體涂覆，所述主模制樹脂和形成于散熱引線框架內(nèi)的熱沉被次級(jí)模制樹脂涂覆，在所述次級(jí)模制樹脂內(nèi)部，所述功率元件的引線端子與所述散熱引線框架接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合元件，其中，在所述引線端子和所述散熱引線框架發(fā)生接觸的部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合元件，其中，通過軟焊在所述引線端子和所述散熱引線框架發(fā)生接觸的部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合元件，其中，通過熔焊在所述引線端子和所述散熱引線框架發(fā)生接觸的部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合元件，其中，通過膠粘在所述引線端子和所述散熱引線框架發(fā)生接觸的部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光耦合元件，其中，所述散熱引線框架配備用于與所述引線端子對(duì)準(zhǔn)的彎曲部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光耦合元件，其中，所述散熱引線框架配備用于與所述引線端子對(duì)準(zhǔn)的彎曲部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光耦合元件，其中，所述散熱引線框架配備用于與所述引線端子對(duì)準(zhǔn)的彎曲部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光耦合元件，其中，所述散熱引線框架配備用于與所述引線端子對(duì)準(zhǔn)的彎曲部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光耦合元件，其中，所述散熱引線框架配備用于與所述引線端子對(duì)準(zhǔn)的彎曲部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10的任何一項(xiàng)所述的光耦合元件，其中，采用被引至外部的所述散熱引線框架的引線端子作為所述功率元件的引線端子。
12.一種制造光耦合元件的方法，包括在被安裝到了光發(fā)射引線框架上的光發(fā)射元件、以及被安裝到了光接收引線框架上的光接收元件和被安裝到了功率引線框架上的功率元件彼此面對(duì)設(shè)置的狀態(tài)下，采用主模制樹脂對(duì)所述光發(fā)射元件、所述光接收元件和所述功率元件整體模制成型的步驟，通過切割所述功率引線框架形成引線端子的步驟，所述功率引線框架從所述主模制樹脂引出，并且其上安裝了所述功率元件，以及將所述引線端子和其內(nèi)形成了熱沉的所述散熱引線框架疊置在一起，并且在這種狀態(tài)下，采用次級(jí)模制樹脂對(duì)所述主模制樹脂和所述熱沉整體模制成型的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造光耦合元件的方法，還包括在所述引線端子和其內(nèi)形成了所述熱沉的所述散熱引線框架被疊置在一起的疊置部分內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造光耦合元件的方法，其中，所述連接步驟是通過軟焊實(shí)現(xiàn)連接、通過熔焊實(shí)現(xiàn)連接或通過膠粘實(shí)現(xiàn)連接當(dāng)中的任何一種。
15.一種電子器件，其內(nèi)安裝了根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任何一項(xiàng)所述的光耦合元件。
全文摘要
在將光發(fā)射元件安裝到光發(fā)射引線框架的端板，將光接收元件安裝到光接收引線框架，將功率元件安裝到功率引線框架之后，通過導(dǎo)線將光發(fā)射元件、光接收元件和功率元件連接至相應(yīng)的引線部分，在光發(fā)射元件以及光接收元件和功率元件彼此面對(duì)設(shè)置的狀態(tài)下，采用主模制樹脂對(duì)它們整體涂覆，并采用次級(jí)模制樹脂涂覆主模制樹脂和形成于散熱引線框架內(nèi)的熱沉。而且，采用了一種結(jié)構(gòu)，其中，功率元件的引線端子與散熱引線框架疊置在一起，并在該疊置部分處接合。
文檔編號(hào)H01L23/488GK1929133SQ200610151739
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川也寸志 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社