(57)【要約】【課題】高温動作時においても特性劣化のない高い信頼性を有するフォトカプラを提供すること。【解決手段】入力側リードフレームと、出力側リードフレームと、前記入力側リードフレームにマウントされた発光素子と、前記出力側リードフレームにマウントされた受光素子と、前記発光素子を覆うポッティング樹脂と、前記発光素子を含む前記ポッティング樹脂、前記受光素子、前記入力側リードフレームの一部、及び、前記出力側リードフレームの一部を一体的に封止する透光性モールド樹脂と、前記透光性モールド樹脂、前記入力側リードフレームの他の一部、及び、前記出力側リードフレームの他の一部を覆う遮光性モールド樹脂と、を備え、前記ポッティング樹脂は、アスカーＣ硬度１５以上２８以下、又は、ショアＡ硬度５以上１５以下である。【選択図】図１
2014220275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側リードフレームと、
前記入力側リードフレームに対して対向して間隔をおいて配された出力側リードフレームと、
前記入力側リードフレームにおける前記出力側リードフレーム側の面にマウントされた発光素子と、
前記出力側リードフレームにおける前記入力側リードフレーム側の面にて前記発光素子に光学的に対向する位置にマウントされた受光素子と、
前記発光素子を覆うポッティング樹脂と、
前記発光素子を含む前記ポッティング樹脂、前記受光素子、前記入力側リードフレームの一部、及び、前記出力側リードフレームの一部を一体的に封止する透光性モールド樹脂と、
前記透光性モールド樹脂、前記入力側リードフレームの他の一部、及び、前記出力側リードフレームの他の一部を覆う遮光性モールド樹脂と、
を備え、
前記ポッティング樹脂は、アスカーＣ硬度１５以上２８以下、又は、ショアＡ硬度５以上１５以下であるフォトカプラ。
【請求項２】
前記透光性モールド樹脂及び前記遮光性モールド樹脂のうち少なくとも１種の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数と、前記入力側リードフレーム及び前記出力側リードフレームの線膨張係数との差が１０ｐｐｍ／℃以下である請求項１記載のフォトカプラ。
【請求項３】
前記遮光性モールド樹脂の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数は、前記透光性モールド樹脂の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数より小さい請求項１又は２記載のフォトカプラ。
【請求項４】
前記ポッティング樹脂の量が１．７×１０−４ｃｍ３以上かつ３．５×１０−４ｃｍ３以下である請求項１乃至３のいずれか一に記載のフォトカプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一パッケージ内に発光素子と受光素子とが対向するように配置されたフォトカプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なフォトカプラは、２つのリードフレームが対向して間隔をおいて配され、入力側のリードフレームに発光素子（例えば、発光ダイオード）がマウント及びボンディングされ、出力側のリードフレームに受光素子（例えば、受光ＩＣ（Integrated Circuit））がマウント及びボンディングされ、発光素子と受光素子とが対向して間隔をおいて配された構成となっている。このようなフォトカプラでは、発光素子がシリコン樹脂等からなるポッティング樹脂で覆われ、発光素子を含むポッティング樹脂と受光素子とが光透過性の内部モールド樹脂で一体的に封止され、内部モールド樹脂の周囲が光不透過性の外部モールド樹脂で封止された構造になっている。
【０００３】
このようなフォトカプラとして、例えば、特許文献１では、２３℃における１次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）の熱膨張率をαＡとし、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）の熱膨張率をαＢとしたとき、１．０＜αＡ／αＢ≦１．３を満たし、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）は、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が１５Ｐａ．ｓ以下の樹脂組成物を硬化させてなる光結合型半導体素子（フォトカプラ）が開示されている。これにより、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）に加わる内部応力を低減でき、クラックの発生を抑えることができる。また、リードフレームと二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）のはがれが生じにくい方向の力が働く。特許文献１に記載の光結合型半導体素子では、各モールド樹脂層（内部モールド樹脂、外部モールド樹脂）の形成は、１８０℃前後で行われるので、室温まで冷却されたときには、各モールド樹脂層（内部モールド樹脂、外部モールド樹脂）の線膨張係数の違いによる歪がパッケージ内に生じる。二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）の線膨張係数が一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）より小さい場合、一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）がより縮み、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）がリードフレームを強く挟む方向に力が働く。これにより、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）とリードフレームの密着性が高まり、樹脂を酸化する外部からの空気や水分の浸入が抑えられるので、光結合型半導体素子（フォトカプラ）の信頼性を向上させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は、本願発明者により与えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の光結合型半導体素子では、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）とリードフレームの界面の密着性を高めるために、一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）と二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）の線膨張係数を定めるだけでは、不十分である。つまり、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）とリードフレームとの線膨張係数が大きく異なった場合、樹脂成形直後からの冷却過程で、線膨張係数差から生じる内部応力で、二次モールド樹脂層（外部モールド樹脂）とリードフレームとの界面で剥がれが生じ、空気が通り抜けるのに十分なだけの隙間が生じてしまう。
【０００７】
また、特許文献１に記載されたタイプの光結合型半導体素子では、光結合型半導体素子（フォトカプラ）の信頼性を高めるためには、さらにもう一つの対策が必要である。１２５℃を越える温度での動作試験では、モールド樹脂層（内部モールド樹脂、外部モールド樹脂）の酸化が、素子の特性の劣化を引き起こす。この酸化は、封入時に樹脂コーティング膜（ポッティング樹脂）と一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）との界面に生じる隙間に溜まる空気によってももたらされる。したがって、樹脂コーティング膜（ポッティング樹脂）と一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）との密着性を高め、剥がれが生じないようにしておかなければ、高温試験で生じる特性劣化を抑えることはできない。なお、特許文献１では、樹脂コーティング膜（ポッティング樹脂）と一次モールド樹脂層（内部モールド樹脂）との密着性に関する事項が見当たらない。
【０００８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一視点においては、フォトカプラにおいて、入力側リードフレームと、前記入力側リードフレームに対して対向して間隔をおいて配された出力側リードフレームと、前記入力側リードフレームにおける前記出力側リードフレーム側の面にマウントされた発光素子と、前記出力側リードフレームにおける前記入力側リードフレーム側の面にて前記発光素子に光学的に対向する位置にマウントされた受光素子と、前記発光素子を覆うポッティング樹脂と、前記発光素子を含む前記ポッティング樹脂、前記受光素子、前記入力側リードフレームの一部、及び、前記出力側リードフレームの一部を一体的に封止する透光性モールド樹脂と、前記透光性モールド樹脂、前記入力側リードフレームの他の一部、及び、前記出力側リードフレームの他の一部を覆う遮光性モールド樹脂と、を備え、前記ポッティング樹脂は、アスカーＣ硬度１５以上２８以下、又は、ショアＡ硬度５以上１５以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
一視点によれば、高温保管または高温動作においても、特性劣化のない高い信頼性を有するフォトカプラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るフォトカプラの構成を模式的に示した断面図である。
【図２】従来例に係るフォトカプラにおける透光性モールド樹脂の酸化が起きるメカニズムを模式的に示した図である。
【図３】本発明の実施例１に係るフォトカプラの高温保管によるＩＦＨＬ特性を模式的に示した図である。
【図４】比較例１に係るフォトカプラの高温保管によるＩＦＨＬ特性を模式的に示した図である。
【図５】従来例に係るフォトカプラの高温保管によるＩＦＨＬ特性を模式的に示した図である。
【図６】本発明の実施例１に係るフォトカプラの高温保管後の断面を示した観察像である。
【図７】比較例１に係るフォトカプラの高温保管後の断面を示した観察像である。
【図８】従来例に係るフォトカプラの高温保管後の断面を示した観察像である。
【図９】本発明のフォトカプラにおけるポッティング樹脂のアスカーＣ硬度の適正範囲を模式的に示した図である。
【図１０】本発明のフォトカプラにおけるポッティング樹脂のショアＡ硬度の適正範囲を模式的に示した図である。
【図１１】従来例に係るフォトカプラの遮光性モールド樹脂とリードフレームとの間に作用する内部応力を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の実施例２に係るフォトカプラの遮光性モールド樹脂とリードフレームとの間に作用する内部応力を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の実施例２に係るフォトカプラの遮光性モールド樹脂とリードフレームとの間の密着性を評価するために行った赤インク浸入実験の結果を模式的に示した図である。
【図１４】従来例に係るフォトカプラの遮光性モールド樹脂とリードフレームとの間の密着性を評価するために行った赤インク浸入実験の結果を模式的に示した図である。
【図１５】従来例に係るフォトカプラの高温通電試験の結果を模式的に示した図である。
【図１６】本発明の実施例３に係るフォトカプラの高温通電試験の結果を模式的に示した図である。
【図１７】本発明の実施例４に係るフォトカプラの高温通電試験の結果を模式的に示した図である。
【図１８】本発明の実施例５に係るフォトカプラの高温通電試験の結果を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態１］
実施形態１に係るフォトカプラについて図面を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るフォトカプラの構成を模式的に示した断面図である。
【００１３】
フォトカプラ１は、入力された電気信号を発光素子４で光１１に変換し、その光１１を受光素子５で電気信号に変換して当該電気信号を出力する素子（電子部品）である。フォトカプラ１は、内部（遮光性モールド樹脂８の内側）に発光素子４と受光素子５が収められ、外部からの光を遮断する遮光性モールド樹脂８に封じ込められた構造になっている。フォトカプラ１は、内部において２つのリードフレーム２、３の各マウント部２ａ、３ａが互いに対向して間隔をおいて配され、入力側リードフレーム２のマウント部２ａに発光素子４がマウント及びボンディングされ、出力側リードフレーム３のマウント部３ａに受光素子５がマウント及びボンディングされ、発光素子４と受光素子５とが対向して間隔をおいて配された構成となっている。フォトカプラ１は、入力側リードフレーム２と、出力側リードフレーム３と、発光素子４と、受光素子５と、ポッティング樹脂６と、透光性モールド樹脂７と、遮光性モールド樹脂８と、ボンディングワイヤ９と、ボンディングワイヤ１０と、を有する。
【００１４】
入力側リードフレーム２は、電気信号が入力されるリードフレームである。入力側リードフレーム２は、導体よりなり、例えば、銅、銅系合金、鉄系合金（例えば、４２アロイ）等を用いることができる。入力側リードフレーム２は、マウント部２ａと、リード部２ｂと、を有する。マウント部２ａには、出力側リードフレーム３のマウント部３ａ側の面にて、発光素子４がマウント（搭載、接着、表面実装）されており、発光素子４を覆うようにしてポッティング樹脂６が配されている。マウント部２ａは、発光素子４のカソードと電気的に接続されている。リード部２ｂは、マウント部２ａから遮光性モールド樹脂８の外部に引き出されたリード端子である。リード部２ｂは、マウント部２ａを介して発光素子４のカソードと電気的に接続されている。なお、図示されていないが、入力側リードフレーム２は、マウント部２ａと接続されていない外部に引き出されたリード部を有し、当該リード部にて発光素子４のアノードとボンディングワイヤ９を介して電気的に接続されている。入力側リードフレーム２は、マウント部２ａ、及び、リード部２ｂの一部（内部）、並びに、マウント部２ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（内部）が透光性モールド樹脂７によって覆われており、透光性モールド樹脂７の外側にて、リード部２ｂの一部（中間部）、及び、マウント部２ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（中間部）が遮光性モールド樹脂８によって覆われており、遮光性モールド樹脂８の外側にて、リード部２ｂの一部（外部）、及び、マウント部２ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（外部）が露出している。以上のような構成により、入力側リードフレーム２は、リード部２ｂと、マウント部２ａと接続されていないリード部（図示せず）との間に電流を流すことで、発光素子４に電流を流すことができる。
【００１５】
出力側リードフレーム３は、電気信号が出力されるリードフレームである。出力側リードフレーム３は、導体よりなり、例えば、銅、銅系合金、鉄系合金（例えば、４２アロイ）等を用いることができる。出力側リードフレーム３は、マウント部３ａと、リード部３ｂと、を有する。マウント部３ａには、入力側リードフレーム２のマウント部２ａ側の面にて、受光素子５がマウント（搭載、接着、表面実装）されている。マウント部３ａは、ボンディングワイヤ１０を介して受光素子５のエミッタと電気的に接続されている。リード部３ｂは、マウント部３ａから遮光性モールド樹脂８の外部に引き出されたリード端子である。リード部３ｂは、マウント部３ａ及びボンディングワイヤ１０を介して受光素子５のエミッタと電気的に接続されている。なお、図示されていないが、出力側リードフレーム３は、マウント部３ａと接続されていない外部に引き出されたリード部を有し、当該リード部にて受光素子５のコレクタとボンディングワイヤ（図示せず；ボンディングワイヤ１０とは別のもの）を介して電気的に接続されている。出力側リードフレーム３は、マウント部３ａ、及び、リード部３ｂの一部（内部）、並びに、マウント部３ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（内部）が透光性モールド樹脂７によって覆われており、透光性モールド樹脂７の外側にて、リード部３ｂの一部（中間部）、及び、マウント部３ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（中間部）が遮光性モールド樹脂８によって覆われており、遮光性モールド樹脂８の外側にて、リード部３ｂの一部（外部）、及び、マウント部３ａと接続されていないリード部（図示せず）の一部（外部）が露出している。以上のような構成により、出力側リードフレーム３は、リード部３ｂと、マウント部３ａと接続されていないリード部（図示せず）とから、受光素子５からの出力電圧を取り出すことができる。
【００１６】
発光素子４は、入力された電気信号を光に変換する素子である。発光素子４には、例えば、発光ダイオードを用いることができる。発光素子４は、受光素子５と光学的に対向する位置に配される。発光素子４は、入力側リードフレーム２のマウント部２ａにおける出力側リードフレーム３のマウント部３ａ側の面にマウント（搭載、接着、表面実装）されており、ポッティング樹脂６を介して透光性モールド樹脂７によって覆われている。発光素子４は、カソードが入力側リードフレーム２のマウント部２ａ及びリード部２ｂと電気的に接続されており、アノードがボンディングワイヤ９を介して、マウント部２ａと接続されていないリード部（図示せず）に電気的に接続されている。
【００１７】
受光素子５は、入力された光を電気信号に変換する素子である。受光素子５には、例えば、フォトトランジスタ、ＳｉフォトダイオードとＩＣを集積した素子を用いることができる。受光素子５は、発光素子４と光学的に対向する位置に配される。受光素子５は、出力側リードフレーム３のマウント部３ａにおける入力側リードフレーム２のマウント部２ａ側の面にマウント（搭載、接着、表面実装）されており、透光性モールド樹脂７によって覆われている。受光素子５は、エミッタがボンディングワイヤ１０を介して出力側リードフレーム３のマウント部３ａ及びリード部３ｂに電気的に接続されており、コレクタがボンディングワイヤ（図示せず）を介して、マウント部３ａと接続されていないリード部（図示せず）に電気的に接続されている。受光素子５は、受光素子５への入力光のある一定値を境に、出力電圧のＯＮ（Ｈ）とＯＦＦ（Ｌ）が切り替わるようになっている。この受光素子５での切り替わりが生じるときに発光素子４に流れている電流値がＩＦＨＬ（ＬＥＤ順電流）である。
【００１８】
ポッティング樹脂６は、入力側リードフレーム２のマウント部２ａ上にマウントされた発光素子４を覆う透明な樹脂である。ポッティング樹脂６には、例えば、透明シリコン樹脂を用いることができる。
【００１９】
透光性モールド樹脂７は、入力側リードフレーム２のマウント部２ａ、リード部２ｂの一部（内部）、ポッティング樹脂６、ボンディングワイヤ９、出力側リードフレーム３のマウント部３ａ、リード部３ｂの一部（内部）、受光素子５、ボンディングワイヤ１０を覆う透光性の樹脂である。透光性モールド樹脂７は、モールド（鋳型）成形されている。透光性モールド樹脂７には、例えば、透光性白色エポキシ樹脂を用いることができる。
【００２０】
遮光性モールド樹脂８は、入力側リードフレーム２のリード部２ｂの一部（中間部）、出力側リードフレーム３のリード部３ｂの一部（中間部）、透光性モールド樹脂７を覆う遮光性の樹脂である。遮光性モールド樹脂８は、モールド（鋳型）成形されている。遮光性モールド樹脂８には、例えば、黒色エポキシ樹脂を用いることができる。
【００２１】
ボンディングワイヤ９は、発光素子４のアノードと入力側リードフレーム２のリード部（図示せず；マウント部２ａと接続されていないリード部）とを電気的に接続するワイヤである。ボンディングワイヤ９は、発光素子４の近傍の部分でポッティング樹脂６に覆われており、その他の部分で透光性モールド樹脂７に覆われている。ボンディングワイヤ９には、例えば、金、銀、アルミニウム、銅等よりなるワイヤを用いることができる（ボンディングワイヤ１０についても同様）。
【００２２】
ボンディングワイヤ１０は、受光素子５のエミッタと出力側リードフレーム３のマウント部３ａ及びリード部３ｂとを電気的に接続するワイヤである。ボンディングワイヤ９は、透光性モールド樹脂７に覆われている。
【００２３】
ポッティング樹脂６の硬度は、アスカーＣ硬度１５以上２８以下が好ましく、より好ましくは２１以上２８以下である。または、ポッティング樹脂６の硬度は、ショアＡ硬度５以上１５以下が好ましく、より好ましくは８以上１５以下である。アスカーＣ硬度１５未満（又はショアＡ硬度５未満）であると、ポッティング樹脂６の樹脂流れが発生し、アスカーＣ硬度２８超（又はショアＡ硬度１５超）であると、透光性モールド樹脂７の酸化抑制効果がなくなる。なお、アスカーＣ硬度２１以上（又はショアＡ硬度８以上）とすることで、ポッティング樹脂６の樹脂流れが１００％発生しなくなる。
【００２４】
透光性モールド樹脂７及び遮光性モールド樹脂８のうち少なくとも１種の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数と、リードフレーム２、３の線膨張係数との差が１０ｐｐｍ／℃以下であり、好ましくは７ｐｐｍ／℃以下である。１０ｐｐｍ／℃以下とすることによって、モールド樹脂７、８とリードフレーム２、３との間に働く内部応力を大きく低減でき、かつ、剥がれを抑制できる。７ｐｐｍ／℃以下とすれば、モールド樹脂７、８とリードフレーム２、３との間の剥がれを１００％なくせる。
【００２５】
遮光性モールド樹脂８の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数は、透光性モールド樹脂７の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数より小さいことが好ましい。つまり、透光性モールド樹脂７と遮光性モールド樹脂８の２５℃から１７５℃の間の平均線膨張係数は、内側の透光性モールド樹脂７の方が大きい方が好ましい。これは、内側の透光性モールド樹脂７の線膨張係数が外側の遮光性モールド樹脂８の線膨張係数よりも小さいと、遮光性モールド樹脂８を形成して室温へ冷却することで、外側の遮光性モールド樹脂８がリードフレーム２、３から浮く（離れる）方向への力がかかり、衝撃等によって外側の遮光性モールド樹脂８がリードフレーム２、３から剥がれやすくなるためである。
【００２６】
ポッティング樹脂６の量は、１．７×１０−４ｃｍ３以上３．５×１０−４ｃｍ３以下であることが好ましい。ポッティング樹脂６の樹脂流れを起きにくくするためには、ポッティング樹脂６の量を少なくした方がよい。ポッティング樹脂６の量を３．５×１０−４ｃｍ３以下とすると、１０００個を試行したときの樹脂流れ発生数がゼロに抑えられた。また、標準的な発光素子４（例えば、サイズ：縦・横３５０μｍ、高さ２５０μｍ）を覆うのに必要なポッティング樹脂６の量は１．７×１０−４ｃｍ３以上であった。
【００２７】
実施形態１によれば、１２５℃以上の高温保管または高温動作においても、特性劣化のない高い信頼性を有するフォトカプラを提供することができる。
【００２８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例に係るフォトカプラについて従来例及び比較例を用いて説明する。
【００３０】
まず、高温保管または高温動作を経ることで、フォトカプラの特性が劣化するメカニズムについて、従来例のケースを用いて説明する。図２は、従来例に係るフォトカプラにおける透光性モールド樹脂の酸化が起きるメカニズムを模式的に示した図である。
【００３１】
図２のフォトカプラ１は、発光素子４に電流を流し、その発光素子４からの光を受光素子５へ導いて、受光素子５でフォトカレントを生じさせ、光の強度に比例した電圧や電流を出力する。そのため、発光素子４からの光の伝達経路の途中での光の減衰が大きいほど、出力は低下する。また、フォトカプラ１は、一般に、パッケージにはエポキシ樹脂とフィラー剤を主成分とするモールド樹脂１７、１８が用いられており、内側の透光性モールド樹脂１７と、外側の遮光性モールド樹脂１８とを有する二重モールド構造となっている。
【００３２】
発光素子４からの光は、ポッティング樹脂１６及び透光性モールド樹脂１７中を伝搬して、受光素子５に達する。透光性モールド樹脂１７を構成するエポキシ樹脂は、空気の存在下で高温時に酸化されやすく、酸化されると変色して可視域の波長帯の光を強く吸収するようになるという性質を持つ。したがって、フォトカプラ１のパッケージ内に空気の溜り得る隙間が存在すると、その部分で酸化が顕著に生じることになる。フォトカプラ１の出力特性劣化に強く影響するのは、図２の透光性モールド樹脂１７とポッティング樹脂１６との界面近傍の酸化である。発光素子４からの光は、ポッティング樹脂１６と透光性モールド樹脂１７との界面を横切って、受光素子４に到達するので、この界面部分の光吸収が大きいと、出力特性は低下する。図２には、酸化の原因となる空気の浸入経路も示した。主な浸入経路は、リードフレーム２、３と遮光性モールド樹脂１８の界面にできる隙間である。ここから浸入する空気は、劣化をもたらす時間的スケールの観点から論じると、２通りに分類できる。
【００３３】
一つ目は、内側の透光性モールド樹脂１７の封入時にできる、ポッティング樹脂１６と透光性モールド樹脂１７との隙間に溜る空気である。この隙間に溜る空気は、透光性モールド樹脂１７の形成時に高温から室温に冷却される過程で浸入する。ポッティング樹脂１６と透光性モールド樹脂１７との隙間に溜る空気は、製品完成前からパッケージ内に存在するため、フォトカプラ１を高温下に置くとすぐに、透光性モールド樹脂１７（エポキシ樹脂）の急激な酸化をもたらす。
【００３４】
二つ目は、製品完成後に長時間かけて徐々に浸入する空気である。製品完成後に浸入する空気は、最初はパッケージ内には存在しないが、製品完成後に継続的に供給されるため、長期にわたって比較的緩やかな透光性モールド樹脂１７（エポキシ樹脂）の酸化を引き起こす。
【００３５】
したがって、これら２通りの空気の浸入を抑制することで、透光性モールド樹脂１７（エポキシ樹脂）の酸化を大きく遅らせることができる。このための手法について、以下に説明する。
【００３６】
まず、透光性モールド樹脂とポッティング樹脂との隙間の空気溜りを回避する手法として、透光性モールド樹脂とポッティング樹脂との密着性を高めることが考えられる。このことを確認するために、以下の３つの場合で効果を比較してみる。
【００３７】
（Ａ１）ポッティング樹脂の硬度を小さく（従来例のポッティング樹脂の硬度よりも小さく）して、透光性モールド樹脂の表面の凹凸に追随して変形できるようにする（実施例１）。
（Ａ２）ポッティング樹脂の表面を改質（従来例のポッティング樹脂の表面を改質）して、化学的に活性にし、モールド樹脂と化学結合させる（比較例１）。この表面改質は、透光性モールド樹脂を注入成形する前に、ポッティング樹脂表面をＵＶ照射もしくはＡｒプラズマ照射し、ポッティング樹脂表面を化学的に活性化することで実現できる。
（Ａ３）上記２つの策のいずれも採用しない場合（従来例）。
【００３８】
ここで、実施例１、比較例１、従来例では、リードフレーム（図１の２、３に相当；銅）、発光素子（図１の４に相当；ＬＥＤ）、受光素子（図１の５に相当；フォトダイオード）、透光性モールド樹脂（図１の７に相当；透光性白色エポキシ樹脂）、及び、遮光性モールド樹脂（図１の８に相当；黒色エポキシ樹脂）については共通である。発光素子（図１の４に相当）は、サイズが縦・横３５０μｍかつ高さ２５０μｍのＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。ＬＥＤチップは、ｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ約１００μｍ）、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（厚さ１００μｍ）、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（厚さ１０μｍ）、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（厚さ４０μｍ）、ｐ側とｎ側のそれぞれの電極、を含む構造からなる。実施例１のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で２６である。また、従来例及び比較例１のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で３５である。
【００３９】
ここでの効果の比較は、ＩＦＨＬの経時的な変化を調べることで行う。ＩＦＨＬというのは、受光素子（フォトダイオード）の後段に付いているＩＣのＯＮ（Ｈ）、ＯＦＦ（Ｌ）を切り替えるために必要な、発光素子（ＬＥＤ）に流す電流値であり、受光素子への入力光の強度が一定のレベルに達するときの発光素子の電流値といってよい。したがって、ＩＦＨＬが上昇するということは、発光素子の発光強度が低下しているか、光伝達経路での光損失が増大しているか、受光素子の感度が低下していることを意味する。ここでの検証に用いた、発光素子及び受光素子は、１７５℃以下の保管や１５０℃以下の通電では、１００００時間以内に顕著な劣化をしないことを確認している。したがって、もし、ＩＦＨＬが上昇したとすれば、その原因は、光伝達経路での光損失増大にあることになる。
【００４０】
フォトカプラを空気雰囲気の中、１７５℃で１０００時間保管した場合の結果を図３〜図５に示す。図３〜図５は、フォトカプラのＩＦＨＬの経時的変化を示したものであり、図３は実施例１、図４は比較例１、図５は従来例の図である。（Ａ１）のケース（実施例１）では、ＩＦＨＬの上昇は小さく、ほとんど劣化がないものと考えられるが（図３参照）、（Ａ２）のケース（比較例１）、（Ａ３）のケース（従来例）ではＩＦＨＬの上昇が顕著にみられ、劣化していることがわかる（図４、図５参照）。
【００４１】
また、上記試験終了後に、フォトカプラの断面を観察したものを図６〜図８に示す。図６は実施例１、図７は比較例１、図８は従来例の図である。（Ａ２）のケース（比較例１）、（Ａ３）のケース（従来例）では、透光性モールド樹脂２７、１７とポッティング樹脂２６、１６との界面、透光性モールド樹脂２７、１７と遮光性モールド樹脂２８、１８の界面等に強い変色（変色部２７ａ、１７ａ）がみられるのに対して（図７、図８参照）、（Ａ１）のケース（実施例１）では、そのような変色は見られない（図６参照）。これらの結果は、次のように解釈できる。
【００４２】
（Ａ１）のケース（実施例１）では、ポッティング樹脂６の硬度が低いために、ポッティング樹脂６が透光性モールド樹脂７の表面の凹凸に追随して変形し、分子間に働くファンデルワールス力により、わずかの隙間もなく密着している（図６参照）。
【００４３】
（Ａ２）のケース（比較例１）では、化学結合することによりポッティング樹脂２６と透光性モールド樹脂２７とが接触している部分の付着力は高まるが、ポッティング樹脂２６の硬度が高いために、ポッティング樹脂２６と透光性モールド樹脂２７とが接触していない部分が残り、この部分に溜る空気が透光性モールド樹脂２７の酸化をもたらす（図７参照）。
【００４４】
（Ａ３）のケース（従来例）では、ポッティング樹脂１６と透光性モールド樹脂１７とを強く付着させる力が働かないため、界面の広い領域にわたって隙間が生じ、その隙間に溜る空気が透光性モールド樹脂１７の酸化をもたらす（図８参照）。
【００４５】
以上のように、ポッティング樹脂とモールド樹脂を実効的に密着させることができるのは、（Ａ１）のケース（実施例１）のみであることがわかった。したがって、ポッティング樹脂の硬度はある値以下に抑える必要がある。ただし、ポッティング樹脂の硬度の値が小さすぎると、続く透光性モールド樹脂の注入成形時に、ポッティング樹脂が流れてしまう可能性がある。
【００４６】
そこで、樹脂酸化と樹脂流れの面から、適切なポッティング樹脂の硬度範囲を調べたところ、図９及び図１０に示すように、アスカーＣ硬度で２１以上かつ２８以下、又は、ショアＡ硬度で８以上かつ１５以下であることがわかった。この範囲は、透光性モールド樹脂の注入速度を下げることでポッティング樹脂を流れにくくすることにより、それぞれ、アスカーＣ硬度で１５以上かつ２８以下、ショアＡ硬度で５以上かつ１５以下に広げることができるので、使用する製造ラインの特徴に合わせて適宜選択すればよい。なお、ポッティング樹脂の硬度の上限を決めているのはモールド樹脂とポッティング樹脂の付着力であり、これはポッティング樹脂の硬度でほぼ一律に決まる。
【００４７】
次に、製品完成後に長時間かけて徐々に浸入する空気を遮断する手法について説明する。
【００４８】
遮光性モールド樹脂に使われている黒色エポキシ樹脂も空気を通すが、程度は小さい。フォトカプラの寿命に関係するほどの酸化をもたらす空気の浸入経路としては、リードフレームと遮光性モールド樹脂との間にできる隙間が支配的である。この隙間は、遮光性モールド樹脂の成形過程で温度が高温から室温に冷却されるときに、リードフレームと遮光性モールド樹脂との界面に剥がれが生じることによってできる。したがって、リードフレームと遮光性モールド樹脂との界面の隙間をなくためには、リードフレームと遮光性モールド樹脂との密着性を高めて、剥がれないようにすることが必要になる。一般に、異なる材料が接している界面での剥がれは、内部応力が付着力より大きくなった時に生じる。したがって、リードフレームと遮光性モールド樹脂との密着性を高めるには、下記２通りの手法のいずれか、または両方を行えば良い。
【００４９】
（Ｂ１）遮光性モールド樹脂を付着力の高いものにする。
（Ｂ２）リードフレームとモールド樹脂の界面近傍に働く内部応力を低く抑える。
【００５０】
（Ｂ１）の手法を単独で採用した場合、リードフレームと遮光性モールド樹脂との界面での剥がれが抑えられたとしても、遮光性モールド樹脂の内部に大きな内部応力が残る。これは、フォトカプラの信頼性の観点からは好ましくない。フォトカプラの温度の上昇下降が繰り返された場合、遮光性モールド樹脂に割れが発生するリスクが高まるからである。
【００５１】
以上の理由から、本発明では（Ｂ２）の手法を採用している。内部応力を抑えるためには、リードフレーム及び遮光性モールド樹脂の線膨張係数を広い温度領域にわたって近い値になるようにしてやればよい。遮光性モールド樹脂の鋳型への注入温度は１８０℃以上であり、この温度で遮光性モールド樹脂が流体から徐々に固体へと変化するので、この温度の近辺では、リードフレームと遮光性モールド樹脂との界面に働く内部応力は小さいが、室温へ冷却する過程で、線膨張係数差に起因した内部応力が働くようになる。この内部応力が付着力を上回るほど大きいと、剥がれが生じる。
【００５２】
図１１及び図１２に二重モールド構造を想定した場合の、遮光性モールド樹脂１８、８と銅製のリードフレーム２との内部応力をシミュレーションした結果を示す。図１１は従来例、図１２は実施例２である。
【００５３】
ここで、実施例２、従来例では、リードフレーム（図１の２、３に相当）、発光素子（図１の４に相当；ＬＥＤ）、及び、受光素子（図１の５に相当；フォトダイオード）、については共通である。実施例２のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で２６である。また、従来例のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で３５である。また、実施例２において、２５℃から１７５℃の間の平均線膨張係数は、透光性モールド樹脂７（透光性白色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃、遮光性モールド樹脂８（黒色エポキシ樹脂）が１５ｐｐｍ／℃である。また、従来例において、２５℃から１７５℃の間の平均線膨張係数は、透光性モールド樹脂１７（透光性白色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃、遮光性モールド樹脂１８（黒色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃である。リードフレーム（図１の２、３に相当）には、銅（線膨張係数：約１８ｐｐｍ／℃）を用いた。
【００５４】
内部応力のシミュレーションは、１８５℃で遮光性モールド樹脂を鋳型注入し、室温まで冷却したという想定で行った。リードフレームとの線膨張係数が大きく異なる従来例（図１１参照）に係る遮光性モールド樹脂１８では、リードフレーム２と遮光性モールド樹脂１８との界面の近傍に大きな内部応力がかかっている。一方、リードフレーム２及び遮光性モールド樹脂８の線膨張係数の差が小さい実施例２（図１２参照）に係る遮光性モールド樹脂８では、内部応力が小さいことがわかる。
【００５５】
実際にリードフレームと遮光性モールド樹脂との界面に剥がれが生じるか否かを確認するために、実施例２及び従来例のフォトカプラパッケージを製作し、赤インク浸入実験を行った結果を図１３及び図１４に示す。
【００５６】
ここで、赤インク浸入実験とは、１気圧より高いある圧力で、一定の時間、赤い染料を含んだ水溶液（赤インク）にフォトカプラのパッケージを浸漬し、その後、パッケージを分解（遮光性モールド樹脂の割り出し）して、赤インクがどこまで浸入しているかを確認する実験である。これにより、パッケージの密閉性を調べることできる。通常は、パッケージの密着性が最も弱い部分から赤インクが浸入する。
【００５７】
この結果、従来例ではリードフレーム２と遮光性モールド樹脂１８との界面から赤インクの浸入（赤インク浸入部１７ｂ）が見られたのに対して（図１４参照）、実施例２では、赤インクの浸入は見られなかった（図１３参照）。
【００５８】
上記のことから、従来例（遮光性モールド樹脂１８の付着力が高いもの）では、内部応力が強く働いた結果、剥がれが生じたものと考えられる。一方、実施例２では、遮光性モールド樹脂８とリードフレーム２との２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数の差を１０ｐｐｍ／℃以下とすることによって、遮光性モールド樹脂８とリードフレーム２との間に働く内部応力を大きく低減でき、かつ、遮光性モールド樹脂８とリードフレーム２との界面の剥がれを抑制できることがわかった。
【００５９】
ここで、二重モールド構造の場合、モールド樹脂には、外側の遮光性モールド樹脂と、内側の透光性モールド樹脂とがあるが、外部空気の浸入を抑えるためには、遮光性モールド樹脂及び透光性モールド樹脂のどちらか一方または両方のモールド樹脂がリードフレームから剥がれなければ良い。したがって、二重モールド構造の場合には、外部の空気の浸入を抑えるために必要な条件は、遮光性モールド樹脂及び透光性モールド樹脂のどちらか一方または両方のリードフレームとの２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数の差が１０ｐｐｍ／℃以下であること、となる。７ｐｐｍ／℃以下であれば１００％剥がれがない。なお、線膨張係数差の上限及び下限を決めているのは、モールド樹脂とリードフレームとの間に剥がれが生じるか否かであり、これはモールド樹脂の内部応力でほぼ一律に決まる。
【００６０】
次に、空気の浸入に対して、それぞれ下記のように対処した４種類のサンプルについての信頼性試験結果について説明する。
【００６１】
（Ｃ１）何も対策を施さないもの（従来例）。
（Ｃ２）ポッティング樹脂と透光性モールド樹脂の密着性を高めたもの（実施例３）。
（Ｃ３）リードフレームと遮光性モールド樹脂の密着性を高めたもの（実施例４）。
（Ｃ４）ポッティング樹脂と透光性モールド樹脂の密着性、及び、リードフレームと遮光性モールド樹脂の密着性を高めたもの（実施例５）。
【００６２】
ここで、（Ｃ２）及び（Ｃ４）のポッティング樹脂と透光性モールド樹脂の密着性を高める手法としては、低硬度のポッティング樹脂を用いる手法を採用した。また、（Ｃ３）及び（Ｃ４）のリードフレームと外部モールド樹脂の密着性を高める手法としては、リードフレームの線膨張係数に近い線膨張係数を有する外部モールド樹脂を採用する手法を採用した。
【００６３】
なお、従来例、実施例３〜５では、リードフレーム（図１の２、３に相当；銅）、発光素子（図１の４に相当；ＬＥＤ）、及び、受光素子（図１の５に相当；フォトダイオード）、については共通である。実施例３、５のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で２６である。また、従来例及び実施例４のポッティング樹脂（図１の６に相当；透明シリコン樹脂）の硬度は、アスカーＣ硬度で３５である。また、実施例４、５において、２５℃から１７５℃の間の平均線膨張係数は、透光性モールド樹脂（図１の７に相当；透光性白色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃、遮光性モールド樹脂（図１の８に相当；黒色エポキシ樹脂）が１５ｐｐｍ／℃である。また、従来例及び実施例３において、２５℃から１７５℃の間の平均線膨張係数は、透光性モールド樹脂（図１の７に相当；透光性白色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃、遮光性モールド樹脂（図１の８に相当；黒色エポキシ樹脂）が３７ｐｐｍ／℃である。
【００６４】
これらのサンプルを、雰囲気温度１５０℃、ＬＥＤへの通電量２５ｍＡで行った信頼性試験の結果を図１５〜図１８に示す。図１５は従来例、図１６は実施例３、図１７は実施例４、図１８は実施例５のグラフである。グラフの横軸は試験時間で、縦軸はフォトカプラのＩＦＨＬの変化率（ΔＩＦＨＬ）を表している。サンプルごとにＩＦＨＬが５０％上昇する時間をそのサンプルの寿命とし、それぞれの試験ごとの全サンプルの寿命の平均値をその構造での推定寿命とした。推定寿命は、（Ｃ１）の従来例は約３０００ｈ（図１５参照）、（Ｃ２）の実施例３は約５０００ｈ（図１６参照）、（Ｃ３）の実施例４は約６０００ｈ（図１７参照）、（Ｃ４）の実施例５は１００００ｈ以上（図１８参照；事実上推定不能）と算出される。このことから、（Ｃ２）、（Ｃ３）の手法を単独で採用することによる効果が確認され、さらに、それらを組み合わせることで、それぞれ単独の場合よりも大幅に、フォトカプラの信頼性が改善されることが判明した。
【００６５】
（付記）
本発明の一視点においては、フォトカプラにおいて、入力側リードフレームと、前記入力側リードフレームに対して対向して間隔をおいて配された出力側リードフレームと、前記入力側リードフレームにおける前記出力側リードフレーム側の面にマウントされた発光素子と、前記出力側リードフレームにおける前記入力側リードフレーム側の面にて前記発光素子に光学的に対向する位置に配置された受光素子と、前記発光素子を覆うポッティング樹脂と、前記発光素子を含む前記ポッティング樹脂、前記受光素子、前記入力側リードフレームの一部、及び、前記出力側リードフレームの一部を一体的に封止する透光性モールド樹脂と、前記透光性モールド樹脂、前記入力側リードフレームの他の一部、及び、前記出力側リードフレームの他の一部を覆う遮光性モールド樹脂と、を備え、前記ポッティング樹脂は、アスカーＣ硬度１５以上２８以下、又は、ショアＡ硬度５以上１５以下であることを特徴とする。
【００６６】
本発明の前記フォトカプラにおいて、前記ポッティング樹脂は、アスカーＣ硬度２１以上２８以下、又は、ショアＡ硬度８以上１５以下であることが好ましい。
【００６７】
本発明の前記フォトカプラにおいて、前記透光性モールド樹脂及び前記遮光性モールド樹脂のうち少なくとも１種の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数と、前記入力側リードフレーム及び前記出力側リードフレームの線膨張係数との差が１０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。
【００６８】
本発明の前記フォトカプラにおいて、前記透光性モールド樹脂及び前記遮光性モールド樹脂のうち少なくとも１種の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数と、前記入力側リードフレーム及び前記出力側リードフレームの線膨張係数との差が７ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。
【００６９】
本発明の前記フォトカプラにおいて、前記遮光性モールド樹脂の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数は、前記透光性モールド樹脂の２５℃から１７０℃の間の平均線膨張係数より小さいことが好ましい。
【００７０】
本発明の前記フォトカプラにおいて、前記ポッティング樹脂の量が１．７×１０−４ｃｍ３以上かつ３．５×１０−４ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００７１】
なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００７２】
また、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００７３】
１  フォトカプラ
２  入力側リードフレーム（リードフレーム）
２ａ  マウント部
２ｂ  リード部
３  出力側リードフレーム（リードフレーム）
３ａ  マウント部
３ｂ  リード部
４  発光素子
５  受光素子
６、１６、２６  ポッティング樹脂
７、１７、２７  透光性モールド樹脂（内部モールド樹脂）
８、１８  遮光性モールド樹脂（外部モールド樹脂）
９、１０  ボンディングワイヤ
１１  光
１７ａ、２７ａ  変色部
１７ｂ  赤インク浸入部
【図１】
2014220275.tif 000003
【図２】
2014220275.tif 000004
【図３】
2014220275.tif 000005
【図４】
2014220275.tif 000006
【図５】
2014220275.tif 000007
【図６】
2014220275.tif 000008
【図７】
2014220275.tif 000009
【図８】
2014220275.tif 000010
【図９】
2014220275.tif 000011
【図１０】
2014220275.tif 000012
【図１１】
2014220275.tif 000013
【図１２】
2014220275.tif 000014
【図１３】
2014220275.tif 000015
【図１４】
2014220275.tif 000016
【図１５】
2014220275.tif 000017
【図１６】
2014220275.tif 000018
【図１７】
2014220275.tif 000019
【図１８】
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