光耦合装置的制作方法

本文中所述的实施方式主要涉及光耦合装置。

背景技术：

作为光半导体装置的一例的光耦合装置具有如下结构，其中将用作光发射器或光接收器的光学元件设置在引线框上，并且用透光构件例如树脂覆盖该光学元件。在高温和高湿度下的严酷环境中使用光耦合装置的情况下，担心由于树脂的剥离和热劣化可能影响光耦合装置的特性。

技术实现要素：

根据一个实施方式，提供光耦合装置，其包括：第一引线框和第二引线框；分别设置在该第一引线框和该第二引线框上的第一安装构件和第二安装构件；设置在该第一安装构件上的光发射器；设置在该第二安装构件上的光接收器；将该光发射器与该第一引线框电连接的第一导线和将光接收器与该第二引线框电连接的第二导线；和将该第一引线框和该第二引线框的一部分、该光发射器和该光接收器包围的封套，其中，用有机硅树脂固化材料至少将该封套中的该光发射器和该光接收器覆盖。

由此得到具有高可靠性的光耦合装置。

附图说明

图1为实施方式的光耦合装置的截面图；

图2为表示实施方式的可靠性结果的表；

图3为表示相对于温度变化的膨胀系数的曲线图；

图4为表示相对于温度变化的弹性模量的曲线图；

图5为表示175℃下的相对于贮存时间的透射率的变动率的曲线图；

图6为光耦合装置的床间隙的说明图；和

图7为表示多个有机硅树脂的流动性评价的结果的表。

具体实施方式

以下将参照附图对实施方式进行说明。在下述说明中，将相同的附图标记赋予相同的构件，并且适当省略对曾经说明过的构件的说明。

如图1中所示，光耦合装置100包括光发射器1、光接收器2、第一导线31、第二导线32、第一安装构件41、第二安装构件42、第一引线框51、第二引线框52、封装树脂6、内部树脂7和外部树脂封套8。

光发射器1例如为发光二极管(led)。

第一引线框51和第二引线框52由导电构件例如金属制成。此外，第一引线框51包括第一外引线53和第一平面部54。第二引线框52包括第二外引线55和第二平面部56。

通过第一安装构件41将光发射器1设置在第一引线框51的第一平面部54上。通过第一导线31将第一引线框51的第一外引线53与光发射器1电连接。同样地，通过第二安装构件42将光接收器2设置在第二引线框52的第二平面部56上。通过第二导线32将第二引线框52的第二外引线55与光接收器2电连接。第一导线31和第二导线32由例如金、铝等制成。

此外，可用封装树脂6将光发射器1覆盖。为了减轻来自内部树脂7的应力，优选设置封装树脂6，但封装树脂6并非总是需要的。

设置外部树脂封套8用于将光发射器1、光接收器2、第一导线31、第二导线32、安装构件4、封装树脂6、内部树脂7、第一平面部54和第二平面部56、第一引线框51的第一外引线53的一部分和第二引线框52的第二外引线55的一部分密封。

第一外引线53的一部分和第二外引线55的一部分突出到外部树脂封套8的外部，以与外部连接。

一些实施方式中，将环氧树脂固化材料用作外部树脂封套8。

在由外部树脂封套8形成的内部填充有内部树脂7。作为内部树脂7，使用有机硅树脂固化材料。

即，至少将光发射器和光接收器这两者用有机硅树脂固化材料进行覆盖，并且，用有机硅树脂固化材料将外部树脂封套内部的位于第一引线框与第二引线框之间的区域填充。

在一些实施方式中，除了用封装树脂6覆盖光发射器1、光接收器2、第一引线框51、第二引线框52、第一导线31和第二导线32以外，能够将外部树脂封套8的内部完全用内部树脂7填充。

接下来，通过与作为比较例的光耦合装置进行比较来对根据本实施方式的光耦合装置100的效果进行说明。本文中没有示出光耦合装置的比较例的结构，但其与第一实施方式的光耦合装置100的结构相似。一个不同在于，比较例的内部树脂由环氧树脂制成，而根据本实施方式的内部树脂7由有机硅树脂固化材料制成。

由于材料的差异，在比较例的光耦合装置中，热履历例如安装过程中的软熔(reflow)或温度循环可能在光发射器或光接收器与外部树脂封套之间、以及在外部树脂封套与引线框之间引起剥离等。此外，由于光强度因这样的热劣化而发生变化，因此担心光耦合装置的可靠性可能会受到影响，因此其特性可能发生变化。

另一方面，参照图2至图5，根据第一实施方式的光耦合装置100能够获得下述的效果。

图2为多个内部树脂的可靠性结果的汇总表，每个树脂具有不同种类的成分。内部树脂a、b、e和f由环氧树脂制成，它们对应于比较例。内部树脂c和d由有机硅制成。将每个树脂中填料的量以及树脂种类具体地示于图2的表中。如果树脂中含有大量的填料，则膨胀量倾向于变低并且弹性模量倾向于变高。

图2中所示的可靠性测定的项目例如为高温贮存(hts)、高温运转(hto)、压力锅试验(pct)和温度循环试验(tct)。

该测定基于jis-c-60068-2，其对应于iec-60068-2。

关于hts和hto，将150℃下具有大于5,000hr(小时)的耐受性的情形表示为○，将具有相当于3,000hr的耐受性的情形表示为△，并且将具有相当于1,000hr的耐受性的情形表示为×。此外，关于pct，将127℃和100％rh(相对湿度)下具有相当于192hr的耐受性的情形表示为○。将不满足该条件的情形表示为△。关于tct，将具有2,000个循环的耐受性且每个循环设定为在低温(例如-55℃)和高温(例如150℃)之间的温度变化的情形表示为○。

图2表明：对于由环氧树脂制成的构件、例如树脂a、b、e和f，在hts、hto和pct项目中不能完全地确保充分的可靠性。另一方面，对于由有机硅制成的构件例如树脂c和d，在hts、hto、pct和tct这四个项目的每一个中都能够确保充分的可靠性。

图3为相对于从25℃至265℃的温度变化的膨胀系数的曲线图。在265℃下，光耦合装置100的有机硅树脂c和有机硅树脂d具有0.65％以下的范围内的膨胀系数。对于光耦合器中使用的引线框来说，主要使用cu基材并且膨胀率为16.8ppm/℃。因此，25℃至265℃下的引线框的膨胀系数为0.39％。当引线框的膨胀量和不匹配性小时，集中在复合材料界面上的应力减小，这对热循环有利。

另一方面，光耦合装置的比较例中的环氧树脂b的膨胀系数高达0.79％，当通过热循环使膨胀和收缩反复进行时，将会发生剥离等情况的风险增加。

图4为相对于从25℃至265℃的温度变化的弹性模量的曲线图。在温度变化中，第一实施方式的光耦合装置100的弹性模量在比比较例窄的范围内从2gpa到20gpa地变动。另一方面，在比较例的光耦合装置的情况下，弹性模量减小地变动，在比第一实施方式的光耦合装置100宽的范围内从300mpa到40gpa地变动。当弹性模量的变化大时，内部树脂的剥离或者光耦合装置的特性的劣化更可能发生。根据本实施方式的光耦合装置100，由于弹性模量的变动范围比比较例窄，因此难以引起剥离或特性的劣化。

图5为表示相对于175℃下的贮存时间的透射率的变动率的曲线图。对于有机硅树脂c和有机硅树脂d两者来说，在175℃下贮存1,000小时-1,500小时后的光耦合装置100中的400nm以上的波长处的透射率与初期透射率的变动率为25％以下。另一方面，在比较例的环氧树脂b和f的情况下，透射率的变动率为50％以上，并且，在环氧树脂e的情况下，在175℃下历时1,500小时的情况下，变动率超过90％。如果根据温度变化的透射率变化大，则光谱强度发生变化，并且光耦合装置的特性将会发生变化的可能性增大。

此外，在比较例的光耦合装置的环氧树脂中，能够将酚和酸酐用于固化剂。在酚的情况下，高温贮存下的透射率差并且hts直至测定也不满足。在酸酐的情况下，高温贮存下的透射率改善并且hts也延长，但在pct中产生问题。

如上所述，即使在高温和高湿度环境中，光耦合装置100在内部树脂7的特性方面也具有很小的变动，具有高的可靠性。

而且，在一些实施方式中，第一平面部和第二平面部为床(bed)。这些实施方式中，由于模塑注射的影响，床间隙可能增大。当床间隙增大时，光学特性的劣化增加。因此，希望床间隙的变动变小。

图6为光耦合装置100的一些实施方式的床间隙的说明图。如图6中所示，当l为第一引线框与第二引线框之间的设计值、并且x为模塑后的截面研磨测定值时，能够由下式(1)得到床间隙的变动。

床间隙的变动(％)＝(x/l)×100(1)

当树脂粘度低时，能够抑制该变动。

此外，在模塑(树脂注射)过程中，可能发生导线流动。当l'为半导体芯片之间的设计值、并且x'为相对于模塑树脂注射方向的将半导体芯片连接的导线方向测定值时，导线流动率能够由下式(2)得到。

导线流动率＝(x'/l')×100(2)

当发生导线流动时，在密封工艺之间存在电短路的风险。

图7为通过在注射模塑中对多个有机硅树脂预固化材料g、h、i和j评价流动性而得到的实验例的结果的表。有机硅树脂材料g-j尚未固化，并且以相对于所得到的有机硅树脂预固化材料为80wt％以上的填充量进行了不同的填料调整。将具有螺旋状管的流动试验模具用于在某些实验条件下的评价，该螺旋状管被填充有从该管的开口倒入的这样的树脂材料。将该树脂所到达的长度定义为表中的螺旋流。

图7中，对于树脂材料g、h、i和j的每个情形，进一步示出光耦合装置100的树脂特性、导线流动和床间隙变动。在使用有机硅树脂材料i和j的光耦合装置100的实施方式中，导线流动率为10％以下，并且床间隙变动为10％以下(以平均值和最大值计)。

如上所述，为了将导线流动率保持在10％以下，并且将床间隙变动保持在10％以下，当填料量为80wt％以上时，优选螺旋流为80cm以上、并且最小熔体粘度为20pa·s以下。

尽管已对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式仅仅通过实例给出，并不意图限制本发明的范围。这些新的实施方式能够以各种其他形式来实施；而且，在不脱离本发明的思想的情况下，能够进行各种省略、替换和改变。这些实施方式及其变形包括在本发明的范围和主旨内，并且包括在权利要求及其等同物中记载的发明内。