光耦合装置、光耦合装置的制造方法和电力转换系统的制作方法

光耦合装置、光耦合装置的制造方法和电力转换系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及光耦合装置、光耦合装置的制造方法和电力转换系统。为了提高光耦合装置的特性，光耦合装置在发光元件和受光元件之间具有灌封树脂和内模树脂。内模树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且是具有透光性的树脂。另外，内模树脂(MRI)含有芳环、和脂环式化合物。由此，通过减少环氧树脂中的芳环比例，可以抑制树脂的变质。因此，可以抑制环氧树脂固化物的透光性的下降，而且可以减少光信号的传递性能的劣化。
【专利说明】
光耦合装置、光耦合装置的制造方法和电力转换系统
[00011将2015年2月25日提交的包括说明书、附图和摘要在内的日本专利申请No. 2015-035604的公开内容全部引入本申请中。
技术领域
[0002] 本发明涉及光耦合装置、光耦合装置的制造方法和电力转换系统。
【背景技术】
[0003] 光耦合器具有发光二极管等发光元件和光电晶体管等受光元件，将输入的电信号 通过发光元件转换为光，该光通过受光元件恢复为电信号，由此传递电信号。
[0004] 例如，在日本特开2008-189833号公报（专利文献1)中，公开了通过热固化性环氧 树脂组合物的固化物密封发光元件和受光元件的光耦合器。
[0005] 另外，在日本特开2014-33124号公报(专利文献2)中，公开了使用一次密封树脂和 二次密封树脂的光耦合器。一次密封树脂含有一次密封用环氧树脂、一次密封用酚醛树脂 固化剂、一次密封用无机填料、和一次密封用脂肪酸蜡，二次密封树脂含有二次密封用环氧 树脂、二次密封用酚醛树脂固化剂、二次密封用无机填料、和二次密封用脂肪酸蜡。一次密 封用树脂和二次密封用树脂中的至少一种树脂含有脂肪酰胺蜡。
[0006] 另外，在日本特开2005-239901号公报(专利文献3)中公开了被环氧树脂组合物的 固化物密封的光半导体装置。该环氧树脂组合物是以在1分子内具有2个以上环氧基的环氧 树脂(A)、酚醛树脂固化剂(B)、固化促进剂(C)、溶融破碎二氧化硅(D)为主成分的环氧树脂 组合物。该环氧树脂组合物还含有酚类抗氧化剂(E)作为必须成分。另外，该环氧树脂组合 物的1mm厚的固化物相对于具有700nm至lOOOnm波长的光的透过率为15%以上，而且，在125 °C下处理1000小时后相对于波长为720nm的光的透过率保持率为50%以上。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开2008-189833号公报 [0010] 专利文献2:日本特开2014-33124号公报 [0011] 专利文献3:特开2005-239901号公报

【发明内容】

[0012] 发明要解决的课题
[0013] 如上所述，光耦合器具有发光二极管等发光元件和光电晶体管等受光元件，将输 入的电信号用发光元件转换为光，该光用受光元件恢复为电信号，由此传递电信号。
[0014] 根据这种使用光的信号传递技术，可以电分离各个信号传递路径。即，一次电路和 二次电路之间彼此电绝缘，并且它们之间的信号传递能够经由光进行。
[0015] -次电路侧的发光元件和二次电路侧的受光元件之间通过具有透光性的树脂彼 此绝缘是必要的。
[0016] 但是，根据本发明的研究，已经确认，在光耦合器中，由于树脂的变色，树脂的透光 性下降，因此需要对其进行改善。
[0017] 其他课题和新的特征由本说明书的描述和附图可知。
[0018] 解决课题的手段
[0019] 在本发明公开的实施方式中，如下简单说明代表性例子的概要。
[0020] 本发明公开的一实施方式所示的光耦合装置在第1元件和第2元件之间具有第1树 脂和第2树脂。第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性。另外， 第2树脂含有芳环化合物和脂环式化合物。
[0021] 本发明公开的一实施方式所示的光耦合装置的制造方法包括以下步骤:在第1元 件上形成第1树脂，以及，使第1元件上的第1树脂与第2元件彼此对置后在第2元件和第1树 脂之间形成第2树脂。第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性。 另外，环氧树脂含有芳环、和脂环式化合物。
[0022] 本发明公开的一实施方式所示的电力转换系统是包括增幅电路部和与增幅电路 部连接的光耦合部的电力转换系统。该光耦合部在第1元件和第2元件之间具有第1树脂和 第2树脂。第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性。另外，第2树 脂含有芳环和脂环式化合物。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明中公开的以下所示的代表性实施方式所示的光耦合装置，可以抑制装 置内的树脂变色，可以提高光耦合装置的特性。
[0025] 根据本发明中公开的以下所示的代表性实施方式所示的光耦合装置的制造方法， 可以制造出抑制该装置内的树脂的变色和实现良好特性的光耦合装置。
[0026] 根据本发明中公开的以下所示的代表性实施方式所示的电力转换系统，可以抑制 构成电力转换系统的装置内的树脂的变色，可以提高该系统的特性。
【附图说明】
[0027] 图1是显示实施方式1的光耦合装置的构成的截面图。
[0028] 图2是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图。
[0029] 图3是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的平面图。
[0030] 图4是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图2的后续制造 步骤的截面图。
[0031]图5是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的平面图，是示出图3的后续制造 步骤的平面图。
[0032] 图6是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图4的后续制造 步骤的截面图。
[0033] 图7是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图6的后续制造 步骤的截面图。
[0034] 图8是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图7的后续制造 步骤的截面图。
[0035] 图9是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图8的后续制造 步骤的截面图。
[0036] 图10是显示实施方式1的光耦合装置的制造步骤的截面图，是示出图9的后续制造 步骤的截面图。
[0037] 图11是示出比较例1的光耦合装置的构成的截面图。
[0038]图12(A)~12(C)是示出树脂界面的间隙发生机理的示意图。
[0039]图13(A)~13(C)是示出树脂变色的机理的示意图。
[0040] 图14是示意性地示出芳环的氧化变色反应的图。
[0041] 图15是示出比较例2的光耦合装置的构成的截面图。
[0042]图16(A)~16(C)是示出树脂变色抑制机理的示意图。
[0043] 图17(A)~17(C)是示出使用低硬度的有机硅树脂固化物时的间隙的状态的示意 图。
[0044] 图18(A)~18(C)是示出使用实施方式2的有机硅树脂固化物时的间隙的状态的示 意图。
[0045]图19是示出实施方式3的电力转换系统的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0046] 为方便起见，以下实施方式虽然将多个部分或实施方式分开进行说明，但除非特 别说明，所述多个部分或实施方式并非相互之间没有关系，它们之间的关系是:一方是另一 方的一部分或全部分的变形例、应用例、详细说明、或补充说明等。在以下的实施方式中，当 提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)时，除非特别说明或除了原则上明显限定 为特定数量的情况等以外，所述数量并不限定于特定的数量，可以为特定的数量以上或以 下。
[0047] 进而，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)未必是必须的，除非 特别说明或除了认为原则上明显必须的情况等以外。同样地，在以下的实施方式中，当提及 构成要素等的形状、位置关系等时，除非特别说明或除了认为原则上明显并非这样的情况 等以外，也包括基本上相同或相似于所述形状等的情况等。这与上述数量等(包括个数、数 值、量和范围等)同样。
[0048] 以下，基于附图详细说明优选的实施方式。在用于说明实施方式的全部附图中，具 有相同功能的部件标记为相同或相关的符号，省略其重复说明。另外，在存在多个类似部件 (部位)的情况下，可以通过在统称的符号中追加记号来表示各自的或特定的部位。另外，在 以下的实施方式中，除非特别必要，原则上不重复说明相同或相似的部分。
[0049] 另外，在实施方式所用的附图中，即使是在截面图中，为了更容易观看附图，也可 以省略剖面线。或者，即使是在平面图中，为了更容易观看附图，也可以添加剖面线。
[0050] 在截面图或平面图中，各部位的大小与实际装置的大小并不对应，为了使附图更 容易理解，可以相对放大地表示特定部位。在截面图和平面图彼此相对应的情况下，也可以 采取同样的情况。
[0051] (实施方式1)
[0052] 以下，参照附图详细说明本实施方式的光耦合装置。
[0053] [结构说明]
[0054]图1是表示本实施方式的光耦合装置的构成的截面图。本实施方式的光耦合装置 是光耦合器。图1所示的本实施方式的光耦合装置具有发光元件LED、受光元件ro和配置于 它们之间的2种树脂(PR、MRI)。将输入的电信号通过发光元件LED转换为光，并通过将该光 用受光元件ro恢复成电信号，可以传递电信号。
[0055]发光元件(发光片)LED为接受电信号而输出光信号的光电转换元件。作为发光元 件LED，可以使用利用例如GaAs或AlGaAs等的发光二极管等。发光元件LED搭载在芯片搭载 部DPI上。芯片搭载部DPI是包含例如铜(Cu)等金属的板状部件。发光元件LED通过芯片粘接 材料固粘(粘接、固定)在芯片搭载部(模垫)DP1上。芯片粘接材料(安装材料)为导电性的粘 接材料(导电糊）。在芯片搭载部DP 1的周边，配置2条引线LD1。该2条引线LD1中的1条与芯片 搭载部DPI连接(参照图3)。另外，发光元件LED的表面电极与另1条引线LD1通过电线W1电连 接。电线W1为包括例如金(Au)等金属材料的线形部件(金属细线）。
[0056]在发光元件LED上中形成有灌封树脂PR。换句话说，芯片搭载部DPI上的发光元件 LED被灌封树脂PR覆盖。灌封树脂PR必须具有绝缘性、且对具有光信号的波长的光必须具有 透光性。例如，可以使用有机硅树脂固化物等作为灌封树脂PR。在本实施方式中，将用作树 月旨(PR和后述的MRI)原料的各种化合物的混合物称为"树脂组合物"，将该组合物的固化物 称为"树脂固化物"。
[0057]有机硅树脂固化物是具有有机聚硅氧烷(具有-Si-0-Si-O-链作为主链且在Si上 具有有机基的结构)作为主链的高分子化合物。
[0058] 有机硅树脂固化物对具有光信号的波长的光具有透光性。例如，每mm厚度的有机 硅树脂固化物对具有700nm~lOOOnm范围的波长的光的透过率为10%以上。另外，每mm厚度 的有机硅树脂固化物对具有700nm~lOOOnm范围的波长的光的反射率为90%以下。
[0059] 为了提高有机硅树脂固化物的强度，可以在有机硅树脂组合物中混合二氧化硅等 填料。填料(例如，二氧化硅)的含量优选为20重量％以下，更优选为0重量％。有机硅树脂组 合物在涂布时，即在固化前，具有液体状态。填料的含量超过20重量％时，有机硅树脂的流 动性降低。因此，发光元件LED的周围不能均匀地被树脂填充，导致发光元件LED的覆盖性降 低。填料的含量超过20重量％时，固化后的有机硅树脂的硬度变得过大，难以充分缓和施加 到发光元件LED上的应力。
[0060] 受光元件PD是接受光信号而输出电信号的光电转换元件。作为受光元件PD，可以 使用例如发光二极管、光电晶体管、受光1C等。受光元件ro搭载在芯片搭载部(模垫)DP2上。 芯片搭载部DP2是包含例如铜(Cu)等金属的板状部件。受光元件PD通过芯片粘接材料固定 (粘接、固定)在芯片搭载部DP2上。芯片粘接材料(安装材料)是导电性的粘接材料(导电性 糊）。在芯片搭载部DP2的周围，配置多条引线LD2。多条引线LD2中的1条与芯片搭载部DP2连 接。另外，受光元件的表面电极与其他引线LD2分别通过电线W2电连接。电线W2是包含例 如金(Au)等金属材料的线形部件(金属细线）。
[0061] 受光元件PD和发光元件LED以互相面对的方式配置。即，如图1所示，芯片搭载部 DPI和DP2以彼此隔着一定间距的方式上下配置，在芯片搭载部DPI的下侧配置发光元件 LED，在芯片搭载部DP2的上侧配置受光元件。予以说明，发光元件LED被灌封树脂PR覆盖。 灌封树脂PR为透光性树脂。
[0062]灌封树脂PR与受光元件PD之间的空间以及它们的外周被内模树脂（透光性模树 月旨)MRI密封。另外，内模树脂MRI的外周被外模树脂(遮光性模树脂)MRO密封。
[0063] 作为内模树脂MRI，可使用环氧树脂固化物(环氧树脂组合物的固化物）。该环氧树 脂固化物不含氧化钛等反射剂，且对具有光信号的波长的光具有透光性。例如，每mm厚度的 有机硅树脂固化物对具有700nm~lOOOnm范围的波长的光的透过率为10%以上。另外，每mm 厚度的有机硅树脂固化物对具有700nm~lOOOnm范围的波长的光的反射率为90%以下。
[0064] 另外，该环氧树脂固化物可通过使环氧树脂组合物中的主剂与固化剂反应来形 成。通过将主剂(环氧树脂）中的环氧基间经由固化剂交联，可使其固化和高分子化。每种主 剂和固化剂可以是单体、2~5聚体、低聚物(20聚体以下)和预聚物中的任一种。
[0065] 作为主剂，使用芳环比例小的化合物。作为芳环比例小的主剂，可以使用例如脂环 族环氧树脂(例如，二环戊二烯系环氧树脂等）、具有含氮环的环氧树脂(例如，三嗪环系环 氧树脂等)等。作为二环戊二烯系环氧树脂，可使用以下的由式（1)表示的化合物。或者，作 为主剂，可以使用不包括芳环的化合物。
[0066]
[0067] 作为固化剂，使用芳环比例小的化合物。更优选使用不包括芳环的化合物。作为不 包括芳环的固化剂，可以使用例如酸酐固化剂等。作为酸酐固化剂，可以使用以下的式(2) 表示的化合物。 1234 υ
2 通过使用芳环比例小的化合物作为主剂，环氧树脂固化物中的芳环的比例变小， 因此可以抑制树脂的变质。 3 另外，通过使用芳环比例小的化合物作为固化剂，环氧树脂固化物中的芳环的比 例变小，因此可以抑制树脂的变质。 4 以下，说明芳环比例大的主剂与芳环比例大的固化剂的反应。通过具有作为主剂 的下式(3)表示的化合物和作为固化剂的下式(4)表示的化合物的组合物的反应，可以生成 作为环氧树脂固化物的下式(5)表示的化合物。即，式(3)表示的化合物中的环氧基与式(4) 表示的化合物中的0Η基反应，从而进行聚合反应(参照式(3)、式(4)和式(5)中的虚线包围 的部分）。
[0072]
[0073] 在使用这样的芳环比例大的主剂和这样的芳环比例大的固化剂时，环氧树脂固化 物中的芳环的比例变大。
[0074] 另一方面，通过使用芳环比例小的主剂和芳环比例小的固化剂，可减小环氧树脂 固化物中的芳环的比例，由此可以抑制树脂的变质。详情如后所述。
[0075] 另外，在作为内模树脂MRI使用的环氧树脂固化物中，为了提高固化物的强度，可 以在环氧树脂组合物中混合二氧化硅等填料。另外，通过混合二氧化硅等填料，可以降低含 有金属的引线LD1或LD2与内模树脂MRI之间的热膨胀系数的差。二氧化硅等填料相对于环 氧树脂组合物(主剂、固化剂)例如以约60~90重量％的比例混合。
[0076] 另外，为了确保透光性，优选在作为内模树脂MRI使用的环氧树脂组合物中不添加 氧化钛等反射剂和碳等着色剂。
[0077]为了防止来自外部的光的入射，以覆盖内模树脂MRI的方式提供外模树脂MR0。因 此，外模树脂MR0具有遮光性。作为外模树脂MR0,可以使用例如黑色的环氧树脂固化物等。
[0078] 在本实施方式的光耦合装置中，通过引线LD1，将电信号供给发光元件LED，发光元 件LED响应电信号而发光。通过该发光元件LED发出的光经由灌封树脂(有机硅树脂固化物） PR和内模树脂(环氧树脂固化物)MRI入射到受光元件PD中。然后，在受光元件PD中，光转换 为电信号，将该电信号经由引线LD2传递到连接有引线LD2的装置(未图示）中。
[0079] [制法说明]
[0080] 图2~图10是显示本实施方式的光耦合装置的制造步骤的截面图或平面图。
[0081 ]如图2所示，在引线框LF的芯片搭载部DPI上搭载发光元件LED。例如，在引线框LF 的芯片搭载部DPI上涂布芯片粘接材料(未图示），在其上搭载并固定发光元件LED。引线框 LF具有芯片搭载部DPI与配置在该DPI外周的引线LD1的多个组合通过框F连接的结构。在该 引线框LF的芯片搭载部DPI上搭载发光元件LED。引线框LF的形状没有限制，例如，可以如图 3所示那样使用引线框LF。如图3所示，在芯片搭载部DPI的周围配置2条引线LD1，2条引线 LD1中的1条与芯片搭载部DPI连接。
[0082]接着，如图4和图5所示，将发光元件LED的表面电极和引线LD1通过电线W1连接在 一起（引线接合步骤）。在图5中，用圆形示出发光元件LED的表面电极。
[0083]接着，如图6所示，在芯片搭载部DPI上的发光元件LED上滴落液状或糊状的灌封树 脂PR，从而用灌封树脂PR覆盖发光元件LED。作为灌封树脂PR，例如使用有机硅树脂固化物 等。例如，涂布液状的有机硅树脂组合物，然后通过实施加热处理使之固化。加热温度为例 如约160 °C~200 °C。然后，将有机硅树脂固化物冷却至室温(常温）。
[0084]通过这样用灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR覆盖发光元件LED，可以保护发光元 件LED。尤其是，对于发光元件LED来说，大多使用GaAs、AlGaAs等所谓的化合物半导体。这样 的化合物半导体与例如硅等半导体相比，更硬且脆。因此，通过用柔软的有机硅树脂固化物 覆盖使用这样的材料的发光元件LED，可以缓和施加到发光元件LED上的应力。有机硅树脂 固化物与环氧树脂固化物相比，柔软性更高。尤其是，由于施加应力可能导致发光元件LED 的发光特性劣化，通过用柔软的有机硅树脂固化物覆盖发光元件LED，可以抑制发光特性劣 化。另外，通过只覆盖发光元件LED的附近，可以抑制由于与内部树脂之间的热膨胀差而产 生的变形。
[0085]接着，在芯片搭载部DP2上搭载受光元件PD。例如，如图7所示，在引线框LF的芯片 搭载部DP2上涂布芯片粘接材料(未图示），在其上搭载和固定受光元件ro。用于受光元件ro 的引线框LF具有芯片搭载部DP2和配置在该DP2外周的多条引线LD2的多个组合通过框F连 接的结构。接着，将连接受光元件的多个表面电极和多条引线LD2分别通过电线W2连接在 一起（引线接合步骤）。
[0086]在此，在芯片搭载部DPI上搭载发光元件LED后，在芯片搭载部DP2上搭载受光元件 PD，但这些步骤的顺序并不限定于此。另外，虽然在图7中未在受光元件PD上形成灌封树脂 PR，但是，可以在受光元件ro上形成灌封树脂PR。然而，在使用例如硅等半导体作为受光元 件ro时，不大可能发生应力变形。因此，可以省略灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR。
[0087]接着，如图8所示，使其上搭载有发光元件LED的引线框LF与其上搭载有受光元件 PD的引线框LF彼此对置，以通过成形模具Ml来夹持双方的引线框LF。在此，根据需要，可以 通过加压加工等将2条引线框LF的引线LD1、LD2加工成期望的形状。
[0088]在通过成形模具Ml夹持2条引线框LF的情况下，向成形模具Ml间的空间（空腔）内 注入(填充)环氧树脂组合物，然后将该树脂组合物实施加热处理，以形成内模树脂MRI。将 在成形模具Ml内形成的空间中供给密封树脂并使之如上述那样固化的密封方法称为传递 模塑法。
[0089] 在此，本实施方式中，作为内模树脂MRI使用环氧树脂固化物。特别是使用由上述 的各自芳环比例小的主剂与固化剂的反应(热固化、聚合、交联、高分子化)形成的环氧树脂 固化物。本实施方式的情况也是使主剂中的环氧基与固化剂反应而进行聚合。该反应通过 加热进行。通过这样来缩小环氧树脂固化物中的芳环的比例，如后述的那样，可以抑制树脂 的变质。由此，可以抑制环氧树脂固化物的透光性的下降，且可以降低光信号的传递性能的 劣化。加热温度例如为约160°C~200°C。然后，将上述环氧树脂冷却至室温。
[0090] 在该步骤中，发光元件LED和受光元件ro通过内模树脂MRI彼此一体化。具体地，在 灌封树脂PR和受光元件ro之间形成内模树脂MRI。另外，以围绕灌封树脂PR和受光元件ro及 它们之间的区域的方式，形成内模树脂MRI。在发光元件LED和受光元件ro之间，配置有灌封 树脂PR和内模树脂MRI，但是由于这些树脂如前所述具有透光性，因此对光信号的传递没有 阻碍。例如，每mm厚度的各个灌封树脂PR和内模树脂MRI对具有700nm~1 OOOnm范围的波长 的光的透过率为10%以上。另外，每mm厚度的各个灌封树脂PR和内模树脂MRI对具有700nm ~lOOOnm范围的波长的光的反射率为90%以下。
[0091]通过采用这样的双模结构（由灌封树脂PR和内模树脂MRI得到的密封体结构），可 以提高耐受电压。采用双模结构的本实施方式的光耦合装置的耐受电压为例如10kv以上。
[0092] 进而，如前所述，由于使用芳环比例小的环氧树脂组合物，因此可以抑制树脂的变 质。特别是如车载用光耦合装置那样即使在高温环境下使用本发明装置的情况下，也可以 抑制树脂的变质，并可以抑制光的传递特性的下降。
[0093] 因此，可以延长装置的寿命。具体地，如后所述，在高温长时间保存试验中，特性可 以在150 °C维持10000小时以上。
[0094]接着，如图9所示，通过成形模具M2来夹持从内模树脂MRI突出的引线框LF。在该状 态下，在成形模具M2间的空间（空腔）内且在内模树脂MRI的外周，注入环氧树脂组合物，然 后实施加热处理。由此，形成覆盖内模树脂MRI的外模树脂MR0。作为外模树脂MR0，可以使用 例如黑色的环氧树脂固化物等。在该外模树脂MR0中，芳环的比例可以比内模树脂MRI大。作 为外模树脂MR0,例如可以使用这样的固化物:作为主剂使用上述的式(3)表示的化合物、作 为固化剂使用上述的式(4)表示的化合物、向它们中添加碳等着色剂而形成的组合物的固 化物。例如，向成形模具M2间的空间（空腔）内注入上述组合物，然后实施加热处理。加热温 度为例如约160°C~200°C。然后，将上述环氧树脂固化物冷却至室温。
[0095] 接着，如图10所示，从引线框LF切割出引线LD1、LD2，将从外模树脂MR0突出的引线 (外引线部)LD1、LD2弯曲。在此，可以在切断引线LD1、LD2的同时将它们弯曲。
[0096] 通过以上的步骤，可以形成本实施方式的光耦合装置。
[0097] 如上所述，在本实施方式中，使用芳环比例小的环氧树脂固化物作为内模树脂 MRI，因此可以抑制内模树脂MRI的改性。
[0098] 图11为示出比较例1的光耦合装置的构成的截面图。在图11的光耦合装置中，例 如，作为内模树脂MRI，使用芳环比例大的环氧树脂组合物。
[0099] 芳环比例大的环氧树脂固化物的例子包括:主剂中使用含苯环的环氧树脂(例如， 邻甲酚醛型环氧树脂等）的固化物、使用酚类固化剂作为固化剂的固化物、上述式(5)表示 的化合物的固化物等。在使用这样的环氧树脂固化物的情况下，在灌封树脂PR和内模树脂 MRI之间产生间隙。
[0100] 参照图12说明这样的间隙的产生。图12(A)~12(C)是示出树脂界面的间隙发生机 理的示意图。覆盖图12(A)所示的发光元件LED的灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR的表面没 有化学键，因此，灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR与内模树脂(环氧树脂固化物)MRI没有化 学键合。另外，这些树脂是彼此不同的材料，因此它们的热膨胀系数彼此不同。例如，有机硅 树脂(400ppm)和环氧树脂(22ppm)的热膨胀系数彼此相差1个数量级以上。因此，如图12(B) 所示，在形成内模树脂(环氧树脂固化物)MRI的过程中，将其加热、然后冷却至室温时，在灌 封树脂(有机硅树脂固化物)PR和内模树脂(环氧树脂固化物)MRI之间的界面剥落，由此产 生间隙S(图12(C))。
[0101] 另外，在树脂间产生间隙S时，由于间隙S内的空气(氧）的影响，内模树脂(环氧树 脂固化物)MRI变色。参照图13(A)至图14说明该变色。图13(A)~13(C)是示出树脂变色机理 的示意图。图14是示意性示出芳环的氧化变色反应的图。如图13(A)所示，在灌封树脂(有机 硅树脂固化物)PR和内模树脂(环氧树脂固化物)MRI之间的界面产生间隙S的情况下，空气 (氧)侵入间隙的内部（图13(B))。由于该氧，环氧树脂发生氧化变色。特别是芳环的反应性 高，由氧化产生的碳化合物基团（自由基)与芳环(苯环)结合，以致切断C = C键、C-C键、C-R 键等（图14)。苯环因 π电子而具有高的电子密度，从而容易被自由基攻击。通过该反应，产生 新的碳化合物基团（自由基），使得环氧树脂固化物的氧化变色反应以链反应的方式进行 (图13(C))。特别是在高温的环境下，氧化变色反应易于进行。
[0102] 通过这样的环氧树脂固化物的氧化变色，环氧树脂固化物的透光性下降，且光信 号的传递性能劣化。
[0103] 图15是示出比较例2的光耦合装置的构成的截面图。如图15中所示的比较例2的光 耦合装置那样，例如在发光元件LED和受光元件PD之间配置灌封树脂(有机硅树脂固化物） PR的情况下，由于灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR和内模树脂(环氧树脂固化物)MRI之间 的界面产生于发光元件LED的两侧，因此环氧树脂固化物受氧化变色反应的影响小。换言 之，不会产生光信号的传输路径交差于发光元件LED和受光元件PD之间而导致的环氧树脂 固化物的变色。然而，在发光元件LED和受光元件ro之间配置灌封树脂(有机硅树脂固化物） PR的比较例2的结构中，介由间隙S在发光侧和受光侧之间产生火花，导致耐受电压下降。
[0104] 另一方面，如本实施方式这样，通过采用双模结构（由灌封树脂PR和内模树脂MRI 构成的密封体结构），可以提高耐受电压。进而，在使用芳环比例小的环氧树脂固化物的情 况下，可以抑制上述氧化变色反应的进行。由此，可以抑制光信号的传递性能的劣化。另外， 即使在高温的环境下，也能抑制光信号的传递性能的劣化，由此可以延长高温下的寿命。例 如，在高温长时间保存试验中，特性可以在150°C维持10000小时以上。
[0105] 图16(A)~16(C)是示出抑制树脂变色的机理的示意图。如图16(A)所示，通过使用 芳环比例小的环氧树脂固化物，即使产生间隙S，环氧树脂固化物的氧化变色反应也不大可 能进行，因此，可以抑制环氧树脂固化物的氧化变色。
[0106] 为了缩小环氧树脂固化物中的芳环的比例，如图16(B)所示，将主剂中的芳环置换 为脂环族化合物。例如，将苯环置换为二环戊二烯。另外，为了缩小环氧树脂固化物中的芳 环的比例，如图16(C)所示，将固化剂从具有芳环的化合物变更为不包括芳环的化合物。例 如，将苯酚变更为酸酐。
[0107] (实施例）
[0108] 在表1中，示出芳环比例小的环氧树脂固化物的氧化变色试验结果。作为环氧树脂 组合物，使用环氧树脂组合物A、环氧树脂组合物B、环氧树脂组合物C这3种。每种环氧树脂 组合物均具有芳环比例降低的主剂和芳环比例降低的固化剂。作为比较例(Ref)，芳环比例 大的环氧树脂组合物，具体地，具有含邻甲酚醛清漆的主剂和含有苯酚的固化剂的环氧树 脂组合物也同样地进行试验。
[0109] 使每种环氧树脂组合物固化，将1mm厚的该固化物的试片在150°C恒温槽(空气中） 中放置500小时。在该试验中，将环氧树脂固化物的表面暴露在空气中，因此，本试验是比制 品状态下进行的试验加速的试验。在制品状态下，内模树脂(环氧树脂固化物)MRI被外模树 月旨MRO覆盖，空气(氧）的供给路径极少，因此变色进行得比表1中所示的值慢。例如，制品状 态中150°CX10000小时后的环氧树脂固化物的变色的程度与本试验中在150°CX500小时 后试片中的环氧树脂固化物的颜色对应。
[0110] [表 1]
[0111]
[0112] ~如表1所示，在比较例(Ref)的情况下，初期阶段为白色的试片随着经过24小时、48 小时、168小时、300小时、500小时的时间，进行变色，试片500小时后变成深褐色。
[0113] 另一方面，关于芳环比例降低的环氧树脂组合物，确认使用组合物A~C任一种的 试片(环氧树脂固化物)经过500小时后没有发生变色。由此判明，通过使用芳环比例降低的 环氧树脂固化物，可以在制品状态下在150 °C维持10000小时以上的特性。
[0114] (总结）
[0115] 这样，通过使用芳环比例小的化合物作为主剂(环氧树脂），环氧树脂固化物中的 芳环的比例变小，从而可以抑制树脂的变质。
[0116] 芳环比例小的环氧树脂的例子包括:含有芳环和脂环式化合物的环氧树脂。另外， 使该环氧树脂固化而形成的环氧树脂固化物含有芳环和脂环式化合物。环氧树脂或固化物 中的脂环式化合物的比例优选为20%以上。脂环式化合物的比例（脂环式化合物的数量/环 氧树脂或固化物中的芳环数量和脂环式化合物数量的合计）用X 100%计算。或者，可以使 用不包括芳环的环氧树脂或固化物。
[0117] 上述的邻甲酚醛型环氧树脂(主剂)如式(6)所示。
[0118] 、.
r
[0119] 为了降低芳环的比例，代替式(6)表示的化合物，使用上述由式（1)表示的化合物 (二环戊二烯型环氧树脂(主剂））。即，将苯环的部分置换为二环戊二烯(参照图16(B))。
[0120] 在这种情况下，在主剂中的重复单元结构(括号内的结构）中，芳环和脂环式化合 物的比例为1:1。例如，当用A表示芳环、用B表示脂环式化合物时，该结构为-(A-B)n-。在这 种情况下，脂环式化合物的比例为约50%。
[0121] 或者，可以用使用含氮环（例如，三嗪环）的环氧树脂来代替芳环。在这种情况下， 芳环的比例减小。芳环比例小的环氧树脂的例子包括含有芳环和含氮环的环氧树脂。通过 固化该环氧树脂而形成的环氧树脂固化物含有芳环和含氮环。环氧树脂或固化物中的含氮 环的比例优选为20%以上。或者，可以使用不包括芳环的环氧树脂或固化物。
[0122] 另外，使用不包括芳环的化合物(例如，酸酐)等作为固化剂。
[0123] 在本实施方式中，将环氧树脂固化物用作内模树脂MRI，但也可以将有机硅树脂固 化物用作内模树脂MRI。有机硅树脂固化物不含氧化钛等反射剂，对具有光信号的波长的光 具有透光性。例如，每_厚度的有机硅树脂固化物对于具有700nm~lOOOnm范围的波长的光 的透过率为10 %以上。另外，每mm厚度的有机娃树脂固化物对于具有700nm~1 OOOnm范围的 波长的光的反射率为90%以下。有机硅树脂固化物的原子间的结合能比环氧树脂固化物 大，因此与环氧树脂固化物相比不易分解。另外，有机硅树脂固化物即使在分解(氧化)的情 况下，由于变成了Si0 2这样的透光性高的化合物，因此不易发生变色。因此，可以减少光信 号的传递性能的劣化。
[0124] (实施方式2)
[0125] 本实施方式中，说明实施方式1的光耦合装置的应用例。
[0126] 在实施方式1中，使用有机硅树脂固化物作为灌封树脂PR，在有机硅树脂固化物 中，可以使用邵氏A硬度为15~30的橡胶状的有机硅树脂固化物作为灌封树脂PR。
[0127] 通过使用这样的有机硅树脂固化物，除了实施方式1的效果(提高耐受电压，延长 高温寿命)以外，可以进一步稳定光信号的传递特性。
[0128] 也考虑了使用例如凝胶状的、柔软的、低硬度(邵氏A硬度低于20)的有机硅树脂固 化物。通过使用这样的凝胶状的、柔软的、具有低硬度的有机硅树脂固化物，可以追随内模 树脂(环氧树脂固化物)MRI的表面的凹凸而使灌封树脂(有机硅树脂固化物)PR变形。此时， 可以填埋实施方式1中说明的树脂间的间隙（树脂可紧密贴合在一起），由此能够降低氧的 侵入，并能减少内模树脂(环氧树脂固化物)MRI的变色。
[0129] 但是，凝胶状的、柔软的、具有低硬度的有机硅树脂固化物具有粘性，因此，由于温 度变化(温度的上下变化、回流、温度循环等），树脂间的接合面的位置容易变动。例如，如图 17(A)~17(C)所示，当温度变化时（例如，常温(25°C) -回流温度(260°C)-冷却（25°C))， 位于光信号的传递路径中的间隙S的位置和大小发生变化。这种情况下，光信号的传递特性 发生变化。还可能引起内聚破坏。图17(A)~17(C)是表示使用低硬度的有机硅树脂固化物 时的间隙状态的示意图。
[0130] 另一方面，如图18(A)~18(C)所示，当使用具有一定程度的高度、例如邵氏A硬度 15~30的橡胶状的有机硅树脂固化物时，与使用低硬度的有机硅树脂固化物的情况相比， 可能产生间隙S，并可能受到氧的影响，但是间隙S的位置和大小的变化减少。另外，关于受 氧的影响，通过降低实施方式1中说明的环氧树脂固化物中的芳环比例，可以避免树脂变色 的问题。图18(A)~18(C)是示出使用本实施方式的有机硅树脂固化物时的间隙状态的示意 图。
[0131] 这样，通过组合例如邵氏A硬度为15~30的橡胶状的有机硅树脂固化物和芳环比 例低的环氧树脂固化物，除了实施方式1的效果以外，还可以稳定化光信号的传递特性。
[0132] (实施方式3)
[0133] 本实施方式中，说明实施方式1或实施方式2中说明的光耦合装置的应用例。实施 方式1或实施方式2中说明的光耦合装置的应用场所没有特别限制，例如，本装置可用于以 下说明的电力转换系统。
[0134] 图19是显示本实施方式的电力转换系统（电力转换装置)的一例的说明图（电路方 框图）。
[0135] 图19所示的电力转换系统具有电动机Μ0Τ等负荷、逆变器(增幅电路部）INV、电源 BAT、控制器(控制电路)CTC、和光耦合器(光耦合装置、光耦合部)PC。在此，作为电动机Μ0Τ， 使用三相电动机。三相电动机以通过相位彼此不同的三相电压驱动的方式构成。光耦合器 PC是插入到构成逆变器INV的电路和构成控制器CTC的电路之间的光耦合部。光耦合器PC具 有使逆变器INV和控制器CTC彼此之间电绝缘、而且从控制器CTC向逆变器INV传递信号的功 能。
[0136] 在图19的电力转换系统中，电源BAT与逆变器INV连接，从而使电源BAT的电压（电 力）被供给到逆变器INV。另外，通过在电源BAT和逆变器INV之间插入未图示的变流器或继 电器，可以转换供给到逆变器INV的电压，或开关电源BAT和逆变器INV的连接状态。
[0137] 电动机Μ0Τ与逆变器INV连接，使得从电源BAT供给到逆变器INV的直流电压(直流 电力)通过逆变器INV变换为交流电压(交流电力），以供给到电动机Μ0Τ。电动机Μ0Τ被从逆 变器INV供给的交流电压(交流电力)驱动。
[0138] 控制器(控制器)CTC也与逆变器INV连接，通过该控制器CTC，控制逆变器INV。即， 从电源BAT向逆变器INV供给直流电压(直流电力），将其通过由控制器CTC控制的逆变器INV 转换为交流电压(交流电力），然后供给到电动机Μ0Τ，从而可以驱动电动机Μ0Τ。控制器CTC 例如由ECU(Electronic Control Unit:电子控制单元）构成，且内置有MCU(Micro Contro 11 er Unit:微控制单元)等控制用半导体芯片。
[0139] 逆变器INV具有与三相对应的6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Trans istor: 绝缘栅双极型晶体管）1 〇。即，在三相的各相中，在从电源BAT供给到逆变器INV的电源电位 (VCC)与电动机Μ0Τ的输入电位之间、以及在电动机Μ0Τ的输入电位与接地电位(GND)之间分 别连接有IGBT 10。
[0140] 通过用控制器CTC控制流过IGBT 10的电流，驱动(旋转）电动机Μ0Τ。即，通过用控 制器CTC控制IGBT 10的开/关，可以驱动电动机Μ0Τ。
[0141] 这种情况下，当驱动电动机Μ0Τ的相对大的电流流过的逆变器INV与控制信号等相 对小的电流流过的控制器CTC电连接在一起时，有可能在控制器CTC 一侧产生噪音。
[0142] 因此，如图19所示，通过插入具有使逆变器INV和控制器CTC之间相互电绝缘、且能 够从控制器CTC向逆变器INV传递信号的功能的光耦合器PC，可以提高电力转换系统的可靠 性。
[0143] 进而，作为用于上述电力转换系统的光耦合器PC，通过使用实施方式1或实施方式 2中说明的光耦合装置，可以提高电力转换系统的可靠性。
[0144] 以上，基于优选实施方式具体说明了本发明人的发明，但本发明并不限定于这些 优选实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内对本发明进行各种变更。例如，在实施方 式1中，例示了光耦合器来作为光耦合装置，然而也可以将实施方式1中说明的树脂应用于 光M0SFET。
[0145] 附图标记
[0146] 10 IGBT
[0147] BAT 电源
[0148] CTC控制器
[0149] DPI芯片搭载部
[0150] DP2芯片搭载部
[0151] INV逆变器
[0152] LD1 引线
[0153] LD2 引线
[0154] LED发光元件 [0155] LF引线框 [0156] Ml成形模具 [0157] M2成形模具
[0158] Μ0Τ电动机
[0159] MRI内模树脂
[0160] MR0外模树脂
[0161] PC光耦合器
[0162] PD受光元件
[0163] PR灌封树脂
[0164] S 间隙
[0165] W1 电线
[0166] W2 电线
【主权项】
1. 光耦合装置，其包括： 搭载在第1搭载部上的第1元件， 与上述第1元件电连接的第1引线， 覆盖上述第1元件的第1树脂， 搭载在第2搭载部上的第2元件， 与上述第2元件电连接的第2引线，和 配置在上述第2元件和上述第1树脂之间的第2树脂； 其中，上述第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性，且 上述第2树脂含有芳环、和脂环式化合物。2. 权利要求1所述的光耦合装置，其中，上述第2树脂不包括芳环。3. 权利要求1所述的光耦合装置，其中，上述环氧树脂为由式(1)表示的环氧树脂，4. 权利要求3所述的光耦合装置，其中，上述固化剂不包括芳环。5. 权利要求1所述的光耦合装置，其中，上述第1树脂为有机硅树脂固化物。6. 权利要求1所述的光親合装置，其中，每mm厚的上述第2树脂对于具有700nm~1000 nm 范围的波长的光的透过率为10%以上。7. 权利要求1所述的光耦合装置，其中，每mm厚的上述第2树脂对于具有700nm~1000 nm 范围的波长的光的反射率为90%以下。8. 光耦合装置的制造方法，包括以下步骤： (a) 提供具有第1搭载部和第1引线的第1引线框以及具有第2搭载部和第2引线的第2引 线框， (b) 在上述第1搭载部上搭载第1元件， (c) 在上述第1元件上形成第1树脂， (d) 在上述第2搭载部上搭载第2元件， (e) 使上述第1元件上的第1树脂与上述第2元件彼此对置，以便在上述第2元件和上述 第1树脂之间形成第2树脂； 其中，上述第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性， 上述环氧树脂含有芳环、和脂环式化合物。9. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，上述(e)步骤为通过用上述固化剂 热固化上述环氧树脂而形成上述第2树脂的步骤。10. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，上述环氧树脂不包括芳环。11. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，上述环氧树脂为由式（1)表示的环 氧树脂，12. 权利要求11所述的光耦合装置的制造方法，其中，上述固化剂不包括芳环。13. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，上述第1树脂为有机硅树脂固化 物。14. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，每mm厚的上述第2树脂对于具有 700nm~1000 nm范围的波长的光的透过率为10%以上。15. 权利要求8所述的光耦合装置的制造方法，其中，每mm厚的上述第2树脂对于具有 700nm~1000 nm范围的波长的光的反射率为90%以下。16. 电力转换系统，其包括增幅电路部和与上述增幅电路部连接的光耦合部，其中，上 述光耦合部具有： 搭载在第1搭载部上的第1元件， 与上述第1元件电连接的第1引线， 覆盖上述第1元件的第1树脂， 搭载在第2搭载部上的第2元件， 与上述第2元件电连接的第2引线，和 配置在上述第2元件和上述第1树脂之间的第2树脂； 其中，上述第2树脂是具有环氧树脂和固化剂的组合物的固化物，且具有透光性， 上述第2树脂含有芳环、和脂环式化合物。
【文档编号】H01L31/12GK105932073SQ201511005839
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月29日
【发明人】野邑由起夫
【申请人】瑞萨电子株式会社