特許 7562493 光結合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-27

(45)【発行日】2024-10-07

(54)【発明の名称】光結合装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/12 20060101AFI20240930BHJP

【ＦＩ】

H01L31/12 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021150777

(22)【出願日】2021-09-16

(65)【公開番号】P2023043263

(43)【公開日】2023-03-29

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】蔡 譽寧

(72)【発明者】

【氏名】高橋 佳子

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２５１７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９８３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５０２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２９２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３３１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３１２６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リードフレームと、
リードフレームに設けられた発光素子と、
前記発光素子と対向する位置に設けられ、前記発光素子から発生した光を受光する受光素子と、
前記リードフレームに設けられる第１樹脂部であって、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに前記発光素子を囲む第１部分と、前記第１方向に沿って見たときに前記第１部分と前記発光素子との間に位置する第２部分と、を有し、前記第１部分の前記第１方向に沿う第１厚さは、前記第２部分の前記第１方向に沿う第２厚さよりも大きい、前記第１樹脂部と、
前記第１方向において前記発光素子と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第２樹脂部と、
前記第１方向において前記第２樹脂部と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第３樹脂部と、
前記発光素子、前記受光素子、前記第１樹脂部、前記第２樹脂部、及び前記第３樹脂部を収容し、遮光性を有する第４樹脂部と、
を備え、
前記第１厚さは、１μｍ以上３５μｍ以下であり、
前記第２厚さは、０．１μｍ以上２０μｍ以下である、光結合装置。

【請求項2】

リードフレームと、
リードフレームに設けられた発光素子と、
前記発光素子と対向する位置に設けられ、前記発光素子から発生した光を受光する受光素子と、
前記リードフレームに設けられる第１樹脂部であって、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに前記発光素子を囲む第１部分と、前記第１方向に沿って見たときに前記第１部分と前記発光素子との間に位置する第２部分と、を有し、前記第１部分の前記第１方向に沿う第１厚さは、前記第２部分の前記第１方向に沿う第２厚さよりも大きい、前記第１樹脂部と、
前記第１方向において前記発光素子と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第２樹脂部と、
前記第１方向において前記第２樹脂部と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第３樹脂部と、
前記発光素子、前記受光素子、前記第１樹脂部、前記第２樹脂部、及び前記第３樹脂部を収容し、遮光性を有する第４樹脂部と、
を備え、
前記第１厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記第２厚さは、５μｍ以上８５μｍ以下である、光結合装置。

【請求項3】

リードフレームと、
リードフレームに設けられた発光素子と、
前記発光素子と対向する位置に設けられ、前記発光素子から発生した光を受光する受光素子と、
前記リードフレームに設けられる第１樹脂部であって、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに前記発光素子を囲む第１部分と、前記第１方向に沿って見たときに前記第１部分と前記発光素子との間に位置する第２部分と、を有し、前記第１部分の前記第１方向に沿う第１厚さは、前記第２部分の前記第１方向に沿う第２厚さよりも大きい、前記第１樹脂部と、
前記第１方向において前記発光素子と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第２樹脂部と、
前記第１方向において前記第２樹脂部と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第３樹脂部と、
前記発光素子、前記受光素子、前記第１樹脂部、前記第２樹脂部、及び前記第３樹脂部を収容し、遮光性を有する第４樹脂部と、
を備え、
前記第１樹脂部は、分子量が１０，０００以上１００，０００以下の樹脂を含み、
前記樹脂は、芳香族ポリアミドイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアミド系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含む、光結合装置。

【請求項4】

リードフレームと、
リードフレームに設けられた発光素子と、
前記発光素子と対向する位置に設けられ、前記発光素子から発生した光を受光する受光素子と、
前記リードフレームに設けられる第１樹脂部であって、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに前記発光素子を囲む第１部分と、前記第１方向に沿って見たときに前記第１部分と前記発光素子との間に位置する第２部分と、を有し、前記第１部分の前記第１方向に沿う第１厚さは、前記第２部分の前記第１方向に沿う第２厚さよりも大きい、前記第１樹脂部と、
前記第１方向において前記発光素子と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第２樹脂部と、
前記第１方向において前記第２樹脂部と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第３樹脂部と、
前記発光素子、前記受光素子、前記第１樹脂部、前記第２樹脂部、及び前記第３樹脂部を収容し、遮光性を有する第４樹脂部と、
を備え、
前記第１樹脂部は、
光透過性を有し、熱膨張係数が３０ｐｐｍ／Ｋ以上１００ｐｐｍ／Ｋ以下のエポキシ樹脂と、
光透過性を有し、熱膨張係数が０．３ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下であり、粒径が０．１μｍ以上１５μｍ以下のシリカ系の無機フィラーと、
を含む、光結合装置。

【請求項5】

リードフレームと、
リードフレームに設けられた発光素子と、
前記発光素子と対向する位置に設けられ、前記発光素子から発生した光を受光する受光素子と、
前記リードフレームに設けられる第１樹脂部であって、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに前記発光素子を囲む第１部分と、前記第１方向に沿って見たときに前記第１部分と前記発光素子との間に位置する第２部分と、を有し、前記第１部分の前記第１方向に沿う第１厚さは、前記第２部分の前記第１方向に沿う第２厚さよりも大きい、前記第１樹脂部と、
前記第１方向において前記発光素子と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第２樹脂部と、
前記第１方向において前記第２樹脂部と前記受光素子との間に設けられ、光透過性を有する第３樹脂部と、
前記発光素子、前記受光素子、前記第１樹脂部、前記第２樹脂部、及び前記第３樹脂部を収容し、遮光性を有する第４樹脂部と、
を備え、
前記第２樹脂部は、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有するシリコーンと、を含み、
前記第３樹脂部は、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有する無機フィラーと、を含み、
前記第４樹脂部は、エポキシ樹脂と、遮光性を有する無機フィラーと、を含む、光結合装置。

【請求項6】

前記第１厚さは、１μｍ以上３５μｍ以下であり、
前記第２厚さは、０．１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項３～５のいずれか１つに記載の光結合装置。

【請求項7】

前記第１厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記第２厚さは、５μｍ以上８５μｍ以下である、請求項３～５のいずれか１つに記載の光結合装置。

【請求項8】

前記第１樹脂部は、分子量が１０，０００以上１００，０００以下の樹脂を含み、
前記樹脂は、芳香族ポリアミドイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアミド系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項４または５に記載の光結合装置。

【請求項9】

前記第１樹脂部は、
光透過性を有し、熱膨張係数が３０ｐｐｍ／Ｋ以上１００ｐｐｍ／Ｋ以下のエポキシ樹脂と、
光透過性を有し、熱膨張係数が０．３ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下であり、粒径が０．１μｍ以上１５μｍ以下のシリカ系の無機フィラーと、
を含む、請求項５に記載の光結合装置。

【請求項10】

前記第１樹脂部は、光透過性を有し、
前記第１樹脂部の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記発光素子と重なる、請求項１～９のいずれか１つ記載の光結合装置。

【請求項11】

前記第１樹脂部の熱膨張係数は、１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１～１０のいずれか１つに記載の光結合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光結合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リードフレームに設けられた発光素子を樹脂で覆うことで保護した光結合装置がある。このような光結合装置において、信頼性の向上が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６４１６８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、信頼性を向上できる光結合装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る光結合装置は、リードフレームと、発光素子と、受光素子と、第１樹脂部と、第２樹脂部と、第３樹脂部と、第４樹脂部と、を備える。発光素子は、リードフレームに設けられる。受光素子は、発光素子と対向する位置に設けられ、発光素子から発生した光を受光する。第１樹脂部は、リードフレームに設けられる。第１樹脂部は、第１部分と、第２部分と、を有する。第１部分は、発光素子と受光素子とを結ぶ第１方向に沿って見たときに発光素子を囲む。第２部分は、第１方向に沿って見たときに第１部分と発光素子との間に位置する。第１部分の第１方向に沿う第１厚さは、第２部分の第１方向に沿う第２厚さよりも大きい。第２樹脂部は、第１方向において発光素子と受光素子との間に設けられ、光透過性を有する。第３樹脂部は、第１方向において第２樹脂部と受光素子との間に設けられ、光透過性を有する。第４樹脂部は、発光素子、受光素子、第１樹脂部、第２樹脂部、及び第３樹脂部を収容し、遮光性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る光結合装置の一部を示す断面図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。

【図4】第２実施形態に係る光結合装置の一部を示す断面図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第３実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、第１実施形態に係る光結合装置１００は、第１リードフレーム１１と、発光素子１２と、第１接着層１３と、第１ボンディングワイヤ１４と、第２リードフレーム２１と、受光素子２２と、第２接着層２３と、第２ボンディングワイヤ２４と、第１樹脂部３０と、第２樹脂部４０と、第３樹脂部５０と、第４樹脂部６０と、を備えている。なお、図１（ｂ）では、第１リードフレーム１１、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、及び第１樹脂部３０のみを表している。

【0009】

以下、発光素子１２と受光素子２２とを結ぶ方向を第１方向とする。第１方向は、例えば、Ｚ方向である。また、第１方向と直交する方向の１つを第２方向とする。第２方向は、例えば、Ｘ方向である。また、第１方向及び第２方向と直交する方向を第３方向とする。第３方向は、例えば、Ｙ方向である。

【0010】

第１リードフレーム１１は、光結合装置１００の端子を構成している。第１リードフレーム１１は、発光素子１２を支持している。第１リードフレーム１１は、例えば、金属または合金を含む。第１リードフレーム１１は、例えば、銅を含む。第１リードフレーム１１は、例えば、銅または鉄を含む合金を含む。

【0011】

第１リードフレーム１１は、支持部１１ａと、端子部１１ｂと、を有する。支持部１１ａは、第４樹脂部６０の内部に位置している。端子部１１ｂは、第４樹脂部６０の外部に位置している。第１リードフレーム１１は、支持部１１ａにおいて、発光素子１２を支持する。

【0012】

発光素子１２は、第１リードフレーム１１に設けられる。発光素子１２は、外部からの電気信号により発光する半導体素子である。発光素子１２は、例えば、発光ダイオードである。発光素子１２は、発光素子が実装された基板と、発光素子周辺の回路が実装された基板とを一つのパッケージに収納したチップでもよい。発光素子１２は、第１接着層１３を介して、支持部１１ａに固定される。

【0013】

第１接着層１３は、Ｚ方向において、発光素子１２と第１リードフレーム１１の支持部１１ａとの間に設けられ、発光素子１２と第１リードフレーム１１の支持部１１ａとを接着する。第１接着層１３は、例えば、接着剤が塗布されることで形成された塗布膜またはフィルム状の接着剤である。

【0014】

第１ボンディングワイヤ１４は、発光素子１２と第１リードフレーム１１とを電気的に接続する配線である。第１ボンディングワイヤ１４は、例えば、金を含む。第１ボンディングワイヤ１４の一端は、発光素子１２に接続され、第１ボンディングワイヤ１４の他端は、支持部１１ａに接続されている。

【0015】

第２リードフレーム２１は、光結合装置１００の端子を構成している。第２リードフレーム２１は、受光素子２２を支持している。第２リードフレーム２１は、例えば、金属または合金を含む。第２リードフレーム２１は、例えば、銅を含む。第２リードフレーム２１は、例えば、銅または鉄を含む合金を含む。

【0016】

第２リードフレーム２１は、支持部２１ａと、端子部２１ｂと、を有する。支持部２１ａは、第４樹脂部６０の内部に位置している。端子部２１ｂは、第４樹脂部６０の外部に位置している。第２リードフレーム２１は、支持部２１ａにおいて、受光素子２２を支持する。第２リードフレーム２１の支持部２１ａは、Ｚ方向において、第１リードフレーム１１の支持部１１ａと対向する。

【0017】

受光素子２２は、発光素子１２と対向する位置に設けられる。受光素子２２は、第２リードフレーム２１に設けられる。受光素子２２は、発光素子から発生した光を受光する素子である。受光素子２２は、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または受光ＩＣなどである。例えば、受光素子２２が受光した光量によって、受光素子２２と接続された回路のオン－オフが変化する。受光素子２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの周辺回路と接続されている。受光素子２２は、第２接着層２３を介して、支持部２１ａに固定される。

【0018】

第２接着層２３は、Ｚ方向において、受光素子２２と第２リードフレーム２１の支持部２１ａとの間に設けられ、受光素子２２と第２リードフレーム２１の支持部２１ａとを接着する。第２接着層２３は、例えば、接着剤が塗布されることで形成された塗布膜またはフィルム状の接着剤である。

【0019】

第２ボンディングワイヤ２４は、受光素子２２と第２リードフレーム２１とを電気的に接続する配線である。第２ボンディングワイヤ２４は、例えば、金を含む。第２ボンディングワイヤ２４の一端は、受光素子２２に接続され、第２ボンディングワイヤ２４の他端は、支持部２１ａに接続されている。

【0020】

第１樹脂部３０は、第１リードフレーム１１に設けられる。第１樹脂部３０は、Ｚ方向において、第１リードフレーム１１の支持部１１ａと第２リードフレーム２１の支持部２１ａとの間に設けられる。第１樹脂部３０の少なくとも一部は、Ｚ方向に沿って見たときに（すなわち、平面視において）、発光素子１２の周りに設けられる。

【0021】

この例では、第１樹脂部３０の一部は、Ｚ方向において、発光素子１２と受光素子２２との間、及び、第１接着層１３と受光素子２２との間に設けられている。つまり、この例では、第１樹脂部３０の一部は、発光素子１２及び第１接着層１３を覆っている。第１樹脂部３０は、例えば、第１リードフレーム１１、発光素子１２、及び第１接着層１３に対して、隙間なく密着している。第１樹脂部３０の形状については、後述する。

【0022】

第１樹脂部３０は、樹脂を含む。第１樹脂部３０は、例えば、光透過性を有する。第１樹脂部３０は、例えば、発光素子１２から発生する光と同じ波長の光を透過可能である。第１樹脂部３０の熱膨張係数は、例えば、１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下である。

【0023】

１つの例において、第１樹脂部３０は、有機系分子膜である。この場合、第１樹脂部３０は、例えば、分子量が１０，０００以上１００，０００以下の樹脂を含む。樹脂は、例えば、芳香族ポリアミドイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアミド系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。

【0024】

別の例において、第１樹脂部３０は、無機フィラー入りの分子膜である。この場合、第１樹脂部３０は、例えば、エポキシ樹脂と、無機フィラーと、を含む。エポキシ樹脂は、例えば、光透過性を有する。エポキシ樹脂の熱膨張係数は、例えば、３０ｐｐｍ／Ｋ以上１００ｐｐｍ／Ｋ以下である。無機フィラーは、例えば、シリカ系である。無機フィラーは、例えば、光透過性を有する。無機フィラーの粒径は、例えば、０．１μｍ以上１５μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。無機フィラーの熱膨張係数は、例えば、０．３ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下である。

【0025】

第２樹脂部４０は、Ｚ方向において、発光素子１２と受光素子２２との間に設けられる。第２樹脂部４０は、いわゆるエンキャップ樹脂である。この例では、第２樹脂部４０は、Ｚ方向において、第１樹脂部３０と受光素子２２との間に設けられている。第２樹脂部４０は、例えば、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、及び第１樹脂部３０を覆う。第２樹脂部４０は、例えば、第１ボンディングワイヤ１４及び第１樹脂部３０に対して、隙間なく密着している。第２樹脂部４０は、例えば、ドーム状に形成される。

【0026】

第２樹脂部４０は、樹脂を含む。第２樹脂部４０は、光透過性を有する。第２樹脂部４０は、例えば、発光素子１２から発生する光と同じ波長の光を透過可能である。第２樹脂部４０は、例えば、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有するシリコーンと、を含む。

【0027】

第３樹脂部５０は、Ｚ方向において、第２樹脂部４０と受光素子２２との間に設けられる。第３樹脂部５０は、いわゆるインナー樹脂である。第３樹脂部５０は、例えば、第４樹脂部６０の内部において、第１リードフレーム１１、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、第２リードフレーム２１、受光素子２２、第２接着層２３、第２ボンディングワイヤ２４、第１樹脂部３０、及び第２樹脂部４０が設けられていない空間に充填される。第３樹脂部５０は、例えば、第１リードフレーム１１、第２リードフレーム２１、受光素子２２、第２接着層２３、第２ボンディングワイヤ２４、第１樹脂部３０、及び第２樹脂部４０に対して、隙間なく密着している。

【0028】

第３樹脂部５０は、樹脂を含む。第３樹脂部５０は、光透過性を有する。第３樹脂部５０は、例えば、発光素子１２から発生する光と同じ波長の光を透過可能である。第３樹脂部５０は、例えば、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有する無機フィラーと、を含む。

【0029】

第１樹脂部３０、第２樹脂部４０、及び第３樹脂部５０は、例えば、発光素子１２から発生した光を透過可能である。これにより、第１樹脂部３０、第２樹脂部４０、及び第３樹脂部５０によって、発光素子１２から発生した光を受光素子２２が受光すること妨げることなく、発光素子１２と受光素子２２との間の空間を埋めることができ、信頼性を向上できる。

【0030】

第４樹脂部６０は、光結合装置１００の外装材である。第４樹脂部６０は、いわゆるアウター樹脂である。第４樹脂部６０の内部には、第１リードフレーム１１の支持部１１ａ、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、第２リードフレーム２１の支持部２１ａ、受光素子２２、第２接着層２３、第２ボンディングワイヤ２４、第１樹脂部３０、第２樹脂部４０、及び第３樹脂部５０が収容されている。第４樹脂部６０は、例えば、第１リードフレーム１１、第２リードフレーム２１、及び第３樹脂部５０に対して、隙間なく密着している。

【0031】

第４樹脂部６０は、樹脂を含む。第４樹脂部６０は、遮光性を有する。第４樹脂部６０は、例えば、発光素子１２から発生する光と同じ波長の光を遮光可能である。第４樹脂部６０は、例えば、不透明である。第４樹脂部６０は、例えば、エポキシ樹脂と、遮光性を有する無機フィラーと、を含む。

【0032】

第４樹脂部６０は、第４樹脂部６０の外部からの光が第４樹脂部６０の内部に届くことを抑制する。すなわち、第４樹脂部６０は、外部の光を遮光する。これにより、第４樹脂部６０は、受光素子２２が外部からの光を受光することを抑制する。

【0033】

なお、本願明細書において、「光透過性を有する」とは、光を透過しやすいことを意味する。また、本願明細書において、「遮光性を有する」とは、光を透過しにくいことを意味する。つまり、光透過性を有する物体の光透過率は、遮光性を有する物体の光透過率よりも高い。第１樹脂部３０の光透過率は、例えば、第４樹脂部６０の光透過率よりも高い。第２樹脂部４０の光透過率は、例えば、第４樹脂部６０の光透過率よりも高い。第３樹脂部５０の光透過率は、例えば、第４樹脂部６０の光透過率よりも高い。

【0034】

以下、第１樹脂部３０の形状について、さらに詳しく説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る光結合装置の一部を示す断面図である。
図２（ａ）は、図１に示した領域Ｒ１の拡大図である。
図２（ｂ）は、図１に示した領域Ｒ２の拡大図である。
図２（ａ）に表したように、第１樹脂部３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、を有する。

【0035】

第１部分３１は、Ｚ方向に沿って見たときに（すなわち、平面視において）、発光素子１２を囲む。発光素子１２を中心としたときに、第１部分３１は、発光素子１２の外側を囲む。言い換えれば、発光素子１２は、第１部分３１に囲まれた領域の内部に位置する。第１部分３１は、第１樹脂部３０の外周端部に位置する。第１部分３１は、例えば、発光素子１２を囲むように環状に設けられる。第１部分３１は、例えば、Ｚ方向において、発光素子１２と重ならない。

【0036】

第２部分３２は、Ｚ方向に沿って見たときに、第１部分３１と発光素子１２との間に位置する。発光素子１２を中心としたときに、第２部分３２は、発光素子１２の外側を囲み、かつ、第１部分３１に囲まれる。言い換えれば、第２部分３２は、第１部分３１に囲まれた領域の内部に位置し、発光素子１２は、第２部分３２に囲まれた領域の内部に位置する。第２部分３２は、第１樹脂部３０の外周端部よりも内側に位置する。第２部分３２は、例えば、第１部分３１よりも内側で発光素子１２を囲むように環状に設けられる。第２部分３２は、例えば、Ｚ方向において、発光素子１２と重ならない。

【0037】

第１部分３１のＺ方向に沿う長さを第１厚さＴ１とする。第２部分３２のＺ方向に沿う長さを第２厚さＴ２とする。第１厚さＴ１は、第２厚さＴ２よりも大きい。つまり、第１樹脂部３０は、外周端部の厚さが外周端部よりも内側の部分（中央部）の厚さよりも厚い凹形状を有する。第１樹脂部３０の厚さは、例えば、外側から内側に向かって連続的に減少する。第１厚さＴ１は、例えば、第１部分３１の最大厚さである。第２厚さＴ２は、例えば、第２部分３２の最小厚さである。

【0038】

第１厚さＴ１は、例えば、１μｍ以上３５μｍ以下である。第２厚さＴ２は、例えば、０．１μｍ以上２０μｍ以下である。第２厚さＴ２と第１厚さＴ１との差（Ｔ２－Ｔ１）は、０．１μｍ以上であることが好ましい。

【0039】

図２（ｂ）に表したように、この例では、第１樹脂部３０は、さらに第３部分３３を有する。第３部分３３は、Ｚ方向において、発光素子１２及び第１接着層１３の少なくともいずれかと重なる。第３部分３３は、必要に応じて設けられ、省略可能である。つまり、第１樹脂部３０は、発光素子１２及び第１接着層１３を覆っていてもよいし、発光素子１２及び第１接着層１３を覆っていなくてもよい。

【0040】

第３部分３３は、第１領域３３ａと、第２領域３３ｂと、第３領域３３ｃと、を有する。第１領域３３ａは、Ｚ方向において、発光素子１２と重なる。第１領域３３ａは、Ｘ方向において、発光素子１２と重ならない。第２領域３３ｂ及び第３領域３３ｃは、Ｚ方向において、第１接着層１３と重なる。第２領域３３ｂは、Ｘ方向において、発光素子１２と重なる。第３領域３３ｃは、Ｘ方向において、第１接着層１３と重なる。

【0041】

第１領域３３ａの発光素子１２との接着面と直交する方向（例えば、Ｚ方向）に沿う長さを第３厚さＴ３とする。第２領域３３ｂの発光素子１２との接着面と直交する方向（例えば、Ｘ方向）に沿う長さを第４厚さＴ４とする。第３領域３３ｃの第１接着層１３との接着面と直交する方向に沿う長さを第５厚さＴ５とする。第３厚さＴ３、第４厚さＴ４、及び第５厚さＴ５は、例えば、それぞれ、同じである。第３厚さＴ３、第４厚さＴ４、及び第５厚さＴ５は、例えば、それぞれ、第２厚さＴ２と同じであるか、第２厚さＴ２よりも小さい。

【0042】

第３厚さＴ３、第４厚さＴ４、及び第５厚さＴ５は、例えば、それぞれ、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。

【0043】

この例では、第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、第１接着層１３と重なり、発光素子１２と重ならない。つまり、第２リードフレーム２１側を上、第１リードフレーム１１側を下としたとき、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも下方に位置する。第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、発光素子１２と重なってもよい。つまり、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも上方に位置していてもよい。ただし、第１部分３１の上端は、発光素子１２の上端よりも下方に位置することが好ましい。

【0044】

以下、実施形態に係る光結合装置の作用効果について、説明する。
光結合装置において、リードフレームに設けられた発光素子をシリコーン樹脂などのエンキャップ樹脂で覆うことが行われている。このように、発光素子をエンキャップ樹脂で覆うことで、外部応力や不純物から発光素子を保護することができ、光結合装置の信頼性を向上できる。しかし、フラットなリードフレームに発光素子を設けた場合には、発光素子チップの全体を覆うようにエンキャップ樹脂をドーム状に形成することが難しい。また、エンキャップ樹脂を形成する際にエンキャップ樹脂が濡れ拡がると、エンキャップ樹脂とリードフレームとの間の密着性が低下するおそれがある。

【0045】

このような問題を解決する手段として、プレス加工などによりリードフレームに凹部を設け、この凹部に発光素子を配置し、エンキャップ樹脂で覆うことが考えられる。しかし、プレス加工によってリードフレームに凹部を形成すると、リードフレームに銅が含まれる場合には、銅や不純物が溶出するおそれがある。また、ワイヤボンディング工程において、クランプ不良などが発生するおそれがある。そこで、光結合装置において、プレス加工を行うことなく、エンキャップ樹脂が濡れ拡がることを抑制して、信頼性を向上させることが求められる。

【0046】

実施形態によれば、第１リードフレーム１１に第１樹脂部３０を設け、第１樹脂部３０のうち外側に位置する第１部分３１の第１厚さＴ１を、第１部分３１よりも内側に位置する第２部分３２の第２厚さＴ２よりも大きくすることで、第１リードフレーム１１に外周端部が厚く、中央部が薄い凹構造を形成することができる。これにより、プレス加工を行うことなく、第２樹脂部４０（エンキャップ樹脂）が濡れ拡がることを抑制できる。したがって、信頼性を向上させることができる。

【0047】

実施形態によれば、第１樹脂部３０の少なくとも一部がＺ方向において発光素子１２と重なることで、第１樹脂部３０を形成する際に、発光素子１２を避けずに組成物溶液を塗布することができるため、第１樹脂部３０を容易に形成することができる。また、第１樹脂部３０が光透過性を有することで、第１樹脂部３０が発光素子１２と重なっていても、発光素子１２から発生する光が第１樹脂部３０により遮られることを抑制できる。

【0048】

実施形態によれば、第１厚さＴ１を１μｍ以上３５μｍ以下とし、第２厚さＴ２を０．１μｍ以上２０μｍ以下とすることで、第２樹脂部４０（エンキャップ樹脂）が濡れ拡がることをより確実に抑制できる。また、第２厚さＴ２と第１厚さＴ１との差を０．１μｍ以上とすることで、第２樹脂部４０（エンキャップ樹脂）が濡れ拡がることをより確実に抑制できる。

【0049】

実施形態によれば、第１樹脂部３０の熱膨張係数を１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、パッケージの信頼性を高めることができる。

【0050】

実施形態によれば、第１樹脂部３０が、分子量が１０，０００以上１００，０００以下の樹脂を含み、樹脂が芳香族ポリアミドイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアミド系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことで、パッケージの信頼性を高めることができる。

【0051】

実施形態によれば、第１樹脂部３０が、光透過性を有し、熱膨張係数が３０ｐｐｍ／Ｋ以上１００ｐｐｍ／Ｋ以下のエポキシ樹脂と、光透過性を有し、熱膨張係数が０．３ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下であり、粒径が０．１μｍ以上１５μｍ以下のシリカ系の無機フィラーと、を含むことで、第１樹脂部３０の熱膨張率を容易に調整できる。他の樹脂部との熱膨張率差を小さくすることで、パッケージ全体の信頼性を高めることができる。

【0052】

実施形態によれば、第２樹脂部４０が、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有するシリコーンと、を含むことで、外部からの応力を緩和でき、内部に設けられた発光素子１２を保護し、パッケージ全体の信頼性を高めることができる。

【0053】

実施形態によれば、第３樹脂部５０が、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有する無機フィラーと、を含むことで、発光素子１２から発生した光を受光素子２２がより確実に受光することができる。

【0054】

実施形態によれば、第４樹脂部６０が、エポキシ樹脂と、遮光性を有する無機フィラーと、を含むことで、受光素子２２が外部からの光を受光することをより確実に抑制できるとともに、外部からの熱と応力を緩和し、内部に設けられた発光素子１２及び受光素子２２を保護できる。

【0055】

実施形態によれば、第１樹脂部３０として、柔軟性を有する分子膜を採用することで、発光素子１２の保護効果を向上できる。例えば、第１樹脂部３０として、引張り弾性率が４ＧＰａ以下の分子膜を採用することで、発光素子１２の保護効果を向上できる。

【0056】

実施形態によれば、第１樹脂部３０を設けることで、第１樹脂部３０を設けない場合と比べて、第２樹脂部４０と第３樹脂部５０との隙間を低減できる。

【0057】

（第２実施形態）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。
図４は、第２実施形態に係る光結合装置の一部を示す断面図である。
図３（ｂ）では、第１リードフレーム１１、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、及び第１樹脂部３０のみを表している。
図４は、図３（ａ）に示した領域Ｒ３の拡大図である。

【0058】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、第２実施形態に係る光結合装置１００Ａでは、第１樹脂部３０の第３部分３３が設けられていない。つまり、この例では、第１樹脂部３０は、発光素子１２の外側を囲む環状である。第２実施形態に係る光結合装置１００Ａは、第１樹脂部３０の第３部分３３が設けられていないこと以外は、第１実施形態に係る光結合装置１００と実質的に同じである。

【0059】

図４に表したように、第２実施形態に係る光結合装置１００Ａにおいても、第１樹脂部３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、を有する。第１部分３１の第１厚さＴ１は、第２部分３２の第２厚さＴ２よりも大きい。第１厚さＴ１は、例えば、１μｍ以上３５μｍ以下である。第２厚さＴ２は、例えば、０．１μｍ以上２０μｍ以下である。

【0060】

この例でも、第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、第１接着層１３と重なり、発光素子１２と重ならない。つまり、第２リードフレーム２１側を上、第１リードフレーム１１側を下としたとき、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも下方に位置する。第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、発光素子１２と重なってもよい。つまり、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも上方に位置していてもよい。ただし、第１部分３１の上端は、発光素子１２の上端よりも下方に位置することが好ましい。

【0061】

第２実施形態においても、第１リードフレーム１１に第１樹脂部３０を設け、第１樹脂部３０のうち外側に位置する第１部分３１の第１厚さＴ１を、第１部分３１よりも内側に位置する第２部分３２の第２厚さＴ２よりも大きくすることで、第１リードフレーム１１に外周端部が厚く、中央部が薄い凹構造を形成することができる。これにより、プレス加工を行うことなく、第２樹脂部４０（エンキャップ樹脂）が濡れ拡がることを抑制できる。したがって、信頼性を向上させることができる。

【0062】

第２実施形態に係る光結合装置１００Ａでは、第１樹脂部３０は、発光素子１２を覆っていない。そのため、第２実施形態においては、第１樹脂部３０は、光透過性を有さなくてもよい。つまり、第２実施形態においては、第１樹脂部３０は、遮光性を有していてもよい。

【0063】

（第３実施形態）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第３実施形態に係る光結合装置を示す断面図及び平面図である。
図５（ｂ）では、第１リードフレーム１１、発光素子１２、第１接着層１３、第１ボンディングワイヤ１４、及び第１樹脂部３０のみを表している。

【0064】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に表したように、第３実施形態に係る光結合装置１００Ｂでは、第１実施形態に係る光結合装置１００と比較して、第１樹脂部３０の厚さを厚くしている。第３実施形態に係る光結合装置１００Ｂは、第１樹脂部３０の厚さを厚くすること以外は、第１実施形態に係る光結合装置１００と実質的に同じである。

【0065】

第３実施形態に係る光結合装置１００Ｂにおいても、第１樹脂部３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、を有する。第１部分３１の第１厚さＴ１は、第２部分３２の第２厚さＴ２よりも大きい。この例では、第１厚さＴ１は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第２厚さＴ２は、例えば、５μｍ以上８５μｍ以下である。

【0066】

この例では、第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、第１接着層１３及び発光素子１２と重なる。つまり、第２リードフレーム２１側を上、第１リードフレーム１１側を下としたとき、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも上方に位置する。第１部分３１の上端は、発光素子１２の上端よりも下方に位置することが好ましい。上述のように、第１部分３１及び第２部分３２は、Ｘ方向において、発光素子１２と重ならなくてもよい。つまり、第１部分３１の上端は、発光素子１２の下端よりも下方に位置していてもよい。

【0067】

第３実施形態においても、第１リードフレーム１１に第１樹脂部３０を設け、第１樹脂部３０のうち外側に位置する第１部分３１の第１厚さＴ１を、第１部分３１よりも内側に位置する第２部分３２の第２厚さＴ２よりも大きくすることで、第１リードフレーム１１に外周端部が厚く、中央部が薄い凹構造を形成することができる。これにより、プレス加工を行うことなく、第２樹脂部４０（エンキャップ樹脂）が濡れ拡がることを抑制できる。したがって、信頼性を向上させることができる。

【0068】

実施形態によれば、第１厚さＴ１を１０μｍ以上１００μｍ以下とし、第２厚さＴ２を５μｍ以上８５μｍ以下とすることで、発光素子１２を保護しやすくなり、信頼性を向上できる。また、このように第１厚さＴ１及び第２厚さＴ２を大きくすることで、第１厚さＴ１及び第２厚さＴ２が小さい場合と比べて、第２樹脂部４０の大きさを小さくすることができる。第２樹脂部４０の大きさを小さくすることで、第２樹脂部４０の大きさが大きい場合と比べて、第２樹脂部４０を形成する際に、冷却時の収縮量を小さくできる。これにより、収縮によって第２樹脂部４０と第３樹脂部５０の間に生じる隙間を小さく（例えば、０．１μｍ以下に）することができ、水分の侵入、樹脂クラック、腐食などの発生を抑制できる。また、第１厚さＴ１及び第２厚さＴ２を大きくすることで、第１樹脂部３０と第３樹脂部５０との間の密着性を向上できる。これにより、ポップコーン現象を抑制するとともに、第２樹脂部４０の変形により発光素子１２及び第１接着層１３への応力を吸収して劣化を抑制することができる。

【0069】

以下、実施形態に係る光結合装置の製造方法について、説明する。
実施形態に係る光結合装置の製造方法では、まず、第１リードフレーム１１に第１接着層１３を介して発光素子１２を接着し、第１リードフレーム１１と発光素子１２とを第１ボンディングワイヤ１４で接続する。同様に、第２リードフレーム２１に第２接着層２３を介して受光素子２２を接着し、第２リードフレーム２１と受光素子２２とを第２ボンディングワイヤ２４で接続する。

【0070】

実施形態に係る光結合装置の製造方法では、次に、コーヒーリング効果を有する第１組成物溶液を第１リードフレーム１１に塗布し、乾燥させることで、第１樹脂部３０を形成する。これにより、外周端部が厚く、中央部が薄い凹構造を有する分子膜が形成される。これにより、第１部分３１と第２部分３２とを有する第１樹脂部３０が形成される。このとき、発光素子１２及び第１接着層１３の上から第１組成物溶液を塗布することで、第３部分３３を形成することができる。あるいは、このとき、発光素子１２及び第１接着層１３を避けて組成物溶液を塗布することで、第３部分３３の形成を省略できる。

【0071】

「コーヒーリング効果」とは、分散媒に分散質が分散された分散液（組成物溶液）において、分散媒が蒸発する際に、液滴の中央部と外周端部との蒸発速度の差によって、外周端部に中央部よりも多くの分散質が堆積するという性質である。コーヒーリング効果を有する組成物溶液を塗布し、乾燥させることで、外周端部が厚く、中央部が薄い凹構造を有する膜を容易に形成することができる。

【0072】

１つの例において、第１組成物溶液は、分子量が１０，０００以上１００，０００以下の樹脂と、溶媒と、を含む。樹脂は、例えば、芳香族ポリアミドイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアミド系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。溶媒は、樹脂を均一に分散可能なものであればよい。

【0073】

別の例において、第１組成物溶液は、エポキシ樹脂と、無機フィラーと、溶媒と、を含む。エポキシ樹脂は、例えば、光透過性を有する。エポキシ樹脂の熱膨張係数は、例えば、３０ｐｐｍ／Ｋ以上１００ｐｐｍ／Ｋ以下である。無機フィラーは、例えば、シリカ系である。無機フィラーは、例えば、光透過性を有する。無機フィラーの粒径は、例えば、０．１μｍ以上１５μｍ以下である。無機フィラーの熱膨張係数は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以上２ｐｐｍ／Ｋ以下である。溶媒は、エポキシ樹脂及び無機フィラーを均一に分散可能なものであればよい。

【0074】

第１組成物溶液の接触角ヒステリシスは、５°以上であること好ましい。また、第１組成物溶液の粘度は、３００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。第１組成物溶液の固形分濃度は、０．０５質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、３質量％以上３０質量％以下であることがより好ましい。これらのうち少なくともいずれかを満たす第１組成物溶液であれば、コーヒーリング効果が発生しやすい。特に、第１組成物溶液の接触角ヒステリシスが５°以上であれば、第１厚さＴ１と第２厚さＴ２との差が大きくなりやすい。

【0075】

第１組成物溶液に含まれる樹脂の分子形状、樹脂の大きさ、第１組成物溶液の体積分率、第１組成物溶液のｐＨなどにより、形成される第１樹脂部３０の各部の厚さ（第１厚さＴ１や第２厚さＴ２など）を調整することができる。

【0076】

実施形態に係る光結合装置の製造方法では、次に、第２組成物溶液を第１樹脂部３０の第１部分３１の内側に塗布し、乾燥させることで、第２樹脂部４０を形成する。このとき、第１部分３１が設けられていることで、第２組成物溶液の濡れ拡がりが抑制される。第２組成物溶液は、例えば、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有するシリコーンと、溶媒と、を含む。溶媒は、エポキシ樹脂及びシリコーンを均一に分散可能なものであればよい。

【0077】

実施形態に係る光結合装置の製造方法では、次に、第３組成物の樹脂タブレットをモールド成形し、硬化させることで、第３樹脂部５０を形成する。第３組成物は、例えば、光透過性を有するエポキシ樹脂と、光透過性を有する無機フィラーと、溶媒と、を含む。溶媒は、エポキシ樹脂及び無機フィラーを均一に分散可能なものであればよい。

【0078】

実施形態に係る光結合装置の製造方法では、次に、第４組成物の樹脂タブレットをモールド成形し、硬化させることで、第４樹脂部６０を形成する。第４組成物は、例えば、エポキシ樹脂と、遮光性を有する無機フィラーと、溶媒と、を含む。溶媒は、エポキシ樹脂及び無機フィラーを均一に分散可能なものであればよい。

【0079】

以上のように、本発明の実施形態によれば、信頼性を向上できる光結合装置が提供される。

【0080】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0081】

１１ 第１リードフレーム、 １１ａ 支持部、 １１ｂ 端子部、 １２ 発光素子、 １３ 第１接着層、 １４ 第１ボンディングワイヤ、 ２１ 第２リードフレーム、 ２１ａ 支持部、 ２１ｂ 端子部、 ２２ 受光素子、 ２３ 第２接着層、 ２４ 第２ボンディングワイヤ、 ３０ 第１樹脂部、 ３０ａ 凹凸、 ３１ 第１部分、 ３２ 第２部分、 ３３ 第３部分、 ３３ａ～３３ｃ 第１～第３領域、 ４０ 第２樹脂部、 ５０ 第３樹脂部、 ６０ 第４樹脂部、 １００、１００Ａ、１００Ｂ 光結合装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】