JP2014135473A - 光結合素子 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ワイヤと樹脂層との間に隙間が生じない光結合素子を提供すること。
【解決手段】光結合素子は、第１リードフレームと、前記第１リードフレーム上に実装された、発光素子と、前記発光素子により発せられた光を受光する、受光素子と、前記発光素子を被覆する、透光性のシリコーン系樹脂層と、前記第１リードフレームと前記発光素子とを接続する、導電性ワイヤとを備える。前記導電性ワイヤは、銀を含有する材料により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光結合素子に関する。

フォトカプラ及び光ＭＯＳＦＥＴに例示される、光結合素子が知られている。光結合素子は、発光素子及び受光素子を有している。光結合素子においては、電気信号が発光素子により光に変換され、出射される。出射された光は、受光素子に入射する。受光素子は、光を受光すると、導通状態になる。これにより、発光素子と受光素子との間の電気的絶縁状態を維持したまま、信号を伝達させることができる。

光結合素子の一例として、特許文献１（特開平１０−２０９４８８号公報）に開示された光結合装置が挙げられる。特許文献１には、光結合装置が、発光素子が１次側リードフレーム上に搭載され、結線用リードフレームにワイヤボンディングされる点、受光素子が２次側リードフレーム上に搭載され、結線用リードフレームにワイヤボンディングされる点が開示されている。発光素子及び受光素子は、エポキシ樹脂等の透光性の１次モールド体によって覆われ、この周囲に遮光性のエポキシ樹脂などによる２次モールド体が形成されている。尚、発光素子及び受光素子は、金、銀、アルミニウムまたは銅等により、ワイヤボンディングされる。

特開平１０−２０９４８８号公報

特許文献１に記載された光結合素子は、発光素子及び受光素子が、エポキシ樹脂により、封止される。

これに対し、樹脂特性などを考慮して、発光素子及び受光素子が、シリコーン系樹脂層により、封止されることがある。また、発光素子が、金ワイヤにより、リードフレームに結線されることがある。この場合、金ワイヤも、シリコーン系樹脂層により被覆されることになる。

ここで、本願発明者による知見によれば、シリコーン系樹脂と金ワイヤとの間の密着性は、小さい。その結果、シリコーン系樹脂と金ワイヤとの間に空隙が生じる場合がある。空隙は、光伝達の妨げとなる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明かになるであろう。

一実施の形態による光結合素子は、第１リードフレームと、第１リードフレーム上に実装された、発光素子と、発光素子により発せられた光を受光する、受光素子と、発光素子を被覆する、透光性のシリコーン系樹脂層と、第１リードフレームと前記発光素子とを接続する、導電性ワイヤとを備える。導電性ワイヤは、銀を含有する材料により構成されている。

上記一実施の形態によれば、光伝達率を向上することのできる、光結合素子が提供される。

図１は、第１の実施形態に係る光結合素子を概略的に示す断面図である。 図２は、比較例に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図３は、比較例に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図４は、第１の実施形態に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図５は、第２の実施形態に係る光結合素子を概略的に示す断面図である。 図６は、金属面とシリコーン系樹脂層との間の界面部分の構成を示す模式図である。 図７は、参考例１に係る光結合素子の一部を概略的に示す断面図である。 図８は、参考例２に係る光結合素子の一部を概略的に示す模式図である。 図９は、第５の実施形態に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図１０は、第５の実施形態の比較例に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図１１は、第５の実施形態の比較例に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図１２は、第５の実施形態に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。 図１３は、第６の実施形態に係る光結合素子を概略的に示す断面図である。

以下に、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る光結合素子を概略的に示す断面図である。

図１に示されるように、光結合素子１０は、発光素子１、受光素子２、第１リードフレーム４−１、第２リードフレーム４−２、シリコーン系樹脂層６、光透過性樹脂層７、及び遮光性樹脂層８を備えている。

第１リードフレーム４−１は、第１対向領域５−１を備えており、第２リードフレーム４−２は、第２対向領域５−２を備えている。第１リードフレーム４−１及び第２リードフレーム４−２は、第１対向領域５−１と第２対向領域５−２とが対向するように、配置されている。

発光素子１は、導電性ペースト３（マウント材）を介して、第１対向領域５−１に実装されている。受光素子２も、導電性ペースト３を介して、第２対向領域５−２に実装されている。発光素子１は、例えば、ＧａＡｓ、及びＡｌＧａＡｓなどにより、実現される。

発光素子１は、Ａｇワイヤ１２−１により、第１リードフレーム４−１に接続されている。Ａｇワイヤ１２−１は、Ａｇを５０重量％以上含む合金ワイヤである。

受光素子２も、発光素子１と同様に、Ａｇワイヤ１２−２により、第２リードフレーム４−２に接続されている。

シリコーン系樹脂層６は、発光素子１を保護するために設けられている。すなわち、シリコーン系樹脂層６は、発光素子１を被覆するように、設けられている。シリコーン系樹脂層６は、透光性を有している。ここで、シリコーン系樹脂層６は、Ａｇワイヤ１２−１をも完全に覆うように、設けられている。なお、シリコーン系樹脂層６とは、主鎖にシロキサン結合を有する樹脂を主成分として含む樹脂層である。

光透過性樹脂層７は、シリコーン系樹脂層６及び受光素子２を覆うように、設けられている。光透過性樹脂層７は、例えば、エポキシ樹脂などにより、実現される。尚、エポキシ樹脂を用いる場合、強度確保及び難燃性確保のため、シリカ等のフィラーが、７０重量％程度混合されていることが好ましい。

遮光性樹脂層８は、外部からの光が入射することを防止するために設けられている。遮光性樹脂層８は、光透過性樹脂層７を被覆するように、設けられている。遮光性樹脂層８としては、例えば、黒色のエポキシ樹脂層などが用いられる。

上述の光結合素子１０では、第１リードフレーム４−１を介して、発光素子１に、電気信号が供給される。発光素子１は、電気信号に応じて、発光する。発光素子１により発せられた光は、シリコーン系樹脂層６及び光透過性樹脂層７を介して、受光素子２に入射する。受光素子２において、光が電気信号に変換され、第２リードフレーム４−２を介して接続先の装置（図示せず）に伝達される。

続いて、上述の光結合素子１０の製造方法について説明する。

まず、第１リードフレーム４−１上に、導電性ペースト３を介して、発光素子１が実装される。同様に、第２リードフレーム４−２上に、導電性ペースト３を介して、受光素子２が実装される。

次いで、発光素子１が、Ａｇワイヤ１２−１により、第１リードフレーム４−１に接続される。受光素子２も、同様に、Ａｇワイヤ１２−２により、第２リードフレーム４−２に接続される。

次いで、シリコーン系樹脂が、発光素子１及びＡｇワイヤ１２−１を覆うように供給される。これにより、シリコーン系樹脂層６が形成される。

次いで、第１対向領域５−１が第２対向領域５−２に対向するように、第１リードフレーム４−１及び第２リードフレーム４−２が配置される。

次いで、受光素子２、及びシリコーン系樹脂層６が被覆されるように、光透過性樹脂層７としてエポキシ樹脂が供給され、硬化させられる。この際、エポキシ樹脂は、高温状態（例えば、１６０℃〜２００℃）で供給された後、冷却される。

その後、光透過性樹脂層７を覆うように、遮光性樹脂層８として、エポキシ樹脂が供給される。

以上により、光結合素子１０が得られる。

ここで、本実施形態によれば、シリコーン系樹脂層６により、発光素子１が覆われている。そのため、発光素子１の劣化を防止することができる。具体的には、発光素子１として、ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓ等の材料が用いられる場合、応力が加わることにより、発光特性が劣化する場合がある。シリコーン系樹脂層６は、エポキシ樹脂層などと比較すると、柔軟性が高い。本実施形態によれば、発光素子１がシリコーン系樹脂層６により被覆されているため、応力が緩和され、発光素子１の劣化が防止される。

尚、シリコーン系樹脂層６においては、フィラー（例えば、シリカ）の含有量が、２０重量％以下であることが好ましい。また、シリコーン系樹脂層６には、フィラーが含まれていないことが、より好ましい。シリコーン系樹脂は、液状樹脂である。フィラーの含有量が２０重量％を超えると、シリコーン系樹脂層６の柔軟性（流動性）が低下してしまう。その結果、製造時に、シリコーン系樹脂層６を発光素子１の周囲に供給できなくなる場合がある。また、フィラーの含有量が２０重量％を超えると、シリコーン系樹脂層６の硬度が大きくなり、発光素子１に加わる応力を十分に緩和することが困難になる。

更に、本実施形態によれば、Ａｇワイヤ１２が設けられているため、高い光伝達率を得ることが可能である。この点につき、以下に説明する。

本実施形態に係る光結合素子１０との比較のため、比較例に係る光結合素子１０について説明する。図２は、比較例に係る光結合素子１０の一部を示す概略断面図である。比較例に係る光結合素子１０では、発光素子１と第１リードフレーム４−１とが、Ａｇワイヤ１２−１ではなく、Ａｕワイヤ９により、接続されている。その他の点については、図１に示した本実施形態に係る光結合素子１０と同様であるものとする。

樹脂と金属との間の結合は、主として水素結合である。Ａｕは、金属の中で最も水素結合を形成しにくい。従って、Ａｕワイヤ９とシリコーン系樹脂層６との間の密着力は、小さくなる。その結果、図２に示されるように、比較例に係る光結合素子１０では、シリコーン系樹脂層６がＡｕワイヤ９から剥離しやすくなり、シリコーン系樹脂層６とＡｕワイヤ９との間に空隙１１が生じやすい。空隙１１は、光を吸収し、光伝達の妨げとなる。

これに対して、本実施形態で用いられるＡｇワイヤ１２−１は、Ａｕワイヤ９よりも、シリコーン系樹脂との間の密着力が大きい。Ａｇは、Ａｕと比べて、酸化及び硫化しやすく、シリコーン樹脂系との間で水素結合を形成し易いからである。実際に、本願発明者は、密着性の実験として、Ａｇワイヤ及びＡｕワイヤのそれぞれについて、シリコーン系樹脂を塗布し、硬化させた。そして、各ワイヤとシリコーン系樹脂との間の空隙の有無を観察した。その結果、Ａｕワイヤを用いた場合には、シリコーン系樹脂との間に空隙が観察されたが、Ａｇワイヤを用いた場合には、空隙が観察されなかった。また、ＡｇワイヤにおけるＡｇの含有量が５０重量％以上であれば、空隙の形成が有効に防止できる程度の密着力が得られることが判った。従って、シリコーン系樹脂層６とＡｇワイヤ１２−１との間に空隙１１が生じることが防止される。

空隙１１のサイズは、光結合素子１０の製造過程において、増加する場合がある。既述のように、光透過性樹脂層７（エポキシ樹脂）には、強度確保や難燃性確保のため、フィラーが混合されることが好ましい。フィラーが混合されると、熱膨張率が、小さくなる（例えば、２２ｐｐｍ程度）。一方、シリコーン系樹脂層６の熱膨張率は、大きい（例えば、４００ｐｐｍ程度）。既述のように、光透過性樹脂層７の形成時には、エポキシ樹脂が、高温状態（１６０℃〜２００℃）で供給され、その後、室温（約２５℃）になるように冷却される。冷却時には、熱膨張率の違いから、シリコーン系樹脂層６が、光透過性樹脂層７と比較して、大幅に収縮する。その結果、図３に示されるように、空隙１１を基点として、Ａｕワイヤ９からのシリコーン系樹脂層６の剥離が促進され、空隙１１のサイズが増加してしまう。これにより、光伝達率が、更に悪化する。

これに対して、図４に示されるように、本実施形態によれば、Ａｇワイヤ１２−１が用いられているので、シリコーン系樹脂層６が剥離せず、空隙１１が形成されない。そのため、光透過性樹脂層７の形成時においても、剥離が促進されず、光伝達率の悪化が防止される。

更に、本実施形態によれば、Ａｇワイヤ１２−１の光反射率の観点からも、光伝達率を向上させることができる。すなわち、Ａｇは、Ａｕ及びＣｕなどの他の金属材料と比較して、光反射率が高い。具体的には、光波長が７００ｎｍである場合、Ａｕの光反射率は、９７．０であり、Ａｇの光反射率は、９８．５であり、Ｃｕの光反射率は、９７．５である。また、光波長が１０００ｎｍである場合、Ａｕの光反射率は９８．２であり、Ａｇの光反射率は９８．９であり、Ｃｕの光反射率は９８．５である。光反射率が高いと、発光素子１から発せられた光が反射により受光素子２に到達し易くなる。その結果、光伝達率を向上することができる。すなわち、本実施形態によれば、光反射率の観点からも、光伝達率を向上させることができる。

また、発光素子１としてＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓなどの材料を用い、ワイヤとしてＣｕワイヤを用いた場合には、時間経過と共に、発光素子１の発光効率が低下することが知られている。これに対して、Ａｇワイヤ１２−１を用いた場合には、長期保管した場合でも、発光効率は低下しない。

以上のように、本実施形態によれば、光伝達効率を向上することができる。光結合素子１０には、高速動作が求められ、高い電流伝達率が求められる。本実施形態によれば、光伝達効率を向上するため、光結合素子１０に求められる電流伝達率が、初期また長期保管時において達成することができる。

また、本実施形態では、図４に示されるように、Ａｇワイヤ１２−１が、完全にシリコーン系樹脂層６により覆われている。一方、特許文献１（特開平１０−２０９４８８号公報）に記載された光結合素子１０では、発光素子を被覆する樹脂層が、発光素子に接続されるワイヤを完全に覆ってはいない。すなわち、ワイヤは、異なる樹脂の界面を横切るように、配置されている。

仮に、Ａｇワイヤ１２−１がシリコーン系樹脂層６と光透過性樹脂層７（エポキシ樹脂層）との間の界面を横切るように配置されている場合、温度サイクル試験などの実施時に、Ａｇワイヤ１２−１が断線し易くなる。上述のように、Ａｇワイヤ１２−１とシリコーン系樹脂層６との間の密着力が高い。また、Ａｇワイヤ１２−１は、シリコーン系樹脂層６により強固に固定される。同様に、Ａｇワイヤ１２−１と光透過性樹脂層７との間の密着性も高く、Ａｇワイヤ１２−１は、光透過性樹脂層７によっても強固に固定される。温度サイクル試験時には、シリコーン系樹脂層６及び光透過性樹脂層７が、熱膨張又は熱収縮する。Ａｇワイヤ１２−１が、シリコーン系樹脂層６と光透過性樹脂層７との双方により固定されている場合、シリコーン系樹脂層６と光透過性樹脂層７との間の熱膨張率の違いにより、Ａｇワイヤ１２−１に大きな力が加わってしまう。そのため、熱が加えられた際に、Ａｇワイヤ１２−１が断線し易くなってしまう。

これに対し、本実施形態では、Ａｇワイヤ１２−１が完全にシリコーン系樹脂層６により覆われている。すなわち、Ａｇワイヤ１２−１は、界面部分を横切らない。従って、温度サイクル試験などの実施時においても、熱膨張率の違いによる力がＡｇワイヤ１２−１加わることが防止され、断線が防止される。

尚、Ａｕワイヤ９を用いた場合には、密着性が小さいことから、Ａｕワイヤ９がシリコーン系樹脂層６に強固に固定されない。従って、温度サイクル試験などの実施時における断線などを考慮する必要は少ない。すなわち、本実施形態では、Ａｇワイヤ１２−１が用いられ、シリコーン系樹脂層６が用いられているため、Ａｇワイヤ１２−１が完全にシリコーン系樹脂層６により覆われていることが望ましいのである。

尚、本実施形態においては、シリコーン系樹脂層６が発光素子１を覆い、受光素子２を覆っていない場合について説明した。但し、シリコーン系樹脂層６が、発光素子１だけでなく受光素子２を覆っていてもよい。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。

図５は、本実施形態に係る光結合素子１０を概略的に示す断面図である。第１の実施形態では、第１対向領域５−１と第２対向領域５−２とが対向するように配置されている。これに対して、本実施形態では、図５に示されるように、第１リードフレーム４−１における発光素子１の実装部分（第１実装領域）と、第２リードフレーム４−２における受光素子２の実装部分（第２実装領域）とが、同一平面上に配置されている。また、本実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、発光素子１だけでなく、受光素子２をも覆うように設けられている。更に、シリコーン系樹脂層６は、外乱性遮光樹脂層１３により覆われている。すなわち、本実施形態に係る光結合素子１０は、いわゆる反射型シングルモールドフォトカプラである。尚、その他の点については、第１の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明は省略する。

図５に示されるように、本実施形態においても、発光素子１は、Ａｇワイヤ１２−１を介して、第１リードフレーム４−１に接続されている。また、受光素子２も、Ａｇワイヤ１２−２を介して、第２リードフレームに接続されている。シリコーン系樹脂層６は、発光素子１、受光素子２、Ａｇワイヤ１２−１及びＡｇワイヤ１２−２を完全に覆うように、設けられている。

本実施形態では、発光素子１から出射された光は、直接に、又は外乱性遮光樹脂層１３（遮光層）により反射され、受光素子２に入射する。

本実施形態では、受光素子２と第２リードフレーム４−２との間のワイヤとしても、Ａｇワイヤ１２−２が用いられるため、更に光伝達率を向上することができる。

尚、本実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、発光素子１及び受光素子２の双方を覆う場合について説明した。但し、シリコーン系樹脂層６が発光素子１を覆い、受光素子２を覆わない場合であっても、本実施形態を適用することが可能である。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、外乱性遮光樹脂層１３の材料について言及する。その他の点については、第２の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明については省略する。

本実施形態では、外乱性遮光樹脂層１３として、樹脂（例えばエポキシ樹脂）に酸化チタンが混ぜられた層が用いられる。酸化チタンを混ぜることにより、発光素子１から出射された光の反射率を高めることができる。発光素子１が発した光が外乱性遮光樹脂層１３により吸収されることが防止され、より光伝達率をより高めることができる。

一方で、外乱性遮光樹脂層１３は、光を吸収するように構成されていてもよい。例えば、外乱性遮光樹脂層１３として、樹脂（例えばエポキシ樹脂）にカーボンブラックが混ぜられたものを用いることにより、光を吸収する外乱性遮光樹脂層１３を得ることができる。外乱性遮光樹脂層１３が光を吸収するように構成されている場合、外部の光が外乱性遮光樹脂層１３を透過することが確実に防止され、光結合素子の信頼性が高められる。

（第４の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、シリコーン系樹脂層６の組成が工夫されている。その他の点については、既述の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明については省略する。

本実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、シロキサン結合と水酸基とを含む化合物を有している。具体的には、シリコーン系樹脂層６は、主成分である主鎖にシロキサン結合を有する樹脂成分に加えて、シロキサン結合と水酸基とを含む化合物（接着剤成分）を含有している。尚、主成分である主鎖にシロキサン結合を有する樹脂成分自体が、分子内に水酸基を含んでいてもよい。この場合、主成分自体が、シロキサン結合と水酸基とを含む化合物として作用する。

本実施形態によれば、シリコーン系樹脂層６とＡｇワイヤ１２−１との間の密着力が、より高められる。この点について以下に説明する。

図６は、金属面とシリコーン系樹脂層６との間の界面部分の構成を示す模式図である。尚、図６中、Ｒは、基である。ＡｇはＡｕと比べると酸化しやすい状態にある。そして、酸化した金属表面には、ＯＨ基が結合している。この金属表面のＯＨ基は、シリコーン系樹脂層６に含まれる水酸基（ＯＨ基）と、水素結合を形成する。更に、この水素結合は、脱水縮合により配位結合に変化する場合がある。本実施形態では、Ａｇワイヤ１２−１とシリコーン系樹脂層６との界面では、水素結合と配位結合とが混在していると予想される。

水素結合の結合エネルギーは、０．２ｅＶ程度であるのに対し、配位結合の結合エネルギーは、１〜２ｅＶである。すなわち、配位結合が形成されることにより、高い密着力が得られる。本実施形態によれば、シリコーン系樹脂層６が、シロキサン結合と水酸基とを含む化合物を有しているので、水素結合及び配位結合によってシリコーン系樹脂層６とＡｇワイヤ１２−１とが密着する。これによって、高い密着力が得られる。

尚、Ａｕは、金属の中で最も酸化しにくいため、水素結合及び配位結合（−Ｏ−）を形成しにくい。これに対して、Ａｇは、Ａｕと比べて、酸化及び硫化しやすく、水素結合や配位結合（−Ｏ−）を形成し易い。すなわち、本実施形態では、導電性ワイヤとしてＡｇワイヤ１２−１が用いられているため、Ａｇワイヤ１２−１とシリコーン系樹脂層６との間に配位結合が形成されやすくなる。この観点からも、本実施形態によれば、導電性ワイヤとシリコーン系樹脂層６との間の密着力が高められている。

（第５の実施形態）
続いて、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、既述の実施形態に対して、第１リードフレーム４−１の構成が工夫されている。

本実施形態に係る光結合素子を説明する前に、本実施形態の参考例に係る光結合素子について説明する。図７は、参考例１に係る光結合素子の一部を概略的に示す断面図である。

図７に示されるように、光結合素子においては、通常、第１リードフレーム４−１は、第１部分１４と、第２部分１５とを有している。第１部分１４と第２部分１５とは、同一平面上に配置されている。発光素子１は、第１部分１４の上面に載せられている。Ａｇワイヤ１２−１は、一端で第２部分１５の上面に接続され、他端で発光素子１に接続されている。

ここで、第１部分１４と第２部分１５とは、電気的に絶縁されている必要がある。そのため、第１部分１４と第２部分１５とは、離隔している。

シリコーン系樹脂層６は、Ａｇワイヤ１２−１を完全に覆っている。具体的には、シリコーン系樹脂層６は、第１部分１４と第２部分１５との間の領域を覆うように、第１リードフレーム４−１上に配置されている。尚、シリコーン系樹脂層６は、光透過性樹脂層７により覆われており、光透過性樹脂層７は、遮光性樹脂層８により覆われている。

尚、その他の点については、第１の実施形態と同様の構成が採用される。

ここで、光結合素子の製造時には、Ａｇワイヤ１２−１及び発光素子１を覆うように、シリコーン系樹脂層６が、第１リードフレーム４−１上に供給される。このとき、第１部分１４と第２部分１５との間の隙間を介して、シリコーン系樹脂層６が、第１リードフレーム４−１の裏面側に流れこんでしまうことがある。

シリコーン系樹脂層６が裏面側に流れ込むと、光透過性樹脂層７が部分的に薄くなってしまう。その結果、リフロー試験などを行なった際に、光透過性樹脂層７にクラック１６が形成され易くなる。特に、発明者の知見によれば、光透過性樹脂層７の厚みが３０μｍ以下になると、クラック１６が発生しやすくなる。

光結合素子では、発光素子１と受光素子２との間の絶縁性を確保する為、発光素子１と受光素子２とは、ある程度離れている必要がある。一方で、光結合素子に対しては、パッケージの低背化が要求されている。すなわち、光透過性樹脂層７の厚みを薄くすることが求められている。そのため、シリコーン系樹脂層６が裏面側に流れ込むと、クラック１６が発生する程度に、光透過性樹脂層７が薄くなりやすい。

シリコーン系樹脂層６が裏面側に流れ込むことを防止するために、第１部分１４上にのみ、シリコーン系樹脂層６を配置することが考えられる。図８は、参考例２に係る光結合素子の一部を概略的に示す模式図である。この参考例においては、シリコーン系樹脂層６が、第１部分１４上に配置されており、第２部分１５上にはシリコーン系樹脂層６が設けられていない。尚、特許文献１（特開平１０−２０９４８８号公報）でも、このような構造が採用されている。

参考例２に係る光結合素子によれば、シリコーン系樹脂層６が裏面側に流れ込むことが防止される。しかしながら、参考例２に係る光結合素子では、必然的に、Ａｇワイヤ１２−１が、光透過性樹脂層７とシリコーン系樹脂層６との界面を横切ってしまう。その結果、既述の実施形態で説明したように、Ａｇワイヤ１２−１の断線が生じやすくなってしまう。

そこで、本実施形態に係る光結合素子では、第１部分１４と第２部分１５との間の間隔が工夫されている。

図９は、本実施形態に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。図９に示されるように、本実施形態では、第１部分１４と第２部分１５との間隔ｃが、シリコーン系樹脂層６の供給時または供給時から硬化までの間に、シリコーン系樹脂層６が裏面側に回り込まないような大きさに設定されている。その他の点については、図７に示した参考例１に係る光結合素子と同様の構成が採用される。

図９に示されるような構成を採用することにより、シリコーン系樹脂層６の回りこみを防止しつつ、Ａｇワイヤ１２−１を完全にシリコーン系樹脂層６により被覆することができる。

尚、第１部分１４と第２部分１５との間隔ｃの具体的大きさは、シリコーン系樹脂層６の流動性などにも依存する。例えば、間隔ｃの大きさは、第１リードフレーム（第１部分１４及び第２部分１５）の厚みが「ｔ」である場合に、「ｔ＋０．０５ｍｍ」以下である。

続いて、本実施形態に係る光結合素子の製造方法について説明する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、まず、第１リードフレーム４−１（第１部分１４）上に、導電性ペースト３を介して、発光素子１が実装される。同様に、第２リードフレーム４−２上に、導電性ペースト３を介して、受光素子２が実装される。

次いで、発光素子１が、Ａｇワイヤ１２−１により、第１リードフレーム４−１（第２部分１５）に接続される。受光素子２も、同様に、Ａｇワイヤ１２−２により、第２リードフレーム４−２に接続される。

次いで、シリコーン系樹脂が、発光素子１及びＡｇワイヤ１２−１を覆うように供給される。これにより、シリコーン系樹脂層６が形成される。このとき、本実施形態では、第１部分１４と第２部分１５との間の間隔ｃの大きさが工夫されているため、シリコーン系樹脂層６は、裏面側に回りこまない。

その後、第１の実施形態と同様に、第１リードフレーム４−１及び第２リードフレーム４−２が一部で対向するように配置され、光透過性樹脂層７が供給され、硬化させられる。更に、光透過性樹脂層７を覆うように、遮光性樹脂層８が供給される。

以上により、光結合素子１０が得られる。

本実施形態によれば、第１部分１４と第２部分１５との間の間隔ｃの大きさが工夫されている為、シリコーン系樹脂層６が裏面側に回りこむことが防止される。これにより、光透過性樹脂層７にクラックが発生することが防止でき、光結合素子の信頼性をより高めることが可能となる。

また、本実施形態においても、Ａｇワイヤ１２−１がシリコーン系樹脂層６により覆われているため、既述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。図１０及び図１１は、本実施形態の比較例に係る光結合素子の一部を示す概略断面図である。本比較例では、導電性ワイヤとして、Ａｕワイヤ９が用いられている。その他の点については、本実施形態と同様であるものとする。この比較例に係る光結合素子では、Ａｕワイヤ９とシリコーン系樹脂層６との間の密着力が小さいため、Ａｕワイヤ９とシリコーン系樹脂層６との間に空隙１１が生じやすい。この空隙１１のサイズは、第１の実施形態において説明したように、製造過程において、増加してしまうことがある（図１１参照）。その結果、光伝達率が悪化する場合がある。これに対し、図１２に示されるように、本実施形態に係る光結合素子によれば、Ａｇワイヤ１２−１が用いられている為、導電性ワイヤとシリコーン系樹脂層６との間の密着力が大きく、空隙１１は生じ難い。これにより、光伝達率を高めることが可能である。

尚、Ａｇワイヤ１２−１を用いて発光素子１と第１リードフレーム４−１（第２部分１５）とを接続する手法としては、例えば、以下のような方法が用いられる。

まず、Ａｇワイヤ１２−１がキャピラリー（図示せず）を用いて支持される。そして、Ａｇワイヤ１２−１の先端が加熱され、１ｓｔボールが形成される。１ｓｔボールは、例えば、Ａｇワイヤ１２−１と電極（図示せず）との間に高電圧を加え、電極とＡｇワイヤ１２−１との間に電流を発生させることにより、形成される。

Ａｇワイヤ１２−１を用いる場合、この１ｓｔボールを適切に形成することが課題となる。しかし、本願発明者らの知見によれば、窒素雰囲気下において、窒素ガスの流量をコントロールすることにより、適切なサイズの１ｓｔボールを形成することができる。

１ｓｔボールの形成後、Ａｇワイヤ１２−１の先端が、発光素子１及び第２部分１５の一方のパッドに接触させられ、接触部分に対して、熱、荷重、及び超音波が加えられる。その後、キャピラリー（図示せず）により、Ａｇワイヤ１２−１の他端が、発光素子１及び第２部分１５の他方のパッドに接続される。

ここで、Ａｇワイヤ１２−１の硬さは、導電性ワイヤとして一般的に用いられるＡｕワイヤよりも、２０％程度大きいだけである。そのため、キャピラリーとしては、Ａｕワイヤを扱う場合に用いられるものと同一の形状のものを用いることができる。また、温度条件、荷重条件、及びＵＳ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）条件としても、Ａｕワイヤを用いたときと同等の条件を用いることで、安定的にボンディングを行うことが可能である。

また、発光素子１又は第２部分１５のパッドの材質としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ及びCuなどが用いられる。本発明者らの知見によれば、パッドの材質がこれらのいずれであった場合であっても、問題なく、Ａｇワイヤ１２−１をパッドに接続することが可能である。

また、パッドの材質がＡｌである場合、Ａｇワイヤ１２−１とＡｌパッドとの合金層の耐湿性が劣化することが懸念される。しかしながら、本発明者らの知見によれば、ＡｇＡｌ合金層の形成方法の工夫により、製品の実機試験において、耐湿性試験（８５℃、８５％）３０００時間をクリアすることが確認された。

（第６の実施形態）
続いて、第６の実施形態について説明する。

図１３は、本実施形態に係る光結合素子を概略的に示す断面図である。図１３に示されるように、本実施形態では、発光素子１と受光素子２との間に、光透過性の絶縁フィルム１７が配置されている。絶縁フィルム１７としては、例えば、ポリイミド系絶縁フィルムを用いることができる。

また、既述の実施形態と同様に、発光素子１は、Ａｇワイヤ１２−１を介して、第１リードフレーム４−１に接続されている。また、受光素子２も、Ａｇワイヤ１２−２を介して、第２リードフレーム４−２に接続されている。

なお、第１の実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、光透過性樹脂層７により覆われている場合について説明した（図１参照）。すなわち、第１の実施形態では、発光素子１が発した光は、シリコーン系樹脂層６及び光透過性樹脂層７を介して、受光素子２に入射する。

これに対して、図１３に示されるように、本実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、発光素子１だけでなく、受光素子２をも覆うように設けられる。具体的には、シリコーン系樹脂層６は、発光素子１、受光素子２、Ａｇワイヤ１２−１及びＡｇワイヤ１２−２を完全に覆うように、設けられている。更に、シリコーン系樹脂層６が、外乱性遮光樹脂層１３により覆われている。すなわち、本実施形態に係る光結合素子は、対向型のシングルモールドフォトカプラである。

尚、その他の点については、第１の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明については省略する。

本実施形態では、発光素子１から出射された光は、直接に、又は外乱性遮光樹脂層１３（遮光層）により反射され、受光素子２に入射する。ここで、既述の実施形態と同様に、導電性ワイヤとしてＡｇワイヤ１２−１が用いられ、Ａｇワイヤ１２−１がシリコーン系樹脂層６により覆われているので、光伝達率を向上することができる。

加えて、本実施形態によれば、絶縁フィルム１７が設けられているため、発光素子１と受光素子２との間の絶縁耐圧性能をより向上できる。

また、受光素子２と第２リードフレーム４−２とを接続する導電性ワイヤとしても、Ａｇワイヤ１２−２が用いられるため、更に光伝達率を向上することができる。

尚、本実施形態では、シリコーン系樹脂層６が、発光素子１及び受光素子２の双方を覆う場合について説明した。但し、シリコーン系樹脂層６が発光素子１を覆い、受光素子２を覆わない場合であっても、本実施形態を適用することが可能である。すなわち、第１の実施形態のように、シリコーン系樹脂層６を覆うように光透過性樹脂層７が設けられている場合であっても、本実施形態を適用することは可能である。

また、本実施形態においては、第３の実施形態と同様に、外乱性遮光樹脂層１３は、光を吸収する機能を有していてもよいし、光を反射させる機能を有していてもよい。例えば、外乱性遮光樹脂層１３には、カーボンブラックが混ぜられていても良いし、酸化チタンが混ぜられていてもよい。第３の実施形態において説明したように、酸化チタンが混ぜられている場合、発光素子１から出た光が外乱性遮光樹脂層１３に吸収されないため、更に光伝達率の高いフォトカプラを実現できる。

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。

１ 発光素子
２ 受光素子
３ 導電性ペースト
４ リードフレーム
４−１ 第１リードフレーム
４−２ 第２リードフレーム
５−１ 第１対向領域
５−２ 第２対向領域
６ シリコーン系樹脂層
７ 光透過性樹脂層
８ 遮光性樹脂層
９ 金ワイヤ
１０ 光結合素子
１１ 空隙
１２ Ａｇワイヤ
１３ 外乱性遮光樹脂層
１４ 第１部分
１５ 第２部分
１６ クラック
１７ 絶縁フィルム

Claims (11)

1. 第１リードフレームと、
   前記第１リードフレーム上に実装された、発光素子と、
   前記発光素子により発せられた光を受光する、受光素子と、
   前記発光素子を被覆する、透光性のシリコーン系樹脂層と、
   前記第１リードフレームと前記発光素子とを接続する、導電性ワイヤと、
   を具備し、
   前記導電性ワイヤは、銀を含有する材料により構成されている
   光結合素子。
2. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   前記シリコーン系樹脂層は、前記導電性ワイヤを完全に覆うように、設けられている
   光結合素子。
3. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   前記導電性ワイヤは、銀を５０重量％以上含んでいる
   光結合素子。
4. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   前記シリコーン系樹脂層は、前記発光素子及び前記受光素子を覆うように、配置されている
   光結合素子。
5. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   更に、
   前記受光素子が実装される、第２リードフレーム
   を具備し、
   前記第１リードフレームは、第１対向領域を有し、
   前記第２リードフレームは、第２対向領域を有し、
   前記第１リードフレームと前記第２リードフレームとは、前記第１対向領域が前記第２対向領域に対向するように、配置されており、
   前記発光素子は、前記第１対向領域に実装され、
   前記受光素子は、前記第２対向領域に実装されている
   光結合素子。
6. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   更に、
   前記受光素子が実装される、第２リードフレームを有し、
   前記第１リードフレームは、前記発光素子が実装された第１実装領域を有し、
   前記第２リードフレームは、前記受光素子が実装された第２実装領域を有し、
   前記第１リードフレームと前記第２リードフレームとは、前記第１実装領域と前記第２実装領域とが同一平面上に位置するように、配置されている
   光結合素子。
7. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   更に、
   前記シリコーン系樹脂層を被覆するように設けられ、前記発光素子により発せられた光を反射させる、遮光層、
   を具備する
   光結合素子。
8. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   更に、前記シリコーン系樹脂層を被覆するように設けられ、光を吸収する、遮光層、
   を具備する
   光結合素子。
9. 請求項１に記載された光結合素子であって、
   前記シリコーン系樹脂層は、シロキサン結合と水酸基とを含む化合物を有している
   光結合素子。
10. 請求項１に記載された光結合素子であって、
    前記第１リードフレームは、
    第１部分と、
    第２部分とを有しており、
    前記第１部分と前記第２部分とは、同一平面上に配置され、離れており、
    前記発光素子は、前記第１部分の上面に載せられており、
    前記導電性ワイヤは、一端で前記第２部分の上面に接続され、他端で前記発光素子に接続されており、
    前記シリコーン系樹脂層は、前記第１部分と前記第２部分との間の領域を覆うように、前記第１部分の上面及び前記第２部分の上面上に配置されており、
    前記第１部分と前記第２部分と間隔は、前記シリコーン系樹脂層の供給時または供給時から硬化までの間に、前記シリコーン系樹脂層が前記第１部分及び前記第２部分の裏面側に回り込まないような大きさである
    光結合素子。
11. 請求項１に記載された光結合素子であって、
    更に、
    前記発光素子と前記受光素子との間に配置されたポリイミド系絶縁フィルム、
    を具備する
    光結合素子。

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