JPH1117073A

JPH1117073A - 光結合半導体装置および封止用樹脂組成物

Info

Publication number: JPH1117073A
Application number: JP18068997A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshizumi; 章善積
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】光変換効率が高く、高感度化が可能であ
り、外乱光に対してデバイスの信頼性を確保できる光
結合半導体装置と封止用樹脂組成物を提供する。【解決手段】発光素子(1) と受光素子(2) とを電極リ
ード(5,6) の一部に接続し、かつ光線透過性の樹脂(3)
に発光素子と受光素子とが埋め込まれており、上記埋込
み体(3) の外囲器を構成する樹脂封止体(4) を備えた光
結合半導体装置において、樹脂封止体(4) が合成樹脂と
無機質充填材からなるとともに、上記無機質充填材が酸
化チタニウムで被覆した無機質充填材を含む光結合半導
体装置であり、また合成樹脂と無機質充填材からなると
ともに、上記無機質充填材が酸化チタニウムで被覆した
無機質充填材を含む封止用樹脂組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光結合半導体装置
およびその封止用樹脂組成物に係り、特に光電変換効率
と誤動作を防止するための光線遮蔽能に優れた光結合半
導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光結合半導体装置は、一般に発光素子と
受光素子とを組み合わせて発光素子に電気信号を入力
し、それから放射される光エネルギーを受光素子で受け
て電気信号に変換し、入出力間は完全に電気的に分離さ
れた状態にて出力側に入力信号を伝達させるものであっ
て、フォトカプラまたはオプトアイソレータの名称にて
一般に供され、論理回路結合、アナログリレー、モータ
コントロールなどに幅広く用いられている。

【０００３】図１に典型的な光結合半導体装置の回路構
成を、図２にその縦断面図を、図３に破断斜視図を示
す。図１〜３において、１は入力側の発光素子で、Ｇａ
Ａｓ素子、ＧａＡｓＰ素子、ＧａＰ素子などが用いられ
る。一方、２は出力側の受光素子で、フォトトランジス
タ、フォトサイリスタ、フォトダイオードなどが用いら
れる。３は発光素子と受光素子間で光を受け渡すための
埋込み体で、埋込み樹脂にはシリコーン樹脂などの透明
樹脂が多く用いられる。５、６は金属フレームから構成
されるリード電極で、４２アロイなどのＦｅ−Ｎｉ合
金、Ｃｕ合金などの薄板が用いられる。そして４が、外
部環境から内部素子を保護するための樹脂封止体であ
る。

【０００４】一般に封止樹脂には、黒色樹脂もしくは光
結合半導体素子用に調製された白色樹脂が用いられる。
旧来は黒色樹脂が用いられてきたが、黒色樹脂の場合に
は、発光素子から出た光のうち、埋込み透明樹脂−封止
黒色樹脂界面に入射した光の多くが黒色樹脂に含まれる
炭素粒子に吸収される。そのため、光結合半導体装置の
重要性能である光電変換効率（ＣＴＲ）が低くなる。こ
の対策が検討され、現在では透明樹脂と封止樹脂との界
面で光を反射させるために白色の封止樹脂が広く使用さ
れるようになっている（特公昭57-6711 号公報など）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フォ
トカプラなどの樹脂封止体には光線反射能に優れた白色
樹脂が多く用いられている。しかし、最近のパッケージ
の形態の変化によって白色樹脂には新しい性能が要求さ
れるようになってきた。即ち、パッケージは従来のスル
ーホール実装用の厚型パッケージ（図１）から表面実装
用の薄型パッケージ（図４）に急速に変化してきてい
る。例えば、図１のスルーホール実装用のＤＩＰ（ヂュ
アルインラインパッケージ）の厚さは約4 ｍｍである
が、図２の表面実装タイプのＳＯＰ（スモールアウトラ
インパッケージ）の厚さは約2 ｍｍであり、さらに、Ｔ
ＳＯＰ（シンナースモールアウトラインパッケージ）で
は、その厚さは約1 ｍｍである。このように薄型化した
場合、パッケージ表面から受光素子までの光遮蔽壁の厚
さが薄くなり、従来の白色封止樹脂では外乱光による誤
動作が起こりやすいという問題がある。

【０００６】従来の白色封止樹脂は、有機酸無水物もし
くはノボラック型フェノール樹脂を硬化剤とするエポキ
シ樹脂20〜30重量％、溶融シリカ粉末50〜75重量％、二
酸化チタン粉末5 〜20重量％、その他から構成されてい
る。この構成の白色封止樹脂では、樹脂に必要とされる
光線反射能および光線遮蔽能は二酸化チタン粉末の添加
によって実現されている。しからば、薄型化して外乱光
の影響が大きくなっているとすれば、シリカ粉末を加え
ず、二酸化チタン粉末のみを加える、もしくは二酸化チ
タン粉末の割合をさらに増加させることが容易に構想さ
れる。

【０００７】しかし、白色封止樹脂中で二酸化チタンの
配合比を増加させると、以下の不都合が生じる。すなわ
ち、吸水率が増加し、半導体デバイスに必須とされるプ
レッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）で評価される耐湿
信頼性が低下する。また、熱膨張係数が増加し、ヒート
サイクルテスト（ＴＣＴ）で評価される冷熱信頼性が低
下する。さらに、逆バイアス負荷高温放置試験（ＨＴＲ
Ｂ）で評価される耐熱性が低下する。

【０００８】要するに、本発明は、上記課題を解決する
ためのものであって、光変換効率が高く、高感度化が
可能であり、外乱光に対してデバイスの信頼性を確保
できる光結合半導体装置と封止用樹脂組成物の提供を目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、光結合半導
体装置用の封止樹脂として、有用な白色複合樹脂に関し
て鋭意研究を行った結果、通常の半導体デバイス、例え
ば記憶素子（メモリ）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回
路）等の封止樹脂に配合される高純度無機質充填材粉末
の表面を二酸化チタン層で被覆することにより、低吸湿
性、低熱膨張性に加えて高温安定性に優れた白色封止樹
脂を提供でき、該白色封止樹脂を用いて光結合半導体装
置の外囲器を形成することにより、上記課題が解決でき
ることを見いだし、本発明を完成させるに至った。

【００１０】本発明の封止用樹脂組成物に係る一態様
は、まず、高純度溶融シリカ粉末にバインダとしての硬
化性シリコーン化合物をまずコーティングして、微細な
二酸化チタン粉末を高速混合機でせん断力を加えながら
混合し、溶融シリカ粉末表面に二酸化チタン粉末を付着
させた後に、高温で硬化性シリコーン化合物を固化させ
ることによって、図７の模式断面図に示すように、無機
質充填材７の表面に二酸化チタン層８が被覆された、二
酸化チタン被覆溶融シリカ粉末が得られる。次に、この
二酸化チタン被覆溶融シリカ粉末を混合槽に投入し、さ
らにエポキシ樹脂粉末、硬化剤としての有機酸無水物、
硬化促進剤としての触媒、離型剤としての滑剤を添加し
混合の後、二軸加熱ロール等で溶融混練し、冷却後粉砕
して白色封止樹脂の粉末を得る。この白色封止樹脂は、
二酸化チタン被覆溶融シリカ粉末を充填剤としているた
め、二酸化チタン粉末を添加する高光反射率、高光遮蔽
性白色封止樹脂と比べて低吸水性、低熱膨張性、光熱安
定性のもので、かつ高光線反射能、高光線遮蔽能の白色
封止樹脂が得られる。この樹脂は、低圧トランスファー
成形機で成形できるようにタブレット（大型の縦長錠
剤）に打錠される。

【００１１】次に、本発明の光結合半導体装置に係る一
態様は、リードフレームの素子搭載部に発光素子と受光
素子を接続し、硬化によりゴム状又はゲル状のシリコー
ン樹脂となる液状もしくは水アメ状の未硬化シリコーン
樹脂で発光素子と受光素子間に光透過通路を形成し、成
形機内で損傷を受けないように封止成形前にゲル化もし
くは硬化させる。次にこの光結合半導体素子を搭載した
リードフレームを低圧トランスファー成形機の加熱され
た下金型上に配置し、上金型を下降させて金型を閉じ、
成形機のタブレット投入口にプレヒータ等で予熱した上
記白色封止樹脂タブレットを投入の後、プランジャーを
下降もしくは上昇させて加熱溶融した白色封止樹脂をラ
ンナ（溝状樹脂注入路）、ゲート（湯口）を経てキャビ
ティに注入する。樹脂は、ほぼ1 〜3 分で硬化する。硬
化したリードフレームで連結した光結合半導体装置を金
型から取り出し、リードフレームを適当な形に打出し
（パンチアウト）し、外部への接続端子である外部リー
ドを適当な形に整えて光結合半導体装置は完成する。な
お、より良い信頼性を付与するために光結合半導体装置
は追加加熱（アフタキュア）されることが多い。その条
件は、150 ℃〜180 ℃で4 〜8 時間である。このように
して製造された光結合半導体装置は、二酸化チタンで被
覆された溶融シリカ粉末を用いた吸水性、低熱膨張性、
光熱安定性の、かつ高光反射率、高光遮蔽性の白色封止
樹脂を外囲器として用いているため、半導体デバイスに
必須の性能である耐湿信頼性、冷熱信頼性、耐熱性に優
れ、かつ光変換効率が高く、高感度化が可能な光結合半
導体装置を製造できる。

【００１２】以下、本発明について更に詳細に説明す
る。

【００１３】まず、本発明の酸化チタニウム被覆無機質
充填材を構成する無機質充填材と酸化チタニウム粉末、
さらに被覆方法について説明する。

【００１４】本発明に供される無機質充填材としては、
すべての種類が対象たり得るが、半導体素子の封止に供
する制限から、水分と高温が加わったときに素子に悪影
響を与えるイオン性不純物を解離しない高純度の無機粉
末が適当である。さらに、素子面へ応力が加わることに
よる信頼性の低下を防ぐために低膨張性の無機粉末が適
当である。この目的から、溶融シリカ粉末、溶融シリカ
球、結晶性シリカ粉末、酸化アルミナ粉末、窒化ケイ素
粉末、窒化アルミニウム粉末、Ｅガラス等の高純度ガラ
ス粉末、またはガラス球、ガラス繊維、さらに難燃性を
付与する際に必要な三酸化アンチモン、四酸化アンチモ
ン、五酸化アンチモン等の酸化アンチモン粉末も使用で
きる。なお、これらの無機粉末からのイオン性不純物の
溶出を防止するために酸洗浄等の洗浄、もしくはハード
コート被覆等の被覆が行われていてもよい。これらの無
機粉末の中では溶融シリカ粉末が最も好ましい。

【００１５】本発明に供される酸化チタニウムとして
は、すべての種類が対象たり得るが、上記無機質充填材
を被覆する目的から5 μｍ以下の平均粒径をもつことが
好ましい。より好ましくは1 μｍ以下である。酸化チタ
ニウムとしては、ルチル型の二酸化チタン、アナタース
型の二酸化チタンが使用できる。

【００１６】本発明のための無機質充填材の被覆方法と
しては、いかなる方法でもよいが、無機質充填材に強固
に付着して均一に無機質充填材を覆っている必要があ
る。以下に被覆方法を例示する。

【００１７】まず、被覆バインダとしてシリコーン樹脂
を用いる方法がある。これは、2 液からなる液状シリコ
ーン樹脂が使用できる。液状シリコーン樹脂の第１液
は、ＳｉＨ基を有するシリコーンオイルであり、第２液
は、炭素二重結合を有するシリコーンオイルである。こ
の2 液を混合して、溶融シリカ粉末（平均粒径12μｍ）
表面に付着（コート）させ、その後、造粒混合装置で溶
融シリカ粉末表面に二酸化チタン粉末（平均粒径1 μ
ｍ）を付着させた後に、加熱硬化させて二酸化チタン被
覆溶融シリカ粉末を得ることができる。

【００１８】また、被覆バインダとしてエポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂を用いる方法がある。溶融シリカ粉末
を、加熱された造粒混合装置で攪拌しながら、粉末もし
くは液状のエポキシ樹脂を加え、さらにフェノール樹
脂、酸無水物などの硬化剤とリン系触媒等を加えた後
に、表面に未硬化の粘着性エポキシ層をもつ溶融シリカ
粉末表面に二酸化チタン粉末を付着させた後に、加熱硬
化させて二酸化チタン被覆溶融シリカ粉末を得ることが
できる。

【００１９】さらに、被覆バインダとしてエンジニアリ
ングプラスチックス等の熱可塑性樹脂を用いる方法があ
る。溶融シリカ粉末を造粒混合装置で攪拌しながら溶剤
に溶解させた低分子量ノルボルネン樹脂を加え、その後
に二酸化チタン粉末を加えて付着させた後に、減圧脱気
して二酸化チタン被覆溶融シリカ粉末を得ることができ
る。また、別法として、溶剤に溶解させた低分子量ノル
ボルネン樹脂を加えた後、減圧加熱して溶剤を留去させ
た後に300 ℃以上の高温に加熱して、ノルボルネン樹脂
に付着性を持たせた後に二酸化チタン粉末を付着させ冷
却して二酸化チタン被覆溶融シリカ粉末を得ることもで
きる。

【００２０】さらに他の例としては、化学反応槽にエタ
ノールを投入し、チタンのアルコール溶液を加え、更に
ジエタノールアミンを加え、その溶液に溶融シリカ粉末
を浸漬して溶融シリカ粉末表面に薄膜を形成する。その
後、乾燥し高温に加熱して、二酸化チタン被覆溶融シリ
カ粉末を得る方法もある。

【００２１】さらには、被覆バインダーとしてハードコ
ート層と呼ばれる硬度の高いシリコーン化合物を使用す
る方法、無機皮膜前駆体を用いることもできる。さらに
また、高温炉で二酸化チタンと溶融シリカ粉末を浮遊さ
せながら被覆することもできる。

【００２２】上記各方法で作製された二酸化チタン被覆
溶融シリカ粉末は、表面の性質が異なるため、白色封止
樹脂のバインダ樹脂の種類によって使い分けることが好
ましい。白色封止樹脂を硬化させた後に、強固に二酸化
チタン被覆溶融シリカ粉末とバインダ樹脂が接着してい
る組合せがよい。

【００２３】本発明の封止用樹脂組成物の原料としての
合成樹脂には、まず、光の反射率を高めるために、光線
透過性の高いプラスチックまたはエンジニアリングプラ
スチックが使用できる。プラスチックまたはエンジニア
リングプラスチックとしては、例えば、ポリスチレン、
スチレン−アクリル系共重合体、ＡＢＳ樹脂、アクリル
樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート樹
脂、ノルボルネン樹脂などが使用できる。中でも、耐熱
性に優れたポリカーボネート樹脂とノルボルネン樹脂が
好適である。

【００２４】これらプラスチックをマトリックスとする
場合には、プラスチック原料、二酸化チタン被覆溶融シ
リカ粉末および滑剤を均一に混合後、二軸加熱押出し機
に投入し、加熱下にせん断力により溶融混合押出しを行
うことによって調製できる。押し出された封止樹脂は、
造粒機（ペレタイザー）により造粒、冷却しペレット化
して素子封止用金型を装備した射出（インジェクショ
ン）成形機で、前記トランスファー成形機の手順に準じ
て光結合半導体装置を製造する。

【００２５】また、本発明の封止用樹脂組成物の原料と
しての合成樹脂には、メラミン樹脂、キシレン樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ジアリールフ
タレート樹脂、トリアリールシアヌレート樹脂、セルロ
ーズ樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも接着性
の良好なエポキシ樹脂を用いることが好ましい。エポキ
シ樹脂の内では、加熱したときに変色の少ない有機酸無
水物もしくはノボラック型のフェノール樹脂を使用する
ことが好ましく、一般の半導体デバイスの封止用に調製
されたカーボン添加型の黒色封止樹脂からカーボンを除
いた組成を基本にすることが望ましい。

【００２６】本発明で用いる発光素子としては、ＧａＡ
ｓ素子、ＧａＡｓＰ素子、ＧａＰ素子などが用いられ
る。一方、受光素子としては、フォトトランジスタ、フ
ォトサイリスタ、フォトダイオードなどが用いられる。
その配置は多様であるが、大きく分類すれば、反射型配
置（図５）と対向型配置（図６）がある。

【００２７】即ち、反射型配置の場合には、図５に示さ
れるように、両素子１，２を平面的に配置されたベッド
と呼ばれる部分にそれぞれ搭載（マウント）し外部回路
とつなぐための内部リード５，６と接続用細線を用いて
接続した後、透明の液状シリコーン樹脂３で両素子１，
２を包囲してレンズ状に埋め込み、その後、発光素子１
から放射した光Ｌを樹脂封止体４とレンズ状シリコーン
樹脂３の界面で反射させて受光素子２に効率的に送り届
けるために、本発明の封止用樹脂組成物でシリコーン樹
脂３を囲み白色の樹脂封止体４を成形（モールド）す
る。この反射型配置構造の場合に白色樹脂の反射率が直
接、光電変換効率に影響する。

【００２８】一方の対向型配置の場合には、図６に示さ
れるように、ベッドを上下に作り、受光素子２と発光素
子１を下上もしくは上下に対向させて搭載し、外部回路
とつなぐための内部リード５，６と接続用細線（図示さ
れず）を用いて接続した後、透明の液状シリコーン樹脂
３を両素子１，２をつなぐ形に埋め込み、その後発光素
子１から放射した光Ｌの内、シリコーン樹脂３の側面な
どから逃げる光を受光素子に効率的に送り届けるため
に、本発明の封止用樹脂組成物でシリコーン樹脂３を囲
み白色の樹脂封止体４を成形（モールド）する。この対
向型配置構造の場合も白色樹脂の反射率が光電変換効率
に影響する。

【００２９】上述したとおり、本発明の光結合半導体装
置は、発光素子と受光素子とを電極リードもしくは電極
リード群の一部に接続し、かつ光線透過性の樹脂に発光
素子と受光素子とが埋め込まれており、上記埋込み体も
しくは上記埋込み体を含む各素子の外囲器を構成する樹
脂封止体を備えた光結合半導体装置において、樹脂封止
体が合成樹脂と無機質充填材からなるとともに、上記無
機質充填材が酸化チタニウムで被覆した無機質充填材を
含むことを特徴とするものであり、その光結合半導体装
置において、樹脂封止体の合成樹脂がエポキシ樹脂であ
り、無機質充填材および酸化チタニウム被覆無機質充填
材用基材がシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ
ニウムから選ばれた粉体である光結合半導体装置であ
り、また、樹脂封止体の合成樹脂が光線透過性をもつプ
ラスチックもしくはエンジニアリングプラスチックであ
り、無機質充填材および酸化チタニウム被覆無機質充填
材用基材がシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ
ニウムから選ばれた粉体である光結合半導体装置であ
る。

【００３０】一方、本発明の光線反射能と光線遮蔽能を
有する封止用樹脂組成物は、合成樹脂と無機質充填材か
らなるとともに、上記無機質充填材が酸化チタニウムで
被覆した無機質充填材を含むことを特徴とするものであ
り、その封止用樹脂組成物において、合成樹脂が有機酸
無水物硬化型もしくはフェノール樹脂硬化型のエポキシ
樹脂であり、酸化チタニウム被覆シリカ粉末が組成物全
体に対して20重量％から85重量％の範囲で含まれる封止
用樹脂組成物であり、また、合成樹脂がポリカーボネー
ト樹脂もしくはノルボルネン樹脂であり、酸化チタニウ
ム被覆シリカ粉末が組成物全体に対して20重量％から85
重量％の範囲で含まれる封止用樹脂組成物である。

【００３１】

【作用】以上のように、本発明によれば、無機質充填材
粉末の表面を二酸化チタン層で被覆することにより低吸
湿性、低熱膨張性に加えて高温安定性に優れた白色封止
樹脂を提供でき、該白色封止樹脂で外囲器を構成する
と、光結合半導体装置に優れたデバイス信頼性を付与で
きるのである。

【００３２】本発明の核となる思想は、半導体封止用樹
脂の充填材として機械的特性ほかの面で好適であるけれ
ども光線反射能と光線遮断能で劣るシリカ等無機質粉末
と、高光反射率および高光遮蔽性の酸化チタニウム粉末
のそれぞれの機能を最大限に発揮させる見地から、無機
質粉末の表面に酸化チタニウム粉末を固定もしくは表面
に酸化チタニウム層を形成することにより、必要な機械
的特性ほかを維持しながら、シリカ粉末等の中を透過し
て受光素子に至る外乱光経路を遮断し、その結果、光結
合半導体装置の光変換効率を向上できるとともに外乱光
による誤動作をなくすことができ、また光結合半導体装
置の各種信頼性を向上させることができるのである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明す
る。なお、従来技術との比較のため比較例を併せて記載
する。まず、酸化チタニウム被覆無機質充填材として使
用する被覆充填材（Ａ）〜（Ｄ）を説明する。

【００３４】被覆充填材（Ａ）半導体封止樹脂用の高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒
子径14μｍ、破砕状）5 ｋｇ、二酸化チタン粉末（アナ
タース型：重量平均粒子径 1μｍ）1 ｋｇ、および自己
接着性加熱硬化型の液状シリコーンゴム（付加形2 成分
形）の混合液50ｇを準備する。

【００３５】水平回転翼と側面に垂直攪拌翼を具備し、
かつ加熱および冷却機構、減圧排気機構をも具備する造
粒攪拌装置に、上記溶融シリカ粉末を投入し、室温で攪
拌する。1 分後に上記液状シリコーンゴムをスプレー方
式で噴霧投入し、攪拌を続ける。液状シリコーンゴムの
投入2 分後に、昇温を開始しながら、上記二酸化チタン
粉末を投入口から細流の形で2 分かけて添加する。二酸
化チタン粉末投入後、1 分を経過したら、攪拌速度を落
とし、減圧排気を微作動させながら造粒攪拌装置を150
℃まで昇温させる。昇温後、3 分経過したら冷却を開始
し、室温に冷却して取り出し、被覆充填材（Ａ）を調製
した。

【００３６】被覆充填材（Ｂ）高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径10μｍ、球状）
5 ｋｇ、二酸化チタン粉末（ルチル型：重量平均粒子径
0.8 μｍ）1 ｋｇ、液状のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂（エポキシ当量180 、粘度5000ｃｓｐ／52℃）35
ｇ、硬化材であるメチル化ヘキサヒドロ無水フタル酸
（液体）14ｇ、および触媒としてジアザビシクロウンデ
セン（液体）1 ｇを準備する。

【００３７】被覆充填材（Ａ）におけると同様の造粒攪
拌装置に、上記溶融シリカ粉末を投入し、室温で攪拌す
る。1 分後に、上記ジアザビシクロウンデセンをスプレ
ー方式で噴霧投入し、30秒間攪拌を続ける。次に、上記
メチル化ヘキサヒドロ無水フタル酸を同じく噴霧投入
し、直ちに液状の上記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
をシリンジで投入する。次に、上記二酸化チタン粉末を
投入口から細流の形で2分かけて添加する。二酸化チタ
ン粉末投入後、1 分を経過したら、攪拌速度を落とし、
減圧排気を微作動させながら造粒攪拌装置の温度を1550
℃まで上げる。昇温後、1 分経過したら冷却を開始し、
室温に冷却して取り出し、被覆充填材（Ｂ）を調製し
た。

【００３８】被覆充填材（Ｃ）高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕
状）5 ｋｇ、二酸化チタン粉末（ルチル型：重量平均粒
子径0.8 μｍ）1 ｋｇ、およびノルボルネン樹脂30ｇを
100 ｇのキシレン溶剤に溶解させたノルボルネン樹脂溶
液を準備する。

【００３９】被覆充填材（Ａ）の製法と同様の造粒攪拌
装置に上記溶融シリカ粉末5 ｋｇを投入し、室温で攪拌
する。1 分後に、上記ノルボルネン樹脂溶液をスプレー
方式で噴霧投入し、1 分間攪拌を続ける。次に、上記二
酸化チタン粉末を投入口から細流の形で2 分かけて添加
する。二酸化チタン粉末投入後、1 分を経過したら、攪
拌速度を落とし、減圧排気装置を作動させながら造粒攪
拌装置の温度を100 ℃まで上げる。昇温後、1 分経過し
たら冷却を開始し、室温に冷却して取り出し、被覆充填
材（Ｃ）を調製した。

【００４０】被覆充填材（Ｄ）高純度溶融シリカ粉末に換えて、窒化ケイ素粉末（重量
平均粒子径12μｍ、破砕状）7.5 ｋｇを用いて被覆充填
材（Ａ）の製法に従って被覆充填材（Ｄ）を調製した。

【００４１】実施例１まず、使用原料として、クレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂粉末（エポキシ当量220 、軟化点84℃）170 ｇ、
ノボラック型フェノール樹脂粉末（水酸基当量104 、軟
化点75℃）77ｇ、トリフェニルフォスフィン粉末4 ｇ、
被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇ、カルナバワックス粉末6
ｇ、およびエポキシシランカップリング剤液体3 ｇを秤
量準備する。

【００４２】高速混合攪拌装置（ヘンシェルミキサー）
に被覆充填材（Ａ）を投入し、1 分間混合の後、エポキ
シシランカップリング剤をスプレー噴射して加える。そ
の後、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型フェノール樹脂、トリフェニルフォスフィン粉末、
カルナバワックス粉末を順次に加えて充填材と樹脂の均
一混合体を調製する。次に二軸ロール（前ロール75℃、
後ロール105 ℃）に投入し、2 分混練の後に、ロールか
らシート状の白色樹脂を取り出し、冷却の後、粉砕して
白色エポキシ樹脂粉末を調製する。この粉末を打錠機で
タブレット化して光結合半導体装置の低圧トランスファ
ー成形装置での封止に使用する。

【００４３】光結合半導体装置の性能評価のため、2 タ
イプのＴＥＧ（テスト素子）を用意した。発光素子と受
光素子が対向配置され厚形（4 ｍｍ）のパッケージに封
止されたＴＥＧ−Ａ（図６のタイプ）と、発光素子と受
光素子が同一平面上に配置された薄形（2 ｍｍ）のパッ
ケージに封止されたＴＥＧ−Ｂ（図５のタイプ）であ
る。ＴＥＧ−Ａは、光電変換効率の測定に使用し、ＴＥ
Ｇ−Ｂは、外乱光の影響評価に使用した。リードフレー
ム上に配置されたＴＥＧ−ＡとＴＥＧ−Ｂを各3個、低
圧トランスファー成形機を用いて封止した。封止の条件
は、175 ℃で3 分間で硬化成形した。封止成形後、リー
ドを切り離して外部リードの形状を整え、170 ℃で4 時
間、アフターキュアーして製作された白色樹脂封止光結
合半導体装置を、光変換効率、外乱光の影響等の評価に
使用した。

【００４４】実施例２被覆充填材（Ａ）粉末に代えて、被覆充填材（Ｂ）粉末
を用い、実施例１の方法に従って白色エポキシ樹脂粉末
を調製するとともに、該白色エポキシ樹脂粉末のタブレ
ットを用いて白色樹脂封止光結合半導体装置を製作し
た。

【００４５】実施例３被覆充填材（Ａ）粉末に代えて、被覆充填材（Ｃ）粉末
を用い、実施例１の方法に従って白色エポキシ樹脂粉末
を調製するとともに、該白色エポキシ樹脂粉末のタブレ
ットを用いて白色樹脂封止光結合半導体装置を製作し
た。

【００４６】実施例４被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 140ｇと、被
覆充填材（Ａ）粉末600 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００４７】実施例５被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 240ｇと、被
覆充填材（Ａ）粉末500 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００４８】実施例６被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 340ｇと、被
覆充填材（Ａ）粉末400 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００４９】実施例７被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 440ｇと、被
覆充填材（Ａ）粉末300 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００５０】実施例８被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 540ｇと、被
覆充填材（Ａ）粉末200 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００５１】実施例９クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ノボラック型フ
ェノール樹脂、トリフェニルフォスフィン、に代えて、
三官能エポキシ樹脂（トリグリシジルイソシアヌレー
ト、固形）粉末180 ｇ、有機酸無水物（ヘキサヒドロ無
水フタル酸、固形）粉末68ｇ、ジアザビシクロウンデセ
ン（液状）3 ｇ、を用いて実施例１の方法に従って白色
エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色エポキシ
樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光結合半導
体装置を製作した。

【００５２】実施例１０被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径14μｍ、破砕状） 340ｇと、被
覆充填材（Ｄ）粉末400 ｇを用い、実施例１の方法に従
って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色
エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光
結合半導体装置を製作した。

【００５３】実施例１１ノルボルネン樹脂粉末5 ｋｇ、高純度溶融シリカ粉末
（重量平均粒子径14μｍ、破砕状）9.74ｋｇ、Ｅ−ガラ
ス短繊維（ミルドファイバー、平均長0.2 ｍｍ）0.5 ｋ
ｇ、被覆充填材（Ｃ）粉末4.5 ｋｇ、カルナバワックス
粉末80ｇ、ポリエチレンワックス粉末120 ｇ、およびビ
ニルシランカップリング材液体60ｇを準備する。

【００５４】高速混合攪拌装置（ヘンシェルミキサー）
に高純度溶融シリカ粉末、Ｅ−ガラス短繊維、被覆充填
材（Ｃ）粉末を投入して1 分間混合の後、ビニルシラン
カップリング剤をスプレー噴射して加える。その後、ノ
ルボルネン樹脂粉末、カルナバワックス粉末、ポリエチ
レンワックス粉末を加えて混合する。次に、二軸押出し
機（エクストルーザ）にホッパーより投入し、加熱混練
の後、ペレタイザーでペレット化する。この白色ペレッ
トを光結合半導体装置のインジェクション装置での封止
に使用した。ＴＥＧ（テスト素子）の作製は、実施例１
に準じて行った。ただし、ノルボルネン樹脂封止のＴＥ
Ｇの場合には、アフターキュアーは行わなかった。

【００５５】実施例１２被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに代えて、高純度溶融シリ
カ粉末（重量平均粒子径12μｍ、球状） 440ｇと、被覆
充填材（Ａ）粉末300 ｇを用い、実施例１の方法に従っ
て白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該白色エ
ポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂封止光結
合半導体装置を製作した。

【００５６】比較例１実施例１の組成のうち、被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに
代えて、高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μ
ｍ、破砕状） 615ｇと、二酸化チタン粉末（アナタース
型：重量平均粒子径1 μｍ）125 ｇを用い、実施例１の
方法に従って白色エポキシ樹脂粉末を調製するととも
に、該白色エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色
樹脂封止光結合半導体装置を製作した。

【００５７】比較例２実施例１の組成のうち、被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに
代えて、高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μ
ｍ、破砕状） 490ｇと、二酸化チタン粉末（アナタース
型：重量平均粒子径1 μｍ）250 ｇを用い、実施例１の
方法に従って白色エポキシ樹脂粉末を調製するととも
に、該白色エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色
樹脂封止光結合半導体装置を製作した。

【００５８】比較例３実施例１の組成のうち、被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに
代えて、高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μ
ｍ、破砕状） 240ｇと、二酸化チタン粉末（アナタース
型：重量平均粒子径1 μｍ）500 ｇを用い、実施例１の
方法に従って白色エポキシ樹脂粉末を調製するととも
に、該白色エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色
樹脂封止光結合半導体装置を製作した。

【００５９】比較例４実施例１の組成のうち、被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに
代えて、高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μ
ｍ、破砕状） 240ｇと、二酸化チタン粉末（ルチル型：
重量平均粒子径0.8 μｍ）500 ｇを用い、実施例１の方
法に従って白色エポキシ樹脂粉末を調製するとともに、
該白色エポキシ樹脂粉末のタブレットを用いて白色樹脂
封止光結合半導体装置を製作した。

【００６０】比較例５実施例１の組成のうち、被覆充填材（Ａ）粉末740 ｇに
代えて、高純度溶融シリカ粉末（重量平均粒子径14μ
ｍ、破砕状） 740ｇを用い、実施例１の方法に従ってエ
ポキシ樹脂粉末を調製するとともに、該エポキシ樹脂粉
末のタブレットを用いて白色樹脂封止光結合半導体装置
を製作した。

【００６１】白色エポキシ樹脂粉末およびエポキシ樹脂
粉末の加圧吸水率、膨張係数、高温体積抵抗率を評価し
て、表１に示した。その評価方法は、以下の通りであ
る。

【００６２】加圧吸水率：径が5 ｃｍ，厚さ3 ｍｍの円
板を作製し、150 ℃で2 時間、乾燥させた後、重量を測
定し、圧力釜（127 ℃の飽和水蒸気雰囲気）中で15時間
加湿した後、重量を秤量し、吸水量（重量％）をその差
から測定した。

【００６３】膨張係数：ＴＭＡ（熱機械特性測定装置）
中で5 ℃／ｍｉｎで昇温させながらサンプル（4 ｍｍ×
4 ｍｍ×17ｍｍ）の膨張量を測定し、サンプル長と単位
温度当りの膨張量から熱膨張係数（率）を求めた。

【００６４】高温体積抵抗率：径が10ｃｍ、厚さ3 ｍｍ
の円板を作製し、150 ℃の乾燥機中で円板の上下に配置
した円形電極間に500 Ｖの電圧を印荷し、1 分後のリー
ク電流を測定し、その値と電極の大きさ、円板の厚みか
ら150 ℃での体積抵抗率を求めた。

【００６５】白色樹脂封止光結合半導体装置を製作して
ＰＣＴテスト、ＨＴＲＢテストを行い、その結果を表２
に示した。白色樹脂封止光結合半導体装置および樹脂封
止光結合半導体装置の評価方法は、以下のとおりであ
る。

【００６６】ＰＣＴテスト：ＴＥＧ−Ａを圧力釜（127
℃の飽和水蒸気雰囲気）中に投入し、一定時間毎に断
線、リーク等の不良を検査した。表２には、1000時間経
過時の不良発生数を記載した。

【００６７】ＴＣＴテスト：ＴＥＧ−Ａを熱サイクル試
験槽（−155 ℃×30ｍｉｎと＋150℃×30ｍｉｎで1 サ
イクル）中に投入し、一定サイクル毎に断線、リーク等
の不良を検査した。表２には、500 サイクル経過時の不
良発生数を記載した。

【００６８】高温逆バイアス放置テスト：ＴＥＧ−Ａを
125 ℃の恒温槽に投入し、逆バイアス電圧を印荷して、
一定時間毎に断線、リーク等の不良を検査した。表２に
は、500 時間経過時の不良発生数を記載した。

【００６９】また、白色樹脂封止光結合半導体装置およ
び樹脂封止光結合半導体装置のＣＴＲテスト、外乱光テ
ストの結果を表３に示した。評価方法は、以下のとおり
である。

【００７０】光電変換効率評価テスト：ＴＥＧ−ＡのＣ
ＴＲ（入出力の変換効率：CurrentTransfer Ratio）を
測定した。結果は、比較例５の酸化チタンを含まないエ
ポキシ樹脂粉末から製作した樹脂封止光結合半導体装置
の値を100 として、その値から計算した。

【００７１】外乱光の影響評価テスト：ＴＥＧ−ＢとＴ
ＥＧ−Ａのパッケージの上1 ｍｍまで蛍光灯を近づけ、
受光素子の起電力を測定し、一定値を超えたときに不良
とした。

【００７２】

【表１】

【００７３】

【表２】

【００７４】

【表３】

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、無機質
充填材粉末の表面を二酸化チタン層で被覆することによ
り、低吸湿性、低熱膨張性に加えて高温安定性に優れた
白色封止樹脂を提供でき、該白色封止樹脂で外囲器を構
成すると光結合半導体装置に優れたデバイス信頼性を付
与できる。この特性を活かして、本発明の白色封止光結
合半導体装置は論理回路結合、アナログリレー、モータ
コントロール等の電子部品の性能を向上させることがで
きる。さらには、本発明を適用した電子部品は、小型
化、薄型化ができ、携帯機器等への適用にも好適であ
る。すなわち、半導体関連製品の小型化に対応すること
ができ、その産業上の価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】光結合半導体装置の回路図である。

【図２】光結合半導体装置の縦断面図である。

【図３】光結合半導体装置の一部破断斜視図である。

【図４】薄型の光結合半導体装置の縦断面図である。

【図５】反射型配置の光結合半導体装置の縦断面図であ
る。

【図６】対向型配置の光結合半導体装置の縦断面図であ
る。

【図７】酸化チタニウム被覆無機質充填材の摸式断面図
であるる

【符号の説明】

１発光素子２受光素子３埋込み体（光透過性樹脂）４樹脂封止体（封止樹脂）５入力用電極リード（発光側）６出力用電極リード（受光側）７無機質充填材８酸化チタニウム層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｋ 9/02 Ｃ０８Ｌ 45/00 Ｃ０８Ｌ 45/00 63/00 Ｃ 63/00 Ｂ 69/00 69/00 101/00 101/00 Ｃ０９Ｃ 3/06 Ｃ０９Ｃ 3/06 Ｈ０１Ｌ 21/56 ＪＨ０１Ｌ 21/56 31/12 Ａ 31/12 23/30 Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子と受光素子とを電極リードもし
くは電極リード群の一部に接続し、かつ光線透過性の樹
脂に発光素子と受光素子とが埋め込まれており、上記埋
込み体もしくは上記埋込み体を含む各素子の外囲器を構
成する樹脂封止体を備えた光結合半導体装置において、
樹脂封止体が合成樹脂と無機質充填材からなるととも
に、上記無機質充填材が酸化チタニウムで被覆した無機
質充填材を含むことを特徴とする光結合半導体装置。
【請求項２】樹脂封止体の合成樹脂がエポキシ樹脂で
あり、無機質充填材および酸化チタニウム被覆無機質充
填材用基材がシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アル
ミニウムから選ばれた粉体である請求項１記載の光結合
半導体装置。
【請求項３】樹脂封止体の合成樹脂が光線透過性をも
つプラスチックもしくはエンジニアリングプラスチック
であり、無機質充填材および酸化チタニウム被覆無機質
充填材用基材がシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウムから選ばれた粉体である請求項１記載の光結
合半導体装置。
【請求項４】合成樹脂と無機質充填材からなるととも
に、上記無機質充填材が酸化チタニウムで被覆した無機
質充填材を含むことを特徴とする光線反射能と光線遮蔽
能を有する封止用樹脂組成物。
【請求項５】合成樹脂が有機酸無水物硬化型もしくは
フェノール樹脂硬化型のエポキシ樹脂であり、酸化チタ
ニウム被覆シリカ粉末が組成物全体に対して20重量％か
ら85重量％の範囲で含まれる請求項４記載の光線反射能
と光線遮蔽能を有する封止用樹脂組成物。
【請求項６】合成樹脂がポリカーボネート樹脂もしく
はノルボルネン樹脂であり、酸化チタニウム被覆シリカ
粉末が組成物全体に対して20重量％から85重量％の範囲
で含まれる請求項４記載の光線反射能と光線遮蔽能を有
する封止用樹脂組成物。