JP2005259876A - Optical coupler and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子と受光素子を備える光結合装置、及びそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to an optical coupling device including a light emitting element and a light receiving element, and an electronic apparatus using the same.
周知の様に、この種の光結合装置は、発光素子と受光素子とを備えており、電気信号を発光素子により光信号に変換して、この光信号を発光素子から受光素子へと送受し、この光信号を受光素子により電気信号に変換し、これにより入力側と出力側を電気的に絶縁した状態で信号伝達を行なう。この様な光結合装置は、高信頼性と光変換効率の安定化のために透光性樹脂及び遮光性樹脂により封止された2重モールドタイプのものが多い。 As is well known, this type of optical coupling device includes a light emitting element and a light receiving element, converts an electrical signal into an optical signal by the light emitting element, and transmits and receives this optical signal from the light emitting element to the light receiving element. The optical signal is converted into an electric signal by the light receiving element, thereby transmitting the signal in a state where the input side and the output side are electrically insulated. Many of such optical coupling devices are of a double mold type sealed with a light-transmitting resin and a light-shielding resin for high reliability and stabilization of light conversion efficiency.
図8は、従来の光結合装置の一例を示している。この光結合装置では、Cu合金やFe合金等の金属板を加工してなる各リードフレーム103、104の先端部分に、発光素子101及び受光素子102をAgペースト等の導電性ペーストを介して搭載し(ダイボンドと称す)、各素子101、102をAu線106等を介してぞれぞれのリードフレーム103、104に結線接続し(ワイヤボンドと称す)、発光素子101をシリコーン樹脂107によりプリコート(被覆)してから、各リードフレーム103、104をスポット溶接したりローディングフレームセットしたりすることにより、各素子101、102を位置決めして対向配置し、この状態で各素子101、102間の光路となる透光性樹脂108を一次トランスファモールドにより形成し、その上で外乱光の侵入や光漏れを防ぐための遮光性樹脂109を二次トランスファモールドにより形成し、更に遮光性樹脂109の表面をメッキし、タイバーカット及び各リードフレーム103、104のフォーミングを経て完成される。そして、光結合装置の電気特性検査及び外観検査を実施してから、光結合装置を梱包し出荷する。
FIG. 8 shows an example of a conventional optical coupling device. In this optical coupling device, the light-emitting
ここで、シリコーン樹脂107による発光素子101の被覆は、光結合装置の組み立て工程及び使用環境において発光素子101を熱的なストレス及び応力から保護するために行われる(特許文献1等を参照)。
しかしながら、発光素子101をシリコーン樹脂107により被覆しても、光結合装置が非常に厳しい極寒の環境で使用される場合は、シリコーン樹脂107が硬化して収縮してしまい、発光素子101に大きな応力が加わって、発光素子101の特性劣化や破損が生じた。例えば、シリコーン樹脂107としてエラストマータイプのものを用いたならば、−40℃程度で、シリコーン樹脂107が硬化して収縮し、発光素子101に大きな応力が加わった。
However, even if the light-emitting
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、極寒の使用環境であっても、応力緩和用の樹脂により被覆された素子の特性劣化や破損を招くことがない光結合装置及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is a light that does not cause deterioration or damage of characteristics of an element covered with a resin for stress relaxation even in an extremely cold usage environment. It is an object of the present invention to provide a coupling device and an electronic device using the same.
上記課題を解決するために、本発明は、入力信号を入力して発光する発光素子と、発光素子の光を受光して出力信号を出力する受光素子とを備え、発光素子及び受光素子の少なくとも一方を応力緩和用の樹脂により被覆した光結合装置において、応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えている。 In order to solve the above problems, the present invention includes a light emitting element that emits light by inputting an input signal, and a light receiving element that receives light from the light emitting element and outputs an output signal. An optical coupling device in which one side is coated with a stress relaxation resin is provided with temperature adjusting means for heating the stress relaxation resin.
また、本発明においては、温度調節手段は、電流を流されて発熱する発熱素子である。 In the present invention, the temperature adjusting means is a heating element that generates heat when an electric current is applied.
更に、本発明においては、発熱素子は、発光素子の逆方向抵抗値よりも低い抵抗値を有している。 Furthermore, in the present invention, the heat generating element has a resistance value lower than the reverse resistance value of the light emitting element.
また、本発明においては、リードフレームの一方の面に発光素子を搭載し、該リードフレームの他方の面に温度調節手段を搭載し、発光素子と温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせている。 In the present invention, the light emitting element is mounted on one surface of the lead frame, the temperature adjusting means is mounted on the other surface of the lead frame, and the light emitting element and the temperature adjusting means are overlapped via the lead frame. Yes.
更に、本発明においては、リードフレームの一方の面に、発光素子及び温度調節を接近させて搭載している。 Furthermore, in the present invention, the light emitting element and the temperature adjustment are mounted close to one surface of the lead frame.
また、本発明においては、応力緩和用の樹脂は、絶縁性の熱伝導材を含んでいる。 In the present invention, the stress relaxation resin contains an insulating heat conductive material.
一方、本発明の電子機器は、上記本発明の光結合装置を用いている。 On the other hand, the electronic device of the present invention uses the optical coupling device of the present invention.
本発明の光結合装置によれば、応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えているので、極寒の使用環境であっても、応力緩和用の樹脂を加熱することにより、該樹脂の温度を該樹脂の硬化温度よりも高く調節することができる。このため、該樹脂が硬化したり収縮したりせず、該樹脂により被覆されている素子に大きな応力が加わらず、素子の特性劣化や破損を防ぐことができる。 According to the optical coupling device of the present invention, since the temperature adjusting means for heating the resin for stress relaxation is provided, even in an extremely cold usage environment, the resin for stress relaxation can be heated by heating the resin for stress relaxation. The temperature can be adjusted higher than the curing temperature of the resin. For this reason, the resin is not cured or contracted, and a large stress is not applied to the element covered with the resin, so that characteristic deterioration and breakage of the element can be prevented.
例えば、温度調節手段は、電流を流されて発熱する発熱素子である。そして、この発熱素子に流れる電流が発光素子にも流れる可能性がある回路構成の場合は、発熱素子の抵抗値を発光素子の逆方向抵抗値よりも低くしている。これにより、発熱素子に電流が流れ易く、かつ発光素子に逆電流が流れ難くなり、逆電流による発光素子の破壊を防止することができる。 For example, the temperature adjusting means is a heating element that generates heat when an electric current is applied. In the case of a circuit configuration in which the current flowing through the heat generating element may flow through the light emitting element, the resistance value of the heat generating element is set lower than the reverse resistance value of the light emitting element. As a result, it is easy for current to flow through the heating element, and reverse current does not easily flow through the light emitting element, so that destruction of the light emitting element due to the reverse current can be prevented.
また、リードフレームの一方の面に発光素子を搭載し、該リードフレームの他方の面に温度調節手段を搭載し、発光素子と温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせているので、温度調節手段の熱をリードフレームを介して発光素子の応力緩和用の樹脂へと良好に伝達することができる。 Further, the light emitting element is mounted on one surface of the lead frame, the temperature adjusting means is mounted on the other surface of the lead frame, and the light emitting element and the temperature adjusting means are overlapped via the lead frame. The heat of the means can be satisfactorily transmitted to the stress relaxation resin of the light emitting element through the lead frame.
更に、リードフレームの一方の面に、発光素子及び温度調節手段を接近させて搭載しているので、発光素子及び温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせる構成と比較すると、光結合装置の厚みを薄くすることができる。 Furthermore, since the light emitting element and the temperature adjusting means are mounted close to one surface of the lead frame, the thickness of the optical coupling device is compared with a configuration in which the light emitting element and the temperature adjusting means are overlapped via the lead frame. Can be made thinner.
また、応力緩和用の樹脂として、絶縁性の熱伝導材を含んでいるものを用いているので、応力緩和用の樹脂そのものの熱伝導性が良好となり、温度調節手段による応力緩和用の樹脂の温度調整が容易になる。 In addition, since a resin containing an insulating heat conductive material is used as the stress relaxation resin, the thermal conductivity of the stress relaxation resin itself is improved, and the stress relaxation resin by the temperature adjusting means is improved. Temperature adjustment becomes easy.
一方、本発明の電子機器は、上記本発明の光結合装置を備えている。 On the other hand, an electronic apparatus according to the present invention includes the optical coupling device according to the present invention.
すなわち、本発明は、光結合装置に限定されるものではなく、この光結合装置を適用した電子機器を包含する。この電子機器は、電源、車両の制御装置、ファクトリーオートメーション(FA)、プログラマブルコントローラ(PLC)、通信機器等であり、入出力間を絶縁して信号伝達を行なう回路を含むものであれば、如何なる種類のものであっても構わない。 That is, the present invention is not limited to the optical coupling device, but includes an electronic apparatus to which the optical coupling device is applied. This electronic device is a power source, a vehicle control device, a factory automation (FA), a programmable controller (PLC), a communication device, etc., as long as it includes a circuit that insulates input and output and transmits signals. It does not matter if it is of a kind.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の光結合装置の実施例1を側方から見て示す断面図である。本実施例の光結合装置では、Cu合金やFe合金等の金属板を折り曲げ加工して、各リードフレーム13、14を予め作成しておく。そして、一方のリードフレーム13の表面の一部にポリイミド等からなる絶縁層15を形成して、この絶縁層15上に発熱素子(抵抗素子)16を搭載し、鉛フリー半田もしくは導電性ペースト等を用いて、発熱素子16の両端をリードフレーム13に接続する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the optical coupling device of the present invention as seen from the side. In the optical coupling device of this embodiment, the
また、リードフレーム13の先端部分の裏面に、発光素子11をAgペースト等の導電性ペーストを介して搭載し(ダイボンドと称す)、発光素子11をAu線17等を介してリードフレーム13に結線接続する(ワイヤボンドと称す)。同じく、リードフレーム14の先端部分の表面に、受光素子12を導電性ペーストを介して搭載し、受光素子12をAu線17等を介してリードフレーム14に結線接続する。
Further, the
そして、リードフレーム13の裏面の発光素子11をシリコーン樹脂18によりプリコート(被覆)する。
Then, the
次に、各リードフレーム13、14をスポット溶接したりローディングフレームセットしたりして、第1金型(図示せず)内に各素子11、12を位置決めして対向配置し、この状態で各素子11、12間の光路となる透光性樹脂19を一次トランスファモールドにより形成する。この成形により発生した透光性樹脂19の余分なバリは、バリ抜き用金型等により除去される。
Next, the
引き続いて、第2金型(図示せず)内に透光性樹脂19を位置決めし、この状態で外乱光の侵入や光漏れを防ぐための遮光性樹脂20を二次トランスファモールドにより形成する。この成形により発生した遮光性樹脂20の余分なバリも、バリ抜き用金型等により除去される。
Subsequently, the
この後、遮光性樹脂20の表面をメッキする。また、各リードフレーム間を連結するリード部分を切除するためのタイバーカットを行なう。このリード部分は、透光性樹脂19及び遮光性樹脂20の成形に際し、金型により封止し得ない各リードフレーム間の隙間を埋め、各リードフレーム間の隙間からの樹脂漏れを防ぐ役目を果たすものであり、成形終了後に不要となる。更に、各リードフレーム13、14のフォーミングを経て、光結合装置を完成する。そして、光結合装置の電気特性検査及び外観検査を実施してから、光結合装置を梱包し出荷する。
Thereafter, the surface of the
図2は、発光素子11、リードフレーム13、及び発熱素子16等を正面から見て示す拡大図である。尚、図2においては、3本のリードフレーム13を示しており、中央のリードフレームの符号を13aとし、左のリードフレームの符号を13bとし、右のリードフレームの符号を13cとしている。
FIG. 2 is an enlarged view showing the
発光素子11は、導電性ペーストを介して中央のリードフレーム13aの裏面に搭載されて接続され、かつAu線17を介して左のリードフレーム13bに接続されている。また、発熱素子16は、絶縁層15を介して中央のリードフレーム13aの表面に搭載され、かつその両端を左右の各リードフレーム13b、13cに接続されている。従って、発光素子11の一端と発熱素子16の一端が左のリードフレーム13bに共通接続され、発光素子11の他端が中央のリードフレーム13aに接続され、発熱素子16の他端が右のリードフレーム13cに接続される。発熱素子16とリードフレーム13a間に絶縁層15が介在するので、発熱素子16が該リードフレーム13a並びに発光素子11と同電位になることはない。絶縁層15は、発熱素子16が搭載されるリードフレーム13aの裏面部分に少なくとも設けられれば良く、リードフレーム13bの内側縁からリードフレーム13cの内側縁までの範囲に設けても構わない。
The
図3は、各リードフレーム13a、13b、13cによる発光素子11及び発熱素子16の結線を示す回路図である。図3から明らかな様に発光素子11のカソードと発熱素子16の一端を左のリードフレーム13bに共通接続し、発光素子11のアノードを中央のリードフレーム13aに接続し、発熱素子16の他端を右のリードフレーム13cに接続している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the connection of the
ここで、入力信号は、各リードフレーム13a、13bを通じて発光素子11に印加される。これにより、発光素子11が発光し、発光素子11の光が受光素子12で受光されて光電変換され、受光素子12から出力信号が出力される。
Here, the input signal is applied to the
また、発熱素子16には、各リードフレーム13b、13cを通じて電流が流される。これにより、発熱素子16が発熱し、この発熱素子15の熱がリードフレーム13aを通じてシリコーン樹脂18に伝達され、シリコーン樹脂18が加熱される。
A current flows through the
この様なシリコーン樹脂18の加熱は、この光結合装置の使用環境の温度が極めて低いときに行われる。これにより、シリコーン樹脂18の温度を該シリコーン樹脂18の硬化温度よりも高く調節することができ、シリコーン樹脂18の硬化や収縮が防止され、シリコーン樹脂18により被覆されている発光素子18に大きな応力が加わらず、発光素子18の特性劣化や破損を防ぐことができる。
Such heating of the
例えば、シリコーン樹脂18として、−40℃程度で硬化するエラストマータイプのものを採用する場合は、光結合装置の使用環境の温度を温度センサ等により検出し、この検出された温度が−40℃近傍まで低下したときに、発熱素子16に電流を流して、発熱素子16を発熱させ、シリコーン樹脂18の温度を上昇させる。あるいは、検出された温度が−40℃近傍まで低下したときに、この検出された温度に応じて発熱素子16に流れる電流量を増減させて、発熱素子16の発熱量を調節し、シリコーン樹脂18の温度を−40℃よりも高い略一定温度に保持する。これにより、シリコーン樹脂18の硬化や収縮を防止することができる。
For example, when an elastomer type resin that cures at about −40 ° C. is used as the
尚、発光素子11及び発熱素子16の結線を図4に示す様に変更しても、発光素子11の発光及び発熱素子16の発熱をそれぞれ行なうことができる。
Even if the connection of the
また、発光素子11及び発熱素子16の結線を図5(a)、(b)に示す様に変更しても構わない。ただし、発熱素子16の電流経路Irを点線矢印で示す様に設定した場合は、発光素子11に逆方向電圧が印加されて、発光素子11が破壊される可能性がある。このため、発熱素子16の抵抗値を発光素子11の逆方向抵抗値よりも低くする。これにより、発熱素子16に電流が流れ易く、かつ発光素子11に逆電流が流れ難くなり、逆電流による発光素子11の破壊を防止することができる。
Moreover, you may change the connection of the
勿論、発光素子11に一対のリードフレームを割り当てると共に、発熱素子16に他の一対のリードフレームを割り当てて、発光素子11及び発熱素子16の結線を全く別に行なっても構わない。
Of course, a pair of lead frames may be assigned to the
図6は、本発明の光結合装置の実施例2における発光素子11、リードフレーム13、及び発熱素子16等を正面から見て示す拡大図である。尚、図6において、図2と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付して説明を簡略化する。
FIG. 6 is an enlarged view showing the
本実施例では、発光素子11を被覆するシリコーン樹脂18に、絶縁性及び良好な熱伝導性を有する熱伝導材21を混入している。熱伝導材21は、例えばシリコーン樹脂18よりも比重が重いC、Al、Si、Al2O3、ZrO2等からなる粒状体である。
In this embodiment, a heat
この様にシリコーン樹脂18に熱伝導材21を混入した場合は、シリコーン樹脂18そのものの熱伝導性が良好になるので、発熱素子16の熱がリードフレーム13aからシリコーン樹脂18へと良好に伝達され、シリコーン樹脂18全体の温度が速やかに上昇する。
When the heat
図7は、本発明の光結合装置の実施例3における発光素子11、リードフレーム13、及び発熱素子16等を正面から見て示す拡大図である。尚、図7において、図2と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付して説明を簡略化する。
FIG. 7 is an enlarged view showing the
本実施例では、発光素子11は、導電性ペーストを介して中央のリードフレーム13aの裏面に搭載されて接続され、かつAu線17を介して左のリードフレーム13bに接続されている。また、発熱素子16の両端は、中央のリードフレーム13aの裏面と右のリードフレーム13cの裏面に接続されている。従って、発光素子11の一端が左のリードフレーム13bに接続され、発光素子11の他端と発熱素子16の一端が中央のリードフレーム13aに共通接続され、発熱素子16の他端が右のリードフレーム13cに接続される。
In the present embodiment, the
この様な構成においても、各リードフレーム13a、13b、13cによる発光素子11及び発熱素子16の結線を、図3、図4、図5(a)及び(b)のいずれにも設定し得る。
Even in such a configuration, the connection of the
この様に発光素子11及び発熱素子16をリードフレーム13の裏面に共に設ける場合は、図2に示す様に発光素子11と発熱素子16が重なり合わないので、リードフレーム13の先端近傍のスペースを薄くすることができる。このため、光結合装置の厚みも薄くすることができる。
When the
尚、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、発熱素子の配置位置、個数、種類等を変更しても構わない。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified. For example, the arrangement position, number, type, and the like of the heating elements may be changed.
また、本発明は、光結合装置ばかりではなく、この光結合装置を備える電子機器を包含する。この電子機器は、電源、車両の制御装置、ファクトリーオートメーション(FA)、プログラマブルコントローラ(PLC)、通信機器等であり、入出力間を絶縁して信号伝達を行なう回路を含むものであれば、如何なる種類のものであっても構わない。 Further, the present invention includes not only an optical coupling device but also an electronic device including the optical coupling device. This electronic device is a power source, a vehicle control device, a factory automation (FA), a programmable controller (PLC), a communication device, etc., as long as it includes a circuit that insulates input and output and transmits signals. It does not matter if it is of a kind.
11 発光素子
12 受光素子
13、14 リードフレーム
15 絶縁層
16 発熱素子
17 Au線
18 シリコーン樹脂
19 透光性樹脂
20 遮光性樹脂
21 熱伝導材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えることを特徴とする光結合装置。 An optical coupling comprising: a light emitting element that emits light upon receiving an input signal; and a light receiving element that receives light from the light emitting element and outputs an output signal, wherein at least one of the light emitting element and the light receiving element is coated with a stress relaxation resin. In the device
An optical coupling device comprising temperature adjusting means for heating a resin for stress relaxation.
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---|---|---|---|---|
JP2015035439A (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Optical coupling device and method for manufacturing optical coupling device |
US11402591B2 (en) | 2020-03-19 | 2022-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical coupling device |
-
2004
- 2004-03-10 JP JP2004067462A patent/JP2005259876A/en active Pending
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