JP2015035439A - 光結合装置及び光結合装置の製造方法 - Google Patents

光結合装置及び光結合装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】発光素子と受光素子の間の絶縁耐圧を確保しつつ、発光素子から受光素子に到達する光の量を増大させる。【解決手段】第１封止樹脂ＰＲ１は、発光素子ＳＤ１と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間を封止しており、第２封止樹脂ＰＲ２は、受光素子ＳＤ２と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間を封止している。第１封止樹脂ＰＲ１は、第１封止樹脂ＰＲ１よりも屈折率が高い複数の第１粒子を含んでいる。第１封止樹脂ＰＲ１中の第１粒子の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、発光素子ＳＤ１から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子の含有率よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、光結合装置及び光結合装置の製造方法に関し、例えば発光素子と受光素子を有する光結合装置に適用可能な技術である。
異なる電圧で動作する２つの回路を絶縁した状態で信号を伝達する装置の一つに、光結合装置がある。光結合装置は、発光素子と受光素子を封止樹脂で封止した構成を有している。
特許文献１には、発光素子を封止する封止樹脂に、封止樹脂よりも屈折率が高い第１粒子と、蛍光体粒子とを混ぜることが記載されている。第１粒子の直径は、発光素子からの光の波長よりも小さい。また、第１粒子を含むことによって、封止樹脂の屈折率は、実質的に蛍光体粒子の屈折率と同程度になっている。
特開２００４−１５０６３号公報
発光素子から受光素子への信号伝達の精度を上げるためには、発光素子から受光素子に到達する光の量を増大させる必要がある。発光素子の光射出面を構成する材料の屈折率は、一般的に封止樹脂の屈折率よりも高い。このため、本発明者は、発光素子と封止樹脂の間で光の一部が反射し、光の取り出し効率が低下している、と考えた。これを防ぐためには、封止樹脂の屈折率を上げればよい。
一方、発光素子と受光素子の間の絶縁耐圧を確保するために、封止樹脂の間に絶縁部材を配置することがある。この場合、封止樹脂の屈折率を上げるのみでは、封止樹脂と絶縁部材の間で光の一部が反射してしまう。このため、発光素子と受光素子の間の耐圧を確保しつつ、発光素子から受光素子に到達する光の量を増大させることは難しい。
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らかになるであろう。
一実施の形態によれば、発光素子と受光素子の間には、絶縁部材が配置されている。発光素子と絶縁部材の間の空間は第１封止樹脂によって封止されており、受光素子と絶縁部材の間の空間は第２封止樹脂によって封止されている。第１封止樹脂は、第１封止樹脂よりも屈折率が高い複数の第１粒子を含んでいる。第１封止樹脂中の第１粒子の含有率は、発光素子から絶縁部材に近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、発光素子から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂の第１粒子の含有率は、絶縁部材から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂の第１粒子の含有率よりも大きい。
他の一実施の形態によれば、発光素子と受光素子の間には、絶縁部材が配置されている。発光素子と絶縁部材の間の空間は第１封止樹脂によって封止されており、受光素子と絶縁部材の間の空間は第２封止樹脂によって封止されている。絶縁部材は、第１封止樹脂及び第２封止樹脂よりも屈折率が低い第１層と、第１層のうち第１封止樹脂に面する第１面に形成され、屈折率が第１封止樹脂と第１層の間に位置する第２層と、を備える。
前記一実施の形態によれば、発光素子と受光素子の間の耐圧を確保しつつ、発光素子から受光素子に到達する光の量を増大させることができる。
第１の実施形態に係る光結合装置の構成を示す断面図である。 第１封止樹脂の構成を示すための図である。 発光素子から受光素子に至るまでの屈折率の変化の一例を模式的に示す図である。 図３の変形例を示す図である。 光結合装置の製造方法を説明するための図である。 第２の実施形態に係る光結合装置の製造方法を示す断面図である。 発光素子から受光素子に至るまでの屈折率の変化を模式的に示す図である。 発光素子から絶縁部材までの光の透過率と、発光素子から第１封止樹脂への光の入射角度の関係をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例において、発光素子から絶縁部材までの光の透過率と、発光素子から第１封止樹脂への光の入射角度の関係をシミュレーションした結果を示す図である。 第３の実施形態に係る光結合装置の構成を示す図である。 発光素子から受光素子に至るまでの屈折率の変化を模式的に示す図である。 第４の実施形態に係る光結合装置の構成を示す図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光結合装置ＯＤの構成を示す断面図である。光結合装置ＯＤは、発光素子ＳＤ１、受光素子ＳＤ２、絶縁部材ＩＮＳＦ、第１封止樹脂ＰＲ１、及び第２封止樹脂ＰＲ２を備えている。発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２は互いに対向している。絶縁部材ＩＮＳＦは発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間に設けられ、発光素子ＳＤ１が発光した光を透過する。第１封止樹脂ＰＲ１は、発光素子ＳＤ１と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間を封止しており、第２封止樹脂ＰＲ２は、受光素子ＳＤ２と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間を封止している。第１封止樹脂ＰＲ１は、第１封止樹脂ＰＲ１よりも屈折率が高い複数の第１粒子ＦＲ１（図２に図示）を含んでいる。第１封止樹脂ＰＲ１中の第１粒子ＦＲ１の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、発光素子ＳＤ１から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率よりも大きい。以下、詳細に説明する。
発光素子ＳＤ１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）または半導体レーザであり、リードフレームＬＦ１に搭載されている。発光素子ＳＤ１は、ボンディングワイヤＷＩＲ１を介してリードフレームＬＦ１に電気的に接続している。そして、発光素子ＳＤ１は、ボンディングワイヤＷＩＲ１を介して外部から送信される信号に従って発光することにより、光信号を生成する。なお、発光素子ＳＤ１はＧａＡｓなどの化合物半導体によって形成されている。この化合物半導体の屈折率は、例えば３．０以上５．０以下である。また、発光素子ＳＤ１の光射出層は、窒化シリコン膜（屈折率：約２．０）や酸化シリコン膜（屈折率：約１．４）によって覆われている場合もある。
受光素子ＳＤ２は、リードフレームＬＦ２に搭載されており、また、ボンディングワイヤＷＩＲ２を介してリードフレームＬＦ２に電気的に接続している。受光素子ＳＤ２は光電変換素子を有している。そして受光素子ＳＤ２は、発光素子ＳＤ１に対向しているため、発光素子ＳＤ１から送信された光信号を受光して電気信号に変換する。この電気信号は、ボンディングワイヤＷＩＲ２及びリードフレームＬＦ２を介して外部の回路に送信される。受光素子ＳＤ２は、例えばＳｉを用いて形成される。Ｓｉの屈折率は、３．４〜３．８である。また、受光素子ＳＤ２の表層は、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜によって覆われている場合もある。
発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間の空間には、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間の絶縁性を高めるために、絶縁部材ＩＮＳＦが配置されている。本図に示す例において、絶縁部材ＩＮＳＦは、例えば絶縁フィルムであり、例えばポリイミドによって形成されている。
発光素子ＳＤ１と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間は、第１封止樹脂ＰＲ１によって封止されており、受光素子ＳＤ２と絶縁部材ＩＮＳＦの間の空間は、第２封止樹脂ＰＲ２によって封止されている。第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２は、例えばシリコーン樹脂であり、ポッティング法を用いて形成されている。第１封止樹脂ＰＲ１は、発光素子ＳＤ１を覆っているが、ボンディングワイヤＷＩＲ１とリードフレームＬＦ１の接続部分を覆っていない。また第２封止樹脂ＰＲ２は、受光素子ＳＤ２を覆っているが、ボンディングワイヤＷＩＲ２とリードフレームＬＦ２の接続部分を覆っていない。第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率は、例えば１．２以上１．６以下である。
第１封止樹脂ＰＲ１、リードフレームＬＦ１、ボンディングワイヤＷＩＲ１、第２封止樹脂ＰＲ２、リードフレームＬＦ２、ボンディングワイヤＷＩＲ２、及び絶縁部材ＩＮＳＦは、封止樹脂ＭＤＲによって封止されている。封止樹脂ＭＤＲは、例えばエポキシ樹脂である。封止樹脂ＭＤＲは、非透光性の樹脂であり、第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２からの光の漏洩、および外部からの光の侵入による受光素子ＳＤ２の誤動作を抑制している。なお、リードフレームＬＦ１のリード端子、及びリードフレームＬＦ２のリード端子は、いずれも封止樹脂ＭＤＲによって覆われていない。
図２は、第１封止樹脂ＰＲ１の構成を示すための図である。本図では、説明のため、第１封止樹脂ＰＲ１の形状を模式化しており、また絶縁部材ＩＮＳＦを省略している。発光素子ＳＤ１は、リードフレームＬＦ１の上に固定層ＤＢを用いて固定されている。固定層ＤＢはダイボンド材であり、例えば銀ペーストである。第１封止樹脂ＰＲ１は、発光素子ＳＤ１およびリードフレームＬＦ１のうち発光素子ＳＤ１の周囲に位置する領域を封止している。
第１封止樹脂ＰＲ１は、複数の第１粒子ＦＲ１を含んでいる。第１粒子ＦＲ１の直径は、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下である。第１粒子ＦＲ１の屈折率は、第１封止樹脂ＰＲ１の屈折率よりも高い。また、第１粒子ＦＲ１の密度は、第１封止樹脂ＰＲ１の密度よりも大きい。第１粒子ＦＲ１は、例えば酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、ガリウム砒素、及びガリウムリンの少なくとも一つであってもよく、第１粒子ＦＲ１は、発光素子ＳＤ１を構成する化合物半導体（例えばガリウム砒素）であってもよい。そして第１封止樹脂ＰＲ１中の第１粒子ＦＲ１の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて（本図に示す例では下から上に向かうにつれて）階段状又は連続的に変化している。そして、発光素子ＳＤ１から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率よりも大きい。ここで、第１粒子ＦＲ１の含有率は、例えば第１封止樹脂ＰＲ１を切断して生成した断面積において第１粒子ＦＲ１が占める面積の割合として算出することができる。また、第１封止樹脂ＰＲ１における第１粒子ＦＲ１の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて常に減少又は一定になっている必要はなく、一部では上昇していても良い。
なお、図２に示した第１封止樹脂ＰＲ１と同様に、第２封止樹脂ＰＲ２は、複数の第２粒子ＦＲ２を含んでいてもよい。第２粒子ＦＲ２の大きさ及び材料は、例えば第１封止樹脂ＰＲ１と同様である。第２粒子ＦＲ２の屈折率は、第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率よりも高い。また、第２粒子ＦＲ２の密度は、第２封止樹脂ＰＲ２の密度よりも大きい。そして第２封止樹脂ＰＲ２中の第２粒子ＦＲ２の含有率は、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、受光素子ＳＤ２から１０μｍまでの範囲における第２封止樹脂ＰＲ２の第２粒子ＦＲ２の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第２封止樹脂ＰＲ２の第２粒子ＦＲ２の含有率よりも大きい。ここで、第２封止樹脂ＰＲ２における第２粒子ＦＲ２の含有率も、第１封止樹脂ＰＲ１における第１粒子ＦＲ１の含有率と同様の方法で算出することができる。また、第２粒子ＦＲ２の含有率は、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて常に減少又は一定になっている必要はなく、一部では上昇していても良い。
図３は、発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に至るまでの屈折率の変化の一例を模式的に示す図である。発光素子ＳＤ１を構成する材料は、絶縁部材ＩＮＳＦを構成する材料よりも屈折率が高いが、この間に位置する第１封止樹脂ＰＲ１の屈折率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、徐々に減少している。これは、第１封止樹脂ＰＲ１の内部において、第１粒子ＦＲ１の含有率が変化しているためである。
同様に、受光素子ＳＤ２を構成する材料は、絶縁部材ＩＮＳＦを構成する材料よりも屈折率が高いが、この間に位置する第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率は、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、徐々に減少している。これは、第２封止樹脂ＰＲ２の内部において、第２粒子ＦＲ２の含有率が変化しているためである。
なお、第２封止樹脂ＰＲ２が第２粒子ＦＲ２を含んでいない場合、図４に示すように、絶縁部材ＩＮＳＦと第２封止樹脂ＰＲ２の境界で、屈折率はほとんど変化しないか、又は少し下がる。そして、第２封止樹脂ＰＲ２と受光素子ＳＤ２の境界で屈折率は上昇する。
図５は、本実施形態に係る光結合装置ＯＤの製造方法を説明するための図である。まず図５（ａ）に示すように、リードフレームＬＦ２の上に受光素子ＳＤ２を、固定層ＤＢを用いて固定する。そして受光素子ＳＤ２とリードフレームＬＦ２を、ボンディングワイヤＷＩＲ２を用いて接続する。そして、リードフレームＬＦ２の上及び受光素子ＳＤ２の上に、第２封止樹脂ＰＲ２を滴下する。この段階で、第２封止樹脂ＰＲ２には第２粒子ＦＲ２が含まれている。
そして、第２封止樹脂ＰＲ２を硬化させる前に、リードフレームＬＦ２、受光素子ＳＤ２、ボンディングワイヤＷＩＲ２、及び第２封止樹脂ＰＲ２を予め定められた時間放置する。この放置時間は、例えば１時間以上２４時間以下である。これにより、図５（ｂ）に示すように、第２封止樹脂ＰＲ２に含まれる第２粒子ＦＲ２は重力によって沈殿していき、第２封止樹脂ＰＲ２のうち受光素子ＳＤ２側に偏って分布する。その結果、第２封止樹脂ＰＲ２における第２粒子ＦＲ２の含有率は、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、徐々に減少する。なお、この際にリードフレームＬＦ２、受光素子ＳＤ２、ボンディングワイヤＷＩＲ２、及び第２封止樹脂ＰＲ２に遠心力を加えても良い。この場合、第２封止樹脂ＰＲ２に含まれる第２粒子ＦＲ２が沈殿するまでの時間を短くすることができる。
その後、図５（ｃ）に示すように、未硬化の第２封止樹脂ＰＲ２の上に、絶縁部材ＩＮＳＦを配置し、その後、第２封止樹脂ＰＲ２を硬化させる。
そして、リードフレームＬＦ１の上に発光素子ＳＤ１を、固定層ＤＢを用いて固定する。そして発光素子ＳＤ１とリードフレームＬＦ１を、ボンディングワイヤＷＩＲ１を用いて接続する。そして、リードフレームＬＦ１の上及び発光素子ＳＤ１の上に、第１封止樹脂ＰＲ１を滴下する。この段階で、第１封止樹脂ＰＲ１には第１粒子ＦＲ１が含まれている。
そして、第１封止樹脂ＰＲ１を硬化させる前に、第１粒子ＦＲ１を、第１封止樹脂ＰＲ１のうち発光素子ＳＤ１側に偏って分布させる。この方法は、第２粒子ＦＲ２を第２封止樹脂ＰＲ２内で偏らせる方法と同様である。その結果、第１封止樹脂ＰＲ１における第１粒子ＦＲ１の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、徐々に減少する。
その後、図５（ｄ）に示すように、発光素子ＳＤ１を受光素子ＳＤ２に対向させ、かつ第１封止樹脂ＰＲ１の上面を絶縁部材ＩＮＳＦに接触させる。この状態で、第１封止樹脂ＰＲ１を硬化させる。
その後、封止樹脂ＭＤＲを形成する。このようにして、図１に示した光結合装置ＯＤが形成される。
なお、上記した工程において、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２を入れ替えて処理しても良い。
以上、本実施形態によれば、第１封止樹脂ＰＲ１中の第１粒子ＦＲ１の含有率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、発光素子ＳＤ１から１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第１封止樹脂ＰＲ１の第１粒子ＦＲ１の含有率よりも大きい。このため、第１封止樹脂ＰＲ１の屈折率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、徐々に減少する。このため、発光素子ＳＤ１と第１封止樹脂ＰＲ１の界面における屈折率の差、及び、第１封止樹脂ＰＲ１と絶縁部材ＩＮＳＦの界面における屈折率の差は小さくなる。従って、発光素子ＳＤ１から第１封止樹脂ＰＲ１に光が放射される際に、これらの界面で光が反射することを抑制でき、かつ、第１封止樹脂ＰＲ１から絶縁部材ＩＮＳＦに光が入射する際に、これらの界面で光が反射することを抑制できる。このため、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間の耐圧を確保しつつ、発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に到達する光の量を増大させることができる。
また、第２封止樹脂ＰＲ２中の第２粒子ＦＲ２の含有率は、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて階段状又は連続的に変化している。そして、受光素子ＳＤ２から１０μｍまでの範囲における第２封止樹脂ＰＲ２の第２粒子ＦＲ２の含有率は、絶縁部材ＩＮＳＦから１０μｍまでの範囲における第２封止樹脂ＰＲ２の第２粒子ＦＲ２の含有率よりも大きい。このため、第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率は、絶縁部材ＩＮＳＦから受光素子ＳＤ２に近づくにつれて、徐々に増加する。このため、絶縁部材ＩＮＳＦと第２封止樹脂ＰＲ２の界面における屈折率の差、及び、第２封止樹脂ＰＲ２と受光素子ＳＤ２の界面における屈折率の差は小さくなる。従って、絶縁部材ＩＮＳＦから第２封止樹脂ＰＲ２に光が入射する際に、これらの界面で光が反射することを抑制でき、かつ、第２封止樹脂ＰＲ２から受光素子ＳＤ２に光が入射する際に、これらの界面で光が反射することを抑制できる。従って、発光素子から受光素子に到達する光の量をさらに増大させることができる。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る光結合装置ＯＤの製造方法を示す断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、リードフレームＬＦ２の上に受光素子ＳＤ２を、固定層ＤＢを用いて固定する。そして受光素子ＳＤ２とリードフレームＬＦ２を、ボンディングワイヤＷＩＲ２を用いて接続する。そして、リードフレームＬＦ２の上及び受光素子ＳＤ２の上に、第２封止樹脂ＰＲ２の第１層ＰＲ２１となる樹脂を滴下する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、第１層ＰＲ２１の上に、第２封止樹脂ＰＲ２となる少なくとも一つの層を重ね塗り（滴下）する。このとき、上の層になるにつれて、樹脂に含まれる第２粒子ＦＲ２の含有率は低下している。すなわち本実施形態では、硬化していない第２封止樹脂ＰＲ２を受光素子ＳＤ２上に配置する工程を、第２粒子ＦＲ２の含有率を減らしながら繰り返し行っている。このようにして、第２封止樹脂ＰＲ２が形成される。本図に示す例では、第２封止樹脂ＰＲ２は３層の樹脂層から形成されている。ただし、第２封止樹脂ＰＲ２は、４層以上の樹脂層から形成されていても良い。なお、各層の厚さは、発光素子ＳＤ１から放射される光のピーク波長の１０倍以上であるのが好ましい。このようにすると、後述する効果が大きくなる。
その後、図６（ｃ）に示すように、第２封止樹脂ＰＲ２に超音波振動を加えるなどして、各樹脂層の境界で相互拡散を生じさせる。これにより、第２封止樹脂ＰＲ２の各樹脂層の境界がなくなる（すなわち屈折率の変化が連続的になる）か、又は各樹脂層の境界における第２粒子ＦＲ２の含有率の差（すなわち屈折率の差）が小さくなる。
その後の工程は、図５（ｃ），（ｄ）に示した工程と同様である（図６（ｄ）、（ｅ））。なお、上記した工程において、発光素子ＳＤ１側と受光素子ＳＤ２側を逆にしても良い。
図７は、本実施形態における。発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に至るまでの屈折率の変化を示す図である。上記したように、第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２は、いずれも複数の層（好ましくは３層以上）を重ねることにより形成されている。
そして、第１封止樹脂ＰＲ１の屈折率は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、階段状に減少している。これは、第１封止樹脂ＰＲ１の内部において、第１粒子ＦＲ１の含有率が階段状に変化しているためである。ただし、各層の境界において、屈折率はなだらかに変化している。
また、第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率も、受光素子ＳＤ２から絶縁部材ＩＮＳＦに近づくにつれて、階段状に減少している。これも、第２封止樹脂ＰＲ２の内部において、第２粒子ＦＲ２の含有率が階段状に変化しているためである。ただし、各層の境界において、屈折率はなだらかに変化している。
図８は、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦまでの光の透過率と、発光素子ＳＤ１から第１封止樹脂ＰＲ１への光の入射角度の関係をシミュレーションした結果を示している。シミュレーションにおいて、発光素子ＳＤ１の屈折率を３として、絶縁部材ＩＮＳＦの屈折率を１．６とした。また、第１封止樹脂ＰＲ１を１３層の樹脂層として、各層の屈折率を０．１ずつ変化させた。
図９は、比較例において、発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦまでの光の透過率と、発光素子ＳＤ１から第１封止樹脂ＰＲ１への光の入射角度の関係をシミュレーションした結果を示している。比較例におけるシミュレーションの条件は、第１封止樹脂ＰＲ１を一層構造として、さらに屈折率を１．６とした点を除いて、図８に示した条件と同様である。
図９に示す例では、光の入射角が１０度を超えると、光の透過率は徐々に低下している。これに対して図８に示す例では、光の入射角が臨界角である３２度に近づくまで、光の透過率は１００％に近いままである。この結果から、本実施形態によれば発光素子ＳＤ１から絶縁部材ＩＮＳＦまでの光の透過率が高くなることが分かる。絶縁部材ＩＮＳＦから受光素子ＳＤ２までの光の経路においても、同様の効果が得られる。
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る光結合装置ＯＤの構成を示す図である。図１１は、発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に至るまでの屈折率の変化を模式的に示す図である。本実施形態に係る光結合装置ＯＤは、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る光結合装置ＯＤと同様の構成である。
まず、第１封止樹脂ＰＲ１は全体に第１粒子ＦＲ１をほぼ均一に含有しており、第２封止樹脂ＰＲ２も全体に第２粒子ＦＲ２をほぼ均一に含有している。このため、図１１に示すように、第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率は高く、それぞれ発光素子ＳＤ１及び受光素子ＳＤ２の屈折率に近くなっている。これにより、発光素子ＳＤ１から第１封止樹脂ＰＲ１に光が入射する際に、光の透過率は高くなり、また第２封止樹脂ＰＲ２から受光素子ＳＤ２に光が入射する際に、光の透過率は高くなる。
そして、絶縁部材ＩＮＳＦは、低屈折率層ＩＮＳＬ１（第１層）、遷移層ＩＮＳＬ２（第２層）、及び遷移層ＩＮＳＬ３を有している。
詳細には、遷移層ＩＮＳＬ２は低屈折率層ＩＮＳＬ１のうち第１封止樹脂ＰＲ１側の面（第１面）に形成されており、遷移層ＩＮＳＬ３は低屈折率層ＩＮＳＬ１のうち第２封止樹脂ＰＲ２側の面（第２面）に形成されている。遷移層ＩＮＳＬ２の屈折率は、第１封止樹脂ＰＲ１の屈折率と低屈折率層ＩＮＳＬ１の屈折率の間となっている。これにより、第１封止樹脂ＰＲ１から絶縁部材ＩＮＳＦに光が入射する際に、光の透過率は高くなる。また、遷移層ＩＮＳＬ３の屈折率は、第２封止樹脂ＰＲ２の屈折率と低屈折率層ＩＮＳＬ１の屈折率の間になっている。これにより、絶縁部材ＩＮＳＦから第２封止樹脂ＰＲ２に光が入射する際に、光の透過率は高くなる。
遷移層ＩＮＳＬ２の屈折率は、第１封止樹脂ＰＲ１側の面から低屈折率層ＩＮＳＬ１側の面に行くにつれて、階段状又は連続的に減少しているのが好ましい。このようにすると、第１封止樹脂ＰＲ１から絶縁部材ＩＮＳＦに光が入射する際に、光の透過率はさらに高くなる。また、遷移層ＩＮＳＬ３の屈折率も、第２封止樹脂ＰＲ２側の面から低屈折率層ＩＮＳＬ１側の面に行くにつれて、階段状又は連続的に減少しているのが好ましい。このようにすると、絶縁部材ＩＮＳＦから第２封止樹脂ＰＲ２に光が入射する際に、光の透過率はさらに高くなる。
このような絶縁部材ＩＮＳＦは、例えば、低屈折率層ＩＮＳＬ１に遷移層ＩＮＳＬ２，ＩＮＳＬ３を塗布することにより形成される。
なお、絶縁部材ＩＮＳＦは、遷移層ＩＮＳＬ３を有していなくても良い。
本実施形態によっても、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間には絶縁部材ＩＮＳＦが設けられているため、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間の耐圧を確保することができる。また、絶縁部材ＩＮＳＦに遷移層ＩＮＳＬ２及び遷移層ＩＮＳＬ３を設けたため、発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に到達する光の量を増大させることができる。
（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態に係る光結合装置ＯＤの構成を示す図である。本実施形態に係る光結合装置ＯＤは、以下の点を除いて第１又は第２の実施形態に係る光結合装置ＯＤと同様の構成である。
まず、第１封止樹脂ＰＲ１と第２封止樹脂ＰＲ２の間には絶縁部材ＩＮＳＦが配置されていない。その代わりに、第１封止樹脂ＰＲ１と第２封止樹脂ＰＲ２の間には透光性封止樹脂ＴＭＤＲ（絶縁樹脂層）が位置している。
なお、本図に示す例において、透光性封止樹脂ＴＭＤＲの周囲は、さらに非透光性の封止樹脂ＭＤＲ２で覆われている。第１の実施形態と同様に、封止樹脂ＭＤＲ２は非透光性樹脂である。このため、透光性封止樹脂ＴＭＤＲから封止樹脂ＭＤＲ２に光が漏洩することおよび、外部からの光の侵入による受光素子ＳＤ２の誤動作を抑制できる。
本実施形態によっても、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間には透光性封止樹脂ＴＭＤＲが設けられているため、発光素子ＳＤ１と受光素子ＳＤ２の間の耐圧を確保することができる。また、第１封止樹脂ＰＲ１及び第２封止樹脂ＰＲ２は第１又は第２の実施形態と同様の構成を有しているため、発光素子ＳＤ１から受光素子ＳＤ２に到達する光の量を増大させることができる。
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。
ＤＢ 固定層
ＩＮＳＦ 絶縁部材
ＩＮＳＬ１ 低屈折率層
ＩＮＳＬ２ 遷移層
ＩＮＳＬ３ 遷移層
ＬＦ１ リードフレーム
ＬＦ２ リードフレーム
ＦＲ１ 第１粒子
ＦＲ２ 第２粒子
ＭＤＲ 封止樹脂
ＴＭＤＲ 透光性封止樹脂
ＯＤ 光結合装置
ＰＲ１ 第１封止樹脂
ＰＲ２ 第２封止樹脂
ＰＲ２１ 第１層
ＳＤ１ 発光素子
ＳＤ２ 受光素子
ＷＩＲ１ ボンディングワイヤ
ＷＩＲ２ ボンディングワイヤ

Claims (10)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子に対向している受光素子と、
    前記発光素子と前記受光素子の間に設けられ、前記発光素子が発光した光を透過する絶縁部材と、
    前記発光素子と前記絶縁部材の間の空間を封止している第１封止樹脂と、
    前記受光素子と前記絶縁部材の間の空間を封止している第２封止樹脂と、
    を備え、
    前記第１封止樹脂は、前記第１封止樹脂よりも屈折率が高い複数の第１粒子を含んでおり、
    前記第１封止樹脂中の前記第１粒子の含有率は、前記発光素子から前記絶縁部材に近づくにつれて階段状又は連続的に変化しており、
    前記発光素子から１０μｍまでの範囲における前記第１封止樹脂の前記第１粒子の含有率は、前記絶縁部材から１０μｍまでの範囲における前記第１封止樹脂の前記第１粒子の含有率よりも大きい光結合装置。
  2. 請求項１に記載の光結合装置において、
    前記第１封止樹脂中の前記第１粒子の含有率は、前記発光素子から前記絶縁部材に近づくにつれて３段以上変化している光結合装置。
  3. 請求項１に記載の光結合装置において、
    前記第１封止樹脂はシリコーン樹脂であり、
    前記第１粒子は、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、ガリウム砒素、及びガリウムリンの少なくとも一つである光結合装置。
  4. 請求項１に記載の光結合装置において、
    前記絶縁部材は絶縁フィルムである光結合装置。
  5. 請求項１に記載の光結合装置において、
    前記絶縁部材は絶縁樹脂層である光結合装置。
  6. 請求項１に記載の光結合装置において、
    前記第２封止樹脂は、前記第２封止樹脂よりも屈折率が高い複数の第２粒子を含んでおり、
    前記第２封止樹脂中の前記第２粒子の含有率は、前記受光素子から前記絶縁部材に近づくにつれて階段状又は連続的に変化しており、
    前記受光素子から１０μｍまでの範囲における前記第２封止樹脂の前記第２粒子の含有率は、前記絶縁部材から１０μｍまでの範囲における前記第２封止樹脂の前記第２粒子の含有率よりも大きい光結合装置。
  7. 発光素子と、
    前記発光素子に対向している受光素子と、
    前記発光素子と前記受光素子の間に設けられ、前記発光素子が発光した光を透過する絶縁部材と、
    前記発光素子と前記絶縁部材の間の空間を封止している第１封止樹脂と、
    前記受光素子と前記絶縁部材の間の空間を封止している第２封止樹脂と、
    を備え、
    前記絶縁部材は、
    前記第１封止樹脂及び前記第２封止樹脂よりも屈折率が低い第１層と、
    前記第１層のうち前記第１封止樹脂に面する第１面に形成され、屈折率が前記第１封止樹脂と前記第１層の間に位置する第２層と、
    を備える光結合装置。
  8. 請求項７に記載の光結合装置において、
    前記第２層の屈折率は、前記第１封止樹脂層側の面から前記第１層側の面に行くにつれて階段状又は連続的に減少している光結合装置。
  9. 発光素子を第１封止樹脂で封止し、受光素子を第２封止樹脂で封止し、かつ前記第１封止樹脂と前記第２封止樹脂を、前記発光素子が発光する光を透過する絶縁部材を介して接合する工程と、
    を備え、
    前記第１封止樹脂は、前記第１封止樹脂よりも屈折率が高い複数の第１粒子を含んでおり、
    前記発光素子を第１封止樹脂で封止する工程は、
    前記複数の第１粒子を含んでおり、硬化していない前記第１封止樹脂を前記発光素子上に配置する工程と、
    前記発光素子上の前記第１封止樹脂に、重力又は遠心力を作用させることにより、前記第１粒子を、前記第１封止樹脂のうち前記発光素子側に偏って分布させる工程と、
    前記第１封止樹脂を硬化する工程と、
    を備える光結合装置の製造方法。
  10. 発光素子を第１封止樹脂で封止し、受光素子を第２封止樹脂で封止し、かつ前記第１封止樹脂と前記第２封止樹脂を、前記発光素子が発光する光を透過する絶縁部材を介して接合する封止工程と、
    を備え、
    前記第１封止樹脂は、前記第１封止樹脂よりも屈折率が高い複数の第１粒子を含んでおり、
    前記発光素子を第１封止樹脂で封止する工程は、
    前記複数の第１粒子を含んでいて硬化していない前記第１封止樹脂を前記発光素子上に配置する工程を、前記第１封止樹脂中の前記複数の第１粒子の含有率を減らしながら、繰り返し行う光結合装置の製造方法。
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