JP2017033961A

JP2017033961A - 光結合装置

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Publication number: JP2017033961A
Application number: JP2015148951A
Authority: JP
Inventors: 真美山本; Masami Yamamoto; 直也鷹居; Naoya Takai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: JP6438363B2

Abstract

【課題】基板と樹脂部材との密着を安定させることが可能な光結合装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、光結合装置は、第１の辺と、第１の辺に対向する第２の辺と、第１の辺と第２の辺とに交差する第３の辺と、第３の辺と対向しつつ第１の辺と第２の辺とに交差する第４の辺と、を有する矩形状の面を有する基板と、面の第１の辺側に設けられた入力端子と、面の第２の辺側に設けられた出力端子と、面の内部で入力端子と電気的に接続された発光素子と、面の内部で出力端子と電気的に接続され、発光素子の光を受光する受光素子と、入力端子と、出力端子と、発光素子と、受光素子と、面とを覆う樹脂部材と、を備え、面において、第１の辺と樹脂部材とが接する部分の長さが第２の辺と樹脂部材とが接する部分の長さに等しく、かつ、第３の辺と樹脂部材とが接する部分の長さが第４の辺と樹脂部材とが接する部分の長さに等しい。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、光結合装置に関する。

フォトリレーやフォトカプラを含む光結合装置は、発光素子と、この発光素子の光を受光する受光素子と、を備える。一般的に、受光素子は基板に設置され、発光素子は受光素子の上面に設置される。また、この基板には、発光素子と電気的に接続される入力端子と、受光素子に電気的に接続される出力端子とが設けられている。一般的に、入力端子と出力端子は、基板の周縁に沿って設けられ、互いに対向している。

上記のような光結合装置では、発光素子と、受光素子と、入力端子と、出力端子とは、樹脂部材によって覆われる。しかし、入力端子および出力端子は、金属等の導電部材で構成されているので、これらの端子と樹脂部材との密着性は低い。そのため、特に、これらの端子が設けられた基板の周縁と樹脂との密着が不安定になるおそれがある。

特開平６−２２４７２５号公報

本発明の実施形態は、基板と樹脂部材との密着を安定させることが可能な光結合装置を提供することである。

本実施形態によれば、第１の辺と、前記第１の辺に対向する第２の辺と、前記第１の辺と前記第２の辺とに交差する第３の辺と、前記第３の辺と対向しつつ前記第１の辺と前記第２の辺とに交差する第４の辺と、を有する矩形状の面を有する基板と、
前記面の前記第１の辺側に設けられた入力端子と、
前記面の前記第２の辺側に設けられた出力端子と、
前記面の内部で前記入力端子と電気的に接続された発光素子と、
前記面の内部で前記出力端子と電気的に接続され、前記発光素子の光を受光する受光素子と、
前記入力端子と、前記出力端子と、前記発光素子と、前記受光素子と、前記面とを覆う樹脂部材と、
を備え、
前記面において、前記第１の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さが前記第２の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さに等しく、かつ、前記第３の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さが前記第４の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さに等しい光結合装置が提供される。

（ａ）は第１の実施形態に係る光結合装置を上方から透視して示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光結合装置を側面から透視して示す図である。第１の実施形態に係る光結合装置に設けられた基板の平面図である。第１の実施形態に係る光結合装置の回路図である。（ａ）は比較例に係る光結合装置の実装レイアウトを示す平面図であり、（ｂ）は第１の実施形態に係る光結合装置の実装レイアウトを示す平面図である。（ａ）は第２の実施形態に係る光結合装置を上方から透視して示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光結合装置を側面から透視して示す図である。第２の実施形態に係る光結合装置に設けられた基板の概略的な構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、光結合装置の一例としてフォトリレーの構成を中心に説明する。ただし、フォトリレー以外の他の光結合装置、例えばフォトカプラにも本実施形態を適用することは可能である。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態に係る光結合装置を上方から透視して示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光結合装置１を側面から透視した図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る光結合装置１は、基板１０と、入力端子２０と、出力端子３０と、発光素子４０と、受光素子５０と、スイッチング素子６０、６１と、抵抗７０と、樹脂部材８０と、を備える。

図２は、基板１０の平面図である。図２に示す基板１０は、矩形状の面１１を有する絶縁基板である。面１１は、第１の辺１１ａと、第１の辺１１ａに対向する第２の辺１１ｂと、第１の辺１１ａと第２の辺１１ｂとに交差する第３の辺１１ｃと、第３の辺１１ｃに対向しつつ第１の辺１１ａと第２の辺１１ｂとに交差する第４の辺１１ｄと、を有する。なお、本実施形態では、第１の辺１１ａと第２の辺１１ｂは互いに平行であるが、これらの辺は平行でなくてもよい。同様に、第３の辺１１ｃと第４の辺１１ｄも互いに平行であるが、これらの辺は平行でなくてもよい。また、本実施形態では第３の辺１１ｃと第４の辺１１ｄは、第１の辺１１ａと第２の辺１１ｂに直交しているが、直交していなくてもよい。

入力端子２０は、第１の辺１１ａ側に設けられている。入力端子２０は、導電領域２１と導電領域２２を有する。導電領域２１には、設置部１２が一体に設けられている。導電領域２１と、導電領域２２と、設置部１２とは、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはパラジウム（Ｐｄ）などでメッキ処理を施した金属層で構成されている。

導電領域２１の周縁の一部である周縁２１ａ（第１の周縁）は、第１の辺１１ａに沿って配置されている。導電領域２２の周縁の一部である周縁２２ａ（第１の周縁）も、第１の辺１１ａに沿って配置されている。本実施形態では、周縁２１ａの長さＬ１と周縁２２ａの長さＬ１は互いに等しいが、等しくなくてもよい。

出力端子３０は、第２の辺１１ｂ側に設けられている。出力端子３０は、導電領域３１と導電領域３２を有する。導電領域３１、３２も、上述した導電領域２１、２２と同様に、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはパラジウム（Ｐｄ）などでメッキ処理を施した金属層で構成されている。

導電領域３１の周縁の一部である周縁３１ａ（第２の周縁）は、第２の辺１１ｂに沿って配置されている。導電領域３２の周縁の一部である周縁３２ａ（第２の周縁）も、第２の辺１１ｂに沿って配置されている。本実施形態では、周縁３１ａの長さＬ２と周縁３２ａの長さＬ２も互いに等しいが、等しくなくてもよい。

本実施形態では、周縁２１ａの長さＬ１と周縁２２ａの長さＬ１とを加算した長さ２Ｌ１と、周縁３１ａの長さＬ２と周縁３２ａの長さＬ２とを加算した長さ２Ｌ２も、互いに等しい。さらに、入力端子１０は、第３の辺１１ｃの中点と第４の辺１１ｄの中点とを結ぶ中心線Ｍに関して出力端子３０と対称な位置に設けられている。

図１に戻って、発光素子４０は、受光素子５０の上面に設置されている。発光素子４０は、導体９１によって抵抗７０に電気的に接続されているとともに、導体９２によって導電領域２２に電気的に接続されている。

本実施形態では、発光素子４０はＬＥＤ(Light Emitting Diode)であるが、この発光素子４０はＬＥＤに限定されず、他の種類の発光素子であってもよい。

受光素子５０は、設置部１３に設置されている。設置部１３は、基板１０の面１１において、入力端子２０に対向する位置に設けられている。受光素子５０は、導体９３および導体９４によって、スイッチング素子６０およびスイッチング素子６１に電気的に接続されている。

スイッチング素子６０は設置部１４に設けられ、スイッチング素子６１は設置部１５に設けられている。設置部１４および設置部１５は、基板１０の面１１において、設置部１３と出力端子３０との間に設けられている。スイッチング素子６０とスイッチング素子６１は、導体９５で互いに電気的に接続されている。

本実施形態では、スイッチング素子６０およびスイッチング素子６１は、Ｎ型のＭＯＳトランジスタである。しかし、スイッチング素子６０およびスイッチング素子６１は、ＭＯＳトランジスタに限定されず、他の種類のスイッチング素子であってもよい。

なお、上述した導体９１〜導体９５は、例えば、金、銀、または銅（Ｃｕ）等から成る電気配線である。

抵抗７０は、導電領域２１に一体に設けられた設置部１２に設置されている。なお、設置部１２には、抵抗以外の他の種類の電子部品が設置されていてもよい。

樹脂部材８０は、基板１０の面１１と、入力端子２０と、出力端子３０と、発光素子４０と、受光素子５０と、スイッチング素子６０、６１と、を覆っている。樹脂部材８０は、遮光性を備える樹脂で構成されている。これにより、受光素子５０が外光の受光により誤動作するのを回避できる。

以下、図３を参照して、本実施形態に係る光結合装置１の回路構成および動作について簡潔に説明する。図３は、本実施形態に係る光結合装置１の回路図である。

図３に示すように、本実施形態に係る光結合装置１では、抵抗７０が発光素子４０のアノードに直列に接続されている。これにより、発光素子４０に供給される電流が抵抗７０によって制限される。なお、抵抗７０は、発光素子４０のカソードに直列に接続されていてもよい。

また、本実施形態では、受光素子５０は、複数のフォトダイオード５０ａと、制御回路５０ｂと、を有する。複数のフォトダイオード５０ａは、発光素子４０から放出された光を受光する。制御回路５０ｂは、複数のフォトダイオード５０ａの受光状態に基づいてＭＯＳトランジスタ６０、６１を制御する。

ＭＯＳトランジスタ６０、６１のゲートは、制御回路５０ｂに接続されている。ＭＯＳトランジスタ６０、６１のドレインは、外部の回路に接続されている。ＭＯＳトランジスタ６０のソースとＭＯＳトランジスタ６１のソースとは互いに接続されている。なお、ＭＯＳトランジスタ６０にはボディダイオード６２が内蔵され、ＭＯＳトランジスタ６１にはボディダイオード６３が内蔵されている。

上記のような回路構成を備える光結合装置１では、電流が入力端子２０から抵抗７０を介して発光素子４０に供給されると、発光素子４０が発光する。発光素子４０の光はフォトダイオード５０ａで受光され、この受光に伴って制御回路５０ｂがＭＯＳトランジスタ６０、６１のゲートに電圧を供給する。これにより、ＭＯＳトランジスタ６０、６１は、ともにオンする。反対に、発光素子４０への電流供給が停止されると、制御回路５０ｂからＭＯＳトランジスタ６０、６１のゲートへの電圧供給が停止される。そのため、ＭＯＳトランジスタ６０、６１は、ともにオフする。

以上説明した本実施形態によれば、図２に示すように、入力端子２０の、第１の辺１１ａに沿って配置された周縁の長さ２Ｌ１が、出力端子３０の、第２の辺１１ｂに沿って配置された周縁の長さ２Ｌ２に等しい。換言すると、基板１０の面１１において、第１の辺１１ａと樹脂部材８０とが接する部分の長さ（Ｙ−２Ｌ１）が、第２の辺１１ｂと樹脂部材８０とが接する部分の長さ（Ｙ−２Ｌ２）に等しい。また、第３の辺１１ｃと樹脂部材８０とが接する部分の長さ（Ｘ）も、第４の辺１１ｄと樹脂部材８０とが接する部分の長さ（Ｘ）と等しい。つまり、基板１０の、互いに対向する周縁において、樹脂部材８０との密着部分の長さが同等に確保されている。よって、基板１０と樹脂部材８０との密着が安定する。

特に、本実施形態では、図２に示すように、入力端子１０は、第３の辺１１ｃの中点と第４の辺１１ｄの中点とを結ぶ中心線Ｍに関して出力端子３０と対称な位置に設けられている。これにより、第１の辺１１ａと樹脂部材８０との密着部分と、第２の辺１１ｂと樹脂部材８０との密着部分とが対称になるので、基板１０と樹脂部材８０との密着がより安定する。

また、本実施形態では、抵抗７０が、光結合装置１に内蔵されている。ここで、図４を参照して、抵抗７０が光結合装置１に内蔵されていることによって得られる効果について説明する。図４（ａ）は、比較例に係る光結合装置の実装レイアウトを示す平面図であり、図４（ｂ）は本実施形態に係る光結合装置の実装レイアウトを示す平面図である。

図４（ａ）に示すように、比較例では、抵抗７０が光結合装置１ａに外付けされている。そのため、１つの抵抗７０に対して実装面積Ｓが必要になる。例えば、３つの抵抗７０を実装するためには、実装面積３Ｓが必要になる。

一方、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、抵抗７０が光結合装置１に内蔵されている。そのため、上述した実装面積３Ｓが不要になる。これにより、光結合装置１を用いる際に必要な実装面積を低減することが可能となる。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、抵抗７０が設置される設置部１２の第３の辺１１ｃからの最短距離ｄ１が、導電領域２１の第３の辺１１ｃからの最短距離ｄ２よりも長い。そのため、基板１０に抵抗７０が設置されても、第３の辺１１ｃにおける樹脂部材８０との密着エリアを十分に確保することができる。つまり、基板１０と樹脂部材８０との密着性を損なうことなく、抵抗１０を光結合装置１に内蔵することが可能となる。さらに、最短距離ｄ１は、第３の辺１１と設置部１３との間の距離と同じか、または長いことが望ましい。これにより、第３の辺１１ｃにおいて、基板１０と樹脂部材８０との接着強度が均等になりやすいからである。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図５（ａ）は、本実施形態に係る光結合装置を上方から透視して示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す光結合装置２を側面から透視した図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る光結合装置２は、入力端子２０が第１の辺１１ａから離れて設けられ、かつ出力端子３０も第２の辺１１ｂから離れて設けられている点で第１の実施形態に係る光結合装置１と異なる。さらに、本実施形態に係る光結合装置２は、抵抗７０が基板１０の内部に設けられている点でも第１の実施形態に係る光結合装置１と異なる。

図６は、本実施形態に係る基板１０の概略的な構成を示す斜視図である。図６に示すように、基板１０は、第１の基板１０ａと、第２の基板１０ｂと、少なくとも１つの第３の基板１０ｃと、を有する積層基板で構成されている。

第１の基板１０ａは、基板１０の最上層に位置し、矩形状の面１１を有する。この面１１には、第１の実施形態と同様に、入力端子２０と、出力端子３０と、受光素子５０と、ＭＯＳトランジスタ６０、６１とが設置されている。なお、出力端子３０は、導電領域３１と導電領域３２とを有する点で第１の実施形態と同様である。しかし、この出力端子３０は、導電領域３１が設置部１４に一体に設けられるとともに、導電領域３２が設置部１５に一体に設けられている点で第１の実施形態と異なる。

第２の基板１０ｂは、基板１０の最下層に位置し、設置部７１を有する。この設置部７１には、発光素子４０に供給される電流を制限する抵抗７０が設置されている。

第３の基板１０ｃは、第１の基板１０ａと第２の基板１０ｂとの間に位置し、当該第３の基板１０ｃをその厚さ方向に貫通する貫通導電部７２を有する。貫通導電部７２は、抵抗７０から導電領域２１までの電流経路Ａの一部を構成する。つまり、貫通導電部７２は、抵抗７０を入力端子２０に電気的に接続する。

以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、第１の基板１０ａの面１１において、第１の辺１１ａと樹脂部材８０とが接する部分の長さが、第２の辺１１ｂと樹脂部材８０とが接する部分の長さと等しい。また、第３の辺１１ｃと樹脂部材８０とが接する部分の長さも、第４の辺１１ｄと樹脂部材８０とが接する部分の長さと等しい。これにより、第１の基板１０ａの、互いに対向する周縁同士では、樹脂部材８０との密着部分の長さが同等に確保されているので、第１の基板１０ａと樹脂部材８０との密着が安定する。

特に、本実施形態では、入力端子２０が第１の辺１１ａから離れて設けられるとともに、出力端子３０が第２の辺１１ｂから離れて設けられている。そのため、第１の辺１１ａ全体が樹脂部材８０との密着部分になるとともに、第２の辺１１ｂ全体が樹脂部材８０との密着部分になる。よって、第１の実施形態に比べて第１の基板１０ａの周縁と樹脂部材８０との密着性が向上する。

さらに、本実施形態では、抵抗７０が基板１０の内部に設けられている。そのため、第１の実施形態に比べて基板１０の平面積を小さくすることが可能となる。よって、装置を小型化することが可能となる。また、外部から光結合装置２に電流が供給される端子から発光素子４０の入力端までの距離が長くなり、容量成分が増加する。この容量成分は、比較的高い周波数信号に乗るノイズを低減し、発光素子４０の発光を適正に行わせることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１，２光結合装置、１０基板、１０ａ第１の基板、１０ｂ第２の基板、１０ｃ第３の基板、１１面、１１ａ第１の辺、１１ｂ第２の辺、１１ｃ第３の辺、１１ｄ第４の辺、１２設置部、２０入力端子、２１ａ，２２ａ第１の周縁、３１ａ，３２ａ第２の周縁、３０出力端子、４０発光素子、５０受光素子、７０抵抗、７１貫通導電部、８０樹脂部材

Claims

第１の辺と、前記第１の辺に対向する第２の辺と、前記第１の辺と前記第２の辺とに交差する第３の辺と、前記第３の辺と対向しつつ前記第１の辺と前記第２の辺とに交差する第４の辺と、を有する矩形状の面を有する基板と、
前記面の前記第１の辺側に設けられた入力端子と、
前記面の前記第２の辺側に設けられた出力端子と、
前記面の内部で前記入力端子と電気的に接続された発光素子と、
前記面の内部で前記出力端子と電気的に接続され、前記発光素子の光を受光する受光素子と、
前記入力端子と、前記出力端子と、前記発光素子と、前記受光素子と、前記面とを覆う樹脂部材と、
を備え、
前記面において、前記第１の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さが前記第２の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さに等しく、かつ、前記第３の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さが前記第４の辺と前記樹脂部材とが接する部分の長さに等しい、光結合装置。
前記入力端子の周縁の一部である第１の周縁が、前記第１の辺に沿って配置されているとともに、前記出力端子の周縁の一部である第２の周縁が、前記第２の辺に沿って配置され、
前記第１の周縁の長さが、前記第２の周縁の長さに等しい、請求項１に記載の光結合装置。
前記入力端子が、前記第３の辺の中点と前記第４の辺の中点とを結ぶ中心線に関して前記出力端子と対称な位置に設けられている、請求項２に記載の光結合装置。
前記入力端子に設けられ、前記発光素子に電気的に接続される電子部品が設置される設置部をさらに備え、前記設置部の前記第３の辺からの最短距離が、前記入力端子の前記第３の辺からの最短距離よりも長い、請求項２または３に記載の光結合装置。
前記入力端子が前記第１の辺から離れて設けられ、かつ前記出力端子も前記第２の辺から離れて設けられている、請求項１に記載の光結合装置。
前記基板が、
前記面を有する第１の基板と、
電子部品が設置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた少なくとも１つの第３の基板とを、有し、
前記第３の基板が、前記電子部品を前記入力端子に電気的に接続する貫通導電部を有する、請求項５に記載の光結合装置。
前記電子部品が、前記発光素子に直列に接続される抵抗である、請求項４または６に記載の光結合装置。