JP2903095B2 - フォトカップラ装置 - Google Patents

フォトカップラ装置

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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components

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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電気信号入力側に発光素子を接続し、電気
信号出力側に受光素子を接続し、電気信号入力側と電気
信号出力側を光学的に結合して信号を伝達する装置、す
なわち、フォトカップラ装置に関するものである。
[従来の技術] 複数台の計算機・端末をネットワーク化するにあたっ
ては、装置間の電気的干渉や伝送路から装置への電気雑
音侵入が問題となる。フォトカップラ装置では、入力さ
れた電気信号は入力側で光信号に変換され、光学的な結
合により電気信号出力側に伝達されるため、信号入出力
の間は電気的に完全分離される。従って、フォトカップ
ラ装置を計算機等の電気信号入出力部に設置すれば、上
述した電気的干渉や雑音侵入の問題を解決する有効な手
段となる。
第10図は、従来のフォトカップラ装置の一例である。
第10図中、1は受光素子、2は受光部、3は発光素子、
4は発光部、9、9bはリードフレームである。受光素子
1はリードフレーム9aに、発光素子3はリードフレーム
9bにダイボンドされ、受光部2と発光部4とがほぼ垂直
に配置され対向している。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記構造のフォトカップラ装置では、
受光素子1と発光素子3がそれぞれ別のリードフレーム
にダイボンドされるため、受光素子1の受光部2の中心
と発光素子3の発光部4の中心とを精度良く同軸上に一
致させるには、おのおののフォトカップラ装置組立時
に、リードフレーム9aと9bの相互位置を高精度に位置合
わせ調整する必要があり、組立に長時間を要するととも
に、歩留りが低いなどの問題があった。
本発明の目的は上記問題を解決し、組立時の発光素子
と受光素子の相互位置調整が不要なフォトカップラ装置
を提供することにある。
[課題を解決するための手段] かかる目的を達成するため、本発明は、受光素子の受
光部と発光部とを軸線を同じくしてかつ透明基板を介し
て互いに対向させて配置するとともに、これら受光素子
および発光素子をそれぞれ前記透明基板にはんだバンプ
接続し、前記透明基板には、前記受光素子の受光部およ
び発光素子の発光部と軸線を同じくするレンズが形成さ
れたこと、および、レンズを形成した透明基板の一方の
面に、光導波路を形成した基板をはんだバンプ接続し、
該導波路の光軸、該レンズの中心、および、該発光素子
の発光部もしくは該受光素子の受光部の中心とを同軸上
に一致させたものである。
[作用] 上記構成によれば、はんだバンプ接続に際して、溶融
したはんだの表面張力により、発光部と受光部とが中心
を同じくして位置合わせされ、これにともなってレンズ
等の光学素子も位置合わせされる。
[実施例] 次に本発明の実施例を説明する。
(実施例の原理) 第1図ないし第3図は本発明の実施例の原理である。
図中、1は受光素子、2は受光部、3は発光素子、4は
発光部、10ははんだバンプ、11a、11b、11c、11dは金属
パターンであり、順に受光素子1のp側およびn側の電
極、発光素子3のp側およびn側の電極である。金属パ
ターン相互は、例えば、基板上に絶縁層を形成し、絶縁
層上に金属パターンを形成することで十分にアイソレー
ションされている。また、少なくともはんだバンプ接続
される部分には、はんだ濡れの良好な金属パターンが形
成されており、受光素子1上のはんだ濡れの良好な金属
パターンと発光素子3上のはんだ濡れの良好な金属パタ
ーンの相互位置関係は、受光素子1の受光部2の中心と
発光素子3の発光部4の中心を同一の軸線o上に一致さ
せ、両素子を向かい合わせた時、受光素子1上のはんだ
濡れの良好な金属パターンと発光素子3上のはんだ濡れ
の良好な金属パターンは、両者の中心が同一の軸線opad
上に一致する。
受光素子1と発光素子3とをはんだバンプ接続する
と、両者は、溶融はんだの表面張力により、受光部2と
発光部4とが対向する位置に自動的かつ高精度に接続さ
れる、これは、はんだバンプの自動位置合わせ作用に基
づくものである。はんだバンプの自動位置合わせ作用に
ついては、第1図のo軸と直交する平面上の位置精度、
および、o軸に沿う高さ方向への精度ともに、1μm程
度の精度を持つことが、近年の研究により明らかにされ
ており、(参考文献:例えば[1]林・大崎、『はんだ
バンプによる高精度端子接続法の検討』、昭和62年電子
情報通信学会 情報・システム、半導体・材料部門全国
大会 S9-6;[2]R.A.C.Bache et al.,“BOND DESIGN
AND ALIGNMENT IN FLIP CHIP SOLDER BONDING",Proc.8t
h IEPS Conf.,Dallas,U.S.A.,Nov.1988)、この精度
は、受光素子1の受光部2と発光素子3の発光部4とが
光結合するのに十分である。このため、受光素子1の受
光部2と発光素子3の発光部4とが自動的に同一の軸線
o上に高精度に重なり、組立時に受光素子1と受光素子
2の相互位置を注意深く調整する必要がなく、短時間で
歩留まり良く、フォトカップラ装置を組み立てることが
可能である。
(実施例1) 第4図は本発明の第一の実施例である。第4図中、1
は受光素子、2は受光部、3は発光素子、4は発光部、
5は透明基板、10a、10bははんだバンプ、11a、11b、11
c、11dは金属パターンであり、順に受光素子1のp側お
よびn側の電極、発光素子3のp側およびn側の電極で
ある。金属パターン相互は、例えば、基板上に絶縁層を
形成し、絶縁層上に金属パターンを形成することで十分
にアイソレーションされている。また、少なくともはん
だバンプ接続される部分には、はんだ濡れの良好な金属
パターンが形成されており、受光素子1上のはんだ濡れ
の良好な金属パターン、透明基板5上のはんだ濡れの良
好な金属パターン、および、発光素子3上のはんだ濡れ
の良好な金属パターンの相互位置関係は、透明基板5を
挾んで受光素子1の受光部2の中心と発光素子3の発光
部4の中心を同一の軸線o上に一致させ、両素子を向か
い合わせた時、受光素子1上のはんだ濡れの良好な金属
パターン、発光素子3上のはんだ濡れの良好な金属パタ
ーン、および、透明基板5上のはんだ濡れの良好な金属
パターンは、おのおのの中心が同一の軸線opad上に一致
する。
本実施例においては、はんだバンプの自動位置合わせ
作用により、受光素子1と透明基板5の相互位置、およ
び、透明基板5と発光素子3の相互位置が、おのおの自
動位置合わせされる結果、透明基板5を挾んで受光素子
1の受光部2と発光素子3の発光部4とが自動的に同一
の軸線o上に高精度に重なり、組立時に受光素子1、透
明基板5、および、受光素子2の相互位置を注意深く調
整する必要がなく、短時間で歩留まり良く、フォトカッ
プラ装置を組み立てることが可能である。
なお、はんだバンプ10a、10bは融点の同じ材料を用い
ても、融点の異なる材料を用いても良い。融点の同じ材
料の場合は受光素子1に透明基板5と発光素子3を同時
に搭載し、同時にはんだを溶融する。融点の異なる材料
であれば、高融点のはんだによる接続を始めに行い、次
に低融点のはんだによる接続を行う。
第5図は本発明の第一の実施例の別の一例であり、透
明基板5にはレンズ部6が形成されている。本実施例に
おいては、はんだバンプの自動位置合わせ作用により受
光素子1と透明基板5の相互位置、および、透明基板5
と発光素子2の相互位置がおのおの自動位置合わせされ
る結果、受光素子1上の受光部2、透明基板5上のレン
ズ部6、および、発光素子3上の発光部4が同一の軸線
o上に高精度に重なり、組立時に受光素子1、透明基板
5、および、発光素子3の相互位置を注意深く調整する
必要がなく、短時間で歩留まり良く、フォトカップラ装
置を組み立てることが可能である。
(実施例2) 第6図は本発明の第二の実施例である。第6図中、1
は受光素子、2は受光部、3は発光素子、4は発光部、
7は導波路基板、8は導波路部、10ははんだバンプ、11
a、11b、11c、11dは金属パターンであり、順に受光素子
1のp側およびn側の電極、発光素子3のp側およびn
側の電極である。金属パターン相互は、例えば、基板上
に絶縁層を形成し、絶縁層上に金属パターンを形成する
ことで十分にアイソレーションされている。また、少な
くともはんだバンプ接続される部分には、はんだ濡れの
良好な金属パターンが形成されており、受光素子1上の
はんだ濡れの良好な金属パターンと導波路基板7上のは
んだ濡れの良好な金属パターンの相互位置関係は、受光
素子1の受光部2の中心と導波路基板7の導波路部8の
光軸を同一の軸線o、o′上に一致させ、受光素子1と
導波路基板7を向かい合わせた時、受光素子1上のはん
だ濡れの良好な金属パターンと導波路基板7上のはんだ
濡れの良好な金属パターンは、おのおの中心が同一の軸
線opad上に一致する。発光素子3上のはんだ濡れの良好
な金属パターンと導波路基板7上のはんだ濡れの良好な
金属パターンの相互位置関係についても、受光素子1上
のはんだ濡れの良好な金属パターンと導波路基板7上の
はんだ濡れの良好な金属パターンの相互位置関係と同様
な関係が成立する。
本実施例においては、はんだバンプの自動位置合わせ
作用により、受光素子1と導波路基板7の相互位置、及
び、発光素子3と導波路基板7の相互位置が、おのおの
自動位置合わせされる結果、受光素子1の受光部2と発
光素子3の発光部4とが自動的に導波路基板7の導波路
部8の光軸o、o′上に高精度に重なり、組立時に受光
素子1、発光素子3、および、導波路基板7の相互位置
を注意深く調整する必要がなく、短時間で歩留まり良
く、フォトカップラ装置を組み立てることが可能であ
る。
(実施例3) 実施例3は、実施例2のの発光素子、もしくは、受光
素子が、導波路基板にモノリシック集積された形態であ
り、第9図に本発明の第三の実施例のうち、発光素子が
導波路基板にモノリシック集積された場合を例示する。
第9図中、1は受光素子、2は受光部、7は導波路基
板、4は発光部、8は光導波路である。
本実施例においては、はんだバンプの自動位置合わせ
作用により、受光素子1と導波路基板7の相互位置が自
動位置合わせされる結果、受光素子1の受光部2が自動
的に導波路基板7の光導波路8の光軸o、上に高精度に
重なり、組立時に受光素子1、発光素子3、および、導
波路基板7の相互位置を注意深く調整する必要がなく、
短時間で歩留まり良く、フォトカップラ装置を組み立て
ることが可能である。
なお、実施例2、実施例3においては、光導波路の入
出射部にレンズをモノリシックに集積しても良く、また
は、第5図に示す実施例1の別の形態と同様に、レンズ
を形成した透明基板を、導波路基板と光素子の間に挾ん
ではんだバンプ接続しても良い。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によるフォトカップラ装
置においては、光素子や光導波路を形成した基板等を対
向させて接続する際、溶融はんだの表面張力により両基
板に形成されたはんだ濡れの良好な金属層の中心軸同士
が同軸上に自動的に重なるので、光素子の受発光部の中
心や光導波路の光軸中心が自動的に同軸上に高精度に位
置合わせされる。このため、組立時の注意深い調整が不
要となり、安価なフォトカップラ装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の実施例の原理を示し、第
1図は平面図、第2図は第1図のII-II線に沿う矢視
図、第3図は第1図のIII-III線に沿う矢視図である。
第4図は本発明の第一の実施例を示す断面図である。第
5図は本発明の第一の実施例の変形例を示す断面図であ
る。第6図ないし第8図は本発明の第二の実施例を示
し、第6図は平面図、第7図は第6図のVII-VII線に沿
う矢視図、第8図は第6図のVIII-VIII線に沿う矢視図
である。第9図は本発明の第三の実施例を示す断面図で
ある。第10図は従来のフォトカップラの一例を示す断面
図である。 1……受光素子、2……受光部、3……発光素子、4…
…発光部、5……透明基板、6……レンズ部、7……導
波路基板、8……導波路部、9a,9b……リードフレー
ム、10,10a,10b……はんだバンプ、11a,11b,11c,11d…
…金属パターン。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】受光素子の受光部と発光素子の発光部とを
    軸線を同じくしてかつ透明基板を介して互いに対向させ
    て配置するとともに、これら受光素子および発光素子を
    それぞれ前記透明基板にはんだバンプ接続してなり、 前記透明基板には、前記受光素子の受光部および発光素
    子の発光部と軸線を同じくするレンズが形成されたこと
    を特徴とするフォトカップラ装置。
  2. 【請求項2】レンズを形成した透明基板の一方の面に、
    光導波路を形成した基板をはんだバンプ接続し、該透明
    基板の反対の面に発光素子、受光素子をはんだバンプ接
    続し、該導波路の光軸、該レンズの中心、および、該発
    光素子の発光部もしくは該受光素子の受光部の中心とを
    同軸上に一致させたフォトカップラ装置。
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