JP2974855B2

JP2974855B2 - 光結合素子の製造方法

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Publication number: JP2974855B2
Application number: JP26862592A
Authority: JP
Inventors: 也寸志長谷川
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1992-10-07
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH06120558A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光結合素子の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の長沿面距離型光結合素子を図１６
に示す。

【０００３】従来では、受発光素子１，２の各々を、熱
可塑性樹脂を用いてモールドし、これにより光路となる
開口部３（光路室）を有する遮光体４，５を別々に形成
した後、受光側遮光体４および発光側遮光体５の各開口
部３を、互いに略同一光軸となるよう対向させた状態、
すなわち受発光間が光学的に結合する状態で嵌合し、さ
らに熱可塑性樹脂によりモールドして外装樹脂体６を形
成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、光結合素子の
主要特性として、電流伝達比（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａ
ｎｓｆｅｒＲａｔｉｏ：以下ＣＴＲと略す。）があ
る。このＣＴＲは、入力順電流と出力電流との比であ
り、ＣＴＲの値は、光結合素子を取り付ける外部装置本
体の回路設計上、極力一定範囲内に標準化されることが
望まれる。

【０００５】しかしながら光結合素子は、発光素子１の
出力ばらつきや受光素子２の電流増幅度（ｈｆｅ）のば
らつき等により、ＣＴＲ値は広い分布となる。

【０００６】このため、従来の光結合素子では、アセン
ブリ終了後、特性検査工程でＣＴＲ値によるランク分け
を行っていた。その結果、ランク別の需要ばらつきによ
り在庫管理や生産管理が難しくなり、ランクの取れ率に
ばらつきが生じ、ロット単位での価格が一定化しなくな
ることがある。また、他ランクの混入、在庫品の過不足
の発生等の問題もあった。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、光結合特性の
ランク付け作業を簡素化し、在庫管理および生産管理を
簡単に行い得る光結合素子の製造方法の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１，２および図５〜１５の如く、発光
素子１２の周囲をモールドして発光側遮光体１８を成形
し、受光素子１３の周囲をモールドして受光側遮光体１
９を成形し、各遮光体１８，１９の成形時に、その一端
面から各素子１２，１３の取付位置にかけて、受発光間
の光路をなす光路室２１を形成し、両遮光体１８，１９
を、前記両素子１２，１３が光路室２１内の同一光軸上
で光学的に結合するよう配置し、この際、光路室２１中
に、受発光間で授受される光量を制限して出力調整する
光出力調整体２３を挿入し、その後、両遮光体１８，１
９の周囲を、外装樹脂２０でモールドするものである。

【０００９】本発明請求項２による課題解決手段は、図
１〜６の如く、請求項１記載の光出力調整体２３とし
て、中心部に光出力調整孔２４を有する薄板を使用する
ものである。

【００１０】本発明請求項３による課題解決手段は、図
７〜１１の如く、請求項１記載の光出力調整体２３を棒
状に形成し、遮光体１８，１９または外装樹脂２０のモ
ールド後に、電気特性を測定しながら光出力調整体２３
を光路室２１中で上下させ、適正に出力調整後、光出力
調整体２３を遮光体１８，１９または外装樹脂２０に固
着するものである。

【００１１】本発明請求項４による課題解決手段は、図
１２，１３の如く、請求項１記載の光出力調整体２３と
して、液晶パネルを使用するものである。

【００１２】本発明請求項５による課題解決手段は、図
１４，１５の如く、請求項１記載の光出力調整体２３と
して、サーモシートを使用するものである。

【００１３】本発明請求項６による課題解決手段は、請
求項１記載の両遮光体１８，１９、外装樹脂２０および
光出力調整体２３として、同一樹脂材料を用いるもので
ある。

【００１４】本発明請求項７による課題解決手段は、図
４の如く、請求項１記載の光結合素子の製造方法におい
て、両遮光体１８，１９を受発光間で光学的に結合する
よう配置する際、光出力調整体２３として複数デバイス
分が横並びに多数個連結したものを使用し、複数デバイ
ス分の遮光体１８，１９を同時に横並び配置するもので
ある。

【００１５】

【作用】上記請求項１による課題解決手段において、受
発光間の光量を光出力調整体２３にて制限する。

【００１６】この場合、請求項２では、薄板の光出力調
整孔２４の径を変更し、請求項３では、電気特性を測定
しながら光出力調整体２３を光路室２１中で上下させ、
また請求項４，５では、液晶パネルまたはサーモシート
の光透過率を変更することで、受発光間の光量を調整す
る。

【００１７】そうすると、生産工程中で光結合特性のラ
ンク決定を行うことができるため、ランク別の生産工程
を設定することにより、他ランクの混入を防止すること
ができる。また、需要に応じたランク品の生産ができる
ため在庫品の過不足の発生を防止できる。

【００１８】請求項６では、温度が変化し、遮光体１
８，１９、外装樹脂２０および光出力調整体２３が熱膨
張または熱収縮しても、これらの熱膨張率が同一である
ため、クラック等の発生を防止できる。

【００１９】請求項７では、複数デバイス分を同時に製
造でき、製造作業時間を短縮できる。

【００２０】

【実施例】［第一実施例］本実施例の光結合素子（フォ
トカプラ）は、図１，２の如く、光結合素子本体１１内
で、発光素子１２と受光素子１３とが、同一光軸上で光
学的に結合するよう対向配置されたものである。

【００２１】前記発光素子１２は、図１の如く、発光側
リードフレーム１４にＬＥＤ等の発光チップが搭載され
たものであり、前記受光素子１３は、受光側リードフレ
ーム１５にフォトトランジスタ等の受光チップが搭載さ
れたものであり、これらは、それぞれ透光性樹脂１６に
て一体的にモールドされて単体デバイスとされている。

【００２２】ここで、前記リードフレーム１４，１５と
しては、複数デバイスが多連式に連結されたものを用い
る。

【００２３】前記光結合素子本体１１は、図２の如く、
前記発光素子１２および受光素子１３の夫々について個
別に形成された発光側遮光体１８および受光側遮光体１
９と、これらの周囲に一体モールドされた外装樹脂２０
とから構成されている。

【００２４】前記両遮光体１８，１９は、例えば、ポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネイト
（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、結
晶性ポリマー、非晶性ポリマー、あるいは液晶ポリマー
等の熱可塑性樹脂のうち一種類またはこれらの混合物を
用いて、インジェクションモールドされて成る。ここで
熱可塑性樹脂を用いるのは、樹脂成形温度が低い特性を
有するため、各素子１２，１３に与える影響が低いと考
えられるためである。また、熱可塑性樹脂としては、例
えばその絶縁抵抗が、＋２５°Ｃ前後の常温で１０^１２
Ω以上で、かつ＋１００°Ｃ前後の高温で１０^１１Ω以
上の特性を有するものが使用され、これにより受発光両
リードフレーム１４，１５間の電気的絶縁性が確保され
る。そうすると、所定の規格（ドイツ連邦共和国：ＶＤ
Ｅ規格０８８４番）に合致し、製品の標準化、大量生産
化の要請に対応できる。

【００２５】そして、該各遮光体１８，１９には、発光
素子１２から受光素子１３への光路を形成するため、丸
穴状の光路室２１が夫々形成されている。該両光路室２
１は、両遮光体１８，１９を対向配置する際に密閉さ
れ、またその長さは発光素子１２および受光素子１３が
互いに電気的に絶縁するよう長寸とされている。

【００２６】ここで、該両遮光体１８，１９を対向配置
する際に、前記外装樹脂２０が光路室２１に侵入しない
よう、一方の遮光体１８の開口部は円台錐形の凸状に形
成され、他方の遮光体１９の開口部は遮光体１８の凸部
に対応する凹状に形成されている。

【００２７】そして、該光路室２１中には、図２の如
く、受発光間で授受される光量を制限して出力調整する
光出力調整体２３が挿入される。該光出力調整体２３と
しては、図３の如く、前記両遮光体１８，１９と同一樹
脂材料が用いられ、中心部に光出力調整孔２４を有する
環形の薄板状に形成されている。該光出力調整体２３
は、両遮光体１８，１９に挟持されることで、光路室２
１に対して位置決めされる。

【００２８】また、該光出力調整体２３としては、図４
の如く、製造途上において複数デバイス分が横並びに多
数個連結したものを用いる。これにより、図１に示した
遮光体１８，１９を複数デバイス分横並び併置した状態
で同時に製造できる。多数個連結させる手段としては、
図４，５の如く、光出力調整体２３を金型成形する際に
できるランナー部２８およびゲート部２９を切り離さな
いでそのまま活用すればよい。

【００２９】前記外装樹脂２０は、図２，６の如く、前
記遮光体１８，１９と同一の遮光性材料を用いて、その
全周に渡ってインジェクションモールドされてなる。

【００３０】上記構成の光結合素子は、次のように製造
される。

【００３１】まず、図１の如く、発光側リードフレーム
１４に発光チップを搭載し、これらを透光性樹脂１６に
てモールドし、単体デバイス状態の発光素子１２とす
る。

【００３２】同様にして、受光側リードフレーム１５に
受光チップを搭載し、これらを透光性樹脂１６にてモー
ルドし、単体デバイス状態の受光素子１３とする。

【００３３】そして、発光素子１２および受光素子１３
の夫々について、個別に熱可塑性樹脂でインジェクショ
ンモールドして、各遮光体１８，１９を形成する。

【００３４】この各遮光体１８，１９の成形時に、その
一端面から各素子１２，１３の取付位置にかけて、両素
子１２，１３間の光路をなす光路室２１を形成してお
く。

【００３５】また、一方の遮光体１８の開口部を、円台
錐形の凸状に形成し、他方の遮光体１９の開口部を、遮
光体１８の凸部に対応する凹状に形成しておく。

【００３６】そして、図５の如く、両遮光体１８，１９
の開口部に、光出力調整体２３をあてがいながら、両遮
光体１８，１９を、前記両素子１２，１３が光路室２１
内の同一光軸上で光学的に結合するよう配置する。この
際、光出力調整体２３の光出力調整孔２４が、光路室２
１の中央部に位置するよう配置する。なお、両遮光体１
８，１９を咬み合わせる際、光出力調整体２３のゲート
部２９が遮光体１８，１９の先端部に当たって邪魔にな
るのを防止するよう、例えば遮光体１９の上壁にスリッ
ト（図示せず）を形成しておき、このスリット内にゲー
ト部２９を挿入して、光出力調整孔２４を所定位置に位
置決めすればよい。

【００３７】その後、両遮光体１８，１９の周囲を、外
装樹脂２０でモールドする。

【００３８】以上の作業にあたって、リードフレーム１
４，１５として複数デバイスが多連式に連結されたもの
を用い、また、図４の如く、光出力調整体２３として複
数デバイス分が横並びに多数個連結したものを用いる。
これにより、複数デバイス分の遮光体１８，１９を、同
時に横並び併置した状態で同時に製造する。

【００３９】その後、リードフレーム１４，１５を各光
結合素子本体１１ごとにカツトし、個別の光結合素子が
完成し、テスト工程に供する。

【００４０】そうすると、多連式のフレーム状態のまま
で成形の段階まで処置できるため、金型によって位置決
め等の作業が簡単となり、工数が削減する。したがっ
て、手作業を排すことができ、自動化により安価な製品
を提供できる。

【００４１】また、光出力調整体２３を、両遮光体１
８，１９や外装樹脂２０と同一樹脂材料で形成している
ので、外装樹脂２０の注入時に光出力調整体２３および
遮光体１８，１９の表面の一部を溶かして、これら各部
材間の樹脂界面を無くし、同一部材化することができ
る。したがって、熱膨張または熱収縮時等による樹脂破
壊等を防止できる。

【００４２】次に、光結合素子の使用時の動作を説明す
る。

【００４３】まず、図２の如く、発光素子１２に電源を
供給して発光させると、光は、光路室２１を通過して、
受光素子１３に入光する。

【００４４】この際、光路室２１中の光量は、光出力調
整体２３の光出力調整孔２４にて制限されるため、受発
光間の光学的特性ランクを一律にかつ正確に統一でき
る。

【００４５】また、この特性調整については、生産工程
中において、図３のように光出力調整孔２４の径を変更
するだけで、光結合特性（ＣＴＲ）のランクを変更でき
るため、ランク別の生産工程のための大規模な環境設定
を行う必要がなくなり、かつ他ランクの部品の混入を簡
単に防止できる。さらに、需要に応じたランク品の設計
変更を簡単に行えるため、在庫品の過不足の発生を防止
できる。

【００４６】［第二実施例］本発明第二実施例は、図
７，８の如く、光出力調整体２３を棒状に形成してい
る。また、両遮光体１８，１９の一部に、棒状の光出力
調整体２３を挿入する挿入孔３１を形成しておく。

【００４７】そして、製造時には、両遮光体１８，１９
を嵌合した後に、受光素子１３からの出力信号の電気特
性（ＣＴＲ値）を測定しながら、図８のように光出力調
整体２３を光路室２１中で上下動させ、ＣＴＲ調整を行
う。なお、光出力調整体２３を自由に上下動可能とする
よう、モールド金型に逃げ（図示せず）を設けておけば
よい。

【００４８】目的のＣＴＲ値となったところで、光出力
調整体２３の遮光体１８，１９より外側に突出した部分
を、遮光体１８，１９または外装樹脂２０に溶着し、さ
らに、図９の如く、外装樹脂２０でモールドする。

【００４９】そうすると、光結合特性（ＣＴＲ）のラン
ク付けを簡単に行える。

【００５０】また、光出力調整体２３を、両遮光体１
８，１９や外装樹脂２０と同一樹脂材料で形成している
ので、外装樹脂２０の注入時に光出力調整体２３および
遮光体１８，１９の表面の一部を溶かして、これら各部
材間の樹脂界面を無くすことができる。したがって、熱
膨張または熱収縮時等による樹脂破壊等を防止できる。

【００５１】なお、本実施例では、両遮光体１８，１９
を嵌合した後に光出力調整体２３を挿入したが、図１
０，１１の如く、外装樹脂２０の注入後に光出力調整体
２３を挿入し、またＣＴＲ調整を行ってもよい。

【００５２】［第三実施例］本実施例では、図１２，１
３の如く、光出力調整体２３として、電気的アドレス方
式の液晶パネルを使用している。すなわち、両遮光体１
８，１９の嵌合時に、液晶パネル２３を挿入し、さらに
外装樹脂２０をモールドする。

【００５３】そして、使用時には、液晶パネル２３への
印加電圧を調整することにより、ＣＴＲ値を調整するこ
とができる。特に、インバータ電源等を用いて、使用者
側で随時液晶パネル２３への印加電圧を調整可能とすれ
ば、出荷時のランク品の設定が不要となる。

【００５４】また、液晶パネル２３をシャッターとして
用いれば、応答特性の立ち上がり、および、立ち下がり
特性が向上する。

【００５５】［第四実施例］本実施例では、図１４，１
５の如く、光出力調整体２３として、一般的なサーモシ
ートを使用している。該サーモシートは、加熱または冷
却という熱的変化によって液晶状態が現れる熱互変性液
晶（サーモトロピック液晶）を備え、その駆動方式とし
て熱アドレス方式を採用したものである。すなわち、サ
ーモシート２３の反応温度でＣＴＲ値がほぼ０となり、
熱暴走等の場合、出力を遮断することができる。サーモ
シート２３を加熱または冷却してその温度を変えること
により、出力遮断温度を任意に設定することが可能であ
る。

【００５６】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、受発光間の光量を光出力調整体にて制
限できる。

【００５８】具体的には、請求項２では、薄板の光出力
調整孔の径を変更し、請求項３では、電気特性を測定し
ながら光出力調整体を光路室中で上下動させて調整し、
また請求項４，５では、液晶パネルまたはサーモシート
の光透過率を変更することで、受発光間の光量を調整で
きる。

【００５９】したがって、生産工程中で光結合特性のラ
ンク決定を行うことができるため、ランク別の生産工程
を設定することにより、他ランクの混入を防止すること
ができる。また、需要に応じたランク変更を簡単に行う
ことができ、在庫品の過不足の発生を防止できる。

【００６０】請求項６では、光出力調整体を、両遮光体
や外装樹脂と同一樹脂材料で形成しているので、これら
各部材間の樹脂界面を無くし、同一部材化することがで
きる。したがって、温度が変化し、遮光体、外装樹脂お
よび光出力調整体が熱膨張または熱収縮しても、これら
の熱膨張率が同一であるため、熱膨張または熱収縮時等
による樹脂破壊等を防止できる。

【００６１】請求項７では、複数デバイス分を同時に製
造でき、製造作業時間を短縮できるといった優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す光結合素子の製造途
上において、光出力調整体が両遮光体に挟持される様子
を示す図

【図２】本発明の第一実施例を示す光結合素子の断面図

【図３】本発明の第一実施例の光出力調整体を示す図

【図４】本発明の第一実施例の光出力調整体が複数デバ
イス分連結された状態を示す図

【図５】本発明の第一実施例を示す光結合素子の製造途
上において、両遮光体を嵌合する動作を示す図

【図６】本発明の第一実施例を示す光結合素子の製造途
上において、外装樹脂がモールドされた状態を示す図

【図７】本発明の第二実施例を示す光結合素子の製造途
上において、光出力調整体が両遮光体に挟持される様子
を示す図

【図８】本発明の第二実施例を示す光結合素子の製造途
上において、光出力調整体の上下動作を示す図

【図９】本発明の第二実施例を示す光結合素子の製造途
上において、光出力調整体を遮光体に位置決めした様子
を示す図

【図１０】本発明の第二実施例を示す光結合素子の製造
途上において、光出力調整体の上下動作を示す図

【図１１】本発明の第二実施例を示す光結合素子の製造
途上において、光出力調整体を外装樹脂に位置決めした
様子を示す図

【図１２】本発明の第三実施例を示す光結合素子の製造
途上において、両遮光体を嵌合する動作を示す図

【図１３】本発明の第三実施例を示す光結合素子の製造
途上において、外装樹脂がモールドされた状態を示す図

【図１４】本発明の第四実施例を示す光結合素子の製造
途上において、両遮光体を嵌合する動作を示す図

【図１５】本発明の第四実施例を示す光結合素子の製造
途上において、外装樹脂がモールドされた状態を示す図

【図１６】従来の光結合素子を示す断面図

【符号の説明】

１１光結合素子本体１２発光素子１３受光素子１４発光側リードフレーム１５受光側リードフレーム１８発光側遮光体１９受光側遮光体２０外装樹脂２１光路室２３光出力調整体２４光出力調整孔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子の周囲をモールドして発光側遮
光体を成形し、受光素子の周囲をモールドして受光側遮光体を成形し、各遮光体の成形時に、その一端面から各素子の取付位置
にかけて、受発光間の光路をなす光路室を形成し、両遮光体を、前記両素子が光路室内の同一光軸上で光学
的に結合するよう配置し、この際、光路室中に、受発光間で授受される光量を制限
して出力調整する光出力調整体を挿入し、その後、両遮光体の周囲を、外装樹脂でモールドするこ
とを特徴とする光結合素子の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の光出力調整体として、中
心部に光出力調整孔を有する薄板を使用することを特徴
とする光結合素子の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の光出力調整体を棒状に形
成し、遮光体または外装樹脂のモールド後に、電気特性
を測定しながら光出力調整体を光路室中で上下させ、適
正に出力調整後、光出力調整体を遮光体または外装樹脂
に固着することを特徴とする光結合素子の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の光出力調整体として、液
晶パネルを使用することを特徴とする光結合素子の製造
方法。
【請求項５】請求項１記載の光出力調整体として、サ
ーモシートを使用することを特徴とする光結合素子の製
造方法。
【請求項６】請求項１記載の両遮光体、外装樹脂およ
び光出力調整体として、同一樹脂材料を用いることを特
徴とする光結合素子の製造方法。
【請求項７】請求項１記載の光結合素子の製造方法に
おいて、両遮光体を受発光間で光学的に結合するよう配
置する際、光出力調整体として複数デバイス分が横並び
に多数個連結したものを使用し、複数デバイス分の遮光
体を同時に横並び配置することを特徴とする光結合素子
の製造方法。