JP3476326B2

JP3476326B2 - 光結合装置

Info

Publication number: JP3476326B2
Application number: JP02869497A
Authority: JP
Inventors: 規彦丸橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: JPH10223926A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検出物を光によ
り無接点で検出する光結合装置（フォトインタラプタ）
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被検出物を光により無接点で検出する光
結合装置としては、従来より、図７に示すようないわゆ
る透過型の光結合装置がある。この透過型光結合装置を
図７および図８に示す製造工程のフロー図を参照して簡
単に説明すると、リードフレーム２１，２２にそれぞれ
発光素子２３および受光素子２４をダイボンディング
し、それぞれを金線２５で図示しない他のリードフレー
ムにワイヤボンディングする。

【０００３】次いで、各素子２３，２４を搭載したリー
ドフレーム２１，２２の一端側を透光性樹脂によりモー
ルドし透光性樹脂体２６，２７を形成する。次に、リー
ドフレーム２１，２２の他端側をカットし略Ｌ字状にフ
ォーミング（折り曲げ）する。そして、各素子２３，２
４が対向するようにリードフレーム２１，２２を配置
し、被検出物通過用の隙間２８を形成するように遮光性
樹脂にて２次モールドし遮光性樹脂体２９を形成し、製
品とする。

【０００４】また、図９に示すように、ＭＩＤ（Molded
Interconnect Device）パッケージを用いた反射型の光
結合装置も提案されている。この反射型光結合装置を図
９および図１０に示す製造工程のフロー図を参照して簡
単に説明すると、発光用および受光用の一対の金メッキ
等のメッキ配線４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが施さ
れた立体基板４３の凹部４４，４５に、発光素子４６お
よび受光素子４７をダイボンディングし、それぞれ金線
４８でワイヤボンディングする。

【０００５】次に、凹部４４，４５にそれぞれ透光性樹
脂をポッティングして封止し透光性樹脂体４９を形成す
る。このとき、基板４３の遮蔽壁５０によって、発光素
子４６と受光素子４７とは光学的に分離される。上記基
板４３は、図９には示していないが上下左右に多連とな
っており、その後ダイシングにより切り出し単品化す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
透過型光結合装置では、例えば、ＯＡ機器等の回路基板
に面実装される場合、その半田付けを行うときに、リー
ドフレーム２１，２２のフォーミングの具合によって、
光結合装置が回路基板に対して傾いて半田付けされて実
装される場合がある。そのため、被検出物を検出する際
に、被検出物が遮光性樹脂体２９に接触したりして隙間
２８をスムーズに通過せず、光路を横切らず検出ミスを
生じる場合があるという問題があった。

【０００７】また、図９の反射型光結合装置では、回路
基板に対して傾いて実装されるといった問題は起こり得
ないが、通常、光結合装置に対して上方にある被検出物
を検出するため、スペースの都合上、上方に被検出物を
配することが困難な場合がある。そのため、上方以外に
ある被検出物を検出することのできる光結合装置が望ま
れていた。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、面実
装したときの位置不良による検出ミスをなくすことので
きる透過型光結合装置を提供することである。

【０００９】また、本発明の他の目的は、上記と同様の
検出ミスをなくすとともに、被検出物の位置の多様化を
図れる反射型光結合装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、発光素子と、受光素子と、これらを搭載し発光素
子および受光素子の間に発光素子から放射される光の回
り込みを防止するための遮蔽壁が設けられた基板と、発
光素子をモールドしてなる発光側透光性モールド体と、
受光素子をモールドしてなる受光側透光性モールド体
と、発光素子の出射側に設けられた発光側反射体と、受
光素子の入射側に設けられた受光側反射体とを備え、発
光側反射体および受光側反射体の間には被検出物通過用
の隙間が形成され、発光素子から発した光は、発光側反
射体によって反射され、隙間を通過し、受光側反射体に
よって反射され、受光素子に達することを特徴とするも
のである。

【００１１】この構成によれば、発光側反射体と受光側
反射体とは隙間を挟んで対向しており、発光素子から発
した光は発光側反射体で反射して隙間を通過する。隙間
に被検出物があれば被検出物によって光が遮断され、被
検出物がなければ光は隙間を通過して、受光側反射体に
反射されて受光素子に達する。このように、上記構成で
は、従来のようなリードフレームを有しない透過型の光
結合装置を構成でき、そのため回路基板に対して傾くこ
となく面実装することができる。したがって、被検出物
の位置不良による検出ミスをなくすことができ、被検出
物がスムーズに隙間を通過することができる。

【００１２】また、本発明による他の課題解決手段は、
発光素子と、受光素子と、これらを搭載し発光素子およ
び受光素子の間に発光素子から放射される光の回り込み
を防止するための遮蔽壁が設けられた基板と、発光素子
をモールドしてなる発光側透光性モールド体と、受光素
子をモールドしてなる受光側透光性モールド体と、発光
素子の出射側に設けられた発光側反射体と、受光素子の
入射側に設けられた受光側反射体とを備え、発光側反射
体は側方にある被検出物に向けて発光素子からの光を反
射させ、受光側反射体は被検出物からの反射光を受光素
子に向けて反射させることを特徴とするものである。

【００１３】この構成によれば、発光側および受光側反
射体は互いに対向しておらず、直接の光路は形成されな
い。そのため、発光素子から発した光は発光側反射体で
反射し、被検出物に向かう。そして、被検出物があれば
光は被検出物で反射し、受光側反射体で反射し受光素子
に達し、被検出物がなければ光は受光素子には達しな
い。発光側反射体および受光側反射体は、発光素子から
発した光が上記のような光路をとるように配置されてい
る。

【００１４】そのため、被検出物を従来のように上方で
はなく、任意の位置、例えば側方で検出することができ
る。なお、この場合の側方としては、各反射体に対して
側方であり、発光側反射体からの反射光を受光側反射体
に向けて反射させることのできる位置であれば特に限定
されず、上方も含む。

【００１５】また、上記基板は、発光側凹部および受光
側凹部を有する立体基板とされ、発光側凹部に発光素子
が、受光側凹部に受光素子がそれぞれ搭載される。した
がって、リードフレームを有しない従来のＭＩＤパッケ
ージを用いて透過型または反射型の光結合装置を構成で
きる。

【００１６】さらに、受光側反射体は、複数のプリズム
からなっていてもよく、このようにすれば、例えば、分
割された受光素子のそれぞれの受光面でより確実に光を
検出することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】＜第１実施形態＞図１は、本発明の第１実
施形態に係る光結合装置を示す図である。この光結合装
置は、被検出物の有無を光により無接点で検出するため
の、いわゆる透過型の光結合装置である。

【００１９】図１を参照して、この光結合装置は、発光
ダイオード等からなる発光素子１と、フォトトランジス
タ等からなる受光素子２と、これらを搭載する基板３と
を有している。基板３は、絶縁性の樹脂、セラミックス
等からなるＭＩＤパッケージで構成される立体基板とさ
れ、その上面には発光側凹部４および受光側凹部５が形
成され、発光素子１は発光側凹部４の底面に、受光素子
２は受光側凹部５の底面にそれぞれ搭載されている。発
光側凹部４および受光側凹部５の間には、発光素子１か
ら放射される光の回り込みを防止するための遮蔽壁６が
設けられている。

【００２０】発光側凹部４には透光性樹脂にてモールド
された発光側透光性樹脂体７が形成され、受光側凹部５
には透光性樹脂にてモールドされた受光側透光性樹脂体
８が形成されている。発光素子１の出射側、すなわち発
光側透光性樹脂体７の上部には発光側反射体９が、受光
素子２の入射側、すなわち受光側透光性樹脂体８の上部
には受光側反射体１０がそれぞれ透光性樹脂にてモール
ドされ設けられている。そして、発光側反射体９および
受光側反射体１０の間には、被検出物通過用の隙間１１
が形成されている。

【００２１】なお、隙間１１の下部は、基板３の上面に
及んでおり、これにより隙間１１の高さを大としなが
ら、光結合装置全体の高さを大きくしなくてもよく、小
型化を図れる。

【００２２】基板３には、一対の発光側メッキ配線１２
ａ，１２ｂおよび一対の受光側メッキ配線１３ａ，１３
ｂが形成されている。一対の発光側メッキ配線１２ａ，
１２ｂは、基板３の発光側凹部４の底面から壁面を介し
て基板３の上面および側面を経て下面に至る電極を兼ね
た金メッキが施されてなる。また、一対の受光側メッキ
配線１３ａ，１３ｂは、基板３の受光側凹部５の底面か
ら壁面を介して基板３の上面および側面を経て下面に至
る金メッキが施されてなる。そして、発光素子１は、発
光側メッキ配線１２ａに搭載され、金線１４により発光
側メッキ配線１２ｂに接続されている。また、受光素子
２は、受光側メッキ配線１３ａに搭載され、金線１４に
より受光側メッキ配線１３ｂに接続されている。

【００２３】発光側反射体９および受光側反射体１０
は、略三角柱状のプリズムとされ、発光側反射体９の光
出射面９ａと受光側反射体１０の光入射面１０ａとが互
いに対向して、かつ平行に配され、これらによって隙間
１１が形成される。また、プリズムの背面の傾斜面が光
を反射するための反射壁９ｂ，１０ｂとされる。なお、
反射壁９ｂ，１０ｂの外面には、光が反射しやすいよう
に、遮光性の樹脂やアルミニウム等の金属が覆われてい
てもよい。また、各反射体９，１０は、プリズムに限ら
ずミラー等でもよい。

【００２４】上記構成によれば、図１(b) に示すよう
に、発光素子１から発した光は、発光側反射体９の反射
壁９ｂで反射して隙間１１を通過する。このとき、隙間
１１に被検出物がなければ、光は受光側反射体１０の反
射壁１０ｂで反射され受光素子２に達する。また、隙間
１１に被検出物があれば、光が遮られ受光素子２には達
しない。このようにして被検出物の有無が検出される。

【００２５】上記構成の光結合装置の製造方法を図２を
参照して説明する。まず、各メッキ配線１２ａ，１２
ｂ，１３ａ，１３ｂが施された立体基板３の一方のメッ
キ配線１２ａ，１３ａに発光素子１および受光素子２を
それぞれダイボンディングして搭載する。次に、他方の
メッキ配線１２ｂ，１３ｂに金線１４にて発光素子１お
よび受光素子２をそれぞれワイヤボンディングして結線
する。

【００２６】発光側凹部４および受光側凹部５をエポキ
シ樹脂等の透光性樹脂でトランスファ成形によりモール
ドしたり、あるいはポッティングしたりして充填し、発
光側透光性樹脂体７および受光側透光性樹脂体８を形成
する。そして、発光側透光性樹脂体７の上部に、発光側
反射体９を透光性樹脂でトランスファ成形によりモール
ドする。また、受光側透光性樹脂体８の上部に、受光側
反射体１０を透光性樹脂でトランスファ成形によりモー
ルドする。

【００２７】基板３は、図１には示していないが上下左
右に多連となっており、その後ダイシングにより切り出
し単品化する。そして、例えば、ＯＡ機器等の回路基板
に半田リフロー装置により表面実装して、被検出物の有
無を無接点で識別する透過型フォトインタラプタとして
使用する。

【００２８】なお、各反射体９，１０は、発光側透光性
樹脂体７および受光側透光性樹脂体８とは別々にモール
ド成形されたが、各樹脂体７，８と一体的にトランスフ
ァー成形されてもよい。さらに、各反射体９，１０同士
を一体的に成形して、その後ダイシングにより中間部分
をカットすることにより分離して、隙間１１としてもよ
い。

【００２９】このように、本実施形態では、リードフレ
ームを有さず、光を反射させる発光側反射体９および受
光側反射体１０を形成したＭＩＤパッケージで構成する
ことにより、従来のように回路基板に対して傾いて実装
されることがなくなる。そのため、被検出物が隙間１１
をスムーズに、かつ光路に対して正確に通過することが
でき、検出ミスが生じず被検出物を良好に検出すること
ができる。

【００３０】また、プリズムを用いることにより従来の
透過型光結合装置に比べ、高さ方向に小さくでき、小型
化を図ることができる。

【００３１】図３は、上記透過型光結合装置の変形例を
示す図である。この光結合装置の特徴は、受光側の反射
体が複数設けられている点にある。同図では、受光素子
２が分割されており、それに対応して受光側反射体１
５，１６が２個設けられている。これにより、発光素子
１から発した光は発光側反射体９で反射され、２個の受
光側反射体１５，１６によって反射され、分割された受
光素子２でそれぞれ受光される。

【００３２】このように、受光側反射体１５，１６を複
数設けることにより、受光側反射体が１つの場合に比
べ、分割された受光素子２の各受光面に対してより確実
に光を照射することができる。

【００３３】上記の光結合装置の製造方法を説明する
と、立体基板３の各凹部４，５に施された金メッキ配線
１２ａ，１３ｃに発光素子１、多分割フォトダイオード
からなる受光素子２をダイボンディングし、それぞれ金
線１４にてワイヤボンディングにて結線する。次に、エ
ポキシ樹脂等の透光性樹脂で発光側透光性樹脂体７およ
び受光側透光性樹脂体８を形成し、それらの上部にエポ
キシ樹脂等の透光性樹脂で発光側反射体９および受光側
反射体１５，１６をトランスファ成形によりモールドす
る。このとき、受光側反射体１５，１６を分割された受
光素子２の受光面に対応して複数モールドする。その
後、上下左右に多連となっている基板３を、ダイシング
により切り出し単品化する。そして、例えば、ＯＡ機器
等の回路基板に半田リフロー装置により表面実装して、
透過型フォトインタラプタとして使用する。

【００３４】なお、この変形例においては、受光素子２
を分割しない構成としてもよく、例えば、図４に示すよ
うに、平面視で受光側反射体１５，１６を発光側反射体
９の対向面に対してやや傾けて配置してもよい。このよ
うにすることにより、受光素子２の受光面の特定部分に
光を集光させることができる。

【００３５】また、受光側反射体１５，１６だけではな
く、発光側反射体９も複数設けるようにしてもよい。さ
らに、各反射体１５，１６の成形は、トランスファ成形
等の金型による成形の他に、製品切出し時のダイシング
により行うようにしてもよい。

【００３６】＜第２実施形態＞図５は、第２実施形態に
係る光結合装置を示す図である。この光結合装置は反射
型の光結合装置であり、発光側反射体９は、その側方に
ある被検出物Ｓに向けて発光素子１からの光を反射さ
せ、受光側反射体１０は、被検出物Ｓからの反射光を受
光素子２に向けて反射させる。すなわち、発光側反射体
９の光出射面９ａが基板３の一側方を向き、受光側反射
体１０の光入射面１０ａも一側方を向くようにそれぞれ
配置されている点に特徴がある。そのため、従来のよう
に被検出物Ｓを上方ではなく、側方に位置させることが
できる。

【００３７】発光側反射体９および受光側反射体１０
は、第１実施形態のそれらと比べやや小の略三角柱状の
プリズムとされ、各反射体９，１０を基板３上で時計回
りに回転させたようになっている。その他の構成は、第
１実施形態と同様である。

【００３８】上記光結合装置の製造方法を説明すると、
まず、立体基板３の各凹部４，５に施された金メッキ配
線１２ａ，１３ａに発光素子１と受光素子２とをダイボ
ンディングし、それぞれを金線１４にてワイヤボンディ
ングして結線する。これをエポキシ樹脂等の透光性樹脂
で発光側透光性樹脂体７および受光側透光性樹脂体８を
形成し、それらの上部にエポキシ樹脂等の透光性樹脂
で、発光側反射体９および受光側反射体１０を側方にあ
る被検出物Ｓが検出できるような位置においてトランス
ファ成形によりモールドして形成する。その後、上下左
右に多連となっている基板３を、ダイシングにより切り
出し単品化する。そして、例えば、ＯＡ機器等の回路基
板に半田リフロー装置により表面実装して、被検出物Ｓ
の有無を無接点で識別する反射型フォトインタラプタと
して使用する。

【００３９】このように、各反射体９，１０を対向させ
ずに一側を向くように配置することにより、回路基板に
対して水平な被検出物Ｓしか検出できなかった従来の光
結合装置に比べ、回路基板に対して略垂直な被検出物Ｓ
の有無を検出することができる。

【００４０】また、各反射体９，１０の配置、反射壁９
ｂ，１０ｂの傾斜角度等を被検出物Ｓの位置に応じて適
度に設定することにより、任意の位置にある被検出物Ｓ
を検出することが可能となる。そのため、光結合装置の
適用用途を広げることができる。

【００４１】なお、第２実施形態の光結合装置において
も、受光側反射体１０を複数設けるようにしてもよい。
また、図６に示すように、基板３にさらに凹部１７を形
成し、その凹部１７に被検出物Ｓを通過させるようにし
てもよい。そうすることにより、第１実施形態の光結合
装置に比べ、基板３上での被検出物Ｓの通過方向を約９
０°変えることができる。また、各反射体９，１０と被
検出物Ｓを接近させることができるので、その検出精度
を上げることができる。

【００４２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることができる。例えば、反
射体９，１０の光入射面９ａおよび光出射面１０ａにレ
ンズを形成して、集光性を高めてもよい。

【００４３】また、反射体９，１０は単一のプリズムか
らなるが、複数のプリズムを組み合わせたものにする
と、基板３より下方以外にある被検出物を検出すること
ができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、従来
のようなリードフレームを有しない、ＭＩＤパッケージ
で構成された透過型の光結合装置とすることができるの
で、回路基板に対して傾くことなく実装することができ
る。そのため、実装不良による検出ミスを防げ、被検出
物がスムーズに隙間を通過することができ、被検出物を
良好に検出することのできる透過型光結合装置を提供す
ることができる。しかも、従来のものに比べて高さ方向
に小さくでき、小型化を図れる。

【００４５】また、発光側反射体は、その側方にある被
検出物に向けて発光素子からの光を反射させ、受光側反
射体は、被検出物からの反射光を受光素子に向けて反射
させるように配置されているので、被検出物を従来のよ
うに上方ではなく、任意の位置、例えば側方で検出する
ことができる反射型光結合装置を提供することができ
る。

【００４６】また、基板は、発光側凹部および受光側凹
部を有する立体基板とされ、発光側凹部に発光素子が、
受光側凹部に受光素子がそれぞれ搭載されるので、リー
ドフレームを有しない従来のＭＩＤパッケージを用いて
透過型または反射型の光結合装置を構成することができ
る。

【００４７】また、受光側反射体は、複数のプリズムか
ら構成されるので、例えば、分割された受光素子のそれ
ぞれの受光面でより確実に光を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光結合装置を示
し、(a) は平面図、(b) はＡ−Ａ断面図、(c) はＢ−Ｂ
断面図

【図２】同じくその製造工程を示すフロー図

【図３】第１実施形態に係る光結合装置の変形例を示
し、(a) は平面図、(b) はＣ−Ｃ断面図、(c) はＤ−Ｄ
断面図

【図４】第１実施形態に係る光結合装置の他の変形例を
示す図

【図５】第２実施形態に係る光結合装置を示し、(a) は
平面図、(b) はＥ−Ｅ断面図、(c) はＦ−Ｆ断面図

【図６】第２実施形態に係る光結合装置の変形例を示
し、(a) は平面図、(b) はＧ−Ｇ断面図

【図７】従来の透過型光結合装置を示す図

【図８】同じくその製造工程を示すフロー図

【図９】従来の反射型光結合装置を示し、(a) は平面
図、(b) はＨ−Ｈ断面図

【図１０】同じくその製造工程を示すフロー図

【符号の説明】

１発光素子２受光素子３基板６遮蔽壁７発光側透光性樹脂体８受光側透光性樹脂体９発光側反射体１０受光側反射体１１隙間Ｓ被検出物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子と、受光素子と、これらを搭載
する発光側凹部および受光側凹部を有し前記発光素子お
よび受光素子の間に発光素子から放射される光の回り込
みを防止するための遮蔽壁が設けられた立体基板と、前
記発光素子をモールドしてなる発光側透光性モールド体
と、前記受光素子をモールドしてなる受光側透光性モー
ルド体と、前記発光側透光性モールド体の上部に設けら
れた発光側反射体と、前記受光側透光性モールド体の上
部に設けられた受光側反射体とを備え、各凹部から前記
立体基板の下面に至る配線が形成され、前記発光側反射
体と受光側反射体の間には被検出物通過用の隙間が形成
され、前記発光素子から発した光は、前記発光側反射体
によって反射され、前記隙間を通過し、前記受光側反射
体によって反射され、前記受光素子に達することを特徴
とする光結合装置。
【請求項２】発光素子と、受光素子と、これらを搭載
する発光側凹部および受光側凹部を有し前記発光素子お
よび受光素子の間に発光素子から放射される光の回り込
みを防止するための遮蔽壁が設けられた立体基板と、前
記発光素子をモールドしてなる発光側透光性モールド体
と、前記受光素子をモールドしてなる受光側透光性モー
ルド体と、前記発光側透光性モールド体の上部に設けら
れた発光側反射体と、前記受光側透光性モールド体の上
部に設けられた受光側反射体とを備え、各凹部から前記
立体基板の下面に至る配線が形成され、前記発光側反射
体の光出射面および前記受光側反射体の光入射面が前記
立体基板の一側方を向くように配置され、前記発光側反
射体は一側方にある被検出物に向けて前記発光素子から
の光を反射し、前記受光側反射体は前記被検出物からの
反射光を前記受光素子に向けて反射することを特徴とす
る光結合装置。
【請求項３】前記立体基板は、ＭＩＤパッケージから
なることを特徴とする請求項１または２記載の光結合装
置。
【請求項４】前記受光側反射体は、複数のプリズムか
らなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載の光結合装置。