JP3523047B2 - 光結合素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光素子と受光素子
を同一パッケージ内に内装し、これら発光素子と受光素
子とを光結合した光結合素子（フォトカプラ）とその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光結合素子は、例えば電気回路でのアイ
ソレーションを得る際に、電気信号を光信号に変換して
発光素子から送出し、この送出された光信号を受光素子
で受光して電気信号に変換する際に利用される。従来、
この種の光結合素子として、発光ダイオード等の発光素
子と、フォトダイオード等の受光素子とを同一パッケー
ジ内に内装し、かつこのパッケージから前記発光素子と
受光素子に電気接続されるリードを導出した構成のもの
が提案されている。図１１（ａ）はこの種の光結合素子
の一例の断面図である。リードフレーム３１に設けられ
たそれぞれ対をなす外部導出リード３２，３３にタブ３
２ｃ，３３ｃが一体に形成されている。そして、前記各
タブ３２ｃ，３３ｃにはそれぞれ発光素子３４、受光素
子３５の各チップが搭載され、また各チップの電極パッ
ドはボンディングワイヤ３６，３７により図には示され
ない他方の外部導出リードに電気接続されている。そし
て、前記発光素子３４及び受光素子３５をポッティング
法等を用いて透明樹脂３８で被覆し、かつその外側をト
ランスファーモールド成形法等を用いて黒色モールド樹
脂３９で封止した構成とされている。この光結合素子で
は、発光素子３４を搭載している外部導出リード３２に
所要の電気信号を印加して発光素子３４を発光させる
と、発光素子３４から出射された光は透明樹脂３８内を
透過した後、黒色モールド樹脂３９との界面において反
射され、受光素子３５において受光される。そして、受
光素子３５において電気信号に変換され、外部導出リー
ド３３から出力されることになる。

【０００３】しかしながら、この構成の光結合素子では
透明樹脂３８と黒色モールド樹脂３９との界面における
光反射効率が低く、光信号の伝達効率が低いという問題
がある。このような問題に対し、図１１（ｂ）に示すよ
うな光結合素子が提案されている。なお、同一部分には
同一符号を付してある。この光結合素子では、発光素子
３４と受光素子３５とがリードフレーム３１に搭載され
るとともに、球面に近い外形をした透明ゴム樹脂３８で
被覆され、この透明ゴム樹脂３８の外面に沿って膜状に
高反射ゴム樹脂４０が形成され、さらにその外周部が遮
光性のある黒色モールド樹脂３９により封止されてい
る。この改良された光結合素子では、発光素子３４を発
光させると、発光素子３４から出射された光は透明ゴム
樹脂３８と高反射ゴム樹脂４０との界面において反射さ
れ、受光素子３５において受光される。このため、透明
ゴム樹脂３８と高反射ゴム樹脂４０との界面での光の反
射効率が高められ、光信号の伝達効率に高いものが得ら
れることになる。なお、この種の光結合素子としては、
例えば、実開平７−２２５５５号公報に記載のものがあ
る。

【０００４】ところで、図１１（ｂ）に示した光結合素
子の製造方法として、次のような製造方法が提案されて
いる。リードフレーム３１に設けられた２対の外部導出
リード３２，３３に設けられているタブ３２ｃ，３３ｃ
に発光素子３４と受光素子３５を銀ペーストによりダイ
ポンディングする。硬化条件は２００℃，２０秒であ
る。次いで、前記発光素子３４と受光素子３５の電極パ
ッドを金ワイヤ３６，３７で外部導出リード３２，３３
の対をなす他方にワイヤボンディングする。そして、前
記発光素子３４と受光素子３５を覆うように、前記リー
ドフレーム３１の表面側から透明ゴム樹脂３８を塗布す
る。この透明ゴム樹脂３８には、硬化後の硬さ（ＪＩＳ
−Ｃ２１２３−９）が１５〜２５のものが使用される。
その後、前記リードフレーム３１を上下反転し、前記と
同じ透明ゴム樹脂３８を裏面側から塗布する。その上
で、前記透明ゴム樹脂３８を１５０℃，２時間で硬化さ
せる。

【０００５】さらに、前記透明ゴム樹脂３８の表面に、
反射材として酸化チタン（ＴｉＯ₂）の微粉末を含むシ
リコーン製白色高反射ゴム樹脂４０を塗布し、さらに前
記透明ゴム樹脂の上下を反転させてその裏面にも同じ白
色高反射ゴム樹脂４０を塗布する。この白色高反射ゴム
樹脂４０も硬化後の硬さが１５〜２５のものが用いられ
る。塗布後、１５０℃，２時間で硬化させる。しかる上
で、前記工程までに形成された構体をトランスファーモ
ールド装置の金型内にセットし、黒色モールド樹脂によ
り射出成形を行い、前記白色高反射ゴム樹脂４０の周囲
に前記黒色モールド樹脂３９を成形し、樹脂封止する。
このトランスファーモールド樹脂成形では、１７５℃，
２分の硬化処理を行い、かつそのアフターキュアは１７
５℃，４〜８時間である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た光結合素子では透明ゴム樹脂３８の外周面での反射率
が向上するために光結合効率が改善されるものの、発光
素子３４と受光素子３５を封止している透明ゴム樹脂３
８及び白色高反射ゴム樹脂４０等の内部樹脂の熱膨張係
数と、その外側に設けられる黒色モールド樹脂３９等の
外部樹脂との熱膨張係数との違いにより、熱応力に伴う
信頼性の低下が生じるという問題がある。すなわち、前
記内部樹脂である透明ゴム樹脂３８や白色高反射ゴム樹
脂４０の熱膨張係数は一般に２５〜３５×１０^-5／℃で
あり、かつヤング率は１０〜１５×１０^-5Ｎ／ｍ² であ
るのに対し、外部樹脂である黒色モールド樹脂３９の熱
膨張係数は略１．８×１０^-5／℃である。このため、発
光素子３４及び受光素子３５を内部樹脂３８，４０で被
覆した後の前記したトランスファーモールド工程での硬
化処理、アフターキュア処理後の温度降下によって、外
部樹脂３９と内部樹脂３８，４０との間に熱収縮の顕著
な差が生じ、この熱収縮差によって生じる熱応力によっ
て内部樹脂３８，４０と外部樹脂３９との界面のほぼ全
域にわたって剥離が生じ、界面に沿って隙間が発生す
る。この隙間により、発光素子側と受光素子側の外部導
出リード間の絶縁耐圧が低下する。この対策手段とし
て、前記ゴム樹脂３８あるいは４０と黒色モールド樹脂
３９との界面の長さを大きくする、すなわち、前記ゴム
樹脂の量を増やすと同時に、上下面対称形状に塗布する
必要が生じる。こうした従来構造の光結合素子は、塗布
したゴム樹脂の量が多いために光結合素子を実装する際
の高温加熱（ピーク温度２４０℃の赤外半田リフローあ
るいは半田ディップ）によるゴム樹脂と外部樹脂の熱膨
張差（特に、ゴム樹脂の体積膨張による膨らみ）による
熱応力によって、外部樹脂３９にクラックが生じ易く、
光結合素子の機械的な強度損傷とともに、外観上の見栄
えが低下し、商品品質が低下する。また、ゴム樹脂の量
が多く、上下面対称形状にゴム樹脂が塗布されるため
に、光結合素子の薄型化等の小型化対応が困難であっ
た。さらに、光信号の伝達効率を高めるために、内部樹
脂を透明ゴム樹脂３８と高反射ゴム樹脂４０の二層構造
としているため、各ゴム樹脂３８，４０の製造工程とし
て２回の樹脂の塗布工程が必要となり、製造工程が煩雑
化するという問題もある。特に、前記したように発光素
子３４と受光素子３５の表裏両面からそれぞれ樹脂３
８，４０を２回ずつ塗布しているため、その工程数は更
に煩雑になる。

【０００７】本発明の目的は、絶縁耐圧を高め、かつク
ラックの発生を防止するとともに、小型化を実現し、な
おかつ製造工程を複雑化することなく光信号の伝達効率
を高めることを可能にした光結合素子とその製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光結合素子は、
発光素子と受光素子を内装するパッケージが、前記発光
素子と受光素子を覆う光透過可能な透明ゲル樹脂と、前
記透明ゲル樹脂の外周部を覆うモールド成形された光反
射樹脂とで構成され、かつ前記透明ゲル樹脂の針入度が
４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）であり、前記光反射
樹脂は透明樹脂中に反射材を添加したものであることを
特徴とする。また、本発明においては、発光素子と受光
素子を内装するパッケージが、前記発光素子と受光素子
を覆う光透過可能な透明ゲル樹脂と、前記透明ゲル樹脂
の外周部を覆うモールド成形された光反射樹脂と、前記
光反射樹脂の外面に塗布された遮光膜とで構成され、か
つ前記透明ゲル樹脂の針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ
２２２０）であり、前記光反射樹脂は透明樹脂中に反射
材を添加したものであることを特徴とする。また、前記
発光素子と受光素子は、発光素子で発光された光が前記
透明ゲル樹脂と光反射樹脂との界面で反射されて前記受
光素子で受光される反射型の光結合素子として構成さ
れ、あるいは、発光素子の発光面と受光素子の受光面が
対向配置され、発光素子で発光された光の大部分が直接
に受光素子において受光される光結合素子として構成さ
れる。

【０００９】また、本発明の光結合素子の製造方法は、
リードフレームに発光素子と受光素子をそれぞれ搭載す
る工程と、前記発光素子と受光素子を覆うように針入度
が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）の光透過性の透明
ゲル樹脂を塗布する工程と、前工程までに形成された構
体をモールド金型内にセットし前記透明ゲル樹脂の外周
部を覆うように光反射樹脂でモールド成形する工程とを
含むことを特徴とする。前記透明ゲル樹脂を塗布する工
程は、発光素子及び受光素子の上方から透明ゲル樹脂を
滴下するポッティング方法であってもよい。また、前記
光反射樹脂の外面に遮光性の塗料を塗布または付着して
遮光膜を形成する工程を含んでいる。

【００１０】本発明においては、光反射樹脂をモールド
成形してパッケージを形成した後に温度変化に伴う樹脂
の収縮が生じ、光反射樹脂と透明ゲル樹脂との間に熱応
力が生じた場合でも、透明ゲル樹脂はヤング率がゴム樹
脂に対し非常に小さいため（約３００分の１）、透明ゲ
ル樹脂自体の応力が高まるに従って弾性変形し、応力自
体を緩和する。こうした透明ゲル樹脂自体の弾性変形に
より、透明ゲル樹脂と光反射樹脂との界面の広い範囲に
わたって剥離が生じることはない。したがって、剥離が
要因とされる絶縁耐圧の低下が改善される。また、透明
ゲル樹脂の前記した変形により前記熱応力が緩和される
ため、光反射樹脂におけるクラックの発生が防止され、
高品質の光結合素子が得られる。さらに、透明ゲル樹脂
の塗布工程と光反射樹脂のモールド成形工程、及び必要
に応じて遮光膜の形成の工程を付加することで本発明の
光結合素子が製造できるため、製造工程を低減できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明を反射型光結合素子と
して構成した第１の実施形態の一部を破断した斜視図で
あり、また図２（ａ），（ｂ）は内部構造を透視した状
態の平面図とその縦断面図である。この光結合素子は、
銅リードフレーム１１に形成された２対の外部導出リー
ド１２（１２ａ，１２ｂ），１３（１３ａ，１３ｂ）が
平面上で反対方向に向けて対向状態に設けられ、各対で
はそれぞれ一方の外部導出リード１２ａ，１３ａにタブ
１２ｃ，１３ｃが一体に形成されている。そして、前記
各タブにはそれぞれ発光素子１４、受光素子１５の各チ
ップが搭載され、またこれらチップの電極パッドはボン
ディングワイヤ１６，１７により各対の他方の外部導出
リード１２ｂ，１３ｂに電気接続されている。そして、
前記発光素子１４及び受光素子１５は透明ゲル樹脂１８
で被覆され、かつその外側は白色高光反射樹脂１９で封
止されている。前記透明ゲル樹脂１８は、その上面及び
下面の各形状が球面に近い形状であり、好ましくは前記
発光素子１４の発光面と受光素子１５の受光面をそれぞ
れ第１、第２焦点とする回転楕円面として構成される。
また、前記白色高光反射樹脂１９は、その外形状は光結
合素子に要求されるパッケージ形状として構成される。

【００１２】図３は、前記第１の実施形態の光結合素子
の製造工程を示すフローチャートである。前記したリー
ドフレーム１１の各対の外部導出リード１２，１３のタ
ブ１２ｃ，１３ｃにそれぞれ発光素子１４と受光素子１
５の各チップを銀ペーストでダイボンディングする（Ｓ
１１）。硬化条件は２００℃，２０秒である。次いで、
発光素子１５及び受光素子１６の各電極パッドと、他方
の外部導出リード１２ｂ，１３ｂとを金ワイヤ１６，１
７でボンディング接続する（Ｓ１２）。しかる上で、前
記発光素子１４及び受光素子１５、ならびに前記各外部
導出リード１２，１３のインナーリード部位を覆う領域
に、上方から透明ゲル樹脂１８を滴下し（Ｓ１３）、そ
の後、１５０℃，２時間で硬化させる（Ｓ１４）。前記
透明ゲル樹脂１８としては、硬化前の流動性（２５±２
℃の室温で１±０．０２ｇの試料を清浄なガラス板上に
滴下し、３０±０．５分放置したときの広がりの最長部
と最短部の平均値）が４０〜５０ｍｍ、硬化物の針入度
が４５〜６５ｍｍ（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）（例えば、東
レダウコーニングシリコーン株式会社製，ＪＣＲ−６１
０９）を用いる。この条件により、硬化された透明ゲル
樹脂１８は、ゲル状態が保持されながらも所定の形状保
持性が保有され、しかも硬化の際の表面張力によって前
記したように球面、ないし回転楕円面に近い形状とな
る。

【００１３】しかる上で、前記透明ゲル樹脂１８で封止
した構体を図外のトランスファモールド装置の金型内に
セットし、白色高光反射樹脂１９を金型内に注入してモ
ールド成形し、所要のパッケージ形状とする（Ｓ１
５）。この白色高光反射樹脂１９としては、透明樹脂中
に反射材としての酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）の微粉末を添
加したもの、例えば、東芝ケミカル株式会社製、ＫＥ−
９６０Ｍが用いられ、硬化条件として１７５℃，２分、
また１７５℃，４〜８時間のアフターキュアを行う。

【００１４】このように製造された光結合素子では、外
部導出リード１２に所要の電力を印加して発光素子１４
を発光すれば、発光素子１４から出射された光は透明ゲ
ル樹脂１８内を透過し、白色高光反射樹脂１９との界面
において反射される。そして、反射された光は受光素子
１５において受光され、外部導出リード１３から電気信
号として出力される。このとき、前記透明ゲル樹脂１８
の外形は球面、ないし回転楕円面に近い形状であるた
め、発光素子１４から出射されて透明ゲル樹脂１８と白
色高光反射樹脂１９との界面で反射される光の大部分は
受光素子１５に向けられることになり、高い光結合効率
を得ることができる。

【００１５】また、前記光結合素子では、内部樹脂とし
ての透明ゲル樹脂１８の熱膨張係数は約３０×１０^-5／
℃、外部樹脂の白色高光反射樹脂の熱膨張係数は約１．
７×１０^-5／℃であり、熱膨張係数の差は図１１に示さ
れる従来例とほぼ同等である。しかし、硬化物の針入度
が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）の透明ゲル樹脂を
用いているので、透明ゲル樹脂自体のヤング率が低く
（ヤング率，０．０１〜０．４×１０^-5Ｎ／ｍ² ）、白
色高光反射樹脂１９をトランスファーモールドした際の
熱処理工程、及びその後の冷却工程を経た場合において
も、透明ゲル樹脂自体が弾性変形し、応力緩和される。
そのため、透明ゲル樹脂１８と白色高光反射樹脂１９と
の界面における剥離が生じることを防止できる。また、
光結合素子の実装時に加わるような急激な温度差（約２
１５℃）において、熱応力が高まった場合にも、透明ゲ
ル樹脂１８はゲル状態であり、かつヤング率が小さいた
め、容易に形状変形が可能な状態であるため、発生した
熱応力によって透明ゲル樹脂１８の外周面の一部が変形
されて透明ゲル樹脂１８と白色高光反射樹脂１９との界
面の一部が剥離される状態が生じても、界面の広い領域
ないし全部の領域において剥離が生じることはない。し
たがって、透明ゲル樹脂１８と白色高光反射樹脂１９と
の界面は対向する外部導出リード間を跨がる隙間が生じ
ることはなく、外部導出リード１２，１３間の絶縁耐圧
が低下することを防止できる。また、前記したように熱
応力が発生した場合でも透明ゲル樹脂１８の変形によっ
て緩和されるため、外部樹脂としての白色高光反射樹脂
１９にクラックが生じることもなく、外観上の見栄えを
向上して商品品質の高い光結合素子が得られる。さら
に、製造工程においては、１回の透明ゲル樹脂のポッテ
ィング工程と、１回の白色高光反射樹脂のモールド工程
のみでよいため、製造工程が削減できる。ここで、透明
ゲル樹脂の硬化物の針入度が６５よりも高い場合、トラ
ンスファーモールド成形時の加熱（１７５℃）により軟
化するため、トランスファー成形時の白色高光反射樹脂
の融体流により、透明ゲル樹脂が押し流され、所定の形
状が保持できなくなるので好ましくない。また、硬化物
の針入度が４５未満の場合、針入度が小さくなるととも
に透明ゲル樹脂のヤング率が高くなる。透明ゲル樹脂の
ヤング率が高くなるに従って、透明ゲル樹脂と白色高光
反射樹脂との界面の隙間が増して発光素子側と受光素子
側の外部導出リード間の絶縁耐圧が低下するので好まし
くない。以上述べたように、内部樹脂として針入度が４
５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）の透明ゲル樹脂を用い
ることにより、内部樹脂と外部樹脂の界面の剥離を防止
できるばかりでなく、透明ゲル樹脂の塗布量を低減する
ことができ、光結合素子の薄型化が可能となる。

【００１６】図４は本発明の第２の実施形態を示してお
り、同図（ａ），（ｂ）は内部構造を透視した状態の平
面図とその縦断面図である。この光結合素子は、第１の
実施形態と同様に反射型光結合素子として構成したもの
であり、等価な部分には同一符号を付してある。２対の
外部導出リード１２，１３のそれぞれのタブ１２ｃ，１
３ｃに発光素子１４、受光素子１５の各チップが搭載さ
れ、かつこれら発光素子１４及び受光素子１５は透明ゲ
ル樹脂１８で被覆され、かつその外側は白色高光反射樹
脂１９で封止されていることは同じである。また、前記
透明ゲル樹脂１８は、その上面及び下面の各形状が球面
に近い形状であり、好ましくは前記発光素子の発光面と
受光素子の受光面をそれぞれ第１、第２焦点とする回転
楕円面として構成され、また、前記白色高光反射樹脂１
９は、その外形状は光結合素子に要求されるパッケージ
形状としての形状に構成されることも同じである。ただ
し、この第２の実施形態では、前記白色高光反射樹脂１
９の外面に黒色インク、あるいは黒色塗料を塗布した遮
光膜１０が形成されている。

【００１７】図５は、前記第２の実施形態の光結合素子
の製造工程を示すフローチャートである。前記した銅リ
ードフレーム１１の各対の外部導出リード１２，１３の
タブ１２ｃ，１３ｃにそれぞれ発光素子１４と受光素子
１５の各チップを銀ペーストでダイボンディングする
（Ｓ２１）。硬化条件は２００℃，２０秒である。次い
で、発光素子及び受光素子の各電極パッドと、他方のリ
ードとの金ワイヤ１６，１７でボンディング接続する
（Ｓ２２）。しかる上で、前記発光素子１４及び受光素
子１５を含む領域に、上方から透明ゲル樹脂１８を滴下
し（Ｓ２３）、その後、１５０℃，２時間で硬化させる
（Ｓ２４）。前記透明ゲル樹脂１８としては、硬化前の
流動性が４０〜５０ｍｍ、硬化物の針入度が４５〜６５
（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）を用いる。この条件により、硬
化された透明ゲル樹脂１８は、ゲル状態が保持されなが
らも所定の形状保持性が保有され、しかも硬化の際の表
面張力によって前記したように球面、ないし回転楕円面
に近い形状となる。

【００１８】しかる上で、前記透明ゲル樹脂１８で封止
した構体をトランスファモールド装置の金型内にセット
し、白色高光反射樹脂１９でモールド成形し、所要のパ
ッケージ形状とする（Ｓ２５）。この白色高光反射樹脂
１９としては、透明樹脂中に反射材としての酸化チタン
（ＴｉＯ₂ ）の微粉末を添加したものが用いられ、硬化
条件として１７５℃，２分、また１７５℃，４〜８時間
のアフターキュアを行う。さらに、エポキシ樹脂の含ん
だ黒色インク（常温で硬化するもの、例えば、キーエン
ス株式会社製、ＭＪ−１０）を、インクジェット装置に
より前記白色高光反射樹脂１９の外面に吹き付け、１０
μｍ以下の厚さに塗布する。あるいは、これに代えて、
外部導出リード１２，１３に付着しないようにマスキン
グを施した上で、黒色の粉体塗料（粉体エポキシ樹脂、
例えば、住友ベークライト株式会社製、ＥＣＰ−１９
４）を静電気を利用して前記白色高光反射樹脂の外面に
５〜５０μｍの膜厚に付着し、１５０℃、１時間の加熱
処理を行って硬化させ、定着させるようにしてもよい。
これにより、白色高光反射樹脂１９の外面に遮光膜１０
が形成される（Ｓ２６）。

【００１９】このように製造された光結合素子において
も、第１の実施形態と同様に、外部導出リード１２に所
要の電力を印加して発光素子を発光すれば、発光素子１
４から出射された光は透明ゲル樹脂１８内を透過し、白
色高光反射樹脂１９との界面において反射される。そし
て、反射された光は受光素子１５において受光され、外
部導出リード１３から電気信号として出力される。ま
た、前記透明ゲル樹脂１８の外形は球面、ないし回転楕
円面に近い形状であるため、発光素子１４から出射され
て透明ゲル樹脂１８と白色高光反射樹脂１９との界面で
反射される光の大部分は受光素子１５に向けられること
になり、高い光結合効率を得ることができる。さらに、
この実施形態では、白色高光反射樹脂１９の外面に黒色
インクや黒色塗料からなる遮光膜１０が形成されている
ため、光結合素子の外部から高輝度の外部光が入射され
た場合でも、この外部光が素子内の受光素子１５にまで
透過されることはなく、受光素子１５におけるＳ／Ｎ比
に高いものが得られる。

【００２０】また、この第２の実施形態の光結合素子に
おいても、内部樹脂としての透明ゲル樹脂１８の熱膨張
係数は約３０×１０^-5／℃、外部樹脂の白色高光反射樹
脂の熱膨張係数は約１．７×１０^-5／℃であり、熱膨張
係数の差は図１１に示される従来例とほぼ同等である。
しかし、硬化物の針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２
２０）の透明ゲル樹脂を用いているので、透明ゲル樹脂
自体のヤング率が低く（ヤング率，０．０１〜０．４×
１０^-5Ｎ／ｍ² ）、白色高光反射樹脂１９をトランスフ
ァーモールドした際の熱処理工程、及びその後の冷却工
程を経た場合においても、透明ゲル樹脂自体が弾性変形
し、応力緩和される。そのため、透明ゲル樹脂１８と白
色高光反射樹脂１９との界面における剥離が生じること
を防止できる。また、光結合素子の実装時に加わるよう
な急激な温度差（約２１５℃）において、熱応力が高ま
った場合にも、透明ゲル樹脂１８はゲル状態であり、か
つヤング率が小さいため、透明ゲル樹脂１８と白色高光
反射樹脂１９との界面に対向する外部導出リード１２，
１３間を跨がる隙間が生じることはなく、絶縁耐圧が低
下することを防止できる。また、前記したように熱応力
が発生した場合でも透明ゲル樹脂１８の変形によって緩
和されるため、外部樹脂としての白色高光反射樹脂１９
にクラックが生じることもなく、外観上の見栄えを向上
して商品品質の高い光結合素子が得られる。さらに、製
造工程においては、１回の透明ゲル樹脂のポッティング
工程と、１回の白色高光反射樹脂のモールド工程に、遮
光膜の塗布工程が付加されるのみであるため、製造を容
易に行うことができる。また、遮光膜１０は厚さが５０
μｍ以下となるように薄く形成されることから、光結合
素子の本体厚さ（樹脂の総厚さ）にほとんど影響なく外
来光の遮光性に優れた光結合素子を得ることができる。

【００２１】図６は本発明の第３の実施形態の一部を破
断した斜視図であり、図７（ａ），（ｂ）は内部構造を
透視した状態の平面図とその縦断面図である。この光結
合素子は、発光素子と受光素子とを対向配置した構成で
あり、それぞれ異なる銅リードフレーム２１Ａ，２１Ｂ
で形成された２対の外部導出リード２２（２２ａ，２２
ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）のそれぞれのタブ２２
ｃ，２３ｃは板厚方向に曲げ形成されて、板厚方向に所
要の間隔で対峙されている。そして、前記各タブ２２
ｃ，２３ｃにそれぞれ発光素子２４、受光素子２５の各
チップが搭載され、かつそれぞれ金ワイヤ２６，２７に
よって各対の他方の外部導出リード２２ｂ，２３ｂに接
続されている。そして、これらの発光素子２４及び受光
素子２５は前記タブ間に充填された透明ゲル樹脂２８で
被覆され、かつその外側は白色高光反射樹脂２９で封止
されている。また、前記透明ゲル樹脂は、その側面は自
身の表面張力によって凹面状に形成されている。

【００２２】図８は、前記第３の実施形態の光結合素子
の製造工程を示すフローチャートである。対をなす２枚
の銅リードフレーム２１Ａ，２１Ｂの各外部導出リード
２２，２３に設けられているタブ２２ｃ，２３ｃにそれ
ぞれ発光素子２４と受光素子２５の各チップを銀ペース
トでダイボンディングする（Ｓ３１）。硬化条件は２０
０℃，２０秒である。次いで、発光素子２４及び受光素
子２５の各電極パッドと、他方の外部導出リード２２
ｂ，２３ｂとを金ワイヤ２６，２７でボンディング接続
する（Ｓ３２）。その上で前記発光素子２４と受光素子
２５が対向配置されるように、前記各リードフレーム２
１Ａ，２１Ｂを板厚方向に重ね合わせる。しかる上で、
前記発光素子２４及び受光素子２５の対向間に、側方か
ら透明ゲル樹脂２８を塗布して各タブ間に充填し（Ｓ３
３）、その後、１５０℃，２時間で硬化させる（Ｓ３
４）。前記透明ゲル樹脂２８としては、硬化前の流動性
が４０〜５０ｍｍ、硬化物の針入度が４５〜６５（ＪＩ
Ｓ−Ｋ２２２０）を用いる。この条件により、硬化され
た透明ゲル樹脂２４は、ゲル状態が保持されながらも所
定の形状保持性が保有され、しかも硬化の際の表面張力
によって前記したように側面が凹面状に形成される。

【００２３】しかる上で、前記透明ゲル樹脂２８で封止
した構体を図外のトランスファーモールド装置の金型内
にセットし、白色高光反射樹脂２９でモールド成形し、
所要のパッケージ形状とする（Ｓ３５）。この白色高光
反射樹脂２９としては、透明樹脂中に反射材としての酸
化チタン（ＴｉＯ₂ ）の微粉末を添加したものが用いら
れ、硬化条件として１７５℃，２分、また１７５℃，４
〜８時間のアフターキュアを行う。

【００２４】このように製造された光結合素子では、外
部導出リード２２に所要の電力を印加して発光素子２４
を発光すれば、発光素子２４から出射された光は透明ゲ
ル樹脂２８内を透過して受光素子２５にまで至り、受光
素子２５において受光され、外部導出リード２３から電
気信号として出力される。このとき、発光素子２４から
出射された光の一部は透明ゲル樹脂２８と白色高光反射
樹脂２９との界面で反射された後に受光素子２５におい
て受光されることになり、高い光結合効率を得ることが
できる。

【００２５】この第３の実施形態の光結合素子において
も、内部樹脂としての透明ゲル樹脂２８の熱膨張係数は
約３０×１０^-5／℃、外部樹脂の白色高光反射樹脂２９
の熱膨張係数は約１．７×１０^-5／℃であり、熱膨張係
数の差は図１１に示される従来例とほぼ同等である。し
かし、硬化物の針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２
０）の透明ゲル樹脂を用いているので、透明ゲル樹脂２
８自体のヤング率が低く（ヤング率，０．０１〜０．４
×１０^-5Ｎ／ｍ² ）、白色高光反射樹脂２９をトランス
ファーモールドした際の熱処理工程、及びその後の冷却
工程を経た場合においても、透明ゲル樹脂２８自体が弾
性変形し、応力緩和される。そのため、透明ゲル樹脂２
８と白色高光反射樹脂２９との界面における剥離が生じ
ることを防止できる。また、光結合素子の実装時に加わ
るような急激な温度差（約２１５℃）において、熱応力
が高まった場合にも、透明ゲル樹脂２８はゲル状態であ
り、かつヤング率が小さいため、透明ゲル樹脂２８と白
色高光反射樹脂２９との界面に対向する外部導出リード
２２，２３間を跨がる隙間が生じることはなく、絶縁耐
圧が低下することを防止できる。また、前記したように
熱応力が発生した場合でも透明ゲル樹脂２８によって緩
和されるため、白色高光反射樹脂２９にクラックが生じ
ることもなく、外観上の見栄えを向上して商品品質の高
い光結合素子が得られる。さらに、製造工程において
は、１回の透明ゲル樹脂の塗布工程と、１回の白色高光
反射樹脂のモールド工程でよいため、製造を容易に行う
ことができる。

【００２６】図９は本発明の第４の実施形態を示してお
り、同図（ａ），（ｂ）は内部構造を透視した状態の平
面図とその縦断面図である。この光結合素子は、前記第
３の実施形態と同じ対向型とした構成であり、等価な部
分には同一符号を付してある。２対の外部導出リード２
２，２３のそれぞれのタブ２２ｃ，２３ｃは板厚方向に
曲げ形成されて、所要の間隔で対峙されている。そし
て、前記各タブ２２ｃ，２３ｃにそれぞれ発光素子２
４、受光素子２５の各チップが搭載され、かつこれら発
光素子２４及び受光素子２５は前記タブ間に充填された
透明ゲル樹脂２８で被覆され、かつその外側は白色高光
反射樹脂２９で封止されている。また、前記透明ゲル樹
脂２８は、その側面は自身の表面張力によって凹面状に
形成されている。さらに、前記白色高光反射樹脂２９の
外面に黒色インク、あるいは黒色塗料を塗布した遮光膜
２０が形成されている。

【００２７】図１０は、前記第４の実施形態の光結合素
子の製造工程を示すフローチャートである。対をなす２
枚の銅リードフレーム２１Ａ，２１Ｂの各外部導出リー
ドに設けられているタブ２２ｃ，２３ｃにそれぞれ発光
素子２４と受光素子２５の各チップを銀ペーストでダイ
ボンディングする（Ｓ４１）。硬化条件は２００℃，２
０秒である。次いで、発光素子２４及び受光素子２５の
各電極パッドと、他方の外部導出リード２２ｂ，２３ｂ
とを金ワイヤ２６，２７でボンディング接続し（Ｓ４
２）、その上で前記発光素子２４と受光素子２５が対向
配置されるように、前記各リードフレーム２１Ａ，２１
Ｂを板厚方向に重ね合わせる。しかる上で、前記発光素
子２４及び受光素子２５の対向間に、側方から透明ゲル
樹脂２８を塗布し、両タブ２２ｃ，２３ｃ間に充填させ
（Ｓ４３）、その後、１５０℃，２時間で硬化させる
（Ｓ４４）。前記透明ゲル樹脂２８としては、硬化前の
流動性が４０〜５０ｍｍ、硬化物の針入度が４５〜６５
（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）を用いる。この条件により、硬
化された透明ゲル樹脂２８は、ゲル状態が保持されなが
らも所定の形状保持性が保有され、しかも硬化の際の表
面張力によって前記したように側面が凹面状に形成され
る。

【００２８】しかる上で、前記透明ゲル樹脂２８で封止
した構体を図外のトランスファーモールド装置の金型内
にセットし、白色高光反射樹脂２９でモールド成形し、
所要のパッケージ形状とする（Ｓ４５）。この白色高光
反射樹脂２９としては、透明樹脂中に反射材としての酸
化チタン（ＴｉＯ₂ ）の微粉末を添加したものが用いら
れ、硬化条件として１７５℃，２分、また１７５℃，４
〜８時間のアフターキュアを行う。さらに、第２の実施
形態と同様に、エポキシ樹脂を含んだ黒色インクを、イ
ンクジェット装置により前記白色高光反射樹脂２９の外
面に吹き付け、１０μｍ以下の厚さに塗布する。あるい
は、これに代えて、外部導出リードに付着しないように
マスキングを施した上で、黒色の粉体塗料を静電気を利
用して前記白色高光反射樹脂の外面に５〜５０μｍの膜
厚に付着し、１５０℃、１時間の加熱処理を行って硬化
させ、定着させる。これにより、白色高光反射樹脂２９
の外面に遮光膜２０が形成される（Ｓ４６）。

【００２９】このように製造された光結合素子では、外
部導出リード２２に所要の電力を印加して発光素子２４
を発光すれば、発光素子２４から出射された光は透明ゲ
ル樹脂２８内を透過して受光素子２５で受光され、外部
導出リード２３から電気信号として出力される。このと
き、発光素子２４から出射された光の一部は透明ゲル樹
脂２８と白色高光反射樹脂２９との界面で反射されて受
光素子において受光されることになり、高い光結合効率
を得ることができる。さらに、この第４の実施形態で
は、白色高光反射樹脂２９の外面に黒色インクや黒色塗
料からなる遮光膜２０が形成されているため、光結合素
子の外部から高輝度の外部光が入射された場合でも、こ
の外部光が素子内の受光素子２５にまで透過されること
はなく、受光素子におけるＳ／Ｎ比に高いものが得られ
る。

【００３０】この第４の実施形態の光結合素子において
も、内部樹脂としての透明ゲル樹脂２８の熱膨張係数は
約３０×１０^-5／℃、外部樹脂の白色高光反射樹脂２９
の熱膨張係数は約１．７×１０^-5／℃であり、熱膨張係
数の差は図１１に示される従来例とほぼ同等である。し
かし、硬化物の針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２
０）の透明ゲル樹脂を用いているので、透明ゲル樹脂２
８自体のヤング率が低く（ヤング率，０．０１〜０．４
×１０^-5Ｎ／ｍ² ）、白色高光反射樹脂２９をトランス
ファーモールドした際の熱処理工程、及びその後の冷却
工程を経た場合においても、透明ゲル樹脂２８自体が弾
性変形し、応力緩和される。そのため、透明ゲル樹脂２
８と白色高光反射樹脂２９との界面における剥離が生じ
ることを防止できる。また、光結合素子の実装時に加わ
るような急激な温度差（約２１５℃）において、熱応力
が高まった場合にも、透明ゲル樹脂２８はゲル状態であ
り、かつヤング率が小さいため、透明ゲル樹脂２８と白
色高光反射樹脂２９との界面に対向する外部導出リード
２２，２３間を跨がる隙間が生じることはなく、絶縁耐
圧が低下することを防止できる。また、前記したように
熱応力が発生した場合でも透明ゲル樹脂２８によって緩
和されるため、白色高光反射樹脂２９にクラックが生じ
ることもなく、外観上の見栄えを向上して商品品質の高
い光結合素子が得られる。さらに、製造工程において
は、１回の透明ゲル樹脂の塗布工程、１回の白色高光反
射樹脂のモールド工程、１回の黒色塗料の塗布工程でよ
いため、製造を容易に行うことができる。

【００３１】なお、前記各実施形態に用いられる透明ゲ
ル樹脂、白色高光反射樹脂、黒色インク及び黒色塗料は
一例を示したものにすぎず、前記以外の樹脂や塗料を用
いることも可能である。また、製造工程における各種条
件も、製造する光結合素子の規格や使用する素材に応じ
て適宜変更されるべきものであることも言うまでもな
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、発光素子
と受光素子を針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２
０）の透明ゲル樹脂で覆い、かつその外周部をモールド
成形した光反射樹脂で覆ったパッケージ構造であるた
め、パッケージを形成した後に温度変化に伴う樹脂の収
縮が生じ、光反射樹脂と透明ゲル樹脂との間に熱応力が
生じた場合でも、透明ゲル樹脂自体が弾性変形して応力
緩和するため、透明ゲル樹脂と光反射樹脂との界面の広
い範囲にわたって剥離が生じることはない。したがっ
て、剥離が要因とされる絶縁耐圧の低下が改善される。
また、透明ゲル樹脂の前記した変形により前記熱応力が
緩和されるため、光反射樹脂におけるクラックの発生が
防止され、高品質の光結合素子が得られる。また、本発
明の製造方法では、透明ゲル樹脂の塗布工程と光反射樹
脂のモールド成形工程で光結合素子が形成でき、また必
要に応じて遮光膜の形成の工程を付加することで光結合
素子が製造できるため、透明樹脂を複数回塗布する工程
が不要となり、製造工程数を削減して製造を容易なもの
にできる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の一部を破断した斜視
図である。

【図２】第１の実施形態の透視平面図とその縦断面図で
ある。

【図３】第１の実施形態の光結合素子の製造方法を工程
順に示すフロー図である。

【図４】第２の実施形態の透視平面図とその縦断面図で
ある。

【図５】第２の実施形態の光結合素子の製造方法を工程
順に示すフロー図である。

【図６】本発明の第３の実施形態の一部を破断した斜視
図である。

【図７】第３の実施形態の透視平面図とその縦断面図で
ある。

【図８】第３の実施形態の光結合素子の製造方法を工程
順に示すフロー図である。

【図９】第４の実施形態の透視平面図とその縦線断面図
である。

【図１０】第４の実施形態の光結合素子の製造方法を工
程順に示すフロー図である。

【図１１】従来の光結合素子の一例とその改善例のそれ
ぞれの断面図である。

【符号の説明】

１１，２１Ａ，２１Ｂ リードフレーム １２，１３，２２，２３ 外部導出リード １４，２４ 発光素子 １５，２５ 受光素子 １６，１７，２６，２７ 金ワイヤ １８，２８ 透明ゲル樹脂 １９，２９ 白色高光反射樹脂 １０，２０ 遮光膜

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−40458（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−18464（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−50351（ＪＰ，Ｕ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子が一体的にパッケー
   ジされ、前記発光素子で発光された光を前記受光素子で
   受光する光結合素子において、前記パッケージは、前記
   発光素子と受光素子を覆う光透過可能な透明ゲル樹脂
   と、前記透明ゲル樹脂の外周部を覆うモールド成形され
   た光反射樹脂とで構成され、前記透明ゲル樹脂の針入度
   が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）であり、前記光反
   射樹脂は透明樹脂中に反射材を添加したものであること
   を特徴とする光結合素子。
2. 【請求項２】 発光素子と受光素子が一体的にパッケー
   ジされ、前記発光素子で発光された光を前記受光素子で
   受光する光結合素子において、前記パッケージは、前記
   発光素子と受光素子を覆う光透過可能な透明ゲル樹脂
   と、前記透明ゲル樹脂の外周部を覆うモールド成形され
   た光反射樹脂と、前記光反射樹脂の外面に形成された遮
   光膜とで構成され、前記透明ゲル樹脂の針入度が４５〜
   ６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）であり、前記光反射樹脂は
   透明樹脂中に反射材を添加したものであることを特徴と
   する光結合素子。
3. 【請求項３】 前記発光素子で発光された光が前記透明
   ゲル樹脂と光反射樹脂との界面で反射されて前記受光素
   子で受光される反射型の光結合素子として構成される請
   求項１または２に記載の光結合素子。
4. 【請求項４】 前記発光素子の発光面と前記受光素子の
   受光面が対向配置され、前記発光素子で発光された光の
   大部分が直接に前記受光素子において受光される請求項
   １または２に記載の光結合素子。
5. 【請求項５】 リードフレームに発光素子と受光素子を
   それぞれ搭載する工程と、前記発光素子と受光素子を覆
   うように針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）の
   光透過性の透明ゲル樹脂を塗布する工程と、前工程まで
   に形成された構体をモールド金型内にセットし前記透明
   ゲル樹脂の外周部を覆うように透明樹脂中に反射材を添
   加した光反射樹脂でモールド成形する工程とを含むこと
   を特徴とする光結合素子の製造方法。
6. 【請求項６】 リードフレームに発光素子と受光素子を
   それぞれ搭載する工程と、前記発光素子と受光素子を覆
   うように針入度が４５〜６５（ＪＩＳ−Ｋ２２２０）の
   光透過性の透明ゲル樹脂を塗布する工程と、前工程まで
   に形成された構体をモールド金型内にセットし前記透明
   ゲル樹脂の外周部を覆うように透明樹脂中に反射材を添
   加した光反射樹脂でモールド成形する工程と、前記光反
   射樹脂の外面に遮光性の塗料を塗布または付着して遮光
   膜を形成する工程を含むことを特徴とする光結合素子の
   製造方法。
7. 【請求項７】 前記透明ゲル樹脂を塗布する工程が、発
   光素子及び受光素子の上方から透明ゲル樹脂を滴下する
   ポッティング方法である請求項５または６に記載の光結
   合素子の製造方法。