JP3534561B2

JP3534561B2 - 光結合素子

Info

Publication number: JP3534561B2
Application number: JP04024397A
Authority: JP
Inventors: 弘之小路
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH10242499A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光結合素子に関
し、特にリードレス面実装型光結合素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来例の技術に基づく構造のリー
ドレス面実装光結合素子を示す。液晶ポリマー等の射出
成形樹脂によって成形された凹型の樹脂基板５０にメッ
キパターン（金、銀等）５１を設け、発光素子５２と受
光素子５３を搭載し、透光性樹脂（シリコーン系、エポ
キシ系、アクリル系、ポリエステル系等）５４で樹脂封
止後、その上を遮光性樹脂（エボキシ系、アクリル系、
ポリエステル系等）５５で樹脂封止した構造である。ま
た、５６及び５７は発光素子及び受光素子のワイヤボン
ドの金線である。

【０００３】図７に従来例の光結合素子の組み立て工程
のフローチャートを示す。各工程は、ダイボンド工程、
ワイヤボンド工程、樹脂ポッティング１工程、樹脂ポッ
ティング２工程、ダイシング工程、絶縁耐圧検査工程、
電気的特性検査工程、外観検査工程、梱包工程、出荷工
程、である。

【０００４】ダイボンド工程およびワイヤボンド工程
は、図６で説明した凹型の樹脂基板５０が多数個連続し
た樹脂基板の各導体パターン５１に発光素子５２及び受
光素子５３を銀ペーストによりダイボンドし、続いて、
発光素子５２の他の電極を金線５６によりワイヤボンド
する。また、受光素子５３の他の電極を金線５７により
ワイヤボンドする。この結果、導体パターン５１は発光
素子５２及び受光素子５３と電気的に接続される。樹脂
ポッティング１工程は、透光性樹脂５４で発光素子５２
および受光素子５３を覆う工程である。次に、樹脂ポッ
ティング２工程はこの透光性樹脂５４の上を遮光性樹脂
で樹脂封止する工程である。ダイシングマシーンによ
り、それぞれに切断分離して、図６に示した従来例のリ
ードレス面実装型光結合素子５８が完成する。その後、
所定の絶縁耐圧検査工程、電気的特性検査工程、外観検
査工程、梱包工程、出荷工程、を得て完成する。従来例
のリードレス面実装型光結合素子の大きさの一例は、縦
４．４〜５．０ｍｍ、横３．４〜４．０ｍｍ、厚さ（高
さ）約３．０ｍｍ程度であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機器の
小型化及び基板上の高密度実装化が進み、基板に搭載さ
れる部品にも小型化、薄型化が要求されている。従来例
の光結合素子（リードレス面実装型光結合素子）におい
ては、外形形状が大きく且つ厚いため、自動機による基
板への搭載が困難であり、また、発光／電気信号への変
換効率も十分ではなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
光結合素子は、透光性あるいは半透光性樹脂によって成
形された段差面のある樹脂基板上に、導体パターンを配
設し、該導体パターン上に発光素子及び受光素子を配設
し、且つ該発光素子を該段差面の近傍に配設し、少なく
とも該段差面と該発光素子とを透光性樹脂によって樹脂
封止し、前記封止の透光性樹脂と該樹脂基板と該受光素
子とを遮光性樹脂によって樹脂封止した構造とし、さら
に、該樹脂基板の該受光素子の搭載面に、該発光素子か
ら出て前記封止の透光性樹脂内で一旦拡散された後に該
透光性樹脂と前記封止の遮光性樹脂との界面で反射さ
れ、集光されて、該樹脂基板の段差面より該樹脂基板の
内部に導かれ、反射、拡散を繰り返した光を該受光素子
に導くための窓を設けたことを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明の請求項２記載の光結合素子
は、前記段差面の高さは前記発光素子の高さより大きい
ことを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の請求項３記載の光結合素子
は、前記樹脂基板に傾斜面を設け、該傾斜面に前記受光
素子を配設することを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項４記載の光結合素子
は、前記樹脂基板の外表面に遮光性の膜を配設したこと
を特徴とするものである。

【００１０】さらに、本発明の請求項５記載の光結合素
子は、前記樹脂基板の前記発光素子の搭載面の近傍に凹
部または凸部を設けたことを特徴とするものである。

【００１１】〔作用〕透光性あるいは半透光性樹脂によって成形された樹脂基
板上の段差面に発光素子の光を導き、樹脂基板の他の一
面に配設された受光素子にその光を導くことにより、光
結合素子の薄型化と発光／電気信号のへの変換効率の高
性能化を可能とした。また、樹脂基板の受光素子の搭載
面に前記のような窓を設けることにより、その窓の形状
や大きさなどを適宜変更することで、発光素子から出た
光を必要かつ十分な量で受光素子に導くことを可能にし
た。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１乃至図５は本発明の一実施の
形態に関する図である。

【００１３】［実施の形態１］図１は本発明の一実施の
形態よりなる光結合素子に関する図であり、図１（ａ）
はその略断面図であり、図１（ｂ）はその上面図であ
る。

【００１４】図１（ａ）において、本発明の一実施の形
態よりなる光結合素子（リードレス面実装型光結合素
子）１０は、透光性あるいは半透光性樹脂によって成形
された段差面１１ａのある樹脂基板１１上に、発光素子
１２と受光素子１３が搭載されており、少なくとも樹脂
基板１１の段差面１１ａと発光素子１２とは透光性樹脂
１４によって樹脂封止され、その外側を遮光性樹脂１５
によってモールド（樹脂封止）した構造となっている。
発光素子１２は段差面１１ａの近傍に配設されている。
１６は樹脂基板１１上に搭載する発光素子１２を電気的
に接続するための導体パターンであり、１７は樹脂基板
１１上に搭載する受光素子１３を電気的に接続するため
の導体パターンである。発光素子１２の正電極および負
電極はこの導体パターン１６と金線１８とにより電気的
に接続されている。また、受光素子１３は接続用の半田
バンプ（または金バンプ）１９を介してこの導体パター
ン１７と電気的に接続されている。

【００１５】また、発光素子１２の光信号は一旦透光性
樹脂１４内で拡散後、透光性樹脂１４と遮光性樹脂１５
との界面で反射され、集光されて、樹脂基板１１の段差
面１１ａより樹脂基板１１の内部に導かれ、反射、拡散
を繰り返して、樹脂基板１１の受光素子１３の搭載面の
窓１１ｂより、受光素子１３に導かれる。受光素子１３
は樹脂基板１１の傾斜面１１ｃに配設されているが、樹
脂基板１１の外表面に配設されておれば、十分であるこ
とは当然である。樹脂基板１１の底面部は空気と接して
おり、（樹脂基板１１の屈折率）＞（空気の屈折率（＝
約１．０））の関係にあるため、この底面部では全反射
条件となる光信号が多く、樹脂基板１１の段差面の構造
により、効率よく光信号を受光素子に導く構造となって
いる。

【００１６】図１（ｂ）は本発明の一実施の形態よりな
る光結合素子の上面図であり、１０は本発明の一実施の
形態よりなる光結合素子、１１は透光性あるいは半透光
性樹脂によって成形された段差面のある樹脂基板、１１
ａは樹脂基板１１の段差面、１１ｂは樹脂基板１１の受
光素子１３の搭載面の窓、１２は発光素子、１３は受光
素子、１４は透光性樹脂、１５は遮光性樹脂、１６は樹
脂基板１１上に搭載する発光素子１２を電気的に接続す
るための導体パターン、１７は樹脂基板１１上に搭載す
る受光素子１３を電気的に接続するための導体パター
ン、１８は金線、１９は受光素子１３の接続用半田バン
プ（または金バンプ）、である。

【００１７】図２は本発明の一実施の形態よりなる光結
合素子に関する切断前の多数個用の樹脂基板２０の図で
あり、導体パターン１６および１７が示されている。図
２において、１１は透光性あるいは半透光性樹脂によっ
て成形された段差面のある樹脂基板、１１ａは樹脂基板
１１の段差面、１１ｂは樹脂基板１１の受光素子１３の
搭載面の窓、１６は樹脂基板１１上に搭載する発光素子
１２を電気的に接続するための導体パターン、１７は樹
脂基板１１上に搭載する受光素子１３を電気的に接続す
るための導体パターン、であり、導体パターン１６と導
体パターン１７の間に示されるスルーホール２１は導体
パターン１６および導体パターン１７を樹脂基板１１の
裏面に回すためのものである。また、２２は多数個用の
樹脂基板２０の切断位置を示す線である。

【００１８】前記の多数個用の樹脂基板２０はシリコー
ン系、エポキシ系、アクリル系、ポリエステル系、液晶
ポリマー等の樹脂材料を用い、射出成型等によって成形
される。樹脂基板２０は、透光性あるいは半透光性の樹
脂基板であり、赤外光や可視光や近紫外光を通すことが
できる。

【００１９】前記の導体パターン１６および１７は、メ
ッキレジストマスクを用いたメッキによる導体パター
ン、または印刷法等によって形成された導体パターンで
ある。導体パターンの材質としては、金メッキ、銀メッ
キ、ニッケルメッキ、貴金属メッキおよび金ペースト、
銀ペーストなどが用いられる。また、必要に応じて、熱
処理や洗浄処理が施される。

【００２０】次に、本発明の一実施の形態よりなる光結
合素子の製造方法の工程フローチャートを図３に示す。
工程は、図２に示された切断前の多数個用の樹脂基板２
０を用い、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、樹脂ポ
ッティング工程、モールド工程（樹脂封止工程）、ダイ
シング工程、絶縁耐圧検査工程、電気的特性検査工程、
外観検査工程、梱包工程、出荷工程、から成っている。

【００２１】ダイボンド工程およびワイヤボンド工程
は、多数個用の樹脂基板２０の導体パターン１６の一方
に発光素子（発光ダイオードチップ）１２の一方の電極
を銀ペーストによりダイボンドし、続いて、発光素子
（発光ダイオードチップ）１２の他方の電極を金線１８
によりワイヤボンドする。この結果、２本の導体パター
ン１６は発光素子１２と電気的に接続される。多数個用
の樹脂基板２０の全面にこのダイボンド工程およびワイ
ヤボンド工程を行った後、樹脂ポッティング工程に移
る。樹脂ポッティング工程は、透光性樹脂（シリコーン
系、エポキシ系、アクリル系、ポリエステル系等）で発
光素子１２および樹脂基板１１の段差面１１ａを覆うよ
うに樹脂ポッティングを行う工程である。次に、多数個
用の樹脂基板２０の切断位置を示す線２２の近傍を除
き、全体を遮光性樹脂（エポキシ系、アクリル系、ポリ
エステル系等）で樹脂封止する工程である。ダイシング
マシーンにより、切断位置を示す線２２に沿って切断す
るダイシング工程により、図１に示した本発明の一実施
の形態よりなる光結合素子（リードレス面実装型光結合
素子）１０が完成する。

【００２２】絶縁耐圧検査工程は、発光素子側と受光素
子側との絶縁耐圧を検査する工程であり、例えば、発光
素子側をプラスとし、受光素子側をマイナスとして、２
ｋＶ〜５ｋＶの直流電圧をパルス的に印加し、その絶縁
耐圧を検査するものである。

【００２３】電気的特性検査工程は電気的な諸々の特性
を検査する工程であり、例えば、１ｍＡ〜５ｍＡ程度の
発光電流を印加し、その時の受光素子の応答性、出力値
や周波数応答性を検査する工程である。また、外観検査
工程はマーキングの検査や外観上の検査を行う工程であ
る。その後、梱包工程、出荷工程、を得て、市場へ出荷
される。

【００２４】本発明によるリードレス面実装型光結合素
子の大きさの一例は、縦４．４ｍｍ、横３．４ｍｍ、厚
さ（高さ）約１．７〜２．２ｍｍ程度であった。この
時、樹脂基板１１の厚さは０．７〜１．４ｍｍ程度、樹
脂基板１１の段差面１１ａの高さは０．４〜０．９ｍｍ
程度、発光素子１２の大きさは０．２５ｍｍ角程度×高
さ０．２５ｍｍ程度であった。従って、（段差面１１ａ
の高さ）＞（発光素子１２の高さ０．２５ｍｍ）の関係
にあり、発光素子の光信号を効率良く透光性あるいは半
透光性樹脂による樹脂基板へ導くことができ、従って、
発光素子の光信号を効率良く受光素子へ導くことができ
る。

【００２５】この結果、従来例のリードレス面実装型光
結合素子と比較して、薄型化を図ることができ、自動機
による基板への搭載において、光結合素子の倒立や転倒
が無くなり、安定して自動機による基板への搭載（実
装）を行うことができるようになった。

【００２６】［実施の形態２］図４は本発明の他の一実
施の形態よりなる光結合素子に関する略断面図であり、
前記の図１とは、光結合素子の裏面に遮光膜を設けた点
が異なる。

【００２７】本発明の他の一実施の形態よりなる光結合
素子（リードレス面実装型光結合素子）２３は、透光性
あるいは半透光性樹脂によって成形された段差面のある
樹脂基板１１上に、発光素子１２と受光素子１３が搭載
されており、樹脂基板１１と発光素子１２とは透光性樹
脂１４によって樹脂封止され、その外側を遮光性樹脂１
５によってモールド（樹脂封止）した構造となってい
る。１６は樹脂基板１１上に搭載する発光素子１２を電
気的に接続するための導体パターンであり、１７は樹脂
基板１１上に搭載する受光素子１３を電気的に接続する
ための導体パターンである。発光素子１２の正電極およ
び負電極はこの導体パターン１６と金線１８とにより電
気的に接続されている。また、受光素子１３は接続用の
半田バンプ（または金バンプ）１９を介してこの導体パ
ターン１７と電気的に接続されている。さらに、透光性
あるいは半透光性基板１１の裏面に遮光性のＵＶ又は熱
硬化インクで遮光性膜２４を設ける。これにより、外乱
光の影響を軽減することが可能となる。

【００２８】前記の図４では、遮光膜を発光素子の搭載
面と対峙する裏面に設けているが、遮光性の膜は樹脂基
板の外表面に設けてあれば、配置場所に対応して、発光
／電気信号への変換効率を向上できることは当然であ
る。図４の構造の採用により、発光／電気信号への変換
効率を２〜５倍大きくすることができる。

【００２９】［実施の形態３］図５は本発明の他の一実
施の形態よりなる光結合素子に関する略断面図であり、
前記の図１とは、発光素子１３の実装面に凹部または凸
部を設けた点が異なる。図５（ａ）は発光素子１３の実
装面（搭載面）の近傍に凸部を設けた例であり、図５
（ｂ）は発光素子１３の実装面（搭載面）の近傍に凹部
を設けた例である。

【００３０】図５（ａ）において、本発明の他の一実施
の形態よりなる光結合素子（リードレス面実装型光結合
素子）２５は、透光性あるいは半透光性樹脂によって成
形された段差面のある樹脂基板１１上に、発光素子１２
と受光素子１３が搭載されており、樹脂基板１１と発光
素子１２とは透光性樹脂１４によって樹脂封止され、そ
の外側を遮光性樹脂１５によってモールド（樹脂封止）
した構造となっている。１６は樹脂基板１１上に搭載す
る発光素子１２を電気的に接続するための導体パターン
であり、１７は樹脂基板１１上に搭載する受光素子１３
を電気的に接続するための導体パターンである。発光素
子１２の正電極および負電極はこの導体パターン１６と
金線１８とにより電気的に接続されている。また、受光
素子１３は半田バンプ（または金バンプ）１９を介して
この導体パターン１７と電気的に接続されている。さら
に、発光素子１３の実装面（搭載面）の近傍に凸部２６
を設けた例であり、この構造により、透光性あるいは半
透光性樹脂基板１１上の透光性樹脂の流れの止めとして
作用し、電気光学的な素子特性の安定性と信頼性の向上
に寄与することができる。

【００３１】また、図５（ｂ）において、本発明の他の
一実施の形態よりなる光結合素子（リードレス面実装型
光結合素子）２７は、発光素子１３の実装面（搭載面）
の近傍に凹部２８を設けた例であり、この構造により、
透光性あるいは半透光性樹脂基板１１上の透光性樹脂の
流れの止めとして作用し、電気光学的な素子特性の安定
性と信頼性の向上に寄与することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
光結合素子によれば、透光性あるいは半透光性樹脂によ
って成形された段差面のある樹脂基板上に、導体パター
ンを配設し、該導体パターン上に発光素子及び受光素子
を配設し、且つ該発光素子を該段差面の近傍に配設し、
少なくとも該段差面と該発光素子とを透光性樹脂によっ
て樹脂封止し、前記封止の透光性樹脂と該樹脂基板と該
受光素子とを遮光性樹脂によって樹脂封止した構造と
し、さらに、該樹脂基板の該受光素子の搭載面に、該発
光素子から出て前記封止の透光性樹脂内で一旦拡散され
た後に該透光性樹脂と前記封止の遮光性樹脂との界面で
反射され、集光されて、該樹脂基板の段差面より該樹脂
基板の内部に導かれ、反射、拡散を繰り返した光を該受
光素子に導くための窓を設けたことを特徴とするもので
あり、薄型化を図ることができると共に、自動機による
基板への搭載を容易にすることができるようになった。
また、段差面の構造により沿面距離が増大し、その結
果、絶縁耐圧を増大させることができる。さらに、樹脂
基板の受光素子の搭載面に設けた窓の形状や大きさなど
を適宜変更することで、発光素子から出た光を必要かつ
十分な量で受光素子に導くことができる。

【００３３】また、本発明の請求項２記載の光結合素子
によれば、前記段差面の高さは前記発光素子の高さより
大きいことを特徴とするものであり、発光素子の光信号
を効率良く透光性あるいは半透光性樹脂による樹脂基板
へ導くことができ、従って、発光素子の光信号を効率良
く受光素子へ導くことができる。

【００３４】また、本発明の請求項３記載の光結合素子
によれば、前記樹脂基板に傾斜面を設け、該傾斜面に前
記受光素子を配設することを特徴とするものであり、リ
ードレス面実装型光結合素子の薄型化及び発光／電気信
号への変換効率の向上を図ることができる。

【００３５】また、本発明の請求項４記載の光結合素子
によれば、前記樹脂基板の外表面に遮光性の膜を配設し
たことを特徴とするものであり、外乱光の影響を軽減す
ることが可能であり、また、発光／電気信号への変換効
率の向上を図ることができる。

【００３６】さらに、本発明の請求項５記載の光結合素
子によれば、前記樹脂基板の前記発光素子の搭載面の近
傍に凹部または凸部を設けたことを特徴とするものであ
り、樹脂基板上の透光性樹脂の流れの止めとして作用
し、電気光学的な素子特性の安定性と信頼性の向上に寄
与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態よりなる光結合素子（リ
ードレス面実装型光結合素子）に関する図であり、
（ａ）はその略断面図であり、（ｂ）はその上面図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態よりなる光結合素子に関
する切断前の多数個用の樹脂基板の図である。

【図３】本発明の一実施の形態よりなる光結合素子の製
造方法の工程フローチャートである。

【図４】本発明の他の一実施の形態よりなる光結合素子
に関する略断面図であり、樹脂基板の外表面に遮光性の
膜を配設した図である。

【図５】本発明の他の一実施の形態よりなる光結合素子
に関する略断面図であり、（ａ）は樹脂基板の発光素子
の搭載面の近傍に凸部を配設した図であり、（ａ）は樹
脂基板の発光素子の搭載面の近傍に凹部を配設した図で
ある。

【図６】従来例のリードレス面実装型光結合素子の略断
面図である。

【図７】従来例のリードレス面実装型光結合素子の組み
立て工程のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１０光結合素子（リードレス面実装型光結合素子）１１樹脂基板１１ａ樹脂基板の段差面１１ｂ樹脂基板の受光素子の搭載面の窓１１ｃ樹脂基板の傾斜面１２発光素子１３受光素子１４透光性樹脂１５遮光性樹脂１６発光素子を電気的に接続するための導体パター
ン１７受光素子を電気的に接続するための導体パター
ン１８金線１９受光素子の接続用半田バンプ（または金バン
プ）２０多数個用の樹脂基板２１スルーホール２２多数個用の樹脂基板の切断位置を示す線２３光結合素子（リードレス面実装型光結合素子）２４遮光性膜２５光結合素子（リードレス面実装型光結合素子）２６発光素子の実装面近傍の凸部２７光結合素子（リードレス面実装型光結合素子）２８発光素子の実装面近傍の凹部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性あるいは半透光性樹脂によって成
形された段差面のある樹脂基板上に、導体パターンを配
設し、該導体パターン上に発光素子及び受光素子を配設
し、且つ該発光素子を該段差面の近傍に配設し、少なく
とも該段差面と該発光素子とを透光性樹脂によって樹脂
封止し、前記封止の透光性樹脂と該樹脂基板と該受光素
子とを遮光性樹脂によって樹脂封止した構造とし、さら
に、該樹脂基板の該受光素子の搭載面に、該発光素子か
ら出て前記封止の透光性樹脂内で一旦拡散された後に該
透光性樹脂と前記封止の遮光性樹脂との界面で反射さ
れ、集光されて、該樹脂基板の段差面より該樹脂基板の
内部に導かれ、反射、拡散を繰り返した光を該受光素子
に導くための窓を設けたことを特徴とする光結合素子。
【請求項２】請求項１記載の光結合素子において、前
記段差面の高さは前記発光素子の高さより大きいことを
特徴とする光結合素子。
【請求項３】請求項１記載の光結合素子において、前
記樹脂基板に傾斜面を設け、該傾斜面に前記受光素子を
配設することを特徴とする光結合素子。
【請求項４】請求項１記載の光結合素子において、前
記樹脂基板の外表面に遮光性の膜を配設したことを特徴
とする光結合素子。
【請求項５】請求項１記載の光結合素子において、前
記樹脂基板の前記発光素子の搭載面の近傍に凹部または
凸部を設けたことを特徴とする光結合素子。