JP3656945B2 - 光結合素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面搭載型の光結合素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に、従来の代表的な平面搭載型光結合素子の概略構成を示す。この光結合素子は、リードフレームの同一平面上に発光素子１および受光素子２が間隔を開けて配置され、発光素子１は金線４によりワイヤボンディングされて発光側リードフレーム３に電気的に接続され、受光素子２は金線４’によりワイヤボンディングされて受光側リードフレーム３’に電気的に接続されている。これらの素子１、２は透光性樹脂であるシリコーン樹脂５によって一体成形されて光信号電圧パスが形成され、さらに表面反射率の高い白色系のエポキシ樹脂によりトランスファーモールドされている。この構造によれば、発光素子１からの光信号が反射により受光素子２に伝送される。
【０００３】
しかし、この構造では、リードフレーム下面（発光素子および受光素子搭載面の裏面）へシリコーン樹脂が漏れることによる不具合、例えば光信号伝達パス形状の不良による特性不良や成形不良等が生じることがある。このため、近年では、図９に示すような光結合素子の構造も用いられている。この光結合素子は、発光側リードフレーム３の下面と受光側リードフレーム３’の下面にわたって絶縁フィルム７を加熱圧着後、シリコーン樹脂５を用いて光信号伝達パスを成形する。このようにして、リードフレーム３、３’下面にシリコーン樹脂５が漏れるのを防いで、光結合素子の品質安定化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の光結合素子においては、製品品質の安定化のために、受発光リードフレーム下面に絶縁フィルムを加熱圧着後、シリコーン樹脂により光信号伝達パスを成形していた。しかし、この構造では、絶縁フィルムと封止材であるエポキシ樹脂との間に界面が生じ、界面放電によって絶縁耐圧を十分に確保することが困難であった。さらに、絶縁フィルムのコストが高いことから、製品のコストが高くなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、光伝達パス形状を安定化させて特性の安定した高品質の光結合素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合素子は、同一平面上に位置する発光素子側リードフレームおよび受光素子側リードフレームが間隔を開けて配置されて、該発光素子側リードフレームおよび該受光素子側リードフレームの上面に、発光素子と受光素子とがそれぞれ搭載され、該発光素子および該受光素子が透光性樹脂により一体成形されて、該透光性樹脂が封止樹脂によって被覆されることによって、該発光素子から出射される光信号が該封止樹脂により反射されて該受光素子に入射される光結合素子において、前記発光素子側リードフレーム下面と前記受光素子側リードフレーム下面とにわたって、透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材が設けられており、該成形部材は、前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されて前記封止樹脂に接するように上側に突出する凸部を有し、該凸部が前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該受光素子側表面とが上側になるにつれて相互に接近するように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした三角柱状であってもよい。
【００１０】
前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面がそれぞれ非球面状の曲面になった非球面レンズ形状になっていてもよい。
前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした台形柱状であってもよい。
【００１１】
本発明の光結合素子は、同一平面上に位置する発光素子側リードフレームおよび受光素子側リードフレームが間隔を開けて配置されて、該発光素子側リードフレームおよび該受光素子側リードフレームの上面に、発光素子と受光素子とがそれぞれ搭載され、該発光素子および該受光素子が透光性樹脂により一体成形されて、該透光性樹脂が封止樹脂によって被覆されることによって、該発光素子から出射される光信号が該封止樹脂により反射されて該受光素子に入射される光結合素子において、前記発光素子側リードフレーム上面と前記受光素子側リードフレーム上面とにわたって、透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材が設けられており、該成形部材は、前記発光素子の周囲および前記受光素子の周囲が開口されるとともに、前記発光素子および前記受光素子の間に前記封止樹脂に接するように上側に突出する凸部を有し、該凸部が前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該受光素子側表面とが上側になるにつれて相互に接近するように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした三角柱状になっていてもよい。
【００１３】
前記成形部材には、前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されるように下側に突出する第２凸部を有し、該第２凸部が、前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該記受光素子側表面とが下側になるにつれて相互に接近するように傾斜しており、該第２凸部が、該発光素子側表面と該記受光素子側表面とを斜面とした三角柱状になっている。
【００１５】
また、本発明は、前記光結合素子の製造方法であって、前記成形部材を、前記凸部が前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されるように、前記発光素子側リードフレーム下面と前記受光素子側リードフレーム下面とにわたって配置する工程と、その後に、前記発光素子と前記受光素子と前記成形部材とを前記透光性樹脂により一体成形する工程と、その後に、該透光性樹脂を、前記封止樹脂により被覆する工程と、包含することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記光結合素子の製造方法であって、前記成形部材を、前記各開口部内に前記発光素子および受光素子がそれぞれ位置するように、前記発光素子側リードフレーム上および前記受光素子側リードフレーム上にわたって配置する工程と、その後に、前記発光素子と前記受光素子と前記成形部材とを前記透光性樹脂により一体成形する工程と、その後に、該透光性樹脂を、前記封止樹脂により被覆する工程と、包含することを特徴とする。
【００１７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１８】
本発明にあっては、透光性または半透光性樹脂からなる成形部材を受光側および発光側のリードフレーム下面、または受光側および発光側のリードフレーム上面にわたって配置した後、透光性樹脂を用いて光信号伝達パスを成形することにより、透光性樹脂のリードフレーム下面への漏れを防いで光信号伝達パス形状を安定させることが可能である。
【００１９】
これらの成形部材は、発光素子と受光素子との間の部分の高さを高くすることにより、透光性樹脂と成形部材の内部沿面の面積が大きく（内部沿面距離が長く）なって放電しにくくなるので、絶縁耐圧を高めることが可能である。
【００２０】
さらに、これらの成形部材の線膨張係数を封止樹脂と略同一にすることにより、熱ストレスが加わった場合にクラックや樹脂界面剥離等が生じるのを防いで信頼性を高めることが可能である。
【００２１】
リードフレーム下面に設ける成形部材は、その凸部を発光素子側の表面と受光素子側の表面を斜面とした三角柱状にすることにより、受光素子と発光素子との間に凸部をスムーズに挿入可能である。
【００２２】
また、リードフレーム下面に設ける成形部材は、その周縁部に樹脂流れ防止用凸部を設けることにより、光信号伝達パス形状を安定させることが可能であり、さらに、透光性樹脂がパッケージ外に漏れ出すのを防いで品質を向上することが可能である。
【００２３】
さらに、リードフレーム下面に設ける成形部材は、発光素子と受光素子との間に挿入される凸部を非球面レンズ形状にすることにより、反射光を効率良く受光面に集光することができるので、発光素子からの光信号を効率良く受光素子に伝達することが可能である。
【００２４】
さらに、リードフレーム上面に設ける成形部材は、凸部を設けて発光素子と受光素子との間に挿入することにより、位置ずれを防ぐと共に封止樹脂と成形部材との内部沿面を大きくして絶縁耐圧を高めることが可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態１における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。この光結合素子は、リードフレームの同一平面上に発光素子１および受光素子２が間隔を開けて配置され、発光素子１は金線４によりワイヤボンディングされて発光側リードフレーム３に電気的に接続され、受光素子２は金線４’によりワイヤボンディング４’されて受光側リードフレーム３’に電気的に接続されている。これらの素子１、２はシリコーン樹脂等の透光性樹脂５により一体成形されて光信号電圧パスが形成され、さらに表面反射率の高い白色系のエポキシ樹脂等の封止樹脂６によりトランスファーモールドされている。この構造によれば、発光素子１からの光信号が反射により受光素子２に伝送される。
【００２７】
発光側リードフレーム３の下面および受光側リードフレーム３’の下面にわたって、凸部を有するＴ字状の成形部材８がその凸部を発光素子１および受光素子２の間に挿入して設けられている。この成型部材の材料としては、透光性樹脂または半透光性樹脂を用いることができ、例えばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂またはガラス等が挙げられる。
【００２８】
本実施形態においては、この成型部材８をリードフレーム下面に配置した後で、透光性樹脂５からなる光信号伝達パスを成型するので、透光性樹脂５がリードフレーム下面に漏れ出すことはない。よって、光伝達パス形状が安定した品質の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００２９】
（実施形態２）
図２は、本実施形態２における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、発光素子１と受光素子２の間に挿入される成形部材８の凸部の高さを高くしてある。これにより、透光性樹脂５と成型部材８との内部沿面の距離９を長くして内部沿面の面積を大きくすることができ、絶縁耐圧の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００３０】
（実施形態３）
図３は、本実施形態３における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、成形部材８の凸部を発光素子１側の表面と受光素子２側の表面を斜面とした三角柱状としてある。これにより、成型部材８の凸部を発光素子１と受光素子２の間に挿入する際に、フレームヘッダーにスムーズに挿入することができる。
【００３１】
（実施形態４）
図４（ａ）は本実施形態４における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図であり、図４（ｂ）はその上面図である。この光結合素子は、成形部材８の透光性樹脂５よりも外側の周縁部に樹脂流れ防止用凸部１０’を有している。これにより、透光性樹脂５がリードフレーム下面やパッケージ外に漏れ出すことはなく、光伝達パス形状が安定した品質の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００３２】
（実施形態５）
本実施形態の光結合素子は、実施形態１〜実施形態４の構造において、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂またはガラス等の透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材８の線膨張係数を、エポキシ樹脂等の封止樹脂６と略同一にしてある。これにより、熱ストレスが加わった場合にクラックや樹脂界面剥離等の不具合が生じるのを防いで、信頼性の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００３３】
（実施形態６）
図５（ａ）は本実施形態６における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図であり、図５（ｂ）はその上面図である。この光結合素子は、成形部材８の凸部を非球面状の曲面１１にしてある。これにより、発光素子１からの光信号を効率良く受光素子２に伝達して、特性が安定した平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００３４】
（実施形態７）
図６（ａ）は本実施形態７における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図であり、図６（ｂ）はその上面図である。この光結合素子は、発光側リードフレーム３の上面および受光側リードフレーム３’の上面にわたって、発光素子１の周囲および受光素子２の周囲を開口させた８の字状の成形部材８が設けられている。この成型部材の材料としては、透光性樹脂または半透光性樹脂を用いることができ、例えばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂またはガラス等が挙げられる。
【００３５】
本実施形態においては、この成型部材８をリードフレーム上に配置した後で、透光性樹脂５からなる光信号伝達パスを成型するので、透光性樹脂５がリードフレーム下面に漏れ出すことはない。よって、光伝達パス形状が安定した品質の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。さらに、この成形部材８は発光素子１と受光素子２上に凸部を設けてその凸部の高さを高くしてあるので、透光性樹脂５と成型部材８との内部沿面の面積を大きくして絶縁耐圧を高くすることができる。なお、上面に成形部材を設ける場合には、リードフレームと成形部材８との間から樹脂が漏れ出すことも考えられるので、開口部の大きさはフレームヘッダーサイズよりも１０μｍ以上小さくするのが好ましい。
【００３６】
（実施形態８）
図７（ａ）は本実施形態８における平面搭載型の光結合素子の概略構成を示す断面図であり、図７（ｂ）はその上面図である。この光結合素子は、リードフレーム上面に配置される成形部材８の下面にも凸部１２を設けて、その凸部１２を発光素子１と受光素子２の間に挿入してある。これにより、成形部材８の位置ずれを防ぐと共に、封止樹脂６と成形部材８との内部沿面の距離９を長くして内部沿面の面積を大きくすることができ、高品質で絶縁耐圧の高い平面搭載型の光結合素子を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、リードフレーム下面またはリードフレーム上面に透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材を設けることにより、透光性樹脂からなる光信号伝達パスの形状を安定させて特性を安定させることができ、絶縁耐圧も高めることができる。よって、高品質で信頼性の高い平面搭載型の光結合素子を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図および上面図である。
【図２】実施形態２による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態３による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態４による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図および上面図である。
【図５】実施形態５による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図および上面図である。
【図６】実施形態７による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図および上面図である。
【図７】実施形態８による平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図および上面図である。
【図８】従来の平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図９】従来の他の平面搭載型の光結合素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 発光素子
２ 受光素子
３ 発光側リードフレーム
３’ 受光側リードフレーム
４、４’ 金線
５ 透光性樹脂
６ 封止樹脂
７ 絶縁フィルム
８ 成形部材
９ 内部沿面距離
１０’ 樹脂流れ防止用凸部
１１ 非球面形状の曲面
１２ 凸部

Claims (9)

1. 同一平面上に位置する発光素子側リードフレームおよび受光素子側リードフレームが間隔を開けて配置されて、該発光素子側リードフレームおよび該受光素子側リードフレームの上面に、発光素子と受光素子とがそれぞれ搭載され、該発光素子および該受光素子が透光性樹脂により一体成形されて、該透光性樹脂が封止樹脂によって被覆されることによって、該発光素子から出射される光信号が該封止樹脂により反射されて該受光素子に入射される光結合素子において、
   前記発光素子側リードフレーム下面と前記受光素子側リードフレーム下面とにわたって、透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材が設けられており、該成形部材は、前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されて前記封止樹脂に接するように上側に突出する凸部を有し、
   該凸部が前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該受光素子側表面とが上側になるにつれて相互に接近するように形成されていることを特徴とする光結合素子。
2. 前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした三角柱状である請求項１に記載の光結合素子。
3. 前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面がそれぞれ非球面状の曲面になった非球面レンズ形状になっている請求項１に記載の光結合素子。
4. 前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした台形柱状である請求項１に記載の光結合素子。
5. 同一平面上に位置する発光素子側リードフレームおよび受光素子側リードフレームが間隔を開けて配置されて、該発光素子側リードフレームおよび該受光素子側リードフレームの上面に、発光素子と受光素子とがそれぞれ搭載され、該発光素子および該受光素子が透光性樹脂により一体成形されて、該透光性樹脂が封止樹脂によって被覆されることによって、該発光素子から出射される光信号が該封止樹脂により反射されて該受光素子に入射される光結合素子において、
   前記発光素子側リードフレーム上面と前記受光素子側リードフレーム上面とにわたって、透光性樹脂または半透光性樹脂からなる成形部材が設けられており、該成形部材は、前記発光素子の周囲および前記受光素子の周囲が開口されるとともに、前記発光素子および前記受光素子の間に前記封止樹脂に接するように上側に突出する凸部を有し、
   該凸部が前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該受光素子側表面とが上側になるにつれて相互に接近するように形成されていることを特徴とする光結合素子。
6. 前記成形部材の凸部は、前記発光素子側表面および前記受光素子側表面を斜面とした三角柱状になっている請求項５に記載の光結合素子。
7. 前記成形部材には、前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されるように下側に突出する第２凸部を有し、該第２凸部が、前記発光素子側表面と前記受光素子側表面とを有し、該発光素子側表面と該記受光素子側表面とが下側になるにつれて相互に接近するように傾斜しており、該第２凸部が、該発光素子側表面と該記受光素子側表面とを斜面とした三角柱状になっている請求項５または６に記載の光結合素子。
8. 請求項１に記載の光結合素子の製造方法であって、
   前記成形部材を、前記凸部が前記発光素子側リードフレームと前記受光素子側リードフレームとの間の前記間隔内に挿入されるように、前記発光素子側リードフレーム下面と前記受光素子側リードフレーム下面とにわたって配置する工程と、
   その後に、前記発光素子と前記受光素子と前記成形部材とを前記透光性樹脂により一体成形する工程と、
   その後に、該透光性樹脂を、前記封止樹脂により被覆する工程と、
   包含することを特徴とする光結合素子の製造方法。
9. 請求項５に記載の光結合素子の製造方法であって、
   前記成形部材を、前記各開口部内に前記発光素子および受光素子がそれぞれ位置するように、前記発光素子側リードフレーム上および前記受光素子側リードフレーム上にわたって配置する工程と、
   その後に、前記発光素子と前記受光素子と前記成形部材とを前記透光性樹脂により一体成形する工程と、
   その後に、該透光性樹脂を、前記封止樹脂により被覆する工程と、
   包含することを特徴とする光結合素子の製造方法。

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