JP4301588B2 - ホトカプラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とを１パッケージ化したホトカプラ装置に関するものであり、特に装置の薄形化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子と受光素子とを組み合わせ、電気信号を光信号に置き換えて信号の伝達を行うホトカプラ装置は、その間で電気的な回路網を遮断できることから、電源電位が大きく異なる回路網間で信号伝達を行う場合などに多く利用されている。
【０００３】
図４は、従来のホトカプラ装置を示す断面図であり、リードフレームの各アイランド１、２に発光素子３と受光素子４とを両者の表面が相対向するように固着し、全体を透光性の樹脂５でモールドしたものである。リード６に印加された電気信号を発光素子３で光信号７に変換し、受光素子４が光信号７を受けて再度電気信号に変換する。この場合、光信号７が直進性を有するので発光素子３の発光面と受光素子４の受光面とを相対向するように配置しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光面と受光面とを相対向させることは、各素子チップの板厚の分やボンディングワイヤ８の領域を確保するなどの理由により、パッケージ全体の高さ（図面ｔ）を薄くすることが困難である欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題に鑑みて成され、発光素子と受光素子とを１つのパッケージ内に封止し、前記発光素子から発せられた光信号を前記受光素子で受光して電気信号に変換するホトカプラ装置において、
前記光信号の経路が前記パッケージの樹脂内部で折り曲げられて前記受光素子に到達することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。尚、図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＡＡ線断面図を示している。
【０００７】
同図において、１０、１１はリードフレームのアイランドを示している。アイランド１０の表面には半導体チップとして構成した受光素子１２が半田や銀ペースト等の接着剤１３で固定され、前記半導体チップ表面に形成したボンディングパッドとリード１４とがボンディングワイヤ１５で電気的に接続されている。アイランド１１の表面には半導体チップで構成した発光素子１６が同じく接着剤１３で固定され、前記半導体チップ１６の表面に形成したボンディングパッドとリード１４とがボンディングワイヤ１５で電気的に接続されている。発光素子１６は、例えばレーザダイオード素子からなり、受光素子１２は、例えばＰＮ接合を用いたフォトセンサであり駆動回路が一体のものでよい。受光素子１２のホトダイオード部分を符号１７で示した。
【０００８】
そして、リード１４の先端を含めて、発光素子１６と受光素子１２を、赤外光あるいは紫外光に対して透明な樹脂１８でトランスファーモールドした。アイランド１０、１１はその裏面が樹脂１７の表面と同一平面を構成するように露出させる。また、受光素子１２のチップ表面が上を向くように封止するのに対して、発光素子１６は受光素子１２から水平方向にずれた箇所に配置し、且つ、チップ表面が下を向くように封止した。リード１４の先端部は、この素子を表面実装用途に使用できるように、Ｚ字型に折り曲げてある。加えて、パッケージ外形を構成する樹脂１８の一部に、反射面１９を持つ溝２０を形成し、該溝２０を受光素子１２の上方に設置した。
【０００９】
本発明の特徴は、反射面１９にある。この反射面１９は樹脂１８でトランスファーモールドする際に使用する金型に溝２０に該当する突起を設けるか、あるいはトランスファーモールドした後に切削・研磨などの手段で樹脂１８を削ることによって得ることができる。溝２０の反射面１９は、受光素子１２のチップ水平面に対して略４５度の傾斜角をもち、その反射面１９は平面視で（図１（Ｂ）の様に観測して）受光素子１２のホトダイオード部分１７の略全体を覆っていることが好ましい。
【００１０】
本実施例で発光素子１６として用いた半導体レーザは、リード１４に印加された電気信号に応じて光信号２１を発光する素子であって、その光信号２１は、大部分が半導体チップの側壁からチップの表面に対して水平方向に出射される素子である。出射された光信号２１は、樹脂１８内部を通過し、反射面１９で反射する。反射した光信号１９は受光素子１２のホトダイオード部１７に入射され、入射された光信号２１に応じた電気信号に再度変換される。
【００１１】
このように、光信号２１の伝達経路を樹脂１８の内部で屈折させたことにより、受光素子１２と発光素子１６とを対面させる必要が無くなった。従って、受光素子１２と発光素子１６の位置関係を水平方向にずらし、両者のチップ間の距離を狭めることによって、パッケージ外形寸法の高さｔを低く抑えることが可能になった。
【００１２】
例えば、リードフレームはＣｕより成り、厚さは、約０．１２５ｍｍで、半導体チップの厚みは、例えば２５０〜３００μｍ程度である。また樹脂１８は、透明なエポキシ材料で、全体の厚みｔは約１ｍｍ〜１．５ｍｍである。当然チップの厚みが薄くなれば、更に薄くできる事は言うまでもない。溝２０は、半導体チップを露出することなく、例えば厚みの半分程度、ここでは７５０μｍの深さで形成した。アイランド１０、１１の裏面を露出させることで、更にパッケージの薄形化が可能になる。
【００１３】
ところで、反射面１９は、その界面において外気と透明樹脂１８との屈折率の違いにより、反射面１９を構成する。しかし全ての光が反射されるものではないので、反射効率を向上するために、反射面１９に金属被膜を形成してミラー面とするのも良い。
【００１４】
この被膜方法としては、半導体技術で使用される蒸着、スパッタ成膜が考えられ、またその他には、メッキが考えられる。ここで注意を要する所は、リード１４間の短絡である。前者の二つの被膜方法では、選択マスクを必要とする。またメッキの内、例えば無電解メッキで、溶液の中に全体をディップする場合は、導出する部分のリード１４の導出箇所に樹脂等のマスクを付けた後にメッキし、このマスクを取り除けばよい。またディップ以外では、この溶液を溝の部分に滴下してメッキさせても良い。金属材料としては、金、Ａｌ、ニッケル等が考えられる。
【００１５】
また、反射効率を向上するために、溝２０内部を遮光性の樹脂などで埋設してもよい。この場合は、溝２０を形成後にポッティングなどの手法で遮光樹脂を滴下すればよい。
【００１６】
図２（Ａ）に第２の実施の形態を示した。発光素子１６としてＬＥＤ素子を用いた例である。ＬＥＤ素子はチップ表面から大略垂直方向に光信号２１を出射するので、発光素子１６のチップ下方にも溝２２を形成し、反射面２３によって光信号２１を反射し、反射面１９で再度反射させて受光素子１２に導入する形態を採用した。
【００１７】
図２（Ｂ）に第３の実施の形態を示した。発光素子１６としてレーザダイオードを用い、受光素子１２と発光素子１６とを同じ向きに封止したものである。この場合は、アイランド１０に対してアイランド１１の高さを少し高くしておき、発光素子１６からの光信号２１が反射面１９に照射されるような形態を採用した。
【００１８】
図２（Ｃ）に第４の実施の形態を示した。発光素子１６としてＬＥＤ素子を用い、受光素子１２と発光素子１６とを同じ向きに封止したものである。共にアイランド１０、１１の裏面が露出するように封止し、発光素子１６の上方にも反射面２３を持つ溝２２を形成したものである。図２（Ｂ）、図２（Ｃ）の実施形態の法が、チップの向きが同じであるので樹脂１８の外形寸法の高さｔを低く抑えることができる。
【００１９】
図３に第５の実施の形態を示した。これはホトダイオード部１７の受光領域の形状に関する。本発明では、溝２０の反射面１９がホトダイオード部１７の上部を覆うようにすること、及び反射面１９が約４５度の角度で傾斜していることが必要となる。そのため、図３（Ａ）のホトダイオード部１７ｂの様に、光信号２１の伝達経路に対して受光領域が縦長の形状、つまり幅Ｗ１より長さＬ１が長い形状であると、これに対応させる為には溝２０ｂ（図３（Ｂ））の深さＨ１が必要になる。これに対して、ホトダイオード部１７ａの様に、光信号２１の伝達経路に対して横長の形状、つまり幅Ｗ２に対して長さＬ２が十分に短い形状であれば、これに対応する溝２０ａの深さＨ２も小さくてすむ。溝２０の深さが浅くすめば、パッケージ外形の高さｔもおのずと低く抑えることができる。そこで、受光素子１２を形成する半導体チップの幅全体を用いてホトダイオード部１７を配置し、縦方向の長さＬ２を極力短く設計すれば、パッケージの薄形化に寄与することができる。
【００２０】
以上の各実施の形態において、リード１４先端部の曲げる方向は上下どちらでも可能である。受光素子１２用のアイランド１０が金属で遮光性を持つことから、実装したときに受光素子１２のチップが下を向く（プリント基板側に向く）ように折り曲げておけば、外部からの余計な光の入射による誤動作を防止することができる。また、樹脂１８を整形した後に、その全表面を遮光性の樹脂で再度封止する事で不要な光の入射を完全に防止することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、反射面１９を設けることにより光信号２１を反射させて受光素子１２に到達させる構成としたので、パッケージ寸法の高さｔを低く抑えたホトカプラ装置を得ることができる利点を有する。従って、電子機器に組み込んだ際のへ矩形かに寄与することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来のホトカプラ装置を示す断面図である。

Claims (3)

1. 発光素子と受光素子とを光信号に対して透明な樹脂で１つのパッケージ内に封止し、前記発光素子の側壁から発せられた光信号を前記受光素子で受光して電気信号に変換するホトカプラ装置において、
   前記パッケージは、表面、裏面および前記表面から前記裏面に延在する４側面から成る６面体であり、
   前記発光素子は、前記パッケージの表面側に、下向きになってに設けられ、
   前記受光素子は、前記パッケージの裏面側に、前記発光素子と水平方向にずれ、上向きに成って設けられ、
   前記受光素子に相当する前記パッケージの表面に、前記光信号の経路に対して傾斜した反射面を持つ溝が設けられることにより、前記発光素子から発せられた前記光信号の経路が前記パッケージの樹脂内部の前記溝で折り曲げられて前記受光素子に到達することを特徴とするホトカプラ装置。
2. 前記発光素子は、上向きになって設けられ、前記発光素子の裏面は、前記受光素子の裏面よりも高い位置に設けられる請求項１に記載のホトカプラ装置。
3. 前記光信号の伝達経路の方向に対して、前記受光素子の受光部が横長の形状を持つことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホトカプラ装置。

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