JP6226393B2 - Optical coupling device - Google Patents

Optical coupling device Download PDF

Info

Publication number
JP6226393B2
JP6226393B2 JP2015252154A JP2015252154A JP6226393B2 JP 6226393 B2 JP6226393 B2 JP 6226393B2 JP 2015252154 A JP2015252154 A JP 2015252154A JP 2015252154 A JP2015252154 A JP 2015252154A JP 6226393 B2 JP6226393 B2 JP 6226393B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
light
light receiving
electrode
coupling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015252154A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016066817A (en
Inventor
直也 鷹居
直也 鷹居
英児 中島
英児 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015252154A priority Critical patent/JP6226393B2/en
Publication of JP2016066817A publication Critical patent/JP2016066817A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6226393B2 publication Critical patent/JP6226393B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明の実施形態は、光結合装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an optical coupling device.

光結合装置(フォトカプラやフォトリレーを含む)は、発光素子を用いて入力電気信号を光信号に変換し、受光素子で受光したのち電気信号を出力することができる。このため、光結合装置は、入出力間が絶縁された状態で電気信号を伝送することができる。   An optical coupling device (including a photocoupler and a photorelay) can convert an input electric signal into an optical signal by using a light emitting element, and can output the electric signal after receiving the light by the light receiving element. For this reason, the optical coupling device can transmit an electrical signal in a state where the input and output are insulated.

産業用機器、事務用機器、家電機器では、DC電圧系、AC電源系、電話回線系および制御系などの異なる電源系が1つの装置内に配置されている。しかし、異なる電源系や回路系を直接結合すると、動作不良を生じることがある。   In industrial equipment, office equipment, and home appliances, different power supply systems such as a DC voltage system, an AC power supply system, a telephone line system, and a control system are arranged in one apparatus. However, if different power supply systems and circuit systems are directly coupled, malfunction may occur.

この場合、光結合装置を用いると、異なる電源間が絶縁されるので、動作を正常に保つことができる。   In this case, when an optical coupling device is used, different power sources are insulated from each other, so that the operation can be kept normal.

たとえば、インバータ・エアコンなどでは、交流負荷用を含めて多数のフォトカプラが使用される。また、テスター用途の信号切り替えに使用される場合、非常に多数のフォトカプラーが実装されるようになり、基板への実装面積を小さくする必要から、小型化が強く要求される。   For example, in inverters and air conditioners, a large number of photocouplers including those for AC loads are used. Further, when used for signal switching for a tester application, a large number of photocouplers are mounted, and the downsizing area is strongly required because the mounting area on the substrate needs to be reduced.

特開平9−36413号公報JP-A-9-36413

薄型化および実装面積の小型化が容易な光結合装置を提供する。   Provided is an optical coupling device which can be easily reduced in thickness and mounting area.

実施形態の光結合装置は、光出射面を含む第1の面と前記第1の面とは反対の側の第2の面とを有する基板、前記基板の前記第2の面に設けられ発光層を含む半導体積層体、並びに前記基板とは反対の側の前記半導体積層体の面に設けられた第1および第2の電極を有する発光素子と、前記発光素子に対向して設けられ、複数のpn接合が直列接続されて構成された受光面、並びに前記受光面の側に設けられて前記複数のpn接合の一端のpn接合に接続された第3の電極および前記複数のpn接合の他端のpn接合に接続された第4の電極を有する受光素子と、前記発光素子と前記受光素子とを覆い遮光性を有する樹脂成型体と、を備え、前記受光面は、平面視において前記第2の電極に含まれる。前記第2の電極は、前記発光層の上方を覆いかつ前記発光層から前記第2の電極に向かう放出光の多くを前記光出射面に向けて反射する。 An optical coupling device according to an embodiment includes a substrate having a first surface including a light emitting surface and a second surface opposite to the first surface, and light emission provided on the second surface of the substrate. A semiconductor stacked body including a layer, a light emitting element having first and second electrodes provided on a surface of the semiconductor stacked body on a side opposite to the substrate, a plurality of the light emitting elements provided facing the light emitting element, A light receiving surface formed by connecting a plurality of pn junctions in series, a third electrode provided on the light receiving surface side and connected to a pn junction at one end of the plurality of pn junctions, and the plurality of pn junctions A light receiving element having a fourth electrode connected to the pn junction at the end, and a resin molded body that covers the light emitting element and the light receiving element and has a light shielding property. 2 electrodes. The second electrode covers the light emitting layer and reflects most of the emitted light from the light emitting layer toward the second electrode toward the light emitting surface.

図1(a)は第1の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。FIG. 1A is a schematic plan view of the optical coupling device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. 図2(a)は発光素子の模式側面図、図2(b)は発光素子の模式平面図、図2(c)は受光素子の模式平面図。図2(d)はEX部のA−A線に沿った模式断面図、図2(e)はEX部の模式側面図、である。2A is a schematic side view of the light emitting element, FIG. 2B is a schematic plan view of the light emitting element, and FIG. 2C is a schematic plan view of the light receiving element. 2D is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of the EX portion, and FIG. 2E is a schematic side view of the EX portion. 図3(a)は受光素子の受光面のパターンの模式平面図、図3(b)はフォトダイオードアレイの接続図、である。FIG. 3A is a schematic plan view of the pattern of the light receiving surface of the light receiving element, and FIG. 3B is a connection diagram of the photodiode array. 受光面のパターンの第1変形例の模式平面図である。It is a schematic plan view of the 1st modification of the pattern of a light-receiving surface. 図4(a)は受光面のパターンの第2変形例の模式平面図、図5(b)はフォトダイオードアレイの接続図、である。4A is a schematic plan view of a second modification of the pattern of the light receiving surface, and FIG. 5B is a connection diagram of the photodiode array. 比較例にかかる光結合装置の模式断面図である。It is a schematic cross section of the optical coupling device concerning a comparative example. 図7(a)は第2の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図7(b)はB−B線に沿った模式断面図、図7(c)はその構成図、である。FIG. 7A is a schematic plan view of the optical coupling device according to the second embodiment, FIG. 7B is a schematic cross-sectional view along the line BB, and FIG. 7C is a configuration diagram thereof. .

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。
光結合装置は、発光素子10と、受光素子20と、接着層34と、入力端子30と、出力端子40と、樹脂成型体70と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic plan view of the optical coupling device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The optical coupling device includes a light emitting element 10, a light receiving element 20, an adhesive layer 34, an input terminal 30, an output terminal 40, and a resin molded body 70.

発光素子10は、透光性を有する支持基板と、半導体積層体と、半導体積層体に設けられた第1の電極および第2の電極と、を有する。発光素子10は、たとえば、面発光型のLED(Light Emitting Diode)などとすることができる。   The light-emitting element 10 includes a light-transmitting support substrate, a semiconductor stacked body, and a first electrode and a second electrode provided in the semiconductor stacked body. The light emitting element 10 can be, for example, a surface emitting LED (Light Emitting Diode).

受光素子20は、その受光面の側に第1の電極と第2の電極とを有する。受光素子20は、シリコンなどからなり、フォトダイオード、複数のpn接合領域を含むフォトダイオードアレイ、フォトトランジスタ、これらに制御回路や増幅回路がさらに集積された受光IC、などとすることができる。   The light receiving element 20 has a first electrode and a second electrode on the light receiving surface side. The light receiving element 20 is made of silicon or the like, and can be a photodiode, a photodiode array including a plurality of pn junction regions, a phototransistor, a light receiving IC in which a control circuit or an amplifier circuit is further integrated, and the like.

接着層34は、透光性および絶縁性を有し、発光素子10と受光素子20の受光面の側とを接着する。接着層34は、ガラスやSiOなどを含む無機材料、またはアクリル、シリコーン、ポリイミドなどの樹脂材料とすることができる。発光層から下方に放出された光は、接着層34を透過して受光面へ入射する。 The adhesive layer 34 has translucency and insulation, and bonds the light emitting element 10 and the light receiving surface side of the light receiving element 20 together. The adhesive layer 34 can be inorganic materials including glass and SiO 2, or an acrylic, silicone, and a resin material such as polyimide. Light emitted downward from the light emitting layer passes through the adhesive layer 34 and enters the light receiving surface.

光結合装置は、発光素子10と受光素子20とを覆うように絶縁基板60の上に設けられた樹脂成型体70を有してもよい。または、光結合装置は、リードの上に設けられた受光素子20および受光素子20の上に設けられた発光素子10を覆うように設けられた樹脂成型体70を有してもよい。樹脂成型体70は、アクリル、エポキシ、シリコーンなどを含むことができる。なお、樹脂成型体70は、図1(b)において破線で表され、図1(a)では省略されている。   The optical coupling device may include a resin molded body 70 provided on the insulating substrate 60 so as to cover the light emitting element 10 and the light receiving element 20. Alternatively, the optical coupling device may include a light receiving element 20 provided on the lead and a resin molded body 70 provided so as to cover the light emitting element 10 provided on the light receiving element 20. The resin molded body 70 can include acrylic, epoxy, silicone, and the like. The resin molded body 70 is represented by a broken line in FIG. 1B, and is omitted in FIG.

絶縁基板60の表面に設けられた入力端子30および出力端子40は、電気的に絶縁される。このため、光結合装置は、入出力が絶縁された状態で電気信号を伝達できる。   The input terminal 30 and the output terminal 40 provided on the surface of the insulating substrate 60 are electrically insulated. For this reason, the optical coupling device can transmit an electrical signal in a state where the input and output are insulated.

図2(a)は発光素子の模式側面図、図2(b)は発光素子の模式平面図、図2(c)は受光素子の模式平面図。図2(d)はEX部の模式断面図、図2(e)はEX部の模式側面図、である。
図2(a)に表すように、透光性を有する支持基板11は、第1の面11aと、第1の面11aとは反対の側の第2の面11b、とを有する。 第2の面11bに、発光層12(ドット線)を含む半導体積層体13が設けられる。半導体積層体13は、支持基板11の側とは反対の側の面に、表面から発光層12の下方まで到達する段差部を含む。段差部は、底面13aを有する。
2A is a schematic side view of the light emitting element, FIG. 2B is a schematic plan view of the light emitting element, and FIG. 2C is a schematic plan view of the light receiving element. FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of the EX portion, and FIG. 2E is a schematic side view of the EX portion.
As shown in FIG. 2A, the translucent support substrate 11 has a first surface 11a and a second surface 11b opposite to the first surface 11a. The semiconductor stacked body 13 including the light emitting layer 12 (dot line) is provided on the second surface 11b. The semiconductor stacked body 13 includes a stepped portion that reaches from the surface to the lower side of the light emitting layer 12 on the surface opposite to the support substrate 11. The step portion has a bottom surface 13a.

支持基板11が、GaAsからなるものとすると、そのバンドギャップ波長は略870nmである。このため、MQW(Multi Quantum Well:量子井戸)構造などからなる発光層からの放出光Gの波長を、たとえば、870nmより長く、1100nmよりも短くすることができる。なお、支持基板11を、バンドギャップ波長が略500nmのGaPとすると、放出光Gの波長は、700〜1100nmなどとすることができる。   If the support substrate 11 is made of GaAs, its band gap wavelength is approximately 870 nm. For this reason, the wavelength of the emitted light G from the light emitting layer having an MQW (Multi Quantum Well) structure or the like can be made longer than 870 nm and shorter than 1100 nm, for example. If the support substrate 11 is GaP having a band gap wavelength of approximately 500 nm, the wavelength of the emitted light G can be set to 700 to 1100 nm or the like.

段差部の底面13aには第1の電極14、段差部を除く半導体積層体の13の表面には第2の電極15が設けられる。第2の電極15が発光層13の上方を覆うと、上方へ向かう放出光の多くは第2の電極15により反射され、上方への放出光を低減できる。発光層12から下方へ向かう放出光は、支持基板11の裏面のうちの光出射面18から放出され、受光素子20の受光面に入射する。図2(b)に表すように、光出射面18は、平面視すなわち第1の面11a(あるいは第2の面11b)に対して垂直な方向からみて、発光層12と重なるものとする。   A first electrode 14 is provided on the bottom surface 13a of the step portion, and a second electrode 15 is provided on the surface of the semiconductor stacked body 13 excluding the step portion. When the second electrode 15 covers the upper side of the light emitting layer 13, most of the upward emitted light is reflected by the second electrode 15, and the upward emitted light can be reduced. Light emitted downward from the light emitting layer 12 is emitted from the light emitting surface 18 on the back surface of the support substrate 11 and enters the light receiving surface of the light receiving element 20. As shown in FIG. 2B, the light emitting surface 18 overlaps the light emitting layer 12 when seen in a plan view, that is, from a direction perpendicular to the first surface 11a (or the second surface 11b).

図2(c)に表す受光素子20の受光面22は、平面視において、発光素子10の裏面の光出射面18に含まれることが好ましい。このようにすると、受光面22が半導体発光素子10からはみ出すことがないので、外乱光が受光面に入射することを抑制できる。このため、光結合装置の誤動作を低減できる。受光素子は、pn接合の一方の導電形層と接続された第1の電極24、pn接合の他方の導電形層と接続された第2の電極26、とを有する。   The light receiving surface 22 of the light receiving element 20 shown in FIG. 2C is preferably included in the light emitting surface 18 on the back surface of the light emitting element 10 in plan view. In this way, since the light receiving surface 22 does not protrude from the semiconductor light emitting element 10, disturbance light can be prevented from entering the light receiving surface. For this reason, malfunction of the optical coupling device can be reduced. The light receiving element includes a first electrode 24 connected to one conductivity type layer of the pn junction, and a second electrode 26 connected to the other conductivity type layer of the pn junction.

図2(d)は、図1(b)に破線で表したEX部の模式断面図である。図2(d)に表すように、光出射面18から放出され、接着層34を透過した放出光Gは、受光面22に入射する。接着層34は薄いので、発光素子10からの放出光Gは、光出射面18から受光面22へ効率よく入射する。図2(e)は、EX部の模式側面図であり、発光素子10および受光素子20の電極は、入力端子30と出力端子40とにそれぞれボンディングワイヤなどを用いて接続可能である。   FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of the EX portion represented by a broken line in FIG. As shown in FIG. 2D, the emitted light G emitted from the light emitting surface 18 and transmitted through the adhesive layer 34 enters the light receiving surface 22. Since the adhesive layer 34 is thin, the emitted light G from the light emitting element 10 efficiently enters the light receiving surface 22 from the light emitting surface 18. FIG. 2E is a schematic side view of the EX portion, and the electrodes of the light emitting element 10 and the light receiving element 20 can be connected to the input terminal 30 and the output terminal 40 using bonding wires or the like, respectively.

図3(a)は受光素子の受光面のパターンの模式平面図、図3(b)はフォトダイオードアレイの接続図、である。
受光素子20は、たとえば、Si基板に1つのpn接合からなる1つのフォトダイオードが互いに絶縁されて複数形成されている。さらに、複数のシリコンフォトダイオードは直列接続されてフォトダイオードアレイ20aをなしている。このようにすると、光結合装置に内蔵されたMOSFETのゲートのしきい値電圧Vth以上の電圧を供給できるので好ましい。
FIG. 3A is a schematic plan view of the pattern of the light receiving surface of the light receiving element, and FIG. 3B is a connection diagram of the photodiode array.
For example, a plurality of light receiving elements 20 are formed by insulating one photodiode made of one pn junction on a Si substrate. Further, a plurality of silicon photodiodes are connected in series to form a photodiode array 20a. This is preferable because a voltage higher than the threshold voltage Vth of the gate of the MOSFET built in the optical coupling device can be supplied.

また、図3(a)に表すように12個のフォトダイオードは、メタル配線部20bで直列に接続されている。フォトダイオードは、それぞれにpn接合からなる受光面を有し、発光素子からの放出光を受光して光起電力を発生する太陽電池として機能する。この場合、受光面22は、12のフォトダイオードを含む領域とする。フォトダイオードアレイ20aの一方の端部は、メタル配線部20bで第1の電極24と接続される。またフォトダイオードアレイ20aの他方の端部は、メタル配線20bで第2の電極26と接続される。   Further, as shown in FIG. 3A, the twelve photodiodes are connected in series by the metal wiring portion 20b. Each of the photodiodes has a light receiving surface made of a pn junction, and functions as a solar cell that receives light emitted from the light emitting element and generates photovoltaic power. In this case, the light receiving surface 22 is a region including 12 photodiodes. One end of the photodiode array 20a is connected to the first electrode 24 by a metal wiring portion 20b. The other end of the photodiode array 20a is connected to the second electrode 26 by a metal wiring 20b.

フォトダイオードの1段当たりの光起電力は、略0.6Vである。他方、MOSFETのしきい値電圧Vthを0.6V以下とすることは容易ではない。すなわち、少なくとも2段のフォトダイオードを直列接続すると、MOSFETを確実にオンまたはオフに制御することができる。   The photovoltaic power per stage of the photodiode is approximately 0.6V. On the other hand, it is not easy to set the threshold voltage Vth of the MOSFET to 0.6 V or less. That is, when at least two photodiodes are connected in series, the MOSFET can be reliably controlled to be turned on or off.

図4は、受光面のパターンの第1変形例の模式平面図である。
複数のpn接合領域は、異なるサイズの領域を含んでいてもよい。発光素子10の放出光は発光中心(たとえば、図2(b)に点Oで表す)を通る光軸上で光強度が最大であり、光軸から離間した領域ほど光強度が低下する。なお、本実施形態では、受光面22が、半導体発光素子10の光出射面18の外側にはみ出すことはないので、極端に光起電力が低下することは抑制される。
FIG. 4 is a schematic plan view of a first modification of the pattern of the light receiving surface.
The plurality of pn junction regions may include regions of different sizes. The light emitted from the light emitting element 10 has the maximum light intensity on the optical axis passing through the light emission center (for example, represented by a point O in FIG. 2B), and the light intensity decreases as the region is separated from the optical axis. In the present embodiment, since the light receiving surface 22 does not protrude outside the light emitting surface 18 of the semiconductor light emitting element 10, it is possible to prevent the photovoltaic power from being extremely reduced.

しかし、光軸から離間した領域R4、R10における電流密度は低下することがある。この場合、領域R4、R5のpn接合の面積を広くすると、領域R4およびR5の電流を光強度が高く平面サイズの小さいpn接合領域の電流にそれぞれ近づけることが容易となる。すなわち、pn接合領域の平面サイズをそれぞれ適正値とすることにより、太陽電池としての最大出力点Pmaxを改善することができる。   However, the current density in the regions R4 and R10 separated from the optical axis may decrease. In this case, if the areas of the pn junctions in the regions R4 and R5 are increased, the currents in the regions R4 and R5 can be easily brought close to the currents in the pn junction region having a high light intensity and a small planar size. That is, the maximum output point Pmax as a solar cell can be improved by setting the planar size of the pn junction region to an appropriate value.

図5(a)は受光面のパターンの第2変形例の模式平面図、図5(b)はフォトダイオードアレイの接続図、である。
図5(a)のように、受光素子20は、制御回路28をさらに有することができる。制御回路28は、フォトダイオードアレイ20aの第1の電極27と、第2の電極26と、にそれぞれ接続されている。このような構成とすると、MOSFET(M1、M2)のそれぞれのゲートに電圧を供給できる。
FIG. 5A is a schematic plan view of a second modification of the light receiving surface pattern, and FIG. 5B is a connection diagram of the photodiode array.
As shown in FIG. 5A, the light receiving element 20 can further include a control circuit 28. The control circuit 28 is connected to the first electrode 27 and the second electrode 26 of the photodiode array 20a. With such a configuration, a voltage can be supplied to each gate of the MOSFET (M1, M2).

MOSFET(M1、M2)は、たとえば、nチャネルエンハンスメント型とすることができる。図5(b)のように、MOSFET(M1、M2)は、コモン・ソース接続され、フォトダイオードアレイ20aの第2の電極26と接続される。それぞれのゲートは、第1の電極27と接続され、それぞれのドレインは、出力端子40となる。   The MOSFETs (M1, M2) can be, for example, n-channel enhancement type. As shown in FIG. 5B, the MOSFETs (M1, M2) are connected to the common source and connected to the second electrode 26 of the photodiode array 20a. Each gate is connected to the first electrode 27, and each drain serves as an output terminal 40.

光信号がオンのとき、MOSFET(M1、M2)はともにオンとなり出力端子40を介して外部回路と接続される。他方、光信号がオフのとき、MOSFET(M1、M2)はともにオフとなり、外部回路とは遮断される。   When the optical signal is on, the MOSFETs (M1, M2) are both on and connected to an external circuit via the output terminal 40. On the other hand, when the optical signal is off, the MOSFETs (M1, M2) are both turned off and are disconnected from the external circuit.

図6は、比較例にかかる対向型の光結合装置の模式断面図である。
比較例では、入力リード130に接着された発光素子110と、出力リード140に接着された受光素子120と、は、透光性樹脂層168内で離間距離L1を保って互いに対向するように設けられる。このため、放出光が広がり、一部の光しか受光面に到達できず、電流は略2.5μAと低い。また、透光性樹脂層168を覆うように遮光性樹脂層170を設ける必要がある。対向型では、離間距離L1を低減するのに限界がある。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a counter-type optical coupling device according to a comparative example.
In the comparative example, the light emitting element 110 bonded to the input lead 130 and the light receiving element 120 bonded to the output lead 140 are provided so as to face each other within the translucent resin layer 168 while maintaining a separation distance L1. It is done. For this reason, the emitted light spreads, only a part of the light can reach the light receiving surface, and the current is as low as about 2.5 μA. Further, it is necessary to provide the light shielding resin layer 170 so as to cover the light transmitting resin layer 168. In the opposed type, there is a limit in reducing the separation distance L1.

これに対して、第1の実施形態では、離間距離は接着層34の厚さであり小さいため放出光の広がりが低減され、電流を略13μAと高めることができた。また、光結合装置の薄型化かつ実装面積の小型化が容易となる。   In contrast, in the first embodiment, since the separation distance is the thickness of the adhesive layer 34 and is small, the spread of the emitted light is reduced, and the current can be increased to about 13 μA. Further, it is easy to make the optical coupling device thinner and reduce the mounting area.

図7(a)は第2の実施形態にかかる光結合装置の模式平面図、図7(b)はB−B線に沿った模式断面図、図7(c)はその構成図である。
第2の実施形態にかかる光結合装置は、発光素子10と、受光素子20と、MOSFET(M1、M2)と、接着層34と、入力端子30と、出力端子40と、樹脂成型体70と、を有する。
FIG. 7A is a schematic plan view of an optical coupling device according to the second embodiment, FIG. 7B is a schematic cross-sectional view along the line BB, and FIG. 7C is a configuration diagram thereof.
The optical coupling device according to the second embodiment includes a light emitting element 10, a light receiving element 20, a MOSFET (M1, M2), an adhesive layer 34, an input terminal 30, an output terminal 40, and a resin molded body 70. Have.

本図において、MOSFET(M1、M2)は、nチャネルエンハンスメント型とするが、本発明はこれに限定されない。MOSFET(M1、M2)のチャネル導電形およびフォトダイオードアレイ20aの極性をそれぞれ反対導電形としてもよい。また、MOSFETは、デプレッション型であってもよい。   In this figure, MOSFETs (M1, M2) are n-channel enhancement type, but the present invention is not limited to this. The channel conductivity type of the MOSFETs (M1, M2) and the polarity of the photodiode array 20a may be opposite conductivity types. The MOSFET may be a depletion type.

なお、本図において、光結合装置は、絶縁基板60をさらに有するものとする。絶縁基板60の上面60a、下面60b、側面60cには、金属を含む厚膜やその上に設けられたAu、Ag、Cuなどのメッキ導電層が設けられる。導電層は、入力端子30(30a、30b)、出力端子40(40a、40b)および受光素子20が接着されAu、Ag、Pdなどの導電層からなるダイパッド部42などを含む。   In this figure, the optical coupling device further includes an insulating substrate 60. On the upper surface 60a, the lower surface 60b, and the side surface 60c of the insulating substrate 60, a thick film containing a metal and a plated conductive layer made of Au, Ag, Cu or the like provided thereon are provided. The conductive layer includes a die pad portion 42 made of a conductive layer such as Au, Ag, and Pd to which the input terminal 30 (30a, 30b), the output terminal 40 (40a, 40b), and the light receiving element 20 are bonded.

発光素子10は、受光素子20の上に接着層34より接着される。ワイヤボンディングのあと、発光素子10、受光素子20、導電層、絶縁基板60を覆うように樹脂成型体70が設けられる。図7(a)は、樹脂成型体70を設ける前の模式平面図である。なお、絶縁基板60は、ガラスエポキシ材やセラミック材などとすることができる。樹脂成型体70が遮光性であると、外乱光により誤動作をより低減できるので、好ましい。   The light emitting element 10 is bonded onto the light receiving element 20 by an adhesive layer 34. After the wire bonding, a resin molded body 70 is provided so as to cover the light emitting element 10, the light receiving element 20, the conductive layer, and the insulating substrate 60. FIG. 7A is a schematic plan view before the resin molded body 70 is provided. The insulating substrate 60 can be a glass epoxy material, a ceramic material, or the like. It is preferable that the resin molded body 70 is light-shielding because malfunction can be further reduced by ambient light.

入力端子30および出力端子40は、絶縁基板60の上面60aと下面60bと側面60cとに連続して設けられた導電層とすることができる。この場合、たとえば、絶縁基板60の側面60cに凹みを設け、その表面に導電層を設けて半田フレットとしてもよい。また、入力端子30と出力端子40のそれぞれの下面は、樹脂成型体70からは露出しており実装基板と接着できる。すなわち、第2の実施形態は、図7(c)のように、たとえば、4つの端子30a、30b、40a、40bを有する光結合装置とすることができる。   The input terminal 30 and the output terminal 40 can be conductive layers provided continuously on the upper surface 60a, the lower surface 60b, and the side surface 60c of the insulating substrate 60. In this case, for example, a recess may be provided on the side surface 60c of the insulating substrate 60, and a conductive layer may be provided on the surface to form a solder fret. The lower surfaces of the input terminal 30 and the output terminal 40 are exposed from the resin molding 70 and can be bonded to the mounting substrate. That is, the second embodiment can be an optical coupling device having four terminals 30a, 30b, 40a, 40b, for example, as shown in FIG. 7C.

絶縁基板60上に組み立てられた光結合装置は、リードフレームの曲げ加工や、リードカット加工が不要であり、樹脂層は1層でよいので量産性に富む。また、薄型化が容易である。   The optical coupling device assembled on the insulating substrate 60 does not require bending of the lead frame or lead cutting, and only one resin layer is required, so that mass productivity is high. Further, it is easy to reduce the thickness.

受光素子20は、たとえば、制御回路28を含むことができる。制御回路28は、フォトダイオードアレイ20aの光起電力によりソース・コモン接続されたMOSFET(M1、M2)をゲートドライブする。ドレインに接続された出力端子40の第1のリード40aと第2のリード40bとの間に交流負荷を接続すると、メカ・リレーと同じように低損失を保ちつつ連続正弦波を出力することができる。   The light receiving element 20 may include a control circuit 28, for example. The control circuit 28 gate-drives MOSFETs (M1, M2) connected in a source-common manner by the photovoltaic power of the photodiode array 20a. When an AC load is connected between the first lead 40a and the second lead 40b of the output terminal 40 connected to the drain, a continuous sine wave can be output while maintaining low loss as in the mechanical relay. it can.

図7(c)の構成の光結合装置はフォトリレーと呼ぶことができ、FAXモデムや集積回路用テスターなどに多く用いることができる。   The optical coupling device having the configuration shown in FIG. 7C can be called a photorelay, and can be used for many fax modems, integrated circuit testers, and the like.

なお、図7(c)の受光素子20(制御回路28を含む)と、MOSFET(M1、M2)と、を1チップICとすることができる。1チップICは、ダイパッド部42に接着することができる。   Note that the light receiving element 20 (including the control circuit 28) and the MOSFETs (M1, M2) in FIG. The one-chip IC can be bonded to the die pad portion 42.

第1および第2の実施形態によれば、光起電力を発生し、薄型化および実装面積の小型化が容易な光結合装置が提供される。このような光結合装置は、インバータエアコンや集積回路テスターなどに用いることができる。   According to the first and second embodiments, it is possible to provide an optical coupling device that generates a photovoltaic power, and that can be easily reduced in thickness and mounting area. Such an optical coupling device can be used for an inverter air conditioner or an integrated circuit tester.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 発光素子、11 支持基板、11a 第1の面、11b 第2の面、12 発光層、14 (発光素子の)第1の電極、15 (発光素子の)第2の電極、18 光出射面、20 受光素子、20a フォトダイオードアレイ、20b メタル配線部、22 受光面、24 (受光素子の)第1の電極、26 (受光素子の)第2の電極、30 入力端子、34 接着層、40 出力端子、70 樹脂成型体、M1、M2 MOSFET、G 放出光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emitting element, 11 Support substrate, 11a 1st surface, 11b 2nd surface, 12 Light emitting layer, 14 (1st light emitting element) 1st electrode, 15 (2nd light emitting element) 2nd electrode, 18 Light-emitting surface , 20 Light receiving element, 20a Photodiode array, 20b Metal wiring part, 22 Light receiving surface, 24 First electrode (for light receiving element), 26 Second electrode (for light receiving element), 30 Input terminal, 34 Adhesive layer, 40 Output terminal, 70 resin molding, M1, M2 MOSFET, G emission light

Claims (4)

光出射面を含む第1の面と前記第1の面とは反対の側の第2の面とを有する基板、前記基板の前記第2の面に設けられ発光層を含む半導体積層体、並びに前記基板とは反対の側の前記半導体積層体の面に設けられた第1および第2の電極を有する発光素子と、
前記発光素子に対向して設けられ、複数のpn接合が直列接続されて構成された受光面、並びに前記受光面の側に設けられて前記複数のpn接合の一端のpn接合に接続された
第3の電極および前記複数のpn接合の他端のpn接合に接続された第4の電極を有する受光素子と、
前記発光素子と前記受光素子とを覆い遮光性を有する樹脂成型体と、
を備え、
前記受光面は、平面視において前記第2の電極に含まれ
前記第2の電極は、前記発光層の上方を覆いかつ前記発光層から前記第2の電極に向かう放出光の多くを前記光出射面に向けて反射する、光結合装置。
A substrate having a first surface including a light emitting surface and a second surface opposite to the first surface, a semiconductor laminate including a light emitting layer provided on the second surface of the substrate, and A light emitting device having first and second electrodes provided on the surface of the semiconductor laminate opposite to the substrate;
A light receiving surface provided opposite to the light emitting element and formed by connecting a plurality of pn junctions in series, and a light receiving surface provided on the light receiving surface side and connected to a pn junction at one end of the plurality of pn junctions. A light receiving element having a third electrode and a fourth electrode connected to the pn junction at the other end of the plurality of pn junctions;
A resin molding that covers the light emitting element and the light receiving element and has a light shielding property;
With
The light receiving surface is included in the second electrode in plan view ,
The second electrode is an optical coupling device that covers an upper part of the light emitting layer and reflects most of emitted light from the light emitting layer toward the second electrode toward the light emitting surface .
MOSFETをさらに備え、
前記MOSFETは、前記第の電極と接続されたゲートと、前記第の電極と接続されたソースと、を有する請求項1記載の光結合装置。
Further comprising a MOSFET,
The optical coupling device according to claim 1, wherein the MOSFET has a gate connected to the third electrode and a source connected to the fourth electrode.
前記MOSFETは、ソース・コモンで接続された2つのMOSFETを含む請求項2記載の光結合装置。   3. The optical coupling device according to claim 2, wherein the MOSFET includes two MOSFETs connected by a source common. 前記複数のpn接合は、メタル配線部により直列接続され、
前記複数のpn接合のうち、前記受光面の外周部のpn接合の面積は、前記外周部よりも内側のpn接合の面積よりも広い、請求項1〜3のいずれか1つに記載の光結合装置。
The plurality of pn junctions are connected in series by a metal wiring portion,
Among the plurality of pn junctions, the area of the pn junction of the outer peripheral portion of the light receiving surface is greater than the area of the inner pn junction than the outer peripheral portion, the light according to any one of claims 1 to 3 Coupling device.
JP2015252154A 2015-12-24 2015-12-24 Optical coupling device Active JP6226393B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015252154A JP6226393B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Optical coupling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015252154A JP6226393B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Optical coupling device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013061150A Division JP5865859B2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Optical coupling device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016066817A JP2016066817A (en) 2016-04-28
JP6226393B2 true JP6226393B2 (en) 2017-11-08

Family

ID=55805839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015252154A Active JP6226393B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Optical coupling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6226393B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7002424B2 (en) 2018-08-28 2022-01-20 株式会社東芝 Semiconductor device
JP2022140943A (en) 2021-03-15 2022-09-29 株式会社東芝 Semiconductor light-emitting device and optical coupling device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477721A (en) * 1982-01-22 1984-10-16 International Business Machines Corporation Electro-optic signal conversion
JPS61156251U (en) * 1985-03-20 1986-09-27
JPH06342932A (en) * 1993-04-06 1994-12-13 Hitachi Cable Ltd Photocoupler

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016066817A (en) 2016-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5865859B2 (en) Optical coupling device
US9379095B2 (en) Photocoupler
US9722127B2 (en) Photocoupler having light receiving element, light emitting element and MOSFET on a die pad unit of a mounting member that includes terminals with multiplied conductive regions
JP5806994B2 (en) Optical coupling device
US9082685B2 (en) Optical-coupling semiconductor device
US9640520B2 (en) Photocoupler package
JP2015177052A (en) Optical coupling device
JP6226393B2 (en) Optical coupling device
JP6216418B2 (en) Semiconductor device
CN111211198B (en) Optical coupling device
JP2015029037A (en) Optical coupling semiconductor device
JP2015195401A (en) Optical coupling device
US9425350B2 (en) Photocoupler and light emitting element
JP6329596B2 (en) Semiconductor device
TWI708085B (en) Electronic device
JPH1070306A (en) Optically coupled relay device
US8847244B2 (en) Photocoupler
JPH04356974A (en) Photocoupler and semiconductor relay
JP2005302828A (en) Optical coupling element and electronic apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160831

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161025

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170303

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170420

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170906

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170911

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20170912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6226393

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171031