JP7216678B2 - 光結合装置 - Google Patents

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Description

実施形態は、光結合装置に関する。
従来より、発光素子と受光素子を介してスイッチング素子に制御信号を入力することにより、高周波電流を制御する光結合装置が使用されている。光結合装置においては、高周波電流の通過特性が良好であることが求められる。
特開２０１８－１８６２９２号公報
実施形態の目的は、高周波電流の通過特性が良好な光結合装置を提供することである。
実施形態に係る光結合装置は、第１出力端子及び第２出力端子が設けられた受光素子と、前記受光素子上に設けられた発光素子と、第１スイッチング素子と、第１電極板と、封止部材と、を備える。前記第１スイッチング素子は、前記第１出力端子に接続された第１主端子、前記第２出力端子に接続された制御端子、及び、第２主端子を有する。前記第１電極板の上面は前記第２主端子に接続されている。前記封止部材は、前記受光素子、前記発光素子、前記第１スイッチング素子を覆い、下面に前記第１電極板の下面が露出する。前記第１電極板の下面と前記封止部材の下面は同一平面を構成する。
第１の実施形態に係る光結合装置を示す斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は、第１の実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。 第１の実施形態に係る光結合装置を示す回路図である。 （ａ）～（ｃ）は、第２の実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。 （ａ）～（ｃ）は、第３の実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。 （ａ）～（ｃ）は、第４の実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。 （ａ）～（ｃ）は、比較例に係る光結合装置を示す三面図である。 横軸に高周波電流の周波数をとり、縦軸にインサーションロスをとって、高周波電流の通過特性を示すグラフである。
＜第１の実施形態＞
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光結合装置を示す斜視図である。
図２（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。
図３は、本実施形態に係る光結合装置を示す回路図である。
本実施形態に係る光結合装置は、例えば、フォトリレーである。
図１～図３に示すように、本実施形態に係る光結合装置１においては、機能素子として、受光素子１１、発光素子１２、ＭＯＳＦＥＴ１３、ＭＯＳＦＥＴ１４が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４は、縦型の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、光結合装置１には、接続部材として、電極板２１～２４、接続層２５及び２６、ワイヤ３１～３８が設けられている。更に、光結合装置１には、構造部材として、金属板４１、接着剤層４２、透光部材４３、接着剤層４４及び封止部材５０が設けられている。なお、図を見やすくするために、図１においては、ワイヤ３３及び３４、透光部材４３、接続層２５及び２６、接着剤層４２及び４４は、図示を省略している。
受光素子１１は、入射した光に応じて電気信号を出力する素子であり、例えば、フォトダイオードアレイである。また、上面１１Ｕには、一対の出力端子１１ａ及び一対の出力端子１１ｂが設けられている。受光素子１１に光が入射すると、出力端子１１ａと出力端子１１ｂとの間に電圧が生じる。受光素子１１の下面１１Ｌには、端子は設けられていない。受光素子１１は金属板４１上に設けられている。受光素子１１の下面１１Ｌは金属板４１の上面４１Ｕに、例えば接着剤層４４を介して、接合されている。金属板４１の形状は、例えば、矩形の板状である。接着剤層４４は例えば絶縁性である。
発光素子１２は、電力が入力されると光を出射する素子であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）である。発光素子１２は、接着剤層４２を介して、受光素子１１上に設けられている。接着剤層４２は、接着剤が固化した層であり、例えば、シリコーン等の透明樹脂からなる。発光素子１２の上面１２Ｕには、アノード端子１２ａ及びカソード端子１２ｃが設けられている。受光素子１１の上面１１Ｕにおける発光素子１２が載置された領域の周囲の領域、及び発光素子１２の全体は、透光部材４３によって覆われている。一方、受光素子１１の上面１１Ｕにおける一対の出力端子１１ａ及び一対の出力端子１１ｂが設けられた領域は、透光部材４３によって覆われていない。透光部材４３はシリコーン等の透明樹脂からなり、その形状は概ねドーム状である。
ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４は、制御端子に入力される制御電圧に基づいて、第１主端子と第２主端子との間に流れる電流を制御するスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４は、受光素子１１の側方に並べて配置されている。ＭＯＳＦＥＴ１３は電極板２１上に接続層２５を介して設けられており、ＭＯＳＦＥＴ１４は電極板２２上に接続層２６を介して設けられている。接続層２５及び２６は、例えば、半田又は銀ペースト等の導電性材料により形成されている。
以下、本明細書においては、図示の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を採用する。上方向、すなわち、受光素子１１から発光素子１２に向かう方向を「Ｚ方向」とし、受光素子１１から見てＭＯＳＦＥＴ１３及び１４が位置する方向を「Ｘ方向」とし、ＭＯＳＦＥＴ１３からＭＯＳＦＥＴ１４に向かう方向を「Ｙ方向」とする。受光素子１１とＭＯＳＦＥＴ１３とを最短距離で結ぶ直線はＸ方向に延び、ＭＯＳＦＥＴ１３とＭＯＳＦＥＴ１４とを最短距離で結ぶ直線はＹ方向に延びる。また、必要に応じて、Ｚ方向を「＋Ｚ方向」ともいい、＋Ｚ方向の逆方向、すなわち、下方向を「－Ｚ方向」ともいう。Ｘ方向及びＹ方向についても、同様である。
ＭＯＳＦＥＴ１３の上面１３Ｕには、第１主端子としてのソース端子１３ｓ、及び、制御端子としてのゲート端子１３ｇが設けられている。また、ＭＯＳＦＥＴ１３の下面１３Ｌには、第２主端子としてのドレイン端子１３ｄが設けられている。ドレイン端子１３ｄは、接続層２５を介して、電極板２１の上面２１Ｕに接続されている。同様に、ＭＯＳＦＥＴ１４の上面１４Ｕには、ソース端子１４ｓ及びゲート端子１４ｇが設けられている。また、ＭＯＳＦＥＴ１４の下面１４Ｌには、ドレイン端子１４ｄが設けられている。ドレイン端子１４ｄは、接続層２６を介して、電極板２２の上面２２Ｕに接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ１３内には、ソース端子１３ｓからドレイン端子１３ｄに向けて電流を流すダイオード１３ｅが設けられている。同様に、ＭＯＳＦＥＴ１４内には、ソース端子１４ｓからドレイン端子１４ｄに向けて電流を流すダイオード１４ｅが設けられている。
ＭＯＳＦＥＴ１３のソース端子１３ｓは、受光素子１１の１つの出力端子１１ａに、ワイヤ３１を介して接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４のソース端子１４ｓは、受光素子１１の他の１つの出力端子１１ａに、ワイヤ３２を介して接続されている。このため、ソース端子１３ｓ及び１４ｓには、一対の出力端子１１ａから同じ電位が印加される。なお、受光素子１１の出力端子１１ａは１つのみ設けられており、この１つの出力端子１１ａにワイヤ３１及びワイヤ３２が接続されていてもよい。この場合は、１つの出力端子１１ａにＭＯＳＦＥＴ１３のソース端子１３ｓ及びＭＯＳＦＥＴ１４のソース端子１４ｓの双方が接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１３のゲート端子１３ｇは、受光素子１１の１つの出力端子１１ｂに、ワイヤ３３を介して接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子１４ｇは、受光素子１１の他の１つの出力端子１１ｂに、ワイヤ３４を介して接続されている。このため、ゲート端子１３ｇ及び１４ｇには、一対の出力端子１１ｂから同じ電位が印加される。なお、受光素子１１の出力端子１１ｂは１つのみ設けられており、この１つの出力端子１１ｂにワイヤ３３及びワイヤ３４が接続されていてもよい。この場合は、１つの出力端子１１ｂにＭＯＳＦＥＴ１３のゲート端子１３ｇ及びＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子１４ｇの双方が接続される。
ワイヤ３５及び３６は、ＭＯＳＦＥＴ１３のソース端子１３ｓをＭＯＳＦＥＴ１４のソース端子１４ｓに接続している。ワイヤ３５の一端はソース端子１３ｓに接続されており、他端はソース端子１４ｓに接続されており、両端部以外の部分はＭＯＳＦＥＴ１３及び１４よりも上方に位置している。ワイヤ３６についても同様である。すなわち、ワイヤ３５及び３６は、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４の上方（Ｚ方向側）において、ＭＯＳＦＥＴ１３とＭＯＳＦＥＴ１４との間の隙間を跨いでいる。上方から見て、例えば、ワイヤ３５及び３６は、Ｙ方向に延びる。好ましくは、少なくとも上方から見て、ワイヤ３５とワイヤ３６は相互に平行である。より好ましくは、ワイヤ３５とワイヤ３６の三次元形状は、ＹＺ平面に関して鏡像、またはＸ方向から見て左右反転対称である。なお、ワイヤ３５及び３６は、相互に平行、鏡像、左右反転対称でなくてもよい。
ワイヤ３５及び３６は、ワイヤボンディング条件の許容範囲内で、ソース端子１３ｓとソース端子１４ｓを最短距離で接続しており、その長さは０．５ｍｍ程度である。電極板２１と電極板２２との距離は、組み立てに支障が生じない範囲で可及的に短くすることが望ましいが、絶縁耐圧を保持するためには、０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。ワイヤ３５及び３６の長さは、例えば１ｍｍ以下である。ワイヤ３５及び３６の直径は、３８μｍ以上であることが好ましい。なお、ソース端子１３ｓとソース端子１４ｓを３本以上のワイヤで接続する場合は、各ワイヤの直径は２８μｍ以上であることが好ましい。３本以上のワイヤで接続する場合は、２本のワイヤで接続する場合と比較して、合計断面積を確保しやすくなる反面、ワイヤ間の距離を確保することが困難になるからである。
電極板２３及び２４は、金属板４１から見て－Ｘ方向に配置されている。また、電極板２３と電極板２４は、Ｙ方向に沿って配列されている。このため、金属板４１は、電極板２１と電極板２３との間、及び、電極板２２と電極板２４との間に配置されている。電極板２１と金属板４１との距離は例えば０．５ｍｍ以上であり、電極板２２と金属板４１との距離は例えば０．５ｍｍ以上である。電極板２３の上面２３Ｕは、ワイヤ３７を介して、発光素子１２のアノード端子１２ａに接続されている。電極板２４の上面２４Ｕは、ワイヤ３８を介して、発光素子１２のカソード端子１２ｃに接続されている。
電極板２１～２４は、光結合装置１の外部電極として機能する。これに対して、金属板４１には電気的な機能はなく、例えば電気的に浮遊状態とされている。金属板４１は、光結合装置１の製造工程において、受光素子１１を支持する。電極板２１～２４及び金属板４１は、光結合装置１の製造工程において、同じリードフレームの相互に異なっていた部分である。したがって、電極板２１～２４及び金属板４１は、Ｚ方向における位置、厚さ及び組成が相互に略同一である。
電極板２１～２４及び金属板４１の形状は、それぞれ、矩形の板状である。Ｚ方向から見て、電極板２１はＭＯＳＦＥＴ１３よりもひと回り大きく、電極板２２はＭＯＳＦＥＴ１４よりもひと回り大きく、金属板４１は受光素子１１よりもひと回り大きい。電極板２１及び２２における相互に対向する側面のＸ方向における長さは、例えば、１ｍｍ以下である。電極板２１～２４及び金属板４１においては、例えば、ニッケルからなる本体部に金めっきが施されている。電極板２１～２４及び金属板４１の厚さは例えば０．１ｍｍ以下である。電極板２１～２４及び金属板４１は単層板であってもよく、２層以上の金属層が積層された積層板であってもよく、一部に絶縁層を含んでいてもよい。また、上部が下部よりも一回り大きい形状であってもよい。ワイヤ３１～３８は、例えば、抵抗率の低い金、又は金合金等の合金からなり、透過高周波信号に対して単線接続より低インピーダンスとすることが望ましい。
封止部材５０は、受光素子１１、発光素子１２、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４、電極板２１～２４、接続層２５及び２６、ワイヤ３１～３８、金属板４１、接着剤層４２及び４４、透光部材４３を覆っている。封止部材５０は例えば黒色の樹脂材料からなり、例えば、エポキシ樹脂からなる。封止部材５０の外形は、例えば直方体である。封止部材５０の下面５０Ｌには、電極板２１の下面２１Ｌ、電極板２２の下面２２Ｌ、電極板２３の下面２３Ｌ、電極板２４の下面２４Ｌ、金属板４１の下面４１Ｌが露出している。封止部材５０の下面５０Ｌ、電極板２１の下面２１Ｌ、電極板２２の下面２２Ｌ、電極板２３の下面２３Ｌ、電極板２４の下面２４Ｌ、金属板４１の下面４１Ｌは、同一平面を構成している。また、封止部材５０の上面５０Ｕ及び４つの側面５０Ｓには、電極板等の金属製の部材は露出していない。光結合装置１のＸ方向の長さは例えば２．００ｍｍであり、Ｙ方向の長さは１．４５ｍｍであり、Ｚ方向の長さは例えば１．０ｍｍである。
次に、本実施形態に係る光結合装置１の動作について説明する。
電極板２１～２４は、それぞれ、半田等の接合部材（図示せず）を介して外部に接続される。電極板２１と電極板２２との間には、高周波電流ＲＦが印加されている。この高周波電流ＲＦの周波数は、例えば、１０ＧＨｚ以上であり、例えば、２０～２４ＧＨｚ程度である。ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４がオフ状態であると、高周波電流ＲＦは光結合装置１を実質的に通過しない。
電極板２３と電極板２４との間に所定の直流電圧が印加されると、ワイヤ３７及び３８を介して、発光素子１２のアノード端子１２ａとカソード端子１２ｃとの間に直流電圧が印加され、発光素子１２が発光する。発光素子１２から出射した光は、接着剤層４２又は透光部材４３を介して、受光素子１１に入射する。これにより、受光素子１１の出力端子１１ａと出力端子１１ｂとの間に電圧が発生する。
この受光素子１１から出力された電圧が、ワイヤ３１及び３３を介して、ＭＯＳＦＥＴ１３のソース端子１３ｓとゲート端子１３ｇとの間に印加され、ＭＯＳＦＥＴ１３がオン状態となる。同様に、受光素子１１から出力された電圧が、ワイヤ３２及び３４を介して、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース端子１４ｓとゲート端子１４ｇとの間に印加され、ＭＯＳＦＥＴ１４がオン状態となる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４を介して、電極板２１と電極板２２との間に高周波電流ＲＦが流れる。すなわち、高周波電流ＲＦは、電極板２１、接続層２５、ＭＯＳＦＥＴ１３、ワイヤ３５及び３６、ＭＯＳＦＥＴ１４、接続層２６、電極板２２からなる電流経路をそれぞれの接合点を略最短距離でつなぐ経路で流れる。このようにして、高周波電流ＲＦが制御される。
次に、本実施形態の効果について説明する。
光結合装置１においては、電極板２１が薄い１枚の板であり、下面２１Ｌに半田等の接合部材が接合され、上面２１ＵにＭＯＳＦＥＴ１３のドレイン端子１３ｄが接合される。このため、電極板２１のインダクタンス成分が小さく、電極板２１における高周波電流ＲＦの損失が小さい。同様に、電極板２２も薄い１枚の板であるため、電極板２２における高周波電流ＲＦの損失が小さい。この結果、光結合装置１は高周波電流の通過特性が良好である。
また、光結合装置１においては、ソース端子１３ｓとソース端子１４ｓを２本のワイヤ３５及び３６によって接続している。このため、ソース端子１３ｓとソース端子１４ｓの間のインダクタンス成分が小さく、高周波電流ＲＦの損失が小さい。なお、ワイヤ３５及び３６の替わりに太い１本のワイヤを設けることも考えられるが、表皮効果により高周波電流ＲＦはワイヤの表面付近に集中するため、合計断面積が同じであれば、細いワイヤを多く設けた方が損失が小さい。
さらに、高周波電流の周波数が２０ＧＨｚ程度になると、高周波電流が直進性を有するようになる。このため、ワイヤ３５及び３６にＸ方向に延びる部分があると、高周波電流ＲＦがＸ方向に向けて発振され、リークしやすくなる。光結合装置１においては、ワイヤ３５及び３６が相互に平行であり、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４のＺ方向側を通過して、Ｙ方向に延びており、Ｘ方向には実質的に延びていない。このため、高周波電流ＲＦのＸ方向に向けた発振を抑制することができる。これによっても、高周波電流の通過特性を向上できる。
さらにまた、光結合装置１においては、封止部材５０の側面５０Ｓに金属製の部材が露出していない。このため、光結合装置１の製造過程において、封止部材５０をダイシングする際に、ダイシング面に金属製の部材が介在しない。したがって、封止部材５０を精度よくダイシングできると共に、ダイシングブレードの損耗を抑制できる。また、ダイシング面において、封止部材５０と金属製の部材が剥離することがない。
＜第２の実施形態＞
図４（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。
図４（ａ）～（ｃ）に示すように、本実施形態に係る光結合装置２は、第１の実施形態に係る光結合装置１（図１～図３参照）と比較して、金属板４１の替わりに絶縁膜４５が設けられている点が異なっている。絶縁膜４５の上面４５Ｕは受光素子１１の下面１１Ｌに接合され、絶縁膜４５の下面４５Ｌは封止部材５０の下面５０Ｌにおいて露出している。Ｚ方向から見て、絶縁膜４５は受光素子１１よりもひと回り大きい。絶縁膜４５は、外部の実装基板（図示せず）に受光素子１１を固定する絶縁性の固定材料として機能してもよい。絶縁膜４５は、例えば、ＤＡＦ（Die Attach Film）又はＤＢＦ（Die Bonding Film）であり、例えば、エポキシ樹脂、アクリルポリマー及びポリイミド等の混合物に、シリカ等の無機粒子を加えた材料からなる。
本実施形態に係る光結合装置２においては、受光素子１１の下方に絶縁膜４５が設けられているため、実装基板と受光素子１１との間の寄生容量を低減できる。また、金属板４１が存在しないため、高周波電流ＲＦが、電極板２１及び２２から金属板４１を介して実装基板にリークすることがない。さらに、金属板４１と電極板２１及び２２との距離が変動することによる通過特性の変動を抑えることができる。このように、本実施形態によれば、高周波電流の通過特性をより向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図５（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。
図５（ａ）～（ｃ）に示すように、本実施形態に係る光結合装置３においては、スイッチング素子として、縦型のＭＯＳＦＥＴ１３及び１４の替わりに、横型のＭＯＳＦＥＴ１５が設けられている。また、光結合装置３においては、金属板４６が設けられており、ＭＯＳＦＥＴ１５は金属板４６上に配置されている。すなわち、金属板４６の上面４６Ｕは接着剤層４７を介してＭＯＳＦＥＴ１５の下面１５Ｌに接合されており、金属板４６の下面４６Ｌは封止部材５０の下面５０Ｌにおいて露出している。金属板４６の下面４６Ｌと封止部材５０の下面５０Ｌとは同一平面を構成する。
ＭＯＳＦＥＴ１５の上面１５Ｕには、ソース端子１５ｓ、２つのドレイン端子１５ｄ１及び１５ｄ２、１つのゲート端子１５ｇが設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１５の下面１５Ｌには、端子は設けられていない。ＭＯＳＦＥＴ１５の等価回路は、図３に示すＭＯＳＦＥＴ１３及び１４の等価回路と同様である。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１５内において、ダイオードを含む２つのトランジスタが直列に接続されている。各トランジスタのドレインは分かれており、各トランジスタのソースは共通であり、各トランジスタのゲートも共通である。
また、受光素子１１の上面１１Ｕには、各１つの出力端子１１ａ及び出力端子１１ｂが設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１５のソース端子１５ｓは、受光素子１１の出力端子１１ａに、ワイヤ３１を介して接続されている。ゲート端子１５ｇは、受光素子１１の出力端子１１ｂに、ワイヤ３３を介して接続されている。ドレイン端子１５ｄ１は、ワイヤ３９ａを介して、電極板２２に接続されている。ドレイン端子１５ｄ２は、ワイヤ３９ｂを介して、電極板２１に接続されている。
電極板２３、金属板４１、金属板４６、電極板２１は、Ｘ方向に沿ってこの順に配列されており、電極板２４、金属板４１、金属板４６、電極板２２は、Ｘ方向に沿ってこの順に配列されている。電極板２１～２４、金属板４１及び４６の各上面及び下面には、金めっきが施されていてもよく、各側面には、銀めっきが施されていてもよい。電極板２１～２４、金属板４１及び４６は、その一部が同一の厚さであって、その各側面に銀めっきを施すことにより、封止部材５０との密着性が良好になる。
本実施形態によれば、スイッチング素子として横型のＭＯＳＦＥＴ１５を用いることにより、ＭＯＳＦＥＴ１５のソース－ドレイン間の寄生容量を低減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、金属板４１の替わりに絶縁膜４５を設けてもよい。これにより、受光素子１１と実装基板との間の寄生容量を低減できる。また、金属板４６の替わりに絶縁膜を設けてもよい。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１５と実装基板との間の寄生容量を低減できる。この結果、高周波電流の通過特性が向上する。
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
図６（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る光結合装置を示す三面図である。
図６（ａ）～（ｃ）に示すように、本実施形態に係る光結合装置４は、ＭＯＳＦＥＴ、受光素子１１、発光素子１２が、Ｚ方向に沿って積層された三層構造である。
以下、より詳細に説明する。
光結合装置４においては、スイッチング素子として、縦型のＭＯＳＦＥＴ１３及び１４の替わりに、同じく縦型のＭＯＳＦＥＴ１６及び１７が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１６及び１７のＸ方向の長さは、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４のＸ方向の長さよりも長い。
ＭＯＳＦＥＴ１６のソース端子１６ｓ及びゲート端子１６ｇは、ＭＯＳＦＥＴ１６の上面１６Ｕにおける＋Ｘ方向側の領域に配置されている。ＭＯＳＦＥＴ１６のドレイン端子１６ｄは、ＭＯＳＦＥＴ１６の下面１６Ｌに設けられており、接続層２５を介して電極板２１に接続されている。同様に、ＭＯＳＦＥＴ１７のソース端子１７ｓ及びゲート端子１７ｇは、ＭＯＳＦＥＴ１７の上面１７Ｕにおける＋Ｘ方向側の領域に配置されている。ＭＯＳＦＥＴ１７のドレイン端子１７ｄは、ＭＯＳＦＥＴ１７の下面１７Ｌに設けられており、接続層２６を介して電極板２２に接続されている。
受光素子１１は、ＭＯＳＦＥＴ１６の－Ｘ方向側の部分上、及び、ＭＯＳＦＥＴ１７の－Ｘ方向側の部分上に配置されている。したがって、光結合装置４においては、ＭＯＳＦＥＴ１６及び１７、受光素子１１、並びに、発光素子１２は、＋Ｚ方向に沿ってこの順に配列されている。
本実施形態においては、ＭＯＳＦＥＴ１６上及びＭＯＳＦＥＴ１７上に受光素子１１を配置し、受光素子１１上に発光素子１２を配置することにより、光結合装置４全体を大型化することなく、Ｘ方向においてＭＯＳＦＥＴ１６及び１７を長くすることができる。これにより、スイッチング素子を大型化し、光結合装置４内を流れる高周波電流ＲＦを増加させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
＜比較例＞
次に、比較例について説明する。
図７（ａ）～（ｃ）は、比較例に係る光結合装置を示す三面図である。
図７（ａ）～（ｃ）に示すように、本比較例に係る光結合装置１０１においては、絶縁基板１１０が設けられており、絶縁基板１１０上に、受光素子１１、発光素子１２、ＭＯＳＦＥＴ１３及び１４等が設けられている。絶縁基板１１０は、例えば、ガラスエポキシ基板である。
絶縁基板１１０の上面には、上面電極１２１～１２４が設けられており、絶縁基板１１０内には、絶縁基板１１０をＺ方向に貫通する埋込導体１３１～１３６が設けられており、絶縁基板１１０の下面には、下面電極１４１～１４４が設けられている。なお、受光素子１１の下部に接合されている金属板４１は、下面電極のいずれにも接続しておらず、電気的に浮遊状態とされている。金属板４１は、絶縁基板１１０上に形成されている。
下面電極１４１は埋込導体１３１及び上面電極１２１を介して、ＭＯＳＦＥＴ１３のドレイン端子に接続されており、下面電極１４２は埋込導体１３２及び上面電極１２２を介して、ＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン端子に接続されており、下面電極１４３は埋込導体１３３及び上面電極１２３を介して、発光素子１２のアノード端子１２ａに接続されており、下面電極１４４は埋込導体１３４及び上面電極１２４を介して、発光素子１２のカソード端子１２ｃに接続されている。埋込導体１３５は下面電極１４１に接続されており、埋込導体１３６は下面電極１４２に接続されている。埋込導体１３３～１３６は、光結合装置１０１の側面において露出している。その他、各チップの上面の端子および電極間のワイヤを介した接続は、図１と同様である。
本比較例に係る光結合装置１０１は、埋込導体１３１及び１３２のインダクタンス成分が大きいため、高周波電流ＲＦの通過特性が低い。また、光結合装置１０１の製造工程において、封止部材５０と共に埋込導体１３３～１３６をダイシングするため、ダイシングの精度が低いと共に、ダイシングブレードの損耗が激しい。さらに、ダイシング面において埋込導体１３３～１３６が露出するため、埋込導体１３３～１３６と封止部材５０との界面で剥離が生じやすい。
＜試験例＞
次に、上述の実施形態の効果を示す試験例を説明する。
図８は、横軸に高周波電流の周波数をとり、縦軸にインサーションロスをとって、高周波電流の通過特性を示すグラフである。
本試験例においては、前述の第１の実施形態に係る光結合装置１と比較例に係る光結合装置１０１を想定し、高周波電流ＲＦの周波数を異ならせて、各周波数におけるインサーションロスをシミュレートした。
図８に示すように、比較例に係る光結合装置１０１においては、ある周波数帯において、インサーションロスが著しく増大したが、第１の実施形態に係る光結合装置１においては、このような通過特性の低下が認められなかった。このため、インサーションロスが基準値よりも少ない周波数帯は、比較例においては１３．９ＧＨｚ以下であったのに対し、第１の実施形態においては２１．２ＧＨｚ以下であった。このように、第１の実施形態は比較例と比較して、より広い周波数帯の高周波電流ＲＦについて、良好な通過特性が得られた。
以上説明した実施形態によれば、高周波電流の通過特性が良好な光結合装置を実現することができる。
以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の実施形態は、相互に組み合わせて実施することもできる。
前述の各実施形態においては、光結合装置がフォトリレーである例を説明したが、これには限定されない。光結合装置は、例えば、フォトカプラであってもよい。
１、２、３、４：光結合装置
１１：受光素子
１１Ｌ：下面
１１Ｕ：上面
１１ａ、１１ｂ：出力端子
１２：発光素子
１２Ｕ：上面
１２ａ：アノード端子
１２ｃ：カソード端子
１３：ＭＯＳＦＥＴ
１３Ｌ：下面
１３Ｕ：上面
１３ｄ：ドレイン端子
１３ｅ：ダイオード
１３ｇ：ゲート端子
１３ｓ：ソース端子
１４：ＭＯＳＦＥＴ
１４Ｌ：下面
１４Ｕ：上面
１４ｄ：ドレイン端子
１４ｅ：ダイオード
１４ｇ：ゲート端子
１４ｓ：ソース端子
１５：ＭＯＳＦＥＴ
１５Ｌ：下面
１５Ｕ：上面
１５ｄ１、１５ｄ２：ドレイン端子
１５ｇ：ゲート端子
１５ｓ：ソース端子
１６：ＭＯＳＦＥＴ
１６Ｌ：下面
１６Ｕ：上面
１６ｄ：ドレイン端子
１６ｇ：ゲート端子
１６ｓ：ソース端子
１７：ＭＯＳＦＥＴ
１７Ｌ：下面
１７Ｕ：上面
１７ｄ：ドレイン端子
１７ｇ：ゲート端子
１７ｓ：ソース端子
２１：電極板
２１Ｌ：下面
２１Ｕ：上面
２２：電極板
２２Ｌ：下面
２２Ｕ：上面
２３：電極板
２３Ｌ：下面
２３Ｕ：上面
２４：電極板
２４Ｌ：下面
２４Ｕ：上面
２５、２６：接続層
３１～３８、３９ａ、３９ｂ：ワイヤ
４１：金属板
４１Ｌ：下面
４１Ｕ：上面
４２：接着剤層
４３：透光部材
４４：接着剤層
４５：絶縁膜
４５Ｌ：下面
４５Ｕ：上面
４６：金属板
４６Ｌ：下面
４６Ｕ：上面
４７：接着剤層
５０：封止部材
５０Ｌ：下面
５０Ｓ：側面
５０Ｕ：上面
１０１：光結合装置
１１０：絶縁基板
１２１～１２４：上面電極
１３１～１３６：埋込導体
１４１～１４４：下面電極
ＲＦ：高周波電流

Claims (10)

  1. 第１出力端子及び第２出力端子が設けられた受光素子と、
    前記受光素子上に設けられた発光素子と、
    前記第１出力端子に接続された第１主端子、前記第２出力端子に接続された制御端子、及び、第２主端子を有した第１スイッチング素子と、
    上面が前記第２主端子に接続された第１電極板と、
    前記受光素子、前記発光素子、前記第１スイッチング素子を覆い、下面に前記第１電極板の下面が露出した封止部材と、
    下面が前記封止部材の下面に露出した第１絶縁膜と、
    を備え、
    前記第１電極板の下面と前記封止部材の下面は同一平面を構成し、
    前記第１スイッチング素子は前記第１絶縁膜上に設けられており、
    前記第１主端子、前記制御端子、前記第２主端子は、前記第１スイッチング素子の上面に設けられている光結合装置。
  2. 上面が前記受光素子の下面に接合され、下面が前記封止部材の下面において露出した第２金属板をさらに備え、
    前記第１電極板の下面、前記第２金属板の下面、及び、前記封止部材の下面は、同一平面を構成する請求項１に記載の光結合装置。
  3. 上面が前記受光素子の下面に接合され、下面が前記封止部材の下面において露出した第２絶縁膜をさらに備え、
    前記第１電極板の下面、前記第２絶縁膜の下面、及び、前記封止部材の下面は、同一平面を構成する請求項１に記載の光結合装置。
  4. 第１出力端子及び第２出力端子が設けられた受光素子と、
    前記受光素子上に設けられた発光素子と、
    前記第１出力端子に接続された第１主端子、前記第２出力端子に接続された制御端子、及び、第２主端子を有した第１スイッチング素子と、
    上面が前記第２主端子に接続された第１電極板と、
    前記受光素子、前記発光素子、前記第１スイッチング素子を覆い、下面に前記第１電極板の下面が露出した封止部材と、
    上面が前記受光素子の下面に接合され、下面が前記封止部材の下面において露出した第２絶縁膜と、
    を備え、
    前記第１電極板の下面、前記第２絶縁膜の下面、及び、前記封止部材の下面は、同一平面を構成する光結合装置。
  5. 下面が前記封止部材の下面に露出した第１金属板をさらに備え、
    前記第１スイッチング素子は前記第１金属板上に設けられており、
    前記第１主端子、前記制御端子、前記第２主端子は、前記第１スイッチング素子の上面に設けられている請求項４に記載の光結合装置。
  6. 下面が前記封止部材の下面に露出した第１絶縁膜をさらに備え、
    前記第１スイッチング素子は前記第１絶縁膜上に設けられており、
    前記第１主端子、前記制御端子、前記第２主端子は、前記第１スイッチング素子の上面に設けられている請求項４に記載の光結合装置。
  7. 前記第１電極板の厚さは０．１ｍｍ以下である請求項１～６のいずれか１つに記載の光結合装置。
  8. 前記第１スイッチング素子の側方に設けられ、上面に第３主端子及び制御端子が設けられ、下面に第４主端子が設けられ、前記第３主端子が前記受光素子の前記第１出力端子に接続され、前記制御端子が前記受光素子の前記第２出力端子に接続された第２スイッチング素子と、
    上面が前記第２スイッチング素子の前記第４主端子に接続され、下面が前記封止部材の下面に露出した第２電極板と、
    をさらに備え、
    前記第１スイッチング素子の第１主端子及び制御端子は前記第１スイッチング素子の上面に設けられており、前記第１スイッチング素子の第２主端子は前記第１スイッチング素子の下面に設けられており、
    前記受光素子は前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の上方に配置された請求項１に記載の光結合装置。
  9. 前記発光素子のアノード端子に接続され、下面が前記封止部材の下面において露出した第３電極板と、
    前記発光素子のカソード端子に接続され、下面が前記封止部材の下面において露出した第４電極板と、
    をさらに備え
    前記第３電極板の下面、前記第４電極板の下面、及び、前記封止部材の下面は、同一平面を構成する請求項１～８のいずれか１つに記載の光結合装置。
  10. 前記封止部材の側面には金属製の部材が露出していない請求項１～９のいずれか１つに記載の光結合装置。
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