JPH05218491A - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPH05218491A
JPH05218491A JP1900992A JP1900992A JPH05218491A JP H05218491 A JPH05218491 A JP H05218491A JP 1900992 A JP1900992 A JP 1900992A JP 1900992 A JP1900992 A JP 1900992A JP H05218491 A JPH05218491 A JP H05218491A
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JP
Japan
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light emitting
light
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emitting element
face
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JP1900992A
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English (en)
Inventor
Kenji Nishinakagawa
憲司 西中川
Masumi Nakamichi
眞澄 中道
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の利用効率を上げる。 【構成】 透光性の一次モールド体25を楕円形状と
し、その周面に反射膜27を形成し、発光素子10と受
光素子11とを一次モールド体25の楕円焦点P1,P
2に配置する。 【効果】 発光素子10と受光素子11との絶縁性を高
めるために離間させても、発光素子からの光を受光素子
へ充分に収束し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合装置に関し、特
に耐熱性樹脂基板上に金属メツキで配線を施したメタル
リードフレームレス構造を有し、表面実装型の光結合装
置に係る。
【0002】
【従来の技術】図10に従来の光結合装置(フオトカプ
ラ)の断面構造を示す。図10のように導電性のある金
属に錫メツキを施したリードフレーム1,2の先端に、
発光素子(LEDチツプ)3と、受光素子(フオトトラ
ンジスタもしくはフオトダイオードチツプ)4とをそれ
ぞれ銀ペースト等でダイボンドし、その後、金ワイヤー
等でワイヤーボンデイングを施し、発光素子3と受光素
子4を対向して配置し、さらに透光性樹脂5で一次モー
ルド後、リードフレームの保護と外乱光の遮光のために
遮光性樹脂6を二次モールドしていた。
【0003】また、両素子3,4は、一般に応力に対し
て結晶構造的に敏感であるため、透光性樹脂5による一
次モールド実施に伴う応力によりメタルリードフレーム
1,2とモールド樹脂5との間が剥離したり、樹脂5に
クラツクが発生することがある。これを抑えるため、透
光性樹脂5として受発光両素子3,4やリードフレーム
1,2の熱膨張係数を極力合わせるためにガラス粉末な
どのフイラーを樹脂5の中に混入していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図10に示す光結合装
置において、発光素子3より出射される光は指向性をも
たず広がるため、受光素子4に入射する光の量は、その
受光面積と、受発光素子間の距離により決定される。
【0005】しかし、光の利用効率を上げるために受光
素子を大きくすると高速化が図れないという問題が生
じ、更に距離を近づけると絶縁耐圧がとれないという問
題が生じる。具体的に、チツプサイズ0.63mm×0.
80mmの受光素子を用いて、受発光素子3,4間の距
離を0.5mmとしてシミユレーシヨンした結果、発光
素子3から出射された光の約30%が受光素子4に入射
されるにすぎない。また、受発光素子3,4間には透光
性樹脂5による一次モールドが実施されているが、その
樹脂の中にはフイラーが混入されている。このフイラー
と樹脂5との屈折率が異なるため、発光素子3から出射
される光が散乱し、受光素子4に入射する光量は、フイ
ラーが混入されていない時の光量よりも更に少なくな
り、光の利用効率が低下する。
【0006】本発明は、上記課題に鑑み、発光素子から
出射される光を受光素子に集光することにより、光の利
用効率を向上させ得る光結合装置を作ることを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明請求項1による課
題解決手段は、図1,2の如く、発光素子10と受光素
子11とが光学的に結合するよう配置され、これらが透
光性樹脂により封止されて一次モールド体25が形成さ
れ、さらに遮光性樹脂により封止されて二次モールド体
28が形成された光結合装置において、前記発光素子1
0の発光面と受光素子11の受光面とが同方向に向けて
配置され、該発光素子10の発光面および受光素子11
の受光面に対向する一次モールド体25と二次モールド
体28の境界面に発光素子10からの光を受光素子11
に反射させる反射面26が形成され、該反射面26は断
面楕円形に形成され、前記発光素子10の発光面は一側
の反射面26の楕円焦点P1に配置され、前記受光素子
11の受光面は他側の反射面26の楕円焦点P2に配置
されたものである。
【0008】本発明請求項2による課題解決手段は、請
求項1記載の発光素子10および受光素子11は、配線
パターン16,17,18,19が形成された基板12
の同一面上に搭載されたものである。
【0009】
【作用】上記請求項1による課題解決手段において、一
方の焦点P1位置に搭載された発光素子10からの光
は、金属反射膜27をつけた楕円形状の反射面26で反
射され、他方の焦点P2位置に搭載された受光素子11
に効率良く集光される。そうすると、発光素子10から
出た光が指向性を持たずに広がつていても、他方の焦点
P2位置に確実に集光される。しかも、発光素子10と
受光素子11との間の距離が大となるので、両者間の絶
縁耐圧が向上する。
【0010】請求項2では、発光素子10および受光素
子11を、配線パターン16,17,18,19を施し
た基板12の裏面に搭載することにより、従来用いてい
た金属製のリードフレームを省略できる。そのため、各
部材間の熱膨張係数の差を減少できる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す光結合装置の
断面図、図2は同じくそのA−A断面図、図3は基板の
斜視図、図4は基板の平面図、図5は基板の側面図、図
6は基板の底面図である。
【0012】本実施例の光結合装置(フオトカプラ)
は、発光素子10と受光素子11とが耐熱性樹脂基板1
2上に並置搭載された横置型光結合装置である。
【0013】前記耐熱性樹脂基板12は、液晶ポリマー
等の耐熱性のエンジニアリング・プラスチツクからな
り、図3〜6のようにAlやNiなどで配線パターン1
6,17,18,19が施されている。この配線パター
ン16〜19は、耐熱性樹脂基板12の側面のスルーホ
ール21を通り、基板12の裏面まで引き回され、表面
実装時の電極(半田パツド)として利用される。このう
ち、配線パターン16,17は発光素子10に接続さ
れ、配線パターン18,19は受光素子11に接続され
る。該基板12の上面には、後述の一次モールド体25
および二次モールド体28との密着性を高めるための凹
部23a,23bが形成されている。該凹部23a,2
3bの側面は、垂直もしくは逆テーパ状とされている。
また、基板12の上壁面や凹部23a,23bの内壁面
は梨地状とされ、一層の密着力が確保されている。
【0014】前記発光素子10は配線パターン16のヘ
ツダ部16aにダイボンドされ、金線等のボンデイング
ワイヤーで配線パターン17に結線される。受光素子1
1も同様に配線パターン18のヘツダ部18aにダイボ
ンドされ、ボンデイングワイヤーで配線パターン19に
結線される。また、受発光両素子10,11は耐熱性樹
脂基板12上で中央の凹部23a,23bを介して1m
m以上離して搭載され、これにより絶縁耐圧の向上が図
られている。さらに、受発光素子10,11間を凹形に
することにより、側面距離も大きくすることができる。
【0015】前記基板12上の各素子10,11の周囲
には、透光性樹脂を用いてトランスフアーモールドまた
はインジエクシヨンモールドにより一次モールド体25
が形成されている。該一次モールド体25は、厚み0.
8mmの側面視楕円形状とされ、その第一焦点P1およ
び第二焦点P2が1mm以上離間するよう、長径と短径
の差は大とされている。そして、該各焦点P1,P2に
は、前記発光素子10の発光面と受光素子11の受光面
とが夫々配置される。
【0016】該一次モールド体25の外周面には、A
l,Au,Cu等を用いて、スパツタ法や蒸着法または
メツキ法により反射率の高い金属反射膜27が形成さ
れ、これにて一次モールド体25の外周面は、光沢のあ
る反射面26とされている。該金属反射膜27は、基板
上の回路部分をマスキングして塗布される。該金属反射
膜27は、前記一次モールド体25にしたがつて楕円形
状とされることにより、発光素子10から出た光を受光
素子11に集光する機能を有する。
【0017】該金属反射膜27および一次モールド体2
5の周囲は、外乱光を遮蔽する目的と、光ガイドの周囲
に作られた金属の反射膜を保護する目的から、遮光性樹
脂にてトランスフアーモールド手法により二次モールド
体28が形成されている。
【0018】上記構成の光結合装置において、第一焦点
P1の位置に搭載された発光素子10から出た光は、第
二焦点P2に搭載されている受光素子11に集められ
る。これにより、従来の対向型の光結合装置の光利用率
が約30%なのに比べ、本実施例では約46%となり、
利用率を約1.5倍も向上し得る。
【0019】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
【0020】例えば、上記実施例では、図2の如く、一
次モールド体25および二次モールド体28を断面視角
形状としていたが、半楕円球状に形成して、第二焦点P
2への集光力をさらに高めてもよい。
【0021】また、反射膜は金属の反射膜だけでなく、
光ガイドの内部とその周辺部の屈折率を調整すること
で、光ガイド外部への光の漏れを防止してもよいことは
勿論のことである。
【0022】さらに上記実施例では各電極用に1つのス
ルーホール21が必要であつたのに対し、図7〜9の如
く、隣のパターンのスルーホールとを共用しスルーホー
ルの数を減らすことも可能である。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項1によると、発光素子の発光面と受光素子の受光面
とを同方向に向けて配置し、一次モールド体と二次モー
ルド体の境界面に反射膜を有する断面楕円形の反射面を
形成し、発光素子の発光面と、受光素子の受光面とを、
反射面の各楕円焦点に夫々配置しているので、発光素子
からの光が拡散しても、全ての光が幾何学的に受光素子
の受光面に収束する。したがつて、光の利用効率が向上
し、わずかな光量でも光結合動作を安定的に達成し得
る。しかも、発光素子と受光素子との間の距離が大とな
るので、両者間の絶縁耐圧の向上が図れる。
【0024】本発明請求項2によると、一枚の基板上に
受発光素子を搭載するので、両素子を同一平面に位置決
めでき、これらの光学的位置精度を向上できる。
【0025】また、従来のメタルリードフレーム構造に
比べて、対半田リフロー性等を向上し得、さらに各部材
間の熱膨張係数を均質化できることにより信頼性を向上
し得ると共に自動化への対応が容易になるといつた優れ
た効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す光結合装置の断面図
【図2】図1のA−A断面図
【図3】本発明の一実施例の基板の斜視図
【図4】本発明の一実施例の基板の平面図
【図5】本発明の一実施例の基板の側面図
【図6】本発明の一実施例の基板の底面図
【図7】本発明の他の実施例の基板の平面図
【図8】本発明の他の実施例の基板の側面図
【図9】本発明の他の実施例の基板の底面図
【図10】従来の光結合装置の断面図
【符号の説明】
10 発光素子 11 受光素子 12 基板 16〜19 配線パターン 25 一次モールド体 26 反射面 27 反射膜 28 二次モールド体 P1,P2 楕円焦点

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と受光素子とが光学的に結合す
    るよう配置され、これらが透光性樹脂により封止されて
    一次モールド体が形成され、さらに遮光性樹脂により封
    止されて二次モールド体が形成された光結合装置におい
    て、前記発光素子の発光面と受光素子の受光面とが同方
    向に向けて配置され、該発光素子の発光面および受光素
    子の受光面に対向する一次モールド体と二次モールド体
    の境界面に発光素子からの光を受光素子に反射させる反
    射面が形成され、該反射面は断面楕円形に形成され、前
    記発光素子の発光面は一側の反射面の楕円焦点に配置さ
    れ、前記受光素子の受光面は他側の反射面の楕円焦点に
    配置されたことを特徴とする光結合装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の発光素子および受光素子
    は、配線パターンが形成された基板の同一面上に搭載さ
    れたことを特徴とする光結合装置。
JP1900992A 1992-02-04 1992-02-04 光結合装置 Pending JPH05218491A (ja)

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