JPH06104804B2 - 光結合器の製造方法 - Google Patents

光結合器の製造方法

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JPH06104804B2 JP60502769A JP50276985A JPH06104804B2 JP H06104804 B2 JPH06104804 B2 JP H06104804B2 JP 60502769 A JP60502769 A JP 60502769A JP 50276985 A JP50276985 A JP 50276985A JP H06104804 B2 JPH06104804 B2 JP H06104804B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般的には2つの材料の面を接着する(bondin
g)方法に関し、さらに詳しくは光結合材料の面と光カ
プラのカプセル封じ材料の面とを接着してそれらの間に
ギャップが形成されるのを防止し、それにより空気およ
び湿気を排除し、その間を電流が流れないようにする方
法に関するものである。
背景技術 2つの重合材料の面を接着することを要約する産業的応
用の数は増加している。このような応用の1つは、コン
ピュータ、電源、遠距離通信およびコントローラのよう
なシステムにおいて電気的な絶縁に用いられる光カプラ
である。光カプラは通常、1つまたはそれ以上の電極に
電気的に接続された発光ダイオード(LED)、および1
つまたはそれ以上の付加的な電極に電気的に接続された
光検知ダイオードを含む。LED、光検知ダイオードおよ
び電極の一部は光結合材料に封入される。その光結合材
料は次にカプセル封じ材料に封入される。この光結合材
料は通常、透明のシリコンゲルを含み、それは、電極間
の電気的な絶縁を維持しながら、LEDから光検知ダイオ
ードへ光が自由に通過できるようにする。カプセル封じ
材料は通常、LEDからの光を透明ゲルの中へ反射し返
し、外部光源からの光が透明ゲルに達しないようにする
不透明エポキシを含む。カプセル封じ材料は外部機械力
に対する保護封止体としても働く。
しかし、光結合材料とカプセル封じ材料は組成が異な
り、15,000ボルトまたはそれ以上もの電圧が電極間に発
生するおそれがあるので、光結合材料およびカプセル封
じ材料の境界面に沿って電極間で電気的破壊が生じる。
光結合材料およびカプセル封じ材料は製造工程の間で加
熱され、光結合材料は普通、カプセル封じ材料の何倍も
大きな膨脹係数をもつことになる。従って、カプセル封
じ後の冷却の間、光結合材料はカプセル封じ材料より以
上に収縮して、これら2つの材料間の界面でギャップ
(空隙)を生じさせることになる。このギャップはガス
または空気を含み、光結合材料およびカプセル封じ材料
よりも低い絶縁耐力を有する。時間の経過によって、湿
気が電極に沿って2つの材料間の界面に、そしてギャッ
プの中へ凝縮し、それによって、電気的ブレークダウン
が生じる可能性がかなり増大する。
この電気的漏れ経路または分離の効果を減少する周知の
方法の1つは、2つの材料の間の界面にガラスフリット
のような絶縁耐力増強材層を備えることである。ガラス
粒子は不規則に置かるので、各ガラス粒子が両方の材料
に入っていく。しかし、この方法は接着の改良にはなら
ず、また、ギャップが2つの材料の境界にできるときは
電気的破壊を防ぐことにはならない。この方法は、電気
的漏れ経路長を増大させ、絶縁電圧が高くなる。空気お
よび湿気はギャップを満たし、電流に対して小さい抵抗
の経路がつくられる。このため、製造工程はかなり複雑
になる。
別の高知の方法は光結合材料の表面をざらざらにし、そ
れに沿って電流が流れるアーク長経路を増大することで
ある。しかし、この方法は、製造工程を増やし、かつ、
界面での2つの材料の接着性を増大させるものではな
い。
電気的破壊を減少させるさらに別の公知方法は、1つま
たはそれ以上の電極、LED、および光検知ダイオード上
に電気絶縁透明膜を設けるものである。しかし、この方
法では接着性が増大しない。製造上の複雑さが増し、空
気、湿気がなお、膜とカプセル封じ材料の間から、光結
合材料とカプセル封じ材料の間の境界に浸み込むことが
ある。
したがって、要求されるべきものは、2つの材料がお互
いから分離したり、空気や湿気がそれらの間の境界に沿
って浸透したり、さらに一方の電極から他方の電極へ境
界面に沿って電流が流れないようにするために、上記2
つの材料の表面を接着する方法である。
発明の要約 したがって、本発明の目的は、発光装置、検出器装置等
を光結合材料に封入し、その光結合材料をカプセル封じ
材料に封入させる光結合器において、光結合材料とカプ
セル封じ材料との接着力を増大させ、接着境界に沿って
空気と湿気ならびに電流が通ることを防止すると共に、
光結合器の降伏電圧を増大させることにある。
上記目的を達成するために、所定の距離関係にある第1
の支持部材および第2の支持部材、第1の支持部材の第
1の部分に取付けられた発光装置、および第2の支持部
材の第1の部分に取付けられた検出器装置を有し、かつ
前記発光装置、検出器装置および第1および第2の支持
部材の第1の部分を、非導電性で、かつ可視および非可
視スペクトル両方の放射線に対して透過性の結合材料内
に入れた光結合器の製造方法であって、前記結合材料の
外部表面に活性官能基が形成されるようにその表面を処
理してそれを活性化状態に保つ工程、および不透明なカ
プセル封じ材料内に前記結合材料を入れ、前記結合材料
の処理された外部表面が前記カプセル封じ材料との接着
を形成するようにする工程、を含む光結合器の製造方法
が提供される。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は添付図
面に関連した以下の詳細な説明からよく理解できるであ
ろう。
図面の簡単な説明 第1図は光結合器の断面図である。
第2図は、本発明を組み入れた光結合器の特性および公
知の光結合器の特性を示すグラフである。
発明の詳細な説明 第1図には本発明の利点を示す光結合器が示されてい
る。通常、発光ダイオード(LED)である発光装置11、
および通常、光検知ダイオードである検出装置12が支持
部材13および14上に所定の距離だけ離して配置されてい
る。支持部材13および14は、発光装置11および検出器装
置12への電気的接触を与える導電性リードフレームの部
分を含む。導電性リードフレームは複数個の導体要素を
含み、そこでは、発光装置11および検出装置12への各付
加的導体要素をともなった電気的接触は、それぞれ導体
15および16を介して行なわれる。
光結合材料17は発光装置11および検出装置12を取囲んで
おり、電気絶縁性を高め、それらの間の光の移送ができ
るようにする。「光」は、人間に可視のスペクトルと、
半導体材料が感じるまたは感じることのできる波長の両
方を含むものとする。光結合材料17は通常、シリコンゲ
ルのような透明ポリマを含むが、代りに、電気絶縁性を
高め、光の透過を可能にする透明エポキシ、ガラスまた
は他の適当な材料を含んでいてもよい。カプセル封じ材
料18は光結合材料17を囲み、機械的完全性を与えるとと
もに発光装置からの光を光結合材料に反射し返しかつ周
囲の光源からの光が光結合材料17に到達しないようにす
る。カプセル封じ材料18は通常、不透明な白い反射性の
エポキシからなる。光結合材料17とカプセル封じ材料18
の間の界面19は通常は、支持部材13および14の間の最低
絶縁耐力の通路となる。光結合材料17およびカプセル封
じ材料18は製造中170℃に加熱される。光結合材料17は
普通高い膨脹率を有しているから、冷却の間大きく収縮
する。強力に接着されていなければ、光結合材料17はカ
プセル封じ材料18から分離して、それぞれの面間にギャ
ップまたは空隙(voids)が残りやすくなる。そして、
やがては、空気や湿気(水分)が支持部材13および14の
表面に沿って界面19に浸み込んで、これらのギャップを
満すことになる。また、高電圧が支持部材13および14の
間に印加されると、電流は空気および水分を通して界面
19に沿って流れ、それによって絶縁抵抗が減少し、光結
合器の電圧降伏を引起すことがある。空気や水分は普通
は、光結合材料17およびカプセル封じ材料18より10倍低
い絶縁耐力しか有していない。
ここで説明する本発明は、支持部材13および14、LED11
および感光性ダイオード12を光結合材料17中に封入した
後、その光結合材料17の表面を処理して、界面19での化
学分子結合を増大させる方法を含むものである。2つの
材料の間に良好な接着を形成するのに重要な要素は結合
が起る2つの面の相互作用、すなわち、2つの面のお互
いに対する相互湿潤性(wettability)とともに、それ
らの間の接着力の強さである。光結合材料17が実質的に
硬化されると(cured)、外部表面は、シロキサンバッ
クボーン上にあるメチル(−CH3)基によって疎水的に
(hydrophobically)振舞う。両方とも性質が有機性で
多少湿潤が生じるけれども、カプセル封じ材料18と反応
するのに用いることのできる反応性地点(reactive si
tes)は非常に少ない。光結合材料17の表面の化学的性
質を変えることによって、カプセル封じ材料18の反応基
と結合できる反応基を形成できる。これによって、双方
の材料の相互性潤性が改良されるとともに両者の間に共
有結合が形成される。すなわち、本発明の方法は、第1
の材料の表面をその表面上に活性官能基が形成されるよ
うに処理し、その表面を活性状態に保つものである。カ
プセル封じ材料と化学的に作用することのできる官能基
はたとえば、ヒドロペルオキシ基、ヒドロキシル基、過
酸基、ホルミル基、カルボン酸基などである。処理は、
光結合材料17を紫外線(UV)光、炎、化学反応体、グロ
ーまたはコロナ放電、またはプラズマにさらすなど、い
くつかの方法の1つで実施できる。
好適実施例は紫外線を光結合材料17に与えるものであ
る。紫外線光はいくつかの方法のうちのいずれでも与え
ることができ、1つ以上の周波数を含むことができる。
しかし、254および185ナノメータ領域で紫外線を発する
低圧石英−水銀蒸気ランプで得られる紫外線光が極めて
良好な働きをする。紫外線光は照準線ごとに表面を処理
するので、接着をしたい全表面を覆うように照射されな
ければならない。この照射によって、表面に拡散するオ
ゾンが発生し、第2の材料との次の反応のためにその表
面に作用してそれを活性化する。光結合材料17の表面
は、しばらくの間、通常約15分間、約170℃で、この状
態に保たれ、その間に、カプセル封じ材料18が光結合材
料17の回りに配置される。共有電気化学結合が界面に形
成されるが、それは強力なものだから、冷却およびそれ
による収縮の間にもその界面は分離せず、その代りに圧
力点(stress points)は光結合材料17中に現われるこ
とになる。これによって、電圧降伏(voltage breakdo
wns)の可能性は極めて低くなる。
第2図は、支持部材13および14の両端に印加された電圧
に対して電圧降伏を生じた光結合器の割合を示す。線21
は従来公知の光結合器のプロットを示す。それ以下での
電圧降伏は受け入れられない米国規格、保証研究所(U
L)、すなわち、1,600ボルトは線22によって示される。
ヨーロッパ規格、ドイツ電気技師同盟(LDE)すなわち
3,700ボルトは線23で示される。従来公知の光結合器
は、1,000ボルトと8,000ボルトの間で大部分の降伏が起
ることがわかる。いくつかのブレークダウンがヨーロッ
パ規格の下で起っている。本発明の降伏のプロットは線
24で示される。大部分の降伏は14,000ボルトより上で起
っている、曲線21および24は、光結合器がしばらく熱や
湿気にさらされると左に移動すると思われる。しかし、
線24は12,000ボルトより左に移動することはないであろ
う。
次に述べる付加的な実施例は全部、第1の材料に拡散す
るオゾンを発生させて、表面に作用させて、酸化および
基発生によってこの表面を活性化する点において同じ態
様で実施される。第2の実施例は光結合材料17にプラズ
マを照射するものである。チャンバは約10-4トール(To
rr)以下に排気して空気および汚染物質を除去する。酸
素ガスをチャンバに入れる一方、電圧を2つの電極両端
に印加して酸素プラズマを発生させる。光結合材料は普
通約7分間プラズマ中に置かれていなければならない。
第3の実施例は光結合材料17をグロー放電にさらすもの
である。グロー放電は、通常周囲の空気によって分離さ
れた2つの絶縁電極間に絶縁電極の形状、およびそれら
の間のエアギャップに応じて約10,000〜20,000ボルトの
電圧を印加することによって発生させる。オゾンを電極
間に発生させて、そこに光結合材料17を置いたとき、そ
の表面に作用するようにする。
第4の実施例は光結合材料17の表面に炎を加えるもので
ある。炎、すなわち水素またはプロパンは、加熱された
材料の表面を活性化するに十分なエネルギを持たなけれ
ばならないし、ほんのミリ秒間だけ加えるべきである。
第5の実施例は、光結合材料17を化学反応体すなわち液
体ナトリウムに、その用いられる化学反応体に依存した
時間浸すものである。
上記の実施例はすべて第2図の線24に似た電圧降伏曲線
を生成する。
こうして、2つの重合体材料の面を接着する方法によっ
て製造された改良された光結合器が提供されたと思う。
生成された接着によって、材料が分離するのを防ぎ、そ
れによって空気、湿気および電流がそれらの間を流れる
のを防ぐ。本発明の方法によって製造された光結合器は
かなり高い電圧降伏を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエムペ・ホースト エー アメリカ合衆国アリゾナ州 85028、フエ ニツクス、ノース・39番ストリート 10202 (56)参考文献 特開 昭53−24731(JP,A) 特開 昭52−155636(JP,A) 特開 昭53−34875(JP,A) 特開 昭58−57443(JP,A) 特開 昭54−91341(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の距離関係にある第1の支持部材およ
    び第2の支持部材、第1の支持部材の第1の部分に取付
    けられた発光装置、および第2の支持部材の第1の部分
    に取付けられた検出器装置を有し、かつ前記発光装置、
    検出器装置および第1および第2の支持部材の第1の部
    分を、非導電性で、かつ可視および非可視スペクトル両
    方の放射線に対して透過性の結合材料内に入れた光結合
    器の製造方法であって、 前記結合材料の外部表面に活性官能基が形成されるよう
    にその表面を処理してそれを活性化状態に保つ工程、お
    よび 不透明なカプセル封じ材料内に前記結合材料を入れ、前
    記結合材料の処理された外部表面が前記カプセル封じ材
    料との接着を形成するようにする工程、を含む光結合器
    の製造方法。
  2. 【請求項2】前記処理工程は前記結合材料の表面をオゾ
    ンにさらす工程を含む請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記処理工程は前記結合材料の表面を紫外
    線にさらす工程を含む請求の範囲第1項に記載の方法。
JP60502769A 1984-08-31 1985-06-21 光結合器の製造方法 Expired - Lifetime JPH06104804B2 (ja)

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US06/646,290 US4645551A (en) 1984-08-31 1984-08-31 Method of making an octocoupler
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