JPH10154826A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受発光素子間の遮光壁を不要として、小型化
を図る。 【解決手段】 受光素子２３の非受光領域２２に配線パ
ターン３０が形成され、配線パターン３０上に電流狭窄
型発光素子２０が搭載され、受光素子２３がパッケージ
２６の凹部２５内に収納され、受光素子２３が受光素子
用外部接続パターン２７に搭載され、発光素子２０が発
光素子用外部接続パターン２８と結線され、受光素子２
３上の配線パターン３０がコモン外部接続パターン２９
と結線され、凹部２５が透光性樹脂２４で封止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子とを光学的に結合させ、発光素子から光を放射し、そ
の光を受光素子で受光することにより、被検出物の有
無、被検出物の変動あるいは被検出物の通過を検出する
光結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子から光を放射し、接近する被検
出物からの反射光を受光素子で受光することにより被検
出物の有無、被検出物の変動を検出する反射型光結合装
置を図６に示す。液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂からな
るＭＩＤパッケージ１に形成された発光用凹部２および
受光用凹部３に、発光素子４および受光素子５をそれぞ
れ収納する。発光素子４および受光素子５は、メッキ等
により形成された凹部３内から側面を経て底面に至る複
数の配線パターン６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにそれぞれダ
イボンドされ、金線７によりワイヤボンドされて配線接
続が行われ、それぞれの凹部２，３をポッティング樹脂
８により樹脂封止する。そして、発光素子４と受光素子
５の間には、発光素子４より放射される光の回り込みを
防ぐために遮光壁９を設ける。なお、各配線パターン６
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、それぞれアノード用外部出力
端子、カソード用外部出力端子、エミッタ用外部出力端
子、コレクタ用外部出力端子となる。

【０００３】他の反射型光結合装置を図７に示す。発光
素子４および受光素子５をリードフレーム１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄにダイボンド、ワイヤボンドにて配
線接続を行った後、トランスファーモールドにより発光
素子４および受光素子５を個別に樹脂封止して１次モー
ルド体１１ａ，１１ｂを形成する。その後、インジェク
ション成形またはトランスファー成形により各１次モー
ルド体１１ａ，１１ｂの外周を覆って２次モールド体１
２を形成し、発光素子４より放射される光の回り込みを
防ぐために遮光壁１３を設ける。

【０００４】また、被検出物の通過路を挟んで発光素子
と受光素子とを対向配置し、発光素子からの光が受光素
子に入射するか否かで被検出物の通過を検出する透過型
光結合装置を図８に示す。発光素子４および受光素子５
をリードフレーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに個
別にダイボンド、ワイヤボンドを行い、独立した受発光
素子４，５を覆うようにインジェクションモールドによ
りモールド体１５を形成する。あるいは受発光素子４，
５をそれぞれモールドして、外装ケースに収納する。そ
して、発光素子４より放射される光の回り込みを防ぐた
めに、リードフレーム１０ｂにカップ１６を形成して、
カップ１６内に発光素子４を搭載したり、あるいは外装
ケースに遮光壁または拡散壁を設ける。なお、図中、１
７は被検出物通過用の隙間、１８は光路である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光結合装置
では、発光素子と受光素子との間に、発光素子より放射
される光の回り込みを防ぐために遮光壁等を設ける必要
がある。このように、受発光素子を個別に配置する構造
では、遮光壁等のスペースが必要となるため、光結合装
置の小型化に限界があった。

【０００６】そこで、本発明は、上記に鑑み、発光素子
より放射される光の回り込みを防ぐための遮光壁を不要
とした構造にすることにより、小型化を可能とした光結
合装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、反射型光結合装置の場合、電流狭窄型発光素子
と、表面に受光領域および非受光領域を有する受光素子
とを備え、受光素子の非受光領域に外部出力端子と結線
される配線パターンが形成され、配線パターン上に発光
素子が搭載され、受光素子が基板に搭載され、受発光素
子が透光性樹脂で封止されたものである。

【０００８】基板として、凹部を有するパッケージを用
いたとき、受光素子が凹部内に収納され、凹部が透光性
樹脂で封止される。プリント配線板を用いたとき、プリ
ント配線板上に透光性樹脂による透光性樹脂体が形成さ
れる。なお、プリント配線板とは、絶縁基板の表面に導
体パターンを導電性材料で形成固着したもので、例えば
ＣＯＢ基板、フレキシブル配線基板等である。

【０００９】搭載用リードフレームを用いたとき、これ
と並置された結線用リードフレームを設け、発光素子お
よび受光素子上の配線パターンが結線用リードフレーム
と結線され、各リードフレームを透光性樹脂によって封
止した透光性樹脂体が形成される。

【００１０】そして、基板に、受光素子用外部接続パタ
ーン、発光素子用外部接続パターンおよびコモン外部接
続パターンが形成され、受光素子が受光素子用外部接続
パターンに搭載され、発光素子が発光素子用外部接続パ
ターンと結線され、受光素子上の配線パターンがコモン
外部接続パターンと結線されることにより、外部出力端
子を４本から３本へと減らすことができる。

【００１１】また、透光性樹脂体を形成するとき、集光
用レンズを形成することができる。したがって、光結合
装置の距離特性の変更を容易にでき、任意の距離特性が
得られる。

【００１２】透過型光結合装置の場合では、電流狭窄型
発光素子と、表面に受光領域および非受光領域を有する
受光素子とを備え、受光素子の非受光領域に外部出力端
子と結線される配線パターンが形成され、配線パターン
上に発光素子が搭載され、受光素子が基板に搭載され、
受発光素子を透光性樹脂により封止した透光性樹脂体が
形成され、透光性樹脂体に被検出物通過用の隙間が形成
され、発光素子からの光が隙間を通過して受光素子に達
するように透光性樹脂体によって受発光素子が光学的に
結合されるものである。

【００１３】このように、電流狭窄型発光素子を用いる
ことにより、発光素子から放射される光の回り込みを防
ぐための遮光壁等を廃止することができ、反射型、透過
型を問わず受発光素子を１つの基板に配置することが可
能となる。したがって、光結合装置の小型化を容易に実
現できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）本実施形態の反射型光結合装置は、図
１に示すように、電流狭窄型発光素子２０と、表面に受
光領域２１および非受光領域２２を有する受光素子２３
とを備え、受光素子２３の非受光領域２２上に発光素子
２０が搭載され、受光素子２３が基板に搭載され、受発
光素子２０，２３が透光性樹脂２４で封止されている。

【００１５】基板は凹部２５を有するＭＩＤパッケージ
２６とされ、このパッケージ２６は遮光性を有し、かつ
メッキ加工性、耐熱性を有する液晶ポリマー等の樹脂を
射出成形法により形成される。なお、パッケージ２６の
材料としては、セラミックス等の絶縁性材料でもよい。

【００１６】パッケージ２６には、受光素子用外部接続
パターン２７、発光素子用外部接続パターン２８および
コモン外部接続パターン２９が金属メッキ処理により形
成され、それぞれ凹部２５の底面から内壁面を通り、パ
ッケージ２６の側面から裏面まで引き回しされている。

【００１７】発光素子２０は、エピタキシャル成長によ
り形成した通常の発光素子４ではなく、放射角の狭い電
流狭窄型のものが使用される。通常の発光素子４では、
図２（ａ）に示すように、横方向に放射する光の量がか
なり多いが、電流狭窄型発光素子２０では、図２（ｂ）
に示すように、光を前方の一方向に集中して放射し、横
方向には放射しない。

【００１８】受光素子２３では、その表面の一部を遮光
性ポリイミド等による被覆を施して、絶縁、遮光するこ
とにより非受光領域２２が形成され、その他の領域が受
光領域２１およびアルミニウム等の導電性材料による配
線パターン３０が形成された領域となる。

【００１９】そして、受光素子２３が受光素子用外部接
続パターン２７に搭載され、発光素子２０が発光素子用
外部接続パターン２８と結線され、受光素子２３上の配
線パターン３０がコモン外部接続パターン２９と結線さ
れる。したがって、図１（ｃ）に示すような内部結線と
なり、受光素子用外部接続パターン２７がコレクタ用外
部出力端子、発光素子用外部接続パターン２８がアノー
ド用外部出力端子、コモン外部接続パターン２９がコモ
ン用外部出力端子となる。

【００２０】次に、上記の光結合装置の製造方法を説明
する。まず、受光素子用外部接続パターン２７、発光素
子用外部接続パターン２８およびコモン外部接続パター
ン２９が形成されたパッケージ２６の凹部２５内におい
て、受光素子２３を銀ペースト等の導電性接着剤により
受光素子用外部接続パターン２７上に固定する。さらに
受光素子２３の配線パターン３０上に発光素子２０を銀
ペースト等により固定する。その後、金線３１にて発光
素子２０の発光領域３２外に形成されたパッド３３を発
光素子用外部接続パターン２８にワイヤボンディング
し、配線パターン３０上のパッド３４とコモン外部接続
パターン２９とを金線３１にてワイヤボンディングし
て、配線接続を行う。そして、受発光素子２０，２３お
よび金線３１の保護のために赤外光を透過するエポキシ
樹脂等の透光性ポッティング樹脂２４を樹脂注型により
封止して、光結合装置が完成する。

【００２１】このような表面実装型光結合装置におい
て、発光素子から放射される光は前方に向かい、横方向
には向かないので、受光素子よりも前方に配置された発
光素子から放射される光は、受光素子にまで回り込むこ
とはない。そのため、受発光素子間に遮光壁を設けなく
ても、被検出物がないときに発光素子より放射される光
の回り込みを低減できる。したがって、１つのパッケー
ジ内に発光素子および受光素子を配置することが可能と
なり、容易に小型化を達成でき、実装面積を少なくする
ことができる。

【００２２】すなわち、従来の図６に示す光結合装置の
外形寸法は、長さ、幅、高さが４×３×１．７（ｍｍ）
であるのに対し、本実施形態の光結合装置では、３．２
×１．６×２（ｍｍ）となり、大幅に小型化されている
ことがわかる。

【００２３】また、外部出力端子が３本で済むので、従
来の４本の場合に比べて光結合装置を実装する基板の配
線を簡略化することができる。

【００２４】なお、電流狭窄型発光素子の代わりに通常
の発光素子を用いても上記効果を達成することはでき
る。ただし、この場合、遮光壁を設ける代わりに、受光
素子の非受光領域に凹みを形成し、この凹みに発光素子
を搭載し、凹みの壁面を遮光材料で覆い、光を遮光する
とともに前方に反射させるようにしておく必要があり、
電流狭窄型発光素子を用いるときに比べて受光素子の表
面処理に時間がかかる。

【００２５】（第２実施形態）本実施形態の反射型光結
合装置では、図３に示すように、ＣＯＢ構造とされ、基
板にＣＯＢ基板４０を使用し、ＣＯＢ基板４０上に透光
性樹脂による透光性樹脂体４１が形成されている。

【００２６】ＣＯＢ基板４０として、ガラスエポキシ基
板、フレキシブル基板、セラミックス基板等が用いら
れ、受光素子用外部接続パターン２７、発光素子用外部
接続パターン２８およびコモン外部接続パターン２９が
金属メッキ処理により形成され、それぞれ表面から裏面
まで引き回しされている。なお、その他の構成は上記第
１実施形態と同じである。

【００２７】そして、ＣＯＢ基板４０の受光素子用外部
接続パターン２７上に、受光素子２３を銀ペースト等の
導電性接着剤により固定する。さらに受光素子２３の配
線パターン３０上に発光素子２０を銀ペースト等により
固定する。その後、金線３１にて発光素子２０のパッド
３３を発光素子用外部接続パターン２８にワイヤボンデ
ィングし、配線パターン３０のパッド３４とコモン外部
接続パターン２９とを金線３１にてワイヤボンディング
して、配線接続を行う。次に、受発光素子２０，２３お
よび金線３１の保護のために、ＣＯＢ基板４０の表面側
に赤外光を透過するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂ある
いは熱可塑性樹脂によりトランスファーモールドあるい
は射出成形を行い、透光性樹脂体４１を形成することに
より封止し、光結合装置が完成する。

【００２８】このような表面実装型光結合装置において
も、第１実施形態のものと同様に受発光素子間に遮光壁
を設けなくても、被検出物がないときに発光素子より放
射される光の回り込みを低減できる。したがって、１つ
の基板に発光素子および受光素子を配置することが可能
となり、容易に小型化を達成でき、実装面積を少なくす
ることができる。

【００２９】さらに、透光性樹脂体４１を形成すると
き、同時に集光用レンズ４２を形成することも可能であ
る。このレンズ４２は、発光素子２０の前方にのみ設け
てもよく、受光素子２３の前方にのみ設けてもよく、あ
るいは受発光素子２０，２３の前方に設けてもよい。こ
れによって、発光素子２０から放射される光を集光して
遠くまで到達させることが可能となったり、遠くからの
光を集光して受光素子２３に導くことが可能となり、距
離特性の変更を容易に行え、任意の焦点距離を持つ反射
型光結合装置を提供することができる。

【００３０】（第３実施形態）本実施形態の反射型光結
合装置では、図４に示すように、基板が搭載用リードフ
レーム４５とされ、これと並置された一対の結線用リー
ドフレーム４６，４７が設けられ、各リードフレーム４
６，４７を透光性樹脂によって封止した透光性樹脂体４
８が形成されている。一方の結線用リードフレーム４６
は、アノード用外部出力端子となり、他方の結線用リー
ドフレーム４７は、コモン用外部出力端子となる。な
お、その他の構成は、第２実施形態と同じである。

【００３１】そして、受光素子２３を搭載用リードフレ
ーム４５上に銀ペースト等の導電性接着剤により固定す
る。さらに受光素子２３の配線パターン３０上に発光素
子２０を銀ペースト等により固定する。その後、金線３
１にて発光素子２０のパッド３３を一方の結線用リード
フレーム４６にワイヤボンディングし、配線パターン３
０のパッド３４と他方の結線用リードフレーム４７とを
金線３１にてワイヤボンディングして、配線接続を行
う。次に、受発光素子２０，２３および金線３１の保護
のために、赤外光を透過するエポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂あるいは熱可塑性樹脂によりトランスファーモール
ドあるいは射出成形を行い、各リードフレーム４５，４
６，４７の端部が突出するように透光性樹脂体４８を形
成することにより封止し、光結合装置が完成する。

【００３２】このような光結合装置においても、第１実
施形態のものと同様に受発光素子間に遮光壁を設けなく
ても、被検出物がないときに発光素子より放射される光
の回り込みを低減できる。したがって、１つのリードフ
レームに発光素子および受光素子を配置することが可能
となり、容易に小型化を達成できる。

【００３３】（第４実施形態）本実施形態の透過型光結
合装置では、図５に示すように、第２実施形態と同様な
ＣＯＢ構造とされ、受発光素子２０，２３を透光性樹脂
により封止した透光性樹脂体５０が形成されている。こ
の透光性樹脂体５０に被検出物通過用の隙間５１が形成
され、発光素子２０からの光が隙間５１を通過して受光
素子２３に達するように透光性樹脂体５０によって受発
光素子２０，２３が光学的に結合される。

【００３４】すなわち、透光性樹脂体５０の形状は、第
２実施形態のものでは直方体状であるが、本実施形態で
は、受発光素子２０，２３の前方に光路５２を形成する
ためのライトガイド５３が突出形成されており、両ライ
トガイド５３の間が被検出物通過用の隙間５１となる。

【００３５】ライトガイド５３の前面は光を反射させる
ために傾斜しており、ライトガイド５３の表面において
少なくともこの前面には金属蒸着あるいは高反射率のイ
ンクの塗布等により反射膜５４が形成されている。な
お、外乱光や光の漏れを防止するために、ライトガイド
５３の互いに対向する面を除く表面を遮光性樹脂あるい
は遮光ケースといった遮光体、上記の反射膜５４で覆っ
てもよい。

【００３６】このように、透過型光結合装置において
も、第１実施形態のものと同様に受発光素子間に遮光壁
を設けなくても、被検出物がないときに発光素子より放
射される光の回り込みを低減できる。したがって、１つ
の基板に発光素子および受光素子を配置することが可能
となり、容易に小型化を達成でき、実装面積を少なくす
ることができる。

【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。第１実
施形態の光結合装置において、パッケージの凹部に透光
性樹脂を注型するとき、レンズを形成したり、ライトガ
イドを形成してもよい。また、第４実施形態の光結合装
置において、基板をリードフレームとしたものに適用し
てもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、電流狭窄型発光素子を使用することにより、受
光素子の非受光領域にこの発光素子を搭載しても発光素
子から放射される光の回り込みを防ぐための遮光壁を設
ける必要がなくなり、１つの基板に受発光素子を配置す
ることができ、反射型、透過型に関係なく光結合装置の
小型化を容易に達成できる。

【００３９】しかも、凹部を有するパッケージあるいは
プリント配線板といった基板に受光素子を搭載すると、
リード端子が不要となり、光結合装置の実装面積を小さ
くすることができる。

【００４０】また、透光性樹脂によって受発光素子を封
止するとき、集光用レンズを形成することにより、距離
特性の変更を容易にでき、任意の焦点距離を持つ光結合
装置を得ることができる。

【００４１】さらに、発光素子が搭載される受光素子上
の配線パターンをコモン外部接続パターンと結線するこ
とにより、外部出力端子を共通にすることができ、端子
数を４本から３本へと減らすことができ、光結合装置が
搭載される基板の配線パターンを簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の反射型光結合装置を示し、
（ａ）は上面から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見
た内部透視図、（ｃ）は内部結線図

【図２】（ａ）は通常の発光素子の放射分布を示す図、
（ｂ）は電流狭窄型発光素子の放射分布を示す図

【図３】第２実施形態の反射型光結合装置を示し、
（ａ）は上面から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見
た内部透視図

【図４】第３実施形態の反射型光結合装置を示し、
（ａ）は上面から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見
た内部透視図

【図５】第４実施形態の透過型光結合装置を示し、
（ａ）は上面から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見
た内部透視図

【図６】従来の反射型光結合装置を示し、（ａ）は上面
から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見た内部透視
図、（ｃ）は内部結線図

【図７】他の従来の反射型光結合装置を示し、（ａ）は
上面から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見た内部透
視図

【図８】従来の透過型光結合装置を示し、（ａ）は上面
から見た内部透視図、（ｂ）は側面から見た内部透視図

【符号の説明】

２０ 発光素子 ２１ 受光領域 ２２ 非受光領域 ２３ 受光素子 ２４ 透光性樹脂 ２５ 凹部 ２６ パッケージ ２７ 受光素子用外部接続パターン ２８ 発光素子用外部接続パターン ２９ コモン外部接続パターン ３０ 配線パターン ４０ ＣＯＢ基板 ４１，４８ 透光性樹脂体 ４５ 搭載用リードフレーム ４６，４７ 結線用リードフレーム

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流狭窄型発光素子と、表面に受光領域
   および非受光領域を有する受光素子とを備え、前記受光
   素子の非受光領域に外部出力端子と結線される配線パタ
   ーンが形成され、該配線パターン上に前記発光素子が搭
   載され、前記受光素子が基板に搭載され、受発光素子が
   透光性樹脂で封止されたことを特徴とする光結合装置。
2. 【請求項２】 基板が凹部を有するパッケージとされ、
   受光素子が前記凹部内に収納され、該凹部が透光性樹脂
   で封止されたことを特徴とする請求項１記載の光結合装
   置。
3. 【請求項３】 基板がプリント配線板とされ、該プリン
   ト配線板上に透光性樹脂による透光性樹脂体が形成され
   たことを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
4. 【請求項４】 透光性樹脂体に集光用レンズが形成され
   たことを特徴とする請求項２または３記載の光結合装
   置。
5. 【請求項５】 基板に、受光素子用外部接続パターン、
   発光素子用外部接続パターンおよびコモン外部接続パタ
   ーンが形成され、受光素子が前記受光素子用外部接続パ
   ターンに搭載され、発光素子が前記発光素子用外部接続
   パターンと結線され、前記受光素子上の配線パターンが
   前記コモン外部接続パターンと結線されたことを特徴と
   する請求項２，３または４記載の光結合装置。
6. 【請求項６】 基板が搭載用リードフレームとされ、こ
   れと並置された結線用リードフレームが設けられ、発光
   素子および受光素子上の配線パターンが前記結線用リー
   ドフレームと結線され、各リードフレームを透光性樹脂
   によって封止した透光性樹脂体が形成されたことを特徴
   とする請求項１記載の光結合装置。
7. 【請求項７】 電流狭窄型発光素子と、表面に受光領域
   および非受光領域を有する受光素子とを備え、前記受光
   素子の非受光領域に外部出力端子と結線される配線パタ
   ーンが形成され、該配線パターン上に前記発光素子が搭
   載され、前記受光素子が基板に搭載され、受発光素子を
   透光性樹脂により封止した透光性樹脂体が形成され、該
   透光性樹脂体に被検出物通過用の隙間が形成され、前記
   発光素子からの光が前記隙間を通過して前記受光素子に
   達するように前記透光性樹脂体によって受発光素子が光
   学的に結合されたことを特徴とする光結合装置。