JPH1093131A - 多方向光結合器 - Google Patents

多方向光結合器

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JPH1093131A
JPH1093131A JP23783497A JP23783497A JPH1093131A JP H1093131 A JPH1093131 A JP H1093131A JP 23783497 A JP23783497 A JP 23783497A JP 23783497 A JP23783497 A JP 23783497A JP H1093131 A JPH1093131 A JP H1093131A
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light
emitter
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coupled
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Bliss John
ジョン・ブリス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価で複雑な多層メタライゼーション方式を
必要としない多方向光結合器を提供する。 【解決手段】 多方向光結合器は、アセンブリ基板（１
１），アセンブリ基板（１１）の第１領域に結合された
エミッタ（２０），アセンブリ基板（１１）の第２領域
に結合された別のエミッタ（２１），アセンブリ基板
（１１）の第３領域に結合された検出器（２３），アセ
ンブリ基板（１１）の第４領域に結合された別の検出器
（２２），エミッタ（２０）および検出器（２３）を結
合し、エミッタ（２０）および検出器（２３）が所定方
向（２６）の第１信号を送信および受信するように構成
する光透過性領域（２４），ならびに別のエミッタ（２
１）および別の検出器（２２）を結合し、別のエミッタ
（２１）および別の検出器（２２）が異なる方向（２
７）の第２信号を送信および受信するように構成する別
の光透過性領域（２５）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に光電素子
に関し、更に特定すれば光結合器(optocoupler)に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電子システムの異なる部分間には、電圧
の分離(voltage isolation) が必要な場合が多い。電圧
分離を設けるためには、典型的に、マイクロコントロー
ラ及び複数の光アイソレータまたは光結合器が用いられ
ており、光分離器または光結合器の各々は、単一の光チ
ャネル即ち経路を有する。しかしながら、複数の光結合
器を電気的にマイクロコントローラに結合するために
は、高価でしかも複雑な多層メタライゼーション方式(m
ulti-layer metallization system)が必要となる。更
に、複数の光結合器を使用すると、電子システムを実装
するアセンブリ基板の大型化を招くことになる。
【０００３】アセンブリ基板および電子システムの小型
化を図るために、複数の単一チャネルを有する光結合器
を、単一の方向に信号を伝導する複数の光チャネルを有
する単一の光結合器と交換することが可能である。しか
しながら、この単一光結合器をマイクロコントローラに
電気的に結合するためには、高価で複雑な多層メタライ
ゼーション方式が未だ必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、高価で複
雑な多層メタライゼーション方式の必要性を無くする光
結合器が必要とされている。かかる光結合器は、価格効
率的であり、この光結合器の製造プロセスは、既存の光
結合器の製造技法との適合性がなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、高価で複雑な
多層メタライゼーション方式を必要としない多方向光結
合器を提供する。この多方向光結合器は、アセンブリ基
板，アセンブリ基板の第１領域に結合されたエミッタ，
アセンブリ基板の第２領域に結合された別のエミッタ，
アセンブリ基板の第３領域に結合された検出器，アセン
ブリ基板の第４領域に結合された別の検出器，エミッタ
および検出器を結合し、エミッタおよび検出器が所定の
方向の第１信号を送信および受信するように構成する光
透過性領域，ならびに別のエミッタおよび別の検出器を
結合し、別のエミッタおよび別の検出器が異なる方向の
第２信号を送信および受信するように構成する別の光透
過性領域を含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、電子素子１０の等幅図で
ある。素子１０は、例えば、光結合器または光アイソレ
ータのような、光結合素子即ち装置を代表する。素子１
０は複数の光信号を複数の異なる方向に同時に伝導する
ことができるので、多方向光結合器(multi-directional
optocoupler) と呼ぶことができる。これについては、
後に更に詳しく説明する。ここで用いる場合、「光」と
いう用語は、人が視覚可能な光の波長、および半導体物
質に検出させることが可能な他の光の波長を含むものと
する。
【０００７】素子１０は、アセンブリ基板１１を含む。
図１では、素子１０の説明を簡略化するために、基板１
１を半導体のリードフレームとして図示してある。しか
しながら、他のタイプのアセンブリ基板も基板１１とし
て使用可能であることは理解されよう。他のタイプのア
センブリ基板には、ボール・グリッド・アレイ(ballgri
d array) 等が含まれるが、これに限定される訳ではな
い。基板１１は、複数の電気リード１２，１３，１４，
１５，１６，１７，１８，１９を含み、これらは互いに
電気的に分離されている。基板１１は、８本のリードを
有するものとして図示されているが、基板１１は適切な
本数であればいずれの本数のリードを有してもよいこと
は理解されよう。素子１０に対して、リード１２，１
３，１４，１５は１組のリードを構成する。これらは、
平面状であり、ほぼ平行で、互いに隣接している。加え
て、素子１０のリード１６，１７，１８，１９は、別の
１組のリードも有し、これらも平面状であり、ほぼ平行
で、互いに隣接している。更に、これら２組のリードは
互いに対称的であり、互いにほぼ同一平面にあり、素子
１０の対向端にある。リード１２，１３，１４，１５，
１６，１７，１８，１９は、以後の製造工程の間に折り
曲げることにより、表面実装またはその他の所望の形状
を形成可能であることは理解されよう。
【０００８】発光素子即ち送信部２０，２１が、それぞ
れリード１３，１８の内側部分即ち内側領域に電気的に
結合され、かつ装着されている。図１に示すように、リ
ード１３，１８の内側部分は互いに対称的であり、リー
ド１３，１８の外側部分即ち遠端よりも広くなってい
る。ワイヤ・ボンド３１，３２が送信部２０，２１をリ
ード１２，１９にそれぞれ電気的に結合する。送信部２
０，２１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ），垂直
空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のような、当技術で
は既知のいずれかの発光素子とすることができる。した
がって、図１に示した構造は、送信部２０，２１を例示
する目的に過ぎない。送信部２０，２１は互いに類似し
ていても、異なっていてもよい。
【０００９】光検出素子即ち受信部２２，２３が、それ
ぞれリード１４，１７の内側領域即ち内側部分に装着さ
れ電気的に接続されている。図１に示すように、リード
１４，１７の内側部分は互いに対称的で、リード１４，
１７の遠端即ち外側部分よりも広くなっている。ワイヤ
・ボンド３３，３４が、受信部２２，２３をリード１
５，１６にそれぞれ電気的に結合する。受信部２２，２
３は、光検出器や感光性絶縁ゲート・バイポーラ・トラ
ンジスタを含むが、これらには限定されない、当技術で
は既知のいずれかの光検出素子とすることができる。し
たがって、図１に示した構造は、受信部２２，２３を例
示する目的に過ぎない。受信部２２，２３は互いに異な
るものでも、類似するものでもよい。
【００１０】光透過性領域２４は、送信部２０および受
信部２３を封入し、光学的に結合するように成形するこ
とができる。領域２４は、電気的に絶縁性であり、送信
部２０および受信部２３を電気的に分離し、かつリード
１３，１７を電気的に分離しなければならない。送信部
２０および受信部２３は、領域２４内に構成されている
ので、送信部２０は光信号を発生することができ、この
光信号は方向２６に向かって領域２４を通過し、受信部
２３まで進む。領域２４は、光信号の強度を著しく減衰
することなく、この光信号を伝導即ち伝送できなければ
ならない。一例として、領域２４は、透明なシリコン・
ダイ・コートまたはゲル，透明なエポキシ，ガラス物質
等で構成することができる。
【００１１】領域２４と同様、光透過性領域２５は、送
信部２１および受信部２２を封入し、光学的に結合し、
しかも電気的に絶縁するように成形することができる。
しかしながら、送信部２１および受信部２２は領域２５
内に構成されているので、送信部２１は異なる光信号を
異なる方向２７に向けて発生し、光信号は領域２５を通
過して受信部２２に向かう。図１に示すように、方向２
７は、方向２６とは逆で平行である。これら複数の異な
る方向は、素子１０の多方向属性を与える。送信部２
０，２１からの光信号は、互いに干渉することなく、同
時に発生し伝送することができる。領域２５は、領域２
４と同様の組成を有することが好ましく、更にこれと同
時に成形し、素子１０の製造に便宜を図ることが好まし
い。
【００１２】封入材即ちパッケージ材２８は、領域２
４，２５，送信部２０，２１，受信部２２，２３，およ
びリード１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，
１９の内側部分の周囲を覆うように、即ち、封入するよ
うに成形することができる。パッケージ材２８の中央部
分を除去してあるのは、素子１０の説明を容易にするた
めである。図１に示すように、パッケージ材２８は対向
する側面２９，３０を有する。リード１２，１３，１
４，１５が側面２９から延在し、リード１６，１７，１
８，１９は側面３０から延在する。パッケージ材２８は
電気的に絶縁性であり、リード１２，１３，１４，１
５，１６，１７，１８，１９の各々の間に電気的に分離
することが好ましい。また、パッケージ材２８は、光学
的にも絶縁性であり、送信部２０，２１が発生した光を
領域２４，２５にそれぞれ保持することが好ましい。同
様に、パッケージ材２８は、素子１０の外側で発生した
光が領域２４，２５に侵入し、送信部２０，２１が発生
する光信号と干渉するのを防止しなければならない。一
例として、パッケージ材２８は、従来の不透明なシリカ
を基本とした成形化合物等で構成することができる。
【００１３】図２は、図１の素子の別の実施例である、
電子素子４０の等幅図を示す。図１と同一の参照番号を
有する図２の素子は、対応する図１の素子と同一であ
る。素子１０と同様、素子４０はアセンブリ基板１１，
送信部２０，２１，受信部２２，２３，およびパッケー
ジ材２８を含む。しかしながら、素子１０とは異なり、
リード１２，１３，１６，１７が素子４０のための１組
のリードを形成し、リード１４，１５，１８，１９が素
子４０のための別の１組のリードを形成する。したがっ
て、素子４０における２組のリードの各々の部分は、側
面２９，３０双方から延在することになる。
【００１４】更に、素子４０は、光透過性領域４１，４
２を含み、これらは素子１０の領域２４，２５の代わり
に用いられる。領域４１は送信部２０および受信部２２
を封入する。これらは、送信部２０が方向４５に向けて
光信号を受信部２２側に伝送可能となるように構成され
ている。領域４２は送信部２１および受信部２３を封入
する。これらは、送信部２１が異なる光信号を異なる方
向４６に向けて受信部２３側に伝送できるように構成さ
れている。領域４２内の方向４６は、領域４１内の方向
４５とは逆で平行である。領域４１，４２は、領域２
４，２５に用いた物質と同様の物質で構成することがで
きる。
【００１５】図１における素子１０の実施例は、対をな
す送信部および受信部のリード間の分離が広く大きいの
で、素子１０は図２における素子４０の実施例よりも好
ましいことは理解されよう。例えば、素子１０の送信部
リード１２，１３は、素子の４０の送信部リード１６，
１７と比較すると、受信部リード１６，１７との分離距
離は、素子４０の受信部リード１４，１５よりも大き
い。したがって、素子４０に比較して大きな素子１０の
リード分離により、素子１０には、素子４０に比較し
て、望ましい高い電圧分離が設けられる。
【００１６】また、素子４０は反射層４３，４４も有す
る。これらはそれぞれ領域４１，４２の上に位置し、こ
れらもパッケージ材２８によって被覆されている。層４
３，４４は、ホログラム，ミラー，金属，あるいは領域
４１または４２の屈折率よりも小さい屈折率を有する誘
電体または非誘電体物質を含むが、これらには限定され
ない、いずれかの適切な反射物質で構成することができ
る。別の実施例では、層４３，４４は領域４１，４２の
外面全体を完全に包囲する、即ち、封入する。更に別の
実施例では、単一の反射層が領域４１，４２双方全体に
わたって延在することも可能である。
【００１７】図３は、平面図であり、図４は、製造中に
おける電子素子５０の等幅図を表わす。素子５０は、図
１の素子１０の更に別の実施例である。これらの図で用
いている同一参照番号は同一素子を示すことは理解され
よう。素子５０は、対称的で同一平面にある部分５３，
５４を有する、リードフレーム５１を含む。送信部２０
および受信部２２が、部分５３の隣接するリード上に装
着され、送信部２１および受信部２３が部分５４の隣接
するリード上に装着されている。図３では、送信部２
０，２１を支持するリードは互いに対向し、受信部２
２，２３を支持するリードも互いに対向している。部分
５４はリード５７，５８を有し、これらは送信部２１お
よび受信部２３にそれぞれ電気的に結合されている。リ
ードフレーム５１はほぼ半分に切断され、部分５３，５
４を分離する。
【００１８】図４において、分離された部分５４は、部
分５３の上に配置即ち整合され、部分５３，５４は互い
に対向しほぼ平行となる。より具体的には、部分５４を
ひっくり返して、受信部２３が送信部２０の上に位置す
るようにし、更に送信部２１が受信部２２の上に位置す
るようにする。受信部２３および送信部２０は第１対を
形成し、送信部２１および受信部２２は第２対を形成す
る。素子５０における２対の送信部および受信部は、多
方向光経路即ちチャネルを設けるように構成されてい
る。リード５７の部分を図４から除去してあるのは、素
子５０の説明を容易にするためである。
【００１９】図４は、光透過性領域５５，５６を示す。
これらは、図１の領域２４または２５あるいは図２の領
域４１または４２と同様にすることができる。図４に示
すように、領域５５，５６は、リードフレーム５１の部
分５３の下、および部分５４の上を延在することができ
る。あるいは、領域５５，５６の上面および下面は、リ
ードフレーム５１の部分５３，５４と同一面とすること
ができる。後続の製造工程の間、図１および図２のパッ
ケージ材２８と同様のパッケージ材を用いて、領域５
５，５６を封入可能であることは理解されよう。更に、
リード・フレーム５１のダム・バー(dam bar) を切除
し、リードフレーム５１のリードをトリムし折り曲げる
ことができる。
【００２０】図５は、複数の光結合器７１，７２，７
３，７４を用いた電子システム６０の部分構成図を示
す。システム６０は、更に、制御チップ即ちマイクロコ
ントローラ６１，電源６２，ならびに光結合器７１，７
２，７３，７４をマイクロコントローラ６１および電源
６２に電気的に結合する相互接続系７５を有する。光結
合器７１，７２，７３，７４の各々は、図１の素子１０
と同様とすることができる。例えば、光結合器７１は、
複数の発光素子６７，７０，７６，７９を有し、これら
は各々素子１０の送信部２０または２１と同様とするこ
とができる。更に、光結合器７１は、複数の光検出素子
６８，６９，７７，７８も有することができ、これらは
各々素子１０の受信部２２または２３と同様とすること
ができる。素子６７，６９，７６，７８は、光結合器７
１の一方側に配置され、素子６８，７０，７７，７９は
光結合器７１の対向側に配置されている。光結合器７
２，７３，７４は光結合器７１と同様である。
【００２１】光結合器７１内の素子は、多方向光経路を
設けるように構成され、素子６７，６８が第１方向の光
経路を設け、素子７０，６９が第２方向に異なる光経路
を設ける。素子７６，７７は、素子６７，６８と同様に
構成され、第１方向に第２光経路を設け、一方、素子７
９，７８は素子７０，６９と同様に構成され、第２方向
に第２光経路を設ける。したがって、光結合器７１は、
複数の方向に複数の光経路即ち光チャネルを有する、マ
ルチチャネル素子である。光結合器７１の４つのチャネ
ルにより、各々が単一の光チャネルを有する４つの別個
の光結合器を用いたシステムと比較して、システム６０
は小型化を図ることができる。尚、光結合器７１は、４
本のみの多方向光経路を有することに限定されるのでは
ないことは理解されよう。例えば、別の実施例では、光
結合器７１は、１１本またはあらゆる所望数の光経路を
有することができる。
【００２２】光結合器７１，７２，７３，７４の多方向
機能およびマルチチャネル特性のために、相互接続系７
５の簡略化が可能となり、しかもシステム６０の小型化
も可能となる。従来技術では、マルチチャネル光結合器
は多方向性ではなかった。何故なら、従来技術の光結合
器は、単一方向の光伝導性を有するに過ぎなかったから
である。したがって、従来技術のマルチチャネル光結合
器を使用すると、複数の相互接続レベルを有するクロス
オーバを相互接続系に使用しなければならない。当技術
では既知のように、クロスオーバは、１本の相互接続線
が他の相互接続線と交差する場合に生じる。しかしなが
ら、相互接続系７５は、光結合器７１，７２，７３，７
４の多方向機能のために、クロスオーバを必要としな
い。更に、相互接続系７５はクロスオーバが不要なの
で、単一レベルの相互接続のみで構成することができ
る。したがって、相互接続系７５は、従来技術において
必要とされる相互接続系と比較して、製造が安価でしか
も簡単である。
【００２３】以上の説明から、従来技術の欠点を克服す
る改良された光結合器が提供されたことは明白である。
本発明の光結合器は、複数の方向に向かう複数の光経路
を有する。ここに記載した光結合器は、高価で複雑な多
層メタライゼーション方式の必要性を無くするものであ
る。更に、本発明の光結合器は、その製造プロセスが既
存の光結合器の製造技法と適合性があるので、コスト効
率的でもある。
【００２４】以上、本発明についてその好適実施例を参
照しながら特定して示しかつ説明したが、本発明の精神
および範囲から逸脱することなく、形態および詳細にお
ける変更が可能であることは、当業者には理解されよ
う。例えば、領域２４，２５（図１）の具体的な組成の
ような、ここに記載した多数の詳細は、本発明の理解を
容易にするために与えられたものであって、本発明の範
囲を限定するために与えたのではない。更に、単一の光
結合器における複数の光経路は、互いに平行である必要
はないことは理解されよう。加えて、単一の光結合器内
の複数の光経路は２方向以上の方向を有し得ることも理
解されよう。例えば、光結合器は、３本の光経路を有
し、これらは互いに垂直で、デカルト座標系のＸ，Ｙ，
Ｚ軸と同様とすることも可能である。したがって、本発
明の開示は、限定を意図するものではない。逆に、本発
明の開示は、特許請求の範囲に記載されている、本発明
の範囲の例示であることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子素子の実施例を示す等幅図。
【図２】本発明による図１の電子素子の別の実施例を示
す等幅図。
【図３】本発明による図１の電子素子の更に別の実施例
を、その製造過程と共に示す平面図。
【図４】図３の実施例の等幅図。
【図５】本発明による電子素子を複数個用いた電子シス
テムの部分構成図。
【符号の説明】
１０ 電子素子 １１ アセンブリ基板 １２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９
電気リード ２０，２１ 送信部 ２２，２３ 受信部 ２４，２５ 光透過性領域 ２８ パッケージ材 ３１，３２ ワイヤ・ボンド ４０ 電子素子 ４１，４２ 光透過性領域 ４３，４４ 反射層 ５０ 電子素子 ５１ リードフレーム ５５，５６ 光透過性領域 ５７，５８ リード ６０ マイクロコントローラ ６２ 電源 ６７，７０，７６，７９ 発光素子 ６８，６９，７７，７８ 光検出素子 ７１，７２，７３，７４ 光結合器 ７５ 相互接続系

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多方向光結合器であって：互いに電気的に
    分離された第１領域，第２領域，第３領域，および第４
    領域を有するアセンブリ基板（１１）；前記第１領域に
    結合された第１エミッタ（２０）；前記第２領域に結合
    された第２エミッタ（２１）；前記第３領域に結合され
    た第１検出器（２３）；前記第４領域に結合された第２
    検出器（２２）；前記第１エミッタ（２０）および前記
    第２検出器（２３）を結合する第１光透過性領域（２
    ４）であって、前記第１エミッタ（２０）および前記第
    １検出器（２３）が第１方向の第１信号を送信し受信す
    るように構成する前記第１光透過性領域（２４）；およ
    び前記第２エミッタ（２１）および前記第２検出器（２
    ２）を結合する第２光透過性領域（２５）であって、前
    記第２エミッタ（２１）および前記第２検出器（２２）
    が前記第１方向とは異なる第２方向の第２信号を送信し
    受信するように構成する前記第２光透過性領域（２
    ５）；から成ることを特徴とする多方向光結合器。
  2. 【請求項２】多方向光結合器であって：互いに電気的に
    分離された第１領域，第２領域，第３領域，および第４
    領域を有するアセンブリ基板（１１）；前記第１領域に
    結合された第１エミッタ（２０）；前記第２領域に結合
    された第２エミッタ（２１）；前記第３領域に結合され
    た第１検出器（２３）；前記第４領域に結合された第２
    検出器（２２）；前記第１エミッタ（２０）および前記
    第２検出器（２３）を結合する第１光透過性領域（２
    ４）であって、前記第１エミッタ（２０）および前記第
    １検出器（２３）が第１方向の第１信号を送信し受信す
    るように構成する前記第１光透過性領域（２４）；前記
    第２エミッタ（２１）および前記第２検出器（２２）を
    結合する第２光透過性領域（２５）であって、前記第２
    エミッタ（２１）および前記第２検出器（２２）が前記
    第１方向とは異なる第２方向の第２信号を送信し受信す
    るように構成する前記第２光透過性領域（２５）；前記
    第１光透過性領域（２４）の上に位置する反射層（４
    ３）；および前記第１および第２光透過性領域（２４，
    ２５）ならびに前記反射層（４３）を包囲する封入材
    （２８）；から成ることを特徴とする多方向光結合器。
  3. 【請求項３】電子素子であって：第１組のリードと、第
    ２組のリードとを有し、前記第１および第２組のリード
    の各々が第１部分と第２部分とを有するリードフレーム
    （１１）；前記第１組のリードの前記第１部分に結合さ
    れた第１発光素子（２０）；前記第２組のリードの前記
    第１部分に結合された第２発光素子（２１）；前記第１
    組のリードの前記第２部分に結合された第２光検出素子
    （２３）；前記第２組のリードの前記第２部分に結合さ
    れた第２光検出素子（２２）；前記第１発光素子（２
    ０）および前記第２光検出素子（２２）を封入する第１
    電気的絶縁領域（４１）；前記第２発光素子（２１）お
    よび前記第１光検出素子（２３）を封入する第２電気的
    絶縁領域（４２）；および前記第１および第２電気的絶
    縁領域（４１，４２）を封入するパッケージ材（２
    ８）；から成ることを特徴とする電子素子。
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