JPH11150291A - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPH11150291A
JPH11150291A JP31787497A JP31787497A JPH11150291A JP H11150291 A JPH11150291 A JP H11150291A JP 31787497 A JP31787497 A JP 31787497A JP 31787497 A JP31787497 A JP 31787497A JP H11150291 A JPH11150291 A JP H11150291A
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light receiving
light emitting
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emitting element
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JP31787497A
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Yoshihiko Matsuo
義彦 松尾
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Original Assignee
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 受発光素子間で安定した光信号の伝達を行
い、高精度、高信頼性を確保する。 【解決手段】 発光側ヘッダー部3に搭載された発光素
子5と、受光側ヘッダー部4に搭載された受光素子6と
が対向配置され、受光側リードフレーム2を挟んで両側
に出力用リードフレーム13がそれぞれ配され、各出力
用リードフレーム13に受光素子6にワイヤボンドされ
たMOS素子12が搭載され、受発光素子5,6および
MOS素子12がインナーパッケージ9により封止さ
れ、インナーパッケージ9がアウターパッケージ10に
より封止される。発光側ヘッダー部3の寸法が受光側ヘ
ッダー部4の寸法より大とされ、発光側ヘッダー部3
に、発光素子5の外周面に沿って周壁20が設けられ
る。周壁20より内側に注入された透光性材料のプリコ
ート8により発光素子5が覆われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高精度・高信頼性
を有する1層モールドタイプおよび2層モールドタイプ
の光結合装置に関し、特にMOSFET出力型光結合装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の2層モールドタイプの光結合装置
(フォトカプラ)を図5に示す。このタイプの光結合装
置の製造工程を説明する。あらかじめ折り曲げ成型され
た金属製のリードフレーム1,2のヘッダー部3,4に
発光素子5および受光素子6をそれぞれ個別に導電性ペ
ーストにてダイボンドし、各素子5,6と隣接するリー
ドフレームとを金線等のワイヤ7を用いて結線接続する
ワイヤボンドを施す。
【0003】次に、発光素子5に、応力緩和用として透
光性のシリコーン樹脂をあらかじめコーティングするプ
リコート8を施す。そして、各素子5,6がダイボンド
されたリードフレーム1,2をスポット溶接またはロー
ディングフレームにセットすることにより、各素子5,
6が略同一光軸上になるように各素子5,6を所定の間
隔をあけて位置決め、対向させ、光学的に発光素子5か
ら受光素子6へ光路形成するように透光性エポキシ樹脂
にて1次トランスファーモールドを行い、インナーパッ
ケージ(透光体)9を形成する。バリ取り処理を施した
後、外乱光の入射防止および光漏れを無くして光信号の
伝達ができるように遮光性エポキシ樹脂にて2次トラン
スファーモールドを行い、アウターパッケージ(遮光
体)10を形成する。
【0004】さらに、リードフレームの外装めっき、隣
接するリードフレームを支えモールド時の樹脂漏れを低
減するように設けられた補助リードを切除するタイバー
カット、外部のリードフレームを成形加工し外部端子と
するフォーミング、入出力素子間の絶縁性評価のための
絶縁耐圧試験、電気特性検査、外観検査、梱包工程を経
て、光結合装置が完成される。
【0005】また、図6に示すような1層モールドタイ
プの光結合装置(フォトカプラ)の製造方法は、インナ
ーパッケージ9の代わりに、発光素子5と受光素子6の
間をシリコーン樹脂にて光学的に結合する光路体11を
形成する、いわゆるドッキングをした後、遮光性エポキ
シ樹脂にてトランスファーモールドを行い、アウターパ
ッケージ10を形成する。その後、リードフレームの外
装めっき以下、上記の2層モールドタイプと同様の工程
を経て、光結合装置が完成される。
【0006】また、一般的なMOSFET出力型光結合
装置では、図7に示すように、受光素子6として光電素
子(太陽電池とも言う)を用い、その受光素子6に金線
等のワイヤ7でワイヤボンドされたパワーMOSFET
(以下、MOS素子と称する)12を出力素子として一
対の出力側リードフレーム13に搭載した1層モールド
タイプの構造を採用している。図中、14は入力用リー
ドフレーム、15はダミー用リードフレームである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般的に1層モールド
タイプの光結合装置の構造として、発光素子5を搭載す
る発光側ヘッダー部3と受光素子6を搭載する受光側ヘ
ッダー部4とを対向させているが、受光素子6に比べ発
光素子5の方が小さいため、それに合わせて発光側ヘッ
ダー部3の方が受光側ヘッダー部4よりも小さく形成さ
れている。
【0008】そのため、透光性のシリコーン樹脂等を充
填してドッキングさせるとき、シリコーン樹脂の粘度変
化、注入角度の差等によりシリコーン樹脂の未充填が起
こり、図8のように光路体11のドッキング形状が細る
ことがある。この場合、受光素子6の受光部において、
例えばその端部近傍に発光素子5から発せられる光信号
が到達し難い弱受光箇所(図中、黒色で示した部分)が
生じることがある。
【0009】ここで、受光素子6としてフォトトランジ
スタ、フォトサイリスタ等の素子を使用している場合
は、ドッキング形状が細って光信号が到達しない弱受光
箇所が生じると、受光部全面積に対してその弱受光箇所
の分だけ感度が落ちて、光信号の伝達の精度が悪くなる
という問題がある。
【0010】特に、受光素子6として、図9に示すよう
なフォトダイオード等の受光セル16を直列に接続して
なる素子、つまり光電素子を使用しているMOSFET
出力型光結合装置の場合は、受光セル16の面積および
数によって電圧、電流が決定される。なお、図中、17
はMOS素子12の制御回路である。そのため、光路体
11のドッキング形状が細って、端部の受光セル16の
一部が光路体11から外れるといった光信号が到達し難
い弱受光箇所が生じると、受光感度は弱受光箇所におけ
る起電力特性となり、起電力不足や電流不足になり、信
頼性の低下という問題がある。
【0011】なお、2層モールドタイプの光結合装置で
は、ドッキング形状が細るという問題は生じないが、発
光素子5から発せられる光信号はプリコート8表面より
透光性樹脂を介して受光素子6へ直線的に到達するた
め、光電素子のように発光素子5に比べて大きい受光部
を持つ受光素子6では、受光部に均等に光信号が到達し
ないという問題があり、精度や信頼性に不安がある。
【0012】以上のように、1層モールドタイプの光結
合装置では、ドッキング形状に左右されて光信号の高精
度な伝達や信頼性を安定的に得ることができない。ま
た、2層モールドタイプの光結合装置でも、光信号を均
等に安定して伝達させることができず、信頼性に劣る。
特に、高精度、高信頼性のMOSFET出力型で2層モ
ールドタイプの光結合装置は製造することが困難であっ
た。
【0013】本発明は、上記に鑑み、1層あるいは2層
のモールドタイプに関係なく受発光素子間で安定した光
信号の伝達を行えることにより、高精度、高信頼性とな
る光結合装置の提供を目的とする。特に、高精度、高信
頼性の1層モールドタイプあるいは2層モールドタイプ
のMOSFET出力型光結合装置を提供することを可能
にする。
【0014】
【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、発光側リードフレームのヘッダー部に搭載された
発光素子と、受光側リードフレームのヘッダー部に搭載
された受光素子とが対向配置され、両ヘッダー部の間に
受発光素子を光学的に結合する透光性材料からなる光路
体が形成され、前記受発光素子および光路体が遮光体に
より封止された1層モールドタイプの光結合装置におい
て、前記発光側ヘッダー部の寸法が受光側ヘッダー部の
寸法より大とされ、前記光路体が受光素子を完全に覆う
ように形成されたものである。
【0015】また、発光側リードフレームのヘッダー部
に搭載された発光素子と、受光側リードフレームのヘッ
ダー部に搭載された受光素子とが対向配置され、前記発
光素子が透光性材料により覆われ、前記受発光素子が透
光体により封止され、該透光体が遮光体により封止され
た2層モールドタイプの光結合装置において、前記発光
側ヘッダー部の寸法が受光側ヘッダー部の寸法より大と
され、発光側ヘッダー部での透光性材料によって覆われ
た領域の面積が受光素子の受光部面積より大きくされた
ものである。
【0016】このように、1層モールドタイプでは、安
定したドッキング形状の光路体を形成することができる
ので、光路体が細って受光素子に光信号が到達しない箇
所が生じるといったことを防止でき、発光素子から発せ
られる光信号の安定した光路を確保することが可能とな
る。
【0017】また、2層モールドタイプでは、発光素子
を覆う透光性材料によるプリコートの界面から光信号を
均等に照射させることができるので、発光素子から発せ
られる光信号は受光素子の受光部全体に均等に到達し、
受光素子への光信号の安定した供給が可能となる。
【0018】ここで、受光素子に光電素子を用い、受光
側リードフレームを挟んで両側に出力用リードフレーム
をそれぞれ配し、各出力用リードフレームに前記光電素
子とワイヤボンドされたMOS素子を搭載すると、高精
度、高信頼性の1層モールドタイプあるいは2層モール
ドタイプのMOSFET出力型光結合装置となる。
【0019】そして、発光側ヘッダー部に、発光素子の
外周面に沿って周壁が設けられていると、周壁より内側
を透光性材料によって覆うことにより、安定したドッキ
ング形状の光路体を形成することができる。また、発光
側ヘッダー部での透光性材料によって覆われた領域の面
積を確実に受光素子の受光部面積より大きくすることが
できる。
【0020】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)本発明の第1実
施形態の光結合装置を図1に示す。この光結合装置は、
2層モールドタイプのMOSFET出力型であり、発光
側リードフレーム1のヘッダー部3に搭載されたLED
等の発光素子5と、受光側リードフレーム2のヘッダー
部4に搭載された光電素子である受光素子6とが対向配
置され、受光側リードフレーム2を挟んで両側に出力用
リードフレーム13がそれぞれ配され、各出力用リード
フレーム13に受光素子6にワイヤボンドされたMOS
素子12が搭載され、発光素子5が応力緩和性、難燃性
のある透光性材料により覆われ、受発光素子5,6およ
びMOS素子12がインナーパッケージ(透光体)9に
より封止され、インナーパッケージ9がアウターパッケ
ージ(遮光体)10により封止されたものである。
【0021】そして、発光側ヘッダー部3の寸法が受光
側ヘッダー部4の寸法より大とされ、発光側ヘッダー部
3の投射面積が受光側ヘッダー部4の投射面積より大き
くなるので、平面視受光側ヘッダー部4は発光側ヘッダ
ー部3に隠れる。なお、ヘッダー部3,4の寸法とは、
ヘッダー部3,4の横幅および縦幅をいう。
【0022】また、発光側ヘッダー部3に、発光素子5
の外周面に沿って周壁20が設けられ、発光素子5の高
さよりも深い凹み21となるカップ構造となる。この周
壁20は、発光側ヘッダー部3の周縁を発光素子5の高
さよりも高くなるように受光素子6側に折り曲げて形成
されたものである。
【0023】周壁20より内側には透光性材料が注入さ
れて、周壁20があることにより透光性材料の流れがせ
き止められ、外部に流失するのが防止され、上面が緩や
かな曲面のドーム状のプリコート8となる。これによ
り、発光側ヘッダー部3での透光性材料によって覆われ
た領域の面積が受光素子5の受光部面積より大きくなっ
て、発光素子5からの光を受光素子6の受光部全体に均
等にかつ安定して到達させることができ、光伝達効率が
よくなる。
【0024】次に、上記光結合装置の製造方法を説明す
る。まず、受光側ヘッダー部4より大きく、かつ発光素
子5の高さより深い凹み21を持つ発光側ヘッダー部3
を形成して、このヘッダー部3の凹み21の底面に発光
素子5を導電性ペースト等でダイボンドし、金線等のワ
イヤ7によりワイヤボンドを行う。凹み21内にシリコ
ーン樹脂等の透光性材料を注入して、発光素子5を覆う
プリコート8を施す。
【0025】また、受光素子6を同様に受光側ヘッダー
部4にダイボンドし、隣接する一対の出力用リードフレ
ーム13のヘッダー部にMOS素子12をダイボンド
し、受光素子6と両側のMOS素子12とをワイヤ7で
ワイヤボンドする。
【0026】上記のように準備されたそれぞれのリード
フレーム群を受光側ヘッダー部4が発光側ヘッダー部3
と対向するように重ね合わせ、スポット溶接、あるいは
ローディングフレームにセットすることにより、接合し
てフレーム組とする。インナーパッケージ9を形成する
ための金型にフレーム組を挿着し、型締め後、透光性エ
ポキシ樹脂等の透光性樹脂を注入封止して鏡面のインナ
ーパッケージ9を形成する。
【0027】次に、不要な箇所の樹脂バリをバリ取りし
た後、アウターパッケージ10を形成するための金型に
インナーパッケージ9を挿着し、型締め後、遮光性エポ
キシ樹脂等の遮光性樹脂を注入封止し、アウターパッケ
ージ10を形成する。
【0028】そして、外装めっき後、それぞれのリード
フレーム1,2,13,14,15間にあるタイバーを
切除して独立させ、アウターパッケージ10から外部に
突出したリードフレーム1,2,13,14,15を外
部端子として使用する形状にフォーミングした後、所定
の検査を行い、光結合装置が完成する。
【0029】ここで、このMOSFET出力型光結合装
置の動作原理を説明すると、入力側のリードフレーム
1,14に信号電流が流れると、発光素子5が発光す
る。発光された光信号は、インナーパッケージ9を通っ
て受光素子6に向けて照射される。このとき、プリコー
ト8表面の面積が受光素子6の受光部面積より広いの
で、小さな曲率のプリコート8表面から光信号が直線的
に照射され、発光素子5から発せられる光信号を受光部
全体に均等にかつ安定して供給することができる。
【0030】光信号を受けた受光素子6は光信号の量に
応じて電圧に変換し、この電圧は制御回路17を通って
MOS素子12を充電する。受光素子6より供給される
MOS素子12のゲート電圧が設定電圧値に達すると、
MOS素子12が導通状態になり、出力側リードフレー
ム13から出力信号が出力され、負荷等をオンさせるリ
レーとして作動する。
【0031】そして、入力側の信号電流が切られると、
発光素子5の発光が停止する。すると、受光素子6には
光信号が伝達されなくなり、受光素子6の電圧が下が
る。受光素子6から供給される電圧が下がると、制御回
路17によりMOS素子12のゲート電荷を急速に放電
させる。これにより、MOS素子12が非導通状態とな
り、負荷等をオフする。
【0032】(第2実施形態)第2実施形態の光結合装
置を図2に示す。この光結合装置は、1層モールドタイ
プのMOSFET出力型であり、発光側リードフレーム
1のヘッダー部3に搭載されたLED等の発光素子5
と、受光側リードフレーム2のヘッダー部4に搭載され
た光電素子である受光素子6とが対向配置され、受光側
リードフレーム2を挟んで両側に出力用リードフレーム
13がそれぞれ配され、各出力用リードフレーム13に
受光素子6にワイヤボンドされたMOS素子12が搭載
され、両ヘッダー部3,4の間に受発光素子5,6を光
学的に結合する応力緩和性、難燃性のある透光性材料か
らなる光路体11が形成され、受発光素子5,6および
光路体11がアウターパッケージ(遮光体)10により
封止されたものである。
【0033】そして、発光側ヘッダー部3の寸法が受光
側ヘッダー部4の寸法より大とされ、発光側ヘッダー部
3の投射面積が受光側ヘッダー部4の投射面積より大き
くなるので、平面視受光側ヘッダー部4は発光側ヘッダ
ー部3に隠れる。また、光路体11は、発光側ヘッダー
部3から受光側ヘッダー部4に向かってしだいに狭くな
るドッキング形状に形成され、受光素子6を完全に覆っ
ている。
【0034】次に、上記光結合装置の製造方法を説明す
る。まず、受光側ヘッダー部4より大きい発光側ヘッダ
ー部3を形成して、このヘッダー部3に発光素子5を導
電性ペースト等でダイボンドし、金線等のワイヤ7によ
りワイヤボンドを行う。また、受光素子6を同様に受光
側ヘッダー部4にダイボンドし、隣接する一対の出力用
リードフレーム13のヘッダー部にMOS素子12をダ
イボンドし、受光素子6と両側のMOS素子12とをワ
イヤ7でワイヤボンドする。
【0035】上記のように準備されたそれぞれのリード
フレーム群を受光側ヘッダー部4が発光側ヘッダー部3
と所定の間隔をあけて対向するように重ね合わせ、スポ
ット溶接、あるいはローディングフレームにセットする
ことにより、接合してフレーム組とする。そして、対向
した両ヘッダー部3,4の間にシリコーン樹脂等の透光
性材料を注入して光路体11を形成する。これにより、
発光素子5と受光素子6とが光学的に結合される。
【0036】次に、アウターパッケージ10を形成する
ための金型に上記の光路体11が形成されたフレーム組
を挿着し、型締め後、遮光性エポキシ樹脂等の遮光性樹
脂を注入封止し、アウターパッケージ10を形成する。
【0037】そして、外装めっき後、それぞれのリード
フレーム1,2,13,14,15間にあるタイバーを
切除して独立させ、アウターパッケージ10から外部に
突出したリードフレーム1,2,13,14,15を外
部端子として使用する形状にフォーミングした後、所定
の検査を行い、光結合装置が完成する。
【0038】この光結合装置では、発光側ヘッダー部3
の寸法が受光側ヘッダー部4の寸法より大きいので、光
路体11の横断面の面積は受光部の面積よりも大きくな
り、光路体11から受光素子6がはみ出すことがなくな
る。したがって、光信号が到達し難い箇所は生じること
がなく、光信号の安定した光路を形成することができ
る。
【0039】そのため、図3に示すように、光路体11
のドッキング形状が細った場合でも、受光素子6の端部
は光路体11からはみ出すことなく覆われ、ドッキング
形状に左右されずに光信号の高精度な伝達を行うことが
できる。
【0040】また、1層モールドタイプの光結合装置の
他の実施形態を図4に示す。すなわち、発光側ヘッダー
部3および受光側ヘッダー部4に、それぞれ第1実施形
態で示した周壁20を形成したものである。他の構成は
第2実施形態のものと同じである。
【0041】このように、各ヘッダー部3,4に周壁2
0を形成することにより、両ヘッダー部3,4間に注入
される透光性材料の流れがヘッダー部3,4上ではせき
止められ、外部に流失するのが防止され、発光素子5お
よび受光素子6を確実に覆うことができる。したがっ
て、細まったドッキング形状になることはなく、より好
ましい形状の光路体11を形成することができる。
【0042】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。例え
ば、プリコートや光路体に用いられる応力緩和性、難燃
性の透光性材料として、シリコーン樹脂の代わりにポリ
イミド系樹脂、エポキシ系樹脂を用いてもよい。
【0043】また、ヘッダー部に設けられる周壁は、曲
げ加工で形成する以外にもリードフレームのヘッダー部
を切削加工したり、あるいは絞り加工により形成しても
よい。さらに、高粘度でかつ低流動性のシリコーン樹脂
等の樹脂を発光素子を取り囲むようにヘッダー部に塗布
して形成してもよい。
【0044】そして、上記実施形態のヘッダー構造を利
用して、他の光結合装置、例えばフォトカプラ、フォト
サイリスタ、フォトトライアック、フォトボル等に転用
してもよく、ドッキング形状に左右されずに光信号の高
精度な伝達を行うことが可能となる。
【0045】
【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、1層モールドタイプの光結合装置において、発
光側ヘッダー部の寸法が受光側ヘッダー部の寸法より大
とされ、両ヘッダー部の間に形成された光路体が受光素
子を完全に覆うように形成されることにより、安定した
ドッキング形状の光路体を形成することができ、発光素
子から発せられる光信号の安定した光路を確保すること
が可能となる。
【0046】また、発光素子がプリコートされた2層モ
ールドタイプの光結合装置において、発光側ヘッダー部
の寸法が受光側ヘッダー部の寸法より大とされ、発光側
ヘッダー部でのプリコートの面積を受光素子の受光部面
積より大きくすることにより、プリコートの界面から光
信号を均等に照射させることができ、発光素子から発せ
られる光信号は受光素子の受光部全体に均等に到達し、
受光素子への光信号の安定した供給が可能となる。
【0047】したがって、1層モールドタイプ、2層モ
ールドタイプに関係なく、発光素子と受光素子との間に
おける光伝達効率を高めることができ、高精度、高信頼
性の光結合装置を提供することができる。これにより、
従来では製造が困難であった高精度、高信頼性のMOS
FET出力型で2層モールドタイプの光結合装置を実現
することができる。
【0048】また、発光側ヘッダー部に、発光素子の外
周面に沿って周壁を設けて、周壁より内側を透光性材料
によって覆うことにより、安定したドッキング形状の光
路体を形成したり、発光側ヘッダー部での透光性材料に
よって覆われた領域の面積を確実に受光素子の受光部面
積より大きくすることができ、光伝達効率がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の2層モールドタイプのMOSF
ET型光結合装置を示し、(a)は断面図、(b)はモ
ールド前の平面図
【図2】第2実施形態の1層モールドタイプのMOSF
ET型光結合装置を示し、(a)は断面図、(b)はモ
ールド前の平面図
【図3】同じく光路体のドッキング形状が細った場合の
断面図
【図4】他の実施形態の1層モールドタイプのMOSF
ET型光結合装置の断面図
【図5】2層モールドタイプの光結合装置の断面図
【図6】1層モールドタイプの光結合装置の断面図
【図7】従来の1層モールドタイプのMOSFET型光
結合装置の断面図
【図8】同じく光路体のドッキング形状が細った場合の
断面図
【図9】MOSFET型光結合装置の受光素子搭載状態
を示す平面図
【符号の説明】
1 発光側リードフレーム 2 受光側リードフレーム 3 発光側ヘッダー部 4 受光側ヘッダー部 5 発光素子 6 受光素子 7 ワイヤ 8 プリコート 9 インナーパッケージ 10 アウターパッケージ 11 光路体 12 MOS素子 13 出力用リードフレーム 20 周壁

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光側リードフレームのヘッダー部に搭
    載された発光素子と、受光側リードフレームのヘッダー
    部に搭載された受光素子とが対向配置され、両ヘッダー
    部の間に受発光素子を光学的に結合する透光性材料から
    なる光路体が形成され、前記受発光素子および光路体が
    遮光体により封止された光結合装置において、前記発光
    側ヘッダー部の寸法が受光側ヘッダー部の寸法より大と
    され、前記光路体が受光素子を完全に覆うように形成さ
    れることを特徴とする光結合装置。
  2. 【請求項2】 発光側リードフレームのヘッダー部に搭
    載された発光素子と、受光側リードフレームのヘッダー
    部に搭載された受光素子とが対向配置され、前記発光素
    子が透光性材料により覆われ、前記受発光素子が透光体
    により封止され、該透光体が遮光体により封止された光
    結合装置において、前記発光側ヘッダー部の寸法が受光
    側ヘッダー部の寸法より大とされたことを特徴とする光
    結合装置。
  3. 【請求項3】 発光側ヘッダー部での透光性材料によっ
    て覆われた領域の面積が受光素子の受光部面積より大き
    くされ、発光素子からの光が受光素子の受光部全体に均
    等に到達することを特徴とする請求項2記載の光結合装
    置。
  4. 【請求項4】 発光側ヘッダー部に、発光素子の外周面
    に沿って周壁が設けられ、該周壁より内側は透光性材料
    によって覆われたことを特徴とする請求項1または2記
    載の光結合装置。
  5. 【請求項5】 周壁は、発光側ヘッダー部の周縁を発光
    素子の高さよりも高くなるように受光素子側に折り曲げ
    て形成されたことを特徴とする請求項4記載の光結合装
    置。
  6. 【請求項6】 受光素子に光電素子が用いられ、受光側
    リードフレームを挟んで両側に出力用リードフレームが
    それぞれ配され、各出力用リードフレームに前記光電素
    子とワイヤボンドされたMOS素子が搭載されたことを
    特徴とする請求項1ないし5記載のいずれかの光結合装
    置。
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