JPH1154790A - 光結合装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リードフレームの折り曲げや金線のループ等
の精度調整を行うことなく、入出力間の高絶縁特性およ
び高ＣＴＲを得ることのできる光結合装置を提供する。 【解決手段】 発光素子１を搭載する発光側リードフレ
ーム３と受光素子２を搭載する受光側リードフレーム４
とをそれぞれ折り曲げて対向させる。各リードフレーム
３，４の外面が露出するように各リードフレーム３，４
をモールドして透光性モールド体５を形成する。発光素
子１の発光面１ａと受光素子２の受光面２ａとが対向す
るように、各リードフレーム３，４の露出部分に発光面
１ａおよび受光面２ａの一部をそれぞれ接続する。透光
性モールド体５および各素子１，２をモールドして遮光
性モールド体６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子および受
光素子が対向して配置され光学的に結合された光結合装
置（例えば、フォトカプラ）に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】発光
素子と受光素子とを用いて、入力側と出力側とを電気的
に絶縁し光により信号を伝達する光結合装置において
は、リードフレーム上に発光素子と受光素子とを搭載
し、透光性樹脂で光路を形成し、それらを遮光性樹脂で
覆う構造になっている。

【０００３】図９は、従来より用いられている上記光結
合装置の内部構成を示す図である。同図において、２１
は発光素子であり、金属（Ｃｕ、Ｆｅ、４２Ａｌｌｏｙ
等）製の発光側リードフレーム２２上に導電性ペースト
（Ａｇペースト等）により搭載され、図示しない結線用
リードフレームに金線２３により超音波熱圧着にてワイ
ヤボンディングされている。２４は受光素子であり、発
光素子２１同様、受光側リードフレーム２５上に導電性
ペースト等により搭載され、図示しない結線用リードフ
レームに金線２６によりワイヤボンディングされてい
る。発光素子２１と受光素子２４とは対向配置され、赤
外光を通す白色系エポキシ樹脂等の透光性樹脂でトラン
スファモールドされて、透光性モールド体２７が形成さ
れている。さらに、外乱光を遮光するために黒色系エポ
キシ樹脂等の遮光性樹脂でトランスファモールドされ
て、遮光性モールド体２８が形成されている。

【０００４】そして、発光側リードフレーム２２を通じ
て送られてきた電気信号は、発光素子２１により光信号
に変換され、透光性モールド体２７内を通り受光素子２
４に伝搬される。受光素子２４では、光信号を再び電気
信号に変換し、受光側リードフレーム２５に伝搬する。

【０００５】ところで、光結合装置における重要な特性
のひとつに、発光素子と受光素子との間、いわゆる１次
−２次間の電気的分離がある。この電気的分離の特性
は、通常、絶縁耐圧として表される。絶縁耐圧を決める
要因としては、発光素子と受光素子との間に介在する物
質の絶縁性能と、両素子の間の距離とが挙げられる。

【０００６】一般に、両素子の間に介在する物質には、
エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の高絶縁樹脂が用いら
れ、絶縁性能は非常に高い。また、両素子の間の距離
は、図９に示す光結合装置の場合、リードフレーム２
２，２５の折り曲げ具合、両素子２１，２４の高さおよ
び金線２３，２６のループ高さ等に依存する。この場
合、高絶縁特性を持たせようとすれば、両素子２１，２
４の間に介在する絶縁樹脂の厚み、すなわち絶縁距離を
一定以上とらなくてはならない。例えば、海外安全規格
（IEC950の強化絶縁）では、０.４ｍｍ以上の幅が必要
とされている。しかし、この距離をあまり長くとりすぎ
ると、発光素子２１と受光素子２４との間の電流伝達率
（以下、「ＣＴＲ（Current Transfer Ratio）」とい
う。）の低下につながる。

【０００７】したがって、高絶縁特性を維持しかつ高い
ＣＴＲを得ようとすれば、できるだけ上記の海外安全規
格に適合する絶縁距離に近づくよう両素子間の距離を調
整する必要がある。そのためには、リードフレームの折
り曲げ精度や金線のループ高さの精度を上げるよう調整
することが重要になる。しかしながら、これらの調整に
は精度的に限界がある。

【０００８】本発明は、上記に鑑み、リードフレームの
折り曲げや金線のループ高さ等の精度調整を行うことな
く、入出力間の高絶縁特性および高ＣＴＲを得ることの
できる光結合装置の提供を目的とする。

【０００９】

【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に搭載された発光素子と受
光側リードフレームに搭載された受光素子とが対向して
設けられた光結合装置において、発光側リードフレーム
の受光側リードフレームに対向する内面とは反対側の外
面に、発光素子の発光面の一部が接続され、受光側リー
ドフレームの発光側リードフレームに対向する内面とは
反対側の外面に、受光素子の受光面の一部が接続された
ものである。そして、各リードフレームの外面が露出す
るように各リードフレームをモールドしてなる透光性モ
ールド体と、透光性モールド体および各素子をモールド
してなる遮光性モールド体とを備える。

【００１０】この構成によれば、発光素子の発光面がリ
ードフレームの外面に直接接続され、受光素子の受光面
がリードフレームの外面に直接接続されるので、従来の
ように素子とリードフレームとを接続していた金線が不
要となる。そのため、発光素子と受光素子との距離は、
各リードフレームの内面間の距離に依存することにな
り、リードフレームの位置決めを正確に行うことによ
り、高精度に両素子間の距離を規定できる。

【００１１】そこで、各リードフレームの外面が露出す
るように、すなわち受発光素子を搭載する部分を除い
て、各リードフレームを一体的にモールドして透光性モ
ールド体を形成すれば、両リードフレーム間の距離をこ
のモールド体により規定することができる。そのため、
従来のようにリードフレームの折り曲げの調整を行う必
要がなく、より高い精度で発光素子と受光素子との距離
を規定できる。

【００１２】また、発光素子の周囲に保護用モールド体
が形成されてもよく、さらに、発光素子から受光素子ま
での光路上に集光体が配されてもよい。集光体により、
発光素子から受光素子への光伝達率が向上する。

【００１３】本光結合装置の製造方法は、発光素子を搭
載する発光側リードフレームと受光素子を搭載する受光
側リードフレームとをそれぞれ折り曲げて対向させ、各
リードフレームの外面が露出するように各リードフレー
ムをモールドして透光性モールド体を形成し、発光素子
の発光面と受光素子の受光面とが対向するように各リー
ドフレームの露出部分に発光面および受光面の一部をそ
れぞれ接続し、透光性モールド体および各素子をモール
ドして遮光性モールド体を形成する方法である。

【００１４】本光結合装置の他の製造方法は、発光側リ
ードフレームの内面に保護用ポッティング体を形成し、
発光側リードフレームと受光側リードフレームとを折り
曲げて対向させ、各リードフレームの外面が露出するよ
うに各リードフレームをモールドして透光性モールド体
を形成し、発光素子の発光面と受光素子の受光面とが対
向するように各リードフレームの露出部分に発光面およ
び受光面の一部をそれぞれ接続し、発光素子の周囲に保
護用ポッティング体を形成し、透光性モールド体および
各素子をモールドして遮光性モールド体を形成する方法
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】＜第１実施形態＞図１は、本発明の第１実
施形態に係る光結合装置の内部構成を示す図であり、図
２は、受発光素子とリードフレームとの接続構成を示す
図である。図１、２を参照して、この光結合装置は、発
光素子１（例えば、発光ダイオード）と受光素子２（例
えば、フォトトランジスタ）とが対向して配置されて光
学的に結合されている。

【００１７】発光素子１は、１対の発光側リードフレー
ム３の受光側リードフレーム４に対向する内面３ａとは
反対側の外面３ｂに、１対の発光側リードフレーム３を
跨ぐように搭載されている。発光素子１はその発光面１
ａの一部に電極が形成されており、発光面１ａの一部
が、発光側リードフレーム３の外面３ｂに半田、銀等の
バンプで電気的に接続されている。

【００１８】また、受光素子２は、発光素子１と同様、
１対の受光側リードフレーム４の外面４ｂにそれらを跨
ぐように搭載されている。受光素子２は、その受光面２
ａの一部に電極が形成されており、その受光面２ａの一
部が受光側リードフレーム４の外面４ｂに、バンプで電
気的に接続されている。

【００１９】また、各リードフレーム３，４の外面３
ｂ，４ｂの一部が露出するように、すなわち受発光素子
１，２を搭載する部分を除いて、各リードフレーム３，
４を透光性樹脂でインジェクションモールドしてなる透
光性モールド体５が形成されている。そして、透光性モ
ールド体５および各素子１，２を遮光性樹脂でインジェ
クションモールドしてなる遮光性モールド体６が形成さ
れている。

【００２０】これによって、発光素子１の発光面１ａの
うち、発光領域は発光側リードフレーム３の隙間を介し
て内面３ａ側に臨み、同様に受光素子２の受光面２ａの
うち、受光領域は受光側リードフレーム４の隙間を介し
て内面４ａ側に臨み、受発光素子１，２の受光面１ａと
受光面２ａとは対向される。

【００２１】そして、発光側リードフレーム３を通じて
送られてきた電気信号は、発光素子１により光信号に変
換され、光信号は、発光面１ａの発光側リードフレーム
３に接続されていない発光領域から照射される。そし
て、透光性モールド体５内を通り、受光面２ａの受光側
リードフレーム４に接続されていない受光領域で受光さ
れ、受光素子２に伝搬される。受光素子２では、光信号
を再び電気信号に変換し、受光側リードフレーム４に伝
搬する。

【００２２】「従来の技術および発明が解決しようとす
る課題」の欄で説明したように、従来の光結合装置にお
いて、発光素子および受光素子間で高絶縁特性および高
ＣＴＲを得るには、絶縁距離の精度、具体的にはリード
フレームの折り曲げ精度および金線のループ高さの精度
を調整する必要がある。

【００２３】本実施形態の光結合装置では、発光素子１
の発光面１ａが発光側リードフレーム３の外面３ｂに直
接接続され、受光素子２の受光面２ａが受光側リードフ
レーム４の外面４ｂに直接接続されるので、従来のよう
に受発光素子と各リードフレームとを接続していた金線
が不要となる。そのため、上記絶縁距離の精度調整が困
難であった金線に代えて、精度の得やすいリードフレー
ムに直接、素子を接続することにより、絶縁距離の精度
調整が容易となる。したがって、より高い精度で発光素
子１と受光素子２との距離を規定できる。

【００２４】また、各リードフレーム３，４の外面３
ｂ，４ｂが露出するように、各リードフレーム３，４を
一体的にモールドして透光性モールド体５を形成すれ
ば、両リードフレーム３，４間の距離をこのモールド体
５により規定できる。そのため、従来のようにリードフ
レームの折り曲げの精度調整を行う必要がなく、折り曲
げ精度が悪くてもリードフレーム３，４の位置決めによ
り発光素子１と受光素子２との距離が調整可能となり、
より高い精度で発光素子１と受光素子２との距離を規定
できる。したがって、上記構成により、絶縁に必要な距
離に対して最短の絶縁距離を確保することができ、高Ｃ
ＴＲを得ることができる。

【００２５】次に、この光結合装置の製造方法を説明す
る。まず、発光素子１を搭載する発光側リードフレーム
３と受光素子２を搭載する受光側リードフレーム４とを
それぞれ折り曲げて対向させる。次いで、図３に示すよ
うな金型の上型７および下型８で各リードフレーム３，
４を挟み込むように固定する。金型のキャビティ９は、
各リードフレーム３，４の外面３ｂ，４ｂの一部が露出
するように、各リードフレーム３，４の外面３ｂ，４ｂ
の一部および外側の基部３ｃ，４ｃに当接して、各リー
ドフレーム３，４を包み込む形状となっている。このと
き、各リードフレーム３，４の外面３ｂ，４ｂの一部に
金型が当接することにより、各リードフレーム３，４の
内面３ａ，４ａが平行に対向する。

【００２６】そして、各リードフレーム３，４を透光性
樹脂等で一体的にインジェクションモールドして透光性
モールド体５を形成する。この場合、透光性樹脂として
は、赤外光を透過する熱可塑性のポリカーボネイト樹
脂、白色系で赤外光を透過するＰＰＳ（ポリフェニレン
サルファイド）樹脂等が用いられる。

【００２７】次いで、発光素子１の発光面１ａと受光素
子２の受光面２ａとが対向するように、各リードフレー
ム３，４の露出部分に発光面１ａおよび受光面２ａの一
部をバンプを介して搭載し、それぞれ電気的に接続す
る。次に、透光性モールド体５および各素子１，２を黒
色系の熱可塑性樹脂により、一体的にインジェクション
モールドして遮光性モールド体６を形成する。そして、
外装メッキし、外部に突出している各リードフレーム
３，４の切断、折り曲げ加工等の外部リード成型を行っ
て製品とする。

【００２８】ところで、発光素子１および受光素子２を
各リードフレーム３，４に接続する態様としては、例え
ば、図４に示すように、各素子１，２の側面に電極を形
成するようにし、各素子１，２の側面の一部に各リード
フレーム３，４をバンプにて、または耐熱性の導電性接
着剤で接着して接続するようにしてもよい。

【００２９】このようにすれば、各素子１，２の受発光
面１ａ，２ａと各リードフレーム３，４とが面一になる
ので、各リードフレーム３，４の厚さ分さらに発光素子
１と受光素子２との距離を絶縁に必要な距離まで近づけ
ることができる。そのため、図１の構造に比べ光結合装
置の全体の厚みをより薄くすることができ、光結合装置
の小型化を図れる。また、発光面１ａおよび受光面２ａ
の一部は各リードフレーム３，４に覆われなくなるの
で、受発光面１ａ，２ａの照射および受光面積が広がる
ことになり、光の伝達量が増大し伝達効率をより向上さ
せることができる。

【００３０】また、各リードフレーム３，４間の距離を
規定する方法としては、両リードフレーム３，４の内面
３ａ，４ａに当接する絶縁性のスペーサでもよい。ある
いは、図５に示すように、各リードフレーム３，４間に
所定の厚さを有する透光性の樹脂体、ガラス体１１を介
在させるようにしてもよい。ガラス体１１は、略直方体
に形成された本体部１１ａと本体部１１ａの上下面の中
央にそれぞれ形成された突起部１１ｂとからなる。

【００３１】本体部１１ａの厚さは、絶縁に必要な距離
にほぼ一致するように予め作製されている。また、突起
部１１ｂを含むガラス体１１の中央部分の厚さは、受発
光素子１，２間の距離となるように予め作製されてい
る。すなわち、このガラス体１１の本体部１１ａの上下
面に沿って各リードフレーム３，４を配置して、各リー
ドフレーム３，４に受発光素子１，２を接続するように
すれば、各リードフレーム３，４および各素子１，２を
スムーズに位置決めでき、より高い精度で発光素子１と
受光素子２との距離を規定できる。したがって、絶縁に
必要な距離に対して最短の絶縁距離を確保できる上、高
ＣＴＲを得ることができる。

【００３２】＜第２実施形態＞図６は、第２実施形態に
係る光結合装置の構成を示す図である。この第２実施形
態の特徴は、発光素子１の周囲にそれを保護するための
保護用モールド体１２が形成されたことにある。すなわ
ち、発光素子１が接続される領域に対応する発光側リー
ドフレーム３の内面３ａ、および発光素子１の周囲をモ
ールドする透光性シリコーン樹脂等による保護用ポッテ
ィング体１２ａ，１２ｂが形成されている。この保護用
ポッティング体１２ａ，１２ｂにより、その後に行われ
るインジェクションモールドによる衝撃から発光素子１
の損傷、接続不良等を防止することができる。その他の
構成については、第１実施形態の構成と同様である。

【００３３】次に、第２実施形態に係る光結合装置の製
造方法を説明する。まず、発光側リードフレーム３の内
面３ａに透明シリコーン樹脂を滴下した後、熱硬化させ
て保護用ポッティング体１２ａを形成する。次いで、発
光側リードフレーム３と受光側リードフレーム４とを折
り曲げて対向させる。なお、製作の都合上、発光側リー
ドフレーム３を折り曲げてから、その内面３ａに透明シ
リコーン樹脂を滴下して、保護用ポッティング体１２ａ
を形成するようにしてもよい。次に、各リードフレーム
３，４の外面３ｂ，４ｂの一部が露出するように、各リ
ードフレーム３，４を一体的にインジェクションモール
ドして透光性モールド体５を形成する。

【００３４】次に、発光素子１の発光面１ａと受光素子
２の受光面２ａとが対向するように、各リードフレーム
３，４の露出部分に発光面１ａおよび受光面２ａの一部
をそれぞれバンプで電気的に接続する。発光素子１に透
明シリコーン樹脂を付着させた後、熱硬化させて保護用
ポッティング体１２ｂを形成する。そして、透光性モー
ルド体５および各素子１，２を一体的にインジェクショ
ンモールドして遮光性モールド体６を形成する。その
後、外装メッキし、外部リード成型を行って製品とす
る。

【００３５】なお、上記保護用ポッティング体１２ａ，
１２ｂは、受光素子２を保護する目的で、受光側リード
フレーム４の内面４ａ、および受光素子２の周囲に形成
されてもよい。

【００３６】＜第３実施形態＞図７は、第３実施形態に
係る光結合装置の構成を示す図である。この第３実施形
態の特徴は、発光素子１から受光素子２までの光路上に
発光素子１からの光を集光するための透明ガラス等の絶
縁性のレンズ状の集光体１３が配された点にある。同図
によると、集光体１３は略半球形状とされ、発光側リー
ドフレーム３の発光素子１が搭載される部分の内面３ａ
に設けられている。

【００３７】この集光体１３により、発光素子１からの
光が集光され光が無用に拡散されずに受光素子２に達す
るので、光の伝達効率が向上し高ＣＴＲを得ることがで
きる。その他の構成については、第１実施形態の構成と
同様である。

【００３８】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ができる。例えば、第
３実施形態で説明した集光体１３は、図８に示すよう
に、受光素子２側に配されても構わない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、発光
素子の発光面がリードフレームの外面に直接接続され、
受光素子の受光面がリードフレームの外面に直接接続さ
れるので、従来のように素子とリードフレームとを接続
していた金線が不要となり、リードフレームの位置決め
を正確に行うことにより高い精度で発光素子と受光素子
との距離を規定できる。また、受発光素子を搭載する部
分を除いて、各リードフレームを一体的にモールドして
透光性モールド体を形成すれば、両リードフレーム間の
距離をこのモールド体により規定することができるの
で、従来のようにリードフレームの折り曲げの調整を行
う必要がなく、より高い精度で発光素子と受光素子との
距離を規定できる。したがって、絶縁に必要な距離に対
して最短の絶縁距離を確保することができ、高ＣＴＲを
得ることができる光結合装置を提供することができる。

【００４０】また、発光素子の周囲に保護用モールド体
を形成するようにすれば、他のモールドによる衝撃から
素子の損傷、接続不良等を防止することができる。

【００４１】さらに、発光素子から受光素子までの光路
上に集光体を配するようにすれば、その集光体により、
発光素子から受光素子への光伝達率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光結合装置の内部
構成を示す図

【図２】受発光素子とリードフレームとの接続構成を示
す図

【図３】透光性モールド体を形成する際の金型を示す図

【図４】受発光素子とリードフレームとの接続構成の変
形例を示す図

【図５】受発光素子とリードフレームとの接続構成の他
の変形例を示す図

【図６】第２実施形態に係る光結合装置の内部構成を示
す図

【図７】第３実施形態に係る光結合装置の内部構成を示
す図

【図８】同じく光結合装置の内部構成の変形例を示す図

【図９】従来の光結合装置の内部構成を示す図

【符号の説明】

１ 発光素子 １ａ 発光面 ２ 受光素子 ２ａ 受光面 ３ 発光側リードフレーム ４ 受光側リードフレーム ５ 透光性モールド体 ６ 遮光性モールド体 １２ 保護用モールド体 １３ 集光体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光側リードフレームに搭載された発光
   素子と受光側リードフレームに搭載された受光素子とが
   対向して設けられた光結合装置において、前記発光側リ
   ードフレームの前記受光側リードフレームに対向する内
   面とは反対側の外面に、前記発光素子の発光面の一部が
   接続され、前記受光側リードフレームの前記発光側リー
   ドフレームに対向する内面とは反対側の外面に、前記受
   光素子の受光面の一部が接続されたことを特徴とする光
   結合装置。
2. 【請求項２】 各リードフレームの外面が露出するよう
   に各リードフレームをモールドしてなる透光性モールド
   体と、前記透光性モールド体および各素子をモールドし
   てなる遮光性モールド体とを備え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】 前記発光素子の周囲に保護用モールド体
   が形成さ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。
4. 【請求項４】 前記発光素子から受光素子までの光路上
   に集光体が配されたことを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載の光結合装置。
5. 【請求項５】 発光素子を搭載する発光側リードフレー
   ムと受光素子を搭載する受光側リードフレームとをそれ
   ぞれ折り曲げて対向させ、各リードフレームの外面が露
   出するように各リードフレームをモールドして透光性モ
   ールド体を形成し、前記発光素子の発光面と前記受光素
   子の受光面とが対向するように前記各リードフレームの
   露出部分に前記発光面および受光面の一部をそれぞれ接
   続し、前記透光性モールド体および各素子をモールドし
   て遮光性モールド体を形成することを特徴とする光結合
   装置の製造方法。
6. 【請求項６】 発光側リードフレームの内面に保護用ポ
   ッティング体を形成し、前記発光側リードフレームと受
   光側リードフレームとを折り曲げて対向させ、各リード
   フレームの外面が露出するように各リードフレームをモ
   ールドして透光性モールド体を形成し、前記発光素子の
   発光面と前記受光素子の受光面とが対向するように前記
   各リードフレームの露出部分に前記発光面および受光面
   の一部をそれぞれ接続し、前記発光素子の周囲に保護用
   ポッティング体を形成し、前記透光性モールド体および
   各素子をモールドして遮光性モールド体を形成すること
   を特徴とする光結合装置の製造方法。