JP3732023B2

JP3732023B2 - 光結合装置およびその製造方法

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Publication number: JP3732023B2
Application number: JP28214998A
Authority: JP
Inventors: 也寸志長谷川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-10-05
Also published as: JP2000114587A

Description

【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一体的にモールドされて光学的に結合された光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光結合装置としてフォトカプラやフォトインタラプタがあり、両者は、用途の違いによりその構造や製造方法が異なる。一般に、フォトカプラは、発光素子および受光素子を同一パッケージに封入し、発光素子からの光を受光素子で受光する。一方、フォトインタラプタは、発光素子と受光素子とをある間隔で対向配置し、この間を通過する被検出物を検出する（透過型と呼ぶ）。あるいは、外部にある被検出物に発光素子からの光を反射させて受光素子で受光する（反射型と呼ぶ）。
【０００３】
製造方法を説明すると、フォトカプラでは、図１３に示すように、発光素子２１と受光素子２２とをそれぞれＡｇペースト等にて金属製の搭載用リードフレーム２３，２４に搭載する。各素子２１，２２と図示しない結線用リードフレームとをＡｕワイヤ２５でワイヤボンドする。各リードフレーム２３，２４をオフセット折り曲げして、両素子２１，２２の光軸が合うように対向して配置する。その後、各素子２１，２２の周囲を透光性のエポキシ樹脂により一体的にトランスファーモールドして、透光性モールド体２６を形成する。さらに、透光性モールド体２６の周囲を遮光性のエポキシ樹脂によりトランスファーモールドして、遮光性モールド体２７を形成する。そして、外部に露出しているリードフレーム２３，２４の形状加工を行い製品とする。
【０００４】
一方、フォトインタラプタでは、図１４に示すように、発光素子３１および受光素子３２をそれぞれＡｇペースト等により金属製の搭載用リードフレーム３３，３４に搭載する。各素子３１，３２と図示しない結線用リードフレームとをＡｕワイヤ３５でワイヤボンドする。次いで、発光素子３１および受光素子３２の周囲を透光性の樹脂によりインジェクションモールドして、発光側モールド体３６および受光側モールド体３７をそれぞれ形成する。そして、遮光性の黒色エポキシ樹脂により形成された外装ケース３８内に発光側モールド体３６および受光側モールド体３７を挿入して、接着剤等を用いて固定する。このとき、発光素子３１および受光素子３２の光軸がスリット３９を介して合うように両素子３１，３２を対向して配置する。なお、外装ケース３８の代わりに、インジェクションモールドによって両モールド体３６，３７を一体化する場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、両者は互いの構造の違いにより、その製造方法が全く異なっており、別々の工程、別々の製造設備で作製しなくてはならず、同じ光結合装置でありながら製造面で無駄が多かった。そのため、共通の工程、共通の製造設備で作製できる方法が望まれていた。
【０００６】
ところで、フォトカプラやフォトインタラプタ等の小型面実装タイプの電子部品では、それらに対する市場の要望は厳しく、特に外部プリント基板への実装時における耐熱性の向上が強く望まれている。一般に、外部プリント基板にこのような電子部品を半田付けする場合、半田クリームを用いて半田リフローを行う。具体的には、外部プリント基板がリフロー炉を通過することにより、高温（２３０℃）雰囲気下で半田クリームが溶かされ、半田付けが行われる。
【０００７】
ここで、フォトインタラプタの外装ケースには、熱硬化性樹脂を使用しているが、リフロー炉内の温度が熱硬化性樹脂の熱変形温度を越えた場合、ケーシング時の残留応力等により外装ケースが変形し、受発光素子間の光軸がずれてしまうことがある。そのため、外装ケースが変形しないように、リフロー炉内の温度を低く設定しなければならず、確実な半田リフローが行われないことがある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、耐熱性を向上させるとともに製造コストを低減することのできる光結合装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【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、光結合装置のうちフォトインタラプタの製造方法において、発光側リードフレームに搭載した発光素子と、受光側リードフレームに搭載した受光素子とを間隔をおいて配置し、両素子の周囲を透光性の熱硬化性樹脂により一体的にモールドして透光性モールド体を形成し、透光性モールド体の周囲を遮光性の熱硬化性樹脂によりモールドして遮光性モールド体を形成し、両素子の間の両モールド体の一部を除去して被検出物通過用凹部を形成するものである。
【００１０】
上記方法によれば、並べて配置した受発光素子に熱硬化性樹脂による２重のモールドを施して、フォトインタラプタを作製することができるので、従来のように外装ケースを用いた構造に比べ、耐熱性が向上する。なお、凹部を形成しなければ、フォトカプラとなる。
【００１１】
ここで、透光性モールド体が、各素子をそれぞれ取り囲む封止部と、両封止部を接続する、これよりも偏狭の光路部とから構成されていると、光路部の一部を除去して凹部が形成されるので、両素子間の光軸ずれが起こることはなく、精度のよい光路を確保できる。
【００１２】
上記製造方法において、複数の発光素子とこれと同数の受光素子を平行に並べて２重モールドした後、凹部を形成して、個々に分離するようにすれば、複数のフォトインタラプタを一度に作製することができる。
【００１３】
そして、各リードフレームの先端が折り曲げられたり、圧潰加工されたりして、各素子を搭載する搭載面となり、両搭載面を対向配置すると、光結合装置としての出力が上がる。
【００１４】
【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。図１は、本発明の一実施形態に係る光結合装置である透過型フォトインタラプタの構成を示す図である。同図によれば、このフォトインタラプタは、ＧａＡｓ発光ダイオード等からなる発光素子１が金属製（Ｃｕ、Ｆｅ、４２Ａｌｌｏｙ等）の発光側リードフレーム２のヘッダー部３にＡｇペースト等の導電性ペーストによりダイボンドされて搭載され、結線用リードフレーム４にＡｕワイヤ５によりワイヤボンドされている。
【００１５】
また、Ｓｉフォトトランジスタ等からなる受光素子６が、発光素子１同様、受光側リードフレーム７のヘッダー部８に導電性ペーストによりダイボンドされて搭載され、結線用リードフレーム９にＡｕワイヤ５によりワイヤボンドされている。
【００１６】
発光素子１と受光素子６とは同一平面上に間隔をおいて配置され、両素子１，６の周囲が透光性の熱硬化性樹脂により一体的にトランスファモールドされて、透光性モールド体１１が形成されている。さらに、透光性モールド体１１の周囲が遮光性の熱硬化性樹脂によりトランスファモールドされて、遮光性モールド体１２が形成されている。透光性モールド体１１は、図２に示すように、各素子１，６をそれぞれ取り囲む封止部１３と、両封止部１３を接続する光路部１４とから形成され、光路部１４は、封止部１３よりも金型によって偏狭に形成されている。
【００１７】
そして、両素子１，６の間に、透光性モールド体１１の光路部１４および遮光性モールド体１２の一部を除去してなる被検出物通過用の凹部１５が形成されている。凹部１５の幅は光路部１４の幅より狭いので、光路部１４の一部が両側に残って、発光素子１からの光が通るスリット１６となる。
【００１８】
この構成によれば、凹部１５中に被検出物がない場合、発光素子１からの光は、発光素子１側の透光性モールド体１１、スリット１６、凹部１５、スリット１６および受光素子６側の透光性モールド体１１を通じて受光素子６で受光される。また、凹部１５中に被検出物がある場合には、発光素子１からの光は被検出物により遮られ、受光素子６では受光されない。これにより、被検出物の有無を検出することができる。
【００１９】
従来のフォトインタラプタでは、受発光素子をモールドしたモールド体を外装ケースに固定する構造であったため、外部プリント基板に半田リフローにより実装する場合、外装ケースが変形するといった耐熱性の面で問題があった。しかし、上記のように、各素子１，６の周囲を熱硬化性樹脂によりトランスファモールドして２重のモールド体１１，１２で覆う構造とすることにより、外部プリント基板に半田リフローにより高温雰囲気下で実装しても、上記モールド体１１，１２には残留応力が存在せず、変形することがないので、両素子１，６の位置はずれない。したがって、耐熱性に優れた精度の高いフォトインタラプタとすることができる。
【００２０】
このフォトインタラプタの変形例としては、図３に示すように、各リードフレームのうち少なくともリードフレーム２，７の先端を金型加工により直角に折り曲げてヘッダー部３，８とし、この平坦な搭載面に各素子１，６を搭載し、各素子１，６の発光面および受光面を対向させるようにする。これにより、発光素子１からの光は受光素子６の受光面全体に均等に到達し、光信号の安定した供給が可能となり、伝達効率を向上させて出力を上げることができる。
【００２１】
また、他の変形例としては、図４に示すように、各リードフレームのうち少なくともリードフレーム２，７の先端をプレスにより圧潰加工し、搭載用リードフレーム２，７の先端の押し潰された平面状の搭載面に各素子１，６を搭載し、各素子１，６の発光面および受光面を対向させるようにする。この場合でも、上記と同様に発光素子１からの光は受光素子６の受光面全体に均等に到達し、伝達効率を向上させることができる。
【００２２】
次に、他の実施形態に係る光結合装置であるフォトカプラを図５に示す。同図によれば、このフォトカプラは、発光素子１が金属性の搭載用リードフレーム２のヘッダー部３に導電性ペーストによりダイボンドされて搭載され、結線用リードフレーム４にＡｕワイヤ５によりワイヤボンドされている。
【００２３】
また、受光素子６が、発光素子１同様、受光側リードフレーム７のヘッダー部８に導電性ペーストによりダイボンドされて搭載され、結線用リードフレーム９にＡｕワイヤ５によりワイヤボンドされている。
【００２４】
発光素子１と受光素子６とは間隔をおいて配置され、両素子１，６の周囲が透光性の熱硬化性樹脂により一体的にトランスファモールドされて、透光性モールド体１１が形成されている。透光性モールド体１１は、図２に示すように、各素子１，６をそれぞれ取り囲む封止部１３と、両封止部１３を接続して光路となる光路部１４とから構成される。光路部１４は、金型により前後方向に狭められて、封止部１３より偏狭に形成される。そして、透光性モールド体１１の周囲が遮光性の熱硬化性樹脂によりトランスファモールドされて、遮光性モールド体１２が形成されている。
【００２５】
この光結合装置は、上記構成によりフォトカプラとして機能するが、このフォトカプラでは、透光性モールド体１１の光路部１４が封止部１３より偏狭に形成されているため、発光素子１からの光は光路部１４の壁面１４ａで反射されて集光され、受光素子６における受光量を上げることができる。
【００２６】
なお、このフォトカプラの変形例としては、図６に示すように、光路部１４が発光素子１側から受光素子６側にかけて徐々に狭められて形成されてもよい。これによれば、発光素子１からの光はより一層集光され、受光素子６における受光量をさらに高めることができる。
【００２７】
ここで、図１および図５に示したフォトインタラプタおよびフォトカプラを比較すると、凹部１５の有無に相違があり、他は全く同じ構造である。この凹部１５は、被検出物が通過する通路となるものであるので、この凹部１５が形成されればフォトインタラプタとなり、凹部１５が形成されなければフォトカプラとなる。したがって、フォトインタラプタおよびフォトカプラの製造工程において、凹部１５を形成する段階までの工程を共有することができる。
【００２８】
以下、具体的に説明する。発光素子１を発光側リードフレーム２のヘッダー部３にＡｇペースト等でダイボンドして搭載する。発光素子１の上面に形成されている電極と結線用リードフレーム４とをＡｕワイヤ５等で超音波熱圧着等によりワイヤボンドする。
【００２９】
同様に、受光側リードフレーム７のヘッダー部８に受光素子６をＡｇペースト等でダイボンドして搭載する。受光素子６の上面に形成されている電極と結線用リードフレーム９とをＡｕワイヤ５等で超音波熱圧着等によりワイヤボンドする。
【００３０】
次に、発光素子１および受光素子６を間隔をおいて配置し、透光性のエポキシ樹脂を用いて両素子１，６および各リードフレーム２，４，７，９の一部の周囲をトランスファーモールドにより一体的にモールドし、透光性モールド体１１を形成する。そして、透光性モールド体１１の周囲に、遮光性のエポキシ樹脂によりトランスファーモールドによるモールドを行う。外部に突出したリードフレーム２，４，７，９は、金型にてフォーミングを行う。ここまでの工程により、図５に示すフォトカプラが作製され、絶縁耐圧試験、電気特性検査等の品質検査や外観検査等を経て製品化される。
【００３１】
そして、フォトインタラプタを作製する場合は、凹部１５を形成するために、引き続き以下に示す切削工程に入る。切削工程では、受発光素子１の間の両モールド体１１，１２を切削する。具体的には、図７に示すように、ダイシングソーを用い、それに回転自在に取り付けられているブレード１７により上方からほぼ鉛直方向にダイシングする。ダイシングする深さは、両モールド体１１，１２の間の透光性モールド体１１が少し残る程度とされ、必要に応じて、深さを調整するようにしてもよい。また、ブレード１７の幅を変えることにより、凹部１５の幅を任意に調整することができる。
【００３２】
このとき、凹部１５を光路部１４の幅より小さくなるように切削すれば、遮光性モールド体１２の内壁面に発光素子１からの光が通るスリット１６が形成される。スリット１６の大きさは、光路部１４の断面積に相当するので、光路部１４を形成する際、金型を適当に選択して形成すれば、スリット１６の大きさを自由にかつ精度よく形成できる。例えば、図８に示すように、光路部１４の上下方向の高さが小さくなるように金型により形成すれば、図９に示すように、スリット１６を一層小さく形成できる。そのため、スリット１６から侵入する外乱光等を抑えることができる上、受光素子６における受光量を高めることができるといった利点がある。このようにして、図１に示すフォトインタラプタが作製され、上述した品質検査等を経て製品化される。
【００３３】
以上のように、２重モールド後のダイシングを行うか否かによって、フォトカプラおよびフォトインタラプタを作り分けることができる。そのため、従来のように、フォトカプラをフォトインタラプタとは異なる工程および異なる製造設備で作製する必要がなく、同一工程で作製でき、かつ同じ製造設備を共用することができる。したがって、製造コストの低減が図られ、生産性を向上させることができるとともに、設備投資を抑えることができる。
【００３４】
また、上記製造方法において、多連のリードフレーム２，７にそれぞれ発光素子１および受光素子６を搭載して、これらのリードフレーム２，７を対向配置し、一対の受発光素子１，６をそれぞれモールドして、複数の透光性モールド体１１を形成する。これらの透光性モールド体１１を遮光性モールド体１２により一体的に覆い、２重モールド構造とする。次いで、ダイシングソーによる一回の切削で凹部１５を形成し、その後、個々に分離する。このように、一度に複数個のフォトインタラプタを作製することができ、生産性を高めることができる。また、個々に分離しなければ、図１０に示すように、多連タイプのフォトインタラプタとして製品化できる。
【００３５】
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、上記実施形態では、フォトインタラプタを作製する場合、被検出物通過用の凹部１５として溝を形成していたが、図１１に示すように、両素子１，６の間に、両モールド体１１，１２を貫通する被検出物通過用の孔１８を形成するようにしてもよい。
【００３６】
また、図１２に示すように、リードフレーム２，７を斜めに折り曲げ、両素子１，６を対向して配置し、両素子１，６の間の両モールド体１１，１２の一部を斜め方向からダイシングするようにしてもよい。このようにすれば、両素子１，６を左右方向に平行に配置したフォトインタラプタに比べ、左右方向の長さが短くなり、装置をよりコンパクトにでき、小型化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、受発光素子に熱硬化性樹脂による２重モールドを施して一体化し、凹部を形成することにより、従来のように外装ケースを用いた構造に比べ、耐熱性の向上した光結合装置、特にフォトインタラプタを提供することができる。
【００３８】
また、上記製造方法において、複数の発光素子とこれと同数の受光素子に対して２重モールドした後、凹部を形成して、個々に分離するようにすれば、複数の光結合装置を一度に作製することができ、生産性が向上する。
【００３９】
さらに、２重モールドした後、凹部を形成しなければ、フォトカプラを作製することができる。そのため、フォトインタラプタおよびフォトカプラを同じ工程で作製でき、かつ製造設備を共有化することができる。したがって、設備投資を抑えることができ、安価な光結合装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォトインタラプタを示し、(a) は縦断面図、(b) は横断面図
【図２】透光性モールド体の斜視図
【図３】フォトインタラプタの変形例を示す断面図
【図４】フォトインタラプタの他の変形例を示す断面図
【図５】フォトカプラを示し、(a) は縦断面図、(b) は横断面図
【図６】フォトカプラの変形例を示す断面図
【図７】凹部を形成するときの断面図
【図８】透光性モールド体の変形例を示す斜視図
【図９】フォトインタラプタの他の変形例を示す断面図
【図１０】多連型のフォトインタラプタを示す部分斜視図
【図１１】フォトインタラプタの変形例を示す断面図
【図１２】フォトインタラプタの他の変形例を示す断面図
【図１３】従来のフォトカプラの断面図
【図１４】従来のフォトインタラプタの断面図
【符号の説明】
１発光素子
２，７搭載用リードフレーム
６受光素子
１１透光性モールド体
１２遮光性モールド体
１３封止部
１４光路部
１５凹部

Claims

発光側リードフレームのヘッダー部に搭載した発光素子と、受光側リードフレームのヘッダー部に搭載した受光素子とを同一平面上に間隔をおいて配置し、前記両素子の周囲を透光性の熱硬化性樹脂により一体的にモールドして、各素子をそれぞれ取り囲む封止部と、該両封止部を接続する、これよりも偏狭の光路部とからなる透光性モールド体を形成し、該透光性モールド体の周囲を遮光性の熱硬化性樹脂によりモールドして遮光性モールド体を形成し、被検出物通過用凹部を形成するか否かによって、フォトカプラとフォトインタラプタを作り分け、フォトカプラを作製する場合、凹部を形成せず、フォトインタラプタを作製する場合、前記両素子の間の前記光路部の一部および前記遮光性モールド体の一部を前記透光性モールド体が少し残る深さまで除去して、残った前記透光性モールド体が前記ヘッダー部よりも下側に位置するように前記凹部を形成し、前記光路部の両側に残った一部を前記発光素子からの光が通るスリットとすることを特徴とする光結合装置の製造方法。
複数の発光素子とこれと同数の受光素子に対して２重モールドした後、凹部を形成して、個々に分離することを特徴とする請求項１記載の光結合装置の製造方法。
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、前記両素子の周囲を透光性の熱硬化性樹脂によりモールドしてなる透光性モールド体と、該透光性モールド体の周囲を遮光性の熱硬化性樹脂によりモールドしてなる遮光性モールド体とを備え、前記発光素子と受光素子とが同一平面上に間隔をおいて配置され、前記透光性モールド体は、前記各素子をそれぞれ取り囲む封止部と、該両封止部を接続して光路となる光路部とから構成され、該光路部は、前記封止部より偏狭に形成され、前記両素子の間の前記光路部の一部および前記遮光性モールド体の一部を前記透光性モールド体が少し残る深さまで除去してなる被検出物通過用凹部が形成され、前記光路部の両側に残った一部が前記発光素子からの光が通るスリットとされ、前記凹部の底面は前記ヘッダー部よりも下側に位置することを特徴とする光結合装置。