JPH05190890A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受発光間の距離を正確にとる。 【構成】 耐熱絶縁樹脂基板１１の表裏両面に夫々凹部
１２，１３を設け、両凹部１２，１３の間に通光用の貫
通孔３１を形成し、受発光両素子１４，１５を各凹部１
２，１３の底面に搭載して対向させることにより、両素
子１４，１５を耐熱絶縁樹脂基板１１の貫通孔３１の長
さだけ離間させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光結合装置に関し、特
に耐熱性樹脂基板上に、金属メツキ等で配線を施したフ
レームレス構造を有する表面実装型の光結合装置に係
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の光結合装置（フオトカプ
ラ）の断面図を示す。図３の如く、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種
金属にＳｎメツキ等を施した金属製リードフレーム１，
２の先端に、発光素子３（ＬＥＤチツプ）と受光素子４
（フオトダイオードチツプやフオトトランジスタチツ
プ）とを夫々ダイボンドし、Ａｕ，Ａｌワイヤー等によ
るワイヤーボンドが施された後、それらを面対向して配
置する。さらに、両素子３，４の保護および光外部量子
効率の向上のため、これらの周囲をエポキシ樹脂や熱可
塑性樹脂等の透光性樹脂５により一次モールドし、その
後、金属リードフレーム１，２の保護と外乱光の遮蔽の
ためにエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂等の遮蔽性樹脂６で
二次モールドしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光結合装置の構
造では、金属リードフレーム１，２は外部に露出してい
るため、外部の力により曲げ等の変形が起こりやすく、
受発光両素子３，４を対向配置する際、その位置決めが
正確でないことが多かつた。この場合、両素子３，４が
近すぎると両者間の電気的絶縁性を確保しにくくなり、
逆に遠すぎると光の利用効率が低下してしまうという問
題があつた。

【０００４】また、金属リードフレーム１，２の外部露
出部分が変形すると、実装時に位置決め誤差が発生しや
すいといつた問題が生じていた。

【０００５】さらに、金属リードフレーム１，２と透光
性樹脂５および遮光性樹脂６のモールド用樹脂材料との
熱膨張係数差による応力のため、金属リードフレーム
１，２とモールド用樹脂間が剥離したり、モールド用樹
脂にクラツクが発生したりすることがあつた。そうする
と、剥離部分やクラツクから水分が侵入し、電気的シヨ
ート不良、あるいは金属リードフレーム１，２のメツキ
配線の腐食およびワイヤーの断線によるオープン不良が
発生しやすかつた。

【０００６】さらにまた、表面実装が一般化されている
現在、光結合装置について、より軽薄短小化が要求され
ていた。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、耐熱性樹脂基
板上に薄膜配線を施したフレームレス構造にすることに
より、薄型化を図るとともに、端子とモールド樹脂間と
の熱膨張係数の差を考慮する必要がなく、この間の剥離
やモールド樹脂のクラツクによるオープンおよびシヨー
ト不良の発生を軽減し得る光結合装置の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１，２の如く、発光素子１４と受光素
子１５とが光学的に結合するよう対向配置され、これら
が透光性樹脂２８および遮光性樹脂２９にて樹脂封止さ
れてなる光結合装置において、耐熱絶縁樹脂基板１１の
表面に第一凹部１２が形成され、耐熱絶縁樹脂基板１１
の裏面に第二凹部１３が形成され、該第一凹部１２と第
二凹部１３との間に通光用の貫通孔３１が形成され、前
記第一凹部１２および第二凹部１３に薄膜状の立体配線
電極部１６，１７が形成され、前記第一凹部１２の電極
部１６に発光素子１４および受光素子１５のうちのいず
れか一方が搭載され、第二凹部１３の電極部１７に発光
素子１４および受光素子１５のうちの他方が搭載され、
発光素子１４の発光面と受光素子１５の受光面とが面対
向されたものである。

【０００９】本発明請求項２による課題解決手段は、請
求項１記載の貫通孔３１の孔壁３２は、発光素子１４か
らの光を受光素子１５へ反射して導光するよう傾斜され
たものである。

【００１０】本発明請求項３による課題解決手段は、請
求項１，２記載の発光素子１４および受光素子１５と、
これが搭載される電極部１６，１７との間に、これらを
電気的に接続する接続手段２７が介在され、該接続手段
２７は、導電接着剤、半田ペーストまたは半田バンプか
らなるものである。

【００１１】

【作用】上記請求項１による課題解決手段において、耐
熱絶縁樹脂基板１１の表裏両面に凹部１２，１３を設
け、これらの間に貫通孔３１を形成し、凹部１２，１３
に薄膜状の立体配線電極部１６，１７を形成する。そし
て、各凹部１２，１３内に発光素子１４および受光素子
１５を搭載し面対向させる。その後、凹部１２，１３内
に透光性樹脂２８および遮光性樹脂２９を充填して、リ
ードフレームレス構造の光結合装置を製造する。そうす
ると、受発光両素子１４，１５間の間隔を耐熱絶縁樹脂
基板１１の貫通孔３１の距離で設定でき、両素子１４，
１５の相互の位置決めが正確となる。

【００１２】請求項２では、発光素子１４から出射した
光を貫通孔３１の傾斜した孔壁３２で受光素子１５へ反
射させ、光利用効率を向上させる。

【００１３】請求項３では、各素子１４，１５を凹部１
２，１３の電極部１６，１７に搭載する際、接続手段２
７を介して接続する。そうすると、各素子の搭載が容易
となり、その位置精度が高まる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係わる光結合装置（フオトカ
プラ）の一実施例を示す断面図、図２は同じくその平面
図である。

【００１５】図示の如く、本実施例の光結合装置は、耐
熱絶縁樹脂基板１１内で、発光素子１４と受光素子１５
とが光学的に結合するよう対向配置され、これらが透光
性樹脂２８および遮光性樹脂２９にて樹脂封止されてな
る。

【００１６】前記耐熱絶縁樹脂基板１１は、液晶ポリマ
ー等が用いられ、その表裏両面には、発光素子１４およ
び受光素子１５を収納する矩形の第一凹部１２および第
二凹部１３が形成されている。

【００１７】前記第一凹部１２および第二凹部１３の側
壁および底壁には、薄膜状の立体配線電極部１６，１７
が形成されている。該立体配線電極部１６，１７は、Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｔｉ等を用い、湿式によるメツ
キ法、蒸着法、スパツタリング法、フオトリソ技術、エ
ツチング技術等により、単層または多層に形成される。
該立体配線電極部１６，１７は、図１，２の如く、耐熱
絶縁樹脂基板１１の表裏面の接続端子１６ａ，１７ａ
と、スルーホール３０の配線部１６ｂ，１７ｂとを介し
て、耐熱絶縁樹脂基板１１の互いに相反する面側の接続
端子１６ｃ，１７ｃへ夫々引き回しされる。これによ
り、光結合装置の表面側を半田付け等により面実装する
際には、図２中の接続端子１６ａ，１７ｃが外部実装基
板上の配線パターンと外部接続し、逆に光結合装置の裏
面側を面実装する際には、接続端子１６ｃ，１７ａが外
部接続するという具合に、裏面側どちらでも実装可能
（リバーシブル）となり、回路設計の自由度が増す。

【００１８】該両凹部１２，１３の中央部同士の間に
は、通光用の貫通孔３１が形成されている。該貫通孔３
１の孔径は、各素子１４，１５のチツプサイズよりも小
寸とされている。該貫通孔３１の孔壁３２は、発光素子
１４からの光を受光素子１５へ反射して導光するよう、
断面台形状に傾斜されている。なお、該孔壁３２には、
光沢性を有せしめるため、前記立体配線電極部１６，１
７と非連続のＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等の金属膜をコー
テイングするのが望ましい。

【００１９】前記発光素子１４は第一凹部１２の電極部
１６に搭載され、前記受光素子１５は第二凹部１３の電
極部１７に搭載され、これにより、発光素子１４の発光
面と受光素子１５の受光面とは面対向される。

【００２０】前記発光素子１４および受光素子１５と、
各素子１４，１５が搭載される電極部１６，１７との間
には、これらを電気的に接続する接続手段２７が介在さ
れている。該接続手段２７は、例えば絶縁性の接着剤に
カーボン粒子や金属粒子を混入した後加熱して導電性を
持たせた熱硬化型の異方性導電接着剤が使用される。な
お、接続手段２７として半田ペースト印刷あるいは半田
バンプを使用してもよく、さらにこれらの材料を発光側
と受光側とで使い分けてもよい。

【００２１】上記構成の光結合装置は、次のように製造
される。まず、複数の耐熱絶縁樹脂基板１１を、一枚の
大型の基板として一体的に射出形成する。この際、凹部
１２，１３および貫通孔３１を形成しておく。

【００２２】次に、各凹部１２，１３と耐熱絶縁樹脂基
板１１の表裏面に選択的に立体メツキを施し、電極部１
６，１７を形成する。

【００２３】また、発光素子１４および受光素子１５に
予め半田バンプ等の接続手段２７を形成しておき、この
接続手段２７により凹部１２，１３の電極部１６，１７
へダイボンドする。そして、接続手段２７として半田バ
ンプを用いた場合には、その後リフロー工程を通して溶
融接続する。なお、この接続手段２７は、予め電極部１
６，１７側に形成しておいてもよい。

【００２４】さらに、必要であれば、各素子１４，１５
と電極部１６，１７との間をワイヤ結線する。そして、
これらを保護するため、各素子１４，１５と基板１１と
の間の隙間から貫通孔３１内に液状の透光性樹脂２８を
注入後硬化し、さらに、外乱光を遮蔽するため、上層部
を遮光性樹脂２９で充填硬化する。

【００２５】その後、一枚の大型の基板としての耐熱絶
縁樹脂基板１１をダイシングソーで切断し、略直方体状
の個別の光結合装置を得る。

【００２６】得られた光結合装置は、回路設計に応じて
表裏面どちらかを外部実装基板に面実装すればよい。

【００２７】以上のように、耐熱絶縁樹脂基板１１に凹
部１２，１３を夫々設け、これに立体メツキにより電極
部１６，１７を形成し、受発光素子１４，１５を実装
後、凹部１２，１３内に透光性樹脂２８および遮光性樹
脂２９を充填したリードフレームレス構造とすることに
より、金属リードフレームを省略でき、従来問題であつ
たリードフレームの曲がりや変形を考慮する必要がなく
なる。

【００２８】また、耐熱絶縁樹脂基板１１の凹部１２，
１３内に透光性樹脂２８および遮光性樹脂２９を充填し
たことにより、半田リフロー処理工程において、耐熱絶
縁樹脂基板１１と各樹脂２８，２９との熱膨張係数の差
は、従来使用している金属リードフレームとモールド樹
脂との熱膨張係数の差より小さくなる。

【００２９】したがつて、耐熱絶縁樹脂基板１１上の電
極部と各充填樹脂との間での剥離およびこれらのクラツ
クの発生を防ぐことができ、オープンおよびシヨート等
の電気的特性の改良を行うことができる。

【００３０】そして、受発光素子１４，１５を耐熱絶縁
樹脂基板の凹部に精度良く搭載することができるため、
製品品質上の向上を図ることができる。

【００３１】また、貫通孔３１の孔壁３２を傾斜面と
し、これを反射面としているため、発光素子１４から出
射した光線の光利用効率を高め得る。

【００３２】したがつて、従来の光結合装置に比べて、
その光学的特性を向上させ得る。

【００３３】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、耐熱絶縁樹脂基板の表裏両面に夫々凹
部を設けるとともに、両凹部間に通光用の貫通孔を形成
し、耐熱絶縁樹脂基板に立体メツキの電極部を施してい
るので、前記受発光素子を対向して搭載し、凹部に樹脂
をモールドすることにより、次の効果が期待できる。

【００３５】（１）受発光両素子間の間隔を貫通孔の距
離で正確に設定できるため、これを極めて短く設定して
も誤差が生じにくくなる。したがつて、電気的絶縁性を
確保しながら受発光間の距離を短くとるような寸法に設
計しておけば、この設計どうり両素子を誤差なく正確に
位置決めでき、近すぎることによる絶縁破壊を防止で
き、遠すぎることによる光の利用効率の低下を防止でき
る。ひいては、歩留りおよび品質の向上を著しく向上さ
せることが可能となる。

【００３６】（２）耐熱絶縁樹脂基板の凹部に樹脂をモ
ールドする構造としたことで、耐熱絶縁樹脂基板とモー
ルド樹脂との熱膨張係数の差は小さくなり、半田リフロ
ー処理工程時にモールド樹脂の剥離およびクラツクの発
生を抑えることができ、より信頼性の高いフオトカプラ
の提供が可能となる。

【００３７】（３）リードフレームレス構造にしたこと
で、他の基板への表面実装時に、金属リードフレームの
曲げや変形による不良が発生するのを防止できる。した
がつて、光結合装置を外部実装基板上に実装する際、そ
の位置決めが容易となる。

【００３８】（４）リードフレームレス構造にしたこと
で、金属リードフレームが不要となり、より薄型化、小
型化にした光結合装置の提供が可能となる。

【００３９】請求項２によると、貫通孔の孔壁に傾斜を
つけて、これを反射面としているので、発光素子から出
射した光線の光利用効率を向上し得、より高感度化を図
り得、低電流で使用できる光結合装置の提供が可能とな
る。

【００４０】請求項３によると、各素子と、これと直接
接続する電極部との間に、半田バンプ等の接続手段を介
在させているので、素子の搭載が容易となり、また受発
光素子を容易に対向配置できるため、その位置精度を高
くでき、製品ばらつきを抑えることが可能となる。ま
た、製造工程上の短縮化が図れるため、フオトカプラの
より低価格化を実現できるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す光結合装置の断面図

【図２】光結合装置の平面図

【図３】従来の光結合装置の断面図

【符号の説明】

１１ 耐熱絶縁樹脂基板 １２ 第一凹部 １３ 第二凹部 １４ 発光素子 １５ 受光素子 １６，１７ 電極部 ２７ 接続手段 ２８ 透光性樹脂 ２９ 遮光性樹脂 ３１ 貫通孔 ３２ 孔壁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子とが光学的に結合す
   るよう対向配置され、これらが透光性樹脂および遮光性
   樹脂にて樹脂封止されてなる光結合装置において、耐熱
   絶縁樹脂基板の表面に第一凹部が形成され、耐熱絶縁樹
   脂基板の裏面に第二凹部が形成され、該第一凹部と第二
   凹部との間に通光用の貫通孔が形成され、前記第一凹部
   および第二凹部に薄膜状の立体配線電極部が形成され、
   前記第一凹部の電極部に発光素子および受光素子のうち
   のいずれか一方が搭載され、第二凹部の電極部に発光素
   子および受光素子のうちの他方が搭載され、発光素子の
   発光面と受光素子の受光面とが面対向されたことを特徴
   とする光結合装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の貫通孔の孔壁は、発光素
   子からの光を受光素子へ反射して導光するよう傾斜され
   たことを特徴とする光結合装置。
3. 【請求項３】 請求項１，２記載の発光素子および受光
   素子と、これが搭載される電極部との間に、これらを電
   気的に接続する接続手段が介在され、該接続手段は、導
   電接着剤、半田ペーストまたは半田バンプからなること
   を特徴とする光結合装置。