JPH0749812Y2 - 光結合装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、表面実装（SMD）対応の光結合装置に関し、
特に、二重トランスフアーモールド構造を持つ光結合装
置に関する。

〈従来技術〉 近年、電子機器は軽量、小型の市場動向があり、電子部
品の形態もこの動向に伴い小型化が進行している。

この要望は、光結合装置（フオトカプラ）においても同
様である。フオトカプラは、他のIC、LSIまたはトラン
ジスタと異なり、パッケージ内部に光路を形成しなけれ
ばならない。このため、光結合装置は、第８図の如く、
発光素子１と受光素子２とを光学的に結合するよう、シ
リコン樹脂３により光路形成を行なったものとするか、
もしくは、第９図に示す二重トランスフアーモールド構
造、すなわち、内部樹脂に透光性エポキシ樹脂４を使用
し発光素子１と受光素子２とを一次モールドして光学的
に結合し、さらにこれを黒色系の外装用エポキシ樹脂５
によりトランスフアーモールドして二次モールドした構
造としたものが使用されている。

なお、第8,9図中、6,7はリードフレーム、８はボンディ
ングワイヤー、９は一次モールド体、10は二次モールド
体、1aはプリコート樹脂である。

〈考案が解決しようとする課題〉 従来の光結合装置では、パツケージを小型化すると、基
板への表面実装時の加熱（半田リフロー）工程で、第８
図に示すシリコン樹脂３、または第９図に示すエポキシ
樹脂４と、外装用エポキシ樹脂５との間の熱膨張係数の
差や、樹脂の吸湿により、第９図に示すようなパツケー
ジクラツクＡが発生しやすく、このクラツクにより絶縁
耐圧の低下、または装置自体の破壊に至ることがあるた
め、取り扱いに十分な注意が必要とされている。これ
は、次の原因に基づく。

光結合装置の赤外線炉による半田リフローにて基板に光
結合装置の表面実装を行なうと、非接触加熱のため半田
付け時の装置の位置ずれが発生しないが、対象とする物
体（光結合装置）の色、材質などによつて輻射熱の吸収
率が異なる特徴を有している。一般に、赤外線は黒色の
物体ほどよく吸収し、よく加熱される。一方、色が白く
なるに従つてその吸収率は小さくなり、温度上昇は低く
なる。

特に、第９図に示した二重トランスフアーモールドタイ
プの光結合装置では、一次モールド樹脂（エポキシ樹脂
４）に透光性の白色系樹脂を使用し、二次モールド樹脂
（エポキシ樹脂５）に遮光性の黒色系モールド樹脂を使
用しているので、一次モールド樹脂の種別に関係なく、
二次モールド樹脂である黒色系樹脂のみ温度が上昇し、
それぞれの樹脂の温度上昇の違いにより、過度の熱スト
レスが加わり、最悪の場合にはクラツクが生じる。

このため、実装時における熱ストレスに対し充分な耐量
をもつ光結合装置（フオトカプラ）が要望されている。

ここで、赤外線半田リフロー時の二次モールド体10の上
面側の熱ストレスによるクラツクを防止するため、光結
合装置の上面部を反射板で覆う方式が周知技術とされて
いるが、この方法によると、反射板を光結合装置の上側
に配置する工程がプラスされ、その作業が複雑となる。

本考案は、上記に鑑み、簡単な構造で、表面実装リフロ
ー工程時の作業性に優れ、かつその際の熱ストレスに強
く、絶縁耐圧の高い二重トランスフアーモールド構造の
光結合装置の提供を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本考案による課題解決手段は、第1,2図の如く、発光素
子12と受光素子14とを光学的に結合するよう透光性樹脂
でモールドして成る一次モールド体15と、該一次モール
ド体15を熱膨張係数の異なる遮光性樹脂でモールドして
成る二次モールド体16とから構成され、半田リフローに
より基板20上に実装される光結合装置において、前記一
次モールド体15の隅部17,18は、一次モールド体15と二
次モールド体16との熱膨張係数の互いにより発生する応
力を分散するよう円弧状に形成されるとともに、半田リ
フローにおける高温となる側の半径R1が低温となる側の
半径R2よりも大となるように設定されたものである。

〈作用〉 上記課題解決手段において、光結合装置は、発光素子12
と受光素子14とを光学的に結合するよう透光性樹脂によ
り一次モールドして一次モールド体15を形成し、一次モ
ールド体15を遮光性樹脂で二次モールドして二次モール
ド体16を形成することにより完成する。その後、この光
結合装置を、半田リフローにより基板20上に実装する。

このとき、実装時の加熱（半田リフロー）工程で、一次
モールド体15に使用した樹脂と、二次モールド体16に使
用した樹脂との間の熱膨張係数の差や、樹脂の吸湿によ
り、パツケージクラツクが発生しやすくなる。

しかし、一次モールド体15の隅部17,18を円弧状に形成
するとともに、半田リフローにおける高温となる側の半
径R1が低温となる側の半径R2よりも大となるように設定
しているので、一次モールド体15と二次モールド体16と
の熱膨張係数の違いにより隅部に発生する応力を分散す
ることができる。

したがつて、簡単な構造で、表面実装時の熱ストレスや
樹脂の吸湿によるクラツクの発生を防止することが可能
となる。

〈実施例〉 以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本考案の一実施例の光結合装置を示す断面図、
第２図は同じくその平面図、第３図は同じくその正面
図、第４図は同じくその側面図、第５図は同じくその電
気回路図、第６図は同じくその半田リフロー工程時の状
態を示す図、第７図は従来の光結合装置と比較した半田
耐熱特性を示す図である。

第１図の如く、本実施例の表面実装対応の光結合装置
（フオトカプラ）は、入力信号を発光部で一旦光に変換
し、この光を受光部で再び電気信号に変換して出力する
もので、発光側リードフレーム11に搭載された発光素子
12と、受光側リードフレーム13に搭載された受光素子14
と、該発光素子12と受光素子14とを対向配置しこれらが
光学的に結合するよう透光性樹脂でモールドして成る一
次モールド体15と、該一次モールド体15を熱膨張係数の
異なる遮光性樹脂でモールドして成る二次モールド体16
とから構成されている。

そして、前記一次モールド体15の隅部17,18は、一次モ
ールド体15と二次モールド体16との熱膨張係数の違いに
より発生する応力を分散するよう円弧状に形成されてい
る。

前記リードフレーム11,13は、第１〜４図の如く、鍵形
に折曲形成され、その半田付け部11a,13aは、第６図の
如く、プリント配線基板20の表面に実装されるよう基板
20に対して平行に折曲されている。

前記発光素子12は、第５図の如く、発光ダイオードが使
用され、第１図の如く、プリコート樹脂21により保護さ
れている。

前記受光素子14は、第５図の如く、フオトトランジスタ
が使用されている。

そして、発光素子12および受光素子14は、第５図のよう
に回路形成され、第１図の如く、金線等のボンデイング
ワイヤ22,23により内部結線されている。

前記一次モールド体15は、第１図の如く、透光性の白色
系エポキシ樹脂により略直方体状に形成されている。該
一次モールド体15の隅部17,18は、半田リフロー工程に
おける高温となる側（上部側）の半径R1が低温となる側
の半径R2よりも大となるよう設定されている。なお、本
実施例R1＝0.55mm、R2＝0.3mmである。

前記二次モールド体16は、黒色系の遮光性エポキシ樹脂
により形成されており、本実施例では、その外径寸法
は、夫々、高さ2.6mm、長さ4.4mm、幅3.6mmとされ、樹
脂厚ｄは0.4mmとされている。

上記の光結合装置において、発光素子12および受光素子
14を発光側リードフレーム11および受光側リードフレー
ム13に夫々搭載し、発光素子12と受光素子14とを光学的
に結合するよう透光性樹脂により一次モールドして一次
モールド体15を形成する。そして、一次モールド体15を
遮光性樹脂で二次モールドして二次モールド体16を形成
することにより完成する。

その後、光結合装置を、第６図の如く、赤外線半田リフ
ローによりプリント配線基板20上に表面実装する。

このとき、表面実装時の加熱（半田リフロー）工程で、
一次モールド体15に使用した樹脂と、二次モールド体16
に使用した樹脂との間の熱膨張係数の差や、樹脂の吸湿
により、パツケージクラツクが発生しやすくなる。

しかし、本考案では、第１図の如く、一次モールド体15
の隅部17,18を円弧状に形成しているので、一次モール
ド体15と二次モールド体16との熱膨張係数の違いにより
隅部に発生する応力を分散することができる。

したがって、簡単な構造で、表面実装時の熱ストレスや
樹脂の吸湿によるクラツクの発生を防止することが可能
となる。

また、第６図の如く、プリント配線基板20上に置かれた
光結合装置は、本考案のような表面実装（SMD）方式の
場合、挿入実装（IMD）方式に比較して、赤外線による
リフロー工程時に基板20の上面を熱する必要がある。す
なわち、赤外線を発する炉の下側のメインヒータ31およ
び上側の補助ヒーター32により赤外線がその上下両面に
照射されるので、光結合装置の上面部、すなわち二次モ
ールド体16の上面部が補助ヒーター32からの直接輻射熱
を吸収し、また二次モールド体16に使用される樹脂が黒
色系であるのも手伝い、二次モールド体16の上面部に至
るほど温度上昇が著しくなる。この結果、二次モールド
体16の上面部の方が、二次モールド体16の下面部に比べ
てクラツクが発生しやすくなる。

しかし、本実施例では、第１図の如く、一次モールド体
15の上隅部17の半径R1を、下隅部18の半径R2よりも大に
設定しているので、上隅部17の応力分散機能をより向上
させることができ、二次モールド体16の上面部のクラツ
クが発生するのを防止できる。

ここで、二次モールド体16の外形における隅部を円弧状
（Ｒ＝0.1〜0.2mm）として小型パツケージを形成する技
術もあるが、この構成では、二次モールド体の外形にお
ける隅部のＲを大きくしすぎると、内部リードフレーム
が露出したり、フレーム形状が制限されるので、樹脂内
に洗浄水等の水分を吸湿しやすくなる。このように、吸
湿した場合、熱ストレスによるクラツクの発生を助長す
る。

しかし、本考案では、二次モールド体16の外形における
隅部を円弧状とするのではなく、内側の一次モールド体
15の隅部17,18を円弧状としているので、内部のリード
フレームが露出したり、リードフレームの形状が制限を
受けたりすることがなく、内部樹脂に洗浄水等の水分が
吸湿するのを軽減できる。

したがつて、水分の吸湿に基づいた熱ストレスによるク
ラツクの発生を助長することもない。

なお、前述のように、一次モールド体15の上隅部17の半
径R1および下隅部18の半径R2をR1＝0.5mm、R2＝0.3mmに
設定しておくことにより、二次モールド体16の外形寸法
は、前述の如く、3.6mm×4.4mm×2.6mmと小型化するこ
とができ、かつ、第７図に示すように、半田温度が280
℃となつても、パツケージクラツクは発生しない。

ここで、第７図は、光結合装置を85℃/85％高温高湿槽
内に168時間放置した後、素子全体を半田槽内に直接浸
漬し、クラツク発生率と半田温度の関係を示したもの
で、図中Ｂは従来の光結合装置を、Ｃは本考案によるも
のを夫々示している。

一般に、実装時におけるリフロー温度は、230±20℃と
考えられ、上記結果は、吸湿したフオトカプラでも十分
実装に耐え得ることを示している。

なお、本考案は、上記実施例に限定されるものではな
く、本考案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。

例えば、上記実施例ではフオトカプラについて記載した
が、半田リフローにより実装されるフオトインタラプタ
ーに利用するものでもよい。

〈考案の効果〉 以上の説明から明らかな通り、本考案によると、一次モ
ールド体の隅部を円弧状に形成するとともに、半田リフ
ローにおける高温となる側の半径が低温となる側の半径
よりも大となるように設定しているので、一次モールド
体と二次モールド体との熱膨張係数の違いにより隅部に
発生する応力を分散することができ、特に半田リフロー
時においてはモールド体内の温度分布が異なり、場所に
よつてクラツクの発生率が違つてくるが、発生率の高い
高温となる側の隅部の応力分散機能をより向上させるこ
とができる。

したがつて、簡単な構造で、半田リフローによる表面実
装時において熱ストレスや樹脂の吸湿によるクラツクの
発生を防止することが可能となり、高信頼性の光結合装
置を提供することができるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の光結合装置を示す断面図、
第２図は同じくその平面図、第３図は同じくその正面
図、第４図は同じくその側面図、第５図は同じくその電
気回路図、第６図は同じくその半田リフロー工程時の状
態を示す図、第７図は従来の光結合装置と比較した半田
耐熱特性を示す図、第８図は光結合装置の一従来例を示
す断面図、第９図は同じく他の従来例を示す断面図であ
る。 11:発光側リードフレーム、12:発光素子、13:受光側リ
ードフレーム、14:受光素子、15:一次モールド体、16:
二次モールド体、17,18:隅部、20:基板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子と受光素子とを光学的に結合する
   よう透光性樹脂でモールドして成る一次モールド体と、
   該一次モールド体を熱膨張係数の異なる遮光性樹脂でモ
   ールドして成る二次モールド体とから構成され、半田リ
   フローにより基板上に実装される光結合装置において、
   前記一次モールド体の隅部は、一次モールド体と二次モ
   ールド体との熱膨張係数の違いにより発生する応力を分
   散するよう円弧状に形成されるとともに、半田リフロー
   における高温となる側の半径が低温となる側の半径より
   も大となるように設定されたことを特徴とする光結合装
   置。