JP2001060714A - 光結合素子 - Google Patents

光結合素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】リードフレームサイズの省面積化及びパッケー
ジの小型化をはかる。 【解決手段】互いに隣接する光結合部４間に、絶縁性及
び遮光性を有する絶縁遮光体５を設けて光結合部４間を
遮光することで、クロストークが発生することを防止し
ながら、光結合部を近接配置できるようにする。また、
１次側の発光素子及び２次側の受光素子の周囲に透明シ
リコーン樹脂を形成するとともに、それら１次側と２次
側の透明シリコーン樹脂を絶縁透光体を介して光学的に
連結して光結合部を構成することで光パスの体積を小さ
し、隣接する素子間の距離を短くしても、クロストーク
を防止するための距離を十分に確保できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば２チャンネ
ルフォトカプラ等の複数の光結合部を有する光結合素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＦＡ機器などにおける信号伝達用のイン
ターフェース部には、外部機器との電気的絶縁が必要と
され、さらに外来ノイズの影響が大きい環境で使用され
ることからフォトカプラが用いられている。インターフ
ェース部に用いられるフォトカプラには高速特性（高速
信号伝達）が要求され、またインターフェース部には複
数の入出力があることから、複数個のフォトカプラが必
要とされており、一般に１つのパッケージ内に複数の光
結合部を有する複数チャンネルタイプの光結合素子が使
用されている。
【０００３】複数チャンネルタイプの光結合素子の一例
を図１及び図２に示す。図１、図２に示す光結合素子
（２チャンネルタイプ）では、高速特性をもたせるた
め、受光素子にバイポーラＩＣプロセスでフォトダイオ
ードと光信号処理回路を１チップに集積した素子が使用
されており、その受光素子（出力側、２次側素子）に
は、電源電圧印加端子Ｖｃｃ、ＧＮＤ端子及び出力端子
Ｖｏの３つの外部接続部が設置されている。この例で
は、２個の受光素子２Ａ、２Ｂを備えているが、電源電
圧印加端子ＶｃｃとＧＮＤ端子とは共有できるため、図
３に示すように、受光素子２Ａと受光素子２Ｂの電源電
圧印加端子Ｖｃｃから、同じ外部端子につながるリード
フレーム３に金ワイヤで結線する、という結線法を採る
ことにより、３つの外部接続部を有する受光素子２Ａ、
２Ｂを２個内蔵していながら、４つの外部端子、すなわ
ち共有の電源電圧印加端子Ｖｃｃ、出力端子Ｖｏ1 （受
光素子２Ａの出力端子Ｖｏ）、出力端子Ｖｏ2 （受光素
子２Ｂの出力端子Ｖｏ）及び共通のＧＮＤ端子の計４つ
の外部端子だけで構成することが可能となる。
【０００４】これは、各受光素子２Ａ、２Ｂから３つず
つ端子を出して、２次側（出力側）の端子数を６とする
と、合計１２ピンのパッケージとなってしまうが、端子
の共通化をすることにより、２次側の端子数が４とな
り、合計８ピンのパッケージ（図１参照）で済むことに
なる。このように、製品の小型化及び低価格化を目的と
して、複数の光結合部を有する光結合素子では、一般的
に受光素子のいくつかの端子を共通としている。
【０００５】また、複数チャンネルタイプの光結合素子
では、発光素子と受光素子との間に透明シリコーン樹脂
を充填して光結合部を形成し、その周囲をエポキシ樹脂
で封止した構造が一般的に用いられている。その一例を
図４に示す。
【０００６】図４に示す例では、互いに隣接する光結合
部２４を透明シリコーン樹脂で形成しており、発光素子
１から発せられた光が、透明シリコーン樹脂（光結合部
２４）の内部を通過して受光素子２に直接到達し、ま
た、発光素子１からの光の一部はシリコーン樹脂と周囲
のエポキシ樹脂２５との界面で反射して受光素子２に到
達する。このように、透明シリコーン樹脂間に充填され
たエポキシ樹脂２５は、光結合部２間における相互の光
信号の干渉（以下、クロストークと言う）を防止するた
めに、片方のチャンネルから発せられた光が隣接の受光
素子に届かないように、チャンネル間の光の透過を阻止
する役目を果たしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２に示す
ような２チャンネルタイプの光結合素子において、入力
端子Ｔ1 、Ｔ2 への入力信号に対しては、出力端子Ｔ7
から出力信号が出るように、また入力端子Ｔ3 、Ｔ4 へ
の入力信号に対しては、出力端子Ｔ6 から出力信号が出
るような構造が必要となる。
【０００８】すなわち、入力端子Ｔ1 、Ｔ2 の入力信号
は出力端子Ｔ6 の出力信号に何らかの影響（クロストー
ク）を及ぼさないようし、また入力端子Ｔ3 、Ｔ4 の入
力信号は出力端子Ｔ7 の出力信号に何らかの影響を及ぼ
さないようにすることが必要であり、そのため、前記し
たように、光結合部を形成する透明シリコーン樹脂を各
光結合部ごとに形成するとともに、互いに隣接する光結
合部同士が接触しないように光結合部間に距離をあけ
る、という方法を採らざるを得ず、このことが、リード
フレームサイズの省面積化設計及びパッケージの小型化
（省体積化）を行う際の制限項目となっていた。
【０００９】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、リードフレームサイズの省面積化設計及びパッ
ケージの小型化が可能な構造の複数チャンネル方式の光
結合素子の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の光結合
部を有する光結合素子において、互いに隣接する光結合
部間に、絶縁性及び遮光性を有する絶縁遮光体を設けた
ことによって特徴づけられる。
【００１１】この発明の光結合素子によれば、互いに隣
接する光結合部間が絶縁遮光体によって遮光されるの
で、クロストークを防止することができ、これにより従
来の構造（図４）と比べて光結合部間の距離を短くする
ことが可能になる。
【００１２】この発明の光結合素子に用いる絶縁遮光体
としては、遮光用の着色を施したポリイミド系フィルム
または石英ガラス板等を挙げることができる。
【００１３】この発明の光結合素子において、絶縁遮光
体を光結合部間の所定位置に固定するための凸部または
凹部をリードフレームに設けておくと、光結合部を形成
する透明シリコーン樹脂の注入時において、絶縁遮光体
に位置ずれが生じることがなく、絶縁遮光体を光結合部
間の中央の最適な位置に固定することができる。またそ
のような凸部または凹部に替えて、絶縁遮光体をエポキ
シ樹脂によってリードフレームに固定するという方法を
採用しても、同様に、絶縁遮光体を光結合部間の中央の
最適な位置に固定することができる。
【００１４】本発明は、複数の光結合部を有する光結合
素子において、１次側の発光素子及び２次側の受光素子
の周囲にそれぞれ透明シリコーン樹脂が形成され、それ
ら１次側と２次側の透明シリコーン樹脂が、絶縁性及び
透光性を有する絶縁透光体を介して光学的に連結され、
これら１次側と２次側の透明シリコーン樹脂及び絶縁透
光体によって光結合部が構成されていることによって特
徴づけられる。
【００１５】この発明の光結合素子によれば、１次側の
発光素子及び２次側の受光素子に形成した透明シリコー
ン樹脂を絶縁透光体を介して光学的に連結しているの
で、光結合部を透明シリコーン樹脂のみで形成する場合
と比較して、光パスの体積を小さくすることができる。
これによりリードフレームのサイズを小さくしても、ク
ロストークを防止するための距離を十分に確保すること
が可能になり、従来の構造（図４）と比べて光結合部間
の距離を短くすることができる。
【００１６】この発明の光結合素子に用いる絶縁透光体
としては石英ガラスを挙げることができる。また、絶縁
透光体の形状は、特に限定はされないが、例えば、円
柱、球あるいは立方体等を挙げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。
【００１８】図５は本発明の光結合素子の実施形態の光
結合部の構造を模式的に示す断面図ある。
【００１９】図５に示す光結合素子は、図４に示したも
のと同様に２チャンネルタイプフォトカプラであって、
２対の発光素子１（発光ダイオード）と受光素子２（受
光素子集積素子等）とがリードフレーム３に互いに対向
した状態で実装されている。
【００２０】各発光素子１と受光素子２との間には透明
シリコーン樹脂が充填されており、この部分が光結合部
４となっている。そして、この例では、互いに隣接する
光結合部４間の中央位置に、ポリイミド系フィルムに遮
光用の着色を施した絶縁遮光性フィルム５を設けたとこ
ろに特徴があり、このように絶縁遮光性フィルム５によ
って２つの光結合部４間を分離しておくことで、それら
光結合部４間が遮光されるので、２つの光結合部４を近
接して配置しても、クロストークが発生することを防止
することができる。
【００２１】なお、この実施形態では、絶縁遮光体とし
て、ポリイミド系フィルムに遮光用の着色を施した絶縁
遮光性フィルム５を用いているが、これに替えて、遮光
用の着色が施された石英ガラス板等を光結合部４間に設
置しても、同様な効果を得ることができる。
【００２２】図６は本発明の光結合素子の他の実施形態
の光結合部の構造を模式的に示す断面図である。
【００２３】図６に示す実施形態は、図５の構造におい
て、絶縁遮光性フィルム５を光結合部４間の中央位置に
位置決め・固定するための凸部３１を、受光素子２側の
リードフレーム３に設けたところに特徴があり、このよ
うな凸部３１を設けておくと、光結合部４を形成する透
明シリコーン樹脂の注入時において、絶縁遮光性フィル
ム５に位置ずれが生じることがなくなり、絶縁遮光性フ
ィルム５を光結合部間の中央の最適な位置に正確に固定
することができる。
【００２４】なお、そのような凸部３１に替えて、位置
決め・固定用の凹部をリードフレーム３に設けておいて
もよい。また、凸部や凹部に替えて、絶縁遮光性フィル
ム５をエポキシ樹脂によってリードフレーム３に固定す
るという方法を採用してもよい。
【００２５】ここで、以上の凸部や凹部あるいはエポキ
シ樹脂による固定等の構成は、絶縁遮光体として、遮光
用の着色が施された石英ガラス板等を用いる場合にも、
適用できることは言うまでもない。
【００２６】図７は本発明の光結合素子の別の実施形態
の光結合部の構造を模式的に示す断面図である。
【００２７】図７に示す光結合素子は、２チャンネルタ
イプフォトカプラであって、２対の発光素子１（発光ダ
イオード）と受光素子２（受光素子集積素子等）とがリ
ードフレーム３に互いに対向した状態で実装されてい
る。
【００２８】その１次側の発光素子１及び２次側の受光
素子２の周囲にはそれぞれ透明シリコーン樹脂６、７が
形成されており、それら１次側と２次側の透明シリコー
ン樹脂６、７が、円柱形状の石英ガラス８（絶縁透光
体）を介して光学的に連結され、これら１次側と２次側
の透明シリコーン樹脂６、７及び石英ガラス８によって
光結合部１４が構成されている。
【００２９】この実施形態の光結合素子によれば、１次
側と２次側のリードフレーム３の中央位置に石英ガラス
８を介在させているので、１次側と２次側に形成する透
明シリコーン樹脂６、７の粘度により、その部分の形状
を図７に示すようなスリムな形状とすることが可能とな
り、光パスの体積を小さくすることができる。従って図
４に示した構造と比較して、リードフレーム３のサイズ
を小さくしても、クロストークを防止するための距離を
十分に確保することが可能になる。
【００３０】なお、この実施形態に用いる石英ガラスの
形状としては、円柱のほか、球あるいは立方体等を挙げ
ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光結合素
子によれば、互いに隣接する光結合部間に絶縁遮光体を
設けて光結合部間を遮光しているので、クロストークが
発生することを防止しながら、光結合部を近接して配置
することが可能となり、これによりパッケージの小型化
及び実装時の省面積化を達成できる。
【００３２】本発明の光結合素子によれば、１次側の発
光素子及び２次側の受光素子の周囲に透明シリコーン樹
脂を形成するとともに、それら１次側と２次側の透明シ
リコーン樹脂を絶縁透光体を介して光学的に連結して光
結合部を構成しているので、光パスの体積を小さくする
ことができる。これにより、隣接する素子間の距離を短
くしても、クロストークを防止するための距離を十分に
確保することが可能となり、パッケージの小型化及び実
装時の省面積化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の複数チャンネルタイプの光結合素子の外
観形状を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び平面図
（ｃ）である。
【図２】従来の複数チャンネルタイプの光結合素子の内
部結線図である。
【図３】従来の複数チャンネルタイプの光結合素子の受
光側リードフレームのレイアウトを示す図である。
【図４】従来の複数チャンネルタイプの光結合部の構造
を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の光結合部の構造を模式的に
示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の光結合部の構造を模式
的に示す断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態の光結合部の構造を模式
的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ リードフレーム ３１ 凸部 ４，１４ 光結合部 ５ 絶縁遮光性フィルム（絶縁遮光体） ６、７ 透明シリコーン樹脂 ８ 石英ガラス（絶縁透光体）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の光結合部を有する光結合素子にお
    いて、互いに隣接する光結合部間に、絶縁性及び遮光性
    を有する絶縁遮光体が設けられていることを特徴とする
    光結合素子。
  2. 【請求項２】 絶縁遮光体が遮光用の着色を施したポリ
    イミド系フィルムであることを特徴とする請求項１記載
    の光結合素子。
  3. 【請求項３】 絶縁遮光体が遮光用の着色を施した石英
    ガラス板であることを特徴とする請求項１記載の光結合
    素子。
  4. 【請求項４】 絶縁遮光体を光結合部間の所定位置に固
    定するための凸部または凹部が、リードフレームに設け
    られていることを特徴とする請求項１、２または３記載
    の光結合素子。
  5. 【請求項５】 絶縁遮光体がリードフレームにエポキシ
    樹脂を介して固定されていることを特徴とする請求項
    １、２または３記載の光結合素子。
  6. 【請求項６】 複数の光結合部を有する光結合素子にお
    いて、１次側の発光素子及び２次側の受光素子の周囲に
    それぞれ透明シリコーン樹脂が形成され、それら１次側
    と２次側の透明シリコーン樹脂が、絶縁性及び透光性を
    有する絶縁透光体を介して光学的に連結され、これら１
    次側と２次側の透明シリコーン樹脂及び絶縁透光体によ
    って光結合部が構成されていることを特徴とする光結合
    素子。
  7. 【請求項７】 絶縁透光体に石英ガラスが用いられてい
    ることを特徴とする請求項６記載の光結合素子。
  8. 【請求項８】 絶縁透光体の形状が円柱、球または立方
    体であることを特徴とする請求項６記載の光結合素子。
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