JP3638328B2 - 表面実装型フォトカプラ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、入力側からの信号に応答して非接触で出力側から信号を得ることができるフォトカプラに関するものであり、特に表面実装型のフォトカプラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のフォトカプラは、図12及び図13に示すように、各一対のリードフレーム2〜8にダイボンド及びワイヤーボンドを施した発光ダイオード(以下「LED」と略称する)10とフォトトランジスタ12を、上下に対向するように配置し、リードフレーム2〜8ごとLED10とフォトトランジスタ12を耐熱性エポキシ樹脂14のトランスファー成形で封止したものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
フォトカプラは入力側と出力側が完全に絶縁されており、入力側の電圧等が出力側に影響を与えない構造になっている。このような入力側と出力側の絶縁状態を保つには、高い絶縁耐圧が必要である。この絶縁耐圧は、一般に、LEDとフォトトランジスタとの距離と、入力側と出力側との間のフォトカプラ外周の沿面距離と、により決定されている。
【0004】
上記従来のフォトカプラにおいても、LED10とフォトトランジスタ12との間の距離を離すことにより絶縁耐圧を高めることができるが、フォトカプラの外形が大きくなってしまうという課題があった。
【0005】
また、LED10とフォトトランジスタ12との間の距離を離すと、光変換効率が低下するため、この光変換効率と絶縁耐圧の関係からLEDとフォトトランジスタとの間の距離を変えて小型化したり、性能を高めることは困難であった。
【0006】
更に、従来のフォトカプラにおいては、トランスファー成形によるエポキシ樹脂14の応力ストレスによりLED10が破損することがあった。そこで、このようなLED10の破損を防止するため、トランスファー成形する前の工程でLED周辺をシリコン樹脂16でコーティングし、保護することが行われていたが、製造工程が増加し、量産性が低下するという課題があった。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、小型化すると共に絶縁耐圧や光変換効率を高め、更に生産性及び信頼性を高めた表面実装型フォトカプラを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面実装型フォトカプラは、透光性を有し、全周が支えられた円錐台形状部を形成するように、片方の面側が凸状に突出しその反対の面側が凹状になるカップ状の基板と、該基板の端部から前記円錐台形状部の上部にかけて前記基板の表裏面にそれぞれ形成される電極パターンと、光を発するジャンクション面に平行な面のそれぞれに電極を有し、該電極はそれぞれ同一方向に片寄って形成されており、前記円錐台形状部の上部の一方の面側に前記電極が来るように取り付けられ、前記電極パターンに電気的に接続される発光素子と、前記円錐台形状部の上部を挟んで前記発光素子に対向するように前記円錐台形状部の上部の他方の面上に取り付けられ、前記電極パターンに電気的に接続される受光素子と、前記基板の表裏全体を覆って前記発光素子と受光素子を封止すると共に前記円錐台形状部の折曲部分を内部に封入する合成樹脂と、を備えるものである。また、上記発光素子の構成を、光を発するジャンクション面に平行な面のそれぞれに電極を有し、該電極の一方が枠状に形成されており、前記円錐台形状部の上部の一方の面側に前記枠状の電極が来るように取り付けられ、前記電極パターンに前記枠状の電極がダイボンドされ他方の電極がワイヤーボンドされて電気的に接続される発光素子と、するものでもある。
【0009】
また、本発明の表面実装型フォトカプラの製造方法は、透光性を有する集合基板の表裏面に電極パターンを形成する工程と、全周が支えられた円錐台形状部を形成するように、片方の面側が凸状に突出しその反対の面側が凹状になるカップ状の基板を前記集合基板に複数形成する工程と、前記円錐台形状部の上部を挟んで対向するように発光素子と受光素子をそれぞれ取り付けて前記電極パターンに接続する工程と、前記集合基板の表裏全体を合成樹脂で覆って前記発光素子と受光素子を封止する工程と、前記集合基板をカットして個々のフォトカプラに分離する工程と、からなる。
【0010】
【作用】
本発明のフォトカプラにおいては、発光素子と受光素子が基板を挟んで対向するように基板上に取り付けられている。このため、発光素子からの光は、基板を介して受光素子に達する。このように、本発明においては、発光素子と受光素子との間の距離が極めて短くなるので、光変換効率は大幅に向上する。また、発光素子と受光素子との間に基板が介在しているので、基板を構成する素材の絶縁破壊電圧内で完全に絶縁される。従って、このフォトカプラは極めて高い絶縁耐圧を有することになる。
【0011】
また、本発明のフォトカプラにおいては、集合基板上に複数のフォトカプラを同時に形成することが可能であり、また、シリコン樹脂によるコーティング工程を必要としていない。従って、本発明のフォトカプラは、生産性が優れており、信頼性も高いものである。
【0012】
【実施例】
図1は本発明の一実施例に係る表面実装型フォトカプラの断面図であり、図2はその分離斜視図である。2は透光性及び耐熱性を有する絶縁材料からなる基板である。本実施例における基板2は、熱可塑性ポリイミドフィルムで構成されており、0.1〜数mmの厚さを有する。この基板2は、その中央に表面側が凸状になり且つ裏面側が凹状になる円錐台形状部4を有するカップ状をなすものである。また、この基板2の表裏面には、それぞれ第1の電極パターン6、8と第2の電極パターン10、12が基板2の端部から円錐台形状部4の中央の水平な上部4aにかけて形成されている。この第1及び第2の電極パターン6〜12は、銅をエッチングすることにより形成されており、本実施例においては銅で形成されたパターンの上に金、ニッケル又は半田のメッキを施したものからなる。更に、基板2の端部には第1及び第2の電極パターン6〜12にそれぞれ接続されているスルーホール電極14〜20が形成されている。
【0013】
22は裏面22cが基板2の円錐台形状部4の上部4aの裏面側に固着されているLEDからなる発光素子である。図3にも示すように、本実施例における発光素子22は、立方体又は直方体をなすものであり、その光を発する半導体の境界面となるジャンクション面22fに平行な側面22a、22b上の裏面22c寄りの部分にそれぞれ電極22d、22eを有するものである。この電極22d、22eはそれぞれ第2の電極パターン10、12に電気的に接続されている。この発光素子22は、裏面22c側に光を発することができるように、図4に示すような表裏面に電極を有する従来のLED24を横に倒したときの構造と同じ構造をなすように構成されている。
【0014】
26は裏面26cが基板2の円錐台形状部4の上部4aの表面側に固着されているフォトトランジスタからなる受光素子である。図6に示す従来のフォトトランジスタ28は、表面28aにベース28bとエミッタ28eが設けられており、裏面28dにコレクタ28cが設けられている。これに対して本実施例におけるフォトトランジスタ26は、図5に示すように、その裏面26dにベース26b、エミッタ26e、コレクタ26cが全て設けられている。このコレクタ26cとエミッタ26eは、裏面26dが基板2に固着されると第1の電極パターン6、8にそれぞれ電気的に接続される。
【0015】
30は発光素子22及び受光素子26を覆うエポキシ樹脂等からなる合成樹脂である。本実施例における合成樹脂30は、基板2のスルーホール電極14〜20部分を除く基板2の表裏面を覆って発光素子22と受光素子26を封止するものである。尚、この合成樹脂30は外部光の影響を防ぐため黒色等、外部光を遮断又は吸収する色に着色されている。
【0016】
上記構成からなる表面実装型フォトカプラは、マザーボード上に載せ、スルーホール電極14〜20をマザーボード上の電極パターンに半田等により固着することにより実装される。このフォトカプラは、第2の電極パターン10、12に信号が印加されることにより発光素子22が点灯すると、その光が基板2を介して受光素子26のベース26bに達し、受光素子26が導通して第1の電極パターン6、8から信号を出力するように動作する。
【0017】
次に上記表面実装型フォトカプラの製造工程を説明する。はじめに、図7及び図8に示すように、数百個〜千個程度のフォトカプラを同時に製造することが可能な熱可塑性ポリイミドフィルム等からなる集合基板32の表裏面に、それぞれ銅の印刷又はエッチングにより形成したパターンあるいはこのように形成された銅泊のパターン上に金、ニッケル又は半田のメッキを施すことにより図2に示す第1及び第2の電極パターン6〜12を形成する。
【0018】
その後、加熱プレス又はインジェクション成形等により集合基板32上に、図2に示す円錐台形状部4を複数形成する。
【0019】
次に、図3及び図5に示す発光素子22と受光素子26を、集合基板32を挟んで対向するようにそれぞれ各円錐台形状部4に取り付ける。その際に、発光素子22の電極22d、22eと受光素子26のコレクタ26c、エミッタ26eは、高温半田又は銀エポキシ樹脂等でそれぞれ第1及び第2の電極パターン6〜12に固着される。
【0020】
更に、スルーホール電極部分を除く集合基板32の表裏全体を合成樹脂30で覆い、発光素子22と受光素子26を封止する。
【0021】
最後に、集合基板32のスルーホール電極部分の中央を通るX、Y軸方向のラインをスライシング等により切断して、個々のフォトカプラに分離する。
【0022】
尚、集合基板32を切断する工程において、複数個のフォトカプラがつながった状態になるように切断すれば、図9に示すような一体化された複数個のフォトカプラを製造することもできる。その際に、各フォトカプラの合成樹脂30もつながるように形成することにより、一体的に取り扱い易くすることができる。
【0023】
図10は図1に示す表面実装型フォトカプラの一部変更例を示す断面図である。このフォトカプラにおいては、図11に示す発光素子40を基板2の円錐台形状部4の上部4aの裏面側に固着している。この発光素子40は、図4に示す従来のLED24と同様に、そのジャンクション面に平行な表裏面40a、40bにそれぞれワイヤーボンド及びダイボンドが可能な電極40c、40dを有するものである。但し、この発光素子40における裏面40b側の電極40dは、裏面側への発光を妨げないように、裏面40bの中央40eを除く部分に枠状に形成されている。そして、この発光素子40は、基板2の第2の電極パターン12に電極40dがダイボンディングされ、また、第2の電極パターン10に電極40cがワイヤーボンディングされて接続されている。
【0024】
上記発光素子40を使用することにより、ワイヤーボンディングは必要になるが、発光素子40として従来のLED24とほぼ同様に取り扱うことができるため、発光素子自体の信頼性やその実装工程の確実性を従来のものと同一レベルに容易に保つことができる。
【0025】
尚、図10に示すフォトカプラにおける発光素子40以外の構造は、図1に示すものと同一である。但し、第2の電極パターン10、12の発光素子40の電極40c、40dとの接続部分の形状に関しては、確実な接続が保てるように、適宜変更しても良い。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、発光素子と受光素子を、十分な絶縁性を保持した状態で、至近距離に配置することができるので、高い絶縁耐圧を保持しながら光変換効率を大幅に向上させることができる。
【0027】
また、発光素子と受光素子との間の距離を極小にすることができ、また、リードフレームを使用していないので、フォトカプラを薄型化、小型化することができる。
【0028】
更に、光変換効率が大幅に向上するので、発光素子に印加する電流を極小にすることができ、省電力化することができる。
【0029】
また、集合基板を用いて複数のフォトカプラを同時に製造することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る表面実装型フォトカプラの断面図である。
【図2】 図1に示すフォトカプラの分解斜視図である。
【図3】 図2に示す発光素子の拡大斜視図である。
【図4】 従来のLEDを示す斜視図である。
【図5】 図2に示す受光素子の拡大斜視図である。
【図6】 従来のフォトトランジスタを示す斜視図である。
【図7】 図1に示すフォトカプラの製造工程における集合基板を示す平面図である。
【図8】 図7に示す集合基板のA−A断面図である。
【図9】 図1に示すフォトカプラの一部変更例を示す断面図である。
【図10】 図1に示すフォトカプラの一部変更例を示す断面図である。
【図11】 図10に示す発光素子を示す斜視図である。
【図12】 従来のフォトカプラの斜視図である。
【図13】 図12に示すフォトカプラの断面図である。
【符号の説明】
2、34 基板
4 円錐台形状部
6、8 第1の電極パターン
10、12 第2の電極パターン
14〜20 スルーホール電極
22、40 発光素子
26 受光素子
30 合成樹脂
32 集合基板
Claims (3)
- 透光性を有し、全周が支えられた円錐台形状部を形成するように、片方の面側が凸状に突出しその反対の面側が凹状になるカップ状の基板と、
該基板の端部から前記円錐台形状部の上部にかけて前記基板の表裏面にそれぞれ形成される電極パターンと、
光を発するジャンクション面に平行な面のそれぞれに電極を有し、該電極はそれぞれ同一方向に片寄って形成されており、前記円錐台形状部の上部の一方の面側に前記電極が来るように取り付けられ、前記電極パターンに電気的に接続される発光素子と、
前記円錐台形状部の上部を挟んで前記発光素子に対向するように前記円錐台形状部の上部の他方の面上に取り付けられ、前記電極パターンに電気的に接続される受光素子と、
前記基板の表裏全体を覆って前記発光素子と受光素子を封止すると共に前記円錐台形状部の折曲部分を内部に封入する合成樹脂と、
を備えることを特徴とする表面実装型フォトカプラ。 - 透光性を有し、全周が支えられた円錐台形状部を形成するように、片方の面側が凸状に突出しその反対の面側が凹状になるカップ状の基板と、
該基板の端部から前記円錐台形状部の上部にかけて前記基板の表裏面にそれぞれ形成される電極パターンと、
光を発するジャンクション面に平行な面のそれぞれに電極を有し、該電極の一方が枠状に形成されており、前記円錐台形状部の上部の一方の面側に前記枠状の電極が来るように取り付けられ、前記電極パターンに前記枠状の電極がダイボンドされ他方の電極がワイヤーボンドされて電気的に接続される発光素子と、
前記円錐台形状部の上部を挟んで前記発光素子に対向するように前記円錐台形状部の上部の他方の面上に取り付けられ、前記電極パターンに電気的に接続される受光素子と、
前記基板の表裏全体を覆って前記発光素子と受光素子を封止すると共に前記円錐台形状部の折曲部分を内部に封入する合成樹脂と、
を備えることを特徴とする表面実装型フォトカプラ。 - 透光性を有する集合基板の表裏面に電極パターンを形成する工程と、
全周が支えられた円錐台形状部を形成するように、片方の面側が凸状に突出しその反対の面側が凹状になるカップ状の基板を前記集合基板に複数形成する工程と、
前記円錐台形状部の上部を挟んで対向するように発光素子と受光素子をそれぞれ取り付けて前記電極パターンに接続する工程と、
前記集合基板の表裏全体を合成樹脂で覆って前記発光素子と受光素子を封止する工程と、
前記集合基板をカットして個々のフォトカプラに分離する工程と、
からなることを特徴とする表面実装型フォトカプラの製造方法。
Priority Applications (3)
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