(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003638328.tif 000002
【図２】
0003638328.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003638328.tif 000007
【図７】
0003638328.tif 000008
【図８】
0003638328.tif 000009
【図９】
0003638328.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003638328.tif 000013
【図１３】
0003638328.tif 000014