(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光側配線および受光側配線が形成された基板と、前記発光側配線に接続された発光素子と、前記受光側配線に接続された受光素子と、両素子を一体的にモールドしてなる透光体と、両素子を光学的に分離する遮光体とを備え、前記透光体は、両素子の中間部分において凹みを有するように透光性樹脂により成形されてなり、該凹みの底面に貫通孔が形成され、前記基板に、この貫通孔と連通するように基板を貫通するかあるいは基板内部に至る充填孔が形成され、前記遮光体は、前記凹みおよび両孔に遮光性樹脂を充填することにより形成され、両素子の間において前記透光体を貫通して前記基板の内部に達するように設けられたことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
発光側配線および受光側配線が形成された基板と、前記発光側配線に接続された発光素子と、前記受光側配線に接続された受光素子と、両素子をそれぞれ独立してモールドしてなる一対の透光体と、両素子を光学的に分離する遮光体と、基板表面で前記発光素子からの光を遮る遮蔽材とを備え、前記基板に、基板を貫通する充填孔が形成され、前記遮光体は、前記受光素子側の透光体と発光素子側の透光体との間から前記充填孔にかけて遮光性樹脂を充填することにより形成されたことを特徴とする光結合装置。
【請求項３】
充填孔は、上部の断面積が下部の断面積より小となる形状とされたことを特徴とする請求項１または２記載の光結合装置。
【請求項４】
貫通孔は、発光素子と受光素子とを結ぶ直線上に配置されたことを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項５】
発光素子と受光素子とは、貫通孔を挟んで点対称に配置されたことを特徴とする請求項４記載の光結合装置。
【請求項６】
基板は複数の薄板を積層した構造とされ、充填孔が各薄板を貫通して形成され、各薄板における充填孔の断面積がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１または２記載の光結合装置。
【請求項７】
遮蔽材は、発光素子と受光素子とを結ぶ直線を横切るようにメッキパターンにより形成されたことを特徴とする請求項２記載の光結合装置。
【請求項８】
基板上に、配線および遮蔽材を除いて遮光性レジストが設けられたことを特徴とする請求項７記載の光結合装置。
【請求項９】
遮光体が透光体の上面を除く周囲の一部を被覆するように形成されたことを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物を光により無接点で検出する表面実装タイプの反射型光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の反射型光結合装置を図２６に示す。この光結合装置は、一対の発光側配線１および受光側配線２が形成された基板３と、発光側配線１に接続された発光素子４と、受光側配線２に接続された受光素子５と、両素子４，５を透光性樹脂により一体的にモールドしてなる透光体６と、両素子４，５を光学的に分離するために両素子４，５の間に配置された遮光体７とを備えている。
【０００３】
上記構造の光結合装置の製造方法を説明する。まず、図２７に示すように、基板３に、表面から側面を経て裏面に至るようにメッキパターンを施すことによって一対の発光側配線１および受光側配線２を形成し、一方の発光側配線１に発光素子４をダイボンドし、他方の発光側配線１に金線８をワイヤボンディングして、発光素子４を電気的に接続する。同様に受光側配線２に受光素子５を電気的に接続する。そして、図２８に示すように、トランスファーモールドにより透光性のエポキシ樹脂で両素子４，５を一体モールドして、透光体６を形成する。ただし、透光体６の形状として、受発光素子４，５間に凹み９を形成した凹形とされ、各素子４，５をモールドした封止部１０と両封止部１０を連結する底部１１とによって構成される。
【０００４】
続いて、図２９に示すように、遮光性樹脂を用いてインジェクション成形により透光体６の凹み９に遮光体７を形成する。このとき、遮光体７の上面が透光体６の上面よりもはみ出すように成形する。また、透光体６の側方にはみ出していてもよい。この遮光体７により、発光素子４から受光素子５へ直接光が入射することを防げる。このように、１枚の基板３に対して多連に成形されるので、ダイシングにより個々に分割して、１個の製品が完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光結合装置では、発光素子から受光素子へ直接光が入射することを防ぐ目的で透光性樹脂からなる透光体の凹みを遮光性樹脂を用いてインジェクション成形により充填する構造となっているが、透光性樹脂と遮光性樹脂といった異なった樹脂が成形により貼り合わされた形状となっているので、密着性が弱くなることが懸念される。
【０００６】
しかも、インジェクション成形工程において、金型と成形品とを成形後に取れやすくするために離型剤を用いるが、これを多く使用すると、成形後に透光性樹脂から遮光性樹脂が外れてしまうことがある。また、多連にて成形した後に単品となるようにダイシングによりインジェクション成形した箇所をカットする工程があり、カット時の外力によって透光性樹脂から遮光性樹脂が外れてしまう恐れがある。
【０００７】
したがって、製造中に不良品の発生する確率が高くなり、工程歩留が悪くなるといった問題が生じるとともに、遮光性樹脂と透光性樹脂との密着性が弱いため、剥離等の欠陥が発生しやすく、製品の信頼性が低下する。
【０００８】
また、上記構造の光結合装置では、発光素子から直接光が受光素子へ入射しないよう遮光性樹脂からなる遮光体によって遮断されているが、受発光素子を一体モールドしている透光体は、凹みの底部において各素子をそれぞれモールドした両側の封止部がつながった構造をしており、完全に受発光素子は光学的に分割されていない。そのため、本来では上方にある被検出物で発光素子からの光が反射し、受光素子へ入光して出力が得られるが、分割されていない透光体内部を通して発光素子の迷光が受光素子へ入光してしまい、被検出物がない状態であっても出力されるリーク電流が大きくなる。これによって、光学的特性上重要なＳＮ幅が狭くなり、低い性能の製品となってしまい、ユーザーにて光結合装置を用いるときの設計が困難になる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、工程歩留の向上を図り、製品の信頼性を高めた光結合装置の提供を目的とする。また、リーク電流を低減して、光学的特性の向上を図れる光結合装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、発光側配線および受光側配線が形成された基板と、発光側配線に接続された発光素子と、受光側配線に接続された受光素子と、両素子を一体的にモールドしてなる透光体と、両素子を光学的に分離する遮光体とを備え、遮光体は、両素子の間において透光体を貫通して基板の内部に達するように設けられたものである。すなわち、透光体は、両素子の中間部分において凹みを有するように透光性樹脂により成形されてなり、凹みの底面に貫通孔が形成され、基板に、この貫通孔と連通するように基板を貫通するかあるいは基板内部に至る充填孔が形成され、遮光体は、凹みおよび両孔に遮光性樹脂を充填することにより形成される。
【００１１】
このように、遮光体が基板の内部まで達しているので、透光体だけでなく基板とも密着して、密着面積が増えることになる。その結果、密着強度が高くなり、遮光体が外れにくくなる。特に、充填孔は、上部よりも下部の方が断面積が大きくなるような形状であれば、より一層外れにくい構造となる。
【００１２】
そして、貫通孔が発光素子と受光素子とを結ぶ直線上に配置されたり、あるいは発光素子と受光素子とが貫通孔を挟んで点対称に配置されていると、遮光体は発光素子から受光素子に直接向かう光を遮る位置に設けられることになり、発光素子からの迷光が透光体内部を通って受光素子に入射することを防止でき、リーク電流を小さくできる。
【００１３】
また、基板上の発光素子と受光素子との間に、発光素子からの光を遮る遮蔽材を設けると、受発光素子を一体にモールドした透光体の内部を通過する光を遮断することができる。さらに、基板上に、配線および遮蔽材を除いて遮光性レジストを設けると、透光性の基板を用いても基板内部を透過する光を遮断することができる。さらにまた、透光体の上面を除く周囲の一部を被覆するように遮光体を設けると、透光体の側面から外部に漏れた光が反射して再び透光体の側面に入射することを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の反射型光結合装置を図面に基づいて説明する。この光結合装置では、図１〜３に示すように、従来のものと比べて受発光素子４，５を光学的に分離するための遮光体７の構造が異なっている。なお、他の構成は従来と同じである。
【００１５】
すなわち、透光体６は、封止部１０の間において凹み９を有するように透光性樹脂により成形されてなる。ただし、凹み９の底部１１中央に円形の貫通孔１２が形成され、基板３に、この貫通孔１２と連通するように基板３を貫通する円形の充填孔１３が形成されている。
【００１６】
遮光体７は、凹み９および貫通孔１２、充填孔１３に遮光性樹脂をインジェクション成形により充填することによって成形され、封止部１０の間において透光体６の底部１１を貫通して基板３の内部に達するような形状とされる。したがって、遮光体７は、図１に示すように、従来の遮光体７に相当する遮光部１４と、この下方に延設され透光体６および基板３を貫通する円柱状の挿入部１５とからなり、基板３に対して差し込んだ状態となる。
【００１７】
次に、上記の光結合装置の製造方法を図４に基づいて説明する。まず、１枚の絶縁性の長い基板３に、表面から側面を経て裏面に至るようにメッキパターンを施すことによって一対の発光側配線１および受光側配線２を対向するように形成する。一方の発光側配線１に発光素子４をダイボンドし、他方の発光側配線１に金線８をワイヤボンディングして、発光素子４を電気的に接続する。同様に受光側配線２に受光素子５を電気的に接続する。このとき、基板３の中央に、充填孔１３を形成しておく。
【００１８】
そして、受発光素子４，５間に凹み９が形成されるようにトランスファーモールドにより透光性のエポキシ樹脂で両素子４，５を一体モールドして、透光体６を形成する。なお、モールド時には、充填孔１３に挿入される突起を有する金型を用いて成形することにより、この部分に透光性樹脂は充填されず、充填孔１３に連通する貫通孔１２が凹み９の底部１１に形成される。
【００１９】
続いて、遮光性樹脂を用いてインジェクション成形により透光体６の凹み９に遮光体７を充填する。同時に、遮光性樹脂は貫通孔１２から充填孔１３にも充填され、図１に示すような遮光体７が形成される。このとき、遮光体７の上面が透光体６の上面よりもはみ出すように成形する。また、透光体６の側方にはみ出していてもよい。
【００２０】
これによって、基板３に複数の光結合装置が形成されるので、ダイシングにより各光結合装置の間で基板３を切断して、個々に切り離し、１個ずつの製品が完成する。その後、外観検査、特性検査を行って、出荷される。そして、この光結合装置は、ＯＡ機器、ＡＶ機器等の実装基板にはんだリフローにより表面実装されて、被検出物の有無を無接点で識別する反射型光センサとして使用される。
【００２１】
遮光体７を上記の構造にすることによって、透光体６および基板３との密着面積が増える。したがって、例え透光性樹脂と遮光性樹脂との密着性が弱くても、その密着面積が増えるので、密着強度を高めることができる。さらに、遮光性樹脂は基板３とも密着しているので、より一層密着強度が高まり、外れにくくなる。その結果、製造中の不良の発生が減り、工程歩留が高くなる。また、剥離等の欠陥もなくなり、製品の高信頼性が得られる。
【００２２】
ここで、さらに密着強度を高めるには、遮光体７と基板３との密着面積を増大させればよい。すなわち、図５〜７に示すように、遮光体７の挿入部１５の形状を円錐状にする。換言すれば、充填孔１３を円錐状に形成する。このようにすることによって、密着面積が増えるだけでなく、充填孔１３の上部の断面積は下部の断面積より小さくなり、遮光体７が物理的に基板３から抜けにくい構造となる。したがって、より密着強度が高まることになる。なお、充填孔１３として、上部の断面積が下部の断面積より小さくなりさえすればよいので、例えば球状、瓢箪状といった形状にしてもよい。
【００２３】
ところで、基板３に上記のような複雑な形状の充填孔１３を形成するのが困難な場合には、図８，９に示すように、複数の薄板１６を積層した基板３を用い、各薄板１６に充填孔１３ａを形成する。このとき、上側にある薄板１６の充填孔１３ａは下側にある薄板１６の充填孔１３ａより小さくする。そして、これらの薄板１６を接着シート１７あるいは接着剤により貼り合わせて基板３と成し、各配線１，２を形成して、受発光素子４，５を搭載する。
【００２４】
このとき、図１０に示すように、薄板１６の充填孔１３ａを重ね合わせてできた充填孔１３では、上部の断面積が下部の断面積より小さくなっている。したがって、遮光体７の挿入部１５は、段差のついた形状となる。これによっても、図１１，１２に示すように、遮光体７は物理的に基板３から抜けにくい構造となり、より密着強度を高めることができる。なお、基板３が３層以上の積層構造であっても、図１３に示すように、同様に各薄板１６に大きさの異なる充填孔１３ａを形成すればよく、このとき少なくとも１つは、上側の貫通孔１３ａが下側の充填孔１３ａより小さくなるようにしておく。
【００２５】
次に、遮光体７の挿入部１５の他の形態をいくつか示す。図１４に示すように、挿入部１５を２本足状にして、これがそれぞれ対向する配線１，２の間に位置するように、貫通孔１２および充填孔１３を一対形成する。図１５に示すように、挿入部１５を四角形にして、これが対向する一対の配線１，２の間に位置するように、四角形の貫通孔１２および充填孔１３を形成する。図１６に示すように、挿入部１５を楕円形にして、これが対向する一対の配線１，２の間に位置するように、楕円形の貫通孔１２および充填孔１３を形成する。図１７に示すように、挿入部１５を表面に凹凸のある四角形にして、これが対向する一対の配線１，２の間に位置するように、内面に凹凸のある四角形の貫通孔１２および充填孔１３を形成する。
【００２６】
このような形状によって、遮光体７と基板３との密着面積が増大して、密着強度が高くなる。そして、遮光体７の挿入部１５は、いずれも発光素子４と受光素子５とを結ぶ直線上に位置しているので、発光素子４からの直接光が受光素子５に入射することを完全に防止できる。
【００２７】
すなわち、図１８に示すように、遮光体７の遮光部１４は、透光体６の凹み９を通ってくる発光素子４からの直接光が受光素子５に入射しないように設けられている。しかし、受発光素子４，５を一体的にモールドするとき金型と基板３の合わせ面を配線表面の高さに合わせて設計しているため、透光体６に配線１，２の厚み分の底部１１が存在することになる。仮に、金型合わせ面を基板３表面に合わせると、モールド時の金型しめ圧力が直接基板３にかかり、配線１，２が剥がれる可能性があり、また成形条件出しが困難になるといった品質上、作業上安定しないものとなる。したがって、透光体６の底部１１の存在により、構造的に受発光素子４，５は完全に光学的に分離されていないので、この透光体６の内部を通って発光素子４の迷光が受光素子５に達してしまう。
【００２８】
そこで、上記のように遮光体７の挿入部１５を発光素子４と受光素子５とを結ぶ直線上に位置させることにより、透光体６の底部１１を通る光が邪魔されて、受光素子５に達しない。したがって、透光体６内部の迷光が通過する領域が減少し、被検出物のない状態で出力されるリーク電流を小さくすることができ、ＳＮ幅が広くなって製品の電気的光学的特性が高まる。
【００２９】
なお、遮光体７が、例えば図１、図５、図１０にそれぞれ示した形状であっても、基板３の充填孔１３の位置が発光素子４と受光素子５とを結ぶ直線上になるように、対向する配線１，２の中間に形成すればよく、遮光体７の挿入部１５によって発光素子４からの光が透光体６の内部を通過することを阻止できる。また、発光素子４と受光素子５との配置を図１９に示すように、遮光体７の挿入部１５を挟んで点対称となるようにすればよい。これによっても、同様のリーク電流を低減できる効果が得られる。
【００３０】
さらに、リーク電流をより小さくするためには、図２０に示すように、発光素子４と受光素子５との間の基板３表面に遮蔽材１８を設ける。遮蔽材１８は、基板３上に発光素子４と受光素子５とを結ぶ直線を横切るように、配線１，２と同じメッキパターンを施すことにより形成される。なお、遮蔽材１８は、基板３の一端から他端まで設けなくても、少なくとも発光素子４と受光素子５とを結ぶ直線上に一定の幅を有して存在していれば十分である。
【００３１】
したがって、受発光素子４を一体的にモールドして透光体６を形成すると、底部１１が遮蔽材１８により分断され、受発光素子４，５がそれぞれ独立してモールドされた状態となり、両素子４，５を光学的に完全に分割することができる。そのため、透光体６の底部１１を通る光を確実に遮断でき、さらにリーク電流を小さくすることができる。
【００３２】
ここで、基板３の材質によっては光を透過することがあり、この場合、図２１に示すように、発光素子４からの光が、配線１，２と遮蔽材１８との間の透光体６の底部１１を通過して、基板３の裏面で反射して受光素子５に達することがある。そこで、遮光性材料からなる基板３を使用するか、あるいは透光性材料に遮光性材料を混入した基板３を使用すれば、基板３内を透過する光をなくすことができ、リーク電流を小さくすることができる。
【００３３】
また、図２２に示すように、基板３上の配線１，２および遮蔽材１８が設けられていない表面を遮光性レジスト１９によって被覆する。これによって、配線１，２および遮蔽材１８によって覆われていない基板３の表面に侵入する光を完全に遮断することができ、配線１，２と遮蔽材１８との間を光は通り抜けることができなくなり、発光素子４からの光が基板３内を透過して受光素子５に入射することを防止できる。
【００３４】
ところで、上記の透光体６の構造では、受発光素子４，５をモールドした両封止部１０の間に遮光体７が設けられているので、発光素子４から直接受光素子５に向かう光を遮断することができる。しかし、透光体６の封止部１０の側面に対しては何ら遮光されていないので、発光素子４から直接受光素子５に向かわずに側方に光が出ていき、例えば光結合装置を実装した実装基板の側方に他の部品が設置されていれば、透光体６より外部に漏れた光がこれに反射して受光素子５に入射する可能性がある。そのため、被検出物のない状態で出力されるリーク電流が大きくなってしまう。
【００３５】
そこで、図２３に示すように、透光体６の下部を側方に延伸させ、この延伸部分を被覆できるように遮光体７をＨ状に形成する。すなわち、図２４に示すように、遮光体７は、透光体６の封止部１０の側面を被覆することになる。なお、遮光体７によって、封止部１０の上面を除く全周を被覆してもよい。これによって、透光体６の側面から漏れる光をなくすとともに側方から入射してくる光も遮断することができる。したがって、外乱光によって生じるリーク電流を小さくできる。
【００３６】
なお、上記の図２０〜２４に示す構造の光結合装置では、遮光体７に挿入部１５を設けていないが、当然挿入部１５を設けて、基板３との密着性を高めるようにしてもよい。
【００３７】
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態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、図２５に示すように、基板３に形成する充填孔１３は、基板３を貫通していなくても基板３の内部に達してさえいればよく、同図（ａ）のような円形の窪み、同図（ｂ）のような下脹れ状の孔、あるいは細長い溝とする。これらでも、遮光体７と基板３との密着面積が増大して、密着性が高まり、しかも遮光性樹脂の使用量を減らすことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、受発光素子を一体的にモールドする透光体に対して、受発光素子の間にあって両素子を光学的に分離する遮光体が設けられるが、この遮光体は透光体を貫通して基板の内部に達するようになっているので、遮光体と透光体および基板との密着面積が増して、密着性が向上する。したがって、異種の透光性樹脂と遮光性樹脂とを成形して貼り合わせる製造途中で遮光体が透光体から外れるといった不具合がなくなり、工程歩留が向上して、生産性がよくなる。また、剥離等の欠陥が生じにくくなって、製品の信頼性を向上できる。
【００３９】
そして、発光素子からの迷光が透光体の内部あるいは外部を通って受光素子に入射しないように、遮光体の配置や形状を考慮したり、あるいは基板上に遮蔽材を設けることにより、不要な光を遮断することができ、被検出物がないときに出力されるリーク電流を低減でき、ＳＮ幅が広くなって光学的特性が向上する。そのため、製品の性能が上がることになり、ユーザーにて使用する際に光結合装置の設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態の光結合装置における遮光体の斜視図、（ｂ）は同じく透光体を備えた基板の斜視図
【図２】一実施形態の光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図３】同じく（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図４】光結合装置の製造工程図
【図５】（ａ）は他の実施形態の光結合装置における遮光体の斜視図、（ｂ）は同じく透光体を備えた基板の斜視図
【図６】他の実施形態の光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図
【図７】同じく（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図８】他の実施形態の積層構造の基板を構成する薄板を示し、（ａ）は上側の薄板の平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は下側の薄板の平面図、（ｄ）はその側面図
【図９】同じく基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図１０】（ａ）は遮光体の斜視図、（ｂ）は透光体を備えた基板の斜視図
【図１１】積層構造の基板を備えた光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図
【図１２】同じく（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図１３】他の積層構造の基板の断面図
【図１４】他の形態の遮光体を備えた光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図１５】他の形態の遮光体を備えた光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図１６】他の形態の遮光体を備えた光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図１７】他の形態の遮光体を備えた光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図１８】光結合装置の内部での光路を説明するための図であって、（ａ）は透光体の斜視図、（ｂ）は遮光体形成前の光結合装置の側面図、（ｃ）は遮光体形成後の光結合装置の側面図
【図１９】他の実施形態の光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図
【図２０】（ａ）は他の実施形態の光結合装置における基板の斜視図、（ｂ）は同じく透光体の斜視図、（ｃ）は同じく遮光体形成前の光結合装置の側面図
【図２１】同じく光結合装置の側面図
【図２２】（ａ）は他の実施形態の光結合装置における基板の斜視図、（ｂ）は同じく光結合装置の断面図
【図２３】（ａ）は他の実施形態の光結合装置における透光体の斜視図、（ｂ）は同じく遮光体の斜視図
【図２４】同じく光結合装置の斜視図
【図２５】他の形態の充填孔を有する基板の断面図
【図２６】従来の光結合装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図
【図２７】同じく基板の斜視図
【図２８】同じく透光体を備えた基板の斜視図
【図２９】同じく光結合装置の斜視図
【符号の説明】
１    発光側配線
２    受光側配線
３    基板
４    発光素子
５    受光素子
６    透光体
７    遮光体
９    凹み
１０    封止部
１１    底部
１２    貫通孔
１３    充填孔
１４    遮光部
１５    挿入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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