(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の絶縁フィルムと、
この絶縁フィルム上に設けられた複数の電極パターンと、
所定の電極パターン上に、発光面および受光面が絶縁フィルムに対向するように、それぞれ導電状態で取り付けられた発光素子および受光素子とを具備し、
前記電極パターンが透明電極によって構成されており、発光素子の発光面および受光素子の受光面が、それぞれ前記電極パターンを介して前記絶縁フィルムに対向していることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記発光素子および受光素子が、遮光性の樹脂によって構成された１つのケース体内に隣接した状態で収容されている請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記発光素子および受光素子が、遮光性の樹脂によって構成された一対のケース体内にそれぞれ収容されており、発光素子の発光面と受光素子の受光面が対向するように、前記絶縁フィルムが屈曲されている請求項１に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記絶縁フィルムは、ポリイミドフィルムである請求項１に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子および受光素子が一体に設けられて、被検出物の存在を検出するために使用される光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子から発せられた光を被検出物にて反射させて、その反射光を受光素子で捉えて被検出物の存在を検出する反射型の光結合装置（反射型フォトインタラプタ）、あるいは、発光素子から発せられた光を受光素子にて受光する際に、被検出物によって光が遮断されることにより被検出物の存在を検出する透過型の光結合装置（透過型フォトインタラプタ）が、近時、多くの分野で使用されるようになっている。
【０００３】
反射型の光結合装置の一例を図６に示す。図６（ａ）は反射型光結合装置の平面図、図６（ｂ）はその正面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。この光結合装置５０は、リード５１ａに発光素子５３が銀（Ａｇ）ペースト等の導電性ペースト５６によってダイボンドされており、このリード５１ａとは平行に配置されたリード５１ｂに受光素子５４が銀（Ａｇ）ペースト等の導電性ペースト５６によってダイボンドされている。リード５１ａの先端側の側方には、直線状にリード５２ａが配置されており、このリード５２ａと発光素子５３とが、金線等のボンディングワイヤー５５ａによってワイヤーボンドされている。また、他方のリード５１ｂの先端側の側方にも、直線状にリード５２ｂが配置されており、このリード５２ｂと受光素子５４とが、金線等のボンディングワイヤー５５ｂによってワイヤーボンドされている。
【０００４】
発光素子５３とボンディングワイヤー５５ａは、リード５１ａおよび５２ａの先端部とともに、透光性のエポキシ樹脂によって構成されたモールド体５７によってモールドされており、受光素子５４とボンディングワイヤー５５ｂも、リード５１ｂおよび５２ｂの先端部とともに、透光性のエポキシ樹脂によって構成されたモールド体５８によってモールドされている。そして、各モールド体５７および５８は、遮光性のポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の樹脂によって形成されたケース体５９内に収容されている。ケース体５９には、発光素子５３をモールドするモールド体５７の表面が露出するように発光窓５９ａが形成されるとともに、受光素子５４をモールドするモールド体５８の表面が露出すように受光窓５９ａが形成されている。
【０００５】
このような光結合装置５０は次のように製造される。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、一対のリードフレーム５１および５２を準備し、一方のリードフレーム５１の平行になった一対のリード５１ａおよび５１ｂの先端部に、発光素子５３および５４をそれぞれ銀（Ａｇ）ペースト等の導電性ペースト５６によってダイボンドする。そして、他方のリードフレーム５２の平行になった一対のリード５２ａおよび５２ｂのそれぞれの先端部と、発光素子５３および受光素子５４とを、金線等によって構成されたボンディングワイヤー５５ａおよび５５ｂによってワイヤーボンディングする。
【０００６】
次に、図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、発光素子５３とボンディングワイヤー５５ａとを、各リード５１ａおよび５２ａとともに透光性のエポキシ樹脂によってモールドしてモールド体５７を形成し、また、受光素子５４とボンディングワイヤー５５ｂとを、各リード５１ｂおよび５２ｂとともに、透光性のエポキシ樹脂によってモールドしてモールド体５８を形成する。
【０００７】
その後、図７（ｅ）および（ｆ）に示すように、各モールド体５７および５８を、遮光性の樹脂によって一体的にモールドしてケース体５９を形成する。ケース体５９には、発光素子５３をモールドしたモールド体５７の表面が露出する発光窓５９ａが形成されるとともに、受光素子５４をモールドしたモールド体５８の表面が露出する受光窓５９ｂが形成される。
【０００８】
そして、図７（ｇ）および（ｈ）に示すように、リードフレーム５１および５２から、各リード５１ａおよび５１ｂと、５２ａおよび５２ｂとを、それぞれ切断する。これにより、図６に示す反射型の光結合装置５０が得られる。
【０００９】
このような反射型の光結合装置５０は、図８に示すように、プリント配線基板３０上に実装されて使用される。光結合装置５０の各リード５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、それぞれ屈曲された状態で、プリント配線基板３０上に設けられた電極パターンに接続される。
【００１０】
図９（ａ）は従来の透過型の光結合装置の一例を示す斜視図、図９（ｂ）はその一部破断斜視図、図９（ｃ）はその断面図である。この光結合装置６０は、発光素子６３がダイボンドされたリード６１ａと発光素子６３がワイヤーボンドされたリード６１ｂとをモールドした透光性のエポキシ樹脂製のモールド体６７と、受光素子６４がダイボンドされたリード６２ａと受光素子６４がワイヤーボンドされたリード６２ｂとをモールドした透光性のエポキシ樹脂製のモールド体６８とが、相互に対向した状態で、遮光性樹脂によって構成されたケース体６９によって一体化されている。ケース体６９には、発光素子６３から発せられる光が通過する発光窓６９ａと、受光素子６４が受光する受光窓６９ｂとが相互に対向した状態で設けられている。その他の構成は、前記の反射型の光結合装置５０と同様である。
【００１１】
このような透過型の光結合装置６０は、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、発光素子６３がダイボンドされるリード６１ａと、発光素子６３とワイヤーボンドされるリード６１ｂとが一体になったリードフレーム６１と、受光素子６４がダイボンドされるリード６２ａと、受光素子６４とワイヤーボンドされるリード６２ｂとが一体になったリードフレーム６２とを使用して製造される。そして、発光素子６３がモールドされたモールド体６７と、受光素子６４がモールドされたモールド体６８とが、相互に対向した状態になるように、各リードフレーム６１および６２が配置されて、遮光性樹脂によって各リードフレーム６１および６２の各リード６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂが、一体にモールドされてケース体６９が形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
反射型および透過型のいずれの光結合装置も小型になっているが、最近では、より一層の小型化が要望されている。しかしながら、各リードの厚さ、ボンディングワイヤーが断線しないようにするためのループ高さ、透光性樹脂によって構成されたモールド体の厚さ、遮光性樹脂によって構成されたケース体の厚さ等は、製造上ではほぼ限界に達しており、小型化することは容易ではない。例えば、反射型の光結合装置５０では、図６（ｃ）に示すように、リード５１ａ等の厚さｔ１  が０．２０ｍｍ程度、リード上にダイボンドされた発光素子５３または受光素子５４と導電ペースト５６との厚さｔ２  が  ０．３ｍｍ程度、透光性樹脂によって構成されたモールド体５７または５８の被り厚さｔ３  およびｔ４  が、それぞれ  ０．６ｍｍ程度および  ０．２ｍｍ程度、ケース体５９の厚さｔ５  が  ０．４ｍｍ程度になっており、全体として、  １．７ｍｍ程度の厚さになっている。
【００１３】
また、リフロー等の自動半田付けによって、光結合装置をプリント配線基板上に実装できれば、製造効率が著しく向上する。しかしながら、発光素子および受光素子をモールドする透光性エポキシ樹脂等のモールド体は、透光性を確保する必要があるために、耐熱性を向上させるフィラー等の充填材を添加することができない。このために、モールド体の耐熱性を向上させることができず、光結合装置をプリント配線基板等に実装する際の半田付け作業によって、モールド体が軟化してボンディングワイヤーが断線するおそれがある。また、光結合装置を小型化するために、モールド体の厚さを小さくすれば、モールド体の耐熱性は低下することになり、耐熱性を有する小型の光結合装置を得ることは容易ではないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、小型であって、しかも耐熱性に優れた光結合装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合装置は、透光性の絶縁フィルムと、この絶縁フィルム上に設けられた複数の電極パターンと、所定の電極パターン上に、発光面および受光面が絶縁フィルムに対向するように、それぞれ導電状態で取り付けられた発光素子および受光素子とを具備し、前記電極パターンが透明電極によって構成されており、発光素子の発光面および受光素子の受光面が、それぞれ前記電極パターンを介して前記絶縁フィルムに対向していることを特徴とする。
【００１６】
光結合装置としては、前記発光素子および受光素子が、遮光性の樹脂によって構成された１つのケース体内に隣接した状態で収容された反射型であってもよく、また、前記発光素子および受光素子が、遮光性の樹脂によって構成された一対のケース体内にそれぞれ収容されて、発光素子の発光面と受光素子の受光面が対向するように、前記絶縁フィルムが屈曲された透過型であってもよい。。
【００１８】
前記絶縁フィルムとしては、ポリイミドフィルムが好適に使用される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の光結合装置の一例を示すものであり、図１（ａ）はその斜視図、図１（ｂ）はその上下を反転させた状態の斜視図、図１（ｃ）はその縦断面図である。
【００２１】
この光結合装置１０は、遮光性樹脂によって直方体状に構成されたケース体１１を有している。ケース体１１は、発光素子１２が収容される発光素子収容室１１ａと、受光素子１３が収容される受光素子収容室１１ｂとを有している。発光素子収容室１１ａおよび受光素子収容室１１ｂは、上下方向に貫通した状態になっており、両者は隔壁部１１ｃによって遮光状態で分断されている。発光素子収容部１１ａは、ケース体１１の幅方向に長くなった長方体状をしており、受光素子収容室１１ｂは、各開口部が正方形状になった直方体状になっている。
【００２２】
ケース体１１の上面には、発光素子収容室１１ａおよび受光素子収容室１１ｂを覆う透光性の絶縁フィルムであるポリイミドフィルム１４が設けられている。このポリイミドフィルム１４は、ケース体１１の上面よりも広い面積を有しており、ケース体１１の周囲に張り出した状態になっている。
【００２３】
図２は、ポリイミドフィルム１４の上下を反転させた状態の斜視図である。このポリイミドフィルム１４の下面には、発光素子側の一対の電極パターン１５ａおよび１５ｂと、受光素子側の３つの電極パターン１５ｃ、１５ｄ、１５ｅとが設けられている。各電極パターン１５ａ〜１５ｅは、銅または金メッキが施された銅によって構成されており、遮光性になっている。
【００２４】
発光素子側の一対の電極パターン１５ａおよび１５ｂは、発光素子収容室１１ａに近接したポリイミドフィルム１４の端縁から、ポリイミドフィルム１４の長手方向に延びる各側縁に沿ってそれぞれ配置されており、発光素子収容室１１ａの各側方にて、相互に接近するように突出部を形成している。
【００２５】
電極パターン１５ａおよび１５ｂの各突出部の先端は、発光素子収容室１１ａ内に位置しており、各突出部の先端間に、発光素子収容部１１ａ内に収容された発光素子１２が架設状態で支持されている。この発光素子１２は、発光面の端部に一対の電極部がそれぞれ設けられており、各電極部が電極パターン１５ａおよび１５ｂの各突出部に、異方導電性の接着剤１６によってそれぞれ導電状態で接着されている。発光素子１２の発光面は、電極パターン１５ａおよび１５ｂの各突出部の間を介して、ポリイミドフィルム１４に対向した状態になっている。
【００２６】
受光素子側の３つの電極パターン１５ｃ、１５ｄ、１５ｅは、発光素子側の一対の電極パター１５ａおよび１５ｂが設けられたポリイミドフィルム１４の側部とは反対側の側部に、幅方向に平行に並んで配置されている。両側の一対の電極パターン１５ｃおよび１５ｅは、受光素子収容室１１ｂに近接したポリイミドフィルム１４の端縁から、ポリイミドフィルム１４の長手方向に延びる各側縁に沿ってそれぞれ配置されており、受光素子収容室１１ｂの各側方では、相互に接近するように突出部をそれぞれ形成している。各突出部の先端は、受光素子収容室１１ｂ内に位置している。中央の電極パターン１５ｄは、両側の電極パターン１５ｃおよび１５ｅと平行にポリイミドフィルム１４の幅方向中央部に沿って配置されており、受光素子収容部１１ｂ側の端部は、幅方向寸法が小さくなった狭小部になっている。そして、この狭小部の先端が、受光素子収容部１１ｂ内に位置している。
【００２７】
受光素子収容部１１ｂ内に位置する３つの電極パターン１５ｃ、１５ｄ、１５ｅの各先端部には、受光素子収容部１１ｂ内に収容された受光素子１３が取り付けられている。この受光素子１３は、受光面の一方の側部に３つの電極部が並んで設けられており、各電極部が、異方導電性接着剤１７によって、各電極パターン１５ｃ、１５ｄ、１５ｅにそれぞれ導電状態で接着されている。受光素子１３の受光面は、各電極パターン１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが接続された部分を除いて、ポリイミドフィルム１４に対向した状態になっている。
【００２８】
ケース体１１の発光素子収容室１１ａ内には、遮光性のエポキシ樹脂等によって構成された樹脂モールド１８が充填されており、受光素子収容室１１ｂ内にも、遮光性のエポキシ樹脂等によって構成された樹脂モールド１９が充填されている。各樹脂モールド１８および１９は、発光素子１２および受光素子１３をそれぞれ保護するとともに、発光素子１２および受光素子１３の各電極パターン１５ａおよび１５ｂ、１５ｃ〜１５ｅに対するそれぞれの固定強度を向上させるために設けられており、例えば、発光素子収容室１１ａおよび受光素子収容室１１ｂ内に、遮光性樹脂をそれぞれポッティングモールドすることにより形成されている。
【００２９】
このような構成の光結合装置１０は、プリント配線基板に実装された状態で、被検出物を検出するために使用される。発光素子１２の発光面から発せられた光は、一対の電極パターン１５ａおよび１５ｂの間を通って、対向する透光性のポリイミドフィルム１４から外部に照射される。そして、その光が、被検出物に反射されると、その反射光が、透光性のポリイミドフィルム１４を通って、受光素子１３の受光面に受光される。
【００３０】
光結合装置１０は、図１（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１４および各電極パターン１５ａ〜１５ｅの厚さＴ１  が０．１２ｍｍ程度、異方導電性接着剤の厚さＴ２  が０．０１ｍｍ程度、発光素子１２および受光素子１３の厚さＴ３  が０．３０ｍｍ程度、ケース体１１における発光素子１３および受光素子１４に対する被り厚さＴ４  が０．３０ｍｍ程度になっており、全体として０．７３ｍｍ程度の厚さになっている。従って、図６に示す従来の反射型の光結合装置の厚さ  １．７ｍｍに対して、０．９３ｍｍも薄くなっている。
【００３１】
図３は、光結合装置１０をプリント配線基板３０に実装した状態を示す概略図である。プリント配線基板３０には、光結合装置１０のケース体１１が収容される貫通孔３１が設けられており、この貫通孔３１内にケース体１１が嵌合されて、ポリイミドフィルム１４の下面に設けられてケース体１１の各側方に張り出した各電極パターン１５ａ〜１５ｅが、プリント配線基板３０の電極パターンに接続される。従って、プリント配線基板３０に実装された光結合装置１０は、ポリイミドフィルム１４および電極パターン１５ａ〜１５ｅの厚さだけ、プリント配線基板３０からは突出した状態になり、図８に示す従来の光結合装置の実装状態に対して著しく小型化される。
【００３２】
なお、上記実施例では、電極パターン１５ａ〜１５ｅとして、銅または金メッキが施された銅のように、遮光性の電極を使用して、発光素子１２および受光素子１３と各電極パターン１５ａ〜１５ｅとを異方導電性接着剤１６および１７によって接続する構成であったが、異方導電性接着剤１６および１７に替えて異方導電性の接着シートを使用してもよい。
【００３３】
また、電極パターン１５ａ〜１５ｅが遮光性の電極であるために、発光素子１２および受光素子１３を、金（Ａｕ）、半田等のバンプによってボンディングするようにしてもよい。
【００３４】
なお、電極パターン１５ａ〜１５ｅとしては、遮光性の電極に替えて透明電極を使用してもよい。この場合には、異方導電性接着剤１６および１７は、導電性を確保するために含有される銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等の微粒子の含有率を減少させて透光性とされる。そして、電極パターン１５ａ〜１５ｅは、前記実施例のような形状に限定されず、発光素子収容室１１ａおよび受光素子収容室１１ｂにおける開口部全面にわたって設けるようにしてもよい。この場合は、発光素子１２の発光面および受光素子１３の受光面は、透明な電極パターン１５ａ〜１５ｅを介して、ポリイミドフィルム１４に対向される。
【００３５】
さらに、前記実施例では、ケース体１１の発光素子収容室１１ａおよび受光素子収容室１１ｂ内に配置された発光素子１２および受光素子１３は、樹脂モールド１８および１９によって覆われてモールドされていたが、発光素子１２および受光素子１３の一部が樹脂モールド１８および１９から露出した状態でモールドするようにしてもよい。また、発光素子１２および受光素子１３と各樹脂モールド１８および１９との間に、応力緩和用のバッファーコートを設けてもよい。
【００３６】
発光素子１２および受光素子１３は、発光面および受光面にのみ、それぞれ電極が設けられていたが、両面に電極がそれぞれ設けられていてもよい。この場合は、図４に示すように、ケース体１１の下面にも、発光素子収容部１１ａおよび受光素子収容部１１ｂを覆うポリイミドフィルム２１が設けられる。このポリイミドフィルム２１のケース体１１に対向する面には、発光素子１２の背面に設けられた電極に異方導電性接着剤２６によって接続される電極パターン２２と、受光素子１３の背面に設けられた電極に異方性導電性接着剤２７によって接続される電極パターン２３がそれぞれ設けられている。
【００３７】
電極パターン２２は、ケース体１１の側面を覆うように配置された導体２４によって、発光素子１２の発光面の電極に接続された電極パターン２８と電気的に接続されており、電極パターン２３も、ケース体１１の側面を覆うように配置された導体２５によって、受光素子１３の受光面に設けられた電極に接続されている電極パターン２９と電気的に接続されている。
【００３８】
ケース体１１の発光素子収容部１１ａおよび受光素子収容部１１ｂには、遮光性樹脂によって構成された樹脂モールド１８および１９が、それぞれの電極を有する両面が露出するように充填されている。
【００３９】
図５は、本発明の光結合装置のさらに他の例を示す断面図である。この光結合装置４０は光透過型であり、ポリイミドフィルム４４の一面に、複数の電極パターン４５が設けられており、その電極パターン４５の各端部の適所に、発光素子４２および受光素子４３が、それぞれ、導電性接着剤４６および４７によって導電状態で取り付けられている。
【００４０】
発光素子４２および受光素子４３は、それぞれ、枠状になった一対のケース体４１ａおよび４１ｂ内にそれぞれ収容された状態になっており、各ケース体４１ａおよび４１ｂ内に、遮光性樹脂によって構成された樹脂モールド４８および４９が、発光素子４２および受光素子４３を覆うように充填されている。
【００４１】
ポリイミドフィルム４４は、発光素子４２の発光面と受光素子４３の受光面とが相互に対向するように、中央部分に対して各側部が直角に屈曲されている。
【００４２】
このような構成の光結合装置４０は、発光素子４２から発せられた光は、電極パターン４５の間を通って、透明なポリイミドフィルム４４から外部に照射される。そして、発光素子４２と受光素子４３との間に被検出物が存在しない場合には、発光素子４２から発せられた光が、ポリイミドフィルム４４を通って、受光素子４３に受光される。発光素子４２と受光素子４３との間に被検出物が存在する場合には、発光素子４２から発せられた光は、受光素子４３に受光されず、これにより、被検出物の存在が検出される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の光結合装置は、このように、透光性の絶縁フィルムに設けられた電極パターン上に発光素子および受光素子を導電状態で取り付けているために、リード、ボンディングワイヤーが不要になり、全体が著しく小型化される。しかも、発光素子の発光面および受光素子の受光面は、絶縁フィルムに対向した状態になっているために、耐熱性に劣る透光性樹脂にて封止する必要がなく、耐熱性は著しく向上する。その結果、光結合装置を半田付け等によって実装しても、損傷するおそれがなく、リフロー等の自動半田付けも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の反射型の光結合装置の一例を示す斜視図、（ｂ）はその光結合装置の上下を反転した状態の斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】その光結合装置に使用されるポリイミドフィルムの上下を反転させた状態の斜視図である。
【図３】その光結合装置の実装状態を示す断面図である。
【図４】本発明の光結合装置の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の透過型の光結合装置の一例を示す断面図である。
【図６】（ａ）は従来の反射型の光結合装置の一例を示す平面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図７】（ａ）はその光結合装置の製造工程の一例を示す平面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその次の製造工程を示す平面図、（ｄ）はその正面図、（ｅ）はその次の製造工程を示す平面図、（ｆ）はその正面図、（ｇ）はその次の製造工程を示す平面図、（ｈ）はその正面図である。
【図８】その光結合装置の実装状態を示す側面図である。
【図９】（ａ）は従来の透過型の光結合装置の一例を示す斜視図、（ｂ）はその一部破断斜視図、（ｃ）はその平断面図である。
【図１０】（ａ）はその光結合装置の製造工程の一例を示す斜視図、（ｂ）はその要部の斜視図である。
【符号の説明】
１０  光結合装置
１１  ケース体
１２  発光素子
１３  受光素子
１４  ポリイミドフィルム
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ  電極パターン
１６、１７  導電性接着剤
１８、１９  モールド体
２１  ポリイミドフィルム
２２、２３  電極パターン
２４、２５  導体
３０  プリント配線基板
【図１】
0003593186.tif 000002
【図２】
0003593186.tif 000003
【図３】
0003593186.tif 000004
【図４】
0003593186.tif 000005
【図５】
0003593186.tif 000006
【図６】
0003593186.tif 000007
【図７】
0003593186.tif 000008
【図８】
0003593186.tif 000009
【図９】
0003593186.tif 000010
【図１０】
0003593186.tif 000011