(57)【要約】【課題】内部絶縁距離を確保しながら小型化を図ることができるような光結合素子、およびそれを用いた電子機器を提供すること。【解決手段】発光素子２と受光素子１とが対向配置されている光結合素子としての対向型フォトカプラを次のような構造とする。受光素子１の両面に形成されているエミッタ電極６ａ、６ｂ同士が、受光素子１の内部を貫く貫通電極５を介して接続されている。また、貫通電極５は、受光素子１に形成されているエミッタ領域８を貫いて形成されている。【選択図】図１
2006066614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子とが対向配置されている光結合素子において、
前記受光素子の両面に形成されている電極同士が、該受光素子の内部を貫く貫通電極を介して接続されていることを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
前記貫通電極は、前記受光素子に形成されているエミッタ領域を貫いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光結合素子。
【請求項３】
前記受光素子の下面には、傾き防止部材が設けられており、
該傾き防止部材は、下端面が前記受光素子の下面電極の下端面と同一平面上に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光結合素子。
【請求項４】
前記受光素子の上面には、傾き防止部材が設けられており、
該傾き防止部材は、上端面が前記受光素子の上面電極の上端面と同一平面上に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項５】
前記受光素子は、複数の集積回路素子が上下に積層された構造の多機能受光素子であって、
前記複数の集積回路素子のうち、最上層の集積回路素子は受光機能を有する素子として形成されているとともに、最下層の集積回路素子は、当該受光素子を搭載するリードフレームに接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項６】
前記最下層の集積回路素子は、前記複数の集積回路素子のうち、最も自己発熱の大きい集積回路素子であることを特徴とする請求項５に記載の光結合素子。
【請求項７】
前記最下層の集積回路素子の上面に電極部が形成され、該電極部がワイヤを介して前記リードフレームと接続されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光結合素子。
【請求項８】
前記受光素子の集積回路素子同士の間には、当該受光素子の電極の配線を変更するための電極パターン変更層が積層されていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光結合素子を用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子とが対向配置されている光結合素子の構造、およびその光結合素子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
素子に電流を導通させるには、一般には次のような方法が用いられている。素子の両面に電極を形成し、素子の一方の電極が形成された面をダイボンディング等によりリードフレームに搭載するとともに、上面に形成された他方の電極とリードフレームとを金属ワイヤを用いてワイヤボンディングを行うことによって導通させる方法や、素子の片面のみに電極を形成し、素子の電極が形成された面をリードフレーム上にダイボンディングを行うことによって導通させる方法である。
【０００３】
ところで、光結合素子は、電気信号を発光素子により光信号に変換して、この光信号を発光素子から受光素子へと送受し、この光信号を受光素子により電気信号に変換し、これにより入力側と出力側を電気的に絶縁した状態で信号伝達を行うデバイスである。このような光結合素子は、電源フィードバックやスイッチング素子、ドライバ回路として各種電子機器に設けられている。
【０００４】
光結合素子では、発光素子からの光を効率的に受光素子で受けるために、受光素子の受光部分を受光素子の上面、つまり、発光素子と対向する面に形成する必要がある。このような発光素子と受光素子とを対向して配置する光結合素子において、最も重要な特性の一つは絶縁性能（絶縁耐圧）であり、この絶縁耐圧を強化するために、入力側と出力側との内部絶縁距離を確保する必要がある。
【０００５】
上記の点を、図７に示すような対向型フォトカプラにあてはめて、具体的に説明する。図７は、従来の対向型フォトカプラを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は受光素子を上方から見た図である。
【０００６】
対向型フォトカプラは、１次側（入力側）の発光素子（例えば、発光ダイオード）２と、２次側（出力側）の受光素子（フォトトランジスタ）１とが所定の距離を隔てて配置されて構成されている。そして、発光素子２の一方の表面（発光面）と、受光素子１の一方の表面（受光面）とが互いに対向する構造となっている。発光素子２は１次側リードフレーム３にダイボンドされており、受光素子１が２次側リードフレーム４ａにダイボンドされている。発光素子２の発光面側の電極は、ワイヤ１４ａを用いてワイヤボンディングにより１次側リードフレーム３に接続されている。このとき、発光素子２の下方（受光素子１寄り）にワイヤ１４ａのループ頂点が形成されている。
【０００７】
受光素子１には、エミッタ領域８、ベース領域９、コレクタ領域１０がそれぞれ形成されている。受光素子１の受光面、つまり、発光素子２と対向する面には、エミッタ電極６ａが形成されており、発光素子２からの光を効率的に受光素子１で受けるようにしている。受光面と反対側の面には、コレクタ領域１１と接続するコレクタ電極１１が形成されている。そして、受光素子１に電流を導通させるために、エミッタ電極６ａがワイヤ１４ｂを用いてワイヤボンディングにより２次側リードフレーム４ｂに接続されている。このとき、受光素子１の上方（発光素子２寄り）にワイヤ１４ｂのループ頂点が形成されている。コレクタ電極１１は、ダイボンディングにより２次側リードフレーム４ａに接続されている。
【０００８】
発光素子２および受光素子１は、透光性を有する１次モールド樹脂１２により封止されており、この１次モールド樹脂１２は、発光素子２から受光素子１への光伝達経路となっている。さらに、１次モールド樹脂１２は、遮光性を有する２次モールド樹脂１３により覆われている。２次モールド樹脂１３は、例えば、トランスファーモールドにより形成されたものであり、１次モールド樹脂１２を封止して外部からの光ノイズの侵入を阻止している。
【０００９】
このような対向型フォトカプラにおいて、発光素子２と受光素子１とを所定の距離を隔てて配置して絶縁耐圧を強化するようにしている。このとき、入力側と出力側との内部絶縁距離は、ワイヤ１４ａのループ頂点とワイヤ１４ｂのループ頂点との距離Ｌ１となっている。
【００１０】
なお、特許文献１には、発光素子と受光素子とが対向配置されている光結合素子において、発光素子が１次側リードフレーム上に搭載され、かつ、ボンディングワイヤにより接続されるとともに、受光素子が２次側リードフレーム上に搭載され、かつ、ボンディングワイヤにより接続されている構造が示されている。
【特許文献１】特開平７−２２６５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の光結合素子においては次のような問題点があった。
【００１２】
上述のように、ワイヤボンディングにより素子の電極とリードフレームとを接続すると、入力側と出力側との内部絶縁距離は、ワイヤのループ頂点間の距離（図７では、距離Ｌ１）となることが多い。この場合、ワイヤのループ頂点が発光素子の発光面から受光素子側に突出している距離、および、ワイヤのループ頂点が受光素子の受光面から発光素子側に突出している距離だけ、内部絶縁距離が短くなり、この結果、絶縁耐圧が低下する。
【００１３】
したがって、光結合素子のサイズを小型化しようとしても、必要となる絶縁耐圧に見合うだけの内部絶縁距離を確保することが困難であり、小型化に対応できないという問題点があった。逆に、一定の絶縁耐圧を確保するために、内部絶縁距離を確保しようとすると、結果として光結合素子のサイズが大きくなるという問題点があった。さらに、光結合素子内の素子の搭載方法によっては、ワイヤのループが受光素子の受光部分の影となり、出力電流が小さくなるという問題点があった。
【００１４】
また、高速通信用やドライバ駆動用等に使用される光結合素子には、多機能を有する受光素子（多機能受光素子）が用いられることが多い。この場合、１つの受光素子内に、受光回路、増幅回路、出力回路等、様々な回路が１素子化して設けられており、この結果、受光素子が横方向へ広がった構造となって、必然的に受光素子のサイズが大きくなってしまうという問題点があった。さらに、１素子化することによって、僅かな設計変更、例えば、受光回路、出力回路には設計変更がなく、増幅回路のみを設計変更するような場合であっても、受光素子自体を初めから設計し直す必要があり、そのため多数のマスクを必要としていた。しかも、大きく工程フローを変更しなければならない場合もあり、多くの時間とコストがかかるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、内部絶縁距離を確保しながら小型化を図ることができるような光結合素子、およびそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、発光素子と受光素子とが対向配置されている光結合素子において、前記受光素子の両面に形成されている電極同士が、該受光素子の内部を貫く貫通電極を介して接続されていることを特徴とする。この場合において、前記貫通電極は、前記受光素子に形成されているエミッタ領域を貫いて形成されていることを特徴とする。
【００１７】
このような構造の光結合素子によれば、受光素子の上面に形成されている電極と、受光素子を搭載するリードフレームとを接続するワイヤが不要となり、したがって、ワイヤのループ頂点が受光素子の受光面から発光素子側に突出することもなくなる。これにより、光結合素子における内部絶縁距離を、従来の場合と比べて、不要となるワイヤのループ高さ分だけ短くすることができる。この結果、従来の光結合素子と同等の絶縁耐圧を確保しながら、縦方向の小型化を図ることができる。逆に言えば、従来の光結合素子と同じサイズであっても、絶縁耐圧を大きくすることができる。しかも、ワイヤのループが受光素子の上面に形成されている電極の影となることがなくなり、しがたって、出力電流が小さくなることもなくなる。
【００１８】
また、本発明の光結合素子において、前記受光素子の下面には、傾き防止部材が設けられており、該傾き防止部材は、下端面が前記受光素子の下面電極の下端面と同一平面上に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の光結合素子において、前記受光素子の上面には、傾き防止部材が設けられており、該傾き防止部材は、上端面が、前記受光素子の上面電極の上端面と同一平面上に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００２０】
このような構造の光結合素子によれば、受光素子をリードフレームに搭載する場合や、受光素子を多層に積層する場合、高さ調節のための傾き防止部材（スペーサ）を設けることによって、受光素子をバランスよく安定して搭載することができ、受光素子が傾くことを防止できる。
【００２１】
また、本発明の光結合素子において、前記受光素子は、複数の集積回路素子が上下に積層された構造の多機能受光素子であって、前記複数の集積回路素子のうち、最上層の集積回路素子は受光機能を有する素子として形成されているとともに、最下層の集積回路素子は、当該受光素子を搭載するリードフレームに接続されていることを特徴とする。
【００２２】
このような構造の光結合素子によれば、受光素子は、それぞれ機能を有する集積回路素子が複数積層されている多機能受光素子として形成されている。この多機能受光素子を用いれば、機能が増えても多機能受光素子が横方向へ広がることがなくなるため、光結合素子の横方向サイズの小型化、コストの低下を図ることができる。
【００２３】
また、多機能受光素子に僅かな設計変更がある場合であっても、多機能受光素子全体の設計を初めからし直す必要はなく、変更が必要な集積回路素子のみを設計し直すだけでよくなり、したがって、多機能受光素子の設計変更に容易に対応することができる。さらに、積層する集積回路素子を変更することによって、別の機能を備える新たな多機能受光素子として形成することができる。
【００２４】
また、本発明の光結合素子において、前記最下層の集積回路素子は、前記複数の集積回路素子のうち、最も自己発熱の大きい集積回路素子であることを特徴とする。
【００２５】
このような構造の光結合素子によれば、温度の影響を受けやすい集積回路素子を熱伝導性の高いリードフレームに接触させることによって、自己発熱の影響を低減させることが可能となる。このように、従来では影響を受けていた温度やノイズ等の要因に対して、集積回路素子の積層順序を工夫することによって対処することが可能となる。
【００２６】
また、本発明の光結合素子において、前記最下層の集積回路素子の上面に電極部が形成され、該電極部がワイヤを介して前記リードフレームと接続されていることを特徴とする。
【００２７】
上述のような多機能受光素子を用いる場合、その機能の多様化により、最下層の集積回路素子の下面の電極の配置が多様化し、このため、ダイボンディングのみによっては、最下層の集積回路素子の下面の電極とリードフレームとの接続が難しく、電気接触を確実にとることができない可能性がある。これに対して、上述のような構造の光結合素子によれば、ダイボンディングだけでなくワイヤボンディングも行うことによって、最下層の集積回路素子を、ワイヤを介してリードフレームに確実に接続することができる。しかも、大電流に耐えられるような集積回路素子とすることができる。
【００２８】
さらに、本発明の光結合素子において、前記受光素子の集積回路素子同士の間には、当該受光素子の電極の配線を変更するための電極パターン変更層が積層されていることを特徴とする。
【００２９】
このような構造の光結合素子によれば、上述のような多機能受光素子において、各集積回路素子をそのまま使用して、電極の配線のみを変更する場合には、多機能受光素子の電極配線の変更内容に応じた電極パターン変更層を新たに作製して積層することで、各集積回路素子の電極の配線パターンを設計変更することなく、電極配線の変更にフレキシブルに対応することができる。これにより、各集積回路素子が同じで電極の配線が異なる多種多様な高機能受光素子を容易に作製することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の電子機器は、以上のような構造の本発明の光結合素子を備えている。すなわち、本発明は、単に光結合素子に限定されるものではなく、この光結合素子を適用した各種電子機器を包含する。この電子機器は、ＤＶＤ、ＴＶ、ＶＴＲ、ＳＴＢ、ＣＤ、ＭＤ、電源機器、インバータ制御機器等であり、入出力間を絶縁して信号伝達を行う回路を備えるものであれば、如何なる種類のものであってもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、上述のような構成であるから、光結合素子において、内部絶縁距離を確保しながら小型化を図ることができる。また、ワイヤのループが受光素子の上面に形成されている電極の影となることがなくなり、このため、出力電流が小さくなることもなくなる。そして、複数の集積回路素子が上下に積層された多機能受光素子が用いられる光結合素子の場合、多機能受光素子が横方向へ広がることがなくなり、光結合素子の横方向サイズの小型化、コストの低下を図ることができる。また、多機能受光素子に僅かな設計変更がある場合であっても、多機能受光素子自体の設計を初めからし直す必要はなく、変更が必要な集積回路素子のみを設計し直すだけでよくなり、したがって、設計変更にも容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３３】
光結合素子は、電気信号を発光素子により光信号に変換して、この光信号を発光素子から受光素子へと送受し、この光信号を受光素子により電気信号に変換し、これにより入力側と出力側を電気的に絶縁した状態で信号伝達を行うものである。このような光結合素子は、電源フィードバックやスイッチング素子、ドライバ回路として各種電子機器に設けられている。以下では、光結合素子として、対向型フォトカプラを用いた例について説明する。
【００３４】
［実施形態１］
図１は、本発明を適用する対向型フォトカプラを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は受光素子を上方から見た図である。なお、従来の対向型フォトカプラと同じ部分には同じ符号を付している（図７参照）。
【００３５】
図１に示すように、対向型フォトカプラは、１次側（入力側）の発光素子２（例えば、発光ダイオード）と、２次側（出力側）の受光素子（フォトトランジスタ）１とが所定の距離を隔てて配置されて構成されている。そして、発光素子２の一方の表面（発光面）と、受光素子１の一方の表面（受光面）とが互いに対向する構造となっている。発光素子２は１次側リードフレーム３にダイボンドされており、受光素子１が２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）にダイボンドされている。発光素子２の発光面側の電極は、ワイヤ１４を用いてワイヤボンディングにより１次側リードフレーム３と接続されている。このとき、発光素子２の下方（受光素子１寄り）にワイヤ１４ａのループ頂点が形成されている。また、後述するように、受光素子１には貫通電極５が形成されており、２次側リードフレーム４は、受光素子１のコレクタ電極１１に接続する２次側リードフレーム４ａと受光素子１のエミッタ電極６ｂに接続する２次側リードフレーム４ｂとからなっている。
【００３６】
発光素子２および受光素子１は、透光性を有する１次モールド樹脂１２により封止されており、この１次モールド樹脂１２は、発光素子２から受光素子１への光伝達経路となっている。さらに、１次モールド樹脂１２は、遮光性を有する２次モールド樹脂１３により覆われている。２次モールド樹脂１３は、例えば、トランスファーモールドにより形成されたものであり、１次モールド樹脂１２を封止して外部からの光ノイズの侵入を阻止している。
【００３７】
このような構造の対向型フォトカプラでは、電気信号を発光素子２により光信号に変換して、この光信号を発光素子２から受光素子１へと送受し、この光信号を受光素子により電気信号に変換し、これにより、１次側と２次側とを電気的に絶縁した状態で信号伝達を行っている。このとき、発光素子２と受光素子１とを所定の距離を隔てて配置して絶縁耐圧を強化するようにしている。
【００３８】
次に、受光素子１の具体的な構造について詳しく説明する。
【００３９】
受光素子１には、エミッタ領域８、ベース領域９、コレクタ領域１０がそれぞれ形成されている。受光素子１の受光面と、その反対側の２次側リードフレーム４との接触面、つまり、２次側リードフレーム４への搭載面（以下、単に「搭載面」と称する。）とは、絶縁膜７により覆われている。
【００４０】
また、受光素子１には、エミッタ領域８、ベース領域９、およびコレクタ領域１０を貫く貫通孔が形成されており、この貫通孔の内周面が絶縁膜７で覆われている。そして、絶縁膜７内部に形成された空間に貫通電極５が形成されている。貫通電極５は、エミッタ電極の一部として設けられており、この貫通電極５により、受光素子１の両面に形成されているエミッタ電極６ａ、６ｂが接続されている。エミッタ電極６ａは、受光素子１の受光面、つまり、発光素子２と対向する面に形成されており、発光素子２からの光を効率的に受光素子１で受けるようにしている。このように、受光素子１の受光面側に形成されているエミッタ電極６ａが、受光素子１の内部を貫通して形成されている貫通電極５を介して、受光素子１の搭載面側に形成されているエミッタ電極６ｂと接続されている。
【００４１】
受光素子１は、２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）にダイボンディンクにより接続されている。このとき、搭載面側のエミッタ電極６ｂは、一方の２次側リードフレーム４ｂと接続されている。こうして、エミッタ領域８が、エミッタ電極６ａと貫通電極５とエミッタ電極６ｂとを介して、２次側リードフレーム４ｂと接続されている。また、コレクタ領域１０が、コレクタ電極１１を介して、他方の２次側リードフレーム４ａと接続されている。このとき、受光素子１の搭載面を覆う絶縁膜７により、エミッタ電極６ｂとコレクタ領域１０との接触を避けるようにしている。
【００４２】
また、受光素子１のエミッタ電極６ｂとコレクタ電極１１とを、ダイボンディングにより２次側リードフレーム４ａ、４ｂに接続するため、エミッタ電極６ｂの２次側リードフレーム４ｂと接触する端面と、コレクタ電極１１の２次側リードフレーム４ａと接触する端面とが略同一平面上に位置するようにしている。このとき、受光素子１の搭載面側の絶縁膜７は、２次側リードフレーム４ａ、４ｂと接触しない厚さに形成されており、この絶縁膜７と、２次側リードフレーム４ａ、４ｂとの間に隙間が形成されるようにしている。
【００４３】
以上のように、受光素子１の受光面側のエミッタ電極６ａは、図７に示す従来の対向型フォトカプラとは異なって、ワイヤを用いずに２次側リードフレーム４ｂと接続されている。つまり、貫通電極５を形成することにより、ワイヤボンディングを行うことなく、ダイボンディンクのみによってエミッタ電極６ａを２次側リードフレーム４ｂと接続し、受光素子１において、エミッタ−コレクタ間を導通させることを可能としている。
【００４４】
このように、エミッタ電極６ａと２次側リードフレーム４ｂとを接続するワイヤが不要となり、したがって、ワイヤのループ頂点が受光素子１の受光面から発光素子２側に突出することもなくなる。これにより、対向型フォトカプラにおける内部絶縁距離は、ワイヤ１４ａのループ頂点と受光素子１の受光面との距離Ｌとなり、図７に示す従来の対向型フォトカプラと比べて、不要となるワイヤのループ高さ分だけ短くすることができる。この結果、従来の対向型フォトカプラと同等の絶縁耐圧を確保しながら、縦方向の小型化を図ることができる。逆に言えば、従来の対向型フォトカプラと同じサイズであっても、絶縁耐圧を大きくすることができる。しかも、ワイヤのループが受光素子１のエミッタ電極６ａの影となることがなくなり、しがたって、出力電流が小さくなることもなくなる。
【００４５】
［実施形態２］
この実施形態２は、上記実施形態１で述べた対向型フォトカプラの受光素子に、傾き防止部材であるスペーサを設けた例である。図２は、スペーサ１６を設けた受光素子１を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。なお、上記実施形態１の受光素子１と同じ部分には同じ符号を付して説明する（図１参照）。
【００４６】
図２に示すように、受光素子１の搭載面側の絶縁膜７に、２つのスペーサ１６、１６が取り付けられている。スペーサ１６は、受光素子１の搭載面側の絶縁膜７と、２次側リードフレーム４ａ、４ｂとの間に介挿される部材であって、絶縁膜として形成されている。なお、ダイボンディングにより回路動作等に影響がない場合には、絶縁膜としてではなく、ＡｕやＡｌ等の金属を使用してスペーサ１６を形成してもよい。
【００４７】
スペーサ１６、１６の高さ（厚さ）は、スペーサ１６、１６の２次側リードフレーム４ａ、４ｂと接触する端面（下端面）が、エミッタ電極６ｂの２次側リードフレーム４ｂと接触する端面（下端面）、およびコレクタ電極１１の２次側リードフレーム４ａと接触する端面（下端面）とが略同一平面上に位置するように形成されている。
【００４８】
上記実施形態１では、受光素子１は２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）と、エミッタ電極６ｂおよびコレクタ電極１１の２箇所でのみ接触する構造となっているため、受光素子１は２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）との接続が不安定となる可能性がある。これに対して、この例では、２つのスペーサ１６、１６を設けることで、受光素子１は２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）と、４箇所で接触することとなる。これにより、受光素子１を２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）に、バランスよく安定して接続することができ、受光素子１が傾くことを防止できる。なお、スペーサ１６の位置、数は、受光素子１が２次側リードフレーム４（４ａ、４ｂ）と３箇所以上で接触するものであれば、つまり、エミッタ電極６ｂおよびコレクタ電極１１以外の部分に少なくとも１つ設けられていれば、特に限定されない。
【００４９】
［実施形態３］
この実施形態３は、対向型フォトカプラにおいて、多数の素子が上下（縦方向）に積層された受光素子を用いる例である。上下に積層される素子の数は特に限定されないが、以下では、対向型フォトカプラにおいて、図３に示すような上下に２つの素子が積層されたダーリントン型多積層受光素子を用いる場合について説明することとする。
【００５０】
図３は、上下に２つの素子１０１、１０２を積層したダーリントン型多積層受光素子１００を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は等価回路図である。図４は、同じくダーリントン型多積層受光素子１００を示す図であり、（ａ）は上層の素子を上方から見た図、（ｂ）は上層の素子を下方から見た図、（ｃ）は下層の素子を上方から見た図、（ｄ）は下層の素子を下方から見た図である。この図３（ｂ）に示すように、ダーリントン型多積層受光素子１００はダーリントン型フォトトランジスタとしての機能を有する。ダーリントン型多積層受光素子１００の上層の素子１０１は、上記実施形態１の受光素子１と同様の構成であり、また、下層の素子１０２は、上記実施形態１の受光素子１と略同様の構成であり、ベース領域９に接続するベース電極９ａが形成されている点が上記実施形態１の受光素子１と異なる。なお、上記実施形態１の受光素子１と同じ部分には同じ符号を付して説明する（図１参照）。
【００５１】
ダーリントン型多積層受光素子１００では、上層の素子１０１と下層の素子１０２とは、次のように積層されている。上層の素子１０１のエミッタ電極６ｂと、下層の素子１０２のエミッタ電極６ｃとが接続されており、上層の素子１０１のコレクタ電極１１ａと、下層の素子１０２のベース電極９ａとが接続されている。下層の素子１０２のエミッタ電極６ｄとコレクタ電極１１ｂは、それぞれ２次側リードフレーム４ｂ、４ａ（図１参照）に接続されている。そして、このようなダーリントン型多積層受光素子１００が図３（ｂ）に示すダーリントン型フォトトランジスタとして機能する。
【００５２】
上層の素子１０１と下層の素子１０２との間には、上層の素子１０１の下面に設けられるスペーサ１６ｃ、１６ｄと、下層の素子１０２の上面に設けられるスペーサ１６ｅ、１６ｆとが介挿されている。スペーサ１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆは、上記実施形態２のスペーサ１６と略同様であり、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように配置されており、スペーサ１６ｃとスペーサ１６ｅとが接触し、スペーサ１６ｄとスペーサ１６ｆとが接触している。なお、スペーサ１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆは、絶縁膜として形成されているが、ダイボンディングにより回路動作等に影響がない場合には、絶縁膜としてではなく、ＡｕやＡｌ等の金属を使用して形成してもよい。
【００５３】
このとき、スペーサ１６ｃ、１６ｄのそれぞれの下面、上層の素子１０１のエミッタ電極６ｂの下面、およびコレクタ電極１１ａの下面が、略同一平面上に位置するようにスペーサ１６ｃ、１６ｄが形成されている。また、スペーサ１６ｅ、１６ｆのそれぞれの上面、下層の素子１０２のエミッタ電極６ｃの上面、およびベース電極９ａの上面が、略同一平面上に位置するようにスペーサ１６ｅ、１６ｆが形成されている。このように、上層の素子１０１と下層の素子１０２との間にスペーサ１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆを設けることで、上下の素子１０１、１０２をバランスよく安定して積層することができる。
【００５４】
下層の素子１０２と２次側リードフレーム４ａ、４ｂ（図１参照）との間には、上記実施形態２のスペーサ１６と同様のスペーサ１６ｇ、１６ｈが介挿されている。スペーサ１６ｇ、１６ｈは、図４（ｄ）に示すように配置されており、スペーサ１６ｇ、１６ｈが、それぞれ２次側リードフレーム４ｂ、４ａと接触している。なお、スペーサ１６ｇ、１６ｈは、絶縁膜として形成されているが、ダイボンディングにより回路動作等に影響がない場合には、絶縁膜としてではなく、ＡｕやＡｌ等の金属を使用して形成してもよい。
【００５５】
このとき、スペーサ１６ｇ、１６ｈのそれぞれの下面、下層の素子１０２のエミッタ電極６ｄの下面、およびコレクタ電極１１ｂの下面が、略同一平面上に位置するようにスペーサ１６ｇ、１６ｈが形成されている。このように、下層の素子１０２と２次側リードフレーム４ａ、４ｂとの間にスペーサ１６ｇ、１６ｈを設けることで、下層の素子１０２を２次側リードフレーム４ａ、４ｂにバランスよく安定して接続することができる。なお、上層の素子１０１の上面にも、上記実施形態２のスペーサ１６と略同様のスペーサ１６ａ、１６ｂが設けられており、スペーサ１６ａ、１６ｂのそれぞれの上面が、エミッタ電極６ａの上面と略同一平面上に位置するように形成されている。
【００５６】
［実施形態４］
この実施形態４は、対向型フォトカプラにおいて、多機能受光素子を用いる例である。この例の多機能受光素子は、多機能を有する多層化された受光素子であって、それぞれ機能を有する集積回路素子が上下（縦方向）に積層された構造のものであり、例えば、高速通信用やドライバ駆動用等に使用される。上下に積層する集積回路素子の機能や数は特に限定されないが、以下では、対向型フォトカプラにおいて、図５に示すような受光機能を有する集積回路素子、増幅機能を有する集積回路素子、および出力機能を有する集積回路素子が、上下に積層された多機能受光素子を用いる場合について説明することとする。
【００５７】
図５は、多機能受光素子２００を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は等価回路図である。この図５（ｂ）に示すように、多機能受光素子２００は、受光回路２１１としての機能と、増幅回路２１２としての機能と、出力回路２１３としての機能とを併せ持つ素子である。
【００５８】
図５（ａ）に示すように、多機能受光素子２００は、受光回路２１１の機能を有する集積回路素子２０１と、増幅回路２１２の機能を有する集積回路素子２０２と、出力回路２１３の機能を有する集積回路素子２０３とが、上下に積層されて形成されている。最上層の集積回路素子２０１と中間層の集積回路素子２０２とは２箇所で接続されており、中間層の集積回路素子２０２と最下層の集積回路素子２０３とは３箇所で接続されている。
【００５９】
それぞれの集積回路素子２０１、２０２、２０３には、上述した実施形態１の受光素子１の貫通電極５と略同様の貫通電極が設けられている。最上層の集積回路素子２０１には１つの貫通電極２０１ａ、中間層の集積回路素子２０２には２つの貫通電極２０２ａ、２０２ｂ、最下層の集積回路素子２０３には３つの貫通電極２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃがそれぞれ形成されている。
【００６０】
このように、多機能受光素子２００は、貫通電極が形成された集積回路素子が多層化された構造となっている。これにより、次のような様々な利点がある。
【００６１】
従来では、多機能受光素子２００は、機能の増加につれて横方向へ広がった構造となっていたが、この例の多機能受光素子２００は、縦方向に集積回路素子が積層されているため、機能が増えても横方向への広がることがなくなる。したがって、多機能受光素子２００の小型化やコスト低下を図ることができ、ひいては、この多機能受光素子２００を用いた対向型フォトカプラの横方向サイズの小型化、コストの低下を図ることができる。
【００６２】
また、多機能受光素子に僅かな設計変更がある場合であっても、多機能受光素子全体の設計を初めからし直す必要はなく、変更が必要な集積回路素子のみを設計し直すだけでよくなり、多機能受光素子の設計変更に容易に対応することができる。さらに、積層する集積回路素子を変更することによって、別の機能を備える新たな多機能受光素子として形成することができる。
【００６３】
しかも、従来では影響を受けていた温度やノイズ等の要因に対しても、集積回路素子の積層順序を工夫することによって対処することが可能となる。例えば、受光機能を有する集積回路素子を発光素子に最も近い最上層に積層し、自己発熱が最も大きい集積回路素子を、放熱性を有する２次側リードフレームと接触させることで、光伝導性に優れ、熱伝導性の高い対向型フォトカプラを形成することが可能となる。つまり、温度の影響を受けやすい集積回路素子を熱伝導性の高い２次側リードフレームに接触させることによって、自己発熱の影響を低減させることが可能となる。
【００６４】
［実施形態５］
この実施形態５の多機能受光素子２００´は、上記実施形態４の多機能受光素子２００の変形例である。図６は、多機能受光素子２００´を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は等価回路図である。なお、上記実施形態４と同じ部分については説明を省略し、異なる部分について詳しく説明する。
【００６５】
多機能受光素子２００´が上記実施形態４の多機能受光素子２００と異なる点は、最下層の集積回路素子の構造、および最下層の集積回路素子の２次側リードフレームへの接続である。上記実施形態４の多機能受光素子２００では、最下層の集積回路素子２０３をダイボンディングのみによって２次側リードフレーム２０４に接続するようにしていたが、この例の多機能受光素子２００´では、最下層の集積回路素子２０３´をダイボンディングおよびワイヤボンディングによって２次側リードフレーム２０４に接続するようにしている。
【００６６】
最下層の集積回路素子２０３´には、内部を貫く貫通電極２０３ａが１つだけ形成されており、下面の略一面にわたって電極部２０５が形成されている。また、上面には、端部のワイヤボンディング用の電極部２０６、２０７につながる電極パターンが形成されている。集積回路素子２０３´の下面の電極部２０５は、ダイボンディングにより２次側リードフレーム２０４に接続されている。一方、上面の電極部２０６、２０７は、ワイヤ２０８、２０９を用いてワイヤボンディングにより２次側リードフレーム２０４にそれぞれ接続されている。
【００６７】
上記実施形態４の多機能受光素子２００では、その機能の多様化により、最下層の集積回路素子２０３下面の電極の配置が多様化し、このため、ダイボンディングのみによっては、集積回路素子２０３下面の電極と２次側リードフレーム２０４との接続が難しく、電気接触を確実にとることができない可能性がある。これに対して、この例の多機能受光素子２００´では、集積回路素子２０３´の両面に電極部２０５、２０６、２０７をそれぞれ形成し、ダイボンディングだけでなくワイヤボンディングも行うことによって、集積回路素子２０３´を、ワイヤ２０８、２０９を介して２次側リードフレーム２０４に確実に接続することができる。しかも、大電流に耐えられるような集積回路素子２０３´とすることができる。
【００６８】
［実施形態６］
この実施形態６は、上記実施形態４、５の変形例であって、上記実施形態４、５のような複数の集積回路素子が上下に積層された構造の多機能受光素子において、電極の配線のみを変更する場合の変形例である。この場合、各集積回路素子をそのまま使用し、集積回路素子同士の層間に電極パターン変更層を積層する。このとき、多機能受光素子の電極配線の変更内容に応じた電極パターン変更層を新たに作製して積層することで、各集積回路素子の電極の配線パターンを設計変更することなく、電極配線の変更にフレキシブルに対応することができる。これにより、各集積回路素子が同じで電極の配線が異なる多種多様な高機能受光素子を容易に作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を適用する対向型フォトカプラの一実施形態を示す図である。
【図２】スペーサを設けた受光素子を示す図である。
【図３】ダーリントン型多積層受光素子を示す図である。
【図４】同じくダーリントン型多積層受光素子を示す図である。
【図５】多機能受光素子を示す図である。
【図６】多機能受光素子を示す図である。
【図７】従来の対向型フォトカプラを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    受光素子
２    発光素子
３    １次側リードフレーム
４    ２次側リードフレーム
５    貫通電極
６ａ、６ｂ  エミッタ電極
７    絶縁膜
８    エミッタ領域
９    ベース領域
１０  コレクタ領域
１１  コレクタ電極
１２  １次モールド樹脂
１３  ２次モールド樹脂
１４  ワイヤ
１６  スペーサ
【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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