(57)【要約】【課題】電磁波ノイズによる誤動作が抑制された光結合装置を提供する。【解決手段】光結合装置１は、第１の電気信号ｓ１が入力される信号入力端子１１ｔを備えた第１のフレーム１１に保持され、第１の電気信号ｓ１を光信号に変換する発光素子２１と、第２の電気信号ｓ２が出力される信号出力端子１２ｔを備えた第２のフレーム１２に発光素子２１と離間対向して保持され、受光素子及び当該受光素子に接続された電気回路を含み、発光素子２１から出力される光信号を受光し、当該光信号を第２の電気信号ｓ２に変換して出力する受光ＩＣ２２と、発光素子２１と受光ＩＣ２２との間にフレーム１１、１２から独立して設けられ、受光ＩＣ２２と発光素子２１との間を遮るように配置された、少なくとも１層の透光性導電層５１を含む透光性フィルム５０とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気信号が入力される信号入力端子を備えた第１のフレームに保持され、前記第１の電気信号を光信号に変換する発光素子と、
第２の電気信号が出力される信号出力端子を備えた第２のフレームに前記発光素子と離間対向して保持され、受光素子及び当該受光素子に接続された電気回路を含み、前記発光素子から出力される前記光信号を受光し、当該光信号を前記第２の電気信号に変換して出力する受光ＩＣ（integrated circuit）と、
前記発光素子と前記受光ＩＣとの間に前記第１のフレーム及び第２のフレームから独立して設けられ、前記受光素子と前記発光素子との間を遮るように配置された、少なくとも１層の透光性導電層を持つ透光性フィルムとを備えた光結合装置。
【請求項２】
前記透光性フィルムは、前記発光素子を保持する前記第１のフレームの保持面と、前記受光素子を保持する前記第２のフレームの保持面との間を遮るように配置された請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記透光性フィルムは、少なくとも１層の前記透光性導電層と少なくとも１層の絶縁層との積層フィルムである請求項１又は２に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記透光性フィルムは、少なくとも１層の前記透光性導電層と、当該少なくとも１層の透光性導電層を挟持する一対の絶縁層との積層フィルムである請求項３に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記透光性フィルムは、前記透光性導電層の面積が前記絶縁層の面積よりも小さく、前記透光性フィルムの側端面において前記透光性導電層が露出しない構造を有する請求項４に記載の光結合装置。
【請求項６】
前記受光ＩＣの主面が、少なくとも１層の接地された金属層に被覆された請求項１〜５のいずれかに記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトカプラ等の光結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトカプラは、１次回路から入力された電気信号をいったん光信号に変換し、その光信号を再度電気信号に変換して２次回路に出力する光結合装置である。
【０００３】
図３に、特許文献１の図６に記載のフォトカプラを基本構成とする従来のフォトカプラの構成例を示す。図３は断面図である。
【０００４】
図示するフォトカプラ１０１は、
１次側（ａ側）から第１の電気信号ｓ１が入力され、入力された第１の電気信号ｓ１を光信号に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１２１と、発光素子１２１と離間して対向配置され、発光素子１２１から出力される光信号を受光しこれを第２の電気信号ｓ２に変換して２次側（ｂ側）に出力するフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を搭載した受光ＩＣ１２２とを備えている。
【０００５】
発光素子１２１は、１次側（ａ）から第１の電気信号ｓ１が入力される信号入力端子１１１ｔを備えた第１のリードフレーム１１１に保持されている。受光ＩＣ１２２は、２次側（ｂ側）に第２の電気信号ｓ２を出力する信号出力端子１１２ｔを備えた第２のリードフレーム１１２に保持されている。
【０００６】
発光素子１２１、受光ＩＣ１２２は各々、ボンディングワイヤ１３１、１３２を介してリードフレーム１１１、１１２に電気的に接続されている。
発光素子１２１と受光ＩＣ１２２との間には透光性樹脂１６１が充填され、その外側は遮光性樹脂１６２により封止されている。発光素子１２１と受光ＩＣ１２２との間には、１−２次間の絶縁を確保するために、単層構造の透光性絶縁フィルム１５０が設けられている。かかる構成により、入力側と出力側とが電気的に遮断され、電気的に絶縁された状態で信号の送受信が実現される。
【０００７】
１次側（ａ側）から入力信号ｓ１が入力されると、発光素子１２１が駆動されてＯＮとなり、受光ＩＣ１２２への信号伝達がなされ、フォトカプラ１０１からの出力が反転する。発光素子１２１がＯＦＦ時には、受光ＩＣ１２２への信号伝達がないため、フォトカプラ１０１からの出力は反転しない。
【０００８】
上記構成を有するフォトカプラは、光結合により１−２次間に電気信号を伝達する電気的アイソレータであるが、１−２次間に浮遊容量を持つ素子である。この１−２次間に外部から電気的ノイズが加わると、浮遊容量を介して変位電流が流れ、出力の誤動作が生じてしまう。
【０００９】
電気的ノイズによる誤動作としては、
発光素子がＯＦＦ時にもかかわらず、１次側から電気的ノイズが混入し、これによって１次側から２次側に流れる変位電流が受光ＩＣに流入してフォトカプラ出力が反転するケース（１）、及び、
発光素子がＯＮ時にもかかわらず、２次側から電気的ノイズが混入し、これによって２次側から１次側に流れる変位電流によって、受光ＩＣへの入力電流が打ち消され、フォトカプラ出力が反転しないケース（２）がある。
【００１０】
特許文献２には、フォトカプラにおける１次−２次間で伝達される電気的ノイズ対策として、接地された金属層（２２）を主表面にもつ受光ＩＣ（２８）を透光性導電層（２１）で覆うことが提案されている（特許請求の範囲、第１図）。かかる構成では、外部からの電気的ノイズが透光性導電層（２１）を介してグランド（ＧＮＤ）に流れて除去されるので、受光ＩＣに電気的ノイズが入力されることが防止される。
図３に、接地された金属層１４１をもつ受光ＩＣ１２２を透光性導電層１４２で覆ったノイズ対策事例を図示しておく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2002-353495号公報
【特許文献２】特開平01-241872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、フォトカプラは使用される環境から様々なノイズの影響を受ける。例えば、周辺の電子機器からの電磁波ノイズに晒されると、リードを介して電磁波ノイズが取り込まれ、フォトカプラ内で再放出される。
特許文献２の構成では、電磁波ノイズに対しても一定の低減効果はある。しかしながら、ノイズ対策として、受光ＩＣの主表面に接地された金属層（２２）と透光性導電層（２１）が設けられたのみで、ボンディンワイヤは遮蔽されておらず、ボンディングワイヤを介して電磁波ノイズは伝達されてしまう。特に近年、フォトカプラの高速化に伴って、この電磁波ノイズの影響は無視できなくなってきており、一層の低減が必要になってきている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光結合装置は、
第１の電気信号が入力される信号入力端子を備えた第１のフレームに保持され、前記第１の電気信号を光信号に変換する発光素子と、
第２の電気信号が出力される信号出力端子を備えた第２のフレームに前記発光素子と離間対向して保持され、受光素子及び当該受光素子に接続された電気回路を含み、前記発光素子から出力される前記光信号を受光し、当該光信号を前記第２の電気信号に変換して出力する受光ＩＣ（integrated circuit）と、
前記発光素子と前記受光ＩＣとの間に前記第１のフレーム及び第２のフレームから独立して設けられ、前記受光素子と前記発光素子との間を遮るように配置された、少なくとも１層の透光性導電層を持つ透光性フィルムとを備えたものである。
【００１４】
上記構成の本発明の光結合装置においては、発光素子と受光ＩＣとの間に設けられた透光性フィルム内の透光性導電層によって電磁波ノイズを効果的に除去でき、電磁波ノイズによる誤動作を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来よりも高いレベルで電磁波ノイズを除去でき、電磁波ノイズによる誤動作が抑制され、信号伝達の信頼性に優れた光結合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る一実施形態のフォトカプラ（光結合装置）の全体断面図である。
【図２】図１のフォトカプラに備えられた透光性フィルム（ノイズ除去フィルム）の断面図及び平面図である。
【図３】従来のフォトカプラの全体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のフォトカプラ（光結合装置）の構成について説明する。図１は、本実施形態のフォトカプラの全体断面図である。図２は、本実施形態のフォトカプラに備えられた透光性フィルム（ノイズ除去フィルム）の断面図及び平面図である。図面上は視認しやすくするため、各部材の縮尺や位置は適宜、実際のものとは異ならせてある。また、断面図において、適宜ハッチングを省略してある。
【００１８】
図１に示すように、
本実施形態のフォトカプラ１は、
１次側（ａ側）から第１の電気信号ｓ１が入力され、入力された第１の電気信号ｓ１を光信号に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子２１と、
フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子及び当該受光素子に接続された電気回路を含み、発光素子２１から出力される光信号を受光しこれを第２の電気信号ｓ２に変換して２次回路側（ｂ側）に出力する受光ＩＣ２２とを備えている。受光ＩＣ２２には、受光素子からの電気信号を増幅する電気回路が搭載されている。
【００１９】
発光素子２１は、１次側（ａ側）から第１の電気信号ｓ１が入力される信号入力端子１１ｔを備えた第１のリードフレーム１１の保持面１１ａに保持されている。受光ＩＣ２２は、２次側（ｂ側）に第２の電気信号ｓ２を出力する信号出力端子１２ｔを備えた第２のリードフレーム１２の保持面１２ａに保持されている。
第１のリードフレーム１１の保持面１１ａと第２のリードフレーム１２の保持面１２ａとは互いに離間して対向配置されている。これによって、発光素子２１と受光ＩＣ２２とが互いに離間して対向配置されている。
発光素子２１、受光ＩＣ２２は各々、ボンディングワイヤ３１、３２を介してリードフレーム１１、１２に電気的に接続されている。
【００２０】
発光素子２１と受光ＩＣ２２との間には所定の誘電率を有するエポキシ樹脂等の透光性樹脂６１が充填され、その外側はエポキシ樹脂等の遮光性樹脂６２により封止されている。かかる構成により、入力側と出力側とが電気的に遮断され、電気的に絶縁された状態で信号の送受信が実現される。
透光性樹脂６１は、発光素子２１から受光ＩＣ２２への光信号伝達に必要な光透過率を有していればよい。
【００２１】
本実施形態では、外部からの電気的ノイズを除去することを目的として、受光ＩＣ２２の主面を覆うノイズ除去膜４０が設けられている。ノイズ除去膜４０は、受光ＩＣ２２側から接地された金属層４１と透光性導電層４２とが順次積層された積層体からなっている。ノイズ除去膜４０をなす金属層４１及び／又は透光性導電層４２は複数設けてもよい。
金属層４１の組成としては特に制限されず、Ａｌ等が挙げられる。
透光性導電層４２の組成としては特に制限されず、導電性と透光性とを考慮して、ポリシリコン等が好ましい。
透光性導電層４２は、発光素子２１から受光ＩＣ２２への光信号伝達に必要な光透過率を有している必要がある。
【００２２】
本実施形態ではさらに、ノイズ耐性を高めるため、発光素子２１と受光ＩＣ２２との間に、透光性フィルム（ノイズ除去フィルム）５０が設けられている。透光性フィルム５０は、リードフレーム１１、１２、及び発光素子２１と受光ＩＣ２２から離間した位置に、これら部材とは独立して設けられている。
透光性フィルム５０は、１次側のリードフレーム１１及び２次側のリードフレーム１２とは電気的に絶縁されて設けられており、電気的に浮いた状態になっている。また、透光性フィルム５０は発光素子２１と受光ＩＣ２２との間を遮るように配置されている。
図示するように、透光性フィルム５０は１次側のリードフレームの保持面１１ａと２次側のリードフレームの保持面１２ａとの間を遮るように張り出していることが好ましい。つまり、透光性フィルム５０は、１次側のリードフレーム１１と２次側のリードフレーム１２とが対向する領域を遮るように配置されるのが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、透光性フィルム５０は、図２に示すように、１層の透光性導電層５１とこれを挟持する一対の絶縁層５２とからなる３層積層フィルムである。
上記態様は好ましいが、透光性フィルム５０は、少なくとも１層の透光性導電層５１を含むものであればよく、少なくとも１層の透光性導電層５１と少なくとも１層の絶縁層５２との積層フィルムであることが好ましく、少なくとも１層の透光性導電層５１と、少なくとも１層の透光性導電層５１を挟持する一対の絶縁層５２との積層フィルムであることが特に好ましい。
【００２４】
少なくとも１層の透光性導電層５１を挟持する一対の絶縁層５２との積層フィルムからなる透光性フィルム５０では、最外層が絶縁層からなるので、透光性フィルム５０によって１次側と２次側との間に高い絶縁性が確保され、好ましい。なお、複数層の透光性導電層５１と、複数層の透光性導電層５１を挟持する一対の絶縁層５２との積層フィルムでは、複数層の透光性導電層５１の間に絶縁層５２を設けても構わない。
【００２５】
さらに、図２に示すように、透光性導電層５１の面積を絶縁層５２の面積よりも小さくすることが好ましい。かかる構成では、透光性フィルム５０の側端面において透光性導電層５１が露出しないので、透光性フィルム５０によって、１次側と２次側との間により高い絶縁性が確保され、好ましい。
【００２６】
透光性導電層５１の組成としては特に制限されず、電磁波ノイズを効果的に除去でき、充分な透光性を確保するには、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、及びＺｎＯ等が好ましい。
絶縁層５２の組成としては特に制限されず、高い絶縁性を有し、充分な透光性を確保するには、ポリイミド樹脂等が好ましい。
透光性フィルム５０は全体として、発光素子２１から受光ＩＣ２２への光信号伝達に必要な光透過率を有するように、各層の組成と厚みが設計される。
【００２７】
本実施形態では、透光性フィルム（ノイズ除去フィルム）５０によって、外部からリードフレームを介して入ってくる電磁波ノイズが効果的に除去できる。図１及び図２を参照して、ノイズ除去フィルム５０によるノイズ除去メカニズムについて説明する。
１次側（ａ側）から電磁波ノイズＮが混入した場合、電磁波Ｎは透光性フィルム５０の絶縁層５２を通って透光性導電層５１に入りトラップされる。透光性導電層５１に電磁波ノイズＮが入ると、透光性導電層５１には電磁誘導により電磁波ノイズＮを打ち消す向きに磁界が発生して、電磁波ノイズＮを打ち消す。また、電磁誘導により透光性導電層５１には反時計回りの渦電流Ｉが発生する。透光性導電層５１自体は抵抗値を持つため、発生した渦電流Ｉは熱となって外部に放出される。かかるメカニズムによって、電磁波ノイズＮは受光ＩＣ２２には伝播せず、受光ＩＣ２２の誤動作が抑制され。フォトカプラ１の正常動作が可能となる。
２次側（ｂ側）から混入した電磁波ノイズＮについても、同様のメカニズムで除去可能である。
【００２８】
本実施形態ではまた、透光性フィルム５０は、発光素子２１と受光ＩＣ２２とから離間した位置に、発光素子２１と受光ＩＣ２２との間を遮るよう設けられているので、ボンディングワイヤ３１，３２を介して電磁波ノイズが伝達されることを防止する。
本実施形態ではまた、１次側のリードフレーム１１の保持面１１ａと２次側のリードフレーム１２の保持面１２ａとが対向する領域間も遮るように配置することができるので、従来に比べ電磁波ノイズに対して、遮蔽効果が高くなる。
また、本実施形態のように、電気的ノイズを除去する受光ＩＣ２２の主面を覆うノイズ除去膜４０を併用することができ、種々のノイズに対して低減効果がある。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりも高いレベルで環境中からフォトカプラに入り込む電磁波ノイズを除去でき、信号伝達の信頼性に優れたフォトカプラ１（光結合装置）を提供することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  フォトカプラ（光結合装置）
１１  第１のリードフレーム（第１のフレーム）
１１ｔ    信号入力端子
１２  第２のリードフレーム（第２のフレーム）
１２ｔ    信号出力端子
２１  発光素子
２２  受光ＩＣ
４０  ノイズ除去膜
４１  金属層
４２  透光性導電層
５０  透光性フィルム（ノイズ除去フィルム）
５１  透光性導電層
５２  絶縁層
Ｎ  電磁波ノイズ
ｓ１  第１の電気信号
ｓ２  第２の電気信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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