(57)【要約】【課題】より信頼性の高い光結合装置を提供する。【解決手段】光結合装置１０は、発光素子１と、発光素子１からの光を光電変換する受光素子２と、発光素子１へ給電するための入力端子と受光素子２からの電流を出力するための出力端子とを有する実装基板３と、実装基板３の一表面３ａａ上に実装した発光素子１および受光素子２を封止する透光性樹脂４と、透光性樹脂４を覆い外部から受光素子２への光の入射を抑制する遮光性樹脂５とを備え、透光性樹脂４は、遮光性樹脂５よりも線膨張係数が大きく、且つ実装基板３は、透光性樹脂４の膨張時に、透光性樹脂４の一部を収容する収容部３ｃを有する。【選択図】図１
2015060869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子からの光を光電変換する受光素子と、前記発光素子へ給電するための入力端子と前記受光素子からの電流を出力するための出力端子とを有する実装基板と、該実装基板の一表面上に実装した前記発光素子および前記受光素子を封止する透光性樹脂と、前記透光性樹脂を覆い外部から前記受光素子への光の入射を抑制する遮光性樹脂とを備えており、
前記透光性樹脂は、前記遮光性樹脂よりも線膨張係数が大きく、且つ前記実装基板は、前記透光性樹脂の膨張時に、前記透光性樹脂の一部を収容する収容部を有することを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記実装基板は、平面視において、前記発光素子と前記受光素子との間の中央部に前記収容部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記収容部は、前記実装基板の厚み方向に貫通した貫通孔であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記実装基板は、前記透光性樹脂に付着して前記貫通孔を塞ぐ充填材を備えており、該充填材は、前記貫通孔を透過する光を遮光し、且つ柔軟性を有する樹脂よりなることを特徴とする請求項３に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記実装基板は、前記実装基板の他表面側に前記貫通孔を塞ぐ蓋材を備えており、該蓋材は、前記貫通孔を透過する光を遮光する遮光性を有していることを特徴とする請求項３に記載の光結合装置。
【請求項６】
前記収容部は、前記実装基板の前記一表面側に設けた窪みであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側と出力側とを光により結合する光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、入力側である１次側の電気回路と出力側である２次側の電気回路とを電気的には絶縁しながら、光を利用して、１次側の電気回路と２次側の電気回路との間で信号の伝達を行う光結合装置が知られている。
【０００３】
この種の光結合装置としては、図６に示すように、発光素子１１１と受光素子１１２とをボンディングした印刷回路基板１１０上に、透明樹脂１１４および光反射性の材料１１５で被覆したフォトカプラ装置が知られている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
特許文献１のフォトカプラ装置では、印刷回路基板１１０は、絶縁基板１０８上に配線電極層１０９を備えている。フォトカプラ装置は、発光素子１１１の電極と配線電極層１０９とを導電ワイヤ１１３を用いてワイヤーボンディングしている。また、フォトカプラ装置は、受光素子１１２の電極と配線電極層１０９とを導電ワイヤ１１３を用いてワイヤーボンディングしている。
【０００５】
特許文献１のフォトカプラ装置は、発光素子１１１と受光素子１１２とが同一平面上で接近して配置されているので、高密度実装が容易で小型化が可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１７５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１のフォトカプラ装置は、図示していないが、対向する一対のリードにおける一方のリードに発光素子を実装し、他方のリードに受光素子を実装した構成のフォトカプラ装置と比較して、フォトカプラ装置の寄生容量を低減することもできる。そのため、特許文献１のフォトカプラ装置では、寄生容量を低減することにより、１次側と２次側との間で高周波ノイズやインパルスノイズが重畳することを低減することができる。また、特許文献１のフォトカプラ装置では、寄生容量を低減することにより、フォトカプラ装置の駆動に伴う高周波信号がフォトカプラ装置の外部へ漏洩することも低減することができる、という優れた特徴を備えている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１のフォトカプラ装置は、使用時に熱衝撃が加わると、出力特性が変動する虞がある。また、特許文献１のフォトカプラ装置では、たとえば、リフロー半田を用いて外部の回路基板上に表面実装した場合、光結合装置の出力特性が所定の特性を満たさない虞がある。
【０００９】
光結合装置は、より信頼性の高いものが求められており、上述した特許文献１のフォトカプラ装置たる光結合装置の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。
【００１０】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、より信頼性の高い光結合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光結合装置は、発光素子と、当該発光素子からの光を光電変換する受光素子と、上記発光素子へ給電するための入力端子と上記受光素子からの電流を出力するための出力端子とを有する実装基板と、当該実装基板の一表面上に実装した上記発光素子および上記受光素子を封止する透光性樹脂と、上記透光性樹脂を覆い外部から上記受光素子への光の入射を抑制する遮光性樹脂とを備えており、上記透光性樹脂は、上記遮光性樹脂よりも線膨張係数が大きく、且つ上記実装基板は、上記透光性樹脂の膨張時に、上記透光性樹脂の一部を収容する収容部を有することを特徴とする。
【００１２】
この光結合装置において、上記実装基板は、平面視において、上記発光素子と上記受光素子との間の中央部に上記収容部を設けたことが好ましい。
【００１３】
この光結合装置において、上記収容部は、上記実装基板の厚み方向に貫通した貫通孔であることが好ましい。
【００１４】
この光結合装置において、上記実装基板は、上記透光性樹脂に付着して上記貫通孔を塞ぐ充填材を備えており、当該充填材は、上記貫通孔を透過する光を遮光し、且つ柔軟性を有する樹脂よりなることが好ましい。
【００１５】
この光結合装置において、上記実装基板は、上記実装基板の他表面側に上記貫通孔を塞ぐ蓋材を備えており、当該蓋材は、上記貫通孔を透過する光を遮光する遮光性を有していることが好ましい。
【００１６】
この光結合装置において、上記収容部は、上記実装基板の上記一表面側に設けた窪みであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光結合装置は、発光素子および受光素子を封止する遮光性樹脂よりも線膨張係数が大きく、且つ実装基板は、透光性樹脂の膨張時に、透光性樹脂の一部を収容する収容部を有することにより、より信頼の高い光結合装置とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態１の光結合装置を示す略断面図である。
【図２】図２は、実施形態１の光結合装置の要部を示す平面説明図である。
【図３】図３は、実施形態２の光結合装置を示す略断面図である。
【図４】図４は、実施形態３の光結合装置を示す略断面図である。
【図５】図５は、実施形態４の光結合装置を示す略断面図である。
【図６】図６は、従来のフオトカプラ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下では、本実施形態の光結合装置１０を図１および図２を用いて説明する。なお、図中において、同じ構成要素については、同一の符号を付している。
【００２０】
本実施形態の光結合装置１０は、発光素子１と、発光素子１からの光を光電変換する受光素子２とを備えている。光結合装置１０は、発光素子１へ給電するための入力端子と受光素子２からの電流を出力するための出力端子とを有する実装基板３を備えている。光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａ上に実装した発光素子１および受光素子２を封止する透光性樹脂４と、透光性樹脂４を覆い外部から受光素子２への光の入射を抑制する遮光性樹脂５とを備えている。
【００２１】
本実施形態の光結合装置１０では、透光性樹脂４は、遮光性樹脂５よりも線膨張係数が大きく、且つ実装基板３は、透光性樹脂４の膨張時に、透光性樹脂４の一部を収容する収容部３ｃを有している。
【００２２】
これにより、本実施形態の光結合装置１０は、より信頼性を高くすることが可能となる。
【００２３】
以下では、より具体的な本実施形態の光結合装置１０の構成について説明する。
【００２４】
光結合装置１０は、発光素子１を実装基板３の一表面３ａａ側に実装している。光結合装置１０は、発光素子１として、光を発光可能なＬＥＤ(Light Emitting Diode)を用いている。発光素子１は、たとえば、ピーク波長が８００ｎｍ〜９８０ｎｍにある赤外領域の光を放射可能なＬＥＤを利用することができる。ＬＥＤは、半導体のベアチップとしている。発光素子１は、たとえば、受光素子２の受光感度が高い波長領域にピーク波長をもつ可視光や赤外線などの光を発光できる構成であればよい。ＬＥＤは、たとえば、ＧａＡｓのｎ型半導体基板上にＡｌＧａＡｓの量子井戸構造の活性層とＧａＡｓのｐ型半導体層とを積層した構成とすることができる。ＬＥＤは、ＬＥＤの構造を図示していないが、ｎ型半導体基板にオーミック接触可能なｎ型電極と、ｐ型半導体層にオーミック接触可能なｐ型電極とを備えた構成とすることができる。ＬＥＤは、ｐ型電極をワイヤボンディング用のパッド電極として機能させることができる。光結合装置１０は、金属ワイヤ８のワイヤボンディングにより、発光素子１のｐ型電極と、実装基板３の配線３１とを電気的に接続している。光結合装置１０は、配線３１が入力端子として機能する。
【００２５】
光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａ上に発光素子１からの光を光電変換する受光素子２を実装している。実装基板３は、実装基板３の一表面３ａａ側に発光素子１と受光素子２とを所定の間隔だけ離して配置している。光結合装置１０は、金属ワイヤ８のワイヤボンディングにより、受光素子２と、実装基板３の配線３２とを電気的に接続している。金属ワイヤ８は、たとえば、金線やアルミニウム線を用いることができる。光結合装置１０は、配線３２が出力端子として機能する。本実施形態の光結合装置１０は、受光素子２として、発光素子１からの光を光電変換可能なフォトＩＣを用いている。フォトＩＣは、たとえば、Ｓｉを用いたフォトダイオードと光電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ（電流／電圧変換増幅器）や出力ドライバなどを集積した構成とすることができる。受光素子２は、半導体のベアチップとしている。受光素子２は、フォトＩＣを用いるものだけに限られず、フォトトランジスタ、フォトトライアック、フォトサイリスタ、Ｓｉ半導体を用いたｐｉｎ接合のフォトダイオードや発光素子１からの光を受けて光起電力を生ずる光発電素子と光発電素子の電圧をゲート電圧に印加させるＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とを組み合わせたもので構成してもよい。
【００２６】
本実施形態の光結合装置１０では、実装基板３は、ガラスエポキシ樹脂基板を用いて構成している。実装基板３は、矩形平板状の外形形状のものを用いている（図２を参照）。実装基板３は、所定のパターンに形成した配線３１，３２を有している。実装基板３は、プリント基板を利用することができる。本実施形態の光結合装置１０では、１次側の電気回路からの入力を、配線３１を介して、発光素子１に給電可能な構成としている。光結合装置１０は、発光素子１に給電できるように、少なくとも一対の配線３１，３１を備えた構成としている。一対の配線３１のうち、一方の配線３１には、実装基板３の一表面３ａａ側に発光素子１を実装するダイパッド部３１ｄを好適に備えている。光結合装置１０は、たとえば、Ａｇペーストなどの導電性ペーストを用いたダイボンド材７により、配線３１のダイパッド部３１ｄ上に発光素子１を実装することができる。ダイボンド材７は、Ａｇペーストだけに限られず、たとえば、半田を用いてもよい。
【００２７】
本実施形態の光結合装置１０では、配線３１は、平面視において、実装基板３の一表面３ａａ側に設けられた透光性樹脂４や遮光性樹脂５で被覆される内部電極３１ａを備えている。配線３１は、実装基板３の側面に沿って実装基板３の厚み方向に設けた側面配線３１ｂを備えている。配線３１は、実装基板３の他表面３ａｂ側に設けられた外部配線３１ｃを備えている。実装基板３は、内部電極３１ａと、側面配線３１ｂと、外部配線３１ｃとを電気的に接続して１次側の配線３１を構成している。実装基板３は、内部電極３１ａと、側面配線３１ｂと、外部配線３１ｃとを同じ材料により形成した配線３１としてよいし、それぞれ別体に形成させたものでもよい。配線３１は、たとえば、銅からなる金属層の表面にＡｇメッキを施したものを用いることができる。光結合装置１０は、実装基板３の側面に設けた側面配線３１ｂや実装基板３の他表面３ａｂ側に設けた外部配線３１ｃを光結合装置１０の外部電極として利用することができる。
【００２８】
また、光結合装置１０は、樹脂ペーストを用いたダイボンド材７により、実装基板３の一表面３ａａ側における配線３２のダイパッド部３２ｄ上に受光素子２を実装することができる。光結合装置１０は、受光素子２と電気的に接続する配線３２を複数個（ここでは、３個）備えている。配線３２は、平面視において、実装基板３の一表面３ａａ側に設けられた透光性樹脂４や遮光性樹脂５で被覆される内部電極３２ａを備えている。配線３２は、実装基板３の側面に沿って実装基板３の厚み方向に設けた側面配線３２ｂを備えている。配線３２は、実装基板３の他表面３ａｂ側に設けられた外部配線３２ｃを備えている。実装基板３は、内部電極３２ａと、側面配線３２ｂと、外部配線３２ｃとを電気的に接続して２次側の配線３２を構成している。光結合装置１０は、実装基板３の側面に設けた側面配線３２ｂや実装基板３の他表面３ａｂ側に設けた外部配線３２ｃを光結合装置１０の外部電極として利用することができる。光結合装置１０は、発光素子１と電気的に接続する１次側の配線３１と、受光素子２と電気的に接続する二次側の配線３２とを電気的に絶縁している。実装基板３は、実装基板３の一表面３ａａ側の内部電極３１ａと、他表面３ａｂ側の外部配線３１ｃとを電気的に接続するため、実装基板３の側面に設けた側面配線３１ｂを備えたものだけに限られない。同様に、実装基板３は、実装基板３の一表面３ａａ側の内部電極３２ａと、他表面３ａｂ側の外部配線３２ｃとを電気的に接続するため、実装基板３の側面に設けた側面配線３２ｂを備えたものだけに限られない。実装基板３は、側面配線３１ｂや側面配線３２ｂの代わりに、実装基板３の厚み方向に貫通して設けられた貫通孔配線（図示していない）などを介して、実装基板３の一表面３ａａ側の内部電極３１ａと、他表面３ａｂ側の外部配線３１ｃとを電気的に接続させた構成としてもよい。実装基板３は、実装基板３の一表面３ａａ側の内部電極３１ａ，３２ａと、他表面３ａｂ側の外部配線３１ｃ，３２ｃとを電気的に接続するため、実装基板３の側面に設けた側面配線３１ｂ，３２ｂを備えたものだけに限られず、貫通孔配線（図示していない）などを介して電気的に接続させた構成としてもよい。本実施形態の光結合装置１０は、外部電極を利用して、外部の回路基板（図示していない）上に表面実装することもできる。
【００２９】
光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａ側に実装した発光素子１および受光素子２を被覆する透光性樹脂４を備えている。透光性樹脂４は、発光素子１からの光を受光素子２側で効率よく受光できるように、発光素子１が発光する光に対して透光性を有している。言い換えれば、光結合装置１０は、透光性樹脂４により、発光素子１と受光素子２とを光学的に結合させた光カップリングを行っている。透光性樹脂４は、透光性樹脂４の樹脂材料として、たとえば、透光性が高く、ゲル状のシリコーン樹脂を用いることができる。透光性樹脂４は、シリコーン樹脂を用いる場合、たとえば、線膨張係数を２７×１０−５（１／Ｋ）とすることができる。
【００３０】
光結合装置１０は、断面視において、発光素子１と受光素子２との配置方向に沿って長径とする半楕円形状に透光性樹脂４を形成することができる。光結合装置１０は、断面視において、楕円の二つの焦点のそれぞれの位置に、発光素子１や受光素子２を配置することにより、発光素子１からの光を効率よく受光素子２側に入射させることが可能となる。なお、光結合装置１０は、断面視において、楕円形状だけに限られず、半円状や台形状などの形状に形成することもできる。
【００３１】
光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａに設けられた透光性樹脂４を覆う遮光性樹脂５を備えている。光結合装置１０は、遮光性樹脂５により、光結合装置１０の外部からの光が受光素子２に入射されることを抑制することができる。遮光性樹脂５は、たとえば、遮光性樹脂５の樹脂材料として、エポキシ樹脂を用いることができる。遮光性樹脂５は、エポキシ樹脂中に暗色系のカーボンブラックを含有することにより遮光性を持たせることができる。遮光性樹脂５は、エポキシ樹脂を用いる場合、たとえば、線膨張係数を６．５×１０−５（１／Ｋ）とすることができる。
【００３２】
本実施形態の光結合装置１０では、たとえば、透光性樹脂４にシリコーン樹脂を、遮光性樹脂５にエポキシ樹脂を用いることにより、透光性樹脂４は、遮光性樹脂５よりも線膨張係数が大きいものとすることができる。透光性樹脂４や遮光性樹脂５は、Ｘ線回折法、光走査法や歪みゲージ法などを用いて、線膨張係数を測定することができる。
【００３３】
ところで、光結合装置１０では、透光性樹脂４を用いることにより、発光素子１からの光を受光素子２側に効率よく入射させることができる。また、光結合装置１０は、熱膨張した透光性樹脂４により、発光素子１や受光素子２にかかる応力を抑制することができる。しかしながら、光結合装置１０では、透光性に優れた透光性樹脂４の樹脂材料は、遮光性樹脂５の樹脂材料と比較して、使用できる樹脂材料が少なく、透光性樹脂４が遮光性樹脂５よりも線膨張係数が大きくなる傾向にある。光結合装置１０は、リフロー半田などにより外部の回路基板などに表面実装する場合や屋外環境下で用いるなど使用環境が厳しい場合、熱衝撃を受ける場合がある。光結合装置１０では、光結合装置１０が昇温した場合、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差により、透光性樹脂４の熱膨張に伴い発光素子１、受光素子２や遮光性樹脂５に外力がかかる場合がある。光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差による応力により、光結合装置１０内での光の反射特性など光学特性が変動すると光結合装置１０の出力特性が変動する虞がある。
【００３４】
本実施形態の光結合装置１０では、実装基板３は、実装基板３の厚み方向に貫通する貫通孔３ｃｃにより構成する収容部３ｃを備えている。言い換えれば、本実施形態の光結合装置１０では、収容部３ｃは、実装基板３の厚み方向に貫通した貫通孔３ｃｃである。光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差により生じた透光性樹脂４の一部である膨張した体積分を、実装基板３に設けた収容部３ｃに収容することを可能に構成している。本実施形態の光結合装置１０は、リフロー実装時など光結合装置１０の温度が大きく上昇した場合、遮光性樹脂５と透光性樹脂４との線膨張係数の差により生じる内圧の上昇を収容部３ｃで低減することが可能となる。そのため、本実施形態の光結合装置１０は、収容部３ｃを備えていないものと比較して、より高い信頼性を得ることが可能となる。
【００３５】
本実施形態の光結合装置１０では、実装基板３は、平面視において、発光素子１と受光素子２との間の中央部に収容部３ｃを設けている。光結合装置１０は、平面視において、発光素子１と受光素子２との間の中央部に収容部３ｃを設けることにより、透光性樹脂４の光学結合にかかわる部分の形状を一定に保つことができる。光結合装置１０は、透光性樹脂４の光学結合にかかわる部分の形状を一定に保つことで、周囲温度の変化による影響を受けにくくすることができ、周囲温度の変化による受光素子２からの出力特性の変動を抑制することが可能となる。言い換えれば、光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差により生じた透光性樹脂４の一部である膨張した体積分を逃しやすい位置に収容部３ｃを設けている。
【００３６】
本実施形態の光結合装置１０では、実装基板３は、実装基板３の配線３１と受光素子２からの信号を外部に出力する配線３２とを一表面３ａａ側に設けている。光結合装置１０は、たとえば、リフロー半田により、実装基板３の他表面３ａｂ側に設けた外部配線３１ｃ，３２ｃを、光結合装置１０を実装する外部の回路基板の電極上に表面実装して固着することができる。光結合装置１０は、実装基板３の外部端子が設けられた他表面３ａｂ側に貫通する貫通孔３ｃｃを備えることで、外部の回路基板の電極上に表面実装する場合、貫通孔３ｃｃから光結合装置１０の内部に照射される光を低減することもできる。
【００３７】
以下では、本実施形態の光結合装置１０の各構成について、より詳細に説明する。
【００３８】
発光素子１は、光を放射可能なものである。発光素子１は、半導体のベアチップを用いることができる。発光素子１は、半導体のベアチップだけに限られず、チップ・サイズ・パッケージを用いたものであってもよい。発光素子１は、たとえば、発光ダイオードチップやレーザダイオードなどを用いることができる。発光素子１は、ワイヤボンディングなどの適宜の方法により、実装基板３の配線３１と電気的に接続することができる。
【００３９】
受光素子２は、光を受光して電気信号に変換可能なものである。光結合装置１０は、発光素子１からの光を受光素子２が光電変換することにより、発光素子１側からの信号を受光素子２側で検出することができる。受光素子２は、半導体のベアチップを用いることができる。受光素子２は、半導体のベアチップだけに限られず、チップ・サイズ・パッケージを用いたものであってもよい。受光素子２は、ワイヤボンディングなどの適宜の方法により、実装基板３上の配線３１と電気的に接続することができる。
【００４０】
光結合装置１０は、１個の発光素子１を実装基板３上に実装するものだけに限られず、複数個の発光素子１を実装基板３上に実装するものでもよい。同様に、光結合装置１０は、１個の受光素子２を実装基板３上に実装するものだけに限られず、複数個の受光素子２を実装基板３に実装するものでもよい。また、光結合装置１０は、発光素子１および受光素子２だけでなく、他の電子部品（図示していない）を実装基板３に実装させてもよい。光結合装置１０は、電子部品を用いて信号処理回路部を構成してもよい。信号処理回路部は、集積回路などの電子部品により構成することもできる。信号処理回路部は、光を受光した受光素子２が出力する信号を信号処理するように構成することができる。信号処理回路部は、たとえば、受光素子２が出力する信号の増幅、波形の整形、信号のアナログ・デジタル変換などの信号処理を行う。すなわち、実装基板３は、受光素子２が出力する信号を信号処理する電子部品を実装することができる。
【００４１】
実装基板３は、実装基板３の一表面３ａａ側に発光素子１と受光素子２とを実装可能なものである。光結合装置１０は、実装基板３の同一平面側に発光素子１と受光素子２とを設けているため、発光素子１と受光素子２とを対向配置するものと比較して、寄生容量によるノイズを低減することが可能となる。実装基板３は、たとえば、実装基板３の外形形状が矩形平板状のものを用いることができる。実装基板３は、矩形平板状のものだけに限られず、円形平板状や多角形平板状など種々の形状のものを利用することができる。実装基板３は、受光素子２側からの信号を外部に出力する配線３２を有している。実装基板３は、受光素子２側と配線３２とを電気的に接続させている。実装基板３は、ガラスエポキシ樹脂基板やセラミックス基板などを用いることができる。実装基板３は、実装基板３の材料として、たとえば、ポリフタルアミド樹脂やアルミナを用いることができる。実装基板３は、透光性樹脂４の一部を収容可能な収容部３ｃを有している。
【００４２】
収容部３ｃは、円柱状の貫通孔３ｃｃだけに限られず、たとえば、円錐状や角柱状とすることもできる。また、収容部３ｃは、実装基板３の厚み方向に貫通する貫通孔３ｃｃで構成する場合、実装基板３の一表面３ａａと垂直方向に沿って、一表面３ａａから離れるにつれ開口径が狭まる回転放物面形状に形成することもできる。収容部３ｃは、一表面３ａａから離れるにつれ開口径が狭まる回転放物面形状とすることで、外部からの光が入射することを抑制することもできる。収容部３ｃは、ドリル加工により、実装基板３の厚みに方向に貫通孔３ｃｃを貫設することで形成することができる。収容部３ｃは、エッチング加工により、実装基板３の厚みに方向に貫通孔３ｃｃを貫設することで形成することもできる。収容部３ｃは、実装基板３の形成時に貫通孔３ｃｃを形成してもよい。実装基板３は、透光性樹脂４が膨張しても、収容部３ｃ内に収容可能としている。収容部３ｃは、平面視において、たとえば、収容部３ｃの形状を円形状とすることができる。収容部３ｃは、平面視において、収容部３ｃの形状を円形状とするものだけに限られず、楕円形、矩形や多角形などの他の形状であってもよい。収容部３ｃは、実装基板３に１つだけ設けるものに限られず、２つ以上設けてもよい。
【００４３】
透光性樹脂４は、発光素子１および受光素子２を被覆することが可能なものである。透光性樹脂４は、発光素子１からの光を効率よく受光素子２側に透過可能なものが好ましい。透光性樹脂４は、発光素子１や受光素子２を外力から保護することができる。透光性樹脂４は、透光性樹脂４の樹脂材料として、たとえば、ゲル状のシリコーン樹脂やゲル状のフッ素樹脂などを用いることができる。透光性樹脂４は、シリコーン樹脂を用いる場合、たとえば、線膨張係数を８×１０−５（１／Ｋ）〜３０×１０−５（１／Ｋ）とすることができる。透光性樹脂４は、フッ素樹脂を用いる場合、たとえば、線膨張係数を５×１０−５（１／Ｋ）〜９×１０−５（１／Ｋ）とすることができる。透光性樹脂４は、光結合装置１０の表面実装に伴う昇温時などにおいて、透光性樹脂４が熱膨張することにより発光素子１や受光素子２にかかる力を抑制できるように、ゲル状であることが好ましい。光結合装置１０は、ゲル状の透光性樹脂４を用いることにより、熱膨張により透光性樹脂４が変形しても、熱膨張した透光性樹脂４により生ずる応力で発光素子１や受光素子２と電気的に接続する金属ワイヤ８の断線などが生ずる虞を低減することができる。同様に、光結合装置１０は、ゲル状の透光性樹脂４を用いることにより、熱膨張により透光性樹脂４が変形しても、熱膨張した透光性樹脂４により生ずる応力でダイボンド材７が剥離などする虞を低減することができる。光結合装置１０は、ゲル状の透光性樹脂４を用いることにより、発光素子１や受光素子２の電気的特性や光学的特性が変化することを低減することができる。なお、透光性樹脂４は、透光性樹脂４の樹脂材料中に酸化ケイ素や酸化チタンなどの光拡散材を含有させてもよい。透光性樹脂４は、光拡散材の含有量によって、光拡散材を含有させた透光性樹脂４全体の線膨張係数を調整することもできる。
【００４４】
遮光性樹脂５は、外部からの光が受光素子２に照射されることを抑制可能なものである。光結合装置１０は、遮光性樹脂５により、受光素子２が光結合装置１０の外部からの光を発光素子１からの光と誤検知することを抑制し、信号伝達の信頼性を高めることが可能となる。遮光性樹脂５は、外部の応力から発光素子１や受光素子２などを保護させる場合、リジットであることが好ましい。これにより、光結合装置１０は、遮光性樹脂５により、外部の応力から内部の発光素子１、受光素子２や透光性樹脂４などを保護することができる。遮光性樹脂５は、遮光性樹脂５の樹脂材料として、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。遮光性樹脂５は、エポキシ樹脂を用いる場合、たとえば、線膨張係数を４．５×１０−５（１／Ｋ）〜６．５×１０−５（１／Ｋ）とすることができる。遮光性樹脂５は、遮光性樹脂５の樹脂材料として、たとえば、熱硬化性樹脂だけに限られず、ＰＰＳ(Polyphenylenesulfide)樹脂、ＰＰ(Polypropylene)樹脂、液晶ポリマー樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることもできる。遮光性樹脂５は、たとえば、遮光性樹脂５の樹脂材料中に暗色系のカーボンブラックを含有させることで、遮光性を持たせることができる。遮光性樹脂５は、カーボンブラックにより遮光性を持たせるものだけに限られず、暗色系の顔料や染料、チタン酸バリウムや酸化珪素などの白色顔料や銀などの金属粉を含有させることにより遮光性を持たせてもよい。遮光性樹脂５は、たとえば、チタン酸バリウムなど光反射性を有するフィラを樹脂中に含有して構成することにより、発光素子１からの光を受光素子２に効率よく入射させることも可能となる。遮光性樹脂５は、カーボンブラックやチタン酸バリウムなどの遮光材の含有量によって、遮光材を含有させた遮光性樹脂５全体の線膨張係数を調整することもできる。
【００４５】
遮光性樹脂５は、透光性樹脂４を覆うように射出成型により形成するものだけに限られず、予め成形した樹脂成形品の透光性樹脂４を覆うように配置してもよい。遮光性樹脂５は、樹脂成形品で形成する場合、遮光性樹脂５の樹脂材料として、光を吸収する顔料や染料を含んだ樹脂材料を用いて形成することができる。また、遮光性樹脂５は、遮光性樹脂５の表面を金属材料などで被覆したものを用いることもできる。遮光性樹脂５は、透光性樹脂４を囲む遮光性樹脂５の表面に金やアルミニウムなどの金属材料を蒸着やめっき処理を行って形成したものでもよい。
【００４６】
遮光性樹脂５は、遮光性樹脂５の内面に発光素子１からの光を反射する反射面を備えている場合、実装基板３の一表面３ａａと垂直方向に沿った方向に発光素子１から放射された光を集光することができる。遮光性樹脂５は、集光された光を対向面側で反射して集光させる焦点を受光素子２に合わせている。光結合装置１０は、遮光性樹脂５により、発光素子１からの光を受光素子２に光を集光する。遮光性樹脂５は、反射面を構成するため、遮光性樹脂５と透光性樹脂４との間に反射体を好適に備えた構成とすることができる。反射体は、発光素子１および受光素子２を被覆する遮光性樹脂５を覆うように設けることができる。反射体は、たとえば、金属材で形成することができる。反射体は、金属材の金属材料として、たとえば、アルミニウム、ステンレスや銅などを用いることができる。反射体は、金属板を押し圧加工することにより形成することができる。反射体は、実装基板３側に開口する凹所を備えた有底角筒状とすることができる。反射体は、実装基板３の一表面３ａａと垂直方向に沿って放射される発光素子１からの光を一表面３ａａと対向する対向面側で反射して実装基板３の一表面３ａａ側の受光素子２に導光することができる。本実施形態の光結合装置１０は、１次側の発光素子１が発光した光に応じた信号を２次側の受光素子２側から出力することができる。
【００４７】
以下では、本実施形態の光結合装置１０の製造方法を簡単に説明する。
【００４８】
光結合装置１０の製造方法は、Ａｇペーストなどのダイボンド材により、発光素子１を実装基板３の一表面３ａａにダイボンドする。同様に、光結合装置１０の製造方法は、エポキシ樹脂などのダイボンド材により、受光素子２を実装基板３の一表面３ａａにダイボンドする。光結合装置１０の製造方法は、ダイボンド材を硬化させて発光素子１および受光素子２を実装基板３上に実装する。光結合装置１０の製造方法は、ワイヤボンディングにより、実装基板３の一表面３ａａに設けた配線３１側と、発光素子１とを金属ワイヤ８で電気的に接続する。光結合装置１０の製造方法は、ワイヤボンディングにより、実装基板３の一表面３ａａに設けた配線３２側と、受光素子２とを金属ワイヤ８で電気的に接続する。光結合装置１０の製造方法は、透光性樹脂４の樹脂材料を発光素子１と受光素子２とを覆うように実装基板３の一表面３ａａ側にポッティングした後、ポッティングした透光性樹脂４の樹脂材料を硬化することにより、透光性樹脂４を形成する。光結合装置１０の製造方法では、透光性樹脂４の樹脂材料のポッティングに先立って、実装基板３の他表面３ａｂ側から封止ピン（図示していない）で貫通孔３ｃｃを塞ぎ、透光性樹脂４の形成後に貫通孔３ｃｃから封止ピンを抜いて収容部３ｃを形成している。次に、光結合装置１０の製造方法は、透光性樹脂４が配置された実装基板３を覆うように遮光性樹脂５を射出成形することで、図１および図２に示す構造を得ることができる。
【００４９】
（実施形態２）
図３に示す本実施形態の光結合装置１０は、図１に示す実施形態１における貫通孔３ｃｃを充填材１２で塞いだ点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して適宜に説明を省略している。
【００５０】
本実施形態の光結合装置１０では、図３に示すように、実装基板３は、透光性樹脂４に付着して貫通孔３ｃｃを塞ぐ充填材１２を備えており、充填材１２は、貫通孔３ｃｃを透過する光を遮光し、且つ柔軟性を有する樹脂よりなる。
【００５１】
これにより、本実施形態の光結合装置１０は、たとえば、リフロー半田による昇温により、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張率差に起因して、透光性樹脂４が膨張した場合でも、収容部３ｃが膨張した透光性樹脂４を収容する。そのため、光結合装置１０は、透光性樹脂４の膨張に伴い発光素子１や受光素子２と電気的に接続する金属ワイヤ８の断線、発光素子１や受光素子２に剥離や損傷などが生ずることを低減することが可能となる。すなわち、光結合装置１０は、充填材１２を介して、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差に基づく内圧を、収容部３ｃを構成する貫通孔３ｃｃで低減することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態の光結合装置１０は、充填材１２により、貫通孔３ｃｃを介して、外部の光が光結合装置１０の内部に照射されることを抑制することが可能となる。光結合装置１０は、外部の光が貫通孔３ｃｃを介して、光結合装置１０の内部に照射されることを充填材１２で遮光することにより、光学的ノイズへの耐性を高めることが可能となる。
【００５３】
光結合装置１０は、断面視において、貫通孔３ｃｃを塞ぐ充填材１２の形状を種々の形状とすることができる。円柱状の貫通孔３ｃｃの場合、充填材１２の形状は、断面視において、たとえば、外部に向かって充填材１２の中央が窪んだ凹状形状、凸状形状や矩形形状とすることもできる。本実施形態の光結合装置１０では、断面視において、たとえば、充填材１２の形状を外部に向かって充填材１２の中央が窪んだ凹状形状としている。これにより、光結合装置１０は、透光性樹脂４が熱膨張した場合、充填材１２の中央部１２ｂが周辺部１２ａと比較して変形しやすく、熱膨張した透光性樹脂４の一部を比較的簡単に収容部３ｃに収容することができる。また、光結合装置１０は、充填材１２の周辺部１２ａが中央部１２ｂよりも厚く、実装基板３との接触面積を増やすことができるため、充填材１２の厚みが中央部１２ｂと同じ均一なものと比較して、充填材１２と実装基板３との接着強度を高めることも可能となる。なお、充填材１２は、たとえば、カーボンブックを含有させたシリコーン樹脂を用いて形成することができる。
【００５４】
（実施形態３）
図４に示す本実施形態の光結合装置１０は、図３に示す実施形態２の充填材１２で貫通孔３ｃｃを塞ぐ代わりに、貫通孔３ｃｃを塞ぐ蓋材１３を設けた点が主として相違する。なお、実施形態１，２と同様の構成要素については、同一の符号を付して適宜に説明を省略している。
【００５５】
本実施形態の光結合装置１０では、図４に示すように、実装基板３は、実装基板３の他表面３ａｂ側に貫通孔３ｃｃを塞ぐ蓋材１３を備えており、蓋材１３は、貫通孔３ｃｃを透過する光を遮光する遮光性を有している。
【００５６】
これにより、本実施形態の光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張率差に起因して、透光性樹脂４が膨張した場合でも、貫通孔３ｃｃにおいて、透光性樹脂４と蓋材１３との間の空隙を構成する収容部３ｃに膨張した透光性樹脂４を収容する。そのため、光結合装置１０は、透光性樹脂４の膨張に伴い発光素子１や受光素子２と電気的に接続する金属ワイヤ８の断線、発光素子１や受光素子２に剥離や損傷などが生ずることを低減することが可能となる。すなわち、光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差に基づく内圧を、収容部３ｃを構成する貫通孔３ｃｃで低減することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態の光結合装置１０は、実装基板３の他表面３ａｂ側に貫通孔３ｃｃを塞ぐ蓋材１３を備えたことにより、貫通孔３ｃｃを介して、外部の光が光結合装置１０の内部に照射されることを抑制することが可能となる。光結合装置１０は、外部の光が貫通孔３ｃｃを介して、光結合装置１０の内部に照射されることを蓋材１３で遮光することにより、光学的ノイズへの耐性を高めることが可能となる。
【００５８】
本実施形態の光結合装置１０では、蓋材１３は、たとえば、カーボンブラックなど暗色系の顔料が含有された樹脂フィルムを用いることができる。蓋材１３は、蓋材１３の基材として、たとえば、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることができる。光結合装置１０では、接着材（図示していない）により、貫通孔３ｃｃを塞ぐように実装基板３の他表面３ａｂ側に平板状の蓋材１３を固定すればよい。なお、蓋材１３は、外部からの光が受光素子２に照射されることを抑制可能なものである。したがって、蓋材１３は、カーボンブラックを用いたものだけに限られず、光を吸収可能な暗色系の顔料や染料が含有された樹脂材料や光を反射可能な顔料や染料が含有された樹脂材料を用いて形成することができる。蓋材１３は、樹脂成形品や樹脂フィルムにより構成することができる。
【００５９】
（実施形態４）
図５に示す本実施形態の光結合装置１０は、図１に示す実施形態１の貫通孔３ｃｃを備えた収容部３ｃの代わりに、実装基板３の一表面３ａａが窪んだ部位を収容部３ｃとして用いた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して適宜に説明を省略している。
【００６０】
本実施形態の光結合装置１０では、図５に示すように、収容部３ｃは、実装基板３の一表面３ａａ側に設けた窪み３ｃｄである。
【００６１】
光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａに予め形成した凹所の窪み３ｃｄを利用して収容部３ｃを構成している。光結合装置１０は、実装基板３の一表面３ａａ側に設けた窪み３ｃｄに、熱膨張した透光性樹脂４の一部を収容することができる。これにより、本実施形態の光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張率差に起因して、透光性樹脂４が膨張した場合でも、収容部３ｃを構成する実装基板３の窪み３ｃｄに膨張した透光性樹脂４を収容する。そのため、光結合装置１０は、透光性樹脂４の膨張に伴い発光素子１や受光素子２と電気的に接続する金属ワイヤ８の断線、発光素子１や受光素子２に剥離や損傷などが生ずることを低減することが可能となる。すなわち、光結合装置１０は、透光性樹脂４と遮光性樹脂５との線膨張係数差に基づく内圧を、収容部３ｃを構成する窪み３ｃｄで低減することが可能となる。また、本実施形態の光結合装置１０は、実装基板３側から外部の光が光結合装置１０の内部に照射されることもないため、光学的ノイズが生ずることを低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  発光素子
２  受光素子
３  実装基板
３ａａ  一表面
３ａｂ  他表面
３ｃ  収容部
３ｃｃ  貫通孔
３ｃｄ  窪み
４  透光性樹脂
５  遮光性樹脂
１０  光結合装置
１２  充填材
１３  蓋材
【図１】
2015060869.tif 000003
【図２】
2015060869.tif 000004
【図３】
2015060869.tif 000005
【図４】
2015060869.tif 000006
【図５】
2015060869.tif 000007
【図６】
2015060869.tif 000008