(57)【要約】【課題】送信側に制御用ＩＣを搭載した場合でもＣＭＲ特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することである。【解決手段】光結合素子は、発光素子１０と、発光素子１０を制御する発光素子制御用ＩＣ１３と、発光素子１０及び発光素子制御用ＩＣ１３を配設するヘッダ部１２、１４を有した送信側リードフレーム１１と、受光素子及び受光素子制御用ＩＣが一体化された受光ＩＣ２０と、受光ＩＣ２０を配設するヘッダ部２２を有した受信側リードフレーム２１とを備えている。そして、送信側及び受信側リードフレーム１１、２１を対向配置し、発光素子１０と受光ＩＣ２０の受光部２３の光軸を一致させ、発光素子制御用ＩＣ１３と受光ＩＣ２０とが対向しないように配置する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ＩＣと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ＩＣと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣと前記受光素子制御用ＩＣとが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ＩＣと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ＩＣと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣと前記受光素子制御用ＩＣを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。
【請求項３】
発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ＩＣと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ＩＣと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣを配設する送信側リードフレームのヘッダ部と前記受光素子制御用ＩＣを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の光結合素子を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合素子及びそれを搭載した電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場等の制御システムで使用される光結合素子は、制御するホストコンピュータと制御されるインバータ等の外部機器間において、コンピュータからの信号を出力する際のノイズ除去等を行う。しかしながら、近年のコンピュータ及び外部機器の進歩は目覚ましく、外部機器の増加、制御の高速化等に伴い両者の信号伝達の間に介在する光結合素子にも従来のノイズ除去に加えて高速化が求められるようになった。
【０００３】
高速化の手段としては、受信側に受光素子と受光素子制御用ＩＣ（又は両者を一体化した受光ＩＣ）を用いることができる。更に、応答速度が数十ｎｓ程度になると、発光素子のスイッチング速度も無視できなくなり、発光素子に加えられる電荷のチャージ／ディスチャージの制御も必要となり、送信側にも制御用ＩＣを用いる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光結合素子は等価的にコンデンサと同じような過渡現象を有するため、受光素子及び発光素子を搭載するリードフレームのヘッダの増大に伴い、容量が大きくなり、ＣＭＲ（Ｃｏｍｍｏｎ　Ｍｏｄｅ　Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）特性も悪化する。
【０００５】
この対策として例えば、特開平９−２８９３３５号公報には、発光素子と受光素子との間にメッシュ状導電膜等を設けることにより、１次−２次間に生じる雑音による誤動作の影響を軽減し、高ＣＭＲを得ることができる光結合素子が開示されている。
【０００６】
また、特開平８−２３６８０４号公報には、遮光電極の面積をフォトダイオードの面積と等しいかそれよりも広くし、さらに遮光電極の大部分の領域をフォトダイオードに近傍させるように遮光ダイオードの上から延在させることにより、電圧比較におけるＣＭＲノイズの影響を減少させることができる光結合半導体装置が開示されている。
【０００７】
このように、ＣＭＲ特性を改善するためのシールド等のノイズ対策には限界があった。また、応答速度の向上に伴うゲインの増加や受光部の感度アップ等により、ノイズの影響を受けやすくなり、上記のＣＭＲノイズを前提とした対策では限界があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑み、送信側に制御用ＩＣを搭載した場合でもＣＭＲ特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光結合素子は、発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ＩＣと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ＩＣと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ＩＣを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣと前記受光素子制御用ＩＣとが対向しないように配置している。
【００１０】
また、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣと前記受光素子制御用ＩＣを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【００１１】
更に、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ＩＣを配設する送信側リードフレームのヘッダ部と前記受光素子制御用ＩＣを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【００１２】
これらのように、送信側に発光素子制御用ＩＣを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ＩＣと受光素子制御用ＩＣとが対向しない構成としているので、ＣＭＲ特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【００１３】
また本発明の電子機器は、上記の光結合素子を搭載したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発光素子等を配設した送信側リードフレームと受光素子等を配設した受信側リードフレームとを樹脂封止した二層モールドタイプの光結合素子について説明する。
【００１５】
図１は、発光素子１０及び発光素子制御用ＩＣ１３を配設したリードフレーム１１を示す平面図である。発光素子１０が送信側リードフレーム１１のヘッダ部１２上に配設され、発光素子制御用ＩＣ１３が送信側リードフレーム１１のヘッダ部１４上に配設されている。発光素子１０及び発光素子制御用ＩＣ１３はそれぞれ金線１５により適宜ワイヤボンディングされている。
【００１６】
なお、ヘッダ部１２はＣＭＲ特性を考慮して極力小さくすることが望ましいが、発光素子１０に外部応力から守るプリコート樹脂を塗布する必要があり、エッジ露出の防止を考慮して最小限のサイズに設計する。
【００１７】
図２は、受光ＩＣ２０を配設したリードフレーム２１を示す平面図である。受光素子と受光素子制御用ＩＣとを一体化した受光ＩＣ２０が受信側リードフレーム２１のヘッダ部２２上に配設されている。受光ＩＣ２０の表面には受光部２３が設けられている。この受光部２３は発光素子１０を配設したヘッダ部１４と受光ＩＣ２０（又は受光ＩＣ２０を配設したヘッダ部２２）とが対向する部分を小さくするため、受光ＩＣ２０の中心からずらして端部付近に設けることが望ましい。また、受光ＩＣ２０の表面には絶縁層（不図示）を介して導電体（Ａｌ被膜等、不図示）が積層され、受光部２３は４分割され、実際に光を受ける部分とシールドされた部分を各２個有している。このように、受光部２３を分割することでノイズを補完している。そして、受光ＩＣ２０は金線１５により適宜ワイヤボンディングされている。
【００１８】
なお図２では、受光ＩＣ２０を用いたが、それに替えて受光素子と受光素子制御用ＩＣとを用い、それぞれ異なるヘッダ部に配設してもよい。
【００１９】
また、ヘッダ１４、２２はＣＭＲ特性を考慮して極力小さくすることが望ましい。
【００２０】
図３は、光結合素子３０の平面透視図である。図３において、図１の部材は実線で示し、図２の部材は鎖線で示している。送信側リードフレーム１１と受信側リードフレーム２１とを対向配置し、発光素子１０と受光部２３の光軸を一致させ、ヘッダ部１４とヘッダ部２２とが対向しないように配置している。そして、一点鎖線で示した透光性樹脂モールド３１、遮光性樹脂モールド３２で封止されている。
【００２１】
このように、ヘッダ部１４とヘッダ部２２とが対向しないように配置することにより、結合容量を小さくすることができ、また、過渡電流が発光素子制御用ＩＣ１３及び受光ＩＣ２０に直接影響することを軽減できる。
【００２２】
またＣＭＲ特性を向上させるため、受光ＩＣ２０に金線１５で接続される受信側リードフレーム２１の各リードは、発光素子制御用ＩＣ１３と対向しないように形成されている。これにより、最短を流れようとする過渡電流が直接発光素子制御用ＩＣ１３に影響を及ぼすことを防止できる。
【００２３】
なお、図３においては、ヘッダ部１４とヘッダ部２２とが対向していないが、ヘッダ部１４、２２は一部対向してもよく、その場合は発光素子制御用ＩＣ１３とヘッダ部２２とが対向しないようにするか、又は発光素子制御用ＩＣ１３と受光ＩＣ２０とが対向しないようにすればよい。
【００２４】
上記の光結合素子３０のＣＭＲ特性を測定すると、３０ｋＶ／μｓ（ＶＣＭ＝１．５ｋＶ）以上が確認された。従来品は２３ｋＶ／μｓ（ＶＣＭ＝１．５ｋＶ）であり、ＣＭＲ特性の向上が確認できた。
【００２５】
次に、他の実施形態について説明する。図４は、発光素子１０及び発光素子制御用ＩＣ１３を配設した他のリードフレーム４０を示す平面図であり、図５は、受光ＩＣ２０を配設した他のリードフレーム５０を示す平面図、図６は、他の光結合素子６０の平面透視図である。図６において、図４の部材は実線で示し、図５の部材は鎖線で示している。
【００２６】
図４〜６においては、上記の実施形態とヘッダ部４１、４２、５１の引き回しが異なる。図６において、発光素子制御用ＩＣ１３と受光ＩＣ２０とは対向していない。また、この光結合素子６０のＣＭＲ特性も、３０ｋＶ／μｓ（ＶＣＭ＝１．５ｋＶ）以上が確認された。
【００２７】
この光結合素子６０と上記の光結合素子３０とは、チップサイズ、パッド位置、ワイヤボンディング等の生産工程における容易さにより使い分けることができる。
【００２８】
このように、本発明の光結合素子により、耐ノイズ性（ＣＭＲ特性）を向上することができる。また、本発明の光結合素子を様々な電子機器に搭載することにより、耐ノイズ性に優れた機器を提供することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によると、送信側に発光素子制御用ＩＣを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ＩＣと受光素子制御用ＩＣとが対向しない構成としているので、ＣＭＲ特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子及び発光素子制御用ＩＣを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図２】本発明の受光ＩＣを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図３】本発明の光結合素子の平面透視図である。
【図４】本発明の発光素子及び発光素子制御用ＩＣを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図５】本発明の受光ＩＣを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図６】本発明の他の光結合素子の平面透視図である。
【符号の説明】
１０　　発光素子
１１、４０　　送信側リードフレーム
１２、１４、２２、４１、４２、５１　　ヘッダ部
１３　　発光素子制御用ＩＣ
２０　　受光ＩＣ（受光素子及び受光素子制御用ＩＣ）
２１、５０　　受信側リードフレーム
３０、６０　　光結合素子
【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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