(57)【要約】【課題】高度な半導体製造技術を用いることなく、装置周辺から外来する電磁ノイズ（磁性ノイズ）による誤動作を効果的に抑制する。【解決手段】発光素子１と受光素子２がリードフレーム３，４上に搭載された状態で樹脂製のパッケージ１６にて封止されてなる光結合装置において、パッケージ（アウターパッケージ１８）を構成する樹脂に磁性体９を充填し、そのパッケージ１８の透磁率の低い領域１８ａに対応する部位に発光素子１及び受光素子１を搭載するとともに、透磁率の低い領域の周辺（パッケージの側部外周層１８ｂ）に高透磁率の領域（磁性体の高密度領域）を形成し、その高透磁率領域によって磁性ノイズＮを誘導・偏向することで、受光素子２に到達するノイズ強度を効果的に抑制する。【選択図】図３
2004128143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流に応じて光信号を発生する発光素子と、前記発光素子からの光信号を受けて電気信号を出力する受光素子を備え、その発光素子と受光素子が各々のリードフレーム上に搭載された状態で樹脂製のパッケージにて封止されてなる光結合装置において、
前記パッケージを構成する樹脂に磁性体が充填されており、そのパッケージの透磁率の低い領域に前記発光素子及び受光素子が搭載されているとともに、前記透磁率の低い領域の周辺に高透磁率の領域が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記パッケージがインナーパッケージとアウターパッケージの２層で構成されており、前記アウターパッケージの前記発光素子及び受光素子の搭載領域に対応する部位の透磁率が低く、その周辺部位の透磁率が高くなっていることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項３】
前記パッケージの磁性体の密度が低い領域に前記発光素子及び受光素子が搭載されており、その磁性体の密度が低い領域の周辺に高密度の磁性体領域が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項４】
前記パッケージがインナーパッケージとアウターパッケージの２層で構成されており、前記アウターパッケージの前記発光素子及び受光素子の搭載領域に対応する部位の磁性体の密度が低密度であり、その周辺部位の磁性体の密度が高密度になっていることを特徴とする請求項３記載の光結合装置。
【請求項５】
前記磁性体が充填されたパッケージは、透磁率が２０００以上の磁気特性を有することを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項６】
前記磁性体が、フェライト、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎのいずれかをベースとする合金からなる磁性体フィラーであることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項７】
前記磁性体フィラーの表面が、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁物にて被覆されていることを特徴とする請求項６記載の光結合装置。
【請求項８】
前記磁性体は粒径が１００μｍ以下の微粒子であり、この磁性体が前記パッケージを構成する樹脂中に３０〜８０質量％で充填されていることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の光結合装置の製造方法であって、パッケージ成形用のキャビティ周囲に磁界を発生させる電磁誘導部が配置されたパッケージ樹脂封止金型を用い、そのパッケージ樹脂封止金型のキャビティ内に前記発光素子及び受光素子を配置した状態で、キャビティ内に磁性体を含有した溶融樹脂を注入するとともに、前記電磁誘導部にてキャビティ周囲に磁界を形成しながらパッケージを成形する工程を含むことを特徴とする光結合装置の製造方法。
【請求項１０】
前記電磁誘導部がループ状のコイルまたは馬蹄形状の導線であることを特徴とする請求項９記載の光結合装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の光結合装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合装置及びその製造方法と、光結合装置を備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的な光結合装置である、２層モールドタイプのフォトカプラの構造を図５を参照しながら製造方法とともに説明する。
【０００３】
まず、Ｃｕ合金等の金属材料の折り曲げ加工にて製作されたリードフレーム１０３，１０４の先端部分（ヘッダ部）に、発光素子１０１と受光素子１０２を各々個別にＡｇペースト等の導電性ペーストで素子搭載（ダイボンド）し、その発光素子１０１と受光素子１０２を、各々が隣接するリードフレーム１０３，１０４にＡｕ線等で結線接続（ワイヤーボンド）する。
【０００４】
次に、発光素子１０１の全体を、応力緩和用のシリコーン樹脂１０５で被った（プリコート）後、発光素子１０１と受光素子１０２がダイボンドされたリードフレーム１０３，１０４を、スポット溶接またはローディングフレームセットすることにより、発光素子１０１と受光素子１０２をそれぞれ位置決めして対向配置する。この状態で、発光素子１０１から受光素子１０２への光路が形成されるように、透光性エポキシ樹脂にて１次トランスファモールドを行ってインナーパッケージ１０７を成形する。この１次成形を終えた後、樹脂漏れによる樹脂バリを取り除き、タイバーカット（隣接するリードフレーム間を支持し、トランスファモールド等の樹脂封止時の樹脂漏れを低減するよう設けられた補助リード部の切除）する。
【０００５】
次に、外乱光の入光や内部からの光漏れが無く、発光素子１０１から受光素子１０２への光信号伝達ができるように、遮光性エポキシ樹脂にて２次トランスファモールドを行ってアウターパッケージ１０８を成形する。そして、リードフレーム１０３，１０４の外装めっき、タイバーカット、フォーミング（パッケージから露出しているリードフレームを成形加工し、外部端子とする処理）、絶縁耐圧試験（入出力素子間の絶縁性評価）、電気特性検査、外観検査、梱包の各工程を経て、図５に示す構造のフォトカプラが製品として出荷される。
【０００６】
このようなフォトカプラにおいて受光素子としては、フォトトランジスタ（ＰＴ）やフォトＩＣ（ＯＰＩＣ）等が使用されており、発光素子からの光信号を受光素子の受光部で受けた後、増幅や波形整形などを行って電気信号を出力する役割を行う。
【０００７】
ここで、電子機器の高性能化に伴って、電子機器内から生じる電磁ノイズ放射が増加する一途となっている現状、フォトカプラ周辺の電子機器から生じる電磁ノイズ（磁性ノイズ）、特に、磁界による電磁障害が受光素子に渦電流等の電気信号の乱れ、つまり誤動作現象（発光素子からの光信号がない場合でも、受光素子が電気信号を出力してしまう現象）を引き起こすことがある。
【０００８】
このような現象に対する受光素子の対策としては、例えばＯＰＩＣでは、メッシュ状の電磁シールド膜をチップ表面に形成しＧＮＤ端子に落す静電シールド手法がある。また、フォトカプラ用受光素子のチップ表面あるいはＰＴチップ表面に導電性シールド膜を形成し、静電誘導や電磁誘導に対する耐性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特公平６−６９０４０号公報
【特許文献２】
特開平７−１２２７７５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光結合装置、特にフォトカプラは、電子機器内のインターフェース部分に電気信号を発光素子にて光信号に一端変換したものを受光素子側で高速に電気信号に変換する絶縁リレーであるが、前記したように、電子機器の高性能化に伴って、電子機器内から生じる電磁ノイズ放射が増加する一途となっている現状、フォトカプラ周辺の電子機器から生じる電磁ノイズ（磁性ノイズ）、特に磁界による電磁障害が受光素子に素子内渦電流等による電気信号の乱れ、つまり誤動作を発生させる現象を引き起こすことがある。
【００１１】
また、そのような問題を解消する方法（前記した特許文献１、２等に記載の方法）では、高度な半導体製造技術を用いているので、素子の製造単価が高くなるばかりでなく、この方法を実施する素子メーカーの専用設計となるため、購入メーカーが限定されてしまうという問題がある。また、受光素子の受光領域に膜形成を行う必要があるため、発光素子からの光信号伝達率が低減し、信号の変換効率が劣るという問題もある。
【００１２】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、高度な半導体製造技術を用いることなく、装置周辺から外来する電磁ノイズ（磁性ノイズ）による誤動作を効果的に抑制することが可能な光結合装置及びその製造方法の提供と、そのような特徴を有する光結合装置を備えた電子機器の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
まず、磁性体のうち、フェライト（Ｆｅ系、Ｍｎ−Ｚｎ系）、あるいはＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏは一方向の磁気モーメントを有する磁化特性を維持する物質であり、特に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏは強磁性体であり、磁界を通す能力に優れていることが知られている。
【００１４】
本発明はそのような点に着目してなされたもので、発光素子及び受光素子を封止するパッケージ（２次モールド樹脂部分）に磁性体を含有させるとともに、その磁性体をパッケージの側部外周層に高密度に充填することにより、受光素子に透過放射されようとする磁性ノイズを、磁性体の高密度部に誘導・透過するように偏向させ、磁性ノイズによる誤動作を効果的に防止することが可能な光結合装置を実現している。その具体的な構成を以下に示す。
【００１５】
本発明は、入力電流に応じて光信号を発生する発光素子と、前記発光素子からの光信号を受けて電気信号を出力する受光素子を備え、その発光素子と受光素子が各々のリードフレーム上に搭載された状態で樹脂製のパッケージにて封止されてなる光結合装置において、前記パッケージを構成する樹脂に磁性体が充填されており、そのパッケージの透磁率の低い領域に前記発光素子及び受光素子が搭載されているとともに、前記透磁率の低い領域の周辺（パッケージの側部外周層）に高透磁率の領域が形成されていることによって特徴づけられる。
【００１６】
より具体的な形態として、前記パッケージがインナーパッケージとアウターパッケージの２層で構成されており、そのアウターパッケージの発光素子及び受光素子の搭載領域に対応する部位の透磁率が低く、その周辺部位（アウターパッケージの側部外周層）の透磁率が高くなっている構造を挙げることができる。
【００１７】
また、パッケージの磁性体の密度が低い領域に発光素子及び受光素子が搭載されており、その磁性体の密度が低い領域の周辺（パッケージの側部外周層）に高密度の磁性体領域が形成されているという構造を挙げることができる。さらに、パッケージがインナーパッケージとアウターパッケージの２層で構成されている場合、アウターパッケージの発光素子及び受光素子の搭載領域に対応する部位の磁性体の密度が低密度であり、その周辺部位（アウターパッケージの側部外周層）の磁性体の密度が高密度になっている構造を挙げることができる。
【００１８】
＜作用＞
従来では外来する磁性ノイズが光結合装置に進入し、特に受光素子を透過する磁界が電気信号の乱れを生じる現象があったが、本発明では、パッケージの素子搭載領域の周辺に形成した高透磁率領域（磁性体の高密度領域）によって、磁性ノイズが誘導・透過するように偏向されるので、受光素子に到達するノイズ強度を効果的に抑制することができる。また、高度で高価な受光素子で、メーカーが限定される受光素子を採用することなく、汎用的な受光素子を用いて外来ノイズ性に優れた光結合装置を実現できる。さらに、発光素子と受光素子との間に、シールド膜などの特別な部材を形成する必要がないので、発光素子と受光素子間の光信号の減衰が生じることもない。
【００１９】
本発明において、磁性体が充填されたパッケージは、透磁率が２０００以上、好ましくは５０００以上の磁気特性を有することが望ましい。
【００２０】
本発明に用いる磁性体としては、フェライト、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎのいずれかをベースとする合金からなる磁性体フィラーを挙げることができる。なお、磁性体フィラーは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁物にて表面が被覆されていることが好ましい。また、磁性体は、粒径が１００μｍ以下の微粒子であり、この磁性体がパッケージを構成する樹脂中に３０〜８０質量％で充填されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の製造方法は、上記した特徴を有する光結合装置を製造するのに適した方法であって、パッケージ成形用のキャビティ周囲に磁界を発生させる電磁誘導部が配置されたパッケージ樹脂封止金型を用い、そのパッケージ樹脂封止金型のキャビティ内に前記発光素子及び受光素子を配置した状態で、キャビティ内に磁性体を含有した溶融樹脂を注入するとともに、前記電磁誘導部にてキャビティの周囲に磁界を形成しながらパッケージを成形する工程を含むことを特徴としている。なお、電磁誘導部の具体的な形態としては、ループ状のコイルまたは馬蹄形状の導線などを挙げることができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、前記した特徴を有する光結合装置を備えている。すなわち、本発明は光結合装置及びその製造方法に限定されるものではなく、この光結合装置を適用した電子機器を包含する。電子機器には、例えばＤＶＤ、ＶＴＲ、ＳＴＢ、ＣＤ、ＭＤ等の再生装置、受像装置、電源、インバータ等を挙げることができるが、これに限定されず、入出力間を絶縁して信号伝達を行う回路を含むものであれば、他の任意の種類の電子機器にも本発明を適用できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施形態１＞
図１は本発明の光結合装置の実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【００２５】
この実施形態の光結合装置は、２層モールドタイプのフォトカプラであって、発光素子１と受光素子２が各リードフレーム３，４の先端部分（ヘッド部）にダイボンドされている。発光素子１と受光素子２はそれぞれワイヤー１１，１２を介して各リードフレーム３，４に接続されている。発光素子１はシリコーン樹脂５にてプリコートされている。
【００２６】
発光素子１と受光素子２とが対向配置された状態で、パッケージ６にて封止されている。パッケージ６は、発光素子１と受光素子２との間に光路が形成されるように、透光性エポキシ樹脂による１次モールドにて成形されたインナーパッケージ７と、遮光性エポキシ樹脂による２次モールドにて成形されたアウターパッケージ８の２層構造となっている。
【００２７】
以上の構造の光結合装置においては、電気信号がリードフレーム３及びワイヤー１１を通じて発光素子１に入力され、この電気信号が発光素子１により光信号に変換されて出力される。発光素子１からの光信号は、シリコーン樹脂５及びインナーパッケージ（透光性エポキシ樹脂）７を通じて受光素子２の受光面に入射して電気信号に変換され、その電気信号がワイヤー１２及びリードフレーム４を通じて出力される。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ことができる。
【００２８】
そして、この実施形態では、パッケージ６のアウターパッケージ８を構成する遮光性エポキシ樹脂中に磁性体フィラー９を充填するとともに、アウターパッケージ８の素子対応領域８ａ（発光素子１及び受光素子２が搭載されている領域の天部及び底部）の肉厚を薄くし、その素子対応領域８ａの周辺部位つまりアウターパッケージ８側部の肉厚を厚くして、アウターパッケージ８に高透磁率の側部外周層８ｂを形成している点に特徴がある。
【００２９】
このようにアウターパッケージ８に高透磁率の側部外周層８ｂを形成することにより、誤動作の原因となる磁性ノイズＮが、図１の矢印の方向から光結合装置に飛来してきても、その磁性ノイズＮは高透磁率の側部外周層８ｂに誘導・透過するように偏向されるので、受光素子２に到達するノイズ強度を効果的に抑制することができ、磁性ノイズに強い光結合装置を実現できる。
【００３０】
次に、図１に示す光結合装置の製造方法を以下に説明する。
【００３１】
（１）リードフレーム３，４の各ヘッダ部に発光素子１と受光素子２を各々個別に導電性ペースト等でダイボンドし、発光素子１と受光素子２を、各々が隣接するリードフレーム３，４にＡｕ線等のワイヤー１１，１２にてワイヤーボンドする。
【００３２】
（２）発光素子１と受光素子２の各々の素子がワイヤーボンドされたリードフレーム３，４を、インナーパッケージ用モールド金型（図示せず）に位置精度よくセットした状態で、透光性エポキシ樹脂にて１次トランスファモールドを行ってインナーパッケージ７を成形する。この１次モールド成形を終えた後、樹脂漏れによる樹脂バリを、バリ抜き用金型やブラスター等により機械的に除去（バリ取り）する。
【００３３】
（３）外乱光の入光や内部からの光漏れをなくし、発光素子１から受光素子２への光信号の伝達を確実にするために、磁性体フィラー９を含有した遮光性エポキシ樹脂にて２次トランスファモールドを行って、アウターパッケージ８を形成する。
【００３４】
遮光性エポキシ樹脂磁性体に含有するフィラー９としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎをベースとする合金からなる磁性体フィラーを用いることが好ましい。さらに好ましくは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁物で表面を被覆した磁性体フィラーを用いることがよい。
【００３５】
また、磁性体フィラーとしては、粒径が１００μｍ以下の微粒子で透磁率が５０００以上のものを使用し、このような磁性体フィラーを、アウターパッケージ８中に含有量が５０〜８０質量％となるように充填する。なお、磁性体として、導電性を有するもの、あるいは酸化等の変質が生じやすいものを選択する場合、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂にてコーティングした磁性体フィラーを用いることが好ましい。
【００３６】
そして、このようなアウターパッケージ８を形成する際に、アウターパッケージ８の側部の磁性体容積を大きくすることにより、アウターパッケージ８に高透磁率の側部外周層８ｂを形成する。
【００３７】
以上の（１）〜（３）の工程が終了した後、リードフレーム３，４の外装めっき、タイバーカット、フォーミング工程を実施することにより、図１に示す構造の光結合装置を得る。
【００３８】
＜実施形態２＞
図３は、本発明の光結合装置の他の実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【００３９】
この実施形態の光結合装置は、図１と基本的には同じ構造の２層モールドタイプのフォトカプラであるが、アウターパッケージ１８の形態が図１の光結合装置と異なる。
【００４０】
すなわち、この実施形態では、パッケージ１６の外層を構成するアウターパッケージ１８の素子対応領域１８ａ（発光素子１及び受光素子２が搭載されている領域の天部及び底部）の磁性体フィラー９の充填密度を低密度とし、その素子対応領域１８ａの周辺部位つまりアウターパッケージ１８側部の磁性体フィラー９の充填密度を高密度にして、アウターパッケージ１８に高透磁率の側部外周層１８ｂを形成している点に特徴がある。
【００４１】
このように、アウターパッケージ１８に高透磁率の側部外周層１８ｂを形成することにより、図３に示すように、誤動作の原因となる磁性ノイズＮが光結合装置に向けて飛来してきても、その磁性ノイズＮは、高透磁率の側部外周層１８ｂに誘導・透過するように偏向されるので、受光素子２に到達するノイズ強度を効果的に抑制することができ、磁性ノイズに強い光結合装置を実現できる。
【００４２】
次に、図２に示す光結合装置の製造方法を以下に説明する。
【００４３】
全般的な製造方法は前記した実施形態１と同様であるが、この実施形態では、図４に示す金型、すなわちパッケージ成形用のキャビティＣの側部（アウターパッケージの側部外周層１８ｂに相当する部分）を囲うように配置されたループ状の電磁誘導コイル２２を有するトランスファモールド金型２１を用いて、アウターパッケージ１８を成形する。
【００４４】
具体的には、前記したインナーパッケージ７の形成と、バリ取り・タイバーカット等を行った後の、リードフレーム３，４及び発光素子１と受光素子２を、トランスファモールド金型２１に位置決め・セットし、上金型と下金型とを型締めした状態で、トランスファモールド金型２１のキャビティＣ内に磁性体フィラー９を含有した遮光性エポキシ樹脂を注入するとともに、ループ状の電磁誘導コイル２２に通電を行ってキャビティＣの側壁周囲に磁界Ｂを形成する。この磁界形成は注入・充填した遮光性エポキシ樹脂が硬化するまで継続する。
【００４５】
ここで、トランスファモールド金型２１のキャビティＣ内で遮光性エポキシ樹脂が硬化するまでは、磁性体フィラー９は溶融した樹脂内で分散されているが、電磁誘導コイル２２にて形成される磁界により、キャビティＣの側壁周囲、つまりアウターパッケージ１８の側部外周層１８ｂに磁性体フィラー９が誘導され、その側部外周層１８ｂに磁性体フィラー９が高密度で分散される。そして、注入樹脂の硬化が完了した後に、磁性体フィラー９の分布が図４に示す状態となり、アウターパッケージ１８に高透磁率の側部外周層１８ｂ（高密度の磁性体領域）が形成され、図２に示す構造の光結合装置を得ることができる。
【００４６】
なお、アウターパッケージの成形に用いる金型として、キャビティ周囲に磁界を形成する馬蹄形状の導線が配置されたトランスファモールド金型を用いてもよい。
【００４７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、上記実施形態では、２層モールドタイプの光結合装置（フォトカプラ）に本発明を適用した例を示したが、１層モールドタイプの光結合装置にも適用できる。また、上記実施形態では、トランスファモールドにてパッケージを成形しているが、これに替えて、インジェクションモールド等の他の樹脂成形方法を採用してもよい。
【００４８】
本発明は、光結合装置及びその製造方法に限定されるものではなく、この光結合装置を適用した電子機器を包含する。この電子機器には、例えばＤＶＤ、ＶＴＲ、ＳＴＢ、ＣＤ、ＭＤ等の再生装置、受像装置、電源、インバータ等を挙げることができるが、これに限定されず、入出力間を絶縁して信号伝達を行う回路を含むものであれば、他の任意の種類の電子機器にも本発明を適用できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光素子及び受光素子を樹脂封止するパッケージに磁性体を充填して、パッケージの側部外周層に高透磁率領域を形成しているので、電子機器等からの外来磁性ノイズを効果的に誘導・偏向させることができ、受光素子の誤動作を効果的に抑制することができる結果、磁性ノイズに強い光結合装置並びに電子機器を実現できる。また、高価で特殊な半導体技術（例えば受光素子のチップ表面に導電性シールド膜を形成）を用いることなく、汎用的な受光素子を用いて効果的な耐ノイズ性を実現できる。さらに発光素子と受光素子間の光信号の減衰が生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光結合装置の実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の光結合装置の他の実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の実施形態の作用説明図である。
【図４】図２に示す光結合装置の製造方法の説明図である。
【図５】従来の光結合装置の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１　発光素子
２　受光素子
３，４　リードフレーム
５　シリコーン樹脂
６，１６　パッケージ
７　インナーパッケージ（透光性エポキシ樹脂）
８，１８　アウターパッケージ（遮光性エポキシ樹脂）
８ａ，１８ａ　アウターパッケージの素子対応領域
８ｂ，１８ｂ　アウターパッケージの側部外周層
９　磁性体フィラー
１１，１２　ワイヤー
２１　トランスファモールド金型
２２　ループ状の電磁誘導コイル
Ｃ　キャビティ
Ｎ　磁性ノイズ
【図１】
2004128143.tif 000003
【図２】
2004128143.tif 000004
【図３】
2004128143.tif 000005
【図４】
2004128143.tif 000006
【図５】
2004128143.tif 000007