(57)【要約】【課題】小型化、低コスト化が可能となるフォトインタラプタとその製造方法及び光結合装置とその製造方法を提供する。【解決手段】反射板を有する第１のリードフレーム上に発光素子が載置、接続され、モールドされた発光素子部１と、前記第１のリードフレームと異形状の第２のリードフレーム上に受光素子が載置、接続され、モールドされた受光素子部２と、前記発光素子部及び前記受光素子部と一体成形され、これらを所定のギャップ３を介して対向保持し、前記ギャップ３側に前記発光素子から前記受光素子への光を導波させる光導波孔４ａを有する外囲器４を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板を有する第１のリードフレーム上に発光素子が載置、接続され、モールドされた発光素子部と、
前記第１のリードフレームと異形状の第２のリードフレーム上に受光素子が載置、接続され、モールドされた受光素子部と、
前記発光素子部及び前記受光素子部と一体成形され、これらを所定のギャップを介して対向保持し、前記ギャップ側に前記発光素子から前記受光素子への光を導波させる光導波孔を有する外囲器を備えることを特徴とするフォトインタラプタ。
【請求項２】
前記外囲器は、前記ギャップの反対側に凹部を有することを特徴とする請求項１記載のフォトインタラプタ。
【請求項３】
前記外囲器は、前記発光素子部と前記受光素子部の間に応力緩衝部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のフォトインタラプタ。
【請求項４】
前記外囲器の実装面に、突起部を備えることを特徴とする請求項１乃至３記載のフォトインタラプタ。
【請求項５】
前記第２のリードフレームは、ディプレス加工されていることを特徴とする請求項１乃至４記載のフォトインタラプタ。
【請求項６】
前記外囲器において、前記発光素子部、前記受光素子部の夫々非発光側、非受光側が露出していることを特徴とする請求項１乃至５記載のフォトインタラプタ。
【請求項７】
発光側と受光側が異形状のリードフレームを、互い違いに等間隔に配置したＨＯＯＰ状フレームを形成する工程と、
前記ＨＯＯＰ状フレームの発光側に発光素子を、受光側に受光素子を夫々載置、接続し、モールドして、発光素子部及び受光素子部を形成する工程と、
前記ＨＯＯＰ状フレームを、前記発光素子部側と前記受光素子部側に分離する工程と、
前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面が所定のギャップで対向するように配置し、インサート成形により一対の前記発光素子部と前記受光素子部を一体成形する工程と、
一体成形された一対の前記発光素子部と前記受光素子部が一個体となるように、前記ＨＯＯＰ状フレームを夫々分離する工程を備えることを特徴とするフォトインタラプタの製造方法。
【請求項８】
前記インサート成形を行う際、前記発光素子部と前記受光素子部を、エジェクターピンによりギャップ方向及び／又はギャップと垂直方向に位置制御することを特徴とする請求項７記載のフォトインタラプタの製造方法。
【請求項９】
前記インサート成形を行う際、同時に前記発光素子部と前記受光素子部の間に応力緩衝部を形成することを特徴とする請求項７又は８記載のフォトインタラプタの製造方法。
【請求項１０】
前記インサート成形を行う際、同時に実装用の突起部を形成することを特徴とする請求項７乃至９記載のフォトインタラプタの製造方法。
【請求項１１】
発光素子と、
反射板を備え、この反射板上に前記発光素子が載置、接続される第１のリードフレームと、
受光素子と、
前記第１のリードフレームとは異形状で、前記受光素子が載置、接続される第２のリードフレームと、
前記発光素子と前記受光素子を光学的に接続する手段と、
前記発光素子及び前記受光素子を封止する手段を有することを特徴とする光結合装置。
【請求項１２】
発光側と受光側が異形状のリードフレームを、互い違いに等間隔に配置したＨＯＯＰ状フレームを形成する工程と、
前記ＨＯＯＰ状フレームの発光側に発光素子を、受光側に受光素子を夫々載置、接続する工程と、
前記ＨＯＯＰ状フレームを、前記発光素子側と前記受光素子側に分離する工程と、
一対の前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面を、光学的に接続する工程と、
光学的に接続された一対の前記発光素子と前記受光素子を封止する工程と、
封止された一対の前記発光素子と前記受光素子が一個体となるように、前記ＨＯＯＰ状フレームを夫々分離する工程を備えることを特徴とする光結合装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトインタラプタとその製造方法及び光結合装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フォトインタラプタは、発光素子と受光素子の間を物体が通過する際の光信号の変化により、非接触で物体位置を検出するセンサとして、プリンタの残紙検出などに広く用いられている。
【０００３】
図１７に従来のフォトインタラプタを示す。図に示すように、夫々リードフレーム１０１ａ、１０２ａに載置、接続された発光素子、受光素子が、曲率半径０．７５ｍｍのレンズ１０７とレンズ保護部１０８の形成されたモールド樹脂で封止され、発光素子部１０１、受光素子部１０２が形成されている。そして、これらは、発光面、受光面が所定のギャップ１０３で対向するように、熱可塑性樹脂からなるケース１０４に挿入されている。
【０００４】
このようなフォトインタラプタは、図１８に示すようなフローにより形成される。まず、夫々発光素子形成工程１１１、受光素子形成工程１１２において、所定パターンの単尺フレーム（ダイバー部で複数のリードフレームが連結された所定長さのフレーム、図示せず）上に発光素子が夫々載置、接続され、一方、同形状の単尺フレーム（図示せず）上で、発光素子載置面とは異なる面に受光素子が載置、接続される。そして、これらを夫々モールドする際、曲率半径０．７５ｍｍのレンズ１０７を形成し、図１９に示すように、発光素子部１０１、受光素子部１０２が形成される。
【０００５】
次いで、カップリング工程１１３において、別途熱可塑性樹脂で射出成形して形成されたケース１０４内に、モールドされた発光素子部１０１、受光素子部１０２を夫々レンズ１０７側である発光面、受光面が対向するように圧入し、熱かしめ部１０９において熱かしめ或いは接着により固定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなフォトインタラプタは、近年需要の拡大しているデジタルスチルカメラなど小型機器への実装上、また、プリンタなど装置の小型軽量化を図る上で、小型化が強く要求されるようになってきた。しかしながら、従来のフォトインタラプタは、検出感度を得るためにレンズが必要とされ、これが素子厚の１／３〜１／４を占めるため、小型化には限界があった。
【０００７】
また、レンズを有していることにより、樹脂のボリュームが多くなるため、樹脂の応力が大きくなり、信頼性などに影響するという問題があった。一方、製造工程においても、例えば、レンズ部分を形成するために金型コストが高くなってしまうとともに、鏡面仕上げの必要があることから、成形に時間がかかるという問題があった。さらに、フレーム上に発光素子・受光素子を載置・接続した後、レンズ部形成とともにモールド成形されるが、気泡が発生してしまうため、レンズ部を下にしてレンズ部への残留を抑える必要がある。しかしながら、レンズ部を下にするには、フレームの反転が必要になるため、生産性の高いＨＯＯＰラインにすることが困難であった。また、カップリング工程の際、曲面のレンズ部分の光学的接続を維持しながらインサート成形することは困難であるため、コストのかかるケースを形成する必要があった。そして、その際、モールドされた発光素子・受光素子を１個体毎に分離し、パーツフィーダー等を用いて再整列させた後に、ケースに挿入し、熱かしめなどにより固定する、という時間及びコストのかかる工程を採らざるを得なかった。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の問題を取り除き、小型化、低コスト化が可能となるフォトインタラプタとその製造方法及び光結合装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、反射板を有する第１のリードフレーム上に発光素子が載置、接続され、モールドされた発光素子部と、前記第１のリードフレームと異形状の第２のリードフレーム上に受光素子が載置、接続され、モールドされた受光素子部と、前記発光素子部及び前記受光素子部と一体成形され、これらを所定のギャップを介して対向保持し、前記ギャップ側に前記発光素子から前記受光素子への光を導波させる光導波孔を有する外囲器を備えることを特徴とするフォトインタラプタが提供される。
【００１０】
また、本発明の一態様によれば、発光側と受光側が異形状のリードフレームを、互い違いに等間隔に配置したＨＯＯＰ状フレームを形成する工程と、前記ＨＯＯＰ状フレームの発光側に発光素子を、受光側に受光素子を夫々載置、接続し、モールドして、発光素子部及び受光素子部を形成する工程と、前記ＨＯＯＰ状フレームを、前記発光素子部側と前記受光素子部側に分離する工程と、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面が所定のギャップで対向するように配置し、インサート成形により一対の前記発光素子部と前記受光素子部を一体成形する工程と、一体成形された一対の前記発光素子部と前記受光素子部が一個体となるように、前記ＨＯＯＰ状フレームを夫々分離する工程を備えることを特徴とするフォトインタラプタの製造方法が提供される。
【００１１】
そして、本発明の一態様によれば、発光素子と、反射板を備え、この反射板上に前記発光素子が載置、接続される第１のリードフレームと、受光素子と、前記第１のリードフレームとは異形状で、前記受光素子が載置、接続される第２のリードフレームと、前記発光素子と前記受光素子を光学的に接続する手段と、前記発光素子及び前記受光素子を封止する手段を有することを特徴とする光結合装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の一態様によれば、発光側と受光側が異形状のリードフレームを、互い違いに等間隔に配置したＨＯＯＰ状フレームを形成する工程と、前記ＨＯＯＰ状フレームの発光側に発光素子を、受光側に受光素子を夫々載置、接続する工程と、前記ＨＯＯＰ状フレームを、前記発光素子側と前記受光素子側に分離する工程と、一対の前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面を、光学的に接続する工程と、光学的に接続された一対の前記発光素子と前記受光素子を封止する工程と、封止された一対の前記発光素子と前記受光素子が一個体となるように、前記ＨＯＯＰ状フレームを夫々分離する工程を備えることを特徴とする光接合装置の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態によるフォトインタラプタの斜視図を図１に、断面図を図２に示す。図１、図２に示すように、発光素子部１と受光素子部２が所定のギャップ３を介してインサート成形された熱可塑性樹脂からなる外囲器４により対向保持されている。発光素子部１は、発光側リードフレーム１ａと、これに載置、接続される発光素子１ｂ、これらをモールドする樹脂部１ｃより構成されており、受光部２は、受光側リードフレーム２ａと、これに載置、接続される受光素子２ｂ、これらをモールドする樹脂部２ｃより構成されている。発光側リードフレーム１ａと、受光側リードフレーム２ａは異形状であり、発光側リードフレーム１ａには、凹状の反射板１ｄが形成されている。そして、外囲器４には、発光素子から受光素子への光を導波させ、光導波方向に垂直に長方形の光導波孔（スリット４ａ）、エジェクターピン跡４ｂが形成されている。
【００１５】
このようなフォトインタラプタは、図３に示すようなフローにより形成される。先ず、図４に示すように、ＨＯＯＰ状フレーム形成工程１１にて、発光側と受光側が異形状のリードフレーム１ａ、２ａを、互い違いに等間隔に配置したＨＯＯＰ状フレーム５を形成する。発光側リードフレーム１ａには、図５に断面図を示すように、所定形状の反射板１ｃが形成されている。
【００１６】
次いで、ＨＯＯＰライン上で、受光素子マウント工程１２にて、受光側リードフレーム２ａ上に受光素子２ｂを載置し、発光素子マウント工程１３にて、発光側リードフレーム１ａ上に発光素子１ｂを載置する。そして、受発光素子ボンディング工程１４にて、発光素子１ｂ、受光素子２ｂを夫々発光側リードフレーム１ａ、受光側リードフレーム２ａとボンディングする。さらに、図６に示すように、発光素子モールド工程１５にて、夫々の素子をモールドし、発光素子部１、受光素子部２が形成される。ここで、図７に発光素子部（受光素子部）の斜視図（１個体分）を示す。発光面側（受光面側）には、従来のレンズのような凹凸はなく、例えばモールド部１ｃ、２ｃが０．５５ｍｍ厚の発光素子部１（受光素子部２）が形成される。
【００１７】
このようにして発光素子部１、受光素子部２が形成されたＨＯＯＰ状フレーム５は、リードカット工程１６において、図８に示すように、発光側５’と受光側５”に分離される。そして、カップリング工程１７において、発光素子部１、受光素子部２が所定の間隔（例えば５ｍｍ）となるように、所定の金型を用いて、エジェクターピンで光軸方向（光導波方向）に押さえながら、熱可塑性樹脂により外囲器４をインサート成形することにより一体化される。そして、分離工程１８において、ＨＯＯＰ状フレームにより連結された素子を分離することにより、図１に示すようなフォトインタラプタが形成される。これらは、特性検査工程１９、品名刻印工程２０、パッキング工程２１を経て出荷される。尚、分離工程１８、特性検査工程１９は工程、装置上入れ替るケースもある。そして、例えば、デジタルスチルカメラ、小型プリンタなどの装置に用いられる。
【００１８】
このようにして形成されたフォトインタラプタは、素子厚の１／３〜１／４を占めるレンズ部を形成する代りに、発光側に反射板を形成することにより、高効率で受光側に導波させることができるため、大幅に小型化を図ることが可能となる。これは、従来、レンズは比較的大型装置においては所定の出力、感度を得るために必須であったが、より小型化が要求される小型装置においては、発光素子側に反射板を用いることにより光学設計が可能であることを新たに見出したためである。また、樹脂のボリュームを低減することができるため、樹脂の応力を抑えることが可能となり、信頼性を向上することができる。
【００１９】
一方、製造工程においても、発光側、受光側の一体化したＨＯＯＰ状フレームを用いるため、１つの金型で発光側、受光側が異形状のフレームを形成することができ、同一のプロセスで、光学的、熱的、機械的な観点で夫々最適な形状となるフレームを形成することができる。そして、レンズ部分を形成するための高価な金型が不要となるとともに、鏡面仕上げの必要もなく、成形時間を短縮することが可能となる。また、レンズ部への気泡残留を抑えるためのフレームの反転が不要となるとともに、コストのかかるケースの形成が不要となり、ＨＯＯＰラインを維持したまま、インサート成形によるカップリングが可能となるため、低コストで高い生産性を得ることができる。
【００２０】
（実施形態２）
本実施形態によるフォトインタラプタの側面図を図９に示す。図に示すように、外囲器４の側面中央に、外囲器をインサート成形する際のエジェクターピン跡である丸穴４ｂの左右に、ガイドピン跡のくぼみ４ｃが形成されている。
【００２１】
本実施形態においては、実施形態１と同様にフォトインタラプタが形成されるが、外囲器４をインサート成形する際、エジェクターピンの左右に、発光素子部、受光素子部の形状に合わせたガイドピンを設けることにより、各素子が所定位置となるよう固定する。
【００２２】
このようにして、中央のエジェクターピンにより光軸方向のズレを抑えるとともに、発光素子部、受光素子部の左右及び又は上下のズレを抑え、光軸ズレを抑えることが可能となる。
【００２３】
さらに、このようにくぼみ４ｃが形成されることにより、実装時の基準として用いることも可能であるとともに、くぼみ４ｃの形成された面を基板面に接着させる際には、表面積の増加により接着力を向上させることが可能となる。
【００２４】
（実施形態３）
本実施形態によるフォトインタラプタの側面図を図１０に、上面図を図１１に示す。図に示すように、外囲器４のギャップ３の内側のコーナーに、テーパ４ｄが形成されている。
【００２５】
本実施形態においては、実施形態１と同様にフォトインタラプタが形成されるが、テーパ４ｄは、外囲器４をインサート成形する際に、同時に一体成形される。
【００２６】
このようにテーパを設けることにより、外囲器をインサート成形する際の残留ひずみによる樹脂収縮で、ギャップの内側或いは外側に変形することを抑制することができる。また、ハンドリングの際、外囲器にギャップ方向の力を加えると折れてしまう、といった素子の小型化により新たに発生する不具合を防止することが可能となる。
【００２７】
（実施形態４）
本実施形態によるフォトインタラプタの側面図を図１２に示す。図に示すように、外囲器４の底面（実装面）にボス４ｅが形成されている。
【００２８】
本実施形態においては、実施形態１と同様にフォトインタラプタが形成されるが、ボス４ｅは、外囲器４をインサート成形する際に、同時に一体成形される。
【００２９】
このように、ボスを設けることにより、紙フェノール基板、ガラエポ基板などへの実装時の位置決めが、容易となる。そして、基板の所定位置にリードピンが挿入できない、挿入時リードが曲がってしまうといった基板精度に起因する不具合を防止することが可能となる。
【００３０】
このようなボス形状は、図１２に示すようなものに限定されるものではなく、例えば図１３に示すような、スナップイン構造４ｅ’としてもよい。このような構造により、重量が軽すぎてフロー半田時に素子が浮いてしまう、といった素子の小型化により新たに発生する不具合を防止することが可能となる。
【００３１】
（実施形態５）
本実施形態によるフォトインタラプタの断面図を図１４に示す。図に示すように、受光側にディプレス加工されたリードフレーム２ａ’が用いられている。
【００３２】
本実施形態においては、実施形態１と同様にフォトインタラプタが形成されるが、受光側リードフレームのディプレス加工は、ＨＯＯＰ上フレームを形成する際、或いは、発光側の反射板を形成する際に同時に行われる。
【００３３】
このように受光側リードフレームを下げて、アウターリードと異なる平面上に受光素子を載置、接続することにより、引張り強度などの力学的強度を向上させることが可能となる。
【００３４】
（実施形態６）
本実施形態によるフォトインタラプタの断面図を図１５に示す。図に示すように、外囲器４’の側面において発光素子部、受光素子部の夫々背面、すなわち非発光側、非受光側が露出している。
【００３５】
本実施形態においては、実施形態１と同様にフォトインタラプタが形成されるが、このような構造は、各素子部の背面を露出するような金型を用いて外囲器４’をインサート成形することにより形成される。
【００３６】
このように、各素子部を被覆する外囲器樹脂のうち、背面部の樹脂厚を例えば２５０μｍとすると、夫々の背面で５００μｍ、外囲器の長手方向を小型化することが可能となる。
【００３７】
また、このようなＨＯＯＰラインによる形成は、フォトインタラプタに限定されるものではなく、図１６に示すようなフォトカプラ等他の光結合装置においても適用することが可能である。その際は、実施形態１と同様の発光側リードフレーム１ａ’、受光側リードフレーム２ａ”が異形状のＨＯＯＰ状フレーム（図示せず）に、発光素子１ｂ’、受光素子２ｂ’を夫々載置、接続し、発光側、受光側に分離後、ＨＯＯＰラインを維持したまま、光透過性樹脂６を用いて発光素子、受光素子の光学的結合を行い、遮光性樹脂４”によりモールドした後、一個体に分離することにより形成される。
【００３８】
そして、フォトインタラプタと同様に、発光側、受光側の一体化したＨＯＯＰ状フレームを用いるため、１つの金型で発光側、受光側が異形状のフレームを形成することができ、同一のプロセスで、光学的、熱的、機械的な観点で夫々最適な形状となるフレームを形成することができる。そして、ＨＯＯＰラインを維持したまま、インサート成形によるカップリングが可能となるため、低コストで高い生産性を得ることができる。
【００３９】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、これら実施形態を組合せて実施することも可能である。また、その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の一実施態様によれば、小型化、低コスト化が可能となるフォトインタラプタとその製造方法及び光結合装置とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図２】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図３】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程のフローを示す図。
【図４】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【図５】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【図６】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【図７】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【図８】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【図９】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１０】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１１】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１２】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１３】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１４】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１５】本発明の一実施形態におけるフォトインタラプタを示す図。
【図１６】本発明の一実施形態における光結合素子を示す図。
【図１７】従来のフォトインタラプタを示す図。
【図１８】従来のフォトインタラプタの製造工程のフローを示す図。
【図１９】従来のフォトインタラプタの製造工程を示す図。
【符号の説明】
１、１０１  発光素子部
１ａ、１ａ’、１０１ａ  発光側リードフレーム
１ｂ、１ｂ’  発光素子
１ｃ、２ｃ、１０１ｃ、１０２ｃ  樹脂部
２、１０２  受光素子部
２ａ、２ａ’、２ａ”、１０２ａ  受光側リードフレーム
２ｂ、２ｂ’  受光素子
３、１０３  ギャップ
４、４’、１０４  外囲器
４”  遮光性樹脂
４ａ  スリット
４ｂ  丸穴
４ｃ  くぼみ
４ｄ  テーパ
４ｅ、４ｅ’  ボス
５、５’、５”  ＨＯＯＰ状フレーム
６  光透過性樹脂
１０７  レンズ
１０８  レンズ保護部
１０９  熱かしめ部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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