(57)【要約】【課題】極寒の使用環境であっても、応力緩和用の樹脂により被覆された素子の特性劣化や破損を招くことがない光結合装置を提供する。【解決手段】入力信号が発光素子１１に印加されて、発光素子１１が発光し、発光素子１１の光が受光素子１２で受光されて光電変換され、受光素子１２から出力信号が出力される。また、発熱素子１６に電流が流されて、発熱素子１６が発熱し、この発熱素子１５の熱がリードフレーム１３ａを通じてシリコーン樹脂１８に伝達され、シリコーン樹脂１８が加熱される。これにより、シリコーン樹脂１８の温度を使用環境の温度よりも高く調節することができ、シリコーン樹脂１８の硬化や収縮が防止され、シリコーン樹脂１８により被覆されている発光素子１８に大きな応力が加わらず、発光素子１８の特性劣化や破損を招くことがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を入力して発光する発光素子と、発光素子の光を受光して出力信号を出力する受光素子とを備え、発光素子及び受光素子の少なくとも一方を応力緩和用の樹脂により被覆した光結合装置において、
応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
温度調節手段は、電流を流されて発熱する発熱素子である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】
発熱素子は、発光素子の逆方向抵抗値よりも低い抵抗値を有することを特徴とする請求項２に記載の光結合装置。
【請求項４】
リードフレームの一方の面に発光素子を搭載し、該リードフレームの他方の面に温度調節手段を搭載し、発光素子と温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせ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５】
リードフレームの一方の面に、発光素子及び温度調節手段を接近させて搭載し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６】
応力緩和用の樹脂は、絶縁性の熱伝導材を含むことを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光結合装置を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子を備える光結合装置、及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の様に、この種の光結合装置は、発光素子と受光素子とを備えており、電気信号を発光素子により光信号に変換して、この光信号を発光素子から受光素子へと送受し、この光信号を受光素子により電気信号に変換し、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なう。この様な光結合装置は、高信頼性と光変換効率の安定化のために透光性樹脂及び遮光性樹脂により封止された２重モールドタイプのものが多い。
【０００３】
図８は、従来の光結合装置の一例を示している。この光結合装置では、Ｃｕ合金やＦｅ合金等の金属板を加工してなる各リードフレーム１０３、１０４の先端部分に、発光素子１０１及び受光素子１０２をＡｇペースト等の導電性ペーストを介して搭載し（ダイボンドと称す）、各素子１０１、１０２をＡｕ線１０６等を介してぞれぞれのリードフレーム１０３、１０４に結線接続し（ワイヤボンドと称す）、発光素子１０１をシリコーン樹脂１０７によりプリコート（被覆）してから、各リードフレーム１０３、１０４をスポット溶接したりローディングフレームセットしたりすることにより、各素子１０１、１０２を位置決めして対向配置し、この状態で各素子１０１、１０２間の光路となる透光性樹脂１０８を一次トランスファモールドにより形成し、その上で外乱光の侵入や光漏れを防ぐための遮光性樹脂１０９を二次トランスファモールドにより形成し、更に遮光性樹脂１０９の表面をメッキし、タイバーカット及び各リードフレーム１０３、１０４のフォーミングを経て完成される。そして、光結合装置の電気特性検査及び外観検査を実施してから、光結合装置を梱包し出荷する。
【０００４】
ここで、シリコーン樹脂１０７による発光素子１０１の被覆は、光結合装置の組み立て工程及び使用環境において発光素子１０１を熱的なストレス及び応力から保護するために行われる（特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開平５−２５９５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発光素子１０１をシリコーン樹脂１０７により被覆しても、光結合装置が非常に厳しい極寒の環境で使用される場合は、シリコーン樹脂１０７が硬化して収縮してしまい、発光素子１０１に大きな応力が加わって、発光素子１０１の特性劣化や破損が生じた。例えば、シリコーン樹脂１０７としてエラストマータイプのものを用いたならば、−４０℃程度で、シリコーン樹脂１０７が硬化して収縮し、発光素子１０１に大きな応力が加わった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、極寒の使用環境であっても、応力緩和用の樹脂により被覆された素子の特性劣化や破損を招くことがない光結合装置及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、入力信号を入力して発光する発光素子と、発光素子の光を受光して出力信号を出力する受光素子とを備え、発光素子及び受光素子の少なくとも一方を応力緩和用の樹脂により被覆した光結合装置において、応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えている。
【０００８】
また、本発明においては、温度調節手段は、電流を流されて発熱する発熱素子である。
【０００９】
更に、本発明においては、発熱素子は、発光素子の逆方向抵抗値よりも低い抵抗値を有している。
【００１０】
また、本発明においては、リードフレームの一方の面に発光素子を搭載し、該リードフレームの他方の面に温度調節手段を搭載し、発光素子と温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせている。
【００１１】
更に、本発明においては、リードフレームの一方の面に、発光素子及び温度調節を接近させて搭載している。
【００１２】
また、本発明においては、応力緩和用の樹脂は、絶縁性の熱伝導材を含んでいる。
【００１３】
一方、本発明の電子機器は、上記本発明の光結合装置を用いている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光結合装置によれば、応力緩和用の樹脂を加熱する温度調節手段を備えているので、極寒の使用環境であっても、応力緩和用の樹脂を加熱することにより、該樹脂の温度を該樹脂の硬化温度よりも高く調節することができる。このため、該樹脂が硬化したり収縮したりせず、該樹脂により被覆されている素子に大きな応力が加わらず、素子の特性劣化や破損を防ぐことができる。
【００１５】
例えば、温度調節手段は、電流を流されて発熱する発熱素子である。そして、この発熱素子に流れる電流が発光素子にも流れる可能性がある回路構成の場合は、発熱素子の抵抗値を発光素子の逆方向抵抗値よりも低くしている。これにより、発熱素子に電流が流れ易く、かつ発光素子に逆電流が流れ難くなり、逆電流による発光素子の破壊を防止することができる。
【００１６】
また、リードフレームの一方の面に発光素子を搭載し、該リードフレームの他方の面に温度調節手段を搭載し、発光素子と温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせているので、温度調節手段の熱をリードフレームを介して発光素子の応力緩和用の樹脂へと良好に伝達することができる。
【００１７】
更に、リードフレームの一方の面に、発光素子及び温度調節手段を接近させて搭載しているので、発光素子及び温度調節手段をリードフレームを介して重ね合わせる構成と比較すると、光結合装置の厚みを薄くすることができる。
【００１８】
また、応力緩和用の樹脂として、絶縁性の熱伝導材を含んでいるものを用いているので、応力緩和用の樹脂そのものの熱伝導性が良好となり、温度調節手段による応力緩和用の樹脂の温度調整が容易になる。
【００１９】
一方、本発明の電子機器は、上記本発明の光結合装置を備えている。
【００２０】
すなわち、本発明は、光結合装置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。この電子機器は、電源、車両の制御装置、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）、通信機器等であり、入出力間を絶縁して信号伝達を行なう回路を含むものであれば、如何なる種類のものであっても構わない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の光結合装置の実施例１を側方から見て示す断面図である。本実施例の光結合装置では、Ｃｕ合金やＦｅ合金等の金属板を折り曲げ加工して、各リードフレーム１３、１４を予め作成しておく。そして、一方のリードフレーム１３の表面の一部にポリイミド等からなる絶縁層１５を形成して、この絶縁層１５上に発熱素子（抵抗素子）１６を搭載し、鉛フリー半田もしくは導電性ペースト等を用いて、発熱素子１６の両端をリードフレーム１３に接続する。
【００２３】
また、リードフレーム１３の先端部分の裏面に、発光素子１１をＡｇペースト等の導電性ペーストを介して搭載し（ダイボンドと称す）、発光素子１１をＡｕ線１７等を介してリードフレーム１３に結線接続する（ワイヤボンドと称す）。同じく、リードフレーム１４の先端部分の表面に、受光素子１２を導電性ペーストを介して搭載し、受光素子１２をＡｕ線１７等を介してリードフレーム１４に結線接続する。
【００２４】
そして、リードフレーム１３の裏面の発光素子１１をシリコーン樹脂１８によりプリコート（被覆）する。
【００２５】
次に、各リードフレーム１３、１４をスポット溶接したりローディングフレームセットしたりして、第１金型（図示せず）内に各素子１１、１２を位置決めして対向配置し、この状態で各素子１１、１２間の光路となる透光性樹脂１９を一次トランスファモールドにより形成する。この成形により発生した透光性樹脂１９の余分なバリは、バリ抜き用金型等により除去される。
【００２６】
引き続いて、第２金型（図示せず）内に透光性樹脂１９を位置決めし、この状態で外乱光の侵入や光漏れを防ぐための遮光性樹脂２０を二次トランスファモールドにより形成する。この成形により発生した遮光性樹脂２０の余分なバリも、バリ抜き用金型等により除去される。
【００２７】
この後、遮光性樹脂２０の表面をメッキする。また、各リードフレーム間を連結するリード部分を切除するためのタイバーカットを行なう。このリード部分は、透光性樹脂１９及び遮光性樹脂２０の成形に際し、金型により封止し得ない各リードフレーム間の隙間を埋め、各リードフレーム間の隙間からの樹脂漏れを防ぐ役目を果たすものであり、成形終了後に不要となる。更に、各リードフレーム１３、１４のフォーミングを経て、光結合装置を完成する。そして、光結合装置の電気特性検査及び外観検査を実施してから、光結合装置を梱包し出荷する。
【００２８】
図２は、発光素子１１、リードフレーム１３、及び発熱素子１６等を正面から見て示す拡大図である。尚、図２においては、３本のリードフレーム１３を示しており、中央のリードフレームの符号を１３ａとし、左のリードフレームの符号を１３ｂとし、右のリードフレームの符号を１３ｃとしている。
【００２９】
発光素子１１は、導電性ペーストを介して中央のリードフレーム１３ａの裏面に搭載されて接続され、かつＡｕ線１７を介して左のリードフレーム１３ｂに接続されている。また、発熱素子１６は、絶縁層１５を介して中央のリードフレーム１３ａの表面に搭載され、かつその両端を左右の各リードフレーム１３ｂ、１３ｃに接続されている。従って、発光素子１１の一端と発熱素子１６の一端が左のリードフレーム１３ｂに共通接続され、発光素子１１の他端が中央のリードフレーム１３ａに接続され、発熱素子１６の他端が右のリードフレーム１３ｃに接続される。発熱素子１６とリードフレーム１３ａ間に絶縁層１５が介在するので、発熱素子１６が該リードフレーム１３ａ並びに発光素子１１と同電位になることはない。絶縁層１５は、発熱素子１６が搭載されるリードフレーム１３ａの裏面部分に少なくとも設けられれば良く、リードフレーム１３ｂの内側縁からリードフレーム１３ｃの内側縁までの範囲に設けても構わない。
【００３０】
図３は、各リードフレーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃによる発光素子１１及び発熱素子１６の結線を示す回路図である。図３から明らかな様に発光素子１１のカソードと発熱素子１６の一端を左のリードフレーム１３ｂに共通接続し、発光素子１１のアノードを中央のリードフレーム１３ａに接続し、発熱素子１６の他端を右のリードフレーム１３ｃに接続している。
【００３１】
ここで、入力信号は、各リードフレーム１３ａ、１３ｂを通じて発光素子１１に印加される。これにより、発光素子１１が発光し、発光素子１１の光が受光素子１２で受光されて光電変換され、受光素子１２から出力信号が出力される。
【００３２】
また、発熱素子１６には、各リードフレーム１３ｂ、１３ｃを通じて電流が流される。これにより、発熱素子１６が発熱し、この発熱素子１５の熱がリードフレーム１３ａを通じてシリコーン樹脂１８に伝達され、シリコーン樹脂１８が加熱される。
【００３３】
この様なシリコーン樹脂１８の加熱は、この光結合装置の使用環境の温度が極めて低いときに行われる。これにより、シリコーン樹脂１８の温度を該シリコーン樹脂１８の硬化温度よりも高く調節することができ、シリコーン樹脂１８の硬化や収縮が防止され、シリコーン樹脂１８により被覆されている発光素子１８に大きな応力が加わらず、発光素子１８の特性劣化や破損を防ぐことができる。
【００３４】
例えば、シリコーン樹脂１８として、−４０℃程度で硬化するエラストマータイプのものを採用する場合は、光結合装置の使用環境の温度を温度センサ等により検出し、この検出された温度が−４０℃近傍まで低下したときに、発熱素子１６に電流を流して、発熱素子１６を発熱させ、シリコーン樹脂１８の温度を上昇させる。あるいは、検出された温度が−４０℃近傍まで低下したときに、この検出された温度に応じて発熱素子１６に流れる電流量を増減させて、発熱素子１６の発熱量を調節し、シリコーン樹脂１８の温度を−４０℃よりも高い略一定温度に保持する。これにより、シリコーン樹脂１８の硬化や収縮を防止することができる。
【００３５】
尚、発光素子１１及び発熱素子１６の結線を図４に示す様に変更しても、発光素子１１の発光及び発熱素子１６の発熱をそれぞれ行なうことができる。
【００３６】
また、発光素子１１及び発熱素子１６の結線を図５（ａ）、（ｂ）に示す様に変更しても構わない。ただし、発熱素子１６の電流経路Ｉｒを点線矢印で示す様に設定した場合は、発光素子１１に逆方向電圧が印加されて、発光素子１１が破壊される可能性がある。このため、発熱素子１６の抵抗値を発光素子１１の逆方向抵抗値よりも低くする。これにより、発熱素子１６に電流が流れ易く、かつ発光素子１１に逆電流が流れ難くなり、逆電流による発光素子１１の破壊を防止することができる。
【００３７】
勿論、発光素子１１に一対のリードフレームを割り当てると共に、発熱素子１６に他の一対のリードフレームを割り当てて、発光素子１１及び発熱素子１６の結線を全く別に行なっても構わない。
【実施例２】
【００３８】
図６は、本発明の光結合装置の実施例２における発光素子１１、リードフレーム１３、及び発熱素子１６等を正面から見て示す拡大図である。尚、図６において、図２と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００３９】
本実施例では、発光素子１１を被覆するシリコーン樹脂１８に、絶縁性及び良好な熱伝導性を有する熱伝導材２１を混入している。熱伝導材２１は、例えばシリコーン樹脂１８よりも比重が重いＣ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2等からなる粒状体である。
【００４０】
この様にシリコーン樹脂１８に熱伝導材２１を混入した場合は、シリコーン樹脂１８そのものの熱伝導性が良好になるので、発熱素子１６の熱がリードフレーム１３ａからシリコーン樹脂１８へと良好に伝達され、シリコーン樹脂１８全体の温度が速やかに上昇する。
【実施例３】
【００４１】
図７は、本発明の光結合装置の実施例３における発光素子１１、リードフレーム１３、及び発熱素子１６等を正面から見て示す拡大図である。尚、図７において、図２と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００４２】
本実施例では、発光素子１１は、導電性ペーストを介して中央のリードフレーム１３ａの裏面に搭載されて接続され、かつＡｕ線１７を介して左のリードフレーム１３ｂに接続されている。また、発熱素子１６の両端は、中央のリードフレーム１３ａの裏面と右のリードフレーム１３ｃの裏面に接続されている。従って、発光素子１１の一端が左のリードフレーム１３ｂに接続され、発光素子１１の他端と発熱素子１６の一端が中央のリードフレーム１３ａに共通接続され、発熱素子１６の他端が右のリードフレーム１３ｃに接続される。
【００４３】
この様な構成においても、各リードフレーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃによる発光素子１１及び発熱素子１６の結線を、図３、図４、図５（ａ）及び（ｂ）のいずれにも設定し得る。
【００４４】
この様に発光素子１１及び発熱素子１６をリードフレーム１３の裏面に共に設ける場合は、図２に示す様に発光素子１１と発熱素子１６が重なり合わないので、リードフレーム１３の先端近傍のスペースを薄くすることができる。このため、光結合装置の厚みも薄くすることができる。
【００４５】
尚、本発明は、上記各実施例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、発熱素子の配置位置、個数、種類等を変更しても構わない。
【００４６】
また、本発明は、光結合装置ばかりではなく、この光結合装置を備える電子機器を包含する。この電子機器は、電源、車両の制御装置、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）、通信機器等であり、入出力間を絶縁して信号伝達を行なう回路を含むものであれば、如何なる種類のものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光結合装置の実施例１を側方から見て示す断面図である。
【図２】図１の光結合装置における発光素子、リードフレーム、及び発熱素子等を正面から見て示す拡大図である。
【図３】図１の光結合装置における各リードフレームによる発光素子及び受光素子の結線を示す回路図である。
【図４】各リードフレームによる発光素子及び受光素子の結線の変形例を示す回路図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、各リードフレームによる発光素子及び受光素子の結線の他の各変形例を示す回路図である。
【図６】本発明の光結合装置の実施例２における発光素子、リードフレーム、及び発熱素子等を正面から見て示す拡大図である。
【図７】本発明の光結合装置の実施例３における発光素子、リードフレーム、及び発熱素子等を正面から見て示す拡大図である。
【図８】従来の光結合装置を側方から見て示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  発光素子
１２  受光素子
１３、１４  リードフレーム
１５  絶縁層
１６  発熱素子
１７  Ａｕ線
１８  シリコーン樹脂
１９  透光性樹脂
２０  遮光性樹脂
２１  熱伝導材
【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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