(57)【要約】【課題】光結合効率を高めた光結合装置を提供する。【解決手段】光結合装置１０では、発光素子１１は第１マウントベッド１３ａに載置され、一対の第１リード１３ｂ、１３ｃに電気的に接続されている。受光素子１２は第２マウントベッド１４ａに載置され、一対の第２リード１４ｂ、１４ｃに電気的に接続され、発光素子１１からの光を反射により受光する。発光素子１１および受光素子１２は、第１屈折率を有する第１透光性樹脂１７で覆われている。第１透光性樹脂１７で覆われた発光素子１１および受光素子１２は、遮光性の筐体１８の凹部に収納されている。第１屈折率より低い第２屈折率を有する第２透光性樹脂１９が、第１透光性樹脂１７と遮光性筐体１８の凹部の隙間に充填されている。遮光性の蓋体２０が発光素子１１および受光素子１２が収納された筐体１８の凹部を封止している。【選択図】  図１
2013179226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マウントベッドに載置され、一対の第１リードに電気的に接続された発光素子と、
第２マウントベッドに載置され、一対の第２リードに電気的に接続され、前記発光素子からの光を反射により受光する受光素子と、
第１屈折率を有し、前記発光素子および前記受光素子を覆う第１透光性樹脂と、
前記第１透光性樹脂に覆われた前記発光素子および前記受光素子を収納する凹部を有する遮光性の筐体と、
前記第１屈折率より低い第２屈折率を有し、前記第１透光性樹脂と前記凹部の隙間に充填された第２透光性樹脂と、
前記発光素子および前記受光素子が収納された前記凹部を封止する遮光性の蓋体と、
を具備することを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記発光素子から前記凹部の内面までの高さが前記受光素子から前記凹部の内面までの高さより小さい非対称なドーム状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】
前記第２透光性樹脂と前記筐体の前記凹部の間に、白色樹脂層が設けられてい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４】
前記第１リードおよび前記第２リードの端部が、前記筐体の開口側の底面および側面に露出してい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５】
前記筐体の側面に、前記第１リードおよび前記第２リードの端部の一部を露出する切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光結合装置には、発光素子と受光素子を有し、受光素子は発光素子からの光を反射により受光するように構成されているものがある。
【０００３】
この光結合装置では、発光素子と受光素子は、同一平面上に離間して配置された一対のリードフレームにマウント・ボンディングされている。発光素子と受光素子は、導光部となるドーム状の透光性樹脂で覆われている。導光部は、筐体となる直方体状の遮光性樹脂で覆われている。発光素子から放出された光は、透光性樹脂と遮光性樹脂の界面で反射され、受光素子に導かれる。
【０００４】
発光素子と受光素子との間の光結合効率は、発光素子と受光素子を覆う透光性樹脂の形状および発光素子から透光性樹脂への光取り出し効率等に支配される。
【０００５】
そのため、透光性樹脂の形状のばらつきにより光結合効率が変動するという問題がある。更に、発光素子と透光性樹脂の屈折率の差に起因して、発光素子からの光の取り出し効率が十分でないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平７−２２５５５号公報
【特許文献２】特開平８−１０２６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光結合効率を高めた光結合装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一つの実施形態によれば、光結合装置では、発光素子は第１マウントベッドに載置され、一対の第１リードに電気的に接続されている。受光素子は第２マウントベッドに載置され、一対の第２リードに電気的に接続され、前記発光素子からの光を反射により受光する。前記発光素子および前記受光素子は、第１屈折率を有する第１透光性樹脂で覆われている。前記第１透光性樹脂に覆われた前記発光素子および前記受光素子は、遮光性の筐体の凹部に収納されている。前記第１屈折率より低い第２屈折率を有する第２透光性樹脂が、前記第１透光性樹脂と前記凹部の隙間に充填されている。遮光性の蓋体が、前記発光素子および前記受光素子が収納された前記凹部を封止している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る光結合装置を示す図。
【図２】実施例１に係る光結合装置の製造工程を順に示す断面図。
【図３】実施例１に係る光結合装置の製造工程を順に示す断面図。
【図４】実施例１に係る光結合装置の製造工程を順に示す断面図。
【図５】実施例２に係る光結合装置を示す断面図。
【図６】実施例２に係る光結合装置の製造工程の要部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例に係る光結合装置について図１を用いて説明する。図１は本実施例の光結合装置を示す図で、図１（ａ）はその一部を除去して内部を露出させた状態を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図１（ｃ）はその側面図である。
【００１２】
本実施例の光結合装置は、発光素子と受光素子を有し、受光素子は発光素子からの光を反射により受光するように構成された、所謂反射型の光結合装置である。
【００１３】
図１に示すように、光結合装置１０では、発光素子１１と受光素子１２はリードフレーム１３、１４にマウント・ボンディングされている。
【００１４】
発光素子１１は、例えば近赤外光（約９００ｎｍ）を放出するＧａＡｌＡｓ系の発光ダイオードである。受光素子１２は、例えば、近赤外光域に受光感度を有するシリコンフォトダイオードである。発光素子１１は上下導通型で、上面に上面電極（図示せず）が設けられ、下面に下面電極（図示せず）が設けられている。受光素子１２についても同様である。
【００１５】
リードフレーム１３は、マウントベッド（第１マウントベッド）１３ａと、一対のリード（第１リード）１３ｂ、１３ｃを有している。リード１３ｂはマウントベッド１３ａから一端側（図の＋Ｘ方向）へ延在し、リード１３ｃはマウントベッド１３ａから離間し、リード１３ｂと略平行に延在している。リード１３ｂ、１３ｃは、一端側が下方（図の−Ｚ方向）斜めに折り曲げられ、更に＋Ｘ方向に折り曲げられている。
【００１６】
リードフレーム１４は、マウントベッド（第２マウントベッド）１４ａと、一対のリード（第２リード）１４ｂ、１４ｃを有している。リード１４ｂはマウントベッド１４ａから他端側（図の−Ｘ方向）へ延在し、リード１４ｃはマウントベッド１４ａから離間し、リード１４ｂと略平行に延在している。リード１４ｂ、１４ｃは、他端側が下方斜めに折り曲げられ、更に−Ｘ方向に折り曲げられている。
【００１７】
マウントベッド１３ａとマウントベッド１４ａは、略同一平面上に対向して配置されている。折り曲げられて＋Ｘ方向に延在するリード１３ｂ、１３ｃと折り曲げられて−Ｘ方向に延在するリード１４ｂ、１４ｃは、略別の同一平面上に配置されている。
【００１８】
発光素子１１は、マウントベッド１３ａに導電性接着剤を介して固着されている。発光素子１１の下面電極は、導電性接着剤を介してリード１３ｂに電気的に接続されている。発光素子１１の上面電極は。ワイヤ１５を介してリード１３ｃに電気的に接続されている受光素子１２の下面電極は、導電性接着剤を介してリード１４ｂに電気的に接続されている。受光素子１２の上面電極は。ワイヤ１６を介してリード１４ｃに電気的に接続されている。
【００１９】
リードフレーム１３、１４に載置された発光素子１１および受光素子１２は、発光素子１１から放出される光に対して第１屈折率ｎ１を有する第１透光性樹脂１７で覆われている。
【００２０】
ワイヤ１５、１６も、第１透光性樹脂１７に覆われている。第１透光性樹脂１７は、例えば第１屈折率ｎ１が約１．５３のシリコーン樹脂である。
【００２１】
第１透光性樹脂１７に覆われた発光素子１１と受光素子１２は、遮光性の筐体１８の凹部に収納されている。筐体１８は、例えば黒色エポキシ樹脂の成型体である。
【００２２】
筐体１８は、Ｘ方向の断面が台形状、Ｙ方向の断面が矩形状の第１の凹部と、第１の凹部の中央部にドーム状の第２凹部と、第１の凹部から一端まで延在する一対の第１の溝と、第１の凹部から他端まで延在する一対の第２の溝とを有している。第１および第２の凹部、第１および第２の溝は、それぞれ図示されない。
【００２３】
第１の凹部は、一端側が下方斜めに折り曲げられたリード１３ｂ、１３ｃと、他端側が下方斜めに折り曲げられたリード１４ｂ、１４ｃの形状に倣った傾斜面を有している。
【００２４】
第２の凹部は、発光素子１１から放出された光がドームの内面で反射されて受光素子１２に効率的に入射するような形状に設定されている。発光素子１１から第２の凹部の内面までの高さＨ１は、受光素子１２から第１の凹部の内面までの高さＨ２より低く設定されている。従って、ドームの形状は、Ｘ方向の断面視で発光素子１１と受光素子１２の中間線に対して非対称である。
【００２５】
第１および第２の溝は、それぞれリード１３ｂ、１３ｃの幅およびリード１４ｂ、１４ｃの幅に略等しい幅を有している。
【００２６】
第１の凹部の底面にマウントベッド１３ａ、１４ａ側から延在するリード１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃが接し、第１の凹部の傾斜面に下方斜めに折り曲げられたリード１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃが接している。
【００２７】
第１の溝に＋Ｘ方向に折り曲げられたリード１３ｂ、１３ｃが嵌合している。第２の溝に−Ｘ方向に折り曲げられたリード１４ｂ、１４ｃが嵌合している。
【００２８】
これにより、第１透光性樹脂１７に覆われた発光素子１１と受光素子１２は第２の凹部に収納される。第１透光性樹脂１７は、筐体１８の第２の凹部とは接していない。
【００２９】
第１透光性樹脂１７と筐体１８の第２の凹部の隙間には、第１屈折率ｎ１より低い第２屈折率ｎ２を有する第２透光性樹脂１９が充填されている。第２透光性樹脂１９は、例えば第２屈折率ｎ２が約１．４１のシリコーン樹脂である。
【００３０】
筐体１８の第１の凹部内に、第２の凹部を封止する遮光性の蓋体２０として、例えば黒色エポキシ樹脂が充填されている。
【００３１】
これにより、リード１３ｂ、１３ｃは、下方斜めに折り曲げられて＋Ｘ方向に延在する領域か筐体１８の下面（第１の凹部の開口側の面）および側面に露出している。リード１４ｂ、１４ｃは、下方斜めに折り曲げられて−Ｘ方向に延在する領域が筐体１８の下面および側面に露出している。
【００３２】
更に、筐体１８は、一端側にリード１３ｂ、１３ｃの先端部を露出する切り欠き部１８ａと、他端側にリード１４ｂ、１４ｃの先端部を露出する切り欠き部１８ｂを有している。光結合装置１０を基板に実装する際に、切り欠き部１８ａ、１８ｂを通してハンダフィレットを視認することが容易になる。
【００３３】
上述した光結合装置１０は、発光素子１１からの光取り出し効率を向上させ、受光素子１２の受光感度を向上させることにより、発光素子１１と受光素子１２の間の光結合効率を向上させるように構成されている。
【００３４】
発光素子１１は第１屈折率ｎ１を有する第１透光性樹脂１７と、第１の屈折率ｎ１より低い第２屈折率ｎ２を有する第２透光性樹脂１９で２重に覆われている。屈折率の変化が緩やかになるため、発光素子１１から取り出される光を増加させることができる。
【００３５】
例えばＧａＡｓの屈折率を３．５とすると、発光素子１１と第１透光性樹脂１７の界面における全反射角度は２５．９°、垂直入射時の反射率は０．１５である。
【００３６】
一方、発光素子１１が直接第２透光性樹脂１９で覆われているとすると、発光素子１１と第２透光性樹脂１９の界面における全反射角度は、２３．７°、垂直入射時の反射率は０．１８である。
【００３７】
従って、発光素子１１と第２透光性樹脂１９の間に第１透光性樹脂１７を設けることにより、発光素子１１からの光取り出し効率を向上させることが可能である。
【００３８】
Ｘ方向の断面視で非対称なドーム状の第２の凹部の形状は、発光素子１１から放出され、第２の凹部の内面で反射される光のうち、受光素子１２の上面（受光面であるＰＮ接合面）に略垂直に入射する光が増加するような形状に設定する。
【００３９】
例えば、発光素子１１と受光素子１２の間の距離、第２の凹部の深さ等に応じて、発光素子１１側の曲率を小さくし、受光素子１２側の曲率を大きくするとよい。
【００４０】
これにより、第２の凹部の形状は、発光素子１１から第２の凹部の内面までの高さＨ１が受光素子１２から第２の凹部の内面までの高さＨ２より低い形状となる。
【００４１】
次に、光結合装置１０の製造方法について説明する。図２乃至図４は光結合装置１０の製造工程を順に示す断面図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、リードフレーム１３、１４を用意する。リードフレーム１３、１４は、リードフレーム１３、１４を１ユニットとしてＸ方向に繰り返し形成されているリードフレームの一部である。
【００４３】
図２（ｂ）に示すように、発光素子１１をマウントベッド１３ａに導電性接着剤（図示せず）を用いてマウントする。受光素子１２をマウントベッド１４ａに導電性接着剤（図示せず）を用いてマウントする。
【００４４】
次に、ワイヤ１５を発光素子１１およびリード１３ｃにボンディングする。ワイヤ１６を受光素子１２およびリード１４ｃにボンディングする。
【００４５】
図２（ｃ）に示すように、リードフレーム１３、１４を反転した後、ディスペンサー３１を用いて液状の第１シリコーン樹脂３２を滴下する。滴下された第１シリコーン樹脂３２は、自身の表面張力と自重に応じて略ドーム状になる。これにより、リードフレーム１３、１４に載置された発光素子１１および受光素子１２が第１シリコーン樹脂３２で覆われる。
【００４６】
このとき、リードフレーム１３、１４を少し傾けて、受光素子１２側の第１シリコ−ン樹脂３２の厚さが発光素子１１側の第１シリコ−ン樹脂３２の厚より大きくなるようにするとよい。これは、第１シリコ−ン樹脂３２の形状を筐体１８の第２の凹部の形状に近づけるためである。
【００４７】
ワイヤ１５、１６も第１シリコーン樹脂３２で覆われるようにするとよい。これは、ワイヤ１５、１６が第１シリコーン樹脂３２からはみ出していると、後述する第１透光性樹脂１７と筐体１８の第２の凹部の隙間に第２透光性樹脂１９を充填する工程で、ワイヤ１５、１６に気泡がまとわりつくのを防止するためである。
【００４８】
ワイヤ１５、１６にまとわりついた気泡が存在すると、発光素子１１と受光素子１２の間にリーク電流が流れ、光結合装置１０の耐圧が低下し、信頼性が損なわれる恐れがある。
【００４９】
次に、発光素子１１および受光素子１２を覆う第１シリコ−ン樹脂３２を所定の温度でキュアする。これにより、第１屈折率ｎ１を有し、発光素子１１および受光素子１２を覆う第１透光性樹脂１７が得られる。
【００５０】
次に、図３（ａ）に示すように、予め遮光性樹脂を成型して得られた筐体１８を用意する。筐体１８は、リードフレーム１３、１４の１ユニットに合わせてＸ方向に繰り返し形成されている成型体の一部である。
【００５１】
上述したように、筐体１８はＸ方向の断面が台形状で、Ｙ方向の断面が矩形状の第１の凹部１８ｃと、中央部にＸ方向の断面視で非対称なドーム状の第２の凹部１８ｄを有している。
【００５２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ディスペンサー３１を用いて、筐体１８の第２の凹部１８ｄに液状の第２シリコーン樹脂３３を注入する。第２シリコーン樹脂３３は、第２の凹部１８ｄから第１の凹部１８ｃの途中まで満たしている。
【００５３】
次に、図３（ｃ）に示すように、反転させたリードフレーム１３、１４を筐体１８の第１の凹部１８ｃに挿入する。リード１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃのマウントベッド１３ａ、１４ａから延在する領域が第１の凹部１８ｃの底面に接する。リード１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃの下方斜めに折り曲げられた領域が第１の凹部１８ｃの傾斜面に接する。リード１３ｂ、１３ｃの＋Ｘ方向に折り曲げられた領域が一対の第１の溝に嵌合する。リード１４ｂ、１４ｃの−Ｘ方向に折り曲げられた領域が一対の第２の溝に嵌合する。
【００５４】
これにより、リードフレーム１３、１４に載置され、第１透光性樹脂１７で覆われた発光素子１１および受光素子１２が第２の凹部１８ｄ内に収納され、液状の第２シリコーン樹脂３３で覆われる。
【００５５】
次に、第２シリコーン樹脂３３を所定の温度でキュアする。これにより、第１屈折率ｎ１より小さい第２屈折率ｎ２を有し、第１透光性樹脂１７と第１の凹部１８ａとの間に充填された第２透光性樹脂１９が得られる。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、ディスペンサー３４を用いて第１の凹部１８ｃに液状の黒色樹脂３５を滴下し、第１の凹部１８ｃを液状の黒色樹脂３５で満たす。
【００５７】
次に、黒色樹脂３５を所定の温度でキュアする。これにより、発光素子１１および受光素子１２が収納された第２の凹部１８ｄを封止する遮光性の蓋体２０が得られる。
【００５８】
図４（ｂ）に示すように、この段階では、多数の光結合装置１０がリードフレーム１３、１４を１ユニットとするリードフレームによりＸ方向に連接されている。
【００５９】
図４（ｃ）に示すように、連続したリードフレーム１３とリードフレーム１４の間のリードを、例えばブレード３６を用いて切断する。これにより、図１に示す光結合装置１０が得られる。
【００６０】
以上説明したように、本実施例の光結合装置１０では、第１屈折率ｎ１を有する第１透光性樹脂１７が、リードフレーム１３、１４に載置された発光素子１１および受光素子１２を覆っている。
【００６１】
リードフレーム１３、１４に載置された発光素子１１および受光素子１２は、筐体１８の第２の凹部１８ｄに収納されている。第２の凹部１８ｄは、発光素子１１から第２の凹部１８ｄの内面までの高さＨ１が受光素子１２から第２の凹部１８ｄの内面までの高さＨ２より低い非対称なドーム状である。
【００６２】
第１透光性樹脂１７と第２の凹部１８ｄとの隙間に、第１屈折率ｎ１より低い第２屈折率ｎ２を有する第２透光性樹脂１９が充填されている。
【００６３】
その結果、発光素子１１からの光取り出し効率が向上するとともに、受光素子１２の受光感度が向上する。従って、光結合効率を高めた光結合装置が得られる。
【００６４】
ここでは、第１透光性樹脂１７と第２透光性樹脂１９は、材質が異なるシリコーン樹脂である場合について説明したが、材質が同じシリコーン樹脂のキュア温度を異ならしめて屈折率差を与えることも可能である。
【００６５】
また、リードフレーム１３、１４を１ユニットとしてＸ方向およびＹ方向に繰り返し形成されているリードフレームを用いることもできる。図４（ｃ）に示す工程で、リードフレームをＹ方向にも離散的に切断することにより、１製品で複数の出力を有する光結合装置が得られる。
【実施例２】
【００６６】
本発明の実施例２に係る光結合装置について、図５を用いて説明する。図５は本実施例の光結合装置を示す断面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、筐体１８の第２の凹部と第２透光性樹脂との間に白色樹脂層を設けたことにある。
【００６７】
即ち、図５に示すように、本実施例の光結合装置４０は、筐体１８の第２の凹部１８ｄと第２透光性樹脂１９の間に白色樹脂層４１が設けられている。白色樹脂層４１は、第２透光性樹脂１９の略全面を覆うように設けられている。
【００６８】
白色樹脂層４１は、例えばシリカ（ＳｉＯ２）の微粒子を多量に混濁させたシリコーン樹脂である。
【００６９】
白色樹脂層４１の光反射率は黒色樹脂の成型体である筐体１８の光反射率より高ので、第２透光性樹脂１９と白色樹脂層４１の界面で反射される光が増加する。従って、受光素子１２に入射する光が増加するし、光結合効率を更に向上させることが可能である。
【００７０】
白色樹脂層４１の膜厚は特に限定されないが、バルク材としての反射率を維持するためには、発光素子１１から放出される光の透過が無視できる厚さ、例えば約１μｍ以上は必要である。
【００７１】
次に、光結合装置４０の製造方法について説明する。図６は光結合装置４０の製造工程の要部を示す断面図である。
【００７２】
図６に示すように、例えば噴霧器４３を用いたスプレー法により、筐体１８の第２の凹部１８ｄに液状の白色樹脂４４を塗布する。第１の凹部１８ｃに塗布された白色樹脂４４を所定の温度でキュアすることにより、白色樹脂層４１が得られる。
【００７３】
なお、白色樹脂４４が第２の凹部１８ｄからはみ出して第１の凹部１８ｃの一部に塗布されても、特に問題は生じない。
【００７４】
以上説明したように、本実施例の光結合装置４０では、筐体１８の第２の凹部１８ｄと第２透光性樹脂１９の間に白色樹脂層４１が設けられているので、光結合効率を更に向上させることできる利点がある。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７６】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  前記筐体は、黒色樹脂の成型体である請求項１に記載の光結合装置。
【００７７】
（付記２）  前記筐体は、前記発光素子から放出された光を前記受光素子に伝播する反射体を兼ねている請求項１に記載の光結合装置。
【００７８】
（付記３）  前記蓋体は、黒色樹脂である請求項１に記載の光結合装置。
【符号の説明】
【００７９】
１０、４０  光結合装置
１１  発光素子
１２  受光素子
１３、１４  リードフレーム
１３ａ、１４ａ  マウントベッド
１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃ  リード
１５、１６  ワイヤ
１７  第１透光性樹脂
１９  第２透光性樹脂
１８  筐体
１８ａ、１８ｂ  切り欠き部
１８ｃ  第１の凹部
１８ｄ  第２の凹部
２０  蓋体
３１、３４  ディスペンサー
３２  第１シリコーン樹脂
３３  第２シリコーン樹脂
３５  黒色樹脂
３６  ブレード
４１  白色樹脂層
４３  噴霧器
４４  白色樹脂
【図１】
2013179226.tif 000003
【図２】
2013179226.tif 000004
【図３】
2013179226.tif 000005
【図４】
2013179226.tif 000006
【図５】
2013179226.tif 000007
【図６】
2013179226.tif 000008