(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に発光素子側配線パターンが設けられ該発光素子側配線パターン上に発光素子が搭載された発光素子側絶縁性基板、および、表面に受光素子側配線パターンが設けられ該受光素子側配線パターン上に受光素子が搭載された受光素子側絶縁性基板が設けられており、該発光素子側絶縁性基板および該受光素子側絶縁性基板のそれぞれは、前記発光素子および前記受光素子がそれぞれ搭載される素子搭載部分と、前記各素子搭載部分のそれぞれに対して略直角に延出する側面部分とを有する断面略Ｌ字形状であり、
前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが相対向するように、前記発光素子側絶縁性基板および前記受光素子側絶縁性基板におけるそれぞれの前記各素子搭載部分が相対向して配置されるとともに、前記側面部分同士が相対向して配置されるように組み合わされており、
前記発光素子側配線パターンは、前記発光素子側絶縁性基板の前記素子搭載部分における前記発光素子が搭載される内側表面から、該発光素子側絶縁性基板における前記側面部分先端の外側に露出した表面にわたって設けられて、該外側に露出した表面に位置する前記発光素子側配線パターン部分が光結合素子の底面に位置する半田付け用端子部を有し、
前記受光素子側配線パターンは、前記受光素子側絶縁性基板における前記素子搭載部分の前記受光素子が搭載される内側表面から、該素子搭載部分の外側に露出した表面における該受光素子側絶縁性基板の前記側面部分の外側に露出した表面に連続した部分にわたって設けられて、該連続した部分に位置する前記受光素子側配線パターン部分が光結合素子の底面に位置する半田付け用端子部を有し、
電気信号を前記発光素子によって光信号に変換して放射し、その光信号を前記受光素子によって受光して再び電気信号に変換することを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
前記発光素子側絶縁性基板と前記受光素子側絶縁性基板とが、前記発光素子および前記受光素子をモールドする透光性樹脂により一体化されている請求項１に記載の光結合素子。
【請求項３】
前記発光素子側絶縁性基板と前記受光素子側絶縁性基板のそれぞれの前記素子搭載部分の先端部に、他方の素子搭載部に向かって突出する凸部がそれぞれ設けられて、該凸部のそれぞれの側面が他方の絶縁性基板の内側の面に接している請求項１または請求項２に記載の光結合素子。
【請求項４】
前記発光素子側絶縁性基板の前記発光素子側配線パターンおよび前記受光素子側絶縁性基板の前記受光素子側配線パターンのそれぞれの前記半田付け用端子部は、同一平面上に位置するように配置されている請求項１に記載の光結合素子。
【請求項５】
前記発光素子側絶縁性基板が、前記発光素子の側面方向に放射された光信号を前記受光素子方向に反射させる斜面部を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光結合素子。
【請求項６】
前記発光素子側絶縁性基板および前記受光素子側絶縁性基板が、該絶縁性基板のそれぞれに設けられた前記各配線パターンを外部に引き出すスルーホールをそれぞれ有する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光結合素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を発光素子によって光信号に変換し、その光信号を受光素子によって再び電気信号に変換することにより、入力側と出力側とを電気的に絶縁させる機能を有する光結合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光素子と受光素子とを相対向するように配置した対向型の光結合素子においては、図２０に示すような構造が知られている。この光結合素子は、リードフレーム１４のヘッダー部に搭載された発光素子１と受光素子２とが金線３によりリードフレーム１４にワイヤボンディングされている。そして、これらが直方体形状の透光性樹脂５によりリードフレーム１４と一体的にモールドされて光結合し、さらに、遮光性樹脂１６によりモールドされた２重モールド構造となっている。
【０００３】
対向型の光結合素子の他の従来技術としては、図２１に示すような構造も知られている。この光結合素子では、リードフレームの代わりに絶縁性基板６を用いている。発光素子１および受光素子２は各々発光側および受光側の凹状絶縁性基板６、６内に配置され、２つの凹状絶縁性基板６、６を合わせることにより両素子１、２が互いに対向して光結合している。なお、図の中央部の線４ａは、上下の絶縁性基板を貼り合わせるための接着剤である。
【０００４】
さらに、絶縁性基板を用いた他の従来技術として、図２２に示すような構造も知られている。この光結合素子は、凹状の絶縁性基板６に、下側の素子１の搭載部と半田付け部までの配線パターン４、および上側の素子２の半田付け部までの配線パターン４が設けられている。そして、上側の素子２を搭載した平板状の絶縁性基板６が、半田バンプにより下側の凹状の絶縁性基板６の配線パターン４に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、対向型の光結合素子において、リードフレームを用いる構造とした場合には、以下のような問題がある。リードフレームの厚さは０．２ｍｍが最小であり、発光側と受光側とを合わせると０．４ｍｍの厚さをリード部に要するため、光結合素子の厚さを薄くすることが困難である。例えば図２０に示した従来例では、２重モールド構造でもあるため、現在のところ、厚さ２．１ｍｍが光結合素子の最小厚みとなっている。
【０００６】
さらに、この光結合素子においては、発光側リードフレーム１４に伝達された電気信号が発光側リードフレーム１４のヘッダー部に搭載された発光素子１に伝達されて発光素子１の接合面１ａから光信号に変換され、受光素子２に伝搬される。このとき、発光素子１の接合面１ａから側面方向に放射された光信号は、透光性樹脂５によって吸収されて殆ど受光素子２に到達しない。また、透光性樹脂の周囲まで到達した光信号も遮光性樹脂１６によって殆ど吸収されて受光素子２には伝搬されず、伝達効率が悪くなっていた。
【０００７】
図２１に示した凹状の絶縁性基板を用いた従来技術は、リードフレームを用いないため、薄型化が可能な非常に有用な技術である。しかし、この構造では、上側の絶縁性基板６の配線パターン４を半田付けするのが困難であり、下側の絶縁性基板６の配線パターン４に接続する必要があるため、製造が複雑になる。また、凹状の絶縁性基板６内に素子を搭載するため、ダイボンドやワイヤボンドが困難となっていた。
【０００８】
さらに、図２２に示した従来技術も、薄型化が可能な非常に有用な技術である。しかし、この構造でも、下側の凹状の絶縁性基板６の配線パターン４に上側の平板状の絶縁性基板６の配線パターン４に接続する必要があるため、製造が複雑になり、下側の凹状の絶縁性基板６内に素子を搭載するため、ダイボンドやワイヤボンドが困難となっていた。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、薄型化が可能で生産性を向上させることができ、さらに、光伝達効率の向上を図ることができる光結合素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合素子は、表面に発光素子側配線パターンが設けられ該発光素子側配線パターン上に発光素子が搭載された発光素子側絶縁性基板、および、表面に受光素子側配線パターンが設けられ該受光素子側配線パターン上に受光素子が搭載された受光素子側絶縁性基板が設けられており、該発光素子側絶縁性基板および該受光素子側絶縁性基板のそれぞれは、前記発光素子および前記受光素子がそれぞれ搭載される素子搭載部分と、前記各素子搭載部分のそれぞれに対して略直角に延出する側面部分とを有する断面略Ｌ字形状であり、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが相対向するように、前記発光素子側絶縁性基板および前記受光素子側絶縁性基板におけるそれぞれの前記各素子搭載部分が相対向して配置されるとともに、前記側面部分同士が相対向して配置されるように組み合わされており、前記発光素子側配線パターンは、前記発光素子側絶縁性基板の前記素子搭載部分における前記発光素子が搭載される内側表面から、該発光素子側絶縁性基板における前記側面部分先端の外側に露出した表面にわたって設けられて、該外側に露出した表面に位置する前記発光素子側配線パターン部分が光結合素子の底面に位置する半田付け用端子部を有し、前記受光素子側配線パターンは、前記受光素子側絶縁性基板における前記素子搭載部分の前記受光素子が搭載される内側表面から、該素子搭載部分の外側に露出した表面における該受光素子側絶縁性基板の前記側面部分の外側に露出した表面に連続した部分にわたって設けられて、該連続した部分に位置する前記受光素子側配線パターン部分が光結合素子の底面に位置する半田付け用端子部を有し、電気信号を前記発光素子によって光信号に変換して放射し、その光信号を前記受光素子によって受光して再び電気信号に変換することを特徴としており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
前記発光素子側絶縁性基板の前記配線パターンと前記受光素子側絶縁性基板の前記配線パターンの各々が、前記各絶縁性基板の外側表面に位置する半田付け用端子部を備えていてもよい。
【００１２】
前記発光素子側絶縁性基板と前記受光素子側絶縁性基板とが、前記発光素子および前記受光素子をモールドする透光性樹脂により一体化されていてもよい。
【００１３】
前記発光素子側絶縁性基板と前記受光素子側絶縁性基板のそれぞれの断面が略Ｌ字形状であり、それぞれの前記素子搭載部分の先端部に、他方の素子搭載部に向かって突出する凸部がそれぞれ設けられて、該凸部のそれぞれの側面が他方の絶縁性基板の内側の面に接していてもよい。
【００１４】
前記発光素子側絶縁性基板の前記配線パターンおよび前記受光素子側絶縁性基板の前記配線パターンのそれぞれの前記半田付け用端子部は、同一平面上に位置するように配置されていてもよい。
【００１５】
前記発光素子側絶縁性基板が、前記発光素子の側面方向に放射された光信号を前記受光素子方向に反射させる斜面部を有していてもよい。
【００１６】
断面が略Ｌ字形状になった前記発光素子側絶縁性基板または前記受光素子側絶縁性基板が、該絶縁性基板に設けられた前記配線パターンを外部に引き出すスルーホールを有していてもよい。
【００１７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１８】
本発明にあっては、対向型の光結合素子において、発光素子および受光素子を搭載する基板として、メッキ等による配線パターンを有する絶縁性基板を用いる。これにより、厚さの必要なリードフレームを用いずに光結合素子の大幅な薄型化を図ることが可能となる。また、絶縁性基板の断面をＬ字形状とすることにより、従来の凹状の絶縁性基板に比べてダイボンドやワイヤボンドが容易となる。
【００１９】
さらに、発光素子側絶縁性基板に発光側半田付け用端子部（電極）を設けることができ、受光素子側絶縁性基板に受光側半田付け用端子部（電極）を設けることができるので、従来のように上側基板の配線パターンを下側基板の配線パターンに接続する必要が無く、大幅な生産性向上を図ることが可能となる。
【００２０】
発光素子側絶縁性基板と受光素子側絶縁性基板とを、遮光性樹脂を用いた樹脂モールドにより一体化してもよい。特に、発光素子側と受光素子側の合わせ面が複雑になる場合には、樹脂モールドにて一体化した方が生産性が良い。さらに、接着により品質が安定する。
【００２１】
さらに、絶縁性基板の素子搭載面のＬ字の先端に、その面に略垂直な凸部を設けて、凸部の側面を他方の絶縁性基板の内側の面に接するようにすれば、透光性樹脂の周囲に沿った絶縁性基板の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を向上させることが可能である。これは、発光側と受光側に高電圧を印加した場合、最も耐圧の弱い場所で放電し、外部空間を除いた本結合素子本体では、内部の境界面が最も耐圧の弱い場所に当たるからである。
【００２２】
下側の絶縁性基板のＬ字の折れ曲がり部を、素子に対して半田付け用端子部の反対側に設けることにより、透光性樹脂の周囲に沿った絶縁性基板の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を向上させることが可能である。
【００２３】
発光素子側絶縁性基板に、発光素子の側面方向に放射された光信号を受光素子方向に反射させる斜面部を設けることにより、光伝達効率を大幅に向上させることが可能である。
【００２４】
さらに、絶縁性基板にスルーホールを設けることにより、配線パターンを絶縁性基板の内側からスルーホールを通って外側に逃がすことができ、透光性樹脂の周囲に沿った発光側と受光側の活電部の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を大幅に向上させることが可能である。なお、活電部とは、発光側または受光側の端子と電気的に導通している部分であり、ここでは配線パターンそのものを称している。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図１は本実施形態１における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、断面がＬ字形状の絶縁性基板６に発光素子１および受光素子２が搭載され、これらの素子１、２は、絶縁性基板６にメッキ等により形成した配線パターン４と、金線３によってワイヤボンディングされている。絶縁性基板６は、両素子１、２が互いに対向するように合わせられ、その内部がシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透光性樹脂５で充填されている。
【００２７】
この光結合素子は、例えば以下のようにして作製することができる。まず、図２（ａ）の斜視図に示すように、受光素子を搭載した多連の受光側絶縁性基板と、図２（ｂ）の斜視図に示すように、発光素子を搭載した多連の発光側絶縁性基板とを、図２（ｃ）の斜視図に示すように組み合わせる。このとき、上側に配した発光側絶縁性基板において、光結合素子と光結合素子との間に相当する位置の中央部に樹脂注入用の穴を開けておき、図２（ｄ）の断面図に示すように、透明樹脂をその穴から内部に注入する。次に、図２（ｅ）の斜視図に示すようなディスク状のカッターを用いて、図２（ｆ）の断面図に示すように、透明樹脂から上の部分だけを各光結合素子の間でハーフカットし、下部はカットせずにつなげておく。このとき、上記樹脂注入用の穴も同時にカットする。次に、図２（ｇ）の断面図に示すように、ハーフカット部に遮光性樹脂を充填して硬化させる。その後、ディスク状のカッターを用いて、図２（ｈ）の断面図に示すように各光結合素子をカット・分離することにより、光結合素子が完成する。
【００２８】
このようにして得られる本実施形態の光結合素子は、配線パターン４を設けた絶縁性基板６を用いているので、厚さの必要なリードフレームを用いる必要が無く、光結合素子の厚さを例えば１．４ｍｍ程度と大幅に薄くすることができる。また、絶縁性基板６の断面がＬ字形状であるので、発光素子１や受光素子２のダイボンドやワイヤボンドも容易である。さらに、発光素子１側絶縁性基板６および受光素子２側絶縁性基板６に各々の半田付け用端子部４ｂを設けることができるので、図２１および図２２に示した従来例のように上側基板の配線パターンを下側基板の配線パターンに接続する必要が無く、製造が容易である。
【００２９】
なお、絶縁性基板は、発光素子側および受光素子側の一方のみをＬ字形状としてもよい。
【００３０】
（実施形態２）
図３は本実施形態２における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、図１に示した構造において、発光素子１側のＬ字形状の絶縁性基板６に斜面部６ａが設けられている。
【００３１】
この斜面部６ａにより、発光素子１の接合面１ａから側面方向に放射された光信号が受光素子２方向に反射され、受光素子２に受光されるので、光伝達効率を大幅に向上させることができる。
【００３２】
（実施形態３）
図４は本実施形態３における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、図１に示した構造において、Ｌ字形状の絶縁性基板６にスルーホール６ｂが設けられ、配線パターン４が絶縁性基板６の内側からスルーホール６ｂを通って外側に出ている。
【００３３】
これにより、配線パターン４を絶縁性基板６の外側に逃がすことができるので、透光性樹脂５の周囲に沿った発光側と受光側の活電部の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
【００３４】
なお、絶縁性基板のスルーホールは、発光素子側および受光素子側の一方のみに設けてもよい。
【００３５】
（実施形態４）
図５は本実施形態４における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、図１に示した構造において、発光素子１および受光素子２を搭載したＬ字形状の絶縁性基板６が、エポキシ樹脂等の遮光性樹脂７によりモールドされて一体化されている。
【００３６】
これにより、発光側と受光側を接着せずに一体化することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においても、図６に示すように、絶縁性基板６に斜面部６ａを設けて、発光素子１の接合面１ａから側面方向に放射された光信号を受光素子２方向に反射させ、受光素子２に受光させることができる。
【００３８】
さらに、図７に示すように、絶縁性基板６にスルーホール６ｂを設けて、配線パターン４を絶縁性基板６の内側からスルーホール６ｂを通って外側に逃がすことができる。
【００３９】
（実施形態５）
図８は本実施形態５における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、図１に示した構造において、絶縁性基板６の素子搭載面のＬ字の先端に、その面に略垂直な凸部６ｃが設けられ、その凸部６ｃの側面が他方の絶縁性基板６の内側の面に接している。
【００４０】
これにより、透光性樹脂５の外側に沿った絶縁性基板６の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
【００４１】
なお、絶縁性基板の凸部は、発光素子側および受光素子側の一方のみに設けてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態においても、図９および図１２に示すように、絶縁性基板６に斜面部６ａを設けて、発光素子１の接合面１ａから側面方向に放射された光信号を受光素子２方向に反射させ、受光素子２に受光させることができる。
【００４３】
さらに、図１０および図１３に示すように、絶縁性基板６にスルーホール６ｂを設けて、配線パターン４を絶縁性基板６の内側からスルーホール６ｂを通って外側に逃がすことができる。
【００４４】
さらに、図１１、図１２および図１３に示すように、発光素子１および受光素子２を搭載したＬ字形状の絶縁性基板６を遮光性樹脂７によりモールドして一体化することもできる。
【００４５】
（実施形態６）
図１４は本実施形態６における対向型の光結合素子の概略構成を示す断面図である。この光結合素子は、図１に示した構造において、下側の絶縁性基板６のＬ字の折れ曲がり部６ｄが、素子に対して半田付け用端子部４ｂの反対側に設けられている。
【００４６】
これにより、透光性樹脂５の周囲に沿った絶縁性基板６の内部沿面距離を長くして、絶縁耐圧を向上させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においても、図１５および図１８に示すように、絶縁性基板６に斜面部６ａを設けて、発光素子１の接合面１ａから側面方向に放射された光信号を受光素子２方向に反射させ、受光素子２に受光させることができる。
【００４８】
さらに、図１６および図１９に示すように、絶縁性基板６にスルーホール６ｂを設けて、配線パターン４を絶縁性基板６の内側からスルーホール６ｂを通って外側に逃がすことができる。
【００４９】
さらに、図１７、図１８および図１９に示すように、発光素子１および受光素子２を搭載したＬ字形状の絶縁性基板６を遮光性樹脂７によりモールドして一体化することもできる。
【００５０】
なお、上記実施形態１〜実施形態６では、発光素子１を上側の絶縁性基板に搭載し、受光素子２を下側の絶縁性基板に搭載したが、発光素子を下側の絶縁性基板に搭載し、受光素子２を上側の絶縁性基板に搭載することも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、断面がＬ字形状の絶縁性基板を用いることにより、大幅な薄型化が可能で素子のダイボンドやワイヤボンドが容易であり、さらに、光伝達効率や絶縁耐圧を向上させることができる対向型の光結合素子を、低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１の光結合素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】実施形態２の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態３の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図５】実施形態４の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図６】実施形態４の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図７】実施形態４の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図８】実施形態５の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図９】実施形態５の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１０】実施形態５の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１１】実施形態５の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１２】実施形態５の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１３】実施形態５の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１４】実施形態６の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１５】実施形態６の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１６】実施形態６の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１７】実施形態６の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１８】実施形態６の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図１９】実施形態６の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図２０】従来の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図２１】従来の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【図２２】従来の他の光結合素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  発光素子
１ａ  発光素子の接合面
２  受光素子
３  金線
４  配線パターン
４ａ  接着剤
４ｂ  半田付け用端子部
５  透光性樹脂
６  絶縁性基板
６ａ  斜面部
６ｂ  スルーホール
６ｃ  凸部
６ｄ  折れ曲がり部
１４  リードフレーム
７、１６  遮光性樹脂
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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