(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光側リードフレームと、該発光側リードフレームのヘッダー部に搭載された発光素子と、受光側リードフレームと、該受光側リードフレームのヘッダー部に搭載された受光素子と、対向配置された前記発光素子と受光素子との間に充填された透光性樹脂により形成された光路体とからなる光結合装置において、前記受光素子の外周面に沿って、前記透光性樹脂の流れを堰き止めるための突起が形成され、前記突起は、高粘度でかつ低流動性の樹脂にて形成され、前記突起より内側に配された前記受光素子が前記光路体により覆われたことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
発光側リードフレームと、該発光側リードフレームのヘッダー部に搭載された発光素子と、受光側リードフレームと、該受光側リードフレームのヘッダー部に搭載された受光素子と、対向配置された前記発光素子と受光素子との間に充填された透光性樹脂により形成された光路体とからなる光結合装置において、前記受光側リードフレームに開口が形成され、前記受光素子の受光面が前記開口に面するように前記受光素子が前記受光側リードフレームの下側に取り付けられ、前記開口は、前記受光素子の受光面より広くかつ受光素子よりも小さく形成され、前記開口の周壁が、前記透光性樹脂の流れを堰き止めるための突起となり、前記突起より内側が前記光路体により覆われたことを特徴とする光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合装置に関し、特にフォトＭＯＳリレーの構造の改良に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近時、光結合装置においては、電圧駆動型で低消費電力のフォトＭＯＳリレーが主流となってきている。
【０００３】
かかるフォトＭＯＳリレーの構造を図１３ないし図１６に示す。図１３は従来のフォトＭＯＳリレーの受光素子の平面図、図１４はフォトＭＯＳリレーのチップ搭載状態を示す平面図、図１５はフォトＭＯＳリレーの断面図、図１６はフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の状態を示す断面図である。これらの図を参照して、上記フォトＭＯＳリレーは、発光側リードフレーム１と、この発光側リードフレーム１に搭載された発光素子（以下、「発光チップ」という。）２と、受光側リードフレーム３と、この受光側リードフレーム３に搭載された受光素子（以下、「受光チップ」という。）４と、受光側リードフレーム３を挟んで配置された２つの出力側リードフレーム５と、この各出力側リードフレーム５にそれぞれ搭載されたＭＯＳ素子（以下、「ＭＯＳチップ」という。）６とを備えており、発光チップ２と受光チップ４とを略同一光軸上になるよう所定の間隔をあけて対向配置して樹脂により光学的に結合して光路体（以下、「光パス」という。）７が形成されている。
【０００４】
この種のフォトＭＯＳリレーは、以下のようにして製造される。即ち、まず、予め対向することを考慮して折り曲げられた、銅、鉄、４２アロイ等の金属製の発光側リードフレーム１及び受光側リードフレーム３に、発光チップ２及び受光チップ４をそれぞれ個別に銀ペースト等の導電性ペーストにより接着してダイボンドする。また、これと並行して、スイッチングさせるためのＭＯＳチップ６を出力側リードフレーム５に同じく導電性ペーストにより接着してダイボンドする。次に、各リードフレーム１，３，５のアウターリード部に金線等のボンディングワイヤーを用いてワイヤーボンディングを施す。その後、スポット溶接、あるいはローディングフレームにセットすること等により、発光チップ２及び受光チップ４を略同一光軸上になるよう所定の間隔をあけて対向配置させ、樹脂を充填することにより光学的に結合して発光チップ２と受光チップ４間の光パス７の形成を行う。この樹脂には、発光チップ２及び受光チップ４のジャンクション等の応力緩和のために、透光性を有するシリコン樹脂を用いることが一般的である。そして、光パス７の形成後に、遮光性エポキシ樹脂にてトランスファーモールドを行って外装体１０を形成する等してフォトＭＯＳリレーが完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記フォトＭＯＳリレーにおいては、図１３に示すように、受光チップ４の受光面上には、ＭＯＳチップ６の制御回路８及び複数の受光セル９が形成されており、受光セル９の面積及び数によって起電圧及び電流が規定されている。
【０００６】
しかしながら、従来のフォトＭＯＳリレーにあっては、光パス７を形成するためにシリコン樹脂を充填するが、この際にシリコン樹脂の粘度変化、注入角度の差等により光パス７が変形する。そのため、図１６に示すように、樹脂の未充填により受光チップ４の一部にシリコン樹脂がかからない場合がある。この場合、フォトＭＯＳリレーでは受光セル９の面積及び数により電圧、電流が決定されるため、受光チップ４の受光面上の受光セル９の一部又は全部が光パス７の範囲から外れ、起電力不足や電流不足となる。その結果、完成製品の電気的特性が不良となるため、光パス７の形成工程において、微妙な装置調整や厳重なシリコン樹脂管理等による付帯費用管理の増大及び高度な光パスの検査が必要となり、歩留まりの低下等によりコスト高の要因となっている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、歩留まりを向上させることによってコスト安価な光結合装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る課題解決手段は、発光側リードフレームと、該発光側リードフレームのヘッダー部に搭載された発光素子と、受光側リードフレームと、該受光側リードフレームのヘッダー部に搭載された受光素子と、対向配置された前記発光素子と受光素子との間に充填された透光性樹脂により形成された光路体とからなる光結合装置において、前記受光素子の外周面に沿って、前記透光性樹脂の流れを堰き止めるための突起が形成され、前記突起は、高粘度でかつ低流動性の樹脂にて形成され、前記突起より内側に配された前記受光素子が前記光路体により覆われたものである。
【０００９】
上記構成において、受光素子の側面に沿って突起を形成しているので、光路体の形成時に透光性樹脂が外部に流出するのを防止して、受光素子の受光面を透光性樹脂で容易に覆うことができる結果、透光性樹脂から受光素子の受光面の一部がはみ出すことがなくなる。
【００１０】
したがって、検査工程での歩留まり不良を低減することができると共に工程での付帯作業が軽微で済む。その結果、大幅なコストダウンを行うことが可能となる。
【００１１】
また、１次−２次間の距離（発光側ワイヤーループトップと受光素子表面との距離）が長くなり、発光側リードフレームのヘッダー部と受光側リードフレームのヘッダー部とを近づけることができる。その結果、光結合装置の小型化を図ることも可能となる。
【００１２】
そして、突起は、高粘度でかつ低流動性の樹脂にて形成されているものである。
【００１３】
上記構成において、突起は、高粘度でかつ低流動性の樹脂にて形成されているので、予め受光側リードフレームのヘッダー部に特殊な加工を施すことなく、光路体の形成時に透光性樹脂の流れを防止するダム効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図、図２は同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図である。これらの図を参照して、本実施形態のフォトＭＯＳリレーは、発光側リードフレーム１１と、この発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａ上に搭載された発光素子（以下、「発光チップ」という。）１２と、受光側リードフレーム１３と、この受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａ上に搭載された受光素子（以下、「受光チップ」という。）１４と、受光側リードフレーム１３を挟んで配置された２つの出力側リードフレーム（図示せず。）と、各出力側リードフレームのヘッダー部に搭載されたＭＯＳ素子（図示せず。以下、「ＭＯＳチップ」という。）とを備えており、発光チップ１２と受光チップ１４とを略同一光軸上になるよう所定の間隔をあけて対向配置して透光性樹脂、例えば透光性を有するシリコン樹脂により光学的に結合して光路体（以下、「光パス」という。）１５が形成されている。
【００１６】
発光側リードフレーム１１及び受光側リードフレーム１３は、銅、鉄、４２アロイ等の金属から作成されており、予め対向することを考慮して折り曲げ加工が施されている。受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａには、金型等によるスタンピング等で凹み１６が形成されている。この凹み１６の面積及び深さは、受光チップ１４全体が入り込むように設定されている。例えば、深さは０．１〜０．５ｍｍとされる。また、凹み１６の周壁１６ａは、外側から内側に向かって下るように傾斜している。周壁１６ａが傾斜されているのは、スタンピング時に金型にテーパーを形成して、ワークすなわち受光側リードフレーム１３の離型をよくするためであり、またシリコン樹脂が凹み１６内に流れ込みやすくなるためである。なお、周壁１６ａをフライス盤等で垂直に研削加工してもよい。
【００１７】
発光チップ１２としては、例えば発光ダイオード等が採用されており、一方受光チップ１４としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が採用されている。この受光チップ１４の受光面上には、ＭＯＳチップの制御回路（図示せず。）及び複数の受光セル（図示せず。）が形成されており、受光セルの面積及び数によってフォトＭＯＳリレーの起電圧及び電流が規定されるようになっている。
【００１８】
図３はフォトＭＯＳリレーの製造方法を示すフローチャートである。同図を参照して、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａ上に発光チップ１２を銀ペースト等の導電性ペーストにより接着してダイボンドすると共に、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａに形成された凹み１６内に受光チップ１４を発光チップ１２と同様の手段を用いて接着してダイボンドする。また、これと並行して、スイッチングさせるためのＭＯＳチップを出力側リードフレームに同じく導電性ペーストにより接着してダイボンドする。
【００１９】
そして、金線等のボンディングワイヤーにより、発光側リードフレーム１１、受光側リードフレーム１２及び出力側リードフレームのアウターリード部との接続を行ってワイヤーボンディングを施す。
【００２０】
次に、スポット溶接、あるいはローディングフレームにセットすること等により、発光チップ１２及び受光チップ１４が略同一光軸上になるよう、発光チップ１２と受光チップ１４とを所定の間隔をあけて対向配置させた後、透光性を有するシリコン樹脂を充填（注入）して光パス１５を形成して、発光チップ１２及び受光チップ１４を光学的に結合する。このとき、各リードフレーム１１，１３またはシリコン樹脂塗布部を斜めに保持しておくと、シリコン樹脂の充填（注入）が容易になる。また、発光側と受光側とに個別にシリコン樹脂の塗布を行った後、発光チップ１２と受光チップ１４とを所定の間隔をあけて対向配置させてもよい。
【００２１】
その後、遮光性エポキシ樹脂にてトランスファーモールドにより外装モールドを行うと共に外装めっきを施し、さらにタイバー及びリードカット等を行うことにより、フォトＭＯＳリレーが完成する。
【００２２】
上記構成において、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａに受光チップ１４より大きな凹み１６が形成され、その凹み１６に受光チップ１４が搭載され、光パス１５により受光チップ１４全体が覆われているので、受光チップ１４の受光面と受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの表面とが略面一となり、受光チップ１４のエッジの近傍まで受光セルが配置されていても、シリコン樹脂から受光セルがはみ出すことがなくなる。
【００２３】
したがって、受光チップ１４の一部に光が入らず特性不良になるといったことがなくなり、検査工程での歩留まり不良を低減することができると共に工程での付帯作業が軽微で済む。その結果、大幅なコストダウンを行うことが可能となる。
【００２４】
また、１次−２次間の距離（発光側ワイヤーループトップと受光チップ１４表面との距離）が長くなるので、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａと受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａとを近づけることができる。その結果、フォトＭＯＳリレーの小型化を図ることも可能となる。
【００２５】
図４は本発明の第２の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図であり、図５は同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図である。これらの図を参照して、本参考例のフォトＭＯＳリレーの特徴は、発光側リードフレーム１１の発光チップ１２が搭載されるヘッダー部１１ａの余白部分を削ることにより、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法ｙを受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法ｘの０．２倍ないし０．６倍と十分に小さくした点にあり、その他の構成は第１の実施形態と略同様である。ここで、余白部分とは、発光チップ１２が搭載されたとき発光チップ１２と面接触しているところより外側の部分であり、発光チップ１２の搭載に支障のない部分をいう。
【００２６】
本参考例において、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法ｙを受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法ｘの０．２倍ないし０．６倍と十分に小さくしているので、発光側リードフレーム１１と受光側リードフレーム１３との周縁間においてシリコン樹脂は表面張力により外側に膨らみ、光パス１５の断面形状がドーム形となって、発光側より十分に広い受光側に塗布されたシリコン樹脂の曲率を十分に活用することができる。
【００２７】
したがって、受光側リードフレーム１３の周縁におけるシリコン樹脂の厚みが薄くなるといったことがなくなり、表面張力等によるシリコン樹脂の未塗布部分を軽減することができ、その結果歩留まりを向上することができる。また、光パス１５をドーム形にすることで、反射、屈折、回折現象で受光面への入射光を増やすことができ、受光チップ１４の受光セルの性能のばらつきを吸収して、受光チップ１４の性能を向上できる。
【００２８】
ところで、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法ｙが受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法ｘの０．２倍より小さければ、シリコン樹脂を注入するとき、シリコン樹脂が横方向に広がって発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａに密着せず、発光チップ１２を十分に覆うことができなくなる。発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法ｙが受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法ｘの０．６倍より大きければ、シリコン樹脂の注入量が少ないと光パス１５の中間でのくびれが大きくなり、受光チップ１４が光パス１５から露出するので、多量のシリコン樹脂を注入しなければならない。したがって、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法ｙは、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法ｘの０．２倍ないし０．６倍が適している。
【００２９】
なお、受光側リードフレーム１３は、受光チップ１４が搭載される凹み１６が形成されたものであるが、図６に示すように、凹みがなくても上記効果が得られる。
【００３０】
図７は本発明の第３の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図、図８は同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図である。これらの図を参照して、本参考例の特徴は、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの側面（リード部分を除く３方向）を発光チップ１２側に折り曲げると共に、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの側面（リード部分を除く３方向）を受光チップ１４側に折り曲げることにより、両ヘッダー部１１ａ，１３ａに突起３０，３１を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるにようにした点にあり、その他の構成は第１の参考例と同様である。なお、各突起３０，３１の高さＡ，Ｂは、０．１５〜０．５ｍｍであり、少なくとも受光チップ１４の高さ以上であればよい。
【００３１】
本参考例において、各リードフレーム１１，１３のヘッダー部１１ａ，１３ａの側面をそれぞれチップ１２，１４側に折り曲げることにより、両ヘッダー部１１ａ，１３ａに突起３０，３１を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるにようにして光パス１５の形成時にシリコン樹脂が外部に流出するのを防止しているので、受光チップ１４の受光面をシリコン樹脂で容易に覆うことができる。その結果、第１の参考例と同様の作用効果を奏する。
【００３２】
また、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの側面を受光チップ１４側に折り曲げているので、光パス１５の形成時に特殊な方法を採用することなく突起を形成することができ、シリコン樹脂の流れを防止するダム効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、チップ１２，１４側に折り曲げた各リードフレーム１１，１３のヘッダー部１１ａ，１３ａを対向させた状態にすると、その対向する部分の形状がカップを対向した構造となる。そのため、光パス１５を形成する際のシリコン樹脂塗布後の形状が図７に示すような形状で安定する。その結果、受光チップ１４の受光面上の受光セルが露出するのを防止することができる。
【００３４】
図９は本発明の実施形態に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図、図１０は同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図である。これらの図を参照して、本実施形態の特徴は、受光チップ１４の側面に沿って周囲を取り囲むように、高粘度でかつ低流動性の樹脂を用いて突起３２を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるにようにした点にあり、その他の構成は第１の参考例と同様である。
【００３５】
図１１はフォトＭＯＳリレーの製造方法を示すフローチャートである。同図を参照して、光パス１５を形成する際には、まず、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａにダイボンドされた受光チップ１４の周りに高粘度でかつ低流動性のシリコン樹脂を塗布して突起３２を形成する。この突起３２の高さＣは、受光チップ１４の高さと同等以上の高さが望ましく、例えば０．１５〜０．５ｍｍとされる。その後、突起３２より内側の領域に低粘度のシリコン樹脂を充填することにより光パス１５を形成する。
【００３６】
なお、光パス１５を形成するまでの工程及び光パス１５を形成した後の工程は第１の参考例と同様であるので、その説明を省略する。
【００３７】
本実施形態において、受光チップ１４の側面に沿って高粘度でかつ低流動性の樹脂を用いて突起３２を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるようにしているので、シリコン樹脂の流れを防止するダム効果を得ることができると共に、予め受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａに特殊な加工を施すことなく、光パス１５の形成時にシリコン樹脂の流れを防止するダム効果を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、図１２に示すように、受光側リードフレーム１３に開口４０を形成し、受光チップ１４を受光面が上向きとなるように受光側リードフレーム１３の下側に取り付けてもよい。開口４０は、受光チップ１４の受光面より広くかつ受光チップ１４よりも小さく形成され、発光チップ１２と受光チップ１４との光路を遮らない。したがって、受光チップ１４上に直接突起が形成されたことになり、開口４０の周壁によりダム効果を得ることができ、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａのシリコン樹脂を塗布する面積を小さくでき、ヘッダー部１３ａを小さくして光結合装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
さらに、第３の参考例、上記実施形態において、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａに受光チップ１４より大きな凹み１６を形成してもよい。
【００４０】
また、第３の参考例、上記実施形態において、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの寸法を受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの寸法の０．２倍ないし０．６倍と十分に小さくしてもよい。
【００４１】
さらにまた、第１〜第３の参考例、上記実施形態において、光パス１５を横断する方向に薄板ガラスを配置して受光チップ１４の受光面を薄板ガラスで覆うようにしてもよい。
【００４２】
また、第１、第２の参考例において、発光側リードフレーム１１のヘッダー部１１ａの側面を発光チップ１２側に折り曲げると共に、受光側リードフレーム１３のヘッダー部１３ａの側面を受光チップ１４側に折り曲げることにより突起３０，３１を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるにようにしてもよい。
【００４３】
さらに、第１、第２の参考例において、受光チップ１４の側面に沿って、高粘度でかつ低流動性の樹脂を用いて突起３２を形成し、シリコン樹脂の流れを堰き止めるにようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた、上記実施形態においては、本発明をフォトＭＯＳリレーに適用した例について記載したが、本発明をフォトカプラ、フォトインタラプタ等の光結合装置に適用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、受光素子の側面に沿って透光性樹脂の流れを堰き止める突起を形成しているので、光路体の形成時に透光性樹脂が外部に流出するのを防止して、受光素子の受光面を透光性樹脂で容易に覆うことができる結果、透光性樹脂から受光素子の受光面の一部がはみ出すことがなくなり、検査工程での歩留まり不良を低減することができると共に工程での付帯作業が軽微で済む結果、大幅なコストダウンを行うことが可能となる。
【００４６】
また、１次−２次間の距離（発光側ワイヤーループトップと受光素子表面との距離）が長くなり、発光側リードフレームのヘッダー部と受光側リードフレームのヘッダー部とを近づけることができる結果、光結合装置の小型化を図ることも可能となる。
【００４７】
そして、突起は、高粘度でかつ低流動性の樹脂にて形成されているので、予め受光側リードフレームのヘッダー部に特殊な加工を施すことなく、光路体の形成時に透光性樹脂の流れを防止するダム効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図２】同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図
【図３】フォトＭＯＳリレーの製造方法を示すフローチャート
【図４】本発明の第２の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図５】同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図
【図６】他の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図７】本発明の第３の参考例に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図８】同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図
【図９】本発明の実施形態に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図１０】同じくフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の平面図
【図１１】フォトＭＯＳリレーの製造方法を示すフローチャート
【図１２】他の実施形態に係るフォトＭＯＳリレーの外装モールド前の断面図
【図１３】従来のフォトＭＯＳリレーの受光素子の平面図
【図１４】フォトＭＯＳリレーのチップ搭載状態を示す平面図
【図１５】フォトＭＯＳリレーの断面図
【図１６】フォトＭＯＳリレーの外装モールド前の状態を示す断面図
【符号の説明】
１１発光側リードフレーム
１１ａヘッダー部
１２発光素子（発光チップ）
１３受光側リードフレーム
１３ａヘッダー部
１４受光素子（受光チップ）
１５光路体（光パス）
１６凹み
３０，３１，３２ 突起
【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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