(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子およびこれらの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた入力部と、発光素子の発光面に対向配置された受光素子およびこの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた出力部とからなる光結合素子であって、
ｎ基板の発光素子とｐ基板の発光素子からなる前記複数の発光素子が同一ヘッダ上に搭載されて直列接続されていることを特徴とする光結合素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光素子およびこれらの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた入力部と、発光素子の発光面に対向配置された受光素子およびこの受光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた出力部とからなる光結合素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、 機器の省エネ化が重要になっており、光結合素子においてもマイコンで直接駆動可能な低入力電流駆動型が今後の光結合素子の主流になると考えられる。例えば、 マイコンで直接駆動が可能になればドライブ段のトランジスタが不要になる。 特にＦＡ（Factory Automation）機器のインターフェース部では複数の信号の入出力があるので、複数個の光結合素子が必要とされる。従って、低入力駆動フォトカプラが使用できれば、 省エネの効果も大きくなる。 また、 発光素子の電流制限用抵抗も小さくすることができ、 コストダウンも可能となる。
【０００３】
その結果、マイコン搭載機器の普及拡大と共に、 機器の高機能化が進み、 光結合素子の市場拡大も進んでおり、 省エネ設計に対応した低入力電流駆動型の光結合素子実現への要望が高まっている。
【０００４】
例えば、 プロコン等のマイコン駆動回路では、 従来の汎用光結合素子（例えば、順電流ＩＦ（以下、単に「ＩＦ」と言う）＝５ｍＡで駆動する光結合素子）はマイコンからドライブ段のトランジスタを介し制御されている。 この汎用光結合素子の代わりに低入力電流駆動型光結合素子（例えば、ＩＦ＝０．５ｍＡで駆動する光結合素子）を使用すれば、マイコンから直接駆動が可能となり、電流を１０分の１に省エネでき、 さらにドライブ段のトランジスタが不要になり、その結果、コストダウンもできる。
【０００５】
他にも一般家電機器（例えば、エアコン、 電子レンジ、 洗濯機等のモーター制御される家電製品）においてＡＣ（交流電流）ラインゼロクロス点検出用素子として光結合素子が使用されている。 検出用途は、５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるのかといった周波数の判定、瞬時停電の検出、 ＡＣゼロクロス点の検出、およびタイマーカウント用等であり、 電流制限抵抗を挿入することにより、交流の電源で光結合素子の発光素子を直接駆動している。 この場合、 従来の汎用光結合素子では、 入力電流をＩＦ＝５ｍＡｒｍｓとすると、 交流電源の電圧が高いため電流制限抵抗は２０ｋΩ／２Ｗ（約３円）が必要となり、 消費電力も５００ｍＷになる。 この汎用光結合素子の代わりに低入力電流駆動型の光結合素子を使用すれば、 入力電流をＩＦ＝５ｍＡｒｍｓにできるため、 電流制限抵抗も２００ｋΩ／０．２５Ｗ（１円以下）でよくなり、消費電力も５０ｍＷとなり、 コストダウンと省エネを実現することができる。
【０００６】
このように、 光結合素子の低入力電流駆動化には様々なメリットがある。
【０００７】
次に、従来の低入力電流駆動型の光結合素子の構造について図面を参照しつつ説明する。
【０００８】
図１０は従来の低入力電流駆動型の光結合素子の一例を示す縦断面図であり、図１１は従来の低入力電流駆動型の光結合素子の一例を示す横断面図であり、図１２は図１０および図１１に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。なお、図１１には入力部が主に示されている。
【０００９】
光結合素子は、発光素子１０１を備えた入力部と、発光素子１０１の発光面に対向配置された受光素子１０２を備えた出力部とから構成されている。
【００１０】
発光素子１０１は、発光素子用の１つのリード端子１０３ａに接続されたヘッダ１０９ａ上にダイボンディングされ、さらに、発光素子用の他のリード端子１０３ｂに接続されたヘッダ１０９ｂにワイヤ１０５を介してワイヤボンディングされており、発光素子１０１の露出面は、透明なシリコーン樹脂を用いて行われたプリコートによって形成された保護樹脂層１０４（図１０にのみ示した。）で覆われている。
【００１１】
一方、受光素子１０２は、受光素子用の１つのリード端子１１３ａに接続されたヘッダ１１９ａ上にダイボンディングされ、さらに、受光素子用の他のリード端子１１３ｂに接続されたヘッダ１１９ｂにワイヤ１１５を介してワイヤボンディングされている。
【００１２】
さらに、発光素子１０１および受光素子１０２は、それぞれの発光面と受光面とを互いに対向させた状態で、透光性のエポキシ樹脂を用いて行われた１次モールドによって形成された第１エポキシ樹脂部材１０７によって覆われており、この第１エポキシ樹脂部材１０７は、遮光性のエポキシ樹脂を用いて行われた２次モールドによって形成された第２エポキシ樹脂部材１０６によって覆われている。
【００１３】
この光結合素子は、４ピン（入力部側２ピン、出力部側２ピン）のパッケージとなっている。
【００１４】
ここでは、受光素子１０２としてフォトトランジスタが使用されている。また、発光素子１０１としては、１つの発光素子のみで低入力電流駆動を実現するためにＧａＡｌＡｓ等の高輝度の発光素子が使用されている。そして、この高輝度の発光素子を使用して低電流域の光量を確保し、 受光素子の感度を上げることにより、 低入力電流駆動を可能としている。 但し、ＧａＡｌＡｓ等の高輝度の発光素子は、ＧａＡｓ等といった汎用の発光素子に比べ価格が３倍以上と高価である。
【００１５】
次に、複数の素子を搭載した光結合素子について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１３は、従来の低入力電流駆動型の光結合素子の構造の他の例を示す横断面図である。なお、図１３には入力部が主に示されている。
【００１７】
通常、 素子が増えれば、素子搭載用のヘッダ１０９ｃやワイヤボンド用のヘッダ１０９ｄが増え、リード端子１０３ａ，１０３ｂ，１１３ａ，１１３ｂに加えリード端子１０３ｃ，１０３ｄ，１１３ｃ，１１３ｄが追加され、図１０および図１１に示すような４ピンの光結合素子と比較すると、 ６ピンまたは８ピンの大きなパッケージとなる。
【００１８】
また、この光結合素子を製造するには、まず、図１０および図１１に示すような４ピンの光結合素子の場合と同様に、受光素子（図示省略）、発光素子１０１およびその他の素子１１１を所定のヘッダ１０９ａ，１０９ｃ上に搭載してリード端子１０３ａ，１０３ｃ，１１３ａに接続した後、さらに、受光素子、発光素子１０１およびその他の素子１１１をワイヤ１２５ａ，１２５ｂ等を用いて所定のヘッダ１０９ｂ，１０９ｄ等にワイヤボンディングして、リード端子１０３ｂ，１０３ｄ，１１３ｂに接続し、必要であればプリコート等を行う。その後、入力部側および出力部側それぞれのリードフレームを対向させて、発光素子１０１および受光素子それぞれの発光面と受光面とを互いに対向させた状態で１次モールドを実施する。この１次モールド後、 バリ取りとタイバーカットとを同時に行い、 次に２次モールドを行い、同様にバリ取りとタイバーカットとを同時に行う。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、低入力電流駆動の光結合素子を実現するために高輝度の発光素子を使用すれば、 １つの発光素子で光結合素子の入力部側を構成できるが、 高輝度の発光素子は汎用の発光素子の３倍近くの価格であり非常に高価である。
【００２０】
今後さらに駆動電流の低入力化が要望されると、 高輝度の発光素子でも光量が不足してしまい、発光素子自体の改良のみで光量をアップさせることは困難になるといった問題が生じる。
【００２１】
また、 光結合素子内部に複数のヘッダを設けて単に発光素子の数を増やした場合には、 リード端子数も増え、パッケージが大きくなってしまうといった問題がある。 さらに、パッケージング後に未使用のリード端子をカットすることがあるが、 これはリード端子間の間隔（リード間隔）を広げるためにのみ行われており、 この場合も汎用の４ピンの光結合素子と同じ大きさのスペースでの使用は不可能であり、 回路基板を設計する際の小面積化を妨げてしまうといった問題がある。
【００２２】
本発明はこのような問題を解決すべく創案されたもので、低入力電流で入力部側の光量をアップして、 受光素子に充分な光を供給できる光結合素子を提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合素子は、複数の発光素子およびこれらの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた入力部と、発光素子の発光面に対向配置された受光素子およびこの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた出力部とからなる光結合素子であって、ｎ基板の発光素子とｐ基板の発光素子からなる前記複数の発光素子が同一ヘッダ上に搭載されて直列接続されているものである。
【００２４】
この発明によれば、低入力電流で複数の発光素子を光らせることができるため光量をアップできる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の光結合素子およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００３５】
［参考例１］
まず、本発明の光結合素子およびその製造方法の参考例１について説明する。
【００３６】
図１は本発明の光結合素子の参考例１を示す横断面図であり、図２は図１に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図であり、図３は図１に示す光結合素子の２次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。なお、図１および図３には入力部が主に示されており、出力部については図示されていない。
【００３７】
光結合素子は、直列接続された複数の（本参考例１においては２つの）発光素子１ａ，１ｂおよびこれらの発光素子１ａ，１ｂに駆動電流を供給するためのリード端子３ａ，３ｂを備えた入力部と、発光素子１ａ，１ｂの発光面に対向配置された受光素子２およびこの受光素子２に駆動電流を供給するためのリード端子１３ａ，１３ｂを備えた出力部とから構成されている。
【００３８】
出力部の受光素子２やリード端子１３ａ，１３ｂ、および入力部のリード端子３ａ，３ｂは従来の光結合素子と同様の寸法および形状のものであり、発光素子としては安価な汎用の発光素子が使用され得る。
【００３９】
また、２つの発光素子１ａ，１ｂのうち、１つの発光素子１ａは、１つのリード端子３ａに接続された素子搭載用のヘッダ９ａ上に搭載されており、他の発光素子１ｂは、ダミーのヘッダ（リード端子に直接接続されていないヘッダ）９ｂ上に搭載されている。そして、１つの発光素子１ａはダミーのヘッダ９ｂにワイヤ５ａを介してワイヤボンドされており、他の発光素子１ｂは、他のリード端子３ｂに接続されたワイヤボンド用のヘッダ９ｃにワイヤ５ｂを介してワイヤボンドされている。即ち、２つの発光素子１ａ，１ｂはヘッダ９ａ，９ｂ，９ｃを介してリード端子３ａ，３ｂの間に直列接続されている。
【００４０】
ダミーのヘッダ９ｂは、２つのリード端子３ａ，３ｂやヘッダ９ａ，９ｃを含むリードフレーム１０（図３参照）のタイバー部（製造工程中に除去される部分であり、図３においてはハッチングを用いて示した。）より発生したフレームである。本参考例１においては、ダミーのヘッダ９ｂは、１次モールド後に除去されるタイバー部１０ａから発生している（すなわち、タイバー部１０ａから延長して形成されている）。
【００４１】
このような構造の光結合素子を製造するには、出力部については従来の光結合素子と同様の方法を用いてリードフレーム２０上に受光素子を載置すればよく、入力部については、まず、Ａｇペースト等でヘッダ９ａ，９ｂ上にそれぞれ発光素子１ａ，１ｂをダイボンドした後、ワイヤ５ａを用いて１つの発光素子１ａをダミーのヘッダ９ｂにワイヤボンドし、ワイヤ５ｂを用いて他の発光素子１ｂをワイヤボンド用のヘッダ９ｃにワイヤボンドし、必要であればプリコート等を行う。その後、入力部側および出力部側それぞれのリードフレーム１０，２０を対向させて、発光素子１ａ，１ｂの発光面と受光素子２の受光面とを互いに対向させた状態で透光性のエポキシ樹脂を用いて１次モールドを実施し、発光素子１ａ，１ｂおよび受光素子２を保護するための第１エポキシ樹脂部材７を形成する。この１次モールド後、 タイバーカットおよびバリ取り時に同時に金型でダミーのヘッダ９ｂの不要部分９ｂ１のリードカットを実施する。このダミーのヘッダ９ｂの不要部分９ｂ１に対するリードカットは、パッケージへのダメージを少なくするため一部押さえを残して、 タイバー部１０ａ（タイバーカット部位）近傍に施している。 その後、従来の光結合素子と同様の手順で、遮光性のエポキシ樹脂を用いて２次モールドを行い、第１エポキシ樹脂部材７の表面を第２エポキシ樹脂部材６によって覆い、さらにバリ取りとタイバーカットを行う。
【００４２】
このように、１次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時にダミーのヘッダ９ｂの不要部分をカットすることにより、発光素子および受光素子を覆い保護するパッケージ（第１エポキシ樹脂部材７および第２エポキシ樹脂部材６）内部において、ダミーのヘッダ９ｂをリードフレーム１０からリードカットしている。
【００４３】
本参考例１の光結合素子によれば、低入力電流で複数の発光素子を光らせることができるため光量がアップし、受光素子に充分な光を供給できる。
【００４４】
なお、発光素子を直列接続した場合には順電圧ＶＦの値が大きくなるが、この順電圧は例えば発光素子を２個直列接続した場合で約２．４Ｖ、３個直列接続した場合で約３．６Ｖであり、ＡＣラインゼロクロス点検出用に使用するには全く問題は無く、マイコン駆動に関しても一部機種で制限を受ける可能性があるが、 ほぼ問題なく使用できる。
【００４５】
また、本参考例１の光結合素子の製造方法によれば、汎用のタイバーカット金型の形状を一部変更するだけで、 別工程を追加すること無く、 ダミーのヘッダのリードカットも行うことができる。
【００４６】
［参考例２］
次に、本発明の光結合素子およびその製造方法の参考例２について説明する。
【００４７】
図４は本発明の光結合素子の参考例２を示す横断面図であり、図５は図４に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図であり、図６は図４に示す光結合素子の２次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。なお、図４および図６には入力部が主に示されており、出力部については図示されていない。
【００４８】
本参考例２の光結合素子と前述の実施の形態１の光結合素子との間で異なっている点は、ダミーのヘッダ９ｂが、リードフレーム１０のうち２次モールド後に除去されるタイバー部１０ｂから発生している（すなわち、タイバー部１０ｂから延長して形成されている）ことである。図６においては、この２次モールド後に除去されるタイバー部１０ｂをハッチングを用いて示している。
【００４９】
また、本参考例２の光結合素子の製造方法と前述の参考例１の光結合素子の製造方法との間で異なっている点は、１次モールド後は従来の光結合素子を製造する場合と同様の手順で実施しており、２次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時に同時に金型でダミーのヘッダ９ｂの不要部分９ｂ１のリードカットを実施していることである。この場合も、ダミーのヘッダ９ｂの不要部分９ｂ１に対するリードカットは、パッケージへのダメージを少なくするため一部押さえを残して、 タイバー部１０ｂ（タイバーカット部位）近傍に施している。
【００５０】
このように、２次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時にダミーのヘッダ９ｂの不要部分をカットすることにより、発光素子および受光素子を覆い保護するパッケージ（第１エポキシ樹脂部材７および第２エポキシ樹脂部材６）外部において、ダミーのヘッダをリードフレームからリードカットしている。
【００５１】
本参考例２によれば、前述の参考例１における光結合素子およびその製造方法による効果と同様の効果が得られる。
【００５２】
［実施の形態］次に、本発明の光結合素子およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００５３】
図７は本発明の光結合素子の実施の形態を示す横断面図であり、図８は図７に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。なお、図７には入力部が主に示されており、出力部については図示されていない。
【００５４】
本実施の形態の光結合素子と前述の参考例１の光結合素子との間で異なっている点は、１つのヘッダ９ｂ上に２つの発光素子１ａ，１ｂが搭載されていることである。
【００５５】
このように、１つのヘッダ９ｂ上に２つの発光素１ａ，１ｂを搭載するために、２つの発光素子１ａ，１ｂとしては、 それぞれ構造（基板）の異なる２種類の発光素子を使用している。 つまり、一方は、 ｎ基板を使った発光素子であり、もう一方はｐ基板を使った発光素子である。 なお、同構造（例えば、 同基板）の発光素子を、 一方を上下反転して載置して使用することも可能である。
【００５６】
この場合、入力部側のリード端子３ａ，３ｂには、ワイヤボンディング用のヘッダ９ａ，９ｃのみが接続されており、このヘッダ９ａ，９ｃには、それぞれ発光素子１ａ，１ｂがワイヤボンディングされている。
【００５７】
このような構造の光結合素子を製造するには、出力部については従来の光結合素子と同様の方法を用いてリードフレーム２０上に載置すればよく、入力部については、まず、Ａｇペースト等でダミーのヘッダ９ｂ上に２つの発光素子１ａ，１ｂをダイボンドした後、ワイヤ５ａを用いて１つの発光素子１ａをワイヤボンディング用のヘッダ９ａにワイヤボンドし、ワイヤ５ｂを用いて他の発光素子１ｂをワイヤボンド用のヘッダ９ｃにワイヤボンドし、必要であればプリコート等を行う。その後、入力部側および出力部側それぞれのリードフレームを対向させて、発光素子１ａ，１ｂの発光面と受光素子の受光面とを互いに対向させた状態で透光性のエポキシ樹脂を用いて１次モールドを実施し、発光素子１ａ，１ｂおよび受光素子２を保護するための第１エポキシ樹脂部材７を形成する。この１次モールド後、 前述の参考例１における光結合素子の製造方法と同様に、タイバーカットおよびバリ取り時に同時に金型でダミーのヘッダ９ｂの不要部分のリードカットを実施する。その後、従来の光結合素子と同様の手順で、遮光性のエポキシ樹脂を用いて２次モールドを行い、第１エポキシ樹脂部材７の表面を第２エポキシ樹脂部材６によって覆い、さらにバリ取りとタイバーカットを行う。
【００５８】
なお、ダミーのヘッダ９ｂの不要部分のリードカットは、前述の実施の形態２における光結合素子の製造方法と同様に、２次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時に同時に実施してもよい。
【００５９】
本実施の形態によれば、前述の参考例１における光結合素子およびその製造方法による効果と同様の効果が得られる。
【００６０】
［参考例３］
次に、本発明の光結合素子の製造方法の参考例３について説明する。
【００６１】
図９は本発明の光結合素子の製造方法の参考例３に基づき実施された１次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。なお、図９には入力部が主に示されており、出力部については図示されていない。
【００６２】
本参考例３の光結合素子の製造方法と前述の参考例１の光結合素子の製造方法との間で異なっている点は、ダミーのヘッダ９ｂとこのダミーのヘッダ９ｂに隣接する別チャンネルのヘッダ（パッケージが異なるヘッダ）９ａとが接続部材３０ａを介して接続されているリードフレーム３０を用いて入力部を製造していることである。
【００６３】
接続部材３０ａの不要部分（図９においてハッチングを用いて示した。）３０ａ１は、１次モールド後または２次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時に除去すればよい。但し、この場合には、入力部側のリード端子と出力部側のリード端子との間に接続部材３０ａの先端部が位置するため、２次モールド後に不要部分３０ａ１の除去を行うと、入力部側のリード端子と同電位となる接続部材３０ａが出力部側のリード端子に近接してしまい、入力部側のリード端子と出力部側のリード端子との絶縁性能の沿面距離が短くなってしまう。従って、接続部材３０ａの不要部分３０ａ１を１次モールド後のタイバーカットおよびバリ取り時に除去して、接続部材３０ａの先端部がパッケージの外側に突出しないようにすることが好ましい。
【００６４】
本参考例３によれば、前述の参考例１における光結合素子およびその製造方法による効果と同様の効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の光結合素子は、複数の発光素子およびこれらの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた入力部と、発光素子の発光面に対向配置された受光素子およびこの発光素子に駆動電流を供給するためのリード端子を備えた出力部とからなる光結合素子であって、構造の異なる前記複数の発光素子が同一ヘッダ上に搭載されて直列接続されているものであり、前記複数の発光素子は、ｎ基板の発光素子とｐ基板の発光素子である。この発明によれば、低入力電流で複数の発光素子を光らせることができるため光量をアップでき、受光素子に充分な光を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光結合素子の参考例１を示す横断面図である。
【図２】  図１に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。
【図３】  図１に示す光結合素子の２次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。
【図４】  本発明の光結合素子の参考例２を示す横断面図である。
【図５】  図４に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。
【図６】  図４に示す光結合素子の２次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。
【図７】  本発明の光結合素子の実施の形態を示す横断面図である。
【図８】  図７に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。
【図９】  本発明の光結合素子の製造方法の参考例３に基づき実施された１次モールド完了時の状態を示す横断面図ある。
【図１０】  従来の低入力電流駆動型の光結合素子の一例を示す縦断面図である。
【図１１】  従来の低入力電流駆動型の光結合素子の一例を示す横断面図である。
【図１２】  図１０および図１１に示す光結合素子の結線の一例を示す説明図である。
【図１３】  従来の低入力電流駆動型の光結合素子の構造の他の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 発光素子
２ 受光素子
３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ リード端子
５ａ，５ｂ ワイヤ
６ 第２エポキシ樹脂部材
７ 第１エポキシ樹脂部材
９ａ，９ｂ，９ｃ ヘッダ
１０，２０，３０ リードフレーム
【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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