JP2600616B2 - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JP2600616B2 JP21454194A JP21454194A JP2600616B2 JP 2600616 B2 JP2600616 B2 JP 2600616B2 JP 21454194 A JP21454194 A JP 21454194A JP 21454194 A JP21454194 A JP 21454194A JP 2600616 B2 JP2600616 B2 JP 2600616B2
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    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合装置に関し、特
に発光素子と受光素子とが対向して配置されている光結
合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は第１の従来例の光結合装置の断面
図である。図４に示すように、発光素子１と受光素子２
とが一枚のリードフレーム３上にマウントされ、透光性
のシリコン樹脂７が発光素子１および受光素子２を被覆
している。さらに、遮光性樹脂６が外乱光の影響を避け
るために、発光素子１、受光素子２、リードフレーム
３、およびシリコン樹脂７を封止（以下、モールドと記
述する）している。この遮光性樹脂６としては、発光素
子１から出力される光を反射しやすいように非黒色系
（クリーム色等）の樹脂を用いることが多い。第１の従
来例においては、リードフレーム３が１枚で構成されて
発光素子１と受光素子２とが同一平面上に配置されるの
で製造が容易であり、また反射光を利用する構造である
ので光結合効率が高いという利点がある。
【０００３】図５は第２の従来例の光結合装置の断面図
である。図５に示すように、発光素子１はリードフレ−
ム３ａ上にマウントされ、受光素子２はリードフレーム
３ｂ上にマウントされている。リードフレーム３ａ，３
ｂは発光素子１および受光素子２が対向するように配置
されている。透光性樹脂５は発光素子１、受光素子２、
およびリードフレーム３ａ，３ｂをモールドし、さらに
遮光性樹脂６が透光性樹脂５をモールドしている。ま
た、透明のシリコン樹脂７が、透光性樹脂５からの応力
を和らげるために、発光素子１を被覆している。第２の
従来例においては、透光性樹脂５および遮光性樹脂６に
エポキシ樹脂を用いるのが一般的であり、エポキシ樹脂
の中に充填剤を添加することによって、透光性樹脂５と
遮光性樹脂６との熱膨張係数を一致させることができ
る。したがって、製造過程や製品実装時に熱履歴が加わ
っても透光性樹脂５と遮光性樹脂６との界面が剥離しな
いので、絶縁耐圧が非常に高く、したがって電気的絶縁
性能が高いという利点がある。
【０００４】図６は実開昭６３−２７０６７号公報に記
載のホトカプラの断面図である。図６の構造は図４とほ
ぼ同様であるが、透光性のシリコン樹脂７の代わりに光
散乱剤入りのシリコン樹脂４が発光素子１および受光素
子２を被覆して、図４の構造と比較して光結合効率を向
上させている。
【０００５】図７は実開平１−７８０５６号公報に記載
の光結合装置の断面図である。図７の構造は図５とほぼ
同様であるが、発光素子１はシリコン樹脂７で被覆され
てはいない。また、対向して配置されている発光素子１
と受光素子２との間に円柱レンズ８を配置して発光素子
１から出力された光をより多く受光素子２に集光させる
ことによって、図５の構造と比較して光結合効率を向上
させている。
【０００６】図８は特開平４−３４９８５号公報に記載
の光結合装置の断面図である。図８においては、発光素
子１と受光素子２とは水平対向に配置され、発光素子１
および受光素子２がシリコン樹脂７で被覆されている。
また、透光性樹脂５が発光素子１を被覆したシリコン樹
脂７と受光素子２を被覆したシリコン樹脂７との間およ
び周囲を被覆している。さらに遮光性樹脂６が、発光素
子１、受光素子２、リードフレーム３ａ，３ｂ、シリコ
ン樹脂７、および透光性樹脂５をモールドしている。発
光素子１を被覆したシリコン樹脂７と受光素子２を被覆
したシリコン樹脂７とがそれぞれ凸レンズの役割をする
ので、図５の構造と比較して光結合効率を向上させてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図４および図６の構造
では、光結合効率は高いが、シリコン樹脂７またはシリ
コン樹脂４と遮光性樹脂６との熱膨張係数が異なるので
界面の密着が悪く、そこで絶縁破壊を起こすので絶縁耐
圧が低く、電気的絶縁性能が不足するという問題点があ
った。
【０００８】一方図５の構造では、絶縁耐圧（電気的絶
縁性能）は高いが、発光素子１から出力された光のうち
直接光のみが受光素子２へ到達するので、光結合効率が
低くなるという問題点があった。それを解決しようとし
た図７の構造では、レンズを樹脂の内部に固定する方法
が難しく、また図８の構造では、レンズ状に樹脂で被覆
する方法が難しく、いずれも製法が複雑になるという問
題点があった。
【０００９】このような点に鑑み本発明は、従来の構造
および製造プロセスを変えることなく、電気的絶縁性能
を維持し、光結合効率を向上した光結合装置を提供する
ことを目的とする。
【００１０】
【問題を解決するための手段】本発明の光結合装置は、
対向して配置されている発光素子および受光素子と、該
発光素子を被覆しているシリコン樹脂と、該発光素子を
被覆している該シリコン樹脂と該受光素子とを封止して
いる透光性の樹脂と、該透光性の樹脂を封止している遮
光性の樹脂とを有し、前記発光素子を被覆している前記
シリコン樹脂に光散乱剤が混入されている。
【００１１】上記本発明の光結合装置は、前記シリコン
樹脂に混入されている前記光散乱剤の量を、前記シリコ
ン樹脂の量の０．１ないし５．０重量％とすることがで
きる。
【００１２】上記本発明の光結合装置は、前記シリコン
樹脂の形状を、前記受光素子に対向する面を凹状とする
ことができる。
【００１３】
【作用】このように構成された本発明の光結合装置は、
構造的に電気的絶縁性能が高い光結合装置の発光素子を
光散乱剤を混入したシリコン樹脂で被覆するので、従来
は発光素子の側面等から横方向へ出力されて受光されな
かった光を散乱光として受光することができる。また、
混入する光散乱剤の量をシリコン樹脂の量の０．１〜
５．０重量％とすることで、散乱光と発光素子から受光
素子へ直接到達する直接光との合計の受光量を従来の受
光量よりも増加させることができる。さらに、散乱剤を
混入させたシリコン樹脂の形状を受光素子に対向する面
を凹状にすることで、発光素子から出力された光をより
多く受光素子に集光させることができる。以上のことか
ら、従来の光結合装置の構造および製造プロセスを変え
ることなく、電気的絶縁性能を維持し、光結合効率を向
上することが可能になるという作用を得る。
【００１４】
【実施例】次に本発明の実施例につき図面を参照して説
明する。
【００１５】図１は本発明の第１の実施例の光結合装置
の断面図である。図１に示すように、発光素子１がリー
ドフレ−ム３ａ上にマウントされ、受光素子２がリード
フレーム３ｂ上にマウントされ、必要なワイヤボンディ
ング（不図示）が行われる。次にＴｉＯ2 やＳｉＯ2 等
の光散乱剤を０．１〜５．０重量％混ぜたシリコン樹脂
４で発光素子１を被覆する。その後、透光性樹脂５が発
光素子１を被覆したシリコン樹脂４と受光素子２とを覆
うようにモールドする。さらに外乱光による誤動作を防
ぐために遮光性樹脂６でモールドする。
【００１６】図１の構造によれば、発光素子１から出力
された光はシリコン樹脂４中で散乱されるので、発光素
子１の側面等から横方向に出力された光の一部が散乱光
となって受光素子２に到達する。また、発光素子１から
出力されて受光素子２へ直接到達する直接光は光散乱剤
を入れない場合に比べて減少するが、直接光と散乱光と
を合計したトータル受光量は増加する。
【００１７】図２は第１の実施例の光散乱剤の量に対す
る受光量の相対値を示す図であり、図１の光結合装置の
受光状態を説明している。図２において、横軸はシリコ
ン樹脂４に混入した光散乱剤の量を表し、縦軸は受光量
の相対値を表している。光散乱剤の添加により直接光の
受光量は減少するが、散乱光の受光量が増加するの
で、ととを合計したトータル受光量は増加する。
図２に示すように、光散乱剤の量を０．１〜５．０重量
％にすることによって光結合効率は増加し、特に１．０
重量％付近の最適量にすると、光散乱剤を加えない場合
と比較して１．２倍の光結合効率が得られる。
【００１８】図３は本発明の第２の実施例の光結合装置
の断面図である。第１の実施例の効果をさらに向上させ
るために、シリコン樹脂４の形状を凹状にして散乱効果
を増加したものである。第２の実施例では、特に図示し
てはいないが、光散乱剤を加えない場合と比較して１．
５倍の光結合効率が得られる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光結合装置
は、構造的に電気的絶縁性能が高い光結合装置の発光素
子を光散乱剤を混入したシリコン樹脂で被覆することに
よって、従来は発光素子の側面等から横方向へ出力され
て受光されなかった光を散乱光として受光することがで
きるという効果を有する。また、混入する光散乱剤の量
をシリコン樹脂の量の０．１〜５．０重量％とすること
によって、散乱光と直接光との合計の受光量を従来の受
光量よりも増加させることができ、従来の光結合装置の
構造および製造プロセスを変えることなく、光結合効率
を従来の１．２倍にすることができるという効果を有す
る。さらに、光散乱剤を混入させたシリコン樹脂の形状
を受光素子に対向する面を凹状にすることによって散乱
光の割合が増え、発光素子から出力された光をより多く
受光素子に集光させることができ、光結合効率を従来の
１．５倍にすることができるという効果を有する。
【００２０】上記のように電気的絶縁性能を維持しなが
ら光結合効率を向上させることによって、従来の光結合
装置よりも少ない発光量で従来と同等の電流駆動が可能
となり、従来の光結合装置と同等の発光量で従来よりも
高速な光伝達が可能となるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の光結合装置の断面図で
ある。
【図２】第１の実施例の光散乱剤の量に対する受光量の
相対値を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の光結合装置の断面図で
ある。
【図４】第１の従来例の光結合装置の断面図である。
【図５】第２の従来例の光結合装置の断面図である。
【図６】実開昭６３−２７０６７号公報に記載のホトカ
プラの断面図である。
【図７】実開平１−７８０５６号公報に記載の光結合装
置の断面図である。
【図８】特開平４−３４９８５号公報に記載の光結合装
置の断面図である。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ 受光素子 ３，３ａ，３ｂ リードフレーム ４ シリコン樹脂（光散乱剤入り） ５ 透光性樹脂 ６ 遮光性樹脂 ７ シリコン樹脂（光散乱剤なし） ８ 円柱レンズ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向して配置されている発光素子および
    受光素子と、該発光素子を被覆しているシリコン樹脂
    と、該発光素子を被覆している該シリコン樹脂と該受光
    素子との間を少なくとも封止している透光性の樹脂と、
    該透光性の樹脂を覆う遮光性の樹脂とを有し、 前記発光素子を被覆している前記シリコン樹脂に光散乱
    剤が混入されていることを特徴とする、光結合装置。
  2. 【請求項２】 前記シリコン樹脂に混入されている前記
    光散乱剤の量が、前記シリコン樹脂の量の０．１ないし
    ５．０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載
    の光結合装置。
  3. 【請求項３】 前記シリコン樹脂の形状が、前記受光素
    子に対向する面が凹状であることを特徴とする、請求項
    １または２に記載の光結合装置。
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