JP2004039665A - 光結合素子及びそれを搭載した電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】送信側に制御用ICを搭載した場合でもCMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することである。
【解決手段】光結合素子は、発光素子10と、発光素子10を制御する発光素子制御用IC13と、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設するヘッダ部12、14を有した送信側リードフレーム11と、受光素子及び受光素子制御用ICが一体化された受光IC20と、受光IC20を配設するヘッダ部22を有した受信側リードフレーム21とを備えている。そして、送信側及び受信側リードフレーム11、21を対向配置し、発光素子10と受光IC20の受光部23の光軸を一致させ、発光素子制御用IC13と受光IC20とが対向しないように配置する。
【選択図】 図3
【解決手段】光結合素子は、発光素子10と、発光素子10を制御する発光素子制御用IC13と、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設するヘッダ部12、14を有した送信側リードフレーム11と、受光素子及び受光素子制御用ICが一体化された受光IC20と、受光IC20を配設するヘッダ部22を有した受信側リードフレーム21とを備えている。そして、送信側及び受信側リードフレーム11、21を対向配置し、発光素子10と受光IC20の受光部23の光軸を一致させ、発光素子制御用IC13と受光IC20とが対向しないように配置する。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合素子及びそれを搭載した電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工場等の制御システムで使用される光結合素子は、制御するホストコンピュータと制御されるインバータ等の外部機器間において、コンピュータからの信号を出力する際のノイズ除去等を行う。しかしながら、近年のコンピュータ及び外部機器の進歩は目覚ましく、外部機器の増加、制御の高速化等に伴い両者の信号伝達の間に介在する光結合素子にも従来のノイズ除去に加えて高速化が求められるようになった。
【0003】
高速化の手段としては、受信側に受光素子と受光素子制御用IC(又は両者を一体化した受光IC)を用いることができる。更に、応答速度が数十ns程度になると、発光素子のスイッチング速度も無視できなくなり、発光素子に加えられる電荷のチャージ/ディスチャージの制御も必要となり、送信側にも制御用ICを用いる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
光結合素子は等価的にコンデンサと同じような過渡現象を有するため、受光素子及び発光素子を搭載するリードフレームのヘッダの増大に伴い、容量が大きくなり、CMR(Common Mode Rejection)特性も悪化する。
【0005】
この対策として例えば、特開平9−289335号公報には、発光素子と受光素子との間にメッシュ状導電膜等を設けることにより、1次−2次間に生じる雑音による誤動作の影響を軽減し、高CMRを得ることができる光結合素子が開示されている。
【0006】
また、特開平8−236804号公報には、遮光電極の面積をフォトダイオードの面積と等しいかそれよりも広くし、さらに遮光電極の大部分の領域をフォトダイオードに近傍させるように遮光ダイオードの上から延在させることにより、電圧比較におけるCMRノイズの影響を減少させることができる光結合半導体装置が開示されている。
【0007】
このように、CMR特性を改善するためのシールド等のノイズ対策には限界があった。また、応答速度の向上に伴うゲインの増加や受光部の感度アップ等により、ノイズの影響を受けやすくなり、上記のCMRノイズを前提とした対策では限界があった。
【0008】
本発明は、上記の問題点に鑑み、送信側に制御用ICを搭載した場合でもCMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光結合素子は、発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ICと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ICと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICとが対向しないように配置している。
【0010】
また、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【0011】
更に、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICを配設する送信側リードフレームのヘッダ部と前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【0012】
これらのように、送信側に発光素子制御用ICを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ICと受光素子制御用ICとが対向しない構成としているので、CMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【0013】
また本発明の電子機器は、上記の光結合素子を搭載したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、発光素子等を配設した送信側リードフレームと受光素子等を配設した受信側リードフレームとを樹脂封止した二層モールドタイプの光結合素子について説明する。
【0015】
図1は、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設したリードフレーム11を示す平面図である。発光素子10が送信側リードフレーム11のヘッダ部12上に配設され、発光素子制御用IC13が送信側リードフレーム11のヘッダ部14上に配設されている。発光素子10及び発光素子制御用IC13はそれぞれ金線15により適宜ワイヤボンディングされている。
【0016】
なお、ヘッダ部12はCMR特性を考慮して極力小さくすることが望ましいが、発光素子10に外部応力から守るプリコート樹脂を塗布する必要があり、エッジ露出の防止を考慮して最小限のサイズに設計する。
【0017】
図2は、受光IC20を配設したリードフレーム21を示す平面図である。受光素子と受光素子制御用ICとを一体化した受光IC20が受信側リードフレーム21のヘッダ部22上に配設されている。受光IC20の表面には受光部23が設けられている。この受光部23は発光素子10を配設したヘッダ部14と受光IC20(又は受光IC20を配設したヘッダ部22)とが対向する部分を小さくするため、受光IC20の中心からずらして端部付近に設けることが望ましい。また、受光IC20の表面には絶縁層(不図示)を介して導電体(Al被膜等、不図示)が積層され、受光部23は4分割され、実際に光を受ける部分とシールドされた部分を各2個有している。このように、受光部23を分割することでノイズを補完している。そして、受光IC20は金線15により適宜ワイヤボンディングされている。
【0018】
なお図2では、受光IC20を用いたが、それに替えて受光素子と受光素子制御用ICとを用い、それぞれ異なるヘッダ部に配設してもよい。
【0019】
また、ヘッダ14、22はCMR特性を考慮して極力小さくすることが望ましい。
【0020】
図3は、光結合素子30の平面透視図である。図3において、図1の部材は実線で示し、図2の部材は鎖線で示している。送信側リードフレーム11と受信側リードフレーム21とを対向配置し、発光素子10と受光部23の光軸を一致させ、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向しないように配置している。そして、一点鎖線で示した透光性樹脂モールド31、遮光性樹脂モールド32で封止されている。
【0021】
このように、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向しないように配置することにより、結合容量を小さくすることができ、また、過渡電流が発光素子制御用IC13及び受光IC20に直接影響することを軽減できる。
【0022】
またCMR特性を向上させるため、受光IC20に金線15で接続される受信側リードフレーム21の各リードは、発光素子制御用IC13と対向しないように形成されている。これにより、最短を流れようとする過渡電流が直接発光素子制御用IC13に影響を及ぼすことを防止できる。
【0023】
なお、図3においては、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向していないが、ヘッダ部14、22は一部対向してもよく、その場合は発光素子制御用IC13とヘッダ部22とが対向しないようにするか、又は発光素子制御用IC13と受光IC20とが対向しないようにすればよい。
【0024】
上記の光結合素子30のCMR特性を測定すると、30kV/μs(VCM=1.5kV)以上が確認された。従来品は23kV/μs(VCM=1.5kV)であり、CMR特性の向上が確認できた。
【0025】
次に、他の実施形態について説明する。図4は、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設した他のリードフレーム40を示す平面図であり、図5は、受光IC20を配設した他のリードフレーム50を示す平面図、図6は、他の光結合素子60の平面透視図である。図6において、図4の部材は実線で示し、図5の部材は鎖線で示している。
【0026】
図4〜6においては、上記の実施形態とヘッダ部41、42、51の引き回しが異なる。図6において、発光素子制御用IC13と受光IC20とは対向していない。また、この光結合素子60のCMR特性も、30kV/μs(VCM=1.5kV)以上が確認された。
【0027】
この光結合素子60と上記の光結合素子30とは、チップサイズ、パッド位置、ワイヤボンディング等の生産工程における容易さにより使い分けることができる。
【0028】
このように、本発明の光結合素子により、耐ノイズ性(CMR特性)を向上することができる。また、本発明の光結合素子を様々な電子機器に搭載することにより、耐ノイズ性に優れた機器を提供することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によると、送信側に発光素子制御用ICを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ICと受光素子制御用ICとが対向しない構成としているので、CMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子及び発光素子制御用ICを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図2】本発明の受光ICを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図3】本発明の光結合素子の平面透視図である。
【図4】本発明の発光素子及び発光素子制御用ICを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図5】本発明の受光ICを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図6】本発明の他の光結合素子の平面透視図である。
【符号の説明】
10 発光素子
11、40 送信側リードフレーム
12、14、22、41、42、51 ヘッダ部
13 発光素子制御用IC
20 受光IC(受光素子及び受光素子制御用IC)
21、50 受信側リードフレーム
30、60 光結合素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合素子及びそれを搭載した電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工場等の制御システムで使用される光結合素子は、制御するホストコンピュータと制御されるインバータ等の外部機器間において、コンピュータからの信号を出力する際のノイズ除去等を行う。しかしながら、近年のコンピュータ及び外部機器の進歩は目覚ましく、外部機器の増加、制御の高速化等に伴い両者の信号伝達の間に介在する光結合素子にも従来のノイズ除去に加えて高速化が求められるようになった。
【0003】
高速化の手段としては、受信側に受光素子と受光素子制御用IC(又は両者を一体化した受光IC)を用いることができる。更に、応答速度が数十ns程度になると、発光素子のスイッチング速度も無視できなくなり、発光素子に加えられる電荷のチャージ/ディスチャージの制御も必要となり、送信側にも制御用ICを用いる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
光結合素子は等価的にコンデンサと同じような過渡現象を有するため、受光素子及び発光素子を搭載するリードフレームのヘッダの増大に伴い、容量が大きくなり、CMR(Common Mode Rejection)特性も悪化する。
【0005】
この対策として例えば、特開平9−289335号公報には、発光素子と受光素子との間にメッシュ状導電膜等を設けることにより、1次−2次間に生じる雑音による誤動作の影響を軽減し、高CMRを得ることができる光結合素子が開示されている。
【0006】
また、特開平8−236804号公報には、遮光電極の面積をフォトダイオードの面積と等しいかそれよりも広くし、さらに遮光電極の大部分の領域をフォトダイオードに近傍させるように遮光ダイオードの上から延在させることにより、電圧比較におけるCMRノイズの影響を減少させることができる光結合半導体装置が開示されている。
【0007】
このように、CMR特性を改善するためのシールド等のノイズ対策には限界があった。また、応答速度の向上に伴うゲインの増加や受光部の感度アップ等により、ノイズの影響を受けやすくなり、上記のCMRノイズを前提とした対策では限界があった。
【0008】
本発明は、上記の問題点に鑑み、送信側に制御用ICを搭載した場合でもCMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光結合素子は、発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ICと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ICと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICとが対向しないように配置している。
【0010】
また、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【0011】
更に、前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICを配設する送信側リードフレームのヘッダ部と前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置してもよい。
【0012】
これらのように、送信側に発光素子制御用ICを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ICと受光素子制御用ICとが対向しない構成としているので、CMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【0013】
また本発明の電子機器は、上記の光結合素子を搭載したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、発光素子等を配設した送信側リードフレームと受光素子等を配設した受信側リードフレームとを樹脂封止した二層モールドタイプの光結合素子について説明する。
【0015】
図1は、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設したリードフレーム11を示す平面図である。発光素子10が送信側リードフレーム11のヘッダ部12上に配設され、発光素子制御用IC13が送信側リードフレーム11のヘッダ部14上に配設されている。発光素子10及び発光素子制御用IC13はそれぞれ金線15により適宜ワイヤボンディングされている。
【0016】
なお、ヘッダ部12はCMR特性を考慮して極力小さくすることが望ましいが、発光素子10に外部応力から守るプリコート樹脂を塗布する必要があり、エッジ露出の防止を考慮して最小限のサイズに設計する。
【0017】
図2は、受光IC20を配設したリードフレーム21を示す平面図である。受光素子と受光素子制御用ICとを一体化した受光IC20が受信側リードフレーム21のヘッダ部22上に配設されている。受光IC20の表面には受光部23が設けられている。この受光部23は発光素子10を配設したヘッダ部14と受光IC20(又は受光IC20を配設したヘッダ部22)とが対向する部分を小さくするため、受光IC20の中心からずらして端部付近に設けることが望ましい。また、受光IC20の表面には絶縁層(不図示)を介して導電体(Al被膜等、不図示)が積層され、受光部23は4分割され、実際に光を受ける部分とシールドされた部分を各2個有している。このように、受光部23を分割することでノイズを補完している。そして、受光IC20は金線15により適宜ワイヤボンディングされている。
【0018】
なお図2では、受光IC20を用いたが、それに替えて受光素子と受光素子制御用ICとを用い、それぞれ異なるヘッダ部に配設してもよい。
【0019】
また、ヘッダ14、22はCMR特性を考慮して極力小さくすることが望ましい。
【0020】
図3は、光結合素子30の平面透視図である。図3において、図1の部材は実線で示し、図2の部材は鎖線で示している。送信側リードフレーム11と受信側リードフレーム21とを対向配置し、発光素子10と受光部23の光軸を一致させ、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向しないように配置している。そして、一点鎖線で示した透光性樹脂モールド31、遮光性樹脂モールド32で封止されている。
【0021】
このように、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向しないように配置することにより、結合容量を小さくすることができ、また、過渡電流が発光素子制御用IC13及び受光IC20に直接影響することを軽減できる。
【0022】
またCMR特性を向上させるため、受光IC20に金線15で接続される受信側リードフレーム21の各リードは、発光素子制御用IC13と対向しないように形成されている。これにより、最短を流れようとする過渡電流が直接発光素子制御用IC13に影響を及ぼすことを防止できる。
【0023】
なお、図3においては、ヘッダ部14とヘッダ部22とが対向していないが、ヘッダ部14、22は一部対向してもよく、その場合は発光素子制御用IC13とヘッダ部22とが対向しないようにするか、又は発光素子制御用IC13と受光IC20とが対向しないようにすればよい。
【0024】
上記の光結合素子30のCMR特性を測定すると、30kV/μs(VCM=1.5kV)以上が確認された。従来品は23kV/μs(VCM=1.5kV)であり、CMR特性の向上が確認できた。
【0025】
次に、他の実施形態について説明する。図4は、発光素子10及び発光素子制御用IC13を配設した他のリードフレーム40を示す平面図であり、図5は、受光IC20を配設した他のリードフレーム50を示す平面図、図6は、他の光結合素子60の平面透視図である。図6において、図4の部材は実線で示し、図5の部材は鎖線で示している。
【0026】
図4〜6においては、上記の実施形態とヘッダ部41、42、51の引き回しが異なる。図6において、発光素子制御用IC13と受光IC20とは対向していない。また、この光結合素子60のCMR特性も、30kV/μs(VCM=1.5kV)以上が確認された。
【0027】
この光結合素子60と上記の光結合素子30とは、チップサイズ、パッド位置、ワイヤボンディング等の生産工程における容易さにより使い分けることができる。
【0028】
このように、本発明の光結合素子により、耐ノイズ性(CMR特性)を向上することができる。また、本発明の光結合素子を様々な電子機器に搭載することにより、耐ノイズ性に優れた機器を提供することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によると、送信側に発光素子制御用ICを搭載した場合でも、少なくとも発光素子制御用ICと受光素子制御用ICとが対向しない構成としているので、CMR特性を損なうことなく、高速で安定した光結合素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子及び発光素子制御用ICを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図2】本発明の受光ICを配設したリードフレームを示す平面図である。
【図3】本発明の光結合素子の平面透視図である。
【図4】本発明の発光素子及び発光素子制御用ICを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図5】本発明の受光ICを配設した他のリードフレームを示す平面図である。
【図6】本発明の他の光結合素子の平面透視図である。
【符号の説明】
10 発光素子
11、40 送信側リードフレーム
12、14、22、41、42、51 ヘッダ部
13 発光素子制御用IC
20 受光IC(受光素子及び受光素子制御用IC)
21、50 受信側リードフレーム
30、60 光結合素子
Claims (4)
- 発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ICと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ICと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICとが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。 - 発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ICと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ICと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICと前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。 - 発光素子と、該発光素子を制御する発光素子制御用ICと、前記発光素子及び前記発光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した送信側リードフレームと、受光素子と、該受光素子を制御する受光素子制御用ICと、前記受光素子及び前記受光素子制御用ICを配設するヘッダ部を有した受信側リードフレームとを備え、
前記送信側及び受信側リードフレームを対向配置し、前記発光素子と前記受光素子の光軸を一致させ、前記発光素子制御用ICを配設する送信側リードフレームのヘッダ部と前記受光素子制御用ICを配設する受信側リードフレームのヘッダ部とが対向しないように配置したことを特徴とする光結合素子。 - 請求項1〜3の何れかに記載の光結合素子を搭載した電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002190345A JP2004039665A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 光結合素子及びそれを搭載した電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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