JP3759233B2

JP3759233B2 - 光通信用デバイス

Info

Publication number: JP3759233B2
Application number: JP9802496A
Authority: JP
Inventors: 俊光玉川
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JPH09284217A; US6154298A; CN1167380A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデータを発光ダイオードなどの発光素子により光に変換して送信し、外部の光送信機からの信号を受光素子により受信し、電気信号に再変換する光通信システムの送受信部である光通信用デバイスに関する。さらに詳しくは、送受信部を小形化し、ノイズの影響を少なくした光通信用デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）やパソコンとプリンタの間など電子機器間でのデータの送受信を光を媒体として行う光通信システムは、低損失、広帯域、無誘導、無漏話などの利点があるため、有利に用いられている。
【０００３】
このような光通信システムで、発光素子として赤外の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用いた近距離間で送受信する場合の送受信部の従来の構成は、図４に簡単なブロック図で示されるように、それぞれの部品を接続して組み立てた装置により行われている。図４において、９１は発光素子で、赤外のＬＥＤなどが用いられる。ＬＥＤ９１は、駆動回路が形成されたアナログ処理ＩＣ９２により駆動され、デジタル処理回路が形成された論理回路ＩＣ９３により送信するデータに応じて規格に対応した発光をするように駆動される。外部から送られてきた信号は、受光素子９４により受光され、電気信号に変換される。受光素子９４としては、ホトダイオードなどの光に応答して電気信号を出す素子が用いられるが、高速応答に対応できるｐｉｎホトダイオードが好ましい。受光素子９４により受信し、電気信号に変換された受信信号は増幅器９５により増幅され、論理回路ＩＣ９３のデジタル処理回路で受信信号の規格に対応した電気信号に変換されデータ処理がなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光通信システムの送受信部としての光通信用デバイスは、前述のように、個々の部品が外部配線により接続されているため、その接続配線によりノイズを拾いやすいという問題がある。とくに受光素子とその信号を増幅する増幅器との間の配線が長くなると、ノイズを拾いやすく、拾ったノイズを増幅するためＳＮ比が低下するという問題がある。
【０００５】
また、各部品が適正な動作点で作動し、正確な処理が行われるようにするため、各部品ごとにコンデンサや抵抗を外付けしなくてはならない。たとえば受光素子９４により受光した信号を増幅する部分の受光素子９４と増幅器９５との接続は図５に模式ブロック図が示されるように、増幅器９５のパッケージから導出される各リードに抵抗Ｒ₁〜Ｒ₄およびコンデンサＣ₁〜Ｃ₁₁が受光素子９４と共に外付けされる。なお、図５において、１０１はプリアンプ、１０２、１０３はフィルタバッファ、１０４、１０５は増幅回路、１０６、１０７はコンパレータ、１０８は各ブロックに電源を供給するレギュレータ回路、１０９はコンパレータのしきい値電圧を発生するジェネレータをそれぞれ示している。
【０００６】
さらに従来の部品の組合せにより構成する光通信用デバイスでは、発光素子および受光素子の指向性を均一に形成して、規格に合わせるのが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、発光素子の駆動回路や受信信号の増幅器などのアナログＩＣとデジタル処理を行う論理回路ＩＣとを１チップ化し、さらに発光素子および受光素子と共に１パッケージ化することにより、ノイズが少なく小形化された光通信システムの送受信部を構成する光通信用デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光通信用デバイスは、信号を送信する発光素子と、該発光素子を駆動する駆動回路と、外部からの信号を受信する受光素子と、該受光素子により受信した信号を増幅する増幅回路と、前記駆動回路への信号を変調し、および前記増幅回路からの信号を復調する論理回路とからなり、前記駆動回路、増幅回路、および論理回路が１チップのＩＣで形成され、該ＩＣが中心部に設けられ、該ＩＣを挟んで両側に前記発光素子および受光素子が設けられるように、１つのパッケージに前記ＩＣ、発光素子および受光素子が組み込まれると共に、前記発光素子および受光素子の正面に前記発光素子の発する光および前記受光素子の受光する光の波長に対してそれぞれ透明な樹脂によりレンズ部が形成され、該レンズ部以外の周囲が不透明樹脂により被覆されるように一体にモールドされている。その結果、各回路を接続する配線が長く延びたり露出していないため、ノイズを拾うことがなく、高特性の送受信部が得られると共に、小形化することができる。
【０００９】
前記ＩＣ、発光素子および受光素子がリードフレームの同一面上にボンディングされ、前記受光素子がｐｉｎホトダイオードからなり、少なくとも前記ＩＣのダイパッドと前記受光素子のダイパッドとが独立して形成されることにより、送受信部の性能を低下させることなく、ローノイズで小形化されたデバイスが得られる。
【００１０】
前記ＩＣ内に前記発光素子から送信している際に前記受光素子による受信を遮断する回路が形成されていることが、誤作動を防止できるため好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の光通信用デバイスについて説明をする。図１は本発明の光通信用デバイスを模式的に表したブロック図、図２はその外形を示す斜視説明図、図３はそれに用いるリードフレームの一例を示す図である。
【００１２】
図１において、１はたとえば赤外のＬＥＤからなる発光素子で、２はたとえばｐｉｎホトダイオードからなる受光素子で、それぞれの正面側のパッケージ６には、図２にも示されるように、送受信に用いられる光を透過するレンズ部６ａ、６ｂが設けられている。３は１チップ化されたＩＣで、発光素子を駆動する駆動回路４１および受光素子２により受光した信号を増幅する増幅回路４２からなるバイポーラ部４と、デジタル処理回路が形成された論理回路部（ＭＯＳ部）５とからなっている。論理回路部５は、たとえばＩｒＤＡ規格により電気信号を光信号に変換するためのＩｒＤＡ変調回路５１、ＡＳＫ規格により電気信号を光信号に変換するＡＳＫ変調回路５２、およびこれらの規格のいずれを採用するかにより選択するスイッチング素子５３と、パワーや感度の切り替えをしたり、通信スピードを切り替えるコントロールレジスタ回路５４と、受信したＩｒＤＡ規格の受信信号を通常の電気信号に復調するＩｒＤＡ復調回路５５、受信したＡＳＫ規格の信号を通常の電気信号に復調するＡＳＫ復調回路５６およびいずれの規格の信号を受信したかにより、いずれかの復調回路を選択するスイッチング素子５７とからなっている。
【００１３】
１つの半導体チップにバイポーラ部４と論理回路部５とを作り込むには、Ｂｉ−ＣＭＯＳのプロセスで行うことにより両タイプの素子を１チップ内に形成することができる。なお、チップ内の各回路の配置はバイポーラ部４と論理回路部５とをそれぞれまとめて形成することが、耐ノイズ性の点から好ましい。さらに、発光素子１の駆動回路４１では、かなり大きい電流を流すためノイズが発生しやすく、受光素子２により受信した信号の増幅回路４２とは距離的に分離したり、電源ラインをできるだけ共用しないようにしていることが望ましい。本発明では、これらの回路を１つの半導体基板に１チップ化して形成しているため、各回路はそれぞれ適合するように設計され、前述の各回路部品間に抵抗やコンデンサを接続する必要がないが、必要な場合でも同じ半導体基板内に作り込むことができる。
【００１４】
さらに、図１には主要部のみを示すブロック図が示されているが、他の回路を同時に組み込むことも容易にできる。たとえば後述するように、発光素子１から発した光が直接受光素子２側に回り込まないようにする方策として、発光素子１を発光させるため、駆動回路４１により発光素子１を駆動している間は受光素子２側の増幅回路４２などを作動させないように遮断する回路を設けることもできる。そのため、送受信部に必要なすべての回路部品を１チップ化または省略することができ、外付部品は一切不要または削減することができる。
【００１５】
この１チップ化されたＩＣ３および発光素子１と受光素子２のそれぞれのチップがたとえばリードフレームのダイパッド上にボンディングされ、モールド樹脂などからなるパッケージ６により被覆されることにより１パッケージ化された本発明の光通信用デバイスが得られる。このパッケージングは、ＩＣ部に光が進入しても問題ないため、発光素子１が発する光の波長または受光素子２が受光する光の波長に対して透明な樹脂を用いて全体をモールドすることができる。この際、図１〜２に示されるように、発光素子１および受光素子２の正面側にレンズ部６ａ、６ｂを形成する。別の方法として、発光素子１および受光素子２の正面側のみに透明樹脂によりレンズ部６ａ、６ｂを形成し、その後、不透明樹脂によりレンズ部６ａ、６ｂ以外の全体をモールドしてもよい。その結果、図２に示されるような一体型の光通信用デバイスが得られる。なお、図２において、７はパッケージから導出されたリードである。
【００１６】
図３は本発明の１パッケージ化された光通信用デバイスを製造するためのリードフレームの一例を示す図である。図３において、７１はＩＣのチップ用のダイパッド、７２は発光素子のチップ用のダイパッド、７３は受光素子のチップ用のダイパッド、７は各リードを示す。図３に示される例では、ＩＣ用のダイパッド７１と発光素子および受光素子用のダイパッド７２、７３がそれぞれ別々のダイパッドにより形成されて電気的に独立している。このように、それぞれのダイパッドを電気的に独立させることにより、発光素子や受光素子のチップの極性を気にすることなく、それぞれの特性により発光素子や受光素子の種類を選択して使用することができるため、設計の自由度が向上し、高特性の光通信用デバイスを得ることができる。とくに、受光素子として、高速応答が得られるｐｉｎホトダイオードを使用する場合、ＩＣにｐ型の半導体基板を使用し、ｐｉｎホトダイオードにｎ型基板を使用したチップをそれぞれ使用することができるため、従来の光通信用デバイスの特性を劣化させることがなく、１パッケージ化された光通信用デバイスとなる。また、真ん中にＩＣ用のダイパッド７１が設けられ、その両側に発光素子用と受光素子用のダイパッド７２、７３がそれぞれ設けられることにより、発光素子と受光素子との間の干渉を防止しやすいため好ましい。
【００１７】
このリードフレームを用いて光通信用デバイスを製造するには、まず、それぞれのダイパッド上に各チップをダイボンディングし、ＩＣと発光素子および受光素子の各チップ間、ならびにＩＣチップと各リード端子との間をワイヤボンディングする。その後、透明樹脂によりモールドし、各リードをリードフレームから切断分離することにより、図２に示されるような１パッケージ化された本発明の光通信用デバイスが得られる。なお、図３からもわかるようにこのリードフレームでは、受発光素子用の各アイランドにつながるリードはなくなっている。
【００１８】
前述のように、発光素子と受光素子とを離して配置することにより、その間に遮光壁を設けやすく、両者間の光の授受を防止することができるが、送信と受信とは通常同時には行われないため、送信のため駆動回路により発光素子を駆動しているときには受光素子により受光した信号を増幅する増幅回路の動作をさせずに受光部側を遮断する回路をＩＣチップ内に形成することにより、発光素子と受光素子との間のクロストークを防止することができる。その結果、従来では送受信間の干渉を完全に防止することができないか、クロストークによる受信信号を除去する処理のためのプログラムが必要であったのが、１つのＩＣだけで送受信間の干渉を容易に防止することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、光通信システムの送受信部として必要な各回路を１チップ化し、発光素子および受光素子と共に１パッケージ化しているため、回路間の接続配線が露出せず、ノイズの影響を受けにくい性能の優れた光通信用デバイスが得られる。
【００２０】
また、レンズ部が一体的に形成されているので、受発光素子の指向性が安定して得られ、規格を満足する光通信用デバイスを容易に得ることができる。
【００２１】
さらに、すべての部品を１パッケージ化しているため、小形化することができ、たとえば従来の１／４〜１／５の大きさで、１２ｍｍ×５.５ｍｍ×４.５ｍｍ（厚さ）程度の大きさにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信用デバイスのブロック説明図である。
【図２】本発明の光通信用デバイスの斜視説明図である。
【図３】本発明のデバイスに使用するリードフレームの例を示す図である。
【図４】従来の光通信用デバイスのブロック説明図である。
【図５】従来のデバイスの受光素子と増幅器との接続部分の例を示す図である。
【符号の説明】
１発光素子
２受光素子
３ＩＣ
４バイポーラ部
５論理回路部
６パッケージ
４１駆動回路
４２増幅回路

Claims

信号を送信する発光素子と、該発光素子を駆動する駆動回路と、外部からの信号を受信する受光素子と、該受光素子により受信した信号を増幅する増幅回路と、前記駆動回路への信号を変調し、および前記増幅回路からの信号を復調する論理回路とからなり、前記駆動回路、増幅回路、および論理回路が１チップのＩＣで形成され、該ＩＣが中心部に設けられ、該ＩＣを挟んで両側に前記発光素子および受光素子が設けられるように、１つのパッケージに前記ＩＣ、発光素子および受光素子が組み込まれると共に、前記発光素子および受光素子の正面に前記発光素子の発する光および前記受光素子の受光する光の波長に対してそれぞれ透明な樹脂によりレンズ部が形成され、該レンズ部以外の周囲が不透明樹脂により被覆されるように一体にモールドされてなる光通信用デバイス。
前記ＩＣ、発光素子および受光素子がリードフレームの同一面上にボンディングされ、前記受光素子がｐｉｎホトダイオードからなり、少なくとも前記ＩＣのダイパッドと前記受光素子のダイパッドとが独立して形成されてなる請求項１記載の光通信用デバイス。
前記ＩＣ内に前記発光素子から送信している際に前記受光素子による受信を遮断する回路が形成されてなる請求項１または２記載の光通信用デバイス。