JP3415369B2 - 光結合型リレー装置 - Google Patents
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Description
置に関する。
光結合型リレー装置がある。この光結合型リレー装置
は、光結合路を介して発光素子と光結合された受光素子
が出力する信号に基づいてスイッチ素子の導通を制御す
るものである。以下の説明において、必要に応じて光結
合路の前段側を「1次側」と記し、後段側を「2次側」
と記す。
2次側との間が、電気的に絶縁されていること(電気的
絶縁性能)に加えて、光学的に結合されていること(光
学的結合性能)が要求され、これらの性能を満足するこ
とにより、電気的なノイズの伝達を伴うことなく1次側
から2次側に信号を伝達してスイッチ素子の導通を制御
する。
に、従来の光結合型リレー装置は、銅(Cu)や鉄(Fe)、或
いは42アロイ等の金属製のリードフレーム1aに配設さ
れたフォトダイオードからなる受光素子2と、この受光
素子2に対向するようにリードフレーム1bに配設され
た発光ダイオードからなる発光素子4と、リードフレー
ム1aに隣接して配置されたリードフレーム(図示せ
ず)に配設されたパワーMOSトランジスタ( MOS ; Me
tal Oxide Semiconductor )からなるスイッチ素子(図
示せず)との各素子を備え、これら各素子の電極は、金
線Wを介して各素子が配設されたそれぞれのリードフレ
ームに接続され、透明シリコン樹脂6により一体的に覆
われている。そして、リード電極となるリードフレーム
のリード部分を除いて全体が不透明エポキシ樹脂7に封
止されている。なお、透明シリコン樹脂6が受光素子2
と発光素子4との間の光結合路を形成する。
レー装置において、リードフレーム1bのリード電極に
外部から入力信号が印加されると、発光素子2が励起さ
れて発光する。この発光素子2が発する光は光結合路を
構成する透明シリコン樹脂6を介して受光素子4に伝達
され、受光素子4は、発光素子2からの光を受光して電
気信号(以下、「受光信号」と記す)に変換する。この
受光信号はスイッチ素子(図示せず)のゲート電極に与
えられ、このスイッチ素子の導通を制御する。このスイ
ッチ素子を構成するパワーMOSトランジスタを導通制
御するためには、通常、そのゲート電極に与えられる受
光信号の電圧として約5V程度を必要とする。このた
め、受光信号を生成する受光素子2は、単体で約0.5V
程度の電圧を発生するフォトダイオードを10数段にわ
たって直列接続したフォトダイオードのアレイを半導体
基板上に形成して構成されている。
基板上に形成して受光素子2を構成するにあたっては、
この半導体基板を介して各フォトダイオードがショート
することのないように電気的に絶縁する必要がある。半
導体基板上に形成する各素子を電気的に絶縁する方法と
しては、各素子間に介在するPN接合を逆バイアスする
方法(PN接合逆バイアス法)があるが、フォトダイド
ードを直列に接続した場合には、その構造上、この方法
を用いることができず、一般にはレーザ再結晶法或いは
誘電体分離法等を用いて分離する。
レー装置は、例えば電話交換機やモデムにおいて回線を
接続するためのスイッチとしての用途があり、特に、近
年増加しつつあるPCMCIA(Personal Computer Mem
ory Card International Association)規格準拠のモデ
ムカードへの応用が注目されている。このモデムカード
では、実装するパッケージのサイズが制限され、厚さが
2mm程度のSMDタイプの薄型パッケージであること
が要求される。図6に示す従来の装置の構造において、
PCMCIA規格準拠のモデムカードに搭載可能な薄型
のパッケージに実装しようとする場合、発光素子2と受
光素子4との対向距離を狭めるか、或いはリードフレー
ム1a,1bの外側を覆う樹脂7の厚さを削る必要があ
る。
の対向距離を狭めると、1次側と2次側との間に要求さ
れる電気的絶縁性能が低下し、電気的なノイズが2次側
に伝達されるという問題が生じる。一方、電気的絶縁性
能を満足するように受光素子2と発光素子4との対向距
離を確保した上で、リードフレーム1a及び1bの外側
を覆う樹脂7の厚さを削ると、熱的ストレス性能が低下
し、信頼性が著しく損なわれるという問題が生じる。
たものであり、装置に要求される1次側と2次側との間
の電気的絶縁性能及び光学的結合性能を損なうことな
く、熱的ストレス性能を維持しつつ、薄型パッケージに
実装することが可能な光結合型リレー装置を提供するこ
とを課題とする。
決達成するため、以下の構成を有する。即ち、本発明に
係る光結合型リレー装置は、入力信号に基づき発光する
発光手段と、前記発光手段が発した光を受光して受光信
号を生成する受光手段と、前記受光信号に基づいて導通
するスイッチ手段とを備え、 前記発光手段は、絶縁性
及び透光性を有する基板を介して前記受光手段の受光面
上に配設されるとともに、前記発光手段の電極と該発光
手段の横方向に位置する発光側リードフレームとが金線
により接続され、前記受光手段及びスイッチ手段は、同
一チップ上に形成された受光側リードフレーム上に配設
され、前記受光手段は、前記基板及び発光手段とともに
光結合路を形成する透明樹脂に一体的に覆われ、リード
電極となる各リードフレームのリード部分を除いて遮光
樹脂にて封止して構成されている。
は、前記受光手段及びスイッチ手段が、レーザ再結晶法
又は誘電体分離法を用いて形成されて構成されている。
さらに、本発明に係る光結合型リレー装置は、前記発光
手段が、前記受光手段の受光面中央部に配設されて構成
されている。
明樹脂により一体的に覆われて、遮光樹脂に封止されて
もよいし、前記発光手段、受光手段及びスイッチ手段
が、透明樹脂により一体的に覆われて、遮光樹脂に封止
されてもよい。
用する。即ち、本発明に係る光結合型リレー装置によれ
ば、発光手段は基板を介して受光手段の受光面上に配設
されるので、発光手段と受光手段との間の電気的絶縁性
能は基板の特性により定められる。従って、基板の電気
的絶縁性能を選択することにより、発光手段と受光手段
との間の距離を小さく設定することができる。
る発光手段の周囲は、受光面の外周領域に取り巻かれ、
発光手段が周囲に発する光を受光面が受光する。さら
に、受光手段及びスイッチ手段が同一チップ上に一体的
に形成され、パッケージに実装する上でも一体的に実装
される。
し、発光手段が発する光は透明樹脂が形成する光形成路
を経由して受光素子の受光面に到達する。さらにまた、
透明樹脂が光結合路を形成し、発光手段が発する光は透
明樹脂が形成する光形成路を経由して受光素子の受光面
に到達する。
ら、本発明の実施の形態に係る光結合型リレー装置につ
いて説明する。ここで、図1は本発明の第1の実施形態
に係る光結合型リレー装置の外観斜視図であり、図2は
図1におけるA−A断面図であり、図3は図1における
B−B断面略図である。また、図4は図2及び図3に示
す装置を構成する受光素子の上面図である。さらに、図
5は本発明の第2の実施形態に係る光結合型リレー装置
の主要部を説明するための説明図である。なお、各図に
おいて、前述の図6に示す従来装置の構成要素と同一ま
たは相当部分には同一符号を付す。
型リレー装置は、図2にそのA−A断面構造を示すよう
に、リードフレーム1Aに銀ペーストなどの導電性接着
部材を用いて接着して配設された受光素子2(受光手
段)の後述する受光面上に、絶縁性及び透光性を有する
ガラス基板3(基板)を介して発光素子4(発光手段)
を配設して構成されている。
に示すように、受光素子2の両側には、受光素子2が出
力する受光信号に基づいて導通するスイッチ素子5A及
び5B(スイッチ手段)がリードフレーム1Aa及び1
Ab上に配設されている。さらに、同図に示すリードフ
レーム1A,1Aa,1Abのそれぞれに配設された受
光素子2及びスイッチ素子5A,5Bの各電極は、前述
の図2に示すように、超音波熱圧着された金線を介して
各素子が配設されたリードフレームに接続されており、
発光素子4の電極も又同様に、金線を介してリードフレ
ーム1Bに接続されている。
子2は、ガラス基板3を介して配設された発光素子4と
共に光結合路を形成する透明シリコン樹脂6(透明樹
脂)に一体的に覆われ、リード電極となる各リードフレ
ームのリード部分を除いて全体が不透明エポキシ樹脂7
(遮光樹脂)により封止されている。なお、図2及び図
3に示すガラス基板3の片面には導電性透明薄膜電極
(符号なし)が形成されており、この片面側に発光素子
4が固定されて、導電性透明薄膜電極が発光素子2の一
方の引き出し電極となる。
上面には、図4に例示するように、フォトダイオードの
アレイが形成された受光領域2Aと、発光素子4が絶縁
ガラス基板3を介して配設される発光素子配設領域2B
とからなる受光面が形成されている。この発光素子配設
領域2Bは、受光面中央部に設けられており、フォトダ
イオードなどが一切形成されていない所謂フィールド領
域となっている。これにより、受光面にガラス基板3を
介して発光素子4を配設する際の物理的ダメージが装置
の性能に与える影響を回避するものとなっている。ま
た、同図に示すように、受光素子2の上面の2ケ所のコ
ーナー部には、上部電極2Cが形成されており、この電
極に受光信号が現れるものとなっている。
において、図2及び図3に示す発光素子4が図示しない
入力信号に基づき励起して発光すると、その側面から発
する光は光結合路を形成する透明シリコン樹脂6を透過
し、この透明シリコン樹脂6と不透明エポキシ樹脂7と
の界面で反射されて、やがて図4に示す受光素子2の受
光領域2A(受光面)に到達する。一方、発光素子4の
下面(ガラス基板3との接着面)から発する光は、ガラ
ス基板3を透過した後に透明シリコン樹脂6を透過し
て、同様に図4に示す受光領域2Aに到達する。
により光電変換されて上部電極2Cに受光信号として生
成されて現れる。この受光信号は、前述の従来装置と同
様に、パワーMOSトランジスタ等からなるスイッチ素
子5A,5Bのゲート電極に与えられ、これらスイッチ
素子5A,5Bは受光信号に基づいて導通する。以上に
より、1次側と2次側が光結合されて、入力信号に応じ
てスイッチ素子の導通が制御される。
装置のアセンブリ工程の概略を参考的に紹介しておく。
先ず、図2または図3に示すリードフレーム1A(1A
a,1Ab)及び1Bに受光素子2及びスイッチ素子5
A,5Bを銀(Ag)ペースト等の導電性接着部材を用いて
それぞれ接着して固定する。次に、受光素子2の受光面
の発光素子配設領域2Bにガラス基板3を絶縁性の接着
部材を用いて固定する。この場合、ガラス基板3の導電
性透明薄膜電極が形成されていない面を受光素子2の受
光面に接着する。なお、この導電性透明薄膜電極は、例
えば、In2O3,SnO2,ZnO,Cd2SnO4,C
dO,TiO2などの導電性透過膜を用いて形成され
る。
ペーストなどの導電性接着部材を用いて固定する。この
とき、発光素子4はガラス基板3に形成された導電性透
明薄膜電極と電気的に接続されて固定される。次に、各
素子とリードフレームとを金線により配線する。この金
線は超音波熱圧着法により各素子の電極及びリードフレ
ームに固定される。次に、受光素子2及び発光素子4を
一体的に透明シリコン樹脂6で覆い、この透明シリコン
樹脂6を熱硬化させて光結合路を形成する。最後に、リ
ード電極となる各リードフレームのリード部分を除いて
不透明エポキシ樹脂7を用いてトランスファモールド成
型法により封止して、図1〜図3に示す本実施形態の装
置のアセンブリが終了する。
発光素子4はガラス基板3を介して受光素子2の受光面
上に配設されるので、発光素子4と受光素子2との間の
電気的絶縁性能はガラス基板3の特性により定められ
る。従って、受光素子2と発光素子4との対向距離はガ
ラス基板3の厚さで定められ、ガラス基板3の電気的絶
縁性能を選択することにより、発光素子4と受光素子2
との間の距離を小さく設定することができ、これによ
り、装置の縦方向のサイズが小さくなる。また、本実施
形態では、発光素子4の電極が接続されるリードフレー
ムを発光素子2の横方向に位置させているので、装置の
縦方向のサイズがさらに小さくなる。
いて、図5を参照して説明する。前述の図1に示す第1
の実施形態の装置が受光素子2とスイッチ素子5A,5
Bとを分離して構成したものであるのに対し、図5
(a)に概略的に構造を示す本実施形態の装置は、前述
の図3に示す受光素子2及びスイッチ素子5A,5Bを
図5(a)に示す受光スイッチ素子20として構成し、
これらの素子を同一チップ上(同一基板上)に集約した
ものである。即ち、図5(a)において、リードフレー
ム1Aに配設された受光スイッチ素子20の上面には、
例えば、同図(b)に例示するように、前述の受光素子
2に相当する光結合素子領域200に加えて、スイッチ
素子5A,5Bに相当するスイッチ素子領域500が形
成されている。
成される光結合素子領域200とスイッチ素子領域50
0との間を、PN接合逆バイアス法によっては電気的に
絶縁することはできないので、光結合素子領域200に
形成される受光素子(フォトダイオード)及びスイッチ
素子領域500に形成されるスイッチ素子(パワーMO
Sトランジスタ)のそれぞれをレーザ再結晶法または誘
電体分離法を用いて形成して、これらの電気的な絶縁を
図る。
受光素子とスイッチ素子とを同一チップ上に集約したの
で、実装上必要とされる受光素子とスイッチ素子との間
隔を設ける必要がなくなるので、装置の縦方向のサイズ
が小さくなることに加えて、横方向のサイズも小さくな
る。
によれば以下のような効果を得ることができる。即ち、
本発明によれば、発光素子(発光手段)をガラス基板
(基板)を介して受光素子(受光手段)の受光面上に配
設したので、装置を縦方向に小型化することができ、1
次側と2次側との間の電気的絶縁性能及び光結合性能並
びに熱的ストレス性能を損なうことなく、薄型パッケー
ジに実装した光結合型リレー装置を得ることができる。
受光面中央部に発光素子を配設したので、受光素子は発
光素子が発した光を有効に受光することができ、装置の
動作余裕を向上させることができる。
ッチ素子とを同一チップ上(同一基板上)に形成したの
で、装置の横方向のサイズを小さくすることができ、装
置をさらに小型に実現することができる。
素子と受光素子とを透明シリコン樹脂(透明樹脂)によ
り一体的に覆って不透明エポキシ樹脂(遮光樹脂)に封
止したので、発光素子が発した光が透明樹脂と遮光樹脂
との界面に反射されて受光素子の受光面に有効に導か
れ、装置の動作余裕をさらに向上させることができる。
装置の外観斜視図である。
装置のA−A断面図である。
装置のB−B概略断面図である。
装置を構成する受光素子の上面図である。
合型リレー装置の主要部の構造を説明するための説明図
である。(b)は、本発明の第2の実施形態に係る光結
合型リレー装置を構成する受光スイッチ素子の上面図で
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 入力信号に基づき発光する発光手段と、
前記発光手段が発した光を受光して受光信号を生成する
受光手段と、前記受光信号に基づいて導通するスイッチ
手段とを備え、 前記発光手段は、絶縁性及び透光性を有する基板を介し
て前記受光手段の受光面上に配設されるとともに、前記
発光手段の電極と該発光手段の横方向に位置する発光側
リードフレームとが金線により接続され、 前記受光手段及びスイッチ手段は、同一チップ上に形成
された受光側リードフレーム上に配設され、前記受光手段は、前記基板及び発光手段とともに光結合
路を形成する透明樹脂に一体的に覆われ、 リード電極となる各リードフレームのリード部分を除い
て遮光樹脂にて封止したことを特徴とする光結合型リレ
ー装置。 - 【請求項2】 前記受光手段及びスイッチ手段は、レー
ザ再結晶法又は誘電体分離法を用いて形成されることを
特徴とする請求項1に記載の光結合型リレー装置。 - 【請求項3】 前記発光手段は、前記受光手段の受光面
中央部に配設されたことを特徴とする請求項1又は2に
記載の光結合型リレー装置。 - 【請求項4】 前記発光手段及び受光手段は、透明樹脂
により一体的に覆われて、遮光樹脂に封止されたことを
特徴とする請求項1、2又は3に記載の光結合型リレー
装置。 - 【請求項5】 前記発光手段、受光手段及びスイッチ手
段は、透明樹脂により一体的に覆われて、遮光樹脂に封
止されたことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の
光結合型リレー装置。
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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