JPH04356974A - フォトカプラ及び半導体リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトカプラ及び半導
体リレーに関する。具体的にいうと、本発明は、発光素
子から出力された光信号をフォトダイオードやフォトト
ランジスタ等の光起電力素子で電気信号に変換するフォ
トカプラに関する。また、そのフォトカプラを利用した
半導体リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】（半導体リレーについて）図８は半導体
リレーの電気回路図を示す。破線１で囲まれた部分は発
光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光素子２とフォトダ
イオードやフォトトランジスタ等の光起電力素子３とか
らなるフォトカプラ、４は駆動回路、５ａ，５ｂは負荷
回路に接続されるＭＯＳ型トランジスタである。

【０００３】しかして、１次側入力端子６ａ，６ｂに電
流が流れると発光素子２が発光し、光起電力素子３の両
端で起電圧が発生し、駆動回路４を通してＭＯＳ型トラ
ンジスタ５ａ，５ｂを駆動する。このＭＯＳ型トランジ
スタ５ａ，５ｂのオン、オフによって出力端子７ａ，７
ｂ間に接続された負荷が開閉される。また、１次側入力
端子６ａ，６ｂと出力端子７ａ，７ｂとは、破線１で囲
んだ部分の回路によっって電気的に絶縁されている。

【０００４】（従来例のフォトカプラについて）図９は
図８の半導体リレーの破線１で囲んだ部分の回路を構成
する従来例のフォトカプラ１１を示す。このフォトカプ
ラ１１は、例えばデュアルインラインパッケージ（ＤＩ
Ｐ）型となっており、一対のリードフレーム１２，１３
の端部が上下に対向しており、下方のリードフレーム１
３の上面には発光素子２が実装され、上方のリードフレ
ーム１２の下面には光起電力素子３が実装されており、
発光素子２及び光起電力素子３はそれぞれ所定のリード
フレームにワイヤーボンディングされている。さらに、
発光素子２と光起電力素子３との間には光を透過する絶
縁樹脂１４を充填し、全体を黒色エポキシ樹脂等のパッ
ケ−ジ１５でモールドしてある。

【０００５】しかしながら、上記のように従来のフォト
カプラ１１は、立体的に構成されているため、形状が大
きく、特に厚みが大きいという欠点があった。

【０００６】また、このようなフォトカプラ１１は、発
光素子２と光起電力素子３の相互の位置関係を一定に保
つように組み立てないと、光起電力素子３への光の照射
量のばらつきが増大していた。

【０００７】（従来例の半導体リレーについて）従来の
半導体リレーは、図９のような形状の大きなフォトカプ
ラ１１を用い、このフォトカプラ１１と駆動回路４とＭ
ＯＳ型トランジスタ５ａ，５ｂとを組み合わせ、配線回
路基板等に実装することによって製作されているので、
実装スペースが大きくなり、小型の半導体リレーを製作
できないという問題があった。

【０００８】また、半導体リレーの別な従来例を図１０
（ａ）（ｂ）に示す。これは、図９のような構造のフォ
トカプラのパッケージ１５内で駆動回路４（図１０には
表れていない。）及びＭＯＳ型トランジスタ５ａ，５ｂ
をリードフレーム２２，２３等に取り付け、図８で表し
たような回路全体を一体にパッケージしたものである。

【０００９】しかしながら、このような一体型の半導体
リレー２１にあっては、異なる仕様の半導体リレーを作
製する際には、図８に示す回路全体の実装を最初から設
計する必要がある。特に、各仕様の半導体リレーの設計
時及び生産時においては、半導体リレーの作製時に最も
問題となる発光素子と光起電力素子の相互の位置関係に
も注意を払う必要が生じ、設計効率及び生産歩留りが低
いという問題があった。また、図９のようなフォトカプ
ラ１１を本体として半導体リレー２１が構成されている
ため、半導体リレーを十分に小型化することができなか
った。

【００１０】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その第１の目的とするところは、薄型
のコンパクトなフォトカプラを提供することにある。ま
た、第２の目的とするところは、半導体リレーを小型化
すると共に、共用性の高い部分を一体化することにより
、設計効率及び生産歩留りを向上させることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のフォトカプラは
、発光素子と光起電力素子を同一平面上に配置し、この
発光素子と光起電力素子を透光性樹脂によって封止し、
発光素子から出射された光信号が前記透光性樹脂の界面
で反射され光起電力素子に入射させられるようにしたこ
とを特徴としている。

【００１２】また、本発明の半導体リレーは、発光素子
、光起電力素子及び駆動回路を同一面状体上に配置し、
この発光素子と光起電力素子を透光性樹脂によって封止
し、発光素子から出射された光信号が前記透光性樹脂の
界面で反射され光起電力素子に入射させられるようにし
たフォトカプラモジュールと、フォトカプラモジュール
によって駆動される負荷回路用トランジスタとから構成
されている。

【００１３】

【作用】本発明のフォトカプラは、発光素子と光起電力
素子が同一平面上に配置されているので、フォトカプラ
を面状に構成でき、薄型化してコンパクトに構成するこ
とができる。

【００１４】また、本発明の半導体リレーにおいても、
発光素子と光起電力素子と駆動回路を同一面状体上に設
けているので、フォトカプラモジュールを薄型化でき、
半導体リレーを小型化することができる。

【００１５】また、発光素子と光起電力素子と駆動回路
を一体化してフォトカプラモジュールを構成しているの
で、フォトカプラモジュールを仕様の異なる半導体リレ
ーに対しても共用化させることができ、フォトカプラモ
ジュールの特性及び品質を半導体リレー全体とは別に管
理することができる。しかも、フォトカプラモジュール
を一体化し、フォトカプラモジュールと負荷回路用のト
ランジスタとを別々に構成しているので、フォトカプラ
モジュールとトランジスタ部分の実装を別々の工程で行
うことができる。したがって、半導体リレーの設計効率
の向上と生産歩留りの向上を図ることができる。

【００１６】

【実施例】図１及び図２は本発明の一実施例によるフォ
トカプラ３１の断面図及び平面図を示す。配線回路基板
やテープ、シート等の基材３２の表面には、複数本の配
線パターン電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが形成
されており、リ−ドフレーム３３ａの端部にＬＥＤ等の
発光素子２が実装され、発光素子２２とリードフレーム
３３ｂはワイヤー３４によってボンディングされている
。

【００１７】また、基材表面の発光素子２の近傍には、
フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光起電力素
子３が実装されており、光起電力素子３とリードフレー
ム３３ｃ，３３ｄはワイヤー３５によってボンディング
されている。

【００１８】基材３２の表面に実装された発光素子２と
光起電力素子３とは、透光性樹脂３６によって封止され
ており、光起電力素子３は透光性樹脂３６内のほぼ中央
部に配置され、発光素子２は透光性樹脂３６内の端部に
配置されている。透光性樹脂３６としては、光を透過さ
せ、絶縁性を有し、空気よりも屈折率の大きな樹脂、例
えば光学用シリコン樹脂や白色シリコン樹脂などを用い
ることができ、透光性樹脂３６は基材３２の表面にポッ
ティング等によって供給された時の表面張力によって楕
円半球状ないし半球状に成形されている。

【００１９】しかして、上記構造により図８の破線１で
囲まれた部分の回路が構成されており、配線パターン電
極３３ａ，３３ｂから発光素子２に電流を流して発光素
子２を発光させると、発光素子２から放射された光は透
光性樹脂３６と空気の界面で反射（好ましくは、全反射
）され、光起電力素子３で受光され、光起電力素子３の
両端に起電力が発生する。

【００２０】図３及び図４は本発明の別な実施例による
フォトカプラ３７の平面図及び断面図である。本実施例
にあっては、基材としてＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍ
ａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装用テープ３８を用い、
ＴＡＢ実装技術により図１及び図２のフォトカプラ３１
と同様な構造の複数個のフォトカプラ３７をテープ３８
の表面に設け、テープ３８に沿って一定間隔毎にフォト
カプラ３７を配置してある。ただし、この実施例のフォ
トカプラ３７においては、光起電力素子３と駆動回路４
とが一体化されており、１個のチップとしてテープ３８
の上に実装されている。したがって、このフォトカプラ
３７は、図８の破線８で囲まれた部分の回路を構成して
いる。なお、駆動回路４は、光起電力素子３と一体化せ
ず、光起電力素子３とは別にテープ３８に実装してもよ
い。

【００２１】図５は、複数個のフォトカプラ３７を実装
された図３のようなＴＡＢ実装用テープ３８から切り離
した１個のフォトカプラ３７を示す。

【００２２】この実施例にあっては、ＴＡＢ実装技術を
用いて面状構成のフォトカプラ３７を形成しているので
、フォトカプラをより小型かつ薄型のモジュールとする
ことができる。さらに、ＴＡＢ用マウント装置などを用
いて半導体リレーその他の回路に効率よく実装させるこ
とができる。

【００２３】図６及び図７は本発明による半導体リレー
の一実施例を示す平面図及び断面図である。この半導体
リレー４０は、図８の破線８で囲まれた部分の回路を一
体に構成されたフォトカプラモジュール３９と、ＭＯＳ
型トランジスタ５ａ，５ｂとを基板４１の上に実装し、
基板４１の表面に形成された配線パターン電極４２やボ
ンディング用ワイヤ４３等によってフォトカプラモジュ
ール３９とＭＯＳ型トランジスタ５ａ，５ｂとを図８の
回路のように結線したものである。ここで用いられてい
るフォトカプラモジュール３９は、ＴＡＢ実装技術によ
って製作された図５のフォトカプラ３７であり、ＴＡＢ
用マウント装置などを用いて基板４１上に実装され、配
線パターン電極４２等と接続される。

【００２４】図８のような半導体リレーについては、異
なる仕様の半導体リレーを作成するためには、破線８で
囲まれたフォトカプラモジュールの部分の回路は共通で
よく、ＭＯＳ型トランジスタ５ａ，５ｂの種類を選択し
て実装すればよい。従って、上記のように図８の破線で
囲まれた部分をフォトカプラモジュール３９として一体
化し、これとＭＯＳ型トランジスタ５ａ，５ｂとを組合
せることにより半導体リレー４０を構成すれば、フォト
カプラモジュール３９を共通部品化でき、異なる仕様の
半導体リレーを製作する場合には組み合わせるＭＯＳ型
トランジスタ５ａ，５ｂ（ＭＯＳ型以外のタイプのトラ
ンジスタでもよい。）の種類を変更するだけでよく、実
装設計及び製造を容易にすることができる。また、フォ
トカプラモジュール３９を共通部品化することにより、
半導体リレーのコストを安価にすることができる。さら
に、フォトカプラモジュール３９の品質管理はフォトカ
プラモジュール３９の製造工程で行なえ、半導体リレー
の品質管理はフォトカプラモジュール３９の品質管理と
切り離して行なえ、品質管理を容易にでき、生産歩留り
を向上させることができる。

【００２５】また、ＴＡＢ実装技術により面状に構成さ
れたフォトカプラモジュール３９を用いて半導体リレー
４０を構成しているので、半導体リレーの小型化が実現
できるようになる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、フォトカプラを面状に
構成でき、薄型化してコンパクトに構成することができ
る。

【００２７】また、本発明の半導体リレーについても、
フォトカプラモジュールを薄型化でき、半導体リレーを
小型化することができる。

【００２８】さらに、発光素子と光起電力素子と駆動回
路を一体化してフォトカプラモジュールを構成している
ので、フォトカプラモジュールを仕様の異なる半導体リ
レーに対しても共用化させることができ、フォトカプラ
モジュールの特性及び品質を半導体リレー全体とは別に
管理することができる。しかも、フォトカプラモジュー
ルを一体化し、フォトカプラモジュールと負荷回路用の
トランジスタとを別々に構成しているので、フォトカプ
ラモジュールとトランジスタ部分の実装を別々の工程で
行うことができる。したがって、半導体リレーの設計効
率の向上と生産歩留りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるフォトカプラの断面図
である。

【図２】同上の実施例の平面図である。

【図３】本発明の別な実施例によるフォトカプラであっ
て、テープ上に形成された複数個のフォトカプラを示す
平面図である。

【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。

【図５】図３のテープから切り出された１個のフォトカ
プラ（フォトカプラモジュール）を示す平面図である。

【図６】図５のフォトカプラモジュールを用いて構成さ
れた半導体リレーを示す平面図である。

【図７】同上の断面図である。

【図８】半導体リレーの電気回路図である。

【図９】従来例のフォトカプラを示す断面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は従来例の半導体リレーを示す
断面図である。

【符号の説明】

２　　発光素子 ３　　光起電力素子 ４　　駆動回路 ５ａ，５ｂ　　ＭＯＳ型トランジスタ ３１　　フォトカプラ ３６　　透光性樹脂 ３７　　フォトカプラ ３８　　ＴＡＢ実装用テープ ３９　　フォトカプラモジュール ４０　　半導体リレー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発光素子と光起電力素子を同一平面上
   に配置し、この発光素子と光起電力素子を透光性樹脂に
   よって封止し、発光素子から出射された光信号が前記透
   光性樹脂の界面で反射され光起電力素子に入射させられ
   るようにしたことを特徴とするフォトカプラ。
2. 【請求項２】　　発光素子、光起電力素子及び駆動回路
   を同一面状体上に配置し、この発光素子と光起電力素子
   を透光性樹脂によって封止し、発光素子から出射された
   光信号が前記透光性樹脂の界面で反射され光起電力素子
   に入射させられるようにしたフォトカプラモジュールと
   、フォトカプラモジュールによって駆動される負荷回路
   用トランジスタとからなる半導体リレー。