JP2002050950A - 半導体リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波信号を出力信号伝送線路に通す場合
に、波形品質を劣化し難くする。 【解決手段】 入力信号に応じて光信号を発光する発光
素子１と、発光素子１の光信号を受光して光起電力を発
生する受光素子２と、ソース及びゲートを互いに接続す
るとともにドレインソース間が逆直列接続されて対をな
し受光素子２の光起電力がゲートソース間に印加されて
ドレインソース間のインピーダンスが変化する両出力用
半導体素子５，５と、を備え、両出力用半導体素子５，
５は、一方面にドレイン電極を他方面にソース電極を設
け、ドレイン電極をドレイン側フレーム１０ｆに直接面
接続するとともにソース電極をソース側フレーム１０ｃ
に接続する半導体リレーにおいて、ソース電極間を直接
接続するソース電極接続部材２０ｄを設けた構成にして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号の開閉
に使用される半導体リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体リレーとして図９
及び図１０に示すものが存在する。このものは、入力信
号に応じて光信号を発光する発光ダイオード（発光素
子）１０１、発光ダイオード１０１の光信号を受光して
光起電力を発生するフォトダイオードアレイ（受光素
子）１０２、フォトダイオードアレイ１０２の光起電力
がゲートソース間に印加されてドレインソース間のイン
ピーダンスが変化する一対の出力用ＭＯＳＦＥＴ（出力
用半導体素子）１０３，１０３、出力用ＭＯＳＦＥＴ１
０３，１０３のゲートソース間の充放電を制御する充放
電制御回路１０４を備えている。

【０００３】このもののフォトダイオードアレイ１０２
及び充放電制御回路１０４は、受光チップ１０５として
一体化され、コモンフレーム（ソース側フレーム）１０
６に設けられている。また、出力用ＭＯＳＦＥＴ１０
３，１０３は、出力フレーム（ドレイン側フレーム）１
０７に面接続されている。

【０００４】このものの両出力用ＭＯＳＦＥＴ１０３，
１０３は、ソース及びゲートを互いに接続するととも
に、ドレインソース間が逆直列接続されて対をなしてい
る。また、これらの両出力用ＭＯＳＦＥＴ１０３，１０
３は、それぞれのソース電極が、ソース電極接続ワイヤ
ー１０８，１０８により、コモンフレーム１０６に接続
されているので、コモンフレーム１０６を介して互いに
接続されている。

【０００５】従って、出力信号伝送線路は、出力フレー
ム１０７−出力用ＭＯＳＦＥＴ１０３−ソース電極接続
ワイヤー１０８−コモンフレーム１０６−ソース電極接
続ワイヤー１０８−出力用ＭＯＳＦＥＴ１０３−出力フ
レーム１０７となる。

【０００６】フォトダイオードアレイ１０２は、そのフ
ォトダイオードアレイ１０２を設けたコモンフレーム１
０６に、コモンフレーム接続ワイヤー１０９により接続
されている。

【０００７】次に、動作を説明する。入力信号が入力さ
れると、発光ダイオード１０１が光信号を発光する。こ
の光信号は、フォトダイオードアレイ１０２に受光され
る。フォトダイオードアレイ１０２は、発光ダイオード
１０１の発光した光信号を受光することにより、光起電
力を発生する。この光起電力は、出力用ＭＯＳＦＥＴ１
０３，１０３のゲートソース間に印加されて、出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１０３，１０３のゲートソース間を充電す
る。出力用ＭＯＳＦＥＴ１０３，１０３は、充放電制御
回路１０４により制御されることにより、ゲートソース
間が効率良く充電され、ドレインソース間が導通する。

【０００８】入力信号が入力されなくると、発光ダイオ
ード１０１が光信号を発光しなくなり、フォトダイオー
ドアレイ１０２が光起電力を発生しなくなる。出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１０３，１０３は、そのゲートソース間に充
電されていた電荷が、充放電制御回路１０４を通って放
電され、ドレインソース間が遮断される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
リレーにあっては、出力信号伝送線路の一部に、ソース
電極接続ワイヤー１０８，１０８というインピーダンス
不連続区間を有したものとなっているために、高周波
（略１００ＭＨｚ以上）信号を出力信号伝送線路に通す
場合に、インピーダンス不連続区間の両端で信号の多重
反射が起きてしまい、高速立ち上がり波形の立ち上がり
形状が鈍ったり、波打ったりして、波形品質が劣化する
という問題点があった。

【００１０】本発明は、上記の点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、高周波信号を出力信号
伝送線路に通す場合に、波形品質が劣化し難い半導体リ
レーを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の半導体リレーは、入力信号に応
じて光信号を発光する発光素子と、発光素子の光信号を
受光して光起電力を発生する受光素子と、ソース及びゲ
ートを互いに接続するとともにドレインソース間が逆直
列接続されて対をなし受光素子の光起電力がゲートソー
ス間に印加されてドレインソース間のインピーダンスが
変化する両出力用半導体素子と、を備え、前記両出力用
半導体素子は、一方面にドレイン電極を他方面にソース
電極を設け、ドレイン電極をドレイン側フレームに直接
面接続するとともにソース電極をソース側フレームに接
続する半導体リレーにおいて、前記ソース電極間を直接
接続するソース電極接続部材を設けた構成にしている。

【００１２】請求項２記載の半導体リレーは、請求項１
記載の半導体リレーにおいて、前記出力用半導体素子を
経由する出力信号の伝送経路を封止する場合に、伝送経
路を内側封止部材により封止するとともに、内側封止部
材をその内側封止部材よりも比誘電率が高い外側封止部
材により封止した構成にしている。

【００１３】請求項３記載の半導体リレーは、入力信号
に応じて光信号を発光する発光素子と、発光素子の光信
号を受光して光起電力を発生する受光素子と、受光素子
の光起電力がゲートソース間に印加されてドレインソー
ス間のインピーダンスが変化する出力用半導体素子と、
を備え、前記出力用半導体素子は、一方面にドレイン電
極を他方面にソース電極を設け、ドレイン電極をドレイ
ン側フレームに直接面接続した半導体リレーにおいて、
前記ソース電極を前記ソース側フレームにバンプ接続し
た構成にしている。

【００１４】請求項４記載の半導体リレーは、請求項３
記載の半導体リレーにおいて、前記出力用半導体素子を
経由する出力信号の伝送経路を封止する場合に、伝送経
路を内側封止部材により封止するとともに、内側封止部
材をその内側封止部材よりも比誘電率が高い外側封止部
材により封止した構成にしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図４に基づいて以下に説明する。

【００１６】１は発光ダイオード（発光素子）で、図４
に示すように、入力端子をなすようパッケージ１０ａ内
に支持された入力フレーム１０ｂ，１０ｂに設けられ、
入力フレーム１０ｂ，１０ｂ間に入力される入力信号に
応じて、光信号を発光する。この発光ダイオード１を設
けた入力フレーム１０ｂ，１０ｂと略対向して、コモン
フレーム（ソース側フレーム）１０ｃが、パッケージ１
０ａ内で支持されている。

【００１７】２はフォトダイオードアレイ（受光素子）
で、複数個のフォトダイオード２ａが直列接続されてな
り、発光ダイオード１からの光信号を受光して、光起電
力を発生する。このフォトダイオードアレイ２は、後述
する充放電制御回路４を一体に設けた受光チップ３とし
て、コモンフレーム１０ｃの幅広の一端部に設けられ、
カソードが充放電制御回路４の一方４ａ側に接続される
とともに、アノードが充放電制御回路４の他方４ｂ側に
接続されている。

【００１８】また、受光チップ３は、発光ダイオード１
と共に透明樹脂１０ｄにより封止され、さらに、この透
明樹脂１０ｄとパッケージ１０ａの内面との間に、封止
樹脂１０ｅが封止されて、後述する両出力用ＭＯＳＦＥ
Ｔ５，５及びそれらから出力される出力信号の伝送経路
が封止される。また、この受光チップ３は、充放電制御
回路４の一方４ａ側に接続された一方電極が、コモンワ
イヤー２０ａにより、コモンフレーム１０ｃに接続され
るとともに、充放電制御回路４の他方４ｂ側に接続され
た他方電極が、ゲートワイヤー２０ｂにより、両出力用
ＭＯＳＦＥＴ５，５のゲート電極にそれぞれ接続されて
いる。

【００１９】４は充放電制御回路で、前述したように、
受光チップ３として、フォトダイオードアレイ２と一体
化されている。この充放電制御回路４は、フォトダイオ
ードアレイ２が光起電力を発生しているときは、後述す
る両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５のゲートソース間に電荷
を充電するよう制御するとともに、フォトダイオードア
レイ２が光起電力を発生していないときは、両出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ５，５のゲートソース間に充電された電荷の
放電経路となる。

【００２０】５，５は出力用ＭＯＳＦＥＴで、いずれも
エンハンスメントモードであり、また、いずれも、裏側
の一方面にドレイン電極を設けるとともに表側の他方面
にソース電極及びゲート電極を設けた、いわゆる縦型Ｍ
ＯＳＦＥＴとなっている。これらの両出力用ＭＯＳＦＥ
Ｔ５，５は、いずれもドレイン電極が、出力端子をなす
ようコモンフレーム１０ｃの両側の略同一平面上に配設
された出力フレーム（ドレイン側フレーム）１０ｆ，１
０ｆに、導電的に面接着されて、出力フレーム１０ｆ，
１０ｆと電気的に接続されている。

【００２１】また、これらの両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，
５は、前述したように、それぞれのゲート電極が、ゲー
トワイヤー２０ｂにより、受光チップ３の他方電極と接
続されることにより、両ゲート電極が受光チップ３の内
部で互いに接続される。

【００２２】さらに、これらの両出力用ＭＯＳＦＥＴ
５，５は、それぞれのソース電極が、ソースワイヤー２
０ｃにより、コモンフレーム１０ｃにそれぞれ接続され
て、受光チップ３の一方電極と同電位とされるととも
に、ソース電極接続ワイヤー（ソース電極接続部材）２
０ｄにより、互いに直接接続されている。

【００２３】出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５は、上記したよ
うに接続されることにより、ソース及びゲートを互いに
接続するとともに、ドレインソース間が逆直列接続され
て対をなし、フォトダイオードアレイ２の光起電力がゲ
ートソース間に印加されて、ドレインソース間のインピ
ーダンスが変化するようになっている。

【００２４】次に、動作を説明する。両入力フレーム１
０ｂ，１０ｂ間に入力信号が入力されると、発光ダイオ
ード１が光信号を発光する。この光信号は、フォトダイ
オードアレイ２に受光される。フォトダイオードアレイ
２は、発光ダイオード１の発光した光信号を受光するこ
とにより、光起電力を発生する。この光起電力は、両出
力用ＭＯＳＦＥＴ５，５のゲートソース間に印加され
て、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５のゲートソース間を充
電する。両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５は、充放電制御回
路４により制御されることにより、ゲートソース間が効
率良く充電され、ドレインソース間が導通する。

【００２５】両入力フレーム１０ｂ，１０ｂ間に入力信
号が入力されなくると、発光ダイオード１が光信号を発
光しなくなり、フォトダイオードアレイ２が光起電力を
発生しなくなる。両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５は、その
ゲートソース間に充電されていた電荷が、充放電制御回
路４を通って放電され、ドレインソース間が遮断され
る。

【００２６】かかる半導体リレーにあっては、ソース電
極間がソース電極接続ワイヤー２０ｄにより直接接続さ
れているから、コモンフレームを間に介して２本のワイ
ヤーでソース電極間を接続する従来例に比較して、イン
ピーダンス不連続区間が短くなり、高周波（略１００Ｍ
Ｈｚ以上）信号を出力する際に、インピーダンスマッチ
ングが容易になるとともに、途中にインピーダンス不連
続点が無くなるので、高周波信号を出力する際に、高周
波信号の波形品質が損なわれ難くなる。

【００２７】次に、本発明の第２実施形態を図５及び図
６に基づいて以下に説明する。なお、第１実施形態と実
質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、
第１実施形態と異なるところのみ記す。

【００２８】このもののコモンフレーム１０ｃは、他端
部が一端部よりも幅広に形成され、その幅広の他端部が
出力フレーム１０ｆ，１０ｆと重合するように配置され
ている。このコモンフレーム１０ｃは、両出力用ＭＯＳ
ＦＥＴ５，５との重合面が、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，
５のゲート電極とバンプ接続され、さらに、両出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ５，５のゲート電極とのバンプ接続用の配線
パターンが、ゲートワイヤー２０ｂにより、受光チップ
３の他端電極に接続されている。また、このコモンフレ
ーム１０ｃは、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５のソース電
極とバンプ接続されることにより、受光チップ３の一方
電極と両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５のソース電極とを同
電位としている。

【００２９】かかる半導体リレーにあっては、ソース電
極とコモンフレーム１０ｃとの間をバンプ接続されてい
るから、ソース電極とコモンフレーム１０ｃとの間をワ
イヤー接続する場合に比較して、インピーダンスの不連
続区間となるソース電極とコモンフレーム１０ｃとの間
の距離が短くなり、高周波信号を出力する際に、インピ
ーダンスマッチングが容易になるので、高周波信号の波
形品質が損なわれ難くなる。

【００３０】また、コモンフレーム１０ｃは、その他端
部が出力フレーム１０ｆ，１０ｆと重合する程幅広とさ
れているので、放熱効果が高くなり、熱的耐量を高める
ことができる。

【００３１】次に、本発明の第３実施形態を図７及び図
８に基づいて以下に説明する。なお、図８では、透明樹
脂を省略している。また、第１実施形態と実質的に同一
の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１実施形
態と異なるところのみ記す。第１実施形態では、透明樹
脂１０ｄとパッケージ１０ａとの間が単一の封止樹脂１
０ｅにより封止されているのに対し、本実施形態では、
両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５から出力される出力信号の
伝送経路を内側封止樹脂（内側封止部材）１０ｇにより
封止し、その内側封止樹脂１０ｇ及び透明樹脂とパッケ
ージ１０ａとの間を、内側封止樹脂１０ｇよりも比誘電
率が高い外側封止樹脂（外側封止部材）１０ｈにより封
止した構成としている。

【００３２】このものの内側封止樹脂１０ｇは、出力信
号の伝送経路である、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５、出
力フレーム１０ｆ，１０ｆ及びソース電極接続ワイヤー
２０ｄとともに、周辺部のワイヤー、すなわち、コモン
ワイヤー２０ａ、ゲートワイヤー２０ｂ、ソースワイヤ
ー２０ｃを封止している。

【００３３】かかる半導体リレーにあっては、第１実施
形態の効果に加えて、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５から
出力される出力信号の伝送経路を封止を直接封止する内
側封止樹脂１０ｇが、外側封止樹脂１０ｈよりも比誘電
率が低いから、外側封止樹脂１０ｈと同一の封止樹脂に
より伝送経路を封止する場合に比較して、高周波信号の
伝送経路の実効的な電気長が短くなり、インピーダンス
の不連続区間が短くなるので、高周波信号の波形品質が
損なわれ難くなるという効果をさらに奏することができ
る。

【００３４】なお、本実施形態は、第１実施形態の構成
に加えて、両出力用ＭＯＳＦＥＴ５，５から出力される
出力信号の伝送経路を内側封止樹脂１０ｇにより封止
し、内側封止樹脂１０ｇをその内側封止樹脂１０ｇより
も比誘電率が高い外側封止樹脂１０ｈにより封止した構
成であるが、第２実施形態の構成に加えて、両出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ５，５から出力される出力信号の伝送経路を
内側封止樹脂１０ｇにより封止し、内側封止樹脂１０ｇ
をその内側封止樹脂１０ｇよりも比誘電率が高い外側封
止樹脂１０ｈにより封止した構成としても、高周波信号
の伝送経路の実効的な電気長が短くなり、インピーダン
スの不連続区間が短くなるので、高周波信号の波形品質
が損なわれ難くなるという効果をさらに奏することがで
きる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の半導体リレーは、ソース
電極間がソース電極接続部材により直接接続されている
から、ソース側フレームを間に介して２本のワイヤーで
ソース電極間を接続する従来例に比較して、インピーダ
ンス不連続区間が短くなり、高周波信号を出力する際
に、インピーダンスマッチングが容易になるので、高周
波信号を出力する際に、高周波信号の波形品質が損なわ
れ難くなる。

【００３６】請求項２記載の半導体リレーは、請求項１
記載の半導体リレーの効果に加えて、出力用半導体素子
から出力される出力信号の伝送経路を封止を直接封止す
る内側封止樹脂が、外側封止樹脂よりも比誘電率が低い
から、外側封止樹脂単独により伝送経路を封止する場合
に比較して、高周波信号の伝送経路の実効的な電気長が
短くなり、インピーダンスの不連続区間が短くなるの
で、高周波信号の波形品質が損なわれ難くなるという効
果をさらに奏することができる。

【００３７】請求項３記載の半導体リレーは、ソース電
極とソース側フレームとの間をバンプ接続されているか
ら、ソース電極とソース側フレームとの間をワイヤー接
続する場合に比較して、インピーダンスの不連続区間と
なるソース電極とソース側フレームとの間の距離が短く
なり、高周波信号を出力する際に、インピーダンスマッ
チングが容易になるので、高周波信号の波形品質が損な
われ難くなる。

【００３８】請求項４記載の半導体リレーは、請求項３
記載の半導体リレーの効果に加えて、出力用半導体素子
から出力される出力信号の伝送経路を封止を直接封止す
る内側封止樹脂が、外側封止樹脂よりも比誘電率が低い
から、外側封止樹脂単独により伝送経路を封止する場合
に比較して、高周波信号の伝送経路の実効的な電気長が
短くなり、インピーダンスの不連続区間が短くなるの
で、高周波信号の波形品質が損なわれ難くなるという効
果をさらに奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の出力フレーム及びコモ
ンフレームを示す平面図である。

【図２】同上の回路図である。

【図３】同上の平面図である。

【図４】図３のＸ１−Ｘ２断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態の出力フレーム及びコモ
ンフレームを示す平面図である。

【図６】同上の出力用ＭＯＳＦＥＴのソース電極とコモ
ンフレームとの接続状態を示す側面図である。

【図７】本発明の第３実施形態の断面図で出力フレーム
及びコモンフレームを示す平面図である

【図８】図７のＸ３−Ｘ４断面図である。

【図９】従来例の回路図である。

【図１０】同上の出力フレーム及びコモンフレームを示
す平面図である。

【符号の説明】

１ 発光ダイオード（発光素子） ２ フォトダイオードアレイ（受光素子） ５ 出力用ＭＯＳＦＥＴ（出力用半導体素子） １０ｃ コモンフレーム（ソース側フレーム） １０ｆ 出力フレーム（ドレイン側フレーム） １０ｇ 内側封止樹脂 １０ｈ 外側封止樹脂 ２０ｄ ソース電極接続ワイヤー（ソース電極接続部
材）

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 裕二 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 早崎 嘉城 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 白井 良史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高野 仁路 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉田 岳司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F089 AB03 AC07 AC08 AC10 AC11 AC21 CA11 EA01 EA03 FA10 5J050 AA47 AA48 BB21 CC12 DD03 DD08 EE15 EE17 FF04 FF10 FF13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号に応じて光信号を発光する発光
   素子と、発光素子の光信号を受光して光起電力を発生す
   る受光素子と、ソース及びゲートを互いに接続するとと
   もにドレインソース間が逆直列接続されて対をなし受光
   素子の光起電力がゲートソース間に印加されてドレイン
   ソース間のインピーダンスが変化する両出力用半導体素
   子と、を備え、前記両出力用半導体素子は、一方面にド
   レイン電極を他方面にソース電極を設け、ドレイン電極
   をドレイン側フレームに直接面接続するとともにソース
   電極をソース側フレームに接続する半導体リレーにおい
   て、 前記ソース電極間を直接接続するソース電極接続部材を
   設けたことを特徴とする半導体リレー。
2. 【請求項２】 前記出力用半導体素子を経由する出力信
   号の伝送経路を封止する場合に、伝送経路を内側封止部
   材により封止するとともに、内側封止部材をその内側封
   止部材よりも比誘電率が高い外側封止部材により封止し
   た請求項１記載の半導体リレー。
3. 【請求項３】 入力信号に応じて光信号を発光する発光
   素子と、発光素子の光信号を受光して光起電力を発生す
   る受光素子と、受光素子の光起電力がゲートソース間に
   印加されてドレインソース間のインピーダンスが変化す
   る出力用半導体素子と、を備え、前記出力用半導体素子
   は、一方面にドレイン電極を他方面にソース電極を設
   け、ドレイン電極をドレイン側フレームに直接面接続し
   た半導体リレーにおいて、 前記ソース電極を前記ソース側フレームにバンプ接続し
   たことを特徴とする半導体リレー。
4. 【請求項４】 前記出力用半導体素子を経由する出力信
   号の伝送経路を封止する場合に、伝送経路を内側封止部
   材により封止するとともに、内側封止部材をその内側封
   止部材よりも比誘電率が高い外側封止部材により封止し
   た請求項３記載の半導体リレー。