JP2007318017A - 光結合半導体装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性を向上させて実効電流の周囲温度に対するディレーティング特性を改善し、高温側で従来に比較して大きな実効電流を流すことができる光結合半導体装置およびそのような光結合装置を搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】光結合半導体装置１は、リード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐの導出方向ＬＤと交差する延長方向ＥＤに延長されて樹脂封止部１６を上下両面から挟持する延長部２２を有するＵ字型放熱体２１を備える。Ｕ字型放熱体２１は、相対向して平面状に配置された２つの延長部２２を相互に連結する連結部２３を有する。延長部２２は、樹脂封止部１６の上側表面１６ｓｕ、下側表面１６ｓｄと当接（係合）する構成としてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、ソリッドステートリレーなどに適用される光結合半導体装置およびこの光結合半導体装置を搭載した電子機器に関する。
従来の光結合半導体装置の例を図１５に基づいて説明する。図１５は、従来の光結合半導体装置を示す側面図である。
従来の光結合半導体装置１０１は、例えばソリッドステートリレーなどとして構成してある。ソリッドステートリレーは、２次側に配置されてモータなどの負荷を駆動する電力制御用半導体素子チップと、１次側に配置されて電気信号を光信号に変換する発光素子と、２次側に配置されて光学的に結合された発光素子からの光信号を受光して電力制御用半導体素子チップを点弧する点弧用受光素子とを樹脂封止部１１６で一体に樹脂封止してある。
光結合半導体装置１０１は、負荷を駆動するため電力制御用半導体素子チップに大きい実効電流を流すことから、発熱量が大きく、接合部温度を上昇させることとなり、そのままで放置すると特性の劣化、信頼性の低下を招くことになる。
上述した温度上昇への対策として、従来の光結合半導体装置１０１では、樹脂封止部１１６の外部に放熱手段としての放熱体１２１が接着層１２４を介して密接してある。従来の光結合半導体装置１０１は、実装基板への実装を行なうため外部へ導出されるリード導出部を例えばＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）形態で備えていることから、樹脂封止部１１６の一面に設けられる形態の放熱体１２１は、放熱が空気層を介してのみ行なわれる構成となっていた。
また、放熱体１２１は、上面（あるいは下面）方向へ開放した形態としてあることから、矢符Ｆで示す方向の力に対しての耐性が小さく、樹脂封止部１１６から脱落する恐れがあるなど信頼性に欠けるという問題がある。
また、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）形態の場合では、樹脂封止部に予め開けてある貫通孔に放熱体をネジ止めするなどして放熱手段としていた。
このほか、放熱体を備える半導体装置として特許文献１ないし特許文献４に記載されたものがある。しかし、これらはいずれも放熱体が複雑な構成としてあり、また取り付けも容易でない構造となっている。また、取り付けが容易な場合は取り付け強度に問題がある構成となっている。
図１６は、電力制御用半導体素子チップに流せる実効電流Ｉｅと周囲温度Ｔａとの関係を示すディレーティング特性のグラフである。
横軸は周囲温度Ｔａ（℃）、縦軸は実効電流Ｉｅ（Ａ）である。ソリッドステートリレーに適用した光結合半導体装置１０１は、実効電流が大きいほど利用分野が広がることから、できるだけ大きい実効電流を流すことが望まれている。また、従来の光結合半導体素子での電力制御用半導体素子の実効電流Ｉｅと周囲温度Ｔａとの関係は、図１６の破線で示すようになっている。
つまり、電力制御用半導体素子チップの動作温度範囲において流せる実効電流Ｉｅは、光結合半導体装置１０１本体のパッケージ（樹脂封止部１１６）の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ａ）により同図破線のようなディレーティング特性を示す。したがって、周囲温度Ｔａがある一定の温度Ｔａｐを越えた状態では、温度の上昇にしたがって実効電流Ｉｅが低下し、温度Ｔａｍでは実効電流Ｉｅは実質上流すことができないから、高温側では大きな実効電流Ｉｅを流せないこととなる。
高温側で大きな実効電流Ｉｅを流せるようにするには、パッケージの熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ａ）を小さくして放熱性を高めることにより、実効電流Ｉｅが低下しはじめる温度Ｔａｐを高温側にシフトさせる必要がある。
しかしながら、従来の光結合半導体装置は、放熱体あるいは放熱端子が別個独立して、形成してあることから、高い放熱性を実現することができなかった。つまり、図１６の破線で示すディレーティング特性しか得られず、高温側では大きな実効電流を流せないのが実情であった。
また、リードフレームの拡張やパッケージ側面に放熱体を露出させる構造のものでは、各々の材料や生産工程で使われる設備などについて、特殊なものを多数採用せねばならず、コスト高となるという問題があった。
特許２７９７９７８号公報 特許３１７３１４９号公報 実開平４−２０２４５号公報 実開平５−２１４５１号公報
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、放熱手段の構造を工夫することにより放熱性を向上させて実効電流の周囲温度に対するディレーティング特性を改善し、高温側で従来に比較して大きな実効電流を流すことができる光結合半導体装置およびそのような光結合装置を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係る光結合半導体装置は、電力制御用半導体素子チップ、該電力制御用半導体素子チップを点弧する点弧用受光素子チップ、および電気信号を光信号に変換して前記点弧用受光素子に光学的に結合される発光素子チップを一体に樹脂封止する樹脂封止部と、前記電力制御用半導体素子チップ、前記点弧用受光素子、および前記発光素子チップにそれぞれ接続され前記樹脂封止部から導出されたリード導出部とを備える光結合半導体装置であって、前記リード導出部の導出方向と交差する延長方向に延長されて前記樹脂封止部を挟持する延長部を有するＵ字型放熱体を備えることを特徴とする。
この構成により、Ｕ字型放熱体の延長部で樹脂封止部の上下両面を挟持して樹脂封止部に対する放熱面積を拡大することにより放熱特性を向上させて高温時の実効電流を大きくできることから、信頼性の高い光結合半導体装置とすることができる。また、Ｕ字型放熱体は、樹脂封止部からの脱落が生じないシンプルな形状として構成されることから、製造工程、実装時での製造不良を低減することが可能となり安価で生産性の良い光結合半導体装置となる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部の内面に溝部を形成してあることを特徴とする。
この構成により、Ｕ字型放熱体と樹脂封止部との間に溝の深さに対応する十分な厚さの接着層を確保することができ、樹脂封止部に対するＵ字型放熱体の接着強度を向上させることが可能となり、放熱特性と信頼性を向上させることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記溝部は前記延長方向と交差する方向に形成してあることを特徴とする。
この構成により、接着層の厚みを均一化することが可能となり、放熱特性のバラツキを低減して信頼性の高い光結合半導体装置とすることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部の先端は、外側に折り曲げて外向突起としてあることを特徴とする。
この構成により、樹脂封止部をＵ字型放熱体へ容易に挿入することが可能となり、係合を容易化することができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部は、相互間の対向距離が先端側で短くなるように形成してあることを特徴とする。
この構成により、延長部の先端を樹脂封止部に圧接させて挟持力を向上させ、係合強度を向上させることが可能となる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記外向突起は、前記延長部と前記外向突起で構成される外接面が前記樹脂封止部に対して平行となるように形成してあることを特徴とする。
この構成により、樹脂封止部に対する外接面の傾斜を防止することが可能となり、樹脂封止部を実装基板と平行に実装することが可能な光結合半導体装置となる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部の先端は、内側に折り曲げて内向突起としてあることを特徴とする。
この構成により、Ｕ字型放熱体が樹脂封止部から脱落することを完全に防止することが可能となり、接着層を薄くすることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部を相互に連結する連結部は、曲面としてあることを特徴とする。
この構成により、Ｕ字型放熱体（延長部）のばね性を向上させることが可能となり、樹脂封止部に対するＵ字型放熱体の密着性を向上させて放熱特性を向上させることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部は、前記樹脂封止部から導出された前記リード導出部に対応する部分を選択的に除去した切り欠き部を有することを特徴とする。
この構成により、樹脂封止部から導出されたリード導出部とＵ字型放熱体との間での放電を防止するための沿面距離を確保することが可能となり、放電の生じない信頼性の高い光結合半導体装置とすることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記延長部は、前記樹脂封止部から導出された前記リード導出部を選択して把持する把持部を有することを特徴とする。
この構成により、樹脂封止部から導出されたリード導出部で特に放熱性を要求されるチップが載置されたリード導出部に対してＵ字型放熱体を連結することが可能となることから、放熱特性をさらに向上させて信頼性の高い光結合半導体装置とすることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、前記把持部は、前記電力用半導体素子チップが載置されたリードフレームのリード導出部を挟む構成としてあることを特徴とする。
この構成により、電力用半導体素子チップの放熱性を向上させることが可能となり、高温度でも大電力を供給できる光結合半導体装置とすることができる。
また、本発明に係る光結合半導体装置では、実装基板側に配置された前記延長部は他方側の前記延長部に対して長く形成してあることを特徴とする。
この構成により、実装基板への当接面積を拡大することが可能となり、実装基板側への放熱特性を向上させた光結合半導体装置とすることができる。
また、本発明に係る電子機器は、光結合半導体装置を実装基板に搭載した電子機器であって、前記光結合半導体装置は、本発明に係る光結合半導体装置であることを特徴とする。
この構成により、高温時での実効電流を大きくでき、信頼性の高い電子機器とすることができる。
また、本発明に係る電子機器では、前記実装基板側に配置された前記延長部は、前記実装基板に接触させてあることを特徴とする。
この構成により、空間を介さずにＵ字型放熱体から実装基板へ直接熱伝導を生じさせることから、実装基板への放熱を確保することが可能となり、放熱特性をさらに向上させることが可能となる。
本発明に係る光結合半導体装置によれば、リード導出部の導出方向と交差する延長方向に延長されて樹脂封止部を挟持する延長部を有するＵ字型放熱体を備えることから、放熱面積を拡大して放熱特性を向上し、高温時の実効電流を大きくすることが可能となるという効果を奏する。また、樹脂封止部を挟持することから、Ｕ字型放熱体を樹脂封止部に係合させるときに脱落する恐れがなく、シンプルな構造で歩留まり良く生産可能な光結合半導体装置を得られるという効果を奏する。
本発明に係る電子機器によれば、放熱特性の良い光結合半導体装置を実装基板に実装してあることから、高温時での実効電流を大きくでき、信頼性の高い電子機器を得られるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜実施の形態１＞
図１、図２に基づいて本発明の実施の形態１に係る光結合半導体装置を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る光結合半導体装置のＵ字型放熱体を係合する前の状態での概要を示す説明図であり、（Ａ）は発光素子チップ側から見た電力制御用半導体素子側の平面状態を透視的に示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た断面状態要部を透視的に示す側面図である。なお、同図（Ｂ）では、ハッチングを省略してある。
光結合半導体装置１は、互いに相対向する１次側リードフレーム１４ｆと２次側リードフレーム１４ｓとを有する。２次側リードフレーム１４ｓの内側には、略同一平面状に配置された複数のチップ載置部１４ｓｃが形成してあり、電力制御用半導体素子チップ１１、電力制御用半導体素子チップ１１を点弧する点弧用受光素子チップ１２がそれぞれ個別に載置してある。電力制御用半導体素子チップ１１は、例えば、トライアック素子チップ、サイリスタ素子チップなどとすることが可能である。１次側リードフレーム１４ｆの内側には、電気信号を光信号に変換して点弧用受光素子チップ１２に光学的に結合される発光素子チップ１３を載置するチップ載置部１４ｆｃが形成してある。
電力制御用半導体素子チップ１１、点弧用受光素子チップ１２、発光素子チップ１３は、ワイヤーにより適宜電気的に接続され、樹脂封止部１６により一体に樹脂封止されている。電力制御用半導体素子チップ１１、点弧用受光素子チップ１２、発光素子チップ１３に適宜接続されたリード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐが、互いに対向して樹脂封止部１６の外側に導出されている。したがって、光結合半導体装置１は、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）形態での樹脂封止型としてある。
また、リード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐは、後述する実装基板３０（図２参照。）への実装（挿し込み）を容易にするため樹脂封止部１６の上側表面１６ｓｕ、下側表面１６ｓｄに対して交差する方向へ折り曲げてある。上側表面１６ｓｕ、下側表面１６ｓｄの「上側、下側」の表現は相対的な位置関係を示すもので、実装基板３０の側を下側表面１６ｓｄとする。上側表面１６ｓｕ、下側表面１６ｓｄを区別する必要が無い場合は、単に封止部表面１６ｓという。
なお、電力制御用半導体素子チップ１１が載置されたチップ載置部１４ｓｃは、出力側端子（２次側端子）の８番ピン（第２出力端子Ｔ２）として導出されている。また、電力制御用半導体素子チップ１１の他方の端子が６番ピン（第１出力端子Ｔ１）として導出されている。
図２は、本発明の実施の形態１に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。なお、同図（Ｂ）では、電子機器（不図示）の実装基板３０に実装した状態を示してある。
本実施の形態に係る光結合半導体装置１は、リード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐの導出方向ＬＤと交差する延長方向ＥＤに延長されて樹脂封止部１６を上下両面から挟持する延長部２２を有するＵ字型放熱体２１を備える。
Ｕ字型放熱体２１は、相対向して平面状に配置された２つの延長部２２と、２つの延長部２２を相互に連結する連結部２３とを有する。延長部２２は、樹脂封止部１６（の上側表面１６ｓｕ、下側表面１６ｓｄ）と当接（係合）する構成としてある。したがって、連結部２３と反対側には延長部２２により開口が形成され、開口側からＵ字型放熱体２１の内側へ樹脂封止部１６を挿入できる構成としてある。つまり、延長方向ＥＤと反対の方向がＵ字型放熱体２１に対する樹脂封止部１６の挿入方向となる。
Ｕ字型放熱体２１は、アルミニウム、銅、鉄といった金属や熱伝導の良い樹脂などを押し出し成形、板金加工などすることによって容易に形成することができる。
樹脂封止部１６とＵ字型放熱体２１とは、放熱用のシリコーン接着剤などで構成される接着層２４を介して接着され、相互に固定（係合）される。つまり、放熱用のシリコーン接着剤などを封止部表面１６ｓまたはＵ字型放熱体２１の内面に塗布した後、樹脂封止部１６を第２出力端子Ｔ２側からＵ字型放熱体２１の開口へ挿入し、接着層２４を介して連結部２３の内面に樹脂封止部１６が当接する程度に配置する。
したがって、光結合半導体装置１は、Ｕ字型放熱体２１の延長部２２で樹脂封止部１６の上下両面を挟持し、樹脂封止部１６の両方の封止部表面１６ｓから放熱することから、樹脂封止部１６に対する放熱面積を実質的に拡大することとなり、樹脂封止部１６からの放熱性を向上させて高温時の実効電流を大きくして信頼性を向上させることが可能となる。
なお、延長部２２の厚さは、光結合半導体装置１のスタンドオフＧｓｓ（実装基板３０と下側表面１６ｓｄとの間隔）と同一の厚みかそれ以上となるように構成する。このような厚みを持たせることで、光結合半導体装置１を実装基板３０に実装したときにＵ字型放熱体２１を確実に実装基板３０の表面に接触させることができる。つまり、Ｕ字型放熱体２１は、空気層を介在せずに実装基板３０へ放熱することが可能となり、上側表面１６ｓｕのみに放熱手段を設けた場合に比較してはるかに大きな放熱性を確保することが可能となることから、より効果的な放熱を行なうことができる。
延長部２２の厚さの上限は、実装基板３０の厚みおよびリード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐの実装基板３０の厚さ方向での長さを考慮して、実装基板３０に接続（例えば半田付け）可能な状態としてあれば良い。実装基板３０へリード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐを挿入して接続するスルーホール形態の場合には、実装基板３０の裏面からリード導出部１４ｆｐ、１４ｓｐの先端が突出する長さとすれば良い。
上述したとおり、本実施の形態によれば、Ｕ字型放熱体２１は、延長部２２および連結部２３により構成したＵ字状とすることで、光結合半導体装置１の底面（下側表面１６ｓｄ）からの放熱効果を向上させると共に、上面へ空気層を介して拡散する熱についても効率よく実装基板３０へ放熱することが可能となり、高温度で大きな実効電流Ｉｅを流すことができる光結合半導体装置１とすることが可能となる。
また、電力制御用半導体素子チップ１が接続された２次側リードフレーム１４ｓを下側表面１６ｓｄ側に配置することにより、樹脂封止部１６の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ａ）を確実に低減することから、効率的な放熱を実現することが可能となり、さらに大きな実効電流Ｉｅを流すことが可能となる。
さらに、Ｕ字型放熱体２１は、樹脂封止部１６を挟持する構成としてあることから、樹脂封止部１６に対するＵ字型放熱体２１の固定強度（係合強度）が向上している。したがって、従来技術のような一面のみに放熱手段を設けた場合に比較して生産工程での脱落、実装基板３０への実装時での脱落などが生じる恐れがなく、安定した生産性を確保することが可能となる。
なお、電力制御用半導体素子チップ１１などの発熱量が多くなる場合は、連結部２３の厚さｔを厚くしてＵ字型放熱体２１としての放熱容量を大きくすることにより放熱効果をさらに向上させることが可能となる。
＜実施の形態２＞
図３、図４に基づいて、本発明の実施の形態２に係る光結合半導体装置を説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。なお、同図（Ｂ）では、電子機器（不図示）の実装基板３０に実装した状態を示してある。
本実施の形態では、Ｕ字型放熱体２１の形状を実施の形態１の場合に対して変形したものである。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は適宜省略する。
実施の形態１のように延長部２２の内面が平坦である場合、封止部表面１６ｓとの間隙（クリアランス）により、Ｕ字型放熱体２１は樹脂封止部１６の上側、下側どちらか一方向にずれることがある。この場合、一方の接着層２４が極めて薄くなることから十分な接着強度が得られないことがある。本実施の形態は、このような問題を解決することが可能となる。
つまり、本実施の形態では、延長部２２の内面に延長方向ＥＤと交差する方向を有する溝部２２ａを形成してある。Ｕ字型放熱体２１の内面に溝部２２ａを設けることにより溝部２２ａの深さに対応した十分な厚みの接着層２４を確保することができる。すなわち、Ｕ字型放熱体２１へ接着剤を塗布するときに、十分な厚みで接着剤を塗布することにより、Ｕ字型放熱体２１は樹脂封止部１６の上側、下側どちらでも十分な厚さの接着層２４を確保することが可能となる。また、溝部２２ａは、樹脂封止部１６の上側、下側双方に対して対称形状となるように形成することが好ましい。
図４は、本発明の実施の形態２に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。なお、同図（Ｂ）では、電子機器（不図示）の実装基板３０に実装した状態を示してある。
同図は、図３の場合に対して溝形状を重畳形状としたものであり、その他の構成は図３の場合と同様であるので説明は適宜省略する。
つまり、図３の場合の溝部２２ａは、単一の深さとして構成したが、図４では、溝部２２ａに対してさらに重畳する形状で延長方向ＥＤと交差する方向を有する重畳溝部２２ｂを形成してある。この構成によっても図３の場合と同様の作用効果を得られる。
また、溝部２２ａ、２２ｂの形状については、図３、図４で示した矩形の他に、三角形、円弧などとすることが可能である。特に、矩形、三角形の各頂点に丸みを持たせた場合は、塗布した接着剤の流れ性が良くなり、接着層２４に空気層ができにくいという利点がある。なお、溝部２２ａ、２２ｂの形状は、樹脂封止部１６の両面で対称とすることが好ましいがこれに限るものではない。
延長方向ＥＤと交差する方向（素子挿入方向と交差する方向）に溝部２２ａ、２２ｂを配置することにより、樹脂封止部１６をＵ字型放熱体２１に挿入したときに接着剤が樹脂封止部１６に引っ張られて不均一になることを防止することができる。
また、溝部２２ａ、２２ｂは、Ｕ字型放熱体２１を作成する際、押し出し成型、切断などにより容易に形成することができるため、大量にかつ安定した生産が可能となる。
＜実施の形態３＞
図５、図６に基づいて、本発明の実施の形態３に係る光結合半導体装置を説明する。
図５は、本発明の実施の形態３に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の係合前の状態を示す側面図である。同図では光結合半導体装置１は図示を省略しているが、構成は他の実施の形態と同様であるので、適宜他の実施の形態で用いた符号を援用する。
本実施の形態に係る光結合半導体装置１でのＵ字型放熱体２１は、樹脂封止部１６を挿入しない状態で、延長部２２相互間の対向距離Ｌｇが連結部２３の側で長く、延長部２２の先端側で短くなるようにばね性を持たせたものである。したがって、対向距離Ｌｇが最も長い連結部２３の側で、対向距離Ｌｇを樹脂封止部１６の厚さ（上側表面１６ｓｕと下側表面１６ｓｄとの間の間隔）と同程度にしておくことにより、延長部２２の全体で樹脂封止部１６と圧接して係合強度をさらに向上させることが可能となる。
つまり、樹脂封止部１６に対して延長部２２を圧接させることにより、Ｕ字型放熱体２１で樹脂封止部１６を確実に挟持することが可能となる。また、接着層２４（実施の形態１、実施の形態２参照。）を形成する必要がなくなり、生産工程を簡略化することができる。
図６は、本発明の実施の形態３に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体のばね性を向上させる構造例を示し、（Ａ）は連結部に折り曲げ加工を施して曲面を形成した場合の側面図、（Ｂ）は連結部に曲線加工を施して曲面を形成した場合の側面図である。なお、図６に示すＵ字型放熱体２１は、図５のＵ字型放熱体２１の変形例である。
図６（Ａ）は、連結部２３の中間部分に対して直線的な折り曲げ加工を施すことにより曲面を形成し、樹脂封止部１６を挿入しない状態で延長部２２相互間の対向距離Ｌｇが連結部２３の側で長く、延長部２２の先端側で短くなるようにばね性を持たせたものである。この構成により図５の場合に比較してさらに圧接作用を向上させることが可能となり、図５と同様の作用効果を奏する。
図６（Ｂ）は、連結部２３の中間部分に対して曲線的な折り曲げ加工を施すことにより曲面を形成し、樹脂封止部１６を挿入しない状態で延長部２２相互間の対向距離Ｌｇが連結部２３の側で長く、延長部２２の先端側で短くなるようにばね性を持たせたものである。この構成により図５の場合に比較してさらに圧接作用を向上させることが可能となり、図５と同様の作用効果を奏する。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態にも適宜適用することが可能である。
＜実施の形態４＞
図７に基づいて、本発明の実施の形態４に係る光結合半導体装置を説明する。
図７は、本発明の実施の形態４に係る光結合半導体装置の要部を示す説明図であり、（Ａ）は光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の係合前の状態を示す側面図、（Ｂ）は樹脂封止部に係合させたＵ字型放熱体の状態を示す側面図である。
本実施の形態に係る光結合半導体装置１でのＵ字型放熱体２１は、延長部２２の先端を外側に向かって折り曲げて外向突起２２ｄを形成してある。延長部２２の先端を折り曲げて外向突起２２ｄを形成することから、クランプ位置が外側となり、内側には小さいコーナーＲが生じることになるが、樹脂封止部１６をＵ字型放熱体２１に挿入するとき、樹脂封止部１６に対する誘い込みとすることができるため、生産工程の素子挿入時における、挿入作業での負担を低減することができる。
なお、直線的に折り曲げて形成した外向突起２２ｄを示してあるが、外向突起２２ｄの全体を曲面として形成することも可能である。
本実施の形態でのＵ字型放熱体２１は、延長部２２と外向突起２２ｄとにより、外接面Ｓｓを構成する。Ｕ字型放熱体２１を樹脂封止部１６に係合した場合、樹脂封止部１６（光結合半導体装置１）が実装基板３０に対して平行となるように実装するためには、外接面Ｓｓは、樹脂封止部１６（封止部表面１６ｓ）に対して平行となるように形成してあることが好ましい（同図（Ｂ）参照。）。つまり、樹脂封止部１６に対する外接面Ｓｓの傾斜を防止することにより、樹脂封止部１６を実装基板３０と平行に実装することが可能な光結合半導体装置１となる。
なお、本実施の形態は、実施の形態３で示したＵ字型放熱体２１に適用すればさらに効果的である。
＜実施の形態５＞
図８に基づいて、本発明の実施の形態５に係る光結合半導体装置を説明する。
図８は、本発明の実施の形態５に係る光結合半導体装置の側面状態を示す側面図である。なお、電子機器（不図示）の実装基板３０に実装した状態を示してある。
本実施の形態に係る光結合半導体装置１でのＵ字型放熱体２１は、実施の形態４の場合と逆に、延長部２２の先端を内側に折り曲げて内向突起２２ｃを形成してある。延長部２２の先端を折り曲げて内向突起２２ｃを形成することから、Ｕ字型放熱体２１が樹脂封止部１６から脱落することを完全に防止することが可能となる。
なお、内向突起２２ｃは、延長部２２を予め長く形成しておき、樹脂封止部１６をＵ字型放熱体２１に挿入した後、治具を用いて先端を適宜折り曲げることにより形成することができる。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明は適宜省略する。この構成によれば、接着層２４を薄く形成することが可能であり、必要であれば接着層２４を省略することも可能である。したがって、工程を簡略化することが可能となる。
＜実施の形態６＞
図９、図１０に基づいて、本発明の実施の形態６に係る光結合半導体装置を説明する。
図９は、本発明の実施の形態６に係る光結合半導体装置の平面図である。
電力制御用半導体素子チップ１１の出力端子である８番ピン（第２出力端子Ｔ２）と６番ピン（第１出力端子Ｔ１）は、電気用品安全法などによってリード導出部１４ｓｐの間隔（沿面距離）が規定されている。Ｕ字型放熱体２１がアルミニウム、銅、鉄などの金属の場合は、８番ピンと６番ピンとの間での沿面距離が短くなってしまう。したがって、沿面距離を長くするようにＵ字型放熱体２１の形状を変形する必要がある。
本実施の形態に係る光結合半導体装置１のＵ字型放熱体２１の延長部２２は、樹脂封止部１６から導出されたリード導出部１４ｓｐに対応する部分を選択的に除去して切り欠き部２２ｅを形成して８番ピンＴと６番ピンとの間での沿面距離を短くしてある。
この構成により、樹脂封止部１６から導出されたリード導出部１４ｓｐとＵ字型放熱体２１との間での放電を防止するための沿面距離を確保することが可能となり、放電の生じない信頼性の高い光結合半導体装置１とすることができる。
なお、切り欠き部２２ｅの形状は、例示であり、沿面距離を長くする形状であればどのような形状でも良い。
図１０は、本発明の実施の形態６に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の製造方法を説明する工程図であり、（Ａ）は長尺状に準備された母材の第１切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｂ）は長尺状に準備された母材の第２切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｃ）は第２切断工程により得られた対称形のＵ字型放熱体の平面状態を示す説明図、（Ｄ）は複数形成したＵ字型放熱体の平面状態を示す説明図である。
まず、長尺成形した母材としての長尺状Ｕ字型放熱体２１ｍを準備する。長尺状Ｕ字型放熱体２１ｍは、延長部２２に対応する長尺状延長部２２ｍ、連結部２３に対応する長尺状連結部２３ｍにより構成してある。
次に、同図（Ａ）で示すように厚みがあり所定の面積を切断できる第１スライサー４０で、切り欠き部２２ｅに対応する領域を切断して除去する（第１切断工程）。第１切断工程の後、同図（Ｂ）で示すように第１スライサ４０より薄く、面積を無駄にしないで切断できる第２スライサー４１で、Ｕ字型放熱体２１に対応する位置で切断することにより対称形に切断された状態のＵ字型放熱体２１を形成する（第２切断工程）。
同図（Ｃ）は、第２切断工程で得られた対称形のＵ字型放熱体２１を示す。また、本来の形状を有するＵ字型放熱体２１に対して対称形に形成された対称Ｕ字型放熱体２１ｒを矢符ＲＲで示すように反転させる（同図（Ｃ））ことにより、最終的に形の揃ったＵ字型放熱体２１を複数同時に形成することができる（同図（Ｄ））。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態にも適宜適用することが可能である。
＜実施の形態７＞
図１１、図１２に基づいて本発明の実施の形態７に係る光結合半導体装置を説明する。
図１１は、本発明の実施の形態７に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。なお、同図（Ｂ）では、電子機器（不図示）の実装基板３０に実装した状態を示してある。図１２も同様である。
本実施の形態では、実装基板３０の側に配置された延長部２２は他方側の延長部２２に対して長く形成してある。この構成により、実装基板３０への当接面積を拡大することが可能となり、実装基板３０側への放熱特性を向上させた光結合半導体装置１とすることができる。
図１１で示す光結合半導体装置１では、実装基板３０の側に配置された延長部２２は、連結部２３から外側へ延長する付加延長部２２ｇを備えている。したがって、延長部２２を実質上長くしたこととなり、実装基板３０との接触面積を拡大することから、実装基板３０への放熱効果を向上させることが可能となる。
図１２で示す光結合半導体装置１では、実装基板３０の側に配置された延長部２２は、先端から外側へ延長する付加延長部２２ｇを備えている。したがって、延長部２２を実質上長くしたこととなり、実装基板３０との接触面積を拡大することから、実装基板３０への放熱効果を向上させることが可能となる。
付加延長部２２ｇの長さは可能な限り長くすることにより、より放熱効果を向上させることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態にも適宜適用することが可能である。
＜実施の形態８＞
図１３、図１４に基づいて、本発明の実施の形態８に係る光結合半導体装置を説明する。
図１３は、本発明の実施の形態８に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。
電力制御用半導体素子チップ１１が載置されたチップ載置部１４ｓｃが延長して導出されたリード導出部１４ｓｐは、出力側端子の８番ピン（第２出力端子Ｔ２）である。８番ピンは、電力制御用半導体素子チップ１１が載置されていることから発熱量も光結合半導体装置１の中では最大となる端子である。樹脂封止部１６から導出されたリード導出部１４ｓｐで特に放熱性を要求されるチップ（電力制御用半導体素子チップ１１）が載置されたリード導出部１４ｓｐ（８番ピン）に対してＵ字型放熱体２１を連結することにより、放熱特性を効率的に向上させて高温度でも大電力を供給できる信頼性の高い光結合半導体装置とすることができる。
したがって、本実施の形態でのＵ字型放熱体２１の延長部２２は、樹脂封止部１６から導出されたリード導出部１４ｓｐを選択して把持する把持部２２ｆを有する構成としてある。把持部２２ｆは、対向する２つの延長部２２から対称的に折り曲げて形成され、選択した８番ピンの樹脂封止部１６から導出された部分を上下両面から挟む構成としてある。把持部２２ｆは、延長部２２の一部を加工して容易に形成することができる。また、把持部２２ｆは、リード導出部１４ｓｐをも固定する構造となることから、Ｕ字型放熱体２１の固定強度（係合強度）をさらに向上させることができる。
図１４は、本発明の実施の形態８に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の製造方法を説明する工程図であり、（Ａ）は長尺状に準備された母材の第３切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｂ）は長尺状に準備された母材の第４切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｃ）は第４切断工程により得られたＵ字型放熱体の側面図、（Ｄ）は把持部を形成した状態のＵ字型放熱体の側面図、（Ｅ）は把持部を形成した平面状態のＵ字型放熱体を示す説明図である。
図１０の場合と同様に長尺状Ｕ字型放熱体２１を準備する。長尺状Ｕ字型放熱体２１ｍは、図１０と同様の構成としてある。
次に、図１４（Ａ）で示すように把持準備部２２ｆｍに対応する余分な長尺状延長部２２ｍを切断できる第３スライサー４２で、把持準備部２２ｆｍに対応する余分な領域を切断して除去する（第３切断工程）。つまり、第３切断工程で、把持部２２ｆを形成するための把持準備部２２ｆｍを形成する。
第３切断工程の後、同図（Ｂ）で示すように第３スライサ４２より薄く、面積を無駄にしないで切断できる第４スライサー４３で、Ｕ字型放熱体２１に対応する位置で切断することにより切断された状態のＵ字型放熱体２１を形成する（第４切断工程）。
同図（Ｃ）は、第４切断工程で得られたＵ字型放熱体２１を同図（Ｂ）での矢符Ｃ，Ｄ方向から見た側面図である。つまり、延長部２２と同平面で把持準備部２２ｆｍが形成された状態を示す。同図（Ｃ）の状態の把持準備部２２ｆｍを適宜の治具（金型）を用いて折り曲げることにより、把持部２２ｆを形成した状態のＵ字型放熱体２１を形成する（同図（Ｄ））。同図（Ｅ）は、同図（Ｄ）での矢符Ｅ方向から見たＵ字型放熱体２１の平面状態である。把持部２２ｆの先端部を適宜外側へ向かって折り曲げて誘い込みとすることにより、生産工程の不良を低減し生産効率を向上させることが可能となる。
＜実施の形態９＞
実施の形態１ないし実施の形態８に係る光結合半導体装置１は、電子機器が備える実装基板３０へ実装することが可能である。つまり、上述した図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、図８、図１１Ｂ、図１２Ｂ以外の実施の形態についても同様に電子機器が備える実装基板３０への適用が可能である。この構成により、放熱特性の優れた光結合半導体装置１を備える電子機器とすることが可能となり、放熱特性が良く信頼性の高い電子機器とすることができる。
実装基板３０の側に配置された延長部２２を実装基板３０に接触させ実装基板３０への放熱を確保することにより、空間を介さずにＵ字型放熱体２１から実装基板３０へ直接熱伝導を生じさせて樹脂封止部１６の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ａ）を確実に低減することから、より良い放熱特性を有し、より信頼性の高い電子機器とすることができる。
以上、実施の形態１ないし実施の形態９に係る光結合半導体装置１の特性を図１６の実線で示す。
つまり、本発明に係る光結合半導体装置１によれば、実効電流Ｉｅが低下する温度Ｔａｉを従来の温度Ｔａｐに比較して大きくすることが可能となる。したがって、本発明に係る光結合半導体装置１によれば、従来技術に比較してより高温度での実効電流を大きくすることが可能となり、大電力の制御が可能となる。
本発明の実施の形態１に係る光結合半導体装置のＵ字型放熱体を除いた状態での概要を示す説明図であり、（Ａ）は発光素子チップ側から見た電力制御用半導体素子側の平面状態を透視的に示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た断面状態要部を透視的に示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態２に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態２に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態３に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の係合前の状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体のばね性を向上させる構造例を示し、（Ａ）は連結部に折り曲げ加工を施して曲面を形成した場合の側面図、（Ｂ）は連結部に曲線加工を施して曲面を形成した場合の側面図である。 本発明の実施の形態４に係る光結合半導体装置の要部を示す説明図であり、（Ａ）は光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の係合前の状態を示す側面図、（Ｂ）は樹脂封止部に係合させたＵ字型放熱体の状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態５に係る光結合半導体装置の側面状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態６に係る光結合半導体装置の平面図である。 本発明の実施の形態６に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の製造方法を説明する工程図であり、（Ａ）は長尺状に準備された母材の第１切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｂ）は長尺状に準備された母材の第２切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｃ）は第２切断工程により得られた対称形のＵ字型放熱体の平面状態を示す説明図、（Ｄ）は複数形成したＵ字型放熱体の平面状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態７に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態７に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態８に係る光結合半導体装置を示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）での矢符Ｂ方向から見た側面図である。 本発明の実施の形態８に係る光結合半導体装置の樹脂封止部を挟持するＵ字型放熱体の製造方法を説明する工程図であり、（Ａ）は長尺状に準備された母材の第３切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｂ）は長尺状に準備された母材の第４切断工程での平面状態を示す説明図、（Ｃ）は第４切断工程により得られたＵ字型放熱体の側面図、（Ｄ）は把持部を形成した状態のＵ字型放熱体の側面図、（Ｅ）は把持部を形成した平面状態のＵ字型放熱体を示す説明図である。 従来の光結合半導体装置を示す側面図である。 電力制御用半導体素子チップに流せる実効電流Ｉｅと周囲温度Ｔａとの関係を示すディレーティング特性のグラフである。
符号の説明
１ 光結合半導体装置
１１ 電力制御用半導体素子チップ
１２ 点弧用受光素子チップ
１３ 発光素子チップ
１４ｆ １次側リードフレーム
１４ｓ ２次側リードフレーム
１４ｆｃ チップ載置部
１４ｓｃ チップ載置部
１４ｆｐ リード導出部
１４ｓｐ リード導出部
１６ 樹脂封止部
２１ Ｕ字型放熱体
２２ 延長部
２２ａ 溝部
２２ｂ 重畳溝部
２２ｃ 内向突起
２２ｄ 外向突起
２２ｅ 切り欠き部
２２ｆ 把持部
２２ｇ 付加延長部
２３ 連結部
２４ 接着層
３０ 実装基板
ＥＤ 延長方向
ＬＤ 導出方向
Ｌｇ 対向距離
Ｓｓ 外接面

Claims (14)

  1. 電力制御用半導体素子チップ、該電力制御用半導体素子チップを点弧する点弧用受光素子チップ、および電気信号を光信号に変換して前記点弧用受光素子に光学的に結合される発光素子チップを一体に樹脂封止する樹脂封止部と、前記電力制御用半導体素子チップ、前記点弧用受光素子、および前記発光素子チップにそれぞれ接続され前記樹脂封止部から導出されたリード導出部とを備える光結合半導体装置であって、
    前記リード導出部の導出方向と交差する延長方向に延長されて前記樹脂封止部を挟持する延長部を有するＵ字型放熱体を備えることを特徴とする光結合半導体装置。
  2. 前記延長部の内面に溝部を形成してあることを特徴とする請求項１に記載の光結合半導体装置。
  3. 前記溝部は前記延長方向と交差する方向に形成してあることを特徴とする請求項２に記載の光結合半導体装置。
  4. 前記延長部の先端は、外側に折り曲げて外向突起としてあることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  5. 前記延長部は、相互間の対向距離が先端側で短くなるように形成してあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  6. 前記外向突起は、前記延長部と前記外向突起で構成される外接面が前記樹脂封止部に対して平行となるように形成してあることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光結合半導体装置。
  7. 前記延長部の先端は、内側に折り曲げて内向突起としてあることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  8. 前記延長部を相互に連結する連結部は、曲面としてあることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  9. 前記延長部は、前記樹脂封止部から導出された前記リード導出部に対応する部分を選択的に除去した切り欠き部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  10. 前記延長部は、前記樹脂封止部から導出された前記リード導出部を選択して把持する把持部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  11. 前記把持部は、前記電力用半導体素子チップが載置されたリードフレームのリード導出部を挟む構成としてあることを特徴とする請求項１０に記載の光結合半導体装置。
  12. 実装基板側に配置された前記延長部は他方側の前記延長部に対して長く形成してあることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の光結合半導体装置。
  13. 光結合半導体装置を実装基板に搭載した電子機器であって、前記光結合半導体装置は、請求項１ないし請求項１２のいずれか一つに記載の光結合半導体装置であることを特徴とする電子機器。
  14. 前記実装基板側に配置された前記延長部は、前記実装基板に接触させてあることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
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