JP2008182155A - Optical-coupling semiconductor relay - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子、受光素子を筐体内に実装して構成した光結合型半導体リレーの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in an optically coupled semiconductor relay configured by mounting a light emitting element and a light receiving element in a housing.
従来より、電気的アイソレーションに優れた光結合型の半導体リレーが種々提案され、種々の用途に採用されている。
図7は従来の光結合型半導体リレーの一例を示す縦断面図で、リードフレームを使用したものである。
Conventionally, various optically coupled semiconductor relays excellent in electrical isolation have been proposed and employed in various applications.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional optically coupled semiconductor relay using a lead frame.
この半導体リレー100は、それぞれのリードフレーム101,102に設けた発光素子103と受光素子104とを対向配置させ、透光性樹脂106を充填させて光伝達空間108を形成し、外部光が入り込むことを防止するための黒色などの遮光性樹脂107で封止している。また通電経路を形成するために、発光素子103、受光素子104、スイッチング素子105は、リードフレーム101,102上にダイボンディングされ、さらにワイヤ109でボンディングされている。
In this
また、次の特許文献1に示す半導体リレーは、リードフレームに代えて基板上に発光素子、受光素子を実装させたもので、基板に凹部を設けて発光素子をその凹部に実装し、受光素子を発光素子に対向させて凹部を跨ぐように配置させ、かつ受光素子をフリップチップ実装することによって、小型化、薄型化および素子間の寸法精度の向上を図っている。
しかしながら、上記従来のものでは、少なくとも発光素子は金属ワイヤで配線する構成であるため、製造に手間がかかるという問題があった。 However, the conventional device has a problem that it takes time to manufacture because at least the light emitting element is configured to be wired with a metal wire.
本発明は、このような問題を解決すべく提案されたもので、製造が容易で、素子間の寸法精度がよく、かつ小型化、薄型化が可能な光結合型半導体リレーを提供すること目的としている。 The present invention has been proposed to solve such problems, and an object thereof is to provide an optically coupled semiconductor relay that is easy to manufacture, has good dimensional accuracy between elements, and can be reduced in size and thickness. It is said.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の光結合型半導体リレーは、発光素子と、該発光素子に対向する状態に配置される受光素子と、該受光素子からの出力を受けるスイッチング素子とを、開口部を有した筐体の内空間に実装した光結合型半導体リレーであって、筐体は、内底に凹部を形成しており、発光素子は凹部にフリップチップ実装され、受光素子はその受光面を下方に向けた状態で、凹部を跨ぐようにフリップチップ実装されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an optically coupled semiconductor relay according to
請求項2に記載の光結合型半導体リレーは、発光素子と受光素子との間の凹部を含む光伝達空間には透光性樹脂層が充填形成されている。
In the optically coupled semiconductor relay according to
請求項3に記載の光結合型半導体リレーは、筐体の開口部に透光性樹脂層を含むようにして遮光性樹脂を封入している。 In the optically coupled semiconductor relay according to the third aspect, the light shielding resin is sealed so as to include a light transmitting resin layer in the opening of the housing.
請求項4に記載の光結合型半導体リレーは、筐体の開口部に遮光蓋を被せた構造としている。
The optically coupled semiconductor relay according to
請求項5に記載の光結合型半導体リレーは、導電性のシールド膜が筐体の外周面に形成されている。
In the optically coupled semiconductor relay according to
本発明の光結合型半導体リレーによれば、次のような効果を奏する。 The optically coupled semiconductor relay of the present invention has the following effects.
すなわち、筐体の内部に凹部を設けて、受光素子、発光素子を上下に対向実装させているため寸法精度がきわめてよく、さらに、受光素子、発光素子ともにフリップチップ実装しているため、金属ワイヤによる配線が不要となる。 In other words, a concave portion is provided inside the housing, and the light receiving element and the light emitting element are mounted vertically opposite to each other so that the dimensional accuracy is very good. Further, since both the light receiving element and the light emitting element are flip-chip mounted, the metal wire Wiring by is unnecessary.
フリップチップ実装するため、各素子はワイヤで入出力するための配線スペースが不要となり、そのため小型化された素子を使用することができ、リレーそのものも小型化、薄型化できる。そしてさらに、受光素子、発光素子ともにフリップチップ実装する構成であるため、実装工程が格段に簡略化できる。また、フリップチップ実装することで配線を短くでき、電気的特性の向上も図れる。 Since flip-chip mounting is used, each element does not require a wiring space for inputting and outputting with a wire, so that a smaller element can be used, and the relay itself can be reduced in size and thickness. Furthermore, since both the light receiving element and the light emitting element are configured to be flip-chip mounted, the mounting process can be greatly simplified. In addition, the wiring can be shortened by flip chip mounting, and the electrical characteristics can be improved.
また、発光素子、受光素子は、側方を筐体によって囲まれているため、遮光性樹脂層あるいは遮光蓋で封止すれば、内部空間にほぼ密閉された状態で保護され得、そのため変形、損傷のおそれがきわめて低い。 In addition, since the light emitting element and the light receiving element are surrounded by a casing on the side, if sealed with a light shielding resin layer or a light shielding lid, the light emitting element and the light receiving element can be protected in a state of being almost sealed in the internal space. Very low risk of damage.
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一例を示す光結合型半導体リレーの概略縦断面図である。 FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an optically coupled semiconductor relay showing an example of the present invention.
同半導体リレー1は、発光素子3、受光素子4およびスイッチング素子5を立体型の回路基板2を構成した筐体2の内方に実装したものである。
In the
すなわち、この立体型回路基板2は、プリント基板、セラミック基板などよりなり、開口部2cを有した中空状の筐体2として形成され、周壁2dと底部2eとを有し、その内底2aには1つの凹部2bが形成されている。発光素子3はその凹部2b(下段)に実装され、受光素子4は受光面を下方に向けて凹部2bを跨ぐようにして内底2a(上段)に発光素子3と対向して実装され、さらに受光素子4からの電気的出力を受けて動作するスイッチング素子5は、内底2a(上段)の他の箇所に実装されている。
That is, the three-
筐体2内部の実装内底面には、所定の配線パターン(不図示)が形成され、各素子3,4,5がはんだ等のバンプ6を介して、配線パターンにフリップチップ実装されている。なお、筐体2の内底2a面と外底2f面とを電気的接続するためのスルーホール(不図示)も種々、形成されている。
A predetermined wiring pattern (not shown) is formed on the inner bottom surface of the mounting inside the
また、筐体2内部には、これらの3素子3,4,5を実装した状態で、光伝達空間9を確保するために透明シリコーンなどによる透光性樹脂(JCR:ジャンクション・コーティング・レジン)層7が形成され、さらにその上方を、開口部2cを塞ぐように黒色などのエポキシ系の遮光性樹脂層8で封止している。
In addition, a translucent resin (JCR: junction coating resin) made of transparent silicone or the like is provided in the
図2は、同半導体リレー1の概略製造手順を示す図である。なお、図2(a)〜(e)には、平面図と断面図とを上下に対応させて示している。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic manufacturing procedure of the
筐体2内に設ける凹部2bは、内底2aの一部をくりぬいたように形成されている。本例では対向端間を結ぶ凹溝のごとく形成されているが、孤立穴に形成してもよい。この凹部2bは、複数基板の重ね合わせ、底部2eの一部削り取りなどによって成形される。
The
この凹部2bに収容するように発光素子3をフリップチップ実装し、その上方に、つまり凹部2bを跨ぐように受光素子4を内底2a上段にフリップチップ実装し、さらに、受光素子3と同一実装面にスイッチング素子5をフリップチップ実装する(以上、図2(a)〜(c))。この状態で、発光素子3と受光素子4とは対向配置され、その間には光伝達空間9が確保される。
The light-emitting
ついで、3素子3,4,5が実装された筐体2の内部空間に、透明シリコーンを粘性の低い液状化状態で注入してゆき、光伝達空間9に確実に充填し、さらに受光素子4、スイッチング素子5の高さの途中まで充填し、その後、熱や紫外線などを当てて、保形性を有する程度に硬化させて透光性樹脂層7を形成する(以上、図2(d))。
Next, transparent silicone is injected into the internal space of the
そして、その上方空間にエポキシ系の遮光性樹脂を封入して、天面を露出された受光素子4、スイッチング素子5を含む空間を封止するとともに、筐体2の開口部2cを塞ぐ(以上。図2(e))。こうして、透光性樹脂層7、遮光性樹脂層8の2層を形成する。
Then, an epoxy-based light shielding resin is sealed in the upper space to seal the space including the
このように、発光素子3、受光素子4を、筐体2の内部空間の基板上に実装しているため、光伝達空間9の寸法精度は向上し、フリップチップ実装することともあいまって、リレーの小型化にも寄与できる。
As described above, since the
また、フリップチップ実装することにより、筐体2の内部空間では金属ワイヤを配線に使用する必要がなく、製造工程を短縮できる。また、フリップチップ実装することで配線を短くでき、電気的特性の向上も図れる。さらに、金属ワイヤを使用しないため、ヒートサイクルなどによる透明シリコーンの伸縮が要因となるワイヤ切れも当然に発生しない。
Further, by performing flip chip mounting, it is not necessary to use a metal wire for wiring in the internal space of the
また、発光素子3、受光素子4、スイッチング素子5は、全側方を筐体2の周壁2dによって囲まれているため、遮光性樹脂を封入して開口部2cを塞げば、筐体2の内部空間に、ほぼ密閉された状態で保護され得、変形、損傷するおそれがきわめて低い。
Further, since the
図3は、上記の例で使用した筐体を用いた光結合型半導体リレーの他例を示す図である。平面図は省略する。 FIG. 3 is a diagram showing another example of the optically coupled semiconductor relay using the casing used in the above example. A plan view is omitted.
図3(a)、(b)は、遮光性樹脂に代えて、開口部2cの閉塞が可能な遮光蓋10で開口部2cに被せたもので、(a)では透明シリコーンによる透光性樹脂層7を充填、形成しており、(b)では透光性樹脂層7を形成しないようにしている。
3 (a) and 3 (b) show the case where the opening 2c is covered with a
このように、遮光蓋10を設けたものでは、塵、埃など光伝達空間に入り込まないように透明シリコーンによる透光性樹脂層7を形成して、光結合精度を高めてもよいし、製造工程を短縮するために、透明シリコーンを充填せずに光伝達空間9を確保するようにしてもよい。
Thus, in the case where the light-shielding
また、図1〜図3で示した光結合型半導体リレー1において、筐体2の外周面2gに、銅箔などの導電性のシールド膜による外皮を形成して、電磁波を遮断できる構造としてもよい。
Further, in the optically coupled
図4(a)〜(c)はさらに他の例であり、これらは上記の3例とは筐体2の内部形状を異ならせている。
FIGS. 4A to 4C are still other examples, and these are different from the above three examples in the internal shape of the
すなわち、これらの光結合型半導体リレー1は、図示するように、発光素子3を収容する凹部2bを2つの載置台11,11によって形成している。換言すれば、内底2aを凹凸交互となるように成形している。受光素子3は、その両端を2つの載置台11,11に載せ置いて、フリップチップ実装され、スイッチング素子5は、中央の載置台11を仕切りとして、発光素子4をフリップチップ実装した凹部2bの反対側にフリップチップ実装される。つまり、発光素子3は下段に、受光素子4は上段に、スイッチング素子5は下段に実装される。
That is, in these optically coupled semiconductor relays 1, as shown in the figure, a
このような形状の筐体2の内底2aは、主基板と載置台11,11の重ね合わせ、あるいは底部2eの内底側の一部削り取りなどによって成形できる。
The
図4(a)〜(c)に示した3例は、上記図1、図3(a)、(b)に対応したもので、(a)は透明シリコーンによる透光性樹脂層を形成して、さらに遮光性樹脂を封入したもの、(b)は透明シリコーンによる透光性樹脂層を形成して遮光蓋10で閉塞したもの、(c)は透明シリコーンを充填せずに遮光蓋10で閉塞したものである。
The three examples shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c) correspond to FIGS. 1, 3 (a), and (b), and (a) forms a translucent resin layer made of transparent silicone. Further, a light-shielding resin encapsulated, (b) a transparent resin layer formed of transparent silicone and closed with a light-shielding
なお、図4(a)、(b)のものでは、スイッチング素子5を下段に実装するため、スイッチング素子5の全体が透光性樹脂層7に包含される。
4A and 4B, since the switching
図4の3例は、上記図1、図3(a)、(b)に示した3例と同様の効果が期待でき、さらに、スイッチング素子は図1の例よりも薄厚の底に実装されるため、筐体2の外底面2fまでの配線パターンも短くすることができ、さらなる電気的特性の向上を図れる。
The three examples in FIG. 4 can be expected to have the same effect as the three examples shown in FIGS. 1, 3A, and 3B, and the switching element is mounted on a thinner bottom than the example in FIG. Therefore, the wiring pattern to the
ついで、本発明に関する参考発明例について、図5、図6を参照しながら説明する。 Next, a reference invention example relating to the present invention will be described with reference to FIGS.
図5に示す3例は、筐体2に1つの凹部2bを形成したもので、凹部2b(下段)に発光素子3を金属ワイヤ12で実装し、凹部2bを跨ぐように受光素子4を上段にフリップチップ実装し、さらにスイッチング素子5を上段にフリップチップ実装している。図5(a)は透明シリコーンの充填と遮光性樹脂による封止をしたもの、(b)は透明シリコーンを充填して遮光蓋10で閉塞したもの、(c)は透明シリコーンを充填せずに遮光蓋10で閉塞したものである。
In the three examples shown in FIG. 5, one
また図6に示す3例は、2つの載置台11,11によって、発光素子3を実装するための凹部2bを形成したもので、凹部2b(下段)に発光素子3を金属ワイヤ12で実装し、凹部2bを跨ぐように受光素子4を上段にフリップチップ実装し、さらにスイッチング素子5を下段にフリップチップ実装している。図6(a)は透明シリコーンの充填と遮光性樹脂による封止をしたもの、(b)は透明シリコーンを充填して遮光蓋10で閉塞したもの、(c)は透明シリコーンを充填せずに遮光蓋10で閉塞したものである。
Further, in the three examples shown in FIG. 6, the
これら6例についても同様に、寸法精度、電気的特性の向上が図れる。また、発光素子3、受光素子4、スイッチング素子5は、側方を筐体2の周壁2dによって囲まれているため、遮光性樹脂層8あるいは遮光蓋10で封止すれば、内部空間にほぼ密閉された状態で保護され得、変形、損傷のおそれがきわめて低い。
Similarly, these six examples can improve dimensional accuracy and electrical characteristics. Further, since the
なお、図5、図6における上記以外の構成部については、図1〜図4のものと同様であるため、それらについて同一の符号を付して、その説明を省略する。 In addition, since it is the same as that of the thing of FIGS. 1-4 about the structure part other than the above in FIG. 5, FIG. 6, it attaches | subjects the same code | symbol about them, and abbreviate | omits the description.
1 光結合型半導体リレー
2 立体回路基板(筐体)
2a 内底
2b 凹部
2c 開口部
2d 周壁
2e 底部
2f 外底
2g 外周面
3 発光素子
4 受光素子
5 スイッチング素子
6 バンプ
7 透光性樹脂層
8 遮光性樹脂層
9 光伝達空間
10 遮光蓋
11 載置台
1 Optical coupling
2a
Claims (5)
上記筐体は、内底に凹部を形成しており、
上記発光素子は、上記凹部にフリップチップ実装されるとともに、
上記受光素子は、その受光面を下方に向けた状態で、上記凹部を跨ぐようにフリップチップ実装されていることを特徴とする光結合型半導体リレー。 An optically coupled semiconductor relay in which a light emitting element, a light receiving element disposed opposite to the light emitting element, and a switching element that receives an output from the light receiving element are mounted in an inner space of a housing having an opening. ,
The casing has a recess in the inner bottom,
The light emitting element is flip-chip mounted in the recess,
The optically coupled semiconductor relay, wherein the light receiving element is flip-chip mounted so as to straddle the concave portion with the light receiving surface facing downward.
上記発光素子と上記受光素子との間の上記凹部を含む光伝達空間には、透光性樹脂層が充填形成されていることを特徴とする光結合型半導体リレー。 In claim 1,
An optically coupled semiconductor relay, wherein a light transmitting space including the concave portion between the light emitting element and the light receiving element is filled with a translucent resin layer.
上記筐体の開口部には、上記透光性樹脂層を含むようにして遮光性樹脂を封入していることを特徴とする光結合型半導体リレー。 In claim 2,
A light-coupled semiconductor relay, wherein a light-shielding resin is sealed in the opening of the housing so as to include the light-transmitting resin layer.
上記筐体の開口部に、遮光蓋を被せていることを特徴とする光結合型半導体リレー。 In any one of Claims 1, 2,
An optically coupled semiconductor relay, wherein an opening of the housing is covered with a light shielding lid.
上記筐体は、導電性のシールド膜が外周面に形成されていることを特徴とする光結合型半導体リレー。 In any one of Claims 1-4,
An optically coupled semiconductor relay, wherein the casing is formed with a conductive shield film on an outer peripheral surface.
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JP2017157799A (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | Semiconductor light receiving module and method of manufacturing the same |
WO2018046216A1 (en) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Optocoupler having an optical transmission link and electrical connections, and electronic module in which such an optocoupler is installed |
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