JP2010034104A - 光結合型半導体リレー - Google Patents

Abstract

【課題】従来設備を流用することで、現行のものより端子間ピッチを大きく、あるいは小さくすることのできる光結合型半導体リレーを提供する。
【解決手段】発光側内部リードフレーム１１に設けた発光素子１３と、受光側内部リードフレーム１２に設けた受光素子１４とを対向配設し、これらの両素子を透光性樹脂１７で一体モールドして光結合成形体１０を形成するとともに、光結合成形体１０の外側に突出した、発光側、受光側内部リードフレーム１１，１２のそれぞれを、発光側、受光側外部リードフレーム２１，２２に接合し、光結合成形体１０とリードフレームの接合部３１，３２とを、遮光性樹脂１８で一体モールドして外側成形体２０で覆っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子と受光素子とを対向配置させ、それらを透光性樹脂でモールドし、さらにその周りを遮光性樹脂でモールドした２重モールドタイプの光結合型半導体リレーの改良に関するものである。

従来の光結合型半導体リレーには、図６に示すように、２重モールド構造の高絶縁性のものがある。図６（ａ）、（ｂ）は、この種の光結合型半導体リレーの透視平面図、断面図である。この半導体リレーは、発光側リードフレーム１０１に設けた発光素子１０３と、受光側リードフレーム１０２に設けた受光素子１０４とを対向配置し、これらの両素子を透光性樹脂１０５で一体モールドし、さらにその周りを遮光性樹脂１０６で一体モールドしたものである。なお、１０７は受光素子１０４の信号によって動作するスイッチング素子である。

光結合型半導体リレーには、このような対向配置型のもののほかに、両素子を平面配置した平面カップリング型のものも知られているが、対向配置型の半導体リレーのほうが、平面配置型のものより光結合効率がよいうえ、小型化できるため、一般に広く利用されている。

ところが、ユーザによっては、高い耐電圧が得られるように、端子間のピッチ（外部沿面距離）を大きくした大型のリレーを望む要求がある。ちなみに図６のものは、入出力間の沿面距離Ｌ３は長く、入出力間では比較的高い耐電圧が得られるが、端子間ピッチＬ４は１ｍｍ強と小さいため耐電圧は低く、その１０倍程度のピッチのものが要求される場合もある。

このような要求に対し、上記のような２重モールドタイプの半導体リレーにおいては、端子間ピッチＬ４が大きくなるように、素子を配置する箇所と端子との距離の長いリードフレームを配設し、それに対応したモールド設備を準備すれば、所望の大きさのものは得られる。しかし、そのようなものでは、設備を新たに準備しなければならず、設備費用が多大なものとなる可能性がある。

なお、特許文献１には、端子間ピッチを変更可能としたサーマルリレーが提案されているが、光結合型半導体リレーにおいては、そのようなピッチを可変としたものは全く提案されていない。
特開平５−１２８９５９号公報

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、従来設備を流用することで、現行のものより端子間ピッチを大きく、あるいは小さくすることのできる光結合型半導体リレーを提供することにある。

また、上記のように、平面配置型のリレーは対向配置型のものよりも大型サイズであるため、対向配置型の半導体リレーを製造するのに、併設された平面配置型リレーなどの従来設備を利用できれば、端子間ピッチの大きいリレーを低コストで製造できる。

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、発光側内部リードフレームに設けた発光素子と、受光側内部リードフレームに設けた受光素子とを対向配設し、これらの両素子を透光性樹脂で一体モールドして光結合成形体を形成するとともに、該光結合成形体の外側に突出した、発光側、受光側内部リードフレームのそれぞれを、発光側、受光側外部リードフレームに接合し、光結合成形体とリードフレームの接合部とを、遮光性樹脂で一体モールドして外側成形体で覆ったことを特徴とする。

請求項２に記載の光結合型半導体リレーでは、発光側、受光側外部リードフレームのそれぞれは、発光側、受光側内部リードフレームの切断端部と接合されている。

請求項３に記載の光結合型半導体リレーは、外部リードフレームは、内部リードフレームとの接合部と、外側成形体の出口側との高さを異ならせて成形されている。

請求項４に記載の光結合型半導体リレーは、内部リードフレームは、光結合成形体の出口側と、外部リードフレームとの接合部との高さを異ならせて成形されている。

請求項１に記載の光結合型半導体リレーは、２重モールドのうち外側の遮光性樹脂による成形層において、内部リードフレームを外部リードフレームに接合させている。そのため、種々の寸法の外部リードフレームを準備することで、従来製造していた内部の光結合成形体を使用して種々のサイズの光結合型半導体リレーを製造できる。例えば、対向配置型の光結合成形体を平面配置型の外部成形型で２重モールドすることで、端子間ピッチの大きい半導体リレーを提供することができる。このように、他のタイプの従来設備を利用できるので、種々の寸法の半導体リレーを、新たな設備を準備する必要なく低コストで製造できる。

請求項２に記載の光結合型半導体リレーでは、内部リードフレームを切断した端部を外部リードフレームに接合するようにしているため、長さ調節が簡易に行える。

請求項３に記載の光結合型半導体リレーでは、外部リードフレームは、内部リードフレームとの接合部と、外側成形体の出口側との高さを異ならせて成形されている。また、請求項４では、内部リードフレームは、光結合成形体の出口側と、外部リードフレームとの接合部との高さを異ならせて成形されている。つまり、光結合成形体の出口側と外側成形体の出口側の高さが異なる場合でも、リードフレームを折り曲げるなどして高さ調整がされているため、従来のモールド設備をそのまま有効利用することができる。

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。

図１は本発明の光結合型半導体リレーの一実施形態を示す説明図で、（ａ）は光結合型半導体リレーの透視平面図、（ｂ）は同断面図である。

この光結合型半導体リレー１（以下、半導体リレーと略す。）は、発光素子１３と受光素子１４とをそれぞれの内部リードフレーム１１，１２に設けて対向配置し、これらの両素子１３，１４を含む光結合空間Ａを透光性樹脂１７でモールドし、さらに透光性樹脂層１７の周りを遮光性樹脂２３で一体モールドした２重モールド構造のリレーである。つまり、光結合空間Ａは内部成形型によって透光性樹脂１７でモールド成形されて光結合成形体１０が形成され、その光結合成形体１０はさらに外部成形型によって遮光性樹脂２３でモールド成形されて、遮光性樹脂層２３による外側成形体２０が形成されている。

本実施形態では、この外側成形体２０の中で、発光素子１３、受光素子１４のそれぞれの内部リードフレーム１１，１２に継ぎ足しされるように、他の外部リードフレーム２１，２２が連結されていることを特徴としている。

すなわち、発光側のリードフレームは、発光素子１３を取付端部１１ａに設けた内部リードフレーム１１と、リレーの端子として外部に突出する外部リードフレーム２１とが接合されて構成されている。一方、受光側のリードフレームは、受光素子１４、スイッチング素子１５を取付端部１２ａに設けた内部リードフレーム１２と、リレーの端子として外部に突出する外部リードフレーム２２とが接合されて構成されている。

これらの接合部３１，３２は、図１に示すように、発光側、受光側ともに、光結合成形体１０から突出した内部リードフレーム１１，１２の切断端部１１ｂ，１２ｂを、外部リードフレーム２１，２２に重ね合わせて半田で接合してなる。この図例では、３本の発光側内部リードフレーム１１が発光側外部リードフレーム２１と接合され、２本の受光側内部リードフレーム１２が受光側外部リードフレーム２２と接合されている。

このように、外側成形体２０内において、内部リードフレーム１１，１２を外部リードフレーム２１，２２に接合させているため、種々の寸法の外部リードフレームを準備することで、従来製造していた内部の光結合成形体１０を使用して種々のサイズの光結合型半導体リレーを製造することができる。例えば、図１の例のように、端子間ピッチＬ１を大きくした半導体リレー１を製造することができる。

また図１の例では、外部リードフレーム２１，２２を含む外側成形体２０は、平面配置型の８端子タイプの半導体リレーの成形型を使用して、その成形型に４端子２１ａ，２２ａが割り付けられるようにして製されている。

したがって、外側の遮光性樹脂層２３を肉厚にし、外部リードフレーム２１，２２を長くすることで図１のように、長手方向、短手方向ともに光結合成形体１０に比してきわめて大きい半導体リレー１が得られる。図１の半導体リレー１を図６に示したものと比較すると、光結合成形体１０の寸法は同じであるが、端子間ピッチＬ１は約１０倍程度に大幅に大きくなっている。端子間ピッチＬ１が大きくなることで、沿面距離が長くなり、端子間耐電圧の高いリレーが得られる。

つぎに、図２〜４を参照しながら、同半導体リレー１の構造をより詳細に説明するとともに、製造手順についても説明する。

図２は同半導体リレー１の構成を示した分離構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図３は光結合成形体１０の内部構造を示す図であり、（ａ）は透視平面図、（ｂ）は発光側と受光側とを分離した平面図である。図４は外側成形体２０の内部構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面配置型の半導体リレーの断面図である。なお、図４（ｃ）は本発明の図例ではないが、比較参考のために図示している。

この半導体リレー１は、大別して光結合成形体１０と、外側成形体２０とより構成されている。

この半導体リレー１は、内部リードフレーム１１，１２のそれぞれに取り付けた発光素子１３、受光素子１４を対向配置してなる光結合空間Ａを内部成形型で一体モールドして光結合成形体１０を形成し、その後、その光結合成形体１０の外側に突出した内部リードフレーム１１，１２の各切断端部１１ｂ，１２ｂを、半田によって外部リードフレーム２１，２２に接合し、光結合成形体１０とリードフレームの接合部３１，３２（図１を参照）とを外部成形型で一体モールドして外側成形体２０で覆うようにして製されている。

この光結合成形体１０では、図３に示すように、発光側内部リードフレーム１１に設けた発光素子１３と、受光側内部リードフレーム１２に設けた受光素子１４とが対向配置されているとともに、受光側内部リードフレーム１２には２つのスイッチング素子１５が設けられている。

発光（入力）側では、３つのリードフレーム１１が個別に配置され、その中央のリードフレームに発光素子１３が実装されている。一方、受光（出力）側では、３つのリードフレーム１２が個別に配置され、その中央のリードフレーム１２に受光素子１４が実装され、他の２つのリードフレーム１２にはスイッチング素子１５が実装されている。

発光素子１３は発光ダイオードなどよりなり、受光素子１４はフォトダイオードなどよりなる。また、スイッチング素子１５は、受光素子１４の出力信号にもとづいてオン、オフ動作するＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子で構成されている。

また、発光素子１３は透明シリコーンよりなるＪＣＲ１６（ジャンクション・コーティング・レジン）で覆われている。この透明シリコーンは、不純物の含有率が低く、絶縁性にもすぐれており、これによって光結合効率のよい光結合空間が得られる。一方、受光側では、受光素子１４と２つのスイッチング素子１５とがワイヤ１８で導電接続されている。

これらの素子を含む光結合空間Ａが、内部成形型によって透光性樹脂１７で一体モールドされることで、光結合成形体１０が形成されている。この光結合成形体１０の外側に突出した内部リードフレーム１１，１２は、外部リードフレーム２１，２２と接合可能なように切断されている。

一方、この光結合成形体１０を外部より覆う外側成形体２０は、図４に示したようなキャビティＢを有した外部成形型が使用される。

この外部成形型には、図４（ｃ）に示すような平面配置型の半導体リレー５０の成形型が使用されており、図例では８端子タイプの成形型を使用している。この８端子タイプのものは、図４（ａ）の破線で示す位置にも端子が配されているが、本実施形態に示した半導体リレー１では、それらの箇所には端子を配さず、発光側、受光側のそれぞれの辺の両端に端子２１ａ，２２ａが突出するように、外部リードフレーム２１，２２が配置されている。

なお、図４（ｃ）において、５１は発光素子、５２は受光素子、５３はスイッチング素子、５４はリードフレーム、５５は透光性樹脂層、５６は光反射樹脂層、５７は遮光性樹脂層である。また、この平面配置型のリレー５０については平面図を割愛しているが、各素子５１，５２はそれぞれのリードフレーム５４に個別に配置され、素子５１，５２間や、素子５１，５２、リードフレーム５４間がワイヤ５８で接続されている。

この平面配置型の８端子タイプのリレーは、端子間ピッチＬ２が３．６ｍｍであるが、本実施形態の半導体リレー１では端子を各辺の両端のみに配置することで、端子間ピッチＬ１が１３．８ｍｍとなっている。

こうして、先に成形しておいた光結合成形体１０の外側に突出した内部リードフレーム１１，１２の切断端部１１ｂ，１２ｂを、図４のキャビティＢで示される外部成形型内に配置した外部リードフレーム２１，２２に重合するように半田で接合し、外部成形型によって遮光性樹脂で一体モールドすることで、図１に示すような端子間ピッチＬ１の大きい半導体リレー１が得られる。

また、図４（ｃ）で示しているように、平面配置型の半導体リレー５０は発光素子５１と受光素子５２とを上方より覆うように反射用樹脂５６が山型に形成されており、そのため、各素子（を配設したリードフレーム）の高さ位置は、成形体の高さに対して、中間位置よりも下側となっている。

したがって、外部リードフレーム２１，２２を平面配置型の半導体リレー５０のリードフレーム５４と同じ高さにして成形すれば、光結合成形体１０が中央より下方向にずれて配置される。そのため図４（ｂ）に示すように、外部リードフレーム２１，２２を折り曲げて、内部リードフレーム１１，１２との接合部３１，３２がやや高くなるようにしている。

このように、内部リードフレーム１１，１２との接合部３１，３２と、外側成形体の出口側との高さを異ならせるように折曲した外部リードフレーム２１，２２を使用することで、平面配置型の半導体リレーの成形型を有効に利用することができる。

また、本実施形態では、外部リードフレーム２１，２２を折り曲げて高さの調節をしているが、内部リードフレーム１１，１２を折り曲げることで高さ調節してもよい。図５は、内部リードフレーム１１，１２を折り曲げて高さ調節した光結合型半導体リレーの断面図である。この内部リードフレーム１１，１２は、その端部１２ｃと光結合成形体１０の出口側との間で折曲されている。

図１の実施形態では、内部リードフレーム１１，１２として、その端部を切断して使用するものを示したが、内部リードフレームとして使用するリードフレームがもともと長いものであれば、本実施形態のように、光結合成形体１０から突出した内部リードフレーム１１，１２を折り曲げることで高さの調節をすることができる。

このような構成によれば、もともと長めの内部リードフレームを有効に利用でき、継ぎ足しされる外部リードフレーム２１，２２を短くでき、リードフレームのコストを低減できる。また、内部リードフレームの端部に、折り曲げる必要のない段差がもともと形成されていれば、内部リードフレームを折曲加工することなく外部リードフレームと接合することができる。

なお、図５の実施形態における他の構成については図１のものと同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。また、平面図も省略しているが、リードフレームを継ぎ足ししているため、端子間ピッチを大きくできる利点があることはいうまでもない。

なお、以上の２つの実施形態では、端子間ピッチを大きくする例を示したが、リードフレームを接合することで端子間ピッチを小さくするものでもよい。

本発明の光結合型半導体リレーの一実施形態を示す説明図で、（ａ）は光結合型半導体リレーの平面図、（ｂ）は同断面図である。 同半導体リレーの構成を示した分離構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 同半導体リレーの光結合成形体の内部構造を示す図であり、（ａ）は透視平面図、（ｂ）は発光側と受光側とを分離した平面図である。 同半導体リレーの外側成形体の内部構造（キャビティ）を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は比較参考のために図示した平面配置型の半導体リレーの断面図である。 本発明の他の実施形態を示す光結合型半導体リレーの断面図である。 従来の対向配置型の半導体リレーの説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 光結合型半導体リレー
１０ 光結合成形体
１１ 発光側内部リードフレーム
１１ａ 素子取付端部
１１ｂ 切断端部
１２ 受光側内部リードフレーム
１２ａ 素子取付端部
１２ｂ 切断端部
１３ 発光素子
１４ 受光素子
１５ スイッチング素子
１６ ＪＣＲ（透明シリコーン）
１７ 透光性樹脂（層）
Ａ 光結合空間
２０ 外側成形体
２１ 発光側外部リードフレーム
２１ａ 端子
２２ 受光側外部リードフレーム
２２ａ 端子
２３ 遮光性樹脂（層）
Ｂ 外部成形型のキャビティ
３１，３２ 接合部

Claims (4)

1. 発光側内部リードフレームに設けた発光素子と、受光側内部リードフレームに設けた受光素子とを対向配設し、これらの両素子を透光性樹脂で一体モールドして光結合成形体を形成するとともに、該光結合成形体の外側に突出した上記発光側、受光側内部リードフレームのそれぞれを、発光側、受光側外部リードフレームに接合し、上記光結合成形体と上記リードフレームの接合部とを、遮光性樹脂で一体モールドして外側成形体で覆ったことを特徴とする光結合型半導体リレー。
2. 請求項１において、
   上記発光側、受光側外部リードフレームのそれぞれは、上記発光側、受光側内部リードフレームの切断端部と接合されている光結合型半導体リレー。
3. 請求項１または２において、
   上記外部リードフレームは、上記内部リードフレームとの接合部と、上記外側成形体の出口側との高さを異ならせて成形されている光結合型半導体リレー。
4. 請求項１または２において、
   上記内部リードフレームは、上記光結合成形体の出口側と、上記外部リードフレームとの接合部との高さを異ならせて成形されている光結合型半導体リレー。

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