JP3991581B2

JP3991581B2 - SSR

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Publication number: JP3991581B2
Application number: JP2000354046A
Authority: JP
Inventors: 重樹南; 直紀元山; 周一杉元
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002157949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷短絡時の過電流に対して通電経路を遮断する短絡保護構造を用いたＳＳＲ（ソリッドステートリレー）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＳＳＲは、ソレノイド、モータ、ヒータあるいはランプなどを直接負荷として駆動するために用いられるが、不慮の事故などによって負荷短絡が発生した場合、過電流によってＳＳＲ自身あるいはＳＳＲに接続されている装置が損傷する虞がある。
【０００３】
このため、従来では、ヒューズなどを外付けしたり、あるいは、ＳＳＲ自体にヒューズを内蔵させることも考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＳＲにヒューズを外付けするのは面倒であり、また、ＳＳＲ自体にヒューズを内蔵させると、ＳＳＲが大型化するといった難点がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、大型化することなく、しかも、ヒューズを外付けすることなく、負荷短絡の過電流を遮断できるＳＳＲを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００７】
すなわち、本発明のＳＳＲは、入力端子と出力端子とが絶縁回路で電気的に絶縁され、前記出力端子間を導通させる出力素子および前記絶縁回路が樹脂で封止されるＳＳＲにおいて、前記絶縁回路が、光結合素子であり、該光結合素子の受光素子の一端が、抵抗を介して一方の前記出力端子と前記出力素子の一端との間の第１の接続部で接続されるとともに、前記受光素子の他端が、他方の前記出力端子と前記出力素子の他端との間の第２の接続部で接続され、前記出力素子の一端と前記第１の接続部との間の通電経路および前記出力素子の他端と前記第２の接続部との間の通電経路の少なくとも一方の通電経路の一部が、第１の導体ワイヤで構成される一方、前記受光素子の一端と前記第１の接続部との間の通電経路および前記受光素子の他端と前記第２の接続部との間の通電経路の少なくとも一方の通電経路の一部が、第２の導体ワイヤで構成され、前記両導体ワイヤを、過電流によって共に切断できるように、近接配置あるいは交差配置させ、前記樹脂で封止された前記通電経路の前記第１，第２の導体ワイヤ近傍の前記樹脂の被覆層を薄肉としたものである。
【０００８】
ここで、導体ワイヤ近傍とは、過電流が流れたときの導体ワイヤの発熱による熱応力を受けるような導体ワイヤに近い部分をいう。
【０００９】
薄肉とは、導体ワイヤの熱応力が集中しやすいように、その近傍の他の部分よりも肉厚を薄くすることをいう。
【００１０】
近接配置あるいは交差配置とは、短絡によって第１の導体ワイヤに過電流が流れて、該第１の導体ワイヤの膨張による熱応力によって、第１の導体ワイヤの近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされるときに、同時に第２の導体ワイヤが切断されるように近接して両ワイヤを配置し、あるいは、両ワイヤを交差させて配置することをいう。
【００１１】
本発明によると、第１の導体ワイヤに、短絡によって過電流が流れると、第１の導体ワイヤの周囲の樹脂が炭化する前に、該導体ワイヤの膨張による熱応力によって、第１の導体ワイヤの付近の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、第１の導体ワイヤおよびこの第１の導体ワイヤに近接あるいは交差している第２の導体ワイヤの通電経路が同時に遮断されるので、出力素子および受光素子に過電流が流れることがない。
【００１２】
本発明の他の実施態様においては、前記薄肉の被覆層の部分が、凹部となっている。
【００１３】
この実施態様によると、短絡によって過電流が導体ワイヤを流れると、導体ワイヤの急激な温度上昇による膨張によって発生する熱応力によって、導体ワイヤの近傍の構造的に弱い凹部の境界付近に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤの逃げ場を形成して、あるいは、溶融した導体ワイヤの一部も弾き飛ばされて導体ワイヤによる通電経路が遮断されるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１５】
（参考例１）
図１は、本発明の実施の形態の説明に先立って、その前提となる構成を説明するためのＳＳＲ１の外観斜視図であり、このＳＳＲ１は、例えば、エポキシ樹脂で封止された本体１ａを有し、この本体１ａの下部からは、各一対の入力端子２_１，２_２および出力端子３_１，３_２が延出されている。
【００１６】
前記一対の入力端子２_１，２_２は、図示しない直流電源およびスイッチの直列回路に接続される一方、一対の出力端子３_１，３_２は、図示しない負荷および交流電源の直列回路に接続されものであり、いわゆる、直流入力、交流出力となっている。
【００１７】
このＳＳＲ１では、ヒューズなどを外付けすることなく、負荷が短絡して過電流が流れても保護できるように、封止樹脂内部の遮断すべき通電経路に対応する樹脂の被覆を薄肉にするために、円形の凹部(窪み)４を形成している。この凹部４の作用については、後述する。
【００１８】
図２は、このＳＳＲ１の回路図であり、このＳＳＲ１は、入力端子２_１，２_２と出力端子３_１，３_２とを絶縁する絶縁回路としてのフォトトライアックカプラ５と、出力端子３_１，３_２間を導通させる出力素子（パワー素子）としてのトライアック６と、コンデンサ７および抵抗８からなるノイズ除去用のスナバ回路９と、ゲート抵抗１０とを備えている。
【００１９】
このＳＳＲ１では、従来のようにヒューズを外付けすることなく、あるいは、ＳＳＲにヒューズを内蔵させることなく、負荷が短絡したときの過電流を遮断して保護するものである。
【００２０】
ここで、短絡保護構造の説明に先立って、ヒューズなどを設けなかった場合に、従来のＳＳＲがどのようにして損傷するかについて説明する。
【００２１】
負荷の短絡によって、過電流が、ＳＳＲ内部のボンディングワイヤを流れると、ボンディングワイヤが急激に発熱し、フォトトライアックカプラ５がオンしている限り、ボンディングワイヤの温度が急激に上昇し、ボンディングワイヤが溶融してもボンディングワイヤの逃げ場がないので、過電流が流れ続け、このボンディングワイヤの発熱で周囲の樹脂が炭化し、この炭化した部分がバイパス電流経路となり、ボンディングワイヤが溶融した後も過電流を負荷に供給し続け、さらに、温度が上昇し、最終的には、樹脂が分解して分解ガスが発生することになるのである。
【００２２】
そこで、負荷の短絡によって、過電流が、ＳＳＲ内部のボンディングワイヤを流れてボンディングワイヤが発熱したときには、ボンディングワイヤの周囲の樹脂が炭化する前に、該ボンディングワイヤの膨張による熱応力によって、ボンディングワイヤの付近の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力を集中させるものであり、これによって、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、溶融したボンディングワイヤの逃げ場を形成して、あるいは、溶融したボンディングワイヤの一部も弾き飛ばされてボンディングワイヤによる通電経路を遮断するのである。
【００２３】
図３は、このＳＳＲ１の内部の銅のリードフレーム１１、トライアック６およびゲート抵抗１０の配置およびその配線状態を示しており、図２の一部に対応するものであり、トライアック６のゲート端子がゲートワイヤ１２で配線されるとともに、トライアック６の一方のＴ１端子がＴ１ワイヤ１３で配線されており、このＴ１ワイヤ１３の部分は、負荷に対する通電経路であり、負荷の短絡によって、過電流が流れたときに、この通電経路を次のようにして遮断するのである。
【００２４】
すなわち、図４（ａ）に示されるように、このＴ１ワイヤ１３の上部の樹脂被覆層は、他の部分よりも薄肉となるように、上述のように、円形の凹部４が形成されている。
【００２５】
このように、過電流によって遮断すべき通電経路であるＴ１ワイヤ１３近傍の樹脂の被覆層を、他の部分よりも薄肉としているので、負荷の短絡によって過電流が流れてＴ１ワイヤ１３が急激に発熱して膨張による熱応力が発生すると、構造的に弱い薄肉の凹部４の境界部分に応力が集中してクラックを生じ、あるいは、図４（ｂ）に示されるようにクラックが生じると同時に一部の樹脂が弾き飛ばされ、このとき既に溶融しているＴ１ワイヤ１３の逃げ場が形成され、あるいは、溶融したＴ１ワイヤ１３の一部も弾き飛ばされることになり、Ｔ１ワイヤ１３の周囲の樹脂が炭化する前に、Ｔ１ワイヤ１３による通電経路が遮断されることになる。なお、Ｔ１ワイヤ１３による熱応力とは、該ワイヤ１３が溶融する前の固体の状態の熱膨張による熱応力および溶融した後の体積膨張による熱応力の両者を含むものである。
【００２６】
図５は、上述のＴ１ワイヤ１３の溶断を状態を説明するための一部を拡大した断面図であり、負荷の短絡によって過電流が流れてＴ１ワイヤ１３が発熱して膨張による熱応力が発生すると、構造的に弱い薄肉の凹部４に熱応力が集中し、Ｔ１ワイヤ１３から凹部４の波面（境界面）に向かって同図（ａ）のようにクラック１５を生じ、あるいは、クラックが生じると同時に樹脂１６の一部が弾き飛ばされ、溶融したＴ１ワイヤ１３の逃げ場が形成され、同図（ｂ）に示されるように、溶融したＴ１ワイヤ１３が、クラック１５に流れ込んで、あるいは、溶融したＴ１ワイヤ１３の一部も弾き飛ばされて樹脂炭化経路が形成される前に、Ｔ１ワイヤ１３を溶断させて通電経路を遮断するものである。
【００２７】
この例では、負荷が短絡すると、例えば、図２の矢符Ａで示されるように過電流が流れるが、上述のようにしてＴ１ワイヤ１３が、図６に示されるように溶断し、これによって、図７に示されるように通電経路が遮断される。
【００２８】
これによって、従来のようにヒューズを外付けしたり、あるいは、ヒューズを内蔵させることなく、負荷の短絡による過電流から保護できることになる。
【００２９】
（実施の形態１）
上述の参考例１では、過電流によってトライアック６に配線されるＴ１ワイヤ１３が遮断された後、フォトトライアックカプラ５がオンしている間、図８の矢符Ｂに示されるように、フォトトライアックカプラ５およびゲート抵抗１０を電流が流れるため、完全に過電流遮断が行なえていないことになる。
【００３０】
出力端子３_１，３_２に接続される交流電源の電圧が低い場合、例えば、１００Ｖの場合には、ゲート抵抗１０も高温に耐えられるので、樹脂が炭化することもなく、樹脂が分解して分解ガスが発生することもないが、交流電源の電圧が、高い場合、例えば、２００Ｖの場合には、ゲート抵抗１０で消費されるワット数が４倍となってゲート抵抗１０の温度が急激に上昇し、このゲート抵抗１０の周囲の樹脂が炭化し、この炭化した部分がバイパス電流経路となり、さらに温度が上昇し、最終的に樹脂が分解して分解ガスが発生する虞がある。
【００３１】
ワット数の大きなゲート抵抗を使用することも考えられるが、そうすると、電気特性が変わったり、実装面積が大きくなるといった難点がある。
【００３２】
そこで、この実施の形態では、図９に示されるように、ゲート抵抗１０の一端とトライアック６のゲート端子との間を追加ワイヤ１７によって配線している。この追加ワイヤ１７は、ゲートワイヤ１２やＴ１ワイヤ１３と同じボンディングワイヤである。
【００３３】
この実施の形態では、図１０および図１１に示されるように、Ｔ１ワイヤ１３の上を追加ワイヤ１７が交差するように配線している。これらワイヤ１３，１７の上方には、凹部４が形成されて樹脂の被覆が薄肉とされているのは、上述の実施の形態と同様である。
【００３４】
この実施の形態では、上述の参考例１と同様に、負荷の短絡によってＴ１ワイヤ１３に過電流が流れると、Ｔ１ワイヤ１３近傍の樹脂にクラックが生じ、あるいは、クラックの発生と同時の樹脂の一部が弾け飛ぶのであるが、そのとき、Ｔ１ワイヤ１３の上方の追加ワイヤ１７が、図１１(ｂ)に示されるように、同時に切断されるのである。
【００３５】
このように、Ｔ１ワイヤ１３および追加ワイヤ１７の両方が同時に切れるので、通電経路が完全に遮断されることになる。
【００３６】
図１２は、このＴ１ワイヤ１３および追加ワイヤ１７の溶断の状態を説明するための一部を拡大して示す断面図である。
【００３７】
負荷の短絡によって、Ｔ１ワイヤ１３に過電流が流れて発熱し、Ｔ１ワイヤ１３の膨張によって同図(ｂ)の矢符に示されるように熱応力が発生し、この熱応力は、同図(ｃ)に示されるように、構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層である凹部４の境界部分に集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、樹脂の一部が弾き飛ばされ、このクラックによって同図(ｄ)に示されるように追加ワイヤ１７が切断されるとともに、Ｔ１ワイヤ１３の溶融した金も飛び出して溶断するのである。
【００３８】
なお、図１０のようにＴ１ワイヤ１３と追加ワイヤ１７とを交差させるのではなく、本発明の他の実施の形態として、図１３に示されるように、Ｔ１ワイヤ１３の溶断と同時に追加ワイヤ１７が切断される程度の位置に両ワイヤ１３，１７を近接配置してもよい。
【００３９】
なお、図１４は、本発明に係るＳＳＲの寸法等の条件の一例を示す断面図であり、上述の図４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４０】
同図において、凹部４の深さＬ１は１．５ｍｍ、凹部４の底からＴ１ワイヤ１３までの距離Ｌ２は０．５〜０．６ｍｍ、Ｔ１ワイヤ１３の高さＬ３は０．８〜０．９ｍｍ、リードフレーム１１の下面から本体下面までの距離Ｌ４は１．２ｍｍ、銅のリードフレーム１１の厚みは０．２５ｍｍ、Ｔ１ワイヤ１３である金ワイヤの径は０．０５ｍｍφ、トライアック６の厚みは０．２１ｍｍ、樹脂はエポキシ樹脂である。
【００４１】
また、負荷側は、負荷電圧ＡＣ１００Ｖ・ゼロクロス入力、負荷短絡の短絡電流はピーク６０Ａ・１．１ｍｓｅｃ程度であり、入力電圧はＤＣ１２Ｖである。
【００４２】
これらの条件で、１００個以上のサンプルについてＴ１ワイヤ１３の溶断による保護が確認された。
【００４３】
(参考例２)
図１５は、参考例２の図２に対応する回路図であり、対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４４】
この図１５において、一方の出力端子３_１とトライアック６のＴ１端子との間の第１の接続部１８で、フォトトライアックカプラ５の受光素子５ａの一端が、ゲート抵抗１０を介して接続されており、また、他方の出力端子３_２とトライアック６のＴ２端子との間の第２の接続部１９で、フォトトライアックカプラ５の受光素子５ａの他端が接続されている。
【００４５】
この例では、上述のＴ１ワイヤ１３の部分で溶断させるのではなく、第１の接続部１８と一方の出力端子３_１との間の通電経路および第２の接続部１９と他方の出力端子３_２との間の通電経路の少なくとも一部をボンディングワイヤで構成するとともに、このボンディングワイヤに過電流が流れたら上述のように溶断できるように、樹脂の被覆層を薄肉にするのである。この実施の形態によれば、一つのボンディングワイヤのみを過電流で溶断させることにより、上述の実施の形態１と同様に完全に通電経路を遮断できるものである。
【００４６】
（その他の例）
溶断させるワイヤの位置は、上述の実施の形態１に限るものではないのは勿論である。
【００４７】
また、ワイヤの数、線径、ワイヤの材質を変えて複数種類の溶断特性を持たせるようにしてもよい。
【００４８】
例えば、図１６に示されるように、複数の導体ワイヤ２５，２６を直列に設けてもよい。また、導体ワイヤを並列に設けてもよい。
【００４９】
上述の実施の形態では、直流入力交流出力のＳＳＲに適用したけれども、交流入力交流出力、直流入力直流出力のＳＳＲに適用してもよい。
【００５０】
また、他の参考例として、例えば、図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、半導体部品２７の発熱部である導電ワイヤ２８および半導体素子２９上部のパッケージに、円形の窪み３０を設け、短絡時の過電流により発生する導電ワイヤ２８からの熱応力が窪み３０の波面に集中し、同図（ｃ）に示されるように、窪み３０部分の樹脂が弾け飛びもしくはクラックが発生する。その結果、溶融した導電ワイヤが溶断され、半導体部品自身及びそれに接続される装置、機器、素子を短絡時のオン故障による損傷の危険から保護できる。
【００５１】
なお、ボンディングワイヤは、金に限らず、Ａｌやその他の金属であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１の導体ワイヤに、短絡によって過電流が流れると、第１の導体ワイヤの周囲の樹脂が炭化する前に、該導体ワイヤの膨張による熱応力によって、第１の導体ワイヤの付近の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力が集中し、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き飛ばされ、これによって、第１の導体ワイヤおよびこの第１の導体ワイヤに近接あるいは交差している第２の導体ワイヤの通電経路が同時に遮断されるので、出力素子および受光素子に過電流が流れることがなく、これによって、ヒューズを外付けしたり、ヒューズを内蔵させるといった必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提構成を説明するためのＳＳＲの外観を示す斜視図である。
【図２】図１の回路図である。
【図３】図１のＳＳＲの内部の配置状態を示す図である。
【図４】負荷短絡時のＳＳＲの内部の変化を示す図である。
【図５】ワイヤの溶断を説明するための図である。
【図６】Ｔ１ワイヤが溶断した状態の図３に対応する図である。
【図７】Ｔ１ワイヤが溶断した状態の回路図である。
【図８】Ｔ１ワイヤが溶断した後の電流経路を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態の回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態の図３に対応する図である。
【図１１】本発明の実施の形態に対応する図４に対応する図である。
【図１２】ワイヤの溶断および切断を説明するための図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態の図３に対応する図である。
【図１４】寸法等の条件の一例を示す断面図である。
【図１５】参考例の回路図である。
【図１６】他の参考例の回路図である。
【図１７】さらに他の参考例を示す図である。
【符号の説明】
１ＳＳＲ
２_１，２_２入力端子
３_１，３_２出力端子
４凹部
５フォトトライアックカプラ
６トライアック
１０ゲート抵抗
１１リードフレーム
１２ゲートワイヤ
１３Ｔ１ワイヤ
１５クラック
１７追加ワイヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a SSR (solid state relay) with short-circuit protection structure which interrupts the current path against over current at the load short-circuit.
[0002]
[Prior art]
Generally, the SSR is used to directly drive a solenoid, a motor, a heater, a lamp, or the like as a load. However, when a load short circuit occurs due to an unexpected accident or the like, the SSR itself or a device connected to the SSR due to an overcurrent May be damaged.
[0003]
For this reason, conventionally, it is conceivable to attach a fuse or the like, or to incorporate a fuse in the SSR itself.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is troublesome to externally attach a fuse to the SSR, and if the fuse is built in the SSR itself, there is a problem that the SSR becomes large.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an SSR capable of interrupting an overcurrent of a load short circuit without increasing the size and without attaching a fuse. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is configured as follows in order to achieve the above-described object.
[0007]
Chi Sunawa, SSR of the present invention, in the SSR to the input terminal and the output terminal is electrically insulated by the insulation circuit, an output element and the isolation circuit causes conduction between the output terminal are sealed with resin, wherein The insulating circuit is an optical coupling element, and one end of the light receiving element of the optical coupling element is connected via a resistor at a first connection between the one output terminal and one end of the output element. The other end of the light receiving element is connected at a second connection portion between the other output terminal and the other end of the output element, and between the one end of the output element and the first connection portion. A part of the energization path and at least one of the energization paths between the other end of the output element and the second connection portion is formed of a first conductor wire, and one end of the light receiving element The energization path between the first connection part and the light receiving element A portion of at least one of the energization paths between the end and the second connection portion is constituted by a second conductor wire, and the both conductor wires are close to each other so that they can be cut together by an overcurrent. The resin coating layer in the vicinity of the first and second conductor wires of the energization path that is disposed or crossed and sealed with the resin is thinned.
[0008]
Here, the vicinity of the conductor wire means a portion close to the conductor wire that receives thermal stress due to heat generation of the conductor wire when an overcurrent flows.
[0009]
“Thin wall” refers to making the wall thickness thinner than other portions in the vicinity thereof so that the thermal stress of the conductor wire is easily concentrated.
[0010]
The close arrangement or the cross arrangement means that an overcurrent flows through the first conductor wire due to a short circuit, and a structurally weak thin resin in the vicinity of the first conductor wire due to thermal stress due to expansion of the first conductor wire. When stress concentrates on the coating layer part of this, a crack occurs in this part, or when a crack is generated and a part of the resin is blown away, the second conductor wire is cut at the same time. It means that both wires are arranged or both wires are crossed.
[0011]
According to the present invention, when an overcurrent flows through the first conductor wire due to a short circuit, the first conductor wire is caused by thermal stress due to expansion of the conductor wire before the resin around the first conductor wire is carbonized. Stress concentrates on the portion of the coating layer of the thin resin that is structurally weak in the vicinity of this, and a crack is generated in this portion, or a crack is generated and a part of the resin is blown off, thereby the first conductor. Since the energization path of the wire and the second conductor wire adjacent to or intersecting with the first conductor wire is simultaneously interrupted, no overcurrent flows through the output element and the light receiving element.
[0012]
In another embodiment of the present invention, the thin coating layer is a recess.
[0013]
According to this embodiment, when an overcurrent flows through the conductor wire due to a short circuit, the stress is concentrated near the boundary of the structurally weak recess in the vicinity of the conductor wire due to the thermal stress generated by the expansion due to the rapid temperature rise of the conductor wire. However, a crack is generated in this part, or a part of the resin is blown off due to a crack, thereby forming a escape place for the molten conductor wire, or a part of the molten conductor wire is also flipped off. Thus, the energization path by the conductor wire is interrupted.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
( Reference Example 1)
FIG. 1 is an external perspective view of an SSR 1 for explaining the presupposed configuration prior to the description of an embodiment of the present invention. The SSR 1 includes, for example, a main body 1a sealed with an epoxy resin. Each pair of input terminals 2 ₁ and 2 ₂ and output terminals 3 ₁ and 3 ₂ extend from the lower portion of the main body 1a.
[0016]
The pair of input terminals 2 ₁ and 2 ₂ are connected to a series circuit of a DC power source and a switch (not shown), while the pair of output terminals 3 ₁ and 3 ₂ are connected to a series circuit of a load and an AC power source (not shown). These are so-called DC input and AC output.
[0017]
In this SSR1 , the resin coating corresponding to the energization path to be cut off inside the sealing resin is made thin so that it can be protected even if a load is short-circuited and an overcurrent flows without externally attaching a fuse or the like. In addition, a circular recess 4 is formed. The operation of the recess 4 will be described later.
[0018]
FIG. 2 is a circuit diagram of the SSR 1. The SSR ₁ includes a phototriac coupler 5 as an insulating circuit that insulates the input terminals 2 ₁ and 2 ₂ and the output terminals 3 ₁ and 3 ₂ , and the output terminals 3 ₁ and 3. 32 includes a triac 6 as an output element (power element) that conducts between the _two, a noise removing snubber circuit 9 including a capacitor 7 and a resistor 8, and a gate resistor 10.
[0019]
In this S SR1, no external fuses as in the prior art, or without a fuse built in SSR, is intended to protect by blocking the excessive current when the load is shorted.
[0020]
Here, prior to description of the short-circuit protection structure, if not provided such as a fuse, it will be described or conventional SSR is how to damage.
[0021]
When an overcurrent flows through the bonding wire inside the SSR due to a short circuit of the load, the bonding wire rapidly generates heat, and as long as the phototriac coupler 5 is turned on, the temperature of the bonding wire rapidly increases, and the bonding wire Even if melted, there is no escape for the bonding wire, so the overcurrent continues to flow, the heat generated by the bonding wire carbonizes the surrounding resin, and this carbonized portion becomes a bypass current path. Will continue to be supplied to the load, and the temperature will rise. Eventually, the resin will decompose and generate decomposition gas.
[0022]
By where, the load short circuit, overcurrent, when the bonding wire generates heat flows SSR internal bonding wire, before the resin around the bonding wire is carbonized by the thermal stress due to the expansion of the bonding wire, The stress is concentrated on the structurally weak thin resin coating layer in the vicinity of the bonding wire. This causes a crack in this part, or a crack is generated and a part of the resin is blown off. As a result, a escape field for the melted bonding wire is formed, or a part of the melted bonding wire is blown off to interrupt the energization path by the bonding wire.
[0023]
FIG. 3 shows the arrangement and wiring state of the copper lead frame 11, the triac 6 and the gate resistor 10 inside the SSR 1, and corresponds to a part of FIG. 2, and the gate terminal of the triac 6 is In addition to being wired by the gate wire 12, one T1 terminal of the triac 6 is wired by the T1 wire 13, and this T1 wire 13 is an energization path for the load, and an overcurrent flows due to a short circuit of the load. When this occurs, this energization path is blocked as follows.
[0024]
That is, as shown in FIG. 4 (a), the circular recess 4 is formed as described above so that the resin coating layer on the upper portion of the T1 wire 13 is thinner than the other portions. .
[0025]
In this way, the resin coating layer in the vicinity of the T1 wire 13 that is an energization path to be interrupted by an overcurrent is made thinner than the other portions, so that an overcurrent flows due to a short circuit of the load, and the T1 wire 13 suddenly When heat stress is generated due to heat generation due to expansion, the stress concentrates on the boundary portion of the thin-walled concave portion 4 that is structurally weak, and cracks are generated, or, as shown in FIG. Part of the resin is blown off, and at this time, the escape place of the already melted T1 wire 13 is formed, or a part of the melted T1 wire 13 is also blown off, so that the resin around the T1 wire 13 is Before the carbonization, the energization path by the T1 wire 13 is cut off. The thermal stress due to the T1 wire 13 includes both thermal stress due to thermal expansion in a solid state before the wire 13 melts and thermal stress due to volume expansion after melting.
[0026]
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the state of the melting of the T1 wire 13 described above. Overcurrent flows due to a short circuit of the load, the T1 wire 13 generates heat, and thermal stress is generated due to expansion. Then, thermal stress concentrates in the thin-walled concave portion 4 that is structurally weak, and a crack 15 is generated from the T1 wire 13 toward the wavefront (boundary surface) of the concave portion 4 as shown in FIG. At the same time, a part of the resin 16 is blown off to form a escape place for the molten T1 wire 13, and the molten T1 wire 13 flows into the crack 15 or melts as shown in FIG. Before the part of the T1 wire 13 is blown off to form the resin carbonization path, the T1 wire 13 is melted to cut off the energization path.
[0027]
In this example , when the load is short-circuited, for example, an overcurrent flows as shown by an arrow A in FIG. 2, but the T1 wire 13 is melted as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the energization path is interrupted.
[0028]
As a result, it is possible to protect against an overcurrent caused by a short circuit of the load without externally attaching a fuse or incorporating a fuse as in the prior art.
[0029]
(Embodiment 1 )
In the reference example 1 described above, as shown by the arrow B in FIG. 8, while the phototriac coupler 5 is turned on after the T1 wire 13 wired to the triac 6 is cut off due to overcurrent, Since current flows through the coupler 5 and the gate resistor 10, the overcurrent is not completely cut off.
[0030]
When the voltage of the AC power source connected to the output terminals 3 ₁ and 3 ₂ is low, for example, 100 V, the gate resistor 10 can withstand high temperatures, so the resin does not carbonize and the resin decomposes. Although no cracked gas is generated, when the voltage of the AC power supply is high, for example, 200 V, the wattage consumed by the gate resistor 10 is quadrupled, and the temperature of the gate resistor 10 rapidly increases. As a result, the resin around the gate resistor 10 is carbonized, the carbonized portion becomes a bypass current path, the temperature further rises, and the resin is eventually decomposed to generate decomposition gas.
[0031]
Although it is conceivable to use a gate resistor with a large wattage, there are problems such as a change in electrical characteristics and an increase in mounting area.
[0032]
Therefore, in this embodiment, it is routed by additional wire 17 between the gate terminal of one end triac 6 O urchin, gate resistor 10 shown in FIG. The additional wire 17 is the same bonding wire as the gate wire 12 and the T1 wire 13.
[0033]
In this embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the additional wire 17 is wired on the T1 wire 13 so as to intersect. The recesses 4 are formed above the wires 13 and 17 so that the resin coating is thin, as in the above-described embodiment.
[0034]
In this embodiment, as in Reference Example 1 described above, when an overcurrent flows through the T1 wire 13 due to a short circuit of the load, a crack is generated in the resin near the T1 wire 13 or the resin is simultaneously generated with the occurrence of the crack. A part of the wire jumps off. At that time, the additional wire 17 above the T1 wire 13 is simultaneously cut as shown in FIG. 11B.
[0035]
Thus, since both the T1 wire 13 and the additional wire 17 are cut at the same time, the energization path is completely interrupted.
[0036]
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a part for explaining the melted state of the T1 wire 13 and the additional wire 17.
[0037]
Due to the short circuit of the load, an overcurrent flows through the T1 wire 13 to generate heat, and the expansion of the T1 wire 13 generates thermal stress as indicated by the arrow in FIG. As shown in c), the resin is concentrated on the boundary portion of the concave portion 4 which is a thin resin coating layer structurally weak, and a crack is generated in this portion, or a part of the resin is blown off, As shown in FIG. 4D, the additional wire 17 is cut, and the molten gold of the T1 wire 13 also jumps out and melts.
[0038]
Note that the T1 wire 13 and the additional wire 17 do not cross each other as shown in FIG. 10, but as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. The wires 13 and 17 may be disposed close to each other at a position where the wire is cut.
[0039]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of conditions such as the dimensions of the SSR according to the present invention, and parts corresponding to those in FIG. 4 are given the same reference numerals.
[0040]
In this figure, the depth L1 of the concave portion 4 is 1.5 mm, the distance L2 from the bottom of the concave portion 4 to the T1 wire 13 is 0.5 to 0.6 mm, and the height L3 of the T1 wire 13 is 0.8 to 0.00. 9 mm, the distance L4 from the lower surface of the lead frame 11 to the lower surface of the main body is 1.2 mm, the thickness of the copper lead frame 11 is 0.25 mm, the diameter of the gold wire as the T1 wire 13 is 0.05 mmφ, and the thickness of the triac 6 is 0.21 mm, the resin is an epoxy resin.
[0041]
On the load side, the load voltage is AC 100V / zero cross input, the short circuit current of the load short circuit is about 60 A / 1.1 msec peak, and the input voltage is DC 12V.
[0042]
Under these conditions, protection by melting of the T1 wire 13 was confirmed for 100 or more samples.
[0043]
( Reference Example 2 )
FIG. 15 is a circuit diagram corresponding to FIG. 2 of Reference Example 2 , and corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
[0044]
In FIG. 15, one end of the light receiving element 5 a of the phototriac coupler 5 is connected via the gate resistor 10 at the first connection portion 18 between _one output terminal 31 and the T1 terminal of the triac 6. cage, and in the second connecting portion 19 between the T2 terminal of the other output terminal 3 ₂ and the triac 6, the other end of the light receiving element 5a of the photo-triac coupler 5 is connected.
[0045]
In this example , instead of fusing at the portion of the T1 wire 13 described above, the energization path between the _first connecting portion 18 and one output terminal 31 and the second connecting portion 19 and the other output terminal 3 are used. _At least a part of the energization path between the _two is composed of a bonding wire, and the resin coating layer is thinned so that it can be fused as described above when an overcurrent flows through the bonding wire. According to this embodiment, it is possible to completely cut off the energization path similarly to the above-described first embodiment by fusing only one bonding wire with an overcurrent.
[0046]
(Other examples )
Of course, the position of the wire to be melted is not limited to the above-described first embodiment.
[0047]
Further, a plurality of types of fusing characteristics may be provided by changing the number of wires, the wire diameter, and the material of the wires.
[0048]
For example, as shown in FIG. 16, a plurality of conductor wires 25 and 26 may be provided in series. Moreover, you may provide a conductor wire in parallel.
[0049]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the SSR of the DC input AC output, but may be applied to the SSR of the AC input AC output and the DC input DC output.
[0050]
As another reference example, for example, as shown in FIGS. 17A and 17B, a circular depression 30 is formed in a package above the conductive wire 28 and the semiconductor element 29 that are the heat generating portions of the semiconductor component 27. The thermal stress from the conductive wire 28 generated due to the overcurrent at the time of short circuit is concentrated on the wavefront of the depression 30, and the resin in the depression 30 part jumps or cracks as shown in FIG. . As a result, the molten conductive wire is melted, and the semiconductor component itself and the devices, devices, and elements connected thereto can be protected from the risk of damage due to an on-failure during a short circuit.
[0051]
The bonding wire is not limited to gold, but may be Al or other metals.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when an overcurrent flows through the first conductor wire due to a short circuit, before the resin around the first conductor wire is carbonized, due to thermal stress due to expansion of the conductor wire, Stress concentrates on the structurally weak thin resin coating layer in the vicinity of the first conductor wire, and a crack is generated in this part, or a crack is generated and a part of the resin is blown off. Since the energization path of the first conductor wire and the second conductor wire close to or intersecting with the first conductor wire is cut off at the same time, no overcurrent flows through the output element and the light receiving element. This eliminates the need for external fuses or built-in fuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an SSR for explaining a premise configuration of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an internal arrangement state of the SSR of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing an internal change in SSR when a load is short-circuited.
FIG. 5 is a view for explaining fusing of a wire.
6 is a view corresponding to FIG. 3 in a state where a T1 wire is melted. FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a state where a T1 wire is melted.
FIG. 8 is a diagram showing a current path after a T1 wire is melted.
9 is a circuit diagram of implementation of the embodiment of the present invention.
10 is a diagram corresponding to FIG. 3 of the implementation of the embodiment of the present invention.
11 is a view corresponding to FIG. 4 which corresponds to the implementation of the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view for explaining fusing and cutting of a wire.
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 3 of another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of conditions such as dimensions.
FIG. 15 is a circuit diagram of a reference example .
FIG. 16 is a circuit diagram of another reference example .
FIG. 17 is a diagram showing still another reference example .
[Explanation of symbols]
1 SSR
2 ₁ , 2 ₂ Input terminal 3 ₁ , 3 ₂ Output terminal 4 Recess 5 Phototriac coupler 6 Triac 10 Gate resistance 11 Lead frame 12 Gate wire 13 T1 wire 15 Crack 17 Additional wire

Claims

In the SSR in which the input terminal and the output terminal are electrically insulated by an insulation circuit, the output element that conducts between the output terminals and the insulation circuit is sealed with resin,
The insulating circuit is an optical coupling element, and one end of a light receiving element of the optical coupling element is connected via a resistor at a first connection between the one output terminal and one end of the output element. And the other end of the light receiving element is connected at a second connection portion between the other output terminal and the other end of the output element,
A portion of at least one energization path of the energization path between one end of the output element and the first connection portion and the energization path between the other end of the output element and the second connection portion is At least one energizing path between one end of the light receiving element and the first connecting portion and an energizing path between the other end of the light receiving element and the second connecting portion. A part of one energization path is composed of a second conductor wire, and both the conductor wires are arranged close to each other or crossed so that they can be cut together by an overcurrent,
The SSR characterized in that the resin coating layer in the vicinity of the first and second conductor wires of the energization path sealed with the resin is thin .

The SSR according to claim 1, wherein a portion of the thin coating layer is a recess.