JPH0819097A

JPH0819097A - 音響絶縁器

Info

Publication number: JPH0819097A
Application number: JP7176954A
Authority: JP
Inventors: Horst A Gempe; ホルスト・エイ・ジェンピ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1996-01-19
Also published as: EP0689254A1

Abstract

(57)【要約】【目的】電力転送効率が高く、小型、低コストであ
り、しかも規制パラメータを満足する音響絶縁器を提供
する。【構成】音響絶縁器は、回路基板１２を介して音響的に
結合されると共に電気的に絶縁された第１圧電素子１４
と、第２圧電素子１６とを含む。これにより、小型で安
価なパッケージにおいて、比較的高い電力転送効率を得
ると共に、電気的絶縁構造を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願は、本願と同一発明者である
Horst Gempeによって１９９４年８月４日に米国出願さ
れ、本願と同一譲受人に譲渡された、先願Ser.No. 08/1
02,174 の一部継続出願である。この先願の内容は一語
一句そのまま本願にも含まれており、前記先願が全て完
全に記載されているかのように、同一の効果を有するも
のとする。

【０００２】本発明は、一般的に、半導体素子に関し、
更に特定すれば絶縁素子(isolatordevices)に関するも
のである。

【０００３】

【従来の技術】電子回路においては、時として電子素子
を互いに相互作用させつつ、これらを電気的に絶縁させ
ることが必要な場合がある。従来、これを達成するため
に、光電アレイ光絶縁器(photovoltaic array otical i
solator)またはパルス変換器(pulse transformer)を用
いていた。光電絶縁器２９の一例を図１の断面図に示
す。典型的に、入力信号は入力リード３０に導入され
る。入力リード３０は、ワイヤ・ボンド３２を介して、
光電素子３４に結合されている。光電素子３４は、矢印
３６によって表されるように、入力リード３０からの電
気エネルギを光エネルギに変換する。光エネルギは光電
素子３８によって受信される。光電素子３８は、この光
エネルギを電気エネルギに再変換し、ワイヤ・ボンド４
２を介して、出力リード４０に電気信号を供給する。結
果として、入力リード３０に結合された第１回路は、出
力リード４０に結合された第２回路と相互作用しつつ、
これら２つの回路を互いに電気的に絶縁することができ
る。この素子は、図示のように、典型的に、プラスチッ
ク製デュアル・イン・ライン・パッケージ(dual-in-lin
epackage)に封入処理される。

【０００４】絶縁器は、用いられる用途によっては、規
制パラメータ(regulatory parameter)を満足しなければ
ならない。例えば、絶縁バリア距離、即ち光電素子３
４，３８間の距離４４は、少なくとも０．４ミリメート
ルなければならない。内部沿面距離(internal creepag
e)、即ち、点線４６で表された、一方の側から他方の側
までの不接合内部縫合(non-bonded internal seam)に沿
った最短距離は、少なくとも４．０ミリメートルなけれ
ばならない。また、外部沿面距離(external creepag
e)、即ち、点線４８で表された、絶縁されたリード間の
パッケージの外縁に沿った最短距離は、少なくとも８．
０ミリメートルなければならない。外部隙間(external
clearnace)、即ち、絶縁されたリード間の直線距離は、
少なくとも８ミリメートルなければならない。更に、入
出力絶縁耐圧(input/output isolation withstand volt
ge)は、少なくとも３７５０ボルトｒｍｓでなければな
らない。直流５００ボルトにおける絶縁抵抗は、１０Ｅ
−１２アンペアなければならない。小さく効果的なパッ
ケージにおいてこれら規制パラメータを満足するのは容
易ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１に例示したような
光電絶縁器には、比較的高価であり、電力転送能力およ
び効率が非常に低いという重大な欠点がある。典型的な
光学絶縁器の転送能力は、約１マイクロワットに過ぎな
い。

【０００６】更に、パルス変換器が個々の素子を電気的
に絶縁するために用いられている。しかしながら、規制
パラメータを満足する小型のパルス変換器は、入手不可
能である。加えて、パルス変換器は非常に高価である。
また、これらパルス変換器は用途によっては大きすぎ
て、電子回路に集積することは容易ではない。

【０００７】結果として、電力転送効率が高く、小型
で、低コストであり、しかも規制パラメータを満足する
絶縁器を提供することが望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施例によれ
ば、２つの圧電素子間に音響媒体として回路基板を用い
ることによって、音響絶縁素子が提供される。この回路
基板は、音響媒体であると共に、２つの圧電素子間の電
気的絶縁としても作用する。本発明の好適実施例は、小
さく作成が容易なパッケージで比較的高い電力効率を達
成する、小型で安価な絶縁器を提供する。また、本実施
例は、簡単な設計で規制要件を満足するものである。

【０００９】

【実施例】次に図面を参照して本発明の好適実施例をよ
り詳細に説明する。図２は、音響絶縁素子を表わす側断
面図である。図２は、音響絶縁素子１０を示す。本実施
例では、音響絶縁素子１０は回路基板１２を有する。こ
の回路基板は、酸化チタンのようなセラミック材料、ポ
リイミッドのような可撓性材料、またはアルミナで作る
ことができる。絶縁器１０は、第１圧電素子１４と第２
圧電素子１６とを有する。第１圧電素子１４は、回路基
板１２の第１側１８上に実装されている。また、第２圧
電素子１６は、回路基板１２の第２側２０に実装されて
いる。実装は、Loctite Corporationによって製造され
ているSpeed BonderTM324のような接着剤によって行う
ことができる。これらの圧電素子は、２つの電気接点１
７，１９間にいかなる圧電材料１５を含んでもよい。電
気接点は、圧電材料上にメッキまたはスパッタリングで
形成することができる。第１圧電素子１４および第２圧
電素子１６を回路基板１２の対向側に実装することによ
って、電気的に絶縁することができると共に、第１およ
び第２圧電素子間に音響結合媒体を設けることができ
る。回路基板の厚さ２２によって、圧電素子１４，１６
間の絶縁バリア距離が決められる。絶縁バリア距離に関
する規制パラメータを満足するためには、回路基板の厚
さ２２が少なくとも０．４ミリメートルとなるように作
成すればよい。

【００１０】本実施例は、入力回路２４も有する。この
入力回路はワイヤ・ボンド１３を介してリード１１に電
気的に接続されている。一実施例では、入力回路２４
は、圧電素子１４，１６の共振周波数に等しい周波数の
発信器を含む。用いる周波数は、圧電素子１４，１６の
厚さモード発振(thickness mode oscillation)に対する
共振周波数であれば最適である。厚さモード発振は、回
路基板１２を通じて最も効率的な電力転送を可能にする
ことは理解されよう。

【００１１】入力回路２４は、ワイヤ・ボンド２５およ
びトレース(trace)２７を介して、第１圧電素子１４に
電気的に接続されている。同様に、第２圧電素子１６
は、ワイヤ・ボンド２９およびトレース３１を介して、
出力回路２６に電気的に接続されている。出力回路は、
ワイヤ・ボンド３５を介して、リード３３に電気的に接
続されている。出力回路２６は種々の異なるタイプの素
子を含む可能性があり、これらのために本発明の絶縁素
子によって絶縁構造が形成されることは、当業者には理
解されよう。例えば、出力回路は整流電圧レギュレータ
を含み、絶縁されたＤＣ／ＤＣ変換器として用いられる
こともある。また、出力回路はＦＥＴ駆動回路を含むこ
ともある。更に、出力回路はＦＥＴを含み、ソリッド・
ステート・リレーとして用いられることもある。音響絶
縁素子１０は、回路基板ならびに第１および第２圧電素
子を封入する封入材２８も含む。封入材２８は、エポキ
シのような当技術において公知の封入材であればいずれ
でもよい。

【００１２】圧電素子はパッケージ内で物理的に発振す
るように自由でなければならないことは、当業者には理
解されよう。即ち、圧電素子を封入材２８から離隔した
少量の空間がなければならない。このために、成形に先
だって、圧電素子と封入材との間にダイ皮膜(die coat)
３０を設ける。図から認められるように、ダイ皮膜３０
は封入材２８および圧電素子１４，１６と比較して非常
に薄いので、図では別個の細部として示されていない。
製造中にダイ皮膜を用いることによって、封入材２８と
圧電素子１４，１６との間にギャップを形成し、そこで
圧電素子が発振可能となる。圧電素子１４，１６にギャ
ップを設ける方法は、他にもいくつかある。例えば、圧
電素子１４，１６と封入材２８との間に予め形成された
ダイ・キャップ(die cap)を配置することもできる。

【００１３】次に図３に進む。図３は、音響絶縁素子を
表わす側断面図である。規制パラメータを満足するため
に、点線５０で示される外部沿面距離、即ちリード３３
と１１との間の封入材周囲の最短距離が８ミリメートル
以上となるように、素子１０を設計し、封入材２８を成
形する。加えて、音響絶縁素子１０は、内部沿面路(int
ernal creepage path)、即ち絶縁された両側間の不接合
縫合(non-bonded seam)間の距離が、少なくとも４ミリ
メートルの内部沿面距離を要求する規制パラメータを、
満足するように設計されている。本実施例では、点線５
２で示される、入力回路から出力リードまでの内部沿面
距離、および点線５４によって示される出力回路から入
力リードまでの内部沿面距離は、双方とも４ミリメート
ル以上である。音響絶縁素子は、リード１１と３３との
間の直線距離である外部隙間(external clearance)５６
が、８ミリメートルの外部隙間を要求する規制パラメー
タを、満足するように設計されている。加えて、５００
ボルトにおいて１０Ｅ−１２アンペアの絶縁抵抗、およ
び３７５０ボルトの入出力絶縁耐圧のような規制パラメ
ータは、本実施例を用いることによって満足されること
は認められよう。

【００１４】以上の説明から、高い電力転送効率、低コ
スト、小型という利点が得られ、規制要件を満足するよ
うに容易に適合可能な、音響絶縁素子が提供されたこと
が認められよう。例えば、本実施例は、５０％の効率で
１００ミリワットの電力転送を行いつつ、１０，０００
ボルトｒｍｓの絶縁電圧を有することができる。

【００１５】本発明の好適実施例について特定して示し
かつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱する
ことなく、形状や細部に対する上述のおよびその他の変
更が可能であることは当業者には理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の光学絶縁素子を表わす側断面図。

【図２】音響絶縁素子を表わす側断面図。

【図３】音響絶縁素子を表わす側断面図。

【符号の説明】

１０音響絶縁素子１１，３３リード１２回路基板１４第１圧電素子１５圧電材料１６第２圧電素子１７，１９電気接点１８第１側２０第２側２４入力回路２６出力回路２８封入材３０ダイ皮膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響絶縁素子（１０）であって：第１側
（１８）と第２側（２０）とを有する音響媒体回路基板
（１２）；前記音響媒体回路基板（１２）の第１側（１
８）に取り付けられた入力回路（２４）；前記音響媒体
回路基板（１２）の第２側（２０）に取り付けられた出
力回路（２６）；前記音響媒体回路基板（１２）の第１
側（１８）に取り付けられると共に、前記入力回路（２
４）に電気的に接続された第１圧電素子（１４）；およ
び前記音響媒体回路基板（１２）の第２側（２０）に取
り付けられると共に、前記出力回路（２６）に電気的に
接続された第２圧電素子（１６）；から成り、前記第１および第２圧電素子（１４，１６）は、前記音
響媒体回路基板（１２）を介して音響的に結合されるこ
とを特徴とする音響絶縁素子。
【請求項２】音響絶縁パッケージ（１０）であって：第
１側（１８）と第２側（２０）とを有する音響媒体回路
基板（１２）；前記音響媒体回路基板（１２）の第１側
（１８）に取り付けられた第１圧電素子（１４）；前記
音響媒体回路基板（１２）の第２側（２０）に取り付け
られると共に、前記音響媒体回路基板（１２）を介して
前記第１圧電素子（１４）に音響的に結合された第２圧
電素子（１６）；および前記音響媒体回路基板（１２）
ならびに前記第１および第２圧電素子（１４，１６）を
封入する封入材（２８）；から成ることを特徴とする音
響絶縁パッケージ。
【請求項３】音響絶縁素子（１０）であって：第１側
（１８）および第２側（２０）を有する回路基板（１
２）；前記回路基板（１２）の第１側（１８）に取り付
けられた第１圧電素子（１４）；前記回路基板（１２）
の第２側（２０）に取り付けられた第２圧電素子（１
６）；前記第１および第２圧電素子（１４，１６）の共
振発振周波数に等しい周波数の発信器を含む入力回路
（２４）であって、前記回路基板（１２）の第１側（１
８）に取り付けられると共に、前記第１圧電素子（１
４）に電気的に接続された前記入力回路（２４）；前記
回路基板（１２）の第２側（２０）に取り付けられると
共に、前記第２圧電素子（１６）に電気的に接続された
出力回路（２６）；および前記回路基板（１２）ならび
に前記第１および第２圧電素子（１４，１６）を封入す
る封入材（２８）；から成ることを特徴とする音響絶縁
素子。
【請求項４】音響絶縁素子（１０）であって：第１端部
（１８）と第２端部（２０）とを有する音響媒体（１
２）；前記音響媒体回路基板（１２）の第１端部（１
８）に取り付けられた第１圧電素子（１４）；前記音響
媒体（１２）の第２端部（２０）に取り付けられると共
に、前記音響媒体（１２）を介して前記第１圧電素子
（１４）に音響的に結合され、更に前記第１圧電素子
（１４）から電気的に絶縁された第２圧電素子（１
６）；から成り、少なくとも３７５０ボルトｒｍｓの電
圧に耐え得る入出力絶縁性を有することを特徴とする音
響絶縁素子。