JPH11274548A - 半導体リレー - Google Patents

半導体リレー

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JPH11274548A
JPH11274548A JP7864298A JP7864298A JPH11274548A JP H11274548 A JPH11274548 A JP H11274548A JP 7864298 A JP7864298 A JP 7864298A JP 7864298 A JP7864298 A JP 7864298A JP H11274548 A JPH11274548 A JP H11274548A
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photovoltaic element
flexible substrate
led
light emitting
mosfet
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JP7864298A
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Kazunari Kuzuhara
一功 葛原
Yasushi Tanaka
恭史 田中
Tomohiro Inoue
智広 井上
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Matsushita Electric Works Ltd
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    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりも実装工程を容易にし、発光素子と
光起電力素子との光結合のための位置合わせの工程を容
易にし小型化を容易にする。 【解決手段】 半導体リレーの構成素子であるLED1
1、光起電力素子12及びMOSFET13,14に対
して、これらの実装用で長方形状に形成され、光起電力
素子12の実装面に貫通孔Aを有し、この貫通孔Aを介
してLED11と光起電力素子12とが光結合可能とな
るように、破線B1の4か所で折り曲げ可能になってい
るフレキシブル基板10を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】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、また種
々の用途に採用されている。図9は、従来の半導体リレ
ーの内部構造を示す図で、リードフレーム1には、LE
D(発光ダイオード)11が、ダイボンド(ダイボンデ
ィング工程)により固定され、ワイヤボンド(ワイヤボ
ンディング工程)によるAuワイヤ3で配線されて実装
されている。同様に、リードフレーム2には、光起電力
素子12及びMOSFET(Metal Oxide Semiconducto
r Field Effect Transistor )13,14がダイボンド
及びワイヤボンドによって実装されている。
【0003】また、室Cは、LED11と光起電力素子
12とを光学的に結合(光結合)させるために設けられ
ており、この室C内には透光性の樹脂(カップリング樹
脂)が充填されている。さらに、室Cの周囲は、例えば
トランスファモールド法により不透光性の樹脂で封止さ
れている。図10は、上記半導体リレーの回路例を示す
図で、この図を用いて上記半導体リレーについて更に説
明すると、この半導体リレーは、一対の制御端子Tc間
に入力される外部信号に応じて光の照射を行うLED1
1、この光の照射に応じて電力を発生させる光起電力素
子(ダイオードアレイ)12、及びこの光起電力素子1
2による電力に応じてオン/オフになり、一対のスイッ
チ端子Tsw間の接続/遮断をそれぞれ行う一対のMO
SFET13等により構成されている。
【0004】これら一対のMOSFET13は、ともに
Nチャネル・エンハンスメント型であり、両ドレインが
それぞれ両スイッチ端子Tswに接続されている一方、
ソース同士及びゲート同士がそれぞれ接続されている。
そして、各MOSFET13は、ともにMOSFET1
4によってオン/オフされるようになっている。このM
OSFET14は、Nチャネル・ディプレッション型で
あり、ドレイン及びゲートがそれぞれ光起電力素子12
のアノード及びカソードに接続され、ゲート及びソース
が抵抗R1の両端に接続され、ドレイン及びソースが各
MOSFET13のゲート及びソースにそれぞれ接続さ
れている。
【0005】また、端子Tcomには、MOSFET1
4及び一対のMOSFET13の各ソースが共通接続さ
れている。なお、MOSFETは、Nチャネル・エンハ
ンスメント型である場合、ゲートに電圧が印加されなけ
ればドレイン電流が流れないオフ状態であり、ゲートに
正電圧が印加されると、Nチャネルが形成されてドレイ
ン電流が流れる(オンになる)一方、Nチャネル・ディ
プレッション型である場合、ゲートに電圧が印加されて
なければドレイン電流が流れるオン状態であり、ゲート
に負電圧が印加されるとドレイン電流が流れなくなる
(オフになる)。
【0006】また、図10では、MOSFET13が2
チップ実装されるので、直流・交流の双方に使用可能で
あるが、MOSFET13を1チップにすると、MOS
FET13のダイオード特性により直流用のみしか使用
できない。次に、上記回路構成の半導体リレーの動作に
ついて説明すると、外部から両制御端子Tc間にオン制
御信号が入力されると、LED11から光が照射され、
この光の照射に応じて光起電力素子12に電力が発生す
る。
【0007】この電力により、光起電力素子12のカソ
ード、抵抗R1、オン状態のMOSFET14のソー
ス、そのドレイン及び光起電力素子12のアノードによ
り形成される閉ループに電流が流れる。この電流によ
り、抵抗R1に電圧が発生してMOSFET14がオフ
になる。なお、抵抗R1に発生する電圧は、オン制御信
号に応じたものであるから、MOSFET14のスレッ
ショルド電圧を越えるものとなる。
【0008】MOSFET14がオフになると、各MO
SFET13は、ゲート・ソース間が光起電力素子12
からの電流により充電され、この充電による電圧が自己
のスレッショルド電圧を越えるとオンになり、これによ
り、両スイッチ端子Tsw間の接続が行われる。一方、
MOSFET14のドレイン・ソース間を介して抵抗R
1に電流が僅かに流れてバイアス電圧が生じ、これによ
り、MOSFET14は高インピーダンス状態に保持さ
れる。なお、抵抗R1を流れる電流が僅かでも、抵抗R
1の値を上げれば、MOSFET14がオフ状態を保持
するのに十分なバイアス電圧が得られる。
【0009】この後、両制御端子Tc間へのオン制御信
号の入力がなくなると、LED11から光が照射されな
くなり、光起電力素子12に電力が発生しなくなる。こ
の電力の発生停止により、MOSFET14は、ゲート
・ソース間の電圧が下がりオンになる。MOSFET1
4がオンになると、各MOSFET13は、ゲート・ソ
ースが短絡され、これらの間に蓄積されていた電荷が急
速に放電されてオフになり、これにより、両スイッチ端
子Tsw間が遮断される。
【0010】以上のように、外部信号に応じて一対のス
イッチ端子Tsw間の接続/遮断が行われる。なお、特
開平4−355977号公報には、一体に構成されたリ
ードフレーム上に発光素子と受光素子(光起電力素子)
をマウントした後、これらのいずれか一方がマウントさ
れた部分を折り曲げて発光素子と受光素子とを対向させ
た半導体装置が開示されている。
【0011】また、特開平6−283751号公報に
は、フィルム基材を発光部領域と受光部領域との間で屈
曲させて、発光素子と受光素子とを対向させた光半導体
装置が開示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】図9に示した半導体リ
レーの構造では、2つのリードフレームに各素子が実装
されており、またそれぞれのリードフレームが対抗配置
されるので、小型化が難しく工程が複雑であった。すな
わち、各リードフレームに素子を実装しなければなら
ず、また2つのリードフレームを対向配置させる必要が
あるために工程が複雑で、半導体リレーを小型化する場
合、対向配置の位置合わせの工程がさらに複雑乃至困難
となるなどの問題があった。
【0013】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、従来よりも実装工程が容易で、発光素子と光起
電力素子との光結合のための位置合わせの工程が容易と
なって小型化が容易となる半導体リレーを提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、外部信号に応じて光の照射を行う発光素子
と、前記光の照射に応じて電力を発生させる光起電力素
子と、前記電力に応じてオン/オフになるMOSFET
と、前記発光素子、光起電力素子及びMOSFETが実
装され、前記発光素子と前記光起電力素子とが光結合可
能に折り曲げられてなるフレキシブル基板とを備えたも
のである。
【0015】この構造では、一枚のフレキシブル基板に
発光素子、光起電力素子及びMOSFETが実装される
ので、従来よりも実装工程が容易になるとともに、フレ
キシブル基板を折り曲げることで、発光素子と光起電力
素子とが光結合可能になるので、これらの位置合わせの
工程が容易になって小型化が容易となる。なお、前記フ
レキシブル基板は、前記光起電力素子の実装面に貫通孔
を有し、この貫通孔を介して前記発光素子と前記光起電
力素子とが光結合可能に折り曲げられてなるものでもよ
い。この構造によれば、従来よりも実装工程が容易にな
るとともに、発光素子と光起電力素子との光結合のため
の位置合わせの工程が容易になって小型化が容易とな
る。
【0016】また、前記フレキシブル基板に実装される
光反射用の反射板をさらに備え、前記フレキシブル基板
は、前記光起電力素子と前記反射板とが対向するととも
にこれら光起電力素子と反射板との間に前記発光素子が
介在するように折り曲げられてなるものでもよい。この
構造によれば、従来よりも実装工程が容易になるととも
に、発光素子と光起電力素子との光結合のための位置合
わせの工程が容易になって小型化が容易となる他、光起
電力素子は、発光素子から直接到来する光に加えて、こ
の到来光とは逆方向に伝播する光も反射板を介して受光
することが可能になるので、光起電力素子の電力発生効
率が向上するようになる。
【0017】また、前記フレキシブル基板は、前記発光
素子と前記光起電力素子とが対向するように折り曲げら
れてなるものでもよい。この構造によれば、従来よりも
実装工程が容易になるとともに、発光素子と光起電力素
子との光結合のための位置合わせの工程が容易になって
小型化が容易となる。さらに、前記フレキシブル基板
は、前記発光素子と前記光起電力素子とが光結合可能に
サイコロ状に折り曲げられてなるものでもよい。この構
造によれば、従来よりも実装工程が容易になるととも
に、発光素子と光起電力素子との光結合のための位置合
わせの工程が容易になって小型化が容易となる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態に
係る半導体リレーに使用されるLED、光起電力素子、
MOSFET及びフレキシブル基板を示す平面図で、以
下この図を用いて本発明の第1実施形態について説明す
る。第1実施形態の半導体リレーは、従来と同様に、外
部信号に応じて光の照射を行うLED(発光素子)11
と、このLED11の光の照射に応じて電力を発生させ
る光起電力素子12と、この光起電力素子12による電
力に応じてオン/オフになるMOSFET13,14と
を備えている他、図9の従来のリードフレーム1,2に
代わるものとして1枚のフレキシブル基板10を備えて
いる。
【0019】このフレキシブル基板10は、LED1
1、光起電力素子12及びMOSFET13,14の実
装用で長方形状に形成され、光起電力素子12の実装面
に貫通孔Aを有し、この貫通孔Aを介してLED11と
光起電力素子12とが光結合可能となるように、破線B
1の4か所で折り曲げ可能になっている。次に、LED
11、光起電力素子12及びMOSFET13,14の
フレキシブル基板10への実装手順の一例について簡単
に説明する。
【0020】まず、フレキシブル基板10の上面の右側
にLED11を載置してダイボンドにより固定し、この
後、LED11の端子をワイヤボンドによるAuワイヤ
3でフレキシブル基板10のリードに電気的に接続す
る。次いで、ILB(Inner Lead Bonding)工程で、フ
レキシブル基板10の上面にバンプ(金属突起)4を介
して左から順番にMOSFET13、光起電力素子12
及びMOSFET14の各チップを載置し、これらの各
チップの各端子(電極)をバンプ4によりフレキシブル
基板10のリードに電気的に接続する。この後、樹脂塗
布工程で、各接続部に樹脂5を塗布する。これにより、
各接続部が保護される。
【0021】以上により、LED11、光起電力素子1
2及びMOSFET13,14のフレキシブル基板10
への実装が完了する。次に、この実装完了後に行われる
LED11と光起電力素子12との光結合のための位置
合わせの工程について簡単に説明すると、例えば、フレ
キシブル基板10の右側の破線B1から順番に時計回り
に当該フレキシブル基板10を折り曲げていく。これに
より、図2に示すように、LED11と光起電力素子1
2とが貫通孔Aを介して光結合可能に配置され、位置合
わせの工程が完了する。
【0022】以上、第1実施形態によれば、一枚のフレ
キシブル基板10にLED11、光起電力素子12及び
MOSFET13,14が実装されるので、従来よりも
実装工程を容易にすることが可能になるとともに、LE
D11と光起電力素子12との光結合のための位置合わ
せの工程を容易にすることが可能になって小型化を容易
にすることが可能になる。
【0023】図3は、本発明の第2実施形態に係る半導
体リレーに使用されるLED、光起電力素子、MOSF
ET及びフレキシブル基板等を示す平面図で、以下この
図を用いて本発明の第2実施形態について説明する。第
2実施形態の半導体リレーは、第1実施形態と同様に、
LED11、光起電力素子12及びMOSFET13,
14を備えている他、第1実施形態とは異なる部材とし
て光反射用の反射板15とフレキシブル基板20とを備
えている。
【0024】このフレキシブル基板20は、LED1
1、光起電力素子12、MOSFET13,14及び反
射板15の実装用で十字状に形成され、光起電力素子1
2と反射板15とが対向するとともにこれら光起電力素
子12と反射板15との間にLED11が介在するよう
に、B2線の4か所でサイコロ状に折り曲げ可能になっ
ている。
【0025】次に、LED11、光起電力素子12、M
OSFET13,14及び反射板15のフレキシブル基
板20への実装について説明すると、まず、LED1
1、光起電力素子12、MOSFET13,14及び反
射板15の全てをダイボンドによりフレキシブル基板2
0に固定する。この後、LED11、光起電力素子12
及びMOSFET13,14の各端子をワイヤボンドに
よるAuワイヤ3でフレキシブル基板20のリードに電
気的に接続する。これにより実装が完了する。
【0026】次に、この実装完了後に行われるLED1
1と光起電力素子12との光結合のための位置合わせの
工程例について簡単に説明すると、まず、フレキシブル
基板20の上側の部分をB2線で谷折にして中央の部材
に対して立設させる。次いでこれと同様に、フレキシブ
ル基板20の左右及び下側の部材をそれぞれB2線で谷
折にして中央の部材に対して立設させる。これにより、
図4に示すように、LED11と光起電力素子12とが
光結合可能に配置され、位置合わせの工程が完了する。
【0027】以上、第2実施形態によれば、従来よりも
実装工程を容易にすることが可能になるとともに、LE
D11と光起電力素子12との光結合のための位置合わ
せの工程を容易にすることが可能になって小型化を容易
にすることが可能になる。また、第2実施形態によれ
ば、光起電力素子12は、LED11から直接到来する
光に加えて、この到来光とは逆方向に伝播する光も反射
板15を介して受光することが可能となるので、光起電
力素子12の電力発生効率を向上させることが可能にな
る。
【0028】図5は、本発明の第3実施形態に係る半導
体リレーに使用されるLED、光起電力素子、MOSF
ET及びフレキシブル基板を示す平面図で、以下この図
を用いて本発明の第3実施形態について説明する。第3
実施形態の半導体リレーは、第1実施形態と同様に、L
ED11、光起電力素子12及びMOSFET13,1
4を備えている他、第1実施形態とは異なる部材として
フレキシブル基板30を備えている。
【0029】このフレキシブル基板30は、LED1
1、光起電力素子12及びMOSFET13,14の実
装用で長方形状に形成され、LED11と光起電力素子
12とが対向するように破線B3の2か所で折り曲げ可
能になっている。次に、LED11、光起電力素子12
及びMOSFET13,14のフレキシブル基板30へ
の実装手順の一例について簡単に説明する。
【0030】まず、フレキシブル基板30の上面の所定
位置にLED11及び光起電力素子12を載置してダイ
ボンドにより固定し、この後、LED11及び光起電力
素子12の各端子をワイヤボンドによるAuワイヤ3で
フレキシブル基板30のリードに電気的に接続する。次
いで、ILB工程で、フレキシブル基板30の上面の所
定位置にバンプ4を介してMOSFET13,14の各
チップを載置し、これらの各チップの各端子をバンプ4
によりフレキシブル基板30のリードに電気的に接続す
る。この後、樹脂塗布工程で、各接続部に樹脂5を塗布
する。
【0031】以上により、LED11、光起電力素子1
2及びMOSFET13,14のフレキシブル基板30
への実装が完了する。次に、この実装完了後に行われる
LED11と光起電力素子12との光結合のための位置
合わせの工程について簡単に説明すると、例えば、フレ
キシブル基板30の右側の破線B3から順番に反時計回
りに当該フレキシブル基板30を折り曲げていく。これ
により、図6に示すように、LED11と光起電力素子
12とが光結合可能に配置され、位置合わせの工程が完
了する。
【0032】以上、第3実施形態によれば、従来よりも
実装工程を容易にすることが可能になるとともに、LE
D11と光起電力素子12との光結合のための位置合わ
せの工程を容易にすることが可能になって小型化を容易
にすることが可能になる。図7は、本発明の第4実施形
態に係る半導体リレーに使用されるLED、光起電力素
子、MOSFET及びフレキシブル基板を示す平面図
で、以下この図を用いて本発明の第4実施形態について
説明する。
【0033】第4実施形態の半導体リレーは、第1実施
形態と同様に、LED11、光起電力素子12及びMO
SFET13,14を備えている他、第1実施形態とは
異なる部材としてフレキシブル基板40を備えている。
このフレキシブル基板40は、LED11、光起電力素
子12及びMOSFET13,14の実装用でT字状に
形成され、LED11と光起電力素子12とが光結合可
能にB4線の3か所でサイコロ状に折り曲げ可能になっ
ている。
【0034】次に、LED11、光起電力素子12及び
MOSFET13,14のフレキシブル基板40への実
装手順について簡単に説明すると、まず、LED11、
光起電力素子12及びMOSFET13,14の各チッ
プをフレキシブル基板40の所定位置に載置してダイボ
ンドにより固定し、次いで、各チップの各端子をワイヤ
ボンドによるAuワイヤ3でフレキシブル基板40のリ
ードに電気的に接続する。これにより、各チップのフレ
キシブル基板40への実装が完了する。
【0035】次に、この実装完了後に行われるLED1
1と光起電力素子12との光結合のための位置合わせの
工程例について簡単に説明すると、第2実施形態と同様
に、フレキシブル基板40の上及び左右側の部分をそれ
ぞれB4線で谷折にして中央の部材に対して立設させ
る。これにより、図8に示すように、LED11と光起
電力素子12とが光結合可能に配置され、位置合わせの
工程が完了する。
【0036】以上、第4実施形態によれば、従来よりも
実装工程を容易にすることが可能になるとともに、LE
D11と光起電力素子12との光結合のための位置合わ
せの工程を容易にすることが可能になって小型化を容易
にすることが可能になる。なお、上記第1〜第4実施形
態では、LED11は、ダイボンド及びワイヤボンドに
よってフレキシブル基板に実装されるが、横向き実装用
のワイヤボンドレスタイプのものでもよい。また、全素
子に対して実装法を統一すれば実装工程がさらに容易と
なる。
【0037】また、上記第2及び第4実施形態のサイコ
ロ状に折り曲げられるフレキシブル基板では、各面に1
素子実装される構造になっているが、これに限らず、1
面に複数の素子を実装してもかまわない。例えば、上記
実施形態では説明を省略したが、図10の抵抗R1をM
OSFET14と同一の面に実装するようにしてもよ
い。
【0038】さらに、上記第1〜第4実施形態では、直
流用に特化してMOSFET13が1チップ実装される
構造になっているが、これに限らず、図10の回路と同
様にMOSFET13が2チップ実装される構造でもよ
い。すなわち、第1実施形態の場合には、例えば、図2
に示した構造のフレキシブル基板に対して、折り曲げ可
能の基板部材を図2の紙面に対して正面側乃至背面側に
位置するように追加して図10の回路になるようにすれ
ばよい。
【0039】また、第2実施形態の場合には、例えば、
図4に示した構造のフレキシブル基板に対して、折り曲
げ可能の基板部材を図4の紙面に対して正面側に位置す
るように追加して図10の回路になるようにすればよ
い。この場合、LED11に対向する位置に光起電力素
子12が位置するようにしてもよい。また、第3実施形
態の場合には、例えば、図6に示した構造のフレキシブ
ル基板に対して、MOSFET13の左方に基板部材を
追加して図10の回路になるようにすればよい。
【0040】さらに、第4実施形態の場合には、例え
ば、図7に示した構造のフレキシブル基板を図3と同様
の十字状にすればよい。なお、上記第1〜第4実施形態
の構成では、接続乃至遮断が行われるスイッチ端子は、
図10の例えば下側のMOSFET13が省略されたも
のであると考えると、上側のスイッチ端子Tswと下側
の端子Tcomとなる。
【0041】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
1、2、4及び5記載の発明によれば、従来よりも実装
工程を容易にすることが可能になるとともに、発光素子
と光起電力素子との光結合のための位置合わせの工程を
容易にすることが可能になって小型化を容易にすること
が可能になる。
【0042】請求項3記載の発明によれば、発光素子と
光起電力素子との光結合のための位置合わせの工程を容
易にすることが可能になって小型化を容易にすることが
可能になる他、光起電力素子の電力発生効率を向上させ
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体リレーに使
用されるLED、光起電力素子、MOSFET及びフレ
キシブル基板を示す平面図である。
【図2】図1のフレキシブル基板の折り曲げ後の様子を
示す平面図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る半導体リレーに使
用されるLED、光起電力素子、MOSFET及びフレ
キシブル基板等を示す平面図である。
【図4】図3のフレキシブル基板の折り曲げ後の様子を
示す平面図である。
【図5】本発明の第3実施形態に係る半導体リレーに使
用されるLED、光起電力素子、MOSFET及びフレ
キシブル基板を示す平面図である。
【図6】図5のフレキシブル基板の折り曲げ後の様子を
示す平面図である。
【図7】本発明の第4実施形態に係る半導体リレーに使
用されるLED、光起電力素子、MOSFET及びフレ
キシブル基板を示す平面図である。
【図8】図7のフレキシブル基板の折り曲げ後の様子を
示す平面図である。
【図9】従来の半導体リレーの内部構造を示す図であ
る。
【図10】図9の半導体リレーの回路例を示す図であ
る。
【符号の説明】
10,20,30,40 フレキシブル基板 11 LED 12 光起電力素子 13,14 MOSFET 15 反射板 A 貫通孔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部信号に応じて光の照射を行う発光素
    子と、 前記光の照射に応じて電力を発生させる光起電力素子
    と、 前記電力に応じてオン/オフになるMOSFETと、 前記発光素子、光起電力素子及びMOSFETが実装さ
    れ、前記発光素子と前記光起電力素子とが光結合可能に
    折り曲げられてなるフレキシブル基板とを備えたことを
    特徴とする半導体リレー。
  2. 【請求項2】 前記フレキシブル基板は、前記光起電力
    素子の実装面に貫通孔を有し、この貫通孔を介して前記
    発光素子と前記光起電力素子とが光結合可能に折り曲げ
    られてなることを特徴とする請求項1記載の半導体リレ
    ー。
  3. 【請求項3】 前記フレキシブル基板に実装される光反
    射用の反射板をさらに備え、前記フレキシブル基板は、
    前記光起電力素子と前記反射板とが対向するとともにこ
    れら光起電力素子と反射板との間に前記発光素子が介在
    するように折り曲げられてなることを特徴とする請求項
    1記載の半導体リレー。
  4. 【請求項4】 前記フレキシブル基板は、前記発光素子
    と前記光起電力素子とが対向するように折り曲げられて
    なることを特徴とする請求項1記載の半導体リレー。
  5. 【請求項5】 前記フレキシブル基板は、前記発光素子
    と前記光起電力素子とが光結合可能にサイコロ状に折り
    曲げられてなることを特徴とする請求項1記載の半導体
    リレー。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351630A (ja) * 2005-06-13 2006-12-28 Aoi Electronics Co Ltd 光検出半導体装置およびその製造方法

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