(57)【要約】【課題】絶縁性を重視し、光の透過性が悪い材料を使用しても、入出力間など、の端子間耐圧を上昇させることの可能な半導体リレーを提供する。【解決手段】本発明の半導体リレーは、入力信号によって点灯・消灯する発光素子１００と、前記発光素子と光結合せしめられ、起電力を発生する光電変換素子２００と、前記光電変換素子で生起された電力によってスイッチングするスイッチング用半導体素子からなる出力素子３００とを具備した半導体リレーであって、前記スイッチング用半導体素子は絶縁性部材（絶縁性樹脂）４で被覆され、少なくとも前記光電変換素子が前記発光素子と対向する領域に開口７を有する絶縁性部材を具備したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号によって点灯・消灯する発光素子と、
前記発光素子と光結合せしめられ、起電力を発生する光電変換素子と、
前記光電変換素子で生起された電力によってスイッチングするスイッチング用半導体素子からなる出力素子とを具備した半導体リレーであって、
前記スイッチング用半導体素子は、少なくとも前記光電変換素子が前記発光素子と対向する領域に開口を有する絶縁性部材で被覆された半導体リレー。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体リレーであって、
前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームに実装されており、
前記リードフレームのリードの先端を残して全体が樹脂パッケージ内に収納された半導体リレー。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体リレーであって、
前記絶縁性部材は前記スイッチング用半導体素子を覆う絶縁性樹脂を具備した半導体リレー。
【請求項４】
請求項１または２に記載の半導体リレーであって、
前記絶縁性部材は、前記光電変換素子の受光部に対応する領域に開口を有し、前記スイッチング用半導体素子および前記光電変換素子を一体的に覆う絶縁性樹脂を具備した半導体リレー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体リレーであって、
前記絶縁性部材は、前記光電変換素子の受光部に対応する領域に開口を有し、前記スイッチング用半導体素子および前記光電変換素子から離間して設けられた絶縁性の板状体である半導体リレー。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体リレーであって、
前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームの各リードに設けられたパッドに装着されており、
前記絶縁性の板状体は、前記リードに接続された支持材によって支持された半導体リレー。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体リレーであって、
前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームの各リードに設けられたパッドに装着されており、
前記絶縁性の板状体は、前記絶縁材から延設された支持材によって支持された半導体リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体リレーに係り、特にその実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光結合型の半導体リレーは、オン抵抗が小さく、微小アナログ信号を制御することができ、小型であることから、種々の用途に用いられている。半導体リレーは図１２、１３に斜視図および断面概要図の一例を示すように、入力信号によって点灯・消灯する発光素子（ＬＥＤ）１００と、この発光素子１００からの光信号を受け、光電変換によって起電力を発生する光電変換素子２００と、この光電変換素子２００の発生する電力を充放電する制御回路を含む光電変換装置と、この光電変換装置の出力電圧を供給する、ＭＯＳＦＥＴなどの出力素子３００とを具備し、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が設定電圧値に到達するとＭＯＳＦＥＴが導通状態になり、負荷をＯＮさせるように構成されている。ここで１は入力端子、２は出力端子、３は樹脂パッケージである。
【０００３】
このような光結合型の半導体リレーにおいて、入力端子１と出力端子２間の絶縁破壊電圧は主として以下の二つの条件によって決定される。
ａ）充填されている樹脂材料
ｂ）端子間距離（ワイヤーボンド部も含む）
このような半導体リレーにおいて、構造を大きく変更させること無く、入出力端子１，２間の絶縁破壊耐圧を向上させるためには、入出力端子間に図１４に示すように絶縁板５００を形成することによって耐圧を上昇させる方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、装置の小型化を企図して、シリコン基板に凹部を形成し、発光素子および光電変換装置とＭＯＳＦＥＴからなる出力素子とを実装した構造も提案されている（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２-３９７２３号公報
【特許文献２】特開平２００５-２６９６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁板を封入する場合、発光素子１００から発光される光は、絶縁板５００を透過して光電変換素子に照射される必要がある。このため、絶縁板５００を構成する材料には光が透過可能であることが必要とされる。光の透過性を考慮して絶縁板５００を選定する必要があるため、材料選定に制限があり、十分な絶縁性を得ることが難しいという問題があった。
また、特許文献２では、シリコン基板を加工し、形成された凹凸部を各素子の実装に用いており、加工が複雑で特殊であり、従来のリードフレームを用いた実装工程を全面的に変更しなければならないという問題があり、現実的ではなかった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、絶縁性を重視し、光の透過性が悪い材料を使用しても、入出力間の耐圧を上昇させることの可能な半導体リレーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明の半導体リレーは、入力信号によって点灯・消灯する発光素子と、前記発光素子と光結合せしめられ、起電力を発生する光電変換素子と、前記光電変換素子で生起された電力によってスイッチングするスイッチング用半導体素子からなる出力素子とを具備した半導体リレーであって、少なくとも前記光電変換素子が前記発光素子と対向する領域に開口を有する絶縁性部材で前記スイッチング用半導体素子を覆うようにしたことを特徴とする。
この構成によれば、製造が容易である。そして絶縁性部材は、発光素子からの光を遮断することなく光電変換素子に伝達できるため、絶縁性の高い部材を選択することができ、出力特性が良好でかつ、入出力間の耐圧の高い半導体リレーを提供することが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームに実装されており、前記リードフレームのリードの先端を残して全体が樹脂パッケージ内に収納されたことを特徴とする。
この構成によれば、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング用半導体素子が従来のリードフレームおよび実装冶具を用いつつ、開口をもつ絶縁性部材で覆われるため、製造が容易である。
【０００９】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記絶縁性部材は前記スイッチング用半導体素子を覆う絶縁性樹脂を具備したことを特徴とする。
この構成によれば、スイッチング用半導体素子あるいはこれを含む出力素子を絶縁性樹脂で被覆すればよいため、製造が容易である。
【００１０】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記絶縁性部材は、前記光電変換素子の受光部に対応する領域に開口を有し、前記スイッチング用半導体素子および前記光電変換素子を一体的に覆う絶縁性樹脂を具備したものを含む。
この構成によれば、スイッチング用半導体素子および前記光電変換素子を一体的に覆う絶縁性樹脂を用いているため、小型化が可能であるのみならず、製造も容易である。なおスイッチング用半導体素子のみならずスイッチング用半導体素子を含む出力素子チップを覆うようにすることで、製造はよリ簡単となる。
【００１１】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記絶縁性部材は、前記光電変換素子の受光部に対応する領域に開口を有し、前記スイッチング用半導体素子および前記光電変換素子から離間して設けられた絶縁性の板状体であるものを含む。
この構成によれば、別途絶縁性の板状体を追加すればよいため、製造作業性が良好である。
【００１２】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームの各リードに実装されており、前記絶縁性の板状体は、前記リードに接続された支持材によって支持されたものを含む。
この構成によれば、絶縁性の板状体を支持した状態で透光性樹脂を充填すればよいため、位置ずれを生じる可能性が少なく、信頼性が高い。
【００１３】
また、本発明は、上記半導体リレーにおいて、前記発光素子、受光素子および出力素子は、リードフレームの各リードに実装されており、前記絶縁性の板状体は、前記絶縁材から延設された支持材によって支持されたものを含む。
この構成によれば、上記効果に加え、リードフレームと一体的に形成できるため製造が容易である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体リレーによれば、前記光電変換素子が前記発光素子と対向する領域に開口を有しつつ、スイッチング用半導体素子などの出力回路を、絶縁性部材で被覆しているため、光の透過性を考慮することなく絶縁性部材を選定することができ、入出力間の耐圧を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体リレーの概略構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体リレーの上面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体リレーの斜視図
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体リレーの断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る半導体リレーの上面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体リレーの断面図
【図７】本発明の実施の形態４に係る半導体リレーの断面図
【図８】本発明の実施の形態５に係る半導体リレーの断面図
【図９】本発明の実施の形態５に係る半導体リレーの上面図
【図１０】本発明の実施の形態６に係る半導体リレーの断面図
【図１１】本発明の実施の形態６に係る半導体リレーの上面図
【図１２】通例の半導体リレーの概略構成を示す断面図
【図１３】通例の半導体リレーの斜視図
【図１４】通例の半導体リレーの概略構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体リレーについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１乃至３は、本発明の実施の形態１に係る半導体リレーを示す断面図、上面図および斜視図である（図１は図２のＡ−Ａ断面図である）。図２は、図１の第１および第２のリード１，２の位置における断面図に相当する。ここで図２において発光素子１００は見えないはずであるが説明のために記載している。
本発明の半導体リレーでは、スイッチング用半導体素子としてのＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００部分のみを絶縁性樹脂４で被覆するようにしたことを特徴とする。そして発光素子１００としてのＬＥＤ、光電変換素子２００としてのＤＩＣと共に、全体が透光性樹脂５で、封止されている。すなわち、本実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴからなる２つの出力素子３００（３００ａ、３００ｂ）を具備した半導体リレーにおいて、各素子（チップ）を同時に樹脂にて封止を行うのではなく、これらのチップを樹脂封止するに先立ち、ＭＯＳＦＥＴ（からなる出力素子）３００を絶縁性樹脂４で封止している。ここで制御回路は出力回路に相当する。
【００１８】
ここで、発光素子１００は、リードフレームの第１のリード１の先端に設けられたパッドに実装されている。また光電変換素子２００および出力素子３００は、リードフレームの第２のリード２の先端に設けられたパッドに実装されており、これら第１および第２のリード１，２は、樹脂パッケージ３の同じ高さから側方に導出されている。６は電気的接続のためのボンディングワイヤである。
【００１９】
上記構成によれば、ＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００部分のみを絶縁性樹脂４で封止するため、光を透過させる必要は無く、絶縁性に優れた樹脂材料を使用することができるため、簡易な構造変更により、十分な絶縁効果をあげることができる。
また、絶縁材料としての絶縁性樹脂と、封止樹脂としての透光性樹脂５と屈折率の差により界面にて光の反射が発生し、光電変換素子２００の受光量が増加し、高感度の半導体リレーを実現することができる。
特に、非常に高耐圧であるＭＯＳＦＥＴを実装する場合において特に有効である。
【００２０】
なお、ＭＯＳＦＥＴを含む出力素子チップを覆うようにすることで、製造は、よリ簡単となるが、少なくともＭＯＳＦＥＴが被覆されていればよい。
また、前記実施の形態ではワイヤボンディングによって電気的接続を行なったが、フリップチップなどの直接接合を用いるなど、別途接続可能である。
【００２１】
（実施の形態２）
図４および５は、本発明の実施の形態２に係る半導体リレーを示す断面図、上面図である（図４は図５のＡ−Ａ断面図である）。図５は、図４の第１および第２のリード１，２の位置における断面図に相当する。
本発明の半導体リレーでは、各チップを同時に樹脂にて封止を行うのではなく、各チップを樹脂封止する前にスイッチング用半導体素子としてのＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００部分に加えて、光電変換素子２００まで絶縁性樹脂４で封止し、光電変換素子部分は光を受光する必要があるため、受光領域に対してのみ開口７が設けられていることを特徴とする。そして発光素子１００としてのＬＥＤ、光電変換素子２００としてのＤＩＣは前記実施の形態１と同様、透光性樹脂５で、封止されている。すなわち、本実施の形態でも、ＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００を具備した半導体リレーにおいて、各素子（チップ）を同時に樹脂にて封止を行うのではなく、各チップを樹脂封止するに先立ち、ＭＯＳＦＥＴ（からなる出力素子）３００を絶縁性樹脂４で封止している。ここで出力素子は制御回路に相当する。
【００２２】
上記構成によれば、前記実施の形態１よりも大きなエリアを覆うため、さらに大きな効果を得ることができる。また、光電変換素子は光を受光する必要があるため、太陽電池部分には不透光性樹脂が乗らないように形成する。
【００２３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体リレーを示す断面図である。
本発明の半導体リレーでは、各チップを同時に樹脂にて封止を行うのではなく、あらかじめ発光素子１００と光電変換素子２００との２チップを個々に、透光性樹脂５で封止し、発光素子１００と光電変換素子２００との間の光が透過するエリアＴＲを残して絶縁性樹脂４で封止するようにしたことを特徴とする。
【００２４】
この構成は、透光性樹脂５を硬化した後絶縁性樹脂４で封止することによって得ることができる。
この構成によれば、透光性樹脂５を硬化した後、絶縁性樹脂４で封止することによって得ることができるため、チップに対する樹脂の回りこみ防止などの高度な成型技術が不要となり、製造が容易となる。
【００２５】
なおこの光が透過するエリアＴＲは開口となるようにしたが、透光性樹脂５を充填しておいてもよい。また発光素子１００と光電変換素子２００との２チップを透光性樹脂５で一体的に封止しておくようにしてもよい。
また、前記実施の形態では、発光素子１００と光電変換素子２００との２チップを透光性樹脂５で封止したが、ＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００と発光素子１００と光電変換素子２００との４チップをすべてそれぞれ透光性樹脂５で封止しておくようにしてもよい。またＭＯＳＦＥＴからなる出力素子３００と光電変換素子２００とは一体的に透光性樹脂で封止してもよい。
【００２６】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体リレーを示す断面図である。
本発明の半導体リレーでは、各チップを同時に樹脂にて封止を行うのではなく、各チップを個々に、透光性樹脂５で封止し、発光素子１００と光電変換素子２００との間の光が透過するエリアに開口７を有する絶縁性の板状体として、エポキシ樹脂からなる絶縁板８を形成したことを特徴とする。
【００２７】
この構成は、透光性樹脂５を硬化した後、発光素子１００と光電変換素子２００との間の光が透過するエリアに開口７を有する絶縁板８を形成するようにしている。この絶縁板には、開口７を形成しているため遮光性であってもよく、絶縁性のみを追及すればよいため、信頼性の高いものとなる。
この構成によれば、透光性樹脂５を硬化した後、予め成型された絶縁板８を配置することによって得ることができるため、チップに対する樹脂の回りこみ防止などの高度な成型技術が不要となり、製造が容易となる。
また、透光性樹脂５を塗布、絶縁板８の設置、透光性樹脂を硬化することで得ることができるため、工数の低減を図ることが可能となる。
なお、前記実施の形態ではエポキシ樹脂製の絶縁板を用いたが、エポキシ樹脂に限定されることなく、高絶縁材料であれば、セラミック板など他の材料でも有効である。
【００２８】
（実施の形態５）
図８および９は、本発明の実施の形態５に係る半導体リレーを示す断面図、平面図である（図８は図９のＡ−Ａ断面図である）。図９は、図８の第１および第２のリード１，２の位置における断面図に相当する。
本発明の半導体リレーでは、前記実施の形態４における絶縁板８をずれなく、狙い通りの位置に設置できるようにするために、リードフレーム側に突起物２Ｔを形成し、絶縁板８の位置がずれないように形成したことを特徴とする。
本実施の形態でも各チップを同時に樹脂にて封止を行うのではなく、各チップを個別に封止するが、リードフレーム側に支持材としての突起物２Ｔを形成し、絶縁板８の位置がずれないようにしているため、絶縁板８設置後、作業性よく樹脂封止することができる。
このとき樹脂封止は透光性樹脂５によって一体的に封止することも可能である。
【００２９】
（実施の形態６）
図１０および１１は、本発明の実施の形態６に係る半導体リレーを示す断面図、平面図である（図１０は図１１のＡ−Ａ断面図である）。図１１は、図１０の第１および第２のリード１，２の位置における断面図に相当する。
本発明の半導体リレーでは、前記実施の形態４における絶縁板８をずれなく、狙い通りの位置に設置できるようにするために、絶縁板側に支持材としての脚部８Ｔを形成し、絶縁板８の位置がずれないように形成したことを特徴とする。
本実施の形態では、前記実施の形態５に比べて絶縁板をずれなく、狙い通りの位置に設置できるようにするために、絶縁板側に指示するための脚部を形成し、絶縁板の位置がずれないようにするものである。
また、実施の形態５ではリードフレームに突起部を形成しているため、リードフレームに変更をする必要があったが、本実施の形態では、リードフレームに変更を与えることなく形成することが可能となる。
【００３０】
なお前記実施の形態では、スイッチング用半導体素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、これに限定されることなく、フォトカプラなどの他の半導体素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  第１のリード
２  第２のリード
２Ｔ  突起
３  樹脂パッケージ
４  絶縁性樹脂
５  透光性樹脂
６  ボンディングワイヤ
７  開口
８  絶縁板
８Ｔ  支持部（脚部）
１００  発光素子
２００  受光素子（光電変換素子）
３００  出力素子（ＭＯＳＦＥＴ）
５００  絶縁板
【図１】
2010171701.tif 000003
【図２】
2010171701.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010171701.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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