(57)【要約】【課題】小型化できると共に製造コストを低減できる半導体装置を提供する。【解決手段】第１の発光素子１０と、第１の発光素子１０からの光を受ける光点弧素子１６と、第１の発光素子１０と光点弧素子１６を封止した透光性樹脂２３とを有するソリッドステートリレー３０と、逆並列に接続された第２,第３の発光素子１２,１４と、第２,第３の発光素子１２,１４からの光を受けるフォトトランジスタ１９と、第２,第３の発光素子１２,１４とフォトトランジスタ１９を封止した透光性樹脂２３とを有する双方向入力型フォトカプラ３１と、ソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１との間を遮光する遮光壁２５とを備える。ソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１を遮光壁２５で遮光した状態で１パッケージ化する。【選択図】図２
2009123804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から負荷に供給される交流電力を制御する電力制御装置に用いられる半導体装置であって、
上記交流電力を制御するための制御信号が入力される第１の発光素子と、上記第１の発光素子からの光を受けて、上記交流電源から上記負荷に印加される交流電圧をオンオフするための光点弧素子と、上記第１の発光素子と上記光点弧素子を透光性樹脂で封止した第１の樹脂封止部とを有するソリッドステートリレーと、
互いに逆方向に並列に接続され、上記交流電圧を表す信号が入力される第２,第３の発光素子と、上記第２,第３の発光素子からの光を受けて、上記交流電圧のゼロクロスを表す信号を出力するフォトトランジスタと、上記第２,第３の発光素子と上記フォトトランジスタを透光性樹脂で封止した第２の樹脂封止部とを有する双方向入力型フォトカプラと、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を遮光する遮光壁と
を備え、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を上記遮光壁で遮光した状態で、上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラを１パッケージ化したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記第１,第２,第３の発光素子を、同一面に沿って接続部が配列された複数のリードの上記接続部に配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
上記光点弧素子と上記フォトトランジスタは、上記リードの上記接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着され、
上記光点弧素子と上記フォトトランジスタは、互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に配置され、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
上記温度センサは、上記光点弧素子のジャンクション温度またはパッケージ温度を検出することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
上記温度センサと上記光点弧素子を同一リード上に配置し、
上記温度センサと上記光点弧素子が配置された上記リードを外部まで引き出したことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体装置において、
上記温度センサと上記光点弧素子を同一リード上に配置し、
上記温度センサと上記光点弧素子が配置された上記リードに取り付けられた放熱板を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項４から７までのいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記温度センサがサーミスタであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記光点弧素子は、フォトサイリスタもしくは双方向フォトサイリスタとするか、または、フォトサイリスタもしくは双方向フォトサイリスタの出力端子にトライアックのゲートが接続された構成とすることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記光点弧素子は、ゼロクロス機能を有するフォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
交流電源から負荷に供給される交流電力を制御する電力制御装置に用いられる半導体装置であり、
上記交流電力を制御するための制御信号が入力される第１の発光素子と、上記第１の発光素子からの光を受けて、上記交流電源から上記負荷に印加される交流電圧をオンオフするための光点弧素子とを有するソリッドステートリレーと、
互いに逆方向に並列に接続され、上記交流電圧を表す信号が入力される第２,第３の発光素子と、上記第２,第３の発光素子からの光を受けて、上記交流電圧のゼロクロスを表す信号を出力するフォトトランジスタとを有する双方向入力型フォトカプラと、
上記ソリッドステートリレーの上記第１の発光素子と上記光点弧素子および上記双方向入力型フォトカプラの上記第２,第３の発光素子と上記フォトトランジスタを樹脂封止する樹脂封止部と、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を遮光する遮光壁と、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に配置され、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサと
を備え、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を上記遮光壁で遮光した状態で、上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラを１パッケージ化した半導体装置の製造方法であって、
同一リード上の上記光点弧素子と上記温度センサが搭載される領域に絶縁性樹脂を塗布する工程と、
上記絶縁性樹脂を塗布した後、上記光点弧素子と上記温度センサを上記同一リード上に上記絶縁性樹脂を介して搭載する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項５から８までのいずれか１つに記載の半導体装置と、
上記半導体装置の上記双方向入力型フォトカプラの上記フォトトランジスタから出力された上記交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、上記ソリッドステートリレーの上記第１の発光素子に上記制御信号を出力して、上記ソリッドステートリレーの上記光点弧素子をオンオフすることにより上記交流電源から上記負荷に供給する交流電力を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、上記半導体装置の上記温度センサにより検出された温度に基づいて、上記半導体装置の過熱保護制御を行うことを特徴とした電力制御装置。
【請求項１３】
請求項１から１０までのいずれか１つに記載の半導体装置を搭載していることを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項１から１０までのいずれか１つに記載の半導体装置または請求項１３に記載の電力制御装置と、上記負荷としてのＬＥＤ光源とを一体化したことを特徴とするモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、電力制御装置、電子機器およびモジュールに関し、詳しくは、照明装置等の負荷に供給する交流電力を制御する半導体装置とその半導体装置の製造方法、および、その半導体装置を用いた電力制御装置、電子機器、モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置としては、ＬＥＤ照明を駆動する電力制御装置に用いられるものがある。この半導体装置は、一般的にＤＣ(直流)電源を必要とし、ＡＣ(交流)電源から電力供給する場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータが必要となる。
【０００３】
一方、交流直接駆動が可能な負荷に対して電力調整をするとき、非ゼロクロス型の光点弧素子を用いて、負荷に入力される交流入力電圧を位相制御し、交流入力電圧のゼロクロス点(交流電圧がＧＮＤを切る点)を検出するために、双方向のフォトカプラを使用するものがある。
【０００４】
また、交流電圧のゼロクロス検出する電力制御装置としては、交流入力電圧のプラス側からマイナス側またはマイナス側からプラス側へ切り替わるタイミングで入力側の発光素子が発光し、この発光素子からの光を受けてフォトトランジスタが出力信号を出力することにより検出するものがある(例えば、特開平１０−１４５２００号公報(特許文献１)参照)。
【０００５】
また、従来の他の電力制御装置としては、ソリッドステートリレーで位相制御する方式を用いた調光器がある(例えば、特開２００１−１２６８８２号公報(特許文献２)参照)。
【０００６】
照明装置等の電化製品(例えば電球タイプの照明装置)の中に備え付けられるドライバ用の半導体装置としては、ＡＣ−ＤＣコンバータを用いると装置が大きくなってしまうという課題があり、電球の口金等の中に収納できるサイズのＡＣで直接駆動できる小型な半導体装置が必要とされている。
【０００７】
また、従来の交流電圧のゼロクロス検出のためのフォトカプラと位相制御に用いられるソリッドステートリレーは、それぞれ別の機能を持つ半導体装置として別々に製造されて、基板上に実装されているため、実装面積が増え、製造コストも高くつくという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１４５２００号公報
【特許文献２】特開２００１−１２６８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の課題は、小型化できると共に製造コストを低減できる半導体装置およびその半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、この発明のもう１つ課題は、小型化できると共に製造コストを低減できる半導体装置を用いた電力制御装置およびその半導体装置を用いた電子機器およびその半導体装置を用いたモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
交流電源から負荷に供給される交流電力を制御する電力制御装置に用いられる半導体装置であって、
上記交流電力を制御するための制御信号が入力される第１の発光素子と、上記第１の発光素子からの光を受けて、上記交流電源から上記負荷に印加される交流電圧をオンオフするための光点弧素子と、上記第１の発光素子と上記光点弧素子を透光性樹脂で封止した第１の樹脂封止部とを有するソリッドステートリレーと、
互いに逆方向に並列に接続され、上記交流電圧を表す信号が入力される第２,第３の発光素子と、上記第２,第３の発光素子からの光を受けて、上記交流電圧のゼロクロスを表す信号を出力するフォトトランジスタと、上記第２,第３の発光素子と上記フォトトランジスタを透光性樹脂で封止した第２の樹脂封止部とを有する双方向入力型フォトカプラと、
上記ソリッドステートリレーの上記第１の発光素子と上記光点弧素子および上記双方向入力型フォトカプラの上記第２,第３の発光素子と上記フォトトランジスタを樹脂封止する樹脂封止部と、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を遮光する遮光壁と
を備え、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を上記遮光壁で遮光した状態で、上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラを１パッケージ化したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の半導体装置によれば、交流電源から負荷に供給する交流電力を制御する電力制御装置において、上記交流電圧を表す信号が入力側に入力される双方向入力型フォトカプラのフォトトランジスタから出力された交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、双方向入力型フォトカプラと共に１パッケージ化されたソリッドステートリレーの第１の発光素子に制御信号が入力されることによって、ソリッドステートリレーの光点弧素子により交流電源から負荷に供給する交流電圧をオンオフする。上記ソリッドステートリレーと双方向入力型フォトカプラは、遮光壁で遮光された状態で１パッケージ化されているので、双方の発光素子からの光が他方に影響を及ぼすことがない。これにより、交流電源から負荷に供給する交流電力を制御する電力制御装置に好適な半導体装置の実装面積や製造コストを削減することができる。
【００１２】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第１,第２,第３の発光素子を、同一面に沿って接続部が配列された複数のリードの上記接続部に配置した。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記第１,第２,第３の発光素子を、同一面に沿って接続部が配列された複数のリードの接続部に配置することによって、第１,第２,第３の発光素子のリードへの実装時に同じダイボンド装置等を共用でき、製造コストを抑えることができる。逆に、第１,第２,第３の発光素子を同一面に配置しない場合、発光素子をリードフレームに搭載するためのダイボンド装置等が２〜３台必要になり、効率が悪くなる。
【００１４】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記光点弧素子と上記フォトトランジスタは、上記リードの上記接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着され、
上記光点弧素子と上記フォトトランジスタは、互いに電気的に絶縁されている。
【００１５】
上記実施形態によれば、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された光点弧素子とフォトトランジスタを、互いに電気的に絶縁することによって、交流電源を含む一次側の回路と二次側の制御系の回路を絶縁することが容易にできる。
【００１６】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に配置され、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサを備えた。
【００１７】
上記実施形態によれば、上記ソリッドステートリレーと双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に、リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサを配置することによって、上記リードの温度を正確にモニタできる。また、上記パッケージの外部でその温度センサが固着されたリードに負荷を接続することで、その負荷の温度をリードを介して検出することも可能となる。
【００１８】
また、一実施形態の半導体装置では、上記温度センサは、上記光点弧素子のジャンクション温度またはパッケージ温度を検出する。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記温度センサにより検出された光点弧素子のジャンクション温度またはパッケージ温度に基づいて、例えばマイクロコンピュータなどの制御部を有する電力制御装置において光点弧素子の温度上昇またはパッケージの温度上昇を抑えるように、負荷に対して電力調整を行うことが可能となる。
【００２０】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記温度センサと上記光点弧素子を同一リード上に配置し、
上記温度センサと上記光点弧素子が配置された上記リードを外部まで引き出した。
【００２１】
上記実施形態によれば、上記温度センサと光点弧素子が配置されたリードを外部まで引き出すことによって、
また、引き出されたリードの部分に金属やセラミック等からなる放熱板を取り付けることで、例えば外部で放熱板を介してリードに接続される負荷の温度をより正確に検出できる。
【００２２】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記温度センサと上記光点弧素子を同一リード上に配置し、
上記温度センサと上記光点弧素子が配置された上記リードに取り付けられた放熱板を備えた。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記温度センサと光点弧素子が配置された同一リードに放熱板を取り付けることによって、熱伝導率が上がり、光点弧素子の温度がより正確に検出できる。
【００２４】
また、一実施形態の半導体装置では、上記温度センサがサーミスタである。
【００２５】
上記実施形態によれば、上記温度センサにサーミスタを用いることによって、パッケージ内の小空間に温度センサを配置でき、小型化が図れる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記光点弧素子は、フォトサイリスタもしくは双方向フォトサイリスタとするか、または、フォトサイリスタもしくは双方向フォトサイリスタの出力端子にトライアックのゲートが接続された構成とする。
【００２７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記光点弧素子は、ゼロクロス機能を有するフォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタである。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記光点弧素子に、ゼロクロス機能を有するフォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタを用いることによって、オンオフ制御がより簡単にでき、非ゼロクロスと比べてノイズ耐量を大きくできる。
【００２９】
また、この発明の半導体装置の製造方法では、
交流電源から負荷に供給される交流電力を制御する電力制御装置に用いられる半導体装置であり、
上記交流電力を制御するための制御信号が入力される第１の発光素子と、上記第１の発光素子からの光を受けて、上記交流電源から上記負荷に印加される交流電圧をオンオフするための光点弧素子と、上記第１の発光素子と上記光点弧素子を透光性樹脂で封止した第１の樹脂封止部とを有するソリッドステートリレーと、
互いに逆方向に並列に接続され、上記交流電圧を表す信号が入力される第２,第３の発光素子と、上記第２,第３の発光素子からの光を受けて、上記交流電圧のゼロクロスを表す信号を出力するフォトトランジスタと、上記第２,第３の発光素子と上記フォトトランジスタを透光性樹脂で封止した第２の樹脂封止部とを有する双方向入力型フォトカプラと、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を遮光する遮光壁と、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に配置され、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサと
を備え、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラとの間を上記遮光壁で遮光した状態で、上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラを１パッケージ化した半導体装置の製造方法であって、
同一リード上の上記光点弧素子と上記温度センサが搭載される領域に絶縁性樹脂を塗布する工程と、
上記絶縁性樹脂を塗布した後、上記光点弧素子と上記温度センサを上記同一リード上に上記絶縁性樹脂を介して搭載する工程と
を有することを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、上記光点弧素子と温度センサを同一リード上に絶縁性樹脂を介して搭載することによって、光点弧素子と温度センサを電気的に絶縁しつつ、光点弧素子の温度を容易に検出できる。
【００３１】
また、この発明の電力制御装置では、
上記ソリッドステートリレーと上記双方向入力型フォトカプラの同一パッケージ内に配置され、上記リードの接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された温度センサを備えた上記半導体装置と、
上記半導体装置の上記双方向入力型フォトカプラの上記フォトトランジスタから出力された上記交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、上記ソリッドステートリレーの上記第１の発光素子に上記制御信号を出力して、上記ソリッドステートリレーの上記光点弧素子をオンオフすることにより上記交流電源から上記負荷に供給する交流電力を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、上記半導体装置の上記温度センサにより検出された温度に基づいて、上記半導体装置の過熱保護制御を行うことを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、上記制御部は、半導体装置の双方向入力型フォトカプラのフォトトランジスタから出力された交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、ソリッドステートリレーの第１の発光素子に制御信号を出力して、ソリッドステートリレーの光点弧素子により交流電源から負荷に供給する交流電圧をオンオフするとき、半導体装置の温度センサにより検出された温度に基づいて、半導体装置の過熱保護制御を行うことによって、半導体装置の熱による損傷を防止することができる。また、ＬＥＤ照明負荷の場合、過熱保護制御を行うことで温度に依存するＬＥＤの寿命の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、この発明の電子機器では、上記半導体装置を搭載していることを特徴とする。
【００３４】
上記電子機器によれば、上記半導体装置を搭載することによって、実装スペースを有効に利用でき、電子機器の小型化が図れる。
【００３５】
また、この発明のモジュールでは、上記半導体装置または上記電力制御装置または上記電子機器と、上記負荷としてのＬＥＤ光源とを一体化したことを特徴とする。
【００３６】
上記構成によれば、上記半導体装置または電力制御装置と、ＬＥＤ光源とを一体化したモジュールとすることによって、照明装置として小型化を図ることができる。また、上記電力制御装置と一体化することにより、使用時に発熱量が大きいＬＥＤ光源に、過熱保護制御を行うことも可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置によれば、小型化できると共に製造コストを低減できる半導体装置、半導体装置の製造方法、電力制御装置、電子機器およびモジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明の半導体装置、半導体装置の製造方法、電力制御装置、電子機器およびモジュールを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３９】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の半導体装置を用いた電力制御装置の等価回路図を示している。この第１実施形態の電力制御装置は、半導体装置１０１と、上記半導体装置１０１の二次側に接続された制御部１０２と、交流電源１００からの交流電圧が入力され、上記半導体装置１０１に交流電圧を表す信号を出力する駆動回路１０３と、上記駆動回路１０３から供給された交流電圧を直流電圧に変換して上記制御部１０２に供給するコンバータ１０４とを備えている。上記半導体装置１０１の光点弧素子１６の一端に負荷１０５の一端を接続し、負荷１０５の他端に交流電源１００の一端を接続し、交流電源１００の他端に半導体装置１０１の光点弧素子１６の他端を接続している。
【００４０】
上記制御部１０２は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなり、パルス発生部１０２aと、ゼロクロス電圧検出部１０２bとを有している。
【００４１】
また、上記駆動回路１０３は、一端が交流電源１００の一端に接続され、他端が半導体装置１０１の第１リード１に接続された抵抗Ｒ１と、一端が交流電源１００の他端に接続され、他端が半導体装置１０１の第２リード２に接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ１の他端と抵抗Ｒ２の他端との間に接続された抵抗Ｒ３とを有している。上記駆動回路１０３により、半導体装置１０１の第２,３の発光素子１２,１３に入力される電流を制限している。なお、上記駆動回路１０３は、図１に示す抵抗回路に限らず、他の回路構成を用いてもよい。
【００４２】
上記第１実施形態の電力制御装置を用いた位相制御について以下に説明する。第１,第２のリード１,２に接続されている逆並列配置の第２,３の発光素子１２,１３は、駆動回路１０３からの交流入力信号(交流電源１００の交流電圧を表す信号)がマイナス方向からプラス方向に変化したときに一方が発光し、交流入力信号がプラス方向からマイナス方向に変化したときに他方が発光する。この第２,３の発光素子１２,１３の光を受けたフォトトランジスタ１９が、第７,第８のリード７,８を介してゼロクロス電圧検出部１０２bに交流電圧のゼロクロスを表す信号を送る。ゼロクロス電圧検出部１０２bからの信号は、交流電圧のゼロクロスポイントの基準点となり、パルス発生部１０２aにこの情報が送られる。その後、パルス発生部１０２aは、ゼロクロス基準点から任意のタイミングで光点弧素子１６をトリガするパルスを発生する。このタイミングやパルス幅は、制御部１０２のマイクロコンピュータにより制御する。
【００４３】
この制御部１０２の電源は、図１に示すように、駆動回路１０３から供給された交流電圧をコンバータ１０４により直流電圧に変換して供給される形になっている。なお、制御部１０２の電源として、別に直流のバッテリーを設けても良い。
【００４４】
上記パルス発生部１０２aからのパルスは、第３,第４のリード３,４を介して接続された第１の発光素子１０に送られ、第１の発光素子１０はパルスに応じて発光し、その光を受けて光点弧素子１６がオンする。光点弧素子１６は一旦オン状態になると、交流電源１００の交流電圧がおよそゼロクロス点になるまでオンし続ける。このため、光点弧素子１６に第６のリード６を介して接続された負荷１０５は、光点弧素子１６がオンしている間、通電状態となる。このようにして位相制御される負荷１０５としては、蛍光灯や発光ダイオードによる照明装置等がある。
【００４５】
図２は上記半導体装置の構造図を示している。また、図３は上記半導体装置の外形を示す平面図であり、図４は上記半導体装置の等価回路図である。
【００４６】
図２に示すように、半導体装置１０１は、ソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１とを有している。
【００４７】
上記ソリッドステートリレー３０は、金属製の第４のリード４の接続部に導電性ペースト等でダイボンドされた第１の発光素子１０と、金属製の第５のリード５の接続部の絶縁性樹脂９の上にペースト等でダイボンドされた光点弧素子１６とを有している。上記第１の発光素子１０と光点弧素子１６は、第１の発光素子１０から発光される光を光点弧素子１６が受光するように、対向する形で配置されている。上記第１の発光素子１０は、プリコート樹脂２２で封止されている。金属製の第３のリード３は、第１の発光素子１０のアノード電極１１とワイヤ２１で電気的に接続されており、第４のリード４は、第１の発光素子１０のカソード電極と電気的に接続されている。また、第５のリード５は、光点弧素子１６のカソード(アノード)電極１８とワイヤ２１で電気的に接続され、第６のリード６は、光点弧素子１６のアノード(カソード)電極１７とワイヤ２１で電気的に接続されている。上記ソリッドステートリレー３０には、第１の樹脂封止部の一例としての透光性樹脂２３が充填されている。
【００４８】
一方、双方向入力型フォトカプラ３１は、第１のリード１の接続部に導電性ペースト等でダイボンドされた第３の発光素子１４と、第２のリード２の接続部に導電性ペースト等でダイボンドされた第２の発光素子１２と、第７のリード７の接続部に導電性ペースト等でダイボンドされたフォトトランジスタ１９とを有している。上記第２,第３の発光素子１２,１４の発光面が同一方向を向くように配置し、この第２,第３の発光素子１２,１４からの光を受光するようにフォトトランジスタ１９を配置している。なお、第１のリード１は、第３の発光素子１４のカソード電極と電気的に接続されており、第２の発光素子のアノード電極１３ともワイヤ２１により電気的に接続されている。また、第２のリード２は、第２の発光素子１２のカソード電極と電気的に接続されており、第３の発光素子のアノード電極１５ともワイヤ２１により電気的に接続されている。第７のリード７にはフォトトランジスタ１９のコレクタ電極が電気的に接続され、第８のリード８はフォトトランジスタ１９のエミッタ電極２０とワイヤ２１により電気的に接続されている。上記双方向入力型フォトカプラ３１には、第２の樹脂封止部の一例としての透光性樹脂２３が充填されている。
【００４９】
上記ソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１は、遮光性樹脂２４で覆われて一体化されている。この一体化されたソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１は、遮光壁２５で第１の発光素子１０と第３の発光素子１４または第２の発光素子１２からの光をお互いに受け入れない構造としている。
【００５０】
また、光点弧素子１６とフォトトランジスタ１９は、高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着した構造とし、互いに電気的に絶縁された構造とする。
【００５１】
上記第１実施形態の半導体装置を用いることによって、電力制御装置における実装スペースを小さくでき、かつ、製造コストを低く抑えることができる。
【００５２】
また、この半導体装置の製造時において、図２,図３に示すように、第１〜第４のリード１〜４は同じ側にあり、第１〜第４のリード１〜４のうちのいずれか１つに第１〜第３の発光素子を電気的に接続する形にしておけば、プリコート樹脂２２の製造装置を１つにすることができるため、製造に必要なコストを抑えることができる。なお、図２,図３では、第１〜第３の発光素子１０,１２,１４は、同じ側にダイボンドしているが、例えば第２の発光素子１２および第３の発光素子１４の位置とフォトトランジスタ１９の位置を反対にしても構わない。
【００５３】
上記構成の半導体装置１０１によれば、交流電源１００から負荷に供給する交流電力を制御する電力制御装置において、交流電圧を表す信号が第２,第３の発光素子１２,１４に入力される双方向入力型フォトカプラ３１のフォトトランジスタ１９から出力された交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、ソリッドステートリレー３０の入力側に制御信号が入力されることによって、ソリッドステートリレー３０の光点弧素子１６により交流電源１００から負荷に供給する交流電圧を調整する。上記ソリッドステートリレー３０と双方向入力型フォトカプラ３１は、遮光壁２５で遮光された状態で１パッケージ化されているので、双方の発光素子からの光が他方に影響を及ぼすことがない。これにより、交流電源１００から負荷に供給する交流電力を制御する電力制御装置に好適な半導体装置１０１を小型化できると共に製造コストを低減できる。
【００５４】
ＬＥＤ照明装置等の交流直接駆動方式の電力制御装置に用いられる半導体装置としてさらなる小型化を図ることができ、例えば電球タイプの照明装置の口金等の狭いスペースにも収納できるほか、１つのアセンブリ工程での製造が可能であることから組み立て手番の短縮が図れる。
【００５５】
また、上記第１,第２,第３の発光素子１０,１２,１４を、同一面に沿って接続部が配列された第１〜第４のリード１〜４の接続部に配置することによって、同じダイボンド装置等を共用でき、製造コストを抑えることができる。逆に、第１,第２,第３の発光素子１０,１２,１４を同一面に配置しない場合、発光素子をリードフレームに搭載するためのダイボンド装置等が２〜３台必要になり、効率が悪くなる。
【００５６】
また、上記第５〜第８のリード５〜８の接続部に高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着された光点弧素子１６とフォトトランジスタ１９を、互いに電気的に絶縁することによって、交流電源１００を含む一次側の回路と制御部１０２を含む二次側の回路を絶縁することが容易にできる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
図５はこの発明の第２実施形態の半導体装置を用いた電力制御装置の等価回路図を示している。この第２実施形態の電力制御装置は、半導体装置２０１と、上記半導体装置２０１の二次側に接続された制御部２０２と、交流電源２００からの交流電圧が入力され、上記半導体装置２０１に交流電圧を表す信号を出力する駆動回路２０３と、上記駆動回路２０３から供給された交流電圧を直流電圧に変換して上記制御部２０２に供給するコンバータ２０４とを備えている。上記半導体装置２０１の光点弧素子１６の一端に負荷２０５の一端を接続し、負荷２０５の他端に交流電源２００の一端を接続し、交流電源２００の他端に半導体装置２０１の光点弧素子１６の他端を接続している。
【００５８】
上記制御部２０２は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなり、パルス発生部２０２aと、ゼロクロス電圧検出部２０２bと、温度検出部２０２cを有している。
【００５９】
また、上記駆動回路２０３は、第１実施形態の図１に示す駆動回路１０３と同様の構成をしている。
【００６０】
図６は上記半導体装置２０１の構造図を示している。また、図７は上記半導体装置２０１の外形を示す平面図であり、図８は上記半導体装置２０１の等価回路図である。この第２実施形態の半導体装置２０１は、温度センサ２８を除いて第１実施形態の半導体装置１０１と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付している。
【００６１】
この第２実施形態の半導体装置２０１において、温度センサ２８は、ソリッドステートリレー３０や双方向入力型フォトカプラ３１とは電気的に絶縁されている。また、温度センサ２８の２つの端子は第９のリード２６および第１０のリード２７の接続部にそれぞれ高熱伝導性のペーストまたは半田にて固着されている。
【００６２】
図５に示すように、上記温度センサ２８からの信号を受けて、半導体装置２０１のパッケージ温度を温度検出部２０２cにより検出する。このパッケージ温度に対して制御部２０２による制御をかけ、パルス発生部２０２aにフィードバックをかければ、ソリッドステートリレー３０の温度特性に対して補正がかけられ、負荷２０５に対して安定した交流電力を供給することができる。また、コンパクト化のために負荷２０５と半導体装置２０１を一体化した構造のモジュールとした場合、パッケージ温度から負荷２０５の温度を推定して、過熱保護制御を行うことができる。
【００６３】
また、上記温度センサ２８が光点弧素子１６のジャンクション温度またはパッケージ温度を検出することによって、温度センサ２８により検出された光点弧素子１６のジャンクション温度またはパッケージ温度に基づいて、制御部２０２により、光点弧素子１６の温度上昇またはパッケージの温度上昇を抑えるように、負荷２０５に対して電力調整を行うことが可能となる。
【００６４】
また、この第２実施形態の電力制御装置では、制御部２０２は、半導体装置２０１の双方向入力型フォトカプラ３１のフォトトランジスタ１９からの交流電圧のゼロクロスを表す信号に基づいて、ソリッドステートリレー３０の第１の発光素子１０に制御信号を出力することにより、ソリッドステートリレー３０の光点弧素子１６により交流電源２００から負荷２０５に供給する交流電圧をオンオフするとき、半導体装置２０１の温度センサ２８により検出された温度に基づいて、半導体装置２０１の過熱保護制御を行うことによって、半導体装置２０１の熱による損傷を防止することができる。
【００６５】
上記第２実施形態の電力制御装置において、例えば、負荷がＬＥＤ照明の場合、過熱保護制御を行うことで、温度に依存するＬＥＤの寿命の低下を抑制することができる。
【００６６】
〔第３実施形態〕
図９はこの発明の第３実施形態の半導体装置の構造図を示し、図１０は上記半導体装置の２次側の構造を示す模式図を示している。この第３実施形態の半導体装置は、第１１のリード２９を除いて第２実施形態の半導体装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付している。
【００６７】
この第３実施形態の半導体装置は、図９に示すように、光点弧素子１６と温度センサ２８は、同一の第１１のリード２９上に絶縁性樹脂９を乗せた上にダイボンドされた構造としている。
【００６８】
上記第１１のリード２９は、一方の端を樹脂封止部の一例としての遮光性樹脂２４からなる２次モールド部から外部に引き出した構造としている。
【００６９】
上記温度センサ２８により光点弧素子１６のジャンクション温度或いはパッケージ温度をセンシングできる。このとき、絶縁性樹脂９は、熱伝導性の良いものを使用した方が、より正確に温度のセンシングが図れる。
【００７０】
また、図１３の変形例に示すように、第１１のリード２９に金属やセラミック等からなる放熱板３８を取り付けた構造とすることで、熱伝導率が上がり、より一層温度が正確にセンシングできる。
【００７１】
上記第３実施形態の半導体装置は、第１実施形態の半導体装置と同様の効果を有する。
【００７２】
以上の第１〜３実施形態における光点弧素子１６は、フォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタとする。或いは、光点弧素子１６は、フォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタの出力端子にトライアックのゲートを接続したものとする。
【００７３】
また、光点弧素子１６は、ゼロクロス機能を有するフォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタとすることで、負荷のオンオフ制御が可能となる。この場合、非ゼロクロスと比べてノイズ耐量が大きいというメリットがある。
【００７４】
さらに、第１の発光素子１０と光点弧素子１６からなるソリッドステートリレー３０を、ゲートトリガ型のサイリスタまたは双方向サイリスタからなるソリッドステートリレー構成としてもよい。
【００７５】
〔第４実施形態〕
次に、この発明の第４実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図１４はこの第４実施形態の半導体装置の製造工程のフローチャートを示し、図１５は上記半導体装置の絶縁切断前の平面図を示している。この第４実施形態では、第１実施形態の半導体装置の製造方法について説明すると同時に、第２,第３実施形態の半導体装置の製造方法についても説明する。
【００７６】
図１５に示す二次側リードフレーム３５において、光点弧素子１６をおく所定の箇所に絶縁性樹脂９を形成する(樹脂塗布工程ｘ)。なお、第３実施形態では、温度センサ２８をおく箇所にも絶縁性樹脂９を形成する。
【００７７】
次に、一次側リードフレーム３４の接続部に、第１の発光素子１０と第２の発光素子１２と第３の発光素子１４を銀ペースト３６でダイボンドし(ダイボンド工程ａ)、ワイヤ２１により内部結線を施す(ワイヤボンド工程ｂ)。
【００７８】
次に、シリコン樹脂からなるプリコート樹脂２２ですべての第１,第２,第３の発光素子１０,１２,１４をプリコートする(プリコート工程ｃ)。
【００７９】
また、二次側リードフレーム３５の所定の箇所にダイボンド工程ａとワイヤボンド工程ｂを施して、光点弧素子１６とフォトトランジスタ１９を搭載する。ここで、第２実施形態および第３実施形態の半導体装置では、ダイボンド工程ａとワイヤボンド工程ｂにおいて、温度センサ２８も搭載する。
【００８０】
そして、一次側リードフレーム３４と二次側リードフレーム３５をその両端部に設けられた溶接結合部３７(図１５に示す)で溶接する(溶接工程ｄ)。
【００８１】
次に、透光性樹脂２３により一次モールドする(一次モールド工程ｅ)。
【００８２】
さらに、遮光性樹脂２４により二次モールドする(二次モールド工程ｆ)。
【００８３】
図２,図６,図９における遮光壁２５は、二次モールドのときに同時に形成される。
【００８４】
その後、リードの外部に露出した部分にメッキを施し(メッキ工程ｇ)、絶縁耐圧試験を行う(絶縁試験工程ｈ)。なお、第３実施形態の図１３に示す変形例では、メッキ工程ｇと同時に放熱板３８を取り付ける。
【００８５】
次に、リードを切断し、場合によってはリードを使用しやすい形状に折り曲げる(タイバーカット工程とフォーミング工程ｉ)。
【００８６】
さらに、電気的試験を行い(特性試験工程ｊ)、外装めっき、フォーミング等を行うことによって、半導体装置が完成する。
【００８７】
上記半導体装置の製造方法において、光点弧素子１６と温度センサ２８を同一リード上に絶縁性樹脂１９を介して搭載することによって、光点弧素子１６と温度センサ２８を電気的に絶縁しつつ、温度センサ２８により光点弧素子１６の温度を容易に検出することができる。
【００８８】
この発明によれば、図１１,図１２に示すように、負荷の一例としてのＬＥＤ光源３３とこの発明の第２実施形態および第３実施形態を組合せて、一体型モジュールを形成し、照明装置として小型化を図ることができる。ＬＥＤ光源３３は、その使用時に発熱量が大きく、過熱保護制御の機能も有効である。
【００８９】
図１１に示すように、半導体装置３０１は、基板４０に実装され、その半導体装置３０１を覆うように金属やセラミック等からなる放熱板３２を配置している。そして、上記放熱板３２上にＬＥＤ光源３３を載置している。上記半導体装置３０１の第１１のリード２９を放熱板３２に接触させている。
【００９０】
このように、ＬＥＤ光源３３の下に放熱板３２を設け、放熱板３２と第１１のリード２９を接触させる構造とすることによって、ＬＥＤ光源３３の温度を、第１１のリード２９を介して温度センサ２８でセンシングできる。
【００９１】
また、図１２に示すように、半導体装置４０１は、基板４０に実装され、その半導体装置４０１を覆うように金属やセラミック等からなる放熱板３２を配置している。そして、上記放熱板３２上にＬＥＤ光源３３を載置している。上記半導体装置３０１の放熱板３８を放熱板３２に接触させている。
【００９２】
このように、放熱板３２と半導体装置の放熱板３８を接触させる構造とすることによって、放熱板３８の熱伝導により、さらに正確に温度がセンシングできる。センシングした温度を、図５に示す電力制御装置のように、パルス発生部２０２aにフィードバックすれば、ＬＥＤ照明装置の温度が最大定格温度以上にならないように、位相制御を行って出力を低下させ、過熱保護制御を行うことができる。また、温度センサ２８とリード２６およびリード２７の接続部に接続するときのペースト材料は、他のリードと光点弧素子１６またはフォトトランジスタ１９とのダイボンドに使用される材料と同じ材料とすることができるため、製造コストを抑えることができる。
【００９３】
また、上記半導体装置または電力制御装置と、ＬＥＤ光源とを一体化したモジュールとすることによって、照明装置として小型化を図ることができる。また、上記電力制御装置と一体化することにより、使用時に発熱量が大きいＬＥＤ光源に、過熱保護制御を行うことも可能となる。
【００９４】
また、上記照明用途等に使用する場合の温度センサは、サーミスタを用いると加工が簡単になる。また、温度のわずかな差を検知できるように、温度と抵抗値の相関が実温度レベルで緩やかな負の温度特性を有するサーミスタを用いることが望ましい。
【００９５】
上記温度センサにサーミスタを用いることによって、パッケージ内の小領域に温度センサを配置でき、小型化が図れる。
【００９６】
以上、この発明の半導体装置の実施形態について説明したが、この発明は発光素子と受光素子が同一平面状に配置される平面搭載型のパッケージ(例えばＴＯ２２０タイプ)としてもよい。
【００９７】
また、この発明の半導体装置は、例えば照明機器や家電機器などの電子機器に用いることが可能となり、実装スペースの有効化が図れる。
【００９８】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の半導体装置を用いた電力制御装置の等価回路図である。
【図２】図２はこの発明の半導体装置の第１実施形態の構造図である。
【図３】図３は上記半導体装置の外形を示す平面図である。
【図４】図４は上記半導体装置の等価回路図である。
【図５】図５はこの発明の第２,第３実施形態の半導体装置を用いた電力制御装置の等価回路図である。
【図６】図６はこの発明の半導体装置の第２実施形態の構造図である。
【図７】図７は上記半導体装置の外形を示す平面図である。
【図８】図８は上記半導体装置の等価回路図である。
【図９】図９はこの発明の半導体装置の第３実施形態の構造図である。
【図１０】図１０は上記半導体装置の２次側の構造を示す模式図である。
【図１１】図１１は上記半導体装置とＬＥＤ光源との一体型モジュールの構造図である。
【図１２】図１２は上記半導体装置とＬＥＤ光源との一体型モジュールの構造図である。
【図１３】図１３は上記半導体装置の変形例の構造図である。
【図１４】図１４はこの発明の第４実施形態の半導体装置の製造工程フローチャートである。
【図１５】図１５は上記半導体装置の絶縁切断前の平面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…第１のリード
２…第２のリード
３…第３のリード
４…第４のリード
５…第５のリード
６…第６のリード
７…第７のリード
８…第８のリード
９…絶縁性樹脂
１０…第１の発光素子
１１…第１の発光素子のアノード電極
１２…第２の発光素子
１３…第２の発光素子のアノード電極
１４…第３の発光素子
１５…第３の発光素子のアノード電極
１６…光点弧素子
１７…光点弧素子のアノード(カソード)電極
１８…光点弧素子のカソード(アノード)電極
１９…フォトトランジスタ
２０…フォトトランジスタのエミッタ電極
２１…ワイヤ
２２…プリコート樹脂
２３…透光性樹脂
２４…遮光性樹脂
２５…遮光壁
２６…第９のリード
２７…第１０のリード
２８…温度センサ
２９…第１１のリード
３０…ソリッドステートリレー
３１…双方向入力型フォトカプラ
３２…放熱板
３３…ＬＥＤ照明装置
３４…一次側リードフレーム
３５…二次側リードフレーム
３６…銀ペースト
３７…溶接結合部
３８…放熱板
４０…基板
１００,２００…交流電源
１０１,２０１,３０１,４０１…半導体装置
１０２,２０２…制御部
１０２a,２０２a…パルス発生部
１０２b,２０２b…ゼロクロス電圧検出部
１０３,２０３…駆動回路
１０４,２０４…コンバータ
１０５,２０５…負荷
２０２c…温度検出部
ｘ…樹脂塗布工程
ａ…ダイボンド工程
ｂ…ワイヤボンド工程
ｃ…プリコート工程
ｄ…溶接工程
ｅ…一次モールド工程
ｆ…二次モールド工程
ｇ…メッキ工程
ｈ…絶縁試験工程
ｉ…ダイバーカット工程とフォーミング工程
ｊ…特性試験工程
【図１】
2009123804.tif 000003
【図２】
2009123804.tif 000004
【図３】
2009123804.tif 000005
【図４】
2009123804.tif 000006
【図５】
2009123804.tif 000007
【図６】
2009123804.tif 000008
【図７】
2009123804.tif 000009
【図８】
2009123804.tif 000010
【図９】
2009123804.tif 000011
【図１０】
2009123804.tif 000012
【図１１】
2009123804.tif 000013
【図１２】
2009123804.tif 000014
【図１３】
2009123804.tif 000015
【図１４】
2009123804.tif 000016
【図１５】
2009123804.tif 000017