JP2008205351A - 光結合型半導体リレー - Google Patents

Abstract

【課題】組立て時に容易に位置決めができて、効率よく作業ができる光結合型半導体リレーを提供する。
【解決手段】周壁部３ｃと開口部３ｂと底部３ｇとを有し、内底面３ｄに、受光素子４および受光素子４から出力された信号を受けて動作するスイッチング素子５実装した、開口部３ｂを有した筐体３と、発光素子２を実装した発光素子基板１とを組み合わせ、受光素子４と発光素子２とが離間して対向されて光伝達空間６が形成されている光結合型半導体リレー２０であって、筐体３の内底面３ｄには、開口部３ｂより嵌め入れた発光素子基板１を水平に保持するための載置台部３ａが、その載置台部３ａに発光素子基板１を載せ置いたときに発光素子２と受光素子４とが対峙するように設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子、受光素子を筐体内に配置して構成した光結合型半導体リレーの改良に関するものである。

従来、小型化、薄型化を目的として、リードフレームを使用せず、立体型の回路基板に受光素子と発光素子を実装させた光結合型半導体リレーが種々、提案されている。例えば、次の特許文献１に示す半導体リレーは、開口を有した筐体型の回路基板の内底面に受光素子を実装し、蓋板型の回路基板には発光素子を実装させ、蓋板基板を筐体基板の開口を塞ぐように載せ置き、両基板を組み合わせて中空箱型状のパッケージ体に形成したものである。

この構造によれば、金属製のリードフレームを使用しないため、リードフレームの肉厚分、パッケージの薄型化が実現できる。

なお、筐体基板と蓋板基板には、適所に配線パターンやスルーホールが形成されており、両基板を正確に組み合わせることによって、電気的導通が可能な状態となる。
特開２００５−２４３６６３号公報

しかしながら、上記従来の立体型のものは、蓋板基板を筐体基板の開口上端に載せ置いて形成されているため（上記文献の図１、図２参照）、製造工程において、蓋板基板を機械で持ち上げて筐体基板に載せ置く際、ずれが発生しないように載置しなければ電気的導通を可能とした接続ができないおそれがある。そのため、冶具などを利用して位置決めできるようにするか、事後的に１つずつ位置ずれを確認し、修正する必要があった。

また、筐体基板と蓋板基板とは導電ペーストなどで接着させるが、導電ペーストが硬化する前に振動などで位置ずれやずれ落ちが起こるおそれもあった。そのため、効率よく製造することのできる光結合型半導体リレーが求められていた。

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、組立て時に容易に位置決めができて、効率よく作業ができる光結合型半導体リレーを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の光結合型半導体リレーは、周壁部と開口部と底部とを有し、内底面に、受光素子および該受光素子から出力された信号を受けて動作するスイッチング素子を実装した筐体と、発光素子を実装した発光素子基板とを組み合わせ、受光素子と発光素子とが離間して対向されて、光伝達空間が形成されている光結合型半導体リレーであって、筐体の内壁面には、開口部より嵌め入れた発光素子基板を略水平に保持するための載置台部が、その載置台部に発光素子基板を載せ置いたときに発光素子と受光素子とが対峙するように設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の光結合型半導体リレーは、載置台部に載せ置くべき脚部を備えている。

請求項３に記載の光結合型半導体リレーでは、少なくとも光伝達空間に透光性樹脂が充填されている。

請求項４に記載の光結合型半導体リレーでは、発光素子基板と透光性樹脂の充填層とを覆う遮光性樹脂層によって、筐体の開口部が閉塞されている。

請求項５に記載の光結合型半導体リレーでは、筐体の開口部にさらに遮光蓋が被せられている。

請求項６に記載の光結合型半導体リレーでは、導電性のシールド膜が筐体の外底面、外周面に形成されている。

本発明の光結合型半導体リレーによれば、次のような効果を奏する。

すなわち、本発明の光結合型半導体リレーは、筐体の開口部より嵌め入れた発光素子基板を略水平に保持するための載置台部が、載置台部に発光素子基板を載せ置いたときに発光素子と受光素子とが対峙するように設けられているため、組立て工程において発光素子を受光素子に対向配置させるとき、発光素子基板を筐体に設けた載置台部に載置するだけで位置決めが行え、そのため、配線パターン同士の接合ずれは発生しない。

また、発光素子基板を載置台部に載せ置けば結果的には発光素子基板の少なくとも一部が筐体の内部に収容された状態となるため、振動などにより、発光素子基板が筐体の外にずれることはない。

さらに、発光素子基板を載置台部に載せ置けば発光素子基板が略水平に保持されるため、載置台部よりずれ落ちることもなく、筐体内で、発光素子基板を落ち込ませることなく、確実に水平に組み付けることができる。

また、発光素子基板に脚部を設けたものは、それによって発光素子基板がより立体的な構造となるため、機械で持ち上げて載置台部へ載せ置く際の取り扱いがしやすくなる。

また、光伝達空間に透光性樹脂を充填したものでは、光伝達空間が確実に確保できる。

さらに、開口部を遮光性樹脂層あるいは遮光蓋で覆ったものでは、光伝達空間への外光を遮断できるとともに、発光素子、受光素子は、内部空間にほぼ密閉された状態で保護され得、変形、損傷するおそれがきわめて低い。

また、筐体の外周面に導電性のシールド膜を形成したものでは、電磁波などのノイズの影響を受けにくい半導体リレーに構成することができる。また、シールド膜による放熱効果も期待できる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一例である光結合型半導体リレーの構造を説明するための斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、同半導体リレーを構成する発光素子基板、筐体であり、（ｃ）は筐体と発光素子基板とを組み合わせた状態を示している。

発光素子基板１および筐体３は、プリント基板、セラミック基板などで構成されている。発光素子基板１は、方形状のベース部１ａの長手方向の両端縁に、同一長さの１対の脚部１ｂ、１ｂを備え、側面視コの字状とした形状とされ、発光素子２がベース部１ａの脚部１ｂを突出させた面の略中央に実装されている。

また、筐体３は上方に開口部３ｂを有し、周壁部３ｃと底部３ｇとを備え、方形状の内底面３ｄには、対向する周壁部３ｃ、３ｃの内壁面に、同一高さの１対の載置台部３ａ、３ａを有するとともに、それら１対の載置台部３ａ、３ａに挟まれた箇所には、発光素子２からの光を受けて電気信号に変換する受光素子（光電変換素子）４と、受光素子４から出力される信号を受けてオン、オフ動作するスイッチング素子５とが実装されている。

なお、発光素子基板１および筐体３には、電気信号を伝達するために、スルーホール１１を含む配線パターン１０（図３，４参照）が形成されているが、本図ではこれを省略する。また、受光素子４とスイッチング素子５とは、金属ワイヤ１２（図３，４参照）にてボンディングされている。

図１（ｃ）は、半導体リレー２０を構成する発光素子基板１と筐体３とを組み合わせた状態であり、図１（ｂ）に示した筐体３の内方に、図１（ａ）に示した発光素子基板１が、脚部１ｂを下に向けた状態で挿入され、２つの載置台部３ａ、３ａに橋架されている。このように、発光素子基板１が筐体３の内底面３ｄに実装した受光素子３を跨ぐように、１対の脚部１ｂ、１ｂが筐体３内の載置台部３ａに略水平に載せ置かれ支持され、発光素子２と受光素子４とが対向した状態に配置されて、光伝達空間６（図３，４参照）が形成される。

すなわち、発光素子基板１の脚部１ｂと筐体３の載置台部３ａとによって、発光素子２と受光素子４とが適切に離間して配置され、光伝達空間６が形成される。換言すれば、発光素子２と受光素子４とを適切に離間配置するために、脚部１ｂと載置台部３ａの高さ調整がなされている。さらに、これらの寸法条件を満足するとともに、本発明においては、後述するように、発光素子基板１の少なくとも一部が筐体３の内部に収容された構造とする必要があるため、筐体３の高さ寸法も、脚部１ｂ、載置台部３ｃの高さとの関係において設計がされている。

したがって、発光素子基板１の１対の脚部１ｂ、１ｂ、および筐体３の１対の載置台部３ａ、３ａは、それぞれを同一長さ、同一高さにしなくてもよく、少なくとも、載置した発光素子基板１が略水平に保持されて、発光素子２と受光素子４とが適切に離間配置されるように設計されればよい。

また、図４で後述するように、発光素子基板１の橋架方向（本例では長手方向）幅は、発光素子基板１の橋架方向に位置する周壁部３ｃ、３ｃの内側部間幅より短くてもよいが、発光素子基板１が橋架方向のいずれかに移動して一方の脚部１ｂが周壁部３ｃに規制されたときに、他方の脚部１ｂが載置台部３ｃよりずれ落ちない程度の長さ寸法を有している。

また本実施例では、発光素子基板１は、筐体３に収容した状態では受光素子４の上方を塞ぐ程度の平面寸法に形成されており、発光素子基板１を組み付けた状態では、スイッチング素子５の上方が開口している。このように開口しているため、その開口から、後述する透光性樹脂の滴下、充填を容易にすることができる。

図２は、図１（ｃ）に示した状態において、筐体３内に、透明シリコーンなどの透光性樹脂（ＪＣＲ：ジャンクション・コーティング・レジン）を注入し、さらに遮光性樹脂を封入して開口部３ｂを塞いだ同半導体リレー２０の完成状態を示す外観斜視図である。

発光素子２と受光素子４とは対向しており、少なくともその光伝達空間６には、光伝達性を確保するために、透明シリコーンなどの透光性樹脂が充填されている。透明シリコーンは、粘性の低い液状化状態で注入してゆき、光伝達空間６に確実に充填し、さらに発光素子２の一部あるいは全部を含む高さまで充填し、その後、熱や紫外線などを当てて、保形性を有する程度に硬化させて透光性樹脂の充填層７が形成される。

さらに、その透光性樹脂の充填層７と、上方に突出した発光素子基板１のベース部１ａとを、エポキシ系の遮光性樹脂層８で覆っている。この遮光性樹脂層８によって、筐体３の開口部３ｂが完全に閉塞される。

図３は、図１に示した各図に対応させた縦断面図を示したもので、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視縦断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視縦断面図、（ｃ）は図１（ｃ）のＣ−Ｃ線矢視縦断面図である。

また、図４（ａ）は図１（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視縦断面図、（ｂ）は図２のＥ−Ｅ線矢視縦断面図、（ｃ）は他の封止形態例を示し、図２のＥ−Ｅ線矢視に対応した縦断面図である。図３、図４を参照しながら製造手順を説明する。

図４（ａ）に示すように、筐体３の内底面３ｄには１対の載置台部３ａ、３ａが設けられ、それらによって形成される凹部に相当する内底面３ｄに受光素子４が実装される。それらの載置台部３ａ、３ａには、発光素子基板１に設けた１対の脚部１ｂ、１ｂが載せ置かれ、発光素子２と受光素子４とが対向配置される。ここで、載置台部３ａには、脚部１ｂを載せ置く箇所に配線パターン１０が形成されているとともに、筐体３の外底面３ｅに貫通するスルーホール１１が形成されている。スルーホール１１は、孔の内面と孔の開口周囲に導電性のメッキが施されている。

発光素子基板１は、脚部１ｂで立たせた状態で作業台（不図示）などに準備され、組立てアームなどで持ち上げられ、１対の脚部１ｂ、１ｂを１対の載置台部３ａに橋架するように、筐体３内に収容されるが、スムースに収容するために、発光素子基板１の脚部１ｂの外側部間幅は、筐体３の内幅（開口部幅）寸法よりもやや小とされることが望ましい。

また、脚部１ｂの一方が凹部に落ち込まないようにするために、発光素子基板１の脚部１ｂ、１ｂの外側部間幅は、一方の載置台部３ａと対向する周壁部３ｃとの内側部間幅よりも大とされることが望ましい。逆に言えば、発光素子基板１を落ち込ませないために、載置台部３ａの幅寸法は、筐体３の内側部間幅と、発光素子基板１の外側部間幅との関係によって律せられている。図４に示すように、発光素子基板１を収容した状態では、脚部１ｂと周壁部３ｃとの間にわずかな隙間Ｓが形成される。

こうして、発光素子基板１と筐体３とは組み合わされ、載置台部３ａに載置した発光素子基板１が水平状態に保持され、発光素子基板１の脚部１ｂの下端面、あるいは載置台部３ａの上面に塗布しておいた導電ペースト（不図示）で接着固定される。

このように、発光素子基板１の一部（特に脚部１ｂ）を筐体３の内空間に収容する構成であるため、組立て時に位置決め、位置合わせがしやすく、配線パターン１０同士の接合がずれるおそれがない。もちろん、周壁部３ｃがストッパとして作用するため、導電ペーストが硬化する前であっても、発光素子基板１が振動などで位置ずれやずれ落ちを起こすおそれはない。

また、隙間Ｓがあるため挿着時に多少のずれが生じる可能性はあるが、発光素子２と受光素子４との光結合が確実に行え、かつ発光素子基板１の脚部１ｂに設けた配線パターン１０と、載置台部３ａに形成したスルーホール１１を含む配線パターン１０とが確実に接合されように、あらかじめ寸法設計しておけば、なんら問題はない。

以上のように、発光素子基板１を載置台部３ａに固定したときには、導電ペーストを介して、発光素子基板１の配線パターン１０が載置台部３ａに形成したスルーホール１１と電気的導通可能な状態に接続され、さらにスルーホール１１を介して、筐体３の外底面３ｅの配線パターン１０と導通可能な状態となる。

また筐体３には、受光素子４、スイッチング素子５の信号伝達のための配線パターン１０やスルーホール１１が形成されており、受光素子４が出力する電気信号が、金属ワイヤ１２を介してスイッチング素子５に伝達され、スイッチング素子５が出力する信号は金属ワイヤ１２、配線パターン１０、スルーホール１１を介して、筐体３の外底面３ｅの配線パターン１０へと出力されるように接続されている。

このように、筐体３と発光素子基板１が組み合わさった状態で、筐体３内に透明シリコーンが注入され（図４（ｂ）参照）、その充填層７を遮光性樹脂層８で覆って、開口部３ｂを閉塞する（図４（ｂ）参照）。

また図４（ｃ）に示すように、遮光性樹脂層８に代えて、遮光蓋９で封止してもよい。その場合、塵、埃など光伝達空間に入り込まないように透光性樹脂層７を形成して、光結合精度を高めてもよいし、製造工程を短縮するために、透明シリコーンを充填せずに光伝達空間６を確保するようにしてもよい。

また、本例の光結合型半導体リレー１において、筐体３の外底面３ｅ、外周面３ｆなどに、配線パターン１０やスルーホール１１と接触しないように、銅箔などによる導電性のシールド膜１３による外皮を形成して、電磁波を遮断できる構造としてもよい。

ついで、本発明の光結合型半導体リレーの他例について、図５〜図８を参照しながら説明する。

図５は、本発明の他例である光結合型半導体リレーの構造を説明するための斜視図で、（ａ）は発光素子基板、（ｂ）は筐体、（ｃ）は筐体と発光素子基板とを組み合わせた状態を示している。図６は、同光結合型半導体リレーの外観斜視図である。図７（ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視縦断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視縦断面図、（ｃ）は図５（ｃ）のＣ−Ｃ線矢視縦断面図である。図８（ａ）は図５（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視縦断面図、（ｂ）は図６のＥ−Ｅ線矢視縦断面図、（ｃ）は他の封止形態例を示し、図６のＥ−Ｅ線矢視に対応した縦断面図である。

本例では、発光素子基板１が脚部を有さず、平板に形成され（図５（ａ）参照）、その発光素子基板１を載せ置くための筐体３の載置台部３ａが、図１の例のものよりも高く形成されている。発光素子基板１を載置台部３ａに載せ置いた状態では、発光素子２と受光素子４とが離間して対向し、光伝達空間６（図７，８参照）が形成される。

また、発光素子基板１を載置台部３ａに載せ置いたときには、発光素子基板１の少なくとも一部が筐体３の内部に収容された状態となるように、発光素子基板１、筐体３、載置台部３ｃの各高さ調整がなされている。

また、発光素子２は、発光素子基板１に設けた配線パターン１０、金属ワイヤ１２、筐体３の載置台部３ａに設けた配線パターン１０、スルーホール１１を通じて外部と電気的導通可能な状態に接続されており、受光素子４、スイッチング素子５は、金属ワイヤ１２、配線パターン１０、スルーホール１１を通じて外部と導通可能な状態に接続されている。

なお、透光性樹脂充填層７、遮光性樹脂層８、遮光蓋９、導電性のシールド膜１３については、図１〜図４の例と同様であるため、説明を省略する。

本例においても、発光素子基板１の一部を筐体３の内空間に収容する構成であるため、位置決めがしやすく、配線パターン１０同士の接合がずれるおそれがない。もちろん、周壁部３ｃがストッパとして作用するため、導電ペーストが硬化する前であっても、発光素子基板１が振動などで位置ずれや、ずれ落ちを起こすおそれはない。

また、本例のものは、発光素子基板１を平板に形成しているため、製造が容易である。

以上に説明した２種の実施例では、発光素子基板１を載せ置く載置台部３ａ、３ａを１対、筐体の１対の対向した周壁部３ｃ、３ｃの内側に設けたものを示しているが、図９（ａ）、（ｂ）の平面図に示すように、３つの周壁部３ｃにわたって設けたもの、全内周に対して設けたものでもよい。

また図９（ｃ）の平面図に示すように、隣接する２つの周壁部３ｃに設けたものでもよい。つまり、発光素子基板１の橋架方向の一方の周壁部４ｃと、それに隣接する発光素子基板１側方の周壁部４ｃとの内壁面に設けられた載置台部３ａでもって、変則的に発光素子基板１を橋架させるようにしてもよい。

これらの載置台部３ａは筐体３と一体成形してもよいが、別体として準備して、それを筐体３に嵌め込みまたは接着するようにしてもよい。

また、上記実施例では、発光素子基板１は、筐体３に収容したときに開口部３ｂの一部を塞ぐものであるが、開口部３ｂの略全面を覆い隠すものでもよい。このように発光素子基板１を開口部３ｂに対応させたものでは、位置決めがより確実に行える。

本発明の一例である光結合型半導体リレーの構造を説明するための斜視図で、（ａ）は発光素子基板、（ｂ）は筐体、（ｃ）は筐体と発光素子基板とを組み合わせた状態を示している。 同光結合型半導体リレーの外観斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視縦断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視縦断面図、（ｃ）は図１（ｃ）のＣ−Ｃ線矢視縦断面図である。 （ａ）は図１（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視縦断面図、（ｂ）は図２のＥ−Ｅ線矢視縦断面図、（ｃ）は他の封止形態例を示し、図２のＥ−Ｅ線矢視に対応した縦断面図である。 本発明の他例である光結合型半導体リレーの構造を説明するための斜視図で、（ａ）は発光素子基板、（ｂ）は筐体、（ｃ）は筐体と発光素子基板とを組み合わせた状態を示している。 同光結合型半導体リレーの外観斜視図である。 （ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視縦断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視縦断面図、（ｃ）は図５（ｃ）のＣ−Ｃ線矢視縦断面図である。 （ａ）は図５（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視縦断面図、（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ線矢視縦断面図、（ｃ）は他の封止形態例を示し、図６（ａ）のＥ−Ｅ線矢視に対応した縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は載置台部の他例の形状を示す平面図である。

符号の説明

２０ 光結合型半導体リレー
１ 発光素子基板
１ａ ベース部
１ｂ 脚部
２ 発光素子
３ 筐体
３ａ 載置台部
３ｂ 開口部
３ｃ 周壁部
３ｄ 内底面
３ｅ 外底面
３ｆ 外周面
３ｇ 底部
４ 受光素子
５ スイッチング素子
６ 光伝達空間
７ 透光性樹脂充填層
８ 遮光性樹脂層
９ 遮光蓋
１０ 配線パターン
１１ スルーホール
１２ 金属ワイヤ
１３ 導電性シールド膜

Claims (6)

1. 周壁部と開口部と底部とを有し、内底面に、受光素子および該受光素子から出力された信号を受けて動作するスイッチング素子を実装した筐体と、発光素子を実装した発光素子基板とを組み合わせ、上記受光素子と上記発光素子とが離間して対向されて、光伝達空間が形成されている光結合型半導体リレーであって、
   上記筐体の内壁面には、上記開口部より嵌め入れた上記発光素子基板を略水平に保持するための載置台部が、該載置台部に上記発光素子基板を載せ置いたときに上記発光素子と上記受光素子とが対峙するように設けられていることを特徴とする光結合型半導体リレー。
2. 請求項１において、
   上記発光素子基板は、上記載置台部に載せ置くべき脚部を備えている光結合型半導体リレー。
3. 請求項１または２において、
   少なくとも上記光伝達空間には、透光性樹脂が充填されている光結合型半導体リレー。
4. 請求項３において、
   上記発光素子基板と上記透光性樹脂の充填層と覆う遮光性樹脂層によって、上記筐体の開口部が閉塞されている光結合型半導体リレー。
5. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記筐体の開口部には、さらに遮光蓋が被せられている光結合型半導体リレー。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記筐体の外底面、外周面には、導電性のシールド膜が形成されている光結合型半導体リレー。

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