JP2009117535A - Solid state relay and electronic device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
【課題】電子機器の保守性に優れたソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】電気信号を光信号に変換する発光素子と該発光素子からの光信号を電気信号に変換する受光素子とを備えた光結合素子2と、該光結合素子2とともに略同一平面上に配置された負荷駆動用のトライアック素子1と、前記光結合素子2およびトライアック素子1を樹脂封止するパッケージ樹脂部(領域Aに形成される)と、前記光結合素子2およびトライアック素子1の各電極と電気的に接続された複数のリード端子11a,21a,31a,41a,51aを備えたフレームと、トライアック素子1の第2電極1bが接続されている第6リードフレーム61の電極パッド部61bと第2リードフレーム21の電極パッド21bとの間に直列に接続され、かつ、パッケージ樹脂部4内部に封止されたPTC素子3とから構成されている。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide a solid state relay excellent in maintainability of an electronic device and an electronic device including the same.
An optical coupling element comprising a light emitting element for converting an electrical signal into an optical signal and a light receiving element for converting an optical signal from the light emitting element into an electrical signal, and the optical coupling element and the optical coupling element on substantially the same plane. A triac element 1 for driving a load disposed in the package, a package resin portion (formed in region A) for resin-sealing the optical coupling element 2 and the triac element 1, and the optical coupling element 2 and the triac element 1 An electrode pad portion of a sixth lead frame 61 to which a frame having a plurality of lead terminals 11a, 21a, 31a, 41a, 51a electrically connected to the respective electrodes and a second electrode 1b of the triac element 1 are connected 61 P and the PTC element 3 connected in series between the electrode pad 21 b of the second lead frame 21 and sealed inside the package resin portion 4. That.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、過電流防止構造を備えたソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器に関わるものである。 The present invention relates to a solid-state relay having an overcurrent prevention structure and an electronic device equipped with the solid-state relay.
従来のソリッドステートリレーの一例として、入力側に、発光ダイオードなどの発光素子を有し、出力側に、トライアック素子などの負荷駆動用の電力素子と、発光素子の光を受けてトライアック素子を点弧するフォトトライアックなどの受光素子とを有するものがある。このようなソリッドステートリレーの内部構造例を図11に示す。なお、図11は、内部構造をより明確に示すために、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。 As an example of a conventional solid state relay, a light emitting element such as a light emitting diode is provided on the input side, a power element for driving a load such as a triac element on the output side, and a triac element that receives light from the light emitting element is turned on. Some have a light receiving element such as a phototriac that arcs. An example of the internal structure of such a solid state relay is shown in FIG. FIG. 11 shows a state of the solid state relay before resin sealing in order to more clearly show the internal structure.
ソリッドステートリレーは、タイバー部101aおよびフレーム部101bに一体形成された複数のリードフレーム(第1リードフレーム111、第2リードフレーム121、第3リードフレーム131、第4リードフレーム141および第5リードフレーム151)から構成されたフレーム上に、トライアック素子102および光結合素子103が搭載されたものである。さらに、これらトライアック素子102および光結合素子103は、複数のリードフレームの素子搭載部または電極パッド部を包括する領域A100に形成されたパッケージ樹脂部(図示せず)によって樹脂封止されている。
The solid state relay includes a plurality of lead frames (
また、図示していないが、樹脂封止後、タイバーカットを施すことにより、第1リードフレーム111、第2リードフレーム121、第3リードフレーム131、第4リードフレーム141および第5リードフレーム151の各リード端子111a,121a,131a,141a,151a間を接続しているタイバー部101aおよびフレーム部101bが除去される。さらに、これらリード端子111a,121a,131a,141a,151aには、完成品の形状により必要に応じてリードフォーミングが施される。
Although not shown, the
このようなソリッドステートリレーを製造する際には、まず、第1リードフレーム111の素子実装部上に、底面に第1電極102aを備えているトライアック素子102を導電性ペーストなどを用いて固定し電気的に接続するとともに、ワイヤを介して、トライアック素子102の第2電極102bを第2リードフレーム121の電極パッド部に電気的に接続し、トライアック素子102のゲート電極102cを第3リードフレーム131の一電極パッド部に電気的に接続することによって、トライアック素子102を実装する。
When manufacturing such a solid state relay, first, the
次いで、第1リードフレーム111の素子実装部と一体形成された電極パッド部に、光結合素子103の第1端子103aを電気的に接続する。これにより、トライアック素子102の第1電極102aと光結合素子103の第1端子103aとが電気的に接続された状態になる。さらに、第3リードフレーム131の一電極パッド部と一体形成されている他の電極パッド部に、光結合素子103の第2端子103bを電気的に接続することにより、トライアック素子102のゲート電極102cと光結合素子103の第2端子103bとを電気的に接続する。またさらに、光結合素子103の第3端子103cを第4リードフレーム141の電極パッド部に電気的に接続し、光結合素子103の第3端子103dを第5リードフレーム151の電極パッド部に電気的に接続する。
Next, the first terminal 103 a of the
その後、図示していないが、トライアック素子102および光結合素子103を、領域A100に形成されるパッケージ樹脂部によって、第1リードフレーム111の素子実装部および電極パッド部、第2リードフレーム121の電極パッド部、第3リードフレーム131の電極パッド部、第4リードフレーム141の電極パッド部ならびに第5リードフレーム151の電極パッド部全体を樹脂封止する。最後に、タイバーカットやリードフォーミングなどを施すことにより、ソリッドステートリレーを得る。
Thereafter, although not shown, the
また、前記光結合素子103は、発光ダイオードとフォトトライアックとを一つのパッケージに組み込むことにより形成されている。
The
このようなソリッドステートリレーにおいて例えばモータの負荷を駆動する際には、第1リードフレーム111のリード端子111aと第2リードフレーム121のリード端子121aとの間にモータを並列接続した状態で、リード端子111aおよびリード端子121a間に電流を流すことにより、モータの負荷を駆動していた。
In such a solid state relay, for example, when driving a motor load, a lead is connected in a state where the motor is connected in parallel between the
しかしながら、このようなソリッドステートリレーにおいては、負荷の短絡等によってソリッドステートリレーに過大な電流が流れたときに、トライアック素子102が発熱し、ジャンクション温度(トライアック素子102を構成する半導体層間の接合部温度)が上昇する場合があった。このジャンクション温度の上昇によって、特性の悪化や信頼性の低下が生じるのみならず、トライアック素子102の破壊または焼損や、ソリッドステートリレーを搭載した電子機器の破壊または焼損等が起こる場合があるといった問題があった。
However, in such a solid-state relay, when an excessive current flows through the solid-state relay due to a short circuit of a load or the like, the
このような問題を解決するために、過電流が流れた場合の保護手段としてヒューズを搭載したソリッドステートリレーがあった。また、特開昭63−29564号公報に開示されている半導体装置およびリードフレームおよび特開平8−116004号公報に開示されているパワーモールドダイオードは、ソリッドステートリレー内部の電力素子の電極とソリッドステートリレーのリード端子とを接続しているワイヤ線が、過電流が流れた場合に溶断するように構成されていた。
従来のソリッドステートリレーによれば、一般に、負荷短絡などによって過電流が流れた場合、ソリッドステートリレーを構成するトライアック素子やこのソリッドステートリレーを搭載した電子機器の破壊および焼損は防止できる。しかしながら、内部の配線経路を断線することを過電流対策としているため、負荷の交換などの電子機器の部品の補修と合わせて、断線したヒューズの交換やトライアック素子の交換などの回路基板の補修も実施する必要があり、補修に多大な時間と費用がかかるといった問題があった。 According to a conventional solid state relay, in general, when an overcurrent flows due to a load short circuit or the like, it is possible to prevent destruction and burnout of a triac element constituting the solid state relay and an electronic device equipped with the solid state relay. However, since disconnecting the internal wiring path is a countermeasure against overcurrent, repair of circuit boards such as replacement of disconnected fuses and replacement of triac elements is also performed along with repair of parts of electronic equipment such as replacement of loads. There was a problem that it was necessary to carry out and that it took a lot of time and money to repair.
一方、近年、ポリマPTC(positive temperature coefficient)と呼ばれる高分子系のPTCサーミスタ等が、性能向上に伴い、過電流や過熱対策用の保護素子として用いられている。このポリマPTCは、リセットできる自己復旧型のヒューズとして使われている。 On the other hand, in recent years, a polymer PTC thermistor called polymer PTC (positive temperature coefficient) has been used as a protective element for measures against overcurrent and overheating as performance is improved. This polymer PTC is used as a self-recoverable fuse that can be reset.
前記ポリマPTCは、導電性の粉体を混ぜ込んだ高分子の膜を2枚の電極箔で挟み、電極箔にリード端子を取り付けた構造になっている。このポリマPTCは、温度が上がると抵抗値が上昇する「正温度特性」を備えている。即ち、定常状態では、高分子中に分散する導電性の粉体を通じて電気が流れるため導電性をもち、高温状態では、高分子が熱膨張することで電極箔間の間隔が拡がり抵抗値が上昇する。従って、このポリマPTCを回路のヒューズとして用いることで、過電流が流れたときの発熱によってポリマPTC自体が過熱した状態になり抵抗値が上昇することにより、回路に流れ込む電流を制限することができる。さらに、その後、回路に印加される電圧を充分に下げたり、電源を切ったりしてポリマPTCの温度を下げることによって、ポリマPTCの抵抗値は再び下がり元の抵抗値に戻るので、従来のヒューズなどの過電流保護素子のように過電流遮断後に交換する必要がない。 The polymer PTC has a structure in which a polymer film mixed with conductive powder is sandwiched between two electrode foils, and lead terminals are attached to the electrode foils. This polymer PTC has a “positive temperature characteristic” in which the resistance value increases as the temperature rises. In other words, in the steady state, electricity flows through the conductive powder dispersed in the polymer, so that it has conductivity, and in a high temperature state, the polymer expands thermally, so that the distance between the electrode foils increases and the resistance value increases. To do. Therefore, by using this polymer PTC as a fuse of the circuit, the current flowing into the circuit can be limited by increasing the resistance value because the polymer PTC itself is overheated by the heat generated when the overcurrent flows. . Further, the resistance value of the polymer PTC is lowered again by returning the temperature of the polymer PTC by sufficiently lowering the voltage applied to the circuit or turning off the power supply. There is no need to replace after overcurrent interruption like overcurrent protection elements such as.
しかしながら、ポリマPTCをソリッドステートリレーに内蔵した場合、ポリマPTCは過電流による温度変化を検知して過電流を遮断する構造となっているため、搭載位置によっては、ソリッドステートリレー自体の正常な駆動による発熱や、電子機器の周囲温度の上昇などによる温度変化の影響を受けてしまう場合があり、ソリッドステートリレーを過電流から適切に保護することができないといった問題があった。 However, when the polymer PTC is built in the solid state relay, the polymer PTC has a structure that detects the temperature change due to overcurrent and shuts off the overcurrent. Therefore, depending on the mounting position, the solid state relay itself operates normally. There is a case that the solid state relay cannot be adequately protected from overcurrent because it may be affected by heat generation due to the temperature change or a temperature change due to an increase in the ambient temperature of the electronic device.
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、パッケージ内部において、ポリマPTCを用いて構成されたPTC素子を電力素子と直列接続した状態で挿入することで、ソリッドステートリレーおよびこのソリッドステートリレーを搭載した電子機器の焼損を防止することにより、電子機器の保守性に優れたソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器を提供することにある。 The present invention was devised to solve such problems, and an object of the present invention is to insert a PTC element formed using a polymer PTC in a package in a state of being connected in series with a power element, so that a solid state is obtained. An object of the present invention is to provide a solid state relay excellent in maintainability of an electronic device and an electronic device equipped with the same by preventing burning of the relay and the electronic device equipped with the solid state relay.
上記課題を解決するため、本発明のソリッドステートリレーは、図2に示すように、電気信号を光信号に変換する発光素子と該発光素子からの光信号を電気信号に変換する受光素子とを備えた光結合素子2と、該光結合素子2とともに略同一平面上に配置された負荷駆動用の電力素子としてのトライアック素子1と、前記光結合素子2およびトライアック素子1を樹脂封止するパッケージ樹脂部(領域Aに形成される)と、前記光結合素子2およびトライアック素子1の各電極と電気的に接続された複数のリード端子11a,21a,31a,41a,51aを備えたフレームと、トライアック素子1の第2電極1bが接続されている第6リードフレーム61の電極パッド部61bと第2リードフレーム21の電極パッド21bとの間に直列に接続されたPTC素子3とから構成されている。さらに、このPTC素子3はパッケージ樹脂部4内部に封止されている。
In order to solve the above problems, a solid state relay of the present invention includes a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and a light receiving element that converts an optical signal from the light emitting element into an electrical signal, as shown in FIG. The
即ち、過電流が流れた場合に、より早くPTC素子の抵抗値の上昇が起こるため、PTC素子による電流制限をより早く実施することができ、トライアック素子の破壊を防止することができる。その結果、電子機器の保守性に優れたソリッドステートリレーを得ることができる。 That is, when an overcurrent flows, the resistance value of the PTC element increases more quickly, so that the current limitation by the PTC element can be performed earlier and destruction of the triac element can be prevented. As a result, a solid state relay excellent in maintainability of electronic equipment can be obtained.
また、前記PTC素子が、電力素子の定格電流以上の大きさの電流が流れた場合に0.005〜0.5秒で抵抗値を変化させて電流を遮断するものであることが、トライアック素子の破壊を確実に防止することができるので好ましい。 Further, the PTC element is configured to cut off the current by changing the resistance value in 0.005 to 0.5 seconds when a current larger than the rated current of the power element flows. This is preferable because it can be surely prevented.
また、前記フレームのPTC素子接続部位にPTC素子用放熱板が一体形成されており、該PTC素子用放熱板がパッケージ樹脂部外部に導出されているものであってもよい。この場合、外部放熱部によってパッケージ樹脂部内部のPTC素子周辺部で発生した熱を外部に放熱させることができる
また、前記PTC素子用放熱板の熱抵抗が、前記PTC素子に電力素子の定格電流よりも小さい電流が流れる値であり、かつ、前記PTC素子に電力素子の定格電流以上の大きさの電流が流れた場合に0.005〜0.5秒で抵抗値を変化させて電流を遮断する範囲の値であることが、外部放熱部21cによってパッケージ樹脂部4内部の熱を外部に過大に放熱させることができるため好ましい。
Moreover, the PTC element heat sink may be integrally formed at the PTC element connection portion of the frame, and the PTC element heat sink may be led out of the package resin portion. In this case, the heat generated in the periphery of the PTC element inside the package resin part can be radiated to the outside by the external heat radiating part. Further, the thermal resistance of the PTC element radiating plate causes the rated current of the power element to flow to the PTC element. When a current that is smaller than the rated current of the power element flows through the PTC element, the resistance value is changed in 0.005 to 0.5 seconds to cut off the current. The value within the range is preferable because the heat inside the
また、前記PTC素子の抵抗値変化を外部に取り出すPTC素子用リード端子を備えているものであってもよい。この場合、PTC素子の抵抗値の増加量を取り出し、この増加量をソリッドステートリレーが搭載された電子機器の制御側へフィードバックすることにより、出力電流の制限を行うなどの動作制御を実施することができる。 Further, a lead terminal for a PTC element for taking out a change in resistance value of the PTC element to the outside may be provided. In this case, the amount of increase in the resistance value of the PTC element is taken out, and the amount of increase is fed back to the control side of the electronic device on which the solid state relay is mounted, thereby performing operation control such as limiting the output current. Can do.
また、前記PTC素子用放熱板または前記PTC素子用リード端子に抵抗が搭載され、該抵抗が前記PTC素子に並列に接続されているものであってもよい。この場合、パッケージ樹脂部内部に搭載されたPTC素子と外部PTC素子との抵抗分圧比によってパッケージ樹脂部内部に搭載されたPTC素子の抵抗値の調整を行うことができる。 Further, a resistor may be mounted on the PTC element heat dissipation plate or the PTC element lead terminal, and the resistor may be connected in parallel to the PTC element. In this case, the resistance value of the PTC element mounted inside the package resin portion can be adjusted by the resistance voltage dividing ratio between the PTC element mounted inside the package resin portion and the external PTC element.
また、前記フレームの電力素子実装部に固定された外部放熱板を備えており、該外部放熱板がパッケージ樹脂部表面上に配置され、前記PTC素子用放熱板または前記PTC素子用リード端子が、パッケージ樹脂部表面に沿って、前記パッケージ樹脂部表面の外部放熱板が配置された部位とは反対側に向けて折り曲げられているものであってもよい。この場合には、トライアック素子とPTC素子3との電気絶縁性を確保することができる。
In addition, an external heat dissipation plate fixed to the power element mounting portion of the frame is provided, the external heat dissipation plate is disposed on the surface of the package resin portion, and the PTC element heat dissipation plate or the PTC element lead terminal is provided. It may be bent along the surface of the package resin portion toward the opposite side of the surface of the package resin portion where the external heat sink is disposed. In this case, electrical insulation between the triac element and the
また、前記PTC素子用放熱板または前記PTC素子用リード端子にPTC素子が搭載され、該PTC素子が前記パッケージ樹脂部内部に封止されたPTC素子に直列に接続されているものであってもよい。この場合には、ソリッドステートリレー周囲において過大な熱が発生した場合にソリッドステートリレーの出力を遮断することができる。 Further, a PTC element may be mounted on the PTC element heat sink or the PTC element lead terminal, and the PTC element may be connected in series to the PTC element sealed inside the package resin portion. Good. In this case, the output of the solid state relay can be cut off when excessive heat is generated around the solid state relay.
また、本発明の電子機器は、前述したソリッドステートリレーを搭載したものである。 The electronic device of the present invention is equipped with the above-described solid state relay.
即ち、過電流が流れた場合に、より早くPTC素子の抵抗値の上昇が起こるため、PTC素子による電流制限をより早く実施することができ、トライアック素子の破壊を防止することができる。その結果、ソリッドステートリレーによる保守性が優れた電子機器を得ることができる。 That is, when an overcurrent flows, the resistance value of the PTC element increases more quickly, so that the current limitation by the PTC element can be performed earlier and destruction of the triac element can be prevented. As a result, it is possible to obtain an electronic device with excellent maintainability using a solid state relay.
本発明は上記のように構成したので、過電流が流れた場合に、PTC素子の抵抗値をより早く上昇することができるため、PTC素子による電流制限をより早く実施することができ、トライアック素子の破壊を防止することができる。その結果、電子機器の保守性に優れたソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, when an overcurrent flows, the resistance value of the PTC element can be increased more quickly, so that the current limitation by the PTC element can be performed earlier, and the triac element Can be prevented. As a result, it is possible to obtain a solid state relay excellent in maintainability of an electronic device and an electronic device equipped with the solid state relay.
以下、本発明のソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the solid state relay of the present invention and an electronic device equipped with the same will be described.
<実施形態1>
まず、本発明のソリッドステートリレーの実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
<
First,
図1は、本発明のソリッドステートリレーの一実施形態を示す斜視図であり、図2は、図1に示すソリッドステートリレーの内部構造を示す説明図である。なお、図2は、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。 FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the solid state relay of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing the internal structure of the solid state relay shown in FIG. FIG. 2 shows a state of the solid state relay before resin sealing.
本実施形態において、ソリッドステートリレーは、パッケージ樹脂部4の底面から外部に複数のリード端子(ここでは5本のリード端子11a,21a,31a,41a,51a)が導出されたシングルインラインパッケージと呼ばれる形状のものであり、主に小電力型から中電力型のソリッドステートリレーとして使用される。
In this embodiment, the solid state relay is called a single in-line package in which a plurality of lead terminals (here, five
また、ソリッドステートリレーは、パッケージ樹脂部4内部において、入力側に、発光素子としての発光ダイオードを有し、出力側に、電力素子である負荷駆動用のトライアック素子1と、発光素子の光を受けてトライアック素子1を点弧する受光素子としてのフォトトライアックとを有している。ここでは、前記発光ダイオードとフォトトライアックとを1個のパッケージに組み込んだ光結合素子2を用いている。この光結合素子2の第1端子2aは、フォトトライアックの一方の電極と接続されており、第2端子2bは、フォトトライアックの他方の電極と接続されており、第3端子2cは、発光ダイオードの一方の電極と接続されており、第4端子2dは、発光ダイオードの他方の電極と接続されている。
Further, the solid state relay has a light emitting diode as a light emitting element on the input side inside the
さらに、パッケージ樹脂部4の一側面には、トライアック素子1の自己発熱による特性低下を防ぐための外部放熱板5が配置されている。
Furthermore, on one side surface of the
このソリッドステートリレーを形成する際には、タイバー部10aおよびフレーム部10bに一体形成された複数のリードフレーム(第1リードフレーム11、第2リードフレーム21、第3リードフレーム31、第4リードフレーム41、第5リードフレーム51および第6リードフレーム61)から構成されたフレームを用いている。また、このフレーム上には、前記トライアック素子1と、前記光結合素子2と、ポリマPTCを用いて形成されたPTC素子3とが搭載されている。さらに、これらトライアック素子1、光結合素子2およびPTC素子3は、図2において領域Aに形成されるパッケージ樹脂部4(図1参照)によって、前記フレームの素子搭載部および電極パッド部とともに樹脂封止されている。
When this solid state relay is formed, a plurality of lead frames (
また、樹脂封止後には、タイバーカットを施すことにより、第1リードフレーム11、第2リードフレーム21、第3リードフレーム31、第4リードフレーム41、第5リードフレーム51の各リード端子11a,21a,31a,41a,51a間および第6リードフレーム61の延長部61aを接続しているタイバー部10aおよびフレーム部10bが除去される。さらに、本実施形態では実施しないが、前記リード端子11a,21a,31a,41a,51aには、完成品の形状により必要に応じてリードフォーミングが施される。
Further, after the resin sealing, the
このようなソリッドステートリレーを製造する際には、まず、第1リードフレーム11の素子実装部11bと、この素子実装部11bと一体形成された電極パッド部11cと、第2リードフレーム21の電極パッド部21bと、第3リードフレーム31の第1電極パッド部31bと、第4リードフレーム41の電極パッド部41bと、第5リードフレーム51の電極パッド部51bと、第6リードフレーム61の電極パッド部61bとに導電性ペーストをそれぞれ塗布する。さらに、素子実装部11b上に、底面に第1電極1aを備えているトライアック素子1を配置し、電極パッド部11c上に光結合素子2の第1端子2aを配置し、電極パッド部21b上にPTC素子3の一方の電極3aを配置し、電極パッド部31b上に光結合素子2の第2端子2bを配置し、電極パッド部41b上に光結合素子2の第3端子2cを配置し、電極パッド部51b上に光結合素子2の第4端子2dを配置し、電極パッド部61b上にPTC素子3の他方の電極3bを配置した状態で、リフローはんだを実施し、導電性ペーストを加熱硬化させる。
When manufacturing such a solid state relay, first, the
次いで、ワイヤ20a,20bを介して、トライアック素子1の第2電極1bを第6リードフレーム61の電極パッド部61bに電気的に接続し、トライアック素子1の第2電極1bと第2リードフレーム21のリード端子21aとの間に、PTC素子3を直列接続する。さらに、ワイヤ20cを介して、トライアック素子1のゲート電極1cを第3リードフレーム31の第2電極パッド部31cに電気的に接続する。
Next, the
その後、トライアック素子1、光結合素子2およびPTC素子3を、領域Aに形成されるパッケージ樹脂部4によって、第1リードフレーム11の素子実装部11bおよび電極パッド部11c、第2リードフレーム21の電極パッド部21b、第3リードフレーム31の第1電極パッド部31bおよび第2電極パッド部31c、第4リードフレーム41の電極パッド部41b、ならびに第5リードフレーム51の電極パッド部51bとともに樹脂封止する。
Thereafter, the
なお、トライアック素子1の自己発熱による特性低下を防ぐために、第1リードフレーム11の素子実装部11bは面積が大きく取られているとともに、この素子実装部11bには後に外部放熱板5を固定するための放熱板取付穴11b1が形成されている。さらに、パッケージ樹脂部4には前記放熱板取付穴11b1に連通した図示しない貫通孔(または凹部)が形成されており、放熱板取付穴11b1は、樹脂封止後もパッケージ樹脂部4で覆われずに露出した状態となっている。
In order to prevent deterioration in characteristics due to self-heating of the
最後に、タイバーカットや必要に応じてリードフォーミングなどを施した後、放熱板取付穴11b1および前記貫通孔(または凹部)に嵌合する形状の凸部を備えた外部放熱板5を、放熱板取付穴11b1および貫通孔(または凹部)に前記凸部を加圧挿入することによって、パッケージ樹脂部4の側面に取り付ける。この外部放熱板5により、トライアック素子1の自己発熱により生じたパッケージ樹脂部4内部の熱を外部に放熱することができる。
Finally, after performing tie bar cutting and lead forming as necessary, the heat radiating plate is provided with a heat radiating plate mounting hole 11b1 and an external
本実施形態のような形態でPTC素子3を搭載する場合、PTC素子3としては、面実装タイプを用いることが好ましく、特にリフローはんだに耐え得る程度の耐熱性を有するものを使用する。
When the
本実施の形態では、トライアック素子1、即ち電力素子にPTC素子3を直列に接続しているので、正常時にはPTC素子3に定常電流が流れている。そして、負荷短絡が起きるなどして過電流が流れた場合には、電力素子の発熱も重畳し、より早くPTC素子3の抵抗値の上昇が起こり、PTC素子3による電流制限が行われるため、トライアック素子の破壊を防止することができる。その結果、ソリッドステートリレーおよびこのソリッドステートリレーを搭載した電子機器の破壊を防止することができる。さらに、PTC素子3は自己復帰型の素子であるため、負荷の交換等といった主原因を取り除くことで前記電子機器を修復することができる。そのため、電子機器の保守・修復に必要な負担(時間およびコスト)が軽減される。
In the present embodiment, since the
一般的に、ポリマPTCが高抵抗になりPTC素子に流れる電流を制限(または遮断)している状態を「トリップしている」といい、通常の状態からトリップしている状態になるまでに要する時間をトリップ時間という。本実施形態においては、ソリッドステートリレーを保護するために、このトリップ時間の長さが0.005〜0.5S(秒)程度であることが望ましい。 In general, a state in which the polymer PTC has a high resistance and restricts (or cuts off) the current flowing through the PTC element is called “tripping”, and it is necessary to change from a normal state to a tripping state. Time is called trip time. In this embodiment, in order to protect the solid state relay, it is desirable that the length of the trip time is about 0.005 to 0.5 S (seconds).
図3は、図1に示すソリッドステートリレーを構成するPTC素子の動作特性の一例を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing an example of the operating characteristics of the PTC element constituting the solid state relay shown in FIG.
例えば、ソリッドステートリレーの実効オン電流の最大定格電流(IT)が、IT=4A(アンペア)であり、電力素子の耐電流量が10Aの場合は、PTC素子として、図3に示すような遮断電流−トリップ時間特性を有するものを用いることが望ましい。これは、定常状態では、充分な動作電流を確保でき、かつ、電力素子を破壊するような過電流が流れた場合には、瞬時に過電流を遮断するためである。 For example, when the maximum rated current (IT) of the effective on-current of the solid state relay is IT = 4 A (ampere) and the current withstand amount of the power element is 10 A, the breaking current as shown in FIG. -It is desirable to use one having a trip time characteristic. This is because in a steady state, a sufficient operating current can be secured, and when an overcurrent that destroys the power element flows, the overcurrent is instantaneously interrupted.
<実施形態2>
次に、本発明のソリッドステートリレーの実施形態2について、図面を参照しつつ説明する。
<
Next,
図4は、本発明のソリッドステートリレーの実施形態2を示す説明図であり、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。また、図5は、図4に示すソリッドステートリレーを構成する外部放熱部の一例を示す底面図であり、図6は、図4に示すソリッドステートリレーを構成する外部放熱部の他の例を示す底面図である。
FIG. 4 is an explanatory
一般に、ソリッドステートリレーを基板上に搭載して使用する際には搭載位置によって熱がこもりやすい場合がある。前述の実施形態1に示すソリッドステートリレーにおいては、図2に示すように、外部放熱板5によって自己発熱による性能低下を防止しているが、この外部放熱板5は素子搭載部11bに接続されているため、この素子搭載部11bにトライアック素子1、ワイヤ20a,20bおよび電極パッド61bを介して直列接続されているPTC素子3に対しては、この外部放熱板5を設けた効果が得られない場合がある。この場合、PTC素子3のみが温度上昇してしまい、高抵抗になって電流を遮断してしまう場合がある。
Generally, when a solid state relay is mounted on a board and used, heat may be easily accumulated depending on the mounting position. In the solid state relay shown in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
本実施形態においては、図4に示すように、PTC素子3の一方の電極3aが接続されている電極パッド部21bに外部放熱部21cを一体形成している。この外部放熱部21cは、図5に示すように、樹脂封止時にパッケージ樹脂部4によって覆われず、樹脂封止後はパッケージ樹脂部4側面から外部に導出される。このような構成を有するため、本実施形態のソリッドステートリレーによれば、外部放熱部21cによってパッケージ樹脂部4内部のPTC素子3周辺部で発生した熱を外部に放熱させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, an external
なお、外部放熱部21cによってパッケージ樹脂部4内部の熱を外部に過大に放熱させてしまうと、過電流時にトリップできないといった現象が起きてしまう。このような現象を防止するために、外部放熱部21cの大きさは、外部放熱部21cの熱抵抗を考慮して決定する必要がある。さらに、ソリッドステートリレーの実効オン電流の最大定格電流に対して電力素子の耐電流量に余力がある場合は、外部放熱部21cを形成することなく、第2リードフレーム21のリード端子21aのみで、PTC素子3で発生した熱をパッケージ樹脂部4内部から外部へ充分に放熱できる場合もある。
In addition, if the heat inside the
なお、トライアック素子1に電気的に接続されている外部放熱板5とPTC素子3に電気的に接続されている外部放熱部21cとの間は、電気絶縁性を確保する必要がある。そのために、図示していないが、外部放熱部21cを各リード端子と同様のリード形状に形成して、基板にソリッドステートリレーを搭載した際に同時に外部放熱部21cの下端部を基板に形成された孔に挿入固定することで、外部放熱板5や各リード端子との間隔を確保してもよい。また、図6に示すように、外部放熱部21cを、パッケージ樹脂部4側面に沿って、外部放熱板5取付位置とは反対側の矢印Cで示す方向へ折り曲げてもよい。
In addition, it is necessary to ensure electrical insulation between the external
<実施形態3>
次に、本発明のソリッドステートリレーの実施形態3について、図面を参照しつつ説明する。
<
Next,
図7は、本発明のソリッドステートリレーの実施形態3を示す説明図であり、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。
FIG. 7 is an explanatory
本実施形態のソリッドステートリレーにおいては、PTC素子3の一方の電極が接続されている電極パッド部21bとPTC素子3の他方の電極が接続されている電極パッド部61bとに、PTC素子用リード端子21d,61cがそれぞれ一体形成されている。
In the solid state relay of the present embodiment, the lead for the PTC element is connected to the
これらPTC素子用リード端子21d,61cは、PTC素子3の抵抗値を測定するために形成されている。PTC素子3の抵抗値は、パッケージ樹脂部4底面から導出されているリード端子を用いて測定することもできるが、各リード端子には動作電流が流れているため、専用のリード端子を設ける方が精度良く抵抗値を測定することができる。
These PTC
一般に、PTC素子3は、遮断電流よりも低い電流が流れている場合にも、抵抗値が増加している。本実施形態のソリッドステートリレーによれば、PTC素子用リード端子21d,61cを備えているため、これらPTC素子用リード端子21d,61cを用いてPTC素子3の抵抗値の増加量を取り出し、この増加量をソリッドステートリレーが搭載された電子機器の制御側へフィードバックすることにより、例えばマイコン(マイクロコンピュータ)などで出力電流の制限を行うなどの動作制御を実施することができる。この場合、低電流領域でのトリップ時間までの反応が早すぎるPTC素子を用いた場合はマイコンの制御前に低電流領域でトリップしてしまう。そのため、ここでは、PTC素子として遮断電流−トリップ時間特性の傾きが急峻なものを使用する必要がある。
In general, the resistance value of the
また、PTC素子用リード端子21d,61cを、その表面積を大きくして、実施形態2のソリッドステートリレーのように、外部放熱部として用いてもよい。
Further, the
<実施形態4>
次に、本発明のソリッドステートリレーの実施形態4について、図面を参照しつつ説明する。
<
Next, a fourth embodiment of the solid state relay of the present invention will be described with reference to the drawings.
図8は、本発明のソリッドステートリレーの実施形態4の一実施例を示す説明図であり、図9は、本発明のソリッドステートリレーの実施形態4の他の実施例を示す説明図であり、図8および図9は、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the fourth embodiment of the solid state relay of the present invention, and FIG. 9 is an explanatory diagram showing another example of the fourth embodiment of the solid state relay of the present invention. 8 and 9 show a state of the solid state relay before resin sealing.
本実施形態のソリッドステートリレーは、前述の実施形態1〜3のソリッドステートリレーと比較すると、パッケージ樹脂部4外部に、パッケージ樹脂部4内部に搭載されたPTC素子3と並列に接続された抵抗としての外部PTC素子30を備えている点で異なっている。
Compared with the solid state relays of the first to third embodiments described above, the solid state relay of the present embodiment is a resistor connected in parallel to the
図8に示すソリッドステートリレーにおいては、PTC素子3の一方の電極が接続されている電極パッド部21bとPTC素子3の他方の電極が接続されている電極パッド部61bとに、抵抗接続用電極パッド部21e,61dがそれぞれ一体形成されている。さらに、抵抗接続用電極パッド部21eには外部PTC素子30の一方の電極30aが接続されており、抵抗接続用電極パッド部61dには外部PTC素子30の他方の電極30bが接続されている。
In the solid state relay shown in FIG. 8, the electrode for resistance connection is connected to the
また、図9に示すソリッドステートリレーにおいては、図7に示すソリッドステートリレーと同様に、PTC素子3の一方の電極が接続されている電極パッド部21bとPTC素子3の他方の電極が接続されている電極パッド部61bとに、リレー形状の抵抗接続用リード端子21f,61eがそれぞれ一体形成されている。さらに、本実施形態においては、抵抗接続用リード端子21fに外部PTC素子30の一方の電極30aが接続されており、抵抗接続用リード端子61eに外部PTC素子30の他方の電極30bが接続されている。
Further, in the solid state relay shown in FIG. 9, the
前述した実施形態1〜3のソリッドステートリレーのようにパッケージ樹脂部4内部にPTC素子3を搭載した場合、樹脂封止後にPTC素子3の抵抗値を調整することはできない。本実施形態のソリッドステートリレーによれば、パッケージ樹脂部4外部に抵抗として外部PTC素子30を搭載することにより、パッケージ樹脂部4内部に搭載されたPTC素子3と外部PTC素子30との抵抗分圧比によってパッケージ樹脂部4内部に搭載されたPTC素子3の抵抗値の調整を行うことができる。
When the
しかしながら、このような形態においては、パッケージ樹脂部4内部に配置されたPTC素子3が高抵抗になった際に大電流が流れてしまう場合があるので、ソリッドステートリレーの耐電流量に注意するとともに、パッケージ樹脂部4内部に搭載されたPTC素子3自体のワッテージ(消費電力)にも注意する必要がある。
However, in such a configuration, a large current may flow when the
<実施形態5>
次に、本発明のソリッドステートリレーの実施形態5について、図面を参照しつつ説明する。
<
Next,
図10は、本発明のソリッドステートリレーの実施形態5を示す説明図であり、ソリッドステートリレーの樹脂封止前の状態を示している。
FIG. 10 is an explanatory
本実施形態のソリッドステートリレーを製造する際には、フレームとして、トライアック素子1の第1電極1aが接続されている第1リードフレーム11とPTC素子3の一方の電極が接続されている電極パッド部21bとに、リレー形状の外部PTC素子接続用リード端子11d,21fがそれぞれ一体形成されたものが用いられる。この外部PTC素子接続用リード端子21fには外部PTC素子31の一方の電極31aが接続されており、外部PTC素子接続用リード端子11dには外部PTC素子31の他方の電極31bが接続されている。さらに、ソリッドステートリレーを基板に搭載する際には、外部PTC素子接続用リード端子11d,21fの下端部を基板にそれぞれ固定した後、例えば図中破線B1,B2で示す位置をカットすることによって、第1リードフレーム11から外部PTC素子接続用リード端子11dを切り離している。即ち、本実施形態のソリッドステートリレーには、パッケージ樹脂部4内部に搭載されたPTC素子3のみならず、このPTC素子3に直列に接続された外部PTC素子31も搭載されている。
When manufacturing the solid state relay of this embodiment, as a frame, an electrode pad to which the
このような構成を有するため、本実施形態のソリッドステートリレーによれば、ソリッドステートリレー周囲において過大な熱が発生した場合にソリッドステートリレーの出力を遮断することができる。なお、本実施形態においては、外部PTC素子として、ソリッドステートリレーのディレーティング(故障原因の軽減)を考慮して、最大動作温度における電流量がソリッドステートリレー自体やこのソリッドステートリレーが搭載される電子機器の耐電流量以下となるような特性を有するものが選択される。 With this configuration, according to the solid state relay of this embodiment, the output of the solid state relay can be cut off when excessive heat is generated around the solid state relay. In the present embodiment, considering the derating of the solid state relay (reduction of the cause of failure) as the external PTC element, the current amount at the maximum operating temperature is mounted on the solid state relay itself or this solid state relay. Those having characteristics that are less than or equal to the withstand current of the electronic device are selected.
また、本発明の電子機器は、前述した実施形態1〜5に示すソリッドステートリレーのうちのいずれか一つを搭載したものであるため、電子機器の焼損を防止することができる。 Moreover, since the electronic device of the present invention is equipped with any one of the solid state relays shown in the above-described first to fifth embodiments, the electronic device can be prevented from being burned out.
本発明のソリッドステートリレーおよびこれを搭載した電子機器は、過電流遮断後のリレー交換が困難な場合、または補修にかかる時間や費用を削減する場合に活用できる。 The solid state relay of the present invention and an electronic device equipped with the solid state relay can be used when it is difficult to replace the relay after the overcurrent is interrupted, or when the time and cost for repair are reduced.
1 トライアック素子
2 光結合素子
3 PTC素子
4 パッケージ樹脂部
5 外部放熱板
10a タイバー部
10b フレーム部
11 第1リードフレーム
11a リード端子
21 第2リードフレーム
21a リード端子
31 第3リードフレーム
31a リード端子
41 第4リードフレーム
41a リード端子
51 第5リードフレーム
51a リード端子
61 第6リードフレーム
30 外部PTC素子
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記フレームに電気的に接続されることにより電力素子の一つの電極とリード端子との間に直列に接続されたPTC素子を搭載しており、該PTC素子がパッケージ樹脂部内部に封止されていることを特徴とするソリッドステートリレー。 An optical coupling element including a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and a light receiving element that converts an optical signal from the light emitting element into an electrical signal, and a load drive disposed on the same plane together with the optical coupling element Power element, a package resin portion for resin-sealing the optical coupling element and the power element, and a frame including a plurality of lead terminals electrically connected to the electrodes of the optical coupling element and the power element A configured solid state relay,
A PTC element connected in series is mounted between one electrode of the power element and the lead terminal by being electrically connected to the frame, and the PTC element is sealed inside the package resin portion. Solid-state relay characterized by
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| KR20180071113A (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-27 | 한국단자공업 주식회사 | Electronic parts |
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-
2007
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