JPH0210878A

JPH0210878A - 電力用素子

Info

Publication number: JPH0210878A
Application number: JP1085625A
Authority: JP
Inventors: Lynn Karl Wiese; リン、カール、ウイーゼ
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-01-16
Also published as: EP0336173A2; EP0336173A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光結合部を介して励起が行われることにより
入力端子と出力端子との間で広範囲に亘って高電圧絶縁
が実現されるようにした電力用素子、特に光励起式半導
体スイッチング素子に関する。さらに詳細に言えば、本
発明は固体リレーをパッケージソゲするために便利でコ
スト的に良好な技術によって形成された高電圧絶縁を改
善することに関する。

〔従来の技術〕

従来の固体素子は組立の間連続処理作業のために連続供
給するリールに巻回された帯状形のリードフレームを使
用することによって製造されていた。例えば、このよう
なパッケージング方法は低電圧信号への適用に関する米
国特許第４２１４３６４号明細書に開示されている。こ
の方法の最終段階ではトリミング作業の前にトランスフ
ァモールドが通常行われ、それによって連続するパッケ
ージ間を橋絡している金属材料が切断される。このよう
な低電圧信号への適用のために、能動または受動電気・
電子デバイスがマウントされる基板を絶縁することは比
較的Ｎ１ｔｈかつ容易に行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

固体リレーやホトカプラーの如きパワーデバイスの場合
には、従来技術の連続処理ステップによって金属基板の
有効な絶縁を図るパワーデバイス等はこれらに対して共
通な高電圧サージによる重要な問題を有している。特に
、リードフレーム内に支持された金属基板は電圧サージ
に耐え得るように完成パッケージ内では電気的に絶縁さ
れることが必要である。連続的なパッケージング技術の
ステップにおいては、トリミング作業は通常はアース電
位に対して比較的短いアーク路を存する基板に接続され
た金属遮断部を露出させる。このようなパワーデバイス
は熱発散の要求を満たすために内部基板からヒートシン
クに到り熱伝導を高める平坦状マウント表面を有してい
る。このようなヒートシンクは高熱伝導と有効な発散の
ために通常は金属で構成されるので、高電圧サージが基
板とヒートシンクとの間を橋絡するかまたは両者の間に
アークを形成する。

その一つの解決方法によれば、一種のセラミック材料の
ような絶縁基板が装備されるが、しかしながらその使用
は例えばパッケージングプロセスにおいて材料の許容温
度範囲以上の温度に加熱することを必要とするろう付け
によって金属リードを取付けるための特別な処理ステッ
プを必要とするやセラミック基板のコストおよびその使
用に付随する特別な処理のために、かかる解決方法はセ
ラミック基板を装備している電力用素子の総コストを増
大させている。同様に、セラミック材料の脆弱性はそれ
らのパッケージに機械的損傷を比較的少は易くさせてい
る。

そこで、本発明は、パッケージの外部環境に対して金属
基板の高電気絶縁が図られるような、金属基板を利用し
た電力応用のためのパッケージング技術を提供すること
を課題とする。

本発明の他の課題は、著しく大きな付加的なコスト増を
招くことなく、高電圧サージに耐える電気絶縁を得るこ
とにある。

本発明のさらに他の課題は、手間が掛かったりまた煩わ
しかったりする処理ステップを付加することなく、適用
される外部環境に対して基板の高電気絶縁を得ることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

概括的に言えば、本発明は回路エレメントがマウントさ
れる内部金属基板を有する電子回路素子等のためのモー
ルドパッケージの形状を得るものである。モールドパッ
ケージは内部金属基板とその外部個所との電位差によっ
て生じる電圧サージを受ける。モールドパッケージは、
このモールドパッケージが形成されるまで内部金属基板
を支持している支持部材の遮断点が配置された少なくと
も一つの窪み部を有している。遮断点は窪み部の最も内
側の部分に配置される。

従って、本発明は、上述した課題を解決するために、電
力用素子は回路エレメントをマウントするために内部エ
レメント支持部材を有するモールド本体を含み、このモ
ールド本体は内部エレメント支持部材と回路エレメント
とを包み込むためにリードフレーム上にトランスファモ
ールドによって成形され、エレメント支持部材はリード
フレーム間を橋絡する少な（とも一つのタブによって支
持され、モールド本体は前記少なくとも一つのタブが配
置された少なくとも一つの窪み部を有し、前記少なくと
も一つのタブは、電圧サージに耐え得るようにエレメン
ト支持部材を絶縁するために前記少なくとも一つの窪み
部の最も内側の部分に、予め与えられた遮断点を形成す
る薄肉部分を有することを特徴とする。

本発明の実施態様によれば、少なくとも２個の窪み部が
設けられ、これらにはそれぞれ金属基板の支持部材に形
成された遮断部が配置される０回路素子は複数個のリー
ドを含んでおり、それらのリードの内部自由端はモール
ドパッケージ内に配置された回路エレメントの電極に接
続されている。

詳細に述べれば、４個のリードが設けられ、その内２個
は入力端子として使用され、他の２個は出力端子として
供給される。固体素子が電子回路素子として使用される
場合には、発光半導体が２個の入力端子に接続され、光
トライアックが発光半導体の光放射に応答してターンオ
ンすることによって２個の出力端子間に導電路を形成す
る。

【実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

図面において同一部分には同一符号が付されている。第
１図においてはリードフレームの一部分が全体を１０で
示され、このリードフレーム１０は１１．１２．１３で
示された３個のチップまたはグイ位置を有している。リ
ードフレームは間隔をおいた平行な側辺部材１４と間隔
をおいた平行な横方向部材１６とを有している。

可動ウェブ部材１５は常設される目的を存さないので二
点鎖線にて仮想的に示されており、素子本体がモールド
された後可動ウェブ部材１５が除去されるまでリードフ
レーム内で一時的な支持を行うために使用される。

横方向部材１６は側辺部材１４間に延在して側辺部材１
４を結合する。各横方向部材１６は一方の側面がピンま
たは端子２１〜２４の狭小端部のための支持部を構成し
、かつその一方の側面とは反対側の側面が若干変則的な
形状に成形された金属基板２８のための２個の支持タブ
２６．２７を構成している。基板２８の突出領域はダイ
チップパッド２９を構成している。ピンまたはリード２
１〜２４の自由端部はワイヤボンディングに便利なよう
にするためにパッド２９の近辺へ案内されている。

第２図は第１図のリードフレームｌＯの２−２線に沿っ
た断面図である。この第２図から明らかなように、チッ
プマウントパッド２９はリードフレーム１０の平面全体
から少し下げられて成形されている。このような配置に
よれば、パッド２９上への光トライアックチップのマウ
ントを容易になる。なお、発光ダイオードはり一部２２
上に設置されてリード２１に電気的に接続される。この
場合、リード２１．２２は発光ダイオードのための入力
端子対を構成し、光トライアックは出力リード２３．２
４に接続される。この実施例においては入力デバイスと
しての発光ダイオードと出力デバイスとしての光トライ
アックとが一緒に使用されているが、人力電子部品と出
力電子部品とは種々多様な組み合わせが有利に可能であ
る。さらに、本発明の原理は多数の電力応用機器におけ
るサージ等の高電位に耐えるように充分に絶縁された金
属基板を有するのが望ましい電気・電子素子に容易に適
用可能である。

第３図は第１図の３−３線に沿った断面図である。第３
図に示された断面図は第１図における全てのタブ２６．
２７の特徴を示している。特に第３図においては断面を
薄くされた遮断部３１が示されている。各タブ２６．２
７における遮断部３１はタブ２６．２７に対して遮断点
を精密に配置するためにエツチングまたは他の成形方法
によってほぼ半分の厚さに形成されている。この遮断部
３１はリードフレーム１０の裏側から成形されているが
、原理的には表側または裏側の何れの側から成形しても
よい。

第４図はリードフレーム１０のグイ位置に対応して置か
れたトランスファモールドパッケージ３２を示す、マウ
ントの目的で、孔３３は適当なヒートシンクにパッケー
ジ完成品を固定するために設けられている。第５図はタ
ブ２６．２７の遮断部３１の一つをそれぞれ含んでいる
切欠３６．３７の一方の個所でパッケージを通る第４図
の５−５線に沿った断面図を示す。本発明の第１の特徴
は切欠３６．３７の内部の奥の方に遮断部３１の遮断点
を配置することである。このような配！により、アーク
路の長さは遮断部が第４図のパッケージの側壁３８に形
成される場合よりも著しく増大する。さらに、アーク路
の長さは切欠３６．３７の寸法を適切に選定することに
よっても容易にコントロールすることが出来る。

第６図は第４図において切欠３６．３７およびマウント
孔３３を這る線６−６に沿ったパッケージの断面図を示
す、第６図においては、それぞれ１つの遮断部３１がそ
れぞれの切欠の底部に配置されている。しかも、遮断部
３１は第５図に示したように各切欠３６．３７の内部の
奥の方に配置されている。第４図、第５図および第６図
から明らかなように、本発明の図示された実施例の範囲
内に在る電力用素子の動作において経験したことから考
えればピーク電圧サージを超過するような電圧を存する
非常に長いアーク路が形成されることによってのみ通過
することの出来る非常に有効な絶縁バリヤを構成するた
めに、各遮断部３１はモールド３２の多量の絶縁材料に
よって取り囲まれている。

第７図は端子リード２１〜２４と、マウント孔３３と、
切欠３６．３７とを有する単一モールドパッケージ３２
の外観図を示す、モールドパッケージ３２のための典型
的な内部回路図は第８図に概略が図示されている０発光
ダイオード４１は光結合路４３を介して第８図のモール
ドパッケージ３２内の光トライアック４２に照射される
光エネルギーを放射する。実際には、ダイオード４１は
光結合路４３を形成する透明材料のビーズ内に光トライ
アック４２と共に設けられた赤外線発光ダイオードとし
ても良い、光結合装置は周囲光が光トライアックに作用
するのを防ぐために濃い黒に着色されたパッケージ３２
の絶縁材料内に入れられる。パッケージ３２の黒色化は
同様にその輻射熱の発散を高める。さらに、ゼロ電位ク
ロス検知回路４４がリード２３．２４間における交流線
間電圧のゼロクロス点でトライアック４２を点弧させる
ことが出来る。

遮断部が置かれる窪み部または切欠の幾何学的形状の利
点は、製造プロセスにおいて付加的なモールドまたはポ
ツティングステップを省略することが出来ることである
。

上述した素子パッケージ用のヒートシンクは平坦面を本
質的に存することが考慮されるのであるが、ヒートシン
クはマウント装！（通常はマウント孔）を有する素子本
体を締付けるクリップの形を採ることが出来る。素子が
ヒートシンクに平坦にマウントされると、孔３３はねじ
のための通路または本体をヒートシンクに固定したりま
たヒートシンク自体を固定したりする他の軸方向固定手
段のための通路を構成する。何れにしても、上述の原理
は周囲から絶縁されることが必要である金属基板を入れ
られたモールドパッケージに対して多く適用される。こ
れらの場合、パッケージ内に収容された実際の内部回路
装置はその適用に合った好ましい形状にすることが出来
る。

以上全ての目的および利点を達成する新規なバッキング
装置について説明した。しかしながら、優れた実施例を
開示した本発明の明細書および図面を斯酌すれば、本発
明について多くの変更、修正、変形および他への使用と
適用を技術的に良好に行えることが明らかになろう０例
えば、上述の物理的配置を適当に変形することが出来る
ことが明らかになろう。例えば、金属基板のための遮断
部の配置に対応して切欠を設ける代わりに、遮断部に対
応する位置に穴明けを行ってもよい、このような装置に
おいては、穴明けは遮断部を備えるのに丁度充分である
ように設定された深さにて行われ、それにより遮断部は
円筒状窪み部の底部に収容されるようになる０本発明の
精神および範囲を逸脱しないような全ての変更、修正、
変形および他への使用および適用は特許請求の範囲に限
定されている本発明に包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続リードフレームにおける連続パッケージン
グ位置を示す概略図、第２図は第１図における２−２線
に沿った断面図、第３図は第１図における３−３線に沿
った断面図、第４図は第１図のリードフレームのパフケ
ージング位置の一つにおけるモールドパッケージ本体の
構成を示す概略図、第５ｒｙＪは第４図における５−５
線に沿った断面図、第６図は第４図における６−６線に
沿った断面図、第７図は第１図のリードフレームに利用
される単一パッケージの外観図、第８図は第７図のパッ
ケージ内に取付けられる通常のチップの内部概略図であ
る。１０・・・リードフレーム１１１２．１３・・・チップまたはグイ位置１４・・・
側辺部材１６・・・横方向部材２１．２２．２３．２４・・・ビンまたはリード２６．
２７・・・支持タブ２８・・・金属基板２９・・・チップマウントパッド３１・・・遮断部３２・・・トランスファモールドパッケージ３３・・・
マウント孔３６．３７・・・切欠４１・・・発光ダイオード４２・・・光トライアック４３・・・光結合部４４・・・ゼロ電位クロス検知回路

Claims

【特許請求の範囲】１）電圧サージを受け易いカプセル化された電力用素子
において、前記電力用素子は回路エレメントをマウント
するために内部エレメント支持部材を有するモールド本
体を含み、このモールド本体は前記内部エレメント支持
部材と回路エレメントとを包み込むためにリードフレー
ム上にトランスファモールドによって成形され、前記エ
レメント支持部材はリードフレーム間を橋絡する少なく
とも一つのタブによって支持され、前記モールド本体は
前記少なくとも一つのタブが配置された少なくとも一つ
の窪み部を有し、前記少なくとも一つのタブは、電圧サ
ージに耐え得るように前記エレメント支持部材を絶縁す
るために前記少なくとも一つの窪み部の最も内側の部分
に、予め与えられた遮断点を形成する薄肉部分を有する
ことを特徴とする電力用素子。２）外部接続を行うためにモールド本体の内部から延ば
された複数個の端子リードを含み、その端子リードの内
側端部は回路エレメントの電極に接続されることを特徴
とする請求項１記載の電力用素子。３）モールド本体に設けられた第２の窪み部と、内部エ
レメント支持部材を支持すると共に前記第２の窪み部の
内側部分に第２の遮断点を形成する第２の薄肉部分が配
置された第２のタブとを含むことを特徴とする請求項２
記載の電力用素子。４）複数個の端子リードは少なくとも一つの窪み部と第
２の窪み部とが配設された第１の共通周辺側部とは反対
側に位置するモールド本体の第２の共通周辺側部に配設
されることを特徴とする請求項３記載の電力用素子。５）内部エレメントが固定される大きい方の表面上に平
坦領域を有する内部エレメント支持部材を含み、絶縁モ
ールド材料のモールド部分が前記内部エレメントを含む
エレメント支持部材を収容し、少なくとも一つのタブが
前記エレメント支持部材の外側から前記モールド部分の
周囲表面に向けて延在して前記内部エレメント支持部材
を支持し、少なくとも一つのタブが断面を薄くされた遮
断領域を有すると共に前記モールド部分は前記遮断領域
の位置に対応して切欠窪みを有し、それにより前記少な
くとも一つのタブは前記遮断領域が前記切欠窪み部の境
界に前記エレメント支持部材に対して露出配置され、そ
れによって前記エレメント支持部材の絶縁は少なくとも
１ｋＶ以上の電圧サージに耐え得ることを特徴とするパ
ッケージ素子。６）絶縁材料のモールド本体と電圧サージに耐え得るよ
うに絶縁されることを必要とする内部エレメント支持部
材とを含み、前記モールド本体はこのモールド本体の外
表面から内部へ向けて延在する少なくとも一つの窪み部
を有し、この窪み部内に配置された遮断点は前記内部エ
レメント支持部材のための支持部を構成する部材から残
され、それによって前記窪み部は前記遮断点から前記内
部エレメント支持部材の電位差を有する個所に到る電位
アーク路の距離を増大させることを特徴とする電力用半
導体素子。７）モールド本体に設けられた第２の窪み部と、内部エ
レメント支持部材を支持すると共に前記第２の窪み部の
内側部分に第２の遮断点を形成する第２の薄肉部分が配
置された第２のタブとを含むことを特徴とする請求項６
記載の電力用半導体素子。８）外部接続を行うためにモールド本体の内部から延ば
された複数個の端子リードを含み、その端子リードの内
側端部は回路エレメントの電極に接続されることを特徴
とする請求項７記載の電力用半導体素子。９）複数個の端子リードは少なくとも一つの窪部みと第
２の窪み部とが配設された第１の共通周辺側部とは反対
側に位置するモールド本体の第２の共通周辺側部に配設
されることを特徴とする請求項８記載の電力用半導体素
子。１０）複数個の端子リードは２個の入力端子リードと２
個の出力端子リードとを含み、内部エレメントは前記２
個の出力端子リードに接続された光トライアックを含み
、かつ入力電流に応じて前記光トライアックを光学的に
駆動するために前記２個の入力端子リードに接続された
発光半導体を含むことを特徴とする請求項９記載の電力
用半導体素子。１１）内部エレメントは２個の出力端子リードに加えら
れる交流電位のゼロクロス点でターンオンするために光
トライアックに接続されたゼロクロス検知手段を含むこ
とを特徴とする請求項９記載の電力用半導体素子。１２）発光半導体は赤外線発光ダイオードを含むことを
特徴とする請求項１０記載の電力用半導体素子。