[发明专利]双向光敏晶闸管芯片和固态继电器

说明书

技术领域

本发明涉及双向光敏晶闸管芯片和使用上述双向光敏晶闸管芯片的固态继电器(以下简称SSR)。

背景技术

一直以来，作为在交流中使用的SSR，具有图13所示的电路结构。该SSR8包括：由LED(发光二极管)等的发光元件1和触发用的双向光敏晶闸管2形成的光触发耦合器3；用于实际控制负载的双向晶闸管(以下有时也称为主晶闸管)4；和由电阻器5、电容6等形成的缓冲电路7。

另外，构成上述SSR8的光触发耦合器3的等效电路图如图14所示。双向光敏晶闸管2包括CH(沟道)1的光敏晶闸管9和CH2的光敏晶闸管10。而且，CH1的光敏晶闸管9构成为将PNP晶体管Q1的基极与NPN晶体管Q2的集电极连接，另一方面，使PNP晶体管Q1的集电极与NPN晶体管Q2的基极连接。同样，CH2的光敏晶闸管10构成为使PNP晶体管Q3的基极与NPN晶体管Q4的集电极连接，另一方面，使PNP晶体管Q3的集电极与NPN晶体管Q4的基极连接。

并且，在上述CH1侧中，PNP晶体管Q1的发射极直接与电极T1连接。另一方面，NPN晶体管Q2的发射极直接与电极T2连接，基极经由控制极电阻11与电极T2连接。同样，在CH2侧中，PNP晶体管Q3的发射极直接与电极T2连接。另一方面，NPN晶体管Q4的发射极直接与电极T1连接，基极经由控制极电阻12与电极T1连接。

具有上述结构的光触发耦合器3如以下的方式动作。即，图14中，在电极T1－电极T2间偏置比元件的导通电压(约1.5V)高的电压的电源电压的条件下，首先，在电极T1侧比电极T2侧更加位于正电位的情况下，当双向光敏晶闸管2接收来自LED1的光信号时，CH1侧的NPN晶体管Q2成为导通状态。这样一来，CH1侧的PNP晶体管Q1的基极电流被引出，该PNP晶体管Q1导通。接着，利用PNP晶体管Q1的集电极电流，对CH1侧的NPN晶体管Q2供给基极电流，通过正反馈使CH1侧的PNPN部导通，从电极T1向电极T2流动与交流电路的负载相应的导通电流。此时，在CH2侧，偏压施加的朝向相反，因此不产生PNPN部的正反馈，仅1次光电流流动。

另一方面，在上述电极T2侧比电极T1侧更加位于正电位的情况下，CH2侧的PNPN部与上述的情况完全同样地进行正反馈动作而导通，在CH1侧中仅1次光电流流动。

这样一来，当上述CH1侧的PNPN部或者CH2侧的PNPN部导通动作时，该电流流入主晶闸管4的控制极，使主晶闸管4导通。

具有上述那样的上述光触发用的双向光敏晶闸管2和用于实际控制负载的双向晶闸管即主晶闸管4的混合结构的SSR8，具有能够增大电流容量的特征。其理由在于，为了采用垂直型的芯片结构，电流路径与PNPN元件的面积成比例地增加，因此能够减小芯片尺寸。即，可以说为效率与成本之比高的结构。

对此，不利的点在于：(1)为了获得垂直型芯片结构，需要采用隔离型或台面型结构，难以制作；(2)因上述(1)的原因，工艺成本高；(3)主晶闸管4不能够利用光来触发(由于作为主晶闸管4的触发电流需要大约10mA，利用光励起产生的载流子电流大幅不足)。

近年来，围绕电子产业的经济环境变得日益残酷，电子设备的成本的降低和轻便性的提高的期望日益增加。为了应对这样的要求，在具有图13所示的结构的现有的SSR中，例如尝试为了削减部件数量，省略主晶闸管4制作图12所示的电路结构的SSR，仅利用上述光触发用的双向光敏晶闸管直接控制负载。

如上所述，能够制作省略了主晶闸管的电路结构的SSR，作为能够直接控制负载的上述光触发用的双向光敏晶闸管，具有在专利第4065825号公报(专利文献1)中公开的双向光敏晶闸管芯片。

图15表示公开于上述专利文献1中公开的双向光敏晶闸管芯片中的概略图案布局。另外，图16和图17是图15中的B‐B’向视截面概略图。此外，图16表示光打开时的状态，图17表示光关闭时即电压反转时(换流时)的状态。

在上述现有的双向光敏晶闸管芯片中，在平面图中如图15所示，具有相对于中心线A‐A’和与该中心线正交的线B‐B’的交点180度旋转对称即相对于上述交点呈点对称的图案。另外，在截面图中，如图16和图17所示，构成为相对于与中心线A‐A’正交的垂直方向的线C‐C’左右对称。以下，相对于中心线A‐A’和线C‐C’，将左侧的光敏晶闸管称为CH1的光敏晶闸管20a，将右侧的光敏晶闸管称为CH2的光敏晶闸管20b。