Der AD6C111 ist ein Solid State Relais der amerikanischen Firma Solid State Optronics. Die Isolationsfähigkeit zwischen Ansteuerung und Last beträgt mindestens 5000V. Auf der Eingangsseite befindet sich eine Leuchtdiode. Die Lastseite besitzt eine gewisse Hysterese, so dass das Relais typischerweise bei einem Strom von 1,75mA durch die Leuchtdiode einschaltet und spätestens bei 0,5mA wieder abschaltet. Die Schalter am Ausgang isolieren bis zu einer Spannung von 400V. Im leitenden Zustand dürfen bis zu 120mA fließen. Der Widerstand beträgt typischerweise 17Ω. Zum Einschalten benötigt der Baustein üblicherweise 0,75ms. Beim Ausschalten kann man mit 0,05ms rechnen.
Das Schaltbild im Datenblatt zeigt, dass sich auf der Ausgangsseite zwei antiserielle MOSFETs befinden. Der Pin 5 stellt einen Mittelabgriff dar. Laut Datenblatt handelt es sich um DMOS-Transistoren.
Öffnet man das Gehäuse, so wird eine weiße Masse sichtbar. Darunter befinden sich die Leuchtdiode und die Steuerschaltkreis für die Leistungstransistoren. Die Leistungstransistoren befanden sich in den oberen Ecken des Gehäuses. Die einzelnen Elemente sind jeweils auf eigenen Stanzgitterelementen platziert.
Beim Freilegen der Halbleiter lösen sich sowohl die Leuchtdiode als auch der Steuerschaltkreis.
Die Kantenlänge der Leuchtdiode beträgt nur 0,32mm. Die Oberfläche ist überraschend rau.
Der hier zu sehende Baustein wurde so geöffnet, dass man die Unterseite des inneren Aufbaus sieht. Die beiden Leistungstransistoren sind auf diesem Bild deutlich zu erkennen. Im unteren Bereich sieht man den Träger der Leuchtdiode, der vom Pin 1 in die Mitte führt.
Die Abmessungen der Leistungstransistoren betragen 1,0mm x 1,1mm. Die Zeichen VF05 sind ein Hinweis um welchen Transistortyp es sich handelt.
Die Datenbücher des amerikanischen Halbleiterherstellers Supertex enthalten Bilder eines MOSFET-Designs, das genau zum vorliegenden Die passt. Dieses Design kam demnach für mehrere DMOS-Transistoren zum Einsatz und trägt die Bezeichnung VF05.
Nach dem Herausnehmen des Steuerschaltkreises kann man gut erkennen, dass das weiße Material nur eine Schutzschicht ist, die eine klare Vergussmasse umgibt.
Das klare Vergussmaterial dient als Lichtleiter zwischen der Leuchtdiode und dem Steuerschaltkreis.
Der Steuerschaltkreis ist 1,6mm x 1,3mm groß.
Einen Großteil der Fläche nehmen vierzehn in Serie geschaltete Photodioden ein. Die Photodioden erfüllen eine Doppelfunktion. Sie empfangen das Licht der Leuchtdiode, dienen so als Empfänger für das Steuersignal und erzeugen daraus gleichzeitig die notwendige Energie zum Betrieb der Schaltung. Die aktiven Bereiche der Photodioden haben eine Kantenlänge von 0,25mm.
Die Isolationsrahmen erinnern an den TP1322. Sie sind sehr dünn, besitzen abgerundete Ecken und ihre Oberflächen sind strukturiert. Das würde dafürsprechen, dass der AD6C111 eine dielektrische Isolation besitzt.
Zwei ungenutzte Strukturen zeigen den typischen Aufbau von NPN-Transistoren. Innerhalb der kontaktierten grünen Fläche, die offensichtlich die Basisfläche darstellt, befindet sich eine kleinere kontaktierte Fläche, die den Emitter darstellt. Der dritte Kontakt ist dann der Kollektoranschluss, unter dem eine starke n-Dotierung für eine niederohmige Verbindung sorgt.
Das Die besitzt zwei Metalllagen. Die obere Metalllage dient hauptsächlich dazu die Schaltung abzuschatten, damit das Licht der Leuchtdiode nicht zu unkontrollierten Stromflüssen führt.
Entfernt man die Metalllage, so wird die Funktionsweise der Schaltung klarer.
Die große Struktur im unteren Bereich sticht optisch heraus. Es handelt sich um einen Widerstand. Unter der Widerstandsstruktur sind unterschiedliche Elemente zu erkennen. Ob die Elemente eine relevante Funktion haben oder nur Teststrukturen sind bleibt unklar.
Die Schaltung ist nicht allzu komplex. Unter der oberen Metalllage befindet sich die typische Struktur eines PNP-Transistors und ein Widerstand. Für die beiden Kapazitäten C1 und C2 nutzt man die Basis-Kollektor-Flächen von NPN-Transistoren.
Die Schaltung ist so aufgebaut, dass sie eine gewisse Hysterese darstellt. Liefern die Photodioden einen kleinen Strom, so fließt dieser über die Emitter-Basis-Strecke des Transistor Q1 und die Widerstandskette R1/R2. Entsprechend seiner Stromverstärkung schließt Q1 einen Großteils des Stroms kurz und die Leistungstransistoren bleiben inaktiv.
Erhöht sich der Strom aus den Photodioden, so steigt anfänglich auch der Strom durch Q1. Typisch für einen lateralen PNP-Transistor reduziert sich dabei allerdings dessen Verstärkungsfaktor. Das führt dazu, dass ab einem gewissen Strom aus den Photodioden der Strom durch den Transistor sinkt beziehungsweise die Spannung ansteigt. Die beiden Leistungstransistoren werden leitend.
Reduziert sich der Strom aus den Photodioden, so leitet der Transistor Q1 irgendwann wieder verhältnismäßig mehr Strom und die Spannung an den Leistungstransistoren bricht zusammen. Die Kondensatoren C1 und C2 sorgen dafür, dass die Schaltung nicht oszilliert.
