堆叠式LED结构实现紧凑型多通道光学耦合器
StackingLEDdie realizes high density Multi-Channel optocoupler
现代光学耦合器的核心是输入端的LED和输出端的光电探测器,它们被绝缘的光传导介质隔开。光电探测器可以是光电晶体管,可以是带有晶体管的光电二极管,也可以是集成式检测器或逻辑集成电路。大多数光学耦合器都经过UL1577、CSA和IEC/DIN EN/EN 60747-5-2基本安全标准认证。
在某些情况下,人们特别希望提高一个封装中光学耦合器的数量,以优化生产成本和节约电路板空间。例如,在计算机系统中,在一个封装中集成两条以上的光学耦合器通道,可以明显降低并行接口和串行接口的部件数量和电路板空间。
以前把两个以上的光学耦合器集成到一个DIP/表面封装的浇铸封装中是一个很大的挑战。主要问题来自已有的封装工艺和LED方块的正面发光特点,部分难点如下。
● 制造工艺增加,工艺复杂程度增加;
● 光学耦合器通道之间的光泄漏/串扰;
● 由于隔离材料放置困难而导致IC芯片数量提高的相关问题;
● 由于要求的引线框和封装图形,需要明显增大封装。
光学耦合器制造技术
光学耦合器的工作基础是LED发出的光通过透明的绝缘介质到光电探测器,这种介质提供2.5～6kV范围的高压绝缘。光耦合程度取决于光导材料。绝缘将通过光导材料本身或额外的光传导介电材料实现。LED的排列、光导材料、介电材料和IC都会直接影响光耦合和高压绝缘的性能。一般来说,光学耦合器封装与传统集成电路封装类似,但它采用独特的工艺步骤和必要的材料,以形成光导,满足高压绝缘要求。下面将介绍各种浇铸光学耦合器的制造方法、使用的材料、工艺和受到的限制。
1 双浇铸工艺
如图1所示,在单通道光学耦合器的双浇铸工艺中,LED和IC通过模具连接到两个不同的引线框和焊接线上。然后使用焊接把两个引线框组合在一起。在引线框焊接完毕后,LED直接面向IC,位于IC上方。然后,组合好的引线框使用白色光传导化合物进行浇铸,构成光导装置,把光从LED传送到IC光电检测器上。白色化合物还提供了高压绝缘功能。最后,得到的组件使用不透明的化合物浇铸,构成最终的封装轮廓。
2 介电材料放置工艺
如图2所示,在介电材料放置工艺中,LED和IC的排列与双浇铸工艺相同。但它不使用白色化合物,而是在LED和IC之间使用硅树脂,形成光导装置。它在LED和IC之间放一个光传导介电装置,形成高压绝缘。最后,器件使用不透明的浇铸化合物封装。
3 平面工艺
如图3所示,在平面工艺中,LED和IC位于与引线框和焊接线相同的平面中。然后使用一层透明的硅树脂,以近似圆屋顶形覆盖LED和IC。硅树脂提供了光导能力。为防止光逸出,在透明硅树脂上使用了一层白漆,来自LED的光会在圆屋顶内部反射到IC上。最后,器件使用不透明的浇铸化合物封装。
