CN109301028B - 一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法，首先制作塑封光电耦合器的承载结构，采用了设计成形的内部光导介质成型结构，有效地提高器件的光电耦合效率，并且无需采用改变光导介质内腔形状的多种成型模具或改变光导介质透明度的掺杂工艺以及改变引线框架金岛角度的复杂步骤，便可方便达到光电耦合器电流传输比(CTR)参数精确可调的目的，只需开发一次外壳注塑模具，即可实现光电耦合器产品的塑封化和性能参数分档精细化的要求，优化了共面光耦的光电耦合效率，解决了一次注塑模具实现光电耦合器电流传输比(CTR)精细化分档的共面封装问题，从而在降低产品模具开发成本的基础上，实现了光电耦合器的塑封化及产品性能参数精确可控的目标。
Description
技术领域
本发明属于光电集成电路领域，具体涉及一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法。
背景技术
目前，国际主流的共面型塑封光电耦合器采用多次成型工艺技术，制作过程中，为了形成光通路需要进行光导介质的注入成型，图1为这种制作方式的光电耦合器光导介质成型模具，首先使用导电胶将光电耦合器的发光芯片和受光芯片粘接在金属引线框架的管腿的金岛表面上，键合丝使芯片和金岛形成电气连接，两个金岛之间间隔一定距离，形成电气隔离。待光导介质注入并完成固化后，翻转光导介质成型模具，形成图2所示半成品形态，最终光电耦合器成品电路形态如图3所示，其中塑封的共面光电耦合器外壳，需要使用集成电路外壳成型模具，将塑粉料注塑成型。因此，在这种类型的塑封光耦制作过程中，需要使用两种类型的成型模具，即内层光导介质注入成型模具和外壳塑封注塑模具。
对光电耦合器而言，电流传输比是该类型器件的重要性能指标之一，它直接反映了器件的光电耦合效率。共面型塑封光电耦合器是一种间接型光电耦合器件，它的基本工作原理是将发光管发出的光，通过半圆形光导介质的界面反射，从而传输至受光芯片转化为电信号输出；光信号反射传输至有效受光区的效率直接影响光耦的电流传输比这一重要参数，而半圆形光导介质的高度、界面弧度对光电转化效率起主导作用。美国专利Methodof marking an optoelectronic device专利号5614131授权人Prosanto K和美国专利Optical coupler专利号5389578授权人Lester L，利用光导介质成型模具来实现半圆形光导介质反射界面。欧洲专利Optocoupler with improved light transmissivity专利号0103032A1授权人Cook在传统光导介质中使用特殊材质光导管来提高光的反射和传输特性。而美国专利Photo-electric coupling device专利号4322628授权人Toshiaki Tanaka和美国专利optical isolator having leadframe with non-planar mounting portions专利号5751009授权人Samuel J使用特殊结构金属引线框架来增强受光芯片对发光管侧面发光的接收以及增强发光管顶部光线的反射，从而提高光电转化效率。在光电耦合器的实际使用过程中，电流传输比一般要求达到一定范围以方便用户分档使用，上述专利技术方案如果需要满足分档要求，需要调整光导介质成型腔体高度、表面弧度、光导介质透明度以及特殊金属框架发光芯片金岛和受光芯片金岛的相对位置和角度。因此，需要使用不同腔体形状的光导介质成型模具或者需要使用不同透明度的光导介质(改变材料组分)或者需要使用不同形状的金属引线框架，无论是改变光导介质成型模具、改变现有的金属引线框架制作模具还是改变光导介质材料组分，在实际制作和生产过程中存在高成本及工艺难题，因此以上专利技术方案存在很大的使用局限性。
发明内容
为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法，只需开发一次外壳注塑模具，即可实现光电耦合器塑封成型，能有效地提高器件的光电耦合效率，实现了光电耦合器产品的塑封化和性能参数分档精细化的要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法，具体包括以下步骤：
步骤1，制作塑封光电耦合器的承载结构，承载结构包括金属引线框架和引线框架载具，并将金属引线框架和引线框架载具固定；
步骤2，将塑封光电耦合器中的发光芯片和受光芯片分别与金属引线框架连接；
步骤3，制作共面光电耦合器光导介质的围坝胶体；
步骤4，向步骤形成的围坝胶体表面涂覆第一反射胶层，并将第一反射胶层固化；
步骤5，向步骤4完成第一反射胶层涂覆的围坝胶体围成的空间内侧注入光导胶体；
步骤6，向光导胶体的表面涂覆第二反射胶层，涂覆之后进行热固化；则共面光电耦合器内部电路及胶体反射***加工完成。
步骤7，对步骤6完成的共面光电耦合器内部电路及胶体反射***注塑。
步骤8，对步骤7注塑后的共面光电耦合器引线框架进行电镀、冲切以及管腿整形得到所要制作的塑封光电耦合器。
引线框架载具的中央开设有用于放置金属引线框架的凹坑，凹坑的底面开设有若干凹槽，凹槽位于金属引线框架上金岛缝隙的正下方。
金属引线框架包括两侧的金属带，金岛以及管腿设置在金属带之间，管腿与金属带连接，金岛与管腿连接。
引线框架载具的一周开设有若干用于固定金属引线框架的螺纹孔，螺纹孔的数量与金属压条的数量相匹配。
凹坑为条形凹坑，凹槽的形状为矩形。
步骤2中对光电耦合器的金岛进行粘接，粘接完成后在150±5℃条件下进行烘焙。
步骤2中粘接发光芯片和受光芯片采用人工粘接方式或者自动粘片机进行。
步骤3中，使用点胶平台加载有机硅橡胶，用点胶头将有机硅橡胶挤压在金属引线框架中央的金岛上，完成后对围坝胶体进行热固化。
步骤5中光导胶体的高度和顶面曲率通过改变步骤3中围坝胶体的高度和所围面积来确定。
步骤6中第二反射胶层采用反射硅胶。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：采用了设计成形的内部光导介质成型结构，有效地提高器件的光电耦合效率，并且无需采用改变光导介质内腔形状的多种成型模具或改变光导介质透明度的掺杂工艺以及改变引线框架金岛角度的复杂步骤，便可方便达到光电耦合器电流传输比(CTR)参数精确可调的目的，只需开发一次外壳注塑模具，即可实现光电耦合器产品的塑封化和性能参数分档精细化的要求；本发明放弃了内层光导介质成型模具的使用，将传统共面塑封光耦的多模具注入技术更改为一次注塑成型；采用新型共面光电耦合器光导介质拱形圆顶形成结构，能灵活调整围坝的面积、线条的线径、线条高度，从而方便调节拱形光导介质圆顶的形态，达到光电耦合器电流传输比(CTR)传输延迟精确可调的目的；采用围坝侧墙增强反射技术，增强发光芯片侧面光的反射效果，提高器件的光电耦合效率。
附图说明
图1传统共面型光电耦合器内层光导介质成型模具示意图；
图2传统共面型光电耦合器内层光导介质固化后的截面示意图；
图3传统共面型光电耦合器外壳注塑成型后的成品电路示意图；
图4塑封电路引线框架全局示意图；
图5引线框架局部放大示意图；
图6为金属引线框架与引线框架载具完成装载示意图；
图7为引线框架载具的示意图；
图8为光电耦合器的发光芯片和受光芯片粘接完成后的示意图；
图9为图8的局部放大示意图；
图10为自动点胶平台向载具上的引线框架金岛四周注胶示意图；
图11(a)为围坝胶体的局部放大图；图11(b)是图11(a)的A-A’方向局部剖视图，图11(c)
是图11(a)的B-B’方向局部剖视图；
图12(a)是围坝胶体表层涂覆第一反射胶层的示意图，图12(b)为图12(a)中A-A’方向剖视图，图12(c)为图12(a)中B-B’方向剖视图；
图13(a)是注入光导介质的局部放大图，图13(b)是图13(a)的A-A’向剖视示意图，图13(c)是图13(a)的B-B’向剖视示意图；
图14(a)是光导介质表层涂覆反射胶的示意图，图14(b)是图14(a)的A-A’方向剖视图，图14(c)是图14(a)的B-B’方向剖视图；
图15是单件光电耦合器成品。
1-管腿，2-金属引线框架，3-键合丝，4-发光芯片，5-受光芯片，6-金岛，7-点胶头，8-引线框架载具，9-凹坑，10-凹槽，11-螺纹孔，12-金属压条，13-围坝胶体，14-第一反射胶层，15-光导胶体，16-第二反射胶层，17-耦合器外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本专利做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
传统的共面型塑封光电耦合器采用多次成型工艺技术，制作过程如图1～图3所示，图1为该工艺制作所用光电耦合器光导介质成型模具，首先使用导电胶将光电耦合器的发光芯片和受光芯片粘接在金属引线框架的管腿的金岛表面上，键合丝使芯片和金岛形成电气连接，两个金岛之间间隔一定距离，形成电气隔离。待光导介质注入并完成固化后，翻转光导介质成型模具，形成图2所示半成品形态，最终光电耦合器成品电路形态如图3所示，其中塑封的共面光电耦合器外壳17，需要使用集成电路外壳成型模具，将塑粉料液化后利用成型模具注塑成型。因此，在这种类型的塑封光耦制作过程中，需要使用两种类型的成型模具，即内层光导介质注入成型模具和外壳塑封注塑模具。
本发明以一种双列四线普通塑封电路引线框架为光电耦合器电气承载体为例，通过一系列制作工艺流程来阐述一种一次成型的共面塑封光电耦合器制作方法。
如图4所示，金属引线框架2为上下两层，通过注塑能够生产20支电路；图5为引线框架局部放大图；如图6所示，金属引线框架2放置在引线框架载具8中的情形；如图7所示，引线框架载具8中心区域设置有条形的凹坑9，其长度和宽度与金属引线框架2相匹配，设计值略大于框架尺寸，确保金属引线框架2能够完全置入引线框架载具8的凹坑9之中；在凹坑9底面设置若干方形凹槽10，其相对位置处于金属引线框架2上金岛缝隙的正下方，凹槽10的作用是为后续注入光导介质提供金属引线框架背面缝隙胶体固化成型的空间；引线框架载具8的一周开设有用于固定金属引线框架2和引线框架载具8的螺纹孔11，引线框架载具8通过金属压条12和螺纹孔11与金属引线框架2固定连接，螺纹孔11的数量与金属压条12的数量相匹配，每个金属压条12的两端均对应一个螺纹孔11，通过螺纹孔11使金属压条12便于固定和拆卸；将金属引线框架2装入引线框架载具8并固定后，使用人工粘接方式或者自动粘片机对光电耦合器的发光芯片4和受光芯片5进行粘接；该步骤操作完成后引线框架载具8与金属引线框架2的外部结构及位置如图8和图9所示，图9为图8的局部放大图，发光芯片4和受光芯片5使用导电胶粘接在金岛6靠近金岛缝隙的边缘；粘接完成后使用热固化方式进行烘焙，实现导电胶体的固化；如图9所示局部放大图中粘接的发光芯片4和受光芯片5的两个金岛6之间缝隙为光耦的电气隔离特性提供了物理实现方式；电路的管腿1之间相互连接，待注塑完成后使用标准塑封电路冲切工艺进行分离；
发光芯片4和受光芯片5粘接固化完成后，制作共面光电耦合器光导介质的阻挡体，即围坝胶体13；如图10所示，自动点胶平台的点胶头7，使用点胶平台加载围坝有机硅橡胶13，有机硅橡胶13具有较强的粘滞性，随点胶头7滴注在金属引线框架2中央的金岛6上不会发生胶体坍塌和流向四周的情况，在点胶过程中用金属压条12固定金属引线框架2和引线框架载具8，点胶头7围绕发光芯片4和受光芯片5的金岛6，完成首尾封闭的围坝胶体13的制作，完成后的围坝胶体13形态如图11(a)、图11(b)以及图11(c)所示，图11(a)是完成围坝胶体13的局部放大图，图11(b)是图11(a)的A-A’方向局部剖视图，图11(c)是图11(a)的B-B’方向局部剖视图。
引线框架中央围坝胶体制作的具体细节如图11(a)所示，图11(a)中显示金岛6正面的围坝具***置，斜纹实线表示已经完成的围坝胶体13，它围绕在发光芯片4和受光芯片5的周围，形成一个封闭的矩形，在整个围坝制作过程中，采用自动化点胶平台，通过自动化控制的方式，精确控制围坝胶体的线径粗细、高度和围坝的具***置，A-A’和B-B’方向剖面情况详见图11(b)和图11(c)。通过点胶平台可以改变围坝胶体13所围面积，在光导介质注入量和围坝胶体13高度相同的情况下，面积小的围坝，能增加聚拢的胶体高度，通过改变围坝胶体13所围面积来改变胶体的高度和曲率。
改变围坝胶体13的制作参数(面积/线径/高度)，能有效地控制后续光导介质注入围坝内侧腔体后的拱形圆顶表面曲率，从而控制共面光电耦合器发光芯片4和受光芯片5的光电耦合特性，即通过自动化点胶平台改变围坝胶体13的形态，精确调节共面光电耦合器的性能参数；当点胶形成围坝胶体13热固化完成后，进行围坝胶体13的反射介质滴注涂覆，围坝胶体13表层涂覆第一反射胶层14的正面如图12(a)所示，图12(b)为图12(a)中A-A’方向剖视图，图12(c)为图12(a)中B-B’方向剖视图，自动点胶平台加载反射胶，对图11所示的围坝胶体13进行涂覆，即在图11(a)中围坝胶体13的正面覆盖第一反射胶层14，增强对光的反射，提高光电耦合器受光芯片5的光电转化能力；第一反射胶层14经点胶头7涂覆完成后进行热固化处理，增强反射胶体的黏附性。
随后在第一反射胶层14固化完成的基础上，进行共面光电耦合器光导介质的注入，如图13所示，其中图13(a)是注入光导介质的局部放大图，图13(b)是图13(a)的A-A’方向剖视图，图13(c)是图13(a)的B-B’方向剖视图，首先使用自动键合设备对引线框架载具8上的金属引线框架2中的发光芯片4和受光芯片5进行压焊键合，已完成的键合丝3如图13(a)所示，紧接着使用自动点胶平台加载光导介质，自动控制点胶头7对围坝胶体13内部区域进行滴注光导胶体15，滴注完成后立即进行热烘焙，实现光导胶体15的固化；在围坝胶体13的阻挡作用及胶体的表面张力的共同作用下，光导介质注入完成后可形成拱形圆顶结构，拱形圆顶的曲率由光导介质的多少以及围坝的高低和面积所决定，注胶量的多少以及围坝的高低和面积通过自动化点胶平台精确控制和实施，最终有效形成形态饱满的拱形圆顶，如图13(b)和图13(c)所示；金岛6下方的光导介质是由于两个金岛6之间存在缝隙，在热固化过程中，光导介质渗入载具8底面的方形凹槽10中所致。
为了使拱形圆顶达到最佳反射效果，使用自动点胶平台加载反射硅胶，对已固化完成的拱形圆顶表面滴注涂覆第二反射胶层16，反射硅胶附着完成后进行热固化成型，光导介质表层涂覆反射胶的正面A-A’方向及B-B’方向剖视图如图14所示，图14(b)是图14(a)的A-A’方向剖视图，图14(c)是图14(a)的B-B’方向剖视图，附着在光导胶体15表面的第二反射胶层16与围坝胶体13表层的第一反射胶层14起同种增强表面反射作用，第二反射胶层16的涂覆效果如图14(b)和图14(c)所示，本发明制作的共面型光电耦合器采用多层胶体***，包括围坝胶体13、第一反射胶层14、光导胶体15及第二反射胶层16；每一次涂覆或滴注之后都伴随胶体热固化过程。
如图14(a)、14(b)和14(c)所示，第二反射胶层16涂覆且其热固化过程完成后，共面光电耦合器内部电路及胶体反射***在引线框架2上完成加工。对金属引线框架2使用一次注塑工艺便可完成共面光电耦合器外壳17的制作，随后通过常规电镀、冲切、管腿1整形等工艺步骤的加工，最终成品电路如图15所示。
本发明所述方案已实际完成产品的研制，本发明所述样品的电路已通过可靠性试验验证，效果良好。
Claims (7)
1.一种一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，制作塑封光电耦合器的承载结构，承载结构包括金属引线框架(2)和引线框架载具(8)，并将金属引线框架(2)和引线框架载具(8)固定；
步骤2，将塑封光电耦合器中的发光芯片(4)和受光芯片(5)分别与金属引线框架(2)粘接，金属引线框架(2)包括两侧的金属带，金岛(6)以及管腿(1)设置在金属带之间，管腿与金属带连接，金岛(6)与管腿(1)连接；
步骤3，制作共面光电耦合器光导介质的围坝胶体(13)，使用点胶平台加载有机硅橡胶，用点胶头(7)将有机硅橡胶挤压在金属引线框架(2)中央的金岛(6)的周围，完成后对围坝胶体(13)进行热固化；采用自动化点胶平台精确控制围坝胶体的线径粗细、高度和围坝的具***置；
步骤4，向步骤3形成的围坝胶体(13)表面涂覆第一反射胶层(14)，并将第一反射胶层(14)固化；
步骤5，向步骤4完成第一反射胶层(14)涂覆的围坝胶体(13)围成的空间内侧注入光导胶体(15)；自动控制点胶头(7)对围坝胶体(13)内部区域进行滴注光导胶体(15)，滴注完成后立即对光导胶体(15)的固化；在围坝胶体(13)的阻挡作用及胶体的表面张力的共同作用下，光导介质注入完成后形成拱形圆顶结构，拱形圆顶的曲率由光导介质的多少以及围坝的高低和面积所决定；
步骤6，向光导胶体(15)的表面涂覆第二反射胶层(16)，涂覆之后进行热固化；则共面光电耦合器内部电路及胶体反射***加工完成；
步骤7，对步骤6完成的共面光电耦合器内部电路及胶体反射***注塑；
步骤8，对步骤7注塑后的共面光电耦合器引线框架进行电镀、冲切以及管腿(1)整形得到所要制作的塑封光电耦合器。
2.根据权利要求1所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，引线框架载具(8)的中央开设有用于放置金属引线框架(2)的凹坑(9)，凹坑(9)的底面开设有若干凹槽(10)，凹槽(10)位于金属引线框架(2)上金岛缝隙的正下方。
3.根据权利要求2所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，引线框架载具(8)的一周开设有若干用于固定金属引线框架(2)的螺纹孔(11)，螺纹孔(11)的数量与金属压条(12)的数量相匹配。
4.根据权利要求2所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，凹坑(9)为条形凹坑，凹槽(10)的形状为矩形。
5.根据权利要求2所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，步骤2中对光电耦合器的金岛(6)进行粘接，粘接完成后在150±5℃条件下进行烘焙。
6.根据权利要求1所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，步骤2中粘接发光芯片(4)和受光芯片(5)采用人工粘接方式或者自动粘片机进行。
7.根据权利要求1所述的一次成型的塑封光电耦合器制作方法，其特征在于，步骤6中第二反射胶层(16)采用反射硅胶。
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