CN118248687A - 一种叠层微晶光耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层微晶光耦合器，包括基板、发光芯片、接收芯片、透明膜片和封装胶体；基板为双面板，两端分设有输入侧焊盘和输出侧焊盘；输入侧焊盘的上下两面、输出侧焊盘的上下两面通过半孔工艺连接，为表贴焊盘；接收芯片安装于基板的正面，接收芯片通过引线方式直接和所述输出侧焊盘电连接，或通过引线方式和驱动芯片连接，再通过驱动芯片和输出侧焊盘电连接，驱动芯片安装于输出侧焊盘上，其漏级直接和输出侧焊盘连接；透明膜片设置在接收芯片的感光区域的上方；发光芯片以倒置安装方式设置在透明膜片的上方，并通过引线方式连接到输入侧焊盘。本发明以基板为载体形成表贴封装结构，可简化生产工艺，且产品外形尺寸可大大缩小。

Description

一种叠层微晶光耦合器

技术领域

本发明涉及光耦合器领域，尤其涉及一种叠层微晶光耦合器。

背景技术

现有光MOS固态继电器主要采用引线框架作为芯片载体，将光MOS芯片，发光芯片和接收芯片(PVG芯片)装架在引线框架上，借助于键合引线(金丝、铝丝、铜丝)实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接。

发光芯片和接收芯片装架主要有两种方案，一种是在同一引线框架上将发光芯片和接收芯片装架在一起，点透明硅胶将发光芯片和接收芯片包裹在一起，发光芯片点亮后光线在胶体内反射传送到接收芯片端，接收端接收到信号后导通工作。其产品结构如图1所示。另一种是将发光芯片装架在输入端引线框架上，接收芯片装架在输出端引线框架上，输入和输出端芯片装架键合好后，将输入端和输出端引线框架对射放置封装在一起，使发光芯片正对接收芯片，形成光路导通。产品结构如图2所示。

采用引线框架封装的产品，产品尺寸包括芯片装架键合区域和引脚成型区域，芯片平铺放置，产品尺寸很难缩小。目前最小的4引脚产品整体尺寸长宽高为10mm×4.5mm×3.65mm。产品外形如图3所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型封装的光耦合器。

为实现上述目的，本发明提供了一种叠层微晶光耦合器，包括基板、发光芯片、接收芯片、透明膜片和封装胶体；

所述基板为双面板，所述基板的两端分设有输入侧焊盘和输出侧焊盘；所述输入侧焊盘的上下两面通过半孔工艺连接，所述输出侧焊盘的上下两面通过半孔工艺连接；所述输入侧焊盘和所述输出侧焊盘为所述叠层微晶光耦合器的表贴焊盘；

所述接收芯片安装于所述基板的正面，所述接收芯片通过引线方式直接和所述输出侧焊盘电连接，或通过引线方式和驱动芯片连接，再通过所述驱动芯片和所述输出侧焊盘电连接，所述驱动芯片安装于所述输出侧焊盘上，其漏级直接和所述输出侧焊盘连接；

所述透明膜片设置在所述接收芯片的感光区域的上方；

所述发光芯片以倒置安装方式设置在所述透明膜片的上方，并通过引线方式连接到所述输入侧焊盘；

所述封装胶体对安装在所述基板正面的器件进行密封。

进一步的，所述叠层微晶光耦合器至少包括一个光耦合器单元；每个光耦合器单元包括一个发光芯片、一个接收芯片，并对应两个输入侧焊盘和两个输出侧焊盘；所述发光芯片的两端分别和两输入侧焊盘连接；各光耦合器单元共用或独立包括一个透明膜片。

进一步的，所述光耦合器单元不包括驱动芯片，所述接收芯片的正极和负极直接和两输出侧焊盘连接。

进一步的，所述光耦合器单元的所述驱动芯片包括一个光MOS芯片，所述光MOS芯片安装于第一输出侧焊盘上，其漏极直接和第一输出侧焊盘连接，其栅极和所述接收芯片的正极连接，其源极和所述接收芯片的负极连接，并通过引线方式和第二输出侧焊盘连接。

进一步的，所述光耦合器单元的所述驱动芯片包括两个光MOS芯片，两个光MOS芯片分别安装在两个输出侧焊盘上，所述光MOS芯片的漏极直接和对应的输出侧焊盘直接连接，其栅极通过引线方式和所述接收芯片的正极连接，其源极通过引线方式和所述接收芯片的负极连接，且两个光MOS芯片的源极通过引线方式直接连接。

进一步的，所述叠层微晶光耦合器为四引脚结构，包括一个光耦合器单元，所述光耦合器单元包括一个发光芯片、一个接收芯片、一个透明膜片，并对应两个输入侧焊盘和两个输出侧焊盘。

进一步的，所述叠层微晶光耦合器的输入侧至输出侧方向为所述基板和所述封装胶体的长度方向，所述封装胶体的长度小于所述基板的长度，所述封装胶体的宽度等于所述基板的宽度。

进一步的，所述封装胶体的封装方法为：所述基板在完成电路装配后，避开所述半孔，在所述基板的正面进行注塑封装。

进一步的，所述叠层微晶光耦合器的输入侧至输出侧方向为所述基板和所述封装胶体的长度方向，所述封装胶体的长度等于所述基板的长度，所述封装胶体的宽度等于所述基板的宽度。

进一步的，所述封装胶体的封装方法为：所述基板在完成电路装配后，先将半孔用胶体堵住，堵孔之后再在所述基板的正面进行注塑封装。

与现有技术的引线结构光耦合器相比，本发明的优点是：

本光耦合器采用以基板为载体的表贴结构，生产工艺简化，产品外形尺寸可大大缩小。

附图说明

图1是现有技术的反射式封装产品结构示例；

图2是现有技术的对射式封装产品结构示例；

图3是现有技术的光耦合器的产品外形三视图；

图4是本发明的光耦合器的结构示意图；

图5是本发明的发光芯片和接收芯片相对位置图；

图6是本发明的未采用光MOS芯片驱动的光耦合器的产品装架芯座示意图；

图7是本发明的具有单个光MOS芯片的光耦合器的产品装架芯座示意图；

图8是本发明的具有两个光MOS芯片的光耦合器的产品装架芯座示意图；

图9是本发明的光耦合器的一实施例的产品结构图；

图10是本发明的光耦合器的另一实施例的产品结构图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1：

如图4、图5和图6所示，本发明给出了一种集成有MOSFET驱动电路的光耦合器(或称光继电器)的结构简图。本光耦合器产品采用基板1作为载体，产品先装架接收芯片2，在接收芯片2的感光区域上方增加透明膜片3进行垫高，透明膜片3上方再装上倒置安装的发光芯片4，让发光芯片4的发光面正对接收芯片2的感光面，中间增加透明膜片3，形成光路，让发光芯片4的光线传送到接收芯片2的感光区域。封装胶体8对安装在所述基板1的正面的器件(接收芯片2、透明膜片3、发光芯片4、光MOS芯片5、6等)进行密封。

优选的，发光芯片4为发光二极管倒置安装的裸片。

优选的，接收芯片2为多个串联的光敏二极管等感光单元组成的光电传感器芯片。

在本实施例中，基板1的芯片装架区域只需要设计接收芯片2和光MOS芯片5、6的装架区域，相对于引线框架结构减少了发光芯片4的装架区域。产品装架时先将光MOS芯片5、6和接收芯片2装在基板1，然后通过输出侧焊盘引出，发光芯片4的面积较小，直接贴近装在接收芯片2的表面，无法保证接收芯片每个感光单元都能接收到发射信号。接收芯片2的感光单元是串联排布，需保证每个感光单元均接收到发射信号，产品才能接收响应。图5中，接收芯片2有20个感光单元201，发光芯片4正对接收芯片无膜片垫高时，最多只能照射到6个感光单元201，其他感光单元无法接收到红外信号。本发明在发光芯片4和接收芯片2中间增加一层透明膜片3，让发光芯片4发射的光线经透明膜片3传递到每一个感光单元201中，以保证接收芯片2的每一个感光单元201均可以接收到发射信号。

接收芯片2的每个感光单元201上均有透明膜片3垫高，旁边的键合区域设置有4个电极202，用于跟光MOS芯片5、6打线焊接，形成电性连接，即键合连接。具体连接关系为：将接收芯片2的正极和光MOS芯片5、6的栅极连接，将接收芯片2的负极和光MOS芯片5、6的源极S连接，光MOS芯片5、6的漏极D分别直接和对应的输出侧焊盘103、104连接。发光芯片4的发光面朝向接收芯片2，发光芯片4的两个电极P、N设计在顶部，通过引线将发光芯片4顶部的电极跟基板1上的输入侧焊盘101、102连接，形成电性连接。如图6所示。

实施例2：

如图7所示，与实施例1不同的是，本实施例中采用一个光MOS芯片5作为驱动芯片，光MOS芯片5安装于输出侧焊盘103上，光MOS芯片5的漏极直接和输出侧焊盘103焊接连接，其栅极G和接收芯片2的正极连接，其源极S和接收芯片2的负极连接，并通过引线方式和输出侧焊盘104连接。

实施例3：

如图8所示，与实施例1不同的是，本实施例中不用驱动芯片，接收芯片2的正极直接和输出侧焊盘103连接，接收芯片2的负极直接和输出侧焊盘104连接。

实施例4：

如图9所示，在本实施例中，光耦合器的内部采用如实施例1到实施例3的结构布局，基板1设计成双面板，基板1的正面设计接收芯片装架、光MOS芯片装架及引线焊接区域，基板1的背面设计产品焊接焊盘。基板1的正面和背面通过四个过孔7让线路联通。为了防止产品注塑封装时正面的封装胶体8通过过孔7溢到背面的焊盘，封装胶体8需要比基板1的尺寸小，避开过孔7，封装胶体8与过孔7之间预留足够的安全区域。

在本实施例中，通过芯片叠装技术及双面板过孔导通技术，微型光耦合器产品尺寸设计只需要考虑接收芯片2和光MOS芯片5、6的尺寸及一些键合区域，产品尺寸可以做到长宽高为2.4mm×1.4mm×1.5mm，相对于引线框架的长宽高为10.0mm×4.5mm×3.65mm，产品外形尺寸大大缩小。

实施例5：

如图10所示，在本实施例中，光耦合器的内部采用如实施例1到实施例3的结构布局。基板1设计成双面板，基板1的正面设计接收芯片装架、光MOS芯片装架及引线焊接区域，基板1的背面设计产品焊接焊盘。基板1的正面和背面通过四个过孔7让线路联通。为了进一步缩小产品尺寸，封装胶体8直接设计在过孔7之上，为了防止产品注塑封装时正面的封装胶体8溢到背面焊盘，影响产品焊接，过孔电路连通后，先将过孔7用胶体堵住，堵孔之后再进行产品注塑封装。

在本实施例中，通过芯片叠装技术及双面板过孔导通再堵孔技术，微型光耦合器产品尺寸设计只需要考虑接收芯片2和光MOS芯片5、6的尺寸及一些键合区域，产品尺寸可以做到长宽高为2.0mm×1.4mm×1.5mm，相对于引线框架的长宽高为10.0mm×4.5mm×3.65mm，产品外形尺寸大大缩小。

在具体应用中，所述叠层微晶光耦合器可设计为包括多个成一列分布的光耦合器单元。每个光耦合器单元独立控制，包括一个发光芯片、一个接收芯片，并对应两个输入侧焊盘和至少两个输出侧焊盘；发光芯片的两端分别和两输入侧焊盘连接；各光耦合器单元可共用或独立包括一个透明膜片。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种叠层微晶光耦合器，其特征在于，包括基板、发光芯片、接收芯片、透明膜片和封装胶体；

所述基板为双面板，所述基板的两端分设有输入侧焊盘和输出侧焊盘；所述输入侧焊盘的上下两面通过半孔工艺连接，所述输出侧焊盘的上下两面通过半孔工艺连接；所述输入侧焊盘和所述输出侧焊盘为所述叠层微晶光耦合器的表贴焊盘；

所述接收芯片安装于所述基板的正面，所述接收芯片通过引线方式直接和所述输出侧焊盘电连接；或通过引线方式和驱动芯片连接，再通过所述驱动芯片和所述输出侧焊盘电连接，所述驱动芯片安装于所述输出侧焊盘上，其漏极直接和所述输出侧焊盘连接；

所述透明膜片设置在所述接收芯片的感光区域的上方；

所述发光芯片以倒置安装方式设置在所述透明膜片的上方，并通过引线方式连接到所述输入侧焊盘；

所述封装胶体对安装在所述基板正面的器件进行密封。

2.如权利要求1所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述叠层微晶光耦合器至少包括一个光耦合器单元；每个光耦合器单元包括一个发光芯片、一个接收芯片，并对应两个输入侧焊盘和两个输出侧焊盘；所述发光芯片的两端分别和两输入侧焊盘连接；各光耦合器单元共用或独立包括一个透明膜片。

3.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述光耦合器单元不包括驱动芯片，所述接收芯片的正极和负极直接和两输出侧焊盘连接。

4.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述光耦合器单元的所述驱动芯片包括一个光MOS芯片，所述光MOS芯片安装于第一输出侧焊盘上，其漏极直接和第一输出侧焊盘连接，其栅极和所述接收芯片的正极连接，其源极和所述接收芯片的负极连接，并通过引线方式和第二输出侧焊盘连接。

5.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述光耦合器单元的所述驱动芯片包括两个光MOS芯片，两个光MOS芯片分别安装在两个输出侧焊盘上，所述光MOS芯片的漏极直接和对应的输出侧焊盘直接连接，其栅极通过引线方式和所述接收芯片的正极连接，其源极通过引线方式和所述接收芯片的负极连接，且两个光MOS芯片的源极通过引线方式直接连接。

6.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述叠层微晶光耦合器为四引脚结构，包括一个光耦合器单元，所述光耦合器单元包括一个发光芯片、一个接收芯片、一个透明膜片，并对应两个输入侧焊盘和两个输出侧焊盘。

7.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述叠层微晶光耦合器的输入侧至输出侧方向为所述基板和所述封装胶体的长度方向，所述封装胶体的长度小于所述基板的长度，所述封装胶体的宽度等于所述基板的宽度。

8.如权利要求7所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述封装胶体的封装方法为：所述基板在完成电路装配后，避开所述半孔，在所述基板的正面进行注塑封装。

9.如权利要求2所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述叠层微晶光耦合器的输入侧至输出侧方向为所述基板和所述封装胶体的长度方向，所述封装胶体的长度等于所述基板的长度，所述封装胶体的宽度等于所述基板的宽度。

10.如权利要求9所述的叠层微晶光耦合器，其特征在于：所述封装胶体的封装方法为：所述基板在完成电路装配后，先将半孔用胶体堵住，堵孔之后再在所述基板的正面进行注塑封装。