KR20130131257A - 광전자 디바이스용 프리몰드형 캐비티 - Google Patents

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Abstract

광전자 디바이스가 개시된다. 광전자 디바이스는 하나의 회로를 다른 회로로부터 전기적으로 분리하는 단일 또는 복수 채널 옵토 커플러로서 이용될 수 있다. 옵토 커플러는 그 안에 포함된 광 커플링 매체와 함께 하나 이상의 프리몰드형 캐비티를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프리몰드된 캐비티의 벽은 제조 동안 광 커플링 매체를 형성하는 것을 유리하게 돕는데, 이 때문에 제어되는 모양과 크기를 가지는 광 경로를 발생시킨다.

Description

광전자 디바이스용 프리몰드형 캐비티{PREMOLDED CAVITY FOR OPTOELECTRONIC DEVICE}
본 개시는 전반적으로 광전자 디바이스 및 특히 옵토 커플링 디바이스에 관한 것이다.
전자 공학에서, 옵토-아이솔레이터(an opto-isolaor), 포토커플러(photocoupler), 또는 광학 아이솔레이터(optical isolator)로 언급되는 옵토-커플러(opto-coupler)는, 입력 및 출력 사이의 전기적 분리(electrical isolation)에 커플링(coupling)을 제공하도록 광파를 이용함으로써 전기 신호를 전송하도록 설계된 광전자 디바이스이다. 옵토 커플러의 목적은 회로 한 측의 높은 전압 또는 빠르게 변하는 전압이 다른 한 측의 전송(transmissions)을 왜곡하거나 컴포넌트에 손상을 주지 못하도록 하기 위한 것이다.
전형적인 옵토 커플러는 발광 다이오드(LED)와 같은 광원, 광 검출기, 및 절연 매체를 포함한다. 그 이름이 제시하는 바와 같이, 광 경로(an optical path)가 절연 매체를 통해 LED 및 광검출기 사이에서 생성될 필요가 있다. 이는 전통적으로 광 경로를 생성하도록 실리콘과 같은 광학적으로 투명한 물질을 사용하여 실시된다. 절연 매체는 LED로부터 광 검출기로의 광 전송을 허용할 뿐만 아니라, 또한 회로의 입력 및 출력 측을 전기적으로 절연한다.
실리콘과 같이 현재 입수 가능한 투명 및 전기적 절연 물질을 사용하는데 있어서 하나의 문제는 옵토 커플러에 적용될 때, 실리콘은 "액체" 상태이고, 그러므로 특정 형체를 갖지 않는다는 것이다. 따라서, 실리콘은 고유 표면 장력으로 인한 형체를 갖출 것이다. 절연 매체의 형태를 가지도록 실리콘의 표면 장력을 이용하는 것은 어렵고 일관성이 없다. 이러한 특성은 광 커플링 문제를 발생시킬 수 있는데, 왜냐하면 실리콘의 형체, 밀도, 및 기타 특성 및 그에 따른 광 경로가 하나의 옵토 커플러로부터 그 다음까지 서로 다를 것이기 때문이다.
다음의 설명은 실시예들만을 제공하며, 청구항에 관한 구성, 적용 가능성, 또는 범주를 한정하는 것을 의도하지 않는다. 더 정확히 말하면, 다음의 설명은 당업자에게 설명된 실시예들을 구현하기 위한 가능한 설명을 제공할 것이다. 다양한 변경이 첨부된 청구항의 범주 및 사상을 벗어나지 않으면서 구성요소의 기능 및 배열에서 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1 내지 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 광전자 디바이스 및 중간 단계의 광전자 디바이스에 관한 다양한 구성이 도시된다. 하나 이상의 광전자 디바이스는 옵토 커플러 또는 커플링 시스템 내 컴포넌트로서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 광전자 디바이스는 전류 및/또는 전압 모니터링을 요구하는 임의의 시스템으로 결합될 수 있으나, 과도상태(transients)에 취약하다. 일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 광전자 디바이스 내 커플링 시스템은 약 5kV, 10kV, 또는 그 이상에서 작동하는 것으로 평가된다. 다시 말해, 광전자 디바이스의 입력 측(예를 들어, 고전압 측)은, 광전자 디바이스의 출력 측(예를 들어, 저전압 측)에 부착된 임의의 전자 디바이스 또는 광전자 디바이스를 손상시키지 않고, 5kV, 10kV 전압원에 직접 접속될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 광전자 디바이스를 이용한 커플링 시스템은 고전압 또는 고전류 시스템에서 작동하도록 구성될 수 있을 뿐만 아니라 저전압 또는 저전류 시스템으로부터 고전압 또는 고전류 시스템을 분리하도록 구성될 수도 있다.
이제 본 개시는 첨부된 도면에 관하여 설명된다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 제 1 광전자 디바이스의 상면도(top view)이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 제 2 광전자 디바이스의 상면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 제 1 중간 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 제 2 중간 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 제 3 중간 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 제 4 중간 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 광전자 디바이스의 단면도이다.
도 9는 본 명세서에서 설명된 광전자 디바이스 중 임의의 하나를 제조하는 방법을 설명하는 플로우차트이다.
우선 도 1을 참조하면, 제 1 광전자 디바이스(100)가 본 개시의 실시예에 따라 묘사된다. 제 1 광전자 디바이스(100)는 입력 측(108)의 하나 이상의 컴포넌트 및 출력 측(112)의 하나 이상의 컴포넌트를 지원하는 기판 또는 베이스 층(104)을 포함한다. 입력 측(108) 및 출력 측(112) 모두는 입력 회로 및 출력 회로에 접속되도록 구성된 하나 이상의 리드(116, 120)를 각각 포함할 수 있다.
리드(116, 120)는 기판(104) 안에 (예를 들어, 트레이스, 와이어 등으로) 통합될 수 있고 또는 기판(104)에 부착된 별개의 컴포넌트일 수 있다. 기판(104)은 전반적으로 비전도성 또는 절연 물질로 구성되는 반면, 리드(116, 120)는 전도성이다. 두 리드 세트(116, 120)는 유사하거나 동일한 재료로 구성될 수 있다. 구체적으로, 입력 측(108) 및 출력 측(112) 및 각각의 피쳐들(features)은 스탬핑, 에칭, 커팅, 폴딩, 벤딩, 웰딩 등을 거친 금속 단일 시트로부터 제조되고 그 이후 기판(104)에 통합될 수 있다. 대안적으로, 기판(104)은 기판에 형성된 하나 이상의 트레이스(traces), 컨택트 패드(contact pads), 비아(vias), 관통 구멍(thru holes)등을 가진 인쇄 배선 회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)에 대응할 수 있다. 기판(104)이 PCB에 대응하는 경우, PCB는 단단(rigid)하거나 유연(flexible)할 수 있다.
일부 비제한적인 예시로서, 리드(116, 120)는 금속(예를 들어, 구리, 은, 금, 알루미늄 등), 흑연(graphite), 및/또는 전도성 폴리머로 구성될 수 있다. 입력 측(108)의 리드(116) 및 출력 측(112)의 리드(120)는 상이한 재료로 구성될 수 있다. 리드(116, 120)는 PCB상의 다른 컨택트 패드에 연장할 수 있고 또는 PCB로 삽입되는 핀으로서 형성되도록 구성될 수 있다(예를 들어, 광전자 디바이스(100)는 PCB, 마더보드, 도터보드(daughter board) 등으로 삽입될 수 있는 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다).
본 개시의 실시예가 특정 구성을 구비하는 리드(116, 120)를 나타내지 않더라도, 리드(116, 120)는, 스트레이트 컷 리드(straight-cut leads), J 리드, SOJ 리드, 걸윙식(gullwing), 역 걸윙식(reverse gullwing) 등과 같이 잘 알려진, 표준화된 임의 종류, 또는 아직 개발되지 않은 구성을 포함할 수 있다.
광전자 디바이스(100)는 입력 회로와 출력 회로 사이에서 전기적 분리(an electrical isolation)를 유지하면서 입력 회로를 출력 회로에 결합하도록 제공될 수 있다. 구체적으로, 입력 측(108) 및 출력 측(112) 사이의 전기적 분리는 입력 측(108)의 리드(116) 및 출력 측(112)의 리드(120) 사이의 전기적 절연 갭(an electrically-insulating gap)을 유지함으로써 달성될 수 있다. 입력 측(108) 및 출력 측(112) 사이의 갭은 공기, 가스, 액체, 플라스틱, 또는 전류가 입력 측(108)에서 출력 측(112)으로 직접적으로 지나가는 것을 실질적으로 예방하거나 억제하는 임의의 다른 매체로 채워질 수 있다. 다시 말해, 입력 측(108)은 출력 측(112)으로부터 전기적으로 분리된다. 입력 측(108)은 전류 및/또는 전압이 측정되는 회로에 접속될 수 있으며 출력 측(112)은 측정 및/또는 제어 회로에 접속될 수 있다.
전기 신호는 광 또는 광 커플링을 통해 입력 측(108)으로부터 출력 측(112)으로 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 측(108)은 광원(124)을 포함할 수 있으며 출력 측(112)은 광 검출기(a light detector) 또는 포토디텍터(photodetector)(128)를 포함할 수 있다. 광원(124)은 단일의 광원이거나 복수의 광원일 수 있다. 이와 마찬가지로, 광 검출기(128)는 단일의 검출기 컴포넌트이거나 복수의 검출기 컴포넌트일 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(124)은 표면 장착형 LED, (예를 들어, 스루홀 마운팅(thru-hole mounting)을 위한 핀을 가진) 전통적인 LED, LED 어레이, 레이저 다이오드, 또는 이들의 조합에 대응할 수 있다. 광원(124)은 하나 이상의 리드(116)로부터의 전기 신호(예를 들어, 전류 및/또는 전압)를 광으로 변환하도록 구성된다. 광원(124)으로부터 방출된 광은 임의의 파장(wavelength)을 (예를 들어, 가시광 스펙트럼 안 또는 밖에) 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 광 검출기(128)는 광 또는 다른 전자기 에너지를 전기 신호로 변환하도록 구성된 디바이스 또는 디바이스 집합에 대응할 수 있다. 적합한 광 검출기(128)에 관한 예시는 광 다이오드, 광 저항, 광 전지(photovoltaic cell), 광 트랜지스터, 또는 이들의 조합을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 광원(124)과 유사하게, 광 검출기(128)는 표면 장착(surface monunting), 스루홀 마운팅(thru-hole mounting) 등을 위해 구성될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 광원(124)은 하나의 리드(116)상에 물리적으로 장착될 수 있고 하나 이상의 와이어(132)를 통해 또 다른 리드에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(124)의 하나의 표면은 양극(anode)이고, 광원(124)의 또 다른 표면은 음극(cathode)이다. 양극 및 음극 중 하나는 리드(116) 중 하나에 전기적으로 접속될 수 있고, 양극 및 음극 중 다른 하나는 리드(116) 중 다른 하나에 전기적으로 접속될 수 있다. 광원(124)의 음극과 양극 사이에서 포텐셜을 생성함으로써, 광원(124)은 미리 결정된 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 모든 리드(116)가 광원(124)과 물리적으로나 전기적으로 접속될 필요는 없다는 것을 유념해야 한다.
광원(124)과 같이, 광 검출기(128)는 출력 측(112)의 리드(120) 중 하나에 장착될 수 있고 출력 측(112) 중 하나 이상의 리드(120)에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 와이어(136)는 광 검출기(128)를 리드(120)에 접속시키는데 사용된다. 광원(124)과 반대의 방식으로, 광 검출기(128)는 광원(124)에 의해 전송된 그리고 광 검출기(128)의 광 검출 표면에서 검출된 광 에너지를 하나 이상의 와이어(136)를 경유하여 전송되는 전기 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기(128)에 의해 전송된 전기 신호는 리드(120)를 경유하여 출력 회로로 이동될 수 있다. 또한 광원(124)과 유사하게, 모든 리드(120)가 광 검출기(128)에 전기적으로나 물리적으로 접속되는 것은 그러한 구성이 가능하더라도 요구되지는 않는다.
광전자 디바이스(100)는 기판(104)상에 설치되는 유지 피쳐(a retaining feature)(140)를 더 포함한다. 유지 피쳐(140)는 기판(104)과 일체로 된 부분이거나, 기판(104)에 몰드되거나, 또는 별도로 제조되어 그 뒤에 2차 제조 공정에서 기판(104)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(104)은 폴리머 또는 절연 물질을 포함하고 유지 피쳐(140) 또한 폴리머 또는 절연 물질을 포함한다. 기판(104) 및 유지 피쳐(140)가 통합되는 경우, 기판(104) 및 유지 피쳐(140)는 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 기판(104)의 재료와 상이한 재료로 제작된 유지 피쳐(140)를 구비하는 것 또한 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(104)은 기판 위 유지 피쳐(140)와 함께 프리몰드(premold)된다. 유지 피쳐(140)를 몰드하는데 사용될 수 있는 적합한 재료는 PPA(Polyphthalamide), 폴리아미드, 실리콘, 에폭시(epoxy), 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer), FR-4, 및 임의의 다른 절연 재료, 또는 이들의 조합과 같은 플라스틱 또는 폴리머를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 기판(104)의 비전도성 부분은 유사하거나 동일한 재료로 만들어질 수 있다.
유지 피쳐(140)는 광원(124) 및 광 검출기(128)가 장착되는 영역뿐만 아니라 와이어(132, 136)가 연장되는 영역을 에워싸도록 설치될 수 있다. 앞으로 볼 명세서에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 유지 피쳐(140)는 전통적인 광전자 디바이스 및 유지 피쳐(140)를 드러내지 않는 옵토 커플러를 통해 많은 이점을 제공할 수 있다. 특히, 유지 피쳐(140)는 광원(124) 및 광 검출기(128) 사이의 광 경로를 수립하는데 사용되는 재료를 형성하고 국한시키도록 돕도록 구성될 수 있다. 유지 피쳐(140)는 또한 광원(124)에 의해 전송된 광이 광 검출기(128) 쪽으로 반사되는 것을 돕도록 구성됨으로써, 고감도 및 고비용의 광 검출기(128)를 사용할 필요를 줄일 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 제 2 광전자 디바이스(200)가 본 개시의 실시예에 따라 도시될 것이다. 제 2 광전자 디바이스(200)는, 멀티 채널 광전자 디바이스 또는 멀티 채널 옵토 커플러로서 구성되는 것을 제외하고는 제 1 광전자 디바이스(100)와 유사하거나 동일한 많은 특성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 광전자 디바이스(200)는 제 1 부분(204a) 및 제 2 부분(204b)을 구비한 기판을 포함한다. 기판의 각 부분은 서로 다른 광 컴포넌트 세트(예를 들어, 서로 다른 채널)를 지원할 수 있다. 제 1 광전자 디바이스(100)와 유사하게, 제 2 광전자 디바이스(200)는 하나 이상의 리드(216, 220)를 각각 구비하는 입력 측(208) 및 출력 측(212)을 포함할 수 있다.
제 2 광전자 디바이스(200)의 각 부분은 제 1 광전자 디바이스(100)와 실질적으로 유사하다. 구체적으로, 기판의 제 1 부분(204a)은 제 1 광원(224a) 및 제 1 광 검출기(228a)를 지원할 수 있다. 제 1 광원(224a)은 광원(124)과 유사하거나 동일하고 제 1 광 검출기(228a)는 광 검출기(128)와 유사하거나 동일할 수 있다. 와이어(232,236)는 컴포넌트(224a, 228a) 및 리드(216, 220) 각각의 사이에서의 전기적 접속을 수립하는데 사용될 수 있다.
기판의 제 2 부분(204b)은 기판의 제 1 부분(204a)과 유사하거나 동일할 수 있다. 특히, 기판의 제 2 부분(204b)은 제 2 광원(224b) 및 제 2 광 검출기(228b)를 지원할 수 있다. 또한, 와이어(232, 236)는 컴포넌트(224b, 228b)를 리드(216, 220)에 연결하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 기판의 제 1 부분(204a)은 광전자 디바이스(200) 내 제 1 채널을 수립하는 광학 컴포넌트를 지원하고 기판의 제 2 부분(204b)은 광전자 디바이스(200) 내 제 2 채널을 수립하는 광학 컴포넌트를 지원한다. 제 2 광전자 디바이스(200)는 유지 피쳐(140)와 유사한 유지 피쳐(240)를 포함할 수 있으나, 유지 피쳐(240)는 또한 제 2 채널로부터 제 1 채널을 광학적으로 분리하는 역할을 한다. 더 구체적으로, 유지 피쳐(240)는 각 채널당 하나씩 복수의 캐비티(cavities)를 포함할 수 있다. 유지 피쳐(240) 내 각 캐비티는 불투명하고 전기적 절연 물질로 구성된 유지 피쳐(240)에 의해 서로로부터 광학적으로 분리될 수 있다. 그러므로, 제 1 광원(224a)에 의해 방출된 광은 제 1 광 검출기(228a)에 의해서만 검출될 수 있고 제 2 광원(224b)에 의해 방출된 광은 제 2 광 검출기(228b)에 의해서만 검출될 수 있다.
유지 피쳐(140)와 마찬가지로, 유지 피쳐(240)는 또한 각 채널을 위한 광 경로를 형성하도록 돕는 물리적 구조로서의 역할을 할 수 있다. 유지 피쳐(240)는 또한 광원(224a, 224b)에 의해 전송된 광을 광 검출기(228a, 228b) 쪽으로 반사하는 능력을 제공할 수 있다. 유지 피쳐(240)는 기판 내/위에 몰드되거나 기판과는 별도로 제조되어 그 이후 기판에 부착될 수 있다. 유지 피처(240)를 구성하는데 사용된 재료(들)는 기판을 구성하는데 사용된 재료(들)와 같거나 다를 수 있다.
싱글 및 더블 채널 광전자 디바이스(100, 200)만이 도 1 및 2에서 묘사되었으나, 본 개시의 실시예는 그렇게 한정되지 않는다는 것을 유념해야 한다. 특히, 한 개, 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개, 여섯 개, ... 스무 개, 또는 그 이상의 채널을 구비한 광전자 디바이스가 본 개시의 범주를 벗어나지 않으면서 상이한 크기 및 비율(proportions)의 유지 피쳐와 함께 생성될 수 있다는 것을 고려한다.
또한, 유지 피쳐(140, 240)는 연속식(continuous) 또는 간헐식(intermittent) 일 수 있다. 예를 들어, 유지 피쳐(140, 240)는 광전자 디바이스(100, 200)의 광학 컴포넌트를 완전히 에워싸도록 구성될 수 있거나, (예를 들어, 벽돌 벽보다는 울타리 기둥과 같이) 광학 컴포넌트 주변에서 서로와 간격을 두고 떨어져 있는 별개의 개별 구성요소에 대응할 수 있다.
도 3 내지 7 및 9를 참조하여, 광전자 디바이스를 제조하는 방법이 본 개시의 실시예에 따라 설명될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 방법 단계들은 임의의 순서로 수행될 수 있으며 본 명세서에서 설명된 예시로 한정되지 않는다는 것을 유념해야 한다. 더욱이, 본 명세서에서 설명되는 방법은 본 명세서에서 설명된 임의 종류의 광전자 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있으며, 이는 도 3 내지 7의 임의의 중간 단계(intermediate) 광전자 디바이스, 제 1 광전자 디바이스(100), 제 2 광전자 디바이스(200), 또는 기타 광전자 디바이스(예를 들어, 도 8과 관련하여 설명되는 제 3 광전자 디바이스)를 포함한다.
도 3에서 확인할 수 있듯이, 제 1 중간 단계 제품(300)은 제품 안, 위 등에 제공되는 하나 이상의 피쳐(320, 328)를 가진 베이스 층 또는 기판(304)을 구비하여 구비될 수 있다(단계 904). 일부 실시예에서, 하나 이상의 피쳐(320, 328)는 베이스 층(304)으로 프리몰드된다. 베이스 층(304)은 위에서 설명된 임의의 기판(104, 204a, 204b)에 대응할 수 있고 (예를 들어, PCB상에 제공된 트레이스를 가진 단단한 또는 유연한 PCB), 또는 베이스 층(304)이 위에서 설명된 하나 이상의 리드(116, 120, 216, 220)를 구비한 리드 또는 리드프레임에 대응할 수 있다. 어느 경우든, 베이스 층(304)은 입력 측 및 출력 측 모두상에서 적어도 몇몇 전기적 전도성 컴포넌트(electrically-conductive components)를 포함할 수 있다.
입력 측상의 전도성 컴포넌트는 분리 갭(an isolation gap)에 의해 출력 측 상의 전도성 컴포넌트로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 분리 갭은 부분적으로 또는 완전히 절연성인 몰드형 피쳐(320)로 채워질 수 있다. 분리 갭은 베이스 층의 입력 측 및 출력 측 사이의 거리(316)를 수립할 수 있다. 이 거리(316)는, 절연 표면을 따라(예를 들어, 몰드형 피쳐(320)의 상부 표면(324)을 따라) 측정된 두 개의 전도성 부분 사이의 가장 짧은 경로로서 정의되는 크리피지 거리(a creepage distance)에 대응할 수 있다.
베이스 층(304)은 제 1 주면(308)(예를 들어, 상부 표면) 및 반대의 제 2 주면(312)(예를 들어, 하부 표면)을 포함할 수 있다. 몰드형 피쳐(320)의 상부 표면(324)은 제 1 주면(308)과 동일 평면상일 수 있으나, 그러한 구성이 요구되는 것은 아니다. 마찬가지로, 몰드형 피쳐(320)의 하부 표면(320)은 제 2 주면(312)과 동일 평면상이지만, 그러한 구성이 요구되는 것은 아니다.
하나 이상의 추가의 몰드형 피쳐(328)는 제 1 주면(308)상에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 추가 몰드형 피쳐(328)는 하나 이상의 유지 피쳐(140, 240)에 대응한다. 유지 피쳐(140, 240)에 관하여 설명된 바와 같이, 몰드형 피쳐(328)는 베이스 층(304)에 직접적으로 몰드될 수 있거나, 베이스 층(304) 생산의 별도 제조 단계에서 몰드되어 그 이후 액상 접착제, 접착 필름, 접착 테이프, 기계적 결합(예를 들어, 누름 단추(snaps), 마찰 결합(friction fits) 등)을 통해 제 1 주면(308)에 부착될 수 있다.
몰드형 피쳐(328)는 광 캐비티(336)를 수립하는 단일의 연속식 구조를 포함할 수 있다. 광 캐비티(336)는 광전자 컴포넌트를 수신하도록 구성되고 또한 광전자 디바이스들 사이의 광 경로를 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 몰드형 피쳐(328)는 실질적으로 광 캐비티(336)를 생성하지만 광 캐비티(336)를 연속적으로 에워싸지는 않는 다수의 별개 부분을 포함할 수 있다.
몰드형 피쳐(328)가 연속식이든지 비연속식이든지, 몰드형 피쳐(328)는 광 캐비티(336) 내 선호되는 모양으로 광 커플링 매체를 보유하도록 사용될 수 있는 내부 벽(332)을 포함할 수 있다. 이 내부 벽(332)은 처리되지 않고 몰드형 피쳐(328)의 물질을 광 캐비티(336)에 노출할 수 있거나, 반사성 코팅으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 내부 벽(332)은 반사성 물질(예를 들어, 금속성 물질, 백색 폴리머 등)로 덮일 수 있다. 반사성 물질로의 내부 벽(332) 처리는 광원으로부터 광 검출기로의 광 전송 효율성을 도울 수 있어 광전자 디바이스의 작동 효율성을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 몰드형 피쳐(328)의 높이는 약 30밀(mils)에서 100밀(mils) 사이일 수 있다. 그러나, 다른 높이가 본 개시의 범주를 벗어나지 않으면서 수용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 방사상 두께(예를 들어, 내부 벽(332)에서 몰드형 피쳐(328)의 외부 벽까지의 거리)는 약 0.3밀에서 2밀 사이에서 달라질 수 있다.
더욱이, 몰드형 피쳐(328)는, 제 1 주면(308)에 실질적으로 직교인 내부 벽(332)을 구비한 것으로서 도시되었으나, 본 개시의 범주 내에서 다른 구성 또한 존재한다는 것을 유념해야 한다. 예를 들어, 내부 벽(332)은 캐비티(336)를 향하여 안쪽으로 또는 캐비티(336)로부터 바깥쪽으로 경사질 수 있다. 내부 벽(332)의 임의의 경사각은 본 개시의 범주를 벗어나지 않으면서 수용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프리몰드된 베이스 층(304)을 구비하고 나서, 제 2 중간 단계 제품(400)은, 베이스 층(304)의 제 1 주면(308)에 직접적으로 또는 (예를 들어, 중간층을 경유하여) 제 1 주면 상단에 광원(404) 및 광 검출기(404)를 부착함으로써 달성될 수 있다(단계 908). 더욱이, 광원(404) 및 광 검출기(408)는 하나 이상의 와이어(420, 424)를 경유하여 전기 접점(electrical contacts)(예를 들어, 리드 116, 120, 216, 220)에 연결될 수 있다(단계 912).
특히, 광원(404) 및 광 검출기(408)가 표면 장착형 디바이스에 대응하는 경우, 각 디바이스의 하부 표면은 제 1 주면(308)상의 본딩 패드(a bonding pad) 또는 리드에 부착될 수 있다. 각 디바이스의 하부 표면은 또한 디바이스의 양극 또는 음극에 대응할 수 있음으로써 본드 위치(bond site)와 광원(404) 사이 또는 본드 위치(bond site)와 광 검출기(408) 사이에서 전기 접속을 또한 제공할 수 있다. 광원(404)의 상단 표면(412)은 광원(404)의 양극 및 음극 중 다른 하나에 대응할 수 있고, 와이어(420)를 경유하여 입력 측(108, 208)상의 상이한 전기 리드에 전기적으로 접속될 수 있다. 유사하게, 광 검출기(408)의 상단 표면(416)은 광 검출기(408)의 양극 및 음극 중 다른 하나에 대응할 수 있고, 와이어(424)를 경유하여 출력 측(112, 212)상의 상이한 전기 리드에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 3 중간 단계 제품(500)은 광 캐비티(336) 내 광 커플링 매체(504)를 적용함으로써 얻어질 수 있다(단계 916). 광 커플링 매체(504)는 임의의 종류의 절연 및 광학적으로 투명한/반투명한 물질에 대응할 수 있다. 광 커플링 매체(504)에 관한 적합한 예시는 에폭시, 실리콘, 실리콘과 에폭시의 혼합물, 인광체(phosphor), 인광체와 실리콘의 혼합물, 비결정성 폴리아미드 수지(amorphous polyamide resin) 또는 프루오르카본(fluorocarbon), 유리, 플라스틱, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 유리하게, 몰드형 피쳐(328)의 내부 벽(332)은 광 커플링 매체(504)의 원하는 형체를 유지하도록 돕는다. 이는 사용되는 광 커플링 매체의 양 감소를 도울 뿐만 아니라 광원(404) 및 광 검출기(408) 사이의 광 경로의 형체에 걸쳐 더 엄격한 제어를 유지하도록 돕는다.
광 커플링 매체(504)는 임의의 알려진 디포지션 공정(deposition process)을 사용하여 캐비티(336) 내에 디포지션되거나 적용될 수 있다. 예를 들어, 광 커플링 매체(504)는, 드로퍼(dropper), 니들(needle), 주입기(injector), 주사기(syringe), 또는 임의의 다른 압력, 중력, 모세관(capillary), 핀치 튜브(pinch tube), 로터리 정량 펌프(rotary metering pump), 용적식(positive-displacement), 또는 위킹 기반 디스펜싱 시스템(wicking-based dispensing system)을 사용하여 액체 상태의 캐비티에서 디포지션될 수 있다. 일단 디포지션되면, 광 커플링 매체(504)는 몰드형 피쳐(328)의 상단보다 비교적 더 높은 상부 표면(508)을 구비할 수 있다. 또 다른 방법으로 말하면, 광 커플링 매체(504)의 두께는 제 1 주면(308)으로부터 측정된 것으로서 몰드형 피쳐(328)의 두께 또는 높이보다 더 클 수 있다. 광 커플링 매체(504)의 추가 높이는 광 커플링 매체(504)의 고유 표면 장력으로 인해 자연스럽게 발생할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 반사성 물질 또는 처리로 광 캐비티(336)의 경계선을 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 추가적으로, 선택적 단계가 수행됨으로써 제 4 중간 단계 제품(600)을 얻도록 추가 반사성 물질(604)이 광 커플링 매체(504)의 상부 표면(508)에 걸쳐 도포될 수 있다(단계 920). 추가 반사성 물질(604)이 반드시 광결합 매체(604)와 같이 전기 절연체이어야 하는 것은 아니지만, 전기 절연체 일 수는 있다. 추가 반사성 물질(604)에 관한 적절한 예시는 반사성 실리콘(예를 들어, TiO2), 백색 폴리머, 금속성 필름, 반사성 테이프 등을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 추가 반사성 물질(604)은 광 커플링 매체(504)와 유사한 방식으로(예를 들어, 디스펜싱 기술을 사용한 액체 방식으로) 도포될 수 있다. 대안적으로, 추가 반사성 물질(604)은 액체가 아닐 수 있으나 임의의 적합한 방식으로 광 커플링 매체(504) 위에 도포될 수 있다. 추가 반사성 물질(604)은, 광 커플링 매체(504)가 액체 또는 고체 상태 중 하나의 상태에 있는 동안 광 커플링 매체(504)에 도포될 수 있다.
일부 실시예에서, 추가 반사성 물질(604)은 광원(404)에 의해 방출된 광의 반사가 광 검출기(408)를 향하여 더 향상되도록 제공될 수 있다. 이 향상된 반사는 광원(404) 및 광 검출기(408) 사이에서 더 나은 통신이 가능하도록 할 수 있고, 고비용의 광원(404) 및 광 검출기(408)를 사용할 필요성을 감소시킬 수 있다.
도 7은 제 3 또는 제 4 중간 단계 제품(500, 600)의 컴포넌트 주변에 오버몰드(an overmold)(704)를 적용(단계 924)함으로써 얻을 수 있는 제 5 중간 단계 제품(700)을 도시한다. 일부 실시예에서, 오버몰드(704)는 전기적 절연성인 물질 및 불투명(opaque) 물질에 대응할 수 있다. 구체적으로, 오버몰드(704)는 캐비티(336)를 실질적으로 광학적으로 국한시킬 수 있다. 오버몰드(704)에 사용될 수 있는 예시의 물질은 PPA(Polyphthalamide), 폴리아미드, 실리콘, 에폭시(epoxy), 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer), FR-4, 임의의 다른 절연 물질, 또는 이들의 조합과 같은 폴리머 또는 플라스틱을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.
오버몰드(704)가 적용된 후, 공정은 더 큰 배치(batch)로부터 각 유닛을 분리(singulating)하는 것을 계속할 수 있다(단계 928). 특히, 배치 프로세싱 기술이 사용될 수 있고 복수의 광전자 디바이스가 실질적으로 동시에 제조될 수 있다. 각각의 광전자 디바이스는 큰 홀더 또는 시트(sheet)로부터 컷팅될 수 있으며 이로써 별개의 광전자 디바이스를 만들 수 있다.
도 8을 참조하여, 또 다른 광전자 디바이스(800)가 본 개시의 실시예를 따라 설명될 것이다. 광전자 디바이스(800)의 컴포넌트는 본 명세서에서 설명된 중간 단계 디바이스들 또는 다른 광전자 디바이스들의 컴포넌트와 동일하거나 유사할 수 있다.
광전자 디바이스(800)는 연장된 갭 디바이더(an extended gap divider)(804)를 더 포함할 수 있다. 연장된 갭 디바이더(804)는 몰드형 피쳐(320)와 같이 동일한 또는 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 그러나, 연장된 갭 디바이스(804)는 베이스 층(304)의 제 1 주면(308)과 동일 평면상이 아닌 상부 표면(808)을 가질 수 있다. 연장된 갭 디바이더(804)의 상부 표면(808)을 높이는 것은 연장된 크리피지 거리(812)를 생성하도록 돕고, 이로써 광전자 디바이스(800)가 입력 측상의 더 높은 전압에서 작동할 수 있도록 한다.
실시예에 관한 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들이 본 명세서에서 주어졌다. 그러나, 실시예들이 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 경우에서, 실시예들을 모호하게 하지 않도록 하기 위해, 잘 알려진 회로, 프로세스, 알고리즘, 구조 및 기술들은 불필요한 세부사항 없이 도시될 수 있다.
본 개시에 관한 예증의 실시예들이 본 명세서에서 상세히 설명되는 반면, 창의적인 개념이 달리 다양하게 포함되거나 이용될 수 있다는 것, 및 첨부된 청구항이 종래 기술에 의해 제한되는 것을 제외하고는 그러한 변형을 포함하는 것으로 해석되도록 하고자 한다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 입력 리드(input leads)로부터 수신된 전기 신호에 따라 광을 방출하도록 구성된 광원(a light source),
    상기 광원에 의해 방출된 광을 검출하고 하나 이상의 출력 리드에 의한 전송을 위해 상기 검출된 광을 전기 신호로 변환하도록 구성된 광 검출기(a light detector),
    상기 하나 이상의 입력 리드 및 상기 하나 이상의 출력 리드를 포함하거나 지원하는 베이스 층(a base layer),
    상기 베이스 층에 또는 상기 베이스 층상에 몰드된 적어도 하나의 절연 피쳐(at least one insulating feature) - 상기 적어도 하나의 절연 피쳐는 상기 광원 및 상기 광 검출기 사이의 광 경로(an optical path)를 수립하는 광 커플링 매체(a light-coupling medium)를 적어도 부분적으로 보유하도록 구성됨 - 를 포함하는
    광전자 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절연 피쳐는 플라스틱, PPA(polyphthalamide), 폴리아미드(polyamide), 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy), 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer), 및 FR-4 중 하나 이상을 포함하는
    광전자 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절연 피쳐는 상기 광원 및 상기 광 검출기가 장착되는 광 캐비티(an optical cavity)를 적어도 부분적으로 형성하는 적어도 하나의 내부 벽(at least one inner)을 포함하는
    광전자 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 벽은 반사성인
    광전자 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 벽은 상기 베이스 층의 제 1 주면(a first major surface)에 대하여 실질적으로 직각인
    광전자 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스 층은 적어도 하나의 기판 및 리드를 포함하는
    광전자 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 커플링 매체는 절연성이고 투명 및 반투명 중 적어도 하나인
    광전자 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 커플링 매체는 에폭시, 실리콘, 실리콘과 에폭시의 혼합물, 인광체(phosphor), 인광체와 실리콘의 혼합물, 비결정성 폴리아미드 수지(amorphous polyamide resin) 또는 프루오르카본(fluorocarbon), 유리, 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는
    광전자 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 커플링 매체는 상기 광원으로부터 상기 광 검출기로 광을 반사하는 추가의 반사성 물질로 덮인
    광전자 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 출력 리드로부터 상기 하나 이상의 입력 리드를 나누는 분리 갭(an isolation gap) 내에 몰드된 연장된 갭 디바이더(an extended gap divider)를 더 포함하는 광전자 디바이스로서,
    상기 연장된 갭 디바이더는 상기 베이스 층의 제 1 주면과 동일 평면상에 있지 않은 상부 표면(a upper surface)을 포함하는
    광전자 디바이스.
  11. 하나 이상의 입력 리드,
    하나 이상의 출력 리드,
    상기 하나 이상의 입력 리드를 상기 하나 이상의 출력 리드로부터 전기적으로 분리하는 분리 갭, 및
    상기 분리 갭 주변에 광 캐비티를 수립하는 몰드형 피쳐를 포함하는
    옵토 커플러.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 몰드형 피쳐는 상기 분리 갭을 에워싸고 또한 상기 분리 갭과 대향하는 적어도 하나의 내부 벽을 포함하는 절연 물질의 단일의 연속적인 부분(a single continuous piece)이고, 상기 적어도 하나의 내부 벽은 광 커플링 매체를 액체 상태에 국한시키도록 구성된
    옵토 커플러.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 벽은 반사성 물질을 포함하는
    옵토 커플러.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 커플링 매체는 실리콘(silicone)을 포함하는
    옵토 커플러.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 몰드형 피쳐는 상기 분리 갭을 에워싸는 절연성 물질의 복수의 별개 부분(a plurality of discrete pieces)을 포함하는
    옵토 커플러.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 몰드형 피쳐는 플라스틱, PPA(polyphthalamide), 폴리아미드, 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy), 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer), 및 FR-4 중 적어도 하나를 포함하는
    옵토 커플러.
  17. 제 11 항에 있어서,
    제 1 채널 및 적어도 제 2 채널을 더 포함하는 옵토 커플러로서,
    상기 제 1 채널은 상기 하나 이상의 출력 리드로부터 상기 하나 이상의 입력 리드를 전기적으로 분리하는 상기 분리 갭을 포함하고, 상기 적어도 제 2 채널은 출력 리드의 제 2 세트로부터 입력 리드의 제 2 세트를 전기적으로 분리하는 제 2 분리 갭을 포함하며, 상기 몰드형 피쳐는 상기 제 2 분리 갭 주변에 제 2 광 캐비티를 수립하는
    옵토 커플러.
  18. 광 캐비티 내 국한되고 서로로부터 전기적으로 분리된 광원 및 광 검출기를 구비한 옵토 커플러를 작동시키는 방법으로서,
    상기 광원에서 입력 리드로부터 입력 전기 신호를 수신하는 단계,
    상기 광원과 함께, 상기 입력 전기 신호를 광 신호로 변환하는 단계,
    상기 광원으로부터 상기 광 신호를 방출(emiiting)하는 단계,
    상기 광 검출기에서 상기 광 신호를 수신하는 단계 - 상기 수신된 광 신호는 상기 광 캐비티를 수립하는 몰드형 피쳐의 적어도 하나의 내부 벽에서 반사됨 -,
    상기 광 검출기와 함께, 상기 수신된 광 신호를 출력 전기 신호로 변환하는 단계, 및
    상기 광 검출기로부터 출력 리드로 상기 출력 전기 신호를 전송하는 단계를 포함하는
    방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부벽은, 상기 광 커플링 매체가 액체 상태인 동안, 광 커플링 매체를 상기 광 캐비티에 국한시키는
    방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 커플링 매체는 상기 광원으로부터 상기 광 검출기로 광 경로를 수립하고 에폭시, 실리콘, 실리콘과 에폭시의 혼합물, 인광체, 인광체와 실리콘의 혼합물, 비결정성 폴리아미드 수지 또는 플루오르카본, 유리, 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는
    방법.
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