堆叠式LED结构实现紧凑型多通道光学耦合器

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/逻辑集成电路。大多数光学耦合器都经过ul1577、csa和iec/dinen/en60747-5-2列明的基本安全标准认证。

  在某些情况下,人们特别希望提高一个封装中的光学耦合器数量,以优化生产成本,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,如rs232/485/422、spi(串行外设接口)和集成电路之间(i2c)总线。多通道光学耦合器在工业控制、测试测量、plc(程控逻辑控制器)医疗系统、fieldbus接口和数据采集中;在poe(通过以太网供电)和联网电路板等通信应用中;在等离子平板显示器和其它消费家电中都提供了同样的优势。

  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及led方块的正面发光特点。

  部分困难包括:

  *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,需要明显大得多的封装。

  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2.5kv-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通过额外的光传导介电材料实现。在任何情况下,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。下表列明了各种浇铸光学耦合器的制造方法,介绍了独特的材料、工艺和限制。

  双浇铸工艺

图1 浇铸光学耦合器封装使用的双浇铸工艺

图2 浇铸光学耦合器封装使用的介电材料放置工艺

  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,led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。

  介电材料放置工艺

  在介电放置工艺中,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。此外,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浇铸。

平面工艺

  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另一层白漆。因此,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。

  堆叠式led技术

  图4是光学耦合器的横截面图,其中led直接堆叠在光电探测器ic上。这种堆叠式led方法的主要实现技术是背面发光led的开发。

图4 光学耦合器的横截面图,其中led直接堆叠在光电检测器ic的上面
  光电二极管芯片采用两个透明的层:sio2钝化/绝缘和光传导聚酰亚胺。led使用透明的连接层稳固地连接到光电二极管上。ic使用银环氧树脂,通过模具连接到引线框上。介电材料使用光传导环氧树脂连接到ic上。led模具使用光传导环氧树脂连接到介电材料上。最后,组件使用焊接线和浇铸。它使用标准模具连接工艺,完成所有放置,封装在单次不透明浇铸化合物中完成浇铸。

  堆叠式led的优势

  集成度高:通过采用传统ic组件设备,堆叠式led技术大大增强了封装功能和灵活性。从本质上看,发射机-检测器芯片组可以插入任何要求的集成式封装中。

  减少流程步骤:该方法减少了流程步骤,因此是一种更加高效的制造方法。

  轻薄、小型封装:总封装高度现在单纯取决于ic、led、超薄聚酰亚胺和led焊接线高度的厚度组合。

  图5比较了各种制造工艺得到的封装高度。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计