CN105990328B - 光耦合型绝缘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供一种耐噪音性更高的光耦合型绝缘装置。实施方式的光耦合型绝缘装置包括光发送部、以及光接收部。光发送部包括具有第1焊垫部的电源引线、设置在第1芯片座部的发光元件、具有第2焊垫部的接地引线、以及设置在第2芯片座部并且具有电源焊垫部、发光元件焊垫部及输入焊垫部的驱动集成电路。第1输入引线的内引线与第2输入引线的内引线的中心间距为第1输入引线的外引线与第2引线的外引线的中心间距以下。

Description

光耦合型绝缘装置
[相关申请案]
本申请案享受以日本专利申请2014-162336号(申请日：2014年8月8日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种光耦合型绝缘装置。
背景技术
包含具有模数转换电路的光发送部以及光接收部的光耦合型绝缘装置可在输入端子与输出端子已被绝缘的状态下传送电信号。
模数电路等的急剧的电流变化因由引线的电感所形成的电磁感应而产生噪音电压。噪音电压通过引线间的寄生电容等并且经由电容耦合或引线间的磁性耦合等而进入到电路中。
如果噪音电压变高，则有绝缘装置进行误动作的情况。
发明内容
本发明的实施方式提供一种耐噪音性被提高的光耦合型绝缘装置。
实施方式的光耦合型绝缘装置包括光发送部、以及光接收部。所述光发送部包括具有第1芯片座部的电源引线、设置在所述第1芯片座部的发光元件、具有第2芯片座部的接地引线、以位于所述电源引线与所述接地引线之间的方式设置的第1及第2输入引线、以及设置在所述第2芯片座部并且具有电源焊垫部、发光元件焊垫部及输入焊垫部的驱动集成电路(Integrated Circuit，IC)。所述光接收部隔着树脂与所述光发送部相对。所述电源引线、所述第1及第2输入引线、所述接地引线各自的外引线沿第1方向延伸。所述第1输入引线的内引线与所述第2输入引线的内引线的中心间距为所述第1输入引线的所述外引线与所述第2引线的所述外引线的中心间距以下。
附图说明
图1是第1实施方式的光耦合型绝缘装置的框图。
图2(a)是第1实施方式的光耦合型绝缘装置的示意性剖视图，图2(b)是光发送部的示意性仰视图，图2(c)是光接收部的示意性俯视图，图2(d)是图2(b)中的光发送部的示意性剖视图，图2(e)是图2(c)中的光接收部的示意性剖视图。
图3是说明由引线的电感产生的噪音电压的电路图。
图4是比较例的光发送部的示意性仰视图。
图5是模拟地求出噪音电压的曲线图。
图6(a)是第1实施方式的第1变形例的光发送部的示意性仰视图，图6(b)是第1实施方式的第2变形例的光发送部的示意性仰视图。
图7是第1实施方式、其第1、第2变形例的光耦合型绝缘装置的噪音电压的曲线图。
图8(a)是第2实施方式的光发送部的示意性仰视图，图8(b)是第3实施方式的光发送部的示意性仰视图，图8(c)是第4实施方式的光发送部的示意性仰视图。
图9是第2～第4实施方式的噪音电压的曲线图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。
图1是第1实施方式的光耦合型绝缘装置的框图。
光耦合型绝缘装置5包含光发送部10、以及光接收部30。
光发送部10具有发光元件12、以及驱动发光元件12的驱动IC14。
光发送部10例如可更包含编码电路18、以及发光元件12的驱动电路20而设为单芯片(one chip)。驱动IC14具有包含时钟产生器17的模数转换电路16。而且，在驱动IC14的上表面设置电源焊垫、发光元件焊垫、以及输入焊垫。模数转换电路16例如可设为Δ∑ADC(Delta-Sigma型模数转换电路)。
光接收部30例如具有受光元件32、光电转换电路36、解码电路38、以及输出缓冲器40等。光接收部30可设为单芯片。光接收电路30接收来自发光元件12的发射光并将其转换成电信号。
图2(a)是第1实施方式的光耦合型绝缘装置的示意性剖视图，图2(b)是光发送部的示意性仰视图，图2(c)是光接收部的示意性俯视图，图2(d)是沿图2(b)中的A-A线的光发送部的示意性剖视图，图2(e)是沿图2(c)中的A-A线的光接收部的示意性剖视图。
光发送部10包括具有第1芯片座部50a的电源引线50、设置在第1芯片座部50a的发光元件12、供模拟差动信号VIN+输入的第1输入引线51、供模拟差动信号VIN-输入的第2输入引线52、具有第2芯片座部53a的接地引线53、以及粘接在第2芯片座部53a并且驱动发光元件12的驱动IC14。第1及第2输入引线51、52位于电源引线50与接地引线53之间。
而且，光耦合型绝缘装置可以更包含树脂成型体65。电源引线50、第1输入引线51、第2输入引线52、接地引线53各自的外引线50d、51d、52d、53d依次从树脂成型体65的一侧面65c向第1方向8突出。各自的外引线通常设为相同之间距(中心间距)P1。在树脂成型体65的内部，第1输入引线51的内引线51c与第2输入引线52的内引线52c的中心间距P2设为间距P1以下。
引线框架的尺寸例如设为宽度为0.4mm、厚度为0.15mm等，材料设为铜合金等，并且在引线框架的表面设置Pd镀层等。
光接收部30例如具有接地引线55、供Vout-输出的第2输出引线56、供Vout+输出的第1输出引线57、电源引线58、以及粘接在接地引线55上的光接收部30的芯片。输出可为模拟输出及数字输出中的任一种。而且，树脂成型体65密封光发送部10、以及光接收部30。接地引线55、第1输出引线57、第2输出引线56、电源引线58各自的外引线设为与第1方向8平行。输出Vout也可以不为差动输出。而且，光接收部30也可以输出时钟信号(CLK)。
树脂成型体65可包含具有透光性的内树脂65a、以及设置在内树脂65a的外侧并且具有遮光性的外树脂65b。
如图2(b)所示，驱动IC14具有与第1方向8平行的第1侧面14a、以及与第1方向8正交的第2侧面14b。电源焊垫部14c及发光元件焊垫部14d排列在驱动IC14的第1侧面14a一侧。而且，分别与第1输入引线51及第2输入引线52连接的两个输入焊垫部14e排列在驱动IC14的第2侧面14b一侧。
光耦合型绝缘装置5可称为光耦合型隔离放大器等。例如可设为横向长度L1为5.5mm、纵向长度L2为7.5mm等。
通过模数转换电路16将发光元件12控制为接通或断开。在此情况下，例如，发光元件12被与取样时钟连动的尖峰状电流驱动，因此产生内部噪音。下面，对内部噪音进行说明。
图3是说明由引线的电感产生的噪音电压的电路图。
如图3所示，在包含反相器等的逻辑电路中，如果电流i发生急剧变化，则因与引线的电感L对应的电磁感应而产生vn＝L×(di/dt)的内部噪音。内部噪音或外来噪音通过由构成光发送部10的引线框架或键合线所形成的磁性耦合、或引线间的电容耦合而进入到光发送部10的内部，并且与信号重叠。
当光发送部10的电路具有MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等时，如果噪音电压vn超过直流偏移电压，则有逻辑电路进行误动作的情况。可通过对设置在引线框架上的表示光发送部10的三维构造的等效电路进行电磁场模拟而求出噪音电压vn。
图4是比较例的光发送部的示意性仰视图。
比较例中，电源引线150的第1芯片座部150a与接地引线153的第2芯片座部153a一边保持间隔DD1一边沿第1方向108平行地对向，并且一边保持间隔DD2一边沿第1方向108的正交方向对向。
而且，第1输入引线151的内引线151c具有弯折部，并且以间隔DD3、DD4等接近电源引线150的第1芯片座部150a。因此，电容耦合增强。
将第1输入引线151的内引线151c的端部与接地引线153的第2芯片座部153a之间隔设为DD2。将第2输入引线152的内引线152c的端部与接地引线153的第2芯片座部153a之间隔设为DD2。如果缩小间隔DD2，则电容耦合变强。
由于第1输入引线151的内引线部151c具有弯折，因此比第2输入引线152长，电感变大。因此，在供差动信号输入的两条引线之间、并且在第1输入引线51与第2输入引线52之间，无法消除噪音。
电源引线150与驱动IC114之间由键合线BW11连接。而且，第1及第2输入引线151、152与驱动IC114由键合线BW13连接。键合线BW11与键合线BW13均以跨及驱动IC114的第2侧面114b的方式设置。因此，电磁场的正交成分少，磁性耦合增强，噪音容易从电源引线150进入。比较例的配置容易提高打线接合步骤的生产性。
图5是模拟地求出噪音电压的曲线图。
纵轴为电压(V)，横轴为施加了上升脉冲的时间t0以后的相对时间。虚线表示比较例的电压，实线表示第1实施方式的电压。
噪音电压vn随时间而衰减。如果驱动电流脉冲急剧上升或急剧下降，则噪音电压vn增大。电流i急剧上升后，比较例中的噪音电压vn的最初的峰值为大致7.5mV。相对于此，第1实施方式中的噪音电压vn的最初的峰值低为大致2.5mV。
也就是说，在第1实施方式中，第1输入引线51的内引线51c与第2输入引线52的内引线52c沿第1方向8具有相等的长度。在第1输入引线51及第2输入引线52中分别诱发有噪音电压。在此情况下，因第1及第2输入引线51、52的长度相等，所以分别被诱发的噪音电压的大小变为相等。如果分别被输入至第1输入引线51及第2输入引线52的信号产生差动量，则以相等的大小被诱发的噪音电压相互抵消。因此，可降低噪音电压对差动量造成的影响。也就是说，可提高光耦合型绝缘装置的耐噪音性。
而且，内引线51c与内引线52c的中心间距P2小于第1输入引线51的外引线51d与第2输入引线52的外引线52d的中心间距P1。也就是说，电源引线50的引出部50b与第1输入引线51的内引线51c之间隔D3大于比较例的距离DD3。也就是说，由接近的两个引线区域构成的电容器的静电电容得以降低。因此，可减弱电容耦合，可降低因电源引线50与接地引线53之间产生的急剧的电流变化产生的噪音电压的影响。
同样地，第2输入引线52的内引线52c与接地引线53的引出部53b之间隔D4大于比较例之间隔DD3，从而可减弱电容耦合。
第1输入引线51的内引线51c的端部与接地引线53的第2芯片座部53a之间隔、以及第2输入引线152的内引线152c的端部与接地引线153的第2芯片座部153a之间隔均为D2，并且均大于比较例之间隔DD2。因此，可减弱电容耦合。
连接电源引线50与驱动IC14的键合线BW1以跨及驱动IC14的第1侧面14a的方式设置。因此，可使键合线BW1、与连接第1及第2输入引线51、52与驱动IC14的键合线BW3以接近正交的方式交叉。因此，和比较例相比能进一步减弱磁性耦合。另外，键合线BW3比键合线BW1长。
而且，通过将连接驱动IC14的接地焊垫14f与接地引线53的键合线BW4、与连接第1及第2输入引线51、52与驱动IC14的键合线BW3以接近正交的方式设置，可进一步减弱磁性耦合。另外，键合线BW3比键合线BW4长。
如上所述，在第1实施方式中，关于被诱发于第1及第2输入引线51、52的噪音电压，通过使引线长度相等，可在差动信号中消除噪音电压。而且，通过增大第1输入引线51与电源引线50之间隔并且增大第2输入引线52与接地引线53之间隔，而可减弱电容耦合，抑制因急剧的电流变化所致的噪音电压被诱发至第1及第2输入引线51、52。进而，使连接第1及第2输入引线51、52与驱动IC14的键合线BW3、与连接电源引线50与驱动IC14的键合线BW1以接近正交的方式交叉，而可减弱磁性耦合。通过所述情况，可提高光耦合型绝缘装置的耐噪音性。
图6(a)是第1实施方式的第1变形例的光发送部的示意性仰视图，图6(b)是第1实施方式的第2变形例的光发送部的示意性仰视图。
在图6(a)所示的第1变形例中，第1输入引线51的内引线51c与第2输入引线52的内引线52c的中心间距P2与外引线50d～53d的共同间距P1相等。
而且，在图6(b)所示的第2变形例中，连接驱动IC14的电源焊垫14c与电源引线50的键合线BW1设置在远离连接第1及第2输入引线51、52与驱动IC14的输入焊垫部14e的键合线BW3的位置(第2芯片座部53a的外缘侧)，并且两条键合线接近正交。
图7是第1实施方式、其第1及第2变形例的光耦合型绝缘装置的噪音电压的曲线图。
在第1变形例中，第1输入引线51与电源引线50之间隔D5小于第1实施方式之间隔D3，从而磁性耦合比第1实施方式强。因此，虽产生大致4mV的噪音电压，但与比较例的7.5mV相比得以降低。
而且，在第2变形例中，可使连接电源引线50与驱动IC14的电源焊垫14d的键合线BW2、与第1及第2输入引线51、52隔开并且接近正交。因此，虽产生大致2.8mV的噪音电压，但与比较例的7.5mV相比得以降低。另外，键合线BW3比键合线BW2长。也就是说，键合线BW3比键合线BW1、键合线BW2、键合线BW4长。由此，可增大间隔D3及间隔D4。
图8(a)是第2实施方式的光发送部的示意性仰视图，图8(b)是第3实施方式的光发送部的示意性仰视图，图8(c)是第4实施方式的光发送部的示意性仰视图。
在第2～第4实施方式的光发送部10中，第1及第2输入引线51、52具有相同的长度。因此，可容易地消除差动信号中的噪音电压。
而且，连接电源引线50与驱动IC14的电源焊垫14d的键合线BW1以与连结第1及第2输入引线51、52与驱动IC14的输入焊垫14e的键合线BW3接近正交的方式设置。因此，可降低因磁性耦合所致的噪音电压。
图9是第2～第4实施方式的噪音电压的曲线图。
第2～第4实施方式的噪音电压为大致5mV以下，与比较例的噪音电压相比得以降低。而且，图8(b)的第3实施方式、图8(c)的第4实施方式能够比第2实施方式容易地将第1及第2输入引线51、52的端部接近安装于接地引线53或电源引线50。在此情况下，寄生电容比第2实施方式稍增加，但噪音电压为5.5mV以下，与比较例相比得以降低。
通过第1～第4实施方式的光耦合型绝缘装置而降低噪音电压。因此，光耦合型绝缘装置的误动作得以抑制。这些光耦合型绝缘装置可广泛地用于控制器、计测器等。
已对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并非意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他各种方式实施，并且可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求所记载的发明及其均等的范围内。
[符号的说明]
5 光耦合型绝缘装置
8 第1方向
10 光发送部
12 发光元件
14 驱动IC
14a 第1侧面
14b 第2侧面
14c 电源焊垫部
14d 发光元件焊垫部
14e 输入焊垫部
16 模数转换电路
30 光接收部
50 电源引线
50a 第1芯片座部
51、51c 第1输入引线
52、52c 第2输入引线
53 接地引线
53a 第2芯片座部
65 树脂成型体
65a 内树脂
P1 外引线间间距(中心间距)
P2 输入引线的内引线间中心距离
BW1 连接电源引线与电源焊垫部的键合线
BW2 连接发光元件与发光元件焊垫部的键合线
BW3 连接第1及第2输入引线与输入焊垫部的键合线
D1 电源引线的第1芯片座部与接地引线的第2芯片座部的间隔
D2 第1及第2输入引线的端部与接地引线的第2芯片座部的间隔

Claims (7)

1.一种光耦合型绝缘装置，其特征在于包括：
光发送部，包括：具有第1芯片座部的电源引线、设置在所述第1芯片座部的发光元件、具有第2芯片座部的接地引线、以位于所述电源引线与所述接地引线之间的方式设置的第1及第2输入引线、以及设置在所述第2芯片座部并且具有电源焊垫部、发光元件焊垫部及输入焊垫部的驱动集成电路；以及
光接收部，以隔着树脂与所述光发送部相对的方式设置；并且
所述电源引线的外引线、所述第1及第2输入引线的外引线、以及所述接地引线的外引线分别沿第1方向延伸；
所述第1输入引线的内引线与所述第2输入引线的内引线的中心间距为所述第1输入引线的所述外引线与所述第2输入引线的所述外引线的中心间距以下，且所述第2输入引线的内引线与所述第1输入引线的内引线具有同样的长度。
2.根据权利要求1所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
所述驱动集成电路包括：第1侧面，与所述第1芯片座部的侧面中与所述第1方向平行的侧面对向；以及第2侧面，与所述第1方向正交并且与所述第1输入引线的所述内引线的端部及所述第2输入引线的所述内引线的端部对向；
所述电源焊垫部及所述发光元件焊垫部排列在所述驱动集成电路的所述第1侧面一侧；并且
所述输入焊垫部排列在所述驱动集成电路的所述第2侧面一侧。
3.根据权利要求1所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
连接所述第1及第2输入引线与所述输入焊垫部的键合线比连接所述电源引线与所述电源焊垫部的键合线、连接所述发光元件与所述发光元件焊垫部的键合线以及连接所述接地引线与所述驱动集成电路的键合线中的任一条长。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
所述第1输入引线与所述第2输入引线具有相同的长度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
所述第1输入引线的所述内引线与所述第2输入引线的所述内引线的所述中心间距小于所述第1输入引线的所述外引线与所述第2输入引线的所述外引线的所述中心间距。
6.根据权利要求2所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
连接所述电源引线与所述驱动集成电路的键合线跨过所述驱动集成电路的所述第1侧面；并且
连接所述第1输入引线与所述驱动集成电路的键合线以及连接所述第2输入引线与所述驱动集成电路的键合线跨过所述驱动集成电路的所述第2侧面。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的光耦合型绝缘装置，其特征在于：
所述驱动集成电路包括具有时钟产生器的模数转换电路。
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