CN108736979B - 隔离装置及隔离系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔离装置及隔离系统。揭示一种说明性隔离装置,其包含:第一电路,其具有至少一第一发射器及第一检测器;第二电路,其具有至少一两用组件;隔离材料,其经配置以电隔离所述第一电路与所述第二电路;及切换电路,其经调适以连接所述两用组件以发射第一信号以供由呈第一配置的所述第一检测器检测及从呈第二配置的所述第一发射器接收第二信号。

Description

隔离装置及隔离系统
技术领域
本发明大体上涉及电子隔离及用于容纳电子隔离的装置。
背景技术
存在受益于电隔离的许多类型的电系统。电流隔离是隔离电系统的功能段以防止电流流动的原理,这意味着在不同功能段之间不准许存在直接电传导路径。举一个实例,某些类型的电子设备需要高压组件(例如,1kV或更大)与低压组件(例如,10V或更低)介接。此设备的实例包含在系统的一些部分中利用高压但在系统内的其它部分具有低压控制电子设备的医疗装置及工业机械。系统的高压侧与低压侧的介接依赖于数据经由某种机构(而非电流)的传送。
其它类型的电系统,例如信号及功率传输线,可能通过雷电、静电放电、射频传输、切换脉冲(尖峰)及电力供应器中的扰动而经受电压浪涌。这些类型的系统也可受益于电隔离。
电隔离可使用若干不同类型的装置实现。隔离产品的一些实例包含电流隔离器、光耦合器、电感及电容隔离器。先前几代的电子隔离器在水平配置中使用两个芯片,所述芯片之间具有线接合。这些线接合为被隔离的系统的接地之间的差值中的大偏离提供耦合点。这些偏离可为大约25,000V/usec。
如上文所提及,电隔离可使用电容电感隔离器、光及/或RF隔离器跨越隔离边界传输数据而实现。希望在试图满足各种应用的复杂功能性要求中将更多光通道添加到光耦合器。然而,存在关于芯片空间利用及芯片引脚利用的问题。简单地将更多通道添加到光耦合器将增加封装大小及/或引脚计数,这转化成印刷电路板(PCB)上的更大占用面积,这在终端产品中通常是不合意的。将额外特征并入到在光耦合器封装中已经建立的若干现存通道中是一种挑战。
发明内容
一方面,本发明提供一种隔离装置,其包括:第一电路,其具有至少一第一发射器及第一检测器;第二电路,其具有至少一两用组件;隔离材料,其经配置以电隔离所述第一电路与所述第二电路;及切换电路,其经调适以连接所述两用组件以发射第一信号以供由呈第一配置的所述第一检测器检测及从呈第二配置的所述第一发射器接收第二信号。
另一方面,本发明提供一种隔离系统,其包括:第一光通信通道,其用于跨越分离以第一电压操作的第一电路与以第二电压操作的第二电路的隔离屏障载送数据,所述第一光通信通道包括第一光发射器及第一光检测器;及至少一第二光通信通道,其用于跨越所述隔离屏障载送额外数据,所述第二光通信通道包括可在第一操作条件与第二操作条件之间切换的两用光电组件,其中所述两用光电组件在所述第一操作条件下跨越所述至少一第二光通信通道发射光信号,且其中所述两用光电组件跨越所述至少一第二光通信通道接收光信号及将所述接收到的光信号转换成电信号。
附图说明
连同所附图式描述本发明,所附图式不一定按比例绘制:
图1是描绘根据本发明的实施例的隔离系统的示意性框图;
图2是描绘根据本发明的实施例的隔离器的细节的示意性框图;
图3A是根据本发明的实施例的第一说明性隔离装置的框图;
图3B是根据本发明的实施例的来自图3A的具有用于控制囊封剂沉积的示范性机构的第一说明性隔离装置的详细框图;
图4是根据本发明的实施例的第一说明性隔离装置的横截面图;
图5是根据本发明的实施例的第二说明性隔离装置的框图;
图6是根据本发明的实施例的第二说明性隔离装置的横截面图;
图7是根据本发明的实施例的第三说明性隔离装置的框图;
图8是根据本发明的实施例的第三说明性隔离装置的横截面图;
图9是根据本发明的实施例的第四说明性隔离装置的框图;及
图10是描绘根据本发明的实施例的用于操作两用光电组件的说明性电路的电路图。
具体实施方式
随后的描述仅提供实施例,且不希望限制权利要求书的范围、适用性或配置。实情是,随后的描述将向所属领域的技术人员提供随后描述以用于实施所描述实施例。应理解,可在不脱离所附权利要求书的精神及范围的情况下在元件的功能及布置中作出各种变化。
本文将参考作为理想化配置的示意性说明的图式描述本发明的各种方面。因而,预期由于例如制造技术和/或公差造成的说明的形状的变化。因此,不应将贯穿此文档呈现的本发明的各种方面解释为限于本文说明及描述的元件(例如,区域、层、区段、衬底等等)的特定形状,但将包含由例如制造引起的形状的偏差。通过实例,说明或描述为矩形的元件在其边缘处可具有经修圆或弯曲特征及/或梯度浓度而非一个元件与另一元件的离散变化。因此,图中说明的元件在性质方面是示意性的,且其形状不希望说明元件的精确形状且不希望限制本发明的范围。
应理解,当元件(例如区域、层、区段、衬底或类似物)被称为是“在另一元件上”时,其可直接在另一元件上或也可存在中介元件。相比而言,当元件被称为“直接在另一元件上”时,不存在中介元件。应进一步理解,当元件被称为“形成”或“建立”在另一元件上时,其可经生长、沉积、蚀刻、附接、连接、耦合或另外经制备或制造于另一元件或中介元件上。
此外,本文可使用相对术语,例如“下”或“底”及“上”或“顶”,描述一个元件与另一元件的关系,如图中所说明。应理解,相对术语希望涵盖设备除了图中所描绘的定向外的不同定向。通过实例,如果图中的设备被翻转,那么被描述为在其它元件的“下”侧上的元件会被定向在其它元件的“上”侧上。因此,术语“下”可取决于设备的特定定向而涵盖“下”及“上”定向两者。类似地,如果图中的设备被翻转,那么被描述为在其它元件“下面”或“下方”的元件会被定向在其它元件“上面”。术语“下面”或“下方”因此可涵盖上面及下面的定向两者。
除非另外定义,本文使用的所有术语(包含技术及科学术语)具有与本发明所属的领域的一般技术人员通常所理解的意义相同的意义。应进一步理解,应将术语(例如通常使用的词典中定义的术语)解释为具有与其在相关领域及本发明的上下文中的意义一致的意义。
如本文所使用,单数形式“一(a/an)”及“所述”希望同样也包含多数形式,除非上下文另外清楚地指示。应进一步理解,术语“包括(comprise/comprises/comprising)”,当用于本说明书中时,指定所述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件的存在,但不排除一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组的存在或添加。术语“及/或”包含所列的相关联项中的一或多者的任何及所有组合。
现参考图1到10,描绘并描述隔离系统、隔离器及隔离装置的各种配置。在一些实施例中,可将本文描述的隔离器并入到需要电流及/或电压监测但易受瞬态影响的任何系统中。在一些实施例中,隔离系统(其中本文所描述的隔离器)额定地以约5kV、10kV或更多操作。换种方式说,隔离器或隔离系统的输入侧(例如,高压侧)可直接连接到5kV、10kV、15kV或更大源而不会损坏隔离器或附接到隔离器的输出侧(例如,低压侧)的任何电子装置。因此,采用本文揭示的隔离器中的一或多者的隔离系统可经配置以操作于高压或高电流系统中,但也可经配置以分离高压或高电流系统与低压或低电流系统。
现参考图1,将描述根据本发明的至少一些实施例的第一隔离系统100。展示包含由隔离边界112分离的第一电路104及第二电路108的系统100。在一些实施例中,隔离器116可提供用于跨越隔离边界112载送通信信号的机构。
第一电路104可操作于高压环境(例如,具有1kV或超过1kV的接地电势)中,而第二电路108可操作于低压环境(例如,具有低于100V的接地电势)中。当然,在不脱离本发明的范围的情况下,相反情况也是正确的。隔离边界112可提供用于保护低压环境免受高压环境影响的机构。隔离器116可经配置以建立及维持隔离边界112而同时促进从第一电路104到第二电路108的通信交换,且反之亦然。然而,应了解,第二电路108可操作于高压环境中,且第一电路104可操作于低压环境中。
在一些实施例中,第一电路104以第一电压(例如,高电压)接收第一输入信号120。第一电路104将第一输出信号124输出到隔离器116。第一输出信号124仍处于与第一输入信号120相同的标称电压。隔离器116经由第二输入信号128将信息从第一输出信号124传送到第二电路108。第二输入信号128现作为由隔离器116进行操作的第二电压(例如,低电压)。接着,第二电路108处理第二输入信号128且生成被传送到额外电路或控制器组件的第二输出信号132。
相反地,为促进信息跨越隔离边界112的双向流动,可在第二电路108处接收第三输入信号136。第二电路108可基于第三输入信号136生成第三输出信号140。第三输出信号140可被提供到隔离器116。在一些实施例中,第三输出信号140标称地处于与第二输入信号128类似的电压。隔离器116可以类似于处理第一输出信号124的方式的方式对第三输出信号140进行操作,相反情况除外。具体来说,隔离器116可产生第四输入信号144,其载送第三输出信号140中先前所含的信息。第四输入信号144可标称地处于类似于第一输出信号124的电压。另一输入信号144可被提供到第一电路104,其基于第四输入信号144产生第四输出信号148。
即使第一电路104以不同于第二电路108的电压操作且在两个电路104、108之间存在电隔离,隔离器116也能够保存来自第一输出信号124的信息,且经由第二输入信号128将那些信息传送到第二电路108。第二输入信号128可对应于第一输出信号124的逻辑表示或副本。第二输入信号128基本上是第一输出信号124在不同电路上且以不同电势的重新产生。同样地,隔离器116能够保存来自第三输出信号140的信息,且经由第四输入信号144将那些信息传送到第一电路104。第四输入信号144基本上是第三输出信号140在不同电路上且以不同电势的重新产生。应了解,隔离器116可经设计以循序地或同时跨越隔离边界112在两个不同方向上载送信息。
现参考图2,将描述根据本发明的至少一些实施例的隔离器116的额外细节。隔离器116,如上文所论述,负责在第一电路104与第二电路108之间传送信息而同时维持电路104、108之间的隔离边界112。信号124跨越隔离边界112的通信由可对应于光或光电隔离组件的一或多个隔离组件204、208实现,如本文将更详细地论述。
隔离器116在其第一侧上可包括第一隔离组件204且在其第二侧上包括第二隔离组件208。第一隔离组件204及第二隔离组件208可对应于光电装置(例如,LED、光电检测器、光电二极管、激光器等等)或一起工作以无线地在彼此之间传送信号的类似物,借此维持隔离边界112。在一些实施例中,隔离组件204、208经由光耦合与彼此通信(例如,通过传输及接收呈光子形式的光信号)。也可由隔离器116使用其它耦合技术,例如电感耦合、磁耦合、电容耦合或类似物。
图3A及3B描绘根据本发明的至少一些实施例的隔离装置300的第一说明性实例。图4说明类似于图3中描绘的隔离装置的隔离装置400,除了隔离装置400展示可包含于隔离装置300、400中的一些隔离组件的物理布局之外。应了解,除非另外描述,在不脱离本发明的范围的情况下,隔离装置300、400中的类似组件可具有类似或相同特征/功能。
最初参考图3A及3B,展示包含由隔离边界312分离的第一电路304及第二电路308的隔离装置300。在一些实施例中,隔离边界312可为隔离装置300的任选元件。
第一电路304包含第一发射器332、第一集成电路(IC)芯片324及第二发射器340。第二检测器328可被包含于或集成到第二IC芯片324中。第一电路304的每一组件可被安装在光电隔离或通信封装的共用引线或引线框上。替代地或另外,第一电路304的一些组件可被安装在第一引线框或衬底上,且第一电路304的其它组件可被安装在第二引线框或衬底上。
第二电路308包含第一IC芯片316及两用光电组件336。第一检测器320可被包含于或集成到第一IC芯片316中。在一些实施例中,第一发射器332产生第一光信号352,其在第一检测器320处检测到且被转换成第一IC芯片316内的电信号。此第一光信号352可经由第一通信通道344传送。第一通信通道344可与第二通信通道348光学隔离,第二通信通道348存在于两用光电组件336与第二检测器328/第二发射器340之间。第二通信通道348可载送第二光信号356及/或第三光信号360。第二光信号356可从两用光电组件336行进到第二IC324上的第二检测器328,而第三光信号可从第二发射器340行进到两用光电组件336。
在一些实施例中,发射器332、340可对应于能够接收电子信号作为输入且作为响应产生光信号的任何类型的光电装置。合适的发射器332、340的非限制实例包含LED、激光器、VCSELS、LED阵列、激光器阵列、其组合及类似物。
在一些实施例中,检测器320、328可对应于能够接收光信号作为输入且作为响应产生电信号的任何类型的光电装置。检测器320、328分别可将其电信号输出提供到其相应IC芯片316、324以用于进一步处理。合适的检测器320、328的非限制性实例包含光电二极管、提供于IC芯片上的光敏单元阵列或类似物。
两用光电组件336可对应于光电装置,其能够在第一操作配置/条件中操作作为光发射器且能够在第二操作配置/条件中操作作为光检测器。作为非限制性实例,两用光电组件336可对应于二极管,其在第一操作配置中用作LED且在第二操作配置中用作光电二极管。当操作于第一操作配置中时,两用光电装置336可产生第二光信号356。第二光信号356可用于传达与第二电路308有关的高速故障信息及/或状态信息。在一些实施例中,第二光信号356相对快速地传送(例如,作为快速信号)。当操作于第二操作配置中时,两用光电装置336可接收第三光信号360且作为响应产生电信号。第三光信号360行进穿过与第二光信号356相同的通信通道(例如,第二通信通道348),但在与第二光信号356相反的方向上行进。第三光信号360可将状态或传感器信息从第一电路304传送到第二电路308。与第二光信号356相比,第三光信号360可比第二光信号356相对更慢(例如,经调制更慢、经激活/撤销激活更慢、接通/断开更慢等等)。
以第一速率(f1)传输第一光信号352,以第二速率(f2)传输第二光信号356,且以第三速率(f3)传输第三光信号360。第一速率(f1)基本上与第二速率(f2)的速度相同。第三速率(f3)慢于第一速率(f1)及第二速率(f2)。在一个实施例中,第一速率(f1)及第二速率(f2)可比第三速率(f3)快至少50%。在另一实施例中,第一速率(f1)及第二速率(f2)可为第三速率(f3)的至少2倍。举例来说,第一及第二速率可为几MHz,而第三速率可为大约几百kHz。
在一些实施例中,两用光电组件336连接到与第一IC芯片316分离的接地。此配置可使得两用光电组件336能够被适当偏压,以允许两用光电组件336在操作作为发射器与操作作为检测器之间转变或切换。更具体来说,两用光电组件336可经正向偏压以启用两用光电组件336以发射第二光信号356且操作于第一操作配置中。相反地,两用光电组件336可经反向偏压以启用两用光电组件336以接收第三光信号360。负责切换两用光电组件336的偏压的电路可驻留在第一IC芯片316的部分中或作为第一IC芯片316的部分。
图3B描绘制造期间的隔离装置300。特定来说,描绘第二IC芯片324及第二发射器340的详细视图。还将限制结构364描绘为在隔离装置300的制造期间使用的组件。在一些实施例中,希望使用帮助建立第二通信通道348(且同样帮助建立第一通信通道344)的囊封剂材料380囊封光组件。
囊封剂材料380可对应于电绝缘材料,其还对由第二发射器340(及隔离装置300的其它发射器)发射的光光学透明。在一些实施例中,可希望使用囊封剂材料380囊封光组件但不使用囊封剂材料380囊封第二IC芯片324的其它部分。特定来说,展示具有第一侧368及第二侧372的第二IC芯片324。存在经提供邻近第二IC芯片324的第一侧368的若干电接合垫,且将第二检测器328展示为邻近或更靠近第二IC芯片324的第二侧372。此意味着希望以此方式沉积囊封剂材料380使得第二IC芯片324的第二侧372的大部分被囊封剂材料380覆盖而第二IC芯片324的第一侧368并不被囊封剂材料380覆盖。还希望确保囊封剂材料380不会流动到太远使得其跨越隔离边界312或另外接触如两用光电组件336的组件。不幸地,给定材料的性质及施配单元可能不能够进行精确施配操作的事实,囊封剂材料380的分布(例如,大小及形状)可能是困难的。为解决此问题,可在沉积在第一电路304上时,提供限制结构364作为一种方式来限制囊封剂材料380的大小及/或形状。说明性地绘制图3B中展示的限制结构364以表示可用于限制囊封剂材料380的大小的结构。替代地,可将限制结构364或额外限制结构3641放置在第二检测器328与线接合之间。
限制结构364帮助确保囊封剂材料380不会跨越隔离边界312泄漏。另外,使用限制结构364允许囊封剂材料380的中心移动远离第二IC芯片324的中心。此可启用第二IC芯片324的第一侧368上的接合垫以不具有其上提供的囊封剂材料380,而囊封剂材料380可经启用以同时覆盖第二检测器328及第二发射器340。因此,囊封剂材料380可能能够囊封第二IC芯片324的部分第二侧372但不会囊封第二IC芯片324的第一侧368。
在一些实施例中,限制结构364可对应于当材料呈液体形式时帮助防止囊封剂材料380流动的任何类型材料或材料的集合。合适的限制结构364的非限制性实例包含经附接邻近第二IC芯片324且在第二IC芯片324的第二侧372附近的虚设线、虚设芯片、引线框材料、胶带及固体结构。如将结合图4论述,限制结构364帮助在第二IC芯片324之上建立子腔室,其在隔离装置300的操作期间保护第二检测器328而且用作光导。如应了解,限制结构364可用于控制囊封剂材料380的大小及/或形状,这有效地控制借此创建的子腔室的大小及/或形状。
现参考图4,将描述根据本发明的至少一些实施例的隔离装置400的一个可能物理配置。隔离装置400可仅对应于隔离装置300的一部分,这意味着结合隔离装置400并未描绘隔离装置300的所有组件。然而,应了解,隔离装置400可包含结合隔离装置300描绘及描述的所有组件。为了论述及说明起见,隔离装置400仅描绘用于经由第二通信通道348通信的组件。
展示包含第一侧404及与第一侧404电隔离的第二侧408的隔离装置400。在一些实施例中,第一侧404上的元件可对应于第一电路304上提供的元件,而第二侧408上的元件可对应于第二电路308上提供的元件。具体来说,展示包含支撑第二发射器424及第二IC芯片428的第一衬底或引线框416的第一侧404。展示包含支撑两用光电组件436的第二衬底或引线框的第二侧408。在一些实施例中,第二发射器424类似或相同于第二发射器340,第二IC芯片428类似或相同于第二IC芯片324,第二检测器432类似或相同于第二检测器328,且两用光电组件436类似或相同于两用光电组件336。然而,这些类似处并非是必要条件。
第一侧404由隔离材料412与第二侧408电隔离。在一些实施例中,隔离材料412对应于电绝缘材料,其通常也对由组件424、436产生的光的波长(完全或部分)光学透明。隔离材料412的非限制性实例包含
Figure BDA0001606327730000081
胶带、玻璃、绝缘膜或类似物。隔离材料412帮助建立及维持隔离边界312。
除了经由线接合452被电连接到第一衬底或引线框416外,还将第二发射器424展示为被直接安装在第一衬底或引线框416上。除了经由线接合452被电连接到第一衬底或引线框416外,还将第二IC芯片428展示为被直接安装在第一衬底或引线框416上。展示第二IC芯片428的光敏区包含第二检测器432。第二检测器432及第二发射器424分别被透明施配点440、444囊封或覆盖。所述施配点可对应于用于同时保护第一侧404上的光电组件及维持第二通信通道348的透明材料的量。在一些实施例中,施配点440、444可对应于沉积在组件424、432之上的硅酮的量。
还展示由施配点448囊封的两用光电组件436。在一些实施例中,施配点448可对应于沉积在两用光电组件436之上的硅酮的量。总的来说,点440、444、448可帮助创建光导或建立第二通信通道348的类似物。应了解,对于将建立的此光通路,可希望使点440、444、448重叠彼此,即使其由隔离材料412分离。此重叠可帮助为光信号460、464创建有效光通路。在一些实施例中,光信号460对应于第三光信号,而光信号464对应于第二光信号356。在一些实施例中,这些光信号460、464并非基本上同时传输,借此帮助避免串扰、噪声引入等等。第一IC芯片316内的电路可帮助确保不会同时传输光信号460、464。
施配点440、444、448的组合可建立例如呈光导形式的第二光通道348。在一些实施例中,可认为建立第二通信通道348的光导具有若干子腔室,其中那些子腔室对应于图4中虚线展示的制造阶段期间的不同施配点。当隔离装置400完成时,子腔室将为互连的。在一些实施例中,光导包含对应于第一施配点440的子腔室、对应于第二施配点444的另一子腔室及对应于第三施配点448的第三子腔室。如结合图3B所论述,对应于第一施配点440的子腔室的大小及/或形状可被限制结构364控制。应了解,其它子腔室的大小及/或形状也可被限制结构364或未描绘的其它机构控制。在制造过程的后续阶段中,施配点将如由图4中的实线说明那样连接在一起。在隔离装置400的最终制造形式中,子腔室440、444及448可经合并以界定单个光导456,其经配置以引导光信号。换句话来说,在隔离装置400的最终制造形式中,第一、第二及第三子腔室对应于分别邻近于第二检测器432、第二发射器424及两用光电组件436的光导部分。如图4中展示,对应于第一施配点440的子腔室的直径可小于对应于第二施配点444的子腔室的直径。类似地,对应于第一施配点440的子腔室的直径可显著小于(例如,小于一半所述大小)对应于第三施配点448的子腔室的直径。将隔离材料412展示为夹置于第三施配点448与第一侧404上的其它施配点440、444之间。对应于第二施配点444及第一施配点440的驻留在相同侧上的子腔室将被合并。经合并子腔室(在第一侧上展示为实线)可在处理之后具有基本上类似于对应于第三施配点448的子腔室(展示为第二侧上的实线)的大小。
除了提供电连接之外,线接合452也可在战略上用于支持隔离材料412在侧404、408之间的放置及/或定位。
图5描绘根据本发明的至少一些实施例的隔离装置500的第二说明性实例。图6说明类似于图5中描绘的隔离装置的隔离装置600,除了隔离装置600展示可包含于隔离装置500、600中的一些隔离组件的物体布局。除非另外描述,应了解,在不脱离本发明的范围的情况下,隔离装置500、600中的类似组件可具有类似或相同特征/功能。
现参考图5,展示包含封装主体504的隔离装置500,其容置类似于或相同于结合隔离装置300描绘及描述的组件的组件。隔离装置500进一步展现提供于封装504中的第一内模具508及第二内模具512。在一些实施例中,第一内模具508帮助创建或定义第一通信通道344(其载送第一光信号352)。第二内模具512帮助创建或定义第二通信通道348(其载送第二光信号356及第三光信号360)。
可以此方式提供第一内模具508以便环绕第一发射器332及第一IC芯片316。可以此方式提供第二内模具512以便环绕第二发射器340、第二IC芯片324及两用光电组件336。在一些实施例中,接地端子含于第二内模具512内而非含于第一内模具508内。然而,应了解,接地端子(或参考电压端子)中的一或多者可经提供于第一内模具508中而不脱离本发明的范围。
在一些实施例中,如图6中展示,展示具有第一通信通道604及第二通信通道608的隔离装置600,其可类似于隔离装置500。如上文所论述,可使用第一内模具508建立第一通信通道604,且可使用第二内模具512建立第二通信通道608。第一内模具508及第二内模具512可包含任何类型的半透明或透明材料,例如硅酮、白色塑料材料、透明塑料材料等等。可将模具分离器612提供为围绕第一内模具508及第二内模具512的外模具。在一些实施例中,模具分离器612可建立封装504的格式。模具分离器612可对应于对由装置500、600的发射器发射的光不透明或非透明的外模具材料。举实例,模具分离器612可对应于黑色塑料或囊封剂材料。
将一组衬底或引线框640、644展示为提供于第一通信通道604内。衬底或引线框640可支撑第一发射器648,其可类似或相同于第一发射器332。衬底或引线框644可支撑第一IC芯片652,其可类似或相同于第一IC芯片316。第一检测器656可被提供于第一IC芯片652上。第一检测器656可检测由第一发射器648发射的光,第一发射器648含于第一通信通道604内。
将另一组衬底或引线框616、620展示为被提供于第二通信通道608内。衬底或引线框616可支撑第二发射器624及第二IC芯片628,其分别可类似或相同于第二发射器340及第二IC芯片324。第二检测器632可被提供于第二IC芯片628上。衬底或引线框620可支撑两用光电组件636,其可类似或相同于两用光电组件336。
尽管被描绘为分离组件,但衬底或引线框616、620、640、644可对应于已由模具材料508、512简单地分离的共用衬底或引线框的不同部分。换种方式说,衬底或引线框616、620、640及/或644可形成于共用材料上(例如,共用金属引线框),但共用材料可被划分成离散部分以建立本文描绘及描述的不同通信通道604、608。
图7描绘根据本发明的至少一些实施例的隔离装置700的第三说明性实例。图8说明类似于图7中描绘的隔离装置的隔离装置800的一部分,除了隔离装置800展示可包含于隔离装置700、800中的一些隔离组件的物理布局。除非另外描述,应了解,在不脱离本发明的范围的情况下,隔离装置700、800中的类似组件可具有类似或相同特征/功能。
现参考图7,展示包含封装主体704的隔离装置700,其容置类似或相同于结合隔离装置300描绘及描述的组件的组件。隔离装置700进一步展现隔离边界708,其分离装置的高压侧与装置的低压侧。装置700进一步展现第一光导712及第二光导716。第一光导712经提供于第一发射器332与第一检测器320之间,而第二光导716经提供于第二IC芯片324与两用光电组件336之间。在一些实施例中,光导712、716可包含透明硅酮或能够跨越隔离边界708载送光但跨越隔离边界708不载送电流的任何其它类型的透明或半透明材料。
隔离装置700还展现发射器作为第二IC芯片324的部分而非提供与第二IC芯片324分离的发射器。更具体来说,第二IC芯片324仍拥有第二检测器328,但第二IC芯片324还拥有其上的堆叠式发射器720。堆叠式发射器720类似于第二发射器340那样进行操作,除了堆叠式发射器720经提供于第二IC芯片324上或中。
如图8中展示,堆叠式发射器824可经提供于第二IC芯片828的顶部上,但是在不同于第二检测器832经提供于其上的区上。在此特定实施例中,第二检测器832及堆叠式发射器824可共享共用接地或参考电压(例如,第二IC芯片828的接地)。在一些实施例中,堆叠式发射器824是LED或LED阵列,其是附接到第二IC芯片828的触发器。
隔离装置800描绘包含于第二光导716中的隔离装置700的元件。应了解,在隔离装置800中未描绘隔离装置700的所有组件以实现更佳地理解经由第二光导716通信的元件。隔离装置800展示第一侧804及第二侧808。第一侧804包含第一衬底或引线框816,其具有直接安装在其上的第二IC芯片828。第二侧808包含第二衬底或引线框820,其具有安装在其上的两用光电组件836。将两用光电组件836及第二IC芯片828展示为面对面定向(类似于本文描绘及描述的其它定向)。第二IC芯片828具有安装到第一衬底或引线框816的第一侧,且其相对的第二侧包含第二检测器832以及安装到其的堆叠式发射器824。堆叠式发射器824还可经由一或多个线接合848电连接到第二IC芯片828,且接着,第二IC芯片828可经由另一组线接合848电连接到第一衬底或引线框816。同样地,两用光电组件836可经由一或多个线接合848电连接到第二衬底或引线框808。
展示电隔离或分离第一侧804与第二侧808的隔离或绝缘材料812。隔离或绝缘材料812可类似或相同于隔离材料412。将隔离材料812展示为定位于第一囊封剂840与第二囊封剂844之间。第一囊封剂840可对应于沉积于第二IC芯片828及堆叠式发射器824的顶部之上的透明或半透明硅酮的量。第二囊封剂844可对应于沉积于两用光电装置836之上的透明或半透明硅酮的量。第一囊封剂840与第二囊封剂844的组合可创建第二光导716,其促进隔离装置700、800的不同侧之间的通信。
图9描绘根据本发明的至少一些实施例的隔离装置900的第四说明性实例。隔离装置900类似于本文描绘及描述的其它隔离装置,除了隔离装置900的封装904含有三个离散光导908、912、916之外。第一光导908可对应于沉积于第一发射器332及第一检测器320之上的透明或半透明材料(例如,硅酮)的量。应了解,在不脱离本发明的范围的情况下,第一光导908还可部分或完全覆盖第一IC芯片316的剩余部分。
第二光导912可对应于沉积于第二检测器328及两用光电装置336之上的透明或半透明材料(例如,硅酮)的第二量。第三光导916可对应于沉积于第二发射器340及两用光电装置336之上的透明或半透明材料(例如,硅酮)的第三量。在一些实施例中,全部光导908、912、916可进一步被内模具材料(例如,白色硅酮或环氧树脂/塑料)囊封。此内模具材料可进一步被建立封装904的最终格式的外模具材料(例如,黑色环氧树脂/塑料)囊封。
现参考图10,一种用于实现两用光电装置的功能性的说明性控制电路,将其说明性地描绘为LED。电路的组件可被并入到第一IC芯片316中(例如,作为第一IC芯片316的内部组件)。在一些实施例中,控制电路启用在一种操作模式中被配置为光源/发射器且在另一操作模式中被配置为光检测器的两用光电装置。
在所描绘的实施例中,两用光电装置的一个节点连接到接地或参考电压,其还连接到电压源或电力供应器VB。电压源或电力供应器VB可对应于负电力供应器,其还连接到跨阻抗放大器(TIA)的正端子。两用光电装置的另一节点连接于一对开关SW与SWB之间。第一开关SW可通过电阻器RLED选择性地将两用光电装置连接到控制电压VCC。第二开关SWB可选择性地将两用光电装置连接到TIA的负端子。在第一操作或配置模式中,电路可经配置使得第一开关SW闭合,借此将两用光电装置连接到控制电压VCC。在此第一操作或配置模式中,第二开关SWB可断开。当第一开关SW闭合且第二开关SWB断开时,两用光电装置可操作作为光源/发射器,借此实现第二光信号356的传输。电阻器RLED帮助限制在此操作模式期间流动到两用光电装置的电流量。
在第二操作或配置模式中,电路可经配置使得第一开关SW断开且第二开关SWB闭合。此创建电压源或电力供应器VB的反向偏压且致使两用光电装置操作作为光检测器或光电二极管。在一些实施例中,当第二开关SWB闭合时,TIA能够将光电检测到的电流(例如,两用光电装置的输出)转换成可由第一IC芯片316内的其它组件或经由线接合连接到第一IC芯片316的其它组件读出的电压。换句话来说,TIA可产生表示由两用光电装置在于两用光电装置处检测到光子时产生的电信号的输出电压VOUT。
如应了解,通过利用如本文描绘及描述的两用光电装置,实现具有相对减小的封装大小及/或占用面积的隔离装置。此外,消除额外IC芯片及对应二极管,可减小隔离装置封装的整体面积。
如应了解,本文描绘及描述的隔离器或隔离装置中的任何者可经实施为芯片上解决方案(例如,作为单个硅晶片)。在一些实施例中,隔离器或隔离装置可经实施于具有其中所提供的其它电路元件的集成电路(IC)芯片中。此外,术语隔离器及隔离装置可如本文所使用那样是可互换术语。实际上,展现电隔离器以及光耦合器的特征及/或功能的任何系统、系统组件或具体装置都可被认为是隔离器或隔离装置。
在描述中给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而,所属领域的一般技术人员应理解,可无需这些具体细节实践实施例。在其它例子中,可无需不必要细节展示众所周知的电路、处理、算法、结构及技术以便避免使实施例模糊。
虽然本文已详细描述本发明的说明性实施例,但应理解,可另外不同地体现及采用发明概念,且所附权利要求书希望被解释为包含此类变化,除了如由现有技术所限制之外。

Claims (20)

1.一种隔离装置,其包括:
第一电路,其具有至少一第一发射器及第一检测器;
第二电路,其具有至少一两用组件;
隔离材料,其经配置以电隔离所述第一电路与所述第二电路;及
切换电路,其经调适以连接所述两用组件以在第一配置中跨越所述隔离材料向所述第一检测器发射第一信号及在第二配置中跨越所述隔离材料从所述第一发射器接收第二信号。
2.根据权利要求1所述的隔离装置,其进一步包括:囊封材料,其囊封所述第一发射器、所述第一检测器、所述两用组件及所述隔离材料的一部分。
3.根据权利要求1所述的隔离装置,其中所述第一检测器经配置以生成指示所述第一发射器及所述两用组件同时分别发射所述第一及第二信号的冲突信号。
4.根据权利要求1所述的隔离装置,其进一步包括:光导,其经配置以将由所述两用组件发射的所述第一信号引导到所述第一检测器及引导由所述两用组件从所述第一发射器接收到的所述第二信号。
5.根据权利要求4所述的隔离装置,其中所述光导进一步包括覆盖至少所述第一检测器的第一子腔室及覆盖所述两用组件的第二子腔室。
6.根据权利要求5所述的隔离装置,其中所述隔离材料经夹置于所述第一子腔室与所述第二子腔室之间。
7.根据权利要求5所述的隔离装置,其中所述第一子腔室具有第一直径,且所述第二子腔室具有大于所述第一直径的第二直径。
8.根据权利要求5所述的隔离装置,其进一步包括:限制结构,其经配置以在所述第二子腔室呈液体形式时限制所述第二子腔室在制造状态期间的大小。
9.根据权利要求8所述的隔离装置,其中所述限制结构包括邻近于所述第二子腔室附接的虚设线、虚设芯片、引线框材料、胶带及固体结构中的至少一者。
10.根据权利要求5所述的隔离装置,其中所述第一子腔室经配置以覆盖所述第一发射器。
11.根据权利要求5所述的隔离装置,其中所述光导进一步包括覆盖所述第一发射器的第三子腔室,且其中所述隔离材料在第一侧上由所述第一及第三子腔室覆盖,且在与所述第一侧相对的第二侧上由所述第二子腔室覆盖。
12.根据权利要求4所述的隔离装置,其进一步包括第一半导体裸片,所述第一半导体裸片在第一端处具有多个接合垫且在第二端处具有所述第一检测器,其中所述光导在所述第二端处覆盖所述第一检测器,且其中所述光导远离所述多个接合垫。
13.根据权利要求4所述的隔离装置,其中:
所述第一电路进一步包括第二发射器;
所述第二电路进一步包括第二检测器,其中所述第二发射器经调适以发射额外信号以供由所述第二检测器检测;且包括额外光导,所述额外光导经配置以将由所述第二发射器发射的所述额外信号引导到所述第二检测器,且其中所述额外光导与所述光导光学隔离开。
14.根据权利要求13所述的隔离装置,其中在所述第一配置中以第一速率传输所述第一信号,在所述第二配置中以第二速率传输所述第二信号,且以第三速率传输所述额外信号,其中所述第三速率快于所述第二速率至少50%。
15.根据权利要求14所述的隔离装置,其中所述第三速率基本上与所述第一速率相同。
16.根据权利要求13所述的隔离装置,其进一步包括:模具分离器,其光学隔离所述光导及所述额外光导。
17.根据权利要求1所述的隔离装置,其进一步包括跨阻抗放大器,且所述切换电路包括第一开关及第二开关,其中在所述第一配置中,所述第一开关接通,电连接所述两用组件以接收驱动电流以便发射所述第一信号,而所述第二开关断开,且在所述第二配置中,所述第一开关断开,而所述第二开关接通以将所述两用组件电连接到所述跨阻抗放大器。
18.根据权利要求1所述的隔离装置,其中所述两用组件是二极管,所述二极管经正向偏压以在所述第一配置中发射所述第一信号,且经反向偏压以在所述第二配置中接收所述第二信号。
19.一种隔离装置,其包括:
第一电路,其具有至少一第一发射器及第一检测器;
第二电路,其具有至少一两用组件;
经配置以电隔离所述第一电路与所述第二电路的隔离材料;及
切换电路,其经调适以连接所述两用组件以在第一配置中跨越所述隔离材料向所述第一检测器发射第一信号及在第二配置中跨越所述隔离材料从所述第一发射器接收第二信号,其中在所述第一配置中以第一速率传输所述第一信号,且在所述第二配置中以所述第一速率的50%或更低的第二速率传输所述第二信号。
20.一种隔离系统,其包括:
第一光通信通道,其用于跨越分离以第一电压操作的第一电路与以第二电压操作的第二电路的隔离屏障载送数据,所述第一光通信通道包括第一光发射器及第一光检测器;及
至少一第二光通信通道,其用于跨越所述隔离屏障载送额外数据,所述第二光通信通道包括可在第一操作条件与第二操作条件之间切换的两用光电组件,其中所述两用光电组件在所述第一操作条件下跨越所述至少一第二光通信通道发射光信号,且其中所述两用光电组件跨越所述至少一第二光通信通道接收光信号及将所述接收到的光信号转换成电信号。
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