CN110289253A - 光耦合器 - Google Patents
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Abstract
一种光耦合器包括光耦合单元和第一封装体，光耦合单元包括发光芯片、感光芯片、第一支架、第二支架、第二封装体、第三封装体及隔离部；第一支架和第二支架均具有相对的第一端和第二端，所述第一端具有支撑部；发光芯片设置于第一支架的支撑部并被第二封装体封装，感光芯片设置于第二支架的支撑部并被第三封装体封装，发光芯片与感光芯片相对设置；隔离部具有相对的第一表面和第二表面，第二封装体结合于第一表面，第三封装体结合于第二表面；第一支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部；和/或第二支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第二支架的弯折部。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件领域，特别涉及一种光耦合器。
背景技术
在电子器件中，光耦合器(也称作光隔离器、光电耦合器或光学隔离器)为经设计以通过利用光波提供耦合(其输入与输出之间电隔离)来传送电信号的电子装置。光耦合器的主要用途是防止电路的一侧上的高电压或迅速改变的电压损坏另一侧上的元件或使另一侧上的传输失真。
通常，对立式光耦合器一般主要包含发光芯片与感光芯片，发光芯片与感光芯片相对设置，并分别与支架结合。发光芯片与感光芯片被封装胶包覆并封装在一封装体内。光耦合器通过发光芯片与感光芯片的相互搭配，进行电转为光、光再转为电的转换。应用时，可将多个光耦合器通过支架组装到电路板上，并与电路板上的引脚一一对应。
由于光耦合器是由发光芯片将电信号转换成光信号，再由感光芯片接收光信号转化回电信号的组件，因此，这样的转化方式是可以确保输入与输出端的电气绝缘的一种安全机制。但是，在集成电路的芯片中，有另外一个因素会影响到安全性机制，其为共模瞬变机制(Common mode transient)，此机制是因为如果当输入与输出间有剧烈的电压变化量，输出端的芯片会有因为电压急剧变化造成芯片开启导致输出。因此，在集成电路类的光耦合组件中，都进行共模瞬变抑制(Common mode transient immunity，简称CMRI)参数的量测。而如何增强CMRI成为了本领域技术人员需要解决的技术问题。
并且，发光芯片与感光芯片各自的封装体与支架的结合不稳定，容易出现滑脱、压塌导线等问题。
因此，如何提高光耦合器的稳定性，增强电隔离效果，实为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种光耦合器，通过在至少一个发光芯片和至少一个感光芯片之间设置隔离部，可以增加发光芯片和感光芯片间的绝缘、电流隔离的功能，以提高稳定性，增强电隔离效果。
为达成上述目的，本发明提供一种光耦合器，包括光耦合单元和第一封装体，所述光耦合单元间隔设置，第一封装体包覆于光耦合单元的外周；
其中，光耦合单元包括发光芯片、感光芯片、第一支架、第二支架、第二封装体、第三封装体及隔离部；第一支架和第二支架均具有相对的第一端和第二端，所述第一端具有支撑部；发光芯片设置于第一支架的支撑部并被第二封装体封装，感光芯片设置于第二支架的支撑部并被第三封装体封装，发光芯片与感光芯片相对设置；隔离部具有相对的第一表面和第二表面，第二封装体结合于第一表面，第三封装体结合于第二表面，隔离部设至于发光芯片及感光芯片之间；第一支架的第二端和第二支架的第二端均延伸至第一封装体之外；
其中，第一支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部；和/或
第二支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第二支架的弯折部。
根据一实施例，隔离部为平板状，弯折部具有第一区，隔离部的一端支撑于整个第一区。
根据一实施例，弯折部还包括第二区，第二区与第一区垂直的连接，隔离部的端部抵顶于第二区与第一区的连接处。
根据一实施例，弯折部还包括延伸段，其自第二区延伸至第一封装体的边缘。
根据一实施例，弯折部还包括连接段，其连接于支撑部与第一区之间。
根据一实施例，连接段垂直的连接于支撑部和第一区之间，隔离部设置于第一封装体的中部，第一支架的支撑部与第二支架的支撑部均平行于隔离部。
根据一实施例，第一支架和第二支架均包括弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部或第一支架的弯折部，第一支架的延伸段与第二支架的延伸段及隔离部大致位于相同高度。
根据一实施例，隔离部与弯折部固定连接。
根据一实施例，隔离部与弯折部可拆卸的连接。
根据一实施例，光耦合器还包括感温材料，其位于发光芯片、感光芯片、第一封装体、第二封装体、第三封装体的其中一个或多个，随着光耦合器的温度的变化，感温材料能够对光电流特性进行补充。
根据一实施例，感温材料包括第一材料，第一材料的穿透率随着温度的升高而降低。
根据一实施例，第一材料的穿透率与温度呈线性或非线性关系。
根据一实施例，感温材料包括第二材料，第二材料的穿透率随着温度的升高而升高。
根据一实施例，第二材料的穿透率与温度呈线性或非线性关系。
根据一实施例，感温材料包括第一材料和第二材料，第一材料的穿透率随着温度的升高而降低，第二材料的穿透率随着温度的升高而升高。
根据一实施例，第一材料和第二材料涂布于发光芯片和感光芯片的表面，和/或掺杂于第一封装体、第二封装体、第三封装体的其中一个或多个。
根据一实施例，第一材料和第二材为感温变色材料。
根据一实施例，第一材料和第二材为有机物或无机物。
根据一实施例，第一材料和第二材为邻联甲苯胺双缩香草醛或Ag2HgI4。
根据一实施例，第一材料和第二材为感温色母粒染剂。
为达成上述目的，本发明提供一种光耦合器，包括光耦合单元和第一封装体，所述光耦合单元间隔设置，第一封装体包覆于光耦合单元的外周，使得光耦合单元集成为一体；
其中，光耦合单元包括发光芯片、感光芯片、第一支架、第二支架及隔离部；第一支架和第二支架均具有相对的第一端和第二端，所述第一端具有支撑部；发光芯片设置于第一支架的支撑部，感光芯片设置于第二支架的支撑部，发光芯片与感光芯片相对设置；隔离部设至于发光芯片及感光芯片之间；第一支架的第二端和第二支架的第二端均延伸至第一封装体之外；发光芯片之光线可以穿透隔离部而被感光接片接收。
其中，第一支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部；和/或
第二支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第二支架的弯折部。
本发明相较于现有技术的有益效果在于：本发明通过将支架设计为具有弯折部，利用弯折部支撑隔离部，从而避免隔离部晃动，导致封装体被挤压，从而压塌芯片的导线，确保了隔离部的稳定性，从而保证分别结合于隔离部两侧的发光芯片和感光芯片始终保持在指定位置，确保二者之间存在一定电隔离距离。因此，本发明通过支架的弯折部与隔离部的相互作用提高了光耦合器的稳定性，增强了电隔离效果。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的光耦合器的结构示意图。
图2为光耦合器的光电特性变化示意图，其中未设置感温材料。
图3为根据本发明一实施例的光耦合器的光电特性变化示意图，其中设置有感温材料。
图4为根据本发明又一实施例的光耦合器的光电特性变化示意图，其中设置有感温材料。
图5为根据本发明又一实施例的光耦合器的光电特性变化示意图，其中设置有感温材料。
图6-图9分别为不同类型的光耦合器的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
本发明提供一种光耦合器，如图1所示，包括光耦合单元和第一封装体10，所述第一封装体10包覆光耦合单元的外周；
其中，光耦合单元包括感光芯片20、发光芯片30、第一支架40、第二支架50、第二封装体60、第三封装体70及隔离部80；第一支架40和第二支架50均具有相对的第一端A1和第二端A2，所述第一端A1具有支撑部41；感光芯片20设置于第一支架40的支撑部41并被第二封装体60封装，发光芯片30设置于第二支架50的支撑部41并被第三封装体70封装，感光芯片20与发光芯片30相对设置；隔离部80具有相对的第一表面S1和第二表面S2，第二封装体60结合于第一表面S1，第三封装体70结合于第二表面S2；第一支架40的第二端和第二支架50的第二端A2均延伸至第一封装体10之外；
其中，第一支架40的第一端与第一支架40的第二端之间具有弯折部42，隔离部80支撑于第一支架40的弯折部42；和/或
第二支架50的第一端与第一支架40的第二端之间具有弯折部42，隔离部80支撑于第二支架50的弯折部42。
本发明通过将支架设计为具有弯折部42，利用弯折部42支撑隔离部80，从而避免隔离部80晃动，导致封装体被挤压，从而压塌芯片的导线，确保了隔离部80的稳定性，从而保证分别结合于隔离部80两侧的感光芯片20和发光芯片30始终保持在指定位置，确保二者之间存在一定电隔离距离。因此，本发明通过支架的弯折部42与隔离部80的相互作用提高了光耦合器的稳定性，增强了电隔离效果。
如图1所示，本实施例是以第一支架40的弯折部42支撑隔离部80为例进行说明，应当理解，其结构不限于此，也可为第二支架50的弯折部42支撑隔离部80。
本实施例中，如图1所示，隔离部80为平板状，弯折部42具有第一区421和第二区422,其中第一区421与第二区422互相垂直，其中一较佳实施例为隔离部80的一端支撑于整个第一区421。隔离部80的端部抵顶于第二区422与第一区421的连接处。也就是说，弯折部42能够对隔离部80同时提供支撑和限位作用，进一步提高隔离部80的稳定性。
隔离部80可与弯折部42固定连接或可拆卸的连接，也可仅搭设于弯折部42。
在本实施例中，隔离部80的材料为半穿透材料(semi-transmissive material)、镜面材料(mirror material)、选择性波长镜面光学材料(selective wavelength mirroroptical material)、包括:二氧化钒(vanadium dioxide)的热感材料(thermally-sensitive material)、或包括聚酰亚胺(Polyimide)的透明绝缘材料。在另一优选实施例中，隔离部80可为上述材料多种组合的多层结构。
本实施例中，弯折部42还可包括延伸段423，其自第二区422延伸至第一封装体10的边缘。弯折部42还包括连接段43，其连接于支撑部41与第一区421之间。连接段43垂直的连接于支撑部41和第一区421之间，隔离部80设置于第一封装体10的中部，第一支架40的支撑部41与第二支架50的支撑部41均平行于隔离部80。
本实施例中，第一支架40和第二支架50均包括弯折部42，隔离部80支撑于第一支架40的弯折部42。由于第一支架40和第二支架50具有类似的结构，因此便于加工。制造时，可将感光芯片20放置于第一支架40的支撑部41，并包覆第二封装体60，第二封装体60完全固化前，在第二封装体60上放置隔离部80，并使隔离部80的一端搭接在弯折部42的第一区421，且端部抵顶于第二区422与第一区421的连接处。将发光芯片30放置于第二支架50的支撑部41，并包覆第三封装体70，第三封装体70完全固化前，将其放置在隔离部80上，接着，使得第二封装体60和第三封装体70完全固化。最后，在外部包覆第一封装体10。因此，在制造过程中，能够避免芯片或封装体出现滑脱，避免导线被压塌。
本实施例中，第一支架40的延伸段423与第二支架50的延伸段423及隔离部80大致位于相同高度，位置大致居中，此排布有利于芯片的对称设置。
另一方面，本发明还对光耦合器的材料进行改进，以对光电流特性进行补充，以下，将对此进行详细描述。
目前光电组件在环境中操作的精准度要求越来越高，但半导体组件本身容易受温度影响。具体的，如图2所示，随温度上升，发光芯片20的光输出功率下降，而感光芯片30，如光敏晶体管，光电流输出增加。综合两者效益后，可能造成随着温度的变化，光耦合器整体的光电效益的变化量较大，由此将对光耦合器的发光效果带来不利影响。
为此，本发明的光耦合器还包括感温材料，其位于感光芯片20、发光芯片30、第一封装体10、第二封装体60、第三封装体70的其中一个或多个，随着光耦合器的温度的变化，感温材料能够对光电流特性进行补偿。
感温材料可应用于现有的各种类型的光耦合器，例如图6所示的支架型光耦合器，感温材料可涂布或掺杂于芯片100及封装材料200。图7所示的基板型光耦合器，感温材料可涂布或掺杂于芯片100及封装材料200。图8所示的对立式(coupler)光耦合器，感温材料可涂布或掺杂于芯片100、封装材料200及反射面300上。图9所示的反射杯型光耦合器，感温材料可涂布或掺杂于芯片100、封装材料200及反射面300上。如图3所示，本实施例中，感温材料包括第一材料，第一材料的穿透率随着温度的升高而降低。由于感光芯片随温度上升，造成光电流输出增加，利用感温材料在高温时损失穿透率，而抑制高温光电流输出的增加，综合效果体现为光电效益的变化量较平稳。
如图4所示，本实施例中，感温材料包括第二材料，第二材料的穿透率随着温度的升高而升高。由于发光芯片随温度上升，造成光输出功率下降，利用感温材料有相对应高温而透光率增加的特性，使得高温下的穿透率损失降低，以达到温度补偿效果，综合效果体现为光电效益的变化量较平稳。
其中，第一材料和第二材料的穿透率与温度呈如图3所示的线性或如图2和4所示的非线性关系。
第一材料和第二材可为感温材料(thermally or temperature-sensitivematerial)，例如为感温变色材料(thermalchromic material)。
在一实施例中，第一材料和第二材为有机物或无机物。
第一材料和第二材为邻联甲苯胺双缩香草醛或Ag2HgI4。
第一材料和第二材为感温色母粒染剂。
图5示意性的示出图8的对立式光耦合器透过设置感温材料后的补偿结果，藉由同时将第一材料和第二材料分别设置于感光芯片汉发光芯片，让温度变化时的整体输出差异降低，综合效果体现为光电效益的变化量较平稳。
综上所述，本发明通过将支架设计为具有弯折部，利用弯折部支撑隔离部，从而避免隔离部晃动，导致封装体被挤压，从而压塌芯片的导线，确保了隔离部的稳定性，从而保证分别结合于隔离部两侧的发光芯片和感光芯片始终保持在指定位置，确保二者之间存在一定电隔离距离。因此，本发明通过支架的弯折部与隔离部的相互作用提高了光耦合器的稳定性，增强了电隔离效果。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (20)
1.一种光耦合器，包括光耦合单元和第一封装体，所述第一封装体包覆于光耦合单元的外周；
其中，每一光耦合单元包括发光芯片、感光芯片、第一支架、第二支架、第二封装体、第三封装体及隔离部；第一支架和第二支架均具有相对的第一端和第二端，所述第一端具有支撑部；发光芯片设置于第一支架的支撑部并被第二封装体封装，感光芯片设置于第二支架的支撑部并被第三封装体封装，发光芯片与感光芯片相对设置；隔离部具有相对的第一表面和第二表面，第二封装体结合于第一表面，第三封装体结合于第二表面，隔离部设至于发光芯片及感光芯片之间；第一支架的第二端和第二支架的第二端均延伸至第一封装体之外；
其中，第一支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部；和/或
第二支架的第一端与第一支架的第二端之间具有弯折部，隔离部支撑于第二支架的弯折部。
2.如权利要求1所述的光耦合器，其中：隔离部为板状，弯折部具有第一区，隔离部的一端支撑于整个第一区。
3.如权利要求2所述的光耦合器，其中：弯折部还包括第二区，第二区与第一区垂直的连接，隔离部的端部抵顶于第二区与第一区的连接处。
4.如权利要求3所述的光耦合器，其中：弯折部还包括延伸段，其自第二区延伸至第一封装体的边缘。
5.如权利要求4所述的光耦合器，其中：弯折部还包括连接段，其连接于支撑部与第一区之间。
6.如权利要求5所述的光耦合器，其中：连接段垂直的连接于支撑部和第一区之间，隔离部设置于第一封装体的中部，第一支架的支撑部与第二支架的支撑部均平行于隔离部。
7.如权利要求1所述的光耦合器，其中：第一支架和第二支架均包括弯折部，隔离部支撑于第一支架的弯折部或第一支架的弯折部，第一支架的延伸段与第二支架的延伸段及隔离部大致位于相同高度。
8.如权利要求1所述的光耦合器，其中：隔离部与弯折部固定连接。
9.如权利要求1所述的光耦合器，其中：隔离部与弯折部可拆卸的连接。
10.如权利要求1所述的光耦合器，其中：光耦合器还包括感温材料，其位于发光芯片、感光芯片、第一封装体、第二封装体、第三封装体的其中一个或多个，随着光耦合器的温度的变化，感温材料能够对光电流特性进行补充。
11.如权利要求10所述的光耦合器，其中：感温材料包括第一材料，第一材料的穿透率随着温度的升高而降低。
12.如权利要求11所述的光耦合器，其中：第一材料的穿透率与温度呈线性或非线性关系。
13.如权利要求10所述的光耦合器，其中：感温材料包括第二材料，第二材料的穿透率随着温度的升高而升高。
14.如权利要求13所述的光耦合器，其中：第二材料的穿透率与温度呈线性或非线性关系。
15.如权利要求10所述的光耦合器，其中：感温材料包括第一材料和第二材料，第一材料的穿透率随着温度的升高而降低，第二材料的穿透率随着温度的升高而升高。
16.如权利要求15所述的光耦合器，其中：第一材料和第二材料涂布于发光芯片和感光芯片的表面，和/或掺杂于第一封装体、第二封装体、第三封装体的其中一个或多个。
17.如权利要求15所述的光耦合器，其中：第一材料和第二材为感温变色材料。
18.如权利要求17所述的光耦合器，其中：第一材料和第二材为有机物或无机物。
19.如权利要求18所述的光耦合器，其中：第一材料和第二材为邻联甲苯胺双缩香草醛或Ag2HgI4。
20.如权利要求15述的光耦合器，其中：第一材料和第二材为感温色母粒染剂。
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