CN111354719A - 光耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光耦合器，包含：二个以上的导线架；光学通道结构，包括：发光芯片、感光芯片以及透光内封装体，发光芯片与感光芯片设置于导线架且为共平面，发光芯片的发光面及感光芯片的受光面同向设置，透光内封装体包覆发光芯片及感光芯片；以及光反射外封装体，包覆透光内封装体，光反射外封装体与透光内封装体相接触的接合界面均为光学反射面，其中，光反射外封装体与透光内封装体为经双料成型及封胶成型的结构，使得内封装体与光反射外封装体易于塑形。

Description

光耦合器
技术领域
本发明涉及一种电子元件，特别是涉及一种光耦合器。
背景技术
光耦合器是一种电压隔离器件，通过光信号在两个隔离电路之间传递电气信号。现有的光耦合器(photo coupler)主要包括互为电气隔离的二个导线架、设置于导线架的发光芯片、以及设置于另一导线架的感光芯片。发光芯片受输入的电气信号驱动而将电气信号转换成光信号，而感光芯片则接收光信号并将光信号转换成电气信号而输出。
因光耦合器有耐高电压的要求，在发光芯片与感光芯片为对立的封装工艺上难以确保彼此的对位精确，而往往难以确保产品能全数达到耐高电压要求。在光耦产品的安规需求中，要求产品设计需满足外部爬电距离及内部金属穿透距离，以致于薄型化系列的光耦产品因工艺困难度高而造成生产良率不佳或是失效品流出的问题。对立式的封装结构也会造成产品有高电容特性，在共模抑制特性，往往需要更多额外的设计及成本来避免干扰。此外，虽然光耦合器已广泛地应用于各种电器产品，但是现有的光耦合器中的内封装体与外封装体难以塑形，内封装体与外封装体之间往往难以密合，进而造成光耦合器的元件特性受到影响而无法符合应用需求。
发明内容
因此，本发明的目的即在提供一种光耦合器，生产工艺更简易、内封装体与外封装体易于塑形、更薄型化结构设计、符合安规需求及光传输的效益更优于对立式封装结构。
本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段提供一种光耦合器，包含：二个以上的导线架；光学通道结构，包括：发光芯片、感光芯片以及透光内封装体，该发光芯片设置于其中一个该导线架，该感光芯片设置于另一个该导线架而与该发光芯片为共平面，该发光芯片的发光面及该感光芯片的受光面同向设置，该透光内封装体为光穿透率在20％～99％之间的透光材料，包覆该发光芯片及该感光芯片，二个以上的该导线架自该透光内封装体内延伸出；以及光反射外封装体，为光反射率在70％～99％之间的光反射材料，包覆且密合该透光内封装体，该光反射外封装体与该透光内封装体相接触的接合界面均为光学反射面，二个以上的该导线架延伸出该光反射外封装体，其中，该光反射外封装体与该透光内封装体为经双料成型(double molding)及封胶成型(epoxy molding)的结构。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，二个该导线架朝安装方向弯折，该发光芯片的该发光面及该感光芯片的该受光面朝该安装方向设置。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，该透光内封装体及该光反射外封装体的材料包含环氧树脂(epoxy)。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，该光学通道结构为多数个，受光反射外封装体包覆。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，一个该光学通道结构中的该发光芯片为多数个。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，一个该光学通道结构中的该感光芯片为多数个。
在本发明的一实施例中提供一种光耦合器，还包括稳压芯片、限流芯片及/或驱动芯片，设置于该透光内封装体的内部或光反射外封装体的内部。
经由本发明的光耦合器所采用的技术手段，该光反射外封装体与该透光内封装体为经双料成型及封胶成型的结构。透光内封装体于制造时易于塑形。依据所需的光学特性，能对于模具内进行特殊加工及表面处理，透光内封装体能被塑形成对应的形状。光反射外封装体包覆透光内封装体并反射发光芯片向外发出的光线。
此外，本发明的发光芯片与感光芯片为共平面的并排设计，相较于二者为面对面结构，能有效的降低产品的寄生电容，因此有更高的共模干扰免疫能力。除此之外，此种封装结构具有较低的工艺难度，也避免因生产控管问题而生产出有失效风险的产品，并能大幅提升光耦合器产品耐高压的性能及稳定性。本发明的光耦合器不但满足了金属穿透距离的安全规范，也大幅的降低、缩小光耦合器产品的尺寸，而满足了薄型化的市场需求。
再者，在部分的实施例中，发光芯片的该发光面及该感光芯片的该受光面朝安装方向设置。由此，本发明的光耦合器安装于电路板时，发光芯片的发光面及感光芯片的受光面为朝向电路板，而能透过电路板的遮掩而减少光反射外封装体外部的光线透射进透光内封装体中，避免感光芯片受到外部的光线的干扰，而能使用于高强度光源干扰的环境。
附图说明
图1为显示根据本发明的一实施例的光耦合器的侧视剖视示意图。
图2为显示根据本发明的该实施例的光耦合器的俯视示意图。
图3为显示根据本发明的该实施例的光耦合器于使用时的俯视示意图。
图4为显示根据本发明的该实施例的光耦合器于使用时的侧视剖视示意图。
图5为显示根据本发明的另一实施例的光耦合器的俯视示意图。
图6为显示根据本发明的另一实施例的光耦合器的俯视示意图。
图7为显示根据本发明的另一实施例的光耦合器的俯视示意图。
附图标记
100 光耦合器
100a 光耦合器
100b 光耦合器
100c 光耦合器
1 导线架
2 光学通道结构
21 发光芯片
22 感光芯片
23 透光内封装体
3 光反射外封装体
31 光学反射面
311 光学结构面
312 光学结构面
4 功能性元件
d 安装方向
L 光线
具体实施方式
以下根据图1至图7，而说明本发明的实施方式。该说明并非为限制本发明的实施方式，而为本发明的实施例的一种。
如图1至图4所示，依据本发明的一实施例的光耦合器100，包含：二个导线架1；光学通道结构2，包括：发光芯片21、感光芯片22以及透光内封装体23，发光芯片21及感光芯片22分别设置于二个导线架1而为共平面，发光芯片21的发光面及感光芯片22的受光面同向设置，透光内封装体23为光穿透率在20％～99％之间的透光材料，包覆发光芯片21及感光芯片22，二个导线架1自透光内封装体23内延伸出；以及光反射外封装体3，为光反射率在70％～99％之间的光反射材料，包覆且密合透光内封装体23，光反射外封装体3与透光内封装体23相接触的接合界面均为光学反射面31，二个导线架1延伸出光反射外封装体3，其中，光反射外封装体3与透光内封装体23为经双料成型及封胶成型的结构。
详细而言，先透过一具光学结构的模具以封胶成型而制成具有光学结构的透光内封装体23，再将透光内封装体23置入另一模具中并用另一种材料以封胶成型制成光反射外封装体3。通过双料成型及封胶成型，透光内封装体23于制造时易于塑形。依据所需的光学特性，透光内封装体23能被塑形成对应的形状。光反射外封装体3也能适应于透光内封装体23的各种形状而完全包覆住透光内封装体23，并且于透光内封装体23与光反射外封装体3之间形成密合的接面。图中所示的虚线为透光内封装体23与光反射外封装体3之间的接面，也就是光学反射面31。
本发明的光耦合器100为双料成型共平面(double-molding coplanar)的结构，也就是发光芯片21的发光面及感光芯片22的受光面为共平面。发光芯片21用于发射出光线L，感光芯片22用于接收光线L而转化成电气信号。光线L经由光反射外封装体3的光学反射面31反射，使得感光芯片22作动。详细而言，发光芯片21发射的光线L为红外光或可见光，感光芯片22为可接收的波长涵盖发光芯片21所发射的光谱。
透光内封装体23及光反射外封装体3的主要材料为环氧树脂。详细而言，透光内封装体23为透光的环氧树脂，可供光穿透。如图3及图4所示，光反射外封装体3另外混合有光反射材料而具有光反射的特性，使得发光芯片21发出的光线L于光反射外封装体3的光学反射面31反射，并且使得光反射外封装体3外部的光线反射而难以透射进透光内封装体23中。当然，透光内封装体23可以是其它透光率相近的透光材料，光反射外封装体3亦可选用其它光反射率相近的材料。
光学反射面31具有光学结构面311、312，发光芯片21的发光面及感光芯片22的受光面朝向光学结构面311并背对另一光学结构面312。如图1所示，在本实施例中，光学结构面311为椭球面，使发光芯片21与感光芯片22具有良好的光耦合效果。较佳地，发光芯片21与感光芯片22是设置于椭球面的焦点。而在其他实施例中，光学结构面311可以是圆球面，光学结构面311也可以有一部分为平面。光学结构面312为对应于光学结构面311而成型的面，以将未能于单次反射至受光面的光线能以二次以上的反射的方式到达受光面，而能进一步提高发光芯片21与感光芯片22的光耦合效果。因本实施例的光学反射面31完全包覆发光芯片21及感光芯片22，光线L能够在光学反射面31的范围内多次反射。
导线架1原为共同的平面式导线架，在封胶成形完成后，切去其连接处而形成二个以上独立的导线架1。在本实施例中，导线架1朝安装方向d弯折，发光芯片的发光面及感光芯片的受光面朝安装方向d设置。由此，本发明的光耦合器100安装于电路板时，发光芯片21的发光面及感光芯片22的受光面为朝向电路板，而能透过电路板的遮掩而减少光反射外封装体3外部的光线透射进透光内封装体23中，而避免感光芯片22受到外部的光线的干扰。而在其他实施例中，发光芯片21的发光面及感光芯片22的受光面也可以背向安装方向d设置。
如图5所示，依据本发明的另一实施例的光耦合器100a为多通道光耦合器，具有多数个光学通道结构2，并且皆受光反射外封装体3包覆。在本实施例中，多数个光学通道结构2的透光内封装体23具有相同的外形。而在多数个光学通道结构2在所需的光学特性相异的实施例中，多数个光学通道结构2也可具有相异的透光内封装体的外形。
如图6所示，本发明的另一实施例的光耦合器100b具有一个光学通道结构2。光学通道结构2中有二个发光芯片21以及二个感光芯片22。在任一个发光芯片21发出光线时，二个感光芯片皆会接收到光线。而在其他实施例中，发光芯片与感光芯片的数量也可为一对多或多对一。
如图7所示，依据本发明的一实施例的光耦合器100c，还包括功能性元件4，功能性元件4可以是稳压芯片、限流芯片、驱动芯片、功率元件、MOSFET……等的电子元件，设置于光反射外封装体3的外表面以内且设置于导线架1，以在光耦合器100中整合多种功能。在本实施例中，功能性元件4是设置光反射外封装体3的内表面与外表面之间，而受光反射外封装体3包覆。而在其他实施例中，功能性元件4也可以设置于透光内封装体23内，而受透光内封装体23包覆。
以上的叙述以及说明仅为本发明的较佳实施例的说明，对于本领域技术人员当可依据以上权利要求书以及上述的说明而作其他的修改，只是这些修改仍应是为本发明的发明精神而在本发明的保护范围中。

Claims (7)

1.一种光耦合器，包含：
二个以上的导线架；
光学通道结构，包括：发光芯片、感光芯片以及透光内封装体，所述的发光芯片设置于其中一个该导线架，所述的感光芯片设置于另一个该导线架而与所述的发光芯片为共平面，所述的发光芯片的发光面及所述的感光芯片的受光面同向设置，所述的透光内封装体为光穿透率在20％～99％之间的透光材料，包覆所述的发光芯片及所述的感光芯片，二个以上的该导线架自所述的透光内封装体内延伸出；以及
光反射外封装体，为光反射率在70％～99％之间的光反射材料，包覆且密合所述的透光内封装体，所述的光反射外封装体与所述的透光内封装体相接触的接合界面均为光学反射面，二个以上的该导线架延伸出所述的光反射外封装体，
其中，所述的光反射外封装体与所述的透光内封装体为经双料成型及封胶成型的结构。
2.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，二个以上的该导线架朝安装方向弯折，所述的发光芯片的该发光面及所述的感光芯片的该受光面朝所述的安装方向设置。
3.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，所述的透光内封装体及所述的光反射外封装体的材料包含环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，所述的光学通道结构为多数个，受光反射外封装体包覆。
5.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，一个该光学通道结构中的该发光芯片为多数个。
6.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，一个该光学通道结构中的该感光芯片为多数个。
7.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，还包括稳压芯片、限流芯片及/或驱动芯片，设置于所述的透光内封装体的内部及/或所述的光反射外封装体的内部。
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