CN208142175U - 光继电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光继电器，包含一光耦合模块、一输出模块与一封装结构。其中，光耦合模块包含一发光元件与一光电转换元件。发光元件是堆叠于光电转换元件的一受光面上。发光元件是用以接收一输入信号，并依据此输入信号产生一光信号。光电转换元件是用以接收光信号并依据光信号输出至少一控制信号。输出模块是电连接于光电转换元件，并依据前述至少一控制信号以产生一输出信号。封装结构包括一透明封装层。此透明封装层是覆盖发光元件与至少部分光电转换元件的受光面。此透明封装层在远离光电转换元件的受光面的一侧具有一曲面。此曲面是一反射面。因此，可以有效简化封装制程，降低封装成本，也有助于缩减封装尺寸。

Description

光继电器

技术领域

本实用新型涉及一继电器(relay)，尤其涉及一光继电器(photo relay)。

背景技术

继电器是一种电子控制器件，具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中。在运作上，继电器可理解为一种利用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关，而具有自动调节、安全保护、转换电路等作用。

图1是一典型光继电器的电路图。如图中所示，此光继电器10包含一发光元件12、一光电转换元件14与二个金氧半晶体管16,18。此发光元件12，例如一发光二极管(lightemitting diode,LED)，连接至光继电器10的输入端T1,T2以接收一电流信号(即较小电流)，并依据此电流信号产生一光信号(通常是红外光)。此光电转换元件14包含一检光二极管阵列(未图示)。二个金氧半晶体管16,18的源极S1,S2相接，其漏极D1,D2连接至光继电器10的输出端T3,T4。光电转换元件14的检光二极管阵列接收到来自发光元件12的光信号后，会产生电压变化(即压降)，而影响二个金氧半晶体管16,18的导通状态，进而控制流经此二个金氧半晶体管16,18的电流(即较大电流)。

图2A是图1的光继电器10一典型封装结构的剖面结构示意图，而图2B是一俯视示意图显示此封装结构下半部的光电转换元件14与二个金氧半晶体管16,18。就结构上而言，如图2A与图2B所示，发光元件12通常是位于光继电器10的上半部，而光电转换元件14与二个金氧半晶体管16,18则是位于光继电器10的下半部。基本上，光电转换元件14与二个金氧半晶体管16,18是各自独立的芯片，而发光元件12是对准光电转换元件14，尤其是光电转换元件14上表面的检光二极管阵列(未图示)。在光电转换元件14上并具有至少二个输出端，通过打线(bonding wire)19连接至二个金氧半晶体管16,18的栅极G1,G2以控制金氧半晶体管16,18的导通状态。此外，图中的二个金氧半晶体管16,18的漏极D1,D2位于芯片的底部，而直接连接至导线架(lead frame)的二个输入接脚T1,T2，作为光继电器10的输出端。而二个金氧半晶体管16,18的源极S1,S2位于芯片的上表面，并且通过导线20互相连接。

如图2A与图2B所示，由于发光元件12是设置于光继电器10的上半部的导线架，而光电转换元件14与二个金氧半晶体管16,18则是设置于光继电器10的下半部的导线架，因此需要对导线架的上半部与下半部分别进行封装制程，而导致封装成本难以降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种光继电器，可以简化光继电器的封装流程，以降低光继电器的封装成本。

本实用新型提供一光继电器。此光继电器包含一光耦合模块、一依据至少一控制信号以产生一输出信号的输出模块与一封装结构。其中，光耦合模块包含一用以接收一输入信号并据以产生一光信号的发光元件与一用以接收所述光信号并依据所述光信号输出所述至少一控制信号的光电转换元件。发光元件堆叠于光电转换元件的一受光面上。输出模块电连接于光电转换元件。封装结构包括一透明封装层。此透明封装层覆盖发光元件与至少部分光电转换元件的受光面。此透明封装层在远离光电转换元件的受光面的一侧具有一曲面。此曲面是一反射面。

依据本实用新型的一实施例，光电转换元件输出的控制信号是一电压控制信号或是一电流控制信号。

依据本实用新型的一实施例，输出模块包括二个金氧半晶体管芯片。此二个金氧半晶体管芯片具有用以接收控制信号的栅极，此二个金氧半晶体管芯片的源极相连，并且，此二个金氧半晶体管芯片具有用以产生输出信号的漏极。

依据本实用新型的一实施例，此发光元件是一发光二极管芯片。

依据本实用新型的一实施例，所述发光元件是可见光发光二极管芯片。

依据本实用新型的一实施例，所述发光元件是蓝宝石基板发光二极管芯片。

依据本实用新型的一实施例，此发光元件具有至少一发光面。此发光面位于发光元件异于面对光电转换元件的受光面的一侧。又，就一较佳实施例而言，此发光元件具有至少二个发光面，其中一个发光面面对光电转换元件的受光面。

依据本实用新型的一实施例，所述发光元件具有至少一发光面，位于所述发光元件远离所述光电转换元件的所述受光面的一侧。

依据本实用新型的一实施例，发光元件通过一透明胶层固定于光电转换元件的受光面。

依据本实用新型的一实施例，所述光电转换元件具有放电电路，所述放电电路位于所述光电转换元件的所述受光面，并且，所述透明封装层覆盖所述放电电路。

依据本实用新型的一实施例，此封装结构还包括一不透明封装层，覆盖透明封装层。

在一实施例中，此不透明封装层覆盖透明封装层与光耦合模块。在另一实施例中，此不透明封装层覆盖透明封装层、光耦合模块与所述输出模块。

依据本实用新型的一实施例，所述光耦合模块堆叠于所述输出模块上。

相较于传统的光继电器，本实用新型的光继电器只需要使用下半部的导线架，可以有效简化封装制程，降低封装成本。本实用新型的光继电器的配置方式，也有助于缩减封装尺寸。

本实用新型所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1是一典型光继电器的电路图。

图2A是图1的光继电器一典型封装结构的剖面结构示意图。

图2B是针对图2A所示的一典型封装结构的下半部的俯视示意图。

图3A是本实用新型的光继电器一第一实施例的剖面结构示意图。

图3B是图3A所示的光继电器移除覆盖于外侧的不透明封装层后的俯视示意图。

图4是本实用新型的光继电器一第二实施例的剖面结构示意图。

图5是本实用新型的光继电器一第三实施例的剖面结构示意图。

图6A是本实用新型的光继电器一第四实施例的剖面结构示意图。

图6B是针对图6A所示的光继电器的下半部的俯视示意图。

【符号说明】

10：光继电器

12：发光元件

14：光电转换元件

16,18：金氧半晶体管芯片

19,20：导线

100,200,300,400：光继电器

120,420：光耦合模块

140,440：输出模块

162,462：导线架

164,364,464：透明封装层

166,466：不透明封装层

122,222,322,422：发光元件

124,224,324,424：光电转换元件

R1：受光面

172,174,272,472,474：导线

T1,T2,T5,T6：输入接脚

T3,T4,T7,T8：输出接脚

R2,R2’：曲面

1242：检光二极管阵列

1244：放电电路

150,450：透明胶层

A1,A2,A3,A4,A5：发光面

142,144,442,444：金氧半晶体管芯片

G1,G2：栅极

S1,S2：源极

D1,D2：漏极

222a：凸点

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求范围，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参照图3A与图3B，其中，图3A是本实用新型的光继电器一第一实施例的剖面结构示意图，图3B是图3A所示的光继电器移除覆盖于外侧的不透明封装层后的俯视示意图。

如图中所示，此光继电器100包含一光耦合模块120、一输出模块140、一导线架162、一透明封装层164与一不透明封装层166。光耦合模块120包含一发光元件122与一光电转换元件124。光耦合模块120设置于图中左侧部分的导线架162上，其中，发光元件122堆叠于光电转换元件124的一受光面R1上，并通过导线(bonding wire)172电性连接至导线架162的输入接脚T5,T6以接收一输入信号(即小电流信号)。发光元件122依据此输入信号产生一光信号向外投射。光电转换元件124用以接收来自发光元件的光信号，并依据此光信号输出至少一控制信号至输出模块140。

输出模块140设置于图中右侧部分的导线架162，并通过导线174电性连接至光电转换元件124以接收控制信号。输出模块140依据此控制信号产生一输出信号(即大电流信号)，通过导线架162的输出接脚T7,T8向外输出。

透明封装层164覆盖发光元件122与至少部分光电转换元件124的受光面R1，并且，此透明封装层164在远离光电转换元件124的受光面R1的一侧(即图中的上方侧)形成一曲面R2。不透明封装层166覆盖透明封装层164，用以将发光元件122产生的光线限制在透明封装层164之内。就一实施例而言，透明封装层164与不透明封装层166的界面(即图中的曲面R2)具有光反射的效果，以将发光元件122产生的光线反射至光电转换元件124的受光面R1。举例来说，透明封装层可选用透明硅胶材料(Silicone)，不透明封装层则可选用浅色环氧树脂(Epoxy)。

在本实施例中，透明封装层164大致完全覆盖光电转换元件124的受光面R1，以确保光电转换元件124的受光面R1可以充分地接收来自发光元件122的光线。不过，本实用新型并不限于此。在另一实施例中，依据光电转换元件的电路配置的差异，此透明封装层164也可只覆盖光电转换元件124的受光区，而不需覆盖整个表面。其次，在本实施例中，不透明封装层166除了覆盖透明封装层164之外，也包覆光耦合模块120与输出模块140，而将此光继电器100封装为单一个元件。

在本实施例中，发光元件122是一发光二极管芯片。就一实施例而言，此发光二极管芯片可以是一红外光(infrared)发光二极管芯片或是一可见光发光二极管芯片。

在本实施例中，光电转换元件124是一芯片，其上表面(即受光面R1)包含一检光二极管阵列1242与一放电电路1244。检光二极管阵列1242用以接收来自发光元件122的光信号以产生电能。放电电路1244依据来自发光元件122的光信号，对检光二极管阵列1242进行放电，以确保光电转换元件124的正常运作。

在本实施例中，发光元件122的尺寸明显小于光电转换元件124的受光面R1面积。发光元件122通过一透明胶层150固定于光电转换元件124的受光面R1。此发光元件122具有二个发光面A1,A2，其中一个发光面A1面对光电转换元件124的受光面R1(即位于发光元件122的下方侧)，另一个发光面A2则是位于发光元件122远离光电转换元件124的受光面R1的一侧(即位于发光元件122的上方侧)。发光面A1所产生的光线可以通过透明胶层150投射至发光元件122下方的受光面R1，发光面A2所产生的光线则可通过曲面R2的反射，投射至受光面R1的其他部分。如此，发光元件122所产生的光线即可有效分布于受光面R1，以确保光电转换元件124的正常运作。

就一实施例而言，此发光元件122可使用具透明蓝宝石基板(sapphire)的发光二极管芯片。由于发光二极管具点光源的发光特性，通过光反射结构与透明蓝宝石基板的使用，即可调整其发光面的位置，达到上下两侧同时发光的目的。此等技术为发光二极管技术领域所知，在此不予赘述。

在本实施例中，不透明封装层166直接覆盖透明封装层164的曲面R2，以反射发光元件122产生的光线。不过，本实用新型并不限于此。为了提升反射效率，减少不透明封装层166对于光线的吸收，在透明封装层164的表面可以额外形成一光反射层，例如一白色树脂层。

在本实施例中，光电转换元件124所产生的控制信号是一电压控制信号。输出模块140包括二个金氧半晶体管芯片142,144。此二个金氧半晶体管芯片142,144的栅极G1,G2用以接收前述电压控制信号。此二个金氧半晶体管芯片142,144的源极S1,S2相连。此二个金氧半晶体管芯片142,144的漏极位于其下表面，直接连接至导线架162以产生输出信号通过导线架162的输出接脚T7,T8向外输出。

不过，本实用新型并不限于此。在另一实施例中，光电转换元件120所产生的控制信号是一电流控制信号，输出模块140包括一双向晶闸管(TRIAC)。双向晶闸管的栅极用以接收前述电流控制信号，其阳极与阴极则是用以产生输出信号。

图4是本实用新型的光继电器200一第二实施例的剖面结构示意图。除了传统采用导线连接的发光二极管结构外，本实用新型的发光元件222也可采用覆晶(flip chip)发光二极管芯片。如图中所示，此发光元件222直接利用光电转换元件224作为其载板。在发光元件222的下方具有凸点222a以电性连接至光电转换元件224上的导电图案(未示出)，并通过此导电图案与导线272电性连接至导线架162的输入接脚T5,T6。

在本实施例中，发光元件222仅具有一发光面A3，位于其远离光电转换元件224的一侧。通过适当调整发光元件222的设置位置(例如放置于检光二极管阵列1242周围)，可避免发光元件222遮蔽光电转换元件224上的受光电路(如前述检光二极管阵列与放电电路)。发光元件222向上投射的光线通过透明封装层164与不透明封装层166间的曲面R2的反射，即可有效分布于受光面R1上未被发光元件222遮蔽的区域。不过，本实用新型并不限于此。在另一实施例中，也可使用双面发光的覆晶发光二极管芯片作为发光元件。由于发光二极管具点光源的发光特性，通过透明蓝宝石基板的使用，即可达到上下两侧同时发光的目的。此等技术为发光二极管技术领域所知，在此不予赘述。

图5是本实用新型的光继电器一第三实施例的剖面结构示意图。相较于第一实施例的光继电器100，本实施例的光继电器300的发光元件322除了在朝向光电转换元件324的一侧具有一发光面A4，此发光元件322也会侧向发光(也就是说，此发光元件322的四个侧面均为发光面A5，图中仅标示其中一以为说明)。不过，此发光元件322在远离光电转换元件324的一侧并不发光。此发光元件332可以是一个发光二极管芯片。由于发光二极管具点光源的发光特性，通过光反射结构的设置，即可达到侧向发光的目的。此等技术为发光二极管技术领域所知，在此不予赘述。

为了将侧向光线有效分布于光电转换元件324的受光面R1，透明封装层364的曲面R2'形状也配合此发光元件所产生的侧向光线进行调整。在一实施例中，此曲面R2'在对应于侧向光线处约略朝上，而将发光元件所产生的侧向光线向上投射，以确保发光元件322产生的光线可以有效分布于光电转换元件324的受光面R1。

另一方面，发光面A4所产生的光线可以通过透明胶层150直接传递至光电转换元件324的受光面R1，尤其是发光元件322正下方的部分。如此，发光元件322所产生的光线即可有效分布于受光面R1，确保光电转换元件324的正常运作。

图6A是本实用新型的光继电器一第四实施例的剖面结构示意图。图6B是针对图6A所示的光继电器的下半部的俯视示意图。相较于第一实施例的光继电器100，本实施例的光继电器400将光耦合模块420(包含一发光元件422与一光电转换元件424)堆叠于输出模块440(包含二金氧半晶体管芯片442,444)上。发光元件422堆叠于光电转换元件424的受光面R1上，并通过导线(bonding wire)472电性连接至导线架462的输入接脚T5,T6以接收输入信号(即小电流信号)。光电转换元件424用以接收来自发光元件422的光信号，并依据此光信号输出控制信号至输出模块440。

金氧半晶体管芯片442,444的栅极G1,G2与源极S1,S2裸露于外(即未被光耦合模块420覆盖)。光电转换元件424所产生的控制信号通过导线474传送至金氧半晶体管芯片442,444的栅极G1,G2。输出模块440再依据此控制信号产生输出信号，通过导线架462的输出接脚T7,T8向外输出。

本实施例的其余元件，如透明封装层464、不透明封装层466、透明胶层450等相似于第一实施例的对应元件，在此不予赘述。

相较于第一实施例的光继电器100，本实施例的光继电器400可省略原本位于光耦合模块120下方的导线架162，有助于进一步缩减芯片覆盖区(footprint)的大小。

在前述第一至第四实施例中，不透明封装层166将光耦合模块120与输出模块140封装成单一个元件。不过，本实用新型并不限于此。依据实际使用的需求，在另一实施例中，也可利用不透明封装层将此光继电器的光耦合模块120与输出模块140封装成二个独立的元件，以提供更多样的搭配选择。

其次，前述实施例中，光耦合模块120仅具有单一发光元件122,222,322以产生光信号。不过，本实用新型并不限于此。依据实际设计上的需求，例如，光电转换元件受光面积较大、或是单一发光元件的发光亮度不足的情况下，也可使用多个发光元件，以确保发光元件产生的光线可以有效分布于受光面R1。

如前述，由于本实用新型的发光元件直接堆叠于光电转换元件上，因此，相较于传统的光继电器，本实用新型的光继电器只需使用下半部的导线架，因而可以有效简化封装制程，降低封装成本。此外，此等封装结构也有助于降低封装厚度，缩减封装尺寸。

上述仅为本实用新型较佳的实施例而已，并不对本实用新型进行任何限制。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术手段的范围内，对本实用新型揭示的技术手段和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术手段的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种光继电器，其特征在于，包含：

光耦合模块，包含用以接收输入信号并据以产生光信号的发光元件与用以接收所述光信号并依据所述光信号输出至少一控制信号的光电转换元件，且所述发光元件堆叠于所述光电转换元件的受光面上；

依据所述至少一控制信号以产生输出信号的输出模块，电连接于所述光电转换元件；以及

封装结构，包括透明封装层，覆盖所述发光元件与至少部分所述光电转换元件的所述受光面，所述透明封装层在远离所述光电转换元件的所述受光面的一侧具有曲面，所述曲面是反射面。

2.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述控制信号是电压控制信号或是电流控制信号。

3.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述输出模块包括二个金氧半晶体管芯片，所述二个金氧半晶体管芯片具有用以接收所述控制信号的栅极，所述二个金氧半晶体管芯片的源极相连，并且，所述二个金氧半晶体管芯片具有用以产生所述输出信号的漏极。

4.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件是发光二极管芯片。

5.如权利要求4所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件是可见光发光二极管芯片。

6.如权利要求4所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件是蓝宝石基板发光二极管芯片。

7.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件具有至少一发光面，位于所述发光元件异于面对所述光电转换元件的所述受光面的一侧。

8.如权利要求7所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件具有至少一发光面，位于所述发光元件远离所述光电转换元件的所述受光面的一侧。

9.如权利要求7所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件具有至少二个发光面，其中一个所述发光面面对所述光电转换元件的所述受光面。

10.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述发光元件通过透明胶层固定于所述光电转换元件的所述受光面。

11.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述光电转换元件具有放电电路，所述放电电路位于所述光电转换元件的所述受光面，并且，所述透明封装层覆盖所述放电电路。

12.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述封装结构还包括不透明封装层，覆盖所述透明封装层。

13.如权利要求12所述的光继电器，其特征在于，所述不透明封装层覆盖所述透明封装层，所述光耦合模块与所述输出模块。

14.如权利要求1所述的光继电器，其特征在于，所述光耦合模块堆叠于所述输出模块上。