TW201606370A - 光耦合型絕緣裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施形態提供一種雜訊耐受性被提高之光耦合型絕緣裝置。 實施形態之光耦合型絕緣裝置包括光發送部、及光接收部。光發送部包括具有第1焊墊部之電源引線、設置於第1晶粒焊墊座部之發光元件、具有第2焊墊部之接地引線、以及設置於第2晶粒焊墊座部且具有電源焊墊部、發光元件焊墊部及輸入焊墊部之驅動積體電路(IC)。第1輸入引線之內引線與第2輸入引線之內引線之中心間距離為第1輸入引線之外引線與第2引線之外引線之中心間距離以下。

Description

光耦合型絕緣裝置 [相關申請案]
本申請案享受以日本專利申請2014-162336號(申請日：2014年8月8日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
本發明之實施形態係關於一種光耦合型絕緣裝置。
包含具有類比數位轉換電路之光發送部及光接收部之光耦合型絕緣裝置可於輸入端子與輸出端子已被絕緣之狀態下傳送電信號。
類比數位電路等之急遽之電流變化因由引線之電感所形成之電磁感應而產生雜訊電壓。雜訊電壓藉由引線間之寄生電容等且經由電容耦合或引線間之磁性耦合等而進入至電路。
若雜訊電壓變高，則有絕緣裝置進行誤動作之情形。
本發明之實施形態提供一種雜訊耐受性被提高之光耦合型絕緣裝置。
實施形態之光耦合型絕緣裝置包括光發送部、及光接收部。上述光發送部包括具有第1晶粒焊墊座部之電源引線、設置於上述第1晶粒焊墊座部之發光元件、具有第2晶粒焊墊座部之接地引線、以位於上述電源引線與上述接地引線之間之方式設置之第1及第2輸入引線、以及設置於上述第2晶粒焊墊座部且具有電源焊墊部、發光元件焊墊 部及輸入焊墊部之驅動積體電路(Integrated Circuit，IC)。上述光接收部隔著樹脂與上述光發送部相對。上述電源引線、上述第1及第2輸入引線、上述接地引線之各自之外引線沿第1方向延伸。上述第1輸入引線之內引線與上述第2輸入引線之內引線之中心間距離為上述第1輸入引線之上述外引線與上述第2引線之上述外引線之中心間距離以下。
5‧‧‧光耦合型絕緣裝置
8‧‧‧第1方向
10‧‧‧光發送部
12‧‧‧發光元件
14‧‧‧驅動IC
14a‧‧‧第1側面
14b‧‧‧第2側面
14c‧‧‧電源焊墊部
14d‧‧‧發光元件焊墊部
14e‧‧‧輸入焊墊部
14f‧‧‧接地焊墊
16‧‧‧類比數位轉換電路
17‧‧‧時脈產生器
18‧‧‧編碼電路
20‧‧‧驅動電路
30‧‧‧光接收部
32‧‧‧受光元件
36‧‧‧光電轉換電路
38‧‧‧解碼電路
40‧‧‧輸出緩衝器
50‧‧‧電源引線
50a‧‧‧第1晶粒焊墊座部
50b‧‧‧引出部
50d‧‧‧外引線
51‧‧‧第1輸入引線
51c‧‧‧第1輸入引線
51d‧‧‧外引線
52‧‧‧第2輸入引線
52c‧‧‧第2輸入引線
52d‧‧‧外引線
53‧‧‧接地引線
53a‧‧‧第2晶粒焊墊座部
53b‧‧‧引出部
53d‧‧‧外引線
55‧‧‧接地引線
56‧‧‧第2輸出引線
57‧‧‧第1輸出引線
58‧‧‧電源引線
65‧‧‧樹脂成型體
65a‧‧‧內樹脂
65b‧‧‧外樹脂
65c‧‧‧一側面
108‧‧‧第1方向
114‧‧‧驅動IC
114b‧‧‧第2側面
150‧‧‧電源引線
150a‧‧‧第1晶粒焊墊座部
151‧‧‧第1輸入引線
151c‧‧‧內引線
152‧‧‧第2輸入引線
152c‧‧‧內引線
153‧‧‧接地引線
153a‧‧‧第2晶粒焊墊座部
BW1‧‧‧連接電源引線與電源焊墊部之接合線
BW2‧‧‧連接發光元件與發光元件焊墊部之接合線
BW3‧‧‧連接第1及第2輸入引線與輸入焊墊部之接合線
BW4‧‧‧連接驅動IC14之接地焊墊與接地引線之接合線
BW11‧‧‧接合線
BW13‧‧‧接合線
CLK‧‧‧時脈信號
D1‧‧‧電源引線之第1晶粒焊墊座部與接地引線之第2晶粒焊墊座部之間隔
D2‧‧‧第1及第2輸入引線之端部與接地引線之第2晶粒焊墊座部之間隔
D3‧‧‧電源引線之引出部與第1輸入引線之內引線之間隔
D4‧‧‧第2輸入引線之內引線與接地引線之引出部之間隔
D5‧‧‧第1輸入引線與電源引線之間隔
DD1‧‧‧間隔
DD2‧‧‧間隔
DD3‧‧‧比較例之間隔
DD4‧‧‧比較例之間隔
i‧‧‧電流
L‧‧‧電感
L1‧‧‧橫向長度
L2‧‧‧縱向長度
P1‧‧‧外引線間間距(中心間距離)
P2‧‧‧輸入引線之內引線間中心距離
VIN+‧‧‧類比差動信號
VIN-‧‧‧類比差動信號
vn‧‧‧雜訊電壓
VOUT‧‧‧輸出
圖1係第1實施形態之光耦合型絕緣裝置之方塊圖。
圖2(a)係第1實施形態之光耦合型絕緣裝置之模式性剖面圖，圖2(b)係光發送部之模式性仰視圖，圖2(c)係光接收部之模式性俯視圖，圖2(d)係圖2(b)中之光發送部之模式性剖面圖，圖2(e)係圖2(c)中之光接收部之模式性剖面圖。
圖3係說明由引線之電感產生之雜訊電壓之電路圖。
圖4係比較例之光發送部之模式性仰視圖。
圖5係模擬地求出雜訊電壓之曲線圖。
圖6(a)係第1實施形態之第1變化例之光發送部之模式性仰視圖，圖6(b)係第1實施形態之第2變化例之光發送部之模式性仰視圖。
圖7係第1實施形態、其第1、第2變化例之光耦合型絕緣裝置之雜訊電壓之曲線圖。
圖8(a)係第2實施形態之光發送部之模式性仰視圖，圖8(b)係第3實施形態之光發送部之模式性仰視圖，圖8(c)係第4實施形態之光發送部之模式性仰視圖。
圖9係第2~第4實施形態之雜訊電壓之曲線圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行說明。
圖1係第1實施形態之光耦合型絕緣裝置之方塊圖。
光耦合型絕緣裝置5包含光發送部10、及光接收部30。
光發送部10具有發光元件12、及驅動發光元件12之驅動IC14。
光發送部10例如可進而包含編碼電路18、及發光元件12之驅動電路20而設為單晶片(one chip)。驅動IC14具有包含時脈產生器17之類比數位轉換電路16。又，於驅動IC14之上表面設置電源焊墊、發光元件焊墊、及輸入焊墊。類比數位轉換電路16例如可設為△ΣADC(Delta-Sigma型類比數位轉換電路)。
光接收部30例如具有受光元件32、光電轉換電路36、解碼電路38、及輸出緩衝器40等。光接收部30可設為單晶片。光接收電路30接收來自發光元件12之發射光並將其轉換為電信號。
圖2(a)係第1實施形態之光耦合型絕緣裝置之模式性剖面圖，圖2(b)係光發送部之模式性仰視圖，圖2(c)係光接收部之模式性俯視圖，圖2(d)係沿圖2(b)中之A-A線之光發送部之模式性剖面圖，圖2(e)係沿圖2(c)中之A-A線之光接收部之模式性剖面圖。
光發送部10包括具有第1晶粒焊墊座部50a之電源引線50、設置於第1晶粒焊墊座部50a之發光元件12、供類比差動信號VIN+輸入之第1輸入引線51、供類比差動信號VIN-輸入之第2輸入引線52、具有第2晶粒焊墊座部53a之接地引線53、及接著於第2晶粒焊墊座部53a且驅動發光元件12之驅動IC14。第1及第2輸入引線51、52位於電源引線50與接地引線53之間。
又，光耦合型絕緣裝置可進而具有樹脂成型體65。電源引線50、第1輸入引線51、第2輸入引線52、接地引線53之各自之外引線50d、51d、52d、53d依序自樹脂成型體65之一側面65c向第1方向8突出。各自之外引線通常設為相同之間距(中心間距離)P1。於樹脂成型體65之內部，第1輸入引線51之內引線51c與第2輸入引線52之內引線52c之中心間距離P2設為間距P1以下。
引線框架之尺寸例如設為寬度為0.4mm、厚度為0.15mm等，材 料設為銅合金等，且於其表面設置Pd鍍層等。
光接收部30例如具有接地引線55、供Vout-輸出之第2輸出引線56、供Vout+輸出之第1輸出引線57、電源引線58、及接著於接地引線55之光接收部30之晶片。輸出可為類比及數位之任一者。又，樹脂成型體65密封光發送部10、及光接收部30。接地引線55、第1輸出引線57、第2輸出引線56、電源引線58各自之外引線設為與第1方向8平行。輸出Vout亦可不為差動輸出。又，光接收部30亦可輸出時脈信號(CLK)。
樹脂成型體65可包含具有透光性之內樹脂65a、及設置於內樹脂65a之外側且具有遮光性之外樹脂65b。
如圖2(b)所示，驅動IC14具有與第1方向8平行之第1側面14a、及與第1方向8正交之第2側面14b。電源焊墊部14c及發光元件焊墊部14d排列於驅動IC14之第1側面14a之側。又，分別與第1輸入引線51及第2輸入引線52連接之2個輸入焊墊部14e排列於驅動IC14之第2側面14b之側。
光耦合型絕緣裝置5可稱為光耦合型隔離放大器等。例如可設為橫向長度L1為5.5mm、縱向長度L2為7.5mm等。
藉由類比數位轉換電路16將發光元件12控制為接通或斷開。於此情形時，例如，發光元件12藉由與取樣時脈連動之尖峰狀電流而被驅動，因此產生內部雜訊。以下，對內部雜訊進行說明。
圖3係說明由引線之電感產生之雜訊電壓之電路圖。
如圖3所示，於包含反相器等之邏輯電路中，若電流i產生急遽之變化，則因與引線之電感L對應之電磁感應而產生成為vn=L×(di/dt)之內部雜訊。內部雜訊或外來雜訊藉由由構成光發送部10之引線框架或接合線所形成之磁性耦合、或引線間之電容耦合而進入至光發送部10之內部，並且與信號重疊。
於光發送部10之電路具有MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)等之情形時，若雜訊電壓vn超過直流偏移電壓，則有邏輯電路進行誤動作之情形。雜訊電壓vn可藉由對設置於引線框架上之表示光發送部10之三維構造之等效電路進行電磁場模擬而求出。
圖4係比較例之光發送部之模式性仰視圖。
於比較例中，電源引線150之第1晶粒焊墊座部150a與接地引線153之第2晶粒焊墊座部153a保持間隔DD1並沿第1方向108平行地對向，並且保持間隔DD2並面沿第1方向108之正交方向對向。
又，第1輸入引線151之內引線151c具有彎折部，且以間隔DD3、DD4等接近電源引線150之第1晶粒焊墊座部150a。因此，電容耦合增強。
將第1輸入引線151之內引線151c之端部與接地引線153之第2晶粒焊墊座部153a之間隔設為DD2。將第2輸入引線152之內引線152c之端部與接地引線153之第2晶粒焊墊座部153a之間隔設為DD2。若縮小間隔DD2，則電容耦合變強。
因第1輸入引線151之內引線部151c具有彎折，故其較第2輸入引線152長，電感變大。因此，於供差動信號輸入之2條引線之間、且於第1輸入引線51與第2輸入引線52之間，無法消除雜訊。
電源引線150與驅動IC114之間係由接合線BW11連接。又，第1及第2輸入引線151、152與驅動IC114係由接合線BW13連接。接合線BW11與接合線BW13均以跨及驅動IC114之第2側面114b之方式設置。因此，電磁場之正交成分較少，磁性耦合增強，雜訊易自電源引線150進入。比較例之配置容易提高打線接合步驟之生產性。
圖5係模擬地求出雜訊電壓之曲線圖。
縱軸為電壓(V)，橫軸為施加了上升脈衝之時間t0以後之相對時 間。虛線表示比較例之電壓，實線表示第1實施形態之電壓。
雜訊電壓vn隨時間而衰減。若驅動電流脈衝急遽上升或急遽下降，則雜訊電壓vn增大。電流i急遽上升後，比較例中之雜訊電壓vn之最初之峰值為大致7.5mV。相對於此，第1實施形態中之雜訊電壓vn之最初之峰值低為大致2.5mV。
即，於第1實施形態中，第1輸入引線51之內引線51c與第2輸入引線52之內引線52c沿第1方向8具有相等之長度。於第1輸入引線51及第2輸入引線52中分別誘發有雜訊電壓。於此情形時，因第1及第2輸入引線51、52之長度相等，故分別被誘發之雜訊電壓之大小變為相等。若分別被輸入至第1輸入引線51及第2輸入引線52之信號產生差動量，則以相等之大小被誘發之雜訊電壓相互抵消。因此，可降低雜訊電壓對差動量造成之影響。即，可提高光耦合型絕緣裝置之雜訊耐受性。
又，內引線51c與內引線52c之中心間距離P2小於第1輸入引線51之外引線51d與第2輸入引線52之外引線52d之中心間距離P1。即，電源引線50之引出部50b與第1輸入引線51之內引線51c之間隔D3大於比較例之距離DD3。即，由接近之2個引線區域構成之電容器之靜電電容得以降低。因此，可減弱電容耦合，可降低因於電源引線50與接地引線53之間產生之急遽之電流變化對雜訊電壓之影響。
同樣地，第2輸入引線52之內引線52c與接地引線53之引出部53b之間隔D4較比較例之間隔DD3長，從而可減弱電容耦合。
第1輸入引線51之內引線51c之端部與接地引線53之第2晶粒焊墊座部53a之間隔、及第2輸入引線152之內引線152c之端部與接地引線153之第2晶粒焊墊座部153a之間隔均為D2，且均大於比較例之間隔DD2。因此，可減弱電容耦合。
連接電源引線50與驅動IC14之接合線BW1係以跨及驅動IC14之第1側面14a之方式設置。因此，可使接合線BW1、與連接第1及第2輸 入引線51、52與驅動IC14之接合線BW3以接近正交之方式交叉。因此，可較比較例更減弱磁性耦合。再者，接合線BW3較接合線BW1長。
又，藉由將連接驅動IC14之接地焊墊14f與接地引線53之接合線BW4、與連接第1及第2輸入引線51、52與驅動IC14之接合線BW3以接近正交之方式設置，可進一步減弱磁性耦合。再者，接合線BW3較接合線BW4長。
如上所述，於第1實施形態中，關於被誘發於第1及第2輸入引線51、52之雜訊電壓，藉由使引線長度相等，可於差動信號中消除雜訊電壓。又，藉由增大第1輸入引線51與電源引線50之間隔且增大第2輸入引線52與接地引線53之間隔，而可減弱電容耦合，抑制因急遽之電流變化所致之雜訊電壓被誘發至第1及第2輸入引線51、52。進而，使連接第1及第2輸入引線51、52與驅動IC14之接合線BW3、與連接電源引線50與驅動IC14之接合線BW1以接近正交之方式交叉，而可減弱磁性耦合。藉由上述情況，可提高光耦合型絕緣裝置之雜訊耐受性。
圖6(a)係第1實施形態之第1變化例之光發送部之模式性仰視圖，圖6(b)係第1實施形態之第2變化例之光發送部之模式性仰視圖。
於圖6(a)所示之第1變化例中，第1輸入引線51之內引線51c與第2輸入引線52之內引線52c之中心間距離P2與外引線50d~53d之共同間距P1相等。
又，於圖6(b)所示之第2變化例中，連接驅動IC14之電源焊墊14c與電源引線50之接合線BW1設置於遠離連接第1及第2輸入引線51、52與驅動IC14之輸入焊墊部14e之接合線BW3之位置(第2晶粒焊墊座部53a之外緣之側)，且兩者接近正交。
圖7係第1實施形態、其第1及第2變化例之光耦合型絕緣裝置之雜訊電壓之曲線圖。
於第1變化例中，第1輸入引線51與電源引線50之間隔D5小於第1實施形態之間隔D3，從而磁性耦合較第1實施形態強。因此，雖產生大致4nV之雜訊電壓，但較比較例之7.5mV而言得以降低。
又，於第2變化例中，可使連接電源引線50與驅動IC14之電源焊墊14d之接合線BW2與第1及第2輸入引線51、52隔開且接近正交。因此，雖產生大致2.8mV之雜訊電壓，但較比較例之7.5mV而言得以降低。再者，接合線BW3較接合線BW2長。即，接合線BW3較接合線BW1、接合線BW2、接合線BW4長。藉此，可增大間隔D3及間隔D4。
圖8(a)係第2實施形態之光發送部之模式性仰視圖，圖8(b)係第3實施形態之光發送部之模式性仰視圖，圖8(c)係第4實施形態之光發送部之模式性仰視圖。
於第2~第4實施形態之光發送部10中，第1及第2輸入引線51、52具有相同之長度。因此，可容易地消除差動信號中之雜訊電壓。
又，連接電源引線50與驅動IC14之電源焊墊14d之接合線BW1係以與連結第1及第2輸入引線51、52與驅動IC14之輸入焊墊14e之接合線BW3接近正交之方式設置。因此，可降低因磁性耦合所致之雜訊電壓。
圖9係第2~第4實施形態之雜訊電壓之曲線圖。
第2~第4實施形態之雜訊電壓為大致5mV以下，較比較例之雜訊電壓而言得以降低。又，於圖8(b)之第3實施形態、圖8(c)之第4實施形態中，可較第2實施形態容易地將第1及第2輸入引線51、52之端部接近安裝於接地引線53或電源引線50。於此情形時，寄生電容較第2實施形態稍增加，但雜訊電壓為5.5mV以下，較比較例而言得以降低。
藉由第1~第4實施形態之光耦合型絕緣裝置而降低雜訊電壓。 因此，光耦合型絕緣裝置之誤動作得以抑制。該等光耦合型絕緣裝置可廣泛地用於控制機器、計測機器等。
已對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提出者，並非意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能以其他各種形態實施，且可於不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨內，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
5‧‧‧光耦合型絕緣裝置
8‧‧‧第1方向
12‧‧‧發光元件
14‧‧‧驅動IC
14a‧‧‧第1側面
14b‧‧‧第2側面
14c‧‧‧電源焊墊部
14d‧‧‧發光元件焊墊部
14e‧‧‧輸入焊墊部
30‧‧‧光接收部
50‧‧‧電源引線
50a‧‧‧第1晶粒焊墊座部
50b‧‧‧引出部
50d‧‧‧外引線
51‧‧‧第1輸入引線
51c‧‧‧第1輸入引線
51d‧‧‧外引線
52‧‧‧第2輸入引線
52c‧‧‧第2輸入引線
52d‧‧‧外引線
53‧‧‧接地引線
53a‧‧‧第2晶粒焊墊座部
53b‧‧‧引出部
53d‧‧‧外引線
55‧‧‧接地引線
56‧‧‧第2輸出引線
57‧‧‧第1輸出引線
58‧‧‧電源引線
65‧‧‧樹脂成型體
65a‧‧‧內樹脂
65b‧‧‧外樹脂
65c‧‧‧一側面
BW1‧‧‧連接電源引線與電源焊墊部之接合線
BW2‧‧‧連接發光元件與發光元件焊墊部之接合線
BW3‧‧‧連接第1及第2輸入引線與輸入焊墊部之接合線
BW4‧‧‧連接驅動IC14之接地焊墊與接地引線之接合線
D1‧‧‧電源引線之第1晶粒焊墊座部與接地引線之第2晶粒焊墊座部之間隔
D2‧‧‧第1及第2輸入引線之端部與接地引線之第2晶粒焊墊座部之間隔
D3‧‧‧電源引線之引出部與第1輸入引線之內引線之間隔
D4‧‧‧第2輸入引線之內引線與接地引線之引出部之間隔
L1‧‧‧橫向長度
L2‧‧‧縱向長度
P1‧‧‧外引線間間距(中心間距離)
P2‧‧‧輸入引線之內引線間中心距離

Claims (7)

  1. 一種光耦合型絕緣裝置，其包括：光發送部，其包括：具有第1晶粒焊墊座部之電源引線、設置於上述第1晶粒焊墊座部之發光元件、具有第2晶粒焊墊座部之接地引線、以位於上述電源引線與上述接地引線之間之方式設置之第1及第2輸入引線、及設置於上述第2晶粒焊墊座部且具有電源焊墊部、發光元件焊墊部及輸入焊墊部之驅動積體電路；及光接收部，其以隔著樹脂與上述光發送部相對之方式設置；且上述電源引線之外引線、上述第1及第2輸入引線之外引線、以及上述接地引線之外引線分別沿第1方向延伸；上述第1輸入引線之內引線與上述第2輸入引線之內引線之中心間距離為上述第1輸入引線之上述外引線與上述第2引線之上述外引線之中心間距離以下。
  2. 如請求項1之光耦合型絕緣裝置，其中上述驅動積體電路包括：第1側面，其與上述第1晶粒焊墊座部之側面中與上述第1方向平行之側面對向；及第2側面，其與上述第1方向正交且與上述第1輸入引線之上述內引線之端部及上述第2輸入引線之上述內引線之端部對向；上述電源焊墊部及上述發光元件焊墊部排列於上述驅動積體電路(IC)之上述第1側面之側；且上述輸入焊墊部排列於上述驅動積體電路之上述第2側面之側。
  3. 如請求項1之光耦合型絕緣裝置，其中連接上述第1及第2輸入引線與上述輸入焊墊部之接合線(BW3)較連接上述電源引線與上述電源焊墊部之接合線(BW1)、連接上 述發光元件與上述發光元件焊墊部之接合線(BW2)及連接上述接地引線與上述驅動積體電路之接合線(BW4)中之任一者長。
  4. 如請求項1至3中任一項之光耦合型絕緣裝置，其中上述第1輸入引線與上述第2輸入引線具有相同之長度。
  5. 如請求項1至3中任一項之光耦合型絕緣裝置，其中上述第1輸入引線之上述內引線與上述第2輸入引線之上述內引線之上述中心間距離小於上述第1輸入引線之上述外引線與上述第2引線之上述外引線之上述中心間距離。
  6. 如請求項2之光耦合型絕緣裝置，其中連接上述電源引線與上述驅動積體電路之接合線跨過上述驅動積體電路之上述第1側面；且連接上述第1輸入引線與上述驅動積體電路之接合線及連接上述第2輸入引線與上述驅動積體電路之接合線跨過上述驅動積體電路之上述第2側面。
  7. 如請求項1至3中任一項之光耦合型絕緣裝置，其中上述驅動積體電路包括具有時脈產生器之類比數位轉換電路。
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