TWI418868B - 光耦合器 - Google Patents

Description

光耦合器

本發明係關於一種光耦合器，特別是一種可於高工作電壓環境下使用之光耦合器。

光耦合器(Photo-coupler)藉由其內部之發光晶片與光感晶片的搭配，完成將電訊號轉為光訊號、光訊號再轉為電訊號的轉換，因而適可用作一種電路安全裝置。透過光耦合器的使用，可以避免來源端的電訊號發生突波、不穩定等狀況時，使得接收端之電路因直接電性連接該來源端，而產生譬如電晶體燒毀或電路無法正常運作等情形。

如第1圖所示，習知光耦合器1包含一發光晶片12及一光感晶片13，係分別於光耦合器1之內部上下相互對置。光耦合器1更包含一內封裝體15及一外封裝體16，其中發光晶片12及光感晶片13係由內封裝體15所包覆，此內封裝體15為一絕緣層，可使發光晶片12及光感晶片13間無法導電。外封裝體16係包覆內封裝體15，且外封裝體16一般呈現黑色，以隔絕並吸收內、外部之光線，避免內、外部之光線對光感晶片13產生干擾。當一輸入電訊號傳輸至發光晶片12時，發光晶片12可將輸入電訊號轉換為一光束14，光感晶片13接收光束14後，便可進一步將光束14轉換為一輸出電訊號，進而發揮電轉光而光再轉為電的轉換，發揮電路安全裝置之角色。

承上所述，外封裝體16為隔絕內、外部之光線，而必須於塑膠基材中加入大量填料(filler)使其呈黑色，但加入大量填料後將大幅改變外封裝體16之熱膨脹係數。因此，為避免內封裝體15與外封裝體16之熱膨脹係數差異過大，造成運作時因溫度上升，令內封裝體15與外封裝體16間產生變形破壞，所以內封裝體15亦必須加入適量之填料，使內封裝體15之熱膨脹係數接近外封裝體16。然而在加入填料後，通常會使得內封裝體15呈白色並降低其透光率。低透光率之內封裝體15會更進一步造成發光晶片12及光感晶片13間之距離無法過大，否則將使發光晶片12所發出之光束14在穿透內封裝體15時耗損過多，光感晶片13無法接受足夠之光束14，以正常發揮將光訊號轉換為電訊號之功能。

因此，當習知光耦合器1在絕緣電壓(V_ISO )實質上小於或等於5000伏特的作業環境下，發光晶片12與光感晶片13間之最短距離實質上必須至少介於0.4公釐(mm)至0.6公釐(mm)之間，才能避免尖端放電之現象出現。然而，一旦作業環境之工作電壓實質上需高於8000伏特(Volt)時，發光晶片12與光感晶片13間之最短距離則被規範實質上必須大於3.0公釐(mm)，且其爬電距離(creepage distance)實質上亦必須大於8.0公釐(mm)。在上述工作環境中，習知光耦合器1將會因為內封裝體15之透光率過低，發光晶片12所發出之光束14有所耗損，無法傳送到光感晶片13使其正常將光訊號轉換為電訊號，而喪失於該作業環境正常運作之能力。

有鑑於此，提供一可在高工作電壓環境下使用之光耦合器，乃為此一業界亟待解決的問題。

本發明之一目的在於提供一種光耦合器，適可於一高電壓之作業環境下使用，同時避免因光訊號耗損過大，而光耦合器無法正常工作之情形。

為達上述目的，本發明之光耦合器包含一發光晶片、一光感晶片、一透明內封裝體及一反射器。發光晶片及光感晶片係相面對設置，並分別發出一光束並接收該光束。透明內封裝體包覆發光晶片與光感晶片。其中，反射器係設置於透明內封裝體內並鄰近發光晶片，以反射並聚集發光晶片所發射之光束的一第一部分至光感晶片。

為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

如第2圖所示，本發明之光耦合器2包含一發光晶片22，一光感晶片23，一透明內封裝體25、一外封裝體26及一反射器29。其中，發光晶片22適於發出一光束24，光感晶片23面對發光晶片22設置，並適於接收發光晶片22所發射出之光束24。透明內封裝體25包覆發光晶片22與光感晶片23，且外封裝體26包覆透明內封裝體25，同時在透明內封裝體25及外封裝體26之間形成有一介面28，介面28適於反射光束24。反射器29係設置於透明內封裝體25內並鄰近發光晶片22，以反射發光晶片22所發射之光束24的一第一部份24a，並使其聚集至光感晶片23。藉由透明內封裝體25以及反射器29之設置，本發明之光耦合器2適可大幅改善光束24於光耦合器2內傳遞之效率。

於一較佳實施例中，發光晶片22係為一紅外線發光二極體，而光感晶片23係為一光電晶體。透明內封裝體25之材質係包含環氧樹脂，外封裝體26之材質係包含環氧樹脂基材及白色填料，且該白色填料係包含二氧化鈦。

進一步說明，於本發明中，反射器29係相對發光晶片22而設置於光感晶片23相反之一側，並且發光晶片22與光感晶片23皆設置在同一平面上。鄰近發光晶片22所設置之反射器29較佳地係呈碗形，光束24之第一部份24a藉由反射器29之碗形反射曲面反射並匯聚至光感晶片23。其中，透明內封裝體25具有一長邊L及一向內縮之中央窄部251。發光晶片22及光感晶片23係分別設置於長邊L之兩端，以增加發光晶片22及光感晶片23間之距離，並提高絕緣效果。中央窄部251係設置於發光晶片22及光感晶片23間，透明內封裝體25之中央窄部251與外封裝體26間之介面28更包括一反射面281，適可反射發光晶片22所發射之光束24至光感晶片23。光耦合器2更包含至少二引線架27a、27b，發光晶片22及光感晶片23係分別設置於一第一引線架27a及一第二引線架27b上，且至少二引線架27a、27b可相互遠離地向外延伸，然亦可朝向同一方向延伸。該反射器29較佳地係一體成形於發光晶片22所在之第一引線架27a上。

於上述之較佳實施例中，被外封裝體26所包覆之透明內封裝體25之中央窄部251較佳地係為一側具有較窄開口，而另一側則具有較寬開口之設計，其中該較窄開口較鄰近發光晶片22，而該較寬開口較鄰近光感晶片23，藉由反射面281相對於發光晶片22至光感晶片23之方向略微傾斜之設計，使光束24之第一部分24a及第三部分24c得以更有效率地反射並聚集至光感晶片23上。同時，為滿足本發明於高工作電壓環境下的使用需求，發光晶片22與光感晶片23間之距離係大於或等於3.0公釐(mm)，且光耦合器2之爬電距離係大於或等於8.0公釐(mm)，以避免尖端放電而導致電路毀損之現象產生。

本發明光耦合器2之電轉光、光再轉為電之轉換步驟詳述如下。當一輸入電訊號傳送至發光晶片22時，發光晶片22適可將該輸入電訊號轉換為光束24以傳送至光感晶片23，而當光感晶片23接收光束24後，便可進一步將光束24轉換為一輸出電訊號，而完成將電轉光、光再轉換為電之步驟。需特別說明的是，於本發明中，發光晶片22所發射之光束24可進一步被區分為第一部份24a、第二部分24b及第三部分24c。其中，光束24之第一部份24a係由發光晶片22發射，且藉由反射器29反射後，直接穿過透明內封裝體25或間接地經由反射面281反射後聚集至光感晶片23；光束24之第二部分24b係於發光晶片22發射，於未經過反射器29、亦未經過反射面281反射的情況下穿過透明內封裝體25，直接地傳遞至光感晶片23；而光束24之第三部份24c係由發光晶片22發射，且不經由反射器29反射，間接地經由反射面281反射後聚集至光感晶片23。因此，本發明之光耦合器2係藉由反射器29、反射面281及中央窄部251間之相互搭配，適可大幅降低光束24於透明內封裝體25間傳遞所造成的損失，從而提高電轉光、光再轉為電的轉換效率，以滿足於高工作電壓環境下的需求。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．光耦合器

12．．．發光晶片

13．．．光感晶片

14．．．光束

15．．．內封裝體

16．．．外封裝體

2．．．光耦合器

22．．．發光晶片

23．．．光感晶片

24．．．光束

24a．．．第一部分

24b．．．第二部分

24c．．．第三部分

25．．．透明內封裝體

251．．．中央窄部

26．．．外封裝體

27a．．．第一引線架

27b．．．第二引線架

28．．．介面

281．．．反射面

29．．．反射器

L．．．長邊

第1圖係為習知光耦合器之剖面側視示意圖；及

第2圖係為本發明光耦合器之剖面俯視示意圖。

2．．．光耦合器

22．．．發光晶片

23．．．光感晶片

24．．．光束

24a．．．第一部分

24b．．．第二部分

24c．．．第三部分

25．．．透明內封裝體

251．．．中央窄部

26．．．外封裝體

27a．．．第一引線架

27b．．．第二引線架

28．．．介面

281．．．反射面

29．．．反射器

L．．．長邊

Claims (21)

1. 一種光耦合器，包含：一發光晶片，適於發出一光束；一光感晶片，面對該發光晶片設置，適於接收該光束；一透明內封裝體，包覆該發光晶片與該光感晶片，該透明內封裝體具有一長邊，該發光晶片及該光感晶片於該透明內封裝體內係分別設置於該長邊之二端；一外封裝體，包覆該透明內封裝體，並在該透明內封裝體與該外封裝體之間形成一介面，適於反射該光束；以及一反射器，設置於該透明內封裝體內並鄰近該發光晶片，其中該反射器適於反射該發光晶片所發射之該光束的第一部份並使其聚集至該光感晶片；其中該透明內封裝體於該發光晶片與該光感晶片間具有一向內縮之中央窄部，該中央窄部設置於該發光晶片與該光感晶片之連線上，並且該透明內封裝體之該中央窄部與外封裝體間之該介面包括位於該發光晶片與該光感晶片之間的一反射面，適於反射該發光晶片所發射之該光束到該光感晶片。
2. 如請求項1所述之光耦合器，其中該反射器係相對於該發光晶片而位於該光感晶片相反之一側。
3. 如請求項1所述之光耦合器，其中該發光晶片與該光感晶片位在同一平面上。
4. 如請求項1所述之光耦合器，其中該發光晶片所發射之光束的一第二部分穿過該透明內封裝體直接傳遞至該光感晶片。
5. 如請求項1所述之光耦合器，其中該光耦合器更包含至少二 引線架，該發光晶片及該光感晶片分別設置於各該引線架上。
6. 如請求項5所述之光耦合器，其中該二引線架係相互遠離地向外延伸。
7. 如請求項5所述之光耦合器，其中該二引線架係朝同一方向延伸。
8. 如請求項5所述之光耦合器，其中該反射器係一體成形於設置該發光晶片之該引線架上。
9. 如請求項1所述之光耦合器，其中該反射器係呈碗形。
10. 如請求項1所述之光耦合器，其中該發光晶片與該光感晶片間之距離大於或等於3.0公釐(mm)。
11. 如請求項1所述之光耦合器，其中該光耦合器之爬電距離大於或等於8.0公釐(mm)。
12. 如請求項1所述之光耦合器，其中該透明內封裝體之材質係包含環氧樹脂。
13. 如請求項5所述之光耦合器，其中該外封裝體之材質係包含環氧樹脂基材及白色填料。
14. 如請求項13所述之光耦合器，其中該白色填料包含二氧化鈦。
15. 如請求項1所述之光耦合器，其中該光感晶片係為一光電晶體。
16. 如請求項1所述之光耦合器，其中該發光晶片係為一紅外光發光二極體。
17. 一種光耦合器，包含：一發光晶片，設置在一第一引線架上，適於發出一光束；一光感晶片，設置在一第二引線架上且面對該發光晶 片，適於接收該光束，其中該發光晶片與該光感晶片位在同一平面上；一透明內封裝體，包覆該發光晶片與該光感晶片，該透明內封裝體具有一長邊，該發光晶片及該光感晶片於該透明內封裝體內係分別設置於該長邊之二端；一外封裝體，包覆該透明內封裝體，並在該透明內封裝體與該外封裝體之間形成一介面，適於反射該光束；以及一反射器，設置於該透明內封裝體內並鄰近該發光晶片，其中該反射器適於反射該發光晶片所發射之該光束的一第一部份並使其聚集至該光感晶片；其中該透明內封裝體於該發光晶片與該光感晶片間具有一向內縮之中央窄部，該中央窄部設置於該發光晶片與該光感晶片之連線上，並且該透明內封裝體之該中央窄部與外封裝體間之該介面包括位於該發光晶片與該光感晶片之間的一反射面，適於反射該發光晶片所發射之該光束到該光感晶片。
18. 如請求項17所述之光耦合器，其中該反射器係相對於該發光晶片而位於該光感晶片相反之一側。
19. 如請求項17所述之光耦合器，其中該二引線架係相互遠離地向外延伸。
20. 如請求項17所述之光耦合器，其中該二引線架係朝同一方向延伸。
21. 如請求項17所述之光耦合器，其中該反射器係一體成形於該第一引線架上。