- 光學耦合器集成封裝技術
- 堆疊式LED的優勢
- 背面發光LED的開發
- LED直接堆疊在光電探測器IC
- 使用透明的硅樹脂覆蓋LED和IC
大多數光學耦合器都經過UL1577、CSA和IEC/DINEN/EN60747-5-2列明的基本安全標準認證。
在某些情況下，人們特別希望提高一個封裝中的光學耦合器數量，以優化生產成本，節約電路板空間。例如，在計算機系統中，在一個封裝中集成兩條以上的光學耦合器通道，可以明顯降低并行接口和串行接口的部件數量和電路板空間，如RS232/485/422、SPI(串行外設接口)和集成電路之間(I2C)總線。
多通道光學耦合器在工業控制、測試測量、PLC(程控邏輯控制器)醫療系統、Fieldbus接口和數據采集中;在POE(通過以太網供電)和聯網電路板等通信應用中;在等離子平板顯示器和其它消費家電中都提供了同樣的優勢。
以前把兩個以上的光學耦合器集成到一個DIP/表面封裝的澆鑄封裝中是一個很大的挑戰。主要問題來自已有的封裝工藝及LED方塊的正面發光特點。
部分困難包括：
- 制造工藝增加，工藝復雜程度增加;
- 光學耦合器通道之間的光泄漏/串擾;
- 由于隔離材料放置困難而導致IC芯片數量提高的相關問題;
- 由于要求的引線框和封裝圖形，需要明顯大得多的封裝。
光學耦合器制造技術
光學耦合器的工作基礎是LED發出的光通過透明的絕緣介質到光電探測器，這種介質提供2.5kV-6kV范圍的高壓絕緣。光耦合程度取決于光導材料。絕緣將通過光導材料本身或通過額外的光傳導介電材料實現。在任何情況下，LED的排列、光導材料、介電材料和IC都會直接影響光耦合和高壓絕緣的性能。
一般來說，光學耦合器封裝與傳統集成電路封裝類似，但它采用獨特的工藝步驟和必要的材料，以形成光導，滿足高壓絕緣要求。下表列明了各種澆鑄光學耦合器的制造方法，介紹了獨特的材料、工藝和限制。
雙澆鑄工藝
圖1澆鑄光學耦合器封裝使用的雙澆鑄工藝
圖2澆鑄光學耦合器封裝使用的介電材料放置工藝
在單通道光學耦合器的雙澆鑄工藝中，LED和IC通過模具連接到兩個不同的引線框和焊接線上。然后使用焊接把兩個引線框組合在一起。在引線框焊接完畢后，LED直接面向IC，LED位于IC上方。
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然后，組合好的引線框使用白色光傳導化合物進行澆鑄，構成光導裝置，把光從LED傳送到IC光電檢測器上。白色化合物還提供了高壓絕緣功能。最后，得到的組件使用不透明的化合物澆鑄，構成最終的封裝輪廓。
介電材料放置工藝
在介電放置工藝中，LED和IC的排列與雙澆鑄工藝相同。但它不使用白色化合物，而是在LED和IC之間使用硅樹脂，形成光導裝置。此外，它在LED和IC之間放一個光傳導介電裝置，形成高壓絕緣。最后，器件使用不透明的澆鑄化合物澆鑄。
圖3澆鑄光學耦合器封裝使用的平面工藝
平面工藝
在平面工藝中，LED和IC位于與引線框和焊接線相同的平面中。然后使用一層透明的硅樹脂，以近似圓屋頂形覆蓋LED和IC。硅樹脂提供了光導能力。為防止光逸出，在透明硅樹脂上使用了另一層白漆。因此，來自LED的光會在圓屋頂內部反射到IC上。最后，器件使用不透明的澆鑄化合物封裝。
堆疊式LED技術
圖4是光學耦合器的橫截面圖，其中LED直接堆疊在光電探測器IC上。這種堆疊式LED方法的主要實現技術是背面發光LED的開發。
圖4光學耦合器的橫截面圖，其中LED直接堆疊在光電檢測器IC的上面
光電二極管芯片采用兩個透明的層：SiO2鈍化/絕緣和光傳導聚酰亞胺。LED使用透明的連接層穩固地連接到光電二極管上。IC使用銀環氧樹脂，通過模具連接到引線框上。介電材料使用光傳導環氧樹脂連接到IC上。LED模具使用光傳導環氧樹脂連接到介電材料上。最后，組件使用焊接線和澆鑄。它使用標準模具連接工藝，完成所有放置，封裝在單次不透明澆鑄化合物中完成澆鑄。
堆疊式LED的優勢
集成度高:通過采用傳統IC組件設備，堆疊式LED技術大大增強了封裝功能和靈活性。從本質上看，發射機-檢測器芯片組可以插入任何要求的集成式封裝中。
減少流程步驟:該方法減少了流程步驟，因此是一種更加高效的制造方法。
輕薄、小型封裝:總封裝高度現在單純取決于IC、LED、超薄聚酰亞胺和LED焊接線高度的厚度組合。
圖5比較了各種制造工藝得到的封裝高度。
背面發光LED
圖6傳統吸收基底正面發光LED與透明基底背面發光LED的橫截面
對背面發光的LED，其激活層在透明基底上生長，摻雜程度取決于所要求的發射光波長。發光區域在晶片制造工藝中確定，基底在器件上保持不變。
AvagoTechnologies(安華高科技)已經在一系列新的多通道和雙向15MBd數字邏輯門光學耦合器中采用堆疊式LED結構。該系列分成緊湊的8針(雙通道為4.9mmx5.9mmx1.7mm)和16針(三通道和四通道為9.9mmx5.9mmx1.7mm)薄型小型集成電路(SOIC)封裝，包括雙通道、三通道和四通道三種型號。
