光耦合器及其封装方法与流程

本发明涉及光耦合器领域，具体而言，涉及一种光耦合器及其封装方法。

背景技术：

一般业界传统制造光耦合器的工艺分为：平面一次封胶工艺与上下嵌合二次封胶工艺两种。

图1是根据相关技术的平面一次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图，平面一次封胶工艺使用一对红外线led与收光芯片组合置放于一平面式支架上，以一大体积透明硅胶完整包覆红外线led、收光芯片与部分支架，硅胶在成型时会自然呈现蛋体形状(dome)，之后以具红外光反射性质的外塑封胶(一般为含tio2白色环氧树脂)进行封装。

采用平面一次封胶工艺封装的光耦合器的优点为：平面式支架无发收光支架间互相覆盖，故共模拒斥现象(cmr，commonmodereject)较佳；该工艺封装的光耦合器常见问题为：硅胶与环氧树之间结合不佳，在光耦合器重要电性高压绝缘测试(hi-pottest，在发光与收光端给予一高电压测量其漏电流，一般为3.75kv或5kv以上)上多有失效现象产生，目前业界多在硅胶表面采用电浆清洗以加强其结合性。

图2是根据相关技术的上下嵌合二次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图，上下嵌合二次封胶工艺使用一对红外线led与收光芯片组合分别置放于上下支架两端，以小体积硅胶仅包覆住红外线led芯片与部分支架，先以具透光性内塑封胶进行封装包覆发光与收光两端，再以不具反射效果之外塑封胶(一般为含碳黑之黑色环氧树脂)进行封装。

采用上下嵌合二次封胶工艺封装的光耦合器因控制硅胶在发光端，故可有效解决硅胶与环氧树脂结合性不良造成高压测试失效问题，且由于发光芯片与收光芯片互相正对，故其容易满足电流转换比(ctr)的需求。该上下嵌合二次封胶工艺为现行亚洲光耦合器封装厂较普及的生产方式；其主要缺点为共模拒斥现象较为严重，在高速光耦(>1mbit)的产品上无法满足电性需求。

图3是根据相关技术的平面二次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图，平面二次封胶工艺采用平面支架放置发光芯片和收光芯片，在发光芯片上包覆小体积硅胶，采用透光性内塑封胶包覆发光与收光两端，内塑封胶在成型过程中自然呈现蛋体形状，之后再以具有反射性质的外塑封胶包裹内塑封胶而完成封装。

平面二次封胶工艺封装的光耦合器的平面式支架无发收光支架间互相覆盖，因此共模拒斥现象较佳的优点；同时因控制硅胶在发光端，故可有效解决硅胶与环氧树脂结合性不良造成高压测试失效问题。可见，平面二次封胶工艺兼具平面一次封胶工艺和上下嵌合二次封胶工艺的优点。

但是，在研究过程中发现，平面二次封胶工艺封装的光耦合器由于没有采用上下嵌合二次封胶工艺的发光芯片和收光芯片上下对正的结构，因平面二次封胶工艺封装的光耦合器的收光效益差，进而影响到其电流转换比。

针对平面二次封胶工艺封装的光耦合器收光效益差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种光耦合器及其封装方法，以至少解决平面二次封胶工艺封装的光耦合器收光效益差的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种光耦合器，包括：

发光芯片，用于发射光线；

第一支架，用于设置所述发光芯片；

收光芯片，用于接收光线；

第二支架，用于设置所述收光芯片；

透光封胶，包覆所述发光芯片；

透明内封装体，包覆所述透光封胶和所述收光芯片；

外封装体，包覆所述透明内封装体，所述外封装体具有与所述透明内封装体相接触的光学反射面；

其中，所述第一支架和所述第二支架在同一平面相对设置，所述第一支架和所述第二支架分别自所述透明内封装体朝相反方向延伸出所述外封装体；

所述发光芯片和所述收光芯片面向所述光学反射面设置；

所述光学反射面包括：第一反射面和第二反射面，所述第一反射面靠近所述发光芯片设置，所述第一反射面用于将直接发射自所述发光芯片的第一光线反射至所述收光芯片；所述第二反射面靠近所述收光芯片设置，所述第二反射面用于将直接发射自所述发光芯片的第二光线以及由直接发射自所述发光芯片再经所述第一反射面或所述第二反射面反射的第三光线反射至所述收光芯片。

可选地，所述第一支架包括第一安置支架和第一导线支架；其中，

所述发光芯片设置在所述第一安置支架上，且所述发光芯片的一根导线与所述第一安置支架电性连接，所述发光芯片的另一根导线自所述透光封胶引出至所述透明内封装体，并与所述第一导线支架电性连接；

所述第一安置支架和所述第一导线支架分别自所述透明内封装体延伸出所述外封装体。

可选地，所述第二支架包括第二安置支架和第二导线支架；其中，

所述收光芯片设置在所述第二安置支架上，且所述收光芯片的一根导线与所述第二安置支架电性连接，所述收光芯片的另一根导线与所述第二导线支架电性连接；

所述第二安置支架和所述第二导线支架分别自所述透明内封装体延伸出所述外封装体。

可选地，所述透明内封装体还包括平檐部，所述平檐部设置在所述光学反射面之下。

可选地，所述透光封胶呈半球状，所述透光封胶包括透明的硅胶。

可选地，第一支架和所述第二支架之间的距离为0.4mm至3mm。

可选地，所述光学反射面的是利用所述发光芯片进行收光效益模拟而得到的。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光耦合器封装方法，包括：

将发光芯片和收光芯片分别安装在水平相对设置的第一支架和第二支架上；

采用透光封胶包覆所述发光芯片；

设计光学反射面，其中，所述光学反射面包括：第一反射面和第二反射面，所述第一反射面靠近所述发光芯片设置，所述第一反射面用于将直接发射自所述发光芯片的第一光线反射至所述收光芯片；所述第二反射面靠近所述收光芯片设置，所述第二反射面用于将直接发射自所述发光芯片的第二光线以及由直接发射自所述发光芯片再经所述第一反射面或所述第二反射面反射的第三光线反射至所述收光芯片；

采用透明内封装体包覆所述透光封胶和所述收光芯片，并使得所述透明内封胶的顶面呈现出于所述光学反射面相同的形状；

采用具有反光性质的外封装体包覆所述透明内封装体。

可选地，所述光学反射面的是利用所述发光芯片进行收光效益模拟而得到的。

通过本发明，采用的光耦合器及其封装方法，通过光学反射面的第一反射面和第二反射面，将直接发射自所述发光芯片的第一光线、直接发射自所述发光芯片的第二光线以及由直接发射自所述发光芯片再经所述第一反射面或所述第二反射面反射的第三光线反射至所述收光芯片的方式，解决了平面二次封胶工艺封装的光耦合器收光效益差的问题，提高了平面二次封胶工艺封装的电流转换比。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的平面一次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图；

图2是根据相关技术的上下嵌合二次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图；

图3是根据相关技术的平面二次封胶工艺封装的光耦合器的剖面图；

图4是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图；

图5是根据本发明实施例的一种光耦合器的透视图；

图6是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图；

图7是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图之一；

图8是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图之二；

图9是根据本发明实施例的光耦合器封装方法的流程图；

在图1至图3中，各标记表示下列含义：①透明硅胶；②发光芯片；③收光芯片；④导线；⑤具有反射性质的外塑封胶；⑥支架；⑦不透光的外塑封胶；⑧具有透光性内塑封胶。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种光耦合器，图4是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图，如图4所示，该光耦合器包括：

发光芯片1，用于发射光线；

第一支架2，用于设置发光芯片1；

收光芯片3，用于接收光线；

第二支架4，用于设置收光芯片3；

透光封胶5，包覆发光芯片1；

透明内封装体6，包覆透光封胶5和收光芯片3；

外封装体7，包覆透明内封装体6，外封装体7具有与透明内封装体6相接触的光学反射面8；

其中，第一支架2和第二支架4在同一平面相对设置，第一支架2和第二支架4分别自透明内封装体6朝相反方向延伸出外封装体7；

发光芯片1和收光芯片3面向光学反射面8设置；

光学反射面8包括：第一反射面81和第二反射面82，第一反射81面靠近发光芯片1设置，第一反射面81用于将直接发射自发光芯片1的第一光线11反射至收光芯片3；第二反射面82靠近收光芯片3设置，第二反射面82用于将直接发射自发光芯片1的第二光线12以及由直接发射自发光芯片1再经第一反射面81或第二反射面82反射的第三光线13反射至收光芯片3。

本发明实施例的光学反射面8不同于蛋形光反射面。传统的平面二次封胶工艺的蛋形光反射面虽然可以利用光学模拟或者光学计算进行最佳化设计，但无法分别最佳化发光芯片端和收光芯片端的聚光效率。另外，蛋形光反射面对于沿收光芯片和发光芯片所在直线方向上的光线的聚光效果比较好，而对于另外一些角度的光线，例如垂直于收光芯片和发光芯片所在直线方向的光线，则难以将其汇聚至收光芯片接收。

本实施例提供的上述结构的光耦合器，其光学反射面8相较于传统的平面二次封胶工艺的蛋形光反射面而言，其靠近发光芯片1的经过优化的第一反射面81将直接发射自发光芯片1的第一光线11最佳化汇聚至收光芯片3；靠近收光芯片3的经过优化的第二反射面82将直接发射自发光芯片1的第二光线12以及由直接发射自发光芯片1再经第一反射面81或第二反射面82反射的第三光线13最佳化汇聚至收光芯片3，这样，即使对于蛋形光反射面聚光效果差的光线，通过第一反射面81和第二反射面82也能够实现较好的聚光效果；可见，本实施例提供的光耦合器能够增加收光效益，从而解决了平面二次封胶工艺封装的光耦合器收光效益差的问题，提高了平面二次封胶工艺封装的电流转换比。

在上述实施例中，光耦合器的发光芯片1优选为红外线发光二极管，但在本发明中并不限于此。例如，发光芯片1还可以是可见光发光二极管、镭射发光二极管、电浆发光二极管，或者其他的发光组件。

上述实施例中，收光芯片3优选为可接收红外光的光敏晶体管，但在本发明中并不限于此。例如，收光芯片3还可以是光敏电阻、光电二极管、硅控整流器(silicon-controlledrectifier，scr)或者其它能将光信号转换成电信号的感光组件。

上述实施例中，透明内封装体6的材质优选为环氧树脂。当然，该透明内封装体6亦可为其它透明材质。该外封装体7的材质则包括环氧树脂及二氧化钛，以利用该光学反射面8为白色而反射光线。当然，外封装体7的材质不限于此，亦可选用其它能反射光线的材质。

图5是根据本发明实施例的一种光耦合器的透视图，图5中为了便于描述透明内封装体6及其内部的结构，光耦合器的外封装体7未示出。如图5所示，可选地，上述的第一支架2优选为导电金属材质制成，第一支架2包括第一安置支架21和第一导线支架22；其中，发光芯片1设置在第一安置支架21上，且发光芯片1的一根导线焊接在第一安置支架21上实现电性连接，发光芯片1的另一根导线自透光封胶5引出至透明内封装体6，并焊接在第一导线支架22上实现电性连接；第一安置支架21和第一导线支架22分别自透明内封装体6延伸出外封装体7。

继续参照图5，可选地，上述的第二支架4也优选为导电金属材质制成，第二支架4包括第二安置支架41和第二导线支架42；其中，

收光芯片3设置在第二安置支架41上，且收光芯片3的一根导线焊接在第二安置支架41上实现电性连接，收光芯片3的另一根导线焊接在第二导线支架42上实现电性连接；第二安置支架41和第二导线支架42分别自透明内封装体6延伸出外封装体7。

图6是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图，图6中示出了第一反射面81和第二反射面82。

可选地，透明内封装体6还包括平檐部61，平檐部61设置在光学反射面8之下。图7是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图之一，如图7所示，透明内封装体6的上部凸状体的表面与光反射面8的形状一致，透明内封装体6的下部为平檐部61。图7中平檐部61位于第一支架2和第二支架4的下方，透明内封装体6上部的凸状体的底面位于平檐部61正上方，其凸状体的底面略小于或者等于平檐部61的顶面。

图8是根据本发明实施例的一种光耦合器的剖面图之二，如图8所示，第一支架2和第二支架4从平檐部61延伸出来，透明内封装体6上部的凸状体的底面位于平檐部61正上方，其凸状体的底面小于平檐部61的顶面。

可选地，本实施例中透光封胶5优选呈半球状，透光封胶5优选为透明的硅胶。当然，本发明并不限于此，透光封胶5亦可由其它散热性良好的透光物质所取代。

可选地，第一支架2和第二支架4之间的距离为0.4mm至3mm。

可选地，对于不同的发光芯片，有不同的光型分布，即不同发射角度具有的光强特性各不相同。但是对于同种发光芯片而言，其光型分布相同或几乎相同。因此，对于同一种发光芯片，可以通过收光效益模拟的方式，模拟出自然发光条件下收光效益较高或者最高的光学反射面的形状。模拟出来的收光效益较高或者最高的光学反射面即为本实施例中所称的光学反射面8。

本发明实施例中优选采用solidworks建立光学模拟模型，并配合使用lighttools光学模拟软件进行分析。在建立的光学模拟模型中，采用固定的发光芯片和收光芯片的相对位置，以及发光芯片的发光光型(包括发光角度和各个发光角度上的光强)、反射面的反射条件等。同时，也建立蛋形光反射面的光学模拟模型，该模型除了光学反射面为蛋形光反射面之外，其他条件与本发明实施例光学模拟模型保持一致，以进行对照。

在一次模拟结果中表明，蛋形光反射面的光学模拟模型的收光芯片每接收到4.6单位的光通量，收光光束共14753条，而通过模拟得到的具有两个反射面的光学反射面8的光学模拟模型的收光芯片最高可以接收6.3单位的光通量，收光光束17409条。

具有光学反射面8的光学模拟模型收光光束条数比蛋形光反射面的光学模拟模型多2656条。由于每条光线强度皆不相同，单纯比较收光光束条数意义可能不大。因此，以光通量代表收光效率对传统的蛋形光反射面的光学模拟模型和具有光学反射面8的光学模拟模型进行比较，发现具有光学反射面8的光学模拟模型可以增加约35％的收光量。可见，采用本发明实施例的光学反射面8可以大幅提升收光效率。

此外，由于对光学反射面8的设计，可以改变发光芯片1所发射的光反射到收光芯片3上的光通量，因此，在发光芯片1的发光强度和发光光型相同的情况下，通过设计不同的光学反射面8，也可以控制光耦合器的电流转换比。

在本实施例中，还提供了一种光耦合器封装方法。图9是根据本发明实施例的光耦合器封装方法的流程图，如图9所示，该流程包括如下步骤：

步骤s901，将发光芯片和收光芯片分别安装在水平相对设置的第一支架和第二支架上；

步骤s902，采用透光封胶包覆发光芯片；

步骤s903，设计光学反射面，其中，光学反射面包括：第一反射面和第二反射面，第一反射面靠近发光芯片设置，第一反射面用于将直接发射自发光芯片的第一光线反射至收光芯片；第二反射面靠近收光芯片设置，第二反射面用于将直接发射自发光芯片的第二光线以及由直接发射自发光芯片再经第一反射面或第二反射面反射的第三光线反射至收光芯片；

步骤s904，采用透明内封装体包覆透光封胶和收光芯片，并使得透明内封胶的顶面呈现出于光学反射面相同的形状；

步骤s905，采用具有反光性质的外封装体包覆透明内封装体。

可选地，上述的光学反射面8的是利用发光芯片进行收光效益模拟而得到的收光效率高于蛋形光反射面的反射面。

本发明实施例提供的光耦合器在收光芯片端和发光芯片端分别采用不用曲率的两种反射面，因此，又称为双曲率光耦合器。相较于相关技术，双曲率光耦合器采用的经光学模拟、计算后的光学反射面方式，发光芯片端反射面配合发光芯片发光的角度与光型进行聚光动作，将发光芯片所发出的光线聚焦于收光芯片感应区；收光芯片端反射面有效捕捉散失的光线并重新聚焦回收光芯片感应区。双曲率光耦合器优点在于平面式支架无发收光支架间互相覆盖，故共模拒斥现象较佳；且硅胶仅于发光芯片端，无高压失效问题；加以经光学模拟、计算后光学反射面的设计可有效集中光束并反射于定面积的收光芯片上，能够有效控制产品电流转换比的范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。