光耦合器的制作方法

本公开要求蒋国军(kuochunchiang)等人在2017年4月20日递交的发明名称为“光学设备(opticaldevice)”的第62/488,052号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容如同全文复制一般以引入的方式并入本文本中。

本公开涉及。

背景技术

光耦合器包括至少一个发光芯片，可经由光传输介质光耦合于至少一个感光芯片。这样的设计，可以允许信息由设置发光芯片的电路传送至设置感光芯片的另一电路。在两个电路之间会保持高度的电隔离。因为，信息以光来通过绝缘间隙，因此其传输是单向的。举例来说，感光芯片并不能改变设置发光芯片的电路的操作。该特征极为重要，因为例如所述发射器将可以使用微处理器或逻辑闸以低电压来驱动，而输出感光芯片则可以为高压直流电(directcurrent，dc)或交流电(alternatingcurrent，ac)负载电路的一部份。此外，光隔离也可以防止输入电路被比较高能的输出电路所损坏。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种光耦合器。所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种光耦合器，包括：

至少一个发光芯片，设置于第一连接区上，用以发射至少一个不可见光线；

至少一个感光芯片，设置于第二连接区上，用以接收所述至少一个不可见光线；

绝缘结构，设置于所述至少一个发光芯片和所述至少一个感光芯片之间，用于隔离电场；

第一胶体，用于覆盖所述至少一个发光芯片、所述至少一个感光芯片、所述第一连接区、所述第二连接区以及所述绝缘结构；

第二胶体，用于覆盖所述第一胶体；以及

基板，具有凹槽，其中，所述第一连接区和所述第二连接区设置在所述基板中并且具有导电特性，所述至少一个发光芯片设置于所述凹槽内且与作为信号输入端的所述第一连接区电性连接，所述至少一个感光芯片设置于所述凹槽内且与作为信号输出端的所述第二连接区电性连接，所述第一胶体和所述第二胶体设置于所述凹槽内。

根据第一方面的第一种实施方案，所述绝缘结构包括设置于所述凹槽上的至少一个凸部和/或至少一个凹部，其中所述至少一个凸部的高度不大于所述第一胶体高度的二分之一，其中所述至少一个凹部的高度不大于所述基板厚度的二分之一。

根据第一方面的第二种实施方案，所述凹槽包括底面和设置有反射层的侧面，其中所述侧面环绕所述底面，并且其中所述至少一个发光芯片和所述至少一个感光芯片设置于所述底面。

根据第一方面的第三种实施方案，所述第一胶体为高透光材料所形成，包括聚酰亚胺(polyimide，pi)或硅胶(silicone)；所述第二胶体为反射性材料所形成，包括环氧树脂(epoxy)；所述基板的材料为非金属材料，包括硅基板或玻璃基板；所述至少一个发光芯片包括红外线发光二极管(infraredled)、氮化镓基(ganbase)发光二极管、砷化铝镓(algaas)发光二极管或磷砷化镓(gaasp)发光二极管；并且所述至少一个感光芯片包括光电二极管(photodiode)、光电晶体管(phototransistor)、光达灵顿晶体管(photodarlingtontransistor)、光控晶闸管(phototryristor)、光双向晶闸管(photobidirectionalthyristor)或光电集成电路(photointegratedcircuit)。

根据第一方面的第四种实施方案，当所述绝缘结构包括所述至少一个凸部和所述至少一个凹部时，所述至少一个凸部与所述至少一个凹部相邻。

根据第一方面的第五种实施方案，所述至少一个凸部和所述至少一个凹部的剖面形状为三角形、四角形、或多边形。

根据第一方面的第六种实施方案，当所述绝缘结构包括至少一个凸部和至少一个凹部时，所述至少一个凸部为次凸部，设置于所述至少一个凹部中。

根据本发明的第二方面，提供了一种光耦合器，包括：

至少一个发光芯片，设置于第一连接区上，用以发射至少一个不可见光线；

至少一个感光芯片，设置于第二连接区上，用以接收所述至少一个不可见光线；

绝缘结构，设置于所述至少一个发光芯片和所述至少一个感光芯片之间，用于隔离电场，所述绝缘结构包括连接部和隔离部并且通过所述连接部与所述第一连接区和所述第二连接区连接，使得设置于所述连接部的所述隔离部位于所述发光芯片和所述感光芯片之间；

第一胶体，用于覆盖所述至少一个发光芯片、所述至少一个感光芯片、所述第一连接区、所述第二连接区以及所述绝缘结构；以及

第二胶体，用于覆盖所述第一胶体。

根据第二方面的第一种实施方案，所述连接部由黏着性材料所制成，并且所述隔离部由透明绝缘材料所制成，包括聚酰亚胺(polyimide)。

根据第二方面的第二种实施方案，所述隔离部垂直设置于所述连接部，所述隔离部从所述连接部开始延伸的垂直高度不大于所述第一胶体的厚度，并且所述隔离部为立方体或锥状体。

根据第二方面的第三种实施方案，所述隔离部倾斜地设置于所述连接部。

根据第二方面的第四种实施方案，所述连接部还包括第一连接部、第二连接部，其中所述隔离部预先设置于所述第一连接部和所述第二连接部之间，其中所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述第一连接区和所述第二连接区连接，使得所述隔离部位于所述发光芯片和所述感光芯片之间，并且其中所述第一连接部、所述第二连接部和所述隔离部为依序一体成型。

根据第二方面的第五种实施方案，所述第一胶体覆盖所述第一连接区、所述发光芯片、所述第二连接区、所述感光芯片和所述绝缘结构后，形成椭圆形结构，其中所述发光芯片和所述感光芯片分别设置于所述第一胶体的所述椭圆形结构的两个焦点。

根据第二方面的第六种实施方案，还包括透光材料所组成的第三胶体，覆盖所述发光芯片或所述感光芯片中的一个，使得倾斜的所述隔离部同时设置于所述第三胶体上，其中所述第一胶体覆盖所述第三胶体。

根据第二方面的第七种实施方案，所述预先设置的隔离部为v型结构，且垂直于所述第一连接部和所述第二连接部。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图2是本公开一实施例提供的另一个光耦合器的剖面示意图。

图3是本公开一实施例提供的另一个光耦合器的剖面示意图。

图4是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图5a是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图5b是本公开又一实施例提供的光耦合器的俯视示意图。

图6a是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图6b是本公开又一实施例提供的光耦合器的俯视示意图。

图7a是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图7b是本公开又一实施例提供的光耦合器的俯视示意图。

图8a是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图8b是本公开又一实施例提供的光耦合器的俯视示意图。

图9a是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图9b是本公开又一实施例提供的光耦合器的俯视示意图。

图10是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图11是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图12是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图13是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图14是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图15是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图16是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图17是本公开又一实施例提供的光耦合器的剖面示意图。

图18是本公开一实施例提供的另一个光耦合器的剖面示意图。

图19是本公开又一实施例提供的另一个光耦合器的剖面示意图。

图20是本公开又一实施例提供的另一个光耦合器的剖面示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，为一种光耦合器100(平面式光耦合器)，包括：发光芯片1、感光芯片2、透明内封装体3、外封装体4、以及至少两个导线架5。发光芯片1的表面11由透光封胶6覆盖。发光芯片1设置于导线架5且与导线架5电性连接，用于发射出光线l。感光芯片2设置于另一个导线架5且与导线架5电性连接，用于接收光线l。透明内封装体3具有圆顶覆盖件41，透明内封装体3覆盖发光芯片1以及感光芯片2，外封装体4覆盖透明内封装体3。发光芯片1发射出光线l经由圆顶覆盖件41反射被感光芯片2接收。

参见图2，为另一种光耦合器500a(对立式光耦合器)，发光芯片204固定于第一导线架200上，且借由导线210电性连接至第一导线架200。感光芯片206以对立于发光芯片204的方式固定于第二导线架202上，且借由导线212电性连接至第二导线架202。发光芯片204的发光表面204a面对于感光芯片206的感光表面206a。绝缘材料213a设置于第一导线架200上。绝缘材料213a完全覆盖发光芯片204的发光表面204a和侧壁，且覆盖部分第一导线架200的表面。并且绝缘材料214b设置于第二导线架202上。绝缘材料214b覆盖感光芯片206的感光表面206a和侧壁，且覆盖部分第二导线架202的表面。感光芯片206用于接收发光芯片204所发射的光线。

然而，上述光耦合器所面临的问题是两个金属导线架之间的距离越近、或者二个金属导线架的重叠(overlap)面积越大，其电容值(capacitancevalue)就越大，共模拒斥比(commonmoderejectionratio,cmrr)就越低，进而造成光耦合器的电性特性受到影响而无法符合应用需求。

此外，由于光耦合器是由发光芯片将电信号转换成光信号，再由感光芯片接收光信号转化回电信号的组件，因此，这样的转化方式是可以确保输入与输出端的电气绝缘的一种安全机制。但是，在集成电路的芯片中，有另外一个因素会影响到安全性机制，其为共模瞬变机制(commonmodetransient)，此机制是因为如果当输入与输出间有剧烈的电压变化量，输出端的芯片会有因为电压急剧变化造成芯片开启导致输出。因此，在集成电路类的光耦合组件中，都进行共模瞬变抑制(commonmodetransientimmunity，简称cmri)参数的量测。而如何增强cmri成为了本领域技术人员需要解决的技术问题。

上述相关技术仅为与本公开相关的信息，而并非构成必要的现有技术。

为解决上述的问题，本发明提供一种光耦合器，其中具有绝缘结构，利用增加爬电距离(creepagedistance)以及隔离间距(clearance)的原理，提升电气绝缘，其中爬电距离为电信号输入端(发光芯片)沿着绝缘材料表面到电信号输出端(感光芯片)的最短距离，其中隔离间距为输入端至输出端在空气中最短的距离。

参见图3，本公开实施例提供了一种光耦合器，包括：

至少一个发光芯片30，设置于第一连接区31a,31b上，用以发射至少一个不可见光线；

至少一个感光芯片40，设置于第二连接区41a,41b上，用以接收所述至少一个不可见光线；

绝缘结构，设置于所述至少一个发光芯片30和所述至少一个感光芯片40之间，用于隔离电场；

第一胶体350，用于覆盖所述至少一个发光芯片30、所述至少一个感光芯片40、所述第一连接区31a,31b、所述第二连接区41a,41b以及绝缘结构；

第二胶体360，用于覆盖所述第一胶体350；以及

基板310，具有凹槽320；

其中所述第一连接区31a,31b和所述第二连接区41a,41b设置在所述基板310中并且具有导电特性，所述至少一个发光芯片30设置于所述凹槽320内且与作为信号输入端的所述第一连接区31a,31b电性连接，所述至少一个感光芯片40设置于所述凹槽320内且与作为信号输出端的所述第二连接区41a,41b电性连接，所述第一胶体350和所述第二胶体360设置于所述凹槽320内。

具体来说，基板310所具有的凹槽320包括底面和侧面，其中侧面环绕底面，而在该底面上设置有至少一个发光芯片30和至少一个感光芯片40。基板的材料可以为非金属材料，包括硅基板或玻璃基板。第一胶体350完全覆盖至少一个发光芯片30和至少一个感光晶片40，且填充于凹槽320的一部分，且具有高透光性，从而可以增加光耦合器300的光耦合效率，且具有保护至少一个发光芯片30和至少一个感光芯片40的功能。举例来说，第一胶体350的材质可以为聚酰亚胺(polyimide，pi)或为硅胶(silicone)。第二胶体360填满于凹槽320的全部，并且包围第一胶体350。在本公开实施例中，第二胶体360的材质不同于第一胶体350的材质。举例来说，第二胶体360的材质包括环氧树脂(epoxy)，其具有高光反射性、阻水性、阻气性、绝缘性及机械强度等特性。所述至少一个发光芯片30包括红外线发光二极管(infraredled)、氮化镓基(ganbase)发光二极管、砷化铝镓(algaas)发光二极管或磷砷化镓(gaasp)发光二极管；并且所述至少一个感光芯片包括光电二极管(photodiode)、光电晶体管(phototransistor)、光达灵顿晶体管(photodarlingtontransistor)、光控晶闸管(phototryristor)、光双向晶闸管(photobidirectionalthyristor)或光电集成电路(photointegratedcircuit)。

本实施例，通过在至少一个发光芯片和至少一个感光芯片之间设置绝缘结构，可以增加发光芯片和感光芯片间的爬电距离(creepage)，从而增加绝缘、电流隔离的功能。同时通过将发光芯片及感光芯片设置于非金属基板凹槽320内，解决了现有技术中光耦合器因为金属导线架重叠而造成的高电容值及低共模拒斥比问题。实现了使得光耦合器具有制程简化、高光耦合效率、高共模拒斥比(commonmoderejectionratio,cmrr)的特性。

可选地，参见图3和图4，所述绝缘结构可以为如图3所示的设置于所述凹槽320的至少一个凸部330或如图4所示的设置于所述凹槽320的至少一个凹部340，其中所述至少一个凸部330的高度以不遮挡光线反射路径为优选实施例，光线反射指至少一个发光芯片所发出的光线经第二胶体反射后到至少一个感光芯片的路径，其中在优选实施例中，所述至少一个凸部330的高度不大于所述第一胶体350高度的二分之一。并且，所述至少一个凹部340的高度也不大于所述基板310厚度的二分之一，以避免在制造至少一个凹部时基板碎裂。

可选地，参见图5a和图5b，光耦合器500为多个凹槽320的组合(不限于两个凹槽)，每个凹槽320由挡墙370隔离，每个凹槽320可容纳一个发光芯片30及一个感光芯片40，该挡墙370具有防止各凹槽320之间的串音问题(crosstalk)能力。

可选地，参见图6a和图6b，光耦合器600为一个发光芯片30控制且对应于多个感光芯片40的组合(不限于两个感光芯片)，具有一个信号输入端控制多个信号输出端的能力。

可选地，参见图7a和图7b，光耦合器700为多个发光芯片30控制且对应于一个感光芯片40的组合(不限于两个发光芯片)，具有多个信号输入端控制一个信号输出端的能力。

可选地，参见图8a和图8b，光耦合器800为多个发光芯片30控制且对应于多个感光芯片40的组合(不限于两个发光芯片30及感光芯片40)，具有多个信号输入端控制多个信号输出端的能力。

可选地，参见图9a和图9b，在光耦合器900上，在基板310的凹槽320的侧面和底面设置一个反射膜380，光反射膜380具有提高光耦合效率的功效。

可选地，参见图10和图11，在光耦合器1000-1100上，在基板310的凹槽320内的绝缘结构中设置至少一个凸部330和至少一个凹部340的组合，所述至少一个凸部330与所述至少一个凹部340相邻。通过至少一个凸部330和至少一个凹部340的组合，可以增加至少一个发光芯片30及至少一个感光芯片40之间的距离以具有更加良好的高电压绝缘能力。

可选地，参见图12到图15，在光耦合器1200-1500上，在基板310的凹槽320内的绝缘结构中设置多个或一个凸部330和多个或一个凹部340的各种组合，所述凸部330与所述凹部340相邻。通过多个或一个凸部330和多个或一个凹部340的组合，可以进一步增加至少一个发光芯片30及至少一个感光芯片40之间的距离以具有更加良好的高电压绝缘能力。

可选地，参见图16，在光耦合器1600上，在基板310的凹槽320内的绝缘结构中设置至少一个凹部340和至少一个次凸部390的组合。通过至少一个凹部340和至少一个次凸部390的组合，可以进一步增加至少一个发光芯片30及至少一个感光芯片40之间的距离以具有更加良好的高电压绝缘能力。

可选地，参见图17，在光耦合器1700上，所述至少一个凸部330和所述至少一个凹部340的剖面形状可以为三角形、四角形、或多边形。附图中示出的凸部和凹部的具体形状，仅为示例，在实际中，可根据具体需求适应性改变形状，本公开对此并不作限制。

可选地，在实际中，参见图3～17，所述至少一个凸部、所述至少一个凹部、所述至少一个次凸部与所述基板为一体成型。其中，图10～17所述至少一凸部及至少一凹部的搭配设计与组合亦可应用于光耦合器300-900。

参见图18，本公开实施例提供了另一种光耦合器，在该实施例中，通过在至少一个发光芯片和至少一个感光芯片之间设置绝缘结构，可以增加发光芯片和感光芯片间的隔离间距(clearance)，从而增加绝缘、电流隔离的功能。所述光耦合器包括：

至少一个发光芯片111，设置于第一连接区110上，用以发射至少一个不可见光线；

至少一个感光芯片121，设置于第二连接区120上，用以接收所述至少一个不可见光线；

绝缘结构，设置于所述至少一个发光芯片111和所述至少一个感光芯片121之间，用于隔离电场，所述绝缘结构包括连接部132和隔离部131并且通过所述连接部132与所述第一连接区110和所述第二连接区120连接，使得设置于所述连接部132的所述隔离部131位于所述发光芯片111和所述感光芯片121之间；

第一胶体140，用于覆盖所述至少一个发光芯片111、所述至少一个感光芯片121、所述第一连接区110、所述第二连接区120以及绝缘结构；以及

第二胶体150，用于覆盖所述第一胶体140。

具体来说，所述第一连接区110可以为第一支架而所述第二连接区120可以为第二支架。第一胶体140覆盖所述第一连接区110、所述发光芯片111、所述第二连接区120、所述感光芯片121和所述绝缘结构后，形成椭圆形结构，其中所述发光芯片111和所述感光芯片121分别设置于所述第一胶体140的所述椭圆形结构的两个焦点。而第一胶体140完全覆盖至少一个发光芯片112和至少一个感光晶片122，且具有高透光性，从而可以增加光耦合器1800的光耦合效率，且具有保护至少一个发光芯片112和至少一个感光芯片122的功能。举例来说，第一胶体140的材质可以为pi或为硅胶。第二胶体150包围第一胶体140，并且所述第二胶体150的材质可以为黑胶或白胶。在本公开实施例中，第二胶体150的材质不同于第一胶体140的材质。举例来说，第二胶体150的材质包括环氧树脂，其具有高光反射性、阻水性、阻气性、绝缘性及机械强度等特性。所述至少一个发光芯片112包括红外线发光二极管、氮化镓基发光二极管、砷化铝镓发光二极管或磷砷化镓发光二极管；并且所述至少一个感光芯片122包括光电二极管、光电晶体管、光达灵顿晶体管、光控晶闸管、光双向晶闸管或光电集成电路。

在本实施例中，绝缘结构的材料为半穿透材料(semi-transmissivematerial)、镜面材料(mirrormaterial)、选择性波长镜面光学材料(selectivewavelengthmirroropticalmaterial)、包括:二氧化钒(vanadiumdioxide)的热感材料(thermally-sensitivematerial)、或包括聚酰亚胺(polyimide)的透明绝缘材料。在另一优选实施例中，绝缘结构可为上述材料多种组合的多层结构。

可选地，所述隔离部131垂直设置于所述连接部132，所述隔离部131从所述连接部132开始延伸的垂直高度不大于所述第一胶体140的厚度。

可选地，所述连接部132更由黏着性材料所制成，并且所述隔离部131由透明绝缘材料所制成，包括聚酰亚胺(polyimide)。

可选地，所述连接部132还包括第一连接部132a、第二连接部132b，其中所述隔离部131预先设置于所述第一连接部132a和所述第二连接部132b之间，其中所述第一连接部132a和所述第二连接部132b分别与所述第一连接区110和所述第二连接区120连接，使得所述隔离部131位于所述发光芯片111和所述感光芯片121之间，并且其中所述第一连接部132a、所述第二连接部132b和所述隔离部131为依序一体成型。

本实施例，通过在至少一个发光芯片111和至少一个感光芯片121之间设置绝缘结构，可以隔离输入端与输出端两侧的电场影响。同时，突出的绝缘结构也能有效帮助第一胶体形成椭圆形，可利用椭圆形的特性，从一个圆心的光发出，经由反射会汇聚在另一圆心的特性，提升组件特性。

可选地，参见图18和图19，所述隔离部131可以为立方体或锥状体，所述立方体或锥状体为容易弯折的形状。所述隔离部131还可以为由可绕性薄膜预先成型的v型结构，且垂直于所述第一连接部132a和所述第二连接部132b。

可选地，参见图20，所述隔离部131倾斜地设置于所述连接部132，并且光耦合器2000还包括透光材料所组成的第三胶体141，覆盖所述发光芯片111或所述感光芯片121中的一个，使得倾斜的所述隔离部131同时设置于所述第三胶体141上，其中所述第一胶体140覆盖所述第三胶体141。藉由将隔离部131预先设置于第三胶体141，使隔离部131得以稳定地固定于光耦合器内部。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。