一种红外光电耦合器传输比调节方法与流程

本发明属于集成电路制造技术，具体涉及一种红外光电耦合器传输比调节方法。

背景技术：

典型红外电耦合器是将红外发光管、红外接收管封装在同一管壳内，并在红外发光管和红外接收管之间填充耐高压，光学透明的硅树脂及包封用环氧树脂实现封装的光电器件。光电耦合器的传输比(crt)指副边电流与原边电流之比，是光电耦合器重要的参数之一。

典型光电耦合器传输比的调节方法包括在光电耦合器生产过程中调节红外发光管与红外接收管的绝缘距离、调节换用不同耐压特性和光谱特征的内封装的硅树脂、或采用不同方式点涂光导硅树脂(如通过背面不点胶、只点一半面积胶、局部点反射胶或全点胶)来实现对传输比的调节。

但目前管芯表面硅树脂涂覆工艺已不符合航天器产品禁(限)用工艺要求。由于传统的在管芯表面点涂硅树脂工艺会使管芯不同电极被同一块硅树脂所覆盖，或者使发光管与接收管之间被同一块硅树脂连接。而在高端航天电子产品领域，电路需要面临一系列严苛的加工、筛选条件以及复杂的使用环境，例如在真空加热，或是反复高低温冲击或温度循环中，都可能导致硅树脂发生分解或变性，从而造成接触电阻变化，严重的甚至导致硅树脂绝缘性出现下降。由于硅树脂实际物理连接了不同电极，因此该问题可能引发光电耦合器的功能性异常。基于上述原因，目前管芯表面硅树脂涂覆目前已不符合航天器产品禁(限)用工艺要求。因此，通过调控硅树脂材料特性或位置来调控传输比的方法在组装航天用高可靠光电耦合器时已不适用。

另一方面，若是需要组装的光电耦合器体积紧凑，则内部空间较小，由此造成红外发光管与红外接收管可用于调整位置的空间有限，此时不适合采用管芯相对位置的方法调控传输比。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种红外光电耦合器传输比调节方法，在不采用硅树脂涂覆在芯片表面的组装工艺，且不采用调节红外发光管与红外接收管之间相对位置的工艺的情况下，精确的控制最终成品光电耦合器的传输比。

本发明采用以下技术方案：

一种红外光电耦合器传输比调节方法，通过试验测量及计算传输比与红外接收管受光面积关系，确定所需控制的管芯受光面积，在红外接收管表面制作精确尺寸的屏蔽层，得到指定受光面积的红外接收管，在光电耦合器组装完成后即可实现不同数值的传输比。

进一步的，包括以下步骤：

s1、对采用不同表面遮盖面积红外接收管的光电耦合器进行传输测试，根据得到的光电耦合器传输比确定红外接收管的表面遮光面积与其组装的光电耦合器传输比关系；

s2、通过表面溅射工艺或电镀工艺，根据步骤s1得到的所述传输比关系，在红外接收管表面制作铝遮光层，然后通过光刻将遮光层面积刻蚀为所需要的传输比对应的遮光面积，在铝层表面制作钝化层；

s3、将红外发光管和红外接收管通过导电胶粘接在有通孔的厚膜基片对应位置上；

s4、将粘接了红外发光管与红外接收管的厚膜基片上下对准组装成品光电耦合器，外发光管与红外接收管之间的空间内不填充光导胶。

进一步的，步骤s1中，所述红外接收管的放大倍数精度误差≤±10％，放大倍数为170～200。

进一步的，步骤s2中，所述铝遮光层的厚度为1.5～2μm。

进一步的，步骤s2中，所述铝遮光层的遮光面积分别为20％、50％和70％。

进一步的，步骤s3中，所述红外发光管粘接的厚膜基片上的通孔连接了粘接导带与顶部电极，所述红外接收管粘接的厚膜基片上的通孔连接了粘接导带与底部电极。

进一步的，步骤s4中，所述红外发光管与红外接收管的位置均相对固定。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明红外光电耦合器传输比调节方法，通过试验测量及计算传输比与红外接收管受光面积关系，确定所需控制的管芯受光面积，在红外接收管表面制作精确尺寸的屏蔽层，得到指定受光面积的红外接收管，在光电耦合器组装完成后即可实现不同数值的传输比，采用控制红外接收管表面遮光面积工艺，与正常硅芯片制造工艺完全兼容，只需要采购相应遮光面积的红外接收管即可生产，无需增加特殊流程或设备，采用调节红外接收管遮光面积来达到控制最终传输比的目的，所以不需要调节发光管与受光管相对位置，因此适合用于内部空间极小、不能有效调节发光管与受光管相对位置的光电耦合器。

进一步的，由于红外接收管受光面积误差可通过现已非常成熟的光刻技术精确控制到微米量级，通过选用指定遮光面积的红外接收管来组装光电耦合器，可得到相应的光电耦合器传输比，因此能够稳定控制红外接收管接收到的光照，在制造指定传输比的光电耦合器时可使组装成品率品率大幅提升；

进一步的，光电耦合器组装中取消了硅树脂涂覆和固化过程，减少了流程，节约了人力成本与加工时间，特别是完全避免了硅树脂在管芯表面的涂覆，因此也彻底消除了硅树脂在恶劣环境条件下变性而出现电阻变化所可能对光电耦合器功能产生的不良后果，从而大大提高了光电耦合器产品的长期可靠性和环境耐受性。

进一步的，20％、50％、70％是s1试验中建议首次制作样品遮光面积的举例，而非必须选择这三个面积，建议选用这三个面积是为了比较简单快速的确定出：在采用指定发光管、红外接收管和光电耦合器结构的情况下，如果红外接收管采用较小、中等、较大遮光面积时所得的光电耦合器传输比的大致范围，在得出这三个数值后，该工艺方案的使用者即可根据自己所需要的传输比选择进一步细化样品的遮光面积，从而较快确定出自己所需的实用遮光面积。

进一步的，铝遮光层厚度为1.5～2μm的好处是采用正常二极管加工工艺参数即可制造且能实现完全遮光。

综上所述，采用本方法组装光电耦合器，能够精确控制所需要得到的光电耦合器传输比，同时减少涂覆硅树脂的时间和人力、材料成本，提升航天用高等级光电耦合器产品成品率，彻底消除硅树脂形状变化所可能导致的各类风险，提高了光电耦合器的长期可靠性和环境耐能力。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有红外接收管示意图，其中，(a)为未涂覆硅树脂，(b)为涂覆完硅树脂；

图2为本发明精准遮光面积的红外接收管示意图，其中，(a)为第一种，(b)为第二种，(c)为第三种；

图3为红外光电耦合器结构剖视图；

图4为红外光电耦合器结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为立体图。

其中：1.第一顶部电级；2.第二顶部电级；3.红外发光管；4.红外接收管；5.第一底部电极；6.第二底部电极；7.铝遮光层；8.导电胶；9.通孔；10.合丝；11.第一导带；12.第二导带。

具体实施方式

本发明提供了一种红外光电耦合器传输比调节方法，采用直接制作遮光面积的红外接收管来控制最终成品光电耦合器的传输比，即制作光电耦合器用红外接收三极管时，通过试验测量及计算传输比与红外接收管受光面积关系，确定所需控制的管芯受光面积，在红外接收管表面制作精确尺寸的屏蔽层，得到指定受光面积的红外接收管，在光电耦合器组装完成后即可实现不同数值的传输比。

请参阅图1，图1(a)为一种典型红外接收管，圆点和十字分别为电极c极和b极(a极为芯片底部)，芯片外边缘一圈矩形框为硅芯片划片时钝化膜开口；图1(b)为在左图所示的红外接收管表面涂覆了硅树脂后的典型形态，其中b极已经为硅树脂所覆盖。由于芯片底面为a极，顶部边缘为裸露的硅材，当硅树脂绝缘强度发生下降时，这类表面涂覆硅树脂的光电耦合器将发生a极与b极之间的漏电，并造成器件功能异常。

请参阅图2，本发明一种红外光电耦合器传输比调节方法,具体包括以下步骤：

s1、对采用不同表面遮盖面积红外接收管的光电耦合器进行传输测试，根据得到的光电耦合器传输比确定红外接收管的表面遮光面积与其组装的光电耦合器传输比关系。

其中，传输比ctr＝ic/if×100％，即直流输出电流ic与直流输入电流if的百分比。但在本方法中，传输比与遮光面积的关系较为复杂，受红外发光管特性、红外接收管特性和所组装的光电耦合器内部光路环境影响，需要通过试验确定，但一旦确定后采用本方法将可持续稳定重复所需的传输比；

先确定需要采用的红外接收管，确保红外接收管的放大倍数精度误差≤±10％，放大倍数在170～200；

加工制作铝遮光屏蔽层的遮光面积分别为20％、50％和70％的红外接收管，采用正常的工艺组装光电耦合器，并对光电耦合器成品进行传输比测量；

铝遮光屏蔽层采用矩形图形，如图2所示，然后采用以上红外接收管样品，按同种工艺条件组装光电耦合器。

得到确定遮光面积与传输比之间的关系数据列表如表1所示：

表1、一组红外接收管遮光面积与成品光电耦合器传输比的对应关系

当选择列表中某一遮光面积并重复进行该型电路生产时，即可复制出对应传输比的光电耦合器。由于采用表面溅射工艺或电镀工艺制造的红外接收管遮光面积精确稳定，因此可以加工出稳定质量的光电耦合器。

s2、通过表面溅射工艺或电镀工艺，步骤s1得到的所述传输比关系，在红外接收管表面制作1.5μm～2μm厚度的铝遮光层，然后通过光刻技术，将遮光层面积刻蚀为所需要的传输比所对应的遮光面积，最后在铝层表面制作钝化层；

根据该试验结果，根据所需要实现的传输比生产指定遮光面积的红外接收管。

s3、将红外发光管和红外接收管通过导电胶粘接在有通孔的厚膜基片对应位置上，采用该型红外接收管按照之前组装工艺批量组装红外光电耦合器，如图3和图4所示，所述红外光电耦合器包括红外发光管3和红外接收管4，所述红外接收管4表面设置有铝遮光层7，所述红外发光管3和红外接收管4的电极分别通过导电胶8粘接在厚膜基板表面的第一导带11上，并通过导电胶与导带导通，同时电极通过上下厚膜基板中金属化的通孔9，连接光电耦合器的第一顶部电极1和第一底部电极5；红外发光管3和红外接收管4的表面电极通过键合丝10，分别与其所粘接的厚膜基板上第二导带12相连，并通过厚膜基板的金属化的通孔9，连接光电耦合器的第二顶部电极2和第二底部电极6。

s4、将粘接了红外发光管与红外接收管的厚膜基板上下对准，采用环氧树脂粘接侧壁，使顶、底厚膜基板平行相对结合，组装成品光电耦合器，外发光管与红外接收管之间的空间内不填充光导胶。

整个过程中确保所组装的红外光电耦合器红外发光管与红外接收管位置均相对固定。一般而言，红外接收管遮光面积越大，组装出的光电耦合器传输比越小。然后根据得到的光电耦合器传输比，并根据缩小范围进一步实验，最终得出该种红外接收管的表面遮光面积与其组装的光电耦合器传输比之间的具体关系列表。制造红外接收管时除了遮光面积需要精确控制外，红外接收管的电流放大倍数误差必须控制在≤±10％之内，一致性越高越好。

本方法是在芯片制造阶段控制遮光图形，通过采用半导体芯片镀层图形光刻技术，可以实现0.5μm²量级的遮光面积精度控制。

采用本方法制作的红外接收管组装为光电耦合器后传输比分布的离散性极小，从而在制造指定范围传输比的光电耦合器时成品率能够大幅提升。同时，由于彻底取消了硅树脂涂覆操作，防止了硅树脂在恶劣环境下性变导致接触电阻变化从而影响绝缘性的可能，能够有效提高航天级光电耦合器可靠性。

按照本方法测试出的红外接收管遮光面积与光电耦合器的传输比关系只适合试验时所采用的红外接收管和红外发光管，并且是以同种组装工艺所组装的光电耦合器。若需要更换红外发光管、红外接收管型号、或改变光电耦合器内部尺寸、组装工艺等可能影响到光电耦合器内部光传输状态的参数，需要重新进行试验来确定新状态下红外接收管遮光面积与光电耦合器传输比的关系。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。