TWI680321B - 光耦合器 - Google Patents

Abstract

一種光耦合器，包含：二個以上的導線架；一光學通道結構，包括：一發光晶片、一感光晶片以及一透光內封裝體，發光晶片與感光晶片設置於導線架且為共平面，發光晶片的一發光面及感光晶片的一受光面係同向設置，透光內封裝體包覆發光晶片及感光晶片；以及一光反射外封裝體，包覆透光內封裝體，光反射外封裝體與透光內封裝體相接觸的接合介面均為一光學反射面，其中，光反射外封裝體與透光內封裝體為經雙料成型及封膠成型的結構，使得內封裝體與光反射外封裝體易於塑形。

Description

光耦合器

本發明相關於一種電子元件，特別是相關於一種光耦合器。

光耦合器是一種電壓隔離器件，藉由光訊號在兩個隔離電路之間傳遞電氣訊號。習知的光耦合器(photo coupler)主要包括互為電氣隔離的二個導線架、設置於導線架的一發光晶片、以及設置於另一導線架的一感光晶片。發光晶片受輸入的電氣訊號驅動而將電氣訊號轉換成光訊號，而感光晶片則接收光訊號並將光訊號轉換成電氣訊號而輸出。

因光耦合器有耐高電壓的要求，在發光晶片與感光晶片為對立的封裝製程上難以確保彼此的對位精確，而往往難以確保產品能全數達到耐高電壓要求。在光耦產品的安規需求中，要求產品設計需滿足外部爬電距離及內部金屬穿透距離，以致於薄型化系列的光耦產品因製程困難度高而造成生產良率不佳或是失效品流出的問題。對立式的封裝結構也會造成產品有高電容特性，在共模抑制特性，往往需要更多額外的設計及成本來避免干擾。此外，雖然光耦合器已廣泛地應用於各種電器產品，但是習知的光耦合器中的內封裝體與外封裝體難以塑形，內封裝體與外封裝體之間往往難以密合，進而造成光耦合器的元件特性受到影響而無法符合應用需求。

因此，本發明的目的即在提供一種光耦合器，生產製程更簡易、內封裝體與外封裝體易於塑形、更薄型化結構設計、符合安規需求及光傳輸的效益更優於對立式封裝結構。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種光耦合器，包含：二個以上的導線架；一光學通道結構，包括：一發光晶片、一感光晶片以及一透光內封裝體，該發光晶片設置於其中一個該導線架，該感光晶片設置於另一個該導線架而與該發光晶片為共平面，該發光晶片的一發光面及該感光晶片的一受光面係同向設置，該透光內封裝體為光穿透率在20%~99%之間的透光材料，包覆該發光晶片及該感光晶片，二個以上的該導線架自該透光內封裝體內延伸出；以及一光反射外封裝體，為光反射率在70%~99%之間的光反射材料，包覆且密合該透光內封裝體，該光反射外封裝體與該透光內封裝體相接觸的接合介面均為一光學反射面，二個以上的該導線架延伸出該光反射外封裝體，其中，該光反射外封裝體與該透光內封裝體為經雙料成型(double molding)及封膠成型(epoxy molding)的結構。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，二個該導線架朝一安裝方向彎折，該發光晶片的該發光面及該感光晶片的該受光面係朝該安裝方向設置。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，該透光內封裝體及該光反射外封裝體的材料包含環氧樹脂(epoxy)。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，該光學通道結構為複數個，受光反射外封裝體包覆。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，一個該光學通道結構中的該發光晶片為複數個。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，一個該光學通道結構中的該感光晶片為複數個。

在本發明的一實施例中係提供一種光耦合器，更包括一穩壓晶片、限流晶片及/或驅動晶片，設置於該透光內封裝體的內部或光反射外封裝體的內部。

經由本發明的光耦合器所採用之技術手段，該光反射外封裝體與該透光內封裝體為經雙料成型及封膠成型的結構。透光內封裝體於製造時易於塑形。依據所需的光學特性，能對於模具內進行特殊加工及表面處理，透光內封裝體能被塑形成對應的形狀。光反射外封裝體包覆透光內封裝體並反射發光晶片向外發出的光線。

此外，本發明的發光晶片與感光晶片為共平面之並排設計，相較於二者為面對面結構，能有效的降低產品的寄生電容，因此有更高的共模干擾免疫能力。除此之外，此種封裝結構具有較低的製程難度，也避免因生產控管問題而生產出有失效風險的產品，並能大幅提升光耦合器產品耐高壓的性能及穩定性。本發明的光耦合器不但滿足了金屬穿透距離的安全規範，也大幅的降低、縮小光耦合器產品的尺寸，而滿足了薄型化的市場需求。

再者，在部分的實施例中，發光晶片的該發光面及該感光晶片的該受光面係朝安裝方向設置。藉此，本發明的光耦合器安裝於電路板時，發光晶片的發光面及感光晶片的受光面為朝向電路板，而能透過電路板的遮掩而減少光反射外封裝體外部的光線透射進透光內封裝體中，避免感光晶片受到外部的光線的干擾，而能使用於高強度光源干擾的環境。

100‧‧‧光耦合器

100a‧‧‧光耦合器

100b‧‧‧光耦合器

100c‧‧‧光耦合器

1‧‧‧導線架

2‧‧‧光學通道結構

21‧‧‧發光晶片

22‧‧‧感光晶片

23‧‧‧透光內封裝體

3‧‧‧光反射外封裝體

31‧‧‧光學反射面

311‧‧‧正面光學結構面

312‧‧‧反面光學結構面

4‧‧‧功能性元件

d‧‧‧安裝方向

L‧‧‧光線

〔第1圖〕 為顯示根據本發明的一實施例的光耦合器的側視剖視示意圖；〔第2圖〕 為顯示根據本發明的該實施例的光耦合器的俯視示意圖；〔第3圖〕 為顯示根據本發明的該實施例的光耦合器於使用時的俯視示意圖；〔第4圖〕 為顯示根據本發明的該實施例的光耦合器於使用時的側視剖視示意圖；〔第5圖〕 為顯示根據本發明的另一實施例的光耦合器的俯視示意圖；〔第6圖〕 為顯示根據本發明的另一實施例的光耦合器的俯視示意圖；〔第7圖〕 為顯示根據本發明的另一實施例的光耦合器的俯視示意圖。

以下根據第1圖至第7圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

如第1圖至第4圖所示，依據本發明的一實施例的一光耦合器100，包含：二個導線架1；一光學通道結構2，包括：一發光晶片21、一感光晶片22以及一透光內封裝體23，發光晶片21及感光晶片22分別設置於二個導線架1而為共平面，發光晶片21的一發光面及感光晶片22的一受光面係同向設置，透光內封裝體23為光穿透率在20%~99%之間的透光材料，包覆發光晶片21及感光晶片22，二個導線架1自透光內封裝體23內延伸出；以及一光反射外封裝體3，為光反射率在70%~99%之間的光反射材料，包覆且密合透光內封裝體23，光反射外封裝體3與透光內封裝體23相接觸的接合介面均為一光學反射面31，二個導線架1延伸出光反射外封裝體3，其中，光反射外封裝體3與透光內封裝體23為經雙料成型及封膠成型的結構。

詳細而言，先透過一具光學結構之模具以封膠成型而製成具有光學結構的透光內封裝體23，再將透光內封裝體23置入另一模具中並用另一種材 料以封膠成型製成光反射外封裝體3。藉由雙料成型及封膠成型，透光內封裝體23於製造時易於塑形。依據所需的光學特性，透光內封裝體23能被塑形成對應的形狀。光反射外封裝體3也能適應於透光內封裝體23的各種形狀而完全包覆住透光內封裝體23，並且於透光內封裝體23與光反射外封裝體3之間形成密合的接面。圖中所示的虛線為透光內封裝體23與光反射外封裝體3之間的接面，也就是光學反射面31。

本發明的光耦合器100為雙料成型共平面(double-molding coplanar)的結構，也就是發光晶片21的發光面及感光晶片22的受光面為共平面。發光晶片21用於發射出一光線L，感光晶片22用於接收光線L而轉化成電氣訊號。光線L經由光反射外封裝體3的光學反射面31反射，使得感光晶片22作動。詳細而言，發光晶片21發射的光線L為紅外光或可見光，感光晶片22為可接收的波長涵蓋發光晶片21所發射的光譜。

透光內封裝體23及光反射外封裝體3的主要材料為環氧樹脂。詳細而言，透光內封裝體23為透光的環氧樹脂，可供光穿透。如第3圖及第4圖所示，光反射外封裝體3另外混合有光反射材料而具有光反射的特性，使得發光晶片21發出的光線L於光反射外封裝體3的光學反射面31反射，並且使得光反射外封裝體3外部的光線反射而難以透射進透光內封裝體23中。當然，透光內封裝體23可以是其它透光率相近之透光材料，光反射外封裝體3亦可選用其它光反射率相近的材料。

光學反射面31具有正面光學結構面311及反面光學結構面312，發光晶片21的發光面及感光晶片22的受光面朝向正面光學結構面311並背對反面光學結構面312。正面光學結構面311為曲面。如第1圖所示，在本實施例中，正面光學結構面311為橢球面，使發光晶片21與感光晶片22具有良好的光耦合效果。較佳地，發光晶片21與感光晶片22是設置於橢球面的焦點。而在其他實施 例中，正面光學結構面311可以是圓球面，正面光學結構面311也可以有一部分為平面。反面光學結構面312為對應於正面光學結構面311而成型為整面為曲面的面，以將未能於單次反射至受光面的光線能以二次以上之反射的方式到達受光面，而能進一步提高發光晶片21與感光晶片22的光耦合效果。因本實施例的光學反射面31完全包覆發光晶片21及感光晶片22，光線L能夠在光學反射面31的範圍內多次反射。

導線架1原為共同的平面式導線架，在封膠成形完成後，切去其連接處而形成二個以上獨立的導線架1。在本實施例中，導線架1朝一安裝方向d彎折，發光晶片的發光面及感光晶片的受光面係朝安裝方向d設置。藉此，本發明的光耦合器100安裝於一電路板時，發光晶片21的發光面及感光晶片22的受光面為朝向電路板，而能透過電路板的遮掩而減少光反射外封裝體3外部的光線透射進透光內封裝體23中，而避免感光晶片22受到外部的光線的干擾。而在其他實施例中，發光晶片21的發光面及感光晶片22的受光面也可以背向安裝方向d設置。

如第5圖所示，依據本發明的另一實施例的光耦合器100a為多通道光耦合器，具有複數個光學通道結構2，並且皆受光反射外封裝體3包覆。在本實施例中，複數個光學通道結構2的透光內封裝體23具有相同的外形。而在複數個光學通道結構2在所需的光學特性相異的實施例中，複數個光學通道結構2也可具有相異的透光內封裝體的外形。

如第6圖所示，本發明的另一實施例的光耦合器100b具有一個光學通道結構2。光學通道結構2中有二個發光晶片21以及二個感光晶片22。在任一個發光晶片21發出光線時，二個感光晶片皆會接收到光線。而在其他實施例中，發光晶片與感光晶片的數量也可為一對多或多對一。

如第7圖所示，依據本發明的一實施例的光耦合器100c，更包括一功能性元件4，功能性元件4可以是穩壓晶片、限流晶片、驅動晶片、功率元件、MOSFET……等的電子元件，設置於光反射外封裝體3的外表面以內且設置於導線架1，以在光耦合器100中整合多種功能。在本實施例中，功能性元件4是設置光反射外封裝體3的內表面與外表面之間，而受光反射外封裝體3包覆。而在其他實施例中，功能性元件4也可以設置於透光內封裝體23內，而受透光內封裝體23包覆。

以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。

Claims (7)

1. 一種光耦合器，包含：二個以上的導線架；一光學通道結構，包括：一發光晶片、一感光晶片以及一透光內封裝體，該發光晶片設置於其中一個該導線架，該感光晶片設置於另一個該導線架而與該發光晶片為共平面，該發光晶片的一發光面及該感光晶片的一受光面係同向設置，該透光內封裝體為光穿透率在20%~99%之間的透光材料，包覆該發光晶片及該感光晶片，二個以上的該導線架自該透光內封裝體內延伸出；以及一光反射外封裝體，為光反射率在70%~99%之間的光反射材料，包覆且密合該透光內封裝體，該光反射外封裝體與該透光內封裝體相接觸的接合介面均為一光學反射面，該光學反射面具有一正面光學結構面以及一背面光學結構面，該發光晶片的該發光面及該感光晶片的該受光面朝向該正面光學結構面並背對該背面光學結構面，該背面光學結構面整面為一曲面，二個以上的該導線架延伸出該光反射外封裝體，其中，該光反射外封裝體與該透光內封裝體為經雙料成型及封膠成型的結構。
2. 如請求項1之光耦合器，其中二個以上的該導線架朝一安裝方向彎折，該發光晶片的該發光面及該感光晶片的該受光面係朝該安裝方向設置。
3. 如請求項1之光耦合器，其中該透光內封裝體及該光反射外封裝體的材料包含環氧樹脂。
4. 如請求項1之光耦合器，其中該光學通道結構為複數個，受光反射外封裝體包覆。
5. 如請求項1之光耦合器，其中一個該光學通道結構中的該發光晶片為複數個。
6. 如請求項1之光耦合器，其中一個該光學通道結構中的該感光晶片為複數個。
7. 如請求項1之光耦合器，更包括一穩壓晶片、限流晶片及/或驅動晶片，設置於該透光內封裝體的內部及/或該光反射外封裝體的內部。