1、光耦合器的关键技术

  光耦通常采用 4、6、8 或16引脚的各式 DIP 封装，在DIP封装工艺流程中，光耦封装还需要复杂和费时的过成型(overmolding)处理，包括目视预耦合、耦合对准、点胶填充透明树脂、清除多余树脂等工序，将增加光耦封装的时间和费用。以多路小型24引脚DIP封装光耦为例，介绍其工艺流程：陶瓷基片制作→厚膜电路制作→烧结压焊→管芯测试→耦合对准→中测→装架→封装→检漏→老化筛选→成测→打标，制作工艺的关键①选用优质的高速GaAlAs红外 LED和硅光敏三极管芯片，保证 PC．T 的一致性，提高光耦的可靠性；②采用 A1203 陶瓷基片，导带用钯金丝网印刷，陶瓷金属化封装③严格控制烧结压焊工艺，操作中选用合适温度与时间，尽量保证两类管芯的极限使用条件④压焊采用金丝球焊，工艺操作中严格把握各个步骤的清洁度，以保证引线键合质量⑤多路独立腔体完全分离，互不干扰，使每路传输独立工作，实现极佳的电隔离；⑥设计中管芯合理布局，以适应散热要求，红外LED的热沉选用纯度为99％的BeO陶瓷载体，热沉能充分对 LED 工作时产生的热量散发，使 LED 在超温下也正常工作，并延长其寿命，降低其反向漏电流。单路 4 引脚塑封光耦的工艺技术相对简单，用导电浆料将红外LED 和光敏三极管管芯粘接在各自对位的框架上，中 25lLm 金丝压焊键合电极内引线，将发光与光敏受光框架对齐，使其发光与受光的光学中心一致，两框架间用高耐压，导光透明的硅树脂填充，然后用白色环氧树脂包封。导光透明硅树脂的选定对光耦 CTR 和 Vlso 的影响极大，采用反射涂层覆盖光涂层的导光透明硅树脂，使光传输到光敏器件的辐射量达到最大。 光耦的技术参数可分为输人部分、输出部分、传输特性、隔离特性等几大部分，主要有红外LED 的正向压降 VF、正向电流 IF、功率耗散PD、光敏三极管的集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集成极-发射极饱和压降 VCE（sat）、功率耗散 PD、整个器件的 CTR、VISO(有时也用 RISO、出人间电容 CISO 表示)等。此外，在传输数字信号时，还需考虑上升时间 tr、下降时间 tf、延迟时间 ton、存储时间 ts 等参数。CTR 是光耦的重要参数，与晶体管的 hFE 有某种相似之处。VISO 是光耦的另一个重要特性，在输入和输出间提供电隔离，有时也称其为厚度。光耦的这两大主要参数 CTR 和 VISO 通过结构设计与制作技术来体现，尽可能提高 CTR值动态范围和 VISO。 光耦 CTR 和 VISO 都与红外 LED 及光敏三极管之间距离相关，距离增大时，VISO 提高，CTR 下降；距离缩小时，CTR 提高，VISO 降低。为解决这一矛盾，除选择光发射与光敏三极管管芯的距离和硅树脂提高耐压外，还改进光耦内部的发光与光敏管芯的相对位置及光传输通道结构，从平面结构发展到上下堆叠结构，并列共面结构，不同结构导致框架和封装形式的变化，确保光信号的有效传输。平面结构是将两种管芯置于同一个平面上，其内封装涉及到两层胶，最内层为透明硅树脂，外层是紧贴内层的很薄一层反射胶，内外两层胶均采用点胶形式，确保封装胶表面的平滑，光信号通过反射层输到光敏三极管光敏面上，传输过程中因反射会产生一定的光损失，CTR 有所下降，但封装成本降低。另可利用基极引端来改变光耦的 CTR 值。上下堆叠结构将两种管芯安放在上、下对位的框架上，红外 LED 堆叠在光敏三极管管芯上，光信号直接传输到光敏三极管的光敏面上，不用反射，其内封装只涉及到一层胶，传输效率高于平面结构。并列共面结构是将两种管芯左右并列对位安放，可提供增强的隔离厚度和较低的封装电容，同时不会影响光传输效率，并大幅度降低封装外壳高度和在印刷电路板上的占位面积，尤其适合微型扁平封装外壳用，但需重新设计引线框架与耦合穹顶，选用较小面积的管芯。 VISO 是由两种管芯间的绝缘距离及框架结构位置、尺寸确定的，其变化也直影响到 CTR。采用填充高耐压、导光透明的内封装硅树脂，在满足耐压要求的情况下，变换绝缘距离，可制作不同 CTR 值的系列产品。在要求高耐压时，两种管芯之间的绝缘距离尽可能增大，提高 VISO。内封装硅树脂的耐压特性和光谱特性分别对光耦的绝缘距离、CTR 值的影响极大，一般品种的硅树脂耐压为 17kV／mm，通用型光耦要求 VISO 在 2．5kV 左右，发光与光敏管芯最短距离为0．4mm，对封装时框架间距、管芯、焊料都要求精密控制。总而言这，内封装硅树脂的耐压特性制约了绝缘距离的最小值，而其光谱特性限制了绝缘距离最大值。此外，硅树脂本身对湿度、温度，随时间增加的劣化等环境的稳定性，对光耦性能也有一定影响，因而有些特殊产品采用空气封装，通常空封时的 VISO≥6kV／mm，但 CTR 值高。光耦的封装结构有独特之处，技术上延用集成电路封装，一些特性是在元器件、材料选取时确定的，在选择技术线路时，需要结合实际应用综合考虑、设计。

2、光耦合器封装结构
  光耦的封装结构大体分为内封装与外封装两大部分，将光发射器和光敏器管芯、集成电路芯片、封装材料以及封装外壳设计、制作技术的有机结合，不同的结构组合可形成各种各样的光耦，极大地丰富了光耦的品种，派生出各种型号产品，有按性能、封装结构、输出形式、用途等几种不同的分类方法。按光耦封装结构的外壳类型的分类如表 1 所示，其目的是将光耦的内部电路与外界相隔离密封，以免受到外界的干扰，同时可提高光耦的可靠性，并使整个光耦外形尺寸、性能规范化，同一型号的光耦往往采用多种独特的封装形式，满足应用场合的要求。简而言之，从内部的光电器件管芯、光传输结构到外部的封装结构外壳，不同的结构设计具有各自的特点，通过结构设计，改善光耦的内外部结构，可生产出实际应用所需的特性。光耦内封装的作用是形成内部的信号传输体系，提高器件的电籽睦，还可从其内部光敏探测器管芯结构来分类，具体情况如表2所示。

其中每一种类型也可细分，例如，硅光敏三极管输出型光耦可分为无基极连接，基极与集极并联连接，两只光敏三极管(一只用于伺服反馈机制上)，二级光敏三极管组合而成的达林顿管、电阻达林顿管、光敏场效应管、多路腔体隔离单通道等多种输出形式。光耦的封装结构包括内部固定光发射器与光敏器件的附着框架及距离、位置、合理布局结构，光信号传输的光通道和耦合穹顶结构，不同的光传输结构，其内封装的形式也存在差异，多与其他半导体器件有不同的构架。光耦的封装虽独特，但应用要求光必须高效率地从输入端耦合到输出端，通过改进结构，提高整个光耦的综合性能。