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1、光耦合器的關鍵技術

  光耦通常采用 4、6、8 或16引腳的各式 DIP 封裝，在DIP封裝工藝流程中，光耦封裝還需要復雜和費時的過成型(overmolding)處理，包括目視預耦合、耦合對準、點膠填充透明樹脂、清除多余樹脂等工序，將增加光耦封裝的時間和費用。以多路小型24引腳DIP封裝光耦為例，介紹其工藝流程：陶瓷基片制作→厚膜電路制作→燒結壓焊→管芯測試→耦合對準→中測→裝架→封裝→檢漏→老化篩選→成測→打標，制作工藝的關鍵①選用優質的高速GaAlAs紅外 LED和硅光敏三極管芯片，保證 PC．T 的一致性，提高光耦的可靠性；②采用 A1203 陶瓷基片，導帶用鈀金絲網印刷，陶瓷金屬化封裝③嚴格控制燒結壓焊工藝，操作中選用合適溫度與時間，盡量保證兩類管芯的極限使用條件④壓焊采用金絲球焊，工藝操作中嚴格把握各個步驟的清潔度，以保證引線鍵合質量⑤多路獨立腔體完全分離，互不干擾，使每路傳輸獨立工作，實現極佳的電隔離；⑥設計中管芯合理布局，以適應散熱要求，紅外LED的熱沉選用純度為99％的BeO陶瓷載體，熱沉能充分對 LED 工作時產生的熱量散發，使 LED 在超溫下也正常工作，并延長其壽命，降低其反向漏電流。單路 4 引腳塑封光耦的工藝技術相對簡單，用導電漿料將紅外LED 和光敏三極管管芯粘接在各自對位的框架上，中 25lLm 金絲壓焊鍵合電極內引線，將發光與光敏受光框架對齊，使其發光與受光的光學中心一致，兩框架間用高耐壓，導光透明的硅樹脂填充，然后用白色環氧樹脂包封。導光透明硅樹脂的選定對光耦 CTR 和 Vlso 的影響極大，采用反射涂層覆蓋光涂層的導光透明硅樹脂，使光傳輸到光敏器件的輻射量達到最大。 光耦的技術參數可分為輸人部分、輸出部分、傳輸特性、隔離特性等幾大部分，主要有紅外LED 的正向壓降 VF、正向電流 IF、功率耗散PD、光敏三極管的集電極-發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集成極-發射極飽和壓降 VCE（sat）、功率耗散 PD、整個器件的 CTR、VISO(有時也用 RISO、出人間電容 CISO 表示)等。此外，在傳輸數字信號時，還需考慮上升時間 tr、下降時間 tf、延遲時間 ton、存儲時間 ts 等參數。CTR 是光耦的重要參數，與晶體管的 hFE 有某種相似之處。VISO 是光耦的另一個重要特性，在輸入和輸出間提供電隔離，有時也稱其為厚度。光耦的這兩大主要參數 CTR 和 VISO 通過結構設計與制作技術來體現，盡可能提高 CTR值動態范圍和 VISO。 光耦 CTR 和 VISO 都與紅外 LED 及光敏三極管之間距離相關，距離增大時，VISO 提高，CTR 下降；距離縮小時，CTR 提高，VISO 降低。為解決這一矛盾，除選擇光發射與光敏三極管管芯的距離和硅樹脂提高耐壓外，還改進光耦內部的發光與光敏管芯的相對位置及光傳輸通道結構，從平面結構發展到上下堆疊結構，并列共面結構，不同結構導致框架和封裝形式的變化，確保光信號的有效傳輸。平面結構是將兩種管芯置于同一個平面上，其內封裝涉及到兩層膠，最內層為透明硅樹脂，外層是緊貼內層的很薄一層反射膠，內外兩層膠均采用點膠形式，確保封裝膠表面的平滑，光信號通過反射層輸到光敏三極管光敏面上，傳輸過程中因反射會產生一定的光損失，CTR 有所下降，但封裝成本降低。另可利用基極引端來改變光耦的 CTR 值。上下堆疊結構將兩種管芯安放在上、下對位的框架上，紅外 LED 堆疊在光敏三極管管芯上，光信號直接傳輸到光敏三極管的光敏面上，不用反射，其內封裝只涉及到一層膠，傳輸效率高于平面結構。并列共面結構是將兩種管芯左右并列對位安放，可提供增強的隔離厚度和較低的封裝電容，同時不會影響光傳輸效率，并大幅度降低封裝外殼高度和在印刷電路板上的占位面積，尤其適合微型扁平封裝外殼用，但需重新設計引線框架與耦合穹頂，選用較小面積的管芯。 VISO 是由兩種管芯間的絕緣距離及框架結構位置、尺寸確定的，其變化也直影響到 CTR。采用填充高耐壓、導光透明的內封裝硅樹脂，在滿足耐壓要求的情況下，變換絕緣距離，可制作不同 CTR 值的系列產品。在要求高耐壓時，兩種管芯之間的絕緣距離盡可能增大，提高 VISO。內封裝硅樹脂的耐壓特性和光譜特性分別對光耦的絕緣距離、CTR 值的影響極大，一般品種的硅樹脂耐壓為 17kV／mm，通用型光耦要求 VISO 在 2．5kV 左右，發光與光敏管芯最短距離為0．4mm，對封裝時框架間距、管芯、焊料都要求精密控制。總而言這，內封裝硅樹脂的耐壓特性制約了絕緣距離的最小值，而其光譜特性限制了絕緣距離最大值。此外，硅樹脂本身對濕度、溫度，隨時間增加的劣化等環境的穩定性，對光耦性能也有一定影響，因而有些特殊產品采用空氣封裝，通常空封時的 VISO≥6kV／mm，但 CTR 值高。光耦的封裝結構有獨特之處，技術上延用集成電路封裝，一些特性是在元器件、材料選取時確定的，在選擇技術線路時，需要結合實際應用綜合考慮、設計。

2、光耦合器封裝結構
  光耦的封裝結構大體分為內封裝與外封裝兩大部分，將光發射器和光敏器管芯、集成電路芯片、封裝材料以及封裝外殼設計、制作技術的有機結合，不同的結構組合可形成各種各樣的光耦，極大地豐富了光耦的品種，派生出各種型號產品，有按性能、封裝結構、輸出形式、用途等幾種不同的分類方法。按光耦封裝結構的外殼類型的分類如表 1 所示，其目的是將光耦的內部電路與外界相隔離密封，以免受到外界的干擾，同時可提高光耦的可靠性，并使整個光耦外形尺寸、性能規范化，同一型號的光耦往往采用多種獨特的封裝形式，滿足應用場合的要求。簡而言之，從內部的光電器件管芯、光傳輸結構到外部的封裝結構外殼，不同的結構設計具有各自的特點，通過結構設計，改善光耦的內外部結構，可生產出實際應用所需的特性。光耦內封裝的作用是形成內部的信號傳輸體系，提高器件的電籽睦，還可從其內部光敏探測器管芯結構來分類，具體情況如表2所示。

其中每一種類型也可細分，例如，硅光敏三極管輸出型光耦可分為無基極連接，基極與集極并聯連接，兩只光敏三極管(一只用于伺服反饋機制上)，二級光敏三極管組合而成的達林頓管、電阻達林頓管、光敏場效應管、多路腔體隔離單通道等多種輸出形式。光耦的封裝結構包括內部固定光發射器與光敏器件的附著框架及距離、位置、合理布局結構，光信號傳輸的光通道和耦合穹頂結構，不同的光傳輸結構，其內封裝的形式也存在差異，多與其他半導體器件有不同的構架。光耦的封裝雖獨特，但應用要求光必須高效率地從輸入端耦合到輸出端，通過改進結構，提高整個光耦的綜合性能。