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CN102306648A - 一种光耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电学元件，尤其是光电耦合器，亦称光电隔离器或光电耦合器，或简称光耦。本发明的光耦合器的引线框架分为红外端引线框架和光敏端引线框架，红外端引线框架和光敏端引线框架的载片区平面均与引线框架平面垂直，红外端引线框架安装红外发光元件，光敏端引线框架安装光敏元件，红外端引线框架和光敏端引线框架固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏元件正对红外发光元件设置，红外端引线框架和光敏端引线框架的载片区外包覆一椭圆形状的透明胶体，红外端引线框架，光敏端引线框架和透明胶体外包裹一封装管壳。本发明的光耦合器不仅具备反射式光耦优良的绝缘耐压性能，同时也具备直射式光耦光电转换效率高，CTR值便于控制的优点。

Description

一种光耦合器
技术领域
本发明涉及光电学元件，尤其是光电耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC），亦称光电隔离器或光电耦合器，或简称光耦。
背景技术
光耦合器是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外发光二极管芯片）与受光器（光敏芯片）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。目前光耦主要有两种制作方式：一是反射式，二是直射式。
参阅图9a和图9b所示，反射式是通过内点胶，点透明胶和白胶形成椭球，使红外芯片发射的红外光反射到光敏芯片处，从而完成 电=>光=>电的控制过程。这种工艺方式可以做到很高的绝缘耐压，但缺点在于除红外芯片的功率、光敏芯片的HFE(三极管的电流放大倍数)外，还增加了内点胶形状、高度等因素影响CTR值（CTR值是指发光管的电流和接收管的电流比的最小值），因此CTR值难以精确控制，且无法做到很高的CTR值和很短的时间参数。
参阅图10a和图10b所示，直射式是将引线框架分为两部分，分别装红外芯片和光敏芯片，然后再固定耦合在一起进行封装，两片引线框架平面是平行的，红外端引线框架的载片区和光敏端引线框架的载片区是面对面的。这种方式因为是直射，不需要包覆白色胶体，且CTR便于控制，便于做到高CTR值。但由于是面对面的，算上金丝拱高，两个芯片的厚度，两片引线框架的厚度，已经达到或接近1.5mm，红外端和光敏端的绝缘距离受到光耦总高的限制，绝缘耐压无法做到很高；并且对引线框架的精度要求很高，工艺实现的难度较大。
发明内容
因此，本发明针对这2种光耦的不足之处，而提出一种改进的光耦合器结构，不仅具备传统反射式光耦优良的绝缘耐压性能，同时也具备日式直射式光耦光电转换效率高，CTR值便于控制的优点。
本发明采用的技术方案是：
光耦合器的引线框架分为红外端引线框架和光敏端引线框架，红外端引线框架和光敏端引线框架的载片区的平面均与引线框架垂直，红外端引线框架的载片区可以是平面或杯状,光敏端引线框架的载片区可以是平面或杯状，红外端引线框架安装红外发光元件，光敏端引线框架安装光敏元件，红外端引线框架和光敏端引线框架固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏元件受光部正对红外发光元件设置，而后进行点胶和封装。即，红外端引线框架和光敏端引线框架的载片区外覆盖一椭圆形状的透明胶体，红外端引线框架和光敏端引线框架外包裹一封装管壳。
其中，所述的红外端引线框架和光敏端引线框架在行点胶和封装前的固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏芯片正对红外芯片设置的状态维持不变是通过工装模具实现。
进一步的，所述的光敏元件可以为光敏晶体管、光敏达林顿管、光敏晶闸管或光敏IC芯片。
本发明的光耦合器与现有反射式光耦的区别在于：在结构上，现有的反射式光耦是将红外发光元件和光敏元件装在同一个引线框架上，然后点透明胶体形成椭球状且在透明胶体外包覆白色胶体，两个光电元件分别处于椭球体的两个焦点，红外发光元件发射的红外光通过白色胶体的反射汇聚到光敏元件受光处。而本发明是将引线框架分为两个部分，分别装红外发光元件和光敏元件，然后再将两部分引线框架通过工装固定在一起点透明胶体和包裹外封装管壳。本发明在结构上，红外发光元件与光敏元件是正对的，红外光绝大部分都会发射到光敏元件受光部，因此在光电转换效率上，在响应速度上都要大大优于反射式光耦。并且省掉了白胶胶体形状和高度对光电转换效率的影响，对于光敏晶体管输出型光耦，可以提高CTR值的可控性和对档率。
本发明的光耦合器与现有的直射式光耦的区别在于：现有的直射式两部分引线框架的载片区与引线框架是平行的，分别安装光电元件后，两片引线框架通过工装的耦合固定，平行面对面地点透明胶体和包裹外封装管壳，同时也保证了光敏元件正对红外发光元件。而本发明中两部分引线框架的载片区与引线框架是垂直的，并且两部分引线框架的载片区可以做成杯状。分别安装光电元件后，利用工装将两部分引线框架固定于同一平面且光敏元件正对红外发光元件(垂直于引线框架的固定平面) 点透明胶体和包裹外封装管壳。本发明由于在两部分引线框架的载片区可以多做一个杯状的设计，起到聚光的作用，因此在红外光传输效率上较日式直射式光耦可以更高；本发明可以通过引线框架的调整，调节两部分之间的绝缘距离，绝缘耐压值可以做到很高，而日式直射式光耦由于受到空间(光耦总高)的限制，绝缘耐压值无法做到很高(特别对于微型光耦)；日式直射式由于两部分引线框架之间存在水平上的重叠耦合，因此对引线框架的精度，工艺的要求都比较高，而本发明两部分引线框架仅是置于同一个平面上点透明胶体和包裹外封装管壳，相互之间并没有重叠耦合，因此在引线框架精度要求上，工艺实现难度上都低于日式直射式光耦。
综上，本发明的光耦合器不仅具备反射式光耦优良的绝缘耐压性能，同时也具备直射式光耦光电转换效率高，CTR值便于控制的优点。
附图说明
图1是光敏端引线框架的结构示意图。
图2是红外端引线框架的结构示意图。
图3是一对光敏端引线框架和红外端引线框架位置固定关系示意图。
图4是图3中的光敏端引线框架的仰视图。
图5是图3中的红外端引线框架的俯视图。
图6是一对光敏端引线框架和红外端引线框架安装光电元件的示意图。
图7是一对光敏端引线框架和红外端引线框架点透明胶体和包裹外封装管壳的示意图。
图8是图7的左视图。
图9a是已有的反射式光耦的结构示意图。
图9b的已有的反射式光耦封装后沿A-A的剖视图。
图10a是已有的直射式光耦的结构示意图。
图10b的已有的直射式光耦封装后沿A-A的剖视图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。尽管本发明的权利要求内红外端引线框架的载片区和光敏端引线框架的载片区均可以为杯状或者平面，但下面的实例仅以红外端引线框架的载片区为杯状，光敏端引线框架的载片区为平面来进行说明。
参阅图1和图2所示，光耦合器的引线框架分为红外端引线框架2和光敏端引线框架1，多个红外端引线框架单元或光敏端引线框架单元组成一排红外端引线框架或光敏端引线框架，在封装制造完成后再进行冲引线框架管脚来分离为独立元器件。
为了说明的方便，下面的实施例仅以一对光敏端引线框架和红外端引线框架来说明。
参阅图3、图4所示，光敏端引线框架1的载片区11的平面均与其引脚12的平面垂直，光敏端引线框架1的载片区11是平面的。参阅图3、图5所示，红外端引线框架2的载片区21的平面均与其引脚22的平面垂直，红外端引线框架2的载片区21是杯状的结构。
参阅图6所示，再在光敏端引线框架和红外端引线框架分别安装光电元件，在光敏端引线框架1的载片区11安装光敏元件3，在红外端引线框架2的载片区21安装红外发光元件4。所述的光敏元件3可以为光敏晶体管、光敏达林顿管、光敏晶闸管或光敏IC芯片。所述的红外发光元件4可以为红外LED芯片。
参阅图7和图8所示，将红外端引线框架2和光敏端引线框架1固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，即确保光敏端引线框架1的载片区11和红外端引线框架2的载片区21具有一绝缘距离，并且光敏端引线框架1的载片区11和红外端引线框架2的载片区21是正对面设置，从而实现光敏元件3正对红外发光元件4设置，而后再点透明胶体和包裹外封装管壳，即点椭圆形状的透明胶体5，并用封装管壳6将它们全部包封在内部。为了保证所述的红外端引线框架2和光敏端引线框架1在点透明胶体和包裹外封装管壳前的固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏元件正对红外发光元件设置的状态维持不变，操作上通过工装模具实现，将红外端引线框架2和光敏端引线框架1放置于工装模具的对应引线框架槽即可。关于固定引线框架的工装模具的结构，是本领域技术人员熟练掌握的技术手段，对于工装模具结构不再详细展开说明。这样，通过工装模具的固定可以提高红外端引线框架2和光敏端引线框架1固定状态的稳定性和一致性，相比于人工操作，提高制造效率。
这样，当电流通过本发明的光耦合器的红外发光元件4时，红外发光元件4发射红外光，经过红外端引线框架2的载片区21的杯状结构的聚焦作用，红外光基本汇聚到正对的光敏端引线框架1的载片区11的平面上的光敏元件3的受光部，使光敏元件3进入工作状态。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。  

Claims (5)

1.一种光耦合器，其特征在于：光耦合器的引线框架分为红外端引线框架和光敏端引线框架，红外端引线框架和光敏端引线框架的载片区的平面均与引线框架垂直；红外端引线框架的载片区安装红外发光元件，光敏端引线框架的载片区安装光敏元件；红外端引线框架和光敏端引线框架固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏元件正对红外芯片设置，而后进行点胶和封装。
2.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于：所述的红外端引线框架的载片区可以是杯状或平面。
3.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于：所述的光敏端引线框架的载片区可以是杯状或平面。
4.根据权利要求1或2或3所述的光耦合器，其特征在于：所述的光敏元件可以为光敏晶体管、光敏达林顿管、光敏晶闸管或光敏IC芯片。
5.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于：所述的红外端引线框架和光敏端引线框架在行点胶和封装前固定于同一平面，并留有足够的绝缘距离，且光敏芯片正对红外芯片设置的状态维持不变是通过工装模具实现。
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