專利名稱：可嵌入式光耦合器陣列及在制備混合集成電路中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電耦合器、混合集成電路技術(shù)，特別涉及一種可嵌 入式光耦合器陣列及在制備混合集成電路中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
光耦合器(optical coupler)亦稱光電耦合器， 一般由三部分組成-光的發(fā)射、光的接收及信號放大，通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED) 與受光器(光敏半導(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二 極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再 經(jīng)過進一步放大后輸出，完成電一光一電的轉(zhuǎn)換，起到輸入、輸出間的隔 離作用。目前的光耦合器多以DIP(雙列直插式)封裝的單路和雙路為主，尚 沒有多路的光電耦合器陣列，另外將單路多路光耦合器陣列直接集成到集 成電路管殼中，目前還沒有這方面的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決光耦合器在混合集成電路中的集成問題，特別是系統(tǒng)集成中 多路大數(shù)量光耦合器的集成技術(shù)，本發(fā)明提供了一種可嵌入式光耦合器陣 列及在制備混合集成電路中的應(yīng)用。
為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 一種可嵌入式光耦合器陣列，包括分別設(shè)置在上、下基板相對面的發(fā) 光芯片和光敏芯片組成的光耦，光耦周圍用支架框隔離，構(gòu)成光耦合器單 元，其特征在于，所述光耦合器單元至少有四個，并沿平面縱橫布置構(gòu)成
矩形陣列；相鄰光耦合器單元間共用一個支架框隔離；下基板為單獨的基 板或為集成電路基板的一部分。
上述方案中，所述支架框與下基板連為一體，即在下基板制成帶深腔 的基板，光敏芯片設(shè)置在腔體底面。
前述可嵌入式光耦合器陣列在制備混合集成電路中的應(yīng)用，包括下述 步驟
(1) 以單獨的平面基板或集成電路基板的一部分作為下基板，其上面 裝貼至少四個光敏芯片，并沿平面縱橫排列構(gòu)成矩形陣列；
(2) 制作一個空腔數(shù)量與光敏芯片數(shù)量一樣多的支架框?qū)⒚總€光敏芯 片周圍隔離，相鄰光敏芯片間共用一個支架框隔離；
(3) 制作一個可覆蓋支架框的上基板，其下面裝貼至少四個發(fā)光芯片， 使每個發(fā)光芯片都與下基板相應(yīng)的光敏芯片相對，并將支架框空腔覆蓋， 使上、下基板相對面的發(fā)光芯片和光敏芯片組成光耦，并處于支架框構(gòu)成 的腔體內(nèi)。
上述方法中，所述支架框采用陶瓷厚膜基板材料切割加工而成，或采用 金屬材料(如可伐)板，進行切割加工形成陣列框架，再進行表面絕緣處
理。所述支架框與下基板也可連為一體，即采用多層陶瓷基板直接制成帶 深腔的基板，光敏芯片設(shè)置在腔體底面。所述上基板采用厚膜基片，雙面 印刷導(dǎo)帶，正反面經(jīng)過通孔互連。
本發(fā)明的特點是采用混合集成電路技術(shù)，發(fā)光管和光敏管直接利用裸 芯片制作，并以集成電路基板的一部分作為下基板，將多路光耦合器陣列 嵌入到集成電路封裝管殼中，實現(xiàn)了多路信號的電氣隔離，提高了混合集 成電路的抗干擾能力。
本發(fā)明可適用于光直接耦合的任何型號的光耦，如低速線性光耦(如 OC302)、高速開關(guān)光耦(如OC5601)等，其技術(shù)指標正向壓降VF、正向 電流Ip、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(,E。，與標準DIP封裝的光耦是相同的。


圖1是光耦合器單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明可嵌入式光耦合陣列結(jié)構(gòu)圖。其中，圖2a為分解圖；圖 2b為封裝圖。
圖3是本發(fā)明一個4X 10路可嵌入式光耦合陣列的分解結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明一個2X3路光耦合器陣列嵌入到集成控制電路LHB389
中的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是4的光耦合陣列部分的立體剖圖，示意了上基板的通孔，上基
板與下基板用鍵合絲的互連。
圖1到圖6中l(wèi)-上基板，2-支架框，3-下基板，4-發(fā)光芯片，5-光敏
芯片，6-鍵合絲，7-集成電路基板，8-管殼底座，9-光耦合器陣列，10-封
裝蓋板，11-引出腳，12-上下基板鍵合絲，13-上基板中的通孔，14-導(dǎo)帶。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。 如圖1所示，光耦合器單元采用獨立腔體三層結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光管和接 收管的發(fā)光芯片和光敏芯片4、 5上下面對面分別貼于上下基板1、 3內(nèi)構(gòu) 成光耦，發(fā)光芯片和光敏芯片4、 5分別用鍵合絲6與上、下基板連接，周 圍用支架框2隔離。
一種可嵌入式光耦合器陣列的實施例如圖2所示，由四個光耦合器單元 沿平面縱橫排列組成方陣(2X2)，光耦合器單元間共用一個支架框2作相 鄰光耦之間隔離，支架框2用不透光的材料制成，形成獨立的光耦單元腔體， 發(fā)光管和光敏接收管均采用裸芯片，光耦合器單元相互隔離，互不干擾，每路光耦獨立工作。光介質(zhì)可以是氣體、光導(dǎo)膠等。
如圖3所示，所述可嵌入式光耦合器陣列并不局限于圖2的2X2的方 陣結(jié)構(gòu)，也可以沿縱橫方向任意延伸構(gòu)成矩形。如一種40路光耦合器陣列 (4X10結(jié)構(gòu))
如圖4、圖5所示， 一種2X3路可嵌入式光耦合器陣列嵌入到集成控 制電路LHB389中的制備方法
(1) 以LHB389集成控制電路的集成電路板7中間部分作為下基板， 裝貼光敏芯片5，并將所需電極引出，如圖6所示，沿平面縱橫排列構(gòu)成2 X3的矩形陣列；下基板(集成電路基板7)可為厚膜基片，也可為多層陶 瓷基板直接制成帶深腔的基板，帶深腔的基板采用多層陶瓷(LTCC)基板 直接制做形成與支架框2 —體的基板，光敏芯片5裝貼在腔體底面。
(2) 支架框2形成獨立的腔體用于光隔離和結(jié)構(gòu)支撐作用。支架框可 用3種材料和形式實現(xiàn)，(a)采用陶瓷厚膜基板材料切割加工成，基板的 厚度按要求取值；(b)采用多層陶瓷基板直接開腔形成腔體——深腔；(C) 框架采用陶瓷基板、或金屬材料(如可伐)板，進行切割加工形成陣列框 架，金屬材料(如可伐)板再進行表面絕緣處理。
(3) 在上基板1內(nèi)側(cè)裝貼發(fā)光芯片4，并將發(fā)光芯片的2個電極用絲 鍵合的方式引出，上下基板鍵合絲12將上基板1上的導(dǎo)帶與集成電路基板 7上的導(dǎo)帶連接。上基板采用厚膜基片，雙面印刷導(dǎo)帶，正反面通孔互連。 上基板發(fā)光芯片4的位置與光敏芯片5的接收區(qū)域相對應(yīng)，并使發(fā)光芯片4 在支架框2構(gòu)成的腔體內(nèi)，然后將上基板覆蓋支架框進行最后封裝，上基 板可采用有整個圖形的大基板，也可設(shè)計成獨立的單個圖形的小基板。
圖4、圖5混合集成控制電路是高速列車車載計算機三冗余控制電路 LHB389，光耦陣列將計算機控制信號(5V)與強電(動力電)隔離開，在 一個模塊內(nèi)實現(xiàn)強弱電的隔離。電路的輸入/輸出之間的絕緣電壓大于109 Q,輸出波形的上升/下降沿小于2us。達到了實際的應(yīng)用要求。
權(quán)利要求
1.一種可嵌入式光耦合器陣列，包括分別設(shè)置在上、下基板相對面的發(fā)光芯片和光敏芯片組成的光耦，光耦周圍用支架框隔離，構(gòu)成光耦合器單元，其特征在于，所述光耦合器單元至少有四個，并沿平面縱橫布置構(gòu)成矩形陣列；相鄰光耦合器單元間共用一個支架框隔離；下基板為單獨的基板或為集成電路基板的一部分。
2、 如權(quán)利要求l所述可嵌入式光耦合器陣列，其特征在于，所述支架 框與下基板連為一體，即在下基板制成帶深腔的基板，光敏芯片設(shè)置在腔 體底面。
3、 如權(quán)利要求1所述可嵌入式光耦合器陣列在制備混合集成電路中的 應(yīng)用，其特征在于，包括下述步驟(1) 以單獨的平面基板或集成電路基板的一部分作為下基板，其上面 裝貼至少四個光敏芯片，并沿平面縱橫排列構(gòu)成矩形陣列；(2) 制作一個空腔數(shù)量與光敏芯片數(shù)量一樣多的支架框?qū)⒚總€光敏芯 片周圍隔離，相鄰光敏芯片間共用一個支架框隔離；(3) 制作一個可覆蓋支架框的上基板，其下面裝貼至少四個發(fā)光芯片， 使每個發(fā)光芯片都與下基板相應(yīng)的光敏芯片相對，并將支架框空腔覆蓋， 使上、下基板相對面的發(fā)光芯片和光敏芯片組成光耦，并處于支架框構(gòu)成 的腔體內(nèi)。
4、 如權(quán)利要求3所述權(quán)利要求1的可嵌入式光耦合器陣列在制備混合 集成電路中的應(yīng)用，其特征在于，所述支架框采用陶瓷厚膜基板材料切割 加工而成。
5、 如權(quán)利要求3所述權(quán)利要求1的可嵌入式光耦合器陣列在制備混合 集成電路中的應(yīng)用，其特征在于，所述支架框采用金屬材料或可伐合金板 進行切割加工形成陣列框架，再進行表面絕緣處理。
6、 如權(quán)利要求3所述權(quán)利要求1的可嵌入式光耦合器陣列在制備混合集成電路中的應(yīng)用，其特征在于，所述支架框與下基板連為一體，即采用 多層陶瓷基板直接制成帶深腔的基板，光敏芯片設(shè)置在腔體底面。
7、如權(quán)利要求3所述權(quán)利要求1的可嵌入式光耦合器陣列在制備混合 集成電路中的應(yīng)用，其特征在于，所述上基板采用厚膜基片，雙面印刷導(dǎo) 帶，正反面經(jīng)過通孔互連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可嵌入式光耦合器陣列及在制備混合集成電路中的應(yīng)用，該可嵌入式光耦合器陣列包括分別設(shè)置在上、下基板相對面的發(fā)光芯片和光敏芯片組成的光耦，光耦周圍用支架框隔離，構(gòu)成光耦合器單元，其特征在于，所述光耦合器單元至少有四個，并沿平面縱橫布置構(gòu)成矩形陣列；相鄰光耦合器單元間共用一個支架框隔離；下基板為單獨的基板或為集成電路基板的一部分。本發(fā)明采用了混合集成電路技術(shù)，將多路光耦合器陣列嵌入到集成電路封裝管殼中，實現(xiàn)了多路信號的電氣隔離，提高了混合集成電路的抗干擾能力。
文檔編號H01L31/12GK101369611SQ20081023166
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者王俊峰, 王鳳生, 郭清軍 申請人:中國航天時代電子公司第七七一研究所