DE112005000717T5 - Oberflächenmontierter Mehrkanal-Optokoppler - Google Patents

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Abstract

Optokoppler-Package, umfassend:
(a) ein Substrat, das einen Leiterrahmen und eine Vergussmasse umfasst;
(b) einen optischen Sender;
(c) einen optischen Empfänger, wobei der optische Sender und der optische Empfänger elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sind; und
(d) ein optisch transmissives Medium, das zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger angeordnet ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Optokoppler enthalten mindestens eine optische Sendervorrichtung, die optisch mit einer optischen Empfängervorrichtung über ein optisch transmissives Medium gekoppelt ist. Diese Anordnung erlaubt das Hindurchleiten von Informationen von einem elektrischen Schaltkreis, der die optische Sendevorrichtung enthält, zu einem anderen elektrischen Schaltkreis, der die optische Empfängervorrichtung enthält. Es wird ein hoher Grad an elektrischer Isolation zwischen den beiden Schaltkreisen aufrechterhalten. Weil Informationen über einen isolierenden Spalt hinweg optisch geleitet werden, ist die Übertragung eine Einwegübertragung. Beispielsweise kann die optische Empfängervorrichtung die Arbeitsweise des Schaltkreises, der die optische Sendervorrichtung enthält, nicht abändern. Dieses Merkmal ist von Bedeutung, weil beispielsweise der Sender durch einen Niederspannungsschaltkreis angesteuert werden kann, der einen Mikroprozessor oder Logikgatter verwendet, wohingegen die ausgebende optische Empfängervorrichtung ein Teil eines Hochspannungs-DC- oder AC-Lastschaltkreises sein kann. Die optische Isolation verhindert auch eine Beschädigung des Eingangsschaltkreises, die durch den relativ feindlichen Ausgabeschaltkreis hervorgerufen wird.
  • Ein übliches Format für ein Optokoppler-Package ist das Dual-In-Line-Package oder DIP. Dieses Package wird weitläufig dazu verwendet, integrierte Schaltkreise unterzubringen, und wird auch für herkömmliche Optokoppler benutzt. Es werden üblicherweise verschiedene Versionen von Optokoppler-DIP-Packages, die 4, 6, 8 oder 16 Pins aufweisen, gefertigt.
  • 1 zeigt einen Querschnitt eines herkömmlichen Optokoppler-DIP-Package 10. Der dargestellte Optokoppler 10 umfasst einen Leiterrahmen 24 mit Leitern 24(a), 24(b) (d. h. Pins). Eine optische Sendervorrichtung 12 ist an einem Leiter 24(a) montiert. Eine optische Empfängervorrichtung 14 ist an dem anderen Leiter 24(b) montiert. Die optische Empfängervorrichtung 14 erzeugt ein elektrisches Signal, nachdem sie Licht empfangen hat, das von der optischen Sendervorrichtung 12 erzeugt wird. Die optische Sendervorrichtung 12 ist elektrisch mit dem Leiter 24(a) über ihre Unterseitenfläche und mit einem anderen Leiter (nicht gezeigt) über einen Draht 11 gekoppelt. Ähnlich ist die optische Empfängervorrichtung 14 elektrisch mit dem Leiter 24(b) durch die Unterseitenfläche und mit einem anderen Leiter (nicht gezeigt) über einen Draht 13 gekoppelt. Fachleute werden erkennen, dass die optische Sendervorrichtung 12 mit zwei elektrischen Verbindungen, und zwar einer Anode und einer Kathode, arbeitet. Diese Verbindungen sind somit durch den Draht 11 und den Leiter 24(a) vorgesehen. Ähnlich arbeitet die optische Empfängervorrichtung 14 mit zwei elektrischen Verbindungen, und zwar typischerweise einem Emitter und einem Kollektor. Diese Verbindungen sind durch den Draht 13 und den Leiter 24(b) vorgesehen. Das Optokoppler-Package 10 umfasst darüber hinaus ein optisch transmissives Medium 16. Eine Vergussmasse 18 umschließt den Leiterrahmen 24, die optische Sendervorrichtung 12, die optische Empfängervorrichtung 14 und das optisch transmissive Medium 16.
  • Es könnte eine Anzahl von Verbesserungen an dem in 1 gezeigten Optokoppler-Package 10 vorgenommen werden. Beispielsweise erfordert das Optokoppler-Package 10 einen teuren und zeitraubenden Vergussprozess. In dem Vergussprozess verkapselt die Vergussmasse 18 die anderen Teile des Optokoppler-Package 10. Zusätzlich zu dem Vergussprozess selbst werden Vergussmaterialentfernungsprozesse (Gußüberschußbeseitigungs- und Entgratungsprozesse) verwendet, um überschüssige Vergussmasse zu entfernen, wodurch die Zeit und Ausgaben zur Bildung eines Optokoppler-Package erhöht werden. Zusätzlich erfordert die Werkzeugausstattung, die benötigt wird, um Formteile mit unterschiedlichen "Formfaktoren" (z. B. 4-, 6- oder 8-Pin-Packages) zu schaffen, eine beträchtliche Kapitalinvestition. Dementsprechend könnten die Zeit und die Kosten, die zur Produktion von Optokoppler-Packages gehören, verringert werden, wenn der Vergussprozess beseitigt werden könnte.
  • Es könnten auch andere Verbesserungen an dem Optokoppler-Package 10 vorgenommen werden. Das Optokoppler-Package 10 ist auch anfällig gegenüber Versagen durch Temperaturwechselbeanspruchungen. Beispielsweise bewirkt der Unterschied in den Wärmeausdehnungseigenschaften der Vergussmasse 18 und des optisch transmissiven Mediums 16, dass diese sich mit unterschiedlichen Raten ausdehnen und zusammenziehen, wenn sie erwärmt und abgekühlt werden. Die Vergussmasse 18 und das optisch transmissive Medium 16 könnten sich möglicherweise trennen, was zu einem strukturell schwachen Package führt. Temperaturwechsel erzeugen auch Spannung an den Punkten, an denen der Leiterrahmen 24 die Vergussmasse 18 verlässt (z. B. am Punkt "A"). Die Spannung kann zu einem zerbrochenen oder geschwächten Leiterrahmen 24 führen. Ebenso können die Drähte 11, 13 manchmal durch das optisch transmissive Medium 16 und die Vergussmasse 18 hindurchtreten. Unterschiede in den Wärmeausdehnungseigenschaften des optisch transmissiven Mediums 16 und der Vergussmasse 18 können in den Drähten 11 und 13 Spannungen erzeugen und deren Bruch verursachen.
  • Es wäre auch wünschenswert, die Höhe von herkömmlichen Optokoppler-Packages zu vermindern. Das in 1 gezeigte Optokoppler-Package 10 ist relativ hoch. Beispielsweise beträgt die Nettohöhe eines typischen DIP-Package etwa 3,5 bis etwa 4,0 mm. Es wäre wünschenswert, die Höhe des Optokoppler-Package derart zu vermindern, dass es ein niedrigeres Profil aufweist. Dadurch könnten kleinere elektronische Bauteile hergestellt werden.
  • Es wäre auch wünschenswert, die Funktionalität des oben beschriebenen Package zu erhöhen und die zu der Herstellung des Optokoppler-Package gehörenden Kosten zu vermindern.
  • Ausführungsformen der Erfindung richten sich auf diese und weitere Probleme im Einzelnen und gemeinsam.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung sind auf Optokoppler-Packages und Verfahren zum Herstellen derselben gerichtet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Optokoppler-Package gerichtet, das umfasst: (a) ein Substrat mit einem Leiterrahmen und einer Vergussmasse; (b) einen optischen Sender; (c) einen optischen Empfänger, wobei der optische Sender und der optische Empfänger elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sind, und (d) ein optisch transmissives Medium, das zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger angeordnet ist.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Bilden eines Optokoppler-Package gerichtet, das umfasst, dass: (a) ein Substrat gebildet wird, das einen Leiterrahmen und eine Vergussmasse umfasst; (b) ein optischer Sender und ein optischer Empfänger an dem Substrat angebracht werden; und (c) ein Licht transmissives Material zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger abgeschieden wird.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Optokoppler-Package gerichtet, das umfasst: (a) ein Substrat; (b) mindestes zwei optische Sender; (c) mindestens zwei optische Empfänger; und (d) optisch transmissive Medien zwischen benachbarten optischen Sendern und optischen Empfängern, wobei sich die optischen Sender und optischen Empfänger auf dem Substrat befinden.
  • Diese und weitere Ausführungsformen werden nachstehend ausführlich beschrieben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Optokoppler-Package nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt ein Substrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einer Perspektivansicht von unten.
  • 3 zeigt das Substrat in 4, welches die innere Leiterrahmenkonfiguration veranschaulicht.
  • 4 zeigt einen Aufriss von unten des in 5 gezeigten Substrats.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht von der Seite des in 4 gezeigten Substrats entlang der Linie A-A.
  • 6 ist ein anderer Aufriss von unten des Substrats, der unterschiedliche Quadranten des Optokopplers veranschaulicht.
  • 7 zeigt ein Optokoppler-Package gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einer Perspektivansicht von unten.
  • 8 zeigt ein Optokoppler-Package gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einer Perspektivansicht von oben.
  • 9 ist eine Perspektivansicht von unten eines Optokoppler-Package aus einer Perspektivansicht von unten, wobei optische Sender und optische Empfänger gezeigt sind.
  • 10 ist ein Aufriss von unten eines Optokoppler-Package, der optische Empfänger und optische Sender zeigt.
  • 11 zeigt eine Optokoppleranordnung, die ein auf einem Substrat montiertes Optokoppler-Package umfasst.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In Ausführungsformen der Erfindung befinden sich ein oder mehrere Optokoppler auf einem einzigen Substrat, das aus einem Leiterrahmen und einer Vergussmasse gebildet ist. Es kann beispielsweise vier Optokoppler in einem Vierer-Array auf einem einzigen Substrat geben. Jeder Optokoppler kann einen optischen Sender (z. B. eine Licht emittierende Diode) und einen optischen Empfänger (z. B. eine Fotodiode) umfassen. Der Abstand zwischen dem optischen Empfänger und dem optischen Sender kann zwischen etwa 0,3 mm und etwa 0,5 mm betragen. Jeder Optokoppler kann mit einem optisch transmissiven Kopplungsgel befestigt und mit einem undurchsichtigen, stark brechenden Polymer auf Epoxidbasis verkapselt sein. Die funktionalen Anschlüsse für die Optokoppler können gruppiert und in Richtung des Umfangs des Package geführt sein, so dass ein Layout eines Kugelgitter-Arrays gebildet ist. Die optischen Empfänger, die optischen Sender und Drahtbondpads sind derart angeordnet, dass sie den Anschlüssen des Leiterrahmens entsprechen werden.
  • Logische Vorrichtungen, wie etwa Steuerchips können sich ebenfalls auf dem Substrat auf Leiterrahmenbasis befinden und können auch in dem Optokoppler-Package vorliegen. Es können sich ebenfalls Chips, die MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), wie etwa Leistungs-MOSFETs mit oder ohne Trench-Gates, auf dem Substrat und in dem Package befinden. Derartige Chips oder Vorrichtungen können sich auf dem Substrat befinden und elektrisch mit Bauelementen, wie etwa optischen Sendern und optischen Empfängern, gekoppelt sein.
  • In manchen Ausführungsformen ist das Optokoppler-Package dünn und weist mindestens zwei Optokoppler (z. B. vier Optokoppler) auf. Vorteilhafterweise kann ein einziges Optokoppler-Package das gleiche oder ein besseres Leistungsvermögen im Vergleich mit vier allein stehenden Optokoppler-Packages mit jeweils einem Optokoppler bereitstellen. Wie es nachstehend gezeigt wird, erlaubt das Layout mit am Umfang angeordneten Lotkugeln in dem Package eine einfache Platinenkonstruktion, da die Führung der Leiterbahnen bereits in das Optokoppler-Package integriert ist. Dies spart auch Raum auf der Platine, an der das Optokoppler-Package angebracht ist.
  • Die 23 zeigen ein vorgeformtes Leiterrahmensubstrat 1, das in dem Optokoppler-Package verwendet wird. Es umfasst einen Leiterrahmen 2 und eine Vergussmasse 3. Der Leiterrahmen 2 kann einen Rohchip- Anbringungsbereich umfassen, an dem zwei oder mehr Rohchips, die optische Empfänger und optische Sender umfassen, angeordnet sind. Zusätzliche Chips, wie etwa Steuerchips, könnten ebenfalls an dem Leiterrahmen montiert sein. Zwei oder mehr Leiter können sich von dem Rohchip-Anbringungsbereich erstrecken und Anschlüsse eines Leiterrahmens bilden. "Leiterrahmen" umfasst Leiterrahmenstrukturen, die (z. B. durch Ätzen) verarbeitet sein können oder nicht. In anderen Fällen könnten andere Arte von Substraten verwendet werden.
  • Nach den 45 ist der Leiterrahmen 2 ein Skelettrahmen des Substrats 1. Er weist komplexe halbgeätzte 2a, nicht geätzte 2b und Durchgangsloch- oder voll geätzte 2c Muster darin auf, um funktionale Pads und Verriegelungsbereiche (zur Verriegelung der Vergussmasse 3) des Substrats 1 zu definieren.
  • Der Leiterrahmen 2 kann irgendein geeignetes Metall umfassen und irgendeine geeignete Dicke aufweisen. Beispielsweise ist eine Kupferlegierung mit hoher mechanischer Festigkeit bevorzugt. Der Leiterrahmen 2 kann eine Dicke von etwa 0,2 mm (8 Mil) oder weniger in den geätzten oder nicht geätzten Bereichen aufweisen. Fachleuten sind Ätzprozesse bekannt. Der Leiterrahmen 2 kann auch Plattierschichten, wie etwa Ni, Pd, Au oder Ag usw., umfassen.
  • Die Vergussmasse 3 des Substrats 1 bildet den Körper des Substrats 1. Sie füllt das Durchgangsloch 2c und halb geätzte Gebiete 2a des Leiterrahmens 1. In diesem Beispiel sind die nicht geätzten Gebiete 2b des Substrats 1 nicht mit der Vergussmasse 3 bedeckt.
  • Die Vergussmasse 3 kann ein Polymer- und/oder Verbundmaterial umfassen, das ein Aushärten nach dem Formen erfordert oder nicht. Es kann Epoxidharze, Härter, Elastomere, nicht phosphorhaltige Flammschutzmittel, Schmiermittel, Silikafüllstoffe usw. enthalten. Es kann darin ausgeglichene Partikelgrößen umfassen, um ein vollständiges Füllen der halb geätzten Gebiete des Leiterrahmens 2 sicherzustellen. Es kann auch eine ausreichende Menge an Rußpigment für einen besseren Lasermarkierungskontrast enthalten. Die Materialien, die den Rest der Bestandteilmaterialien der Vergussmasse 3 bilden, können dazu verwendet werden, ein Verziehen des Substrats zu verhindern.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Substrat 1 unter Verwendung eines Tapes gebildet sein. Beispielsweise kann das Tape an den nicht geätzten Pads 2b des Leiterrahmens 2 derart angebracht sein, dass die Vergussmasse 3 (oder ausblutendes Material beim Vergießen oder Vergussgrate) nicht die funktionalen Pads des Substrats 1 einnimmt. Die nicht mit Tape versehene Seite des Leiterrahmens 2 wird annähernd 0,1 mm überformt, um dem Substrat 1 mechanische Festigkeit zu verleihen. In anderen Ausführungsformen ist keine Überformung vorhanden und die Vergussmasse 3 befindet sich nur in den Zwischenräumen des Leiterrahmens 2. Die Dicke des Substrats 1 kann abhängig von den mechanischen und physikalischen Anforderungen des Package 20 variieren.
  • Wie es in den Figuren gezeigt ist, definiert die Vergussmasse 3 in dem Substrat 1 die funktionalen Pads. Diese funktionalen Pads sind die nicht geätzten Gebiete 2b des Leiterrahmens 2.
  • Zusätzliche das Substrat bildende Details sind in U.S. Patentanmeldung Nr. 10/233,248, die am 30. August 2002 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen ist, zu finden.
  • Nach 6 kann das Optokoppler-Package in vier Quadranten mit vier Optokopplern, Optokoppler I-IV, unterteilt sein. Der Optokoppler I nimmt den Quadranten I ein (101). Der Optokoppler II nimmt den Quadranten II ein (102). Der Optokoppler III nimmt den Quadranten III ein (103). Der Optokoppler IV nimmt den Quadranten IV ein (104).
  • Nach den 67 können die funktionalen Pads des Substrats 1 wie folgt gekennzeichnet sein:
    • a) die vier inneren Baugruppenpads des Optokopplers I 21 sind Kathode I (oder Dioden-Rohchip-Anbringungspad I) 4a, Anode I (oder Dioden-Schweißpad I) 5a, Kollektor I (oder Fototransistor-Rohchip-Anbringungspad I) 6a und Emitter I (oder Fototransistor-Schweißpad I) 7a;
    • b) die vier inneren Baugruppenpads des Optokopplers II 22 sind Kathode II (oder Dioden-Rohchip-Anbringungspad I) 4b, Anode II (oder Dioden-Schweißpad II) 5b, Kollektor II (oder Fototransistor-Rohchip-Anbringungspad II) 6b und Emitter II (oder Fototransistor-Schweißpad II) 7b;
    • c) die vier inneren Baugruppenpads des Optokopplers III 23 sind Kathode III 4c, Anode III 5c, Kollektor III 6c und Emitter III 7c; und
    • d) die vier inneren Baugruppenpads des Optokopplers IV 24 sind Kathode IV 4d, Anode IV 5d, Kollektor IV 6d und Emitter IV 7d.
  • Die nicht geätzten funktionalen Pads des Substrats 1 sind mit den Anschlusspads für eine Anbringung von am Umfang angeordneten Lotkugeln verbunden. Diese sind gruppiert und derart geführt, dass ein symmetrisches Package-Substrat 1 mit üblichen Anschlusspads gebildet ist. Die am Umfang angeordneten Kugelanbringungspads sind wie folgt gekennzeichnet:
    • e) Kathoden- oder Dioden-Rohchip-Anbringungspads der Optokoppler I und IV (4a, 4d) sind kurzgeschlossen und mit einem gemeinsamen Kathoden-Anschlusspad 8a verbunden und an der äußeren Grenze der Quadranten I und IV gelegen;
    • f) Kathoden- oder Dioden-Rohchip-Anbringungsschweißpads der Optokoppler II und III (4b, 4c) sind kurzgeschlossen und mit einem gemeinsamen Kathoden-Anschlusspad 8b verbunden und an der äußeren Grenze der Quadranten II und III gelegen;
    • g) jedes der Anoden-Pads 9a, 9b, 9c, 9d aller Optokoppler ist unabhängig an der Umfangsecke jedes Quadranten gelegen;
    • h) Kollektor-Anschlusspads 10a, 10b, 10c, 10d jedes Optokopplers sind unabhängig und seitlich direkt den Anoden-Anschlusspads gegenüber gelegen;
    • i) Emitter- oder Fototransistor-Schweißpads 7a, 7b, 7c, 7d aller Optokoppler sind kurzgeschlossen und in Richtung des zentralen horizontalen Umfangs des Substrats geführt, was zu zwei symmetrischen Umfangspads 11 für die Emitterlotkugeln führt. Die Anoden-Kathoden-Pads halten in allen Optokopplern einen Spalt von etwa 0,5 mm mit den Emitter-Kollektor-Pads. Dies wird eine hohe Durchbruchspannung für jeden Optokoppler sicherstellen.
  • 7 zeigt ein Optokoppler-Package 20, das vier Optokoppler enthält, die aufgetropfte (glob-topped) Kuppeln 21, 22, 23, 24 aufweisen. Das Auftropfmaterial berührt die am Umfang angeordneten Anschlusspads 8a8b, 9a9d, 10a10d zur Anbringung der Kugeln (die in 6 gezeigt sind) nicht.
  • Das Optokoppler-Package 20 umfasst am Außenumfang angeordnete Lotkugeln 25, die an dem Substrat 1 angebracht sind. Die am Umfang angeordneten Kugeln 25 sind an Anschlusspads 8a8b, 9a9d, 10a10d, 11 angebracht. Diese Kugeln 25 dienen als Zwischenverbindungsmechanismus für das Optokoppler-Package 20 mit einer Leiterplatte (PCB) 31 (siehe 11). Die Lotkugeln 25 umfassen vorzugsweise Pb-freie Legierungen mit hohen Schmelztemperaturen.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, weist das Optokoppler-Package 20 in dem veranschaulichten Beispiel 12 gleich beabstandete am Umfang angeordnete Lotkugeln 25 auf. Die Anordnung der am Umfang befindlichen Lotkugeln des Package kann (auf der Basis des gleichen Konzepts des Kurzschließens der inneren Baugruppenpads und der Anschlussführung) abhängig von den spezifischen Anforderungen des Herausführens der Pins des Package und des Rohchips verändert werden. Obwohl Lotkugeln ausführlich beschrieben sind, können stattdessen andere leitfähige Strukturen, wie etwa Kupfersäulen (z. B. vorgeformt oder elektroplattiert) verwendet werden. Die leitfähigen Strukturen weisen Höhen auf, die höher sind als die Höhen der optischen Empfänger und der optischen Sender in dem optischen Package, so dass eine Flip-Chip-Montage erfolgen kann.
  • Mit Bezug auf die 9 und 10, der LED-Rohchip 26 erzeugt Photonen, wenn ein Strom in Durchlassrichtung an den Optokoppler angelegt wird, was zu Lichtemission aus dem P-N-Übergang in dem Rohchip 26 führt. Es kann ein LED-Rohchip mit einer Höhe von etwa 0,225 mm (9 Mil) oder darunter verwendet werden.
  • Der Fototransistor-Rohchip 27 detektiert Licht, das von dem LED-Rohchip 26 emittiert wird, und wandelt es in Elektronen um, was zu einem Stromfluss am Ausgang des Optokopplers führt. Die Lichtdetektion geschieht an dessen Kollektor-Basis-Übergang. Es kann eine Höhe des Fototransistor-Rohchips von etwa 0,2 mm (8 Mil) oder darunter verwendet werden.
  • Nach den 6, 9 und 10 verbindet ein Rohchip-Anbringungsmaterial (nicht gezeigt) die Rückseite jedes LED-Rohchips 26 mit dessen zugehörigem Rohchip-Anbringungspad 4a, 4b, 4c, 4d. Ähnlich verbindet es die Rückseite jedes Fototransistor-Rohchips 27 mit dessen zugehöriger Rohchip-Anbringungspad 6a, 6b, 6c, 6d. Das Rohchip-Anbringungsmaterial kann jedes leitfähige Material zum Bonden sein. Beispiele umfassen Aggefüllte Epoxide, Weichlote usw. In manchen Ausführungsformen kann eine Rohchip-Anbringungsleiste verwendet werden und dieses kann auf ein Maximum von etwa 50% der Rohchip-Höhe gesteuert werden, um die Lichtemission von den Seiten des LED-Rohchips 26 zu maximieren.
  • Bonddrähte 28 verbinden die Anoden-Pads der LED-Rohchips 26 mit den Dioden-Schweißpads 5a, 5b, 5c, 5d, wodurch die Schaltung der Diodenkomponenten des Package 20 vervollständigt ist. Ähnlich verbinden sie die Fototransistor-Rohchips 27 mit ihren zugehörigen Schweißpads 7a, 7b, 7c, 7d. Die Bonddrähte 28 können jedes geeignete duktile Metall – Au, Cu, Al oder dotierte Versionen dieser Metalle, Legierungen dieser Metalle usw. umfassen. Eine Drahtschleife ist annähernd 0,35 mm (14 Mil) von dem Substrat entfernt zu empfehlen.
  • Die drahtgebondeten LED-Rohchip- und Fototransistor-Rohchipanordnungen sind miteinander unter Verwendung eines Licht transmissiven, klaren Gelmaterials 29 gekoppelt. Die optische Transparenz des Kopplungsgels 29 erlaubt eine effiziente Übertragung des von dem Übergang der LED 26 emittierten Lichts in Richtung des fotoempfindlichen Übergangs des Fototransistors 27. Das Kopplungsgel 29 bedeckt die gesamten drahtgebondeten Rohchip-Anordnungen und bildet eine nahezu halbkugelförmige Kuppel für eine maximale Übertragung von emittiertem Licht.
  • Die Licht transmissive, halbkugelförmige Kuppel 29 von jeder der drahtgebondeten LED- und Fototransistor-Anordnungen ist mit einem weißen reflektierenden Auftropfmaterial 30 bedeckt, um eine interne Package-Struktur eines Optokopplers zu vervollständigen. Das Auftropfmaterial 30 (oder das Licht reflektierende Material) ist ein Licht reflektierendes Material, das das emittierte Licht innerhalb der Grenzen der Kuppel hält. Die Auftropfbeschichtung passt sich an die Kuppelform an und kann das Kopplungsgel 29 (oder das Licht transmissive Material) vollständig bedecken. Sie dichtet die Kuppel durch Adhäsion vollständig ab. Das Auftropfmaterial 30 kann eine minimale Dicke von etwa 0,2 mm aufweisen.
  • Das Optokoppler-Package kann gemäß den folgenden Schritten hergestellt werden.
  • Erstens kann im Voraus ein Leiterrahmenformungsprozess durchgeführt werden. Ein Leiterrahmenformungsprozess wird unter Verwendung eines mit einem Tape versehenen Leiterrahmens durchgeführt, wie es oben beschrieben wurde. Ein Tape-Stück kann an den nicht geätzten Pads eines Leiterrahmens angebracht werden, so dass die Vergussmasse die funktionalen Pads des anschließend gebildeten Substrats nicht einnimmt. Die nicht mit einem Tape versehene Seite des Leiterrahmens wird überformt, um die mechanische Festigkeit des Substrats zu erhöhen.
  • Zweitens kann ein Rohchip-Anbringungsprozess durchgeführt werden. Beispielsweise können LED- und Fototransistor-Rohchips unter Verwendung eines Klebstoffes mit einem leitfähigen Füllstoff oder Lot angebracht werden. Ein Aushärten bei der Rohchip-Anbringung kann abhängig von der Art des verwendeten Klebstoffes notwendig oder nicht notwendig sein.
  • Drittens kann ein Drahtbondprozess durchgeführt werden, um leitfähige Wege zwischen den Rohchips und ihren entsprechenden Pads in dem Substrat zu bilden. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsformen ein Thermosonic- oder Ultraschall-Drahtbondprozess durchgeführt werden.
  • Viertens kann ein Kuppelbeschichtungs- und -aushärtungsprozess durchgeführt werden. Es kann jeder geeignete Flüssigkeitsabgabeprozess verwendet werden, um das klare Kopplungsgel abzugeben und somit die Licht transmissive, halbkugelförmige Kuppel zu bilden. Ein Aushärten kann notwendig sein, um die physikalischen Eigenschaften des Kopplungsgels zu verbessern. Geeignete Kuppelbeschichtungsmaterialien umfassen Materialien auf Silikonbasis, die von Dow Corning und General Electric erhältlich sind, obwohl jeder geeignete Lieferant verwendet werden kann.
  • Fünftens kann ein Auftropf- und Aushärteprozess durchgeführt werden. Es kann jeder geeignete Flüssigkeitsabgabeprozess für eine Auftropfbehandlung mit undurchsichtigem Tropfen angewandt werden. Ein Aushärten kann abhängig von der Art des verwendeten Materials notwendig oder nicht notwendig sein. Geeignete reflektierende Beschichtungsmaterialien umfassen Beschichtungen auf Epoxidbasis mit reflektierenden Pigmenten auf der Basis von Materialien, wie Titandioxid oder anderen Metalloxiden. Sie sind im Handel von Epotek und Hysol erhältlich, obwohl jeder andere geeignete Lieferant verwendet werden kann.
  • Sechstens kann ein Lotabscheidungsprozess durchgeführt werden (z. B. für Lotkugeln 25 in den Figuren). Es können Lotkugelanbringungs-, Fluss-(fluxing), Kugelplatzierungs- oder Kugelschuss-(ball shooting), Kugelaustoß-(ball jetting) und andere Prozesse angewandt werden, um leit fähige Strukturen, wie etwa Lot, an dem Substrat anzubringen. In anderen Ausführungsformen könnten stattdessen leitfähige Säulen (z. B. Kupfersäulen) auf dem Substrat angeordnet oder auf dem Substrat elektroplattiert werden.
  • Siebtens kann ein Lotreflowprozess durchgeführt werden (wenn Lot verwendet wird). In manchen Ausführungsformen können Konvektions- oder Leitungs- oder Strahlungs-Lotreflowprozesse verwendet werden.
  • Achtens kann ein Vereinzelungsprozess durchgeführt werden. Vereinzelungsprozesse umfassen Sägen mit einem Sägeblatt, Wasserstrahlsägen, Lasersägen und dergleichen. Vereinzelungsprozesse trennen die gebildeten Substrate voneinander ab.
  • Neuntens kann ein elektrisches Prüfen durchgeführt werden. Es kann ein Hochspannungsprüfen und parametrisches Prüfen verwendet werden, um jegliche Packages mit elektrischen Fehlern auszuschließen.
  • Zehntens kann ein Package-Markierungsprozess durchgeführt werden. Das kann ein Laser- oder Pad-Markierungs- oder anderer Prozess verwendet werden, um eine Identifikation und Orientierung des Package vorzusehen.
  • Nachdem das Package gebildet worden ist, kann es umgedreht und auf einer Leiterplatte montiert werden, wie es in 11 gezeigt ist. Es können übliche Oberflächenmontagetechniken verwendet werden.
  • Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Prozesse in der oben beschriebenen Reihenfolge oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können.
  • Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, und es ist ersichtlich, dass von Fachleuten Abwandlungen und Modifikationen innerhalb des Gedankens und Umfangs der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Darüber hinaus kann irgendeine oder können mehrere Ausführungsformen der Erfindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Der Offenbarungsgehalt aller oben erwähnten vorläufigen und nicht vorläufigen U.S. Patentanmeldungen und -veröffentlichungen ist durch Bezugnahme zu allen Zwecken vollständig miteingeschlossen. Es wird keiner zugestanden, Stand der Technik zu sein.
  • Zusammenfassung
  • Es ist ein Optokoppler-Package offenbart. Das Optokoppler-Package umfasst ein Substrat mit einem Leiterrahmen und einer Vergussmasse, und mehrere Optokoppler, wobei jeder Optokoppler (i) einen optischen Sender, (ii) einen optischen Empfänger, (iii) und ein optisch transmissives Medium, das zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger angeordnet ist, umfasst, wobei der optische Sender und der optische Empfänger elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sind.

Claims (20)

  1. Optokoppler-Package, umfassend: (a) ein Substrat, das einen Leiterrahmen und eine Vergussmasse umfasst; (b) einen optischen Sender; (c) einen optischen Empfänger, wobei der optische Sender und der optische Empfänger elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sind; und (d) ein optisch transmissives Medium, das zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger angeordnet ist.
  2. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, das ferner mehrere leitfähige Strukturen umfasst, die mit dem Leiterrahmen gekoppelt sind, wobei die leitfähigen Strukturen Höhen aufweisen, die höher sind als die Höhen des optischen Empfängers und des optischen Senders.
  3. Optokoppler-Package nach Anspruch 2, wobei die leitfähigen Strukturen Lotstrukturen sind.
  4. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, das ferner Bonddrähte umfasst, die den optischen Empfänger elektrisch mit dem Leiterrahmen koppeln und den optischen Sender elektrisch mit dem Leiterrahmen koppeln.
  5. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, wobei der Leiterrahmen geätzte Abschnitte und nicht geätzte Abschnitte umfasst, und wobei die geätzten Abschnitte mit der Vergussmasse bedeckt sind und die nicht geätzten Abschnitte nicht mit der Vergussmasse bedeckt sind.
  6. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, wobei der Leiterrahmen Kupfer umfasst.
  7. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, wobei sich mehrere Optokoppler auf dem Substrat befinden.
  8. Optokoppler-Package nach Anspruch, wobei der Leiterrahmen geätzte Abschnitte und nicht geätzte Abschnitte auf einer ersten Seite umfasst, und wobei die geätzten Abschnitte von der Vergussmasse bedeckt sind und die nicht geätzten Abschnitte nicht von der Vergussmasse bedeckt sind, und wobei die Vergussmasse die zweite Seite des Leiterrahmens vollständig bedeckt.
  9. Verfahren zum Bilden eines Optokoppler-Package, das umfasst, dass: (a) ein Substrat, das einen Leiterrahmen und eine Vergussmasse umfasst, gebildet wird; (b) ein optischer Sender und ein optischer Empfänger an dem Substrat angebracht werden; und (c) ein Licht transmissives Material zwischen dem optischen Sender und dem optischen Empfänger abgeschieden wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass: mehrere leitfähige Strukturen auf dem Substrat gebildet werden, wobei die leitfähigen Strukturen Höhen aufweisen, die höher sind als die Höhen des optischen Senders und des optischen Empfängers.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren vor (a) umfasst, dass der Leiterrahmen geätzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Leiterrahmen Kupfer umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass Drähte von dem optischen Sender und dem optischen Empfänger an dem Leiterrahmen angebracht werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass ein undurchsichtiges Material auf dem Licht transmissiven Material abgeschieden wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass mindestens vier optische Sender und mindestens vier optische Empfänger auf dem Substrat angebracht werden.
  16. Optokoppler-Package, umfassend: (a) ein Substrat; und (b) mindestes zwei optische Sender; (c) mindestens zwei optische Empfänger; (d) optisch transmissive Medien zwischen benachbarten optischen Sendern und optischen Empfängern; und (e) ein Licht reflektierendes Material auf den optisch transmissiven Medien, wobei sich die optischen Sender und optischen Empfänger auf dem Substrat befinden.
  17. Optokoppler-Package nach Anspruch 16, wobei das Substrat einen Leiterrahmen mit geätzten Abschnitten umfasst.
  18. Optokoppler-Package nach Anspruch 16, wobei das Substrat einen Leiterrahmen umfasst, der Kupfer und eine Vergussmasse aufweist.
  19. Optokoppler-Package nach Anspruch 16, das ferner einen Chip mit einem MOSFET auf dem Substrat umfasst.
  20. Optokoppler-Package nach Anspruch 1, das ferner einen Chip mit einem MOSFET auf dem Substrat umfasst.
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