光耦合器走向BGA封裝

光耦合器的一項普遍應用是專用數據機，允許電腦與電話線連接，且消除電氣瞬變引起的風險或損害。光耦合器除提供高度電氣絕緣外，還可提高差模信號與共模信號的比率。

作者：快捷半導體公司光電產品部
R. Joshi、Chung-Lin Wu、M. Narayanan及舒騰鴻



導言 
光耦合器也稱為光隔離器，它是可在電路或系統之間傳輸電子訊號的半導體元件，同時確保這些電路或系統彼此之間的電氣絕緣。典型的光耦合器是將兩個電子元件——紅外線(IR)發光二極體(LED)，和輸出的光電探測器整合到一個雙列直插式封裝 (DIP) 中。

當正向電流(If)流經發光二極體時，電子轉換為光子，輻射能量通過光耦介質傳輸，落在探測器的表面，在這裏光子又轉換回電子。光電探測器(在大多數情況下為光電電晶體) 設計為具有較大的基極面積，因此基極-集極結點的面積較大，而射極的面積較小。如果基極和射極接地，在光電電晶體的集極施加正電壓，它可用作光電二極體。這樣，電流從集極流向基極，造成負載電阻(RL)兩端的電壓降，由結點電容(Ccb)可得出輸出電路時間常數(RL*Ccb)和相應的輸出電壓上升時間，這種配置的輸出電流較小，故通常不採用這種連接方式。

最常見的電路應用是將基極連接開路，結果是，整體集極電流比光產生的電流高出許多，比前一種連接方式的電流高出幾百倍，但其缺陷是咦骶徛＿@種連接方式的輸出時間常數為(β*RL*Ccb)，光電電晶體的輸出電流與砷化鎵二極體的輸入電流的比率被稱作電流傳遞比(CTR)。

光耦合器的一項普遍應用是專用數據機，允許電腦與電話線連接，且消除電氣瞬變引起的風險或損害。光耦合器除提供高度電氣絕緣外，還可提高差模信號與共模信號的比率。

DIP是廣泛用於積體電路的封裝，也用於常規的光耦合器。廠家通常製造具有4，6，8或16接腳的各種型式DIP封裝光耦合器。

不過，P-DIP光耦合器的封裝可以進一步許多改進，例如，光耦合器封裝需要昂貴和費時的過成型(overmolding)處理，在這個處理過程中，成型化合物灌封光耦合器封裝的其他部分。除過成型製程本身外，還需要採取成型材料清除製程(例如除廢物和除閃爍製程)除掉多餘的成型化合物，這就增加了光耦合器封裝的時間和費用。



此外，廠家還需要投入較多的資金，用於成型不同“外形尺寸”封裝(如4，6或8接腳封裝)的工具，因此，如果能夠省去過成型製程，就可減少製造光耦合器封裝的相關時間和成本。此外，DIP光耦合器封裝並不能很好地以表面附著方式安裝到PCB板上——必須重整引腳以便進行表面安裝回焊，常常存在引起微小裂縫的危險，影響元件的可靠性。更進一步地，對於其他元件使用薄型表面安裝的封裝形式，如TSSOP或TQFT元件的用戶來說，這樣重整後的DIP封裝的高度仍構成問題。

光耦合器BGA２的設計特性可解決這些問題，它是高度不超過1.20mm，佔位面積小於現有的PDIP外形尺寸的低側高小型表面安裝元件。光耦合器BGA封裝不需要灌封材料(成型化合物)，而且它的製造工具與封裝的外形尺寸無關。其設計也可改善封裝在熱回路等加速測試中的可靠性能。採用無鉛焊球可構建完全無鉛的封裝。