[发明专利]晶片级成型的光耦合器

说明书

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背景技术

光耦合器包括通过透光材料耦合到光接收器件的光发射器。这种配置准许信息从包括光发射器的一个电路传递至包括光接收器的另一电路。在这两个电路之间保持高度的电隔离。由于信息是横跨电绝缘间隙以光学方式传递的，所以传输是单向的。例如，光接收器不能修改包含光发射器的电路的操作。这种特性是期望的，这是因为，例如，发射器可能由使用微处理器或逻辑门的低电压电路驱动，而输出光接收器可能是高压DC或AC负载电路的一部分。这种光隔离还防止由相对不利的输出电路对输入电路造成的损坏，并允许这两个电路处于不同的地电位。

发明内容

作为创作他们发明的一部分，发明者已经认识到在功率转换电路中大量使用光耦合器，以及功率转换电路中多个光耦合器导致的相对大尺寸是使电路的尺寸和体积减小的障碍。还是作为创作他们的发明的一部分，发明者已经认识到需要降低光耦合器的成本而提高它们的电气性能。本发明的方面提供一种具有埋入支撑基板内的光电元件以及一个或多个超薄的互连层的光耦合器，其中每个互连层提供超薄和超小的光耦合封装件。该结构使得支撑基板和埋入的元件能够用晶片级成型法以及使用普通的成型处理和传统的半导体处理将封装件的多个实例(instance)一起制造在同一晶片上并且在制成后从同一晶片分离且彼此分离的制造过程来制造。该晶片级制造方法能够高度自动化，这显著地降低了制造成本。本发明的其他方面降低了制造成本而提高了电气性能。

因此，根据本发明的第一总的示例性实施方式涉及光耦合器封装件，包括基板，具有第一表面、与第一表面相对的第二表面以及设置于第一表面和第二表面之间的电绝缘材料主体；第一光电器件，埋入基板的电绝缘材料主体中，并设置于基板的第一表面和第二表面之间，第一光电器件具有第一导电区域和第二导电区域；以及第二光电器件，埋入基板的电绝缘材料主体中，并设置于基板的第一表面和第二表面之间，并与第一光电器件光耦合，第二光电器件具有第一导电区域和第二导电区域。示例性光耦合器封装件进一步包括：第一电迹线(electrical trace)，设置于基板的表面上并电耦接至第一光电器件的第一导电区域；第二电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第一光电器件的第二导电区域；第三电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第二光电器件的第一导电区域；第四电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第二光电器件的第二导电区域。第一和第二光耦合器件通过设置在基板的第一表面处或上且在第一和第二光电器件上的透辐射材料主体(body of radiation transmissive material)以光学方式耦合在一起。

根据本发明的第二总的示例性实施方式涉及一种光耦合器封装件的制造方法，包括在第一光电器件和第二光电器件周围成型电绝缘材料主体，以形成具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的基板，其中电绝缘材料主体设置于第一表面和第二表面之间，第一光电器件埋入电绝缘材料主体中并设置于基板的第一表面和第二表面之间，第一光电器件具有第一导电区域和第二导电区域，以及第二光电器件埋入电绝缘材料主体中并设置于基板的第一表面和第二表面之间，第二光电器件具有第一导电区域和第二导电区域。该示例性方法进一步包括：形成第一电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第一光电器件的第一导电区域；形成第二电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第一光电器件的第二导电区域；形成第三电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第二光电器件的第一导电区域；形成第四电迹线，设置于基板的表面上并电耦接至第二光电器件的第二导电区域；以及将透辐射材料主体设置于基板的第一表面上且在第一光电器件与第二光电器件上，使得第二光电器件与第一光电器件以光学方式耦合。可使用可在晶片级制造环境中进行高度自动化处理的电镀和掩模步骤的各种组合来形成电迹线。

上述示例性结构具有许多优势。第一，相比于现有技术中将光电器件安装在基板表面上的光耦合器，将光电器件埋入基板中减少了封装件的厚度。由于将器件埋入基板中，因此透辐射材料主体不需要含有器件，因此能够具有较小的高度和较小的占用面积，从而减少了封装件的占用面积。此外，该结构能够使迹线代替在传统光耦合器封装件中使用的线焊，这也减少了封装件的高度和占用面积。线焊的消除还提高了封装件的可靠性，使晶片级制造方法能够被使用。相比于传统的引线框架方法，晶片级处理允许高度自动化，并通常导致更低的成本。封装件的更小的占用还能够在普通的晶片上形成大量的封装件。