光耦合器的BGA封裝

光耦合器的一項(xiàng)普遍應(yīng)用是專用調(diào)制解調(diào)器，允許電腦與電話線連接，且消除電氣瞬變引起的風(fēng)險(xiǎn)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(hào)與共模信號(hào)的比率。

DIP廣泛用于集成電路的封裝，也用于常規(guī)的光耦合器（如圖1所示）。廠家通常制造具有4、6、8或16接腳的各種型式DIP封裝光耦合器。

圖1 常規(guī)DIP光耦合器封裝

不過，P-DIP光耦合器的封裝可以進(jìn)一步改進(jìn)，例如，光耦合器封裝需要昂貴和費(fèi)時(shí)的過成型(overmolding)處理。在這個(gè)處理過程中，成型化合物灌封光耦合器封裝的其它部分。除過成型工藝本身外，還需要采取成型材料清除工藝(例如除廢物和除閃爍工藝)除掉多余的成型化合物，這就增加了光耦合器封裝的時(shí)間和費(fèi)用。

此外，廠家還需要投入較多的資金，用于成型不同"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工藝，就可減少制造光耦合器封裝的相關(guān)時(shí)間和成本。此外，DIP光耦合器封裝并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(jìn)行表面安裝回流焊，這常常存在引起微小裂縫的危險(xiǎn)，影響組件的可靠性。更進(jìn)一步地，對(duì)于其它組件使用薄型表面安裝的封裝形式，如TSSOP或TQFT器件的用戶來說，這樣重整后的DIP封裝的高度仍存在問題。

圖1? 采用BGA封裝的單通道光耦合器

光耦合器BGA2的設(shè)計(jì)特性可解決這些問題，它是高度不超過1.20mm，占位面積小于現(xiàn)有的PDIP外形尺寸的低側(cè)高小型表面安裝組件。光耦合器BGA封裝（如圖2所示）不需要灌封材料(成型化合物)，而且它的制造工具與封裝的外形尺寸無關(guān)。其設(shè)計(jì)也可改善封裝在熱循環(huán)等加速測(cè)試中的可靠性能。采用無鉛焊球可構(gòu)建完全無鉛的封裝。??

光耦合器BGA封裝包括氧化鋁基底，其上形成圖案蹤跡和區(qū)域，用于砷化鎵發(fā)光二極管(LED)和光電探測(cè)器硅組件的晶片附著，LED的焊接方法使其可以被施加外接偏壓，光電探測(cè)器連接至輸出。采用光涂層結(jié)合LED和光電探測(cè)器，以進(jìn)行介質(zhì)之間的大量傳輸。而且，采用反射涂層覆蓋光涂層，使傳送到感光性晶片的輻射達(dá)到最大。焊球形成二層互連(封裝至PCB板)，圖3所示為光耦合器BGA封裝的截面。

采用業(yè)界傳統(tǒng)的基底厚度和工藝，便可以構(gòu)造側(cè)高很低的可表面安裝式光耦合器封裝，而且，利用封裝設(shè)計(jì)的獨(dú)特性能，便可以省去一組投資極高的工藝步驟：成型、除閃爍、修整和重整。采用鉆石輪劃片的晶片鋸切方式可完成光耦合器BGA的單一化。

光耦合器的技術(shù)參數(shù)

光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。

此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。

最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù)hFE為常數(shù)時(shí)，它等于輸出電流IC之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。有公式：

CTR=IC/IF×100%

采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%～30%（如4N35），而PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%～500%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比(ΔCTR＝ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：

（1）光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%～200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR＜50%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF＞5.0mA)，才能正常控制單片開關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。

（2）推薦采用線性光耦合器，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。

（3）由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào)(高、低電平)，因此不推薦用在開關(guān)電源中。

通用型與達(dá)林頓型光耦合器區(qū)分：

方法一：

在通用型光耦合器中，接收器是一只硅光電半導(dǎo)體管，因此在B-E之間只有一個(gè)硅PN結(jié)。達(dá)林頓型不然，它由復(fù)合管構(gòu)成，兩個(gè)硅PN結(jié)串聯(lián)成復(fù)合管的發(fā)射結(jié)。根據(jù)上述差別，很容易將通用型與達(dá)林頓型光耦合器區(qū)分開來。具體方法是，將萬用表撥至R×100檔，黑表筆接B極，紅表筆接E極，采用讀取電壓法求出發(fā)射結(jié)正向電壓VBE。若VBE=0.55～0.7V，就是達(dá)林頓型光耦合器。

方法二：

通用型與達(dá)林頓型光電耦合的主要區(qū)別是接收管的電流放大系數(shù)不同。前者的hFE為幾十倍至幾百倍，后者可達(dá)數(shù)千倍，二者相差1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，只要準(zhǔn)確測(cè)量出hFE值，即可加以區(qū)分。

在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：

（1）因?yàn)檫_(dá)林頓型光耦合器的hFE值很高，所以表針兩次偏轉(zhuǎn)格數(shù)非常接近。準(zhǔn)確讀出n1、 n2的格數(shù)是本方法關(guān)鍵所在，否則將引起較大的誤差。此外，歐姆零點(diǎn)亦應(yīng)事先調(diào)準(zhǔn)。

（2）若4N30中的發(fā)射管損壞，但接收管未發(fā)現(xiàn)故障，則可代替超β管使用。同理，倘若4N35中的接收管完好無損，也可作普通硅NPN晶體管使用，實(shí)現(xiàn)廢物利用。

（3）對(duì)于無基極引線的通用型及達(dá)林頓型光耦合器，本方法不再適用。建議采用測(cè)電流傳輸比CTR的方法加以區(qū)分。