八路高速光电耦合器研究

摘要

光电耦合器可用于信号隔离、脉冲放大、实时控制等系统电路,随着系统可移动、小型化的迅速发展,如何降低起系统隔离作用的光电耦合器的体系,提高其速度、集成度等成为主要的研究课题,普遍的光电耦合器有两个特点:一是三极管输出型低速光电耦合器,其通道多,两路、四路、六路、八路都有,但速度慢,响应时间为us量级,二是集成电路输出型高速光电耦合器,其响应速度快达ns量级,但通道数少,一般最多为双通道.因此,常用的光电耦合器由于通道路数或者响应速度的限制已不能满足要求,针对这些问题,论文进行了八路高速光电耦合器的研究.该文在对三极管输出型光电耦合器和集成电路输出型光电耦合器的结构特点、参数特性以及典型应用作了较为详细分析和讨论的基础上,比较深入地论述了八路高速光电耦合器的研制过程.其中对器件的参数设计、结构设计、工艺设计以及可靠性设计进行了重点讨论.在结构上,器年采用了混合集成电路方式,每一路包含3个芯片,八路共计24个芯片采用二次集成技术封装在20引线双列直插陶瓷管座中.器件设计中采用独立腔体分隔技术,在保证器件的小型化及工艺实施的可行性下,将八个光路完全从物理上分离,彻底杜绝多路光信号间相互干扰.在参数方面,器件采用了高速正面红外发光二极管SLED、高速PIN探测器及光电信号处理专用集成电路ASIC三种芯片,对每种芯片的参数都作了优化设计,以满足器件整体参数的要求.在可靠性方面,对器件的引线键合强度和芯片剪切力进行了工序能力指数控制,达到了4σ水平,对于内部水汽含量,则在工艺上采取了高温烘陪、充精氮封装等措施,将水汽含量控制在5000ppm以内.最后给出了研制结果,并对主要特性参数和曲线进行了分析.器件在性能参数和可靠性方面都满足了设计要求.对于八路高速光电耦合器,目前,这种多通道、小体积、高速度的光电隔离器件,尚未查到国内外有关资料报道.在国内,作者首次采用八腔体和三芯片结构,对器件的结构、参数、工艺等进行了综合设计;并研制出高速八路光电耦合器.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1 前言

1.1.1光电耦合器的优点

1.1.2光电耦合器的分类

1.1.3光电耦合器的应用

1.1.4光电耦合器研究的国内外状况

1.1.5光电耦合器的发展方向

1.2 论文主要工作

第二章光电耦合器概述及理论分析

2.1 三极管输出型光电耦合器

2.1.1基本参数

2.1.2结构特点

2.1.3参数和特性说明

2.1.4特性曲线

2.1.5应用特点

2.2 集成电路输出型光电耦合器

2.2.1问题的提出

2.2.2结构设计特点

2.2.3基本特性参数

第三章八路高速光电耦合器设计

3.1 器件结构设计

3.1.1基本原理概述

3.1.2 SLED的设计

3.1.3 PIN的设计

3.1.4 ASIC的设计

3.2 器件参数设计

3.2.1输入端特性参数设计

3.2.2输出特性参数设计

3.2.3隔离参数和交流参数设计

3.3器件封装设计

3.3.1采用了混合集成厚膜电路结构

3.3.2引线排列表

第四章八路高速光电耦合器工艺设计

4.1 工艺流程设计

4.2 工艺的具体要求

4.2.1陶瓷管座制作

4.2.2陶瓷载体制作

4.2.3有源芯片选择

4.2.4烧结压焊

4.2.5耦合

4.2.6封装

4.2.7中测

4.2.8电老化筛选

4.2.9末测

4.3器件的制作

4.4 工艺设备

第五章可靠性设计

5.1 芯片剪切强度和引线键合强度的可靠性设计

5.1.1芯片粘接强度与器件可靠性的关系

5.1.2芯片剪切力的可靠性设计

5.1.3键合强度的评价方法

5.2 气密性的可靠性设计

5.2.1气密性封装与高可靠性的关系

5.2.2影响气密性封装的因素

5.2.3气密性的可靠性设计

5.3 内部水汽含量可靠性设计

5.3.1内部水汽含量与可靠性的关系

5.3.2内部水汽含量的成因

5.3.3控制内部水汽含量的可靠性设计

5.4 ESD的可靠性设计

5.4.1静电保护的目的和总的原则

5.4.2静电放电的三种模式

5.4.3静电保护的具体措施

第六章研制结果(器件测试及分析)

6.1 测试方法

6.1.1正向压降VF的测试方法

6.1.2反向电流IR的测试方法

6.1.3输出低电平电压Vα的测试方法

6.1.4输出高电平电压VOH的测试方法

6.1.5隔离电阻的测试方法

6.1.6脉冲上升下降时间tr 、tf的测试方法

6.1.7隔离电压VISO的测试方法

6.2 测试曲线

6.2.1正向电压-输入电流特性

6.2.2输出电压-输入电流特性

6.2.3传输延迟-温度特性

结论

[参考文献]

致谢

个人简历

在学期间的研究成果及发表的学术论文