热敏光耦合器的制作方法

专利名称：热敏光耦合器的制作方法
技术领域：
本文中描述的本发明的各种实施例涉及光耦合器和光隔离器的领域。
背景技术：
在电子学中，光耦合器，也称作光隔离器光电耦合器或光学隔离器，是使用光波传送电信号以在光I禹合器的输入与输出之间提供具有电隔离的I禹合的电子装置。光I禹合器的主要目的是防止光耦合器的一侧上的高电压或快速改变的电压损坏组件或使光耦合器的另一侧上的发射失真。举例来说，一些市售光耦合器被设计成耐受高达IOkV的输入到输出电压以及速度高达lOkV/usec的电压瞬变。在光耦合器中，装置的输入和输出侧与一光束(通常落在红外或近红外光谱中)连接，所述光束通过与输入到装置的电信号成比例的输入电流来调制。光耦合器将输入电信号转变成光，将对应的光信号发送经过电介质通道，在光耦合器的输出侧上俘获所发射的光信号，以及将所发射的光信号转变回输出电信号。一些光耦合器采用红外或近红外发光二极管(LED)来发射光信号，且采用光电检测器来检测光信号并将其转换成输出电信号。一些光耦合器包含并排紧密匹配的光电检测器，其中一个光电检测器用来监视并稳定LED的光输出以减少LED的非线性、漂移和老化的影响，而另一光电检测器用来产生输出信号。参见(例如)2011 年 12 月 10 日提出的 Avago Technologies ‘HCNR200 和 HCNR201高线性模拟光稱合器(HCNR200 and HCNR201 High-Linearity AnalogOptocouplers) ”,其数据表与其在同一天在所附信息公开声明中提出，所述文件全文特此以引用方式并入本文中。—些市售光耦合器的一个问题是由此提供的输出可根据周围温度或局部热环境的改变而变化，这可能会将又一个不想要的变量引入到输出信号中。许多市售光耦合器是以标准的8引脚双列直插(DIP)或其它标准格式的封装来提供。虽然在此些封装中基于周围温度、局部热条件或检测到的光信号的改变对安置于其中的LED进行反馈控制和调制通常是所要的，但是这样做可能会需要比所要的要大且具有更复杂电路的封装。尤其需要一种光耦合器封装，其在变化的温度或热条件下具有改善的稳定性。

发明内容
在一个实施例中，提供一种热敏光稱合器封装,其包括:包括热敏材料的层，所述层具有上表面和下表面；至少一个发光二极管(LED)，其经配置以发出与所述输入信号的至少一个预定特性成比例的红外或近红外光；以及至少一个光电检测器，其经配置以由此提供经隔离的输出信号，其中所述LED位于所述层的上表面上方，所述光电检测器位于所述层的下表面之下，所述热敏材料经配置以使得由所述LED发出的、入射于所述材料上的，且透射过所述材料和所述层的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变，且透射过所述层的光的至少部分入射于所述光电检测器上以由此提供所述经隔离的输出信号。在另一实施例中，提供一种操作热敏光耦合器封装的方法，其包括:在所述光耦合器封装中所包含的LED的第一和第二输入信号端子上提供输入信号；基于所述输入信号从所述LED产生并发出红外或近红外光；以及使由所述LED发出且入射于包括热敏材料的层的上表面上的光的一部分透射过所述层以及其下表面以去向光电检测器，其中所述LED位于所述层的上表面上方，所述光电检测器位于所述层的下表面之下，所述热敏材料经配置以使得由所述LED发出的、入射于所述材料上的，且透射过所述材料和所述层的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变，且透射过所述层的所述光的至少部分入射于所述光电检测器上以由此提供经隔离的输出信号。在本文中揭示了另外的实施例，或所属领域的技术人员在阅读并理解了本发明的说明书和图式之后将能明白另外的实施例。


从以下说明书、图式和权利要求书中将能明显看出各种实施例的不同方面，其中:图1和2说明根据本文陈述的技术的可采用的光耦合器8引脚DIP封装的示意电路图的两个不同实施例；图3展示对应于图1中所示的电路的实施例的8引脚DIP封装配置；图4展示根据本文所揭示的光耦合器封装10的一个实施例的环路供电的4_20mA电流的环路；图5展示根据本文所揭示的光耦合器封装10的一个实施例的高速低成本模拟隔离器，以及图6和7展不相对于层24的在不同周围温度条件下并且对应地不同的光透射率条件下光耦合器封装10的一个实施例的横截面图。图式未必按比例。相似的数字在图式中始终指代相似的零件或步骤。
具体实施例方式图1和2说明根据本文陈述的技术的可采用的光耦合器8引脚DIP封装的示意电路图的两个不同实施例。在图1中，此处所示的光耦合器封装10的实施例包括第一和第二输入信号端子12和14 (分别是引脚I和2)、第一和第二输出端子16和18 (分别是引脚3和4)、第三和第四输出端子20和22 (分别是引脚5和6)，以及包括热或温度敏感材料的层24，其中所述层包括上表面26和下表面28。发光二极管(LED) 30可操作地连接到第一和第二输入信号端子12和14，且经配置以发出与在第一和第二输入信号端子12和14上接收到的输入信号的至少一个预定特性成比例的红外或近红外光。第一光电检测器34可操作地连接到第一和第二输出端子16和18，且根据一个实施例，经配置以在其上提供LED反馈控制信号。第二光电检测器36可操作地连接到第三和第四输出端子20和22，且根据一个实施例，经配置以在其上提供经隔离的输出信号。请注意，在光耦合器封装10的其它实施例中，仅一个光电检测器在其上提供经隔离的输出信号，因为图1中所示的光耦合器封装10中的第一光电检测器34所提供的反馈功能至少部分地由层24的温度或热敏感功能性替代，关于此的更多详情将在下文论述。继续参考图1，LED 30位于层24的上表面26上方，而第一检测器也可位于上表面26上方，或位于下表面28下方。第二光电检测器36位于层24的下表面28之下。仍参考图1，层24包括热或温度敏感材料，所述材料经配置以使得由LED 30发出的、入射于层24以及安置于其上或其中(或否则形成其一部分或组件)的热敏材料上的，且透射过所述材料和层24的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变，且透射过层24的光中的至少部分入射于第二光电检测器36上以由此提供经隔离的输出信号。就是说，层24的光透射率，且更明确地说并入到层24中或上的热或温度敏感材料的光透射率相对于由LED 30发出且入射于层24的热或温度敏感材料上的光的波长和频率来根据周围温度或局部热条件的改变而改变。根据层24以及其热敏材料的一个实施例，透射过层24的光的量随着周围温度增加而增加。根据层24以及其热敏材料的一个实施例，透射过层24的光的量随着周围温度增加而减小。在任一此种实施例中，由光耦合器封装产生的经温度调制的反馈控制输出信号可用来调节并控制LED 30的输出。热敏材料可为至少部分聚合的和/或包括至少一个膜。如果热敏材料是至少部分聚合的膜，那么其也可包括多层光学膜，根据一些实施例，所述光学膜可为选择性波长镜多层光学膜。所述膜可包含在约100个与约1，000个之间的层，且仅举例来说，所述层中的每一者的厚度可在约10纳米与约200纳米之间。可经改质以用作层24中的热敏材料的材料的一个实例是3M Cool Mirror Film 330 ;然而，前提条件是此种膜的组成经改质以包含适当的热敏材料。根据一些实施例，热敏材料可为至少部分热致变色的且经配置以根据周围温度的改变而改变其透光率。举例来说，此种热致变色的热敏材料可包括二氧化钒和/或掺杂有钛的二氧化钒。热致变色的热敏材料也可含于安置于层24上的涂层中，其中层24包括上面涂布或否则安置有所述热致变色的热敏材料的电介质材料。在另一实施例中，热敏材料是至少部分不透热的、温度激活的，或电致变色的膜或材料，其经配置以根据周围温度或局部热条件的改变而改变其透光率。基于二氧化钒的热致变色薄膜的一些实例陈述于巴蒂斯塔(Batista)等人在纳米研究快报(Nanoscale Research Letters) 2011,6:301上发表的文章“用于节能窗的基于 VO2 的热致变色薄膜的合成与表征(Synthesis and characterization of V02_basedthermochromic thinfilms for energy-efficient windows)，，中，所述文章的全文特此以引用方式并入本文中。温度激活的光学膜的一些实例揭示于2011年7月5日颁予薛玖枝(Jiuzhi Xue)的题为“温度激活的光学膜(Temperature Activated Optical Films)，，的第7，973，998号美国专利以及2012年I月5日颁予薛玖枝(Jiuzhi Xue)的题为“温度激活的光学膜(Temperature ActivatedOptical Films) ” 的第 2012/0002264 号美国专利公开案中，所述各案的相应全文特此以引用方式并入本文中。热致变色滤光片的一些实例揭示于2010年2月25日颁予鲍尔斯(Powers)等人的题为“用于制作热致变色滤光片的方法(Methods for FabricatingThermochromic Filters) ”的第 2010/0045924 号美国专利公开案中。还参见2008年10月29日颁予德阿米提(DeArmitt)的题为“具有温度相依透明度的模制物品(Moulded Articlewith Temperature Dependent Transparency)，，的欧洲专利EP 1985663A1以及颁予德阿米提(DeArmitt)的
公开日未知的公开案“ThermoShift :新的不透热的热塑性塑料(ThermoShift :New Thermo-opaque Thermoplastics) ”,所述各案揭示了光学透明度随着温度改变的不透热材料，所述各案的相应全文特此以引用方式并入本文中。如所属领域的技术人员现在将了解到，在前述公开案和专利参考文献中描述且揭示的热敏材料、滤光片和膜中的一些可经调适以及经配置以用在本文所揭示的层24和光耦合器封装10中。现在将看到，层24和其中或其上所含的热敏材料可经配置，以使得其光透射率根据温度的增加或温度的减小而变化。光透射率随温度发生此些改变的速率也可根据手头上的特定应用以及所要的结果来配置。根据一个实施例，层24和热敏材料经配置，以使得被光电检测器36接收到的光的量在周围温度的预定范围内保持大致恒定。举例来说，如果LED 30在周围温度增加时发出较少的光，那么层24和热敏材料可经配置以使得层24的光透射率随着温度而增加，从而使光耦合器封装10产生经隔离的输出信号，所述信号的振幅在周围温度的给定范围内不会因为由温度引起的效应而变化，或振幅至少不会显著变化。在另一实例中，如果LED 30在周围温度增加时发出较多的光，那么层24和热敏材料可经配置以使得层24的光透射率随着温度而减小，从而使光耦合器封装10产生经隔离的输出信号，所述信号的振幅在周围温度的给定范围内不会因为由温度引起的效应而变化，或振幅至少不会显著变化。根据一些实施例，层24可如所揭示般配置。现在参考图2，且对照图1，在光耦合器封装10中包含了额外的第三光电检测器37，所述第三光电检测器像光电检测器36 —样经配置以在其输出端子(端子21和23或者引脚7和8)上提供经隔离的输出信号。图3展示对应于图1中所示的电路的实施例的8引脚DIP封装配置。图4展示根据本文所揭示的光耦合器封装10的一个实施例的环路供电的4_20mA电流的环路。图5展示根据本文所揭示的光耦合器封装10的一个实施例的高速低成本模拟隔离器。图6和7展示根据光耦合器封装10的一个实施例的横截面图，所述光耦合器封装包括第一输入引线框38、第二输出引线框42、安装在第一引线框38上的LED 30、安装在第一引线框38上的第一光电检测器34、安装在第二引线框42上的第二光电检测器36，以及安置于第一和第二引线框38和42的内部部分之间的层24，其中层24包括光透射率根据周围温度的改变而变化的热敏材料，且其中层24包括上表面26和下表面28。发光二极管(LED) 30可操作地连接到安置于第一引线框38上的第一和第二输入信号端子(未展示于图6中)，且经配置以发出与在第一和第二输入信号端子上接收到的输入信号的至少一个预定特性成比例的红外或近红外光。第一光电检测器34安装在可操作地连接到第一和第二输出端子(未展示于图6中)的第一引线框38上，且经配置以在其上提供LED反馈控制信号。第二光电检测器36安装在第二引线框42上且可操作地连接到第三和第四输出端子(未展示于图6中)且经配置以在其上提供经隔离的输出信号。继续参考图6，LED 30和第一光电检测器34均位于层24的上表面26上方。第二光电检测器36位于层24的下表面28之下。如上文所述，层24包括热敏材料，所述材料经配置以使得由LED 30发出的、入射于层24以及安置于其上或其中(或否则形成其一部分或组件)的热敏材料上的，且透射过所述材料和层24的光的量根据周围温度的改变而改变，且透射过层24的光中的至少部分入射于第二光电检测器36上以由此提供经隔离的输出信号。就是说，层24的光透射率，且更明确地说并入到层24中或上的热敏材料的光透射率相对于由LED 30发出且入射于层24的热敏材料上的光的波长和频率来根据周围温度的改变而改变。此情况通过比较图6和7而展示出。在图6中，已由LED30发出的入射于上表面26上的光大部分或大体上全部透射过层24中所包含的热敏材料以入射到光电检测器36上。在图7中，且由于周围温度的改变，已由LED 30发出的入射于上表面26上的光中减少的量透射过层24中所包含的热敏材料以入射到光电检测器36上。请注意，光耦合器封装10中的层24的各种实施例可进一步包括电介质半反射材料，所述材料经配置以将由LED 30产生且入射于层24的上表面26上的第一部分光反射向第一光电检测器34，从而由此提供LED反馈控制信号，如上文引用且并入的'227专利申请案中所揭示以及教示的。层24中的此种电介质半反射材料可经进一步配置以使由LED 30产生的第二部分光透射过层24的上表面26和下表面28，以便被第二光电检测器36检测到以由此提供经隔离的输出信号。在光耦合器封装10的各种实施例中，第一、第二或第三光电检测器可以是光电二极管、双极检测器晶体管，或达林顿检测器晶体管。LED 30可以是AlGaAs LED、ACEAlGaAsLED、DPUP AlGaAs LED，或 GaAsP LED。如图6和7中所示，光耦合器封装10还可包括模塑料46，所述模塑料至少部分地围起或包住多个端子12、14、16、18、20、22、21或23以及电介质光学半反射且透射的材料的层24的部分。举例来说，模塑料46可包括塑料或任何其它合适的材料。在一个实施例中，光耦合器封装10是8引脚DIP封装，但当然也可涵盖其它封装配置。如上文所述，由第一光电检测器34提供的LED反馈控制信号可用来调节并控制LED 30的输出。用来调制由LED 30发出的光的输入信号的至少一个预定特性可包含输入信号振幅、相位和频率中的一者或一者以上。现在参考图1到7，根据一些实施例，还提供了操作光耦合器封装10的对应方法，所述方法可包含:在LED 30的第一和第二输入信号端子12和14上提供输入信号；基于所述输入信号用LED 30产生并发出红外光信号；使由LED 30产生的一定量的光透射过包括热敏材料的层24的上表面26以及相对的下表面28，以去往第二光电检测器36从而由此产生并提供经隔离的输出信号；以及根据周围温度的改变来改变此光的量，其中第二光电检测器36位于下表面28之下。此些方法可进一步包含以下步骤中的一者或一者以上:使用由光耦合器封装10产生的经温度调制的反馈控制输出信号来调节并控制LED 30的输出；使透射过层24的光的量随着周围温度增加而增加；使透射过层24的光的量随着周围温度增加而减小；提供用于热敏材料的至少部分聚合的材料；提供作为热敏材料的膜；以及提供作为热敏材料的热致变色材料。根据上述教示，此项技术中已知的各种光耦合器和光耦合器封装可适合使用。此些光耦合器和光耦合器封装的实例包含(但不限于):(a) 2010年I月29提出的AvagoTechnologies “6N135/6、HCNW135/6、HCPL-2502/0500/0501 单通道、高速光耦合器(6N135/6,HCNW135/6,HCPL-2502/0500/0501Single Channel,High SpeedOptocouplers)，，；(b) 2008 年 I 月 4 日提出的 Avago Technologies ‘HCPL-7710/071040ns 传播延迟 CMOS 光耦合器(HCPL-7710/071040ns Propagation Delay CMOSOptocoupler)，，;以及(c) 2010 年 3月 29 日提出的 Avago Technologies ‘6N137、HCNW2601、HCNW2611、HCPL-0600、HCPL-0601、HCPL-0611、HCPL-0630、HCPL-0631、HCPL-0661、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630、HCPL-2631、HCPL-4661 高 CMR、高速 TTL 兼容光耦合器(6N137，HCNW2601, HCNW2611,HCPL-0600, HCPL-0601, HCPL-0611， HCPL-0630, HCPL-0631， HCPL-0661， HCPL-2601，HCPL-2611, HCPL-2630, HCPL-2631， HCPL-466IHigh CMR, High Speed TTL CompatibleOptocouplers) ” ；上述各者的相应数据表与其在同一天在所附信息公开声明中提出并且上述各者各自以其相应全文特此以引用方式并入本文中。上述实施例应被视为本发明的实例，而非限制本发明的范围，除了本发明的前述实施例之外，审阅实施方式和附图也将展示出本发明存在着其它实施例。因此，本文中未明确陈述的本发明的前述实施例的许多组合、置换、变化和修改仍属于本发明的范围内。
权利要求
1.一种热敏光耦合器封装，其包括: 包括热敏材料的层，所述层具有上表面和下表面； 至少一个发光二极管LED，其经配置以发出与输入信号的至少一个预定特性成比例的红外或近红外光，以及 至少一个光电检测器，其经配置以由此提供经隔离的输出信号； 其中所述LED位于所述层的所述上表面上方，所述光电检测器位于所述层的所述下表面之下，所述热敏材料经配置以使得由所述LED发出的、入射于所述材料上的，且透射过所述材料和所述层的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变，且透射过所述层的所述光的至少部分入射于所述光电检测器上以由此提供所述经隔离的输出信号。
2.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中透射过所述层的光的所述量随着所述周围温度增加而增加。
3.根据权利要求2所述的热敏光耦合器封装，其中由所述光耦合器封装产生的经温度调制的反馈控制输出信号用来调节并控制所述LED的输出。
4.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中透射过所述层的光的所述量随着所述周围温度增加而减小。
5.根据权利要求4所述的热敏光耦合器封装，其中由所述光耦合器封装产生的经温度调制的反馈控制输出信号用来调节并控制所述LED的所述输出。
6.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述热敏材料是至少部分聚合的。
7.根据权利要求6所述的热敏光耦合器封装，其中所述热敏材料进一步包括至少一个膜。
8.根据权利要求7所述的热敏光耦合器封装，其中所述至少部分聚合的膜是多层光学膜。
9.根据权利要求8所述的热敏光耦合器封装，其中所述多层光学膜是选择性波长镜多层光学膜。
10.根据权利要求9所述的热敏光耦合器封装，其中所述膜包括在约100个与约1，000个之间的层。
11.根据权利要求10所述的热敏光耦合器封装，其中所述层中的每一者的厚度在约10纳米与约200纳米之间。
12.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述热敏材料是至少部分热致变色的。
13.根据权利要求12所述的热敏光耦合器封装，其中所述材料进一步包括二氧化钒。
14.根据权利要求12所述的热敏光耦合器封装，其中所述材料进一步包括钛。
15.根据权利要求12所述的热敏光耦合器封装，其中所述热致变色材料含于安置于所述层上的涂层中。
16.根据权利要求15所述的热敏光耦合器封装，其中所述层进一步包括上面涂布了所述热致变色材料的电介质材料。
17.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述热敏材料是至少部分电致变色的。
18.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述至少一个预定特性包含输入信号振幅、相位和频率中的至少一者。
19.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述光电检测器是光电二极管、双极检测器晶体管以及达林顿检测器晶体管中的一者。
20.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述LED是AlGaAsLED,ACEAlGaAsLED、DPUP AlGaAs LED 以及 GaAsP LED 中的一者。
21.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述光耦合器进一步包括至少部分围起或包住所述LED、所述光电检测器和所述层的模塑料。
22.根据权利要求1所述的热敏光耦合器封装，其中所述光耦合器是8引脚DIP封装。
23.一种操作热敏光耦合器封装的方法，其包括: 在所述光耦合器封装中所包含的LED的第一和第二输入信号端子上提供输入信号； 基于所述输入信号从所述LED产生并发出红外或近红外光；以及 使由所述LED发出且入射于包括热敏材料的层的上表面上的光的一部分透射过所述层以及其下表面以去向光检测器； 其中所述LED位于所述层的所述上表面上方，所述光电检测器位于所述层的所述下表面之下，所述热敏材料经配置以使得由所述LED发出的、入射于所述材料上的，且透射过所述材料和所述层的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变，且透射过所述层的所述光的至少部分入射于所述光电检测器上以由此提供经隔离的输出信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括使用由所述光耦合器封装产生的经温度调制的反馈控制输出信号来调节并控制所述LED的输出。
25.根据权利要求23所述的方法，其中透射过所述层的光的所述量随着所述周围温度增加而增加。
26.根据权利要求23所述的方法，其中透射过所述层的光的所述量随着所述周围温度增加而减小。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述热敏材料是至少部分聚合的。
28.根据权利要求23所述的方法，其中所述热敏材料进一步包括至少一个膜。
29.根据权利要求23所述的方法，其中所述热敏材料进一步包括热致变色材料。
全文摘要
提供用于热敏光耦合器封装的方法和装置的各种实施例。所述光耦合器封装中的一层具有上表面和下表面，且包括热敏材料。在所述封装中，LED发出红外或近红外光，且光电检测器接收此发出的光中的至少一部分并作为响应由此提供经隔离的输出信号。所述LED位于所述上表面上方，且所述光电检测器位于所述下表面之下。所述热敏材料经配置以使得由所述LED发出的、入射于所述材料和所述层上的，且透射过所述材料和所述层的光的量根据周围温度或局部热条件的改变而改变。
文档编号G02B6/42GK103217754SQ20131002041
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者王志孟, 梁易隆, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:安华高科技通用Ip(新加坡)公司