一种陶瓷光电耦合器及其制造方法
阅读说明：本技术 一种陶瓷光电耦合器及其制造方法 (Ceramic photoelectric coupler and manufacturing method thereof ) 是由 朱雨生 雷子薇 李林森 王斌 于 2019-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种陶瓷光电耦合器及其制造方法，包括多层陶瓷基板及与设于陶瓷基板上且与所述陶瓷基板的上表面形成密封腔体的金属盖帽，所述陶瓷基板的上下表面分别设有多块金属化区，所述多层陶瓷基板上表面不同金属化区与其对应的下表面不同金属化区电性连通，所述多层陶瓷基板上表面的金属化区设有与其电性连通的发光二极管及光敏三极管。本发明通过多层陶瓷基板的内部布线和精密的电路布局，直接将多层陶瓷基板作为封装底座，通过封装腔体的结构设计和盖帽内设置反光镀层的方式实现内部光路传输，避免了导光胶开裂分层影响光路传输的现象，改善了反射式光电耦合器的传输效率和稳定性，降低了工艺组装难度。(The invention relates to a ceramic photoelectric coupler and a manufacturing method thereof, and the ceramic photoelectric coupler comprises a multilayer ceramic substrate and a metal cover cap which is arranged on the ceramic substrate and forms a sealed cavity with the upper surface of the ceramic substrate, wherein the upper surface and the lower surface of the ceramic substrate are respectively provided with a plurality of metalized areas, different metalized areas on the upper surface of the multilayer ceramic substrate are electrically communicated with corresponding different metalized areas on the lower surface of the multilayer ceramic substrate, and the metalized areas on the upper surface of the multilayer ceramic substrate are provided with a light emitting diode and a phototriode which are electrically communicated with the metalized areas. According to the invention, the multilayer ceramic substrate is directly used as a packaging base through internal wiring and precise circuit layout of the multilayer ceramic substrate, internal optical path transmission is realized through the structural design of a packaging cavity and the mode of arranging the reflective coating in the cap, the phenomenon that the optical path transmission is influenced by cracking and layering of the light guide adhesive is avoided, the transmission efficiency and stability of the reflective photoelectric coupler are improved, and the process assembly difficulty is reduced.)
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种陶瓷光电耦合器及其制造方法。
背景技术
光电耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大，其原理为：输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，从而完成电—光—电的转换，起到输入、输出、隔离的作用。由于光电耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
现有的光电耦合器多为塑封器件，但是对于高质量等级的军用级光电耦合器需要在-55℃～125℃的全军规温度范围下工作，并且环氧塑封材料不能有效控制内部水汽含量，长期可靠性达不到保障。除此之外，随着武器装备向小型化发展，对光电耦合器小型化的需求也越来越迫切。现有技术中的光电耦合器件的结构复杂，生产工艺复杂，且封装过程较为繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷光电耦合器及其制造方法，通过多层布线和高精度组装，大幅度缩小器件体积，减轻重量，简化了组装过程。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种陶瓷光电耦合器，包括多层陶瓷基板及与设于陶瓷基板上且与所述陶瓷基板的上表面形成密封腔体的金属盖帽，所述陶瓷基板的上下表面分别设有多块金属化区，所述多层陶瓷基板上表面不同金属化区与其对应的下表面不同金属化区电性连通，所述多层陶瓷基板上表面的金属化区设有与其电性连通的发光二极管及光敏三极管。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述多层陶瓷基板的上表面设有与金属盖帽端口相适配的焊接金属化区。
所述金属盖帽端口与多层陶瓷基板采用再流焊方式密封连接。
所述金属盖帽腔体内部设置有用于反射发光器件发出光信号的反光镀层。
所述多层陶瓷基板上下表面电性连通由基板内部通孔实现。
所述发光二极管、光敏三极管的背部电极通过导电胶电性连通并固定于多层陶瓷基板上表面金属化区，正面电极通过金丝键合电性连通于多层陶瓷基板上表面金属化区。
包括以下步骤：
在金属盖帽腔体表面电镀反光镀层；
多层陶瓷基板及器件组装：采用LTCC或HTCC工艺制作多层陶瓷基板，并在多层陶瓷基板的上下表面电镀金属化区，然后将元器件粘接到基板对应的金属化区，并完成键合；
将金属盖帽通过再流焊方式焊接固定在多层陶瓷基板焊接金属化区，焊接过程在氮气保护氛围中进行；
组装完成后进行电性能测试。
包括以下步骤：步骤中，所述反光镀层的厚度为2μm。
步骤中，焊接过程中焊料熔点为280℃，工艺温度310～330℃。
由上述技术方案可知，本发明通过多层陶瓷基板的内部布线和精密的电路布局，直接将多层陶瓷基板作为封装底座，将传统的发光组件与感光组件上下对位放置的立体结构改为表贴于基板的平面放置结构，通过封装腔体的结构设计和盖帽内顶部设置反光镀层的方式实现内部光路传输，该种平面放置结构不需要在电路组件***包裹导光胶体，避免了导光胶开裂分层影响光路传输的现象，当导光胶存在腐蚀性离子时可能导致器件表面产生腐蚀的现象以及导光胶对键合金丝有应力拉扯的问题等。本发明的陶瓷光电耦合器体积缩小为现有同类型光电耦合器件的四分之一，密封性≤1×10-3pa·cm3/s，安全可靠，耐温度循环，耐机械冲击，在器件尺寸大大减小的同时，绝缘电阻可达到1010Ω，隔离电压可达1000V，CTR能够在一定范围内做线性调整，可达200%。改善了反射式光电耦合器的传输效率和稳定性，降低了工艺组装难度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的多层陶瓷基板的上表面的俯视图；
图3是本发明的多层陶瓷基板的下表面的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，本实施例的陶瓷光电耦合器，包括多层陶瓷基板1及设于陶瓷基板1上且与该陶瓷基板1的上表面形成密封腔体的金属盖帽4，在陶瓷基板1的边缘设有用于焊接金属盖帽4的金属化区8，以及用于连接元器件的金属化区5，该金属化区8与金属盖帽4通过金锡焊接连接，实现一体化密封。在多层陶瓷基板1上安装有发光二极管3和光敏三极管2，该发光二极管3和光敏三极管2的不同电极分别与多层陶瓷基板1上表面特定金属化区5电性连通；多层陶瓷基板上表面金属化5与基板下表面做为器件焊盘的金属化区6通过基板内部通孔实现电气连接；引线互连采用φ25μm的金丝。
在金属盖帽4内顶部设有反光镀层7，该反光镀层7的厚度和材质可根据实际需求进行设定，本实施例的反光镀层7的为金层，厚度为2μm。
如图2所示，本实施例采用AlN-HTCC布线基板，上下表面所有金属化为电镀金。
本实施例的本实施例的超小型陶瓷光电耦合器的具体制造步骤如下：
步骤1：在金属盖帽腔体内设有镀金反光层，镀层厚度2μm；
步骤2：多层陶瓷基板及器件组装：多层陶瓷基板由AlN-HTCC工艺实现内部布线和通孔，电镀上下表面金属化区，上表面的框型金属化区为后期焊接盖帽提供金属化定位，多个块状金属化区为芯片粘接和键合区域，下表面四个块状金属化区作为器件焊盘，元器件通过导电胶粘接到基板，并完成键合。
步骤3：使用金锡焊片放置于上表面焊接金属化区8与金属盖帽4端口之间，通过金锡焊接完成封口，焊接过程在氮气保护氛围中进行，焊料熔点280℃，工艺温度310-330℃。
步骤4：完成电性能测试。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。