装配红外发光管的陶瓷盖板及光电耦合器和固态继电器的制作方法

1.本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种装配红外发光管的陶瓷盖板及光电耦合器和固态继电器。


背景技术：

2.典型红外光电耦合器、固态继电器是将红外发光二极管、红外接收管（光电耦合器）或者光电池（固态继电器）封装在同一管壳内，上下位置对应实现光与电之间耦合，达到前后级信号隔离的目的。红外发光二极管、红外接收管、盖板采用导电胶粘接，由于导电胶在长期使用、环境应力下，高低温冲击、温度循环、冷热浸，会出现蠕变的现象，从而导致产品出现接触电阻增大、参数漂移、或者开路的长期可靠性问题，这是导电胶在环境应力作用下会出现蠕变的现象所致，属于导电胶固有的缺陷。特别是对可靠性要求比较高的军品，采用传统组装方式无法满足要求。而且，现实中已经有多次惨痛的教训，有多次技术归零与采用导电胶粘接有关。


技术实现要素：

3.本发明的目的是要提供一种装配红外发光管的陶瓷盖板及光电耦合器和固态继电器。通过装配红外发光二极管的陶瓷盖板结构设计，以及采用冶金互连组装工艺，实现陶瓷盖板与管壳之间电器互连。由于采用冶金互连的工艺方式，避免导电胶由于环境变化时出现蠕变现象，造成接触电阻变化，参数漂移现象，甚至开路失效的故障。
4.为了达到上述目的，本发明提供技术方案如下。
5.一种装配红外发光二极管的陶瓷盖板，包括陶瓷盖板板体结构、金属化通孔或者侧面金属化互连、正面、背面金导带设计，所述陶瓷盖板背面两端为可键合的金导带区域，所述可键合区域上分别设置有金属化通孔或者侧面金属化互连，正面、背面金导带通过金属化通孔或者侧面金属化实现电连接，在所述陶瓷盖板正面有两个金导带，一个金导带用于粘接红外发光二极管，另一金导带通过键合丝与红外发光二极管表面键合点实现电器连接，所述陶瓷盖板背面上设置有两个金导带，可以进行键合或者焊接，通过键合丝，或者银铜线、银铜带、铜线、漆包线等导体实现陶瓷盖板背面金导带与管壳之间电连接。
6.一种光电耦合器，包括上述装配红外发光二极管的陶瓷盖板及电路陶瓷外壳，所述电路陶瓷外壳内槽为台阶式结构，上端内侧设置有金导带，所述陶瓷盖板装配在台阶上，通过键合丝与外壳内的金导带连接，陶瓷外壳底部设置有粘接受光管的金导带，所述受光管上电极与电路腔体金导带之间通过键合丝连接。
7.一种固态继电器，包括上述装配红外发光二极管的陶瓷盖板及电路陶瓷外壳，所述电路陶瓷外壳内槽为台阶式结构，上端内侧设置有金导带，所述陶瓷盖板装配在台阶上，通过键合丝与外壳内的金导带连接，陶瓷外壳底部设置有粘接光电池的金导带，所述光电池上电极与电路腔体金导带之间通过键合丝连接。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
9.本发明与正常集成电路封装制造工艺完全兼容，无需增加特殊流程或设备，通过装配发光二极管盖板设计、外壳结构设计，采用焊接和键合工艺，实现了冶金互连技术，避免了采用导电胶粘接造成的接触电阻增大、参数漂移、或者开路的长期可靠性问题，提高组装成品率、产品参数稳定性、产品长期可靠性、产品环境耐受能力，提高了产品固有可靠性，同时可以进行传输比调节，满足不同产品对传输比的要求。
附图说明
10.图1为装配红外发光二极管陶瓷盖板正面示意图；
11.图2为装配红外发光二极管陶瓷盖板侧面剖面图；
12.图3为装配红外发光二极管陶瓷盖板背面示意图；
13.图4为装配了受光管的电路陶瓷外壳面示意图；
14.图5为红外光电耦合器结构剖视图。
15.图中，1、金属化通孔；2、红外发光二极管；3、键合丝；4、装配红外发光二极管陶瓷盖板；5、背面金导带；6、正面金导带；7、受光管；8、管壳内装配陶瓷盖板的台阶；9、外壳金导带；10、陶瓷外壳；11、陶瓷外壳引腿；12、封装盖板；13封焊环。
具体实施方式
16.下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
17.参见图1-3，本发明提供了一种装配红外发光二极管的陶瓷盖板结构设计，包括陶瓷盖板板体结构、金属化通孔、正面、背面金导带设计，所述陶瓷盖板背面两端为可键合的金导带区域，所述可键合区域上对称设置有金属化通孔，正面、背面金导带通过金属化通孔实现电连接，在所述陶瓷盖板正面的有两个金导带，一个金导带用于粘接红外发光二极管，另一金导带通过键合丝与红外发光二极管表面键合点实现电器连接，所述陶瓷盖板背面上设置有两个金导带，金导带可以进行键合或者焊接，采用键合工艺通过键合丝实现陶瓷盖板背面金导带与管壳之间电连接，或者采用焊接工艺，通过银铜线、银铜带、铜线、漆包线等导体实现陶瓷盖板背面金导带与管壳之间电连接。
18.所述红外发光二极管采用焊接的工艺，将红外发光二极管焊接在陶瓷盖板的金导带上，焊料可以采用金硅焊料、金锡焊料、铅锡银焊料、铅铟银焊料等，红外发光二极管下电极，与陶瓷盖板的金导带之间属于冶金互连；红外发光二极管上电极，与陶瓷盖板的金导带之间采用键合丝互连，键合丝可以选用不同直径的金丝、硅铝丝、铜丝，也属于冶金互连。红外发光二极管不采用导电胶粘接在陶瓷盖板的金导带上，避免了由于采用导电胶粘接，在环境应力作用下，红外发光二极管背面电极与陶瓷盖板的金导带上之间接触电阻变化，造成红外光电耦合器、固态继电器类产品参数不稳定的现象。在外加电压不变的情况下，由于红外发光二极管背面电极与陶瓷盖板的金导带上之间接触电阻变化，就会造成红外发光二极管上电流变化，也就造成了红外光电耦合器、固态继电器类产品输出比变化。
19.上述陶瓷盖板外形为两个端头小、中间大，陶瓷盖板两个端头尺寸比电路外壳支撑连接部位台面小，是为了在红外光电耦合器、固态继电器类产品装配时，进行传输比调节；背面两个电极金导带与正面对应部位金导带通过金属化通孔、或者通过陶瓷盖板侧面
金属化进行互连，背面两个电极金导带，可以进行键合丝键合，也可以采用焊丝进行焊接。
20.参见图4-5，本发明还公开了一种红外光电耦合器，包括上述装配红外发光二极管的陶瓷盖板及电路陶瓷外壳，所述电路陶瓷外壳内槽为台阶式结构，上端内侧设置有金导带，所述陶瓷盖板设置在台阶上，通过键合丝与外壳内槽的金导带连接，底部设置有受光管粘接的金导带，所述受光管上电极与电路腔体金导带之间通过键合丝连接。
21.所述受光管采用焊接的工艺装配在陶瓷外壳腔体内衬底的金导带上，受光管下电极与外壳衬底上金导带属于冶金互连，避免采用导电胶，这样就避免了受光管下电极与外壳之间由于采用导电胶互连，在环境应力作用下，由于导电胶蠕动，造成接受光管下电极与外壳之间触电阻变化，导致受光管下电极串联电阻变化，进而出现红外光电耦合器、固态继电器类产品参数不稳定的现象。在外加电压不变的情况下，由于受光管下电极串联电阻变化，也就造成了红外光电耦合器、固态继电器类产品传输比变化。受光管可以采用金硅焊料、金锡焊料、铅锡银焊料、铅铟银焊料等焊接工艺方法。受光管上电极与外壳之间互连采用键合的方法，键合丝可以选用不同直径的金丝、硅铝丝、铜丝；也属于冶金互连。
22.在固态继电器中，即将上所述受光管替换为光电池，光电池上电极采用键合丝与陶瓷外壳实现电器互连。
23.陶瓷外壳设计有连接和支撑装配红外发光二极管陶瓷盖板的台阶，台阶表面有金属化的金导带，可以与陶瓷盖板通过导电胶或者焊料互连，台阶尺寸比陶瓷盖板端头尺寸大，以便于传输比调节；同时，陶瓷外壳还设计有与外壳引腿电气相连的可以进行键合或者焊接的金属化金导带区域。
24.将装配了红外发光二极管的陶瓷盖板倒扣在电路的陶瓷外壳的台面上，倒扣的陶瓷盖板两个端头金导带与陶瓷外壳台面金导带之间采用导电胶互连，进行传输比调节，在传输比调节调节完成后，进行固化加固。
25.再采用键合或者焊接的方法，实现陶瓷盖板上金属化区域与外壳之间的电器互连。键合的键合丝可以是不同直径的金丝、硅铝丝、铜丝。焊接焊料可以采用金硅焊料、金锡焊料、铅锡银焊料、铅铟银焊料等，焊接连线材料可以采用银铜线、银铜带、铜线、漆包线等导体。
26.最后电路采用平行缝焊或者金锡熔封的工艺进行密封封装。