一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路的制作方法
【專利摘要】一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其中電容器包括第一個和第二個電極，形成于用在傳統(tǒng)集成電路封裝上的部分引線框架結(jié)構(gòu)。這些電極是用絕緣模型材料封裝的，在電極之間提供絕緣結(jié)點。也提供了一個低功率電容耦合的數(shù)字隔離器電路。這個電路采用了一對本發(fā)明的引線框架電容器，并包括差分驅(qū)動器和接收電路。該接收器包括一個可以濾除噪音和障礙的可選濾波器。
【專利說明】一種弓I線框架電容器和電容耦合隔離器電路
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及電容和電容耦合的隔離器電路，在集成電路封裝中用來提供地面參考電位隔離。
【背景技術】:
[0002]隔離器通常用來將信號耦合在具有不同地面參考電位的電路之間。在某些情況下，各自的地面在高達幾千伏的電位下可以有不同。一般來說，有三個在具有不同地面參考電位的電路之間提供隔離的方法:光電子耦合隔離、變壓器耦合隔離、電容耦合隔離。光電子耦合和變壓器耦合隔離的技術缺陷在于耦合的裝置都相對龐大并且不能很好的在集成電路中使用。電容另一方面可以做的更小也可以集成在一個半導體模具上。
[0003]然而，過去嘗試在單個半導體模具上提供一個電容耦合的隔離電路遇到了難題，如可靠性的約束，來自靜電放電的損害和過電壓崩潰。特別是，它已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)很難提供以二氧化硅為基底的電容器能夠承受高壓差值，這個問題經(jīng)常在隔離電路中遇到。
[0004]另一個解決方案在先前被描述，在一個配置在被塑料密封的集成電路封裝的陶瓷基片上形成隔離電容器，該電容器在兩個半導體模具之間包含隔離電路的輸入和輸出級。然而，這樣一個混合結(jié)構(gòu)要求隔離電容器除了塑料包在單獨的襯底上被提前制造。
[0005]鑒于上述，應該提供一個可以承受高壓差值的電容，這樣可以實現(xiàn)在沒有額外的襯底的情況下在集成電路封裝中作為一個隔離電容。
[0006]還需要提供一個可以在單個集成的封裝里得到制造的隔離電容。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]本發(fā)明的目的是提供一個可以承受高壓差值的電容，這樣可以實現(xiàn)在沒有額外的襯底的情況下在集成電路封裝中作為一個隔離電容。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是提供一個可以在單個集成的封裝里得到制造的隔離電容。
[0009]本發(fā)明的技術解決方案:
[0010]依照本發(fā)明的這些目的和其他目的，應該提供一個電容，該電容包括形成于適應用在傳統(tǒng)集成電路中的引線框架結(jié)構(gòu)的一部分的電極，它采用傳統(tǒng)集成電路封裝材料作為電容的結(jié)點材料。
[0011]還提供了一個隔離電路，其中一對上述引線框架的電容器都是用來在兩個有各自參考地的電路之間提供隔離。該隔離電路在單個集成電路封裝中被提供，利用傳統(tǒng)集成電路的組裝和包裝技術可以被制造。
[0012]該隔離電路包括一個低功率數(shù)字隔離電路，擁有一個在傳統(tǒng)集成電路設計中耦合在差分接收器是發(fā)射機。該數(shù)字隔離器電路中的可選噪聲濾波器可以用來防止在輸出端出現(xiàn)故障。另外，外部振蕩器可以用于將數(shù)據(jù)輸出和外部時鐘設置成同步。
[0013]對比專利文獻:CN202087927U片式鉭電容組裝機201120157070.X【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]本發(fā)明的上述目的和其他目的將在下面的描述和圖中表現(xiàn)得更加明顯，在這些圖中:
[0015]圖1是一個提供簡化的表明電容是結(jié)合本發(fā)明的準則制作的示意圖；
[0016]圖2A是一張不完整的透視圖，該圖展現(xiàn)了用于結(jié)合本發(fā)明的準則形成的引線框架電容器；
[0017]圖2B是圖2A引線框架的剖視圖；
[0018]圖3是圖2A-B附上半導體和電線的透視圖；
[0019]圖4A是圖3在進行絕緣材料封裝的引線框架的不完整透視圖；
[0020]圖4B是圖4A的剖視圖；
[0021]圖5是隔離電路依照本發(fā)明的準則結(jié)合一對引線框架電容的原理框圖；
[0022]圖6是根據(jù)本發(fā)明的準則建造的低功率數(shù)字隔離器電路的詳細方塊圖；
[0023]圖7展現(xiàn)了上述圖6數(shù)字隔離電路的各種信號波形；
[0024]圖8是圖6低功率數(shù)字隔離電路的引線框架的平面圖。
【具體實施方式】:
[0025]圖1是一個提供簡化的表明電容是結(jié)合本發(fā)明的準則制作的示意圖。電容10包括被嵌入的但又被絕緣介質(zhì)16分開的電極12和14。電極12和14都是形成于用在傳統(tǒng)集成電路配置中的引線框架結(jié)構(gòu)的一部分。介電材料16是由用于在傳統(tǒng)集成電路塑料封裝中進行封裝的模型材料制作的。在一個典型的隔離器電路應用中，電極12和14將通過傳統(tǒng)的引線結(jié)合法被電氣連接到工作在不同地面參考電位的差分集成電路上。
[0026]圖2-4從各個方面說明體現(xiàn)了電容器10。圖2A是一張不完整的透視圖，該圖展現(xiàn)了依照本發(fā)明原則由引線框架結(jié)構(gòu)30提供一個電容。如圖2A所示，引線框架結(jié)構(gòu)30包括電容電極12和14以及芯片焊接板32和42。電極14包括電極條14A和14B，這兩個電極條平行放置在單獨的電極條12的兩側(cè)。連接電極12、14和焊盤時，30A起到臨時支撐作用。引線框架結(jié)構(gòu)30、電極12和14以及焊盤32和34還可以用傳統(tǒng)的制造工藝制作(如沖壓或腐蝕)。
[0027]一旦封裝在塑料封裝材料中，電極12和14將形成一個共面和交叉電容，其中邊緣電場在電極條12和14A及14B之間提供電容。決定電容器10的電容的一個因素是兩個極板之間的距離。這個距離如圖2B所示，圖2B顯示了引線框架結(jié)構(gòu)的剖視圖，電極條14A和14B是由電極12通過距離“ES”分開的。這個距離“ES”和其他物理量與電容10的大小形狀有關，當改變30來得到不同的電容值并滿足特定的尺寸限制傳統(tǒng)集成電路封裝時這些變量很容易得到控制。
[0028]圖3是圖2A-B附上半導體和電線的透視圖。如圖3所示，半導體芯片34和44分別連到焊盤32和42上。按照傳統(tǒng)的集成電路封裝技術，一個環(huán)氧可以用來在芯片和焊盤之間提供導電附件。半導體芯片34和44包括各自的焊盤36和46。用焊線38分別將半導體芯片34、44和電極12、14焊接起來。因此，在封裝和消除支撐30A后，半導體芯片34和44將通過電極12、14電容耦合在一起。在下面將會討論，如圖3所示電極邊緣長度是“FL”(見標在虛線上的“FL”)，這樣有助于確定引線框架電容器的電容值。[0029]圖4A是圖3在進行絕緣材料40封裝的引線框架的不完整透視圖(通過噴射造型法)。圖4B是圖3引線框架的剖視圖。按照本發(fā)明，如圖4A和4B，電極12和14完全由絕緣材料40封裝。
[0030]如圖4A在封裝之后，弓I線框架支撐30A被虛線30B隔除。
[0031]因此，圖2-4說明了本發(fā)明引線框架電容器的結(jié)構(gòu)，其中電極是共面交叉的。在這個結(jié)構(gòu)中，由電極形成的電容器通常被稱為“邊緣電容器”，由邊緣電場提供電容。很顯然，電容10的電容值由兩極板之間的距離“ES”、極板長度“FL”和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。
[0032]極板的長度“FL”和極板間的距離“ES” 一樣很容易控制來獲取不同的電容值。眾所周知，比如增加“FL”和介電常數(shù)都可以增加電容值，而增加極板間的距離會使電容值減小。
[0033]在圖2-4中所說使用電極形狀，在一個傳統(tǒng)18條引線塑料的雙列直插式包(一個包約23_長6_寬)中可以很容易做到引線框架電容值的范圍至少從大約0.1法拉到0.2法拉。當然，電容極板的形狀而不是如圖2-4所示的那些按照本發(fā)明可以形成。
[0034]本發(fā)明引線框架電容的擊穿電壓是由極板之間的距離“ES”和介電常數(shù)決定的。比如增加極板之間的距離，擊穿電壓會增加(盡管電容值會減少)。此外，隨著擊穿強度的增加，擊穿電壓也會隨之增加。
[0035]用傳統(tǒng)的材料，本發(fā)明可以用來實現(xiàn)隔離電壓超過1000伏。例如，一個用于封裝的傳統(tǒng)塑料材料是酚醛環(huán)氧樹脂。酚醛清漆是一種熱塑性水溶性酚醛樹脂。對于極板間距大約是0.5mm的電容(用上述材料制作的)，擊穿電壓超過100伏。
[0036]引線框架結(jié)構(gòu)30是由傳統(tǒng)引線框架材料制成的。如，一種鐵鎳合金大約
0.245mm厚已經(jīng)成功得到使用，盡管其他材料可以使用。同樣，盡管本發(fā)明的電極材料可以是一種用在集成電路封裝上的傳統(tǒng)造型材料(酚醛環(huán)氧樹脂充當介質(zhì)的介電常數(shù)大約是
4)，其他材料也可以用。最好是這樣的材料才有高的擊穿電壓、高介電常數(shù)和低損耗。
[0037]圖2-4說明為了制造本發(fā)明的引線框架電容器，可以按照下面的步驟。電容極板是第一個用弓I線框架材料制成的。接下來用弓I線接連法制作在極板和集成電路之間的電器連接。最后，極板之間用絕緣介質(zhì)封裝。
[0038]本發(fā)明引線框架電容的一個特性是上述每一個步驟是在傳統(tǒng)集成電路制造期間執(zhí)行的。因此，本發(fā)明引線框架電容在沒有附加的配置和封裝可以用小額成本制成一個集成電路。
[0039]圖5是隔離電路依照本發(fā)明的準則結(jié)合一對引線框架電容的原理框圖。隔離電路50包括電路62 (有62A、62B和63C三個端口)，電路64 (有64A、64B和64C三個端口)。電路50也包括被絕緣材料封裝的引線框架電容器52和54。端口 62A和64A通過電容52耦合在一起，而端口 62B和64B是提供電容54耦合在一起的。端口 62C和64C分別連在參考電位為GNDl和GND2的地面上。
[0040]電路62和64有各種類型。如，電路62可以使一個驅(qū)動電路用來產(chǎn)生電信號。電路64可以是接收電路，用來接收這樣的信號。本發(fā)明這個部分的特性是驅(qū)動器62的GNDl可以和接收電路64的GND2不同。因此，這樣的電路可以在各自的電路中提供隔離。
[0041]第二個例子，電路62和64每一個可以是收發(fā)器電路，可以傳輸來自電容52和54的電信號也可以接收這樣的信號。依照這樣的結(jié)構(gòu)，收發(fā)器62的GNDl可以和收發(fā)器64的GND2不同。
[0042]如圖5所示的電路62和64也包括端口 63和65，用來分別耦合該電路到另一個電路上(沒有顯示)。依照本發(fā)明，無論電路62是一個發(fā)射器、收發(fā)器或其他電路類型，端口 63可以接收輸入信號(比如由RS232總線或光控開關提供)隨后由電路62編碼來提供一個串行比特流穿過電容52和54耦合到電路64上。電路64解碼的串行比特流穿過電容52和54在端口 65提供一個輸出信號。另一種,端口 63可以由多個端子取代來接收并行輸入信號。這些并行信號端子可以用來提供工作功率給電路62。同樣，端口 65也可以由多個端子替代來提供并行輸出信號。
[0043]圖6是根據(jù)本發(fā)明的準則建造的低功率數(shù)字隔離器電路100的詳細方塊圖。圖7展示了圖6數(shù)字隔離電路的各種信號波形。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，隔離電路100可以在單個集成包中利用制造工藝制造。
[0045]隔離電路100包括可以在不需要額外的輸入電源的情況下從單個TTL數(shù)字輸入端得到功率的發(fā)射器110。110的參考地是GND1。隔離電路還包括接收器120，可以提供相應的TTL數(shù)字輸出信號來追蹤數(shù)字輸入信號，但120的參考地是GND2。分離是由一對引線框架電容(105和115)提供的，這兩個電容和發(fā)射器110及接收器120共享一個引線框架結(jié)構(gòu)。隔離超過1000伏可以得到高比特流和低功耗。隔離電路100的工作方式如下。
[0046]發(fā)射器110包括門限振蕩器112和驅(qū)動器114、116。供應電流是通過數(shù)字輸入118提供給門限振蕩器112和驅(qū)動器114、116的。當數(shù)字輸入(DIN) 118超過預定的電壓(3伏)，門限振蕩器112打開并提供一個固定頻率的方波(4HZ)通過驅(qū)動輸入114A和116A分別給驅(qū)動器114和116。驅(qū)動器114和116的輸出114B和116B在同樣的門限振蕩器112的固定頻率下是反相的。(如圖7所示的波形118U14B和116B，分別展現(xiàn)了圖6中端口 118、114B和116的輸出波形。)
[0047]如果需要的話，門限振蕩器112可以包括施密特觸發(fā)器(沒有顯示)來防止振蕩器驅(qū)動電容105和115，直到DIN上升到足夠高的水平來提供一個沒有干擾的方波給驅(qū)動114和 116。
[0048]驅(qū)動器114和116通過引線框架電容105和115耦合來自門限振蕩器112的固定頻率方波信號，并在比較器130的輸入端131和132形成差分信號。(如圖7所示的波形131和132，分別展現(xiàn)了圖6中比較器輸入131和132的輸出波形)比較器130是遲滯比較器，來防止改變輸入輸出狀態(tài)直到131和132電壓上有差分。
[0049]比較器輸出端133是高電平，只要驅(qū)動器114的輸出114B是高電平且DIN是高電平。當DIN是高電平時，比較器輸出133跟隨驅(qū)動器114的輸出端114B的電壓(在圖7中比較144B和133的波形)。
[0050]133用來驅(qū)動單穩(wěn)態(tài)電路134的輸入端134A。為了回應比較器輸出133改變的狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)輸出134B通過TTL緩沖器135變?yōu)楦唠娖健?如圖7所示的波形133和135A，分別展現(xiàn)了圖6中端口 133和135A的輸出波形。)單穩(wěn)態(tài)電路134的時間常數(shù)被設置成多個振蕩器振蕩周期。所以，輸出信號135A將保持高電平和振蕩周期一樣長。當數(shù)字輸入DIN變?yōu)榈碗娖?，發(fā)射器110的門限振蕩器112會關閉并且單穩(wěn)態(tài)輸出信號135A會被重置為低電平。
[0051]因此，單穩(wěn)態(tài)輸出信號135A大體上和DIN的電位是一樣的，不管GNDl是否和GND2是一樣的。引線框架電容105和115在電路100里提供了一個隔離屏障。
[0052]為了在電路100中避免噪音和小故障，接收器添加了一個可選濾波器136。濾波器136是一個二進制計數(shù)器，可以由內(nèi)部振蕩器140和外部振蕩器通過外部振蕩器輸入148耦合到隔離電路100上。時鐘探測器電路145把內(nèi)部振蕩器140從濾波器136上去耦并耦合到外部振蕩器上(分別通過開關146和147)，比如，在外部振蕩器輸入148上連續(xù)三個脈沖。
[0053]內(nèi)部振蕩器140的頻率最好和發(fā)射器110的門限振蕩器的頻率相匹配(盡管不是同步的)。對于數(shù)字輸出D0UT138A (通過TTL緩沖器138)變?yōu)楦唠娖剑瑸V波器136在單穩(wěn)態(tài)電路輸出端134B保持高電平的時候必須計到預定的數(shù)量。同樣，對于數(shù)字輸出D0UT138A(通過TTL緩沖器138)變?yōu)榈碗娖?，濾波器136在單穩(wěn)態(tài)電路輸出端134B保持低電平的時候必須計到預定的數(shù)量。DOUT138A的波形如圖7所示，在4個時鐘周期后138A如何從高變?yōu)榈碗娖?在波形138A中的陰影區(qū)域是由于振蕩器112沒有和濾波器136的震蕩輸入136A保持同步)。
[0054]如果需要的話，一個外部振蕩器耦合到外部震蕩輸入148可以用于和外部時鐘同步輸出。
[0055]因此，濾波器136使得隔離電路的噪音和故障變少。作為可以減少噪音和故障的例子，假設數(shù)字輸入DIN時低電平，門限振蕩器112是關閉的，在地GND1110A上和關于接收器120地GND2的DIN上會有一個快速增長的常規(guī)模式信號。任何在引線框架電容105和115里不匹配的將在比較器130的輸入端131和132上把一般的信號轉(zhuǎn)換成差分故障。
[0056]比較器130的輸出端133將相應的觸發(fā)并且單穩(wěn)態(tài)電路134的輸出端134B會變?yōu)楦唠娖健Ｈ欢?，濾波器136將只會在單穩(wěn)態(tài)電路134重置之前計第一個時鐘周期里的數(shù)(因為在GNDl和DIN上快速增長的信號被假設成在比較器130上產(chǎn)生一個相應的差分故障)，所以數(shù)據(jù)輸出138A將會保持低電平。只要一般信號的周期比單穩(wěn)態(tài)的時間常數(shù)大，濾波器136就能正常工作。
[0057]如圖6所示的數(shù)字隔離電路的另外一個功能是用傳統(tǒng)的制造工藝可以制造它。引線框架電容器提供電路隔離，在沒有過高的增加生產(chǎn)成本的情況下可以并入集成電路。圖8是圖6低功率數(shù)字隔離電路的引線框架的平面圖。
[0058]引線框架150的大小和傳統(tǒng)18根引線DIP封裝(大約23mm長6mm寬)的大小是對應的，除了它只有10根(沒邊5根)引線外，來給引線框架電容提供空間。
[0059]如圖8所示，發(fā)射器110是在報道帖芯片上制作的。同樣，接收器120是在報道帖芯片152上制作的。引線框架150還包括相互交錯的手指156AU56B和157，用來形成引線框架電容105，相互交錯的手指166A、166B和167是用來形成電容115的。引線框架150還包括在整個隔離電路用絕緣材料密封之后可以移除的區(qū)域165以便170彼此電隔離。150還包括鎖孔160以便允許絕緣材料在用戶處理期間能牢牢握住170。
[0060]最好是，引線框架手指156A、156B、157、166A、166B和167每個之間的距離“EW”大約是0.5mm。對于圖8中所示的引線框架結(jié)構(gòu)，電容105和115的電容值大約都是Ipf，該電容使用介電常數(shù)大約為4的材料充當介質(zhì)。
[0061]因此，該電路最好用低成本的電容器結(jié)合傳統(tǒng)集成電路封裝。使用傳統(tǒng)絕緣材料，電路從輸入到輸出給TTL數(shù)字信號產(chǎn)生高達100伏的隔離電壓。輸入電路低至60到600微安，可以分別用來處理高達20到200kps的信號。
[0062]盡管本發(fā)明已通過具體的例子體現(xiàn)，但是上述例子只是為了說明本發(fā)明而不應限制本發(fā)明。應當指出，只要沒有脫離本發(fā)明的實質(zhì)并且符合權利要求中的定義，在上述例子上做適當修改仍屬本發(fā)明的范疇。
【權利要求】
1.一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是:一個隔離器包括:連接在第一個地的第一個電路；連接在第二個地的第二個電路；一個或多個電容器耦合在第一個電路和第二個電路之間來提供帶耦合的隔離器于其間，這些電容器擁有的電極形成于引線框架結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是:其中一個或多個引線框架電容器包括:被一個區(qū)域分開的第一個和第二個電容器，上述第一個和第二個包括引線框架材料的一部分；上述區(qū)域是絕緣材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是--第一個和第二個電極基本上是共面的；第一個和第二個電極是交叉的；第一個電極包括第一個和第二個手指，上述第二個電極包括的第三個手指在第一個和第二個手指之間；一個和第二個電極形成于引線框架材料的一個單層。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是:在集成電路封裝中的第一個和第二個電路安置在引線框架上。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是:驅(qū)動電路時差分電路包括一個可以產(chǎn)生信號的振蕩器，其中接收電路也是差分電路；接收器包括一個比較器，用來驅(qū)動單穩(wěn)態(tài)電路從而產(chǎn)生一個連續(xù)信號；其中驅(qū)動電路包括多個輸入端來接收平行輸入信號，該輸入端常用來給驅(qū)動電路提供工作功率；其中接收電路包括多個輸出端來提供平行輸出信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種引線框架電容器和電容耦合隔離器電路，其特征是:第一個和第二個電路都包括收發(fā)器電路。
【文檔編號】H01L23/64GK103617992SQ201310615922
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司