光耦继电器的制作方法

1.本实用新型涉及继电器技术领域，特别涉及一种光耦继电器。


背景技术：

2.光耦继电器是广泛应用于工业设备，半导体测试设备中，相比较传统的弹簧继电器具有可靠性高，性能稳定，切换速度快等优点。
3.现有光耦继电器通常是基于传统的芯片堆叠方式生产，其中led发光器件被置于感光电路上方通过透光度极高的胶体联合在一起，这种方式下对于所使用的透光胶体材料需要有极高的要求，实际上降低了光通比率，在材料选型上有比较高的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光耦继电器，以解决现有光耦继电器材料选型要求较高、光通比率较低等问题中的至少一个问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种光耦继电器，包括：芯片基底、发光单元、感光单元、驱动单元和开关单元，所述发光单元设于所述感光单元侧，所述感光单元与所述驱动单元电连接，所述驱动单元与所述开关单元电连接，所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元均集成于所述芯片基底上。
6.可选的，在所述光耦继电器中，所述芯片基底包括：依次堆叠的底层膜层、多个中间膜层和顶层膜层，所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元均集成于所述顶层膜层上。
7.可选的，在所述光耦继电器中，所述发光单元包括：led发光二极管。
8.可选的，在所述光耦继电器中，所述感光单元包括：若干串联的光敏二极管。
9.可选的，在所述光耦继电器中，所述开关单元包括：第一nmos管和第二nmos管，所述第一nmos管的栅极和第二nmos管的栅极相连，所述第一nmos管的源极和第二nmos管的源极相连，所述第一nmos管的漏极接后级电路，所述第二nmos管的漏极接后级电路。
10.可选的，在所述光耦继电器中，所述驱动单元包括：依次电连接的偏置电压提供子单元、电流镜子单元、电压钳位子单元、滤波子单元和驱动缓冲子单元。
11.可选的，在所述光耦继电器中，所述驱动缓冲子单元包括：第三nmos管、第一反相器和第二反相器，所述第三nmos管的漏极连接所述第一nmos管的栅极，所述第三nmos管的源极连接所述第一nmos管的源极，所述第一反相器的输入端连接所述电流镜子单元，所述第一反相器和所述第二反相器串联，所述第二反相器的输出端连接所述第三nmos管的栅极。
12.可选的，在所述光耦继电器中，所述滤波子单元包括：第一电阻和第一电容器，所述第一电容器的一端分别连接所述第三nmos管的漏极和所述第一电阻的一端，所述第一电容器的另一端连接所述第三nmos管的源极，所述第一电阻的另一端连接所述电压钳位子单元。
13.可选的，在所述光耦继电器中，所述电压钳位子单元包括：第一pmos管、第一二极管、第二电容器和稳压二极管，所述第二电容器和所述稳压二极管并联，所述第一pmos管的源极连接所述第一电阻的另一端，所述第一pmos管的栅极连接所述偏置电压提供子单元和所述电流镜子单元，所述第一pmos管的漏极、所述第一二极管的正极、所述稳压二极管的负极均连接所述第二电容器的一端，所述第一二极管的负极连接所述偏置电压提供子单元，所述第二电容器的另一端、所述稳压二极管的正极均连接所述第一电容器的另一端。
14.可选的，在所述光耦继电器中，所述电流镜子单元包括：第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第四nmos管和第五nmos管，所述第二pmos管的源极连接所述第一pmos管的源极，所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极相连接，所述第二pmos管的漏极连接所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极之间的连接节点，所述第二pmos管的栅极连接所述第一pmos管的栅极，所述第三pmos管的栅极连接所述第一pmos管的漏极，所述第四pmos管的栅极连接所述感光单元，所述第三pmos管的漏极连接所述第四nmos管的漏极，所述第四pmos管的漏极连接所述第五nmos管的漏极，所述第四nmos管的栅极分别连接所述第四nmos管的漏极和所述第五nmos管的栅极，所述第四nmos管的源极、所述第五nmos管的源极均连接所述第二电容器的另一端，所述第五nmos管的漏极还连接所述第一反相器的输入端。
15.可选的，在所述光耦继电器中，所述偏置电压提供子单元包括：第五pmos管、第二电阻、第二二极管、第三二极管、第四二极管和肖特基二极管，所述第五pmos管的源极分别连接所述第二pmos管的源极和所述肖特基二极管的负极，所述第五pmos管的栅极连接所述第五pmos管的漏极，所述第五pmos管的漏极分别连接所述第二pmos管的栅极和所述第二二极管的正极，所述第二二极管、所述第二电阻、所述第三二极管和所述第四二极管依次串联，所述第四二极管的负极分别连接所述第五nmos管的源极和所述感光单元的负极，所述肖特基二极管的正极连接所述感光单元的正极。
16.本技术技术方案，至少包括如下优点：
17.本技术提供一种光耦继电器，包括：芯片基底，发光单元、感光单元、驱动单元和开关单元，本技术将所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元均集成于所述芯片基底的同一平面上，使用基于soi的bcd工艺制作，发光单元直接集成在感光单元侧，所以不需要使用高透光率胶体作为器件支撑，本技术取消了高透光率胶体使用，简化了工艺流程，提高了光通比率。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例的光耦继电器的结构示意图；
19.图2是本实用新型实施例的光耦继电器的电路结构图；
20.图3是本实用新型实施例的驱动单元的电路结构图；
21.其中，附图标记说明如下：
22.100-芯片基底，10-发光单元，20-感光单元，30-驱动单元，31-偏置电压提供子单元，32-电流镜子单元，33-电压钳位子单元，34-滤波子单元，35-驱动缓冲子单元，40-开关单元。
具体实施方式
23.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的光耦继电器作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
24.本技术实施例提供一种光耦继电器，参考图1，图1是本实用新型实施例的光耦继电器的结构示意图，所述光耦继电器包括：芯片基底100、发光单元10、感光单元20、驱动单元30和开关单元40，所述发光单元10设于所述感光单元20侧，所述感光单元20与所述驱动单元30电连接，所述驱动单元30与所述开关单元40电连接，所述发光单元10、所述感光单元20、所述驱动单元30和所述开关单元40均集成于所述芯片基底100上。
25.优选的，所述芯片基底100包括：依次堆叠的底层膜层、多个中间膜层和顶层膜层，所述发光单元10、所述感光单元20、所述驱动单元30和所述开关单元40均集成于所述顶层膜层上。
26.参考图2，图2是本实用新型实施例的光耦继电器的电路结构图，从右往左，依次为发光单元10、感光单元20、驱动单元30和开关单元40。
27.较佳的，所述发光单元10包括：led发光二极管d0。
28.优选的，所述感光单元20包括：若干串联的光敏二极管d1～dn。
29.进一步的，所述开关单元40包括：第一nmos管n1和第二nmos管n2，所述第一nmos管n1的栅极和第二nmos管n2的栅极相连，所述第一nmos管n1的源极和所述第二nmos管n2的源极相连，所述第一nmos管n1的漏极接后级电路，所述第二nmos管n2的漏极接后级电路。
30.较佳的，参考图3，图3是本实用新型实施例的驱动单元的电路结构图，所述驱动单元30包括：依次电连接的偏置电压提供子单元31、电流镜子单元32、电压钳位子单元33、滤波子单元34和驱动缓冲子单元35。
31.其中，所述驱动缓冲子单元35包括：第三nmos管n3、第一反相器x1和第二反相器x2，所述第三nmos管n3的漏极连接所述第一nmos管n1的栅极和所述第二nmos管n2的栅极之间的连接节点，所述第三nmos管n3的源极连接所述第一nmos管n1的源极和所述第二nmos管n2的源极之间的连接节点，所述第一反相器x1的输入端连接所述电流镜子单元32中所述第五nmos管n5的漏极，所述第一反相器x1和所述第二反相器x2串联，所述第二反相器x2的输出端连接所述第三nmos管n3的栅极。
32.进一步的，所述滤波子单元34包括：第一电阻r1和第一电容器c1，所述第一电容器c1的一端分别连接所述第三nmos管n3的漏极和所述第一电阻r1的一端，所述第一电容器c1的另一端连接所述第三nmos管n3的源极，所述第一电阻r1的另一端连接所述电压钳位子单元33中第一pmos管p1的源极。
33.较佳的，如图2和图3所示，所述电压钳位子单元33包括：第一pmos管p1、第一二极管dn+1、第二电容器c2和稳压二极管b1，所述第二电容器c2和所述稳压二极管b1并联，所述稳压二极管b1的负极连接所述第二电容器c2的一端，所述稳压二极管b1的正极连接所述第二电容器c2的另一端，所述第一pmos管p1的源极连接所述第一电阻r1的另一端，所述第一pmos管p1的栅极连接所述电流镜子单元32中第二pmos管p2的栅极、所述偏置电压提供子单
元31中所述第五pmos管p5的栅极，所述第一pmos管p1的漏极、所述第一二极管dn+1的正极、所述稳压二极管b1的负极均连接所述第二电容器c2的一端，所述第一二极管dn+1的负极连接所述偏置电压提供子单元31中第二电阻r2和第三二极管dn+3之间的串联节点，所述第二电容器c2的另一端、所述稳压二极管b1的正极均连接所述第一电容器c1的另一端。
34.进一步的，所述电流镜子单元32包括：第二pmos管p2、第三pmos管p3、第四pmos管p4、第四nmos管n4和第五nmos管n5，所述第二pmos管p2的源极连接所述第一pmos管p1的源极，所述第三pmos管p3的源极和所述第四pmos管p4的源极相连接，所述第二pmos管p2的漏极连接所述第三pmos管p3的源极和所述第四pmos管p4的源极之间的连接节点，所述第二pmos管p2的栅极连接所述第一pmos管p1的栅极，所述第三pmos管p3的栅极连接所述第一pmos管p1的漏极，所述第四pmos管p4的栅极连接所述感光单元20中任意两个相邻光敏二极管之间的串联节点，所述第三pmos管p3的漏极连接所述第四nmos管n4的漏极，所述第四pmos管p4的漏极连接所述第五nmos管n5的漏极，所述第四nmos管n4的栅极分别连接所述第四nmos管n4的漏极和所述第五nmos管n5的栅极，所述第四nmos管n4的源极、所述第五nmos管n5的源极均连接所述第二电容器c2的另一端，所述第五nmos管n5的漏极还连接所述第一反相器x1的输入端。
35.在本实施例中，所述感光单元20以包括6个光敏二极管为例，在本实施例中，所述第四pmos管p4的栅极连接所述感光单元20中第二个光敏二极管和第三个光敏二极管之间的串联节点。
36.进一步的，所述偏置电压提供子单元31包括：第五pmos管p5、第二电阻r2、第二二极管dn+2、第三二极管dn+3、第四二极管dn+4和肖特基二极管s1，所述第五pmos管p5的源极分别连接所述第二pmos管p2的源极和所述肖特基二极管s1的负极，所述第五pmos管p5的栅极连接所述第五pmos管p5的漏极，所述第五pmos管p5的漏极分别连接所述第二pmos管p2的栅极和所述第二二极管dn+2的正极，所述第二二极管dn+2、所述第二电阻r2、所述第三二极管dn+3和所述第四二极管dn+4依次串联，所述第四二极管dn+4的负极分别连接所述第五nmos管n5的源极和所述感光单元20中串联光敏二极管d1～dn的一端(负极)，所述肖特基二极管s1的正极连接所述感光单元20中串联光敏二极管d1～dn的另一端(正极)。
37.如图2、3所示，具体介绍一下光耦继电器的工作原理，在本实施例中，假设所有二极管导通压降v
dn+1
＝v
dn+2
＝v
dn+3
＝v
dn+4
＝0.75v，假设肖特基二极管s1的正向压降为0.6v，假设第二电阻r2的阻值为200kω。
38.(1)当发光单元10产生光源，光敏二极管(感光单元20)工作，光敏二极管的正向导通压降约为0.75v，受到照射后在a点和b点分别产生3v和4.5v的压降；
39.(2)肖特基二极管s1的正向压降为0.6v，在其阴极(c点)的压降为3.8v；
40.(3)第四二极管dn+4、第三二极管dn+3、第二二极管dn+2及200kω第二电阻r2提供p1、p2、p5的栅极电压，约2.7v，使p1、p2、p5有电流(约3ua～4ua)；
41.(4)c点通过第一电阻r1对第一电容器c1和开关单元(n1/n2)40的栅极充电，使其开通(on)；
42.(5)p3、p4和n4、n5组成比较器，p4栅极电压即是a点电压3v，p3栅极电压由dn+1、dn+3、dn+4串联而得到，约为2v，比较器输出(e点)为低电平，e点经过2个反相器(x1、x2)加诸n3栅极，使n3处于断开状态；
43.(6)当发光单元10的光源撤消，a点电压下降，由于肖特基二极管s1以及第一电容器c1、第二电容器c2的存在，肖特基二极管s1其左侧电路的电压下降速度慢于右侧。在这个过程中，当p4的栅极电压低于p3的栅极电压时，比较器输出翻转，导致n3栅极被拉高，将第一电容器c1和开关单元40的栅极电荷快速泄放，从而开关单元40关闭。
44.本技术中，通过将所述发光单元10、所述感光单元20、所述驱动单元30和所述开关单元40均集成于所述芯片基底100的同一平面上，使用基于soi的bcd工艺制作，发光单元10直接集成在感光单元20侧，所以不需要使用高透光率胶体作为器件支撑，本技术取消了高透光率胶体使用，简化了工艺流程，提高了光通比率。
45.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种光耦继电器，其特征在于，包括：芯片基底、发光单元、感光单元、驱动单元和开关单元，所述发光单元设于所述感光单元侧，所述感光单元与所述驱动单元电连接，所述驱动单元与所述开关单元电连接，所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元均集成于所述芯片基底上。2.根据权利要求1所述的光耦继电器，其特征在于，所述芯片基底包括：依次堆叠的底层膜层、多个中间膜层和顶层膜层，所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元均集成于所述顶层膜层上。3.根据权利要求1所述的光耦继电器，其特征在于，所述发光单元包括：led发光二极管。4.根据权利要求1所述的光耦继电器，其特征在于，所述感光单元包括：若干串联的光敏二极管。5.根据权利要求1所述的光耦继电器，其特征在于，所述开关单元包括：第一nmos管和第二nmos管，所述第一nmos管的栅极和第二nmos管的栅极相连，所述第一nmos管的源极和第二nmos管的源极相连，所述第一nmos管的漏极接后级电路，所述第二nmos管的漏极接后级电路。6.根据权利要求5所述的光耦继电器，其特征在于，所述驱动单元包括：依次电连接的偏置电压提供子单元、电流镜子单元、电压钳位子单元、滤波子单元和驱动缓冲子单元。7.根据权利要求6所述的光耦继电器，其特征在于，所述驱动缓冲子单元包括：第三nmos管、第一反相器和第二反相器，所述第三nmos管的漏极连接所述第一nmos管的栅极，所述第三nmos管的源极连接所述第一nmos管的源极，所述第一反相器的输入端连接所述电流镜子单元，所述第一反相器和所述第二反相器串联，所述第二反相器的输出端连接所述第三nmos管的栅极。8.根据权利要求7所述的光耦继电器，其特征在于，所述滤波子单元包括：第一电阻和第一电容器，所述第一电容器的一端分别连接所述第三nmos管的漏极和所述第一电阻的一端，所述第一电容器的另一端连接所述第三nmos管的源极，所述第一电阻的另一端连接所述电压钳位子单元。9.根据权利要求8所述的光耦继电器，其特征在于，所述电压钳位子单元包括：第一pmos管、第一二极管、第二电容器和稳压二极管，所述第二电容器和所述稳压二极管并联，所述第一pmos管的源极连接所述第一电阻的另一端，所述第一pmos管的栅极连接所述偏置电压提供子单元和所述电流镜子单元，所述第一pmos管的漏极、所述第一二极管的正极、所述稳压二极管的负极均连接所述第二电容器的一端，所述第一二极管的负极连接所述偏置电压提供子单元，所述第二电容器的另一端、所述稳压二极管的正极均连接所述第一电容器的另一端。10.根据权利要求9所述的光耦继电器，其特征在于，所述电流镜子单元包括：第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第四nmos管和第五nmos管，所述第二pmos管的源极连接所述第一pmos管的源极，所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极相连接，所述第二pmos管的漏极连接所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极之间的连接节点，所述第二pmos管的栅极连接所述第一pmos管的栅极，所述第三pmos管的栅极连接所述第一pmos管的漏极，所述第四pmos管的栅极连接所述感光单元，所述第三pmos管的漏极连接所述第
四nmos管的漏极，所述第四pmos管的漏极连接所述第五nmos管的漏极，所述第四nmos管的栅极分别连接所述第四nmos管的漏极和所述第五nmos管的栅极，所述第四nmos管的源极、所述第五nmos管的源极均连接所述第二电容器的另一端，所述第五nmos管的漏极还连接所述第一反相器的输入端。11.根据权利要求10所述的光耦继电器，其特征在于，所述偏置电压提供子单元包括：第五pmos管、第二电阻、第二二极管、第三二极管、第四二极管和肖特基二极管，所述第五pmos管的源极分别连接所述第二pmos管的源极和所述肖特基二极管的负极，所述第五pmos管的栅极连接所述第五pmos管的漏极，所述第五pmos管的漏极分别连接所述第二pmos管的栅极和所述第二二极管的正极，所述第二二极管、所述第二电阻、所述第三二极管和所述第四二极管依次串联，所述第四二极管的负极分别连接所述第五nmos管的源极和所述感光单元的负极，所述肖特基二极管的正极连接所述感光单元的正极。

技术总结
本实用新型提供了一种光耦继电器，包括：芯片基底，发光单元、感光单元、驱动单元和开关单元，本申请将所述发光单元、所述感光单元、所述驱动单元和所述开关单元集成于所述芯片基底的同一平面上，使用基于SOI的BCD工艺制作，发光单元直接集成在感光单元侧，所以不需要使用高透光率胶体作为器件支撑，本申请取消了高透光率胶体使用，简化了工艺流程，提高了光通比率。比率。比率。


技术研发人员：李秉纬 张亮 黄斌 陈凯
受保护的技术使用者：无锡前诺德半导体有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/9/20