DE10154906A1 - Optical coupler has radiation transmitter and receiver coupled together via short optical transmission path, each mounted on substrate and opposite or adjacent to each other in housing - Google Patents
Optical coupler has radiation transmitter and receiver coupled together via short optical transmission path, each mounted on substrate and opposite or adjacent to each other in housingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Optokoppler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an optocoupler according to the Preamble of claim 1.
Optokoppler sind Halbleiterbauelemente, die eine elektrisch- optisch-elektrische Wandlung eines Signals vornehmen. Sie weisen mindestens je einen Strahlungssender und einen Strahlungsempfänger auf, die über eine kurze optische Übertragungsstrecke verkoppelt sind. Die Übertragungsstrecke kann der freie Raum oder ein wellenleitendes System, insbesondere Glas, Kunststoff oder ein Lichtleiter sein. Optocouplers are semiconductor components that have an electrical Make optical-electrical conversion of a signal. she each have at least one radiation transmitter and one Radiation receiver based on a short optical Transmission path are coupled. The transmission link can the free space or a waveguiding system, in particular glass, plastic or a light guide.
Optokoppler ermöglichen eine Signalübertragung zwischen getrennten, auf verschiedenem Potential liegenden elektrischen Kreisen. Wesentlich ist daher, dass der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger galvanisch nicht gekoppelt sind, sondern im Gegenteil durch eine Potentialdifferenz von bevorzugt mehreren Tausend Volt voneinander isoliert sein können. Optocouplers enable signal transmission between separate, lying on different potential electrical circuits. It is therefore essential that the Radiation transmitter and the radiation receiver are not galvanically are coupled, but on the contrary by a Potential difference of preferably several thousand volts can be isolated from each other.
Heutige technische Realisierungsformen eines Optokopplers sehen vor, dass der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger zwei Halbleiterbauelemente aus unterschiedlichem Material sind. Der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger werden als gesonderte Chips hergestellt und in einem Gehäuse montiert. Dabei wird in der Regel eine Kombination einer infrarotemittierenden Diode (IRED) oder einer lichtemittierenden Diode (LED) sowie einer meist aus Silicium bestehenden Halbleiterdiode oder einem Transistor verwendet. Beispielsweise besteht der Strahlungssender aus einer GaAs- oder GaAlAs-LED, die im Infrarotbereich (λ = 0,80-0.95 µm) strahlt. Der Strahlungsempfänger wird in der Emissionscharakteristik an den Strahlungssender angepasst. Current forms of technical implementation of an optocoupler provide that the radiation transmitter and the Radiation receiver from two semiconductor components different material. The radiation transmitter and the Radiation receivers are manufactured as separate chips and mounted in a housing. As a rule, one Combination of an infrared emitting diode (IRED) or a light-emitting diode (LED) and one mostly Silicon existing semiconductor diode or a transistor used. For example, the radiation transmitter consists of a GaAs or GaAlAs LED that is in the infrared range (λ = 0.80-0.95 µm) radiates. The radiation receiver is in the Emission characteristics adapted to the radiation transmitter.
Die Isolation zwischen dem Strahlungssender und dem Strahlungsempfänger wird beispielsweise mit einem speziellen Kunststoff realisiert, der in einen Spalt zwischen dem Strahlungssender und dem Strahlungsempfänger bzw. den zugehörigen Leadframes, auf denen sie montiert sind, gefüllt ist. The isolation between the radiation transmitter and the Radiation receiver is, for example, with a special Plastic realized in a gap between the Radiation transmitter and the radiation receiver or the associated leadframes on which they are mounted is.
Trotz einer etablierten Technologie hinsichtlich Herstellung und Ausführung von Optokopplern besteht ein Bedarf, die Herstellung und den Aufbau der Optokoppler weiter zu vereinfachen. Insbesondere sind Ausgestaltungen erstrebenswert, bei denen der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger nicht als zwei relativ teure Chips gesondert hergestellt und dann definiert zueinander montiert werden müssen. Despite an established manufacturing technology and design of optocouplers, there is a need Manufacturing and construction of the optocouplers continued to increase simplify. In particular, there are configurations desirable, where the radiation transmitter and the Radiation receiver not as two relatively expensive chips Made separately and then assembled to each other in a defined manner Need to become.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Optokoppler zur Verfügung zu stellen, der sich durch einen vereinfachten Aufbau und eine vereinfachte Herstellungsweise auszeichnet. The object of the present invention is accordingly to provide an optocoupler that themselves through a simplified structure and a simplified Production method distinguished.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Optokoppler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. According to the invention, this object is achieved by an optocoupler solved with the features of claim 1. Preferred and advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Strahlungssender und/oder der Strahlungsempfänger und bevorzugt beide Elemente als organisches Halbleiterbauelement ausgebildet sind. Die Erfindung sieht somit vor, den Strahlungssender und/oder den Strahlungsempfänger statt wie bisher aus anorganischen Materialien nunmehr aus organischen, d. h. auf Kohlenstoff basierenden Materialien herzustellen. According to the invention it is provided that the Radiation transmitter and / or the radiation receiver and preferably both elements as an organic semiconductor component are trained. The invention thus provides that Radiation transmitter and / or the radiation receiver instead of how previously from inorganic materials now from organic, d. H. to manufacture on carbon-based materials.
Organische Halbleiter bzw. Halbleiterbauelemente mit organischen Schichten sind dem Fachmann an sich bekannt. Beispielsweise werden derzeit organische Injektionslaser entwickelt, die auf stimulierten Emissionsprozessen in elektrolumineszierenden organischen Materialien beruhen. Ebenso sind Detektoren auf organischer Basis an sich bekannt. Organische Strahlungssender werden auch als OLEDs (Organische LEDs) und Strahlungsempfänger auch als ODETs (Organische Detektoren) bezeichnet. Organic semiconductors or semiconductor components with organic layers are known per se to the person skilled in the art. For example, organic injection lasers are currently used developed on stimulated emission processes in electroluminescent organic materials are based. Organic-based detectors are also known per se. Organic radiation transmitters are also called OLEDs (Organic LEDs) and radiation receivers also as ODETs (organic Detectors).
Organische Halbleiter besitzen zahlreiche Vorteile. Sie sind mit kostengünstigen Verfahren herzustellen und zu bearbeiten und können im Gegensatz etwa zu Silicium auch auf flexible Substrate aufgebracht werden. Dabei besteht die Möglichkeit, einen Strahlungssender und einen Strahlungsempfänger gleichzeitig auf einem Substrat herzustellen. Der Einsatz von organischen Halbleiterbauelementen als Strahlungssender und Strahlungsempfänger eines Optokopplers öffnet daher die Möglichkeit, einen Optokoppler in vereinfachter Weise und kostengünstig herzustellen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, den Strahlungssender und den Strahlungsempfänger auf einem gemeinsamen Substrat, etwa einer Glasplatte, einer Keramikplatte oder einer Kunststofffolie zu realisieren, so dass die Chipanzahl auf nur ein Element reduziert werden kann. Organic semiconductors have numerous advantages. they are to manufacture and process using inexpensive processes and, in contrast to silicon, can also be flexible Substrates are applied. There is the possibility a radiation transmitter and a radiation receiver to manufacture simultaneously on a substrate. The use of organic semiconductor components as radiation transmitters and The radiation receiver of an optocoupler therefore opens the Possibility to use an optocoupler in a simplified manner inexpensive to manufacture. In particular, there is Possibility of the radiation transmitter and the radiation receiver on a common substrate, such as a glass plate, one Realize ceramic plate or a plastic film, so that the number of chips can be reduced to just one element can.
Da der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger aufgrund der gemeinsamen Herstellung auf einem Substrat bereits definiert zueinander angeordnet sind, entfällt auch die im Stand der Technik erforderliche Justierung des Chips mit dem Strahlungssender und des Chips mit dem Strahlungsempfänger zueinander. Dadurch wird der Montageaufwand erheblich reduziert. Because of the radiation transmitter and the radiation receiver the joint production on one substrate already are defined in relation to each other, the in Prior art required adjustment of the chip with the Radiation transmitter and the chip with the radiation receiver to each other. As a result, the assembly effort is considerable reduced.
Die Realisierung des Strahlungssenders und des Strahlungsempfängers auf einem gemeinsamen Substrat wird ermöglicht, da die optischen Halbleiterbauelemente nicht auf Halbleitern, sondern auf einem Trägermaterial mit hoher Isolationsfestigkeit (Glas-/Keramikplatte oder Kunststofffolie) realisiert werden können, während herkömmliche Strahlungssender und Strahlungsempfänger in Halbleitern realisiert werden, die hohe Spannungsdifferenzen nicht ausgleichen können. The realization of the radiation transmitter and the Radiation receiver on a common substrate allows because the optical semiconductor devices are not on Semiconductors, but on a substrate with high Insulation resistance (glass / ceramic plate or Plastic film) can be realized while conventional radiation transmitters and radiation receivers in Semiconductors can be realized, the high voltage differences cannot compensate.
Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Dabei können sowohl Anordnungen vorgesehen sein, bei denen der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger auf der gleichen Seite des Substrates angeordnet sind, als auch Anordnungen, bei denen der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger auf unterschiedlichen Seiten des Substrates angeordnet sind. Eine Lichtkopplung zwischen Strahlungssender und Strahlungsempfänger erfolgt dabei entweder über das Substrat oder eine gesonderte lichtführende Struktur, bei der es sich beispielsweise um eine durch einen Tropfen lichtdurchlässigen Vergussmaterials gebildete gewölbte Fläche handelt. Accordingly, in a preferred embodiment Invention provided that the radiation transmitter and the Radiation receiver arranged on a common substrate are. Both arrangements can be provided for those of the radiation transmitter and the radiation receiver the same side of the substrate are arranged as well Arrangements in which the radiation transmitter and the Radiation receiver on different sides of the Substrate are arranged. A light coupling between Radiation transmitter and radiation receiver takes place either over the substrate or a separate light-guiding Structure that is, for example, one by one Drop of translucent potting material formed curved surface.
Bei Anordnung des Strahlungssenders und des Strahlungsempfängers auf einer flexiblen Kunststofffolie besteht auch die Möglichkeit, den Strahlungssender und den Strahlungsempfänger winklig zueinander in geeigneter Weise in einem Gehäuse anzuordnen, wobei die Kunststofffolie als Lichtwellenleiter dient. When arranging the radiation transmitter and Radiation receiver on a flexible plastic film there is also the possibility of the radiation transmitter and the Radiation receivers at an angle to each other in a suitable manner to arrange a housing, the plastic film as Optical fiber is used.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein aus einem organischen Halbleiterbauelement bestehender Strahlungssender oder Strahlungsempfänger auch in einer klassischen Optokoppler- Anordnung eingesetzt werden kann, wobei der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger auf gesonderten Substraten einander gegenüberliegend (face-to-face) oder nebeneinander (koplanar) angeordnet sind. It should be noted that an organic Semiconductor component of existing radiation transmitter or Radiation receiver also in a classic optocoupler Arrangement can be used, the radiation transmitter and the radiation receiver on separate substrates face to face or side by side (coplanar) are arranged.
Der Strahlungssender und/oder der Strahlungsempfänger sind bevorzugt als Flächenstrahler ausgebildet. Hierdurch kann eine geringere Abhängigkeit von Diskontinuitäten im lichtleitenden Material erreicht werden. Auch lässt sich der Koppelfaktor sicherer vorhersagen. Die Realisierung von Flächenstrahlern als Strahlungssender oder Strahlungsempfänger ist bei der Verwendung von organischen Halbleiterbauelementen kostengünstig realisierbar. The radiation transmitter and / or the radiation receiver are preferably designed as a surface radiator. This can less dependence on discontinuities in the light-conducting material can be achieved. The can also Predict coupling factor more reliably. The realization of Area radiators as radiation transmitters or Radiation receiver is when using organic Semiconductor components can be implemented inexpensively.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die lichtempfindliche Fläche des organischen Detektors vergrößert, so dass die Empfindlichkeit des organischen Detektors gesteigert wird. Aufgrund der Verwendung von organischen Halbleitern ist die Erhöhung der lichtempfindlichen Fläche mit nur geringen Kosten verbunden. In a further preferred embodiment of the invention the photosensitive surface of the organic detector magnified so that the sensitivity of the organic Detector is increased. Due to the use of organic semiconductors is increasing the photosensitive surface at low cost.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele nächer erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the Figures of the drawing using several exemplary embodiments explained later. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Optokopplers auf der Basis organischer Halbleiter mit "face-to- face"-Anordnung eines organischen Senders oder eines organischen Empfängers; Fig. 1 a first embodiment of an opto-coupler based on organic semiconductors having "face-to-face" arrangement of an organic or an organic transmitter receiver;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Optokopplers auf der Basis organischer Halbleiter mit Anordnung eines organischen Senders und eines Empfängers auf einem gemeinsamen Chip in einem koplanaren Gehäuse; 2 shows a second embodiment of an opto-coupler based on organic semiconductor arrangement of an organic transmitter and a receiver on a common chip in a coplanar housing.
Fig. 3 eine Detaildarstellung des Optokopplers der Fig. 2; FIG. 3 shows a detailed illustration of the optocoupler of FIG. 2;
Fig. 4 eine alternative Ausgestaltung eines Optokopplers, bei der die optische Kopplung zwischen dem organischen Sendeelement und dem organischen Detektor über das gemeinsame Substrat erfolgt; Fig. 4 shows an alternative embodiment of an optical coupler, wherein the optical coupling between the organic emission element and the organic detector on the common substrate is carried out;
Fig. 5 eine weitere alternative Ausgestaltung eines Optokopplers, bei dem der organische Sender und der organische Empfanger auf unterschiedlichen Seiten eines gemeinsamen Substrats angeordnet sind; 5 shows a further alternative embodiment of an optical coupler, wherein the organic transmitter and the organic receiver are arranged on different sides of a common substrate.
Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung der Anordnung der Fig. 4, wobei als Substrat eine flexible, als Lichtwellenleiter dienende Kunststofffolie verwendet wird, und FIG. 6 shows an alternative embodiment of the arrangement of FIG. 4, a flexible plastic film serving as an optical waveguide being used as the substrate, and
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Optokopplers auf der Basis organischer Halbleiter mit koplanarer Anordnung eines organischen Senders oder eines organischen Empfängers. Fig. 7 shows an embodiment of an opto-coupler based on organic semiconductors with a coplanar arrangement of a transmitter or of an organic organic receiver.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Optokopplers, bei der ein organisches Sendeelement und ein organischer Detektor in "face-to-face"-Anordnung in einem Standardgehäuse (z. B. 4-Pin oder 6-Pin) angeordnet sind (Projektionsdarstellung). Are disposed Fig. 1 shows a first embodiment of an optical coupler in which an organic emission element and an organic detector in "face-to-face" arrangement in a standard housing (z. B. 4-pin or 6-pin) (projection view) ,
Danach ist ein organische Materialien aufweisendes Sendeelement (OLED) 1 auf einem Substrat 2 ausgebildet, das an einem geraden Abschnitt 31 eines Leadframes 3 montiert ist. Das Leadframe 3 dient der Halterung des Substrats 2 mit dem organischen Sendeelement 1 sowie der elektrischen Kontaktierung des Sendeelementes 1. Hierzu sind auf dem aus mehreren Teilen bestehenden Leadframe 3 Kontakte 32 ausgebildet, die über Bonddrähte 4 mit entsprechenden Kontakten des organischen Sendeelementes 1 verbunden ist. Die Kontaktierung des Sendeelementes 1 wird unten in Bezug auf die Fig. 3 noch näher erläutert werden. Thereafter, a transmission element (OLED) 1 comprising organic materials is formed on a substrate 2 , which is mounted on a straight section 31 of a lead frame 3 . The leadframe 3 serves to hold the substrate 2 with the organic transmission element 1 and to make electrical contact with the transmission element 1 . For this purpose, contacts 32 are formed on the leadframe 3, which consists of several parts and is connected to corresponding contacts of the organic transmission element 1 via bonding wires 4 . The contacting of the transmitting element 1 will be explained in more detail below with reference to FIG. 3.
Desweiteren weist der Optokoppler einen organischen Detektor bzw. Empfänger 5 auf, der wiederum auf einem Substrat 6 angeordnet ist, das auf einem geraden Abschnitt 71 eines weiteren, aus mehreren Teilen bestehenden Leadframes 7 montiert ist. Die geraden Abschnitte 31, 71 der beiden Leadframes 3, 7 verlaufen dabei parallel. Das organische Sendeelement 1 und der organische Detektor 5 sind dementsprechend einander gegenüberliegend (face-to-face) angeordnet. Furthermore, the optocoupler has an organic detector or receiver 5 , which in turn is arranged on a substrate 6 , which is mounted on a straight section 71 of a further lead frame 7 consisting of several parts. The straight sections 31 , 71 of the two lead frames 3 , 7 run parallel. The organic transmission element 1 and the organic detector 5 are accordingly arranged opposite one another (face-to-face).
Vom Sendeelement 1 ausgestrahltes Licht, das entsprechend einem zu übertragenden elektrischen Signal moduliert ist, wird direkt und ohne Umweg durch eine Reflektion von dem organischen Detektor 5 detektiert und wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Light emitted by the transmitting element 1 , which is modulated in accordance with an electrical signal to be transmitted, is detected directly and without detour by reflection from the organic detector 5 and converted back into an electrical signal.
Der Bereich zwischen dem organischen Sendeelement 1 und dem organischen Detektor 5 ist mit einem lichtdurchlässigen Kunststoff 8, beispielsweise Silicon gefüllt. Daran schließt sich das aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff gebildete Gehäuse 9 an, aus dem lediglich abgewinkelte Bereiche 33, 73 des Leadframes 3, 7 abstehen, die beispielsweise auf einer Schaltungsplatine befestigt sind. The area between the organic transmission element 1 and the organic detector 5 is filled with a translucent plastic 8 , for example silicone. This is followed by the housing 9 , which is formed from an opaque plastic and from which only angled regions 33 , 73 of the leadframe 3 , 7 protrude, which are fastened, for example, to a circuit board.
Das Substrat 2, 6 des Sendeelementes 1 und des Detektors 5 besteht bevorzugt aus Glas oder aus Kunststoff. Zwischen dem Sendeelement 1 und dem Detektor 5 ist eine in Fig. 1 angedeutete Isolationsstrecke A ausgebildet. The substrate 2 , 6 of the transmission element 1 and the detector 5 is preferably made of glass or plastic. An insulation path A, indicated in FIG. 1, is formed between the transmitting element 1 and the detector 5 .
Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau zeichnet sich durch eine zeitliche Konstanz des Koppelfaktors zwischen dem organischen Sendeelement 1 und dem organischen Detektor 5 aus. The structure shown in FIG. 1 is characterized by a temporal constancy of the coupling factor between the organic transmission element 1 and the organic detector 5 .
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Optokopplers dargestellt, bei dem das organische Sendeelement 1 und der organische Detektor 5 nebeneinander (koplanar) in einem Gehäuse 9 angeordnet sind. Dabei besteht eine Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 insofern, als auch hier Sendeelement 1 und Detektor 5 jeweils auf einem gesonderten Substrat 2, 6 (z. B. aus Glas oder Kunststoff) ausgebildet sind. Die Befestigung des Sendeelements 1 bzw. Detektors 5 auf einem jeweils aus mehreren Teilen bestehenden Leadframe 3 bzw. 7 sowie die Kontaktierung mittels Kontakten 32, 72 und Bonddrähten 4 erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. In Fig. 7, an embodiment is shown of an optical coupler, wherein the organic emitting element 1 and the organic detector 5 next to each other (co-planar) are arranged in a housing 9. There is a correspondence with the exemplary embodiment in FIG. 1 in that the transmission element 1 and detector 5 are each formed on a separate substrate 2 , 6 (for example made of glass or plastic). The attachment of the transmission element 1 or detector 5 to a leadframe 3 or 7, each consisting of several parts, and the contacting by means of contacts 32 , 72 and bonding wires 4 takes place in accordance with the embodiment of FIG. 1.
Vom Sendeelement 1 ausgestrahltes Licht, das entsprechend einem zu übertragenden elektrischen Signal moduliert ist, wird in einem Koppeltropfen 80 aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff (z. B. Silikon) zum organischen Detektor 5 hin reflektiert und von diesem detektiert und wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das den Koppeltropfen 80 umgebende Gehäuse 9 besteht dagegen aus einem lichtundurchlässigen Material, bevorzugt einem lichtundurchlässigen Kunststoff. Die Isolationsstrecke ist mit A angegeben. Light emitted by the transmission element 1 , which is modulated in accordance with an electrical signal to be transmitted, is reflected in a coupling drop 80 made of a translucent plastic (e.g. silicone) to the organic detector 5 and detected by the latter and converted again into an electrical signal. In contrast, the housing 9 surrounding the coupling drop 80 consists of an opaque material, preferably an opaque plastic. The insulation distance is indicated with A.
Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau zeichnet sich ebenfalls durch eine zeitliche Konstanz des Koppelfaktors zwischen dem organischen Sendeelement 1 und dem organischen Detektor 5 sowie ein hohes Maß am galvanischer Entkopplung zwischen Sendeelement 1 und Detektor 5 aus. The structure shown in FIG. 1 is also characterized by a temporal constancy of the coupling factor between the organic transmission element 1 and the organic detector 5 and a high degree of galvanic decoupling between the transmission element 1 and the detector 5 .
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Optokopplers, bei der ein organisches Sendeelement 1 und ein organischer Detektor 5 nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat 30 ausgebildet sind. Das Substrat 30 besteht aus einem hochisolierenden Material, insbesondere Glas oder Kunststoff, so dass trotz der Anordnung des Sendeelementes 1 und des Detektors 5 auf einem gemeinsamen Substrat eine ausreichende Potentialdifferenz zwischen dem Sendeelement und dem Detektor und den zugehörigen elektrischen Schaltkreisen bestehen kann. Fig. 2 shows an alternative embodiment of an optical coupler in which an organic emission element 1 and an organic detector 5 are formed side by side on a common substrate 30. The substrate 30 consists of a highly insulating material, in particular glass or plastic, so that despite the arrangement of the transmission element 1 and the detector 5 on a common substrate, there can be a sufficient potential difference between the transmission element and the detector and the associated electrical circuits.
Das Substrat 30 ist auf zwei Leadframes 3, 7 befestigt, die wiederum entsprechend Fig. 1 mittels Bonddrähten 4 für eine elektrische Kontaktierung des organischen Sendeelementes 1 bzw. des organischen Detektors 5 sorgen. The substrate 30 is fastened to two lead frames 3 , 7 , which in turn, according to FIG. 1, provide electrical contacting of the organic transmission element 1 or of the organic detector 5 by means of bonding wires 4 .
Eine Lichtkopplung zwischen dem Sendeelement 1 und dem Detektor 5 erfolgt über eine als Reflexdom ausgebildete gewölbte Fläche 80, die beispielsweise aus einem Koppeltropfen aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht und das Sendeelement 1 und den Detektor 5 sowie die zugehörigen Anschlusskontakte umhüllt. Wie in Fig. 2 angedeutet, wird vom Sendeelement 1 nach oben ausgestrahltes Licht an der Grenzfläche des Reflexdoms 80 reflektiert und auf den Detektor 5 geleitet. A light coupling between the transmitting element 1 and the detector 5 takes place via a curved surface 80 designed as a reflex dome, which for example consists of a coupling drop made of a translucent plastic and envelops the transmitting element 1 and the detector 5 as well as the associated connection contacts. As indicated in FIG. 2, light emitted upward by the transmission element 1 is reflected at the interface of the reflex dome 80 and directed onto the detector 5 .
Das Substrat 30 und der darauf aufgebrachte Reflexdom 80 sind wiederum von einem aus einem lichtundurchlässigen Material bestehenden Gehäuse 90 umgeben, aus dem lediglich abgewinkelte Bereiche des jeweiligen Leadframes 3, 7 herausragen. The substrate 30 and the reflex dome 80 applied thereon are in turn surrounded by a housing 90 consisting of an opaque material, from which only angled regions of the respective lead frame 3 , 7 protrude.
Die Isolationsstrecke A des Optokopplers wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch den lateralen Abstand zwischen dem Sendeelement 1 und dem Detektor 5 definiert. In this exemplary embodiment, the isolation distance A of the optocoupler is defined by the lateral distance between the transmission element 1 and the detector 5 .
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeichnet sich dadurch aus, dass nur ein Substrat bzw. Koppelchip 30 für das organische Sendeelement 1 und das organische Empfangselement 5 benötigt wird. Da das Sendeelement 1 und das Empfangselement 5 bereits auf dem Koppelchip 30 hergestellt sind, ist auch eine Justage der beiden Elemente zueinander nicht erforderlich. The exemplary embodiment in FIG. 2 is characterized in that only one substrate or coupling chip 30 is required for the organic transmitting element 1 and the organic receiving element 5 . Since the transmitting element 1 and the receiving element 5 are already produced on the coupling chip 30 , an adjustment of the two elements to one another is also not necessary.
Fig. 3 zeigt das Substrat 30 mit dem Sendeelement 1 und dem Empfangselement 5 der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung. Insbesondere ist der Aufbau des Sendeelementes 1 und des Empfangselementes 5 näher dargestellt. Danach besteht das Sendeelement 1 aus einem organischen, eine Lichtabstrahlung bewirkenden Material 11, das von einer oberen planaren Kontaktfläche 12 und einer unteren planaren Kontaktfläche 13 umgeben ist. Die untere Kontaktfläche 13 ist dabei auf dem Substrat 30 angeordnet. FIG. 3 shows the substrate 30 with the transmitting element 1 and the receiving element 5 of FIG. 2 in an enlarged representation. In particular, the structure of the transmitting element 1 and the receiving element 5 is shown in more detail. Thereafter, the transmission element 1 consists of an organic material 11 which causes light radiation and which is surrounded by an upper planar contact surface 12 and a lower planar contact surface 13 . The lower contact surface 13 is arranged on the substrate 30 .
Die obere Kontaktfläche 12 und die untere Kontaktfläche 13 weisen jeweils eine Kontaktierung 12a, 13a auf, bei der es sich beispielsweise um ein Bondpad zur Anbindung eines Bonddrahts handelt. Die obere Kontaktfläche 12, bei der es sich beispielsweise um den Anodenkontakt handelt, ist lichtdurchlässig ausgebildet und besteht beispielsweise aus einem leitenden Polymer. Die untere Kontaktfläche 13, bei der es sich beispielsweise um den Kathodenkontakt handelt, besteht ebenfalls bevorzugt aus einem leitenden Polymer. The upper contact surface 12 and the lower contact surface 13 each have a contact 12 a, 13 a, which is, for example, a bond pad for connecting a bond wire. The upper contact surface 12 , which is, for example, the anode contact, is designed to be translucent and consists, for example, of a conductive polymer. The lower contact surface 13 , which is, for example, the cathode contact, likewise preferably consists of a conductive polymer.
Der Aufbau des Empfangselementes bzw. Detektors 5 ist entsprechend. Der Detektor 5 weist ein organisches Halbleitermaterial 51, bevorzugt ein Polymer auf, das bei Lichteinfall Ladungsträger erzeugt, die über ein Feld getrennt und detektiert werden, das über eine obere Kontaktfläche 52 und eine untere Kontaktfläche 53 angelegt wird. Bei dem Detektor 5 handelt es sich beispielsweise um einen Transistor mit organischem Halbleitermaterial, wobei auch ein organischer FET-Transistor verwendet werden kann. Die untere Kontaktfläche stellt dabei den Kollektor und die obere Kontaktfläche den Emitter des Transistors dar. Kollektor 53 und Emitter 52 bestehen beispielsweise aus einem leitenden Polymer. Desweiteren sind wiederum Kontakte 52a, 53a der Kontaktflächen 52, 53 zum Anbonden eines Bonddrahtes vorgesehen. The structure of the receiving element or detector 5 is corresponding. The detector 5 has an organic semiconductor material 51 , preferably a polymer, which generates light carriers upon incidence of light, which are separated and detected via a field which is applied via an upper contact surface 52 and a lower contact surface 53 . The detector 5 is, for example, a transistor with organic semiconductor material, it also being possible to use an organic FET transistor. The lower contact surface represents the collector and the upper contact surface the emitter of the transistor. Collector 53 and emitter 52 are made, for example, of a conductive polymer. Furthermore, contacts 52 a, 53 a of the contact surfaces 52 , 53 are again provided for bonding a bonding wire.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 liegt grundsätzlich eine der Anordnung der Fig. 3 vergleichbare Anordnung vor. Insofern wird auf die Ausführungen zu Fig. 3 verwiesen. Ein Unterschied liegt jedoch insofern vor, als das lichtemittierende Element 1 seine optisch aktive Fläche an der dem Substrat 30' zugewandten Seite ausbildet, d. h. Licht in Richtung des Substrats 30 emittiert. Dementsprechend ist die untere Kontaktfläche (Kathode) 13 als lichtdurchlässiges, leitendes Polymer ausgebildet. In ensprechender Weise ist die lichtempfindliche Fläche des Detektors 5 ebenfalls auf der dem Substrat 30' zugewandten Seite angeordnet und die untere Kontaktfläche 53 ebenfalls lichtdurchlässig. Die Anordnung kann entsprechend Fig. 2 auf einem Leadframe montiert und mit einem lichtundurchlässigen Gehäuse ummantelt werden. In the embodiment of FIG. 4 there is basically an arrangement comparable to the arrangement of FIG. 3. In this respect, reference is made to the comments on FIG. 3. However, there is a difference in that the light-emitting element 1 forms its optically active surface on the side facing the substrate 30 ′, ie emits light in the direction of the substrate 30 . Accordingly, the lower contact surface (cathode) 13 is designed as a translucent, conductive polymer. Correspondingly, the light-sensitive surface of the detector 5 is also arranged on the side facing the substrate 30 'and the lower contact surface 53 is also translucent. The arrangement may according to FIG. 2 mounted on a lead frame and are coated with an opaque housing.
Der optische Pfad zwischen dem Sendeelement 1 und dem Detektor 5 verläuft bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 durch das Substrat 30', wobei gegebenenfalls vorgesehen sein kann, dass die untere Seite 31 des Substrates in geeigneter Weise verspiegelt ist. The optical path between the transmission element 1 and the detector 5 runs through the substrate 30 'in the exemplary embodiment in FIG. 4, it being possible, if appropriate, for the lower side 31 of the substrate to be mirrored in a suitable manner.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weist den Vorteil auf, dass ein doppeltes Verspritzen (mit einem lichtdurchlässigen Vergussmaterial und einem lichtundurchlässigen Vergussmaterial, vgl. Fig. 1, 2) entfällt. Da die Lichtkopplung über das Substrat 30' erfolgt, ist ein einfaches Verspritzen mit lichtundurchlässigem Material ausreichend. Das lichtundurchlässige Material schirmt die Anordnung dabei vor Umgebungslicht ab und stellt die Einhaltung geforderter Mindestwerte für äußere Kriechstrecken sicher. The exemplary embodiment in FIG. 4 has the advantage that double spraying (with a translucent potting material and an opaque potting material, see FIGS. 1, 2) is eliminated. Since the light coupling takes place via the substrate 30 ', a simple spraying with opaque material is sufficient. The opaque material shields the arrangement from ambient light and ensures compliance with the required minimum values for external creepage distances.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Optokopplers mit organischen Halbleiterbauelementen ist in der Fig. 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich das Sendeelement 1 und das Empfangselement 5 auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 30". Das Sendeelement 1 und das Empfangselement 5 sind wie in Bezug auf die Fig. 3 beschrieben ausgeführt, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird. Der Kollektor 13 des Sendeelementes 1 und die Kathode 53 des Empfangselementes 5 sind dabei jeweils lichtdurchlässig ausgebildet. Die Anordnung zeichnet sich durch einen kompakten Aufbau und eine hohe Isolationsfestigkeit aufgrund der Anordnung des Strahlungssenders und des Strahlungsempfängers auf unterschiedlichen Seiten des Substrates bei extrem kleiner Bauform aus. Auch kann wiederum auf ein doppeltes Verspritzen verzichtet werden. Es ist ein einfaches Verspritzen mit einem lichtunduchlässigen Material ausreichend. Another exemplary embodiment of an optocoupler with organic semiconductor components is shown in FIG. 5. In this embodiment, there are the transmitter element 1 and the receiving element 5 on opposite sides of a substrate 30 ". The transmission element 1 and the receiving element 5 are carried out as described in reference to FIG. 3, which is hereby incorporated by reference. The collector 13 of the The transmission element 1 and the cathode 53 of the reception element 5 are each designed to be translucent The arrangement is characterized by a compact construction and a high insulation strength due to the arrangement of the radiation transmitter and the radiation receiver on different sides of the substrate with an extremely small construction double spraying can be dispensed with. A single spraying with an opaque material is sufficient.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 entspricht. Das Substrat 30a ist hier jedoch als flexible Kunststoffolie ausgebildet, die einen Lichtwellenleiter zwischen dem Sendeelement 1 und und dem Empfangselement 5 darstellt. Dementsprechend können das Sendeelement 1 und Empfangselement 5 auch in gewinkelter Anordnung und in einem etwa größeren Abstand zueinander angeordnet werden. Der Optokoppler läßt sich komplett als Folie realisieren und kann nach Umgießen mit einer lichtundurchlässigen Kunststoffmasse platzsparend in ein Gehäuse eingebracht werden. Eine Kontaktierung erfolgt dabei ähnlich wie bei Flex-Boards über Leiterbahnen, die auf der Kunststoffolie 30a an die Kontakte 12a, 13a, 52a, 53a des organischen Sendeelementes 1 und organischen Empfangselementes 5 herangeführt werden. FIG. 6 shows an embodiment which essentially corresponds to the embodiment of FIG. 3. However, the substrate 30 a is designed here as a flexible plastic film, which represents an optical waveguide between the transmitting element 1 and the receiving element 5 . Accordingly, the transmitting element 1 and receiving element 5 can also be arranged in an angled arrangement and at a somewhat greater distance from one another. The optocoupler can be implemented completely as a film and can be inserted into a housing to save space after being cast with an opaque plastic compound. Contact is made in a manner similar to that of flex boards via conductor tracks which are brought up on the plastic film 30 a to the contacts 12 a, 13 a, 52 a, 53 a of the organic transmitting element 1 and organic receiving element 5 .
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, dass der Strahlungssender und/oder der Strahlungsempfänger eines Optokopplers als organisches Halbleiterbauelement ausgeführt ist. The invention is not limited in its implementation the embodiments shown above. Essential it is only for the invention that the radiation transmitter and / or the radiation receiver of an optocoupler as organic semiconductor device is executed.
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