DE102016108089A1 - Photokoppler - Google Patents

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Abstract

Ein Photokoppler umfasst ein Licht emittierendes Element, ein Licht detektierendes Element, einen transparenten inneren Kapselkörper, einen äußeren Kapselkörper und zwei leitfähige Rahmen. Eine optisch reflektierende Fläche steht in Kontakt mit dem domartigen umschließenden Abschnitt des transparenten inneren Kapselkörpers und des äußeren Kapselkörpers und ist zwischen diesen gebildet. Ein Anteil des Lichts, das von dem Licht emittierenden Element emittiert wird, wird auf das Licht detektierende Element durch die optisch reflektierende Fläche reflektiert, und der weitere Anteil des Lichts, der von dem Licht emittierenden Element emittiert wird, wird direkt auf das Licht detektierende Element durch den transparenten inneren Kapselkörper emittiert. Die vorliegende Erfindung wendet die optisch reflektierende Fläche an, um die Überlappungsflächen zwischen den zwei leitfähigen Rahmen zu minimieren, und reduziert den Kapazitätswert und erhöht den CMRR auf eine Weise, dass der Photokoppler der vorliegenden Erfindung den Standard der elektrischen Eigenschaften wie gewünscht erreichen kann.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil, und insbesondere einen Photokoppler.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein Photokoppler ist ein Bauteil, das elektrische Signale in Form von Lichtstrahlen zwischen zwei isolierten Schaltkreisen überträgt. Ein herkömmlicher Photokoppler umfasst im Allgemeinen zwei Paare von Stanzgitter, ein Licht detektierendes Element, das auf einer Oberseite eines der Stanzgitterpaare, und ein Licht emittierendes Element, das auf einer Unterseite eines weiteren Stanzgitterpaares angeordnet ist. Das Licht emittierende Element wird durch ein elektrisches Eingangssignal getrieben, um das elektrische Eingangssignal in ein Lichtsignal umzuwandeln, und das Licht detektierende Element dient zum Empfangen des Lichtsignals und zum Ausgeben eines elektrischen Signals, das aus dem Lichtsignal gewandelt wird.
  • Der Photokoppler wird weit verbreitet in verschiedenen elektrischen Produkten verwendet. Jedoch steht jedes Stanzgitterpaar des herkömmlichen Photokopplers nach außen über beide Seiten des Photokopplers hervor und erstreckt sich nach unten, was Probleme bezüglich Interferenz bewirkt und eine hohe Impedanz verursacht. Daher besteht weiterer Raum zur Verbesserung bei Photokopplern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts der obigen Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Photokoppler zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile der Interferenz und der hohen Impedanz, die bei herkömmlichen Photokopplern bestehen, überwindet.
  • Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Photokoppler zur Verfügung, der ein Licht emittierendes Element umfasst, das einen Lichtstrahl emittiert, ein Licht detektierendes Element, das den Lichtstrahl von dem Licht emittierenden Element empfängt, und einen Kapselkörper umfasst, der einen inneren transparenten Kapselkörper, einen äußeren Kapselkörper und eine Trägerbasis aufweist, wobei der transparente innere Kapselkörper, der äußere Kapselkörper und die Trägerbasis verkapselt sind, um den Kapselkörper auszubilden, wobei der transparente innere Kapselkörper mit einem umschließenden domförmigen Element mit einer domförmigen Oberfläche bereitgestellt wird, um das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element zu umschließen, wobei der äußere Kapselkörper zum Abdecken der domförmigen Oberfläche des transparenten inneren Kapselkörpers bereitgestellt wird, wobei der äußere Kapselkörper mit einer optisch reflektierenden Oberfläche bereitgestellt wird, die mit der domartigen Fläche in Kontakt steht, und wobei das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element auf der Trägerbasis befestigt sind, wobei die Trägerbasis einen leitfähigen Kontaktabschnitt aufweist, wobei der leitfähige Kontaktabschnitt auf zumindest einem Teil einer unteren Fläche des Kapselkörpers freiliegt und koplanar zur unteren Fläche des Kapselkörpers verläuft, um so den Photokoppler als einen Photokoppler ohne Stanzgitter auszubilden, und wobei das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element angeordnet sind, um der optisch reflektierenden Oberfläche gegenüberzuliegen, wobei ein Teil des Lichtstrahls, der von dem Licht emittierenden Element auf das Licht detektierende Element durch die optisch reflektierende Fläche reflektiert wird, und der weitere Teil des Lichtstrahls, der von dem Licht emittierenden Element emittiert wird, direkt auf das Licht detektierende Element durch den transparenten inneren Kapselkörper emittiert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Trägerbasis ein keramisches Substrat oder eine Leiterplatte.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht die Trägerbasis zwei voneinander beabstandeten Stanzgittern, auf denen das Licht emittierende Element bzw. das Licht detektierende Element befestigt sind, und wobei die zwei Stanzgitter sich jeweils aus dem äußeren Kapselkörper und aus dem transparenten inneren Kapselkörper erstrecken.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jedes Stanzgitter einen Aufnahmeabschnitt und einen Zwischenabschnitt auf, so dass das Licht emittierende Element oder das Licht detektierende Element an dem Aufnahmeabschnitt befestigt ist und der Zwischenabschnitt ausgebildet ist, um sich in einem schiefen Winkel relativ zu dem Aufnahmeabschnitt zu erstrecken, und wobei der leitfähige Kontaktabschnitt sich in einem schiefen Winkel relativ zu dem Zwischenabschnitt erstreckt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der transparente innere Kapselkörper, der äußere Kapselkörper und der leitfähige Kontaktabschnitt koplanar auf der unteren Fläche des Kapselkörpers freiliegend ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Trägerbasis plattenförmig und vollständig an der unteren Fläche des Kapselkörpers freiliegend ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Breite der Trägerbasis größer als eine Breite des äußeren Kapselkörpers.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite der Trägerbasis gleich der Breite des äußeren Kapselkörpers.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Licht emittierende Element eine Infrarotlicht emittierende Diode.
  • Die vorliegende Erfindung nutzt den leitfähigen Kontaktabschnitt der Trägerbasis, die an mindestens einem Abschnitt der unteren Fläche des Kapselkörpers freiliegt, um die Probleme der Interferenz und der hohen Impedanz, die durch die übergroße Länge der Stanzgitter hervorgerufen wird, zu vermeiden, wodurch die Interferenz und die Impedanz des Photokopplers reduziert werden. Da zusätzlich der äußere Kapselkörper nur die domartige Fläche des umschließenden domartigen Elements überdeckt und nicht die gesamte Fläche des umschließenden domartigen Elements überdeckt, ist die Packungsgröße des Photokopplers reduziert und die Montierbarkeit des Photokopplers verbessert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Der Aufbau und die technischen Mittel, die durch die vorliegende Erfindung benutzt werden, um die obigen und andere Aufgaben zu lösen, werden am besten mit Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen verstanden.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Photokoppler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das den Photokoppler in Betrieb darstellt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine Unteransicht, das den Photokoppler gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Photokoppler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Photokoppler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 6 zeigt eine Unteransicht, die den Photokoppler gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die Ausführungsformen werden nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 6 ausführlich beschrieben. Die Beschreibung dient nur zum Erläutern der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, jedoch nicht, um den Bereich der Erfindung einzuschränken.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Photokoppler 100 eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Licht emittierendes Element 1, ein Licht detektierendes Element 2 und einen Kapselkörper 3.
  • Das Licht emittierende Element 1 wird zum Emittieren eines Lichtstrahls L verwendet. Zum Beispiel ist das Licht emittierende Element 1 eine Infrarotlicht emittierende Diode. Alternativ kann das Licht emittierende Element 1 mit anderen Licht emittierenden Bauteilen ersetzt sein, zum Beispiel eine sichtbares Licht emittierende Diode, eine Laserdiode oder eine Plasmalicht emittierende Diode. Das Licht detektierende Element 2 wird verwendet, um den Lichtstrahl L, der von dem Licht emittierenden Element 1 emittiert wird, zu empfangen. Das Licht detektierende Element 2 ist zum Beispiel ein Phototransistor zum Empfangen von Infrarotlicht. Alternativ kann das Licht detektierende Element 2 ein Photowiderstand, eine Photodiode, ein Phototransistor, ein Silizium-gesteuerter Verstärker (SCR) oder ein anderes Licht detektierendes Bauteil, das in der Lage ist, ein Lichtsignal in ein elektrisches Signal zu wandeln, sein.
  • Der Kapselkörper 3 umfasst einen transparenten inneren Kapselkörper 31, einen äußeren Kapselkörper 32 und eine Trägerbasis 33, wobei der transparente innere Kapselkörper 31, der äußere Kapselkörper 32 und die Trägerbasis 33 verkapselt sind, um den Kapselkörper 3 auszubilden. Der transparente innere Kapselkörper 31 ist ein umschließendes domartiges Element mit einer domartigen Fläche 311, um so das Licht emittierende Element 1 und das Licht detektierende Element 2 zu umschließen. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das Material des transparenten inneren Kapselkörpers 31 einem Epoxidharz. Jedoch kann das Material des transparenten inneren Kapselkörpers 31 auch aus einem anderen transparenten Material sein. Der äußere Kapselkörper 32 ist vorgesehen, um die domartige Fläche 311 des transparenten inneren Kapselkörpers 31 abzudecken, und der äußere Kapselkörper 32 ist mit einer optisch reflektierenden Fläche 321 versehen, die in Kontakt zur domartigen Fläche 311 steht. Das Material des äußeren Kapselkörpers 32 enthält Epoxidharz und TiO2, das zum Reflektieren des Lichtstrahls L weiß ausgebildet ist. Jedoch ist das Material des äußeren Kapselkörpers 32 nicht auf dieses beschränkt. Das Material des äußeren Kapselkörpers 32 kann aus einem weiteren Material mit der Fähigkeit, den Lichtstrahl L zu reflektieren, sein. Das Licht emittierende Element 1 und das Licht detektierende Element 2 sind an der Trägerbasis 33 befestigt. Die Trägerbasis 33 weist einen leitfähigen Kontaktabschnitt 311 auf. Der leitfähige Kontaktabschnitt 311 ist an mindestens einem Abschnitt der Unterseite 34 des Kapselkörpers 3 freiliegend und koplanar mit der Unterseite 34 des Kapselkörpers 3, um so zu ermöglichen, dass der Photokoppler 100 als ein anschlussfreier Photokoppler ausgebildet ist. Wie in 2 dargestellt, sind das Licht emittierende Element 1 und das Licht detektierende Element 2 auf eine Weise einander zugeordnet, dass beide der optisch reflektierenden Fläche 321 zugewandt sind, so dass ein erster Teil L1 des Lichtstrahls L, der von dem Licht emittierenden Element 1 emittiert wird, auf das Licht detektierende Element 2 über die optisch reflektierende Fläche 321 reflektiert wird, und ein zweiter Teil L2 des Lichtstrahls L, der von dem Licht emittierenden Element 1 emittiert wird, direkt auf das Licht detektierende Element 2 über den transparenten inneren Kapselkörper 31 übertragen wird.
  • Wie in 1 gezeigt, entspricht die Trägerbasis 33 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer Leiterplatte. Wie in 1 und 3 gezeigt, ist die Trägerbasis 33 plattenförmig und vollständig an der Unterseite 34 des Kapselkörpers 3 freiliegend. Optional ist eine Breite W1 der Trägerbasis 33 größer als eine Breite W2 des äußeren Kapselkörpers 32. Mit Hilfe der Erweiterungsabschnitte 32 kann eine innere Kriechstrecke des Photokopplers 100 einem Wert größer oder gleich 5 mm entsprechen. Insbesondere hängt, wie in 3 gezeigt, die Isolierungsfähigkeit des Photokopplers 100 bei einer konstanten Spannung von einer Kriechstrecke des Photokopplers 100 ab, der dem kürzesten Abstand zwischen zwei leitfähigen Kontaktabschnitten 311 entspricht. Die Kriechstrecke des Photokopplers 100 kann erhöht werden, indem die Packungslänge des Kapselkörpers 3 erhöht wird, wodurch die Isolierungsfähigkeit des Photokopplers 100 bei konstanter Spannung verbessert wird. Zusätzlich kann das Material des Photokopplers 100 von den Materialien mit einer hohen thermischen Stabilität ausgewählt werden, die dem Betrieb bei hohen Temperaturen widerstehen kann, um die Wärmewiderstandsfähigkeit des Kapselkörpers 3 zu erhöhen.
  • Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt. Wie in 4 gezeigt, ist bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Trägerbasis 33 des Photokopplers 100a ein keramisches Substrat und eine Breite W1' der Trägerbasis 33a ist größer als eine Breite W2' des äußeren Kapselkörpers 32.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt, ist ein Photokoppler 100b gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sehr ähnlich zu dem Photokoppler 100 der ersten Ausführungsform, und daher werden die Ähnlichkeiten zwischen der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform hierin nicht wiederholt. Der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform besteht darin, dass die Trägerbasis 33b zwei beabstandete Stanzgitter 332 umfasst, an denen das Licht emittierende Element 1 bzw. das Licht detektierende Element 2 befestigt sind, und die zwei Stanzgitter 332 erstrecken sich jeweils aus dem äußeren Kapselkörper 32 in einander entgegengesetzte Richtungen von dem transparenten inneren Kapselkörper 31.
  • Insbesondere weist jedes Stanzgitter 332 einen Aufnahmeabschnitt 333 und einen Zwischenabschnitt 334 so auf, dass das Licht emittierende Element 1 oder das Licht detektierende Element 2 an dem Aufnahmeabschnitt 333 befestigt ist und der Zwischenabschnitt 334 sich in einem schiefen Winkel relativ zu dem Aufnahmeabschnitt 333 erstreckt, und wobei der leitfähige Kontaktabschnitt 331b sich mit einem schiefen Winkel bezüglich des Zwischenabschnitts 334 erstreckt. Wie in 6 gezeigt, sind der transparente innere Kapselkörper 31, der äußere Kapselkörper 32 und der leitfähige Kontaktabschnitt 331b koplanar auf der Unterseite 34 des Kapselkörpers 3 freiliegend.
  • Zusammenfassend löst der Photokoppler der vorliegenden Erfindung die Probleme der Interferenz und der hohen Impedanz aufgrund der übergroßen Länge der Stanzgitter, die bei herkömmlichen Photokopplern durch den Dual Flat No-Lead(DFN)-Aufbau besteht.
  • Die obige Beschreibung soll nur für die Diskussion der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden. Jedoch kann ein Fachmann verschiedene Modifikationen zur vorliegenden Erfindung vornehmen. Diese Modifikationen können immer noch in den Geist und Bereich, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, fallen.

Claims (9)

  1. Photokoppler, umfassend: ein Licht emittierendes Element, das einen Lichtstrahl emittiert; ein Licht detektierendes Element, das den Lichtstrahl von dem Licht emittierenden Element empfängt; und einen Kapselkörper, der einen transparenten inneren Kapselkörper, einen äußeren Kapselkörper und eine Trägerbasis umfasst, wobei der transparente innere Kapselkörper, der äußere Kapselkörper und die Trägerbasis verkapselt sind, um den Kapselkörper auszubilden, wobei der transparente innere Kapselkörper einem umschließenden domartigen Bauteil mit einer domartigen Fläche entspricht, um das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element zu umschließen, wobei der äußere Kapselkörper vorgesehen ist, die domartige Fläche des transparenten inneren Kapselkörpers abzudecken, wobei der äußere Kapselkörper mit einer optisch reflektierenden Fläche, die in Kontakt zur domartigen Fläche steht, versehen ist, und wobei das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element auf der Trägerbasis befestigt sind, wobei die Trägerbasis einen leitfähigen Kontaktabschnitt aufweist, wobei der leitfähige Kontaktabschnitt an mindestens einem Abschnitt der Unterseite des Kapselkörpers freiliegend ist und koplanar zur Unterseite des Kapselkörpers ist und so ermöglicht, dass der Photokoppler ein anschlussfreier Photokoppler ist, und wobei das Licht emittierende Element und das Licht detektierende Element der optisch reflektierenden Fläche gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Abschnitt des Lichtstrahls, der von dem Licht emittierenden Element auf das Licht detektierende Element durch die optisch reflektierende Fläche reflektiert wird, und der weitere Anteil des Lichtstrahls, der von dem Licht emittierenden Element emittiert wird, direkt auf das Licht detektierende Element durch den transparenten inneren Kapselkörper emittiert werden.
  2. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei die Trägerbasis ein keramisches Substrat oder eine Leiterplatte ist.
  3. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei die Trägerbasis zwei voneinander beabstandete Stanzgitter entspricht, auf denen das Licht emittierende Element bzw. das Licht detektierende Element befestigt sind und wobei die zwei Stanzgitter sich jeweils aus dem äußeren Kapselkörper von dem transparenten inneren Kapselkörper heraus erstrecken.
  4. Photokoppler nach Anspruch 3, wobei jedes Stanzgitter einen Aufnahmeabschnitt oder einen Zwischenabschnitt so aufweist, dass das Licht emittierende Element oder das Licht detektierende Element an dem Aufnahmeabschnitt befestigt ist und der Zwischenabschnitt vorgesehen ist, so dass er sich mit einem schiefen Winkel relativ zu dem Aufnahmeabschnitt erstreckt, und wobei der leitfähige Kontaktabschnitt sich in einem schiefen Winkel relativ zu dem Zwischenabschnitt erstreckt.
  5. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei der transparente innere Kapselkörper, der äußere Kapselkörper und der leitfähige Kontaktabschnitt koplanar an der Unterseite des Kapselkörpers freiliegend ausgebildet sind.
  6. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei die Trägerbasis plattenförmig ist und vollständig an der Unterseite des Kapselkörpers freiliegend ist.
  7. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei eine Breite der Trägerbasis größer ist als eine Breite des äußeren Kapselkörpers.
  8. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei die Breite der Trägerbasis der Breite des äußeren Kapselkörpers entspricht.
  9. Photokoppler nach Anspruch 1, wobei das Licht emittierende Licht einer Infrarotlicht emittierenden Diode entspricht.
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