DE10234585B4 - Optoelektronisches SMD-Bauteil für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, und dessen Verwendung in einem Strahlungssensor - Google Patents

Optoelektronisches SMD-Bauteil für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, und dessen Verwendung in einem Strahlungssensor Download PDF

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Abstract

Optoelektronisches SMD-Bauteil für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, mit
– einem Gehäuse (16'), das eine Strahlungseinfallseite (18') aufweist, und
– mindestens zwei von dem Gehäuse (16') abstehende Abstützelemente (24', 26'), deren dem Gehäuse (16') abgewandte freie Endabschnitte (30') abgewinkelt sind und sich in einer gemeinsamen Anlageebene (56) zur Anlage an einer Trägerplatte (12') erstrecken,
– wobei die Anlageebene (56) in einem spitzen Winkel (a) zur Strahlungseinfallseite (18') des Gehäuses (16') verläuft und
– wobei die Abstützelemente (24', 26') an gegenüberliegenden Randseiten des Gehäuses (16') von diesem abstehen,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die freien Endabschnitte (30') der Abstützelemente (24', 26') um nicht zueinander parallele Biegelinien gebogen sind und/oder dass die Abstützelemente (24', 26') Torsionsabschnitte aufweisen, innerhalb derer die Abstützelemente (24', 26') um ihre Längsachsen verdreht sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strahlungssensor in SMD-Ausführung, also ein optoelektronisches SMD-Bauteil, für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, bei der es sich insbesondere um das Sonnenlicht handelt. Ein Anwendungsgebiet dieses optoelektronischen SMD-Bauteils ist beispielsweise eine Sensoranordnung zur Erfassung von Strahlung innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs vorzugsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug als Sonnensensor. Mit diesem Sonnensensor kann neben der Intensität der Sonnenstrahlung auch der Sonnenstand relativ zum Fahrzeug, also die Richtung ermittelt werden, aus der die Strahlung auf das Fahrzeug einfällt.
  • Klimaanlagen für Fahrzeuge arbeiten unter anderem auch in Abhängigkeit von der Intensität der Sonnenstrahlung und der Richtung, aus der diese auf das Fahrzeug einfällt. Für eine Links-Rechts-Erkennung oder eine Rundum-Erkennung des Sonnenstrahlungseinfalls sind mehrere Fotodioden erforderlich, die von einer optischen Kappe abgedeckt sind. Bei dieser optischen Kappe handelt es sich um einen Diffusor oder ein anderes refraktiv arbeitendes optisches Element, wodurch der Foto- bzw. Sonnensensor eine gewisse Mindestbauhöhe aufweist (siehe z. B. US 6 396 047 B1 und DE 43 06 656 A1 ). Dies wiederum ist insofern nachteilig, als dass der Sonnensensor aus der Fläche des Innenraums (beispielsweise Instrumententafel), an der er angeordnet ist, herausragt, was mitunter als störend empfunden wird.
  • Aus US 5 025 305 A ist eine Fotodiode bekannt, deren Gehäuse derart ausgerichtet ist, dass die Strahlungseinfallseite unter einem spitzen Winkel zur Anlageebene einer Trägerplatte verläuft. Diese Schrägstellung wird durch aus dem Gehäuse an gegenüberliegenden Randseiten herausragende, abstehende Abstützelemente realisiert, deren freie Endabschnitte jeweils um zueinander parallele Biegelinien abgewinkelt sind, die ferner parallel zur Strahlungseinfallseite des Gehäuses verlaufen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Konstruktion eines Strahlungssensors zur Erfassung der Intensität und Richtung einer Strahlung zu vereinfachen und die Bauhöhe bzw. den Platzbedarf zu reduzieren.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein optoelektronisches SMD-Bauteil für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen; in den Unteransprüchen sind die Merkmale diverser Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine bevorzugte Verwendung angegeben.
  • Erfindungsgemäß stehen die Anschlusselemente von den Längsrändern des Bauteil-Gehäuses ab, also von denjenigen Seitenrändern des Gehäuses, deren an die Hauptflächen des Gehäuses angrenzende Kanten im spitzen Winkel zur Trägerplatte verlaufen. Die Anschlusselemente weisen Torsionsabschnitte auf, innerhalb derer sie um ihre Längsachse verdreht sind. oder aber die Anschlusselemente sind entlang von untereinander nicht parallelen Biegelinien gebogen. Durch diese Konstruktion der Anschlusselemente, d.h. des Lead-Frames kommt es zu einer Schrägstellung des Gehäuses relativ zur Trägerplatte, bei der es sich beispielsweise um eine Leiterplatine handelt. Werden zwei derartige optoelektronische SMD-Bauteile um beispielsweise 180° versetzt zueinander angeordnet, wobei die Strahlungseinfallseiten in einander im wesentlichen gegenüberliegende Richtungen nach außen oder innen gerichtet sind, so ist ein Strahlungssensor geschaffen, der ohne optische Elemente eine Links-Rechts-Erkennung der Strahlung über 180° ermöglicht. Werden drei derartige erfindungsgemäße optoelektronische SMD-Bauteile um 120° jeweils versetzt zueinander auf einer Trägerplatte angeordnet, und zwar mit nach außen oder nach innen schräggestellten Strahlungseinfallseiten, so ist eine Rundum-Erkennung der Strahlungseinfallsrichtung innerhalb eines sphärischen Halbraums möglich. Die Rundum-Erkennung der Strahlung kann auch mit mehr als drei, z.B. vier erfndungsgemäßen optoelektronischen SMD-Bauteilen realisiert werden. Durch den seitlichen Austritt der Abstützelemente ergibt sich insofern ein kompakter Gesamtaufbau als auch bei einer Anordnung der Sensoren mit geringem Abstand seitlich zwischen benachbarten Sensoren aufgrund von deren Verdrehung relativ zueinander ausreichend Platz für die Abstützelemente ist.
  • Die Erfindung wurde vorstehend für den Fall beschrieben, dass die (Anschluss-)Elemente mit ihren abgewinkelten freien Endabschnitten, auf denen das SMD-Bauteil nach der Montage auf einer Trägerplatte ruht, auch als elektrische Leitung dient. Dies ist aber bei dem erfindungsgemäßen SMD-Bauteil nicht zwingend erforderlich. Die Erfindung umfasst also auch den Fall, dass der Lead-Frame vom Gehäuse abstehende Abstützelemente aufweist, die einzig und allein der Abstützung des SMD-Bauteils dienen bzw. von denen zumindest nicht alle auch der elektrischen Kontaktierung des Bauteils dienen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Sonnensensors zur Rundum-Sonnenstrahlungseinfallsdetektion mit SMD-Bauteilen,
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1 durch ein SMD-Bauteil und
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines SMD-Strahlungssensorbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In den 1 und 2 ist ein Sonnensensor 10 gezeigt, wie er beispielsweise zur Rundum-Erfassung der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung und deren Intensität in einem Fahrzeug zur Steuerung von dessen Klimaanlage eingesetzt werden kann.
  • Der Sonnensensor 10 weist eine als Leiterplatine ausgebildete Trägerplatte 12 auf, auf der um jeweils 120° verdreht gegeneinander drei als SMD-Bauteile ausgeführte an sich bekannte Fotosensoren 14 angeordnet sind. Jeder Fotosensor 14 umfasst ein Kunststoffgehäuse 16 (siehe auch 2) mit einer der Trägerplatte 12 abgewandten Strahlungseinfallseite 18. In dem Gehäuse 16 befindet sich ein Halbleitersubstrat 20, das elektrisch mit einem Lead-Frame 20' verbunden ist. Der Lead-Frame 20' weist drei aus dem Gehäuse 16 herausragende beinchenförmige Anschlusselemente 22, 24, 26 auf, von denen lediglich die Anschlusselemente 22 und 26 auch der elektrischen Kontaktierung dienen und das dritte Anschlusselement 24 ausschließlich der zusätzlichen Abstützung des Gehäuses 16 auf der Trägerplatte dient. Die Anschlusselemente 22 bis 26 sind mit abgewinkelten freien Endabschnitten 28, 30, 32 versehen. Die dem Gehäuse 16 abgewandten Unterseiten dieser freien Endabschnitte 28 bis 32 verlaufen in einer gemeinsamen (Anlage-)Ebene 56, innerhalb derer die Anschlusselemente 22 bis 26 auf der Trägerplatte 12 aufliegen. Genauer gesagt sind die freien Enden 28 bis 32 an Anschlussfeldern 34, 36, 38 der Trägerplatte 12 verlötet.
  • Die Besonderheit des Lead-Frame 20' besteht nun darin, dass die Anschlusselemente 22, 24, 26 derart ausgebildet sind (Länge und Abwinklung), dass die Ebene 40, in der die Lichteinfallseite 18 des Gehäuses 16 liegt, in einem spitzen Winkel a zur Anlageebene 56 verläuft. In der Ausgestaltung gemäß den 1 und 2 wird dies dadurch gelöst, dass die Anschlusselemente 22, 24, 26 ausschließlich entlang von Biegelinien 42, 44, 46, 48 gebogen sind, die sämtlich parallel zueinander sowie parallel zur Lichteinfailseite 18 verlaufen.
  • Durch die im montierten Zustand schrägstehenden Fotosensoren 14 ist es infolge der 120°-Anordnung möglich, die Richtung der Sonnenstrahlung im sphärischen Halbraum eindeutig zu detektieren, ohne dazu optische Umlenko.dgl. Brechungselemente verwenden zu müssen. Der gesamte Sensoraufbau kann dadurch recht flach und niedrig gehalten werden, so dass im eingebauten Zustand der Sensor 10 kaum merklich aus der Einbaufläche vorsteht.
  • Bei dem Sonnensensor 10 gemäß der 1 und 2 ragen die Anschlusselemente 22, 24, 26 an gegenüberliegenden Seitenrändern des Gehäuses 16 heraus. Bei diesen Seitenrändern handelt es sich um diejenigen Seitenränder, deren an die Strahlungseinfallseite 18 und die Unterseite 50 des Gehäuses 16 angrenzenden Begrenzungskanten 52, 54 parallel zur Erstreckung der Trägerplatte 12 verlaufen.
  • In 3 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines strahlungssensitiven SMD-Bauteils (Fotosensor 14') gezeigt, das ein Gehäuse 16' mit einer Strahlungseinfallseite 18' und einem Lead-Frame 20' mit Anschlusselementen 24' und 26' aufweist. Im Gegensatz zu dem Sonnensensor gemäß den 1 und 2 stehen die Anschlusselemente 24' und 26' von denjenigen Seitenrändern des Gehäuses 16' ab, die durch an die Lichteinfallseite 18' und die Unterseite des Gehäuses 16' angrenzende Begrenzungskanten 52', 54' begrenzt sind, welche in einem die Schrägstellung des Gehäuses 16' definierenden spitzen Winkel zur Erstreckung der Trägerplatte 12' verlaufen. In diesem Fall weisen die Anschlusselemente 24', 26' einerseits Biegelinien und andererseits Kipplinien auf, um die die Anschlusselemente 24', 26' gebogen bzw. gekippt oder geneigt sind. Auch eine Verdrehung der Anschlusselemente 24', 26' ist möglich, um das erfindungsgemäße Merkmal zu realisieren, dass der freie Endabschnitt 30' des Anschlusselements 24' und der nicht dargestellte freie Endabschnitt des Anschlusselements 26' in der gemeinsamen Anlageebene verlaufen, die ihrerseits im spitzen Winkel zur Erstreckung der Strahlungseinfallseite 18' verläuft.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, beidem die Abstützelemente gleichzeitig auch der elektrischen Kontaktierung des Bauteils dienen. Diese Kontaktierung kann aber auch durch zusätzliche Kontaktierungselemente erfolgen, so dass den Abstützelementen ausschließlich die Aufgabe der Abstützung/Anordnung des Bauteils auf einer Trägerplatte unter Schrägstellung der Strahlungseinfallseite des Bauteils zukommt. Die Kontaktierungselemente sollten dabei ebenfalls für die SMD-Montage ausgebildet sein. Dienen die Abstützelemente ausschließlich der mechanischen Fixierung und Ausrichtung des Bauteils auf einer Trägerplatte, so brauchen sie nicht notwendigerweise nach Art eines Lead-Frames ausgebildet zu sein, sondern können auch auf andere Weise mit dem Gehäuse des Bauteils verbunden sein.
    • 10
    Sonnensensor, Sensor
    12
    Trägerplatte
    12'
    Trägerplatte
    14
    Fotosensor
    14'
    Fotosensor
    16
    Gehäuse
    16'
    Gehäuse
    18
    Strahlungseinfallseite des Gehäuses
    18'
    Strahlungseinfallseite des Gehäuses
    20
    Halbleitersubstrat
    20'
    Lead-Frame
    22
    Anschlusselemente
    24
    Anschlusselemente
    24'
    Anschlusselemente
    26
    Anschlusselemente
    26'
    Anschlusselemente
    28
    Endabschnitte der Anschlusselemente
    30
    Endabschnitte der Anschlusselemente
    30'
    Endabschnitte der Anschlusselemente
    32
    Endabschnitte der Anschlusselemente
    34
    Anschlussfelder
    36
    Anschlussfelder
    38
    Anschlussfelder
    40
    Ebene
    42
    Biegelinien
    44
    Biegelinien
    46
    Biegelinien
    48
    Biegelinien
    50
    Unterseite
    52
    Begrenzungskante
    52'
    Begrenzungskante
    54
    Begrenzungskante
    54'
    Begrenzungskante
    56
    Anlageebene
    a
    Winkel zwischen der Anlageebene der Anschlusselement und der Strah
    lungseinfallseite des Gehäuses

Claims (5)

  1. Optoelektronisches SMD-Bauteil für den Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, mit – einem Gehäuse (16'), das eine Strahlungseinfallseite (18') aufweist, und – mindestens zwei von dem Gehäuse (16') abstehende Abstützelemente (24', 26'), deren dem Gehäuse (16') abgewandte freie Endabschnitte (30') abgewinkelt sind und sich in einer gemeinsamen Anlageebene (56) zur Anlage an einer Trägerplatte (12') erstrecken, – wobei die Anlageebene (56) in einem spitzen Winkel (a) zur Strahlungseinfallseite (18') des Gehäuses (16') verläuft und – wobei die Abstützelemente (24', 26') an gegenüberliegenden Randseiten des Gehäuses (16') von diesem abstehen, dadurch gekennzeichnet, – dass die freien Endabschnitte (30') der Abstützelemente (24', 26') um nicht zueinander parallele Biegelinien gebogen sind und/oder dass die Abstützelemente (24', 26') Torsionsabschnitte aufweisen, innerhalb derer die Abstützelemente (24', 26') um ihre Längsachsen verdreht sind.
  2. Optoelektronisches SMD-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (24', 26') Anschlusselemente eines Lead-Frame (20') sind und dass vorzugsweise mindestens eines der Anschlusselemente auch der elektrischen Kontaktierung dient.
  3. Strahlungssensor für ein Fahrzeug zur Erfassung von Strahlung innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs, mit – mindestens zwei optoelektronischen SMD-Bauteilen (10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die SMD-Bauteile (10') auf einer gemeinsamen Trägerplatte (12') derart angeordnet sind, dass die Strahlungseinfallseiten (18') ihrer Gehäuse (16') in unterschiedliche Raumrichtungen weisen.
  4. Strahlungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerplatte (12') zwei optoelektronische SMD-Bauteile (10') symmetrisch zu einer im wesentlichen senkrecht zur Trägerplatte (12') verlaufenden Ebene angeordnet sind.
  5. Strahlungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerplatte (12') drei optoelektronische SMD-Bauteile (10') um jeweils 120° versetzt angeordnet sind.
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