DE10302007A1

DE10302007A1 - Optical sensor comprises sender and receptor with optical components which are connected to a circuit board by a flip-chip contact or CSP contact

Info

Publication number: DE10302007A1
Application number: DE2003102007
Authority: DE
Inventors: Jörg Huss
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: DE20311879U1; DE10302007B4

Abstract

Optical sensor comprises a sender (4) and a receptor. These have optical components which are connected to a circuit board (18) by a flip-chip contact or CSP contact.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical Sensor according to the generic term of claim 1.

Derartige optische Sensoren können insbesondere als Lichtschranken, Reflexionslichtschranken, Lichttaster und Distanzsensoren ausgebildet sein.Such optical sensors can in particular as light barriers, retro-reflective sensors, light sensors and distance sensors be trained.

Ein als Lichttaster ausgebildeter optischer Sensor ist aus der DE 299 13 148 U1 bekannt. Dieser optischer Sensor weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf, welche in einem gemeinsamen Sensor-Gehäuse integriert sind. Der Sender und der Empfänger liegen jeweils in rückseitigen Öffnungen eines lichtundurchlässigen Tubus. Die Tuben erstrecken sich bis dicht vor ein Fenster in der Frontwand des Sensor-Gehäuses, durch welches die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen geführt sind. Durch die Tuben wird eine optische Trennung der Sendelichtstrahlen und der Empfangslichtstrahlen erzielt. In dem Tubus sind zudem Linsen zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen und zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen integriert. Der Sender und der Empfänger sind über Anschlussleitungen an eine Leiterplatte angeschossen, auf welcher die elektronischen Komponenten einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Ansteuerung des Senders und zur Auswertung der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers angeordnet sind. Die Auswertung erfolgt dabei derart, dass aus den Empfangssignalen ein Objektfeststellungssignal generiert wird, welche über einen Ausgang des optischen Sensors ausgebbar ist.An optical sensor designed as a light sensor is from the DE 299 13 148 U1 known. This optical sensor has a transmitter emitting light rays and a receiver receiving received light rays, which are integrated in a common sensor housing. The transmitter and the receiver are each located in the rear openings of an opaque tube. The tubes extend right up to a window in the front wall of the sensor housing through which the transmitted light beams and the received light beams are guided. The tubes achieve an optical separation of the transmitted light beams and the received light beams. Lenses for beam shaping of the transmitted light beams and for focusing the received light beams are also integrated in the tube. The transmitter and the receiver are connected via connecting lines to a printed circuit board on which the electronic components of a control and evaluation unit for controlling the transmitter and for evaluating the received signals are arranged at the output of the receiver. The evaluation is carried out in such a way that an object detection signal is generated from the received signals and can be output via an output of the optical sensor.

Nachteilig bei derartigen Sensoren ist zum einen, dass diese eine relativ große Bauform aufweisen. Zudem ist nachteilig, dass die Montage der optischen Komponenten, insbesondere des Senders und des Empfängers sowie deren Anschluss an die elektronischen Komponenten relativ aufwendig ist.A disadvantage of such sensors is on the one hand that they have a relatively large design. moreover is disadvantageous that the assembly of the optical components, in particular of the sender and the receiver as well as their connection to the electronic components relatively is complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine möglichst kleine Bauform aufweist und welcher möglichst rationell und kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object to provide an optical sensor of the type mentioned at the outset, which one if possible has a small design and which can be produced as rationally and inexpensively as possible is.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this task are the Features of claim 1 provided. Advantageous embodiments and appropriate further training the invention are described in the subclaims.

Der erfindungsgemäße optische Sensor umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, sowie auf wenigstens einer Leiterplatte integrierte elektronische Komponenten zur Ansteuerung des Senders und zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale. Der Sender und/oder der Empfänger ist bzw. sind von wenigstens einem optischen Bauelement gebildet, wobei das optische Bauelement auf dem Boden eines isolierenden Gehäuses aufsitzt, dessen Seitenwände das optische Bauelement seitlich optisch abschirmen und welches eine elektrische Kontaktierung aufweist, mittels dessen das optische Bauelement mit der Leiterplatte kontaktiert ist, auf welcher das Gehäuse aufsitzt.The optical sensor according to the invention comprises a transmitter emitting light rays, a reception light rays receiving recipient, and electronic integrated on at least one circuit board Components for controlling the transmitter and for evaluating the am Output of the recipient pending reception signals. The sender and / or the receiver is or are formed by at least one optical component, wherein the optical component sits on the bottom of an insulating housing, the side walls of which Shield the optical component laterally and which one has electrical contacting, by means of which the optical Component is contacted with the circuit board on which the casing seated.

Das Gehäuse mit einem darin integrierten Sender oder Empfänger kann als vorgefertigte Einheit direkt auf einer Leiterplatte kontaktiert werden. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Montage der optischen und elektronischen Komponenten des optischen Sensors.The housing with an integrated transmitter or recipient can be contacted directly on a printed circuit board as a prefabricated unit become. this makes possible quick and easy assembly of the optical and electronic Components of the optical sensor.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Gehäuse mit den integrierten Sendern und Empfängern eine äußerst geringe Bauform aufweisen, wodurch ein wesentlicher Beitrag zur Miniaturisierung des optischen Sensors erzielt wird.It is also advantageous that the Housing with the integrated transmitters and receivers have an extremely small design, making a significant contribution to miniaturization of the optical Sensor is achieved.

Der Sender und/oder der Empfänger sind dabei als optische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauteile ausgebildet, welche eine besonders kleine Bauform aufweisen.The sender and / or the receiver are designed as optical components, in particular SMD components, which have a particularly small size.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass der in einem lichtundurchlässigen Gehäuse liegende Sender oder Empfänger gegen optische Störeinstrahlungen geschützt ist. Zudem dient das Gehäuse gleichzeitig als Mittel zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen bzw. Strahlformung der Sendelichtstrahlen, so dass nachgeordnete Optiken weitgehend entfallen können. Dies führt zu einer weiteren Senkung der Herstellkosten des optischen Sensors sowie zu einer weiteren Verringerung der Baugröße.Another major advantage of the optical according to the invention Sensor consists in that the one lying in an opaque housing Sender or receiver against optical interference protected is. The housing also serves at the same time as a means of focusing the received light beams or beam shaping of the transmitted light rays, so that subordinate ones Optics can largely be omitted. this leads to to further reduce the manufacturing costs of the optical sensor as well to further reduce the size.

Besonders vorteilhaft ist auf ein oder jedes Gehäuse ein Deckel mit wenigstens einem lichtdurchlässigen Segment abgeschlossen. Der im Gehäuse liegende Sender oder Empfänger ist damit dicht, vorzugsweise hermetisch dicht gekapselt und so gegen äußere Störeinflüsse, wie Feuchtigkeit, Staub oder andere Verschmutzungen geschützt.One is particularly advantageous or any housing a lid with at least one translucent segment completed. The one in the housing lying transmitter or receiver is therefore tight, preferably hermetically sealed and so on against external interference, such as Protect moisture, dust or other dirt.

Besonders vorteilhaft besteht der Deckel aus einer Glasscheibe, auf welche eine Blendenschicht aufgebracht ist. Mit der Blende wird eine effektive Strahlformung der Sendelichtstrahlen bzw. ein Fokussierungseffekt für die Empfangslichtstrahlen erzielt.The is particularly advantageous Lid made of a glass pane, on which a cover layer is applied is. With the aperture an effective beam shaping of the transmitted light beams or a focusing effect for the received light rays achieved.

Im einfachsten Fall ist der Deckel von einer planen Glasscheibe konstanter Dicke gebildet. Alternativ kann die Glasscheibe gewölbt ausgebildet sein und/oder eine variierende Dicke aufweisen, dass die Glasscheibe als Linsenelement zur Fokussierung und Strahlformung der Sende- und Empfangslichtstrahlen wirkt. Damit kann mit einer geringen Anzahl von Bauelementen bei zudem äußerst geringen Baugrößen eine hohe Funktionalität derartiger optischer Baueinheiten erzielt werden.In the simplest case, the lid is formed by a flat sheet of glass of constant thickness. alternative the glass pane can be arched be formed and / or have a varying thickness that the glass pane as a lens element for focusing and beam shaping the transmitted and received light beams act. So that with a a small number of components with an extremely small size high functionality Such optical units can be achieved.

Die Gehäuse mit den integrierten Sendern oder Empfängern können rationell in Form von Mehrfachnutzen hergestellt werden, wobei die einzelnen Baueinheiten nach Fertigstellung vereinzelt werden.The housing with the integrated transmitters or recipients can be produced efficiently in the form of multiple uses, the individual units after completion.

Das Aufbringen der Deckel kann derart erfolgen, dass die Deckel bildenden Glasscheiben in Form eines Montageteils auf den Gehäusen im Mehrfachnutzen aufgesetzt und fixiert werden. Die Vereinzelung der einzelnen Baueinheiten erfolgt dann durch Ausbrechen entlang vorgegebener Sollbruchlinien im Mehrfachnutzen. Insbesondere für den Fall, dass die Deckel aus Glasscheiben mit darauf aufgebrachten Blendenschichten bestehen, müssen dieses exakt relativ zu den Gehäusen positioniert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Gehäuse innerhalb des Mehrfachnutzen in genau definierten Sollpositionen liegen.The application of the lid can be done in this way take place that the lid-forming glass panes in the form of an assembly part on the housings be put on and fixed in multiple use. The isolation the individual units are then broken out predetermined breaking lines in multiple use. Especially in the event that the covers made of glass panes with cover layers applied to them must exist this exactly relative to the housings be positioned. The prerequisite for this is that the housing is inside of the multiple benefit are in precisely defined target positions.

Alternativ können die Gehäuse mit den Sendern oder Empfängern im Mehrfachnutzen zuerst vereinzelt werden. Die Gehäuse werden dann vereinzelt konfektioniert. Die fertigen SMD-Bauelemente können anschließend gegurtet werden (Tape on Reel).Alternatively, the housing can be used the transmitters or receivers to be singled out in multiple use first. The housing will be then individually assembled. The finished SMD components can then be taped (tape on reel).

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen.The invention is as follows explained using the drawings. Show it.

1: Schematische Darstellung eines als Lichttasters ausgebildeten optischen Sensors. 1 : Schematic representation of an optical sensor designed as a light sensor.

2: Querschnitt durch ein den Sender des optischen Sensors gemäß 1 bildendes optisches Bauelement. 2 : Cross section through a according to the transmitter of the optical sensor 1 optical component.

3: Schematische Darstellung eines Gehäuses mit einem Deckel zur Aufnahme eines optischen Bauelements gemäß 2. 3 : Schematic representation of a housing with a cover for receiving an optical component according to 2 ,

4: Draufsicht auf den Deckel gemäß 3. 4 : Top view of the lid according to 3 ,

5: Detaillierte Darstellung der Struktur des Deckels gemäß den 3 und 4. 5 : Detailed representation of the structure of the lid according to the 3 and 4 ,

1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines als Lichttaster ausgebildeten optischen Sensors 1. Alternativ kann der optische Sensor 1 als Lichtschranke, Reflexionslichtschranke oder als Distanzsensor ausgebildet sein. 1 shows schematically the basic structure of an optical sensor designed as a light sensor 1 , Alternatively, the optical sensor 1 be designed as a light barrier, reflection light barrier or as a distance sensor.

Der optische Sensor 1 dient zur Erfassung von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich und weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden Empfänger 6 auf. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem gemeinsamen Sensor-Gehäuse 7 integriert, wobei die Sendelichtstrahlen 3 und die Empfangslichtstrahlen 5 durch ein nicht dargestelltes Fenster in der Frontwand des Gehäuses 15 geführt sind. Eine Auswerteeinheit 8 dient zur Ansteuerung des Senders 4 und zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers 6 anstehenden Empfangssignale. Im vorliegenden Fall werden die Empfangssignale mit wenigstens einem Schwellwert zur Generierung eines binären Objektfeststellungssignals bewertet, wobei die Schaltzustände des Objektfeststellungssignals angeben, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich befindet oder nicht. Das Objektfeststellungssignal ist über einen Schaltausgang 9 ausgebbar.The optical sensor 1 is used to capture objects 2 in a surveillance area and has a transmitted light beam 3 emitting transmitter 4 and a received light beam 5 receiving recipient 6 on. The components of the optical sensor 1 are in a common sensor housing 7 integrated, with the transmitted light beams 3 and the received light rays 5 through a window, not shown, in the front wall of the housing 15 are led. An evaluation unit 8th is used to control the transmitter 4 and to evaluate the at the exit of the receiver 6 pending reception signals. In the present case, the received signals are evaluated with at least one threshold value for generating a binary object detection signal, the switching states of the object detection signal indicating whether there is an object 2 in the surveillance area or not. The object detection signal is via a switching output 9 dispensable.

2 zeigt den Aufbau eines den Sender 4 des optischen Sensors 1 bildenden optischen Bauelements. Das optische Bauelement ist als Leuchtdiode in Form eines SMD (surface mounted device) – Bauteils ausgebildet. Der Empfänger 6 des optischen Sensors 1 ist vorzugsweise ebenfalls von einem derartigen optischen Bauelement gebildet. Dabei kann der Empfänger 6 von einem Photosensor oder wenigstens einem CCD-Element oder CMOS-Element gebildet sein. 2 shows the structure of a transmitter 4 of the optical sensor 1 forming optical component. The optical component is designed as a light-emitting diode in the form of an SMD (surface mounted device) component. The recipient 6 of the optical sensor 1 is preferably also formed by such an optical component. The recipient can 6 be formed by a photosensor or at least one CCD element or CMOS element.

Das optische Bauelement weist die Form eines Chips auf, dessen Längskanten in der Größenordnung von etwa 1 bis 3 mm liegen. Im vorliegenden Fall weist das optische Bauelement einen rechteckigen Querschnitt, dessen Seitenlängen etwa 2 bis 2,5 mm betragen.The optical component has the Form a chip on, its long edges in the order of magnitude of about 1 to 3 mm. In the present case, the optical Component a rectangular cross-section, the side lengths about 2 to 2.5 mm.

An der Unterseite des optischen Bauelements sind Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung 16 des optischen Bauelements vorgesehen.On the underside of the optical component are contact areas for electrical contacting 16 of the optical component provided.

An den längsseitigen Rändern verlaufen zwei als n-Kontakte 10a ausgebildete Kontaktflächen. Im Zentrum der Unterseite des optischen Bauelements ist eine als p-Kontakt 10b ausgebildete Kontaktfläche vorgesehen.Two run along the longitudinal edges as n-contacts 10a trained contact areas. In the center of the underside of the optical component is a p-contact 10b trained contact surface provided.

Der Grundkörper 11 des optischen Bauelements besteht aus n-GaAlAs, wobei oberhalb der n-Kontakte 10a Stege 12 aus p-GaAlAs vorgesehen sind, die an die Unterseiten des Grundkörpers 11 anschließen. An der Oberseite des optischen Bauelements befindet sich eine optisch aktive Zone 13, welche die Sendelichtstrahlen 3 emittiert. Diese aktive Zone 13 ist zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3 von einer Reflexionsschicht 14 begrenzt.The basic body 11 The optical component consists of n-GaAlAs, above the n-contacts 10a Stege 12 p-GaAlAs are provided on the undersides of the base body 11 connect. There is an optically active zone on the top of the optical component 13 which the transmitted light rays 3 emitted. This active zone 13 is for beam shaping of the transmitted light beams 3 from a reflective layer 14 limited.

Das den Sender 4 bildende optische Bauelement ist wie in 3 dargestellt in einem isolierenden Gehäuse 15 integriert und bildet mit diesem eine Baueinheit. Das Gehäuse 15 ist lichtundurchlässig und besteht im vorliegenden Fall aus Keramik. Das optische Bauelement sitzt auf dem Boden des Gehäuses 15 auf. Die Querschnittsfläche des Gehäuses 15 ist an die Querschnittsfläche des optischen Bauelements angepasst, so dass das optische Bauelement mit geringem Spiel zwischen den Seitenwänden des Gehäuses 15 liegt.That the transmitter 4 optical component is as in 3 shown in an insulating housing 15 integrates and forms a structural unit with this. The housing 15 is opaque and in the present case consists of ceramic. The optical component sits on the bottom of the housing 15 on. The cross-sectional area of the housing 15 is adapted to the cross-sectional area of the optical component, so that the optical component with little play between the side walls of the housing 15 lies.

Das Gehäuse 15 weist wie das optische Bauelement einen rechteckigen Querschnitt auf. Die senkrecht vom Boden hervorstehenden Seitenwände sind höher als das optische Bauelement, so dass die Seitenwände über die Oberseite des optischen Bauelements hervorstehen. Die Seitenwände des Gehäuses 15 schützen so das optische Bauelement gegen seitliche optische Störeinstrahlung und tragen zudem zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3 bei.The housing 15 like the optical component, has a rectangular cross section. The side walls protruding perpendicularly from the floor are higher than the optical component, so that the side walls protrude above the top of the optical component. The side walls of the case 15 protect the optical component against lateral optical interference and also contribute to the beam shaping of the transmitted light beams 3 at.

Die von dem optischen Bauelement und dem Gehäuse 15 gebildete Baueinheit ist in sogenannten Mehrfachnutzen herstellbar. Der Mehrfachnutzen ist von einem flächigen Array von Gehäusen 15 gebildet. Der Mehrfachnutzen wird mit den, optischen Bauelementen bestückt und dann nach Bedarf vereinzelt. Die Vereinzelung kann derart erfolgen, dass der Mehrfachnutzen in einzelne Gehäuse 15 mit jeweils einem optischen Bauelement vereinzelt wird. Prinzipiell kann der optische Sensor 1 auch einen Sender 4 aufweisen, der eine Mehrfachanordnung von Sendern 4 aufweist. Dann erfolgt die Vereinzelung des Mehrfachnutzen in Gruppen von in Gehäusen 15 integrierten optischen Bauelementen, welche zeilenförmige oder flächige Anordnungen bilden und als solche den Sender 4 des optischen Sensors 1 bilden. Analog kann auch der Empfänger 6 von derartigen Mehrfachanordnungen gebildet sein.The of the optical component and the casing 15 formed unit can be produced in so-called multiple uses. The multiple use is from a flat array of housings 15 educated. The multiple use is equipped with the optical components and then separated as required. The separation can take place in such a way that the multiple use in individual housings 15 is separated with one optical component each. In principle, the optical sensor 1 also a transmitter 4 have a multiple array of transmitters 4 having. Then the multiple use is separated into groups of in housings 15 integrated optical components, which form line-shaped or flat arrangements and as such the transmitter 4 of the optical sensor 1 form. The receiver can do the same 6 be formed by such multiple arrangements.

Im Bodenbereich des Gehäuses 15 sind Kontaktierungen 16 zum elektrischen Anschluss des optischen Bauelements vorgesehen. Die Kontaktierungen 16 sind in Form von Metallisierungen ausgebildet. Die Metallisierungen verlaufen von der Oberseite des Bodens durch die Gehäusewände und sind dann auf die Unterseite des Gehäuses 15 geführt.In the bottom area of the housing 15 are contacts 16 provided for the electrical connection of the optical component. The contacts 16 are formed in the form of metallizations. The metallizations run from the top of the bottom through the housing walls and are then on the underside of the housing 15 guided.

Diese Kontaktierungen 16 dienen zur Ausbildung von Flip-Chip Kontakten, d. h. das optische Bauelement wird bei Aufsetzen auf den Boden des Gehäuses 15 kontaktiert, in dem die Kontaktflächen des optischen Bauelements auf die entsprechenden Teilflächen auf der Oberseite des Bodens aufgesetzt werden. Das Gehäuse 15 wird dann mit den an der Unterseite des Bodens freiliegenden Teilflächen der Kontaktierung 16 auf entsprechende Kontaktpads 17 auf einer Leiterplatte 18 aufgesetzt, auf welcher die elektronischen Komponenten der Auswerteeinheit 8 integriert sind. Die so ausgebildete Baugruppe weist eine geringe Baugröße auf und kann zudem einfach und schnell montiert werden. Anstelle von Flip-Chip Kontakten können prinzipiell auch Bonddrähte zur Kontaktierung 16 des optischen Bauelements am Gehäuse 15 vorgesehen sein.These contacts 16 serve to form flip-chip contacts, ie the optical component is placed on the bottom of the housing 15 contacted by placing the contact surfaces of the optical component on the corresponding partial surfaces on the top of the floor. The housing 15 is then with the exposed areas on the underside of the bottom of the contact 16 on appropriate contact pads 17 on a circuit board 18 placed on which the electronic components of the evaluation unit 8th are integrated. The module designed in this way has a small size and can also be installed quickly and easily. In principle, instead of flip-chip contacts, bond wires can also be used for contacting 16 of the optical component on the housing 15 be provided.

Die Oberseite des Gehäuses 15 ist offen und kann im einfachsten Fall unverschlossen bleiben. Alternativ kann eine transparente Vergussmasse in das Gehäuse 15 gefüllt werden, welche das optische Bauelement umschließt und diesen gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen schützt.The top of the case 15 is open and, in the simplest case, can remain unlocked. Alternatively, a transparent potting compound can be placed in the housing 15 be filled, which encloses the optical component and protects it against moisture and dirt.

Bei den in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Oberseite des Gehäuses 15 mit einem Deckel 19 abgeschlossen, der an den oberen Rändern des Gehäuses 15 fixiert ist. Die Fixierung kann prinzipiell mittels eines Klebemittels wie zum Beispiel einem Epoxidkleber erfolgen. Der Deckel 19 weist zumindest ein lichtdurchlässiges Segment auf, durch welches die Sendelichtstrahlen 3 geführt sind. Der Querschnitt des Deckels 19 entspricht dem Querschnitt des Gehäuses 15.In the 3 The embodiment shown is the top of the housing 15 with a lid 19 completed the one on the top edges of the case 15 is fixed. The fixation can in principle be carried out by means of an adhesive such as an epoxy adhesive. The lid 19 has at least one translucent segment through which the transmitted light rays 3 are led. The cross section of the lid 19 corresponds to the cross section of the housing 15 ,

Im vorliegenden Fall weist der Deckel 19 eine Glasscheibe 20 auf, die auf der Oberseite des Gehäuses 15 so fixiert ist, dass der Innenraum des Gehäuses 15 hermetisch dicht abgeschlossen ist. Hierzu ist eine an dem Rand des Deckels 19 umlaufende Fixierschicht 21 auf der Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebracht, welche von einem Lot gebildet ist.In the present case, the lid has 19 a sheet of glass 20 on that on the top of the case 15 is fixed so that the interior of the housing 15 is hermetically sealed. For this is one on the edge of the lid 19 all-round fixing layer 21 on the bottom of the glass pane 20 applied, which is formed by a solder.

Der Deckel 19 weist weiterhin eine Blende auf, die zur Strahlformung der vom optischen Bauelement emittierten Sendelichtstrahlen 3 dient. Die Blende ist in Form einer Blendenschicht 22 ausgebildet, welche auf die Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebracht ist.The lid 19 furthermore has an aperture which is used for beam shaping of the transmitted light beams emitted by the optical component 3 serves. The aperture is in the form of an aperture layer 22 trained which on the bottom of the glass sheet 20 is applied.

4 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite der Glasscheibe 20 mit der Fixierschicht 21 und der Blendenschicht 22. Die Fixierschicht 21 verläuft entlang der Ränder der Glasscheibe 20 und weist dabei eine Breite auf, die an die Breite der Gehäusewände angepasst ist. An den innenliegenden Rand der Fixierschicht 21 schließt die Blendenschicht 22 unmittelbar an. Der innere Rand der Blendenschicht 22 begrenzt eine kreisförmige Blendenöffnung 23, die im Zentrum der Glasscheibe 20 angeordnet ist. Durch diese Blendenöffnung 23 sind die Sendelichtstrahlen 3 geführt. 4 shows a plan view of the underside of the glass sheet 20 with the fixing layer 21 and the aperture layer 22 , The fixing layer 21 runs along the edges of the glass pane 20 and has a width that is adapted to the width of the housing walls. On the inner edge of the fixing layer 21 closes the aperture layer 22 immediately. The inner edge of the aperture layer 22 delimits a circular aperture 23 that are in the center of the glass pane 20 is arranged. Through this aperture 23 are the transmitted light rays 3 guided.

5 zeigt in einer Längsschnittdarstellung die detaillierte Struktur des Deckels 19 gemäß den 3 und 4. Dabei ist in 5 die Struktur des Deckels 19 vor der Fixierung am Gehäuse 15 dargestellt. 5 shows the detailed structure of the lid in a longitudinal section 19 according to the 3 and 4 , Here is in 5 the structure of the lid 19 before fixing to the housing 15 shown.

Die Glasscheibe 20 des Deckels 19 weist hier eine über die gesamte Fläche konstante Dicke auf, die im vorliegenden Fall etwa 0,2 mm beträgt. Alternativ können auch gewölbte Glasscheiben 20 bzw. Glasscheiben 20 mit variierenden Dicken eingesetzt werden. Wie aus 5 ersichtlich, bestehen die auf die Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebrachte Fixierschicht 21 sowie die Blendenschicht 22 jeweils aus mehrlagigen Schichten. Die einzelnen Schichten werden durch Aufdampfen oder Sputter-Prozesse auf die Glasscheibe 20 nacheinander aufgebracht.The glass pane 20 of the lid 19 here has a constant thickness over the entire surface, which in the present case is approximately 0.2 mm. Alternatively, curved glass panes can also be used 20 or glass panes 20 can be used with varying thicknesses. How out 5 visible, they exist on the underside of the glass pane 20 applied fixing layer 21 as well as the aperture layer 22 each made of multi-layer layers. The individual layers are applied to the glass pane by vapor deposition or sputtering processes 20 applied one after the other.

Um eine gute Haftung der Fixierschicht 21 und der Blendenschicht 22 auf der Glasscheibe 20 zu erhalten, weisen die Fixierschicht 21 und die Blendenschicht 22 eine gemeinsame CrNi-Schicht 24 auf, die unmittelbar auf die Glasscheibe 20 aufgebracht ist. Die Schichtdicke der CrNi-Schicht 24 beträgt vorzugsweise etwa 0,2 μm.To ensure good adhesion of the fixing layer 21 and the aperture layer 22 on the glass pane 20 to obtain the fixation layer 21 and the aperture layer 22 a common CrNi layer 24 on that immediately on the glass pane 20 is applied. The layer thickness of the CrNi layer 24 is preferably about 0.2 μm.

Auf diese CrNi-Schicht 24 wird als Blendenschicht 22 eine lichtundurchlässige Metallschicht 25 aufgebracht. Im vorliegenden Fall besteht die Metallschicht 25 aus einer zweilagigen Schicht, wobei die erste Schicht als Al-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 μm ausgebildet ist und die zweite Schicht als FeNi-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,4 μm ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall erstreckt sich diese Metallschicht 25 nur im Bereich der Blende. Prinzipiell kann diese Metallschicht 25 auch auf die Randbereiche der Glasscheibe 20 ausgedehnt sein und so einen Teil der Fixierschicht 21 bilden.On this CrNi layer 24 is called an aperture layer 22 an opaque metal layer 25 applied. In the present case, there is the metal layer 25 from a two-layer layer, the first layer being an Al layer with a layer thickness of approximately 0.5 μm and the second layer being an FeNi layer with a layer thickness of approximately 0.4 μm. In the present case, this metal layer extends 25 only in the area of the aperture. In principle, this metal layer 25 also on the edge areas of the glass pane 20 be extended and thus part of the fixing layer 21 form.

Die Fixierschicht 21 besteht aus einer PbSn-Lotschicht 26, wobei hierzu generell Lote auf PbSn-Basis geeignet sind. Im vorliegenden Fall wird eine PbSnS-Legierung zur Bildung der PbSn-Lotschicht 26 verwendet. Die Schichtdicke der PbSn-Lotschicht 26 beträgt vorzugsweise etwa 20–30 μm, bevorzugt etwa 25 μm.The fixing layer 21 consists of one PbSn solder layer 26 PbSn-based solders are generally suitable for this. In the present case, a PbSnS alloy is used to form the PbSn solder layer 26 used. The layer thickness of the PbSn solder layer 26 is preferably approximately 20-30 μm, preferably approximately 25 μm.

Die PbSn-Lotschicht 26 ist durch eine dünne Au-Schicht 27 geschützt, deren Schichtdicke etwa 1,5 μm beträgt. Die auf der Oberfläche der PbSn-Lotschicht 26 aufgebrachte Au-Schicht 27 schützt diese gegen Oxidationen.The PbSn solder layer 26 is through a thin Au layer 27 protected, the layer thickness is about 1.5 microns. The one on the surface of the PbSn solder layer 26 applied Au layer 27 protects them against oxidation.

Zur Fixierung des Deckels 19 am Gehäuse 15 wird der Deckel 19 auf den oberen Rand des Gehäuses 15 aufgesetzt. Anschließend wird die so gebildete Einheit auf Temperaturen von etwa 300° C erhitzt. Durch die Erhitzung diffundiert das Gold der Au-Schicht 27 sofort in die unter der Wärmeentwicklung schmelzende PbSn-Lotschicht 26. Nach erfolgter Abkühlung ist dann das Gehäuse 15 mit dem Deckel 19 fest verbunden. Wesentlich hierbei ist, dass die Lotschicht auf den Bereich der oberen Ränder des Gehäuses 15 begrenzt ist, so dass ein Abfließen des Lotes in den Bereich der Blendenöffnung 23 ausgeschlossen ist.For fixing the cover 19 to the housing 15 becomes the lid 19 on the top of the case 15 placed. The unit thus formed is then heated to temperatures of approximately 300 ° C. The gold of the Au layer diffuses due to the heating 27 immediately into the PbSn solder layer melting under the heat 26 , After cooling, the housing is then 15 with the lid 19 firmly connected. It is essential here that the solder layer on the area of the upper edges of the housing 15 is limited, so that the solder flows off into the area of the aperture 23 is excluded.

11: Optischer Sensoroptical sensor
22: Objektobject
33: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
44: SenderChannel
55: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
66: Empfängerreceiver
77: Sensor-GehäuseSensor housing
88th: Auswerteeinheitevaluation
99: Schaltausgangswitching output
10a10a: n-Kontaktn-contact
10b10b: p-Kontaktp-contact
1111: Grundkörperbody
1212: Stegweb
1313: ZoneZone
1414: Reflexionsschichtreflective layer
1515: Gehäusecasing
1616: Kontaktierungcontact
1717: Kontaktpadscontact pads
1818: Leiterplattecircuit board
1919: Deckelcover
2020: Glasscheibepane
2121: Fixierschichtfixing
2222: Blendenschichtaperture layer
2323: Blendenöffnungaperture
2424: CrNi-SchichtCrNi layer
2525: Metallschichtmetal layer
2626: PbSn-LotschichtPbSn solder layer
2727: Au-SchichtAu layer

Claims

Optical sensor with a transmitter emitting light rays, a receiver receiving received light rays and with electronic components integrated on at least one circuit board for controlling the transmitter and for evaluating the received signals pending at the output of the receiver, characterized in that the transmitter ( 4 ) and / or the recipient ( 6 ) is or are formed by at least one optical component, the optical component being on the bottom of an insulating housing ( 15 ) is seated, the side walls of which optically shield the optical component from the side, and which has an electrical contact ( 16 ), by means of which the optical component with the circuit board ( 18 ) is electrically contacted on which the housing ( 15 ) sits on.

Optical sensor according to claim 1, characterized in that the transmitter ( 4 ) and / or the recipient ( 6 ) from a multiple arrangement of in housings ( 15 ) arranged optical components exists or exist.

Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the housing ( 15 ) is made of ceramic.

Optical sensor according to claim 3, characterized in that the housing ( 15 ) has a rectangular cross-section adapted to the cross-sectional area of the optical component, the side walls of the housing ( 15 ) are higher than the height of the optical component.

Optical sensor according to one of claims 1-4, characterized in that the contacting ( 16 ) in the form of a through the wall of the housing ( 15 ) guided metallization is formed.

Optical sensor according to one of claims 1-5, characterized in that the optical component by means of a flip-chip contact or a bonding wire to the contact ( 16 ) in the housing ( 15 ) can be connected.

Optical sensor according to one of claims 1-6, characterized in that in the housing ( 15 ) a transparent potting compound is introduced to encapsulate the optical component.

Optical sensor according to one of claims 1-6, characterized in that the top of the housing ( 15 ) with a lid ( 19 ) is lockable, which has at least one translucent segment through which the transmitted light beams ( 3 ) or the received light rays ( 5 ) are performed.

Optical sensor according to claim 8, characterized in that the cover ( 19 ) a sheet of glass ( 20 ), which on the upper edge the housing ( 15 ) can be fixed.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9; characterized in that the glass pane ( 20 ) by means of a cement or a joining process on the upper edge of the housing ( 15 ) is fixed.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the glass pane ( 20 ) using an adhesive on the upper edge of the housing ( 15 ) is fixed.

Optical sensor according to claim 10, characterized in that the adhesive is formed by an epoxy adhesive.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the glass pane ( 20 ) by means of a solder on the upper edge of the housing ( 15 ) is fixed, whereby the housing ( 15 ) with the glass pane fixed on it ( 20 ) forms a hermetically sealed unit.

Optical sensor according to one of claims 8-13, characterized in that the glass pane ( 20 ) has a constant thickness.

Optical sensor according to claim 14, characterized in that the glass pane ( 20 ) is flat or curved.

Optical sensor according to one of claims 8-13, characterized in that the glass pane ( 20 ) forms a lens element and has an inhomogeneous thickness.

Optical sensor according to one of claims 8-16, characterized in that the cover ( 19 ) an aperture with an aperture ( 23 ) through which the transmitted light beams ( 3 ) or the received light rays ( 5 ) are performed.

Optical sensor according to claim 17, characterized in that the diaphragm of an opaque diaphragm layer ( 22 ) is formed, which on the inside of the cover ( 19 ) forming glass pane ( 20 ) is applied.

Optical sensor according to claim 18, characterized in that the glass pane ( 20 ) a fixing layer in the area of their edges ( 21 ) for fixing on the upper edge of the housing ( 15 ) is applied, the diaphragm layer ( 22 ) the inner edge of the fixing layer ( 21 ) connects.

Optical sensor according to one of claims 18 or 19, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) by vapor deposition or sputtering on the glass pane ( 20 ) are applied.

Optical sensor according to claim 20, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) are designed as multilayer layers.

Optical sensor according to claim 21, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) a common CrNi layer ( 24 ) as an adhesive on the glass plate.

Optical sensor according to one of claims 21 or 22, characterized in that the fixing layer ( 21 ) one with an Au layer ( 27 ) protected PbSn solder layer ( 26 ) having.

Optical sensor according to one of claims 21-23, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) at least one metal layer ( 25 ) having.

Optical sensor according to one of claims 1-24, characterized in that the transmitter ( 4 ) is formed by an SMD light-emitting diode.

Optical sensor according to one of claims 1-25, characterized in that the receiver ( 6 ) is formed by an SMD photosensor or at least one CCD element or CMOS element.

Optical sensor according to one of claims 1-26, characterized characterized that this as a light barrier, reflection light barrier, Light sensor or distance sensor is formed.