DE2118391B2 - Optoelektronisches Koppelelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement, bei dem eine mit elektrischen Anschlußleitungen versehene Lichtquelle gegenüber einem mit elektrischen Anschlußleitungen ausgestatteten lichtempfindlichen Element auf einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist und bei dem zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element ein für dasjenige Licht, auf welches das lichtempfindliche Element anspricht, durchlässiges Material angeordnet ist

Ein derartiges optoelektronisches Koppelelement ist aus der DE-OS 15 14 829 bekannt Diesem bekannten Koppelelement ist der Nachteil eigen, daß seine Herstellung verhältnismäßig aufwendig und entsprechend kostspielig ist Zu der Herstellung dieses bekannten Koppelelementes sind nämlich eine große Anzahl von komplizierten Arbeitsgängen notwendig. Außerdem ist das bekannte Koppelelement gegen äußere Beschädigungen anfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Koppelelement der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welches auch bei einer weitgehend automatisierten Großserienfertigung besonders einfach herstellbar ist und dabei gleichwohl eine außerordentlich robuste und zugleich exakte Anordnung der paarweise einander gegenüber angeordneten optoelektronischen Elemente gewährleistet

Zur Lösung dieser Ausgabe sieht die Erfindung vor, daß die Anschlußleitungen zwei zugleich als mechanische Halterungen für die Lichtquelle und das lichtempfindliche Element dienende Leitungsrahmen bilden, die in derjenigen Stellung, in welcher d'e Lichtquelle und das lichtempfindliche Element auf dem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind, in einer härtbaren Vergußmasse angeordnet sind, und daß die Vergußmasse im ausgehärteten Zustand das lichtdurchlässige Material bildet

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Koppelelementes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Koppelelementes kann vorteilhafterweise auf folgende Art durchgeführt werden:

Viele Festkorperlichtqusllen ii.id Festkörperfotozellen können auf einem Rahmen oder Streifen so angeordnet werden, daß sich die aktiven Elemente einander gegenüber und in kleinem Abstand voneinander befinden. Um diese relative Lage zu fixieren, werden die Rahmen einander gegenüber in eine Gießschale gebracht Dann wird der Behälter der Gießschale mit einer Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit ist trockenbar und/oder härtbar und gegenübär dem Licht welches von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, im trockenen oder gehärteten Zustand durchlässig. Dann wird die Flüssigkeit eingetrocknet oder ausgehärtet Die aus Lichtquelle und Fotozelle bestehenden Paare werden voneinander getrennt. Die Teile des Rahmens, die der Festigkeit während des Vergießens dienen, werden abgeschnitten, so daß ein vergossenes optoelektronisches Koppelelement übrigbleibt welches ζ. Β. vier Zuleitungen aufweist, von denen zwei den elektrischen Eingang und zwei den elektrischen Ausgang darstellen.

Vorzugsweise kann das vergossene Koppelelement mit einem Material umhüllt werden, das gegenüber dem Licht undurchlässig ist, auf welches die Fotozelle anspricht Damit kann das Licht der Umgebung vom Koppelelement ferngehalten werden. Das Umhüllungsmaterial kann reflektierend sein, um den Wirkungsgrad des Koppelelementes zu verstärken. Dabei ist die Grenzfläche zwischen dem Vergußmaterial und dem lichtundurchlässigen Material reflektierend. Vor dem Vergießen können die Rahmen so ausgebildet werden,

daß die Zuleitungen auf derselben Seite, auf gegenüberliegenden Seiten oder im rechten Winkel zueinander aus dem Koppelelement herausfuhren, Wenn eine Fotozelle mit drei Zuleitungen verwendet wird, dann weist das eingekapselte Koppelelement insgesamt fünf Zuleitungen auf. Die Zahl der Zuleitungen kann je nach der Art der verwendeten Fotozellen und/oder Lichtquellen variieren.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, AaQ gleichzeitig eine besonders große Anzahl von elektrooptischen Koppelelementen in außerordentlich wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können, die außerdem aufgrund einer besonders exakten räumlichen Anordnung der aktiven optoelektronischen Elemente eine hohe Reproduzierbarkeit aufweisen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 auf einem Rahmen angeordnete Festkörperfotozellen in Form von Dioden;

F i g. 2 auf einem Rahmen angeordnete Festkörperfotozelien in Form von Transistoren;

F i g. 3 auf einem Rahmen angeordnete Festkörperlichtquellen in Form von Dioden;

Fig.4 eine Gießschale mit einem Rahmen nach F i g. 1 oder 2 und einem Rahmen nach F i g. 3 zur Aufnahme der für die Verkapselung vorgesehenen Flüssigkeit;

Fig.5 nahezu fertiggestellte Koppelelementpaare mit Lichtquelle und Fotozelle, die in einer Gießschale mit elliptischen Vertiefungen hergestellt werden;

Fig.6 ein optoelektronisches Koppelelement, bei dem die Zuleitungen nach entgegengesetzten Seiten herausragen und

F i g. 7 ein optoelektronisches Koppelelement, dessen Zuleitungen einen Winkel von ungefähr 90° bilden.

In der Fig. 1 ist ein ziemlich starrer Rahmen 10 aus Metall dargestellt. Der Rahmen 10 umfaßt einen oberen, sich in Längsrichtung erstreckenden und der Versteifung dienenden Bügel 12 und einen unteren, ebenfalls der Versteifung dienenden Bügel 14. Paare von Zuleitungen 16,18 erstrecken sich vom unteren Bügel 14 aus in Richtung auf den oberen Bügel 12 hin. Die Zuleitung 18 überbrückt fast den gesamten Abstand zwischen dem Bügel 14 und der unten noch näher beschriebenen Fahne 20. Die Zuieitung 16 überbrückt den größten Teil des Abstandes zum Bügel 12. Nach der einen Seite (in der F i g. 1 nach der rechten) der Zuleitung 16 erstreckt sich hinter dem Ende der Zuleitung 18 die Fahne 20. Das obere Ende der Fahne 20 ist mit dem Bügel 12 durch eine Leitung 22 verbunden. Diese kann breiter sein als die Zuleitung 16 und kann zur Mitte der Fahne 20 abgekröpft sein. Sie kann auch so schmal sein wie die Zuleitung 18 und sich in jeder beliebigen Lage zur Mitte der Fahne 20 befinden. Die Zuleitungen 16 und 18 und die Fahne 20 bilden eine Fassung 24. Beliebig viele Fassungen 24 stellen den Rahmen 10 dar. Alle Zuleitungen 16, J8, alle Leitungen 22 und alle Fahnen 20 können in derselben Ebene liegen. Auf jeder Fahne 20 ist eine Diode 26 vorgesehen. Der Boden der Diode 26 ist mit der Fahne 20 und damit auch mit der Zuleitung 16 verbunden. Die Oberseite der Diode 26 ist mit der Zuleitung 18 durch einen Draht 30 verbunden. Nach dem in einem späteren Verfahrensschritt vorgesehenen Abschneiden der Bügel 12 und '.4 stellt jedes Paar aus den Zuleitungen 16, 18 der, elektrischen Anschluß der Diode dar. Wie bekannt ist, können Halbleiterdioden lichtempfindlich sein, während andere derartige Bauelemente Licht ausstrahlen, wenn ihnen Energie zugeführt wird.
In der Fig,2 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt wie in Fig. 1. Dabei werden für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet Im Unterschied zum Gegenstand der F i g. 1 ist auf der Fahne 20 ein Transistor 32 angebracht. Statt ein^s Transistors kann auch ein anderes lichtempfindliches

ίο Bauelement mit drei Zonen verwendet werden. Eine Basiszuleitung 34, die gleich lang ist wie die Zuleitung 19, ist zwischen den Zuleitungen 16 und 18 vorgesehen. Die Basiszuleitung 34 ist an die Basis des Transistors durch eine Verbindung 35 elektrisch angeschlossen. Die Zuleitung 16 stellt den Kollektoranschluß des Transistors dar. Der Emitteranschluß wird durch die Zuleitung 18 gebildet Die Zuleitungen 16,18, die Baiszuleitung 34, die Fahne 20 und die Leitung 22 bilden eine Fassung 25. Mehrere Fassungen 25 sind zum Rahmen 10 der F i g. 2 zusammengefaßt. Der in F i g. 2 dargestellte Transistor ist lichtempfindlich, wenn der B??isanschluß offen ist Die Basiszuleitung 34 kann in »inem solchen Fall entfallen. Es ergibt sich eine dem Gegenstand der F i g. 1 ähnliche Anordnung, in der jedoch ein lichtempfindlieher Transistor anstatt einer lichtempfindlichen Diode verwendet ist

Der in der F i g. 3 dargestellte Rahmen 10 kann in seiner Form der gleiche sein wie der in der F i g. 1 dargestellte Rahmen 10. Er ist diesem gegenüber jedoch

in gewendet Der in der Fig.3 dargestellte Rahmen 10 umfaßt obere und untere Bügel 12 und 14, Zuleitungen 16, 18 und Fahnen 20 wie die in Fig. 1 gezeigte Anordnung. Die Fahnen 20 weisen aber in der F i g. 3 nach der linken Seite der Zuleitungen 16. Auf der Oberseite der Fahne 20 ist eine Lichtquelle 23 angeordnet. Die Lichtquelle kann mehr als zwei Zuleitungen haben. Die Zuleitungen 16,18, die Fahne 20 und die Leitung 22 (Fi g. 3) bilden eine Fassung 27. Die Rahmen der Fig. 1 und 2 auf der einen Seite und der Rahmen der Fig.3 auf der anderen Seite sind so dimensioniert, daß dann, wenn eine Lichtquelle 23 CFig.3) einem lichtempfindlichen Element 26 (Fig. 1) oder 32 (F i g. 2) gegenüberliegt und wenn die Bügel 12, 14 des Rahmens der Fig.3 mit den Bügeln 12, 14 des

r> Rahmens der F i g. 1 oder 2 zusammenpassen, auch alle übrigen optoelektronischen Elemente dc-r beiden Rahmen 10 ebenfalls einander gegenüberliegen. Entscheidend ist, daß die einzelnen Rahmen Paare von optoelektrischen Elementen bilden, die sich jeweils

ίο gegenüberliegen.

In der Fig.4 ist eine Gießschale 36 dargestellt, die dazu dient, den Rahmen 10 der Fig. 1 oder 2 in eine gegenüberliegende Lage zum Rahmen 10 der Fi g. 3 zu bringen. Die Gießschale 36 wird durch einen Behälter

>-) mit offener Oberseite, mit Seitenwänden 38, Stirnwänden 40 und mit einem Boden 42 gebildet. Die Stirnwände 40 und der Boden 42 weisen parallele Fugen 44 auf, in die die Oberseite und die seitlichen Kanten der Bügel 12 der Rahmen 10 eingebracht werden. Die Zuleitungen 16, 18 oder bei einer Fotozelle vom Transistortyp (F i g. 2), die Zuleitungen 16, 18 und die Basiszuleitung 34 weisen nach oben. Nachdem ein Rahmen nach der Fig. 1 oder nach der Fig. 2 in die eine Fuge 44 und ein Rahmen nach der Fig. 3 in die andere Fuge 44 gestellt worden

■ : sind, wird die Gießschale 36 mit einer Flüssigkeit so weit gefüllt, daß die Zuleitung 16 teilweise bedeckt ist. Die Flüssigkeit ist im eingetrockneten oder gehärteten Zustand gegenüber dem von der Lichtquelle ausgesand-

ten Licht durchlässig. Die vergossene Anordnung wird aus der Gießschale 36 herausgenommen. Die Bügel 12 und 14 werden abgeschnitten. Die einzelnen eingekapselten optoelektronischen Koppelelemente werden voneinander durch Anritzen oder Brechen oder durch Sägen getrennt. Schließlich wird das optoelektronische Koppelelement dadurch fertiggestellt, daß die eingekapselte Anordnung mit einem Material (siehe den Oberzug 62 in den Fig.6, 7) umhüllt wird, das gegenüber dem Licht, auf das die Fotozelle anspricht, undurchlässig und vorzugsweise reflektierend ist.

In der Fig. 4 ist eine rechteckige Gießschale dargestellt. Das Innere der Schale kann jede gewünschte Form haben, beispielsweise die Form von durch Verbindungsteile miteinander verbundenen elliptischen Zylindern. Jedoch müssen die so geformten Gießschalen Fugen zur Aufnahme der Bügel 12 aufweisen. Wenn eine solche Gießschale mit elliptischen Vertiefungen verwendet wird, dann werden miteinander verbundene, elliptische optoelektronische Elemente 50 (F i g. 5) statt rechteckigen, wie durch die GieUschaie 3b (K ig. 4), hergestellt. Die Verbindungsteile 52 können viel leichter weggebrochen werden, um die einzelnen Koppelelemente 50 (Fig. 5) herzustellen, als die durch die Gießschale 36 hergestellten Koppelelemente. Jedes einzelne Koppelelement umfaßt eine erste Fahne 20, ein darauf befestigtes lichtempfindliches Element 26 (oder 32) und Zuleitungen und eine zweite Fahne 20, eine darauf befestigte Lichtquelle 23 mit Zuleitungen. Die optoelektrischen Elemente 23 und 26 (oder 23 und 32) liegen sich auf Abstand gegenüber. Jedes optoelektronische Koppelelement hat entweder vier Zuleitungen 16, 18 und 16,18 oder fünf Zuleitungen 16,34,18 und 16,18. die in der Fig. 5 nicht dargestellt sind. Wenn drei Zuleitungen 16, 34, 18 verwendet werden, dann werden die Zuleitungen 16, 34, 18 an einen Transistor 32 nach Art einer Diode angeschlossen. Mit der in der Fig.4 dargestellten Gießschale oder einer ähnlichen Gießschale kann ein Koppelelement hergestellt werden, bei dem alle Zuleitungen zueinander parallel sind und nach derselben Richtung aus dem vergossenen Körper des eingekapselten Koppelelements herausragen.

Wenn ein optoelektronisches Koppelelement gewünscht wird, bei dem die Zuleitungen nach entgegengesetzten Richtungen weisen und in derselben Ebene liegen, dann kann die in der F i g. 6 dargestellte Anordnung benutzt werden. Die Rahmen 11 (Fig. 6) können durch Biegen der Rahmen 10 hergestellt werden. Die Elemente 26, 23 (oder 23, 32) liegen einander gegenüber und sind etwas voneinander entfernt. Der Bügel 12 des einen Rahmens 11 ist etwas von den Zuleitungen 16, 18 des anderen Rahmens 11 getrennt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Zuleitung 16 im stumpfen Winkel gerade bis unter die Fahne 20 geführt und dann zurückgebogen wird, so daß der untere Teil der Zuleitung 16 parallel zur Fahne 20 ist. Um die Bügel 12, die Fahnen 20 und die oberen Teile der Zuleitungen 16,18 (oder 16,18,34) herum und hinter die Biegungen wird Vergußmasse 58 gebracht. Zwischen den parallelen und einander gegenüberliegenden Teilen der Zuleitungen 16 und der Bügel 12 können Abstandsstücke 60 vorgesehen werden, die einen genauen Abstand zwischen den Elementen 23, 26 (oder 23, 32) gewährleisten und einen Kurzschluß zwischen dem Bügel 12 und den Zuleitungen iö, ie verhindern. Nach dem Trennen in die einzelnen Koppelelemente wird, wie bereits oben beschrieben wurde, ein lichtundurchlässiger und vorzugsweise reflektierender Überzug 62 auf die Vergußmasse 58 gebracht. Das fertige optoelektronische Koppelelement hat Zuleitungen, die in derselben Ebene nach verschiedenen Richtungen weisen. Wenn es gewünscht wird, daß die Zuleitungen nach entgegengesetzten Richtungen weisen uiio eine Linie bilden, dann können die Fahnen 20 nach derselben Richtung von den Zuleitungen 16 hinwegweisen, während die Elemente auf einander gegenüberliegenden Seiten der Fahnen angebracht sind. Wenn die Zuleitungen nicht in derselben Ebene liegen sollen, dann brauchen die Fassungen nicht gebogen zu werden, während die Abstandsstücke dicker sein können.

Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, können die Zuleitungen auch senkrecht zueinander angeordnet sein. Es ist notwendig, daß die Elemente 23, 26 (oder 23, 32), die in gestrichelten Linien dargestellt sind, einander auf Abstand gegenüberliegen und daß die Fahnen 20, die Zuleitungen 16, 18 und die Drähte 30 der Fotozelle und der Lichtquelle voneinander isoliert sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Optoelektronisches Koppelelement, bei dem eine mit elektrischen Anschlußleitungen versehene Lichtquelle gegenüber einem mit elektrischen Anschlußlettungen ausgestatteten lichtempfindlichen Element auf einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist und bei dem zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element ein für dasjenige Licht, auf welches das lichtempfindliche ι ο Element anspricht, durchlässiges Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (16, 18, 20, 22, 30, 34) zwei zugleich als mechanische Halterungen für die Lichtquelle (23) und das lichtempfindliche Element i> (26, 32) dienende Leitungsrahmen (10 bzw. U) bilden, die in derjenigen Stellung, in welcher die Lichtquelle (23) und das lichtempfindliche Element (26,32) auf dem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind, in einer härtbaren Vergußmasse (58) angeordnet sind, und daß die Vergußmasse (58) im ausgehärteten Zustand das lichtdurchlässige Material bildet.

2. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen für die Lichtquelle (23) in derselben Richtung aus dem Material herausragen wie din Anschlußleitungen für das lichtempfindliche Element (26,32).

3. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen für die Lichtquelle (23) in einer Richtung aus dem Material herausrage:, welche zu derjenigen Richtung entgegengesetzt ist, in welcher d^;° Anschlußleitungen für das lichtempfindliche Element (26, 32) aus dem Material herausragen, und daß die aus dem Material herausragenden Teile der Anschlußleitungen in derselben Ebene angeordnet sind.

4. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen für die Lichtquelle (23) senkrecht zu derjenigen Richtung aus dem Material herausragen, in welcher die Anschlußleitungen für das lichtempfindliche Element (26,32) aus dem Material herausragen.

5. Koppelelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zuleitungen Abstandsstücke (60) angeordnet sind.

6. Koppelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element eine Photodiode (26) ist.

7. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element ein Phototransistor (32) ist.

8. Koppelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Material mit einem lichtundurch- r> lässigen Überzug (62) versehen ist.

9. Koppelelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (62) aus einem reflektierenden Material besteht.