DE2248068A1 - Optisch-elektronische anordnung - Google Patents
Optisch-elektronische anordnungInfo
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Description
FPHN. 6142. Anmelder: N. Y. Philips' GloeiIampenfabrIekeB
Akt.Na; PHiI- 6142 JW / ¥JM'
Anmeldung von» 29. Sept. 1972
Optisch-elektronische Anordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine optischelektronische Anordnung, die einen Halbleiterlichtsender
und einen Halbleiter-lichtempfindlichen Empfänger enthalt,
die gegenüber einander angeordnet und optisch und mechanisch miteinander gekuppelt sind, wobei beide einzeln auf einer
Metallzunge festgelötet sind, welche Zungen aus einem Streifen mit mehreren gleichen in einer Reihe liegenden
Trägern geschnitten sind.
Es gibt mehrere optisch-elektronische Kombinationen mit einem Sender und einem Empfänger, die in optischer
Hinsicht miteinander gekuppelt sind um ein elektrisches Signal über ein Lichtsignal von einer ersten Schaltung zu
einer zweiten Schaltung die gegen die erste völlig isoliert
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FPHN. 6142.
ist, zu übertragen. Diese Korabinationen, die als lichtgekoppelte
Elemente bezeichnet werden, enthalten meistens als Sender eine elektrolumineszierende Diode und als Empfänger
eine Photodiode, einen Phototransistor oder einen Photowiderstand,
wobei der genannte Sender und Empfänger im allgemeinen Halbleiteranordnungen sind.
Es ist bekannt, dass, zur Erhaltung der richtigen
Eigenschaften, eine Lichtkopplungsanordnung einer bestimmten
Anzahl geometrischer, elektrischer, thermischer und wirtschaftlicher Anforderungen entsprechen muss. Aus
geometrischer Hinsicht müssen der Sender und der Empfänger auf derselben optischen Achse liegen, so dass der Sendekonus
der Quelle mit dem Empfangskonus des Empfängers zusammenfällt,
die durch die Oberfläche des lichtemittierenden und lichtempfindlichen
Überganges bestimmt werden. Aus elektrischer Hinsicht ist es notwendig, einen optimalen Abstand zwischen
Sender und Empfänger zu bestimmen, weil dieser Abstand gleichzeitig den Wert der Isolierung, den Wert der Energieübertragung
sowie den Wert der Streukapazität beeinflusst. Was die Streukapazität anbelangt ist es möglich, diese dadurch zu
verringern, dass die Oberfläche des genannten Senders sowie Empfängers verringert wird. Andererseits müssen der Sender
und der Empfänger auf Kühlelementen angeordnet werden, und zwar zur Abführung der erzeugten Energie. Diese beiden Kühlelemente
müssen gegeneinander elektrisch isoliert sein.
Zum Schluss müssen aus wirtschaftlicher Hinsicht die Werkstoffe und die Arbeitskosten genauestens stu-
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diert werden, damit ein optimaler Herstellungswirkungsgrad erzielt wird, da die Lichtkopplungsanordnung eine verwickelte
Anordnung ist, deren Leistungen nur nach dem letzten Montagevorgang
bestimmt werden können.
In mechanischer Hinsicht gibt es zwei Herstellungsverfahren
für Lichtkopplungsanordnungen. Nach dem ersten Verfahren werden zwei Anordnungen, nämlich ein Sender und ein
Empfänger, gegenüber einander angeordnet; diese beiden Anordnungen
haben die gleiche Geometrie und sind je in einer Hülle eingeschlossen, wobei die Verbindung durch einen Lichtstrahlleiter
gewährleistet ist, und wobei das Ganze danach in einem thermohärtenden Kunststoff eingebettet wird. Nach
dem zweiten Herstellungsverfahren werden zwei Kristalle oder
zwei Kristallgestelle gegenüber einander angeordnet und mit Hilfe eines durchsichtigen Kittes miteinander verbunden,
wobei die auf diese Weise erhaltene Anordnung in einer wasserdichten Metallhülle angeordnet wird. Der Kitt besteht meistens
aus einem Lack mit einer hohen Brechzahl, der dazu Zusätze von Arsentrisulphid As2S„ und Arsenpentaselenid ASpSe_
enthält.
Bei den zwei beschriebenen Herstellungsverfahren
müssen der Sender und der Empfänger gegenüber einander angeordnet werden. Unter Berücksichtigung der mechanischen
Elemente, die bisher verwendet werden, bildet dieses Verfahren eine sehr schwierige und verhältnismässig ungenaue
Positionierungshandlung, wodurch ein verhältnismässig geringer Produktionswirkungsgrad erreicht wird. Ausserdem weist der
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Ubertragungswirkungsgrad, der weitgehend vom Abstand zwischen der Sendefläche und der Empfängsfläche und von der Parallelität
dieser Flächen abhängig ist, grosse Unterschiede zwischen den Anordnungen untereinander auf, wobei dieser Abstand nur
annäherend bestimmt ist.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und
schafft auf zweckmässige Weise optische Kopplungsanordnungen, die mittels einer einfachen Herstellungstechnik verwirklicht
werden können.
Die Erfindung benutzt dazu in der Halbleitermechanisierung
bekannte Metallbänder mit einer Anzahl Träger, die unter der Bezeichnung "Kämme" bekannt sind.
Nach der Erfinding weist die eingangs erwähnte optisch-elektronische Anordnung das Kennzeichen auf, dass
der Sender und der Empfänger auf je einer Seite der ihnen zugeordneten metallenen Zunge angeordnet sind.
Die Metallbänder, welche die in einer Reihe angeordneten Träger enthalten, sind mit Vorteil flach und
die Dicke dieser Bänder entspricht praktisch der Breite der Kristalle, aus denen der Sender und Empfänger hergestellt
sind.
Eine derartige Anordnung bietet viele Vorteile: sie erfüllt durchaus die unterschiedlichen Anforderungen,
die an eine Lichtkopplungsanordnung gestellt werden. In optischer Hinsicht ist die Anordnung des Senders und des
Empfängers auf derselben optischen Achse viel leichter, weil die Breite der Kristalle der Dicke der Zunge des Kammes ;
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entspricht, und weil, da die Kämme aus flachen Bändern hergestellt
werden, sie aus nur einer Bezugsfläche ausgerichtet werden können. In elektrischer Hinsicht kann der Abstand
zwischen dem Sender und dem Empfänger leicht optimal gewählt
werden und zwar dadurch, dass die wichtigsten Eigenschaften
der Lichtkopplungsanordnung beim Einbauen der unterschiedlichen Elemente geprüft werden. So erhält man einen derartigen
Abstand, dass die Auftreffläche des Sendekonus der Fläche
des lichtempfindlichen Überganges praktisch entspricht, wobei
dieser Abstand derart bestimmt wird, dass der Wert der Isolier spannung hoch und die Streukapazität klein ist..
In thermischer Hinsicht bilden die Verbindungszungen sehr gute Kühlelemente und zwar wegen ihres Volumens.
Zum Schluss erfolgt die Kupplung einerseits mittels der Kämme sehr schnell und dadurch können mehrere Elemente gleichzeitig
verarbeitet werden und andererseits werden ausschliesslich konventionelle Mittel verwendet, wodurch die Kosten
wesentlich verringert werden.
Es ist bereits eine Lichtkopplungsanordnung bekannt, die Zungen oder Metallkämme enthält. Bei dieser
Anordnung sind jedoch der Sendekristall und der Empfangkristall mit einer der Flächen der Metallzunge verlötet,
wobei diese Zunge zuvor gekrümmt wird, so dass ein Sender und ein Empfänger gegenüber einander angeordnet werden können.
In diesem Fall werden bei der Montage der Sendekristall und der Empfangkristall durch die als Träger wirksamen Zungen
maskiert, wobei ihre Positionierung ungenau wird, u.a. was
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die Zentrierung und die Parallelität anbelangt. Dabei bedeutet
das Biegen der Zungen eine zusätzliche Behandlung, die den Gestehungspreis des Ganzen beeinflusst.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden der Sender und der Empfänger durch einen durchsichtigen Körper bedeckt, mit dem sie ein Ganzes bilden
und der die Brechzahl anpasst, welcher durchsichtige Körper in einem undurchscheinenden Körper eingebettet ist«
Vorzugsweise werden der durchsichtige und der undurchscheinende Körper aus thermohärtenden Kunststoffen
mit praktisch gleichen Eigenschaften hergestellt, wodurch
die Verzerrung u.a. durch Temperaturänderungen vermieden werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemässen
Anordnung,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch die genannte Anordnung gemäss der Linie II—II in Fig. 1.
Es sei bemerkt, dass deutlichkeitshalber die Abmessungen in den Figuren äusserst übertrieben und nicht
massgerecht sind.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung
enthält einerseits einen Lichtsender 1t beispielsweise eine
aus einem Galliumarsenideinkristall hergestellte elektrolumineszierende
Diode, die zwei Gebiete entgegengesetzten
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FPHNx 61^2.
Leitungstyps enthält und andererseits einen aus einem
Siliziumkristall hergestellten lichtempfindlichen Empfänger 2, im vorliegenden Fall einen Phototransistor. Eines der
zwei Gebiete des Senders 1 ist auf der Seite einer ersten Verbindungszunge 3a eines Trägers 3 festgelötet, wobei die
zweite Zunge 3b mittels eines Drahtes k mit dem zweiten Gebiet
des genannten Senders 1 verbunden ist«
Der lichtempfindliche Empfänger 2 ist mit dem
Kollektor auf einer Verbindungszunge 5a. eines Trägers 5 festgelötet,
wobei die anderen Zungen 5b und 5c mit der Basis
bzw. dem Emitter des lichtempfindlichen Empfängers 2 mittels Drähte 6 bzw. 7 elektrisch verbunden sind.
Der Sender 1 und der lichtempfindliche Empfänger 2f die auf den ihnen zugeordneten Trägern 3 bzw. 5 befestigt
sind, die einen Teil von kammförmigen Bändern bilden,
werden gegenüber einander angeordnet und in einer durchsichtigen Schicht 8 eines Körpers, der die Brechzahl anpassen
muss, eingebettet, welcher Körper beispielsweise aus einem der durchsichtigen Kunststoffe, die im Handel unter dem Namen
EPOTEK 301 oder RHODORSIL RTV 151 bekannt sind, hergestellt
ist. Das auf diese Weise hergestellte Ganze wird in einer undurchsichtigen Epoxyschicht 9 eingebettet, die meistens
die Form eines Parallelopipeds hat.
Das Verlöten der Kristalle mit der Seite der
Verbindungszungen und das gegenüber einander Anordnen vor dem Einbetten erfolgt ausschliesslich mit Hilfe konventioneller
technologischer Mittel, was ein wesentlicher Vorteil ist.
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FPHN. 61^2.
Dabei kann das. gegenübereinander Anordnen des Sendekristalls und des Empfangskristalles äusserst genau erfolgen, wodurch
Lichtkopplungsanordnungen mit einem hohen Ubertragungswirkungsgrad
erhalten werden können.
Die Wärmeabführung der Kristalle erfolgt über die Verbindungszungen, die dazu verhältnismässig gross bemessen
sind, wobei ihre Dicke der Breite der genannten Kristalle praktisch entsprechen muss.
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Claims (1)
- FPHN. 6lk2.- 9 ~
PATENTANSPRÜCHE .(i 1.J Optisch-elektronische Anordnung, die einenHalbleiter-Lichtsender und einen Halbleiter.-lichtempfindlichen Empfänger enthält, die gegenüber einander angeordnet und optisch und mechanisch miteinander gekuppelt sind, wobei beide einzeln auf einer Metallzunge festgelötet sind, welche Zungen aus einem Streifen mit mehreren gleichen in einer Reihe liegenden Trägern geschnitten sind, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Sender und Empfänger auf je einer Seite der ihnen zugeordneten Metallzunge angeordnet sind.2. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder, welche die in einer Reihe angeordneten Träger enthalten, flach sind.3« Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke dieser Bänder der Breite der Kristalle, aus denen der Sender und Empfänger hergestellt sind, praktisch entspricht.k, ' Optisch-elektronische Anordnung nach Ansprach 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Sender und der Empfänger durch einen durchsichtigen Körper bedeckt werden, mit dem sie ein Ganzes bilden und der die Brechzahl anpasst, welcher durchsichtige Körper in einem undurchscheinenden Körper eingebettet ist.
5· Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 4,309 816/077 0FPHN. 6142- 10 -dadurch gekennzeichnet, dass der durchsichtige und der undurchscheinende Körper aus thermohärtenden Kunststoffen mit praktisch gleichen Eigenschaften hergestellt sind.309 8 16/0 770
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8131 | Rejection |