DE2253699A1

DE2253699A1 - Optoelektronisches halbleiter-koppelelement

Info

Publication number: DE2253699A1
Application number: DE2253699A
Authority: DE
Inventors: Werner Schoeberl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DE2253699B2; US3891858A; DE2253699C3

Description

Licentia Patent-Verwalitungs-GmbH

6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Heilbronn, den 27. 10. 1972 PT-Ma/sr - HN 72/20

Optoelektronisches Halbleiter-Koppelelement

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, bestehend aus einem Licht aussendenden und einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement.

Bisher ist ein optoelektronisches Koppelelement bekannt, bei dem in ein gemeinsames Gehäuse ein lichtempfindlicher Halbleiterkörper und ein Licht aussendender Halbleiterkörper eingebaut ist. Die beiden unverkapselten Halbleiterkörper werden dann in ein beiden Halbleiterkörpern gemeinsames Isolationsmaterial eingebettet, das lichtdurchlässig ist. Dieses Isolationsmaterial ist beispielsweise ein lichtleitendex* Lack. Bei einem großen Kopplungsfaktor muß der Abstand zwischen dem Lichtsen.der und dem Lichtempfänger gering sein. Daher erzielt man bei den bekannten Anordnungen nur geringe Isolations spannungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

409820/0465

Koppelelement anzugeben, bei dem der Kopplungsfaktor größer ist und zugleich eine größere Isolationsspannung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Koppelelement der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes der beiden Bauelemente in ein gesondertes, lichtdurchlässiges Gehäuse eingebaut ist, wobei jedes Gehäuse an dem für den Lichteintritt bzw. Lichtaustritt vorgesehenen Teil linsenförmig ausgebildet ist, daß zumindest die beiden linsenförmigen Teile so in ein Außengehiluee eingebaut sind, daß die beiden linsenförmigen Teile einander unmittelbar gegenüberliegen und daß dieses Außengehäuse in eine Kunststoffmasse eingebettet ist.

Die gesonderten Gehäuse der beiden Bauelemente haben an der für den Lichtaustritt bzw. Lichteintritt vorgesehenen Stirnfläche die Form einer Linse aus durchsichtigem Kunststoff. Der Luftspalt zwischen den Stirnflächen der beiden gesonderten Gehäuse ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ca. 0,1 mm groß. Der Kopplungsfaktor hat den Wert von ca. 0,5 bis 1, während Isolationsspannungen von 8 bis 10 kV erzielt werden.

409820/0465

Der Aufnahmekörper ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und mit einer durchgehenden Bohrung versehen.

Das optoelektronische Koppelelement wird bevorzugt dadurch hergestellt, daß die gesondert eingekapselten Bauelemente mit ihren linsenförmig ausgebildeten Stirnflächen von den einander gegenüberliegenden Rändern der Öffnung aus in den Aufnahmekörper eingebaut werden· Danach werden die aus den gesonderten Gehäuse herausragenden Anschlußleitungen mit Anschlußstreifen verbunden, die vom Rande eines rahmenförmigen Kontaktierungsstreifens in das Innere des Rahmens ragen. Die gesonderten Gehäuse, der Aufnahmekörper und die mit den Anschlußleitungen verbundenen Enden der Anschlußstreifen werden dann in eine Kunststoffmasse eingebettet. Schließlich werden die Anschlußstreifen von dem rahmenförmigen Kontaktierungsstreifen abgetrennt und als Anschlußleitungen für die Gesamtanordnung weiterverwendet.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist bereits der Halbleiterkörper an die Anschlußstreifen angeschlossen, die später auch die Zuleitungen zu der Gesamtanordnung bilden. Hierzu wird der Halbleiterkörper eines Einzelbaüelementes auf einem metallischen Trägerkörper befestigt.' Die Elektroden

409820/046$

des Ilalbleiterkörpcrs werden mit metallischen Anschlußstreifen verbunden. Anpchlußstreifen und Trägerkörper sind vorzugsweise Teil eines zusammenhängenden Kontaktierungsstreifens, der später durch Abtrennen kleinerer zwischen den Anschlußstreifen liegender Teile in voneinander isolierte Anschlußstreifen aufgeteilt wird. Der Trägerkörper und die Anschlußstreifen werden so in einen lichtdurchlässigen Kunststoff eingebettet, daß eine Grundplatte entsteht, in deren zentralem Teil sich ein linsenförmiger Gehäuseteil erhebt, der das Halbleiterbauelement umschließt. Das linsenförmige Teil ist von einem auf der Grundplatte angeordneten, rahmenförmigen Außengehäuseteil mit abgestufter Randhöhe umgeben. Das andere Halbleiterbauelement ist in ein gleichai'tiges Gehäuse eingebaut. Die beiden Gehäuse haben somit eine aufeinander passende Randstruktur, so daß beim Zusammensetzen der beiden Gehäuse die beiden linsenförmigen Teile einander gegenüberliegend allseitig" und fugendicht von Teilen des Außengehäuses umschlossen sind. Beide Gehäuseteile werden dann noch in eine Kunststoffmasse eingebettet.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

409820/0465

In der Figur 1 sind zwei gesonderte Gehäuse 1 und 2 dargestellt. Das Gehäuse 1 enthält beispielsweise den Sender und damit das Licht aussendende Halbleiterbauelement. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Infra-Rot-Lumineszenzdiode. Im Gehäuse 2 ist dann das lichtempfindliche Bauelement, vorzugsweise ein Photo-Transistor, untergebracht. In das Gehäuseinnere der Lumineszenzdiode führen die Zuleitungen 3 ^und 4, während das Photo-Element an die Zuleitungen 5 ^und 6 angeschlossen ist. Die mit den Zuleitungen versehenen Gehäusesockel 7 und 8 bestehen aus durchsichtigem Kunststoff, die mit dem linsenförmigen Teil 9 bzw. 10 verbunden sind. Die linsenförmigen Teile der beiden Gehäuse werden von den einander gegenüberliegenden Rändern der Öffnimg in den Aufnahmekörper 11 eingesetzt. Hierbei dient der Absatz zwischen den Gehäusesoekeln 7 bzw. 8 und den aufgesetzten Teilen 9 bzw. 10 als Anschlag. Der Aufnahmekörper 11 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffzylinder, der mit einer durchgehenden Bohrung 12 versehen ist. Der Einschnitt 13 an der äußeren Seite dieses Zylindern dient als Orientierungsmarke. Nach dem Einbau der beiden Gehäuse in den Aufnahmekörper verbleibt zwischen den linsenförmigen Stirnflächen der Einzelgehäuse vorzugsweise ein kleiner Luftspalt l4, der z. B. 0,1 mm groß ist, um eind*optimalen Koppelfaktor

409820/0468

zu erreichen. Die hohe Isolationsspannung ergibt sich aus dem großen Abstand und damit dem großen äußeren Kriechweg zwischen den Elektroden der Halbleiterbauelemente.

Aus der Figur 2 ergibt sich, wie die Zuleitungen 3> ^i 5 6 der Gesamtanordnung mit Anschlußstreifen 15 in Verbindung gebracht werden. Diese Anschlußstreifen sind Teil eines rahmenförmigen Kontaktierungsstreifens l6, bei dem die genannten Anschlußstreifen 15 in das Rahmeninnere hineinragen. In Verlängerung der Anschlußstreifen führen vom Rahmen nach außen die Zuleitungen 17» die später die Zuleitungen der Gesacitanordnung bilden. Die Zuleitungen 3 bis 6 der beiden Einzelgehäuse werden nun umgebogen und an je einem Anschlußstreifen 15 befestigt. Dies kann beispielsweise durch Punktschweißen geschehen. Danach werden die Einzelgehäuse, die Anschluß-Streifen und der Aufnahmekörper in eine Kunststoffmasse eingebettet, die beispielsweise durch die gestrichelt dargestellte Linie l8 begrenzt ist. Danach werden die zwischen den Anschlußstreifen befindlichen Teile des metallischen rahiaenförmigen Kontaktierungsstreifen entfernt, so daß ein Gehäuse mit voneinander isolierten Zuleitungen 17 entsteht. Ein derartiges Gehäuse wird in der Figur 3 dargestellt. Der erfindungsgemäße Einbau von gesondert gekapselten Einaelbaueleiucnt in einem Gesamtgchäuse hat sich bei den beschriebenen opto-

409820/0465

elektronischen Ivoppeleleiiienten als selir vorteilhaft erwiesen, da nun bei sehr hohen Kopplungsfaktoren extrem hohe Isolationsspannuiigen erzielt werden können. Zum Vergießen der einzelnen Gehäuse werden die handelsüblichen Isolierstoffe und .Kunststoffraaterialien verwendet.

In der Figur 4 ist im Schnitt und in der Figur 5 in der perspektivischen Ansicht ein abgewandeltes Gehäuse für ein Halbleiterbauelement dargestellt. Es besteht aus drei Anschlußleitungen 20, 21 und 22, die ursprünglich Teil eines zusammenhängenden Kontaktierungsstreifens waren. Die Anschlußstreifen sind gemäß Figur k doppelt abgewinkelt. Der mittlere Anschlußstra"⁵ f en trägt den Halbleiterkörper 23· Der Halbleiterkörper und die Anschlußstreifen werden dann in ein Gehäuse 24 aus lichtdurchlässigem Kunststoff eingebettet, da», aus einer Grundplatte 25 und einem rahmenförmigen Teil 26 mit abgestufter Randhöhe besteht.- Da auf dieses Gehäuse ein weiteres Gehäuse aufgesetzt werden soll, wird, um Verschiebungen der Gehäuseteile gegeneinander zu vermeiden, der rahmenförmige Teil zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt, wobei der eine Teil 27 gegen das andere Teile 26 in der Höhe differiert.

409820/0465

Gemäß Figur 5 umfasst die Innenwand 27 die Hälfte des rahmen-' förmigcn Geliämsequerschnitts und ist höher als die Außenwand 26. Im zentralen Teil der Grundplatte erhebt sich der linsenförmige Gehäuseteil 28, der den Halbleiterkörper umschließt. Die Anschlußolektroden des llnlbleiterkörpers 2'} sind mit den Streifen 20 und 22 über dünne Zuleitungsdrähte elektrisch leitend verbunden. Auch diese Verbindungen sind in den Kunststoff eingebettet. Gemäß der Figur 5 wird nun auf das beschriebene Gehäuse 2^!i ein passendes gleichartiges Gegenstück 291 das gleichfalls ein Halbleiterbauelement enthält, umgekehrt aufgesetzt, so daß ein allseitig abgeschlossenes Kunststoffgehäuse entsteht, das den Lichtsender und den Lichtempfänger einander unmittelbar gegenüberliegend enthält. Die Gesamtanordnung aus den Gehäusen 2k und 29 wird dann noch vorzugsweise in eine Kunststoffmasse eingebettet, die die Gehäuse dauerhaft und luftundurchlässigniiteinander verbindet.

Bei dem anhand der Figuren k und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Gehäuse mit rechteckförmigem Querschnitt. In gleicher Weise könnten Gehäuse mit kreisringförmigem Querschnitt verwendet werden, wobei wiederum vorzugsweise ein abgestufter Gehäuserand Verwendung findet, der ein leichtes Zusammenfügen der Teile ermöglicht. Durch das Prinzip der teils vorhandenen Doppelwand wird eine .seitliche Verschiebung

409820/0466

"~ y *™

der Geliäuseteile gegeneinander vermieden. Die linsenförmigen Gehäuseteile werden somit automatisch durch die Zusammensetzung der Gehäuse aufeinander einjustiert.

409820/0465

Claims

Pa t. ο η t a η s ρ r it c Ii e

1) JOp to elektronisches Ilalbleiter-Koppelelement, bestehend aus einen] Licht aussendenden und einen: lichtempfindlichen

Halbleiterbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Bauelemente in ein gesondertes, lichtdurchlässiges Gehäuse eingebaut ist, wobei jedes Gehäuse an dem für den Lichteintritt bzw. Lichtaustritt vorgesehene Teil linsenförmig cjusgebildet ist, daß zumindest die beiden linsenförmigen Teile so in ein Außengehäuse eingebaut sind, daß die beiden linsenförmigen Teile einander unmittelbar gegenüberliegen und daß dieses Außengehäuse in eine Kunststoffmasse eingebettet ist.

2) Optoelektronisches Halbleiter-Koppelelement nach Anspruch 1, dudurch gekennzeichnet, daß das Außengeliäuse aus einem Aufnahmekörpcr mit einer durchgehenden Öffnung besteht, daß die beiden gesondert gekapselten Halbleiterbauelemente von den einander gegenüberliegenden Rändern der Öffnung aus in den Aufnahinekörper so eingebaut werden, daß zwischen den St irnf lachen der" beiden lichtdurchlässigen Gehäuse ein schnulle Luftspalt verbleibt, und daß die Gesauitaiiordnuiig ihrerseits in eine ein Gehäuse bildende KunststoffmajGC eingebettet t.:.; t.

409820/0465

3) Optoelektronisches Halbleiter-Koppelelera-eirt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper eines Einzeibauelementes auf einem metallischen Trägerkörper befestigt und die Elektroden des Halbleiterkörpern mit metallischen Anschlußstreifen verbunden sind, daß dieser Trägex-körper und die Aiischlußstreif en so in einen lichtdurchlässigen Kunststoff eingebettet sind, daß eine Grundplatte entsteht, die von einem rahmenförniigen Außengehäuse-Teil mit abgestufter Rendhöhe umgeben ist, -wobei

im zentralen Teil der Grundplatte der das Halbleiterbauelement umschließende linsenförmige Gehäuseteil angeordnet ist, daß das Gehäuse des anderen Halbleiterbauelementes einen gleichartigen Aufbau aufweist, so daß beim Zusammensetzen der beiden Gehäuse die beiden linsenförmigen Teile einander gegenüberliegend allseitig und fugendicht von Teilen des Außengehäuses umschlossen sind, und daß die beiden Gehäuseteile in eine Kunststoffmasse eingebettet sind.

^li) Optoelektronisches-Halbleiter-Koppelelememt nach Anspruch oder 3) dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen den Stirnflächen der beiden linsenförmigen Gehäuseteile ca. 0,1 mm groß ist.

40982O/0A65

5) Optoelektronisches Halbleiter-Koppelelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahinokörper zylinderförmig ist und mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist.

6) Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Koppelelementes nach Anspruch 2, k oder 5i dadurch gekennzeichnet, daß die gesondert eingekapselten Bauelemente mit ihren linsenförmig ausgebildeten Stirnflächen von den einander gegenüber liegenden Rändern der Öffnung aus in den Aufnahmekörper eingebaut werden, daß danach die aus den geänderten Gehäusen herausragenden Anschlußleitungen mit Anschlußstreifen verbunden werden, die vom Rande eines rahmenförmigen Kontaktierungsstreifens in das Innere des Rahmens ragen, daß danach die gesonderten Gehäuse, der Aufnahmekörper und die mit den Anschlußleitungen verbundenen Enden der Anschlußstreifen in eine Kunststoffmasse eingebettet werden und daß schließlich die Anschlußstreifen von dem rahmenförmigen Kontaktierungs· streifen abgetrennt und als Anschlußleitungen für die Gesamtanordnung weiter verwendet werden*

409820/0465

Leerseite