DE2253699B2 - Halbleiter-Optokoppler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Halbleiter-Optokoppler und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Optokoppler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2, sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bisher ist ein Optokoppler bekannt, bei dem in ein gemeinsames Gehäuse ein lichtempfindlicher Halbleiterkörper und ein Jichtaussendender Halbleiterkörper eingebaut ist. Die beiden unverkapselten Halbleiterkörper werden dann in ein beiden Halbleiterkörpern gemeinsames Isolationsmaterial eingebettet, das lichtdurchlässig ist. Dieses Isolationsmaterial ist beispielsweise ein lichtleitender Lack. Bei einem großen Kopplungsfaktor muß der Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger gering sein. Daher erzielt man bei den bekannten Anordnungen nur
Bisher ist ein Optokoppler bekannt, bei dem in ein gemeinsames Gehäuse ein lichtempfindlicher Halbleiterkörper und ein Jichtaussendender Halbleiterkörper eingebaut ist. Die beiden unverkapselten Halbleiterkörper werden dann in ein beiden Halbleiterkörpern gemeinsames Isolationsmaterial eingebettet, das lichtdurchlässig ist. Dieses Isolationsmaterial ist beispielsweise ein lichtleitender Lack. Bei einem großen Kopplungsfaktor muß der Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger gering sein. Daher erzielt man bei den bekannten Anordnungen nur
■JO geringe Isolationsspannungen.
Eine ähnliche Anordnung ist aus der US-PS 35 62 527 bekannt. Die Randstücke eines zusammengesetzten
dreiteiligen Gehäuses enthalten im Strahlengang gesonderte Linsen, die einander gegenüberliegen. Das
Gehäuse ist auf einem isolierenden Trägerkörper befestigt.
Aus der Zeitschrift »Electronics«, Vol. 45, 3. Juli 72, Seite 77 ff., ist es bekannt, optoelektronische Halbleiterbauelemente
in Kunststoffgehäuse einzubetten, die eine linsenförmige Lichtaustrittsseite aufweisen.
Es ist ferner bekannt, daß die Abstände zwischen den lichtemittierenden Flächen bei Optokopplern möglichst
genau eingestellt werden müssen (DT-OS 14 89 034 und DT-OS 21 18 391). Diese Bauelemente weisen jedoch
♦5 eine geringe Isolationsspannung auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Optokoppler anzugeben, bei
dem der Kopplungsfaktor groß ist und zugleich eine größere Isolationsspannung erzielt wird. Außerdem soll
es sich um fertigungstechnisch rationell und leicht herstellbare Anordnungen handeln.
Diese Aufgabe wird bei einem Koppelelement der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 gelöst.
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 I1
während Isolationsspannungen von 8 bis 10 kV erzielt
werden.
fc1"· Der Aufnahmekörper ist vorzugsweise zylinderförmig
ausgebildet und mit einer durchgehenden Bohrung versehen.
Der Halbleiter-Optokoppler wird bevorzugt dadurch
hergestellt, daß die gesondert eingekapselten Bauelemente mit ihren linsenförmig ausgebildeten Stirnflächen
;-on den einander gegenüberliegenden Rändern der öffnung aus in den Aufnahmekörper eingebaut werden.
Danach werden die aus den gesonderten Gehäusen 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 Anschlußrtreifen werden dann in eine Kunststoffmasse eingebettet. Schließlich werden die Anschlußstreifen
von dem rahmenförmigen Kontaktierungsstreifen abgetrennt und a!s Anschlußleitungen für die
Gesamtanordnung weiterverwendet. Bei der weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist bereits der
Halbleiterkörper an die Anschlußstreifen angeschlossen, die später auch die Zuleitungen zu der Gesamtanordnung
bilden. Hierzu wird der Halbleiterkörper eines Einzelbauelementes auf einem metallischen Ί rägerkörper
befestigt. Die Elektroden des Halbleiterkörpers werden mit metallischen Anschlußstreifen verbunden.
Anschlußstreifen 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 Halbleiter bauelement umschließt. Das linsenförmige Teil ist von
einem auf der Grundplatte angeordneten, rahmenförmigen Außengehäuseteil mit abgestufter Randhöhe
umgeben. Das andere Halbleiterbauelement ist in ein gleichartiges 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.
In der Fig. 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 Infrarot-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 öffnung 12 in den Aufnahmekörper 11
eingesetzt. Hierbei dient der Absatz zwischen den Gehäusesockeln 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 Zylinders dient
als Orientierungsmarke. Nach dem Einbau der beiden Gehäuse in den Aufnahmekörper verbleibt zwischen
den linsenförmigen Stirnflächen der Einzelgehäuse vorzugsweise ein kleiner Luftspalt Ϊ4, der z. B. 0,1 mm
groß ist, um einen optimalen Koppelfaktor zu erreichen. Die hohe Isolationsspannuiig ergibt sich aus dem
großen Abstand und damit dem großen äußeren Kriechweg zwischen den Elektroden der Halbleiterbauelemente.
Aus der F i g. 2 ergibt sich, wie die Zuleitungen 3,4,5
und 6 der Gesamtanordnung mit Anschlußstreifen 15 in Verbindung gebracht werden. Diese Anschlußstreiferi
ίο sind Teil eines rahmenförrnigen Kontaktierungsstreifens
16, bei dem die genannten Anschlußstreifen 15 in das Rahmeninnere hineinragen. In Verlängerung der
Anschlußstreifen führen vom Rahmen nach außen die Zuleitungen 17, die spä<er die Zuleitungen der
Gesamtanordnung bilden. Die Zuleitungen 3 und 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 Anschlußstreifen und der Aufnahmekörper in eine Kunststoffmasse 19 (Fig.3)
eingebettet, die beispielsweise durch die gestrichtelt dargestellte Linie 18 begrenzt ist. Danach werden die
zwischen den Anschlußstreifen befindlichen Teile desmetallischen rahmenförmigen Kontaktierungsstreifens.
entfernt, so daß ein Gehäuse mit voneinander isolierten Zuleitungen 17 entsteht. Ein derartiges Gehäuse wird in
der F i g. 3 dargestellt. Der Einbau von gesondert gekapselten Einzelbauelementen in ein Gesamtgehäuse
hat sich bei den beschriebenen Halbleiter-Optokopplern als sehr vorteilhaft erwiesen, da nun bei sehr hohen
Kopplungsfaktoren extrem hohe Isolationsspannungen erzielt werden können. Zum Vergießen der einzelnen
Gehäuse werden die handelsüblichen Isolierstoffe und Kunststoff materialien verwendet.
In der Fig.4 ist im Schnitt und in der Fig.5 in der
perspektivischen Ansicht die zweite Ausführungsform des Optokopplers dargestellt. Sie weist drei Anschlußleitungen
20, 21 und 22 auf, die ursprünglich Teil eines zusammengehörenden Kontaktierungsstreifens waren.
-to Die Anschlußstreifen sind gemäß Fig.4 doppelt
abgewinkelt. Der mittlere Anschlußstreifen trägt den Halbleiterkörper 23. Der Halbleiterkörper und die
Anschlußstreifen werden dann in ein Gehäuse 24 aus lichtdurchlässigem Kunststoff eingebettet, das aus einer
Grundplatte 25 und einem rahmenförmigen Teii 26 mit abgestufter Randhöhe besteht. Da auf dieses Gehäuse
ein weiteres Gehäuse aufgesetzt werden soll, wird, um Verschiebungen auf der Gehäuseseite gegeneinander zu
vermeiden, der rahmenförmige Teil zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt, wobei der eine Teil 27 gegen
das andere Teil 26 in der Höhe differiert.
Gemäß Fig. 5 umfaßt die Innenwand 27 die Hälfte des rahmenförmigen Gehäusequerschnitts und ist höher
als die Außenwand 26. Im zentralen Teil der Grundplatte erhebt sich der linsenförmige Gehäuseteil
28, der den Halbleiterkörper umschließt. Die Anschlußelektroden des Halbleiterkörpers 23 sind mit den
Streifen 20 und 22 über dünne Zuleitungsdrähte elektrisch leitend verbunden. Auch diese Verbindungen
to sind in den Kunststoff eingebettet. Gemäß der Fig.5
wird nun auf das beschriebene Gehäuse 24 ein passendes gleichartiges Gegenstück 29, das gleichfalls
ein Halbleiterbauelement enthält, umgekehrt aufgesetzt, so daß ein allseitig abgeschlossenes Kunststoffge-
b) hause entsteht, das den Lichtsender und den Lichtempfänger
einander unmittelbar gegenüberliegend enthält. Die Gesamtanordnung aus den Gehäusen 24 und 29
wird dann noch vorzugsweise in eine Kunststoffmasse
eingebettet, die die Gehäuse dauerhaft und luftundurchlässig miteinander verbindet.
Bei dem anhand der Fig.4 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 finde
leichtes Zusammenfügen der Teile ermöglic das Prinzip der teils vorhandenen Doppelw
eine seitliche Verschiebung der Gehäuseteile ander vermieden. Die linsenförmigen Ge
werden somit automatisch durch die Zusamme der Gehäuse aufeinander einjustiert.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Halbleiter-Optokoppler, bestehend aus einem lichtaussendenden und einem lichtempfindlichen
Halbleiterbauelement, bei dem 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 und die beiden linsenförmigen Teile einander gegenüberliegen und
bei dem ferner die beiden Gehäuse durch einen Kunststoffträger miteinander verbunden sind, d a durch
gekennzeichnet, daß das Außengehäuse aus einem Aufnahmekörper (II) mit einer
durchgehenden öffnung (12) besteht, daß die beiden gesondert gekapselten Halbleiterbauelemente von
den einander gegenüberliegenden Rändern der öffnung aus in den Aufnahmekörper so eingebaut
werden, daß zwischen den Stirnflächen der beiden lichtdurchlässigen Gehäuse (1, 2) ein schmaler
Luftspalt (14) verbleibt, und daß die Gesamtanordnung ihrerseits in eine ein Gehäuse bildende
Kunststoffmasse (19) eingebettet ist.
2. Halbleiter-Optokoppler, bestehend aus einem lichtaussendenden und einem lichtempfindlichen
Halbleiterbauelement, bei dem 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 und die beiden linsenförmigen Teile einander gegenüberliegen und
bei dem ferner die beiden Gehäuse durch einen Kunststoffträger miteinander verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (23) eines Einzelbauelementes auf einem metallischen
Trägerkörper (21) befestigt und die Elektroden des Haibleiterkörpers mit metallischen Anschlußstreifen
verbunden sind, daß dieser Trägerkörper und die Anschlußstreifen so in einen lichtdurchlässigen
Kunststoff (24) eingebettet sind, daß eine Grundplatte (25) entsteht, die von einem rahmenförmigen
Außengehäuse-Teil (26) mit abgestufter Randhöhe umgeben ist, wobei im zentralen Teil der Grundplatte
der das Halbleiterbauelement umschließende linsenförmige Gehäuseteil (28) angeordnet ist, daß
das Gehäuse des anderen Halbleiterbauelementes einen gleichartigen Aufbau aufweist, so daß beim
Zusammensetzen der beiden Gehäuse (24, 29) 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.
3. Halbleiter-Optokoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt
zwischen den Stirnflächen der beiden linsenförmigen Gehäuseteile ca. 0,1 mm groß ist.
4. Halbleiter-Optokoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper
(11) zylinderförmig ist.
5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Optokopplers nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die gesondert eingekapselten Halbleiterbauelemente mit ihren linsenförmig ausgebildeten
Stirnflächen von den einander gegenüberliegenden Rändern der öffnung aus in den
Aufnahmekörper (11) eingebaut werden, daß danach die aus den gesonderten Gehäusen Kerausragenden
Anschlußleitungen (3—6) mit Anschlußstreifen (15) verbunden werden, die vom Rande eines rahmenförmigen
Kontaktierungsstreifens (16) in das Innere des Rahmens ragen, daß danach die gesonderten
Gehäuse (I, 2), sowie der Aufnahmekörper (11) und die mit den Anschlußleitungen verbundenen Enden
der Anschlußstreifen in eine Kunststoffmasse (19) eingebettet werden und daß schließlich die Anschlußstreifen
von dem rahmenförmigen Kontaktierungsstreifen abgetrennt und als Anschlußleitungen
für die Gesamtanordnung weiter verwendet werden.
Priority Applications (2)
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