DE2312338A1 - Optisch-elektronische anordnung mit einem lichtstrahler und einer damit gekoppelten photozelle und verfahren zur herstellung dieser anordnung - Google Patents
Optisch-elektronische anordnung mit einem lichtstrahler und einer damit gekoppelten photozelle und verfahren zur herstellung dieser anordnungInfo
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Description
FPHN.6396, ¥IJ/EVH.
Günter VAGUER
Patentassessor
Patentassessor
Anmelder: N.V»PHILIPS!GLOEILAMPENFABRIEKBN
Akte: ΡΗΪΓ-6396
Anm. vom: 12. März 1973
Anm. vom: 12. März 1973
"Optisch-elektronische Anordntang mit einem Lichtstrahler und
einer damit gekoppelten Photozelle und Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung."
Die Erfindung bezieht sich auf eine optisch-elektronische Anordnung mit einem Lichtstrahler und einer Photozelle, die
optisch sowie mechanisch miteinander gekoppelt sind·
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung.
Es sind mehrere optisch-elektronische Anordnungen bekannt, die aus einem Lichtstrahler und einer damit optisch
gekoppelten Photozelle bestehen, um mittels eines Lichtstrahles ein elektrisches Signal von einer ersten Schaltungsanordnung
zu einer zweiten Schaltungsanordnung, die gegenüber der ersten völlig Isoliert ist, zu übertragen. Wenn
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zwischen dem Licht strahl er und der Photozelle eine durchlöcherte
Maske angeordnet wird, können der genannte Lichtstrahler und die Photozelle ebenfalls zusammen als Schalter
in elektrischen oder elektronischen Schaltungsanordnungen verwendet werden.
Die sogenanntenHPhotokopplerM verwenden meistens als
Lichtstrahler eine elektrolumineszierende Diode und als
Photozelle eine Photodiode, einen Phototransistor oder einen
Photowiderstand, wobei der genannte Lichtstrahler und die Photozelle meistens Halbleiter sind.
Es ist bereits bekannt,' das photoempfindliche Element
auf mechanische und optische Weise durch einen Lichtwellenleiter zu vereinen. Die unterschiedlichen vorgeschlagenen
Lösungen verwenden als Leiter entweder eine photoleitende
optische Faser oder sogar ein Zwischeneleraent, einen Indexadapter.
Da die optischen Fasern oder die Indexadapter nicht aus einem durchaus homogenen Material hergestellt sind,
treten durch Ueber;fcragung und Reflexion Verlust© auf, welche
die Uebertragungskennlinie der Photokoppleranordnung beeinträchtigen·
Aus mechanischem Gesichtspunkt besteht die am meisten
angewandte Montagemethode aus einem Stini-zu-Stirn-Zusammenbau
von zwei Kristallen, wobei der ein© der Lichtstrahler und der andere die Photozelle ist; wobei die Photokoppleranordnung,
auf diese ¥eise hergestellt 9 in einem evakuierten
GehSuse angeordnet wird,
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Eine derartige Zusammen.baumeth.ode kann nicht in allen
Anwendungsgebieten eines Photokopplers angewandt werden; denn einerseits ist er verhältnismässig gross bemessen und
andererseits ist es unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Verbindungen des oberen Kristalls mit den Ausgängen des
Trägers des unteren Kristalle verbunden werden und dass die zwei Kristalle durch einen transparenten Klebestoff miteinander
verbunden werden, unmöglich, einen derartigen Photokoppler als Schalter zu verwenden.
Bei einem derartigen Photokeppler ist die Handlung, den Lichtstrahler und die Photozelle auf derselben optischen
Achse anzuordnen, äusserst verwickelt und relativ aleatorisch, was zu einem niedrigen Produktionswirkungsgrad führt,
Ausserdem ist die wärmeabführung des einen Kristalls
gering, da der genannte Kristall nicht mit irgendeinem metallischen Element, mit Ausnahme seiner Verbindungen, kontaktiert
ist. Ausserdem ist der Uebertragungswirkungsgrad, der in hohem Masse vom Abstand zwischen dem Lichtstrahler und der
Photozelle und von ihrer Parallelität abhängig ist, die Ursache wesentlicher Abweichungen zwischen den unterschiedlichen
Einheiten, welcher Abstand nur annähernd bestimmt werden kann.
Zum Schluss gestattet die koaxiale Anordnung von zwei Kristallen, ausgehend von der konventionellen Technologie
der Halbleiterbauelemente (planare- oder integrierte Schaltungen) es nicht, die verbesserten Anordnungen und Infrastrukturen
in dieser Industrie zu verwenden.
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Eine andere Herstellungsmethode wird daher angewandt,
die wenigstens teilweise eine Anzahl Nachteile der obenstehend beschriebenen Methode vermeidet. Diese Methode besteht
daraus, dass ein Lichtstrahler und eine Photozelle die auf je einem anderen metallischen TrSger festgeschweisst sind,
einander gegenüber angeordnet werden.
In diesem Fall ist der von der Photokoppleranordnung beanspruchte Raum sehr gross und die genannte Anordnung kann
nicht in elektrischen oder elektronischen Miniaturgeräten
angeordnet werden.
Die Ausrichtung des Lichtstrahlers und der Photozelle
auf derselben optischen Achse ist eine sehr verwickelte Handlung und dasselbe gilt für ihre Anordnung in einem geeigneten
Abstand und entsprechend parallelen Ebenen,
Die Erfindung bezweckt nun, die genannten Nachteile weitgehend auszuschalten und durch eine einfachere Herstellungsmethode
einwandfreie optische Koppler zu erhalten.
Nach der Erfindung weist eine optisch-elektronische Anordnung mit einem Lichtstrahler und einer Photozelle,die
optisch sowie mechanisch miteinander gekoppelt sind, das
Kennzeichen auf, dass der Lichtstrahler und die Photozelle einander gegenüber auf zwei parallelen Flächen eines im
wesentlichen U-f8rmigen.Trägers festgelötet sind.
Die Vorteile einer derartigen Anordnung sind zahlreich»
insbesondere, da der Lichtstrahler und die Photozelle auf miteinander verbundenen und sich parallel zueinander
erstreckenden Trägern angeordnet sind, ist es leicht, sie auf koaxiale Weise anzuordnen,
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Ausserdem lässt sich, die wärmeabführung durch eine
geeignete Wahl des Trägers wesentlich verbessern.
Andererseits erfordert das Zusammenbauen nur konventionelle Verfahren, die normalerweise für Transietoren angewandt
werden, insbesondere vom sogenannten "planar·1-Typ, oder für
integrierte Schaltungen.
In optischer Hinsicht kann der Abstand zwischen dem
Lichtstrahler und der Photozelle genau bekannt sein und dieser Abstand ist ebenfalls reproduzierbar. Es ist folglich möglich,
den Uebertragungswirkungsgrad ausgezeichnet zu machen.-
Zum Schluss ist der beansprucht· Raum eines derartigen Photokopplers weitgehend verringert, was den Gebrauch in
Miniaturgeräten ermöglicht und unter Berücksichtigung der
Anordnung kann er allgemein in Schaltern verwendet werden.
Vorzugsweise wird der U-fBrmige Träger durch eine
Metallplatte gebildet, die mit einem Streifen aus biegsamem Kunststoff bedeckt ist, welcher Streifen teilweise mit der
genannten Platte verleimt ist und metallisierte Flächen enthält, auf denen der Lichtstrahler und die Photozelle befestigt sind.
Unter diesen Umständen kann der Lichtstrahler und die Photozelle zunächst auf einfache Weise und genau auf dem
biegsamen Streifen festgelötet werden, wobei die Metallplatte nur zur Gewährleistung der U-Form und zur mechanischen
Festigkeit dient» Durch die mechanische Festigkeit kann die Anordnung auch mittels Stifte in Verbindungeelementen eingebaut werden, insofern die Abmessungen des Trägers und die
GrSsse der Metallflächen auf dem biegsamen Streifen mit dem
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genormten Abstand der Verbindungselemente vereinigbar ist.
Xn einer ersten bevorzugten Aueführungsform der Erfindung wird der isolierende biegsame Streifen mit den
Kristallen teilweise auf einer flachen Metallplatte geklebt, die dwmeh U-förmig gebogen wird.
In einer Abwandlung der genannten Ausführungsform kann die Metallplatte auch teilweise; gebogen werden, wobei
die schlussendliche U-Form nach dem Festkleben des biegsamen Streifens erfolgt.
Diese genannte Ausführungsforns ist die einfachste
und ist insbesondere in dom Falle verwendbar, in dem ein geringer Parallelitätsfehler der Flachen mit den Kristallen
oder ein geringer Verlust an Ueberträgungawirksamkeit keine schlimmen Polgen hat«
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsforns der Erfindung wird der isolierende biegsame Streifen mit den
Kristallen auf einer Metallplatte, die zuvor U-förmig gebogen worden ist, festgeklebt«
Diese Ausführungsfona ermSglicht mit Susserster Genauigkeit
die Parallelität der zwei Flächen«, welch© die Kristalle tragen müssen sowie einen guten Uebertragungswirkungsgrad
der Anordnung»
Ein.Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird Ina folgenden näher beschrieben»
Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine sehaubildliche
Darstellung einer Anordnung aaefe d@r Erfindung ©
Es sei beaerktg dass die Abmessungen ±n üeT Figur
vergrössert und nicht mass gerecht wiedergegeben sind«,
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Wie in der Figur dargestellt, enthalt die erfindungsgemässe Anordnung eine Platte 1, beispielsweise aus Aluminium,
die einen mechanischen Trftger bildet und U-förmig gebogen ist.
Auf der genannten Platte 1 wird ein isolierender und biegsamer Streifen 2 mit Metallflachen 3 und k festgeklebt, auf denen
einander gegenüber eine elektrolumineszierendβ Diode 5 durch
ihren Teil 5a. und eine Photozelle 6 durch ihren Teil 6a
festgelötet sind.
Die MetallflSchen 7 und 8, die gegenüber den Piachen
und k isoliert sind, ermöglichen die elektrische Verbindung,
und zwar mittels der Dr&hte 9 und 10, mit den Teilen 5b und
6b der Diode 5 bzw. der Photozelle 6.
Der biegsame Streifen 2 und die Metallflachen 3t ^,
und 8 bedecken vorzugsweise die Aussenflachen der lateralen
Seite der Platte 1» Bs ist also möglich, die Anordnung
entweder in einer starren Schaltungsanordnung oder in einem oder mehreren Verbindungselementen anzuordnen.
Was die Photozelle 6 anbelangt, besteht diese in der
Figur aus einer Photodiode, wodurch in diesem Fall zwei Metallflachen h und 8 ausreichen, aber es dürfte einleuchten,
dass, wenn die Photozelle ein Phototransistor oder ein Photothyristor ist, drei oder sogar vier Metallflachen notwendig
sind.
Um eine derartige Anordnung zu erhalten wird zunächst
ein mechanischer Trager, ausgehend von einer Metallplatte, beispielsweise aus Aluminium, U-förmig gebogen, entweder
zuvor oder als letzte Handlung, wonach ein biegsamer isolierender
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Streifen 2 vorbereitet wird, auf dem eine leitende Metallschicht niedergeschlagen ist, welche Schicht auf die gewünschte
Form durch ein Photo-Aetzverfahren und chemische Einwirkung weggeschnitten ist um beispielsweise die Flächen 3»
4, 7 und 8 zu erhalten. s
Nach dem Verlöten der Kristalle 5 und 6 mit den
Flächen 3 und 4 an den Teilen 5& und 6& werden die Teile 5b_
und 6b mit den Flächen 7 und 8 durch die Drähte 9 und 10
verbunden, wonach der vorbereitete Streifen 2 festgeklebt wird, wenigstens an den ausseren Enden, auf den inneren
und äusseren Flächen der lateralen Wände der Platte 1.
Wenn die genannte Platte 1 bereits-gebogen ist, nimmt
der Streifen 2 automatisch die Form eines U an, wenn nicht, wird das Gebilde zur Erhaltung der gewünschten Form gebogen.
Die angewandte Methode braucht nur einfache Mittel, die dem Fachmann auf dem Gebiet von Halbleitern bekannt sind,
wobei Kristalle mit metallenen Trägern verlötet werden müssen und Mittel die es einerseits erlauben, die Kristalle gegenübereinander
auf leichte Weise zu zentrieren und andererseits sie gegenübereinander parallel zu bringen.
Um den Lichtstrahler 5 und die Photozelle 6 vor
äusseren atmosphärischen Mitteln zu schützen, werden sie vorzugsweise mit einer transparenten Lackschicht 11 bzw.
bedeckt bevor der biegsame Streifen 2 auf der Platte 1 aufgebracht wird.
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Claims (2)
1.] Optisch-elektronische Anordnung mit einem Lichtstrahler
und einer Photozelle, die auf optische und mechanische Weise miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lichtstrahler und die Photozelle gegenüber einander auf zwei
parallelen Flächen eines nahezu U-f8rmigen Trägers festgelötet
sind,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der TJ-förmige Träger durch eine Metallplatte gebildet wird,
die mit einem Streifen aus einem biegsamen Kunststoff bedeckt ist, welcher Streifen teilweise auf der genannten. Platte
festgeklebt ist und metallisierte Flächen enthält, auf denen der Lichtstrahler und die Photozelle befestigt sind*
3» Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende
biegsame Streifen, der die Kristalle trägt, teilweise auf der metallenen Platte geklebt wird, wonach der
Platte die Form eines TJ gegeben wird, 4« Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
dass die metallene Platte schon teilweise gebogen ist bevor der isolierende biegsame Streifen festgeklebt wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallene
Platte eine Form hat, im wesentlichen die Form eines U, bevor der isolierende biegsame Streifen festgeklebt wird«
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