DE2431375A1 - Optoelectronic coupler with reflectively coupled emitter and receiver - using transparent bead surrounded by reflecting block - Google Patents
Optoelectronic coupler with reflectively coupled emitter and receiver - using transparent bead surrounded by reflecting blockInfo
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Abstract
Description
~Optoelektronisches Koppelelement" Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement aus einem lichtaussendenden und einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement. ~ Optoelectronic coupling element "The invention relates to an optoelectronic Coupling element made up of a light-emitting and a light-sensitive semiconductor component.
Es sind optoelektronische Koppelelemente bekannt, bei denen die beiden Bauelemente einander gegenüberliegend und gegeneinander weisend angeordnet sind. Zur Herstellung derartiger Koppelelemente werden die beiden Einzelbauelemente bei spiel 5-weise auf Teilen eines zusammenklappbaren Kontaktierungsstreifens befestigt. Dieser Kontaktierungsstreifen wird dann so zusammengefaltet, daß die Bauelemente einander direkt gegenüberliegen. Bei der Herstellung derartiger Koppelelemente liegt die Schwierigkeit darin, einen definierten Abstand zwischen den beiden Bau-lementen einzuhalten, um einen reproduzierbaren Koppelfaktor zu erzielen. Unter dem Koppelfaktor versteht man den vuotzienten aus dem Singglgsstrom auf der Senderseite und dem Au !angsstrom auf der Empfängerseite.Optoelectronic coupling elements are known in which the two Components are arranged opposite one another and facing one another. To produce such coupling elements, the two individual components are at game 5-way attached to parts of a collapsible contact strip. This contacting strip is then folded together so that the components face each other directly. In the production of such coupling elements lies the difficulty in finding a defined distance between the to adhere to both components in order to achieve a reproducible coupling factor. The coupling factor is understood to be the vacancy from the Singglgsstrom on the Transmitter side and the output current on the receiver side.
Die beiden Halbleiterbauelemente bestehen bei einem Koppelelement beispielsweise aus einer lichtemittierenden Diode und einem Fototransistor. Anstelle eines Fototransistor kann auch eine Fotodiode oder ein anderes fotoempfindliches HalDleiterbauelement verwendet werden. Zwischen den Oberflächen der Bauelemente wird auch bei den bekannten Anordnungen ein lic-tiibertragendes Material eingefügt, das auf die Frequenz des zu übertragenden Lichtes abgestimmt ist.The two semiconductor components consist of a coupling element for example from a light-emitting diode and a phototransistor. Instead of A phototransistor can also be a photodiode or some other photosensitive HalDleiterbauelement are used. Between the surfaces of the components a lic-transferring material is also inserted in the known arrangements, which is tuned to the frequency of the light to be transmitted.
Bei den optoelektronischen Koppelelementen muß die einmal fixinerte räumliche iage der beiden Bauelemente unverändert beibehalten werden. Außerdenl ist erwünscht, daß das Gesamtelement mechanischen Belastungen standhält und vor Verunreinigungen geschützt ist. Aus diesem Grund werden die genannten Koppelelemente meist in eine Kunststoffassung eingebettet.In the case of optoelectronic coupling elements, the one must be fixed spatial situation of the two components are retained unchanged. Besides it is desirable that the entire element withstands mechanical loads and before Contamination is protected. For this reason, the coupling elements mentioned mostly embedded in a plastic frame.
Wie bereits erwähnt, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die beiden Bauelemente des Koppelelementes auf einem zusammenklappbaren Kontaktierungsstreifen befestigt werden. Bei einem anderen Verfahren ist vorgesehen, die beiden Bauelemente auf voneinander getrennten Kontaktstreifen zu befestigen und dann diese beiden Streifen übereinander einzujustieren und zu vergießen. Danach werden die einzelnen Zuleitungszinken der Kontaktierungsstreifen vonerander getrennt, so daß die Zuleitung 5-elektroden 1er beiden Bauelemente voneinander elektrisch isoliert sind. Auch bei der Ve wendung von zwei Kontaktierungsstreifen ist die £einhaltung eines definierten Abstandes zwischen den beiden Bauelementen äußerst schwierig. Außerdem ist diese Herstellungsweise teuer und technisch aufwendig.As already mentioned, a method is known in which the two Components of the coupling element on a collapsible contact strip be attached. Another method provides for the two components on to attach separate contact strips and then adjust these two strips one above the other and cast them. After that will be the individual supply prongs of the contact strips separated from one another, see above that the lead 5-electrodes 1er electrically insulates the two components from one another are. Compliance is also required when using two contact strips a defined distance between the two components is extremely difficult. In addition, this production method is expensive and technically complex.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Koppelelemente anzugeben, bei dem die leiden Bauelemente stets den exakt gleichbleibenden Abstand voneinander aufweisen und einen möglichst hohen Koppelfaktor in Verbindung mit einer hohen Isolationsspannung besitzen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Koppeltlement der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß die beiden Bauelemente in einer Ebene auf benachbarten Teilen eines strukturierten Kontaktierungsstreifens befestigt sind, daß die beiden Bauelemente in ein lichtdurchlässiges Material eingegossen sind, daß von einem aus Kunststoff bestehenden Reflektor begrenzt ist, wobei die den Halbleiterbauelementen zugewandte konkave Oberflachenseite des. Reflektors so ausgebildet ist, daß die vom lichtaussenden Bauelement ausgehende Strahlung auf das lichtempfindliche Bauelement reflektiert wird.The invention is therefore based on the object of providing an optoelectronic Specify coupling elements in which the components always suffer the exactly the same Have a distance from each other and have the highest possible coupling factor in connection with a high insulation voltage. According to the invention, this object is achieved proposed in a coupling element of the type described above that the two Components in a plane on adjacent parts of a structured contact strip are attached that the two components cast in a translucent material are that is limited by a reflector made of plastic, the Concave surface side of the reflector facing the semiconductor components is designed that the outgoing radiation from the light-emitting component the light sensitive Component is reflected.
Das erfindungsgemäße Koppelelement hat den Vorteil, daß nur ein ebener Kontaktierungsstre-ifen benötigt wird und daß die beiden Bauelemente auf Teilen dieses Kontaktierungsstreifens in einer Ebene befestigt werden können. Der über den beiden Bauelementen angeordnete Reflektor sorgt dafür, daß das vom Sender ausgehende Licht auf das Empfäriqerbauelement reflektiert wird.The coupling element according to the invention has the advantage that only a flat Kontaktierungsstre-ifen is required and that the two components on parts this contact strip can be attached in one plane. The over the two components arranged reflector ensures that the emanating from the transmitter Light is reflected on the Empfäriqerbauelement.
Der Reflektor besteht beispielsweise aus einem Kunststoff mit einem hohen Reflektionsvermögen. Ein Kunststoffreflektor ist deshalb vorzuziehen, weil aut diese Weise eine hohe Isolationsspannung erzielt wird. Der Reflektor ist auf der den Bauelementen zugewandten konkaven Oberfläche gut poliert und hat beispielsweise an dieser Fläche die Form einer Halbkugel oder eines Halbellipsoids. Dieser Kunststoffreflektor kann durch Ausgießen einer entsprechend hergestellten Silikon-Gummiform hergestellt werden. Dabei wird sich die optimale geometrische Form der Reflektorfläche nach der Lage der beiden Bauelemente auf dem Kontaktierungsstreifen richten.The reflector consists for example of a plastic with a high reflectivity. A plastic reflector is preferable because A high insulation voltage is achieved in this way. The reflector is on the concave surface facing the components is well polished and has, for example on this surface the shape of a hemisphere or a hemi-ellipsoid. This plastic reflector can be made by pouring a silicone rubber mold made accordingly will. The optimal geometric shape of the reflector surface will be based on this align the position of the two components on the contact strip.
In einem Ausführungsbeispiel besteht der genannte Kunststoffreflektor aus Epoxygießharz mit beigemischtem Titanoxyd. Bei einem Mischungsverhältnis aus drei Teilen Epoxygießharz und einem Teil Titanoxyd ergab sich bei der erforderlichen Wellenlänge von O,9 mm ein Reflexionsfaktor von 95 bis 98 %.In one embodiment, there is said plastic reflector made of epoxy resin with added titanium oxide. At a mixing ratio off three parts epoxy casting resin and one part titanium oxide resulted in the required Wavelength of 0.9 mm has a reflection factor of 95 to 98%.
Ähnliche Reflektoren kann man auch durch Mischung von Magnesiumoxyd und anderen transparenten Massen, wie beispielsweise Polycarbonat, herstellen.Similar reflectors can also be made by mixing magnesium oxide and other transparent masses such as polycarbonate.
Der wischenraum zwischen den Streifenteilen, die mit den Halbleiterbauelementen verbunden sind, M dem Reflektor wird mit einer lichtdurchlässigen Masse aufgefüllt. Hierzu eignet sich beispielsweise ein transparentes und temperaturbeständiges Epoxygießharz. Abschließend wird noch der Reflektor samt den mit den Bauelementen verbundenenen Streifenteilen in einen lichtundurchlässigen Kunststoff eingegossen. Hierfür eignet sich beispielsweise eine undurchsichtige Silikonpressmasse.The gap between the strip parts with the semiconductor components are connected, M the reflector is filled with a translucent mass. A transparent and temperature-resistant epoxy casting resin, for example, is suitable for this purpose. Finally, the reflector and the components connected to it Parts of the strip cast in an opaque plastic. Suitable for this For example, an opaque silicone molding compound.
Die Erfindung wird im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is further illustrated by an exemplary embodiment explained in more detail.
In der Figur 1 ist der für das Koppelelement vorgesehene Teil eines Kontaktierungsstreifens dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Streifen die Form eines fortlaufenden Bandes haben und zur Kontaktierung zahlreicher Koppelelemente geeignet sind. In der Figur 2 ist im Schnitt das fertig eingekapselte Koppelelement dargestellt.In FIG. 1, the part provided for the coupling element is a Contacting strip shown. It should be noted that these strips have the shape of a continuous band and for contacting numerous coupling elements are suitable. In FIG. 2, the fully encapsulated coupling element is shown in section shown.
Der für ein Koppelelement vorgesehene Teil 1 des Kontaktierungs streifens weist die Form eines Metallrahmens 5 auf. Die beiden Außenholme 2 und 3 dienen zum Transport und zur Halterung des Gesamtstreifens, sie sind durch Querstege 4 und 5 miteinander verbunden. Für jedes Bauelement sind drei streifenförmige Kontaktierungszinken 6 bis 8, bzw. 9 bis 11 vorgesehen. Die beiden Gruppen der Kontaktierungszinken liegen in einer Ebene einander gegenüber. Jede Gruppe wird durch einen Mittelsteg 12 bzw. 13 zusammengehalten. Dieser Mittelsteg ist zur Halterung mit den Querstegen 4 und 5 verbunden. Der Kontaktierungsstreifen besteht beispielsweisen aus Kupfereisen und ist mit einer dünnen Goldschicht platiert.The part 1 of the contacting provided for a coupling element strip has the shape of a metal frame 5. The two outer bars 2 and 3 are used for Transport and to hold the entire strip, they are through crossbars 4 and 5 connected to each other. There are three strip-shaped contact prongs for each component 6 to 8 or 9 to 11 are provided. The two groups of contact prongs are located in a plane opposite each other. Each group is supported by a central bar 12 resp. 13 held together. This central web is for holding with the cross webs 4 and 5 connected. The contact strip consists, for example, of copper iron and is plated with a thin layer of gold.
Auf einem Zinken 7 der einen Dreiergruppe wird das Empfängerelement 14 befestigt. Dies geschieht mittels einem Hartlot oder mit einem Epoxysilberkleber. Das Empfängerbauelement ist beispielsweise ein Fototransistor. Seine restlichen beiden Anschlußelektroden werden mit Hilfe dünner Kontaktierungsdrähte mit den Kontaktierungszinken 6 und 8 verbunden. Die zweite Dreiergruppe dient zur Kontaktierung des Senderelements. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine GaAs-Lumineszenzdiode, die auf dem mittleren Zinken befestigt wird. Ihre freie Elektrode wird mit dem einen der benachbarten Zinken 9 oder 11 elektrisch leitend verbunden.On a prong 7 of a group of three is the receiver element 14 attached. This is done using a hard solder or an epoxy silver adhesive. The receiver component is, for example, a phototransistor. His remaining Both connection electrodes are connected to the contacting prongs with the aid of thin contacting wires 6 and 8 connected. The second group of three is used to contact the transmitter element. This is, for example, a GaAs light emitting diode that is on the middle prong is attached. Your free electrode will be with one of the neighboring ones Prongs 9 or 11 connected in an electrically conductive manner.
Danach wird gemäp Figur 2 über die beiden Bauelemente der Kunststoffreflektor 16 gestülpt, dessen Innenfläche die Form eines Ellipsoids hat Der Zwischenraum zwischen den Bauelementen und dem Reflektor wird mit einem auch die Kontaktierungszinken umschließenden transpurenten Kunststoff 17 ausgefüllt. Abschließend wird der Reflektor 16 samt der transparenten Kunststoffmasse 17 und den Enden der Kontaktierungszinken in einen das Gehäuse bildenden, lichtundurchlässigen Kunststoff 18 eingegossen. Danach müssen die Querstege 4 und 5, die Außenholme 2 und 3 sowie die Mittelstege 12 und 13 abgetrennt werden, so daß die einzelnen Kontaktierungszinken elektrisch isoliert aus dem Kunststoffgehäuse des Koppelelenx;:lts herausragen. Da für das Senderelement nur eine Diode verwendet wurde, bleibt einer der Kontaktkerungszinken 11 unangeschlossen. Er kann jedoch auch mit einer der beiden Elektroden verbunden werden. Es ist ersichtlich, daß auf diesen Kontaktierungszinken auch verzichtet werden kann.Then, as shown in FIG. 2, the plastic reflector is placed over the two components 16 inverted, the inner surface of which has the shape of an ellipsoid The space between the components and the reflector is also the contacting prongs enclosing transparent plastic 17 filled. Finally the reflector 16 together with the transparent plastic compound 17 and the ends of the contacting prongs Poured into an opaque plastic 18 forming the housing. Then the cross bars 4 and 5, the outer bars 2 and 3 and the middle bars 12 and 13 are separated so that the individual contact prongs are electrically isolated from the plastic housing of the Koppelelenx;: lts protrude. As for that If only one diode was used in the transmitter element, one of the contact prongs remains 11 unconnected. However, it can also be connected to one of the two electrodes will. It can be seen that these contact prongs are also dispensed with can be.
Das erfindungsgemäße Koppelelement weist eine hohe Isolationsspannung aufgrund der verwendeten Kunststoffe und des relativ großen Abstandes zwischen den beiden Bauelementen auf. Zugleich hat er einen großen Koppelfaktor von ca. K = tßO. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch diese Bauelementenart nunmehr in Kunststoffgehäuse hergestellt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Koppelelement wurde eine Isolationsspannung von 5 bis 8 kV erzielt.The coupling element according to the invention has a high insulation voltage due to the plastics used and the relatively large distance between the both components. At the same time it has a large coupling factor of approx. K = tßO. Another advantage is that this type of component is now in Plastic housing can be made. In the coupling element according to the invention an insulation voltage of 5 to 8 kV was achieved.
Anstelle des Fototransistors oder einer Fotodiode kann auch ein Fotowiderstand, ein Fotoieldeffekttransistor ebenso wie eine lichtempfindliche integrierte Schaltung eingesetzt werden.Instead of the photo transistor or a photo diode, a photo resistor, a photo dielectric transistor as well as a light sensitive integrated circuit can be used.
Der Kontaktierunqsstreifen wird durch Ätzen oder Stanzen hergestellt. Die Verbindungsstege werden mit Hilfe eines Freischneidewerkzeugs abgetrennt.The contact strip is produced by etching or punching. The connecting webs are cut off with the help of a free cutting tool.
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