DE2431375C3 - Method for producing an optoelectronic coupling element - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Koppelelementes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der US-PS 36 28 039 bekannt.The invention relates to a method for producing an optoelectronic coupling element, according to which Preamble of claim 1. Such a method is z. B. from US-PS 36 28 039 known.
Es sind optoelektronische Koppelelemente bekannt, bei denen die beiden Bauelemente einander gegenüberliegend und gegeneinanderweisend angeordnet sind (DT-OS 21 18 391, DT-OS 22 48 068 und US-PS 27 064). Zur Herstellung derartiger Koppelelemente werden die beiden Einzelbauelemente beispielsweise 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 Bauelementen einzuhalten, um einen reproduzierbaren Koppelfaktor zu erzielen. Unter dem Koppelfaktur versteht man den Quotienten aus dem Eingangsstrom auf der Senderseite und dem Ausgangsstrom auf der Empfängerseite.Optoelectronic coupling elements are known in which the two components are opposite one another and are arranged facing each other (DT-OS 21 18 391, DT-OS 22 48 068 and US-PS 27 064). To produce such coupling elements, the two individual components are, for example attached to parts of a collapsible contact strip. This contacting strip is then folded up so that the components are directly opposite one another. In the preparation of The difficulty of such coupling elements is to maintain a defined distance between the two Comply with components in order to achieve a reproducible coupling factor. Under the coupling bill one understands the quotient of the input current on the transmitter side and the output current on the Recipient side.
Die beiden Halbleiterbauelemente bestehen bei einem Koppelelement beispielsweise aus einer lichtemittierenden Diode und einem Fototransistor. Anstelle eines Fototransistors kann auch ein Fotofeldeffekttransistor eine Fotodiode oder ein anderes fotoempfindliches Halbleiterbauelement oder lichtempfindliche integrierte Schaltung verwendet werden. Zwischen den Oberflächen der Bauelemente wird auch bei den bekannten Anordnungen ein lichtübertragendes Materia! eingefügt, das auf die Frequenz des zu übertragenden Lichtes abgestimmt ist.In the case of a coupling element, the two semiconductor components consist, for example, of a light-emitting one Diode and a phototransistor. Instead of a photo transistor, a photo field effect transistor can also be used a photodiode or other photosensitive semiconductor component or light-sensitive integrated Circuit can be used. Between the surfaces of the components is also used in the known arrangements a light-transmitting materia! inserted on the frequency of the to be transmitted Light is coordinated.
Bei den optoelektronischen Koppelelementen muß die einmal fixierte räumliche Lage der beiden Bauelemente unverändert beibehalten werden. Außerdem ist erwünscht, daß das Gesamtelement mechanisehen 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 spatial position of the two must once be fixed Components are retained unchanged. In addition, it is desirable that the entire element be mechanical Withstands loads and is protected from contamination For this reason, the mentioned Coupling elements are usually embedded in a plastic socket.
Wie bereits erwähnt, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die beiden Bauelemente des Koppelelementes auf einem zusammenklappbaren Kontaktierungsstreifen befestigt werden (US-PS 37 27 064). Bei einem anderen Verfahren ist vorgesehen, daß beiden Bauelemente auf voneinander getrennten Kontaktstreifen zu befestigen (DT-OS 21 18 391 und DT-OS 22 48 068) und dann diese beiden Streifen übereinander einzujustieren und zu vergießen. Danach werden die einzelnen Zuleitungszinken der Kontaktierungsstreifen voneinander getrennt, so daß die Zuleitungselektroden der beiden Bauelemente voneinander elektrisch isoliert sind. Auch bei der Verwendung von zwei Kontaktierungsstreifen ist die Einhaltung eines definierten Abstandes zwischen den beiden Bauelementen äußerst schwierig. Außerdem ist diese Horstellungweise teuer und technisch aufwendig.As already mentioned, a method is known in which the two components of the coupling element a collapsible contact strip are attached (US-PS 37 27 064). With another Method is provided that both components to be attached to separate contact strips (DT-OS 21 18 391 and DT-OS 22 48 068) and then adjust these two strips on top of each other and close shed. Then the individual feed prongs of the contact strips are separated from each other, so that the lead electrodes of the two components are electrically isolated from one another. Even with the Using two contact strips is to maintain a defined distance between the both components extremely difficult. In addition, this method of listening is expensive and technically complex.
Ferner ist aus der US-PS 36 28 039 ein optoelektronisches Koppelelement bekannt, zu dessen Herstellung gesonderte gekapselte Bauelemente auf einem einheitlichen und nicht strukturierten Trägerkörper befestigt werden. Danach wird über diese gesondert gekapselten Bauelemente ein Reflektorgehäuse gestülpt, dessen Innenwandung die Form eines Halbellipsoids hat und mit besonderen Justierhilfen auf die Halbleiterbauelemente einjustiert werden muß. Hierbei treten jedoch nicht korrigierbare Justierfehler durch die gesonderte Kapselung der Halbleiterbauelemente auf. Ganz abgesehen davon, daß die Herstellungsweise aufwendig ist, da zunächst die Halbleiterbauelemente in Gehäuse eingebracht werden müssen und schließlich noch für die Gesamtanordnung ein zusätzliches Reflektorgehäuse erforderlich wird.Furthermore, from US-PS 36 28 039 an optoelectronic Coupling element known, for its production separate encapsulated components on a uniform and non-structured carrier body are attached. Then this is separately encapsulated Components put a reflector housing, the inner wall of which has the shape of a semi-ellipsoid and must be adjusted to the semiconductor components with special adjustment aids. Here, however, occur uncorrectable adjustment errors due to the separate encapsulation of the semiconductor components. Not to mention from the fact that the production method is complex, since first the semiconductor components in the housing must be introduced and finally an additional reflector housing for the overall arrangement is required.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Koppelelementes anzugeben, bei dem die beiden Bauelemente stets den exakt gleichbleibenden Abstand voneinadner aufweisen und einen möglichst hohen Koppelfaktor in Verbindung mit einer hohen Isolationsspannung besitzen. Dieses Verfahren soll den Einsatz der leicht beherrschbaren und automatisierbaren Streifentechnik ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs zitierten Art die Verfahrensschritte des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgeschlagen.The invention is therefore based on the object of a simple method for producing an optoelectronic Specify coupling element in which the two components always remain exactly the same Have a distance from one another and a coupling factor as high as possible in conjunction with a high Have isolation voltage. This method is intended to make use of the easily controllable and automatable Enable strip technology. To achieve this object, according to the invention, in a method of the type cited at the outset, the method steps of the characterizing part of claim 1 are proposed.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil,The method according to the invention has the advantage
daß nur ein ebener Kontaktierungsstreifen 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 Empfängerbauelement reflektiert wird. Ferner ist nur eine Gehäusebildung für beide Bauelemente erforderlich. Der Reflektor besteht aus einem Kunststoff mit einem hohen Reflektionsvermögen. Ein Kunststoffreflektor ist deshalb vorzuziehen,that only a flat contact strip is required and that the two components on parts of this Contacting strips can be attached in one plane. The one above the two components arranged reflector ensures that the light emanating from the transmitter is reflected onto the receiver component will. Furthermore, only one housing formation is required for both components. The reflector consists of a plastic with a high reflectivity. A plastic reflector is therefore preferable
weil auf 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.because in this way a high insulation voltage is achieved. The reflector is on the components facing concave surface well polished and has, for example, the shape of a on this surface Hemisphere or semi-ellipsoid. This plastic reflector can be made by pouring a corresponding manufactured silicone rubber mold. This will result in the optimal geometric shape of the Align the reflector surface according to the position of the two components on the contact strip.
In einem Ausführungsbeispiel besteht der genannte Kunstsii/ifreflektor aus Epoxydgießharz mit beigemischtem Titanoxid. Bei einem Mischungsverhältnis aus drei Teilen Epoxydgießharz und einem Teil Titanoxid ergab sich bei der erforderlichen Wellenlänge von 0,9 mm ein Reflexionsfaktor von 95 bis 98%.In one embodiment, the plastic reflector mentioned consists of epoxy casting resin mixed with it Titanium oxide. With a mixing ratio of three parts epoxy casting resin and one part titanium oxide the required wavelength of 0.9 mm resulted in a reflection factor of 95 to 98%.
Ähnliche Reflektoren kann man auch durch Mischung von Magnesiumoxid und anderen transparenten Kunststoffen, wie beispielsweise Polycarbonat, herstellen.Similar reflectors can also be created by mixing magnesium oxide and other transparent plastics, such as polycarbonate.
Der Zwischenraum zwischen den Streifenteilen, die mit den Halbleiterbauelementen verbunden sind, und dem Reflektor wird mit einem lichtdurchlässigen Kunststoff aufgefüllt. Hierzu eignet sich beispielsweise ein transparentes und temperaturbeständiges Epoxydgießharz. Abschließend wird noch der Reflektor samt den mit dem Bauelementen verbundenen Streifenteilen in einen lichtundurchlässigen Kunststoff eingegossen. Hierfür eignet mUi beispielsweise eine undurchsichtige Silikonpreßmasse.The space between the strip parts that are connected to the semiconductor components, and the reflector is filled with a translucent plastic. This is for example suitable a transparent and temperature-resistant epoxy casting resin. Finally the reflector is complete the strip parts connected to the component are cast in an opaque plastic. An opaque one, for example, is suitable for this Silicone molding compound.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei- jo spiels näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment game explained in more detail.
In der Fig. 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 F i g. 2 ist im Schnitt das fertig eingekapselte Koppelelement dargestellt.In Fig. 1 is the one for the coupling element provided part of a contact strip shown. It should be noted that these strips are the Have the form of a continuous band and are suitable for making contact with numerous coupling elements are. In FIG. 2 shows the fully encapsulated coupling element in section.
Der für ein Koppelelement vorgesehene Teil 1 des Kontaktierungsstreifens weist die Form eines Metallrahmens 5 auf. Die beiden Außenholme 2 und 3 dienen zum Transport und zur Halterung, sie sind durch Querstege 4 und 5 miteinander verbunden. Für jedes Bauelement ist eine Gruppe von drei streifenförmigen Kontaktierungszinken 6 bis 8, bzw. 9 bis 11 vorgesehen. Die Gruppen der Kontaktierungszinken liegen in einer Ebene. Je zwei liegen 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 beispielsweise aus einer Kupfereisenlegierung und ist mit einer dünnen Goldschicht plattiert.The part 1 of the contacting strip provided for a coupling element has the shape of a metal frame 5 on. The two outer bars 2 and 3 are used for transport and mounting, they are through Cross webs 4 and 5 connected to one another. For each component there is a group of three strip-shaped Contacting prongs 6 to 8 or 9 to 11 are provided. The groups of contact prongs are in one Level. Two face each other. Each group is held together by a central web 12 or 13. This central web is connected to the transverse webs 4 and 5 for retention purposes. The contact strip consists, for example, of a copper-iron alloy and is plated with a thin layer of gold.
Auf einem Zinken 7 der einen Dreiergruppe wird das Empiängerelement 14 befestiyt. 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 15. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine GaAs-Luminiszenzdiode, die auf dem mittleren Zinken befestigt wird. Da für das Senderelement nur eine Diode verwendet wurde, bleibt einer der Kontaktierungszinken 9 oder 11 unangeschlossen. Er kann jeodoch auch mit einer der beiden Elektroden verbunden werden. Es ist ersichtlich, daß auf diesen Kontaktierungszinken auch verzichtet werden kann.The receiver element 14 is fastened to a prong 7 of one group of three. This is done by means of a hard solder or with an epoxy silver adhesive. The receiver component is, for example, a phototransistor. Its remaining two connection electrodes are connected to the with the help of thin contacting wires Contacting prongs 6 and 8 connected. The second group of three is used to contact the transmitter element 15. This is, for example, a GaAs luminescent diode on the middle prong is attached. Since only one diode was used for the transmitter element, one of the contact prongs remains 9 or 11 unconnected. However, it can also be connected to one of the two electrodes. It it can be seen that these contact prongs can also be dispensed with.
Danach wird gemäß F i g. 2 über die beiden Bauelemente der Kunststoffrefiektor 16 gestülpt, dessen Innenfläche die Form eines Ellipsoids hat. Der Zwischenraum zwischen den Bauelementen und dem Reflektor wird mit einem auch die Kontaktierungszinken umschließenden transparenten 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 Außenholive 2 und 3 sowie die Mittelstege 12 und 13 abgetrennt werden, so daß die einzelnen Kontaktierungszinken elektrisch isoliert aus dem Konststoffgehäuse des Koppelelementes herausragen. Der Kontaktierungsstreifen wird durch Ätzen oder Stanzen hergestellt. Die Verbindungsstege werden mit Hilfe eines Freischneidewerkzeugs abgetrennt. Thereafter, according to FIG. 2 placed over the two components of the plastic reflector 16, its Inner surface has the shape of an ellipsoid. The space between the components and the The reflector is provided with a transparent plastic 17 which also surrounds the contacting prongs filled out. Finally, the reflector 16 together with the transparent plastic compound 17 and the ends of the Contacting prongs cast into an opaque plastic 18 that forms the housing. Thereafter the transverse webs 4 and 5, the outer holive 2 and 3 as well as the central webs 12 and 13 must be separated, so that the individual contacting prongs are electrically isolated from the plastic housing of the coupling element stick out. The contact strip is produced by etching or punching. The connecting bridges are cut off with the help of a free cutting tool.
Dieses Koppelelement weist eine hohe Isolationsspannung aufgrund der verwendeten Kunststoffe und des relativ großen Abstandes zwischen den beiden Bauelementen auf. Zugleich hat es einen großen Koppelfaktor von fast K=I1O. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch diese Bauelementenart nunmehr mit Kunststoffgehäuse hergestellt werden kann. Bei dem Koppelelement wurde eine Isolationsspannung von 5 bis 8 kV erzielt.This coupling element has a high insulation voltage due to the plastics used and the relatively large distance between the two components. At the same time it has a large coupling factor of nearly K = I 1 O. A further advantage is that these Bauelementenart can now be made with plastic housing. An insulation voltage of 5 to 8 kV was achieved for the coupling element.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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1974
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-
1975
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