DE2627944A1 - Optoelektronisches koppelelement - Google Patents
Optoelektronisches koppelelementInfo
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Description
2627344 „*/
78 P 10 7 4 BRD
«· β mm
dioxidteilchen an der Umhüllungsmasse 10 $ bis 30 $>
beträgt.
6. Optoelektronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stoffe der zweiten Art aus Aluminiumbronze besteht.
7. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der Aluminiumbronze an der Umhüllungscasse mindestens 0,1 #, insbesondere
0,3 i», beträgt.
8. Optoelektronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis
7f dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse eine Schichtdicke von 0,5 mm bis 20 mm, vorzugsweise
von 2 mm, aufweist.
9. Optoelektronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umhüllungsmasse Farbzusätze beigemischt sind.
IO. Optoelektronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische
Koppelelement als optischen Sender eine Diode, z. B. Lumineszenzdiode und als optischen Empfänger eine Diode, einen
oder mehrere Transistoren, einen Thyristor oder einen Foto-IC enthält.
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. r- ψ
76 P 1 O 7 4 BRD.
zur Anbringung des ersten und des zweiten Teils der Umhüllungsnasse
nötig. Zwei getrennte Arbeitsgänge verursachen jedoch entsprechenden technischen Aufwand und entsprechenden Zeitaufwand, was zu einer Verteuerung
des Endprodukts führt.
Im Hinblick auf Arbeits- und Kostenersparnis ist es wünschenswert,
den technischen und arbeitszeitlichen Aufwand zu minimalisieren.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein optoelektronisches Koppelelement
anzugeben, dessen Umhüllungsmasse die Eigenschaft besitzt, die vom optischen Sender emittierte Strahlung zu reflektieren und für die
von außen in das optoelektronische Koppelelement einfallende optische Strahlung in hohem Maße undurchlässig zu sein, so daß bei hohem Übertragungsverhältnis
des optoelektronischen Koppelelements ein hoher Nutzstromanteil und ein geringer Störstromanteil erzielt wird, und
wobei außerdem die genannten Eigenschaften durch einen äußerst geringen Arbeits- und Kostenaufwand erzielt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umhüllungsmasse
aus nur einer Schicht besteht, der einerseits Stoffe einer ersten Art zugesetzt sind, welche die Umhüllungsniasse zu einem gut
reflektierenden Medium für die vom optischen Sender emittierte Strahlung machen und der andererseits Stoffe einer zweiten Art zugesetzt
sind, welche die Umhüllungsmasse zu einem in hohem Maße undurchlässigen
Medium für die von außen einfallende optische Strahlung machen. Die einmalige Anbringung einer Umhüllungsmasse hat den Vorteil einer
erheblichen Kostenersparnis, insbesondere im Hinblick auf die Massenherstellung derartiger optoelektronischer Koppelelemente. Es ist vorteilhaft,
daß das Koppelmedium und die Umhüllung3ma3se aus Kunststoff
bestehen.
Die Verwendung von Kunststoffen hat sich wegen der leicht anwendbaren
und Arbeitszeit sparenden Vergußtechnik der Kunststoffe und wegen der leichten Verarbeitbarkeit desselben als besonders vorteilhaft erwiesen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß sowohl das Koppelmedium wie auch
die Umhüllungsmasse eine Basis gleicher chemischer Zusammensetzung, insbesondere eine Basis aus ein tind demselben Kunststoffharz, aufweisen.
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-V-*
TB P 1 07 ^ DRD
Durch diese Maßnahme v/ird eine gute Haftfestigkeit zwischen Koppelmedium
und Umhüllungsmanse gewährleistet. Nachdem für optoelektronische
Koppler ein Lager- und Arbeitsbereich von minus 55 0C bis plus 125 0C vorgesehen ist, läßt sich für ein Koppelmedium von
chemisch unterschiedlicher Zusammensetzung gegenüber der Umhüllungsmasse im allgemeinen keine gute Haftfestigkeit erreichen. Zwischen
Koppelmedium und TJmhüllungsmasse treten in. diesem Falle häufig Risse
und Abhebungen auf. Dadurch ergeben sich Bereiche unterschiedlichen
Dielektrikums, die bei anliegenden hohen Spannungen zwischen Sender und Empfänger zu frühen Teilentladungserscheinungen führen.
Mit der Verwendung einer Basis gleicher chemischer Zusammensetzung
für das Koppelmedium wie für die Umhüllungsmasse lassen sich die beschriebenen Nachteile vermeiden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß einer der Stoffe
der ersten Art aus Titandioxidteilchen besteht. Das Zusetzen von Titandioxid hat sich für diese Zwecke,insbesondere
in eine Basis von Kunstharz, als besonders geeignet erwiesen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Gewichtsanteil der Titandioxidteilchen
an der Umhüllungsmasse 10 $ bis 30 $S beträgt.
Es ist vorteilhaft, daß einer der Stoffe der zweiten Art aus Aluminiumbronze
besteht.
Zusätze von Aluminiumbronze setzen die Strahlungsdurchlässigkeit der Umhüllungsmasse in demjenigen spektralen Bereich herab, in dem
der Empfindlichkeitsbereich der Empfänger von optoelektronischen Koppelelementen liegt. Durch die Wahl einer geeigneten Konzentration
der Aluminiumbronze in der Umhüllungsmasse sowie durch die Wahl einer geeigneten Schichtdicke der Umhüllungsmasse läßt sich
diese als ein in hohem Maße undurchlässiges Medium für die von außen einfallende optische Strahlung gestalten.
Es ist vorteilhaft, daß der Gewichtsanteil der Aluminiumbronze an
der Umhüllungsmasse mindestens 0,1 fi, insbesondere 0,3 %>
beträgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Umhüllungsmasse eine Schfcht-
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-<-* 76 P 1 O 7 ^ BRD
dicke von 0,5 mm. bis 20 mn, vorzugsweise von 2 mm, aufweist. Die
Schichtdicke der Uinhüllungsmasse und die Konsentrationen der der Umhüllungsnasse zugesetzten Stoffe der ersten Art, z. B. Titandioxid
und Stoffe der zweiten Art, z. B. Aluminiumbronze, sind entscheidend
für die Effektivität eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Koppelelements im Hinblick auf die Reflexion der vom optischen
Sender emittierten Strahlung und der Abschirmung der von außen einfallenden optischen Strahlung.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Umhüllungsmasse Farbzusätze beigemischt sind.
Farbzusätze mit geeigneten Absorptionskurven können zum ersten die
Undurchlässigkeit der Umhüllungsmasse für die von außen einfallende
optische Strahlung verbessern und zum zweiten eine ästhetisch angenehme Farbgebung von optoelektronischen Koppelelementen erzeugen.
Toraussetzung für die diesbezügliche Anwendung von Farbzusätzen ist jedoch, daß sie in demjenigen Spektralbereich nicht absorbieren,
in welchem der Sender des betreffenden optoelektronischen Koppelelements arbeitet.
Es ist auch vorteilhaft, daß das optoelektronische Koppelelement als
optischen Sender eine Diode, z. B. lumineszenzdiode und als optischen Empfänger eine Diode, einen oder mehrere Transistoren, einen
Thyristor oder einen Foto-IG enthält.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung und an einen
Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Die Figur stellt einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes
optoelektronisches Koppelelement dar.
In einem, optoelektronischen Koppelelement J- ist ein optischer Sender
2 mittels eines Koppe!mediums 4 aus Kunststoff mit einem optischen
Empfänger 3 optisch und mechanisch verbunden. Das Koppelmedium wird von der Umhüllungsmasse 5» die aus Kunststoff gefertigt ist und
mit Zusätzen von Titandioxid und Aluminiumbronze versehen ist, angedeutet durch die Punkte 6, umgeben. Aus der Umhüllungsmasse ragen
einerseits Anschlußdrähte 8 und 9 des optischen Senders 2 mit ihren
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— «ρ —
Anschlüssen 10 und 11 und andererseits Anschlußdrähte 12, 13, 14
des optischen Empfängers 3 mit ihren Anschlüssen 15, 16, 17.
Ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Koppelelement kann s. B.
eine Lumineszenzdiode als optischen Sender enthalten. Als optische Empfänger können "Dioden sowie einzelne Transistoren als auch Transistoren
in Darlington-Schaltung, Thyristoren oder Foto-IC's fungieren.
Als Materialien für Koppelmedien kommen alle Stoffe in Frage, die hinreichend gut elektrisch isolieren, für optische Strahlung
sehr gut durchlässig sind, die andererseits eine geeignete Dielektrizitätskonstante
aufweisen, die der Dielektrizitätskonstante: der Umhüllungsmasse annähernd entspricht und Stoffe, die in einen Temperaturbereich
von minus 55 0C bis plus 125 0C eine hinreichend gute
Haftfestigkeit des Koppelmediums gegen die Umhüllungsraasse hin aufweisen.
Materialien, die für die Umhüllungsnasse eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Koppelelements in Betracht kommen, müssen
außer den angeführten Eigenschaften eine weitere besitzen, nämlich die vom optischen Sender emittierte Strahlung zu reflektieren und
für die von außen in das optoelektronische Koppelelement einfallende
Strahlung in hohem Maße undurchlässig zu sein. Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, als Koppelmedium ein klares Kunstharz,
z. B. Epoxidharz (R), zu verwenden und als Basis der Umhüllungstnasse
das gleiche Kunstharz, z. B. Epoxidharz (R), zu verwenden, wobei die Umhüllungsmasse eine Schichtdicke von 0,5 bis 20 mm, insbesondere
von 2 ram, einen ersten Zusatz von 10 bis 30 Gewichtsprozent Titandioxid
und einen zweiten Zusatz von mindestens 0,1 Gewichtsprozent, insbesondere von 0,3 Gewichtsprozent Aluminiumbronze aufweist, Die
Zusätze von Titandioxid und Aluminiumbronze bewirken eine gute Reflexion im Wellenlängenbereich des optischen Senders (z. B. einer
Galliumarsenid-Lumine3zenzdiode mit einem Emissionsbereich von 900
bis 960 nm) und zugleich eine geringe Durchlässigkeit der von außen
einfallenden optischen Strahlung. Die Aluminiumbronze besteht aus sehr fein gepulvertem Aluminium. Infolge einer sich an der Aluminiumpartikeloberfläche
bildenden Oxidhaut sind die Partikel untereinander elektrisch isoliert, weshalb auch ein Beimischen derselben zu
Kunststoffen die gute elektrische Isolation der Kunststoffe praktisch
nicht verändert.
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COPY
Zum Zwecke einer v/eiteren Verbesserung der Undurchlässigkeit der Umhüllungsmasse
für die von außen einfallende optische Strahlung und zum Zwecke einer ästhetisch angenehmen Farbgebung von optoelektronischen
Koppelelementen können der Umhüllungsmasse weitere Farbzusätze
beigemischt werden, falls diese Farbzusätze im Wellenlängenbereich
des optischen Senders nicht oder hinreichend wenig absorbieren und möglicherweise außerdem im Wellenlängenbereich der von außen
einfallenden Strahlung stark absorbieren.
Mit den Zusätzen von Titandioxid und Aluminiumbronze in den genannten
Konzentrationen zu den KunststoffUmhüllungsmassen von Optokopplern,
läßt sich die optische Ankopplung desselben gegenüber entsprechenden Optokopplern mit schwarz eingefärbter Umhüllungsmasse um 100 $>
bis 500 ?£ verbessern. Die empfängerseitige Stromverstärkung derartiger
optoelektronischer Koppler kann somit zur Erzielung der gleichen Gesamtstromverstärkung
entsprechend reduziert werden, so daß bei der Verwendung von Transistoren als optischen Empfänger bessere Meßdaten,
insbesondere bei höheren Temperaturen und höheren Betriebsspannungen, erzielt werden.
Gegenüber Optokopplern mit zweifach unterteilter Umhüllungsmasse haben erfindungsgemäße Optokoppler den Vorteil einer wesentlich
einfacheren Herstellung und einer Arbeitszeitverkürzung, was zu einer entsprechenden Kostenersparnis führt.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Koppelelement bewährt sich besonders bei Hochspannungsbeaufschlagung.
10 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
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Claims (5)
- Patentansprüche'76P 1074 BRD) Optoelektronisches Koppelelement mit einem Koppelmedium zwischen optischem Sender und optischem Empfänger und einer Umhüllxingsmasse, bei dem das Koppelmediim optisch durchlässig ist, daß Koppelmedium und die Umhüllungsnasse für den Arbeitsbereich des optoelektronischen Koppelelements eine gute Haftfestigkeit aneinander und annähernd die gleiche Dielektrizitätskonstante aufweisen und bei dem die Umhüllungsnasse die Eigenschaft besitzt, die vom optischen Sender emittierte Strahlung zu reflektieren und für die von außen in das optoelektronische Koppelelement einfallende optische Strahlung für den Empfindlichkeitsbereich des optischen Empfängers in hohem Maße undurchlässig zu sein, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 06 524.7), dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse aus nur einer Schicht besteht, der einerseits Stoffe einer ersten Art zugesetzt sind, welche die Umhüllungsmasse zu einem gut reflektierenden Medium für die vom optischen Sender emittierte Strahlung machen und der andererseits Stoffe einer zweiten Art zugesetzt sind, welche die ümhüllungsmasse zu einem in hohem Maße undurchlässigen Medium für die von außen einfallende optische Strahrung machen.
- 2. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmedium und die Umhüllungsmasse aus Kunststoff bestehen.
- 3. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Koppelmedium wie auch die Umhüllungsmasse eine Basis gleicher chemischer Zusammensetzung, insbesondere eine Basis aus ein und demselben Kunststoffhars, aufweisen.
- 4. Optoeloktronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stoffe der ersten Art aus Titandioxydteilchen besteht.
- 5. Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der Titan-709881/0060SIEIiEKS AKTIEITGESELLSCiIAFT Unser ZeichenBerlin und München 76 P t O 7 4 BRDOptoelektronisches KoppelelementDie Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement mit
einem KoppeImedium zwischen optischem. Sender und optischem Empfänger und einer Umhüllungsmasse, bei dem das Koppelmedium optisch durchlässig ist, das Koppelmedium und die Umhüllungsmasse für den
Arbeitsbereich des optoelektronischen Koppelelements eine gute Haft festigkeit aneinander und annähernd die gleiche Dielektrizitätskonstante aufweisen und bei dem die Umhüllungsmasse die Eigenschaft be sitzt, die vom optischen Sender emittierte Strahlung zu reflektieren und für die von außen in das optoelektronische Koppelelement ei fallende optische Strahlung für den Empfindlichkeitsbereich des op tischen Empfängers in hohem Maße undurchlässig zu sein, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 06 524.7).Ein solches optoelektronisches Koppelelement wurde bereits in der
Patentanmeldung P 26 06 524.7 vorgeschlagen. Bei dem vorgeschlagenen optoelektronischen Koppelelement wurde die Eigenschaft, die vo optischen Sender einfallende Strahlung zu reflektieren und für die von außen in das optoelektronische Koppelelement einfallende optische Strahlung in hohem Maße undurchlässig zu sein, durch eine aus zwei Teilen bestehende Umhüllungsmasse realisiert, wobei der erste innere Teil der Umhüllungsmasse mittels Zusätzen von Titandioxid
so gestaltet ist, daß die vom optischen Sender emittierte Strahlun reflektiert wird, während der zweite, der äußere Teil der Umhüllun masse mit Farbstoffzusätzen so eingefärbt ist, daß der äußere Teil der Umhüllungsraasse für von außen einfallende optische Strahlung i hohem Maße undurchlässig ist.Um die Umhüllungsmasse an den vorgeschlagenen optoelektronischen
Koppelelement anzubringen, sind somit zwei getrennte ArbeitsgängeKuB-12 EL/3.6.1976 709881/0060
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