DE2627944C2

DE2627944C2 - Optoelektronisches Koppelelement

Info

Publication number: DE2627944C2
Application number: DE2627944A
Authority: DE
Inventors: Gerfried Dipl.-Phys. 8014 Neubiberg Felkel; Wolfgang Ing.(grad.) Günzel; Gerhard Maier; Günter Ing.(grad.) 8000 München Waitl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-22
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1985-05-15
Also published as: IT1078313B; JPS6315756B2; FR2356281B1; DE2627944A1; SE422864B; SE7707259L; JPS53144A; GB1521676A; US4095116A; FR2356281A1

Description

besonders geeignet erwiesen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Gewichtsanteil der Titandioxid-Teilchen an der Umhüllungsmasse 10% bis 30% beträgt

Es ist vorteilhaft, daß einer der Stoffe der zweiten Art aus Aluminiumbronze besteh L

Zusätze von Aluminiumbronze setzen die Strahlungsdurchlässigkeit der Umhüllungsmasse in demjenigen spektralen Bereich herab, in dem der Empfindlichkeitsbereich der Empfänger von optoelektronischen Koppelelenenten 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%, insbesondere 03%, beträgt.

Weiterhin ist es vorteilhaft daß die Umhüllungsmasse eine Schichtdicke von 0,5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 2 mm, aufweist. Die Schichtdicke der Umhüllungsmasse und die Konzentrationen der der Umhüllungsmasse 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. Voraussetzung für die diesbezügliche Anwendung von Fa. bzusätzen ist jedoch, daß sie in demjenigen Spektralbereich nicht absorbieren, in welchem der Sender des betreffenden optoelektronischen Koppelelements arbeitet.

Cs 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-IC enthält

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung und an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur stellt einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes optoelektronisches Koppelelement dar.

In einem optoelektronischen Koppelelement 1 ist ein optischer Sender 2 mittels eines Koppelmediums 4 aus Kunststoff mit einem optischen Empfänger 3 optisch und mechanisch verbunden. Das Koppelmedium 4 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 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 z. B. eine ii.ümineszenzdiode 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 Ln einem Temperaturbereich von minus 55°C bis plus 125°C eine hinreichend gute Haftfestigkeit des Koppelmediums gegen die Umhüllungsmasse hin aufweisen. Materialien, die für die Umhüllungsmasse eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Koppelelements in Betracht kommen, müssen außer den angeführten Eigenschaften eine weitere besitzen, nämlich die vom optisehen 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 Koppeimedium ein klares Kunstharz, z. B. Epoxidharz, zu verwenden und als Basis dci Umhüllungsmasse das gleiche Kunstharz, z. B. Epoxidharz, zu verwenden, wobei die Umhüilungsmasse eine Schichtdicke von 0,5 bis 20 mm, insbesondere von 2 mm, einen ersten Zusatz von 10 bis 30 Gewichtsprozent Titandioxid und einen zweitem 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-Lumineszenzdiode 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 AIuminiumpartikeloberfläche bildenden Oxidhaut sind die Partikel untereinander elektrisch isoliert, weshalb auch ein Beimischen derselben zu Kunststoffen die gute elektrische Isolation der Kunststoffe praktisch nicht verändert.

7um Zwecke einer weiteren Verbesserung der Undurchlässigkeit der Umhüllungsmasse für die von außen einfallende optische Strahlung und zum Zwecke einer ästhetisch angenehmen Farbgebung von optoelektronischen Koppelelementen können der Uinhüllungsmasse 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 Gesamti.romverstärkung 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 h<iben erfindungsgemäße Optokoppler den Vorteil einer wesentlich einfacheren Herstellung und einer Arbeitszeitverkürzung, was zu einer entsprechenden Kostenersparnis führt.

Das erfiadungsgemäße optoelektronische Koppelele-

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Claims

sches Koppelelement Das zwischen Lichtquelle und Fo- Patentansprüche: tozelle vorhandene transparente Gußmaterial ist seinerseits von einem lichtundurchlässigen und reflektie-

1. Optoelektronisches Koppelelement renden Material umgeben, wobei die Reflexion an der mit einem Koppelmedium (4) zwischen optischem 5 Grenzfläche zwischen dem transparenten Gußmatcrial Sender (2) und optischem Empfänger (3) und einem und dam lichtundurchlässigen Material erfolgt Dies be-Umhüllungsmedium (5), dingt eine Empfindlichkeit gegenüber Hochspannung,
bei dem das Koppelmedium (4) optisch durchlässig Aus DE-OS 24 31 375 ist ein optoelektronisches Kopist, pelelement bestehend aus einem lichtaussendenden und bei dem das Koppelmedium (4) und das Umhüllungs- 10 einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement bemedium (5) aus Kunststoff bestehen und im Arbeits- kannt, bei dem die beiden Halbleiterbauelemente in ein bereich des Koppelelements eine gute Haftfestigkeit lichtdurchlässiges Epoxygießharz eingegossen sind, das aneinander haben, von einem Kunststoff aflektor, z.B. bestehend aus bei dem das Umhüllungsmedium (5) die vom opti- Epoxygießharz mit beigemischtem Titanoxid umgeben sehen Sender (2) emittierte Strahlung reflektiert und 15 ist Abschließend ist das gesamte Bauelement samt Rebei dem das Umhüllungsmedium (5) aus nur einer flektor und transparenter Kunststoffmasse sowie Kon-Schicht besteht, der ein Stoff zugesetzt ist, welcher taktzuführungen in ein lichtundurchlässiges Kunststoffdas Umhüllungsmedium (5) zu einem gut reflektie- gehäuse eingegossen. Dadurch ist ein relativ großer renden Med^:um für die vom optischen Sender (2) Herstellungsaufwand und ein größerer Umfang des emittierte Strahlung macht-. 20 Bauelements bedingt

dadurchgekennzeichnet, In der FR-OS 22 72 377 ist ein optoelektronisches

daß das Koppelmedium (4) und das Umhüüungsme- Koppelelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1

dium (5) annähernd die gleiche Dielektrizitätskon- dargestellt und beschrieben. Für den Fall, daß das Um-

stante aufweisen und aus einem Kunststoffharz glei- hüllungsmedium ohne zusätzliche Schicht das Gehäuse

eher chemischer Basis bestehen, und 25 bildet, ist das bekannte Koppelelement in relativ hohem

daß dem Umhüllungsmedium (5) ein Stoff zweiter Maße für von außMi einfallende optische Strahlung

Art zur Erhöhung der Lichtundurchlässigkeit für durchlässig. Daraus resultiert unter üblichen Bedingun-

von außen einfallende optische Strahlung zugesetzt gen ein relativ hoher Dunkelstrom.

ist Bei der relativ großen Lichtdurchlässigkeit für von

2. Optoeif ^vtronisches Koppelelement nach An- 30 außen einfallenden optischen Strahlung muß zur Erziespruch !,dadurchgekennzeichnet, lung eines relativ kleinen Dunkelstroms das Umhüllungsmedium ziemlich dick sein. Dann paßt ein solches

— daß dem Umhüllurigs:nedium (5) Titandioxid- Bauelement aber nicht mehr in ein für Bauelemente

Teilchen a!s Stoff erster An zugesetzt sind, und übliches Rastmaß.

—daß dem Umhüllungsmedium (5) Aluminium- 35 Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein optoelek-

bronze als Stoff zweiter Art zugesetzt ist. tronisches Koppelelement anzugeben, das hochspannungsfest ist und dessen Umhüllungsmasse bei relativ

3. Optoelektronisches Koppelelement nach An- geringer Schichtdicke sowohl die vctj optischen Sender spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ge- emittierte Strahlung gut reflektiert als auch für die von wichtsanteil der Titandioxid-Teilchen an dem Um- 40 außen auf das Koppelelement einfallende optische hüllungsmedium (5) 10% bis 30% beträgt. Strahlung undurchlässig ist.

4. Optoelektronisches Koppelelement nach An- Die Lösung dieser Aufgabeist im Anspruch 1 ang^gespruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ben.

Gewichtsanteil der Aluminiumbronze an dem Um- Dadurch, daß sowohl das Koppelmedium als auch das

hüllungsmedium (5) mindestens 0,1%, insbesondere 45 Umhüllungsmedium eine Basis gleicher chemischer Zu-

0,3%, beträgt sammensetzung aufweisen, insbesondere aus demselben

5. Optoelektronisches Koppelelement nach einem Kunstharz bestehen, wird eine gute Haftfestigkeit zwider Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sehen Koppelmedium und Umhüllungsmasse gewährdas Umhüllungsmedium (5) eine Schichtdicke von leistet. Nachdem für optoelektronische Koppler ein La-0,5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 2 mm, aufweist. 50 ger- und Arbeitsbereich von minus 55°C bis plus 125°C

6. Optoelektronisches Koppelelement nach einem vorgesehen ist läßt sich für ein Koppelmedium von cheder Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß misch unterschiedlicher Zusammensetzung gegenüber dem Umhüllungsmedium (5) Farbzusätze beige- der Umhüllungsmasse im allgemeinen keine gute Haftmischt sind. festigkeit erreichen. Zwischen Koppelmedium und Um-

7. Optoelektronisches Koppelelement nach einem 55 hüllungsmasse treten in diesem Falle häufig Risse und der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Abhebungen auf. Dadurch ergeben sich Bereiche unterdas optoelektronische Koppelelement als optischen schiedlichen Dielektrikums, die bei anliegenden hohen Sender (2) eine Diode, z. B. eine Lumineszenzdiode, Spannungen zwischen Sender und Empfänger zu frühen und als optischen Empfänger (3) eine Diode, einen Teilentlauungserscheinungen führen. Mit der Verwen- oder mehrere Transistoren, einen Thyristor oder ei- 60 dung einer Basis gleicher chemischer Zusammensetncn Foto-IC enthält. zung für'das Koppelmedium wie für die Umhüllungsmasse lassen sich die beschriebenen Nachteile vermei-

den.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß 65 einer der Stoffe der ersten Art aus Titandioxid-Teilchen Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Kop- besteht.

pelelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Zusetzen von Titandioxid hat sich für diese

Die DE-OS 21 18 391 beschreibt ein oploclckironi- Zwecke, insbesondere in eine ßiisis von Kunsihnr/., als