DE2736460A1 - Optoelektronische halbleitervorrichtung - Google Patents
Optoelektronische halbleitervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Halbleitervorrichtung und
bezieht sich auf den Aufbau, insbesondere auf hermetisch abgeschlossene Gehäuse von solchen Vorrichtungen.
Optoelektronische Halbleitervorrichtungen sind elektronische Vorrichtungen
mit lichtempfindlichen Elementen oder Bereichen, die in einer vorbestimmten Weise reagieren, wenn sie sichtbarem, infrarotem oder ultraviolettem
Licht ausgesetzt werden. Die optoelektronische Vorrichtung kann ihre Leitfähigkeit
ändern oder einen unterschiedlichen elektrischen, entsprechend ihrer Kennlinien charakterisierten Zustand annehmen. Lichtenergie von externen
Quellen werden durch Fenster, Linsen oder Führungsröhren, die in der Anordnung eingebettet sind, auf die lichtempfindlichen Bereiche gerichtet,
wobei es bei den bekannten Vorrichtungen problematisch ist, die Lichtquelle und den Lichteingang zu der Vorrichtung auszurichten.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus dem US-Patent 3 590 344 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Anpassung bzw. Zwischenverbindung
zwischen einer Lichtquelle und einer optoelektronischen Vorrichtung zu schaffen.
Ferner soll eine auswechselbare optische Zwischenverbindung zwischen einer
Lichtquelle und einem hermetisch abgedichteten Gehäuse einer optoelektronischen Vorrichtung geschaffen werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines Führungskanals
oder einer Führungsröhre für eine optoelektronische Vorrichtung, wobei lichtleitende Einrichtungen, z.B. eine Lichtröhre, in das Rohr eingesetzt
und in diesem gehalten werden, so daß Licht zu dem lichtempfindlichen
Bereich der optoelektronischen Vorrichtung geleitet werden kann. Außerdem soll das Einsetzen einer Lichtöffnung bzw. eines Lichtgatters am
lichtempfindlichen Bereich der optoelektronischen Vorrichtung vereinfacht
werden.
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Des weiteren sollen Mehrfachlichtgatter an der gleichen optoelektronischen
Vorrichtung ermöglicht werden.
Schließlich soll eine optoelektronische Vorrichtung mit Mehrfach-Lichtsensoren
geschaffen werden, von denen jeder auf Lichtenergie reagiert, die von einer unterschiedlichen auswählbaren Lichtquelle herrührt.
Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs
definierten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben,
wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer hermetisch abgedichteten Anordnung
mit einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung, einem Führungsrohr und einer Lichtröhre,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer hermetisch abgedichteten Anordnung
mit einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung für hohe Energie, einem Führungsrohr und einer Lichtröhre,
Fig. 2 a eine Vorrichtung, die ähnlich wie die Vorrichtung gemäß Fig. 2 aufgebaut ist,
Fig. 3 a und Fig. 3 b unterschiedliche Kombinationen von Führungsrohren
und Zwischenverbindungen für die Halbleitervorrichtungen,
Fig. 4 eine Lichtröhre zwischen einer optoelektronischen Vorrichtung
und einer Lichtquelle und
Fig. 5 eine optoelektronische Vorrichtung mit zwei optischen Zwischenverbindungen.
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6 273b4bü
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen beschrieben, wobei zunächst
Bezug auf Fig. 1 genommen wird. In dieser ist eine optoelektronische Halbleitervorrichtung
gezeigt, die ein Halbleiterelement in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse enthält. Des weiteren ist eine Führungsröhre vorgesehen,
die den abgeschlossenen lichtempfindlichen Bereich der Vorrichtung mit einer externen Lichtquelle verbindet.
Das optoelektronische Element 1 ist mit einem Hauptteil 2 der hermetisch
abgeschlossenen Anordnung verbunden und besitzt elektrischen Kontakt mit diesem. Des weiteren besitzt eine elektrische Leitung Kontakt mit dem
Element 1 auf der inneren flachen Seite desselben. Die Leitung 2a verläuft durch eine Öffnung 2b, die mit einem Isolationsmaterial ausgekleidet ist.
Eine lagefixierende Befestigung 4 ist über dem lichtempfindlichen Bereich 3 angeordnet und mit dem Element 1 über eine lichtdurchlässige Abdichtung
5 verbunden, die den lichtempfindlichen Bereich 3 bedeckt, um diesen vor
Verschmutzung zu schützen, so daß die Befestigung 4 in einer geeigneten Position gehalten wird. Die Abdichtung 5 ist für über einem geeigneten
Wellenlängenbereich liegendes Licht transparent, z.B. für einen Bereich von 5000 bis 12000 A bei Silicium-optoelektronischen Elementen.
Eine Gehäuseabdeckung 6 enthält eine Öffnung, in die ein Führungsrohr 8
hineinragt. Die Abdeckung 6 und das Führungsrohr 8 sind über dem Hauptteil 2 in der Weise angeordnet, daß das Hauptteil 2 und die Abdeckung 6 ein
hermetisch abgeschlossenes Gehäuse bilden. Ein offenes Ende des Führungsrohres 8 ist in der Befestigung 4 in einem Abstand zu dem Element 1 angeordnet,
wobei eine Abdichtung 9 zwischen dem Rohr 8 und der Befestigung und eine Abdichtung 10 zwischen dem Führungsrohr 8 und der Gehäuseabdeckung
6 in dem Bereich der Öffnung angeordnet sind, durch den sich das Führungsrohr 8 erstreckt, so daß um das optoelektronische Element 1
herum eine vollständige hermetische Abdichtung erreicht wird.
Verschiedene Kombinationen des Führungsrohrs 8, der Befestigung 4 und
des Elements 1 sind in den Fig.3a und 3b gezeigt.
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In das andere offene Ende des Führungsrohrs 8 ist eine Lichtröhre 11 eingesetzt,
durch die Lichtenergie von einer entfernten Lichtquelle auf den lichtempfindlichen Bereich 3 geleitet wird. Eine elastische Manschette 12
ist über das andere Ende des Führungsrohres 8 gezogen und bedeckt den Teil
der Lichtröhre 11, der in das Führungsrohr 8 hineinragt. Die Manschette 12 verhindert eine unbeabsichtigte Trennung der Lichtröhre 11 von dem
Führungsrohr 8. Die Manschette 12 kann aus einem Schrumpfschlauch oder aus elastischem Material hergestellt werden. Sie kann die Lichtröhre 11
über ihre Gesamtlänge einhüllen.
Eine abgewandelte Anordnung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung
mit einer optischen Steuer-Zwischenfläche ist in Fig. 2 gezeigt. Das Halbleiterelement
1 wird zwischen zwei vorzugsweise kreisförmigen Elektroden 21 und 22 gehalten, wobei die Elektrode 21 eine obere Abdeckung und die
Elektrode 22 eine untere Abdeckung bildet. Die Elektrode 21 weist einen
Flansch 23 und die Elektrode 22 einen Flansch 24 auf. Die Flansche 23 und
24 sind durch einen kreisförmigen Isolationsring 25 voneinander getrennt.
Die Elektrode 21 weist eine Öffnung auf, durch die sich das Führungsrohr 8 erstreckt, so daß ein optischer Zugang zu dem lichtempfindlichen Bereich 3
gebildet wird. Das Führungsrohr 8 wird in der lagefixierenden Befestigung
4 über dem lichtempfindlichen Bereich 3 des Halbleiterelements 1 gehalten.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung weist Elektroden 21 und 22 mit großen
Bereichen auf. Dies ist eine spezielle Forderung, wenn das Halbleiterelement 1 ein optisch gesteuerter Leistungstransistor oder Thyristor ist. Der
Isolationsring 25 bildet eine Hochspannungsisolation zwischen den beiden Elektroden.
Fig. 2a zeigt eine Vorrichtung, die ähnlich aufgebaut ist wie die in Fig.
gezeigte Vorrichtung, wobei sich jedoch das Führungsrohr 8 durch die ausgerichteten
Öffnungen 8a und 8b in der Elektrode 21 und dem Isolationsring
25 erstreckt und abgebogen ist. Eine Abdichtung 10 stellt sicher, daß das
innere Ende des Führungsrohres 8 über dem lichtempfindlichen Bereich des
Halbleiterelementes hermetisch abgeschlossen ist. Die Lichtröhre 11 ist in der vorangehend beschriebenen Weise in das Führungsrohr 8 eingesetzt.
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Die Fig. 3a und 3b zeigen zwei unterschiedliche Möglichkeiten zur Befestigung
des Führungsrohres 8 über dem lichtempfindlichen Bereich 3.
In Fig. 3a besteht eine Befestigung 26 aus lichtdurchlässigem Material,
wobei diese einen Hohlraum aufweist, in dem das Führungsrohr 8 angeordnet ist. Die Befestigung 26 wird durch eine Abdichtung 27 lagefixiert. Das
Führungsrohr 8 wird in der Befestigung 26 durch eine Abdichtung 28 gehalten. Die Abdichtung 28 schützt das Innere der Vorrichtung vor Verunreinigungen
durch das Führungsrohr 8.
Fig. 3b zeigt eine weitere Möglichkeit zum Einsetzen eines abgedichteten
optischen Verbindungsstücks. Eine transparente Platte 30 trennt die Befestigungen
29 von dem Bauteil 3. Die Platte 30, die Befestigung 29 und das Führungsrohr 8 werden über dem lichtempfindlichen Bereich 3 des Elements
1 durch die Abdichtungen 31, 32 und 33 gehalten.
Alle vorangehend beschriebenen Zwischenverbindungen weisen ein Führungsrohr
8 auf, dessen in der Nähe des lichtempfindlichen Bereichs 3 liegendes Ende durch lichtdurchlässiges Material geschlossen ist. Das andere Ende
ist offen und dient zur Aufnahme der Lichtröhre 11.
In Fig. 4 ist eine hermetisch abgeschlossene optoelektronische Vorrichtung
40 gezeigt, aus der ein Führungsrohr 41 mit einer daran befestigten Lichtröhre 42 ragt. Ferner ist eine Lichtquelle 44 vorgesehen. Die Lichtröhre
42 besteht aus einer oder mehreren Lichtleiterfasern, die in das Führungsrohr 41 eingesetzt sind und durch eine Manschette 45 gehalten werden.
Die Lichtquelle 44 ist in Fig. 4 als lichtemittierende Diode dargestellt.
Andere Arten und/oder Größen von Lichtquellen sowie zusätzliche Mittel, z.B. Linsen und Spiegel, können für eine Verbindung von Lichtquelle und
Lichtröhre verwendet werden, ohne daß die Lehre der Erfindung oder wesentliche Merkmale der Erfindung verlassen werden müssen.
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Die maximale Länge der Lichtröhre 42 wird lediglich durch die Stärke der
Lichtquelle 44, den Energieverlust in der Lichtröhre 42 und die Lichtenergie,
die an dem lichtempfindlichen Bereich 3 erforderlich ist, um in
diesem die gewünschte Funktion zu erfüllen, begrenzt.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die Lichtröhre 42, falls dies nötig ist, um
Lichtenergie von der Lichtquelle 44 zur Vorrichtung 40 zu leiten, gebogen werden. Eine Ausrichtung der Vorrichtung 40 in Bezug zu der Lichtquelle
44 ist nicht erforderlich. Die Lichtröhre 42 kann so hergestellt werden, daß die speziellen Anforderungen bei einer Anwendung erfüllt werden. Eine
Begrenzung bilden lediglich die vorangehend erwähnten Bedingungen. Die Austauschbarkeit der Lichtröhre 42 macht die Vorrichtung 40 unabhängig
von der Lichtquelle 44 und von allen örtlichen Veränderungen der Lichtquelle 44 in Bezug auf die Vorrichtung 40.
Da Lichtleitfasern mit sehr geringem Durchmesser (ca. 76 ,um bzw. 3 mils)
und die lichtempfindlichen Bereiche von optoelektronischen Komponenten in
der gleichen Größe hergestellt werden können, kann eine optoelektronische Komponente mehr als eine solcher optischen Verbindungen aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 50 mit zwei optischen Verbindungsstücken,
die Führungsrohre 51a und 51b und Lichtröhren 52a und 52b aufweisen. Die Vorrichtung 50 kann Funktionen unter Steuerung von zwei unabhängigen
Lichtquellen 53a und 53b ausführen.
Durch die vorliegende Erfindung wird der Aufbau einer optoelektronischen
Vorrichtung vereinfacht, indem diese unabhängig von ihrer relativen Lage zur Lichtquelle gemacht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die
optoelektronische Vorrichtung ein Führungsrohr, das mit einem seiner Enden über dem lichtempfindlichen Bereich des optoelektronischen Elements angeordnet
ist, während das zweite Ende aus dem Gehäuse der Vorrichtung herausragt.
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2736AbO
Eine Lichtröhre oder lichtleitende Fasern werden in das eine Ende des
Führungsrohres eingesetzt, während das andere Ende nahe der und in Richtung der Steuerlichtquelle angeordnet ist. Durch geeignete Mittel, z.B. Hülsen
oder Manschetten, können die Lichtleiter umhüllt werden. Diese werden über das herausstehende Ende des Führungsrohres gezogen, so daß ein unbeabsichtigtes
lierausgleiten der Lichtröhre aus dem Führungsrohr vermieden wird. Die flexible Lichtröhre kann um Ecken, durch dunkle oder beleuchtete oder
durch verschmutzte Bereiche zu der Lichtquelle geführt werden. Die anschließbare
Lichtröhre macht die relative Position der Lichtquelle in Bezug auf das optoelektronische Element unabhängig. Der Durchmesser und die Länge
der Lichtröhre können den Anforderungen des lichtempfindlichen Bereichs
der optoelektronischen Vorrichtung und der Charakteristik der Lichtquelle angepaßt werden.
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Al
L e e r s e i t e
Claims (10)
- Patentansprüchef 1.!Optoelektronische Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleiterelement mit einem lichtempfindlichen Bereich, einem Führungsrohr mit zwei offenen Enden, einer Einrichtung, die mit einem Ende des Rohres zur Befestigung auf dem Element verbunden ist und zur Abdichtung des Übergangs dient, wobei das Führungsrohr mit dem lichtempfindlichen Bereich ausgerichtet ist, um Lichtenergie auf diesen zu leiten, eine in das andere Ende des Führungsrohrs abnehmbar einsetzbare Lichtröhre, um Lichtenergie auf den lichtempfindlichen Bereich zu leiten sowie ein abgedichtetes Gehäuse, in dem das Halbleiterelement angeordnet ist und in das das Führungsrohr hineinragt, wobei das Gehäuse die Halbleitervorrichtung und das eine Ende des Führungsrohrs hermetisch umschließt.DR. C. MANlTZ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD S MÖNCHEN 91. MOkERT-KOCH-STRAStE I TCL. <OS9) 994911. TELEX OS - 99673 PATMF809831/0550DIPL.-INC. W. C R Λ M K O W STUTTCART SO (BAD CANNSTATT) SEELBERCSTR. 93/9S. TEL. (0711156 79 61ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7970 POSTSCHECK. MÖNCHEN 77062-805ORIGINAL INSPECTED273646Ü
- 2. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtröhre eine Vielzahl von flexiblen Lichtleiterfasern umfaßt.
- 3. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Hülse am Übergang zwischen dem Führungsrohr und der Lichtröhre vorgesehen ist und diesen umschließt, um die Lichtröhre mit dem Führungsrohr zu verbinden.
- 4. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsmittel eine lagefixierende Vorrichtung umfassen, die mit dem Element verbunden ist und eine Ausnehmung aufweist, in die ein Ende des Führungsrohres eingesetzt ist, und daß Mittel zur Abdichtung des Überganges zwischen dem Element und der Befestigungsvorrichtung vorgesehen sind.
- 5. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsvorrichtung mit dem Element in Eingriff steht, daß die Ausnehmung in der Vorrichtung eine diese durchdringende Öffnung enthält und daß eine lichtdurchlässige Abdichtung in der Öffnung vorgesehen ist und dadurch der lichtempfindliche Bereich bedeckt wird.
- 6. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsvorrichtung aus lichtdurchlässigem Material besteht und mit dem Element in Eingriff steht, und daß die Ausnehmung in der Befestigungsvorrichtung an einer bestimmten Stelle innerhalb dieser Vorrichtung endet.
- 7. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Befestigungsvorrichtung und dem Element eine lichtdurchlässige Platte vorgesehen ist, und daß die Ausnehmung eine Öffnung enthält, die durch die Befestigungsvorrichtung verläuft und mit dem lichtempfindlichen Bereich ausgerichtet ist.809831/0550
- 8. Optoelektronische Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer oberen Abdeckung, die einen ersten Flansch aufweist, und einer unteren Abdeckung, die von der oberen Abdeckung beabstandet ist und einen zweiten Flansch aufweist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Flansch ein Isolationsglied angeordnet ist und eine der Abdeckungen eine öffnung aufweist und die obere Abdeckung eine erste Elektrode mit einem ersten Kontaktbereich definiert und die untere Abdeckung eine zweite Elektrode mit einem zweiten Kontaktbereich definiert, sowie durch ein optoelektronisches Halbleiterelement mit einem fotoempfindlichen Bereich, das zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich angeordnet ist und mit diesen in elektrischem Kontakt steht, durch eine optische Zwischenverbindung, die ein Führungsrohr mit zwei offenen Enden enthält, das sich durch die öffnung erstreckt, wobei ein Ende des Führungsrohres über dem fotoempfindlichen Bereich hermetisch abgedichtet ist und das Führungsrohr so aufgebaut ist, daß es eine Lichtröhre aufnehmen kann, durch die Lichtenergie auf den lichtempfindlichen Bereich gerichtet wird.
- 9. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Öffnung in der oberen Abdeckung befindet.
- 10. Optoelektronische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Öffnung in dem Isolationsglied befindet.809831/0680
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