DE2950649C2 - Optoelektronisches Koppelelement - Google Patents

Optoelektronisches Koppelelement

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Description

dadurch gekennzeichnet,
— daß die Leuchtdiode (11) vom horizontalstrahlenden Typ ist, d. h, daß das vom PN-Übergang ausgesanuie Licht die Leuchtdiode (11) in Richtung des PN-Übergangs "iurch eine lichtabstrahlende Stirnfläche (Ua) verläßt
— die Zungen (13a, 14a, IiSa, \'% Ma) gegenüber den Grundabschnitten (13c, 14c, 16c, 17c, 18c; um annähernd 45° in gleicher Richtung abgewinkelt sind,
— wobei die Länge der das lichtempfindliche Halbleiter-Bauelement (12) tragenden Zunge (16a,Jderart bemessen ist, daß das von der üchtabstrahlenden Stirnfläche (Haider Leuchtdiode (11) emittierte Licht direkt und annähernd senkrecht auf die lichtempfindliche Oberfläche (12a; des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes (12) fällt.
2. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Koppelelementes nach Anspruch 1,
50
— wobei zunächst ein Rahmen (25) mit zusammenhängenden planparallelen Kontak'ierstreifen(13,14,16,17,18) gebildet wird,
— danach die Leuchtdiode (11) und das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (12) auf jeweils einer Zunge (13a, 16a; einer Kontaktierstreifengruppe (13, 14 und 16,17,18) aufgebracht
— und mit dieser kontaktiert
— sowie elektrisch mit den übrigen Zungen (14a, 17a, 18a; der jeweiligen Kontaktierstreifengruppe (43, 14 und 16, 17, 18) verbunden wer= den,
— worauf die Kontaktierstreifen (13,14,16,17,18) beim Gießen des lichtundurchlässigen Kunststoffgehäuses (32) in dieses eingebettet
— und schließlich unter Belassung aus dem Kunststoffgehäuse (32) herausragender Anschlußfahnen vom Rahmen (25) getrennt werden,
dadurch gekennzeichnet,
— daß vor dem Aufbringen der Leuchtdiode (11) und des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes (12) die Zungen (13a, 14a, 16a, 17a, 18a; der betreffenden Kontaktierstreifengruppen (13,14 und 16,17,18) um annähernd 45° gegenüber der Rahmenebene in einer Richtung abgewinkelt werden,
— daß danach beim Aufbringen der Leuchtdiode (11) und des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes (12) auf den Zungen (13a, 16a; die Leuchtdiode (11) und das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (12) so zueinander ausgerichtet werden, daß die lichtabstrahlende Stirnfläche (Ha; der Leuchtdiode (11) der lichtempfindlichen Oberfläche (12a; des lichtempfindlichen Halbieiterbauelementes (12) parallel gegenüberliegt,
— und daß ferner die Elektroden (15, 19, 20) der Leuchtdiode (11) und des lichtempfindlichen Haibieiterbaueiementes (12) mit den entsprechenden Zungen (14a, 17a, 18a; mittels der Drahtwickeltechnik elektrisch verbunden werden.
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement nach dera Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges verhältnismäßig einfach zu erstellendes optoelektronisches Koppelelement zeigt bereits die DE-AS 24 31 375, weiche offenbart, daß ein optoelektronisches Koppelelement aus einer Leuchtdiode und einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement besteht, die in einer Ebene auf in definiertem Abstand benachbarte Teile eines zusammenhängenden, strukturierten Kontaktierstreifens aufgebracht sind. Ein Reflektor ist über die beiden Bauelemente gestüVui, der Zwischenraum zwischen den Bauelementen und dem Reflektor mit einem auch die Kontaktierungszinken umschließenden lichtdurchlässigen Kunststoff aufgefüllt und der Reflektor samt dem lichtdurchlässigen Kunststoff von einem lichtundurchlässigen Kunststoff umhüllt.
Ein großer Nachteil des optoelektronischen Koppelelementes nach der DE-AS 24 31 375 besteht in dem geringen Kopplungsgrad und der großen Bauhöhe des Koppelelementes. Der geringe Kopplungsgrad entsteht durch Verlust sowohl auf dem verhältnismäßig langen Lichtweg durch das, das Licht geringfügig absorbierende lichtdurchlässige Medium als auch durch Streu- und Absorptionsverluste am Spiegel, während die große Bauhöhe vor allem durch den über den Bauelementen angeordneten Spiegel verursacht wird. Ein weiterer Nachteil besteht in der aufwendigen Justage des verhältnismäßig teuer und schwierig herzustellenden Spiegels.
In der DE-OS 27 21 250 wird ein Koppelelement offenbart, dessen Leuchtdiode und lichtempfindliches Halbleiterbauelement auf zwei Trägern aufgebracht sind, welche mit den Bauelementen zueinander gerichtet übereinander angeordnet sind, wobei die Leuchtdiode aus ihrer Fläche Licht abstrahlen kann, welches auf die Fläche des lichtempfindlichen Halbleiterelementes auftrifft. Die in der Trägerplatte verlaufenden elektrischen Verbindungen liegen verhältnismäßig dich! nebeneinander, so daß dieses optoelektronische Koppel-
element nur eine geringe Spannungsfestigkeit aufweist Weiterhin sind, damit für das System ein optimaler Kopplungsgrad erreicht wird, aufwendige Justagearbeiten an den mit den Halbleiterbauelementen versehenen Trägern notwendig.
Auch das optoelektronische Koppelelement nach der DE-OS 23 12 338 zeichnet sich durch eine direkte Kopplung aus, d. h, auch hier tritt das Licht aus der Fläche der Leuchtdiode aus und trifft rechtwinklig auf das lichtempfindliche Halbleiterbauelement. Nachteilig macht ι ο sich bei diesem optoelektronischen Koppelelement vor allem der große Raumbedarf bemerkbar. Einmal erhält dieses Koppelelement durch die senkrechte Anordnung der Bauelemente eine große Höhe und zum anderen eine große Breite, da die Bauelemente einen gewissen Abstand voneinander haben müssen, damit entsprechende Drahtverbindungsvorrichtungen zwischen den beiden Schenkeln des U-förmig ausgebildeten Trägers zur Herstellung der elektrischen Verbindungen eingeführt werden können.
Die DE-OS 21 18 391 sieht ein optoelektronisches Koppelelement vor, das aus zwei mit der Leuchtdiode und dem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement versehenen Trägern besteht, welche bei der Herstellung des optoelektronischen Koppelelementes einander gegenüber in eine Gußschale gebracht werden, dort von einem lichtdurchlässigen Medium eingegossen und nach dessen Aushärtung wieder aus der Gußschale entfernt werden. Auch bei diesem Koppelelement stehen sich die Bauelemente mit ihren Flächen gegenüber und das Licht trifft senkrecht auf das lichtempfindliche Bauelement auf. Ein Nachteil dieses optoelektronischen Koppeielementes ist darin zu sehen, daß eine Gußschale Verwendung findet, die sehr genau gearbeitet sein muß, damit sich die Bauelemente möglichst exakt gegenüberstehen. Unvorteilhaft ist aber vor allem, daß zwei verschiedene Träger in zwei Arbeitsgängen erstellt werden müssen, daß in weiteren zwei Arbeitsgängen diese Träger mit den Halbleiterbauelementen versehen werden müssen, una daß anschließend die Träger mit den auf ihnen befestigten Halbleiterbauelementen zusammengebracht und justiert werden müssen. Diese verhältnismäßig vielen Arbeitsgänge machen dieses optoelektronische Koppelelement sehr teuer.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen optoelektronischen Koppelelement den Kopplungsgrad zu verbessern und dabei gleichzeitig die Herstellung des Koppelelementes zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Durch üie um 45° abgewinkelten Zungen wird gewährleistet, daß die lichtabstrahlende Stirnfläche der Leuchtdiode horizontal strahlenden Typs parallel zur lichtempfindlichen Oberfläche des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes liegt, so daß das abgestrahlte Licht rechtwinklig auf das lichtempfindliche Halbleiterbauelement auftrifft, wodurch eine große Lichtintensität pro lichtempfindlicher Oberfläche erreicht wird. Gleichzeitig wird durch die um 45° abgewinkelten Zungen ein Gesamtöffnungswinkel zwischen den einzelnen Zungengruppen von 90° erreicht, der den leichten Zugang der Befestigungsvorrichtung für die Bauelemente sowie der Köpfe von Drahtwickelpistolen zu den Zungen ermöglicht. Der Öfip'Jngswinkel von 90° erlaubt auch noch bei sehr nah aneinanderliegenden Bauelementen genügend Raum für Jie Drahtwickelpistolenköpfe. Durch den nach der Erfindung möglich gewordenen geringen Abstand von Leuchtdiode zum lichtempfindlichen Halbleiterbauelement treten nur sehr geringe Lichtverluste durch Absorption bzw. Reflektion auf.
Durch die Herstellungsschritte nach dem Kennzeichen des Anspruchs 2 wird erreicht, daß die Zungen ohne Probleme präzise in die 45° -Lage gebracht werden können, ohne daß darauf geachtet werden müßte, daß, wie bei bekannten Herstellungsverfahren, schon montierte Bauelemente eventuell zerstört werden könnten. Das Abbiegen der Zungen vor der Montage der Bauelemente vereinfacht außerdem die Justage der Bauelemente erheblich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Koppelelements vor dem Einkapselungsschritt und dem Trennschnitt vom Rahmen,
F i g. 2 eine Draufsicht auf den Rahmen mit Kontaktierstreifen und Zungen und
F i g. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Koppelelement.
Wie aus den Fig. ί und 2 zu erkennen ist, sind eine Leuchtdiode 11 und ein lichtempfindliches Halbleiterbauelement 12 derart angeordnet, daß die lichtempfindliche Ooerfläche 12a des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes 12 auf eine lichtabstrahlende Stirnfläche Ua der Leuchtdiode 11 ausgerichtet ist. Bei der Leuchtdiode 11 handelt es sich um eine Leuchtdiode vom horizontal strahlenden Typ, die derart montiert ist, daß ihr PN-Übergang in einer Ebene, die sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Zunge 13a erstreckt, liegt. Die Leuchtdiode kann aber auch durch andere lichtaussendende Halbleiterbauelemente z. B. im ultravioletten oder infraroten Bereiche, strahlende Halbleiterbauelemente ersetzt werden. Die Leuchtdiode 11 ist an der Zunge 13a des Kontaktstreifens 13 befestigt und mit dieser elektrisch verbunden. Dabei ist der PN-Übergang der Leuchtdiode 11 parallel zur Oberfläche der Zunge 13a ausgerichtet. Die Zunge 14a eines Kontaktie· Streifens 14 ist an ihrem freien Ende mittels eines feinen Drahtes 15 elektrisch mit einer Elektrode der Leuchtdiode 11 verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise unter Anwendung der Drahtwickeltechnik hergestellt wird. Die Leuchtdiode 11 kann über die Kontakte 13i> und 14Zj der Kontaktierungsstreifen 13 und 14 an Spannung gelegt werden.
Das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 ist auf der Zunge 16a des Kontaktierstreifens 16 befestigt, wobei die lichtempfindliche Oberfläche 12a des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes 12 parallel zur Oberfläche der Zunge 16a ausgerichtet ist. Der Kollektor des lichf'iiofindlichen Halbleiterbauelementes 12 ist mit der Zunge 16a elektrisch verbunden. Die Zungen 17a und 18a der Kontiktierstreifen 17 und IE sind jeweils elektrische mit der Basis und dem Emitter des lichtemp findlichen Halbieiterbauelementes 12 gekoppelt. Zur Herstellung der elektrischen Verbindungen wird auch hier vorzugsweise die Drahtwickeltechnik angewandt. Über die Kontakte 166, 17/> und 186 kann das lichtempfindliche Halbleiterbauelement angeschlossen werden.
Die Zungen 13a, 14a, 16a, 17a, 18a der Kontaktierstreifen 13, 14,16, 17,18 sind um 45° von den Grundabschnitten 13c, 14c, 16c, 17c, 18c abgewinkelt, während die Kontakte 13Z>, i<b, 166. 176, 18£> um 90° von den Grundabschnitten 13c, 14c. 16c. 17c, 18c abgewinkelt sind. Damit die lichtempfindliche Oberfläche 12a des lichtempfindlichen Halbleiterbaueiementes 12 der licht-
abstrahlenden Stirnfläche lla der Leuchtdiode 11 gegenüberliegt und auf diese exakt ausgerichtet ist. ist die Zunge 16a länger als die Zunge 13a, auf der die Leuchtdiode 11 befestigt ist (siehe Fig.3). Die Länge /1 der Zunge 16a zur Länge 12 der Zunge 13a steht in einem bestimmten Verhältnis zu der Länge der lichtempfindlichen Oberfläche 12a und zu dem zwischen den Flächen der Zungen 16a und 13a eingeschlossenen Winkel. Die Ebene, der zur Zunge 13a gehörenden Auflagefläche für die Leuchtdiode 11 ist tangential zum Ende der Zunge 16a ausgerichtet. Das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 ist nahe dem freien Ende der Zunge 16a montiert. Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, daß die lichtabstrahlende Stirnfläche Ua der Leuchtdiode 11 auf die lichtempfindliche Oberfläche 12a des lichtemp- is findlichen Halbleiterbauelementes 12 ausgerichtet ist. Dabei ist die Größe der lichtempfindlichen Oberfläche 12a und die Größe der lichtempfindlichen Stirnfläche i ia sowie der Abstand der Bauelemente zueinander und der Winkel zwischen Lichtstrahl und lichtempfindlicher Oberfläche 12a derart aufeinander abgestimmt, daß das gesamte aus der lichtabstrahlenden Fläche 11a austretende Licht vollständig auf die lichtempfindliche Fläche 12a des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes 12 fokussiert ist.
Ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Koppelelement wird folgendermaßen hergestellt:
Die Kontaktierstreifen 13, 14, 16, 17 und 18 werden vorzugsweise aus einem dünnen und planparallelen Metallblech ausgestanzt (siehe Fig.2). Die Kontaktierstreifen 13, 14, 16, 17 und 18 werden von Teilen des Metallbleches, die den Rahmen 25 bilden, gehalten. Die Zungen 13a, 14a, 16a, 17a und 18a werden sodann unter einem Winkel von 45° in eine Richtung aus der Ebene herausgebogen (siehe F i g. 1), so daß die durch die Zungen 13a, 14a und die Zungen 16a, 17a, 18a gegebenen Ebenen vorzugs»vcisc senkrecht süfe;r;3P,derstehen. D:e Länge der Zungen 13a und 16a ergibt sich durch folgende Gleichung:
40
h = Abstand zwischen den Biegekanten der abgebogenen Streifen 13a und 16a /ι = Länge der Zunge 16a
/2 = Länge der Zunge 13a
Nunmehr werden das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 und die Leuchtdiode 11 montiert. Dabei wird das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 derart befestigt, daß die Ebene seiner lichtempfindlichen Oberfläche Ma parallel zur Oberfläche der Zunge 16a ausgerichtet ist, während der PN-Übergang der Leuchtdiode 11 in einer Ebene liegt, die der Fläche der Zunge 13a parallel ist. Diese beiden Bauelemente werden so justiert, daß das aus der lichtabstrahlenden Stirnfläche lla der Leuchtdiode 11 austretende Licht senkrecht auf die lichtempfindliche Oberfläche 12a des lichtempfindlichen Halbleiterbauelementes 12 trifft.
Anschließend wird der Arbeitskopf einer Drahtwikkelpistole in den Raum zwischen den durch die Zungen eo 13a, 14a und die Zungen 16a, 17a, 18a gebildeten Ebenen hineingefahren, um die elektrischen Verbindungen zwischen der Leuchtdiode 11 und der Zunge 14a sowie zwischen dem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement 12 und den Zungen 17a und 18a herzustellen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Leuchtdiode 11 und das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 an den Zungen 13a und 16a zu befestigen, bevor diese aus der Ebene des Rahmens 25 abgebogen werden. Beim anschließenden Abbiegen muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Bauelemente nicht durch Spannungen im Material oder dergleichen zerstört werden.
Die Leuchtdiode U und das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 12 werden anschließend in ein lichtdurchlässiges Medium 21 eingekapselt. Die gesamte Konstruktion wird dann in ein Kunststoffgehäuse 32 eingeschlossen, das aus einem lichtundurchlässigen Material besteht. Das Kunststoffgehäuse 32 dient zum Schutz der ganzen Konstruktion und gibt den Kontaktierstreifen 13, 14, 16, 17, 18 den notwendigen Halt. Bei der Kapselung der Bauelemente muß kein lichtreflektierendes Material verwendet werden, wodurch das Bauelement billig herzustellen ist. Die Kontakte 136, 14£>, 16i, 17b und 186 können, nachdem sie vom Rahmen 25 getrennt worden sind, in die für den Anwender notwendige Lage gebogen werden.
Der Wirkungsgrad eines !iCniCrnpfindiichcn Halblci-
terbauelemcntes 12 ist proportional dem Kosinus des Winkels, der zwischen dem Strahl des einfallenden Lichtes und einer vertikalen zur lichtempfindlichen Oberfläche 12a liegt. Durch die oben beschriebene Lage der Bauelemente wird ein Winkel von 0° erreicht, wodurch der Wirkungsgrad des optoelektronischen Koppelelementes bei 1 liegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Optoelektronisches Koppelelement, bestehend
— aus einer Leuchtdiode (11)
— und einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement (12) mit einer lichtempfindlichen Oberfläche, die parallel zur Endebene der Zunge (16a,} eines zugehörigen Kontaktierstreifens (16) verläuft,
— sowie Gruppen von Zungen (13a, 14a, 16a, 17a, 18a,) aufweisenden, im wesentlichen in einer Ebene liegenden Kontaktierstreifen (13,14 und 16,17,18) in gegenüberliegender Anordnung
— wobei die Leuchtdiode (11) und das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (12) auf dem freien Ende jeweils einer Zunge (13a, 16a; eines Kontaktierstreifens (13,16) befestigt sind
— wobei die Leuchtdiode (11), das lichtempfindliehe HaSbteiterbauelement (12) und die Zungen (13a, 14a, 16a, 17a, 18a,/ in einem Hchtdurchiässigen Kunststoffgehäuse eingebettet sind, in dem ein Raum für die Lichtübertragung zwischen Leuchtdiode (11) und lichtempfindlichem Halbleiterbauelement (12) ausgebildet ist,
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