DE3011902A1

DE3011902A1 - Opto-elektronische koppeleinrichtung

Info

Publication number: DE3011902A1
Application number: DE19803011902
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 8400 Regensburg Haas; Jörg Ing.(grad.) 8411 Laaber Klann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1981-10-01
Anticipated expiration: 2000-03-28
Also published as: DE3011902C2

Description

Opto-elektronische Koppeleinrichtung.
Die Erfindung betrifft eine opto-elektronische Koppeleinrichtung mit einem Lichtsender, insbesondere einem Halbleiter-Lichtsender und mit einem Lichtempfänger, insbesondere einem Halbleiter-Lichtempfänger, die durch wenigstens einen vorzugsweise zwischen ihnen angeordneten und aus Kunststoffen bestehenden Lichtleiter optisch miteinander gekoppelt sind.
Bei einer opto-elektronischen Koppeleinrichtung besteht der Lichtsender gewöhnlich aus einer Leuchtdiode, während für den Lichtempfänger eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein Fotothyristor vorgesehen wird.
Zur Lichtübertragung wird bei diesen opto-elektronischen Koppeleinrichtungen zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger ein aus Glas oder Kunststoff bestehender Lichtleiter angeordnet, der für vom Sender ausgesandte Wellenlängen lichtdurchlässig ist, gegenüber denen auch der Lichtempfänger empfindlich ist. Wenn beispielsweise der Lichtsender IR-Licht aussendet, für das auch der Lichtempfänger empfindlich ist, so wird für den Lichtleiter ein Kunststoff gewählt, der für IR-Licht durchlässig oder transparent ist.
Zwischen dem Lichtleiter und einer Umhüllung der optoelektronischen Koppeleinrichtung besteht an sich ein Spalt, der zu einer Verringerung der Hochspannungsfestigkeit führt. Bei einem vernachlässigbar schmalen Spalt entstehen aber insbesondere infolge Temperaturschwankungen mechanische Spannungen zwischen den Kunststoffen, was die Lebensdauer beträchtlich verringert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hochspannungsfeste opto-elektronische Koppel einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die insbesondere auch bei höheren Temperaturveränderungen nur geringen mechanischen Spannungen ausgesetzt ist.
Diese aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtleiter-Kunststoffe mit wenigstens einem geeigneten Füllstoff angereichert sind.
Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Kunststoffe werden nämlich der Halbleiter-Lichtsender und der Halbleiter-Lichtempfänger sowie deren Kontaktierungsdrähte bei starken Temperaturschwankungen großen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu Scherkräften führen können, was gelegentlich eine Zerstörung des Halbleiter-Lichtsenders und/oder des Halbleiter-Lichtempfängers und/oder von deren AnschlUssen bedingt. Durch die Erfindung kann nun der Ausdehnungskoeffizient der Lichtleiter-Kunststoffe in gewünschter Weise an weitere Kunststoffe angepaßt werden, die insbesondere für das Gehäuse der opto-elektronischen Koppeleinrichtung benötigt werden.
Die Erfindung gibt also einen Füllstoff für elektronische Bauelemente an, die ein mit wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen versehenes Gehäuse haben. Dabei wird der Füllstoff in wenigstens einen Kunststoff eingebettet und vorzugsweise als Quarzgutmehl oder als Glaskugeln ausgeführt. Indem beispielsweise die Lichtleiter-Kunststoffe mit Quarzgutmehl eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 20 bis 50/um gefüllt werden, kann deren thermischer Ausdehnungskoeffizient an den Ausdehnungskoeffizienten eines UmhUllungskunststoffs angepaßt werden, so daß auch bei großen Temperaturschwankungen keine wesentliche mechanische Belastung der Lichtleiter-Kunststoffe und des Umhüllungskunststoffs eintritt. Gleichzeitig wird mit dieser verringerten mechanischen Belastung eine Verbesserung des Degradationsverhaltens erzielt.
Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise auf Leuchtdioden, Fototransistoren, opto-elektronische Koppeleinrichtungen mit und ohne Lichtleiter zwischen Lichtsender und Lichtempfänger sowie allgemein auf Bauelemente anwendbar, die wenigstens zwei verschiedene Kunststoffe besitzen und deren Betriebsverhalten durch starke Temperaturschwankungen beeinträchtigt würde. Die Erfindung ist also nicht auf opto-elektronische Koppeleinrichtungen beschrnnkts obwohl diese ein Hauptanwendungsgebiet darstellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentaaspriichen 2 bis 9 angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur eine opto-elektronische Koppeleinrichtung mit einem Lichtleiter dargestellt ist.
Zwischen einem Lichtsender 1 aus einer Lumineszenzdiode und einem Lichtempfänger 2 aus einem Fototransistor ist ein Lichtleiter-Kunststoff aus einem Koppelmedium 3 angeordnet, das für die vom Lichtsender 1 ausgestrahlte Strahlung durchlässig ist. Der Lichtsender 1 und der Lichtempfänger 2 befinden sich Jeweils auf Leiterbändern 4 und sind mit Drähten 8 kontaktiert. Dieses Koppelmedium 3 ist von einem Umhüllungskunststoff 5 aus einer Epoxidpreßmasse umgeben, deren Längenausdehnungskoeffizient etwa 30 ~ lO-6cm/oC beträgt. Das Koppelmedium 3 besteht aus einem Lichtleitharz. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Lichtleitharzes kann verkleinert, vergrößert und an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Umhüllungskunststoffes 5 angepaßt werden, indem in das Lichtleitharz ein Füllstoff 7, nämlich insbesondere Quarzgutmehl oder Glaskugeln, mit einer Teilchengröße bis etwa 30/um bzw. einem Durchmesser von 20 bis 50/um, eingebettet wird. Gleichzeitig entstehen zwischen dem Koppelmedium 3 und dem Umhüllungskunststoff 5 dadurch molekulare Verbindungen 6, wodurch die Durchschlagsfestigkeit wesentlich erhöht wird.
Die so aufgebaute opto-elektronische Koppeleinrichtung zeichnet sich durch eine auch bei starken Temperaturschwankungen erhöhte Durchschlagsfestigkeit und mechanische Belastbarkeit aus.
1 Figur 11 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Opto-elektronische Koppeleinrichtung mit einem Lichtsender, insbesondere einem Halbleiter-Lichtsender und mit einem Lichtempfänger, insbesondere einem Halbleiter-Lichtempfänger, die durch wenigstens einen vorzugsweise zwischen ihnen angeordneten und aus Kunststoffen bestehenden Lichtleiter optisch miteinander gekoppelt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Lichtleiter-Kunststoffe (3) mit wenigstens einem geeigneten Füllstoff (7) angereichert sind.
2. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtleiter-Kunststoffe (3) mit einem Umhüilungskunststoff umgeben sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Lichtleiter-Kunststoffen (3) und dem Umhüilungskunststoff (5) molekulare Verbindungen bestehen.
3. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Zellstoff (7) für den Sende-Wellenlängenbereich des Lichtsenders (1) und den Wellenlängen-Empfindlichkeitsbereich des Lichtempfängers (2) Jeweils wenigstens teilweise lichtdurchlässig ist.
4. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Lichtleiter-Kunststoffe (3) und des Umhüilungskunststoffs (5) durch geeignete Wahl des Füllstoffs (7) aneinander anpaßbar sind.
5. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 4, d. a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Umhüllungskunststoff (5) eine Epoxidpreßmasse mit einem Längenausdehnungskoeffizienten in der Größen-Ordnung von ca. 30 10#6cm/0C ist.
6. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Füllstoff (7) aus Quarzgutmehl oder Glaskugeln besteht.
7. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Glaskugeln einen Durchmesser von etwa 20 bis 50/um haben.
8. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Quarzgutmehl eine Teilchengröße bis etwa 3Ojum besitzt.
9. Opto-elektronische Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtleiter-Kunststoffe (3) aus Harzen bestehen.
10. Füllstoff für elektronische Bauelemente, die ein mit wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen versehenes Gehäuse haben, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t , daß der Füllstoff in wenigstens einen Kunststoff eingebettet und vorzugsweise nach einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgeführt ist.
11. Verwendung des Füllstoffes nach Anspruch 10 für Leuchtdioden, Fototransistoren, optoelektronische Koppeleinrichtungen ohne Lichtleiter zwischen Lichtsender und Lichtempfänger (Lichtschranken).