DE3236567C2 - Verfahren zur Herstellung eines Optokopplers und Leiterrahmenzuschnitt zur Anwendung bei dem Verfahren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Optokopplers und Leiterrahmenzuschnitt zur Anwendung bei dem VerfahrenInfo
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Abstract
Es wird ein optischer Koppler mit einem Leiterrahmen beschrieben, der Abschnitte zum Montieren von Halbleiterpellets aufweist, die so konstruiert und angeordnet sind, daß sie das automatische Montieren der Pellets zu geringen Kosten erleichtern und anschließend eine einfache Orientierung der Pellets in wirksame strahlungs-koppelnde Beziehung gestattet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Optokopplers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie eien Leiterrahmenzuschnitt zur Anwendung bei dem Verfahren.
Aus der DE-OS 29 50 649 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem die beiden das Emitter- bzw. Detektorplättchen
tragenden Trägerstreifen derart verbogen werden, daß das Emitterplättchen und das Detektorplättchen
in zwei zueinander senkrechten Ebenen liegen. Hierzu werden die beiden Trägerstreifen um jeweils
45° abgewinkelt.
Weiterhin ist aus der DE-OS 27 03 465 ein Verfahren zur Herstellung eines Optokopplers bekannt, bei dem
das Emitterplättchen und das Detektorplättchen zunächst auf abgewinkelten IYägerstreifen zweier separater
Leiterrahmenzuschnitte aufgebracht werden. Die
einandergelegt, daß das Emitterplättchen und das Detektorplättchen
unter Zwischenlage eines isolierenden lichtdurchlässigen Materials parallel zueinander liegen.
Dieses Herstellungsverfahren erfordert allerdings eine sehr genaue Ausrichtung und Justierung der beiden Leiterrahmenzuschnitte
beim Aufbringen des Emitterplättchens auf das Detektorolättchen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
dahingehend abzuwandeln, daß eine andere Zuordnung von Emitterplättchen und Detektorplättchen gewährleistet
wird, sowie einen hierfür geeigneten Leiterrahmenzuschnitt bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs II genancten Maßnahmen bzw. mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.
ίο Durch die im Anspruch 1 angegebene Formung des
einen Trägerstreifens und der Wahl der Biegekanten wird erreicht, daß eine im wesentlichen parallele Orientierung
von Emitterplättchen und Detektorplättchen mit nur einem einzigen Leiterrahmenzuschnitt und somit
ohne die bei mehreren Leiterrahmenzuschnitten auftretenden Ausrichtungsprobleme erzielbar ist
Der Leiterrahmenzuschnitt gemäß Patentanspruch 2
ermöglicht eine verhältnismäßig einfache Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da die Biegekanten in
dem U-förmig gebogenen Bereich liegen und somit für das Biegewerkzeug leicht zugänglich sind.
Die Ausgestaltung des Leiterrahmenzuschnitts gemäß Patentanspruch 3 ermöglicht ferner eine entsprechende
Verbiegung des als Zuleitung dienenden weiteren Trägerstreifens während der beiden Biegeschritte.
Das angegebene Verfahren sowie der beschriebene Leiterrahmenzuschnitt eignen sich insbesondere zur automatischen
Fertigung von Optokopplern mit im wesentlichen parallel übereinanderligenden Detektor- und
Emitterplättchen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt
F i g. 1 eine vergrößerte Schnittansicht eines fertigen Optokopplers der gemäß dem beschriebenen Verfahren
hergestellt ist und die
F i g. 2 bis 5 im Vergleich zur F i g. 1 verkleinerte, perspektivische
Ansichten eines Teils eines Leiterrahmenzuschnitts für das beschriebene Verfahren, wobei die
F i g. 2 bis 5 nacheinander das Anbringen der Emitter- und Detoktorplättchen an dem Leiterrahmenzuschnilt
und die Biegeschritte für die Ausrichtung von Emitter- und Detektorplättchen zeigen.
In Fi g. 1 ist die interne Anordnung der wesentlichen Elemente eines gemäß dem beschriebenen Verfahren
konstruierten Optokopplers 10 ersichtlich. Der Optokoppler 10 ist in einer Einkapselung 12 enthalten, die aus
einem lichtundurchlässigen, isolierenden Material besteht, wie Epoxy- oder Silikonharz oder irgendeinem
anderem geeigneten Material, das die erwünschte Durchschlagsfestigkeit aufweist und ausreichend starr,
hermetisch dicht und lichtundurchlässig ist. Derartige Einkapselungen oder Gehäuse sind an sich bekannt.
Die elektrische Verbindung zu den Elementen des Optokopplers 10 wird durch Trägerstreifen hergestellt,
von denen zwei mit den Bezugsziffern 14 und 16 gezeigt sind, die sich von den gegenüberliegenden Seiten der
Einkapselung 12 aus erstrecken. Üblicherweise werden auf jeder Seite der Einkapselung 12 mehrere Trägerstreifen
benutzt, die die an sich bekannte doppelt ausgerichtete (dual in-line) Packungskonfiguration ergeben.
η:- J 4~iu. a CrA r :-* u- τ\.κ
L^iv. uaigbstviiii. nusiuiiiungaiuiiii w\.iai 31.^,113 na-
gerstreifen auf, die nicht alle aktiv zu sein brauchen und von denen sich jeweils drei von jeder Seite der Einkapselung
12 aus erstrecken. Diese Trägerstreifen sind deutlicher in den F i g. 2 bis 5 erkennbar. Das Emitterplättchen
18 und das Detektorplättchen 20 weisen je zwei oder mehr elektrische Anschlüsse auf. Vorzugsweise
werden alle Emitteranschlüsse zur einen Seite der
fi
3 4
i« Einkapselung 12 verlegt, während alle Deiektoran- Der Trägerstreifen 16 ist insbesondere am inneren
Il Schlüsse zur anderen Seite der Einkapselung gelegt wer- Endstück 36 vorzugsweise etwas herabgedrückt, wie
Il den, um den Abstand dazwischen möglichst groß zu das am besten in Fig. 1 ersichtlich ist, um die Emitter/
ö. machen und dadurch die physikalische Isolation und die Detektor-Baueinheit vertikal innerhalb der Einkapseln Durchschlagsfestigkeit zwischen den Emitteranschlüs- 5 lung 12 zu zentrieren.
% sen und den Detektoranschlüssen zu tthöhen. Der Zusammenbau eines Optokopplers 10 wird im
ψ-, plättchen 18 bzw. dem Detektorplättchen 20 durch den erläutert:
* Trägerstreifen erfolgen, auf dem das Emitter- bzw. das In F i g. 2 ist ein Leiterrahmenzuschnitt 40 in einem
(.'; Detektorp&ttchen montiert ist So kann zum Beispiel io Zustand vor der Montage der Emitter- oder Detektor-
φ das Emitterplättchen 18 geeigneterweise eine PN-HaIb- plättchen darauf, sowie vor irgendwelchen Biegevor-
ί£ leiterdiode sein, von der eine Schicht direkt mit den gangen gezeigt Der Leiterrahmenzuschnitt 40 ist eine
!.·,, während die Verbindung zu der anderen Schicht mittels zwei Bereiche zur Aufnahme der Plättchen aufweist
£f des Zuleitungsdrahts 22 erfolgt der in F i g. 1 im Quer- 15 näralich die das Emitterplättchen 18 aufnehmende Ver-
|| schnitt gezeigt ist und dessen anderes Ende mit einem tiefung 26 und die das Detektorplättchen 20 aufnehmen-
& der anderen Trägerstreifen 52 verbunden ist, wie in den de Plattform 36, wie sie oben unter Bezugnahme auf
| Fig.3, 4, 5 ersichtlich. Das Detektorplättchen 20 kann Fig. 1 beschrieben worden sind. Die Vertiefung 26 ist
ein Phototransistor sein dessen Kollektor zum Beispiel vorzugsweise etwas größer als das Emitterplättchen 18,
direkt mit dem Trägerstreifen 16 verbunden ist, wäh- 20 das darin angeordnet werden soll, und hat gebogene
':. fen 54 und 56 mittels Drähte 24 und 84 verbunden sind. ten, um die Reflektion der emittierten Strahlung in Rich-
i| des Trägerstreifens 14 montiert werden, um die emit- liehst groß zu machen. Die Plattform 36 ist vorzugswei-
\( tierte Strahlung besser zu dem Detektorplättchen 20 25 se etwas unterhalb vom Rest des Trägerstreifens 16
«i richten zu können. Die becherförmige Vertiefung 26 angeordnet, um das Detektorplättchen 20 mehr in Rich-
f kann von verschiedener Form sein, um möglichst viel tung auf das Zentrum der Einkapselung 12 anzuordnen,
i; der Emitterstrahlung zu dem Detektorplättchen 20 zu wie in F i g. 1 gezeigt
(i leiten. Das Emitterplättchen 18 kann innerhalb der Ver- Gemäß einer Ausführungsform ist der Leiterrahmen-'V tiefung 26 gemäß verschiedenen Verfahren befestigt 30 zuschnitt 40 der F i g. 2 vorzugsweise ein Segment eines
,- werden, z. B. durch Löten. größeren Streifens, dessen weitere Segmente sich an
Der Wirkungsgrad der Kopplung zwischen dem den Enden 42 und 44 fortsetzen. Diese Konstruktion
Emitter und dem Detektorplättchen 18 bzw. 20 wird bei gestattet das gleichzeitige Formen der Einkapselung 12
y gleichzeitiger Verbesserung der elektrischen Isolation bei mehreren solchen Segmenten und gestattet die auzwischen den beiden Komponenten durch den Ein- 35 tomatische Montage der Emitter- und Detektorplättschluß eines Elements 30 aus Glas erhöht Als Material chen darauf.
für das Element 30 können auch andere Materialien Löcher 46 an der Peripherie des Leiterrahmenzu-
benutzt werden, die die vom Emitterplättchen 18 emit- Schnitts 40 sind zur Aufnahme von lokalisierenden Stif-
' tierte Strahlung durchlassen und ausreichend hohe ten für die genaue Ausrichtung des Leiterrahmenzu-
, Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Die Kopplung zwi- 40 Schnitts mit der Einrichtung zum automatischen Mon-
' sehen dem Emitter- bzw. Detektorplättchen und dem tieren der Plättchen ausgebildet. Zusätzlich zu den Trä-
: : Element 30 wird durch Einschluß von Zwischenkopp- gerstreifen 14 und 16 weist der Leiterrahmenzuschnut
; lungsschichten 32 bzw. 34 verbessert die vorzugsweise 40 noch weitere Trägerstreifen 50, 52, 54 und 56 auf.
',', «us einem härtbaren transparenten dielektrischen Ma- Diese Trägerstreifen sind mit einem ersten und einem
:. tcrial, wie Silikon oder Epoxyharz, bestehen. 45 zweiten Umfangsabschnitt 58 bzw. 60 des Leiterrah-
!·, Vorzugsweise ist das Element 30 etwas größer als das menzuschnitts 40 durch trennbare Verbindungsteile 62
■, Detektorplättchen 20, das wiederum üblicherweise grö- bis 67 und 69,71,73 und 75 verbunden. Weiter sind die
: ßer ist als das Emitterplättchen 18, so daß die Ausrich- Trägerstreifen durch entfernbare Teile 77,79,81 und 83
' tung des Elements 30 besonders unkritisch ist und dieses mit ihren jeweiligen Nachbarträgerstreifen verbunden,
;·.,. daher leicht automatisch angeordnet werden kann. 50 wie dies am besten in F i g. 4 ersichtlich ist.
[i Es ist weiter bevorzugt, daß das Element 30 das De- In F i g. 2 ist weiter zu erkennen, daß die Trägerstrei-
! tektorplättchen 20 auf allen Seiten überlappt so daß die fen 52, 54 und 56 mit Zuleitungsaufnehmenden Ab·
. Durchschlagsfestigkeit des Optokopplers 10 stark er- schnitten 68, 70 und 72 versehen sind, mit denen Zulei-
' höht ist. tungsdrähte verbunden werden, wie im folgenden noch
10 wird weiter unten unter Bezugnahme auf die F i g. 2 Wie die F i g. 2 weiter zeigt, sind einige Trägerstreifen
bis 5 beschrieben. mit Verstärkungsstellen, wie den Teilen 76 und 78.
der die Vertiefung 26 und das darin montierte Emitter- hüllen in die Einkapselung 12 die Grenzfläche zwischen
plättchen 18 aufweist nicht genau parallel sondern im en dem einkapselnden Material und dem Trägerstreifen, an
kleinen Winkel mit Bezug auf den Teil des Trägerstrei- dem sie sich befinden.
fens 16 angeordnet ist, auf dem das Detektorplättchen Der Leiterrahmenzuschnitt besteht aus einem metal-
20 montiert ist. Es ist nämlich festgestellt worden, daß lisci.sn Material, das leicht gestanzt und geformt wer-
dcr Zusammenbau erleichtert wird, wenn man einen den kann, um die verschiedenen Trägerstreifen zu bil-
solchen kleinen Winkel zwischen dem Emitter- und dem 65 den. Es ist vorteilhaft, wenn das Material silberplattiert
nicht notwendig und eine genau parallele Anordnung chen zu erleichtern, sowie eine Oberfläche zu schaffen,
der beiden Pellets ist auch möglich. die für ein automatisches Verbinden der Zuleitungen
von Vorteil ist, wie unter Bezugnahme auf die F i g. 3 näher erläutert wird.
Das Montieren des Emitterplättchens 18 auf dem Trägerstreifen 14 und des Detektorplättchens 20 auf dem
Trägerstreifen 16 ist besonders geeignet für ein automatisches Zusammenbauen, bei dem die Plättchen von einer
Lagereinrichtung, wie einer Membran oder dem Ausgang einer Schüttelzuführvorrichtung, genommen
und automatisch mit den entsprechenden Montagebereichen ausgerichtet und dort montiert werden.
Das Montieren des Emitterplättchens 18 in der Vertiefung 26 kann mit Hilfe einer an sich bekannten geeigneten
Metallisierung erfolgen. Das Detektorplättchen 20 kann in ähnlicher Weise Verwendung eines an sich
bekannten geeigneten Metallisierungssystems montiert werden oder man kann dazu eine bei tiefer Temperatur
anzuwendende Bindestruktur benutzen, wie Silber-Epoxyharz, das kein Erhitzen des Leiterrahmenzuschnitts
oder der Plättchen erfordert, um das Montieren zu bewirken. Nachdem die Plättchen auf die gemeinsame,
nach oben gerichtete Hauptfläche des Leiterrahmenzuschnitts aufgebracht sind, kann das Verbinden
der Drähte 22, 24 und 84, die die Plättchen mit den anderen Trägerstreifen des Leiterrahmenzuschnitts verbinden,
erfolgen.
Das Verfahren ist besondes gut geeignet für ein automatisches oder halbautomatisches Verbinden der Drähte,
wobei der Leiterrahmenzuschnitt in der Verbindungsmaschine in die genaue Position gebracht und
dann die Drahtzuleitungen 22, 24 und 84, wie in F i g. 3 gezeigt installiert werden. Die Leitung 22 verbindet die
obere Elektrode des Emitterplättchens 18 mit dem Verbindungsbereich 68 des Trägerstreifens 52.
Es kann zwar jede Art üblicherweise zum Drahtverbinden benutzten Drahtes eingesetzt werden, doch wurde
festgestellt daß Golddraht gewisse Vorteile hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit bietet so
daß dieser bevorzugt ist.
Das Detektorplättchen 20 wird durch die Drahtzuleitungen 24 und 84 mit den Zuleitungen aufnehmenden
Bereichen 70 bzw. 72 (vgl. F i g. 2) der Trägerstreifen 54 bzw. 56 verbunden.
Als nächstes wird eine geringe Menge eines klären Silikonharzes 34 (vgl. F i g. 1) oder eines anderen härtbaren
dielektrischen Materials auf die obere Oberfläche des Detektorplättchens 20 aufgebracht um das Befestigen
des Elements 30 (vgl. F i g. 4) an der Oberseite des Detektorplättchens 20 zu erleichtern. Das Harz 34
stützt auch die Drähte 24 und 84 ab.
Nach dem Aufbringen des Harzes 34 auf das Detektorplättchen 20 wird das Element 30 darauf angeordnet
wobei man vorzugsweise die gleiche automatische Einrichtung benutzt die vorteilhaft zum Montieren der
Emitter- und Detektorplättchen eingesetzt werden kann. Nach dem das plattenförmige Element 30 angeordnet
worden ist wird bevorzugt die Harzschicht 34 teilweise gehärtet um eine etwas festere Haftung des
Elements 30 während der folgenden Operationen zu haben, so daß sich das Element 30 nicht bewegt Danach
bringt man Bindematerial 32 (vgl. Fig. 1) auf die obere
Oberfläche des Emitterplättchens 18 auf.
Wie am besten in F i g. 4 ersichtlich, werden der die
Drahtzuleitung aufnehmende Abschnitt 68 und das Endstück 90 dann in eine nahezu vertikale Position gebogen.
Es ergibt sich aus den F i g. 2 und 4, daß die Abschnitte 68 und 90 die inneren Enden der zurückgeführten Arme
68/4 und 9OA bilden, die sich ihrerseits von den inneren Enden 98 und 100 der Trägerstreifen 52 und 14 aus
erstrecken, was das Biegen der Abschnitte 68 und 90 erleichtert, ohne daß der Rest der Trägersireifcn 52 und
14 beeinträchtigt wird.
Es wurde festgestellt, daß es schwierig ist, genau einen 90°-Winkel zwischen dem die Zuleitung aufnehmenden
Abschnitt 68 und dem Endstück 90 auf der einen Seite und der Ebene des Leiterrahmenzuschnitts 40
auf der anderen Seite einzustellen. Dies ergibt sich zum Teil aus der Elastizität des aus Metall bestehenden Leiterrahmenzuschnitts.
Dieser Tatsache kann man sich durch die nicht genau parallele Anordnung des Elements
30 auf der Oberseite des Detektorplättchens 20 anpassen. Der Winkel, den das Element (Platte) 30 mit
dem Detektorplättchen 20 bildet, ist vorteilhaft, da er einen größeren Abstand zwischen dem Element 30 und
dem Detektorplättchen 20 für die Aufnahme der an letzteren angebrachten Drähte 24 und 84 gestattet.
Die in Fig.4 gezeigte Biegung kann sehr leicht mit
einer automatischen Einrichtung bewirkt werden, die nicht gezeigte nockenartige Finger aufweist die sich
von der Ebene des Leiterrahmenzuschnitts aus nach oben erstrecken und die Biegung verursachen. Da die in
F i g. 4 gezeigte Biegung mit etwas weniger als 90° ausreicht, ist eine komplizierte Biegevorrichtung, wie eine
Blechbiegemaschine, nicht erforderlich und die Biegung kann leicht mit einer einfachen, zuverlässigen und billigen
Einrichtung vorgenommen werden.
Es wird dann eine zusätzliche Biegung durchgeführt, wie in F i g. 5 gezeigt. Diese Biegung erfolgt indem man
die nach innen gerichteten Teile 98 und 100 der Trägerstreifen 14 und 52 längs der Linien 96 und 94 nach unten
biegt und dadurch das Emitterplättchen 18 über dem Detektorplättchen 20 ausrichtet Die optische Kopplung
zwischen dem Emitterplättchen 18 und dem EIement 30 wird durch die dielektrische Kopplungsschicht
32 verbessert die mit dem Element 30 in Berührung steht und die sich etwas ausbreitet, um die dargestellte
dünne Schicht zu bilden.
Bevorzugt liegt der das Plättchen 18 aufnehmende Abschnitt 90 des Trägerstreifens 14 nach der abschließenden
Biegung, wie sie in F i g. 5 gezeigt ist in einer Ebene, die im wesentlichen parallel ist zur Ebene des
plattenförmigen Elements 30. Gleichzeitig ist durch die abschließende Biegung das Emitterplättchen 18 in gegenüberliegende
Ausrichtung mit dem Detektorpiätlchen 20 gebracht Die nach innen gerichteten Abschnitte
98 und 100 der Trägerstreifen 52 und 14 sind nach unten gebogen und von den Abschnitten 102 und
104 der Trägerstreifen 54 und 56 getrennt Dadurch ist der Abstand vergrößert und damit die dielektrische Festigkeit
und die Durchbruchsspannung der Vorrichtung stark erhöht
Nachdem die in F i g. 5 veranschaulichte abschließende Biegung ausgeführt worden it wird die ganze Baueinheit
erhitzt um die koppelnden Schichten 32 und 34 vollständig zu härten und die verschiedenen Elemente
des Optokopplers permanent miteinander zu verankern. Die Härtungszeit und Härtungstemperatur sind eine
Funktion des für die Schichten 32 und 34 ausgewählten Materials. Nach Abschluß des Härtens erfolgt die Einkapselung,
zum Beispiel, indem man den Leiterrahmenzuschnitt in einer Preßspritzmaschine anordnet und die
Einkapselung 12 nach bekannten Techniken spritzt. Danach werden die Abschnitte 77,79,81 und 83 sowie die
Abschnitte 69, 71, 73 und 75 (vgl. Fig.4) entfernt und
die trennbaren Abschnitte 62 bis 67 getrennt um den fertigen Optokoppler von den peripheren Abschnitten
des Leiterrahmenzuschnitts zu befreien. Die Trägcr-
streifen 14, 16 und 50, 52, 54 und 56 können, wie in F i g. 1 gezeigt, orientiert werden, um die Herstellung
abzuschließen.
10
15
to
SO
SS
40
45
15
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Optokopplers, bei dem ein Emitterplättchen und ein Detektorplättchen
von der gleichen Seite flächig jeweils auf einen zugehörigen metallischen Trägerstreifen aufgebracht
werden, wobei die beiden Trägerstreifen zunächst zusammenhängende, in einer Ebene liegende
Teile eines einzigen Leiterrahmenzuschnitts sind,
bei dem weiterhin die die Plättchen tragenden Enden der Trägerstreifen so verbogen werden, daß die Plättchen in der gewünschten Zuordnung zueinander angeordnet sind,
bei dem weiterhin die die Plättchen tragenden Enden der Trägerstreifen so verbogen werden, daß die Plättchen in der gewünschten Zuordnung zueinander angeordnet sind,
bei dem ferner der Zwischenraum zwischen den Plättchen mit einem isolierenden und lichtdurchlässigen
Material gefüllt wird,
bei dem danach die Trägerstreifen durch eine lichtundurchlässige, isolierende Umhüllung zueinander
fixiert werden
und bei dem schließlich die Trägerstreifen von den restlichen Teilen des Leiterrahmenzuschnitts abgetrennt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Trägerstreifen des Leiterrahmenzuschnitts
so geformt und die Biegekanten so gewählt werden, daß durch sein zweimaliges Abbiegen um
jeweils etwa 90° die beiden Plättchen etwa parallel und übereinander angeordnet sind.
2. Leiterrahmenzuschnitt zur Anwendung bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zu biegende Trägerstreifen (14) einen U-förmig gebogenen Bereich (90A, 100) aufweist,
indem die beiden Biegekanten liegen.
3. Leiterrahmenzuschnitt nach Anspruch 2, der einen als Zuleitung dienenden weiteren Trägerstreifen
(52) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Trägerstreifen (52) einen U-förmigen Endabschnitt
(98,68) mit zwei Biegekanten aufweist, die in denselben Achsen wie die beiden Biegekanten des
zu biegenden Trägerstreifens (14) liegert.
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