DE3321921A1

DE3321921A1 - Potentialelektroden zur potentialsteuerung, zur isolationsueberwachung und zum isolationsschutz von optisch transparenten isolationen in elektronischen bauteilen und betriebsmitteln

Info

Publication number: DE3321921A1
Application number: DE19833321921
Authority: DE
Inventors: Volkmar 8059 Oberding Härtel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3321921C2

Description

Beschreibunli
Potential elektroden zur Potentialsteuerur Isolationsüberwachung und zum Isolationsschutz von von optisch transparenten Isolationen in elektronischen Bauteilen und B etriebsmitteln Die Erfindung betrifft Potentialelektrbden zur Potentialsteuerung, zur Isolationsüberwachung und zum Isolationsschutz von optisch transparenten Isolatoren in elektronischen Bauelementen und Betriebsmitteln.
Optisch isolierte Verstärker, optisch isolierte Festkörperrelais, optisch isolierte Halbleiterrelais und Solid-State-Relais, optisch isolierte Schaltergeräte nach VDE 660 Entwurf 109, optisch isolierte Input-Output-Module, Optokoppler, Leistungsoptokoppler, Hochspannungsoptokoppler Hybridoptokoppler, Höchstspannungsoptokopplerf optische Koppelelemente nach VDE 0883 als auch Optokoppler und Vilfachoptokoppler und Halbleiterrelais nach relevanten Spezifikationen von Betriebsmittelvorschriften, wie besonders VDE 700, VDE 0720, VDE 0730, VDE 0750, VDE 0804, VDE 0805, VDE 0806 und VDE 0860 sowie einschlie8-lich die Stapelung aller genannten Bauelemente zu optisch isolierten und parallelen und seriellen Leistungsschnittstellen als elektronisches Leistungsinterface-Betriebsmittel als auch deren verkleinerter Aufbau auf Schichtschaltungen, Hybridschaltungen und deren Integration auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat sowie Optokoppler und Vielfachoptokoppier mit einem gemeinsamen Halbleitersubstrat beriutzer zur elektrischen Trennung von Stromkreisen unterschiedlichen Potentiales einen optisch strahlungsdurchlässigen Isolator.
Die Informationsübertragung erfolgt mit optischer Strahlung durch den optischen Isolator. Auf der einen Seite des Isolators ist ein optischer Sender, der elektrische Signale in optische Signale unwandelt, angeordnet. Auf der anderen Seite des Isolators ist ein optischer Detektor, der die auffallende Strahlung in elektrische Signale umwandelt, angeordnet.
Nachfolgend werden alle aufgezählten optisch isolierenden Bauelemente und Betriebemittel kurz als Optokoppler bezeichnet.
Optokoppler weisen zur sicheren elektrischen Trennung eine doppelte, vorwiegend eine verstärkte Isolierung auf. Im Isolationsfehlerfall kann direkt ein Durchschlag oder Überschlag zwischen Sender und Empfänger auftreten. Isolationsüberwachungen auf der Hochspannungsseite erfordern einen sehr aufwendigen und kostenintensiven Ankopplungsvierpol. Kostengünstigere Ausführungen mit Basisisolierung, besonders bei Schutzklasse I - Anwendungen von kleiner 1000V bis zum Ende des Mittelspannungsbereiches von ca. 35 KV, sind sicherheitstechnisch unzulässig, da ein Schutzleiteranschluß fehlt.
Die Gefährdung durch gefährliche Kriech- Leck- und Körperströme und gefährliche Körperspannungen sowie Isolationsüberschläge und Isolationsdurchschläge wäre erheblich geringer, wenn sie nicht zwischen Sender und Empfänger vorhanden wäre, sondern wenn sie nur zwischen Sender und Schutzleiter oder nur zwischen Empfänger und Schutzleiter vorhanden wäre. Hierbei muß die gesamte Ladung über den Schutzleiter abführbar sein. Die Gefährdung wäre aber noch erheblich geringer, wenn die Entstehung von Isolationsüberschlägen und Isolationsdurchschlägen frühzeitig erkannt würde. Eine weitere Gefährdungsminderung würde eintreten, wenn die dominierenden Ursachen der Isolationsminderung in neuen Konstruktionen optischer Isolationssysteme elliminiert würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wesentlichen Ursachen von Isolationsminderungen in Optokopplern zu analysieren und neue optische Isolationssysteme mit geringer oder sehr geringer Isolationsminderung zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, eine Analyse der bestehenden Isolationstechnologien mit den Grundlagen des elektrischen Feldes bis hin zu neuesten physikalischen Meßmethoden für elektronische Bauelemente durchzuführen, um bessere optische Isolationsprinzipien und Konstruktionen zu finden. In der Literatur konnten keine Grundlagenuntersuchungen über elektrische Felder in Optokopplern ausfindig gemacht werden. Ebenso konnten keine Literaturstellen über Teilentladungsmessungen an Optokopplern gefunden werden.
Analyse der Isolationstechnologien in Optokopplern Hierunter sind alle optischen Isolatoren, optische Koppelelemente, optisch isolierende Halbleiterrelais, Input-Output-Module, Vielfachkoppler, optische Leistungskoppler, optische Höchstspannungskoppler und optische Isolierverstärker, optisch isolierende serielle und parallele Leistungsschnittstelle-Bauelemente- oder Betriebsmittel eingeschlossen.
Beim direkten Strahlungsprinzip steht der optische Sender dem optischen Detektor oder Empfänger direkt gegenüber, sodaß die Senderstrahlung durch das dazwischenliegende elektrisch isolierende Medium strahlt und direkt auf die strahlungsempfindliche Fläche des optischen Detektors fällt.
Beim indirekten Strahlungsprinzip fällt die Senderstrahlung nur über den Umweg eines besonderen reflektierenden und elektrisch isolierenden Systems auf die strahlungsempfindliche Fläche des optischen Detektors.
Beim direkten als auch beim indirekten Strahlungsprinzip existiert immer ein optischer Sender S, ein für die verwendete optische Strahlungswellenlänge durchlässiges und/oder reflektierendes und elektrisch isolierendes System I sowie ein optischer Detektor D, siehe Bild 1.
Optokopplerisolationen Liegt zwischen Sender und Empfänger eine Isolationsspannung, so erhält man ein elektrisches Feld nach.Bild 2.
In der Praxis existieren aber nicht solche idealen elektrischen Feldverhältnisse. Durch ungünstige Leiterformung steigt die Feldstärke an diesen Stellen mit kleiner werdenden Radien enorm an. Mehrere Isolationsmedien oder Isolationsmaterialien befinden sich im elektrischen Feld, die entsprechend mit der Kraft des elektrischen Feldes an diesen Stellen beansprucht werden: Kraft Vektor = Feldstärke Vektor . Ladung Die sich berührenden Isolationsmaterialien werden an ihren Grenzflächen desto höher belastet, je höher der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten beider Materialien ist.
Dieser Epsilonsprung besagt, daß die Kraftlinien beim Eintritt in einen Stoff mit größerer Dielektrizitätskonstante £ vom Grenzflächenlot weggebrochen werden und sich beim Eintritt in einen Stoff mit kleinerer Dielektrizitätskonstante dem Lot nähern.
Tangens Alfa 1 Epsilon 1 Tangens Alfa 2 Epsilon 2 Die Grenzschichten können Staubpartikelchen oder Gase oder leitfähige Teilchen aufweisen. Inhomogene Isolationsmaterialien enthalten ebenfalls Epsilonsprünge. Hierbei werden sehr große Epsilonsprünge durch Gas-, Luft-, Schmutz-, Metallspäne - oder leitfähigen Staub- Einschlüsse erzeugt.
Das Bild 3 zeigt die Kraftwirkungen auf Störstellen im Dielektrikum im inhomogenen elektrostatischen Feld. Hierbei steht ED für elektrischer Dipol.
Das Bild 3 a zeigt die Kraftlinienauswirkungen auf eine Gasblase G im dielektrischen Medium im inhomogenen elektrischen Feld, die sich wie der Dipol im Feld einer punktförmigen Ladung verhält.
Das Bild 3 b zeigt die Kraftlinienauswirkungen auf eine dielektrische Kugel im inhomogenen elektrischen Feld, die sich ebenfalls wie der Dipol im Feld einer punktförmigen Ladung verhält.
Das Bild 3 c zeigt influenzierte Ladungen auf einen ungeladenen Metallspan M im elektrischen Feld mit der geänderten Kraftlinienauswirkung.
Das Bild 4 zeigt das inhomogene elektrische Feld eines Optokopplers mit verschiedenen Störstellen in den Isolationen. G sind hier Gaseinschlüsse zwischen Isolationsgrenzschichten und M ein Metallspan.
Durch eine potentialgesteuerte Isolation im Bild 5 gemäß Patentanspruch 1 wird die inhomogene Feldverteilung wesentlich verbessert.
Gemäß Patentanspruch 1 sind hier parzielle leitfähige Zonen PLZ als.
Potentialelektroden PE auf dem und/oder innen im optisch transparent bleibenden Iolatcr angebracht. Die partiellen leitfähigen Zonen sind mit dem nahestliegenden Potentialen gemäß Patentanspruch 2 und 3 verbunden. Das inhomogene elektrische Feld in den Gaseinschlüssen zwischen den Grenzschichten wurde elliminiert.
Im Bild 6 sind weitere, zusätzliche, parzielle leitfähige Zonen im mittleren Teil des optischen Isolators angeordnet, welche von einem beliebigen Potential angesteuert werden können. Nach Patentanspruch 4 werden sie an Erde, wie im Bild 6, jedoch auch an Hilfserde, Masse, Betriebserde, gemeinsame Potentialausgleichsleitung oder dem Schutzleiter verbunden.
Gemäß Patentanspruch 2 läßt sich das elektrische Feld so ausbilden, daß nahezu alle Kraftlinien in Potentialelektroden entspringen oder enden.
Wenn, gemäß Patentanspruch 4, durch eine unzulässig hohe Überspannung ein Durchschlag oder ein Überschlag stattfindet, so erfolgt er gemäß des elektrischen Feldes nach Bild 6 vom hohen Potential auf der Potentialelektrode PE 1 zum niederen Potential auf PE 2 als auch vom hohen Potential auf PE 4 zum niederen Potential auf PE 3. Die Potentialelektroden PE 2 und PE 3 sind mit Erde verbunden, sodaß alle Ladungen von Durchschlägen oder Überschlägen gegen Erde abgeführt werden.
Ein Durchschlag oder Überschlag kann durch diese potentialgesteuerte Isolation nicht mehr zwischen Sender und Empfänger erfolgen.
Die elektrische Gefährdung und damit das Sicherheitsrisiko eines Optokopplers werden durch die beschriebenen Potentialelektroden PE, insbesondere wenn sie wie im Bild 6 dargestellten Prinzip aufgebaut sind und mit Erde oder dem Schutzleiter eines Versorgungsnetzes verbunden sind, enorm herabgesetzt oder gemindert.
Erfindungsgemäß ist das ein Optokoppler oder optischer Isolator mit Schutzleiteranschluß gemäß Patentanspruch 4.
Ob außen auf der Oberfläche und im Inneren des opti,t-hen Isolators leitfähige Zonen angeordnet werden oder ob nur äußere oder innere leitfähige Zonen angeordnet werden ist abhängig von den verwendeten Testmethoden während der Serienprüfung oder der Endkontrolle aber ebenso abhängig von der Berechnung und Dimensionierung des Isolationssystems.
Nachfolgend werden die leitfähigen Zonen auch Potentialelektroden PE genannt, da sie die Potentialverteilung respektiv das elektrische Feld im optischen Isolator steuern.
Das Bild 7 zeigt einen Optokoppler mit Potentialelektroden, der mit später beschriebenen Isolationsformteilen aufgebaut ist. Die Schaltung zeigt verschiedene Potentiale auf den Potentialelektroden, welche das elektrische Feld in der Isolation steuern. Besonders gefährdende Isolationsteile können durch einen optimalen, an die gemäß Potentialelektrode gelegten Spannungswert, entlastet werden gemäß Patentanspruch 2. Nach Patentanspruch 5 kann eine infolge Teilentladung TE krank gewordene Isolationsstelle durch Kurzschließen der benachbarten Potentialelektroden als Teilentladungsquelle ausgeschaltet werden.
Die TE kann hier nicht mehr weiterwachsen, sodaß der gesunde Isolationsteil zuverlässig erhalten bleibt.
Da alle elektrischen Kraftlinien an den Potentialelektroden PE enden, werden die in der optisch transparenten Isolation entstehenden Ladungen, wie TE-Impulse, TE-Impulsketten, TE-Impulsströme sowie Kriech-und Rest ströme gemäß Patentanspruch 4 über die Potentialelektrode abgeführt. Innen und auf der Isolation kann infolge der Potentialelektroden niemals eine Kriechstrecke durch Teilentladung zwischen Sender und Empfänger vollkommen durchwachsen.
Die elektrische Messung von TE-Impulsen ist bisher die physikalisch empfindlichste Methode um Isolationsschäden in einem sehr frühen Zeitpunkt zu erfassen. Diese Methoden sind zur Beurteilung von Isolationsalterungen enorm wichtig, weil hier die TE-Werte mit der Alterung ansteigen.
Das Bild 8 analysiert einen Teilentladungsimpuls von ca. einem Picocoulomb, der mit den heutigen Messmethoden (IEC 270/1981) gerade noch feststellbar ist.
Die Ladungsberechnung eines in Optokopplern gemessenen scheinbaren inneren Teilentladungsimpulses TE wird vereinfacht eine Anstiegsflanke zugrunde gelegt mit -t/# i (t) = ) max und eine Abfaliflanke zugrunde gelegt mit - t/f if (t) = imax . e i e max Das Anstiegs- Abfallzeitenverhältnis beträgt: rr/ rf=0,2 Die Gesamtfläche A 1 = 20 x 30 = 600 Einheiten.
Die ausplanimetrierte Teilfläche beträgt: A 2 = 175 Einheiten Die Impuisladung Q beträgt: Q = A2/A1 1max -6 -6 = 175/600 20 10 A 0,15 10 s = 0,875 pC Damit erzeugt ein Teilentladungsimpuls der Größenordnung ein Picocoulomb eine Stromspitze von 20 µA.
Das Bild 9 zeigt das Wachsen einzelner TE-Impulse zu tE-Impulsketten undrschließlich zu einem Kriechstrom.
Nach vielen VDE-Hochspannungsbetriebsmittelvorschriften sowie nach IEC 270 wird Teil entladung TE über einen speziellen Ankopplungsvierpol AKV und über spezielle (Funkstörmeß-) Empfänger am Oszillographen beobachtet oder elektronisch ausgewertet.
Bei Optokopplern können TE-Impulse schon über einen Ankopplungsvierpol direkt am Oszillographen beobachtet werden gemäß Patentanspruch 7.
Verbindet man den Ankopplungsvierpol AKV mit einer Potentialelektrode PE des Optokopplers, so kann die optische Isolierung dauernd überwacht werden gemäß Patentanspruch 10. Über einen Verstärker mit Anstiegszeiten von ca. 1 bis 10 ns und einer TE-Erkennungs-, TE-Auswertungs-, TE-Überwachungs- und TE-Schutzschaltungen kann Teilentladung erstmals auf einfache Weise während des Betriebszustandes dauernd oszillographisch und elektronisch erkannt, überwacht und registriert werden.
Vor allem erlaubt die Potentialelektrode PE während des Betriebszustandes eine sehr einfache Ankopplung, gemäß Patentansprüche 8 und 9, da diese PE nicht galvanisch leitend mit Hochspannungspotential oder anderen Versorgungs- und Netzspannungen verbunden ist.
Das Bild 10 zeigt mit einer Potentialelektrode eine im Betriebszustand dauernd angeschlossene TE-Erkennungs- und TE-Uberwachung- und TE-Schutzschaltungen in einem Blockschaltbild, gemäß Patentansprüche 6 und 7 und 8 und 9 und 10 und 11.
Die Abschirmmaßnahmen sind auch im Dauerbetrieb relativ einfach, da erstens es sich selbst bei Hochspannungsoptokopplern oder Leistungsoptokoppler oder optischen Halbleiterrelais um relativ kleine Bauelemente handelt und zweitens die Isolationsanordnung in sehr vielen Fällen einenl Plattenkondensator mit extrem kleiner Kapazität nahezu handelt. Die sehr schwierigen TE-Messungen mit hohen Induktivitäten oder hohen Kapazitäten oder sehr großen räumlichen Abmessungen mit teilweisen Messungen im Freien fallen bei Optokopplern unter den Tisch.
Optokoppler, Halbleiterrelais, I/O Module oder Isolierverstärker haben Kapazitäten von 0,1 pf bis ca. 10 pf, in einigen Ausnahmefällen etwas größer. Berücksichtigt man den kleinsten bisher meßbaren TE-Wert von ca. 1 pC (gemäß IEC 270-Meßverfahren) den man ins Verhältnis zur durchschnittlichen Optokopplerkapazität von 1 pf setzt, so erhält man auch noch sehr hohe Spannungsänderungen von = = Q/C = 1 pC/ 1 pF - 1 V Da aber ohne TE-Verstärker ein Oszillograph die Auswertung von 1 mV Signalen noch ermcglicht, können auf diese Weise scheinbare TE-Impulse von 10 - 2 pC bis 10 3 pC, je nach Dämpfung des AKV, erkannt werden.
Mit einem TE-Verstärker kann die Empfindlichkeit nochmals um Faktor 100 gesteigert werden.
Gemäß Patentanspruch 11 ist man in der Lage eine dauernde im Betriebszustand des Optokopplers einfache aber bisher nicht gekannte empfindliche Messung der originalen scheinbaren TE-Impulse oder Pulsfolgen durchzuführen.
Konstruktionen von Isolationssystemen in Optokopplern Die bisherigen Optokoppler-Konstruktionen sind nicht auf optimale Teilentladungsfreiheit ausgebildet. Es müssen potential gesteuerte Isolationssysteme konstruiert und entwickelt werden, um optimale elektrische Feldverhältnisse in Optokopplern zu erhalten. Hierzu gehören auch Potentialelektroden zum Anschluß an Erde oder Schutzleiter und an eine elektronische Isolationsüberwachung.
Isolationsformteile gemäß Patentanspruch 7 Isolationsformteile mit Lichtleitern und Lichtwellenleitern Es werden Materialien für Lichtleiter und Lichtwellenleitern oder Fiberoptikfasern eingesetzt, die für die im optischen Wellenlängenbereich verwendeten Strahlungen transparent oder durchlässig sind, andererseits aber gute Isolationseigenschaften zeigen z.B. wie Glas, hochwertige Plastikarten, Silikon und Epoxidharze. Zu vergessen sind nicht die Halbleiter als optisch transparente Isolatoren, deren Verwendung jedoch später angegeben wird, wie für Ge, Si, GaAs, Se, GaAsP, GaP.
Die Isolationsformteile als Lichtleiter oder Lichtwellenleiter beschränken sich keinesfalls nur auf kreisförmige oder hohlkreisförmige Querschnittsflächen, sondern es können quadratische, rechteckige, dreieckige oder vieleckige, ellipsenförmige oder beliebige Querschnittskonfigurationen benutzt werden.
Die Isolationsformteile können gerade, gebogene, gewankelte, (1eflltete oder beliebige Konfigurationen besitzen.
Isolationsformteile mit Röhren, Röhrchen oder Schläuchen Bei Isolationsformteilen mit Röhren, Röhrchen oder Schläuchen verbessert die innere Hohlraumfläche den optischen Wirkungsgrad, wenn sie glänzend oder poliert ist und das Material und die Oberflächenfarbe die verwendete Strahlung gut reflektiert.-Im sichtbaren- und nahen IR-Bereich erzielen weiße Hohlraumflächen gute Reflexionsgrade.
Metallisch spiegelnde Oberflächen mögen partiell als Potentialelektrode berechtigt sein, ansonsten mindern sie das Isolationsvermögen zwischen Sender und Empfänger. Als Materialien kommen in Frage Epoxidharze, Silikone, rauhe oder partiell glasierte Keramik-Formteile, insbesondere weiße Porzellanformteile. Die Querschnittsfläche des Hohlraumes kann kreisförmig, elliptisch oder beliebig vieleckig sein.
Die Isolationsfähigkeit des Hohl raumes wird durch sein Ausfüllen mit Gas, insbesondere Isoliergas wie SF6, oder mit flüssigen Isoliermedien wie Oel, insbesondere Transformatorenoel, derart verbessert, daß die Isolationsdicken gegenüber Luft zum Teil erheblich verringert werden.
Hat das flüssige Isoliermedium einen größeren Brechungsindex als das umgebende Material wie dem des Schlauches oder Röhrchens, so handelt es sich um einen flüssigen Kern eines Lichtleiters oder Lichtwellenleiters.
Gemäß Patentansprüche 12 und 17 sind Isoliergase, wie SF6, und Isolieröle, wie Transformatorenöle, in Optokopplern, besonders für Hochspannungsanwendungen, einsetzbar.
Isolationsformteile mit partiellen Leitfähigkeitszonen Die vorher diskutierten Potentialelektroden PE gemäß Patentanspruch 1, werden durch partielle leitfähige Zonen innen oder auf der Oberfläche als auch innen und auf der Oberfläche eines optisch durchlässig und transparent bleibenden Lichtwellenleiters oder Lichtleiters sowie auf Hohlraumflächen oder äußeren Oberflächen von Röhrchen oder Schläuchen erzeugt.
Die Erzeuguny von leitfähigen inneren Zonen und leitfähigen Oberflähenzonen kann durch partielle Gas-Diffussion von Fremdatomen in das Isolationsmaterial erfolgen. Die partiellen Isolationsmaterial erfolgen. Die partiellen Stellen werden hierbei nicht mit Fotolack abgedeckt.
Partielle leitfähige Schichten auf Oberflächen können durch partielles Aufwachsen von leitfähigen Substanzen im Gas- oder Flüssigkeitsepitaxieprozess erfolgen.
Die Hoch- oder Niederohmigkeit einer Zone ist abhängig von der Dotierund, welche durch die Isolationsdimensionierung bestimnt wird.
Partielle Metallisierung kann auch durch galvanische Prozesse erfolgen.
Die Bilder 11 bis 13 zeigen Beispiele von Isolationsformteilen mit partiellen Leitfähigkeitszonen jeweils an den Stirnflächen sowie Körper- oder Mantelanfangsflächen.
Das Bild 11 zeigt Lichtleiter oder Lichtwellenleiterkerne, die von Medien mit geringeren Brechungsindices oder hohen Reflexionsgraden, z.B. weißes Silikon, umgeben sind.
Das Bild 12 zeigt Lichtwellenleiter, die vorteilhaft auch von weißem Material wie Silikon umgeben sind.
Das Bild 13 zeigt Formteile mit inneren reflektierenden Hohlräumen, wie Röhrchen, Rohre oder Schläuche.
Die Bilder 14 und 15 zeigen Folienverbindungselemente von Isolationsformteilen, welche für die verwendete Strahlung eine optisch transparente und leitfähige Folie enthalten.
Bild 14 zeigt eine nicht verstärkte Folien-, das Bild 15 zeigt verstärkte Folienverbindungselemente.
Die Isolationsformteile können miteinander optisch transparent verbunden werden durch Kleben, Pressen, Schmelzen, Löten, Stecken, Aneinanderreihen oder zusätzlich mit Folienverbindungselementen.
Die Bilder 16 bis 30 zeigen Verbindungskonfigurationen.
Die Bilder 16 bis 18 zeigen Verbindungen von Isolationsformteilen mit nur leitfähigen Mantelanfangsflächen PLZM. Die Bilder 19 bis 21 zeigen Verbindungen von Isolationsformteilen mit leitfähigen Stirn-und Mantelanfangs-Flächen PLZMS.
Die Bilder 22 bis 24 It zeigen Verbindungen von Isolationsformteilen mit leitfähigen Stirn- und Mantelanfangs-Flächen und mit Folienverbindungselementen PLZMSF.
Das Bild 25 enthält die gleiche Verbindung, jedoch ohne leitfähige Stirnflächen PLZMF. Die Bilder 26 und 27 zeigen Verbindungen von Iso- lationsformteilen mit leitfähigen Stirn- und Mantelanfangs-Flächen und mit verstärkten ver Folienvorbindungselementen PLZMSFV.
Das Bild 28 zeigt die Verbindung eines Isolationsformteiles :;it leitchigen Stirn- uni I; Mantelanfangs-Flächne und vorstärktem Folienrverbindungselement &oer ohne Hülse PLZXFV Das Bild 29 zeigt Folienverbindungselemente mit leitfähigen äußeren Mantelanfangsflächen und verstärktem Folienverbindungselement PLZMFV.
Is Bild 30 eigt die Verbindung eines Isolationsformteiles mit leit-Fähigen Stirn- und Mantelanfangsflächen, die nur in eine Hülse gesteckt sind PLLMS.
Alle dargestellten und beschriebenen Leitfähigkeitszonen und Verbin--iungen von Bild 11 bis Bild 32 für die Herstellung von optisch trans-"arenten Potentialelektroden entsprechen den Patentansprüchen 1 und 12 aind 13 und 14.
Das Bild 31 zeigt die Reihenanordnung mehrerer verbundener Isolationsformteile, a) ohne Hülsen oder Schellen, b) mit Hülsen oder Schellen.
Das Bild 32 zeigt die Erzeugung partieller Leitfähigkeitszonen an beliebigen Isolitionsformteilen, durch Diffussions-, Epitaxie- und Metallisierung verfahren.
Durch bastförmige Diffussion erhält man an gezielten Zonen eine nn - c an äubere Leitfählkeit lt.
ebenfalls durch Flüssigkeitsepitaxie oder Gasepitaxie erhält man an gezielten Stollen nur äußere Leitfahigkeitszonen aufgewachsen. Die außen leitfähigen Zonen erhalten durch Metallisation eine Kontaktfiäche für c-len elefr. ri:hen Anschlup.
Lt diesen Verfahren werden die nichtleitfähigen Zonen nur einmal mit fotoresist oder Fctolack abgedeckt, um an allen nicht abgedeckten Zonen gezielte Diffussions-Epitaxie- und Metallisierungsverfahren einwirken /u lassen.
Anshluß- und Montagekonfiqurationen von~Isolationsformteilen sowie die Anschluβkonfiguration als Potentialelektrode bei belieger Isolation Anschluß-~und~Montagekonfigurationen von~Isolationsformteilen sowie die Anschlußkonficiuration als Potentialelektrode bei beliebiger Isolation Die Bilder 33 bis 37 zeigen das Umwickeln mit leitfähigem Draht oder Folie oder Bändern sowie das Aufbringen von leitfähigen Schellen oder Umhüllungen als Anschlußkontakte auf potentialgesteuerte Isolationsformteile.
Die Kontakte können auch haften durch Druck, Federkraft, Löten, Kleben, Schweißen oder Pressen.
Das Bild 38 zeigt den Querschnitt eines Lichtleiters oder Lichtuellenleiters mit Schellenbefestigung als Potentialelektrodenanschluß auf Keramiksubstraten oder gedruckten Schaltungen.
Die Bilder 39 und 40 zeigen Potentialelektroden-Anschlüsse von mehrfach potentialgesteuerten optisch transparenten Isolationsformteilen am Beispiel von Lichtleitern oder Lichtwellenleitern auf Keramik£ubstrat in Hybridschaltungen, auf gedruckten Schaltungen und Leiter bändern (leadframe).
Das Bild 39 zeigt Potentialanschlüsse mit gelöteten oder geschweiβten Schellen. Das Bild 40 zeigt PE-Anschlüsse durch Löten, Schweiβen oder Kleben mit leitfähigem Kleber.
Wird auf Isolationen oder Isolatoren ohne jegliche partielle Leitfähigkeitszonen ein leitfähiges Material aufgebracht oder umwickelt, z.B.
mit leitfähigem Draht, Bändern, Folien oder Schellen oder Umhüllurgen, so stellen diese Konfigurationen ebenfalls Isolationsformteile mit Potentialelektroden dar.
Optisch transparente Halbleiterisolatoren mit partiellen Leitfähigkeitszonen Das Bild 41 zeigt einen optisch transparenten prcnt itlgur-teuc'rten Halbleiterisolator mit den gewünschten Leitfähiukeitszonen durch flüssiges oder gasförmiges epitaktisches Aufwachsen eine Halbleiter zum gesamten Isolationsformteil. Die Leitfähigkeitszonen können auch durch gasförmige Diffussion von Fremdatomen in einem nicht verunreinigten reinct0n Halbleiterkristall oder Halbiciterkristallen erzeugt erzeugt wc--i en.
Die Oberflächen der Leitfähigkeitszonen erhalten durch Diffussions-oder Epitaxie- oder Metallisierungsverfahren eine Metallschicht aufgewachsen, die als Kontaktstelle oder Anschlußschweißstelle der jeweiligen Potentialelektrode dient. Die Oberflächen der sehr reinen Halbleiterkristalle können durch Aufwachsen in einer Gas- oder Flüssigkeitsepitaxie eine Glasschichtversiegelung oder SiO2-Schicht-Versiegelung oder Siliziumnitritversiegelungen erhalten.
Dieser potentialgesteuerte Halbleiterisolator kann in Epoxidharz oder in Silikon oder zur Verbesserung des Reflexionsgrades in weißes Silikon eingebettet werden. Der Halbleiterisolator kann aus einem monokristallinen oder einem polykristallinen Halbleiter bestehen, wie Si, GaP, GaAs, GaAsP.
Die verwendeten Bezugsgrößen im Bild 41 sind, Hochreinster Halbleiter H, hoch- oder niederohmige p- oder n-Leitfähigkeit PLZ, Metallisationsschicht M, Versiegelung mit Glas, SiOs oder Siliziumnitrit V, in Silikon eingebettet SO, in weißes Silikon eingebettet WSO, Kontaktanschlußstreifen K und Ballbondung B und PE-1/2-A-a/b sind Potentialelektrodenanschlüsse.
Symmetrische und unsymmetrische Diffussionen von optischen Halbleiterisolatoren Das Bild 42 zeigt symmetrische Diffussionen eines optisch transparenten, potentialgesteuerten Halbleiterisolators. Hier wird ein hochreiner Halbleiter gezielt symmetrisch mit Fremdatomen dotiert, um die gewünschten räumlichen- und Oberflächen-Leitfähigkeitszonen zu erhalten.
Der Halbleiter kann monokristallin oder polykristallin aufgebaut sein.
Die hoch- oder niederohmigen p- oder n-leitfähigen Zonen sind mit PLZ gekennzeichnet. Ihr Diffussionsprofil ist mit LDP gekennzeichnet.
Das Bild 43 zeigt die unsymmetrische Diffussion eines optisch transparenten, potentialgesteuerten Halbleiterisolators. Hier wird ein hochreiner Halbleiter gezielt unsymmetrisch mit Fremdatomen dotiert um die gewünschten räumlichen- und Oberflächen-Leitfähigkeitszonen zu erhalten.
Integrierte Optokoppler Das Bild 44 zeigt einen Optokoppler aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mit dem potentialgesteuerten, optisch transparenten Isolator und zusätzlich Sender und Detektor. Mit GaAs ist für Sender, optischer Isolator und Detektor dieses Material als Basissubstrat besonders geeignet. Die Isolationseigenschaften liegen mit dem Bandabstand des GaAs sehr günstig. Ebenfalls sind optisch lumineszierende Sender und optische Detektoren in GaAs-Technologie schon Stand der Technik.
Dual-In-Line-Koppler mit gegenüberstehendem Sender und Detektor und mit über Kreuz angeordneten Potentialelektroden (PE)-Anschlüssen Das Bild 45 zeigt Potentialelektroden PE 1 und PE 2, die mit optimalem Neigungswinkel entsprechend dem gewähiten Sender-Empfänger-Abstand gebogen sind.
Die Formen der Elektroden kann halbringförmig, halbkreisförmig, ellipsenförmig oder mehreckig ausgeführt sein.
Bei sechsopligen, 8-, 10-, 12-, 14-, 16-, 20-, 40- oder noch mehrpoligen Dual-In-Line-Kopplern können die Potentialelektrodenanschlüsse, PE-1 und PE-2, entweder jeweils über Kreuz und dabei auch an den äußeren Anschlüssen der beiden Leiterbandseiten angeordnet werden oder auch von beiden Seiten mit direkt gegenüberliegenden Leiterbandanschlüssen. Beide Anschlüsse PE 1 und PE 2 können gemeinsam an eine TE-Erkennungs- und Schutzschaltung als auch an Erde oder Hilfserde oder Schutzleiter gelegt werden. Alternativ kann auch z.B. der PE 1-Anschluß direkt mit dem Schutzleiter oder Erde oder Hilfserde oder Masse oder definierten Potentiales verbunden werden, während der PE 2-Anschluß über einen Widerstand, Drossel, Transformator, Impulsüberträger oder Kondensator, die zur Ankopplung an eine TE-Erkennungs-und Schutzschaltung dienen, mit dem Schutzleiter oder Erde oder Hilfserde oder definierten Potentiales oder Masse verbunden ist.
Das Bild 46 zeigt vielpoligen Dual-In-Line-Koppler in überlappender Leiterbandkonstruktion mit zwei Potentialelektroden als durchgeschnittener Ring zwischen Sender und Empfänger. Die PE-Anschlüsse sind hierbei über Kreuz nach beiden Leiterbandseiten angeordnet.
Oual-In-Line-Optokoppler mit gegenüberstehendem Sender und Detektor und auf einer Leiterbandseite zwei angeordnete Potentialelektroden (PE)-Anschlüsse Im Bild 47 kann die Potentialelektrode eine ringförmige, kreisrunde, elliptische, sechskantige, mehreckige Konfiguration besitzen, um optimal das elektrische Feld zwischen Sender und Empfänger auszublenden aber die beiden elektrischen Felder zwischen Pptentialelektrode und Sender und Potentialelektrode und Empfänger optimal zu formen.
Bei sechspoligen Dual-In-Line-Kopplern mu3 ein Bonddraht auf der PE-Leiterbandseite mit einem der beiden PE-Anschlüsse verbunden sein.
Hierbei muß ein Pol des gemäßen äußeren Stromkreises mit PE, z.B. als Erde, Hilfserde, Masse, Nulleiter, Schutzleiter oder gemeinsamer Leiter, verbunden sein.
Bei mehr als sechspoligen Dual-In-Line-Kopplern, z.B. bei achtpoligen schon, entfällt diese Einschränkung. Hierbei können Schutzleiter, Erden oder Hilfserden oder Null einer unabhängig von der übrigen Verdrahtung alleine oder separat mit den PE-Anschlüssen verbunden werden.
Gemäß Patentanspruch 13 zeigt die Erfindung, daß die ringförmige Potentialelektrode aus Sicherheitsgründen bei Isolationsdurchschlägen oder aus Langzeitzuverlässigkeits- und Qualitätsgründen mit zwei Anschlüssen, hier PE 1- und PE 2 Anschluß, herausgeführt ist.
Bei Mehrfachkopplern kann ein PE-Anschluß jeweils für den benachbarten Koppler mitverwendet werden.
8ei Dual-In-Line-Kopplern mit vergrößerter Bauhöhe können mehrere gegeneinander isolierte Potentialelektrodenringe gestapelt werden.
Bild 48 zeigt überlappende Leiterbandkonstruktion vielpoliger Dual-In-Line-Optokoppler - mit Potentialelektrode als Ring zwischen Sender und Empfänger. Die beiden Anschlüsse der Potentialelektrode sind auf einer Seite heraueführt.
Optokoppler mit Leiterbandaufbau in einer Ebene sowie mit vorgefertigtem Reflektorteil Im Bild 49 wird die Potentialelektrode in der Leiterbandkonstruktion dargestellt, wie sie ausgestanzt oder herausgeätzt wird. Sie bleibt mindestens mit einem Leiterbandanschluß verbunden.
Das Blech der Potentialelektrode wird unterhalb der Leiterbandebene gebogen und anschließend wie eine Zelle senkrecht nach oben gebogen.
Die Potentialelektrode PE steht somit in der Reflexionszone direkt zwischen Sender und Empfänger.
-Das Bild 50 zeigt das Leiterband mit gebogener Potentialelektrode Das PE-Blech kann zusätzlich durch Bonddrähte mit anderen Leiterbandanschlüssen verbunden werden.
Das Bild 51 zeigt die Schnittzeichnung mit gebogener PE-Elekt-rode.
Optokoppler mit Leiterbandaufbau in einer Ebene und mit gegossenen oder gespritzten Lic htle itungsrefl exionssystemen Die Abbildung 52 zeigt das Leiterband für Mehrfach-Optokoppler. Die Potentialelektrode wird nur partiell als Kelle gebogen, sodaß sie in die Reflexionszone zwischen Sender und Empfänger plaziert ist. Die Potentialelektrode kann mit mehreren Leiterbandanschlüssen verbunden werden, sodaß die PE-Anschlüsse bei Vielfachkopplern gemeinsam mit dem benachbarten System benutzt werden können. Die Kopplerdichte eines Vielfachkopplers wird erhöht, wenn die Potentialelektrode entweder nur mit den zwei äußeren Leiterbandanschlüssen verbunden ist oder sogar nur mit einem Leiterbandanschluß verbunden ist.
Das Bild 53 zeigt den Schnitt durch solche Koppler.
Optokoppler in einer Ebene auf Keramiksubstraten, Hvbridschaltungen oder gedruckten Schaltungen Der Koppleraufbau in einer Ebene, der mit den beschriebenen Isolationsformteilen und Anschluß- und Montagekonfiguration erfolgen kann, ist vorwiegend für Hybride anwendbar.
Die Bilder 54 und 55 zeigen eine weitere Konstruktion in einem Reflexionssystem mit einem vorgefertigten Reflektor. Hier ist die neue Potentialelektrode aus einem leitfähigen Material, das die beiden separaten PE-Anschlußleiterbahnen leitfähig miteinander verbindet durch Kleben, Pressen, Löten, Schweißen, Stecken oder Druck. Alternativ können die Leiterbahnen durchgehend miteinander verbunden sein oder nur eine Leiterbahn ist an die Potentialelektrode angeschlossen.
Bezugszeichen für Zeichnungen ED elektrischer Dipol S optischer Sender I optischer Isolator D optischer Detektor G Gaseinschlüsse L elektrischer Leiter M Metalleinschlüsse PLZ parzielle leitfähige Zonen PE Potential ei ekt rode PE 1A Potentialelektrode 1 - Anschluß PE 1Aa Potentialelektrode 1 - Anschluß links PE lAb Potential ei ekt rode 1 - Anschluß rechts HSP Hochspannung N Netzspannung SK Sicherheitskleinspannung i Strompulse A Flächen t Zeit AKV Ankopplungsvierpol LL Lichtleiter LWL Lichtwellenleiter Ep Epoxidharz WSO weißes Silikon SO Silikon V Versiegelung mit Glas, Si 02, Siliziumnitrit K Kontakt, Kontaktstreifen MS Metallisationsschicht B Ballbondung H Hochreinster Halbleiter LDP Leitfähigkeitszonen - Diffussionsprofil R Reflektor keraamksubstrat cder gedruckte Schaltung leitfähige ptisrh transparente Folie PLM PLZ-Mantelanfangsflächen PLZMS PLZ- Stirn- und Mantelanfangs-Flächen PLZZSF PLZMS-Flächen und Folienverbindungselemente PLZMSFV PLZMS-Flächen und verstärkte Folienverbindungselemente PLZMF PLZM-Flächen und Folienverbindungselemente PLZMFV PLZM-Flächen und verstärkte Folienverbindungselemente U Rohr, Röhrchen, Schlauch, Hohlraum

Claims

Patentansprüche: 1. Potentialelektroden zur Potentialsteuerung, zur Isolationsüberwachung und zum Isolationsschutz von optisch transparenten Isolationen in elektronischen Bauteilen und Betriebsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß optische Isolatoren oder Isolationsformteile auf Oberflächen und im Inneren oder nur auf der Oberfläche oder nur im Inneren partielle leitfähige Zonen enthalten, wobei mögliche spektrale Transmissions- oder Reflexionsminderung bei den verwendeten optischen Strahlungswellenlängen einen noch ausreichenden Kopplungsgrad gewährleisteten.
2. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Potentialelektroden über elektrische Anschlüsse mit Potentialen oder Spannungen angesteuert werden können, um das elektrische Feld zwischen Sender und Empfänger so auszubilden, daß der größte Teil oder nahezu alle Kraftlinien an einer Potentialelektrode entweder entspringen oder enden oder an einer Potentialelektrode entspringen und an einer anderen Potentialelektrode enden, um die schädlichen inhomogenen oder homogenen elektrischen Felder hoher Feldstärke in optischen Isolatoren wesentlich zu mindern oder auszuschalten und somit die Teilentladung konstruktiv auf ein Minimum zu bringen oder total auszuschalten.
3. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender nahe Potentialelektrode mit dem Sender und die Empfänger nahe Potentialelektrode mit dem Empfänger verbunden werden können, um besonders die schädigende Teilentladung an den Grenzschichten, wie Metalleiterband zur Isolation, Metalleiterband zum Halbleiterkristall, Halbleiterkristall zum druck- und kratzerschützenden und passivierenden Isolationsüberzug sowie der anschließende Übergang zur dominierenden Isolation zwischen Sender und Empfänger, zu mindern oder auszuschalten.
4. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß angeordnete Potentialelektroden, besonders im mittleren Bereich des optischen Isolators'an Potentialausgleichsleitungen oder an Erde, Hilfserde, Betriebserde, Fernmeldeerde, Masse oder an Schutzleiter angeschlossen werden können, sodaß schädliche Teilentladungsausbildungen sich nur zu diesen Potentialelektroden, besonders die mit dem Schutzleiter verbunden sind, durchfressen können und Ladungen elektrischer Durchschläge oder elektrischer überschläge sowie Kriechströme, Teilentladungspulsfolgen oder Teilentladungsimpulse über diese Potentialelektroden abgeführt werden. Im Fehlerfall der Isolierung bleibt damit immer ein gesunder Isolationsteil zwischen Sender und Empfänger erhalten, sodaß die Isolierung oder verstärkte Isolierung zwischen Sender und Empfänger nur auf die Stufe einer Basisisolierung oder Betriebsisolierung gemindert wird. Dieser optische Isolator mit Schutzleiteranschluß entspricht exakt der Schutzklasse 1.
5. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine infolge Teilentladung krank gewordene Isolationsstelle durch Kurzschließen der benachbarten Potentialelektroden als Teilentladungsquelle ausgeschaltet wird und damit das weitere Wachsen der Teilentladung ausschließt. Der noch gesunde Isolationsteil bleibt zuverlässig erhalten.
6. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Potentialelektroden die Teilentladung mit bekannten Meßverfahren, z.B. nach IEC 270, im Betriebszustand optischer Isolatoren dauernd gemessen werden kann.
7. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Potentialelektrode die originalen scheinbaren Teilentladungsimpulse über einen Vierpol aber schon ohne Verstärker direkt am Oszillograf gemessen werden können.

Die neue Messung der originalen scheinbaren Teilentladungsimpulse an optischen Isolatoren verbessern wesentlich Isolationsbeurteilungen und Fehleranalysen gegenüber allen anderen bekannten Teilentladungsmeßverfahren.
8. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankopplungsvierpol zur Teilentladungsmessung sehr vereinfacht wird, weil die Potentialelektrode als Ankopplungskapazität schon einen Teil des Ankopplungsvierpoles darstellt, weil die Potentialelektrode nicht galvanisch leitend mit dem Hochspannungspotential verbunden ist, weil aufgrund der geringen Ankopplungskapazität der Potential selekt rode die Ladungsgefährdung im Betriebsfall gering ist und weil. im Fehlerfall eine Hochspannungsabschaltung ausgelöst werden kann.
9. Potentialelektroden nach Anspruch .1 dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialelektrode eine TE-Messung gestattet mit einem bisher nicht gekannten niedrigen Bauelemente-Aufwand sowie mit einer oder mehreren geringen Zusatzschaltungen ohne größeren Platz- und Abschirmaufwand in die Schaltungen der unmittelbaren Umgebung des optischen Isolators sehr ökonomisch integrierbar ist.
10. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialelektrode im Betriebszustand eine dauernde Teilentladungsmessung, dauernde Teilentladungserkennung, dauernde Teilentladungsauswertung, dauernde Teilentladungsüberwachung und dauernde betriebsbereite schnelle Schutzschaltungen ermöglichen, sodaß die Gefährdung durch optische Isolatoren auf nachgeschaltete Schaltungen und Geräte sowie Sachwerte und Personen erheblich gemindert wird.
11. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialelektrode des optischen Isolators schon in seinem Betriebszustand bei Betriebsisolationsspannung eine Isclationsbeurteilung ermbglicht, die etwa gleichwertig denen der bisherigen mit höheren Isolationsprüfspannungen in Typen- und Serienprüfungen durchgeführten Teilentladungsmessungen entsprechen, wenn zusätzliche Teilentladungsvorverstärker mit Verstärkungsfaktoren von 10 bis 1000 Teilentladungsmessungen ab etwa einem Femtocoulomb zulassen.
12. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Potentialelektroden gesteuertes optisches Isolat.ionssystem mit Isolationsformteilen, die die entscheidenden Potentialelektroden durch partielle leitfähige Schichten oder Zonen enthalten, zusammengebaut werden kann.

Solche Isolationsformteile sind Lichtleiter, Lichtwellenleiter, Röhrchen, Rohre, Schläuche, Glasplatten, Glasplättchen und transparente Isolierfolien, Epoxidharzformteile, Silikonformteile, Glasformteile, rauhe oder glasierte oder partiell glasierte Keramik-Formteile, insbesondere weiße Porzellanformteile, Hohlraumausfüllungen mit optisch transparentem Isoliergas, insbesondere SF sechs-Gas, Hohlraumausfüllungen mit optisch transparentem Iso-.

lier-Oel, insbesondere Transformatorenoel; geometrische Körper wie Würfel, Quader, Romben, Kuben, Zylinder, Hohlzylinder, Pyramiden, Kegel, Pyramidenstumpf, Kegelstumpf; und optische Bauteile wie optische Filter, Spiegel, Linsen, oder andere total reflektierende optische Bauteile wie Prismen, Reflektoren; sowie alle aufgeführten Teile ohne Leitfähigkeitszonen, die durch Aufwickeln oder Unwickeln mit leitfähigem Draht oder Folien oder Bänder oder durch Aufbringen von leitfähigen Schellen oder Umhüllungen erst Potentialelektroden erhalten und somit auch als Isolationsformteile gelten; ebenso die Reihenanordnungen von Isolationsformteilen selbst zu größeren oder längeren Isolationsformteilen durch Kleben, Pressen, Schmelzen, Verschmelzen, Löten oder Stecken oder durch Folienverbindungselemente nach den Bildern 14 und 15, die für die verwendete Strahlung eine transparente leitfähige Folie als Potentialelektrode enthalten. Die leitfähige Folie kann auch durchlöchert sein oder sie kann schon während der Formteilherstellung in das Formteil eingebracht werden.

Isolationsformteile können äußere Konfigurationen aufweisen wie gerade, ?oen, gefaltet und gewicklt. Iuoltionsfnrstsile köruten innere ug zinnneR Kernquerschnitte oder Eohlraumtuersehnitte aufweisen, wie kreisförmige, elliptisch,. quadratisch, rechteckig, dreieckig, sechseckig, wobei eine Konfiguration auch in eine andere Ubergehen kann.

Isolatiorisformteile können auch optisch transparente Halbleiterschichtenfolgen oder Konfigurationen sein, indem wie im Bild 41 isolierende Zonen und diffundierte leitfähige Zonen als Potentialelektrode übereinander aufgewachsen sind.

Isolationsformteile konnten wie in den Bildern 42 und 43 auch isolierende Halbleitersubstrate sein, die symmetrische oder unsymmetrische Zonen an gezielten Stellen durch Diffussion. erhalten, wobei diese Stellen und denen DiffWssxonsprofil gemäß der gewünschten PotentiaSteuerung zu dimensionieren ist.

Isolationsformteile haben auch wie im Bild 3 an gezielten Stellen durch Diffussion, Epitaxieverfahren und Metallisationen Potentialelektroden erhalten.

Isolierende Substrate mit leitfähigen Oberflächen erhalten eine Potentiaielektroden-Formgebung durch gezieltes Aba£en der leitfähigen Oberfläche.
13. Potentialelektrode.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Potential elektroden zwei oder mehrere Leiteranschlüsse aus Sicherheitsgründen erhalten, besonders die in den Bildern 33 bis 42 und in den Bildern 45 bis 48 und in Bildern -52 bis 55 dargestellten Konfigurationen.
14. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Potentialelektroden durch spezielle Formgebungen, besonders Konfigurationen der Bilder 45, 46, 47,48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 einschließlich auch doppelter oder mehrfacher Anordnungen von Potentialelektroden, in Leiterband-Konstruktionen oder in Lead-Frame-Konstruktionen oder in hybriden Aufbauten oder in gedruckten Schaltungen oder in Single- oder Dual In line-Konstruktionen in optisch reflektierende oder optisch direkt durchstrahlte oder optisch kombinierte Isolationssysteme angeordnet werden.
15. Potentialelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Halbleitersubstrat potentialgesteuerte, optisch reflektierende.oder optisch durchstrahlte oder kombinierte optische Isolatoren- oder Isolationssysteme einschließlich optischen Sendern und optischen Detektoren durch Epitaxieverfahren, Diffussionsverfahren und Metallisationsverfahren aufbringt, um mit solchen integrierten Optokoppler auf einem Halbleitersubstrat, besonders auf GaAs-Basismit geringen Abmessungen den steigenden Miniaturisierungsforderungen Rechnung zu tragen.
16. Integrierte Optokoppler, dadurch gekennzeichnet, daß integrierte Optokoppler nach Anspruch 15 anstatt potentialgesteuerter optischer Isolatoren auch nichtpotentialgesteuerte optische Isolatoren enthalten können.
17. Hermetisch dichte optische Isolatoren, dadurch gekennzeichnet, daß Formteile, besonders aus Keramik und Glas, mit Hohlräumen nach Anspruch 12 mit optisch transparentem Isoliergas oder mit optisch transparentem Isolieröl aufgefüllt werden und mit Metall, Glas oder Keramikabschlußteilen, die entweder optische Sender oder optische Detektoren enthalten, hermetisch verschlossen werden, um hermetisch dichte Isoliergas-Optokoppler oder Isolieröl-Optokoppler für Hoch- und HiSchstspannungen zu erhalten.