DE3512958A1 - Optoelektronisches koppelelement - Google Patents
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Description
- Optoelektronisches Koppelelement
- Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Koppelelement aus einem lichtaussendenden und einem lichtempfangenden Halbleiterbauelement, bei dem die beiden Bauelemente isoliert voneinander auf einem Trägerkörper befestigt und von einem lichtdurchlässigen Kunststoff umhüllt sind.
- Optoelektronische Koppelelemente werden verwendet, um ein elektrisches Signal über ein Lichtsignal von einer Senderschaltung auf eine Empfängerschaltung, die gegen die Senderschaltung völlig isoliert und damit galvanisch getrennt ist, zu übertragen. Optoelektronische Koppelelemente werden beispielsweise in der Telefonvermittlung bei Nebenstellenanlagen und in der Datenverarbeitung zur Potentialtrennung und Erhöhung der Störsicherheit eingesetzt. Zur Potentialtrennung von Steuer-und Lastkreis in der Leistungselektronik beim Ansteuern von Triacs und Thyristoren werden ebenfalls optoelektronische Koppelelemente verwendet.
- Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Koppelelementes werden Sender- und Empfänger-Halbleiterbauelement in einer Ebene auf in definiertem Abstand benachbarten Teilen eines zusammenhängenden, strukturierten Kontaktierstreifens befestigt.
- Dann wird über die beiden Halbleiterbauelemente ein Kunststoff-Reflektor gestülpt und der Zwischenraum zwischen den Bauelementen und dem Reflektor wird mit einem auch die Kontaktierungszinken umschließenden lichtdurch- lässigen Kunststoff aufgefüllt. Danach wird der Reflektor samt dem lichtdurchlässigen Kunststoff in einen das Außengehäuse bildenden lichtdurchlässigen Kunststoff eingegossen. Anschließend werden die den Kontaktierungsstreifen zusammenhaltenden Stege abgetrennt.
- Die beiden Halbleiterbauelemente bestehen bei einem Koppelelement der genannten Art beispielsweise aus einer lichtemittierenden Diode und einem Fototransistor.
- Anstelle eines Fototransistors kann auch ein Fotofeldeffekttransistor, eine Fotodiode oder ein anderes fotoempfindliches Halbleiterbauelement oder eine lichtempendliche integrierte Schaltung verwendet werden.
- Das bekannte optoelektronische Koppelelement hat zwar eine hohe Isolationsspannung, ist jedoch für die Miniaturisierung und den Einsatz vorzugsweise für Schichtschaltungen in der Hybridtechnik nicht geeignet, da die Gehäuseabmessungen aufgrund des Aufbaus relativ groß sind.
- Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Koppelelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das kleinere Abmessungen aufweist und sich für den Einsatz in Ilybridschaltkreisen eignet.
- Diese Aufgabe wird bei einem optoelektronischen Koppelelement mit einem lichtaussendenden und einem lichtempfangenden Halbleiterbauelement, bei dem die beiden Bauelemente isoliert voneinander auf einem Trägerkörper angeordnet und von einem lichtdurchlässigen Kunststoff umhüllt sind, nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der lichtdurchlässige Kunststoff das Gehäuse des optoelektronischen Koppelelementes bildet und mit einer dünnen Schicht aus lichtundurchlässigen Reflexionsmaterial überzogen ist.
- Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß das Gehäuse praktisch ausschließlich durch den lichtdurchlässigen Kunststoff gebildet wird und durch den Kunststoff die für ein Gehäuse erforderliche mechanische Stabilität erhält, während die Reflexionsschicht möglichst dünn sein soll und praktisch nicht zur mechanischen Stabilität des Gehäuses beiträgt. Die Reflexionsschicht soll möglichst nur so dünn sein, daß ihre Dikke ausreicht, um ihre Reflexionsaufgabe erfüllen zu können.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Erzielung eines hohen Koppelfaktors das miniaturisierte Kunststoffgehäuse durch einen Tauchprozeß mit einer das Licht reflektierenden Kunststoffschicht aus weißem Epoxydharz überzogen wird.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung und ihr Herstellungsverfahren ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Das erfindungsgemäße optoelektronische Koppelelement hat den wesentlichen Vorteil, daß der lichtdurchlässige Kunststoff (zusammen mit dem sehr dünnen reflektierenden Überzug von ca. 0,3 mm) das Gehäuse bildet und somit auf ein gesondertes Außengehäuse aus lichtundurchlässigem Kunststoff verzichetet werden kann. Dadurch lassen sich die Gehäuseabmessungen erheblich reduzieren.
- Ein optoelektronisches Koppelelement gemäß der Erfindung eignet sich für den Masseneinsatz in Hybridschaltkreisen zur Potentialtrennung und zur störsicheren Entkopplung. Wenn die Gehäuseabmessungen so gewählt werden, daß sie denen eines genormten Miniaturgehäuses beispielsweise von der Bauart SOT 143 entsprechen, be- steht der zusätzliche Vorteil, daß diese Bauelemente mit den handelsüblichen Bestückungsautomaten verarbeitet werden können.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
- Es zeigen: Figur 1 einen perspektivischen Ausschnitt aus einem optoelektronischen Koppelelement Figur 2 einen Schnitt durch ein optoelektronisches Koppelelement Figur 3 einen Schnitt durch ein optoelektronisches Koppelelement mit einer Reflexionsschicht Für die Kontaktierung von Sender-Halbleiterbauelement (1) und Empfänger-Halbleiterbauelement (2) wird vorzugsweise ein Kontaktierungsstreifen, der die Form eines fortlaufenden Bandes hat und der bezüglich des Herstellungsverfahrens Querstege, Außenholme und Mittelstege aufweist, nach dem Vergießen von Sender (1) und Empfänger (2) mit einem lichtdurchlässigen Kunststoff (4) durch Schneidewerkzeuge so bearbeitet, daß Querstange, Außenholme und Mittelstege abgetrennt werden.
- Der lichtdurchlässige Kunststoff (4) besteht im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 aus klarem Epoxydharz.
- Der Sender-Halbleiterbauelement (1) und Empfänger-Halbleiterbauelement (2) enthaltende Kunststoff (4) wird durch ein Tauch- oder Moldverfahren mit einer lichtun- durchlässigen Reflexionsschicht (5) überzogen. Das so erzeugte quaderförmige Miniaturgehäuse erhält die Abmessungen der normierten Bauart SOT 143 und damit die Abmessungen Länge x Breite x Höhe von 2,9 x 1,3 x 1 mm.
- Die lichtundurchlässige Reflexionsschicht (5) besteht beispielsweise aus weißem Epoxydharz mit beigemischtem Titanoxid. Ähnliche Reflektoren kann man auch durch Mischung von Magnesiumoxid und anderen transparenten Kunststoffen wie beispielsweise Polycarbonat herstellen.
- Durch ein Biegeverfahren werden gemäß Figur 1 die Anschlußbeine 3a, 3b sowie 6a und 6b hergestellt, die für den elektrischen Anschluß von Sender- (1) und Empfänger-Halbleiterbauelement (2) notwendig sind.
- Die in Figur 2 vorgesehenen Bezugsziffern entsprechen denen in Figur 1. Das vom Sender-Halbleiterbauelement (1) ausgehende Licht (7) verläßt gemäß der Figur 2 allseitig den Kunststoff (4).
- Durch den Tauchprozeß und den Überzug des Kunststoffs (4) mit einer lichtreflektierenden Masse (5) erfolgt im Innern des Kunststoffs (4) Totalreflexion (7), wodurch sich ein Koppelfaktor von typisch 100 % ergibt, wie dies in Figur 3 gezeigt wird. Die Bezugsziffern der Figur 3 entsprechen den Bezugszifferen in den Figuren 1 und 2.
- Die für Potentialtrennung erforderliche Isolationsspannung zwischen Sender (1) und Empfänger-Halbleiterbauelement (2) beträgt mindestens 500 V.
Claims (8)
- Patentansprüche-1) Optoelektronisches Koppelelement mit einem lichtaussendenden und einem lichtempfangenden Halbleiterbauelement, bei dem die beiden Bauelemente isoliert voneinander auf einem Trägerkörper befestigt und von einem lichtdurchlässigen Kunststoff umhüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Kunststoff das Gehäuse des optoelektronischen Koppelements bildet und mit einer dünnen Schicht aus lichtundurchlässigem Reflexionsmaterial überzogen ist.
- 2) Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbleiterbauelemente in einer Ebene liegen.
- 3) Optoelektronisches Koppelelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kunststoffgehäuses allseitig von der Reflexionsschicht überzogen ist.
- 4) Optoelektronisches Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des umhüllenden Kunststoffs einem quaderförmigen genormten Miniaturgehäuse der Bauart SOT 143 bzw. TO 143 bzw. SO 6 entsprechen.
- 5) Optoelektronischcs Koppelelelllellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Kunststoff aus klarem Epoxydharz besteht.
- 6) Optoelektronisches Koppelelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässige dünne Schicht aus hellem, Infrarot reflektierendem Epoxydharz oder Epoxidpreßmasse besteht.
- 7) Optoelektronisches Koppelelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässige dünne Schicht eine Schichtdicke von ca. 0,3 mm hat und Totalreflexion im Innern erzeugt.
- 8) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Koppelelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Kunststoffgehäuse durch einem Tauch- oder Moldprozeß mit einer lichtundurchlässigen Schicht überzogen wird.
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1985
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