DE4133773C2 - Optoelektronische Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Ein­ richtung mit mehreren Paaren jeweils eines lichtemittieren­ den Elements und eines diesem gegenüberstehenden, lichtem­ pfangenden Elements.

Eine optoelektronische Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus Patent Abstracts of Japan, E-281, 30. Nov. 1984, Bd. 8/Nr. 261 zu JP 59-132176 (A) bekannt. Bei dieser Einrichtung sind drei lichtempfangende Elemente auf einem gemeinsamen Leiter angeordnet, der über einen einzigen Anschlußleiter kontaktierbar ist.

Der eben genannte Aufbau ist zur Miniaturisierung besser ge­ eignet als Aufbauten, wie sie aus DE 21 18 391 B2 und DE 23 04 148 A1 bekannt sind. Bei den dort beschriebenen op­ toelektronischen Einrichtungen ist nämlich jedes lichtem­ pfindliche Element auf einem eigenen Leiter mit zugehörigem Anschlußleiter aufgebracht. Dadurch müssen beispielsweise für drei licht­ empfindliche Elemente für den entsprechenden jeweiligen Kon­ takt drei Anschlüsse vorgenommen werden statt nur eines ein­ zigen im Fall der zunächst beschriebenen Einrichtung.

Beim Herstellen einer optoelektronischen Einrichtung der eingangs genannten Art muß eine gestanzte Leiteranordnung mit den lichtemittierenden Elementen gegenüber einer ge­ stanzten Leiteranordnung mit den lichtempfindlichen Elemen­ ten ausgerichtet werden, woraufhin ein Vergießen erfolgt. Das Vergießen wird vorzugsweise einerseits mit einem licht­ durchlässigen Harz im Lichtpfadbereich zwischen den Elemen­ ten eines jeweiligen Paars und andererseits mit einem licht­ undurchlässigen Harz vorgenommen, um die lichtdurchlässigen Bereiche voneinander zu trennen, um ein Übersprechen zwi­ schen benachbarten Paaren zu vermeiden. Diese Maßnahme ist ebenfalls im eingangs genannten Dokument beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektro­ nische Einrichtung anzugeben, bei der der vorstehend ge­ nannte Ausrichtvorgang möglichst unproblematisch vorgenommen werden kann.

Die erfindungsgemäße optoelektronische Einrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs gegeben. Sie zeichnet sich da­ durch aus, daß vom gemeinsamen Leiter mindestens zwei in Längsrichtung des gemeinsamen Leiters voneinander beabstan­ dete Anschlußleiter aus dem Gehäuse wegführen.

Derartige Anschlußleiter sind bekanntlich bei der gestanzten Leiteranordnung noch mit einem Stanzrahmen verbunden, der erst abgetrennt wird, wenn der Verguß des Gehäuses erfolgt ist. Dadurch, daß der die mehreren lichtempfindli­ chen Elemente tragende gemeinsame Leiter nicht mehr nur mit einem einzigen Anschlußleiter versehen ist, sondern mit mindestens zweien, hält er sehr stabil am Stanzrahmen fest. Demgegen­ über ist der gemeinsame Leiter bei der Einrichtung gemäß dem eingangs genannten Dokument in allen Richtungen äußerst la­ bil, da er nur an einem Ende über einen Anschlußleiter am Stanzrahmen hängt.

Da der gemeinsame Leiter während des Herstellvorgangs der erfindungsgemäßen optoelektronischen Einrichtung über mindestens zwei Anschlußleiter am Stanzrahmen hängt, kann er sehr zuverläs­ sig, und mit ihm die auf ihm befestigten lichtempfindlichen Elemente, justiert werden. Dadurch ist gewährleistet, daß er parallel, mit dauernd gleichem Abstand, zur Richtung läuft, in der die den lichtempfindlichen Elementen gegenüberste­ henden lichtemittierenden Elemente ausgerichtet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Leitungsrahmen für die optoelektronische Einrichtung;

Fig. 2 ist ein Schaltbild der optoelektronischen Einrichtung;

Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch die optoelektroni­ sche Einrichtung;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Me­ tallform und eines inneren, gegossenen Gehäuses;

Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch mehrere innere, ge­ gossene Gehäuse, die mit Hilfe der ersten Metallform gebil­ det wurden;

Fig. 6 und 7 zeigen eine Frontansicht bzw. eine Draufsicht auf die erste Metallform; und

Fig. 8 und 9 zeigen jeweils einen Vertikalschnitt entlang der Linie X-X bzw. der Linie Y-Y in Fig. 7.

Wie anhand der Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, enthält eine optoelektronische Einrichtung vier Photokoppler innerhalb ei­ nes Gehäuses 23, das aus einem Harz besteht, welches lichtunterbrechende Ei­ genschaften aufweist. Jeder Photokoppler weist ein lichtemittierendes Element 21 und ein lichtempfangendes Element 22 auf, die sich einander gegenüberlie­ gen und in einem inneren Gehäuse 24 angeordnet sind, das aus einem durch­ scheinenden bzw. transparenten Harz besteht. Unter Gehäuse ist jeweils ein Block des jeweiligen Harzes zu verstehen, in welchem die Elemente eingegossen sind. Die Elemente 21 und 22 sind im Harz bzw. Gehäuse 24 eingegossen, wäh­ rend die Gehäuse 24 im Gehäuse 23 eingegossen sind. Jeder Photokoppler wird separat vom Gehäuse 23 umschlossen, um auf diese Weise ein Übersprechen zwischen benachbarten Photokopplern zu verhindern.

Erdanschlüsse 25a und 25b sind gemeinsam für die vier lichtempfangenden Elemente 22 vorgesehen, während auch Spannungsversorgungsanschlüsse 30a und 30b gemeinsam für die vier lichtempfangenden Elemente 22 vorhan­ den sind. Jedes der vier lichtempfangenden Elemente 22 ist andererseits jedoch mit jeweils einem eigenen Ausgangsanschluß 26a, 27a, 28a und 29a verbun­ den. Jedes der vier lichtemittierenden Elemente 21 besitzt einen positiven An­ schluß 21a und einen negativen Anschluß 21b.

Zur Herstellung der optoelektronischen Einrichtung wird ein Leitungsrahmen aus einer dünnen Metallplatte verwendet.

Entsprechend der Fig. 1 enthält der Leitungsrahmen für die vier lichtempfan­ genden Elemente 22 einen Quersteg 33 sowie sechs Leitungen 25, 26, 27, 28, 29 und 30, die vom Quersteg 33 ausgehen. Die Leitung 25 geht vom Quersteg 33 von zwei verschiedenen Stellen ab. Auch die Leitung 30, die um die Leitung 25 herumgeht, ist mit zwei verschiedenen Stellen des Querstegs 33 verbunden. Je­ de der Leitungen 26, 27, 28 und 29 geht nur von einer Stelle des Querstegs 33 aus.

Die lichtempfangenden Elemente 22 sind mit der Leitung 25 durch Druckbon­ den fest verbunden. Die Verdrahtung erfolgt mit Hilfe der Draht- Bond-Technik. Im einzelnen ist die Erdelektrode eines jeden lichtempfangen­ den Elements 22 mit der Leitung 25 über einen Draht 32a verbunden. Eine Spannungsversorgungselektrode eines jeden lichtempfangenden Elements 22 ist mit der Leitung 30 über einen Draht 32b verbunden. Ausgangselektroden der lichtempfangenden Elemente 22 sind jeweils mit den Leitungen 26, 27. 28 und 29 über Drähte 32c verbunden. Wird der Quersteg 33 vom Leitungsrahmen weggeschnitten, so werden Erdanschlüsse 25a und 25b. Ausgangsanschlüsse 26a, 27a, 28a und 29a sowie Spannungsversorgungsanschlüsse 30a und 30b erhalten.

Um einen Raum (siehe Fig. 3) zwischen jedem Paar von lichtemittierendem Ele­ ment 21 und lichtempfangendem Element 22 bilden zu können, ist ein abgebo­ gener Abschnitt 31 in jeder der Leitungen 25, 26, 27, 28, 29 und 30 vorhanden. Darüber hinaus weist die Leitung 25, die die lichtempfangenden Elemente 22 trägt, kreisförmige Löcher 34a und rechteckförmige Löcher 34b auf, um eine Leitungsverdrehung zu verhindern, wenn dieser Wär­ me zugeführt wird. Der Leitungsrahmen kann mit Hilfe einer Stanzmaschine aus einer dünnen Metallplatte herausgestanzt werden.

Ein Leitungsrahmen (nicht dargestellt) für die lichtemittierenden Elemente 21 enthält acht Leitungen, die von einem Quersteg abgehen. Die lichtemittieren­ den Elemente 21 sind auf vier dieser Leitungen befestigt. Die verbleibenden vier Leitungen liegen zwischen diesen Leitungen, so daß sich freie Leitungen und mit lichtemittierenden Elementen belegte Leitungen abwechseln. Eine Anode und eine Kathode eines jeden lichtemittierenden Elements 21 sind mit zwei ver­ schiedenen Leitungen verbunden, wobei eine dieser beiden Leitungen das lich­ temittierende Element 21 trägt. Wird der Quersteg vom Leitungsrahmen wegge­ schnitten, so werden vier positive Anschlüsse 21a (siehe Fig. 2) und vier negati­ ve Anschlüsse 21b erhalten.

Beispielsweise kann eine lichtemittierende Diode als lichtemittierendes Ele­ ment 21 verwendet werden. Ein Phototransistor kann als lichtempfangendes Element 22 zum Einsatz kommen.

Empfangen bei der obigen Anordnung die lichtemittierenden Elemente 21 der optoelektronischen Einrichtung jeweils elektrische Signale, so werden diese elektrischen Signale in optische Signale umgewandelt, und zwar mit Hilfe der lichtemittierenden Elemente 21. Diese optischen Signale werden in elektrische Signale rückverwandelt, und zwar mit Hilfe der lichtempfangenden Elemente 22. Die rückverwandelten elektrischen Signale werden dann von der optoelek­ tronischen Einrichtung ausgegeben.

Bei der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung sind die Erdan­ schlüsse 25a und 25b sowie die Spannungsversorgungsanschlüsse 30a und 30b für alle lichtempfangenden Elemente 22 gemeinsam vorgesehen, wodurch sich die Gesamtzahl der Anschlüsse der optoelektronischen Einrichtung ver­ ringert. Hierdurch läßt sich das Gehäuse 23 miniaturisieren. Da ferner die Lei­ tung 25 von zwei verschiedenen Stellen des Querstegs 33 abgeht, treten bei ei­ nem Fehler hinsichtlich des Biegewinkels des abgebogenen Abschnitts 10 nicht so große Schwankungen hinsichtlich des Raumes zwischen dem lichtemittie­ renden Element 21 und dem lichtempfangenden Element 22 eines Photokop­ plers auf, wie dies der Fall wäre, wenn die Leitung 25 nur von einer Stelle des Querstegs 33 abgehen würde. Das bedeutet, daß eine Verringerung des Aus­ gangs des lichtempfangenden Elements 22 oder der Spannungsfestigkeit der optoelektronischen Einrichtung nicht so schnell zu erwarten ist. Die optoelek­ tronische Einrichtung kann daher so hergestellt werden, daß sie ein stabiles Betriebsverhalten aufweist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel geht der Leitungsrahmen, auf dem die lichtempfangenden Elemente 22 befestigt sind, nur von zwei Stellen am Quer­ steg 33 aus. Es ist aber auch möglich, diesen Leitungsrahmen 25 von mehr als zwei Stellen des Querstegs 33 abgehen zu lassen. Hierdurch wird es möglich, die Schwankungen hinsichtlich des Raumes zwischen einem lichtemittieren­ den Element 21 und dem zugehörigen lichtempfangenden Element 22 noch wei­ ter zu verringern. Allerdings würde sich dabei dann auch die Anzahl der An­ schlüsse wieder erhöhen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 ein Verfahren zur Her­ stellung der optoelektronischen Einrichtung näher be­ schrieben.

Nachdem die lichtempfangenden Elemente 22 auf der Leitung 25 des Leitungs­ rahmens durch Plättchenbonden befestigt worden sind, werden die Erdelektroden, die Spannungsversorgungselektroden und die Ausgangs­ elektroden der lichtempfangenden Elemente 22 mit den entsprechenden Lei­ tungen 25, 26, 27, 28, 29 und 30 durch Drahtbonden (siehe Fig. 1) verbunden.

In ähnlicher Weise werden die lichtemittierenden Elemente 21 auf dem nicht dargestellten Leitungsrahmen durch Plättchenbonden befestigt, so daß anschließend die Anoden und Kathoden der lichtemittierenden Elemen­ te 21 mit den entsprechenden Leitungen durch Drahtbonden verschaltet wer­ den können. Nach Beendigung des Drahtbondens werden die lichtemittieren­ den Elemente 21 mit einer Verbindungsharzschicht be­ deckt, um Spannungen zu vermindern.

Die beiden Leitungsrahmen werden dann entweder miteinander punktver­ schweißt oder auf einem Grundrahmen fixiert, und zwar so daß das lichtemit­ tierende Element 21 und das lichtempfangende Element 22 jeweils eines Paares bzw. Photokopplers fest einander gegenüberliegend angeordnet sind.

Um das innere Gehäuse 24 zu bilden, wird ein Paar von Leitungsrahmen in eine erste Metallform eingesetzt. Transparentes bzw. durchscheinendes Harz wird dann in die Metallform hineingeführt, wobei vier innere Gehäuse 24 gleichzeitig und durch Erhitzen geformt werden, wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen. Auch ein halbtransparentes Epoxyharz kann als Material für die inneren Gehäuse 24 zum Einsatz kommen.

Nachdem ein möglicherweise vorhandener Grat zwischen benachbarten inne­ ren Gehäusen 24 entfernt worden ist, der durch das Harz 35 gebildet worden ist, wird das Formteil in eine zweite Metallform eingesetzt um das Gehäuse 23 zu bilden bzw. zu gießen. Harz mit lichtunterbrechender Eigenschaft wird so­ dann in die zweite Metallform hineingegossen, wobei das Gehäuse 23 zur Verfe­ stigung erhitzt wird. Im Ergebnis wird die Struktur nach Fig. 3 erhalten. Als Material für das Gehäuse 23 kann auch ein lichtundurchlässiges Epoxyharz verwendet werden.

Der Aufbau der ersten Metallform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 näher beschrieben.

Gemäß Fig. 6 enthält die erste Metallform eine obere Form 41 und eine untere Form 42.

Die obere Form 41 enthält gemäß Fig. 7 vier Hohlraumabschnitte 43, erhöhte bzw. vorspringende Abschnitte 47, die nach unten weisen und die zwischen den Hohlraumabschnitten 43 vorhanden sind, sowie eine obere Platte 51, die inte­ gral die Hohlraumabschnitte 43 und die erhöhten bzw. vorspringenden Ab­ schnitte 47 aufweist.

Ferner enthält die untere Form 42 vier Hohlraumabschnitte 45, abgesenkte Ab­ schnitte 48, in die die erhöhten bzw. vorspringenden Abschnitte 47 passend eingreifen und die zwischen den Hohlraumabschnitten 45 vorhanden sind, so­ wie eine untere Platte 52, die integral die Hohlraumabschnitte 45 und die abge­ senkten Abschnitte 48 aufweist.

Liegen entsprechend der Fig. 8 die obere Form 41 und die untere Form 42 auf­ einander, so werden durch sie vier Hohlräume 44 gebildet, von denen jeweils ei­ ner die Form eines inneren Gehäuses 24 hat. Ferner sind gemäß Fig. 9 die Höhe eines jeden erhöhten bzw. vorspringenden Abschnitts 47 und die Tiefe eines je­ den abgesenkten Abschnitts 48 so zueinander eingestellt, daß zwischen der oberen Platte 51 und der unteren Platte 52 ein Spalt 49 erhalten wird, dessen Spaltbreite im wesentlichen mit der Dicke der Leitungsrahmen übereinstimmt.

Wird ein Paar von Leitungsrahmen im Bereich zwischen oberer Form 41 und un­ terer Form 42 angeordnet, so liegt in jedem der vier Hohlräume 44 ein Paar aus einem lichtemittierenden Element 21 und einem lichtempfangenden Element 22. Die Leitungen 25 und 30 des Leitungsrahmens befinden sich zwischen dem erhöhten bzw. vorspringenden Abschnitt 47 und dem abgesenkten Abschnitt 48. Die Erdanschlüsse 25a und 25b, die Spannungsversorgungsanschlüsse 30a und 30b sowie die Ausgangsanschlüsse 26a, 27a, 28a und 29a der licht­ empfangenden Elemente 22 liegen zwischen der oberen Platte 51 und der unte­ ren Platte 52 (siehe Fig. 4). In ähnlicher Weise befinden sich der positive An­ schluß 21a und der negative Anschluß 21b der lichtemittierenden Elemente 21 ebenfalls zwischen der oberen Platte 51 und der unteren Platte 52. Die vier in­ neren Gehäuse 24 bzw. Vergußkörper werden dann gleichzeitig geformt, und zwar durch Einfüllen von transparentem bzw. durchscheinendem Harz in die Hohlräume 44.

Nach alledem kann eine optoelektronische Einrichtung geschaffen werden, in der Übersprecherscheinungen zwischen Photokopplern nicht mehr auftreten, und zwar dadurch, daß bei der Herstellung der optoelektronischen Einrichtung die oben beschriebene erste Metallform zum Einsatz kommt.

Ferner wurden beim Ausführungsbeispiel die erste und die zweite Metallform zur Herstellung der optoelektronischen Einrichtung verwendet. Möglich ist es aber auch, nur die zweite Metallform zur Herstellung der optoelektronischen Einrichtung zu benutzen. In diesem Fall wird das Paar von Leitungsrahmen in die zweite Metallform eingesetzt. Ein Lichtweg zwischen einem lichtemittieren­ den Element 21 und einem gegenüberliegenden lichtempfangenden Element 22 wird dann dadurch erhalten, daß zwischen beiden ein durchscheinendes Harz angeordnet wird. Anschließend wird Harz mit lichtunterbrechender Eigen­ schaft (opakes Harz) in die Metallform gegossen, um das Gehäuse 23 zu erhal­ ten. Auch opakes Silikonharz kann als Material für das Gehäuse 23 verwendet werden.

Claims (1)

1. Optoelektronische Einrichtung mit mehreren Paaren je­ weils eines lichtemittierenden Elements und eines diesem ge­ genüberstehenden, lichtempfangenden Elements, die gemeinsam in einem Gehäuse vergossen sind, wobei alle lichtempfangenden Elemente (22) auf einem gemeinsamen Leiter innerhalb des Gehäuses (25) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß von diesem gemeinsamen Leiter mindestens zwei in Längsrichtung des ge­ meinsamen Leiters voneinander beabstandete Anschlußleiter (25a, 25b) aus dem Gehäuse wegführen.