PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006012780B3 06.06.2007
Titel Optokoppler zur Übertragung von optischen in elektrische Signale und umgekehrt
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Wietschorke, Helmut, Dipl.-Ing., 93049 Regensburg, DE;
Paulus, Stefan, Dipl.-Ing., 93197 Zeitlarn, DE;
Theuss, Horst, Dr., 93173 Wenzenbach, DE;
Auburger, Albert, Dipl.-Ing., 93128 Regenstauf, DE;
Ghahremani, Cyrus, Dipl.-Ing., 93049 Regensburg, DE;
Schmitt, Jean, Dipl.-Ing. (FH), 93197 Zeitlarn, DE;
Dangelmaier, Jochen, Dipl.-Ing. (FH), 93176 Beratzhausen, DE;
Lichtenegger, Thomas, Dipl.-Ing., 93087 Alteglofsheim, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 17.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006012780
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse H01L 31/12(2006.01)A, F, I, 20070123, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 31/0232(2006.01)A, L, I, 20070123, B, H, DE   G02B 6/42(2006.01)A, L, I, 20070123, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Optokoppler (1) zur Übertragung von optischen in elektrische Signale und umgekehrt. Dazu weist der Optokoppler (1) ein Gehäuse (4) mit Steckanschluss (5) für eine Lichtwellenleitung (6) auf. Auf der Unterseite (25) des Gehäuses (4) sind oberflächenmontierbare Außenkontakte (8) auf einer Leiterbahnfolie (9) angebracht. In dem Gehäuse (4) ist eine Montageposition auf der optischen Achse der Lichtwellenleitung (6) für zwei Halbleiterchips mit einem optischen Halbleiterchip (12) und einem anwendungsspezifischen Halbleiterchip (13) vorgesehen. Der optische Halbleiterchip (12) ist innerhalb des Gehäuses (4) auf die optische Achse (10) ausgerichtet. Die Außenkontakte (8) sind außerhalb des Gehäuses (4) auf der flexiblen Leiterbahnfolie (9) angeordnet. Die Leiterbahnfolie (9) weist zwischen der Montageposition (11) und den Außenkontakten (8) einen gekrümmten Bereich (14) auf, der in das Gehäusematerial derart eingebettet ist, dass nur die oberflächenmontierbaren Außenkontakte (8) auf einer Unterseite (25) des Gehäuses (4) frei zugänglich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Optokoppler zur Übertragung von optischen Signalen in elektrische Signale und umgekehrt, wobei der Optokoppler ein Gehäuse mit Steckanschluss für eine Lichtwellenleitung aufweist. Auf einer Außenseite des Gehäuses weist der Optokoppler oberflächenmontierbare Außenkontakte auf einer Leiterbahnfolie auf. In dem Gehäuse ist auf der optischen Achse der Wellenleitung eine Montageposition für zwei Halbleiterchips mit einem optischen Halbleiterchip und einem anwendungsspezifischen Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung aufweist, angeordnet. Dazu ist der optische Halbleiterchip auf die optische Achse ausgerichtet.

Ein derartiger Optokoppler ist aus der Druckschrift DE 103 32 015 A1 bekannt, wobei der Optokoppler zu einem optoelektronischen Modul gehört, das einen Schaltungsträger aufweist, der in einen ersten und einen zweiten Bereich teilbar ist, wobei der erste und der zweite Bereich über eine biegsame Leiterbahnfolie miteinander verbunden sind. Ein derartiger Optokoppler hat den Nachteil, dass die beiden Bereiche des Schaltungsträgers über die biegsame Leiterbahnfolie zueinander abgewinkelt gebogen werden müssen und in diesem abgewinkelten Zustand zueinander auszurichten und zu fixieren sind, was durch die biegsame ungeschützte Leiterbahnfolie ein Problem darstellt, zumal der abgebogene bzw. abgewinkelte Bereich frei zugänglich ist, und demzufolge einer erhöhten Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt ist.

Aus der Druckschrift DE 100 32 796 A1 ist ein Optomodul bekannt, das ein Trägersubstrat, Verdrahtungsmittel, Kontaktmittel, sowie einen Optohalbleiter zum Senden und/oder zum Empfangen von Licht aufweist. Dazu weist das Optomodul einen Leiterplattenabschnitt auf, der den Optohalbleiter trägt und über einen Flexleiterabschnitt mit einer Modulleiterplatte verbunden ist, wobei auf der Modulleiterplatte mehrere externe Bauelemente montiert sind. Auch dieser Aufbau eines Optokopplers bzw. Optomoduls hat den Nachteil, dass der flexible Leiterplattenabschnitt, welcher die Leiterplatte mit dem Optohalbleiter und die Modulleiterplatte mit mehreren externen Bauelementen verbindet, praktisch ungeschützt Beschädigungsgefahren ausgesetzt ist. Ferner haben die bekannten optoelektronischen Module den Nachteil, dass sie nicht beliebig minimiert werden können, so dass eine weitere Miniaturisierung für derartige Optokoppler nicht vorgesehen ist. Ein ähnlicher Optokoppler ist auch aus der US 6,517,258 B1 bekannt.

Die JP 2006-054 259 A offenbart einen Optokoppler mit einer Oberflächenmetallisierung an der Stirnseite und an der Unterseite eines Steckanschlusses.

Die Datenübertragung auf optischer Basis erfolgt somit gemäß dem Stand der Technik zwar auf kurzen Übertragungsstrecken, entweder mittels POF (plastic optical fiber) für kleinere Datenraten und über parallele Übertragung für hohe Datenraten von Leiterplatte zu Leiterplatte. Die verwendeten Bauformen sind dabei zum Einsatz in räumlich begrenzten Anwendungen, wie beispielsweise in Handys oder Digitalkameras aufgrund ihrer Größe ungeeignet. Somit existieren bisher keine optischen Lösungen zur Datenübertragung für Produkte mit sehr platzkritischem Design. Vorhandene optische Lösungen weisen häufig eine teure und komplizierte Freistrahloptik auf, beispielsweise mit Umlenkprismen und anderen optischen Komponenten, die einen hohen Raumbedarf beanspruchen. Derartige Freistrahloptiken sind nicht in kostengünstige Anwendungen in Produkten mit räumlicher Einbaubegrenzung, wie in Handys oder Digitalkameras, einsetzbar.

Vielfach werden noch heute Mikrokoaxialleitungen eingesetzt um eine Verbindung zwischen zwei Leiterplatten herzustellen, wobei häufig elektrische Stecker zum Einsatz kommen. Dabei sind koaxiale Einzelleitungen oft manuell zu montieren, was kostenintensiv und aufwendig ist. Ein gemeinsamer Stecker mit parallelen Leitungen kann aufgrund der Größe dieser einzelnen Koaxialleitungen erst nach Durchführung der Koaxialleitung durch eine scharnierartige Umleitung zwischen den Leiterplatten montiert werden. Da jedoch der zur Verfügung stehende Platz für eine derartige Montage bei raumkritischen Anwendungen äußerst gering ist, ist die Anzahl der Verbindungen begrenzt und auch die Datenrate, bei der Übertragung über Koaxialkabel äußerst gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Optokoppler zur Übertragung von optischen in elektrische Signale und umgekehrt zu schaffen, der derart kompakt und sicher ist, dass er auf kleinstem Raum das Auskoppeln von optischen Signalen aus einem Lichtwellenleiter und das Einkoppeln von optischen Signalen in einen Lichtwellenleiter ermöglicht und gleichzeitig derartige optische Signale in elektrische Signale wandelt und über entsprechende Außenkontakte des Optokopplers an eine übergeordnete Schaltungsplatine weitergeben oder von der Schaltungsplatine aufnehmen kann.

Diese Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Optokoppler zur Übertragung von optischen in elektrische Signale und umgekehrt geschaffen, wobei der Optokoppler ein Gehäuse mit Steckanschluss für eine Lichtwellenleitung aufweist. In dem Gehäuse ist eine Montageposition für zwei Halbleiterchips mit einem optischen Halbleiterchip und einem anwendungsspezifischen Halbleiterchip, der eine integrierten Schaltung aufweist, angeordnet. Der optische Halbleiterchip ist auf die optische Achse ausgerichtet. Die Halbleiterchips sind dabei innerhalb des Gehäuses und die Außenkontakte sind außerhalb des Gehäuses auf einer flexiblen Leiterbahnfolie angeordnet. Die Leiterbahnfolie weist zwischen der Montageposition und den Außenkontakten einen gekrümmten Bereich auf, der in das Gehäusematerial vollständig eingebettet ist, wobei nur die oberflächenmontierbaren Außenkontakte auf einer Unterseite des Gehäuses frei zugänglich sind.

Ein derartiger Optokoppler hat den Vorteil, dass er über den Steckanschluss für die Lichtwellenleitung eine Vielzahl von Pulscode modulierten Signalen übertragen, senden und/oder empfangen, sowie auswerten kann und mit Hilfe der oberflächenmontierbaren Kontakte auf eine übergeordnete Schaltungsplatine übertagen kann. Ferner hat der Optokoppler den Vorteil, dass er ein kompaktes Gehäuse aufweist, welches darüberhinaus beliebig miniaturisiert werden kann, da lediglich die Größe des optoelektronischen Halbleiterchips und des Durchmessers der Lichtwellenleitung die weitere Miniaturisierung begrenzen. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Optokoppler eine hohe Packungsdichte erreicht, und eine optische Verbindung auf kleinster Fläche ermöglicht.

Da die flexible Folie ein "interface" sowohl zum optischen als auch zum elektrischen Anschluss darstellt, entfällt eine komplizierte und sensible Umlenkoptik, die häufig bei Optokopplern im Stand der Technik eingesetzt wird. Außerdem bieten die oberflächenmontierbaren Außenkontakte die Möglichkeit, mittels eines Lötverfahrens, den erfindungsgemäßen Optokoppler auf entsprechenden übergeordneten Leitungsplatinen platzsparend zu montieren, wobei auf vormontierte Stecker, die ein entsprechendes Volumen in Anspruch nehmen würden, verzichtet werden kann. Der Montageaufwand für den erfindungsgemäßen Optokoppler wird somit auf ein Minimum reduziert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der optischen Achse auf einer Oberseite der flexiblen Leiterbahnfolie in der Montageposition innerhalb des Gehäuses der optische Halbleiterchip in Richtung auf die Lichtwellenleitung montiert und auf einer gegenüberliegenden Unterseite der flexiblen Leiterbahnfolie der Halbleiterchip mit integrierter Schaltung montiert. Diese Anordnung der Halbleiterchips in Form eines Stapels mit dazwischen angeordneter Leiterbahnfolie liefert einen kompakten optoelektronischen Aufbau innerhalb des Gehäuses und hat den Vorteil, dass der Platzbedarf für diesen Stapel äußerst gering ist, so dass das umgebende Gehäuse minimiert werden kann. Vorzugsweise werden beide Halbleiterchips über Bonddrähte mit der Leiterbahnfolie elektrisch in Verbindung gebracht.

Andererseits ist es auch möglich, dass mindestens ein Halbleiterchip Flipchipkontakte aufweist, über die der Halbleiterchip mit der Leiterbahnfolie elektrisch in Verbindung steht. Schließlich weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Leiterbahnfolie im Bereich der optischen Achse des Gehäuses eine Durchgangsöffnung auf, hinter welcher ein Halbleiterchipstapel aus den beiden Halbleiterchips montiert ist, wobei der optische Halbleiterchip unmittelbar hinter der Öffnung angeordnet ist und im optischen Strahlengang nachfolgend der anwendungsspezifische Halbleiterchip mit seiner Auswerteschaltung angeordnet ist.

Ein derartiger Halbleiterchipstapel kann Flipchipkontakte aufweisen, mit denen er auf der Leiterbahnfolie im Randbereich der Durchgangsöffnung fixiert ist. Mit dieser Anordnung wird folglich im Strahlengang innerhalb des Gehäuses dafür gesorgt, dass die Halbleiterchips raumsparend und hintereinander im optischen Strahlengang angeordnet bleiben. Andererseits ist das zentrierte Ankoppeln der Lichtwellenleitung durch einen Steckanschluss gewährleistet, wobei eine konische Hülsenaufnahme im Gehäuse vorgesehen ist, die für die Aufnahme einer das Ende der Wellenleitung umgebenden Anschlusshülse passgenau angepasst ist.

Die Anschlusshülse kann auf die Lichtwellenleitung aufgeschrumpft werden, wobei ein konisches Ende der Anschlusshülse mit der konischen Hülsenaufnahme zusammenwirkt. Darüber hinaus weist vorzugsweise das Gehäuse Rasthaken auf, die mit der Anschlusshülse in Eingriff bringbar sind, so dass automatisch nach Einstecken der Anschlusshülse in die konische Hülsenaufnahme diese Rasthaken einrasten und die Lichtwellenleitung in dem Steckanschluss fixieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse eine Kunststoffgehäusemasse auf, in welche die flexible Leiterbahnfolie und der Steckanschluss eingegossen sind, wobei lediglich die Außenkontakte auf der Unterseite der Folie, die gleichzeitig die Unterseite des Gehäuses darstellen, frei zugänglich bleiben.

Vorzugsweise weisen Handys, Digitalkameras oder Camcorder einen derartigen erfindungsgemäßen und kompakten Optokoppler auf, wodurch gewährleistet wird, dass die Signal- und Bildverarbeitung innerhalb eines Handys weiter beschleunigt werden kann. Bei der Herstellung eines aus Kunststoff gespritzten Gehäuses kann einerseits die flexible Leiterbahnfolie in dem Gehäuse integriert werden, und auch der optische Steckanschluss mit Rasthaken auf einer Seite und eine offene Kavität auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet werden, so dass diese offene Kavität dazu dienen kann, einen Zugriff auf die Montageposition der flexiblen Folie zu haben, so dass dort in die offene Kavität der optische Halbleiterchip mit Hilfe einer Flipchipmethode und der anwendungsspezifische Halbleiterchip über ein konventionelles Einkleben und ein Verdrahten dieser Leiterbahnfolie kontaktiert bzw. auf der Leiterbahnfolie montiert wird.

Dazu wird der optische Chip durch eine Öffnung in der Leiterbahnfolie zur optischen Achse in Richtung auf den Steckanschluss justiert. Die flexible Leiterbahnfolie kann beim Austreten aus dem Gehäuse um 90 Grad gebogen werden und auf diese Weise kann die Verdrahtung das Herausführen der Anschlüsse auf einer Leiterplattenebene realisiert werden. Die offene Kavität über die die Halbleiterchips auf der Leiterbahnfolie in der Montageposition montiert werden, kann mit einem sogenannten "glob top material" gefüllt werden und die Halbleiterchips können somit vor Einflüssen der Umwelt geschützt werden. Aufgrund der konischen Ausbildung des Steckanschlusses im Gehäuse kann das Ende der Lichtwellenleitung mit einer entsprechend angepassten Anschlusshülse formschlüssig in den konischen Steckanschluss eingepasst und selbstjustierend zum optischen Chip auf die flexible Leiterbahnfolie in der optischen Achse zentriert werden. Gleichzeitig sorgen die Rasthaken des Steckanschlusses dafür, dass sich der Lichtwellenleiter nicht lösen kann und sich immer in der zentrierten Position befindet.

In einer weiteren Ausführungsvariante des Gehäuses ist dieses mit einer Spritzgussmasse versehen, die leitfähige Partikel, wie beispielsweise Graphit, enthält. Damit kann das Gehäuse zusammen mit der Leiterbahnfolie eine elektromagnetische Abschirmung ermöglichen, wozu die Leiterbahnfolie bzw. ausgesuchte Leiterbahnen der Folie auf Massepotential gelegt wird, um dadurch das Gehäuse und die gesamte äußere Geometrie zu erden. In besonders vorteilhafter Weise können auch die Leiterbahnen innerhalb der flexiblen Leiterbahnfolie angeordnet sein, und die Leiterbahnfolie außen mit der geerdeten Metallschicht beschichtet sein. Eine derartige Gehäusevariante bildet somit ein Faraday'schen Käfig, der Emissionen und Immissionen von elektromagnetischen Wellen abschirmt. Bei EMV-empfindlichen Produkten kann auf diese Weise auf eine externe Abschirmung vollständig verzichtet werden.

Die größten Vorteile bietet die Flipchipmontage des optischen Chips auf dessen Rückseite der anwendungsspezifische, integrierte Schaltkreis geklebt wird, zusammen mit der geschirmten Gehäusevariante. Auf diese Weise ist eine kleinste Bauform realisierbar, da für den optischen Chip kein Drahtkontaktierprozess verwendet wird und somit der Platz für die Drahtführung und die dafür erforderlichen Kontaktflächen auf der Leiterbahnfolie eingespart werden. Ferner ist es von Vorteil, dass bei dieser Variante die Chips von einer Seite montierbar sind, und ein zusätzlicher Abdeckprozess für den optischen Chip damit entfällt. Insbesondere bei hohen Datenraten ist die abgeschirmte Variante des Kunststoffgehäuses mit eingelagerten elektrisch leitenden Partikeln von Vorteil, da eine Abschirmung auf Kundenseite eingespart werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 bis 3 zeigen schematische Ansichten eines Optokopplers, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

1 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler der ersten Ausführungsform der Erfindung;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer horizontalen Schnittebene durch einen Optokoppler gemäß 1;

3 zeigt eine schematische Untersicht auf den Optokoppler gemäß 1;

4 bis 6 zeigen schematische Querschnitte entlang einer vertikalen Schnittebene durch einn Gehäuse beim Zusammenbau eines Optokopplers einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Gehäuse für einen Optokoppler der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Gehäuse gemäß 4 nach Einbau eines Halbleiterchipstapels;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Gehäuse gemäß 5 nach Abdecken des Halbleiterchipstapels mit einer Abdeckmasse;

7 bis 9 zeigen Variationen der Montageanordnung von Halbleiterchips in einer Montageposition der flexiblen Leiterbahnfolie innerhalb des Gehäuses;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erste Montageanordnung des Halbleiterchips in der Montageposition;

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Montageanordnung der Halbleiterchips in der Montageposition;

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Montageanordnung der Halbleiterchips in der Montageposition;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler, einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

11 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist der Optokoppler 1 ein Kunststoffgehäuse 4 auf, das für eine Lichtwellenleitung 6 einen Steckanschluss 5 besitzt. Dieser Steckanschluss 5weist eine konische Hülsenaufnahme 21 auf, in die ein Ende 22 der Lichtwellenleitung 6, das von einer Anschlusshülse 23 umgeben ist, selbstjustierend hineinpasst. Die Anschlusshülse 23 weist ebenfalls einen konischen Ansatz zum Ende 22 der Lichtwellenleitung 6 hin und geht in einen zylindrischen Teil über, der passgenau in den Steckanschluss 5 selbstjustierend einsteckbar ist. Die Anschlusshülse 23 ist auf das Ende 22 der Lichtwellenleitung 6 entweder geklebt oder aufgeschrumpft.

Nach Einführen des Endes 22 der Lichtwellenleitung 6 mit der Anschlusshülse 23 in den Steckanschluss 5 ist die optische Achse 10 auf einen Halbleiterchipstapel 20 ausgerichtet, der in einer Montageposition 11 auf einer in das Gehäuse 4 eingegossenen, flexiblen Leiterbahnfolie 9 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterbahnfolie 9 in der Montageposition 20 eine Durchgangsöffnung 19 auf, durch die optische Signale auf den optischen Halbleiterchip 12 einwirken können, oder umgekehrt von dem optischen Halbleiterchip 12 emittiert werden können. Elektrisch ist der optische Halbleiterchip 12 über Flipchipkontakte 18 und Kontaktanschlussflächen 29 mit der Leiterbahnfolie 9 elektrisch verbunden, wobei Leiterbahnen von den Kontaktanschlussflächen 29 zu oberflächenmontierbaren Außenkontakten 8 auf der Unterseite 25 des Gehäuses 4 zu einer der Außenseiten 7 des Gehäuses 4 führen.

Auf dem optischen Halbleiterchip 12 ist ein anwendungsspezifischer Halbleiterchip 13, der eine integrierten Schaltung aufweist, mit seiner Rückseite aufgeklebt, während auf der aktiven Oberseite des anwendungsspezifischen Halbleiterchips 13 über Bonddrähte 17 Verbindungen zu Kontaktflächen 29 auf der Leiterbahnfolie 9 hergestellt sind. Auch diese Kontaktflächen 29 sind über Leiterbahnen der flexiblen Leiterbahnfolie 9 mit Außenkontakten 8 auf der Unterseite 25 des Gehäuses 4 verbunden. Dabei sind diese Außenkontakte 8 oberflächenmontierbar, wobei die flexible Leiterbahnfolie 9 zwischen der Montageposition 11 und den Außenkontakten 8 auf der Unterseite 25 des Gehäuses 4 eine Krümmung 14 aufweist, die vollständig in Kunststoffgehäusemasse 26 des Gehäuses 4 eingebettet ist. Dadurch wird eine hohe Stabilität erreicht, wobei die Kunststoffgehäusemasse 26 gleichzeitig die Leiterbahnfolie 9 mit der Krümmung 14 vor Beschädigungen schützt. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse ist der Halbleiterchipstapel in eine Abdeckmasse 31 eingebettet, die aus einem sogenannten "globe top material" hergestellt ist. Diese Abdeckmasse 31 füllt eine Kavität 32 in dem Gehäuse 4 aus, welche für die Montageposition 11 der Leiterbahnfolie 9 mit Halbleiterchipstapel 20 vorgesehen ist.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer horizontalen Schnittebene durch den Optokoppler 1 gemäß 1, wobei Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert werden. Diese horizontale Schnittebene zeigt Rasthaken 24, mit denen beim Einführen der Anschlusshülse 23 mit dem Ende 22 der Lichtwellenleitung 6 ein Verankern und Selbstjustieren der Lichtwellenleitung 6 erreicht wird. Dazu werden zunächst die Aussparungen 33 der Anschlusshülse 23, die in 1 gezeigt werden, an den Rasthaken 24 vorbeigeführt und durch drehen der Lichtwellenleitung 6 mit der Anschlusshülse 23 dann die Anschlusshülse an den Rasthaken 24, ähnlich einem Bajonettverschluss, verankert. Ferner ist zu sehen, dass die Leiterbahnfolie 9 von der Kunststoffgehäusemasse 26 des Gehäuses 4 in ihrer Ausrichtung an ihren Randbereichen 35 und 36 fixiert wird, so dass eine stabile Lage der Montageposition 11 gewährleistet ist.

3 zeigt eine schematische Untersicht auf den Optokoppler 1 gemäß 1. Die Untersicht zeigt die Anordnung der unterschiedlichen Außenkontakte 8, wobei einer der Außenkontakte 8 auf Massepotential liegt. Gleichzeitig zeigt die gestrichelte Linie 34 in der Unteransicht den Bereich der Krümmung 14, welche die flexible Folie 9 zwischen den Außenkontakten 8 und der Montageposition im inneren des Gehäuses aufweist. Aus dem Gehäuse 4 ragt lediglich die auf die optische Achse 10, welche mit einer strichpunktierten Linie gekennzeichnet ist, zentrierte Lichtwellenleitung 6 heraus.

4 bis 6 zeigen schematische Querschnitte entlang einer vertikalen Schnittebene durch ein Gehäuse 4 für einen Optokoppler 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterbahnfolie 9 Leiterbahnen 37 auf, die innerhalb der Leiterbahnfolie 9 angeordnet sind und Kontaktanschlussflächen 29 in der Montageposition 11 mit Außenkontakten 8 auf der Außenseite 7 des Gehäuses 5 verbinden. Ferner ist die zur Kunststoffgehäusemasse 26 hin angeordnete Oberseite 15 der Leiterbahnfolie 9 mit einer geschlossenen Metallschicht 38 kaschiert, die über einen Durchkontakt 30 mit einem Außenkontakt 8 auf der Unterseite 25 des Gehäuses 4 elektrisch in Verbindung steht, so dass über diesen Außenkontakt 8 und den Durchkontakt 30 ein Massepotential an die Metallschicht 38 gelegt werden kann. Zusätzlich ist die Kunststoffgehäusemasse 26 mit einem Füllmaterial 27, das elektrisch leitende Partikel 28 aufweist, gefüllt, so dass das Gehäuse 4 gleichzeitig eine Abschirmung darstellt, die über die Metallschicht 38 auf Massepotential liegt und somit die Kavitäten des Gehäuses 4 gegen elektromagnetische Störfelder abschirmt.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Gehäuse 4 gemäß 4 nach Einbau eines Halbleiterchipstapels 20 in der Montageposition 11, wobei hier zunächst mit Hilfe von Flipchipkontakten 18 der optische Halbleiterchip 12 auf Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 fixiert wird und anschließend der anwendungsspezifische Halbleiterchip 13 auf die Rückseite des optischen Halbleiterchips 12 geklebt wird und über Bonddrähte 17 ebenfalls mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 elektrisch verbunden wird. Wie bereits bei 4 erläutert, liegen hier die Leiterbahnen 37 innerhalb des Folienmaterials der Leiterbahnfolie 9, und führen von den Kontaktanschlussflächen 29 zu Außenkontakten 8, wobei einer der Außenkontakte 8 auf der Unterseite 16 der Leiterbahnfolie 9 auf Massepotential liegt und über einen Durchkontakt 30 die geschlossene Metallschicht 38 auf der Oberseite 15 der Leiterbahnfolie 9 auf Massepotential liegt.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Gehäuse 4 gemäß 5 nach Abdecken des Halbleiterchipstapels 20 mit einer Abdeckmasse 31, die bereit oben erörtert wurde. Bei der Montage des Halbleiterchipstapels 20 wird darauf geachtet, dass die optisch empfindliche Fläche oder die optische Signale emittierende Fläche des optischen Halbleiterchips 12 exakt auf die optische Achse 10, die hier mit einer strichpunktierten Linie gekennzeichnet ist, ausgerichtet wird.

Die 7 bis 9 zeigen Variationen der Montageanordnung der Halbleiterchips 12 und 13 in einer Montageposition 11 der flexiblen Leiterbahnfolie 9 innerhalb des Gehäuses 4.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erste Montageanordnung der Halbleiterchips 12 und 13 in der Montageposition 11. Dazu weist die Leiterbahnfolie 9 in der Montageposition 11 eine Durchgangsöffnung 19 auf, die von dem optischen Halbleiterchip 12 abgedeckt wird und durch die der auf der optischen Achse 10 angeordnete Halbleiterchip 12 optische Signale von einer nicht gezeigten Lichtwellenleitung empfängt oder zu einer nicht gezeigten Lichtwellenleitung sendet. Der anwendungsspezifische Halbleiterchip 13 ist auf der Rückseite des optischen Halbleiterchips 12 montiert und über Bonddrähte 17 und Kontaktanschlussflächen 29 mit den Leiterbahnen 37 der Leiterbahnfolie 9 elektrisch verbunden.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Montageanordnung der Halbleiterchips 12 und 13 in der Montageposition 11. In diesem Fall weist die Leiterbahnfolie 9 keine Durchgangsöffnung, wie in 7 auf, vielmehr ist der optische Chip 12 auf der Innenseite in Richtung auf die nicht gezeigte Lichtwellenleitung angeordnet und über Bonddrähte 17 mit Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 verbunden, wobei die Kontaktanschlussflächen 29 für den Halbleiterchip 12 über Durchkontakte 30 durch die Leiterbahnfolie 9 mit entsprechenden Leiterbahnen 37 der Leiterbahnfolie 9 in Verbindung stehen. Auf der gegenüberliegenden Seite, abgewandt von der nicht gezeigten Lichtwellenleitung ist der anwendungsspezifische Halbleiterchip 13 angeordnet, der seinerseits über Bonddrähte 17 mit der Leiterbahnfolie 9 elektrisch in Verbindung steht.

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Montageanordnung der Halbleiterchips 12 und 13 in der Montageposition, wobei wiederum die beiden Halbleiterchips 12 und 13 auf unterschiedlichen Oberflächen der Leiterbahnfolie 9 angeordnet sind, mit dem Unterschied, dass in diesem Fall der anwendungsspezifische Halbleiterchip über Flipchipkontakte 8 mit Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 elektrisch in Verbindung steht.

10 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler 3, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied der dritten Ausführungsform der Erfindung zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung besteht in der Montageanordnung der Halbleiterchips 12 und 13 auf der Montageposition 11 der Leiterbahnfolie 9. Beide Halbleiterchips 12 und 13 sind über Bonddrähte 17 mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 elektrisch verbunden, wobei hier der Vorteil ist, dass eine Durchgangsöffnung in der Folie nicht vorgesehen werden muss. Zur Montage wird der anwendungsspezifische Halbleiterchip über die Kavität 32 montiert und der optische Halbleiterchip 12 über die für den Steckanschluss 5 vorgesehene Kavität 39 eingebracht.

11 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang einer vertikalen Schnittebene durch einen Optokoppler 40 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden und nicht extra erörtert werden. Der Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen liegt wiederum in der Montageanordnung der Halbleiterchip 12 und 13 auf der Montageposition 11 der Leiterbahnfolie 9, wobei diesmal der anwendungsspezifische Halbleiterchip 13 mit Hilfe von Flipchipkontakten 18 auf Kontaktanschlussflächen 29 der Leiterbahnfolie 9 montiert ist.

1
Optokoppler (erste Ausführungsform)
2
Optokoppler (zweite Ausführungsform)
3
Optokoppler (dritte Ausführungsform)
4
Gehäuse bzw. Kunststoffgehäuse
5
Steckanschluss
6
Lichtwellenleitung
7
Außenseite des Gehäuses
8
oberflächenmontierbare Außenkontakte
9
Leiterbahnfolie
10
optische Achse
11
Montageposition
12
Halbleiterchip (optisch)
13
Halbleiterchip (IC)
14
Krümmung
15
Oberseite der Leiterbahnfolie
16
Unterseite der Leiterbahnfolie
17
Bonddraht
18
Flipchipkontakte
19
Durchgangsöffnung
20
Halbleiterchipstapel
21
konische Hülsenaufnahme
22
Ende der Lichtwellenleitung
23
Anschlusshülse (Steckhülse)
24
Rasthaken
25
Unterseite des Gehäuses
26
Kunststoffgehäusemasse
27
Füllmaterial
28
elektrisch leitende Partikel
29
Kontaktanschlussfläche
30
Durchkontakt
31
Abdeckmasse
32
Kavität
33
Aussparung
34
gestrichelte Linie
35
Rand der Leiterbahnfolie
36
Rand der Leiterbahnfolie
37
Leiterbahn
38
Metallschicht
39
Kavität des Steckanschlusses
40
Optokoppler (vierte Ausführungsform)


Anspruch[de]
Optokoppler zur Übertragung von optischen in elektrische Signale und umgekehrt, wobei der Optokoppler (1) ein Gehäuse (4) mit Steckanschluss (5) für eine Lichtwellenleitung (6) und auf einer Unterseite (25) des Gehäuses (4) oberflächenmontierbare Außenkontakte (8) auf einer Leiterbahnfolie (9) aufweist, wobei in dem Gehäuse (4) auf der optischen Achse (10) der Lichtwellenleitung (6) eine Montageposition (11) für zwei Halbleiterchips (12, 13) mit einem optischen Halbleiterchip (12) und einem anwendungsspezifischen Halbleiterchip (13) mit integrierter Schaltung angeordnet ist, wobei der optische Halbleiterchip (12) auf die optische Achse ausgerichtet ist, wobei die Halbleiterchips (12, 13) innerhalb des Gehäuses (4) und die Außenkontakte (8) außerhalb des Gehäuses (4) auf der flexiblen Leiterbahnfolie (9) angeordnet sind, und wobei die Leiterbahnfolie (9) zwischen der Montageposition (11) und den Außenkontakten (8) einen gekrümmten Bereich (14) aufweist, der vollständig in das Gehäusematerial eingebettet ist, wobei nur die oberflächenmontierbaren Außenkontakte (8) auf der Unterseite (25) des Gehäuses (4) frei zugänglich sind. Optokoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Halbleiterchips (12, 13) über Bonddrähte (17) mit der Leiterbahnfolie (9) elektrisch in Verbindung steht. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Halbleiterchip (12, 13) Flipchipkontakte (18) aufweist, über die er mit der Leiterbahnfolie (9) elektrisch in Verbindung steht. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der optischen Achse (10) auf einer Oberseite (15) der flexiblen Leiterbahnfolie (9) der optische Halbleiterchip (12) in Richtung auf die Lichtwellenleitung (6) montiert ist und auf einer gegenüberliegenden Unterseite (16) der flexiblen Leiterbahnfolie (9) der Halbleiterchip (13) mit integrierter Schaltung montiert ist. Optokoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnfolie (9) im Bereich der optischen Achse (10) des Gehäuses (4) eine Durchgangsöffnung (19) aufweist, hinter welcher ein Halbleiterchipstapel (20) aus beiden Halbleiterchips (12, 13) montiert ist. Optokoppler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchipstapel (20) Flipchipkontakte (18) aufweist, mit denen er auf der Leiterbahnfolie (9) im Randbereich der Durchgangsöffnung (19) fixiert ist. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckanschluss (5) eine konische Hülsenaufnahme (21) im Gehäuse aufweist, die für die Aufnahme einer das Ende (22) der Lichtwellenleitung (6) umgebenden Anschlusshülse (23) passgenau angepasst ist. Optokoppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) Rasthaken (24) aufweist, die mit der Anschlusshülse (23) in Eingriff bringbar sind. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Kunststoffgehäusemasse (26) aufweist, in welche die flexible Leiterbahnfolie (9) und der Steckanschluss eingegossen sind. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Kunststoffgehäusemasse (26) aufweist, die als Füllmaterial (27) elektrisch leitende Partikel (28) aufweist. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Kunststoffgehäusemasse (26) aufweist, die als Füllmaterial (27) Graphitpartikel aufweist. Optokoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnfolie (9) Leiterbahnen aufweist, die innerhalb des Folienmaterials angeordnet sind, wobei mindestens eine der Oberflächen (15, 16) der Leiterbahnfolie (9) mit einer Metallschicht kaschiert ist, an die ein Massepotential über einen der Außenkontakte (8) anschließbar ist. Handy, das einen Optokoppler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist. Digitalkamera, die einen Optokoppler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist. Camcorder, der einen Optokoppler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com