专利名称：光耦合装置及其制造方法
光耦合装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1或者10的前序部分所述的、具有光
耦合装置的电疗设备以及一种用于制造该设备的方法。
总体上，在电子设备中，通常需:IH吏组件彼此电隔离，但在这些组件 之间仍旧交换数据或者信号。对于电疗设备，尤其是对于高频外科手术设 备，在各组件或者组件的电路之间存在高的隔离要求要满足。也就是说，
在这些应用中，不仅涉及保证设备的无故障的功能，而且涉;M目应患者的 安全。这样，例如在组织的电凝结时释放不可忽略的电流和电压，电流和 电压必须能在任何时刻被进行治疗的外科医生可靠地控制。
为了电去耦的目的，在现有技术中公开了所谓的光耦合器，该光耦合 器借助光信号将输入电路连接到输出电路。虽然输入电路与输出电5Mi间 存在电隔离，但输入电路的信号借助发光器件来发送，被接收光的器件接 收并相应地在输出电路中被转换。
如已经谈及的那样，由于医疗技术对该领域中所使用的设备提出了很 高的安全要求，所以在此要求电印制导线有大的M距离，即输入电5^相 对于输出电路有大的,距离，以及要斜目应装置有高的介电强度。例如 在介电强度方面包含对数千伏(kv )的电压可靠绝缘的要求需要特殊的光 耦合器。
制造光耦合器的这种特定实施形式是复杂的并且是高成本的。此外， 光耦合器通常不具有标准尺寸，并且这样难以使用于自动化制造过程中。 此外，这种光耦合器非常敏感并且在焊接过程以及在安装时容易受损。因 此，需要复杂且昂贵的质量控制。
从这样的现有技术出发，本发明的任务是提供一种具有光耦合器的电 疗设备，该光耦合器保证了输入电流与输出电流的可靠隔离，其中能够简 单且低成本地，优选全自动地制造该电疗设备。
根据本发明，该任务通过根据权利要求i所述的电疗设备以及通过根 据权利要求io所述的用于制造电疗设备的方法来解决。
一种具有用于将信号从输入电路传输至输出电路的光耦合装置的电疗设备，其中该光耦合装置包括与输入电路相连的用于发射光信号的发 射元件、与输出电路相连的用于接收所述光信号的接收元件和至少一个用 于构成至少输入电路或者输出电路的电路板。所述任务尤其是通过上述电 疗设备以如下方式解决在发射元件与接收元件之间设置有电路板，用于 使输出电路和输入电路彼此电隔离。
于是，本发明的一个实质点在于通常具有高的介电强度的电缚^板被 用于使各个电路彼此隔离。如在市面上常见的光耦合器中那样，通it^射 和接收光信号来实现非电的耦合。
根据本发明的光耦合装置于是可以由市面上常见的部件制造。这些标 准部件一方面可以低成本地获得，另 一方面借助市面上常见的装配机器可
以被容易地施加到电路板或者印刷电路板上。
在电i^:间的;Wfe距离可以借助电路板的厚度来改变。由于具有不同 厚度的电路板是市面上常见的产品，所以可以以低成本的方式针对每种应 用通过厚度的变化来实现合适的介电强度。
也就是说，可能的是，将输入电路和输出电路以及关联的电路设置在 多个分离的电路板上并使它们彼此如下布置使得接M件接收来自发射 元件的光信号。例如，在第一电路板的表面上可以设置有带有输入电路的 发射元件，而在第二电路板的表面上设置有带有输出电路的接收元件。在 制造这两个电路板之后，这些电路板被彼此放置得佳发射元件和接收元件 通过这两个电路板被分开并且交换光信号。然而有利的是，',一个具有 第 一 电路板表面和第二电路板表面的电路板设置在发射元件与接收元件 之间，其中优选的是，具有发射元件的输入电路形成在第一电路板表面上，
而具有接收元件的输出电路形成在第二电路M面上。接M件以;sjl射
元件相对地安装在电i^;^面上，4吏得由发射元件发射的光信号通过电路 板到达接M件。这样保证了光信号的可靠传输并且省去了多个电路板相 互间的复杂布置。
优选地，发射元件和/或接收元件包括至少一个SMD(表面安装器件) 器件。所谓的"表面安装器件"不具有通常穿过电i^板的引线。这些器件 被直接焊接到印刷电路板的表面上。电路板的这种装备是优选的，因为这 样输入电路与输出电5ML间严格的;W^分离通过电路板来保证。由此，甚 至在在电路板的相应表面上有高的器件组装密度的情况下，电疗设备的光 耦合装置也保证了在输出电路与输入电路之间的高介电强度和足够的距离。
优选地，在至少一个电路板上设置有第一数量的SMD器件，用于形成 包括输入电路的第一电路，和/或设置有第二数量的SMD器件，用于形成 包括输出电路的第二电路。电路板的介电强度或者组装密度和可靠性因此 可以被进一步提高。
优选地，发射元件和接收元件分别包括光学活性侧(optisch active Seite)并且被设置为使得在电路板设置在其间的情况下光学活性侧对置。 通常直角平行六面体形构造的发射元件和接收元件于是被构造为4吏得直 角平行六面体中只有一侧是光学活性的，即只有一侧适于发射或者接收光 信号。另外的侧光学上不敏感(blind)。如果发射元件和接M件被设置 为使得相应的光学活性侧直接或者间揍接触电路M面，则发射元件和接 收元件相对于其周围环境被屏蔽。接收元件既不会受外部光源干扰，由发 射元件发射的光信号也不对其周围环境产生干扰。
优选地，发射元件包括发光二极管。
优选地，接收元件包括光电二极管、光电晶体管或者光电晶闸管 (Fototrysistor)。
根据本发明，所述至少一个电路板中可以仅仅一部分是透光的，并且 设置为4吏得由发射元件发射的光通过该透光的部分到达接收元件。然而， 优选的是，所述至少一个电路板完全上由透光的材料、尤其是由含有环氧 树脂的材料制成。如果整个电路板都是透光的，则省去了各透光部分的可 能昂贵的设计。优选地，所使用的电路板是所谓的FR4电路板。这些电路 板由玻璃纤维组织和环氧树脂的混合物制造，并且除具有透光性之外还具 有高的耐火性。
优选地，所述至少一个电路板具有高的介电强度，尤其是大约每毫米 (咖)40千伏(KV)的介电强度。由此，电疗设备已经可以借助小的电 路M度确保高的且足够的介电强度。
此外，上面所列举的任务还通过用于制造具有光耦合装置的电疗设备 的方法来解决，其中该方法包括以下步骤
-在电i^板上提供至少一个透光的部分，
-在电路板的第一电路M面上施加光学发射元件，
—在电路板的第二电路M面上施加光学接收元件，其中发射元件和接收
元件被施加，使得接收元件通过透光的部分接^L射元件的光信号。
类似于装置的情况，该方法的中心思想在于，通过将标准器件合适地 施加到电路板上而实现用于电疗设备的光耦合器，该光耦合器满足了在介 电强度方面的高要求。在此，发射元件和接收元件优选对置地分别安^fc
电路板的一侧上。由发射元件发射的光信号穿过电路板并且^L接收元件接收。
优选地，该方法包括将多个电器件(尤其是SMD器件)和印制导线 施加到电路板表面，以形成与发射元件和接收元件相连的电路。使用SMD 器件使得利用机器来制造特别简单，并且附加地提供关于所形成的光耦合 器的介电强度方面的可靠性，因为各SMD器件通过电路板在机械上完全彼 此分开。印制导线和器件可以有效地借助传统方法被制造在电游^L的对置 的侧上，并且形成用于电疗设备的、相应电隔离的电路。
其他有利实施形式M属权利要求中得到。
以下参照实施例描述了本发明，该实施例借助附图更为详细地予以阐 述。其中
图1示出了根据本发明的光耦合装置的示意性横截面；
图2示出了具有发射和接收单元的框图；以及
图3a和3b示出了装^^有器件的电i^板的上侧或下侧的示意图。
在下面的描述中，相同或者作用相同的部分4吏用相同的参考标记。
在本发明的一个实施例中，描述了具有光耦合装置的电疗设备。在此， 涉及用于高频外科手术的设备，在该设备中借助高频交流电切割或者凝结 组织。为了控制高频交流电，设置有控制电路或者输入电路，控制电路或 者输入电路控制交流电或者输出电路，使得针对每种应用都有合适的电流 强度和频率。为了保证高频外科手术设备的可靠的功能，输出电路和输入 电路必须彼此电隔离。这通过如在图3a和3b中所示的根据本发明的光耦 合装置来实现。图3a和3b示出了电路板50的第一电路M面51或者笫 二电路M面52的俯视图。在图3a的示意图中，多个电器件5通过印制 导线3彼此相连。电子器件5是SMD器件(表面安装器件)，这些器件例 如借助再流方法(Ref low-Verf ahren)焊接到电路板50上。
同样，发射元件10连接到印制导线3并且实施为SMD器件。
接收元件11在电路板50的另一侧上，即在第二电路板表面52上(参 见图3b)，该接收元件与发射元件10对置。该接收元件借助印制导线3 与多个器件5相连，这些器件同样是SMD器件。
第一电路M面51和第二电路M面52的多个电器件尤其《一构成驱 动装置30或者接收装置40 (参见图2 )。驱动装置40包括输入电路，该 输入电路与发射元件IO相连。如在图2中所示的那样，^L据输入电i^从 发射单元发射光信号1。这些光信号1被接狄件11接收，被接收装置 40处理并被转换到输出电路中。光信号不仅可以模拟地编码而且可以数 字地编码。
根据本发明，这些光信号通过透明的电路板50传输。图l的通过电 路板50的部分横截面示出了这一点。如已经描述的那样，在该横截面中 发射元件10和接收元件12对置。它们分别固定在第一电路M面51和 第二电路M面52上。为了连接到输入电路或者输出电路上，在发射元 件和接收元件10、 11的旁边各设置有两个传导线路3。
发射元件10^JL光二极管，其具有',一个光学活性侧20。该第一 光学活性侧20与接收元件11的笫二光学活性侧21对置。接收元件11 也仅具有一个光学活性侧21。光学活性侧20、 21分别直接^:置在第一电 路M面51和第二电路;^面52上，并且保证光信号1通过电路板50 可靠地传输。此外，光学活性侧20、 21通过直接与电路板50接触来屏蔽 外部影响。
参考标记表
1光信号
3印制导线
5电器件
10发射元件
11接收元件
20, 21光学活性侧
30驱动装置
40 接收装置
50 电路板
51 第一电5^fe^面
52 第二电絲^L^面 60 印制导线
权利要求
1.一种具有光耦合装置的电疗设备，所述光耦合装置用于将信号从输入电路传输至输出电路，所述光耦合装置包括:与输入电路相连的用于发射光信号(1)的发射元件(10)，与输出电路相连的用于接收所述光信号(1)的接收元件(11)，以及至少一个用于构成至少输入电路或者输出电路的电路板，其特征在于，在发射元件(10)与接收元件(11)之间设置有电路板(50)，用于使输出电路与输入电路彼此电隔离。
2. 根据权利要求l所述的具有光耦合装置的电疗设备，其特征在于， 在发射元件(10)与接收元件(11)之间设置有'fHf—个带有第一电路板 表面(51)和第二电路;^面(52)的电路板(50)，其中优选的是，具 有发射元件的输入电路形成在第一电路^面(51)上，而输出电路形成在 笫二电路M面(52)上。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，发射元件(10)和/或接收元件(11)包括至少一个表面安 装器件。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，在所述至少一个电路板(50)上设置有第一数量的表面安装 器件用于形成第一电路，所述第一电路包括输入电路，和/或设置有第二 数量的表面安装器件用于形成第二电路，所述第二电路包括输出电路。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，发射元件(10)和接收元件(11)分别包括光学活性侧(20， 21),并且设置为使得在电i^板设置在其间的情况下，所述光学活性侧(20， 21)对置。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，发射元件(10)包括发光二极管。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，接收元件(ll)包括光电二极管、光电晶体管或者光电晶 闸管。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，所述至少一个电路板(50)完全上由透光材料制成，尤其是 由含环氧树脂的材料制成。
9. 根据上iy5i利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备， 其特征在于，所述至少一个电路板具有高的介电强度，尤其是具有大约每毫米40千伏的介电强度。
10. —种用于制造特别是根据上a利要求中任一项所述的具有光耦合装置的电疗设备的方法，包括以下步骤在电路板(50)上提供至少一个透光的部分，在电路板(50)的第一电路M面(51)上施加光学发射元件(10 )，在电路板(50)的第二电路M面(52)上施加光学接收元件(11)，其中所U射元件(10)和所述接收元件(11)被施加为使得所述接 收元件(11)通过透光的部分接收来自所iL^射元件(10)的光信号(1 )。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将多个电器件(5)， 尤其是表面安装器件，和印制导线(3)施加到电路M面(51， 52)，以 形成与发射元件(10)和接收元件(11)相连的电路。
全文摘要
本发明涉及一种用于将信号从输入电路传输至输出电路的光耦合装置。在此，光耦合装置包括与输入电路相连的用于发射信号的发射元件、与输出电路相连的用于接收光信号的接收元件和至少一个用于构成至少输入电路或输出电路的电路板。根据本发明，在发射元件与接收元件之间设置有电路板，用于使输出电路与输入电路彼此电隔离。光信号通过电路板从发射元件传输至接收元件。由于市面上常见的电路板或者印刷电路板通常具有高的介电强度，所以这样形成的光耦合器适于对如经常出现在电疗设备中的高电压进行电隔离。
文档编号A61B18/12GK101375413SQ200780003403
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月10日 优先权日2006年1月27日
发明者彼得·塞利格 申请人:爱尔伯电子医疗设备公司