DE10058741B4 - Optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse, in welchem sich ein elektrische Leiter aufweisender Träger (8) für das Bauelement (14) und gegebenenfalls zusätzliche elektronische Bauteile (12) befinden, und in welchem der Träger (8) in einem transparenten Vergußmaterial (20) eingegossen ist, welches eine Ankoppelstelle (18) für einen Lichtwellenleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Gießform ausgebildete Umgehäuse (4) aus Metall besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse sowie ein Verfahren zum Ausstatten eines optoelektronischen Bauelements mit einem Umgehäuse.
  • Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Fotodioden, Leuchtdioden, Laserdioden etc. auf einem als Leadframe bezeichneten, elektrische Leiter enthaltenden Träger anzuordnen und das Bauelement zusammen mit dem Träger in einem transparenten Vergußmaterial einzuspritzen, an welches dann beispielsweise ein Kunststoff-Lichtwellenleiter angekoppelt wird, so daß das optoelektronische Bauelement Lichtwellensignale in den Lichtwellenleiter sendet oder solche Signale aus dem Lichtwellenleiter empfängt.
  • In der Regel nimmt der Träger für das Bauelement nicht nur das Bauelement selbst auf, sondern auch weitere elektronische Bauteile, die zum Beispiel zum Ansteuern des optoelektronischen Bauelements oder zur Verarbeitung von dessen Ausgangssignalen dienen.
  • Insbesondere – wenn auch nicht ausschließlich – bei dem Einsatz in Kraftfahrzeugen sind solche mit Umgehäuse ausgestatteten optoelektronischen Bauelement erheblichen Belastungen ausgesetzt, und zwar nicht nur aufgrund mechanischer Erschütterungen, sondern auch aufgrund von elekromagnetischen Feldern, weshalb solche Bauelemente mit Umgehäuse in der Regel mit einer separaten, metallischen Abschirmung ausgestattet werden. Die Abschirmung dient gleichermaßen dem Zweck, von in dem Umgehäuse befindlichen elektronischen Bauteilen eventuell abgegebene Störsignale an einer Ausbreitung in die Umgebung zu hindern, und äußere Störeinflüsse abzuhalten.
  • Es ist bekannt, auf einem Träger befindliche optoelektronische Bauelemente in einer Gießform anzuordnen und dann die Form mit transparentem Vergußmaterial zu füllen. Es wurde außerdem bereits vorgeschlagen, als Gießform ein Kunststoff-Außengehäuse für das spätere Umgehäuse des fotoelektrischen Bauelements zu verwenden, wobei die Gießform dann später an dem das Bauelement und dessen Träger einschließenden transparenten Vergußmaterial verbleibt.
  • Bei derartigen optoelektronischen Bauelementen mit Kunststoff-Umgehäuse läßt sich mit relativ einfachen Mitteln eine metallische Abschirmung anbringen. Problematisch bei den bekannten Bauteilen ist aber auch die Wärmeabfuhr, die von dem optoelektronischen Bauelement selbst und/oder von weiteren zusammen mit dem optoelektronischen Bauelement auf dem Träger in dem transparenten Vergußmaterial eingeschlossenen elektronischen Bauteilen im Betrieb erzeugt wird. Sowohl das Vergußmaterial als auch die Kunststoff-Gießform weisen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die Gefahr einer Beschädigung des optoelektronischen Bauelements und/oder weiterer zugehöriger elektronischer Bauteile durch Überhitzung besteht.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, daß die bekannten Bauelemente mit Umgehäuse häufig nicht den für den Einbau erforderlichen Dimensionsgenauigkeiten entsprechen. Die Maßgenauigkeit der bisher verwendeten Kunststoff-Gießformen war häufig nicht gut genug, um das Bauteil in dafür vorgesehene Montageplätze einbauen zu können. Ein spezielles Problem ist auch die Ankopplung eines Lichtwellenleiters. Da der Lichtwellenleiter mit hoher Genauigkeit an einer bestimmten Position gegenüber dem optoelektronischen Bauelement positioniert werden muß, können Maßungenauigkeiten nur bis zu einem gewissen Grad toleriert werden.
  • DE 199 09 242 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Gießform zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls, das in eine verlorene Gießform eingegossen wird. Als Gießform wird ein Modulgehäuse mit einer Öffnung zum Einführen eines Trägers und mit einem Ankopplungsbereich für den Kopplungspartner verwendet. Diese Druckschrift nimmt bezüglich der Gießform Bezug auf DE 197 11 138 A1 , die ein Herstellungsverfahren für ein elektrooptisches Modul beschreibt, bei dem ein elektrooptischer Wandler in einer vorbestimmten Position auf einem Träger angeordnet wird, der mit mindestens einem Positionierelement als Positionseinrichtung versehen wird. Der Träger wird mittels des Positionierelementes exakt in der Gießform positioniert und unter Ausbildung eines Formkörpers und einer Funktionsfläche mit einem formbaren Material umgeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse anzugeben, welches sich einfach herstellen läßt, welches eine hohe Maßgenauigkeit aufweist und welches Anforderungen sowohl bezüglich einer elektromagnetischen (EMV-) Abschirmung als auch der erforderlichen Wärmeabfuhr genügt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem optoelektronischen Bauelement mit einem Umgehäuse, in welchem sich ein elektrische Leiter aufweisender Träger für das Bauelement und gegebenenfalls zusätzliche elektronische Bauteile befinden, und in welchem der Träger in einem transparenten Vergußmaterial eingegossen ist, welches eine Ankoppelstelle für einen Lichtwellenleiter aufweist, dadurch, daß das als Gießform ausgebildete Gehäuse aus Metall besteht.
  • Als Metall können insbesondere Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen und ähnliche Materialien eingesetzt werden.
  • Gießformen aus Metall für Kunststoff-Spritzgußteile sind natürlich schon seit langem bekannt, allerdings nicht als bleibender Bestandteil von Umgehäusen für elektrooptische Bauelemente, beispielsweise Fotodioden. Metallische, gleichzeitig als Gießform dienende Umgehäuse der hier in Rede stehenden Art sind im Vergleich zu entsprechenden Gießformen aus Kunststoff vergleichsweise aufwendig, was möglicherweise ein Grund dafür war, daß bislang ein vergleichbarer Vorschlag für Dioden-Umgehäuse fehlte. Die Erfinder haben aber nun erkannt, daß der etwas erhöhte Aufwand der Metall-Umgehäuse, die gleichzeitig als Gießformen fungieren, lohnenswert ist. Die durch ein Metallgehäuse erzielbare hohe Maßgenauigkeit kommt den Anforderungen von in Umgehäuse eingekapselten Dioden in ausreichendem Maß entgegen. Solche Anordnungen stellen Schnittstellen zwischen optischen und elektrischen Signalwegen dar, wobei der Übergangsbereich zwischen Lichteintrittsfläche bzw. Lichtaustrittsfläche am Ende eines Lichtwellenleiters bzw. der lichtemittierenden oder lichtempfindlichen Fläche einer Leucht- oder Laserdiode bzw. einer Fotodiode einer genauen Justierung bedarf, was eine bestimmte Mindestmaßgenauigkeit des Umgehäuses erfordert.
  • Neben der hohen geforderten Maßgenauigkeit wird durch das – elektrisch mit Masse verbunde – metallische Gehäuse gleichzeitig die gewünschte Abschirmung erreicht. Noch wichtiger ist möglicherweise die gute Wärmeleitfähigkeit der für den vorliegenden Zweck üblicherweise in Frage kommenden metallischen Werkstoffe. Von dem optoelektronischen Bauelement und/oder den weiteren möglicherweise auf dem Träger vorhandenen elektronischen Bauteilen abgegebene Wärme wird in dem transparenten Vergußmaterial nur relativ schlecht geleitet. In dem Metallgehäuse ist die Wärmeleitung jedoch hervorragend, so daß bei den üblichen Dicken des transparenten Vergußmaterials eine insgesamt ausreichende Wärmeableitung erreicht wird.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Gehäuse mit einem rohrähnlichen Ankoppelstutzen für einen Lichtwellenleiter, insbesondere Kunststoff-Lichtwellenleiter ausgestattet ist. Durch die metallische Ausführung des Gehäuses läßt sich der Ankoppelstutzen für den Lichtwellenleiter mit nahezu beliebiger Genauigkeit ausführen.
  • Eine einfache Herstellung ohne nennenswerte Einbuße an Wärmeabstrahlfähigkeit und Abschirmungswirkung läßt sich in einer speziellen Ausführungsform erreichen, bei der das Gehäuse parallelepipedförmige Gestalt mit einer offenen Unterseite zur Durchführung des Trägers aufweist. Der Träger oder Leadframe wird im Zuge des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zum Ausstatten eines optoelektronischen Bauelements mit einem Umgehäuse von dessen Unterseite her in das metallische Gehäuse eingeführt und dort in einer vorbestimmten Sollposition gehalten, bevor transparentes Vergußmaterial in das Metallgehäuse eingespritzt wird. Der rohrförmige Ankoppelstutzen für einen Lichtwellenleiter wird hierbei von einem Stopfen verschlossen, so daß das fertige Bauteil einen offenen Anschlußstutzen aufweist, in den das Ende des Lichtwellenleiters mit entsprechenden Ankoppelmitteln eingesetzt werden kann. Die offene Unterseite des Gehäuses braucht nach Erstarren des Vergußmaterials nicht verschlossen zu werden. Der Träger oder Leadframe tritt an dieser Stelle aus dem Vergußmaterial aus und läßt sich bequem an andere Bauteile anschließen (der Begriff "Unterseite" bezieht sich hier lediglich auf die in der Figur gewählte Darstellung, es besteht keinerlei Einschränkung hinsichtlich der Einbaulage des Bauteils).
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht durch ein mit einem Umgehäuses versehenes optoelektronisches Bauelement.
  • Die Figur zeigt ein insgesamt mit 2 bezeichnetes Bauteil in Form einer mit einem Umgehäuse ausgestatteten Fotodiode 14. Die Fotodiode 14 befindet sich zusammen mit einem weiteren, beispielsweise der Signalauswertung dienenden elektronischen Bauteil 12 auf einem Träger 8 (einem sogenannten Leadframe), der mehrere elektrische Leiter aufweist, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind, und mit denen die Fotodiode 14 und das elektronische Bauteil 12 über dünne Leitungsdrähte verbunden sind. Zu der Fotodiode 14 bzw. dem elektronischen Bauteil 12 gehört jeweils ein Substrat, das an dem Leadframe 8 anliegt. Ein aus Aluminium bestehendes Metall-Umgehäuse 4 hat die Form eines Quaders oder Parallelepipeds mit einer offenen Unterseite 6, wobei an einer Breitseite des Metallumgehäuses 4 ein rohrförmiger Ankoppelstutzen für einen nicht dargestellten Kunststoff-Lichtwellenleiter vorgesehen ist, der gemäß Pfeilrichtung P in die freie Öffnung 16 des Ankoppelstutzens 10 eingeführt wird, bis er mit seiner Stirnfläche an der Vergußmassenfläche 18 einer in dem Metall-Umgehäuse 4 befindlichen Vergußmasse 20 anstößt.
  • Zur Herstellung der in der Figur dargestellten Anordnung wird in das Metall-Umgehäuse 4 der Träger 8 mit den darauf befindlichen und verdrahteten Bauelementen 12 und 14 in eine vorbestimmte Sollposition gebracht und gehalten. Die lichte Öffnung 16 des Ankoppelstutzens 10 wird mit einem Stopfen verschlossen, und außerdem wird die offene Unterseite 6 um den Träger 8 herum für den nachfolgenden Vorgang des Einspritzens der transparenten Vergußmasse 20 verschlossen. Nach dem Erstarren der Vergußmasse 20 bleibt das Metall-Umgehäuse 4 als Abschirmung und als Kühlelement an dem Bauteil.
  • Das Metall-Umgehäuse 4 ist mit einem schematisch dargestellten Kontaktstift 22 ausgestattet, der in einer Leiterplatte 2 sitzt und mit einer Masseleitung 24 durch Löten verbunden ist, was auch dem mechanischen Halt des Bauteils 2 auf der Leiterplatte förderlich ist. Die Masseverbindung kann auch in SMD-Technik ausgeführt sein. Die elektrische Verbindung zwischen dem Träger 8 und einem oder mehreren anderen Bauteilen ist durch seine Lötverbindung mit Leiterbahnen angedeutet, von denen in der Figur nur eine dargestellt ist. Anstelle der Fotodiode kann auch ein sendendes Bauteil eingesetzt werden, z. B. eine Laserdiode.

Claims (6)

  1. Optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse, in welchem sich ein elektrische Leiter aufweisender Träger (8) für das Bauelement (14) und gegebenenfalls zusätzliche elektronische Bauteile (12) befinden, und in welchem der Träger (8) in einem transparenten Vergußmaterial (20) eingegossen ist, welches eine Ankoppelstelle (18) für einen Lichtwellenleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Gießform ausgebildete Umgehäuse (4) aus Metall besteht.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehäuse mit einem rohrähnlichen Ankoppelstutzen (10) für einen Lichtwellenleiter ausgestattet ist.
  3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehäuse parallelepipedförmige Gestalt mit einer offenen Unterseite (6) zur Durchführung des Trägers (8) aufweist.
  4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehäuse mit einem Kontaktstift (22) versehen ist.
  6. Verfahren zum Ausstatten eines optoelektronischen Bauelements mit einem Umgehäuse, bei dem das auf einem elektrische Leiter aufweisenden Träger befindliche Bauelement in eine vorbestimmte Sollposition innerhalb eines als Gießform fungierenden metallischen Umgehäuses (4) gebracht wird, anschließend ein transparentes Vergußmaterial (20) in das metallische Umgehäuse (4) gespritzt wird und das Umgehäuse an dem Vergußmaterial (20) mit dem darin befindlichen Bauelement verbleibt.
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