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Die
Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Umgehäuse sowie
ein Verfahren zum Ausstatten eines optoelektronischen Bauelements
mit einem Umgehäuse.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
Metall können
insbesondere Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen und ähnliche
Materialien eingesetzt werden.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.