DE102009045397B4 - Optical device and method of making an optical device - Google Patents

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Abstract

Optische Vorrichtung (1), wobei die optische Vorrichtung (1) einen optischen Chip (2) aufweist, wobei die optische Vorrichtung (1) ein vorgefertigtes erstes Gehäuseteil (3) und ein vorgefertigtes zweites Gehäuseteil (4) aufweist, wobei das erste Gehäuseteil (3) und das zweite Gehäuseteil (4) einen Hohlraum (17) umschließend entlang einer Fügeebene (19) dicht miteinander verbunden sind und wobei der optische Chip (2) in dem Hohlraum (17) angeordnet ist, wobei das erste Gehäuseteil (3) einen Bereich (5) aus einem optisch transparenten Polymermaterial aufweist, wobei zwischen Teilen (6) des ersten Gehäuseteils (3) und dem optischen Chip (2) in montiertem Zustand eine kraftschlüssige Verbindung gegenüber einer Bewegung in orthogonaler Richtung zu der Fügeebene (19) vorliegt, und die Teile (6) zumindest teilweise als Feder ausgebildet sind.Optical device (1), wherein the optical device (1) has an optical chip (2), the optical device (1) having a prefabricated first housing part (3) and a prefabricated second housing part (4), the first housing part ( 3) and the second housing part (4) enclosing a cavity (17) are tightly connected to one another along a joining plane (19) and the optical chip (2) is arranged in the cavity (17), the first housing part (3) having a Area (5) made of an optically transparent polymer material, wherein between parts (6) of the first housing part (3) and the optical chip (2) in the assembled state there is a non-positive connection against movement in the orthogonal direction to the joining plane (19) and the parts (6) are at least partially designed as a spring.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer optischen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on an optical device according to the preamble of claim 1.

Solche optische Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2004 042 755 A1 bekannt, dass bei optischen Sensorvorrichtungen häufig ein optischer Sensorchip zum Schutz vor Verunreinigungen, z.B. durch Partikeln, mit einer optisch transparenten Abdeckung verpackt wird. Da es für die Funktion von optischen Sensorchips oftmals notwendig ist, einen Laserstrahl in eine solche Abdeckung einzukoppeln, sind sehr hohe Anforderungen an die optischen Eigenschaften wie z.B. der Rauheit und Ebenheit der Oberfläche der Abdeckung zu stellen. Die bisher gängigen Methoden zur Erzielung der Lichtdurchlässigkeit und zum Schutz optischer Sensorchips vor Verunreinigung umfassen zum einen als Spritzgussmasse vorliegende optisch transparente Kunststoffe, mit denen die optischen Sensorchips umspritzt werden. Zum anderen kommen zu diesem Zweck, vor allem bei hohen Belastungen durch Umgebungseinflüsse, Gehäuse zum Einsatz, die mittels eines Glasmaterials lichtdurchlässig gegenüber der Umgebung abgeschlossen sind. Eine weitere gängige Methode zur Verpackung optischer Sensorchips ist die Verwendung von Premold-Gehäusen. Dabei werden vorgefertigte Metallteile, sogenannte Leadframes so mit Kunststoff umspritzt, dass ein offenes Gehäuse entsteht, in das der optische Sensorchip eingesetzt wird, wobei die elektrische Kontaktierung des optischen Sensorchips dabei über die Leadframes erfolgt. Zum Schutz des optischen Sensorchips wird in diesem Fall ein Silikongel in das Premold-Gehäuse eingebracht. Nachteilig ist bei den oben beschriebenen Verpackungen nach dem Stand der Technik, dass entweder - nämlich insbesondere nach einem kostengünstigen Verfahren hergestellte Verpackungen - unter wechselnden Umweltanforderungen keine ausreichend guten optischen Eigenschaften bzw. keine ausreichend gute Abdichtung gegenüber Umwelteinflüssen realisiert werden können und andererseits Verpackungen, die auch unter hohen Belastungen durch Umwelteinflüsse gleichbleibend gute optische Eigenschaften aufweisen, oftmals zu groß und zu teuer sind.Such optical devices are well known. For example, from the publication DE 10 2004 042 755 A1 It is known that in optical sensor devices an optical sensor chip is often packaged with an optically transparent cover to protect against contamination, for example by particles. Since it is often necessary for the function of optical sensor chips to couple a laser beam into such a cover, very high demands are placed on the optical properties such as the roughness and flatness of the surface of the cover. The methods commonly used to date for achieving light permeability and for protecting optical sensor chips from contamination include, on the one hand, optically transparent plastics in the form of an injection molding compound, with which the optical sensor chips are overmolded. On the other hand, for this purpose, especially in the case of high loads from environmental influences, housings are used that are sealed off from the environment by means of a glass material. Another common method for packaging optical sensor chips is the use of premold packages. In this case, prefabricated metal parts, so-called lead frames, are overmolded with plastic in such a way that an open housing is created in which the optical sensor chip is inserted, the electrical contacting of the optical sensor chip being made via the lead frames. In this case, a silicone gel is placed in the premold housing to protect the optical sensor chip. A disadvantage of the above-described packaging according to the prior art is that either - namely packaging produced in particular using a cost-effective method - under changing environmental requirements no sufficiently good optical properties or no sufficiently good sealing against environmental influences can be achieved and, on the other hand, packaging that also have consistently good optical properties under high loads from environmental influences, are often too large and too expensive.

Weiterhin beschreibt das Dokument US 2007/0 241 272 A1 eine optische Vorrichtung mit einem optischen Chip, der innerhalb eines Hohlraums eines zweiteiligen Gehäuses angeordnet ist. Ein erstes Gehäuseteil weist hierbei eine transparente Schicht auf, wobei das Dokument nichts über die Beschaffenheit der transparenten Schicht beschreibt.Furthermore the document describes US 2007/0 241 272 A1 an optical device comprising an optical chip disposed within a cavity of a two-part housing. A first housing part here has a transparent layer, the document describing nothing about the nature of the transparent layer.

Das Dokument DE 103 09 607 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verkapselung von funktionellen Komponenten eines elektrischen Bauelements. Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine Verkapselung über den funktionellen Komponenten mittels Ultraschallschweißens mit einem Substrat dicht verbunden.The document DE 103 09 607 A1 describes a method for encapsulating functional components of an electrical component. In the method described, an encapsulation over the functional components is tightly connected to a substrate by means of ultrasonic welding.

Aus dem Dokument US 2005/0 051 884 A1 ist das Anordnen von mehreren Bauteilen in einem vorgefertigten Gehäuse mit einer oder mehreren Vertiefungen auch mit flexiblen Substraten bekannt.From the document US 2005/0 051 884 A1 it is known to arrange several components in a prefabricated housing with one or more recesses, also with flexible substrates.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringen Kostenaufwand ein guter Schutz vor Verunreinigung durch Partikeln oder Umgebungseinflüssen wie der Luftfeuchtigkeit erzielt wird, ohne Einbußen hinsichtlich der optische Qualität, wie sie z.B. durch Passivierungsmittel oder gängige Verpackungsmethoden mit Kunststoff entstehen können, hinnehmen zu müssen. Weiterhin wird eine im Vergleich zu Keramik- oder Metallgehäusen geringere Baugröße des Gehäuses erreicht, was neben dem Preis eines der wesentlichen Wettbewerbsmerkmale im Bereich der MEMS Chips darstellt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass aus einem thermoplastischen, optisch transparenten Polymermaterial ein erstes Gehäuseteil zur Abdeckung einer Seite des optischen Chips vorgefertigt wird. Dabei ist darauf zu achten, dass das erste Gehäuseteil an mindestens einer Stelle eine für optische Anwendungen ausreichende Oberflächenrauheit und Ebenheit aufweist, was z.B. durch Spritzguss, Prägen oder Spritzprägen mit entsprechenden Formwerkzeugen erreicht werden kann. Dadurch ist eine weitere Bearbeitung der Oberfläche, wie sie z.B. bei Abdeckungen aus Glas notwendig sein kann, nicht mehr erforderlich. Weiterhin ist das erste Gehäuseteil so auszulegen, dass ein optischer Chip in dem ersten Gehäuseteil montiert werden kann, wobei die optisch sensitive Seite des Chips der Fläche mit den für optische Anwendungen ausreichenden optischen Eigenschaften zugewandt ist. Der optische Chip umfasst insbesondere einen optischen Sensorchip und/oder einen optischen Aktor, vorzugsweise einen mikromechanischen optischen Aktor. Die optische Vorrichtung umfasst daher vorzugsweise eine optische Sensorvorrichtung und/oder eine optische Aktorvorrichtung.The optical device according to the invention has the advantage over the prior art that good protection against contamination by particles or environmental influences such as air humidity is achieved at a comparatively low cost, without any loss in terms of optical quality, as is the case e.g. can arise from passivating agents or common packaging methods with plastic. In addition, the size of the housing is smaller than that of ceramic or metal housings, which, in addition to the price, represents one of the key competitive features in the field of MEMS chips. This is achieved according to the invention in that a first housing part for covering one side of the optical chip is prefabricated from a thermoplastic, optically transparent polymer material. It must be ensured that the first housing part has a surface roughness and flatness sufficient for optical applications at at least one point, which e.g. can be achieved by injection molding, embossing or injection compression molding with appropriate molding tools. This means that further processing of the surface, as e.g. may be necessary for covers made of glass, is no longer necessary. Furthermore, the first housing part is to be designed so that an optical chip can be mounted in the first housing part, with the optically sensitive side of the chip facing the surface with the optical properties sufficient for optical applications. The optical chip comprises in particular an optical sensor chip and / or an optical actuator, preferably a micromechanical optical actuator. The optical device therefore preferably comprises an optical sensor device and / or an optical actuator device.

Um den optischen Chip vor Verunreinigungen zu schützen ist mindestens ein zweites Gehäuseteil vorgesehen, das zusammen mit dem ersten Gehäuseteil einen Hohlraum bildet und ebenfalls vor dem Zusammenbau der beiden Gehäusehälften vorgefertigt wird. Im einfachsten Fall besteht das zweite Gehäuseteil aus demselben Material wie das erste Gehäuseteil; es kann jedoch auch aus einem unterschiedlichen Material bestehen. Nach der Montage des optischen Chips in dem von beiden Gehäuseteilen gebildeten Hohlraum werden die Gehäuseteile vorzugsweise so miteinander verbunden, dass in der Fügeebene eine umlaufende, in sich geschlossene Fügeverbindung entsteht, die den optischen Chip vor Partikeln und Einflüssen der Luftfeuchtigkeit im Wesentlichen luftdicht abschließt.In order to protect the optical chip from contamination, at least one second housing part is provided which, together with the first housing part, forms a cavity and is also prefabricated before the two housing halves are assembled. In the simplest case, the second housing part consists of the same material as that first housing part; however, it can also consist of a different material. After the assembly of the optical chip in the cavity formed by the two housing parts, the housing parts are preferably connected to one another in such a way that a circumferential, self-contained joining connection is created in the joining plane, which seals the optical chip essentially airtight from particles and influences of atmospheric humidity.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Form des ersten Gehäuseteils so gestaltet ist, dass nach der Montage des optischen Chips dieser in zu der Fügeebene orthogonaler Richtung kraftschlüssig in dem ersten Gehäuseteil montiert ist. Eine weitere Befestigung des optischen Chips in den Gehäuseteilen durch Kleben oder anderen Fügeverfahren ist somit nicht mehr zwingend erforderlich.According to the invention it is provided that the shape of the first housing part is designed such that after the assembly of the optical chip, it is non-positively mounted in the first housing part in a direction orthogonal to the joining plane. Further fastening of the optical chip in the housing parts by gluing or other joining methods is therefore no longer absolutely necessary.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der optische Chip nach dem Zusammenfügen der Gehäuseteile von dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil beispielsweise gegenüber Bewegungen in orthogonaler Richtung zur Fügeebene mittels Teilen formschlüssig gehalten wird. Dies stellt eine sehr einfache Art der Befestigung des optischen Chips in den Gehäuseteilen dar, wobei keine weiteren Fügeverfahren wie z.B. Kleben erforderlich sind.According to a further preferred development, it is provided that after the housing parts have been joined together by the first and second housing parts, the optical chip is held in a form-fitting manner by means of parts, for example against movements in the orthogonal direction to the joining plane. This represents a very simple way of fastening the optical chip in the housing parts, with no further joining processes such as e.g. Gluing are required.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Teile zumindest teilweise als Feder ausgebildet sind. Die Federn sind vorzugsweise zur kraft- und/oder formschlüssigen Befestigung des optischen Chips parallel zur Fügeebene vorgesehen. Ferner ist vorgesehen, dass die Teile und/oder weitere Federn den optischen Chip senkrecht zur Fügeebene fixieren, so dass insbesondere die Klemmkraft der Klemmung zwischen den beiden Gehäusehälften kontrolliert einstellbar ist.According to the invention it is provided that the parts are at least partially designed as a spring. The springs are preferably provided for non-positive and / or positive fastening of the optical chip parallel to the joining plane. It is further provided that the parts and / or further springs fix the optical chip perpendicular to the joining plane, so that in particular the clamping force of the clamping between the two housing halves can be adjusted in a controlled manner.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das optisch transparente Polymermaterial ein Polycarbonat, ein Cyclo-Olefin-Copolymer oder ein Cyclo-Olefin-Polymer ist. Diese Materialien haben im Vergleich zu Glas ausreichend gute optische Eigenschaften und lassen sich wesentlich einfacher und kostengünstiger verarbeiten.According to a further preferred development, it is provided that the optically transparent polymer material is a polycarbonate, a cyclo-olefin copolymer or a cyclo-olefin polymer. Compared to glass, these materials have sufficiently good optical properties and are much easier and cheaper to process.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch ein Fügeverfahren wie z.B. Laserdurchstrahlschweißen, Mikrowellenschweißen oder Ultraschallschweißen im Wesentlichen luftdicht miteinander verbunden sind. Um eine gute Schweißverbindung realisieren zu können, kann es vorteilhaft sein, eines der Gehäuseteile bei der Anwendung des Laserdurchstrahlschweißens mit einem Laser-Absorber zu versetzen, um eine gute Absorption der Laserenergie zu gewährleisten. Bei der alternativen Anwendung des Mikrowellenschweißens muss eines der Gehäuseteile in der zu fügenden Zone mit einer Metallisierung versehen werden, um eine gute Absorption der Mikrowellenenergie zu gewährleisten. Bei der Anwendung des Ultraschallschweißens sind Energierichtungsgeber in der Fügeebene besonders vorteilhaft, um eine gute Schweißbarkeit der Gehäuseteile zu gewährleisten.According to a further preferred development it is provided that the first housing part and the second housing part are made by a joining process such as e.g. Laser transmission welding, microwave welding or ultrasonic welding are connected to one another in a substantially airtight manner. In order to be able to realize a good welded connection, it can be advantageous to relocate one of the housing parts with a laser absorber when using laser transmission welding, in order to ensure good absorption of the laser energy. In the alternative application of microwave welding, one of the housing parts must be provided with a metallization in the zone to be joined in order to ensure good absorption of the microwave energy. When using ultrasonic welding, energy directors in the joining plane are particularly advantageous in order to ensure good weldability of the housing parts.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der optische Chip vorzugsweise mit einem SBB-Verfahren (Stud Bump Bonding; Solder Ball Bumping) elektrisch kontaktiert wird. Vorzugsweise sind die elektrischen Kontakte am optischen Chip dabei entweder elektrisch leitend mit durch das erste Gehäuseteil führenden Durchkontakten verbunden, oder über Metallleiterbahnen elektrisch leitend mit Durchkontakten verbunden, die durch das zweite Gehäuseteil führen. Alternativ ist eine elektrische Kontaktierung des optischen Chips mittels Ni/Au- Bumps denkbar. Die elektrischen Leiterbahnen müssen im Übrigen nicht notwendigerweise durch das zweite Gehäuseteil führen, sondern führen alternativ durch die Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil.According to a further preferred development, it is provided that the optical chip is preferably electrically contacted using an SBB method (stud bump bonding; solder ball bumping). Preferably, the electrical contacts on the optical chip are either electrically conductively connected to through contacts leading through the first housing part, or electrically conductively connected via metal conductor tracks to through contacts which lead through the second housing part. Alternatively, electrical contacting of the optical chip by means of Ni / Au bumps is conceivable. In addition, the electrical conductor tracks do not necessarily have to lead through the second housing part, but alternatively lead through the interfaces between the first and second housing parts.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gehäuseteile Diffusionsbarriereschichten aus SiOx, Si3N4, SiC/SiOx oder Al2O3 aufweisen, um die Gasdurchlässigkeit und die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit der optischen Vorrichtung zu vermindern.According to a further preferred development it is provided that the housing parts have diffusion barrier layers made of SiO x , Si 3 N 4 , SiC / SiO x or Al 2 O 3 in order to reduce the gas permeability and the moisture permeability of the optical device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil mindestens zu einem Teil aus einer flexiblen Leiterplatte besteht. Dies ermöglicht es, ein dem optischen Chip zugeordneten ASIC gemeinsam mit dem optischen Chip in einem durch eine Vertiefung im ersten Gehäuseteil und der flexiblen Leiterplatte gebildeten Hohlraum anzuordnen. Insbesondere können der optischen Chip und der ASIC übereinander angeordnet werden.According to a further preferred development it is provided that the second housing part consists at least in part of a flexible printed circuit board. This makes it possible to arrange an ASIC assigned to the optical chip together with the optical chip in a cavity formed by a recess in the first housing part and the flexible printed circuit board. In particular, the optical chip and the ASIC can be arranged one above the other.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil mindestens zu einem Teil aus einer flexiblen Leiterplatte besteht. Dies ermöglicht es, den optischen Chip in einem durch eine Vertiefung im ersten Gehäuseteil und der flexiblen Leiterplatte gebildeten Hohlraum anzuordnen, sowie den dem optischen Chip zugeordneten ASIC in einem durch eine weitere Vertiefung und der flexiblen Leiterplatte gebildeten weiteren Hohlraum anzuordnen. Durch die Verpackung des optischen Chips und des ihm zugeordneten ASICs in Teilen des ersten Gehäuseteils kann auf eine weitere Verpackung (sekundäres Packaging) verzichtet werden.According to a further preferred development it is provided that the second housing part consists at least in part of a flexible printed circuit board. This makes it possible to arrange the optical chip in a cavity formed by a recess in the first housing part and the flexible circuit board, and to arrange the ASIC assigned to the optical chip in a further cavity formed by a further recess and the flexible circuit board. The packaging of the optical chip and the ASIC assigned to it in parts of the first housing part, further packaging (secondary packaging) can be dispensed with.

Weiterhin kann ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung vorgesehen sein, wobei ein erstes und ein zweites Gehäuseteil zur weitgehend luftdichten Verpackung eines optischen Chips in einem ersten Verfahrenschritt durch Spritzguss, Prägen oder Spritzprägen vorgefertigt werden. Nach der Fertigstellung der Gehäuseteile wird der optische Chip in einem zweiten Verfahrensschritt an das erste Gehäuseteil montiert. Das zweite Gehäuseteil wird in einem dritten Verfahrensschritt so an das erste Gehäuseteil montiert, dass sich der optische Chip zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil befindet. In einem vierten Verfahrensschritt wird das erste Gehäuseteil durch ein Fügeverfahren wie z.B. Laserdurchstrahlschweißen, Mikrowellenschweißen oder Ultraschallschweißen weitgehend luftdicht mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden.Furthermore, a method for producing an optical device can be provided, a first and a second housing part for largely airtight packaging of an optical chip being prefabricated in a first method step by injection molding, embossing or injection compression molding. After the housing parts have been completed, the optical chip is mounted on the first housing part in a second process step. In a third method step, the second housing part is mounted on the first housing part in such a way that the optical chip is located between the first and the second housing part. In a fourth process step, the first housing part is made by a joining process such as e.g. Laser transmission welding, microwave welding or ultrasonic welding connected largely airtight to the second housing part.

Durch die Herstellung von vorgefertigten Gehäuseteilen und anschließendes Einsetzen des optischen Chips wird vermieden, dass während dem Herstellungsverfahren ein zu großer Wärmeeintrag in zu kurzer Zeit in den optischen Chip stattfindet. Weiterhin ist die separate Herstellung in großen Stückzahlen mit den genannten Verfahren sehr kostengünstig, insbesondere da durch die oben beschriebenen Herstellungsverfahren eine Bearbeitung der Oberflächen von Teilen mit einer optischen Funktion, wie sie z.B. bei Glasbauteilen notwendig ist, entfällt. Weiterhin ist auch kein zweiter Verpackungsschritt mit anschließender elektrischer Kontaktierung, z.B. durch Drahtbonden, mehr notwendig.By producing prefabricated housing parts and then inserting the optical chip, it is avoided that too much heat is introduced into the optical chip in too short a time during the production process. Furthermore, the separate production in large numbers using the above-mentioned methods is very cost-effective, in particular since the above-described production methods allow the surfaces of parts to be processed with an optical function, such as that used e.g. is necessary for glass components. Furthermore, no second packaging step with subsequent electrical contacting, e.g. by wire bonding, more necessary.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen

  • 1 einen Querschnitt durch eine erste beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Aufsicht auf das erste Gehäuseteil gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 einen Querschnitt durch die in 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform des ersten Gehäuseteils,
  • 4 einen Querschnitt durch die erste beispielhafte Ausführungsform der fertig montierten optischen Sensorvorrichtung sowie der elektrischen Kontaktierung und der Fügeverbindung,
  • 5 einen Querschnitt durch eine zweite beispielhafte Ausführungsform der fertig montierten optischen Sensorvorrichtung,
  • 6 einen Querschnitt durch eine dritte und eine vierte beispielhafte Ausführungsform der fertig montierten optischen Sensorvorrichtung.
Show it
  • 1 a cross section through a first exemplary embodiment of the present invention,
  • 2 a plan view of the first housing part according to the first exemplary embodiment of the present invention,
  • 3 a cross section through the in 2 illustrated exemplary embodiment of the first housing part,
  • 4th a cross section through the first exemplary embodiment of the fully assembled optical sensor device as well as the electrical contacting and the joint connection,
  • 5 a cross section through a second exemplary embodiment of the fully assembled optical sensor device,
  • 6th a cross section through a third and a fourth exemplary embodiment of the fully assembled optical sensor device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist eine optische Sensorvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die optische Sensorvorrichtung 1 ein erstes Gehäuseteil 3 aufweist, das mindestens zu einem Teil aus einem optisch transparenten Polymermaterial besteht, das zusammen mit einem zweiten Gehäuseteil 4 einen Hohlraum 17 bildet, in den ein optischer Sensorchip 2 eingesetzt wird. Um den Sensorchip 2 vor Verunreinigungen und Feuchtigkeit zu schützen, wird der durch die beiden Gehäuseteile 3, 4 gebildete Hohlraum 17 durch eine in einer Fügeebene 19 umlaufende Fügeverbindung dicht, insbesondere luftdicht bzw. hermetisch dicht abgeschlossen.In 1 is an optical sensor device 1 illustrated according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the optical sensor device 1 a first housing part 3 which consists at least in part of an optically transparent polymer material, which together with a second housing part 4th a cavity 17th forms, in which an optical sensor chip 2 is used. To the sensor chip 2 To protect against dirt and moisture, the two housing parts 3 , 4th formed cavity 17th by one in a joint plane 19th circumferential joint connection tight, in particular sealed airtight or hermetically sealed.

In 2 ist eine Aufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform des ersten Gehäuseteils 3 dargestellt, auf dem Teile 6 des ersten Gehäuseteils 3 zu erkennen sind, zwischen denen der optische Sensorchip 2 kraftschlüssig montiert wird. Weiterhin ist ein Bereich 5 zu sehen, der mindestens zu einem Teil aus einem optisch transparenten Polymermaterial besteht.In 2 Figure 3 is a plan view of an exemplary embodiment of the first housing part 3 shown on the parts 6th of the first housing part 3 can be seen, between which the optical sensor chip 2 is non-positively mounted. Furthermore is an area 5 to see, which consists at least in part of an optically transparent polymer material.

In 3 ist ein Querschnitt durch den in 2 dargestellten ersten Gehäuseteil 3 dargestellt, in dem die Teile 6 des ersten Gehäuseteils 3, mit denen der optische Sensorchip 2 in montiertem Zustand eine kraftschlüssige Verbindung eingeht, zu sehen sind. Weiterhin ist zu erkennen, dass der optische Sensorchip 2 so in dem ersten Gehäuseteil 3 montiert wird, das seine optisch sensitive Seite dem Bereich 5 aus einem optisch transparenten Polymermaterial zugewandt ist. In 4 ist ein Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform von zwei benachbarten optischen Sensorvorrichtungen 1 in montiertem Zustand sowie zwei im unteren Teil der Figur dargestellten Detailansichten zu sehen. Dabei ist in der links dargestellten Detailansicht zu erkennen, dass gemäß einer ersten Ausführungsform der optische Sensorchip 2 über elektrische Kontakte 8 und erste Durchkontakte 9 durch den ersten Gehäuseteil 3 elektrisch kontaktierbar ist. In der rechts dargestellten Detailansicht ist zu erkennen, dass gemäß einer zweiten Ausführungsform der optische Sensorchip 2 über elektrische Kontakte 8, Metallleiterbahnen 10 und zweite Durchkontakte 9' durch den zweiten Gehäuseteil 4 elektrisch kontaktierbar ist. Weiterhin sind die für das jeweilige Fügeverfahren erforderlichen Hilfsmittel, wie z.B. ein Laser-Absorber 7, eine Metallisierung 7' oder Energierichtungsgeber 7" in beiden Detailansichten schematisch dargestellt.In 3 is a cross-section through the in 2 illustrated first housing part 3 shown in which the parts 6th of the first housing part 3 with which the optical sensor chip 2 a force-fit connection enters into the assembled state, can be seen. It can also be seen that the optical sensor chip 2 so in the first housing part 3 is mounted, its optically sensitive side of the area 5 is facing from an optically transparent polymer material. In 4th Figure 3 is a cross section through an exemplary embodiment of two adjacent optical sensor devices 1 in the assembled state and two detailed views shown in the lower part of the figure. It can be seen in the detailed view shown on the left that, according to a first embodiment, the optical sensor chip 2 via electrical contacts 8th and first vias 9 through the first housing part 3 is electrically contactable. In the detailed view shown on the right it can be seen that, according to a second embodiment, the optical sensor chip 2 via electrical contacts 8th , Metal conductor tracks 10 and second vias 9 ' through the second housing part 4th is electrically contactable. Furthermore, there are the aids required for the respective joining process, such as a laser absorber 7th , a metallization 7 ' or energy director 7 " shown schematically in both detailed views.

In 5 ist ein Querschnitt durch eine optische Sensorvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei Diffusionsbarriereschichten 11 zu erkennen sind, mit denen die Gasundurchlässigkeit und die Feuchtigkeitsundurchlässigkeit der optischen Sensorvorrichtung 1 verbessert wird.In 5 Figure 3 is a cross section through an optical sensor device 1 illustrated in accordance with an exemplary embodiment of the present invention, wherein diffusion barrier layers 11 can be seen with which the gas impermeability and the moisture impermeability of the optical sensor device 1 is improved.

In 6 sind Querschnitte durch zwei beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der auf der linken Seite dargestellten ersten Ausführungsform ist eine Vertiefung 15 und eine weitere Vertiefung 16 dargestellt. Dabei bilden die Vertiefung 15 und die weitere Vertiefung 16 zusammen mit dem zweiten Gehäuseteil 4 einen Hohlraum 17 und einen weiteren Hohlraum 18, wobei der optische Sensorchip 2 in dem Hohlraum 17 und ein dem optischen Sensorchip 2 zugeordneter ASIC 13 (application specific integrated circuit) in dem weiteren Hohlraum 18 angeordnet ist. In der auf der rechten Seite dargestellten zweiten Ausführungsform ist eine Vertiefung 14 dargestellt, die zusammen mit dem zweiten Gehäuseteil 4 einen Hohlraum 17 bildet, wobei der optische Sensorchip 2 zusammen mit dem ihm zugeordneten ASIC 13 in der Vertiefung 14 angeordnet ist. In beiden Ausführungsformen besteht das zweite Gehäuseteil 4 zumindest teilweise aus einer flexiblen Leiterplatte 12.In 6th Cross-sections through two exemplary embodiments of the present invention are shown. In the first embodiment shown on the left, there is a recess 15th and another deepening 16 shown. Thereby form the recess 15th and further deepening 16 together with the second housing part 4th a cavity 17th and another cavity 18th , the optical sensor chip 2 in the cavity 17th and on the optical sensor chip 2 assigned ASIC 13 (application specific integrated circuit) in the further cavity 18th is arranged. In the second embodiment shown on the right, there is a recess 14th shown together with the second housing part 4th a cavity 17th forms, the optical sensor chip 2 together with the ASIC assigned to it 13 in the recess 14th is arranged. In both embodiments there is the second housing part 4th at least partially from a flexible printed circuit board 12th .

Claims (7)

Optische Vorrichtung (1), wobei die optische Vorrichtung (1) einen optischen Chip (2) aufweist, wobei die optische Vorrichtung (1) ein vorgefertigtes erstes Gehäuseteil (3) und ein vorgefertigtes zweites Gehäuseteil (4) aufweist, wobei das erste Gehäuseteil (3) und das zweite Gehäuseteil (4) einen Hohlraum (17) umschließend entlang einer Fügeebene (19) dicht miteinander verbunden sind und wobei der optische Chip (2) in dem Hohlraum (17) angeordnet ist, wobei das erste Gehäuseteil (3) einen Bereich (5) aus einem optisch transparenten Polymermaterial aufweist, wobei zwischen Teilen (6) des ersten Gehäuseteils (3) und dem optischen Chip (2) in montiertem Zustand eine kraftschlüssige Verbindung gegenüber einer Bewegung in orthogonaler Richtung zu der Fügeebene (19) vorliegt, und die Teile (6) zumindest teilweise als Feder ausgebildet sind.Optical device (1), wherein the optical device (1) has an optical chip (2), the optical device (1) having a prefabricated first housing part (3) and a prefabricated second housing part (4), the first housing part ( 3) and the second housing part (4) enclosing a cavity (17) are tightly connected to one another along a joining plane (19) and the optical chip (2) is arranged in the cavity (17), the first housing part (3) having a Area (5) made of an optically transparent polymer material, wherein between parts (6) of the first housing part (3) and the optical chip (2) in the assembled state there is a non-positive connection against movement in the orthogonal direction to the joining plane (19) and the parts (6) are at least partially designed as a spring. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optischen Chip (2) in montiertem Zustand der optischen Vorrichtung (1) in orthogonaler Richtung zur Fügeebene (19) formschlüssig zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (3,4) angeordnet ist.Optical device (1) according to Claim 1 , characterized in that the optical chip (2) in the assembled state of the optical device (1) is arranged in a form-fitting manner between the first and the second housing part (3, 4) in the orthogonal direction to the joining plane (19). Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch transparente Polymermaterial ein Polycarbonat, ein Cyclo-Olefin-Copolymer oder ein Cyclo-Olefin-Polymer ist.Optical device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent polymer material is a polycarbonate, a cyclo-olefin copolymer or a cyclo-olefin polymer. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (3) und das zweite Gehäuseteil (4) durch Laserdurchstrahlschweißen, Mikrowellenschweißen oder Ultraschallschweißen dicht verbunden sind, wobei das erste oder das zweite Gehäuseteil einen Laser-Absorber (7), eine Metallisierung (7') oder einen Energierichtungsgeber (7") in der Fügeebene (19) aufweist.Optical device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first housing part (3) and the second housing part (4) are tightly connected by laser transmission welding, microwave welding or ultrasonic welding, the first or the second housing part being a laser absorber ( 7), a metallization (7 ') or an energy director (7 ") in the joining plane (19). Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Chip (2) eine elektrische Kontaktierung mit Kontakten (8) aufweist, wobei die Kontakte (8) am optischen Chip (2) mit durch das erste Gehäuseteil (3) führenden ersten Durchkontakten (9) elektrisch leitend verbunden sind oder wobei die elektrischen Kontakte (8) am optischen Chip (2) mit zum zweiten Gehäuseteil (4) führenden Metallleiterbahnen (10) und durch das zweite Gehäuseteil (4) führenden zweiten Durchkontakten (9') elektrisch leitend verbunden sind.Optical device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical chip (2) has electrical contacting with contacts (8), the contacts (8) on the optical chip (2) being carried through the first housing part (3 ) leading first through contacts (9) are electrically conductively connected or wherein the electrical contacts (8) on the optical chip (2) with metal conductor tracks (10) leading to the second housing part (4) and second through contacts (9) leading through the second housing part (4) ') are electrically connected. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung (1) Diffusionsbarriereschichten aus SiOx, Si3N4, SiC/SiOx oder Al2O3 aufweist.Optical device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device (1) has diffusion barrier layers made of SiO x , Si 3 N 4 , SiC / SiO x or Al 2 O 3 . Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (4) mindestens zu einem Teil aus einer flexiblen Leiterplatte (12) besteht, wobei das erste Gehäuseteil (3) eine Vertiefung (14) und eine weitere Vertiefung (15) aufweist, wobei die Vertiefung (14) und die weitere Vertiefung (15) zusammen mit dem zweiten Gehäuseteil (4) den Hohlraum (17) für die Aufnahme des optischen Chips (2) und einen weiteren Hohlraum (18) für die Aufnahme des dem optischen Chip (2) zugeordneten ASIC (13) bilden.Optical device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second housing part (4) consists at least in part of a flexible printed circuit board (12), the first housing part (3) having a recess (14) and a further recess (15), the recess (14) and the further recess (15) together with the second housing part (4) the cavity (17) for receiving the optical chip (2) and another cavity (18) for receiving of the ASIC (13) assigned to the optical chip (2).
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