DE102014220229A1 - Optische Detektorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schafft eine optische Detektorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die optische Detektorvorrichtung umfasst eine Leiterplatteneinrichtung (L); ein Detektorelement (DC), welches auf der Leiterplatteneinrichtung (L) angebracht und mit der Leiterplatteneinrichtung (L) verdrahtet ist; eine Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘), welche auf der Leiterplatteneinrichtung (L) derart angebracht ist, dass sie das Detektorelement (DC) überdeckt; und eine in eine Aussparung (A0; A1, A2; A3) der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) oberhalb des Detektorelements (DC) integrierten optischen Filtereinrichtung (FE; FE1, FE2; FE3).
Description
- Die Erfindung betrifft eine optische Detektorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
- Stand der Technik
- Obwohl auch beliebige optische Bauelemente anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Infrarotstrahlungsdetektoren erläutert.
- Optische Detektorvorrichtungen werden bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Mit derartigen optischen Detektorvorrichtungen können Temperaturmessgeräte, optische Gassensoren, Bewegungssensoren und viele weitere Sensoren aufgebaut werden. Der Einsatz der optischen Detektorvorrichtungen erfolgt in Systemen, wo ein Schutz der empfindlichen Detektorelemente, insbesondere Detektorchips, notwendig ist. Oft werden optische Detektorvorrichtungen in TO-Gehäusen eingebaut. Die metallische Kappe schützt den Detektor vor Umwelteinflüssen, wie z.B. Feuchte oder Staubpartikel oder Schmutz. Dabei kann je nach Bedarf eine optische Filtereinrichtung an der Kappe angebracht werden. Weiterhin können optische Detektorvorrichtungen in einem SMD-Gehäuse aufgebaut werden. Hier bietet die Moldmasse den Schutz für die empfindlichen Detektorelemente.
- Die
DE 10 2004 031 318 A1 offenbart ein Premold-Gehäuse zur Aufnahme eines Bauelements, welches einen Gehäusekörper aus Kunststoff aufweist. In den Gehäusekörper eingespritzt ist ein Leadframe aus Metall. Ein Deckel des Gehäuses weist eine Durchgangsöffnung auf, wobei unterhalb der Durchgangsöffnung ein optischer Filterchip in den Deckel eingesetzt ist. - Die
DE 10 2005 003 658 B4 offenbart einen modular aufgebauten Infrarotstrahlungsdetektor mit einem Gehäuse, das eine Mehrzahl von Fenstern umfasst, die für Infrarotstrahlung durchlässig sind. -
4 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer bekannten optischen Detektorvorrichtung. - In
4 bezeichnet Bezugszeichen S eine optische Strahlungsquelle zum Aussenden von Licht L mit einer bestimmten Wellenlängenverteilung. Das Licht L durchquert eine Absorptionsstrecke A, nach deren Durchlaufen Licht L' mit einer veränderten Wellenlängenverteilung behalten wird. Das Licht L' durchläuft eine optische Filtereinrichtung F, wodurch Licht L'' mit einer weiter modifizierten Wellenlängenverteilung erhalten wird. Das Licht L'' trifft auf eine optische Detektorvorrichtung, welche beispielsweise eine Spannung U als Ausgangssignal liefert. Die optische Detektorvorrichtung D kann beispielsweise ein Zweikanal-Thermopile oder ein Ferninfrarotaray sein. Die Pixelzahl kann je nach Anwendung entsprechend ausgewählt werden. Die Detektorkanäle können je nach Anwendung mit unterschiedlichen optischen Filtereinrichtungen bestückt werden. Eine Auswerteeinrichtung AW wertet das von der optischen Detektorvorrichtung D in die Spannung U umgewandelte Licht L'' aus. - Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung schafft eine optische Detektorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 9.
- Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
- Vorteile der Erfindung
- Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den Schutz der optischen Detektorvorrichtung, die direkt auf einer Leiterplatte aufgebracht ist und dort aufgebondet ist, durch eine darauf bestückbare Kappe zu realisieren, beispielsweise in SMD-Technologie. Gleichzeitig wird die optische Filtereinrichtung in die Kappe integriert, um diese nicht auf dem Detektorelement montieren zu müssen. Die erfindungsgemäße Kappe hat also zwei Funktionen, nämlich zum einen den Schutz des empfindlichen Detektorelements und der Bonddrähte gegen Staub, Feuchte und weitere Umwelteinflüsse und zum anderen die Integration der optischen Filtereinrichtung in die Kappe. Weiter kann durch diese Kappe Quereinstrahlung verhindert werden. Diese Quereinstrahlung, die zum Beispiel seitlich auf den Chip eintrifft, kann parasitäre Signale, in Form eines Signaloffsets verursachen.
- Kern der Erfindung ist also ein Kappendesign, vorzugsweise aus Metall, das auf eine Serienfertigung optimiert ist und bei Bedarf ein dichtes Konzept ermöglicht. Der oder die optischen Filter der optischen Filtereinrichtung werden direkt in die Kappe integriert, wobei die Position der Filter in der Kappe durch entsprechende Kappendesignelemente festgelegt wird. Dabei kann das Detektorelement direkt auf einer Leiterplatte angebracht werden, beispielsweise durch Kleben oder Bonden. Dies ist in der Regel ein sehr kostengünstiges Verpackungskonzept.
- Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine effiziente und hochgenaue Positionierung der Filter in der Kappe bei der Fertigung. Daraus resultiert eine Reduktion der Positionierungstoleranz bei Realisierung eines dichten Verpackungskonzeptes. Weiterhin erfolgt eine Reduktion der Verluste durch Weglassen der üblichen Kleberschicht zwischen Filter und Kappe.
- Die Erfindung ermöglicht eine kostenoptimierte Hochvolumenfertigung in einer SMD-Fertigungslinie, wobei der Schutz von Bonddraht und Detektorelement ohne ein aufwendiges Packagingkonzept realisiert werden kann.
- Verschiedene Varianten der optischen Detektorvorrichtung können in der Fertigung durch Austauschen der Kappe realisiert werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schutzkappeneinrichtung einen Lötrahmen aufweist, der auf die Leiterplatteneinrichtung gelötet. So läßt sich eine SMD bestückbare und damit sehr kostengünstige mediendichte Aufbringung realisieren.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Schutzkappeneinrichtung Führungsstifte auf, welche in entsprechende Löcher der Leiterplatteneinrichtung eingesetzt sind. Dies erhöht die laterale Positioniergenauigkeit.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Schutzkappeneinrichtung seitlich mit der Schutzkappeneinrichtung verklebt oder verpresst oder eingeschmolzen. So ist der Strahlengang nicht durch Klebmittel o.ä. gestört.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Aussparung der Schutzkappeneinrichtung eine erste Führungseinrichtung auf, welche eine Eintauchtiefe der Filtereinrichtung in die Schutzkappeneinrichtung begrenzt. Dies erhöht die vertikale Positioniergenauigkeit.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste Führungseinrichtung einen innerhalb der Aussparung abgesenkten Plateaubereich auf. Eine derartige Führungseinrichtung ist durch Stanzen leicht herstellbar.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Aussparung der Schutzkappeneinrichtung eine zweite Führungseinrichtung auf, welche eine Positionierung der Filtereinrichtung beim Eintauchen in die Schutzkappeneinrichtung bewirkt. Dies erhöht ebenfalls die laterale Positioniergenauigkeit.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite Führungseinrichtung einen konischen Randbereich der Aussparung auf. Dies ermöglicht ein präzises Einsetzen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
- Es zeigen:
-
1a) –d) schematische Querschnitts-Ansichten zur Erläuterung einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2a) , b) schematische Querschnitts-Ansichten zur Erläuterung einer Schutzkappe einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematisch Querschnitts-Ansicht zur Erläuterung einer Schutzkappe einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer bekannten optischen Detektorvorrichtung. - Ausführungsformen der Erfindung
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
-
1a) –d) zeigen schematische Querschnitts-Ansichten zur Erläuterung einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In
1a) bezeichnet Bezugszeichen L eine Leiterplatteneinrichtung, auf die ein optisches Detektorelement DC in Form eines Detektorchips mittels einer Klebeschicht KL aufgeklebt ist. Das Detektorelement DC ist mittels Bonddrähten B mit der Leiterplatteneinrichtung L verdrahtet. -
1b) zeigt diesen Prozesszustand in Draufsicht. - In
1c) ist eine Schutzkappeneinrichtung dargestellt, welche einen Hohlraum H und eine Aussparung A0 aufweist. In die Aussparung A0 ist eine optische Filtereinrichtung FE formgerecht integriert, und zwar entweder durch seitliches Verkleben oder seitliches Verpressen oder seitliches Einschmelzen. - An der Unterseite der Schutzkappeneinrichtung K befindet sich ein Lötrahmen LR und weiterhin sind an der Unterseite Führungsstifte FP vorgesehen, welche später in entsprechende Löcher LL der Leiterplatteneinrichtung L eingesetzt werden.
-
1d) zeigt den Zustand, in dem die Schutzkappeneinrichtung K auf der Leiterplatteneinrichtung L montiert ist. Diese Montage erfolgt durch einen Reflow-Lötprozess. Danach ist der Lötrahmen LR mit entsprechenden Bereichen der Leiterplatteneinrichtung L verlötet und sind die Führungsstifte FP in die entsprechenden Löcher LL der Leiterplatteneinrichtung L eingesetzt. Das optische Detektorelement befindet sich im Hohlraum H unterhalb der optischen Filtereinrichtung FE, sodass diese einfallendes Licht vor Auftreffen auf das optische Detektorelement DC filtern kann. -
2a) , b) zeigen schematische Querschnitts-Ansichten zur Erläuterung einer Schutzkappe einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2a) , b) zeigen eine modifizierte Schutzkappeneinrichtung K', welche zwei Aussparungen A1, A2 aufweist, in die verschiedene optische Filtereinrichtungen FE1 bzw. FE2 integriert werden, sodass verschiedene Bereiche des optischen Detektorelements DC verschieden gefilterte optische Strahlung empfangen. - Vorzugsweise ist die Schutzkappeneinrichtung K bzw. K' aus Metall gefertigt, wobei die Aussparung A0 bzw. die Aussparungen A1, A2 durch einfaches Stanzen hergestellt sind. Die Aussparungen A0 bzw. A1, A2 können derart ausgelegt werden, dass die Filter sehr präzise geführt werden können. Durch die seitliche Befestigung der optischen Filtereinrichtungen FE bzw. FE1, FE2 kann ein dichtes Kappenkonzept umgesetzt werden, bei dem sich kein Klebmaterial im optischen Strahlengang befindet.
-
3 ist eine schematisch Querschnitts-Ansicht zur Erläuterung einer Schutzkappe einer optischen Detektorvorrichtung und eines entsprechendes Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Bei der dritten Ausführungsform gemäß
3 weist die Schutzkappeneinrichtung K'' eine erste Führungseinrichtung P und eine zweite Führungseinrichtung SF auf. Die erste Führungseinrichtung P ist ein innerhalb der Aussparung A3 abgesenkter Plateaubereich P, welcher bewirkt, dass eine Eintauchtiefe der Filtereinrichtung FE3 in die Schutzkappeneinrichtung K'' begrenzt ist. - Die zweite Führungseinrichtung SF besteht in einem konischen Randbereich SF der Aussparung A3, welcher bewirkt, dass die Filtereinrichtung FE3 beim Eintauchen in die Schutzkappeneinrichtung K'' präzise in ihrer Endposition positioniert wird. Mit anderen Worten definiert die zweite Führungseinrichtung SF durch einen Anlegebereich die Position, sodass ein Verrücken der Filtereinrichtung FE3 von der gewünschten Montageposition nicht möglich ist. Auch hier erfolgt ein seitliches Verkleben mittels einer Kleberschicht KL.
- Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
- Das Design der Schutzkappeneinrichtung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann beliebig an die jeweilige Applikation angepasst werden. Beispielsweise können Anzahl, Form und Größe der Aussparungen variiert werden. Durch den Reflow-Lötprozess ist eine mediendichte Verbindung der Schutzkappeneinrichtung K mit der Leiterplatteneinrichtung L möglich. Bei Anwendungen, wo keine hohe Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt werden, kann die Schutzkappeneinrichtung K auch durch Kleben, Heißverstemmen (mit optionalen Verstemmpins, die durch die Leiterplatte durchgehen) oder durch Krafteinpressen erfolgen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004031318 A1 [0004]
- DE 102005003658 B4 [0005]
Claims (10)
- Optische Detektorvorrichtung (DE) mit: einer Leiterplatteneinrichtung (L); einem Detektorelement (DC), welches auf der Leiterplatteneinrichtung (L) angebracht und mit der Leiterplatteneinrichtung (L) verdrahtet ist; einer Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘), welche auf der Leiterplatteneinrichtung (L) derart angebracht ist, dass sie das Detektorelement (DC) überdeckt; und einer in eine Aussparung (A0; A1, A2; A3) der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) oberhalb des Detektorelements (DC) integrierten optischen Filtereinrichtung (FE; FE1, FE2; FE3).
- Optische Detektorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) einen Lötrahmen (LR) aufweist, der auf die Leiterplatteneinrichtung (L) gelötet ist.
- Optische Detektorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) Führungsstifte (FP) aufweist, welche in entsprechende Löcher (LL) der Leiterplatteneinrichtung (L) eingesetzt sind.
- Optische Detektorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) seitlich mit der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) verklebt oder verpresst oder eingeschmolzen ist.
- Optische Detektorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wobei die Aussparung (A3) der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) eine erste Führungseinrichtung (P) aufweist, welche eine Eintauchtiefe der Filtereinrichtung (FE3) in die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) begrenzt.
- Optische Detektorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Führungseinrichtung (P) einen innerhalb der Aussparung (A3) abgesenkten Plateaubereich (P) aufweist.
- Optische Detektorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wobei die Aussparung (A3) der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) eine zweite Führungseinrichtung (SF) aufweist, welche eine Positionierung der Filtereinrichtung (FE3) beim Eintauchen in die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) bewirkt.
- Optische Detektorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Führungseinrichtung (SF) einen konischen Randbereich (SF) der Aussparung (A3) aufweist.
- Herstellungsverfahren für eine optische Detektorvorrichtung (DE) mit den Schritten: Bereistellen einer Leiterplatteneinrichtung (L); Abbringen von einem Detektorelement (DC) auf der Leiterplatteneinrichtung (L) und Verdrahten des Detektorelelements (DC) mit der Leiterplatteneinrichtung (L); Abringen einer Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) auf der Leiterplatteneinrichtung (L) derart, dass sie das Detektorelement (DC) überdeckt; und Integrieren einer optischen Filtereinrichtung (FE; FE1, FE2; FE3) in eine Aussparung (A0; A1, A2; A3) der Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) oberhalb des Detektorelements (DC).
- Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei die Schutzkappeneinrichtung (K; K‘; K‘‘) einen Lötrahmen (LR) aufweist, der auf die Leiterplatteneinrichtung (L) in einem Reflowlötprozeß gelötet wird.
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| DE102014220229.9A Ceased DE102014220229A1 (de) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Optische Detektorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren |
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| DE102004031318A1 (de) | 2004-06-29 | 2006-01-19 | Robert Bosch Gmbh | Premold-Gehäuse |
| US20070223913A1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-09-27 | Ju Hyun Lee | Camera Module, Method of Manufacturing the Same, and Printed Circuit Board for the Camera Module |
| US7997812B2 (en) * | 2006-08-22 | 2011-08-16 | Lg Innotek Co., Ltd. | Camera module |
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-
2014
- 2014-10-07 DE DE102014220229.9A patent/DE102014220229A1/de not_active Ceased
Patent Citations (8)
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