DE102015118133A1 - Kompaktsysteme, Kompaktvorrichtungen und Verfahren zum Messen von Lumineszenzaktivität - Google Patents

Kompaktsysteme, Kompaktvorrichtungen und Verfahren zum Messen von Lumineszenzaktivität Download PDF

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Lothar Stoll
Martin Weigert
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Abstract

Kompaktsysteme, Kompaktvorrichtungen und Verfahren sind bereitgestellt, um Änderungen in Lumineszenz zu messen aufgrund von Umwelteinflüssen auf ein Lumineszenzmaterial. Solche Systeme, Vorrichtungen und Verfahren mögen in einer Kompaktvorrichtung implementiert sein, z.B. eine integrierte Schaltkreis Baugruppe, welche in eine Vorrichtung implementiert sein mag oder an einer Vorrichtung angebracht sein mag, wie beispielsweise ein Smartphone, Uhr, Taschenlampe, Fahrzeug, usw. Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, welche hierin beschrieben sind, sind verwendbar um Lumineszenz zu messen genauso wie Änderungen der Lumineszenz, welche indikativ sind für Umwelteinflüsse, wie beispielsweise die Präsenz und Konzentration von einem Gas oder einer Chemikalie, Umgebungstemperatur, Druck, Licht, usw. in einem Bereich, welcher ein Lumineszenzmaterial umgibt, welches in einer Kompaktvorrichtung enthalten ist.

Description

  • Querverweis zu verwandten Anmeldungen
  • Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-Part der US Anmeldung mit der Nummer 14/330,022, welche am 14. Juli 2014 eingereicht wurde und welche mit „Verfahren zum Durchführen von eingebetteten Wafer-Level Packaging (eWLP) und eWLP Vorrichtungen, Baugruppen und Anordnungen, welche mittels der Verfahren hergestellt sind“ betitelt ist, welche eine Continuation-in-Part der US Anmeldung mit der Nummer 14/213,342 ist, welche am 14. März 2014 eingereicht wurde, welche mit „Verfahren zum Durchführen verlängerter Wafer-Level Packaging (eWLP) und eWLP Vorrichtungen, welche mittels der Verfahren hergestellt sind“ betitelt ist, wobei beide derzeit anhängig sind und beide hierin vollständig mittels Referenz aufgenommen sind.
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Detektion von Lumineszenzaktivität. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Messen von Lumineszenzaktivität unter Verwenden einer Kompaktoptoelektronikvorrichtung.
  • Hintergrund
  • Lumineszenz ist die Emission von Licht mittels einer Substanz, welche nicht aus Wärme resultiert. Lumineszenz mag mittels chemischer Reaktionen, elektrischer Energie, subatomarer Bewegung, Spannung auf einem Kristall, usw. verursacht sein.
  • Lumineszenzmaterialien, wie beispielsweise fluoreszierende Materialien, phosphoreszierende Materialien und Biolumineszenzmaterialien, emittieren natürlich Licht bei einer bestimmten Wellenlänge. Umwelteinflüsse beeinflussen die Intensität des mittels Lumineszenzmaterialien emittierten Lichts. Insbesondere gewisse Umwelteinflüsse, wie beispielsweise die Präsenz von Gasen, verursachen, dass die Intensität von mittels gewissen Lumineszenzmaterialien emittierten Lichts sich verringert.
  • Während es verfügbare Systeme gibt zum Detektieren einer Änderung in der Lichtintensität von mittels Lumineszenzmaterialien emittierten Lichts aufgrund von Umwelteinflüssen, benötigen solche Systeme typischerweise eine ein Lumineszenzmaterial umschließende Kammer, eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor. Detektion eines Umwelteinflusses, wie beispielsweise ein Gas, auf dem Lumineszenzmaterial wird innerhalb der Kammer detektiert. Solche Systeme sind kompliziert und umständlich zu verwenden. Solche Systeme sind auch relativ groß an Größe und sind aufgrund dessen limitiert zu verwenden in größeren Form Faktor Anwendungen, wo ihrer Größe aufgenommen werden kann.
  • Ein Bedürfnis nach Kompaktsystemen, Kompaktvorrichtungen und Verfahren zum Messen von Lumineszenz aufgrund von Umwelteinflüssen, welche einfach zu verwenden sind, existiert.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung ist auf Kompaktsysteme, Kompaktvorrichtungen, Baugruppen und Verfahren zum Messen von Lumineszenzaktivität gerichtet. In Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel weist das Kompaktsystem ein Optoelektronikmodul und ein Lumineszenzmodul auf. Das Optoelektronikmodul enthält eine Lichtquelle, welche konfiguriert ist, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, und einen wellenlängenselektiven Lichtdetektor, welcher konfiguriert ist, um Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs zu detektieren. Das Lumineszenzmodul enthält ein Lumineszenzmaterial. Das Lumineszenzmodul ist konfiguriert, um Licht bei einer variablen Wellenlänge zu emittieren, welche unterschiedlich von der vorbestimmten Wellenlänge ist reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist. Eine Intensität von dem mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts hängt von zumindest einem Umwelteinfluss auf dem Lumineszenzmaterial in einem das Kompaktsystem umgebenden Bereich ab. Der wellenlängenselektive Lichtdetektor ist konfiguriert, um das mittels des Lumineszenzmoduls emittierte Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu der Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts korrespondiert.
  • In Übereinstimmung mit einem anderen illustrativen Ausführungsbeispiel weist die Kompaktvorrichtung eine Lichtquelle und einen wellenlängenselektiven Lichtdetektor auf. Die Lichtquelle ist konfiguriert, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Der wellenlängenselektive Lichtdetektor ist konfiguriert, um Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs zu detektieren. Ein Lumineszenzmodul, welches ein Lumineszenzmaterial enthält, ist konfiguriert, um Licht bei einer variablen Wellenlänge zu emittieren, welche unterschiedlich von der vorbestimmten Wellenlänge ist, reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist, und eine Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts ist abhängig von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem die Kompaktvorrichtung umgebenden Bereich. Der wellenlängenselektive Lichtdetektor detektiert das mittels des Lumineszenzmoduls emittierte Licht, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und emittiert einen Wert, welcher zu der Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts korrespondiert.
  • In Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren das Folgende auf: Emittieren, mittels einer Lichtquelle, von Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge; Absorbieren, mittels eines ein Lumineszenzmaterial enthaltenden Lumineszenzmoduls des mittels der Lichtquelle emittierten Lichts, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist; Emittieren, mittels des Lumineszenzmoduls, von Licht bei einer variablen Wellenlänge, welche unterschiedlich von der vorbestimmten Wellenlänge ist; Detektieren, mittels eines wellenlängenselektiven Lichtdetektors, des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist; und Emittieren eines Werts, welcher zu der Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts korrespondiert, wobei die Lichtquelle, das Lumineszenzmodul und der wellenlängenselektive Lichtdetektor in einer Kompaktvorrichtung enthalten sind, und wobei eine Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts von zumindest einem Umwelteinfluss auf dem Lumineszenzmaterial in einem die Kompaktvorrichtung umgebenden Bereich abhängt.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel ist das Verfahren ein eingebettetes Wafer-Level Packaging („embedded Wafer-Level packaging, eWLP“) Verfahren, welches verwendet wird, um eine Kompaktoptoelektronikbaugruppe zum Messen von Lumineszenzaktivität zu bilden. Das Verfahren weist auf: Bilden eines eWLP artifiziellen Wafers, welcher eine Mehrzahl von ersten und zweiten Chips, einen Lumineszenzmaterialträger und ein Lumineszenzmaterial aufweist, welches in oder auf dem Lumineszenzmaterialträger angeordnet ist; Bilden eines elektrischen Interfaces auf einem oder beiden von einer Vorderseite und einer Rückseite des eWLP artifiziellen Wafers; und Zerkleinern des eWLP Wafers in eine Mehrzahl von eWLP Baugruppen. Jeder der ersten Chips und der zweiten Chips hat zumindest entsprechend eine darin gebildete erste Lichtquelle und einen darin gebildeten ersten wellenlängenselektiven Lichtdetektor. Jede eWLP Baugruppe enthält zumindest einen von den ersten Chips, einen von den zweiten Chips, einen Teil des Lumineszenzmaterialträgers und einen Teil des Lumineszenzmaterials. Jeder der ersten Lichtquellen ist konfiguriert, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Das Lumineszenzmaterial emittiert Licht bei einer variablen Wellenlänge, welche unterschiedlich von der vorbestimmten Wellenlänge ist, reagierend auf das mittels der ersten Lichtquelle emittierten Lichts, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist. Der erste wellenlängenselektive Lichtdetektor ist konfiguriert, um mittels des Lumineszenzmaterials emittiertes Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu einer Intensität von mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts korrespondiert.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel ist die Kompaktoptoelektronikbaugruppe eine eingebettete Wafer-Level Packaging („embedded Wafer-Level Packaging, eWLP“) Baugruppe, welche von einem eWLP artifiziellen Wafer zerkleinert ist. Die eWLP Baugruppe weist erste und zweite Chips, einen Lumineszenzmaterialträger und ein Lumineszenzmaterial auf, welches in oder auf dem Lumineszenzmaterialträger angeordnet ist. Die ersten und zweiten Chips haben zumindest entsprechend eine darin gebildete erste Lichtquelle und einen darin gebildeten ersten wellenlängenselektiven Lichtdetektor. Die erste Lichtquelle ist konfiguriert, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Das Lumineszenzmaterial ist konfiguriert, um Licht bei einer variablen Wellenlänge zu emittieren, welche unterschiedlich ist von der vorbestimmten Wellenlänge reagierend auf das mittels der ersten Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist. Der erste wellenlängenselektive Lichtdetektor ist konfiguriert, um mittels des Lumineszenzmaterials emittiertes ist Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu einer Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts korrespondiert. Ein elektrisches Interface ist auf einer oder beiden von einer Vorderseite und eine Rückseite der eWLP Baugruppe angeordnet. Die eWLP Baugruppe enthält einen Träger, auf welchem die eWLP Baugruppe montiert ist. Der Träger hat ein elektrisches Interface, welches mit dem elektrischen Interface der eWLP Baugruppe verbunden ist.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung, Zeichnungen und Ansprüche deutlich werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 illustriert ein Kompaktsystem zum Messen von Lumineszenz in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 2 illustriert detailliert ein Optoelektronikmodul in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 3 illustriert ein Optoelektronikmodul, welches mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthält gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 4 illustriert ein Optoelektronikmodul, welches mehrere Lichtquellen und mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthält gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 5 illustriert ein Kompaktsystem, welches ein Optoelektronikmodul mit einem Lumineszenzmaterial enthält, welches direkt auf der Oberfläche des Optoelektronikmoduls angebracht ist, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 6 illustriert ein Kompaktsystem, welches ein Optoelektronikmodul mit einem Lumineszenzmaterial enthält, welches auf einem Lumineszenzträger montiert ist, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 7 illustriert ein Kompaktsystem, welches einen Lumineszenzträger enthält, welcher eine mechanische Struktur zum Ausrichten eines Lumineszenzmaterials mit einem Optoelektronikmodul hat, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 8 illustriert ein Kompaktsystem, welches einen Lumineszenzträger enthält, welcher eine Lichtführungsstruktur hat, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 9 illustriert ein Kompaktsystem, welches einen Lumineszenzträger enthält, welcher mehrere Lumineszenzmaterialien unterstützt, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 10 illustriert ein Kompaktsystem, welches ein mit einer optischen Faser verbundenes Optoelektronikmodul mit einem Lumineszenzträger, welcher an dem Ende der optischen Faser angebracht ist, enthält gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 11 illustriert wird ein Kompaktsystem, welches ein mit einer optischen Faser verbundenes Optoelektronikmodul mit einem Lumineszenzträger, welcher entlang eines Teils der optischen Faser angeordnet ist, enthält gemäß einem alternativen illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 12A–12C illustrieren Beispiele von Konfigurationen von optischen Fasern, welche an Optoelektronikmodule angebracht sind, gemäß illustrativen Ausführungsbeispielen.
  • 13 illustriert ein Beispiel einer Stern optischen Faserkonfiguration gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 14A und 14B illustrieren grafisch Emission von Licht mittels eines Lumineszenzmaterials reagierend auf entsprechende Impulsanregung und Periodenanregung von einer Lichtquelle gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 15 illustriert ein Verfahren zum Messen von Lumineszenzaktivität gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • 16 illustriert eine Seitenschnittansicht einer eWLP Optoelektronikbaugruppe in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel, welches unter Verwenden der eWLP Technologie hergestellt wurde.
  • 17 illustriert eine Seitenschnittansicht einer eWLP Optoelektronikbaugruppe in Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel, welches unter Verwenden der eWLP Technologie hergestellt wurde.
  • 18 illustriert eine Seitenschnittansicht eines Plastik Lead Chip Trägers („plastic lead chip carrier, PLCC“) Optoelektronikbaugruppe in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel, welches unter Verwenden der PLCC Technologie hergestellt wurde.
  • 19 illustriert eine Seitenschnittansicht einer PLCC Optoelektronikbaugruppe in Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel, welches unter Verwenden der PLCC Technologie hergestellt wurde.
  • 20 illustriert eine perspektivische Draufsicht der in 18 und 19 gezeigten PLCC Optoelektronikbaugruppe.
  • 21 illustriert eine Seitenschnittansicht einer Optoelektronikbaugruppe in Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel.
  • Detaillierte Beschreibung von illustrativen Ausführungsbeispielen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung enthalten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Messen von Lumineszenzaktivität. Solche Systeme, Vorrichtungen und Verfahren mögen in einer Kompaktvorrichtung implementiert sein, z.B. einem integrierten Schaltkreis, welche in einer Vorrichtung eingebaut ist oder an einer Vorrichtung angebracht ist, wie ein Smartphone, Uhr, Taschenlampe, Fahrzeug, usw. Die hierin beschriebenen Systeme, Vorrichtungen und Verfahren sind verwendbar zum Messen von Lumineszenz sowie Änderungen von Lumineszenz, welche indikativ für Umwelteinflüsse sind, wie die Präsenz und Konzentration eines Gases oder einer Chemikalie, Umgebungstemperatur, Druck, Licht, usw., in einem Bereich, welcher ein Lumineszenzmaterial umgibt, welches in einer Kompaktvorrichtung enthaltend ist.
  • 1 illustriert ein Kompaktsystem zum Messen von Lumineszenz gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Wie in 1 gezeigt enthält das System 100 ein Optoelektronikmodul 110 und ein Lumineszenzmodul 140.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel mögen das Optoelektronikmodul 110 und das Lumineszenzmodul 140 in einer Kompaktvorrichtung integriert sein, welche in manchen Fällen eine Größe von 4 bis 9 mm2 hat und in manchen Fällen so klein wie 1 bis 2 mm2 ist. Die Größe dieses Systems fördert ein einfaches Verwenden in mehreren unterschiedlichen Umgebungen zum Messen von Lumineszenzaktivität aufgrund mehrerer unterschiedlicher Umgebungseinflüsse ohne das Bedürfnis nach einer Umhüllungskammer.
  • Wieder bezugnehmend auf 1, enthält das Optoelektronikmodul 110 eine Lichtquelle 120, welche Licht bei einer vorbestimmten Anregungswellenlänge λ1 (oder Wellenband Δλ1) emittiert. Zu illustrativen Zwecken ist die hierin beschriebene Lichtquelle 120 ein elektrisch-zu-optisch Converter („electrical-to-optical converter“) wie eine Leuchtdiode („light emitting diode“, LED), welche ein elektrisches Signal in Licht konvertiert. Während sie hierin als eine LED beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die Lichtquelle 120 mit einer beliebigen passenden Lichtquelle implementiert sein mag, welche Licht bei der Wellenlänge λ1 (oder Wellenband Δλ1) emittiert, wie eine Superlumineszenzdiode (SLED), ein Oberflächenemitter-Laserdiode („vertical cavity surface emitting laser“, VCSEL), usw.
  • Das Lumineszenzmodul 140 enthält ein Lumineszenzmaterial 150, auf welchem das von der Lichtquelle 120 emittierte Licht einfallend ist. Das Lumineszenzmaterial 150 absorbiert das Licht von der Lichtquelle 120.
  • Reagierend auf das absorbierte Licht von der Lichtquelle 120 und Umwelteinflüsse in dem Bereich, welcher das Kompaktsystem 100 umgibt auf dem Lumineszenzmaterial 150, emittiert das Lumineszenzmaterial 150 Licht bei einer variablen Emissionswellenlänge λ2, wobei λ1 < λ2 ist. Das emittierte Licht wird wiederum mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittiert.
  • Das Optoelektronikmodul 110 enthält auch einen wellenlängenselektiven Lichtdetektor 130 zum Detektieren von Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs. Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel mag der vorbestimmte Wellenlängenbereich gewählt sein, um Licht einer Wellenlänge länger als ein mittels der Lichtquelle 120 emittiertes Licht zu detektieren.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel ist der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 ein optisch-zu-elektrisch Converter („optical-to-electrical converter“), wie eine Photodiode (PD), welche Licht detektiert und das Licht in ein elektrisches Signal konvertiert. Das wellenlängenselektive Verhalten des Lichtdetektors 130 mag entweder mittels einer wellenlängenselektiven Beschichtung oder mittels intrinsischen Prinzipien des Detektors, z.B. einem Bandabstand („band gap“), erreicht werden.
  • Der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 detektiert Licht, welches mittels des Lumineszenzmaterials 150 bei der Präsenz von einem oder mehreren Umwelteinflüssen emittiert wird. Die Umwelteinflüsse mögen die Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts beeinflussen.
  • Insbesondere mag der Grad, zu welchem die Umwelteinflüsse gegenwärtig sind, z.B. die Konzentration der Umwelteinflüsse, in dem das Kompaktsystem 100 umgebenden Bereich, die Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts beeinflussen.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, wenn Licht innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs nicht von dem Lumineszenzmodul 140 detektiert wird, mag dies indikativ für eine hohe Konzentration oder Grad von Präsenz von dem einen oder mehreren Umwelteinflüssen auf dem Lumineszenzmaterial 150 sein. Zum Beispiel, wenn es eine hohe Konzentration eines bestimmten Gases in dem das Kompaktsystem 100 umgebenden Bereich gibt und das Gas die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials 150 stark beeinflusst, mag das Lumineszenzmaterial 150 Licht einer detektierbaren Intensität nicht emittieren.
  • Während hierin als PD beschrieben, soll verstanden werden, dass der Lichtdetektor 130 mit einem beliebigen passenden wellenlängenselektiven Lichtdetektor implementiert sein mag, welcher Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs detektiert, wie ein beliebiger passender wellenlängenselektiver Halbleiterlichtdetektor, z.B. ein Umgebungslicht Photodetektor („ambient light photo detector“, APD), ein Silizium Photomultiplier („silicon photo multiplier“, SiPM) Detektor, usw., wobei die Wellenlänge des emittierten Lichts von der Lichtquelle 120 kürzer ist als die Wellenlänge von dem detektierten Licht.
  • Obwohl im Interesse der Einfachheit der Illustration nicht gezeigt, soll verstanden werden, dass die zusätzliche Elektronik in dem Optoelektronikmodul 110 integriert sein mag. Solche Elemente mögen monolithisch mit dem Lichtdetektor 130 und/oder der Lichtquelle 120 integriert sein oder mögen als eine separate Einheit des Optoelektronikmoduls 110 implementiert sein. Diese Elektronik mag z.B. Verstärker („amplifier“), Phasenkomparatoren („phase comparators“) usw. (welche untenstehend detaillierter beschrieben sind) enthalten.
  • Wie obenstehend erklärt, detektiert der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittiertes Licht, welches innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist. Der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 gibt einen Wert aus korrespondierend zu der Intensität des detektierten Lichts, welches mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittiert ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel mag der Wert ein Stromwert sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Wert ein Spannungswert sein.
  • Der Spannungswert mag mittels Verwendens eines Transimpedanz Verstärkers („transimpedance amplifier“) erzeugt werden, welcher in dem Optoelektronikmodul 110 eingebaut ist, um den Stromwert in einen Spannungswert zu konvertieren.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel ist der mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 ausgegebene Stromwert oder Spannungswert eine Indikation der Konzentration oder des Grades der Präsenz von einem oder mehreren Umwelteinflüssen auf das Lumineszenzmaterial 150.
  • Wenn das mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittierte Licht von einer so geringen Intensität ist, dass es nicht mittels des wellenlängendelektiven Lichtdetektors 130 detektiert werden kann, mag dies indikativ sein für eine extreme Konzentration oder Grad der Präsenz von einem oder mehreren Umwelteinflüssen 160 in dem Bereich, welcher das Lumineszenzmaterial 150 umgibt, welches in dem Kompaktsystem 100 enthalten ist. Diese Umwelteinflüsse mögen das Lumineszenzmaterial 150 das Lumineszenzmaterial 150 verursachen gar kein Licht zu emittieren oder Licht von solch einer geringen Intensität zu emittieren, dass es nicht mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 detektiert werden kann.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, wenn kein Licht innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 detektiert wird, mag der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 einen Strom oder einen Spannungswert ausgeben, welcher einen Alarm auslöst. Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, mag der Lichtdetektor 130, um einen zu generierenden Alarm zu verursachen, ein Analogphotodetektor sein, welcher ein elektrisches Strom- oder Spannungssignal, welches zu der Intensität des detektierten Lichts korrespondiert, an einen externen Schaltkreis überträgt (welcher zur Einfachheit der Illustration nicht gezeigt ist). Wenn die Intensität des detektierten Lichts reduziert ist, mag der Ausgabestrom oder Spannungswert auch reduziert sein. Der externe Schaltkreis mag auf bestimmte Pegel von Strom und Spannungsausgabe kalibriert sein, so dass der externe Schaltkreis einen Alarm auslöst, wenn die Strom- oder Spannungsausgabe auf einen bestimmten Strom/Spannungsgrenzwertpegel reduziert wird. Es mag dort mehrere Alarme und mehrere Strom/Spannungsgrenzwerte geben, so dass ein Alarm generiert werden mag, wenn die Strom/Spannungsausgabe auf einen ersten Pegel reduziert ist und ein weiterer Alarm generiert werden mag, wenn die Strom/Spannungsausgabe auf einen zweiten Pegel reduziert ist, z.B. einen Strompegel geringer als der erste Strompegel.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lichtdetektor 130 ein integrierter Digitalphotodetektor („integrated digital photodetector“) sein, welcher reagierend auf Lichtdetektion ein digitales Signal an den externen Schaltkreis ausgibt. Somit mag der Lichtdetektor zum Beispiel eine logische „1“ ausgeben, wenn Licht detektiert wird, und eine logische „0“, wenn Licht nicht detektiert wird. Reagierend auf ein Empfangen der logischen „0“ mag der externe Schaltkreis einen Alarm generieren. Es soll verstanden werden, dass der Lichtdetektor stattdessen eine logische „1“ ausgeben mag, wenn kein Licht detektiert wird, und eine logische „0“, wenn Licht detektiert wird. In diesem Fall würde der externe Schaltkreis einen Alarm reagierend auf den Empfang der logischen „1“ generieren.
  • Als ein illustratives Beispiel wie eine Lichtquelle 120 betrachtet, welche Licht bei einer Wellenlänge innerhalb eines blauen Wellenlängenspektrums (ungefähr 440nm–500nm) emittiert. In der Präsenz eines Umwelteinflusses, wie eines Gases, absorbiert das Lumineszenzmaterial 150 das blaue Licht und emittiert Licht bei einer Wellenlänge innerhalb eines roten Wellenlängenspektrums (ungefähr 625–740nm). Angenommen, dass das rote Licht bei einer Wellenlänge ist, welche innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 ist, und dass das emittierte rote Licht von einer detektierbaren Intensität ist, dann würde das rote Licht detektiert werden. Der Lichtdetektor 130 mag einen Strom oder eine Spannung mit einem Wert korrespondierend zu der Intensität des detektierten roten Lichts ausgeben.
  • Anschließend an das illustrative Ausführungsbeispiel, wenn das Lumineszenzmaterial 150 in der Präsenz eines Gases ist, welches die Emission von Licht bis zu solch einem Umfang beeinflusst, dass das Lumineszenzmaterial 150 nicht Licht von einer detektierbaren Intensität emittiert, würde der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 nicht mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittiertes Licht detektieren. In diesem Fall mag der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 ein Strom oder Spannungssignal mit einem Wert ausgeben, welcher wiederum einen Alarm auslösen mag.
  • 2 illustriert detailliert ein Optoelektronikmodul 200 gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Wie in 2 gezeigt, enthält ein Optoelektronikmodul 200 einen Träger 230, wie einen Wafer, auf welchem eine Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode (LED) 210, und ein wellenlängenselektiver Lichtdetektor, z.B. ein Photodetektor PD 220, mittels einer Form („mold“) 240 an der Stelle gehalten werden, welcher elektrische Verbindungen hat.
  • Ein Wellenlängenfilter 250 filtert das mittels der LED 210 emittierte Licht von der PD 220. Bezugnehmend auf das obenstehende illustrative Beispiel, filtert der Wellenlängenfilter 250 das durch die LED 210 emittierte rote Licht von Detektion mittels des PD aus. Der wellenlängenselektive Filter 250 mag mit einer Beschichtung implementiert sein, welche als eine Interfaceschicht, eine Absorptionsschicht, eine photonische Schicht („photonic layer“), usw. dient.
  • Die Beschichtung mag mittels Druckens der Beschichtung als eine adhäsive Schicht oder mittels Molekularverarmungsprozessen („molucular depletion processes“), z.B. Sputtern, Evaporation, usw. aufgetragen werden. Wenn Wellenlängenselektivität mittels einer photonischen Schicht erreicht wird, kann die Generierung der Schichten Teil des integrierten Schaltkreis Herstellungsprozesses sein. Die wellenlängenselektive Beschichtung mag strukturiert sein, so dass nur die PD 220 bedeckt ist. Strukturieren der wellenlängenselektiven Beschichtung mag durchgeführt werden während des Auftragungsprozesses, z.B. mittels Maskierens („masking“) oder Abhebens („lift off“) oder, wenn eine ebene Verarmung angewendet wird, nach der Verarmung, z.B. mittels Ätzens.
  • 3 illustriert ein Optoelektronikmodul 200a, welches mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthält gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Das Optoelektronikmodul 200a ist ähnlich zu dem Optoelektronikmodul 200, ausgenommen, dass das Optoelektronikmodul 200a mehrere wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d enthält. Jeder der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d detektiert Licht innerhalb eines unterschiedlichen entsprechenden vorbestimmten Wellenlängenbereichs. Gemäß einem Ausführungsbeispiel mag zumindest einer der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d sensitiv auf die Ausgabewellenlänge der Lichtquelle sein und kann als eine Überwachungsdiode („monitor diode“) verwendet werden.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel mag die Detektion von Licht mittels einem oder mehreren der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d die Konzentration oder Grad von Präsenz eines oder mehrerer bestimmter Umwelteinflüsse auf das Lumineszenzmaterial indizieren (nicht in 3 gezeigt zur Einfachheit der Illustration). Die Intensität des Lichts, welches mittels einem oder mehreren wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d detektiert wird, mag indikativ für eine bestimmte Konzentration oder Grad von Präsenz eines oder mehrerer das Lumineszenzmaterial umgebenden Umwelteinflüsse sein.
  • Als ein illustratives Beispiel sei angenommen, dass die vorbestimmten Wellenlängenbereiche der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a und 220b derart ausgewählt sind, dass sie Licht detektieren, welches von dem Lumineszenzmaterial in der Abwesenheit von bestimmten Konzentration von CO2 bzw. CO emittiert wird, auf dem Lumineszenzmaterial. Wenn die Konzentration von CO2 oder CO, welches das Lumineszenzmaterial umgibt, einen bestimmten Betrag erreicht, wird dies das Lumineszenzmaterial beeinflussen, so dass es kein Licht von einer detektierbaren Intensität emittiert innerhalb der vorbestimmten Wellenlängenbereiche der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a und 220b. Jedoch mag das Lumineszenzmaterial noch Licht emittieren, welches mittels der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220c und 220d detektierbar ist. In diesem Fall mag jeder der Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d ein Strom oder Spannungssignal mit einem Wert ausgeben, welcher zu der Intensität von detektiertem Licht korrespondiert. Jedoch mögen die wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a und 220b Strom oder Spannungssignale mit Werten ausgeben, welche einem vorbestimmten Grenzwert entsprechen, welcher die Präsenz der bestimmten Konzentrationen von CO2 bzw. CO indizieren. Dies mag wiederum verursachen, dass ein oder mehrere Alarme ausgelöst werden.
  • 4 illustriert ein Optoelektronikmodul 200b, welches mehrere Lichtquellen und mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthält gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Das Optoelektronikmodul 200b ist ähnlich zu dem Optoelektronikmodul 200a, ausgenommen, dass das Optoelektronikmodul 200b mehrere Lichtquellen 210a, 210b, 210c und 210d enthält. Jede der Lichtquellen 210a, 210b, 210c oder 210d emittiert Licht bei einer unterschiedlichen entsprechenden vorbestimmten Emissionswellenlänge.
  • Das von den Lichtquellen 210a, 210b, 210c und 210d emittierte Licht wird mittels des Lumineszenzmaterials absorbiert und das Lumineszenzmaterial wiederum emittiert Licht bei Anregungswellenlängen. Abhängig von der Präsenz von Umwelteinflüssen, welche die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials beeinflussen mögen, detektieren die wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c und 220d mittels des Lumineszenzmaterials emittiertes Licht, welches innerhalb ihrer entsprechenden Wellenlängenbereiche ist. Die wellenlängenselektiven Lichtdetektoren 220a, 220b, 220c oder 220d geben Strom oder Spannungssignale mit Werten aus, welche die Intensität des Lichts indiziert, welches innerhalb ihrer entsprechenden Wellenlängenbereiche detektiert wird.
  • 5 illustriert ein System, welches ein Optoelektronikmodul 200 mit einem Lumineszenzmaterial 260 enthält, welches direkt auf der Oberfläche des Optoelektronikmoduls angebracht ist gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Das Lumineszenzmaterial 260 mag mittels Verfahren wie Rotationsbeschichtung („spin coating“), Tintenstrahldrucken („ink-jet-printing“), Schablonendruck („stencil printing“), Sprühen, usw. direkt angebracht sein. Strukturieren mag entweder während des Auftragsprozesses, z.B. mittels Maskierens oder Abhebens oder, wenn eine ebene Verarmung angewendet wird, nach der Verarmung, z.B. mittels Maskierens oder chemischen Lösens, durchgeführt werden.
  • Als eine Alternative mag das Lumineszenzmaterial 260 auf einem Lumineszenzträger 270 montiert sein, welcher an das Optoelektronikmodul angebracht ist, wie in 6 illustriert. Der Lumineszenzträger 270 mag durchlässig oder transluzent für Licht sein, welches die Anregungswellenlänge hat, und für Licht, welches die Emissionswellenlänge hat.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 an dem Optoelektronikmodul 200 angebracht sein unter Verwenden eines Klebemittels wie Kleber. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 an dem Optoelektronikmodul 200 angebracht sein unter Verwenden eines beliebigen passenden Montagematerials, um einen Abstand zwischen dem Lumineszenzträger und dem Optoelektronikmodul zu kreieren. Das Lumineszenzmaterial mag an dem Trägermodul angebracht sein, welches an dem Optoelektronikmodul montiert ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 7 illustriert, mag der Lumineszenzträger 270 in einer mechanischen Struktur zum Ausrichten des Optoelektronikmoduls 200 mit dem Lumineszenzträger 270 enthalten sein. Die mechanische Struktur mag Stifte (nicht gezeigt) zum Anpassen und Montieren enthalten. Die mechanische Struktur mag oberhalb des Optoelektronikmoduls 200 angeordnet sein, wie in 7 gezeigt. Alternativ mag die mechanische Struktur teilweise innerhalb der Form 240 und des Trägers 230 angeordnet sein. Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel mag die mechanische Struktur sich außerhalb des Optoelektronikmoduls 200 erstrecken, z.B. einen Teil des Moduls 200 umgeben.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 Mechanismen zum Auswählen von Wellenlänge, z.B. Filter, Gitter („gratings“), Absorptionsschichten usw., enthalten. Der Lumineszenzträger 270 mag Mechanismen zum Beeinflussen der Lichtausbreitung, z.B. Linsen oder Reflektoren, enthalten, welche innerhalb einer Lichtführungsstruktur enthalten sind, wie in 8 gezeigt. Die Lichtführungsstruktur führt Licht von der LED 210 zu dem Lumineszenzmaterial 260. Licht von dem Lumineszenzmaterial 260 wird wiederum in Richtung der PDs 220 gerichtet. Es soll verstanden werden, dass die PDs 220 dieselben oder unterschiedliche vorbestimmte Wellenlängenbereiche haben. Auch mögen die Lumineszenzmaterialien 260 dieselbe oder unterschiedliche Lumineszenzeigenschaften haben, wie untenstehend detaillierter beschrieben.
  • In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 als eine Bassinstruktur gebildet sein, welche mit dem Lumineszenzmaterial 260 gefüllt ist und mittels eines Montagematerials in Kontakt mit dem Optoelektronikmodul 200 gestützt wird. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 eine Schwammstruktur sein, welche das Lumineszenzmaterial 260 enthält. Der Schwamm ist insbesondere ein nützlicher Träger für ein flüssiges Lumineszenzmaterial. Die Schwammstruktur mag in Kontakt mit dem Optoelektronikmodul 200 sein.
  • In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel mag der Lumineszenzträger 270 aus einem Isolationsmaterial gebildet sein, wie Glas, um das Optoelektronikmodul 200 von dem Lumineszenzmaterial 260 zu isolieren. Die Oberfläche des Optoelektronikmoduls 200 mag mit einer Schutzschicht oder einer Isolationsplatte bedeckt sein, welche galvanische und chemische Isolation des Optoelektronikmoduls bereitstellt. Zusätzlich mag hermetische Isolation des Optoelektronikmoduls erreicht werden mittels, zum Beispiel, Ersetzens der Form 240 mit einem passenden Keramikmaterial, Verwendens eines Glasdeckels („glass lid“) für den Lumineszenzträger 270, Platzierens des Lumineszenzmaterials 260 auf der Außenseite des Glasdeckels und Verwendens eines Glaslötprozesses, um den Glasdeckel an das Keramikmaterial zu löten. Das Ergebnis dieses Prozesses ist eine hermetisch abgedichtete Baugruppe.
  • 9 illustriert ein System, welches einen Lumineszenzträger enthält, welcher mehrere Lumineszenzmaterialien stützt gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. In einem illustrativen Ausführungsbeispiel sind die Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c lateral innerhalb des Lumineszenzträgers 270 angeordnet und der Lumineszenzträger 270 ist mittels des Montagematerials 280 gestützt. Jedes der Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c enthält Eigenschaften, welche verursachen, dass es unterschiedlich auf das mittels der LED 210 emittierte Licht und Umwelteinflüsse reagiert.
  • Zum Beispiel mag das Lumineszenzmaterial 260a auf die Präsenz von einer bestimmten Konzentration eines Gases reagieren, wobei das mittels der LED 210 emittierte Licht absorbiert wird aber nicht Licht von einer detektierbaren Intensität bei einer Wellenlänge innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs der PD 220 emittiert wird. Die Lumineszenzmaterialien 260b und 260c mögen unbeeinflusst von der Präsenz des Gases sein, wobei das mittels der LED 210 emittierte Licht absorbiert wird und Licht von detektierbaren Intensitäten bei entsprechenden Wellenlängen emittiert wird, welche innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs der PD 220 sind.
  • Wenn Licht innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs der PD 220 von dem Lumineszenzmaterial 260a nicht detektiert wird, mag dies eine Indikation sein, dass das Gas in solch einer Konzentration präsent ist, dass es das Lumineszenzmaterial 260a verursacht kein Licht von einer detektierbaren Intensität zu emittieren. Die PD 220 gibt Strom und Spannungswerte korrespondierend zu der Intensität von Licht aus, welches von den Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c detektiert wird.
  • Es soll verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die Anordnung von Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c, wie in 9 gezeigt, begrenzt ist. Die Lumineszenzmaterialien mögen in einer beliebigen Weise innerhalb des Lumineszenzträgers 270 angeordnet sein. Zum Beispiel mögen die Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c vertikal übereinander gestapelt innerhalb des Lumineszenzträgers 270 sein. Als eine Alternative mögen die Lumineszenzmaterialien 260a, 260b und 260c homogen kombiniert sein, z.B. in dem Fall von drei flüssigen Lumineszenzmaterialien, welche miteinander vermischt sind.
  • Obwohl nicht illustriert, soll ferner verstanden werden, dass ein Kompaktsystem mehrere Lichtquellen, mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren und mehrere Lumineszenzmaterialien aufweisen mag.
  • 10 illustriert ein System, welches ein Optoelektronikmodul enthält, welches mittels einer optischen Faser mit einem Lumineszenzträger verbunden ist, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. In dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lumineszenzträger 270 mit dem Ende einer optischen Faser 290 verbunden. Die optische Faser 290 ist wiederum an das Optoelektronikmodul 200 gekoppelt. Gemäß anderen Alternativen mag das Lumineszenzmaterial 260 direkt auf das Ende der optischen Faser 290 angewendet sein, mag die optische Faser 290 an der Außenseite mit dem Lumineszenzmaterial 260 beschichtet sein oder mag das Lumineszenzmaterial innerhalb des optischen Fasermantels („optical fiber cladding“) oder optischen Faserkerns angewendet sein. Als noch eine weitere Alternative mag der Lumineszenzträger 270 an einer oder mehreren diskreten Stellen entlang der optischen Faser 290 angewendet sein, wie in 11 gezeigt.
  • In allen Anordnungen von Lumineszenzmaterialien auf oder innerhalb einer optischen Faser 290, wie obenstehend beschrieben, agiert die optische Faser 290, um Licht, welches bei einer vorbestimmten Anregungswellenlänge mittels einer oder mehrerer LEDs 210 emittiert wird, zu dem Lumineszenzmaterial zu übertragen und das Lumineszenzmaterial 260 absorbiert das Licht. Abhängig von Umwelteinflüssen emittiert das Lumineszenzmaterial 260 Licht bei einer variablen Emissionswellenlänge und wird das emittierte Licht mittels der optischen Faser 290 zu einer oder mehreren PDs 220 übertragen. Licht von einer detektierbaren Intensität innerhalb der vorbestimmten Wellenlänge der PD 220 wird mittels der PD 220 detektiert. Die PD 220 gibt ein Strom- oder Spannungssignal aus, welches einen Wert indikativ für eine Intensität des reflektierten Lichts hat.
  • Wie in 10 und 11 illustriert, mag die optische Faser 290 an das Optoelektronikmodul 200 gekoppelt sein mittels Muffenkoppelns („butt coupling“) eines Endes der optischen Faser 290 an das Optoelektronikmodul 200. Obwohl nicht illustriert, soll verstanden werden, dass die optische Faser 290, wie obenstehend beschrieben, an das Optoelektronikmodul 200 auf eine Anzahl von unterschiedlichen Arten gekoppelt sein mag. Als ein illustratives Beispiel, mag das Optoelektronikmodul 200 an die optische Faser 290 mittels Kopplungsoptik, wie eine Linse, gekoppelt sein. Die Linse mag wie gewünscht geformt sein, um Licht durch die optische Faser 290 zu leiten.
  • 12A–12C illustrieren Beispiele von optischen Faser Konfigurationen mit Lumineszenzträgern angewendet an diskreten Stellen entlang einer optischen Faser gemäß illustrativen Ausführungsbeispielen. Es soll verstanden werden, dass sich der Maßstab der optischen Faser in 2A–12C unterscheidet, so dass die Körper der optischen Faser kleiner erscheinen, um die unterschiedlichen Konfigurationen zu illustrieren, während die Enden der optischen Fasern, welche an das Optoelektronikmodul gekoppelt sind, größer erscheinen. Es sollte ferner verstanden werden, dass diese Konfigurationen nicht auf Ausführungen mit den Lumineszenzträgern 270, welche an diskreten Stellen entlang der optischen Faser angewendet sind, beschränkt sind. Diese Konfigurationen mögen auch mit dem Lumineszenzmaterial 260, welches direkt an dem Ende der optischen Faser angewendet ist, welches direkt an der Außenseite der optischen Faser angewendet ist, oder welches direkt innerhalb der optischen Faser angewendet ist, implementiert sein.
  • Bezugnehmend auf 12A, ist eine Schleife optische Faser Konfiguration („loop optical fiber configuration“) gezeigt, in welcher der das Lumineszenzmaterial stützende Lumineszenzträger an diskreten Stellen entlang der optischen Faser 290a Schleife an Lumineszenzkopplungspunkten (LCPs) 265a angewendet ist. Die Enden der optischen Faser 290a sind an das Optoelektronikmodul 200 gekoppelt (mit einem Ende der Faser 290a gekoppelt an die LED 210, und mit dem anderen Ende der Faser 290 an die PD 220 gekoppelt). Mittels der LED 210 emittiertes Licht wird mittels der optischen Faser an das Lumineszenzmaterial (die Lumineszenzmaterialien) übertragen, welches (welche) an den LCPs 265a angeordnet ist (sind), und mittels des Lumineszenzmaterials (der Lumineszenzmaterialien) emittiertes Licht wird mittels der optischen Faser 290a an die PD 220 übertragen.
  • In 12B ist eine Linie optische Faser Konfiguration („line optical fiber configuration“) gezeigt, in welcher der das Lumineszenzmaterial stützende Lumineszenzträger an einer Linie optischen Faser 290b an LCPs 265b angewendet ist und ein Ende der optischen Faser 290b an das Optoelektronikmodul 200 gekoppelt ist (mit der LED 210 und der PD 220 an dasselbe Ende der Faser 290b gekoppelt). Licht von der LED 210 wird mittels der optischen Faser 290b an das Lumineszenzmaterial (die Lumineszenzmaterialien) bei der den LCPs 265b übertragen, und mittels des Lumineszenzmaterials (der Lumineszenzmaterialien) emittiertes Licht wird wiederum mittels der optischen Faser 290b an die PD 220 übertragen.
  • In 12C wird eine Linie optische Faser Konfiguration mit einem Kombinator („combiner“), wie ein 3bB Koppler, gezeigt, in welchem ein Lumineszenzmaterial stützender Lumineszenzträger an eine optische Faser 290c an einem LCP 265c angewendet ist. Die optische Faser 290c verzweigt sich in individuelle Linien, welche wiederum jede an das Optoelektronikmodul 200 gekoppelt ist (mit einer Linie verbunden an die LED 210 und eine andere Linie verbunden an die PD 220). In der in 12C gezeigten Konfiguration überträgt der linke Teil der optischen Faser 290 Licht von der LED 210 an das Lumineszenzmaterial an dem LCP 265c und der rechte Teile der optischen Faser 290 trägt Licht emittiert mittels des Lumineszenzmaterials an dem LCP 265c an die PD 220.
  • Es soll verstanden werden, dass die in den 12A–12C gezeigten optischen Faserkonfigurationen Beispiele von optischen Faserkonfigurationen sind, und dass andere optische Faserkonfigurationen verwendet sein mögen.
  • Zum Beispiel, obwohl in den Konfigurationen, welche in den 12A und 12C illustriert sind, die LED 210 und die PD 220 an unterschiedlichen Enden einer optischen Faser verbunden sind, soll verstanden werden, dass die LED 210 und die PD 220 an dasselbe Ende einer optischen Faser verbunden sein mögen. Dies mag mittels, zum Beispiel, Verwendens eines Energie über Faser Kabels („power-over-fiber cable“) erreicht werden.
  • 13 illustriert eine Stern optische Faser Konfiguration („star optical fiber configuration“) gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Die Stern optische Faser Konfiguration enthält Sensor optische Fasern (SF) 290d, welche Lumineszenzträger und/oder Lumineszenzmaterialien darauf angewendet haben in einer beliebigen der obenstehend beschriebenen Arten. Das Lumineszenzmaterial, welches auf jede SF 290d angewendet ist oder an jede SF 290d gekoppelt ist, mag dasselbe oder unterschiedlich sein. Die SF 290d sind an das Optoelektronikmodul (OEM) 200 mittels eines Stern Kopplers („star coupler“, SC) 295, z.B. eines Rosetta Kopplers („Rosetta coupler“), gekoppelt. Das OEM 200 mag eine oder mehrere Lichtquellen und einen oder mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthalten.
  • Das OEM 200 emittiert Licht bei einer oder mehreren vorbestimmten Anregungswellenlänge(n), und das Licht wird mittels des Lumineszenzmaterials absorbiert, welches angewendet ist auf (oder angewendet ist innerhalb der Lumineszenzträger auf) die SFs 290d. Entfallend auf Umwelteinflüsse auf das Lumineszenzmaterial (die Lumineszenzmaterialien) wird Licht mittels des Lumineszenzmaterials (der Lumineszenzmaterialien) bei einer oder mehreren variablen Wellenlängen emittiert und das emittierte Licht, welches von einer detektierbaren Intensität ist, welche innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs des wellenlängenselektiven Lichtdetektors (der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren) innerhalb des OEM 200 ist, wird detektiert. Ein Strom/Spannungssignal mag mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors (der wellenlängenselektiven Lichtdetektoren) innerhalb des OEM 200 mit einem Wert ausgegeben werden, welcher zu der Intensität des detektierten Lichts korrespondiert. Wenn Licht nicht innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs detektiert wird von einem oder mehreren der SFs 290d, mag der Wert des Strom/Spannungssignals einen Grenzwert erreichen, welcher einen zu generierenden Alarm verursacht in einer Weise ähnlich zu der obenstehend beschriebenen.
  • Obwohl ein OEM 200 in 13 gezeigt ist, soll verstanden werden, dass mehrere OEMs verwendet sein mögen. Zum Beispiel mag ein OEM 200 verwendet werden, um Licht bei einer Wellenlänge zu übertragen und Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs zu detektieren, und ein anderer OEM mag verwendet werden, um Licht bei einer anderen Wellenlänge zu übertragen und Licht innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs zu detektieren.
  • 14A–14B illustrieren grafisch Emission von Licht von einem Lumineszenzmaterial reagierend entsprechend auf Impulsanregung und Periodenanregung gemäß illustrativen Ausführungsbeispielen. Bezugnehmend auf 14A, gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Impuls von Licht 310 von einer bestimmten Amplitude mittels des Optoelektronikmoduls 200 emittiert. Das Lumineszenzmaterial 260 absorbiert das Licht und emittiert Licht 320 von einer unterschiedlichen Amplitude. Wie in 14A zu sehen ist, gibt es eine Zeitverzögerung, auf welche als eine Rekombinationszeit („recombination time“) 330 Bezug genommen wird, zwischen der Emission des Impulses von Licht 310 mittels des Optoelektronikmoduls und der Emission von Licht 320 mittels des Lumineszenzmaterials. Zusätzlich verklingt das mittels des Lumineszenzmaterials emittierte Licht 320 exponentiell mit der Zeit.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel emittiert das Optoelektronikmodul 200 periodisch Licht 410 von einer bestimmten Amplitude, wie in 14B gezeigt. Das Lumineszenzmaterial 260 absorbiert das emittierte Licht und emittiert als Antwort periodisch Licht 420 von einer unterschiedlichen Amplitude. Der Zeitunterschied zwischen der Emission von Licht 410 und der Emission von Licht 420 mag als die Phasenverschiebung 430 referenziert sein.
  • Die Phasenverschiebung 430 ist unabhängig von der Frequenz von Emission von Licht mittels des Optoelektronikmoduls 200. Bei abwesenden Umwelteinflüssen, welche die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials 260 beeinflussen mögen, ist die Phasenverschiebung 430 konstant über die Zeit, wenn eine konstante periodische Emission von Licht mittels des Optoelektronikmoduls 200 gegeben ist. Jedoch wenn sich die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials aufgrund von Umwelteinflüssen ändern, z.B. wenn die Präsenz eines gefährlichen Gases verursacht, dass das Lumineszenzmaterial die Emission von Licht über eine Zeitspanne stoppt oder verzögert, ändert dies die Phasenverschiebung 430.
  • Somit mag ein Unterschied in der Phasenverschiebung 430 als ein weiterer Indikator von Umwelteinflüssen auf das Lumineszenzmaterial verwendet werden.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel mag der Unterschied in Phasenverschiebung 430 über die Zeit gemessen werden unter Verwenden eines Phasenkomparators, welcher innerhalb des Optoelektronikmoduls 200 integriert ist oder elektronisch mit der LED 210 und der PD 220 (nicht gezeigt für die Einfachheit der Illustration) verbunden ist. Der Phasenkomparator vergleicht ein elektrisches Signal, welches an der LED 210 angewendet wird und/oder mittels der PD 220 detektiert wird, ohne den Einfluss von Emission mittels des Lumineszenzmaterials 260 mit einem Signal, welches mittels des Lumineszenzmaterials 260 emittiert wird und der PD 220 über die Zeit. Bei abwesenden Umwelteinflüssen, welche die Emission von mittels des Lumineszenzmaterials emittiertem Licht beeinflussen mögen, wird der Vergleich der Signale in einem konstanten Wert resultieren. Jedoch, wenn Umwelteinflüsse die Emission von mittels des Lumineszenzmaterials emittiertem Licht beeinflussen, wird der Vergleich der Signale in einem unterschiedlichen Wert resultieren, welcher eine Phasenverschiebung indiziert.
  • Phasenvergleich mag mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors durchgeführt werden, welcher mittels monolithischer Integration gebildet ist, unter Verwenden eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises („application specific integrated circuit“, ASIC) oder einem Standardprodukt.
  • Ein beliebiger anderer passender Standard Phasenkomparator mag für den Phasenvergleich verwendet werden, welcher Signale von dem wellenlängenselektiven Lichtdetektor verwendet, wie der MM54C932/MM743932 Phasenkomparator, welcher von Texas InstrumentsTM hergestellt wird.
  • 15 illustriert ein Verfahren 500 zum Messen von Lumineszenzaktivität gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel. Es soll verstanden werden, dass die Schritte in der dargestellten Reihenfolge für die Einfachheit der Beschreibung und Illustration präsentiert sind, aber dass die Reihenfolge der Schritte nicht auf die untenstehende Beschreibung beschränkt werden dürfen.
  • Schritte können hinzugefügt, weggelassen und/oder simultan durchgeführt werden ohne vom Umfang der anhängigen Ansprüche abzuweichen. Es soll auch verstanden werden, dass das Verfahren zu jeden Zeitpunkt beendet werden kann.
  • Bezugnehmend auf 15, wird in Schritt 510 Licht von einer Lichtquelle, z.B. der Lichtquelle 120, bei einer vorbestimmten Anregungswellenlänge λ1 emittiert. In Schritt 520 wird Licht von der Lichtquelle 120 mittels eines Lumineszenzmaterials, zum Beispiel dem Lumineszenzmaterial 150 innerhalb des Lumineszenzmoduls 140, absorbiert. In Schritt 530 wird Licht abhängig von Umwelteinflüssen in einem das Kompaktsystem 100 umgebenden Bereich mittels des Lumineszenzmoduls 140 bei einer variablen Emissionswellenlänge λ2 emittiert. Es soll verstanden werden, dass dieser Schritt abhängig von den Umwelteinflüssen auf das Lumineszenzmaterial 150 nicht in einem signifikanten Ausmaß auftreten mag. Dass heißt, dass Umwelteinflüsse die Emission des Lichts mittels des Lumineszenzmaterials 150 beeinflussen mögen, so dass das Lumineszenzmodul kein Licht emittiert oder die Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts vernachlässigbar ist, so dass es mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 undetektierbar ist.
  • In Schritt 540 wird mittels des Lumineszenzmoduls 140 emittiertes Licht mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 detektiert und in Schritt 550 wird ein Strom oder Spannungswert bereitgestellt, welche zu einer Intensität des detektierten Lichts korrespondiert. Die Intensität des detektierten Lichts korrespondiert zu einem Ausmaß, zu welchem ein Umwelteinfluss, wie ein bestimmtes Gas, die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials 150 beeinflusst. Zum Beispiel in dem Szenario, in welchem das Lumineszenzmaterial mittels eines bestimmten Gases beeinflusst wird, welches die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials beeinflusst, indiziert der Strom oder Spannungswert die Konzentration des Gases in dem das Lumineszenzmaterial umgebenden Bereich.
  • Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, wenn der Strom oder Spannungswert einen gewissen Grenzwert erreicht, mag der wellenlängenselektive Lichtdetektor 130 einen Strom oder Spannungswert ausgeben, welcher einen zu generierenden Alarm verursacht. Dadurch wird in Schritt 560 eine Bestimmung gemacht, ob der Strom oder Spannungswert, welcher mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 bereitgestellt wird, den vorbestimmten Grenzwert erreicht. Diese Bestimmung mag mittels einer Logik, welche in dem wellenlängenselektiven Lichtdetektor 130 enthalten ist, oder mittels eines Prozessors, welcher den Strom oder Spannungswert von dem wellenlängenselektiven Lichtdetektor empfängt, durchgeführt werden.
  • Der Strom oder Spannungswert mag zu einem Wert korrespondieren, welcher emittiert wird, wenn kein Licht mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 detektiert wird. Wenn der Strom oder Spannungswert dem vorbestimmten Grenzwert entspricht, mag dies indikativ für einen Umwelteinfluss auf dem Lumineszenzmaterial sein, welcher verursacht, dass das Lumineszenzmaterial kein Licht von einer detektierbaren Intensität emittiert. Somit, gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, wenn der Strom oder Spannungswert, welcher mittels des wellenlängenselektiven Lichtdetektors 130 generiert wird, einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, mag dies einen in Schritt 570 zu generierenden Alarm verursachen, wie obenstehend beschrieben.
  • Wie oben gezeigt können die obenstehend beschriebenen Optoelektroniksysteme und Vorrichtungen sehr kompakt an Größe hergestellt sein. Eine Prozesstechnologie, welche als eingebettete Wafer-Level Packaging (embedded Wafer-Level Packaging, „eWLP“) Technologie bekannt ist, mag verwendet werden, um die hierin beschriebenen Optoelektronikvorrichtungen und Systeme herzustellen. Die Anmeldungen mit den Nummern 14/330,022 und 14/213,342, welche hierin mittels Referenz aufgenommen sind, offenbaren die Verwendung von eWLP Technologie, um sehr kompakte Optoelektronikvorrichtungen, Systeme und Anordnungen herzustellen. Im Interesse der Kürze wird die Weise in welcher solche Technologien verwendet werden können, um Optoelektroniksysteme und Vorrichtungen von der hierin beschriebenen Art herzustellen, nicht beschrieben werden, weil ein Fachmann im Lichte der in diesen Anmeldungen und in dieser Anmeldung bereitgestellten Beschreibungen die Art verstehen wird, in welcher eWLP Technologie verwendet werden kann, um Optoelektroniksysteme und Vorrichtungen von der hierin beschriebenen Art herzustellen.
  • Im Allgemeinen beschreiben die Beschreibungen, welche in den Anmeldungen mit den Nummern 14/330,022 und 14/213,342 bereitgestellt sind, ein Verwenden von eWLP Technologie, um verschiedene Typen von eWLP Optoelektronikvorrichtungen oder Baugruppen herzustellen, welche einen oder mehrere Transmitterchips enthalten, wie eine Laserdiode oder LED Chips, welche Licht von einer bestimmten Wellenlänge emittieren, und einen oder mehrere Empfängerchips, wie beispielsweise Fotodioden Chips, welche Licht von bestimmten Wellenlängen detektieren. Die Verfahrensschritte des Platzierens der LED(s), der Laserdioden, der Photodioden, des Lumineszenzmaterials, des Lumineszenzträgers und beliebigen Wellenlängenfilter(n) kann auf der eWLP Wafer Stufe durchgeführt werden.
  • Alternativ können einige dieser Verfahrensschritte auf der Wafer Stufe durchgeführt werden, wohingegen andere auf der Baugruppen Stufe durchgeführt werden, d.h. nachdem der Wafer gesägt wurde.
  • 16 und 17 sind Seitenschnittansichten von eWLP Optoelektronikbaugruppen, welche unter Verwenden der bevorstehend beschriebenen eWLP Technologie hergestellt wurden. Die in 16 gezeigte eWLP Optoelektronikbaugruppe 600 enthält einen Baugruppenträger 601, ein Formmaterial 602, eine LED 603, welche in dem Formmaterial 602 befestigt ist und an ihren Seiten von dem Formmaterial 602 umgeben ist, erste und zweite PDs 604 und 605, welche in dem Formmaterial 602 befestigt sind und an ihren Seiten von dem Formmaterial 602 umgeben sind, erste und zweite Wellenlängenfilter 607 und 608, welche entsprechend oben auf den ersten und zweiten PDs 604 und 605 angeordnet sind, einen Lumineszenzmaterialträger 611, welcher oben auf dem Formmaterial 602, den ersten und zweiten Wellenlängenfiltern 607 und 608 und der LED 603 angeordnet ist, und ein Lumineszenzmaterial 612, welches oben auf dem Lumineszenzmaterialträger 611 angeordnet ist.
  • Die eWLP Optoelektronikbaugruppe 600 kann eine beliebige der obenstehend mit Bezug auf 1–14 beschriebenen Funktionen durchführen, um Lumineszenz und/oder Wechsel in Lumineszenz, indikativ für Umwelteinflüsse, wie der Präsenz und/oder Konzentration eines Gases oder einer Chemikalie, Umgebungstemperatur, Druck, Licht usw., in einem ein Lumineszenzmaterial 612 umgebenden Bereich zu messen. Das Formmaterial 602 ist ein ausgehärtetes hartes Plastikmaterial, welches in flüssiger Form aufgebracht wird und auf der Wafer Stufe ausgehärtetem wird. Das ausgehärtete Formmaterial 602 stellt mechanische Stabilität für die eWLP Optoelektronikbaugruppe 600 bereit. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient der Lumineszenzmaterialträger 611 als ein Deckel, welcher den Abschnitt der Baugruppe unterhalb des Trägers 611, von der Umwelt abgedichtet.
  • Die in 17 gezeigte eWLP Optoelektronikbaugruppe 700 enthält eine Baugruppenträger 701, ein Formmaterial 702, eine LED 703, welche in dem Formmaterial 702 befestigt ist und an ihren Seiten von dem Formmaterial 702 umgeben ist, erste und zweite PDs 704 und 705, welche in dem Formmaterial 702 befestigt sind und an ihren Seiten von dem Formmaterial 702 umgeben sind, erste und zweite Wellenlängenfilter 707 und 708, welche entsprechend oben auf den ersten und zweiten PDs 704 und 705 angeordnet sind, einen Lumineszenzmaterialträger 711, welcher das Formmaterial 702, die ersten und zweiten Wellenlängenfilter 707 und 708 und die LED 703 bedeckt, und ein Lumineszenzmaterial 712, welches oben auf dem Lumineszenzträger 711 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lumineszenzmaterialträger 711 eine transparente Vergussmasse, welche mechanischer Stabilität für die Baugruppe 700 bereitstellt, in einer Art, welche in LED Technologie üblicherweise verwendet wird. Der Lumineszenzmaterialträger 711 dichtet den Abschnitt der Baugruppe unterhalb des Trägers 711 von der Umwelt ab.
  • Die eWLP Optoelektronikbaugruppen 600 und 700 können eine beliebige der obenstehend mit Bezug auf 1–14 beschriebenen Funktionen ausführen, um Lumineszenz zu messen und/oder Wechsel in Lumineszenz zu messen indikativ für Umwelteinflüsse, wie der Präsenz und/oder Konzentration eines Gases oder einer Chemikalie, Umgebungstemperatur, Druck, Licht usw., in einem ein Lumineszenzmaterial umgebenden Bereich.
  • Verwenden der eWLP Verfahren, welche in den Anmeldungen mit den Nummern 14/330,022 und 14/213,342 beschrieben sind, um die Baugruppen 600 und 700 herzustellen, erlaubt es viele Vorteile zu realisieren, enthaltend zum Beispiel Eliminieren des Bedürfnisses für Verbindungsdrähte („bond wires“) um Rückseite elektrische Verbindungen („back side electrical interconnections“) herzustellen, Eliminieren des Bedürfnisses nach Gehäusen für die Optoelektronikvorrichtungen, Baugruppen und Anordnungen, und Erlaubens einer Mehrzahl von sehr dünnen, kompakten Optoelektronikvorrichtungen, Baugruppen und Anordnungen, welche divers verwendbare Konfigurationen haben, um in Großserie („high volume“), mit hohem Ertrag („high yield“) und hohem Durchsatz hergestellt zu werden. Die eWLP Verfahren erlaubt es Baugruppen, wie Baugruppen 600 und 700, mit einer Gesamtgröße in der Größenordnung von 1 mm2 herzustellen.
  • Wie obenstehend gezeigt, ist das Optoelektroniksystem, Baugruppe oder Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen typischerweise gleich zu oder kleiner als ungefähr 9 mm2 an Größe, aber kann auch sehr viel kleiner hergestellt werden, unter Verwenden der vorstehend erwähnten eWLP Verfahren. Jedoch können obenstehend beschriebene und in den Figuren gezeigte Kompaktoptoelektronikvorrichtungen, Systeme oder Baugruppen auch hergestellt werden, unter Verwenden anderer Technologien, wie Plastik Lead Chip Träger („plastic lead chip carrier, PLCC“) Technologie (z.B. PLCC4 und PLCC6), zum Beispiel. PLCC ist geeignet zum Herstellen der hierin beschriebenen Optoelektronikvorrichtungen, Systeme oder Baugruppen.
  • In der PLCC Technologie werden vorgeformte Plastik Leadframes zum Montieren der Komponenten verwendet.
  • 18 und 19 illustrieren Seitenschnittansichten von Optoelektronikbaugruppen, welche unter Verwenden von PLCC Technologie hergestellt wurden. Während PLCC Technologie momentan keine Formfaktoren so klein wie diejenigen, welche unter Verwenden von eWLP Technologie erreicht werden können, bereitstellt, ist PLCC Technologie zum Verwenden mit der Erfindung für Anwendungen, wo große Formfaktoren akzeptabel sind, geeignet. Die in 18 gezeigte PLCC Optoelektronikbaugruppe 800 enthält einen Baugruppenträger 801, welcher ein vorgeformter Plastik Leadframe ist, eine LED 803, welche an dem Träger 801 befestigt ist, erste und zweite PDs 804 und 805, welche an dem Träger 801 befestigt sind, erste und zweite Wellenlängenfilter 807 und 808, welche entsprechend oben auf den ersten und zweiten PDs 804 und 805 angeordnet sind, einen Lumineszenzmaterialträger 811, welcher oberhalb der LED 803, den ersten und zweiten PDs 804 und 805 und den ersten und zweiten Wellenlängenfiltern 807 und 808 angeordnet ist, und ein Lumineszenzmaterial 812, welches oben auf dem Lumineszenzmaterialträger 811 angeordnet ist.
  • In dem in 18 gezeigten illustrativen Ausführungsbeispiel stellt der PLCC Baugruppenträger 801 mechanische Stabilität für die Baugruppe 800 bereit, wobei das Bedürfnis für das in 16 und 17 gezeigte Formmaterial 602, 702 vermieden wird. Jedoch, wenn zusätzliche mechanische Stabilität erwünscht oder benötigt ist, oder wenn es benötigt ist, um optische Isolation bereitzustellen, mag das Formmaterial 602, 702 in der Baugruppe 800 verwendet werden. Der Lumineszenzmaterialträger 811 dient als ein Deckel, welcher den Abschnitt der Baugruppe unterhalb des Trägers 811 von der Umwelt abgedichtet.
  • Die in 19 gezeigte PLCC Optoelektronikbaugruppe 900 ist ähnlich zu der in 18 gezeigten PLCC Optoelektronikbaugruppe 800, außer dass Baugruppe 900 einen Lumineszenzmaterialträger 911, welcher die LED 903, die ersten und zweiten PDs 904 und 905 und die ersten und zweiten Wellenlängenfilter 907 und 908, welche entsprechend oben auf den ersten und zweiten PDs 904 und 905 angeordnet sind, einkapselt, enthält. Der Baugruppenträger 901 ist ein vorgeformter Plastik Leadframe, an welchen die LED 903 und die ersten und zweiten PDs 904 und 905 befestigt sind, typischerweise mittels Lötens.
  • Der Lumineszenzmaterialträger 911 ist typischerweise eine transparente Vergussmasse („transparent potting compound“) von einem Typ, welcher üblicherweise in der LED Massenproduktion verwendet wird. Ein Lumineszenzmaterial 912 ist oben auf dem Lumineszenzmaterialträger 911 angeordnet. Der Lumineszenzmaterialträger 911 dichtet den Abschnitt der Baugruppe unterhalb des Trägers 911 von der Umwelt ab.
  • Die PLCC Optoelektronikbaugruppen 800 und 900 können eine beliebige der obenstehend mit Bezug auf 1–14 beschriebenen Funktionen ausführen, um Lumineszenz und/oder Wechsel in Lumineszenz zu messen indikativ für Umwelteinflüsse, wie der Gegenwart und/oder Konzentration eines Gases oder einer Chemikalie, Umgebungstemperatur, Druck, Licht usw., in einem ein Lumineszenzmaterial 812, 912 umgebenden Bereich.
  • 20 illustriert eine perspektivische Draufsicht der in 18 und 19 gezeigten PLCC Optoelektronikbaugruppe 800, 900, welche zu der Draufsicht identisch aussehen. 20 gezeigt einige Merkmale der Baugruppe 800, 900, welche zur Einfachheit nicht in den Schnittansichten von 18 und 19 gezeigt sind, wie Verbindungsdrähte 931 und externe Baugruppenleitungen 932. In 20 sind der Lumineszenzmaterialträger 811, 911 und das Lumineszenzmaterial 812, 912 entfernt, um das Innere der Baugruppe 800, 900 zu zeigen. Die PD 804, 904 kann nicht gesehen werden, weil sie von dem Filter 807, 907 bedeckt ist. Ebenfalls kann die PD 805, 905 nicht gesehen werden, weil sie von dem Filter 808, 908 bedeckt ist.
  • Selbstverständlich ist die Form der in 20 gezeigten Optoelektronikbaugruppe 800, 900 lediglich ein Beispiel wie die Optoelektronikbaugruppe geformt sein mag. Die Erfindung ist nicht in Bezug auf die Form der Baugruppe, Vorrichtung oder System limitiert.
  • 21 illustriert eine Seitenschnittansicht einer Optoelektronikbaugruppe 950 in Übereinstimmung mit einem weiteren illustrativen Ausführungsbeispiel. Die Optoelektronikbaugruppe 950 mag eine eWLP Optoelektronikbaugruppe sein, welche hergestellt wurde unter Verwenden der vorstehendgenannten eWLP mit Methodiken, welche in den vorstehend erwähnten Anmeldungen mit den Nummern 14/330,022 und 14/213,342 offenbart sind. Alternativ mag die Optoelektronikbaugruppe 950 hergestellt sein unter Verwenden konventioneller Techniken. Die Optoelektronikbaugruppe 911 enthält einen Interposer („interposer“) 951, welcher darin Durchgangslöchern 952 gebildet hat, eine LED 953, eine PD 954, einen Filter 955, eine Polymerform 956, eine Lumineszenzmaterialschicht 957, Verbindungsdrähte 958, elektrische Kontakte 959, eine elektrisch leitende Schicht 961, Lötkugeln 962 und elektrisch leitende adhäsive Schichten 963 und 964.
  • Der Interposer 951 mag, zum Beispiel, ein Siliziumsubstrat sein, in welchem Fall die Durchgangslöcher 952 Silizium-Durchkontaktierungen („through-silicon vias“, TSVs) sind, ein Glasträger mit den darin geformten Durchgangslöchern 952 oder eine gedruckt Leiterplatte (PCB) mit den darin geformten Durchgangslöcher 952. Die Polymerform 956 mag, zum Beispiel, eine gegossene Schicht („casted layer“), eine rotationsbeschichtete Schicht oder eine Umspritzung („over mold“) sein. Der Vorteil davon die Form 956 aus einem Polymer herzustellen ist, dass die Anwendung und die Adhäsion der Lumineszenzmaterialschicht 957 besser vereinfacht sind als wenn anorganische Materialien wie zum Beispiel Glas verwendet werden.
  • Die LED 953 und PD 957 haben elektrische Kontakte (nicht gezeigt) an ihren unteren Oberflächen, welche elektrisch an Elektroden von einer externen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden sind mittels des elektrisch leitfähigen Pfades, welcher aus der Lötkugel 962 in der Mitte, dem korrespondierenden elektrischen Kontakt 959 und Durchgangsloch 952, der elektrisch leitfähigen Metallschicht 961 und den elektrisch leitfähigen adhäsiven Schichten 963 und 964 hergestellt ist. Die elektrisch leitfähigen adhäsiven Schichten 963 und 964 werden vor dem Chip Anbring Prozess („die attach process“) angebracht. Die LED 953 und PD 954 haben elektrische Kontakte (nicht gezeigt) auf ihren oberen Oberflächen, welche elektrisch verbunden sind an Elektroden der externen Energiezufuhr (nicht gezeigt) mittels des elektrisch leitfähigen Pfades, welcher aus den Lötkugeln 962 auf den gegenüberliegenden Seiten der Baugruppe 950, der korrespondierenden elektrischen Kontakte 959 und Durchgangslöcher 952 und der Verbindungsdrähte 958 hergestellt ist.
  • Die LED 953 emittiert Licht bei einer vorbestimmten Anregungswellenlänge λ1 (oder Wellenband Δλ1). Zu Illustrationszwecken wird die LED 953 als die Lichtquelle verwendet, aber es mag jede passende Lichtquellen verwendet werden, enthaltend zum Beispiel eine Laserdiode, eine SLED usw. Das Lumineszenzmaterial 957 absorbiert das von der LED 953 emittierte Licht, welches darauf einfallend ist. Reagierend auf das absorbierte Licht von der LED 953 und Umwelteinflüssen in dem die Baugruppe 950 umgebenden Bereich auf dem Lumineszenzmaterial 957, emittiert das Lumineszenzmaterial 957 Licht bei einer Emissionswellenlänge λ2, wobei λ1 und λ2 unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereich sind.
  • Die PD 954 mit dem auf ihrer oberen Oberfläche angeordneten Filter 955 fungiert als ein wellenlängenselektiver Lichtdetektor zum Detektieren von Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs. Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel detektiert der wellenlängenselektive Lichtdetektor Licht, welches in der Präsenz von einem oder mehreren Umwelteinflüssen mittels des Lumineszenzmaterials 957 emittiert wird. Die Umwelteinflüsse mögen die Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials 957 emittierten Lichts beeinflussen. Insbesondere den Grad zu welchem die Umwelteinflüsse, z.B. die Konzentration der Umwelteinflüsse, in einem die Baugruppe 950 umgebenden Bereich präsent sind, mag die Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts beeinflussen. Gemäß einem illustrativen Ausführungsbeispiel, wenn Licht innerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs nicht mittels der PD 954 detektiert wird, mag dies indikativ für eine hohe Konzentration oder Grad von Präsenz von dem einen oder mehreren bestimmten Umwelteinflüssen auf das Lumineszenzmaterial 957 sein. Zum Beispiel, wenn dort eine hohe Konzentration eines bestimmten Gases in dem die Baugruppe 950 umgebenden Bereich ist, und das Gas die Emission von Licht mittels des Lumineszenzmaterials 957 stark beeinflusst, mag das Lumineszenzmaterial 957 Licht von einer bestimmten Intensität, welche mittels der PD 954 detektierbar ist, nicht emittieren.
  • Es soll verstanden werden, dass die Erfindung mit Bezug auf illustrative oder beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, um die Prinzipien und Konzepte der Erfindung aufzuzeigen. Wie von einem Fachmann verstanden werden wird, ist die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen illustrativen Ausführungsbeispiele beschränkt. Zum Beispiel ist die Konfiguration von Elementen und Materialien, welche ein Messen von Lumineszenzaktivität erlaubt, nicht auf die Konfigurationen und Materialien beschränkt, welche hierin beschrieben worden sind. Ein Fachmann wird von der hierin bereitgestellten Beschreibung verstehen, dass eine Vielfalt von Konfigurationen und Materialien verwendet werden kann, um Lumineszenzaktivität zu messen. Der Fachmann wird die Art verstehen, in welcher diese und andere Modifikationen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden und dass alle solche Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.

Claims (27)

  1. Ein Kompaktsystem, aufweisend: ein optoelektronisches Modul, welches enthält eine Lichtquelle, welche konfiguriert ist, um Licht innerhalb einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, und einen wellenlängenselektiven Lichtdetektor, welcher konfiguriert ist, um Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs zu detektieren; und ein Lumineszenzmodul, welches ein Lumineszenzmaterial enthält, wobei das Lumineszenzmodul konfiguriert ist, um Licht bei einer variablen Wellenlänge zu emittieren, welche von der vorbestimmten Wellenlänge unterschiedlich ist, reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist, eine Intensität des Lichts emittiert mittels des Lumineszenzmoduls von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem Bereich abhängt, welcher das Kompaktsystem umgibt, und der wellenlängenselektive Lichtdetektor konfiguriert ist, um das mittels des Lumineszenzmoduls emittierte Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu der Intensität des Lichts korrespondiert, welches mittels des Lumineszenzmoduls emittiert wird.
  2. Das Kompaktsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wert zumindest einen von einem Spannungswert und einem Stromwert enthält.
  3. Das Kompaktsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Alarm generiert wird reagierend auf den emittierten Wert, welcher einem vorbestimmten Grenzwert entspricht.
  4. Das Kompaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Lumineszenzmodul mehrere Lumineszenzmaterialien aufweist, und das Lumineszenzmodul konfiguriert ist, um Licht bei mehreren variablen Wellenlängen zu emittieren reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial einfallend ist, und welches von zumindest einem Umwelteinfluss auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial abhängig ist.
  5. Ein Kompaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das optoelektronische Modul mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren enthält, wobei jeder entsprechende wellenlängenselektive Lichtdetektor konfiguriert ist, um Licht von einer Wellenlänge zu detektieren, welche innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, der spezifisch für den entsprechenden wellenlängenselektiven Lichtdetektor ist.
  6. Das Kompaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optoelektronische Modul mehrere Lichtquellen enthält, wobei jede entsprechende Lichtquelle konfiguriert ist, um Licht bei einer entsprechenden vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren.
  7. Das Kompaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um das Licht bei der vorbestimmten Wellenlänge periodisch zu emittieren, das Lumineszenzmodul konfiguriert ist, um das Licht bei einer variablen Wellenlänge periodisch zu emittieren reagierend auf das mittels der Lichtquelle periodisch emittierte Licht, welches auf das Lumineszenzmaterial einfallend ist, und eine Variation in einer Phasenverschiebung zwischen dem mittels der Lichtquelle periodisch emittierten Licht und dem mittels des Lumineszenzmoduls periodisch emittierten Licht über eine Zeitdauer indikativ ist für zumindest einen Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial.
  8. Eine Kompaktvorrichtung, aufweisend: eine Lichtquelle, welche konfiguriert ist, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren; und einen wellenlängenselektiven Lichtdetektor, welcher konfiguriert ist, um Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs zu detektieren, wobei ein Lumineszenzmodul, welches ein Lumineszenzmaterial enthält, konfiguriert ist, um Licht zu emittieren bei einer variablen Wellenlänge, welche unterschiedlich ist von der vorbestimmten Wellenlänge reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist, eine Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem Bereich abhängt, welcher das Kompaktsystem umgibt, und der wellenlängenselektive Lichtdetektor konfiguriert ist, um das mittels des Lumineszenzmoduls emittierte Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu der Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts korrespondiert.
  9. Die Kompaktvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Wert zumindest einen von einem Spannungswert und einem Stromwert enthält.
  10. Die Kompaktvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei ein Alarm generiert wird reagierend auf den emittierten Wert, welcher einem vorbestimmten Grenzwert entspricht.
  11. Die Kompaktvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Lumineszenzmodul mehrere Lumineszenzmaterialien aufweist, und das Lumineszenzmodul konfiguriert ist, um Licht bei mehreren variablen Wellenlängen zu emittieren reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial einfallend ist, und welches von zumindest einem Umwelteinfluss auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial abhängig ist.
  12. Die Kompaktvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner aufweisend mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren, wobei jeder entsprechende wellenlängenselektive Lichtdetektor konfiguriert ist, um Licht von einer Wellenlänge zu detektieren, welche innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, der spezifisch für den entsprechenden wellenlängenselektiven Lichtdetektor ist.
  13. Die Kompaktvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner aufweisend mehrere Lichtquellen, wobei jede entsprechende Lichtquelle konfiguriert ist, um Licht bei einer entsprechenden vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren.
  14. Die Kompaktvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um das Licht bei der vorbestimmten Wellenlänge periodisch zu emittieren, das Lumineszenzmodul konfiguriert ist, um das Licht bei einer variablen Wellenlänge periodisch zu emittieren reagierend auf das mittels der Lichtquelle periodisch emittierte Licht, welches auf das Lumineszenzmaterial einfallend ist, und eine Variation in einer Phasenverschiebung zwischen dem mittels der Lichtquelle emittierten Licht und dem mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Licht über eine Zeitdauer indikativ ist für zumindest einen Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial.
  15. Ein Verfahren, aufweisend: Emittieren, mittels einer Lichtquelle, von Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge; Absorbieren, mittels eines Lumineszenzmoduls, welches ein Lumineszenzmaterial enthält, des mittels der Lichtquelle emittierten Lichts, welches auf das Lumineszenzmaterial einfallend ist; Emittieren, mittels des Lumineszenzmoduls, von Licht bei einer variablen Wellenlänge, welche unterschiedlich von der vorbestimmten Wellenlänge ist; Detektieren, mittels eines wellenlängenselektiven Lichtdetektors, des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist; und Emittieren eines Werts, welcher zu der Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts korrespondiert, wobei die Lichtquelle, das Lumineszenzmodul und der wellenlängenselektive Lichtsensor in einer Kompaktvorrichtung enthalten sind, und eine Intensität des mittels des Lumineszenzmoduls emittierten Lichts von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem Bereich abhängt, welcher die Kompaktvorrichtung umgibt.
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Wert zumindest einen von einem Spannungswert und einem Stromwert enthält.
  17. Das Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei ein Alarm generiert wird reagierend auf den emittierten Wert, welcher einem vorbestimmten Grenzwert entspricht.
  18. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Lumineszenzmodul mehrere Lumineszenzmaterialien aufweist, und das Lumineszenzmodul Licht bei mehreren variablen Wellenlängen emittiert reagierend auf das mittels der Lichtquelle emittierte Licht, welches auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial einfallend ist, und welches von zumindest einem Umwelteinfluss auf jedes entsprechende Lumineszenzmaterial abhängig ist.
  19. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei dort mehrere wellenlängenselektive Lichtdetektoren sind, wobei jeder entsprechende wellenlängenselektive Lichtdetektor Licht von einer Wellenlänge detektiert, welche innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, der spezifisch für den entsprechenden wellenlängenselektiven Lichtdetektor ist.
  20. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei dort mehrere Lichtquellen sind, wobei jede entsprechende Lichtquelle konfiguriert ist, um Licht bei einer entsprechenden vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren.
  21. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Lichtquelle das Licht bei der vorbestimmten Wellenlänge periodisch emittiert, das Lumineszenzmodul das Licht bei der variablen Wellenlänge periodisch emittiert reagierend auf das mittels der Lichtquelle periodisch emittierte Licht, welches auf das Lumineszenzmaterial einfallend ist, und wobei eine Variation in einer Phasenverschiebung zwischen dem mittels der Lichtquelle periodisch emittierten Licht und dem mittels des Lumineszenzmoduls periodisch emittierten Licht über eine Zeitdauer indikativ ist für zumindest einen Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial.
  22. Ein eingebettetes Wafer-Level Packaging (embedded Wafer-Level Packaging, „eWLP“) Verfahren, aufweisend: Bilden eines eWLP artifiziellen Wafers, welcher aufweist eine Mehrzahl von ersten und zweiten Chips, einen Lumineszenzmaterialträger und ein Lumineszenzmaterial, welches in oder auf dem Lumineszenzmaterialträger angeordnet ist, wobei jeder der ersten und zweiten Chips entsprechend zumindest eine darin geformte erste Lichtquelle und einen darin geformten ersten wellenlängenselektiven Lichtdetektor haben, die ersten Lichtquellen konfiguriert sind, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, das Lumineszenzmaterial bei einer variablen Wellenlänge Licht emittiert, welche unterschiedlich ist von der vorbestimmten Wellenlänge reagierend auf das mittels der ersten Lichtquelle emittierte Licht, welches einfallend auf das Lumineszenzmaterial ist, die ersten wellenlängenselektiven Lichtdetektoren konfiguriert sind, um mittels des Lumineszenzmaterials emittiertes Licht zu detektieren, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu einer Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts korrespondiert; Bilden eines elektrischen Interfaces auf einer oder beiden von einer Vorderseite und einer Rückseite des eWLP artifiziellen Wafers; und Zerkleinern des eWLP Wafers in eine Mehrzahl von eWLP Baugruppen, wobei jede eWLP Baugruppe zumindest einen der ersten Chips, einen der zweiten Chips, einen Teil des Lumineszenzmaterialträgers und einen Teil des Lumineszenzmaterials enthält.
  23. Das eWLP Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei die Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem Bereich abhängt, welcher die korrespondierende zerkleinerte eWLP Baugruppe umgibt, welches das Lumineszenzmaterial aufweist.
  24. Eine eingebettete Wafer-Level Packaging (embedded Wafer-Level Packaging, „eWLP“) Baugruppe, aufweisend: eine eWLP Baugruppe, welche von einem eWLP artifiziellen Wafer zerkleinert ist, wobei die eWLP Baugruppe aufweist erste und zweite Chips, einen Lumineszenzmaterialträger und ein Lumineszenzmaterial, welches in oder auf dem Lumineszenzmaterialträger angeordnet ist, wobei erste und zweite Chips entsprechend darin geformte zumindest eine erste Lichtquelle und einen ersten wellenlängenselektiven Lichtdetektor haben, die erste Lichtquelle konfiguriert ist, um Licht bei einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, das Lumineszenzmaterial konfiguriert ist, um Licht bei einer variablen Wellenlänge zu emittieren, welche unterschiedlich ist von der vorbestimmten Wellenlänge reagierend auf das mittels der ersten Lichtquelle emittierte Licht, welches auf das Lumineszenzmaterial einfallend ist, der erste wellenlängenselektive Lichtdetektor konfiguriert ist, um Licht zu detektieren, welches mittels des Lumineszenzmaterials emittiert wird, welches innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ist, und um einen Wert zu emittieren, welcher zu einer Intensität des mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Lichts korrespondiert; ein elektrisches Interface auf einer oder beiden von einer Vorderseite und einer Rückseite der eWLP Baugruppe; und einen Träger auf dem die eWLP Baugruppe montiert ist, wobei der Träger ein elektrisches Interface hat, das mit dem elektrischen Interface der eWLP Baugruppe verbunden ist.
  25. Die eWLP Baugruppe gemäß Anspruch 24, wobei die Intensität von dem mittels des Lumineszenzmaterials emittierten Licht abhängig ist von zumindest einem Umwelteinfluss auf das Lumineszenzmaterial in einem Bereich, welcher die eWLP Baugruppe umgibt.
  26. Die eWLP Baugruppe gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die eWLP Baugruppe weniger oder gleich zu 9 Quadratmillimeter (mm2) an Größe ist.
  27. Die eWLP Baugruppe gemäß Anspruch 26, wobei die eWLP Baugruppe weniger oder gleich zu 4 mm2 an Größe ist.
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