DE10321257B4 - Optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement - Google Patents

Optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement Download PDF

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Abstract

Optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement, wobei der Metallträger aufweist:
– mindestens einen planen Aufnahmebereich zur Aufnahme und Befestigung des Bauelements sowie
– randseitige Kontaktbeine, die über elektrische Mittel mit dem Bauelement elektrisch verbunden sind,
– im planen Aufnahmebereich mindestens einen Bereich reduzierter Dicke (11), worin das Bauelement befestigt ist, wobei
– der Aufnahmebereich im Bereich reduzierter Dicke mindestens eine Öffnung (13) aufweist, durch die von dem in dem Bereich reduzierter Dicke angeordneten optoelektronischen Bauelement (2) ausgesandtes oder empfangenes Licht durch den Metallträger tritt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement.
  • Es sind Metallträger bekannt, die der Kontaktierung eines elektrischen oder optoelektronischen Bauelements dienen und hierzu in der Regel eine Vielzahl von Kontaktbeinchen bereitstellen, über die das Bauelement elektrisch kontaktiert werden kann. Dabei werden zwischen den Kontaktbeinchen des Metallträgers und Kontaktpads des Bauelements jeweils Bonddrähte gesetzt. Derartige Metallträger werden auch als Leadframes bezeichnet.
  • Die fertige Anordnung von Leadframe, Bauelement und Bonddrähten wird üblicherweise mit einem Vergußmaterial vergossen. Beispielsweise ist aus der DE 199 09 242 A1 eine Anordnung bekannt, bei der ein Leadframe mit einem optoelektronischen Wandler in einem an einer Seite offenen Modulgehäuse positioniert und mit einem lichtdurchlässigen, formbaren Material vergossen wird. Eine Lichtein- oder Auskopplung erfolgt über eine Lichtleitfaser, die an einem Stutzen des Modulgehäuses angekoppelt wird. Auf dem Leadframe befindet sich auch der Treiberbaustein bzw. Empfangsbaustein für den opto-elektronischen Wandler.
  • In anderen Ausgestaltungen werden Leadframes mit optischen und optoelektronischen Bauelementen in Standardkunststoffgehäuse eingebaut. Es besteht ein Bedarf, in solchen Standardgehäusen möglichst dicke Chipmodule unterzubringen und dabei gleichzeitig eine gewisse Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Bauelemente zu besitzen, etwa zur Einstellung der optischen Länge einer verwendeten Optik.
  • In der WO 02/17 405 A1 ist ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip beschrieben, wobei der Halbleiterchip auf einem flexiblen Chipträger montiert ist, bei dem auf einer ersten Hauptfläche Leiterbahnen zum elektrischen Anschließen des Halbleiterchips ausgebildet sind. Auf dem Chipträger ist ein Gehäuserahmen angeordnet, der mit einem strahlungsdurchlässigen Medium, insbesondere einer Füllmasse gefüllt ist.
  • Aus der EP 0 690 515 A1 ist eine optoelektronische Anordnung bekannt, die ein flexibles Schaltungssubstrat mit transparenten Bereichen aufweist. Auf dem Schaltungssubstrat ist ein photoelektrisches Bauelement angeordnet, das über elektrische Leitungen mit einem elektrischen Bauelement verbunden ist. Das photoelektrisches Bauelement weist zur elektrischen Kontaktierung Bonddrähte auf. Auf der anderen Seite des Schaltungssubstrates im Bereich der transparenten Bereiche können optische Elemente z.B. Linsen angebracht sein.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Anbringung von optischen oder optoelektronischen Bauelementen in Standardgehäusen ermöglicht bei gleichzeitiger Verringerung der Bauhöhe der Gehäuse und dabei insbesondere zusätzliche Freiheitsgrade bei der Anordnung der Bauelemente bereitstellt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische oder optoelektronische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Danach ist der Metallträger der Anordnung folgendermaßen ausgebildet. Der Metallträger weist zumindest einen planen Aufnahmebereich zur Aufnahme und Befestigung eines zu kontaktierenden Bauelements auf. Der Metallträger weist weiter randseitige Kontaktbeine auf, die über elektrische Mittel mit dem Bauelement elektrisch verbunden sind. Im planen Aufnahmebereich weist der Metallträger mindestens einen Bereich reduzierter Dicke auf, wobei das optische oder optoelektronisches Bauelement in dem Bereich reduzierter Dicke angeordnet ist, so dass die gesamte Bauhöhe reduziert ist und eine größere Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Komponenten vorliegt. Der Aufnahmebereich weist im Bereich reduzierter Dicke mindestens eine Öffnung auf, durch die von dem in dem Bereich reduzierter Dicke angeordneten optoelektronischen Bauelement ausgesandtes oder empfangenes Licht durch den Metallträger tritt.
  • Dadurch, dass der Metallträger (Leadframe) mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweist, besteht die Möglichkeit, auch relativ dicke optische oder optoelektronische Bauelemente bei vorgegebener Gesamtbauhöhe auf einem Leadframe anzubringen. Durch den zusätzlichen Bauraum entstehen des weiteren zusätzliche Freiheitsgrade bei der Anordnung der einzelnenen Komponenten auf dem Leadframe. Beispielsweise bestehen zusätzliche Freiheitsgrade für die Anordnung optischer Komponenten auf dem Leadframe zur Verfügung.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass mehrere Komponenten übereinander, gegebenenfalls auf unterschiedlichen Seiten des Leadframes, in dem Bereich reduzierter Dicke angeordnet sind.
  • Da das Leadframe nur partiell, nicht jedoch durchgängig eine reduzierte Dicke aufweist, werden die mechanischen Eigenschaften des Leadframes nur geringfügig geändert, so dass es weiterhin leicht handhabbar ist.
  • Der Metallträger besteht bevorzugt aus einer gestanzten oder geätzten Metallfolie. Solche Metallträger werden allgemein als Leadframes bezeichnet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Außenkonturen des Bereichs reduzierter Dicke eine passive Justagestruktur für ein in diesem Bereich anzubringendes optisches, elektrisches oder optoelektronisches Bauelememt ausbilden. Es wird auf diese Weise eine einfache mechanische Justage eines Bauteils ermöglicht. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei POF-(Plastic Optical Fiber) Anwendung vorteilhaft, die moderate Toleranzanforderungen besitzen. Bei einer nicht optischen Anwendung kann die Justagestruktur beispielsweise der Aufnahme und Ausrichtung einer Wärmesenke dienen.
  • Der Bereich reduzierter Dicke kann grundsätzlich eine beliebige Form besitzen. Bevorzugt ist er rechteckig, so dass Chips oder Chipmodule in dem Bereich reduzierter Dicke in einfach Weise und in definierter Ausrichtung montiert werden können.
  • In dem Bereich reduzierter Dicke ist beispielsweise eine optische Linse oder ein Trägersubstrat für ein elektrisches oder optoelektronisches Bauelement angeordnet.
  • Der Bereich reduzierter Dicke wird bevorzugt durch partielles Dünnen eines Standardleadframes hergestellt. Durch Verwendung eines Standardleadframes, das partiell gedünnt wird, kann zur Herstellung des Leadframes auf Standardtechnologien zurückgegriffen werden. Sowohl das Herstellen des standardgemäßen Leadframes als auch das anschließende Dünnen erfolgen dabei bevorzugt mittels einer Standardtechnologie. Das Herstellungsverfahren ist dementsprechend für hohe Volumen geeignet.
  • Beim Dünnen eines Standardleadframes kann die nominale (normale) Leadframedicke im Wesentlichen beibehalten werden.
  • Dementsprechend lassen sich nahezu alle Fertigungsanlagen der eingesetzten Standardtechnologie ohne Modifikation weiter nutzen. Auch stellt sich das Leadframe hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften als im Wesentlichen dem Standard entsprechend dar.
  • Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Leadframes erfolgt mittels halbseitigen Ätzens eines Trägers entsprechend der an sich bekannten „Halfetch"-Technik. Ein übliches Strukturieren von Leadframes mittels Ätzen sieht vor, ein Ausgangsmaterial beidseitig zu maskieren und von jeder Seite zu ätzen, bis das nicht maskierte Material vollständig entfernt ist. Bei der Halfetch-Technik wird nur von einer Seite geätzt, die andere Seite ist in dem betrachteten Bereich maskiert. Die erreichte Tiefe ist dabei abhängig von der Ätzzeit und prinzipiell frei wählbar. Auf diese Weise kann ein Leadframe einseitig partiell gedünnt werden.
  • Es sind jedoch natürlich auch andere Herstellungsverfahren möglich. Beispielsweise kann der Bereich reduzierter Dicke durch Pressen, Fräsen oder Laserablation eines Ausgangsträgers hergestellt werden.
  • Der Bereich reduzierter Dicke beträgt bevorzugt zwischen 30 % und 70 %, besonders bevorzugt zwischen 50 % und 60 % der Dicke des nicht dickenreduzierten Bereichs. Bei einer Leadframedicke von 125 μm weist der Bereich reduzierter Dicke beispielsweise eine Dicke von ca. 55 μm auf, so dass 70 μm Bauhöhe gewonnen sind. Entsprechend größer ist der Gewinn an Bauhöhe bei dickeren Leadframes, wobei Leadframes üblicherweise eine Dicke bis 300 μm aufweisen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme der Figuren der Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leadframes mit Bereichen unterschiedlicher Dicke und
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Leadframes mit Bereichen unterschiedlicher Dicke.
  • Die 1 zeigt einen Metallträger (Leadframe) 1, der der Aufnahme und Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelementes 2, 3 dient. Der Metallträger 1 weist einen ersten Bereich 10 einer ersten Dicke d1 und einen zweiten Bereich 11 einer demgegenüber reduzierten Dicke d2 auf. Der Bereich reduzierter Dicke 11 bildet dementsprechend eine Aussparung 12 in dem Metallträger 1 aus. In der Aussparung 12 ist zentriert eine optische Linse 4 angeordnet. Auf der Oberseite des Leadframes befindet sich auf einem Submount 3 ein optoelektronisches Bauelement 2. Der Submount 3 ist dabei auf dem Metallträger 1 im Bereich 11 angeordnet.
  • Das optoelektronische Bauelement 2 ist beispielsweise eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine Fotodiode. Der Submount bzw. Träger 3 besteht beispielsweise aus Silizium oder Saphir. Die Kontaktierung des optoelektronischen Bauelementes 2 erfolgt über Bonddrähte 5, die zum einen mit entsprechenden Kontaktbereichen des Metallträgers 1 und zum anderen mit Metallisierungen bzw. Bondpads des Submounts 3 bzw. des optoelektronischen Bauelementes 2 verbunden sind (nicht gesondert dargestellt). Die Art der Kontaktierung der Bauelemente ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement 2 auch in Flipchip-Montage auf dem Metallträger 1 montiert und kontaktiert werden.
  • Der Metallträger 1 dient somit zum einen der Aufnahme und Halterung der Komponenten 2, 3, 4 und zum anderen in an sich bekannter Weise der elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelementes 2.
  • Aufgrund der reduzierten Dicke d2 des Leadframes 1 im Bereich 11 ist die Gesamtbauhöhe des dargestellten optoelektronischen Moduls reduziert. Dabei kann die Linse 4 näher an dem optoelektronischen Bauelement 2 platziert werden. Hierdurch wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Anpassung der Optik bereitgestellt.
  • Des Weiteren bietet die durch die Aussparung 12 bereitgestellte definierte Stufe im Metallträger 1 die Möglichkeit einer einfachen Justage der Linse 4 im Leadframe 1 und damit indirekt auch gegenüber dem Sende- oder Empfangsbauelement 2. Diese Anordnung eignet sich insbesondere für POF-Anwendungen, da für diese moderate Toleranzanforderungen bestehen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Leadframe 1 in der Erfindung im Bereich reduzierter Dicke mindestens eine Aussparung 13 aufweist, durch die vom optoelektronischen Bauelement 2 ausgesandtes oder empfangenes Licht durch das Leadframe treten kann. Das Leadframe 1 kann mehrere solcher oder anders geformte Aussparungen aufweisen. Die 1 und 2 sind lediglich Ausführungsbeispiele mit mittigen Aussparungen.
  • Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der keine Linse 4 vorgesehen ist. Die Aussparung 12' ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Oberseite des Leadframes ausgebildet und das Submount 3 ist in diese Aussparung 12' eingesetzt. Auch hier ist die Gesamtbauhöhe der Anordnung deutlich reduziert. Beispielsweise beträgt die Dicke d1 125 μm und die Dicke d2 55 μm, so dass ca. 70 μm Bauhöhe gewonnen sind.
  • Die geringere Blechdicke im Bereich reduzierter Dicke d2 bietet zusätzlich den Vorzug eines kürzeren Wegs des optischen Pfades aus dem Gesamtpackage heraus. Dies stellt einen Freiheitsgrad im optischen Design zur Verfügung.
  • Auch bei der 2 ist der Bereich 11 reduzierter Dicke bzw. die Aussparung 12' derart strukturiert, dass eine passive Justagestruktur im Leadframe 1 bereitgestellt wird, im vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Aufnahme des Submounts 3.
  • Die einzelnen Kontaktbereiche bzw. Leadframebeinchen des Metallträgers 1 sind an ihrem äußeren Rand für eine weiteren Kontaktierung vorgesehen, etwa mit den elektrischen Leitungen einer Schaltungsplatine (nicht dargestellt). Dies entspricht dem üblichen Aufbau eines Leadframes, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele. Insbesondere können anstatt optoelektronischer Bauelemente ebenso optische Bauelemente auf dem partiell gedünnten Leadframe angeordnet werden. Die Verwendung eines partiell gedünnten Leadframes ist prinzipiell für alle Aufbaukonzepte mit relativ hohen Chips bzw. Multichipmodulen geeignet, die in einem Standardgehäuse mit einer Standardhöhe angeordnet werden sollen oder bei denen aus anderem Grund die Bauhöhe beschränkt sein soll.
  • In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 kombiniert, wobei vorgesehen sein kann, dass das Leadframe auf Ober- und Unterseite eine partielle Dünnung aufweist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Leadframe mehr als zwei Bereiche unterschiedlicher Dicke ausbildet. Auch können in einem Leadframe eine Vielzahl von Bereichen reduzierter Dicke beabstandet zueinander angeordnet sein, wobei in jedem Bereich ein Chip oder ein Multichipmodul montiert ist.

Claims (7)

  1. Optische oder optoelektronische Anordnung mit mindestens einem auf einem Metallträger angeordneten optoelektronischen Bauelement, wobei der Metallträger aufweist: – mindestens einen planen Aufnahmebereich zur Aufnahme und Befestigung des Bauelements sowie – randseitige Kontaktbeine, die über elektrische Mittel mit dem Bauelement elektrisch verbunden sind, – im planen Aufnahmebereich mindestens einen Bereich reduzierter Dicke (11), worin das Bauelement befestigt ist, wobei – der Aufnahmebereich im Bereich reduzierter Dicke mindestens eine Öffnung (13) aufweist, durch die von dem in dem Bereich reduzierter Dicke angeordneten optoelektronischen Bauelement (2) ausgesandtes oder empfangenes Licht durch den Metallträger tritt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturen des Bereichs (11) reduzierter Dicke eine passive Justagestruktur für ein in diesem Bereich anzubringendes optisches oder optoelektronisches Bauelememt (3, 4) ausbilden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (11) reduzierter Dicke eine rechteckige Form besitzt.
  4. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (11) reduzierter Dicke durch partielles Dünnen eines Standardleadframes (1) hergestellt ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (11) reduzierter Dicke durch halbseitiges Ätzen eines Trägers hergestellt ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (11) reduzierter Dicke durch Pressen, Fräsen oder Laserablation eines Trägers hergestellt ist.
  7. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (11) reduzierte Dicke eine Dicke (d2) aufweist, die zwischen 30% und 70%, insbesondere zwischen 50% und 60% der Dicke (d1) eines Bereichs (10) größerer Dicke beträgt.
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