DE19536216C1 - Opto-electronic detector component for UV light - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Detek tor-Bauelement mit einem auf einem Sockelteil eines Bauele mentgehäuses angeordneten Halbleiterdetektorchip, der elek trisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse hin durchgeführten Elektrodenanschlüssen verbunden ist, und einem über dem Sockelteil des Bauelementgehäuses angeordneten und das Detektor-Bauelement abschließenden Gehäuseoberteil, in welchem ein dem Halbleiterdetektorchip zugeordnetes Fenster element vorgesehen ist. Ein derartiges Bauelement ist aus der US 47 06 106 bekannt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Detektor- Bauelements.The invention relates to an optoelectronic detector Gate component with a on a base part of a component mentgehäuses arranged semiconductor detector chip, the elek trisch with at least two through the component housing performed electrode connections, and one arranged over the base part of the component housing and the upper housing part closing the detector component, in which is a window assigned to the semiconductor detector chip element is provided. Such a component is out the US 47 06 106 known. The invention also relates to a method for producing an optoelectronic detector Component.
Die bisherigen optoelektronischen UV-Detektor-Bauelemente wurden im wesentlichen in hermetisch dichten TO-Metall-Bau teilgehäusen eingebaut. Hierbei wurden als Chipträger aus Me tall gefertigte Bodenplatten verwendet, die mit einer Metall kappe mit eingeglastem Filter montiert wurden. Durch diese Montage vermittels einem Metallgehäuse konnte zum einen ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert werden, und zum ande ren eine Eignung des optoelektronischen Detektor-Bauelementes für bestimmte Hochtemperaturanwendungen zur Verfügung ge stellt werden. Die Alterung des Halbleiterchips war bei einer solchen Montageart gering, da aufgrund des verwendeten Gehäu setyps im wesentlichen keine Belastung auf den Halbleiterchip aufgrund von unmittelbar umgebendem Material vorlag. Norma lerweise befindet sich bei den herkömmlichen Detektor-Halb leiter-Bauelementen zwischen dem Detektorchip und dem Filter glas ein gasförmiges Medium, da Kunststoffe UV-Licht in star kem Maße absorbieren. Trotzdem treten hierbei Lichtverluste durch Brechungsindexsprünge aufgrund des Materialübergangs von Gas auf Filterglas und von Gas auf das Halbleiter-Mate rial auf. Darüber hinaus ist es bekannt, das Filterelement in die Filterkappe einzukleben, was bei entsprechender Kappengestaltung möglich ist. Weiterhin finden bei bekannten UV-Detektor-Bauelementen auch Keramik-Gehäuse Anwendung.The previous optoelectronic UV detector components were essentially in hermetically sealed TO metal construction part housings installed. Here, the chip carrier from Me tall manufactured base plates used with a metal cap with a glass filter. Through this Assembly by means of a metal housing could on the one hand Ingress of moisture can be prevented, and secondly a suitability of the optoelectronic detector component available for certain high temperature applications be put. The aging of the semiconductor chip was one such assembly type low because of the housing used setyps essentially no load on the semiconductor chip due to the surrounding material. Norma is usually in the conventional detector half conductor components between the detector chip and the filter glass is a gaseous medium, since plastics UV light in star absorb any measure. Nevertheless, there is a loss of light due to jumps in refractive index due to the material transfer from gas to filter glass and from gas to the semiconductor mate rial on. In addition, it is known to in the filter element glue in the filter cap, which if appropriate Cap design is possible. Also found in known UV detector components Ceramic housing application.
Als wesentlicher Nachteil bei sämtlichen bisher hergestellten optoelektronischen Halbleiter-Bauelementen sind die aufgrund der relativ komplizierten Herstellung notwendigerweise einhergehenden Kosten anzusehen.As a major disadvantage of all previously manufactured optoelectronic semiconductor components are the cause the relatively complicated manufacture necessarily associated costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Detektor-Bauelement zur Verfügung zu stellen, welches bei hohen Anforderungen an die optischen Eigenschaften, Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Bauelementes erheblich kostengünstiger hergestellt werden kann.The invention is based on the object optoelectronic detector component available make, which with high demands on the optical Properties, reliability and lifespan of the Component are manufactured significantly cheaper can.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Detektor- Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Detektor-Bauelements nach Anspruch 12 gelöst.This task is performed by an optoelectronic detector Component according to claim 1 and a method for manufacturing an optoelectronic detector component according to claim 12 solved.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das dem Detektorchip zugeordnete Fensterelement zur Begrenzung der Wellenlänge der empfangenen Strahlung unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip montiert ist. Durch das unmittelbare Aufbringen des Fensterelementes auf den Detektorchip ist ein allenfalls sehr dünnes Medium zwischen Filter und Chip gemeint, wobei in vorteilhafter Weise die Stärke des Mediums zwischen Detektorchip und Fensterelement auf ein Minimum reduziert werden kann, so daß Lichtverluste durch Dämpfung verringert werden können. Durch geeignete Wahl des Mediums zwischen Detektorchip und Fensterelement können darüber hinaus die Verluste durch Brechungsindexsprünge aufgrund der Materialunterschiede minimiert werden.According to the invention it is provided that the detector chip assigned window element to limit the wavelength of the received radiation immediately on the Semiconductor detector chip is mounted. Through the immediate Applying the window element to the detector chip is a at most a very thin medium between the filter and the chip meant, advantageously the strength of the medium between detector chip and window element to a minimum can be reduced so that light loss through attenuation can be reduced. By choosing the right medium can between the detector chip and window element addition, the losses due to refractive index jumps due to the Material differences are minimized.
Das unmittelbar auf dem Halbleiter-Detektorchip befestigte Fensterelement kann aus einem Material gefertigt sein, das eine wellenselektive Durchlässigkeit, d. h. für bestimmte Wellenlängenbereiche Filtereigenschaften besitzt. Bevorzugt wird ein Material, welches insbesondere für UV-Strahlung durchlässig ist. Ansonsten kommt für das Material des Fen sterelementes Glas, Kunststoffmaterial, Quarzglas, aber auch spezielle Gläser wie Farbgläser, Filtergläser, oder andere wellenlängenselektive Materialien in Frage.The one attached directly to the semiconductor detector chip Window element can be made of one material which is a wave-selective permeability, d. H. for certain Wavelength ranges has filter properties. Prefers becomes a material that is particularly suitable for UV radiation is permeable. Otherwise comes for the material of the fen ster element glass, plastic material, quartz glass, but also special glasses such as colored glasses, filter glasses, or others wavelength selective materials in question.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das unmittelbar auf dem Halbleiterdetektor chip montierte Fensterelement durch Klebe- oder Haftverbin dung auf dem Detektor-Halbleiterchip befestigt ist, insbeson dere vermittels einer dünnen Klebeschicht. Das Material der Klebeschicht ist hierbei so beschaffen, daß der Übergang vom Halbleiterdetektorchip auf das Fensterelement allenfalls ge ringfügige Brechungsindexsprünge verursacht und/oder allen falls ein geringfügiger Anteil der empfangenen Strahlung in der dünnen Klebeschicht absorbiert wird. Ein solches Material für die Klebeschicht kann ein an sich bekanntes Adhäsionsme dium wie beispielsweise Polyimid oder Epoxidharz sein.In a particularly preferred embodiment of the invention provided that that directly on the semiconductor detector Chip-mounted window element through adhesive or adhesive connection is attached to the detector semiconductor chip, in particular by means of a thin adhesive layer. The material of the Adhesive layer is such that the transition from Semiconductor detector chip on the window element at most ge slight refractive index jumps caused and / or all if a small proportion of the radiation received in the thin adhesive layer is absorbed. Such a material for the adhesive layer a known Adhesionsme dium such as polyimide or epoxy resin.
Bei dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Detektor-Bau element handelt es sich um einen solchen Detektor mit von der einfallenden Strahlungsrichtung unabhängigen Detektion. Dies bedingt ein makroskopisch dickes Fensterelement ohne jegliche Interferenzwirkungen der einfallenden Lichtstrahlung. Im Stand der Technik sind daneben richtungsabhängige UV-Detek toren mit sogenannten Interferenzfiltern bekannt, bei dem auf die Chipoberfläche aufgebrachte Dünnschichten mit Stärken von einigen wenigen µm vorgesehen sind, deren Filtereigenschaft aufgrund von Lichtinterferenz naturgemäß von der einfallenden Strahlungsrichtung abhängt.In the optoelectronic detector construction according to the invention element is such a detector with the incident radiation direction independent detection. This requires a macroscopically thick window element without any Interference effects of the incident light radiation. in the State of the art are also directional UV detectors known with so-called interference filters, in which the chip surface applied thin layers with thicknesses of a few µm are provided, their filtering property due to light interference naturally from the incident Direction of radiation depends.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Halbleiterdetektorchip und das unmittel bar auf dem Halbleiterchip montierte (makroskopische) Fenste relement eine eigenständige, vormontierte Baueinheit bilden. In a further preferred embodiment of the invention provided that the semiconductor detector chip and the immediate (Macroscopic) windows mounted on the semiconductor chip relement form an independent, pre-assembled unit.
Hierdurch wird eine einfache Vormontage des optoelektroni schen Detektor-Bauelementes ermöglicht, beispielsweise in so genannter Chip-on-Wafer-Technik, oder auch auf anderem Wege, beispielsweise durch zweimaliges Diebonden oder Wafer-Bon ding. Die auf diese Weise vormontierte Hybrid-Baueinheit kann auf einem separat gefertigten Sockelteil bzw. Chipträger auf gebracht sein. Das Sockelteil bzw. Sockelteil mit Gehäuseo berteil des Bauelementgehäuses können aus einem Kunststoff material, insbesondere vermittels einem Spritzgußprozeß her gestellten Material bestehen. Insbesondere kommen hierbei Hochtemperaturthermoplaste zum Einsatz.This makes it easy to pre-assemble the optoelektroni rule detector component allows, for example in such a way called chip-on-wafer technology, or by other means, for example, through two die-bonding or wafer receipts thing. The hybrid assembly pre-assembled in this way can on a separately manufactured base part or chip carrier be brought. The base part or base part with housing Part of the component housing can be made of a plastic material, in particular by means of an injection molding process material provided. In particular come here High temperature thermoplastics for use.
Die Hybrid-Montage kann wiederum in herkömmlicher Technik, beispielsweise durch Kleben erfolgen. Nach einem Anschluß der Anschlußkontakte des Detektorchips mit den Elektrodenan schlüssen, beispielsweise durch Drahtbonden, erfolgt eine Um hüllung des Bauelementes, welche vorzugsweise so erfolgen soll, daß das Fensterelement nicht überdeckt wird.Hybrid assembly can in turn be done using conventional technology, for example by gluing. After connecting the Connection contacts of the detector chip with the electrodes conclusions, for example by wire bonding, a Um takes place envelope of the component, which is preferably done in this way is that the window element is not covered.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung wird hierbei nach dem Einbauen der Hybrid-Baueinheit bestehend aus Halbleiter chip und Fensterelement in das Bauelementgehäuse wenigstens ein Teil der verbleibenden Leerräume des Gehäuseoberteils des Bauelementgehäuses mit einem wenigstens annähernd lichtdich ten Material ausgefüllt. Das lichtdichte Material stellt in besonders bevorzugter Weise ein Epoxidharz dar. Das wie eine Blende für das einfallende Licht wirkende lichtdichte Materi al kann ganz allgemein so gewählt werden, daß möglichst gün stige Verhältnisse hinsichtlich der mechanischen Spannungen auf das Fensterelement und den Halbleiterchip vorliegen.In a particularly preferred embodiment, after the installation of the hybrid assembly consisting of semiconductors chip and window element in the component housing at least part of the remaining empty spaces of the upper housing part of the Component housing with an at least approximately light-tight filled out material. The light-tight material represents in particularly preferably an epoxy resin. That like one Aperture for light-tight material acting on the incident light al can generally be chosen so that it is as good as possible conditions with regard to mechanical stresses present on the window element and the semiconductor chip.
Bei einer besonders bevorzugten Anwendung der Erfindung be sitzt das Bauelementgehäuse bzw. die Elektrodenanschlüsse ei ne sogenannte oberflächenmontierbare Anordnung bzw. Surface Mounted Structure.In a particularly preferred application of the invention the component housing or the electrode connections sits egg ne so-called surface-mountable arrangement or surface Mounted structure.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen De tektor-Bauelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er findung.Further advantages and advantages of the invention result from the following description of an embodiment Example based on the drawing. The only figure shows is a schematic sectional view of an optoelectronic De tector component according to an embodiment of the Er finding.
Dargestellt ist ein optoelektronisches Detektor-Bauelement 1 mit einem auf einem Sockelteil 2 eines Bauelementgehäuses 3 angeordneten Halbleiterdetektorchip 4, welcher elektrisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse 3 hindurchgeführ ten Elektrodenanschlüssen 5 verbunden ist. Diese Verbindung kann wie dargestellt durch einen Bonddraht 6 in an sich be kannter Technik erfolgen. Des weiteren ist ein den Sockelteil 2 des Bauelementgehäuses 3 übergreifendes und das Detektor- Bauelement 1 abschließendes Gehäuseoberteil 7 vorgesehen, in welchem ein dem Halbleiterchip 4 zugeordnetes und die Wellen länge der empfangenen Strahlung begrenzendes Fensterelement 8 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das aus Glas- oder Kunststoffmaterial gefertigte Fensterelement 8 un mittelbar auf dem Halbleiterchip 4 montiert, und zwar im dar gestellten Ausführungsbeispiel vermittels einer dünnen Klebe schicht 9 zwischen Fensterelement 8 und Halbleiterchip 4, welche eine Stärke von allenfalls wenigen µm, etwa 5 bis 10 µ m oder weniger besitzt und ein Adhäsionsmedium, im Ausführungs beispiel Polyimid oder Epoxidharz, aufweist. Fensterelement 8 und Halbleiterchip 4 werden als eigenständi ge Baueinheit vormontiert und daran anschließend auf den Chipträger, bestehend aus dem Sockelteil 2 und den Elektroden anschlüssen 5, befestigt. Das Sockelteil 2 ist aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial herge stellt und besitzt die für eine oberflächenmontierbare Tech nologie geeignete Formgebung. Das die äußeren Berandungen des Bauelementgehäuses 3 festlegende Gehäuseoberteil 7 kann eben falls aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial hergestellt sein und gegebenenfalls einstückig mit dem Soc kelteil 2 ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Bauteilzuverläs sigkeit und der Verringerung von Lichtverlusten werden die verbleibenden Leerräume des Bauteil-Gehäuses 3 mit einem lichtdichten Material 10 aufgefüllt, im Ausführungsbeispiel mit einem im Ausdehnungskoeffizienten angepaßten Epoxidharz. Hierbei kann durch entsprechend schräge oder beispielsweise abgesetz te Seiten bei einer geeigneten Bauteilgestaltung erreicht werden, daß das Fensterelement 8 durch die Umhüllung aufgrund des lichtdichten Materials 10 bzw. die äußeren Wandungen des Gehäuseoberteils 7 an den Halbleiterchip 4 gepreßt wird, wo durch die Bauteilzuverlässigkeit weiterhin verbessert werden kann.An optoelectronic detector component 1 is shown with a semiconductor detector chip 4 which is arranged on a base part 2 of a component housing 3 and is electrically connected to at least two electrode connections 5 passed through the component housing 3 . This connection can be made as shown by a bond wire 6 in known technology. Furthermore, a base part 2 of the component housing 3 overlapping and the detector component 1 terminating housing upper part 7 is provided, in which a window element 8 assigned to the semiconductor chip 4 and limiting the wavelength of the received radiation is provided. According to the invention, the window element 8 made of glass or plastic material is mounted directly on the semiconductor chip 4 , in the embodiment shown by means of a thin adhesive layer 9 between the window element 8 and the semiconductor chip 4 , which has a thickness of at most a few μm, approximately 5 to 10 µ m or less and has an adhesion medium, in the embodiment example polyimide or epoxy resin. Window element 8 and semiconductor chip 4 are preassembled as a stand-alone unit and then attached to the chip carrier, consisting of the base part 2 and the electrode connections 5 . The base part 2 is made of a high-temperature stable plastic material and has the shape suitable for a surface-mountable technology. The outer edges of the component housing 3 defining the upper housing part 7 may just be made of a high temperature stable plastic material and may be formed in one piece with the soc kelteil 2 . To increase the component reliability and the reduction of light losses, the remaining empty spaces of the component housing 3 are filled with a light-tight material 10 , in the exemplary embodiment with an epoxy resin adapted in the expansion coefficient. Here can be achieved by appropriately inclined or, for example, stepped te with a suitable component design, that the window element 8 is pressed through the envelope due to the light-tight material 10 or the outer walls of the upper housing part 7 to the semiconductor chip 4 , where the component reliability further improves can be.
Claims (17)
- - Vorbereiten einer eigenständigen, vormontierten Hybrid- Baueinheit bestehend aus dem Halbleiterdetektorchip (4) und dem unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip (4) befestigten Fensterelement (8), und
- - Einbauen der eigenständigen, vormontierten Hybrid-Bauein heit in das Bauelementgehäuse (3).
- - Preparation of an independent, pre-assembled hybrid assembly consisting of the semiconductor detector chip ( 4 ) and the window element ( 8 ) directly attached to the semiconductor detector chip ( 4 ), and
- - Installation of the independent, pre-assembled hybrid module in the component housing ( 3 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |