DE3810899A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterlasers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterlasers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Halb­ leiterlasers, der innerhalb einer Informationsabtasteinheit eines optischen Plattenabspielgeräts bzw. Compact-Disc- Players zum Einsatz kommt.
Ein nach einem konventionellen Verfahren hergestellter Halbleiterlaser ist in Fig. 2 gezeigt. Mit dem Bezugszei­ chen 1 ist eine kreisförmige Montageplatte bezeichnet, die einen Halbleiterlaserchip und einen SPD-Chip (sensitive Photodiode) trägt. Ferner sind ein Kathodenanschluß 2 für den Halbleiterlaserchip und ein Anodenanschluß 3 für den SPD-Chip vorhanden. Eine Covar-Kappe 4 enthält ein für La­ serlicht transparentes Fenster 5 und ist mit der kreis­ förmigen Montageplatte 1 über eine ringförmige Buckel­ schweißnaht verbunden. Ein Eisenblockständer 6, dessen Oberfläche vergoldet ist, ist auf der kreisförmigen Monta­ geplatte 1 angeordnet, und zwar im Inneren der Kappe 4. Der auf der kreisförmigen Montageplatte 1 befestigte Eisen­ blockständer 6 trägt einen Halbleiterlaserchip 7, wobei zwischen dem Eisenblockständer 6 und dem Halbleiterlaser­ chip 7 ein Siliciumunterteil 8 angeordnet ist. Mit dem Be­ zugszeichen 9 ist ein Überwachungs-SPD-Chip bezeichnet, der an einer vorbestimmten Position auf der Montageplatte 1 in der Nachbarschaft des Halbleiterlaserchips 7 befestigt ist. Die Montagefläche des SPD-Chips 9 liegt in einer Fläche, die relativ zur Montageplatte 1 geneigt ist, so daß das re­ flektierte Licht nicht auf den Halbleiterlaserchip 7 auf­ treffen kann. Eine Linse 10 ist am Fenster 5 der Kappe 4 angebracht. Ein Draht 11, der z. B. aus Gold bestehen kann, dient zur Verbindung des Halbleiterlaserchips 7 mit dem Ka­ thodenanschluß 2, während ein anderer Draht 11′ den SPD- Chip 9 mit dem Anodenanschluß 3 verbindet. Ein Anodenan­ schluß für den Laserchip 7 trägt das Bezugszeichen 12.
Im folgenden wird die Herstellung dieses konventionellen Halbleiterlasers im einzelnen beschrieben.
Zuerst wird der Blockständer 6 an einer bestimmten Position auf der Montageplatte 1 (Grundplatte) befestigt. Dann wird der Halbleiterlaserchip 7 am Blockständer 6 über das Sili­ ciumunterteil 8 fest angebracht. Der SPD-Chip 9 (sensitive Photodiode) wird auf seiner Montagefläche angeordnet, die, wie bereits erwähnt, schräg zur Fläche der Montageplatte 1 verläuft. Im Anschluß daran werden der Halbleiterlaserchip 7 und der Kathodenanschluß 2 einerseits sowie der SPD-Chip 9 und der Anodenanschluß 3 andererseits über Leitungen 11, 11′ jeweils miteinander verbunden. Zuletzt wird die Kappe 4 auf der Montageplatte 1 befestigt, und zwar mittels einer ringförmigen Buckelschweißnaht (ring projection welding), um den Raum, in dem sich der Halbleiterlaserchip 7, der SPD-Chip 9, und dergleichen, befinden, abzudichten.
Auf diese Weise wird der Halbleiterlaser erhalten. Seine Herstellung ist jedoch kompliziert und teuer, da der Block­ ständer 6, der Kathodenanschluß 2 und der Anodenanschluß 3 separate Teile bilden. Ferner befinden sich die jeweiligen Verbindungs- bzw. Bondflächen in verschiedenen Ebenen, wäh­ rend die Kappe 4 mit der Montageplatte 1 über eine Buckel­ schweißnaht verbunden werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein Halbleiterlaser bei verrin­ gerter Montagearbeit und mit geringeren Kosten hergestellt werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.
Kurzgefaßt wird nach der Erfindung ein Leitungsrahmen her­ gestellt, der in seinem zentralen Bereich eine als An­ schlußfläche dienende Leitung aufweist sowie zwei weitere Leitungen, die an beiden Seiten der im Zentralbereich lie­ genden Leitung angeordnet und mit dieser über Verbindungs­ stege verbunden sind. Mit der im Zentralbereich des Lei­ tungsrahmens liegenden Leitung werden ein Halbleiterlaser­ chip und ein lichtempfangender Chip (lichtempfindliche Dio­ de) verbunden. Die einzelnen Chips werden mit jeweils einer der weiteren Leitungen verbondet. Anschließend werden Teile dieser Leitungen sowie die Bonddrähte und beide Chips von transparentem Kunststoffmaterial dicht eingegossen bzw. um­ hüllt, um eine betriebssichere Anordnung zu erhalten. Ver­ bindungsstege zur Verbindung der weiteren Leitungen mit der im Zentralbereich liegenden Leitung des Leitungsrahmens werden zertrennt bzw. herausgeschnitten.
Ein Halbleiterlaser nach der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Art und Weise, in der ein Halbleiterlaser ge­ mäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt wird, und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Halbleiterlasers, der nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt worden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben.
Entsprechend der Fig. 1 ist ein Leitungsrahmen 21 (lead frame) vorhanden, der ein Metall enthält, z. B. Covar (Co- VaRh-Legierung). Dieser Leitungsrahmen 21 weist eine Leitung 24 mit zwei plättchenförmigen Anschlußflächen 24 a, 24 b auf, von denen eine zur Befestigung des Halbleiterlaserchips 22 und eine andere zur Befestigung des SPD-Chips 23 (sensitive Photodiode) dient. Ferner gehören zum Leitungsrahmen 21 zwei Leitungen 26 und 27, von denen eine als Kathodenan­ schluß für den Halbleiterlaserchip 22 und eine andere als Anodenanschluß für den SPD-Chip 23 verwendet wird. Der Lei­ tungsrahmen 21 läßt sich z. B. mit vorbestimmter Form durch einen Stanzvorgang erzeugen. Drähte aus z. B. Gold sind mit dem Bezugszeichen 28 versehen. Durch diese Drähte 28 werden der Halbleiterlaserchip 22 und die Leitung 26 einerseits sowie der SPD-Chip 23 und die Leitung 27 andererseits mit­ einander verbunden. Eine transparente Verpackung bzw. Um­ hüllung 29 enthält ein MG-18 Harz und wird von der Firma Toray Hysole Co., Ltd. hergestellt. Durch diese Kunststoff­ umhüllung 29 werden der Leitungsrahmen 21, der Halbleiter­ laserchip 22, der SPD-Chip 23 und die Leitungen 26 und 27 dicht umschlossen.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung dieses Halb­ leiterlasers im einzelnen beschrieben.
Zuerst wird der Leitungsrahmen 21 hergestellt, der in sei­ nem Zentralbereich die Leitung 24 mit den beiden plättchen­ förmigen Anschlußflächen 24 a, 24 b und in seinen Seitenbe­ reichen die beiden Leitungen 26 und 27 aufweist, wobei in Fig. 1(a) die Leitung 26 links von der Leitung 24 liegt, während die Leitung 27 rechts von der Leitung 24 angeordnet ist. Beide Leitungen 26 und 27 sind mit der Leitung 24 über Verbindungsstege 25 verbunden. Anschließend wird der Halb­ leiterlaserchip 22 auf der plättchenförmigen Anschlußfläche 24 b angeordnet, während der SPD-Chip 23 auf der plättchen­ förmigen Anschlußfläche 24 a befestigt wird. Danach wird die Leitung 24 des Leitungsrahmens 21 verbogen bzw. abgeknickt, so daß die Montagefläche 24 a für den SPD-Chip 23 unter ei­ nem vorbestimmten Winkel relativ zur Montagefläche 24 b für den Halbleiterlaserchip 22 zu liegen kommt, wie in Fig. 1(c) gezeigt ist. Gemäß Fig. 1(c) wurde die plättchenförmi­ ge Anschlußfläche 24 a abgewinkelt. Bei dem in Fig. 1(b) oder 1(c) gezeigten Zustand ist der SPD-Chip 23 mit der Leitung 27 verbunden, während der Halbleiterlaserchip 22 mit der Leitung 26 verbunden ist. Die jeweiligen Bereiche der Leitungen 26 und 27, die Leitungen 28, der Halbleiter­ laserchip 22 und der SPD-Chip 23 werden zuletzt von einem transparenten Material 29 dicht umschlossen, beispielsweise unter Anwendung eines Spritzpreßverfahrens. Die Verbin­ dungsstege 25 des Leitungsrahmens 21 werden zerschnitten bzw. herausgeschnitten.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind der Halb­ leiterlaserchip 22 und der SPD-Chip 23 mit demselben Lei­ tungsrahmen 21 verbunden. Die jeweiligen Drahtbondoberflä­ chen liegen in derselben Ebene. Hierdurch wird beim Draht­ bonden eine größere Zuverlässigkeit erzielt, was zu einem effizienteren Herstellungsverfahren führt.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Halbleiterlaserchip 22, der SPD-Chip 23 und die Leitungen 26 und 27 vom transparenten Kunststoffmaterial 29 dicht eingeschlossen, worauf die Erfindung allerdings nicht beschränkt ist. Ferner kann die Oberfläche der transparen­ ten Umhüllung 29 eine konkave Form aufweisen, so daß der Laser auch mit einer Linsenfunktion ausgestattet ist. Die Anzahl der Bauteile läßt sich auf diese Weise weiter ver­ ringern.
Die SPD-Chip-Montagefläche 24 a der Leitung 24 wird beim obigen Ausführungsbeispiel abgewinkelt, nachdem der Halb­ leiterlaserchip 22 und der SPD-Chip 23 mit dem Leitungsrah­ men 21 verbunden worden sind. Die Montagefläche 24 a kann jedoch auch abgewinkelt werden, bevor die Chips 22 und 23 montiert werden.
Es wurde erwähnt, daß die transparente Umhüllung 29 mittels eines Spritzpreßverfahrens (transfer molding method) herge­ stellt werden kann. Es ist aber auch möglich, die transpa­ rente Umhüllung 29 durch ein Gießverfahren herzustellen (potting method).
Entsprechend der Erfindung wird ein Leitungsrahmen herge­ stellt, der in seinem Zentralbereich eine Leitung mit zwei plättchenförmigen Anschlußflächen aufweist, und der zwei weitere Leitungen besitzt, die über Verbindungsstege mit der im Zentralbereich liegenden Leitung verbunden sind. Die beiden weiteren Leitungen liegen jeweils an einer Seite der im Zentralbereich liegenden Leitung. Ein Halbleiterchip und ein Licht empfangender Chip werden mit der Zentralleitung bzw. ihren plättchenförmigen Anschlußflächen verbunden, wo­ bei jeweils ein Chip über einen Leitungsdraht mit einer der weiteren Leitungen verbunden wird. Anschließend werden Teile der genannten Leitungen, die Drähte und beide Chips von einem transparenten Material dicht abgekapselt, wobei das transparente Material z. B. ein Harz bzw. Kunststoff oder dergleichen sein kann. Die Verbindungsstege des Lei­ tungsrahmens werden dann zerschnitten bzw. herausgetrennt. Es ist somit nicht mehr erforderlich, separat einen Block­ ständer, einen Kathodenanschluß und einen Anodenanschluß vorzusehen, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Ferner ist es nach der Erfindung möglich, die jeweiligen Drahtbondoberflächen in derselben Ebene anzuordnen, was zu einer Vereinfachung des Herstellungsverfahren und zu einer Kostenreduzierung führt. Ferner können bei Verwendung des Leitungsrahmens gleichzeitig mehrere transparente Umhüllun­ gen erzeugt werden. Es ist möglich, den Leitungsrahmen in einer Ebene vielfach vorzusehen, so daß eine Vielzahl von zusammenhängenden Halbleiterlasern gleichzeitig hergestellt werden kann. Nach Fertigstellung der Halbleiterlaser und Umhüllung der jeweiligen Bereiche mit dem transparenten Ma­ terial kann dann der Leitungsrahmen in entsprechender Weise zerschnitten werden, um einzelne Halbleiterlaser zu erhal­ ten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers, gekennzeichnet durch:
  • - einen Prozeß zur Herstellung eines Leitungsrahmens (21), der in seinem Zentralbereich eine als Anschlußfläche die­ nende Leitung (24) und zwei weitere Leitungen (26, 27) aufweist, die an beiden Seiten der im Zentralbereich lie­ genden Leitung (24) angeordnet und mit dieser über Ver­ bindungsstege (25) verbunden sind,
  • - einen Prozeß zur Montage eines Halbleiterlaserchips (22) und eines lichtempfangenden Chips (23) auf der im Zen­ tralbereich liegenden Leitung (24) des Leitungsrahmens (21),
  • - einen Prozeß zur Verbindung des Halbleiterlaserchips (22) und des lichtempfangenden Chips (23) mit jeweils einer der weiteren Leitungen (26, 27) über Drähte (28),
  • - einen Prozeß zur dichten Umhüllung von Teilen der Leitun­ gen (24, 26, 27), der Drähte (28) und beider Chips (22, 23) mit transparentem Material (29), und
  • - einen Prozeß zum Herausschneiden bzw. Zerschneiden der Verbindungsstege (25) des Leitungsrahmens (21).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der transparenten Umhüllung (29) eine konkave Form aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die transparente Umhüllung (29) durch ein Spritzpreßverfahren hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die transparente Umhüllung (29) durch ein Gieß- bzw. Vergußverfahren hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaserchip (22) und der lichtempfindliche Chip (23) auf zwei verschiedenen, plätt­ chenförmigen Anschlußflächen (24 b, 24 a) der im Zentralbe­ reich liegenden Leitung (24) angeordnet werden, und daß beide Anschlußflächen (24 b, 24 a) durch Abbiegen wenigstens einer dieser Anschlußflächen relativ zueinander geneigt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Anschlußflächen (24 a), die den lichtempfan­ genden Chip (23) (photoempfindliche Diode) trägt, aus der Ebene des Leitungsrahmens (21) herausgekippt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leitungsrahmen (21) zusammen­ hängend in einer Ebene nebeneinanderliegend erzeugt und nach Bildung der transparenten Umhüllungen (29) zur Er­ zeugung einzelner Laser entsprechend zertrennt werden.
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