DE69218431T2 - Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren - Google Patents

Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren

Info

Publication number
DE69218431T2
DE69218431T2 DE69218431T DE69218431T DE69218431T2 DE 69218431 T2 DE69218431 T2 DE 69218431T2 DE 69218431 T DE69218431 T DE 69218431T DE 69218431 T DE69218431 T DE 69218431T DE 69218431 T2 DE69218431 T2 DE 69218431T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
diode
gap
emitting
encapsulant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69218431T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69218431D1 (de
Inventor
Ronald F Dr Broom
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69218431D1 publication Critical patent/DE69218431D1/de
Publication of DE69218431T2 publication Critical patent/DE69218431T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483Containers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02218Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234Resin-filled housings; the housings being made of resin
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48463Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12041LED
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12042LASER
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52Encapsulations
    • H01L33/54Encapsulations having a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02208Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02251Out-coupling of light using optical fibres
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung beschreibt ein Mittel zum hermetischen Abdichten von lichtemittierenden Dioden, insbesondere Laserdioden, um einen Schutz vor der Umgebung bereitzustellen und das Packen zu vereinfachen
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Lichtemittierende Halbleiterdioden, die sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit, Einwirken von Chemikalien, wie Detergentien, sowie mechanische Spannung und Verformung sind, müssen in einem geeigneten Gehäuse eingekapselt und durch dieses geschützt werden. Außerdem sollte das Gehäuse sowohl elektrische als auch optische Zwischenverbindungen erlauben.
  • Einkapselung und Packen dieser Dioden sollten einerseits einfach und kostengünstig und andererseits so zuverlässig und haltbar wie möglich sein. Es sind verschiedene Mittel zur Einkapselung herkömmlicher Halbleiterbauelemente auf dem Fachgebiet bekannt, wobei die meisten von diesen zur Anwendung auf lichtemittierende Dioden nicht geeignet oder mechanisch komplex sind. Es sind jedoch einige Vorschläge bekannt, welche die Komplexität des Gehäuses als solches reduzieren und epoxidartige Materialien zum hermetischen Abdichten einer Diode verwenden.
  • Ein Beispiel aus einer breiten Vielfalt ähnlicher Vorschläge ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A 0 466 975 mit dem Titel "Semiconductor Light-Emitting Device" angegeben. Das Prinzip der Einkapselung eines lichtemittierenden Bauelements ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist eine an der Kante emittierende Laserdiode 10 auf einer Montagebasis 11 angebracht. In einem bestimmten Abstand zu dieser Diode 10 befindet sich ein Würfel 12 mit einer 45º -Spiegelfläche 13, die eine optische Auslaßöffnung darstellt. Die Laserdiode 10 und der bereits erwähnte Würfel 12 sind abgedichtet und in einem transparenten Harz 14 gehalten. Dieses Harz 14 haftet an den Kristallflächen des Lasers und füllt den Zwischenraum zwischen dem Laser 10 und dem Würfel 12. Die Oberseite des Würfels 12 ist nicht durch das Harz 14 bedeckt. Wie durch einen Pfeil 15 angezeigt, durchläuft ein von dem Laser 10 emittierter Lichtstrahl das Harz 14, bevor er aus dem Harz 14 herausreflektiert wird.
  • Patent Abstract of Japan, Bd. 9, Nr. 126 (E-318), 31. Mai 1985 und das zugehörige Patent JP-A-60 12 782 beziehen sich auf eine Struktur, die ein Koppeln einer Faser an eine Diode erlaubt. Zu diesem Zweck ist eine Lichtdurchdringungsöffnung in einem Leiterrahmen derart vorgesehen, daß die lichtemittierende Diode durch die Öffnungen in dem Leiterrahmen über ein abdichtendes, transparentes Harz optisch auf die Faser zugreifen kann. Es verbleibt eine "Lücke" mit einer bestimmten Dicke zwischen der Diode und dem abdichtenden Harz.
  • In der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP-A 374 121 ist eine lichtemittierende Diode beschrieben, die sich in einer Rille einer Montagebasis befindet. Ein Harz wird über diese Diode gegossen, um sie an der Montagebasis zu befestigen. Die gesamte Struktur wird durch ein Gehäuse abgedeckt, und es existiert ein Hohlraum zwischen dem lichtemittierenden Bereich der Diode und dem Gehäuse. Durch das aus Kunststoff bestehende Gehäuse ist ein Hohlraum abgegrenzt.
  • Patent Abstract of Japan, Bd. 13, Nr. 51 (E-712), 6. Februar 1989 und das zugehörige Patent JP-A-63 244 781 beziehen sich auf eine Diode, die an einer metallischen Grundplatte befestigt ist. Diese Grundplatte weist eine Öffnung auf, und die Diode ist genau über dieser Öffnung angeordnet. Eine Kugellinse ist in dieser Öffnung plaziert, und ein Zwischenraum wird zwischen der Diode und der Linse belassen. Es ist keine hermetisch abgedichtete Lücke offenbart, die durch ein Einkapselungsmittel völlig umschlossen ist.
  • Patent Abstract of Japan, Bd. 6, Nr. 21 (E-93), 6. Februar 1982 und das zugehörige Patent JP-A-56 142 657 beziehen sich auf ein Bauelement, das an eine Vertiefung eines metallischen Aufnahmeanschlusses gebondet ist. Es gibt kein Einkapselungsmittel, das dazu verwendet wird, das Bauelement an diesem Anschluß zu befestigen. Die gesamte Vertiefung ist mit einem Silikonöl gefüllt. Das Bauelement, das von diesem Harzöl umgeben ist, ist in einen Isolator abgedichtet.
  • Ein kritisches Element einer lichtemittierenden Diode ist die lichtemittierende Kristallfläche, die als Spiegelflächen bezeichnet werden, wenn es um Laserdioden geht. Aufgrund der kleinen emittierenden Fläche kann die optische Flußdichte in Abhängigkeit von der Auslegung einer lichtemittierenden Diode sehr hoch werden (> 1 MW/cm²), und demzufolge können Korrosion oder Kontamination leicht zu einer Verschlechterung der Ausgabe oder einem Schmelzen der lichtemittierenden Kristallfläche durch thermisches Wegdriften führen. Organische Einkapselungsmittel, wie das in Figur 1 verwendete, transparente Harz, besitzen sämtlich eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit, so daß schon ein kleiner Grad an Absorption in einem großen lokalen Temperaturanstieg resultieren kann. Aus diesem Grund sind die meisten der Laserdioden in metallischen Einkapselungen hermetisch abgedichtet, die sicherstellen, daß nur ein inertes Gas mit den empfindlichen Kristallflächen in Kontakt steht. Ein wichtiger Nachteil einer hermetischen Abdichtung lichtemittierender Dioden unter Verwendung eines Einkapselungsmittel, wie zum Beispiel in Figur 1 gezeigt, besteht darin, daß das Einkapselungsmittel an der lichtemittierenden Kristallfläche haftet und somit direkt mit derselben wechselwirkt und thermische Probleme verursacht, wenn Lichtstrahlen mit hoher optischer Flußdichte erzeugt werden. Des weiteren können chemische Änderungen in dem Einkapselungsmittel, die durch den hohen optischen Fluß verursacht werden, eine Verschlechterung (Korrosion) der Kristallfläche beschleunigen.
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer hermetischen Einkapselung von lichtemittierenden Dioden, welche die Nachteile von bekannten Einkapselungen überwindet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen Einkapselungstechnik.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dies wurde dadurch erreicht, daß für einen "Luft"-Spalt oder einen Bereich mit einem inerten Gas oder Vakuum gesorgt wurde, der sich in direktem Kontakt mit der lichtemittierenden Kristallfläche einer lichtemittierenden Diode befindet, wobei die verbleibenden Bereiche der Diode in einem Einkapselungsmittel abgedichtet werden. Die Erfindung ist in einem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 und in einem unabhängigen Verfahrensanspruch 8 definiert. Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist unten in Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen detailliert beschrieben, die schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, während spezieller die Abmessungen einiger Teile zwecks Klarheit hervorgehoben sind.
  • FIG. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer an der Kante emittierenden Laserdiode und einer optischen Auslaßöffnung, abgedichtet in einem transparenten Harz, wie auf dem Fachgebiet bekannt.
  • FIG. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer an der Kante emittierenden, eingekapselten Laserdiode, wobei ein "Luft"-Spalt vor der Spiegelfläche vorgesehen ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • FIG. 3 zeigt Schritte der Einkapselung einer an der Kante emittierenden Laserdiode gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
  • A Bonden der Laserdiode an eine Montagebasis und Anordnen einer dünnen Folie vor dem Spiegel;
  • B Abdichten der Laserdiode, wobei die dünne Folie als ein Damm dient;
  • C Entfernen der Folie und Bedecken der gesamten Struktur mit einem Einkapselungsmittel.
  • FIG. 4 zeigt die Schritte der Einkapselung einer an der Kante emittierenden Laserdiode und einer optischen Faser gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • A Bonden der Laserdiode an eine Montagebasis und Anordnen einer optischen Faser in einer Vertiefung;
  • B Anordnen einer dünnen Folie vor dem Spiegel der Laserdiode und Drücken der Faser gegen denselben;
  • C Entfernen der Folie und Bedecken der gesamten Struktur mit einem Einkapselungsmittel, um die Struktur abzudichten.
  • FIG. 5 zeigt Schritte der Einkapselung einer an der Kante emittierenden Laserdiode und einer optischen Linse gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
  • A Anbringen der Laserdiode auf einer Montagebasis;
  • B Anordnen einer dünnen Folie vor dem Spiegel des Lasers, Bedecken der Struktur mit einer Dichtkappe und Einfügen einer Linse;
  • C Umdrehen der gesamten Struktur und teilweises Füllen derselben mit einem Einkapselungsmittel;
  • D Entfernen der Folie und Auffüllen der Dichtkappe mit einem Einkapselungsmittel.
  • ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
  • Vor einer Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden einige verschiedene Materialien, die als Einkapselungsmittel verwendet werden, separat beschrieben. Diese Materialien, die transparent sein müssen, wenn sie in dem Lichtpfad angeordnet werden, und die außerdem haltbar und leicht zu handhaben sein sollten, sind auf dem Fachgebiet allgemein bekannt. Typische Materialien sind cyclische alipathische Epoxyharze, Diglycidylester, Polyurethane und Polymethylmethacrylate (PMMA), um einige von ihnen zu nennen. Im europäischen Patent EP-B 0 039 017 mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung transparenter Giessharze" sind verschiedene Diglycidylester beschrieben. Zusätzliche Informationen sind von den Herstellern optischer Harze oder ihren Vertreibern erhältlich. Eine Auflistung einiger Harze ist zum Beispiel in einem Prospekt angegeben, der von Polyscience AG, Bleichistrasse 8, CH-6300 Zug/Schweiz mit dem Titel "UV- aushärtende Epoxies, Klebstoffe und Abdeckmassen" veröffentlicht ist. Die Polyscience AG ist ein Vertreiber von Produkten der Electro-Lite Corporation, Danbury, CT, USA.
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 beschrieben. In dieser Figur ist ein schematischer Querschnitt durch ein auf einer Montagebasis 23 befindliches und an dieses gebondetes Modul mit einer an der Kante emittierenden Laserdiode 20 gezeigt, deren aktive Schicht durch eine gestrichelte Linie 21 gezeigt ist. Die gesamte Laserdiode 20 ist durch ein transparentes Harz 24 eingekapselt, das für einen schmalen "Luft"-Spalt 27 vor und in direktem Kontakt zu dem Spiegel 22 des Lasers sorgt. Die Breite des "Luft"-Spalts beträgt typischerweise weniger als 1.000 µm und vorzugsweise zwischen 5 µm und 100 µm. Der hermetisch abgedichtete Spalt 27 gewährleistet eine Umgebung mit optimalen Bedingungen, die von der äußeren Umgebung entkoppelt ist. Der Laserspiegel 22 ist nach der Einkapselung mechanischer Spannung/Verformung oder Chemikalien nicht ausgesetzt. Ein weiteres Packen dieser Diode, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingekapselt ist, kann durch Verwenden herkömmlicher Metallgehäuse mit Fenster, wie z.B. im US-Patent US-A 5 052 009 mit dem Titel "Semiconductor Laser Device and Process of Assembling the Same" angegeben, ausgeführt werden.
  • Die erste Ausführungsform des Verfahrens zum Einkapseln der Laserdiode 20 wird im Zusammenhang mit den Figuren 3A bis 3C erläutert, die Zwischenschritte der Einkapselung zeigen. Wie in Figur 3A gezeigt, wird eine Laserdiode 20 mit der Übergangsseite nach oben, was auch als Epi-Seite nach oben bezeichnet wird, oben auf einer Montagebasis 23 angebracht. Die Laserdiode 20 kann an diese Montagebasis 23 z.B. gebondet sein. Eine dünne Folie 28 mit einer wohldefinierten Dicke w wird vor der Spiegelfläche des Lasers 20 angeordnet und befestigt. Diese Folie 28 muß während des nächsten Schrittes zum Beispiel mittels Klemmen in Position gehalten werden. Als nächstes werden die Laserdiode 20 und die Folie 28 in einem ersten Einkapselungsmittel 29 versiegelt. Dieses Einkapselungsmittel 29 sollte für die spezielle Wellenlänge, die vom Laser emittiert wird, transparent sein, so daß ein emittierter Lichtstrahl nahezu ungehindert durch das Einkapselungsmittel 29 hindurchlaufen kann. Wie in Figur 3B gezeigt, bleibt der obere Bereich der Folie 28 unbedeckt, wobei die Folie als eine Art von Damm wirkt. Vor dem endgültigen Einkapseln der gesamten Struktur muß die Folie 28 entfernt werden, nachdem das erste Einkapselungsmittel gehärtet wurde. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß sie entweder geätzt, in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst oder mechanisch entfernt wird. Nach der Entfernung der Folie 28 verbleibt ein schmaler Spalt 27 in direktem Kontakt zu dem Spiegel, wobei die Breite des Spalts 27 durch die Dicke w der Folie festgelegt ist. Um die Einkapselung fertigzustellen, wird eine weitere Schicht aus einem Einkapselungsmittel 30 über die Struktur gelegt, welche den Spalt 27 überdeckt, wie in Figur 3C gezeigt. Die in dem Spalt 27 eingefangene Luft oder das eingefangene inerte Gas, z.B. Stickstoff, verhindert ein Eindringen dieser zusätzlichen Schicht 30. Wird ein Einkapselungsmittel mit hoher Viskosität und eine kleine Breite des Spalts gewählt, kann der gesamte Prozeß in einer Vakuumumgebung ausgeführt werden, so daß in dem Spalt 27 ein Vakuum vorliegt. Ein rasches Anbringen und ein beschleunigtes Härten, z.B. durch Verwenden einer UV-Lichtquelle, stellt sicher, daß das Einkapselungsmittel nicht in den Spalt gezogen wird.
  • Durch das in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebene Mittel wird der Laser vollständig abgedichtet, es kommt jedoch kein Epoxid oder anderes Einkapselungsmittel mit dem Laserspiegel in Kontakt. In dieser speziellen Ausführungsform ist jedoch ein Einkapselungsmittel im optischen Lichtpfad vorhanden. Wie aus den Figuren 4A bis 4C ersichtlich, gibt es andere Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die das Einkapselungsnittel aus den optischen Pfad eliminieren.
  • Die zweite Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die in Verbindung mit den Figuren 4A bis 4C beschrieben ist, bezieht sich auf eine an der Kante emittierende Laserdiode 40, die mit einer optischen Faser 42 gekoppelt ist, die als eine optische Auslaßöffnung dient. Wie in Figur 4A dargestellt, ist der Laser 40 mit der Übergangsseite nach oben, wobei die gestrichelte Linie die aktive Schicht 41 darstellt, oben auf einer strukturierten Montagebasis 43 angebracht. Diese Montagebasis 43 ist derart strukturiert, daß sie für eine Montagefläche, an die der Laser 40 gebondet werden kann, einen Justierungsträger für die Faser 42 bereitstellt, der entweder Teil der Montagebasis 43 oder an dieser angebracht ist. Zwischen der Montagefläche des Lasers und dem Justierungsträger kann sich, wenn notwendig, eine Vertiefung befinden. Der Justierungsträger ist derart geformt, daß die Faser lediglich einen Freiheitsgrad besitzt, d.h. senkrecht zu der Ebene des Laserspiegels. Dies kann durch Bereitstellen einer v-förmigen Rille in dem Justierungsträger erreicht werden, wie aus Veröffentlichungen, wie "Self-Adjusted Permanent Attachment of Fibers to GaAs Waveguide Components", H. Kaufmann et al., Electronics Letters, Bd. 22, Nr. 12, Juni 1986, Seiten 642 bis 643, bekannt.
  • Als nächstes wird eine dünne Folie 44 zwischen dem Spiegel und der Faser 42 angeordnet, wobei die letztere dazu verwendet wird, die Folie 44 leicht gegen die Oberfläche des Spiegels zu klemmen, indem die Faser 42 in Richtung des Lasers 40 gedrückt wird, wie durch den Pfeil auf der rechten Seite von Figur 4B angezeigt. Ähnlich wie beim ersten Schritt der Einkapselung, der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, läßt man ein Einkapselungsmittel 45 über den Laser 40 und die Faser 42 strömen, wobei die Folie 44 als ein Damm wirkt. Dieser Zwischenschritt ist schematisch in Figur 4B gezeigt. Nach der Härtung dieses Einkapselungsmittels 45 wird die Folie 44 unter Verwendung geeigneter Mittel entfernt, wie bereits beschrieben. Es verbleibt ein schmaler Spalt 47 zwischen dem Laserspiegel und der Faser 42 - mit einer Breite, die durch die Dicke der Folie festgelegt ist. Die Einkapselung wird durch Anbringen einer weiteren Einkapselungsschicht 46 fertiggestellt. Wie aus Figur 4C ersichtlich, wird der gesamte Laser bedeckt, wobei kein Einkapselungsmittel im optischen Pfad verbleibt. Durch diese Technik ist eine effiziente optische Kopplung gewährleistet. Die Justierung zwischen der Faser 42 und dem Laser 40 ist hochgradig reproduzierbar und präzise.
  • Die dritte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in Verbindung mit den Figuren 5A bis 5D dargelegt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, wird das vollständige Packen einer Laserdiode 50 beschrieben. Vor dem Beginn der Einkapselung der Laserdiode 50 muß diese an ein Substrat 51 gebondet werden. Dieses Substrat 51 ist an einer Basisplatte 52 mit Metallstiften 53 befestigt oder mit dieser verbunden. Die oberen Enden dieser Metallstifte 53 sind mittels Verbindungsdrähten 54 mit den in den Figuren nicht gezeigten Kontaktmetallisierungen des Lasers verbunden. Als nächstes wird eine dünne, auflösbare Folie 55 oben auf dem vorderen Spiegel des Lasers 50 derart angeordnet, daß sie wenigstens den lichtemittierenden Bereich desselben bedeckt. Eine zylindrische Dichtkappe 56, vorzugsweise aus Metall, die ein Fenster in ihrem oberen Bereich aufweist, befindet sich oben auf der Basisplatte 52. Eine optische Linse 57, die z.B wie ein Pilz geformt ist, wird von außerhalb der Dichtkappe in das Fenster eingeführt, wobei die Abmessung des Fensters und der Linse derart gewählt ist, daß die Linse 57 nach oben und unten bewegt werden kann. Durch Drücken der Linse 57 gegen die Folie 55 wird diese in Position geklemmt. Wie in Figur 5C gezeigt, wird die gesamte Struktur nun um 90º. gedreht. Ähnlich wie bei den in Zusammenhang mit der ersten und der zweiten Ausführungsform bereits beschriebenen Schritten läßt man nun ein Einkapselungsmittel 58 über den auf dem Substrat 51 angebrachten Laser 50, die Folie 55 und die Linse 57 strömen. Dieses flüssige Einkapselungsmittel wird z.B. über eine Öffnung 59 in den inneren Bereich der Dichtkappe 56 gegossen. Nach der Härtung dieses Einkapselungsmittels 58 wird entweder die Dichtkappe 56 entfernt, um die Folie 55 in Kontakt mit einem geeigneten Lösungsmittel zu bringen, oder dieses Lösungsmittel wird unter Verwendung der Öffnung 59 direkt in die Dichtkappe gefüllt. Nach diesem Schritt verbleibt ein schmaler Spalt zwischen dem Laserspiegel und der Linse 57. Der verbleibende Bereich der Dichtkappe 56, wenn letztere sich wieder in ihrer ursprünglichen Position befindet, wird nun mit einem Einkapselungsmittel 61 aufgefüllt. Es sollte sichergestellt werden, daß der Spalt 60 nicht mit diesem Einkapselungsmittel 61 gefüllt wird.
  • Es sollte offensichtlich sein, daß die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen ohne Abweichen vom Umfang der Erfindung, wie sie beansprucht ist, modifiziert werden können. Einige exemplarische Modifikationen sind unten erwähnt:
  • gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von lichtemittierenden Dioden, wie an der Oberfläche emittierende Dioden, Felder von Laserdioden und so weiter, eingekapselt werden;
  • die Form, Abmessung, Dicke und das Material der Folie, die gemäß den Verfahren der Erfindung vor der lichtemittierenden Kristallfläche anzuordnen ist, kann so gewählt werden, daß sie für die jeweilige Umgebung gut geeignet ist;
  • die lichtemittierende Diode kann entweder mit der Epi-Seite nach oben oder nach unten angebracht werden, je nachdem, was ein besseres Packen und Abkühlen erlaubt;
  • die Montagebasis und der Faser-Justierungsträger des Verfahrens der Erfindung können, wenn notwendig, modifiziert werden;
  • es können herkömmliche ebenso wie speziell ausgelegte Basisplatten und Dichtkappen verwendet werden;
  • es können Mehrmoden-Fasern, Einzelmoden-Fasern, Faserfelder, Stablinsen, Fokussierungslinsen oder Zerstreuungslinsen, einfache ebene Fenster oder andere optische Mittel, wie Strahlteiler, mit einer lichtemittierenden Diode gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gekoppelt und eingekapselt werden.
  • Durch die oben beschriebenen Mittel werden lichtemittierende Dioden vollständig abgedichtet, es kommt jedoch kein Einkapselungsmittel mit deren lichtemittierenden Kristallflächen in Kontakt. Zusammenfassend macht die beschriebene Packungstechnik die Verwendung einer breiten Vielfalt von verschiedenen Einkapselungsmitteln möglich. Die resultierende Reduktion der Komplexität und Kosten einerseits, kombiniert mit einer erhöhten Lebensdauer des Bauelementes und einer verbesserten Zuverlässigkeit erweitert den Anwendungsbereich dieser Bauelemente.

Claims (13)

1. Optisches Modul mit einer lichtemittierenden Halbleiterdiode (20), die auf einer Montagebasis (23) angebracht ist, und einem Einkapselungsmittel (24), das die Diode (20) in Position hält, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselungsmittel außerdem für einen Spalt (27) vor dem lichtemittierenden Bereich der lichtemittierenden Facette (20) der Diode sorgt, wobei der Spalt (27) vollständig in dem Einkapselungsmittel (24) eingeschlossen und durch dieses hermetisch abgedichtet ist, wobei eine definierte gasförmige Atmosphäre oder ein Vakuum in dem Spalt (27) bereitgestellt ist, so daß wenigstens der lichtemittierende Bereich in der definierten gasförmigen Atmosphäre oder dem Vakuum plaziert ist.
2. Optisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode eine Laserdiode (20) ist, wobei deren lichtemittierende Facette (22) eine der Kristallflächen ist, die den Resonanzraum des Lasers (20) definieren.
3. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (27) eine Breite zwischen 5 µm und 100 µm aufweist.
4. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselungsmittel (24) cyclisches aliphatisches Epoxyharz, Diglycidylester, Polyurethan oder Polymethylmethacrylat (PMMA) beinhaltet.
5. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt (27) Vakuumbedingungen bereitgestellt sind.
6. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (27) mit einem inerten Gas, wie Stickstoff, gefüllt ist.
7. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (27) mit Luft gefüllt ist.
8. Verfahren zum Einkapseln einer lichtemittierenden Halbleiterdiode (20; 40; 50), das die Schritte umfaßt:
a) Montieren der Diode (20; 40; 50) auf einer Montagebasis (23; 43; 51),
b) Plazieren einer dünnen Folie (28; 44; 55) vor der lichtemittierenden Facette der Diode (20; 40; 50), wobei die Folie (28; 44; 55) wenigstens den lichtemittierenden Bereich der lichtemittierenden Facette bedeckt,
c) Strömen eines ersten Einkapselungsmittels (29; 45; 58) über die Diode (20; 40; 50), wobei die Folie (28; 44; 55) als Damm wirkt;
d) Entfernen der Folie (28; 44; 55) nach einer Härtung des ersten Einkapselungsmittels (29; 45; 58), wobei ein Spalt (27; 47; 60) in direktem Kontakt mit dem lichtemittierenden Bereich der lichtemittierenden Facette verbleibt,
e) Fertigstellen der Einkapselung dadurch, daß man ein zweites Einkapselungsmittel (30; 46; 61). derart über die Struktur strömen läßt, daß das zweite Einkapselungsmittel (30; 46; 61) die Öffnung des Spalts (27; 47; 60) bedeckt, jedoch nicht in ihn hineingezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (28; 44; 55) eine auflösbare Folie ist, wobei die Folie (28; 44; 55) durch Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt (c) eine optische Faser (42) in einem Justierträger angeordnet und gegen die Folie (44) gepreßt wird, wobei die Faser (42) als Klammer dient.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einkapselungsmittel (29; 45; 58) und/oder das zweite Einkapselungsmittel (30; 46; 61) cyclisches aliphatisches Epoxyharz, Diglycidylester, Polyurethan oder Polymethylmethacrylat (PMMA) beinhalten.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt e) in einer gut definierten gasförmigen Umgebung, wie einer inerten Gasatmosphäre, z.B. Stickstoff, oder in einem Vakuum ausgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt e) an Luft ausgeführt wird.
DE69218431T 1992-10-14 1992-10-14 Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren Expired - Lifetime DE69218431T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP92810786A EP0592746B1 (de) 1992-10-14 1992-10-14 Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69218431D1 DE69218431D1 (de) 1997-04-24
DE69218431T2 true DE69218431T2 (de) 1997-09-25

Family

ID=8212005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69218431T Expired - Lifetime DE69218431T2 (de) 1992-10-14 1992-10-14 Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0592746B1 (de)
JP (1) JP2501004B2 (de)
AT (1) ATE150593T1 (de)
DE (1) DE69218431T2 (de)
ES (1) ES2101074T3 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018117518A1 (de) * 2018-07-19 2020-01-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaser
US10910789B2 (en) 2017-03-13 2021-02-02 Osram Oled Gmbh Device having a reinforcement layer and method for producing a device

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5485479A (en) * 1990-11-07 1996-01-16 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device encapsulated in a transparent resin layer
JPH07170019A (ja) * 1993-12-14 1995-07-04 Fuji Electric Co Ltd 半導体レーザ装置
US5590144A (en) * 1990-11-07 1996-12-31 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device
DE19841204A1 (de) 1998-09-09 2000-03-23 Siemens Ag Anordnung mit lichtemittierendem Leistungshalbleiterbauelement sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE19939364B4 (de) * 1999-08-19 2005-02-03 Tyco Electronics Logistics Ag Verfahren und Gießform zum Herstellen eines elektrooptischen Bauteils
US20050179041A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-18 Lumileds Lighting U.S., Llc Illumination system with LEDs
DE102012103633B4 (de) * 2012-04-25 2020-08-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierende Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung
US9976710B2 (en) 2013-10-30 2018-05-22 Lilibrand Llc Flexible strip lighting apparatus and methods
US10132476B2 (en) 2016-03-08 2018-11-20 Lilibrand Llc Lighting system with lens assembly
US11296057B2 (en) 2017-01-27 2022-04-05 EcoSense Lighting, Inc. Lighting systems with high color rendering index and uniform planar illumination
US20180328552A1 (en) 2017-03-09 2018-11-15 Lilibrand Llc Fixtures and lighting accessories for lighting devices
WO2019213299A1 (en) 2018-05-01 2019-11-07 Lilibrand Llc Lighting systems and devices with central silicone module
US11353200B2 (en) 2018-12-17 2022-06-07 Korrus, Inc. Strip lighting system for direct input of high voltage driving power
CN115949922B (zh) * 2022-12-26 2024-03-01 滨海治润电子有限公司 一种新型二极管

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5229749A (en) * 1975-09-02 1977-03-05 Mitsubishi Electric Corp Optical equipment and its manufacturing process
JPS5313885A (en) * 1976-07-23 1978-02-07 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor light emitting device
FR2466784A1 (fr) * 1979-10-05 1981-04-10 Thomson Csf Tete de couplage opto-electronique, et procede de montage d'une telle tete
DE3016103A1 (de) * 1980-04-25 1981-10-29 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung transparenter geissharze
JPS57144508A (en) * 1981-02-28 1982-09-07 Matsushita Electric Works Ltd Coupling method between light emitting matter and optical fiber
NL8303316A (nl) * 1983-09-28 1985-04-16 Philips Nv Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting voor het uitzenden van licht.
EP0374121A3 (de) * 1988-12-16 1991-01-16 RSF-Elektronik Gesellschaft m.b.H. Leuchtdiode
JP2792722B2 (ja) * 1990-07-16 1998-09-03 三菱電機株式会社 半導体発光装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10910789B2 (en) 2017-03-13 2021-02-02 Osram Oled Gmbh Device having a reinforcement layer and method for producing a device
DE102017105235B4 (de) 2017-03-13 2022-06-02 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Bauelement mit Verstärkungsschicht und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements
DE102018117518A1 (de) * 2018-07-19 2020-01-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaser
US11749959B2 (en) 2018-07-19 2023-09-05 Osram Oled Gmbh Semiconductor laser

Also Published As

Publication number Publication date
EP0592746B1 (de) 1997-03-19
EP0592746A1 (de) 1994-04-20
JP2501004B2 (ja) 1996-05-29
ES2101074T3 (es) 1997-07-01
ATE150593T1 (de) 1997-04-15
JPH06204622A (ja) 1994-07-22
DE69218431D1 (de) 1997-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69218431T2 (de) Gekapselte, lichtemittierende Diode und Kapselungsverfahren
US5516727A (en) Method for encapsulating light emitting diodes
DE69326136T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung
DE69408549T2 (de) Gehäuse für ein Halbleiterbauelement
DE69013056T2 (de) Verfahren zur Einkapselung von Vorrichtungen.
DE102014202220B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats und gehäustes strahlungsemittierendes Bauelement
DE69428578T2 (de) Herstellungsverfahren für lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen
DE69500600T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung
EP0614539B1 (de) Verfahren zum herstellen eines deckels für eine integriert optische schaltung
EP1419530B1 (de) Verfahren zur herstellung von elektronischen bauelementen
DE69430876T2 (de) Optisches Faserarray und Methode zu seiner Herstellung
DE19640423C1 (de) Optoelektronisches Modul zur bidirektionalen optischen Datenübertragung
DE68926448T2 (de) Bildsensor und verfahren zu dessen herstellung
EP1622237A1 (de) Optisches oder elektronisches Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
US5414293A (en) Encapsulated light emitting diodes
DE19616969A1 (de) Optische Baugruppe zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters und Verfahren zur Herstellung derselben
WO2015040107A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung
EP1630913B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines mit einem Kunststoffgehäuse versehenen optischen oder elektronischen Moduls das eine optische oder elektronische Komponente enthält, sowie optisches oder elektronisches Modul
WO2021063561A1 (de) Mikromechanisch-optisches bauteil und herstellungsverfahren
EP1047923B1 (de) Sensorbauelement
DE4013630A1 (de) Optoelektronischer wandlermodul und verfahren zu dessen herstellung
DE69315936T2 (de) Optische Koppelvorrichtung für einen optischen Halbleiter und eine Glasfaser
WO2017134244A1 (de) Verfahren zum herstellen einer optoelektronischen leuchtvorrichtung und optoelektronische leuchtvorrichtung
DE69321187T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung mit verbesserter Positionierung des optischen Strahls
EP1645897B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines mit einem Kunststoffgehäuse versehenen optischen oder elektronischen Moduls

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: DUSCHER, R., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 7

R071 Expiry of right

Ref document number: 592746

Country of ref document: EP