EP1068643A1 - Optoelektronische baugruppe - Google Patents

Optoelektronische baugruppe

Info

Publication number
EP1068643A1
EP1068643A1 EP99915685A EP99915685A EP1068643A1 EP 1068643 A1 EP1068643 A1 EP 1068643A1 EP 99915685 A EP99915685 A EP 99915685A EP 99915685 A EP99915685 A EP 99915685A EP 1068643 A1 EP1068643 A1 EP 1068643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chip
blocking element
light
light blocking
substrate
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.)
Ceased
Application number
EP99915685A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz-Günther Franz
Wolfgang Holzapfel
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.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
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 Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Publication of EP1068643A1 publication Critical patent/EP1068643A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3025—Electromagnetic shielding

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic assembly which can be used in particular in optoelectronic displacement, angle and rotation measuring devices or other optoelectronic devices.
  • a radiator-receiver assembly is disclosed in the magazine “F&M” Issue 10 (1996) vol. 104, pages 752 to 756.
  • An LED is arranged on a photodiode array chip which uses “flip-chip technology” via gold bumps with conductor tracks is connected to a transparent glass plate.
  • the space between the chip and the glass carrier is filled with an underfiller for mechanical stabilization.
  • This arrangement is intended to emit light on a scale by means of the LED and to detect the reflected light by means of the photodiodes.
  • the underfiller is a very good light guide, which guides a large part of the light emitted by the LED in the underfiller to the photodiodes.
  • Part of the light is redirected to the photodiodes by scattering in the underfiller and reflection at the interfaces between the underfiller and the glass substrate, and other parts are emitted directly at the edges of the LED onto the receiver surfaces of the optochip.
  • the ratio of the stray light and useful light incident on the photodiodes is unfavorable.
  • the object of the invention is to create an optoelectronic assembly in which the ratio of useful light component to stray light component is improved.
  • the optoelectronic assembly according to the invention has a transparent substrate which carries conductor tracks.
  • This substrate can be plate-shaped. Glass and / or plastic are particularly suitable as the material for the substrate.
  • an optoelectronic chip with at least one sensor and / or transmitter for light, which is arranged on the substrate with the sensor and / or transmitter facing the substrate.
  • the sensor and / or transmitter can be formed in a surface of the chip. But it can also be an additional component that is mounted on the chip.
  • the chip is connected to the conductor tracks via contacting elements and is held at a distance from the transparent substrate.
  • the contacting elements serve both mechanical and electrical - 3 -
  • Gold bumps or similar contacting elements are particularly suitable as contacting elements.
  • the well-known flip-chip technology can be used.
  • an underfiller is preferably arranged in the space between the chip and the transparent substrate. This can be transparent, in particular if it covers an optoelectronic sensor and / or transmitter.
  • the underfiller can be an epoxy resin, silicone or similar hardening plastic material. An underfiller is preferred, but is not mandatory.
  • an opaque light blocking element is arranged in the space between the chip and the transparent substrate, which more or less shields the sensor against lateral light incidence and / or lateral light radiation from the transmitter.
  • On the side is an incidence of light or light radiation from or in a direction that is inclined to a perpendicular through the chip. It is, for example, an incidence of light that does not originate directly from a specific external object, but is based on scattering or reflection, but can also be direct radiation from another object.
  • This interference light can also come from a light transmitter integrated in the module. Furthermore, it can be a light emission that is not aimed directly at another object.
  • the stray light component falling on the sensor or emitted by the transmitter is at least considerably reduced in the assembly according to the invention, and on the other hand the useful light component is increased.
  • the light blocking element is not ideally opaque and the substrate and possibly the underfiller is not ideally transparent.
  • opacity or transparency can only be given with respect to certain light wavelengths or light length ranges of a light source with which the optoelectronic assembly works. Decision The end is that a substantial suppression of stray light in favor of the useful light is achieved at least for a certain wavelength of light.
  • the assembly can be a pure receiver assembly that works with an external artificial or natural light source.
  • the light blocking element then suppresses in particular the disruptive influence of stray and extraneous light.
  • it can also be a pure transmitter module that irradiates an external object particularly effectively.
  • This can also be a radiator-receiver assembly, in which a transmitter is arranged on the chip and the light blocking element is arranged between the latter and the sensor.
  • the transmitter can in particular be an LED.
  • the light blocking element prevents both optical crosstalk from the transmitter to the sensor and the incidence of extraneous light on the sensor.
  • underfillers or similar optically transparent encapsulation
  • the interference light based on scattering and reflection is minimized in the assembly and thermomechanical stresses in the overall structure can also be kept very low.
  • thermomechanical stresses in the overall structure can also be kept very low.
  • These can be based in particular on the different thermal expansion coefficients of the materials.
  • underfillers are often filled with quartz powder, which in turn increases the amount of scattered light. The use of such underfillers and thus the reduction of thermomechanical voltages is favored by the invention.
  • the light blocking element is preferably made of a conformable material that conforms to the chip and / or to the transparent substrate. This counteracts a passage of light between the light blocking element and the chip or substrate.
  • the light blocking element can be firmly connected to the chip and / or the transparent substrate.
  • the light blocking element can consist of a commercially available silicone rubber or another sprayable material. For economical production this material can already be applied to the unsaid wafer of the chip with a dispenser.
  • Another economical method uses a printable material that is applied as a light blocking element, for example in a screen printing process. With this, light blocking elements can also be printed on the wafer assembly. Of course, it is also conceivable to apply the light blocking element to the transparent substrate and then to mount the chip.
  • the light blocking element is preferably elastically deformable.
  • it can consist of silicone or another elastically deformable material. Then it can be arranged elastically biased between the transparent substrate and the chip.
  • the elastic light blocking element can compensate for tolerances in the distance between the transparent substrate and the optoelectronic chip, which are based in particular on the technology of the connecting elements. With gold bumps, distance differences of around 20% are quite normal. The elasticity ensures good light-tight contact both on the transparent substrate and on the chip, which prevents the passage of stray light.
  • the required bonding wires and / or lines can pass between contact surfaces of the light blocking element on the chip and / or on the transparent substrate.
  • These bond wires and / or conductor tracks can lead to a transmitter and / or to a sensor.
  • the bond wires of a transmitter can also be led through the light blocking element.
  • the elastic light blocking element can compensate for tolerances in the amount of the underfiller filled in if it is displaced laterally when the chip and substrate are connected.
  • the light blocking element can have different shapes.
  • the suppression of stray light is particularly advantageous if it surrounds the sensor and / or the transmitter. So it can be arranged around the transmitter in a transmitter-receiver assembly with a central light transmitter and sensors distributed around it. In this case in particular it can be circular - 6 -
  • the arrangement of several sensors on a chip it can also be configured in a matrix and enclose several sensors.
  • the light blocking element can also be produced as a micro impression part. It can have specially designed channels which enable the underfilter to be introduced after the chip has been mounted on the substrate. Special, meandering lamellae in the channels allow on the one hand the flow of the underfiller and on the other hand ensure the greatest possible light tightness.
  • the inner surface of the light blocking element can be designed in such a way that it contributes to the better luminous efficiency of the light source.
  • it can have a spherical, aspherical or flat shape.
  • the module can be used in particular in an optoelectronic displacement, angle or rotation measuring device.
  • the transmitter can either be arranged on the assembly or outside the assembly.
  • the transparent substrate can then have a scanning grating for scanning a scale.
  • FIG. 1 shows a first radiation receiver module in an optical position measuring device in a schematic longitudinal section
  • FIG. 2 formation of stray light in the underfiller in an enlarged detail from FIG. 1; - 7 -
  • FIG. 3 a light blocking element designed as a molded part in a schematic longitudinal section
  • FIG. 4 shows a second radiator-receiver assembly with the light blocking element according to FIG. 3 and a deeply structured chip in a schematic longitudinal section;
  • FIG. 5 shows a section of a third radiator-receiver assembly with a further light blocking element
  • FIG. 6 shows a section of a fourth assembly
  • FIG. 7 shows a section of a fifth assembly
  • FIG. 8 shows a section of a sixth assembly
  • Figure 9 shows a section of a seventh assembly
  • Figure 10 shows an eighth assembly in one after the
  • Transmitted light principle working angle measuring device in a schematic longitudinal section.
  • a radiator-receiver assembly 1 has a transparent substrate 2, which is plate-shaped in the example and made of glass. This carries conductor tracks 3, 4 on its surface. On the underside it has a raster structure 5 - also called a scanning grating - consisting of a - 8th -
  • a chip 6 (semiconductor substrate) is arranged on the upper side of the substrate 2 and is fixed to the conductor tracks 3, 4 of the substrate 2 via gold bumps 7, 8 and is connected to them in an electrically conductive manner.
  • the chip 6 has a plurality of sensor surfaces 9, 10 on the side facing the substrate 2, which belong to integrated optoelectronic sensors.
  • An optoelectronic transmitter 11 is also arranged on the side of the chip 6 facing the substrate 2. This is located in the center of the chip 6 between the sensors 9, 10. In the example, this is a Ga-As light-emitting diode 11, which is mounted in a depression 12 on the underside of the chip and via bonding wires 13, 14 with conductor tracks is contacted on the underside of the chip 6.
  • an underfiller 16 is arranged in this flip-chip structure in the space between the substrate 2 and the chip 6. This is transparent at least for the light wavelength or the light wavelength range which is transmitted by the transmitter 11 or received by the sensors 9, 10.
  • Such underfillers 16 generally consist of hardening plastic material, such as epoxy resin or silicone, which has a coefficient of thermal expansion that leads to stresses in the radiator-receiver assembly 1.
  • the underfiller 16 can be filled with quartz powder or quartz balls 17, as shown in FIG. This figure also shows that only a portion 18.1 (useful component) of the light 18 emitted by the light-emitting diode 11 reaches the sensors 9, 10 directly through the transparent substrate 2.
  • an annular, opaque light blocking element 19 is arranged between the chip 6 and the substrate 2 according to FIG.
  • This light blocking element 19 can in particular consist of commercially available silicone rubber.
  • the light blocking element 19 can already be applied to an unsaid wafer comprising the chip 6 with a dispenser.
  • the screen printing method can be considered as a further economical method for applying the light blocking element 19. With this, light blocking elements 19 can also be printed on in the wafer assembly. It is also conceivable to apply the light blocking element 19 to the substrate 2 and then to apply and fix the chip 6.
  • an advantage of an elastic light blocking element 19 is that it can compensate for tolerances in the height of the gold bumps 7, 8 and can have a good light-tight contact with the substrate 2 and chip 6. It can also compensate for tolerances in the filling quantity of underfiller 16 inside and outside the light blocking element 19 by stretching. Furthermore, if necessary, the bond wires 13, 14 can be carried out without having to provide special openings, since the material of the elastic light-blocking element 19 is displaced at the locations of the bond wires.
  • a scale 200 is assigned to the underside of the radiator-receiver assembly 1, which has a surface parallel to the substrate 2 with a reflective surface Raster structure 20 - also called measurement graduation - has. This can be applied in a known manner by means of lithographic processes or can be printed on or incised.
  • the light is reflected from the reflecting fields of the scale 200 and passes through the transparent areas of the scanning grating 5 of the substrate 2 to the sensors 9, 10.
  • the light 18.1 is at best weakly reflected from the non-reflecting fields of the scale 200, whereby these - 10 -
  • Reflections from associated dark fields of the scanning grating 5 of the substrate 2 are also prevented by the sensors 9, 10.
  • a heavily modulated light signal reaches sensors 9, 10, interference light 18.2 to 18.5 of transmitter 11 being virtually completely suppressed.
  • a light blocking element 19 can be designed as a micro impression part, in particular made of elastic material.
  • the element shown is circular cylindrical on the outer circumference. It has radial channels 21 on the top through which an underfiller 16 can also be inserted into its interior 22 after the flip-chip assembly, including this light blocking element 19, and bond wires 13, 14 can also be guided if required.
  • the channels 21 can - not shown in the drawing - have meandering lamellae, which allow the flow of the underfiller 16, but ensure the greatest possible light tightness.
  • the interior 22 can have a specially designed inner surface 23 which is conically shaped in the region. This can contribute to the light yield of the transmitter 11 by reflecting the otherwise ineffective edge radiation 18.2 or scattered radiation 18.3 within the underfiller 16 in the direction of the desired light radiation 18.1.
  • FIG. 4 shows an arrangement similar to that shown in FIG. 1, the assembly 1 of which, however, has a light blocking element 19 corresponding to FIG. 3.
  • a light-emitting diode 11 is recessed in the recess 12 of the chip 6 in such a way that the sensors 9, 10 are already shielded from its edge radiation 18.2.
  • the stray light components 18.3 to 18.5 are shielded by means of the light protection barrier 19.
  • the bonding wires (not shown) required for the electrical connection of the light-emitting diode 11 can be passed between the light blocking element 19 and the substrate 2. Due to the elasticity of the light blocking element 19, the bonding wires are pressed against the substrate 2 or the chip 6 in a light-sealing manner. - 1 1 -
  • FIG. 19 A further embodiment of a light blocking element 19 is shown in FIG. It consists of webs 19.1 and 19.2 offset against each other.
  • One of the webs 19.1 is applied as an annular diaphragm to the chip 6 and the other web 19.2 with a somewhat smaller diameter on the transparent substrate.
  • the height of the webs 19.1 and 19.2 is in each case somewhat less than the distance between the chip 6 and the substrate 2.
  • the webs 19.1, 19.2 guarantee extensive light-tightness for the radiation 18.2 to 18.5, but enable the underfiller 16 to flow through and, if appropriate, guidance the bond wires 13, 14 through the gap between the webs 19.1 and 19.2.
  • This arrangement in turn has the advantage that the light blocking element 19 can be manufactured with a large height tolerance and nevertheless a reliable light seal and a force-free bridging of the distance is achieved.
  • the light blocking element 19 In order to be able to manufacture the height of the light blocking element 19 with a large tolerance, it can alternatively consist of a web 19 which engages in a recess 15 in the chip 6 and / or the substrate 2, as shown in FIG.
  • the light blocking element 19 can also perform the function to stop the underfiller 16 from flowing.
  • the underfiller 16 can only be arranged on one side of the light blocking element 19. It is advantageous to keep the space 22 around the transmitter 11 free from underfiller 16. This has the advantage that no mechanical stresses act on the transmitter 11 and that the interference radiation 18.3 is eliminated. An example of this is shown in FIG. 7.
  • an additional light blocking element 24 or 24.1 can be attached in the outer area of the chip 6. This also reduces the influence of extraneous light that is reflected by the 200 scale. As a result, these designs have a further improved ratio of useful light to stray light. In Figure 8, this additional light blocking - 12 -
  • element is an elastic seal 24 in the form of an annular diaphragm and, according to FIG. 9, an all-round opaque coating 24.1 of the underfiller 16.
  • FIG. 10 shows a transmitted light arrangement in which the assembly 1 is a pure receiver assembly. This also has a plate-shaped, transparent substrate 2, which is connected to a chip 6 via gold bumps 7, 8.
  • the chip 6 has a photodiode array 9, 9 ', 10, 10' with light-sensitive areas which are surrounded by a matrix-shaped light blocking element 19.
  • the matrix-shaped light blocking element 19 can be printed on using a screen printing stencil.
  • An underfiller 16 is located between the substrate 2 and the chip 6 within the openings of the light blocking element 19.
  • the assembly 1 on the side of the substrate 2 is assigned a scale in the form of a code disk 200 which can be rotated about an axis 26. In a radiolucent area, this carries a radiolucent raster structure 20 with light and dark fields.
  • the raster structure 20 is assigned a corresponding raster structure 5 - only shown schematically - with four scanning gratings which are phase-shifted by 90 °, each of which is in turn assigned to one of the sensors 9, 9 ', 10, 10'.
  • a light-emitting diode 28 and a condenser 29 are arranged above the code disk 200.
  • a parallel light bundle 30 is generated by the light-emitting diode 28 and the condenser 29 and shines through the raster structure 20 of the code disk 200.
  • This light position-dependent light pattern then falls on the four scanning grids 5 of the substrate 2, which are phase-shifted by 90 °.
  • four sinusoidally modulated light streams are produced, each of which in turn points to a sensor 9, 9 ', 10, 10' of the four-field diode array on the chip 6 falls, the corresponding position-dependent electrical signals - 13 -
  • the matrix-shaped light blocking element 19 prevents optical crosstalk between the different light signals.
  • the light blocking element can also be formed by the contacting elements 7, 8, in that individual gold bumps are lined up with one another, or a solder wire is laid on a surface of the substrate 2 and / or the chip 6.
  • the light blocking element has a double function, namely light shielding and electrical contacting.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

Eine optoelektronische Baugruppe (1) besteht aus einem Substrat (2), auf dem ein Halbleiter-Chip (6) mit einem Sender (11) und mehreren Sensoren (9, 10) in Flip-Chip-Technik kontaktiert ist. Zur Abschirmung der Sensoren (9, 10) vor Störstrahlung des Senders (11) ist ein Lichtsperrelement (19) um den Sender (11) im Zwischenraum von Chip (6) und Substrat (2) angeordnet.

Description

Optoelektronische Baugruppe
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Baugruppe, die insbesonders in optoelektronischen Weg-, Winkel- und Rotationsmeßgeräten oder anderen optoelektronischen Geräten zum Einsatz kommen kann.
In der Zeitschrift „F&M" Heft 10 (1996) Jg. 104, Seiten 752 bis 756 ist eine Strahler-Empfänger-Baugruppe offenbart. Eine LED ist auf einem Fotodiodenarray-Chip angeordnet, der in „Flip-Chip Technik" über Goldbumps mit Leiterbahnen auf einer transparenten Glasplatte verbunden ist. Der Zwischenraum zwischen dem Chip und dem Glasträger ist mit einem Underfiller zur mechanischen Stabilisierung ausgefüllt. Diese Anordnung soll mittels der LED Licht auf einen Maßstab abstrahlen und das reflektierte Licht mittels der Fotodioden detektieren. Nachteilig ist jedoch, daß der Underfiller ein sehr guter Lichtleiter ist, der einen großen Teil des von der LED ausgestrahlten Lichts im Underfiller zu den Fotodioden leitet. Teile des Lichts werden durch Streuung im Underfiller und Reflexion an den Grenzflächen von Underfiller und Glasträger zu den Fotodioden umgeleitet, und weitere Teile werden direkt an den Kanten der LED auf die Empfängerflächen des Optochips abgestrahlt. Infolgedessen ist das Verhältnis des auf die Fotodioden einfallenden Störlichts und Nutzlichts ungünstig.
Aus der DE 19720300 A ist eine Chip-in-Chip Implantation eines Galium- Arsenid-Leuchtdioden-Chips in einer Siiizium-PIN-Dioden-Empfängermatrix bekannt. Auch hier kann es zu einem erheblichen Streulichtanteil kommen, der direkt auf die Dioden-Empfängermatrix einstrahlt, ohne daß das Licht den gewünschten Weg, z.B. zu einem Maßstab mit einem optischen Gitter nimmt. Dadurch wird einerseits der Nutzsignalanteil erheblich verringert und werden andererseits die Fotodioden schon mit einem beträchtlichen Gleichlichtanteil ausgesteuert. Auch bei solchen Flip-Chip Aufbauten ist es aus Gründen der mechanischen Stabilität und der Oberflächenpassivierung üblich und für viele Einsatzfälle unumgänglich, daß zwischen den Chipoberflächen und der Glasträgerplatte ein optischer Underfiller eingebracht wird. Dieser bewirkt zwar eine hohe mechanische und chemische Beständigkeit, führt aber dazu, daß ein noch größerer Lichtanteii direkt auf die Fotodioden- flächen eingekoppelt wird. Auch dadurch wird der optoelektronische Wirkungsgrad deutlich verschlechtert.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Baugruppe zu schaffen, bei der das Verhältnis von Nutzlichtanteil zu Störlichtanteil verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch eine optoelektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Baugruppe sind den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße optoelektronische Baugruppe hat ein transparentes Substrat, das Leiterbahnen trägt. Dieses Substrat kann plattenförmig sein. Als Material für das Substrat kommt insbesondere Glas und/oder Kunststoff in Betracht.
Ferner ist ein optoelektronischer Chip mit mindestens einem Sensor und/oder Sender für Licht vorhanden, der mit dem Substrat zugewandten Sensor und/oder Sender auf dem Substrat angeordnet ist. Der Sensor und/oder Sender kann in einer Fläche des Chips ausgebildet sein. Er kann aber auch ein zusätzliches Bauteil sein, das auf dem Chip montiert ist.
Der Chip ist über Kontaktierungselemente mit den Leiterbahnen verbunden und in einem Abstand vom transparenten Substrat gehalten. Die Kontaktierungselemente dienen sowohl der mechanischen als auch der elektrischen - 3 -
Verbindung des Chips mit dem Substrat bzw. den darauf angeordneten Leiterbahnen. Als Kontaktierungselemente kommen insbesondere Goldbumps oder ähnliche Kontaktierungselemente in Betracht. Auf die bekannte Flip- Chip Technologie kann zurückgegriffen werden.
Bevorzugt ist bei der optoelektronischen Baugruppe im Zwischenraum zwischen Chip und transparentem Substrat ein Underfiller angeordnet. Dieser kann transparent sein, insbesondere wenn er einen optoelektronischen Sensor und/oder Sender bedeckt. Bei dem Underfiller kann es sich um ein Epoxydharz, Silikon o. ä. aushärtendes Kunststoffmaterial handeln. Ein Underfiller wird zwar bevorzugt, ist jedoch nicht obligatorisch.
Schließlich ist im Zwischenraum zwischen Chip und transparentem Substrat ein lichtundurchlässiges Lichtsperrelement angeordnet, das den Sensor ge- genüber seitlichem Lichteinfall und/oder seitliche Lichtabstrahlung des Senders mehr oder weniger abschirmt. Seitlich ist ein Lichteinfall bzw. eine Lichtabstrahlung aus bzw. in einer Richtung, die zu einer Senkrechten durch den Chip geneigt ist. Es handelt sich beispielsweise um einen Lichteinfall, der nicht direkt von einem bestimmten äußeren Objekt stammt, sondern auf Streuung oder Reflexion beruht, aber auch Direktstrahlung eines anderen Objekts sein kann. Dieses Störlicht kann auch von einem in die Baugruppe integrierten Lichtsender stammen. Ferner kann es sich um eine Lichtabstrahlung handeln, die nicht direkt auf ein anderes Objekt gerichtet ist. Infolgedessen ist in der erfindungsgemäßen Baugruppe der auf den Sensor fal- lende bzw. vom Sender abgestrahlte Störlichtanteil zumindest beträchtlich herabgesetzt und andererseits der Nutzlichtanteil erhöht.
Dabei ist auch eine nur teilweise Unterdrückung von Störlicht durch das Lichtsperrelement in die Erfindung einbezogen. Ferner ist einbezogen, daß das Lichtsperrelement nicht ideal lichtundurchlässig und das Substrat und ggf. der Underfiller nicht ideal transparent ist. Im Rahmen der Erfindung kann eine Lichtundurchlässigkeit bzw. Transparenz nur bezüglich bestimmter Lichtwellenlängen oder Lichtlängenbereiche einer Lichtquelle gegeben sein, mit der die optoelektronische Baugruppe zusammenarbeitet. Entschei- dend ist, daß eine erhebliche Unterdrückung von Störlicht zugunsten des Nutzlichts zumindest für eine bestimmte Lichtwellenlänge erreicht wird.
Bei der Baugruppe kann es sich um eine reine Empfänger-Baugruppe han- dein, die mit einer externen künstlichen oder natürlichen Lichtquelle zusammenarbeitet. Das Lichtsperrelement unterdrückt dann insbesondere störenden Einfluß von Streu- und Fremdlicht. Sie kann aber auch eine reine Sender-Baugruppe sein, die besonders effektiv ein externes Objekt bestrahlt. Dabei kann es sich ferner um eine Strahler-Empfänger-Baugruppe handeln, bei der auf dem Chip ein Sender angeordnet und das Lichtsperrelement zwischen diesem und dem Sensor angeordnet ist. Der Sender kann insbesondere eine LED sein. Das Lichtsperrelement steht sowohl einem optischen Übersprechen vom Sender auf den Sensor als auch dem Einfall von Fremdlicht auf den Sensor entgegen.
Besonders bei Verwendung von Underfillern o. ä. optisch transparentem Verguß ist bei der Baugruppe das auf Streuung und Reflexion beruhende Störlicht minimiert und können auch thermomechanische Spannungen im Gesamtaufbau sehr klein gehalten werden. Diese können insbesondere auf den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien beruhen. Zur Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten in Richtung desjenigen von Goldbumps werden vielfach Underfiller mit Quarzmehl gefüllt, welches aber wiederum den Streulichtanteil heraufsetzt. Der Einsatz solcher Underfiller und damit die Herabsetzung thermomechanischer Span- nungen wird durch die Erfindung begünstigt.
Vorzugsweise ist das Lichtsperrelement aus einem anschmiegsamen Material, das sich an den Chip und/oder an das transparente Substrat anschmiegt. Hierdurch wird einem Lichtdurchgang zwischen Lichtsperrelement und Chip bzw. Substrat entgegengewirkt. Hierfür aber auch aus fertigungstechnischen Gründen kann das Lichtsperrelement fest mit dem Chip und/oder dem transparenten Substrat verbunden sein. So kann das Lichtsperrelement aus einem handelsüblichen Silikonkautschuk oder einem anderen spritzbaren Material bestehen. Für eine wirtschaftliche Fertigung kann dieses Material schon auf dem ungesagten Wafer des Chips mit einem Dispenser aufgebracht werden. Ein anderes wirtschaftliches Verfahren bedient sich eines aufdruckbaren Materials, das als Lichtsperrelement beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht wird. Hiermit können Lichtsperr- elemente auch im Waferverbund aufgedruckt werden. Natürlich ist es auch denkbar, das Lichtsperrelement auf das transparente Substrat aufzubringen und dann den Chip zu montieren.
Bevorzugt ist das Lichtsperrelement elastisch verformbar. Hierfür kann es aus Silikon oder einem anderen elastisch verformbaren Material bestehen. Dann kann es elastisch vorgespannt zwischen transparentem Substrat und Chip angeordnet sein. Das elastische Lichtsperrelement vermag Toleranzen des Abstands zwischen transparentem Substrat und optoelektronischem Chip auszugleichen, die insbesondere auf der Technologie der Verbin- dungselemente beruhen. So sind bei Goldbumps Abstandsunterschiede von etwa 20% durchaus normal. Dabei gewährleistet die Elastizität eine gute lichtdichte Anlage sowohl am transparenten Substrat als auch am Chip, die einen Durchgang von Störlicht verhindert.
Gerade bei einem elastischen Lichtsperrelement können benötigte Bonddrähte und/oder Leitungen zwischen Anlageflächen des Lichtsperrelements an dem Chip und/oder an dem transparenten Substrat hindurchführen. Diese Bonddrähte und/oder Leiterbahnen können zu einem Sender und/oder zu einem Sensor führen. Die Bonddrähte eines Senders können aber auch durch das Lichtsperrelement geführt sein. Ferner kann das elastische Lichtsperrelement Toleranzen in der Menge des eingefüllten Underfillers ausgleichen, wenn dieser beim Verbinden von Chip und Substrat seitlich verdrängt wird.
Das Lichtsperrelement kann verschiedene Formgebungen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Störlichtunterdrückung, wenn es dem Sensor und/oder den Sender umgibt. So kann es bei einer Sender-Empfänger-Baugruppe mit einem zentralen Lichtsender und darum verteilten Sensoren um den Sender angeordnet sein. Insbesondere in diesem Fall kann es kreisför- - 6 -
mig ausgebildet sein. Auch kann es entsprechend der Anordnung mehrerer Sensoren auf einem Chip matrixförmig ausgebildet sein und mehrere Sensoren umschließen.
Das Lichtsperrelement kann auch als Mikroabformteil hergestellt werden. Es kann speziell gestaltete Kanäle aufweisen, die ein Einbringen des Underfil- lers nach der Montage des Chips auf dem Substrat ermöglicht. Spezielle, mäanderförmig angeordnete Lamellen in den Kanälen gestatten einerseits den Durchfluß des Underfillers und sichern andererseits eine weitestge- hende Lichtdichtheit ab.
Ferner kann die Innenfläche des Lichtsperrelements solchermaßen ausgebildet sein, daß es zur besseren Lichtausbeute der Lichtquelle beiträgt. Hierfür kann es eine sphärische, asphärische oder planflächige Gestalt auf- weisen. Hierdurch kann eine sonst unwirksame Kantenstrahlung einer LED durch gezielte Reflexion an der Innenfläche des Lichtsperrelements genutzt werden.
Die Baugruppe kann insbesondere in einem optoelektronischen Weg-, Win- kel- oder Rotationsmeßgerät zum Einsatz kommen. Hierfür kann der Sender entweder auf der Baugruppe oder außerhalb der Baugruppe angeordnet sein. Das transparente Substrat kann dann ein Abtastgitter zur Abtastung eines Maßstabes aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine erste Strahier-Empfänger-Baugruppe in einem optischen Positionsmeßgerät in sche- matischem Längsschnitt;
Figur 2 Streulichtbildung im Underfiller in einem vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 ; - 7 -
Figur 3 als Formteil ausgebildetes Lichtsperrelement im schematischen Längsschnitt;
Figur 4 eine zweite Strahler-Empfänger-Baugruppe mit dem Lichtsperrelement gemäß Figur 3 und einem tiefenstrukturierten Chip im schematischen Längsschnitt;
Figur 5 einen Ausschnitt einer dritten Strahler-Empfän- ger-Baugruppe mit einem weiteren Lichtsperrelement;
Figur 6 einen Ausschnitt einer vierten Baugruppe;
Figur 7 einen Ausschnitt einer fünften Baugruppe;
Figur 8 einen Ausschnitt einer sechsten Baugruppe;
Figur 9 einen Ausschnitt einer siebten Baugruppe und
Figur 10 eine achte Baugruppe in einem nach dem
Durchlichtprinzip arbeitenden Winkelmeßgerät im schematischen Längsschnitt.
Übereinstimmende Teile verschiedener Ausführungsbeispiele sind in der nachfolgenden Beschreibung mit identischen Bezugsziffern bezeichnet. Insoweit hat die Beschreibung für alle betroffenen Ausführungsbeispiele Gültigkeit. Soweit die Begriffe „oben" und „unten" verwendet werden, bezieht sich dies auf die Anordnung der Teile in den Zeichnungen.
Gemäß Figur 1 hat eine Strahler-Empfänger-Baugruppe 1 ein transparentes Substrat 2, das im Beispiel plattenförmig ist und aus Glas besteht. Dieses trägt auf seiner Oberfläche Leiterbahnen 3, 4. An der Unterseite ist es mit einer Rasterstruktur 5 - auch Abtastgitter genannt - bestehend aus einer - 8 -
Folge lichtdurchlässiger und lichtundurchlässiger Bereiche jeweils konstanter Länge versehen, die beispielsweise aufgedruckt oder eingeritzt sein können.
An der Oberseite des Substrats 2 ist ein Chip 6 (Halbleitersubstrat) ange- ordnet, der über Goldbumps 7, 8 an den Leiterbahnen 3, 4 des Substrats 2 fixiert und mit diesen elektrisch leitend verbunden ist. Der Chip 6 hat an der dem Substrat 2 zugewandten Seite mehrere Sensorflächen 9, 10, die zu integrierten optoelektronischen Sensoren gehören.
Ebenfalls auf der dem Substrat 2 zugewandten Seite des Chips 6 ist ein optoelektronischer Sender 11 angeordnet. Dieser befindet sich im Zentrum des Chips 6 zwischen den Sensoren 9, 10. Dabei handelt es sich im Beispiel um eine Ga-As-Leuchtdiode 1 1 , die in einer Vertiefung 12 der Unterseite des Chips montiert ist und über Bonddrähte 13, 14 mit Leiterbahnen an der Un- terseite des Chips 6 kontaktiert ist.
Zur Passivierung und zur Verbesserung der mechanischen Stabilität ist in diesem Flip-Chip-Aufbau im Zwischenraum zwischen dem Substrat 2 und dem Chip 6 ein Underfiller 16 angeordnet. Dieser ist zumindest für die Licht- Wellenlänge bzw. den Lichtwellenlängenbereich transparent, der von dem Sender 11 gesendet bzw. von den Sensoren 9, 10 empfangen wird. Solche Underfiller 16 bestehen in der Regel aus aushärtendem Kunststoffmaterial, wie Epoxydharz oder Silikon, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der zu Spannungen in der Strahler-Empfänger-Baugruppe 1 führt. Zur Anpassung dieses Ausdehnungskoeffizienten an den der Goldbumps 7, 8 kann der Underfiller 16 mit Quarzmehl bzw. Quarzkugeln 17 gefüllt sein, wie in Figur 2 gezeigt. Diese Figur zeigt auch, daß von dem der Leuchtdiode 11 abgestrahlten Licht 18 nur ein Teil 18.1 (Nutzanteil) direkt durch das transparente Substrat 2 zu den Sensoren 9, 10 gelangt. Ein weiterer Teil wird als Kantenstrahlung 18.2 direkt von der Seite der Leuchtdiode 11 abgestrahlt. Ein weiterer Teil 18.3 wird von den Quarzpartikeln 17 ein- oder mehrfach reflektiert. Dann gibt es noch Teile 18.4 und 18.5, die an den Oberflächen des Substrats 2 reflektiert werden. Um das Störlicht 18.2 bis 18.5 im Underfiller 16 von den Sensorflächen 9, 10 fernzuhalten, ist gemäß Figur 1 ein ringförmiges, lichtundurchlässiges Lichtsperrelement 19 zwischen dem Chip 6 und dem Substrat 2 angeordnet. Dieses Lichtsperrelement 19 kann insbesondere aus handelsüblichen Sili- konkautschuk bestehen. Für eine wirtschaftliche Fertigung kann das Lichtsperrelement 19 schon auf einem ungesagten, den Chip 6 umfassenden Wafer mit einem Dispenser aufgebracht werden. Als weiteres wirtschaftliches Verfahren zum Aufbringen des Lichtsperrelements 19 kommt das Siebdruckverfahren in Betracht. Hiermit können Lichtsperrelemente 19 auch im Waferverbund aufgedruckt werden. Auch ist es denkbar, das Lichtsperrelement 19 auf das Substrat 2 aufzubringen und dann den Chip 6 anzulegen und zu fixieren.
Ein Vorteil eines elastischen Lichtsperrelements 19 besteht darin, daß es Toleranzen der Höhe der Goldbumps 7, 8 ausgleichen und eine gute lichtdichte Anlage an Substrat 2 und Chip 6 aufweisen kann. Auch kann es Toleranzen der Einfüllmenge von Underfiller 16 innerhalb und außerhalb des Lichtsperrelements 19 durch Dehnung ausgleichen. Weiterhin können bei Bedarf die Bonddrähte 13, 14 durchgeführt werden, ohne spezielle Öffnun- gen vorsehen zu müssen, da an den Stellen der Bonddrähte das Material des elastischen Lichtsperrelements 19 verdrängt wird.
Somit gelangt bevorzugt das aus dem Glassubstrat 2 nach Passieren der Rasterstruktur 5 austretende Licht 18.1 zu den Sensoren 9, 10. Hierfür ist der Unterseite der Strahler-Empfänger-Baugruppe 1 ein Maßstab 200 zugeordnet, der eine parallel zum Substrat 2 ausgerichtete Oberfläche mit einer reflektierenden Rasterstruktur 20 - auch Meßteilung genannt - aufweist. Diese kann in bekannter Weise durch lithografische Verfahren aufgebracht oder aufgedruckt oder eingeritzt sein.
Von den reflektierenden Feldern des Maßstabs 200 wird das Licht reflektiert und gelangt durch die transparenten Bereiche des Abtastgitters 5 des Substrats 2 zu den Sensoren 9, 10. Von den nicht reflektierenden Feldern des Maßstabs 200 wird das Licht 18.1 allenfalls schwach reflektiert, wobei diese - 10 -
Reflexionen auch noch von zugeordneten Dunkel-Feldern des Abtastgitters 5 des Substrats 2 von den Sensoren 9, 10 abgehalten werden. Infolgedessen gelangt ein stark durchmoduliertes Lichtsignal zu den Sensoren 9, 10, wobei Störlicht 18.2 bis 18.5 des Senders 1 1 praktisch völlig unterdrückt wird.
Gemäß Figur 3 kann ein Lichtsperrelement 19 als Mikroabformteil insbesondere aus elastischem Material ausgestaltet sein. Das gezeigte Element ist am Außenumfang kreiszylindrisch ausgebildet. Es hat an der Oberseite ra- dial verlaufende Kanäle 21 , durch die ein Underfiller 16 auch nach der Flip- Chip-Montage unter Einschluß dieses Lichtsperrelements 19 in dessen Innenraum 22 eingebracht werden kann und bei Bedarf auch Bonddrähte 13, 14 geführt werden können. Die Kanäle 21 können - in der Zeichnung nicht dargestellte - mäanderförmig angeordnete Lamellen haben, die den Durch- fluß des Underfillers 16 ermöglichen, jedoch eine weitestgehende Lichtdichtheit sichern. Der Innenraum 22 kann eine speziell gestaltete Innenfläche 23 aufweisen, die in dem Bereich konisch geformt ist. Diese kann zur Lichtausbeute des Senders 11 beitragen, indem sie die sonst unwirksame Kantenstrahlung 18.2 oder auch Streustrahlung 18.3 innerhalb des Under- fillers 16 in Richtung der gewünschten Lichtstrahlung 18.1 reflektiert.
In Figur 4 ist eine ähnliche Anordnung wie in Figur 1 gezeigt, deren Baugruppe 1 allerdings ein Lichtsperrelement 19 entsprechend Figur 3 aufweist. Außerdem ist eine Leuchtdiode 11 so in der Vertiefung 12 des Chips 6 ver- senkt, daß hierdurch bereits die Sensoren 9, 10 von seiner Kantenstrahlung 18.2 abgeschirmt sind. Hier werden also vor allem die Streulichtanteile 18.3 bis 18.5 mittels der Lichtschutzbarriere 19 abgeschirmt. Die für den elektrischen Anschluß der Leuchtdiode 11 erforderlichen - nicht gezeigten - Bonddrähte können zwischen dem Lichtsperrelement 19 und dem Substrat 2 hindurchgeführt sein. Durch die Elastizität des Lichtsperrelements 19 werden die Bonddrähte lichtdicht andichtend an das Substrat 2 oder den Chip 6 gedrückt. - 1 1 -
In Figur 5 ist eine weitere Ausgestaltung eines Lichtsperrelementes 19 dargestellt. Es besteht aus gegeneinander versetzten Stegen 19.1 und 19.2. Einer der Stege 19.1 ist als ringförmige Blende am Chip 6 aufgebracht und der andere Steg 19.2 mit etwas geringerem Durchmesser auf dem transpa- renten Substrat. Die Höhe der Stege 19.1 und 19.2 ist jeweils etwas geringer als der Abstand zwischen dem Chip 6 und dem Substrat 2. Die Stege 19.1 , 19.2 garantieren eine weitgehende Lichtdichtigkeit für die Strahlung 18.2 bis 18.5, ermöglichen aber den Durchfluß des Underfillers 16 sowie gegebenenfalls eine Führung der Bonddrähte 13, 14 durch den Spalt zwischen den Stegen 19.1 und 19.2. Diese Anordnung hat wiederum den Vorteil, daß das Lichtsperrelement 19 mit großer Höhentoleranz gefertigt werden kann und trotzdem eine sichere Lichtdichtung sowie eine kräftefreie Überbrückung des Abstandes erreicht wird.
Um das Lichtsperrelement 19 höhenmäßig mit großer Toleranz fertigen zu können, kann es alternativ aus einem Steg 19 bestehen, der in eine Vertiefung 15 des Chips 6 und/oder des Substrats 2 eingreift, wie in Figur 6 dargestellt.
Das Lichtsperrelement 19 kann auch die Funktion erfüllen, um das Fließen des Underfillers 16 zu stoppen. So kann der Underfiller 16 nur auf einer Seite des Lichtsperrelementes 19 angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, den Raum 22 um den Sender 11 frei von Underfiller 16 zu halten. Dies hat den Vorteil, daß keine mechanischen Spannungen auf den Sender 11 einwirken, und daß die Störstrahlung 18.3 eliminiert ist. Ein Beispiel hierzu ist in Figur 7 gezeigt.
Zur Vermeidung einer seitlichen Einstrahlung von Fremdlicht auf die Sensoren 9, 10 kann im Außenbereich des Chips 6 neben den Goldbumps 7, 8 ein zusätzliches Lichtsperrelement 24 bzw. 24.1 angebracht sein. Dieses vermindert auch den Einfluß von Fremdlicht, das vom Maßstab 200 reflektiert wird. Infolgedessen haben diese Ausführungen ein weiter verbessertes Verhältnis von Nutzlicht zu Störlicht. In Figur 8 ist dieses zusätzliche Lichtsperr- - 12 -
element eine elastische Dichtung 24 in Form einer Ringblende und gemäß Figur 9 eine umlaufende opake Beschichtung 24.1 des Underfillers 16.
Figur 10 zeigt eine Durchlicht-Anordnung, bei der die Baugruppe 1 eine reine Empfänger-Baugruppe ist. Diese hat ebenfalls ein plattenförmiges, transparentes Substrat 2, das über Goldbumps 7, 8 mit einem Chip 6 verbunden ist. Der Chip 6 weist ein Fotodiodenarray 9, 9', 10, 10' mit lichtempfindlichen Flächen auf, die von einem matrixförmigen Lichtsperrelement 19 umgeben sind. Für eine wirtschaftliche Fertigung kann das matrixförmige Lichtsperrelement 19 mittels einer Siebdruckschablone aufgedruckt werden.
Zwischen Substrat 2 und Chip 6 befindet sich innerhalb der Öffnungen des Lichtsperrelements 19 ein Underfiller 16.
Gemäß Figur 10 ist der Baugruppe 1 auf der Seite des Substrats 2 ein Maßstab in Form einer Codescheibe 200 zugeordnet, die um eine Achse 26 drehbar ist. Diese trägt in einem durchstrahlbaren Bereich eine durchstrahlbare Rasterstruktur 20 mit Hell- und Dunkel-Feldern. Der Rasterstruktur 20 ist oben auf dem Substrat 2 eine entsprechende - nur schematisch darge- stellte - Rasterstruktur 5 mit vier um 90° phasenverschobenen Abtastgittern zugeordnet, von denen wiederum jede einem der Sensoren 9, 9', 10, 10' zugeordnet ist.
Oberhalb der Codescheibe 200 ist eine Leuchtdiode 28 und dazwischen ein Kondensor 29 angeordnet.
Von der Leuchtdiode 28 und dem Kondensor 29 wird ein paralleles Lichtbündel 30 erzeugt, welches die Rasterstruktur 20 der Codescheibe 200 durchstrahlt. Dieses drehlageabhängige Lichtmuster fällt dann auf die vier um 90° phasenverschobenen Abtastgitter 5 des Substrats 2. Infolgedessen entstehen vier sinusförmig modulierte Lichtströme, von denen wiederum jeweils ein Teil auf einen Sensor 9, 9', 10, 10' des Vierfeld-Diodenarrays auf dem Chip 6 fällt, das entsprechende positionsabhängige elektrische Signale - 13 -
erzeugt. Dabei wird von dem matrixförmigen Lichtsperrelement 19 ein optisches Übersprechen zwischen den verschiedenen Lichtsignalen verhindert.
In nicht gezeigter Weise kann das Lichtsperrelement auch von den Kontaktierungselementen 7, 8 gebildet werden, indem einzelne Goldbumps aneinander gereiht werden, oder ein Lötdraht auf einer Fläche des Substrats 2 und / oder dem Chip 6 verlegt wird. Bei diesen Ausführungsformen hat das Lichtsperrelement eine Doppelfunktion, nämlich Lichtabschirmung und elektrische Kontaktierung.

Claims

- 14 -Ansprüche
1. Optoelektronische Baugruppe mit einem transparenten Substrat (2), das Leiterbahnen (3, 4) trägt, einem optoelektronischen Chip (6) mit mindestens einem Sensor (9, 10) und/oder Sender (11) für Licht, wobei der Sensor (9, 10) und/oder Sender (1 1) des Chips (6) dem Substrat (2) zugeordnet auf dem Substrat (2) angeordnet ist, und der Chip (6) über Kontaktierungselemente (7, 8) mit den Leiterbahnen (3, 4) verbunden ist und in einem Abstand vom transparenten Substrat (2) gehalten ist, und - einem zwischen Substrat (2) und Chip (6) angeordneten lichtundurchlässigen Lichtsperrelement (19), das den Sensor (15) gegenüber seitlichem Lichteinfall und/oder den Sender (11) gegenüber seitliche Lichtabstrahlung abschirmt.
2. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement (19) aus einem elastischen anschmiegsamen Material besteht, das sich an den Chip (6) und/oder an das transparente Substrat (2) anschmiegt und sich dem Abstand zwischen Chip (6) und Substrat (2) anpaßt.
3. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement (19) fest mit dem Chip (6) und/oder dem transparenten Substrat (2) verbunden ist.
4. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement (19) aus spritz- oder druckbarem Material besteht, das auf dem Chip (6) oder dem Substrat (2) aufgebracht ist. - 15 -
5. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem bzw. in dem Chip (6) zumindest ein Sensor (9, 10) und ein Sender (11) angeordnet und das Lichtsperrelement (19) zwischen Sensor (9, 10) und dem Sender (1 1) angeordnet ist.
6. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (9, 10) um einen Sender (11) verteilt angeordnet sind.
7. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement (19) den Sensor (9, 10) und/oder den Sender (1 1) umgibt.
8. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, daß das Lichtsperrelement (19) kreisringförmig ausgebildet ist.
9. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Bonddrähte (13, 14) des Sensors (9, 10) und/oder des Senders (1 1) durch das Lichtsperrelement (19) geführt sind.
10. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum (15) zwischen Chip (6) und transparentem Substrat (2) ein Underfiller (16) angeordnet ist.
11. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Underfiller (16) nur auf einer Seite des Lichtsperrelements (19) angeordnet ist.
12. Optoelektronische Baugruppe nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Lichtsperrelement (19) abgesperrte Raum (22) um den Sender (1 1) frei von Underfiller (16) ist. - 16 -
13. Optoelektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement (19) aus einem ersten Steg (19.1) des Chips (6) und einem zweiten Steg (19.2) des Substrats (2) besteht, wobei beide Stege (19.1 , 19.2) zueinander versetzt angeordnet sind und sich höhenmäßig überlappen.
14. Optoelektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsperrelement aus einem Steg (19) besteht, und der Steg (19) in eine Vertiefung (15) des Sub- strats (2) und/oder Chips (6) eingreift.
15. Optoelektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat (2) dem Sensor (9, 10) zugeordnet mehrere abwechselnd angeordnete opake und licht- durchlässige Bereiche (5) aufweist, die ein Abtastgitter (5) zum Zusammenwirken mit einer Meßteilung (20) eines Maßstabes (200) eines Positionsmeßsystems bilden.
EP99915685A 1998-03-25 1999-03-22 Optoelektronische baugruppe Ceased EP1068643A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE29805392U 1998-03-25
DE29805392U DE29805392U1 (de) 1998-03-25 1998-03-25 Optoelektronische Baugruppe
PCT/EP1999/001919 WO1999049514A1 (de) 1998-03-25 1999-03-22 Optoelektronische baugruppe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1068643A1 true EP1068643A1 (de) 2001-01-17

Family

ID=8054733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP99915685A Ceased EP1068643A1 (de) 1998-03-25 1999-03-22 Optoelektronische baugruppe

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6528779B1 (de)
EP (1) EP1068643A1 (de)
DE (2) DE29805392U1 (de)
WO (1) WO1999049514A1 (de)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19854733A1 (de) * 1998-11-27 2000-05-31 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Abtasteinheit einer Positionsmeßeinrichtung
US6351027B1 (en) * 2000-02-29 2002-02-26 Agilent Technologies, Inc. Chip-mounted enclosure
DE10051159C2 (de) * 2000-10-16 2002-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED-Modul, z.B. Weißlichtquelle
US6910812B2 (en) 2001-05-15 2005-06-28 Peregrine Semiconductor Corporation Small-scale optoelectronic package
DE10164388C1 (de) * 2001-12-28 2003-04-30 Valeo Schalter & Sensoren Gmbh Lenkwinkelsensor
US7212599B2 (en) 2002-01-25 2007-05-01 Applied Micro Circuits Corporation Jitter and wander reduction apparatus
US6972402B2 (en) * 2002-06-03 2005-12-06 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Photoelectric rotary encoder
US7110629B2 (en) 2002-07-22 2006-09-19 Applied Materials, Inc. Optical ready substrates
US7043106B2 (en) 2002-07-22 2006-05-09 Applied Materials, Inc. Optical ready wafers
DE10317590A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-11 Siemens Ag Optische Einrichtung
JP2004333342A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 投影型エンコーダ
US7103079B2 (en) 2003-06-27 2006-09-05 Applied Materials, Inc. Pulsed quantum dot laser system with low jitter
US20050016446A1 (en) 2003-07-23 2005-01-27 Abbott John S. CaF2 lenses with reduced birefringence
US7307266B1 (en) 2003-11-26 2007-12-11 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for an optically clocked optoelectronic track and hold device
JP2005207758A (ja) * 2004-01-20 2005-08-04 Fanuc Ltd 光学式エンコーダ
US20060222024A1 (en) * 2005-03-15 2006-10-05 Gray Allen L Mode-locked semiconductor lasers with quantum-confined active region
US20060227825A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Nl-Nanosemiconductor Gmbh Mode-locked quantum dot laser with controllable gain properties by multiple stacking
JP4803641B2 (ja) * 2005-05-12 2011-10-26 オリンパス株式会社 光学式エンコーダ
DE102005031966B4 (de) † 2005-07-08 2011-10-27 Günter Grau Herstellung eines polarisationsempfindlichen Filters mit gezielter Ausdehnung und Orientierung für CCD- oder CMOS-Bildsensoren
WO2007027615A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-08 Applied Materials, Inc. Ridge technique for fabricating an optical detector and an optical waveguide
US7385178B2 (en) * 2005-10-26 2008-06-10 Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd Reflective encoders with various emitter-detector configurations
US8411711B2 (en) * 2005-12-07 2013-04-02 Innolume Gmbh Semiconductor laser with low relative intensity noise of individual longitudinal modes and optical transmission system incorporating the laser
WO2007065614A2 (en) 2005-12-07 2007-06-14 Innolume Gmbh Laser source with broadband spectrum emission
US7835408B2 (en) * 2005-12-07 2010-11-16 Innolume Gmbh Optical transmission system
US7561607B2 (en) * 2005-12-07 2009-07-14 Innolume Gmbh Laser source with broadband spectrum emission
GB0621487D0 (en) * 2006-10-28 2006-12-06 Renishaw Plc Opto-electronic read head
DE102007028943A1 (de) * 2007-06-22 2008-12-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung
DE102008025870A1 (de) * 2008-05-31 2009-12-03 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Optische Positionsmesseinrichtung
DE102008029467A1 (de) * 2008-06-20 2009-12-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement, Verwendung eines Halbleiterbauelements als Näherungssensor sowie Verfahren zum Detektieren von Objekten
US8723103B2 (en) * 2011-11-08 2014-05-13 Mitutoyo Corporation Optical encoder readhead configured to block stray light with dummy vias
DE102013222383A1 (de) 2013-02-06 2014-08-07 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Optische Positionsmesseinrichtung
EP2869140B1 (de) * 2013-10-30 2016-04-06 The Swatch Group Research and Development Ltd. Vorrichtung zur Erfassung der Position der Uhrzeiger
WO2018180668A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社村田製作所 生体センサ
DE102018101393A1 (de) * 2018-01-23 2019-07-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63240078A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 Mitsubishi Electric Corp 受光型半導体装置
US5237434A (en) * 1991-11-05 1993-08-17 Mcnc Microelectronic module having optical and electrical interconnects
US5670781B1 (en) * 1996-02-08 2000-10-10 Renco Encoders Inc Photoelectrical encoder
DE19608391A1 (de) 1996-03-05 1997-09-11 Telefunken Microelectron Reflexsensor
DE19720300B4 (de) 1996-06-03 2006-05-04 CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH Elektronisches Hybrid-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19643911A1 (de) 1996-10-30 1998-05-07 Sick Ag Schaltungsanordnung mit auf einem mit Leiterbahnen versehenen Substrat angebrachten optoelektronischen Bauelementen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9949514A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999049514A1 (de) 1999-09-30
DE29805392U1 (de) 1999-08-05
DE19912720A1 (de) 1999-10-28
US6528779B1 (en) 2003-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999049514A1 (de) Optoelektronische baugruppe
EP1133674B1 (de) Optoelektronische baueinheit
EP1014043B1 (de) Abtastkopf
DE102009055318B4 (de) Optische Reflexionskodiersysteme, Vorrichtungen und Verfahren
DE69636093T2 (de) Photoreflektierender Detektor und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2625545B1 (de) Optische abschirm-vorrichtung zum trennen von optischen pfaden
DE10138562A1 (de) Optische Auslenkungsmessvorrichtung
DE112004002244B4 (de) Optischer Codierer
WO2013037556A1 (de) Verfahren zum herstellen einer mehrzahl von optoelektronischen bauelementen und optoelektronisches bauelement
DE10022676A1 (de) Optische Verschiebungsdetektoreinrichtung
EP0789228A2 (de) Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung
EP1597774B1 (de) Optoelektronisches bauelement mit einer leuchtdiode und einer mehrzahl von lichtsensoren
DE19855307B4 (de) Abtasteinheit für eine optische Positionsmeßeinrichtung
DE10242027B4 (de) Fotoelektrischer Kodierer
EP0635701B1 (de) Längen- oder Winkelmesseinrichtung
DE102015103253B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
EP0564683A1 (de) Optoelektronisches Weg-, Winkel- oder Rotationsmessgerät
WO1999048155A1 (de) Optoelektronische bauelementanordnung mit transparentem füllmaterial und trägersubstrat
DE10220583B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE112021006916T5 (de) Bildlesevorrichtung
DE102005047061A1 (de) Strahlungsdetektor
DE10117209A1 (de) Optoelektronische Anordnung mit integriertem optischen Sensor
DE112021007518T5 (de) Empfangsvorrichtung und lidar
DE102022102014A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
DE102020119511A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20001025

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE FR GB IT LI

17Q First examination report despatched

Effective date: 20030521

17Q First examination report despatched

Effective date: 20030521

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20130607