EP1410446A1 - Boitier semi-conducteur optique a pastille transparente et son procede de fabrication - Google Patents

Boitier semi-conducteur optique a pastille transparente et son procede de fabrication

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EP1410446A1
EP1410446A1 EP01990608A EP01990608A EP1410446A1 EP 1410446 A1 EP1410446 A1 EP 1410446A1 EP 01990608 A EP01990608 A EP 01990608A EP 01990608 A EP01990608 A EP 01990608A EP 1410446 A1 EP1410446 A1 EP 1410446A1
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EP
European Patent Office
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semiconductor component
optical sensor
front face
support
face
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01990608A
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German (de)
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Inventor
Patrick Daniel Perillat
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STMicroelectronics SA
Original Assignee
STMicroelectronics SA
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Publication date
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    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/1815—Shape

Definitions

  • the present invention relates to an optical semiconductor package and its manufacturing method.
  • the optical semiconductor components are installed in the bottom of the cavity of encapsulation boxes which have an attached cover made of a transparent material, the bottom wall of the box being used to make the external electrical connections of the component. .
  • Such arrangements are bulky and expensive.
  • the object of the present invention is in particular to improve and simplify optical semiconductor devices in particular with the aim of reducing their size and their production cost.
  • the present invention relates first of all to an optical semiconductor.
  • this optical semiconductor package comprises a mounting and electrical connection support, a semiconductor component of which a rear face is fixed to a front face of said support and of which a front face comprises an optical sensor, means for electrically connecting said semiconductor component to said support, a transparent patch placed in front of said semiconductor component, which extends at least in front of said optical sensor, and encapsulation means comprising a coating material which envelops, in before said support, the periphery of said semiconductor component and of said pad, without covering at least the central part of the front face of this pad.
  • said patch is fixed to the front face of said semiconductor component by means of a layer of transparent adhesive.
  • an annular spacer is interposed between the front face of said semiconductor component and the rear face of said patch, around said optical sensor.
  • the housing can comprise a sealing ring extending in the peripheral interface zone between said semiconductor component and said wafer.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing an optical semiconductor package.
  • this method consists in fixing and electrically connecting, on a front face of a mounting and electrical connection support, a rear face of a semiconductor component of which a front face comprises an optical sensor, to be fixed on the front face of said semiconductor component a transparent patch extending in front of said optical sensor and for sealing the interface area between said optical sensor and the rear face of this transparent patch, to place said support provided with said semi component -conductor and said wafer in a cavity of an injection mold, in a position such that at least the central part of the front face of said wafer located in front of said optical sensor is covered, and to inject a material d coating in said cavity so as to encapsulate the periphery of said semiconductor component and of said patch in front of said support.
  • this method can consist in fixing the rear face of said patch on the front face of said semiconductor component by means of a layer of transparent adhesive.
  • this method can consist in fixing the rear face of said patch on the front face of said semiconductor component by means of an annular spacer extending around said optical sensor.
  • this method can consist, before molding, of keeping said pellet away from said semiconductor component and of forming a sealing ring extending in the peripheral interface zone between said semiconductor component and said pellet.
  • FIG. 1 shows a top view of the housing shown in Figure 1;
  • FIG. 3 shows, in section, the aforementioned first housing after a subsequent manufacturing step
  • FIG. 4 shows the aforementioned first housing during a fourth subsequent manufacturing step
  • - Figure 5 shows the first aforementioned housing after its final manufacturing step
  • - Figure 6 shows a second optical semiconductor package according to the present invention, during manufacture
  • FIG. 8 shows a third optical semiconductor package according to the present invention, after its manufacture
  • FIG. 9 shows a fourth optical semiconductor package according to the present invention, after its manufacture.
  • FIGS. 1 to 5 we will first describe the different stages of manufacturing an optical semiconductor package 1, the terminal structure of which is shown in FIG. 5.
  • a support plate 2 for mounting and electrical connection which has, at the periphery of its front face 3, a multiplicity of electrical connection pads 4.
  • the face is fixed rear 5 of an optical semiconductor component 6 on the central part of the front face 3 of the plate 2 by means of a layer of adhesive 7, the studs 4 remaining exposed.
  • the front face 8 of the optical semiconductor component 6 has, in the central part, an optical sensor 9 and, at the periphery of this sensor 9, ( a multiplicity of electrical connection pads 10 distributed.
  • the pads 4 of the plate 2 are selectively connected to the pad 10 of the optical component 6 by means of electrical connection wires 11 in the air.
  • a transparent patch 12 for example made of glass, is fixed on the front face 8 of the optical component 6, by means of a layer of transparent glue 13, this patch 12 completely covering the optical sensor 9 of the optical component 6 but not reaching the pads 10 and the wires 11.
  • This injection mold 14 comprises a lower part 15 in which is formed a cavity 16 dimensioned so as to receive the plate 2 and an upper part 17 which comprises a cavity 18 in which the optical component 6 is located, the transparent patch 12 and the wires 11, the bottom 19 of this cavity bearing on the front face 20 of the transparent patch 12.
  • the coating material 21 is then injected into the cavity 18 of the mold 14, this coating material then enveloping the periphery of the optical component 6 and the transparent patch 12 and drowning the electrical wires 11, without penetrating between the front face 8 of the transparent patch 12 and the bottom 19 of the cavity 18.
  • a multiplicity of conductive balls of electrical connection 23 is deposited on the external rear face 22 of the plate 2 on pads 24 of this rear face connected to these front pads 4 by an internal network or external electrical connection not shown and known per se.
  • the wires 11 could be put in place after installation of the transparent patch 12.
  • the housing 1 comprises a protection of the optical sensor 9 which is constituted by the transparent patch 12, directly integrated during the encapsulation operation, the light passing through this patch 12 and the layer of glue 13 to reach the optical sensor 9.
  • an optical semiconductor 25 has been shown constituting an alternative embodiment of the optical semiconductor package 1.
  • the transparent patch 12 is fixed to the front face 8 of the optical component 6 by means of an annular seal 26 which constitutes a spacer and which extends between the periphery of the optical sensor 9 and the electrical connection pads 4 and by means of a sealing and retaining ring 27 made of a coating material obstructing the peripheral interface between the face front 8 of the optical component 6 and the rear face of the transparent patch 8, being retained by the seal 6.
  • the wires in the air 11 for electrical connection of the pads 4 to the pads 10 can be installed either before or after the mounting of the patch 12 on the optical component 6.
  • the operation of encapsulation with a coating material 21 can occur in the same manner as previously described with reference to FIG. 4, the coating material 21 not penetrating into the space separating the face of the optical sensor 9 and the rear face of the transparent patch 6 which are at a distance from each other, thanks to the existence of the seal 26 and of the sealing and holding ring 27.
  • optical semiconductor package 28 which differs from semiconductor packages 1 and 25 described above only by the fact that its base plate 29 includes connection means electrical exterior composed by tracks 30 extending outside the coating 21 and connected to these studs 4 taken in the coating 21.
  • an optical semiconductor package 31 which differs from semiconductor packages described above only by the fact that, this time, the rear face of the optical component 6 is fixed on the central platform of a grid 33 which has a multiplicity of peripheral tabs 34 of electrical connection connected to the pad 10 of the optical component 6 by wires 35, the coating material 21 being obtained in a suitable injection mold, known per se, so that the interior parts of the lugs 34 are taken in this coating material 21.

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Abstract

Boîtier semi-conducteur optique et son procédé de fabrication, comprenant un composant semi-conducteur (6) dont une face arrière est fixée sur une face avant d'un support de montage et de connexion électrique (2) et dont une face avant comprend un capteur optique (9), des moyens (11) connectant électriquement ledit composant semi-conducteur audit support, une pastille transparente (12) placée en avant dudit composant semi-conducteur, qui s'étend au moins devant ledit capteur optique, et des moyens d'encapsulation (21) comprenant une matière d'enrobage qui enveloppe, en avant dudit support, la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille, sans recouvrir au moins la partie centrale de la face avant de cette pastille.

Description

BOÎTIER SEMI-CONDUCTEUR OPTIQUE
À PASTILLE TRANSPARENTE ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION
La présente invention concerne un boîtier semi-conducteur optique et son procédé de fabrication.
Dans la technique actuelle, les composants semi-conducteurs optiques sont installés dans le fond de la cavité de boîtiers d'encapsulation qui présentent un couvercle rapporté en un matériau transparent, la paroi de fond du boîtier étant utilisée pour effectuer les connexions électriques extérieures du composant. De telles dispositions sont encombrantes et coûteuses.
Le but de la présente invention est en particulier de perfectionner et simplifier les dispositifs semi-conducteurs optiques notamment dans le but de réduire leur encombrement et leur coût de production.
La présente invention concerne tout d'abord un semiconducteur optique.
Selon l'invention, ce boîtier semi-conducteur optique comprend un support de montage et de connexion électrique, un composant semi-conducteur dont une face arrière est fixée sur une face avant dudit support et dont une face avant comprend un capteur optique, des moyens pour connecter électriquement ledit composant semi-conducteur audit support, une pastille transparente placée en avant dudit composant semi-conducteur, qui s'étend au moins devant ledit capteur optique, et des moyens d'encapsulation comprenant une matière d'enrobage qui enveloppe, en avant dudit support, la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille, sans recouvrir au moins la partie centrale de la face avant de cette pastille.
Selon une variante de l'invention, ladite pastille est fixée sur la face avant dudit composant semi-conducteur par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente. Selon une autre variante de l'invention, une entretoise annulaire est interposée entre la face avant dudit composant semiconducteur et la face arrière de ladite pastille, autour dudit capteur optique. Selon l'invention, le boîtier peut comprendre un anneau d'étanchéité s'étendant dans la zone d'interface périphérique entre ledit composant semi-conducteur et ladite pastille.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur optique. Selon l'invention, ce procédé consiste à fixer et connecter électriquement, sur une face avant d'un support de montage et de connexion électrique, une face arrière d'un composant semi-conducteur dont une face avant comprend un capteur optique, à fixer sur la face avant dudit composant semi-conducteur une pastille transparente s'étendant en avant dudit capteur optique et à rendre étanche la zone d'interface entre ledit capteur optique et la face arrière de cette pastille transparente, à placer ledit support muni dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille dans une cavité d'un moule d'injection, dans une position telle qu'au moins la partie centrale de la face avant de ladite pastille située en face dudit capteur optique est recouvert, et à injecter une matière d'enrobage dans ladite cavité de façon à encapsuler la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille en avant dudit support.
Selon l'invention, ce procédé peut consister à fixer la face arrière de ladite pastille sur la face avant dudit composant semiconducteur par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente.
Selon l'invention, ce procédé peut consister à fixer la face arrière de ladite pastille sur la face avant dudit composant semiconducteur par l'intermédiaire d'une entretoise annulaire s'étendant autour dudit capteur optique.
Selon l'invention, ce procédé peut consister, avant moulage, à maintenir ladite pastille à distance dudit composant semi-conducteur et à former un anneau d'étanchéité s'étendant dans la zone d'interface périphérique entre ledit composant semi-conducteur et ladite pastille. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de différents boîtiers semi-conducteurs optiques selon la présente invention, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente un premier boîtier semi-conducteur optique en cours de fabrication ;
- la figure 2 représente une vue de dessus du boîtier représenté sur la figure 1 ;
- la figure 3 représente, en coupe, le premier boîtier précité après une étape ultérieure de fabrication ;
- la figure 4 représente le premier boîtier précité au cours d'une quatrième étape ultérieure de fabrication ;
- la figure 5 représente le premier boîtier précité après son ultime étape de fabrication ; - la figure 6 représente un second boîtier semi-conducteur optique selon la présente invention, en cours de fabrication ;
- la figure 7 représente le second boîtier précité après son ultime étape de fabrication ;
- la figure 8 représente un troisième boîtier semi-conducteur optique selon la présente invention, après sa fabrication ;
- et la figure 9 représente un quatrième boîtier semiconducteur optique selon la présente invention, après sa fabrication.
En se reportant aux figures 1 à 5, on va tout d'abord décrire les différentes étapes de fabrication d'un boîtier semi-conducteur optique 1 dont la structure terminale est représentée sur la figure 5.
Comme le montrent les figures 1 et 2, on prend tout d'abord une plaque support 2 de montage et de connexion électrique qui présente, à la périphérie de sa face avant 3, une multiplicité de plots de connexion électrique 4. On fixe la face arrière 5 d'un composant semi-conducteur optique 6 sur la partie centrale de la face avant 3 de la plaque 2 par l'intermédiaire d'une couche de colle 7, les plots 4 restant dégagés.
La face avant 8 du composant semi-conducteur optique 6 présente, dans la partie centrale, un capteur optique 9 et, à la périphérie de ce capteur 9,( une multiplicité de plots de connexion électrique 10 répartis.
Puis, on relie sélectivement les plots 4 de la plaque 2 au plot 10 du composant optique 6 par l'intermédiaire de fils de connexion électrique 11 en l'air.
En se reportant à la figure 3, on voit qu'ensuite on fixe sur la face avant 8 du composant optique 6 une pastille transparente 12, par exemple en verre, par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente 13, cette pastille 12 recouvrant complètement le capteur optique 9 du composant optique 6 mais n'atteignant pas les plots 10 et les fils 11.
Ensuite, comme le montre la figure 4, on place le boîtier 11 en cours de fabrication tel qu'il résulte de la figure 3, dans un moule d'injection 14, connu en soi. Ce moule d'injection 14 comprend une partie inférieure 15 dans laquelle est ménagée une cavité 16 dimensionnée de manière à recevoir la plaque 2 et une partie supérieure 17 qui comprend une cavité 18 dans laquelle se trouve disposé le composant optique 6, la pastille transparente 12 et les fils 11, le fond 19 de cette cavité prenant appui sur la face avant 20 de la pastille transparente 12.
On procède alors à l'injection d'une matière d'enrobage 21 dans la cavité 18 du moule 14, cette matière d'enrobage venant alors envelopper la périphérie du composant optique 6 et de la pastille transparente 12 et noyer les fils électriques 11, sans pénétrer entre la face avant 8 de la pastille transparente 12 et le fond 19 de la cavité 18.
Après démoulage, comme le montre la figure 5, on dépose sur la face arrière extérieure 22 de la plaque 2 une multiplicité de billes conductrices de connexion électrique 23 sur des plots 24 de cette face arrière reliée à ces plots avant 4 par un réseau interne ou externe de connexion électrique non représenté et connu en soi.
Dans une variante de réalisation, les fils 11 pourraient être mis en place après installation de la pastille transparente 12.
Dans une autre variante de réalisation, plusieurs boîtiers pourraient être réalisés en mettant en oeuvre une seule opération de moulage dans une cavité unique renfermant une plaque commune 2 portant plusieurs composants 2 connectés portant des pastilles 12, de façon à obtenir un bloc, ce bloc étant ensuite scié de façon à obtenir des boîtiers semi-conducteurs optiques 1 individuels. Ainsi, le boîtier 1 comprend une protection du capteur optique 9 qui est constituée par la pastille transparente 12, directement intégrée lors de l'opération d'encapsulation, la lumière passant au travers de cette pastille 12 et de la couche de colle 13 pour atteindre le capteur optique 9. En se reportant aux figures 6 et 7, on voit qu'on a représenté semi-conducteur optique 25 constituant une variante d'exécution du boîtier semi-conducteur optique 1.
Comme le montre la figure 6, qui correspond à la figure 3 de l'exemple précédent, la pastille transparente 12 est fixée sur la face avant 8 du composant optique 6 par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité 26 qui constitue une entretoise et qui s'étend entre la périphérie du capteur optique 9 et les plots de connexion électrique 4 et par l'intermédiaire d'un anneau d'étanchéité et de maintien 27 en une matière d'enrobage obstruant l'interface périphérique entre la face avant 8 du composant optique 6 et la face arrière de la pastille transparente 8, en étant retenue par le joint d'étanchéité 6.
Comme dans l'exemple précédent, les fils en l'air 11 de connexion électrique des plots 4 aux plots 10 peuvent être installés soit avant soit après le montage de la pastille 12 sur le composant optique 6.
Ceci étant, l'opération d'encapsulation par une matière d'enrobage 21 peut se produire de la même manière que précédemment décrit en référence à la figure 4, la matière d'enrobage 21 ne pénétrant pas dans l'espace séparant la face du capteur optique 9 et la face arrrière de la pastille transparente 6 qui se trouvent à distance l'une de l'autre, grâce à l'existence du joint d'étanchéité 26 et de l'anneau d'étanchéité et de maintien 27.
La lumière passe donc au travers de la pastille transparente 12 et de l'espace séparant la face arrière de cette pastille et la face du capteur optique 9 avant d'atteindre ce dernier. En se reportant à la figure 8, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur optique 28 qui se différencie des boîtiers semi-conducteurs 1 et 25 décrits précédemment uniquement par le fait que sa plaque de base 29 comprend des moyens de connexion électrique extérieurs composés par des pistes 30 s'étendant à l'extérieur de l'enrobage 21 et reliés à ces plots 4 pris dans l'enrobage 21.
En se reportant à la figure 9, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur optique 31 qui se différencie des boîtiers semi-conducteurs décrits précédemment uniquement par le fait que, cette fois, la face arrière du composant optique 6 est fixée sur la plateforme centrale d'une grille 33 qui présente une multiplicité de pattes périphériques 34 de connexion électrique reliées au plot 10 du composant optique 6 par des fils 35, le matériau d'enrobage 21 étant obtenu dans un moule d'injection adapté, connu en soi, de façon que les parties intérieures des pattes 34 soient prises dans cette matière d'enrobage 21.
La présente invention ne se limite pas aux exemples ci- dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Boîtier semi-conducteur optique, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- un support de montage et de connexion électrique (2), - un composant semi-conducteur (6) dont une face arrière est fixée sur une face avant dudit support et dont une face avant comprend un capteur optique (9),
- des moyens (11) pour connecter électriquement ledit composant semi-conducteur audit support, - une pastille transparente (12) placée en avant dudit composant semi-conducteur, qui s'étend au moins devant ledit capteur optique et qui est fixée sur la face avent dudit composant semiconducteur par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente,
- et des moyens d'encapsulation (21) comprenant une matière d'enrobage qui enveloppe, en avant dudit support, la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille, sans recouvrir au moins la partie centrale de la face avant de cette pastille.
2. Boîtier semi-conducteur optique, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un support de montage et de connexion électrique (2),
- un composant semi-conducteur (6) dont une face arrière est fixée sur une face avant dudit support et dont une face avant comprend un capteur optique (9),
- des moyens (11) pour connecter électriquement ledit composant semi-conducteur audit support,
- une pastille transparente (12) placée en avant dudit composant semi-conducteur, qui s'étend au moins devant ledit capteur optique,
- une entretoise annulaire (26) interposée entre la face avant dudit composant semi-conducteur et la face arrière de ladite pastille transparente, autour dudit capteur optique,
- un anneau d'étanchéité (27) s'étendant dans la zone d'interface périphérique entre ledit composant semi-conducteur et ladite pastille, autour de ladite entretoise annulaire (26), - et des moyens d'encapsulation (21) comprenant une matière d'enrobage qui enveloppe, en avant dudit support, la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille, sans recouvrir au moins la partie centrale de la face avant de cette pastille.
3. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur optique, caractérisé par le fait qu'il consiste :
- à fixer et connecter électriquement, sur une face avant d'un support de montage et de connexion électrique (2), une face arrière d'un composant semi-conducteur dont une face avant comprend un capteur optique (9),
- à fixer sur la face avant dudit composant semi-conducteur une pastille transparente (12) s'étendant en avant dudit capteur optique et à rendre étanche la zone d'interface entre ledit capteur optique et la face arrière de cette pastille transparente, - à placer ledit support muni dudit composant semiconducteur et de ladite pastille dans une cavité d'un moule d'injection (14), dans une position telle qu'au moins la partie centrale de la face avant de ladite pastille située en face dudit capteur optique est recouvert, - et à injecter une matière d'enrobage (21) dans ladite cavité de façon à encapsuler la périphérie dudit composant semi-conducteur et de ladite pastille en avant dudit support.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à fixer la face arrière de ladite pastille transparente (12) sur la face avant dudit composant semi-conducteur par rintermédiaire d'une couche de colle transparente.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à fixer la face arrière de ladite pastille transparente (12) sur la face avant dudit composant semi-conducteur par l'intermédiaire d'une entretoise annulaire (26) placée autour dudit capteur optique et à former un anneau d'étanchéité s'étendant dans la zone d'interface périphérique entre ledit composant semi-conducteur et ladite pastille, autour de ladite entretoise annulaire.
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