DE4327133A1 - Verfahren zum Aufbringen eines optischen Koppelmediums - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen eines optischen Koppelmediums

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines optischen Koppelmediums zum optischen Koppeln eines licht­ emittierenden Halbleiterchips mit einem lichtdetektieren­ den Halbleiterchip, die auf zwei voneinander getrennte Leiterbahnen aufgebracht und koplanar zueinander angeord­ net sind, bei dem ein Tropfen eines transparenten, aushärt­ baren Kunststoffes auf die koplanare Chipanordnung aufge­ bracht wird.
Es ist bekannt, bei optoelektronischen Koppelelementen bzw. Optokopplern beispielsweise eine Lichtemissionsdiode (LED) und einen Photodetektor auf getrennten Leiterbahnen zu mon­ tieren und so anzuordnen, daß ein möglichst großer Teil der Emissionsstrahlung auf die Empfängerfläche des Photodetek­ tors fällt. Die optische Kopplung kann durch eine Kunst­ stoffzwischenschicht als Koppelmedium, die zugleich eine höhere Isolierung bewirkt, verbessert werden. Das Koppelme­ dium zwischen den beiden Optohalbleiterbauelementen kann beispielsweise durch Umpressen, Vergießen, aber auch durch Tröpfeln hergestellt werden. Anstelle von zwei Leiterbän­ dern, die es erlauben, Sender- und Empfängerchip einander gegenüberliegend aufzubauen, können auch Reflexoptokoppler mit koplanarem Aufbau von Sender- und Empfängerchip herge­ stellt werden. Das beispielsweise aus einem für das von der LED emittierte Licht transparenten Kunststoff bestehende Koppelmedium wird dabei in Form eines Tropfens auf die Chips, die zugehörigen Leiterbahnteile und die Kontaktver­ bindungen (Bonddrähte) aufgebracht, so daß diese Teile in das Koppelmedium eingebettet sind. Das Koppelmedium kann noch mit einer reflektierenden Schicht überzogen und das gesamte Bauelement außen mit Kunststoff umpreßt und kon­ fektioniert werden.
Beim tropfenförmigen Aufbringen des Koppelmediums auf die Halbleiterchips besteht das Problem, daß die Tropfenform durch Verfließen nur schwer reproduzierbar ist. Dieses Problem ist insbesondere dann gravierend, wenn an die Form des Koppelmediums als Reflektor zum Erzielen eines hohen Koppelwirkungsgrades besonders hohe Anforderungen gestellt werden.
Um dem Problem des Verfließens von Abdecktropfen beizukom­ men, hat man bereits aufwendige Formstempel verwendet. Da­ bei tritt u. a. allerdings ein nachteiliges Fädenziehen auf. Eine andere Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Form der Abdeckung zu verbessern, besteht in der allerdings re­ lativ aufwendigen Verwendung hochthixotroper Vergußmassen. Auch durch die Verwendung eines UV-Gels mit entsprechender Steuerung kann die Reproduzierbarkeit ebenfalls verbessert werden.
Die für den Zweck der Lichtkopplung in Reflexoptokopplern verwendeten Kunstharze und Silicone, insbesondere weiche, klebrige Gele, bereiten bei der Herstellung eines definier­ ten Tropfens Probleme bzw. erfordern einen hohen Aufwand bei der Tropfenbegrenzung und Dosierung.
Es ist auch bereits bekannt, den Koppelmediumstropfen von oben auf die mit den Chips versehene Seite der Leiterbän­ der aufzubringen. Das Leiterband liegt zu diesem Zweck auf einer mit Teflon beschichteten, beheizten Unterlage. Der rückseitige Tropfen wird dann in einem zweiten Verfahrens­ schritt von unten aufgebracht. Allerdings ist auch mit diesem relativ aufwendigen Verfahren eine definierte, re­ produzierbare Tropfenform nicht gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Aufbringen eines opti­ schen Koppelmediums zu schaffen, bei dem die Reproduzier­ barkeit einer definierten Tropfenform gewährleistet ist und das dadurch insbesondere zum Herstellen von Reflexopto­ kopplern geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit den Chips versehenen Seiten der Leiterbänder nach unten gedreht werden, und daß der Tropfen von oben her in einem Tropfvorgang auf die Leiterbänder so aufgebracht wird, daß auch die beiden Chips auf der Unterseite der Leiterbänder gleichmäßig tropfenförmig eingehüllt werden.
Als Kunststoff für das Koppelmedium kann vorteilhaft ein klebriges Gel verwendet werden. Es kann auch zweckmäßig sein, einen UV-härtbaren Kunststoff zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen von Optokopplern besonders geeignet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß durch die einfach zu handhabende Maß­ nahme, daß die Chipseite des Leiterbandes nach unten ge­ dreht und von oben getröpfelt wird, folgendes erreicht wird:
  • - Optimale Tropfengeometrie auf der Chipseite,
  • - optimale Tropfenform auf der Unterseite, und zwar in einem Verfahrensschritt,
  • - Positionierung der Tropfnadel zum Leadframe (Leiterbän­ dern) unkritisch,
  • - Reproduzierbarkeit entscheidend verbessert,
  • - mit dieser Technik auch die Verarbeitung klebriger Gele möglich, da keine Unterlage erforderlich ist,
  • - Möglichkeit der Verwendung UV-härtbarer Gele.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden weiter erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht des Aufbringens des Koppelmediums,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Koppelmediums und
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Koppelmedium.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren zum Aufbringen eines Koppelmediums zum Koppeln eines lichtemittierenden Halbleiterchips 1, beispielsweise einer Lichtemissionsdiode (LED), mit einem lichtdetektierenden Halbleiterchip 2, beispielsweise einer Fotodiode oder einem Fototransistor, sind diese beiden Halbleiterbauelemente auf zwei voneinan­ der getrennten Leiterbahnen 3, 4 aufgebracht und koplanar zueinander angeordnet. Die Leiterbahnen 3, 4 können dabei Teile eines sogenannten Leadframes sein, der eine Serien­ fertigung derartiger Koppelelemente ermöglicht. Auf die koplanare Anordnung von Sende- und Empfangschip 1, 2 wird mittels einer Dosiernadel 7 ein Tropfen 5 eines transpa­ renten, aushärtbaren Kunststoffs aufgebracht. Zum Aufbrin­ gen des beispielsweise aus einem Gel oder Harz bestehenden Kunststofftropfens 5 werden die beiden mit ihren Chips 1, 2 versehenen Leiterbänder 3, 4 nach unten gedreht, so daß sich die Chips 1, 2 beim Tröpfeln auf der der Dosiernadel 7 abgewandten Seite der Leiterbänder 3, 4 befinden. Der Tropfen 5 wird von oben her auf die Leiterbandzwischenräu­ me so getropft, daß er sich auf der Leiterbandoberseite und auf der Leiterbandunterseite gleichmäßig verteilt und auch die beiden Chips 1, 2 auf der Unterseite der Leiter­ bänder 3, 4 tropfenförmig bzw. kalottenförmig einhüllt. Nach Verfestigen des das Koppelmedium bildenden Tropfens 5 entsteht das in Fig. 2 dargestellte, im Idealfall einem Ellipsoid entsprechende Gebilde, wobei die beiden aktiven Flächen der Optohalbleiter 1, 2 im Idealfall die Brennpunk­ te des Ellipsoids bzw. Reflektors bilden sollten.
Aus der Draufsicht gemäß Fig. 3 ist die in diesem Beispiel diagonale Anordnung von Lichtsendechip 1 und Lichtempfän­ gerchip 2 ersichtlich. Sowohl Sendechip 1 als auch Empfän­ gerchip 2 sind mit den ihnen zugeordneten Leiterbahnen 3, 4 nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch verbunden, d. h. kontaktiert. Den im Falle der Verwendung von Dioden als Chip 1 und 2 benötigten zweiten Kontakt bilden jeweils zu den ersten Leiterbahnen 3, 4 in diesem Beispiel paralle­ le, entsprechende zweite Leiterbahnen 3, 4 zu denen die Kontaktverbindungen 6 beispielsweise in Form von Bonddräh­ ten hergestellt sind.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aufbringen eines optischen Koppelmediums zum optischen Koppeln eines lichtemittierenden Halbleiter­ chips mit einem lichtdetektierenden Halbleiterchip, die auf zwei voneinander getrennte Leiterbahnen aufgebracht und koplanar zueinander angeordnet sind, bei dem ein Trop­ fen eines transparenten, aushärtbaren Kunststoffes auf die koplanare Chipanordnung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Chips (1, 2) versehenen Seiten der Leiterbänder (3, 4) nach unten gedreht werden, und daß der Tropfen (5) von oben her in einem Tropfvorgang auf die Leiterbänder (3, 4) so aufge­ bracht wird, daß auch die beiden Chips (1, 2) auf der Un­ terseite der Leiterbänder (3, 4) gleichmäßig tropfenförmig eingehüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Kunststoff ein klebriges Gel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kunststoff ein UV-härt­ barer Kunststoff verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet, durch seine Anwendung zum Herstellen von Optokopplern.
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