DE69312358T2 - Chipträger für optische Vorrichtung - Google Patents

Chipträger für optische Vorrichtung

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Description

  • Diese Erfindung betrifft einen Chipträger für eine optische Vorrichtung, und insbesondere einen Chipträger für den Schutz einer optischen Vorrichtung wie z.B. einer Photodiode oder einer Laserdiode.
  • Einer von herkömmlichen Chipträgern für Vorrichtungen mit optischer Funktion ist als Flachgehäuse für einen Laserkoppier in einem Artikel mit dem Titel "Thin type optical pickup in which an optical system induding a semiconductor laser is mounted on a actuator" auf den Seiten 100 und 101 in einer Zeitschrift "Nikkei Electronics", Nr. 534, 1991 beschrieben.
  • Der herkömmliche Chipträger weist einen Trägerkörper aus Isolationsmaterial, einen mit dem Laserkoppler über einen Bonddraht verbundene Außenelektrode, eine auf einer Seite des Trägerkörpers vorgesehene transparente Abdeckung, und eine auf der anderen Seite des Trägerkörpers vorgesehene Wärmeableitungsplatte auf.
  • In dem herkömmlichen Chipträger ist der Laserkoppler elektrisch über den Bonddraht und die Außenelektrode mit einer äußeren Vorrichtung verbunden und ist optisch über die transparente Abdeckung mit einer äußeren Vorrichtung verbunden.
  • Bei dem herkömmlichen Chipträger bestehen jedoch Nachteile dahingehend, daß ein an oder von dem Laserkoppler zu lieferndes Signal aufgrund einer Streukapazität des Bonddrahtes abgeschwächt und Rauschen in dem Signal enthalten ist, da der Bonddraht als Antenne wirkt. Ferner ist der Chipträger groß, da die Außenelektrode in einem ausreichenden Abstand von dem Laserkoppler angeordnet sein muß. Ferner ist es schwierig, den Abstand zwischen dem Laserkoppler und der optischen Abdeckung einzustellen, so daß die optischen Eigenschaften, wie z.B. eine Brennweite der optischen Vorrichtung instabil ist. Demzufolge ist es schwierig, den Chipträger in Verbindung mit anderen optischen Vorrichtungen anzuwenden.
  • Die DE-A-3829553 offenbart einen Chipträger für eine optische Vorrichtung, mit einem Trägerkörper aus Isolationsmaterial mit einer Öffnung, einer Außenelektrode, einem transparenten Fenster und einer Metallabdeckung.
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Chipträger für eine optische Vorrichtung bereitzustellen, welcher kleine Abmessungen aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Chipträger für eine optische Vorrichtung bereitzustellen, in welchem ein Abstand zwischen einer optischen Vorrichtung und einer transparenten Abdeckung präzise eingestellt werden kann.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Chipträger für eine optische Vorrichtung bereitzustellen, in welchem ein elektrisches Signal effektiv geleitet werden kann.
  • Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
  • Die weiteren Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich. In den Zeichnungen ist:
  • Fig. 1A eine perspektivische Ansicht, welche einen herkömmlichen Chipträger darstellt;
  • Fig. 1B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A von Fig. 1;
  • Fig. 2 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 3 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 4 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 5 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer vierten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 6 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer fünften bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 7 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer sechsten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 8 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer siebenten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 9 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer achten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Fig. 10 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer neunten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt; und
  • Fig. 11 eine Querschnittsansicht, welche einen Chipträger einer zehnten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
  • Für ein besseres Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung wird zuerst das Grundprinzip der herkömmlichen Technologie unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B beschrieben.
  • Fig. 1A und 1B stellen einen herkömmlichen Chipträger für einen Laserkoppler 106 dar. Der herkömmliche Chipträger weist eine Glasabdeckung 101, mit einer (nicht dargestellten) externen Vorrichtung zu verbindende Außenelektroden 103, ein Isolationselement 102 zum gegenseitigen Isolieren der Außenelektroden 103, eine wärmeableitende Platte 105 für den Laserkoppler 106, und ein Isolationselement 104, das zwischen den Elektroden 103 und der wärmeableitenden Platte 105 angeordnet ist, auf.
  • In Fig. 1A und 1B ist der Laserkoppler 106 als eine IC- Photodiode dargestellt, in welcher in welcher Details fur eine einfache Erläuterung weggelassen sind. Der Laserkoppler 106 ist elektrisch mit den externen Elektroden 103 über Bonddrähte 107 verbunden und ist optisch durch die Glasabdeckung 101 hindurch an eine externe Vorrichtung gekoppelt.
  • Bei der Herstellung wird ein Hohlkörper mittels des Isolationselementes 102, der Außenelektroden 103, des Isolationselementes 104 und der wärmeableitenden Platte 105 hergestellt, una der Laserkoppler 106 auf einer Innenoberfläche der wärmeableitenden Platte 105 befestigt. Anschließend wird der Laserkoppler 106 mittels der Bonddrähte 107 mit den externen Elektroden 103 verbunden. Danach wird die Glasabdekkung 101 an dem Isolationselement 102 mit einem Kleber aus synthetischem Harz befestigt, um den Laserkoppler 106 in dem Chipträger zu versiegeln.
  • Bei dem herkömmlichen Chipträger gibt es jedoch Nachteile dahingehend, daß ein elektrisches Signal aufgrund einer Streukapazität der Bonddrähte 107, wie vorstehend beschrieben, nicht effektiv an den Laserkoppler 106 geliefert werden kann. Ferner weist der Chipträger große Abmessungen auf, und die optischen Eigenschaften des Laserkopplers 106 sind gemäß vorstehender Beschreibung instabil.
  • Fig. 2 stellt einen Chipträger für eine optische Vorrichtung 6 einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Der Chipträger weist eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, auf welchem die Glasabdeckung 1 befestigt ist, Außenelektroden 3, die auf einer Außenoberfläche des Isolationsplattenelementes 2 ausgebildet sind, ein Isolationswandelement 4, einen Metalldichtring 12, der auf dem Isolationswandelement 4 befestigt ist, und eine Metallabdeckung 13 auf, die auf dem Metalldichtring 12 befestigt ist.
  • Die optische Vorrichtung 6 ist über eine Legierung 7 mit niedrigem Schmelzpunkt mit den Außenelektroden 3 über eine Höckerbondung (Flip-Chip-Bondung) verbunden. Eine Oberfläche der optischen Vorrichtung 6, an welche oder von welcher Licht geliefert wird, liegt der Glasabdeckung 1 gegenuber. Jede Außenelektrode 3 und die Legierung 7 mit dem niedrigen Schmelzpunkt sind so ausgebildet, daß sie eine Dicke aufweisen, die wesentlich dünner als die des Isolationselementes 2 ist.
  • Bei der Herstellung wird ein hohler Trägerkörper mittels der Glasabdeckung 1, des Isolationsplattenelementes 2, der Elektroden 3, des Isolationswandelementes 4 und des Metalldichtringes 12 hergestellt. Anschließend wird die optische Vorrichtung 6 über die Legierung 7 mit dem niedrigen Schmelzpunkt mit den Außenelektroden 3 über eine Höckerbondung verbunden. Danach wird die Metallabdeckung 13 auf den Dichtring 12 montiert und daran verschweißt, so daß die optische Vorrichtung 6 in dem Träger versiegelt ist.
  • In dem Chipträger kann eine leitende Paste, wie z.B. eine Silberpaste und eine Lötpaste zum Verbinden der optischen Vorrichtung 6 mit den Elektroden 3 anstelle der Legierung 7 mit dem niedrigen Schmelzpunkt verwendet werden.
  • Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform kann der Chipträger leicht mit hoher Prazision im Abstand zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Glasabdeckung 1 gefertigt werden, da die optische Vorrichtung 6 in dem Chipträger mittels einer Höckerbondung montiert wird.
  • Anschließend werden Chipträger zweiter bis zehnter bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen in Verbindung mit den Fig. 3 bis 11 erläutert. In dieser Erläuterung werden die Beschreibung desselben Aufbaus wie der in Fig. 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform unterlassen und gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie sie bei denen der ersten Ausführungsform verwendet werden.
  • Fig. 3 stellt einen Chipträger einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 15 aufweist. Die Metallabdeckung 15 ist so geformt, daß sie durch Pressen ihrer Außenoberfläche in einer Richtung zu der optischen Vorrichtung 6 hin mit der optischen Vorrichtung 6 in Kontakt steht. Daher weist der Chipträger einen Wärmeableitungswirkungsgrad auf, der höher als der der in Fig. 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform ist.
  • Fig. 4 stellt einen Chipträger einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 14 aufweist. Die Metallabdeckung 14 ist wellig ausgebildet, um die Oberfläche zu vergrößern. Daher weist der Chipträger einen Wärmeableitungswirkungsgrad auf, der höher als der der in Fig. 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform ist.
  • Fig. 5 stellt einen Chipträger einer vierten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 16 aufweist. Die Metallabdeckung 16 weist eine Wellenstruktur auf, welche mit einem kürzeren Raster ausgebildet ist und über die dieselbe Fläche in Kontakt mit der optischen Vorrichtung 6 steht. Daher weist der Chipträger einen Wärmeableitungswirkungsgrad auf, der höher als der der in Fig. 4 dargestellten dritten bevorzugten Ausführungsform ist.
  • Fig. 6 stellt einen Chipträger einer fünften bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 13 und eine Metallfolie 17 aufweist. Die Metallfolie 17 ist zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 vorgesehen. In dieser Ausführungsform kann auch eine dünne Folie aus organischem Material, wie z.B. Vinyl oder Polyimid anstelle der Metallfolie 17 verwendet werden.
  • In der fünften bevorzugten Ausführungsform wird bei der optischen Vorrichtung 6 erzeugte Wärme über die Metallfolie 17 und die Metallabdeckung 13 an die Außenseite abgeleitet, so daß der Wärmeableitungswirkungsgrad höher wird, als der der in Fig. 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform. Ferner wird, wenn etwas Druck auf diesen Chipträger ausgeübt wird, eine auf den Metalldichtring 12 auf zubringende Belastung auf die Metallfolie 17 verteilt, so daß die Dichtungszuverlässigkeit des Chipträgers verbessert wird.
  • Fig. 7 stellt einen Chipträger einer sechsten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 13 und eine wellige Metallfolie 18 aufweist. Dies wellig& Metallfolie 17 ist zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 vorgesehen.
  • Fig. 8 stellt einen Chipträger einer siebenten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 13 und wärmehärtendes Harz 8 aufweist. Das wärmehärtende Harz 8 ist so um die optische Vorrichtung herum ausgebildet, daß ein Raum zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdichtung 13 damit ausgefüllt ist.
  • Bei der Herstellung wird die Metallabdeckung 13 nach der Einfüllung des wärmehärtenden Harzes 8 zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 auf den Metalldichtring 12 geschweißt. Dann wird der Chipträger erwärmt, so daß das wärmehärtende Harz 8 aushärtet
  • Fig. 9 stellt einen Chipträger einer achten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12 und eine Metallabdeckung 13 und eine zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 ausgebildete leitende Paste 9 aufweist.
  • Bei der Herstellung wird die Metallabdeckung 13 nach der Einfüllung des der leitenden Paste 9 zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 auf den Metalldich tring 12 geschweißt. Dann wird der Chipträger erwärmt, so daß das leitende Paste 9 aushärtet. In dieser Ausführungsform muß die leitende Paste 9 so ausgebildet werden, daß sie nicht in Kontakt mit den Außenelektroden 3 kommt, um einen Isolationsfehler zu vermeiden, da die leitende Paste 9 eine Leitfähigkeit im Vergleich zu dem wärmehärtenden Harz 8 aufweist, das keine Leitfähigkeit besitzt.
  • Fig. 10 stellt einen Chipträger einer neunten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12, eine Metallabdeckung 13, eine zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 ausgebildete leitende Paste 20, und ein ultraviolett-härtendes Harz 19, das um die optische Vorrichtung 6 herum ausgebildet ist, aufweist.
  • Bei der Herstellung wird das ultraviolett-härtende Harz 19 zwischen der optischen Vorrichtung 6 und einem Isolationselemente 4 angeordnet, und dann wird ultraviolette Strahlung auf das ultraviolett-härtende Harz aufgebracht, um es auszuhärten. Anschließend wird die leitende Paste 20 zwischen die optische Vorrichtung 6 und die Metallabdeckung 13 gefüllt und dann die Metallabdeckung 13 auf den Metalldichtring 12 geschweißt. Danach wird der Chipträger erwärmt, um die leitende Paste 20 auszuhärten.
  • In der neunten bevorzugten Ausführungsform wird die leitende Paste 20 von den Außenelektroden 3 durch das ultraviolett-härtende Harz 19 isoliert, so daß die Isolationszuverlässigkeit höher als die der in Fig. 9 dargestellten achten bevorzugten Ausführungsform wird.
  • Fig. 11 stellt einen Chipträger einer zehnten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar, welcher eine Glasabdeckung 1, ein Isolationsplattenelement 2, Außenelektroden 3, ein Isolationswandelement 4, einen Dichtring 12, eine Metallabdeckung 13, ein zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 ausgebildetes Lot 21, und ein ultraviolett-härtendes Harz 19, das um die optische Vorrichtung 6 herum ausgebildet ist, aufweist.
  • Bei der Herstellung wird das ultraviolett-härtende Harz 19 zwischen der optischen Vorrichtung 6 und einem Isolations element 4 angeordnet, und dann wird ultraviolette Strahlung auf das ultraviolett-härtende Harz aufgebracht, um es auszuhärten. Anschließend wird körniges Lot zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeckung 13 angeordnet und dann die Metallabdeckung 13 auf den Metalldichtring 12 geschweißt. Danach wird der Chipträger erwärmt, um das Lotkorn zu schmelzen, um den Raum zwischen der optischen Vorrichtung 6 und der Metallabdeakung 13 mit Lot 21 aufzufüllen.
  • Bei der zehnten bevorzugten Ausführungsform ist der Chipträger in dem Wärmeableitungswirkungsgrad gegenüber der in Fig. 10 dargestellten neunten bevorzugten Ausführungsform verbessert, da das Lot 21 eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die leitende Paste 20 aufweist.

Claims (12)

1. Chipträger für eine optische Halbleitervorrichtung (6) mit:
einer Isolationsplatte (2) mit einer Öffnung, wobei die optische Halbleitervorrichtung (6) auf der Isolationsplatte (2) über der Öffnung montiert ist, um mit einer externen Vorrichtung optisch gekoppelt zu sein;
einer Leitung (3) auf der Isolationsplatte (2), wobei die Leitung die optische Halbleitervorrichtung (6) mit einer externen Schaltung elektrisch verbindet;
einem leitenden Punktelement (7), das zwischen der Leitung (3) und einer Elektrode der optischen Halbleitervorrichtung (6) angeordnet ist;
einer Isolationswand (4) auf der Leitung (3), die die optische Halbleitervorrichtung (6) einschließt;
einem Metalldichtring (12) auf der Isolationswand (4);
einer Metallabdeckung (13), die auf den Metalldichtring (12) geschweißt ist, um die optische Halbleitervorrichtung (6) zu versiegeln; und
einer transparenten Abdeckung (1), die die Öffnung auf der Seite der Isolationsplatte (2) gegenüber der optischen Halbleitervorrichtung (6) verschließt.
2. Chipträger nach Anspruch 1, wobei: das leitende Punktelement aus einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt ausgebildet ist.
3. Chipträger nach Anspruch 1 oder 2, wobei:
das leitende Punktelement aus einer leitfähigen Paste ausgebildet ist.
4. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Metallabdeckung (13) eingedrückt ist, um in Kontakt mit der optischen Halbleitervorrichtung (6) zu stehen.
5. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei:
die Metallabdeckung (13) wellig ausgebildet ist.
6. Chipträger nach Anspruch 5, wobei:
die Metallabdeckung (13) viele Wellenstrukturen mit einem kleinen Raster aufweist, um mit der optischen Halbleitervorrichtung in einem bestimmten Bereich in Kontakt zu stehen.
7. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher ferner aufweist:
eine Metallfolie (17), die zwischen der optischen Halbleitervorrichtung und der Metallabdeckung (13) angeordnet ist, wobei die Metallfolie (17) mit beiden in Kontakt steht.
8. Chipträger nach Anspruch 7, wobei: die Metallfolie (17) wellig ausgebildet ist.
9. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welcher ferner aufweist:
ein wärmehärtendes Harz (8), das um die optische Halbleitervorrichtung (6) herum angeordnet ist, wobei das wärmehärtende Harz (8) den Raum zwischen der optischen Halbleitervorrichtung und der Metallabdeckung (13) ausfüllt.
10. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher ferner aufweist:
eine leitende Paste (9), die zwischen der optischen Halbleitervorrichtung (6) und der Metallabdeckung (13) angeordnet ist und mit beiden in Kontakt steht.
11. Chipträger nach Anspruch 10, welcher ferner aufweist:
ein ultraviolett-härtendes Harz (19), das zwischen der optischen Halbleitervorrichtung (6) und der Leitung (3) angeordnet ist, um die leitende Paste (9) von der Leitung (3) zu isolieren.
12. Chipträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welcher ferner aufweist:
ein Lot (21), das zwischen der optischen Halbleitervorrichtung (6) und der Metallabdeckung (13) angeordnet ist; und
ein ultraviolett-härtendes Harz (19), das zwischen der optischen Halbleitervorrichtung (6) und der Leitung (3) angeordnet ist, um das Lot (21) von der Leitung (3) zu isolieren.
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