WO2004077558A1 - Optoelektronisches bauteil mit strukturiert metallisiertem gehäusekörper, verfahren zur herstellung eines derartigen bauteils und verfahren zur strukturierten metallisierung eines kunststoff enthaltenden körpers - Google Patents

Optoelektronisches bauteil mit strukturiert metallisiertem gehäusekörper, verfahren zur herstellung eines derartigen bauteils und verfahren zur strukturierten metallisierung eines kunststoff enthaltenden körpers Download PDF

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metallization
housing body
component according
plastic
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Herbert Brunner
Thomas Höfer
Frank Möllmer
Rainer Sewald
Günter Waitl
Markus Zeiler
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Optoelectronic component with structured metallized housing body method for producing such a component and method for structured metallization of a body containing plastic
  • the present invention relates to an optoelectronic component, in particular to a surface-mountable optoelectronic component, according to the preamble of claim 1 or of claim 10, to a method for structured metallization of a plastic-containing body according to the preamble of claim 37 and a method for producing a optoelectronic component according to the preamble of claim 41.
  • a pre-housed component is often first produced by overmoulding a prefabricated semiconductor frame (leadframe) with a suitable plastic material which forms at least part of the housing of the component.
  • This component has, for example, a recess on the top, into which leadframe connections are introduced from two opposite sides, a semiconductor chip such as an LED chip being glued and electrically contacted on one. Transparent potting compound is then usually filled into this recess.
  • This basic form of surface-mountable optoelectronic components is known, for example, from the article "Siemens SMT-TOPLED for surface mounting" by "F. Möllmer and G. Waitl, Siemens Components 29 (1991), No.
  • Components of this type are used as transmitters and receivers, for example in remote controls, light barriers or for data transmission between a mobile phone and a computer.
  • the optoelectronic component forms as a transmitter, it is often desirable to have the most homogeneous, narrow-angle radiation characteristic possible. This can also be the case with a component designed as a receiver. In conventional SMT designs, this radiation characteristic is often achieved by means of a lens, for example placed on the component.
  • the diffuse plastic reflector is disadvantageous when imaging the light source via the lens.
  • the overall height of the optoelectronic component increases. In addition to an increased space requirement, there is the disadvantage that the component surface is not flat, so that the “pick and place” method can only be used with difficulty for the circuit board assembly.
  • MID Molded Interconnect Devices
  • An optoelectronic component comprises a housing body and at least one semiconductor chip arranged on the housing body, wherein a surface of the housing body has a metallized partial area and a non-metallized partial area and the housing body comprises at least two different plastics, one of the plastics being non-metallizable and this determines the non-metallized section.
  • the metallized and the non-metallized subarea are not together on a flat surface, like a side surface of the housing body, but rather the entire surface of the housing body can have a metallized and a non-metallized portion.
  • Another plastic, which the housing body contains, is preferably designed to be metallizable.
  • This metallizable plastic particularly preferably determines the metallized portion of the surface of the housing body.
  • Suitable plastics are, for example, liquid crystal polymers (LCPs) or polybutylene terephthalates (PBTs).
  • LCPs liquid crystal polymers
  • PBTs polybutylene terephthalates
  • the plastics are preferably designed to be electrically insulating and can be designed particularly preferably, for example by adding an additive such as palladium, to be metallizable or non-metallizable.
  • Such an optoelectronic component has the advantage that a metallization does not have to be structured in a complex manner after it has been applied to the housing body, but rather, due to the non-metallizable and the metallizable plastic, the structure of the metallization during the manufacture of the housing body, which is used, for example, in the two-component injection molding process of these plastics takes place, can be determined.
  • the metallization thus preferably structures itself during the application.
  • the plastics mentioned above as examples can be processed in such an injection molding process.
  • a housing of the optoelectronic component which comprises the housing body, has at least one recess, which can be formed, for example, in the housing body.
  • the semiconductor chip is preferably arranged in the recess.
  • the walls delimiting the recess preferably form a reflector for electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip and can be provided with a metallization, which at the same time is designed to be reflective and can function as an electrical connecting conductor of the component.
  • the reflector is also particularly preferably designed to be reflective for radiation to be received by the semiconductor chip.
  • An optoelectronic component has a housing with at least one recess. At least one semiconductor chip is arranged in the recess. The walls delimiting the recess form a reflector for electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip and are provided with a metallization, which at the same time function as the electrical connecting conductor of the component.
  • the optoelectronic component designed in this way makes it possible to dispense with a lens and to achieve a preferably narrow-angle, homogeneous radiation or reception characteristic.
  • the radiation or reception characteristic is advantageously obtained solely from the design of the reflector, which is designed, for example, as a cone, paraboloid, hyperboloid, ellipsoid, spherical reflector or as a segment of these bodies, such as in the form of a truncated cone.
  • any shape of the recess, ie the reflector is possible.
  • the shape is limited only by the method used to apply the metallization or the manufacturing method of the housing body.
  • the above exemplary configurations of the recess are therefore not to be regarded as a limitation.
  • Preferred methods of metallizing the plastic-containing housing are a two-component injection molding method, additive or subtractive laser structuring, masking and structuring of the surfaces which are initially metallized over the entire surface, or selective vapor deposition of the reflector using masking techniques.
  • Subtractive laser structuring here means structuring an already existing metallization by means of a laser-assisted method, whereas in the case of additive laser structuring, the areas to be metallized are defined by means of a laser-assisted method.
  • a two-component injection molding process is used for the production of the housing body, the one component comprising at least one non-metallizable plastic and the other component comprising at least one metallizable plastic and the metallization of the recess of the metallizable and / or the non-metallizable plastic is determined.
  • the structure of the metallization can thus advantageously already be determined via the configuration of the housing body.
  • a comparatively complex structuring of an applied metallization can be avoided in the same way as the structured application of a metallization, such as through complex additive laser structuring.
  • the metallization of the recess enables a high yield of the semiconductor chip, for example in the form of an LED chip.
  • the efficiency of such a component can be be significantly improved over a conventional optoelectronic component.
  • Dispensing with the lens also enables an essentially flat component surface and a low overall height. As a result, the component can be mounted on a printed circuit board in a technically simple and inexpensive manner using a pick-and-place method.
  • the metallization is divided into at least two areas that are electrically separated from one another by an insulating web (or better, an insulating gap in the metallization).
  • an insulating web or better, an insulating gap in the metallization.
  • the insulating web is advantageously arranged in the region of the surfaces delimiting the recess, and the electrical connection between the semiconductor chip and the second region is established in the recess.
  • the insulating web is preferably provided in the interior of the recess or of the reflector.
  • the insulating web is particularly preferably determined by the non-metallizable plastic of the housing body.
  • this runs through the bottom surface of the recess and an electrical connection is made between the semiconductor chip and the second region of the metallization at the bottom of the recess.
  • a greater reflector height can advantageously be achieved without increasing the height of the component enlarge.
  • an often desired narrow-angle and homogeneous radiation or reception characteristic can be produced in a simple manner, since the bond between the semiconductor chip and the metallization takes place in the interior of the recess or of the reflector.
  • the arch of the bonding wire is preferably located in the space enclosed by the recess or the reflector. It is particularly preferably not guided over the edge of the recess or the reflector.
  • the insulating web crosses the recess in such a way that it extends at least partially in the extension of at least one surface diagonal of the semiconductor chip (seen in plan view) out of the recess via the reflector walls. This enables a higher reflector efficiency to be achieved.
  • the largest portion of the radiation emerging laterally from the semiconductor chip emerges through its side faces and not via the vertical chip corners. Only a small part of the radiation emerges at the vertical chip corners.
  • the non-reflecting or only slightly reflecting insulating web is therefore preferably in the diagonal extension with respect to the corners of the semiconductor chip.
  • the insulating web it is arranged in the region of an indentation or bulge of the recess.
  • the insulating web or the indentation or bulge is preferably arranged in such a way that only the smallest possible part of the radiation generated by the semiconductor chip strikes it and the reflector efficiency is thus advantageously increased.
  • the indentation or bulge is preferably provided in a wall of the recess.
  • the reflector area is particularly preferably reduced as little as possible. This also has the advantage that the bond connection can take place in the region of the indentation or bulge of the wall of the recess and not on the bottom thereof.
  • the bottom of the recess can thus advantageously be reduced in size, which can have an advantageous effect on the component size.
  • the area occupied by the insulating web is as small as possible compared to the metallized area in the recess. This means nothing else than that the insulating web is made as narrow as possible, since - in contrast to metallization - it often does not have good reflective properties.
  • the insulating web can be produced by simply interrupting the metallization, for example caused by a non-metallizable plastic on the surface of the housing body, which is just large enough to avoid a short circuit between the separate metallization areas.
  • the housing consists of a plastic made of two components, it being possible to apply metallization to only one of the two components.
  • the housing consists of a two-component injection molding, whereby the surfaces and structures to be metallized are already defined by the injection molding tool. In particular, this preferably applies to the insulating web. Because the housing consists of two plastics, the manufacture of such a housing can be simplified, since advantageously only two different injection molding tools - one per plastic - are used in injection molding.
  • the outlay for producing the housing or the housing body can thereby advantageously be kept low.
  • the housing body it comprises a first housing body piece which contains the metallizable plastic and at least one further housing body piece which contains the non-metallizable plastic.
  • the first housing body piece is preferably formed in at least two partial areas which are mechanically connected to one another via a connecting device, such as connecting webs, which preferably have a smaller spatial expansion compared to the partial areas of the housing body and which can advantageously mechanically stabilize the housing body piece.
  • a connecting device such as connecting webs
  • the further housing body piece is preferably arranged such that it at least partially deforms the connecting device.
  • the mechanical stability of the housing body can advantageously be increased. This applies in particular if the housing body pieces or the plastics which contain the housing body pieces are essentially not chemically bonded to one another or essentially do not form a chemical bond with one another.
  • At least one intermediate space is arranged between the first and the further housing body piece, which can be caused, for example, by a lack of chemical bonding between the housing body pieces in the area of the intermediate space.
  • the intermediate space advantageously forms a suspension which can substantially compensate or at least reduce mechanical, in particular thermally caused, tensions in the housing body, as can occur, for example, when the temperature changes between the housing body parts.
  • the design of the component according to the invention brings part of the fact that the plastic of the housing can be colored in any color.
  • conventional optoelectronic components which have no metallization of the reflector, the use of a bright plastic is customary on account of its reflective properties in order to achieve high component efficiency.
  • Such plastics however, often show signs of aging when exposed to UV radiation.
  • the metal coating according to the invention largely protects the surface of the plastic from UV radiation. Discoloration of the reflector walls is thus significantly reduced, which also increases the reliability of the component. Discolouration can only occur in the area of the insulating web.
  • a second plastic component enables the components to be colored to increase the contrast.
  • black plastic could be used for the entire component.
  • the optoelectronic component according to the invention is a molded interconnect device (MID).
  • MID molded interconnect device
  • Another advantage is that two adjacent surfaces can be arranged at any angle to one another.
  • the later component orientation is already in the manufacture of the housing adjustable by adjusting the inclination of the component base in relation to the reflector base.
  • This different design can be easily achieved by changing the tool inserts during injection molding.
  • the procedure according to the invention enables a particularly robust and easily assembled design. Problems with regard to production and tolerances, in particular up to now, can thereby be reduced.
  • the metallization in particular that of the reflector, preferably also performs electrical functions, for example as a connecting conductor for the semiconductor chip, makes it possible to form particularly small components. No additional areas have to be provided for the formation and routing of the electrical connections.
  • At least two electrical connections are provided, preferably on at least two surfaces of the housing. Due to the subsequent application of the metallization to the preformed housing, the electrical connections can advantageously be arranged as desired on the surfaces of the housing. This allows the size of the component to be minimized, especially if more than four electrical connections are required, as is usually the case with optoelectronic components with multiple semiconductor chips.
  • the configuration of the electrical connections is particularly preferably determined by the metallizable plastic and / or the non-metallizable plastic. Furthermore, the number of connections can be determined by the course of the insulating web or the Design of the non-metallizable plastic of the housing body can be determined.
  • the housing is provided with metal particles, a heat sink or a thermal via.
  • the present invention is not only applicable to optoelectronic components that are manufactured according to the MID principle, but can also be used in components with a lead frame.
  • an area of the reflector metallization is formed by a metallic lead frame (leadframe).
  • the lead frame forms, for example, at least partially the bottom of the recess, while the walls of the recess are metallized according to the invention.
  • the properties of conventional SMT components can be easily improved by metallizing the reflector.
  • the metallization is preferably determined by the metallizable plastic and / or the non-metallizable plastic.
  • the semiconductor chips integrated in the optoelectronic component can include both optoelectronic semiconductor chips such as light-emitting diodes and detectors as well as electronic semiconductor chips with integrated control circuits.
  • the body is produced by means of a two-component injection molding process with at least two plastics, one of which cannot be metallized, and the body is subsequently metallized in such a way that a metallized and a non-metallized area is formed, the non-metallized area being determined by the non-metallizable plastic ,
  • the metallized area is preferably determined by a metallizable plastic.
  • the two components of the injection molding process are thus particularly preferably formed from non-metallizable and metallizable plastics.
  • the metallization is preferably carried out at least partially on the surface of the body, which is at least partially formed by the metallizable and the non-metallizable plastic.
  • the metallization can be produced by chemical and / or galvanic treatment of the body.
  • the chemical treatment is preferably carried out before the galvanic treatment.
  • the structure of the metallization is already determined during the manufacture of the body.
  • Subsequent structuring measures such as laser structuring, can advantageously be dispensed with.
  • This method is preferably used for the structured metallization of a body, which acts as a housing body for a electronic, in particular micro- or optoelectronic, component is formed.
  • the housing body is first produced by means of injection molding with at least two different plastics, one of the plastics being non-metallizable.
  • the housing body is subsequently metallized in such a way that a metallized and a non-metallized partial area of the housing body is produced, the non-metallized partial area being determined by the non-metallizable plastic, and the metallized partial area of the housing body is preferably determined by a metallizable plastic.
  • the two components of the injection molding process are thus particularly preferably formed from non-metallizable and metallizable plastics.
  • the metallized area of the housing body is preferably arranged on its surface and can take on an electrical and / or reflective function.
  • the non-metallized region particularly preferably separates the metallized region into at least two regions which are electrically insulated from one another and which can form the connecting conductors for the semiconductor chip.
  • Such a method has the advantage that the arrangement or the structure of the metallization can be determined even during the manufacture of the housing body. This is done through the use of metallizable and non-metallizable plastics in the manufacture of the housing. se emotionss in the two-component injection molding process. Instead of an injection molding process, press molding or injection molding processes can also be used insofar as they are suitable for the production of a body containing plastic, in particular a housing body for an optoelectronic component of the type mentioned above.
  • FIGS. 1 a to e show a schematic illustration of a first exemplary embodiment with a semiconductor chip in a top view from above, two sectional views, a side view and a top view from below,
  • 2a to f show a schematic illustration of a second exemplary embodiment with a semiconductor chip in a top view from above, a section, a side view, a top view from below and two perspective views
  • 3 a, b show a schematic illustration of a third exemplary embodiment with a semiconductor chip and with a lead frame in a plan view and a sectional view
  • FIGS. 4 a, b are schematic perspective representations of two exemplary embodiments, each with four semiconductor chips, and
  • Figure 5 is a schematic representation of a perspective view of an embodiment with a plurality of recesses, in each of which a semiconductor chip is arranged.
  • Figure 6a to 6c is a schematic representation of an embodiment with a semiconductor chip in a perspective oblique view, a sectional view, and a further simplified oblique view.
  • FIG. 7a to 7f show a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method sequence according to the invention using four intermediate steps.
  • the component according to the first exemplary embodiment is a surface-mountable optoelectronic component in which a recess 12 is provided in a housing 10 (cf. FIG. 1 a).
  • the recess 12 has the shape of a truncated cone.
  • the reference number 13 denotes a wall of the recess 12 and the reference number 14 the bottom of the recess 12.
  • a semiconductor chip 50 for example an LED chip, is arranged in the center region of the base 14.
  • the surface of the housing 10 and areas of the recess 12 are provided with a metallization 15.
  • the metallization 15 is divided into two areas 16, 18, which are electrically separated from one another by means of an insulating web 20 (or better insulating slot).
  • the area 16 of the metallization 15 extends from the bottom 14 of the recess 12 via its wall 13 onto a surface 30 of the housing 10.
  • the semiconductor chip 50 is placed on this area 16 of the metallization 15 and is electrically connected to it.
  • the semiconductor chip 50 is connected to the further region 18 of the metallization 15 via a bond wire 52.
  • the region 18 of the metallization 15 likewise extends from the floor 14 via the wall 13 to the surface 30 of the housing 10.
  • the metallization 18 is electrically isolated from the region 16 of the metallization 15 on all surfaces.
  • the area occupied by the metallization 15 is as large as possible in relation to the area occupied by the insulating web 20 within the reflector. Since the reflection of the light emitted by the semiconductor chip is significantly lower in the region of the insulating web 20 compared to the metallized region, the insulating web crosses the recess 12 such that it lies in the extension of the surface diagonal of the semiconductor chip 50. In the present figure, the insulating web in the extension of the front diagonals of the chip is led out of the recess 12 at an angle 35 along the bottom 14 and the walls 13. This design allows a high reflector efficiency to be achieved, since the largest part of the radiation from the semiconductor Chips 50 emerges on the side surfaces and not at the vertically oriented corners.
  • the section shown in FIG. 1b through the optoelectronic component according to FIG. 1 a along the line AA drawn in FIG. 1 a illustrates the frustoconical shape of the recess 12 or the reflector and the division of the metallization 15 into the areas 16, 18.
  • the semiconductor chip 50 is open the bottom 14 of the recess 12 is arranged.
  • the bond wire 52 crosses the insulating web 20 and connects the side of the semiconductor chip 50 facing away from the bottom 14 to the metallization 18. It can be clearly seen from FIG. 1b that the insulating web 20 extends from the bottom 14 along the wall 13 to the surface 30.
  • Figure lc shows a sectional view along the line B-B drawn in Figure la. This view shows that the visible area of the wall 13 of the reflector is provided with the area 16 of the metallization 15 throughout.
  • FIGS. 1d and 1e show that regions 16, 18 of metallization 15 also extend along surface 28 to the rear of the housing and form external electrical connections 38, 40.
  • the arrangement of the electrical connections 38, 40 both on the lateral surfaces 28, 22 and on the surface 24 which forms the rear side means that the optoelectronic component can be used both as a top looker and as a side looker.
  • the optoelectronic component shown in FIGS. La to le is a molded interconnect device (MID).
  • MID molded interconnect device
  • a two-component injection molding process is preferably used here. In this method, at least two different plastics are used, wherein metallization is only possible on one of the plastics. Already during the injection molding process it is advantageously determined at which locations metallization can take place. The metallization is subsequently produced, for example, by means of chemical and / or galvanic treatment.
  • the advantage of the optoelectronic component according to the invention shown in FIG. 1 is that the metallization of the recess 12 designed as a reflector achieves a higher degree of efficiency than conventional components. Due to the reflection on the reflector walls (analog to radial components with metal reflectors), narrow-angle, homogeneous radiation characteristics can be generated if the reflector geometry is adjusted accordingly.
  • the geometry of the reflector can be determined by the injection molding process. In contrast to the illustration, the reflector could be in the form of a paraboloid, a spherical reflector or some other suitable shape.
  • FIG. 1 shows a lens to be dispensed with, as a result of which a flat surface and a small overall height are achieved. Because the electrical connection of the semiconductor chip is carried out inside the reflector, the overall height of the optoelectronic component can be further reduced.
  • FIG. 2b shows a side view along the section BB drawn in FIG. 2a. It can be clearly seen from this illustration that the surfaces 22, 24 and 26, 28 of the component are not arranged orthogonally to one another, but that the surface 24 is inclined at an angle 36 with respect to the surface 22. The surfaces 24 and 26 are arranged at right angles to one another merely by way of example. Depending on the surface with which the optoelectronic component is fastened on a subrack, there is an inclination of the reflector base 14 with respect to the component base 24 or 26. The component orientation can be freely selected by varying the angle 36.
  • the metallizations 16, 18 extend from the recess over the surface 30 (the upper side of the component) along the side surfaces 22 and 28 to the surfaces 24 and 26.
  • FIGS. 2e and 2f each show the second exemplary embodiment in a perspective illustration, specifically FIG. 2e an oblique view from above and FIG. 2f an oblique view from below.
  • a surface-mountable component (SMT component) is equipped with a lead frame 42, 44.
  • Figure 3a shows a top view of the SMT component
  • Figure 3b shows the side view of a section along the line A-A drawn in Figure 3a.
  • a metallization of the wall 13 of the recess 12 is provided according to the invention, the metallization of the wall 13 being can be determined for example by a metallizable and / or non-metallizable plastic.
  • the optical properties of the component can be significantly improved by the metallization.
  • the semiconductor chip 50 is arranged on an electrically conductive heat sink 46, which is electrically connected to the leadframe connection 42.
  • the semiconductor chip 50 is electrically connected to the second leadframe connection 44 via a bond wire 52. There is no electrical contact between the electrically conductive heat sink and the metallization on the wall 13 of the recess 12 in order to avoid a short circuit.
  • FIGS. 4a and 4b show very schematically surface-mountable optoelectronic components, each of which has four semiconductor chips 50a, 50b, 50c, 50d by way of example.
  • each semiconductor chip 50a, 50b, 50c, 50d is arranged in each recess 12a, 12b, 12c, 12d.
  • Each of the recesses 12a, 12b, 12c, 12d is provided with a metallization as described in the exemplary embodiments explained above. The metallizations have been omitted from the figure for the sake of clarity.
  • Each of the metallizations in the recesses 12a, 12b, 12c, 12d is divided into two electrically separated areas by an insulating web, which can be arranged, for example, in the area of a non-metallizable plastic and is not shown in this figure.
  • One of the areas the respective semiconductor chip is arranged and has a bond connection to the other region of the metallization.
  • Each of the areas of the metallization is connected to electrical connections 38a, 38b, 38c, 38d and 40a, 40b, 40c, 40d via conductor tracks.
  • Two electric each Connections are arranged on the four side surfaces of the component. Electrical connections can also be arranged on the rear side of the component, which is not visible in the figure.
  • the semiconductor chips 50a, 50b, 50c, 50d can be controlled independently of one another.
  • the semiconductor chips 50a, 50b, 50c, 50d are electrically connected to one another by means of a metallization located both in the recesses and on the surface of the component.
  • FIG. 4b shows a similar arrangement, in which, however, the four semiconductor chips 50a, 50b, ..., 50h are arranged in a single recess 12.
  • the regions of the metallization on the envelope surface of the recess can be designed such that no electrical contact is produced between the semiconductor chips 50a, 50b, ..., 50h. If the metallization is designed accordingly, an electrical connection is quite conceivable.
  • this figure also does not show the course of the metallization, the structure of which can be determined, for example, by a non-metallizable and / or a metallizable plastic. Electrical connections 38a, 38b, ..., 38h or 40a, 40b, ..., 40h are also present on all four side surfaces of the component, with two electrical connections being arranged on one surface.
  • each reflector is equipped with a semiconductor chip 50a, 50b, ..., 50h.
  • the arrangement of the metallization which can be determined, for example, by a non-metallizable and / or a metallizable plastic of the housing body, has been omitted in the figure for reasons of clarity, but can be carried out as shown in FIG. 1 or 2.
  • Electrical connections 38a, 38b, ..., 38h and 40a, 40b, ..., 40h are arranged on the two opposite side surfaces, each of which has an electrical connection to a region of the metallization.
  • the electrical connections 38a, 38b, ..., 38h or 40a, 40b, ..., 40h are also arranged on the back of the component designed as a "bar" and can be divided into individual components by sawing if desired.
  • FIGS. 4a, b and 5 can be arranged on a module both as a top looker and as a side looker.
  • FIGS. 6a, 6b and 6c show a schematic illustration of a further exemplary embodiment of an optoelectronic component according to the invention on the basis of different views.
  • FIG. 6a schematically shows an oblique perspective view of the optoelectronic component.
  • a housing body 57 of the optoelectronic component which comprises a housing 10, has a recess 12 with a wall 13 and a bottom 14, on which a semiconductor chip 50 is arranged.
  • a surface 30 of the housing body 57 has a metallization 15, which is insulated by an insulating web 20 two electrically isolated partial areas 16, 18 are divided, which form electrical connections 38, 40 for contacting the semiconductor chip 50 on the surfaces 32 and 24, or 33 and 24.
  • the semiconductor chip 50 is electrically conductively connected to the connection 38 via the metallization 16 on the bottom 14 of the recess 13 and to the connection 40 via the bond wire 52.
  • the metallization 15 assumes an electrical function and is designed to be reflective for the radiation generated by the semiconductor chip 50 and / or for radiation incident on the semiconductor chip.
  • a metallization contains Au.
  • the structure of the metallization, in particular the metallization 15 on the surface 30, and the connections 38, 40 is determined in this exemplary embodiment by a non-metallizable plastic 54 and a metallizable plastic 53, using which the housing body is produced, for example, in a two-component injection molding process.
  • the plastics 53 and 54 contain an LCP material, wherein the metallizable plastic 53 is preferably provided with an additive, such as an additive in the form of particles and, for example, an additive containing a metal such as palladium, which advantageously facilitates the metallization of this plastic ,
  • non-metallizable plastic can be understood in the context of the invention in such a way that a metallization of this plastic - at least with the metallic material for the structured metallization - compared to the metal talliseable plastic is not possible only with considerable additional effort or difficult.
  • the insulating web 20 is arranged in the region of the surface 30 of the housing body 57 in which it is formed by the non-metallizable plastic 54.
  • the surfaces 22 and 28 are free of metallization in this example, since this has advantages in the production of such components, in particular in large numbers (see FIG. 7).
  • the structure of a subsequently applied metallization 15 can thus be determined.
  • the insulating web 20 runs in the region of a bulge 58 of the wall 13 of the recess 12, which is otherwise essentially parabolic in cross-section. This has the advantage that only a very small part of the radiation emanating from the semiconductor chip 50 does not reach the radiation or is worse compared to the metallization 16 reflective plastic 54 hits. As a result, the efficiency of the optoelectronic component, in particular of the reflector, which is essentially formed by the metallization 16 of the recess, can be increased.
  • the semiconductor chip 50 is preferably arranged in the area of the focus of a paraboloid encompassing the wall 13 of the recess and can be designed, for example, as a transmitter or receiver, such as an LED chip, a laser diode chip, a photodiode chip or as another, in particular optoelectronic, semiconductor chip.
  • FIG. 6b shows a schematic sectional view of the component from FIG. 6a along a plane which comprises the bond wire 52.
  • the essentially parabolic configuration of the wall 13 of the recess 12 and a casing 56 arranged in the recess, which at least partially surrounds the chip 50 and advantageously protects against harmful external influences, can be seen.
  • the surface of the casing 56 is particularly advantageously curved toward the semiconductor chip 50 and / or does not protrude beyond the surface 30. As a result, the height of the component can advantageously be kept low.
  • the bond wire 52 is also not led beyond the surface 30 and is covered by the sheath 56.
  • the structure of the housing body 57 with the metallizable 53 and the non-metallizable plastic 54 can be seen, the shape of the metallizations 16, 18 and thus the course of the insulating web 20, which is formed in the area of the non-metallizable plastic, and the connections 38, 40 determined on the surfaces 24, 30, 32 or 33 of the housing body 57.
  • the optoelectronic component is designed as a top looker, with the connections 38 and 40 on the surface 24 opposite the surface 30.
  • the 33 can, for example, be soldered to the conductor tracks of a printed circuit board.
  • the component can be exposed to high temperatures during soldering. In particular, this applies to the area of the connections 38 and 40 and the adjacent metallizable 53 and non-metallizable 54 plastics of the housing body 57 if the surface 24 is soldered.
  • Different thermal expansions of the plastics and the metallization can consequently lead to a high mechanical load on the component and this in turn can lead to malfunctions or even failures.
  • the soldering can lead to fatigue of the metallization 15 in the region of the connections 38, 40, which can result in a deterioration in the electrical contact with the printed circuit board.
  • Such slots 55 in the housing body 57 can advantageously already be formed during the two-component injection molding process, for example by using plastics 53, 54 which are essentially chemically inert to one another and thus only difficult to form a chemical bond with one another, such as suitably designed LCPs which can contain the plastics 53, 54.
  • slots 55 can also be provided after the injection molding process by means of known, for example mechanical, structuring methods.
  • At least a part of the housing body 57 is preferably formed in one piece. This is preferably achieved, as shown in FIG. 6c, by connecting webs 59, which are formed in the region of the housing body 57, which comprises the non-metallizable plastic. These ensure a mechanical connection between the partial areas 60 and 61 of the housing body 57. Such connections can also be provided in the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 6c schematically shows a perspective view of the housing body 57 from FIG. 6a without the non-metallizable one Plastic 54, which is not shown for the sake of clarity.
  • the connecting webs are separated by a space 62.
  • This space allows a high penetration of the piece of the housing body shown here with the non-metallizable plastic 54.
  • This increases the stability of the housing body, as shown in FIG. 6b, as does the substantially L-shaped cross section of the area of the non-metallizable plastic 54. This applies in particular if the plastics 53, 54 form essentially no chemical bond with one another.
  • MID Molded Interconnect Device
  • housings of any design and reflectors of any design can be produced in a simple manner.
  • the metallization can be applied in the abovementioned two-component injection molding process, by means of a laser structuring or a masking process.
  • the two-component injection molding process allows the greatest degrees of freedom with regard to the design of the housing body, the formation of the metallization and / or the connections.
  • FIG. 7 is a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method for producing Position of an optoelectronic component shown using intermediate steps shown in Figures 7a to 7f.
  • FIG. 7a shows a top view of a first piece 57a of a housing body of the optoelectronic component produced in a first method step by means of an injection molding process with a metallizable plastic 53.
  • the shape of the housing body piece 57a is determined by a suitable tool during injection molding.
  • the metallizable plastic 53 preferably contains an LCP or PBT, and particularly preferably contains an additive, for example a metal, such as palladium.
  • the additive advantageously facilitates later metallization of the metallizable plastic 53.
  • the housing piece 57a is formed in one piece in this exemplary embodiment.
  • the areas 60, 61 of the housing piece 57a are mechanically connected to one another via connecting webs 59.
  • a plurality of recesses 12 are formed with a wall 13 and a base 14, which are preferably arranged at a minimum lateral distance from one another in order to advantageously make the number of the recesses 12 in the region 60 high and thus increase the efficiency of the manufacturing process optimize. It should be noted here that the distance is large enough that it allows later separation into components in this area.
  • the recess 12, like the base 14 in this exemplary embodiment, is essentially circular in plan view. det.
  • a bulge 58 is provided in the wall 13 of the recess 12, which bulge is formed in the regions 60 and 61 of the housing body piece 57a and extends over the region of the connecting webs 59.
  • the connecting webs 59 are separated from one another in the region of the recesses by spaces 62.
  • FIG. 7b shows a side view of the housing body piece 57a, which contains the metallizable plastic 53 and comprises the areas 60, 61 which are mechanically connected to one another via the connecting webs 59.
  • the connecting webs 59 advantageously connect the regions 60 and 61 of the housing body part 57a in a mechanically stable manner, so that the handling of the housing body part 57a is facilitated in the further processing.
  • a further housing body piece 57b is produced in a further injection molding process with a non-metallizable plastic 54, which is arranged in the region of the connecting webs 59.
  • the non-metallizable plastic 54 preferably contains an LCP and, in contrast to the metallizable plastic 53, is particularly preferably essentially free of the additive.
  • the structure resulting from this injection molding process is shown in a top view in FIG. 7c.
  • the housing body piece 57b containing the non-metallizable plastic 54 is in this case arranged between the regions 60, 61 of the housing body piece 57a connected via the connecting webs.
  • the non-metallizable plastic in this embodiment in the spaces 62 between the connecting webs 59.
  • the mechanical stability of the housing body 57 comprising the housing body parts 57a and 57b can be increased. This is particularly the case if the metallizable 53 and the non-metallizable plastic 54 do not form a chemical bond or only do so with difficulty, so that the stability of the housing body 57 is essentially ensured by mechanical means such as the connecting webs 59.
  • the surface of the housing body 57 has, at least in some areas, a metallizable 53 and a non-metallizable 54 plastic, which the two components of the two-component injection molding process schematically shown in FIGS. 7a to 7d for the production of a plastic-containing body, in particular a housing body 57 for intermediate steps an optoelectronic component.
  • the housing body 57 is subsequently metallized in a structured manner such that a metallization 15 is formed in the regions 60, 61 in which the surface of the housing body is formed by the metallizable plastic 53.
  • the housing body 57 is exposed, preferably at least on the side of the surface 30, to an etching process which acts on the plastics but leaves the additive in the metallizable plastic essentially unchanged.
  • This increases the density of the additive, for example palladium in the form of particles, on the part of the surface of the housing body in which it is formed by the metallizable plastic 53.
  • a metal such as Cu, which essentially only attaches to the additive.
  • the area of the non-metallizable plastic 54 is thus essentially free of Cu atoms and additive, whereas the area of the metallizable plastic 53 is essentially covered over the entire area with a, for example, 1-2 ⁇ m thick Cu layer, which results from the accumulation of the Cu on the Additive emerges, the density of which was advantageously increased on the surface of the metallizable plastic 53 by means of the etching process.
  • further metals such as Ni and / or Au, can be applied to the region of the metallizable plastic 53 provided with Cu by means of further chemical and / or galvanic processes.
  • the Au preferably forms at least partially the surface of the resulting metallization 15.
  • the housing body 57 is provided in the areas 60, 61 of the metallizable plastic 53 with the preferably full-area metallization 15, for example containing Au, which is separated by the insulating web 20 arranged in the area of the non-metallizable plastic 54 into preferably two electrically isolated partial areas 16, 18 becomes.
  • the floors 14 and the walls 13 of the recesses 12 are provided with the metallization 16.
  • a plastic-containing body in particular a housing body for an optoelectronic component, can be provided with a structured metallization, the structure of which can be determined during the manufacture of the body by the formation of the two plastic components.
  • several different plastics, in particular metallizable plastics can also be used. It can thereby be achieved that the different plastics have different metallizations, for example containing Ag, Au or Al.
  • the metallized areas 16, 18 preferably form the connection conductors for a semiconductor chip 50, which is subsequently attached to the bases 14 of the recesses 12, for example by means of a solder.
  • the semiconductor chip 50 is preferably connected to the metallization 16 in an electrically conductive manner, for example via the solder.
  • the semiconductor chips 50 are subsequently connected in an electrically conductive manner to the region 18 of the metallization 15 via bond wires 52, whereupon a sheath 56, for example an epoxy, acrylic or silicone resin, can be introduced into the recess, which protects the semiconductor chips 50 against damaging external influences , This is shown in a top view in FIG. 7f.
  • a sheath 56 for example an epoxy, acrylic or silicone resin
  • the metallization 16 of the recess 12 preferably acts simultaneously as an electrical connecting conductor for the semiconductor chip 50 and as a reflector for radiation generated or to be received by the semiconductor chip.
  • the plastics 53, 54 thus advantageously determine the structure of this metallization and thus the subsequent electrical connections 38, 40 of an optoelectronic component, which can emerge from the structure shown in FIG. 7e by separating, even before the metallization of the housing body 57.
  • a method for manufacturing suitable for large quantities of optoelectronic components.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil, umfassend einen Gehäusekörper (57) und mindestens einen an dem Gehäusekörper (57) angeordneten Halbleiterchip (50) angegeben, wobei die Oberfläche des Gehäusekörpers (57) einen metallisierten (15) und einen nichtmetallisierten Teilbereich (20) aufweist und der Gehäusekörper (57) mindestens zwei verschiedene Kunststoffe (53,54) umfasst, wobei einer der Kunststoffe nicht metallisierbar (54) ist und dieser den nichtmetallisierten Teilbereich (20) bestimmt. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung derartiger Bauelemente sowie ein Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauteil mit strukturiert metallisiertem Gehäusekörper, Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils und Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauteil, insbesondere auf ein oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauteil, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise des Patentanspruchs 10, auf ein Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 37 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 41.
Bei herkömmlichen oberflachenmontierbaren optoelektronischen Bauteilen wird oftmals zunächst ein vorgehäustes Bauteil dadurch hergestellt, dass ein vorgefertigter Halbleiterrahmen (Leadframe) mit einem geeigneten Kunststoffmaterial umspritzt wird, welches zumindest einen Teil des Gehäuses des Bauteils bildet. Dieses Bauteil weist zum Beispiel an der Oberseite eine Vertiefung bzw. Ausnehmung auf, in die von zwei gegenüberliegenden Seiten Leadframe-Anschlüsse eingeführt sind, wobei auf einem ein Halbleiterchip wie beispielsweise ein LED- Chip, aufgeklebt und elektrisch kontaktiert ist. In diese Ausnehmung wird dann in der Regel transparente Vergussmasse eingefüllt. Diese Grundform von oberflachenmontierbaren optoelektronischen Bauteilen ist beispielsweise aus dem Artikel "Siemens SMT-TOPLED für die Oberflächenmontage" von "F. Möll- mer und G. Waitl, Siemens Components 29 (1991) , Heft 4, Seiten 147-149" bekannt. Derartige Bauteile werden als Sender und Empfänger eingesetzt, z.B. in Fernbedienungen, Lichtschranken oder zur Datenübertragung zwischen einem Mobiltelefon und einem Computer. Ist das optoelektronische Bauelement als Sender ausge bildet, so ist oftmals eine möglichst homogene, engwinklige Abstrahlcharakteristik gewünscht. Auch bei einem als Empfänger ausgebildetem Bauelement kann dies der Fall sein. Bei herkömmlichen SMT-Bauformen wird diese Abstrahlcharakteristik häufig mittels einer beispielsweise auf das Bauteil aufgesetzten Linse erzielt. Der diffuse Kunststoffreflektor ist jedoch bei der Abbildung der Lichtquelle über die Linse nachteilig. Darüber hinaus erhöht sich die Bauhöhe des optoelektronischen Bauteiles. Neben einem erhöhten Platzbedarf besteht der Nachteil, dass die Bauteiloberfläche nicht eben ist, so dass das Verfahren der „pick and place"-Methode für die Leiterplattenmontage nur erschwert verwendet werden kann.
Es sind weiterhin sogenannte MID (Molded Interconnect Devices) -Bauteile bekannt, bei denen im Gegensatz zu den oben beschriebenen Bauteilen auf einen Leiterrahmen verzichtet wird. Bei diesen Bauteilen wird nach der Herstellung eines beliebig geformten Kunststoffkörpers mittels Spritzguss eine Metallisierung auf die Oberfläche desselben aufgebracht .
Ein nach diesem Verfahren hergestelltes optoelektronisches Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung der Metallisierung über Laserstrukturierung einer Metallisierung ist aus dem Artikel (MID Technology to miniaturize electro-optical devices" von H. Yamanaka, T. Suzuki, S. Matsushima, 4. Intern. Cong- ress Molded Interconnect Devices MID 2000, 27. bis 28. September 2000, Seiten 129 - 138, bekannt. Das in diesem Artikel beschriebene optoelektronische Bauelement lässt sich zwar auf einfache Weise herstellen, greift jedoch, wie aus den Figuren 4 bis 6 hervorgeht, auf eine Linse zurück. Das Bauteil weist damit die oben beschriebenen Nachteile ebenfalls auf.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes optoelektronisches Bauteil, das auf einfache Weise herstellbar ist, sowie ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers, insbesondere eines Gehäusekörpers für ein optoelektronisches Bauteil, anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beziehungsweise 10, ein Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers nach Patentanspruch 37 und ein Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Bauteil nach Patentanspruch 41 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Ein optoelektronisches Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Gehäusekörper und mindestens einen an dem Gehäusekörper angeordneten Halbleiterchip, wobei eine Oberfläche des Gehäusekörpers einen metallisierten Teilbereich und einen nichtmetallisierten Teilbereich aufweist und der Gehausekorper mindestens zwei verschiedene Kunststoffe umfasst, wobei einer der Kunststoffe nicht metallisierbar ist und dieser den nichtmetallisierten Teilbereich bestimmt.
Es sei angemerkt, dass der metallisierte und der nichtmetal- lisierte Teilbereich nicht gemeinsam auf einer ebenen Fläche, wie einer Seitenfläche des Gehäusekörpers, angeordnet sein müssen, sondern vielmehr die gesamte Oberfläche des Gehäusekörpers einen metallisieten und einen nichtmetallisierten Teilbereich aufweisen kann.
Bevorzugt ist ein weiterer Kunststoff, den der Gehäusekörper enthält, metallisierbar ausgebildet. Besonders bevorzugt bestimmt dieser metallisierbare Kunststoff den metallisierten Teilbereich der Oberfläche des Gehäusekörpers .
Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Liquid Crystal Polymers (LCPs) oder Polybuthylentelephtalte (PBTs) . Die Kunststoffe sind vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet und können besonders bevorzugt, wie zum Beispiel durch Zugabe eines Zusatzstoffes wie Palladium, metallisierbar oder nicht- metallisierbar ausgebildet sein.
Ein derartiges optoelektronisches Bauteil hat den Vorteil, dass eine Metallisierung nicht nach ihrer Aufbringung auf den Gehäusekörper aufwendig strukturiert werden muss, sondern durch den nichtmetallisierbaren und den metallisierbaren Kunststoff die Struktur der Metallisierung bereits während der Herstellung des Gehäusekörpers, die beispielsweise im Zweikomponenten-Spritzgussverfahren unter Verwendung dieser Kunststoffe erfolgt, bestimmt werden kann. Die Metallisierung strukturiert sich damit bevorzugt während der Aufbringung selbst. Die oben beispielhaft genannten Kunststoffe können in einem derartigen Spritzgussverfahren verarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Gehäuse des optoelektronischen Bauteils, das den Gehäusekörper umfasst, zumindest eine Ausnehmung auf, die beispielsweise im Gehäusekörper ausgebildet sein kann. In der Ausnehmung ist bevorzugt der Halbleiterchip angeordnet. Weiterhin bilden die die Ausnehmung begrenzenden Wände bevorzugt einen Reflektor für eine vom Halbleiterchip ausgesandte elektromagnetische Strahlung und können mit einer Metallisierung versehen sein, die gleichzeitig reflektierend ausgebildet sein und als elektrischer Anschlußleiter des Bauteils fungieren kann. Besonders bevorzugt ist der Reflektor auch für eine vom Halbleiterchip zu empfangende Strahlung reflektierend ausgebildet.
Ein optoelektronisches Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist ein Gehäuse mit zumindest einer Ausnehmung auf. In der Ausnehmung ist zumindest ein Halbleiterchip angeordnet . Die die Ausnehmung begrenzenden Wände bilden für eine vom Halbleiterchip ausgesandte elektromagnetische Strahlung einen Reflektor und sind mit einer Metallisierung versehen, die gleichzeitig als elektrische Anschlußleiter des Bauteils fungieren.
Das so gestaltete optoelektronische Bauteil ermöglicht einen Verzicht auf eine Linse und eine vorzugsweise engwinklige, homogene Abstrahl- oder Empfangscharakteristik zu erreichen. Die Abstrahl- oder Empfangscharakteristik ergibt sich mit Vorteil allein aus der Gestaltung des Reflektors, der beispielsweise als Kegel, Paraboloid, Hyperboloid, Ellipsoid, Kugelreflektor oder als Segment dieser Körper, wie etwa in Form eines Kegelstumpfs ausgebildet ist. Prinzipiell ist jede beliebige Form der Ausnehmung, d.h. des Reflektors, möglich. Die Formgebung wird lediglich durch das verwendete Verfahren zur Aufbringung der Metallisierung oder das Herstellungsverfahren des Gehäusekörpers begrenzt. Die obigen beispielhaften Ausbildungen der Ausnehmung sind somit nicht als Beschränkung anzusehen. Bevorzugte Verfahren, das Kunststoff enthaltende, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende, Gehäuse zu metallisieren, sind ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren, eine additive oder subtraktive Laserstrukturierung, die Maskierung und Strukturierung der zunächst vollflächig metallisierten Oberflächen oder das selektive Bedampfen des Reflektors unter Benutzung von Maskierungstechniken.
Subtraktive Laserstrukturierung bedeutet hierbei die Strukturierung einer bereits vorhandenen Metallisierung mittels eines lasergestützten Verfahren, wohningegen bei der additiven Laserstrukturierung die zu metallisierenden Bereiche über ein lasergestütztes Verfahren definiert werden.
Bevorzugt wird zumindest zur Definition einer Metallisierung der Ausnehmung ein Zweikomponenten-Spritzgußverfahren für die Herstellung des Gehäusekörpers benutzt, wobei die eine Komponente mindestens einen nichtmetallisierbaren Kunststoff umfasst und die andere Komponente mindestens einen metallisierbar ausgebildeten Kunststoff umfasst und die Metallisierung der Ausnehmung von dem metallisierbaren und/oder dem nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt wird.
Die Struktur der Metallisierung kann so vorteilhaft bereits über die Ausgestaltung des Gehäusekörpers bestimmt werden. Eine vergleichsweise aufwendige Strukturierung einer aufgebrachten Metallisierung kann so ebenso wie die strukturierte Aufbringung einer Metallisierung, wie etwa durch aufwendige additive Laserstrukturierung, vermieden werden.
Die Metallisierung der Ausnehmung ermöglicht eine hohe Ausbeute des beispielsweise als LED-Chip ausgebildeten Halbleiterchips. Der Wirkungsgrad eines solchen Bauteils kann gegen- über einem herkömmlichen optoelektronsichen Bauteil erheblich verbessert sein. Ein Verzicht auf die Linse ermöglicht darüber hinaus eine im wesentlichen ebene Bauteiloberfläche sowie eine geringe Bauhöhe. Das Bauteil kann dadurch auf technisch einfache und kostengünstige Weise mittels eines Pick- and-place-Verfahrens auf eine Leiterplatte montiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallisierung durch einen Isoliersteg (oder besser Isolierspalt in der Metallisierung) in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt. Dies ermöglicht Bauteile mit besonders geringer Bauhöhe, da der Halbleiterchip auf einen ersten Bereich der Metallisierung aufgebracht und/oder eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und einem zweiten Bereich innerhalb der Ausnehmung oder des Reflektors hergestellt werden kann.
Der Isoliersteg ist vorteilhafterweise im Bereich der die Ausnehmung begrenzenden Flächen angeordnet, und die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem zweiten Bereich ist in der Ausnehmung hergestellt. Der Isoliersteg ist mit anderen Worten vorzugsweise im Inneren der Ausnehmung oder des Reflektors vorgesehen.
Besonders bevorzugt wird der Isoliersteg durch den nichtmetallisierbaren Kunststoff des Gehäusekörpers bestimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Isolierstegs verläuft dieser durch die Bodenfläche der Ausnehmung und es ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem zweiten Bereich der Metallisierung am Boden der Ausnehmung hergestellt. Dadurch kann vorteilhafterweise eine größere Reflektorhöhe erzielt werden, ohne die Höhe des Bauteiles zu vergrößern. Hierdurch kann auf einfache Weise eine oftmals gewünschte engwinklige und homogene Abstrahl- beziehungsweise Empfangscharakteristik hergestellt werden, da die Bondverbindung zwischen Halbleiterchip und Metallisierung im Inneren der Ausnehmung oder des Reflektors erfolgt . Der Bogen des Bonddrahtes ist bei dieser Variante bevorzugt in dem von der Ausnehmung oder dem Reflektor umfassten Raum gelegen. Er ist besonders bevorzugt nicht über den Rand der Ausnehmung oder des Reflektors geführt .
In einer Weiterbildung obiger Ausgestaltung durchquert der Isoliersteg die Ausnehmung derart, dass dieser zumindest teilweise in der Verlängerung mindestens einer Flächendiagonalen des Halbleiterchips (in Draufsicht gesehen) über die Reflektorwände aus der Ausnehmung heraus verläuft . Hierdurch kann eine höhere Reflektoreffizienz erreicht werden. Der größte Anteil der seitlich aus dem Halbleiterchip austretenden Strahlung tritt über dessen Seitenflächen aus und nicht über die vertikalen Chip-Ecken. Lediglich ein kleiner Teil der Strahlung tritt an den vertikalen Chip-Ecken aus. Der nicht oder nur vermindert reflektierende Isoliersteg befindet sich deshalb vorzugsweise in der diagonalen Verlängerung bezüglich der Ecken des Halbleiterchips.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Isoliersteges ist dieser im Bereich einer Ein- oder Ausbuchtung der Ausnehmung angeordnet. Bevorzugt ist der Isoliersteg oder die Ein- oder Ausbuchtung so angeordnet, dass nur ein möglichst geringer Teil der vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung auf ihn trifft und so die Reflektoreffizienz vorteilhaft erhöht wird. Die Ein- oder Ausbuchtung ist vorzugsweise in einer Wand der Ausnehmung vorgesehen. Besonders bevorzugt wird dabei die Reflektorfläche geringstmöglich verkleinert. Dies hat ferner den Vorteil, dass die Bondverbindung im Bereich der Ein- oder Ausbuchtung der Wand der Ausnehmung und nicht auf deren Boden erfolgen kann. Der Boden der Ausnehmung kann so vorteilhaft verkleinert werden, was sich vorteilhaft auf die Bauteilgröße auswirken kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die von dem Isoliersteg eingenommene Fläche gegenüber der metallisierten Fläche in der Ausnehmung möglichst gering. Dies bedeutet nichts anderes, als dass der Isoliersteg möglichst schmal ausgeführt wird, da dieser - im Gegensatz zur Metallisierung - häufig keine gut reflektierenden Eigenschaften aufweist. Der Isoliersteg kann durch einfache Unterbrechung der Metallisierung, beispielsweise verursacht durch einen nichtmetallisierbaren Kunststoff an der Oberfläche des Gehäusekörpers, erzeugt sein, die gerade so groß ist, daß zwischen den getrennten Metallisierungsbereichen ein Kurzschluß vermieden wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Gehäuse aus einem Kunststoff aus zwei Komponenten, wobei nur auf eine der beiden Komponenten die Aufbringung einer Metallisierung möglich ist. Das Gehäuse besteht hierbei aus einem Zweikomponenten-Spritzguss, wobei durch das Spritzgusswerkzeug die zu metallisierenden Flächen und Strukturen bereits definiert werden. Insbesondere gilt dies bevorzugt für den Isoliersteg. Dadurch, dass das Gehäuse aus zwei Kunststoffen besteht, kann die Herstellung eines derartigen Gehäuses vereinfacht werden, da beim Spritzguss mit Vorteil lediglich zwei verschiedene Spritzgusswerkzeuge - eines pro Kunststoff - zum Einsatz kommen. Der Aufwand für die Herstellung des Gehäuses beziehungsweise des Gehäusekδrpers kann dadurch vorteilhaft gering gehalten werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäusekörpers umfasst dieser ein erstes Gehäusekörperstück, das den metallisierbaren Kunststoff enthält, und mindestens ein weiteres Gehäusekörperstück, das den nichtmetallisierbaren Kunststoff enthält. Das erste Gehäusekörperstück ist bevorzugt in mindestens zwei Teilbereichen ausgebildet, die über eine Verbindungsvorrichtung, wie beispielsweise Verbindungsstege, die vorzugsweise eine verglichen mit den Teilbereichen des Gehäusekörpers geringere räumliche Ausdehnung aufweisen und das Gehäusekörperstück vorteilhaft mechanisch stabilisieren können, mechanisch miteinander verbunden sind.
Das weitere Gehäusekörperstück ist bevorzugt so angeordnet, dass es die Verbindungsvorrichtung zumindest teilweise umformt. Dadurch kann die mechanische Stabilität des Gehäusekörpers vorteilhaft erhöht werden. Insbesondere gilt dies, falls die Gehäusekörperstücke beziehungsweise die Kunststoffe, welche die Gehäusekörperstücke enthalten, im wesentlichen chemisch nicht miteinander verbunden sind oder im wesentlichen keine chemische Bindung miteinander eingehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung obiger Ausgestaltung ist zwischen dem ersten und dem weiteren Gehäusekörperstück mindestens ein Zwischenraum angeordnet, der beispielsweise durch eine fehlende chemische Bindung zwischen den Gehäusekörperstücken im Bereich des Zwischenraums verursacht sein kann. Mit Vorteil bildet der Zwischenraum eine Federung, die mechanische, insbesondere thermisch verursachte, Verspannungen des Gehäusekδrpers, wie sie beispielsweise bei Temperaturänderungen zwischen den Gehäusekörperstücken auftreten können, im wesentlichen kompensieren oder zumindest verringern kann.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Bauteils bringt den Vor- teil mit sich, dass der Kunststoff des Gehäuses in einer beliebigen Farbe einfärbbar ist. Bei herkömmlichen optoelektronischen Bauteilen, die keine Metallisierung des Reflektors aufweisen, ist die Verwendung eines hellen Kunststoffs aufgrund seiner reflektiven Eigenschaften üblich, um eine hohe Effizienz des Bauteils zu erreichen. Solche Kunststoffe zeigen jedoch bei UV-Bestrahlung häufig Alterungserscheinungen. Durch die erfindungsgemäße Metallbeschichtung ist die Oberfläche des Kunststoffes vor UV-Strahlung weitestgehend geschützt. Eine Verfärbung der Reflektorwände ist somit deutlich reduziert, wodurch auch die Zuverlässigkeit des Bauteiles erhöht wird. Lediglich im Bereich des Isoliersteges können Verfärbungen auftreten.
Bevorzugt wird der Einsatz eines dunklen Kunststoffes in Erwägung gezogen, da die hochreflektive Eigenschaft nicht mehr benötigt wird.
Die Nutzung einer zweiten Kunststoff-Komponente ermöglicht die Einfärbung der Bauteile zur Kontrasterhöhung. Für das gesamte Bauteil könnte beispielsweise schwarzer Kunststoff verwendet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße optoelektronische Bauteil ein Molded Interconnect Device (MID) . Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Bauteiles und insbesondere eine beliebige Bauform. Sämtliche metallischen Leiter und Flächen werden erst nach Abschluß des Spritzvorganges hergestellt und verlaufen auf den Oberflächen des Bauteils. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zwei aneinander grenzende Oberflächen in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein können. Hierdurch ist die spätere Bauteilorientierung bereits bei der Herstellung des Gehäuses einstellbar, indem die Neigung des Bauteilbodens in Bezug zum Reflektorboden entsprechend eingestellt wird. Diese unterschiedliche Gestaltung lässt sich auf einfache Weise durch geänderte Werkzeugeinsätze beim Spritzguss erzielen. Im Gegensatz zu bisherigen SMT-Bauteilen, bei denen die Neigung meist durch eine geänderte Biegung des Leadframes eingestellt wurde, lässt sich durch das erfindungsgemäße Vorgehen eine besonders robuste und gut montierbare Bauform erzielen. Insbesondere bislang vorhandene Probleme hinsichtlich der Herstellung und der Toleranzen können dadurch vermindert werden.
Dadurch, dass die Metallisierung, insbesondere die des Reflektors, bevorzugt auch elektrische Funktionen, beispielsweise als Anschlussleiter für den Halbleiterchip, übernimmt, ist die Ausbildung besonders kleiner Bauteile möglich. Es müssen keine zusätzlichen Flächen für die Ausbildung und Herausführung der elektrischen Anschlüsse zur Verfügung gestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest zwei elektrische Anschlüsse, bevorzugt auf mindestens zwei Oberflächen des Gehäuses, vorgesehen. Durch die nachträgliche Aufbringung der Metallisierung auf das vorgeformte Gehäuse, können die elektrischen Anschlüsse vorteilhafterweise beliebig auf den Oberflächen des Gehäuses angeordnet werden. Hierdurch lässt sich die Größe des Bauteiles minimieren, vor allem, wenn mehr als vier elektrische Anschlüsse benötigt werden, wie dies bei optoelektronischen Bauteilen mit mehreren Halbleiterchips meist der Fall ist . Besonders bevorzugt wird die Ausgestaltung der elektrischen Anschlüsse durch den metallisierbaren Kunststoff und/oder den nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt. Weiterhin kann die Anzahl der Anschlüsse durch den Verlauf des Isolierstegs beziehungsweise die Aus- gestaltung des nichtmetallisierbaren Kunststoffs des Gehäusekörpers bestimmt werden.
Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist vorgesehen, das Gehäuse mit Metallpartikeln, einer Wärmesenke oder einer thermischen Durchkontaktierung auszustatten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur bei optoelektronischen Bauteilen einsetzbar, die nach dem Prinzip des MID hergestellt sind, sondern lässt sich auch in Bauteilen mit einem Leiterrahmen einsetzen. In einer solchen Ausgestaltungsvariante ist ein Bereich der Reflektor-Metallisierung durch einen metallischen Leiterrahmen (Leadframe) gebildet. Der Leiterrahmen bildet beispielsweise zumindest zum Teil den Boden der Ausnehmung während die Wände der Ausnehmung erfindungsgemäß metallisiert sind. Die Eigenschaften herkömmlicher SMT- Bauteile können durch die Metallisierung des Reflektors auf einfache Weise verbessert werden. Insbesondere wird die Metallisierung bevorzugt durch den metallisierbaren Kunststoff und/oder den nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt.
Bei mehreren Ausnehmungen in einem Gehäuse können diese voneinander verschieden geformt sein, unterschiedlich groß sein und/oder auch von einander verschiedene Halbleiterchips, wie beispielsweise einen LED-Chip, einen Fotodiodenchip und einen IC-Chip aufnehmen. Somit können die in dem optoelektronischen Bauteil integrierten Halbleiterchips sowohl optoelektronische Halbleiterchips wie Leuchtdioden und Detektoren als auch e- lektronische Halbleiterchips mit integrierte Ansteuerschaltkreisen umfassen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers wird zu- nächst der Körper mittels eines Zweikomponenten-Spritzguss- verfahrens mit mindestens zwei Kunststoffen, von denen einer nicht metallisierbar ist, hergestellt und der Körper nachfolgend derart metallisiert, dass ein metallisierter und ein nichtmetallisierter Bereich ausgebildet werden, wobei der nichtmetallisierte Bereich durch den nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt wird.
Der metallisierte Bereich wird vorzugsweise von einem metallisierbar ausgebildeten Kunststoff bestimmt. Die zwei Komponenten des Spritzgussverfahrens werden somit besonders bevorzugt von nichtmetallisierbaren und metallisierbaren Kunststoffen gebildet.
Vorzugsweise erfolgt die Metallisierung zumindest teilweise auf der Oberfläche des Körpers, die zumindest teilweise von dem metallisierbaren und dem nichtmetallisierbaren Kunststoff gebildet wird.
Die Metallisierung kann mittels chemischer und/oder galvanischer Behandlung des Körpers erzeugt werden. Bevorzugt erfolgt die chemische Behandlung vor der galvanischen Behandlung.
In einem derartigen Verfahren zur strukturierten Metallisierung des Kunststoff enthaltenden Körpers wird die Struktur der Metallisierung schon bei der Herstellung des Körpers bestimmt. Auf nachfolgende Strukturierungsmaßnahmen, wie Laserstrukturierung, kann mit Vorteil verzichtet werden.
Dieses Verfahren wird bevorzugt zur strukturierten Metallisierung eines Körpers benutzt, der als Gehäusekörper für ein elektronisches, insbesondere mikro- oder optoelektronisches, Bauteil ausgebildet ist.
In einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines optoelektronischen Bauteils mit einem Gehäusekörper und mindestens einem an dem Gehäusekörper angeordneten Halbleiterchip wird zunächst der Gehäusekörper, mittels Spritzgießen mit mindestens zwei verschiedenen Kunststoffen hergestellt, wobei einer der Kunststoffe nicht metallisierbar ist.
Nachfolgend wird der Gehäusekδrpers derart metallisiert, dass ein metallisierter und ein nichtmetallisierter Teilbereich des Gehäusekδrpers entstehen, wobei der nichtmetallisierte Teilbereich durch den nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt ist, und der metallisierte Teilbereich des Gehäusekörpers bevorzugt durch einen metallisierbar ausgebildeten Kunststoff bestimmt ist. Die zwei Komponenten des Spritzgussverfahrens werden somit besonders bevorzugt von nichtmetallisierbaren und metallisierbaren Kunststoffen gebildet.
Der metallisierte Bereich des Gehäusekörpers ist bevorzugt auf dessen Oberfläche angeordnet und kann eine elektrische und/oder reflektierende Funktion übernehmen. Besonders bevorzugt trennt der nichtmetallisierte Bereich den metallisierten Bereich in mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche, die die Anschlussleiter für den Halbleiterchip bilden können.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass schon während der Herstellung des Gehäusekörpers die Anordnung oder die Struktur der Metallisierung bestimmt werden kann. Dies geschieht durch die Verwendung von metallisierbaren und nichtmetallisierbaren Kunststoffen bei der Herstellung des Gehäu- sekörpers im Zweikomponenten-Spritzgussverfahren. Anstatt eines Spritzgussverfahrens können auch Pressguss- oder Spritz- pressgussverfahren herangezogen werden, insofern sie für die Herstellung eines Kunststoff enthaltenden Körpers, insbesondere eines Gehäusekδrpers für ein optoelektronisches Bauteil, der oben genannten Art geeignet sind.
Diese erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt bei der Herstellung der weiter oben und im folgenden beschriebenen optoelektronischen Baueteile verwendet, so dass deren Merkmale sich entsprechend auch auf das Herstellungsverfahren eines optoelektronischen Bauteils oder auf das Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers beziehen können oder umgekehrt.
Weitere Merkmale, bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungs- formen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauteils und der Verfahren sowie weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur la bis e eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem Halbleiterchip in einer Draufsicht von oben, zwei Schnittdarstellungen, einer Seitenansicht und einer Draufsicht von unten,
Figur 2a bis f eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Halbleiterchip in einer Draufsicht von oben, einem Schnitt, einer Seitenansicht, einer Draufsicht von unten sowie zwei perspektivischen Darstellungen, Figur 3 a, b eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles mit einem Halbleiterchip und mit einem Leiterrahmen in einer Draufsicht und einer Schnittansicht,
Figur 4 a, b schematische perspektivische Darstellungen von zwei Ausführungsbeispielen mit jeweils vier Halbleiterchips, und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Ausnehmungen, in denen jeweils ein Halbleiterchip angeordnet ist.
Figur 6a bis 6c eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit einem Halbleiterchip in einer perspektivischen Schrägansicht, einer Schnittdarstellung, und einer weiteren vereinfachten Schrägansicht .
Figur 7a bis 7f eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs anhand von vier Zwischenschritten.
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Bauteil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauteil, bei dem in einem Gehäuse 10 eine Ausnehmung 12 vorgesehen ist (vgl. Figur la) . Die Ausnehmung 12 weist, wie aus den Figuren lb und lc am besten ersichtlich, die Form eines Kegelstumpfes auf. Mit dem Bezugszeichen 13 sind eine Wand der Ausnehmung 12 und mit dem Bezugszeichen 14 der Boden der Ausnehmung 12 bezeichnet. Im Zentrumsbereich des Bodens 14 ist ein Halbleiterchip 50, z.B. ein LED-Chip, angeordnet. Die Oberfläche des Gehäuses 10 sowie Bereiche der Ausnehmung 12 sind mit einer Metallisierung 15 versehen. Die Metallisierung 15 ist in zwei Bereiche 16, 18 unterteilt, die mittels eines Isoliersteges 20 (oder besser Isolierschlitzes) voneinander elektrisch getrennt sind.
Der Bereich 16 der Metallisierung 15 erstreckt sich vom Boden 14 der Ausnehmung 12 über deren Wand 13 auf eine Oberfläche 30 des Gehäuses 10. Der Halbleiterchip 50 ist auf diesen Bereich 16 der Metallisierung 15 aufgesetzt und mit ihm, elektrisch verbunden. Über einen Bonddraht 52 ist der Halbleiterchip 50 mit dem weiteren Bereich 18 der Metallisierung 15 verbunden. Der Bereich 18 der Metallisierung 15 erstreckt sich ebenfalls vom Boden 14 über die Wand 13 auf die Oberfläche 30 des Gehäuses 10. Die Metallisierung 18 ist dabei auf allen Flächen elektrisch von dem Bereich 16 der Metallisierung 15 getrennt .
Die von der Metallisierung 15 eingenommene Fläche ist gegenüber der von dem Isoliersteg 20 eingenommenen Fläche innerhalb des Reflektors größtmöglich. Da im Bereich des Isolierstegs 20 im Vergleich zum metallisierten Bereich die Reflexion des von dem Halbleiterchip emittierten Lichtes deutlich geringer ist, durchquert der Isoliersteg die Ausnehmung 12 derart, dass dieser in der Verlängerung der Flächendiagonale des Halbleiterchips 50 liegt. In der vorliegenden Figur ist der Isoliersteg in der Verlängerung der Vorderseiten- Diagonalen des Chips unter einem Winkel 35 entlang des Bodens 14 und der Wände 13 aus der Ausnehmung 12 herausgeführt. Durch dieses Design lässt sich eine hohe Reflektoreffizienz erzielen, da der größte Anteil der Strahlung des Halbleiter- chips 50 an dessen Seitenflächen und nicht an den senkrecht stehenden Ecken austritt .
Der in Figur lb dargestellte Schnitt durch das optoelektronische Bauteil gemäß Figur la entlang der in Figur la eingezeichneten Linie A-A veranschaulicht die kegelstumpfförmige Form der Ausnehmung 12 bzw. des Reflektors und die Zweiteilung der Metallisierung 15 in die Bereiche 16, 18. Der Halbleiterchip 50 ist auf dem Boden 14 der Ausnehmung 12 angeordnet. Der Bonddraht 52 überquert den Isoliersteg 20 und verbindet die vom Boden 14 abgewandte Seite des Halbleiterchips 50 mit der Metallisierung 18. Aus Figur lb ist gut zu erkennen, dass sich der Isoliersteg 20 vom Boden 14 entlang der Wand 13 auf die Oberfläche 30 sich erstreckt.
Figur lc zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur la eingezeichneten Linie B-B. Diese Ansicht verdeutlicht, dass der sichtbare Bereich der Wand 13 des Reflektors durchgängig mit dem Bereich 16 der Metallisierung 15 versehen ist.
Die Figuren ld und le zeigen, dass sich die Bereiche 16, 18 der Metallisierung 15 auch entlang der Oberfläche 28 bis zur Rückseite des Gehäuses erstrecken und externe elektrische Anschlüsse 38, 40 ausbilden.
Durch die Anordnung der elektrischen Anschlüsse 38, 40 sowohl an den seitlichen Oberflächen 28, 22 als auch auf der Oberfläche 24, die die Rückseite bildet, lässt sich das optoelektronische Bauteil sowohl als Toplooker als auch als Side- looker verwenden.
Das in den Figuren la bis le dargestellte optoelektronische Bauteil ist ein Molded Interconnect Device (MID) . Dies bedeu- tet, dass der Gehäusekörper 10 in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Bevorzugt kommt hierbei ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren zum Einsatz. Bei diesem Verfahren werden mindestens zwei verschiedene Kunststoffe verwendet, wobei lediglich auf einem der Kunststoffe eine Metallisierung möglich ist. Bereits während des Spritzgussvorganges wird so vorteilhaft bestimmt, an welchen Stellen eine Metallisierung erfolgen kann. Die Metallisierung wird nachfolgend beispielsweise mittels chemischer und/oder galvanischer Behandlung erzeugt .
Der Vorteil des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauteils besteht darin, dass durch die Metallisierung der als Reflektor ausgebildeten Ausnehmung 12 ein höherer Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Bauteilen erzielt wird. Durch die Reflexion an den Reflektorwänden (a- nalog zu Radialbauelementen mit Metallreflektoren) können engwinklige, homogene Abstrahlcharakteristiken erzeugt werden, wenn die Reflektorgeometrie entsprechend angepasst ist. Die Geometrie des Reflektors lässt sich dabei durch den Spritzgussvorgang festlegen. Der Reflektor könnte - im Gegensatz zur Darstellung - in der Form eines Paraboloids, eines Kugelreflektors oder einer sonstigen geeigneten Form ausgebildet sein.
Das in Figur 1 dargestellte Bauteil erlaubt einen Verzicht auf eine Linse, wodurch eine ebene Oberfläche und eine geringe Bauhδhe erreicht werden. Dadurch, dass die elektrische An- bindung des Halbleiterchips im Inneren des Reflektors vorgenommen wird, kann die Bauhöhe des optoelektronischen Bauteils weiter reduziert werden. Die Figur 2b zeigt eine Seitenansicht entlang des in Figur 2a eingezeichneten Schnittes B-B. Aus dieser Darstellung ist gut ersichtlich, dass die Oberflächen 22, 24 und 26, 28 des Bauteiles nicht orthogonal zueinander angeordnet sind, sondern dass die Oberfläche 24 gegenüber der Oberfläche 22 mit einem Winkel 36 geneigt ist. Lediglich beispielhaft sind die Oberflächen 24 und 26 rechtwinklig zueinander angeordnet. Je nachdem, mit welcher der genannten Oberflächen das optoelektronische Bauteil auf einem Baugruppenträger befestigt wird, ergibt sich eine Neigung des Reflektorbodens 14 gegenüber dem Bauteilboden 24 oder 26. Durch Variation des Winkels 36 kann die Bauteilorientierung frei gewählt werden.
Für einen externen elektrischen Anschluss erstrecken sich die Metallisierungen 16, 18 ausgehend von der Ausnehmung über die Oberfläche 30 (der Oberseite des Bauteiles) entlang der Seitenflächen 22 und 28 zu den Flächen 24 und 26.
Die Figuren 2e und 2f zeigen das zweite Ausführungsbeispiel jeweils in einer perspektivischen Darstellung und zwar Figur 2e eine Ansicht schräg von oben und Figur 2f eine Ansicht schräg von unten.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3, ein oberflä- chenmontierbares Bauteil (SMT-Bauteil) , ist mit einem Leiterrahmen 42, 44 ausgestattet. Figur 3a zeigt eine Draufsicht auf das SMT-Bauteil, während Figur 3b die Seitenansicht eines Schnittes entlang der in Figur 3a eingezeichneten Linie A-A zeigt .
Gegenüber herkömmlichen SMT-Bauteilen dieser Art ist gemäß der Erfindung eine Metallisierung der Wand 13 der Ausnehmung 12 vorgesehen, wobei die Metallisierung der Wand 13 bei- spielsweise durch einen metallisierbaren und/oder nichtmetallisierbaren Kunststoff bestimmt sein kann. Durch die Metallisierung lassen sich die optischen Eigenschaften des Bauteiles erheblich verbessern. Der Halbleiterchip 50 ist auf einer e- lektrisch leitenden Wärmesenke 46 angeordnet, diese ist mit dem Leadframe-Anschluss 42 elektrisch verbunden. Über einen Bonddraht 52 ist der Halbleiterchip 50 mit dem zweiten Leadframe-Anschluss 44 elektrisch verbunden. Zwischen der e- lektrisch leitenden Wärmesenke und der Metallisierung auf der Wand 13 der Ausnehmung 12 besteht keinerlei elektrischer Kontakt, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ganz schematisch oberflächenmon- tierbare optoelektronische Bauelemente, die jeweils beispielhaft vier Halbleiterchips 50a, 50b, 50c, 50d aufweisen.
In Figur 4a ist in jeweils einer Ausnehmung 12a, 12b, 12c, 12d genau ein Halbleiterchip 50a, 50b, 50c, 50d angeordnet. Jede der Ausnehmungen 12a, 12b, 12c, 12d ist mit einer Metallisierung versehen, wie sie in den vorangehend erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben sind. Die Metallisierungen wurden der Übersichtlichkeit halber in der Figur weggelassen.
Jede der Metallisierungen in den Ausnehmungen 12a, 12b, 12c, 12d ist durch einen Isoliersteg, der beispielsweise im Bereich eines nichtmetallisierbaren Kunststoffs angeordnet sein kann und in dieser Figur nicht dargestellt ist, in zwei e- lektrisch voneinander getrennte Bereiche geteilt Auf einem der Bereiche ist der jeweilige Halbleiterchip angeordnet und weist eine Bondverbindung zu dem anderen Bereich der Metallisierung auf. Jeder der Bereiche der Metallisierung ist über Leiterbahnen mit elektrischen Anschlüssen 38a, 38b, 38c, 38d bzw. 40a, 40b, 40c, 40d verbunden. Jeweils zwei elektrische Anschlüsse sind auf den vier Seitenflächen des Bauteiles angeordnet . Elektrische Anschlüsse können darüber hinaus auch auf der in der Figur nicht sichtbaren Rückseite des Bauteiles angeordnet sein.
Sofern die jeweiligen Bereiche einer Metallisierung einer Ausnehmung 12a, 12b, 12c, 12d keinen elektrischen Kontakt zueinander aufweisen, können die Halbleiterchips 50a, 50b, 50c, 50d unabhängig voneinander angesteuert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Halbleiterchips 50a, 50b, 50c, 50d mittels einer sowohl in den Ausnehmungen als auch auf der O- berfläche des Bauteils befindlichen Metallisierung elektrisch miteinander verbunden sind.
Figur 4b zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der jedoch die vier Halbleiterchips 50a, 50b, ... , 50h in einer einzigen Ausnehmung 12 angeordnet sind. Auch bei dieser Variante können die Bereiche der Metallisierung auf der Hüllfläche der Ausnehmung derart gestaltet sein, dass kein elektrischer Kontakt zwischen den Halbleiterchips 50a, 50b, ... , 50h hergestellt ist. Bei entsprechender Gestaltung der Metallisierung ist eine elektrische Verbindung jedoch durchaus denkbar. Auch in dieser Figur wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung des Verlaufs der Metallisierung verzichtet, deren Struktur beispielsweise von einem nichtmetallisierbaren und/oder einem metallisierbaren Kunststoff bestimmt werden kann. Elektrische Anschlüsse 38a, 38b,..., 38h bzw. 40a, 40b, ... , 40h sind gleichfalls auf allen vier Seitenflächen des Bauteiles vorhanden, wobei jeweils zwei elektrische Anschlüsse auf einer Oberfläche angeordnet sind.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind acht als Reflektoren ausgebildete Ausnehmungen 12a, 12b, ... , 12h nebenein- anderliegend in einem Gehäuse 10 untergebracht. Jeder Reflektor ist mit einem Halbleiterchip 50a, 50b, ..., 50h bestückt. Die Anordnung der Metallisierung, die beispielsweise von einem nichtmetallisierbaren und/oder einem metallisierbaren Kunststoff des Gehäusekörpers bestimmt werden kann, wurde in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, kann aber wie in Figur 1 oder 2 dargestellt, erfolgen. Auf den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen sind jeweils elektrische Anschlüsse 38a, 38b,..., 38h bzw. 40a, 40b, ..., 40h angeordnet, die jeweils eine elektrische Verbindung zu einem Bereich der Metallisierung aufweisen. Die elektrischen Anschlüsse 38a, 38b,..., 38h bzw. 40a, 40b, ..., 40h sind ebenfalls auf der Rückseite des als „Barren" ausgeführten Bauteils angeordnet und lassen sich auf Wunsch durch Zersägen in einzelne Bauteile aufteilen.
Die in den Figuren 4a, b und 5 dargestellten Bauteile können sowohl als Toplooker als auch als Sidelooker auf einer Baugruppe angeordnet werden.
In den Figuren 6a, 6b und 6c ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauteils anhand verschiedener Ansichten dargestellt.
Figur 6a zeigt schematisch eine perspektivische Schrägansicht des optoelektronischen Bauteils dargestellt.
Ein Gehäusekörper 57 des optoelektronischen Bauteils, den ein Gehäuse 10 umfasst, weist eine Ausnehmung 12 mit einer Wand 13 und einem Boden 14 auf, auf dem ein Halbleiterchip 50 angeordnet ist. Eine Oberfläche 30 des Gehäusekörpers 57 weist eine Metallisierung 15 auf, die durch einen Isoliersteg 20 in zwei elektrisch voneinander isolierte Teilbereiche 16, 18 geteilt wird, die elektrische Anschlüsse 38, 40 zur Kontaktie- rung des Halbleiterchips 50 auf den Oberflächen 32 und 24, beziehungsweise 33 und 24 ausbilden. Der Halbleiterchip 50 ist mit dem Anschluss 38 über die Metallisierung 16 auf dem Boden 14 der Ausnehmung 13 und mit dem Anschluss 40 über den Bonddraht 52 elektrisch leitend verbunden.
Die Metallisierung 15 übernimmt eine elektrische Funktion, ist für die vom Halbleiterchip 50 erzeugte Strahlung und/oder für auf den Halbleiterchip einfallende Strahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise enthält eine derartige Metallisierung Au.
Die Struktur der Metallisierung, insbesondere der Metallisierung 15 auf der Oberfläche 30, und der Anschlüsse 38, 40 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen nichtmetallisierbaren Kunststoff 54 und einen metallisierbar ausgebildeten Kunststoff 53 bestimmt, unter deren Verwendung der Gehäusekörper beispielsweise im Zweikomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Beispielsweise enthalten die Kunststoffe 53 und 54 ein LCP- Material, wobei der metallisierbare Kunststoff 53 bevorzugt mit einem Zusatzstoff, wie etwa einen in Form von Partikeln ausbildeten und beispielsweise ein Metall wie Palladium enthaltenden Zusatzstoff, versehen ist, der mit Vorteil die Metallisierung dieses Kunststoffs erleichtert.
Der Begriff nichtmetallisierbarer Kunststoff kann im Rahmen der Erfindung so verstanden werden, dass eine Metallisierung dieses Kunststoffes - zumindest mit dem metallischen Material für die strukturierte Metallisierung - verglichen mit dem me- tallisierbaren Kunststoff nicht, nur unter erheblichem Mehraufwand oder erschwert möglich ist.
Der Isoliersteg 20 ist in dem Bereich der Oberfläche 30 des Gehäusekörpers 57 angeordnet, in dem diese von dem nichtmetallisierbaren Kunststoff 54 gebildet wird. Die Oberflächen 22 und 28 sind in diesem Beispiel frei von einer Metallisierung, da dies Vorteile bei der Herstellung derartiger Bauteile, insbesondere in hohen Stückzahlen, hat (vergleiche Figur 7) .
Während der Herstellung des Gehäusekörpers 57 kann so schon die Struktur einer nachträglich aufgebrachten Metallisierung 15 bestimmt werden.
Der Isoliersteg 20 verläuft im Bereich einer Ausbuchtung 58 der sonst im wesentlichen einen parabolischen Querschnitt aufweisenden Wand 13 der Ausnehmung 12. Dies hat den Vorteil, dass nur ein sehr geringer Teil der vom Halbleiterchip 50 ausgehenden Strahlung auf den nicht oder verglichen mit der Metallisierung 16 schlechter reflektierenden Kunststoff 54 trifft. Dadurch kann die Effizienz des optoelektronischen Bauelements, insbesondere des Reflektors, der im wesentlichen durch die Metallisierung 16 der Ausnehmung gebildet wird, erhöht werden.
Der Halbleiterchip 50 ist bevorzugt im Bereich des Fokus eines die Wand 13 der Ausnehmung umfassenden Paraboloids angeordnet und kann beispielsweise als Sender oder Empfänger, wie ein LED-Chip, ein Laserdiodenchip, ein Photodiodenchip oder als anderweitiger, insbesondere optoelektronischer, Halbleiterchip, ausgebildet sein. In Figur 6b ist eine schematische Schnittansicht des Bauteils aus Figur 6a entlang einer Ebene, die den Bonddrahtes 52 umfasst, dargestellt.
Hier ist die im wesentlichen parabolische Ausgestaltung der Wand 13 der Ausnehmung 12 und eine in der Ausnehmung angeordnete Umhüllung 56, die den Chip 50 zumindest teilweise umhüllt und mit Vorteil vor schädlichen äusseren Einflüssen schützt, zu erkennen. Mit besonderem Vorteil ist die Oberfläche der Umhüllung 56 zum Halbleiterchip 50 hin gekrümmt und/oder ragt nicht über die Oberfläche 30 hinaus. Dadurch kann die Höhe des Bauteils vorteilhaft gering gehalten werden. Auch der Bonddraht 52 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht über die Oberfläche 30 hinausgeführt und ist von der Umhüllung 56 bedeckt.
Weiterhin ist die Struktur des Gehäusekörpers 57 mit dem metallisierbaren 53 und dem nicht metallisierbaren Kunststoff 54 zu erkennen, die die Gestalt der Metallisierungen 16, 18 und somit den Verlauf des Isolierstegs 20, der im Bereich des nichtmetallisierbaren Kunststoffs ausgebildet ist, sowie die Anschlüsse 38, 40 auf den Oberflächen 24, 30, 32 oder 33 des Gehäusekörpers 57 bestimmt.
Das optoelektronische Bauteil ist in diesem Ausführungsbei- spiel als Toplooker ausgebildet, mit den Anschlüssen 38 und 40 auf der der Oberfläche 30 gegenüberliegenden Oberfläche 24. Durch geänderte Werkzeuge während des Spritzgussvorgangs, wodurch eine andere Anordnung der Ausnehmung oder eine andere Struktur der Metallisierung 15 und somit der Anschlüsse 38, 40 erreicht werden kann, können auch andere Ausbildungen, beispielsweise Sidelooker hergestellt werden. Sidelooker können auch in der in Figur 6a dargestellten Form ausgebildet werden, indem zum Beispiel die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 50 über den Anschluss 38 auf der Oberfläche
32 und den Anschluss 40 auf der Oberfläche 33 erfolgt und das Bauteil, insbesondere die Ausnehmung, entsprechend orientiert wird.
Die Anschlüsse 38 und 40 des oberflachenmontierbaren optoelektronischen Bauteils seitens der Oberflächen 24, 30 32 oder
33 können beispielsweise mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte verlötet werden. Während des Lötens kann das Bauteil hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Insbesondere gilt dies für den Bereich der Anschlüsse 38 und 40 und die angrenzenden metallisierbaren 53 und nichtmetallisierbaren 54 Kunststoffe des Gehäusekörpers 57, falls seitens der Oberfläche 24 gelötet wird.
Unterschiedliche thermischen Ausdehnungen der Kunststoffe und der Metallisierung können infolgedessen zu einer hohen mechanischen Belastung des Bauteils und diese wiederum zu Funktionsstörungen oder gar Ausfällen führen. So kann zum Beispiel das Löten zu einer Ermüdung der Metallisierung 15 im Bereich der Anschlüsse 38, 40 führen, was eine Verschlechterung des elektrischen Kontakts zur Leiterplatte zur Folge haben kann. Gleiches gilt für hohe Temperaturunterschiede, denen das Bauelement häufig im Betrieb ausgesetzt sein kann, da die Metallisierung zumindest einen Teil der am Chip 50 entstehenden Wärme ableitet. Insbesondere für Hochleistungs-Chips wie etwa Hochleistungslaserchips ist dies von großer Bedeutung.
Diesen mechanischen Belastungen kann über kleine Schlitze 55 im Gehäusekörper entgegengewirkt werden, die vorzugsweise in einem Bereich um die Anschlüsse 38, 40 und besonders bevorzugt zwischen dem metallisierbaren 53 und dem nichtmetalli- sierbaren Kunststoff 54 angeordnet sind. Bei einer Erwärmung der Anschlüsse 38, 40 bilden die Schlitze 55 eine Art Federung, die mit Vorteil die mechanische Belastung auf den Gehäusekörper 57, insbesondere durch thermisch bedingte Verspannungen, reduziert. In den Figuren 6a und 6b ist dies durch die gestrichelten Linien in diesem Bereich dargestellt.
Derartige Schlitze 55 im Gehäusekörper 57 können mit Vorteil bereits während des Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens ausgebildet werden, indem beispielsweise Kunststoffe 53, 54 verwendet werden, die im wesentlichen zueinander chemisch inert sind, und somit nur erschwert eine chemische Bindung untereinander eingehen, wie beispielsweise geeignet ausgebildete LCPs, die die Kunststoffe 53, 54 enthalten können.
Die Schlitze 55 können aber auch nach dem Spritzgussvorgang mittels bekannter, beispielsweise mechanischer, Strukturie- rungsmethoden vorgesehen werden.
Zur Erhöhung der Stabilität des Gehäusekörpers 57 ist bevorzugt zumindest ein Teil des Gehäusekörpers 57, besonders bevorzugt der Teil, der den metallisierbaren Kunststoff 53 umfasst, durchgängig in einem Stück ausgebildet. Dies wird bevorzugt wie in Figur 6c dargestellt durch Verbindungsstege 59 erreicht, die in dem Bereich des Gehäusekörpers 57, der den nichtmetallisierbaren Kunststoff umfasst, ausgebildet sind. Diese gewährleisten eine mechanische Verbindung zwischen den Teilbereichen 60 und 61 des Gehäusekörpers 57. Derartige Verbindungen können auch in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 vorgesehen sein.
Figur 6c zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Gehäusekörpers 57 aus Figur 6a ohne den nichtmetallisierbaren Kunststoff 54, der der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Verbindungsstege sind in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Zwischenraum 62 getrennt. Dieser Zwischenraum erlaubt eine hohe Durchdringung des hier dargestellten Stückes des Gehäusekörpers mit dem nichtmetallisierbaren Kunststoff 54. Dadurch wird ebenso wie durch den im wesentlich L-förmigen Querschnitt des Bereichs des nichtmetallisierbaren Kunststoffs 54, wie in Figur 6b gezeigt, die Stabilität des Gehäusekörpers erhöht. Insbesondere gilt dies, falls die Kunststoffe 53, 54 im wesentlichen keine chemische Bindung miteinander eingehen.
Mit Ausnahme des Ausführungsbeispiels in Figur 3 ist allen Beispielen gemein, dass die Bauteile als Molded Interconnect Device (MID) ausgeführt sind. Mittels dieser Herstellungstechnik lassen sich beliebig gestaltete Gehäuse und beliebig gestaltete Reflektoren auf einfache Weise herstellen. Die Aufbringung der Metallisierung kann in dem oben genannten Zweikomponenten-Spritzgussverfahren, mittels einer Laserstrukturierung oder eines Maskierungsverfahrens erfolgen. Die größten Freiheitsgrade, hinsichtlich der Ausgestaltung des Gehäusekδrpers, der Ausbildung der Metallisierung und/oder der Anschlüsse erlaubt das Zweikomponenten-Spritzgussverfah- ren. Mit Vorteil kann auf eine Strukturierung der Metallisierung verzichtet werden, die sich - durch die Verwendung eines nichtmetallisierbaren und eines metallisierbaren Kunststoffs bei der Herstellung des Gehäusekörpers in einem Zweikomponenten-Spritzgussverfahren - während des Metallisierungsvorgangs zumindest in Teilbereichen selbst strukturieren kann.
In Figur 7 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Her- Stellung eines optoelektronischen Bauteils anhand von in den Figuren 7a bis 7f gezeigten Zwischenschritten dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist schematisch die Herstellung eines optoelektronischen Bauteils, ähnlich dem in Figur 6 gezeigten, dargestellt.
In Figur 7a ist in Draufsicht ein in einem ersten Verfahrensschritt mittels eines Spritzgussverfahrens mit einem metallisierbaren Kunststoff 53 hergestelltes erstes Stück 57a eines Gehäusekδrpers des optoelektronischen Bauteils. Die Form des Gehäusekörperstücks 57a wird durch ein geeignetes Werkzeug beim Spritzguss bestimmt.
Der metallisierbare Kunststoff 53 enthält bevorzugt ein LCP oder PBT, und besonders bevorzugt einen Zusatzstoff, beispielsweise ein Metall, wie etwa Palladium, enthaltend. Mit Vorteil erleichtert der Zusatzstoff eine spätere Metallisierung des metallisierbaren Kunststoffs 53.
Das Gehäusestück 57a ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet. Die Bereiche 60, 61 des Gehäusestücks 57a sind über Verbindungsstege 59 mechanisch miteinander verbunden. In dem Bereich 60 sind mehrere Ausnehmungen 12 mit einer Wand 13 und einem Boden 14 ausgebildet, die bevorzugt in einem möglichst geringen lateralen Abstand zueinander angeordnet sind, um die Anzahl der Aussparungen 12 im Bereich 60 vorteilhaft hoch zu gestalten und so dir Effizienz des Herstellungsverfahrens zu optimieren. Hierbei ist zu beachten, dass der Abstand groß genug ist, dass er eine spätere Vereinzelung in Bauteile in diesem Bereich erlaubt. Die Ausnehmung 12 ist ebenso wie der Boden 14 in diesem Ausführungs- beispiel in Draufsicht im wesentlichen kreisförmig ausgebil- det. In der Wand 13 der Ausnehmung 12 ist eine Ausbuchtung 58 vorgesehen, die in den Bereichen 60 und 61 des Gehäusekörperstücks 57a ausgebildet ist und sich über den Bereich der Verbindungsstege 59 hinweg erstreckt. Die Verbindungsstege 59 sind im Bereich der Ausnehmungen durch Zwischenräume 62 voneinander getrennt .
Figur 7b zeigt eine Seitenansicht des Gehäusekörperstücks 57a, das den metallisierbaren Kunststoff 53 enthält und die Bereiche 60, 61 umfasst, die über die Verbindungsstege 59 mechanisch miteinander verbunden sind.
Die Verbindungsstege 59 verbinden die Bereiche 60 und 61 des Gehäusekörperstücks 57a mit Vorteil mechanisch stabil, so dass die Handhabung des Gehäusekörperstücks 57a in der weiteren Prozessierung erleichtert wird.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird in einem weiteren Spritzgussprozess mit einem nichtmetallisierbaren Kunststoff 54 ein weiteres Gehäusekörperstück 57b hergestellt, das im Bereich der Verbindungsstege 59 angeordnet ist.
Der nichtmetallisierbare Kunststoff 54 enthält bevorzugt ein LCP, und ist besonders bevorzugt im Gegensatz zum metallisierbaren Kunststoff 53 im wesentlichen frei von dem Zusatzstoff.
Die aus diesem Spritzgussprozess hervorgehende Struktur ist in Draufsicht in der Figur 7c dargestellt. Das den nichtmetallisierbaren Kunststoff 54 enthaltende Gehäusekörperstück 57b ist hierbei zwischen den über die Verbindungsstege verbundenen Bereichen 60, 61 des Gehäusekörperstücks 57a angeordnet. Insbesondere ist der nichtmetallisierbare Kunststoff in diesem Ausführungsbeispiel in den Zwischenräumen 62 zwischen den Verbindungsstegen 59 angeordnet. Dadurch kann die mechanische Stabilität des die Gehäusekörperstücke 57a und 57b umfassenden Gehäusekδrpers 57 erhöht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der metallisierbare 53 und der nichtmetallisierbare Kunststoff 54 nicht oder nur erschwert eine chemische Bindung eingehen, so dass die Stabilität des Gehäusekörpers 57 im wesentlichen durch mechanische Mittel wie die Verbindungsstege 59 gewährleistet wird.
Die Oberfläche des Gehäusekörpers 57 weist zumindest in Teilbereichen einen metallisierbaren 53 und einen nichtmetallisierbaren 54 Kunststoff auf, die die zwei Komponenten des in den Figuren 7a bis 7d anhand von Zwischenschritten schematisch dargestellten Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens zur Herstellung eines Kunststoff enthaltenden Körpers, insbesondere eines Gehäusekörpers 57 für ein optoelektronisches Bauteil, bilden.
Nachfolgend wird der Gehäusekörper 57 derart strukturiert metallisiert, dass in den Bereichen 60, 61, in denen die Oberfläche des Gehäusekörpers vom metallisierbaren Kunststoff 53 gebildet wird eine Metallisierung 15 entsteht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird hierzu der Gehäusekörper 57, vorzugsweise zumindest seitens der Oberfläche 30, einem Ätzprozess ausgesetzt, der bezüglich den Kunststoffen wirkt, den Zusatzstoff im metallisierbaren Kunststoff jedoch im wesentlichen unverändert beläßt. Dadurch wird die Dichte des Zusatzstoffes, beispielsweise Palladium in Form von Partikeln, auf dem Teil der Oberfläche des Gehäusekörpers, in dem diese vom metallisierbaren Kunststoff 53 gebildet wird, erhöht. Nachfolgend wird mittels einer chemischen Behandlung ein Metall, wie etwa Cu aufgebracht, das sich im wesentlichen nur an den Zusatzstoff anlagert. Der Bereich des nichtmetallisierbaren Kunststoffs 54 ist somit im wesentlichen frei von Cu-Atomen und Zusatzstoff, wohingegen der Bereich des metallisierbaren Kunststoffs 53 im wesentlichen ganzflächig mit einer beispielsweise 1-2 μm dicken Cu-Schicht überzogen ist, die aus der Anlagerung des Cu an den Zusatzstoff hervorgeht, dessen Dichte an der Oberfläche des metallisierbaren Kunststoffs 53 mittels des Ätzprozesses vorteilhaft erhöht wurde. Über weitere nachfolgende chemische und/oder galvanische Prozesse können im folgenden weitere Metalle, wie beispielsweise Ni und/oder Au, auf den mit Cu versehenen Bereich des metallisierbaren Kunststoffs 53 aufgebracht werden. Das Au bildet dabei vorzugsweise zumindest teilweise die Oberfläche der so entstehenden Metallisierung 15.
Die aus dem Metallisierungsvorgang resultierende Struktur ist in Figur 7e in Draufsicht dargestellt.
Der Gehausekorper 57 ist in den Bereichen 60, 61 des metallisierbaren Kunststoffs 53 mit der bevorzugt ganzflächigen Metallisierung 15, beispielsweise Au enthaltend, versehen, die durch den im Bereich des nichtmetallisierbaren Kunststoffs 54 angeordneten Isoliersteg 20 in vorzugsweise zwei elektrisch voneinander isolierte Teilbereiche 16, 18 getrennt wird. Die Böden 14 und die Wände 13 der Ausnehmungen 12 sind mit der Metallisierung 16 versehen. Auf diese Weise kann ein Kunststoff enthaltender Körper, insbesondere ein Gehäusekörper für ein optoelektronisches Bauteil, mit einer strukturierten Metallisierung versehen werden, deren Struktur bereits während der Herstellung des Körpers durch die Ausbildung der beiden Kunststoffkomponenten bestimmt werden kann. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene Kunststoffe, insbesondere metallisierbare Kunststoffe verwendet werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die verschiedenen Kunststoffe verschiedene Metallisierungen, beispielsweise Ag, Au oder AI enthaltend, aufweisen.
Die metallisierten Bereiche 16, 18 bilden bevorzugt die Anschlussleiter für einen Halbleiterchip 50, der nachfolgend beispielsweise über ein Lot auf den Böden 14 der Ausnehmungen 12 befestigt wird. Der Halbleiterchip 50 wird hierbei vorzugsweise elektrisch leitend, beispielsweise über das Lot, mit der Metallisierung 16 verbunden.
Über Bonddrähte 52 werden die Halbleiterchips 50 nachfolgend mit dem Bereich 18 der Metallisierung 15 elektrisch leitend verbunden, woraufhin eine Umhüllung 56, beispielsweise ein Epoxid, Acryl- oder Silikonharz in die Ausnehmung eingebracht werden kann, die die Halbleiterchips 50 vor schädlichen äus- seren Einflüssen schützt. Dies ist in Figur 7f in einer Draufsicht gezeigt.
Ist der Halbleiterchip 50 beispielsweise als optoelektronischer Chip ausgebildet, so wirkt die Metallisierung 16 der Ausnehmung 12 bevorzugt zugleich als elektrischer Anschlussleiter für den Halbleiterchip 50 und als Reflektor für eine vom Halbleiterchip erzeugte oder zu empfangende Strahlung.
Die Kunststoffe 53, 54 bestimmen so mit Vorteil bereits vor der Metallisierung des Gehäusekörpers 57 die Struktur dieser Metallisierung und somit der späteren elektrischen Anschlüsse 38, 40 eines optoelektronischen Bauteils, das aus der in Figur 7e gezeigten Struktur durch Vereinzeln hervorgehen kann. Insbesondere ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung hoher Stückzahlen von optoelektronischen Bauteilen geeignet .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Anmeldungen DE 103 08 917.9 vom 28. Februar 2003 und DE 203 14 966.1 vom 26. September 2003, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug explizit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Kombination nicht explizit in den Patentansprüchen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil, umfassend einen Gehäusekörper (57) und mindestens einen an dem Gehäusekörper (57) angeordneten Halbleiterchip (50) , dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Gehäusekörpers (57) einen metallisierten Teilbereich (15) und einen nichtmetallisierten Teilbereich (20) aufweist und der Gehausekorper (57) mindestens zwei verschiedene Kunststoffe (53,54) umfasst, wobei einer der Kunststoffe nicht metallisierbar (54) ist und dieser den nichtmetallisierten Teilbereich (20) bestimmt.
2. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der metallisierte Teilbereich (15) von einem metallisierbaren Kunststoff (53) bestimmt ist.
3. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehausekorper (57) eine Ausnehmung (12) aufweist, in der der Halbleiterchip (50) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) als Reflektor ausgebildet ist, dessen Reflektorflächen mit einer Metallisierung (16) versehen sind.
5. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung der Ausnehmung (16) zumindest teilweise im Bereich des metallisierbaren Kunststoffs (53) angeordnet ist.
6. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) zur Übernahme einer elektrischen
Funktion bestimmt ist.
7. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) durch einen Isoliersteg (20) in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche (16, 18) aufgeteilt ist.
8. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) durch den nichtmetallisierbaren Kunststoff (54) bestimmt ist.
9. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (57) Teil eines Gehäuses (10) des optoelektronische Bauteils ist.
10. Optoelektronisches Bauteil mit einem zumindest eine Ausnehmung (12) aufweisenden Gehäuse (10) und zumindest einem in der Ausnehmung (12) angeordneten Halbleiterchip (50) , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) als Reflektor ausgebildet ist, dessen Reflektorflächen mit einer Metallisierung (15) versehen sind, derart, dass ein Metallreflektor ausgebildet ist, und die Metallisierung (15) zur Übernahme einer elektrischen Funktion bestimmt ist.
11. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) im Bereich eines metallisierbaren Kunststoffs angeordnet ist.
12. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) durch einen Isoliersteg (20) in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche (16, 18) aufgeteilt ist.
13. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) durch einen nichtmetallisierbaren Kunststoff (54) bestimmt ist, den ein vom Gehäuse (10) umfasster Gehäusekörper (57) aufweist.
14. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (50) auf einen ersten Bereich (16) der Metallisierung (15) aufgebracht ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (50) und einem zweiten Bereich (18) hergestellt ist.
15. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Isoliersteg (20) eingenommene Fläche gegenüber der metallisierten Fläche in der Ausnehmung (12) gering ist
16. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) im Bereich der Hüllfläche der Ausnehmung (12) angeordnet ist, und die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (50) und dem zweiten Bereich (18) in der Ausnehmung (12) hergestellt ist.
17. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) den Boden der Ausnehmung (12) durchquert und die elektrische Verbindung am Boden der Ausnehmung (12) hergestellt ist.
18. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) die Ausnehmung derart durchquert, dass dieser in der Verlängerung der Flächendiagonale der Vorderseite des Halbleiterchips (50) liegt.
19. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Isoliersteg (20) zumindest teilweise in einer Ein- oder
Ausbuchtung (58) angeordnet ist, die die Ausnehmung aufweist.
20. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (57) unter Verwendung eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens hergestellt ist.
21. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten von mindestens einem metallisierbaren Kunststoff und mindestens einem nichtmetallisierbaren Kunststoff gebildet werden.
22. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (57) ein erstes Gehäusekörperstück (57a) , das den metallisierbaren Kunststoff enthält, und mindestens ein weiteres Gehäusekörperstück (57b) , das den nichtmetallisierbaren Kunststoff enthält, umfasst.
23. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäusekörperstück (57a) in mindestens zwei Teilbereichen (60,61) ausgebildet ist, die über eine Verbindungs- vorrichtung (59) mechanisch miteinander verbunden sind.
24. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Gehäusekörperstück (57b) die Verbindungsvorrichtung (59) zumindest teilweise umformt.
25. Optoelektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (59) das weitere Gehäusekörperstück (57b) mechanisch stabilisiert.
26. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallisierbare Kunststoff (53) und der nicht metallisierbare Kunststoff (54) im wesentlichen keine chemische Bindung eingehen.
27. Optoelektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gehäusekörperstücken (57a, 57b) zumindest teilweise ein Zwischenraum (55) angeordnet ist.
28. Optoelektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (55) als Federung wirkt, die mechanische, insbesondere thermisch verursachte, Verspannungen des Gehäusekδrpers (57) zumindest teilweise kompensiert.
29. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses (10) in einer beliebigen Farbe einfärbbar ist.
30. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass zwei aneinander grenzende Oberflächen des Gehäuses (22, 24, 26, 28, 30, 32) in einem beliebigen Winkel (36) zueinander angeordnet sind.
31. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektrische Anschlüsse (38, 40) auf mindestens zwei Oberflächen des Gehäuses (10) vorgesehen sind.
32. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) Metallpartikel, eine Wärmesenke oder eine
Durchkontaktierung aufweist.
33. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein MID(= Molded Interconnect Device) ist.
34. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Metallisierung (15) durch einen Leiterrahmen (42, 44) gebildet ist.
35. Optoelektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (50) sowohl optoelektronische Halbleiterchips als auch elektronische Halbleiterchips umfassen.
36. Optoelektronisches Bauteil nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Halbleiterchip ein IC-Chip zur Ansteuerung der optoelektronischen Halbleiterchips ist .
37. Verfahren zur strukturierten Metallisierung eines Kunststoff enthaltenden Körpers, insbesondere eines Gehäusekörpers für ein optoelektronisches Bauteil, gekennzeichnet durch die Schritte, a) Herstellen des Körpers (57) mittels eines Zweikomponenten- Spritzgussverfahrens mit mindestens zwei Kunststoffen (53,54), von denen einer nicht metallisierbar (54) ist, b) Metallisieren des Körpers derart, dass ein metallisierter (15) Bereich und ein nichtmetallisierter Bereich (20) ausgebildet werden, wobei der nichtmetallisierte Bereich durch den nichtmetallisierbaren Kunststoff (54) bestimmt wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) zumindest teilweise auf einer Oberfläche (24,30,32,33) des Körpers angeordnet ist.
39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der metallisierte Bereich (15) durch einen metallisierbaren Kunststoff (53) bestimmt wird.
40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) zumindest teilweise über chemische und oder galvanische Behandlung des Körpers erzeugt wird.
41. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils mit einem Kunststoff enthaltenden Gehäusekörper (57) und mindestens einem an dem Gehäusekörper angeordneten Halbleiterchip (50) , gekennzeichnet durch die Schritte, a) Herstellen und strukturiertes Metallisieren des Gehäusekörpers (57) nach einem der Ansprüche 37 bis 40, b) Anordnen des Halbleiterchips (50) an dem Gehäusekörper (57) .
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtmetallisierbare Kunststoff (54) ein LCP oder PBT enthält .
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der metallisierbare Kunststoff (53) ein LCP oder PBT enthält.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der metallisierbare Kunststoff (53) einen Zusatzstoff enthält, der die Metallisierung dieses Kunststoffs erleichtert.
45. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (15) in mindestens zwei elektrisch voneinander isolierten Bereichen (16,18) ausgebildet ist.
46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (50) auf einem dieser Bereiche angeordnet ist und die elektrisch voneinander isolierten Bereiche (16,18) der Metallisierung (15) zumindest teilweise die Anschlussleiter (38,40) des Halbleiterchips (50) bilden.
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