DE10217073B4 - Miniatur-Halbleitergehäuse für optoelektronische Bauelemente - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Halbleiterbauelementgehäuse (14; 402; 500) mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine, LLP, und mit einem ersten Halbleiterchip (17; 502, 504, 506), wobei das Halbleiterbauelementgehäuse eine Vielzahl von elektrischen Kontakten (15; 404) aufweist, die mit dem ersten Halbleiterchip (17; 502, 504, 506) verbunden sind und innerhalb des Umfangs des Halbleiterbauelementgehäuses (14; 402; 500) an der Unterseite des Halbleiterbauelementgehäuses (14: 402; 500) freiliegen; mindestens einer aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung (30), die mit dem ersten Halbleiterchip (17; 502, 504, 506) elektrisch verbunden ist, wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30) eine Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche aufweist; wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30) ein Lötkontakthügel ist, und einem Kunststoffmaterial, das zumindest einen Teil des ersten Halbleiterchips (17; 502, 504, 506) und der aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung (30) bedeckt, so daß die Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche durch das Kunststoffmaterial freiliegt, und ein zweites Bauelement (302; 408), das an dem Halbleiterbauelementgehäuse (14; 402; 500) über die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30) befestigt und mit dem ersten Halbleiterchip (17; 502, 504, 506) über die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30) elektrisch verbunden ist, wobei das zweite Bauelement (302; 408) ein optisches Bauelement mit mindestens einer Lichtemissionsvorrichtung (306; 410), mindestens einem optischen Detektor (308; 412) und einem Körper (304) zum Halten der mindestens einen Lichtemissionsvorrichtung (306; 410) und des mindestens einen optischen Detektors (308; 412) ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen optoelektronische Bauelemente und insbesondere den Einsatz von Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine mit optoelektronischen Bauelementen.
- Die meisten Computer- und Datenübertragungsnetzwerke beruhen heute auf einer Kupferverdrahtung, um Daten zwischen Knoten in dem Netzwerk zu übertragen. Da die über den Kupferdraht übertragenen Daten und die innerhalb der Knoten verarbeiteten Daten beide in Form von elektrischen Signalen dargestellt werden, ist die Übertragung von Daten an der Knoten-Kupferdraht-Schnittstelle problemlos. Ausser vielleicht einer Pegelumsetzung und einer Signalverstärkung ist keine andere Signalverarbeitung für Daten erforderlich, die über den Kupferdraht übertragen werden, damit sie durch den Knoten decodiert werden. Der Nachteil bei der Verwendung eines Kupferdrahts ist seine relativ niedrige Bandbreite. Die Fähigkeit von Kupfer, Daten zu übertragen, ist im Vergleich zu anderen Medien wie z. B. einer Faseroptik signifikant begrenzt. Folglich verwenden viele der Computer- und Datenübertragungsnetzwerke, die heute aufgebaut werden, einschliesslich des Internets, eine faseroptische Verkabelung anstelle eines Kupferdrahts.
- Bei der faseroptischen Verkabelung werden Daten unter Verwendung von Lichtsignalen und nicht elektrischen Signalen übertragen. Eine logische Eins kann beispielsweise durch einen Lichtimpuls mit einer speziellen Dauer dargestellt werden und eine logische Null kann durch die Abwesenheit eines Lichtimpulses für dieselbe Dauer dargestellt werden. Ausserdem ist es auch möglich, gleichzeitig mehrere Lichtfarben über einen einzelnen Strang einer optischen Faser zu übertragen, wobei jede Lichtfarbe einen anderen Datenstrom darstellt. Da Licht in einer Faser weniger gedämpft wird als Elektronen, die sich durch Kupfer bewegen, und mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen werden können, ist die Bandbreite einer optischen Faser signifikant grösser als von Kupfer.
- Obwohl eine faseroptische Verkabelung zum Übertragen von Daten sehr effizient ist, ist die Verwendung von Lichtsignalen zur Verarbeitung von Daten noch sehr schwierig. Daten werden typischerweise übertragen und an verschiedenen Speicherstellen gespeichert, bevor, während und nachdem sie in einem Computer verarbeitet werden. Es besteht noch keine effiziente Art und Weise, Lichtsignale, die Daten darstellen, zu ”speichern”. Netzwerke werden daher für die absehbare Zukunft wahrscheinlich weiterhin eine Faseroptik zur Übertragung von Daten zwischen Knoten und Siliziumchips zum Verarbeiten der Daten innerhalb der Knoten verwenden. Die Schnittstelle zwischen dem faseroptischen Kabel und den Knoten, die die Daten verarbeiten, ist daher problematisch, da Signale zwischen der elektrischen und der Lichtdomäne umgewandelt werden müssen.
- Faseroptische Sendeempfänger, die Lichtsignale von einem faseroptischen Kabel in elektrische Signale umwandeln und umgekehrt, werden als Schnittstelle zwischen einer faseroptischen Leitung und einem Computerknoten verwendet. Ein typischer Sendeempfänger umfasst ein Substrat, in das Substrat geätzte Nuten, um die einzelnen faseroptischen Stränge aufzunehmen, ein oder mehrere Halbleiterbauelemente, die auf dem Substrat montiert sind, einen oder mehrere diskrete optische Detektoren zum Umwandeln von Lichtsignalen, die über die faseroptischen Kabel empfangen werden, in elektrische Signale, und einen oder mehrere diskrete optische Strahler zum Umwandeln von elektrischen Signalen von den Halbleiterbauelementen in Lichtsignale. Eine Anzahl von faseroptischen Sendeempfängern sind von Hewlett Packard, AMP, Sumitomo, Nortel und Siemens kommerziell erhältlich. Das Problem bei all diesen faseroptischen Sendeempfängern besteht darin, dass sie teuer und schwierig herzustellen sind. Bei jedem Sendeempfänger müssen die Halbleiterbauelemente, Strahler und optischen Detektoren einzeln auf dem Substrat montiert werden, was ein kostenaufwendiger und zeitaufwendiger Prozess ist. Dies begrenzt die Anwendungen, in denen eine herkömmliche Kupferverwendung gegen optische Zwischenverbindungen ausgetauscht werden könnte. Ferner beeinflusst die Verwendung von diskreten Strahlern und optischen Detektoren die Leistung des Sendeempfängers nachteilig, da elektrische parasitäre Effekte zwischen diskreten Komponenten Quellen für elektrische Dämpfung von Signalen zwischen den Chips bei Geschwindigkeiten von Gigabit pro Sekunde sind, die im allgemeinen bei solchen Sendeempfängern verwendet werden, und mehr Leistung zum Ansteuern dieser Leiterbahnen verbraucht wird, als für ein integriertes Bauelement erforderlich wäre. Der Formfaktor des optischen Sendeempfängers auf der Leiterplatte ist relativ gross und erleichtert daher die optische Verbindbarkeit zwischen den Leiterplatten und zwischen den Chips nicht. Derzeitige optoelektronische Gehäuse weisen auch relativ grosse Formfaktoren auf.
- Ein kostengünstiges Halbleiterbauelement, das einen kleinen Formfaktor aufweist und das eine richtige Verbindung zwischen einem Chip und einer externen Faseroptik bereitstellt, ist daher erforderlich.
- Die
US 6,170,996 B1 offenbart ein optisches Modul, das ein Leadframe mit einer Vielzahl von Anschlussbeinen aufweist. Ein Substrat ist auf dem Leadframe angebracht und ein optisches Element ist auf dem Substrat angebracht, um eine Konversion zwischen Licht und Elektrizität durchzuführen. Das Optische Element ist in einem ersten Harz eingebettet. - Die
US 5,035,483 A offenbart ferner eine oberflächenmontierbare optische Komponente mit einem Sender und/oder Empfänger. Die optische Komponente weist zumindest zwei Flächen und zwei elektrische Kontakte auf jeder der zumindest zwei Flächen auf, so dass die optische Komponente optional auf jeder der beiden Flächen befestigbar ist. - Die
US 6,204,553 B1 offenbart ferner ein Leadframe für ein Halbleiter-Package. Das Leadframe umfasst ein Die-Pad und eine Vielzahl von Anschlussbeinen. Eine Oberfläche des Die-Pads hält einen Siliziumchip, während die andere Fläche eine Mehrzahl ringförmiger Furchen um das gleiche geometrischen Zentrum aufweist. - Die
US 5,719,979 A offenbart ein Halbleitermodul mit einem optischen Halbleiterelement, einer optischen Faser, einem monokristallinen Substrat, einem luftdichten Abdichtungselement und einer Verstärkungsplatte. Das optische Halbleiterelement und die optische Faser sind auf dem monokristallinen Substrat befestigt. Ferner ist ein IC auf dem Substrat angeordnet, der mit dem optischen Halbleiterelement über einen Bonddraht verbunden ist. - Die
US 5,802,229 A offenbart ein faseroptisches Übertragungssystem. Insbesondere ist ein Verbindungssystem beschrieben, um eine optische Faser mit einer Strahlungsquelle zu verbinden, so dass eine optische Kommunikation dazwischen hergestellt wird. - Die
US 5,361,318 A offenbart ein optisches Teilmodul mit zumindest einer optischen Verbindung. Darüber hinaus ist ein Leadframe vorgesehen, auf dem ICs und optische Betriebselemente angeordnet sind. Der elektronische Schaltungsbereich und die Kontakte der optischen Betriebselemente sind durch Drähte elektrisch miteinander verbunden. - Darüber hinaus offenbart die
US 6,135,644 A ein optisches Halbleitermodul mit einem Gehäuse, das Mittel zur optischen Kopplung aufweist. Das optische Halbleitermodul weist ferner eine Vielzahl von Verbindungskontakten auf, die auf der Oberfläche eines Leiters auf einem PCB befestigt werden können. - Ferner offenbart die
DE 198 45 316 A1 ein stapelbares BGA-Halbleiterchipgehäuse, das eine Mehrzahl leitender Kugel aufweist, die an vorbestimmten Teilen der Oberseite angebracht sind. Signale, die von einem in dem Gehäuse enthaltenen Halbleiterchip über dessen Kontaktflächen ausgegeben werden, können über die leitenden Kugeln nach außen übertragen werden. - Außerdem offenbart die
DE 196 26 083 A1 ein Sensorbauelement mit einem Chipträger, der eine annähernd ebene Chipträgerfläche aufweist. Auf der Chipträgerfläche ist ein erster Halbleiterchip mit einem ersten Sensor befestigt. Unmittelbar auf der Hauptoberfläche des ersten Halbleiterchips ist ferner ein zweiter Halbleiterchip mit einem integriert ausgebildeten zweiten Sensor befestigt. - Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kompakteren Aufbau eines Halbleiterbauelements zu ermöglichen, welches sowohl einen Halbleiterchip als auch ein optisches Bauelement aufweist, wobei gleichzeitig eine Instandhaltung des Halbleiterbauelements vereinfacht wird. Diese Aufgabe wird durch das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz eines Gehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine als Halbleiterbauelement-Gehäusekomponente eines optoelektronischen Kombinationsbauelements. Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine, LLPs, weisen sehr kleine Formfaktoren auf, die ermöglichen, dass ein optoelektronisches Bauelement auch einen kleinen Gesamtformfaktor aufweist. Ein optoelektronisches Bauelement gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine mit elektrischen Kontaktflächen, die sich auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine befinden, und eine optische Baugruppe, die mindestens eine Lichtemissionsvorrichtung und mindestens einen optischen Detektor aufweist. Die optische Baugruppe ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses derart angeordnet, dass die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit den elektrischen Kontaktflächen des Halbleitergehäuses elektrisch verbunden sind. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthält das Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine mehr als einen Halbleiterchip. Das Konzept des Gehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine kann in optoelektronischen Bauelementen verwendet werden, die als Sendeempfänger, Sender oder Empfänger dienen können.
- Diese und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung und den zugehörigen Figuren genauer dargestellt, welche anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung erläutern.
- Die Erfindung kann zusammen mit weiteren Vorteilen derselben am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verstanden werden, in welchen gilt
-
1A ist eine Draufsicht auf einen Leiterrahmenstreifen, der sich zur Verwendung beim Ausbilden von Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine eignet. -
1B ist eine vergrösserte Draufsicht auf ein Ende des Leiterrahmenstreifens von1A , welche eine Matrix von Bauelementbereichen darstellt. -
2 ist eine nicht erfindungsgemäße Querschnittsseitenansicht eines Gehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine. -
3A stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. -
3B stellt das optoelektronische Bauelement von3A in einer Querschnitts-Seitendraufsicht dar. -
4A stellt ein optoelektronisches Bauelement gemäss einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. -
4B stellt das optoelektronische Bauelement von4A entlang der Linie 4B-4B dar. -
5 stellt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines LLP dar, das als Teil eines optoelektronischen Bauelements verwendet wird, wobei das LLP mehr als einen Halbleiterchip enthält. -
6 stellt eine Vorderdraufsicht auf eine OSA mit mehreren Laserlichtstrahlern und mehreren Detektoren dar. -
7 stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements dar, das innerhalb einer Hülsenvorrichtung gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befestigt ist. -
8 stellt eine Querschnittsansicht von7 entlang der Linie 8-8 dar. - Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben, welche in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, im einzelnen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. In anderen Fällen wurden gut bekannte Vorgänge nicht im einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig unklar zu machen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz eines Gehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine als Halbleiterbauelement-Gehäusekomponente eines optoelektronischen Moduls. Ein optoelektronisches Modul ist die Kombination eines optischen und eines Halbleiterbauelements. Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine (LLPs) weisen sehr kleine Formfaktoren auf, die ermöglichen, dass ein optoelektronisches Modul ebenfalls einen kleinen Gesamtformfaktor aufweist.
- Ein Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine (LLP) zieht den Einsatz eines Metall-(typischerweise Kupfer)Substrats bei der Ausbildung eines Chipmaßstabsgehäuses (CSP) in Betracht. Wie in den
1A und1B dargestellt, kann in Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine ein Leiterrahmenstreifen oder eine Leiterrahmenplatte10 aus Kupfer strukturiert sein, um eine Vielzahl von Anordnungen oder Matrizes11 von Halbleiterbauelementbereichen12 festzulegen. Jeder Bauelementbereich12 umfasst eine Chipanschlusskontaktstelle13 und eine Vielzahl von Kontakten15 , die um ihre zugehörige Chipanschlusskontaktstelle13 angeordnet sind. Sehr feine Verbindungsstreben16 werden verwendet, um die Chipanschlusskontaktstellen13 und Kontakte15 abzustützen. -
2 stellt eine nicht erfindungsgemäße Querschnittsansicht eines resultierenden Gehäuses14 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine dar. Die Chipanschlusskontaktstelle13 trägt einen Chip17 , der mit seinen zugehörigen Kontakten15 durch Bondrähte18 elektrisch verbunden ist. Eine geformte Kappe20 verkappt den Chip17 und die Bonddrähte18 und füllt die Spalte zwischen der Chipanschlusskontaktstelle13 und den Kontakten15 , wodurch sie zum Halten der Kontakte15 an der Stelle dient. Es sollte zu erkennen sein, dass während der Vereinzelung der einzelnen Gehäuse14 die Verbindungsstreben16 geschnitten werden und daher die einzigen Materialien, die die Kontakte15 an der Stelle halten, das Kunststoffmaterial ist. Der resultierende verkappte Chip kann dann auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines anderen Substrats unter Verwendung von herkömmlichen Oberflächenmontage-Leiterplattenmontageverfahren montiert werden. -
3A stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements300 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das optoelektronische Bauelement300 umfasst ein Bauelement302 einer optischen Baugruppe (OSA), das auf einem Halbleiterbauelementgehäuse14 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlussbeine montiert ist. -
3B stellt das optoelektronische Bauelement300 von3A in einer Querschnitts-Seitendraufsicht dar. Das LLP14 umfasst eine Chipanschlusskontaktstelle13 , die einen Halbleiterchip17 trägt. Der Halbleiterchip17 ist derart drahtgebondet, dass Drähte18 die Kontaktflecke (nicht dargestellt) des Chips17 mit den elektrischen Kontakten15 verbinden. Ausserdem weist das LLP14 aufwärts verbindende elektrische Wege30 auf, die mit elektrischen Kontaktflecken auf der oberen Oberfläche des Chips17 verbunden sind. Die aufwärts verbindenden Wege30 liegen durch die obere Oberfläche der geformten Kappe20 frei. Die aufwärts verbindenden Wege30 sehen die elektrische Verbindung zwischen dem Chip17 und der OSA302 vor. Die aufwärts verbindenden Wege30 sind aus Lötkugelmaterialgebilden ausgebildet. - Das Ausführungsbeispiel der OSA
302 in3A und3B zeigt, dass die OSA302 einen Körper304 , einen Strahler306 und einen optischen Detektor308 und optische Fasern310 aufweist. Der Körper304 kann aus Kunststoff oder irgendeinem anderen Material ausgebildet werden, das leichtgewichtig ist und zum Tragen von Strahlern und Detektoren geeignet ist. Wünschenswerte Eigenschaften für den Körper304 sind Wärmestabilität, ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und eine Fertigungsfähigkeit mit hoher Präzision. Der Strahler306 und der Detektor308 sind üblicherweise bekannte Bauelemente, die zum Senden bzw. Empfangen von Lichtsignalen verwendet werden, die durch die Fasern310 hindurchtreten. Der Strahler306 und der Detektor308 sind jeweils mit einem biegsamen Schaltungsband312 elektrisch verbunden, das ein biegsames Band mit eingebetteten Leiterbahnen ist. Das biegsame Schaltungsband312 umwickelt die Seite und die untere Oberfläche der OSA302 , so dass der Strahler306 und der Detektor308 mit dem Chip17 verbunden werden können. Die Leiterbahnen auf dem Band312 sind mit den aufwärts verbindenden Wegen30 durch leitende Lötkugeln314 verbunden. Die leitenden Lötkugeln314 sehen elektrische Wege und ein Verfahren zum Bonden der OSA302 an das LLP14 vor. Um die Bindung zwischen der OSA302 und dem LLP14 zu verstärken, wird ein Fugenfüllmaterial316 in den Abstandsspalt zwischen der OSA302 und dem LLP14 eingespritzt. Das Fugenfüllmaterial316 sieht auch einen Weg für die Wärmeableitung zwischen der OSA302 und dem LLP14 vor. Man beachte, dass bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Körper304 und das biegsame Schaltungsband312 zu einer Funktionseinheit integriert sein können, die entweder aus einer präzise spritzgegossenen Keramik oder gefüllten wärmehärtbaren Kunststoffen, gefolgt von Strukturierung und Metallisierung hergestellt werden kann. - Die Verwendung von LLPs ist vorteilhaft, da das optoelektronische Bauelement für verschiedene Anwendungen hergestellt werden kann. Dies kann unter Verwendung von LLPs mit verschiedenen Zahlen von elektrischen Kontakten
15 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Bereich von elektrischen Kontakten15 von 44 bis 50 bis 52 und einer beliebigen Anzahl dazwischen variieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von elektrischen Kontakten15 entweder geringer als 44 oder höher als 52 sein. - Bei einigen Ausführungsbeispielen wird das optoelektronische Gehäuse der vorliegenden Erfindung für Sendeempfängeranwendungen mit 10 Gbps verwendet. Diese Ausführungsbeispiele können auf Anwendungen mit 40 bis 100 Gbps WDM (Wellenlängenmultiplex) erweitert werden.
- Die Chipanschlusskontaktstelle
13 , die auf der unteren Oberfläche des LLP14 freiliegt, erleichtert die thermische Leitfähigkeit vom LLP14 zu beispielsweise einer Leiterplatte, mit der das LLP verbunden ist. Wärme kann beispielsweise direkt vom Gehäuse zur Masseebene oder zum Kupferkern, der in typischen Mutterleiterplatten verwendet wird, geleitet werden. Keine externen Ableiter oder anderen Vorrichtungen sind für die Wärmeableitung erforderlich. Bei einigen Ausführungsbeispielen des LLP14 ist keine Chipanschlusskontaktstelle enthalten, so dass der Chip17 auf der unteren Oberfläche des LLP14 freiliegt. In diesem Fall kann Wärme vom Chip17 direkt zu einer Leiterplatte strömen, ohne durch eine Chipanschlusskontaktstelle zu strömen. - Das LLP
14 kann durch Anordnen von Lötmittel auf den elektrischen Kontakten15 und der Chipanschlusskontaktstelle13 an einer Leiterplatte befestigt werden. Das Lötmaterial ermöglicht, dass Wärme von den elektrischen Kontakten15 und der Chipanschlusskontaktstelle13 zur Leiterplatte strömt. - Wärme kann beispielsweise direkt vom Gehäuse zur Masseebene oder zum Kupferkern, der in typischen Mutterleiterplatten verwendet wird, geleitet werden. Aufgrund der Oberflächenspannung des Lötmaterials unterstützt die Selbstjustierung während des Aufschmelzprozesses für das Lötmaterial die Ausrichtung des optoelektronischen Bauelements auf einer Leiterplatte. Dies ist vorteilhaft, da weniger hochentwickelte Ausrichtungsmechanismen erforderlich sind, um die korrekte Positionierung der optoelektronischen Bauelemente auf einer Leiterplatte sicherzustellen, was zu geringeren Herstellungskosten führt.
- Die LLP-Implementierung in optoelektronischen Gehäusen ist vorteilhaft, da die Grösse des optoelektronischen Gehäuses verringert werden kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Grösse von LLPs ungefähr 0,9 mm +/– 0,1 mm in der Höhe und 7 × 7, 9 × 9,5 und 9,5 × 9,5 mm für die LLP-Entwürfe
44L ,50L bzw.52L . Der kleine Formfaktor der LLPs ermöglicht, dass eine höhere Anzahl der optoelektronischen Gehäuse nebeneinander angeordnet wird, so dass eine hohe Sendedichte erzielt werden kann. Eine hohe Sendedichte bedeutet, dass eine hohe Anzahl von optischen Bauelementen innerhalb einer gegebenen Menge an Platz auf einer Leiterplatte angeordnet werden kann. Der kleine Formfaktor des optoelektronischen Bauelements ermöglicht auch, dass ein Sendeempfängerbauelement mehrere Laser und Detektoren enthält, so dass ein Mehrkanal-Sendeempfänger ausgebildet werden kann. -
4A stellt ein optoelektronisches Bauelement400 gemäss einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das Bauelement400 weist ein LLP402 auf, das elektrische Kontakte404 aufweist, die langgestreckt sind, so dass sie sich über die Seitenflächen406 des LLP402 hinaus erstrecken. Die langgestreckten elektrischen Kontakte406 sind insofern nützlich, als sie gleichzeitig auf eine Leiterplatte gepresst werden können als Verfahren zum Befestigen des optoelektronischen Bauelements400 . Eine Heissstab-Pressmaschine kann beispielsweise gleichzeitig die langgestreckten Kontakte404 entlang einer Kante des LLP402 pressen. Die Heissstabpresse kann auch so geformt sein, dass sie gleichzeitig die langgestreckten Kontakte404 an mehr als einer Kante des LLP402 presst. - Das Heissstabpressen der langgestreckten Kontakte
404 ist eine sehr schnelle Weise zum Befestigen des optoelektronischen Bauelements auf einer Leiterplatte. Da nicht das gesamte optoelektronische Gehäuse einem Heizprozess unterzogen wird, wie es beispielsweise erforderlich ist, wenn eine Lötbefestigung, wie in3B gezeigt, gehärtet wird, wird das Bauelement auch nicht dem Risiko eines Wärmeschadens ausgesetzt. Beim Heissstabpressen wird die Chipanschlusskontaktstelle typischerweise mit thermisch leitendem, stark gefüllten Epoxy an die Mutterleiterplatte gebondet. -
4A und4B stellen ein anderes Ausführungsbeispiel einer OSA408 dar, wobei kein biegsames Schaltungsband, wie in3A und3B gezeigt, verwendet wird. In diesem Fall befinden sich ein Strahler410 und ein optischer Detektor412 auf der unteren Oberfläche der OSA408 . Spiegel414 sind angeordnet, um. Lichtsignale zu und von den optischen Fasern416 zu reflektieren. Der Strahler410 und der Detektor412 sind über die Unterseite der OSA408 mit den Lötkugeln314 verbunden. -
7 stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements400 dar, das innerhalb einer Hülsenvorrichtung1100 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.8 stellt eine Querschnittsansicht des optoelektronischen Bauelements400 entlang der Linie 8-8 dar. Die Hülsenvorrichtung1100 dient zum Verstärken der Verbindung zwischen der optischen Faser416 , der OSA408 und dem LLP402 . Da sich drei Kanten des LLP402 von den Kanten der Hülsenvorrichtung1100 erstrecken, kann Heissstabpressen entlang der drei freiliegenden Kanten durchgeführt werden, um das optoelektronische Bauelement400 an einer Leiterplatte zu befestigen. Die Füsse1112 der Hülsenvorrichtung1100 werden auch an der Leiterplatte befestigt, um die Verbindung zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der Leiterplatte weiter zu verstärken. - Lange Anschlussdrahtlängen ermöglichen das Drahtbonden von kleinen Chips innerhalb der grossen Kontaktstelle. Die Wahl der Verwendung eines Polyimidrings zum Aufrechterhalten der Anschlussdraht-Coplanarität zum Handhaben und Drahtbonden ist möglich.
-
5 stellt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines LLP500 dar, das als Teil eines optoelektronischen Bauelements verwendet wird. Das LLP500 enthält mehrere Halbleiterchips502 ,504 und506 . Die elektrischen Wege, die mit jedem der Chips502 ,504 und506 verbunden sind und zur oberen Oberfläche des LLP-Gehäuses führen, sind nicht dargestellt, um die Chips deutlicher zu zeigen. Der Deutlichkeit halber ist auch nur eine Darstellung der geformten Kappe des LLP500 in einer gestrichelten Linie gezeigt. Die Verwendung von mehreren und separaten Chips ist insofern vorteilhaft, als eine Störung oder Nebensprechen zwischen den verschiedenen Schaltungsarten innerhalb eines einzelnen Chips vermieden werden kann. Innerhalb eines einzelnen Chips kann beispielsweise die Schaltung für die Takt- und Datenrückgewinnungs-(CDR)Einheit, die Parallel-Serien-Umsetzer/Serien-Parallel-Umsetzer-Einheit, den Lasertreiber und den Transimpedanzverstärker (TIA) eine elektromagnetische Störung verursachen, die die Leistung der anderen Schaltungen unterbricht. Wenn, wie im LLP500 , jedoch die separaten Schaltungsarten innerhalb separater Chips (Chip502 ,504 und506 ) verkörpert werden, ist jeder Chip502 ,504 und506 vom anderen beabstandet, um potentielles Nebensprechen zwischen den Chips wesentlich zu verringern. Jeder Chip ist auf einer jeweiligen Chipanschlusskontaktstelle508 ,510 und512 montiert, so dass jeder Chip vom anderen elektrisch isoliert ist. Die Zerlegung der Schaltung in separate Chips erhöht die Leistung von optoelektronischen Bauelementen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist es möglich, mehrere Chips auf einer einzelnen Chipanschlusskontaktstelle anzuordnen. - Im LLP
500 ist der Chip502 ein CDR, der Chip504 ist ein Lasertreiber und der Chip506 ist ein TIA. Verschiedene Zahlen und Kombinationen von Chiparten können innerhalb eines einzelnen LLP-Gehäuse-Formfaktors angeordnet werden. Die Anzahl und Kombination von Chips hängt von den speziellen Anwendungsanforderungen ab. Die Zerlegung der Schaltung in separate Chips erleichtert auch die Konstruktion eines Mehrkanal-Sendeempfängers, wobei ein einzelnes optoelektronisches Gehäuse mehrere Laser und mehrere Detektoren enthält. Die Verringerung des Nebensprechens in solchen Bauelementen ist entscheidend, da eine grosse Anzahl von verschiedenen Schaltungen beteiligt ist.6 stellt eine Vorderdraufsicht auf eine OSA600 mit mehreren Laserlichtstrahlern602 und mehreren Detektoren604 dar. Die OSA600 kann wie in5 mit einer LLP-CSA mit einzelnen und getrennten Chips verbunden werden.
Claims (5)
- Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Halbleiterbauelementgehäuse (
14 ;402 ;500 ) mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine, LLP, und mit einem ersten Halbleiterchip (17 ;502 ,504 ,506 ), wobei das Halbleiterbauelementgehäuse eine Vielzahl von elektrischen Kontakten (15 ;404 ) aufweist, die mit dem ersten Halbleiterchip (17 ;502 ,504 ,506 ) verbunden sind und innerhalb des Umfangs des Halbleiterbauelementgehäuses (14 ;402 ;500 ) an der Unterseite des Halbleiterbauelementgehäuses (14 :402 ;500 ) freiliegen; mindestens einer aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung (30 ), die mit dem ersten Halbleiterchip (17 ;502 ,504 ,506 ) elektrisch verbunden ist, wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30 ) eine Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche aufweist; wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30 ) ein Lötkontakthügel ist, und einem Kunststoffmaterial, das zumindest einen Teil des ersten Halbleiterchips (17 ;502 ,504 ,506 ) und der aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung (30 ) bedeckt, so daß die Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche durch das Kunststoffmaterial freiliegt, und ein zweites Bauelement (302 ;408 ), das an dem Halbleiterbauelementgehäuse (14 ;402 ;500 ) über die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30 ) befestigt und mit dem ersten Halbleiterchip (17 ;502 ,504 ,506 ) über die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung (30 ) elektrisch verbunden ist, wobei das zweite Bauelement (302 ;408 ) ein optisches Bauelement mit mindestens einer Lichtemissionsvorrichtung (306 ;410 ), mindestens einem optischen Detektor (308 ;412 ) und einem Körper (304 ) zum Halten der mindestens einen Lichtemissionsvorrichtung (306 ;410 ) und des mindestens einen optischen Detektors (308 ;412 ) ist. - Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das zweite Bauelement (
302 ;408 ) mindestens einen elektrischen Kontakt aufweist, der auf einer Oberfläche des zweiten Bauelements (302 ;408 ) ausgebildet ist und der mit der aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung (30 ) des Halbleiterbauelementgehäuses (14 ;402 ;500 ) elektrisch verbunden ist, wobei das zweite Bauelement (302 ;408 ) mit dem ersten Halbleiterchip (17 ;502 ,504 ,506 ) in elektrischer Verbindung steht. - Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine elektrische Kontakt ein Lötkontakthügel ist.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche flach und bündig mit einer Oberfläche des Kunststoffmaterials ist.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Chip (
17 ;502 ,504 ,506 ) an einer Chipanschlußkontaktstelle befestigt ist, wobei die Chipanschlußkontaktstelle teilweise mit dem Kunststoffmaterial bedeckt ist.
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