DE10217073A1 - Miniatur-Halbleitergehäuse für optoelektronische Bauelemente - Google Patents

Miniatur-Halbleitergehäuse für optoelektronische Bauelemente

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Gehäuses (14) 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 (300) auch einen kleinen Gesamtformfaktor aufweist.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen optoelektronische Bauelemente und insbesondere die Verwendung von Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mit optoelektronischen Bauelementen.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 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.
    • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung 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 Merkmale 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.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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
  • Fig. 1A ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Leiterrahmenstreifen, der sich zur Verwendung beim Ausbilden von Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine eignet.
  • Fig. 1B ist eine vergrößerte Draufsicht auf ein Ende des Leiterrahmenstreifens von Fig. 1A, welche eine Matrix von Bauelementbereichen darstellt.
  • Fig. 2 ist eine Querschnittsseitenansicht eines herkömmlichen Gehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine.
  • Fig. 3A stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
  • Fig. 3B stellt das optoelektronische Bauelement von Fig. 3A in einer Querschnitts-Seitendraufsicht dar.
  • Fig. 4A stellt ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
  • Fig. 4B stellt das optoelektronische Bauelement von Fig. 4A entlang der Linie 4B-4B dar.
  • Fig. 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.
  • Fig. 6 stellt eine Vorderdraufsicht auf eine OSA mit mehreren Laserlichtstrahlern und mehreren Detektoren dar.
  • Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements dar, das innerhalb einer Hülsenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befestigt ist.
  • Fig. 8 stellt eine Querschnittsansicht von Fig. 7 entlang der Linie 8-8 dar.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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. Es ist jedoch für einen Fachmann ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Vorgänge nicht im einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig unklar zu machen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung 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 die Verwendung eines Metall- (typischerweise Kupfer) Substrats bei der Ausbildung eines Chipmaßstabsgehäuses (CSP) in Betracht. Wie in den Fig. 1A und 1B dargestellt, ist in typischen Gehäusen mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine ein Leiterrahmenstreifen oder eine Leiterrahmenplatte 10 aus Kupfer strukturiert, um eine Vielzahl von Anordnungen oder Matrizes 11 von Halbleiterbauelementbereichen 12 festzulegen. Jeder Bauelementbereich 12 umfaßt eine Chipanschlußkontaktstelle 13 und eine Vielzahl von Kontakten 15, die um ihre zugehörige Chipanschlußkontaktstelle 13 angeordnet sind. Sehr feine Verbindungsstreben 16 werden verwendet, um die Chipanschlußkontaktstellen 13 und Kontakte 15 abzustützen.
  • Fig. 2 stellt eine Querschnittsansicht eines typischen resultierenden Gehäuses 14 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine dar. Die Chipanschlußkontaktstelle 13 trägt einen Chip 17, der mit seinen zugehörigen Kontakten 15 durch Bondrähte 18 elektrisch verbunden ist. Eine geformte Kappe 20 verkappt den Chip 17 und die Bonddrähte 18 und füllt die Spalte zwischen der Chipanschlußkontaktstelle 13 und den Kontakten 15, wodurch sie zum Halten der Kontakte 15 an der Stelle dient. Es sollte zu erkennen sein, daß während der Vereinzelung der einzelnen Gehäuse 14 die Verbindungsstreben 16 geschnitten werden und daher die einzigen Materialien, die die Kontakte 15 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.
  • Fig. 3A stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das optoelektronische Bauelement 300 umfaßt ein Bauelement 302 einer optischen Baugruppe (OSA), das auf einem Halbleiterbauelementgehäuse 14 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine montiert ist. Fig. 3B stellt das optoelektronische Bauelement 300 von Fig. 3A in einer Querschnitts-Seitendraufsicht dar. Das LLP 14 umfaßt eine Chipanschlußkontaktstelle 13, die einen Halbleiterchip 17 trägt. Der Halbleiterchip 17 ist derart drahtgebondet, daß Drähte 18 die Kontaktflecke (nicht dargestellt) des Chips 17 mit den elektrischen Kontakten 15 verbinden. Außerdem weist das LLP 14 aufwärts verbindende elektrische Wege 30 auf, die mit elektrischen Kontaktflecken auf der oberen Oberfläche des Chips 17 verbunden sind. Die aufwärts verbindenden Wege 30 liegen durch die obere Oberfläche der geformten Kappe 20 frei. Die aufwärts verbindenden Wege 30 sehen die elektrische Verbindung zwischen dem Chip 17 und der OSA 302 vor. Typischerweise werden die aufwärts verbindenden Wege 30 aus Lötkugelmaterialgebilden ausgebildet. Verschiedene leitende Materialien können jedoch auch verwendet werden.
  • Das Ausführungsbeispiel der OSA 302 in Fig. 3A und 3B zeigt, daß die OSA 302 einen Körper 304, einen Strahler 306 und einen optischen Detektor 308 und optische Fasern 310 aufweist. Der Körper 304 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 Körper 304 sind Wärmestabilität, ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und eine Fertigungsfähigkeit mit hoher Präzision. Der Strahler 306 und der Detektor 308 sind üblicherweise bekannte Bauelemente, die zum Senden bzw. Empfangen von Lichtsignalen verwendet werden, die durch die Fasern 310 hindurchtreten. Der Strahler 306 und der Detektor 308 sind jeweils mit einem biegsamen Schaltungsband 312 elektrisch verbunden, das ein biegsames Band mit eingebetteten Leiterbahnen ist. Das biegsame Schaltungsband 312 umwickelt die Seite und die untere Oberfläche der OSA 302, so daß der Strahler 306 und der Detektor 308 mit dem Chip 17 verbunden werden können. Die Leiterbahnen auf dem Band 312 sind mit den aufwärts verbindenden Wegen 30 durch leitende Lötkugeln 314 verbunden. Die leitenden Lötkugeln 314 sehen elektrische Wege und ein Verfahren zum Bonden der OSA 302 an das LLP 14 vor. Um die Bindung zwischen der OSA 302 und dem LLP 14 zu verstärken, wird ein Fugenfüllmaterial 316 in den Abstandsspalt zwischen der OSA 302 und dem LLP 14 eingespritzt. Das Fugenfüllmaterial 316 sieht auch einen Weg für die Wärmeableitung zwischen der OSA 302 und dem LLP 14 vor. Man beachte, daß bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Körper 304 und das biegsame Schaltungsband 312 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 Kontakten 15 von 44 bis 50 bis 52 und einer beliebigen Anzahl dazwischen variieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von elektrischen Kontakten 15 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 LLP 14 freiliegt, erleichtert die thermische Leitfähigkeit vom LLP 14 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 LLP 14 ist keine Chipanschlußkontaktstelle enthalten, so daß der Chip 17 auf der unteren Oberfläche des LLP 14 freiliegt. In diesem Fall kann Wärme vom Chip 17 direkt zu einer Leiterplatte strömen, ohne durch eine Chipanschlußkontaktstelle zu strömen.
  • Das LLP 14 kann durch Anordnen von Lötmittel auf den elektrischen Kontakten 15 und der Chipanschlußkontaktstelle 13 an einer Leiterplatte befestigt werden. Das Lötmaterial ermöglicht, daß Wärme von den elektrischen Kontakten 15 und der Chipanschlußkontaktstelle 13 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.
  • Fig. 4A stellt ein optoelektronisches Bauelement 400 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das Bauelement 400 weist ein LLP 402 auf, das elektrische Kontakte 404 aufweist, die langgestreckt sind, so daß sie sich über die Seitenflächen 406 des LLP 402 hinaus erstrecken. Die langgestreckten elektrischen Kontakte 406 sind insofern nützlich, als sie gleichzeitig auf eine Leiterplatte gepreßt werden können als Verfahren zum Befestigen des optoelektronischen Bauelements 400. Eine Heißstab-Preßmaschine kann beispielsweise gleichzeitig die langgestreckten Kontakte 404 entlang einer Kante des LLP 402 pressen. Die Heißstabpresse kann auch so geformt sein, daß sie gleichzeitig die langgestreckten Kontakte 404 an mehr als einer Kante des LLP 402 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 in Fig. 3B 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.
  • Fig. 4A und 4B stellen ein anderes Ausführungsbeispiel einer OSA 408 dar, wobei kein biegsames Schaltungsband, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, verwendet wird. In diesem Fall befinden sich ein Strahler 410 und ein optischer Detektor 412 auf der unteren Oberfläche der OSA 408. Spiegel 414 sind angeordnet, um. Lichtsignale zu und von den optischen Fasern 416 zu reflektieren. Der Strahler 410 und der Detektor 412 sind über die Unterseite der OSA 408 mit den Lötkugeln 314 verbunden.
  • Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements 400 dar, das innerhalb einer Hülsenvorrichtung 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Fig. 8 stellt eine Querschnittsansicht des optoelektronischen Bauelements 400 entlang der Linie 8-8 dar. Die Hülsenvorrichtung 1100 dient zum Verstärken der Verbindung zwischen der optischen Faser 416, der OSA 408 und dem LLP 402. Da sich drei Kanten des LLP 402 von den Kanten der Hülsenvorrichtung 1100 erstrecken, kann Heißstabpressen entlang der drei freiliegenden Kanten durchgeführt werden, um das optoelektronische Bauelement 400 an einer Leiterplatte zu befestigen. Die Füße 1112 der Hülsenvorrichtung 1100 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.
  • Fig. 5 stellt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines LLP 500 dar, das als Teil eines optoelektronischen Bauelements verwendet wird. Das LLP 500 enthält mehrere Halbleiterchips 502, 504 und 506. Die elektrischen Wege, die mit jedem der Chips 502, 504 und 506 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 LLP 500 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 LLP 500, jedoch die separaten Schaltungsarten innerhalb separater Chips (Chip 502, 504 und 506) verkörpert werden, ist jeder Chip 502, 504 und 506 vom anderen beabstandet, um potentielles Nebensprechen zwischen den Chips wesentlich zu verringern. Jeder Chip ist auf einer jeweiligen Chipanschlußkontaktstelle 508, 510 und 512 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 Chip 502 ein CDR, der Chip 504 ist ein Lasertreiber und der Chip 506 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. Fig. 6 stellt eine Vorderdraufsicht auf eine OSA 600 mit mehreren Laserlichtstrahlern 602 und mehreren Detektoren 604 dar. Die OSA 600 kann wie in Fig. 5 mit einer LLP-CSA mit einzelnen und getrennten Chips verbunden werden.
  • Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine eine der Komponenten eines Stapelbauelementgehäuses bilden, wobei das an dem LLP angebrachte Komponentenbauelement ein anderes als ein optisches Bauelement ist. Das an dem LLP angebrachte Komponentenbauelement kann eine Vielzahl von Bauelementen sein, wie z. B. Halbleiterbauelementgehäuse, drahtlose Sender, drahtlose Empfänger, drahtlose Sendeempfänger, drahtlose optische Module (Freiraumoptik) sowie andere Bauelemente. Wiederum ist der kleine Formfaktor des LLP insofern vorteilhaft, als er ermöglicht, daß die gestapelte Kombination von Komponentenbauelementen einen kleineren Gesamtformfaktor aufweist.
  • Obwohl diese Erfindung hinsichtlich mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, bestehen Änderungen, Vertauschungen und Äquivalente, die innerhalb den Schutzbereich dieser Erfindung fallen. Es sollte auch beachtet werden, daß es viele alternative Weisen, zum Implementieren der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt. Es ist daher vorgesehen, daß die folgenden beigefügten Ansprüche so interpretiert werden, daß sie alle solchen Änderungen, Vertauschungen und Äquivalente, die innerhalb den wahren Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, einschließen.

Claims (33)

1. Optoelektronisches Bauelement mit:
einem Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mit elektrischen Kontaktflächen, die sich auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine befinden, und
einer optischen Baugruppe, die mindestens eine Lichtemissionsvorrichtung und mindestens einen optischen Detektor aufweist, wobei die optische Baugruppe auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses derart angeordnet ist, daß die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit den elektrischen Kontaktflächen des Halbleitergehäuses elektrisch verbunden sind.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit den elektrischen Kontaktflächen des Halbleiterbauelementgehäuses durch ein biegsames Schaltungsband elektrisch verbunden sind, welches folgendes umfaßt:
ein biegsames Bandmaterial mit eingebetteten Leiterbahnen, wobei die eingebetteten Leiterbahnen einen ersten Satz der Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit der Lichtemissionsvorrichtung verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen elektrischen Kontaktfläche verbunden ist, aufweist, und einen zweiten Satz von Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit dem optischen Detektor verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen elektrischen Kontaktfläche verbunden ist, aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 2, wobei das biegsame Schaltungsband an eine Seite und eine untere Oberfläche der optischen Baugruppe geklebt ist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine eine Chipanschlußkontaktstelle und eine Vielzahl von elektrischen Kontakten aufweist, die durch die untere Oberfläche freiliegen, wobei das optoelektronische Bauelement ferner folgendes umfaßt:
eine Leiterplatte mit elektrisch leitenden Kontaktstellen, wobei das optoelektronische Bauelement an der Leiterplatte mit einer leitenden Lötpaste befestigt ist, die auf die untere Oberfläche der Chipanschlußkontaktstelle und die elektrischen Kontakte aufgebracht ist, wodurch Wärmeenergie vom Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine durch die Chipanschlußkontaktstelle zur Leiterplatte strömen kann.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine eine Vielzahl von elektrischen Kontakten aufweist, die durch die untere Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses freiliegen, wobei zumindest einer der elektrischen Kontakte einen Teil aufweist, der sich über eine Umfangskante des Halbleiterbauelementgehäuses hinaus erstreckt.
6. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 5, wobei sich ein Teil der elektrischen Kontakte an drei Umfangskanten des Halbleiterbauelementgehäuses über ihre jeweilige Umfangskante des Halbleiterbauelementgehäuses hinaus erstrecken.
7. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 5, welches ferner folgendes umfaßt:
eine Leiterplatte mit einer Vielzahl von Leiterplatten-Kontaktstellen, wobei das optoelektronische Bauelement an der Leiterplatte derart befestigt ist, daß der Teil des elektrischen Kontakts, der sich über die Umfangskante des Halbleiterbauelements hinaus erstreckt, auf eine jeweilige der Leiterplatten-Kontaktstellen heißstabgepreßt ist.
8. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 6, welches ferner folgendes umfaßt:
eine optoelektronische Sendeempfängerbaueinheit zum Verbinden einer optischen Faser mit der optischen Baugruppe, wobei die Sendeempfängerbaueinheit folgendes umfaßt
eine relativ starre Hülsenvorrichtung mit einer Befestigungsstruktur, die dazu ausgelegt ist, eine starre Befestigung an dem Halbleiterbauelementgehäuse in einer Weise vorzusehen, die im wesentlichen eine relative Bewegung zwischen diesen verhindert, wobei die drei Umfangskanten des Halbleiterbauelementgehäuses verlängerte elektrische Kontakte aufweisen, die außerhalb der Hülsenvorrichtung angeordnet sind, wobei die Hülsenvorrichtung eine Buchse festlegt, die zum Ausrichten der Aufnahme der optischen Faser darin für eine optische Kopplung mit der optischen Baugruppe bemessen ist; und
eine Vielzahl von Montageelementen, die mit der Hülsenvorrichtung zusammenwirken, um die Hülsenvorrichtung und das Halbleitergehäuse an einer Leiterplatte als Einheit zu montieren.
9. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 8, welches ferner folgendes umfaßt:
eine Leiterplatte mit einer Vielzahl von Leiterplatten-Kontaktstellen, wobei das optoelektronische Bauelement an der Leiterplatte derart befestigt ist, daß die Teile der elektrischen Kontakte, die sich über die Umfangskanten des Halbleiterbauelements hinaus erstrecken, auf eine jeweilige der Leiterplatten-Kontaktstellen heißstabgepreßt sind.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mehr als einen Halbleiterchip enthält.
11. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 10, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Durchführen von Takt- und Datenrückgewinnungsfunktionen enthält.
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 10-11, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Durchführen von Parallel-Seriell-Umsetzungs- und Seriell- Parallel-Umsetzungsfunktionen enthält.
13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 10-12, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Ansteuern eines Laserstrahlers enthält.
14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 10-13, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung enthält, die elektronische Signale verstärkt.
15. Halbleiterbauelement, umfassend:
ein Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mit
einem ersten Halbleiterchip;
mindestens einer aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung, die mit dem ersten Chip elektrisch verbunden ist, wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung eine Aufwärtsverbindungs- Kontaktfläche aufweist; und
einem Kunststoffmaterial, das zumindest einen Teil des ersten Chips und der aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung bedeckt, so daß die Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche durch das Kunststoffmaterial freiliegt.
16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, welches ferner folgendes umfaßt:
ein zweites Bauelement, das an dem Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine derart befestigt ist, daß es mit dem ersten Halbleiterchip über die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung elektrisch verbunden ist.
17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, wobei das zweite Bauelement ferner folgendes umfaßt:
mindestens einen elektrischen Kontakt, der auf einer Oberfläche des zweiten Bauelements ausgebildet ist und der mit der aufwärts verbindenden Verbindungseinrichtung des Halbleiterbauelementgehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine elektrisch verbunden ist, wobei das zweite Bauelement mit dem ersten Halbleiterchip in elektrischer Verbindung steht.
18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, wobei:
das zweite Bauelement ein zweiter Halbleiterchip ist; und
der elektrische Kontakt ein Lötkontakthügel ist.
19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, wobei das zweite Bauelement ein optisches Bauelement mit mindestens einer Lichtemissionsvorrichtung und mindestens einem optischen Detektor ist.
20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit jeweiligen Aufwärtsverbindungs-Kontaktflächen des Halbleiterbauelementgehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine durch ein biegsames Schaltungsband elektrisch verbunden sind, welches folgendes umfaßt:
ein biegsames Bandmaterial mit eingebetteten Leiterbahnen, wobei die eingebetteten Leiterbahnen einen ersten Satz der Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit der Lichtemissionsvorrichtung verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen Aufwärtsverbindungs- Kontaktfläche verbunden ist, aufweist, und einen zweiten Satz von Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit dem optischen Detektor verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche verbunden ist, aufweist.
21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, wobei das biegsame Schaltungsband an eine Seite und eine untere Oberfläche des optischen Bauelements geklebt ist.
22. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 15-21, wobei die aufwärts verbindende Verbindungseinrichtung ein Lötkontakthügel ist.
23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 15-22, wobei die Aufwärtsverbindungs-Kontaktfläche im wesentlichen flach und bündig mit einer Oberfläche des Kunststoffmaterials ist.
24. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 15-23, wobei der erste Chip an einer Chipanschlußkontaktstelle befestigt ist, wobei die Chipanschlußkontaktstelle teilweise mit dem Kunststoffmaterial bedeckt ist.
25. Optoelektronisches Bauelement mit:
einem Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mit elektrischen Kontaktflächen, die sich auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine befinden, und mehr als einem Halbleiterchip; und
einer optischen Baugruppe, die eine Lichtemissionsvorrichtung und einen optischen Detektor aufweist, wobei die optische Baugruppe auf der oberen Oberfläche des Halbleiterbauelementgehäuses derart angeordnet ist, daß die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit den elektrischen Kontaktflächen des Halbleitergehäuses elektrisch verbunden sind.
26. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 25, welches ferner folgendes umfaßt:
eine Vielzahl von Chipanschlußkontaktstellen, die innerhalb das Halbleiterbauelementgehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine eingebettet sind, wobei jede der Chipanschlußkontaktstellen einen jeweiligen Halbleiterchip trägt.
27. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25 oder 26, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Durchführen von Takt- und Datenrückgewinnungsfunktionen enthält.
28. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25-27, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Durchführen von Parallel-Seriell-Umsetzungs- und Seriell- Parallel-Umsetzungsfunktionen enthält.
29. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25-28, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung zum Ansteuern eines Laserstrahlers enthält.
30. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25-29, wobei einer der Halbleiterchips eine Schaltung enthält, die elektronische Signale verstärkt.
31. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25-30, wobei die optische Baugruppe ferner folgendes umfaßt:
eine Vielzahl von Lichtemissionsvorrichtungen und eine Vielzahl von optischen Detektoren.
32. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 25-31, wobei die Lichtemissionsvorrichtung und der optische Detektor mit den elektrischen Kontaktflächen des Halbleiterbauelementgehäuses durch ein biegsames Schaltungsband elektrisch verbunden sind, welches folgendes umfaßt:
ein biegsames Bandmaterial mit eingebetteten Leiterbahnen, wobei die eingebetteten Leiterbahnen einen ersten Satz der Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit der Lichtemissionsvorrichtung verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen elektrischen Kontaktfläche verbunden ist, aufweist, und einen zweiten Satz von Leiterbahnen umfassen, wobei jede der Leiterbahnen ein erstes Ende, das mit dem optischen Detektor verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer jeweiligen elektrischen Kontaktfläche verbunden ist, aufweist.
33. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 32, wobei das biegsame Schaltungsband an eine Seite und eine untere Oberfläche der optischen Baugruppe geklebt ist.
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