DE102004003928B4 - A miniaturized SM-technology optoelectronic device and method of making this device - Google Patents

A miniaturized SM-technology optoelectronic device and method of making this device Download PDF

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Abstract

Ein auf SM-Technologie basierendes optoelektronisches Bauelement mit: einem elektrisch leitenden Rahmen (1), der als Grundmaterial für die Bestückung verwendet wird, mindestens ein optoelektronischer Chip (3), der auf das Grundmaterial aufgesetzt ist; und einer elektrischen Verbindung zwischen dem optoelektronischen Chip (3) und dem elektrisch leitenden Material (1) mittels Verdrahtungsmittel (6); Lötstützpunkten die Teil des elektrisch leitenden Rahmens sind und die am Boden und Seitenteilen des Bauelements zugänglich sind, eine Reihe von in den elektrisch leitenden Rahmen eingearbeiteter Rillen und Flügel zum Verstärken einer Verankerung ung, wobei sich zur Bildung eines Flügels eine umlaufende Fläche des Rahmens von einer unteren Basisfläche des Rahmens zu einer oberen Fläche des Rahmens nach außen erweitert, derart, dass sich eine Ausbuchtung zur Aufnahme einer Harzmasse bildet, wobei der elektrisch leitende Rahmen mit einer harten durchsichtigen oder Licht durchlässigen Harzmasse eingeschlossen ist, um das...An SM technology-based optoelectronic device comprising: an electrically conductive frame (1) used as a base material for mounting, at least one optoelectronic chip (3) mounted on the base material; and an electrical connection between the optoelectronic chip (3) and the electrically conductive material (1) by means of wiring means (6); Lötstützpunkten which are part of the electrically conductive frame and which are accessible at the bottom and side parts of the device, a series of incorporated in the electrically conductive frame grooves and wings for reinforcing an anchoring ung, wherein forming a wing, a circumferential surface of the frame of a lower base surface of the frame to an upper surface of the frame widens outwardly, so as to form a recess for receiving a resin composition, wherein the electrically conductive frame is enclosed with a hard transparent or light-permeable resin composition to the ...

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mit Surface Mount Technologie bestückbares optoelektronisches Bauelement.The present invention relates to a mountable with surface mount technology optoelectronic device.

Technologischer HintergrundTechnological background

Heutzutage sind viele verschiedene Arten von mit SM-Technologie bestückbaren optoelektronischen Bauelementen erhältlich. Im allgemeinen können sie in zwei Hauptgruppen unterteilt werden. Die erste Hauptgruppe bezieht sich auf die auf PCBs montierten mit SM-Technologie bestückbaren optoelektronischen Bauelemente. Diese Arten von optoelektronischen Bauelementen werden häufig in weniger anspruchsvollen Anwendungen wie Unterhaltungselektronik eingesetzt. Als Beispiel dienen die 0603 Chip LED-Produkte, die heute erhältlich sind. Ein PCB wird als Grundmaterial verwendet. Metallisierte Bahnen und Lotflecken werden für Chip-Befestigung, Drahtanschluss und Verlöten der Lötstifte bereitgestellt. Dieses optoelektronische Bauelement stellt ein einfaches Mittel zur Verfügung, um kleine Baugrößen und niedrige Höhenprofile zu erzielen. Es hat jedoch seine eigenen Grenzen. Wärmeableitung ist aufgrund der schlechten thermischen Leitfähigkeit des PCB-Materials beschränkt. Außerdem sind die Produkte bei Feuchtigkeit und hohen Temperaturen störanfällig.There are many different types of optoelectronic devices available with SM technology available today. In general, they can be divided into two main groups. The first main group refers to PCB-mounted SM technology-mountable optoelectronic devices. These types of optoelectronic devices are often used in less demanding applications such as consumer electronics. For example, the 0603 Chip LED products available today. A PCB is used as the base material. Metallized traces and solder pads are provided for die attach, wire termination, and solder pin soldering. This optoelectronic device provides a simple means to achieve small sizes and low height profiles. However, it has its own limits. Heat dissipation is limited due to the poor thermal conductivity of the PCB material. In addition, the products are prone to failure in moisture and high temperatures.

Die zweite Gruppe bezieht sich auf mit SM-Technologie bestückbare optoelektronische Bauelemente, die auf Leiterrahmen aufsitzen. Dieser Typ optoelektronischer Bauelemente ist in anspruchsvolleren Anwendungen aus Industrie und Automobilbau weit verbreitet. Ein klassisches Beispiel sind die PLCC2 und PLCC4 Bauteile. Im US 6 459 130 B1 wird von Arndt et. al. Beschrieben, dass ein optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen als Grundmaterial zur Bestückung verwendet wird, Kunststoff wird auf den Rahmen eingegossen, um ein Gehäuse für die Bauteile und eine Eintiefung für die Befestigung des Chips bereitzustellen. Anschließend wird klares oder mattes Harz in die Eintiefung gegossen, um Lichtwellenübertragung zu ermöglichen. Der Stützrahmen ragt aus dem Gehäuse und wird gebogen und geformt, um als Lötpunkt zu dienen. Dieser Typ optoelektronischer Bauelemente stellt gute Robustheit und eine gute Fähigkeit zur Wärmeableitung bereit. Aufgrund der Einschränkungen bei der Verarbeitung ist jedoch der Grad der möglichen Miniaturisierung begrenzt. Die Anforderung eines reflektierenden Gehäuses und geformter Lötpunkte limitiert jedoch die Miniaturisierung des optoelektronischen Bauteils.The second group refers to opto-electronic components which can be fitted with SM technology and which rest on lead frames. This type of optoelectronic device is widely used in more demanding industrial and automotive applications. A classic example is the PLCC2 and PLCC4 components. in the US 6,459,130 B1 is by Arndt et. al. Described that an optoelectronic device is used with a lead frame as the base material for assembly, plastic is poured onto the frame to provide a housing for the components and a recess for the attachment of the chip. Then clear or dull resin is poured into the recess to allow lightwave transmission. The support frame protrudes from the housing and is bent and shaped to serve as a soldering point. This type of opto-electronic device provides good ruggedness and good heat dissipation capability. Due to the limitations of processing, however, the degree of possible miniaturization is limited. However, the requirement of a reflective housing and molded solder pads limits the miniaturization of the optoelectronic device.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Entsprechend wird ein miniaturisiertes mit SM-Technologie bestückbares optoelektronisches Bauelement bereitgestellt. Das optoelektronische Bauelement beinhaltet ein elektrisch leitendes Material, das eingesetzte Material wird als Grundmaterial für die Bestückung verwendet, mindestens einen optoelektronischer Chip, der auf das Grundmaterial aufgesetzt ist, sowie eine elektrische Verbindung zwischen dem optoelektronischen Chip und dem elektrisch leitenden Material mittels Verdrahtungsmitteln (6), wobei das Grundmaterial in eine harte durchsichtige oder Licht durchlässige Harzmasse eingeschlossen ist, um die Aussendung oder den Empfang von Lichtwellen mittels des optoelektronischen Bauelementes zu ermöglichen.Accordingly, a miniaturized SM-technology optoelectronic device is provided. The optoelectronic component comprises an electrically conductive material, the material used is used as the base material for the assembly, at least one optoelectronic chip which is placed on the base material, and an electrical connection between the optoelectronic chip and the electrically conductive material by means of wiring means ( 6 ), wherein the base material is enclosed in a hard transparent or translucent resin composition to enable the transmission or reception of light waves by means of the optoelectronic component.

Das Bauelement dient für hochintegrierte Anwendungen, bei denen Größe ein kritisches Merkmal darstellt. Die Erfindung ist auch hinsichtlich der Wärmeableitung leistungsfähiger, da ein dickes Grundmaterial als Wärmesenke beim vorliegenden Design verwendet wird.The device is used for highly integrated applications where size is a critical feature. The invention is also more efficient in terms of heat dissipation since a thick base material is used as the heat sink in the present design.

Die vorliegende Erfindung besteht aus gewissen neuen Eigenschaften und einer Verbindung von Bauteilen, die nachfolgend in den beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben und veranschaulicht werden und die insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen herausgestellt werden.The present invention consists of certain novel features and a combination of components which are fully described and illustrated hereinafter in the accompanying drawings and which are pointed out with particularity in the appended claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Zum Zwecke einer Vereinfachung des Verständnisses der Erfindung wird die bevorzugte Ausführung davon in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, aus deren Untersuchung im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung die Erfindung, ihr Aufbau und Betrieb und viele ihrer Vorteile unmittelbar zu verstehen und anzuerkennen sein werden.For the purpose of simplifying the understanding of the invention, the preferred embodiment thereof is illustrated in the accompanying drawings, the examination of which, taken in conjunction with the following description, will be readily understood and appreciated the benefit of the invention, its construction and operation, and many advantages thereof.

1 ist ein zweidimensionaler Blick auf ein miniaturisiertes mit SM-Technologie bestückbares optoelektronisches Bauelement; 1 is a two-dimensional view of a miniaturized SM-technology optoelectronic device;

2 ist eine Querschnittzeichnung des miniaturisierten mit SM-Technologie bestückbaren optoelektronischen Bauelementes und veranschaulicht den Aufbau innerhalb des optoelektronischen Bauelementes; 2 is a cross-sectional view of the miniaturized SM-technology optoelectronic device and illustrates the structure within the optoelectronic device;

3 ist eine Querschnittzeichnung des miniaturisierten mit SM-Technologie bestückbaren optoelektronischen Bauelementes entsprechend den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung optional mit einem Reflexionsschirm; 3 Fig. 12 is a cross-sectional drawing of the miniaturized SM technology-mountable optoelectronic device according to the preferred embodiments of the present invention optionally with a reflection screen;

4 ist ein zweidimensionaler Blick auf das miniaturisierte mit SM-Technologie bestückbare optoelektronische Bauelement entsprechend den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit einem linsenförmigen Aufbau. 4 FIG. 12 is a two-dimensional view of the miniaturized SM technology-mountable optoelectronic device according to the preferred embodiments of the present invention having a lenticular configuration.

5 ist ein zweidimensionaler Blick auf das miniaturisierte mit SM-Technologie bestückbare optoelektronische Bauelement entsprechend den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit einer mehrfachen Linsenstruktur; 5 Fig. 12 is a two-dimensional view of the miniaturized SM technology mountable optoelectronic device according to the preferred embodiments of the present invention having a multiple lens structure;

6 ist eine zweidimensionale Bauteilzeichnung mit mehrfachen Lötstützpunkten. 6 is a two-dimensional component drawing with multiple solder pads.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungenDetailed description of the preferred embodiments

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mit SM-Technologie bestückbares optoelektronisches Bauelement. Ab hier beschreibt diese Spezifikation das optoelektronische Bauelement entsprechend den bevorzugten Ausführungen und mit Referenz auf die beiliegenden Zeichnungen. Bezugnehmend auf die Zeichnungen basiert das optoelektronische Bauelement auf der Surface Mount Technologie. Ein elektrisch leitendes Material (1), vorzugsweise ein Metallrahmen, dient als Grundmaterial für die Bestückung. Ein optoelektronischer Chip oder Chips (3) wird (werden) auf das Grundmaterial oder optional innerhalb der Eintiefung montiert. Das gesamte Grundmaterial wird dann von einer harten durchsichtigen oder Licht durchlässigen Harzmasse (4) eingeschlossen, so dass Lichtwellen durch dieses Material ausgesendet oder empfangen werden können. Der Einschluss im Harz schützt den optoelektronischen Chip von der äußeren Umgebung.The present invention relates to an SM-technology optoelectronic device. From this specification, this specification describes the optoelectronic device according to the preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings. Referring to the drawings, the optoelectronic device is based on surface mount technology. An electrically conductive material ( 1 ), preferably a metal frame, serves as the base material for the assembly. An optoelectronic chip or chips ( 3 ) is mounted on the base material or optionally inside the recess. The entire base material is then replaced by a hard transparent or translucent resin composition ( 4 ) so that light waves can be transmitted or received through this material. The inclusion in the resin protects the optoelectronic chip from the outside environment.

Lötstützpunkte (8) auf externe Untersysteme wie PCB werden vom Grundmaterial selbst bereitgestellt. Die Lötpunkte (8) sind Teil des elektrisch leitenden Rahmens (1) und sind auf der Unterseite und den Seitenabschnitten des optoelektronischen Bauelements positioniert. Die Stützpunkte (8) befinden sich mit dem Einschlussmaterial auf der gleichen horizontalen Ebene. Darüber hinaus ragen die Lötstützpunkte nicht über den äußeren Umfang des Bauelements, welcher durch das Einschlussmaterial geformt ist, hinaus. Abhängig von den Anforderungen der Anwendung ist eine verschiedene Anzahl von Lötstützpunkten möglich. Um die Lötstützpunkte zu erzeugen ist kein mechanischer Formungsprozess erforderlich. Diese Eigenschaften ermöglichen kleine Baugrößen und ebenso Bauteile mit einer großen Anzahl von Lötstützpunkten, welche bereitgestellt werden können, ohne durch Anforderungen des Formungsprozesses oder durch die Ausdehnung gesetzte Grenzen vorgegeben zu sein.Soldering points ( 8th ) on external subsystems such as PCB are provided by the base material itself. The solder points ( 8th ) are part of the electrically conductive frame ( 1 ) and are positioned on the bottom and side portions of the opto-electronic device. The bases ( 8th ) are on the same horizontal plane with the inclusion material. Moreover, the solder pads do not protrude beyond the outer circumference of the device formed by the confinement material. Depending on the requirements of the application, a different number of soldering pads is possible. To create the solder pads, no mechanical forming process is required. These characteristics enable small sizes as well as components with a large number of soldering pads, which can be provided without being dictated by molding requirements or expansion limits.

Der elektrisch leitende Rahmen (1), vorzugsweise Metall, ist durch eine Reihe von in das Grundmaterial eingearbeiteten 'Rillen' und 'Flügeln' (7) fest in die Harzmasse (4) eingebettet. Diese Eigenschaften erhöhen die Verankerung des Rahmens und minimieren infolgedessen das Eintreten von Schichtspaltung zwischen Harzmasse und Rahmen. Dies ist wichtig, weil Schichtspaltung eine der Grundursachen für Produktversagen gewesen ist.The electrically conductive frame ( 1 ), preferably metal, is defined by a series of 'grooves' and 'wings' ( 7 ) firmly into the resin composition ( 4 ) embedded. These properties increase the anchoring of the frame and, as a result, minimize the occurrence of delamination between the resin composition and the frame. This is important because delamination has been one of the root causes of product failure.

Optional kann eine Eintiefung (2) in den elektrisch leitenden Rahmen eingearbeitet werden. Diese Eintiefung kann durch Stanzen, Ätzen oder Kleinstbohren eingearbeitet werden. Ein optoelektronischer Chip kann dann in die Eintiefung eingesetzt werden, wobei die Eintiefung als Reflektor zum Kolliminieren der vom Chip ausgesendeten Strahlen dient.Optionally, a recess ( 2 ) are incorporated into the electrically conductive frame. This recess can be incorporated by punching, etching or micro-drilling. An opto-electronic chip can then be inserted into the recess, wherein the recess serves as a reflector for colliding the rays emitted by the chip.

In einer anderen Ausführung kann eine Linsenstruktur (5) als Teil des Einschlussmaterials integriert werden. Dies kann erzielt werden, indem sie in das Design der entsprechenden Druckgussform für den Einschlussprozess implementiert wird. Es können verschiedene Designs für die Linsen verwendet werden, um das gewünschte spektrale Lichtwellenmuster zu erhalten.In another embodiment, a lens structure ( 5 ) as part of the inclusion material. This can be achieved by implementing it in the design of the corresponding die for the inclusion process. Different lens designs can be used to obtain the desired spectral lightwave pattern.

In einer anderen Ausführung kann auch eine mehrfache Linsenstruktur integriert werden, um verschiedene funktionale Zwecke zu erzielen. Elektrische Verbindung(en) zwischen dem Chip und dem Grundmaterial wird (werden) durch einen metallischen Draht oder Drähte (6) bereitgestellt.In another embodiment, a multiple lens structure may also be integrated to achieve various functional purposes. Electrical connection (s) between the chip and the base material is (are) made by a metallic wire or wires ( 6 ) provided.

Claims (9)

Ein auf SM-Technologie basierendes optoelektronisches Bauelement mit: einem elektrisch leitenden Rahmen (1), der als Grundmaterial für die Bestückung verwendet wird, mindestens ein optoelektronischer Chip (3), der auf das Grundmaterial aufgesetzt ist; und einer elektrischen Verbindung zwischen dem optoelektronischen Chip (3) und dem elektrisch leitenden Material (1) mittels Verdrahtungsmittel (6); Lötstützpunkten die Teil des elektrisch leitenden Rahmens sind und die am Boden und Seitenteilen des Bauelements zugänglich sind, eine Reihe von in den elektrisch leitenden Rahmen eingearbeiteter Rillen und Flügel zum Verstärken einer Verankerung und zum Minimieren des Eintretens von Schichtspaltung, wobei sich zur Bildung eines Flügels eine umlaufende Fläche des Rahmens von einer unteren Basisfläche des Rahmens zu einer oberen Fläche des Rahmens nach außen erweitert, derart, dass sich eine Ausbuchtung zur Aufnahme einer Harzmasse bildet, wobei der elektrisch leitende Rahmen mit einer harten durchsichtigen oder Licht durchlässigen Harzmasse eingeschlossen ist, um das Senden und Empfangen von Lichtwellen durch das optoelektronische Bauelement zu ermöglichen, wobei die Lötstützpunkte nicht über den äußeren Umfang des Einschlussmaterials hinaus ragen.An SM technology-based optoelectronic device comprising: an electrically conductive frame ( 1 ), which is used as base material for the assembly, at least one optoelectronic chip ( 3 ), which is placed on the base material; and an electrical connection between the optoelectronic chip ( 3 ) and the electrically conductive material ( 1 ) by means of wiring ( 6 ); Soldering pads which are part of the electrically conductive frame and which are accessible at the bottom and side portions of the device, a series of incorporated in the electrically conductive frame grooves and wings for reinforcing an anchor and to minimize the occurrence of delamination, wherein forming a wing extending peripheral surface of the frame from a lower base surface of the frame to an upper surface of the frame to the outside, so as to form a recess for receiving a resin composition, wherein the electrically conductive frame is enclosed with a hard transparent or light-permeable resin composition to the Send and Receive light waves through the optoelectronic device, wherein the solder pads do not protrude beyond the outer periphery of the enclosure material. Das optoelektronische Bauelement nach Anspruch 1, wobei der elektrisch leitende Rahmen vorzugsweise ein Metallrahmen ist.The optoelectronic component according to claim 1, wherein the electrically conductive frame is preferably a metal frame. Das optoelektronische Bauelement nach Anspruch 1, wobei eine Linsenstruktur (5) als Teil des Einschlussmaterials vorgesehen ist.The optoelectronic component according to claim 1, wherein a lens structure ( 5 ) is provided as part of the containment material. Das optoelektronische Bauelement nach Anspruch 1, wobei eine mehrfache Linsenstruktur als Teil des Einschlussmaterials vorgesehen ist.The optoelectronic component according to claim 1, wherein a multiple lens structure is provided as part of the confinement material. Das optoelektronische Bauelement nach Anspruch 1, wobei in dem elektrisch leitenden Rahmen eine Vertiefung geformt ist, welche zum Befestigen des optoelektronischen Chips in der Eintiefung verwendet wird und welche als Reflektor dient.The optoelectronic component according to claim 1, wherein in the electrically conductive frame a recess is formed, which is used for fixing the optoelectronic chip in the recess and which serves as a reflector. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements basierend auf SM-Technologie, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Metallrahmens (1), wobei Lötstützpunkte von dem Metallrahmen selbst bereitgestellt werden, – Montieren eines optoelektronischen Chips (3) auf dem Metallrahmen, – wobei eine Reihe von Rillen und Flügeln (7) zum Verstärken einer Verankerung und zum Minimieren des Eintretens von Schichtspaltung in den Metallrahmen eingearbeitet wird, – wobei zur Bildung eines Flügels eine umlaufende Fläche des Rahmens von einer unteren Basisfläche des Rahmens zu einer oberen Fläche des Rahmens nach außen erweitert wird, derart, dass sich eine Ausbuchtung zur Aufnahme einer Harzmasse bildet, und – Einschließen des gesamten Metallrahmens von einer harten durchsichtigen oder Licht durchlässigen Harzmasse (4), so dass Lichtwellen durch die Harzmasse ausgesendet und empfangen werden können und die Lötstützpunkte nicht über den äußeren Umfang der Harzmasse hinaus ragen.Method for producing an optoelectronic component based on SM technology, comprising the steps: - providing a metal frame ( 1 ), wherein soldering pads are provided by the metal frame itself, - mounting an optoelectronic chip ( 3 ) on the metal frame, - whereby a series of grooves and wings ( 7 in order to reinforce an anchorage and to minimize the occurrence of delamination in the metal frame, a circumferential surface of the frame is flared outwardly from a lower base surface of the frame to an upper surface of the frame so as to form a wing forms a bulge for receiving a resin composition, and - enclosing the entire metal frame of a hard transparent or light-permeable resin composition ( 4 ), so that light waves can be emitted and received by the resin composition and the solder pads do not protrude beyond the outer periphery of the resin composition. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Linsenstruktur (5) als Teil des Harzmaterials integriert wird, indem die Linsenstruktur in das Design der Druckgussform für den Einschlussprozess integriert wird.Method according to claim 6, wherein a lens structure ( 5 ) as part of the resin material by integrating the lens structure into the design of the die for the encapsulation process. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Eintiefung (2) in den Metallrahmen mittels Stanzen, Ätzen oder Kleinstbohren eingebracht wird.Method according to claim 6, wherein a recess ( 2 ) is introduced into the metal frame by means of stamping, etching or micro-drilling. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein optoelektronischer Chip (3) innerhalb der Eintiefung montiert wird.Method according to claim 8, wherein an optoelectronic chip ( 3 ) is mounted inside the recess.
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