用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法和模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法，其中，將一個具有至少一個光學(xué)有源元件的半導(dǎo)體基體(1)放置在一個引線框架(3，4)中，其中，建立所述半導(dǎo)體基體(1)和所述引線框架(3，4)之間的導(dǎo)電連接，然后，緊接著在一個模具(11，12)中對所述引線框架(3，4)和所述半導(dǎo)體基體(1)澆注，其中，設(shè)置至少一個覆蓋體(14，15，18，21)，它位于所述模具(11，13)的內(nèi)壁和所述光學(xué)有源元件之間。
【專利說明】用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法和模具
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00610059419.X、申請日為2006年3月3日、發(fā)明名稱為“用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法和模具”的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法和模具，其中，一個在其表面上具有至少一個光學(xué)有源元件的半導(dǎo)體基體被放入一個引線框架中，在其上建立該半導(dǎo)體基體和該引線框架之間的導(dǎo)電連接，并且接著，該引線框架和該半導(dǎo)體基體在一個模具中被澆注。

【背景技術(shù)】
[0003]由現(xiàn)有技術(shù)公開了這種制造方法，在該方法中，光學(xué)集成電路IC(PDIC)用一種透明的澆注材料澆注包封或者設(shè)置在有機襯底上并且接著用一種澆注材料覆蓋。該澆注材料必須是透明的，以便允許通過來自該光學(xué)有源元件或者到該光學(xué)有源元件的光學(xué)區(qū)域中的輻射。在此，該澆注材料必須與該光學(xué)元件接收或者發(fā)送的波長范圍相協(xié)調(diào)。另外，該澆注材料必須是溫度穩(wěn)定的并且是長時間穩(wěn)定以及抗潮濕的。
[0004]這種澆注材料是相對貴的并且在光學(xué)透明度上經(jīng)常出現(xiàn)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明現(xiàn)在以這樣的任務(wù)為基礎(chǔ)，即避免現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點并且提供一種用于制造上述類型的光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法，在該方法中，可以使用一種低成本的澆注材料而且達到該半導(dǎo)體模塊的所要求的一些光學(xué)特性。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法，其中，將一個具有至少一個光學(xué)有源元件的半導(dǎo)體基體放置在一個引線框架中，其中，建立所述半導(dǎo)體基體和所述引線框架之間的導(dǎo)電連接，然后，緊接著在一個模具中對所述引線框架和所述半導(dǎo)體基體澆注，其中，設(shè)置至少一個覆蓋體，它位于所述模具的內(nèi)壁和所述光學(xué)有源元件之間。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種使用上述方法的模具，所述模具的朝向所述半導(dǎo)體基體的上面的內(nèi)壁承載著覆蓋體，這些覆蓋體以它們的相應(yīng)的端面延伸到所述半導(dǎo)體基體的上面。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種具有一個半導(dǎo)體基體的半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體基體與引線框架一起被澆注并且在其上面上具有至少一個光學(xué)有源元件，其中為每個光學(xué)有源元件在燒注材料中配置一個空槽，所述空槽從所述光學(xué)有源兀件一直延伸到該半導(dǎo)體模塊的上面。
[0009]通過本發(fā)明的方法，能夠以特別簡單的并且低成本的方式來制造半導(dǎo)體模塊，一方面該半導(dǎo)體模塊被澆注并且由此防止如振動或潮濕的環(huán)境影響，但是另一方面，在要發(fā)射或接收光的區(qū)域中，沒有相應(yīng)的澆注材料。
[0010]由此可以使用低成本的澆注材料，例如光學(xué)上不透明的環(huán)氧樹脂，這導(dǎo)致成本節(jié)約。由此，所使用的澆注材料也可以根據(jù)其它一些標(biāo)準(zhǔn)而不是根據(jù)光學(xué)透射性來選擇，并且由此該模塊還可以附加地根據(jù)其它一些需求來優(yōu)化。
[0011]優(yōu)選，必須在它的尺寸上這樣地選擇這些覆蓋體，使得它們?yōu)榘雽?dǎo)體基體留出足夠區(qū)域。在此，可以給該半導(dǎo)體基體上的每個光學(xué)有源元件配置一個自己的覆蓋體，或者多個光學(xué)有源元件可以共同地被一個覆蓋體覆蓋。
[0012]在澆注后以及該澆注材料很大程度上凝固后，可以分別打開模具，并且這些覆蓋體可與該模具的朝向該半導(dǎo)體基體的上面的部分一起抽出。這些覆蓋元件的端面在澆注過程中被這樣地壓在該半導(dǎo)體基體上，使得流質(zhì)狀的澆注材料不會擠入該覆蓋體的端面和該半導(dǎo)體基體的相應(yīng)區(qū)域之間。
[0013]該半導(dǎo)體基體彈性地保持在一個引線框架中，以致于在這些覆蓋體的相應(yīng)的長度情況下這些覆蓋體可以逆著彈力地將該半導(dǎo)體基體壓回一點，以便因此產(chǎn)生相應(yīng)的壓緊力。
[0014]如果該半導(dǎo)體基體在澆注前用聚酰亞胺層整體覆蓋在其上面，其中空出這些光學(xué)有源元件的區(qū)域，這是特別有利的。該聚酰亞胺層有助于減少在形成的澆注體中的半導(dǎo)體基體上的熱應(yīng)力，并且使該半導(dǎo)體模塊更加熱穩(wěn)定并且由此可在更高溫度時使用。尤其重要的是，如果該半導(dǎo)體模塊要借助無鉛焊接技術(shù)被進一步處理或者要與其它電路單元相連接，因為在無鉛焊接時，相應(yīng)的焊劑在相同的接合條件下比其它情況中要求提高大約20°C的焊接溫度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的模具在它的外部結(jié)構(gòu)上基本上與用于QFN(四面無引腳扁平封裝)型的彈性引線框架的本身公知的模具相同，其中，這些覆蓋體附加地設(shè)置并且固定在一個內(nèi)壁上。這種模具典型地由鋼制成并且這些覆蓋體可以一體地與該模具相連接。
[0016]這些覆蓋體典型地可以構(gòu)造為一些圓柱形的銷子，但是它們也可稍微圓錐形地延伸或者具有一個朝著該半導(dǎo)體基體階梯形、圓錐形或凸或凹地減小的橫截面，這使在澆注過程后脫模容易。不管怎樣，它們具有一個端面，該端面可以被壓在該半導(dǎo)體基體上。這些覆蓋體在橫截面上可以為圓形或多邊形、優(yōu)選四邊形地構(gòu)造。在四邊形結(jié)構(gòu)時，這些覆蓋體也可以朝著該半導(dǎo)體基體圓錐形延伸，以便使脫模容易。
[0017]為了使得通過這些覆蓋體的端面對半導(dǎo)體基體的待保護的光學(xué)有源區(qū)域的密封變得容易，可以規(guī)定，這些覆蓋體在它們端面上具有增高的邊緣，它平地環(huán)繞并相對該半導(dǎo)體基體構(gòu)成一個密封邊緣。如果原來的端面回退到這些邊緣后面，也有效地阻止通過毛細(xì)作用將該澆注材料弓I入該半導(dǎo)體基體和該覆蓋體之間的中間空間中。
[0018]所形成的半導(dǎo)體模塊的突出特點在于它的簡單構(gòu)型和很低的成本，這與在留空出光學(xué)有源區(qū)域的情況下的簡單澆注相關(guān)。通過在澆注材料中的相應(yīng)的空槽，可以發(fā)射和接受光學(xué)信號。通過在半導(dǎo)體基體上的聚酰亞胺涂層使得本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊明顯是溫度穩(wěn)定的。
[0019]有利的是，在有源元件位于所述半導(dǎo)體基體的上面時，所述覆蓋體從所述模具的內(nèi)壁一直延伸到所述有源光學(xué)元件。
[0020]有利的是，覆蓋體以一個端面相對澆注密封地覆蓋所述有源光學(xué)元件。
[0021]有利的是，所述澆注用一種在有源光學(xué)元件的波長范圍中透明的澆注材料、尤其是環(huán)氧樹脂來實施。
[0022]有利的是，在澆注時，使用由透明的材料制成的覆蓋體。
[0023]有利的是，這些覆蓋體沿著它們的長度具有保持不變的橫截面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面本發(fā)明結(jié)合一個實施例在一個附圖中被示出并接著被說明。附圖表示:
[0025]圖1澆注的半導(dǎo)體模塊的橫截面；
[0026]圖2圖1中的模塊的仰視圖；
[0027]圖3圖1和圖2中的模塊的側(cè)視圖；
[0028]圖4圖1中半導(dǎo)體模塊的部分剖析的透視圖；
[0029]圖5圖1中的模塊的剖切透視圖；
[0030]圖6示意性表示的用于半導(dǎo)體模塊的模具的立體視圖；
[0031]圖7圓柱形的覆蓋體的一個剖面；
[0032]圖8圓柱形覆蓋體的一個剖面，它在端面上具有一個環(huán)繞的接片；
[0033]圖9圓錐形截錐狀的覆蓋體的立體視圖；
[0034]圖10截棱錐狀的覆蓋體的一個透視圖。
[0035]在附圖的這些的圖中，一些相同或功能相同的元件和信號(只要沒有其它說明)設(shè)有相同的參考標(biāo)號。

【具體實施方式】
[0036]圖1以橫截面示出一個已被澆注的半導(dǎo)體模塊，在該半導(dǎo)體模塊中，一個半導(dǎo)體基體I被固定在一個襯底2上并且該單元彈性地支承在一個引線框架上，該引線框架的部件用3，4標(biāo)示。典型地由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的澆注材料用5標(biāo)示。該引線框架的部件3，4分別構(gòu)成單個觸點，它們通過引線6,7與該半導(dǎo)體基體的相應(yīng)的鍵合面(Bondflaechen) 8,9連接。這些單個的觸點3，4在澆注和半導(dǎo)體模塊硬化后通過鋸切由關(guān)聯(lián)的金屬體形成。該錐體在制造半導(dǎo)體模塊前由統(tǒng)一的材料、例如銅的連接著的框架組成，在該框架中通過腐蝕或預(yù)沖壓(Vorstanzen)形成一些部位,在這些部位上這些單個觸點在后來可被容易地分離。由此，該框架可被簡單地加工并且還可以在以后在澆注后被分成許多相互電絕緣的單個部件。
[0037]圖1示出，該半導(dǎo)體基體I僅部分地被該澆注材料5覆蓋。在此，留有一個自由空間10，在該自由空間中可以設(shè)置光學(xué)有源元件，這些光學(xué)有源元件可以發(fā)送或接受輻射，不被該澆注材料5阻擋。
[0038]在該圖中未示出具有一個薄的聚酰亞胺層的半導(dǎo)體基體I的涂層，其中，區(qū)域10以及在以后被焊接的區(qū)域8，9例外。
[0039]該襯底2例如可以通過陶瓷、有機材料或金屬來構(gòu)造。在此，導(dǎo)電性無關(guān)緊要，因為該半導(dǎo)體基體的電起作用區(qū)僅僅在它的上表面上。
[0040]圖2示出圖1中的半導(dǎo)體模塊的仰視圖，這些單個觸點3，4露出來并且可以被看到。
[0041]圖3示出從半導(dǎo)體模塊正面看到的外視圖。
[0042]在圖4中示出該半導(dǎo)體模塊的三維視圖，其中這樣透明地表示澆注材料，使得可以看到這些引線6，7以及引線框架的這些部件。這些引線引向該半導(dǎo)體基體1，在那里它們終止于鍵合面8，9。示出了一個在該澆注材料中的凹槽10，它為用于輻射和接收光學(xué)射線的半導(dǎo)體基體I的光學(xué)有源元件空出。
[0043]圖5以剖切的三維形式示出圖4中的半導(dǎo)體模塊。
[0044]在圖6中非常示意性地示出一個用于根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊的模具11，12。這種模具典型地是多個組合在一起的，以便在一次澆注過程中提供盡可能多的半導(dǎo)體模塊，但是在該圖中僅示出唯一一個模具，它由一個底件11和一個上件12組成。該上件12在其內(nèi)側(cè)13上承載著兩個覆蓋體14，15，它們構(gòu)造成具有端面16，17的圓柱形的桿。
[0045]在將襯底上的、已通過一些連接線相互連接的引線框架和半導(dǎo)體基體置入后，首先合上模具。在此，這些覆蓋體14，15以它們的端面16，17推到該半導(dǎo)體基體上并且在它上面覆蓋這些光學(xué)起作用區(qū)域。在合上模具后，通過一個進料口作為澆注材料注入在高溫下為流質(zhì)的環(huán)氧樹脂，直到填滿該模具11，12的內(nèi)部空間。在澆注樹脂凝固后，去掉該模具12的上部并且從硬化的環(huán)氧樹脂中拉出這些覆蓋體14，15。在澆注樹脂中保留一些開口，它們一直伸到半導(dǎo)體基體并且在那里留空出光學(xué)有源區(qū)域。
[0046]圖7以縱截面示出一個圓柱形的覆蓋體18，它具有一個帶有一個槽狀凹部的端面19，它的邊緣20平面地環(huán)繞并且構(gòu)成一個刀，它在澆注過程中構(gòu)成相對于半導(dǎo)體基體的一個相對澆注密封的覆蓋結(jié)構(gòu)。
[0047]圖8示出另一個覆蓋體21，它同樣是圓柱形的并且它在其端面22上具有一個環(huán)繞的接片23，該接片構(gòu)成相對于半導(dǎo)體基體的一個密封面。
[0048]圖9示出一個圓錐形延伸的截錐24，它具有一個用于安放在該半導(dǎo)體基體上的平的端面25，而圖10示出一個具有一個平的端面27的、橫截面為四邊形的截錐26。
[0049]雖然本發(fā)明在上面被根據(jù)一個優(yōu)選的實施例來說明，但它不是對本發(fā)明的限制，而是可以以多種的方式和方法變型。
[0050]參考標(biāo)號列表
[0051]
1半導(dǎo)體基體 18 圓柱形覆蓋體
219 WS 374 引線框架 20 HS
5 澆注材料21 覆蓋體
6?7 ΨΜ22
8?9 鍵合面23 環(huán)繞的接片
10 自由空間24
11，12模具25 平的端面13[26 I四邊形的截錐
14，15 覆蓋體27 平的端面
16,17 端面
【權(quán)利要求】
1.用于制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的方法，該方法包括: 將具有至少一個光學(xué)有源元件的半導(dǎo)體基體(I)安裝在引線框架(3，4)中，其中，建立所述半導(dǎo)體基體(I)和所述引線框架(3，4)之間的多個導(dǎo)電連接并且通過彈性力將所述半導(dǎo)體基體(I)彈性地保持在所述引線框架中， 在澆注模具(11，12)中澆注所述引線框架(3，4)和所述半導(dǎo)體基體(1)， 在澆注過程中將至少一個覆蓋體(14，15，18，21)壓向所述半導(dǎo)體基體(I)，所述至少一個覆蓋體從所述澆注模具(11，13)的內(nèi)壁延伸到所述光學(xué)有源元件處，其特征在于， 所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)產(chǎn)生接觸力，該接觸力逆著所述彈性力將所述半導(dǎo)體基體(I)回推一段距離， 所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)包括圓形的、槽狀的端面(19)，該端面具有邊緣(20)，該邊緣平坦地環(huán)繞所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)的周邊并且構(gòu)成鋒利的邊緣，所述鋒利的邊緣以澆注密封的方式與所述半導(dǎo)體基體(I)密封，所述圓形的、槽狀的端面(19)和所述鋒利的邊緣(20)阻止通過毛細(xì)作用使?jié)沧⒉牧?5)引入到圓形的、槽狀的端面(19)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引線框架(3，4)為連續(xù)的金屬體并且所述方法包括: 在所述半導(dǎo)體基體(I)包裹在所述澆注材料(5)中并且所述澆注材料(5)能夠硬化之后，鋸切光學(xué)半導(dǎo)體模塊以由所述連續(xù)的金屬體制造多個單個的觸點(3，4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基體(I)在放入到所述引線框架(3，4)中之前除了所述光學(xué)有源元件之外以聚酰亞胺涂層，所述光學(xué)有源元件不被覆蓋，從而所述光學(xué)有源元件在澆注期間與所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)產(chǎn)生直接的接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)沿著所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)的長度具有保持不變的橫截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)具有基本上圓形的橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)具有矩形的橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述澆注材料(5)包括在所述光學(xué)有源元件的波長范圍中不透明的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述澆注材料(5)包括在所述光學(xué)有源元件的波長范圍中透明的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)是透明的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述澆注材料為環(huán)氧樹脂。
11.用于保持半導(dǎo)體基體以制造光學(xué)半導(dǎo)體模塊的澆注模具，該澆注模具包括: 朝向半導(dǎo)體基體(I)的上表面的內(nèi)壁，該半導(dǎo)體基體被引線框架(3，4)彈性地保持固定在所述澆注模具的內(nèi)部，構(gòu)成在所述半導(dǎo)體基體(I)和所述引線框架(3，4)之間的多個導(dǎo)電連接；和 從所述內(nèi)壁延伸的至少一個覆蓋體(14，15，18，21)，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)延伸到所述半導(dǎo)體基體的光學(xué)有源元件的上表面，其中，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)的端部包括包括圓形的、槽狀的端面(19)，該端面具有邊緣(20)，該邊緣平坦地環(huán)繞所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)的周邊并且構(gòu)成鋒利的邊緣，所述鋒利的邊緣以澆注密封的方式與所述半導(dǎo)體基體(I)密封，所述圓形的、槽狀的端面(19)和所述鋒利的邊緣(20)阻止通過毛細(xì)作用使?jié)沧⒉牧?5)引入到圓形的、槽狀的端面(19)中，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)設(shè)置用于通過逆著彈性力將所述半導(dǎo)體基體(I)回推一段距離來使所述引線框架彈性變形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述引線框架(3，4)在澆注之前為連續(xù)的金屬體并且在所述半導(dǎo)體基體(I)被包裹在所述澆注材料(5)中并且澆注材料硬化之后被切割成多個單個的觸點(3，4)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述半導(dǎo)體基體(I)在放入到所述引線框架(3，4)中前除了所述光學(xué)有源元件外以聚酰亞胺涂層，所述光學(xué)有源元件不被覆蓋，從而所述光學(xué)有源元件在澆注期間與至少一個覆蓋體(14，15，18，21)產(chǎn)生直接的接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)沿著所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)的長度具有不變的橫截面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)具有基本上圓形的橫截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)具有矩形的橫截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述澆注材料(5)包括在所述光學(xué)有源元件的波長范圍中不透明的材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述澆注材料(5)包括在所述光學(xué)有源元件的波長范圍中透明的材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求11或17的澆注模具，其特征在于，所述至少一個覆蓋體(14，15，18，21)是透明的。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的澆注模具，其特征在于，所述澆注材料為環(huán)氧樹脂。
【文檔編號】B29C39/10GK104149244SQ201410280133
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2005年3月3日
【發(fā)明者】迪特爾·穆茨, 漢斯－彼得·魏布勒 申請人:Atmel德國有限公司