DE19536216C1 - Optoelektronisches Detektor-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Detek­ tor-Bauelement mit einem auf einem Sockelteil eines Bauele­ mentgehäuses angeordneten Halbleiterdetektorchip, der elek­ trisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse hin­ durchgeführten Elektrodenanschlüssen verbunden ist, und einem über dem Sockelteil des Bauelementgehäuses angeordneten und das Detektor-Bauelement abschließenden Gehäuseoberteil, in welchem ein dem Halbleiterdetektorchip zugeordnetes Fenster­ element vorgesehen ist. Ein derartiges Bauelement ist aus der US 47 06 106 bekannt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Detektor- Bauelements.

Die bisherigen optoelektronischen UV-Detektor-Bauelemente wurden im wesentlichen in hermetisch dichten TO-Metall-Bau­ teilgehäusen eingebaut. Hierbei wurden als Chipträger aus Me­ tall gefertigte Bodenplatten verwendet, die mit einer Metall­ kappe mit eingeglastem Filter montiert wurden. Durch diese Montage vermittels einem Metallgehäuse konnte zum einen ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert werden, und zum ande­ ren eine Eignung des optoelektronischen Detektor-Bauelementes für bestimmte Hochtemperaturanwendungen zur Verfügung ge­ stellt werden. Die Alterung des Halbleiterchips war bei einer solchen Montageart gering, da aufgrund des verwendeten Gehäu­ setyps im wesentlichen keine Belastung auf den Halbleiterchip aufgrund von unmittelbar umgebendem Material vorlag. Norma­ lerweise befindet sich bei den herkömmlichen Detektor-Halb­ leiter-Bauelementen zwischen dem Detektorchip und dem Filter­ glas ein gasförmiges Medium, da Kunststoffe UV-Licht in star­ kem Maße absorbieren. Trotzdem treten hierbei Lichtverluste durch Brechungsindexsprünge aufgrund des Materialübergangs von Gas auf Filterglas und von Gas auf das Halbleiter-Mate­ rial auf. Darüber hinaus ist es bekannt, das Filterelement in die Filterkappe einzukleben, was bei entsprechender Kappengestaltung möglich ist. Weiterhin finden bei bekannten UV-Detektor-Bauelementen auch Keramik-Gehäuse Anwendung.

Als wesentlicher Nachteil bei sämtlichen bisher hergestellten optoelektronischen Halbleiter-Bauelementen sind die aufgrund der relativ komplizierten Herstellung notwendigerweise einhergehenden Kosten anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Detektor-Bauelement zur Verfügung zu stellen, welches bei hohen Anforderungen an die optischen Eigenschaften, Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Bauelementes erheblich kostengünstiger hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Detektor- Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Detektor-Bauelements nach Anspruch 12 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das dem Detektorchip zugeordnete Fensterelement zur Begrenzung der Wellenlänge der empfangenen Strahlung unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip montiert ist. Durch das unmittelbare Aufbringen des Fensterelementes auf den Detektorchip ist ein allenfalls sehr dünnes Medium zwischen Filter und Chip gemeint, wobei in vorteilhafter Weise die Stärke des Mediums zwischen Detektorchip und Fensterelement auf ein Minimum reduziert werden kann, so daß Lichtverluste durch Dämpfung verringert werden können. Durch geeignete Wahl des Mediums zwischen Detektorchip und Fensterelement können darüber hinaus die Verluste durch Brechungsindexsprünge aufgrund der Materialunterschiede minimiert werden.

Das unmittelbar auf dem Halbleiter-Detektorchip befestigte Fensterelement kann aus einem Material gefertigt sein, das eine wellenselektive Durchlässigkeit, d. h. für bestimmte Wellenlängenbereiche Filtereigenschaften besitzt. Bevorzugt wird ein Material, welches insbesondere für UV-Strahlung durchlässig ist. Ansonsten kommt für das Material des Fen­ sterelementes Glas, Kunststoffmaterial, Quarzglas, aber auch spezielle Gläser wie Farbgläser, Filtergläser, oder andere wellenlängenselektive Materialien in Frage.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das unmittelbar auf dem Halbleiterdetektor­ chip montierte Fensterelement durch Klebe- oder Haftverbin­ dung auf dem Detektor-Halbleiterchip befestigt ist, insbeson­ dere vermittels einer dünnen Klebeschicht. Das Material der Klebeschicht ist hierbei so beschaffen, daß der Übergang vom Halbleiterdetektorchip auf das Fensterelement allenfalls ge­ ringfügige Brechungsindexsprünge verursacht und/oder allen­ falls ein geringfügiger Anteil der empfangenen Strahlung in der dünnen Klebeschicht absorbiert wird. Ein solches Material für die Klebeschicht kann ein an sich bekanntes Adhäsionsme­ dium wie beispielsweise Polyimid oder Epoxidharz sein.

Bei dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Detektor-Bau­ element handelt es sich um einen solchen Detektor mit von der einfallenden Strahlungsrichtung unabhängigen Detektion. Dies bedingt ein makroskopisch dickes Fensterelement ohne jegliche Interferenzwirkungen der einfallenden Lichtstrahlung. Im Stand der Technik sind daneben richtungsabhängige UV-Detek­ toren mit sogenannten Interferenzfiltern bekannt, bei dem auf die Chipoberfläche aufgebrachte Dünnschichten mit Stärken von einigen wenigen µm vorgesehen sind, deren Filtereigenschaft aufgrund von Lichtinterferenz naturgemäß von der einfallenden Strahlungsrichtung abhängt.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Halbleiterdetektorchip und das unmittel­ bar auf dem Halbleiterchip montierte (makroskopische) Fenste­ relement eine eigenständige, vormontierte Baueinheit bilden.

Hierdurch wird eine einfache Vormontage des optoelektroni­ schen Detektor-Bauelementes ermöglicht, beispielsweise in so­ genannter Chip-on-Wafer-Technik, oder auch auf anderem Wege, beispielsweise durch zweimaliges Diebonden oder Wafer-Bon­ ding. Die auf diese Weise vormontierte Hybrid-Baueinheit kann auf einem separat gefertigten Sockelteil bzw. Chipträger auf­ gebracht sein. Das Sockelteil bzw. Sockelteil mit Gehäuseo­ berteil des Bauelementgehäuses können aus einem Kunststoff­ material, insbesondere vermittels einem Spritzgußprozeß her­ gestellten Material bestehen. Insbesondere kommen hierbei Hochtemperaturthermoplaste zum Einsatz.

Die Hybrid-Montage kann wiederum in herkömmlicher Technik, beispielsweise durch Kleben erfolgen. Nach einem Anschluß der Anschlußkontakte des Detektorchips mit den Elektrodenan­ schlüssen, beispielsweise durch Drahtbonden, erfolgt eine Um­ hüllung des Bauelementes, welche vorzugsweise so erfolgen soll, daß das Fensterelement nicht überdeckt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung wird hierbei nach dem Einbauen der Hybrid-Baueinheit bestehend aus Halbleiter­ chip und Fensterelement in das Bauelementgehäuse wenigstens ein Teil der verbleibenden Leerräume des Gehäuseoberteils des Bauelementgehäuses mit einem wenigstens annähernd lichtdich­ ten Material ausgefüllt. Das lichtdichte Material stellt in besonders bevorzugter Weise ein Epoxidharz dar. Das wie eine Blende für das einfallende Licht wirkende lichtdichte Materi­ al kann ganz allgemein so gewählt werden, daß möglichst gün­ stige Verhältnisse hinsichtlich der mechanischen Spannungen auf das Fensterelement und den Halbleiterchip vorliegen.

Bei einer besonders bevorzugten Anwendung der Erfindung be­ sitzt das Bauelementgehäuse bzw. die Elektrodenanschlüsse ei­ ne sogenannte oberflächenmontierbare Anordnung bzw. Surface Mounted Structure.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen De­ tektor-Bauelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

Dargestellt ist ein optoelektronisches Detektor-Bauelement 1 mit einem auf einem Sockelteil 2 eines Bauelementgehäuses 3 angeordneten Halbleiterdetektorchip 4, welcher elektrisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse 3 hindurchgeführ­ ten Elektrodenanschlüssen 5 verbunden ist. Diese Verbindung kann wie dargestellt durch einen Bonddraht 6 in an sich be­ kannter Technik erfolgen. Des weiteren ist ein den Sockelteil 2 des Bauelementgehäuses 3 übergreifendes und das Detektor- Bauelement 1 abschließendes Gehäuseoberteil 7 vorgesehen, in welchem ein dem Halbleiterchip 4 zugeordnetes und die Wellen­ länge der empfangenen Strahlung begrenzendes Fensterelement 8 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das aus Glas- oder Kunststoffmaterial gefertigte Fensterelement 8 un­ mittelbar auf dem Halbleiterchip 4 montiert, und zwar im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel vermittels einer dünnen Klebe­ schicht 9 zwischen Fensterelement 8 und Halbleiterchip 4, welche eine Stärke von allenfalls wenigen µm, etwa 5 bis 10 µ m oder weniger besitzt und ein Adhäsionsmedium, im Ausführungs­ beispiel Polyimid oder Epoxidharz, aufweist. Fensterelement 8 und Halbleiterchip 4 werden als eigenständi­ ge Baueinheit vormontiert und daran anschließend auf den Chipträger, bestehend aus dem Sockelteil 2 und den Elektroden­ anschlüssen 5, befestigt. Das Sockelteil 2 ist aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial herge­ stellt und besitzt die für eine oberflächenmontierbare Tech­ nologie geeignete Formgebung. Das die äußeren Berandungen des Bauelementgehäuses 3 festlegende Gehäuseoberteil 7 kann eben­ falls aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial hergestellt sein und gegebenenfalls einstückig mit dem Soc­ kelteil 2 ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Bauteilzuverläs­ sigkeit und der Verringerung von Lichtverlusten werden die verbleibenden Leerräume des Bauteil-Gehäuses 3 mit einem lichtdichten Material 10 aufgefüllt, im Ausführungsbeispiel mit einem im Ausdehnungskoeffizienten angepaßten Epoxidharz. Hierbei kann durch entsprechend schräge oder beispielsweise abgesetz­ te Seiten bei einer geeigneten Bauteilgestaltung erreicht werden, daß das Fensterelement 8 durch die Umhüllung aufgrund des lichtdichten Materials 10 bzw. die äußeren Wandungen des Gehäuseoberteils 7 an den Halbleiterchip 4 gepreßt wird, wo­ durch die Bauteilzuverlässigkeit weiterhin verbessert werden kann.

Claims (17)

1. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) mit einem auf einem Sockelteil (2) eines Bauelementgehäuses (3) angeordneten Halbleiterdetektorchip (4), der elektrisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse (3) hindurchgeführten Elektrodenanschlüssen (5) verbunden ist, und einem über dem Sockelteil (2) des Bauelementgehäuses (3) angeordneten und das Detektor-Bauelement (1) abschließenden Gehäuseoberteil (7), in welchem ein dem Halbleiterdetektorchip (4) zugeordnetes Fensterelement (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Detektorchip (4) zugeordnete Fensterelement (8) unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip (4) montiert ist.

2. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip (4) montierte Fensterelement (8) durch Klebe- oder Haftverbindung auf dem Detektorhalbleiterchip (4) befestigt ist.

3. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip (4) montierte Fensterelement (8) vermittels einer dünnen Klebeschicht (9) auf dem Halbleiterdetektorchip (4) befestigt ist.

4. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Klebeschicht (9) so beschaffen ist, daß der Übergang vom Halbleiterdetektorchip (4) auf das Fensterelement (8) allenfalls lediglich geringfügige Brechungsindexsprünge verursacht.

5. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Klebeschicht (9) so beschaffen ist, daß allenfalls ein geringfügiger Anteil der empfangenen Strahlung in der dünnen Klebeschicht (9) absorbiert wird.

6. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Klebeschicht (9) Polyimid oder Epoxidharz aufweist.

7. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterdetektorchip (4) und das unmittelbar auf dem Halbleiterchip (4) montierte Fensterelement (8) eine eigenständige, vormontierte Baueinheit bilden.

8. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der verbleibenden Räume des Gehäuseoberteils (7) des Bauelementgehäuses (3) mit einem wenigstens annähernd lichtdichten Material (10) ausgefüllt sind.

9. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens annähernd lichtdichte Material (10) zum Auffüllen der verbleibenden Räume Epoxidharz aufweist.

10. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sockelteil (2) des Bauelementgehäuses (3) aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial gefertigt ist.

11. Optoelektronisches Detektor-Bauelement (1) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementgehäuse (3) bzw. die Elektrodenanschlüsse (5) eine oberflächenmontierbare Anordnung besitzen.

12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Detektor-Bauelementes (1) mit einem auf einem Sockelteil (2) eines Bauelementgehäuses (3) angeordneten Halbleiterdetektorchip (4), der elektrisch mit wenigstens zwei durch das Bauelementgehäuse (3) hindurchgeführten Elektrodenanschlüssen (5) verbunden ist, und einem den Sockelteil (2) des Bauelementgehäuses (3) übergreifenden und das Detektor-Bauelement (1) abschließenden Gehäuseoberteil (7), in welchem ein dem Halbleiterdetektorchip (4) zugeordnetes Fensterelement (8) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Vorbereiten einer eigenständigen, vormontierten Hybrid- Baueinheit bestehend aus dem Halbleiterdetektorchip (4) und dem unmittelbar auf dem Halbleiterdetektorchip (4) befestigten Fensterelement (8), und
• - Einbauen der eigenständigen, vormontierten Hybrid-Bauein­ heit in das Bauelementgehäuse (3).

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sockelteil (2) und die Elektrodenanschlüsse (5) des Bauelementgehäuses (3) als eigenständiger, vormontierter Chipträger gefertigt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbauen der Hybrid-Baueinheit in das Bauelementgehäuse (3) wenigstens ein Teil der verbleibenden Räume des Gehäuseoberteils (7) des Bauelementgehäuses (3) mit einem wenigstens annähernd lichtdichten Material (10) ausgefüllt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens annähernd lichtdichte Material (10) zum Auffüllen der verbleibenden Räume Epoxidharz aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sockelteil (2) des Bauelementgehäuses (3) aus einem hochtemperaturstabilen Kunststoffmaterial gefertigt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementgehäuse (3) bzw. die Elektrodenanschlüsse (5) eine oberflächenmontierbare Anordnung besitzen.