專(zhuān)利名稱(chēng)：電子部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子部件，尤其涉及在離開(kāi)光學(xué)器件固定距離處安放透鏡的電子部件。
垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種廣泛用于電子工業(yè)的光學(xué)器件。當(dāng)VCSEL工作時(shí)(即VCSEL處于電激活狀態(tài))，它是一種以特定波長(zhǎng)或波段發(fā)射光波的半導(dǎo)體器件。為保護(hù)VCSEL自身，通常把VCSEL這種光學(xué)器件固定在被稱(chēng)為“金屬密封外殼”的密封裝置中。“金屬密封外殼”這一名稱(chēng)來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)即VCSEL器件通常被封裝在鐵鎳鈷合金/低碳鋼的密封殼中，且殼有透鏡與VCSEL相對(duì)。舉一個(gè)例子，To-56是在工業(yè)中應(yīng)用的一種“金屬密封外殼”。聯(lián)合電子設(shè)計(jì)工程委員會(huì)(JDEC)為電子工業(yè)規(guī)定了To-56和類(lèi)似的金屬封裝物的技術(shù)規(guī)范。
用“金屬密封外殼”的方法來(lái)封裝光學(xué)器件不僅昂貴而且有時(shí)也不可靠。尤其，“金屬密封外殼”是通過(guò)將鐵鎳鈷合金/低碳鋼壓制成殼形狀制造而成的，之后將光學(xué)透鏡安裝在罩殼上。這一過(guò)程相當(dāng)耗時(shí)，且占用了光學(xué)器件很大部分的制造成本。除此而外，透鏡相對(duì)于VCSEL位置的精確校準(zhǔn)是決定光學(xué)器件性能的關(guān)鍵性因素。
因此，需要封裝電子部件例如光學(xué)元件的新方法。用這種方法封裝光學(xué)元件要比現(xiàn)有的“金屬密封殼”的封裝方法更便宜，更可靠。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的電子部件放大的局部等角視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的電子部件放大的等角視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的電子部件放大的局部等角視圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的電子部件放大的局部剖面圖。
為使說(shuō)明簡(jiǎn)單清楚，圖中的元件并未按實(shí)際尺寸畫(huà)出。例如，為清晰起見(jiàn)，圖中某些元件的尺寸相對(duì)于其他元件被放大了。而且，在附圖中，重復(fù)使用同一參考數(shù)碼以指代相應(yīng)的元件，這樣更為恰當(dāng)。
本發(fā)明一般提供了一種可用于封裝光學(xué)元件以形成電子部件的方法。這些光學(xué)元件可以是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)發(fā)光二級(jí)管(LEDS)以及類(lèi)似的半導(dǎo)體器件。本質(zhì)上，此發(fā)明不需制成“金屬密封外殼”來(lái)封裝光學(xué)元件。代替形成“金屬密封外殼”和在光學(xué)器件前安裝分離透鏡的是，本發(fā)明形成一個(gè)絕緣的透明復(fù)合物材質(zhì)的罩殼。為使透鏡集成在罩殼上，罩殼在模壓過(guò)程中制造而成。
此外，本發(fā)明還提供了一種調(diào)整罩殼與封裝在罩殼內(nèi)的半導(dǎo)體器件之間的相對(duì)位置的方法。通過(guò)調(diào)節(jié)這一位置來(lái)調(diào)整電子部件的光學(xué)特性。這一調(diào)整過(guò)程增大了電子部件制造中的靈活性。從而容易滿(mǎn)足個(gè)別用戶(hù)的具體需求。容易理解的是，下面提供的例子表明本發(fā)明僅僅限于應(yīng)用在產(chǎn)生和檢測(cè)光信號(hào)的電子部件上，本發(fā)明的特點(diǎn)對(duì)封裝應(yīng)用在其他領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件也會(huì)有益。
圖1是電子部件10處于制造過(guò)程的早期階段放大的局部等角視圖。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，電子部件10用一個(gè)帶有多個(gè)引線12-14的引線架11制造而成。在其他應(yīng)用中，引線架11被一塊諸如印刷電路板(PCB)，陶瓷基底或其他類(lèi)似的基底所替代。
環(huán)21使用多種技術(shù)形成在引線架11上，這些技術(shù)諸如慣用的模壓注射工藝，轉(zhuǎn)移模壓工藝，或者將預(yù)成型的環(huán)固定在引線架11上。更詳細(xì)的情況將在下面說(shuō)明環(huán)21將用來(lái)調(diào)整透鏡(未畫(huà)出)相對(duì)于引線架11的位置，為便于調(diào)整，環(huán)21帶有一個(gè)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)塊(22)。
在本例中，電子部件10是使用了兩個(gè)半導(dǎo)體元件的光學(xué)器件。即使用了一個(gè)光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17。光產(chǎn)生器16可以是下列器件中的一種，諸如VCSEL，LED，或其他處于工作狀態(tài)時(shí)(即電激活狀態(tài))，產(chǎn)生電磁輻射的器件。光產(chǎn)生器件(16)不一定必須產(chǎn)生可見(jiàn)光譜波段內(nèi)的電磁輻射，因此，此例中紅外器件和紫外器件都可使用。
光檢測(cè)器件17用來(lái)監(jiān)測(cè)和控制光產(chǎn)生器件16發(fā)射的光的多少。例如，光檢測(cè)器件17可以是光探測(cè)器件或光電池，它產(chǎn)生的電壓或電流信號(hào)與光產(chǎn)生器件16發(fā)射的光信號(hào)的大小成正此。正如圖1所示，光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17固定在引線架11上，焊線18和19用于分別將光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17與引線12和14電連接在一起。
圖2是電子部件(10)經(jīng)過(guò)深加工過(guò)程后的放大等角視圖。罩殼30由絕緣的透明復(fù)合物制造而成并固定在環(huán)21上。罩殼30對(duì)光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17提供了必要的封裝和保護(hù)作用，且不影響電子部件10的光學(xué)性能。罩殼30的頂端部分32充當(dāng)透鏡33，用以控制和調(diào)整電子部件10產(chǎn)生的光信號(hào)。因?yàn)檎謿?0的頂部32由透明材質(zhì)制造而成，所以電子部件10產(chǎn)生的光信號(hào)可以通過(guò)透鏡33。圖2中箭頭34標(biāo)注出了電子部件10產(chǎn)生的光信號(hào)。
罩殼30的側(cè)壁31形成一個(gè)空腔40并延伸至距光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17至少0.25毫米處?？涨?0用來(lái)保證在安裝過(guò)程中光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17免受物理性損害。改變空腔40的外型結(jié)構(gòu)，可以調(diào)整透鏡33相對(duì)于光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17的相對(duì)位置。正如圖3所示，罩殼30帶有凹槽45，用來(lái)校正罩殼30相對(duì)于環(huán)21的對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)塊22的位置。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，調(diào)節(jié)罩殼30相對(duì)于環(huán)21的位置可以調(diào)整電子部件10的性能。升高或降低罩殼30的位置可調(diào)整透鏡33相對(duì)于光產(chǎn)生器件16和光檢測(cè)器件17的相對(duì)位置。由此依次改變電子部件10產(chǎn)生的光信號(hào)(箭頭34)的焦點(diǎn)。例如，將罩殼30的高度增加1密耳(大約25微米)可使電子部件10發(fā)生的光信號(hào)的焦點(diǎn)變化幾毫米。焦點(diǎn)是距透鏡33一定距離遠(yuǎn)的光信號(hào)聚焦之處。這一距離(即焦距)由空腔40的外形，透鏡33的厚度和光學(xué)特性，以及光產(chǎn)生器件16發(fā)出的光信號(hào)的波長(zhǎng)決定。
罩殼30通過(guò)使用轉(zhuǎn)移模壓工藝或注射模壓工藝形成。罩殼30的制造工藝涉及形成一個(gè)模具(未畫(huà)出)，此模具能夠形成諸如圖3所示的罩殼30的形狀。然后，將此模具放在用于模壓的模盒中。然后將制造罩殼30的透明材料注入盒中。制造罩殼30的材料有多種多樣，總的來(lái)說(shuō)有透明環(huán)氧樹(shù)脂或熱塑料。例如，這些材料當(dāng)中包括“NittoNT300”，“NittoNT510”，這些都是日本大阪的Nitto電子工業(yè)有限公司的注冊(cè)商標(biāo)?；蛘咭灿小癉exter Hysol Mo18”，這是加利福尼亞的Dexter工業(yè)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
可以理解的是，通過(guò)在罩殼30的外表面38或內(nèi)表面39加鍍反射膜或全息材料(未畫(huà)出)能夠調(diào)整電子部件(10)的光學(xué)特性。在罩殼30的外表面38或內(nèi)表面39上加鍍導(dǎo)電材料(未畫(huà)出)可調(diào)整電子部件10的電特性。光電子部件10處于工作狀態(tài)時(shí)，希望在罩殼30上加電勢(shì)差或接地。
現(xiàn)在來(lái)看圖3，這里提供了根據(jù)本發(fā)明的另外一種制造罩殼30的方法。用來(lái)形成罩殼30的模具加以改進(jìn)之后，可將罩殼30加工成帶有一個(gè)透鏡保護(hù)裝置42。透鏡保護(hù)裝置42是罩殼30的頂部超出透鏡33的那部分。透鏡保護(hù)裝置42可防止透鏡33在電子部件10的安裝過(guò)程或工作過(guò)程中被劃傷。透鏡保護(hù)裝置42超出透鏡33的距離在0.1毫米～20毫米范圍之間為最佳。附圖3中箭頭43標(biāo)明了這一距離。
正如上述所提及的，通過(guò)改變透鏡33(箭頭41所標(biāo)注)的厚度的方法可調(diào)整電子部件10的光學(xué)特性。透鏡33的厚度范圍大約在0.1毫米～20毫米之間為最優(yōu)。可以成形制造罩殼30的模具，從而使透鏡33相對(duì)于基底半導(dǎo)體器件的傾角為49°(參看附圖2)。透鏡33以一個(gè)傾角而形成，這樣，通過(guò)旋轉(zhuǎn)罩殼30相對(duì)于環(huán)21的位置可以調(diào)整電子部件10的光學(xué)特性(參看圖2)。
圖4是罩殼30放大的剖面圖，用來(lái)說(shuō)明改變電子部件10的光學(xué)特性的另一種方法(參看附圖1)。通過(guò)改變用來(lái)制造罩殼30的模具的形狀，可改變透鏡33的形狀，使之成為凸透鏡或凹透鏡。正如附圖4所示，透鏡33有一個(gè)凹的上表面50和一個(gè)凸的下表面51。那么，容易理解的是，只要改變罩殼30的形狀，會(huì)使一個(gè)上表面50或一個(gè)下表面51是凹的或者是凸的，也可以使表面50和表面51都是凸的或凹的。
在圖3中所示的罩殼呈圓柱形。其頂端部分32相對(duì)而言較平坦。這僅僅是本發(fā)明的一個(gè)可行的例子。那么，可以理解的是，依賴(lài)于電子部件的特殊應(yīng)用，罩殼30同樣可以是其他形狀，諸如正方形或三角形。環(huán)21，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)塊22，以及凹槽45不是必選件，可以任意選擇。
以上敘述的過(guò)程，提供了一種封裝產(chǎn)生光信號(hào)的電子部件的方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)制造了集透鏡于一體的罩殼體。這一方法避免了在“金屬密封外殼”上安裝分離透鏡的作法。本發(fā)明同時(shí)也提供了一種在電子部件安裝過(guò)程中調(diào)整其光學(xué)特性的方法。這些優(yōu)點(diǎn)不僅降低了電子部件的制造成本，也提高了滿(mǎn)足各種不同需要的靈活性。
權(quán)利要求
1.一種電子部件(10)，其特征在于，包括引線架(11)；連接在引線架(11)上的第一半導(dǎo)體器件(16)；以及覆蓋在引線架(11)上的由絕緣物質(zhì)組成的罩殼(30)，其中罩殼(30)提供了一個(gè)空腔(40)，它覆蓋著第一半導(dǎo)體器件(16)，而罩殼(30)有一個(gè)頂端部分(32)，對(duì)第一半導(dǎo)體器件(16)產(chǎn)生的光是透明的。
2.權(quán)利要求1的電子部件(10)，其中罩殼30具有側(cè)壁(31)，并且電子部件(10)還包括環(huán)(21)，環(huán)(21)覆蓋引線架(11)，并與罩殼(30)的側(cè)壁(31)相連接，使得罩殼(30)的空腔(40)可調(diào)節(jié)性地位于第一半導(dǎo)體器件(16)的上方。
3.權(quán)利要求2的電子部件(10)，其中環(huán)(21)具有對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)塊(22)，罩殼(30)帶有凹槽(45)，通過(guò)對(duì)齊罩殼(30)的凹槽(45)和環(huán)(21)的對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)塊(22)，使罩殼(30)可調(diào)節(jié)性地位于第一半導(dǎo)體器件(16)的上方。
4.權(quán)利要求2的電子部件(10)，其中，罩殼(30)的位置可調(diào)，使得第一電子部件(16)產(chǎn)生的光有一個(gè)焦點(diǎn)，焦點(diǎn)與罩殼(30)的頂端部分(32)的距離是第一距離。
5.權(quán)利要求1的電子部件(10)，其中，罩殼(30)的頂端部分(32)有一個(gè)上表面，而且，罩殼(30)的一部分在第一半導(dǎo)體器件(16)上方延伸一個(gè)比上表面更大的距離。
6.權(quán)利要求1的電子部件(10)，其中，罩殼(30)的空腔(40)在第一半導(dǎo)體器件(16)之上延伸至少0.25毫米。
7.一種電子部件(10)，其特征在于，包括基底(11)；疊加在基底(11)上的半導(dǎo)體器件(16)；以及具有頂端部分(32)和側(cè)壁(31)的罩殼(30)，其中，罩殼(30)包括絕緣材料，側(cè)壁(31)提供了覆蓋半導(dǎo)體器件(16)的空腔(40)，并且頂端部分(32)提供了覆蓋半導(dǎo)體器件(16)的透鏡(33)。
8.權(quán)利要求7的電子部件(10)，其特征還在于環(huán)(21)覆蓋在基底(11)之上，并且罩殼(30)與環(huán)(21)耦連在一起，使得罩殼(30)的空腔(40)可調(diào)節(jié)式地定位在導(dǎo)體器件(16)上方。
9.一種電子部件(10)，其特征在于，包括引線架(11)，具有多個(gè)引線(12，13，14)；半導(dǎo)體器件(16)，與多個(gè)引線(12，13，14)電耦連在一起；環(huán)(21)，覆蓋在引線架(11)之上；以及罩殼(30)，具有頂端部分(32)，它是透明的，側(cè)壁(31)提供了空腔(40)；其中罩殼(30)與環(huán)(21)相耦連，使得位于半導(dǎo)體器件(16)之上的罩殼(30)的空腔(40)的位置易于調(diào)節(jié)，從而使得半導(dǎo)體器件(16)處于電激活狀態(tài)時(shí)，它產(chǎn)生的光聚焦在距罩殼(30)的頂端部分(32)某一距離的焦點(diǎn)上。
10.一種電子部件(10)，其特征在于，包括引線架(11)；第一半導(dǎo)體器件(16)，連接在引線架(11)上；以及罩殼(30)，覆蓋在引線架(11)之上，其中，罩殼(30)提供一個(gè)空腔(40)，覆蓋在半導(dǎo)體器件(16)之上，而且，罩殼(30)有一個(gè)頂端部分(32)，它是透明的，且與罩殼(30)連為一體。
全文摘要
電子部件(10)通過(guò)在光產(chǎn)生器件(16)之上安裝罩殼(30)而形成。罩殼(30)的頂端部分(32)提供透鏡(33),透鏡(33)對(duì)光產(chǎn)生器件(16)發(fā)出的光信號(hào)是透明的。電子部件(10)的光特性可通過(guò)改變罩殼(30)距光產(chǎn)生器件(16)的相對(duì)位置來(lái)調(diào)整。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1194461SQ98105330
公開(kāi)日1998年9月30日 申請(qǐng)日期1998年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月25日
發(fā)明者特里·D·巴羅尼, 丹尼爾·P·桑德斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司