DE19842881A1 - Halbleiter-Optosensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter-Optosensor, d. h. einen als Halbleiterbauele
ment ausgebildeten optischen Sensor, bei der ein Sensorchip mit der Funktion eines optischen
Sensors in einem Gehäuse angeordnet ist.
Im Stand der Technik weisen solche Optosensoren, etwa ladungsgekoppelte CCD-Bauelemente,
ein Gehäuse auf, in welchem ein Sensorchip als optischer Sensor dicht eingeschlossen ist.
Fig. 9(a) ist eine Draufsicht auf einen CCD-Bildsensor, der in einem herkömmlichen Gehäuse aus
Keramik untergebracht ist. Fig. 9(b) ist in der Schnittansicht längs der Linie I-I in Fig. 9(a). Fig.
10(a) ist die Draufsicht auf einen anderen CCD-Bildsensor, der in einem anderen herkömmlichen
Gehäuse aus Keramik untergebracht ist. Fig. 10(b) ist eine Schnittansicht von Fig. 10(a) längs
der Linie J-J. Obwohl der Stand der Technik nachfolgend in Verbindung mit einem CCD-Bildsen
sor beschrieben wird, kann es sich bei dem optischen Sensor um eine Fotodiode, einen Infrarot
sensor etc. handeln.
Gemäß Darstellung in Fig. 9(b) umfaßt das Gehäuse einen Keramikträger 59, Leiterrahmen 55
und einen äußeren Keramikrahmen 60. Der den optischen Sensor darstellende Halbleiter- oder
Sensorchip 58 ist an dem Keramikträger 59 befestigt z. B. verklebt. Die Leiterrahmen 55 dienen
zugleich als Leiterstifte. Der äußere Keramikrahmen 60 dient als isolierender Rahmen zur
Befestigung einer transparenten Platte an der Öffnung des Gehäuses.
Im Boden des Keramikträgers 59 ist eine Ausnehmung vorgesehen, und der Sensorchip 58 ist an
dem Boden der Ausnehmung befestigt (die-bonded). Die Leiterrahmen 55 sind mit einem den
Anschlüssen des Sensorchips 58 entsprechenden Muster versehen. Die Leiterrahmen 55 sind
zwischen dem Keramikträger 59 und dem äußeren Keramikrahmen 60 mittels eines Glases
niedrigen Schmelzpunkts oder eines Klebstoffs 61 befestigt. Jeder Anschluß des Sensorchips 58
ist über einen Bonddraht 56 mit dem entsprechenden Leiterrahmen 55 verbunden.
Eine transparente Platte 57 ist an der Oberseite des äußeren Keramikrahmens 60 mittels niedrig
schmelzendem Glas oder Klebstoff 62 so befestigt, daß die transparente Platte 57 das offene
Ende des Gehäuses schließt und den Sensorchip 58 in dem Gehäuse dicht einschließt. Der
Innenraum des Gehäuses ist leer.
Bei der mit dem oben beschriebenen Aufbau versehenen Sensoreinrichtung erfaßt der Sensorchip
58 das die transparente Platte 57 durchsetzende Licht und gibt über die Leiterrahmen 55 dem
erfaßten Licht entsprechende Ausgangssignale ab.
Fig. 10 zeigt einen CCD-Bildsensor mit Gehäuse in Form eines SMD-Bauelements (Bauelement
für Oberflächenmontage), bei dem der Innenraum des Gehäuses mit transparentem Harz gefüllt
ist.
In Fig. 10(b) ist ein Kunststoffträger 63 dargestellt. Der Sensorchip 58 ist an dem mittleren Teil
des Kunststoffträgers 53 befestigt. Metallische Verdrahtungsmuster 65 entsprechend den
Anschlüssen des Sensorchips 58 sind auf dem Kunststoffträger 63 ausgebildet und erstrecken
sich in die Nähe des Bereichs, wo der Sensorchip 58 befestigt ist.
Die Endabschnitte der Verdrahtungsmuster 65 auf der Seite des Sensorchips 58 sind mit
jeweiligen Bondflächen des Sensorchips 58 über Bonddrähte 56 verbunden. Die Verdrahtungs
muster 65 sind über Durchgangslöcher, die in dem Randabschnitt des Kunststoffträgers 63
ausgebildet sind, mit Montageanschlüssen 66 verbunden, die in einem bestimmten Muster an der
Rückseite des Kunststoffträgers 63 ausgebildet sind. Ein isolierender Außenrahmen 64 auf den
Verdrahtungsmustern 65 ist mit dem Kunststoffträger 63 mittels eines Klebstoffs 68 derart
verbunden, daß der isolierende Außenrahmen 64 die Drahtbondabschnitte der Verdrahtungsmu
ster 65 und des Sensorchips 58 umgibt. Der von dem Außenrahmen 64 umgebene Raum ist mit
einem transparenten Harz 69 gefüllt, so daß dieses den Sensorchip 58 und die Bonddrähte 56
vollständig abdichtet. Eine transparente Platte 57 ist an dem Außenrahmen 64 mittels transpa
renten Harzes oder eines Klebstoffs 70 befestigt.
Das Grundprinzip des in den Fig. 10(a) und 10(b) gezeigten optischen Sensors ist das gleiche
wie dasjenige des in den Fig. 9(a) und 9(b) gezeigten optischen Sensors. Der Sensor der
Fig. 10(a) und 10(b) ist mit dem transparenten Harz 69 gefüllt, während der Innenraum des
Gehäuses im Fall des Sensors der Fig. 9(a) und 9(b) leer ist.
Bei dem Sensor der Fig. 9(a) und 9(b) sollte der Innenraum des Gehäuses mit einem inerten
Gas gefüllt werden, da andernfalls die Oberfläche des eingeschlossenen Sensorchips oder die
Bonddrähte abhängig vom Zustand des Gases beeinträchtigt werden. Selbst wenn der Innenraum
des Gehäuses mit einem inerten Gas gefüllt ist, werden sich die Eigenschaften des Sensors
unvermeidlich verschlechtern, wenn nicht die Temperatur und die Feuchtigkeit präzise eingestellt
werden. Schließlich erhöht der nach Einschluß eines inerten Gases erforderliche Lecktest die
Montage kosten.
Im Fall des SMD-Bauelements der Fig. 10(a) und 10(b) schützt das transparente Harz 69 den
Sensorchip 58 und dichtet das Gehäuse ab. Bei Temperaturänderungen in dem Gehäuse oder in
der Umgebung des Gehäuses dehnt sich jedoch das transparente Harz 69 aus oder zieht sich
zusammen. Diese Expansion oder Kontraktion des transparenten Harzes 69 verursacht, daß sich
das Harz 69 von dem Gehäuse löst und Blasen im Harz 69 auftreten. Manchmal werden infolge
der Expansion und Kontraktion des transparenten Harzes 69 die Bonddrähte 56 durchgetrennt.
Überdies ändern Expansion und Kontraktion des transparenten Harzes 69 die Länge zwischen der
Oberseite der transparenten Platte 57 und der Oberseite des Sensorchips 58. Diese Längenände
rung bewirkt ihrerseits eine Änderung der optischen Eigenschaften des Sensors.
Angesichts dieser Umstände besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen optischen Sensor
frei von den vorgenannten Problemen zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht
darin, einen optischen Sensor mit einem Abdichtaufbau zu schaffen, der es ermöglicht, eine
Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und eine Änderung der optischen Eigenschaf
ten zu verhindern. Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Sensor zu
schaffen, der unter schwierigen Bedingungen, etwa in einem Automobil, verwendet werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Halbleiter-Optosensor gelöst, wie er in den
Ansprüchen 1 und 2 beansprucht wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 1(b) eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1(a),
Fig. 2(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 2(b) eine Schnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 2(a),
Fig. 3(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 3(b) eine Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 3(a),
Fig. 4(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 4(b) eine Schnittansicht längs der Linie D-D in Fig. 4(a),
Fig. 5(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 5(b) eine Schnittansicht längs der Linie E-E in Fig. 5(a),
Fig. 6(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem sechsten Ausführungsbei
spiel der Erfindung,
Fig. 6(b) eine Schnittansicht längs der Linie F-F in Fig. 6(a),
Fig. 7(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 7(b) eine Schnittansicht längs der Linie G-G in Fig. 7(a),
Fig. 8(a) eine Draufsicht auf einen optischen Sensor gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 8(b) eine Schnittansicht längs der Linie H-H in Fig. 8(a),
Fig. 9(a) ist eine Draufsicht auf einen CCD-Bildsensor, der in einem herkömmlichen Gehäuse
untergebracht ist,
Fig. 9(b) ist eine Schnittansicht längs der Linie I-I in Fig. 9(a),
Fig. 10(a) ist eine Draufsicht auf einen anderen CCD-Bildsensor, der in einem anderen herkömm
lichen Gehäuse untergebracht ist, und
Fig. 10(b) ist eine Schnittansicht von Fig. 10(a) längs der Linie J-J.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a) und 1(b) wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben. Wie am besten aus Fig. 1(b) hervorgeht, ist ein Gehäuse 1 aus Kunststoff
an seiner Oberseite ganz und an seiner Unterseite teilweise offen. Die Unterseite ist mit Aus
nahme eines Bondabschnitts eines Sensorchips (Halbleiterchips ) 6 sowie der Stützteile für den
Bondabschnitt offen. Anders ausgedrückt, im Boden des Gehäuses 1 sind Löcher 1a und 1b
vorgesehen. Leiterrahmen 2 als Verdrahtungsmittel erstrecken sich von der Innenseite des
Gehäuses 1 zu dessen Außenseite.
Der Sensorchip 6, etwa ein CCD-Bildsensor, eine Fotodiode oder ein Infrarotsensor, ist am Boden
des Gehäuses 1 befestigt, etwa verklebt. Der Boden bzw. die Unterseite des Gehäuses 1 ist mit
Ausnahme des Bondabschnitts, wo der Sensorchip 6 befestigt ist, sowie der Stützteile, die den
Bondabschnitt mit dem Randabschnitt des Gehäuses 1 verbinden, offen. Die (internen) An
schlüsse des Sensorchips 6 und die Leiterrahmen 2 sind über Bonddrähte 3 miteinander
verbunden.
Eine transparente Platte 5 ist an der Oberkante des Gehäuses 1 durch Verkleben oder Ver
schweißen befestigt. Das Gehäuse 1 ist mit transparentem Silikongel 4 als transparentem
Füllstoff gefüllt. Das Silikongel 4 liegt über die Löcher 1a und 1b nach außen frei.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 vollständig mit dem transparenten
Silikongel 4 gefüllt, welches den Sensorchip 6 und die Bonddrähte 3 vollständig abdichtet und
schützt. Dadurch werden das herkömmliche Dichtgas, welches den Sensorchip beeinträchtigen
kann, vermieden und stabile Eigenschaften des Sensorchips dauerhaft gewährleistet.
Die im Boden des Gehäuses 1 vorgesehenen Löcher 1a und 1b, durch die das Silikongel 4 nach
außen frei liegt, führen dazu, daß Volumenänderungen des Silikongels 4 infolge von Temperatur
änderungen durch Heben oder Senken der freiliegenden Abschnitte des Silikongels 4 in den
Löchern 1a und 1b bei Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4 infolge der Temperaturände
rungen kompensiert werden. Anders also als bei dem Eingangs erläuterten Stand der Technik,
bei dem der transparente Füllstoff (transparentes Harz) in dem Gehäuse vollständig eingeschlos
sen ist, verhindert der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels die Entstehung von Blasen in dem
Füllstoff, das Ansaugen von Luft in das Gehäuse und das Abtrennen des Füllstoffs von dem
Gehäuse, wodurch ein stabiler Betrieb des Sensors gewährleistet ist.
Da ferner die transparente Platte 5 an der Oberseite des Gehäuses 1 befestigt ist, ändert sich die
Länge zwischen der Oberfläche der transparenten Platte 5 und der Oberfläche des Sensorchips 6
nicht in Abhängigkeit von einer Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4. Daher beeinträch
tigen Volumenänderungen des Silikongels 4 niemals die optischen Eigenschaften des Sensors,
was ebenfalls zu einem stabilen Betrieb des Sensors beiträgt.
Der optische Sensor wird in folgender Weise hergestellt. Metallplatten (Leiterrahmen 2) werden
in eine Gießform eingesetzt und das Gehäuse 1 durch Spritzgießen mittels eines thermoplasti
schen Harzes in die Gießform ausgebildet. Der Sensorchip 6 wird mit dem Gehäuse 1 verbunden,
und die Bonddrähte 3 werden gebondet. Die transparente Platte 5 wird mittels eines Klebstoffs
an dem Gehäuse 1 angeklebt oder mittels eines Lösungsmittels oder Ultraschall mit ihm ver
schweißt. Zur Erleichterung eines Verschweißens bestehen das Gehäuse 1 und die transparente
Platte 5 vorzugsweise aus demselben Material. Das Gehäuse 1 wird dann auf den Kopf gestellt
und das transparente Silikongel 4 von unten durch die Löcher 1a und 1b in das Gehäuse 1
eingefüllt. Schließlich wird das Silikongel 4 in einer temperaturgeregelten Kammer thermisch
ausgehärtet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt und
wird nachstehend erläutert. Der optische Sensor dieses zweiten Ausführungsbeispiels enthält
zusätzlich zu den einzelnen Elementen des ersten Ausführungsbeispiels eine Metallauflage oder
-platte 7 (metal die pad) an der Bondposition des Sensorchips 6. Die Metallplatte 7 dient dazu,
das Gehäusepotential des Sensorchips 6 auf Masse zu legen oder die Haftung des Sensorchips 6
an dem Gehäuse 1 zu verbessern.
Ein Loch 1c ist in dem Teil des Gehäuses 1 ausgebildet, wo die Metallplatte 7 angeordnet ist. Ein
Stift ist in das Loch 1c eingesteckt, um die Metallplatte 7 zu halten, so daß diese beim Spritz
gießen nicht durch das eingespritzte Harz bewegt wird. Im übrigen gleicht dieses Ausführungs
beispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachstehend
erläutert wird.
Leiterrahmen 2 erstrecken sich von der Innenseite zur Außenseite durch das Gehäuse 1 aus
Kunststoff. Eine Vertiefung 1d zum Befestigen bzw. Bonden eines Sensorchips 6 ist an der
Bondposition des Sensorchips 6 im Boden des Gehäuses 1 vorgesehen. Der Sensorchip 6 ist in
der Vertiefung 1d befestigt. (Interne) Anschlüsse des Sensorchips 6 sind über Bonddrähte 3 mit
dem Leiterrahmen 2 verbunden.
Das Gehäuse 1 ist mit einem transparenten Silikongel 4 gefüllt. Eine transparente Platte 5 ist mit
dem zentralen Oberflächenabschnitt des Silikongels 4 derart verbunden, daß die transparente
Platte 5 auf dem Silikongel 4 schwimmt und mit dem Gehäuse 1 nicht im Kontakt steht. Anders
ausgedrückt, die transparente Platte 5 steht im Kontakt mit dem mittleren Teil der Oberfläche
des Silikongels 4, und der Randteil der Oberfläche des Silikongels 4 liegt zur umgebenden Luft
frei.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 vollständig mit dem Silikongel 4 gefüllt,
welches den Sensorchip 6 und die Bonddrähte 3 vollständig abdichtet und schützt. Dadurch wird
das herkömmliche Dichtgas vermieden, das den Sensorchip beeinträchtigen könnte, und stabile
Eigenschaften des Sensorchips werden aufrechterhalten.
Ein Teil der Oberseite des Gehäuses 1 ist zur Luft offen, und ein Teil des Silikongels liegt frei.
Hierdurch kann eine Volumenänderung des Silikongels 4 infolge einer Temperaturänderung durch
das Anheben oder Absenken der freiliegenden Fläche des Silikongels 4 und durch das Anheben
oder Absenken der transparenten Platte 5 als Antwort auf eine Expansion oder Kontraktion des
Silikongels 4 infolge der Temperaturänderung absorbiert bzw. kompensiert werden. Im Gegen
satz zu dem oben beschriebenen bekannten Sensor, bei dem der transparente Füllstoff
(transparentes Harz) vollständig in dem Gehäuse eingeschlossen ist, kann bei dem Sensor des
vorliegenden Ausführungsbeispiels verhindert werden, daß Blasen im Füllstoff auftreten, daß Luft
in das Gehäuse gesogen wird und daß sich der Füllstoff von dem Gehäuse löst, so daß ein
stabiler Betrieb gewährleistet werden kann.
Falls nötig kann eine Metallplatte (metal die pad) an der Bondposition des Sensorchips 6 im
Boden des Gehäuses 1 ähnlich wie beim zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden.
Ebenso könnten, obwohl dies in den Fig. 3(a) und 3(b) nicht dargestellt ist, Löcher 1a und 1b
gemäß Darstellung in Fig. 1(b) im Boden des Gehäuses 1 des dritten Ausführungsbeispiels
vorgesehen werden.
Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachstehend
erläutert wird.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Teil der Oberseite des Gehäuses 1 offen, und eine
transparente Platte 5 wird an ihren vier Ecken mittels Stützsäulen 81 getragen, die auf dem
Boden des Gehäuses 1 stehen.
Leiterrahmen 2 erstrecken sich durch das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 1 von der
Innenseite zur Außenseite. Eine Vertiefung 1d zum Befestigen oder Bonden des Sensorchips 6 ist
an der Bondposition des Sensorchips im Boden des Gehäuses 1 ausgebildet. Der Sensorchip 6 ist
in der Vertiefung 1d befestigt. Die Anschlüsse des Sensorchips 6 sind über Bonddrähte 3 mit
den Leiterrahmen 2 verbunden.
Das Gehäuse 1 ist mit einem transparenten Silikongel 4 gefüllt. Die transparente Platte 5 auf
dem mittleren Oberflächenabschnitt des Silikongels 4 ist über die Stützsäulen 81 an dem
Gehäuse 1 befestigt. Die transparente Platte 5 steht nicht in direktem Kontakt mit dem Gehäuse
1. Die Unterseite der transparenten Platte 5 steht im Kontakt mit der Oberfläche des Silikongels
4.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 vollständig mit dem transparenten
Silikongel 4 gefüllt, welches den Sensorchip 6 und die Bonddrähte 3 vollständig abdichtet und
schützt. Daher entfällt das herkömmliche Dichtgas, das den Sensorchip beeinträchtigen könnte,
und stabile Eigenschaften des Sensorchips werden aufrechterhalten.
Eine Volumenänderung des Silikongels 4 infolge einer Temperaturänderung wird durch Anheben
oder Absenken der freiliegenden Fläche des Silikongels 4 in Reaktion auf eine durch die Tempe
raturänderung bedingte Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4 kompensiert. Im Gegensatz
zu dem herkömmlichen Sensor, bei dem der transparente Füllstoff (transparentes Harz) vollstän
dig in dem Gehäuse eingeschlossen ist, kann bei dem Sensor dieses Ausführungsbeispiels
verhindert werden, daß Blasen in dem Füllstoff auftreten, daß Luft in das Gehäuse gesogen wird
und daß sich der Füllstoff von dem Gehäuse ablöst, wodurch ein stabiler Betrieb gewährleistet
ist.
Da die transparente Platte 5 über die Stützsäulen 81 an dem Boden des Gehäuses 1 fixiert ist,
ändert sich die Länge zwischen der Oberfläche der transparenten Platte 5 und der Oberfläche
des Sensorchips 6 nicht, wenn sich das Silikongel 4 ausdehnt oder zusammenzieht. Daher
beeinträchtigt eine Volumenänderung des Silikongels 4 niemals die optischen Eigenschaften des
Sensors, so daß ein stabiler Betrieb des Sensors ermöglicht wird.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann bedarfsweise eine Metallplatte (metal die pad) an der
Bondposition des Sensorchips 6 am Boden des Gehäuses 1 vorgesehen werden.
Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachfolgend
erläutert wird.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Oberseite eines aus Kunststoff bestehenden
Gehäuses 1 zur Luft offen. Eine transparente Platte 5 ist in der Mitte der offenen Oberseite des
Gehäuses 1 mittels Stützen 82 gehalten, die von zwei Innenseitenflächen des Gehäuses 1
abstehen. Leiterrahmen 2 erstrecken sich durch das Gehäuse 1 von der Innenseite zur Außen
seite. Die Unterseite oder der Boden des Gehäuses 1 ist mit Ausnahme des Bondabschnitts
offen, wo der Sensorchip 6 befestigt wird, sowie der Tragteile, die den Bondabschnitt mit dem
Umfangsabschnitt des Gehäuses 1 verbinden.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind im Boden des Gehäuses 1 Löcher 1a und 1b vorgese
hen. Die Anschlüsse des Sensorchips 6 sind über Bonddrähte 3 mit den Leiterrahmen 2 verbun
den.
Das Gehäuse 1 ist mit einem transparenten Silikongel 4 gefüllt. Die transparente Platte 5 auf
dem mittleren Oberflächenabschnitt des Silikongels 4 ist mittels der Stützen 82 an dem Gehäuse
1 befestigt. Die transparente Platte 5 steht nicht in direktem Kontakt mit dem Gehäuse 1. Die
Unterseite der transparenten Platte 5 steht im Kontakt mit der Oberfläche des Silikongels 4.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 vollständig mit dem transparenten
Silikongel 4 gefüllt, welches den Sensorchip 6 und die Bonddrähte 3 vollständig abdichtet und
schützt. Daher entfällt das herkömmliche Dichtgas, das den Sensorchip beeinträchtigen könnte,
und stabile Eigenschaften des Sensorchips werden aufrechterhalten.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind die Oberseite und die Unterseite des Gehäuses 1
offen, und das Silikongel 4 liegt über die Öffnungen frei zur umgebenden Luft. Infolge dieses
Aufbaus wird eine Volumenänderung des Silikongels 4 infolge einer Temperaturänderung durch
Anheben oder Absenken der freiliegenden unteren Flächen des Silikongels 4 als Reaktion auf die
temperaturänderungsbedingte Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4 kompensiert. Anders
als bei dem herkömmlichen Sensor, bei dem der transparente Füllstoff (transparentes Harz)
vollständig in dem Gehäuse eingeschlossen ist, kann bei dem Sensor gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel verhindert werden, daß Blasen in dem Füllstoff auftreten, daß Luft in das
Gehäuse gesogen wird und daß sich der Füllstoff von dem Gehäuse ablöst, wodurch ein stabiler
Betrieb gewährleistet ist.
Da die transparente Platte 5 an den Innenseitenflächen des Gehäuses 1 über die Stützen 82
fixiert ist, ändert sich die Länge zwischen der Oberfläche der transparenten Platte 5 und der
Oberfläche des Sensorchips 6 nicht, wenn sich das Silikongel 4 ausdehnt oder zusammenzieht.
Daher beeinträchtigt eine Volumenänderung des Silikongels 4 niemals die optischen Eigenschaf
ten des Sensors, so daß ein stabiler Betrieb des Sensors ermöglicht wird.
Falls nötig kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Metallplatte (metal die pad) an der
Bondposition des Sensorchips 6 am Boden des Gehäuses 1 vorgesehen werden.
Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachste
hend erläutert wird.
Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem sechsten Ausführungsbeispiel zusätz
lich ein dünner Film 21 vorgesehen, der an der Unterseite des Gehäuses 1 so angeordnet ist, daß
er die Löcher 1a und 1b des Gehäuses verschließt. Der dünne Film 21 verhindert, daß Feuchtig
keit und Fremdstoffe in das Gehäuse 1 eintreten, und schützt damit das Silikongel 4. Die
Abschnitte des dünnen Films 21, die die Löcher 1a und 1b verschließen, dehnen sich oder
schrumpfen als Antwort auf eine Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4.
Der dünne Film 21 besteht Gummi, Kunststoff oder einem Kunstharz. Vorzugsweise ist der
dünne Film 21 schwarz gefärbt, beispielsweise um Licht zu unterbrechen.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachstehend
erläutert wird.
Das siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch,
daß zusätzlich Beschichtungsfilme 22a und 22b, etwa Gummifilme oder Kunstharzfilme, auf den
Oberflächenabschnitten des Silikongels 4 in den Löchern 1a und 1b ausgebildet sind. Die
Beschichtungsfilme 22a und 22b verhindern, daß Feuchtigkeit und Fremdstoffe in das Gehäuse 1
eintreten, und schützen das Silikongel 4. Die Beschichtungsfilme 22a und 22b heben oder
senken sich als Antwort auf eine Expansion oder Kontraktion des Silikongels 4.
Die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachstehend
erläutert wird.
Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel enthält das achte Ausführungsbeispiel zusätzlich
eine Schutzplatte 23, die mit Löchern 24a und 24b versehen ist. Die Schutzplatte 23 ist an der
Unterseite des Gehäuses 1 des Sensors des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen und zwar
so, daß die Löcher 24a und 24b mit den Löchern 1a und 1b in Verbindung stehen bzw. mit
diesen ausgerichtet sind. Vorzugsweise ist die Öffnungsfläche der Löcher 24a und 24b klein
genug um zu verhindern, daß Feuchtigkeit und Fremdstoffe in das Gehäuse 1 eintreten, und um
das Silikongel 4 zu schützen.
Eine Metallplatte (metal die pad) kann an der Bondposition des Sensorchips 6 im Boden des
Gehäuses 1 des optischen Sensors des sechsten, des siebten sowie des achten Ausführungsbei
spiels vorgesehen werden.
Die charakteristischen Elemente des dritten, des vierten und des fünften Ausführungsbeispiels
können bei den Sensoren des sechsten, des siebten und des achten Ausführungsbeispiels
zusätzlich vorgesehen werden.
Es bedarf keiner Erwähnung, daß die vorliegende Erfindung, anders als bei den beschriebenen
Ausführungsbeispielen, in gleicher Weise bei einem SMD-Bauelement für Oberflächenmontage
mit einem mit transparentem Füllstoff gefüllten Gehäuse entsprechend Fig. 10 angewendet
werden kann.
Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen transparentes Silikongel als transparenter
Füllstoff beschrieben wurde, kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere
transparente Füllstoffe, etwa transparentes Silikongummi, transparentes Kunstharz sowie andere
transparente Materialien als transparenter Füllstoff in Betracht.
Obwohl das Gehäuse bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als Kunststoff
gehäuse beschrieben wurde, kann das Gehäuse aus Keramik, aus einem Verbundmaterial von
Keramik und Kunststoff und dergleichen Materialien bestehen.
Ebenso ist die Herstellung des Sensors nicht auf das beschriebene Spritzgießen von thermopla
stischem Harz beschränkt. Vielmehr kann der Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung auch
durch Formgießen (cast molding) von thermisch aushärtendem Harz hergestellt werden.
Obwohl ferner die Verbindung der Anschlüsse des Sensorchips mit dem Verdrahtungsmuster auf
dem isolierenden Gehäuse als durch Drahtbonden beschrieben wurde, kommt eine Verbindung
durch sogenanntes kontrolliertes Collapse-Bonding (CCB) ebenso in Betracht.
Wie voranstehend erläutert, ermöglicht der Halbleiter-Optosensor gemäß der Erfindung die
Aufrechterhaltung eines stabilen Abdichtzustands des Gehäuses, wodurch verhindert wird, daß
sich seine Eigenschaften verschlechtern, seine Zuverlässigkeit verbessert wird und seine
Lebensdauer verlängert wird.
Claims (8)
1. Halbleiter-Optosensor, umfassend:
ein isolierendes Gehäuse (1),
Verdrahtungsmittel (2), die sich von der Innenseite zur Außenseite des Gehäuses (1) erstrecken,
einen optischen Sensorchip (6) aus Halbleitermaterial, der am Boden des Gehäuses (1) befestigt ist,
an dem Sensorchip (6) vorgesehene Anschlußmittel,
Verbindungsmittel (3) zum Verbinden der Anschlußmittel mit den Verdrahtungsmitteln (2),
einen transparenten Füllstoff, der in das Gehäuse (1) gefüllt ist und die Oberseite des Sensorchips (6) bedeckt, und
eine oberhalb des Sensorchips (6) unter Zwischenlage des Füllstoffs angeordnete trans parente Platte (5),
dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gehäuses (1) Löcher (1a, 1b) vorgesehen sind, mit denen der transparente Füllstoff (4) in Verbindung steht.
ein isolierendes Gehäuse (1),
Verdrahtungsmittel (2), die sich von der Innenseite zur Außenseite des Gehäuses (1) erstrecken,
einen optischen Sensorchip (6) aus Halbleitermaterial, der am Boden des Gehäuses (1) befestigt ist,
an dem Sensorchip (6) vorgesehene Anschlußmittel,
Verbindungsmittel (3) zum Verbinden der Anschlußmittel mit den Verdrahtungsmitteln (2),
einen transparenten Füllstoff, der in das Gehäuse (1) gefüllt ist und die Oberseite des Sensorchips (6) bedeckt, und
eine oberhalb des Sensorchips (6) unter Zwischenlage des Füllstoffs angeordnete trans parente Platte (5),
dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gehäuses (1) Löcher (1a, 1b) vorgesehen sind, mit denen der transparente Füllstoff (4) in Verbindung steht.
2. Optosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Füll
stoff (4) durch die Löcher (1a, 1b) nach außen frei liegt.
3. Optosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Gehäuses
(1) ein die Löcher (1a, 1b) überdeckender Dünnfilm (21) vorgesehen ist.
4. Optosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den Löchern
(1a, 1b) befindenden Oberflächenteile des transparenten Füllstoffs (4) mit einem jeweiligen
Beschichtungsfilm (22a, 22b) bedeckt sind.
5. Optosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil
der Oberseite des transparenten Füllstoffs (4) nicht mit der transparenten Platte (5) in Kontakt
steht, sondern nach außen frei liegt.
6. Halbleiter-Optosensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeich
net, daß die transparente Platte (5) so angeordnet ist, daß ein Teil der Oberseite des transparen
ten Füllstoffs (4) nicht mit der transparenten Platte (5) in Kontakt steht, sondern nach außen frei
liegt.
7. Optosensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
transparente Platte (5) von Stützsäulen (81; 82) getragen wird, die von dem Gehäuse nach innen
ragen.
8. Optosensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der transparente Füllstoff (4) transparentes Silikongel ist.
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Legal Events
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