用于光电器件的外壳及其生产方法、以及用于外壳的盖与流程

本发明涉及一种用于电子器件、特别是光电器件的外壳以及用于外壳的盖。

此外，本发明涉及一种用于电子器件的外壳的生产方法。

背景技术

用于光学器件、特别是光电器件的外壳是已知的。特别地，这些外壳是具有窗的气密密封的外壳，电磁辐射可以通过所述窗进入外壳或者从外壳出射。

这类外壳在光学传感器领域中是特别已知的。现有的窗在紫外线范围内和/或在可见波长范围内和/或在红外线范围内是透明的。

石英玻璃适合作为这种窗的通用材料。然而，石英玻璃表现出非常低的热膨胀，因此，很难将其连接到用于这类封装的大多数其它材料上，例如，很难将其连接到硅上。

文献us9,564,569b1公开了一种气密密封的外壳，其中多个窗分别应用到基体上。以这种方式，可以提供一种具有对红外线辐射透明的窗以及在另一波长范围内透明的窗的外壳。

然而，这种外壳的构造的缺点是其制造复杂。例如，需要几个处理步骤来引入不同的窗。此外，外壳基体必须具有连续的中央腹板，以便为两个窗提供周向封闭的密封边缘。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种用于电子器件的外壳及其生产方法，这允许以简单的方式提供一种外壳盖，该外壳盖具有对红外线辐射透明的区域以及对不同的波长透明的区域。

本发明的目的已经通过根据独立权利要求中的任一项所述的用于至少一个电子器件的外壳、用于外壳的盖、以及用于电子器件的外壳的生产方法来实现。

本发明的优选实施例和进一步改进由从属权利要求、说明书和附图的主题来指定。

本发明涉及一种用于至少一个电子器件的外壳。更具体地说，本发明涉及一种用于光电器件的外壳。

特别地，外壳可以配备有一个或多个光电器件、例如传感器、特别是紫外线探测器、红外线探测器或光探测器、和/或发光二极管。

此外，本发明还涉及一种包括盖的外壳，所述盖连接到晶片，所述晶片必须在进一步的步骤中被切割，即必须被分离成包括电子器件的单独的外壳。

根据本发明的第一实施例，外壳包括由对红外线辐射透明的材料制成的盖。

术语“对红外线辐射透明的材料”优选地指至少在1.5μm至5μm的波长范围内表现出大于20％、优选地大于40％的平均透过率的材料。

在本发明的一个实施例中，盖由硅制成。硅在1μm波长以上是透明的，并且可以很好地连接到其它半导体部件上，特别是连接到同样由硅构成的晶片上。

此外，根据本发明的第一实施例，在由对红外线辐射透明的材料制成的盖中设置有至少一个玻璃窗。

根据本发明，特别地，期望针对气密性地封闭外壳，盖同时构成支撑件、特别是构成玻璃窗的框架，该玻璃窗在与盖的材料不同的波长范围内是透明的。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于至少一个电子器件的外壳，该外壳包括基部，所述基部包括用于电子器件的安装区域，所述外壳具有由玻璃制成的盖，其中至少一个由对红外线辐射透明的材料制成的窗布置在由玻璃制成的盖中。

因此，本发明的这个实施例采用与本发明的第一实施例相反的方式，提供了一种由玻璃制成的盖，在该盖中布置有由对红外线辐射透明的材料制成的窗。

在玻璃窗的下面或者在玻璃制成的盖的一部分的下面，可以设置用于光电器件的安装区域，使得通过窗进入的电磁辐射入射到所述安装区域上，和/或所述安装区域通过玻璃窗发射电磁辐射。

另一方面，在本发明的第二实施例中，用于另一个光电器件的安装区域位于盖的用作红外线辐射窗的部分的下方，或者位于由对红外线辐射透明的材料制成的窗的下方。

以这种方式，可以通过较少的工艺步骤并且以简单的方式提供一种具有盖的气密密封的外壳，在所述盖下方设置有用于红外线辐射敏感的光电器件的安装区域和用于不同的波长范围的光电器件的安装区域。

安装区域可以通过盖在其上方延伸的腹板在空间上分开。然而，根据又一个实施例，这两个安装区域设置在外壳的单个空腔中。以这种方式，例如甚至可能的是，具有用于不同波长的两个不同检测范围的单个传感器在两个安装区域上方延伸。

盖优选地直接连接到外壳的基部或下部。

特别地，玻璃窗或玻璃制成的盖对紫外线辐射和/或可见光是透明的。术语“对紫外线辐射和/或可见光透明”优选地理解为是指在紫外线辐射范围内或在可见光范围内的平均透过率平均大于20％，优选地大于40％。

除了使用硅作为盖的材料，或者使用硅作为对红外线辐射透明的窗的材料之外，另一个实施例想到使用氧化铝、特别是蓝宝石或锗。

当在第二实施例的情况下使用硅作为盖的材料或者使用硅作为由对红外线辐射透明的材料制成的窗的材料时，玻璃窗或玻璃制成的盖分别优选地由在20℃至300℃下平均线性热膨胀系数为2ppm/k至5ppm/k的玻璃制成。

优选地，线性热膨胀系数在3ppm/k与5ppm/k之间，更优选地，线性热膨胀系数小于4ppm/k。

在本发明的一个实施例中，玻璃制成的盖或玻璃窗由硼硅酸盐玻璃制成。这在包括由玻璃制成的盖的实施例中是特别有利的。在这种情况下，盖可以通过阴离子键合非常容易地连接到基部并且连接到由红外线辐射透明的材料制成的窗。

盖优选地具有板状形状。根据本发明的优选实施例，盖被气密密封到下部以形成外壳。下部优选地具有凹部，每个凹部提供用于至少一个电子器件的安装区域。

在本发明的优选实施例中，玻璃窗熔接到盖中。特别地，建议对于提供玻璃窗，将玻璃插入件加热至至少高于玻璃转变温度tg的温度，使得玻璃以这种方式结合到盖的材料上。

由于玻璃通常具有与盖的材料不同的热膨胀系数，所以在冷却期间玻璃中产生应力。

该应力取决于熔接工艺所需的温度、所采用的玻璃材料的热膨胀系数和盖的材料的热膨胀系数、以及玻璃窗的尺寸。

因此，在冷却工艺期间，引起玻璃窗与邻接的盖的部分之间的长度差，这导致压应力或拉应力。

大致可以认为，在低于玻璃转变温度约20k下，即当玻璃不再柔软的时候，材料牢固地结合在一起。因此，可以按照如下等式确定冷却引起的玻璃与邻接的盖基板之间的长度差：

其中l是玻璃窗在其主延伸方向上的长度，并且△l是通过熔接集成玻璃窗期间被加热时的长度差。在这个实例中，ctesi是硅的平均线性热膨胀系数，而cteglass是玻璃的平均线性热膨胀系数。

以下等式大致适用于玻璃中的应力σg：

其中e是所使用的玻璃的弹性模量或杨氏模量。

优选地，玻璃和盖的材料彼此匹配，使得在20℃下玻璃窗处于-100mpa的压应力与+30mpa的拉应力之间的应力下，优选地处于-20mpa的压应力与+10mpa的拉应力之间的应力下。

特别地，这可以通过使用具有与所采用的盖材料的膨胀系数相等的膨胀系数的玻璃来实现。

应该理解的是，在具有低玻璃转变温度tg的玻璃的情况下，与盖的材料相比线性热膨胀系数的更大差异使得能够满足上述拉应力或压应力的范围。

特别地，根据本发明的一个实施例，可以使用玻璃转变温度tg小于600℃的玻璃。

特别地，根据本发明的一个实施例，可以使用在20℃至300℃下平均线性热膨胀系数α为3ppm/k至4ppm/k并且玻璃转变温度tg为500℃至600℃的玻璃。

在本发明的一个实施例中，使用玻璃转变温度tg为300℃至500℃的低熔点玻璃，该低熔点玻璃在20℃至300℃下的平均线性热膨胀系数α为4ppm/k至5ppm/k。

更特别地，可以使用以下市售玻璃：schott8689、schott8347、schott8330、schott8487、schott8341、schott8337、schottg017-388、schottg017-002和schottg017-339。

此外，本发明涉及一种用于电子器件的外壳的盖。特别地，本发明涉及一种用于如上所述的外壳的盖。

盖由对红外线辐射透明的材料构成，并且它具有玻璃窗，所述玻璃窗至少对另一波长范围的电磁辐射是透明的，或者根据本发明的第二实施例，盖由玻璃构成，并且包括由对红外线辐射透明的材料制成的窗。

特别地，盖或者由红外线辐射透明材料制成的窗分别由硅制成，并且包括已经熔接、结合或焊接到其上的玻璃。

此外，本发明涉及一种用于电子器件的外壳、特别是如上所述的外壳的生产方法。

根据本发明，提供了由对红外线辐射透明的材料、特别是硅制成的盖，并且将玻璃窗提供到所述盖中，或者将由对红外线辐射透明的材料制成的窗布置到玻璃制成的盖中，然后，将盖连接到基部、特别是晶片，以形成气密密封的外壳。在这种情况下，在玻璃窗的下方或者在玻璃制成的盖的一部分的下方设置至少一个用于电子器件的安装区域，并且在没有设置玻璃窗的盖的一部分的下方或者在由对红外线辐射透明的材料制成的窗的下方设置另一个用于电子器件的安装区域。因此，根据第一实施例，盖材料本身限定了另一个安装区域上的对红外线辐射透明的窗，并且盖材料优选地直接连接到基部。

特别地，可以想到，使用用于盖的基板，在该基板中引入至少一个开口以布置玻璃窗或者由对红外线辐射透明的材料制成的窗。

所述开口可以例如通过蚀刻、特别是湿法蚀刻或反应离子蚀刻、通过机械加工(例如钻孔、磨削、研磨或喷砂)来引入。

根据所采用的工艺，所得到的开口的侧壁可能是倾斜的。

但是，这甚至可以提高部件的机械连接，特别是当通过熔接集成玻璃窗时。

随后，即一旦引入了开口，布置至少一个玻璃窗或由对红外线辐射透明的材料制成的窗。

为此，提出多种实施例。

首先，可以通过熔接直接集成玻璃。

为此，使用玻璃插入件，所述玻璃插入件被引入到先前提供的基板的开口中。

然后，将基板与玻璃插入件一起加热到高于玻璃的tg的温度，从而使玻璃与基板结合并且形成窗。

如根据本发明的一个实施例所想到的，由于玻璃的表面张力，由此可以形成透镜，特别是凸透镜。

这个实施例具有的优点是：允许以简单的方式提供非常稳定的机械和气密密封的连接。

另一方面，根据外壳的几何形状，在本发明的这个实施例中对所采用的玻璃的选择受到限制，因为，首先，所采用的玻璃应该具有与基板的热膨胀系数相适用的膨胀系数，另一方面，所采用的玻璃必须具有足够低的玻璃转变温度。

根据本发明的另一个实施例，因此，可以想到，使用与玻璃窗相比在更低的温度下也能软化或熔化的焊料。

这允许更自由地选择用于玻璃窗的材料。特别地，如根据本发明的一个实施例所想到的，可以将预成形的光学元件、例如透镜、滤波器、衍射光学元件等作为窗布置到盖中，并且其形状在连接时不通过熔接加以限定。预成形的光学元件优选地通过熔焊、键合或焊接而集成。

此外，可以使用低熔点焊料，特别是玻璃转变温度小于350℃的焊料。

根据本发明的一个实施例，使用玻璃焊料。这意味着，使用玻璃进行熔焊，玻璃具有比窗的材料更低的玻璃转变温度。

根据本发明的另一个实施例，使用金属焊料。特别是通过沉积方法将窗金属化，优选地至少将其部分金属化。然后，将其插入到基板的开口中并且通过熔化金属焊料将其连接到基板。

上述实施例的共同之处在于，玻璃窗优选地至少部分地布置在基板的开口内，即连接到开口的侧壁。

这允许提供特别平坦的设计。

在本发明的又一个实施例中，键合、特别是阳极键合或焊接至少一个玻璃窗或由对红外线辐射透明的材料制成的窗。

优选地，为此使用结构化玻璃晶片。

例如，可以使用激光辐射将其焊接到盖基板上。

为此，优选地将玻璃、特别是玻璃窗、特别是结构化玻璃晶片放置在基板上，使得基板的开口被玻璃覆盖。

然后，通过焊接或阳极键合实现连接，使得玻璃的下侧、特别是玻璃窗的下侧与基板的上表面接合。因此，在本发明的这些实施例中，所述连接优选地不在开口的侧壁上实现，而是在盖的上表面处实现。

在使用设置有对红外线辐射透明的窗的玻璃制成的盖的实施例中，玻璃制成的盖优选地通过阴离子键合连接到基部和/或对红外线辐射透明的窗。

优选地，为此使用由硼硅酸盐玻璃制成的盖。由于硼硅酸盐玻璃具有与基部和对红外线辐射透明的窗的线性热膨胀系数相适应的膨胀系数，所以可以以简单的方式提供这种外壳。特别地，硼硅酸盐玻璃的线性热膨胀系数与基部和/或对红外线辐射透明的窗的材料的线性热膨胀系数相差不超过+/-0.5ppm/k。

附图说明

现在将参考图1a至图7c的附图通过示意性示出的示例性实施例来解释本发明。

图1a和图1b是旨在解释现有技术中已知的用于光电器件的通用外壳的构造的示意性截面图。

图2a至图2d旨在示出其中通过熔接将玻璃窗集成到盖中的根据本发明的方法的示例性实施例。

图3a至图3d示出了其中借助于焊料将玻璃窗连接到盖基板的示例性实施例。

图4a至图4d示出了其中将结构化玻璃晶片施加到基板上并且通过焊接或阴离子键合将其连接到基板的方法。

图5a和图5b是包括光电器件的根据本发明的外壳的示例性实施例的部件的示意性截面图。

图6a和图6b示出了包括光电器件的外壳的可选实施例的进一步的示意性截面图。

图7a至图7c是旨在说明设置在晶片组件中的多个光电器件如何配备盖并且随后如何被切割的示意性截面图。

具体实施方式

图1a和图1b通过截面图示出了根据现有技术如何生产用于光电器件16a、16b的外壳11。

如图1a的截面图所示，外壳11由下部12构成，在下部12上施加至少一个盖1。

下部12具有凹部，每个凹部限定用于光电器件16a、16b的安装区域15a、15b。

为了用气密密封的盖1封闭安装区域15a、15b，将两个窗14a、14b直接施加到形成用于窗14a和14b框架的下部12。因此，盖1由窗14a和14b形成。

如图1b所示，窗14a、14b例如借助于焊料通过以气密密封的方式将它们附接到下部12而连接到下部12。

窗14a例如可以是对红外线辐射透明的，相应地，使得光电器件16a例如是红外线传感器。相反，窗14b可以是对紫外线辐射或可见光透明的，例如，使得光电器件16b例如被实现为led或光电池。

窗14a和14b的附接是复杂的，因为它们必须作为单独的窗施加到框架上，所述框架在该实施例中被设置为外壳11的下部12的一部分。

因此，本发明提出提供一种单个盖，其中盖本身的材料提供对红外线辐射透明的窗，并且盖具有在另一波长范围内透明的玻璃窗。

图2a至图2d示出了根据本发明的第一实施例的用于将玻璃窗集成到这种盖1中的方法步骤。

为了提供盖1，首先提供基板2，特别是硅晶片形式的基板(参见图2a)。

然后，如图2b所示，例如通过蚀刻或机械加工将开口3引入到基板2中。

然后，如图2c所示，将玻璃插入件4a、4b引入到开口3中。

如图2d所示，然后，将盖1加热至高于玻璃转变温度tg的温度。

玻璃插入件4a和4b的玻璃软化并且结合到基板2的开口3的侧表面，形成气密密封。以这种方式，由熔接的玻璃插入件4a、4b形成窗5a、5b。

根据所使用的玻璃、其体积及其表面张力，并且根据进行加热所处的气氛，可以形成透镜，如窗5b所示。

现在，在盖1的区域6的下面存在红外线透明窗，该窗由盖1限定。相反，在区域7中，设置了对紫外线和/或可见光透明的窗5a。

因此，用于不同的光电器件的安装区域可以布置在区域6和7的下面。

一旦引入了玻璃窗5a、5b，盖1优选地连接到基部，特别是连接到其上布置有电子器件的晶片。

然后，晶片准备好被切割成独立的管芯。

根据本发明的一个实施例，建议在盖1的一部分中进行切割，即分离晶片。

特别地，根据本发明还建议，提供没有玻璃窗而是仅有对红外线辐射透明的盖的切块部件。

在晶片组件中，本发明也为这些实施例提供了显著的成本优势。

参考图3a至图3d，将解释根据本发明所述的方法的又一个实施例。

如图3a和图3b所示，首先，将开口3引入到盖1的基板2中，如上面参考图2a至图2d所述的方法。

然后，如图3c所示，并且与参考图2a至图2d所述的方法相反，提供了玻璃窗5a、5b，玻璃窗5a、5b通过使用焊料、特别是焊料玻璃10a、10b连接到基板2，而不是通过软化玻璃窗5a、5b本身来将它们连接到基板2。

窗5a、5b可以是板状窗，或者也可以是光学部件、例如透镜的形式，如玻璃窗5b的圆形形状所示的。

通过加热玻璃焊料10a、10b，将玻璃窗5a、5b结合到基板2上，并且在本实施例中，窗5a、5b从基板突出来，并且玻璃焊料10a、10b设置在突出部分周围。

根据本发明的又一个实施例，同样可以将例如玻璃焊料10a、10b引入到套筒形式的开口3中，以便将玻璃窗5a、5b的侧表面连接到开口3的侧表面(未示出)。

图4a至图4b示意性地示出了本发明的又一个实施例，其中提供了基板2、特别是硅晶片的形式，在该基板2中同样引入开口3。

此外，提供了玻璃基板8、特别是玻璃晶片，其如图4b所示构造，从而产生形成后面的玻璃窗5a、5b的开放区域9和封闭区域。

如图4c所示，将玻璃基板8放置到盖1的基板2上，使得玻璃窗5a、5b覆盖开口3。

然后，将玻璃窗5a、5b连接到基板2。

这可以通过焊接、特别是使用激光辐射来完成。特别地，可以将玻璃基板8和盖的基板2压在一起，并且可以使用聚焦激光来加热开口3的边缘处的基板2和玻璃窗5两者的材料，从而进行焊接。

根据又一个实施例，图4d所示的连接步骤可以通过阴离子键合来实现。在这种情况下，在工具的两半之间施加电压，该工具在通常高于350℃的高温下夹住由玻璃基板8和盖的基板2构成的组件。特别地，在这种情况下可以使用含碱玻璃。由于界面处的离子迁移导致的电荷区域，形成硅氧桥，这导致玻璃基板8与基板2之间的键合。

如在其它实施例中那样，盖1的基板2的一部分本身提供对红外线辐射透明的区域6，而玻璃窗5a限定在其上盖1在另一波长范围内透明的安装区域。

参考图5a和图5b的示意性截面图，将解释如何形成根据本发明的带盖1的外壳11。

如图5a所示，在该实施例中，外壳11由基部或下部12和盖1构成。

如上所述，盖1优选地具有板状形状，并且包括由对红外线辐射透明的材料制成的基板。

此外，盖1包括优选地通过熔接而集成的窗5a，该窗5a在另一波长范围内是透明的。

在该实施例中，下部12具有凹部15a、15b，每个凹部限定用于至少一个光电器件16a、16b的安装区域13a、13b。

下部12可以包括用于光电器件16a、16b的馈通和/或电路迹线(未示出)。

例如，下部12可以由硅或陶瓷制成。

在该示例性实施例中，下部12具有至少一个将安装区域13a和13b彼此分开的腹板17。

腹板17也用作盖1的支撑表面。

在俯视图中，安装区域13a、13b优选地具有4mm²至10cm²的表面面积。

如图5b所示，盖1连接到基部12以形成气密密封的安装区域13a、13b。

例如，这可以通过使用玻璃焊料或金属焊料来实现。

在盖1连接到下部12之前，窗5a优选地集成到盖1的基板中。

盖本身的材料对红外线辐射是透明的，使得区域6为光电器件16a提供用于红外线辐射进入或出射的窗。

相反，窗5a提供限定用于例如紫外线辐射或可见光的窗的区域7。因此，光电器件16b将接收和/或发射紫外线辐射和/或可见波长范围内的辐射。

图6a和图6b示出了本发明的可选实施例，其中与根据图5a和图5b的实施例相反，提供对紫外线辐射或可见光透明的区域7的窗5b为透镜形式。

如已经参考图2a至图2d所描述的，可以通过熔接集成玻璃插入件提供透镜形式的这种窗5b，所述玻璃插入件由于其表面张力而形成透镜。

参考图7a至图7c，将描述在根据本发明的实施例的晶片组件中实现的多个外壳11的制造。

如图7a所示，为此使用晶片18、特别是具有多个凹部的硅晶片或陶瓷晶片，每个凹部分别限定安装区域13a和13b。

在施加盖1之前，将光电器件16a、16b引入到这些凹部中的每一个中，并且例如通过晶片18的馈通件(这里未示出)对它们进行电连接。

如上面已经提到的，盖1具有多个窗5a，这些窗5a在与盖1本身的材料不同的波长范围内是透明的。

盖1具有大到足以覆盖多个外壳11的表面面积的尺寸。优选地，单个盖1用于单个晶片18。

如图7b所示，同时形成外壳11的下部的晶片18连接到盖1。

然后，如图7c所示，通过沿着壁19进行切割，将晶片18切割成多个外壳11。

然后，在该实施例中，每个外壳11具有包括对红外线辐射透明的区域6以及由窗5a形成并且对不同波长透明的另一个区域7的盖1。

如根据本发明的一个实施例所示的，由于在晶片组件中进行制造，所以可以以简单的方式为光电器件提供外壳，所述外壳包括用于对紫外线具有选择性的光电器件和/或用于对另一波长范围具有选择性的光电器件的安装区域。

根据本发明的又一个第二实施例，盖1由玻璃构成，并且窗5a/5b由对红外线辐射透明的材料制成。

除此之外，除了熔接透镜形式的窗的设计之外，外壳11、特别是盖1可以如上所述形成和/或制造而成。

在本发明的这个实施例中，盖1优选地由硼硅酸盐玻璃构成，并且通过阴离子键合连接到基部/下部12并且连接到窗5a/5b。

此外，本发明允许以简化的方式提供一种气密密封的外壳，该外壳具有对红外线辐射透明的区域和传输不同波长范围内的电磁辐射的玻璃窗。

参考标记列表

1盖

2基板

3开口

4a、4b玻璃插入件

5a、5b窗

6对红外线辐射透明的窗

7用于紫外线辐射和/或可见光的窗

8玻璃基板

9开口区域

10a、10b焊料玻璃

11外壳

12基部/下部

13a、13b安装区域

14a、14b窗

15a、15b凹部

16a，16b光电器件

17腹板

18晶片

19壁