专利名称：电子部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电子部件，尤其涉及在离开光学器件固定距离处安放透镜的电子部件。
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种广泛用于电子工业的光学器件。当VCSEL工作时(即VCSEL处于电激活状态)，它是一种以特定波长或波段发射光波的半导体器件。为保护VCSEL自身，通常把VCSEL这种光学器件固定在被称为“金属密封外壳”的密封装置中。“金属密封外壳”这一名称来自于这样一个事实即VCSEL器件通常被封装在铁镍钴合金/低碳钢的密封壳中，且壳有透镜与VCSEL相对。举一个例子，To-56是在工业中应用的一种“金属密封外壳”。联合电子设计工程委员会(JDEC)为电子工业规定了To-56和类似的金属封装物的技术规范。
用“金属密封外壳”的方法来封装光学器件不仅昂贵而且有时也不可靠。尤其，“金属密封外壳”是通过将铁镍钴合金/低碳钢压制成壳形状制造而成的，之后将光学透镜安装在罩壳上。这一过程相当耗时，且占用了光学器件很大部分的制造成本。除此而外，透镜相对于VCSEL位置的精确校准是决定光学器件性能的关键性因素。
因此，需要封装电子部件例如光学元件的新方法。用这种方法封装光学元件要比现有的“金属密封壳”的封装方法更便宜，更可靠。
图1是根据本发明的电子部件放大的局部等角视图；图2是根据本发明的电子部件放大的等角视图；图3是根据本发明的一个具体实施例的电子部件放大的局部等角视图；以及图4是根据本发明的一个具体实施例的电子部件放大的局部剖面图。
为使说明简单清楚，图中的元件并未按实际尺寸画出。例如，为清晰起见，图中某些元件的尺寸相对于其他元件被放大了。而且，在附图中，重复使用同一参考数码以指代相应的元件，这样更为恰当。
本发明一般提供了一种可用于封装光学元件以形成电子部件的方法。这些光学元件可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)发光二级管(LEDS)以及类似的半导体器件。本质上，此发明不需制成“金属密封外壳”来封装光学元件。代替形成“金属密封外壳”和在光学器件前安装分离透镜的是，本发明形成一个绝缘的透明复合物材质的罩壳。为使透镜集成在罩壳上，罩壳在模压过程中制造而成。
此外，本发明还提供了一种调整罩壳与封装在罩壳内的半导体器件之间的相对位置的方法。通过调节这一位置来调整电子部件的光学特性。这一调整过程增大了电子部件制造中的灵活性。从而容易满足个别用户的具体需求。容易理解的是，下面提供的例子表明本发明仅仅限于应用在产生和检测光信号的电子部件上，本发明的特点对封装应用在其他领域的半导体器件也会有益。
图1是电子部件10处于制造过程的早期阶段放大的局部等角视图。在本发明的最佳实施例中，电子部件10用一个带有多个引线12-14的引线架11制造而成。在其他应用中，引线架11被一块诸如印刷电路板(PCB)，陶瓷基底或其他类似的基底所替代。
环21使用多种技术形成在引线架11上，这些技术诸如惯用的模压注射工艺，转移模压工艺，或者将预成型的环固定在引线架11上。更详细的情况将在下面说明环21将用来调整透镜(未画出)相对于引线架11的位置，为便于调整，环21带有一个对准导块(22)。
在本例中，电子部件10是使用了两个半导体元件的光学器件。即使用了一个光产生器件16和光检测器件17。光产生器16可以是下列器件中的一种，诸如VCSEL，LED，或其他处于工作状态时(即电激活状态)，产生电磁辐射的器件。光产生器件(16)不一定必须产生可见光谱波段内的电磁辐射，因此，此例中红外器件和紫外器件都可使用。
光检测器件17用来监测和控制光产生器件16发射的光的多少。例如，光检测器件17可以是光探测器件或光电池，它产生的电压或电流信号与光产生器件16发射的光信号的大小成正此。正如图1所示，光产生器件16和光检测器件17固定在引线架11上，焊线18和19用于分别将光产生器件16和光检测器件17与引线12和14电连接在一起。
图2是电子部件(10)经过深加工过程后的放大等角视图。罩壳30由绝缘的透明复合物制造而成并固定在环21上。罩壳30对光产生器件16和光检测器件17提供了必要的封装和保护作用，且不影响电子部件10的光学性能。罩壳30的顶端部分32充当透镜33，用以控制和调整电子部件10产生的光信号。因为罩壳30的顶部32由透明材质制造而成，所以电子部件10产生的光信号可以通过透镜33。图2中箭头34标注出了电子部件10产生的光信号。
罩壳30的侧壁31形成一个空腔40并延伸至距光产生器件16和光检测器件17至少0.25毫米处。空腔40用来保证在安装过程中光产生器件16和光检测器件17免受物理性损害。改变空腔40的外型结构，可以调整透镜33相对于光产生器件16和光检测器件17的相对位置。正如图3所示，罩壳30带有凹槽45，用来校正罩壳30相对于环21的对准导块22的位置。
在本发明的最佳实施例中，调节罩壳30相对于环21的位置可以调整电子部件10的性能。升高或降低罩壳30的位置可调整透镜33相对于光产生器件16和光检测器件17的相对位置。由此依次改变电子部件10产生的光信号(箭头34)的焦点。例如，将罩壳30的高度增加1密耳(大约25微米)可使电子部件10发生的光信号的焦点变化几毫米。焦点是距透镜33一定距离远的光信号聚焦之处。这一距离(即焦距)由空腔40的外形，透镜33的厚度和光学特性，以及光产生器件16发出的光信号的波长决定。
罩壳30通过使用转移模压工艺或注射模压工艺形成。罩壳30的制造工艺涉及形成一个模具(未画出)，此模具能够形成诸如图3所示的罩壳30的形状。然后，将此模具放在用于模压的模盒中。然后将制造罩壳30的透明材料注入盒中。制造罩壳30的材料有多种多样，总的来说有透明环氧树脂或热塑料。例如，这些材料当中包括“NittoNT300”，“NittoNT510”，这些都是日本大阪的Nitto电子工业有限公司的注册商标。或者也有“Dexter Hysol Mo18”，这是加利福尼亚的Dexter工业公司的注册商标。
可以理解的是，通过在罩壳30的外表面38或内表面39加镀反射膜或全息材料(未画出)能够调整电子部件(10)的光学特性。在罩壳30的外表面38或内表面39上加镀导电材料(未画出)可调整电子部件10的电特性。光电子部件10处于工作状态时，希望在罩壳30上加电势差或接地。
现在来看图3，这里提供了根据本发明的另外一种制造罩壳30的方法。用来形成罩壳30的模具加以改进之后，可将罩壳30加工成带有一个透镜保护装置42。透镜保护装置42是罩壳30的顶部超出透镜33的那部分。透镜保护装置42可防止透镜33在电子部件10的安装过程或工作过程中被划伤。透镜保护装置42超出透镜33的距离在0.1毫米～20毫米范围之间为最佳。附图3中箭头43标明了这一距离。
正如上述所提及的，通过改变透镜33(箭头41所标注)的厚度的方法可调整电子部件10的光学特性。透镜33的厚度范围大约在0.1毫米～20毫米之间为最优。可以成形制造罩壳30的模具，从而使透镜33相对于基底半导体器件的倾角为49°(参看附图2)。透镜33以一个倾角而形成，这样，通过旋转罩壳30相对于环21的位置可以调整电子部件10的光学特性(参看图2)。
图4是罩壳30放大的剖面图，用来说明改变电子部件10的光学特性的另一种方法(参看附图1)。通过改变用来制造罩壳30的模具的形状，可改变透镜33的形状，使之成为凸透镜或凹透镜。正如附图4所示，透镜33有一个凹的上表面50和一个凸的下表面51。那么，容易理解的是，只要改变罩壳30的形状，会使一个上表面50或一个下表面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。
在图3中所示的罩壳呈圆柱形。其顶端部分32相对而言较平坦。这仅仅是本发明的一个可行的例子。那么，可以理解的是，依赖于电子部件的特殊应用，罩壳30同样可以是其他形状，诸如正方形或三角形。环21，对准导块22，以及凹槽45不是必选件，可以任意选择。
以上叙述的过程，提供了一种封装产生光信号的电子部件的方法。本发明设计制造了集透镜于一体的罩壳体。这一方法避免了在“金属密封外壳”上安装分离透镜的作法。本发明同时也提供了一种在电子部件安装过程中调整其光学特性的方法。这些优点不仅降低了电子部件的制造成本，也提高了满足各种不同需要的灵活性。
权利要求
1.一种电子部件(10)，其特征在于，包括引线架(11)；连接在引线架(11)上的第一半导体器件(16)；以及覆盖在引线架(11)上的由绝缘物质组成的罩壳(30)，其中罩壳(30)提供了一个空腔(40)，它覆盖着第一半导体器件(16)，而罩壳(30)有一个顶端部分(32)，对第一半导体器件(16)产生的光是透明的。
2.权利要求1的电子部件(10)，其中罩壳30具有侧壁(31)，并且电子部件(10)还包括环(21)，环(21)覆盖引线架(11)，并与罩壳(30)的侧壁(31)相连接，使得罩壳(30)的空腔(40)可调节性地位于第一半导体器件(16)的上方。
3.权利要求2的电子部件(10)，其中环(21)具有对准导块(22)，罩壳(30)带有凹槽(45)，通过对齐罩壳(30)的凹槽(45)和环(21)的对准导块(22)，使罩壳(30)可调节性地位于第一半导体器件(16)的上方。
4.权利要求2的电子部件(10)，其中，罩壳(30)的位置可调，使得第一电子部件(16)产生的光有一个焦点，焦点与罩壳(30)的顶端部分(32)的距离是第一距离。
5.权利要求1的电子部件(10)，其中，罩壳(30)的顶端部分(32)有一个上表面，而且，罩壳(30)的一部分在第一半导体器件(16)上方延伸一个比上表面更大的距离。
6.权利要求1的电子部件(10)，其中，罩壳(30)的空腔(40)在第一半导体器件(16)之上延伸至少0.25毫米。
7.一种电子部件(10)，其特征在于，包括基底(11)；叠加在基底(11)上的半导体器件(16)；以及具有顶端部分(32)和侧壁(31)的罩壳(30)，其中，罩壳(30)包括绝缘材料，侧壁(31)提供了覆盖半导体器件(16)的空腔(40)，并且顶端部分(32)提供了覆盖半导体器件(16)的透镜(33)。
8.权利要求7的电子部件(10)，其特征还在于环(21)覆盖在基底(11)之上，并且罩壳(30)与环(21)耦连在一起，使得罩壳(30)的空腔(40)可调节式地定位在导体器件(16)上方。
9.一种电子部件(10)，其特征在于，包括引线架(11)，具有多个引线(12，13，14)；半导体器件(16)，与多个引线(12，13，14)电耦连在一起；环(21)，覆盖在引线架(11)之上；以及罩壳(30)，具有顶端部分(32)，它是透明的，侧壁(31)提供了空腔(40)；其中罩壳(30)与环(21)相耦连，使得位于半导体器件(16)之上的罩壳(30)的空腔(40)的位置易于调节，从而使得半导体器件(16)处于电激活状态时，它产生的光聚焦在距罩壳(30)的顶端部分(32)某一距离的焦点上。
10.一种电子部件(10)，其特征在于，包括引线架(11)；第一半导体器件(16)，连接在引线架(11)上；以及罩壳(30)，覆盖在引线架(11)之上，其中，罩壳(30)提供一个空腔(40)，覆盖在半导体器件(16)之上，而且，罩壳(30)有一个顶端部分(32)，它是透明的，且与罩壳(30)连为一体。
全文摘要
电子部件(10)通过在光产生器件(16)之上安装罩壳(30)而形成。罩壳(30)的顶端部分(32)提供透镜(33),透镜(33)对光产生器件(16)发出的光信号是透明的。电子部件(10)的光特性可通过改变罩壳(30)距光产生器件(16)的相对位置来调整。
文档编号H01L23/48GK1194461SQ98105330
公开日1998年9月30日 申请日期1998年2月25日 优先权日1998年2月25日
发明者特里·D·巴罗尼, 丹尼尔·P·桑德斯 申请人:摩托罗拉公司