JP5114069B2 - 電子モジュールおよび電子モジュールをカプセル化する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子モジュールおよび電子モジュールをカプセル化する方法に関する。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102006008793.3号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。

電子モジュールはオプトエレクトロニクス構成素子を包含することができるが、そのようなオプトエレクトロニクス構成素子は例えば処理プロセス、搬送、管理の間および／または動作中にオプトエレクトロニクス構成素子に影響を及ぼす可能性のある有害な作用から保護されなければならない。その種の有害な作用は例えば埃のような汚れまたは湿気によって、もしくは引っ掻きまたは圧痕のような機械的な損傷によって生じる可能性がある。

刊行物DE 19536454 A1には、オプトエレクトロニクス構成素子がハウジングボディ内に透明なプラスチックによって包囲されている電子モジュールが記載されている。この包囲によってオプトエレクトロニクス構成素子を外部の侵害的な作用から保護することができる。しかしながらその種のモジュールにおいてはプラスチック包囲部によって、例えばプラスチック包囲部の殊に境界面における屈折または回折によって、またはプラスチック包囲部によるビームの吸収によって電子モジュールの動作にとって不利な作用が生じる可能性がある。さらには、例えば電子モジュールをはんだ付けによりさらに処理する際に、プラスチック包囲部の温度に依存する体積変化のような機械的な特性は、不所望に加えられる圧力によってオプトエレクトロニクス構成素子にとって不利に作用する可能性がある。

したがって本発明の課題は、上記の欠点を低減または回避する電子モジュールならびに電子モジュールのカプセル化方法を提供することである。

電子モジュールに関する課題は、オプトエレクトロニクス構成素子が配置される凹部を有するハウジングボディと、空洞部が形成されるように凹部上に配置されている、ポリイミドを有するフィルムとを包含することにより解決される。

電子モジュールのカプセル化方法に関する課題は、オプトエレクトロニクス構成素子が配置される凹部を備えたハウジングボディを有する電子モジュールを準備するステップと、空洞部が形成されるように、ポリイミドを有するフィルムを凹部上に被着するステップとにより解決される。

電子モジュールの有利な実施形態および構成は従属請求項に記載されており、また以下の説明および図面からも明らかになる。

本発明の実施形態による電子モジュールは殊に、オプトエレクトロニクス構成素子が配置される凹部を有するハウジングボディと、空洞部が形成されるように凹部上に配置されている、ポリイミドを有するフィルムとを包含する。

殊にポリイミドはポリマー主鎖の本質的な構造単位としてイミド基を有するポリマーを表し、ここでイミド基は線状または環状の単位として存在していても良い。さらにポリマーはイミド基の他に、ポリマー主鎖の構成要素としての別の官能基、例えばアミド基、エステル基および／またはエーテル基を有することもできる。

ポリイミドは広範な温度領域において安定性および強度が高いことを特徴とする。ポリイミドが−７５℃〜＋２６０℃の温度範囲において温度耐性を有する場合には有利である。さらにポリイミドが３７０℃の温度までの温度耐性を有する場合には有利である。この際ポリイミドが融点を有さず、且つ高い耐火性を有する場合には有利である。さらにポリイミドが高い熱寸法安定性を有し、殊に２５０℃の温度において０．０３％以下の収縮率を有する場合には有利である。温度耐性および熱寸法安定性が高いことによって、ポリイミドを有するフィルムを例えば電子モジュールの製造プロセスまたはさらなる処理中に、はんだ法において通常生じ得るような温度に晒すことができる。例えば、はんだ法として溶接はんだ（リフローはんだ）は５〜１０秒の期間にわたり２６０℃の温度を有する可能性がある。

ポリイミドを有するフィルムは、凹部およびフィルムによって空洞部が形成されるようにハウジングボディに被着される。このことは、フィルムが少なくとも凹部の部分領域を用いて空所を形成するということを意味している。凹部内に取付けられているオプトエレクトロニクス構成素子がフィルムと機械的に直接接触しないように空洞部内に取付けられている場合には有利である。

電子モジュールの実施形態においては、凹部が少なくとも部分的に反射性の領域を有し、殊に凹部を反射性のポットとして実施することができる。択一的に凹部は非反射性に実施されている。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムが接着層を用いてハウジングボディに被着されている。凹部を包囲するように存在し、且つ接着剤が塗布される面をハウジングボディが有する場合には有利である。面が湾曲していない場合には有利であり、これによりフィルムのための平坦な結合面が得られる。

有利には接着層およびフィルムは、凹部を包囲するフィルムの領域がハウジングボディに被着されているように周囲を囲む面を覆う。これによって空洞部をフィルムおよび凹部により完全に境界付けることができる。フィルムおよび接着層によって埃または他の小粒子ならびに湿気および蒸気の空洞部への浸入が阻止されるか、少なくとも大幅に低減される場合には殊に有利である。これによって例えば、殊にオプトエレクトロニクス構成素子にとって不利に作用する環境において電子モジュールを処理または駆動させることが可能である。その種の環境は例えば溶接はんだプロセスのようなはんだプロセスにおいて生じる可能性がある。

さらには、空洞部が気密性には閉じられないように接着層が選択されている場合には有利である。電子モジュールが、例えばはんだプロセスにおいて生じるような大きな温度変動にさらされている環境において電子モジュールが処理される場合には有利である。フィルムおよび接着層によっては気密性に閉じられていない空洞部によって、起こりうる温度変動において空洞部内の高圧または低圧を回避または阻止することができる。そのような高圧または低圧は場合によっては例えばオプトエレクトロニクス構成素子を損傷させる可能性がある。例えば、空洞部が気密性には閉じられていないように接着層の厚さを選択することができる。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムがポリイミドを有する第１の層および第２の層を包含する。第２の層は接着剤を有し、ハウジングボディに固定されている。接着剤を有するフィルムの第２の層を設けることによって、ハウジングボディへのフィルムの固定および接着を有利には容易にし、また改善することができる。

さらには、接着層がシリコーン接着剤を有するかシリコーン接着剤から構成されている場合には有利である。シリコーン接着剤は、殊に−７５℃〜＋２６０℃の温度範囲、有利には３７０℃までの温度範囲において高い温度耐性を有することができる。これによって、温度に起因する接着剤の劣化によるフィルムの層剥離を高い温度においても阻止することができる。択一的に、付加的に例えばエポキシを含有するシリコーンベースの接着剤、またはエポキシベースの接着剤を使用することができる。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムまたはフィルムの第１の層がポリイミドである。殊に、ポリイミドがポリ−（酸化ジフェニル−ピロメリトイミド）を有するか、ポリ−（酸化ジフェニル−ピロメリトイミド）である。

別の実施形態においては、ポリイミドフィルムをDuPont de Nemour社のいわゆるカプトン^(R)フィルムとして入手可能である。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムが１０〜数１００μｍの範囲の厚さを有する。厚さが薄ければビームに関するフィルムの透過特性にとって有利であり、これに対し厚さが厚ければ有利には機械的な安定性に関して、したがって例えばオプトエレクトロニクス構成素子に対する機械的な作用に対する保護に関して有利である。有利にはフィルムが約７０μｍの厚さを有する。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムが永続的に、殊に電子モジュールの管理中および動作中にハウジングボディに残存する。これによってオプトエレクトロニクス構成素子に関する中断の無い持続的な保護を保証することができる。

電子モジュールの実施形態においては、フィルムがオプトエレクトロニクス構成素子のビーム路内に配置されている。すなわちビームがフィルムの第１の面に入射し、フィルムの第２の面においてフィルムから射出する。フィルムがビームに対して透過性である場合には有利である。透過性とは殊に、ビームがフィルムの第２の面において、フィルムの第１の面におけるビームの強度の少なくとも１％、有利には少なくとも５０％、殊に有利には少なくとも９０％の強度を有することを意味する。

電子モジュールの別の実施形態においてはフィルムが、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、有利には８４０ｎｍ〜８６０ｎｍ、殊に有利には８５０ｎｍの波長を有するビームに対して透過性である。殊に、フィルムを限界波長領域において透過性である場合にスペクトルフィルタとして使用することができる。

さらにフィルムがガラスの屈折率よりも低い屈折率を有する場合には有利である。これによって、フィルムの境界面における反射損失を、オプトエレクトロニクス構成素子のビーム路内に配置されており、ガラスを有するかガラスから構成されている構成素子に比べて低減することができる。

さらには、殊にフィルムが偏光子または移相器、例えば波長板としてビームに作用する場合であっても、フィルムが複屈折性である場合には有利である。また択一的に、フィルムがビームの偏光に影響を及ぼさない場合には有利である。

電子モジュールの別の実施形態においては、フィルムの光学的な特性、殊に透過性が−４０℃〜＋１００℃の温度範囲において温度に依存しない。

電子モジュールの別の実施形態においてはフィルムが静電防止性である。このことはフィルムが機械的な作用によって、例えば同一の材料または異なる材料との摩擦によって１５０Ｖ以下、有利には５０Ｖ以下の静電気帯電を示すことを意味している。これによって有利にはフィルムがオプトエレクトロニクス構成素子を静電放電（ＥＳＤ）から保護することができる。

電子モジュールの実施形態においては、オプトエレクトロニクス構成素子はビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子またはビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子である。さらに、オプトエレクトロニクス構成素子はビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子とビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子の組み合わせを有することもできる。

電子モジュールの別の実施形態においては、電子モジュールが第１のオプトエレクトロニクス構成素子の他に少なくとも１つの第２のオプトエレクトロニクス構成素子を包含する。この場合、第１のオプトエレクトロニクス構成素子はビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子またはビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子を有することができ、さらには第２のオプトエレクトロニクス構成素子がビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子またはビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子を有することができる。

電子モジュールの別の実施形態においては、ビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子はフォトダイオード、フォトトランジスタまたはフォトＩＣである。

電子モジュールの別の実施形態においては、ビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子はビーム放射型の半導体ダイオードまたは半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオードは端面放射型の半導体レーザダイオードまたは面放射型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）でよい。

電子モジュールの別の実施形態においては、ハウジングボディは表面実装可能なものである。電子モジュールが外面において電気的なコンタクトを有する場合には有利である。択一的に電子モジュールは、適切な基板におけるスルーコンタクトを用いてはんだにより固定することができる、ボンディングされた電子モジュールであってもよい。

電子モジュールの別の実施形態においては、ハウジングボディがプラスチックを含有するか、プラスチックから構成されている。

電子モジュールをカプセル化するための本方法の実施形態においては、方法が以下のステップを有する：
Ａ）内部にオプトエレクトロニクス構成素子が配置される凹部を備えたハウジングボディを有する電子モジュールを準備するステップ
Ｂ）ポリイミドを有するフィルムを空洞部が形成されるように凹部上に被着するステップ。

本方法の別の実施形態においては、方法が前述のステップＢ）の前に別のステップを有する：
Ａ１）ポリイミドを有するフィルム帯材を準備するステップ
Ａ２）切断および／または打抜きによりフィルム帯材からフィルムを分離するステップ。

フィルムが分離されるフィルム帯材を準備することによって、有利には、例えば帯材またはベルト上に配置されている複数のハウジングボディにフィルムを被着するための簡単な方法が実現される。

さらに、フィルム帯材から分離されたフィルムが真空ピペットを用いて持ち上げられ、ハウジングボディにおいて凹部上に被着される。この場合には殊に、ハウジングボディ上でのフィルムの位置決めにおける高い精度を実現することができる。

本方法の別の実施形態においては、ハウジングボディがフィルムの被着後に基板に被着される。この場合基板は回路基板を有することができるか、またはハウジングボディのための電気的な接触手段が設けられている他の構造を有することができる。有利には、電子モジュールの被着および電気的な接触をはんだプロセス、殊に溶接はんだプロセスによって行うことができる。さらには電気的な接触を導電性の接着剤によって行うことができる。オプトエレクトロニクス構成素子を有利にはフィルムによって、オプトエレクトロニクス構成素子に不利に作用する可能性がある、被着および接触の際に生じる蒸気および湿気から保護することができる。

別の実施形態においては、フィルムが電気モジュールの使用開始前にハウジングボディから除去される。

本発明のさらなる利点および有利な実施形態ならびに構成を以下では本発明の実施例の唯一の図面と関連させて説明する。

図面に示されている実施例は、凹部２が設けられているハウジングボディ１を有する電子モジュールである。ここでハウジングボディ１は表面実装可能なものである。ハウジングボディ１は例えば形状処理によって得られるハウジングボディ１であり、このハウジングボディは導体フレーム１１が組み込まれているプラスチック、例えば熱可塑性樹脂から構成されている。導体フレームは、凹部２内にボンディングワイヤ７を介して１つまたは複数のオプトエレクトロニクス構成素子６のための電気的な接続手段１３が構成されるようにハウジングボディ１に組み込まれている。凹部２は円錐台状に構成されている。択一的に、凹部２はあらゆる任意の形状を取ることができる。例えば円筒状または平行六面体の形状または、円錐台、円筒および平行六面体の組み合わせを有する形状で構成することができる。ハウジングボディ１はさらに、凹部２の周囲を取り囲むように、凹部２のボンディング面に対して平行であり湾曲していない平面１２を有するように構成されている。

ポリイミドからなる第１の層３１と接着層である第２の層４とを備えたフィルム３は、このフィルム３が凹部２を覆い、その際フィルム３および凹部２によって境界付けられる空洞部５が形成されるように凹部２の上に被着される。さらにフィルム３は凹部２を超えて面１２上にも延在している。接着層４はフィルム３のポリイミド層３１および面１２と接触している。

層３１のポリイミドはポリ−（酸化ジフェニル−ピロメリトイミド）であり、接着層４はシリコーン接着剤であり、フィルム３は層３１および接着層４がポリイミドフィルム結合体に加工されるように実施されており、その種のフィルムは例えば３Ｍ社から入手可能である。フィルム３の厚さは７０μｍである。

電子モジュールの別の処理ステップおよび管理ステップへの不利な作用が生じないようにするために、フィルムが電子モジュールの端部において５０μｍ以上突出しないように、したがって面１２を超えて突出しないように、ハウジングボディの横方向の拡張部に対する横方向の拡張部を有することが重要である。横方向の拡張部は、ハウジングボディの実装面１３に対して平行な平面での例えばフィルム３またはハウジングボディ１の拡張部を表す。このために、適切なフィルム部分３をフィルム帯材から打ち抜き、真空ピペットを用いてハウジングボディ１の面１２上に載着することができ、このことはハウジングボディ１上におけるフィルム３の大きさおよび位置に関して高い精度を実現する。

フィルム３を簡単に処理できることによって、例えばハウジングボディ上に付加的に載着される接着層を用いて固定することができるガラスプレートに比べて、フィルム３は管理および処理のコストの点において有利であることが分かっており、他方ではガラスプレートによるものと同等のオプトエレクトロニクス構成素子６に対する保護機能を保証することができる。

フィルム３および凹部２によって電子モジュールには空洞部５が生じ、この空洞部５は凹部２の周囲を包囲する面１２上に載着される接着層４によって閉じられている。有利には、接着層の厚さは空洞部が気密に閉じられていないように選択されている。これによって、例えばモジュールおよび／または周囲温度の温度変動によって高圧または低圧が生じた際に空洞部内の圧力を補償調整することができる。

ポリイミドを有する層３１に基づくフィルム３の熱安定性および化学物質安定性が高いことによって、空洞部５は温度が高い、また蒸気が多いなどの条件においても、例えば溶媒または他の化学物質から保護されている。この際フィルム３は−７５℃〜＋２６０℃の温度領域において安定している。択一的にフィルム３を３７０℃までの温度においても安定させることができる。その種の条件は例えば、電子モジュールが有利には溶接はんだプロセスによって層に溶接される場合に発生する可能性がある。高温度時のフィルム３の収縮が僅かであることによって、例えば２５０℃で０．０３％の収縮率によって、フィルム３の変形は実質的に小さくなる。したがって面１２からのフィルム３の層剥離を回避することができる。

例えば、フィルム３を静電防止に作用するように実施することもできる。このことは殊に、フィルム３が管理および処理の際に静電気により充電されることはない、またはごく僅かにしか充電されないということを意味しており、これによりオプトエレクトロニクス構成素子に対する付加的な保護を保証することができる。フィルム３は７ｋVの放電電圧まで保護されている。

オプトエレクトロニクス構成素子６は面放射型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）である。ＶＣＳＥＬダイオードは、放射方向が半導体層列に対して垂直であることを特徴としており、また例えば刊行物WO 02/13334 A2およびDE 10026262 A1に記載されており、したがってその開示内容は参照により本願に取り入れられる。ＶＣＳＥＬダイオードを保護するために、さらにオプトエレクトロニクス構成素子６は並列に接続されている１つまたは複数のＥＳＤ保護ダイオード、例えば半導体ダイオード、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを有することができる。択一的に、ＶＣＳＥＬダイオードの半導体層列は集積された１つまたは複数のＥＳＤ保護ダイオードを有することができ、例えば刊行物DE 102004005269 B4およびDE 19945134 A1に記載されており、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。ＶＣＳＥＬダイオードの電気的な接触はＶＣＳＥＬダイオードの下面において導体フレーム１１の電気的な接触手段１３上で直接的に行われ、またＶＣＳＥＬダイオードの上面においてボンディングワイヤ７を介して別の電気的な接触手段１３上で行われる。

ＶＣＳＥＬダイオードは８５０ｎｍの波長において放射最大値を有する。ＶＣＳＥＬダイオードの寸法は例えば約２５０μｍの辺長、１５０〜２００μｍの厚さである。ハウジングボディ１は横方向において約３．２＋／−０．２ｍｍおよび約２．８＋／−０．２ｍｍの辺長を有する。ハウジングボディ１の高さは約１．９＋／−０．２ｍｍである。空洞部５の深さは、ハウジングボディ１内の凹部２によって設定され、約０．８＋／−０．１ｍｍである。

本発明は実施例に基づく上記の説明によってそれらの実施例に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。

電子モジュールの概略的な断面図。

Claims (28)

1. 電子モジュールにおいて
   −オプトエレクトロニクス構成素子（６）が配置される凹部（２）を有するハウジングボディ（１）と、
   −空洞部（５）が形成されるように前記凹部（２）上に配置されている、ポリイミドを有するフィルム（３）とを包含し、
   前記フィルム（３）は、接着層（４）を用いて前記ハウジングボディ（１）上に被着されており、且つ、前記接着層（４）は前記空洞部を気密に閉じずに、周囲に関する該空洞部内の圧力の補償調整を実現する厚さを有することを特徴とする、モジュール。
2. 前記ハウジングボディは、前記空洞部を包囲する平坦な表面を有し、該表面上には前記接着層が配置されており、それにより前記凹部を包囲する前記フィルムの領域が前記ハウジングボディに被着されている、請求項１記載のモジュール。
3. 前記オプトエレクトロニクス構成素子は前記フィルムと機械的に直接接触しない、請求項１または２記載のモジュール。
4. 前記フィルムは複屈折性である、請求項１から３までのいずれか１項記載のモジュール。
5. 前記フィルム（３）は、前記ポリイミドを包含する少なくとも１つの第１の層（３１）と第２の層とを有し、前記第２の層は接着層（４）を有し、且つ前記ハウジングボディ（１）上に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモジュール。
6. 前記接着層（４）はシリコーン接着剤を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のモジュール。
7. 前記フィルム（３）または該フィルム（３）の前記第１の層（３１）はポリイミドである、請求項１から６までのいずれか１項記載のモジュール。
8. 前記ポリイミドはポリ−（酸化ジフェニル−ピロメリトイミド）である、請求項１から７までのいずれか１項記載のモジュール。
9. 前記フィルム（３）は７０μｍの厚さを有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のモジュール。
10. 前記フィルム（３）はモジュールの動作時に前記ハウジングボディ（１）上に残存する、請求項１から９までのいずれか１項記載のモジュール。
11. 前記フィルム（３）は前記オプトエレクトロニクス構成素子のビーム路内に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のモジュール。
12. 前記フィルム（３）はビームに対して透過性である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のモジュール。
13. 前記フィルム（３）は８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域においてビームに対して透過性である、請求項１２記載のモジュール。
14. 前記フィルム（３）の透過性は、−４０℃〜１００℃の温度領域においては温度に依存しない、請求項１２または１３記載のモジュール。
15. 前記フィルム（３）は静電防止性である、請求項１から１４までのいずれか１項記載のモジュール。
16. 前記オプトエレクトロニクス構成素子（６）はビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子またはビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子である、請求項１から１５までのいずれか１項記載のモジュール。
17. 前記ビーム検出型のオプトエレクトロニクス構成素子はフォトダイオード、フォトトランジスタまたはフォトＩＣである、請求項１６記載のモジュール。
18. 前記ビーム放射型のオプトエレクトロニクス構成素子はビーム放射型の半導体ダイオードまたは半導体レーザダイオードである、請求項１６記載のモジュール。
19. 前記半導体レーザダイオードは面放射型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）である、請求項１８記載のモジュール。
20. 前記ハウジングボディ（１）は表面実装可能なものである、請求項１から１９までのいずれか１項記載のモジュール。
21. 前記ハウジングボディ（１）はプラスチックからなる、請求項１から２０までのいずれか１項記載のモジュール。
22. 請求項１から２１までのいずれか１項記載の電子モジュールをカプセル化する方法において、
    Ａ）オプトエレクトロニクス構成素子（６）が配置される凹部（２）を備えたハウジングボディ（１）を有する前記電子モジュールを準備するステップと、
    Ｂ）空洞部（５）が形成されるように、ポリイミドを有するフィルム（３）を前記凹部（２）上に被着するステップとを有し、ただし、前記フィルム（３）を接着層（４）を用いて前記ハウジングボディ（１）上に被着し、前記接着層（４）は、前記空洞部を気密に閉じずに、周囲に関する該空洞部内の圧力の補償調整を実現する厚さを有することを特徴とする、電子モジュールをカプセル化する方法。
23. 前記ステップＢ）の前に、
    Ａ１）ポリイミドを有するフィルム帯材を準備するステップと、
    Ａ２）切断および／または打抜きにより前記フィルム帯材から前記フィルム（３）を分離するステップとを有する、請求項２２記載の方法。
24. 前記ステップＢ）は、
    Ｂ１）前記フィルム（３）を真空ピペットを用いて取り上げるステップと、
    Ｂ２）前記フィルム（３）を真空ピペットを用いて前記凹部（２）上に載着するステップとを有する、請求項２２または２３記載の方法。
25. 前記ハウジングボディ（１）を、前記フィルム（３）の載着後にさらに基板に載着する、請求項２２から２４までのいずれか１項記載の方法。
26. 前記基板は回路基板を包含する、請求項２５記載の方法。
27. 前記ハウジングボディを溶接はんだ法を用いて前記基板上に被着する、請求項２５または２６記載の方法。
28. 前記フィルム（３）をモジュールの使用開始前に前記ハウジングボディ（１）から除去する、請求項２２から２７までのいずれか１項記載の方法。

Images