JP2010050443A - レンズサポートおよびワイヤボンドプロテクタ - Google Patents

レンズサポートおよびワイヤボンドプロテクタ Download PDF

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Abstract

【課題】
破損しやすいワイヤボンドを保護する。
【解決手段】
ワイヤボンドプロテクタは、超小型電子デバイスの端部に沿った、半導体ダイを基板上の導体に接続するワイヤボンドの長いアレイに対応して細長い形状を有する。ワイヤボンドが保護された超小型電子デバイスを作る場合には、まずワイヤボンドが従来の方法により形成される。その後、ワイヤボンドプロテクタが、ワイヤボンドを少なくとも部分的に覆うようにワイヤボンドのアレイに沿って延びる方向に超小型電子デバイスへ取り付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤボンドプロテクタを備えた超小型電子デバイスアセンブリに関する。
光通信ネットワークにおいては、光ファイバを通じて光信号を送受信するために、光送信モジュール、光受信モジュール、および光送受信モジュールが用いられる。このような光モジュールの送信部では、データを表す変調された光信号がレーザにより生成され、光ファイバを通して送信される。このレーザは、例えば、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）または端面発光レーザ（edge-emitting laser
）とすることができる。また、このようなモジュールの受信部では、光学系（optics system）が光ファイバの端部から伝播する光を光学検出器すなわち光検出器に導き、この光検出器は光エネルギーを電気エネルギーに変換する。光検出器は、一般にＰＩＮ（p-type/intrinsic/n-type)フォトダイオードなどの半導体フォトダイオードデバイスである。光送受信モジュールは、一般に、複数のデータ信号を送信する複数のレーザと、複数のデータ信号を受信する複数のフォトダイオードとを備えている。
通常、光モジュールは、光デバイス、すなわちレーザまたは光検出器をリードフレームとも呼ばれる基板上に取り付けることによって組み立てられる。通常、光デバイスは超小型電子半導体ダイを備えているので、ダイと基板上の導体との間の電気的接続は、ワイヤボンディングとして知られている手法によって行われる。ワイヤボンディングは、熱エネルギーまたは超音波エネルギーを用いて極細ワイヤの一端をダイ上のパッドに接着し、他端を基板上の導体の一つに接着する手法である。レンズアセンブリは、ダイの光送信ポートまたは光受信ポートと位置を合わせることができ、ダイおよび基板に対して固定された状態で取り付けられる。
ワイヤは極めて細く小さいため、ワイヤボンドは非常に脆弱である。光学アセンブリを手荒く扱うと、ワイヤボンドが容易に破損したり外れたりする可能性がある。光学アセンブリによっては、光学アセンブリ全体を取り囲む筐体すなわちモジュール本体によってワイヤボンドが保護されている。また、光学アセンブリによっては、ワイヤボンドを保護するために誘電性の樹脂内にワイヤボンドが封入されている。
本発明は、ワイヤボンドプロテクタと、超小型電子デバイスと、ワイヤボンドを保護する方法とに関する。ワイヤボンドプロテクタは、半導体ダイを基板上の電気的接続部に接続させる超小型電子デバイスの端部に沿ったワイヤボンドの長い（伸長）アレイ（列）に対応して、細長い形状を有する。超小型電子デバイスを作る場合、まずワイヤボンドが通常の方法で形成される。次いで、ワイヤボンドを少なくとも部分的に覆うことによって保護するために、ワイヤボンドのアレイに沿って延びる方向にワイヤボンドプロテクタが超小型電子デバイスへ取り付けられる。
他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明により当業者に明らかになるであろう。そのような追加的なシステム、方法、特徴、および利点は、この説明に含まれるものであり、明細書の範囲内であり、添付の特許請求の範囲に含まれるものである。
本発明の一実施形態によるワイヤボンドプロテクタの斜視図である。 図１のワイヤボンドプロテクタの側面図である。 図１および図２のワイヤボンドプロテクタの端面図である。 図１〜図３のワイヤボンドプロテクタの底面図である。 図２のライン５−５に沿った、ワイヤボンドプロテクタの断面図である。 ワイヤボンドを保護するために、図１〜図５のワイヤボンドプロテクタを超小型電子デバイスに取り付ける様子を示す説明図である。 図１〜図５のワイヤボンドプロテクタが取り付けられた超小型電子デバイスの斜視図である。 図７の超小型電子デバイスの平面図である。 図７の超小型電子デバイスの側面図である。 図８のライン１０−１０に沿った、図７の超小型電子デバイスの断面図である。 ワイヤボンドプロテクタの上部に別のデバイスが取り付けられている、図７と同様の斜視図である。 ワイヤボンドプロテクタを有する超小型電子デバイスを組み立てる方法の一例を示すフローチャートである。
本発明は、以下の図面を参照することによって理解を深めることができる。図中の各部材は必ずしも原寸に比例して記載されているわけではなく、本発明の原理を明確に示すために拡大して示すこともある。
図１から図５に示すように、一実施形態では、ワイヤボンドプロテクタ１００は、上壁１０２と側壁１０４により定まる細長い形状である。ワイヤボンドプロテクタ１００の両端は脚部１０６および１０８であり、いずれもワイヤボンドプロテクタ１００の底部を画定している。ワイヤボンドプロテクタ１００の両側にある凹部１１０および１１２は、以下に述べるようにワイヤボンドプロテクタ１００の位置合せおよび取り付けを容易にするためのものである。上壁１０２と側壁１０４の交差により、ワイヤボンドプロテクタ１００内に内部空間すなわちキャビティ１１４が生まれる。
ワイヤボンドプロテクタ１００は、プラスチック、エポキシなどの樹脂、金属等の適切な物質であれば、どのような物質からでも作成することができる。ワイヤボンドプロテクタ１００は、射出成形、注入成形、押出成形または他のあらゆる適切な従来の方法により作成することができる。ワイヤボンドプロテクタ１００は、例えば、透明、半透明、または不透明な液晶ポリマ（LCP: liquid crystal polymer）から射出成形することができる。
図６に示すように、超小型電子デバイスアセンブリ１１８のワイヤボンドのアレイ（列）１１６は、ワイヤボンドプロテクタ１００を取り付けることによって保護される。ワイヤボンドのアレイ１１６は、基板１２０の端部に沿って延在する複数のワイヤボンドを含んでいる。当技術分野においてよく理解されているように（したがって、分かりやすくするために詳細には示さないが）、各ワイヤボンドは、一端が半導体ダイ１２２のパッドに接着され、他端が基板１２０上の導体に接着されている極細ワイヤを含む。ワイヤボンドのアレイ１１６は、本発明の実施形態で示すように一般にまっすぐで直線状のワイヤボンドの列によって形成されるが、一つ以上の曲がり部が存在している場合もある。ワイヤボンドプロテクタ１００の細長い形状は、ワイヤボンドのアレイ１１６の細長い形状に対応すなわち適合していることに注意されたい。したがって、ワイヤボンドの非直線的な形状のアレイを保護する実施形態では、ワイヤボンドプロテクタはその形状に対応すなわち適合した形状を有することとなる。図示しないが、例えば、別の実施形態では、ワイヤボンドのＬ字型のアレイを保護するためにワイヤボンドプロテクタをＬ字型とすることもできる。
一実施形態において、基板１２０は、リードフレーム１２４と、リードフレーム１２４の上面に取り付けられる取り付けコア１２５とを有している。「基板」および「リードフレーム」という用語は同義的に用いられることがあるが、本明細書で使用する「基板」という用語は、リードフレームだけに限定されるものではなく、任意の適切な素子または素子のアセンブリを意味する広い概念である。一実施形態では、いくつかの半導体ダイ１２２は、取り付けコア１２５に取り付けられることにより基板１２０に取り付けられ、次に、取り付けコア１２５が基板１２０のリードフレーム１２４に取り付けられる。一実施形態では、基板１２０がリードフレーム１２４と取り付けコア１２５とを備えているが、別の実施形態では、基板は任意の適切な構造とすることができる。
半導体ダイ１２２は、当技術分野で知られている適切なタイプのデバイスを全て含むものである。例えば、超小型電子デバイスアセンブリ１１８が光送受信モジュールの一部である実施形態では、上記デバイスを光送信機（例えば、ＶＣＳＥＬ）および光受信機（例えば、フォトダイオード）とすることができる。一実施形態では複数の半導体ダイ１２２を備えており、そのうちのいくつかが光送信機であり、他が光受信機であるが、他の実施形態ではダイを１つだけとすることもできる。
ワイヤボンドプロテクタ１００を図６に示す矢印の方向に動かすことにより、超小型電子デバイスアセンブリ１１８との位置を合わせて、ワイヤボンドプロテクタ１００を超小型電子デバイスアセンブリ１１８に取り付けることができる。ワイヤボンドプロテクタ１００が超小型電子デバイスアセンブリ１１８に接近すると、凹部１１０および１１２内のテーパ加工または角度が付けられた表面が、基板１２０（の取り付けコア１２５）上の対応する突起１２６および１２８をガイドする。突起１２６および１２８は、凹部１１０および１１２とスナップ嵌合式またはプレス嵌合（締まり嵌めとしても知られている）式に嵌まり合う。このガイドにより、ワイヤボンドプロテクタ１００を位置合わせされた状態に移動させるときにワイヤボンドプロテクタ１００の一部がワイヤボンドに衝突してワイヤボンドを損傷する事態を防ぐことができる。ワイヤボンドプロテクタ１００が超小型電子デバイスアセンブリ１１８に完全に嵌合されると、脚部１０６および１０８が基板１２０（のリードフレーム１２４）の表面に載る。脚部１０６および１０８の突出部も止め部として働き、ワイヤボンドプロテクタ１００が超小型電子デバイスアセンブリ１１８と完全に嵌合したときに基板１２０の一部と当接する。
いくつかの実施形態では、ワイヤボンドプロテクタ１００を超小型電子デバイスアセンブリ１１８に固定するために、上述した機械的な嵌合に代えて、またはこれに加えて、適切な接着剤を用いることもできる。一実施形態によれば、ワイヤボンドプロテクタ１００は取り付けコア１２５に取り付けられるが、他の実施形態では、ワイヤボンドプロテクタを基板の他の要素または他の部分に取り付けることができることに留意されたい。
一実施形態では、図６から図１０に示すように、相対するワイヤボンドのアレイ１１６および１１６’を保護するために、２つのワイヤボンドプロテクタ１００および１００’が基板１２０の相対する端部に取り付けられている。ワイヤボンドのアレイ１１６および１１６’の個々のワイヤボンドは、キャビティ１１４および１１４’にそれぞれ覆われているか、またはキャビティ１１４および１１４’内に半密閉されていることに留意されたい。一実施形態では、ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’は、ワイヤボンドのアレイ１１６および１１６’をほぼ完全に遮蔽すなわち保護しているが、他の実施形態では、ワイヤボンドプロテクタがワイヤボンドの少なくとも一部を覆うことが適している。
図６から図１０では、ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’が超小型電子デバイスアセンブリ１１８へ取り付けられていることにより、手荒な取扱いの悪影響からワイヤボンドが保護されていることが分かる。ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’は、半導体ダイ１２２および他の素子を砂ぼこりや塵埃などの汚染物質から遮蔽する役割も果たす。
ワイヤボンドを損傷から保護し、ワイヤボンドおよび他の領域を汚染物質から遮蔽するワイヤボンドプロテクタ１００に加えて、ワイヤボンドプロテクタ１００の上壁１０２の表面を、追加的すなわち補助的なデバイスの取り付け面すなわち受け面として用いることもできる。図１１に示すように、超小型電子デバイスアセンブリ１１８が光学送受信モジュールの一部である一実施形態では、このような追加的なデバイスをレンズアセンブリ１３０とすることができる。当技術分野で知られているように、光学レンズは、ＶＣＳＥＬなどの光送信機によって生成された光を集束させたり、受信した光を光学検出器上に集束させたりするための光送受信モジュールに一般に含まれている。
上述したように、例えば、ダイ１２２の一部または全部をＶＣＳＥＬとすることができる。レンズアセンブリ１３０は、レンズアセンブリ１３０の本体が超小型電子デバイスアセンブリ１１８の内部に及んでいる状態で、各ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’の上壁１０２および１０２’の平坦な面上の相対する端部に取り付けることができる。ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’でレンズアセンブリ１３０を支えることにより、レンズアセンブリ１３０のレンズ（図示せず）をＶＣＳＥＬポート（図示せず）と光学的に位置合わせしやすくなる。レンズアセンブリ１３０をワイヤボンドプロテクタ１００および１００’に固定するために、上壁１０２および１０２’の平坦な表面に塗布されるエポキシまたは他の適切な接着剤を用いることができる。ＶＣＳＥＬポートの光軸と垂直すなわち直角な平面にエポキシを置くと、エポキシの硬化によって生じる力は、ＶＣＳＥＬポートと光学的に位置合わせがなされた状態のレンズアセンブリ１１８のレンズを引っ張ってずらすような方向の力ではない。また、レンズアセンブリ１３０が超小型電子デバイスアセンブリ１１８の内側を覆った状態では、ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’とレンズアセンブリ１３０との組み合わせは、特にエポキシまたは他のシーリング材（sealant）が使用される場合に、内部を汚染からシーリングする役割を更に果たすことに留意されたい。
ワイヤボンドプロテクタ１００および１００’が透明または少なくとも半透明である実施形態では、ワイヤボンドプロテクタが超小型電子デバイスアセンブリ１１８に取り付けられた後であっても、また、レンズアセンブリ１３０または他の補助デバイスが取り付けられた後であっても、製造担当者がワイヤボンドを目視により検査することができる。
超小型電子デバイスのワイヤボンドは、本発明に係る方法、例えば図１２に記載の方法により保護することができる。まず、ステップ１３２において、半導体ダイ１２２と基板１２０との間にワイヤボンドのアレイ１１６が形成される。当技術分野で知られているように、ワイヤボンディングは、熱エネルギーまたは超音波エネルギーを用いて極細ワイヤの一端をダイ１２２上のパッド（図示せず）に接着し、かつ極細ワイヤの他端を基板１２０の導体（図示せず）の一つに接着する必要がある。
本方法のいくつかの実施形態においては、種々の追加ステップを含めることができる。例えば、ステップ１３４において、樹脂、接着剤または他の材料を、ワイヤボンドプロテクタ１００の一部または半導体デバイスアセンブリ１１８の嵌合部に塗布することができる。この材料は、ワイヤボンドプロテクタ１００を半導体デバイスアセンブリ１１８の嵌合部に接着したり、ワイヤボンドを封入したり、他の適切な目的のために使用できる。例えば、この材料を内部すなわちキャビティ１１４に塗布してワイヤボンドを封入したり、上壁１０２の表面に塗布してレンズアセンブリ１３０を接着したりすることができる。
次に、ステップ１３６において、ワイヤボンドプロテクタ１００が、ワイヤボンドのアレイ１１６を少なくとも部分的に覆う方向に取り付けられる。ワイヤボンドの複数のアレイを保護しなくてはならない実施形態では、対応する複数のワイヤボンドプロテクタを取り付けることができる。図６から図１０に最も良く示されているように、ワイヤボンドのアレイ１１６および１１６’がキャビティ１１４および１１４’にそれぞれ包囲されている。
接着剤または他の材料が塗布される実施形態では、ステップ１３８において、材料を硬化させて固めたり固定したりすることができる。ワイヤボンドプロテクタ１００が透明または紫外線（ＵＶ）光を透過する実施形態では、この材料をＵＶ光により硬化可能な樹脂またはエポキシとすることができる。エポキシおよびワイヤボンドプロテクタ１００が十分に透明でクリアな実施形態では、ワイヤボンドを目視により検査できることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、ステップ１４０において、補助的なデバイスを１つ以上のワイヤボンドプロテクタ１００に取り付けることができる。上述したように、この実施形態では、レンズアセンブリ１３０は２つのワイヤボンドプロテクタ１００および１００’の間に取り付けられる。この実施形態において補助デバイスはレンズアセンブリであるが、他の実施形態では、適切なタイプのデバイスであれば任意のデバイスとすることもできる。
アセンブリ全体を適切な送受信モジュールパッケージまたは筐体に取り付けるなど、従来の任意かつ適切なステップを含むこともできる。また、すべての実施形態が上記ステップの全部を含む必要はないことに留意すべきである。例えば、実施形態の中には、ステップ１３４、１３８、および１４０の一部または全部を含まないものもある。また、特に明示されていなくとも、ステップは任意かつ適切な順序で実施できる。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は添付の特許請求の範囲によって定まるものであり、上記の特定の実施形態に限定されるものではない。
１００ ワイヤボンドプロテクタ
１０２ 上壁
１０４ 側壁
１０６ 脚部
１１０ 凹部
１１４ キャビティ
１１６ ワイヤボンドのアレイ
１１８ 超小型電子デバイスアセンブリ
１２０ 基板
１２２ 半導体ダイ
１２４ リードフレーム
１２５ 取り付けコア
１２６ 突起
１３０ レンズアセンブリ

Claims (17)

  1. ワイヤボンドの長いアレイを形成するように、半導体ダイが取り付けられた基板の一部の電気的接続部へ前記半導体ダイのパッドをワイヤボンディングするステップと、
    前記ワイヤボンドを少なくとも部分的に覆うために、細長いワイヤボンドプロテクタを前記ワイヤボンドのアレイに沿って超小型電子デバイスに取り付けるステップと
    を含む、超小型電子デバイスのワイヤボンドを保護する方法。
  2. 細長いワイヤボンドプロテクタを取り付ける前記ステップは、前記ワイヤボンドプロテクタの一部を前記基板の嵌合部へ嵌合させるステップを含むものである、請求項１に記載の方法。
  3. 嵌合させる前記ステップは、前記ワイヤボンドプロテクタの一部を前記基板の嵌合部へスナップ嵌合させるステップを含むものである、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ワイヤボンドプロテクタの受け面上にあるデバイスを取り付けるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  5. デバイスを取り付ける前記ステップは、光アセンブリがあるワイヤボンドプロテクタから別のワイヤボンドプロテクタへと前記基板を横切って延びる状態となる方向で、前記デバイスを複数のワイヤボンドプロテクタのそれぞれの受け面上に取り付けるステップを含むものである、請求項４に記載の方法。
  6. 前記ワイヤボンドプロテクタの溝に接着剤を与えるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  7. 前記溝内の接着剤を光硬化させるために前記ワイヤボンドプロテクタの光透過性を持つ外面に光を照射するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
  8. 前記ワイヤボンドプロテクタの透明な壁面を通して前記ワイヤボンドを目視により検査するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  9. 基板と、
    前記基板に取り付けられた半導体ダイと、
    前記半導体ダイのパッドと前記基板の一部の電気的接続部との間にあるワイヤボンドの長いアレイと、
    前記ワイヤボンドのアレイに沿って延在し、前記ワイヤボンドを少なくとも部分的に覆う細長いワイヤボンドプロテクタと
    を備える超小型電子デバイスアセンブリ。
  10. 前記ワイヤボンドプロテクタが光透過性を有する材料で形成される、請求項９に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  11. 前記ワイヤボンドプロテクタが透明である、請求項１０に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  12. 前記ワイヤボンドプロテクタは、その長さに沿って延びるキャビティを有するものである、請求項９に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  13. 前記ワイヤボンドプロテクタは、前記基板の嵌合部と嵌合可能な係合部を有するものである、請求項９に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  14. 前記係合部がスナップ係合部である、請求項１３に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  15. 前記ワイヤボンドプロテクタは、その長さに沿って延びる外壁と、前記外壁と同じ広がりを持つ上壁と、ワイヤボンドが配置される溝を画定する前記外壁および前記上壁によって少なくとも部分的に境界が定められる内部とを有するものである、請求項９に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  16. 前記ワイヤボンドプロテクタの前記上壁がほぼ平坦な表面を有する、請求項１５に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
  17. 前記ワイヤボンドプロテクタの前記上壁へ少なくとも部分的に取り付けられたデバイスを更に備える請求項１６に記載の超小型電子デバイスアセンブリ。
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