專利名稱：輻射源和用于制造透鏡模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射源，它具有許多相互并排布置的發(fā)出輻射的半導(dǎo)體芯片。
本發(fā)明還涉及一種用來制造一個適用于加工微型透鏡的組合場的透鏡模的方法。
輻射源，例如用象發(fā)光二極管，通常具有一個注塑在透明的透鏡體里的半導(dǎo)體芯片。還已眾所周知的是，通過設(shè)置許多半導(dǎo)體芯片來提高這種類型輻射源的輻射功率。這類輻射源通常有一個由一個透鏡組成的聚光裝置。這類輻射源的輻射密度當(dāng)然往往并不令人滿意，這是因為這樣一種光照強烈的輻射源伸展的空間范圍較小。
從這種技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種高輻射強度的輻射源。
按照本發(fā)明解決，該項任務(wù)的方法是在半導(dǎo)體芯片前的反射方向上布置了一個構(gòu)成一個六方網(wǎng)格的透鏡。
由于透鏡成六方型布置所配屬的這些半導(dǎo)體芯片就可以實現(xiàn)大的表面密度。相應(yīng)地該輻射源的輻射強度也就大。由于這些透鏡通常由球體部分構(gòu)成，因而可以選擇具有大半徑的球體部分用于透鏡。因而半導(dǎo)體芯片的發(fā)出輻射的活化層大部分都位于配屬于各自球體的威氏(Weierstrass’schen)球內(nèi)。因而各個半導(dǎo)體芯片都有高的輻射效率。
本發(fā)明另外的任務(wù)是提出一種用于制造一種適于制成一個透鏡組的透鏡模的合理的方法。
按照本發(fā)明解決此項任務(wù)的方法是使透鏡模在球的一個由一個六方形的托座固定住的群組上成型。
若這些球密集地布置，那么通過該六方形托座就使球的群組幾乎自動地置入一個六方形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)里。因此足夠可以使托座完全用待成型的球來填滿。
本發(fā)明的其它合理的技術(shù)方案見從屬權(quán)利要求。
以下按附圖對本發(fā)明詳細(xì)地加以說明。圖示為

圖1是一個裝有半導(dǎo)體芯片并且已經(jīng)焊接好的用于按本發(fā)明的輻射源的印刷電路板的俯視圖；圖2是圖1所示印刷電路板的一個放大的橫斷面視圖；圖3是一個透鏡組的俯視圖；圖4是穿過一個可用于制造一種用于制成微型透鏡組的注模的橫截面圖；圖5是圖4所示注模的俯視圖；圖6是穿過另外一個用于制成該注模的裝置的一個橫斷面圖；圖7是穿過用于制造微透鏡組的注塑裝置的一個橫斷面圖；和圖8是表示出輻射功率與在半導(dǎo)體芯片的上棱邊和對應(yīng)配屬的半球形的微透鏡之間的間距的相互關(guān)系的圖表。
圖1表示了一個由Al2O3或Si制成的印刷電路板1的俯視圖。在印刷電路板1上設(shè)有連接接點2，其中焊線3通向接點位置4，在這些接點位置上設(shè)有連接線5，這些連接線又通向芯片接觸表面6。在芯片接觸面6上裝有半導(dǎo)體芯片7并分別成行成列地進(jìn)行焊接連接。
圖2表示了穿過裝有微透鏡8的焊線板1的一個橫斷面的放大部分?jǐn)嗝?。可以看到，半?dǎo)體芯片7的一個底面9分別放置在芯片接觸面6上。在半導(dǎo)體芯片7的頂面10上分別有連接線5，這些線通向一個相鄰的芯片接觸面6或者其中一個接點位置4。
微透鏡8是半徑為R的半球體。微透鏡8的幾何中心位于離半導(dǎo)體芯片7的頂面距離ΔX處。距離ΔX是如此選擇的，以使半導(dǎo)體芯片7發(fā)出輻射的各活化層至少有一半位于半徑為R/n的威氏球內(nèi)，其中n是用于微透鏡8的材料的折射率。威氏球的中心與這些微透鏡8的中心相重合。在威氏球內(nèi)所產(chǎn)生的輻射可以射出微透鏡8。因而其優(yōu)點是半導(dǎo)體芯片7的活化層的盡可能大的一部分各自位于威氏球內(nèi)。因此選擇微透鏡8的半徑盡可能地大是有意義的。與此對立的是在半導(dǎo)體芯片7之間的距離也必須相應(yīng)選得大。但是在半導(dǎo)體芯片7之間較大的距離會造成較小的輻射強度。因此就盡力使微透鏡8之間的距離盡可能地小。圖3所示的微透鏡8在一個六方形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的布置是微透鏡8的可能的最密的布置，并且能夠?qū)崿F(xiàn)大的輻射功率，同時有大的輻射強度。
較有利的是微透鏡8由人造樹脂注塑而成。該制造方法按如下進(jìn)行。
首先制成第一模板11，如圖4所示它有一個橫斷面為圖5中可見到的六方形的中央芯軸12。芯軸12布置在一個托座13上。在托座13附近有螺栓14。在第一模板11上還裝有一個保持框15，該保持框在其內(nèi)側(cè)上具有凹槽16。由保持框15所限制住的內(nèi)腔填充有硅樹脂。這就生成一個硅樹脂框17，該框在其中心具有一個橫斷面為六方形的孔。硅樹脂框17嚙入凹槽16里并因而能夠簡單地與保持框15一起安放在一個圖6所示的第二模板19上。這里也有螺栓14，它用于對準(zhǔn)在第二模板19上的保持框15和硅樹脂框17。因此硅樹脂框17就位于第二模板19上，從而使硅樹脂框17的孔18與第二模板19上的一個托座20對中。托座20用其側(cè)連板21占據(jù)第一模板11的托座13的空腔。它也同樣具有一個六方形橫斷面。在托座20里致密布置地放入了小球22。這些小球22的半徑基本上等于待制造的微透鏡8的半徑。由于托座20有一個六方形的橫斷面，而且由于小球22致密地布置，因而這些小球22就按照一種六方形的網(wǎng)格構(gòu)造布置。
接著用硅樹脂裝填孔18。這就成了圖7所示的，在一個注塑裝置23里所示的微透鏡模24。注塑裝置23有一個吸入支管25，在其上面放置了一塊基板26，該基板固定住印刷電路板1。為此目的設(shè)有一個中央抽吸孔27，該孔通向印刷電路板1。在基板26之上是帶微透鏡模24的保持框15。這二者部分地由一塊壓板28蓋住，該壓板通過一個未示出的螺釘連接件與基板26相連接，并保證使微透鏡模24可靠地坐在基板26上。
螺栓14在微透鏡模24里留有通孔29，這些通孔用于將人造樹脂裝入印刷電路板1之上的微透鏡24的空心腔里。
顯然可看出，印刷電路板1在微透鏡模24下面已經(jīng)設(shè)有半導(dǎo)體芯片3并已連接焊好。
最后通過些通孔填入澆注樹脂。這樣就使微透鏡模24和焊線3之間的空腔被填滿并形成微透鏡8。
最后，在圖8中表示了一個圖表，其中表示出了在一個半開口角為60°，即開口角為120°的立體角上的輻射功率Φ與間距ΔX之間的關(guān)系。
圖8包含了計算的結(jié)果。這些計算用一個底面積為200μm×200μm和高度為250μm的半導(dǎo)體芯片7來進(jìn)行。假定半導(dǎo)體芯片從其頂邊10發(fā)射出其輻射功率的70％。其余30％則應(yīng)該由半導(dǎo)體芯片7的側(cè)面射出。一黑體在2000K時的光譜被作為光譜。對二類澆注樹脂進(jìn)行了計算，半導(dǎo)體芯片7埋入在這些樹脂里。曾經(jīng)對于一種澆注樹脂采用n＝1.55的折射率，對另一種樹脂采用n＝1.87的折射率。計算出的曲線30，31和33反映了在計算指數(shù)n＝1.55時，微透鏡8的半徑分別為250μm，300μm和350μm的結(jié)果。曲線33，34和35反映了樹脂的折射率n＝1.78時，微透鏡8的半徑為250μm，300μm和350μm的結(jié)果。最后線36表示了無微透鏡8時所期望的結(jié)果。
微透鏡8的直徑達(dá)500μm，600μm和700μm。根據(jù)圖8所示顯然可見，在間距ΔX為0.1mm時在所檢測的立體角內(nèi)的輻射功率被認(rèn)為是最大值。那時的輻射功率大致為沒有微透鏡8時的二倍。在此間距時半導(dǎo)體芯片7的活化層的大部分也都位于微透鏡8的威氏球內(nèi)。
由下表1也可以看到微透鏡8呈六方形布置的優(yōu)點表1
由表1明顯可見，加大微透鏡8的半徑并不一定能提高單位面積的輻射功率。因為由于微透鏡8的較大的半徑雖然使半導(dǎo)體芯片7的活化層的較大部分位于威氏球內(nèi)，但是為此使半導(dǎo)體芯片7的間距增大了，因而使輻射強度降低了。
出于實際使用的考慮，若微透鏡8的直徑選為700μm仍然是有利的，這是因為否則的話在將半導(dǎo)體芯片7焊接到芯片接觸面6上時，以及在焊接連接這些連接線5時都可能出現(xiàn)問題。此外通常的澆注樹脂在硬化時都要收縮，因此硬化的微透鏡大致總要比微透鏡模24的相應(yīng)形狀小6％。
權(quán)利要求
1.具有許多相互并排布置的發(fā)出輻射的半導(dǎo)體芯片(7)的輻射源，其特征在于，在半導(dǎo)體芯片(7)前的射出方向上布置有一個構(gòu)成六方形網(wǎng)格的透鏡(8)的組。
2.按權(quán)利要求1所述的輻射源，其特征在于，透鏡(8)由半球構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的輻射源，其特征在于，透鏡(8)布置在六方形的最致密的網(wǎng)格里。
4.按權(quán)利要求1至3中任意一項所述的輻射源，其特征在于，該網(wǎng)格的輪廓是一個六方形的構(gòu)造。
5.按權(quán)利要求1至4中任意一項所述的輻射源，其特征在于，半導(dǎo)體芯片(7)成行地焊接。
6.按權(quán)利要求1至5中任意一項所述的輻射源，其特征在于，半導(dǎo)體芯片(7)的色組在不同的波長時具有其發(fā)射最大值。
7.按權(quán)利要求6所述的輻射源，其特征在于，該色組成行地布置。
8.用于制造一種適合于制成一種微透鏡(8)的組的透鏡模(24)的方法，其特征在于，透鏡模(24)在一個由六方形托座(21)保持住的致密布置的球(22)的群組上成型。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，透鏡模(24)由硅樹脂注塑而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輻射源，它具有一個半導(dǎo)體芯片組，這些芯片位于一個布置在六方網(wǎng)格結(jié)構(gòu)里的微型透鏡(8)的組下面。該輻射源的特征是輻射功率和輻射密度大。
文檔編號G02B3/00GK1447983SQ01813772
公開日2003年10月8日 申請日期2001年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者G·博納, W·格拉曼, P·克羅莫蒂斯, W·馬希爾, W·施佩斯, G·維特爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司