專利名稱：帶有熒光變換元件的輻射半導體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的輻射半導體組件以及根據(jù)權(quán)利要求21或22的前序部分的生產(chǎn)方法。
通常，以這樣的熒光物質(zhì)作為熒光變換元件，即該熒光物質(zhì)是懸浮在人造樹脂中。如WO97/50132所述，輻射半導體組件的結(jié)構(gòu)形式是，將半導體安置在組件基體的一個凹穴中并用熒光物質(zhì)懸浮體填充該凹穴。
上述結(jié)構(gòu)的缺點在于，一次光(半導體)和熒光(熒光物質(zhì)懸浮體)的光源一般有不同的形狀和大小，所以，根據(jù)輻射方向分解成不同的顏色成分并出現(xiàn)空間不均勻的色感。在光學顯影時，出現(xiàn)強烈的色差。
另一個缺點在于，色感取決于懸浮體中的光路長度，所以由生產(chǎn)條件決定的在半導體上的懸浮體層厚的波動會導致產(chǎn)生不同色感。此外，在懸浮體中，原則上需要很均勻的熒光物質(zhì)分布。
上述任務是通過根據(jù)權(quán)利要求1的半導體組件及通過根據(jù)權(quán)利要求21或22的方法完成的。本發(fā)明的一些有利改進方案是各項從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明規(guī)定，如此設(shè)計半導體組件的基體，即在為容納半導體而形成的凹穴中，緊圍著半導體地形成一個分開的盆狀區(qū)域，該區(qū)域包含熒光變換元件。與帶有熒光變換元件的、填充整個凹穴的大體積的半導體包封相比，上述結(jié)構(gòu)有這樣的優(yōu)點，即熒光從與一次光幾乎一樣的體積中射出，由此出現(xiàn)特別均勻的色感。
根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施形式，用于容納熒光變換元件的分開區(qū)域是通過一個在凹穴內(nèi)的凹槽形成的。另一個特別優(yōu)選的實施形式是，通過凹穴底上的一個環(huán)形圍邊，形成所述分開區(qū)域。在這兩個實施形式中，可有利地把具有標準形狀的殼體用作基體。
凹槽或環(huán)形圍邊的側(cè)表面有利地是如此成形的，即這些側(cè)表面用作所產(chǎn)生的輻射線的反射面并從而提高輻射效率。
本發(fā)明的一個有利改進方案是，在基體中如此嵌入一引線架，即該引線架的一部分構(gòu)成在上述其中一個種實施形式中的凹槽的底面，或者，在引線架上形成在上述另一個實施形式中的環(huán)形圍邊。在該改進方案中，半導體被安置在引線架上，在此，可直接(芯片接合)或借助線連接(線接合)產(chǎn)生電接通。這種所謂的引線架技術(shù)主要被用在輻射半導體組件中并也可有利地被用在本發(fā)明中。
為保護半導體和熒光變換元件，可以用透射線的填料例如澆注材料填充凹穴。這種填料最好含有反應型樹脂如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂或它們的混合物。通過填料的合適造形，可獲得透鏡效應或散射效應，它大大改善了或如人所愿地改良了本發(fā)明的半導體組件的輻射性能。對于自動插裝機而言，利用填料在半導體組件中形成一個平表面是有利的，因為這樣的半導體組件可更容易地被自動插裝機拿取和定位(拾取-安放法)。
在一個基于特別簡單的可實現(xiàn)的優(yōu)選實施形式中，熒光變換元件是用一種或幾種熒光物質(zhì)制成的，這些熒光物質(zhì)被嵌入一個基體中。就可混合性、可成形性和操作而言，丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂及其混合物特別適用作基體。
作為熒光物質(zhì)，一方面可以混合有機化合物例如二萘嵌苯色劑或4f-金屬有機化合物。這樣，熒光物質(zhì)如BASF Lumogen F083，LumogenF240和Lumogen F300可被簡單地添加到透明環(huán)氧樹脂中。
白色的總體色感可通過使用無機熒光物質(zhì)來獲得。特別適用于此的是添加稀土的石榴石及添加稀土的堿土硫化物。
在這種情況下，有效的熒光物質(zhì)是那些滿足分子式A3B5O12:M的化合物(只要它們在一般生產(chǎn)條件和操作條件下不是不穩(wěn)定的即可)。分子式中的A表示Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb和Sm組中的至少一個元素；B表示Al、Ga和In組中的至少一個元素；M表示Ce和Pr中的至少一個元素，并最好是Ce。這里，作為熒光物質(zhì)地特別優(yōu)選YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)，TbYAG:Ce((YXTb1-X)3Al5O12:Ce3+，0≤X≤1)，GdYAG:Ce((GdXY1-X)3Al5O12:Ce3+，0＜X＜1)，GdTbYAG:Ce((GdXTbYY1-X-Y)3Al5O12Ce3，0＜X＜1，0＜Y＜1)以及以此為基礎(chǔ)的混合物。此外，Al可至少部分地用Ga或In代替。其它優(yōu)選的化合物是SrS:Ce3+，Na，SrS:Ce3+，Cl，SrS:CeCl3，CaS:Ce3+，SrSe:Ce3+和Y3Ga5O12:Ce3+。
特別使用于產(chǎn)生不同類型的混色光的是添加有稀土的硫鎵酸鹽，例如CaGa2S4:Ce3+或者SrGa2S4:Ce3+。為此，也可考慮使用添加有稀土的鋁酸鹽如YalO3:Ce3+和Yal1-XGaXO3:Ce3+(0≤X≤1)及添加有稀土的原硅酸鹽M’2SiO5:Ce3+(M’:Sc，Y，La)如YZSiO5:Ce3+。在所有的釔化合物中，釔從原則上講都可用鈧或鑭代替。在此情況下，熒光物質(zhì)的相關(guān)成分主要由所希望的總體色感及一次光的中心波長來決定。
在另一個特別優(yōu)選的實施形式中，以不同的物質(zhì)作為熒光變換元件用的基體和凹穴中的填料。此外，可有利地把這樣的物質(zhì)用于熒光變換元件，即它在與熒光物質(zhì)的可混合性和輻射穩(wěn)定性方面是最佳的，同時為填料可選用這樣的物質(zhì)，即它因其透明性和機械穩(wěn)定性是特別合適的。
通過這些在選擇填料和熒光變換元件基體方面的附加變型方式，可以有利地滿足在設(shè)計配有熒光變換元件的輻射半導體組件時的其它邊界條件。
本發(fā)明的組件很有利地采用這樣的半導體，即它們能發(fā)射出中心波長小于460nm的光。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述組件中，使用這樣的半導體用是不明智的，因為這一波長范圍內(nèi)的光會損害填料，由此使填料快速老化。在本發(fā)明的半導體組件中，消除了這個缺陷，因為一次射線的一部分離半導體很近地得到變換，從而減少了填料中的短波射線量并總體延長了半導體組件的使用壽命。
作為用于熒光變換元件的基體，優(yōu)選這樣的硅樹脂，即它以在綠、藍、紫外線光譜區(qū)內(nèi)的耐輻射性很強而著稱。硅樹脂的使用與那些能發(fā)射波長在430nm以下的射線的半導體的結(jié)合是特別有利的。在這一光譜區(qū)的射線在其它樹脂的情況下會導致輻射傷害，這明顯縮短半導體組件的壽命。在本發(fā)明中，含硅樹脂基體的熒光變換元件可以與覆蓋熒光變換元件的并基于環(huán)氧樹脂的填料聯(lián)合使用。在這種情況下，環(huán)氧樹脂以其透明性和機械穩(wěn)定性強而著稱。
可利用本發(fā)明的半導體組件特別有利地實現(xiàn)白光發(fā)光二極管，如在上述專利文件WO97/50132中提到的那樣。在這里，熒光物質(zhì)和半導體如此相互協(xié)調(diào)，即一次光顏色和熒光顏色色可互補。通過顏色相加混合，導致白光色感。專利文件WO97/50132和WO98/12757的內(nèi)容可以作為說明書內(nèi)容的一部分。
許多要求保護的半導體組件可被組裝成較大的發(fā)光單元。這樣的或許其組件被布置成矩陣形式的發(fā)光單元以光密度高和總體色感特別均勻而著稱。
本發(fā)明的半導體組件特別有利地適用作成像透鏡系統(tǒng)中的光源。由于一次光和熒光是從空間緊鄰的且大小大致相等的體積中射出的，所以這種由透鏡系統(tǒng)招致的色失真明顯比根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的光源時的色失真小。此外，可利用一個或多個透鏡并在不改變總體色感的條件下改良本發(fā)明的半導體組件的輻射性能，這也是有利的。
制造配有熒光變換元件的輻射半導體組件的本發(fā)明生產(chǎn)方法的出發(fā)點是一個有一凹穴的基體，在該凹穴中嵌入一引線架，從而該引線架的局部區(qū)域形成凹穴底面。首先，給引線架噴上模塑材料，在這里，留出芯片連接區(qū)。該留置區(qū)形成用于容納熒光變換元件的分開區(qū)域。然后，將半導體裝在引線架的芯片連接區(qū)上并在半導體和引線架之間建立起工作所需的電連接。下一步是用熒光變換元件填充留置區(qū)，其中半導體被完全嵌入該熒光變換元件中。
在本發(fā)明的另一個生產(chǎn)方法中，同樣以一個帶有凹穴的基體作為初始產(chǎn)品，其中如此嵌入一個引線架，即引線架的一部分形成凹穴底面。在引線架上，圍繞芯片連接區(qū)地用模塑材料形成一個環(huán)形圍邊。該環(huán)形圍邊的內(nèi)區(qū)形成用于容納熒光變換元件的分開區(qū)域。在該環(huán)形圍邊內(nèi)，半導體被安放在引線架的芯片連接區(qū)上并在半導體和引線架之間建立起工作所需的電連接。下一步是把熒光變換元件裝填在環(huán)形圍邊中，其中半導體被完全嵌入熒光變換元件中。
這兩種生產(chǎn)方法具有這樣的優(yōu)點，即可作為原始材料地使用標準殼體或具有標準殼形的基體。用于容納熒光變換元件的分開區(qū)域的成形可以很容易地被整合在本發(fā)明組件的生產(chǎn)過程中。
在本發(fā)明的一個有利改進方案中，用透射線填料如合適的澆注材料填充該凹穴。由于半導體的包封是分兩步實現(xiàn)的，所以有利地減少了半導體與包封脫層和包封開裂并由此加強了半導體組件的防潮性并延長了其使用壽命。


圖1所示的本發(fā)明的半導體組件具有一個作為基體1的標準殼體。例如，它可以是一個可表面安裝的并由熱塑性塑料制成的LED-殼體(發(fā)光二極管殼體)。側(cè)壁5稍有點削斜并且起到了用于所產(chǎn)生的射線的反射體的作用。在基體1中加入一個引線架2。半導體3被連接在引線架2的芯片連接區(qū)12上并經(jīng)過一條接線4與引線架2的接線區(qū)11電連接。根據(jù)半導體結(jié)構(gòu)，半導體3的觸點接通也可以通過多條接線來實現(xiàn)。
圍繞半導體3地形成一個較小的反射環(huán)6。該反射環(huán)的材料最好也可使用熱塑性塑料。用熒光變換元件填充反射環(huán)6，該熒光變換元件是由在基體如硅樹脂中的熒光物質(zhì)8的懸浮體構(gòu)成的。硅樹脂因其抗老化性而特別適用于發(fā)射短波(藍、紫外)的半導體3的應用場合。
事實證明，反射環(huán)6的結(jié)構(gòu)高度為0.3mm-0.7mm是特別有利的。這種尺寸的反射體一方面可以確保半導體3完全被熒光變換元件7包圍；另一方面，又沒有不必要地增大熒光變換元件7的體積。
在此情況下，形成有銳棱邊9的反射環(huán)6是特別有利的。這造成了，在填充反射環(huán)6時，熒光物質(zhì)懸浮體因其表面張力而形成一個在反射環(huán)6上的圓頂，由此進一步確保了半導體3被完全嵌入熒光變換元件7中。
凹穴的剩余部分用一種透明澆注材料13如環(huán)氧樹脂來填充。
圖2所示的本發(fā)明半導體組件與圖1所示的半導體組件的區(qū)別在于，圍繞半導體3的且用于容納熒光變換元件7的區(qū)域是通過一個在引線架2的芯片連接區(qū)12上的凹槽形成的。此外，引線架2被一個模塑材料薄層10(厚度最好也是0.3mm-0.7mm)覆蓋住，其中該凹槽通過在芯片連接區(qū)12上的模塑材料層10的一個空隙形成。如在上述實施例中那樣，把該空隙設(shè)計成具有銳棱邊9以便在半導體3上方形成一熒光變換元件7的圓頂可能是有利的。在半導體3周圍的且由模塑材料留出來的區(qū)域用熒光變換元件7來填充。
此外，在所示的實施例中，模塑材料層10留出接線區(qū)11。如此形成該空隙，即空隙側(cè)表面從殼體側(cè)表面5縮進。這防止了，可能在生產(chǎn)過程中滲入在接線區(qū)11上面的空隙中的熒光物質(zhì)懸浮體沿殼體壁5向上流。此外，殼體壁5的粗糙性促進了這種向上流動，而這是不希望出現(xiàn)的，因為這樣會使熒光反射區(qū)增大。
圖3示意地示出了本發(fā)明生產(chǎn)方法的一個實施例。在第一步中，制造出有凹穴和一體的引線架2的基體1，圖3a，例如通過注塑法給引線架2環(huán)塑上外殼模塑材料。在下一步中，把模塑材料如PPA(聚戊烯)注塑到引線架2上，從而使引線架2被一個具有穩(wěn)定厚度的模塑材料層10覆蓋。此時，留出引線架2的芯片連接區(qū)12和接線區(qū)11，圖3b?；蛘撸斎灰部稍谖ㄒ还ば蛑兄圃斐鰣D3b所示的殼形。接著，將半導體3接到芯片連接區(qū)12上并形成在半導體3和引線架2之間的接線4，圖3c。在連接結(jié)束之后，用熒光變換元件7如在合成樹脂中的熒光物質(zhì)懸浮體填充在半導體3周圍的空隙，圖3d。
最后，可以用透射線材料如環(huán)氧樹脂來澆注13組件，圖3e。根據(jù)對半導體組件的要求的不同，澆注材料的表面可被制成平的、透鏡狀的、有結(jié)點的或成散光玻片狀。
在一個如圖4所示的本發(fā)明生產(chǎn)方法的實施例，在第一步中，也生產(chǎn)出具有凹穴和嵌入引線架2的基體1，圖4a。然后，在引線架2上注塑出一個圍繞芯片連接區(qū)12的反射環(huán)6，圖4b。在這里，也可以在唯一工序中進行基體1和反射環(huán)6的生產(chǎn)。接著，半導體3被裝在引線架2的芯片連接區(qū)12上并實現(xiàn)觸點接通，圖4c。在第二步中，反射環(huán)6用成熒光物質(zhì)懸浮體形式的熒光變換元件7來填充，在這里，由于反射環(huán)6邊界9成銳棱邊形式且熒光物質(zhì)懸浮體的表面張力，在半導體3上面形成一個圓頂，圖4d。由此，保證了半導體3的完全包封，而沒有不必要地增大熒光變換元件7的體積。
然后，可以象在上面那個實施例中那樣澆注半導體組件，圖4e。
當然，結(jié)合上述實施例的對本發(fā)明的說明當然不應被理解為是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.輻射半導體組件，它有一個其中設(shè)有一凹穴的基體(1)、至少一個半導體(3)和一個熒光變換元件(7)，其特征在于該凹穴具有一個成呈盆狀的局部區(qū)域，在該區(qū)域中設(shè)置著半導體(3)并且該區(qū)域被填充上熒光變換元件(7)，其中熒光變換元件(7)具有一個使該盆狀局部區(qū)域與凹穴的其余內(nèi)腔分界的界面。
2.按權(quán)利要求1所述的輻射半導體組件，其特征在于該盆狀局部區(qū)域通過在凹穴內(nèi)的一凹槽形成。
3.按權(quán)利要求2所述的輻射半導體組件，其特征在于引線架(2)如此嵌置在基體(1)中，即引線架(2)的一個局部區(qū)域形成該凹槽的底面。
4.按權(quán)利要求1所述的輻射半導體組件，其特征在于該盆狀局部區(qū)域通過在該凹穴底部上的一個環(huán)形圍邊(6)形成。
5.按權(quán)利要求4所述的輻射半導體組件，其特征在于一個引線架(2)被嵌置在基體(1)中，從而引線架(2)的一個局部區(qū)域形成該凹穴的底面并且在引線架(2)上形成該環(huán)形圍邊(6)。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的輻射半導體組件，其特征在于基體(1)是與具有該盆狀局部區(qū)域的凹穴成一體地形成的。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的輻射半導體組件，其特征在于基體(1)是借助注塑法或壓注法形成的。
8.按權(quán)利要求2-7之一所述的輻射半導體組件，其特征在于該凹槽的側(cè)壁或環(huán)形圍邊(6)的內(nèi)側(cè)用作反射體。
9.按權(quán)利要求1-8之一所述的輻射半導體組件，其特征在于該凹穴至少部分地被透射線填料(13)填充，所述填料與熒光變換元件(7)相鄰。
10.按權(quán)利要求9所述的輻射半導體組件，其特征在于填料(13)含有反應型樹脂。
11.按權(quán)利要求9或10所述的輻射半導體組件，其特征在于填料(13)含丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂或它們的混合物。
12.按權(quán)利要求3-11之一所述的輻射半導體組件，其特征在于引線架(2)具有一芯片連接區(qū)(12)和一接線區(qū)(11)；該半導體被安置在芯片連接區(qū)(12)上并通過一接線(4)與接線區(qū)(11)相連。
13.按權(quán)利要求1-12之一所述的輻射半導體組件，其特征在于熒光變換元件(7)含有至少一種有機的或無機的熒光物質(zhì)，這種熒光物質(zhì)被埋入一基體中。
14.按權(quán)利要求13所述的輻射半導體組件，其特征在于熒光變換元件(7)含有YAGCe、TbYAGCe、GdYAGCe、GdTbYAGCe或以此為基礎(chǔ)的混合物，其中Al至少可部分地由Ga或In代替。
15.按權(quán)利要求13或14所述的輻射半導體組件，其特征在于該基體含有反應型樹脂。
16.按權(quán)利要求13-15之一所述的輻射半導體組件，其特征在于該基體含有丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或硅樹脂或者它們的混合物。
17.按權(quán)利要求13-16之一所述的輻射半導體組件，其特征在于該凹穴的填料和熒光變換元件(7)的基體具有不同的成分。
18.按權(quán)利要求13-17所述的輻射半導體組件，其特征在于該凹穴被含有環(huán)氧樹脂的填料(13)填充，該基體含有硅樹脂。
19.按權(quán)利要求1-18之一所述的輻射半導體組件，其特征在于半導體(3)在工作中發(fā)出的射線的中心波長在460nm以下。
20.按權(quán)利要求1-19之一所述的輻射半導體組件，其特征在于半導體(3)在工作中發(fā)出的射線的顏色和由熒光變換元件(7)發(fā)出的光的顏色是可以互補的，從而導致白光色感。
21.配有熒光變換元件(7)的輻射半導體組件的生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟，-生產(chǎn)出一個帶有一凹穴和一個嵌入的引線架(2)的基體(1)，-在引線架(2)上注塑上模塑材料，其中留出引線架(2)的芯片連接區(qū)(12)以便形成一個盆狀局部區(qū)域，-將一個半導體(3)安置到芯片連接區(qū)(12)上并實現(xiàn)半導體(3)的觸點接通，-如此用熒光變換元件(7)填充在芯片連接區(qū)(12)上的盆狀局部區(qū)域，即熒光變換元件(7)的一個界面把該盆狀局部區(qū)域和該凹穴的其余內(nèi)腔分界開。
22.配有熒光變換元件的輻射半導體組件的生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟，-生產(chǎn)出一個帶有凹穴和嵌入的引線架(2)的基體(1)，-形成一圍繞芯片連接區(qū)(12)的且用于形成一個盆狀局部區(qū)域的環(huán)形圍邊(6)，-將一個半導體(3)安置在芯片連接區(qū)(12)上并實現(xiàn)半導體(3)的觸點接通，-用熒光變換元件(7)填充圍邊(6)的內(nèi)區(qū)。
23.按權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于該圍邊內(nèi)區(qū)如此用熒光變換元件(7)進行填充，即熒光變換元件(7)的一個界面將該盆狀局部區(qū)域與該凹穴的其余內(nèi)腔分界開。
24.按權(quán)利要求21-23之一所述的方法，其特征在于該基體是借助注塑法或壓注法制成的。
25.按權(quán)利要求21-24之一所述的方法，其特征在于該凹穴用透射線填料(13)進行填充。
26.將多個如權(quán)利要求1-20之一所述的輻射半導體組件用在發(fā)光二極管(LED)-發(fā)光裝置中的用途。
27.將多個如權(quán)利要求1-20之一所述的輻射半導體組件用在發(fā)光二極管(LED)-發(fā)光裝置中的用途，如權(quán)利要求1-18之一所述的輻射半導體組件按照矩陣方式被安置在該發(fā)光裝置中。
28.將如權(quán)利要求1-20之一所述的輻射半導體組件用作成像光學系統(tǒng)中的光源的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及配有熒光變換元件(7)的輻射半導體組件，其中半導體(3)被安置在基體(1)的一個凹穴中。在該凹穴中，圍繞半導體地形成一個盆狀區(qū)域，該盆狀區(qū)域容納熒光變換元件(7)，該熒光變換元件包封著半導體(3)。該盆狀區(qū)域被制成在凹穴內(nèi)的凹槽的形狀，或者被制成在凹穴底面上的環(huán)形圍邊(6)的形狀。
文檔編號H01L33/60GK1426604SQ01808729
公開日2003年6月25日 申請日期2001年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月26日
發(fā)明者H·布倫納, A·德布雷, H·耶格, G·維特爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司