專利名稱：具有無(wú)線接觸的光電子器件的制作方法
本專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)102004047680.2和102004050371.0的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容就此通過反引用予以采納。
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的光電子器件、一種根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分所述的用于制造光電子器件的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求25所述的照明裝置。
例如像發(fā)光二極管(LED)的所述類型的光電子器件一般具有兩個(gè)相對(duì)的接觸面，其中第一接觸面通常被安裝在導(dǎo)電承載上，例如被安裝在芯片外殼的配備有金屬化層的區(qū)域上。
通常半導(dǎo)體芯片的相對(duì)的第二接觸面的電接觸很難形成，因?yàn)樵摰诙佑|面一般不與載體的所設(shè)置的第二接線區(qū)(Anschluβbereich)相鄰。這種第二接觸傳統(tǒng)上采用接合線來(lái)制造。為在接合線與用于接觸的芯片表面之間產(chǎn)生導(dǎo)電連接，芯片表面的區(qū)域被配備金屬層、所謂的接合焊盤(Bondpad)。但該金屬層的缺點(diǎn)是，所述金屬層在光學(xué)上是不透明的并由此在芯片中所產(chǎn)生的光的一部分被吸收。然而降低接合焊盤的面積在技術(shù)上只能有限做到并提高了制造耗費(fèi)。
為減少光電子器件的為輻射耦合輸出所設(shè)置的表面的一部分的遮蔽問題，從JP 09283801 A中公知，使布置在半導(dǎo)體芯片的表面上的電極與由氧化銦錫(ITO)制成的導(dǎo)電透明層無(wú)線接觸。在此，半導(dǎo)體芯片的側(cè)面通過SiO2的絕緣層與導(dǎo)電透明層電絕緣。
從WO 98/12757中公知，將以常規(guī)方式與接合線接觸的光電子半導(dǎo)體芯片嵌入包含發(fā)光轉(zhuǎn)換材料的填料中，以便將由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射的至少一部分向更大的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。通過這種方式，例如可以利用發(fā)射藍(lán)或者紫外光的半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生混合色光或者白光。
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種具有無(wú)線接觸的改進(jìn)的光電子器件，其中半導(dǎo)體芯片不受可能轉(zhuǎn)換所發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)的環(huán)境影響且制造耗費(fèi)較低。此外應(yīng)該提供一種用于制造這種光電子器件的有利方法。
該任務(wù)通過按權(quán)利要求1所述的光電子器件和按權(quán)利要求12所述的方法以及通過按權(quán)利要求25所述的照明裝置得以解決。本發(fā)明的有利擴(kuò)展和改進(jìn)為從屬權(quán)利要求的主題。
在根據(jù)本發(fā)明的光電子器件中，所述光電子器件在主輻射方向上發(fā)射輻射，具有半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有第一主面、第一接觸面和與第一主面相對(duì)的具有第二接觸面的第二主面，以及具有載體，所述載體具有兩個(gè)彼此電絕緣的接線區(qū)，其中半導(dǎo)體芯片用第一主面固定在載體上和第一接觸面與第一接線區(qū)導(dǎo)電連接，半導(dǎo)體芯片和載體配備有透明的電絕緣封裝層。在此，在主輻射方向上發(fā)射的輻射通過封裝層被耦合輸出。此外，導(dǎo)電層從第二接觸面經(jīng)由封裝層的部分區(qū)域通到載體的第二電接線區(qū)，該導(dǎo)電層將第二接觸面與第二接線區(qū)導(dǎo)電連接。
電絕緣的封裝層在根據(jù)本發(fā)明的光電子器件中有利地滿足多種功能。因?yàn)榉庋b層是電絕緣的，所以它防止通過所施加的導(dǎo)電層產(chǎn)生短路。這例如是這種情況，即半導(dǎo)體芯片的pn結(jié)通過在半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上施加導(dǎo)電層而短路或者載體的兩個(gè)接線區(qū)通過導(dǎo)電層而相互連接。此外，封裝層保護(hù)半導(dǎo)體芯片不受環(huán)境影響，特別是防止污物和潮濕。
因?yàn)橛晒怆娮悠骷谥鬏椛浞较蛏习l(fā)射的輻射通過封裝層被耦合輸出，所以封裝層有利地也可以包括發(fā)光轉(zhuǎn)換材料，以便例如利用發(fā)射紫外或者藍(lán)輻射的半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生白光。例如像YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)的適用的發(fā)光轉(zhuǎn)換材料由WO 98/12757公知，其內(nèi)容為此通過反引用而被采納。在發(fā)光轉(zhuǎn)換的效率方面，如果封裝層直接與半導(dǎo)體芯片的為輻射耦合輸出所設(shè)置的表面鄰接，則是特別有利的。
優(yōu)選地，光電子器件包含由III-V化合物半導(dǎo)體材料、特別是由氮化合物半導(dǎo)體材料制成的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片。
封裝層例如是塑料層。優(yōu)選地，封裝層是硅樹脂層，因?yàn)楣铇渲奶卣髟谟谔貏e是對(duì)UV光的高耐輻射性。
特別優(yōu)選地，封裝層是玻璃層。由玻璃制成的封裝層的優(yōu)點(diǎn)是，玻璃具有一般比在塑料情況下更好地與半導(dǎo)體芯片匹配的熱膨脹系數(shù)。由此有利地減少可能導(dǎo)致封裝層中的裂紋或者甚至導(dǎo)致封裝層脫落的溫度引起的機(jī)械應(yīng)力。通過溫度應(yīng)力引起的導(dǎo)電層從封裝層脫落同樣得以避免。此外，玻璃的特征在于與塑料相比更低的吸潮性。此外，在由玻璃制成的封裝層情況下對(duì)紫外輻射的耐抗性也非常高。
半導(dǎo)體芯片的第一主面可以同時(shí)是第一接觸面，以及半導(dǎo)體芯片可以在該接觸面固定在載體的第一接線區(qū)上。例如，半導(dǎo)體芯片的第一接觸面可以是襯底的優(yōu)選地具有金屬化的背面，而至載體的第一接線區(qū)的電連接利用焊接連接或者導(dǎo)電粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但是可替代地也可能的是，不僅第一而且第二接觸面均處于半導(dǎo)體芯片的第二主面上，并且兩個(gè)接觸面利用彼此絕緣的導(dǎo)電層與載體的兩個(gè)接線區(qū)的分別一個(gè)連接。這在包含絕緣襯底(例如藍(lán)寶石襯底(Saphirsubstrat))的半導(dǎo)體材料情況下是有利的。絕緣藍(lán)寶石襯底例如經(jīng)?；诘衔锇雽?dǎo)體的半導(dǎo)體芯片情況下被使用。
導(dǎo)電層例如是結(jié)構(gòu)化的金屬層。該金屬層優(yōu)選地如此被結(jié)構(gòu)化，使得該金屬層僅僅覆蓋半導(dǎo)體芯片的第二主面的一小部分，以減少在金屬層中對(duì)由光電子器件發(fā)射的輻射的吸收。金屬層的結(jié)構(gòu)化例如可以借助光刻法進(jìn)行。
特別優(yōu)選地，導(dǎo)電層是對(duì)所發(fā)射的輻射透明的層。這尤其對(duì)降低制造耗費(fèi)有利，因?yàn)橥该鲗硬槐貜慕^緣層的為輻射耦合輸出所設(shè)置的區(qū)域去除并因此無(wú)需結(jié)構(gòu)化。導(dǎo)電層例如可以包含透明的導(dǎo)電氧化物(TCO)，特別是氧化銦錫(ITO)。
如果期望光電子器件的無(wú)電位的(potentialfrei)表面，那么有利地將絕緣覆蓋層、例如漆層施加在導(dǎo)電層上。
在用于制造光電子器件的本發(fā)明方法中，所述光電子器件在主輻射方向上發(fā)射輻射，具有半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有第一主面、第一接觸面和與第一主面相對(duì)的具有第二接觸面的第二主面，以及具有載體，所述載體具有兩個(gè)彼此電絕緣的接線區(qū)，將半導(dǎo)體芯片利用第一主面安裝在載體上，隨后將透明的絕緣封裝層施加在半導(dǎo)體芯片和載體上，在封裝層中產(chǎn)生第一空隙用于至少部分地露出半導(dǎo)體芯片的第二接觸面并在封裝層中產(chǎn)生第二空隙用于至少部分地露出載體的第二接線區(qū)。隨后施加導(dǎo)電層用于在半導(dǎo)體芯片的第二接觸面與載體的第二接線區(qū)之間建立導(dǎo)電連接。
封裝層優(yōu)選地是塑料層。該封裝層例如可以通過對(duì)塑料薄膜的層壓、通過加印或者噴濺聚合溶液來(lái)施加。
在根據(jù)本發(fā)明的方法一種特別優(yōu)選的方案中，首先在半導(dǎo)體芯片和載體上例如借助溶膠凝膠(Sol-Gel)方法通過蒸發(fā)或者通過離心涂布(Spincoating(旋涂))懸浮液來(lái)施加前驅(qū)層。通過第一溫度處理隨后去除前驅(qū)層的有機(jī)成分。這樣產(chǎn)生的層隨后利用第二溫度處理進(jìn)行壓縮，以產(chǎn)生玻璃層形式的封裝層。
封裝層中的第一和第二空隙優(yōu)選地通過以下方式制造，即封裝層在這些區(qū)域內(nèi)借助激光照射剝蝕。
導(dǎo)電層有利地利用PVD方法例如借助濺射施加并隨后借助電沉積加厚。
代替地也可以利用印刷方法、特別是絲網(wǎng)印刷法施加導(dǎo)電層。此外，導(dǎo)電層也可以利用噴濺(Aufspnühen)或者離心涂布方法(Spincoating)產(chǎn)生。
根據(jù)本法明的光電子器件特別有利地適合于在照明裝置、尤其是在例如像探照燈的大功率照明裝置中使用。在此，光電子器件或者照明裝置根據(jù)一種適用的實(shí)施形式具有多個(gè)半導(dǎo)體芯片。特別是光電子器件可以被用在機(jī)動(dòng)車的前探照燈中或者作為光源被用在投影應(yīng)用(例如圖像和/或視頻投影儀)中。
照明裝置有利地具有至少一個(gè)光學(xué)元件。優(yōu)選地為光電子器件的每個(gè)半導(dǎo)體芯片分配至少一個(gè)光學(xué)元件。光學(xué)元件用于形成具有盡可能高的照射強(qiáng)度和盡可能低的發(fā)散度的輻射錐體。
優(yōu)選地為多個(gè)半導(dǎo)體芯片共同分配一個(gè)光學(xué)元件。與為每個(gè)半導(dǎo)體芯片分配一個(gè)自身的光學(xué)元件相比，這例如具有安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。附加地或者可替代地，半導(dǎo)體芯片被分成至少兩組，分別為其分配一個(gè)自身的光學(xué)元件。當(dāng)然也可以為每個(gè)半導(dǎo)體芯片分配一個(gè)自身的光學(xué)元件。器件或者照明裝置也可以具有唯一的半導(dǎo)體芯片，為該唯一的半導(dǎo)體芯片分配一個(gè)唯一的光學(xué)元件。
光學(xué)元件優(yōu)選地以非成像的光學(xué)聚焦器方式構(gòu)造，該光學(xué)聚焦器與聚焦器的通常使用相比被設(shè)置用于在相反的方向上透射。通過使用至少一個(gè)這種光學(xué)元件，可以有利地以有效的方式降低由光源發(fā)射的光的發(fā)散度。
在這種情況下，如果光學(xué)聚焦器的光入口以盡可能靠近半導(dǎo)體芯片的方式被定位，則是特別有利的，這利用所說明的無(wú)線接觸能夠有利地特別好地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鰺o(wú)線接觸與借助接合線的接觸相比可以以特別低的高度來(lái)構(gòu)造。有利地，從光學(xué)元件發(fā)射出光的立體角借助光學(xué)元件盡可能靠近半導(dǎo)體芯片來(lái)減小，其中輻射錐體的橫斷面仍是小的。這特別是在應(yīng)當(dāng)將盡可能高的輻射強(qiáng)度投射到盡可能小的面上的情況下是需要的，正如探照燈應(yīng)用或者投影裝置的情況中那樣。
幾何光學(xué)系統(tǒng)中的重要守恒量在此是Etendue、也就是光電導(dǎo)率。它是光源的面積與光源輻射的立體角的乘積。Etendue說明任意強(qiáng)度的光錐的擴(kuò)展。Etendue的守恒此外的結(jié)果是，漫射輻射源(例如半導(dǎo)體芯片)的光不再聚焦，也就是在承受損耗的情況下不再能夠偏轉(zhuǎn)到具有更小的擴(kuò)展的面上，因此在光束以盡可能小的橫截面入射到光學(xué)元件內(nèi)時(shí)是有利的。恰恰這可以通過所說明的接觸以特別有利的方式實(shí)現(xiàn)。
在一種特別適用的實(shí)施形式中，光借助光學(xué)元件如此強(qiáng)地被準(zhǔn)直、也就是光的發(fā)散度如此強(qiáng)地得以降低，使得光從光學(xué)元件以具有小于或者等于25°、優(yōu)選地小于或者等于20°、特別優(yōu)選地小于或者等于15°的張角的輻射錐體發(fā)射。
光學(xué)聚焦器有利地是CPC、CEC或者CHC類型的光學(xué)聚焦器，因此在這種情況下以及下文中是指這種光學(xué)聚焦器，其反射側(cè)壁至少部分地和/或者至少最大程度地具有復(fù)合拋物面聚焦器(Compound Parabolic Concentrator，CPC)、復(fù)合橢圓聚焦器(Compound Elliptic Concentrator，CEC)和/或者復(fù)合雙曲線聚焦器(Compound Hyperbolic Concentrator，CHC)的形式。
特別有利地，光學(xué)元件的反射面部分地或者完全地被構(gòu)造為自由面，以便最佳地調(diào)整所期望的反射特性。在其基本形式方面，光學(xué)元件在此優(yōu)選地類似于CPC、CEC或者CHC。
可替代地，聚焦器有利地具有側(cè)壁，所述側(cè)壁將輻射入口與輻射出口連接并如此構(gòu)成，使得輻射入口與輻射出口之間在側(cè)壁上走向的直接連接線基本上是直的。
光學(xué)元件有利地以介電聚焦器的方式構(gòu)造并具有形式為具有適當(dāng)折射率的介電材料的實(shí)體的基體，從而使耦合輸入到光學(xué)元件內(nèi)的光通過在實(shí)體的側(cè)界面上的全反射向周圍的介質(zhì)反射。通過充分利用全反射可以最大程度地避免光反射時(shí)的吸收。
有利地，光學(xué)元件具有帶透鏡式凸起界面的輻射出口。由此可以在一定程度上降低光的發(fā)散度。
有利地，相鄰的半導(dǎo)體芯片的一部分或者所有相鄰的半導(dǎo)體芯片彼此間以盡可能小的間距布置。該間距優(yōu)選地小于或者等于300μm，特別優(yōu)選地小于或者等于100μm且大于或者等于0μm。這種措施對(duì)于取得盡可能高的輻射密度來(lái)說有利。同時(shí)在這樣緊密布置的半導(dǎo)體芯片的情況下其借助接合線的電接觸是沒有優(yōu)點(diǎn)的，而對(duì)于彼此緊密布置的芯片的電接觸來(lái)說，所說明的無(wú)線接觸是有利的。
下面借助實(shí)施例結(jié)合附

圖1至8對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1示出通過根據(jù)本發(fā)明的光電子器件的第一實(shí)施例的橫截面的示意圖，圖2借助中間步驟示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例的示意圖，圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例中施加封裝層和/或者覆蓋層的方案的示意圖，圖4示出照明裝置的第一實(shí)施例的示意透視圖，圖5示出照明裝置的第二實(shí)施例的示意透視圖，圖6示出照明裝置的第三實(shí)施例的示意透視圖，圖7示出照明裝置的第四實(shí)施例的一部分的的示意剖面圖，以及圖8示出照明裝置的第五實(shí)施例的一部分的示意剖面圖。
相同的或者作用相同的元件在圖中具有相同的附圖標(biāo)記。
在圖1中所示的根據(jù)本發(fā)明的光電子器件的第一實(shí)施例包括載體10，在所述載體上施加有構(gòu)成為第一接線區(qū)7和第二接線區(qū)8的兩個(gè)接觸金屬化。半導(dǎo)體芯片1利用在該實(shí)施例中同時(shí)也是第一接觸面4的第一主面2安裝在第一接線區(qū)7上。例如通過焊接或者粘接實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片1在第一接線區(qū)7上的安裝。在半導(dǎo)體芯片1的與第一主面2相對(duì)的第二主面5上，半導(dǎo)體芯片1具有第二接觸面6。
半導(dǎo)體芯片1和載體10配備有封裝層3。封裝層3優(yōu)選地是塑料層。尤其可以是硅樹脂層，因?yàn)楣铇渲瑢拥奶卣髟谟谔貏e良好的耐輻射性。特別優(yōu)選地，封裝層3是玻璃層。
第二接觸面6和第二接線區(qū)8通過經(jīng)由封裝層3的部分區(qū)域引導(dǎo)的導(dǎo)電層14相互連接。導(dǎo)電層14例如包含金屬或者導(dǎo)電的透明氧化物(TCO)，例如氧化銦錫(ITO)、ZnO:Al或者SnO:Sb。
為獲得無(wú)電位的表面，在導(dǎo)電層14上有利地施加例如漆層的絕緣覆蓋層15。在透明的絕緣覆蓋層15的情況下，該覆蓋層有利地不必被結(jié)構(gòu)化并因此可以整個(gè)面地施加在光電子器件上。有利地，接線區(qū)7、8的部分區(qū)域16、17從封裝層3和覆蓋層15露出，使得在該露出的部分區(qū)域16、17中可以安裝用于對(duì)光電子器件供電的電接線。
通過封裝層3保護(hù)半導(dǎo)體芯片1不受環(huán)境影響，特別是污物或者潮濕。封裝層3此外起到導(dǎo)電層14的絕緣承載的作用，所述絕緣承載防止半導(dǎo)體芯片1的側(cè)面和/或者載體的兩個(gè)接線面7或者8短路。
此外，由半導(dǎo)體芯片1在主輻射方向13上發(fā)射的輻射也通過封裝層3從光電子器件被耦合輸出。這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即可以為封裝層3添加發(fā)光轉(zhuǎn)換材料，其中所發(fā)射的輻射的至少一部分的波長(zhǎng)利用所述發(fā)光轉(zhuǎn)換材料向更大的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。特別是按照這種方式可以產(chǎn)生白光，其中由在藍(lán)或者紫外光譜范圍內(nèi)發(fā)射的半導(dǎo)體芯片1所產(chǎn)生的輻射部分地被轉(zhuǎn)換到互補(bǔ)的黃光譜范圍內(nèi)。為此優(yōu)選地使用具有產(chǎn)生輻射的活性區(qū)的半導(dǎo)體芯片1，該活性區(qū)包含例如像GaN、AlGaN、InGaN或InGaAlN的氮化合物半導(dǎo)體材料。
下面借助圖2A至2F示意根據(jù)示意性所示的中間步驟對(duì)本發(fā)明方法的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2A示出載體10，在所述載體上例如通過金屬化層的施加和結(jié)構(gòu)化來(lái)構(gòu)造兩個(gè)彼此電絕緣的接線區(qū)7、8。
在圖2B所示的中間步驟中，具有第一主面2和第二主面5的半導(dǎo)體芯片1利用在該實(shí)施例中同樣為半導(dǎo)體芯片1的第二主面2的第一接觸面4安裝在載體10的第一接線區(qū)7上。例如借助焊接連接或者導(dǎo)電的粘合劑實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片1在載體10上的安裝。在第二主面5上，半導(dǎo)體芯片1具有第二接觸面6，所述第二接觸面例如由施加在第二主面5上并例如借助光刻法結(jié)構(gòu)化的接觸層或者接觸層序列形成。
在圖2C中示出一個(gè)中間步驟，其中在半導(dǎo)體芯片1和配備有接線區(qū)7、8的載體10上施加封裝層3。優(yōu)選地通過噴濺或者離心涂布(Spincoating)聚合溶液來(lái)施加封裝層3。此外有利的還有印刷法、特別是絲網(wǎng)印刷用于施加封裝層3。
在圖2D所示的方法步驟中，在封裝層3中產(chǎn)生露出第二接觸面6的部分區(qū)域的第一空隙11和露出載體10第二接線區(qū)8的部分區(qū)域的第二空隙12?？障?1、12優(yōu)選地利用激光處理產(chǎn)生。有利地也露出第一接線區(qū)7的部分區(qū)域16和第二接線區(qū)8的部分區(qū)域17，以便能夠在光電子器件的載體10上安置電接線。
在圖2E所示的中間步驟中，先前通過空隙11露出的第二接觸面6通過導(dǎo)電層14與第二接線面8的先前通過空隙12露出的區(qū)域?qū)щ娺B接。
導(dǎo)電層14例如是金屬層。例如這樣施加該導(dǎo)電層，使得首先將例如厚度約100nm的比較薄的金屬層整個(gè)面地施加在封裝層3上。這例如可以通過蒸發(fā)或者濺射進(jìn)行。隨后將光刻膠層(未示出)施加在金屬層上，在該光刻膠層上借助光刻技術(shù)在導(dǎo)電層14應(yīng)該連接第二接觸面6與第二接線區(qū)8的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生空隙。
在光刻膠層中的空隙的該區(qū)域內(nèi)，先前所施加的金屬層通過電沉積被加厚。這有利地這樣進(jìn)行，即在電加厚的區(qū)域內(nèi)的金屬層明顯厚于先前在整個(gè)面上所施加的金屬層。例如，金屬層的厚度在電加厚的區(qū)域內(nèi)可達(dá)數(shù)個(gè)μm。隨后去除光刻膠層并進(jìn)行蝕刻工藝，利用該蝕刻工藝完全剝蝕未電加厚的區(qū)域內(nèi)的金屬層。在電加厚的區(qū)域內(nèi)，金屬層由于其更大的厚度而僅部分地被去除，從而該金屬層作為導(dǎo)電層14保留在該區(qū)域內(nèi)。
可代替地也可以將導(dǎo)電層14直接以結(jié)構(gòu)化的形式施加在封裝層3上。這例如可以利用印刷方法、特別是絲網(wǎng)印刷法進(jìn)行。
有利地，在施加對(duì)所發(fā)射的輻射透明的導(dǎo)電層14的情況下，不需要結(jié)構(gòu)化或者以結(jié)構(gòu)化的方式施加導(dǎo)電層14。作為導(dǎo)電的透明層特別適用的是透明的導(dǎo)電氧化物(TCO)，優(yōu)選地是氧化銦錫(ITO)，或者可代替地是導(dǎo)電的塑料層。導(dǎo)電的透明層優(yōu)選地通過蒸發(fā)、加印、噴濺或者離心涂布(Spincoating)施加。
在圖2F所示的中間步驟中，施加電絕緣的覆蓋層15。絕緣覆蓋層15優(yōu)選地是塑料層，例如漆層。絕緣覆蓋層15特別是覆蓋導(dǎo)電層14，以產(chǎn)生無(wú)電位的表面。
下面借助圖3A、3B和3C闡述施加裝層3、也就是先前在圖2C中所示的中間步驟的替代方案。
在此，在半導(dǎo)體芯片1和載體10上首先施加前驅(qū)層(Precursor-Schicht)9，該前驅(qū)層既包括有機(jī)也包括無(wú)機(jī)成分。
例如借助溶膠凝膠方法通過蒸發(fā)、濺射、噴濺或者通過對(duì)懸浮液的離心涂布(Spincoating)來(lái)施加前驅(qū)層。
通過在中性的N2大氣中或者在低的O2分壓下在優(yōu)選地約為200℃至400℃的溫度T1時(shí)約4h至8h的溫度處理，前驅(qū)層9的有機(jī)成分如在圖3B中通過箭頭18所示的那樣被去除。
如在圖3C中示意所示，這樣產(chǎn)生的層隨后利用燒結(jié)工藝壓縮，以產(chǎn)生封裝層3。通過在優(yōu)選約為300℃至500℃的溫度T2時(shí)繼續(xù)溫度處理約4h至8h來(lái)進(jìn)行燒結(jié)。取決于玻璃層的類型，燒結(jié)優(yōu)選地在減少的或者氧化的大氣下實(shí)施。
在圖3A、3B和3C中所描述的方法步驟也可以以類似的方式用于制造由玻璃組成的覆蓋層15。在這種情況下，所述方法步驟優(yōu)選地第一次被實(shí)施以產(chǎn)生由玻璃組成的封裝層3，并在施加導(dǎo)電層14之后被重復(fù)以沉積由玻璃制成的覆蓋層15。
通過多次重復(fù)施加絕緣層和導(dǎo)電層還可以實(shí)現(xiàn)多層布線(Verschaltung)。這尤其對(duì)包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片的LED模塊有利。
在圖4至8中示出了具有至少一個(gè)光電子器件的照明裝置，所述照明裝置分別具有至少一個(gè)光學(xué)元件19，其中為光電子器件的每個(gè)半導(dǎo)體芯片1分配光學(xué)元件。
其中在圖6中在光源2上，半導(dǎo)體芯片上布置例如相互整體構(gòu)造的多個(gè)光學(xué)元件19。而在圖4中所示的光電子器件具有唯一的光學(xué)元件。該光學(xué)元件19以CPC類型被構(gòu)造。
光電子器件的每個(gè)半導(dǎo)體芯片1例如被分配給唯一的光學(xué)元件19。光學(xué)元件朝向半導(dǎo)體芯片的輻射入口具有輻射入口孔，其側(cè)例如≤1.5乘半導(dǎo)體芯片的相應(yīng)水平邊長(zhǎng)，優(yōu)選地≤1.25乘該邊長(zhǎng)。如果將這樣小的輻射入口盡可能靠近半導(dǎo)體芯片地布置，那么可以有效地降低由半導(dǎo)體芯片所發(fā)射的輻射的分散度并產(chǎn)生具有高光密度的輻射錐體。
取代為每個(gè)半導(dǎo)體芯片分配唯一的自身的光學(xué)元件19，也可以為多個(gè)半導(dǎo)體芯片設(shè)置光學(xué)元件19，如例如在圖5中所示的器件的光學(xué)元件19的情況那樣。這種光學(xué)元件19也以CPC的類型被構(gòu)造。光學(xué)元件19被設(shè)置例如用于六個(gè)半導(dǎo)體芯片1。
為獲得盡可能高的效率，半導(dǎo)體芯片1應(yīng)該互相盡可能靠近地布置。相鄰的半導(dǎo)體芯片1的至少一部分彼此例如具有≤50μm的間距。特別優(yōu)選地，這些半導(dǎo)體芯片彼此間基本上沒有間距。
作為對(duì)CPC類型的聚焦器的替代，光學(xué)元件19例如具有從輻射入口到輻射出口直線走向的側(cè)壁。在圖6中示出這種光學(xué)元件19的例子。在這種光學(xué)元件19情況下，輻射出口優(yōu)選地配備有球面或者非球面的透鏡或以這種透鏡的方式向外凸起。
與球面凸面相比，非球面凸面的優(yōu)點(diǎn)是，非球面凸面例如隨著光學(xué)元件19光軸的間距的加大而縮小。由此考慮到這種情況，即其分散度可通過光學(xué)元件19降低的輻射錐體不是點(diǎn)狀的光輻射源，而是具有一定擴(kuò)展的輻射源。
具有從輻射入口到輻射出口直走向的反射壁的這種光學(xué)元件與CPC型光學(xué)元件相比的優(yōu)點(diǎn)是，利用其在同時(shí)明顯降低光學(xué)元件19結(jié)構(gòu)高度時(shí)能夠可比較地降低輻射錐體的分散度。這種光學(xué)元件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其直的側(cè)面可以更加簡(jiǎn)單地借助例如像注塑或者壓鑄的噴涂法生成，而凸起側(cè)面的構(gòu)造如在CPC型聚焦器情況下比較困難。
該光學(xué)元件優(yōu)選地是具有由介電材料制成的基體的介電聚焦器。但可替代地也可以使用具有用反射內(nèi)壁限定相應(yīng)空腔的基體的聚焦器。
如果光學(xué)元件19以介電聚焦器的方式構(gòu)造，那么一般需要附加的固定裝置，以便將光學(xué)元件19在半導(dǎo)體芯片上或者相對(duì)于其定位。
在圖4和6中所示的光學(xué)元件具有支撐元件120，所述支撐元件在該光學(xué)元件或者多個(gè)光學(xué)元件19的輻射出口附近離開介電基體延伸并在一側(cè)從其突出以及以與基體的有一間距的方式在輻射入口的方向上伸展。
支撐元件120例如可以包括柱狀元件，在其上可以安置光學(xué)元件并因此可以相對(duì)于半導(dǎo)體芯片1定位。
作為對(duì)這種支撐元件120的替代，光學(xué)元件19也可以借助單獨(dú)的固定裝置被安裝和定位。例如可以將所述光學(xué)元件插入單獨(dú)的框架內(nèi)。
在圖4和6中所示的器件是具有模塊承載20的光電子模塊。在模塊承載的上或者內(nèi)構(gòu)造電印制導(dǎo)線和對(duì)應(yīng)的插頭25，通過其可以借助相應(yīng)的插頭電連接模塊。
在圖7所示的器件情況下，光學(xué)元件19直接這樣被施加在絕緣覆蓋層15上，使得光學(xué)元件19的輻射入口與之鄰接。覆蓋層15在此起光學(xué)元件用的耦合材料的作用?？商娲兀詈喜牧弦部梢砸愿郊訉拥姆绞奖皇┘釉诎雽?dǎo)體芯片1上。“耦合材料”例如應(yīng)被理解為一種介電材料，該介電材料對(duì)于由半導(dǎo)體芯片1發(fā)射的輻射是透光的并具有優(yōu)選地與半導(dǎo)體芯片1的半導(dǎo)體材料的折射率對(duì)應(yīng)的折射率，從而菲涅耳(Fresnel)損耗和全反射在半導(dǎo)體芯片1與光學(xué)元件19之間的界面上明顯降低。
菲涅耳損耗是由于在存在折射率突變的界面上的反射所引起的損耗。典型的例子是例如在電磁輻射射入光學(xué)元件或從光學(xué)元件射出時(shí)在空氣與介電材料之間的折射率突變。
半導(dǎo)體芯片1因此借助耦合材料光耦合在光學(xué)元件19的介電基體上。耦合材料例如是一種透輻射的凝膠，其折射率或者與光學(xué)元件19的介電體的折射率或者與半導(dǎo)體芯片1的半導(dǎo)體材料的折射率匹配或者處于這兩種材料的折射率之間。作為對(duì)凝膠的替代，例如也可以使用環(huán)氧樹脂或者漆類材料。
耦合材料的折射率優(yōu)選地處于光學(xué)元件19的介電體的折射率與半導(dǎo)體芯片1的半導(dǎo)體材料的折射率之間。重要的是折射率明顯大于1。例如，耦合材料被用于其折射率大于1.3、優(yōu)選地大于1.4的耦合介質(zhì)。對(duì)此例如考慮硅樹脂。但其他材料(例如液體)也可以作為耦合介質(zhì)。水具有例如大于約1.3的折射率并原則上適合作為耦合介質(zhì)。
在圖8中所示的實(shí)施例情況下，在半導(dǎo)體芯片1與光學(xué)元件19之間存在間隙5，例如空氣隙。可替代地也可以用其他氣體填充間隙5并且同樣可能的是在間隙5內(nèi)存在真空。間隙導(dǎo)致由半導(dǎo)體芯片1所發(fā)射的輻射的高發(fā)散部分由于在界面上的反射以小于低發(fā)散部分的程度耦合輸入到光學(xué)元件19中。這可能對(duì)于產(chǎn)生高度準(zhǔn)直的輻射錐體以及在高分散部分可能產(chǎn)生干擾的應(yīng)用中有利。對(duì)此的例子是投影應(yīng)用。
在圖7中所示的實(shí)施例情況下，光學(xué)元件的輻射入口到半導(dǎo)體芯片1的間距小于100μm，例如僅約為60μm。在圖8中所示的實(shí)施例情況下，光學(xué)元件的輻射入口到半導(dǎo)體芯片的間距例如為180μm。
本發(fā)明不受根據(jù)實(shí)施例的說明的限制。確切地說，本發(fā)明包括每個(gè)新的特征以及特征的每種組合，這尤其包含權(quán)利要求中的特征的每種組合，即使該特征或者該組合本身并未明確地在權(quán)利要求或者實(shí)施例中予以說明。
權(quán)利要求
1.光電子器件，其在主輻射方向(13)上發(fā)射輻射，具有半導(dǎo)體芯片(1)，所述半導(dǎo)體芯片具有第一主面(2)、第一接觸面(4)和與第一主面(2)相對(duì)的具有第二接觸面(6)的第二主面(5)，以及具有載體(10)，所述載體具有兩個(gè)彼此絕緣的電接線區(qū)(7、8)，其中半導(dǎo)體芯片(1)利用第一主面(2)固定在載體(10)上和第一接觸面(4)與第一接線區(qū)(7)導(dǎo)電連接，其特征在于，-半導(dǎo)體芯片(1)和載體(10)配備有透明的電絕緣封裝層(3)，-在主輻射方向(13)上所發(fā)射的輻射通過封裝層(3)耦合輸出，-導(dǎo)電層(14)從第二接觸面(6)經(jīng)由封裝層(3)的部分區(qū)域通到載體(10)的第二電接線區(qū)(8)，該導(dǎo)電層將第二接觸面(6)與第二接線區(qū)(8)導(dǎo)電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的光電子器件，其特征在于，封裝區(qū)(3)包含發(fā)光轉(zhuǎn)換材料。
3.按權(quán)利要求1或2所述的光電子器件，其特征在于，封裝層(3)是塑料層。
4.按權(quán)利要求3所述的光電子器件，其特征在于，封裝層(3)包含硅樹脂。
5.按權(quán)利要求1或2所述的光電子器件，其特征在于，封裝層(3)是玻璃層。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的光電子器件，其特征在于，第一接觸面(4)布置在半導(dǎo)體芯片的第一主面(2)上，其中半導(dǎo)體芯片(1)利用第一接觸面(4)借助導(dǎo)電連接安裝在第一接線區(qū)(7)上。
7.按權(quán)利要求1至5之一所述的光電子器件，其特征在于，第一接觸面布置在半導(dǎo)體芯片(1)的第二主面(5)上，以及另一導(dǎo)電層從第一接觸面經(jīng)由封裝層(3)的部分區(qū)域通到載體(10)的第一電接線區(qū)(7)，該另一導(dǎo)電層將第一接觸面與第一接線區(qū)(7)導(dǎo)電連接。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的光電子器件，其特征在于，導(dǎo)電層(14)是對(duì)所發(fā)射的輻射透明的層。
9.按權(quán)利要求8所述的光電子器件，其特征在于，導(dǎo)電層(14)包含透明的導(dǎo)電氧化物、優(yōu)選地是氧化銦錫。
10.按權(quán)利要求1至7之一所述的光電子器件，其特征在于，導(dǎo)電層(14)是結(jié)構(gòu)化的金屬層。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的光電子器件，其特征在于，絕緣覆蓋層(15)施加在導(dǎo)電層(14)上。
12.按權(quán)利要求11所述的光電子器件，其特征在于，覆蓋層(15)是玻璃層。
13.用于制造光電子器件的方法，所述光電子器件在主輻射方向(13)上發(fā)射輻射，具有半導(dǎo)體芯片(1)，所述半導(dǎo)體芯片具有第一主面(2)、第一接觸面(4)和與第一主面(2)相對(duì)的具有第二接觸面(6)的第二主面(5)，以及具有載體(10)，所述載體具有兩個(gè)彼此電絕緣的接線區(qū)(7、8)，其特征在于方法步驟-將半導(dǎo)體芯片(1)利用第一主面(2)安裝在載體(10)上，-將透明的電絕緣封裝層(3)施加在半導(dǎo)體芯片(1)和載體(10)上，-在封裝層(3)中產(chǎn)生第一空隙(11)用于至少部分地露出半導(dǎo)體芯片(1)的第二接觸面(6)并在封裝層(3)中產(chǎn)生第二空隙(12)用于至少部分地露出載體(10)的第二接線區(qū)(8)，-施加導(dǎo)電層(14)，該導(dǎo)電層將半導(dǎo)體芯片的第二接觸面(6)與載體(10)的第二接線區(qū)(8)導(dǎo)電連接。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，封裝層(3)是塑料層。
15.按權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，封裝層(3)通過對(duì)薄膜層壓、加印、噴濺或者離心涂布施加。
16.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，封裝層(3)是玻璃層。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，封裝層(3)的施加包括以下方法步驟-施加包含無(wú)機(jī)和有機(jī)成分的前驅(qū)層(9)，-第一溫度處理，用于從前驅(qū)層(9)去除有機(jī)成分，-第二溫度處理，用于將前驅(qū)層(9)壓縮到玻璃層(3)中。
18.按權(quán)利要求13至17之一所述的方法，其特征在于，封裝層(3)中的第一空隙(11)和第二空隙(12)通過激光處理產(chǎn)生。
19.按權(quán)利要求13至18之一所述的方法，其特征在于，為制造導(dǎo)電層(14)利用PVD方法施加金屬層并隨后借助電沉積加厚。
20.按權(quán)利要求13至18之一所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電層(14)利用印刷方法施加。
21.按權(quán)利要求13至18之一所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電層(14)通過噴濺或者離心涂布施加。
22.按權(quán)利要求13至21之一所述的方法，其特征在于，電絕緣覆蓋層(15)被施加在導(dǎo)電層(14)上。
23.按權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，覆蓋層(15)是玻璃層。
24.按權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，覆蓋層(15)的施加包括以下方法步驟-施加包含無(wú)機(jī)和有機(jī)成分的前驅(qū)層(9)，-第一溫度處理，用于從前驅(qū)層(9)去除有機(jī)成分，-第二溫度處理，用于將前驅(qū)層(15)壓縮到玻璃層中。
25.照明裝置，其包含按權(quán)利要求1至12之一所述的光電子器件。
26.按權(quán)利要求25所述的照明裝置，其特征在于，照明裝置為探照燈。
27.按權(quán)利要求26所述的照明裝置，其特征在于，探照燈為機(jī)動(dòng)車的前探照燈。
28.按權(quán)利要求25至27之一所述的照明裝置，其特征在于，包含至少一個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件以非成像光學(xué)聚焦器方式被構(gòu)造，與聚焦器的通常使用相比，該聚焦器被設(shè)置用于在相反的方向上透射。
29.按權(quán)利要求25至28之一所述的照明裝置，其特征在于，包含多個(gè)半導(dǎo)體芯片并且相鄰的半導(dǎo)體芯片的一部分或者所有相鄰的半導(dǎo)體芯片彼此間具有小于或者等于300μm且大于或者等于0μm的間距。
30.按權(quán)利要求29所述的照明裝置，其特征在于，相鄰的半導(dǎo)體芯片的一部分或者所有相鄰的半導(dǎo)體芯片具有小于或者等于100μm且大于或者等于0μm的間距。
31.按權(quán)利要求28至30之一所述的照明裝置，其特征在于，光學(xué)元件的輻射入口到給其所分配的半導(dǎo)體芯片具有小于或者等于300μm、優(yōu)選地小于或者等于200μm且大于0μm的間距。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的光電子器件包括半導(dǎo)體芯片(1)和載體(10)，它們配備有透明的電絕緣封裝層(3)，其中封裝層(3)具有用于露出接觸面(6)和載體的接線區(qū)(8)的兩個(gè)空隙(11、12)，并且導(dǎo)電層(14)從接觸面(6)經(jīng)由封裝層(3)的部分區(qū)域通到載體(10)的電接線區(qū)(8)，以便將接觸面(6)和電接線區(qū)(8)相互電連接。由半導(dǎo)體芯片(1)在主輻射方向(13)上所發(fā)射的輻射通過封裝層(3)耦合輸出，該封裝層有利地包含用于轉(zhuǎn)換所發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)的發(fā)光轉(zhuǎn)換材料。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101053087SQ200580033167
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者E·K·M·古恩瑟, J·E·索格, N·斯塔思 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司