CN101678569B - 用于制造光电子器件的方法和光电子器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造光电子器件的方法，包括以下步骤：提供具有第一主面(2)和第二主面(3)的衬底(1)，该第二主面与第一主面(1)对置；将适于从正面(5)发射电磁辐射的半导体本体(4)固定在衬底(1)的第一主面(2)上；并且至少在半导体本体(4)的正面(5)上施加对于光电子半导体本体(4)的辐射来说可透射的包封，其中该包封在使用具有光学元件(19)的轮廓的闭合的腔(18)的情况下被构建为光学元件(19)。此外还描述了一种光电子器件。

Description

用于制造光电子器件的方法和光电子器件
技术领域
本发明涉及一种用于制造光电子器件的方法和一种光电子器件。
背景技术
为了将光电子器件的辐射特性与预先给定的值匹配，可以使用光学元件、例如透镜。这种光电子器件例如在出版物DE 10 2005 020 908A1中进行了描述。在该器件中，将预制的透镜设置到安装在壳体中的产生辐射的半导体本体上。在设置预制的透镜之前，用包封来浇铸半导体本体，该包封应用于保护半导体本体。在该光电子器件中，透镜被单独地制造并且在附加的安装过程中被固定。由此，产生附加的安装花费和附加的可能的故障源。
发明内容
本发明的任务是，说明一种用于光电子器件的改进的制造方法。此外，本发明的任务是，说明一种具有简化的制造方法的光电子器件。
该任务通过具有下文所述的方法和光电子器件来解决。
本发明的有利的扩展方案和改进方案在各其它地方中说明。
一种用于制造光电子器件的方法特别是包括以下步骤：
-提供具有第一主面和第二主面的衬底，该第二主面与第一主面对置，
-将适于从正面发射电磁辐射的半导体本体固定在衬底的第一主面上，并且
-至少在半导体本体的正面上施加对于光电子半导体本体的辐射来说可透射的包封，其中该包封在使用具有闭合的腔的工具的情况下被构建为光学元件，该腔具有光学元件的轮廓，
其中衬底在其第一主面上具有至少一个密封元件，该密封元件环绕第一主面的如下区域被构建：光学元件被施加到该区域上，并且该密封元件以该光学元件在侧面封闭，
密封元件具有如下横截面：该横截面至少部分地以三角形、梯形或者按照椭圆形的方式构建。
光学元件例如可以是透镜。
在该方法中，包封可以直接与光电子半导体本体的正面邻接地设置或者与其间隔地设置。在后一种情况中，在包封和半导体本体的正面之间可以设置附加的层，例如波长转换层。该层在下面被进一步阐述。
此外也可能的是，衬底至少部分地被包封包围。
本方法提供的优点是，在一个方法步骤中制造用于形成辐射特性的包封和光学元件，该光学元件于是被集成到光电子部件中而不是单独地制造。以这种方式和方法来简化光电子部件的制造工艺并且减少在制造中故障源的数目。
优选地，包封借助塑料处理工艺来施加，该工艺特别优选地是适合大规模生产的。适合大规模生产的塑料处理工艺通常能够实现比例如手工或者半手工的浇铸方法更有利的制造。塑料处理工艺例如可以是压缩成形、液体注射成形注塑(LIM注塑)、液体传递成形或者浇注。
LIM注塑能够有利地实现液态塑料材料(例如含有硅树脂的塑料材料)的适合大规模生产的注塑处理，这些材料特别好地适于光学元件。
用于LIM注塑的装置通常包括用于液态塑料材料的至少一个储存容器和泵，该泵将塑料材料从储存容器输送给配料系统。例如螺杆(Schnecke)、活塞配料器、静态混合器或者静态-动态混合器可以用作配料系统。该装置也可以包括一个或多个另外的注塑容器，例如以便处理两种组分的或者多种组分的塑料材料。具有光学元件的轮廓的闭合的腔在此通常通过工具形成。该工具通常包括至少两个工具部分，其中至少一部分包括具有光学元件的轮廓的腔。带有光电子半导体本体的衬底在此例如被插入工具的一部分中，而该工具的另一部分被对置地设置并且包括具有光学元件的轮廓的腔。如果该工具被闭合，则腔也被闭合，其中工具的一部分在衬底上密封或者在工具的另一部分上密封。在闭合的腔的情况下进行喷射过程，该喷射过程将塑料材料输送到腔中，例如通过工具的浇铸系统。通常，该配料系统在这种塑料处理工艺中与该装置的轴线平行地设置。通常，具有闭合的腔的该工具同样设置在该轴线上。
在LIM注塑中，除了单组分的或多组分的液态材料之外也处理交联的原料、例如热固性塑料。为了处理热固性塑料，通常加热工具。在处理硅树脂时，通常出现比在处理热塑性塑料时更小的增压(Nachdruck)。此外，LIM注塑和热塑性塑料处理的组合也是可能的。
在该方法的另一种扩展方案中，使用压缩成形作为塑料处理工艺。在压缩成形中，衬底以其第二主面被紧固到工具的一部分上或者被插入该工具中，而工具的包括具有光学元件的轮廓的腔的另一部分相对地设置。然而，与LIM注塑不同，喷射过程在打开的工具的情况下进行。为此，配料系统(通常是静态混合器或者静态-动态混合器)合乎目的地设置在工具侧面并且直接以塑料材料填充具有光学元件的轮廓的腔。在将工具闭合时，将塑料材料按压到腔中并且填满该腔。
在传递成形的情况下，对于填充所述腔来说所需的塑料材料的量在引入到工具中之前被测量并且被引入到单独的容器中。在闭合的工具的情况下，该塑料材料借助配料系统、例如活塞从该容器被输送到腔中。在液体传递成形的情况下，以这种方式和方法处理液态塑料材料、例如硅树脂材料。
在该方法的一种实施方式中，优选地在将塑料材料喷射到腔中之前将膜引入工具中。特别优选地，膜在此直接与腔邻接，该腔具有光学元件的轮廓。这例如可以借助真空来实现。通常，用于膜和衬底之间的包封的塑料材料被引入到腔中。如果构建了包封，则该工具又被打开并且膜通常又被去除。
借助膜有利地防止塑料材料接触工具并且在那里保持附着。此外，使用膜所提供的优点是，可以补偿衬底的不平坦性以及这样利用塑料材料至少减少衬底的污染。优选地，膜具有20μm到100μm之间的厚度，其中包括边界值。该膜例如可以具有乙烯-四氟乙烯(ETFE)或者由该材料构成。
因为工具通常被加热，所以优选地使用一种耐热的膜，其特别优选地耐受100℃到150℃之间的温度，其中包括边界值。
替代于或者附加于膜，可以借助工具的涂层来至少降低塑料材料在工具上的附着。这样，工具可以在与塑料材料接触的区域内被涂层。例如具有Ni-PTFE或者由该材料构成的层适于作为涂层。
特别优选地，针对包封使用硅树脂或者混合材料作为塑料材料。在此，如下的材料被称为混合材料：该材料具有至少两种主要组分，其中这些主要组分之一是硅树脂。除了主要组分之外，该塑料材料可以具有其他的组成部分作为辅助材料，例如用于避免变黄的材料(蓝化剂(Blaumacher))、增塑剂或者脱模辅助材料。然而，这样的组成部分通常具有塑料材料的少量的质量部分。塑料材料的大部分具有主要组分。
使用硅树脂作为包封所提供的优点是，这些硅树脂特别是热稳定和UV稳定的，并且具有对于可见辐射来说高的可穿透性。
特别优选地，混合材料具有大约50％的硅树脂和大约50％(就质量而言)的环氧树脂。
在该方法的另一实施方式中，混合材料具有10％到70％(就质量而言)的环氧树脂，其中包括边界值。
应理解的是，在上面的说明中指的是主要组分彼此之间的比例，辅助材料的可能的含量未被考虑。
根据该方法的另一实施方式，塑料材料具有增附剂，其改进包封和衬底或者半导体本体之间的附着。
例如可以使用预先成形的壳体、预先成形的引线框架、预先成形的具有散热器的引线框架或者印刷电路板(PCB)作为衬底。此外，衬底可以具有陶瓷或者铜，或者由这些材料之一构成。例如，可以使用直接键合铜(DBC衬底)作为衬底。DBC衬底包括芯(例如由陶瓷板构成)，和与芯相连接的一个或两个铜板。DBC衬底特别是具有高的导热性。此外，DBC衬底的热膨胀系数可以与半导体本体的热膨胀系数匹配。
预先成形的壳体例如可以具有引线框架和壳体本体，该引线框架具有至少两个连接条，其中壳体本体优选地由压制材料围绕引线框架来成形(例如喷射、压制或者压铸)。压制材料例如可以彩色地、白色地或者黑色地构建，并且包括具有填料的环氧树脂、具有填料的硅树脂或者具有硅树脂和环氧树脂的混合材料，或者由这些材料之一构成。在此，引线框架优选地在其表面上具有固定点，这些固定点例如通过蚀刻来制造并且用于引线框架和壳体本体之间的固定。
也可以使用结构化的金属引线框架作为衬底，该引线框架为了机械地固定在工具中而具有至少一个穿孔。这种结构化的引线框架优选地在第二主面上具有带、例如粘合膜，以避免以塑料材料污染。
在该方法的一种实施方式中，使用薄膜半导体芯片作为半导体本体。在此将如下的半导体本体称为薄膜半导体芯片：其具有外延生长的产生辐射的半导体层序列，其中生长衬底已被去除或者薄化，使得其单独地不再使薄膜半导体芯片足够机械稳定。薄膜半导体芯片的半导体层序列因此优选地被设置在支承体上，该支承体使半导体本体机械稳定并且特别优选地与用于半导体本体的半导体层序列的生长衬底不同。此外优选地，在支承体和产生辐射的半导体层序列之间设置有反射层，该反射层所具有的任务是，将半导体层序列的辐射引导至薄膜半导体芯片的发射辐射的正面。产生辐射的半导体层序列此外优选地具有在20微米或者更小的范围中的厚度，特别是在10微米范围中的厚度。
薄膜半导体芯片的基本原理例如在I.Schnitzer等人于1993年10月18日所著的出版物Appl.Phys.Lett.63，16，第2174-2176页中进行了描述，其公开内容通过引用结合于此。在出版物EP0905797 A2和WO 02/13281 A1中描述了薄膜发光二极管芯片的例子，其公开内容同样通过引用结合于此。
薄膜半导体芯片良好地近似于郎伯表面辐射器。因此可以是有利的是，将具有薄膜半导体芯片的光电子器件理解为具有光学元件的产生辐射的半导体本体，以便有目的地影响光电子器件的辐射特性。
在该方法的另一扩展方案中，将波长转换层施加到半导体本体的正面上。波长转换层具有至少一种波长转换材料，该波长转换材料将第一波长范围的半导体本体的辐射转换为不同于第一波长范围的第二波长范围的辐射。通常，第二波长范围的转换后的辐射在此比第一波长范围的未被转换的辐射波长更长。
波长转换层例如在出版物WO 97/50132中进行了描述，其关于此的公开内容通过引用被结合。
波长转换材料例如选自由如下材料构成的组：以稀土金属掺杂的石榴石、以稀土金属掺杂的碱土金属硫化物(Erdalkalisulfide)、以稀土金属掺杂的硫代镓酸盐(Thiogalate)、以稀土金属掺杂的铝酸盐、以稀土金属掺杂的正硅酸盐、以稀土金属掺杂的氯硅酸盐、以稀土金属掺杂的碱土金属氮化硅、以稀土金属掺杂的氮氧化合物以及以稀土金属掺杂的氮氧化铝。
特别优选地，使用Ce掺杂的YAG波长转换材料(YAG:Ce)作为波长转换材料。
波长转换材料的颗粒可以被嵌入到接合剂中。接合剂可以选自由以下材料构成的组：热塑性材料、聚苯乙烯、乳胶、透明橡胶种类、玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸盐、特氟龙、硅酸盐、水玻璃、聚乙烯、硅树脂、环氧树脂、PMMA或者具有硅树脂、环氧树脂或者PMMA的混合材料。
根据该方法的一种实施方式，波长转换层的厚度或者波长转换材料的浓度被选择为使得由半导体本体发射的第一波长范围的电磁辐射的一部分未被转换地通过波长转换层。在这种情况中，第一波长范围的未被转换的辐射和第二波长范围的转换后的辐射彼此混合，使得光电子器件发出由第一波长范围的辐射和第二波长范围的辐射构成的混合辐射。以这种方式和方法可以制造一种光电子器件，该光电子器件发射具有在CIE标准色表的白色范围中的色度坐标的混合光。为此例如使用一种半导体本体，其发出蓝色光谱范围中的电磁辐射，以及使用一种波长转换材料，其将第一波长范围的该蓝色辐射的一部分转换为黄色辐射。对此合适的波长转换材料例如是YAG:Ce。
在该方法的一种特别优选的实施方式中，将密封层施加到衬底的第一主面上。特别优选地，将密封层施加到第一主面的一部分上，该部分被设置用于在该方法期间与工具的具有光学元件的轮廓的部分接触，使得密封层在闭合的工具的情况下至少部分地与工具一起构建共同的界面。特别优选地，衬底的第一主面的其上施加光学元件的区域没有密封层。在一种扩展方案中，密封层和光学元件具有共同的界面。
密封层特别是被设置用于补偿衬底的粗糙度并且因此有助于更密封地闭合腔。以这种方式和方法，可以避免在塑料处理工艺期间如特别是在使用低粘度的塑料材料、例如硅树脂时可能出现的衬底的污染。特别地，当污染位于要用于稍后接触光电子半导体器件的衬底的区域中时，否则需要在单独的方法步骤中去除污染。此外，密封层也可以承担塑料材料和衬底之间的增附剂的功能。为此，密封层合乎目的地至少部分地也被施加到衬底的第一主侧的区域上，其中包封被施加到该区域上。在这种扩展方案中，光学元件和密封层优选地具有共同的界面。
优选地，密封层柔性地并且柔软地构建，使得其在将工具闭合时松弛(nachgeben)，然而并不会由于所施加的闭合压力而从衬底去除或者损坏。特别优选地，密封层具有5μm到100μm之间的厚度，其中包括边界值。此外，密封层优选地具有在A30到90之间的肖氏硬度，其中又包括边界值。
密封层可以通过印刷方法、例如丝网印刷、移印或者喷墨印刷来施加。
密封层例如可以具有聚酰亚胺或者硅树脂，或者由这些材料之一构成。
此外，密封层例如可以具有干抗蚀剂(Trockenresist)或者由该材料构成。具有干抗蚀剂或者由该材料构成的密封层合乎目的地借助光刻方法被施加到衬底的第一主面上。
在该方法的另一扩展方案中，将金属化作为密封层施加到衬底上。金属化优选地具有以下材料之一或者由这些材料之一构成：银、金、铜、锡。特别优选地，金属化厚度不超过30μm。
在该方法的另一实施方式中，将密封层结构化地施加到衬底上。这能够有利地实现空气可以从闭合的腔中选出。这使得用塑料材料来填充腔变得容易，并且因此导致腔的更好的成形。
此外，密封层也可以是膜，其例如结构化地施加到衬底上。该膜可以保留在器件中或者也可以至少部分地又从衬底去除。
根据一种实施方式，密封层可以包括增附剂，其改进密封层和衬底之间的附着。
在该方法的另一实施方式中，工具的型芯具有排气通道。由此，可以有利地在塑料处理工艺期间同样实现闭合的工具的排气。
此外，型芯的表面可以回缩，使得该表面与衬底的表面或者密封层一同构建排气通道。
在该方法的另一扩展方案中，工具和特别是具有光学元件的轮廓的腔在喷射过程之前被排空。工具的排空通常有利地导致腔的特别良好的填充。
在该方法的另一扩展方案中，将多个适于产生电磁辐射的半导体本体施加在衬底的第一主面上。随后，对于光电子半导体本体的辐射来说可透射的包封至少被施加在半导体本体的正面上，其中在使用具有光学元件的轮廓的闭合的腔的情况下将包封构建为光学元件。在施加包封之后，将衬底分离为单独的器件。这能够实现并行制造多个光电子器件。以这种方式和方法，可以明显缩短器件的工艺时间。
在该方法的另一扩展方案中，将多个衬底施加在辊上(辊对辊工艺)。此外也可能的是，将衬底设置在支承带上，该支承带被卷起为辊。
这样同样可以将多个器件并行地制造，其中特别是在使用塑料处理工艺来施加包封时，简化了要制造的器件的处理，因为辊可以通过塑料处理工艺来引导。以这种方式和方法，例如可以省去用于处理器件的拾取和放置装置。
在辊对辊工艺中优选地将位置保持器安装在辊上。以这种方式和方法，可以避免在处理工艺中半导体本体的损坏或者其电接触。
在根据本发明的方法的另一个扩展方案中，衬底在其第一主面上具有至少一个突起部分，该突起部分优选地圆顶状地构建。特别优选地，突起部分被设置在衬底的第一主面的、其上设置包封的区域中。借助该突起部分，可以实现衬底和包封之间的更好的固定。
此外，衬底在其第一主面上可以具有作为工具的型芯的居中辅助装置的结构。该结构优选地被设置在衬底的第一主面的区域上，该区域在将具有光学元件的轮廓的工具闭合期间位于工具之外。特别优选地，居中辅助装置被设置在衬底的第一主面上，使得具有光学元件的轮廓的工具被居中辅助装置齐平地包围。
根据该方法的另一实施方式，衬底在其第一主面上具有至少一个密封元件。
优选地，密封元件环绕第一主面的、光学元件被施加到其上的区域来构建。特别优选地，密封元件在此构建闭合的形状，也就是说，密封元件没有穿孔。密封元件例如可以构建围绕光学元件的闭合的环-譬如圆环。特别优选地，密封元件以光学元件在侧面封闭。特别地，光学元件和密封元件具有共同的界面。
密封元件所具有的任务是，在闭合的工具的情况下将具有光学元件的轮廓的腔密封。密封元件因此优选地至少以工具的具有光学元件的轮廓的部分紧密地封闭。特别优选地，密封元件以工具的具有光学元件的轮廓的部分紧密地封闭，使得在喷射过程期间没有塑料材料或者对于器件的功能来说可忽略的少量的塑料材料从腔渗透出。
特别优选地，密封元件补偿工具和/或衬底的形状公差、面积公差以及尺度公差。
密封元件例如可以是密封唇口。
根据一种实施方式，密封元件具有如下横截面：该横截面至少部分地三角形地、梯形地或者部分地按照椭圆形的方式构建。
此外，密封元件优选地具有弹性材料。弹性的密封元件可以有利地在闭合工具时变形，使得在工具和密封元件之间形成特别好的密封。特别地，衬底相对于密封元件具有硬的材料，使得衬底本身在闭合工具时并不变形。
弹性的密封元件例如可以具有以下材料至少之一或者由以下材料至少之一构成：硅树脂、弹性体塑料、漆、例如阻焊漆。
密封元件例如被粘合或者按压到衬底的第一主面上。
此外，密封元件也可以进入衬底中。如果密封元件和衬底具有不同的材料，则密封元件例如可以借助多组分注塑来进入衬底中。此外也可能的是，衬底具有凹槽，密封元件被置入该凹槽中。
例如可以根据这里描述的方法来制造的光电子器件特别是包括：
-具有第一主面和第二主面的衬底，该第二主面和第一主面对置，
-在衬底的第一主面上的半导体本体，其适于从正面发出电磁辐射，以及
-在半导体本体的正面上的包封，该包封被构建为光学元件并且被集成到光学器件中，其中衬底在其第一主面上具有至少一个密封元件，该密封元件环绕第一主面的如下区域被构建：光学元件被施加到该区域上，并且该密封元件以光学元件在侧面封闭，而且密封元件具有如下横截面：该横截面至少部分地以三角形、梯形或者按照椭圆形的方式构建。
优选地，第一和第二主面至少部分地彼此平面平行地设置。特别优选地，两个主面的其上安装光学元件的部分彼此平面平行地设置。
如果光电子器件具有密封元件，则该密封元件特别优选地设置在衬底的第一主面的平面平行的区域上。
因为光电子器件的产生辐射的半导体本体被施加到衬底上，该衬底具有两个彼此对置的、特别是部分地平面平行的主面，所以为了施加包封可以使用具有光学元件的轮廓的闭合的腔，因为带有半导体本体的衬底适于作为插入件被插入到腔中。例如除了用于半导体本体的安装面之外还具有其他的、相对于主面倾斜地设置的元件(例如电连接件)的衬底对此并不适合，因为不能将具有光学元件的轮廓的腔闭合。
在光电子器件的一种扩展方案中，在半导体本体的正面和包封之间设置有波长转换层。
在另一扩展方案中，包封具有硅树脂或者混合材料。在一个改进方案中，混合材料具有50％的硅树脂和50％的环氧树脂。在另一个改进方案中，混合材料具有10％到70％之间的环氧树脂，其中包括边界值。
在光电子器件的另一个扩展方案中，使用预先成形的壳体、预先成形的引线框架、预先成形的具有散热器的引线框架或者印刷电路板(PCB)作为衬底。在一个改进方案中，衬底具有陶瓷和/或铜。
在另一个扩展方案中，半导体本体是薄膜半导体芯片。
在光电子器件的又一个扩展方案中，将密封层施加到衬底的第一主面上。密封层例如具有干抗蚀剂。替代地，也可以施加金属化作为密封层。密封层在一个改进方案中被结构化地施加。
在光电子器件的一个有利的扩展方案中，衬底在其第一主面上具有至少一个突起部分，该突起部分优选地圆顶状地构建。
在一个扩展方案中，衬底在其第一主面上具有作为用于型芯的居中辅助装置的结构。
在另一个扩展方案中，衬底在其第一主面上具有至少一个密封元件。该密封元件例如环绕第一主面的如下区域构建：光学元件被安装到该区域上。密封元件的横截面例如至少部分地三角形地、梯形地或者按照椭圆的形式构建。在一个改进方案中，密封元件以光学元件在侧面封闭。特别地，密封元件和光学元件具有共同的界面。在一个扩展方案中，密封元件具有弹性材料。在另一个扩展方案中，密封元件被粘合、按压到衬底的第一主面上，或者进入到衬底中。
附图说明
本发明的其他特征、有利的扩展方案和合乎目的性由下面结合图1至15所述的实施例得到。
图1示出根据一个实施例的带有光电子半导体本体的衬底的示意性截面图，
图2示出根据一个实施例在一个方法步骤期间装置的示意性截面图，
图3示出在另一个方法步骤期间根据图2的装置的示意性截面图，
图4A至4D示出根据一个实施例在不同的方法阶段中装置的示意性截面图，
图4E示出在根据图4B的方法步骤的替代的实施方案期间装置的示意性截面图，
图5示出在一个方法步骤期间根据一个实施例的光电子器件的示意性截面图，
图6示出在一个方法步骤期间根据一个实施例的另一个光电子器件的示意性截面图，
图7示出在一个方法步骤期间根据一个实施例的另一个光电子器件的示意性截面图，
图8示出在一个方法步骤期间根据另一个实施例的两个光电子器件的示意性截面图，
图9、10和11示出根据一个实施例在各方法阶段期间光电子器件的示意性截面图，
图12A至12E示出根据各实施例的密封元件的示意性截面图，并且
图13至15示出根据各实施例的光电子器件的示意性截面图。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同的或者作用相同的组成部分分别配备有相同的附图标记。附图的所示的要素不一定应被视为按正确比例的。更确切地说，各组成部分可以为了更好的理解而被部分夸大地示出。
根据图1的实施例的衬底1具有第一主面2和第二主面3，其中产生辐射的半导体本体4、例如薄膜半导体芯片被安装到第一主面上。半导体本体4在此与衬底的第一主面上的连接部位导电连接，在此借助接合线6来导电连接。
衬底1例如是预先成形的壳体、预先成形的引线框架、预先成形的具有散热器的引线框架或者印刷电路板。衬底1例如可以具有陶瓷或者铜，或者由这些材料之一构成。这样，例如可以使用陶瓷板或者铜板或者这些材料的层复合结构、例如DBC衬底作为衬底1。
此外，也可以使用结构化的金属引线框架作为衬底1，该引线框架具有至少一个穿孔，用于机械固定在工具中。这种结构化的引线框架优选地在第二主面3上具有带，以避免以塑料材料污染。
根据图2的实施例的装置包括两个紧固板7、8和配料系统9(在此为螺杆)以及两个分别具有泵12的容器10、11。紧固板7、8彼此平行地设置。此外，紧固板7、8和螺杆9设置在共同的轴线13上。螺杆9可以沿着轴线13运动以及围绕轴线13旋转(参见图2中的箭头)。两个容器10、11被设计用于包围塑料材料14。该塑料材料可以分别从容器借助泵朝着螺杆9的方向被输送，如在图2中的箭头所表明的那样。
代替螺杆，也可以使用活塞配料器作为配料系统9。
在根据图2的装置中，将工具15的一部分分别紧固到紧固板7、8上。紧固在螺杆侧的紧固板上的工具15的部分具有浇铸系统16以及带有腔18的型芯17。腔18在此按照透镜19来构建，也即其具有透镜19的轮廓。
与螺杆侧的紧固板8相对地设置有另一紧固板7，工具15的另一部分安装到该紧固板7上。工具15的该部分具有另外的腔18，根据图1的带有电接触的光电子半导体本体4的衬底1作为插入件20被插入到该腔中。
在此，衬底1的第一主面2和第二主面3彼此平面平行地构建。此外，半导体本体4的发射辐射的正面5和与该正面对置的半导体本体4的背面30也彼此平面平行地设置以及与衬底1的第一主面2或者第二主面3平面平行地设置。此外，两个紧固板7、8也与衬底1的第一主面2和第二主面3平面平行地并且由此同样与半导体本体4的正面5和背面30平面平行地构建。
为了借助塑料处理工艺将包封施加在半导体本体4的发射辐射的正面5上(其中该包封被构建为光学元件19)，将工具15闭合，使得该工具的两个部分彼此接触并且在腔18侧面构建共同的界面，如图3中所示的那样。在闭合的状态中，工具15的腔18设置在光电子半导体本体4上并且在那里构建光学元件19(在此为透镜)形式的闭合的空腔。
替代地也可能的是，具有按照透镜19成形的腔18的工具的部分被构建为使得闭合的腔18与衬底1的第一主面2共同地形成。在该情况中，并不一定需要工具15的两个部分彼此接触并且构建共同的界面。更确切地说，在该情况中工具15的一部分接触衬底1的第一主面2并且与其构建共同的界面。
如果工具15闭合，则螺杆9沿着轴线13朝着工具15的方向向浇铸系统16的喷射点21移动。通过螺杆9的旋转，浇铸系统16将塑料材料14喷射到闭合的腔18中。
根据图2和3的实施例的塑料处理工艺是液体注射成形注塑。该塑料处理工艺能够有利地实现包封的适合大规模生产的成形，其中该包封同时被构建为光学元件19，该光学元件以所希望的方式形成光电子器件的辐射特性。利用液体注射成形注塑可以实现在20秒到300秒之间的时钟时间。
对于包封例如可以使用硅树脂或者包括硅树脂和环氧树脂的混合材料作为塑料材料14。混合材料可以具有在10％到70％之间的环氧树脂，优选地50％的环氧树脂。
因为硅树脂和混合材料在未硬化的状态中具有低的粘性(其通常在1Pas到100Pas之间，其中包括边界值)，所以腔18的良好的封闭是重要的，以避免在喷射过程期间在腔18侧面的衬底表面的污染。这样的污染特别是在光电子器件的以后的电接触时会是干扰性的，并且需要在制造光电子器件时费事的附加的安装步骤。
为了更好地填充腔18并且由此能够更精确地成形，可以在喷射过程期间将腔18排空。为此，在工具中设置通道，这些通道将腔与真空泵相连接(在图中并未示出)。
因为衬底1具有两个对置的、平面平行的主面2、3，没有另外的元件、例如电连接件从这些主面突出，所以带有半导体本体4的衬底1特别适于作为插入件被插入到工具15的腔18中，如图2和3的实施例所示的那样。然而，元件、例如电连接件的确可能在两个主面2、3的侧面突出。
根据图4A至4D的实施例涉及一种方法，其中不同于根据图2和3的方法，使用压缩成形注塑作为塑料处理工艺。此外，图4A至4D示出多个光电子半导体器件的并行制造。
如在图4A中所示，在衬底1的第一主面2上设置多个半导体本体4并且所述多个半导体本体分别与接合线6电接触。随后，如图4B中所示的那样，例如通过将衬底1作为插入件插入到工具15的腔18中，将衬底1设置在工具15的部分上。与工具15的所述部分相对地平行地设置有工具15的另一部分，该另一部分与每个半导体本体4匹配地具有腔18，该腔具有透镜19的相反的形状、即轮廓。在工具15的侧面设置有配料系统9，该配料系统适于在喷射过程期间在打开的工具15的情况下将塑料材料14输送到腔18中。配料系统9在此是一种静态-动态混合器，譬如是具有混合件的配料器。然而，替代地也可能的是，使用螺杆。
在将塑料材料14引入到腔18中之后，将两个一半工具15闭合，如在图4C中通过箭头示意性地示出的那样。在将工具15闭合时，塑料材料14填满腔18并且在各个半导体本体4的正面上构建光学元件19形式的包封，如在图4D中所示。
如在根据图1、2和3的实施例中那样，在根据图4A至4D的实施例中可以使用预先成形的壳体、预先成形的引线框架、预先成形的具有散热器的引线框架、DBC衬底或者印刷电路板作为衬底1。衬底1例如可以包括陶瓷或者铜，或者由这些材料之一构成。
在根据图4A至4D的实施例中，可以使用与在根据图1、2和3的实施例中相同的材料作为塑料材料14。
如在图4E中所示，可以在利用配料系统9将塑料材料14喷射到打开的工具15中之前将膜28引入到腔18和衬底1之间。在此，膜28被设置为使得其在闭合工具15时直接与腔18邻接并且因此导致腔18的更好的成形。膜28防止塑料材料14与工具壁接触并且在那里不希望地保持附着。为了使膜28朝着工具壁的方向，例如可以使用将膜28朝着工具壁的方向吸引的真空。
此外，在闭合工具15时，膜28位于衬底1和工具15的如下部分之间：该部分包括具有光学元件的轮廓的腔18。膜28在此在一侧直接与衬底1邻接，也即其与衬底1一起构建共同的界面。在另一侧，膜28直接与工具15邻接，也即其与工具15一起构建共同的界面。通过这种方式，膜28可以补偿衬底1以及工具15的不平坦性，由此至少有利地减少会从腔18到达衬底1的塑料材料14的量。
在构建包封之后，工具15又被打开并且又将膜28去除。
因为工具15通常被加热，所以优选地使用耐热的膜28，其特别优选地耐受100℃至150℃之间的温度，其中包括边界值。
膜28优选地具有20μm到100μm之间的厚度，其中包括边界值。膜28例如可以具有乙烯-四氟乙烯(ETFE)或者由该材料构成。
替代于或者除了膜28，也可以将密封层22施加在衬底1上。优选地将这种密封层22与工具结合使用，其中该工具的材料与塑料材料并不附着。为此，例如可以对工具进行涂层。
根据图5的实施例的光电子器件包括具有散热器的预先成形的引线框架作为衬底1。适于产生辐射的光电子半导体本体4被安装到衬底1的第一主面2上。光电子半导体本体4借助接合线6来电接触。在半导体本体4的侧面将密封层22施加到衬底1的第一主面2上，该密封层被设置用于补偿衬底1的不平坦性。
此外，根据图5的实施例的光电子器件在正面上包括半导体本体的包封，该包封以光学元件19(在此为透镜)的形式来实施，并且对于半导体本体4的电磁辐射来说是可透射的。
半导体本体4的包封利用塑料处理工艺(在此为液体注射成形注塑，例如借助图1至3已经描述的那样)来制造。
图5此外示出工具15的型芯17，该型芯包括具有透镜轮廓的腔18，如上面已经描述的那样。型芯17具有侧面的喷射点21，在喷射过程期间塑料材料14可以通过该喷射点被引入到腔18中。为了避免在喷射过程中衬底1在包封之外的污染，在图5的实施例中将密封层22施加到衬底1的第一主面2上。密封层22特别是被施加在衬底1的如下区域中：型芯17在工具15闭合时位于该区域上。密封层22在此所具有的任务是，补偿如特别是在陶瓷衬底的情况下可能存在的衬底的不平坦性。
密封层22例如具有干抗蚀剂(Trockenresist)或者由该材料构成。密封层22例如可以借助印刷方法、例如丝网印刷、移印或者喷墨印刷来施加。此外，可以将金属化或者膜施加到衬底1的第一主面2上作为密封层22。此外，例如通过密封层22具有用于在喷射过程中使腔排气的通道，密封层22也可以被结构化地施加。密封层22和光学元件19优选地具有共同的界面。
此外，在根据图5的实施例中，工具15的型芯17的表面171在与喷射点21对置的一侧与密封层22相对地具有凹处，使得该凹处和密封层22构建排气通道29。换言之，型芯17的表面171回缩(zurückgesetzt)，使得其与密封层22一同构建排气通道29。
通过排气通道29可以在喷射过程期间进行腔18的排气。由此，透镜轮廓的更精确的成形是可能的。
根据图6的实施例的光电子器件除了衬底1之外与根据图5的实施例的光电子器件相同。在图6的实施例中，衬底1在侧面包括结构23(在此为倾斜)，该结构例如可以围绕半导体本体4来构建，其在注塑工艺期间用作型芯17的居中辅助装置。为此，结构23合乎目的地设置在衬底1上，使得该结构在闭合的工具15的情况下围绕型芯17。此外，根据图6的实施例的衬底1具有两个连接条31，它们从壳体本体32侧面突出。连接条31在此与衬底1的第二主面3平面平行地构建。此外，第一主面2的如下部分也与第二主面3平面平行地构建：该部分位于居中辅助装置内并且半导体本体4以及密封层22被设置在该部分上。
壳体本体32例如可以具有以下热塑性塑料中的至少一种，或者由以下热塑性塑料中的至少一种构成：PPA、LPC、PEEK。
根据图7的实施例的光电子器件与根据图5和6的光电子器件的不同也主要在于衬底1的实施方案。在此，使用例如由陶瓷构成的基板作为衬底1，该基板具有金属化作为密封层22。此外，衬底1的第一主面2与密封层22邻接地具有环绕的圆顶状的突起部分24，该突起部分伸入到包封中并且将该包封更好地与衬底1固定。该固定例如可以通过由于圆顶状的突起部分24而增大包封和衬底之间的接触面来引起，或者通过圆顶状的突起部分24向外或者向内的咬边(Hinterschneidung)来引起。替代于环绕的圆顶状的突起部分24，也可以在衬底1的第一主面2上使用单个或者多个单独的圆顶状的突起部分。
图8示出方法的一个实施例，其中在辊对辊工艺中同时处理多个相连的衬底1(在此示例性地示出两个衬底1)。例如可以使用施加在辊上的引线框架作为衬底1。分别将各一个光电子半导体本体4施加到衬底1的第一主面2上，其中该光电子半导体本体以接合线6来导电接触。在半导体本体4的侧面，衬底1在其第一主面2上具有密封层22，如已经借助图5至7所描述的。密封层22在此被设置在第一主面2的、与第二主面3平面平行的部分上。为了保护光电子半导体本体4，可以可选地将位置保持器设置在半导体本体上，该位置保持器出于清楚的原因而在图8中并未示出。在衬底1上，图8此外示出具有两个腔18的型芯17，这些腔具有透镜轮廓并且设置在半导体本体4上。所述腔18彼此利用通道相连，塑料材料14可以通过这些通道。此外，型芯17在侧面回缩，以便允许腔18的排气。
在根据图8的实施例中在光电子半导体本体4的发射辐射的正面5上此外分别施加有波长转换层25。在此，波长转换层25包括波长转换材料26的颗粒，该颗粒被嵌入到接合剂27中。例如可以使用在发明内容部分中已经说明的材料之一作为波长转换材料26。同样，已经在发明内容部分中说明的材料之一适于作为接合剂27。
为了同时制造多个光电子器件，此外可能的是，将多个光电子半导体本体4施加在衬底1上或者施加在多个相连的衬底1上，并且随后分别将包封施加在半导体本体4的正面上，其中包封在使用闭合的腔18的情况下被构建为光学元件19，其中该腔具有光学元件19的轮廓。为此，例如可以使用如上面已经描述的塑料处理工艺、比如LIM注塑或者压缩成形。然而不同于上面描述的实施例，使用一种工具15，其包括具有光学元件19的轮廓的多个腔18。在施加包封之后，将各个光电子器件分离，例如通过锯开来分离。
在根据图9、10和11的实施例的方法中，衬底1被构建为预先成形的壳体。预先成形的壳体包括具有塑料的壳体本体32，以及两个电连接条31，它们是引线框架的部分。壳体本体32具有第一主面2和第二主面3，其中第二主面3与第一主面2对置。此外，壳体本体32在其第一主面2中具有凹处33，半导体本体4被安装到该凹处中。设置在凹处33侧面的第一主面2的区域在此与第二主面3平面平行地构建。此外，电连接条31也与第二主面3平面平行地构建。
两个连接条31被引入到壳体本体32中，使得每个连接条32的表面的一部分分别构建凹处33的表面的一部分。
半导体本体4被安装在凹处33中，使得形成其背面30和一个连接条31之间的导电连接。这例如可以借助导电的粘合剂来实现。半导体本体4与另外一个连接条31通过其正面5上的接合线34导电连接。
此外，将密封元件35施加在半导体本体32的第一主面2的区域上，其中该区域与第二主面3平面平行地构建。密封元件35在此以完全环绕凹处33的方式设置，使得密封元件35构建围绕凹处33的封闭的环。此外，在根据图9、10和11的实施例中，密封元件35具有弹性材料以及按照三角形的方式构建的横截面。
如在图10中所示的那样，具有安装到凹处33中的半导体本体4的壳体1被插入到工具15的一部分中。工具15的另一部分包括具有光学元件19的轮廓的腔18，包封应当根据该光学元件来构建。在将工具15闭合的情况下，具有光学元件19的轮廓的工具15的部分设置在衬底2的第一主面2的与第二主面3平面平行的部分上，使得光学元件19的轮廓构建在半导体本体4上的闭合的腔18。密封元件35和具有光学元件19的轮廓的工具15的腔18在此彼此被设置为使得要制造的光学元件19的轮廓在侧面以密封元件35封闭。
在图11中示意性示出的另一方法步骤中，现在将闭合压力施加到工具15上，使得密封元件35变形并且将腔18侧面密封。借助受控的面按压，在此通常可以减小闭合压力，使得减小的力作用到器件上。现在可以用塑料材料14、例如硅树脂来填充腔18。在此，密封元件35至少减少到达衬底1的第一主面2上的塑料材料14的量。
根据图12A至12E的实施例的密封元件35施加到衬底1的第一主面2上，其中根据图12A至12C的实施例的密封元件35具有按照三角形的方式构建的横截面。
根据图12A的实施例的密封元件35具有与衬底1相同的材料，并且被集成到衬底1中。密封元件35在此与衬底1共同制造，例如利用注塑方法来制造。
根据图12B的实施例的密封元件35具有与衬底1的材料不同的材料。此外，密封元件35进入衬底1中。如果衬底1利用注塑方法来制造，则衬底1和密封元件35例如可以利用多组分注塑方法来制造。替代地也可能的是，衬底1具有凹槽，单独地制造的密封元件35被插入到该凹槽中。
如根据图12B的实施例的密封元件35那样，根据图12C的实施例的密封元件35具有与衬底1的材料不同的材料。在此，密封元件35施加到衬底1的第一主侧2上，例如通过粘合或者按压来施加。
不同于根据图12A至12C的实施例的密封元件35，根据图12D的实施例的密封元件35被构建为具有梯形形状横截面的环绕的环。该密封元件如根据图12A的实施例中的密封元件35那样被集成到衬底1中，例如借助注塑来集成。
不同于根据图12A至12C的实施例的密封元件35，根据图12E的实施例的密封元件35具有部分按照椭圆形的方式来构建的横截面。该密封元件如根据图12A和12D的实施例的密封元件35那样被集成到衬底1中，例如借助注塑来集成。
根据图12A至12E的实施例的密封元件35优选地具有0.05mm到0.5mm之间的高度，其中包括边界值。
密封元件35例如由与壳体本体32相同的材料制造。密封元件35例如由以下热塑性塑料之一构成或者具有以下热塑性塑料中的至少一种：PPA、LCP、PEEK。
此外，密封元件35可以由弹性的或者可变形的材料来制造，而衬底由刚性的材料制成。衬底、例如壳体本体32在此例如具有上述热塑性塑料之一，而密封元件35例如具有硅树脂材料、弹性体塑料或者漆、例如阻焊漆
根据图13的实施例的光电子器件例如以借助图9至11已经描述的方法的步骤来制造。因此，其具有借助图9至11已经描述的光电子器件的特征。
根据图13的实施例的器件的电连接条31朝着衬底1的第二主面3的方向弯曲。
在根据图13的光电子器件中的光学元件19具有硅树脂材料，并且被构建为透镜19。透镜19具有透镜脚36，该透镜脚在侧面以密封元件35封闭。密封元件35在此具有梯形形状的横截面，如已经借助图12D所描述的那样。通过利用在此由吸收光的材料制成的密封元件35在侧面封闭透镜脚36，有利地可以减少不希望的、从透镜脚36的侧面出射的散射光。密封元件35例如具有以下材料之一或者由以下材料之一构成：PPA、LCP、着色的弹性体、着色的硅树脂。
不同于根据图13的实施例的光电子器件，根据图14的实施例的光电子器件具有印刷电路板作为衬底1。例如可以使用金属芯电路板作为印刷电路板。此外，印刷电路板可以具有陶瓷或者玻璃纤维增强的环氧树脂。印刷电路板例如可以具有以下在电子工业中常见的材料之一：FR4、FR5、BT。
印刷电路板在其第一主面2上具有金属化37，该金属化此外被构建在印刷电路板1的侧面上并且部分地被构建在印刷电路板的第二主面3上。
半导体本体4被安装到印刷电路板1的第一主面2的金属化37上，使得在半导体本体4的背面30和金属化37之间构建导电连接。半导体本体4的正面5与金属化37的另一部分导电连接，其中金属化37被结构化，使得避免短路。
密封元件35在此以直接接触的方式环绕半导体本体34被施加到印刷电路板1的金属化37上。密封元件35例如可以被压印到或者粘合到金属化37上。此外，金属化37在密封元件35侧面分别构建外部的连接部位38，该连接部位被设置用于在外部电接触光电子器件。
根据图14的实施例的光电子器件的其余的元件和特征、特别是透镜19和透镜脚36例如可以对应于图13的实施例来构建。因此，为了避免重复而不再详细地阐述它们。
根据图15的实施例的光电子器件与根据图13的光电子器件的不同也主要在于衬底1。根据图15的光电子器件的其余的元件和特征例如可以如借助图13或者图9至11已经描述的那样来实施。
如根据图13的实施例的光电子器件那样，根据图15的光电子器件的衬底1包括预先成形的壳体本体32，导电带39在该壳体本体中延伸，该导电带至少部分地构建壳体本体32的凹处33的表面，半导体本体4被安装到该凹处中。然而，不同于根据图13的实施例的衬底1，导电带39并不在壳体本体32的侧面构建两个连接条。更确切地说，导电带在壳体本体32的侧面分别被构建为外部的连接部位38，例如被构建为焊接接触，该焊接接触在此具有与壳体本体32的第二主面3平面平行的面。
根据图15的光电子器件的其余的元件和特征、特别是透镜19和透镜脚36以及密封元件35例如同样可以对应于图13的实施例来构建。因此，为了避免重复而不再详细阐述它们。
本发明并不受借助实施例的描述限制。更确切地说，本发明包括任何新的特征和任何特征组合，这特别是包括权利要求中的任何特征组合，即使该特征或者该特征组合本身并未明确地在权利要求中或者在实施例中说明。

Claims (14)

1.一种用于制造光电子器件的方法，包括以下步骤：
提供具有第一主面(2)和第二主面(3)的衬底(1)，该第二主面(3)与第一主面(1)对置，
将适于从正面(5)发射电磁辐射的半导体本体(4)固定在衬底(1)的第一主面(2)上，并且
至少在半导体本体(4)的正面(5)上施加对于光电子半导体本体(4)的辐射来说可透射的包封，其中该包封在使用具有闭合的腔(18)的工具(15)的情况下被构建为光学元件(19)，该腔具有光学元件(19)的轮廓，
其中衬底(1)在其第一主面(2)上具有至少一个密封元件(35)，该密封元件环绕第一主面(2)的如下区域被构建：光学元件(19)被施加到该区域上，并且该光学元件(19)以该密封元件在侧面封闭，
该密封元件(35)具有如下横截面：该横截面至少部分地以三角形、梯形或者按照椭圆形的方式构建。
2.根据权利要求1所述的方法，其中包封借助塑料处理工艺来施加，其中使用液体注射成形注塑、液体传递成形或者压缩成形作为塑料处理工艺。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在将塑料材料喷射到打开的工具(15)中之前，在腔(18)和衬底(1)之间将膜(28)插入工具(15)中，其中膜(28)防止塑料材料(14)与工具壁接触和在那里不希望地保持附着。
4.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中作为包封，使用硅树脂或者混合材料作为塑料材料(14)。
5.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中使用预先成形的壳体、预先成形的引线框架、预先成形的具有散热器的引线框架或者印刷电路板作为衬底(1)。
6.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中将密封层(22)施加到衬底(1)的第一主面(2)上。
7.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中工具(15)的型芯(17)具有排气通道(29)，和/或工具(15)的型芯(17)的表面(171)回缩，使得该表面与衬底(1)的表面或者密封层(22)共同构建排气通道(29)，其中密封层(22)被设置在衬底(1)的第一主面(2)上以用于补偿衬底(1)的不平坦性。
8.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中腔(18)在将塑料材料输送到腔中的喷射过程之前被排空。
9.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中
将多个适于产生电磁辐射的半导体本体(4)施加在衬底(1)的第一主面(2)上，
将对于光电子半导体本体(4)的辐射来说可透射的包封至少施加在半导体本体(4)的正面(5)上，其中在使用具有光学元件(19)的轮廓的闭合的腔(18)的情况下将包封构建为光学元件(19)，以及
在施加包封之后，将衬底(1)分离为单独的器件。
10.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中衬底(1)在其第一主面(22)上具有至少一个突起部分(24)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中突起部分(24)是圆顶状的突起。
12.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中衬底(1)在其第一主面(22)上具有作为型芯(17)的居中辅助装置的结构(23)，该型芯包括具有光学元件(19)的轮廓的腔(18)。
13.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中密封元件(35)具有弹性材料。
14.一种光电子器件，包括：
具有第一主面(2)和第二主面(3)的衬底(1)，该第二主面(3)和该第一主面(1)对置，
在衬底(1)的第一主面(2)上的半导体本体(4)，其适于从正面(15)发出电磁辐射，以及
在半导体本体(4)的正面(15)上的对于光电子半导体本体(4)的辐射来说可透射的包封，该包封被构建为光学元件(19)并且被集成到光学器件中，以及
其中衬底(1)在其第一主面(2)上具有至少一个密封元件(35)，该密封元件环绕第一主面(2)的如下区域被构建：光学元件(19)被施加到该区域上，并且该光学元件(19)以该密封元件在侧面封闭，而且该密封元件(35)具有如下横截面：该横截面至少部分地以三角形、梯形或者按照椭圆形的方式构建。
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