CN101809774B - 发出辐射半导体构件、用于发出辐射半导体构件的容纳件以及用于制造发出辐射半导体构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有发出辐射特性的、基于半导体的构件。其中设有具有第一表面(2)及第二表面(1)的玻璃衬底(1)，其中在第一表面(2)上容纳具有发出辐射特性的半导体元件(5)。本发明进一步涉及用于制造基于半导体的构件的方法，该方法具有以下步骤：-提供玻璃衬底(1)，-在玻璃衬底的第一表面(2)上施加半导体元件(5)。本发明还涉及用于基于半导体的构件的容纳件，其中设有两个电接触面(13)，该两个电接触面(1)可与基于半导体的构件的接触面(7)导电连接。
Description
基于半导体的构件、用于基于半导体的构件的容纳件以及用于制造基于半导体的构件的方法
此专利申请要求德国专利申请102007046744.5及102008005345.7的优先权，其公开内容通过引用纳入本文中。
本申请涉及一种具有发出辐射特性的、基于半导体的构件、用于基于半导体的构件的容纳件及用于制造基于半导体的构件的方法。
具有发出辐射特性的、基于半导体的构件(例如发光二极管)大多如此构造，使得在由塑料金属复合物制成的壳体或由陶瓷制成的壳体中安装或嵌入具有发出辐射特性的半导体元件。在此类基于半导体的构件的生产过程期间，通过焊接过程或粘合过程将半导体元件安装在壳体中。
具有发出辐射特性的半导体元件(例如薄膜发光二极管)可分成电流垂直流过型半导体元件或电流水平流过型半导体元件。在电流于垂直方向上流过的半导体元件中，基于半导体的构件的安装面构造为单独的电接触部。第二电接触部设置在半导体元件的发出辐射侧。此接触部通常利用接合线进行接触。具有水平电流的半导体元件如此构造，使得在半导体元件的安装面上构造两个电接触部。
尤其在电流垂直流过型半导体元件中，第一及第二电接触部在半导体元件的主延伸平面的面法线方向上相继。在电流水平流过型半导体元件中，第一及第二电接触部或第一及第二电接触部的区域在俯视图中在主延伸平面上并排设置。
有利的是，电流尤其不只是垂直或水平的。而是，优选在垂直电流流过型半导体元件中具有横向电流拓宽(Stromaufweitung)。尤其是，在水平电流流过的半导体元件中，电流在半导体元件内至少部分地具有与主延伸平面上的面法线平行的分量。
不依赖于半导体元件自身的构造方式，在壳体中通过利用透明树脂或另一封装材料浇铸来额外保护半导体元件免受外部影响。通过壳体实现静态稳定性以及保护半导体元件免受机械负荷，该壳体保护式、承载式地包围半导体元件。通过包覆壳体来给出基于半导体的发出辐射构件的结构尺寸，该结构尺寸大大超过半导体元件自身的大小。这阻碍了构件的进一步微型化的可能。
因此，本发明的目的在于说明一种具有发出辐射特性的、基于半导体的构件，该构件可进一步微型化。
此目的通过根据并列的权利要求的构件、容纳件及方法来实现。有利的设计及改型在各个从属权利要求中说明。权利要求的公开内容明确地通过引用纳入说明书中。
说明一种具有发出辐射特性的、基于半导体的构件，其中设有玻璃衬底。具有发出辐射特性的、基于半导体的构件具有发出辐射半导体元件，如光电半导体芯片。半导体元件尤其具有半导体层序列，例如外延半导体层序列，该半导体层序列包括为产生辐射而设有的有源区。有利地，有源区包括用于产生辐射的pn结、双异质结构和/或量子阱结构。
玻璃衬底基本上具有两个表面，该两个表面设置成彼此相对并且尤其彼此平行。在玻璃衬底的第一表面上设置有半导体元件，该半导体元件具有发出辐射特性。半导体元件在此表面上如此设置，使得辐射方向指向玻璃衬底并进一步指向该玻璃衬底中。在此，该辐射方向尤其是指与半导体元件的主延伸平面垂直的方向，其中半导体元件在工作时发射电磁辐射。有利的是，玻璃衬底构造成半导体元件的承载元件。
在一种设计中，基于半导体的构件具有基本上正方形的基本形式。在一种改型中，其具有基本上3mm的边长。在另一设计中，其具有基本上0.85mm的厚度。在其它设计中，构件的横向尺寸与玻璃衬底的横向尺寸相同。
在一种设计中，半导体元件构造为薄膜发光二极管。对于具有水平电流的半导体元件，尤其是对于薄膜发光二极管，作为承载元件的玻璃衬底构成主要优点，因为尤其是在薄膜发光二极管的情况下，在生产过程期间将生长衬底分离。此生长衬底在生产过程期间构成此半导体元件的承载元件。由于在生产过程期间分离生长衬底，需要具有承载特性的备选元件。玻璃衬底不仅提供承载特性，而且保护半导体元件免受机械负荷。
薄膜发光二极管的基本原理例如在出版物I.Schnitzer.等人，Appl.Phys.Lett.63(16)18.1993年10月，第2174-2176页中说明，该出版物的公开内容通过引用纳入本文中。薄膜发光二极管芯片的示例在出版物EP 0905797A2及WO 02/13281A1中描述，该出版物的公开内容通过引用纳入本文中。
在一种设计中，薄膜发光二极管-无玻璃衬底-具有20μm或更小的厚度范围，尤其具有10μm或更小的厚度范围；
有利的是，其没有生长衬底。在此，“没有生长衬底”表示，将必要时用于生长薄膜发光二极管的半导体层序列所使用的生长衬底从半导体层序列去除或至少大大变薄。其尤其如此变薄，使得单单其自身或与半导体层序列一起不是无支撑的。尤其是，大大变薄的生长衬底的保留的残余部分不适于作为此类生长衬底的功能；以及
在一种设计中，薄膜发光二极管包括具有至少一个面的至少一个半导体层，该至少一个半导体层具有混合结构，该混合结构在理想情况下导致在半导体层序列中光近似于各态历经分布，也即，其具有最可能的各态历经随机散射特性。
在另一设计中，在薄膜发光二极管的产生辐射的半导体层序列(其中其尤其指产生辐射的外延层序列)的背向玻璃衬底的主面上施加或构造反射层，该反射层将在半导体层序列中所产生的电磁辐射的至少一部分反射回半导体层序列并且在到玻璃衬底的方向上反射。
在构件的一种设计中，朝向玻璃衬底的半导体元件的主面没有电连接面(也称为接触部或接触面)。优选地，为半导体元件的n侧及为p侧接触而设有的两个电连接面设置在背向玻璃衬底的半导体元件侧上。
根据基于半导体的发出辐射构件的改型，在玻璃衬底的第二表面上设置光学元件。从而使得半导体元件所发出的辐射通过玻璃衬底并同样通过光学元件发出。利用光学元件，根据基于半导体的发出辐射构件的应用目的并依赖于光学元件的光学特性实现不同的作用。利用例如构造为透镜的光学元件，可构成成束的辐射。利用构造为光漫射体的光学元件可散射所发出的辐射。依赖于基于半导体的构件的各应用可形成不同的特性。一种这样构造的基于半导体的发出辐射构件鉴于其大小可自由伸缩。所需要的宽度尺寸及高度尺寸基本上取决于所希望的光学特性。
为了产生通过基于半导体的构件所发出的辐射的预定光颜色或预定波长且尤其为了产生混色光，根据基于半导体的构件的一种改型，在发出辐射半导体元件及玻璃衬底的第一表面之间设置转换层。至少对于通过转换层的辐射的一部分，转换层改变这些辐射的波长。因此构成仅通过半导体元件发出的辐射不可产生的色调。从而可例如以简单低成本地方式产生白光，其中发出蓝光的半导体元件与黄色转换层组合。
根据具有发出辐射特性的、基于半导体的构件的改型，玻璃衬底鉴于其第一表面构造成大于为了容纳半导体元件所需的大小并且其中额外设有至少一个安装基座。安装基座具有与半导体元件的总厚度相同的材料厚度并且构造成吸纳作用于玻璃衬底或基于半导体的构件的机械负荷并将其引开到安装位置。从而使得，在集成状态下，在周围保护半导体元件免受机械负荷。此改型的其他优点是，在非集成状态下，也在一定程度上保护半导体元件免受摩擦负荷(abrasivenBelastungen)。
根据具有发出辐射特性的、基于半导体的构件的一种改型，为避免散射光损失，未由半导体元件覆盖的面通过反射器覆盖。在一种设计中，其直接施加在玻璃衬底的第一表面上并且仅覆盖未由半导体元件覆盖的第一表面的区域。从而使得，除受制备技术限制之外，在玻璃衬底上构造发出辐射面或反射辐射面。其中发出辐射面通过半导体元件构成并且反射辐射面通过反射器构成。
还提供了一种容纳件单元(下文中简称容纳件)，其用于容纳根据上述原理构造的基于半导体的构件。
其中，该容纳件具有实施成可接通的(beschaltbar)两个电接触部。从而使得电信号或电能可输送至由容纳件容纳的基于半导体的构件。在大小及面的结构方面，在一种设计中，电接触部实施为与半导体元件的接触元件相同。从而通过利用传导的粘合材料的粘合或通过焊接，可在半导体元件及容纳件之间制造电接触。利用至少一个基座容纳件包围接触元件，在该基座容纳件上可容纳至少一个安装基座。基座容纳件是电中性的并因此构成与电接触部无电连接。
还说明了用于制造基于半导体的构件的方法。该方法包括以下步骤。
一个步骤包括提供玻璃衬底。随后的第二步骤包括在玻璃衬底的第一表面上施加半导体元件并在玻璃衬底的第二表面上施加光学元件。
该方法允许同时应用多个玻璃衬底，其中设有玻璃晶圆，在玻璃晶圆上平行构成多个基于半导体的构件。然后，方法步骤包括分离整个玻璃晶圆的基于半导体的构件。
该方法的一种改型是，制造具有发出辐射特性的、基于半导体的构件，其发出预定波长的辐射或混色光，例如白光。例如为了产生单独通过已知的半导体原料不可产生的波长，根据一个改型，在施加半导体元件之前，在玻璃衬底的第一表面上施加转换层。其中，优选地应用丝网印刷方法(Siebdruckverfahren)或镂空版印刷方法(Schablonendruckverfahren)。
对于其面的延伸小于玻璃衬底的第一表面的半导体元件，施加反射层，该反射层借助由光照技术(fototechnisch)影响的溅射或气相喷镀方法来施加。其中，玻璃衬底的第一表面用光照技术，尤其通过光刻过程进行预处理，使得仅未由半导体元件及可能要施加的转换层覆盖的区域可通过溅射或气相喷镀方法处理。
玻璃衬底的第二表面上，将光学元件引入抗老化及温度稳定的层(优选地由硅树脂制成)中。
下面，借助于两个实施示例以及利用12个附图详细说明本发明。
其中：
图1示出了第一实施方式中基于半导体的构件的示意性截面图，
图2示出了第二实施方式中基于半导体的构件的示意性透视图，
图3示出了第一实施方式的基于半导体的构件的示意性透视图，
图4示出了第一实施方式的基于半导体的构件的示意性透视图，
图5示出了根据第一实施方式的基于半导体的构件的容纳件的部分的示意性透视图，
图6示出了容纳件中根据第一实施方式的基于半导体的构件的示意性透视图，以及
图7至图12以示意性透视图示出了用于制造第一实施方式的基于半导体的构件的方法的实施示例的各个方法步骤。
对于所有附图，具有相同功能的元件利用相同的参考标号表示。附图及在附图中所示的元件之间的大小关系并非是按比例的。相反，为了更好地图示和/或为了更好的理解，可将单个元件放大图示。
图1示出了根据上述原理的具有发出辐射特性的、基于半导体的构件的实施示例。其中设有作为承载元件的透明玻璃衬底1。此玻璃衬底1具有第一表面2及第二表面3。在第一表面2上施加转换层4，在该转换层4上容纳有半导体元件5。半导体元件5具有发出辐射特性并且其在转换层4上如此设置，使得辐射方向6被定向成通过转换层4并且同样通过玻璃衬底1。
优选地，半导体元件5实施成薄膜发光二极管并且在背向玻璃衬底1的表面上包括至少两个导电接触面7，通过该两个导电接触面7向半导体元件5供应电能。在所示实施示例中，半导体元件5并未覆盖玻璃衬底1的整个第一表面2。玻璃衬底1的第一表面2的其余区域利用反射器8来覆盖。反射器8促使由于第一表面2方向上的反射而导回的散射光部分9在反射器8上同样再次导向辐射方向6并因而导向第二表面3的方向。从而降低散射光损失。
在第一表面2的外边缘上构造安装基座10，通过该安装基座10可将基于半导体的构件稳固固定在容纳件中。安装基座10如此实施，使得整个基于半导体的构件通过安装基座10承载在装配位置上。从而避免半导体元件5上的机械负荷。
在玻璃衬底1的第二表面3上容纳有光学元件11。实施示例示出了菲涅尔透镜形式的光学元件11。通过菲涅尔透镜形式的光学元件11可产生成束的辐射。然而，基于半导体的构件并不限于此实施示例，而是可应用具有其它特性的光学元件，例如光漫射体。这仅依赖于基于半导体的构件的应用目的。
图2示出了第二实施方式的具有发出辐射特性的、基于半导体的构件，其中半导体元件5几乎占据玻璃衬底1的整个第一表面2。当玻璃衬底1及在第一表面2上其面的延伸几乎相应于半导体元件5的面延伸时，形成此实施方式。与图1中的第一实施示例相反，在此实施示例中不需设置安装基座10或设置反射器8。
图3以透视图示出了基于半导体的构件的第一实施示例。视向指向基于半导体的构件的第一表面2。
在此表面上设置有半导体元件5、转换层4、反射器8及安装基座10。在玻璃衬底1的第一表面2上的中心处设置有环形形式的转换层4，半导体元件5优选中心地设置在该转换层4上。半导体元件5具有在其侧上的导电接触面7，该导电接触面7设在装配位置处，以便向半导体元件5供应电能。环形转换层4的周围施加反射器8，以避免散射光损失。
优选地，玻璃衬底1实施成正方形的基本形式并且玻璃衬底1的第一表面2的每个边角区包括至少一个安装基座10。通过安装基座10将基于半导体的构件固定在装配位置处。其中，在装配位置处，作用在基于半导体的构件上的机械力通过安装基座10引开，使得半导体元件5免受机械负荷。在图3所示的基于半导体的构件中，具有基本上正方形的基本形式，基本上3mm的边长及基本上0.85mm的厚度。然而，上述原理并不限于此外部尺寸。而是，有利的是，根据上述原理的单独基于半导体的构件的大小仅通过光学特性的要求来确定。
图4以透视图示出图1及图3中也示出的第一实施示例。在此图示中，视向指向玻璃衬底1的第二表面3。在第二表面3上容纳有光学元件11。在该实施示例中，基于透镜来实施光学元件11。实施示例示出了菲涅尔透镜。
图5示出了用于根据图1、3或4中实施示例的基于半导体的构件的容纳件的实施示例，其中在印刷电路板12上设置有至少两个导电接触部13。此接触部可通过馈送的印制导线与电信号或电能接通。从而使得在基于半导体的构件的安装状态下，半导体元件5的电接触部7是可接通的。基于半导体的构件与容纳件相互协调，使得半导体元件5的电接触面7与电接触部13共同作用。在容纳件处设置有基座容纳件14，该基座容纳件14与基于半导体的构件的安装基座10共同作用。因此，电接触部13设置在容纳件中心处并且由基座容纳件14包围，使得每个安装基座10可通过粘合过程或焊接过程或其它传递力的方法而容纳在基座容纳件14上。
图6以透视图示出了在容纳件处设置的基于半导体的构件。如图所示，每个安装基座10分别设置在基座容纳件14上。
图7至12以单独方法步骤示出了根据上述原理及上述第一实施示例单独基于半导体的构件的制造示例方法。
图7中所示的透明玻璃衬底1具有正方形的基本形式。其已示出了单独基于半导体的构件所具有的形式。构件的横向尺寸尤其与玻璃衬底的横向尺寸相同。
用于制造上述基于半导体的发出辐射构件的优化生产方法为，多个此种玻璃衬底同时在玻璃晶圆上进行加工。然后，玻璃晶圆在制造方法的预定部分步骤中分离，使得可以构成单独元件。为了更好的理解制造方法，该方法借助于单个元件进行图示。
从玻璃衬底1开始，如图8所示，通过溅射过程或气相喷镀过程将用于构成反射器8的反射层施加在玻璃衬底1的第一表面2处。此过程首先使用光刻方法以定义表面区域，该表面区域不应包含反射涂层。
接着，如图9所示，在玻璃衬底1的第一表面2上，例如第一表面2的部分区域上施加转换层4。通过丝网印刷方法或镂空版印刷方法施加转换层4。当前，将第一表面2的未由反射器8覆盖的中间区域利用转换层4涂敷。当前，反射器8未由转换层8覆盖。
接着，如图10所示，通过-例如支持光刻的-电镀过程将安装基座10分别施加在玻璃衬底1的边角区。安装基座8例如施加在反射器8的边缘区域上。
在下述方法步骤中，如图11所示，现在，第二表面3设有光学元件10。光学元件10引入例如由硅树脂制成的抗老化及温度稳定的层中。
图12所示的操作步骤包括将半导体元件5施加在转换层4上。构造为薄膜发光二极管的半导体元件5已包括接触面7，其用于连接并构成向半导体元件供应电能的电接触部。薄膜发光二极管在进一步的制造方法中生产并且在最后描述的方法步骤中设置在玻璃衬底1上。
Claims (14)
1.一种具有发出辐射特性的、基于半导体的构件，该构件用于安装到容纳件单元(12)的装配位置，
该构件拥有：
玻璃衬底(1)，所述玻璃衬底(1)具有第一表面(2)及第二表面(1)，所述第一表面(2)与第二表面(1)相对设置，
具有发出辐射特性的半导体元件(5)，该半导体元件(5)被容纳于所述第一表面(2)，
在所述玻璃衬底(1)的第一表面(2)的每一个角区域内的安装基座(10)，
其特征在于，为此设置所述的安装基座(10)，在安装状态下为了保护半导体元件将作用在基于该半导体的构件上的机械负荷引开到安装位置。
2.根据权利要求1所述的基于半导体的构件，其特征在于，在所述第二表面(2)上容纳光学元件(11)。
3.根据权利要求1或2所述的基于半导体的构件，其特征在于，在所述第一表面(2)及所述发出辐射半导体元件(5)之间设置转换层(4)。
4.根据权利要求1或2所述的基于半导体的构件，其特征在于，所述第一表面(2)由所述半导体元件(5)及反射器(8)覆盖。
5.根据权利要求1或2所述的基于半导体的构件，其特征在于，所述半导体元件(5)在背向所述玻璃衬底(1)的所述第一表面(2)的侧上具有至少两个导电接触面(7)。
6.一种容纳件单元(12)，在所述容纳件单元(12)中设置有根据权利要求5所述的基于半导体的构件中，其特征在于，
在所述容纳件单元中设有两个电接触部(13)，所述两个电接触部(13)与基于半导体的构件的所述接触面(7)导电连接，并且
设有多个基座容纳件(14)，在所述基座容纳件(14)上容纳所述安装基座(10)，其中
这些基座容纳件(14)呈电中性并且不与所述电接触部形成电连接。
7.一种用于制造按照权利要求1或者2所述的基于半导体的构件的方法，具有如下步骤：
-提供玻璃衬底(1)，以及
-在所述玻璃衬底(1)的第一表面(2)上施加半导体元件(5)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在所述第一表面(2)上施加反射层(8)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在所述玻璃衬底(1)的第二表面(3)上施加光学元件(11)。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述玻璃衬底的所述第一表面(2)及所述半导体元件(5)之间施加转换层(4)。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，借助于由光照技术影响的溅射或气相喷镀方法来施加所述反射层(8)和/或借助于丝网印刷或镂空版印刷方法来施加所述转换层(4)。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助于电镀方法将至少一个安装基座(10)施加在所述玻璃衬底(1)的所述第一表面(2)上。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学元件(11)引入抗老化及温度稳定的层中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述抗老化及温度稳定的层由硅树脂构成。
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