CN102576707A - 光电子模块 - Google Patents
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Abstract
提出了一种光电子模块(100)，包括：具有至少一个接触部位(1A)的支承体(1)；发射辐射的半导体芯片(2)，其中发射辐射的半导体芯片(2)具有第一接触面(2A)和第二接触面(2B)；电绝缘层(4)，其具有第一凹部(4A)和第二凹部(4B)；至少一个导电结构(8)，其中第一接触面(2A)设置在发射辐射的半导体芯片(2)的背离支承体(1)的侧上，电绝缘层(4)至少局部地施加在支承体(1)和半导体芯片(2)上，并且该电绝缘层具有在第一接触面(2A)的区域中的第一凹部(4A)和在接触部位(1A)的区域中的第二凹部(4B)，导电结构(8)设置在电绝缘层(4)上并且将第一接触面(2A)与支承体(1)的接触部位(1A)电接触，并且电绝缘层(4)主要由陶瓷材料形成。
Description
本发明提出了一种光电子模块。
本发明的待实现的目的是提出一种光电子模块，其特别耐老化并且具有长使用寿命。
本专利申请要求德国专利申请10 2009 042 205.6的优先权，其公开内容通过引用结合与此。
根据光电子模块的至少一种实施形式，该光电子模块包括具有至少一个接触部位的支承体。支承体可以是电路板或支承体框架(引线框架)。同样可能地，将支承体构成为柔性的并且例如构成为膜。支承体可以借助例如为金属的导电材料形成，或者借助电绝缘材料形成，例如热固性或热塑性的材料或者还有陶瓷材料。如果支承体借助电绝缘材料形成，则也可能的是支承体在安装面上和/或与安装面相对置的底面上具有端子部位和印制导线。至少一个接触部位借助导电的材料例如金属形成。
根据至少一种实施形式，光电子模块包括发射辐射的半导体芯片，其中发射辐射的半导体芯片具有第一接触面和第二接触面。这两个接触面用于接触发射辐射的半导体芯片。例如，发射辐射的半导体芯片借助第二接触面固定在支承体的端子部位上，并且被电接触。例如，发射辐射的半导体芯片可以是冷光二极管芯片。冷光二极管芯片可以是发光二极管芯片或激光二极管芯片，其产生辐射的有源区在紫外至红外范围内发射光。发射辐射的半导体芯片的第一接触面和第二接触面优选借助例如为金属的导电材料形成。
根据至少一种实施形式，光电子模块包括电绝缘层，其具有第一凹部和第二凹部。例如，凹部借助材料去除来产生。因此，例如两个凹部侧向地被电绝缘层限界，并且分别具有两个彼此相对置的开口。此外优选地，两个凹部是可从外部自由进入的。
根据光电子模块的至少一种实施形式，第一接触面设置在发射辐射的半导体芯片的背离支承体的侧上。例如，第一接触面施加在发射辐射的半导体芯片的背离支承体的侧上的表面上。
根据至少一种实施形式，光电子模块包括至少一个导电结构。例如，导电结构可以是电印制导线，其优选借助金属或金属合金形成。同样可能地，导电结构借助导电的粘合剂或金属膏形成。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层至少局部地施加在支承体和半导体芯片上。优选地，电绝缘层形状配合地一体式成形在这些部位上，使得在电绝缘层和由电绝缘层覆盖的部位之间既不会构成裂缝，又不会构成中断。
此外，电绝缘层在第一接触面的区域中具有第一凹部和在第二接触面区域中具有第二凹部。因此，凹部和接触面/接触部位设置为至少局部地彼此重叠，使得可以从外部穿过引入到电绝缘层中的凹部来接触发射辐射的半导体芯片。
根据光电子模块的至少一种实施形式，导电结构设置在电绝缘层上，并且将第一接触面与支承体的接触部位电接触。优选地，导电结构形状配合地一体式成形到电绝缘层上。换言之，优选地在电绝缘层和导电结构之间既不会构成裂缝也不会形成中断。另外，导电结构例如借助丝网印刷、喷射或点胶方法或喷涂方法施加在电绝缘层上。例如，凹部至少局部地填充有导电结构。优选地，导电结构穿过凹部，使得导电结构与半导体芯片完全地接触。例如，凹部填充有导电结构的材料。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层主要借助陶瓷材料形成。“主要”表示电绝缘层包含至少50重量％、优选至少75重量％的陶瓷材料。在此情况下，电绝缘层也可以完全地由陶瓷材料组成。此外可能的是，电绝缘层由玻璃陶瓷组成，该玻璃陶瓷通过受控结晶由玻璃熔融物制造。
根据至少一种实施形式，光电子模块包括具有至少一个接触部位的支承体和发射辐射的半导体芯片，其中发射辐射的半导体芯片具有第一接触面和第二接触面。此外，光电子模块包括电绝缘层，所述电绝缘层具有第一凹部和第二凹部，以及至少一个导电结构。第一接触面设置在发射辐射的半导体芯片的背离支承体的侧上。此外，电绝缘层至少局部地施加在支承体和半导体芯片上，并且在第一接触面的区域中具有第一凹部和在第二接触部位的区域中具有第二凹部。导电结构设置在电绝缘层上，并且将第一接触面与支承体的接触部位电接触。此外，电绝缘层主要借助陶瓷材料形成。
在这种情况下，在此描述的光电子模块在这里基于下述认识：，例如在具有平面接触部的光电子模块中使用的、以有机材料形成的电绝缘层不太耐老化。这就是说，例如为照射、湿气或温度波动的外部的影响损伤电绝缘层的材料。这在光电子模块的短工作时间之后例如已经导致电绝缘层脆弱。这就是说，在短的工作时间之后，这种的光电子模块已经可以具有由老化引起的损伤。
为了实现特别耐老化的光电子模块，在此描述的光电子模块尤其利用这样的思想：电绝缘层主要用陶瓷材料形成。陶瓷材料特别是在外部的辐射和热影响下更耐老化，由此这样的电绝缘层本身在强外部负荷下也在较长的工作时间之后几乎不具有材料损伤。
有利地实现具有强烈提高的使用寿命的光电子模块。
根据至少一种实施形式，光电子模块包括至少两个发射辐射的半导体芯片，其中电绝缘层局部地设置在发射辐射的半导体芯片之间。例如，在半导体芯片之间构成间隙。换言之，半导体芯片设置为彼此间隔的。例如，间隙填充有电绝缘层的材料。于是，电绝缘层优选触碰半导体芯片的侧面，并且形状配合地将其覆盖。
根据光电子模块的至少一种实施形式，除了凹部之外，电绝缘层形状配合地施加在光电子模块暴露的外表面上。这就是说，在光电子模块暴露的外表面和电绝缘层之间，既不会构成裂缝也不会构成中断。在此情况下，电绝缘层承担封装层、例如发射辐射的半导体芯片的封装层的功能。这可以意味着，除了电接触区域之外，半导体芯片由电绝缘层完全地封装。因此，有利地实现了保护发射辐射的半导体芯片不受机械影响，例如碰撞。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层透射辐射，并且局部地覆盖半导体芯片的辐射出射面。“透射辐射”意味着，电绝缘层优选只部分地吸收从有源层发射的辐射。从发射辐射的半导体芯片发射的电磁辐射于是可以至少部分地通过电绝缘层从光电子模块耦合输出。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层由陶瓷发光材料组成。如果电绝缘层局部地施加在半导体芯片的辐射出射面上，那么电绝缘层可以将从半导体芯片发射的初级电磁辐射部分地吸收，并且将所发射的初级辐射至少部分地转换为其他波长的辐射并且再发射。因此，电绝缘层具有光转换器的功能。于是，电绝缘层例如由YAG：Ce构成。
根据光电子模块的至少一种实施形式，在电绝缘层中的第一凹部在半导体芯片的辐射出射面和支承体之间沿着半导体芯片的侧面连续延伸，并且侧向地通过接触面和支承体来限界。这可以意味着，辐射出射面以及半导体芯片的一个或多个侧面至少局部地“暴露”。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层中的第一凹部在相邻的半导体芯片之间连续延伸，并且通过接触面来侧向限界。在这里，“相邻的”意味着，半导体芯片例如成对地设置，并且每一对之间构成间隙。所述间隙没有用导电层覆盖，并且因此是“暴露的”。此外，在这里，除了暴露的间隙之外，半导体芯片的辐射出射面同样也可以局部地没有电绝缘层。
根据光电子模块的至少一种实施形式，在半导体芯片之间设置有绝缘层。例如绝缘层至少局部地形状配合地填充半导体芯片之间的间隙。此外可能的是，该绝缘层和所述电绝缘层用同样的材料形成。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层是膜。于是，电绝缘层优选具有10μm至300μm、优选是150μm的层厚度。同样也可能的是，电绝缘层由多个单个的膜组成，所述膜彼此交叠地设置，例如可以粘合，并且如此构成堆叠形的膜复合物。在这里，膜可以是混合膜或也可以是多层膜。“混合膜”例如表示用聚合物基质中的陶瓷材料形成的膜。“多层膜”例如是具有粘合剂涂层的陶瓷膜。
根据光电子模块的至少一种实施形式，电绝缘层借助层压工艺施加。如果电绝缘层是膜，则其可以借助层压工艺层压到暴露的表面上，例如层压到半导体芯片的暴露表面和支承体的安装面的暴露表面上。
根据光电子模块的至少一种实施形式，借助烧结工艺施加电绝缘层。例如为此借助高能量的激光或者借助热烧结将所施加的电绝缘层的材料一体式成形。此外，电绝缘层的材料例如以纳米粉末或复合材料的形式存在。
根据至少一种实施形式，借助模制工艺施加电绝缘层。例如为此在施加电绝缘层材料之前将凸模施加到接触部位/面上，所述凸模覆盖接触部位/面。然后在下一步骤中，可以喷涂电绝缘层的材料。然后在硬化后可以去除凸模，由此可以暴露电绝缘层中的凹部。此外优选地，电绝缘层的材料以分散系或气溶胶的形式存在。
通过层压工艺、烧结工艺或模制工艺施加电绝缘层的特征是相应的实质性特征，因为可直接在光电子模块上证明该施加方法。
同样可能的是喷涂电绝缘层。为此，电绝缘层的材料例如以挥发性溶液的形式或以聚合物基质的形式存在。
此外，可以借助选择性沉积施加电绝缘层的材料，例如借助等离子体工艺、等离子体喷涂工艺或借助溅射来施加。
同样可能的是，借助模版印刷方法施加电绝缘层。为此，将预制的模板施加在支承体和半导体芯片上，所述模板例如在接触部位/面的区域中具有盖部。借助这类的模板格栅，在材料的压印之后如下区域保持没有电绝缘层的材料，所述区域然后形成电绝缘层的凹部。
下面，借助实施例和附图进一步阐述在此描述的光电子模块。
图1和2示出在此描述的光电子模块的实施例的示意图。
图3a至3d示出用于制造在此描述的光电子模块的实施例的各个制造步骤。
在实施例和附图中，相同的或者相同作用的组成部分分别设有相同的附图标记。所示的元件不应视为是合乎比例的，相反地，为了更好的理解可以夸大地示出各个元件。
图1以示意性侧视图示出在此描述的光电子模块100的实施例。支承体1具有接触部位1A。在安装面11上施加有发射辐射的半导体芯片2，所述半导体芯片具有用于产生电磁辐射的有源区。此外，发射辐射的半导体芯片2具有第一接触面2A和第二接触面2B。发射辐射的半导体芯片2借助其第二接触面2A施加在支承体1的安装面11上，并且在那里与支承体1电接触。例如，发射辐射的半导体芯片2被粘合，或者借助焊接材料与支承体1连接。在半导体芯片2的暴露的侧面9上以及半导体芯片2的辐射出射面3上，局部地形状配合地施加电绝缘层4。此外，电绝缘层4在区域21中覆盖支承体1的安装面11，使得电绝缘层4在接触部位1A和第一接触面2A之间没有中断地延伸。电绝缘层4具有第一凹部4A，所述第一凹部在辐射出射面3中间沿着侧面9连续地延伸至支承体1。因此，第一凹部4A被支承体1和第一接触面2A侧向限界。于是，发射辐射的半导体芯片2的辐射出射面3局部地不设有电绝缘层4。导电结构8将第一接触面2A与支承体1的接触部位1A电接触。当前，将导电结构8压印到电绝缘层4和两个接触面1A和2A上。当前，电绝缘层4为借助层压工艺施加的膜。在根据图1的实施例中，电绝缘层4由陶瓷材料构成。同样可能的是，电绝缘层4由陶瓷发光材料构成，并且电绝缘层4将从发射辐射的半导体芯片2发射的初级电磁辐射至少部分地转换成其他波长的辐射，使得光电子模块100发射混合光。
图2示出具有两个相邻设置的发射辐射的半导体芯片2的光电子模块100。半导体芯片2在其之间构成间隙12，所述间隙分别通过侧面9以及通过支承体1来侧向限界。在间隙12中设置有绝缘层5，所述绝缘层至少局部地填充间隙12，并且形状配合地施加到侧面9和支承体1上。同样可能的是，代替绝缘层5或对于其附加地将电绝缘层4引入间隙12中。第一凹部4A没有中断地在两个半导体芯片2之间延伸，并且通过接触面2A侧向限界。这样的结果是半导体芯片的辐射出射面3至少局部地暴露。
图3a至3d示出用于制造在此描述的光电子模块100的实施例的各个制造步骤。为此，首先如在图3a中示出那样，提供支承体1，其中在支承体1的安装面11上施加半导体芯片2。
在下一步骤中，如在图3b中示出，以涂漆50覆盖支承体1的接触面1A和半导体芯片2的接触面2A。可替代地，接触面可以借助膜、蜡或其他附着层来覆盖。
根据图3c，在下一步骤中，在光电子模块100的暴露的外表面上施加电绝缘层4的材料，使得侧面9和辐射出射面3至少局部地用电绝缘层4覆盖。例如，所述施加可以借助烧结工艺或模制工艺实现。同样可能地，电绝缘层4借助层压工艺或喷涂工艺施加。
此外，电绝缘层的材料4可以借助选择性沉积，例如借助等离子体工艺、等离子体喷涂工艺或借助溅射施加。
在下一步骤中，在图3d中借助的物理的和/或机械的材料去除将涂漆50去除，使得至少接触面1A和2A暴露。
然后，除了接触面2A在其上延伸的部位之外，借助电绝缘层4的材料完全覆盖辐射出射面3，其中在此电绝缘层4借助透射辐射的陶瓷形成或由陶瓷发光材料组成。
在最后步骤中，可以通过导电结构8在接触部位1A和2A接触半导体芯片2。
可替代地，借助于使用预结构化的掩模来施加电绝缘层4。例如，电绝缘层4于是可以通过喷涂工艺，例如借助等离子体沉积来施加。
本发明不局限于借助所述实施例的描述。相反，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这特别是包括在权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身在权利要求中或实施例中没有明确的说明。
Claims (12)
1.光电子模块(100)，包括
-具有至少一个接触部位(1A)的支承体(1)；
-发射辐射的半导体芯片(2)，其中所述发射辐射的半导体芯片(2)具有第一接触面(2A)和第二接触面(2B)；
-电绝缘层(4)，其具有第一凹部(4A)和第二凹部(4B)；
-至少一个导电结构(8)，其中
-所述第一接触面(2A)设置在所述发射辐射的半导体芯片(2)的背离所述支承体(1)的侧上，
-所述电绝缘层(4)至少局部地施加在所述支承体(1)和所述半导体芯片(2)上，并且在所述第一接触面(2A)的区域中具有所述第一凹部(4A)，并且在所述接触部位(1A)的区域中具有所述第二凹部(4B)，
-所述导电结构(8)设置在所述电绝缘层(4)上，并且将所述第一接触面(2A)与所述支承体(1)的所述接触部位(1A)电接触，并且
-所述电绝缘层(4)主要以陶瓷材料形成。
2.根据前一项权利要求所述的光电子模块(100)，
其具有至少两个所述发射辐射的半导体芯片(2)，其中所述电绝缘层(4)局部地设置在所述发射辐射的半导体芯片(2)之间。
3.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，其中所述电绝缘层(4)除了所述凹部(4A、4B)之外形状配合地施加到所述光电子模块(100)的暴露的外表面上。
4.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，其中所述电绝缘层(4)透射辐射，并且局部地遮盖所述半导体芯片(2)的辐射出射面(3)。
5.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，其中所述电绝缘层(4)由陶瓷的发光材料构成。
6.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，其中所述电绝缘层(4)中的所述第一凹部(4A)在所述半导体芯片(2)的所述辐射出射面(3)和所述支承体(1)之间沿着所述半导体芯片(2)的侧面(9)连续地延伸，并且通过所述第一接触面(2A)和所述支承体(1)侧向限界。
7.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，
其中所述电绝缘层(4)中的所述第一凹部(4A)在相邻的所述半导体芯片(2)之间连续地延伸，并且通过所述接触面(2A)侧向限界。
8.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，
其中在所述半导体芯片(2)之间设置有绝缘层(5)。
9.根据前述权利要求之一所述的光电子模块(100)，
其中所述电绝缘层(4)是膜。
10.根据前一项权利要求所述的光电子模块(100)，
其中所述电绝缘层(4)借助层压工艺施加。
11.根据权利要求1至8之一所述的光电子模块(100)，
其中所述电绝缘层(4)借助烧结工艺施加。
12.根据权利要求1至8之一所述的光电子模块(100)，
其中所述电绝缘层(4)借助模制工艺施加。
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