CN109817795A - 光电子器件和用于制造光电子器件的方法 - Google Patents

Abstract

光电子器件和用于制造光电子器件的方法。光电子器件具有带有安装面的载体。在安装面上方布置至少一个被构造为发射电磁辐射的光电子半导体芯片。模制材料被布置在安装面上方，其中所述光电子半导体芯片被嵌入在模制材料中。在模制材料中构造出空腔。空腔是空的。光电子半导体芯片的辐射发射面不被模制材料所覆盖。该空腔可通过在模制材料中的开口接近。开口的开口面比光电子半导体芯片的所有辐射发射面的总和小。

Description

光电子器件和用于制造光电子器件的方法

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求的一种光电子器件和一种用于制造光电子器件的方法。

本专利申请要求德国专利申请10 2017 127 597.5的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

背景技术

由现有技术已知具有光电子半导体芯片的光电子器件，所述光电子半导体芯片布置在壳体的腔中。

发明内容

本发明的任务在于提供一种光电子器件以及说明一种用于制造光电子器件的方法。

该任务通过具有独立权利要求的特征的光电子器件和用于制造光电子器件的方法来解决。在从属权利要求中说明了各种实施方式。

光电子器件具有带有安装面的载体。在安装面上方布置至少一个被构造为发射电磁辐射的光电子半导体芯片。一种模制材料被布置在安装面上方，其中，所述光电子半导体芯片被嵌入在模制材料中。在模制材料中构造出空腔。空腔是空的。光电子半导体芯片的辐射发射面不被模制材料所覆盖。该空腔可通过在模制材料中的开口予以接近。开口的开口面比光电子半导体芯片的所有辐射发射面的总和小。光电子器件的优点在于该光电子器件可以具有高的光密度，因为在辐射发射面处发射的电磁辐射通过其开口面比所有辐射发射面的总和小的开口射出。另一个优点在于开口面的几何形状可自由选择，从而可以产生不同的射出特性。例如，该开口可以被直接布置在辐射发射面的一部分上方，而辐射发射面否则被模制材料覆盖。这例如对汽车前灯可能是有利的，因为可以以这种方式产生可以与例如公路运输的需求相匹配的期望光分布。

在一种实施方式中，空腔至少部分地具有朝向开口逐渐变细的横截面。有利地，如果空腔的横截面至少部分地朝向开口逐渐变细，则开口的开口面可以小于光电子半导体芯片的所有辐射发射面的总和。

在一种实施方式中，逐渐变细的横截面被构造成凸形。换句话说，模制材料具有朝向载体敞开的凹形构造的区段。有利地可以通过模制材料的凹形构造的区段产生抛物镜面效果。由此，由光电子半导体芯片发射的电磁辐射可以成束到光电子半导体芯片之间的区域上。在这种情况下，存在电磁辐射在该区域中或者落在模制材料上或者落在载体的安装面上的可能性。然后，从该区域出发，电磁辐射可以被朝向开口反射。载体的安装面可以反射性地构造成反射电磁辐射本身或具有反射涂层。模制材料也可以为此目的而构造成反射性的。

在一种实施方式中，模制材料具有嵌入的反射颗粒。有利地，可以通过嵌入的反射颗粒来增加模制材料的反射率，由此可以提高电磁辐射在开口区域中的辐射密度。

在一种实施方式中，模制材料的凹形构造的区段布置在光电子半导体芯片之间并朝向开口敞开。该实施方式提供的优点是电磁辐射可以朝向开口成束。在这种情况下，凹形构造的区段同样可以引起抛物镜面效果。附加地，在电磁辐射被朝向开口成束之前，模制材料的凹形构造并且朝向载体敞开的区段可以将电磁辐射成束在模制材料的凹形构造并且朝向载体敞开的区段上。这种组合可以特别有效地增加开口区域中的辐射密度。

在一种实施方式中，在光电子半导体芯片的至少一个辐射发射面上方布置波长转换材料。有利的是，所述波长转换材料构造成至少部分地修改由光电子半导体芯片发射的电磁辐射的波长。因此，光电子器件可以射出最初发射的和修改的电磁辐射的混合物。以这种方式，可以产生电磁辐射的期望颜色。

在用于制造光电子器件的方法中，提供具有安装面的载体。至少一个构造成用于发射电磁辐射的光电子半导体芯片被布置在载体的安装面上方。由盐制成的牺牲体被布置在光电子半导体芯片的辐射发射面上方。一种模制材料被布置在载体的安装面上方并固化，其中，所述光电子半导体芯片和所述牺牲体被嵌入在模制材料中。牺牲体被除去，其中具有与牺牲体相应的几何形状的空的空腔保留在模制材料中，其中在模制材料中产生开口。该空腔可以通过开口予以接近。该方法提供了空腔和开口的几何形状能以简单的方式实现的优点。

在该方法的一种实施方式中，通过用溶剂溶解来除去牺牲体。牺牲体的溶解是除去牺牲体的简单方法。

在一种实施方式中，在除去牺牲体之前移除模制材料，直到可在模制材料的表面处接近牺牲体为止。以这种方式，牺牲体可在模制材料的表面处予以接近并且可以被除去。另外，以这种方式可以非常精确地确定开口的开口面。

在一种实施方式中，在牺牲体布置在光电子半导体芯片的辐射发射面上方之前就已经构造出牺牲体。这可以防止辐射发射面被盐不期望地污染。

在一种实施方式中，将牺牲体布置在辐射发射面上方包括将盐施加在辐射发射面上方以及对盐进行处理，由此产生牺牲体。这使得可以在载体上构造出牺牲体。由此，可以省去使用粘合剂来固定牺牲体。

在一种实施方式中，借助裂解方法和/或借助切削加工方法来处理盐。有利地，盐可以在后面的方法步骤中被简单地除去，以在模制材料中产生空腔。另外，可以借助裂解方法沿着裂开面使盐晶体成为期望的形状。替换的或附加的，盐晶体的形状可借助切削加工方法实现。特别地，如果仅存在少量裂开面，则切削加工方法可以实现关于牺牲体的几何构造的更大的变化自由度。

在一种实施方式中，盐借助蒸发方法予以施加，并且通过切削加工方法予以处理。有利地，通过蒸发过程布置盐是将盐布置在辐射发射面上方的简单方法，在该方法中盐通过溶剂的蒸发而结晶出来。

在一种实施方式中，使用粘合剂来布置牺牲体。在除去牺牲体之后用另外的溶剂溶解粘合剂。有利地，粘接的牺牲体在布置模制材料期间保持在其位置上而没有在此过程中滑动。为了让粘合剂在除去牺牲体之后不保留在辐射发射面上并污染辐射发射面，用溶剂溶解并除去粘合剂。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式在结合实施例的以下描述中变得更清楚并且可更充分地理解，所述实施例结合附图被详细解释。在此分别以示意图示出：

图1：布置在载体上方的光电子半导体芯片的侧视图，该光电子半导体芯片具有布置在辐射发射面上方的波长转换材料；

图2：对应于图1的侧视图，其中牺牲体布置在辐射发射面上方;

图3：对应于图2的侧视图，其中模制材料布置在载体上方;

图4：在操作中的光电子器件的第一实施方式的对应于图3的侧视图，其中牺牲体已被除去;

图5：光电子器件的第二实施方式的俯视图;

图6：光电子器件的第二实施方式的侧向剖视图;

图7：光电子器件的第三实施方式的侧向剖视图。

具体实施方式

图1示出布置在载体20的安装面21上方的光电子半导体芯片30的示意性侧视图。

载体20可以包括例如金属、陶瓷、玻璃、塑料、半导体或半导体氧化物。载体20也可以构造成印刷电路板。载体20可以构造成反射性的。然而，还可能的是在安装面21上布置未在图1中示出的反射涂层。

光电子半导体芯片30具有上侧31、下侧32和侧面33。光电子半导体芯片30在图1的图示中以其下侧32布置在载体20的安装面21处。多个光电子半导体芯片30也可以布置在载体20的安装面21上方。

光电子半导体芯片30被构造成发射电磁辐射。光电子半导体芯片30例如可以在其上侧31处和/或在其侧面33处发射电磁辐射。在图1所示的示例中，光电子半导体芯片被构造成在其上侧31处发射电磁辐射，该上侧应当被称为辐射发射面34。例如，光电子半导体芯片30可以是发光二极管芯片。

为了能够向光电子半导体芯片30提供用于操作的电能，光电子半导体芯片30可以例如在其下侧32处具有电接触面。电接触面的图示为了简化而被省略。如果载体20构造为印刷电路板，则电接触面可以例如与印刷电路板的在安装面21处暴露的导体轨电接触。然而，载体20还可以具有电通孔，所述电通孔与布置在载体20的下侧23处的接触焊盘电连接。

在光电子半导体芯片30的辐射发射面34上方布置波长转换材料40。波长转换材料40被构造成至少部分地修改由光电子半导体芯片30发射的电磁辐射的波长。例如，波长转换材料40可以将蓝色光部分地转换成黄色光，从而可以有效地射出白色光。

波长转换材料40例如可以包括具有嵌入的波长转换颗粒的塑料。塑料可以例如具有硅树脂。波长转换颗粒例如可以具有用铈离子掺杂的钇铝石榴石（YAG：Ce³⁺）。

在光电子半导体芯片30的侧面33也用作辐射发射面34的情况下，波长转换材料40还覆盖光电子半导体芯片30的侧面33。然而，如果光电子半导体芯片30已经可以发射具有期望颜色的电磁辐射，则也可以省去波长转换材料40。

图2示出了在时间上后续的处理状态中的图1中布置的示意性侧视图。

在光电子半导体芯片30的辐射发射面34上方布置有牺牲体50。牺牲体50在此布置在波长转换材料40上。如果没有波长转换材料40，则牺牲体50布置在辐射发射面34处。如果光电子半导体芯片30被构造成使得侧面33也用作辐射发射面34，则牺牲体50也可以侧向地布置在光电子半导体芯片30旁。在这种情况下，牺牲体50可以环形地包围光电子半导体芯片30。

牺牲体50在图2的图示中具有梯形横截面。但是这不是强制性必需的。必需的只是牺牲体50具有至少部分地朝向辐射发射面34变宽的横截面。这将结合随后的处理步骤更详细地予以解释。

在将牺牲体50布置在辐射发射面34上方之前，可以由牺牲材料构造出牺牲体50。然而，也可以首先将牺牲材料施加在辐射发射面34上方然后予以处理，由此产生牺牲体50。如果牺牲体50在被布置在辐射发射面34上方之前产生，则它可以例如借助图2中未示出的粘合剂加以固定。这可以防止牺牲体50的滑动。

作为牺牲材料，例如可以使用盐，例如氯化钠。盐可以例如借助裂解方法和/或切削加工方法形成为牺牲体50。裂解方法可以用于例如当盐以单晶的形式存在的时候。在这种情况下，盐可以沿通过晶体结构预定的裂开面裂解。由于可能的裂开面的数量通常是有限的，由此只能产生牺牲体50的某些几何形状，所以可以替换地或附加地借助切削加工方法将盐形成为牺牲体50。为此，例如可以使用CNC铣床。裂解方法可以特别是用于当牺牲体50应当在牺牲材料被布置在辐射发射面34上方之前就产生时。还可以当牺牲材料应当首先布置在辐射发射面34上方并且然后被构造成牺牲体50时使用切削加工方法。从而盐可以例如首先借助蒸发方法被施加在辐射发射面34上方，然后借助切削加工方法形成为牺牲体50。但盐也可以在被布置在辐射发射面34上方之前用切削加工方法予以处理。为此，盐可以首先被施加在辅助载体上，例如借助蒸发方法，并加以处理。

作为盐的替代物，清漆也可用作牺牲材料。例如，可以借助光刻方法处理清漆以产生牺牲体50。这可以在将清漆布置在辐射发射面34上方之前或之后进行。

如果使用清漆作为牺牲材料，则作为光刻处理的替代或补充，可以利用清漆的表面张力以产生弯曲的清漆表面，即牺牲体50的弯曲表面。这可以通过例如借助剂量方法按照以下方式布置清漆来实现，即，使得清漆以液滴形式存在于辐射发射面34上方。将结合随后的处理步骤解释牺牲体50的弯曲表面的目的。

作为牺牲材料，也可以使用塑料，例如硅树脂。塑料可以例如借助模制方法加以处理，例如借助压塑，以产生牺牲体50。塑料可以在布置在辐射发射面34上方之前就已经成型，并接着例如通过粘接被布置在光电子半导体芯片30处。替换的，塑料可以借助模制方法直接布置在辐射发射面34上方，由此可以省略粘接。

图3示出了在时间上后续的处理状态中的图2中布置的示意性侧视图。

模制材料60已布置在载体20的安装面21上方并固化。模制材料60被布置为使得光电子半导体芯片30和牺牲体50嵌入到模制材料60中。在此，光电子半导体芯片30的辐射发射面34未被模制材料60覆盖，因为所示示例中的辐射发射面34被波长转换材料40覆盖。如果不存在波长转换材料40，则辐射发射面34由牺牲体50而不是由模制材料60覆盖。

在图3的图示中，模制材料一直布置到牺牲体50的上侧51。牺牲体50的上侧51未被模制材料60覆盖。因此，模制材料60具有开口72，可通过开口72接近牺牲体50。但是，这不是强制必需的。牺牲体50的上侧51可以最初也由模制材料60覆盖。模制材料60可以在稍后的方法步骤中被部分移除，以形成开口72，从而可在模制材料60的表面62处接近牺牲体50。为此可以例如借助研磨方法移除模制材料60的一部分和必要时移除牺牲体50的一部分。

模制材料60可以具有塑料，例如硅树脂或聚邻苯二甲酰胺，并且可以借助模制方法（例如借助压塑或借助注塑）布置在安装面21上方。模制材料60还可以具有嵌入的反射颗粒。颗粒被构造成反射由光电子半导体芯片30发射的电磁辐射。这可以增加成品光电子器件11的光密度，因为如果没有嵌入的反射颗粒，模制材料60对电磁辐射的吸收就可能更高。

图4示出已制成的光电子器件11在操作时的示意性侧视图。

牺牲体50已被除去。由此空的空腔71在模制材料60中出现。空腔71具有对应于牺牲体50的几何形状。空腔71可通过模制材料60中的开口72予以接近。

可以通过借助溶剂溶解牺牲体50来进行牺牲体50的除去。如果使用盐作为牺牲材料，则例如可以使用水作为溶剂。如果使用清漆或塑料作为牺牲材料，则可以使用例如丙酮或碱液（例如氢氧化钾溶液）作为溶剂。

如果牺牲体50借助粘合剂被粘接，则可以在除去牺牲体50之后用另一种溶剂除去粘合剂。

在图4的图示中，空腔71具有朝向开口72逐渐变细的横截面。由此，开口72的开口面73小于光电子半导体芯片30的辐射发射面34。这使得开口72区域中的光密度可以大于辐射发射面34区域中的光密度。如果由光电子半导体芯片30发射的大部分电磁辐射80从空腔71中射出，则可以存在光密度的这种增加。这可以通过模制材料60的高反射能力来实现，例如通过嵌入模制材料60中的反射颗粒。然而，空腔71的横截面必须至少部分地朝向开口72逐渐变细，由此开口面73比辐射发射面34小。

从光电子半导体芯片30发射的电磁辐射80由波长转换材料40修改并进入空腔71中，接着通过开口72从空腔71中出来。在空腔71中，电磁辐射80可以在模制材料60的内壁63处被反射。由于开口72的开口面73小于光电子半导体芯片30的辐射发射面34，因此可以增加开口72区域中相对于辐射发射面34的光密度。

图5示出了光电子器件12的第二实施方式的示意性俯视图。图6示出了光电子器件12的第二实施方式的示意性剖视图。

在光电子器件12的第二实施方式中，总共八个光电子半导体芯片30布置在载体20的安装面21上方。光电子半导体芯片30在此沿着正方形90的边缘布置，该正方形90在图5的图示中以虚线示出。然而，光电子半导体芯片30的确切数目及其布置可以与图5中所示的示例不同。

光电子半导体芯片30彼此间隔开地布置。以这种方式，在光电子半导体芯片30之间出现了通道100。通道100使得模制材料60能够在制造期间在光电子半导体芯片30之间流动，从而所有光电子半导体芯片30可以在其侧面33处被模制材料60包围。

模制材料60中的开口72关于正方形90居中构造，并在所示出的示例中具有开口面73，该开口面73大约是一个光电子半导体芯片30的辐射发射面34那么大。然而，开口72的位置和开口面73的尺寸也可以不同于图5的图示。然而，开口72的开口面73比光电子半导体芯片30的辐射发射面34的总和小。因此，相对于辐射发射面34处的光密度，可以在开口72的区域中增加光电子器件12的光密度。由光电子半导体芯片30和开口72构成的布置也可以称为中庭布置。也可能的是，第九光电子半导体芯片30直接布置在开口72下方并且关于正方形90居中布置。

图6以侧向剖视图示出了中庭布置。在辐射发射面34上方布置非强制必需的波长转换材料40。在图6的图示中，通过除去牺牲体50而产生的空腔71具有以下横截面，该横截面在波长转换材料40上方朝着开口72逐渐变细。模制材料60的限定空腔71的内壁63在该区域中构造成锥形。在构造成锥形的内壁63下方，空腔71具有一直达到载体20的安装面21的矩形横截面。空腔71的该区域构造在开口72的下方。在构造成锥形的内壁63处反射的电磁辐射80可以落在安装面21的在开口72下方暴露的区域上并且可以从那里被反射到开口72。为此，载体20可以或者构造为反射性的或者具有反射涂层。

图7示出了光电子器件13的第三实施方式的示意性剖视图。同样构造为中庭布置的光电子器件13的第三实施方式与光电子器件12的第二实施方式具有很大的相似性。在下文中仅解释差异。

与光电子器件12的第二实施方式相比，光电子器件13的第三实施方式具有空腔71，该空腔71在波长转换材料40上方具有朝向开口72逐渐变细的横截面，该横截面构造成凸形。换句话说，模制材料60在该区段中构造成凹形并且向载体20敞开。这可以如上面已经解释的例如通过牺牲体50的弯曲构造的区段成来实现。由此可以引起抛物镜面效果。该效果引起电磁辐射80被成束在光电子半导体芯片30之间的区域上。

模制材料60在光电子半导体芯片30之间具有凹形构造的区段61，该区段朝向开口72敞开。模制材料60的凹形构造的区段51可通过牺牲体50的弯曲构造的区段来实现。模制材料60的凹形构造的区段61也可以引起抛物镜面效果。从模制材料60的凹形构造并朝向载体20敞开的区段落到模制材料60的凹形构造并且朝向开口72敞开的区段61上的电磁辐射80可以从凹形构造的区段61朝着开口72成束并且从开口72射出。然而，也可以省略模制材料60的凹形构造的区段61。替换的，可以在光电子半导体芯片30之间平面地形成模制材料60。

已经根据优选实施例进一步图示和描述了本发明。然而，本发明不限于所公开的示例。而是在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中推导出其他变型。

附图标记列表

11光电子器件的第一实施方式

12光电子器件的第二实施方式

13光电子器件的第三实施方式

20载体

21载体的安装面

22载体的下侧

30光电半导体芯片

31光电子半导体芯片的上侧

32光电子半导体芯片的下侧

33光电子半导体芯片的侧面

34光电子半导体芯片的辐射发射面

40波长转换材料

50牺牲体

51牺牲体的上侧

60模制材料

61模制材料的凹形构造的区段

62模制材料的表面

63模制材料的内壁

71空腔

72开口

73开口的开口面

80电磁辐射

90正方形

100通道。

Claims (14)

1.光电子器件（11,12,13），包括：

具有安装面（21）的载体（20），

其中，在所述安装面（21）上方布置构造成用于发射电磁辐射（80）的至少一个光电子半导体芯片（30），

其中在所述安装面（21）上方布置模制材料（60），

其中所述光电子半导体芯片（30）被嵌入在所述模制材料（60）中，

其中空腔（71）被构造在所述模制材料（60）中，

其中所述空腔（71）是空的，

其中所述光电子半导体芯片（30）的辐射发射面（34）不被所述模制材料（60）覆盖，

其中，所述空腔（71）能通过所述模制材料（60）中的开口（72）予以接近，

其中，所述开口（72）的开口面（73）小于所述光电子半导体芯片（30）的所有辐射发射面（34）的总和。

2.根据权利要求1所述的光电子器件（11,12,13），

其中所述空腔（71）至少部分地具有朝向所述开口（72）逐渐变细的横截面。

3.根据权利要求2所述的光电子器件（11,12,13），

其中所述逐渐变细的横截面构造成凸形。

4.根据前述权利要求之一所述的光电子器件（11,12,13），

其中所述模制材料（60）具有嵌入的反射颗粒。

5.根据前述权利要求之一所述的光电子器件（13），

其中所述模制材料（60）的凹形构造的区段（61）布置在所述光电子半导体芯片（30）之间并且朝向所述开口（72）敞开。

6.根据前述权利要求之一所述的光电子器件（11,12,13），

其中在所述光电子半导体芯片（30）的至少一个辐射发射面（34）上方布置波长转换材料（40）。

7.用于制造光电子器件（11,12,13）的方法，具有以下方法步骤：

-提供具有安装面（21）的载体（20）；

-在所述载体（20）的安装面（21）上方布置至少一个构造成用于发射电磁辐射（80）的光电子半导体芯片（30）；

-在所述光电子半导体芯片（30）的辐射发射面（34）上方布置由盐制成的牺牲体（50）；

-在所述载体（20）的安装面（21）上方布置和固化模制材料（60），其中，所述光电子半导体芯片（30）和所述牺牲体（50）嵌入在所述模制材料（60）中；

-除去所述牺牲体（50），其中具有与所述牺牲体（50）相应的几何形状的空的空腔（71）保留在所述模制材料（60）中，其中在模制材料（60）中产生开口（72），其中所述空腔（71）能通过所述开口（72）予以接近。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中通过用溶剂溶解进行所述牺牲体（50）的除去。

9.根据权利要求7或8所述的方法，

其中在除去所述牺牲体（50）之前执行以下方法步骤：

-移除所述模制材料（60），直到能在所述模制材料（60）的表面（62）处接近所述牺牲体（50）为止。

10.根据权利要求7至9之一所述的方法，

其中所述牺牲体（50）在其布置在所述光电子半导体芯片（30）的辐射发射面（34）上方之前已被构造出。

11.根据权利要求7至9之一所述的方法，

其中将所述牺牲体（50）布置在所述辐射发射面（34）上方包括以下方法步骤：

-在所述辐射发射面（34）上方施加盐；

-加工所述盐，由此产生所述牺牲体（50）。

12.根据权利要求10所述的方法，

其中所述盐借助裂解方法和/或借助切削加工方法予以处理。

13.根据权利要求11所述的方法，

其中所述盐借助蒸发方法予以施加，并且借助切削加工方法予以处理。

14.根据权利要求7至13之一所述的方法，

其中使用粘合剂来用于布置所述牺牲体（50），

其中所述粘合剂在除去所述牺牲体（50）之后用另外的溶剂予以溶解。