CN111279496A - 用于制造光电子半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于制造光电子半导体器件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供包括多个开口(11)的框部分(1)，‑提供辅助载体(2)，‑将辅助载体(2)连接至框部分(1)，使得辅助载体(2)在框部分(1)的下侧(1a)处覆盖开口(11)中的至少一些，‑在开口(11)中的至少一些中将转换元件(3)放置至辅助载体(2)上，‑在开口(11)中的至少一些中将光电子半导体芯片(4)放置至转换元件(3)上，‑在开口(11)中的至少一些中将壳体(5)施加至转换元件(3)上以及半导体芯片(4)周围，‑移除框部分(1)和辅助载体(2)。

Description

用于制造光电子半导体器件的方法
提出了一种用于制造光电子半导体器件的方法。
在文件WO 2011/015449 A1中，提出了一种用于制造光电子半导体器件的方法。
要解决的一个问题是提出如下方法，利用该方法可以在特别短的时间内并以降低的成本制造光电子半导体器件。
根据该方法的一个方面，该方法包括提供包括多个开口的框部分的方法步骤。框部分例如由刚性材料形成。例如，框部分包括如金属的刚性材料和/或塑料材料。框部分例如具有立方体的形状。框部分包括完全延伸穿过框部分的材料的开口。例如，开口以规则格子例如矩形格子的节点布置。在这种情况下，开口中的一些或所有开口例如具有矩形的形状。也就是说，开口中的一些或所有开口的边缘呈矩形的形状。
例如，框部分的材料的与开口邻接且将开口的顶侧连接至开口的下侧的部分与框部分的主延伸平面交叉或垂直地延展。
根据该方法的一个方面，在另一方法步骤中提供辅助载体。辅助载体例如具有立方体的形状。辅助载体可以由刚性材料或由柔性材料形成。在作为与框部分的主延伸平面平行地延展的方向的横向方向上，辅助载体具有等于或大于框部分的延伸部的延伸部。例如，在与框部分的主延伸平面平行的平面中，辅助载体的面积等于或大于框部分的面积。
根据该方法的一个方法步骤，辅助载体连接至框部分，使得辅助载体在框部分的下侧处覆盖开口中的至少一些开口。由此，辅助载体可以覆盖框部分的所有开口。这意味着，辅助载体在一侧即框部分的下侧上封闭被辅助载体覆盖的开口。
辅助载体和框部分彼此连接。例如，辅助载体和框部分通过磁力、机械力或化学接合连接。例如，辅助载体和框部分可以彼此胶合。然而，至少在不破坏框部分的情况下或者在不破坏框部分的情况下且在不破坏辅助载体的情况下，辅助载体与框部分之间的连接可以有利地断开。
根据该方法的另一方面，该方法包括在开口中的至少一些开口中将转换元件放置至辅助载体上的方法步骤。转换元件包括至少一种发光转换材料。发光转换材料被配置成吸收第一波长范围的电磁辐射并发射第二波长范围的电磁辐射。例如，第二波长范围包括大于第一波长范围的波长的波长。例如，利用转换元件可以将蓝色的初级辐射转换为黄色的次级辐射。
在开口中的至少一些开口中将转换元件放置至辅助载体上。这意味着放置到一个开口中的转换元件具有等于或小于开口的截面面积的面积。例如，在将转换元件在一个开口中放置至辅助载体上之后，放置在开口中的辅助载体的至少90％的部分被转换元件覆盖。此外，辅助载体在开口中的部分可以被放置在该开口中的转换元件完全覆盖。由此，转换元件例如可以通过与框部分连接至辅助载体的力相同的力与辅助载体连接。例如，这意味着转换元件胶合至辅助载体。此外，转换元件可以仅放在辅助载体上，而没有将转换元件连接至辅助载体。
根据该方法的另一方面，在开口中的至少一些开口中将光电子半导体器件放置至转换元件上。例如，在每个开口中，光电子半导体芯片放置至开口中的转换元件上。光电子半导体芯片例如是在操作期间发射电磁辐射例如光的光电子半导体芯片。例如，光电子半导体芯片是发光二极管或激光二极管。光电子半导体芯片可以简单地放置在转换元件上，而无需在转换元件与光电子半导体芯片之间进行机械连接。此外，光电子半导体芯片可以通过粘结剂材料——例如通过胶连接至转换元件。
根据该方法的一个方面，壳体放置至转换元件上和半导体芯片周围以及在开口中的至少一些开口中，例如在开口中的所有开口中。壳体例如由电绝缘材料形成。例如，壳体由诸如例如环氧树脂的塑料材料和/或硅树脂材料形成。壳体可以包括其他材料，例如如下颗粒，其是光散射和/或光反射的或者光吸收的。这意味着，壳体可以例如反射由光电子半导体芯片产生的辐射，或者壳体具有特定的颜色，如黑色、红色或蓝色。
根据用于制造光电子半导体器件的方法的一个方面，框部分和辅助载体被移除。通过移除框部分和辅助载体，剩余单一的光电子半导体器件，每个光电子半导体器件包括光电子半导体芯片、转换元件和壳体。以这种方式，制造了多个光电子半导体器件。
根据用于制造光电子半导体器件的方法的一个方面，该方法包括以下步骤：
-提供包括多个开口的框部分，
-提供辅助载体，
-将辅助载体连接至框部分，使得辅助载体在框部分的下侧处覆盖开口中的至少一些，
-在开口中的至少一些中将转换元件放置至辅助载体上，
-在开口中的至少一些中将光电子半导体芯片放置至转换元件上，
-在开口中的至少一些中将壳体施加至转换元件上以及半导体芯片周围，
-移除框部分和辅助载体。
这些步骤可以按照给定的顺序执行。特别地，可以在将光电子半导体芯片放置在开口中之前以及在将壳体施加至转换元件上和半导体芯片周围之前，进行转换元件的放置。
可以在光电子半导体芯片周围分配壳体材料。然而，分配的过程要花费很长时间，并且在分配壳体材料之后所需的固化也要花费很长时间。此外，关于分配过程还存在其他处理和质量问题，例如面板翘曲、体积不一致性、壳体材料向光电子半导体芯片的不需要壳体材料的地方的蠕动以及初级辐射在光电子半导体芯片的边缘——发射蓝光作为初级辐射的光电子半导体芯片的所谓的蓝色管道——处的逸出。用于在光电子半导体芯片周围形成壳体材料的其他技术例如会需要用于将光电子半导体器件单片化的额外的锯切过程，这也使组装过程冗长并且经受增加的产量损失。
本文中描述的方法尤其依赖于以下见解：使用框部分允许例如壳体围绕光电子半导体芯片进行模制，而不需要额外的锯切过程。此外，壳体的制造以及光电子半导体芯片至转换元件的连接可以在单个方法步骤中执行，这允许光电子半导体器件的加速制造。由于制造光电子半导体器件需要较少的过程例如不需要锯切的事实，因此引起较少的产量损失，原因是在制造期间机械地损坏光电子半导体器件的风险被降低。
此外，框部分的每个开口中的单一单元的制造允许例如通过在较短的时间段内模制来进行制造，如通过分配或模制在多个半导体芯片周围形成壳体材料的情况一样。此外，通过所述方法克服了在总包装厚度方面的材料和过程变化。这意味着，光电子半导体器件例如显示出不波动或几乎不波动的明确定义的层厚度。此外，通过使另外由于翘曲或锯切而引起的应力最小化会使由于壳体的总厚度的变化而引起的壳体的断裂最小化。总之，所描述的方法允许较短的处理时间和光电子半导体器件的较便宜的制造。
根据该方法的一个方面，辅助载体包括具有热释放特性的胶粘带。在此，胶粘带可以放置在辅助载体的背离框部分的基体的顶侧上。此外，辅助载体可以由具有热释放特性的胶粘带组成。由于热释放特性，可以在稍后的方法步骤中通过加热从框部分以及从转换元件释放带。
根据该方法的一个方面，框部分是窝伏尔组件(waffle pack)。这意味着，框部分由如下材料形成，该材料具有立方体的形状并且在该材料中以矩形格子的结放置完全穿透该材料的开口，并且开口的边缘具有矩形的形状。在此，每个开口具有相同的形状和相同的截面面积。利用这样的框部分，可以制造大量形状和尺寸相似的光电子半导体器件。
根据该方法的一个方面，转换元件中的至少一个包括B阶或未固化的硅树脂基材。例如，在这种情况下，所有转换元件包括B阶硅树脂基材。例如，将发光转换材料的颗粒引入到基材中。使用B阶硅树脂基材具有如下优点，这样形成的转换元件在固化之前是粘性的。以这种方式，转换元件粘附至辅助载体，并且放置在这样的转换元件上的光电子半导体芯片粘附至转换元件，而不需要另外的粘结剂材料，如例如胶。
根据该方法的一个方面，通过压缩模制来施加壳体。例如，壳体包括呈小球的形状的硅树脂材料，该硅树脂材料通过压缩模制施加在光电子半导体芯片周围。
根据该方法的一个方面，壳体材料在硅树脂基材中包括TiO2和SiO2的颗粒。例如，提供包括这些颗粒和硅树脂的小球，以通过压缩模制将壳体施加至转换元件上和半导体芯片周围。以这种方式，可以制造反射性的且例如具有白色外观的壳体。在光电子半导体芯片的操作期间产生的通过邻接该壳体的侧面离开光电子芯片的辐射被壳体反射到光电子半导体芯片中，并且例如通过邻接该转换元件的顶表面离开光电子半导体芯片。
根据该方法的一个方面，转换元件之一和放置在所述转换元件上的光电子半导体芯片之一的组合厚度至少是框部分例如在邻接如下开口的区域中的厚度，在该开口中放置光电子半导体芯片和转换元件。以这种方式，光电子半导体芯片在背离转换元件的一侧上可以与框部分齐平，或者半导体芯片可以在框部分的背离辅助载体的一侧上突出越过框部分。以这种方式，特别容易制造如下光电子半导体器件，在该光电子半导体器件中，光电子半导体芯片具有背离转换元件的底表面，该转换元件未被壳体的材料覆盖。
根据该方法的一个方面，光电子半导体芯片中的至少一些——例如所有光电子半导体芯片包括用于电接触光电子半导体芯片的接触位置，所述接触位置布置在背离转换元件的底表面处。以这种方式，光电子半导体芯片可以是表面可安装的。例如，光电子半导体芯片可以是所谓的倒装芯片。
根据该方法的一个方面，光电子半导体芯片中的至少一些的底表面保持没有壳体。这意味着，将壳体以如下方式施加在光电子半导体芯片周围，使得光电子半导体芯片的例如所有光电子半导体芯片的底表面保持没有壳体材料。以这种方式，不必随后移除壳体材料，这允许光电子半导体器件的特别快速且节省成本的制造。
根据该方法的一个方面，壳体材料的固化、包括例如B阶硅树脂材料的转换元件的固化以及辅助载体的释放在相同的方法步骤期间通过加热进行。这意味着，以如下方式选择辅助载体的材料、壳体的材料和转换元件的材料，使得转换元件和壳体的固化以及辅助载体的释放可以借助于在相同温度范围内的热量来完成。这允许光电子半导体器件的特别容易和快速的制造，因为所有三个方法步骤可以在包括辅助载体、框部分、转换元件和壳体的布置的单次加热期间执行。
根据该方法的一个方面，转换元件在开口的放置转换元件的区域中完全覆盖辅助载体。由于该事实，壳体材料没有覆盖转换元件的背离光电子半导体芯片的侧表面或顶表面，并且在完成的光电子半导体器件中，在顶视图中仅转换元件而不是壳体材料可见。
在下文中，参照示意图进一步解释本文中描述的方法，所述示意图示出了所描述的方法的实施方式的方法步骤。
图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10A、图10B示出了示出本文中描述的方法的方法步骤的示意图。
在示例性实施方式和附图中，相似或相似作用的组成部分设置有相同的附图标记。附图中示出的元件及其相互之间的比例关系不应视为按准确比例绘制。而是，为了更好的可表示性以及/或者为了更好的理解，可以以放大的尺寸来表示各个元件。
在图1中示出的第一方法步骤中，提供了框部分1。框部分1包括基材，在该基材中形成有多个开口11。例如，框部分1是窝伏尔组件，其包括作为通孔的多个开口11。开口11的尺寸根据要制造的光电子半导体器件的尺寸来定制，并且框部分1的面积根据模制能力和所用机器的能力来确定。例如，框部分1包括如聚四氟乙烯的塑料材料或由如聚四氟乙烯的塑料材料组成，或者由如钢的金属材料组成。框部分1是可回收的并且可以多次用于制造光电子半导体器件。
在图2中示出的第二方法步骤中，辅助载体2例如胶粘带放置在框部分1的下侧1a上。通过辅助载体2的这种附接，制造了空腔的袋。例如，辅助载体2包括热释放带，该热释放带在加热时失去其粘结性。
在图3中示出的下一个方法步骤中，在辅助载体2的面对框部分1的顶侧上将转换元件3拾取并放置到框部分1的开口11中。转换元件3例如包括B阶硅树脂材料。转换元件3的尺寸和形状例如恰好是框部分1中的开口11的尺寸和形状以及通过所述方法制造的光电子半导体器件的尺寸和形状。
结合图4，示出了另一方法步骤，其中将光电子半导体芯片4拾取并放置到开口11中。每个光电子半导体芯片以其顶表面被放置，在操作期间电磁辐射通过该顶表面朝向转换元件3发射。在底表面43处布置用于电接触光电子半导体芯片的接触位置41和42。每个光电子半导体芯片的尺寸小于开口11的尺寸，因此存在围绕每个光电子半导体芯片的一些空的空间。
在图5中示出的下一个方法步骤中，壳体材料5例如通过模制或者包括TiO2、SiO2和硅树脂材料的小球被施加。
在将壳体材料施加在每个光电子半导体芯片周围之后，在模制期间通过模制机器打浇口并且然后对光电半导体芯片上的任何模具毛刺进行激光去毛刺。这在图6中示出。
在图7中示出的下一个方法步骤中，执行去带(detaping)以释放辅助载体2。例如，在热释放带用作辅助载体2的情况下，在壳体5的模制和固化之后，辅助载体2不再粘附至转换元件3和框部分1，这允许简单的去带以释放辅助载体2。
这导致图8的布置，其由框部分1、壳体5、半导体芯片4和转换元件3组成。
在图9中示出的下一个方法步骤中，例如通过使用橡胶销从光电子半导体芯片的底表面43释放器件来从框部分1释放单一的光电子半导体器件。
该方法产生了多个光电子半导体器件，例如，如图10A中示出的从光电子半导体芯片4的底表面43制成的多个光电子半导体器件，或者如图10B中示出的从被转换元件3完全覆盖的顶侧制成的多个光电子半导体器件。
通过基于所述示例性实施方式的描述，本发明不限于示例性实施方式。而是，本发明涵盖任何新特征以及还涵盖特征的任何组合，即使该特征或该组合本身未在专利权利要求或示例性实施方式中明确指定，本发明也特别包括专利权利要求中的特征的任何组合以及示例性实施方式中的特征的任何组合。
附图标记
1 框部分
1a 下侧
1b 顶侧
11 开口
2 辅助载体
3 转换元件
4 半导体芯片
41 接触位置
42 接触位置
43 底表面
5 壳体
10 半导体器件

Claims (9)

1.一种用于制造光电子半导体器件(10)的方法，包括以下步骤：
-提供包括多个开口(11)的框部分(1)，
-提供辅助载体(2)，
-将所述辅助载体(2)连接至所述框部分(1)，使得所述辅助载体(2)在所述框部分(1)的下侧(1a)处覆盖所述开口(11)中的至少一些，
-在所述开口(11)中的至少一些中将转换元件(3)放置至所述辅助载体(2)上，
-在所述开口(11)中的至少一些中将光电子半导体芯片(4)放置至所述转换元件(3)上，
-在所述开口(11)中的至少一些中将壳体(5)施加至所述转换元件(3)上以及所述半导体芯片(4)周围，
-移除所述框部分(1)和所述辅助载体(2)。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中
所述辅助载体(2)包括具有热释放特性的胶粘带。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述框部分(1)是窝伏尔组件。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述转换元件(3)中的至少一个包括B阶硅树脂基材。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述壳体通过压缩模制来施加。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述壳体在硅树脂基材中包括TiO2和SiO2的颗粒。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述转换元件(3)之一和放置在所述转换元件(3)上的所述光电子半导体芯片(4)之一的组合厚度至少为所述框部分的厚度。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述光电子半导体芯片(4)中的至少一些包括用于电接触所述半导体芯片(4)的接触位置(41，42)，所述接触位置被布置在背离所述转换元件的底表面(43)处。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中
所述光电子半导体芯片(4)中的至少一些的所述底表面(43)保持没有所述壳体(5)。
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