CN111542932A - 用于制造光电子部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造光电子部件的方法，包括以下方法步骤：提供具有顶侧的支撑件。将光电子半导体芯片布置在所述支撑件的所述顶侧之上。此外，将灌封材料布置在所述支撑件的所述顶侧之上，将所述光电子半导体芯片嵌入到所述灌封材料中。所述灌封材料形成灌封表面。在所述灌封表面处去除一部分灌封材料。在这种情况下，在所述灌封表面处生成形貌。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的用于制造光电子部件的方法。
本专利申请要求德国专利申请10 2017 117 438.9的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
从现有技术中已知具有嵌入在浇铸材料中的光电子半导体芯片的光电子部件。从现有技术中还已知其浇铸材料具有粗糙的铸件表面的光电子部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造光电子部件的方法。
该目的通过具有独立权利要求的特征的用于制造光电子部件的方法来实现。在从属权利要求中给出了不同的发展。
用于制造光电子部件的方法具有以下方法步骤。准备具有上侧的载体。将光电子半导体芯片布置在所述载体的上侧之上。还将浇铸材料布置在所述载体的上侧上方，其中将所述光电子半导体芯片嵌入在所述浇铸材料中。所述浇铸材料形成铸件表面。在所述铸件表面处去除一部分浇铸材料。因此在所述铸件表面处生成形貌。通过去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料而产生的形貌提供如下优点：可以在所述铸件表面处分散地散射从外部到达的电磁辐射。从而可以抑制所述电磁辐射在所述铸件表面处的镜面反射。以这种方式可以减少或消除所述铸件表面的光泽。例如，这对于可以包括多个光电子部件并且在明亮环境中设置的显示屏而言是非常重要的。抑制在所述铸件表面处的镜面反射例如可以使得元件（尤其是所述元件的显示为暗的或黑的）在没有光泽效果的情况下被显示。所述用于制造光电子部件的方法提供以下优点：可以以简单的方式——即通过去除所述铸件表面处的一部分铸件材料来创建所述铸件表面的这种形貌。
在一种形式的实施例中，在去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料之前，硬化所述浇铸材料。有利地，所述浇铸材料的硬化使得可以去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料，其中在所述铸件表面处生成的形貌得以保持。
在一种形式的实施例中，去除所述铸件表面处的一部分铸件材料是通过湿化学蚀刻来进行的。有利地，所述湿化学蚀刻非常容易执行。
在一种形式的实施例中，将蚀刻剂喷射到所述铸件表面上。该方法的这种变型还可以被有利地用于制造多个光电子部件，这是因为所述蚀刻剂被喷射在大面积上。
在一种形式的实施例中，将所述铸件表面浸入蚀刻剂中。有利地，所述蚀刻剂未以这种方式被雾化。在蚀刻剂对健康有害的情况下，这是特别有利的。
在一种形式的实施例中，去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料是通过干蚀刻来进行的。在不使用对健康有潜在危害的蚀刻剂的情况下，有利地进行通过干蚀刻去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料。
在一种形式的实施例中，去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料是通过激光干涉结构化来进行的。在不使用对健康有潜在危害的蚀刻剂的情况下，有利地进行通过激光干涉结构化去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料。发现另一个优点在于，由于所述形貌的精确形成受到干涉图案的影响，因此可以监视所述铸件表面处生成的所述形貌。
在一种形式的实施例中，所述浇铸材料包括嵌入的颗粒。有利地，所述颗粒可以被设置为用于在所述浇铸材料中分散地散射入射的电磁辐射。这可以减小在所述光电子部件的其他部件处的光泽。可以例如提供其他颗粒以抑制引线框架处的光泽，其中可以将所述光电子半导体芯片布置在所述引线框架处。此外，所述颗粒可以被设置用于调节所述浇铸材料的热膨胀系数。例如，所述载体和所述浇铸材料可能具有不同的热膨胀系数，以致于热应力例如在所述光电子部件的运行期间导致损坏所述光电子部件。热应力例如可以具有使所述浇铸材料从所述载体上脱层的效应，由此例如水分可能渗入到所述光电子部件中。所述颗粒可以被配置为防止这种效应。
在一种形式的实施例中，通过去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料来暴露颗粒。有利地，在所述铸件表面处暴露的颗粒有助于生成进行分散地散射的铸件表面。
在一种形式的实施例中，当去除所述铸件表面处的一部分浇铸材料时，从所述浇铸材料中释放颗粒。有利地，当去除所述铸件表面处的一部分铸件材料时释放的颗粒在所述铸件表面中留下不平整部，这也可以有助于能够在所述铸件表面处分散地散射入射的电磁辐射这一事实。
在一种形式的实施例中，所述浇铸材料包括波长转换荧光材料。所述波长转换荧光材料有利地被配置为修改可以从所述光电子半导体芯片发射的电磁辐射的波长，因为所述波长转换荧光材料吸收从所述光电子半导体芯片发射的电磁辐射，并且随即发射具有不同波长的电磁辐射。例如可以想到的是，所述光电子半导体芯片被设计成发射蓝光，而嵌入在所述浇铸材料中的波长转换荧光材料被配置为吸收蓝光并且例如发射黄光。在这种情况下，所述光电子部件可能会辐射全光而给出白色的印象。
附图说明
结合以下对示例性实施例的描述，本发明的上述属性、特征和优点以及实现它们的方式将更加清楚并且明显更加易于理解，将结合附图更详细地对所述示例性实施例进行解释。在这里，在图示中，每个图示都是示意性的：
图1：示出了在铸件表面上喷射蚀刻剂；
图2：示出了将铸件表面浸入到蚀刻剂中；
图3：示出了铸件表面的干蚀刻；
图4：示出了通过激光干涉结构化去除铸件表面处的浇铸材料；和
图5：示出了已根据图1至图4中所示的方法之一制造的光电子部件的侧视图。
具体实施方式
图1至图4各自示出了用于制造光电子部件10的方法的变型。
准备具有上侧21的载体20。在图1中所示的示例中，载体20形成为壳体。被配置为壳体的载体20包括由壁24横向包围的空腔23。然而，这不是必要的要求。载体20也可以是平坦的衬底，从而可以省略空腔23和壁24。在图1至图5中作为示例仅示出了载体20的以下变型，在该变型中将载体20形成为壳体。
如果将载体20形成为壳体，则其可以包括塑料，例如聚邻苯二甲酰胺（PPA）。载体20例如可以使用模塑方法——例如喷射模塑方法来制造。如果载体20是平坦的衬底，则载体20例如可以是金属衬底、半导体衬底、半导体氧化物衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底或印刷电路板。
将光电子半导体芯片30布置在载体20的上侧21上方。光电子半导体芯片30包括上侧31和与上侧31相对的下侧32。将光电子半导体芯片30布置为：其下侧32在载体20的上侧21上方。
例如，光电子半导体芯片30可以被设计成在其上侧31处发射电磁辐射。然而，光电子半导体芯片30也可以被设计成检测到达上侧31的电磁辐射。光电子半导体芯片30因此可以是例如发光二极管芯片或光电二极管芯片。
为了给光电子半导体芯片30供应电能量以进行运行，载体20包括横向突出的电端子22。电端子22可以例如是可以被嵌入载体20中的金属引线框架的一部分，该载体20被形成为壳体。引线框架通常典型地包括第一引线框段和第二引线框段，其中在载体20的上侧21处暴露引线框段（在图1中未图示出）。光电子半导体芯片30可以被布置在引线框架的第一段处，其中光电子半导体芯片30可以借助于接合线来与引线框架的第二段连接。在这种情况下，光电子半导体芯片30包括在其上侧31处的接触面和在其下侧32处的其他接触面。
在图1至图5的图示中，将一个光电子半导体芯片30布置在载体20的上侧21上方。然而，也可以将多个光电子半导体芯片30布置在载体20的上侧21上方。例如，可以将三个光电子半导体芯片30布置在载体20的上侧21上方。三个光电子半导体芯片30例如可以被设计成发射不同波长的电磁辐射。三个光电子半导体芯片30例如可以形成RGB像素。在这种情况下，光电子半导体芯片30发射红色、绿色和蓝色的光。
将浇铸材料40布置在载体20的上侧21上方。在图1图示出的示例中，将浇铸材料40布置在空腔23中。由于不必将载体20形成为壳体，因此浇铸材料40也不必被布置在空腔23中。如果例如将载体20形成为平坦的衬底，则可以将浇铸材料40以这样的方式布置在载体20的上侧21上方，以使得浇铸材料40形成例如透镜。在两种情况下，浇铸材料40都形成铸件表面41。
浇铸材料40可以包括塑料，例如环氧化物或硅树脂。例如可以借助于定量方法将浇铸材料40布置在载体20的上侧21上方。
在图1至图5的图示中，浇铸材料40在空腔23中一直被布置到壁24的上边缘25。这也不是必不可少的要求。对于载体20形成为壳体的情况，也可以将多个浇铸材料40布置在空腔23中的各层中。这在图1中通过示例指示，其中将其他化合物43布置在浇铸材料40上方。其他化合物43也包括塑料，例如环氧化物或硅树脂。也可以借助于定量方法将该其他化合物43布置在铸件表面41上方。然而，也可以省略该其他化合物43。参照图1通过示例解释了可以将其他化合物43布置在铸件表面41上方的事实。为了简单起见，在下面的描述中不再进一步考虑其他化合物43。
将颗粒80嵌入在浇铸材料40中。颗粒80可以例如包括二氧化硅或二氧化钛。颗粒80可以具有与图1的图示相对应的球形。然而，这不是必不可少的要求。颗粒80也可以具有另一种形状，例如絮状。颗粒80的平均直径可以例如在1μm和30μm之间。与引用的平均直径存在偏差是可能的。
颗粒80可以例如被设置为用于在浇铸材料40中分散地散射入射的电磁辐射。以这种方式可以确保防止在引线框架处的光泽。颗粒80还可以引起对浇铸材料40的热膨胀系数的调节。然而，也可以省略颗粒80。
此外，光电子部件10可以具有嵌入在浇铸材料40中的波长转换荧光材料90。波长转换荧光材料90被配置为转换从光电子半导体芯片30发射的电磁辐射的波长。波长转换荧光材料90可以例如以颗粒的形式存在。考虑了由于吸收来自第一光谱区域的电磁辐射而发射来自不同光谱区域的电磁辐射的颗粒。波长转换荧光材料90可以例如包括掺杂有稀土元素的粒状荧光材料，例如掺杂有铈离子的钇铝颗粒（Ce：YAG），其典型地被配置为通过荧光来生成更大的波长。然而，也可以省略波长转换荧光材料90。
在图1至图4中图示的用于制造光电子部件10的方法的所有四个变型中，浇铸材料40的硬化发生在去除铸件表面40处的一部分浇铸材料40之前。
为了在铸件表面41处生成适合于分散地散射电磁辐射的形貌，根据图1借助于喷头50将蚀刻剂51喷射到铸件表面41上。蚀刻剂51去除铸件表面41处的一部分浇铸材料40。结果，适合于分散地散射电磁辐射的沟槽和其他不平整部100出现在铸件表面41中。
然而，如图1中所图示，湿化学蚀刻不一定必须借助于喷射蚀刻剂51来进行。图2示出了用于制造光电子部件10的方法的一种变型，其中未将蚀刻剂51喷射到铸件表面41上。而是改为将铸件表面41浸入蚀刻剂51中。在图2中通过附图标记52指示的元件表示用于蚀刻剂51的容器52。
可以将用于浇铸材料40的溶剂视为蚀刻剂51。如果浇铸材料40包括例如酯基——例如由酸酐硬化的环氧化物组成，那么氢氧化钾的水溶液或醇溶液（钾碱液）或在适当溶剂中的有机碱可以被用作蚀刻剂51。
可以想到的是，蚀刻剂51不仅与铸件表面41而且与形成壳体的塑料接触。在这种情况下，所述壳体的表面也可以经受蚀刻处理，由此所述壳体也可以分散地散射入射的电磁辐射。此外，掩膜是可能的，其可以允许选择性地蚀刻在所述壳体的表面处或在铸件表面41处的浇铸材料40。
在用于制造光电子部件10的方法的一种形式的实施例中，借助于干蚀刻去除在铸件表面41上的一部分浇铸材料40，从而使铸件表面41变粗糙。这可以化学地、物理地或通过两种方法的组合进行。
化学活性离子、受激物质或反应性分子（例如臭氧）可以与铸件表面41处的浇铸材料40反应，从而产生气态反应产物。在这种情况下，铸件表面41被化学蚀刻。化学反应性颗粒的生成可以例如通过合适气体的等离子体（优选为氧气、氢气、NF3或其他包含氟的气体、或包含这些气体中的一种或多种的气体混合物）来进行。但是，也可以在不使用等离子体的情况下例如借助于臭氧发生器来生成化学反应性颗粒。
铸件表面41处的一部分浇铸材料40的物理去除可以通过在待侵蚀的铸件表面41处加速的离子60而进行。图3示出了用于制造光电子部件10的方法的这种变型。加速的离子60可以通过脉冲的传递（溅射）在铸件表面41处释放或雾化浇铸材料40的碎片42。结果，在铸件表面41处生成了形貌，这使得与铸件表面41相遇的电磁辐射被分散地散射。为此所需的离子60可以借助于合适的气体（例如氩、氖、氪或其他稀有气体、或氧气、或包含这些气体的气体混合物）的等离子体来生成。
离子60被电场和/或磁场加速。可以例如将阴极布置在载体20下方，以使离子60在铸件表面41的方向上加速。然后，加速电压位于所述阴极和离子源之间，其中将载体20布置在所述离子源和所述阴极之间。
铸件表面41处的一部分浇铸材料40的化学和物理去除也可以彼此组合，例如通过向等离子体溅射过程添加反应气体。
通过熟练地选择过程参数，可以将通过去除铸件表面41处的一部分浇铸材料40而造成的铸件表面41的粗糙化适配于将被侵蚀的浇铸材料40和期望的粗糙度。
图4示出了用于制造光电子部件10的方法的另一变型。在这种情况下，通过激光干涉结构化来去除铸件表面41处的一部分浇铸材料40。在这里，至少两个发射相干激光辐射72的激光器70、71对准铸件表面41。通过第一激光器70和第二激光器71的激光辐射72之间的干涉，在铸件表面41处生成干涉图案。在铸件表面41处创建与铸件表面41处的干涉图案相对应的形貌。激光辐射72对铸件表面41的照射以尽可能高能量的脉冲发生，使得所述干涉图案可以被传递到铸件表面41。UV激光器例如可以被用作第一激光器70和第二激光器71。
在用激光辐射72照射铸件表面41的过程中，铸件表面41被加热。在这里，铸件表面41被局部加热。干涉图案确定了浇铸材料40的局部加热。无论最大干涉存在于何处，在铸件表面41处都会发生局部烧蚀过程，这意味着浇铸材料40会以发生突然蒸发过程的方式加热。由此，浇铸材料40可以被局部侵蚀，这意味着铸件表面41处的一部分浇铸材料40被去除。以这种方式，可以在铸件表面41处创建周期性结构，其展现出与激光辐射72的干涉图案相对应的周期性。这些周期性结构形成铸件表面41的适合于分散地散射入射的电磁辐射的形貌。由此抑制了所述电磁辐射在铸件表面41处的镜面反射。
在用于制造光电子部件10的方法的替代变型中，铸件表面41处的一部分浇铸材料40借助于用压缩空气或水与固体磨料的组合喷洒（blasting）来进行。该方法也可以被称为喷洒或湿喷洒。固体磨料可以是例如沙子。在压缩空气或水喷洒中，所述磨料借助于喷嘴而被加速并对准铸件表面41。所述磨料去除了所述铸件表面处的一部分浇铸材料40，从而在铸件表面41处保留不平整部100。这些不平整部100形成铸件表面41的适合于分散地散射入射的电磁辐射的形貌。由此，能够抑制所述电磁辐射在铸件表面41处的镜面反射。与图1至图4中图示的方法相比，可以借助于压缩空气或水喷洒创建更粗糙的铸件表面41。
除了可以通过结合固体磨料的压缩空气或水喷洒或者通过用图1至图4中所示的方法之一去除铸件表面41处的一部分浇铸材料40而产生的不平整部100之外，当在铸件表面41处去除一部分浇铸材料40时，颗粒80也可以被暴露。这也会导致在铸件表面41处产生不平整部100。另外，当在铸件表面41处去除一部分浇铸材料40时，可以从浇铸材料40释放颗粒80。这在铸件表面41中留下了进一步的凹陷和不平整部100，它们被配置为分散地散射入射的电磁辐射，从而抑制了入射的电磁辐射在铸件表面41处的镜面反射。
图5示出了已根据图1至图4中所示的方法之一制造的光电子部件10的示意性侧视图。其具有通过去除铸件表面41处的一部分浇铸材料40而创建的不平整部100。已经在铸件表面41处暴露或释放的颗粒80也可以附加地创建不平整部100。
图5中图示出的光电子部件10被设计成在铸件表面41处分散地散射入射的电磁辐射。结果，抑制了到达铸件表面41的电磁辐射的镜面反射。
除了铸件表面41处的一部分浇铸材料40的去除在铸件表面41处创建了被配置为分散地散射从外部到达的电磁辐射的形貌这一事实之外，在铸件表面41处创建的形貌还可以用来提高光电子部件10的提取效率。即，在铸件表面41处创建的不平整部100可以抑制由光电子半导体芯片30发射的电磁辐射在铸件表面41内侧的全内反射。由此，由光电子半导体芯片30发射的更大比例的电磁辐射可以在铸件表面41处从光电子部件10射出。如果将不平整部100形成为具有例如在大于1μm的范围内的结构尺寸的微结构，则可以实现这一点。不平整部100也可以被形成为提高光电子部件10的提取效率，因为避免了在铸件表面41处的菲涅耳反射。“菲涅耳反射”是指符合菲涅耳公式的在边界表面处的电磁辐射的反射。可以避免菲涅耳反射，因为不平整部100被形成为亚微米结构或纳米结构，其结构尺寸小于例如1μm，特别是其结构尺寸在100 nm至400 nm的范围内。铸件表面41还可以包括用于抑制全内反射的不平整部100和用于抑制菲涅耳反射的不平整部100。例如，这可以通过在通过激光干涉对铸件表面41进行结构化时在两阶段过程中生成具有不同周期性的两个干涉图案来实现。可以借助于第一干涉图案将微结构施加到铸件表面41。可以借助于第二干涉图案将覆盖在所述微结构上的亚微结构或纳米结构施加到铸件表面41。
为了改善光的向外耦合，生成了具有在1μm和100μm之间的周期性的微结构，并且生成了在0.5直到1.5之间的高和宽之间的纵横比。在这里，所述微结构应具有尽可能宽的梯度分布范围。因此，所述微结构应该是弯曲的，例如以半球形微透镜的形状来形成。所述微结构也可以被具有其他周期性的其他结构覆盖。所述微结构可以例如具有正弦调制。为了在铸件表面41处保持尽可能小的平坦表面区域比例，可以例如六角形地布置所述微结构。可替代地，所述微结构可以例如被形成为十字形结构或以一定的重叠随机分布。
除了允许生成横向结构尺寸小于约15μm的微结构的激光干涉结构化外，特别是还可以采用直接写入激光方法（DLW，直接激光写入）作为方法。这允许生成横向结构尺寸最大为100 µm的微结构。
用于制造光电子部件10的方法不限于个体光电子部件10。例如，也可以提供具有不平整部100的多个光电子部件10的二维复合物，例如LED阵列，所述不平整部100同时生成在多个铸件表面41上。个体光电子部件10也可以通过将复合物切成小块来加以制造。结果，不必在每个个体光电子部件10上都生成不平整部100。
已经参考优选的示例性实施例更详细地说明和描述了本发明。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导出不同的变体。
附图标记列表
10 光电子部件
20 载体
21 载体的上侧
22 用于光电子半导体芯片的电连接
23 空腔
24 壁
25 壁的上边缘
30 光电子半导体芯片
31 光电子半导体芯片的上侧
32 光电子半导体芯片的下侧
40 浇铸材料
41 铸件表面
42 浇铸材料的碎片
43 其他化合物
50 喷头
51 蚀刻剂
52 用于蚀刻剂的容器
60 离子
70 第一激光器
71 第二激光器
72 激光辐射
80 颗粒
90 波长转换荧光材料
100 不平整部。
Claims (12)
1.一种用于制造光电子部件（10）的方法，具有以下方法步骤：
-提供具有上侧（21）的载体（20）；
-在所述载体（20）的所述上侧（21）之上布置光电子半导体芯片（30）；
-在所述载体（20）的所述上侧（21）上方布置浇铸材料（40），其中将所述光电子半导体芯片（30）嵌入在所述浇铸材料（40）中，其中所述浇铸材料（40）形成铸件表面（41）；
-去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40），其中在所述铸件表面（41）处生成形貌。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中在去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）之前执行以下方法步骤：
-硬化所述浇铸材料（40）。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）是通过湿化学蚀刻来进行的。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中将蚀刻剂（51）喷射到所述铸件表面（41）上。
5.根据权利要求3和4之一所述的方法，
其中所述铸件表面（41）被浸入蚀刻剂（51）中。
6.根据权利要求1和2之一所述的方法，
其中去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）是通过干蚀刻来进行的。
7.根据权利要求1和2之一所述的方法，
其中去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）是通过激光干涉结构化来进行的。
8.根据权利要求1和2之一所述的方法，
其中去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）是通过结合固体磨料的压缩空气或水喷洒来进行的。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中所述浇铸材料（40）包括嵌入的颗粒（80）。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中通过去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）而暴露颗粒（80）。
11.根据权利要求9和10之一所述的方法，
其中当去除所述铸件表面（41）处的一部分所述浇铸材料（40）时，从所述浇铸材料（40）释放颗粒（80）。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中所述浇铸材料（40）包括波长转换荧光材料（90）。
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