CN118117024A - 半导体元件封装和自动聚焦装置 - Google Patents

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金度烨
金明燮
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Abstract

本发明提供一种半导体元件封装和自动聚焦装置。该半导体元件封装，包括：半导体元件，其被布置在第一衬底上方；第一和第二电极，其被布置在第一衬底上方并且电连接到半导体元件；壳体，其被布置在第一衬底上方并且被布置在半导体元件周围，并且在其上部区域中具有台阶部分；扩散部件，其被布置在壳体的台阶部分上并且被布置在半导体元件上方；以及多个通孔，其穿透第一衬底和壳体。

Description

半导体元件封装和自动聚焦装置
本申请是2019年9月20日提交的申请号为201880019677.6(PCT/KR2018/003258)、申请日为2018年3月21日、标题为“半导体元件封装和自动聚焦装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
实施例涉及半导体元件封装和包括该半导体元件封装的自动聚焦装置。
背景技术
包括诸如GaN、AlGaN等化合物的半导体元件可以具有许多优点，例如宽且易于调节的带隙能量等，并且可以不同地用于半导体器件、光接收元件和各种二极管。
特别地，使用包括III-V族元素或II-VI族元素的化合物半导体材料的诸如发光二极管或激光二极管的发光器件随着薄膜生长技术和元件材料的发展具有可以实现诸如红光、绿光、蓝光和紫外光的各种颜色的光的优点。此外，使用包括III-V族元素或II-VI族元素的化合物半导体材料的诸如发光二极管或激光二极管的发光器件可以通过使用荧光材料或组合颜色实现高效率的白光。与诸如荧光灯、白炽灯等的传统光源相比，发光元件具有诸如低功耗、半永久寿命、快速响应速度、安全性和环境友好性的优点。
此外，使用包括III-V族元素或II-VI族元素的化合物半导体材料制造的诸如光电探测器或太阳能电池的光接收元件可以通过随着元件材料的发展吸收各种波长范围的光产生光电流而利用从伽马射线到无线电波长的各种波长范围的光。此外，光接收元件具有诸如快速响应速度、安全性、环境友好性和元件材料的简单控制的优点，并且因此可以容易地用于功率控制、微波电路或通信模块。
因此，半导体器件越来越多地应用于光通信装置的传输模块、替代构成液晶显示器(LCD)器件的背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的发光二极管背光、可替代荧光灯或白炽灯泡的白色发光二极管照明装置、汽车前灯、交通信号灯以及检测气体和火灾的传感器。此外，半导体器件可广泛应用于高频应用电路、其他功率控制器件和通信模块。
发光器件可以例如被提供作为pn结二极管，其具有使用元素周期表上的III-V族元素或II-VI族元素将电能转换成光能的特性，并且可以通过调节化合物半导体的组成比来实现各种波长。
因为半导体器件的应用领域被多样化，所以需要半导体器件具有高输出和高电压驱动。由于半导体器件的高功率和高电压驱动，半导体器件封装的温度通常由从半导体器件产生的热量升高。
因此，需要一种用于有效率地耗散从半导体器件封装产生的热量的方法。另外，为了使产品小型化，强烈要求半导体器件封装的小型化。因此，越来越需要能够在以小尺寸被设置的同时有效率地散发从半导体器件产生的热量的半导体器件封装。
此外，半导体器件封装可以应用于诸如人体运动识别的应用领域。在这种情况下，当从半导体器件封装提供的强光直接入射到人身上时，该人可能受伤。当从半导体器件封装发射的强光直接入射到人眼上时，存在人可能失去视力的风险。因此，正在对半导体器件封装进行研究，该半导体器件封装能够在应用于诸如人体运动的应用领域时防止强光直接入射到人身上。
发明内容
技术问题
实施例可以提供一种半导体元件封装，其以小尺寸被设置并且具有优异的散热特性。
实施例可以提供一种半导体元件封装，其具有优异的机械稳定性并且能够安全地保护布置在其内部的元件免受外部冲击。
实施例可以提供一种半导体元件封装，其能够提供高功率光并防止湿气渗入其中。
实施例可以提供一种能够防止强光直接入射到人身上的半导体元件封装。
实施例可以提供一种自动聚焦装置，其以小尺寸被设置，具有优异的散热特性，并且能够提供高输出的光并防止强光直接入射到人身上。
技术解决方案
根据实施例的半导体元件封装包括：第一衬底；半导体元件，其被布置在第一衬底上；第一电极和第二电极，其被布置在第一衬底上并且电连接到半导体元件；壳体，其被布置在第一衬底上，被布置在半导体元件周围，并且在其上部区域中具有台阶；扩散部件，其被布置在壳体的台阶上并布置在半导体元件上；多个通孔，其穿过第一衬底和壳体。
根据实施例的半导体元件封装包括：第一衬底；半导体元件，其被布置在第一衬底上；壳体，其被布置在第一衬底上，布置在半导体元件周围，并且在其上部区域中具有台阶；扩散部件，其被布置在壳体的台阶上并布置在半导体元件上；第二衬底，其被布置在第一衬底下面；以及保护层，其具有沿着扩散部件的边缘布置的第一区域和从第一区域延伸并经由壳体接触第二衬底的第二区域。
根据实施例的半导体元件封装包括：第一衬底；半导体元件，其被布置在第一衬底上；壳体，其被布置在第一衬底上并且被布置在半导体元件周围；扩散部件，其被布置在壳体上并布置在半导体元件上；电极焊盘，其被布置在扩散部件的上表面上；第二衬底，其被布置在第一衬底下面并包括电连接到电极焊盘的第一区域的第一端子和电连接到电极焊盘的第二区域的第二端子；第一连接布线，其用于将电极焊盘的第一区域电连接到第一端子；以及第二连接布线，其将电极焊盘的第二区域电连接到第二端子。
根据实施例的半导体元件封装包括：第一衬底；第一电极，其被布置在第一衬底上；第二电极，其被布置在第一衬底上，并且布置成与第一电极间隔开；半导体元件，其被布置在第一电极上；连接布线，其电连接到第二电极和半导体元件；壳体，其被布置在第一衬底上并被布置在半导体元件周围；扩散部件，其被布置在壳体上并且布置在半导体元件上；电极焊盘，其被布置在扩散部件上；第一结合部分，其被布置在第一衬底下面并且通过设置在第一衬底中的第一通孔电连接到第一电极；以及第二结合部分，其被布置在第一衬底下面并且通过设置在第一衬底中的第二通孔电连接到第二电极。
根据实施例的自动聚焦装置包括：半导体元件封装；以及光接收单元，其用于接收从半导体元件封装发射的光的反射光。
本发明的有益效果
根据实施例的半导体元件封装，存在散热特性优异同时提供小尺寸的优点。
根据实施例的半导体元件封装，存在机械稳定性优异并且可以安全地保护布置在其内部的元件免受外部冲击的优点。
根据实施例的半导体元件封装，存在提供高功率的光并且防止水分渗入其中的优点。
根据实施例的半导体元件封装，存在可以防止强光直接入射到人身上的优点。
根据实施例的自动聚焦装置，存在其以小尺寸提供，具有优异的散热特性，并且可以提供高输出光，并且可以防止强光直接入射到人身上的优点。
附图说明
图1是图示根据第一实施例的半导体元件封装的横截面图。
图2是图示根据第一实施例的半导体元件封装的示例的平面图。
图3是图示根据第一实施例的半导体元件封装的另一示例的平面图。
图4是图示半导体元件和施加到根据第一实施例的半导体元件封装的电极之间的电连接关系的视图。
图5是图示应用于根据第一实施例的半导体元件封装的检测电路的示例的视图。
图6是图示根据第二实施例的半导体元件封装的横截面图。
图7是图示根据第三实施例的半导体元件封装的平面图。
图8是图示根据第三实施例的半导体元件封装的横截面图。
图9是图示根据第四实施例的半导体元件封装的横截面图。
图10是图示根据第四实施例的半导体元件封装的平面图。
图11是图示根据第五实施例的半导体元件封装的横截面图。
图12是图示电极焊盘的形状的第一示例性视图。
图13是图示电极焊盘的形状的第二示例性视图。
图14是图示电极焊盘的形状的第三示例性视图。
图15是用于描述应用于制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法的楔形结合(wedge bonding)的视图。
图16是图示通过制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法楔形结合的连接布线的形状的照片。
图17是图示根据第六实施例的半导体元件封装的横截面图。
图18是图示根据第七实施例的半导体元件封装的横截面图。
图19是图示根据实施例的半导体元件的平面图。
图20是沿着图19中所示的半导体元件的线E-E截取的横截面图。
图21是应用根据实施例的包括半导体元件封装的自动聚焦装置的移动终端的透视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，将会理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一层(或膜)、区域、图案或者结构“上面/上方”或者“下面”时，“上面/上方”或“下面”的术语包括“直接地”和“通过(间接地)插入另一层”的含义。此外，将基于附图进行关于每层“上面/上方”或者“下面”的参考。
在下文中，将参考附图详细描述根据实施例的半导体元件封装和包括半导体元件封装的自动聚焦装置。
示例性实施例1
将参考图1至图4描述根据实施例的半导体元件封装。图1是图示根据第一实施例的半导体元件封装的横截面图，图2是图示根据第一实施例的半导体元件封装的示例的平面图，图3是图示根据第一实施例的半导体元件封装的另一示例的平面图，并且图4是图示半导体元件和应用于根据第一实施例的半导体元件封装的电极之间的电连接关系的视图。
根据第一实施例的半导体元件封装100可以包括衬底110和布置在衬底110上的半导体元件120。
衬底110可以包括具有高导热率的材料。衬底110可以设置有具有优异散热特性的材料，以便有效率地将半导体元件120中产生的热量排放到其外部。衬底110可以包括绝缘材料。
例如，衬底110可以包括陶瓷材料。衬底110可以包括被共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。
另外，衬底110可以包括金属化合物。衬底110可以包括具有140W/mK或更高的导热率的金属氧化物。例如，衬底110可以包括氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)。
作为另一个示例，衬底110可以包括基于树脂的绝缘材料。衬底110可以设置有硅酮树脂(silicone resin)、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂或高耐热材料。
衬底110可以包括导电材料。当衬底110设置有导电材料(例如，金属)时，可以提供绝缘层以用于衬底110和半导体元件120之间的电绝缘。
根据第一实施例的半导体元件120可以选自包括发光二极管器件和激光二极管器件的发光器件。作为示例，半导体元件120可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)半导体元件。VCSEL半导体元件可以在垂直于其顶表面的方向中发射光束。VCSEL半导体元件可以以例如约15至25度的光束角向上发射光束。VCSEL半导体元件可以包括发射圆形光束的单个发光孔或多个发光孔。稍后将描述VCSEL半导体元件的示例。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括壳体130。壳体130可以布置在衬底110上。壳体130可以布置在半导体元件120周围。
壳体130可以包括具有高导热率的材料。壳体130可以设置有具有优异散热特性的材料，以便有效率地将半导体元件120中产生的热量排放到其外部。壳体130可以包括绝缘材料。
例如，壳体130可以包括陶瓷材料。壳体130可以包括共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。
另外，壳体130可以包括金属化合物。壳体130可以包括具有140W/mK或更高的导热率的金属氧化物。例如，壳体130可以包括氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)。
作为另一示例，壳体130可以包括基于树脂的绝缘材料。壳体130可以设置有硅酮树脂、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂或高耐热材料。
壳体130可以包括导电材料。壳体130可以设置有导电材料，例如金属。
作为示例，壳体130可以包括与衬底110的材料相同的材料。当壳体130由与衬底110的材料相同的材料形成时，壳体130可以与衬底110一体地形成。
另外，壳体130可以由与衬底110的材料不同的材料形成。
根据第一实施例的半导体元件封装100，衬底110和壳体130可以设置有具有优异散热特性的材料。因此，半导体元件120中产生的热量可以有效地排放到其外部。
根据第一实施例，当衬底110和壳体130作为单独的部件被设置并且耦合时，可以在衬底110和壳体130之间设置粘合层。
作为示例，粘合层可以包括有机材料。粘合层可以包括环氧基树脂。另外，粘合层可以包括硅酮基树脂。
包括衬底110和壳体130的半导体元件封装100可以例如通过晶片级封装工艺制造。也就是说，半导体元件120和壳体130以晶片级附接到衬底110上，并且可以提供多个半导体元件封装，其中半导体元件120和壳体130通过诸如切片等的切割方法耦合到衬底110。
如上所述，当通过晶片级封装工艺制造包括衬底110和壳体130的半导体元件封装100时，衬底110的外表面和壳体130的外表面可以形成在同一平面中。也就是说，在衬底110的外表面和壳体130的外表面之间没有台阶。
根据第一实施例，因为在衬底110的外表面和壳体130的外表面之间没有台阶，所以可以从根本上防止由于台阶结构通过水分渗透导致的故障和由于传统半导体元件封装中的外部摩擦等导致的损坏。
衬底110可以被称为第一衬底，并且壳体130可以被称为第二衬底。可替选地，衬底110可以被称为第一主体，并且壳体130可以被称为第二主体。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括布置在衬底110上的第一电极181和第二电极182。第一电极181和第二电极182可以布置为在衬底110上彼此间隔开。
作为示例，半导体元件120可以布置在第一电极181上。半导体元件120可以通过例如管芯结合方法设置在第一电极181上。
如图4中所示，第一电极181的面积可以等于或大于半导体元件120的面积。
第二电极182可以具有形。第二电极182可以布置为围绕第一电极181。具体地，当第一电极181的第一侧和第二侧彼此面对并且第三侧和第四侧彼此面对时，第二电极182可以被布置为与第一电极181的第一侧间隔开，被布置与第一电极181的第三侧间隔开，并且被布置与第一电极181的第二侧间隔开。
半导体元件120可以电连接到第二电极182。作为示例，半导体元件120和第二电极182可以通过导线191电连接。半导体元件120可以通过多个导线被电连接到第二电极182。半导体元件120可以通过导线191电连接到第二电极182。
可以通过半导体元件120的尺寸或半导体元件120中所需的电流扩散程度来选择连接半导体元件120和第二电极182的导线的数量及其连接位置。
根据第一实施例的半导体元件封装100可以包括布置在衬底110下面的第一结合部分183和第二结合部分184。例如，第一结合部分183和第二结合部分184可以被电连接到电路板160的信号线(未示出)。
衬底110可以被称为第一衬底，并且电路板160可以被称为第二衬底。另一方面，电路板160可以被称为第一衬底，并且衬底110可以被称为第二衬底。壳体130可以被称为第三衬底。
第一结合部分183和第二结合部分184可以布置为在衬底110下面彼此间隔开。第一结合部分183和第二结合部分184可以具有圆形焊盘，但是本发明是不限于此。
第一结合部分183可以布置在衬底110的下表面上。第一结合部分183可以电连接到第一电极181。第一结合部分183可以通过第一电极布线185电连接到第一电极181。第一连接布线185可以布置在例如设置在衬底110中的第一通孔中。
第二结合部分184可以布置在衬底110的下表面上。第二结合部分184可以电连接到第二电极182。第二结合部分184可以通过第二连接布线186被电连接到第二电极182。第二连接布线186可以布置在例如设置在衬底110中的第二通孔中。
例如，第一连接布线185和第二连接布线186可以包括钨(W)，但是本发明不限于此。钨(W)可以在1000℃或更高的高温下熔化，并且然后注入第一通孔和第二通孔并固化以形成第一连接布线185和第二连接布线186。
根据实施例，可以通过电路板160向半导体元件120供应驱动功率。
已经基于半导体元件120通过管芯结合方法连接到第一电极181并通过导线结合方法连接到第二电极182的情况描述根据上述第一实施例的半导体元件封装100。
然而，可以不同地修改和应用向半导体元件120供应驱动功率的方式。例如，半导体元件120可以通过倒装芯片结合方法电连接到第一电极181和第二电极182。另外，半导体元件120可以通过引线结合方法电连接到第一电极181和第二电极182。
同时，可以在壳体130的上部区域中设置台阶。例如，凹陷区域142可以设置在壳体130的上部区域中。作为示例，凹陷区域142的宽度和/或深度可以通过几百微米来设置。
扩散部件140可以布置在凹陷区域142中。扩散部件140可以由设置在壳体130的上部中的凹陷区域142支撑。
粘合层(未示出)可以设置在壳体130和凹陷区域142中的扩散部件140之间。作为示例，粘合层可以设置在扩散部件的下表面和侧表面上，扩散部件的下表面和侧表面与凹陷区域142的内表面接触。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括扩散部件140。扩散部件140可以布置在半导体元件120上。扩散部件140可以布置为与半导体元件120间隔开。扩散部件140可以布置在壳体130上。具体地，扩散部件140可以安置在壳体130的凹陷区域142中。扩散部件140可以由壳体130的凹陷区域142支撑。
扩散部件140可以延伸从半导体元件120发射的光束的视角。扩散部件140可以包括例如微透镜、凹凸图案等。微透镜、凹凸图案等可以布置在扩散部件140的上表面或下表面上。微透镜、凹凸图案等可以与扩散部件140一体地形成或者可以单独形成。
扩散部件140可以根据半导体元件封装100的应用场而不同地设置光束的视角。扩散部件140可以根据半导体元件封装100的应用领域来设置光的强度。
扩散部件140可以包括抗反射功能。例如，扩散部件140可以包括布置在面对半导体元件120的一个表面上的抗反射层。抗反射层可以与扩散部件140分离形成。扩散部件140可以包括布置在面向半导体元件120的下表面上的抗反射层。抗反射层防止从半导体元件120入射的光从扩散部件140的表面反射并将该光透射到扩散部件140中，从而改善由于反射而导致的光损耗。
抗反射层可以由例如抗反射涂层膜形成并且附接到扩散部件140的表面。抗反射层可以通过旋涂、喷涂等形成在扩散部件140的表面上。作为示例，抗反射层可以形成为单层或多层，其包括TiO2、SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、以及MgF2的组中的至少一种。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括设置在扩散部件140和壳体130的凹陷区域142之间的粘合层。作为示例，粘合层可以包括有机材料。粘合层可以包括环氧基树脂。另外，粘合层可以包括硅酮基树脂。
同时，如上所述，衬底110和壳体130可以通过晶片级封装工艺制造。根据实施例，扩散部件140也可以通过晶片级封装工艺附接到壳体130上。
也就是说，在半导体元件120和壳体130在晶片级附接到衬底110上并且扩散部件140附接到壳体130上之后，可以提供多个半导体元件封装，其中通过诸如切片等的切割方法将半导体元件120、壳体130和扩散部件140耦合到衬底110。
如上所述，当包括衬底110、壳体130和扩散部件140的半导体元件封装100通过晶片级封装工艺制造时，衬底110的外表面、壳体130的外表面、以及扩散部件140的外表面形成在同一平面中。也就是说，在衬底110的外表面、壳体130的外表面和扩散部件140的外表面之间没有台阶。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括分别布置在第三通孔和第四通孔中的第三连接布线171和第四连接布线172。第三通孔和第四通孔可以形成在衬底110中。第三通孔可以形成为比其中布置第一连接布线185的第一通孔更靠近衬底110的边缘。第四通孔可以形成为比其中布置第二连接布线186的第二通孔更靠近衬底110的边缘。第三连接布线171和第四连接布线172可以布置在衬底110内部。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括布置在衬底110的下表面上的第三结合部分147和第四结合部分149。
第三结合部分147和第四结合部分149可以通过与第一结合部分183和第二结合部分184相同的结合工艺共同形成，但是本发明不限于此。在这种情况下，第一至第四结合部分183、184、147和149可以包括彼此相同的金属材料，但是本发明不限于此。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括电路板160，该电路板160包括至少一个信号线。例如，电路板180包括第一至第四信号线，并且第一结合部分183和第二结合部分184电连接至第一信号线和第二信号线，并且第三结合部分147和第四结合部分149可以电连接到第三信号线和第四信号线。
同时，第一信号线和第二信号线可以分别称为第三信号线165和第四信号线167，并且第三信号线165和第四信号线167也可以分别称为第一信号线和第二信号线。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括分别布置在第五通孔和第六通孔中的第五连接布线173和第六连接布线174。第五通孔和第六通孔可以形成在壳体130中。第五连接布线173和第六连接布线174可以布置在壳体130内部。
可以改变第一至第六连接布线185、186、171至174的排序。例如，第三连接布线171可以被称为第一连接布线185，并且第四连接布线172可以被称为第二连接布线186。例如，第一连接布线185可以被称为第三连接布线171，并且第二连接布线186可以被称为第四连接布线172。
第三连接布线171可以沿着垂直方向与第五连接布线173成直线布置，并且第四连接布线172可以沿着垂直方向与第六连接布线174成直线布置，但是本发明不是限于此。
同时，形成在衬底110中的第三通孔和形成在壳体130中的第五通孔可以沿着垂直方向不形成为直线。也就是说，形成在衬底110中的第三通孔和形成在壳体130中的第五通孔可以被形成为移位。在这种情况下，布置在第三通孔中的第三连接布线171和布置在第五通孔中的第五连接布线173也可以布置为移位。
另外，形成在衬底110中的第四通孔和形成在壳体130中的第六通孔可以在垂直方向中不形成为直线。也就是说，形成在衬底110中的第四通孔和形成在壳体130中的第六通孔可以被形成为移位。在这种情况下，布置在第四通孔中的第四连接布线172和布置在第六通孔中的第六连接布线174也可以布置为移位。同时，尽管在图1中仅提供一个第三连接布线171至第六连接布线174中的每个，可以设置多个第三连接布线171至第六连接布线174中的每个，并且多个第三连接布线171、第四连接布线172、第五连接布线173和第六连接布线174可以被布置为相互位移，但是本发明不限于此。
尽管未示出，用于电连接第三连接布线171和第五连接布线173的焊盘可以布置在衬底110的上表面和壳体130的下表面之间，并且用于电连接第四连接布线172和第六连接布线174的另一焊盘可以布置在衬底110的上表面和壳体130的下表面之间。焊盘和另一个焊盘都可以包括导电材料，例如金属材料。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括布置在壳体130上的第五结合部分177和第六结合部分179。
第五结合部分177和第六结合部分179可以通过与第一至第四结合部分183、184、147和149相同的结合工艺共同形成，但是本发明不限于此。在这种情况下，第一至第六结合部分183、184、147、149、177和179可以包括彼此相同的金属材料，但是本发明不限于此。
第五结合部分177可以布置在壳体130的凹陷区域142的一侧，并且第六结合部分179可以布置在壳体130的凹陷区域142的另一侧。凹陷区域142和凹陷区域142的另一侧可以是凹陷区域142的底表面。
根据第一实施例的半导体元件封装100还可以包括布置在扩散部件140下面的焊盘153。
焊盘153可以包括导电材料，即，金属材料。焊盘153的一侧区域可以电连接到第五结合部分177，并且焊盘153的另一侧区域可以电连接到第六结合部分179。
粘合层(未示出)可以布置在焊盘153下面。粘合层可以使用金属结合方法将第五和第六结合部分177和179电连接到焊盘153。也就是说，第五结合部分177可以通过粘合层电连接到焊盘153的一侧区域，并且第六结合部分179可以通过粘合层电连接到焊盘153的另一侧区域。
如图2和图3中所示，焊盘153可以沿着扩散部件140的下表面的边缘的周边布置。焊盘153可以具有闭环形状。
第五结合部分177和第六结合部分179可以布置为彼此间隔开。例如，如图2中所示，第五结合部分177和第六结合部分179可以具有直的形状。如图3中所示，第五结合部分177和第六结合部分179可以具有形。
第五结合部分177或第六结合部分179的宽度可以等于或大于焊盘153的宽度，但是本发明不限于此。
第三至第六连接部分和第三至第六结合部分147、149、177和179可以被称为感测扩散部件140的偏差的感测部件。
由感测部件感测的感测信号可以被提供给图5中所示的检测电路以检测扩散部件140是否偏离，并且可以根据检测结果由控制器控制半导体元件120的操作。上面已经详细描述其描述，使得省略进一步的描述。
如图5中所示，电路板160的第三信号线165可以是输入端子，并且电路板160的第四信号线167可以是感测端子。
当扩散部件140没有偏离而稳定地固定到壳体130时，提供给电路板160的第三信号线165的信号可以经由第三结合部分147、第三连接布线171、第五连接布线173、第五结合部分177、焊盘153、第六结合部分179、第六连接布线174、第四连接布线172以及第四结合部分149被提供给电路板160的第四信号线167。被提供给第四信号线167的信号可以作为感测信号提供给图5中所示的检测电路，这将在后面描述。
另一方面，当通过扩散部件140的偏离在焊盘153与第五和第六结合部分177和179中的一个之间发生电短路时，提供给电路板160的第三信号线165的信号被提供给电路板160的第四信号线167。
图5中所示的检测电路可以基于从电路板160的第四信号线167提供的感测信号来检测或确定扩散部件140是否偏离。
在相关技术中可以上升扩散部件140可以在诸如长期使用半导体元件封装或振动的极端环境中与壳体130分离的可能性。在这种情况下，当扩散部件140偏离壳体130时，从半导体元件120发射的强光可以在不通过扩散部件140的情况下直接照射到外部。
在这种情况下，当根据第一实施例的半导体元件封装100用于检测人的移动时，不通过扩散部件140的强光可以直接照射到人眼。作为示例，当从半导体元件120发射的强光直接照射到人眼时，存在人可能失去视力的风险。
因此，正在研究可以防止扩散部件140与壳体130分离的可靠方法。此外，在扩散部件140可以在极端环境中与壳体130分离的随机假设下，需要提供一种稳定的方法，该方法可以防止人受到从半导体元件120发射的强光的伤害。
根据第一实施例的半导体元件封装100提供一种能够使用电信号检测扩散部件140和壳体130是否分离的方法。根据第一实施例，存在通过提供使用电信号的检测方法而不是物理检测方法可以快速检测扩散部件140的偏差并且可以快速处理与其相关联的后续动作的优势。
也就是说，根据按照第一实施例的半导体元件封装100，可以使用电信号来检测扩散部件140的偏差，并且可以关闭施加到半导体元件120的驱动电压以防止波束从半导体元件120进一步产生。因此，可以实时检测扩散部件140偏离壳体130，并且通过半导体元件120的控制，可以从根本上防止从半导体元件120发射的强光直接照射到人。
同时，电路板160可以包括能够检测扩散部件140是否与壳体130分离的检测电路(参见图5)。电路板160可以检测扩散部件140是否是与壳体130分离并控制提供给半导体元件120的驱动功率的供应。
根据第一实施例，当检测到扩散部件140与壳体130分离时，电路板160可以切断被供应给半导体元件120的驱动功率。此外，当扩散部件140通常附接在壳体130上时，电路板160可以保持被供应给半导体元件120的驱动功率。
在下文中，参考图1至图5，在根据第一实施例的半导体元件封装100中检测扩散部件140是否与壳体130分离并控制被供应给半导体元件120的驱动功率的方法的示例将会被描述。
根据按照第一实施例的半导体元件封装100，电路板160可以包括检测电路。检测电路可以检测第五结合部分177和焊盘153之间的电短路或者第六结合部分179和焊盘153之间的电短路。检测电路可以电连接到电路板160的第三信号线165和第四信号线167。
检测电路可以包括比较单元300，如图5中所示。比较单元300可以包括第一输入端子301、第二输入端子302和输出端子303。作为示例，比较单元300可以包括运算放大器(OPAmp)。
比较单元300可以将输入到第一输入端子301的第一电压值与输入到第二输入端子302的第二电压值进行比较，以将放大的信号提供给输出端子303。
作为示例，当输入到第一输入端子301的第一电压值大于输入到第二输入端子302的第二电压值时，比较单元300可以向输出端子303提供指示“正常”的“低”信号。另外，当输入到第一输入端子301的第一电压值小于输入到第二输入端子302的第二电压值时，比较单元300可以向输出端子303提供指示“异常”的“高”信号。
根据实施例，如图5中所示，检测电路可以包括连接到第一输入端子301的第一电源单元310。第一电源单元310可以向第一输入端子301提供预定电压。作为示例，第一电源单元310可以设置为向第一输入端子301供应2V的电力。
另外，如图5中所示，检测电路可以包括连接到第二输入端子302和电路板160的第三信号线165的第一节点N1。检测电路可以包括在第一节点N1处与电路板160的第三信号线165并联连接的第一电阻器R1。
此外，如图5中所示，检测电路可以包括连接在第一电阻器R1和接地电极之间的第二电源单元320。可以选择第二电源单元320以提供比第一电源单元310更大的电压。作为示例，第二电源单元320可以被设置为供应5V的电力。
此外，检测电路可以包括连接在第二电源单元320和接地电极之间并且连接到电路板160的第四信号线167的第二节点N2。
检测电路可以包括布置在电路板160的第三信号线165和电路板160的第四信号线167之间的区域P，如图5中所示。
区域P中的布置在电路板160的第三信号线165与电路板160的第四信号线167之间的第三电阻器R3可以是存在于参考图4描述的电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第三连接布线171-第五连接布线173-第五结合部分177-焊盘153-第六结合部分179-第六连接布线174-第四连接布线172-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167中的电阻值。
作为示例，当扩散部件140通常固定在壳体130上时，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第三连接布线171-第五连接布线173-第五结合部分177-焊盘153-第六结合部分179-第六连接布线174-第四连接布线172-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167彼此电连接，第三电阻器R3的电阻值可以为零，或者可以具有接近零的电阻值。
作为示例，当扩散部件140在壳体130上分离和偏离时，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第三连接布线171-第五连接布线173-第五结合部分177-焊盘153-第六结合部分179-第六连接布线174-第四连接布线172-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167被电短路并且开路，第三电阻器R3的值可以具有大的电阻值。作为示例，可以测量第三电阻器R3以具有无穷大的电阻值或几兆欧到几十兆欧的电阻值。
在下文中，将更详细地描述检测扩散部件140是否偏离的方法。
<当扩散部件140正常固定在壳体130上时>
在这种情况下，因为扩散部件140正常连接在壳体130上，所以第五结合部分177和焊盘153或第六结合部分179和焊盘153可以正常连接。因此，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第三连接布线171-第五连接布线173-第五结合部分177-焊盘153-第六结合部分179-第六连接布线174-第四连接布线172-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167电连接，第三电阻器R3的电阻值可以具有接近零的值。
也就是说，因为图5中所示的检测电路中的第三电阻器R3的电阻值将具有为零的近似值，所以第一节点N1将具有为0V的近似值。作为示例，当向第二电源单元320施加5V的电压时，第三电阻器R3具有0.0001欧姆，并且第一电阻器R1具有5000欧姆，可以在第一节点N1处具有0V的近似值。
另外，当向第一电源单元310施加2V的电压时，可以将2V供应给第一输入端子301，并且可以将0V供应给第二输入端子302。因为输入到第一输入端子301的第一电压值大于输入到第二输入端子302的第二电压值，指示“正常”的“低”信号可以被供应给输出端子303。
同时，电路板160可以包括控制单元(未示出)，其接收从比较单元300输出的信号并控制半导体元件120的驱动。控制单元可以包括在检测电路中，但是控制单元不限于此。控制单元可以连接到输出端子303。因此，控制单元可以从比较单元300的输出端子303接收检测电路的逻辑值。即，当控制单元从输出端子303接收到指示“正常”的“低”信号时，控制单元可以控制以正常地供应被供应给半导体元件120的驱动功率。
作为示例，电路板160可以包括电连接到第一结合部分183的第一信号线和电连接到第二结合部分184的第二信号线。电路板160可以通过控制单元的控制通过第三信号线165和第四信号线167将驱动电压连续地供应到半导体元件120。
<当扩散部件140分离并偏离壳体130时>
在这种情况下，因为扩散部件140偏离壳体130，所以第五结合部分177与焊盘153之间或第六结合部分179与焊盘153之间的空间可以电短路。因此，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第三连接布线171-第五连接布线173-第五结合部分177-焊盘153-第六结合部分179-第六连接布线174-第四连接布线172-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167被电气打开，第三电阻器R3的电阻值将具有接近无穷大的大值。
也就是说，因为第三电阻器R3的电阻值在图5中所示的检测电路中具有接近无穷大的大值，所以第一节点N1将具有与施加到第二电源单元320的电压对应的值。作为示例，当向第二电源单元320施加5V的电压时，第三电阻器R3具有10兆欧姆，并且第一电阻器R1具有5000欧姆，可以在第一节点N1处具有5V的近似值。
另外，当向第一电源单元310施加2V的电压时，可以将2V供应给第一输入端子301，并且可以将5V供应给第二输入端子302。因此，因为输入到第一输入端子301的第一电压值小于输入到第二输入端子302的第二电压值，所以指示“异常”的“高”信号可以被供应给输出端子303。
当控制单元从输出端子303接收到指示“异常”的“高”信号时，控制单元可以控制切断被供应给半导体元件120的驱动功率。
作为示例，电路板160可以包括电连接到第一结合部分183的第一信号线和电连接到第二结合部分184的第二信号线。电路板160可以在控制单元的控制下通过第一信号线和第二信号线被供应给半导体元件120的驱动电压。因此，半导体元件120不再发射光束。
因此，根据按照第一实施例的半导体元件封装100，可以检测到扩散部件140与壳体130分离并且控制半导体元件120不被驱动。
如上所述，根据第一实施例，当通过使用电信号检测扩散部件140是否分离，并且扩散部件140被偏离时，施加到半导体元件120的驱动电压可能会被关闭。因此，在根据第一实施例的半导体元件封装100中，因为可以实时检测到扩散部件140偏离壳体130，并且可以实时控制施加到半导体元件120的驱动电压。因此，可以从根本上防止从半导体元件120发射的强光直接照射到人。
同时，作为另一示例，当输入到第一输入端子301的第一电压值大于输入到第二输入端子302的第二电压值时，比较单元300可以被设置为向输出端子303提供指示“正常”的“高”信号。另外，当输入到第一输入端子301的第一电压值小于输入到第二输入端子302的第二电压值时，比较单元300可以设置为向输出端子303提供指示“异常”的“低”信号。
根据第一实施例，因为在衬底110的外表面、壳体130的外表面和扩散部件140的外表面之间没有台阶，所以可以从根本上防止由于传统半导体元件封装中的台阶结构由于水分渗透、外部摩擦等而导致损坏的缺陷。
根据第一实施例，衬底110和壳体130以晶片级封装工艺制造，并且扩散部件140可以在分离工艺中附接到壳体130上。
根据第一实施例，扩散部件140可以通过设置在扩散部件140和壳体130的凹陷区域142之间的粘合层稳定地固定到壳体130。
根据第一实施例，因为配置感测单元的第三至第六连接构件和第三至第六结合部分147、149、177和179布置在半导体元件封装100的内部，所以可以在扩散部件140不受外部环境影响的情况下准确地检测扩散部件140的偏差。
根据第一实施例，因为配置感测单元的第三至第六连接构件和第三至第六结合部分147、149、177和179被布置在半导体元件封装100内部，所以可以阻止在检测由于外部冲击对传感单元的损坏引起的扩散部件140的偏差时的误差的可能性。
示例性实施例2
参考图6和7，将描述根据实施例的半导体元件封装。图6是图示根据第一实施例的半导体元件封装的横截面图，并且图7是图示根据第一实施例的半导体元件封装的平面图。
与第一实施例不同，第二实施例呈现一种结构，其中扩散部件140由保护层144固定，使得扩散部件140不偏离。在第二实施例中，相同的附图标记被指定为具有与第一实施例相同的形状和功能的元件，并且将省略其详细描述。
根据第二实施例的半导体元件封装100A可以包括衬底110和布置在衬底110上的半导体元件120。
根据第二实施例的半导体元件封装100A还可以包括壳体130，该壳体130围绕半导体元件120并且布置在衬底110的边缘处。
根据第二实施例的半导体元件封装100A还可以包括安放在壳体130的凹陷区域142中的扩散部件140。
根据第二实施例的半导体元件封装100A还可以包括布置在衬底110的上表面上的第一电极181和第二电极182。半导体元件120被布置在第一电极181上并且可以电连接到第一电极181。半导体元件120的一个区域可以使用导线191电连接到第二电极182。
根据第二实施例的半导体元件封装100A使用第一连接布线185和第二连接布线186电连接到第一电极181和第二电极182，并且还可以包括布置在衬底110的下表面上的第一结合部分183和第二结合部分183。第一连接布线185和第二连接布线186可以分别布置在穿过衬底110的第一通孔和第二通孔中。
根据第二实施例的半导体元件封装100A还可以包括电路板160，该电路板160包括至少一个信号线。第一结合部分183和第二结合部分184可以被电连接到电路板160的第一信号线和第二信号线。
根据第二实施例的半导体元件封装100A还可以包括保护层144。保护层144可以固定壳体130和扩散部件140。保护层144可以防止外部氧气或湿气渗入到壳体130中。保护层144可以保护壳体130、扩散部件140以及半导体元件120免受外部影响。
保护层144可以包括树脂基绝缘材料。具体地，保护层144可以包括硅酮树脂、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂、或高耐热材料。
保护层144可以包括无机材料。具体地，保护层144可以作为选自由例如SiO2、Si3N4、Al2O3、以及TiO2组成的组中的至少一种材料提供。
保护层144可以包括导电材料。保护层144可以设置有导电材料，例如金属材料。具体地，保护层144可以作为选自由Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、以及Au或其合金组成的组中的单一材料提供。
当保护层144由导电材料形成时，可以使用导电焊膏将保护层144固定到电路板160。当保护层144由树脂基绝缘材料形成时，保护层144可以直接固定到电路板160。
保护层144可以布置在衬底110的外表面周围。保护层144可以布置在壳体130的外表面周围。保护层144可以布置在壳体130的上表面上。保护层144可以沿着扩散部件140的边缘布置。
例如，保护层144可以包括沿着扩散部件140的边缘布置的第一区域和从第一区域延伸并且经由壳体130的外表面接触电路板160的第二区域。
为了增强固定，可以在衬底110的外表面处提供粘合层，其与保护层144、壳体130的外表面、壳体130的上表面以及扩散部件140的边缘的部分区域接触。
保护层144的一侧可以与电路板160接触，并且保护层144的另一侧可以与扩散部件140的边缘的部分区域接触。
如图7中所示，当从顶部观察时，保护层144可以具有闭环形状。也就是说，保护层144可以沿着衬底110的外表面的周边、壳体130的外表面的周边以及扩散部件140的边缘的周边布置。
保护层144可以称为包覆层。
根据第二实施例，因为安放在壳体130上的扩散部件140由保护层144固定，所以由于扩散部件140的偏离而从半导体元件120发射的强光不会直接照射到人体眼睛，从而提高产品的可靠性。
根据第二实施例，因为安放在壳体130上的扩散部件140由保护层144固定，所以机械稳定性优异并且可以安全地保护半导体元件120免受外部冲击。
根据第二实施例，因为壳体130被保护层144包围，所以可以防止外部氧气或湿气渗透到半导体元件120中。
示例性实施例3
图8是图示根据第三实施例的半导体元件封装的横截面图。
第三实施例呈现组合第一实施例的感测部件和第二实施例的保护层144的结构。因此，在第三实施例中，相同的附图标记被指定给具有与第一和第二实施例相同的形状和功能的元件，并且将省略其详细描述。
根据第三实施例的半导体元件封装100B可以包括衬底110、半导体元件120、第一和第二电极181和182、第一和第二连接布线185和186、第一和第二结合部分183和184、衬底110、壳体130和扩散部件140。
根据第三实施例的半导体元件封装100B还可以包括用于感测扩散单元140的偏差的感测部件。感测部件可以包括第三至第六结合部分147、149、177和179以及第三至第六连接部分。
根据第三实施例的半导体元件封装100B还可以包括保护层144。保护层144可以固定壳体130和扩散部件140。保护层144可以防止外部氧气或湿气渗入到壳体130中。保护层144可以保护壳体130、扩散部件140以及半导体元件120免受外部影响。
保护层144可以包括基于树脂的绝缘材料。具体地，保护层144可以包括硅酮树脂、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂、或高耐热材料。
保护层144可以包括无机材料。具体地，保护层144可以作为选自由例如SiO2、Si3N4、Al2O3、以及TiO2组成的组中的至少一种材料提供。
保护层144可以包括导电材料。保护层144可以设置有导电材料，例如金属材料。具体地，保护层144可以作为选自由Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag、以及Au或其合金组成的组中的单一材料提供。
当保护层144由导电材料形成时，可以使用导电焊膏将保护层144固定到电路板160。当保护层144由树脂基绝缘材料形成时，保护层144可以直接固定到电路板160。
保护层144可以布置在衬底110的外表面周围。保护层144可以布置在壳体130的外表面周围。保护层144可以布置在壳体130的上表面上。保护层144可以沿着扩散部件140的边缘布置。
为了增强固定，可以在衬底110的外表面处提供粘合层，其与保护层144、壳体130的外表面、壳体130的上表面和扩散部件140的边缘的部分区域接触。
保护层144的一侧可以与电路板160接触，并且保护层144的另一侧可以与扩散部件140的边缘的部分区域接触。
当从上方观察时，保护层144可以具有闭环形状(参见图7)。
示例性实施例4
参考图9和10，将描述根据实施例的半导体元件封装。图9是图示根据第四实施例的半导体元件封装的横截面图，并且图10是图示根据第四实施例的半导体元件封装的平面图。
第四实施例呈现一种结构，其中第二实施例的保护层144被划分成第一保护层145和第二保护层146，并由导电材料形成以组成感测部件。在第四实施例中，相同的附图标记被指定到具有与第二实施例相同的形状和功能的元件，并且将省略其详细描述。
根据第四实施例的半导体元件封装100C可以包括衬底110和布置在衬底110上的半导体元件120。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括壳体130，该壳体130围绕半导体元件120并布置在衬底110的边缘处。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括被安放在壳体130的凹陷区域142中的扩散部件140。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括布置在衬底110的上表面上的第一电极181和第二电极182。半导体元件120被布置在第一电极181上并且可以电连接到第一电极181。半导体元件120的一个区域可以使用导线191被电连接到第二电极182。
根据第四实施例的半导体元件封装100C使用第一连接布线185和第二连接布线186电连接到第一电极181和第二电极182，并且还可以包括布置在衬底110的下表面上的第一结合部分183和第二结合部分184。第一连接布线185和第二连接布线186可以分别布置在穿过衬底110的第一和第二通孔中。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括电路板160，该电路板160包括至少一个信号线。第一结合部分183和第二结合部分184可以电连接到电路板160的第一信号线和第二信号线。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括保护层145和146。保护层145和146可以固定壳体130和扩散部件140。保护层145和146可以防止外部氧气或水分被渗入到壳体130中。保护层145和146可以保护壳体130、扩散部件140以及半导体元件120免受外部的影响。
特别地，保护层145和146可以包括导电材料。保护层145和146可以设置有导电材料，例如金属材料。具体地，保护层145和146可以作为选自由Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag和Au，或其合金组成的组的单一材料提供。因此，保护层145和146可以称为导电层。
保护层145和146可以布置在衬底110的外表面周围。保护层145和146可以布置在壳体130的外表面周围。保护层145和146可以布置在壳体130的外表面上。保护层145和146可以沿着扩散部件140的边缘布置。
保护层可以包括第一保护层145和第二保护层146。第一保护层145和第二保护层146可以彼此间隔开。
如图10中所示，第一保护层145可以布置在衬底110的第一外侧表面周围，在壳体130的第一外侧表面周围，在壳体130的一侧的上表面上，并且在扩散部件140的第一端的部分区域中。第二保护层146可以被布置在壳体130的第二外侧表面周围，在壳体130的第二外侧表面周围，在壳体的另一侧的上表面上，并且在扩散部件140的第二端的部分区域中。
衬底110的第一外侧表面的周边和衬底110的第二外侧表面的周边可以彼此面对并且可以彼此对称。壳体130的第一外侧表面的周边和壳体130的第二外侧表面的周边可以彼此面对并且可以彼此对称。壳体130的一侧的上表面和壳体130的另一侧的上表面可以彼此面对并且可以彼此对称。扩散部件140的第一端的部分区域和扩散部件140的第二端的部分区域可以彼此面对并且可以彼此对称。
第一保护层145和第二保护层146可以布置为彼此间隔开，使得不发生电短路。例如，第一保护层145和第二保护层146之间的距离可以是50nm至200nm。在第一保护层145和第二保护层146之间的50nm或更远的距离防止电短路。当第一保护层145和第二保护层146之间的距离为200nm或更小时，可以尽可能地围绕壳体130或扩散部件140。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括布置在扩散部件140上的焊盘153。
焊盘153可以包括导电材料，即，金属材料。焊盘153可以电连接到第一保护层145并且可以电连接到第二保护层146。
焊盘153可以以单层或多层提供。作为示例，焊盘153可以包括从由Cr、Ni、Au、Ti和Pt或其合金组成的组中选择的至少一种材料。另外，作为示例，焊盘153可以作为Cr/Ni/Au、Ti/Pt/Au或Ti/Au被提供。
粘合层(未示出)可以布置在焊盘153上。粘合层可以使用金属结合方法将第一和第二保护层145和146电连接到焊盘153。也就是说，第一保护层145可以经由粘合层电连接到焊盘153的一侧区域，并且第二保护层146可以经由粘合层被电连接到焊盘153的另一侧区域。
粘合层可以作为选自由Ag、Au和AuSn组成的组中的至少一种材料被提供。
焊盘153可以沿着扩散部件140的上表面的周边布置。焊盘153可以具有闭环形状。因此，第一保护层145可以电连接到焊盘153的部分区域，并且第二保护层146可以电连接到焊盘153的另一部分区域。
根据第四实施例的半导体元件封装100C还可以包括分别布置在第一保护层145和第二保护层146的下表面上的结合部分147和149。
结合部分可以被称为第三结合部分147和第四结合部分149，以便区分上述第一结合部分183和第二结合部分184。
第三结合部分147和第四结合部分149可以通过与第一结合部分183和第二结合部分184相同的结合工艺共同形成，但是本发明不限于此。在这种情况下，第一至第四结合部分183、184、147和149可以包括相同的金属材料，但是本发明不限于此。
第三结合部分147可以电连接到电路板160的第三信号线165，并且第四结合部分149可以电连接到电路板160的第四信号线167。
第一和第二保护部件可以被称为用于感测扩散部件140的偏差的感测部件。可替选地，第一和第二保护部件和焊盘153可以被称为用于感测扩散部件140的偏差的感测部件。可替选地，第一和第二保护部件、焊盘153、以及第三和第四结合部分147和149可以被称为用于感测扩散部件140的偏差的感测部件。
电路板160可以包括检测电路(参见图6)，其可以检测扩散部件140是否与壳体130分离。检测电路可以包括布置在电路板160的第三信号线165和电路板160的第四信号线167之间的区域P，如图5中所示。
区域P中的布置在电路板160的第三信号线165与电路板160的第四信号线167之间的第三电阻器R3可以是存在于参考图9描述的电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第一保护层145-焊盘153-第二保护层146-第四结合部分149-第四信号线167中的电阻值。
作为示例，当扩散部件140正常固定在壳体130上时，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第一保护层145-焊盘153-第二保护层146-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167彼此电连接，第三电阻器R3的电阻值可以为零或者可以具有接近零的电阻值。
作为示例，当扩散部件140在壳体130上分离和偏离时，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第一保护层145-焊盘153-第二保护层146-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167被电短路并开路，第三电阻器R3的值可以具有大的电阻值。作为示例，可以测量第三电阻器R3以具有无穷大的电阻值或几兆欧姆到几十兆欧姆的电阻值。
<当扩散部件140正常固定在壳体130上时>
在这种情况下，由于扩散部件140正常连接在壳体130上，所以第一保护层145和焊盘153或第二保护层146和焊盘153可以正常连接。因此，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第一保护层145-焊盘153-第二保护层146-第四结合部分149-电路板160的第四信号线167被电连接，第三电阻器R3的电阻值可以具有接近零的值。
也就是说，因为图5中所示的检测电路中的第三电阻器R3的电阻值将具有零的近似值，所以第一节点N1将具有为0V的近似值。作为示例，当向第二电源单元320施加5V的电压时，第三电阻器R3具有0.0001欧姆，并且第一电阻器R1具有5000欧姆，可以在第一节点N1处具有0V的近似值。
另外，当向第一电源单元310施加2V的电压时，可以将2V供应给第一输入端子301，并且可以将0V供应给第二输入端子302。因此，因为输入到第一输入端子301的第一电压值大于输入到第二输入端子302的第二电压值，指示“正常”的“低”信号可以被供应给输出端子303。
同时，电路板160可以包括控制单元(未示出)，其接收从比较单元300输出的信号并控制半导体元件120的驱动。控制单元可以包括在检测电路中，但是控制单元不限于此。控制单元可以连接到输出端子303。因此，控制单元可以从比较单元300的输出端子303接收检测电路的逻辑值。即，当控制单元从输出在303接收到指示“正常”的“低”信号时，控制单元可以控制正常地供应被供应给半导体元件120的驱动功率。
作为示例，电路板160可以包括电连接到第一结合部分183的第一信号线和电连接到第二结合部分184的第二信号线。电路板160可以通过控制单元的控制通过第三信号线165和第四信号线167将驱动电压连续地供应到半导体元件120。
<当扩散部件140分离并偏离壳体130时>
在这种情况下，因为扩散部件140偏离壳体130，所以第一保护层145和焊盘153之间或第二保护层145和焊盘153之间的空间可以电短路。因此，因为电路板160的第三信号线165-第三结合部分147-第一保护层145-焊盘153-第二保护层146-第四结合部分163-电路板160的第四信号线167被电开路时，第三电阻器R3的电阻值将具有接近无穷大的大值。
也就是说，因为第三电阻器R3的电阻值在图5中所示的检测电路中具有接近无穷大的大值，第一节点N1将具有与施加到第二电源单元320的电压对应的值。作为示例，当向第二电源单元320施加5V的电压时，第三电阻器R3具有10兆欧姆的电压，并且第一电阻器R1具有5000欧姆，可以在第一节点N1处具有5V的近似值。
另外，当向第一电源单元310施加2V的电压时，可以将2V供应给第一输入端子301，并且可以将5V供应给第二输入端子302。因此，因为输入到第一输入端子301的第一电压值小于输入到第二输入端子302的第二电压值，指示“异常”的“高”信号可以被供应给输出端子303。
同时，当控制单元从输出端子303接收到指示“异常”的“高”信号时，控制单元可以控制切断供应给半导体元件120的驱动功率。
作为示例，电路板160可以包括电连接到第一结合部分183的第一信号线和电连接到第二结合部分184的第二信号线。电路板160可以通过控制单元的控制通过第一信号线和第二信号线切断供应给半导体元件120的驱动电压。因此，半导体元件120不再发射光束。
因此，根据按照第一实施例的半导体元件封装100C，可以检测到扩散部件140与壳体130分离并且控制半导体元件120不被驱动。
如上所述，根据第四实施例，当通过使用电信号检测扩散部件140是否分离，并且扩散部件140偏离时，施加到半导体元件120的驱动电压可能会被切断。因此，在根据第四实施例的半导体元件封装100C中，因为可以实时检测到扩散部件140偏离壳体130，并且可以实时控制施加到半导体元件120的驱动电压。因此，可以从根本上防止从半导体元件120发射的强光直接照射到人。
示例性实施例5
图11是图示根据第五实施例的半导体元件封装的横截面图，图12是图示电极焊盘的形状的第一示例性视图，图13是图示电极焊盘的形状的第二示例性视图，并且图14是图示电极焊盘的形状的第三示例性视图。
参考图11，可以省略与参考图1至图10描述的内容冗余的根据第五实施例的半导体元件封装的描述。
参考图11和图12，根据第五实施例的半导体器件封装100D可以包括衬底110和布置在衬底110上的半导体器件120。
衬底110可以包括具有高导热率的材料。衬底110可以设置有具有优异散热特性的材料，以便有效率地将半导体元件120中产生的热量排放到其外部。衬底110可以包括绝缘材料。
例如，衬底110可以包括陶瓷材料。衬底110可以包括共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。
另外，衬底110可以包括金属化合物。衬底110可以包括具有140W/mK或更高的导热率的金属氧化物。例如，衬底110可以包括氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)。
作为另一示例，衬底110可以包括基于树脂的绝缘材料。衬底110可以设置有硅酮树脂、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂或高耐热材料。
同时，作为另一示例，衬底110可以包括导电材料。当衬底110设置有导电材料，例如金属时，可以提供绝缘层，用于衬底110和半导体元件120之间的电绝缘。
根据第五实施例的半导体元件120可以选自包括发光二极管器件和激光二极管器件的发光器件。作为示例，半导体元件120可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)半导体元件。VCSEL半导体元件可以在垂直于其顶表面的方向中发射光束。VCSEL半导体元件可以以例如约15至25度的光束角向上发射光束。VCSEL半导体元件可以包括发射圆形光束的单个发光孔或多个发光孔。稍后将描述VCSEL半导体元件的示例。
根据第五实施例的半导体元件封装100还可以包括壳体130。壳体130可以布置在衬底110上。壳体130可以布置在半导体元件120周围。
壳体130可以包括具有高导热率的材料。壳体130可以设置有具有优异散热特性的材料，以便有效率地将半导体元件120中产生的热量排放到其外部。壳体130可以包括绝缘材料。
例如，壳体130可以包括陶瓷材料。壳体130可以包括共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。
另外，壳体130可以包括金属化合物。壳体130可以包括具有140W/mK或更高的导热率的金属氧化物。例如，壳体130可以包括氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)。
作为另一示例，壳体130可以包括基于树脂的绝缘材料。壳体130可以设置有硅酮树脂、环氧树脂、包括塑料材料的热固性树脂或高耐热材料。
同时，作为另一示例，壳体130可以包括导电材料。壳体130可以设置有导电材料，例如金属。
作为示例，壳体130可以包括与衬底110的材料相同的材料。当壳体130由与衬底110的材料相同的材料形成时，壳体130可以与衬底110一体地形成。
另外，壳体130可以由与衬底110的材料不同的材料形成。
根据按照第五实施例的半导体元件封装100D，衬底110和壳体130可以设置有具有优异散热特性的材料。因此，半导体元件120中产生的热量可以有效地排放到其外部。
根据第五实施例，当衬底110和壳体130作为单独的部件被设置并且耦合时，可以在衬底110和壳体130之间设置粘合层。
作为示例，粘合层可以包括有机材料。粘合层可以包括环氧基树脂。另外，粘合层可以包括硅酮基树脂。
包括衬底110和壳体130的半导体元件封装可以例如通过晶片级封装工艺制造。也就是说，半导体元件120和壳体130以晶片级附接到衬底110上，并且可以提供多个半导体元件封装，其中半导体元件120和壳体130通过诸如切片等的切割方法被耦合到衬底110。
如上所述，当通过晶片级封装工艺制造包括衬底110和壳体130的半导体元件封装100D时，衬底110的外表面和壳体130的外表面可以形成在同一平面中。也就是说，在衬底110的外表面和壳体130的外表面之间没有台阶。
根据第五实施例，因为在衬底110的外表面和壳体130的外表面之间没有台阶，所以可以从根本上防止由于台阶结构通过水分渗透导致的故障和由于传统半导体元件封装中的外部摩擦等引起的损坏。
另外，根据第五实施例的半导体元件封装100还可以包括布置在衬底110上的第一电极181和第二电极182。第一电极181和第二电极182可以布置为在衬底110上彼此间隔开。
作为示例，半导体元件120可以布置在第一电极181上。半导体元件120可以通过例如管芯结合方法被设置在第一电极181上。
半导体元件120可以电连接到第二电极182。作为示例，半导体元件120和第二电极182可以通过连接布线电连接。半导体元件120可以通过多个连接布线电连接到第二电极182。半导体元件120可以通过第一导线191电连接到第二电极182。另外，半导体元件120可以通过第二导线191电连接到第二电极182。
连接半导体元件120和第二电极182的导线的数量及其连接位置可以通过半导体元件120的尺寸或半导体元件120中所需的电流扩散程度来选择。
根据第五实施例的半导体元件封装100D可以包括布置在衬底110下面的第一结合部分183和第二结合部分184。例如，第一结合部分183和第二结合部分184可以被电连接到电路板160的信号线(未示出)。
第一结合部分183可以布置在衬底110的下表面上。第一结合部分183可以电连接到第一电极181。第一结合部分183可以通过第一电极布线185电连接到第一电极181。第一连接布线185可以布置在例如设置在衬底110中的第一通孔中。
第二结合部分184可以布置在衬底110的下表面上。第二结合部分184可以电连接到第二电极182。第二结合部分184可以通过第二连接布线186电连接到第二电极182。第二连接布线186可以布置在例如设置在衬底110中的第二通孔中。
根据第五实施例，可以通过电路板160向半导体元件120供应驱动功率。
已经基于半导体元件120通过管芯结合方法连接到第一电极181并通过导线结合方法被连接到第二电极182的情况描述根据上述第五实施例的半导体元件封装100D。
然而，可以不同地修改和应用向半导体元件120供应驱动功率的方式。例如，半导体元件120可以通过倒装芯片结合方法被电连接到第一电极181和第二电极182。另外，半导体元件120可以通过引线结合方法被电连接到第一电极181和第二电极182。
另外，根据第五实施例的半导体元件封装100D可以包括扩散部件140。扩散部件140可以布置在半导体元件120上。扩散部件140可以布置在壳体130上。扩散部件140可以由壳体130支撑。扩散部件140可以由壳体130的侧壁支撑。作为示例，扩散部件140的下表面可以由壳体130的侧壁支撑。
扩散部件140可以包括被配置成扩展从半导体元件120发射的光束的视角的功能。扩散部件140可以包括例如微透镜、凹凸图案等等。
扩散部件140可以根据半导体元件封装100D的应用领域来设置光束的视角。另外，扩散部件140可以根据半导体元件封装100D的应用领域设置发光强度。
另外，扩散部件140可以包括抗反射功能。例如，扩散部件140可以包括布置在面对半导体元件120的一个表面上的抗反射层。扩散部件140可以包括布置在面向半导体元件120的下表面上的抗反射层。抗反射层防止从半导体元件120入射的光从扩散部件140的表面反射并将光透射到扩散部件140中，从而改善由于反射导致的光损耗。
抗反射层可以由例如抗反射涂层膜形成并且附接到扩散部件140的表面。此外，抗反射层可以通过旋涂、喷涂等形成在扩散部件140的表面上。作为示例，抗反射层可以形成为单层或多层，其包括包括TiO2、SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、以及MgF2的组中的至少一种。
根据第五实施例的半导体元件封装100D可以包括设置在扩散部件140和壳体130之间的粘合层。作为示例，粘合层可以包括有机材料。粘合层可以包括环氧基树脂。另外，粘合层可以包括硅酮基树脂。
同时，如上所述，衬底110和壳体130可以通过晶片级封装工艺制造。根据第五实施例，扩散部件140也可以通过晶片级封装工艺附接到壳体130上。
也就是说，在半导体元件120和壳体130在晶片级处附接到衬底110上并且扩散部件140被附接到壳体130上之后，可以提供多个半导体元件封装100D，其中半导体元件120、壳体130以及扩散部件140可以通过诸如切片等的切割方法耦合到衬底110。
如上所述，当包括衬底110、壳体130和扩散部件140的半导体元件封装100D通过晶片级封装工艺制造时，衬底110的外表面、壳体130的外表面、扩散部件140的外表面形成在同一平面中。也就是说，在衬底110的外表面、壳体130的外表面和扩散部件140的外表面之间没有台阶。
根据第五实施例，因为在衬底110的外表面、壳体130的外表面和扩散部件140的外表面之间没有台阶，所以可以从根本上防止由于传统半导体元件封装中的台阶结构由于水分渗透、外部摩擦等而导致损坏的缺陷。
另外，根据第五实施例，衬底110和壳体130以晶片级封装工艺制造，并且扩散部件140可以在分离的工艺中附接到壳体130上。
根据第五实施例的半导体元件封装100D可以包括电极焊盘150。
电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面上。作为示例，电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面周围。电极焊盘150可以布置在扩散部件140的外部区域中。
电极焊盘150可以包括第一区域151和第二区域152，该第一区域151和第二区域152布置为彼此间隔开。电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以设置为彼此电连接。
作为示例，如图12中所示，电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以布置在扩散部件140的上表面的相对侧上。电极焊盘150可以相对于扩散部件140的上表面在第一侧上设置有a1的宽度，在第二侧上设置有a2的宽度，在第三侧上设置有a3的宽度，并且在第四侧上设置有a4的宽度。
此时，第一侧和第三侧可以布置为相对于扩散部件140的上表面彼此面对。根据第五实施例，电极焊盘150的第一区域151可以布置在第一侧上，并且电极焊盘150的第二区域152可以布置在第三侧上。
作为示例，可以设置a1、a2、a3和a4的宽度彼此相等。另外，可以不同地设置从a1、a2、a3和a4中选择的至少两个宽度。作为示例，a1、a2、a3和a4的宽度可以分别设置为几百微米。
a1、a2、a3和a4的宽度可以选择得大，使得可以忽略电极焊盘150的各个区域之间的连接电阻。另外，a1、a2、a3和a4的宽度可以选择得小，以便具有这样的值，使得从半导体元件120提供的光不会影响提供给外部的光束的视角。
考虑到这一点，作为示例，a1、a2、a3和a4的宽度可以设置为100微米或更大。此外，作为示例，a1、a2、a3和a4的宽度可以设置为600微米或更小。
另外，根据第五实施例，a1、a2、a3和a4的宽度可以选择为可以结合第一导线171和第二导线172的尺寸。
同时，在参考图12描述的第五实施例中，已经基于电极焊盘150的第一区域151和第二区域152相对于扩散部件140的上表面布置在彼此面对的侧面的情况进行描述。然而，根据在另一实施例中，在电极焊盘150中结合连接布线的区域可以相对于扩散部件140的上表面布置在四个侧面的至少两侧上。
根据第五实施例，电极焊盘150可以以单层或多层设置。作为示例，电极焊盘150可以包括选择由Cr、Ni、Au、Ti和Pt或其合金组成的组的至少一种材料。另外，作为示例，电极焊盘150可以作为Cr/Ni/Au、Ti/Pt/Au或Ti/Au被提供。
同时，根据按照第五实施例的半导体元件封装100D，可以对布置在扩散部件140中的电极焊盘150的布置位置进行各种修改和选择。
如图13中所示，可以包括布置在扩散部件140上的电极焊盘150。
电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面上。作为示例，电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面周围。电极焊盘150可以布置在扩散部件140的外部区域中。
电极焊盘150可以包括第一区域151和第二区域152，该第一区域151和第二区域152布置为彼此间隔开。电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以设置为彼此电连接。
作为示例，如图13中所示，电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以布置在彼此面对的对角线区域中。电极焊盘150可以包括相对于扩散部件140的上表面设置在第一拐角处的第一区域151。另外，电极焊盘150可以包括相对于扩散部件140的上表面设置在面向第一拐角的第三拐角处的第二区域152。
根据实施例，第一区域151可以设置有宽度b1。另外，可以基于第一区域151的尺寸来设置第二区域152。此外，焊盘150可以基于第一区域151的尺寸布置在其中布置第一区域151的第一拐角和其中布置第二区域152的第三拐角之间的第二拐角和第四拐角处。
另外，布置在连接各个边缘区域的侧面上的电极焊盘150可以设置有宽度b2。作为示例，可以设置b2的宽度小于b1的宽度。
可以选择b1和b2的宽度大，使得可以忽略电极焊盘150的各个区域之间的电阻。b1和b2的宽度可以选择为小以具有这样的值，使得从半导体元件120提供的光不会影响提供给外部的光束的视角。
考虑到这一点，b1和b2可以被设置为几百微米的尺寸。作为示例，b1可以被设置为600微米或更小，并且b2可以被设置为100微米或更大。
另外，根据实施例，b1的宽度可以选择为使得第一导线171和第二导线172可以结合的尺寸。在电极焊盘150的第一区域151中，连接布线可以连接到多个点151a和151b。此外，在电极焊盘150的第二区域152中，连接布线可以连接到多个点152a和152b。
根据实施例，电极焊盘150可以以单层或多层提供。作为示例，电极焊盘150可以包括选自由Cr、Ni、Au、Ti和Pt或其合金组成的组中的至少一种材料。另外，作为示例，电极焊盘150可以被提供为Cr/Ni/Au、Ti/Pt/Au或Ti/Au。
同时，在参考图13描述的实施例中，已经基于其中电极焊盘150的第一区域151和第二区域152相对于扩散部件140的上表面布置在彼此面对的对角线上的情况进行描述。然而，根据另一实施例中，在电极焊盘150中结合连接布线的区域可以相对于扩散部件140的上表面布置在四个拐角的至少两个拐角区域上。
另外，根据按照第五实施例的半导体元件封装100D，可以修改和设置布置在扩散部件140中的电极焊盘150的布置位置，如图14中所示。
如图14中所示，可以包括布置在扩散部件140上的电极焊盘150。
电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面上。作为示例，电极焊盘150可以布置在扩散部件140的上表面的外部区域中。
电极焊盘150可以包括第一区域151和第二区域152，该第一区域151和第二区域152布置为彼此间隔开。电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以设置为彼此电连接。
作为示例，如图14中所示，电极焊盘150的第一区域151和第二区域152可以相对于扩散部件140的上表面设置在一侧。电极焊盘150可以设置有c1的宽度。作为示例，c1的宽度可以被设置为几百微米。
c1的宽度可以被选择为大，使得可以忽略电极焊盘150的每个区域之间的电阻。c1的宽度可以选择为小，以便具有使得从半导体元件120提供的光不会影响提供给外部的光束的视角的值。
考虑到这一点，作为示例，c1的宽度可以设置为100微米或更大。另外，作为示例，c1的宽度可以设置为600微米或更小。
另外，根据实施例，c1的宽度可以选择为使得第一导线171和第二导线172可以结合的尺寸。在电极焊盘150的第一区域151中，连接布线可以连接到多个点151a和151b。此外，在电极焊盘150的第二区域152中，连接布线可以连接到多个点152a和152b。
同时，已经基于电极焊盘150设置在扩散部件140的上表面上的情况进行以上描述。然而，根据另一实施例，电极焊盘150可以设置在扩散部件140的侧表面上。另外，电极焊盘150可以一起设置在扩散部件140的上表面和侧表面上。
根据第五实施例的半导体元件封装100D可以包括电路板160。
电路板160可以布置在衬底110下面。衬底110可以由电路板160支撑。电路板160可以向半导体元件120提供驱动功率。电路板160可以被电连接到电极焊盘150。
电路板160可以包括第一端子161和第二端子162。
第一端子161可以电连接到电极焊盘150。作为示例，第一端子161可以电连接到电极焊盘150的第一区域151。第一端子161和电极焊盘150可以通过多个连接布线电连接在第一区域151的多个点151a和151b处。
第二端子162可以电连接到电极焊盘150。作为示例，第二端子162可以电连接到电极焊盘150的第二区域152。第二端子162和电极焊盘150可以通过多个连接布线被电连接在第二区域152的多个点152a和152b处。
第一端子161和第二端子162可以通过导线被电连接到电极焊盘150。作为示例，第一端子161和第二端子162可以通过楔形结合方法被电连接到电极焊盘150。
图15是用于描述应用于制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法的楔形结合的视图，并且图16是图示通过制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法楔形结合的连接布线的形状的照片。
根据楔形结合方法，如图15中所示，导线170可以插入楔形件176中并按压在焊盘175上。此时，热量和超声波振动可以通过控制装置178传递到导线170，并且导线170可以被分离成第一导线170和第二导线170b。因此，第一导线170a可以通过楔形件176稳定地结合到焊盘175。
作为示例，如图15和图16中所示，第一导线170a可以被按压并结合到焊盘175。第一导线170a的上表面可以以由楔形件176按压的形状以楔形结合长度“d”稳定地结合到焊盘175。
根据实施例，导线170可以包括选自由Al和Au组成的组中的至少一种材料。此外，导线170可以被设置有几十微米到几百微米的直径。作为示例，导线170可以被设置有75微米至650微米的直径。
另外，根据实施例，如图11至图14中所示，可以通过第一导线171来电连接电极焊盘150的第一区域151和第一端子161。第一导线171可以布置为与电极焊盘150的上表面直接接触。此外，第一导线171可以布置为与第一端子161的上表面直接接触。
电极焊盘150的第二区域152和第二端子162可以通过第二导线172电连接。第二导线172可以布置为与电极焊盘150的上表面直接接触。另外，第二导线172可以布置为与第二端子162的上表面直接接触。
作为示例，第一端子161和第二端子162可以包括选自由Cr、Ni、Au、Ti和Pt或其合金组成的组中的至少一种材料。另外，作为示例，第一端子161和第二端子162可以作为Cr/Ni/Au、Ti/Pt/Au或Ti/Au被提供。
应用于根据第五实施例的半导体元件封装100D的壳体130可以形成为小体积，其中水平长度、垂直长度和厚度都是几毫米。作为示例，壳体130的水平长度和垂直长度可以形成在3毫米和4毫米之间，并且总厚度可以在1毫米和2毫米之间。
如上所述，电极焊盘150与第一端子161或第二端子162之间的距离可以是1毫米或更大。因此，存在当通过通常可应用的球结合方法形成连接布线时结合稳定性可能劣化的风险。
然而，根据第五实施例的半导体元件封装100D，通过应用楔形结合方法，可以在振动和耐久性方面提供强结合力。因此，根据实施例，可以在电极焊盘150和第一端子161之间形成具有稳定结合力的第一导线171。此外，可以在电极焊盘150和第二端子162之间形成具有稳定结合力的第二导线172。
示例性实施例6
图17是图示根据第六实施例的半导体元件封装的横截面图。
参考图17，可以省略与与参考图1至图16描述的内容冗余的根据第六实施例的半导体元件封装的描述。
参考图17，根据第六实施例的半导体元件封装100E可以包括衬底110、半导体元件120、壳体130和扩散部件140。
半导体元件120可以布置在衬底110上。壳体130可以布置在衬底110上并且布置在半导体元件120周围。扩散部件140可以布置在壳体130上。
同时，尽管扩散部件140和壳体130可以通过粘合层稳定地固定，但是扩散部件140可以在诸如长期使用半导体元件封装或者振动的极端环境中与壳体130分离的可能性可能被上升。在这种情况下，当扩散部件140偏离壳体130时，从半导体元件120发射的强光可以直接照射到外部而不通过扩散部件140。
然而，当根据第六实施例的半导体元件封装100E用于检测人的移动时，未通过扩散部件140的强光可以直接照射到人眼。作为示例，当从半导体元件120发射的强光直接照射到人眼时，存在人可能失去视力的风险。
因此，正在研究可以防止扩散部件140与壳体130分离的可靠方法。此外，在扩散部件140可以在极端环境中与壳体130分离的随机假设下，需要提供一种稳定的方法，该方法可以防止人受到从半导体元件120发射的强光的伤害。
根据第六实施例的半导体元件封装100E提供一种能够使用电信号检测扩散部件140和壳体130是否分离的方法。根据第六实施例，存在通过提供使用电信号的检测方法而不是物理检测方法可以快速检测扩散部件140的偏差并且可以快速处理与其相关联的后续动作的优点。
也就是说，根据按照第六实施例的半导体元件封装100，可以使用电信号来检测扩散部件140的偏差，并且可以切断施加到半导体元件120的驱动电压。因此，可以实时检测扩散部件140偏离壳体130，并且通过半导体元件120的控制，可以从根本上防止从半导体元件120发射的强光直接照射到人。
根据第六实施例的半导体元件封装100E可以包括电极焊盘150。根据实施例的电极焊盘150可以以与参考图12至图14描述的内容类似的方式布置在扩散部件140上。
另外，根据第六实施例的半导体元件封装100D可以包括电路板160。
电路板160可以布置在衬底110下面。衬底110可以由电路板160支撑。电路板160可以向半导体元件120提供驱动功率。电路板160可以被电连接到电极焊盘150。
电路板160可以包括第一端子161和第二端子162。
第一端子161可以电连接到电极焊盘150。作为示例，第一端子161可以电连接到电极焊盘150的第一区域151。
第二端子162可以电连接到电极焊盘150。作为示例，第二端子162可以电连接到电极焊盘150的第二区域152。
第一端子161和第二端子162可以通过导线电连接到电极焊盘150。作为示例，第一端子161和第二端子162可以通过夹子结合方法电连接到电极焊盘150。
电极焊盘150的第一区域151和第一端子161可以通过第一导电夹271电连接。另外，电极焊盘150的第二区域152和第二端子162可以通过第二导电夹272电连接。
根据第六实施例，第一结合层273可以布置在电极焊盘150的第一区域151和第一导电夹271之间。第一结合层273可以布置在第一区域的上表面151和第一导电夹271的第一区域的下表面之间。
另外，第二结合层274可以布置在第一端子161和第一导电夹271之间。第二结合层274可以布置在第一端子161的上表面和第二导电夹271的第二区域的下表面之间。
根据第六实施例，第三结合层275可以布置在电极焊盘150的第二区域152和第二导电夹272之间。第三结合层275可以布置在第二区域152的上表面和第二导电夹272的第一区域的下表面之间。
另外，第四结合层276可以布置在第二端子162和第二导电夹272之间。第四结合层276可以布置在第二端子162的上表面和第二导电夹272的第二区域的下表面之间。
根据夹子结合方法，第一导电夹子271可以通过超声波焊接直接结合到第一结合层273和第二结合层274。超声波焊接是一种结合方法，其中电能通过振动器转换成机械能，并且然后通过喇叭传输到结合物体，此时，结合表面发生熔化，并通过在结合表面处瞬间产生摩擦热执行结合。
第一结合层273、第二结合层274、第三结合层275和第四结合层276可以由选自由Cu、Al和Sn或者其合金组成的组中的至少一种材料形成。第一结合层273、第二结合层274、第三结合层275和第四结合层276可以设置为几微米的厚度。例如，第一结合层273、第二结合层274、第三结合层275和第四结合层276可以设置为5至50微米。
应用于根据第六实施例的半导体元件封装100E的壳体130可以形成为小体积，其中水平长度、垂直长度和厚度都是几毫米。作为示例，壳体130的水平长度和垂直长度可以形成在3毫米和4毫米之间，并且总厚度可以在1毫米和2毫米之间。
如上所述，电极焊盘150与第一端子161或第二端子162之间的距离可以是1毫米或更大。因此，存在当通过通常可应用的球结合方法形成连接布线时结合稳定性可能劣化的风险。
然而，根据按照第六实施例的半导体元件封装100E，通过应用夹子结合方法，可以在振动和耐久性方面提供强结合力。因此，根据第六实施例，可以在电极焊盘150和第一夹子271之间形成具有稳定结合力的第一导线171。另外，可以在第二电极焊盘150和第二端子162之间形成具有稳定结合力的第二导电夹272。
同时，根据第六实施例，电路板160电连接到设置在扩散部件140上的电极焊盘150，并且可以检测扩散部件140是否分离。电路板160可以电连接到电极焊盘150，并且可以检测扩散部件140是否偏离壳体130。
电路板160可以包括能够检测扩散部件140是否与壳体130分离的检测电路。电路板160可以检测扩散部件140是否与壳体130分离，并且可以控制被提供给半导体元件120的驱动功率的供应。
根据第六实施例，当检测到扩散部件140与壳体130分离时，电路板160可以切断被供应给半导体元件120的驱动功率。此外，当扩散部件140正常附接在壳体130上时，电路板160可以保持被供应给半导体元件120的驱动功率。
根据按照第六实施例的半导体元件封装100E，布置在扩散部件140上的电极焊盘150的第一区域151和布置在电路板160上的第一端子161通过第一导电夹电连接。另外，布置在扩散部件140上的电极焊盘150的第二区域152和布置在电路板160上的第二端子162通过第二导电夹272电连接。
此时，当扩散部件140与壳体130分离和偏离时，第一导电夹271和第二导电夹272中的至少一个被破坏。因此，在根据第六实施例的半导体元件封装100E中，提出一种能够检测第一导电夹271和第二导电夹272是否短路的短路检测电路，作为检测扩散部140和壳体130是否彼此分离的方法。
根据按照第六实施例的半导体元件封装100E，参考图6描述的短路检测电路可以被类似地应用。因此，这里将省略根据该实施例的短路检测电路的详细描述。
如上所述，根据第六实施例的半导体元件封装100E，可以通过使用电信号来检测扩散部件140是否被分离，并且可以切断施加到半导体的驱动电压。因此，在根据第六实施例的半导体元件封装100E中，因为实时检测到扩散部件140偏离壳体130，并且可以实时控制施加到半导体元件120的驱动电压，可以防止从半导体元件120发射的强光直接照射到人。
另外，根据按照第六实施例的半导体元件封装100E，第一导电夹271和第二导电夹272可以布置为多个。因此，扩散部件140没有与壳体130分离和偏离，但是当第一导电夹271的一部分被短路或第二导电夹272的一部分被另一外部环境短路时，电流可以正常流动。
如上所述，根据按照第六实施例的半导体元件封装100E，即使当连接布线的一部分由于外部环境而短路时，也可以正常驱动半导体元件120。因此，根据第六实施例，当连接布线的一部分由于外部环境而短路时，可以防止发生其中确定扩散部件140偏离壳体130的误差。
示例性实施例7
图18是图示根据第七实施例的半导体元件封装的横截面图。
参考图18，可以省略与参考图1至图17描述的内容冗余的根据实施例的半导体元件封装100的描述。
参考图18，根据第七实施例的半导体元件封装100F可以包括衬底110、壳体130、扩散部件140和电极焊盘150。
同时，尽管图18中未示出半导体元件120和电路板160来主要描述根据第七实施例的半导体元件封装100F的不同之处，半导体元件120和电路板160可以以与参考图17至图17描述的项目相同的方式应用。
根据第七实施例，可以在壳体130的上部区域中设置台阶。例如，可以设置具有宽度S1和厚度h的壳体130的上部区域中设置的凹陷区域。作为示例，S1的宽度和h的厚度可以设置为数百微米。
另外，扩散部件140可以布置在凹陷区域中。扩散部件140可以由设置在壳体130的上部中的凹陷区域支撑。
另外，可以在壳体130和凹陷区域中的扩散部件140之间提供粘合层。作为示例，粘合层可以设置在凹陷区域中的扩散部件140的下表面和侧表面上。
根据第七实施例，可能出现其中在组合壳体130和壳体130的工艺中设置在扩散部件140的侧表面和壳体130之间的粘合层溢出到扩散部件140的上表面的情况。当粘合层溢出到扩散部件140的上表面时，粘合层可以设置到电极焊盘150。
同时，当粘合层覆盖电极焊盘150时，在参考图1至图17描述的连接布线结合到电极焊盘150期间可能发生焊线剥离。
考虑到这一点，根据按照第七实施例的半导体元件封装100F，如图18中所示，电极焊盘150可以布置为与扩散部件140的侧表面间隔开了S2的距离。因此，即使当设置在壳体130和扩散部件140的侧表面之间的粘合层溢出扩散部件140的上表面时，也可以防止电极焊盘150的上表面被粘合层覆盖。另外，连接布线可以稳定地结合到电极焊盘150的上表面。
作为示例，S2的距离可以具有与S1的宽度对应的值。S2可以设置为几百微米的长度。作为示例，S2可以设置为400微米。在第七实施例中，400微米可以是与涂覆粘合层以耦合壳体130和扩散部件140的S1的宽度相对应的数值。
因此，根据第七实施例，电极焊盘150的一端被布置成与扩散部件140的侧表面隔开比S2的距离更大的距离，从而可以提供其中连接布线稳定地结合到电极焊盘150的环境。
同时，如上所述，根据第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F可以包括垂直腔表面发射激光器半导体元件。
垂直腔表面发射激光器半导体元件可以将电信号转换成光信号。在垂直腔表面发射激光器半导体元件中，与一般的侧面发射激光器(LD)不同，圆形激光束可以从半导体元件的表面垂直发射。因此，垂直腔表面发射激光器半导体元件易于连接到光接收元件、光纤等，并且具有可以执行并行信号处理的优点，因为二维阵列是容易的。此外，垂直腔表面发射激光器半导体元件具有器件小型化和高密度集成、低功耗、简单制造工艺和良好耐热性的优点。
垂直腔表面发射激光器半导体元件的应用领域可以应用于数字媒体领域中的激光打印机、激光鼠标、DVI、HDMI、高速PCB、家庭网络等。另外，垂直腔表面发射激光器半导体元件可以应用于汽车领域，诸如汽车中的多媒体网络和安全传感器。垂直腔表面发射激光器半导体元件还可以应用于信息通信领域，诸如千兆以太网、SAN、SONET和VSR。垂直腔表面发射激光器半导体元件也可以应用于传感器领域，诸如编码器和气体传感器。另外，垂直腔表面发射激光器半导体元件可以应用于医疗和生物技术领域，诸如血糖仪和皮肤护理激光器。
现在将参考图19和图20描述应用于根据第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F的半导体元件的示例。即，参考图1至图18描述的根据第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F中的至少一个可以应用于半导体元件。
图19是图示根据实施例的半导体元件的平面图，图20是沿着图19中所示的半导体元件的线E-E截取的横截面图。
根据实施例的半导体元件1100可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)半导体元件，如图19图20中所示。
根据实施例的半导体器件1100可以包括发光结构1110、第一电极1120和第二电极1160。
第一电极1120可以包括粘合层1121、衬底1123和第一导电层1125。
粘合层1121可以包括能够执行共晶结合的材料。例如，粘合层1121可以包括AuSn、NiSn或InAu中的至少一种。
衬底1123可以设置有导电衬底。衬底1123可以设置有选自由铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜-钨(Cu-W)、载体晶片(例如Si、Ge、AlN、GaAs、ZnO、SiC等)组成的组中的至少一种。作为另一示例，衬底1123可以设置有导电片。
同时，当衬底1123设置有诸如GaAs的合适的载体晶片时，发光结构110可以生长在衬底1123上。在这种情况下，可以省略粘合层1121。
第一导电层1125可以布置在衬底1123下面。第一导电层1125可以选自诸如Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag和Au、或其选择性合金的金属以单层或多层提供。
发光结构1110可以包括设置在第一电极1120上的第一半导体层1111、有源层1113、开口层1114和第二半导体层1115。发光结构1110可以生长为多个化合物半导体层。多个化合物半导体层可以通过电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体激光沉积(PLD)、双型热蒸发器溅射、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等形成。
第一半导体层1111可以设置有掺杂有第一导电类型掺杂剂的III-V族或II-VI族化合物半导体中的至少一种。例如，第一半导体层1111可以是由GaAs、GaAl、InP、InAs、GaP组成的组中的一种。例如，第一半导体层1111可以由具有经验式AlxGa1-xAs(0<x<1)/AlyGa1- yAs(0<y<1)(y<x)的半导体材料形成。第一半导体层1111可以是掺杂有第一导电类型掺杂剂(例如，诸如Si、Ge、Sn、Se或Te的n型掺杂剂)的n型半导体层。第一半导体层1111可以是通过交替布置不同的半导体层而具有λ/4n的厚度的分布式布拉格反射器(DBR)。
有源层1113可以设置有III-V族或II-VI族化合物半导体中的至少一种。例如，有源层1113可以是由GaAs、GaAl、InP、InAs、GaP组成的组中的一种。当有源层1113被实现为多阱结构时，有源层1113可以包括交替布置的多个阱层和多个势垒层。例如，可以利用具有经验式InpGa1-pAs(0≤p≤1)的半导体材料来提供多个阱层。阻挡层可以布置有例如具有经验式InqGa1-qAs(0≤q≤1)的半导体材料。
孔径层1114可以布置在有源层1113上。孔径层1114可以包括位于中心的圆形开口。孔径层1114可以包括限制电流移动的功能，使得电流集中在有源层1113的中心。也就是说，孔径层1114可以调整谐振波长并调整从有源层1113在垂直方向中发射的光束的角度。孔径层1114可以包括诸如SiO2或Al2O3的绝缘材料。另外，孔径层1114可以具有比有源层1113以及第一半导体层1111和第二半导体层1115更高的带隙。
第二半导体层1115可以设置有掺杂有第二导电类型掺杂剂的III-V族或II-VI族化合物半导体中的至少一种。例如，第二半导体层1115可以是由GaAs、GaAl、InP、InAs、GaP组成的组中的一种。例如，第二半导体层1115可以由具有经验式AlxGa1-xAs(0<x<1)/AlyGa1- yAs(0<y<1)(y<x)的半导体材料形成。第二半导体层1115可以是掺杂有第二导电类型掺杂剂(例如，诸如Mg、Zn、Ca、Sr、Ba的p型掺杂剂)的p型半导体层。通过交替地布置不同的半导体层，第二半导体层1115可以是具有λ/4n的厚度的DBR。第二半导体层1115可以包括比第一半导体层1111低的反射率。例如，第一半导体层1111和第二半导体层1115可以在垂直方向中形成了90％或更大的反射率的谐振腔。此时，光可以通过第二半导体层1115发射到外部，该第二半导体层1115低于第一半导体层1111的反射率。
实施例的半导体器件1100可以包括设置在发光结构1110上的第二导电层1140。第二导电层1140被布置在第二半导体层1115上，并且可以沿着发光区域EA的边缘布置。当从上方观察时，第二导电层1140可以是圆环型。第二导电层1140可以包括欧姆接触功能。第二半导体层1115可以设置有掺杂有第二导电类型掺杂剂的III-V族或II-VI族化合物半导体中的至少一种。例如，第二半导体层1115可以是由GaAs、GaAl、InP、InAs、GaP组成的组中的一种。第二半导体层1115可以是掺杂有第二导电类型掺杂剂(例如，诸如Mg、Zn、Ca、Sr、Ba的p型掺杂剂)的p型半导体层。
实施例的半导体元件1100可以包括设置在发光结构1110上的保护层1150。保护层1150可以被布置在第二半导体层1115上。保护层1150可以在垂直方向与发光区域EA重叠。
实施例的半导体元件1100可以包括绝缘层1130。绝缘层1130可以被布置在发光结构1110上。绝缘层1130可以包括诸如氧化物、氮化物、氟化物的绝缘材料，或者选自由Al、Cr、Si、Ti、Zn和Zr组成的组中的绝缘树脂。绝缘层1130可以设置有选自由例如SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2组成的组中的至少一种材料。绝缘层1130可以以单层或多层提供。
第二电极1160可以布置在第二导电层1140和绝缘层1130上。第二电极1160可以电连接到第二导电层1140。第二电极1160可以作为选自由Ti、Ru、Rh、Ir、Mg、Zn、Al、In、Ta、Pd、Co、Ni、Si、Ge、Ag和Au或其合金组成的组成的单个材料设置。第二电极1160可以设置为单层或多层
同时，根据上述第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F可以应用于接近传感器、自动聚焦装置等。例如，根据实施例的自动聚焦装置可以包括发射光的发光单元和接收光的光接收单元。参考图1至图18描述的根据第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F中的至少一个可以应用作为发光单元的示例。作为光接收单元的示例，可以应用光电二极管。光接收单元可以通过从发光单元发射的光接收从物体反射的光。
自动聚焦装置可以应用于各种应用，诸如移动终端、相机、车辆传感器和光通信装置。自动聚焦装置可以应用于用于检测对象的位置的多位置检测的各种领域。
图21是应用根据实施例的包括半导体元件封装的自动聚焦装置的移动终端的透视图。
如图21中所示，实施例的移动终端1500可以包括设置在后侧的相机模块1520、闪光灯模块1530和自动聚焦装置1510。这里，自动聚焦装置1510可以包括根据参考图1至图18描述的第一至第七实施例的半导体元件封装100、100A、100B、100C、100D、100E和100F中的一个作为发光单元。
闪光模块1530可以包括在其中发射光的发光元件。闪存模块1530可以通过移动终端的相机操作或通过用户的控制来操作。相机模块1520可以包括图像捕获功能和自动聚焦功能。例如，相机模块1520可以包括使用图像的自动聚焦功能。
自动聚焦装置1510可以包括使用激光的自动聚焦功能。自动聚焦装置1510可以主要在使用相机模块1520的图像的自动聚焦功能劣化的条件下使用，例如，在10米或更小的特写或黑暗环境中。自动聚焦装置1510可以包括发光单元，该发光单元包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)半导体元件，和光接收单元，该光接收单元将光能转换成电能，诸如光电二极管。
上述实施例中描述的特征、结构和效果包括在至少一个实施例中，但不限于一个实施例。此外，本领域的技术人员可以针对其他实施例组合或修改每个实施例中图示的特征、结构和效果。因此，应该理解，与这种组合和这种修改有关的内容包括在本发明的范围内。
以上主要描述实施例。然而，它们仅是示例，并不限制本发明。本领域的技术人员可以理解，在不脱离实施例的本质特征的情况下，可以进行上面未呈现的若干变型和应用。例如，可以改变实施例中特别表示的每个组件。另外，应该理解，与这种变化和这种应用相关的差异包括在以下权利要求中限定的本发明的范围内。
【工业适用性】
实施例可以应用于例如接近传感器、自动聚焦装置等。
自动聚焦装置可以应用于各种应用，诸如移动终端、相机、车辆传感器和光学通信设备。自动聚焦装置可以应用于用于检测对象位置的多位置检测的各种领域。

Claims (12)

1.一种半导体元件封装，包括：
第一衬底；
半导体元件，所述半导体元件被布置在所述第一衬底上；
壳体，所述壳体被布置在所述第一衬底上并且被布置在所述半导体元件周围；
扩散部件，所述扩散部件被耦合到所述壳体；以及
检测电路，所述检测电路被配置为检测所述扩散部件与所述壳体的分离。
2.根据权利要求1所述的半导体元件封装，其中，所述检测电路被布置在所述壳体中。
3.根据权利要求1所述的半导体元件封装，其中，所述检测电路包括：
焊盘，所述焊盘被布置在所述壳体与所述扩散部件之间；以及
导线，所述导线被布置在所述壳体中并且被电连接到所述焊盘。
4.根据权利要求3所述的半导体元件封装，其中，所述检测电路被配置为检测所述扩散部件与所述焊盘的电分离。
5.根据权利要求3所述的半导体元件封装，
其中，所述焊盘被布置在所述扩散部件的边缘表面上。
6.根据权利要求3所述的半导体元件封装，
其中，所述导线包括第一端子和第二端子，
其中，所述第一端子被连接到所述焊盘并且所述第二端子被连接到所述第一衬底。
7.根据权利要求6所述的半导体元件封装，其中，所述第一端子在垂直方向中与所述壳体重叠。
8.根据权利要求3所述的半导体元件封装，
其中，所述焊盘在垂直方向中与所述壳体重叠。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的半导体元件封装，进一步包括
第二衬底，所述第二衬底被设置在所述第一衬底下面，
其中，所述检测电路通过所述第一衬底被连接到所述第二衬底。
10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体元件封装，
其中，所述扩散部件通过粘合层被固定到所述壳体。
11.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体元件封装，
其中，所述半导体元件包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)半导体元件。
12.一种半导体元件封装，包括：
第一衬底；
半导体元件，所述半导体元件被布置在所述第一衬底上；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置在所述第一衬底上，并且被电连接到所述半导体元件；
壳体，所述壳体被布置在所述第一衬底上并且被布置在所述半导体元件周围；
扩散部件，所述扩散部件被耦合到所述壳体并且被布置在所述半导体元件上；
第二衬底，所述第二衬底被电连接到所述第一衬底；
其中，所述壳体具有彼此分离的多个结合部件，
其中，所述扩散部件包括焊盘，所述焊盘被电连接到所述多个结合部分，
其中，所述多个结合部分和所述焊盘在垂直方向中与所述扩散部件重叠。
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