CN1237629C - 光电子元件和制造方法、有多个光电子元件的组件和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电子元件,它有一个装在一个柔性的芯片载体(6)上的半导体芯片(1),其中在一个第一主面上形成有用于电连接半导体芯片(1)的印制导线(3,5),在该芯片载体上设有一个壳体框(7),该壳体框用透光介质并尤其是填料被填满。此外,描述了一种显示器、一种照明或背景照明装置以及用于制造本发明元件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及具有半导体芯片的光电子元件,尤其是一种可表面安装的并用于装在印刷电路板孔里的光电子元件。本发明还涉及用于制造许多这样的光电子元件的方法、具有许多这样的光电子元件的组件、显示器以及具有这样一个组件的照明装置或背景照明装置。
背景技术
光电子元件如发光二极管元件通常是被插装固定在印刷电路板上的所谓辐射结构形式,或者成可表面安装的结构形式。人们为此对比了例如F.Mllmer和G.Wailt的用于表面安装的西门子SMT-TOPLED,Siemens Componerts 29(1991)第4册,第147-149页。这两种结构形式都只能在技术上相当费事地设置在印刷电路板的缺口或孔里。
发明内容
本发明的任务尤其在于开发出一种光电子元件的结构形式,它可以实现小的结构高度并且尤其可以通过简单方式被定位在印刷电路板的缺口或孔里。
为此,本发明提供一种具有一个安装在一个柔性的芯片载体上的半导体芯片的光电子元件,其中,在一个第一主面上形成用于与该半导体芯片电连接的印制导线,在该芯片载体上设有一个壳体框,该壳体框用透光介质被填满。通过在柔性芯片载体上形成印制导线,柔性芯片载体本身就是该元件的一部分,这个部分最好可以被同时用来封装元件。在这里,该半导体芯片最好是发光二极管芯片。
本发明还提供一种具有多个上述元件的组件,其中所述半导体芯片是发光二极管芯片,该组件的特征是,设有一个具有多个透孔的载体件,这些元件分别通过该载体件的元件那侧的芯片载体以下述方式被固定,壳体框分别伸入一个透孔里或穿过所述透孔。
本发明还提供一种具有上述组件的光学显示器,其中,该载体件一个反射侧表面是吸收光线的。
本发明又提供一种具有上述组件的照明或背景照明装置,其中,该载体件的一个反射侧表面是扩散反射的。
本发明再提供一种液晶显示器,其中,在背向观看面的那侧设有上述照明或背景照明装置,该照明或背景照明装置具有上述组件,在这里,设有一个具有许多透孔的载体件,这些元件分别通过该载体件的元件那侧的芯片载体按以下方式被固定位,壳体框分别伸入一个透孔里或穿过所述透孔。
最后,本发明提供一种用于制造和封装多个元件的方法,它有以下步骤:a)准备出一条芯片载体膜带;b)在芯片载体膜带上制造出许多对用于各自一个半导体芯片的印制导线;c)分别在芯片载体膜带的每一个设有一个半导体芯片或一个单独元件的半导体芯片组的位置上形成一个壳体框;d)将许多半导体芯片安装到该芯片载体膜带上;e)用填料至少部分地充满由该壳体框形成的辐射窗。
本发明的元件最好在一个插装机里不是被柔性载体如封装带取走,而是柔性芯片载体根据柔性芯片载体被划分成元件被切分开并且将这样获得的元件装到一个印刷电路板上。在本发明的结构形式中,有利地不再需要单独的封装带。
在一个优选的实施形式中,柔性芯片载体是塑料膜。因而,得到特别扁平的元件。此外,发光二极管芯片最好布置在一个成形于柔性芯片载体上的壳体框的中心上。这样一来,得到了较小的光源结构高度,这个高度尤其适用于移动无线电装置的印制导线孔地用于背景照明键盘或显示器。
附图说明
本发明的其它有利设计方案和优点见以下结合图1-图6所述的实施例。图示为:
图1:本发明发光二极管元件的俯视示意图;
图2:图1所示发光二极管元件的横截面示意图;
图3:本发明发光二极管元件的另一个实施例的俯视示意图;
图4:图3所示发光二极管元件的横截面示意图;
图5:一个具有多个本发明元件的组件的剖视示意图;
图6:一个液晶显示器的剖视示意图,该液晶显示器具有一个有多个本发明元件的背景照明装置。
具体实施形式
在各实施例中,相同的或起相同作用的部件分别用同样的标记表示。
图1所示元件例如是一个光电二极管元件,它具有一个发光半导体芯片1,该半导体芯片有一个发光有源层2。半导体芯片1以其底面与第一接触层3导电连接。半导体芯片1的顶面通过一根焊丝4连接在第二接触层上。第一接触层3和第二接触层5例如由金属膜制成,这种膜层叠在一个柔性膜状芯片载体6上。
在一个在顶面上有两个电连接面的替换型半导体芯片中,这两个连接面例如借助焊丝与接触层3和5连接。在这里,该半导体芯片也可以被固定在其中一个接触层3或5上或被固定在两个接触层3、5之间。
半导体芯片1位于一个环形的反射器框或壳体框7的中心,该反射器框或壳体框具有成漏斗状的并最好被设计成能反射的内侧面8。这样,反射器框7就能够使一个从半导体芯片1射向侧面的光线转至一个射出方向9。
被反射器框7包围的内腔填充有透明的填料10,在填料中可以填入发光颜料,这种颜料至少吸收来自半导体芯片1的光线的一部分并再发射出其波长不同于被吸收光线的光线。
图3、4表示结合图1、2所述的发光二极管元件的一个变型实施例。在这个实施例中,半导体芯片1向一个侧面倾斜地被固定在第一接触层3和第二接触层5上。在这种情况下,发光有源层2与膜状芯片载体6成一个直角。这种布置的优点在于,不需要焊丝来将半导体芯片1固定在接触层上。但一个缺点是,发光有源层2的一侧被芯片载体6盖住。此外,半导体芯片1的顶面和底面至少局部被材料盖住,这种材料被用于将半导体芯片1固定在第一接触层3和第二接触层5上的。因而,与图1、2所示实施例相比,图3、4所示的发光二极管的光输出比较少。
作为芯片载体6的材料,首先考虑耐温的并可金属化的塑料膜。例如,膜状芯片载体6可以是基于环氧树脂的芯片载体膜,或是由聚酰亚胺制成或聚酯如由聚乙烯萘酯制成。作为反射器框7的材料,尤其适合使用耐温的反光材料,如聚邻苯二酰胺(PPA)、液晶聚合物(LCP)以及聚醚醚酮(PEEK)。此外,也考虑其它的热塑性塑料,只要它们温度稳定并可以反光就行。这种热塑性塑料可以通过埋入的颜料如TiO2具有很高的反射性。
如此选择这些材料,即反射器框7附着在芯片载体6上。为了改善在反射器框7和芯片载体6之间的连接的强度,可以在芯片载体6里设置至少一个孔或缺口,反射器框7的一个定位销11嵌入其中。
作为填料10的材料,可以使用常用于制造光电子半导体元件的反应性树脂中的一种,如环氧树脂、硅树脂或类丙烯酸酯的化合物。
基于铯掺杂的钇-铝-石榴石(YAG:Ce)的颜料例如适用作发光材料,如(Y1-x-yGdxTby)3Al5O12:Ce,其中0≤x≤1,0≤y≤1和x+y≤1。
除了发光材料外,在填料10里还有扩散材料如二氧化钛、氧化钡、二氧化锆或三氧化二铝。这种扩散材料有利地促成比较均匀的发光起始图形。如果应不进行光转换,而只进行发出光线的散射,则为此可只在填料10里加入扩散材料而不含发光材料。
为制造发光二极管,最好先在一个芯片载体膜带上层叠上一金属膜并接着涂上一个光刻胶层。光刻胶层被曝光并接着通过本身已知的蚀刻技术使光刻胶层和金属膜形成有图形,从而形成许多对接触层3和5。接着,去除余下的光刻胶层并将反射器框7例如借助压铸或注塑加到芯片载体膜带上。为将反射器框7固定在膜状芯片载体6上,在该膜状芯片载体上形成孔,反射器框7的定位销11可嵌入这些孔里。
作为反射器框的压铸或压注的替换方式,可以考虑将预成型反射器框7简单插装和/或粘贴在芯片载体6上。
随后,将各半导体芯片1安装在芯片载体膜带上。在半导体芯片1的各自焊接以及在芯片1顶面触点与接触层5之间建立了线路连接后,用填料10充填所属反射器框7的内腔。接着,使芯片载体6折叠或卷起,从而形成一个可操作的发光二极管封装单元。
作为上述措施的替换方案,各个反射器框7只是在装上所属半导体芯片1后才被装到芯片载体6上。
在图1-图4所示的实施例中,芯片载体6成带状,其中半导体芯片1在芯片载体6上成行排列。此外,芯片载体6的宽度被选择成多行发光二极管芯片并排而设。
此外,也可以将多个半导体芯片1布置在唯一一个反射器框7内并且通过这种方式还获得了能够发出各种颜色光的或发出混合色光的发光二极管元件。
另外,在按本发明的结构型式中,也可以通过简单方式在芯片载体6的背面上并尤其是在整个背面上施加上一个金属化层或金属化结构,它们在高频应用场合中用于屏蔽掉干扰波。
在此所述的结构形式的特征在于,占地比较小并且几乎可以完全埋设在印刷电路板孔里。另外,柔性芯片载体6可以毫无困难地适应于各种不同的空间状况。另外,由于芯片载体6一般被作得较薄,因而发光二极管的结构高度一般较低。因而,得到了特别扁平的元件。
另一个优点是,芯片载体6和反射器框7可以由具有相同的或至少很类似的热膨胀系数的材料制成。因而,在温度循环中的发光二极管的可靠性很高。
最后,还有一个优点是,借助芯片载体6制成的发光二极管元件不再需要特殊的附加封装带来封装和运输。弹性芯片载体膜可以有利地完全承担起封装带的作用,如在引线框技术设备中需要的那样。
芯片载体膜带最好就在装配元件安装前被切分成所需的独立元件或由多个元件组成的组件。
如果这样制成的发光二极管元件要被用于如移动无线电装置的键盘背景照明,则芯片载体膜就可以在用于移动无线电装置的装配线上被分割开并且将规定的发光二极管组一起装入移动无线电装置里。在这样的应用场合中,在芯片载体6上形成控制发光二极管芯片所需的电路是适当的。
以上结合发光二极管叙述了本发明方法。然而,也可以按照上述方式方法封装和操作其它的半导体芯片。
图5示出了一个具有多个本发明元件的组件。在一个载体件19如薄板中,形成许多透孔20。此外,载体件19有一个反射面21。
在载体件19的与反射面21对置的那侧上,固定着多个按照本发明的发光元件,在这里,一个发光元件的一个壳体框7分别伸入其中一个透孔20里并且反射方向24是穿过透孔20的。
各芯片载体6以元件的接触层或印制导线3、5放置在载体件19的与反射面21对置的表面上。粘接或焊接可被用来固定这些元件。由于芯片载体6最好成扁平状,所以在水平和垂直方向上,占地明显小于在现有技术的元件中的情况。本发明尤其可以至少局部沉头地安装元件。
由于芯片载体6被设计成是柔性的,因而,元件的柔性足以能弹性地或有时塑性地承受张紧和变形,而不会使有害张力施加到外壳或一个在外壳里的发光芯片。这种安装结构尤其适用于紧凑封装的扁平显示组件。
载体或者至少是反射侧表面最好是能吸收光线的,例如被染成黑色,从而使这些发光元件相对周围的对比度提高了。这尤其对设置作为显示器的结构是有利的。
图6示出了本发明元件的另一个布置方式。与上述布置结构的区别在于,图6所示布置尤其是适用作如用于液晶显示器的背景照明。
如在前面实施例中那样,本发明的发光元件埋头装配在一个载体件19上。在反射侧,在载体或这些元件后接有一个散光板22。另外,载体件19或至少载体件19的反射侧表面最好被设计成能均匀扩散地反射,例如成白色。因而,可以通过特别平的构造方式实现相当均匀的背景照明。在散光板的后面设有例如一个要照明的液晶显示器(LCD)23。
载体件19不仅可以如上所述地被设计成是刚性的,也被设计成是柔性的,例如成塑料膜或陶瓷膜的形式,从而使背景照明组件或显示组件以简单方式适应于各种不同的形状,甚至可以有利地被装在自身变化的表面上。
结合所示实施例的发明描述当然不应被理解为本发明被局限于此。例如,芯片可以直接被安装在如粘在芯片载体的一个芯片安装表面上,而且芯片只借助导线连接与印制导线电连接。芯片也可以安装在一个单独的、被埋入芯片载体里的热接头上并又借助导线连接与印制导线电连接。所有这些实施形式都并没有离开本发明的基本构思。
Claims (18)
1.具有一个安装在一个柔性的芯片载体(6)上的半导体芯片(1)的光电子元件,其中,在一个第一主面上形成用于与该半导体芯片(1)电连接的印制导线(3,5),在该芯片载体上设有一个壳体框(7),该壳体框用透光介质被填满。
2.按权利要求1所述的元件,其中,该半导体芯片(1)是发光二极管芯片。
3.按权利要求1所述的元件,其中,所述透光介质是填料。
4.按权利要求2所述的元件,其中,该壳体框(7)的内表面被设计成反射器,它将一个由该半导体芯片(1)向侧面射出的电磁辐射转向一个射出方向(9)和/或将一个从该元件外面发生的并要由该半导体芯片(1)接收的电磁辐射转向所述半导体芯片。
5.按权利要求1-4之一所述的元件,其中,在该芯片载体(6)的一个与所述第一主面相对的第二主面上,形成一个用于屏蔽干扰波的屏蔽层。
6.按权利要求1-4之一所述的元件,其中,所述透光介质包含发光材料和/或扩散材料。
7.具有多个如权利要求2所述的元件的组件,其中,设有一个具有多个透孔(20)的载体件(19),这些元件分别通过该载体件(19)的元件那侧的芯片载体(6)以下述方式被固定,壳体框(7)分别伸入一个透孔(20)里或穿过所述透孔。
8.按权利要求7所述的组件,其中,该载体件(19)被设计成是柔性的。
9.按权利要求7或8所述的组件,其中,在该载体件(19)上形成有用于导电连接这些元件的导电图结构。
10.具有如权利要求7或8所述的组件的光学显示器,其中,该载体件(19)的一个反射侧表面是吸收光线的。
11.按权利要求10所述的光学显示器,其中,该载体件(19)的所述反射侧表面被染黑。
12.具有如权利要求7或8所述的组件的照明或背景照明装置,其中,该载体件(19)的一个反射侧表面是扩散反射的。
13.按权利要求12所述的照明或背景照明装置,其中,该载体件(19)的所述反射侧表面是白色的。
14.按权利要求12或13所述的照明或背景照明装置,其中,在反射侧,在该载体件(19)之后设有一个散光板(22)。
15.液晶显示器,其中,在背向观看面的那侧设有一个照明或背景照明装置,该照明或背景照明装置具有一个组件,所述组件具有多个如权利要求2所述的元件,其中,设有一个具有许多透孔(20)的载体件(19),这些元件分别通过该载体件(19)的元件那侧的芯片载体(6)按以下方式被固定住,壳体框(7)分别伸入一个透孔(20)里或穿过所述透孔。
16.用于制造和封装多个元件的方法,它有以下步骤:
a)准备出一条芯片载体膜带;
b)在芯片载体膜带上制造出许多对用于各自一个半导体芯片(1)的印制导线(3,5);
c)分别在芯片载体膜带的每一个设有一个半导体芯片(1)或一个单独元件的半导体芯片组的位置上形成一个壳体框(7);
d)将许多半导体芯片(1)安装到该芯片载体膜带上;
e)用填料(10)至少部分地充满由该壳体框(7)形成的辐射窗。
17.按权利要求16所述的方法,其中,借助压铸或注塑来形成所述壳体框(7)。
18.按权利要求16或17所述的方法,其中,将具有已装上并封装好的半导体芯片的芯片载体膜带卷成一个带有许多可表面安装的元件的封装单元。
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