TW200405593A - Optoelectronic component and component-module - Google Patents

Description

200405593 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種依據申請專利範圍第1項前言之光電組 件和申請專利範圍第17項前言之組件-模組。 發出輻射之半導體組件可配置成矩陣形式以達成一種光 線強的總模組。 【先前技術】 此種稱爲LED-模組之配置由DE 10051159A1中已爲人所 知。多個光電半導體配置或半導體晶片安裝在一載體上， 該載體又配置在一冷卻體上。雖然半導體元件之封裝密度 已提高，仍可使所產生之熱量排出。但所產生之熱量應不 會-或只稍微影響該半導體元件之電性。此種方式由於相鄰 半導體元件之輻射之吸收而使總模組之效率下降。 藉由各別之發出輻射之半導體元件置放在一種反射器 中，則可使該模組之發射特性和方向性獲得改良，此乃因 側面中由各別之半導體組件所發出之輻射之至少一部份可 轉向至主輻射方向中。 一種具有高效率和良好方向性之模組可由各別之半導體 組件組合而成，各半導體組件分別位於各別之反射器中。 但困難的是：使各別之半導體組件連同其反射器在一種總 模組中達成高的封裝密度。各別之半導體組件之接觸區會 妨礙一種可撓性之連接和一種高的封裝密度。 【發明內容】 本發明之目的是提供一種光電組件和組件-模組，其可使 200405593 相鄰之半導體組件或光電半導體配置達成一種狹窄之配置 方式。 本發明之目的特別是提供一種具有接觸配置之半導體組 件，其可使導熱線和導電線互相隔開。 上述目的以申請專利範圍第1項和第17項之特徵來達 成。本發明光電組件之有利之其它形式之特徵描述在申請 專利範圍第2項和第1 6項以及第1 8項中。 本發明之光電組件具有一種發出-及/或接收電磁輻射之 半導體配置，其配置在一載體上，該載體導熱性地與一種 冷卻體相連。各連結線使外部之電性終端可與半導體配置 之各終端相連。各外部之電性終端以電性絕緣之方式配置 在該冷卻體上且與該載體相隔一段距離。 上述方式所具有之優點是：導電線和導熱線可廣泛地不 相耦合。由於半導體配置-或晶片之熱終端藉由載體而位於 該冷卻體上，則多個晶片可密集.地配置在該冷卻體上且可 使熱量排出。該晶片之電性接觸區能可撓性地經由該冷卻 體所絕緣之終端而延伸。又，在外部之電性終端上可施加 緊密之反射器外殼，其可降低該組件之空間需求且使光效 益提高。 上述方式之優點是：電流未流經該冷卻體，該冷卻體可 使半導體組件操作時所產生之熱被排出。 當該載體包含一載體基板及至少一配置於其上之電性絕 緣層時是有利的。另一方式是該載體材料本身是電性絕緣 的。該半導體配置不必針對該載體而各別地絕緣且可配置 200405593 在一導電基板上而不會互相短路或與該冷卻體形成短路。 在該半導體配置和電性絕緣層之間可配置一種導電層， 其是與外部之電性終端相連。這對一導電基板上之半導體 配置而言特別適當，此乃因該半導體配置之一終端可藉由 一連結線經由該導電層而延伸。 特別有利的是：該外部之電性終端包含一電路板之導電 軌時。該電路板含有一種具備一導電軌之絕緣基板且因此 可直接施加在該冷卻體上。多個電路板亦可重疊地配置著 且隨後互相絕緣。 各導電軌（其可在重疊配置之不同之各電路板上藉由穿孔 而互相連接）可使多個光電組件相連時之可撓性更加提高。 有利之設計方式是：該載體基板具有由矽’以鑽石塗層 之矽，鑽石，SiC，A1N和BN所構成之組中之至少一導熱 性良好之材料。 有利的是：當該電性絕緣層具有Si 02時。特別有利的是： 當該載體層具有矽時。 半導體技術中所用之上述材料在多種組件中使其相互間 之電壓和至該半導體晶片本身之電壓下降。 在一種有利之形式中，該半導體配置藉助於金屬焊劑或 導熱性-及/或導電性之黏合劑而施加在該載體上。 該載體藉助於金屬焊劑或導熱性之黏合劑而施加在該冷 卻體上時，則可達成良好之導熱作用或使熱量排出。 當該半導體配置和該載體是配置在一基殼（其具有反射性） 中時，則可達成一種良好之光輻射。 200405593 當該基殼恰巧含有一個半導體裝置時，則光輻射可最佳 化且可各別地依據該晶片來調整。該半導體組件之外部效 率不會由於空腔內部一種相鄰之半導體配置之吸收性而下 降。 本發明之光電組件在該基殻中具有一種空腔或凹入區， 其中配置著可發射-及/或接收電磁輻射之半導體配置。與傳 統之光電組件中不同之處是：反射器至少並非只是由基殻 本身之空腔之反射性側面所形成，而是至少一部份由一種 塡入至該空腔中之反射性塡料所形成。須選取該材料和該 塡料之數量，使得在塡入時及/或塡入後由於該塡料之材料 和該空腔之側面之材料之間之附著力而使該塡料在該側面 上拉高且形成一種拋物線形式之表面。該塡料之面向該基 殻前側之表面作爲該半導體配置所發出及/或接收之電磁輻 射用之反射面。 換言之，該空腔中之一部份以該塡料塡入且由於該塡料 和該基殼之間之附著力，使得由該半導體裝置觀看時該塡 料之凹形之內面可自動地在該空腔中調整，此乃因該塡料 在該基殻之空腔之側向之內面上會往高處爬。該塡料之以 上述方式所形成之拋物面形式之內面形成該空腔中所使用 之半導體配置用之反射器。 反射器各面亦可在各空腔之很小之開口中簡單地藉由該 塡料之適當之摻雜而在該空腔中產生。該基殼之側壁和塡 料因此在功能上類似於各別之反射器，這樣可使光輻射效 率進一步改良。此外，空腔中已存在之導電軌，各接線和 200405593 類似物可藉由該塡料來包封而不會影響其作用方式。 因此’利用本發明之措施本身，則在光電組件（其在空腔 中具有該空腔之狹窄之開口及/或複雜之半導體裝置-和接 線配置）中可在空腔內部設有反射器且因此使各組件之外部 效率提高。 特別有利的是：當該基殻傾斜地形成在面向該半導體配 置之內面上’使該基殻具有該半導體配置所發出之輻射之 一部份所用之反射面時。 較佳是以Ti〇2或一以Ti〇2-微粒所塡入之環氧樹脂或矽作 爲塡料。 其它設計方式是：該基殼之空腔中至少一部份以可透過 輻射之包封材料塡入。因此，一方面可保護該晶片及其終 端。另一方面，在適當地選取該晶片和該包封材料時可製 成不同彩色之組件。例如，發出白色光之組件由以GaN-爲 主之晶片和含有YAG:Ce-微粒之包封材料所形成。 該包封材料可有利地具有環氧樹脂或矽。在使用矽時， 可使半導體組件中或由各別之半導體組件所形成之模組中 之機械應力良好地下降。 較佳是各外部終端之至少一部份是配置在該基殼和冷卻 體之間。這樣可使該光電組件達成一種特別省空間之連接 方式。 特別有利的是使各別之光電組件以矩陣形式配置成一種 模組。多個光電組件因此分別設有一基殻。 在本發明之特別有利之實施形式中，該載體之面向該半 -10- 200405593 導體配置之最上層是導電性的。該導電層較佳是具有一種 金屬。 連接該半導體晶片所用之導電軌允許該光電組件能很省 空間地與相鄰之組件相連。該基殼之邊緣上並無連結線經 過。各導電軌允許各組件可複雜地相連。各導電軌可存在 於一電路板（例如，FR4，可撓性電路板）中，其具有相對應 之凹入區。該電路板能以多層方式構成，使除了各導電軌 之外在該多層結構中另有其它之功能元件。

本發明之光電組件之其它有利之形式描述在圖式中之實 施例中。 【實施方式】

在第1圖所示之光電組件1中，一種發出-及/或接收電磁 輻射之半導體配置4係配置在一載體22上。該載體22是導 熱地與例如由銅，鋁或鉬所構成之冷卻體1 2相連。外部電 性終端9經由連結線7而導電性地與該半導體配置4相連 或與該導電層13相連。該導電層13是與該半導體配置4 之下側相接觸，須構成該半導體配置4，使電流可垂直地流 經該配置，此時該基板對該產生光之活性層而言是可導電 的0 在具有該活性層用之絕緣基板之另一實施形式中，第二 連結線同樣直接延伸至半導體晶片。 第1圖中，該導電層13藉由電性絕緣層14而與該載體 2 2之載體基板2相隔開。該電性絕緣層1 4較佳是雙層的且 由氧化矽和其上所施加之鈍化層（其例如由氮化矽所構成） -11 - 200405593 所形成，其使較佳是由矽或砷化鎵所構成之導熱良好之載 體基板在電性上與該導電層1 3相隔開。導熱良好之陶瓷形 式之材料（例如，氮化鋁或氮化硼或碳化物）亦可用作載體基 板。該載體22藉由焊劑連接或黏合而直接施加在由鋁，銅 或鉬所構成之冷卻體1 2。 同樣可直接在該冷卻體1 2上以電性絕緣之方式配置外部 電性終端且與該載體22相隔一段距離。該外部電性終端9 較佳是重疊配置之電路板10之各導電軌，其形成該終端配 置8。至少對二個晶片終端而言需要一種電路板。一種模組 中之多個晶片較佳是藉由多層之電路板而互相連接，這樣 可達成一可撓性之連接。不同電路板之不同導電軌之連接 是經由光電組件之基殻20和冷卻體1 2之間之各別之穿孔來 達成。 具有該載體22之半導體組件4係位於一種具有凹入區或 空腔3之基殻20中。該基殼是一種框架，其施加在該具有 電性終端9之電路板8上。這樣可使本發明之組件1之構 造形式很緊密。這樣又可使該基殻20之內側1 7形成一種反 射器30，以使儘可能多之已對準之光由該組件中發出。 在半導體晶片4和該空腔3之側壁1 7之間以可反射之塡 料1 6塡入，該塡料1 6例如由以T i 0 2 -微粒塡入之環氧樹脂 構成，其中該塡料1 6中之T i 0 2成份須足夠，以大大地提高 該塡料之反射性。該塡料在晶片側延伸至該載體22之上邊 緣。該塡料16中之Ti02成份較佳是介於10和50 Vol.-%之 間。由二氧化銷，氧化鋅，鋇硫酸鹽，氮化鎵，氧化鋁或 -12- 200405593 至^ 一種上述材料所構成之混合物等所形成之微粒亦適合 與環氧樹脂一起用在該塡料16中。重要的是：環氧樹脂和 微粒之間之折射率之差須足夠大，使該塡料之反射性增 大0 該塡料之面向該基殻20之前側21之該表面由該半導體晶 片4觀看時彎曲成凹形且至少對該側向發出-及/或接收之 輻射之一部份而言形成一種反射面。 該半導體晶片4之位於該塡料上方之空著的表面區是由 可透過輻射之包封材料6所覆蓋且例如又由環氧樹脂或其 % 它適當之反應樹脂所構成。

由第1圖中之切面圖可知，鄰接於該半導體晶片4 (即， 鄰接於該載體22)之塡料16之塡入高度較小。以此種方式 可使該塡料1 6之表面形成一種面向前側之敞開之拋物線形 式且與該基殻2 0之側壁之表面3 0相連。此種形式在適當地 選取該材料且對該塡料進行摻雜時由於該塡料和該基殼2〇 之材料之間之附著力而會自動地形成。該塡料16之由半導 體晶片4觀看時彎曲成凹形之內面係作爲該半導體晶片4 之側面所發出-及/或接收之輻射用之反射器。 該塡料16(其中含有Ti02成份）之反射度可達80%。在與 一種光電組件（其中只有空腔中以透明之塡料塡入）比較 時’則利用本發明之光電組件1可使外部效率大大地提高。 爲了保護該半導體晶片4，則空腔3中須完全以可透過輻 射（例如，透明）之包封材料6塡入，該包封材料6包封該半 導體晶片4且可透過該半導體晶片4之即將發出-或接收之 輻射。就像傳統之組件一樣，由透明之合成樹脂（例如，環 -13- 200405593 氧樹脂）或聚碳酸鹽所構成之適當之塡料都可用作該包封材 料6 ’其較佳是特別須以該塡料之特性來調整。 本發明以上依據各實施例所作之描述當然不是對本發明 之一種限制。反之，申請專利範圍第1至1 7項中所述之本 發明之構想可用在許多不同之構造形式中。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明之實施例之切面圖。 主要元件之符號表： 1 本發明之組件 2 載體基板 3 空腔 4 半導體組件 6 包封材料 7 連結線 8 終端配置 9 外部電性終端 10 電路板 12 冷卻體 13 導電層 14 電性絕緣層 16 塡料 17 側壁 20 基殼 21 前側 22 載體 30 反射器

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Claims (1)

1. 200405593 拾、申請專利範圍： 1 · 一種光電組件（1 )，其具有：一發出-及/或接收電磁輻射 之半導體配置（4)，該半導體配置（4)配置在載體（22)上， 該載體（22)可導熱地與冷卻體（12)相連；另有多個外部電 性終端（9)，其是與該半導體配置（4)相連，其特徵爲：各 外部電性終端（9)電性絕緣地配置在該與載體（22)相隔一 段距離之冷卻體（12)上。

   2.如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該載體含有一 載體基板（2)和至少一配置於該載體基板（2)上之電性絕 緣層（1 4)。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之光電組件，其中在該半導 體配置（4)和該電性絕緣層（14)之間配置一導電層（13)，其 是與該外部電性終端（9)相連。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之光電組件，其中 該半導體配置含有一種半導體晶片。

   5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電組件，其中 各外部電性終端（9)含有電路板之導電軌。 6.如申請專利範圍第1至5項中任一項之光電組件，其中 各導電軌可藉由各穿孔而在重疊配置之不同之電路板上 互相連接。 7 ·如申請專利範圍第2至6項中任一項之光電組件，其中 該載體基板（2)具有由矽，以鑽石塗層之矽，鑽石，SiC， A1N和BN所構成之組中之至少一導熱性良好之材料。 8.如申請專利範圍第2至7項中任一項之光電組件，其中 -15- 200405593

   該電性絕緣層（14)具有Si〇2。 9 ·如申請專利範圍第1至8項中任一項之光電組件，其中 該半導體配置（4)藉助於金屬焊劑或導熱性-及/或導電性 之黏合劑而施加在該載體（22)上。 1 0.如申請專利範圍第1至9項中任一項之光電組件，其中 該載體（22)藉助於金屬焊劑或導熱性之黏合劑而施加在 該冷卻體（12)上。

   1 1 ·如申請專利範圍第1至1 〇項中任一項之光電組件，其中 該半導體配置和該載體（22)配置在該基殼（20)之空腔（3) 中〇 12·如申請專利範圍第11項之光電組件，其中該基殼（20)之 空腔（3)中恰巧配置一個半導體配置（4)。

   1 3 ·如申請專利範圍第1 1或1 2項之光電組件，其中該基殼 (20)傾斜地形成在面向該半導體配置（4)之內側（17)上，使 該基殻（20)具有該半導體配置所發出之輻射之一部份所 需之反射面。 1 4 ·如申請專利範圍第1 1至1 3中任一項之光電組件，其中 在該空腔（3)中在該半導體配置（4)和該空腔之側壁（17)之 間配置一種反射性塡料（6)，其由該半導體配置至該基殼 (20)之前側（21)觀看時具有一種彎曲成凹形之表面（30)， 其形成該輻射之一部份所用之反射面。 1 5 ·如申§靑專利範圍第1至1 4中任一項之光電組件，其中該 塡料含有Ti02或以Ti02-微粒塡入之環氧樹脂。 1 6 ·如申請專利範圍第1至1 5中任一項之光電組件，其中該 -16- 200405593 半導體配置（4)至少一部份是以可透過輻射之包封材料（6) 來包封。 1 7 .如申請專利範圍第1 1至1 6中任一項之光電組件，其中 各外部終端（9)至少一部份是配置在該基殻（20.)和該冷卻 體（12)之間。 1 8 . —種組件-模組，其具有如申請專利範圍第1至1 7項中 任一項所述之多個光電組件，其特徵爲：各別之光電組 件配置成矩陣形式且至少一部份互相串聯。 1 9 ·如申請專利範圍第i 8項之組件-模組，其中多個光電組 件分別具有一個基殼。