TWI291242B - Optoelectronic module and its production method - Google Patents

Description

1291242 I i 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種申請專利範圍第1項前言所述之光電模 組及申請專利範圍第1 〇項前言所述之光電模組之製造方 法。 本申請案主張德國專利申請案1 036 1 650.0號之優先權， 其已揭示之內容此處作爲參考。 【先前技術】 在許多以半導體組件來發出或偵測電磁輻射之應用中，使 、用額外之光學裝置來形成電磁輻射。通常會由於半導體組 件和光學裝置之間的反射而使輻射強度發生巨大的損耗。 這特別是涉及半導體組件和光學裝置之間之界面上的反 射。 爲了廣泛地防止上述之反射，重要的是使光學裝置以光學 方式儘可能良好地與半導體組件相連接。因此在輻射路徑 中可防止特別大的折射率跳躍現象。已爲人所知的是：爲 達成此目的可使用凝膠，其折射率已適當地調整，藉此可 使半導體組件和光學裝置之間的輻射路徑中的中間區被塡 滿。 在使用上述凝膠時之缺點是：在使用一種特殊之分配設備 以施加凝膠時需要一種特殊之製造技術，這會造成技術上 一種巨大的額外耗費。此外，凝膠可輕易地以不可逆之方 式而變形且因此只能有條件地適用於許多非靜態之應用 中，其中會造成該組件之機械負載，例如，震動。 1291242 【發明內容】 本發明之目的是提供上述形式之光電模組，其在半導體組 件和光學裝置之間具有一種已改良之光學連接。此外’本 發明亦提供一種簡單且成本有利的方法以製造上述形式之 光電模組。 上述目的以申請專利範圍第1項之光電模組或申請專利 範圍第10項之製造方法來達成。本發明較佳之其它形式和 有利的構成係描述在申請專利範圍其它附屬項中。 依據本發明，在上述形式之光電模組中在輻射耦合面和光 學裝置之間配置一種由可透過輻射-且可變形之材料所構成 之連接層。該光學裝置和半導體組件須互相固定，使它們 互相壓緊且須對該連接層進行擠壓，使該連接層產生一種 力，該力壓向該光學裝置和該輻射耦合面而試圖使它們分 開。 所謂”輻射親合面”是指一種輻射發出面及/或輻射入射 面，即，其是半導體組件之一種面，輻射經由該面而由半 導體組件發出或進入至該半導體組件中。 所謂”互相壓緊”在本發明中之意義是：光學裝置和半導體 組件抵抗該連接層之力藉由一種固定裝置持續地保持在一 種互相壓緊的狀態中。於是一種變形用的力即作用在該連 接層上。 該連接層之力可抵抗該變形用的力。在該變形用的力未出 現時’即，在該光學裝置和半導體組件未互相固定時，該 連接層之力使光學裝置和半導體組件各別地受到壓力。 1291242 須形成該連接層，使其所產生的力可廣泛地使該連接層和 相鄰的各面之間不會形成氣隙。這特別適用於該模組之整 個操作溫度範圍中且適合使其它變形用的力（例如，震動力 或離心力）作用在該連接層上。 該連接層特別是由一種強度較傳統凝膠還大的材料所構 成，該材料在光電模組的整個操作溫度範圍中不可消失。 藉由本發明，則半導體組件和光學裝置之間的距離之波動 可有效地被補償，此種距離的波動例如在溫度變動時會在 膨脹係數不同的半導體組件材料和光學裝置材料相組合時 發生。在該距離擴大時，已壓緊的連接層會膨脹且因此使 半導體組件和輻射親合面之間形成氣隙的危險性最小化。 光學裝置的目的是使半導體組件所發出-或已接收的電磁 輻射的至少一部份被轉向。該光學裝置可以是一種透鏡或 例如亦可爲一種棱鏡，透鏡可使電磁輻射的錐體壓縮或擴 大。 在本發明的光電模組之一較佳的實施形式中，該連接層所 具有之最小厚度是30//m，較佳是100//m。該連接層特別 是具有一種大於或等於150//m且小於或等於350//m之厚 度。此種厚度是有利的，因此該半導體組件和光學裝置可 針對該連接層而受到擠壓，使它們之間不會形成間隙且使 該連接層產生一種足夠大之力，使距離波動和膨脹差異性 可最佳地被補償。 該連接層較佳是具有一種淸漆，特別是具有一種電路板淸 漆，其中所謂”電路板淸漆”是指一種淸漆，其適合用作電 1291242 路板之保護漆。相較於使用一種凝膠而言，在使用一種適 當的電路板淸漆時可追溯到標準的塗漆過程，於是可使製 程上之費用和製造成本大大地下降。 在另一有利的實施形式中，該承載元件之表面之至少一部 份塗佈一種材料以保護該表面使不受外界所影響，該材料 亦包含在該連接層中。適當的方式是使用一種適當的電路 板淸漆，即，該電路板淸漆施加在該承載元件之表面上及 該半導體組件和該光學裝置之間。於是可使成本下降，此 乃因藉由該材料層可滿足二種功能。 該連接層之折射率在該光電模組之一特別適當的實施形 式中可依據該半導體組件之一與該連接層相鄰的材料之折 射率來調整及/或依據該光學裝置之一與該連接層相鄰的材 料之折射率來調整。 該光學裝置可有利地具有折射式及/或反射式元件。 該半導體組件是一種電致發光二極體組件時特別有利。在 一種有利的實施形式中該半導體組件是一種可表面發射之 半導體組件。 在本發明之一種上述之方法中，在安裝該光學裝置之前至 少在半導體組件之輻射耦合面上施加一可硬化-，可變形-且在硬化狀態中可透過輻射的材料。然後使已施加的材料 至少一部份被硬化。光學裝置和半導體組件在下一步驟中 須互相固定，使其互相壓住且各材料亦互相壓緊，以產生 一種力，該力壓向該光學裝置和該輻射耦合面而試圖使它 們分開。 1291242 ； · 先前在光電模組中所述的所謂”互相壓緊”亦適用於本方 法中，其同樣亦適用於可變形的材料中。 適當的方式是施加一種厚度至少是30 // m之層形式的材 料，其厚度較佳是1 00 // m。特別有利的是施加一種層形式 的材料，其厚度大於或等於i 5 〇 # m且小於或等於3 5 0 // m。 該材料較佳是具有一種淸漆，特別是電路板淸漆，其在硬 化狀態時可變形，例如，其可廣泛地以彈性方式而變形。 如上所述，一種淸漆，特別是電路板淸漆，在成本上較凝 膠少很多且能以較施加凝膠時少很多的費用施加而成。 在本方法的一種特別適當的實施形式中，施加上述之材料 使至少該承載元件之表面的一部份可受到保護而不受外界 所影響。這特別是能以一種淸漆，特別是電路板淸漆，來 適當地達成。 施加上述材料於輻射耦合面上及該承載元件的表面上時 以唯一的步驟來達成是特別有利的。 【實施方式】 本發明的其它特徵，優點和適用性以下將依據第1圖和第 2圖中所示的實施例來描述。 各貫施例和圖式中相同或作用相同的元件分別以相同的 參考符號來表示。圖式中所示的各元件未依比例繪製。反 之’各元件爲了更易了解有一部份是以較大的方式來顯 不 ° 第1圖中所示之一部份光電模組具有一承載元件1，其上 施加一種半導體組件2。該承載元件包含電性之終端電極 1291242 4 1，42，分別具有外殻連接線丨7，1 8的半導體組件2藉由 •一種焊劑1 5而導電性地連接至各終端電極4 1，4 2。 該半導體組件例如是一種發光的組件，其具有一種外殼基 體1 1 ’其中安裝著一種發光二極體晶片1 〇，使其電性終端 側可導電地與外殻連接線1 7，1 8相連接。例如，該發光二 極體晶片1 0之背面焊接至外殼第一連接線1 7且一個前側藉 由一種連結線1 3而導電地與外殻第二連接線丨8相連接。發 光二極體晶片1 〇以一種澆注物質1 4來澆注，其遠離該外殻 的外側形成一輻射耦合面1 6，在半導體組件操作時由半導 體組件所產生的光經由該輻射耦合面1 6發出。 另一方式是該半導體組件2例如亦可爲電磁輻射用的偵 測器。在此種情況下入射至半導體組件2上的電磁輻射會 在該輻射耦合面1 6上適當地入射至該半導體組件2中。 上述之半導體組件通常已爲此行之專家所知悉，此處因此 不需詳述。 光電模組只能具有一個上述之半導體組件2或亦可具有 多個半導體組件2以發出-或偵測電磁輻射。此外，亦可在 該承載元件1上施加其它已硬化的組件（例如，電阻，電容 及/或電感）及/或導電性地與這些組件相連接。 在該承載元件1之表面之一些部份上和該半導體組件2 的輻射耦合面16上施加一種層形式的可變形-且可透過輻 射的材料。 在該承載體之表面上前述之層用作一種保護層7且亦可 施加在可能已存在的上述其它形式的組件上。該保護層可 -10- 1291242

I I 保護該承載體之表面且情況需要時亦可保護其它形式之組 件使不受外界所影響。 在半導體組件2的表面上該層用作一種連接層6 ’藉此使 半導體組件和光學裝置3(其配置在輻射耦合面1 6上’如第 2圖所示）可以光學方式互相連接。 該保護層7和該連接層6例如由相同之材料（例如，適當 的^漆）所構成且此二層例如可在唯一之步驟中施加 而成。因此，可藉由電路板淸漆之標準製程以有利的方式 不需巨大的額外費用除了可產生該保護層7之外同時亦可 產生該連接層6。 一種適當的電路板淸漆可透過輻射、在硬化狀態中可變形 且另外能以足夠厚的層施加而成，因此該光學裝置3須可 壓向該連接層6,使該連接層變形且在該光學裝置3和該連 接層之間未存在氣隙。 該連接層例如具有300 // m之厚度且例如由矽樹脂淸漆所 構成。Lack werke Peters GmbH & CoKG 公司之厚層淸漆 DSL 1 706 FLZ適用於此處，其以聚有機矽烷（sii〇xan)爲主成份且 在室溫時具有一種快速的冷凝結合性。 就半導體組件2和該光學裝置3之良好的連接而言，該連 接層6之材料的折射率須可廣泛地依據該澆注物質丨4和光 學裝置的折射率來調整，即，該連接層6之折射率大約等 於該二者的折射率，或是當該澆注物質1 4和該光學裝置3 的折射率差異很大時，該連接層6之折射率介於該二者之 間。 -11 - 1291242 i ， 在該連接層6已硬化之後，該光學裝置3須安裝於半導體 組件2之輻射耦合面1 6上，使該連接層6受到壓緊。該承 載元件1例如具有二個或更多個垂直於該承載元件之主延 伸面而凸出的安裝棒8(其具有螺紋）。 光學裝置3例如是一種具有側面延伸區之光學凸透鏡，側 面延伸區中形成多個孔。該光學裝置安裝成使各安裝棒8 可經由各孔而受到導引。然後該光學裝置藉由螺母9而固 定’使其可壓向該連接層，這在圖中是以光學裝置上的箭 頭來表示。該連接層因此可受到擠壓。在已變形的狀態中 該連接層6另外可在其主延伸面中受到擠壓（請比較第1圖 '和第2圖）。 " 除了第2圖所示的透鏡之外，光學裝置亦可具有折射式及 /或反射式元件。 另外，亦可在光學裝置3之面向半導體組件之此側20上 施加該連接層且在該輻射耦合面16上安裝該光學裝置和該 連接層6。但較佳是首先在該輻射耦合面1 6上施加該連接 層6且然後在該連接層6上安裝該光學裝置3。 在該連接層6和該輻射耦合面ι6(或光學裝置3)之間仍可 配置其它元件’即’該連接層未必直接鄰接在該輻射耦合 面16上或光學裝置3上。 本發明的保護範圍不限於本發明中依據各實施例所作的 描述。反之，本發明可包含每一新的特徵和這些特徵的每 一種組合，其特別是包含申請專利範圍中各特徵的每一種 組合，當此種組合未明顯地顯示在申請專利範圍中時亦 1291242 同 第 第 1 2 6 9 10 11 14 15 16 4 1 ’ 【圖式簡單說明】 1圖本方法之一實施例之一階段中該光電模組的切面之 一部份。 2圖光電模組之一實施例之切面圖之一部份。 【主要元件符號之說明】 承載元件 半導體組件 光學裝置 連接層 保護層 安裝棒 螺母η 發光二極體晶片 外殻基體 連結線 澆注物質 焊劑 輻射耦合面 18 外殻連接線 42 終端電極 -13-

Claims (1)

1291242 I收年1月〉日修(更)正本 i 專利案 第93 1 3 48 5 8號「光電模組及其製造方法 (2007年9月修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種光電模組，其包含： -一承載元件，其具有電性終端電極和電性導線，

-至少一個施加在該承載元件上且在電性上連接至該承載 元件之終端電極的半導體組件，其用來發出或偵測電磁 輻射且具有一輻射耦合面，以及 -至少一光學裝置，其配屬於該半導體組件， 其特徵爲= 在輻射耦合面和光學裝置之間之氣隙中配置一由可透 過輻射且可變形的材料所構成的連接層，其中該光學裝 置和半導體組件須互相固定，使其互相壓緊且該連接層 須受到擠壓，使該連接層產生一種力，該力壓向該光學 裝置和該輻射耦合面而試圖使它們分開。

2. 如申請專利範圍第1項之光電模組，其中該連接層所具 有之厚度至少是30/zm，較佳是至少100//m。 3. 如申請專利範圍第2項之光電模組，其中該連接層之厚 度大於或等於150/zm且小於或等於350/zm。 4. 如申請專利範圍第1項之光電模組，其中該連接層具有 一種淸漆，較佳是電路板淸漆，其在硬化狀態中是可變 形的。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電模組，其中 該承載元件之表面至少一部份塗佈一種材料以作爲保護 1291242 用使不受外界所影響’該材料亦包含在該連接層中。 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電模組，其中 該連接層之折射率是依據半導體組件之與該連接層相鄰 接的材料的折射率來調整及/或依據該光學裝置之與該連 接層相鄰接的材料的折射率來調整。 7 ·如申請專利範圍第i至4項中任一項之光電模組，其中 該光學裝置具有反射式及/或折射式元件。 8 ·如申請專利範圍第丨至4項中任一項之光電模組，其中 該半導體組件是一種電致發光二極體組件。 9.如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電模組，其中 該半導體組件是一種可表面安裝的組件。 1 0 · —種光電模組之製造方法，其包含至少以下各步驟： -製備： -一種承載元件，其具有電性終端電極和電性導線， -一種半導體組件’其可發出或偵測電磁輻射且具有 一種輻射親合面，以及 -一種光學裝置； -於該承載元件上施加該半導體組件且使該半導體組件在 電性上連接至終端電極；以及 -在該半導體組件之輻射耦合面上安裝該光學裝置， 其特徵爲： -在安裝該光學裝置之前至少在該半導體組件之輻射 奉禹合面上施加一種可硬化且在硬化狀態中可透過輻射 且可變形的材料、， 1291242 -已施加的材料至少一部份須硬化或可硬化’以及 -該光學裝置和半導體組件須互相固定，使其互相壓 緊且該連接層須受到擠壓，使該連接層產生一種力， 該力壓向該光學裝置和該輻射耦合面而試圖使它們分 開。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之製造方法，其中該材料以層 的形式施加而成，該層所具有之厚度至少是30“m，較 佳是至少1 0 0 // m。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之製造方法，其中該材料以層 的形式施加而成，該層之厚度大於或等於1 5 0 # m且小 於或等於3 5 0 // m。 1 3 ·如申g靑專利範圍第1 〇至1 2項中任一項之製造方法，宜 中該材料具有一種淸漆，較佳是〜種電路板淸漆，其在 硬化狀態中可變形。 I4·如申請專利範圍第10項之製造方法，其中至少在該承 載元件之表面之一部份上施加該材料以進行保護使不受 外界所影響。 K如申請專利範圍帛14 J頁之製造方法，g中施加該材料 於該轄射親合面上及該承載元件之表面上時是以唯一的 步驟來達成。