專(zhuān)利名稱(chēng)：光電子模塊及其制造方法
發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的光電子模塊以及按權(quán)利要求10的前序部分所述的制造光電子模塊的一種方法。
該專(zhuān)利申請(qǐng)要求德國(guó)專(zhuān)利中請(qǐng)10361650.0的優(yōu)先權(quán)，后者的公開(kāi)內(nèi)容此處通過(guò)引用而包括。
在許多用半導(dǎo)體器件來(lái)發(fā)射或探測(cè)電磁輻射的應(yīng)用中的附帶地使用光學(xué)裝置用于形成這種電磁輻射。由于在半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間有反射，因此常常出現(xiàn)輻射強(qiáng)度的重大損失。這尤其涉及到半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間界面上的反射。
為了最大程度上避免這樣的反射，重要的是使光學(xué)裝置光學(xué)上盡可能良好地與半導(dǎo)體器件連接，為此必須避免在輻射路徑中特別大的折射指數(shù)突變。眾所周知，為此應(yīng)用了具有相應(yīng)匹配的折射指數(shù)的凝膠，借助它來(lái)裝填在半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間的輻射路徑中的中間腔。
應(yīng)用這樣的凝膠的缺點(diǎn)在于在應(yīng)用一種特殊的定量配料設(shè)備來(lái)加裝凝膠時(shí)，必需采用一種特殊的加工工藝，這就使技術(shù)費(fèi)用明顯增加。此外凝膠容易不可逆地變形并因此對(duì)于許多非靜態(tài)應(yīng)用場(chǎng)合只是有條件地適合，在這些情況下可能引起器件的機(jī)械加載如振動(dòng)。
本發(fā)明的目的是提出一種開(kāi)頭所述種類(lèi)的光電子模塊，它在半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間具有改善的光學(xué)連接。此外還提出了制造一種這樣的光電子模塊的一種簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方法。
此任務(wù)用一種按照權(quán)利要求1所述的光電子模塊或者說(shuō)通過(guò)一種按照權(quán)利要求10的方法來(lái)解決。發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)設(shè)計(jì)和有利的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)從屬權(quán)利要求。
按照發(fā)明在一種開(kāi)頭所述種類(lèi)的光電子模塊中在輻射耦合面和光學(xué)裝置之間設(shè)有一個(gè)由可透過(guò)輻射的、可變形材料組成的連接層。光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互相對(duì)固定，使它們相互對(duì)壓并因此擠壓連接層，使它產(chǎn)生一個(gè)力，該力努力將光學(xué)裝置和輻射耦合面相互壓分開(kāi)。
所謂“輻射耦合面”是指一個(gè)輻射耦合輸出面和/或一個(gè)輻射耦合輸入面，這就是說(shuō)半導(dǎo)體器件的一個(gè)面，通過(guò)這面使輻射從半導(dǎo)體器件里耦合輸出或者耦合輸入到半導(dǎo)體器件里。
“相互對(duì)壓”按照本發(fā)明意味著光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件克服連接層的力通過(guò)一個(gè)固定裝置持久地保持在一種相互對(duì)壓的狀態(tài)下，因此在連接層上作用有一個(gè)變形力。
連接層的力克服變形力。去掉變形力時(shí)，也就是說(shuō)去除光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互之間的相對(duì)固定，連接層的力就使光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互壓分開(kāi)。
設(shè)置連接層，通過(guò)它產(chǎn)生的力很大程度上避免了在連接層和鄰接面之間形成氣隙。這尤其適合于模塊的整個(gè)運(yùn)行溫度范圍以及附加的變形力對(duì)連接層的影響，例如象振動(dòng)或離心力。
連接層按此尤其是由一種材料組成，該材料具有比通常的凝膠更高的強(qiáng)度并且在光電子模塊的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)不會(huì)流失。
通過(guò)發(fā)明可以有效地補(bǔ)償在半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間的間距的波動(dòng)，這種波動(dòng)例如可能在溫度波動(dòng)時(shí)及由于半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置的材料有不同的膨脹系數(shù)而出現(xiàn)。當(dāng)加大這間距時(shí)壓緊的連接層例如就膨脹并因此使半導(dǎo)體器件和輻射耦合面之間生成氣隙的風(fēng)險(xiǎn)最小。
光學(xué)裝置的目的是使由半導(dǎo)體器件發(fā)射或接收的電磁輻射至少部分地轉(zhuǎn)向。它例如可以是一個(gè)透鏡用于會(huì)聚或擴(kuò)散電磁輻射的圓錐，或者例如也可以是一個(gè)棱鏡。
在光電子模塊的一種有利的實(shí)施形式中，連接層的最小厚度為30μm，優(yōu)選為100μm。特別優(yōu)選的是連接層厚度為大于或等于150μm并小于或等于350μm。一個(gè)這樣的厚度可以有利地能使半導(dǎo)本器件和光學(xué)裝置壓向連接層，使得在它們之間沒(méi)有氣隙，而且連接層產(chǎn)生一個(gè)足夠大的力，從而可以最好可能地補(bǔ)償間距波動(dòng)和膨脹差別。
連接層優(yōu)選其有一種漆，特別優(yōu)選是一種板漆(Platinenlack)，其中所謂“板漆”是指一種適合于作為印制線路板的保護(hù)漆。與應(yīng)用凝膠相反，在應(yīng)用一種適合的板漆時(shí)可以采用涂漆的標(biāo)準(zhǔn)工序，因此可以明顯減少加工耗費(fèi)以及加工成本。
在另一種有利的實(shí)施形式中基體元件的表面至少局部涂覆一種材料用來(lái)防止外來(lái)的影響，這種材料也包含在連接層里。更為適宜地這里可以應(yīng)用一種適合的板漆，這就是說(shuō)板漆既涂在基體元件的表面上，也涂在半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置之間，因此可以節(jié)省成本，因?yàn)橥ㄟ^(guò)一種材料層滿(mǎn)足了兩種功能。
在一種特別適合的模塊實(shí)施形式中連接層的折射指數(shù)匹配于半導(dǎo)體器件的鄰接于連接層的材料的折射指數(shù)和或匹配于光學(xué)裝置的鄰接于連接層的材料的折射指數(shù)。
光學(xué)裝置有利地具有折射的和/或反射的元件。
半導(dǎo)體器件特別優(yōu)選是一種發(fā)光二極管器件。這里在一種有利的實(shí)施形式中是指一種可表面安裝的半導(dǎo)體器件。
在開(kāi)頭所述種類(lèi)的一種方法中按照發(fā)明在安裝光學(xué)裝置之前至少在半導(dǎo)體器件的輻射耦合面上涂覆一種可硬化的并在硬化狀態(tài)下可透過(guò)輻射并可以變形的物質(zhì)。接著使涂覆的物質(zhì)至少部分硬化或者硬化。光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件下一個(gè)工序中相互相對(duì)固定，使它們相互對(duì)壓并因此擠壓該物質(zhì)，使該物質(zhì)產(chǎn)生一個(gè)力，該力努力使光學(xué)裝置和輻射耦合面相互壓分開(kāi)。
關(guān)于“相互對(duì)壓”這種表述在涉及方法的說(shuō)明中以前在涉及光電子模塊中所述的也同樣適合。同樣適合于可變形物質(zhì)對(duì)象。
物質(zhì)更適宜地涂覆成一個(gè)層，其最小厚度為30μm，優(yōu)選為100μm。層形式的物質(zhì)的厚度特別優(yōu)選為大于或等于150μm并小于或等于350μm。
物質(zhì)優(yōu)選具有一種漆，特別優(yōu)選是一種板漆，它在硬化狀態(tài)下可以變形，例如極大程度上可以彈性變形。如再上面所述，一種漆，尤其是一種板漆可以比例如凝膠成本有利得多而且化費(fèi)小得多地涂覆。
在本方法的一種特別有利的實(shí)施形式中將物質(zhì)至少涂覆在基體元件的一部分表面上用于防止外部的影響。這可以用一種漆，尤其是用一種板漆特別有利地來(lái)實(shí)現(xiàn)。
將物質(zhì)涂覆在輻射耦合面上和基體元件表面上可以特別有利地以一個(gè)唯一的工序來(lái)進(jìn)行發(fā)明的其它特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)可以參見(jiàn)以下結(jié)合附

圖1和2所描述的實(shí)施例。所示為圖1在本方法的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)工序中的光電子模塊的剖視示意放大圖；圖2光電子模塊的一個(gè)實(shí)施例的剖視示意放大圖。
在實(shí)施例和圖中相同的或作用相同的組成部分分別用相同的附圖標(biāo)記表示。附圖中所示的元件并不按比例的，而是為了更好地理解可能將它們部分地夸大表示。
圖1中部分表示的光電子模塊具有一個(gè)基體元件1，在該元件上設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體器件2?；w元件包括有電連接電極41，42，半導(dǎo)體器件2分別用外殼連接線路17，18借助個(gè)釬焊點(diǎn)15導(dǎo)電地連接于電連接電極41，42上。
半導(dǎo)體器件例如是一個(gè)發(fā)射光的器件。它有一個(gè)外殼基體11，在其中裝有一個(gè)發(fā)光二極管芯片10，使其電接頭側(cè)導(dǎo)電地與外殼連接導(dǎo)線17，18連接。例如將發(fā)光二極管芯片10的背面焊接在第一外殼連接導(dǎo)線17上，而前面則借助一個(gè)連接線13與第二外殼連接導(dǎo)線18導(dǎo)電連接。發(fā)光二極管芯片10用一種澆注材料14澆注，澆注材料的背離外殼的外表面構(gòu)成一個(gè)輻射耦合面16，通過(guò)這個(gè)輻射耦合面從半導(dǎo)體器件2將在其工作時(shí)所產(chǎn)生的光耦合輸出。
半導(dǎo)體器件2作為備選方案例如也可以是用于電磁輻射的探測(cè)器。在這種情況下將射入在半導(dǎo)體器件2上的電磁輻射對(duì)應(yīng)地在輻射耦合面16耦合輸入半導(dǎo)體器件2里。
這種半導(dǎo)體器件對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的，因此這里就不詳細(xì)說(shuō)明了。
光電子模塊可以只有一個(gè)或者也可以有多個(gè)這樣的半導(dǎo)體器件2用來(lái)發(fā)射或探測(cè)電磁輻射。除此之外也可以在基體元件1上設(shè)置其它另外型式的器件例如象電阻、電容器和/或電感而且/或者與此導(dǎo)電連接。
既在基體元件1的部分表面上，又在半導(dǎo)體器件2的輻射耦合面16上涂覆一種可以透過(guò)輻射的，可變形的層形式的物質(zhì)。
在基體表面上這個(gè)層用作為保護(hù)層7，并且也可以涂覆在可能有的，上面已經(jīng)提到的其它型式的器件上。它保護(hù)基體的表面并在必要時(shí)保護(hù)該其它型式的器件以防止外來(lái)的影響。
在半導(dǎo)體器件2的表面上層用作為連接層6，借助于連接層使半導(dǎo)體器件和光學(xué)裝置3可以光學(xué)上相互連接，光學(xué)裝置3布置在輻射耦合面16之上(參見(jiàn)圖2)。
保護(hù)層7和連接層6例如由一種相同材料組成，例如由一種適合的板漆，而且使二者例如在一個(gè)唯一的工序中涂覆上。因此例中通過(guò)涂板漆的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工序可以有利地?zé)o需顯著增多費(fèi)用地除了保護(hù)層7之外同時(shí)也產(chǎn)生連接層6。
一種適合的板漆是可以透過(guò)輻射的，在硬化狀態(tài)下可變形的，并且還可以?xún)?yōu)選地涂覆成足夠厚度的涂層，以便使光學(xué)元件3可以壓在連接層6上，使連接層變形并且在光學(xué)元件3和連接層之間沒(méi)有氣隙。
連接層厚度例如為300μm并且例如由一種硅漆組成。對(duì)此例如拉克威克彼得公司(Lackwerke Peters GmbH & Co KG)的厚層漆DSL1706FLZ是適合的。它建立在聚有機(jī)硅氧烷基礎(chǔ)上并在室溫下具有一種塊速的縮聚交聯(lián)。
對(duì)于半導(dǎo)體器件2和光學(xué)裝置3的一種良好的光學(xué)連接來(lái)說(shuō)，連接層6的材料的折射指數(shù)極大程度上匹配于澆注物質(zhì)14和光學(xué)裝置的折射指數(shù)，這就是說(shuō)它大約等于這些指數(shù)，或者如果澆注物質(zhì)14和光學(xué)裝置3的折射指數(shù)明顯不同的話，那么它處于它們之間。
在連接層6硬化之后，將一個(gè)光學(xué)裝置3裝在半導(dǎo)體器件2的輻射耦合面16上，使連接層6受到擠壓。為此基體元件1例如具有兩個(gè)或多個(gè)垂直于基體元件1的一個(gè)主伸展平面伸出的具有螺紋的安裝桿8。
光學(xué)裝置3例如是一種具有側(cè)面加長(zhǎng)部分的凸透鏡，在加長(zhǎng)部分里設(shè)有孔。光學(xué)裝置這樣安裝，使安裝桿8穿過(guò)這些孔導(dǎo)向。然后借助于螺母9將光學(xué)裝置固定，使它壓在連接層上，這在圖中用箭頭表示于光學(xué)裝置上。因此使連接層壓緊或者擠壓在一起。在變形的狀態(tài)下連接層6還在其主伸展平面里大致被壓分開(kāi)(比較圖1與圖2)。
光學(xué)裝置作為對(duì)圖2所示透鏡的備選方案可以具有折射的和/或反射的元件。
另外還可以將連接層也涂覆在光學(xué)裝置3的向著半導(dǎo)體器件的那一面20上并將光學(xué)裝置與連接層6一起裝在輻射耦合面16上。然而優(yōu)選將連接層6首先涂覆在輻射耦合面16上，然后才將光學(xué)裝置3裝在連接層6上。
在連接層6和輻射耦合層16或光學(xué)裝置3之間還可以設(shè)有另外的元件，這就是說(shuō)連接層不必強(qiáng)制地直接連接于輻射耦合面16或者光學(xué)裝置3。
本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于按照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所作的說(shuō)明。其實(shí)本發(fā)明包括有每一種新的特征以及這些特征的每種組合，這尤其包含了權(quán)利要求書(shū)中特征的每種組合，即使這種組合并沒(méi)有明確地在權(quán)利要求書(shū)中作出說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.光電子模塊，其包括有-基體元件，它具有電連接電極和導(dǎo)電線路，-至少一個(gè)設(shè)于基體元件上的并電連接于基體元件的連接電極上的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體器件用于發(fā)射或探測(cè)電磁輻射并有輻射耦合面，和-至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體器件的光學(xué)裝置，其特征在于，在輻射耦合面和光學(xué)裝置之間的間隙里設(shè)有連接層，連接層由可以透過(guò)輻射的、可變形材料組成，其中光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互相對(duì)固定，使它們相互對(duì)壓，并因此擠壓連接層，使連接層產(chǎn)生一個(gè)力，該力努力使光學(xué)裝置和輻射耦合面相互壓分開(kāi)。
2.按權(quán)利要求1所述的光電子模塊，其特征在于，連接層的厚度至少為30μm，優(yōu)選至少為100μm。
3.按權(quán)利要求2所述的光電子模塊，其特征在于，連接層的厚度大于或等于150μm并小于或等于350μm。
4.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，連接層具有一種漆，優(yōu)選為一種板漆，它在硬化狀態(tài)下可以變形。
5.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，基體元件的表面至少局部用一種材料涂覆用于防止外來(lái)影響，這材料也含有在連接層中。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，連接層的折射指數(shù)匹配于半導(dǎo)體器件的鄰接于連接層的材料的折射指數(shù)，和/或匹配于光學(xué)裝置的鄰接于連接層的材料的折射指數(shù)。
7.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，光學(xué)裝置具有折射的和/或反射的元件。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，半導(dǎo)體器件是發(fā)光二極管器件。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，半導(dǎo)體器件是可表面安裝的器件。
10.制造一種光電子模塊的方法，其具有至少以下工序-準(zhǔn)備-基體元件，它具有電連接電極和導(dǎo)電線路，-用于發(fā)射或探測(cè)電磁輻射的半導(dǎo)體器件，它有一個(gè)輻射耦合面，和-光學(xué)裝置，-將半導(dǎo)體器件設(shè)于基體元件上并使半導(dǎo)體器件電連接于連接電極上，并-將光學(xué)裝置安裝在半導(dǎo)體器件的輻射耦合面之上，其特征在于，-在安裝光學(xué)裝置之前將可硬化的并在硬化狀態(tài)下可透過(guò)輻射的和可變形的物質(zhì)至少涂覆在半導(dǎo)體器件的輻射耦合面上，-使涂覆的物質(zhì)至少部分地硬化或者硬化，和-光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互相對(duì)地固定，使它們相互對(duì)壓并使物質(zhì)因此使連接層因此受到擠壓，使其產(chǎn)生一個(gè)力，該力努力使光學(xué)裝置和輻射耦合面相互壓分開(kāi)。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，層狀地涂覆所述物質(zhì)，其厚度至少為30μm，優(yōu)選至少為100μm。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，層狀地涂覆所述物質(zhì)，其厚度大于或等于150μm并小于或等于350μm。
13.權(quán)利要求10至12中之一所述的方法，其特征在于，所述物質(zhì)具有漆，優(yōu)選為板漆，它在硬化狀態(tài)下可以變形。
14.權(quán)利要求10至13中之一所述的方法，其特征在于，至少在基體元件的一部分表面上涂覆所述物質(zhì)用于防止外來(lái)的影響。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將所述物質(zhì)涂覆在輻射耦合面上和涂覆在基體元件的表面上都在一個(gè)唯一的工序中實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
發(fā)明涉及一種光電子模塊，它有一個(gè)基體元件、至少一個(gè)涂覆在基體元件上并導(dǎo)電連接的半導(dǎo)體器件，它用于發(fā)射或探測(cè)電磁輻射并具有一個(gè)輻射耦合面，以及至少一種光學(xué)裝置，它配合于半導(dǎo)體器件。在輻射耦合面和光學(xué)裝置之間設(shè)有一種由可透過(guò)輻射的可變形材料組成的連接層，其中光學(xué)裝置和半導(dǎo)體器件相互如此相對(duì)固定，以至于它們相互對(duì)壓并且因此擠壓這連接層使它產(chǎn)生一個(gè)力，該力努力將光學(xué)裝置和輻射耦合面相互壓分開(kāi)。發(fā)明還涉及一種制造一種這樣的光電子模塊的方法。
文檔編號(hào)H01GGK1902764SQ200480039551
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者S·布盧姆爾 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司