專利名稱：形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及在支撐結(jié)構(gòu)上形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其通過應用低表面能阻隔帶或表面到所述支撐結(jié)構(gòu)上。
2.
背景技術(shù)：
半導體發(fā)光器件例如發(fā)光二極管(LED)是過去幾十年中用于多個應用領域的半導體光源。對LED的改進持續(xù)在效率，亮度和制造工藝領域。在表面貼裝LED中，LED晶粒被安裝在支撐結(jié)構(gòu)上并封裝進光學圓頂透鏡以保護其免受機械損傷，環(huán)境影響，和將光線形成及提取到所述LED晶粒之外。工業(yè)中主要使用幾個方法來形成光學透鏡。用于表面貼裝LED的普通類型透鏡可通過使用注塑成型或擠壓成型工藝來形成。有一種簡單工藝用來與安裝有LED晶粒的封裝粘合。但是，這種工藝要求使用仍然相對昂貴的模子并且只對大制造量具有成本效益。除此之外，使用注塑成型來制造用于封裝的光學透鏡還有很多缺點。其中之一是產(chǎn)生平面區(qū)域，該區(qū)域會在切割工藝中傾斜制造因此減小了切割速度，而不管使用切割還是激光切割，因為需要平衡在頂部的相對軟的材料和在底部的較硬材料。用于切割工藝的刀片在一定周期結(jié)束后需要被重新削尖因為封裝材料容易粘在切割刀片上。進一步地，由于封裝材料在平面區(qū)域或芯片分層并從支撐結(jié)構(gòu)上脫落，會導致成品率損失問題。其他缺點是由于將光線通過平面區(qū)域從不想要的區(qū)域中耦合出來而導致的光線輸出損失，和在平面區(qū)域的昂貴封裝材料的不必要浪費。如果通過使用非成型技術(shù)來在支撐結(jié)構(gòu)上形成光學透鏡，其中非成型技術(shù)為在添加密封劑之前通過在支撐結(jié)構(gòu)上應用低表面能阻帶或表面，上述缺點將會得到改善因此具有極大的優(yōu)點。因此，在單元之間看不到任何平面區(qū)域同時這是一項成本效益很好的方法。
3.

發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明的主要目的是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其中不需要成型機器因為它僅包括普通散布以形成光學圓頂這樣制造成本可以減少，也可以在制造中創(chuàng)造好的多的彈性。本發(fā)明的另一個目標是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其中創(chuàng)造出高表面能或高觸變密封劑和低表面能阻帶。本發(fā)明的另一個目標是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其中由于在所述器件間不存在平面區(qū)域，制造所述半導體發(fā)光器件的產(chǎn)量可被提升。本發(fā)明的另一個目標是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，該器件更有彈性因此在設計和開發(fā)樣品或?qū)嶋H產(chǎn)品中可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)變。本發(fā)明的另一個目標是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其中所述方法可擴展用于開發(fā)例如半導體發(fā)光模塊。本發(fā)明的另一個目標是提供一種形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的方法，其中所述方法可直接應用于板上芯片。通過理解對本發(fā)明的隨后詳細描述或?qū)⒈景l(fā)明用于實際，本發(fā)明的其他或更多目標將會更為清楚。根據(jù)本發(fā)明提供的優(yōu)選實施例，一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，包括步驟:1.提供至少一個晶粒(102)附著在支撐結(jié)構(gòu)(101)上；其特征在于所述形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法進一步在步驟i之后包括如下步驟:1.將低表面能材料(104)應用于所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上；i1.將密封劑材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上以形成至少一個覆蓋所述晶粒(102)的光學透鏡(103)ii1.固化所述密封劑(103)以將所述液體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w密封劑(103)。其中所述應用低表面能材料(104)的步驟可以實現(xiàn)在所述散布密封劑材料的步驟之前的任何階段。在本發(fā)明的第二實施例中，提供一種半導體發(fā)光器件(100)包括:至少一個晶粒(102)至少一個光學透鏡(103)支撐結(jié)構(gòu)(101)其特征在于所述光學透鏡(103)形成而不會出現(xiàn)平面區(qū)域。在本發(fā)明的第三實施例中，提供，—種半導體發(fā)光模塊包括:至少一個半導體發(fā)光器件(100)包括:至少一個晶粒(102)，至少一個光學透鏡
(103)，和一個作為支撐結(jié)構(gòu)(101)的印刷電路板。其特征在于所述光學透鏡(103)形成而不會出現(xiàn)平面區(qū)域。
4.


結(jié)合附圖研究詳細說明書，本發(fā)明的其他方面和它們的優(yōu)點將會更為明顯，其中:圖1-A是示出通過使用注塑成型工藝形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的傳統(tǒng)方法的示意圖。圖1-B是示出通過使用非成型技術(shù)形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的新方法示意圖。圖1-C和圖1-D是示出應用低表面能阻帶或表面到所述支撐結(jié)構(gòu)之上的例子的示意圖。圖2示出比較傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)中出現(xiàn)的平面區(qū)域。圖3示出傳統(tǒng)技術(shù)中制造半導體發(fā)光器件和發(fā)光模塊的流程圖。圖4示出新技術(shù)中制造半導體發(fā)光器件的流程圖。圖5示出新技術(shù)中制造半導體發(fā)光模塊的流程圖。5.
具體實施例方式在隨后的詳細描述中，眾多特定細節(jié)被設定以提供對本發(fā)明的完整理解。但是，本領域技術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明不具備這些特定細節(jié)也可以實施。在另一些情況下，公知方法，程序和/或組件并未被詳細描述以期不模糊本發(fā)明。通過如下實施例的描述本發(fā)明將會得到更為清晰的理解，例子中給出的方式僅僅是用于參照并不按照比例繪制的附圖。參照圖1-A，示出通過使用注塑成型工藝形成用于半導體發(fā)光器件的光學透鏡的傳統(tǒng)方法的示意圖。一定量的密封劑材料散布在模子上，所述模子具備對應期望透鏡形狀的凹陷或腔。通過應用壓力以強迫所述密封劑材料與所有模子區(qū)域接觸，在所述模子被關(guān)閉之前復數(shù)個晶粒安裝在被放置在模子上部的支撐結(jié)構(gòu)之上。通過具備在每個晶粒之上覆蓋成型透鏡的結(jié)果結(jié)構(gòu)，所述模子將根據(jù)注塑成型工藝的完成而打開。如上所述，現(xiàn)存注塑成型工藝不僅增加了準備具有預定形狀的模子的制造成本，也制造出由于光折射效應而最終會導致光輸出損失的平面區(qū)域。參照圖1-B，示出通過使用非成型技術(shù)形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的新方法示意圖。對于新技術(shù)來說，無需使用傳統(tǒng)技術(shù)中需要使用的準備用于注塑成型工藝的模子的步驟。所述傳統(tǒng)步驟被使用低表面能材料而創(chuàng)立低表面能阻帶或表面(104)到支撐結(jié)構(gòu)(101)之上所替代。該想法是在支撐結(jié)構(gòu)(101)和密封劑(103)之間創(chuàng)立高足夠表面能差，這樣使得密封劑(103)被維持在最低可能能量態(tài)，以自動形成所要求的光學透鏡(103)。任何物質(zhì)的表面能是分子之間的分子間力的直接表現(xiàn)。為了達到這個目的，所述低表面能材料以這種方式規(guī)劃以防止在所述密封劑(103)被散布到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上時變濕，所述結(jié)構(gòu)(101)包含圍繞所述被散布的密封劑(103)的低表面能阻帶或表面(104)。市場中有特定的光學級硅的碳氟化合物組，其具備低應力并可應用于低能量阻帶或表面(104)。在本發(fā)明中，可使用表面能在范圍5mN/m-18mN/m之間的阻帶(104),并且優(yōu)選的，位于15mN/m。參照圖1-C和圖1-D，示出應用低表面能阻帶或表面(104)到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上的例子的示意圖。所述低表面能阻帶或表面(104)可以是圓形，方形，長方形或任何能夠阻止所述密封劑(103)流出來的其他期望形狀這樣就形成了光學透鏡(103)的期望形狀。另外，可根據(jù)需要為了研發(fā)目的或制造工藝，靈活設計所述低表面能阻帶或表面(104)的不同尺寸和數(shù)量。其可使用任何方法來形成，例如散布，繪制，絲網(wǎng)印刷術(shù)，噴墨印刷，轉(zhuǎn)讓印花，浸潰整個支撐結(jié)構(gòu)(101)到溶液上，晶圓光刻工藝等等到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上?？蛇x擇的，所述低表面能阻帶(104)可以被沖壓或塑造為獨立材料片并隨后通過粘著劑粘著在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。在當前發(fā)明中，所述密封劑(103)可包括硅，環(huán)氧基硅或混合硅和環(huán)氧基樹脂。所述密封劑(103)的表面能可以超過20mN/m。這里，通過加入高表面活性材料或高觸變材料到所述密封劑(103)中，所述密封劑(103)的表面能增加。所述密封劑(103)隨后被散布到具有低表面能阻帶或表面(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上以直接形成具有要求形狀的光學透鏡(103)并基于完成覆蓋晶粒(102)。通過外部或散布工藝內(nèi)使用熱量，濕度，UV光或上述方式任意組合方式，所述密封劑(103)能固化并轉(zhuǎn)換液體物質(zhì)為固定密封劑(103)?，F(xiàn)在參照圖2，示出比較傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)中出現(xiàn)的平面區(qū)域。通過使用傳統(tǒng)注塑成型法，會出現(xiàn)厚度大約為0.050毫米的平面區(qū)域。在注塑成型工藝期間，密封劑材料不僅充滿模子的空腔而且更進一步擴展到腔體之間和圍繞腔體的區(qū)域上，從而導致平面區(qū)域的出現(xiàn)。通過應用當前的非成型技術(shù)，在工藝完成后不會察覺到平面區(qū)域。由于沒有了平面區(qū)域，分離工藝期間出現(xiàn)的困難可被消除，并減少了由于光折射效應而引起的光輸出損失。除此之外，還發(fā)現(xiàn)由于使用當前發(fā)明而產(chǎn)生的所述半導體發(fā)光器件(100)的熱敏電阻是很低的，這里熱量能夠通過印刷電路板更有效率的分散到熱沉上。先參照圖3，示出制造半導體發(fā)光器件的傳統(tǒng)工藝流程圖。通常制造工藝包括級別I步驟和級別2步驟其中所述級別I步驟的輸出是半導體發(fā)光器件的單獨單元并且用于級別2步驟的輸出是半導體發(fā)光模塊。級別I制造工藝開始于使所述晶粒安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括包含陶瓷或含有金屬鉛的硅或任何其他結(jié)構(gòu)的基板。電連接可通過附加絲焊而形成，優(yōu)選金線焊接以連接所述晶粒到所述支撐結(jié)構(gòu)的接觸部。所述支撐結(jié)構(gòu)通過將兩片模子互相擠壓而壓縮成型，其中一定量的密封劑材料散布到模子的一個部分之上以形成覆蓋所述晶粒的光學透鏡。所述形成了透鏡的支撐結(jié)構(gòu)隨后被從模子中移除?；谕哥R的預期形狀的形成覆蓋了所述晶粒，所有的工件都繼續(xù)測試，隨后是分離工藝。所述半導體發(fā)光器件隨后用帶子捆扎并卷盤封裝以用于運輸。在級別2步驟中，它開始于使得焊料印刷以用于印刷電路板并隨后使用SMT安裝其中從級別I步驟中輸出的多個單元被安裝在PCB的表面之上。另外的電子組件可被同時SMT安裝。所述板隨后被運送以回流焊來融化焊料并加熱板或模塊的鄰接表面?；亓骱钢螅霭寤蚰K隨后繼續(xù)測試并隨后分離。級別2步驟以封裝所述半導體發(fā)光模塊以運輸而結(jié)束。現(xiàn)參照圖4，示出新技術(shù)中制造半導體發(fā)光器件(100)的流程圖。與傳統(tǒng)方法相同，該制造工藝開始于使得所述晶粒(102)安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。所述支撐結(jié)構(gòu)
(101)可以是陶瓷基板，硅基板或任何類型的支撐。電連接隨后通過附加絲焊而形成，優(yōu)選金線焊接以連接所述晶粒(102)到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)的接觸部或金屬襯墊。在當前發(fā)明中，在包含高表面能材料的密封劑(103)散布之前多個低表面能阻帶或表面(104)由低表面能材料形成在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上。由低表面能材料形成該低表面能帶或表面
(104)可執(zhí)行在任何工藝步驟中只要它在散布工藝步驟之前即可。散布和固化工藝之后，由于透鏡(103)的預期形狀的形成覆蓋了所述晶粒(102)，所有工件被調(diào)動來測試，隨后分離。所述半導體發(fā)光器件(100)在那被封裝在運輸盤或管子之中以運輸。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述形成透鏡(103)的方法可用于半導體發(fā)光模塊，其包括LED板上芯片器件。所述板上芯片基板可以是金屬核PCB，具有或不具備熱通道的普通PCB (FR或CEM)，聚酰亞胺彈性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引線框架等等。在這個例子中，支撐結(jié)構(gòu)(101)是PCB本身。光學透鏡(103)的形成可直接用于所述半導體發(fā)光模塊上而不必在SMT安裝期間安裝半導體發(fā)光器件的每個單獨單元。這樣制造工藝可簡化為圖5中所示的較少步驟。雖然上面詳細描述公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和它的優(yōu)點，本發(fā)明并不限于此而僅僅由下附權(quán)利要求的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，包括步驟:供至少一個晶粒(102)附著在支撐結(jié)構(gòu)(101)上； 其特征在于所述形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法進一步在步驟i之后包括如下步驟:低表面能材料(104)應用于所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上； .將密封劑材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上以形成至少一個覆蓋所述晶粒(102)的光學透鏡(103)； ii1.固化所述密封劑(103)以將所述液體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w密封劑(103)； 其中所述應用低表面能材料(104)的步驟可以實現(xiàn)在所述散布密封劑材料的步驟之前的任何階段。
2.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述表面能材料可被應用在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上以形成低表面能阻帶或表面(104)。
3.如任意一個前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)根據(jù)應用可以是任何形狀，尺寸和數(shù)量。
4.如任意一個前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法,其中所述低表面能阻帶或表面(104)位于范圍5mN/m-18mN/m。
5.如任意一個前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)由含有碳氟化合物組的硅材料組成。
6.如任意一個前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)可通過使用散布，繪制，絲網(wǎng)印刷術(shù)，噴墨印刷，轉(zhuǎn)讓印花，浸潰整個支撐結(jié)構(gòu)(101)到溶液上，晶圓光刻工藝等等來建立。
7.如任意一個前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)可以被沖壓或塑造為獨立材料片并隨后通過粘著劑粘著在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。
8.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料可以是硅，環(huán)氧基硅或混合硅和環(huán)氧基樹脂。
9.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料的所述表面能超過20mN/m。
10.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料中加入高表面活性材料和高觸變材料。
11.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料可通過UV光，熱，濕度或任何前述的組合來固化。
12.權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述方法可用于板上芯片器件。
13.權(quán)利要求8所述的一種形成用于半導體發(fā)光器件(100)的光學透鏡(103)的方法，其中所述板上芯片器件可以是金屬核PCB，具有或不具備熱通道的普通PCB (FR或CEM)，聚酰亞胺彈性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引線框架。
14.一種半導體發(fā)光器件(100)包括: 至少一個晶粒(102)； 至少一個光學透鏡(103) 支撐結(jié)構(gòu)(101) 其特征在于所述光學透鏡(103)形成而不會出現(xiàn)平面區(qū)域。
15.—種半導體發(fā)光模塊包括: 至少一個半導體發(fā)光器件(100)包括:至少一個晶粒(102)，至少一個光學透鏡(103)，和一個作為支撐結(jié)構(gòu)(101)的印刷電路板。
其特征在于所述光學透鏡(103)形 成而不會出現(xiàn)平面區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及通過使用低表面能阻帶或表面(104)到支撐結(jié)構(gòu)(101)之上，在用于半導體發(fā)光器件(100)的支撐結(jié)構(gòu)(101)上的形成光學透鏡的方法。所述光學透鏡(103)被用作在半導體發(fā)光晶粒(102)之上的封裝以成形并將光線從半導體發(fā)光晶粒(102)中提出，從而提供保護以免受機械損害和環(huán)境影響。
文檔編號H01L33/58GK103119738SQ201180041273
公開日2013年5月22日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者郭學欽 申請人:馬來西亞矽科有限公司