專利名稱：光電子模塊及其制造方法
發明涉及一種按權利要求1的前序部分所述的光電子模塊以及按權利要求10的前序部分所述的制造光電子模塊的一種方法。
該專利申請要求德國專利中請10361650.0的優先權，后者的公開內容此處通過引用而包括。
在許多用半導體器件來發射或探測電磁輻射的應用中的附帶地使用光學裝置用于形成這種電磁輻射。由于在半導體器件和光學裝置之間有反射，因此常常出現輻射強度的重大損失。這尤其涉及到半導體器件和光學裝置之間界面上的反射。
為了最大程度上避免這樣的反射，重要的是使光學裝置光學上盡可能良好地與半導體器件連接，為此必須避免在輻射路徑中特別大的折射指數突變。眾所周知，為此應用了具有相應匹配的折射指數的凝膠，借助它來裝填在半導體器件和光學裝置之間的輻射路徑中的中間腔。
應用這樣的凝膠的缺點在于在應用一種特殊的定量配料設備來加裝凝膠時，必需采用一種特殊的加工工藝，這就使技術費用明顯增加。此外凝膠容易不可逆地變形并因此對于許多非靜態應用場合只是有條件地適合，在這些情況下可能引起器件的機械加載如振動。
本發明的目的是提出一種開頭所述種類的光電子模塊，它在半導體器件和光學裝置之間具有改善的光學連接。此外還提出了制造一種這樣的光電子模塊的一種簡單和經濟的方法。
此任務用一種按照權利要求1所述的光電子模塊或者說通過一種按照權利要求10的方法來解決。發明的優選的改進設計和有利的設計方案見從屬權利要求。
按照發明在一種開頭所述種類的光電子模塊中在輻射耦合面和光學裝置之間設有一個由可透過輻射的、可變形材料組成的連接層。光學裝置和半導體器件相互相對固定，使它們相互對壓并因此擠壓連接層，使它產生一個力，該力努力將光學裝置和輻射耦合面相互壓分開。
所謂“輻射耦合面”是指一個輻射耦合輸出面和/或一個輻射耦合輸入面，這就是說半導體器件的一個面，通過這面使輻射從半導體器件里耦合輸出或者耦合輸入到半導體器件里。
“相互對壓”按照本發明意味著光學裝置和半導體器件克服連接層的力通過一個固定裝置持久地保持在一種相互對壓的狀態下，因此在連接層上作用有一個變形力。
連接層的力克服變形力。去掉變形力時，也就是說去除光學裝置和半導體器件相互之間的相對固定，連接層的力就使光學裝置和半導體器件相互壓分開。
設置連接層，通過它產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運行溫度范圍以及附加的變形力對連接層的影響，例如象振動或離心力。
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度并且在光電子模塊的整個工作溫度范圍內不會流失。
通過發明可以有效地補償在半導體器件和光學裝置之間的間距的波動，這種波動例如可能在溫度波動時及由于半導體器件和光學裝置的材料有不同的膨脹系數而出現。當加大這間距時壓緊的連接層例如就膨脹并因此使半導體器件和輻射耦合面之間生成氣隙的風險最小。
光學裝置的目的是使由半導體器件發射或接收的電磁輻射至少部分地轉向。它例如可以是一個透鏡用于會聚或擴散電磁輻射的圓錐，或者例如也可以是一個棱鏡。
在光電子模塊的一種有利的實施形式中，連接層的最小厚度為30μm，優選為100μm。特別優選的是連接層厚度為大于或等于150μm并小于或等于350μm。一個這樣的厚度可以有利地能使半導本器件和光學裝置壓向連接層，使得在它們之間沒有氣隙，而且連接層產生一個足夠大的力，從而可以最好可能地補償間距波動和膨脹差別。
連接層優選其有一種漆，特別優選是一種板漆(Platinenlack)，其中所謂“板漆”是指一種適合于作為印制線路板的保護漆。與應用凝膠相反，在應用一種適合的板漆時可以采用涂漆的標準工序，因此可以明顯減少加工耗費以及加工成本。
在另一種有利的實施形式中基體元件的表面至少局部涂覆一種材料用來防止外來的影響，這種材料也包含在連接層里。更為適宜地這里可以應用一種適合的板漆，這就是說板漆既涂在基體元件的表面上，也涂在半導體器件和光學裝置之間，因此可以節省成本，因為通過一種材料層滿足了兩種功能。
在一種特別適合的模塊實施形式中連接層的折射指數匹配于半導體器件的鄰接于連接層的材料的折射指數和或匹配于光學裝置的鄰接于連接層的材料的折射指數。
光學裝置有利地具有折射的和/或反射的元件。
半導體器件特別優選是一種發光二極管器件。這里在一種有利的實施形式中是指一種可表面安裝的半導體器件。
在開頭所述種類的一種方法中按照發明在安裝光學裝置之前至少在半導體器件的輻射耦合面上涂覆一種可硬化的并在硬化狀態下可透過輻射并可以變形的物質。接著使涂覆的物質至少部分硬化或者硬化。光學裝置和半導體器件下一個工序中相互相對固定，使它們相互對壓并因此擠壓該物質，使該物質產生一個力，該力努力使光學裝置和輻射耦合面相互壓分開。
關于“相互對壓”這種表述在涉及方法的說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對象。
物質更適宜地涂覆成一個層，其最小厚度為30μm，優選為100μm。層形式的物質的厚度特別優選為大于或等于150μm并小于或等于350μm。
物質優選具有一種漆，特別優選是一種板漆，它在硬化狀態下可以變形，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小得多地涂覆。
在本方法的一種特別有利的實施形式中將物質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實現。
將物質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唯一的工序來進行發明的其它特點、優點可以參見以下結合附
圖1和2所描述的實施例。所示為圖1在本方法的一個實施例的一個工序中的光電子模塊的剖視示意放大圖；圖2光電子模塊的一個實施例的剖視示意放大圖。
在實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基體元件1，在該元件上設有一個半導體器件2。基體元件包括有電連接電極41，42，半導體器件2分別用外殼連接線路17，18借助個釬焊點15導電地連接于電連接電極41，42上。
半導體器件例如是一個發射光的器件。它有一個外殼基體11，在其中裝有一個發光二極管芯片10，使其電接頭側導電地與外殼連接導線17，18連接。例如將發光二極管芯片10的背面焊接在第一外殼連接導線17上，而前面則借助一個連接線13與第二外殼連接導線18導電連接。發光二極管芯片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成一個輻射耦合面16，通過這個輻射耦合面從半導體器件2將在其工作時所產生的光耦合輸出。
半導體器件2作為備選方案例如也可以是用于電磁輻射的探測器。在這種情況下將射入在半導體器件2上的電磁輻射對應地在輻射耦合面16耦合輸入半導體器件2里。
這種半導體器件對于本領域技術人員來說是熟知的，因此這里就不詳細說明了。
光電子模塊可以只有一個或者也可以有多個這樣的半導體器件2用來發射或探測電磁輻射。除此之外也可以在基體元件1上設置其它另外型式的器件例如象電阻、電容器和/或電感而且/或者與此導電連接。
既在基體元件1的部分表面上，又在半導體器件2的輻射耦合面16上涂覆一種可以透過輻射的，可變形的層形式的物質。
在基體表面上這個層用作為保護層7，并且也可以涂覆在可能有的，上面已經提到的其它型式的器件上。它保護基體的表面并在必要時保護該其它型式的器件以防止外來的影響。
在半導體器件2的表面上層用作為連接層6，借助于連接層使半導體器件和光學裝置3可以光學上相互連接，光學裝置3布置在輻射耦合面16之上(參見圖2)。
保護層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唯一的工序中涂覆上。因此例中通過涂板漆的一個標準工序可以有利地無需顯著增多費用地除了保護層7之外同時也產生連接層6。
一種適合的板漆是可以透過輻射的，在硬化狀態下可變形的，并且還可以優選地涂覆成足夠厚度的涂層，以便使光學元件3可以壓在連接層6上，使連接層變形并且在光學元件3和連接層之間沒有氣隙。
連接層厚度例如為300μm并且例如由一種硅漆組成。對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。它建立在聚有機硅氧烷基礎上并在室溫下具有一種塊速的縮聚交聯。
對于半導體器件2和光學裝置3的一種良好的光學連接來說，連接層6的材料的折射指數極大程度上匹配于澆注物質14和光學裝置的折射指數，這就是說它大約等于這些指數，或者如果澆注物質14和光學裝置3的折射指數明顯不同的話，那么它處于它們之間。
在連接層6硬化之后，將一個光學裝置3裝在半導體器件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例如具有兩個或多個垂直于基體元件1的一個主伸展平面伸出的具有螺紋的安裝桿8。
光學裝置3例如是一種具有側面加長部分的凸透鏡，在加長部分里設有孔。光學裝置這樣安裝，使安裝桿8穿過這些孔導向。然后借助于螺母9將光學裝置固定，使它壓在連接層上，這在圖中用箭頭表示于光學裝置上。因此使連接層壓緊或者擠壓在一起。在變形的狀態下連接層6還在其主伸展平面里大致被壓分開(比較圖1與圖2)。
光學裝置作為對圖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裝置3的向著半導體器件的那一面20上并將光學裝置與連接層6一起裝在輻射耦合面16上。然而優選將連接層6首先涂覆在輻射耦合面16上，然后才將光學裝置3裝在連接層6上。
在連接層6和輻射耦合層16或光學裝置3之間還可以設有另外的元件，這就是說連接層不必強制地直接連接于輻射耦合面16或者光學裝置3。
本發明的保護范圍并不局限于按照實施例對本發明所作的說明。其實本發明包括有每一種新的特征以及這些特征的每種組合，這尤其包含了權利要求書中特征的每種組合，即使這種組合并沒有明確地在權利要求書中作出說明。
權利要求
1.光電子模塊，其包括有-基體元件，它具有電連接電極和導電線路，-至少一個設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體器件，半導體器件用于發射或探測電磁輻射并有輻射耦合面，和-至少一個對應于半導體器件的光學裝置，其特征在于，在輻射耦合面和光學裝置之間的間隙里設有連接層，連接層由可以透過輻射的、可變形材料組成，其中光學裝置和半導體器件相互相對固定，使它們相互對壓，并因此擠壓連接層，使連接層產生一個力，該力努力使光學裝置和輻射耦合面相互壓分開。
2.按權利要求1所述的光電子模塊，其特征在于，連接層的厚度至少為30μm，優選至少為100μm。
3.按權利要求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，優選為一種板漆，它在硬化狀態下可以變形。
5.按上述權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影響，這材料也含有在連接層中。
6.按上述權利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，連接層的折射指數匹配于半導體器件的鄰接于連接層的材料的折射指數，和/或匹配于光學裝置的鄰接于連接層的材料的折射指數。
7.按上述權利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，光學裝置具有折射的和/或反射的元件。
8.按上述權利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，半導體器件是發光二極管器件。
9.按上述權利要求之一所述的光電子模塊，其特征在于，半導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-準備-基體元件，它具有電連接電極和導電線路，-用于發射或探測電磁輻射的半導體器件，它有一個輻射耦合面，和-光學裝置，-將半導體器件設于基體元件上并使半導體器件電連接于連接電極上，并-將光學裝置安裝在半導體器件的輻射耦合面之上，其特征在于，-在安裝光學裝置之前將可硬化的并在硬化狀態下可透過輻射的和可變形的物質至少涂覆在半導體器件的輻射耦合面上，-使涂覆的物質至少部分地硬化或者硬化，和-光學裝置和半導體器件相互相對地固定，使它們相互對壓并使物質因此使連接層因此受到擠壓，使其產生一個力，該力努力使光學裝置和輻射耦合面相互壓分開。
11.按權利要求10所述的方法，其特征在于，層狀地涂覆所述物質，其厚度至少為30μm，優選至少為100μm。
12.按權利要求11所述的方法，其特征在于，層狀地涂覆所述物質，其厚度大于或等于150μm并小于或等于350μm。
13.權利要求10至12中之一所述的方法，其特征在于，所述物質具有漆，優選為板漆，它在硬化狀態下可以變形。
14.權利要求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用于防止外來的影響。
15.權利要求14所述的方法，其特征在于，將所述物質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唯一的工序中實現。
全文摘要
發明涉及一種光電子模塊，它有一個基體元件、至少一個涂覆在基體元件上并導電連接的半導體器件，它用于發射或探測電磁輻射并具有一個輻射耦合面，以及至少一種光學裝置，它配合于半導體器件。在輻射耦合面和光學裝置之間設有一種由可透過輻射的可變形材料組成的連接層，其中光學裝置和半導體器件相互如此相對固定，以至于它們相互對壓并且因此擠壓這連接層使它產生一個力，該力努力將光學裝置和輻射耦合面相互壓分開。發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H01GGK1902764SQ200480039551
公開日2007年1月24日 申請日期2004年10月26日 優先權日2003年12月30日
發明者S·布盧姆爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司