可表面安装的光电子器件和用于制造可表面安装的光电子器件的方法

摘要

提出一种可表面安装的光电子器件（1），所述光电子器件具有辐射穿透面（10）、光电子半导体芯片（2）和芯片载体（3）。在芯片载体（3）中构成空腔（31），在所述空腔中设置有半导体芯片（2）。模制体（5）至少局部地包围芯片载体（3），其中芯片载体（3）在垂直于辐射穿透面（10）延伸的竖直方向中完全地延伸穿过模制体（5）。此外，提出一种用于制造可表面安装的光电子器件的方法。

说明书

技术领域

提出一种可表面安装的光电子器件以及一种用于制造这种器件的 方法。

相关申请的引用

本申请要求德国专利申请102010023815.5的优先权，其公开内容 在此通过引用并入本文。

背景技术

在制造例如为发光二极管的可表面安装的半导体器件（表面安装器 件，SMD）时，光电子半导体芯片能够放置在具有金属导体框的预制的 壳体中。半导体芯片的安装典型地通过用银导电粘接剂粘接而进行，这 限制了损耗热量的散热、进而限制了LED的性能。

发明内容

本申请的目的是提供一种可表面安装的器件，其中能够有效地导出 在运行中产生的损耗热量并且此外能够简单地、低成本地并且可靠地制 造所述器件。此外，提出一种用于制造这种器件的方法。

所述目的通过具有独立权利要求的特征的可表面安装的光电子器 件或制造方法来实现。扩展方案和改进形式是从属权利要求的主题。

根据一个实施形式，可表面安装的光电子器件具有辐射穿透面、光 电子半导体芯片和芯片载体。在芯片载体中构成有空腔，在所述空腔中 设置有半导体芯片。模制体至少局部地包围芯片载体。芯片载体在垂直 于辐射穿透面延伸的竖直方向上完全地延伸穿过模制体。

因此，在半导体芯片运行时产生的损耗热量能够从半导体芯片中直 接地经由芯片载体从器件中导出。在竖直方向上，芯片载体在朝向辐射 穿透面的上侧和下侧之间延伸。空腔适当地构成在芯片载体的上侧中。

半导体芯片优选与芯片载体材料接合地连接。在材料接合的连接 中，优选为预制的连接配对件借助于原子力和/或分子力结合在一起。 材料接合的连接例如能够借助于如粘接剂或焊料的连接机构来实现。通 常，连接的分开随着例如连接层的连接机构的和/或连接配对件中的至 少一个的损坏而出现。

优选地，在芯片载体和半导体芯片之间构成有焊料层作为连接层。 焊料层的特征在于尤其高的导热性，使得半导体芯片和芯片载体之间的 热阻降低，进而尽可能地改进从半导体芯片中导热。

模制体优选地包含塑料材料或者由塑料材料制成。在制造器件时能 够简单地、可靠地并且低成本地将这种材料模制到芯片载体上。

半导体芯片优选地完全设置在空腔之内。也就是说，半导体芯片优 选不突出于芯片载体的上侧。

除了光电子半导体芯片之外，器件也能够具有另一个半导体芯片， 尤其是电子的或光电子的半导体芯片。另一个半导体芯片能够设置在所 述空腔中或另一个空腔中。

在一个优选的扩展方案中，模制体在竖直方向上完全地构成在通过 芯片载体的上侧预设的第一主平面和通过芯片载体的下侧预设的第二 主平面之间。换言之，模制体的最大厚度小于或等于芯片载体的厚度。 “厚度”在本文中理解成在竖直方向上的伸展尺寸。

此外优选地，芯片载体在竖直方向上至少在邻接于芯片载体的区域 中与芯片载体的下侧和/或与芯片载体的上侧齐平。尽可能地，模制体 能够在横向方向上完全地环绕芯片载体，并且尤其在围绕芯片载体的整 个区域中与芯片载体的上侧和下侧齐平。

在一个优选的扩展方案中，在模制体中设置有接触结构。接触结构 优选在竖直方向上完全地延伸穿过模制体。接触结构适当地经由例如为 接合线连接件的连接导线与半导体芯片导电地连接。借助于接触结构， 半导体芯片能够由背离辐射穿透面的一侧从外部电接触。

连接导线优选局部地在第一主平面和辐射穿透面之间延伸。因此在 竖直方向上，连接导线局部地突出于模制体并且也还突出于芯片载体。 在此，连接导线在器件的俯视图中跨过芯片载体和接触结构之间的横向 距离。

在另一优选的扩展方案中，芯片载体形成第一接触部，半导体芯片 能够经由所述第一接触部从外部电接触。在该情况下，接触结构能够形 成另一个接触部，其中第一接触部和另一个接触部优选地设置在器件的 背离辐射穿透面的一侧。

替选地也能够考虑，芯片载体不设置为用于从外部电接触，而是尤 其用于导热。在该情况下，器件适当地具有至少一个另外的接触结构， 使得器件提供至少两个外部的电接触部。

在一个优选的扩展方案中，空腔的底面具有第一覆层。第一覆层尤 其设置用于：简化与光电子半导体芯片的钎焊连接。因此，借助于第一 覆层能够简化具有小的热阻的在芯片载体和半导体芯片之间的连接部 的制造。优选地，第一覆层由金或含有金的金属合金制成。

在另一优选的扩展方案中，空腔的一个侧面构成为反射在光电子器 件运行时待由光电子半导体芯片产生的和/或接收的辐射。

尤其地，该侧面具有第二覆层。第二覆层优选地包含金属或金属合 金。在可见光谱范围内和在紫外光谱范围内，例如，银、铝、铑和铬的 特征在于高反射率。在红外光谱范围内，例如，金适用于第二覆层。

替选地或者补充地，芯片载体也能够包含塑料。为了提高反射率能 够将例如为二氧化钛的填充材料引入到塑料中。

在一个优选的扩展方案中，光电子半导体芯片嵌入到包套中。包套 用于封装半导体芯片并且保护所述半导体芯片不受例如湿气或灰尘的 有害的外界影响。优选地，包套也至少局部地覆盖模制体。此外优选地， 在竖直方向上，包套朝着辐射穿透面的方向延伸超过模制体的第一主平 面。尤其地，辐射穿透面能够借助于包套形成。包套例如能够至少局部 地构成为透镜形的，例如在器件的俯视图中凸形地弯曲。包套适当地对 于待在光电子半导体芯片中产生的和/或接收的辐射而言构成为是透明 的或者至少半透明的。

在一个优选的改进形式中，芯片载体具有锚固结构，包套和/或模制 体模制到所述锚固结构上。锚固结构设置用于：持久地阻止或者至少妨 碍包套和/或模制体从芯片载体脱落。

例如，从辐射穿透面起观察，芯片载体能够具有侧凹部。

尤其地，用于模制体的锚固结构能够构成为凸起部，所述凸起部在 横向方向上完全地或者至少局部地环绕芯片载体。

用于包套的锚固结构能够尤其构成在空腔中或者邻接于空腔。

在另一个优选的扩展方案中，包套和模制体至少在沿着辐射穿透面 延伸的方向上是齐平的。优选地，包套和模制体在器件的整个周边上是 相互齐平的。在制造中，借助于在共同的生产步骤中切开包套和模制体 而能够尤其简单地从并排设置的器件区域的矩阵中分割这种器件。

在用于制造可表面安装的光电子器件的方法中，根据一个实施形式 来提供芯片载体，其中在上侧中构成有空腔。将光电子半导体芯片设置 并且适当地固定在空腔中。将芯片载体设置在辅助载体上。将具有芯片 载体的辅助载体设置在成型模具中，其中空腔借助于成型模具和芯片载 体的上侧密封地封闭。将成型模具用模塑料填充，其中模塑料在空腔之 外至少局部地模制到芯片载体上。移除成型模具。移除辅助载体。

优选地以所说明的制造步骤的顺序来执行方法。然而，也能够考虑 与此不同的顺序。例如，也能够在将模塑料模制到芯片载体上之后才将 半导体芯片设置在空腔中。

“密封地封闭”在本文中理解成，在填充成型模具时，模塑料不渗 入到芯片载体的空腔中。优选地，芯片载体和成型模具在环绕空腔的区 域中直接地彼此邻接。

借助于所述方法能够同时制造多个光电子器件。并排设置的器件能 够尤其借助于切开模塑料来分割、例如借助锯来分割。这适当地在移除 成型模具之后进行。

芯片载体适当地构成为是无支撑的。也就是说，芯片载体能够尤其 与已经安装在芯片载体上的光电子半导体芯片一起简单地并且可靠地 放置在辅助载体上。

在一个优选的扩展方案中，在辅助载体上构成接触结构。接触结构 优选作为导体框提供。此外优选地，尤其在将芯片载体放置在辅助载体 上之前，已经在辅助载体上预制接触结构。

在一个优选的改进形式中，接触结构在竖直方向上结构化。接触结 构借助于所述结构化而能够具有不同的厚度。在将模塑料模制到接触结 构上时，这能够引起接触结构和模制体的改进的接合，由此改进器件的 机械稳定性。

在填充成型模具时，接触结构和芯片载体能够借助于用于模制体的 模塑料持久地并且稳定地彼此机械连接。

在移除成型模具之后，半导体芯片能够借助于连接导线导电地与接 触结构连接。这例如能够借助于接合线方法进行。

在一个优选的扩展方案中，芯片载体具有外侧面，所述外侧面从芯 片载体的上侧延伸至芯片载体的下侧。外侧面优选完全由模塑料成型。

模制体优选地借助于注塑或传递模塑来制造。原则上，所有能够简 单地并且可靠地填充成型模具的制造方法都适合。

将成型模具移除之后，优选地给半导体芯片配备包套。包套能够至 少局部地、优选完全地覆盖模制体。在分割器件时，能够将包套和模制 体一起切开。因此，形成多个光电子器件，其中包套和模制体沿着器件 的边界是相互齐平的。

所描述的方法尤其适合于制造在更上面描述的光电子器件。因此， 对于所述方法也能够考虑结合器件所详述的特征，并且反之亦然。

附图说明

结合附图从实施例的以下描述中得出其他的特征、扩展方案和适当 方案。

其中：

图1A和1B示出可表面安装的光电子器件的第一实施例的示意的俯 视图（图1B）和所属的剖面图（图1A）；

图2示出可表面安装的光电子器件的第二实施例的示意的剖面图；

图3A至3F根据示意地在剖面图中示出的中间步骤示出用于制造光 电子器件的方法的实施例；

图4示出用于制造光电子器件的器件复合结构的实施例。

具体实施方式

相同的、相类的或起相同作用的元件在图中设有相同的附图标记。

图和在图中示出的元件彼此间的尺寸关系不能够视为是按照比例 的。相反地，为了更好的显示性和/或为了更好的理解，能够夸大地示 出各个元件。

在图1A和1B中以示意图示出可表面安装的光电子器件1的第一实 施例的示意的俯视图（图1B）和所属的沿着直线A-A’的示意的剖面图 （图1A）。

可表面安装的光电子器件1具有半导体芯片2，所述半导体芯片设 置在芯片载体3的空腔31中。半导体芯片2借助于连接层9机械稳定 地连接在芯片载体3的底面310上。

连接层9优选地构成为钎焊层，并且尤其与粘接连接相比起到将半 导体芯片尤其有效地热连接到芯片载体3上。

空腔构成在芯片载体3的朝向器件的辐射穿透面10的上侧35中。 芯片载体3在与上侧相对置的下侧36上形成设置用于外部电接触的第 一接触部61。

在横向方向上，也就是在垂直于竖直方向延伸的方向中，芯片载体 3由模制体5包围。在竖直方向上，也就是垂直于辐射穿透面10、进而 平行于主辐射穿透方向，模制体5与上侧35齐平并且与下侧36齐平。 模制体5模制到芯片载体3的外侧面39上并且完全覆盖外侧面。

此外，在模制体5中设置有接触结构4。接触结构4在背离辐射穿 透面10的一侧上形成可从外部触到的另一个接触部62。接触结构4借 助于接合线连接形式的连接导线8与半导体芯片2导电地连接。在半导 体芯片运行时，载流子能够经由第一接触部61和另一个接触部62注入 到半导体芯片中或者从所述半导体芯片中流出。

在横向方向上，接触结构4与芯片载体3间隔开。只经由模制体5 来进行在芯片载体和接触结构之间的机械稳定的连接。

通过连接导线8跨过芯片载体3和接触结构4之间的横向间距。连 接导线突出于芯片载体的上侧35并且在芯片载体和接触结构4之间的 区域中在上侧和辐射穿透面10之间延伸。因此，能够放弃模制体50中 用于连接导线的额外的凹部。

模制体5在接触结构4的区域中具有凹部51，使得接触结构在朝向 辐射穿透面的一侧是可触到的以用于连接连接导线8。

此外，接触结构4具有环形的侧凹部41，其中接触结构的厚度小于 在第二接触部62的区域中的厚度。侧凹部用于在模制体5和接触结构 之间的改进的接合。

接触结构4在竖直方向上完全地延伸穿过模制体。因此，接触结构 在辐射穿透面10一侧能够在器件1之内被接触并且在背离辐射穿透面 的一侧能够从外部电接触。在竖直方向上，接触结构的厚度优选小于芯 片载体3的厚度。以该方式能够减少接触结构的材料需求。

芯片3具有带有外部锚固结构32a的锚固结构32。外部锚固结构沿 着芯片载体的外侧面39远离并且用于将芯片载体3锚固在模制体5中。

此外，在空腔31的侧面311上构造有内部锚固结构32b。

光电子器件1还具有包套7，所述包套封装半导体芯片2。此外， 构成为接合线连接的连接导线8构成在包套中。因此，包套尤其用于保 护半导体芯片和连接导线不受机械损伤和其他有害的外界影响如湿气 或灰尘。

借助于内部锚固结构32b能够改进包套7与芯片载体3的连接的机 械稳定性。因此，能够尽可能地降低包套脱落的危险。

模制体5在竖直方向上在第一主平面55和第二主平面56之间延伸。 所述主平面分别通过芯片载体3的上侧35或下侧36来预设。

连接导线8在竖直方向上局部地在第一主平面55和辐射穿透面10 之间延伸。因此，连接导线突出于第一主平面。

辐射穿透面10借助于包套7形成。包套7的一个区域构成为用于 在光电子半导体芯片中待在运行中产生的和/或待检测的辐射的透镜 71。

对辐射而言，包套7适当地构成为透明的或者至少半透明的。优选 地，包套包含硅树脂、环氧化物或硅树脂和环氧化物的混合物，或者由 这种材料制成或由这种材料的混合物制成。

此外，在包套中能够构成光散射的或反射的颗粒和/或荧光转换材 料。

相反地，模制体5的材料尽可能与其光学特性无关地来选择并且尤 其也构成为是吸收辐射的。模制体5优选地包含塑料或者由塑料制成。

在横向方向上，模制体5通过边缘52来限界。模制体5和包套7 沿着边缘优选地在器件的整个周边上彼此齐平。

芯片载体3在该实施例中由导电材料形成，优选地由例如为铜、铝、 银或金的金属或者由带有至少一种这样的金属的金属合金形成。

但是不同于所描述的实施例，芯片载体3也能够构成为是电绝缘的。 在该情况下，器件1适当地具有另一个接触结构，使得接触结构4和所 述另一个接触结构（没有详细示出）形成器件1的两个外部接触部。

对于电绝缘的芯片载体3的情况而言，例如能够使用例如为氮化铝 或氮化硼的陶瓷或者例如为硅树脂的塑料。为了提高反射而能够例如用 二氧化钛填充塑料。陶瓷的特征能够在于高的导热性。

半导体芯片2完全构成在芯片载体3的空腔31之内。因此，所述 半导体芯片不突出于芯片载体的上侧35。

光电子半导体芯片2例如能够构成为LED芯片，构成为激光器芯 片或辐射检测芯片。

优选地，半导体芯片包含III-V族半导体材料。III-V族半导体材料 尤其适合于产生在紫外（Al_xIn_yGa_1-x-yN）光谱范围中经过可见光谱范围 （Al_xIn_yGa_1-x-yN，尤其针对蓝色的至绿色的辐射，Al_xIn_yGa_1-x-yP，尤其 针对黄色的至红色的辐射）直到红外线的（Al_xIn_yGa_1-x-yAs）光谱范围 的辐射。在此0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1、特别地，其中x≠1，y≠1，x≠0 和/或y≠0。借助于尤其来自所述材料系统的III-V族半导体材料，还能 够在辐射产生时实现高的内部量子效率。

在图2中示意地示出可表面安装的光电子器件的第二实施例的剖面 图。所述第二实施例基本上相当于结合图1描述的第一实施例。

与此不同的是，芯片载体3的空腔31构成为是反射器式的。空腔 31的侧面311优选具有相对于空腔的底面310成20°至70°的角度，其 中包括边界值。

芯片载体3构造成覆层的本体，例如构造成覆层的铜本体。

底面310借助于第一覆层33形成。第一覆层优选地构成用于简单 地制造芯片载体3和半导体芯片2之间的钎焊连接。优选地，第一覆层 由金或含金的合金制成。

侧面311借助于第二覆层34形成。第二覆层34优选地对在半导体 芯片中待在运行中产生的和/或检测的辐射而言具有高反射率，优选为 60%或更高。优选地，第二覆层包含金属或金属合金，例如银、铝、铑 或铬的特征在于在可见的和紫外的光谱范围内的高反射率。金尤其适合 于在红外光谱范围内的辐射。

芯片载体3的所描述的多层结构也能够用于结合图1描述的第一实 施例。

锚固结构32在该实施例中仅用于将芯片载体3锚固在模制体5中。 然而如结合图1A所描述的，不同于所描述的实施例，也能够为包套7 设置锚固结构。

在图3A至3F中根据以剖面图示意地示出的中间步骤来示出用于制 造可表面安装的光电半导体器件的方法的一个实施例。为了改进地描 述，在图3A至3F中仅示出器件复合结构的一部分，在制造时由所述 器件复合结构制成器件。在图4中以俯视图示出在分割成器件之前的器 件复合结构11的俯视图。

如在图3A中示出的，提供具有上侧35和下侧36的芯片载体3。在 上侧35方面，空腔31构成在芯片载体3中。此外，提供光电子半导体 芯片2。光电子半导体芯片2在芯片载体3的空腔31中借助于连接层9 导电地并且机械稳定地连接。如结合图2描述的，芯片载体3至少在空 腔31的底面310的区域中具有覆层，使得半导体芯片2能够钎焊到芯 片载体上。芯片载体3连同半导体芯片2设置在辅助载体15上。例如 塑料薄膜适合作为辅助载体，所述塑料薄膜优选至少在朝向芯片载体3 的一侧具有附着特性。

在辅助载体15上还设置有接触结构4。接触结构优选在将半导体芯 片2固定在辅助载体上之前已构成在辅助载体上。

将带有芯片载体3和接触结构4的辅助载体设置在成型模具59中 （图3D）。芯片载体3和成型模具59相互匹配，使得芯片载体的上侧 35和成型模具59直接地彼此邻接并且密封地包围空腔31。因此，在用 模塑料50填充成型模具59时，模塑料模制到芯片载体3上，而不渗入 到空腔31中。

成型模具59在接触结构4的区域中具有凸起部591。凸起部591直 接地邻接接触结构4，使得接触结构4在凸起部的区域中保持没有模塑 料的材料。成型模具59的填充优选借助于浇注法或喷射法来进行、例 如借助于注塑或传递模塑来进行。

在模塑料50完全硬化或至少变硬之后，能够移除成型模具59。借 助于如此形成的模制体5，现在接触材料4与芯片载体3机械稳定地连 接。

在移除成型模具之后也能够移除辅助载体15。

半导体芯片2和接触结构4借助于例如为接合线连接的连接导线8 导电地彼此连接（图3E）。

在制造导电连接之后，半导体芯片2和模制体5能够设有包套7。 包套能够借助于另外的注塑法或传递模塑法制造。

包套7优选地构成为，使得所述包套完全地覆盖半导体芯片和连接 导线8。此外优选的是，整个模制体5被包套覆盖。

在构成包套之后，借助于切开、例如借助于锯开模制体5和包套7 能够将器件复合结构分割成各个器件。

所述方法示例性地根据如结合图2所描述的构成的器件的制造来描 述（图3F）。显然地，所述方法也适用于制造根据按图1A和1B描述的 第一实施例的器件。在图4中示意地示出在分割成器件之前的器件复合 结构11的俯视图。

在辅助载体15上构成接触结构复合结构40。在接触结构复合结构 中，稍后的器件的各个接触结构4借助于连接部42彼此连接。因此， 接触结构复合结构形成接触结构4的连续的复合结构。接触结构复合结 构例如能够构成为用于导体框的板材。板材例如能够被冲压、压印或刻 蚀。尤其地，板材能够包含铜或者由铜制成。也能够使用例如为所谓的 “软性基板（flex substrate）”的复合结构材料，或者刚性的或柔性的 印刷电路板（printed circuit board，PCB）。

在分割器件复合结构11时，沿着虚线示出的分割线12分割分别具 有至少一个半导体芯片2、一个芯片载体3和一个接触结构4的各个器 件区域。

在所描述的方法中，光电子半导体芯片2能够在构成模制体5之前 已固定在芯片载体3上。然而，也能够不同于所描述的实施例而考虑， 在将模制体5模制到芯片载体3上之后，才将半导体芯片固定在芯片载 体3中。

在两种情况下，借助于钎焊连接能够在半导体芯片2和芯片载体 3之间制造导电的连接。为了简化钎焊连接，仅芯片载体3的空腔31 的底面310设有覆层就已经是足够的。

相反地，接触结构4不设置成用于钎焊连接，并且因此不必满足 关于与焊料的可连接性的特殊要求。因此，半导体芯片2能够借助于钎 焊连接来安装，而不必对导体框进行大面积的镀金。相反地，仅芯片载 体3的相对小的面积或其底面设有这种覆层就是足够的。由此，在制造 时能够节约资源、进而节约成本，而不影响制造方法的可靠性。

本发明不通过根据实施例进行的描述来限制。相反地，本发明包 括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其包括在权利要求中的特征 的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求或 实施例中说明时也如此。