具有简化对准的激光模块制造技术

技术编号:15021918 阅读:22 留言:0更新日期:2017-04-04 23:53
本发明专利技术描述了用于组装半导体照明模块的载体结构(100,200),包括至少两个子载体(110,210)和机械耦合子载体(110,210)的对准结构(120,130,230,232)。对准结构(120,130,230,232)适于使得到子载体(110,210)的至少部分的机械耦合在将载体结构(100,200)热学配对于载体(110,250)上期间消失。对准结构(120,130,230,232)进一步适于补偿比载体结构(100,200)的材料的热膨胀系数更高的载体(110,250)的材料的热膨胀系数。本发明专利技术还描述了包括这样的载体结构(100,200)的半导体芯片以及包括载体结构(100,200)或半导体芯片的半导体照明模块。本发明专利技术最后描述了制造半导体照明模块的对应方法。本发明专利技术使得能够通过热学配对以减少的对准努力组装半导体照明模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于组装半导体照明模块的载体结构。载体结构可以包括用于安装半导体光源的基板。可替换地,载体结构可以是包括半导体光源的半导体芯片的部分。本专利技术还涉及使用载体结构制造半导体照明模块的方法。
技术介绍
将VCSEL阵列焊接到热沉或基板由于两个组件之间的CTE失配而引起应力。这限制了可以以良好可靠性焊接的最大芯片面积。此外,增加了将VCSEL阵列对准到可能是使VCSEL的射束成形和准直所需要的比如微透镜阵列那样的光学元件的努力。US7,792,173B2公开了一种多射束半导体激光设备,其中应用到安装于基板上的激光芯片的每一个发光部分的剪切应变中的相对差异被抑制。组装所描述的多射束半导体激光设备的努力仍旧是高的。
技术实现思路
因而,本专利技术的目的是减少半导体照明模块的组装努力。根据第一方面,提出一种用于组装半导体照明模块的载体结构。该载体结构包括至少两个子载体和机械耦合子载体的对准结构。该对准结构适于成使得在将载体结构热学配对(mating)于载体上期间,到子载体的至少部分的机械耦合消失或者释放,如果施加于载体结构上的压应力超过阈值的话。对准结构还适于补偿比载体结构材料的热膨胀系数更高的载体材料的热膨胀系数。载体结构可以实现以减少的对准努力通过热学配对来组装半导体照明模块。热学配对意指用于借助于热量提供两个或更多单独部分之间的永久性耦合的技术,如例如焊接、银烧结等。两个、三个、四个或者更多子载体借助于子载体的机械耦合而彼此对准。耦合可以借助于对准结构来提供,对准结构可以包括与子载体相同和/或不同的材料。对准结构的材料的部分可以例如在加热过程期间蒸发。对准结构可以可替换地由与子载体相同的材料构成。子载体之间的材料可以以其例如优选地在热学配对的冷却阶段期间断裂的方式被弱化。材料必须以使得子载体能够在热学配对的冷却阶段期间接近彼此而不会触碰彼此的方式被弱化。可替换地或者此外,子载体之间的材料可以完全移除,并且对准结构可以布置在子载体周围,从而提供子载体的某种共同悬挂,其抑制子载体的相对运动。载体结构因而可以放置在例如载体的若干焊接点上。放置在焊接点上的焊料在加热阶段期间熔化并且形成到子载体的对应焊接点的单独接头。焊料在冷却阶段期间固化,使得可以为热沉的载体向载体结构施加压应力,这是由于载体材料的热膨胀系数(CTE)比载体结构的CTE更高。如果压应力超过阈值,则通过对准结构提供的到子载体的机械耦合至少部分地被破坏或者移除。对准结构可以实现子载体的线性或二维(2×2、2×3、4×4等)对准。半导体照明元件可以包括可以布置在阵列中的发光二极管或激光二极管。激光二极管可以是侧发射体或者垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。VCSEL可以在基于晶片的工艺中制造,使得一个半导体芯片可以包括众多VCSEL或者甚至VCSEL阵列。载体结构的子载体可以是用于安装如例如VCSEL阵列的半导体光源的基板。对准结构可以包括至少一个第一框架结构以及每一基板至少一个桥,该桥将基板机械耦合到第一框架结构,使得基板平行于第一框架结构布置,并且这些桥适于使得到基板的桥的至少部分在将载体结构热学配对到载体期间断裂。载体结构、基板和桥可以由一种具有比热沉低的CTE的材料来制成,热沉可以用作可以在其上安装基板的载体。载体结构可以例如从一片氮化铝(AlN)切分。第一框架结构可以实现基板的线性布置。桥的长度和宽度以及因而稳定性可以取决于到载体结构的中心的距离,使得例如相比于到更远离载体结构的中心的子载体的机械耦合,到在载体结构的中心附近的子载体的机械耦合可能更弱。这可以被使用,以便考虑到取决于载体结构的几何结构而在冷却期间施加于桥的不同力。载体结构的机械稳定性可以借助于第二框架结构以及每一基板至少一个桥而增大,该桥将基板机械耦合到第二框架结构,使得基板平行于第二框架结构布置,并且这些桥适于使得到基板的桥的至少部分在将载体结构热学配对于载体上期间断裂。子载体在该情况下被布置于第一和第二框架结构之间。载体结构还可以包括具有至少一个对准孔的至少一个第一对准框架以及将至少一个基板或至少一个框架结构机械耦合到第一对准框架的至少一个桥。与对准孔组合的第一对准框架可以简化载体结构到载体的对准。载体可以包括标记,其对应于对准孔以便在将载体结构热学配对到载体之前支持载体结构到载体的对准。载体结构还可以包括具有至少一个对准孔的第二对准框架以及将至少一个基板或至少一个框架结构机械耦合到第二对准框架的至少一个桥。具有第二对准孔的第二对准结构还可以在载体结构在载体上的定位期间降低载体结构的自由度。对准孔之间的距离越大,对准偏差就越小。与单个子载体相比,载体结构的尺寸可以减少未对准。载体结构的对准结构可以包括将基板耦合到第一框架结构的一个或多个稳定剂,而不是桥。稳定剂可以在热学配对的加热阶段期间蒸发,或者稳定剂的固化温度可以低于焊料或银膏的固化温度。稳定剂还可以提供到第二框架结构、第一对准框架和/或第二对准框架的机械耦合。在子载体的二维阵列的情况下,稳定剂可以是有利的。半导体芯片可以包括载体结构。半导体芯片可以包括半导体光源,如在子载体上提供的LED或激光二极管。载体结构包括半导体芯片的衬底的至少部分,并且对准结构包括至少第一子载体与第二子载体之间的断裂线。VCSEL的若干阵列可以在GaAs衬底上制造。断裂线可以布置在阵列之间,使得在其上提供VCSEL阵列的衬底部分是子载体。子载体通过断裂线分离,从而实现线性以及二维阵列。对准结构的断裂线通常在热学配对期间焊料、银膏等的固化之后断裂。由具有较高CTE的载体施加的压应力引起断裂线的断裂,如果超过阈值的话。载体例如可以是如铜微通道冷却器那样的热沉或者基板。对准结构的断裂线可以包括衬底中的沟槽或孔。孔或沟槽可以通过蚀刻、钻孔、切分等提供。孔或沟槽被布置成使得断裂线的残余结构在热学配对期间断裂之后可以彼此接近而不会撞击。残余结构可以布置成使得它们在完成热学配对之后基本上重叠而不触碰彼此。孔可以例如沿着至少两个平行的行提供,并且第一行的孔可以布置成与第二行的孔交错。与行平行的孔的扩展可以大于行中的两个孔之间的接头,使得在将载体结构热学配对到载体期间,第一行的接头可以在第二行的对应孔中滑动并且第二行的接头可以在第一行的对应孔中滑动。在可替换方案中,半导体芯片可以包括至少两个沟槽,第一沟槽可以在半导体芯片的发光侧处提供,并且第二沟槽可以与第一沟槽平行地提供在与半导体芯片的发光侧相对的那侧处,并且第一和第二沟槽的深度以某种方式布置,以使得两个沟槽在衬底内重叠。沟槽的重叠部分可以提供分隔两个沟槽的薄壁或桥。该壁可以以其在焊料、烧结的银膏等的固化之后由于载体所引发的压应力而断裂的方式进行布置。使得断裂线的残余物能够在彼此上方滑动而基本上不触碰彼此直到达到热平衡。三个或者更多沟槽可以增大可以在不同子载体之间提供的距离。可替换地或者此外,沟槽的宽度可以进行适应性调节。半导体照明模块可以包括热学配对到热沉的载体结构的至少两个子载体以及在不同子载体上提供的至少两个半导体光源。子载体可以是如上文所述的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于组装半导体照明模块的载体结构(100,200),包括至少两个子载体(110,210)和机械耦合子载体(110,210)的对准结构(120,130,230,232),对准结构(120,130,230,232)适于使得到子载体(110,210)的至少部分的机械耦合在将载体结构(100,200)热学配对于载体(110,250)上期间消失,其中对准结构(120,130,230,232)进一步适于补偿比载体结构(100,200)的材料的热膨胀系数更高的载体(110,250)的材料的热膨胀系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 EP 13199005.31.一种用于组装半导体照明模块的载体结构(100,200),包括至少两个子载体(110,210)和机械耦合子载体(110,210)的对准结构(120,130,230,232),对准结构(120,130,230,232)适于使得到子载体(110,210)的至少部分的机械耦合在将载体结构(100,200)热学配对于载体(110,250)上期间消失,其中对准结构(120,130,230,232)进一步适于补偿比载体结构(100,200)的材料的热膨胀系数更高的载体(110,250)的材料的热膨胀系数。
2.根据权利要求1的载体结构(100),其中子载体(110)是用于安装半导体光源(220)的基板,并且对准结构(120,130)包括至少一个第一框架结构(120)以及每一基板至少一个桥(130),其将基板机械耦合到第一框架结构(120)以使得基板平行于第一框架结构(120)布置,并且桥(130)适于在将载体结构(100)热学配对到载体(250)的期间在施加在桥上的热应力超过阈值的情况下断裂。
3.根据权利要求2的载体结构(100),包括至少第二框架结构(120)以及每一基板至少一个桥(130),其将基板机械耦合到第二框架结构(120)以使得基板平行于第二框架结构(120)布置,并且桥(130)适于在将载体结构(100)热学配对到载体(250)期间在施加于桥上的热应力超过出阈值的情况下断裂。
4.根据权利要求2或3的载体结构(100),包括具有至少一个对准孔(150)的至少一个第一对准框架(140)以及将至少一个基板或至少一个框架结构(120)机械耦合到第一对准框架(140)的至少一个桥(130)。
5.根据权利要求4的载体结构(100),包括具有至少一个对准孔(150)的第二对准框架(140)以及将至少一个基板或至少一个框架结构(120)机械耦合到第二对准框架(140)的至少一个桥(130)。
6.包括根据权利要求1的载体结构(200)的半导体芯片,该半导体芯片包括提供在子载体(210)上的半导体光源(220),其中载体结构(200)包括半导体芯片的衬底的至少部分,并且对准结构(230,232)包括至少第一子载体(210)与第二子载体(210)之间的断裂线(235)。
7.根据权利要求6的半导体芯片,其中对准结...

【专利技术属性】
技术研发人员:S格龙恩博尔恩G赫斯勒RG康拉德斯H莫恩奇
申请(专利权)人:皇家飞利浦有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰;NL

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