具有两个接合伙伴之间的透明连接的光电子器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种光电子器件（3、10、13、22），包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有两个接合伙伴之间的透明连接的光电子器件及其制造方法
[0001]本申请要求于2019年3月7日提交的德国申请DE 10 2019 105 831.7的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


[0002]本专利技术属于用于光电子器件的连接
本专利技术特别是涉及使用诸如低熔点玻璃的无机连接材料的光电子器件及其制造方法。

技术介绍

[0003]由现有技术已知具有载体的光电子器件，其中至少一个光电子部件布置在所述载体的表面上。如果载体是引线框架，而所述光电子部件是LED芯片（LED代表“发光二极管”），那就是LED器件。在这样的LED器件中，光学透镜可以借助于透明的粘合剂固定在所述LED芯片上。
[0004]作为这种透明的粘合剂通常使用高度透明的有机材料，例如环氧树脂或硅树脂，它们具有最小的光吸收。这种情况下的问题是这些有机粘合剂不适用于具有高发光亮度的特殊二极管器件，例如高功率LED或激光封装。这是因为这些特殊器件因使用中的高功率而产生大量热量。有机粘合剂不能长期承受这种热。它们会降解、失去透明度、变脆和开裂。这会不利地影响所述器件的作用方式。
[0005]因此在高功率器件的情况下，部件之间的光学透明连接优选借助于诸如玻璃的耐热无机材料来制造，该材料也具有高折射率，以最小化界面处的反射损失。
[0006]此外，如果高功率器件的接合部件不能承受在玻璃接合时常用的高于600
°
C的高温，则只能使用低熔点玻璃。例如，低熔点玻璃包括所谓的LARP光系统（Laser Activated Remote Phosphor，激光激活远程荧光体），其中发光物质陶瓷转换器必须透明地连接到衬底的二向色涂层。例如在WO 2017/214464 A1中描述了用于LARP部件的连接技术。
[0007]另一种连接技术从通用文献WO 2015/091374 A1中已知。在该文献中使用粉末或预制件形式的透光、低熔点玻璃焊料。在该文献中，将所述玻璃焊料施加到部件的表面上。然后将所述部件加热到超过所使用玻璃的软化温度T
SOft
并与第二部件接合。加热到高于玻璃的软化温度T
soft
的温度保证了所述玻璃焊料显著液化并形成粘合层，该粘合层可以补偿待接合表面的形状偏差。在此过程中，当部件接合时，过量的玻璃会溢出安装表面，由此形成挤压出的玻璃珠。这对于某些应用来说可能是不期望的。
[0008]因此，WO 2015/091374 A1展示了包括至少一种氧化碲和一定比例的Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Mn及其组合的玻璃组合物。
[0009]通过使用低熔点玻璃焊料，可以接合配备有热敏LED芯片的部件。LED芯片中存在的半导体层在过强受热的情况下很容易遭到损坏。然而，已经发现，即使在液化低熔点玻璃所需的温度相对较低的情况下，也不能排除对接合时所涉及的LED芯片的至少一定损坏。
[0010]在高功率器件的情况下，对制造时使用的粘合剂层还存在其他要求。
[0011]由于高功率器件会产生具有非常高强度的蓝色辐射，因此还必须保证通过玻璃粘合层的最佳热传递。为此，必须非常均匀且尽可能薄地施加所述玻璃粘合层。例如，这可以通过借助于基于真空的涂层方法（例如“物理气相沉积”PVD）或薄膜技术施加所述玻璃粘合层来实现。这是文献US 2018/0258520 A1的主题。

技术实现思路

[0012]本专利技术的任务是扩展上述类型的光电子器件，使得可以更爱惜和更好地制造该光电子器件。特别是在制造时应尽可能排除由于过度受热和/或与玻璃粘合层反应而对LED芯片的半导体层造成的可能损坏。
[0013]根据本专利技术，该任务通过以下方式解决：将发光表面的结构嵌入补偿层中，并且两个连接面平滑到使得以平均粗糙度值Ra表示的两个连接面的表面粗糙度小于或等于50nm，优选小于或等于10nm。
[0014]由于补偿层和特别平滑的连接面，玻璃连接层不再需要补偿任何形状偏差。这意味着在接合时，将玻璃加热至少至转变温度且最大至软化温度就足够了。在这个温度范围内，玻璃变得足够软，以至于能够实现其粘合功能。没有必要为了液化玻璃而进一步升高温度，因为在玻璃必须流入的连接面中没有明显的凹槽或擦痕。因此，连接层的接合温度和厚度都可以降低，这一方面使对半导体部件的可能热损伤最小化，另一方面导致连接层的光吸收减少。此外，通过特别的平滑度导致连接面和玻璃连接层之间交界处的光散射损失更低。由于限制了玻璃的加热，玻璃在软化状态下具有相对较高的粘度。在某些情况下可能导致接合伙伴的损坏的化学反应的速度相应地降低。
[0015]通过发光表面的结构改善了从LED芯片耦合输出光的效率。
[0016]在所述光电子器件的一些实施方式中，结构化表面可以通过该表面的粗糙化产生。
[0017]借助于粗糙化可以制造具有提高的光输出的LED芯片。例如，可以使用等离子体蚀刻方法来粗糙化LED芯片或发光半导体层的表面。在一些实施方式中，半导体层的粗糙化或结构化也可以通过沉积到粗糙表面上来进行。
[0018]通过施加补偿层，可以填充并因此整平结构化部。在这种情况下，所述补偿层然后形成接合伙伴的连接面。
[0019]可以借助于化学机械抛光（CMP方法）对接合伙伴的两个连接面进行平滑处理。
[0020]平滑通常理解为在待接合的接合伙伴的连接面上的波纹、凹槽或擦痕的整平，所述波纹、凹槽或擦痕可能在接合伙伴的制造过程中产生。平滑可以通过研磨和/或抛光来进行。
[0021]在一些实施方式中，第一接合伙伴的补偿层可以由电介质构成。
[0022]电介质应理解为作为非导电绝缘物质的物质，其在施加到结构化表面上之后以固体形式存在。补偿层的作用是补偿结构化表面的形状偏差并对结构化表面进行密封。由此可以显著减小所使用的连接层的厚度。
[0023]为了有效的光耦合输出，有利的是两种材料（LED半导体层和补偿层）的折射率n
d
不同，优选地相差至少0.3，更好地相差0.5。
[0024]电介质优选地是非晶的或单晶的并且可以例如选自以下组的材料：SiO2、Al2O3、
ZrO2、TiO2、HfO2、MgO、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、ZnO、SiON（SiO2和Si3N4之间的混合物形式）。
[0025]ITO（氧化铟锡）可用作补偿层的材料。ITO吸收短波光，特别是蓝光或短波光。ITO可以提供导电的补偿层。该导电的补偿层特别适用于InGaAIP或InGaN薄膜芯片。对于这种芯片存在概念。
[0026]理想情况下，为所述补偿层使用以下材料，该材料的折射率介于两种邻接的材料的折射率之间，因为这对于光耦合输出的效率特别有利。因为发光半导体层具有非常高的折射率并且通常具有>2的折射率，所以氧化铝（Al2O3）特别适合作为电介质，因为它具有大约1.8的折射率n
d
。此外，它对红外辐射到紫外辐射具有高渗透性，并且具有与半导体层相似的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电子器件（3、10、13、22），包括：
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第一接合伙伴（1、12、17），其具有带有结构化发光表面（4c）的LED芯片（4、12、18）和施加到所述发光表面（4c）上的补偿层（4b、19），其中所述补偿层（4b、19）具有背离所述发光表面（4c）并且与所述发光表面（4c）有间隔的表面，该表面形成第一连接面（4a、12a、18a、19a）;
‑
具有第二连接面（2a、8a、11a、21a）的第二接合伙伴（2、8、11、21），其中两个连接面（4a、12a、18a、19a；2a、8a、11a、21a）彼此相对地布置；和
‑
由层厚最大为1μm的低熔点玻璃膜制成的连接层（14、20），所述连接层将两个连接面彼此连接，其特征在于，
‑
所述发光表面（4c）的结构嵌入到所述补偿层（4b）中，并且
‑
所述两个连接面（4a、12a、18a、19a；2a、8a、11a、21a）平滑到使得两个连接面的以平均粗糙度值Ra表示的表面粗糙度小于或等于50nm，优选小于或等于10nm。2.根据权利要求1所述的光电子器件，其特征在于，所述LED芯片（4、12、18）包括具有发光表面（4c）的半导体层，其中所述连接层（14、20）的折射率（nG）：
‑
小于所述半导体层的折射率（nC），和
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大于形成所述第二接合伙伴（2、8、11、21）的材料的折射率（nL1）。3.根据前述权利要求中任一项所述的光电子器件，其特征在于，所述发光表面（4c）的结构通过对该表面的粗糙化产生。4.根据前述权利要求中任一项所述的光电子器件，其特征在于，所述两个连接面（4a、12a、18a、19a；2a、8a、11a、21a）借助于CMP方法平滑。5.根据前述权利要求中任一项所述的光电子部件，其特征在于，所述补偿层由电介质组成。6.根据权利要求5所述的光电子器件，其特征在于，所述电介质选自以下组中的材料：SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、HfO2、MgO、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、ZnO、SiON（SiO2和Si3N4之间的混合物形式）。7.根据前述权利要求中任一项所述的光电子器件，其特征在于，所述第二接合伙伴是透镜（2）、转换元件（8）或透射陶瓷或透明单晶体。8.根据前述权利要求中任一项所述的光电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：