光电子元件和元件模块制造技术

本发明专利技术涉及的一种光电子元件（１）具有一个发射和／或接收电磁辐射的半导体器件（４），该半导体器件布置在一个载体（２２）上，该载体与一个散热体（１２）导热连接，并具有与半导体器件（４）连接的外部电接头（９），外部电接头（９）电绝缘地布置在与载体（２２）间隔距离的散热体（１２）上。从而使这种元件在模块内的散热、光反射、电接触和封装密度方面达到最佳化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种按权利要求1前序部分所述的光电子元件和一种按权利要求17前序部分所述的元件模块。发射辐射的半导体元件可布置成一个矩阵来实现一个强光的总模块。这种叫做发光二极管模块的装置已在DE 10051159 A1公开。这种装置是在一个载体上安装多个光电子半导体器件或半导体芯片，而该载体则布置在一个散热体上。所以，尽管半导体元件的封装密度不断增加，仍可散掉产生的热，但产生的热不应当影响或只是很小影响半导体元件的电性能。由于相邻半导体元件吸收辐射，这种方法降低了总模决的效率。通过把单个发射辐射的半导体元件放入一个反射器中可改善该模块的辐射特性和定向特性，因为从单个半导体元件侧面发射的辐射至少被部分地偏转到主辐射方向。一个具有高效率和很好定向特性的模块可用多个分别位于一个单独的反射器中的单个半导体元件组成，但难于在总模块内达到带有反射器的半导体元件的高封装密度。半导体元件的通孔连接是与柔性连接和高封装密度对立的。所以本专利技术的目的在于提出一种光电子元件和元件模块，使之能达到相邻的半导体元件或光电子半导体器件的密集布置。特别是，本专利技术的目的在于，提出一种具有一个接触结构的半导体元件，该接触结构可实现热传导和电传导的隔离。这个目的是通过权利要求1和17的特征部分来实现的。本专利技术光电子元件的诸多有利方案和改进的其他特征可从从属权利要求2至16和18中得知。本专利技术提出了一种具有一个发射和/或接收电磁辐射的半导体器件的光电子元件，该半导体器件布置在一个载体上，该载体与一个散热体导热连接。键合线连接外部电接头与半导体器件的接头。这些外部电接头电绝缘地布置在与该载体间隔距离的散热体上。这样做的优点是，导电连接几乎与热导连接分开。通过借助该载体在该散热体上进行的一个半导体器件或一个芯片的热连接可在该散热体上密集布置多个芯片并可散热。芯片的电接触可通过与该散热体绝缘的接头灵活进行。此外，可在外部电接头上设置一个小巧的反射器外壳，这样就可减小元件的占地面积并达到高的光效率。这种处理的优点是，电流不通过该散热体，在半导体元件运行中所产生的热被该散热体散掉。该载体最好包括一个衬底和至少一层布置在该衬底上的电绝缘层。另一种方案是，载体材料本身是电绝缘的。在这种情况下，半导体器件不必单独对载体绝缘并可设置在一个导电衬底上，而不相互或与散热体产生短路。在该半导体器件和电绝缘层之间可设置一层导电层，该导电层与一个外部电接头连接。这特别适用于在导电衬底上的半导体器件，因为该半导体器件的接头可借助一根键合线通过该导电层来实现。如果外部电接头含有一块印制电路板的印制导线，则是特别有利的。该印制电路板含有一个与印制导线绝缘的衬底，因而可直接装在该散热体上。也可叠置多决印制电路板，它们也是相互绝缘的。借助于通孔敷镀相互连接的不同的叠置印制电路板进一步增加了多个光电子元件的连接灵活性。优选的是，载体衬底具有由硅(Si)、涂敷金刚石的硅、金刚石、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)组成的组中至少一种良好导热的材料。此外，如果电绝缘层具有二氧化硅(SiO2)，则是有利的，尤其有利的是载体层具有硅的情况。在多个元件的情况下，这些在半导体技术中使用的材料可减少相互的和对半导体芯片本身的应力。在一种有利的方案中，半导体器件用一种金属焊料或一种导热和/或导电的粘接剂固定在载体上。如果该载体用一种金属焊料或一种导热的粘接剂固定在散热体上，则可产生良好的导热或散热。如果把该半导体器件和载体布置在一个具有反射特性的基本外壳内，则可产生很好的光反射。如果该基本外壳正好含有一个半导体器件，则光反射可很好地和单独地匹配芯片。这样半导体元件的外部效率就不会由于空腔内的一个相邻的半导体器件的吸收而下降。本专利技术的光电子元件在基本外壳内有一个空腔或空隙，发射和/或接收电磁辐射的半导体器件布置在该空腔中。反射器与常规光电子元件的有所不同，即它至少不只是通过基本外壳本身的反射侧面、而是至少通过填充该空腔的反射填料的一部分来实现的。为此，该填料的材料和数量是这样选择的，即该填料在填入时和/或在填入后由于填料材料和空腔侧面材料之间的附着力而可上升到这些侧面并形成一个抛物线表面。填料的这个面向壳体正面的表面用来作为由所述半导体器件发射和/或接收的电磁辐射的反射面。换句话说，该空腔用填料部分地填充，并由于填料和基本外壳之间的附着力，填料在该空腔内自动形成一个凹入的表面，因为填料向上蠕动到基本外壳的空腔的侧向内表面。填料这样形成的抛物线内表面构成嵌入该空腔中的半导体器件的反射器。在空腔的孔口很小的情况下，这些反射面也可简单地通过空腔中的填料的适当定量来产生。这样，外壳的侧壁和填料就象一个单独的反射器，这就进一步提高了反光效率。此外，空腔中的印制导线、布线等通过填料包封而不损害其功能。所以，即使在空腔的孔口很窄和/或在该空腔中设置复杂的半导体器件和布线的光电子元件的情况下，用本专利技术的措施也可在该空腔内部设置反射器，并由此提高元件的外部效率。如果该基本外壳在面向半导体器件的内侧上倾斜构成，则该基本外壳具有由该半导体器件发射的辐射部分的反射面。作为填料优选用二氧化钛(TiO2)或一种添加二氧化钛粉粒的环氧树脂或硅树脂。此外，外壳的空腔至少部分地用一种辐射能穿透的密闭材料填充。这样，一方面可保护芯片及其连接，另一方面，在适当选择芯片和密闭材料的情况下可制成不同颜色的元件。例如通过氮化镓基(GaN)的芯片和含有YAG:Ce粉粒的填料可制成白色辐射的元件。这种密闭材料最好具有环氧树脂或硅树脂。在用硅树脂的情况下，可大大减小半导体元件或由单个半导体元件组成的模块的机械应力。外部接头最好至少部分地设置在基本壳体和散热体之间。这可实现光电子元件的特别节省空间的连接。根据本专利技术，作为半导体器件优选用高功率芯片。在这种情况下，元件的电消耗功率至少为0.5瓦。在另一个方案中，元件的电消耗功率至少为1瓦。在一个特别有利的方案中，元件的电消耗功率至少为3瓦。由于热和电的传导是分开的，所以本专利技术只需很小的占地面积，即使在用大功率芯片的情况下，元件的基面优选小于或等于1平方厘米。在本专利技术范围内，可特别有利于把本专利技术的多个光电子元件排列成一个模块。在这种模块中，光电子元件最好排列成矩阵形状和至少部分进行串联。为多个光电子元件分别配置一个基本外壳。在本专利技术的一个特别优选的实施例中，面向半导体器件的载体的最上层是导电的。这层导电层优选选用金属。光电子元件最好至少部分地通过尤其可部分地布置在该基本外壳和散热体之间的印制导线相互导电连接，连接半导体芯片的这些印制导线可实现光电子元件与一个相邻元件的特别省地的连接，不需要通过基本外壳的边缘引出键合线。这些印制导线可实现元件的复杂的互连。印制导线可设置在一块具有相邻空隙的印制电路板(例如FR4柔性印制电路板)上。该印制电路板可设计成多层的，所以除印制电路板外，可在一个多层结构中设置其他的功能元件。本专利技术光电子元件的其他优点和有利改进可从下面结合附图进行说明的实施例中得知。附图表示实施例的一个剖面示意图。在附图所示光电子元件1时，一个发射和/或接收电磁辐射的半导体器件4布置在一个载体22上。载体22与一个例如用铜、铝或钼制成的散热体12导热连接。外部电接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电子元件（１），具有一个发射和／或接收电磁辐射的半导体器件（４），该半导体器件布置在一个载体（２２）上，该载体与一个散热体（１２）导热连接，该光电子元件还具有与半导体器件（４）连接的外部电接头（９），其特征为，电接头（９） 电绝缘地布置在与载体（２２）间隔距离的散热体（１２）上。

【技术特征摘要】
DE 2002-9-30 10245930.41.光电子元件(1)，具有一个发射和/或接收电磁辐射的半导体器件(4)，该半导体器件布置在一个载体(22)上，该载体与一个散热体(12)导热连接，该光电子元件还具有与半导体器件(4)连接的外部电接头(9)，其特征为，电接头(9)电绝缘地布置在与载体(22)间隔距离的散热体(12)上。2.按权利要求1的光电子元件，其特征为，该载体包括一个衬底(2)和至少一层设置在该衬底上的电绝缘层(14)。3.按权利要求1或2的光电子元件，其特征为，在半导体器件(4)和电绝缘层(14)之间设置一层导电层(13)，该导电层与外部电接头(9)之一连接。4.按权利要求1至3任一项的光电子元件，其特征为，该半导体器件含有一个半导体芯片。5.按权利要求1至4任一项的光电子元件，其特征为，外部电接头(9)包括一块印制电路板的印制导线。6.按权利要求1至5任一项的光电子元件，其特征为，叠置的不同的印制电路板上的印制导线用通孔敷镀相互连接。7.按权利要求2至6任一项的光电子元件，其特征为，衬底(2)具有由硅、涂敷金刚石的硅、金刚石碳化硅、氮化铝和氮化硼组成的组中至少一种良好导热的材料。8.按权利要求2至7任一项的光电子元件，其特征为，电绝缘层(14)具有二氧化硅。9.按权利要求1至8任一项的光电子元件，其特征为，半导体器件(4)用一种金属焊料或一种导热和/或导电的粘接剂固定在载体(22)上。10.按权利要求1至9任一项的光电子元件，其特征为，载体(22)用一种金属焊料或一种导热的粘接剂固定在散热体(12)上。11.按权利要求1至10任一项的光电子元件，其特征为，半导体器件(4)和载体(22)布置在一个基本外壳(20)的空腔(3)内。12.按权利要求11的光电子元件，其特征为，在基本外壳(20)的空腔(3)中正好布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：G博纳，P克罗莫蒂斯，R迈尔，H诺尔，M温特，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]