专利名称：带有结构化的金属化壳体的光电元件、其制造方法和含有一种塑料的本体的结构化的金 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电元件、尤其是一种按权利要求1或权利要求10前序部分所述的可表面安装的光电元件、涉及一种按权利要求37前序部分所述的含一种塑料的本体的结构化的金属化的方法以及一种按权利要求41前序部分所述的光电元件的制造方法。
对常规的可表面安装的光电元件来说，往往首先这样制造一个预外壳的元件，即用一种合适的塑料模塑成一个预制的半导体引线架，该引线架构成该元件的至少一部分。这种元件例如在顶面具有一个凹坑或凹槽，在该凹坑中，从两个对应侧引入引线架引线，并在其中的一根引线上粘接和电连接一个半导体芯片例如一个发光二极管芯片。然后在这个凹坑中浇入通常为透明的灌封材料。可表面安装的光电元件的这种基本形状例如可以F.Mllener和G.Waitl的文章“表面安装的西门子SMT-TOPLED”中得知，参见Siemens Coponents 29卷(1991年)，第4期147～149页。
这类元件例如在遥控、光栅或移动电话和计算机之间的数据传输中作为发送器和接收器使用。如果光电元件作为发送器构成，则往往要求尽可能均匀的、角度小的反射特性。作为接收器构成的元件也可能是这种情况。在常规的表面安装技术基本型的情况下，这种反射特性常常借助于一个例如装在该元件上的透镜来实现。但扩散的塑料反射器对光源通过透镜成像是不利的。此外，增加了光电元件的结构高度。除了增加占用面积外，存在着元件表面不平的缺点，所以只能给印制电路板安装的自动“取-放”方法的工艺使用带来困难。
此外，所谓的MID(模塑互连元件)元件是熟知的，这种元件与上述元件的区别在于不用引线架。这种元件在用注塑制成任意形状的塑料体后在其表面上进行金属化。
按这种方法制造的光电元件和金属化激光结构化的金属化制作方法可从H.Yamanaki.T.Suzuki和S.Matsushima撰写的“MID工艺实现光电器件小型化”一文中得知，见模塑互连器件MID 2000第4届国际会议录2000年9月27至28日，129～138页。该文所述的光电元件虽可按简便的方式制造，但正如从图4至6可以看出，仍须用一个透镜，所以同样有上述缺点。
所以本发明的目的是提出一种可简单制造的改进型光电元件以及一种光电元件的简化制造方法；本发明的另一目的是提出一种含一种塑料的本体、尤其是光电元件的一种壳体的结构金属化的改进方法。
这个目的是通过具有权利要求1或10所述特征的光电元件、一种按权利要求37所述的含有一种塑料的本体的结构金属化方法和一种按权利要求41所述的光电元件的制造方法来实现的。本发明的诸多有利方案和改进可从各项从属权利要求中得知。
按本发明第一实施例的光电元件包括一个壳体和至少一个布置在该壳体上的半导体芯片。其中，该壳体的一个表面具有一个金属化的分区和一个非金属化的分区，且该壳体包括至少两种不同的塑料，其中的一种塑料是不能金属化的并确定非金属化的分区。
应当指出，金属化的和非金属化的分区不是必须共同设置在一个象壳体的侧面那样的平面上，而是壳体的整个表面都可具有一个金属化的和一个非金属化的分区。
该壳体含有的另一种塑料优选是可金属化的，这种可金属化的塑料特别优选确定该壳体的表面的金属化的分区。
合适的塑料例如是液晶聚合物或聚对苯二甲酸丁二醇酯。这类塑料最好制成电绝缘的，并可特别优选例如通过添加一种象钯之类的添加剂制成可金属化的或不可金属化的。
这类光电元件具有这样的优点，金属化不需要在其涂敷到壳体上后进行花费大的结构化，而是在壳体的制作过程中已经通过这种不可金属化的和可金属化的塑料确定金属化的图形。壳体的制造在使用这种塑料的情况下列如按双组分注塑法进行。所以金属化结构化优选在涂敷的过程中进行。上面作为例子提出的塑料可用这种注塑方法加工。
在本发明的一种优选结构中，光电元件的外壳具有至少一个例如可以壳体中构成的凹坑，该元件包括该壳体。在这个凹坑中，优选布置所述的半导体芯片。此外，界定该凹坑的壁优选构成一个从该半导体芯片发射的电磁辐射的反射器并可进行金属化，该金属化同时具有反射功能和作为元件的电连接导体使用。该反射器也特别优选用来反射由半导体芯片接收的辐射。
根据本发明另一实施例，光电元件具有一个带至少一个凹坑的外壳，在该凹坑中至少布置一个半导体芯片。界定该凹坑的壁构成一个从半导体芯片发射的电磁辐射的反射器并可进行金属化，该金属化同时作为元件的电连接导体使用。
这样构成的光电元件可以不用透镜并可达到角度小的均匀的反射或接收特性。反射或接收特性最好只由反射器的形状来产生，该反射器例如可设计成锥形、抛物线曲面、双曲面、椭圆体、球形反射器或设计成这些本体的一段例如大致成截锥形。原则上，该凹坑亦即反射器可以是任意的形状。其形状只受到金属化涂敷所用的方法或壳体的制造方法的限制。所以凹坑的形状不受上面作为例子列出的形状的限制。
含塑料的、最好用塑料制成的外壳的金属化的优选方法是一种双组分注塑法、一种相加的或相减的激光结构化、掩蔽和首先全部表面金属化的表面的结构化或在用掩模技术情况下的反射器的有选择的蒸镀。
相减的激光结构化指的是用激光支持的方法进行业已存在的金属化的结构化；而相加的激光结构化则是通过激光支持的方法确定要进行金属化的区域。
对壳体的制造来说，至少为了确定凹坑的金属化应优选使用双组分注塑法，其中一种组分至少包括一种可构成金属化的塑料，且凹坑的金属化由可金属化的和/或不可金属化的塑料来确定。
所以有利于通过壳体的结构就可确定金属化的图形，从而可避免淀积的金属化的花费相当大的制作图形，例如象通过花费大的相加的激光结构化那样的金属化的制作图形。
凹坑的金属化可达到例如作为发光二极管构成的半导体芯片的高效率。与常规的光电元件比较，可明显改善这种元件和效率。此外，透镜的取消可达到基本平的元件表面和小的结构高度。这样就可按一种工艺简便的和费用低廉的方式用一种取-放方法把该元件安装到一块印制电路板上。
在本发明的一种优选方案中，金属化通过一个绝缘条(或通过金属化的绝缘间隙更好)分成至少两个相互电隔离的区域。这可使元件达到特别小的结构高度，因为可把半导体芯片设置在金属化的第一区域和/或可在凹坑或反射器内建立该半导体芯片和第二区域之间的电连接。
绝缘条最好设置在界定该凹坑的面的区域内，并在该凹坑内建立半导体芯片和第二区域之间的电连接。换言之，该绝缘条最好设置在该凹坑或反射器的内部。
由该壳体的不可金属化的塑料来确定该绝缘条是特别优选的。
在绝缘条的一种优选方案中，该绝缘条通过凹坑的底面延伸，并在该凹坑的底部建立半导体芯片和金属化的第二区域之间的电连接。这样就以有利的方式达到较大的反射器高度，而不增加元件的高度。从而以简便的方式就可达到一再希望的小角度和均匀的反射或接收特性。这是因为在该凹坑或反射器的内部进行半导体芯片和金属化之间的压焊连接的缘故。在这个方案中，压焊丝的弧度以能放入由该凹坑或反射器形成的空间为宜。该压焊丝特别不宜通过该凹坑或反射器的边缘延伸。
在上述方案的一种改进中，该绝缘条横跨该凹坑，使其至少部分地在半导体芯片的至少一条面对角线的延长线(俯视图)内通过反射器壁从该凹坑伸出。这样就可达到较高的反射器效率。从半导体芯片侧向发射的辐射的绝大部分通过它的侧面出射，而不通过垂直的芯片四角出射。只有辐射的一小部分在垂直的芯片四角出射，所以不反射的或只很少反射的绝缘条最好位于半导体芯片的四角的对角延长线内。
在绝缘条的另一个优选方案中，该绝缘条设置在该凹坑的一个凹入或凸出的区域内。该绝缘条或该凹入或凸出区优选这样设置，即只有由半导体芯片产生的辐射的尽可能少的一部分到达该绝缘条，并由此有利于提高反射器效率。凹入或凸出区最好设置在该凹坑的一个壁内。这对尽可能减小反射器面积是特别有利的。
此外，这有利于压焊连接可在该凹坑的壁的凹入或凸出区进行，而不在其底部。由此有利于减小凹坑的底部，从而对元件尺寸产生有利的影响。
根据本发明的又一有利方案，绝缘条占用的面积相对于凹坑的金属化面积是尽可能小的，也就是说，该绝缘条应做得尽可能窄，因为这种绝缘条—与金属化比较—往往不具有良好的反射性能。绝缘条可通过例如在壳体表面上的一种不可金属化的塑料引起的金属化的简单的中断来产生，这一中断正好大到可避免在隔离的金属化区域之间的短路。
按本发明的另一有利方案，该外壳用一种双组分的塑料制成，其中只可在两种组分之一上进行金属化。该外壳通过一种双组分注塑法制成，并通过注塑模就可确定要进行金属化的面积和图案。这特别优选用于绝缘条。通过外壳用两种塑料制成，可简化这种外壳的制造，因为有利于在注塑时只用两种不同的注塑模具(每种塑料一种模具)。这样就以有利的方式保持外壳或壳体的低的制造费用。
在壳体的一种优选方案中，该壳体包括一个第一壳体段和至少另一壳体段，前者含有可金属化的塑料，后者则含有不可金属化的塑料。第一壳体段优选在至少两个分区内构成，这两个分区通过一个连接装置相互机械连接，该连接装置例如是连接条，这些连接条最好具有一个比壳体的分区小的空间尺寸并有利于机械稳定该壳体段。
另一壳体段则优选这样设置，使之至少部分地成型为该连接装置。这样就可提高壳体的机械稳定性。这在壳体段或含壳体段的塑料基本上不相互化合或基本上不成为化合键时尤其适用。
在上述方案的一种有利的改进中，在第一和另一壳体段之间至少设置一个间隔腔，该间隔腔例如可通过在这两个壳体段之间的该间隔腔区域内的一个缺乏的化学键来产生。该间隔腔有利于形成弹力，这种弹力基本上可补偿或至少减小例如在壳体段之间产生温度变化时引起的壳体的机械应力，特别是热引起的应力。
本发明的元件设计具有这样的优点，外壳的塑料可染成任意的颜色。在不具有反射器金属化的常规光电元件的情况下，为了达到元件的高的效率，通常使用一种具有较好反射性能的透明塑料，但这类塑料对紫外线辐射往往产生老化现象。通过本发明的金属涂层，几乎防止了塑料表面遭受紫外线辐射的损害。这样，就明显减少了反射器壁的变色，从而也就提高了元件的可靠性。只有在绝缘条的区域内才会出现变色。
应优选考虑使用一种暗的塑料，因为不再需要高反射的性能。
利用第二塑料组分可使元件着色，以提高对比度。对整个元件例如可用黑色的塑料。
在一个有利的方案中，本发明的光电元件为一种模塑互连器件(MID)，这就可达到元件的简便制造和特别是实现任意的结构型式。全部金属导体和面积在完成注塑过程后才制作并在元件的表面上延伸。另一优点是，两个相邻的表面可相互设置成任意的角度。从而使稍后的元件取向在制造外壳时就是可调的，亦即元件底部相对于反射器底部的倾角可相应地进行调节。这种不同的结构可简单地通过在注塑时改变使用的模具来实现。与迄今为止大都通过引线架的曲率改变来调节倾角的表面安装技术的元器件比较，通过本发明的方法可达到特别牢固的和便于装配的结构。特别是由此可减少制造和误差方面目前存在的问题。
通过金属化、特别是反射器的金属化也有利于承担电功能例如承担半导体芯片的连接导体而可构成特别小的元件。无需占用附加的面积来构成和引出电接头。
在另一个有利方案中，至少两个电接头优选设置在外壳的至少两个表面上。通过在预成型的外壳上补充设置金属化，有利于电接头任意地设置在外壳的表面上。从而可把元件的尺寸减小到最低限度，特别是在需要四个以上的电接头时尤其如此，具有多个半导体芯片的光电元件一般都是这种情况。电接头的结构通过可金属化的塑料和/或不可金属化的塑料来确定是特别有利的。此外，电接头的数目可通过绝缘条的走向或壳体的不可金属化的塑料的结构来确定。
为了改善导热率，外壳可配有金属粒子、散热片或热接触。
本发明不但可用于按模塑互连器件的原理制造的光电元件，而且也可用于带一个引线架的光电元件。在这种实施方案中，反射器金属化的区域通过金属的引线架来构成。该引线架例如至少部分地构成凹坑的底部，而该凹坑的壁则按本发明进行金属化。这样就可通过反射器的金属化这种简单的方式来改善常规的表面安装技术元器件的性能。特别是这种金属化优选通过可金属化的塑料和/或不可金属化的塑料来确定。
在一个外壳内有多个凹坑时，这些凹坑可构成不同的形状、不同的大小和/或也可支承不同的半导体芯片例如一个发光二极管芯片、一个光电二极管芯片和一个集成电路芯片。所以集成在这个光电元件中的半导体芯片既可包括光电半导体芯片例如发光二极管和探测元件，又包括带有集成驱动电路的电子半导体芯片。
在含有一种塑料的本体结构化的金属化的本发明方法中，首先借助于一种双组分注塑方法用至少两种塑料制作该本体，其中一种塑料是不可金属化的，然后该本体这样进行金属化，使之形成一个金属化的区域和一个非金属化的区域，其中非金属化的区域通过不可金属化的塑料来确定。
而金属化的区域则最好通过一种可构成金属化的塑料来确定。所以注塑方法的两种组分特别优选由一种不可金属化的和一种可金属化的塑料组成。
金属化最好至少部分地在该本体的表面上进行，该表面至少部分地由可金属化和不可金属化的塑料构成。
金属化可借助于该本体的化学处理和/或电镀处理来产生。化学处理优选在电镀处理之前进行。
在这种含该塑料的本体的结构化的金属化方法中，在制作该本体时就已经确定了金属化的图形。其优点是由此可取消随后的结构化措施，例如激光结构化。
这种方法优选用于一种本体的制作图形的金属化，该本体作为电子元件、尤其是微电子或光电元件的壳体构成。
在带一个壳体和至少一个布置在该壳体上的半导体芯片的光电元件的本发明制造方法中，该壳体首先用至少两种不同塑料注塑而成，其中的一种塑料是不可金属化的。
然后该壳体这样进行金属化，使其产生一个金属化的分区和非金属化的分区，其中非金属化的分区通过一种不可金属化的塑料来确定，而壳体的金属化的分区则优选通过一种可构成金属化的塑料来确定。所以注塑方法的两种组分特别优选由不可金属化的和可金属化的塑料组成。
壳体的金属化的区域优选设置在它的表面上，并可承担电的和/或反射的功能。非金属化的区域特别优选把金属化区域隔离成至少两个相互电绝缘的区域，这两个区域构成半导体芯片的连接导体。
这种方法的优点是，在壳体的制作过程中就可确定金属化的配置或结构化。这是在双组分注塑方法制造壳体时通过使用可金属化的和不可金属化的塑料来实现的。不用注塑方法也可用压力铸造方法或注压法，就这方面而言，它适用于制造含一种塑料的本体，特别是上述那类光电元件的壳体。
本发明的这些方法优选用于上述和下述光电元件的制造，所以它们的特征相应地也与光电元件的制造方法或含一种塑料的本体的结构金属化的方法相关，或反之亦然。
本发明光电元件和方法的其他特征、优选方案和实施例以及本发明的其他优点和适用性可从下面参照附
图1至7进行说明的实施例中得知。
附图表示图1a至e带一个半导体芯片的第一实施例的示意图，即一个俯视图、两个断面图、一个侧视图和一个仰视图；图2a至f带一个半导体芯片的第二实施例的示意图，即一个俯视图、一个断面图、一个侧视图、一个仰视图以及两个透视图；图3a，b带一个芯片和一个引线架的第三实施例的一个示意俯视图和一个断面图；图4a，b分别带四个半导体芯片的两个实施例的示意透视图；图5带多个凹坑并在其中分别设置一个半导体芯片的一个实施例的示意透视图；图6a至6c带一个半导体芯片的一个实施例的示意图，即一个透视斜视图，一个断面图和另一个简化的斜视图；图7a至7f借助四个中间步骤示意示出本发明方法的一个实施例。
在所有实施例中，相同或作用相同的部件/部分分别用相同的附图标记表示。
第一实施例所示的元件涉及一种可表面安装的光电元件，在其外壳10中，设置有一个凹坑12(见图1a)。从图1b和1c可清楚看出，凹坑12具有截锥的形状。凹坑12的一个壁和凹坑12的底分别用13和14表示。
在底14的中心区设置了一个半导体芯片50例如一个发光二极管芯片。外壳10的表面以及凹坑12的区域进行了金属化结构15。金属化结构15分成两个区域16、18，这两个区域借助一个绝缘条20(或叫绝缘缝更好)相互电隔离。
金属化结构15的区域16从凹坑12的壁14通过它的壁13延伸到外壳10的一个表面30。半导体芯片50安装在金属化结构15的这个区域16并与它电连接。半导体芯片50通过一根压焊丝52与金属化结构15的另一区域18连接。金属化结构15的区域18同样从底14通过壁13延伸到外壳10的表面30。其中，金属化结构18在全部面积上与金属化结构15的区域16电隔离。
金属化结构15占的面积比反射器内绝缘条20占的面积大得多。因为从半导体芯片发射的光线的反射在绝缘条20的区域内比在金属化区域内小得多，该绝缘条这样横跨凹坑12，使之位于半导体芯片50面对角线的延长线内。在所示的图中，该绝缘条沿凹坑12的底14和壁13以一个角度35在该芯片端面对角线的延长线内引出。通过这种结构可达到高的反射器效率，因为半导体芯片50的辐射的绝大部分都是在它的侧面上而不是垂直的四角上出射。
图1b示出的沿图1a剖切线A-A剖开的光电元件的剖面清楚地示出了凹坑12或反射器的截锥形状和金属化结构15分成的两个区域16、18。半导体芯片50布置在凹坑12的底14上。压焊丝52横跨绝缘条20并连接半导体芯片50背离底14的一侧与金属化结构18。从图1b可清楚看出，绝缘条20从底14沿壁13延伸到表面30。
图1c表示沿图1a所示剖切线B-B剖开的剖视图。该图清楚表明反射器的壁13的可见区域连续具有金属化结构15的区域16。
图1d和1e表示金属化结构15的区域16、18也沿表面28延伸到外壳的背面并构成外部电接头38、40。
通过电接头38、40既布置在侧表面28、22上，又布置在构成背面的表面24上，光电元件既可作为顶部探测器又可作为侧部探测器使用。
图1a至1e示出的光电元件是一种模塑互连器件。这就是说，壳体10用注塑方法制成，并优选用双组分注塑方法。在这种方法中，至少使用两种不同的塑料，其中只有一种塑料可进行金属化。所以有利于在注塑过程中就可确定在哪些部位进行金属化。然后例如借助化学处理和/或电镀处理产生金属化。
图1所示本发明光电元件的优点在于，通过作为反射器构成的凹坑12的金属化可达到比常规元件更高的效率。通过在反射器壁上的反射(类似于带金属反射器的径向元件)，在反射器几何形状相应匹配的情况下可产生角度小的、均匀的反射特性。反射器的几何形状可通过注塑过程来确定。反射器可—不同于图中所示—构成抛物线曲面、锥形反射器的形状或别的合适的形状。
图1所示的元件可取消透镜，从而可达到平的表面和很小的结构高度。通过在反射器内部进行半导体芯片的电连接，可进一步减小光电元件的结构高度。
图2d表示沿图2a所示剖切线B-B剖开的侧视图。从该图可清楚看出，元件的表面22、24和26、28相互不是正交设置，而是表面24相对于表面22倾斜一个角度36。表面24和26只是示范性地相互垂直设置。反射器底14相对于元件底24或26产生一个倾角，视光电元件在一个插件座上与上述表面的哪一个表面固定而定。通过角度36的变化可自由选择元件取向。
为了构成外部电接头，金属化结构16、18从凹坑开始通过表面30(元件的顶面)沿侧面22和28延伸到表面24和26。
图2e和2f分别表示第二实施例的透视图，即图2e表示从上倾斜看去的视图，而图2f则表示从下倾斜看去的视图。
图3所示第三实施例是一种配有一个引线架42、44的可表面安装的元件(表面安装技术元器件)。图3a表示该元件的俯视图，而图3b则表示沿图3a所示剖切线A-A剖开的一个剖面的侧视图。
与常规的这种表面安装元件比较，凹坑12的壁13按本发明进行了金属化。壁13的金属化例如可通过一种可金属化的和/或一种不可金属化的塑料来确定。通过金属化可明显改善元件的光学性能。半导体芯片50布置在一个导电的散热片46上，该散热片与引线架插脚44电连接。在该导电的散热片和凹坑12的壁13的金属化之间不存在任何电接触，以免短路。
图4a和4b表示可表面安装的光电元件的示意图，该元件分别具有例如四个半导体芯片50a、50b、50c、50d。
在图4a中，分别在一个凹坑12a、12b、12c、12d内精确地布置一个半导体芯片50a、50b、50c、50d。每个凹坑12a、12b、12c、12d都象前面所述的实施例那样进行了金属化。为清楚起见，图中未示出金属化。
凹坑12a、12b、12d、12d的金属化分别通过一个绝缘条分成两个相互电隔离的区域，该绝缘条例如可设置在一种不可金属化的塑料的区域内并在该图中未示出。相应的半导体芯片布置在这两个区域之一上并具有一个到金属化另一区域的压焊连接。金属化的每个区域通过印制导线与电接头38a、38b、38c、38d或40a、40b、40c、40d进行连接。在元件的四个侧面上分别设置两个电接头。此外，这些电接头也可设置在图中看不见的元件的背面上。
只要一个凹坑12a、12b、12c、12d的金属化的相应区域相互不存在电接触，半导体芯片50a、50b、50c、50d就可相互独立地进行控制。但半导体芯片50a、50b、50c、50d也可借助既在凹坑中又在元件的表面上设置的金属化相互电连接。
图4b表示一个类似的、但在唯一的一个凹坑12中布置了四个半导体芯片50a、50b、50c、50d的元件。在这个方案中，金属化的区域也可在凹坑的包面上这样构成，即在半导体芯片50a、50b、50c、50d之间不建议电连接。但在金属化适当设计的情况下完全可以建立电连接。在此图中，为清楚起见，也没有示出金属化的分布，金属化的图形例如可通过一种不可金属化的和/或一种可金属化的塑料来确定。电接头38a、38b、38c、38d或40a、40b、40c、40d同样设置在元件的全部四个侧面上，其中每两个电接头设置在一个表面上。
在图5的实施例中，八个作为反射器构成的凹坑12a，12b...，12h成排设置在一个外壳10中。每个反射器配置一个半导体芯片50a，50b，...，50h。为清楚起见，在此图中略去了金属化的设置，但可象图1或2所示那样，金属化例如可通过壳体的一种不可金属化的和/或一种可金属化的塑料来确定。在两个对应的侧面上分别设置电接头38a，38b，...，38h或40a，40b，...，40h，它们分别具有一个到金属化的一个区域的电接头。电接头38a，38b，...，38h或40a，40b，...，40h同样可布置在作为“块”构成的元件的背面上，并可按要求锯成单个元件。
图4a，b和5示出的元件既可作为顶部探测器又可作为侧部探测器布置在一个组件上。
在图6a、6b和6c中分别用不同的视图示意地示出了本发明光电元件的另一实施例。
图6a表示光电元件的示意斜视透视图。
包括一个外壳10的光电元件的壳体57具有带一壁13和一底14的凹坑12，一个半导体芯片50布置在该坑底上。壳体57的表面30具有金属化结构15，该金属化通过一个绝缘条20分成两个相互电绝缘的分区16、18。在表面32和24或33和24上构成连接半导体芯片50的电接头38，40。半导体芯片50通过凹坑13的底14的金属化结构16与电接头38并通过压焊丝52与电接头40分别进行导电连接。
金属化结构15承担电功能并为反射从半导体芯片50产生的辐射和/或为反射入射到半导体芯片上的辐射而设置。这种金属化例如含有金。
金属化的图形、尤其是表面30和电接头38、40上的金属化结构15的图形在这个实施例中通过一种不可金属化的塑料54和一种可构成金属化的塑料53来确定。在使用这两种塑料的情况下，壳体例如用双组分注塑方法制造。
塑料53和54例如含有一种液晶聚合物材料。其中可金属化的塑料53优选添加一种大致构成粒子状的并例如含有一种诸如钯的金属添加剂，这种添加剂有利于实现这种塑料的金属化。
在本发明的范围内，不可金属化的塑料的概念可这样理解这种塑料的金属化—至少带结构化的金属化的金属材料—与可金属化的塑料比较，是不可能的，只有在大量花费的情况下方有可能，否则难于实现。
绝缘条20设置在壳体57的表面30的区域内，在该区域内，该表面由不可金属化的塑料54构成。在本例中，表面22和28没有金属化，因为这对这类元件的制造、尤其是大批量制造具有优势(比较图7)。
所以在壳体57的制作过程中就可确定补充设置的金属化结构15的图形。
绝缘条20在凹坑12的大致呈抛物线曲面的壁13的一个凸部58的区域内延伸。其优点是，从半导体芯片50发射的辐射只有很少一部分到达不反射的或比金属化结构16反射差的塑料54上。从而可提高光电元件的效率。特别是提高基本上通过该凹坑的金属化结构16构成的反射器的效率。
半导体芯片50优选设置在一个包括该凹坑的壁13的抛物线曲面的焦点范围内，并可例如是发送器或接收器，例如一个发光二极管芯片、一个激光二极管芯片、一个光电二极管芯片或是别的、尤其是光电的半导体芯片。
图6b表示沿图6a的一个包括压焊丝52的平面剖开的元件的示意剖视图。
从该图中可看出凹坑12的壁13的大致呈抛物线曲面的形状和一个布置在该凹坑中的包封面56，该包封面至少部分地包封芯片50并有利于防止有害的外部影响。包封面56的表面朝半导体芯片50的方向弯曲和/或不凸出表面30，是特别有利的。这样有利于使元件的高度很小。在这个实施例中，压焊丝52也不通过表面30引出并被包封面56覆盖。
此外，可看出带可金属化的塑料53和不可金属化的塑料54的壳体57的图形，该图形确定金属化结构16、18的形状并由此确定在不可金属化的塑料的区域内构成的绝缘条20的走向，以及确定壳体57的表面24、30、32或33上的电接头38、40。
在这个实施例中，光电元件作为在表面30对面的表面24上具有电接头38和40顶部探测器构成。通过注塑过程中的模具改变，从而可达到该凹坑的另一种布置或金属化结构15和连接区38、40的另一种图形，也可制成别的结构例如侧面探测器。侧面探测器也可构成图6a所示的形状，即例如半导体芯片50的电接头通过表面32上的电接头38和表面33上的电接头40来实现，且该元件、尤其是凹坑进行相应地取向。
在表面24、30、32或33两侧的可表面安装的光电元件的连接区38和40例如可与一块印制电路板的印制导线焊接。在焊接过程中，元件将经受高的温度，这特别对在表面24两侧进行焊接时电接头38和40的区域以及壳体57的邻接的可金属化的塑料53和不可金属化的塑料54适用。
所以，塑料和金属化的不同的热膨胀会导致元件的大的机械负荷并由此导致功能干扰甚至失灵。例如焊接可导致电接头38、40区域内的金属化结构15的疲劳，从而可导致与印制电路板的电接触的恶化。这同样适用于元件往往在运行中可能经受的高的温差，因为金属化至少导散在芯片50上产生的一部分热。这对大功率芯片例如大功率激光芯片特别重要。
这些机械负荷可通过壳体内的小缝隙55来消除，这种缝隙最好设置在接头38、40周围的一个区域内、特别优选设置在可金属化的塑料53和不可金属化的塑料54之间。在连接区38、40加热时，缝隙55起弹性作用，有利于减少壳体57上的机械负荷，特别是有利于减少热引起的应力。这在图6a和6b中通过该区域内的虚线示出。
壳体57内的这种缝隙55有利于在双组分注塑方法的过程中就可构成，即例如使用基本上化学惰性的、因而很难相互成为化学键的塑料53、54，例如适当构成的液晶聚合物，这类聚合物可含有塑料53、54。
但缝隙55也可在注塑过程结束后借助熟知的、例如机械的结构化方法来制成。
为了提高壳体的稳定性，壳体57的至少一部分、特别是包括可金属化的塑料53的部分优选构成一个整体。这可优选象图6c所示那样通过连接条59来实现，这些连接条在包括不可金属化的塑料的壳体57的区域内构成。这些连接条保证了壳体57的分区60和61之间的机械连接。这种连接方式也可用于图1至5的实施例中。
图6c表示图6a的壳体57的示意透视图，为清楚起见，没有示出不可金属化的塑料54。在这个实施例中，这些连接条通过一个间隔腔62分开。该间隔腔允许带有不可金属化的塑料54的壳体的图示部分的深度插入。这样，象图6b所示那样，同样可通过不可金属化的塑料54的区域的大致呈L形的横截面提高壳体的稳定性。这在塑料53、54基本上相互不形成化学键时特别适用。
除了图3实施例外，全部实施例的元件都作为模塑互连器件制成。借助这种制造技术可简单地制造任意形状的外壳和任意形状的反射器。金属化的图形可用上述双组分注塑方法借助激光结构化或遮蔽方法来实现。双组分注塑方法在壳体的造型、金属化的构成和/或连接区的构成方面可达到最大的自由度。这样就有利于取消金属化的制作图形，金属化的制作图形—通过在双组分注塑方法制造壳体时使用一种不可金属化的和一种可金属化的塑料—在金属化过程中可至少在分区内自动地进行。
在图7中，借助图7a至7f所示的中间步骤示出了一种光电元件的本发明制造方法的一个实施例的示意图。
在这个实施例中，示意地示出了一种类似于图6所示的光电元件的制造。
图7a表示用一种可金属化的塑料53借助一种注塑方法在第一道工序中制成的该光电元件的一个壳体的第一段57a的俯视图。壳体段57a的形状通过一个适当的模具在注塑时确定。
可金属化的塑料53优选含一种液晶聚合物(LCP)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和特别优选含一种添加剂，例如含一种钯之类的金属。这种添加剂有利于可金属化的塑料53稍后的金属化的顺利进行。
在这个实施例中，外壳段57a构成一个整体，外壳段57a的区域60、61通过连接条59相互机械连接。在区域60内，构成多个带一壁13和一底14的凹坑12，这些凹坑优选按一个尽可能小的横向间距相互排列，以便有利地在区域60内构成数目多的凹坑12，并由此使制造方法的效率达到最佳化。同时要注意该间距应足够大，以便在该区域内稍后可进行元件分割。在这个实施例中，凹坑12和坑底14的俯视图都呈圆形。在坑12的壁13内设置一个凸部58，该凸部在壳体段57a的区域60和61内构成并通过连接条59伸出。连接条59在凹坑的区域内通过间隔腔62相互分开。
图7b表示壳体段57a的侧视图，该壳体段含有可金属化的塑料53并包括区域60、61，该区域通过连接条59相互机械连接。
连接条59连接壳体段57a的区域60和61有利于机械稳定，因而便于在后续处理中壳体段57a的处理。
在下一道工序中，在另一注塑过程中用一种不可金属化的塑料54制造设置在连接条59区域内的另一壳体段57a。
不可金属化的塑料54优选含一种液晶聚合物，并与可金属化的塑料53比较，特别优选是基本上没有添加剂的。
从这个注塑过程产生的图形用俯视图示于图7c中。而含有不可金属化的塑料54的壳体段57b则设置在通过连接条连接的壳体段57a的区域60、61之间。在这个实施例中，这种不可金属化的塑料尤宜布置在连接条59之间的间隔腔62内。这样就可提高包括壳体段57a和57b的壳体57的机械稳定性，特别是当可金属化的塑料53和不可金属化的塑料54不成为或很难成为化学键时尤其如此。所以壳体57的稳定性基本上是通过机械方式例如通过连接条59来保证的。
壳体57的表面至少在分区内具有一种可金属化的塑料53和一种不可金属化的塑料54，这两种塑料组成借助在图7a至7d中示意示出了中间步骤的双组分注塑方法的两种组分，用以制造一个含有一种塑料的本体，特别是光电元件的一个壳体57。
然后壳体57这样进行结构金属化，即在区域60、61内，由可金属化的塑料53形成该壳体的表面并产生金属化结构15。
为此，在一个优选方案中，壳体57最好至少在表面30两侧进行一个腐蚀过程，这个腐蚀过程对塑料产生作用，但可金属化的塑料中的添加剂则基本上保持不变。这样就可在该壳体的由可金属化的塑料53形成的那部分表面上提高例如粒子状的添加剂钯的密度。然后借助一种化学处理方法淀积一种例如铜的金属，铜基本上只淀积在添加剂上。所以不可金属化的塑料54的区域基本上没有铜原子和添加剂，而可金属化的塑料53的区域则基本上整个面积都涂覆一层例如1～2微米厚的铜层，该铜层是由铜淀积在该添加剂上所致、其在可金属化的塑料53的表面上的密度借助腐蚀过程得到了有利地提高。通过随后的化学的和/或电镀的过程可在可金属化的塑料53的已涂覆铜的区域上再镀覆别的金属例如镍和/或金。金最好至少部分地形成这样产生的金属化结构15的表面。
由该金属化过程产生的图形用俯视图示于图7e中。
壳体57在可金属化的塑料53的区域60、61内优选例如用金进行整个面积的金属化结构15，该金属化通过在不可金属化的塑料54的区域内设置的绝缘条20分隔或最好两个相互电绝缘的分区16、18。凹坑12的底14和壁13具有金属化结构16。按此方式，含一种塑料的本体、尤其是一种光电元件的壳体就实现了结构化的金属化，该金属化的图形在该本体的制作过程中已经通过这两种塑料组分的形成来确定。
当然也可用多种不同的塑料，特别是可金属化的塑料。这样就可实现不同的塑料具有例如含银、金或铝的不同的金属化。
金属化的区域16、18优选构成一个半导体芯片50的连接导体，然后例如通过焊料把它固定在凹坑12的底14上。半导体芯片50例如通过该焊料最好与金属化结构16导电连接。
然后半导体芯片50通过压焊丝52与金属化结构15的区域18导电连接，并随即例如把环氧树脂、丙烯酸树脂或硅树脂浇入该凹坑中以形成包封56，从而防止半导体芯片50受到有害的外界影响。这在图7f中用俯视图表示。
如果半导体芯片50例如作为光电芯片构成，则凹坑12的金属化结构16优选同时起半导体芯片50的电连接导体和由该半导体芯片产生的或要接收的辐射的反射器的作用。
塑料53、54已经在壳体57的金属化之前有利地确定了该金属化的图形并由此确定了可从图7e所示的图形通过分割产生的一个光电元件稍后的电接头38、40的图形。这种方法特别适用于光电元件的大批量的制造。
本专利申请要求德国专利申请DE 103 08 917.9(2003年2月28日提交)和DE 203 14 966 1(2003年9月26日提交)的优选权，其全部公开内容通过引用纳入本说明书中。
本发明的保护范围不限于借助实施例进行的本发明描述。确切地说，本发明包括每个新特征，以及这些特征的每种组合，尤指在权利要求中所含的这些特征的每种组合，当然也包括没有明确地在权利要求中给定的组合。
权利要求
1.光电元件，包括一个壳体(57)和至少一个布置在壳体(57)上的半导体芯片(50)，其特征为，壳体(57)的一个表面具有一个金属化的分区(15)和一个非金属化的分区(20)，且壳体(57)包括至少两种不同的塑料(53、54)，其中的一种塑料(54)是不可金属化的并确定非金属化的分区(20)。
2.按权利要求1的光电元件，其特征为，金属化的分区(15)由一种可金属化的塑料(53)来确定。
3.按权利要求1或2的光电元件，其特征为，壳体(57)具有一个凹坑(12)，半导体芯片(50)布置在该凹坑中。
4.按权利要求3的光电元件，其特征为，凹坑(12)是反射器，其反射面具有金属化结构(16)。
5.按权利要求4的光电元件，其特征为，凹坑的金属化结构(16)至少部分地设置在可金属化的塑料(53)的区域内。
6.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，金属化结构(15)用来承担电功能。
7.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，金属化结构(15)被一个绝缘条(20)分成至少两个电隔离的区域(16、18)。
8.按权利要求7的光电元件，其特征为，绝缘条(20)由不可金属化的塑料(54)来确定。
9.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，壳体(57)是光电元件的外壳(10)的一部分。
10.光电元件，具有一个带至少一个凹坑(12)的外壳(10)和至少一个布置在凹坑(12)中的半导体芯片(50)，其特征为，凹坑(12)是反射器，其反射面具有金属化结构(15)，使之构成一个金属反射器，且金属化结构(15)用来承担电功能。
11.按权利要求10的光电元件，其特征为，金属化结构(15)设置在一种可金属化的塑料的区域内。
12.按权利要求10或11的光电元件，其特征为，金属化结构(15)通过一个绝缘条(20)分成至少两个相互电隔离的区域(16，18)。
13.按权利要求12的光电元件，其特征为，绝缘条(20)由一种不可金属化的塑料(54)来确定、被外壳(10)包封的壳体(57)具有这种塑料。
14.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，半导体芯片(50)设置在金属化结构(15)的第一区域(16)，并在半导体芯片(50)和第二区域(18)之间建立电连接。
15.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，被绝缘条(20)占用的面积相对于凹坑(12)的金属化面积来说是很小的。
16.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，绝缘条(20)设置在凹坑(12)的包封面的范围内，并在半导体芯片(50)和凹坑(12)的第二区域(18)之间建立电连接。
17.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，绝缘条(20)横跨凹坑(12)的底部，并在凹坑(12)的底部建立电连接。
18.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，绝缘条(20)横跨该凹坑，使该绝缘条位于半导体芯片(50)端面的面对角线的延长线上。
19.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，绝缘条(20)至少部分地设置在该凹坑所具有的一个凹部或凸部(58)。
20.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，壳体(57)用双组分注塑法制成。
21.按权利要求(20)的光电元件，其特征为，这两种组分由至少一种可金属化的塑料和至少一种不可金属化的塑料组成。
22.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，壳体(57)包括含有可金属化的塑料的第一壳体段(57a)，和含有不可金属化的塑料的至少另一壳体段(57b)。
23.按权利要求22的光电元件，其特征为，第一壳体段(57a)构成至少两个分区(60，61)，这两个分区通过一个连接装置(59)相互机械连接。
24.按权利要求22或23的光电元件，其特征为，另一壳体段(57b)至少部分地成型为连接装置(59)。
25.按权利要求22至24任一项的光电元件，其特征为，连接装置(59)机械稳定另一壳体段(57b)。
26.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，可金属化的塑料(53)和不可金属化的塑料(54)基本上不成为化学键。
27.按权利要求22至26任一项的光电元件，其特征为，在壳体段(57a，57b)之间至少部分地设置一个间隔腔(55)。
28.按权利要求22至27任一项的光电元件，其特征为，间隔腔(55)起弹性作用，至少部分地消除壳体(57)的机械引起的、特别是热引起的应力。
29.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，外壳(10)的塑料可染成任意的颜色。
30.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，该外壳的两个相邻的表面(22、24、26、28、30、32)相互布置成任意的角度(36)。
31.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，在外壳(10)的至少两个表面上设置有至少两个电接头(38、40)。
32.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，外壳(10)具有金属粒子、散热器或金属化孔。
33.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，该元件是一个MID(＝模塑互连器件)。
34.按前述权利要求任一项的元件，其特征为，金属化结构(15)的区域由一个引线架(42，44)来构成。
35.按前述权利要求任一项的光电元件，其特征为，半导体芯片(50)既包括光电的半导体芯片又包括电子的半导体芯片。
36.按权利要求35的光电元件，其特征为，电子的半导体芯片是一个用来控制光电半导体芯片的集成电路芯片。
37.含一种塑料的本体、尤指一种光电元件的壳体的结构化的金属化方法，其特征是具有如下的步骤a)用一种双组分注塑方法制作具有至少两种塑料(53，54)的本体(57)，其中一种塑料(54)是可金属化的；b)该本体进行金属化，使其构成一个金属化的区域(15)和一个非金属化的区域(20)，而这个非金属化的区域则由不可金属化的塑料(54)来确定。
38.按权利要求37的方法，其特征为，金属化结构(15)至少部分地设置在该本体的一个表面(24，30，32，33)上。
34.按权利要求37或38的方法，其特征为，金属化的区域(15)由一种可金属化的塑料(53)来确定。
40.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，金属化结构(15)至少部分地通过该本体的化学处理或电镀处理来产生。
41.具有一个含塑料的壳体(57)和至少一个布置在该壳体上的光电元件的制造方法，其特征是具有如下的步骤a)按权利要求37至40之一进行壳体(57)的制造和结构化的金属化；b)在壳体(57)上设置半导体芯片(50)。
42.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，不可金属化的塑料(54)含有一种液晶聚合物(LCP)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
43.按权利要求39至42任一项的方法，其特征为，可金属化的塑料(53)含有一种液晶聚合物(LCP)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
44.按权利要求39至43任一项的方法，其特征为，可金属化的塑料(53)含有一种添加剂，该添加剂有利于这种塑料的金属化。
45.按前述权利要求至少一项的方法，至少在两个相互电绝缘的区域(16，18)内构成金属化结构(15)。
46.按权利要求45的方法，半导体芯片(50)设置在这两个区域之一上，且金属化结构(15)的相互电绝缘的区域(16、18)至少部分地构成半导体芯片(50)的连接导体(38、40)。
全文摘要
本发明涉及一种光电元件，包括一个壳体(57)和至少一个布置在壳体(57)上的半导体芯片(50)，其中壳体(57)的表面具有一个金属化的分区(15)和一个非金属化的分区(20)，且壳体(57)包括至少两种不同的塑料(53，54)，其中的一种塑料(54)是不可金属化的，且这种塑料确定非金属化的分区(20)。此外，本发明涉及这类元件的一种制造方法以及含一种塑料的本体的结构化的金属化方法。
文档编号H01L23/498GK1757108SQ200380110027
公开日2006年4月5日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年2月28日
发明者H·布伦纳, T·赫菲尔, F·莫尔默, R·塞瓦尔德, G·怀特尔, M·蔡勒 申请人:奥斯兰姆奥普托普导体有限责任公司