专利名称：光电子模块及其制造方法
发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的光电子模块以及按权利要求10的前序部分所述的制造光电子模块的一种方法。
该专利申请要求德国专利中请10361650.0的优先权，后者的公开内容此处通过引用而包括。
在许多用半导体器件来发射或探测电磁辐射的应用中的附带地使用光学装置用于形成这种电磁辐射。由于在半导体器件和光学装置之间有反射，因此常常出现辐射强度的重大损失。这尤其涉及到半导体器件和光学装置之间界面上的反射。
为了最大程度上避免这样的反射，重要的是使光学装置光学上尽可能良好地与半导体器件连接，为此必须避免在辐射路径中特别大的折射指数突变。众所周知，为此应用了具有相应匹配的折射指数的凝胶，借助它来装填在半导体器件和光学装置之间的辐射路径中的中间腔。
应用这样的凝胶的缺点在于在应用一种特殊的定量配料设备来加装凝胶时，必需采用一种特殊的加工工艺，这就使技术费用明显增加。此外凝胶容易不可逆地变形并因此对于许多非静态应用场合只是有条件地适合，在这些情况下可能引起器件的机械加载如振动。
本发明的目的是提出一种开头所述种类的光电子模块，它在半导体器件和光学装置之间具有改善的光学连接。此外还提出了制造一种这样的光电子模块的一种简单和经济的方法。
此任务用一种按照权利要求1所述的光电子模块或者说通过一种按照权利要求10的方法来解决。发明的优选的改进设计和有利的设计方案见从属权利要求。
按照发明在一种开头所述种类的光电子模块中在辐射耦合面和光学装置之间设有一个由可透过辐射的、可变形材料组成的连接层。光学装置和半导体器件相互相对固定，使它们相互对压并因此挤压连接层，使它产生一个力，该力努力将光学装置和辐射耦合面相互压分开。
所谓“辐射耦合面”是指一个辐射耦合输出面和/或一个辐射耦合输入面，这就是说半导体器件的一个面，通过这面使辐射从半导体器件里耦合输出或者耦合输入到半导体器件里。
“相互对压”按照本发明意味着光学装置和半导体器件克服连接层的力通过一个固定装置持久地保持在一种相互对压的状态下，因此在连接层上作用有一个变形力。
连接层的力克服变形力。去掉变形力时，也就是说去除光学装置和半导体器件相互之间的相对固定，连接层的力就使光学装置和半导体器件相互压分开。
设置连接层，通过它产生的力很大程度上避免了在连接层和邻接面之间形成气隙。这尤其适合于模块的整个运行温度范围以及附加的变形力对连接层的影响，例如象振动或离心力。
连接层按此尤其是由一种材料组成，该材料具有比通常的凝胶更高的强度并且在光电子模块的整个工作温度范围内不会流失。
通过发明可以有效地补偿在半导体器件和光学装置之间的间距的波动，这种波动例如可能在温度波动时及由于半导体器件和光学装置的材料有不同的膨胀系数而出现。当加大这间距时压紧的连接层例如就膨胀并因此使半导体器件和辐射耦合面之间生成气隙的风险最小。
光学装置的目的是使由半导体器件发射或接收的电磁辐射至少部分地转向。它例如可以是一个透镜用于会聚或扩散电磁辐射的圆锥，或者例如也可以是一个棱镜。
在光电子模块的一种有利的实施形式中，连接层的最小厚度为30μm，优选为100μm。特别优选的是连接层厚度为大于或等于150μm并小于或等于350μm。一个这样的厚度可以有利地能使半导本器件和光学装置压向连接层，使得在它们之间没有气隙，而且连接层产生一个足够大的力，从而可以最好可能地补偿间距波动和膨胀差别。
连接层优选其有一种漆，特别优选是一种板漆(Platinenlack)，其中所谓“板漆”是指一种适合于作为印制线路板的保护漆。与应用凝胶相反，在应用一种适合的板漆时可以采用涂漆的标准工序，因此可以明显减少加工耗费以及加工成本。
在另一种有利的实施形式中基体元件的表面至少局部涂覆一种材料用来防止外来的影响，这种材料也包含在连接层里。更为适宜地这里可以应用一种适合的板漆，这就是说板漆既涂在基体元件的表面上，也涂在半导体器件和光学装置之间，因此可以节省成本，因为通过一种材料层满足了两种功能。
在一种特别适合的模块实施形式中连接层的折射指数匹配于半导体器件的邻接于连接层的材料的折射指数和或匹配于光学装置的邻接于连接层的材料的折射指数。
光学装置有利地具有折射的和/或反射的元件。
半导体器件特别优选是一种发光二极管器件。这里在一种有利的实施形式中是指一种可表面安装的半导体器件。
在开头所述种类的一种方法中按照发明在安装光学装置之前至少在半导体器件的辐射耦合面上涂覆一种可硬化的并在硬化状态下可透过辐射并可以变形的物质。接着使涂覆的物质至少部分硬化或者硬化。光学装置和半导体器件下一个工序中相互相对固定，使它们相互对压并因此挤压该物质，使该物质产生一个力，该力努力使光学装置和辐射耦合面相互压分开。
关于“相互对压”这种表述在涉及方法的说明中以前在涉及光电子模块中所述的也同样适合。同样适合于可变形物质对象。
物质更适宜地涂覆成一个层，其最小厚度为30μm，优选为100μm。层形式的物质的厚度特别优选为大于或等于150μm并小于或等于350μm。
物质优选具有一种漆，特别优选是一种板漆，它在硬化状态下可以变形，例如极大程度上可以弹性变形。如再上面所述，一种漆，尤其是一种板漆可以比例如凝胶成本有利得多而且化费小得多地涂覆。
在本方法的一种特别有利的实施形式中将物质至少涂覆在基体元件的一部分表面上用于防止外部的影响。这可以用一种漆，尤其是用一种板漆特别有利地来实现。
将物质涂覆在辐射耦合面上和基体元件表面上可以特别有利地以一个唯一的工序来进行发明的其它特点、优点可以参见以下结合附
图1和2所描述的实施例。所示为图1在本方法的一个实施例的一个工序中的光电子模块的剖视示意放大图；图2光电子模块的一个实施例的剖视示意放大图。
在实施例和图中相同的或作用相同的组成部分分别用相同的附图标记表示。附图中所示的元件并不按比例的，而是为了更好地理解可能将它们部分地夸大表示。
图1中部分表示的光电子模块具有一个基体元件1，在该元件上设有一个半导体器件2。基体元件包括有电连接电极41，42，半导体器件2分别用外壳连接线路17，18借助个钎焊点15导电地连接于电连接电极41，42上。
半导体器件例如是一个发射光的器件。它有一个外壳基体11，在其中装有一个发光二极管芯片10，使其电接头侧导电地与外壳连接导线17，18连接。例如将发光二极管芯片10的背面焊接在第一外壳连接导线17上，而前面则借助一个连接线13与第二外壳连接导线18导电连接。发光二极管芯片10用一种浇注材料14浇注，浇注材料的背离外壳的外表面构成一个辐射耦合面16，通过这个辐射耦合面从半导体器件2将在其工作时所产生的光耦合输出。
半导体器件2作为备选方案例如也可以是用于电磁辐射的探测器。在这种情况下将射入在半导体器件2上的电磁辐射对应地在辐射耦合面16耦合输入半导体器件2里。
这种半导体器件对于本领域技术人员来说是熟知的，因此这里就不详细说明了。
光电子模块可以只有一个或者也可以有多个这样的半导体器件2用来发射或探测电磁辐射。除此之外也可以在基体元件1上设置其它另外型式的器件例如象电阻、电容器和/或电感而且/或者与此导电连接。
既在基体元件1的部分表面上，又在半导体器件2的辐射耦合面16上涂覆一种可以透过辐射的，可变形的层形式的物质。
在基体表面上这个层用作为保护层7，并且也可以涂覆在可能有的，上面已经提到的其它型式的器件上。它保护基体的表面并在必要时保护该其它型式的器件以防止外来的影响。
在半导体器件2的表面上层用作为连接层6，借助于连接层使半导体器件和光学装置3可以光学上相互连接，光学装置3布置在辐射耦合面16之上(参见图2)。
保护层7和连接层6例如由一种相同材料组成，例如由一种适合的板漆，而且使二者例如在一个唯一的工序中涂覆上。因此例中通过涂板漆的一个标准工序可以有利地无需显著增多费用地除了保护层7之外同时也产生连接层6。
一种适合的板漆是可以透过辐射的，在硬化状态下可变形的，并且还可以优选地涂覆成足够厚度的涂层，以便使光学元件3可以压在连接层6上，使连接层变形并且在光学元件3和连接层之间没有气隙。
连接层厚度例如为300μm并且例如由一种硅漆组成。对此例如拉克威克彼得公司(Lackwerke Peters GmbH & Co KG)的厚层漆DSL1706FLZ是适合的。它建立在聚有机硅氧烷基础上并在室温下具有一种块速的缩聚交联。
对于半导体器件2和光学装置3的一种良好的光学连接来说，连接层6的材料的折射指数极大程度上匹配于浇注物质14和光学装置的折射指数，这就是说它大约等于这些指数，或者如果浇注物质14和光学装置3的折射指数明显不同的话，那么它处于它们之间。
在连接层6硬化之后，将一个光学装置3装在半导体器件2的辐射耦合面16上，使连接层6受到挤压。为此基体元件1例如具有两个或多个垂直于基体元件1的一个主伸展平面伸出的具有螺纹的安装杆8。
光学装置3例如是一种具有侧面加长部分的凸透镜，在加长部分里设有孔。光学装置这样安装，使安装杆8穿过这些孔导向。然后借助于螺母9将光学装置固定，使它压在连接层上，这在图中用箭头表示于光学装置上。因此使连接层压紧或者挤压在一起。在变形的状态下连接层6还在其主伸展平面里大致被压分开(比较图1与图2)。
光学装置作为对图2所示透镜的备选方案可以具有折射的和/或反射的元件。
另外还可以将连接层也涂覆在光学装置3的向着半导体器件的那一面20上并将光学装置与连接层6一起装在辐射耦合面16上。然而优选将连接层6首先涂覆在辐射耦合面16上，然后才将光学装置3装在连接层6上。
在连接层6和辐射耦合层16或光学装置3之间还可以设有另外的元件，这就是说连接层不必强制地直接连接于辐射耦合面16或者光学装置3。
本发明的保护范围并不局限于按照实施例对本发明所作的说明。其实本发明包括有每一种新的特征以及这些特征的每种组合，这尤其包含了权利要求书中特征的每种组合，即使这种组合并没有明确地在权利要求书中作出说明。
权利要求
1.光电子模块，其包括有-基体元件，它具有电连接电极和导电线路，-至少一个设于基体元件上的并电连接于基体元件的连接电极上的半导体器件，半导体器件用于发射或探测电磁辐射并有辐射耦合面，和-至少一个对应于半导体器件的光学装置，其特征在于，在辐射耦合面和光学装置之间的间隙里设有连接层，连接层由可以透过辐射的、可变形材料组成，其中光学装置和半导体器件相互相对固定，使它们相互对压，并因此挤压连接层，使连接层产生一个力，该力努力使光学装置和辐射耦合面相互压分开。
2.按权利要求1所述的光电子模块，其特征在于，连接层的厚度至少为30μm，优选至少为100μm。
3.按权利要求2所述的光电子模块，其特征在于，连接层的厚度大于或等于150μm并小于或等于350μm。
4.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，连接层具有一种漆，优选为一种板漆，它在硬化状态下可以变形。
5.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，基体元件的表面至少局部用一种材料涂覆用于防止外来影响，这材料也含有在连接层中。
6.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，连接层的折射指数匹配于半导体器件的邻接于连接层的材料的折射指数，和/或匹配于光学装置的邻接于连接层的材料的折射指数。
7.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，光学装置具有折射的和/或反射的元件。
8.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，半导体器件是发光二极管器件。
9.按上述权利要求之一所述的光电子模块，其特征在于，半导体器件是可表面安装的器件。
10.制造一种光电子模块的方法，其具有至少以下工序-准备-基体元件，它具有电连接电极和导电线路，-用于发射或探测电磁辐射的半导体器件，它有一个辐射耦合面，和-光学装置，-将半导体器件设于基体元件上并使半导体器件电连接于连接电极上，并-将光学装置安装在半导体器件的辐射耦合面之上，其特征在于，-在安装光学装置之前将可硬化的并在硬化状态下可透过辐射的和可变形的物质至少涂覆在半导体器件的辐射耦合面上，-使涂覆的物质至少部分地硬化或者硬化，和-光学装置和半导体器件相互相对地固定，使它们相互对压并使物质因此使连接层因此受到挤压，使其产生一个力，该力努力使光学装置和辐射耦合面相互压分开。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，层状地涂覆所述物质，其厚度至少为30μm，优选至少为100μm。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，层状地涂覆所述物质，其厚度大于或等于150μm并小于或等于350μm。
13.权利要求10至12中之一所述的方法，其特征在于，所述物质具有漆，优选为板漆，它在硬化状态下可以变形。
14.权利要求10至13中之一所述的方法，其特征在于，至少在基体元件的一部分表面上涂覆所述物质用于防止外来的影响。
15.权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述物质涂覆在辐射耦合面上和涂覆在基体元件的表面上都在一个唯一的工序中实现。
全文摘要
发明涉及一种光电子模块，它有一个基体元件、至少一个涂覆在基体元件上并导电连接的半导体器件，它用于发射或探测电磁辐射并具有一个辐射耦合面，以及至少一种光学装置，它配合于半导体器件。在辐射耦合面和光学装置之间设有一种由可透过辐射的可变形材料组成的连接层，其中光学装置和半导体器件相互如此相对固定，以至于它们相互对压并且因此挤压这连接层使它产生一个力，该力努力将光学装置和辐射耦合面相互压分开。发明还涉及一种制造一种这样的光电子模块的方法。
文档编号H01GGK1902764SQ200480039551
公开日2007年1月24日 申请日期2004年10月26日 优先权日2003年12月30日
发明者S·布卢姆尔 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司