光电子半导体器件和用于形成光电子半导体器件的方法与流程

提供了一种光电子半导体器件和一种用于形成光电子半导体器件的方法。

技术实现要素：

目的在于提供一种具有改进的光学特性的光电子半导体器件。目的还在于提供一种用于形成具有改进的光学特性的光电子半导体器件的方法。

该目的通过独立权利要求来解决。进一步的实施例是从属权利要求的主题。

在光电子半导体器件的至少一个实施例中，光电子半导体器件包括具有主延伸平面的载体。载体可以是具有立方体形状的三维体。此外，载体可以在主延伸平面内比在其它方向上延伸得更远。

载体可以是电路板，即，印刷电路板。例如，载体包括电绝缘基体，电气触头位置和/或电路路径被施加到电绝缘基体上和/或电绝缘基体中。作为示例，载体可以包括氮化硅或氮化铝。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括布置在载体上的至少一个半导体芯片。半导体芯片可以是光电子半导体芯片。半导体芯片可以与载体直接接触。

半导体芯片可以包括面向载体的底表面和背离载体的顶表面。半导体芯片的侧表面可以连接底表面和顶表面。侧表面可以横向于或垂直于或近似垂直于载体的主延伸平面。半导体芯片的侧表面可以包括半导体芯片的既不布置在面向载体的一侧上也不布置在背离载体的一侧上的所有表面。

半导体芯片可以通过接合引线被电气接触。这意味着，半导体芯片可以通过连接到载体的接合引线在半导体芯片的顶侧处被电气接触，其中顶侧背离载体。此外，半导体芯片可以是倒装芯片或另一类型的表面安装芯片。

在至少一个实施例中，半导体芯片被构造成在半导体器件的操作期间发射电磁辐射。半导体芯片例如可以是发光二极管或激光器。半导体芯片可以被构造成在半导体器件的操作期间发射在指定波长范围内的电磁辐射。例如，半导体芯片可以发射在可见范围内的光或电磁辐射。优选地，由半导体芯片发射的电磁辐射在顶侧离开半导体芯片。由半导体芯片发射的电磁辐射还可以在半导体芯片的不与载体接触的侧表面上或所有表面上离开半导体芯片。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括框架，该框架布置在载体上并且在平行于载体的主延伸平面的横向方向上围绕半导体芯片。框架可以在所有横向方向上围绕半导体芯片。例如，框架具有矩形形状，该矩形形状具有其中布置半导体芯片的凹槽。框架也可以具有不同于具有其中布置半导体芯片的凹槽的矩形形状。

框架可以由恰好一个部件形成。这意味着，框架可以仅包括在横向方向上完全围绕半导体芯片的一个部件。框架还可以由多个部件形成。例如，框架可以包括具有矩形或条形形状的多个部件。每个部件可以在横向方向上延伸。部件也可以具有不同于矩形的形状。不同的部件可以连接起来，从而它们形成框架。这意味着，框架可以通过连接框架的不同部件来组装。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括覆盖至少一个半导体芯片和框架的转换层。转换层可以布置在半导体芯片的顶侧。

此外，转换层可以设置在框架的背离载体的一侧上。转换层可在不与载体接触的侧面处完全覆盖半导体芯片和框架。因此，转换层可以完全覆盖半导体芯片的边缘，其中，所述边缘由半导体芯片的侧表面和背离载体的表面形成。优选地，对于整个半导体器件，转换层在竖直方向上具有相同或恒定的厚度，其中竖直方向垂直于载体的主延伸平面。

转换层可以包括透明或半透明材料。这意味着，转换层可以对于在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射至少部分地透明。因此，在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射可以在转换层的光出射表面上离开半导体器件，其中光出射表面背离载体。

在例如通过引线接合来电气接触半导体芯片之前，可以将框架附接到载体。此外，在例如通过引线接合来电气接触半导体芯片之后，可以将转换层沉积在半导体芯片和框架上。

在至少一个实施例中，所述至少一个半导体芯片比框架在竖直方向上延伸得更远，其中竖直方向垂直于载体的主延伸平面。这意味着，半导体芯片在竖直方向上可以超出框架。半导体芯片可以在所有位置处比框架在竖直方向上延伸得更远。

在至少一个实施例中，框架和半导体芯片在横向方向上通过间隙彼此间隔开。这意味着，框架和半导体芯片不直接接触。框架和半导体芯片可以在横向方向上彼此相邻地布置在载体上，使得间隙在横向方向上布置在框架和半导体芯片之间。这意味着，框架和半导体芯片在横向上彼此间隔以横向距离。横向距离或间隙的横向范围可以沿着半导体芯片的侧表面变化。框架与半导体芯片之间的间隙可以在横向方向上完全围绕半导体芯片。因此，半导体芯片可以布置在框架的凹槽内而不与框架直接接触。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括具有主延伸平面的载体和布置在载体上的至少一个半导体芯片。该光电子半导体器件还包括：设置在载体上的框架，该框架在平行于载体的主延伸平面的横向方向上围绕半导体芯片；以及覆盖至少一个半导体芯片和框架的转换层。所述至少一个半导体芯片比框架在竖直方向上延伸得更远，其中竖直方向垂直于载体的主延伸平面。此外，半导体芯片被构造成在半导体器件的操作期间发射电磁辐射，并且框架和半导体芯片通过间隙在横向方向上彼此间隔开。

由于框架围绕半导体芯片，所以半导体芯片可以在不与载体接触的表面上被转换层完全覆盖。在没有围绕半导体芯片布置框架的情况下，转换层将以较不均匀的高度覆盖半导体器件的表面。这意味着，在半导体芯片具有在竖直方向上的延伸的情况下，转换层需要在竖直方向上足够厚，以便在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片。然而，较小厚度的转换层可以是有利的。通过围绕半导体芯片布置框架，转换层沉积在框架上，其相比于没有框架的载体在竖直方向上具有更大的范围。由于框架在竖直方向上的范围小于半导体芯片在竖直方向上的范围，所以通过将框架围绕半导体芯片布置，半导体器件的总厚度不会增加。

框架具有这样的效果，即，转换层可以在不与载体接触的表面处以及在由侧表面和背离载体的表面形成的边缘处完全覆盖半导体芯片。因此，不必要为了在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片而增加转换层在竖直方向上的厚度。此外，如果框架围绕半导体芯片，则转换层的背离半导体芯片和框架的表面在高度上更均匀。因此，该框架用作转换层的缓冲器，使得转换层在竖直方向上具有更均匀的高度。

有利地，通过利用转换层在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感是均匀的。这意味着，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感对于大部分或所有发射角可以是均匀的。发射角是相对于竖直方向从半导体器件发射电磁辐射所在的角度。例如，如果边缘没有被转换层完全覆盖，或者转换层在边缘处比在其它位置处薄得多，则颜色观感可能是不均匀的。这是因为在边缘处，由半导体芯片发射的电磁辐射的更大部分将是可见的。此外，通过在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的亮度对于大部分或所有发射角可以是均匀的。

由于框架可以包括透明材料，因此在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的亮度不会被框架降低。

在至少一个实施例中，框架的热导率大于转换层的热导率。这意味着，框架的材料的热导率大于转换层的材料的热导率。因此，在半导体芯片中或在转换层中产生的热量可以由框架消散。因此，可以减少可由热量引起的转换层的光学劣化。因此，可以增加半导体器件的寿命。

在至少一个实施例中，半导体芯片在未被载体覆盖的所有表面处被转换层覆盖。这意味着，半导体芯片在不面对载体的所有表面处被转换层覆盖。以这种方式，可以改善在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感的均匀性。此外，可以改善在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感的亮度均匀性。

在至少一个实施例中，框架包括玻璃。优选地，玻璃对于在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射是透明的。玻璃可以是任何玻璃，例如蓝宝石玻璃。因此，通过将框架围绕半导体芯片布置，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的亮度不会降低。此外，玻璃可以具有比转换层的热导率更大的热导率。

在至少一个实施例中，框架包括硼硅酸盐玻璃。硼硅酸盐玻璃对光透明，并且其热导率大于转换层的材料的热导率。

在至少一个实施例中，间隙的横向宽度达到至少25μm和至多50μm。间隙的横向宽度可以是在横向方向上从框架到半导体芯片的距离。间隙的横向宽度对于半导体芯片的不同侧表面可以不同。框架和半导体芯片不直接接触，并且通过间隙彼此间隔开，以便允许用于放置半导体芯片的加工公差，使得半导体芯片被框架围绕。这意味着，半导体芯片不需要被放置在精确的位置，而只需要被放置在具有至少25μm且至多50μm的公差的位置。此外，间隙的横向宽度允许半导体芯片的尺寸的加工公差。这意味着，半导体芯片不需要具有精确的尺寸，而仅需要具有至少25μm且至多50μm的公差的尺寸。

间隙的横向宽度也可以小于25μm或大于50μm。

在至少一个实施例中，框架与载体直接接触。这意味着，框架直接布置在载体上。框架可以在框架的与载体的主延伸平面平行的表面处与载体直接接触。通过将框架布置在载体上靠近半导体芯片，半导体芯片可以在未被载体覆盖的所有表面处被转换层覆盖。以这种方式，可以改善在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感的均匀性。此外，可以改善在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的亮度或颜色观感的均匀性。

在至少一个实施例中，框架与转换层直接接触。因此，不必要为了在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片而增加转换层在竖直方向上的厚度。此外，如果框架围绕半导体芯片，则转换层的背离半导体芯片和框架的表面在高度上更均匀。因此，框架用作转换层的缓冲器，使得转换层在竖直方向上具有更均匀的高度。

在至少一个实施例中，转换层被构造成转换由半导体芯片发射的电磁辐射的波长。这意味着，在背离载体的方向上离开转换层的电磁辐射的波长可以不同于在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射的波长。转换层还可能构造成转换由半导体芯片发射的电磁辐射的波长范围。这意味着，例如半导体芯片可以发射第一颜色的电磁辐射，该第一颜色通过转换层转换为第二颜色。因此，第二颜色的电磁辐射或者从第一和第二颜色混合的混合颜色的电磁辐射在光出射表面处离开半导体器件。因此，通过采用转换层，可以调节由半导体器件发射的电磁辐射的波长或颜色。

在至少一个实施例中，转换颗粒分散在转换层的基质材料中。这意味着，转换层可以包括基质材料和转换颗粒。基质材料优选对于在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射是透明的。转换颗粒被配置成转换由半导体芯片发射的电磁辐射的波长。因此，通过采用转换层，可以调节由半导体器件发射的电磁辐射的波长或颜色。

在至少一个实施例中，基质材料包括硅树脂。基质材料也可以包括环氧树脂或玻璃材料。有利地，基质材料对于在操作期间由半导体芯片发射的电磁辐射是透明的。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括至少两个半导体芯片，并且框架在横向方向上围绕每个半导体芯片。因此，框架可以具有带有两个或更多个凹槽的矩形形状，其中在每个凹槽中布置半导体芯片。还可能的是，光电子半导体器件包括多个半导体芯片并且框架在横向方向上围绕半导体芯片中的每个。因此，框架可以包括多个凹槽，其中在每个凹槽中布置半导体芯片。多个半导体芯片可以以规则阵列或不规则阵列布置。因此，一个框架和一个转换层可以用于多个半导体芯片。

在至少一个实施例中，光电子半导体器件包括至少两个半导体芯片，并且框架包括至少两个子框架，其中每个子框架在横向方向上围绕至少一个半导体芯片。子框架可以彼此连接。还可能的是，子框架不彼此连接。还可能的是，半导体器件包括多个半导体芯片并且框架包括至少两个子框架，其中每个子框架在横向方向上围绕至少一个半导体芯片。因此，一个转换层可以用于多个半导体芯片。

此外，提供了一种用于形成光电子半导体器件的方法。优选地，利用所描述的方法，可以形成如上所述的光电子半导体器件。这意味着，对于用于形成光电子半导体器件的方法，也公开了针对光电子半导体器件所公开的所有特征，反之亦然。

根据用于形成光电子半导体器件的方法的至少一个实施例，该方法包括提供具有主延伸平面的载体的步骤。载体可以是电路板。

根据该方法的至少一个实施例，该方法包括将至少一个半导体芯片附接在载体上的步骤。优选地，多个半导体芯片布置在载体上。多个半导体芯片可以以规则阵列或不规则阵列布置。

根据该方法的至少一个实施例，该方法包括将框架附接在载体上的步骤，其中框架在平行于载体的主延伸平面的横向方向上围绕半导体芯片。框架可以包括透明或半透明材料。框架可以是矩形形状的。这意味着，框架可以在所有横向方向上围绕半导体芯片，使得框架具有矩形形状，该矩形形状具有凹槽，半导体芯片布置在该凹槽中。

根据该方法的至少一个实施例，该方法包括沉积覆盖半导体芯片和框架的转换层的步骤。转换层可以布置在半导体芯片的顶侧处，其中所述顶侧背离载体。此外，转换层可以设置在框架的背离载体的一侧处。转换层可在不与载体接触的侧面处完全覆盖半导体芯片和框架。因此，转换层可以完全覆盖半导体芯片的边缘，其中，所述边缘由半导体芯片的侧表面和背离载体的表面形成。优选地，对于整个半导体器件，转换层在竖直方向上具有相同或恒定的厚度，其中竖直方向垂直于载体的主延伸平面。

根据该方法的至少一个实施例，半导体芯片比框架在竖直方向上延伸得更远，其中，竖直方向垂直于载体的主延伸平面。这意味着，半导体芯片可以在竖直方向上超出框架。半导体芯片可以比框架在竖直方向上完全延伸得更远。

根据该方法的至少一个实施例，半导体芯片被构造成在半导体器件的操作期间发射电磁辐射。半导体芯片例如可以是发光二极管或激光器。半导体芯片可以被构造成在半导体器件的操作期间发射指定波长范围内的电磁辐射。优选地，由半导体芯片发射的电磁辐射在顶侧处离开半导体芯片。

根据该方法的至少一个实施例，框架和半导体芯片通过间隙在横向上彼此间隔开。这意味着，框架和半导体芯片不直接接触。框架和半导体芯片可以在载体上在横向方向上彼此相邻地布置，使得间隙在横向方向上布置在框架和半导体芯片之间。这意味着，框架和半导体芯片在横向上彼此间隔以横向距离。横向距离或间隙的横向范围可以沿着半导体芯片的侧表面变化。框架与半导体芯片之间的间隙可以在横向方向上完全围绕半导体芯片。因此，半导体芯片可以布置在框架的凹槽内而不与框架直接接触。

由于转换层沉积在半导体芯片的顶部上和框架的顶部上，因此半导体芯片可以在不与载体接触的侧表面处被转换层完全覆盖。因此，由侧表面和背离载体的表面形成的半导体芯片的边缘也可以被转换层完全覆盖。此外，通过将框架布置在载体上，覆盖半导体芯片的转换层的厚度可以更均匀。因此，不必要为了在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体芯片而增加转换层在竖直方向上的厚度。

有利地，通过在不与载体接触的表面上用转换层完全覆盖半导体芯片，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感是均匀的。这意味着，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的颜色观感对于大部分或所有发射角可以是均匀的。此外，通过在不与载体接触的表面处完全覆盖半导体晶片，在操作期间由半导体器件发射的电磁辐射的亮度对于大部分或所有发射角可以是均匀的。

根据该方法的至少一个实施例，在沉积转换层之前，通过引线接合来形成半导体芯片的至少一个电气触头。半导体芯片可以在顶侧通过接合引线被电气接触。例如，半导体芯片可以经由引线接合与另一半导体芯片电连接，或者与布置在载体上的电气触头电连接。

优选地，在形成半导体芯片的电气触头之前，将框架附接到载体。因此，在框架的附接期间，电气触头不会被损坏。在随后的步骤中，将转换层沉积在框架和具有电气触头的半导体芯片的顶部上。由此，半导体芯片可以在不与载体接触的表面上被转换层完全覆盖。

根据该方法的至少一个实施例，框架的导热率大于转换层的导热率。因此，在半导体芯片中或在转换层中产生的热量可以由框架消散。因此，可以减少可由热量引起的转换层的光学劣化。因此，可以增加半导体器件的寿命。

附图说明

附图的以下描述可以进一步示出和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的部件用相同的附图标记表示。相同或功能上相同的部件可能仅关于它们首先出现所在的附图进行描述。它们的描述不在连续的图中必要地重复。

图1示出了光电子半导体器件的示例性实施例的剖视图。

图2示出了光电子半导体器件的示例性实施例的俯视图。

在图3中，示出了半导体芯片的示例性实施例的示意性俯视图。

利用图4，解释了用于形成光电子半导体器件的方法的步骤。

在图5中，示出了光电子半导体器件的另一示例性实施例的俯视图。

具体实施方式

在图1中，示出了光电子半导体器件10的示例性实施例的剖视图。光电子半导体器件10包括载体11，其可以是印刷电路板或衬底。横向方向x平行于载体11的主延伸平面。两个半导体芯片12布置在载体11上。两个半导体芯片12在横向方向x上彼此间隔开。两个半导体芯片12可以被构造成在半导体器件10的操作期间发射电磁辐射。对于每个半导体芯片12，顶侧16被布置在半导体芯片12的背离载体11的一侧。此外，每个半导体芯片12包括垂直于载体11的主延伸平面的侧表面19。

半导体器件10还包括框架13，框架13在横向方向x、y上围绕每个半导体芯片12。在图1中，仅示出了框架13的一部分。框架13与载体11直接接触。此外，框架13和每个半导体芯片12在横向方向x上彼此间隔开间隙15，这意味着在横向方向x上，在半导体芯片12和框架13之间设置间隙15。框架13对于在操作期间由半导体芯片12发射的电磁辐射可以是透明的，并且框架13可以包括例如硼硅酸盐玻璃。此外，半导体芯片12比框架13在竖直方向z上延伸得更远，其中竖直方向z垂直于载体11的主延伸平面。

半导体器件10还包括转换层14。该转换层14覆盖半导体芯片12及框架13，且转换层14直接接触半导体芯片12及框架13。该转换层14设置于半导体芯片12及框架13的背离载体11的一侧。转换层14可以包括基质材料和转换颗粒。因此，转换层14可构造成转换半导体芯片12所发射的电磁辐射的波长。基质材料可包含硅树脂。框架13的热导率可以大于转换层14的热导率。

在操作期间由半导体芯片12发射的电磁辐射可以穿过转换层14并经由光出射表面17离开半导体器件10，其中光出射表面17被布置在转换层14的背离载体11的一侧。

由于框架13在横向方向x、y上围绕半导体芯片12，因此转换层14在半导体芯片12的未被载体11覆盖或未面向载体11的侧面处完全覆盖半导体芯片12。因此，半导体芯片12的由侧表面19和背离载体11的表面形成的边缘18也被转换层14覆盖。

在图2中，示出了光电子半导体器件10的示例性实施例的俯视图。光电子半导体器件10包括多个半导体芯片12，其在载体11上以规则阵列布置。每个半导体芯片12在所有横向方向x、y上被间隙15围绕。此外，每个半导体芯片12被框架13围绕。框架13和半导体芯片12不直接接触，因为它们通过间隙15彼此间隔开。因此，框架13包括矩形形状的凹槽，并且在凹槽中分别布置一个半导体芯片12。

在图3中，示出了半导体芯片12的示例性实施例的示意性俯视图。半导体芯片12在横向方向x、y上延伸。半导体芯片12在横向方向x、y上被间隙15完全围绕。间隙15可以在横向方向x、y上被框架13完全围绕，这在图3中未示出。间隙15的横向宽度或横向范围由半导体芯片12和框架13之间在横向方向x、y上的距离给出。间隙15的横向宽度由两个箭头标记。如图3所示，间隙15在x方向上的横向宽度可以不同于间隙15在y方向上的横向宽度，其中x方向和y方向是两个横向方向x、y。

利用图4，解释了用于形成光电子半导体器件10的方法的步骤。在该方法的第一步骤s1中，提供具有主延伸平面的载体11。

接着，在第二步骤s2中，将至少一个半导体芯片12附接到载体11。半导体芯片12被构造成在半导体器件10的操作期间发射电磁辐射。优选地，多个半导体芯片12被附接到载体11，使得所述半导体芯片12以规则阵列布置。

在第三步骤s3中，将框架13附接到载体11，使得框架13在横向方向x、y上围绕半导体芯片12。此外，框架13被附接到载体11，使得框架13不与半导体芯片12直接接触并且使得框架13和半导体芯片12在横向方向x、y上彼此间隔以间隙15。因此，框架13可以例如包括凹槽，使得一个半导体芯片12分别布置在框架13的一个凹槽内。此外，半导体芯片12比框架13在竖直方向z上延伸得更远。由于框架13和半导体芯片12在横向方向x、y上彼此间隔以间隙15，所以允许半导体芯片12的尺寸具有在间隙15的尺寸量级的变化或公差。此外，允许半导体芯片12在载体11上的指定位置处的放置具有在间隙15的尺寸量级的变化或公差。间隙15的横向宽度可以达到至少25μm和至多50μm。

接着，在第四步骤s4中，通过引线接合来形成半导体芯片12的至少一个电气触头。作为示例，多个半导体芯片12可以通过引线接合彼此连接。半导体芯片12也可以通过引线接合与载体11的电气触头电连接。优选地，半导体芯片12的电气触头形成在半导体芯片12的顶侧16处。

在第五步骤s5中，在半导体芯片12和框架13上沉积转换层14。转换层14可以在不与载体11接触的所有表面处覆盖半导体芯片12和框架13。有利地，由于将框架13围绕半导体芯片12布置，半导体芯片12可以在不与载体11接触的表面处被转换层14完全覆盖。

在图5中，示出了光电子半导体器件10的另一示例性实施例的俯视图。该设置与图2所示的设置相似。多个半导体芯片12布置在载体11上。半导体芯片12通过引线20彼此电连接。

借助于示例性实施例的描述不将本发明限制于此。相反，本发明包括任何新的特征和特征的任何组合，其特别包括专利权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或该组合本身未在专利权利要求或示例性实施例中被明确地陈述。

附图标记

10：光电子半导体器件

11：载体

12：半导体芯片

13：框架

14：转换层

15：间隙

16：顶侧

17：光出射表面

18：边缘

19：侧表面

20：引线

s1：第一步骤

s2：第二步骤

s3：第三步骤

s4：第四步骤

s5：第五步骤

x：横向方向

y：横向方向

z：竖直方向。