用于制造光电装置的方法以及光电装置的制造方法
【专利说明】用于制造光电装置的方法以及光电装置
[0001]详述了一种用于制造光电装置的方法。此外，详述了一种光电装置以及光电装置的组合体。
[0002]文献US 7，893，452 B2描述了一种光电装置。
[0003]本发明的一个目的在于详述一种可以以特别节约成本的方式制造的光电装置以及一种制造这样的光电装置的方法。
[0004]根据用于制造光电装置的方法的一个方面，在一个方法步骤中，提供壳体。壳体由塑料材料形成。特别地，壳体由至少对将由光电装置发射或检测的一部分辐射透明或半透明的塑料材料形成。例如，光电装置是在操作期间产生例如光的电磁辐射的发光二极管。此外，光电装置可能是诸如光电二极管或光伏电池的光电检测器。
[0005]根据方法的一个方面，在一个方法步骤中，在壳基体中形成凹部。例如，可以通过以基体具有凹部的方式模制壳基体的塑料材料来形成凹部。另外，凹部能够形成为壳基体的材料中的切口(cut-out)。在这种情况下，壳基体是由塑料材料形成的实心体，从该实心体移除一部分塑料材料以形成凹部。例如，凹部可以通过激光雕刻形成。在已经提供实心体作为壳基体之后形成凹部具有如下优点:凹部的尺寸可以根据在进一步的方法步骤中放置在凹部中的元件(例如半导体芯片)来选择。
[0006]例如，凹部由底表面和至少一个侧壁(例如至少两个侧壁或特别是四个侧壁)限定。底表面和至少一个侧壁由壳基体的塑料材料形成。也就是说，凹部形成在壳基体中并且限定凹部的至少部分底表面和侧壁由壳基体的材料形成。例如，底表面和侧壁完全由塑料材料形成，另外，可能的是，例如像电接触元件的另外的元件被布置在底表面处并且形成至少一部分底表面。
[0007]根据方法的一个方面，在另一方法步骤中，提供一种光电半导体芯片。例如，光电半导体芯片是在操作期间产生可见光、红外(IR)或紫外(UV)辐射的例如发光二极管芯片的发光芯片。
[0008]此外，可能的是，光电半导体芯片是检测器芯片，例如光电二极管芯片或太阳能电池芯片。
[0009]光电半导体芯片由半导体材料形成。例如在如蓝宝石或硅的生长衬底上外延生长II1-V族化合物半导体材料的层，以形成光电半导体芯片。
[0010]根据方法的一个方面，光电半导体芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及至少一个(例如至少两个，特别是四个)侧表面。上述至少一个侧表面将第一主表面和第二主表面彼此连接。例如，光电半导体芯片具有长方体或立方体的形状。
[0011]在光电半导体芯片中产生的或在光电半导体芯片中要被检测到的电磁辐射穿过两个主表面的至少其中之一。此外，可能的是，一部分辐射穿过光电半导体芯片的至少一个侧表面。
[0012]根据方法的一个方面，在另一方法步骤中，光电半导体芯片被放置在凹部中，其中使第一主表面与底表面接触并且使至少一个侧表面与至少一个侧壁接触。从而能够使半导体芯片的表面与壳基体的底表面和至少一个侧壁直接接触。
[0013]此外，还能够在凹部中使半导体芯片的每个侧表面与基体的相应侧壁直接接触。在这种情况下，凹部的尺寸被选择成使得凹部的尺寸精确地适合半导体芯片的尺寸。
[0014]另外，在至少一个侧壁和半导体芯片的专用侧表面之间可以存在一些间隔。在这种情况下，至少第一主表面与底表面直接接触。
[0015]“直接接触”是指在光电半导体芯片和壳基体的材料之间不存在另外的材料，例如胶或一些其他种类的紧固件或接合剂。
[0016]根据方法的一个方面，壳基体的塑料材料包括自愈合聚合物材料(self-healingpolymer material)。自愈合聚合物是一种其中例如在光电装置制造期间发生的裂缝或断裂可以例如通过加热塑料材料被愈合的聚合物材料。热量例如可以通过光电半导体芯片在装置操作期间产生或在外部产生。此外，自愈合聚合物允许由自愈合聚合物形成的两个或更多个部分在加热时被接合在一起，而无需在由自愈合聚合物形成的组件之间使用紧固件或者任何其他接合剂。
[0017]此外，自愈合塑料材料可以是零吸收损耗的光子聚合物或者是高散射光穿透聚合物。
[0018]例如在文献“Transparent self-healing Polymers based on EncapsulatedPlasticizers in a Thermoplastic Matrix，，(Adv.Funct.Mater.2011，21，4705-4711)中描述了合适的自愈合或自修复聚合物，其通过引用结合到本文中。
[0019]根据方法的一个方面，该方法包括如下步骤:
[0020]-提供壳基体，其中，壳基体由塑料材料形成，
[0021]-在壳基体中形成凹部，其中，凹部由至少在某些地方由基体的塑料材料形成的底表面和至少一个侧壁限定，
[0022]-提供光电半导体芯片，其中，光电半导体芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及将第一主表面和第二主表面彼此连接的至少一个侧表面，
[0023]-将光电半导体芯片放置在凹部中，其中，使第一主表面与底表面接触并且使至少一个侧表面与至少一个侧壁接触，其中，
[0024]-塑料材料包括自愈合聚合物材料。
[0025]从而可以改变方法步骤的顺序。例如可以在提供壳基体之前提供光电半导体芯片或者可以在提供壳基体之前形成凹部。在这种情况下，例如通过模制壳基体的塑料材料来提供凹部。
[0026]此外，详述一种光电装置。例如，光电装置可以通过本文描述的方法来制造。因此，公开了用于光电装置的方法的所有特征并且反之亦然。根据光电装置的一个方面，光电装置的特点在于以下特征的至少之一:
[0027]-具有凹部的壳基体，以及
[0028]-光电半导体芯片，其中
[0029]-壳基体由塑料材料形成，
[0030]-塑料材料包括自愈合聚合物材料，
[0031]-凹部由至少在某些地方由基体的塑料材料形成的底表面和至少一个侧壁限定，
[0032]-光电半导体芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及将第一主表面和第二主表面彼此连接的至少一个侧表面，以及
[0033]-光电半导体芯片被布置在凹部中，其中，使第一主表面与底表面接触并且使至少一个侧表面与至少一个侧壁接触。
[0034]在下文中详述了光电装置和方法的各个方面。
[0035]根据一个方面，在光电半导体芯片的第二主表面上提供电绝缘材料。例如电绝缘材料至少部分地填充凹部的、未被光电半导体芯片填充的那部分。从而，背向光电半导体芯片的电绝缘材料的表面有可能与包围壳基体的材料中的凹部的壳体的外表面的齐平而终止。例如电绝缘材料是塑料材料。电绝缘材料可以由和壳基体相同的塑料材料形成。另外，电绝缘材料可能由聚酰亚胺给出。可以通过模制技术或溅射提供电绝缘材料。
[0036]根据一个方面，在光电半导体芯片的第二主表面上至少一个电接触被形成到光电半导体芯片。第二主表面是背向凹部的底表面的光电半导体芯片的表面。例如，η-接触和/或P-接触形成在上述表面上。因而，如果两个电接触形成在第二主表面上，则能够通过上述电绝缘材料和/或另外的电绝缘材料使电接触彼此分开。
[0037]例如电接触由导电性油墨或导电性胶形成。对于光电半导体芯片中产生或检测的辐射，导电性油墨或导电性胶可以是能透射的。可以通过使用印刷方法(例如激光印刷方法)来利用光电接触。
[0038]根据一个方面，光电半导体芯片的至少一个电接触形成在光电半导体芯片的第一主表面上。在这种情况下，可能的是，上述至少一个光电接触已经存在于光学基体中并且通过将光电半导体芯片放置到壳基体的凹部中制造芯片的接触。例如至少一个电接触形成在壳基体的底表面上。
[0039]根据一个方面，提供了盖。例如，盖可以是平板的形式或者光学透镜的形式。盖由塑料材料形成并且包括壳基体的塑料材料的自愈合聚合物材料。例如，盖和壳基体由相同的塑料材料形成。
[0040]盖被放置在壳基体的、背向光电半导体芯片的第一主表面的一侧上，使得盖跨越在壳基体中的凹部上。也就是说，盖为凹部形成盖子并且通过跨越在整个凹部上将半导体芯片密封在凹部中。例如，盖的侧表面与壳基体的侧面齐平而终止。
[0041]通过加热将盖和壳基体彼此接合。也就是说，通过使用自愈合性质，盖和壳基体(即两个组件的自愈合聚合物)在加热时被接合在一起。因此，盖被一体地连接到壳基体。在盖和壳基体之间不存在接合剂或其他紧固件，使得上述连接和壳基体没有紧固件。
[0042]根据一个方面，盖由另外的光电装置形成，另外的光电装置例如与本文描述的光电装置完全相同。在这种情况下，通过加热塑料材料将由相同塑料材料形成的两个壳基体彼此接合并且两个基体之间的连接归因于形成基体的塑料材料的聚合物的自愈合性质。
[0043]此外，详述了一种光电装置的组合体。该组合体包括至少两个本文描述的光电装置。组合体的两个光电装置可以是完全相同的光电装置。从而两个光电装置的每个跨越在另一个光电装置的基体中的凹部上。也就是说，第一光电装置形成用于第二光电装置的凹部的盖。光电装置在一个光电装置的基体与另一个光电装置的基体接触、特别是直接接触的位置处一体地彼此连接。光电装置之间、即光电装置的基体之间的连接没有紧固件或任何其他接合剂。由于形成光电基体的塑料材料的自愈合性质，两个基体之间的连接可以通过利用热量来形成，热量可以通过操作基体凹部中的光电半导体芯片产生或通过外部加热产生。
[0044]本文描述的光电装置包括不含有铸造(casting)材料的光电半导体芯片，铸造材料通常用于铸造壳基体的凹部中的光电芯片。因此，光电装置的装配变得不受铸造材料使用(例如，有磷光体或无磷光体；硅或环氧树脂)或模制工艺(例如，封装和模制两者)的限制。
[0045]本文描述的光电组件的基体中的凹部可以通过激光直写形成以直接在塑料材料上创建材料的图案。可以使用激光微加工以产生用于待插入光电芯片的沟槽(trench)或凹坑(pocket)。这样，基体中的凹部可以以特别简单的方式形成。通过使用激光微加工技术，在相同类型的塑料材料上的不同尺寸和位置的凹部是可能的。这提供了从一个封装设计到另一个封装设计的快速切换而无需改变用于制造光电装置的整个装配线。
[0046]可以使用导电性油墨或导电性胶的激光印刷以形成电接触。导电性油墨或导电性胶可以由透明材料形成以在辐射发射的半导体装置的情况下允许特别高的光输出。此外，使用导电性油墨印刷在装配各种装置时提供了灵活性。