专利名称：光电子器件的制作方法
光电子器件
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的光电子器件。
本专利申请要求德国专利申请10 2006 046 304.8和10 2006 059 702.8 的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
在包含一个或多个发射辐射的半导体芯片的光电子器件的情况下(其 中这些半导体芯片由于其大功率而产生大量的热)，半导体芯片通常安装 在具有良好的导热能力的芯片支承体上，特别是安装在陶瓷制成的芯片支 承体上。为了电接触光电子器件，芯片支承体通常安装在具有印制导线的 印刷电路板上。
印刷电路板特别是可以为金属芯电路板，其具有例如铝或铜构成的金 属芯、施加到金属芯上的介电层和例如由铜构成的施加到介电层上的导电 层。由于有金属芯，所以金属芯电路板具有比较高的导热能力。然而在使 用例如由陶资构成的芯片支承体时，芯片支承体与金属芯电路板的热连接 通常并不令人满意，使得由芯片产生的热仅仅不充分地向金属芯电路板散 发。
本发明的任务是，提出一种带有设置在金属芯电路板上的芯片支承体 的改进的光电子器件，该光电子器件的特征尤其是在于从芯片支承体向金 属芯电路板的改进的散热。
该任务通过具有权利要求1的特征的光电子器件来解决。本发明的有 利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的光电子器件包含金属芯电路板，该金属芯电路板具有金 属芯、施加到金属芯上的介电层和施加到介电层上的导电层。此外，光电
子器件包含芯片支承体，该芯片支承体与金属芯电路^目连，其中芯片支 承体具有第一主面和朝向金属芯电路板的第二主面。在第一主面上设置有
至少一个光电子半导体芯片或者优选多个光电子半导体芯片。
芯片支承体在第二主面上借助焊接连接与金属芯电路板的金属芯相 连，其中介电层和导电层在焊接连接的区域中被从金属芯去除。
芯片支承体于是借助焊接连接直接与金属芯电路板的金属芯相连。芯片支承体和金属芯电路板的金属芯之间的连接的特征在此是有利的高的 导热能力。有利的是，在芯片支承体和金属芯之间不包含具有比较低的导 热能力的层，因为特别是介电层在焊接连接的区域中被从金属芯去除。介 电层和导电层例如可以在为了建立焊接连接而设置的区域中通过铣削或 者通过激光处理而被从金属芯去除。介电层和/或金属层也可以替选地已 经在施加到金属芯上之前被结构化，例如通过对薄膜沖压来进行。借助芯片支承体和金属芯之间的导热的焊接连接，由至少一个光电子 半导体芯片产生的热被有效地向金属芯电路板的金属芯歉良。在一个优选的实施形式中，芯片支承体在第二主面上在其中构建有至高部(Erhoehung)。芯片支承体于是在第二主面上在焊接连接的区域中 相对于其他的部分区域、特别是相对于其中设置有用于接触半导体芯片的 电接触部的部分区域而升高。在另一优选的实施形式中，金属芯电路板的金属芯在焊接连接的区域 中具有朝向芯片支承体的升高部。通过升高部有利地减小了在焊接连接的区域中金属芯电路板的金属 芯和芯片支承体之间的距离。金属芯和芯片支承体之间的距离例如通过如 下方式预先给定芯片支承体在第二主面上借助另外的焊接连接与金属芯 电路板的导电层连接。在这种情况下，金属芯和芯片支承体的第二主面之 间的距离等于介电层、导电层和为了建立电连接而设置的焊接连接的厚度 之和》有利的是，升高部的高JL&本上与施加到金属芯电路板上的介电层和 施加到介电层上的导电层的厚度之和一致，或者优选甚至等于介电层和导 电层的厚度之和。由于从金属芯电路板的金属芯去除介电层和导电层引起 的、在焊接连接的区域中芯片支承体与金属芯电路板的附加的距离于是通 过芯片支承体或者金属芯在该区域中的升高部而减小或者优选完全补偿。这样的优点是，例如芯片支承体的设置在第二主面上的接触部与金属 芯电路板上的导电层可以借助譬如如下厚度的焊接层来连接该厚度与为 了将芯片支承体与金属芯电路板的金属芯相连以建立导热连接所需的厚 度相同。由此，芯片支承体和金属芯电路板的金属芯之间的焊接连接可以 比在没有升高部的芯片支承体或者金属芯的情况下更薄地实施。通过比较 薄的焊接层，芯片支承体和金属芯电路板的金属芯之间的连接的热阻被进一步减小。升高部优选具有50pm到200nm之间的高度(包括端点值)，特别是 在50pm到150nm之间的高度(包括端点值)。金属芯电路板的金属芯优选具有铜。铜构成的金属芯是特别有利的， 因为铜具有比较高的导热能力。可替选地，当铝被可焊接地涂敷时，金属 芯电路板的金属芯例如也可以包含铝。芯片支承体的材料优选是陶瓷。特别地，陶瓷可以包含氮化铝，其中 芯片支承体由该陶瓷制成。陶瓷构成的芯片支承体的特征由此有利地在于 比较高的导热能力。因此，陶瓷可以吸收至少一个设置在芯片支承体上的 光电子半导体芯片产生的热，并且通过焊接连接散发到金属芯电路板的金 属芯。芯片支承体优选是电绝缘的芯片支承体。在电绝缘的芯片支承体上例 如可以设置多个光电子半导体芯片，这些光电子半导体芯片通过电连接而 串联。特别是陶瓷构成的电绝缘的芯片支承体的优点是，至少一个光电子 半导体芯片借助芯片支承体和金属芯之间的焊接连接浮置地 (potentialfi^i )、但是导热地与金属芯电路板的金属芯相连。特别地，也 可以将分别带有一个或多个光电子半导体芯片的多个芯片支承体^L置在 金属芯电路板上，其中在半导体芯片和金属芯电路板的金属芯之间存在浮 置的导热连接。在一个优选的实施形式中，芯片支承体在第二主面上具有用于电接触 至少一个光电子半导体芯片的接触部。接触部与金属芯电路板的导电的涂 层相连，其中该导电的涂层优选被结构化为印制导线。接触部优选具有小 于升高部的高度的厚度。在本发明的另 一优选的实施形式中，多个光电子半导体芯片i殳置在芯 片支承体上。在该情况中，借助芯片支承体和金属芯电路板的金属芯之间 的焊接连接实现的良好的散热是特别有利的，特别当多个光电子半导体芯 片是具有高的输出功率的半导体芯片时。例如，四个或者六个光电子半导 体芯片可以以阵列"&置在芯片支承体上。特别地，所述至少一个光电子半导体芯片可以是LED芯片。优选的 是，多个LED芯片设置在芯片支承体上。光电子器件优选是用于照明目 的的LED模块。特别地，该模块可以包含一个或多个发射白光的LED芯 片。所述至少一个LED芯片优选是大功率LED芯片，该芯片优选具有 0.2W或者特别优选为0.5W或者更大的功率。下面借助两个实施例结合附图l和2进一步阐述本发明。 其中-.
图1示出了根据本发明的第一实施例的光电子器件的横截面的示意 图；以及图2示出了才艮据本发明的第二实施例的光电子器件的横截面的示意图。附图不应视为合乎比例，而是M素为了更好的说明可以被夸大地示出。在图1所示的根据本发明的光电子器件的实施例中涉及LED模块， 其中在芯片支承体1上设置有多个LED芯片4。 LED芯片4优选是大功 率LED芯片。这些芯片例如可以具有0.2W或者更大、优选0,5W或者更 大的输出功率。可替选地，光电子半导体芯片4也可以是其他的光电子半 导体芯片，例如半导体激光器。在芯片支承体上的LED芯片4的数目优 选为4到6之间(包括端点值)，然而也可以将多达10个或者甚至更多的 LED芯片4设置在芯片支承体1上。芯片支承体1具有朝向光电子半导体芯片4的第一主面2和朝向金属 芯电路板5的第二主面3。金属芯电路板5用作芯片支承体1的支承体并 且特别是用于建立设置在芯片支承体1上的半导体芯片4的电连接。金属芯电路板5具有金属芯6。金属芯6优选包含铜，铜的特征在于 良好的导热能力。金属芯电路板5设置有介电层7，其用于使导电层8与 金属芯6电绝缘，其中在导电层中例如构建有印制导线用于电接触光电子 器件。例如，芯片支承体l在其朝向金属芯电路板5的第二主面3上具有电 接触部11，该电接触部借助焊接连接10与金属芯电路板5上的导电层8 导电相连。接触部11例如借助通过芯片支承体1引导的印制导线与光电 子半导体芯片的电接触部相连(未示出)。芯片支承体l优选由具有良好的导热能力的材料制成。特别地，芯片 支承体l可以包含陶瓷，优选包含氮化铝。由此，由光电子半导体芯片4 产生的热可以良好地被芯片支承体1吸收。为了将热从芯片支承体1M，芯片支承体1借助焊接连接12与金 属芯电路板5的金属芯6相连。在焊接连接12的区域中，介电层7和导 电层8被从金属芯6去除，例如通过铣削或者激光处理。芯片支承体1 于是通过焊接连接12直接与金属芯6相连，其中该焊接连接优选含有金 属或者金属合金并且由此具有比较好的导热能力。芯片支承体1和金属芯 电路板的金属芯6之间的热阻由此有利地小。特别地，与通过焊接连接 IO相比，由半导体芯片4产生的热可以通过焊接连接12更好地向金属芯 电路板5的金属芯6歉发，其中芯片支承体1为了建立与金属芯电路板5 上的导电层8的电接触而借助所述焊接连接来进行连接。其原因尤其是， 导电层8通过介电层7与金属芯电路板5的金属芯6间隔，其中该介电层 通常具有比焊接层更小的导热能力。
为了将光电子半导体芯片4产生的热特别好M芯片支承体l向金属 芯电路板5的金属芯芯片支承体1在朝向金属芯电路板5的第二 主面3上优选具有升高部9。通过升高部9,有利地减小了焊接连接12 的区域中芯片支承体1和金属芯电路板5的金属芯6之间的距离，否则该 距离通过介电层7、导电层8、焊接层10和接触层11的厚度之和给出。
升高部9的高度有利地与介电层7和导电层8的厚度之和匹配。优选 的是，升高部9的高度与介电层7和导电层8的厚度之和一致。
例如，介电层7可以具有大约7(Him的厚度。导电层8例如可以是大 约30pm厚的层，特别是铜层。介电层7和导电层8的厚度之和在该例子 中于是为100pm。在该情况中有利的是，升高部9的高度为大约100pm。
芯片支承体1在焊接连接12的区域中的升高部具有的优点是，芯片 支承体i与导电层8的连接可以通过焊接层10来实现，该焊接层大致具 有与焊接连接12相同的厚度，该焊接连接建立了芯片支承体1与金属芯 电路板5的金属芯6的热连接。
芯片支承体1的升高部9优选具有50jim到200nm之间的厚度(包 括端点值)。
由于改进的从光电子半导体芯片4至金属芯电路板5的金属芯6的散 热，本发明特别是对于所有大功率的光电子器件是有利的，即特别是对于 具有多个LED的LED阵列，或者对于一个或多个在共同的芯片支承体1 上的半导体激光器构成的装置是有利的。
图2中示出的实施例与图1中示出的实施例的不同在于，不是芯片支承体l而是金属芯电路板5具有升高部9。
升高部9例如可以电镀地施加到金属芯6上。可替选地，也可能的是, 升高部9通过冲压来产生。此外也可能的是，通过如下方式来产生金属芯 6的升高部9:例如通过铣削来将升高部侧面设置的、金属芯6的区域去 除。绝缘层7和导电层8在此情况下随后被优选作为沖压层压部来施加。
在其他方面，第二实施例、特别是关于优选的扩展方案方面对应于第 一实施例。
本发明并未通过借助实施例的描述而受到限制。更确切地说，本发明 包括任何新的特征和特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任 意组合，即使该特征或者该组合本身没有明确地在权利要求或者实施例中 进行说明。
权利要求
1.一种光电子器件，具有-金属芯电路板(5)，其具有金属芯(6)、施加到金属芯(6)上的介电层(7)和施加到介电层(7)上的导电层(8)，以及-芯片支承体(1)，其与金属芯电路板(5)相连，其中芯片支承体(1)具有第一主面(2)和朝向金属芯电路板(5)的第二主面(3)，其中在第一主面上设置有至少一个光电子半导体芯片(4)，其特征在于，芯片支承体(1)在第二主面(3)上借助焊接连接(12)与金属芯电路板(5)的金属芯(6)相连，其中介电层(7)和导电层(8)在焊接连接(12)的区域中被从金属芯(6)去除。
2. 根据权利要求l所述的光电子器件，其特征在于，芯片支承体(l) 在第二主面(3)上在焊接连接(12)的区域中具有朝向金属芯电路板的 升高部(9)。
3. 根据权利要求1所述的光电子器件，其特征在于，金属芯电路板 (5)的金属芯(6)在焊接连接(12)的区域中具有朝向芯片支承体(1)的升高部(9)。
4. 根据权利要求2或3所述的光电子器件，其特征在于，升高部(9) 具有50pin到200pm之间的高度，其中包括端点值。
5. 根据权利要求2至4中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 介电层(7)和导电层(8)的厚度之和基本上与升高部(9)的高度一致。
6. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 金属芯电路板(5)的金属芯(6)包含铜。
7. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 芯片支承体(1)的材料是陶瓷。
8. 根据权利要求7所述的光电子器件，其特征在于，陶瓷包含氮化铝。
9. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 芯片支承体(1)在第二主面(3)上具有用于电接触所述至少一个光电子 半导体芯片(4)的接触部(11)。
10. 根据权利要求9所述的光电子器件，其特征在于，接触部(ll) 借助另外的焊接连接(10)与导电层(8)相连。
11. 根据引用权利要求2或3的权利要求9或10所述的光电子器件, 其特征在于，接触部(11)具有小于升高部(9)的高度的厚度。
12. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 所述至少一个光电子半导体芯片(4)浮置地和导热地与金属芯(6 )相连。
13. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 在芯片支承体(1) J^殳置有多个光电子半导体芯片(4)。
14. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 所述至少一个光电子半导体芯片U)是发光二极管芯片。
15. 根据上述权利要求中的任一项所述的光电子器件，其特征在于， 所述至少一个发光二极管芯片(4 )具有0.2W或更大的功率。
全文摘要
一种光电子器件，具有金属芯电路板(5)，其具有金属芯(6)、施加到金属芯(6)上的介电层(7)和施加到介电层(7)上的导电层(8)；以及芯片支承体(1)，其与金属芯电路板(5)相连，其中芯片支承体(1)具有第一主面(2)和朝向金属芯电路板(5)的第二主面(3)，其中在第一主面上设置有至少一个光电子半导体芯片(4)。在该光电子器件中，芯片支承体(1)在第二主面(3)上借助焊接连接(12)与金属芯电路板(5)的金属芯(6)相连，其中介电层(7)和导电层(8)在焊接连接(12)的区域中被从金属芯(6)去除。
文档编号H05K1/05GK101517760SQ200780035921
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月14日 优先权日2006年9月29日
发明者克里斯廷·彼得拉切克, 斯特凡·格勒奇 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司