专利名称：光电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的光电元件，尤其是最好能表面安装的发光元件。
背景技术：
在本文中，术语“包封材料”尤其包括任何能够通过浇注、喷射、注塑或压铸而达到预定形状的材料。尤其是反应树脂如环氧树脂、丙烯酸树脂和硅树脂就属于这样的材料。也可以想到采用陶瓷材料或玻璃类材料。
对传统的表面安装光电元件材料来说，首先如此制成一个预封装元件，即在预制的芯片引线架周围注上适当的塑料，所述塑料构成元件的壳体。该壳体例如在上表面上具有一个凹处，引线接点从对置两侧被引入该凹处中。在其中一个引线接点上粘上一个半导体芯片如LED芯片并且导电接通。另一个引线接点通过一个压焊丝与半导体芯片连接。一种一般是透明的注塑材料被填入该凹处中。可表面安装的光电元件的基本形状例如在“西门子元器件”(29，1991，第4册第147-149页)中的由F.Moeller和G.Waitl所著的文章“SIEMENS SMT-TOPLED FUERdie Oberflaechenmontage”中公开了。
在已知的可表面安装的结构中，可以如此实现方向很准确的发光，即凹处侧壁如此构成，例如成适当倾斜的或弯曲的面，它对由半导体芯片向侧面或向后发出的射线来说构成了反射面，该反射面使射线转向所需的辐射方向。根据壳体形状或反射面形状的不同，该元件可以被构造成所谓的“顶光元件”，即主要发光方向是垂直的或与元件安装平面成很陡的角度，或是所谓的“侧光元件”，即主要发光方向是水平的或者与元件安装平面成平缓角度。具有相应壳体形状的“顶光元件”和“侧光元件”的例子例如在EP0400175A1的图2或图3中示出了。
作为元件壳体材料，通常采用热塑性材料或热固性材料。在一个实际采用的优选实施形式中，人们将填有玻璃纤维的聚邻苯二酰胺(polyphtalamid)用作壳体塑料，它用二氧化钛填料染成白色。
为完整起见而还要指出的是，还知道了具有附加的光学元件的这种光电元件的构造，这样做是为了改善其辐射特性或为了适应于特殊用途。因此，例如EP0400176A1、DE19755734A1公开了上述类型的、可表面安装的光电元件，这些元件各自在壳体和/或浇注材料上具有附加的光学器件。
肯定地讲，在使用发出来自兰色光谱区和/或紫外光谱区的射线的半导体芯片时，尤其是当使用GaN半导体芯片时，其中发出射线的有效区具有GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN材料，该元件的发光效率不希望地低。
发明内容
本发明的目的是改进上述类型的具有发出和/或接收紫外线和/或兰光的芯片的光电元件，从而该元件的辐射效率得以改善。
本发明的另一目的是研究上述类型的光电元件，其中，壳体更耐老化，这意味着尽可能没有降解。
通过具有权利要求1特征的光电元件来实现这些目的。在从属权利要求1-11中给出了本发明的有利改进方案。
根据本发明，光电元件壳体由一种含填料的塑性材料构成，其中该填料在低于约500nm的波长区里具有强反射能力。
本发明的认识在于，在传统使用的光电元件壳体材料中，填料即在上述情况下是白色的二氧化钛填料明显影响了该元件的发光效率。如图2C、3所示，二氧化钛填料在约480-500nm以上具有良好的反射能力。对小波长来说，反射能量明显降低，因此，照射壳体的光线的决大部分在这个短波长区域中被壳体吸收并因而使该元件的发光效率在此波长区中明显降低。此外，填料所吸收的能量促进了塑料老化过程。
如果象本发明所规定的那样，人们采用一种在低于约500nm的波长区里仍然有良好反射能力的填料，则由此一方面提高了光电元件在该低于500nm的波长区内的效率，另一方面，防止了壳体老化。
适当的填料例如是硫酸钡、锐钛矿(它是二氧化钛的改良物质)和聚四氟乙烯(PTFE)，它们最好按照高达50％的体积百分比来添加。另一个优选的体积百分比约为5％-15％。
对于壳体的塑性材料，最好采用热塑性塑料或热固性塑料如聚邻苯二酰胺。
此外，包封材料为了机械稳定而最好添加有玻璃纤维或矿物填料。
本发明的元件尤其优选地适用于真带有半导体芯片的发光二极管元件，其中，至少发光区至少部分地由一种基于GaN的半导体材料且尤其是由GaN、InGaN、AlGaN和/或InGaAlN半导体材料构成。这样的半导体芯片的发光光谱与当时的组成有关地通常大都位于兰色和/或紫外线光谱区里。
壳体凹槽最好用一种至少允许半导体芯片所发出的射线的一部分透过的材料填充。为了制造出能发出彩色光的发光二极管元件和/或为了将芯片的紫外光线部分和/或兰色光线部分转换为波长更长的射线，可以在透光材料中加入发光颗粒，这些颗粒至少吸收其波长来自紫外线光谱区和/或兰色光谱区的电磁射线的一部分并且发出波长比它更长的且尤其是肉眼可看到的或看清的电磁射线。
从以下结合附图详细描述的实施例中得到了本发明的上述和其它的优点，其中图1示意表示可表面安装的且本发明可用于其中的光电元件；图2A-2C表示不同材料的不同反射光谱，这些材料例如可根据本发明地作为填料被用在图1所示光电元件的壳体的塑料中；图3表示根据现有技术的光电元件壳体的反射光谱。
具体实施例方式
在图1中示意示出了一个垂直于壳体安装面7的光电元件的横截面，本发明可用在该光电元件上。壳体2通过在成形壳体2的同时对引线框1进行围绕注塑而形成。壳体2最好在中央具有一个朝向壳体设置的凹槽6。在该凹槽中安装着一个半导体芯片3例如光电发射器件或接收器件，在这里最好是基于GaN、InGaN、AlGaN和/或InGaAlN半导体材料的发光二极管芯。芯片3的电接触面借助压焊丝或例如借助导电的连接机构与引线框1的电接点1A、1B连接，从而同芯片线导电相连。
壳体2凹槽6的内表面2A是倾斜构成的，因而，它使从芯片3朝向一侧发出的射线至少大部分地转向芯片3的辐射方向8。通过以下描述地挑选适用于壳体2的且具有高反射能力的材料，倾斜的内表面2A起到反射镜的作用，以便提高光电元件的辐射功率或接收灵敏度。
光电半导体芯片3被埋在至少部分让其所发出的电磁射线透过的包封材料5中。在这里，包封材料5的背对半导体芯片3的表面基本上与壳体2表面平齐。但要指明的是，在本发明的范围里，根据要求，当然也可以选择包封材料5在支承体1凹槽6中的不同填充高度。另外，一个适当的光学器件如光学透镜可以被安装到如此构成的带包封材料5的壳体2上，以便使该元件的光学性能适应于特定的可能的应用场合。
作为用于包封材料5的物质，通常使用射线可穿透的材料，它最好具有UV激发或光激发的性能。优选的包封材料5包括UV激发硬化或光激发硬化环氧树脂，该环氧树脂通过照射光线或紫外线而在几秒内硬化或预固定并且随后完全热硬化。
根据选择壳体2材料和光电元件的所需光学性能的不同，包封材料5除了上述环氧树脂的主要成分外还具有其它成分，以便按照希望来调节与壳体材料的接合强度、硬化固化时间、射线穿透性以及折射率、耐热性、机械硬度等。
为了制造能发出彩色光的发光二极管元件和/或为了将芯片的紫色或兰色发的光成分转换为波长更长的射线，在包封材料5中混有发光颗粒。这些颗粒至少吸收由芯片3发出的电磁射线的一部分，例如其波长来自紫外线和或兰色光谱区的部分射线，并且随后发出其波长与待吸收的射线相比更大的、尤其更能让肉眼看到或看清的电磁射线。
为了元件的壳体2采用一种包封材料，它含有一定的填料。该包封材料构成壳体2的主要成分并同时最好由热塑性塑料或热固性塑料构成。例如，聚邻苯二酰胺特别适用于此，它为了机械稳定性而可以混有玻璃纤维。
作为按照约为5体积％-15体积％且最好是8体积％-12体积％且最好是约10体积％而添加的填料，有利地采用硫酸钡。硫酸钡是这样一种材料，它在350-800nm的波长范围中具有高于90％的反射能力，如同在图2A的反射光谱中示出的那样。
由于对500nm以下的波长也有强反射能力，所以，壳体2的内表面2A也反射兰色光和紫外线光。因此，具有这样的壳体的元件对用在在光谱范围中的应用场合来说也非常有效，因为半导体芯片3所发出的射线的更多部分可以由元件发出，或者由元件接收的射线的更多部分可以由半导体芯片3探测到。
另外，通过添加填料，壳体2与传统的壳体相比有利地更加耐老化，这是因为在壳体中出现更少的吸收能。由于硫酸钡不仅对小于500nm的波长有良好的反射能力，而且对达到红外光谱区的波长有良好的反射能力，所以一个具有这样的壳体的光电元件是通用的。
一种可选的适当填料是聚四氟乙烯(PTFE)，其反射能力在图2B的附图中示出了。如可从图2B的反射光谱中看到的那样，聚四氟乙烯在300-800nm的范围中表现出明显大于90％的很高的反射能力。
另一种可选的填料是锐钛矿，一种二氧化钛的特殊改良物质，它的反射光谱在图2C中示出了。在图2中，为了对比而示出了迄今所用金红石的反射能力。锐钛矿和金红石一样都是二氧化钛的特殊改良物质，其中，钛原子和氧原子在金红石中比在锐钛矿中更密集地堆积，因此，金红石的密度和折射率高于锐钛矿。
当然，本发明不仅仅局限于以上明确指出的填料物质和塑料。基于这样的认识，即也能使用在兰色区和/或紫外区中有强反射能力的填料，技术人员也可以采用具有相应性能的不同于填料的材料，而这不超出本发明的基本构想。
权利要求
1.一种光电元件，它具有一个由包封材料且尤其是塑料制成的壳体(2)、一个安置在该壳体(2)上的光电半导体芯片(3)以及电接点(1A，1B)，该半导体芯片(3)与所述电接点导电连接，其特征在于，该包封材料含有一种填料，所述填料对波长来自大于等于300nm-小于等于500nm的电磁辐射具有这样的反射率，即该反射率大于或等于0.5且尤其是大于或等于0.7。
2.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，在该包封材料中的填料成分为从大于等于5体积％到小于等于50体积％，尤其为大于等于5体积％到小于等于15体积％。
3.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，该填料含有一种选自硫酸钡、锐钛矿和聚四氟乙烯或这些材料中的两种以上材料的混合物的材料。
4.如权利要求1-3之一所述的光电元件，其特征在于，该包封材料是热塑性或热固性塑料。
5.如权利要求4所述的光电元件，其特征在于，该包封材料是聚邻苯二酰胺。
6.如权利要求1-5之一所述的光电元件，其特征在于，该包封材料中混有玻璃纤维或矿物填料。
7.如权利要求1-6之一所述的光电元件，其特征在于，该半导体芯片包括一个发光区，该发光区至少部分地由一种基于GaN的半导体材料构成且尤其是由GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN半导体材料构成。
8.如权利要求1-7之一所述的光电元件，其特征在于，该半导体芯片包括一个发光区，该发光区发出波长在紫外线光谱区里的电磁射线。
9.如权利要求8所述的光电元件，其特征在于，在该凹槽中填充有一种对由半导体芯片发出的射线的一部分来说是透明的材料，所述材料含有荧光颗粒，这些颗粒至少吸收其波长在紫外线光谱区里的电磁射线的一部分并且与之相比发出长波的电磁射线。
10.如权利要求9所述的光电元件，其特征在于，该长波电磁射线的波长在肉眼可见的光谱区里。
11.如权利要求1-10之一所述的光电元件，其特征在于，该壳体(2)具有一个凹槽(6)，该半导体芯片(3)安置在该凹槽中。
12.如权利要求11所述的光电元件，其特征在于，该凹槽(6)被构造成反射由半导体芯片(3)发出的射线的至少一部分的反射器。
全文摘要
本发明涉及光电元件，尤其是适于表面安装的光电元件。它包括一个壳体(2)、一个尤其安置在壳体的一凹槽(6)内的光电半导体芯片(3)、电接点(1A，1B)，半导体芯片与所述电接点电连接。壳体(2)由包封材料且尤其是塑性材料构成，该材料填充有填料，填料对小于约500nm的波长有高的反射率。
文档编号H01L33/48GK1579024SQ02821805
公开日2005年2月9日 申请日期2002年10月28日 优先权日2001年10月31日
发明者G·博纳, H·布伦纳, G·克劳特, G·韦特尔 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司