专利名称：光电子半导体部件和用于这种部件的壳基体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电子半导体部件，特别是涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的发出电磁辐射的半导体部件以及根据权利要求19的前序部分所述的壳基体。
本发明特别是涉及一种可表面安装的光电子部件，特别是涉及引线框架(Leadframe)基础，其中半导体芯片设置在壳基体的凹口中并固定在那里。优选的是，在将半导体芯片安装到凹口中之前，预制壳基体。
例如，由Siemens Components 29(1991)第4期，147至149页公开了这种半导体部件。传统上将例如基于环氧树脂的浇注材料用作包封物质。但是，这种浇注材料经常易受到UV辐射的影响。在UV辐射的影响下，这些材料相对快地变黄并因此减小了来自部件的光输出。
为了改善辐射发射的光电子半导体部件的UV稳定性，建议使用基于硅树脂的或者由硅树脂构成的包封物质。这种包封物质在受到短波辐射影响下不变黄或者足够缓慢地变黄。
但是，这种包封物质带来这样的困难，即在一系列应用中在暴露在UV中的情况下，这些物质不能像例如环氧树脂那样与传统上所使用的用于壳基体的材料(例如基于聚邻苯二酰胺的热塑性塑料材料)达到足够地老化稳定的连接。因此，在将这样的包封物质使用在如在Siemens Component 29(1991)第四期，147至149页所说明的传统的壳结构形式中时，存在提高壳基体与包封物质之间出现层离(Delamination)的危险，层离在凹口的上边缘开始并且继续发展进凹口中。此外，在最坏的情况下还会导致芯片包封完全从壳基体脱离。
本发明的任务在于，提供开头所述类型的半导体部件或壳基体，特别是一种开头所述类型的可表面安装的半导体部件或者可表面安装的壳基体，其中降低在包封物质与壳基体之间层离的危险，特别是完全层离的危险。特别是应提供一种壳基体，其适合于极其微型化的光电子壳结构形式，特别是适合于极其微型化的发光二极管结构形式和光电二极管结构形式。
该任务通过具有权利要求1所述特征的半导体部件或通过具有权利要求19所述特征的壳基体来解决。
半导体部件或者壳基体的一些有利的实施形式和扩展方案是权利要求2至18和20至30的主题。
当前，半导体部件或壳基体的正面总是可以理解为在半导体部件的俯视图中从半导体部件的辐射方向可看到的那个外表面，所以凹口从该外表面出发进入壳基体中，并且因此由半导体芯片所产生的电磁辐射穿过该外表面而发射。
在根据本发明的半导体部件中，这样地构建形成凹口边界的壁，使得在半导体部件的正面的俯视图中，在壁上i)构造有围绕半导体芯片所设置的多个被遮挡的部分面，或者ii)构造有至少一个至少部分地、优选完全地环绕半导体芯片的被遮挡的部分面。
当前，“被遮挡的”特别是表示，从发出辐射的半导体芯片的发射辐射的区域的基本上每个点看，涉及的部分面都处在阴影中并且至少部分被包封物质所覆盖，并且包封物质从涉及的部分面出发朝半导体芯片伸展并且遮盖涉及的部分面。
在一种根据本发明特别优选的半导体部件或者特别优选的壳基体中，这样地构建形成凹口边界的壁，使得在半导体部件的正面的俯视图中，在壁上构造有完全环状地环绕半导体芯片的被遮挡的部分面，特别是从发出辐射的半导体芯片的发射辐射的区域的基本上每个点看，该部分面都处在阴影中并且其完全环绕半导体芯片地至少部分被包封物质所覆盖，并且包封物质从涉及的部分面出发朝半导体芯片伸展并且覆盖该部分面。
被遮挡的部分面特别优选地从部件正面朝半导体芯片始终漏斗状地延伸，其中该部分面朝着半导体芯片的方向使凹口变细。
被遮挡的部分面特别优选地这样设置在壁的上边缘，使得空气/包封物质/壳基体的三相边界线完全在被遮挡的部分面上延伸，并且由此不会或者以足够地降低的量(例如由于在包封的正面上的反射)被施加来自半导体芯片的、在该位置所不希望的辐射。
优选的是，至少一个被遮挡的部分面在凹口的边缘上朝向壳基体的正面地构造，特别是在壁的正面的端面上构造，或者本身是壁的正面的端面。这能够有利地极其节约位置地实现了遮挡的部分面并由此实现整个部件，而与传统的部件相比，(反射的)凹口没有UV问题且环氧包封不必被缩小。
有利的是，至少一个被遮挡的部分面可以在技术上特别简单地借助至少一个斜面、必要时出于位置原因而优选地借助唯一一个斜面地构造在壁的正面的边缘上，部分面朝凹口倾斜。在此，凹口的正面的边缘朝着半导体芯片被构造为漏斗状。在一种有利的实施形式中，壁的端面至少部分地在其整个宽度上构造为漏斗状并且由此至少部分地被看作凹口的组成部分。
始终漏斗状构造的被遮挡的部分面，如其通过壳基体的根据本发明的扩展方案而可能的那样，具有特别的优点，即其可良好地用包封物质填充，并且相对于传统的、从结构形状来看相同的部件，由于凹口采用根据本发明的几何结构，所以凹口用作反射器的区域不会缩小。
在另一种有利的扩展方案中，被遮挡的部分面借助至少一个斜面、必要时出于位置原因而优选地借助壁的唯一一个横截面上凹形的斜面构造在壁的正面的边缘上。借助该扩展方案，即使在壳基体具有更大的凹口以及辐射平地照到壁上的情况下，也能获得被遮挡的部分面。
根据本发明的壳基体特别优选地使用在半导体部件中，该半导体部件设置有至少部分发射UV辐射的半导体芯片，如发射蓝光或者UV辐射的、基于氮化物化合物半导体材料的发光二极管芯片，其例如已在WO 01/39282A2中说明并且因此在此不进一步阐述。
在该上下文中，“基于氮化物化合物材料”表示，产生辐射的外延层序列或者至少一部分外延层序列包括氮化物III/V化合物半导体材料，优选的为AlnGamInl-n-mN，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料不必一定具有根据上述分子式的数学上精确的组成。更确切地说，其可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成部分，这些组成部分基本上不改变AlnGamIn1-n-mN材料之一的有特点的物理特性。然而为了简明的原因，即使可部分由少量的其它材料替换，上面的分子式还是仅包含晶格(Al，Ga，In，N)的主要组成部分。
包封物质优选以硅酮材料、并且特别是以硅树脂为基础。包封材料的胶状的粘度能有助于进一步减小层离危险。
在进一步减小层离危险的方面，固定元件(Verankerungselement)可以是有利的，其构造在内侧被遮挡的部分面旁，优选构造到内侧被遮挡的部分面上，并且从被遮挡的部分面出发或者从凹口的其余的内侧出发伸进包封物质中。优选的是，将该固定元件均匀地分布到被遮挡的部分面上，即以相互间基本上相等的间距来设置。
从被遮挡的部分面突出的固定鼻、固定块或者固定肋适合作为固定元件。固定元件特别优选地完全由包封物质所遮盖，即掩盖。为此，包封物质在凹口内的料位特别是这样地高，使得包封物质完全盖住固定元件。这又防止了层离并且也使借助传统的取放装置进一步加工部件变得容易。
有利的是，这种固定元件此外还可有助于液态中被填入凹口中的包封材料、如硅树脂，由于通过包封材料的毛细作用所产生的力而沿着固定元件上升，由此有助于润湿被遮挡的部分面和凹口的上边缘。
相应地，上述任务通特别是过一种半导体部件来解决，其中壳基体的凹口的外边缘上的至少一个被遮挡的部分面上的包封物质形成密封条，其中所述被遮挡的部分面至少基本上都被将半导体芯片所发出的辐射遮挡，密封条因此尽可能地被将芯片的辐射遮挡。特别优选的是，在环状地完全环绕半导体芯片的被遮挡的部分面上的包封物质构造被持续遮挡的密封环。
优选地，凹口的剩余部分构造为用于由半导体芯片所发出的辐射的反射体。
在一种特别优选的实施形式中，壳基体特别是借助喷射方法和/或挤压方法成形在由塑料造型材料构成的金属引线框架(Leadframe)上。
在包封物质中可混入荧光材料，荧光材料吸收由半导体芯片所发射的辐射的一部分并且发射与被吸收的辐射相比已改变波长的辐射。同样，半导体芯片可设置有包含荧光材料的的外壳层。由此可以以简单的方式制造发光二极管部件，这些发光二极管部件能够发出混色的光或者配色的(farbangepasstes)光。合适的荧光材料例如在WO 97/50132和在WO98/12757A1中已说明，它们的公开内容通过引用纳入本文。
优选地，凹口的上边缘的最外的边沿或者被遮挡的部分面的最外的边沿尽可能地是平整的，即没有条纹、凹处、缩孔等等。这有利地减小了包封材料在填充凹口时溢出的危险。固定元件必要时优选没有达到凹口的外边缘，以便保证平整的边沿。
前面的对于根据本发明的部件所述的内容类似地适于根据本发明的壳基体。
根据本发明的部件壳(壳基体+包封物质)不仅可以有利地使用在发射辐射的部件中，这些部件的半导体芯片特别是至少部分发射UV辐射，而且也可以有利地(例如提高了耐热性)使用在检测辐射的部件、如光电二极管部件和光电晶体管部件中。
根据本发明所构造的部件壳(壳基体+包封物质)能够实现具有相对而言非常小的尺寸的结构形状，因为凹口在壳基体的正面端部上、即直接在从凹口的内壁到壳基体的外部正面的过渡上才具有处于阴影中的部分面。
另一特别的优点在于，壳基体/包封物质/空气(或者其它周围的气氛)的“三相”边界线不暴露或者仅仅暴露于明显减小了的半导体芯片辐射中。
从以下参照附
图1至6对实施例的说明中得到部件或壳基体的另一些优点和有利的改进方案。其中图1示出了通过根据本发明的部件的第一实施例的截面视图的示意图，图2示出了通过根据本发明的部件的第二实施例的截面视图的示意图，图3示出了通过根据本发明的部件的第三实施例的截面视图的示意图，
图4示出了通过第二实施例的另一截面视图的示意图，图5示出了第一实施例的壳基体的透视俯视图的示意图，图6示出了第三实施例的壳基体的透视俯视图的示意图。
在这些附图中，这些实施例的相同或者作用相同的组成部分分别相同地命名并且设置有相同的参考标号。这些附图原则上不能视为与根据本发明的真实装置比例符合的示意图。更确切地说，为了更好的理解，在这些附图中的实施例的单个组成部分可以夸大或者相互间不按根据真实的大小比例表示。
这些附图中示意性地表示的部件或者壳基体分别是可表面安装的所谓侧视发光二极管部件(Sidelooker-Leuchtdiodenbauelement)或者用于这样的发光二极管部件的可表面安装的壳基体3，其具有必要时尤其是发射UV辐射的发光二极管芯片1，例如基于InGaN的、发射可见蓝光的发光二极管芯片1，该发光二极管芯片被期望地或者不被期望地附加发射UV辐射。这样的发光二极管芯片例如在WO 01/39282A2中已说明并且因此在此不进一步说明。
在该上下文中所说明的部件壳和壳基体原则上也适合于应用在其它类型的发光二极管芯片中，以及用于发射IR的部件中，这些部件特别是针对高温应用而设置。
在壳基体3的芯片区域中(通过图1至4中虚线包围的区域21表示)，发光二极管芯片1安装在金属引线框架(leadframe)6的电的芯片连接部分上，并且通过接合线5同引线框架6的、与芯片连接部分62电分离的、电的线连接部分61的线连接区域相连。
目前同样可以使用其它类型地接触的发光二极管芯片，如倒芯片安装的发光二极管芯片，其中阳极接触和阴极接触设置在芯片的一侧上并且朝向引线框架。在此仅要匹配安装技术。
具有凹口2的、例如由热塑性塑料(例如填充有氧化钛或者氧化硅和/或玻璃纤维的、基于聚邻苯二酰胺的压制材料)被注塑的或者被压铸的壳基体3位于引线框架6上。发光二极管芯片1位于凹口2中，发光二极管芯片例如借助导电胶粘剂导电地固定在芯片连接部分62上。
凹口2侧面地由环绕半导体芯片1的壁31形成边界并且至少部分地用基于硅树脂的包封物质4来填充，包封物质遮盖半导体芯片1并且对由半导体芯片1所发出的电磁辐射是良好地可透射的。
包封物质4包括例如基于硅酮的辐射透射的、例如明亮的、胶状的浇注材料，该浇注材料混有荧光材料粉末7，例如基于YAG:Ce、基于TbAG:Ce或者基于TbYAG:Ce的荧光材料粉末。这样的荧光材料例如在WO98/12757和WO 01/08452中公开，它们的公开内容在此通过引用纳入本文。
在应仅仅发出发光二极管芯片1的原始辐射的部件中，包封材料4可以是基于硅酮的、明亮的、胶状的浇注材料。替换地，浇注材料可设置有漫反体颗粒并由此而被变暗。
形成凹口2的边界的内侧32在壁31的正面的端部具有朝着凹口2的内部向下，即朝着半导体1倾斜的并且完全环绕凹口的斜面331。该斜面331产生部分面33，在半导体部件的正面的俯视图中看，该部分面完全环状地环绕半导体芯片1，从半导体芯片1的所有正面的点来看，部分面完全处于阴影中并且完全环绕半导体芯片1地至少部分被包封材料4所覆盖。凹口的正面边缘构成为漏斗状。被遮挡的部分面同时是壁31的正面的端面。
根据图2和4的第二实施例与上面所描述的第一实施例的不同点特别在于，内侧32的环状地环绕的、被遮挡的部分面33借助壁31的正面的端面的、在横截面上凹形的斜角(Abschraegung)332来构造。
根据图2和6的第三实施例与上面所描述的第一实施例的不同点特别在于，在环状地环绕的被遮挡的部分面33上构造多个固定元件24，在此固定元件以固定块的形式均匀地绕凹口2分布。这些固定块从被遮挡的部分面33出发伸入进包封物质4中，但不穿透包封物质，即其被包封物质4完全遮盖。从半导体1看，包封物质在固定元件24后面连续地环绕在被遮挡的部分面33上。
对于所有的实施例，壳基体3都与固定元件24一起优选构造为一体并且优选在唯一一个注塑过程或者压铸过程中完成制造。
与这些实施例相应的壳基体和包封物质也可以用于接收辐射的半导体芯片，如光电二极管芯片。于是光电二极管芯片可以代替发光二极管芯片1。同样根据本发明的结构形状也适合用在激光二极管部件、检测器部件和高温应用中。
显而易见地，按照实施例对根据本发明的技术教导的说明不能理解为将本发明局限于此。更确切地说，例如所有具有用于容纳半导体芯片的凹口以及在凹口的正面边缘上环绕的、遮挡半导体的辐射的斜面等等的部件和壳基体都使用根据本发明的技术教导。
权利要求
1.一种光电子半导体部件，其具有至少一个发出辐射(11)的半导体芯片(1)，所述半导体芯片设置在壳基体(3)的凹口(2)中，其中所述凹口(2)侧面地由环绕所述半导体芯片(1)的壁(31)的内侧(32)形成边界并且至少部分用包封物质(4)来填充，所述包封物质遮盖所述半导体芯片(1)并且对由所述半导体芯片(1)所发射的电磁辐射是良好地可透射的，其特征在于，这样地构造所述壁(31)的内侧(32)，使得在所述半导体部件的正面的俯视图中来看，所述内侧具有至少一个部分面(33)，从发出辐射的半导体芯片(1)来看，所述部分面处于阴影中并且至少部分被所述包封物质(4)所覆盖，并且从所述部分面出发，所述包封物质(4)朝着所述半导体芯片(1)伸展并且遮盖所述半导体芯片。
2.根据权利要求1所述的半导体部件，其特征在于，这样地构造所述壁(31)的内侧(32)，使得在所述半导体部件的正面的俯视图中来看，所述内侧具有围绕所述半导体芯片设置的多个部分面(33)，从发出辐射的半导体芯片(1)来看，这些部分面处于阴影中并且至少部分被所述包封物质(4)所覆盖，并且从这些部分面出发，所述包封物质(4)朝着所述半导体芯片(1)伸展并且遮盖所述半导体芯片。
3.根据权利要求1所述的半导体部件，其特征在于，这样地构造所述壁(31)的内侧(32)，使得在所述半导体部件的正面的俯视图中来看，所述内侧具有完全环状围绕所述半导体芯片(1)的部分面(33)，从发出辐射的半导体芯片(1)来看，所述部分面处于阴影中并且至少部分被包封物质(4)覆盖。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体部件，其特征在于，在所述内侧(32)的边缘上朝着所述壳基体(3)的正面构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体部件，其特征在于，所述内侧(32)的至少一个所述部分面(33)是所述壳基体(3)的正面。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体部件，其特征在于，借助在所述壁(31)的正面的边缘上的至少一个斜面(331)来构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体部件，其特征在于，借助所述壁(31)的正面边缘上的至少一个横截面上凹形的斜角(332)来构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
8.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述半导体芯片(1)具有适合于至少部分发射UV辐射的材料。
9.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述包封物质(4)包含基于硅酮的材料，特别是硅树脂。
10.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述包封物质(4)具有胶状的粘度。
11.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上构造有至少一个固定元件(24)，其伸入所述包封物质(4)中。
12.根据权利要求9所述的半导体部件，其特征在于，在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上分布地、特别是均匀地围绕所述凹口(2)分布地设置有多个固定元件(24)，这些固定元件从所述部分面(33)中出发伸入所述包封物质(4)中。
13.根据权利要求9或者10所述的半导体部件，其特征在于，所述固定元件构造为从所述内侧(32)的至少一个部分面(33)凸出的固定鼻、固定块或者固定肋，并且所述包封物质(4)掩盖所述固定元件。
14.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述包封物质(4)在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上构造围绕所述凹口(2)的连续的密封环。
15.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述凹口(2)构造为用于由所述半导体芯片所发出的辐射的反射器。
16.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，在金属引线框架(6)上的所述壳基体(3)特别是借助注塑或者压铸一体地由塑料造型材料来预制。
17.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述包封物质(4)包含至少一种荧光材料，所述荧光材料适于吸收由所述半导体芯片所发射的辐射的一部分，并且发射具有与所吸收的辐射相比已改变的波长的辐射。
18.根据上述权利要求中的至少一项所述的半导体部件，其特征在于，所述半导体芯片具有至少一种荧光材料，所述荧光材料适于吸收由所述半导体芯片所发射的辐射的一部分，并且发射具有与所吸收的辐射相比已改变的波长的辐射。
19.一种壳基体，其用于至少一种半导体芯片(1)，特别是用于具有至少一个发出辐射(11)的半导体芯片(1)的发出辐射的半导体部件，所述壳基体具有用于容纳半导体芯片(1)的凹口(2)，芯片区域(21)位于所述凹口中，并且所述凹口侧面地由环绕所述芯片区域(21)的壁(31)的内侧(32)形成边界，其特征在于，所述壁(31)的内侧(32)这样地构造，使得在所述壳基体的正面的俯视图中来看，所述内侧具有至少一个部分面(33)，从发出辐射的半导体芯片(1)来看，所述部分面处于阴影中，并且所述内侧可使用为了至少部分包封所述半导体芯片(1)而设置的包封物质(4)这样地填充，使得所述包封物质(4)从所述部分面(33)出发朝着所述半导体芯片(1)伸展并且遮盖所述半导体芯片。
20.根据权利要求19所述的壳基体，其特征在于，这样地构造所述壁(31)的内侧(32)，使得在所述壳基体的正面的俯视图中来看，所述内侧具有围绕所述芯片区域(21)设置的多个部分面(33)，从所述芯片区域(21)来看，这些部分面处于阴影中，并且所述内侧可使用为了至少部分包封所述半导体芯片(1)而设置的包封物质这样地填充，使得所述包封物质从所述部分面(33)出发朝着所述半导体芯片(1)伸展并且遮盖所述半导体芯片。
21.根据权利要求19所述的壳基体，其特征在于，这样地构造所述壁(31)的内侧(32)，使得在所述壳基体的正面的俯视图中来看，所述内侧具有完全环状地环绕所述芯片区域(21)的部分面(33)，从所述芯片区域(21)来看，所述部分面处于阴影中，并且至少可使用为了至少部分包封所述半导体芯片(1)而设置的包封物质这样地填充，使得所述包封物质从所述部分面(33)出发朝着所述半导体芯片(1)伸展并且遮盖所述半导体芯片。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的壳基体，其特征在于，在所述内侧(32)的边缘上朝着所述壳基体(3)的正面构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
23.根据权利要求19至21中的任一项所述的壳基体，其特征在于，所述内侧(32)的至少一个部分面(33)是所述壳基体(3)的正面。
24.根据权利要求19至23中的任一项所述的壳基体，其特征在于，借助至少一个在所述壁(31)的正面的端部上的斜面(331)来构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
25.根据权利要求19至23中的任一项所述的壳基体，其特征在于，借助所述壁(31)的、在其正面的端部上的至少一个横截面上凹形的斜角(332)来构造所述内侧(32)的至少一个部分面(33)。
26.根据权利要求19至25中的至少一项所述的壳基体，其特征在于在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上构造至少一个用于所述包封物质(4)的固定元件(24)。
27.根据权利要求26所述的壳基体，其特征在于，在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上分布地、特别是均匀围绕所述凹口(2)分布地设置多个用于所述包封物质(4)的固定元件(24)。
28.根据权利要求27所述的壳基体，其特征在于，这样地构造所述凹口，使得从内部看，在所述固定元件(24)的外部，在所述内侧(32)的至少一个部分面(33)上的所述包封物质(4)可以形成环绕所述凹口的连续的密封环。
29.根据权利要求19至28中的至少一项所述的壳基体，其特征在于，所述凹口(2)构造为反射器。
30.根据权利要求19至29中的至少一项所述的壳基体，其特征在于，在金属引线框架(6)上的所述壳基体(3)借助注塑或者压铸来预制。
全文摘要
本发明涉及一种光电子半导体部件，其具有至少一个发出辐射(11)的半导体芯片(1)，所述半导体芯片设置在壳基体(3)的凹口(2)中，其中所述凹口(2)侧面地由环绕所述半导体芯片(1)的壁(31)的内侧(32)形成边界并且至少部分用包封物质(4)来填充，所述包封物质遮盖所述半导体芯片(1)并且对由所述半导体芯片(1)所发射的电磁辐射是良好地可透射的。这样地构造所述壁(31)的形成凹口(2)的边界的内侧(32)，使得在所述半导体部件的正面的俯视图中，构造了内侧(32)的完全环状地围绕半导体芯片(1)的部分面(33)，从发出辐射的半导体芯片(1)来看，所述部分面处于阴影中，并且所述部分面完全环绕着半导体芯片地至少部分被包封物质(4)所覆盖。此外还说明了用于这种半导体部件的壳基体。
文档编号H01L33/00GK1957482SQ200580016795
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月12日 优先权日2004年5月31日
发明者卡尔海因茨·阿恩特 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司