专利名称：用于光电元件的装置以及具有光电元件及所述装置的模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光电元件的装置以及一种具有该装置及光电元件的模块。
背景技术：
为了在传统的光电元件上进行射束成形，在该元件的半导体芯片后面经常布置透镜。因而比如将该透镜粘贴在对该半导体芯片进行保护的浇铸件(Verguss)上。但这种粘结连接通常相对于该浇铸件的变形或辐射作用不稳定，因而增加了所述光学元件在半导体芯片上的光学连接恶化的危险。此外，在传统的光电元件上所使用的透镜经常在短波的、尤其紫外的或者蓝色的辐射下降低性能，这比如可以通过透镜的混浊、变色或变形表现出来。
发明内容
本发明的任务是说明一种装置，该装置减化了光学元件尤其相对于短波辐射稳定的光学元件在光电元件上的固定。此外，本发明的任务是说明一种具有所述装置的模块。
该任务通过一种具有权利要求1所述特征的装置或者说通过一种具有权利要求15所述特征的模块得到解决。本发明的优选的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
按本发明的装置包括至少一个紧固件，其中该紧固件设置用于将所述装置固定在光电元件的壳体上，并且所述装置是用于单独的光学元件的支架。
所述装置有利地简化了借助于所述装置将所述用于射束成形的光学元件固定在所述光电元件的壳体上的固定过程，并且可以比较自由地选择该光学元件。尤其可以通过这种方式将相对于短波的、尤其蓝色的或紫外的辐射具有优先很高的稳定性的光学元件简便地用在光电元件上。尤其所述光学元件可以是相对于辐射稳定的，所述光电元件设置用于辐射的产生或接收。
尤其可以使用包含特定材料的光学元件，所述材料通常被认为很难与光电元件比如构造用于短波辐射的元件一起使用-比如在所述元件上的固定并且同时在辐射稳定性方面。因此与本发明相反，在传统的模块上在选择光学元件时经常必须进行折衷。
所述光学元件由所述装置固定，而该装置则又可以固定在所述光电元件的壳体上。该装置由此可以专门作为支架得到优化或者对于在所述壳体上的固定进行优化，并且可以对所述光学元件进行优化，以便对有待由光电元件的半导体芯片比如光电二极管芯片或者LED(发光二极管)芯片接收或者产生的辐射进行辐射成形。
在本发明一种优选的设计方案中，所述光学元件和/或所述装置在短波辐射的作用下是形状稳定的。尤其所述光学元件相对于辐射是稳定的，所述光电元件设置用于辐射的产生或接收。
在本发明的另一种优选的设计方案中，所述光学元件在辐射作用下尤其在短波辐射作用下相对于混浊或变色是稳定的，在传统的光学元件中经常由于能量富集的短波辐射而出现混浊或变色。尤其该光学元件可以相对于辐射是稳定的，在此为这种辐射的产生或接收设置了所述光电元件。
尤其该光学元件可以相对于具有较高强度的短波辐射的持续作用保持稳定，比如在高功率发光二极管上就会出现这种高强度。该光学元件的射束成形性能或者透射性由于辐射而引起变化的危险可以由此在总体上-在该光电元件的使用寿命期间-得到降低。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述光学元件包括一种玻璃、一种环氧材料、一种热塑性塑料、一种聚合物或聚氨酯。含聚合物的元件比如可以构造为多个布置在支座上的、优选布置在玻璃支座上的聚合物层。同样所述光学元件也可以包含一种反应树脂、比如一种环氧树脂或一种丙烯酸树脂、硅树脂或一种硅酮。此外，所述光学元件可以涂上一层调质层。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述光学元件是一种折射元件、一种衍射元件或一种色散元件。在折射元件上通过折射必要时通过一种依赖于位置的折射指数(GRIN梯度指数)进行射束成形，在衍射元件上通过弯曲并且在色散元件上通过折射指数的波长依赖性进行射束成形。必要时，所述光学元件可以构造为全息的或几何的镜头。几何镜头尤其是指折射的或反射的光学元件，该光学元件利用元件的折射或者说反射表面的相应造型进行射束成形。尤其可以根据几何镜头(辐射镜头)的原理对一种所述的镜头进行处理。全息镜头尤其是指一种波动光学元件，该波动光学元件利用辐射的波动性进行射束成形，并且与此相对应在所述几何镜头的框架内基本上不能或者仅仅非常困难地得到处理。一种所述的镜头比如可以代替几何光学元件，比如镜子或透镜。此外，与相应的几何镜头相比，经常可以以更为低廉的成本来制造全息光学元件。
比如所述光学元件可以构造为透镜，比如衍射透镜或折射透镜或反射镜，优选分别具有配设给所述光电元件的半导体芯片的焦点或焦点区。
按照本发明另一种优选的设计方案，所述光学元件可逆地或不可逆地固定在所述装置上。可逆的固定减化了光学元件在所述装置已经固定在光电元件的壳体上时的更换工作，与此相反，不可逆的固定的突出之处则在于机械负荷能力得到提高。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述装置包括一个确定用于容纳所述光学元件的框架。比如该框架在俯视图中具有圆形的或者多边形的尤其四边形的或六边形的包围的基本形状，或者圆形的或者多边形的尤其四边形的或六边形的轮廓。
该框架可以优选在内侧具有一个保持机构，该保持机构设置用于将所述光学元件固定在所述装置上。
优选在框架内构造凹槽，尤其在内侧环绕的凹槽，所述光学元件的凸起啮合在该凹槽中。通过这种方式就可以提高所述光学元件在所述装置上的固定的稳定性。但也可以在框架上设置不同于凹槽的保持机构，比如止动机构，该机构方便人们将所述光学元件可松开地固定在所述装置上，这样的设置是用于固定所述光学元件，而该光学元件则优选具有一个根据相应的保持机构构成的保持元件。
在本发明另一种优选的设计方案中，借助于注塑、压铸或者压注用一种合适的、优选包含一种塑料的浇注料来制造所述装置。所述方法尤其适合于制造数量很大的装置。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述紧固件布置和/或固定在框架上。该紧固件可以比如构造成销钉状。
在本发明一种优选的改进方案中，所述装置构造为一体结构。尤其框架及紧固件可以设置在一个连续的结构中，由此有利地提高紧固件和框架的连接的稳定性并且简化所述装置的制造。
在本发明另一种优选的改进方案中，所述装置包括多个优选相同类型的紧固件。借助于多个紧固件可以有利地提高所述装置在壳体上的固定的稳定性。优选所述紧固件在多边形的基本形状或轮廓中布置在所述框架的棱角区中。尤其优选所述紧固件的数目相当于棱角的数目。在所述框架为圆形基本形状时，一定数目的比如三个或四个紧固件已证实够用。
按本发明的模块包括光电元件和按本发明的装置，其中所述光电元件包括至少一个半导体芯片和壳体。
所述半导体芯片可以是发光二极管芯片或者光电二极管芯片，尤其用于产生或接收在可见的、红外的或紫外的光谱范围内的辐射。所述光学元件优选用于对入射到半导体芯片上的或者由半导体芯片产生的辐射进行射束成形。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述模块和/或光电元件可进行表面安装(SMD表面可安装设备)，用于比如优选借助于焊接安装在印制电路板上。
在本发明另一种优选的改进方案中，所述装置在将所述光电元件安装在印制电路板上之后固定在所述元件的壳体上。这方便人们将材料用于所述装置和/或所述光学元件，所述材料比如热塑性材料在典型的焊接温度下有变形的倾向。
在本发明另一种优选的改进方案中，所述装置在安装所述模块之前固定在所述光电元件的壳体上，该装置优选具有由其固定的光学元件。必要时，该光学元件也可以在将所述装置固定在壳体上之后布置在所述支架中。
优选所述装置与壳体的形状相匹配。尤其优选所述壳体和装置或者说框架尤其在俯视图中具有类似的、优选一致的、包围的基本形状或轮廓。与所述装置的其它类型的造形相比，用于将所述模块定位在印制电路板上的自动装配装置可以优选相对于给印制电路板装备光电元件在工艺参数-比如用于识别模块的参数-没有显著变化的情况下进行运行。
在本发明另一种优选的设计方案中，设置了所述用于产生短波的、尤其在蓝色或紫外光谱范围内的辐射的半导体芯片。优选所述由半导体芯片产生的辐射的峰值波长处于小于527纳米、尤其优选小于500纳米或小于480纳米的波长范围内。所述短波辐射在传统使用的透镜上会导致性能降低现象，这样的性能降低现象则会由于所述装置有利地得到减少，该装置的突出之处在于可使用的光学元件具有很高的灵活性。
借助于所述具有相对于短波辐射稳定的光学元件的装置，可以在模块上十分简单地实现由半导体芯片产生的辐射的有效而持续稳定的射束成形，即使在产生具有很高强度的短波的尤其蓝色的或紫外辐射时也是如此。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述半导体芯片被埋入一种包封材料中。该包封材料有利地保护所述半导体芯片免遭有害的外部影响如湿气。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述光电元件用于产生混合颜色的光尤其白色光。为产生混合颜色的光，在所述半导体芯片的后面比如布置一种发光转换材料，比如一种合适的发光材料。该发光材料可以比如作为粉末放入所述包封材料中。所述发光转换材料将由半导体芯片产生的具有第一波长的辐射的一部分转换为具有第二波长的辐射，该第二波长大于所述第一波长。所述由半导体芯片放射的辐射和经过发光转换的辐射进行混合，由此可以产生混合颜色的尤其白色的光。尤其在蓝色的或紫外的光谱范围内产生辐射的半导体芯片适合于产生白色光。这种辐射由一种发光转换材料比如转换为黄色辐射。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述光学元件与所述包封材料保持间距。该间距优选由所述装置或者说紧固件的构造所确定。尤其优选所述装置和光电元件彼此协调，从而在将所述装置固定在光电元件上之后在所述光学元件和包封材料之间调节出指定的间距。
在本发明另一种优选的设计方案中，所述光学元件与所述包封材料相邻。由此可以有利地减少该模块的大小，并且提高防止异物进入该模块中的保护效果。
在本发明一种优选的改进方案中，所述光学元件由所述装置尤其针对所述包封材料的变形在该模块运行时相对于半导体芯片加以位置稳定地固定。由此可以降低该模块的反射或接收特性由于该光学元件的位置变化或者包封材料的变形而发生变化的危险。
所述光电元件的壳体可以比如包含一种塑料并且/或者借助于注塑、压注或压铸用一种合适的浇注料制成。
在本发明的一种优选的改进方案中，所述装置和壳体的成分基本相同或者包含至少具有类似的热膨胀系数的材料。由此在所述装置和壳体之间由热引起的张力可以在很大程度上得到避免，由此提高所述模块的稳定性。
在本发明的另一种优选的设计方案中，在所述壳体上构造至少一个用于将所述装置借助于紧固件固定在该壳体上的紧固机构。优选所述紧固机构的数目相当于所述紧固件的数目，从而尤其可以在所述壳体上构造多个紧固机构。优选所述紧固机构预成型在所述壳体上或里面。
在本发明的另一种优选的设计方案中，所述装置尤其通过所述紧固件借助于挤压连接、热挤压连接、粘结连接或铆接尤其借助于热铆接固定在所述壳体上。
在使用挤压连接时，基本上通过机械的力的作用尤其弹力在紧固件和所述壳体或者说紧固机构之间进行固定。比如将紧固件和紧固机构构造成挤压配合结构。
在使用热挤压连接时，通过热处理结合机械的力的作用将所述紧固件模制在所述壳体上或者说紧固机构上。这可以比如通过对紧固件的加热来进行，使得该紧固件可进行塑性成形。在这种情况下，优选如此对相应的紧固件进行加热，使得该紧固件可进行塑性成形但没有流动能力。在该紧固件冷却和硬化之后，就形成一种在机械上稳定的固定。
在使用热铆接时，基本上纯粹以热力方式将所述紧固件模制在所述壳体上或者说紧固机构上。在这种情况下，该紧固件优选至少部分地通过超过熔化温度的加热熔化，模制在所述壳体上并且在冷却后完全硬化。借助于变形及随后的凝固，将该紧固件机械稳定地固定在所述壳体上。所述紧固件的体积在固定之后优选基本上与其在固定之前的体积相同。
所述装置可以在带有光学元件或不带光学元件的情况下固定在所述壳体上，其中优选避免所述光学元件的过度的热负荷，或者说使用具有相应的温度稳定性的光学元件。
在本发明的一种优选的改进方案中，所述紧固机构在壳体中包括至少一个容纳着所述装置的紧固件的凹座。
在本发明的另一种优选的改进方案中，所述紧固机构在壳体中包括至少一个容纳着所述装置的紧固件的凹穴。
应该说明，在本发明的范围内，所述壳体的凹座看作从入口表面朝所述壳体里面延伸的凹座，该凹座不具有任何从所述壳体中出来的出口表面。这一点与凹穴相反，该凹穴延伸穿过所述壳体，使得其具有不同于所述入口表面的出口表面。在此，所述出口表面可以是与入口表面对置的表面，或者是所述壳体的与所述入口表面相邻的表面。
凹座尤其适合于挤压连接、热挤压连接或粘结连接，而凹穴则尤其适合热铆接。
在使用热铆接时，比如将在所述凹穴的出口表面一侧从所述壳体中伸出来的紧固件在伸出的部分区域中进行加热，使得该紧固件变形或者可变形，并且在该紧固件变形之后并且在随后的冷却之后就在所述装置和壳体之间构造出机械稳定的铆接连接。这优选在将所述模块表面安装在印制电路板上之前进行。同样可以在将所述光电元件进行表面安装之后，以较为简单的方式借助于挤压连接、热挤压连接或粘结连接进行固定。
在本发明的另一种优选的设计方案中，所述光电元件具有用于与半导体芯片进行电接触的第一连接导体和第二连接导体以及优选不同于所述连接导体的热连接部分。所述连接导体比如设置用于与印制电路板的导体电路进行焊接。通过所述热连接部分，在运行中在半导体芯片上出现的热量可以有效地从半导体芯片上排出。所述元件尤其适合于在运行中会产生较高热量以及高强度的辐射的高功率半导体芯片。借助于所述装置，也可以在高功率模块上以简单的方式使用针对辐射稳定的光学元件。
本发明的其它设计方案、改进方案、优点和适用性由结合附图对实施例所作的说明获得。其中图1是按本发明的装置的一种第一实施例的示意图，其中图1A是从上面看的透视斜视图，并且图1B是从下面看的透视斜视图，
图2是按本发明的装置的一种第二实施例的从下面看的示意透视斜视图，图3是按本发明的模块的一种第一实施例的示意剖面图，图4是按本发明的模块的一种第二实施例的示意剖面图，图5是按本发明的模块的一种第三实施例的示意剖面图，图6是按本发明的模块的一种第四实施例的示意图，其中图6A是光电元件的透视俯视图，并且图6B是透视剖面图。
具体实施例方式
图1示意示出了按本发明的装置1的一种第一实施例，其中图1A是从上面看的透视斜视图，并且图1B是从下面看的透视斜视图。
所述装置1包括多个紧固件2，在该实施例中包括四个紧固件2，它们设置用于将所述装置固定在光电元件的壳体上。此外，所述装置构造为用于单独的光学元件的支架。为此在该装置1的比如由框架3的凹穴构成的窗口4中设置了保持机构5，该保持机构5用于单独的、优选与所述装置分开制造的光学元件。所述窗口4可以比如具有相应于所述框架的形状，尤其是矩形或正方形。优选所述紧固件从所述框架3的棱角区引出。
所述装置1优选具有在俯视图中基本上为四边的正方形或矩形地包围的基本形状，该基本形状由一个优选一体的尤其封闭的框架3所确定，所述紧固件2就从该框架3引出。所述紧固件2优选构造为销钉状，比如构造为定位销。
所述保持机构5比如构造为在框架内侧环绕的凹槽。所述紧固件2优选构造为相同类型并且/或者具有反映一种相应的固定方法比如粘结、挤压、热挤压或铆接的特征的结构，所述固定方法用于将所述装置固定在壳体上。
就象从图1B中看出的一样，所述紧固件2在该实施例中基本上构造为圆柱形的。所述紧固件的一种所述的结构尤其适合于与所述壳体的挤压连接、热挤压连接或热铆接。所述紧固件为此优选啮合在所述在光电元件的壳体中相应地预成形的紧固机构中。
所述装置可以比如通过注塑、压注或压铸用一种合适的浇注料、优选用一种塑料材料比如丙烯酸基或环氧基塑料材料制成。所述装置的形状由在相应的铸造方法中所使用的铸造模具所确定。所述装置可以构造为一体结构，由此在所述紧固件和框架之间构造出一种尤其相对于热张力优选保持稳定的连接。必要时可以将光学元件早在制造所述装置时就比如通过局部包封固定在所述装置中。
在图2中借助于从下面看的透视斜视图示意示出的按本发明的装置的第二实施例基本上相当于在图1中示出的实施例。区别在于紧固件的结构。
在图2中的紧固件的不同结构尤其用于说明可行的实施方案。但优选所述装置的紧固件都构造成相同类型。
所述紧固件2就象在图1中一样基本上构造成圆柱形的，并且尤其适合于挤压连接、热挤压连接或热铆接。其它在图2中所示出的紧固件2a、2b和2c具有结构化的表面，并且尤其适合于在所述装置和光电元件的壳体之间的粘结连接。所述紧固件2a、2b和2c的表面相对于所述紧固件2的表面因相应的结构化而扩大。所述结构化的表面可以通过相应的铸造模具、对预成形的紧固件进行的合适的成型或机械削薄来产生。该表面可以比如包括作为独特结构的凹陷和/或凸起或者说隆起或沟槽。
优选所述不同类型的紧固件2、2a、2b和2c适合于固定在壳体的具有相同结构的紧固机构上。由此可以有利地不依赖于所述紧固件的结构来制造具有所述紧固机构的壳体。
所述紧固件的大的表面在紧固件和粘结剂之间提供了有利的大的有助于附着的表面，由此有利地提高了所述装置在壳体上的固定的机械稳定性。
在图3中借助于剖面图示意示出了按本发明的模块6的第一实施例。
所述模块6包括具有壳体8、半导体芯片9的光电元件7以及固定在所述壳体上的装置1。
所述装置可以构造成基本上与图1或2中的结构相同，其中在图3中光学元件10由所述保持机构5保持固定。为此，所述光学元件10的保持元件11比如一个凸起啮合在所述保持机构5比如一个凹槽中。
所述装置的紧固件2在将该装置安装到壳体上时穿入所述壳体8的相应的紧固机构12中，优选早在制造所述壳体时就已构造了所述紧固机构12。
所述紧固机构12在该实施例中是凹穴，这些凹穴从所述壳体的第一主表面13穿过该壳体一直延伸到该壳体的与所述第一主表面对置的第二主表面14。
此外，所述紧固机构就象该实施例中的紧固件一样用于热铆接。在这种情况下，所述紧固件在穿进所述紧固机构中之后在所述壳体的第二主表面14的一侧超出所述第二主表面，这在图3中以虚线示出。接下去在该紧固件2的突出部分中对该紧固件进行加热，使其至少在该部分区域中能够流动。该能够流动的部分模制(“流动”)到所述紧固机构上，从而在该紧固件冷却并凝固之后形成一种机械稳定的固定。
必要时，所述壳体也可以在所述第二主表面一侧上与紧固机构相邻的区域中进行加热，使得该壳体和能够流动的紧固件熔合。
所述紧固机构12的横向膨胀在所述第二主表面一侧上优选大于所述紧固件2的横向膨胀，并且朝着所述第一主表面的方向减小。在将所述紧固件插入所述紧固机构中之后空出的容积用于容纳在给紧固件加热之前超出所述第二主表面的材料。
为此目的，所述紧固机构比如在与所述壳体的第二主表面相邻的区域中优选设有一个梯形的朝着所述第一主表面的方向逐渐变细的横截面，并且在该变细部分之后朝所述第一主表面的方向基本上圆柱形延伸。
为提高所述装置在壳体上的固定的机械稳定性，优选如此构造所述装置或者如此进行固定，使得所述框架在所述壳体的第一主表面的一侧上平放在该壳体上。尤其优选所述装置和壳体彼此匹配，从而在所述第二主表面的一侧进行热铆接之后基本上形成所述壳体的平坦的表面。
所述光电元件7具有第一连接导体15和第二连接导体16，它们在所述壳体的优选不同的侧面上从该壳体中伸出来。所述连接导体优选构造为导体框架的组成部分，并且用于与半导体芯片比如发光二极管芯片进行电接触。所述半导体芯片9可以通过一种具有导电能力的粘结连接或一种焊接连接与所述第一连接导体15进行导电连接，并且固定在该连接导体15上面。键合导线(Bonddraht)17用于与所述第二连接导体16进行导电连接。这种导电连接以及所述半导体芯片在连接导体15上的布置未在图3中明确示出。
所述光电元件可以借助于比如在注塑法中对包括所述两根连接导体15和16的导体框架用一种合适的浇注料比如一种环氧基或丙烯酸基塑料材料进行的包封来制成。所述壳体优选具有一个空腔18，所述半导体芯片9就布置在该空腔18中。此外在该空腔18中还布置了一种比如包括硅酮的包封材料19，该包封材料19至少部分地包围所述半导体芯片并且保护其免遭有害的外部影响。
优选所述光电元件用于产生辐射。尤其优选该光电元件7产生混合颜色的尤其白色的光并且/或者所述半导体芯片9适合于产生在紫外或蓝色的光谱范围内的辐射。为此，所述半导体芯片优选以GaN为基。
为产生混合颜色的光，所述由半导体芯片产生的短波的、蓝色的或者紫外的辐射的一部分激发一种布置在所述包封材料19中的发光转换材料比如一种发光材料，以放射长波的比如黄色的辐射。将所述由半导体芯片产生的辐射与所述由发光转换材料再放射出来的辐射进行混合，作为结果可以产生混合颜色的尤其白色的光。
为提高所述光电元件的效率，所述凹座的壁体可以涂有一种增加反射的材料，比如一种金属。
由所述光电元件产生的辐射照射到所述光学元件10，该光学元件10由于所述装置可以具有一种有利的高的紫外稳定性，并且由玻璃制成。所述光学元件10用于对来自光电元件的辐射进行射束成形，并且比如构造为折射透镜，比如构造为菲涅耳透镜。在图3中，通过在所述光学元件10的朝向所述半导体芯片的一侧上的菲涅耳结构来进行射束成形。
优选所述光学元件10或窗口4完全盖住所述空腔的区域，从而通过该光学元件可以接触到尽可能高份额的由光电元件产生的射束成形的辐射。
通过一种如在图3中所示的在朝向所述半导体芯片的一侧上的菲涅耳透镜类型的结构，比如可以实现将由所述模块发出的辐射平行化为平行射束。
由于所述装置和壳体之间的在机械上稳定的连接，减小了所述模块辐射发射特性变化、尤其反射特性变化的危险。
此外，可以使用用于所述光学元件的材料，所述材料具有高的紫外稳定性并且仅仅难以用于传统的光电元件，因为这样的材料比如在包封材料上的附着性能较差或者具有大大有别于包封材料的热膨胀系数，从而增加由所述包封材料粘结的光学元件分层的危险。
光学元件和所述装置之间热膨胀系数方面的差别可以在所述装置尤其所述保持机构的结构中加以考虑。
在所述装置和壳体之间的热张力的危险可以得到减少，方法是为所述壳体及装置使用基本上相同的材料或至少是具有类似热膨胀系数的材料。
所述模块或者说光电元件在该实施例中构造为可以进行表面安装。为此，比如将所述连接导体15和16在其焊接表面150或160一侧焊接在印制电路板(未示出)的导体电路上。
在如图3所示对所述壳体8的第二主表面14那一侧进行热铆接时，所述装置优选在将所述模块安装在印制电路板上之前已经固定在所述壳体上，使得所述模块连同所述光电元件以及热铆接的装置可进行表面安装。
在图4中，借助于剖面图示出了按本发明的模块的第二实施例。该实施例基本上相当于在图3中所示出的实施例。其中的区别是，在图4中设置了一个折射光学元件10，该光学元件10在背向所述半导体芯片9的一侧上按透镜的方式进行了弯曲。在半导体芯片9那一侧，该光学元件则优选基本上为平坦结构。通过这样一种透镜，所述由优选布置在焦点中的半导体芯片产生的辐射可以聚焦或者入射到该半导体芯片上的辐射可以聚焦。
在图4中所示出的光学元件与所述壳体或者说包封材料19保持间距。
但必要时，该光学元件也可以与所述壳体8或者说包封材料19直接接触。在这种情况下，该光学元件优选由所述装置如此稳定地加以固定，使得所述光学元件及半导体芯片的相对位置在所述模块运行时尤其相对于所述包封材料的变形基本上保持不变。
此外，可以如此构造所述装置，使得其在俯视图中的形状基本上相当于所述光电元件的形状。所述模块在用于将模块布置在印制电路板上的自动装配装置中的图像识别可以由此有利地用与在使用不带所述装置的光电元件时的工艺参数相同的工艺参数进行。
在图5中，借助于剖面图示意示出按本发明的模块的第三实施例。与按图3的实施例的区别在于设置在与所述半导体芯片对置的一侧上的菲涅耳结构以及所述装置在壳体8上的固定方式。
所述装置借助于挤压连接固定在壳体8上。在此，通过在壳体和所述精确挤压匹配地穿入所述紧固机构中的紧固件之间的弹力进行固定。所述紧固机构12对一种挤压连接来说可以有别于所示出的结构，不仅可构造为一直延伸到所述壳体的第二主表面14的凹穴，而且也可以构造为在所述壳体的第二主表面的一侧受到限制的凹座。
与热铆接相比，所述装置可以通过挤压连接在将所述光电元件安装在印制电路板上之后简单地固定在所述壳体上。同样的情况也适用于粘结连接或热挤压连接。在安装后进行固定，这减化了将对温度敏感的材料比如热塑性塑料用于所述装置或所述光学元件的使用过程，这样的材料在通常的焊接温度下可能会出现形状不稳定的情况。此外，用于热铆接的紧固件与用于挤压连接的紧固件相比得到缩短。
如果通过粘结连接进行固定(在图5中未示出)，那么所述紧固机构优选构造为凹座。结构化的、比如按图2的紧固件2a、2b和2c的表面有利地扩大了与粘结剂之间增加附着力的表面。
此外，所述光学元件也可以是衍射元件。为此比如设置一个比如由玻璃制成的支座，在该支座上涂上多层聚合物层，将一种用于所述衍射镜头的结构冲压在所述聚合物层中。
在图6中示意示出按本发明的模块的第四实施例，其中图6A示出光电元件的透视俯视图，并且图6B示出该元件的透视剖面图。所述光电元件比如在WO 02/084749中得到详细说明，该文件的公开内容在此明确地通过引用纳入本说明书中。
所述光电元件7包括第一连接导体15和第二连接导体16，它们从所述光电元件7的壳体8的侧面伸出并且比如构造为翼形。
所述壳体8具有一个空腔18，在该空腔18中布置了所述半导体芯片9。所述半导体芯片9比如借助于焊接连接与所述连接导体15进行导电连接。通过所述键合导线18建立与所述第二连接导体16之间的导电连接。优选在所述空腔18的壁体21的凸起20的区域中将所述键合导线连接到所述第二连接导体16上。
所述半导体芯片9布置在用作芯片支座的热连接部分22上。所述热连接部分在垂直方向上从所述空腔一直延伸到所述壳体8的第二主表面14，并且有利地减化了将所述半导体芯片在所述第二主表面侧优选大面积地热连接到外部冷却体上的连接过程。由此尤其可以在所述具有高功率半导体芯片的元件运行时减小了所述壳体的热负荷。
所述热连接部分比如联接入所述第一连接导体15的连接片中，或者另外与所述第一连接导体尤其进行导电的和/或机械的连接。所述设置用于与所述键合导线进行接触的第二连接导体16优选关于所述半导体芯片9在所述热连接部分22上的芯片安装平面得到加高。由此有利地将所述空腔的壁体的供辐射反射之用的表面保持较大。此外，所述热连接部分本身可以具有反射结构，并且而后优选构成所述空腔的底板或壁体的一部分。此外，所述热连接部分在所述第二主表面一侧上从所述壳体伸出来或者基本上平坦地以壳体为终点。比如所述热连接部分包含一种具有高导热能力的金属，比如铜或铝或者一种合金比如一种CuWo-合金。
在制造一种所述的光电元件时，可以对具有两个连接导体15和16以及所述热连接部分22的导体框架利用一种合适的铸造方法进行包封。所述热连接部分22优选设有一个或多个凸起或隆起23，由此改进该热连接部分22在壳体上的机械连接，并且由此提高所述光电元件的总体稳定性。
在所述壳体的第一主表面13的一侧上构造了紧固机构12，所述紧固机构12设置用于固定所述装置(未示出)，该装置可以比如根据前面的附图进行构造。为将所述装置固定在壳体8上，可以比如设置四个紧固机构12。
总之，按本发明的装置实现了具有很大的辐射稳定性的光学元件的使用，并且在光学元件的构造方面实现了很高的灵活性，这种灵活性通过将光学元件可逆地固定或者说保持在所述装置上这种做法还可提高，其中所述装置允许在不损坏支架的情况下更换所述光学元件。此外，可以将光学元件的校准费用保持在很低的程度上，因为所述半导体芯片和光学元件彼此间的相对位置基本上在制造所述壳体或者说装置时就已确定。按本发明的装置尤其适合于一种特定的模块，该模块构造为比如用于应用在移动电话中的闪光灯。作为光电元件，尤其类似于型号为LW W5SG(制造商Osram Opto SemiconductorsGmbH)的元件或者同一生产商的与此相近的元件是十分合适的。
该专利申请要求2004年8月23日的德国专利申请DE 10 2004040763.0以及2004年10月21日的德国专利申请DE 10 2004 051379.1的优先权，这两份专利申请的全部公开内容在此明确地通过引用纳入本专利申请中。
本发明并不局限于借助于所述实施例进行的说明。更确切地说，本发明包括每种新特征以及这些特征的每种组合，这尤其包括在权利要求中所述特征的每种组合，即使该特征或该组合本身并未明确地在所述权利要求或实施例中得到说明。
权利要求
1.具有至少一个紧固件(2)的装置(1)，其中该紧固件设置用于将所述装置固定在光电元件(7)的壳体(8)上，并且所述装置(1)是用于单独的光学元件(10)的支架。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学元件(10)和/或装置(1)在短波的尤其蓝色的或紫外的辐射的作用下是形状稳定的，所述光电元件设置用于产生或接收所述辐射。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光学元件(10)在短波的尤其蓝色的或紫外的辐射的作用下具有针对混浊或变色的稳定性，所述光电元件设置用于产生或接收所述辐射。
4.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件(10)是折射元件，衍射元件或色散元件。
5.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件(10)包括玻璃、环氧材料、热塑性塑料、聚合物或聚氨酯。
6.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件可逆地固定在所述装置(1)上。
7.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件(10)不可逆地固定在所述装置(1)上。
8.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括框架(3)，该框架(3)确定用于容纳所述光学元件(10)。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述框架(3)中设置凹槽(5)，所述光学元件(10)的凸起(11)啮合在该凹槽(5)中。
10.按权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述框架(3)在俯视图中具有圆形的或者多边形的尤其四边形的或六边形的包围的基本形状，或者圆形的或多边形的尤其四边形的或六边形的轮廓。
11.按权利要求8到10中任一项所述的装置，其特征在于，所述紧固件(2)布置在所述框架(3)上。
12.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)构造为一体结构。
13.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)借助于注塑、压铸或压注制造而成。
14.按前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括多个优选相同类型的紧固件(2)。
15.具有光电元件(7)以及按前述权利中任一项所述的装置(1)的模块(6)，其中所述光电元件包括至少一个半导体芯片(9)和壳体(8)。
16.按权利要求15所述的模块，其特征在于，所述半导体芯片(9)埋入一种包封材料(19)中。
17.按权利要求16所述的模块，其特征在于，所述光学元件(10)与所述包封材料(19)保持间距。
18.按权利要求16所述的模块，其特征在于，所述光学元件(10)与所述包封材料(19)邻接。
19.按权利要求15到18中任一项所述的模块，其特征在于，所述半导体芯片(9)设置用于产生短波辐射，尤其产生在蓝色的或紫外的光谱范围内的辐射。
20.按权利要求16到19中任一项所述的模块，其特征在于，所述光学元件(10)由所述装置(1)尤其针对包封材料的变形在所述模块(6)运行时相对于所述半导体芯片(9)位置稳定地固定。
21.按权利要求15到20中任一项所述的模块，其特征在于，所述装置(1)和壳体(8)在其成分上基本相同或者包含具有类似热膨胀系数的材料。
22.按权利要求15到21中任一项所述的模块，其特征在于，在所述壳体(8)上构造至少一个用于借助于紧固件(2)将所述装置(1)固定在壳体上的紧固机构(12)。
23.按权利要求22所述的模块，其特征在于，所述紧固机构(12)在所述壳体中包括至少一个容纳着所述装置(1)的紧固件的凹座。
24.按权利要求22所述的模块，其特征在于，所述紧固机构(12)在所述壳体中包括至少一个容纳着所述装置(1)的紧固件的凹穴。
25.按权利要求15到24中任一项所述的模块，其特征在于，所述装置(1)尤其通过所述紧固件借助于挤压连接、热挤压连接、粘结连接或铆接尤其借助于热铆接固定在所述壳体(8)上。
26.按权利要求15到25中任一项所述的模块，其特征在于，所述模块(6)和/或光电元件(7)构造为可以进行表面安装的。
27.按权利要求15到26中任一项所述的模块，其特征在于，所述壳体(8)借助于注塑、压铸或压注制造而成。
28.按权利要求15到27中任一项所述的模块，其特征在于，所述光电元件(7)具有第一连接导体(15)和第二连接导体(16)以及热连接部分(22)，其中所述第一连接导体(15)和第二连接导体(16)用于与半导体芯片进行电接触。
全文摘要
说明一种具有至少一个紧固件(2)的装置(1)，其中将该紧固件设置用于将所述装置固定在光电元件(7)的壳体(8)上，并且该装置(1)是用于单独的光学元件(10)的支架。
文档编号H01L33/48GK101044637SQ200580036249
公开日2007年9月26日 申请日期2005年8月2日 优先权日2004年8月23日
发明者G·博格纳, M·希格勒, M·罗斯, G·韦特尔, M·沃尔夫 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司