专利名称：用于光电子半导体器件的壳体和半导体器件的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于光电子半导体器件的壳体以及一种具有所述壳体的半导体器件。相关申请的交叉参引本申请要求德国专利申请102010046090.7的优先权，其公开内容在此通过引用并入本文。
背景技术：
对于具有直到瓦特范围的废热功率的半导体激光二极管通常使用所谓的TO壳体，例如为T056-、T038-或T09壳体。然而，由于所述金属壳体的相对复杂的构造,所述金属壳体对于消费者市场中的应用而言是过于成本密集的。
发明内容
目的在于提出一种用于光电子半导体器件的壳体，所述壳体能够简单且成本适当地制造并且同时保证从半导体器件中进行良好的散热。所述目的通过权利要求1的主题来实现。设计方案和改进形式是从属权利要求的主题。根据一个实施形式，用于光电子半导体器件的壳体具有壳体本体、第一连接导体和第二连接导体。第一连接导体和第二连接导体在竖直方向上分别延伸穿过壳体本体。因此，第一连接导体和第二连接导体分别从壳体本体的两个对置的侧突出。因此，连接导体能够分别在壳体本体的一侧上用于光电子半导体芯片的电接触并且在壳体本体的相对置的一侧上用于半导体器件的外部电接触。第一连接导体优选地设为用于固定半导体芯片。在一个优选的设计方案中，半导体本体是塑料本体，所述塑料本体模制到第一连接导体和第二连接导体上。这种壳体本体借助于浇注法是能够尤其简单且成本适当地制造的。通常将浇注法理解成下述方法，借助于所述方法，例如借助于浇注、注塑(喷射造型法)或压注(转移造型法)能够根据预设形状来构造造型材料。以防不确定，将竖直方向特别地理解成垂直于壳体本体的主延伸平面伸展的方向。优选地，壳体本体的主面中的至少一个平行于壳体本体的主延伸方向伸展。在一个优选的设计方案中，第一连接导体和第二连接导体在垂直于竖直方向伸展的横向方向上彼此间隔开。因此，连接导体仅经由壳体本体机械稳定地相互连接。此外优选地，第一连接导体和第二连接导体相互平行地伸展。在另一个优选的设计方案中，第一连接导体的沿着竖直方向伸展的侧面设为用于半导体芯片的安装面。因此，在竖直方向上进行构成为边缘发射的半导体激光器芯片的半导体芯片的发射。在另一个优选的设计方案中，第一连接导体和第二连接导体在通过竖直方向和通过横向方向展开的平面中伸展。换言之，其中构造有连接导体的平面和壳体本体的主延伸平面相互垂直地伸展。在制造壳体时，第一连接导体和第二连接导体能够以简单的方式从平面的金属片中产生。金属片例如能够包含铜或含铜的合金或由上述材料制成。在一个优选的设计方案中，第一连接导体构成为，使得在半导体器件运行时能够将在半导体芯片中产生的废热有效地经由第一连接导体导出。优选地，第一连接导体具有至少为Imm2的横截面。在具有所述第一连接导体的壳体中也能够安装半导体芯片，所述半导体芯片在运行中产生0.1ff或更多的废热功率。因此，第一连接导体能够用于半导体芯片的电接触和热接触。因此，不需要单独的用于散热的端子。此外，优选地，第一连接端子在沿着竖直方向的每个位置上与第二连接导体相比都具有更大的横截面。在一个有利的设计方案中，壳体具有罩盖，所述罩盖在壳体本体的一侧上包围第一连接导体和第二连接导体。借助于罩盖能够保护半导体芯片不受到例如为机械负荷或湿气的外部影响。罩盖优选地以能够插入到壳体本体上的方式构成。在将半导体芯片安装在壳体中之后，能够将罩盖固定在壳体本体上。与壳体本体的连接能够根据需要例如借助于插接连接或锁紧连接而构成为是持久的或可拆卸的。在一个优选的设计方案中，将例如透镜的光学元件集成到罩盖中。因此，罩盖能够同时用于保护半导体芯片不受到机械负荷和用于射束成形，尤其是对所发射的辐射进行准直。罩盖优选地具有覆盖件和环绕覆盖件的外侧面。覆盖件适当地构成为对由半导体芯片产生的辐射、例如对紫外的、可见的和/或红外的光谱范围中的辐射是可穿透的。覆盖件能够形成光学元件。在一个设计方案变型形式中，罩盖是构成为一件式的并且是辐射可穿透的。在一个替选的设计方案变型形式中，覆盖件和外侧面具有彼此不同的材料。外侧面不必构成为对由半导体芯片产生的辐射是可穿透的。例如，外侧面能够包含金属或金属合金或者由所述材料制成。借助于辐射不可穿透的外侧面能够避免不期望的辐射在横向方向上从半导体器件射出。壳体也能够具有多于两个的连接导体。例如，另一个连接导体能够设为用于电控制电路的电接触。所描述的壳体尤其适合于其中将半导体芯片固定在第一连接导体上的半导体器件。半导体芯片的主发射方向优选沿着竖直方向伸展。半导体芯片优选地以没有包围半导体芯片的封装件的形式安装在壳体中。相对于其中半导体芯片在安装在导体框架上之后借助于浇注材料进行包封的壳体形式，半导体器件的特征在于高的老化稳定性。因此，能够排除所发射的辐射功率由于封装件的染色和暗色化而减小的危险。半导体芯片能够借助于焊料固定在第一连接导体上。焊料连接的特征在于高的导热性。替选地，半导体芯片也能够借助于粘接剂固定在第一连接导体上。优选地，半导体芯片是借助于由能导电的颗粒高度填充的粘结剂来固定的。高度填充在本文中理解成，粘接剂包含到至少为80%的重量比例的能导电的颗粒，例如为银颗粒的金属颗粒。壳体优选地构成为，使得壳体本体在背离半导体芯片的一侧上形成支承面，壳体在安装在连接支承体上时整面地或至少局部地平放在所述支承面上。此外，优选地，将用于半导体芯片的电控制电路集成到半导体器件中。特别地，能够将电控制电路设置在壳体之内。电控制电路例如在参考文献US2004/0032888中描述，其公开内容在此通过引用并入本文。电控制电路适当地与半导体芯片导电地连接，并且此外优选地能够借助于另一个连接导体外部电接触。控制电路优选地设置在连接导体中的一个上。特别地，控制电路和半导体芯片能够设置在第一连接导体上。
其他的特征、设计方案和有利方案从以下结合附图对实施例进行的描述中得出。示出:图1A至IC不出具有壳体的半导体器件的第一实施例的不意俯视图(图1A)和出自图1B和IC中的相互垂直的方向的两个侧视图；图2A至2C不出具有壳体的半导体器件的第二实施例的不意俯视图(图2A)和出自图2B和2C中的相互垂直的方向的两个侧视图；图3A和3B不出具有壳体的半导体器件的第三实施例的出自相互垂直的方向的两个侧视图；图4A至4C示出具有壳体的半导体器件的第四实施例的示意俯视图(图4A)和出自图4B和4C中的相互垂直的方向的两个侧视图；图5A和5B不出具有壳体的半导体器件的第五实施例的出自相互垂直的方向的两个侧视图；以及图6不出具有壳体的半导体器件的第六实施例的侧视图。
具体实施例方式
相同的、相同类型的或起相同作用的元件在图中设有相同的附图标记。图和在图中示出的元件彼此间的大小比例不能够视作是按照比例的。相反地，为了更好的可视性和/或为了更好的理解，能够夸大地示出各个元件。在图1A至IC中示意地示出半导体器件10的第一实施例，其中所述半导体器件具有壳体I和固定在壳体上的半导体芯片6。壳体I具有壳体本体2、第一连接导体31和第二连接导体32。连接导体形成用于壳体的导体框架。壳体本体2具有第一主面21和第二主面22，壳体本体2在竖直方向上在所述第一主面和所述第二主面之间延伸。第一连接导体31和第二连接导体32相互平行地伸展并且在竖直方向上、尤其垂直于第一主面穿透壳体本体2。因此，通过连接导体展开的平面垂直于壳体本体的第一主面21伸展。第一连接导体31的在竖直方向上伸展的侧面310形成安装面310，在所述安装面上将半导体芯片6固定在预制的壳体I上。半导体芯片6借助于连接层5固定在第一连接导体31上。尤其焊料或能导电的粘接剂适合于连接层。为了提高导热性和导电性将粘接剂优选地构造成由能导电的颗粒高度填充的粘接剂。优选地，粘接剂包含到至少80%的重量比例的能导电的颗粒。壳体本体2优选地构成为塑料本体，所述塑料本体模制到连接导体31、32上。例如壳体本体能够借助于浇注法、例如通过浇注、注塑或压注来制造。塑料本体例如能够包含例如为液晶聚合物材料的聚合物材料和/或例如为聚醚醚酮(PEEK)的热塑性塑料或由所述材料制成。第一连接导体31和第二连接导体32能够在制造时由平面的金属片、例如由铜片或由基于铜合金的片来制造。例如，第一连接导体31和第二连接导体32能够借助于冲压以简单且可复现的方式来构成。第二连接导体32经由例如为线接合连接的连接导线7与半导体芯片6连接。因此，连接导体31、32的在第二主面22的一侧从壳体本体2中突出的区域能够用于外部电接触半导体器件10。通过将连接导体与外部电源连接，载流子能够在半导体器件运行时从不同侧注入到半导体芯片6的设为用于产生辐射的有源区域(没有详细示出)中并且在那里在发射辐射的情况下复合。在示出的实施例中，半导体芯片6构成为边缘发射的半导体激光器芯片。半导体芯片6的主发射方向根据箭头9不出。因此，主发射方向在竖直方向上伸展，也就是垂直于壳体本体2的主延伸平面。第一连接导体31的横截面适当地匹配于待安装的半导体芯片6的废热功率，使得能够将产生的废热有效地从半导体芯片导出。优选地，横截面面积为至少1mm2。例如已示出的是，借助于由铜片制成的第一连接导体31的为1X2.5mm2的横截面和作为连接层的焊料能够实现50K/W或更小的热阻。因此，所述的壳体I尤其适合于废热功率为0.1W或更多的半导体芯片。此外，壳体I的特征在于其尤其简单的结构和其成本适当的可制造性。特别地，连接导体31、32能够通过简单的结构化从以平面形状存在的基本材料中产生。通过垂直于壳体本体2的主延伸平面设置连接导体31、32的主延伸平面，以简单的方式实现下述壳体，其中边缘发射的激光器在垂直于壳体的主延伸平面的方向上具有其主发射方向。在安装半导体器件时，半导体器件能够在壳体本体2的第二主面22的一侧上尤其整面地平放在连接支承体上，例如平放在印刷电路板(printed circuit board, PCB)上。在示出的实施例中，壳体本体2在俯视图中构成为是圆形的。但是，根据应用，也能够使用其他的底面，例如为具有椭圆形的基本形状或具有矩形的基本形状的底面。在图2A至2C中示意地示出具有壳体I的半导体器件10的第二实施例。所述实施例基本上符合结合图1描述的第一实施例。对此不同的是,壳体I除了壳体本体2之外还具有罩盖8。罩盖8包括在横向方向上环绕壳体本体2的外侧面81和平行于壳体本体的第一主面21伸展的覆盖件82。在所述实施例中，具有外侧面和覆盖件的罩盖构成为是一件式的。适当地，罩盖、尤其是覆盖件构成为对由半导体芯片在运行中产生的辐射、例如对紫外的、可见的和/或红外的光谱范围中的辐射是透明的或至少是半透明的。罩盖例如能够包含塑料或玻璃或者由所述材料制成。
罩盖8尤其用于保护半导体芯片6不受到例如为机械负荷、湿气或灰尘的外部影响。对此，不需要半导体芯片6的封装件。因此，能够避免所发射的功率由于封装件材料的老化效应而退化的危险。壳体I的由罩盖8和壳体本体2优选地密封包围的内部腔能够是空气填充的或是由保护气体填充的。此外，内部腔能够处于标准大气压、处于正压或负压上。在图3A和3B中示出具有壳体的半导体器件的第三实施例。所述第三实施例基本上符合结合图2A至2C描述的第二实施例。对此不同的是，罩盖8的外侧面81和覆盖件82作为分开的组件制成。在该情况下，外侧面也能够由对由半导体芯片6产生的辐射而言不可穿透的材料制成。例如，外侧面能够包含金属或金属合金或者由所述材料制成。为了改进的可视性，分别仅以剖面图示出覆盖件8的侧视图。覆盖件82插入到外侧面81中并且适当地机械稳定且持久地与外侧面连接。根据应用，罩盖8能够以可松开的方式、例如以可取下的方式固定在壳体本体2上或者例如借助于粘接剂持久地、机械稳定地与壳体本体2连接。在图4A至4C中示意地示出半导体器件的第四实施例。所述第四实施例基本上符合结合图1A至IC描述的第一实施例。对此不同的是，壳体本体2在第二主面22的一侧具有突起部25。在将半导体器件例如安装在印刷电路板上时，突起部设为用作支点。在壳体本体的俯视图中，将突起部设置在连接导体31、32的对置的侧上。因此，减小半导体器件倾斜的危险。不同于示出的视图，多于两个的突出部、例如三个突出部或仅一个突出部也能够是适当的。借助于至少一个突出部在安装时简化对半导体器件10的准确的定位。在图5A和5B中示意地示出半导体器件的第五实施例。所述第五实施例基本上符合结合图3A和3B示出的第三实施例。对此不同的是，罩盖8具有光学元件85，所述光学元件在所述实施例中示例性地构造成透镜。优选地，光学元件至少在一个侧上至少沿着腔方向凸形弯曲。例如，光学元件能够构成为凸形的或平凸的透镜。也能够使用柱面透镜。在运行中由半导体芯片6产生的辐射能够借助于光学元件成形，尤其是准直。在所描述的实施例中，光学元件85集成到覆盖件82中。不同于此，也能够在尤其例如结合罩盖8的在图2A至2C中描述的一件式的设计方案中设有光学元件。在图6中示意地示出半导体器件的第六实施例。所述第六实施例基本上符合结合图3A和3B描述的第三实施例。对此不同的是，壳体I除了第一连接导体31和第二连接导体32之外具有三个其他的连接导体33。其他的连接导体33设为用于电控制电路65的电接触。电控制电路优选地设计成集成电路。控制电路例如借助于连接导线7直接与半导体芯片6连接。由于将在壳体I的内部中的控制电路和与之连接的短的电连接导线集成，简化极其短脉冲的产生。此外，在壳体中设置有至少一个电容器。在示出的实施例中，将半导体芯片6和电控制电路65固定在第一连接导体31上。因此，由于第一连接导体的较大的横截面简化控制电路的安装。但是，控制电路也能够固定在其他的连接导体中的一个上。其他的连接导体33例如能够分别设为用于电控制电路的电源电压、用于接地接触部或用作触发器输入端。
显然地，所述电控制电路也能够尤其与罩盖8的具体设计方案无关地用在半导体器件的更上面描述的实施例中。所描述的壳体I的结构形式的特征在于在具体的设计方案方面尤其高的灵活性。特别地，在制造时能够以简单的方式改变连接端子的数量。本发明不局限于根据实施例进行的描述。相反地，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。
权利要求
1.用于光电子半导体器件(10)的壳体(1)，其中所述壳体(I)具有壳体本体(2)、第一连接导体(31)和第二连接导体(32)，其中所述第一连接导体(31)和所述第二连接导体(32 )在竖直方向上分别延伸穿过所述壳体本体(2 )。
2.根据权利要求1所述的壳体， 其中所述壳体本体是塑料本体，所述塑料本体模制到所述第一连接导体和所述第二连接导体上。
3.根据权利要求1或2所述的壳体， 其中所述第一连接导体和所述第二连接导体在垂直于所述竖直方向伸展的横向方向上互间隔开。
4.根据权利要求1至3之一所述的壳体， 其中所述第一连接导体的沿着所述竖直方向伸展的侧面设为用于半导体芯片的安装面(310)。
5.根据权利要求1至4之一所述的壳体， 其中所述第一连接导体和所述第二连接导体在下述平面中伸展，所述平面是通过所述竖直方向和通过所述横向方向展开的。
6.根据权利要求1至5之一所述的壳体， 其中所述第一连接导体具有至少为Imm2的横截面。
7.根据权利要求1至6之一所述的壳体， 其中所述壳体具有罩盖(8)，所述罩盖在所述壳体本体的一侧上包围所述第一连接导体和所述第二连接导体。
8.根据权利要求7所述的壳体， 其中所述罩盖以能够插入到所述壳体本体上的方式构成。
9.根据权利要求7或8所述的壳体， 其中所述罩盖构成为是一件式的并且对紫外的、可见的和/或红外的光谱范围中的辐射是可穿透的。
10.根据权利要求7或8所述的壳体， 其中所述罩盖具有覆盖件(82)和环绕所述覆盖件的外侧面(81)，其中所述覆盖件对紫外的、可见的和/或红外的光谱范围中的辐射是可穿透的并且所述外侧面包含金属。
11.具有根据权利要求1至10之一所述的壳体的半导体器件， 其中将半导体芯片(6)固定在所述第一连接导体上。
12.根据权利要求11所述的半导体器件， 其中所述半导体芯片具有主发射方向，所述主发射方向沿着所述竖直方向伸展。
13.根据权利要求11或12所述的半导体器件， 其中所述半导体芯片以没有包围所述半导体芯片的封装件的形式安装在所述壳体中。
14.根据权利要求11至13之一所述的半导体器件， 其中所述半导体芯片借助于焊料或借助于由能导电的颗粒高度填充的粘接剂固定在所述第一连接导体上。
15.根据权利要求11至13之一所述的半导体器件， 其中将用于所述半导体芯片的电控制电路(65 )设置在所述壳体之内。
全文摘要
提出一种用于光电子半导体器件(10)的壳体(1)。壳体(1)具有壳体本体(2)、第一连接导体(31)和第二连接导体(32)，其中第一连接导体(31)和第二连接导体(32)在竖直方向上分别延伸穿过壳体本体(2)。此外，提出一种具有所述壳体(1)和半导体芯片(6)的半导体器件(10)。
文档编号H01L33/48GK103119807SQ201180045293
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月20日
发明者弗兰克·默尔梅尔, 马库斯·阿尔茨贝格尔, 迈克尔·施温德, 托马斯·霍费尔 申请人:欧司朗光电半导体有限公司