用于制造光电子组件的方法与流程

本发明涉及根据独立权利要求所述的一种用于制造光电子组件的方法和一种光电子组件。

本专利申请要求德国专利申请de102017108688.9的优先权，该德国专利申请的公开内容特此通过回引被包括。

背景技术

在现有技术中已知构造具有透镜、具有光电子器件并且具有壳体的光电子组件。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种改进的用于制造光电子组件的方法和一种改进的光电子组件。

本发明的任务通过独立权利要求来解决。

所描述的方法的优点在于，借助该方法可以将透镜以简单的过程序列安装到光电子器件上。此外可以借助所描述的方法获得具有透镜和器件的光电子组件，所述光电子组件具有小的尺寸。此外，可以借助所描述的方法制造如下组件，该组件在小尺寸的情况下是机械稳定的。此外，该组件可以具有在没有支承体的情况下构造的器件。

为了实现这些优点，提出一种用于制造光电子组件的方法，其中提供具有光学透镜和框架的光学元件。该框架包围透镜。该框架以容纳区段突出透镜的第一侧之外。框架的容纳区段包围容纳空间。框架的容纳空间在内侧上具有支持面。该支持面可以至少逐区段地或环状地完全围绕框架的内侧连续地被构造。在支持面上安放透明的中间元件。光电子器件被引进容纳空间中并且被放置到中间元件上。紧接着，将该器件固定在框架上。通过该方法不需要该器件具有高的机械强度。因此，该器件例如可以在没有支承体的情况下并且基本上仅仅利用半导体层、尤其利用外延沉积的半导体层来构造。器件的稳定性借助中间元件并且借助框架实现。即使在使用具有支承体的器件的情况下也可以将支承体构造为薄的。

光电子器件例如可以以发射辐射的器件的形式、尤其以发光二极管或激光二极管的形式构造。此外，光电子器件也可以以光电二极管的形式或以光敏传感器的形式构造。此外，该组件可以借助所描述的方法以简单的步骤来制造。

在一个实施方式中，中间元件具有转换材料。此外，中间元件可以被构造为转换元件，该转换元件具有转换材料。例如，中间元件可以以透明的板形成，所述板例如由玻璃或蓝宝石构成。此外，中间元件被构造为板形式的转换元件。转换材料和转换元件被构造用于使从光电子器件发出的电磁辐射的至少一部分在波长上偏移。

在一个实施方式中，转换元件与中间元件分开地被构造并且布置在透镜与器件之间。以这种方式可以实现电磁辐射的所期望的波长偏移。此外，通过构造转换元件，实现组件的提高的稳定性。此外，通过分开地构造转换元件，与中间元件的构造无关的转换元件的构造是可能的。因此，中间元件可以在机械特性方面被优化。

在另一实施方式中，中间元件经由连接元件被固定在框架上。例如，连接元件由粘合材料例如以粘合层的形式形成。连接材料可以将中间元件与支持面和/或侧向地与框架连接。由此可以实现中间元件与框架的可靠且安全的固定。通过中间元件与框架的附加连接提高组件的机械稳定性。

在一个实施方式中，在器件与框架的容纳区段之间构造有中间空间。在中间空间中至少部分地填充连接材料。连接材料形成连接层并且将器件固定在框架上。以这种方式可以将器件与框架稳定地且安全地固定。此外，可以借助连接材料完全填满中间空间并且因此实现密封。尤其可以在器件的侧面与框架之间引入由连接材料构成的层。由此除了将器件与框架连接之外可以保护器件的侧面免受环境影响。

中间元件和/或转换元件是一种用于器件的支持器件的机械稳定性的支架、支承体或衬底。

在另一实施方式中，框架的支持区域和/或中间元件的安放在框架上的第二支持区域被构造为密封面。以这种方式可以避免液体的连接材料流入到透镜的第一侧上。

在另一实施方式中，透镜的第一侧相对于框架的支持区域以一间距布置，使得透镜的第一侧与中间元件以一间距布置。因此，在中间元件与透镜之间可以设置气隙。这尤其在构造具有透镜的led模块的情况下在led模块被构造为例如具有菲涅耳透镜的闪存模块或以具有tir透镜的背光模块的形式被构造时是有利的。

透镜的与透镜的第一侧相对地布置的第二侧可以与框架齐平地端接。由此实现组件的紧凑的构造，该组件此外被构造为对污物不敏感。

根据所选择的实施方式，连接材料被构造为粘合材料或模制材料。

光电子器件例如可以以倒装芯片的形式构造，其中器件的电接触部被布置在下侧上并且因此与中间元件相对地布置。中间元件和/或转换元件具有刚性的机械稳定性，使得中间元件和/或转换元件适合作为支承体或适合作为用于光电子器件的稳定化。例如，转换元件可以被构造为陶瓷。透明的中间元件例如可以被构造为玻璃小板。根据所选择的实施方式，中间元件也可以由其他透明的和稳定的材料形成。

所提出的光电子组件具有如下优点：该光电子组件具有小的尺寸并且机械稳定地被构造。尤其，该组件可以具有没有支承体衬底的光电子器件。在此，光电子器件尤其可以由半导体层、尤其外延沉积的半导体层来构造。光电子器件可以以具有有源区的半导体层序列的形式构造。

根据所选择的实施方式，半导体层序列也可以被布置在支承体衬底、诸如蓝宝石上。然而，根据所选择的实施方式可以舍弃支承体衬底。这是可能的，因为半导体层结构被布置在中间元件上。因此，例如可以提供具有透镜的紧凑的led模块。例如，led模块可以被构造为具有菲涅耳透镜的闪存模块或具有tir透镜的背光模块。

光电子组件具有光电子器件和具有框架的光学透镜。该框架包围透镜。该框架以容纳区段突出透镜的第一侧之外。框架的容纳区段包围容纳空间。在容纳区段的内侧上构造有支持面。器件被布置在容纳空间中。在透镜与器件之间布置有透明的中间元件。中间元件被布置在框架的支持面上。在器件与框架的容纳区段之间构造有中间空间。在中间空间中布置有连接材料。该连接材料将器件与框架连接。根据所选择的实施方式，连接材料可以围绕器件至少逐区段地填充中间空间。由此，实现器件与框架的稳定的机械固定。此外，在中间元件与透镜之间的区域可以借助连接材料被密封。

此外，器件的侧面可以借助连接材料被覆盖并且由此被保护免受环境影响。在一个简单的实施方式中，器件以由半导体材料构成的半导体层序列的形式形成。

中间元件可以被构造为机械稳定的板。中间元件例如可以由玻璃或蓝宝石构成。此外，中间元件可以具有转换材料。此外，中间元件本身可以被构造为例如板形式的转换元件。借助中间元件能够实现器件在组件中的稳定的保持。因此不需要器件本身具有足够高的机械稳定性。

因此，器件可以具有小的厚度。根据所选择的实施方式，在透镜与器件之间，将转换元件布置在框架中。因此，除了中间元件之外，可以在框架中设置单独的转换元件。转换元件可以以尤其稳定的机械板的形式、尤其以陶瓷板的形式构造。根据所选择的实施方式，转换元件可以被布置在中间元件上并且被布置在中间元件与器件之间。以这种方式，实现转换元件的简单的构造和简单的安装。在该实施方式中，不需要转换元件本身经由连接材料与框架或中间元件固定。

根据所选择的实施方式，器件经由连接层与中间元件连接。在该实施方式中，可以舍弃将连接材料引入到在器件与框架之间的中间空间中。

在另一实施方式中，器件与中间元件一体式地例如以芯片级封装（csp）的形式构造。具有中间元件的器件安放在支持面上并且与框架连接。因此，也可以利用具有器件的预先安装的中间元件以简单的方式实现紧凑的组件。支持面用于精确定位具有器件的中间元件。尤其可以通过支持面精确地规定透镜与中间元件和器件之间的间距。

在另一实施方式中，器件的侧面经由连接层被固定在框架上。由此，实现器件在框架上的安全且稳健的固定。此外，器件的侧面可以借助连接层被覆盖并且被保护免受环境影响。

连接材料例如可以以具有散射颗粒或反射颗粒的浇注材料的形式构造。因此，根据所选择的实施方式，器件可以在侧面上用散射层覆盖。

在一个实施方式中，连接材料至少分区段地在器件周围分布式地布置在器件与框架之间。在一个实施方案中，连接材料也可以环状地环绕器件布置在器件与框架之间的中间空间中。由此，实现器件在框架中的安全且稳定的固定。

根据所选择的实施方式，中间元件可以具有转换材料或被构造为转换元件。此外，在另一实施方式中，在透镜与器件之间，可以将单独的转换元件布置在框架中。例如，转换元件被布置在中间元件与器件之间。然而，中间元件也可以本身被构造为稳定的板状元件并且安放在支持面上。此外，转换元件也可以与器件一起被预先安装并且作为一个部件被固定在框架中。

根据所选择的实施方式，多个透镜可以与框架一起被布置成复合结构。

附图说明

本发明的上面所描述的特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法结合对实施例的以下描述而变得更清楚且更明白易懂，所述实施例结合附图更详细地予以解释。

图1示出支承体的示意性横截面，所述支承体具有多个光学元件，所述光学元件具有透镜和框架，

图2示出具有透镜和框架的光学元件的示意性俯视图，

图3示出支承体的示意性横截面，所述支承体具有光学元件的另一实施方案，所述光学元件具有透镜和框架，

图4示出第二方法步骤，在该第二方法步骤中将中间元件插入光学元件中，

图5示出图4的光学元件的示意性俯视图，

图6示出光学元件的示意性横截面，在所述光学元件中光电子器件被插入框架中，

图7示出具有所插入的光电子器件的光学元件的示意性俯视图，

图8示出具有光电子器件的光学元件的示意性横截面，所述光电子器件借助连接材料固定在框架上，

图9示出图8的光学元件的示意性俯视图，

图10至图13示出用于制造组件的另一方法，

图14示出图13的组件的俯视图，

图15示出光学元件和由器件与预先安装的中间元件构成的单元，

图16和图17示出用于制造组件的另一方法，

图18示出光学元件的阵列的示意性横截面，所述光学元件经由连接桥形接片彼此连接，以及

图19示出光学元件的阵列的示意性俯视图。

具体实施方式

图1示出支承体1，该支承体例如具有例如薄膜或粘合层形式的粘附层2。根据所选择的实施方式也可以舍弃粘附层2。在支承体1上布置有光学元件3。光学元件3具有框架4和透镜5。框架4至少逐区段地、尤其环形地围绕透镜5。粘附层2具有如下优点：光学元件3可以简单地固定在支承体1上。此外，在以后的方法步骤中，可以使光学元件3更简单地从支承体1脱离。

该框架4以容纳区段6突出透镜5的第一侧7之外。在框架4的内侧上，环绕透镜5构造有支持面8。支持面8被构造为到框架4的内侧中的凹口。因此，框架4在支持面8之上与在支持面8之下、即在透镜5的区域中相比具有更大的内径。支持面8在所示出的实施例中垂直于框架4的纵向延伸地被构造。框架4沿着y轴延伸。支持面8垂直于y轴地定向。支持面8和框架4被构造为环形地围绕透镜5。框架4的容纳区段6限制透镜5之上的容纳空间9。

根据所选择的实施方式，支持面8也可以关于y轴以其他角度被构造。此外，支持面8也可以以桥形接片的形式被构造，所述桥形接片侧向地向内突出框架4之外。因此，框架4也可以在容纳空间9中具有与在透镜5的区域中相同大小的横截面。此外，根据所选择的实施方式，框架4的内部空间可以在透镜5的区域中与在容纳空间9的区域中相比更大或更小地被构造。透镜5可以以不同的形式被构造并且例如可以被构造为菲涅耳透镜或tir透镜。

图2示出在从上方看支持面8的情况下光学元件3的示意性俯视图。支持面8环绕透镜5地被构造。在所示出的实施方式中，透镜5具有矩形的横截面。支持面8以条带的形式围绕透镜5被构造。根据所选择的实施方式，透镜5的外轮廓也可以具有其他形状并且尤其具有圆形的外轮廓。以类似的方式，在该实施方式中支持面8例如可以被构造为条带状的环形面，所述环形面包围透镜5。此外，在该实施方式中，支持面8也可以具有矩形的外轮廓和圆形的内轮廓，所述内轮廓紧贴着透镜的圆形的外轮廓。

图3以示意性横截面示出光学元件3的另一实施方式，其中支持面8以桥形接片10的形式被构造，该桥形接片环绕框架4的内侧地被构造。桥形接片10的与透镜5相对地布置的上侧形成支持面8。

支持面8在图1和图3的所有实施方式中根据所选择的实施方式可以被构造为具有恒定的宽度，可变的宽度，连续地以条带的形式环状地围绕透镜5被构造或构造有区段形式的中断部。此外，支持面8可以仅仅逐区段地被构造。因此，支持面8例如可以具有仅仅两个或三个子面，所述子面彼此间隔开并且围绕透镜5分布式地布置。

图4至图9示出用于制造光电子组件的不同方法步骤。在图4中示出了图1的装置，其中透明的中间元件11被插入光学元件3的容纳空间9中。中间元件11由机械稳定的材料构成，该中间元件板状地被构造并且具有预定给定的支承能力。该支承能力是大的，使得可以支承光电子器件。中间元件11被安放到框架4的支持面8上。中间元件11对于尤其光电子器件的电磁辐射是透明的。中间元件11可以由塑料、玻璃、蓝宝石、陶瓷或相似材料构成。中间元件11以外边缘区域安放在支持面8上。透镜5和支持面8以如下方式构造：透镜5的第一侧7与中间元件11具有间距。根据所选择的实施方式，中间元件11可以具有转换材料。该转换材料例如可以作为磷光体或发光材料具有ce:yag。此外，该转换材料可以作为基质材料具有如下组中的至少一种材料，该组包括：氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、硫氧化物、卤化物、氧卤化物、硫卤化物、碲化物和硒化物，其中基质材料至少以如下组中的材料来掺杂，所述组包含稀土（ce、eu、tb、gd、...）、过渡金属（cr、mn）和/或重金属（tl、pb、bi）。此外，中间元件11本身可以被构造为转换元件。为此，中间元件11被构造为例如具有发光材料的小板形式、尤其具有发光材料的陶瓷小板形式的转换元件。此外，中间元件11可以在另一实施方案中具有由转换材料构成的层。即使在构造转换元件、尤其转换小板形式的中间元件11时，中间元件11也具有用于支承光电子器件的足够的机械稳定性。根据所选择的实施方式，在支持面8与中间元件11之间和/或在中间元件11的侧面与框架4之间可以设置有例如粘合层形式的连接层19。根据所选择的实施方式也可以舍弃连接层19并且中间层11可以仅安放在支持面8上。

图5以示意图示出图4的具有中间元件11的光学元件3的从上方看的俯视图。

图6示出另一方法步骤，在所述另一方法步骤中光电子器件3被安放到中间元件11上并且处于容纳空间9中。在光电子器件13的侧面14与框架4的内壁15之间构造有中间空间16。光电子器件13在上侧上具有电端子17、18，所述上侧与中间元件11相对地布置。光电子器件13例如可以被构造为发射辐射的器件，尤其被构造为发光二极管或激光二极管。此外，光电子器件13也可以被构造为光敏传感器，尤其被构造为光电二极管。光电子器件例如可以在没有半导体层形式的支承体的情况下被构造。半导体层在实施为发射辐射的器件时可以具有有源区。有源区可以通过在正掺杂的与负掺杂的半导体层之间的界面来制造。此外，在构造光电二极管形式的光电子器件13的情况下在正掺杂的半导体层与负掺杂的半导体层之间的光敏的边界层可以被示出。由于中间元件11的支承能力，光电子器件可以被构造为非常薄并且具有小的自支承特性。因此，例如在构造发光二极管形式的光电子器件的情况下可以舍弃例如由蓝宝石构成的支承体衬底。因此，无衬底的光电子器件可以被插入和安装到光学元件中。

根据所选择的实施方式，在中间元件11与光电子器件13之间可以构造例如由透明的连接材料、尤其由透明的粘合剂构成的另一连接层20。该另一连接层20可以整面地被构造在中间元件11与光电子器件13之间或仅逐区段地或逐点地构造。因此，已经可以借助连接层19和该另一连接层20来实现中间元件11和光电子器件13与框架4的机械固定。

图7示出图6的装置从上方看的示意性俯视图。在该图示中，可以清楚地识别出在框架4的内壁15与光电子器件13的侧面14之间的中间空间16。中间空间16环绕光电子器件13地被构造。

根据所选择的实施方式，如在图8中所示出的那样，可以将连接材料21注入中间空间16中。连接材料21例如可以被构造为粘合材料或模制材料。此外，连接材料21可以具有散射或反射颗粒。作为模制材料例如可以使用硅酮、环氧树脂或塑料。作为粘合材料例如可以使用基于硅酮的粘合材料。在将连接材料21引入中间空间16中时，也可以舍弃连接层19和/或另一连接层20，如示意性地在图8中所示出的那样。连接材料21可以填充整个中间空间16或仅填充中间空间16的区段或部分。

图9示出图8的装置的实施方案的示意性俯视图。

图10至图14示出用于制造组件的另一方法。图10示出具有根据图1的光学元件3的装置。在该实施方式中，对于电磁辐射透明的中间元件11被安放到框架4的支持面8上。根据所选择的实施方式，在中间元件11与支持面8之间或在中间元件11的侧面与框架4的内壁15之间可以构造连接层19。中间元件11被构造为没有转换材料的透明的中间元件。根据所选择的实施方式，也可以舍弃连接层19。

在图11所示出的另一方法步骤中，将第二中间层22安放到中间元件11上。第二中间元件22同样可以经由另一连接层20与中间元件11和/或与框架4机械连接。根据所选择的实施方式也可以舍弃另一连接层20。

图12示出另一方法步骤，在该另一方法步骤中将光电子器件13安放到第二中间元件22上。光电子器件13可以经由另一连接层20与第二中间元件22连接。以这种方式在图12的方法状态中已经可以进行光电子器件13、第二中间元件22和中间元件11与框架4、即与光学元件3的机械稳定固定。

在图13中所示出的另一方法步骤中，可以将连接材料21注入在光电子器件13的侧面14与框架4的内壁15之间的中间空间16中。连接材料21例如可以以粘合剂或模制材料的形式被构造。连接材料21可以填充整个中间空间16或仅填充中间空间16的区段或部分。借助连接材料21实现器件13与框架4的安全的和稳定的固定。此外，借助连接材料21在该连接材料环绕地被注入到中间空间16中时也实现对自由空间12的密封，该自由空间被构造在中间元件11与透镜5的第一侧7之间。连接材料21可以如在前面的实施例中那样被构造。

图14示出图13的装置的俯视图。在此，可以识别出，连接材料21环绕地包围器件13。然而可能有利的是，连接材料21并不以闭合环包围器件13，以便实现在自由空间12与环境之间的空气交换。

如果连接材料21根据图13在器件13与框架4之间被引入，则可以舍弃连接层19和另一连接层20。

图15以示意性横截面示出光学元件3，该光学元件根据图1的光学元件3被构造并且被布置在支承体1上。此外，示出了具有光学元件13和集成的中间元件11的单元23。例如，中间元件11可以经由外壳24被固定在光电子器件13上。外壳24可以被构造在中间元件11的侧面上以及在器件13的侧面上。外壳24可以由塑料或粘合材料或硅酮构成。根据所选择的实施方案，可以舍弃外壳24，并且器件13经由连接层、尤其粘合层与中间元件11连接。

借助单元23可以以在图16和图17中所示出的方法步骤来制造组件。单元23被插入光学元件3的容纳空间9中，如在图16中所示出的那样。紧接着，连接材料21被引入单元23的框架24的侧面与框架4的内壁15之间的中间空间16中，如在图17中所示出的那样。连接材料21可以填充整个中间空间16或仅填充中间空间16的区段或部分。以这种方式借助连接材料21将单元23固定在框架4上。单元23的中间元件11例如可以由没有转换材料的对于电磁辐射透明的材料构成。中间元件11可以由塑料、玻璃、蓝宝石、陶瓷或相似材料构成。此外，根据所选择的实施方式，单元23也可以具有中间元件11，该中间元件至少具有转换材料或被构造为转换元件。为此，转换元件可以以机械稳定的小板的形式被构造。例如，转换元件可以以磷光体小板的形式被构造。单元23例如可以被构造为芯片级封装（chipscaledpackage，csp）。

根据所选择的实施方式，中间元件11和/或第二中间元件22在一个或所有实施方式中可以被构造为漫散射的中间元件。

借助所提出的方法和所提出的组件可以实现组件的无衬底的构造。此外，所使用的器件可以在没有衬底的情况下基本上以半导体层结构的形式并且例如仅以具有电接触部的外延半导体层的形式构造。此外，所提供的组件尽管尺寸小但机械上非常稳定。此外，组件的制造是简单的且成本低的。此外，可以实现白色散射的或显现出白色的组件的简单集成。

在图4至图17中的方法中也可以使用根据图3的框架4。

图18示出根据图1的另一实施方案，其中光学元件3根据图1被构造，其中相邻地布置的光学元件3的框架4经由连接桥形接片25连接。连接桥形接片25例如由与框架4相同的材料形成。此外，连接桥形接片25可以与框架4一体式地并且材料统一地构造。以这种方式可以利用简单的手段提供光学元件3的阵列，所述光学元件彼此具有所规定的间距。光学元件3可以在四个侧上分别与相邻的光学元件的另一框架借助连接桥形接片25来连接。

图19示出具有光学元件3的阵列的示意性片段，所述光学元件的框架4经由连接桥形接片25彼此连接。

以类似的方式，光学元件3也可以根据图3的实施方案经由连接桥形接片25连接成阵列。具有光学元件3的阵列也可以被用于所描述的方法。

按照优选的实施例更详细阐明和描述了本发明。然而，本发明并不限于所公开的示例。更确切地说，本领域技术人员可以由此导出其他变型方案，而不离开本发明的保护范围。

附图标记表

1支承体

2粘附层

3光学元件

4框架

5透镜

6容纳区段

7透镜的第一侧

8支持面

9容纳空间

10桥形接片

11中间元件

12自由空间

13光电子器件

14光电子器件的侧面

15框架的内壁

16中间空间

17第一电端子

18第二电端子

19连接层

20另一连接层

21连接材料

22第二中间元件

23单元

24外壳

25连接桥形接片