用于制造照明装置的方法与流程

本发明涉及一种用于制造照明装置的方法和一种具有发射辐射的器件的照明装置。

背景技术：

在现有技术中，已知提供一种具有发射辐射的器件的照明装置，其中该器件嵌入在模塑材料中。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种用于具有发射辐射的器件的改进的照明装置的方法以及一种具有发射辐射的器件的改进的照明装置。

本发明的任务通过独立权利要求解决。

所描述的方法和所描述的照明装置的优点在于，借助所提出的方法提供具有发射辐射的光电子器件的照明装置，其中所述照明装置具有改进的机械和/或光学特性。这是通过以下方式实现的：发射辐射的光电子器件布置在载体上并且在载体上施加第一层。第一层至少在侧面以环绕框架的形式包围该器件。随后，在框架旁边在侧面将第二层施加到第一层上。第二层具有大于第一层的硬度。因此，第二层负责为所述器件提供稳定的机械壳体。第一层可以具有比第二层更大的光密度。第一层可以在该实施中负责邻接所述器件以及环绕所述器件地设置框架，该框架强烈散射或反射电磁辐射。因此，在短距离内可以实现所述器件的辐射面与非辐射和暗的周围区域之间的边界。由于第一层在侧面包围所述器件，因此还可以很好地阻挡在侧面从所述器件射出的射线。例如，作为第一层的材料，可以使用具有散射颗粒的基质材料。作为基质材料例如可使用硅，其填充有诸如氧化钛的散射颗粒。例如，散射颗粒的填充度可以位于10至70重量百分比的范围内。

在一种实施中，在施加第二层之前将第三层施加到第一层上。在此，在该器件的上侧的高度上所述第一层的框架至少在侧面以环绕的第二框架的形式由所述第三层的第二材料包围。接着在侧面邻接第二框架地将第二层施加到第三层上。第三层具有比第一层的材料更少地透射该器件的电磁辐射的材料。例如，第三层由吸收辐射的材料、特别是黑色材料形成，该材料基本上不透射所述器件的电磁辐射。因此，可以将电磁辐射在侧面方向上的传播限制到第一层的框架上。由此实现了对辐射面的精确限制。

例如，第一层可以整面都是各向异性的并且以均匀的层厚度施加到载体上，并且以框架的形式邻接地施加到器件上。在此，第一层的层厚度可以在30μm到600μm的范围内。例如，可以借助喷射方法、喷涂方法或铸造方法来施加第一层。此外，第一层也可以被施加到器件上。依据所选择的实施方式，可以在施加第二层之前对第一层进行预固化或固化。

在一种实施中，第二层可以借助模塑方法施加到第一层上并且与框架邻接。为此，可以将板放置在器件上，其中用第二层填满板和第一层之间的间隙。作为模塑方法，例如可以使用薄膜辅助模塑方法。此外，可以使用模塑方法，以便在约150°c的常规工艺温度下实现第一层和第二层二者的固化。在施加第二层之前，第一层可以被固化或凝胶化到以下程度，使得第一层在引入第二层时不会被洗掉，但仍然连接或粘接到第二层。

作为第二层的材料可以例如使用硅-玻璃复合材料，其具有比第一层更大的硬度。代替玻璃颗粒，还可以使用由对器件的辐射足够光学透射并引起期望的第二层硬度的其他材料制成的颗粒。另外，第一层具有比第二层更大的光密度。依据所选择的实施方式，第一层和第二层之间的硬度可以至少相差10％。另外，特别地，第一层和第二层之间的光密度可以至少相差10％。第二层的硬度越大，壳体的硬度就越大。由此，可以产生抵抗器件的机械负荷的鲁棒的壳体。第一层的光密度越大，在器件上侧（即辐射面）旁边在侧面发射的辐射越少。因此，在器件旁边在侧面实现了更大的辐射功率下降。该器件例如可以被构造成发光二极管。另外，第二层可以由吸收辐射的材料，特别是黑色材料形成，该材料对于器件的辐射具有很小的光透射或者没有光透射。例如，第二层可以由黑化的硅和/或黑化的环氧树脂或黑色塑料组成。

在一种实施中，在施加第三层之后将板放置到器件上。随后，借助模塑方法用模塑材料填满板和第三层之间的间隙，并构造出第二层。

在一种实施中，第三层被施加到所述器件的上侧或保护层的上侧上并且施加到第一层的框架的上侧上。通过板的放置，第三层被器件的上侧或保护层的上侧以及被第一层的框架的上侧至少部分地，特别是完全地挤出到在第一层的框架旁边侧面的边缘区域中，并且由第三层的材料构造出第二框架。因此，提供了一种用于构造第二环绕框架的简单方法。

在一种实施方式中，在施加第一层之前，可以将保护层施加到器件的上侧上。可以在施加第一层之后或在施加第二层之后再次除去该保护层。为了除去保护层，可以使用研磨方法、基于溶剂的方法或蚀刻方法，例如铣削方法、研磨工艺或蚀刻方法。保护层可以具有例如光致抗蚀剂或由光致抗蚀剂组成。此外，保护层可具有硅或由硅组成。

此外，可以依据所选择的实施方式，在该器件的上侧上不存在保护层时也用第一层覆盖该器件的上侧。在该实施方式中，在施加第二层之前或之后，可以从器件的上侧至少部分地或完全地除去第一层。这可以例如通过将板按压到器件的上侧上来实现，从而第一层尽可能完全或至少部分地从器件的上侧被挤出并挤压到所述器件的边缘区域处。由此，可以在器件的上侧平面中实现框架直径的增加。因此，利用第一层的相对较少的材料，可以在器件周围构造出相对宽的框架。

另外，可以借助铣削方法、研磨工艺或切割方法除去器件上方或保护层上方的第一层，以获得具有相对较少的散射颗粒或没有散射颗粒的透明耦合输出面。

在一种实施方式中，该器件具有接触线，其中当施加第一层时，接触线被第一层覆盖。例如，接触线完全被第一层覆盖。另外，依据所选择的实施方式，可以在载体上构造出电路，例如保护二极管。该电路也在施加第一层时被第一层特别是完全覆盖。

依据所选择的实施方式，该器件仅具有一个半导体芯片，该半导体芯片被构造成用于产生电磁辐射。半导体芯片可以例如以发光二极管的形式构造。另外，依据所选择的实施方式，器件可以具有半导体芯片和转换元件。转换元件可以布置在半导体芯片上并且形成器件上侧的至少一部分。

转换元件可以例如以具有发光材料的陶瓷的形式构造。转换元件被构造成使半导体芯片所发出的辐射的至少一部分发生波长移动。例如，转换元件可以被构造为至少部分地将蓝光转换成黄光。

依据所选择的实施方式，第一层具有的厚度在30μm和600μm的范围内，特别是100μm和300μm范围内的厚度。实验表明，利用这些层厚度构造出足够宽的围绕器件的框架。另外，该层厚度足以用第一层覆盖接触线和/或另外的电路，例如保护二极管。

在一种实施方式中，第一层具有基质材料，特别是硅和散射颗粒。通过用基质材料和散射颗粒构造出第一层，可以通过简单的手段制造不透光层。例如，散射颗粒可以在第一层的10重量百分比的范围内或高达第一层的70重量百分比。因此，提供高度填充的第一层，其是不透光的并且以高比例散射或反射器件的辐射。因此，器件的光基本上仅辐射到器件的露出的上侧上方而不是在侧面辐射。由此，实现了对器件的辐射面的非常精确的限制。

在一种实施方式中，至少在与半导体芯片的上侧邻接的环绕的边缘区域中将沟槽引入第一层中。在此，特别是使用具有塑料球的水射流。由于在侧面发射的辐射较少，沟槽附加地增加了对比度。通过沟槽实现了器件、特别是转换元件与环境之间的折射率跳跃。

载体可以例如由陶瓷、引线框架（特别是铜引线框架）或全铜载体形成。

所提出的照明装置具有以下优点：精确地限定了器件的辐射面。这是通过器件在侧面被第一层构成的框架包围来实现的。第一层具有高光密度。此外，照明装置具有鲁棒的壳体。这通过在第一层上布置第二层来实现，其中第二层具有比第一层更大的硬度。

在一种实施方式中，框架突出超过器件的上侧。由此可以实现辐射面的进一步精确化。

在进一步的实施方式中，第一层包括基质材料和散射颗粒。另外，第二层由模塑材料形成。由具有散射颗粒的基质材料构造出第一层使得可以简单且可靠地制造不透光层。由于框架在侧面包围器件，因此由光电子器件发射的电磁辐射在侧面的传播在框架内被散射，并因此显著减小了在侧面辐射方向上的辐射。由模塑材料构造出第二层使得可以可靠地制造第二层，其中第二层可以被构造为具有相对大的硬度。例如，作为模塑材料使用具有玻璃颗粒的硅。

在另一实施方式中，该器件具有半导体芯片和转换元件。转换元件布置在半导体芯片的上侧上并且覆盖半导体芯片的上侧的至少一部分。转换元件也在侧面被框架包围。由此由转换元件在侧面发出的电磁辐射可以通过框架散射或反射，从而在辐射方向上的辐射在侧面被狭窄地限制到半导体芯片的辐射面或转换元件的辐射面。利用所描述的布置，还可以提供包括具有精确限定的辐射面的半导体芯片和转换元件的器件。

实验已经表明，在器件的上侧平面中的框架的宽度在30μm和600μm之间的范围内，特别是在100μm和300μm之间的范围内足以获得精确限定的辐射面。为了构造第一层，可以使用填充了例如由氧化钛构成的散射颗粒的基质材料（例如硅），所述散射颗粒的填充度在10至70重量百分比的范围内。散射颗粒的比例越高，第一层就越不透光。

依据所选择的实施方式，框架可以具有从载体到器件上侧的基本恒定的宽度。在另一实施方式中，框架的宽度可以从载体的上侧向器件的上侧方向增加，特别是增加至少10％的宽度。以这种方式，可以在第一层的材料成本较低的同时在器件的上侧区域中提供相对宽的框架。框架越宽，辐射在侧面方向上的衰减就越好。第一层的光密度越高，电磁辐射在框架中的衰减就越好。

附图说明

结合下面将结合附图详细解释的实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和更容易清楚。

图1至7示出用于制造照明装置的第一方法，

图8至13示出用于制造照明装置的第二方法，

图14示出用于制造照明装置的另一方法步骤的示意性横截面，

图15示出具有多个照明装置的载体的示意性平面图，

图16和17指出照明装置的另一实施的示意图，

图18和19示出照明装置的另一实施的示意图，

图20至26示出用于制造照明装置的第三方法的方法步骤，和

图27示出按照第三方法制造的照明装置的平面图。

具体实施方式

图1示出载体1的示意性横截面，在载体1上布置光电子器件2。光电子器件2被构造用于发射电磁辐射。例如，光电子器件以半导体芯片3的形式构造，在其上侧上布置转换元件4。转换元件4被构造用于移动半导体芯片3的电磁辐射的波长。转换元件4可以例如以具有发光物质的陶瓷板的形式构造。半导体芯片3可以例如以发光二极管的形式构造。依据所选择的实施方式，也可以省去转换元件4。

在所示实施中，利用至少一个接触线5向半导体芯片3供应电流。但是，半导体芯片也可以在所谓的倒装芯片方法中操作，该方法在没有接触线的情况下开展。接触线5连接到未示出的电导线，所述电导线布置在载体1上。依据所选择的实施方式，可以省去接触线5。在该实施方式中，半导体芯片3的电接触例如可以经由半导体芯片3的下侧上的接触部与载体1的相应电导轨进行。此外，在所示实施中，载体1具有保护二极管6形式的电路。保护二极管6同样经由接触线5与载体1的电导线或与器件2导电连接。依据所选择的实施方式可以省去保护二极管6或电路。另外，多个器件2可以布置在载体1上。

图2示出了另一方法步骤，在该方法步骤中保护层7被施加到器件2的上侧上。在存在转换元件4的情况下，保护层7被施加到转换元件4上。如果省去转换元件4，则将保护层7直接施加到半导体芯片3的上侧上。保护层7可以具有例如硅或由硅组成。另外，保护层7可以具有例如光致抗蚀剂或者由光致抗蚀剂形成。保护层7至少部分地、特别是整个地覆盖转换元件4的上侧。因此，保护层7覆盖器件2的期望的辐射面。保护层被构造用于保护器件的发光上侧免受污染或反射颗粒的影响。按照图2的方法步骤也可以可选地加以省略。

图3示出另一个方法步骤，在该方法步骤中在载体1、器件2和保护二极管6上施加第一层8。依据所选择的实施方式，接触线5也可以被第一层8完全覆盖。第一层8可以例如由填充有散射颗粒的基质材料组成。例如，硅或环氧树脂材料可以用作基质材料，并且氧化钛颗粒可以用作散射颗粒。另外，依据所选择的实施方式，第一层的至少10至70重量百分比可由散射颗粒组成。器件2仅在侧面或者既在侧面又在保护层7上被第一层8覆盖。在一种实施方式中，第一层8具有柔软结持度。例如，第一层8可以喷涂地、喷射地、铸造地或借助粉末涂覆地施加。依据所选择的实施，第一层8也可以利用丝网印刷方法施加。借助丝网印刷方法，例如散射颗粒的重量浓度，特别是氧化钛颗粒的重量浓度，在第一层8中可以被增加到高达90％重量百分比以及更多。

图4示出另一个方法步骤，在该方法步骤中在整个下侧上具有例如薄膜10的板9被放置在器件2的保护层7上。在该实施方式中，当放置具有薄膜10的板9时，第一层8仍然处于柔软状态，使得第一层8在保护层7的区域中被在侧面挤出，并且因此保护层7的上侧基本上或完全不被第一层8覆盖。在保护层7上可以保留第一层8的薄残留层。第一层8的残留层应该引起尽可能小的厚度或对器件3的辐射的尽可能小的吸收。残留层越薄或残留层的吸收效果越小，器件的辐射性能越好。例如，第一层的残留层可以薄于第一层厚度的一半，特别是薄于第一层厚度的三分之一或者薄于第一层厚度的十分之一。从保护层7的上侧挤出的第一层8被在侧面挤出到邻接保护层7以及邻接器件2的边缘区域中。以这种方式，可以构造包围器件2并围绕保护层7的框架11，该框架环绕保护层7和器件2地构造。保护层7的上侧没有第一层8。取决于第一层8的材料有多少从保护层7的上侧挤出到侧面，框架11可以具有从载体1朝着板9的方向增加的宽度。在板9和第一层8之间或在薄膜10和第一层8之间，在框架11的侧面构造出自由空间12。

图5示出了以下方法步骤，其中板9或薄膜10与第一层8之间的自由空间12被第二层13填满。例如，可以借助模塑方法将第二层13引入到自由空间12中。第二层13具有模塑材料，其在固化状态下具有比第一层8更大的硬度。另外，第二层13具有比第一层8低的光密度。例如，硅-玻璃复合材料可以用作第二层13的材料。

依据所选择的实施，第二层13可以由白色、即透明的材料形成，或由吸收辐射的材料，特别是黑色材料形成。辐射吸收层，特别是黑色层13具有散射光被限制到第一层的区域的优点，因为在黑色的第二层13的情况下没有器件的电磁辐射在侧面穿透到第二层13中或透过第二层13射出。

在施加后，第一层和第二层固化。在一种实施方式中，第一层和第二层在薄膜辅助模塑工艺中利用约150°c的工艺温度加以固化。已经被证明为有利的是，当将第二层13引入自由空间12中时第一层8仍然是柔软的并且是可粘接的，以与第二层13粘接。例如，罗氏（rockwell）检验方法可用于硬度检验。例如，第二层的硬度可以比第一层的硬度大至少1％，特别是5％或10％或更多。第二层13还具有适合于半导体材料的膨胀系数。

图6示出了另一个方法步骤，在该方法步骤中将具有薄膜10的板9除去并且还从器件2的上侧、即从转换元件4的上侧除去保护层7。可以例如借助蚀刻方法除去保护层7。依据所选择的实施方式，可以将第二保护层施加到该上侧，该第二保护层保护该布置免受环境影响。由器件2的上侧、也就是由转换元件4的上侧形成的辐射面14在侧面被第一层8构成的框架11包围。

图7示出了图6的布置的示意性平面图。框架11在器件2的平面中具有宽度15，该宽度位于30μm和600μm之间的范围内，特别是在100μm和300μm之间的范围内。环绕的框架11限制辐射面14，并且由于高光密度而负责将发射的辐射被精确限制到辐射面14的区域。

最后，依据所选择的实施方式，可以借助具有研磨塑料球的高压水射流来处理辐射面14，从而清洁或粗糙化辐射面。另外可以在框架11和辐射面14的侧面、也就是转换元件4的侧面之间，借助具有研磨塑料球的高压水射流构造出沟槽16。通过沟槽16，实现了转换元件和环境之间的折射率的增加的跳跃。转换元件可以例如具有1.8的折射率。第一层8可以具有1.5的折射率。沟槽16具有1的折射率。借助沟槽16，可以进一步增加辐射面14和框架11之间的对比度。

借助由具有高光密度的第一层8形成的框架11，辐射面14的边界面与环境之间的明暗对比度增加。此外，借助鲁棒的第二层13可以提供可进行良好保护的壳体材料，该第二层13例如由硅模塑化合物组成。为了填满自由空间12，可以使用例如具有薄膜辅助方法的高压注塑方法。

依据所选择的实施方式，可以通过铣削工艺、研磨工艺或切割方法从保护层7的上侧除去第一层8。

图8至图13示出了与图1至图7类似的方法步骤，但是在该实施方式中省去了保护层7。其他流程步骤保持不变。在该实施方式中，框架11终止于转换元件4的上侧，如根据图12可清楚地看到的。因此，在该实施方式中，框架11不会突出超过转换元件4的上侧。如果没有设置转换元件4，则框架11不会突出超过半导体芯片3的上侧。然而，在该实施中，半导体芯片3经由底侧加以接触，或者接触线不突出超过半导体芯片3的上侧。

图14示出了具有器件2的载体1的布置的示意性横截面，其中第一层8施加到器件2和载体1上。另外，在放置具有薄膜10的板9之前，从转换元件4的上侧除去第一层8。依据所选择的实施方式，保护层7也可以布置在转换元件4的上侧上。由于在放置板9之前已经从转换元件4的上侧除去了第一层8，因此框架11在朝着板9的方向上具有近似恒定的宽度。依据所选择的实施方式，框架11的宽度在朝着板9的方向上也可以略微减小。因此，利用该方法可以制造照明装置，其中框架11在朝着器件2的上侧方向上具有恒定的宽度或减小的宽度。

图15以示意图示出了具有载体1的照明装置，在载体1上布置有具有辐射面14的多个器件，其中该布置按照上述方法之一加以制造。

同样在这些实施方式中，器件的辐射面14设置有框架11，使得辐射面14在侧面的扩展被最小化。

图16示出了照明装置的实施例的示意性横截面，其中环绕的沟槽16被引入到转换元件4和框架11之间的边缘区域中。

图17以示意图示出了图16的布置的平面图。

图18示出了照明装置的另一实施方式，其中框架11终止于转换元件4的上侧，并且另外环绕的沟槽16已被引入到转换元件4和框架11之间的边缘区域中。

图19示出了图18的布置的示意性平面图。

图20至26示出了用于制造照明装置的另一方法的方法步骤。

图20至22对应于图8至10的方法步骤。为避免重复，参考图8至10的描述。

执行图22的方法步骤之后和在除去板9和薄膜10之后，在图23所示的另一方法步骤中，在转换元件4的上侧上并在第一层8的上侧上整面地施加第三层17。第三层17例如由对器件的电磁辐射不可透射的材料形成，特别是由黑色材料形成。例如，第三层17可以由黑色硅、黑色环氧树脂材料或黑色塑料材料形成。第三层17可以利用喷涂方法、铸造方法或印刷方法施加，特别是利用丝网印刷方法施加。

在施加第三层17之后，如图24所示，类似于图10借助例如在整个底侧上具有薄膜10的板9，第三层17的材料在侧面方向上从转换元件4的上侧和从框架11被挤出到框架11旁边侧面的区域中。在转换元件4上可以保留第三层17的薄残留层。第三层的残留层应具有尽可能小的厚度或尽可能少地吸收器件3的辐射。残留层越薄或残留层的吸收效果越小，器件的辐射性能越好。第三层的残留层可以例如比第三层厚度的一半薄，特别是薄于第三层厚度的三分之一或者薄于第三层厚度的十分之一。框架11环绕地包围转换元件4。框架11延伸到转换元件的上侧的高度。框架11由第一层8形成。从转换元件4的上侧并且从第一层8的框架11的上侧挤出的第三层17的材料在侧面被挤出到与框架11邻接的边缘区域中。以这种方式，由第三层17的材料形成第二框架18。第二框架18环绕地包围框架11。第二框架18延伸到框架11的上侧的高度。因此，框架11的上侧、第二框架18的上侧和转换元件4的上侧布置在相同的高度。

随后，如图25中所示，板9和第三层17之间或薄膜10和第三层17之间的自由空间12被第二层13填满。例如，第二层13可以借助模塑方法被引入到自由空间12中。第二层13具有模塑材料，其在固化状态下具有比第一层8更大的硬度。例如，罗氏（rockwell）检验方法可以用于硬度检验。例如，第二层的硬度可以比第一层的硬度大至少1％，特别是5％或10％或更多。此外第二层13可以具有比第一层8更小的光密度。例如，作为第二层13的材料可以使用硅-玻璃复合材料。

随后，固化第一层、第二层和第三层。在一种实施方式中，第一层和第二层以及第三层在150℃的工艺温度下固化。已证明合适的是，在自由空间12中引入第二层13时，第三层17仍然是柔软的和可粘接的，以用于与第二层13粘接。另外，第二层可以具有适合于半导体材料的膨胀系数。

图26示出了随后的方法步骤，在该方法步骤中除去了板9和薄膜10。

依据所选择的实施方式，在按照图20至图26的方法步骤中除了转换元件4之外还在转换元件4上布置保护层7，如在按照图1至图5的方法步骤中所描述的。在该工艺结束时，保护层7（如果存在的话）被除去，如根据图3所解释的。

图27示出了图26的布置的平面图，图26示出了照明装置。转换元件4的辐射面14被框架11包围。框架11可以在器件2的区域中，特别是在转换元件4的上侧平面中，也就是在辐射面14的平面中具有位于30μm和600μm之间的宽度，特别是位于100μm和300μm之间的范围内的宽度。环绕的框架11限制了辐射面。框架11被第二框架18环绕地限制。第二框架18可以在辐射面14的平面中具有位于30μm和600μm或更多之间的范围内的宽度。特别地，第二框架18的宽度可以在100μm和300μm之间的范围内。

第三层17的材料可以具有比第一层8的材料更高的光密度。因此，第二框架18具有比框架11更高的光密度。由此，实现了将辐射面精确限制为辐射面14和框架11。通过在侧面包围转换元件4的框架11，在侧面的散射光还可以另外在辐射面14的侧面上被发出到辐射方向上。借助第二框架18，器件2的电磁辐射的侧面传播取决于第三层的材料在第二框架18处被进一步阻碍或阻挡。因此，实现了高对比度，也就是将辐射面精确限制为框架11的外边缘。因此，第二层13由任意颜色和辐射可透过的材料，特别是白色，即透明的或黑色的，即吸收辐射的材料形成。在图27的实施方式中，第三层17可以借助第二框架18引起辐射面的精确限制，经由所述辐射面发出器件2的电磁辐射。第三层17的材料可以具有比第二层13的材料更高的光密度。

已经根据优选实施例进一步说明和描述了本发明。然而，本发明不限于所公开的示例。而是在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中推导出其他变型。

附图标记列表

1载体

2器件

3半导体芯片

4转换元件

5接触线

6保护二极管

7保护层

8第一层

9板

10薄膜

11框架

12自由空间

13第二层

14辐射面

15宽度

16沟槽

17第三层

18第二框架。