包括光电子器件的装置 本发明涉及一种包括光电子器件的装置,该光电子器件带有两个接触部和至少一个另外的部件,其中至少一个接触部设置在该光电子器件和所述另外的部件之间。
本专利申请要求德国专利申请10 2007 046 720.8和德国专利申请102007 053 849.0的优先权,其公开内容通过引用结合于此。
在光电子器件与另外的部件之间的接触通常通过借助所谓的线接合的接合连接来实现,也就是说,在光电子器件和另外的部件之间建立线连接。
在光电子器件和另外的部件之间直接接触的情况下,也可能的是,所谓的柱形凸起(Studbump)、即焊剂储存装置模制在光电子器件的接触部上或者另外的部件的接触部上,并且该焊剂储存装置在安装时通过超声或者热焊(Warmverloeten)或者二者的组合来焊接。
另一可能性是将接触部借助粘合剂来粘合。同样也已知的是,通过基于带有焊接停止漆的焊料凸点技术的焊接连接或者合适地结构化的膜来制造接触部。
在所有目前已知的用于将电子器件与另外的部件接触的技术中,尤其是在批量生产中始终还存在的问题是,实现具有尽可能少的次品的最优接触。
因此,本发明的任务是,提出一种解决方案,通过该解决方案可以可靠地实现在电子器件和另外的部件之间的接触。
根据本发明,该任务通过在光电子器件和另外的部件之间设置至少一个接片来解决。
通过该接片,实现了在将光电子器件安装在另外的部件上时的限定的安装位置。通过这种方式可能的是,在批量生产中光电子器件和另外的部件也始终彼此定位为使得实现所希望的最优接触。
在另一扩展方案中,接片直接设置在接触部旁并且将光电子器件和另外的部件之间的接触部旁的整个区域桥接。
由此,接片不仅用于限定的安装位置,而且也用于在光电子器件上的突出的接触部旁的高度补偿。
通过将光电子器件和另外的部件之间的接触面旁的整个区域桥接,也实现了在光电子器件和另外的部件之间的明显更好的导热。
根据本发明的一个改进方案,在光电子器件和另外的部件之间设置了两个接触部,并且接片定位在光电子器件的接触部之间。
这种耦合的方式尤其适用于倒装芯片器件的耦合,例如在CSP构型(CSP=芯片尺寸封装)中的单片二极管,在该CSP构型中在一侧设置有至少两个接触部。
将接片设置在两个接触部之间除了准确地限定安装位置以及提高导热的优点之外还具有另外的功能,即该接片也用于避免短路。
通过在两个接触部之间的接片避免了在接触时焊剂或者粘合剂或者焊剂或粘合剂的溅出物流向其他的接触面并且由此已经在构建时防止了短路连接。
同样,也提高了连接的持久强度,因为阻止了绝缘的接触连接的有害的材料蠕变。特别是在长时间工作中,在负面的环境条件的影响下的直流应用中,不能排除有害的材料蠕变,这通过根据本发明的在接触部之间的接片来抑制。
该接片可以构建在光电子器件上、构建在另外的部件上或者也可以组合地构建在光电子器件和另外的部件上。
在光电子器件和另外的部件之间也可以设置多个接片,这些接片部分固定在光电子器件上并且部分固定在另外的部件上。
该另外的部件可以是所谓的载体(Submount),光电子器件在该载体上被接触,或者也可以是另外的光电子器件。
在另一实施形式中,接片可以设置在光电子器件上的接触部之间,并且光电子器件安装在另外的支承体上,使得这些接触部指向离开另外的支承体的方向。在该实施形式中,接触部例如通过线连接、所谓的线接合来接触。
尤其是在光电子器件彼此堆叠的情况下,实现了通过接片提高热散发。在光电子器件中,例如在功率二极管中,产生1瓦特到5瓦特之间的损耗功率,并且在光电子模块的情况下甚至产生超过10瓦特的损耗功率。在光电子器件彼此堆叠的情况下,出现热源的集聚并且由此在实现时损耗热的散发是重要的方面。如果损耗热未被散发,则光电子器件的寿命显著降低。
根据本发明的另一构型,接片构建为使得在安装时实现光电子器件相对于另外的部件的自对准。
为此,更为有利的是,在接片和/或在接触部上构建引入斜面,使得在将光电子器件与另外的部件聚拢时引入斜面起作用,使得实现在光电子器件和另外的部件之间的位置的准确对准。
这种类型的自对准导致极大地简化在光电子器件和另外的部件之间的接触。
特别有利的是,在芯片接合中的自对准是可能的,并且由此在复合结构中的所谓膜芯片接合(Folien‑Diebonds)也是可能的,其中多个光电子器件(它们通过膜彼此连接)可以同时地或者以确定的节拍步骤地与另外的部件接触。由此,得到带有自对准机制的可能最小的电子器件的可实施性。
除了自对准之外,该接片优选电绝缘地并且良好导热地构建,使得除了自对准之外也实现了避免短路并且通过提高的散热也实现了避免热点。
根据本发明的一个改进方案,在光电子器件和另外的部件之间的、未用于电接触的(即未被粘合、未被钎焊或者未被焊接的)区域至少部分被粗化。
通过部分地粗化,形成了直接的机械接触,由此提高了导热性。这可以通过添加填充材料或者导热糊剂来支持。
优选的是,填充材料或者导热糊剂在正面施加到接片上,即施加到接片的如下区域上:光电子器件在安装时被压到该区域上,以便同时用作公差补偿。为此有利的是,填充材料或者导热糊剂至少少量地具有弹性特性。
特别是在光电子器件作为无衬底的倒装芯片器件的扩展方案中,从器件至衬底(即另外的部件)的热传递是重要的。通过粗化的接触部以及填充材料和导热糊剂,优化了从器件至衬底的热传递,使得大大延迟了或者完全避免了由于在两个接触部之间的绝缘区域中的局部过高的热阻导致的热故障。由于通过设置接片提高的导热能力,由此可以实现最高的功率等级的器件并且可以实现附加的优点,即同样可以不用敏感且昂贵的接合线。
根据一个优选的构型,接片极高熔点地、非湿润地并且带有特殊的表面几何结构和边界地实施。
另一实施形式设计了,通过接片尽可能地避免装置中的尖峰和边缘,以便提高ESD强度(ESD=静电放电)。此外有利的是,将接片的侧面或者正面波浪形地构建。通过波浪形地构建接片的侧面或者正面,尤其是明显地使得焊剂材料的蠕变变得困难。波浪形的构型可以有利地通过利用在硬化垂直的光刻胶结构时的驻波来构建。
波浪形的构型同样在另外的部件(通常为载体)上在非接触的区域中是有利的。
接片有利地由以下材料或者以下材料的组合制造:钼、钽、铝、亚硝酸铝、铜、合金、钝化亚硝酸钛、亚硝酸钨和亚硝酸钨钛、金、银、钝化的电导体、电介质、金刚石、金刚石类的材料、塑料或者电绝缘的透明材料。
根据预期的主特征,所述一种或者另外的材料可以是有利的。为了防止关键的热膨胀,所提及的材料的多重组合同样可以是有意义的。
接片构建为透明材料具有的优点是,通过并非一定相连的接片在半导体发光装置或者这种探测器中可以构建透明的、即透光的堆叠。
根据本发明的一个改进方案,在安装好的状态中在光电子器件和另外的部件之间存在没有直接接触的自由区域。
为了热匹配,个别情况中可以是有利的是,将非常小的对于热分布非关键的区域暴露,并且用弹性材料填充,使得可靠地抑制裂缝或者其他由于机械应力导致的不希望的特性。在光电子器件和另外的部件之间的裸露的区域赋予了整个装置一定的灵活性,由此降低了由于机械影响而损坏的危险。
另一扩展方案设计了,将两个或者多个光电子器件彼此堆叠。
这些光电子器件在此可以是一致的或者也可以大小不同地构建。
在该实施形式中,光电子器件有利地通过所谓的通孔、即穿通孔来彼此接触,其中所述通孔用接触材料填充。
通过彼此堆叠的光电子器件可以制造例如红色、绿色、蓝色模块,它们交错地或者在彼此旁边地发射。在此,可以在远处最优地调节色彩。
本发明的另一扩展方案设计了,接片非对称地实施。
通过这种方式,实现了所谓的编码,使得光电子器件不会错误地安装到另外的部件上,并且由此保证了极性。在错误安装的情况下,错误安装的部件立即引人注目,因为它们具有改变的并且由此非典型的外部对称性。
本发明以及有利的扩展方案在下面借助附图中示出的一些实施例进一步阐述。
其中:
图1示出了安装在另外的部件上的带有位于其间的接触面和接片的光电子器件的示意性侧视图;
图2示出了安装在另外的部件上的带有两个接触区域和位于其间的接片的光电子器件的示意性侧视图;
图3示意性地示出了带有粗化的侧面的接片;
图4示意性地示出了带有粗化的正面的接片;
图5在原理上示出了根据图2的带有在接片上以及在接触部上的引入斜面的视图;
图6在示意性侧视图中示出了安装在另外的部件上的带有两个在光电子器件上的接片和设置在其间的在另外的部件上的接片的光电子器件;
图7在示意性侧视图中示出了安装在载体上的带有分别设置在接触区域之间的接片的两个光电子器件的堆叠;以及
图8示出了另一的实施形式,根据该实施形式,带有接触部和接片的光电子器件与另外的器件对置地设置。
相同功能的元件在下面在所有附图中设置有相同的附图标记。
图1示出了示意性侧视图,光电子器件1,其与另外的部件2相连。该光电子器件通常构建为发射辐射的器件,其根据图1向上发射辐射。
该构型可以无衬底地例如作为单片二极管或者通过将半导体芯片设置在支承体本体上来选择。
在根据图1的实施形式中,该光电子器件具有两个接触部3a、3b,其中接触部3a设置在光电子器件1和另外的部件2之间,使得该接触部3a接触在另外的部件2上的接触部4a。
光电子器件1的另外的接触部3b设置在上侧上并且与另外的部件2的另外的接触部4b通过接合线5连接。
在光电子器件1和另外的部件2之间的、并不用于接触部3a、4a的接触的区域中,设置有接片6,该接片在高度上构建为使得其桥接在光电子器件1上的接触部3a的高度。接片6一方面用于确定在光电子器件1和另外的部件6之间的安装位置,并且也用于改进光电子器件1至另外的部件2中的热传导。
另外的部件2可以是基座,例如载体,或者也可以是另外的器件,尤其也是另一光电子器件。
接片6不必一件式地构建,而是也可以由多个部分接片构建并且也可以在朝向接触部3a的区域中倾斜,以便在此实现用于安装的引入斜面(用虚线绘出)。
图2示出了与图1类似的装置,其中光电子器件1的两个接触部3a和3b设置在下侧上,即设置在光电子器件1和另外的部件2之间的区域中。
光电子器件1的该构型尤其是又在倒装芯片器件中,例如在芯片尺寸封装(CSP)中的单片二极管中可找到。
在此,接片6设置在两个接触部3a和3b之间,并且由此还更为明确地确定了光电子器件和另外的部件2之间的安装位置。接片6不必一定设置在另外的部件2上,而是同样也可以固定在光电子器件1上。
在接触部3a、4a或者3b、4b之间的接触如传统那样通过焊剂或者导电粘合剂来实现。
通过将接片6设置在接触区域3a、4a和3b、4b之间,接片6也用于避免短路,因为在安装时也避免了焊剂从接触区域3a、4a流动至接触区域3b、4b。在较长时间上通过接片6也明显使得焊剂从一个接触区域向另外的接触区域的蠕变变得困难或者完全避免了该蠕变。
图3示出了带有波浪形构建的侧面边缘6a和6b的接片6。该波浪形的侧面的边缘或者侧面附加地防止了焊剂在这种器件的寿命期间的蠕变,并且由此有助于避免泄漏电流。这种波浪形的侧面可以通过驻波和选择合适的光刻胶厚度来产生。
此外,通过这种波浪形的表面实现了更好的机械接触,由此也提高了从光电子器件1通过接触部3a、3b至接片6中的热传导。
图4为此示出了同样绝缘的在另外的部件2上的接片6,其中根据该实施例,接片6在其表面6c上被粗化用以实现更好的机械接触和由此实现更好的热传导。制造粗化的表面6c(如其在图4中所示的那样)例如可以通过研磨来产生。可以通过导热糊剂或者填料来提高热传导。
粗化的表面6c与导热糊剂的结合具有的优点是理想的热接触,同时具有的优点是避免了如下危险:在制造接触区域3a、4a或者3b、4b中的接触部时,机械应力通过接片6引入到光电子器件1中。
图5在原理上示出了根据图2的实施形式,其中这里接片6在侧面边缘6a和6b上倾斜,并且接触部4a、4b在相对的边缘上同样倾斜地构建。通过该实施形式,得到特别良好的自对准。在例如50μm至70μm宽的接触边缘3a和4a以及接片6的宽度<100μm的情况下,可以使用标准设备用于制造。在使用特殊设备的情况下,可以实现极窄的接触间隙,即极窄的接片6,带有在接触区域3a、3b和4a、4b中的相应更大的接触面以及由此也更高的热传递。
图6示出了带有三个接片6的一个实施形式,其中两个接片构建在光电子器件1上并且中间的接片6构建在另外的部件2上,在该情况中构建在载体上。
在该情况中,光电子器件1构建为向上在箭头方向上发光的发光二极管。
在光电子器件1上的接片6构建在接触部3a和4a的侧面并且用于绝缘以及对中。在该实施例中在光电子器件1上设置的接片6突出于接触面3a和4a的下侧地构建。载体或者另外的部件2在该区域中具有相应的凹处8,接片6的突出部分配合到该凹处中。为了对中,这些接片在外侧上具有引入斜面7,通过这些引入斜面实现了在安装时准确的自对准。固定在载体2上的中间的接片6同样在上部侧边缘上分别具有引入斜面7,使得两个外部的、与光电子器件1相连的接片6通过这些引入斜面7准确地引导。
为了避免泄漏电流,在凹处8中在接触部3a和4a之下的侧壁波浪形地实施。
同样,直接与载体或者另外的部件2相连的中间的接片6的表面被粗化地实施,以便在安装好的状态中在此也实现光电子器件1和中间的接片6之间的最优的热传递。
图7示出了本发明的另一实施例,其中这里两个光电子器件彼此堆叠。
另外的部件2由此同样实施为光电子器件,并且接片6设置在另外的光电子器件2的上侧上,以便通过接触部3a和3b以机械方式对中地容纳上部的光电子器件,并且也实现避免在两个接触部3a和3b之间的短路。
两个光电子器件1和2通过所谓的通孔9、也即穿通孔来彼此接触,其中所述通孔用焊剂填充。
在上部接片6上以及下部接片6中,边缘都侧面地倾斜并且由此形成引入斜面7。
另外的光电子器件2功能匹配地与设置在其下的载体2’接触。该接触并未被进一步示出并且例如可以通过绝缘的穿通接触或者T接触部或者借助CPHF(CPHF=紧凑平面高通量)技术或者其他合适的连接来实现。
光电子器件1和光电子器件2(这里是另外的部件)例如分别是蓝色的和黄色的发光二极管或者发射器‑探测器对,用于发射器的功能控制。
特别有利的例如可以是以下的实现。载体2’构建为所谓的CPHF技术模块载体。设置在其上的器件2作为稳定的、蓝色的、穿通接触的CSP‑LED,其带有在上侧上的、集成的前侧的透光接片以及接触部。在其上设置有器件1,数微米厚的对于蓝色光可透射的无衬底的黄色二极管,该二极管被穿通接触或者必要时借助传统的线接合来接触。
总之,通过根据本发明的接片的构建得到多种优点。改进了导热,降低了短路危险,在安装时的自对准以及提高的稳定性。通过这些优点,可以实现装置的更小的尺寸。
通过透明地构建接片,可以实现多种新的应用形式,并且通过在接片上侧面地构建引入斜面可以明显更简单地实现在彼此堆叠的器件中的连接。
在接触区域之间构建接片也提高了ESD兼容性,因为避免了尖锐的边缘和尖峰的构型。
通过在接片区域中使用通常从热膨胀来看并不合适的材料可以实现更高的散热以及由此实现整个装置的功率提高。提高的散热降低了工作温度,由此可以实现更小的构型。此外,在否则需要附加的散热器的情况下实现了节省。通过自对准和对中,在构建或者在制造时可以使用成本更低廉、更快速并且并不如此精确地工作的自动装置。
图8示出了本发明的另一实施形式,其中在此光电子器件1安装在另外的器件2上,使得接触部3a和3b朝向上方。接触部3a和3b通过传统的接合线与另外的部件2的另外的接触部4a和4b接触。接触部3a和3b之间的接片6在此一方面用于更好的散热并且另一方面用于在接合线5的接触中避免短路以及用于基于焊剂的蠕变特性来避免短路。
该实施形式尤其适于在照明房屋的外部正面或者在照明户外的其他对象的应用中,其中观察者仅仅从远处观看光电子器件。光电子器件的光发射可以通过透明地构建的接片6进行或者也可以侧面地进行。
本发明并未局限于所示的实施例,于是尤其是全部针对实施形式公开的特征也可以在本发明的保护范围中组合为新的实施形式。