專利名稱：用于光電元件的裝置以及具有光電元件及所述裝置的模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于光電元件的裝置以及一種具有該裝置及光電元件的模塊。
背景技術：
為了在傳統(tǒng)的光電元件上進行射束成形，在該元件的半導體芯片后面經(jīng)常布置透鏡。因而比如將該透鏡粘貼在對該半導體芯片進行保護的澆鑄件(Verguss)上。但這種粘結連接通常相對于該澆鑄件的變形或輻射作用不穩(wěn)定，因而增加了所述光學元件在半導體芯片上的光學連接惡化的危險。此外，在傳統(tǒng)的光電元件上所使用的透鏡經(jīng)常在短波的、尤其紫外的或者藍色的輻射下降低性能，這比如可以通過透鏡的混濁、變色或變形表現(xiàn)出來。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是說明一種裝置，該裝置減化了光學元件尤其相對于短波輻射穩(wěn)定的光學元件在光電元件上的固定。此外，本發(fā)明的任務是說明一種具有所述裝置的模塊。
該任務通過一種具有權利要求1所述特征的裝置或者說通過一種具有權利要求15所述特征的模塊得到解決。本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案和改進方案是從屬權利要求的主題。
按本發(fā)明的裝置包括至少一個緊固件，其中該緊固件設置用于將所述裝置固定在光電元件的殼體上，并且所述裝置是用于單獨的光學元件的支架。
所述裝置有利地簡化了借助于所述裝置將所述用于射束成形的光學元件固定在所述光電元件的殼體上的固定過程，并且可以比較自由地選擇該光學元件。尤其可以通過這種方式將相對于短波的、尤其藍色的或紫外的輻射具有優(yōu)先很高的穩(wěn)定性的光學元件簡便地用在光電元件上。尤其所述光學元件可以是相對于輻射穩(wěn)定的，所述光電元件設置用于輻射的產生或接收。
尤其可以使用包含特定材料的光學元件，所述材料通常被認為很難與光電元件比如構造用于短波輻射的元件一起使用-比如在所述元件上的固定并且同時在輻射穩(wěn)定性方面。因此與本發(fā)明相反，在傳統(tǒng)的模塊上在選擇光學元件時經(jīng)常必須進行折衷。
所述光學元件由所述裝置固定，而該裝置則又可以固定在所述光電元件的殼體上。該裝置由此可以專門作為支架得到優(yōu)化或者對于在所述殼體上的固定進行優(yōu)化，并且可以對所述光學元件進行優(yōu)化，以便對有待由光電元件的半導體芯片比如光電二極管芯片或者LED(發(fā)光二極管)芯片接收或者產生的輻射進行輻射成形。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件和/或所述裝置在短波輻射的作用下是形狀穩(wěn)定的。尤其所述光學元件相對于輻射是穩(wěn)定的，所述光電元件設置用于輻射的產生或接收。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件在輻射作用下尤其在短波輻射作用下相對于混濁或變色是穩(wěn)定的，在傳統(tǒng)的光學元件中經(jīng)常由于能量富集的短波輻射而出現(xiàn)混濁或變色。尤其該光學元件可以相對于輻射是穩(wěn)定的，在此為這種輻射的產生或接收設置了所述光電元件。
尤其該光學元件可以相對于具有較高強度的短波輻射的持續(xù)作用保持穩(wěn)定，比如在高功率發(fā)光二極管上就會出現(xiàn)這種高強度。該光學元件的射束成形性能或者透射性由于輻射而引起變化的危險可以由此在總體上-在該光電元件的使用壽命期間-得到降低。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件包括一種玻璃、一種環(huán)氧材料、一種熱塑性塑料、一種聚合物或聚氨酯。含聚合物的元件比如可以構造為多個布置在支座上的、優(yōu)選布置在玻璃支座上的聚合物層。同樣所述光學元件也可以包含一種反應樹脂、比如一種環(huán)氧樹脂或一種丙烯酸樹脂、硅樹脂或一種硅酮。此外，所述光學元件可以涂上一層調質層。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件是一種折射元件、一種衍射元件或一種色散元件。在折射元件上通過折射必要時通過一種依賴于位置的折射指數(shù)(GRIN梯度指數(shù))進行射束成形，在衍射元件上通過彎曲并且在色散元件上通過折射指數(shù)的波長依賴性進行射束成形。必要時，所述光學元件可以構造為全息的或幾何的鏡頭。幾何鏡頭尤其是指折射的或反射的光學元件，該光學元件利用元件的折射或者說反射表面的相應造型進行射束成形。尤其可以根據(jù)幾何鏡頭(輻射鏡頭)的原理對一種所述的鏡頭進行處理。全息鏡頭尤其是指一種波動光學元件，該波動光學元件利用輻射的波動性進行射束成形，并且與此相對應在所述幾何鏡頭的框架內基本上不能或者僅僅非常困難地得到處理。一種所述的鏡頭比如可以代替幾何光學元件，比如鏡子或透鏡。此外，與相應的幾何鏡頭相比，經(jīng)常可以以更為低廉的成本來制造全息光學元件。
比如所述光學元件可以構造為透鏡，比如衍射透鏡或折射透鏡或反射鏡，優(yōu)選分別具有配設給所述光電元件的半導體芯片的焦點或焦點區(qū)。
按照本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案，所述光學元件可逆地或不可逆地固定在所述裝置上?？赡娴墓潭p化了光學元件在所述裝置已經(jīng)固定在光電元件的殼體上時的更換工作，與此相反，不可逆的固定的突出之處則在于機械負荷能力得到提高。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述裝置包括一個確定用于容納所述光學元件的框架。比如該框架在俯視圖中具有圓形的或者多邊形的尤其四邊形的或六邊形的包圍的基本形狀，或者圓形的或者多邊形的尤其四邊形的或六邊形的輪廓。
該框架可以優(yōu)選在內側具有一個保持機構，該保持機構設置用于將所述光學元件固定在所述裝置上。
優(yōu)選在框架內構造凹槽，尤其在內側環(huán)繞的凹槽，所述光學元件的凸起嚙合在該凹槽中。通過這種方式就可以提高所述光學元件在所述裝置上的固定的穩(wěn)定性。但也可以在框架上設置不同于凹槽的保持機構，比如止動機構，該機構方便人們將所述光學元件可松開地固定在所述裝置上，這樣的設置是用于固定所述光學元件，而該光學元件則優(yōu)選具有一個根據(jù)相應的保持機構構成的保持元件。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，借助于注塑、壓鑄或者壓注用一種合適的、優(yōu)選包含一種塑料的澆注料來制造所述裝置。所述方法尤其適合于制造數(shù)量很大的裝置。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述緊固件布置和/或固定在框架上。該緊固件可以比如構造成銷釘狀。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的改進方案中，所述裝置構造為一體結構。尤其框架及緊固件可以設置在一個連續(xù)的結構中，由此有利地提高緊固件和框架的連接的穩(wěn)定性并且簡化所述裝置的制造。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的改進方案中，所述裝置包括多個優(yōu)選相同類型的緊固件。借助于多個緊固件可以有利地提高所述裝置在殼體上的固定的穩(wěn)定性。優(yōu)選所述緊固件在多邊形的基本形狀或輪廓中布置在所述框架的棱角區(qū)中。尤其優(yōu)選所述緊固件的數(shù)目相當于棱角的數(shù)目。在所述框架為圓形基本形狀時，一定數(shù)目的比如三個或四個緊固件已證實夠用。
按本發(fā)明的模塊包括光電元件和按本發(fā)明的裝置，其中所述光電元件包括至少一個半導體芯片和殼體。
所述半導體芯片可以是發(fā)光二極管芯片或者光電二極管芯片，尤其用于產生或接收在可見的、紅外的或紫外的光譜范圍內的輻射。所述光學元件優(yōu)選用于對入射到半導體芯片上的或者由半導體芯片產生的輻射進行射束成形。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述模塊和/或光電元件可進行表面安裝(SMD表面可安裝設備)，用于比如優(yōu)選借助于焊接安裝在印制電路板上。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的改進方案中，所述裝置在將所述光電元件安裝在印制電路板上之后固定在所述元件的殼體上。這方便人們將材料用于所述裝置和/或所述光學元件，所述材料比如熱塑性材料在典型的焊接溫度下有變形的傾向。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的改進方案中，所述裝置在安裝所述模塊之前固定在所述光電元件的殼體上，該裝置優(yōu)選具有由其固定的光學元件。必要時，該光學元件也可以在將所述裝置固定在殼體上之后布置在所述支架中。
優(yōu)選所述裝置與殼體的形狀相匹配。尤其優(yōu)選所述殼體和裝置或者說框架尤其在俯視圖中具有類似的、優(yōu)選一致的、包圍的基本形狀或輪廓。與所述裝置的其它類型的造形相比，用于將所述模塊定位在印制電路板上的自動裝配裝置可以優(yōu)選相對于給印制電路板裝備光電元件在工藝參數(shù)-比如用于識別模塊的參數(shù)-沒有顯著變化的情況下進行運行。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，設置了所述用于產生短波的、尤其在藍色或紫外光譜范圍內的輻射的半導體芯片。優(yōu)選所述由半導體芯片產生的輻射的峰值波長處于小于527納米、尤其優(yōu)選小于500納米或小于480納米的波長范圍內。所述短波輻射在傳統(tǒng)使用的透鏡上會導致性能降低現(xiàn)象，這樣的性能降低現(xiàn)象則會由于所述裝置有利地得到減少，該裝置的突出之處在于可使用的光學元件具有很高的靈活性。
借助于所述具有相對于短波輻射穩(wěn)定的光學元件的裝置，可以在模塊上十分簡單地實現(xiàn)由半導體芯片產生的輻射的有效而持續(xù)穩(wěn)定的射束成形，即使在產生具有很高強度的短波的尤其藍色的或紫外輻射時也是如此。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述半導體芯片被埋入一種包封材料中。該包封材料有利地保護所述半導體芯片免遭有害的外部影響如濕氣。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光電元件用于產生混合顏色的光尤其白色光。為產生混合顏色的光，在所述半導體芯片的后面比如布置一種發(fā)光轉換材料，比如一種合適的發(fā)光材料。該發(fā)光材料可以比如作為粉末放入所述包封材料中。所述發(fā)光轉換材料將由半導體芯片產生的具有第一波長的輻射的一部分轉換為具有第二波長的輻射，該第二波長大于所述第一波長。所述由半導體芯片放射的輻射和經(jīng)過發(fā)光轉換的輻射進行混合，由此可以產生混合顏色的尤其白色的光。尤其在藍色的或紫外的光譜范圍內產生輻射的半導體芯片適合于產生白色光。這種輻射由一種發(fā)光轉換材料比如轉換為黃色輻射。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件與所述包封材料保持間距。該間距優(yōu)選由所述裝置或者說緊固件的構造所確定。尤其優(yōu)選所述裝置和光電元件彼此協(xié)調，從而在將所述裝置固定在光電元件上之后在所述光學元件和包封材料之間調節(jié)出指定的間距。
在本發(fā)明另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光學元件與所述包封材料相鄰。由此可以有利地減少該模塊的大小，并且提高防止異物進入該模塊中的保護效果。
在本發(fā)明一種優(yōu)選的改進方案中，所述光學元件由所述裝置尤其針對所述包封材料的變形在該模塊運行時相對于半導體芯片加以位置穩(wěn)定地固定。由此可以降低該模塊的反射或接收特性由于該光學元件的位置變化或者包封材料的變形而發(fā)生變化的危險。
所述光電元件的殼體可以比如包含一種塑料并且/或者借助于注塑、壓注或壓鑄用一種合適的澆注料制成。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的改進方案中，所述裝置和殼體的成分基本相同或者包含至少具有類似的熱膨脹系數(shù)的材料。由此在所述裝置和殼體之間由熱引起的張力可以在很大程度上得到避免，由此提高所述模塊的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的設計方案中，在所述殼體上構造至少一個用于將所述裝置借助于緊固件固定在該殼體上的緊固機構。優(yōu)選所述緊固機構的數(shù)目相當于所述緊固件的數(shù)目，從而尤其可以在所述殼體上構造多個緊固機構。優(yōu)選所述緊固機構預成型在所述殼體上或里面。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的設計方案中，所述裝置尤其通過所述緊固件借助于擠壓連接、熱擠壓連接、粘結連接或鉚接尤其借助于熱鉚接固定在所述殼體上。
在使用擠壓連接時，基本上通過機械的力的作用尤其彈力在緊固件和所述殼體或者說緊固機構之間進行固定。比如將緊固件和緊固機構構造成擠壓配合結構。
在使用熱擠壓連接時，通過熱處理結合機械的力的作用將所述緊固件模制在所述殼體上或者說緊固機構上。這可以比如通過對緊固件的加熱來進行，使得該緊固件可進行塑性成形。在這種情況下，優(yōu)選如此對相應的緊固件進行加熱，使得該緊固件可進行塑性成形但沒有流動能力。在該緊固件冷卻和硬化之后，就形成一種在機械上穩(wěn)定的固定。
在使用熱鉚接時，基本上純粹以熱力方式將所述緊固件模制在所述殼體上或者說緊固機構上。在這種情況下，該緊固件優(yōu)選至少部分地通過超過熔化溫度的加熱熔化，模制在所述殼體上并且在冷卻后完全硬化。借助于變形及隨后的凝固，將該緊固件機械穩(wěn)定地固定在所述殼體上。所述緊固件的體積在固定之后優(yōu)選基本上與其在固定之前的體積相同。
所述裝置可以在帶有光學元件或不帶光學元件的情況下固定在所述殼體上，其中優(yōu)選避免所述光學元件的過度的熱負荷，或者說使用具有相應的溫度穩(wěn)定性的光學元件。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的改進方案中，所述緊固機構在殼體中包括至少一個容納著所述裝置的緊固件的凹座。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的改進方案中，所述緊固機構在殼體中包括至少一個容納著所述裝置的緊固件的凹穴。
應該說明，在本發(fā)明的范圍內，所述殼體的凹座看作從入口表面朝所述殼體里面延伸的凹座，該凹座不具有任何從所述殼體中出來的出口表面。這一點與凹穴相反，該凹穴延伸穿過所述殼體，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與入口表面對置的表面，或者是所述殼體的與所述入口表面相鄰的表面。
凹座尤其適合于擠壓連接、熱擠壓連接或粘結連接，而凹穴則尤其適合熱鉚接。
在使用熱鉚接時，比如將在所述凹穴的出口表面一側從所述殼體中伸出來的緊固件在伸出的部分區(qū)域中進行加熱，使得該緊固件變形或者可變形，并且在該緊固件變形之后并且在隨后的冷卻之后就在所述裝置和殼體之間構造出機械穩(wěn)定的鉚接連接。這優(yōu)選在將所述模塊表面安裝在印制電路板上之前進行。同樣可以在將所述光電元件進行表面安裝之后，以較為簡單的方式借助于擠壓連接、熱擠壓連接或粘結連接進行固定。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的設計方案中，所述光電元件具有用于與半導體芯片進行電接觸的第一連接導體和第二連接導體以及優(yōu)選不同于所述連接導體的熱連接部分。所述連接導體比如設置用于與印制電路板的導體電路進行焊接。通過所述熱連接部分，在運行中在半導體芯片上出現(xiàn)的熱量可以有效地從半導體芯片上排出。所述元件尤其適合于在運行中會產生較高熱量以及高強度的輻射的高功率半導體芯片。借助于所述裝置，也可以在高功率模塊上以簡單的方式使用針對輻射穩(wěn)定的光學元件。


本發(fā)明的其它設計方案、改進方案、優(yōu)點和適用性由結合附圖對實施例所作的說明獲得。其中圖1是按本發(fā)明的裝置的一種第一實施例的示意圖，其中圖1A是從上面看的透視斜視圖，并且圖1B是從下面看的透視斜視圖，
圖2是按本發(fā)明的裝置的一種第二實施例的從下面看的示意透視斜視圖，圖3是按本發(fā)明的模塊的一種第一實施例的示意剖面圖，圖4是按本發(fā)明的模塊的一種第二實施例的示意剖面圖，圖5是按本發(fā)明的模塊的一種第三實施例的示意剖面圖，圖6是按本發(fā)明的模塊的一種第四實施例的示意圖，其中圖6A是光電元件的透視俯視圖，并且圖6B是透視剖面圖。
具體實施例方式
圖1示意示出了按本發(fā)明的裝置1的一種第一實施例，其中圖1A是從上面看的透視斜視圖，并且圖1B是從下面看的透視斜視圖。
所述裝置1包括多個緊固件2，在該實施例中包括四個緊固件2，它們設置用于將所述裝置固定在光電元件的殼體上。此外，所述裝置構造為用于單獨的光學元件的支架。為此在該裝置1的比如由框架3的凹穴構成的窗口4中設置了保持機構5，該保持機構5用于單獨的、優(yōu)選與所述裝置分開制造的光學元件。所述窗口4可以比如具有相應于所述框架的形狀，尤其是矩形或正方形。優(yōu)選所述緊固件從所述框架3的棱角區(qū)引出。
所述裝置1優(yōu)選具有在俯視圖中基本上為四邊的正方形或矩形地包圍的基本形狀，該基本形狀由一個優(yōu)選一體的尤其封閉的框架3所確定，所述緊固件2就從該框架3引出。所述緊固件2優(yōu)選構造為銷釘狀，比如構造為定位銷。
所述保持機構5比如構造為在框架內側環(huán)繞的凹槽。所述緊固件2優(yōu)選構造為相同類型并且/或者具有反映一種相應的固定方法比如粘結、擠壓、熱擠壓或鉚接的特征的結構，所述固定方法用于將所述裝置固定在殼體上。
就象從圖1B中看出的一樣，所述緊固件2在該實施例中基本上構造為圓柱形的。所述緊固件的一種所述的結構尤其適合于與所述殼體的擠壓連接、熱擠壓連接或熱鉚接。所述緊固件為此優(yōu)選嚙合在所述在光電元件的殼體中相應地預成形的緊固機構中。
所述裝置可以比如通過注塑、壓注或壓鑄用一種合適的澆注料、優(yōu)選用一種塑料材料比如丙烯酸基或環(huán)氧基塑料材料制成。所述裝置的形狀由在相應的鑄造方法中所使用的鑄造模具所確定。所述裝置可以構造為一體結構，由此在所述緊固件和框架之間構造出一種尤其相對于熱張力優(yōu)選保持穩(wěn)定的連接。必要時可以將光學元件早在制造所述裝置時就比如通過局部包封固定在所述裝置中。
在圖2中借助于從下面看的透視斜視圖示意示出的按本發(fā)明的裝置的第二實施例基本上相當于在圖1中示出的實施例。區(qū)別在于緊固件的結構。
在圖2中的緊固件的不同結構尤其用于說明可行的實施方案。但優(yōu)選所述裝置的緊固件都構造成相同類型。
所述緊固件2就象在圖1中一樣基本上構造成圓柱形的，并且尤其適合于擠壓連接、熱擠壓連接或熱鉚接。其它在圖2中所示出的緊固件2a、2b和2c具有結構化的表面，并且尤其適合于在所述裝置和光電元件的殼體之間的粘結連接。所述緊固件2a、2b和2c的表面相對于所述緊固件2的表面因相應的結構化而擴大。所述結構化的表面可以通過相應的鑄造模具、對預成形的緊固件進行的合適的成型或機械削薄來產生。該表面可以比如包括作為獨特結構的凹陷和/或凸起或者說隆起或溝槽。
優(yōu)選所述不同類型的緊固件2、2a、2b和2c適合于固定在殼體的具有相同結構的緊固機構上。由此可以有利地不依賴于所述緊固件的結構來制造具有所述緊固機構的殼體。
所述緊固件的大的表面在緊固件和粘結劑之間提供了有利的大的有助于附著的表面，由此有利地提高了所述裝置在殼體上的固定的機械穩(wěn)定性。
在圖3中借助于剖面圖示意示出了按本發(fā)明的模塊6的第一實施例。
所述模塊6包括具有殼體8、半導體芯片9的光電元件7以及固定在所述殼體上的裝置1。
所述裝置可以構造成基本上與圖1或2中的結構相同，其中在圖3中光學元件10由所述保持機構5保持固定。為此，所述光學元件10的保持元件11比如一個凸起嚙合在所述保持機構5比如一個凹槽中。
所述裝置的緊固件2在將該裝置安裝到殼體上時穿入所述殼體8的相應的緊固機構12中，優(yōu)選早在制造所述殼體時就已構造了所述緊固機構12。
所述緊固機構12在該實施例中是凹穴，這些凹穴從所述殼體的第一主表面13穿過該殼體一直延伸到該殼體的與所述第一主表面對置的第二主表面14。
此外，所述緊固機構就象該實施例中的緊固件一樣用于熱鉚接。在這種情況下，所述緊固件在穿進所述緊固機構中之后在所述殼體的第二主表面14的一側超出所述第二主表面，這在圖3中以虛線示出。接下去在該緊固件2的突出部分中對該緊固件進行加熱，使其至少在該部分區(qū)域中能夠流動。該能夠流動的部分模制(“流動”)到所述緊固機構上，從而在該緊固件冷卻并凝固之后形成一種機械穩(wěn)定的固定。
必要時，所述殼體也可以在所述第二主表面一側上與緊固機構相鄰的區(qū)域中進行加熱，使得該殼體和能夠流動的緊固件熔合。
所述緊固機構12的橫向膨脹在所述第二主表面一側上優(yōu)選大于所述緊固件2的橫向膨脹，并且朝著所述第一主表面的方向減小。在將所述緊固件插入所述緊固機構中之后空出的容積用于容納在給緊固件加熱之前超出所述第二主表面的材料。
為此目的，所述緊固機構比如在與所述殼體的第二主表面相鄰的區(qū)域中優(yōu)選設有一個梯形的朝著所述第一主表面的方向逐漸變細的橫截面，并且在該變細部分之后朝所述第一主表面的方向基本上圓柱形延伸。
為提高所述裝置在殼體上的固定的機械穩(wěn)定性，優(yōu)選如此構造所述裝置或者如此進行固定，使得所述框架在所述殼體的第一主表面的一側上平放在該殼體上。尤其優(yōu)選所述裝置和殼體彼此匹配，從而在所述第二主表面的一側進行熱鉚接之后基本上形成所述殼體的平坦的表面。
所述光電元件7具有第一連接導體15和第二連接導體16，它們在所述殼體的優(yōu)選不同的側面上從該殼體中伸出來。所述連接導體優(yōu)選構造為導體框架的組成部分，并且用于與半導體芯片比如發(fā)光二極管芯片進行電接觸。所述半導體芯片9可以通過一種具有導電能力的粘結連接或一種焊接連接與所述第一連接導體15進行導電連接，并且固定在該連接導體15上面。鍵合導線(Bonddraht)17用于與所述第二連接導體16進行導電連接。這種導電連接以及所述半導體芯片在連接導體15上的布置未在圖3中明確示出。
所述光電元件可以借助于比如在注塑法中對包括所述兩根連接導體15和16的導體框架用一種合適的澆注料比如一種環(huán)氧基或丙烯酸基塑料材料進行的包封來制成。所述殼體優(yōu)選具有一個空腔18，所述半導體芯片9就布置在該空腔18中。此外在該空腔18中還布置了一種比如包括硅酮的包封材料19，該包封材料19至少部分地包圍所述半導體芯片并且保護其免遭有害的外部影響。
優(yōu)選所述光電元件用于產生輻射。尤其優(yōu)選該光電元件7產生混合顏色的尤其白色的光并且/或者所述半導體芯片9適合于產生在紫外或藍色的光譜范圍內的輻射。為此，所述半導體芯片優(yōu)選以GaN為基。
為產生混合顏色的光，所述由半導體芯片產生的短波的、藍色的或者紫外的輻射的一部分激發(fā)一種布置在所述包封材料19中的發(fā)光轉換材料比如一種發(fā)光材料，以放射長波的比如黃色的輻射。將所述由半導體芯片產生的輻射與所述由發(fā)光轉換材料再放射出來的輻射進行混合，作為結果可以產生混合顏色的尤其白色的光。
為提高所述光電元件的效率，所述凹座的壁體可以涂有一種增加反射的材料，比如一種金屬。
由所述光電元件產生的輻射照射到所述光學元件10，該光學元件10由于所述裝置可以具有一種有利的高的紫外穩(wěn)定性，并且由玻璃制成。所述光學元件10用于對來自光電元件的輻射進行射束成形，并且比如構造為折射透鏡，比如構造為菲涅耳透鏡。在圖3中，通過在所述光學元件10的朝向所述半導體芯片的一側上的菲涅耳結構來進行射束成形。
優(yōu)選所述光學元件10或窗口4完全蓋住所述空腔的區(qū)域，從而通過該光學元件可以接觸到盡可能高份額的由光電元件產生的射束成形的輻射。
通過一種如在圖3中所示的在朝向所述半導體芯片的一側上的菲涅耳透鏡類型的結構，比如可以實現(xiàn)將由所述模塊發(fā)出的輻射平行化為平行射束。
由于所述裝置和殼體之間的在機械上穩(wěn)定的連接，減小了所述模塊輻射發(fā)射特性變化、尤其反射特性變化的危險。
此外，可以使用用于所述光學元件的材料，所述材料具有高的紫外穩(wěn)定性并且僅僅難以用于傳統(tǒng)的光電元件，因為這樣的材料比如在包封材料上的附著性能較差或者具有大大有別于包封材料的熱膨脹系數(shù)，從而增加由所述包封材料粘結的光學元件分層的危險。
光學元件和所述裝置之間熱膨脹系數(shù)方面的差別可以在所述裝置尤其所述保持機構的結構中加以考慮。
在所述裝置和殼體之間的熱張力的危險可以得到減少，方法是為所述殼體及裝置使用基本上相同的材料或至少是具有類似熱膨脹系數(shù)的材料。
所述模塊或者說光電元件在該實施例中構造為可以進行表面安裝。為此，比如將所述連接導體15和16在其焊接表面150或160一側焊接在印制電路板(未示出)的導體電路上。
在如圖3所示對所述殼體8的第二主表面14那一側進行熱鉚接時，所述裝置優(yōu)選在將所述模塊安裝在印制電路板上之前已經(jīng)固定在所述殼體上，使得所述模塊連同所述光電元件以及熱鉚接的裝置可進行表面安裝。
在圖4中，借助于剖面圖示出了按本發(fā)明的模塊的第二實施例。該實施例基本上相當于在圖3中所示出的實施例。其中的區(qū)別是，在圖4中設置了一個折射光學元件10，該光學元件10在背向所述半導體芯片9的一側上按透鏡的方式進行了彎曲。在半導體芯片9那一側，該光學元件則優(yōu)選基本上為平坦結構。通過這樣一種透鏡，所述由優(yōu)選布置在焦點中的半導體芯片產生的輻射可以聚焦或者入射到該半導體芯片上的輻射可以聚焦。
在圖4中所示出的光學元件與所述殼體或者說包封材料19保持間距。
但必要時，該光學元件也可以與所述殼體8或者說包封材料19直接接觸。在這種情況下，該光學元件優(yōu)選由所述裝置如此穩(wěn)定地加以固定，使得所述光學元件及半導體芯片的相對位置在所述模塊運行時尤其相對于所述包封材料的變形基本上保持不變。
此外，可以如此構造所述裝置，使得其在俯視圖中的形狀基本上相當于所述光電元件的形狀。所述模塊在用于將模塊布置在印制電路板上的自動裝配裝置中的圖像識別可以由此有利地用與在使用不帶所述裝置的光電元件時的工藝參數(shù)相同的工藝參數(shù)進行。
在圖5中，借助于剖面圖示意示出按本發(fā)明的模塊的第三實施例。與按圖3的實施例的區(qū)別在于設置在與所述半導體芯片對置的一側上的菲涅耳結構以及所述裝置在殼體8上的固定方式。
所述裝置借助于擠壓連接固定在殼體8上。在此，通過在殼體和所述精確擠壓匹配地穿入所述緊固機構中的緊固件之間的彈力進行固定。所述緊固機構12對一種擠壓連接來說可以有別于所示出的結構，不僅可構造為一直延伸到所述殼體的第二主表面14的凹穴，而且也可以構造為在所述殼體的第二主表面的一側受到限制的凹座。
與熱鉚接相比，所述裝置可以通過擠壓連接在將所述光電元件安裝在印制電路板上之后簡單地固定在所述殼體上。同樣的情況也適用于粘結連接或熱擠壓連接。在安裝后進行固定，這減化了將對溫度敏感的材料比如熱塑性塑料用于所述裝置或所述光學元件的使用過程，這樣的材料在通常的焊接溫度下可能會出現(xiàn)形狀不穩(wěn)定的情況。此外，用于熱鉚接的緊固件與用于擠壓連接的緊固件相比得到縮短。
如果通過粘結連接進行固定(在圖5中未示出)，那么所述緊固機構優(yōu)選構造為凹座。結構化的、比如按圖2的緊固件2a、2b和2c的表面有利地擴大了與粘結劑之間增加附著力的表面。
此外，所述光學元件也可以是衍射元件。為此比如設置一個比如由玻璃制成的支座，在該支座上涂上多層聚合物層，將一種用于所述衍射鏡頭的結構沖壓在所述聚合物層中。
在圖6中示意示出按本發(fā)明的模塊的第四實施例，其中圖6A示出光電元件的透視俯視圖，并且圖6B示出該元件的透視剖面圖。所述光電元件比如在WO 02/084749中得到詳細說明，該文件的公開內容在此明確地通過引用納入本說明書中。
所述光電元件7包括第一連接導體15和第二連接導體16，它們從所述光電元件7的殼體8的側面伸出并且比如構造為翼形。
所述殼體8具有一個空腔18，在該空腔18中布置了所述半導體芯片9。所述半導體芯片9比如借助于焊接連接與所述連接導體15進行導電連接。通過所述鍵合導線18建立與所述第二連接導體16之間的導電連接。優(yōu)選在所述空腔18的壁體21的凸起20的區(qū)域中將所述鍵合導線連接到所述第二連接導體16上。
所述半導體芯片9布置在用作芯片支座的熱連接部分22上。所述熱連接部分在垂直方向上從所述空腔一直延伸到所述殼體8的第二主表面14，并且有利地減化了將所述半導體芯片在所述第二主表面?zhèn)葍?yōu)選大面積地熱連接到外部冷卻體上的連接過程。由此尤其可以在所述具有高功率半導體芯片的元件運行時減小了所述殼體的熱負荷。
所述熱連接部分比如聯(lián)接入所述第一連接導體15的連接片中，或者另外與所述第一連接導體尤其進行導電的和/或機械的連接。所述設置用于與所述鍵合導線進行接觸的第二連接導體16優(yōu)選關于所述半導體芯片9在所述熱連接部分22上的芯片安裝平面得到加高。由此有利地將所述空腔的壁體的供輻射反射之用的表面保持較大。此外，所述熱連接部分本身可以具有反射結構，并且而后優(yōu)選構成所述空腔的底板或壁體的一部分。此外，所述熱連接部分在所述第二主表面一側上從所述殼體伸出來或者基本上平坦地以殼體為終點。比如所述熱連接部分包含一種具有高導熱能力的金屬，比如銅或鋁或者一種合金比如一種CuWo-合金。
在制造一種所述的光電元件時，可以對具有兩個連接導體15和16以及所述熱連接部分22的導體框架利用一種合適的鑄造方法進行包封。所述熱連接部分22優(yōu)選設有一個或多個凸起或隆起23，由此改進該熱連接部分22在殼體上的機械連接，并且由此提高所述光電元件的總體穩(wěn)定性。
在所述殼體的第一主表面13的一側上構造了緊固機構12，所述緊固機構12設置用于固定所述裝置(未示出)，該裝置可以比如根據(jù)前面的附圖進行構造。為將所述裝置固定在殼體8上，可以比如設置四個緊固機構12。
總之，按本發(fā)明的裝置實現(xiàn)了具有很大的輻射穩(wěn)定性的光學元件的使用，并且在光學元件的構造方面實現(xiàn)了很高的靈活性，這種靈活性通過將光學元件可逆地固定或者說保持在所述裝置上這種做法還可提高，其中所述裝置允許在不損壞支架的情況下更換所述光學元件。此外，可以將光學元件的校準費用保持在很低的程度上，因為所述半導體芯片和光學元件彼此間的相對位置基本上在制造所述殼體或者說裝置時就已確定。按本發(fā)明的裝置尤其適合于一種特定的模塊，該模塊構造為比如用于應用在移動電話中的閃光燈。作為光電元件，尤其類似于型號為LW W5SG(制造商Osram Opto SemiconductorsGmbH)的元件或者同一生產商的與此相近的元件是十分合適的。
該專利申請要求2004年8月23日的德國專利申請DE 10 2004040763.0以及2004年10月21日的德國專利申請DE 10 2004 051379.1的優(yōu)先權，這兩份專利申請的全部公開內容在此明確地通過引用納入本專利申請中。
本發(fā)明并不局限于借助于所述實施例進行的說明。更確切地說，本發(fā)明包括每種新特征以及這些特征的每種組合，這尤其包括在權利要求中所述特征的每種組合，即使該特征或該組合本身并未明確地在所述權利要求或實施例中得到說明。
權利要求
1.具有至少一個緊固件(2)的裝置(1)，其中該緊固件設置用于將所述裝置固定在光電元件(7)的殼體(8)上，并且所述裝置(1)是用于單獨的光學元件(10)的支架。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學元件(10)和/或裝置(1)在短波的尤其藍色的或紫外的輻射的作用下是形狀穩(wěn)定的，所述光電元件設置用于產生或接收所述輻射。
3.按權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述光學元件(10)在短波的尤其藍色的或紫外的輻射的作用下具有針對混濁或變色的穩(wěn)定性，所述光電元件設置用于產生或接收所述輻射。
4.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述光學元件(10)是折射元件，衍射元件或色散元件。
5.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述光學元件(10)包括玻璃、環(huán)氧材料、熱塑性塑料、聚合物或聚氨酯。
6.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述光學元件可逆地固定在所述裝置(1)上。
7.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述光學元件(10)不可逆地固定在所述裝置(1)上。
8.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(1)包括框架(3)，該框架(3)確定用于容納所述光學元件(10)。
9.按權利要求8所述的裝置，其特征在于，在所述框架(3)中設置凹槽(5)，所述光學元件(10)的凸起(11)嚙合在該凹槽(5)中。
10.按權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述框架(3)在俯視圖中具有圓形的或者多邊形的尤其四邊形的或六邊形的包圍的基本形狀，或者圓形的或多邊形的尤其四邊形的或六邊形的輪廓。
11.按權利要求8到10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述緊固件(2)布置在所述框架(3)上。
12.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(1)構造為一體結構。
13.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(1)借助于注塑、壓鑄或壓注制造而成。
14.按前述權利要求中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(1)包括多個優(yōu)選相同類型的緊固件(2)。
15.具有光電元件(7)以及按前述權利中任一項所述的裝置(1)的模塊(6)，其中所述光電元件包括至少一個半導體芯片(9)和殼體(8)。
16.按權利要求15所述的模塊，其特征在于，所述半導體芯片(9)埋入一種包封材料(19)中。
17.按權利要求16所述的模塊，其特征在于，所述光學元件(10)與所述包封材料(19)保持間距。
18.按權利要求16所述的模塊，其特征在于，所述光學元件(10)與所述包封材料(19)鄰接。
19.按權利要求15到18中任一項所述的模塊，其特征在于，所述半導體芯片(9)設置用于產生短波輻射，尤其產生在藍色的或紫外的光譜范圍內的輻射。
20.按權利要求16到19中任一項所述的模塊，其特征在于，所述光學元件(10)由所述裝置(1)尤其針對包封材料的變形在所述模塊(6)運行時相對于所述半導體芯片(9)位置穩(wěn)定地固定。
21.按權利要求15到20中任一項所述的模塊，其特征在于，所述裝置(1)和殼體(8)在其成分上基本相同或者包含具有類似熱膨脹系數(shù)的材料。
22.按權利要求15到21中任一項所述的模塊，其特征在于，在所述殼體(8)上構造至少一個用于借助于緊固件(2)將所述裝置(1)固定在殼體上的緊固機構(12)。
23.按權利要求22所述的模塊，其特征在于，所述緊固機構(12)在所述殼體中包括至少一個容納著所述裝置(1)的緊固件的凹座。
24.按權利要求22所述的模塊，其特征在于，所述緊固機構(12)在所述殼體中包括至少一個容納著所述裝置(1)的緊固件的凹穴。
25.按權利要求15到24中任一項所述的模塊，其特征在于，所述裝置(1)尤其通過所述緊固件借助于擠壓連接、熱擠壓連接、粘結連接或鉚接尤其借助于熱鉚接固定在所述殼體(8)上。
26.按權利要求15到25中任一項所述的模塊，其特征在于，所述模塊(6)和/或光電元件(7)構造為可以進行表面安裝的。
27.按權利要求15到26中任一項所述的模塊，其特征在于，所述殼體(8)借助于注塑、壓鑄或壓注制造而成。
28.按權利要求15到27中任一項所述的模塊，其特征在于，所述光電元件(7)具有第一連接導體(15)和第二連接導體(16)以及熱連接部分(22)，其中所述第一連接導體(15)和第二連接導體(16)用于與半導體芯片進行電接觸。
全文摘要
說明一種具有至少一個緊固件(2)的裝置(1)，其中將該緊固件設置用于將所述裝置固定在光電元件(7)的殼體(8)上，并且該裝置(1)是用于單獨的光學元件(10)的支架。
文檔編號H01L33/48GK101044637SQ200580036249
公開日2007年9月26日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權日2004年8月23日
發(fā)明者G·博格納, M·希格勒, M·羅斯, G·韋特爾, M·沃爾夫 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司