專利名稱：形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及在支撐結(jié)構(gòu)上形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其通過應(yīng)用低表面能阻隔帶或表面到所述支撐結(jié)構(gòu)上。
2.
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件例如發(fā)光二極管(LED)是過去幾十年中用于多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體光源。對(duì)LED的改進(jìn)持續(xù)在效率，亮度和制造工藝領(lǐng)域。在表面貼裝LED中，LED晶粒被安裝在支撐結(jié)構(gòu)上并封裝進(jìn)光學(xué)圓頂透鏡以保護(hù)其免受機(jī)械損傷，環(huán)境影響，和將光線形成及提取到所述LED晶粒之外。工業(yè)中主要使用幾個(gè)方法來形成光學(xué)透鏡。用于表面貼裝LED的普通類型透鏡可通過使用注塑成型或擠壓成型工藝來形成。有一種簡(jiǎn)單工藝用來與安裝有LED晶粒的封裝粘合。但是，這種工藝要求使用仍然相對(duì)昂貴的模子并且只對(duì)大制造量具有成本效益。除此之外，使用注塑成型來制造用于封裝的光學(xué)透鏡還有很多缺點(diǎn)。其中之一是產(chǎn)生平面區(qū)域，該區(qū)域會(huì)在切割工藝中傾斜制造因此減小了切割速度，而不管使用切割還是激光切割，因?yàn)樾枰胶庠陧敳康南鄬?duì)軟的材料和在底部的較硬材料。用于切割工藝的刀片在一定周期結(jié)束后需要被重新削尖因?yàn)榉庋b材料容易粘在切割刀片上。進(jìn)一步地，由于封裝材料在平面區(qū)域或芯片分層并從支撐結(jié)構(gòu)上脫落，會(huì)導(dǎo)致成品率損失問題。其他缺點(diǎn)是由于將光線通過平面區(qū)域從不想要的區(qū)域中耦合出來而導(dǎo)致的光線輸出損失，和在平面區(qū)域的昂貴封裝材料的不必要浪費(fèi)。如果通過使用非成型技術(shù)來在支撐結(jié)構(gòu)上形成光學(xué)透鏡，其中非成型技術(shù)為在添加密封劑之前通過在支撐結(jié)構(gòu)上應(yīng)用低表面能阻帶或表面，上述缺點(diǎn)將會(huì)得到改善因此具有極大的優(yōu)點(diǎn)。因此，在單元之間看不到任何平面區(qū)域同時(shí)這是一項(xiàng)成本效益很好的方法。
3.

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的主要目的是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其中不需要成型機(jī)器因?yàn)樗鼉H包括普通散布以形成光學(xué)圓頂這樣制造成本可以減少，也可以在制造中創(chuàng)造好的多的彈性。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其中創(chuàng)造出高表面能或高觸變密封劑和低表面能阻帶。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其中由于在所述器件間不存在平面區(qū)域，制造所述半導(dǎo)體發(fā)光器件的產(chǎn)量可被提升。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，該器件更有彈性因此在設(shè)計(jì)和開發(fā)樣品或?qū)嶋H產(chǎn)品中可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)變。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其中所述方法可擴(kuò)展用于開發(fā)例如半導(dǎo)體發(fā)光模塊。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的方法，其中所述方法可直接應(yīng)用于板上芯片。通過理解對(duì)本發(fā)明的隨后詳細(xì)描述或?qū)⒈景l(fā)明用于實(shí)際，本發(fā)明的其他或更多目標(biāo)將會(huì)更為清楚。根據(jù)本發(fā)明提供的優(yōu)選實(shí)施例，一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，包括步驟:1.提供至少一個(gè)晶粒(102)附著在支撐結(jié)構(gòu)(101)上；其特征在于所述形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法進(jìn)一步在步驟i之后包括如下步驟:1.將低表面能材料(104)應(yīng)用于所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上；i1.將密封劑材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上以形成至少一個(gè)覆蓋所述晶粒(102)的光學(xué)透鏡(103)ii1.固化所述密封劑(103)以將所述液體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w密封劑(103)。其中所述應(yīng)用低表面能材料(104)的步驟可以實(shí)現(xiàn)在所述散布密封劑材料的步驟之前的任何階段。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)包括:至少一個(gè)晶粒(102)至少一個(gè)光學(xué)透鏡(103)支撐結(jié)構(gòu)(101)其特征在于所述光學(xué)透鏡(103)形成而不會(huì)出現(xiàn)平面區(qū)域。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，提供，—種半導(dǎo)體發(fā)光模塊包括:至少一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)包括:至少一個(gè)晶粒(102)，至少一個(gè)光學(xué)透鏡
(103)，和一個(gè)作為支撐結(jié)構(gòu)(101)的印刷電路板。其特征在于所述光學(xué)透鏡(103)形成而不會(huì)出現(xiàn)平面區(qū)域。
4.


結(jié)合附圖研究詳細(xì)說明書，本發(fā)明的其他方面和它們的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更為明顯，其中:圖1-A是示出通過使用注塑成型工藝形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的傳統(tǒng)方法的示意圖。圖1-B是示出通過使用非成型技術(shù)形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的新方法示意圖。圖1-C和圖1-D是示出應(yīng)用低表面能阻帶或表面到所述支撐結(jié)構(gòu)之上的例子的示意圖。圖2示出比較傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)中出現(xiàn)的平面區(qū)域。圖3示出傳統(tǒng)技術(shù)中制造半導(dǎo)體發(fā)光器件和發(fā)光模塊的流程圖。圖4示出新技術(shù)中制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的流程圖。圖5示出新技術(shù)中制造半導(dǎo)體發(fā)光模塊的流程圖。5.
具體實(shí)施例方式在隨后的詳細(xì)描述中，眾多特定細(xì)節(jié)被設(shè)定以提供對(duì)本發(fā)明的完整理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明不具備這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)施。在另一些情況下，公知方法，程序和/或組件并未被詳細(xì)描述以期不模糊本發(fā)明。通過如下實(shí)施例的描述本發(fā)明將會(huì)得到更為清晰的理解，例子中給出的方式僅僅是用于參照并不按照比例繪制的附圖。參照?qǐng)D1-A，示出通過使用注塑成型工藝形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的光學(xué)透鏡的傳統(tǒng)方法的示意圖。一定量的密封劑材料散布在模子上，所述模子具備對(duì)應(yīng)期望透鏡形狀的凹陷或腔。通過應(yīng)用壓力以強(qiáng)迫所述密封劑材料與所有模子區(qū)域接觸，在所述模子被關(guān)閉之前復(fù)數(shù)個(gè)晶粒安裝在被放置在模子上部的支撐結(jié)構(gòu)之上。通過具備在每個(gè)晶粒之上覆蓋成型透鏡的結(jié)果結(jié)構(gòu)，所述模子將根據(jù)注塑成型工藝的完成而打開。如上所述，現(xiàn)存注塑成型工藝不僅增加了準(zhǔn)備具有預(yù)定形狀的模子的制造成本，也制造出由于光折射效應(yīng)而最終會(huì)導(dǎo)致光輸出損失的平面區(qū)域。參照?qǐng)D1-B，示出通過使用非成型技術(shù)形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的新方法示意圖。對(duì)于新技術(shù)來說，無需使用傳統(tǒng)技術(shù)中需要使用的準(zhǔn)備用于注塑成型工藝的模子的步驟。所述傳統(tǒng)步驟被使用低表面能材料而創(chuàng)立低表面能阻帶或表面(104)到支撐結(jié)構(gòu)(101)之上所替代。該想法是在支撐結(jié)構(gòu)(101)和密封劑(103)之間創(chuàng)立高足夠表面能差，這樣使得密封劑(103)被維持在最低可能能量態(tài)，以自動(dòng)形成所要求的光學(xué)透鏡(103)。任何物質(zhì)的表面能是分子之間的分子間力的直接表現(xiàn)。為了達(dá)到這個(gè)目的，所述低表面能材料以這種方式規(guī)劃以防止在所述密封劑(103)被散布到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上時(shí)變濕，所述結(jié)構(gòu)(101)包含圍繞所述被散布的密封劑(103)的低表面能阻帶或表面(104)。市場(chǎng)中有特定的光學(xué)級(jí)硅的碳氟化合物組，其具備低應(yīng)力并可應(yīng)用于低能量阻帶或表面(104)。在本發(fā)明中，可使用表面能在范圍5mN/m-18mN/m之間的阻帶(104),并且優(yōu)選的，位于15mN/m。參照?qǐng)D1-C和圖1-D，示出應(yīng)用低表面能阻帶或表面(104)到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上的例子的示意圖。所述低表面能阻帶或表面(104)可以是圓形，方形，長(zhǎng)方形或任何能夠阻止所述密封劑(103)流出來的其他期望形狀這樣就形成了光學(xué)透鏡(103)的期望形狀。另外，可根據(jù)需要為了研發(fā)目的或制造工藝，靈活設(shè)計(jì)所述低表面能阻帶或表面(104)的不同尺寸和數(shù)量。其可使用任何方法來形成，例如散布，繪制，絲網(wǎng)印刷術(shù)，噴墨印刷，轉(zhuǎn)讓印花，浸潰整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(101)到溶液上，晶圓光刻工藝等等到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。可選擇的，所述低表面能阻帶(104)可以被沖壓或塑造為獨(dú)立材料片并隨后通過粘著劑粘著在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。在當(dāng)前發(fā)明中，所述密封劑(103)可包括硅，環(huán)氧基硅或混合硅和環(huán)氧基樹脂。所述密封劑(103)的表面能可以超過20mN/m。這里，通過加入高表面活性材料或高觸變材料到所述密封劑(103)中，所述密封劑(103)的表面能增加。所述密封劑(103)隨后被散布到具有低表面能阻帶或表面(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上以直接形成具有要求形狀的光學(xué)透鏡(103)并基于完成覆蓋晶粒(102)。通過外部或散布工藝內(nèi)使用熱量，濕度，UV光或上述方式任意組合方式，所述密封劑(103)能固化并轉(zhuǎn)換液體物質(zhì)為固定密封劑(103)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出比較傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)中出現(xiàn)的平面區(qū)域。通過使用傳統(tǒng)注塑成型法，會(huì)出現(xiàn)厚度大約為0.050毫米的平面區(qū)域。在注塑成型工藝期間，密封劑材料不僅充滿模子的空腔而且更進(jìn)一步擴(kuò)展到腔體之間和圍繞腔體的區(qū)域上，從而導(dǎo)致平面區(qū)域的出現(xiàn)。通過應(yīng)用當(dāng)前的非成型技術(shù)，在工藝完成后不會(huì)察覺到平面區(qū)域。由于沒有了平面區(qū)域，分離工藝期間出現(xiàn)的困難可被消除，并減少了由于光折射效應(yīng)而引起的光輸出損失。除此之外，還發(fā)現(xiàn)由于使用當(dāng)前發(fā)明而產(chǎn)生的所述半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的熱敏電阻是很低的，這里熱量能夠通過印刷電路板更有效率的分散到熱沉上。先參照?qǐng)D3，示出制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的傳統(tǒng)工藝流程圖。通常制造工藝包括級(jí)別I步驟和級(jí)別2步驟其中所述級(jí)別I步驟的輸出是半導(dǎo)體發(fā)光器件的單獨(dú)單元并且用于級(jí)別2步驟的輸出是半導(dǎo)體發(fā)光模塊。級(jí)別I制造工藝開始于使所述晶粒安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括包含陶瓷或含有金屬鉛的硅或任何其他結(jié)構(gòu)的基板。電連接可通過附加絲焊而形成，優(yōu)選金線焊接以連接所述晶粒到所述支撐結(jié)構(gòu)的接觸部。所述支撐結(jié)構(gòu)通過將兩片模子互相擠壓而壓縮成型，其中一定量的密封劑材料散布到模子的一個(gè)部分之上以形成覆蓋所述晶粒的光學(xué)透鏡。所述形成了透鏡的支撐結(jié)構(gòu)隨后被從模子中移除?；谕哥R的預(yù)期形狀的形成覆蓋了所述晶粒，所有的工件都繼續(xù)測(cè)試，隨后是分離工藝。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件隨后用帶子捆扎并卷盤封裝以用于運(yùn)輸。在級(jí)別2步驟中，它開始于使得焊料印刷以用于印刷電路板并隨后使用SMT安裝其中從級(jí)別I步驟中輸出的多個(gè)單元被安裝在PCB的表面之上。另外的電子組件可被同時(shí)SMT安裝。所述板隨后被運(yùn)送以回流焊來融化焊料并加熱板或模塊的鄰接表面?；亓骱钢螅霭寤蚰K隨后繼續(xù)測(cè)試并隨后分離。級(jí)別2步驟以封裝所述半導(dǎo)體發(fā)光模塊以運(yùn)輸而結(jié)束?，F(xiàn)參照?qǐng)D4，示出新技術(shù)中制造半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的流程圖。與傳統(tǒng)方法相同，該制造工藝開始于使得所述晶粒(102)安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。所述支撐結(jié)構(gòu)
(101)可以是陶瓷基板，硅基板或任何類型的支撐。電連接隨后通過附加絲焊而形成，優(yōu)選金線焊接以連接所述晶粒(102)到所述支撐結(jié)構(gòu)(101)的接觸部或金屬襯墊。在當(dāng)前發(fā)明中，在包含高表面能材料的密封劑(103)散布之前多個(gè)低表面能阻帶或表面(104)由低表面能材料形成在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上。由低表面能材料形成該低表面能帶或表面
(104)可執(zhí)行在任何工藝步驟中只要它在散布工藝步驟之前即可。散布和固化工藝之后，由于透鏡(103)的預(yù)期形狀的形成覆蓋了所述晶粒(102)，所有工件被調(diào)動(dòng)來測(cè)試，隨后分離。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)在那被封裝在運(yùn)輸盤或管子之中以運(yùn)輸。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述形成透鏡(103)的方法可用于半導(dǎo)體發(fā)光模塊，其包括LED板上芯片器件。所述板上芯片基板可以是金屬核PCB，具有或不具備熱通道的普通PCB (FR或CEM)，聚酰亞胺彈性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引線框架等等。在這個(gè)例子中，支撐結(jié)構(gòu)(101)是PCB本身。光學(xué)透鏡(103)的形成可直接用于所述半導(dǎo)體發(fā)光模塊上而不必在SMT安裝期間安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件的每個(gè)單獨(dú)單元。這樣制造工藝可簡(jiǎn)化為圖5中所示的較少步驟。雖然上面詳細(xì)描述公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和它的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明并不限于此而僅僅由下附權(quán)利要求的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，包括步驟:供至少一個(gè)晶粒(102)附著在支撐結(jié)構(gòu)(101)上； 其特征在于所述形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法進(jìn)一步在步驟i之后包括如下步驟:低表面能材料(104)應(yīng)用于所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上； .將密封劑材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撐結(jié)構(gòu)(101)之上以形成至少一個(gè)覆蓋所述晶粒(102)的光學(xué)透鏡(103)； ii1.固化所述密封劑(103)以將所述液體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w密封劑(103)； 其中所述應(yīng)用低表面能材料(104)的步驟可以實(shí)現(xiàn)在所述散布密封劑材料的步驟之前的任何階段。
2.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述表面能材料可被應(yīng)用在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上以形成低表面能阻帶或表面(104)。
3.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)根據(jù)應(yīng)用可以是任何形狀，尺寸和數(shù)量。
4.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法,其中所述低表面能阻帶或表面(104)位于范圍5mN/m-18mN/m。
5.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)由含有碳氟化合物組的硅材料組成。
6.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)可通過使用散布，繪制，絲網(wǎng)印刷術(shù)，噴墨印刷，轉(zhuǎn)讓印花，浸潰整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(101)到溶液上，晶圓光刻工藝等等來建立。
7.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述低表面能阻帶或表面(104)可以被沖壓或塑造為獨(dú)立材料片并隨后通過粘著劑粘著在所述支撐結(jié)構(gòu)(101)上。
8.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料可以是硅，環(huán)氧基硅或混合硅和環(huán)氧基樹脂。
9.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料的所述表面能超過20mN/m。
10.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料中加入高表面活性材料和高觸變材料。
11.如權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述密封劑材料可通過UV光，熱，濕度或任何前述的組合來固化。
12.權(quán)利要求1所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述方法可用于板上芯片器件。
13.權(quán)利要求8所述的一種形成用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的光學(xué)透鏡(103)的方法，其中所述板上芯片器件可以是金屬核PCB，具有或不具備熱通道的普通PCB (FR或CEM)，聚酰亞胺彈性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引線框架。
14.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)包括: 至少一個(gè)晶粒(102)； 至少一個(gè)光學(xué)透鏡(103) 支撐結(jié)構(gòu)(101) 其特征在于所述光學(xué)透鏡(103)形成而不會(huì)出現(xiàn)平面區(qū)域。
15.—種半導(dǎo)體發(fā)光模塊包括: 至少一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)包括:至少一個(gè)晶粒(102)，至少一個(gè)光學(xué)透鏡(103)，和一個(gè)作為支撐結(jié)構(gòu)(101)的印刷電路板。
其特征在于所述光學(xué)透鏡(103)形 成而不會(huì)出現(xiàn)平面區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及通過使用低表面能阻帶或表面(104)到支撐結(jié)構(gòu)(101)之上，在用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(100)的支撐結(jié)構(gòu)(101)上的形成光學(xué)透鏡的方法。所述光學(xué)透鏡(103)被用作在半導(dǎo)體發(fā)光晶粒(102)之上的封裝以成形并將光線從半導(dǎo)體發(fā)光晶粒(102)中提出，從而提供保護(hù)以免受機(jī)械損害和環(huán)境影響。
文檔編號(hào)H01L33/58GK103119738SQ201180041273
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
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