用于制造光電裝置的方法以及光電裝置的制造方法
【專利說明】用于制造光電裝置的方法以及光電裝置
[0001]詳述了一種用于制造光電裝置的方法。此外，詳述了一種光電裝置以及光電裝置的組合體。
[0002]文獻(xiàn)US 7，893，452 B2描述了一種光電裝置。
[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的在于詳述一種可以以特別節(jié)約成本的方式制造的光電裝置以及一種制造這樣的光電裝置的方法。
[0004]根據(jù)用于制造光電裝置的方法的一個(gè)方面，在一個(gè)方法步驟中，提供殼體。殼體由塑料材料形成。特別地，殼體由至少對(duì)將由光電裝置發(fā)射或檢測(cè)的一部分輻射透明或半透明的塑料材料形成。例如，光電裝置是在操作期間產(chǎn)生例如光的電磁輻射的發(fā)光二極管。此外，光電裝置可能是諸如光電二極管或光伏電池的光電檢測(cè)器。
[0005]根據(jù)方法的一個(gè)方面，在一個(gè)方法步驟中，在殼基體中形成凹部。例如，可以通過以基體具有凹部的方式模制殼基體的塑料材料來形成凹部。另外，凹部能夠形成為殼基體的材料中的切口(cut-out)。在這種情況下，殼基體是由塑料材料形成的實(shí)心體，從該實(shí)心體移除一部分塑料材料以形成凹部。例如，凹部可以通過激光雕刻形成。在已經(jīng)提供實(shí)心體作為殼基體之后形成凹部具有如下優(yōu)點(diǎn):凹部的尺寸可以根據(jù)在進(jìn)一步的方法步驟中放置在凹部中的元件(例如半導(dǎo)體芯片)來選擇。
[0006]例如，凹部由底表面和至少一個(gè)側(cè)壁(例如至少兩個(gè)側(cè)壁或特別是四個(gè)側(cè)壁)限定。底表面和至少一個(gè)側(cè)壁由殼基體的塑料材料形成。也就是說，凹部形成在殼基體中并且限定凹部的至少部分底表面和側(cè)壁由殼基體的材料形成。例如，底表面和側(cè)壁完全由塑料材料形成，另外，可能的是，例如像電接觸元件的另外的元件被布置在底表面處并且形成至少一部分底表面。
[0007]根據(jù)方法的一個(gè)方面，在另一方法步驟中，提供一種光電半導(dǎo)體芯片。例如，光電半導(dǎo)體芯片是在操作期間產(chǎn)生可見光、紅外(IR)或紫外(UV)輻射的例如發(fā)光二極管芯片的發(fā)光芯片。
[0008]此外，可能的是，光電半導(dǎo)體芯片是檢測(cè)器芯片，例如光電二極管芯片或太陽能電池芯片。
[0009]光電半導(dǎo)體芯片由半導(dǎo)體材料形成。例如在如藍(lán)寶石或硅的生長襯底上外延生長II1-V族化合物半導(dǎo)體材料的層，以形成光電半導(dǎo)體芯片。
[0010]根據(jù)方法的一個(gè)方面，光電半導(dǎo)體芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及至少一個(gè)(例如至少兩個(gè)，特別是四個(gè))側(cè)表面。上述至少一個(gè)側(cè)表面將第一主表面和第二主表面彼此連接。例如，光電半導(dǎo)體芯片具有長方體或立方體的形狀。
[0011]在光電半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的或在光電半導(dǎo)體芯片中要被檢測(cè)到的電磁輻射穿過兩個(gè)主表面的至少其中之一。此外，可能的是，一部分輻射穿過光電半導(dǎo)體芯片的至少一個(gè)側(cè)表面。
[0012]根據(jù)方法的一個(gè)方面，在另一方法步驟中，光電半導(dǎo)體芯片被放置在凹部中，其中使第一主表面與底表面接觸并且使至少一個(gè)側(cè)表面與至少一個(gè)側(cè)壁接觸。從而能夠使半導(dǎo)體芯片的表面與殼基體的底表面和至少一個(gè)側(cè)壁直接接觸。
[0013]此外，還能夠在凹部中使半導(dǎo)體芯片的每個(gè)側(cè)表面與基體的相應(yīng)側(cè)壁直接接觸。在這種情況下，凹部的尺寸被選擇成使得凹部的尺寸精確地適合半導(dǎo)體芯片的尺寸。
[0014]另外，在至少一個(gè)側(cè)壁和半導(dǎo)體芯片的專用側(cè)表面之間可以存在一些間隔。在這種情況下，至少第一主表面與底表面直接接觸。
[0015]“直接接觸”是指在光電半導(dǎo)體芯片和殼基體的材料之間不存在另外的材料，例如膠或一些其他種類的緊固件或接合劑。
[0016]根據(jù)方法的一個(gè)方面，殼基體的塑料材料包括自愈合聚合物材料(self-healingpolymer material)。自愈合聚合物是一種其中例如在光電裝置制造期間發(fā)生的裂縫或斷裂可以例如通過加熱塑料材料被愈合的聚合物材料。熱量例如可以通過光電半導(dǎo)體芯片在裝置操作期間產(chǎn)生或在外部產(chǎn)生。此外，自愈合聚合物允許由自愈合聚合物形成的兩個(gè)或更多個(gè)部分在加熱時(shí)被接合在一起，而無需在由自愈合聚合物形成的組件之間使用緊固件或者任何其他接合劑。
[0017]此外，自愈合塑料材料可以是零吸收損耗的光子聚合物或者是高散射光穿透聚合物。
[0018]例如在文獻(xiàn)“Transparent self-healing Polymers based on EncapsulatedPlasticizers in a Thermoplastic Matrix，，(Adv.Funct.Mater.2011，21，4705-4711)中描述了合適的自愈合或自修復(fù)聚合物，其通過引用結(jié)合到本文中。
[0019]根據(jù)方法的一個(gè)方面，該方法包括如下步驟:
[0020]-提供殼基體，其中，殼基體由塑料材料形成，
[0021]-在殼基體中形成凹部，其中，凹部由至少在某些地方由基體的塑料材料形成的底表面和至少一個(gè)側(cè)壁限定，
[0022]-提供光電半導(dǎo)體芯片，其中，光電半導(dǎo)體芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及將第一主表面和第二主表面彼此連接的至少一個(gè)側(cè)表面，
[0023]-將光電半導(dǎo)體芯片放置在凹部中，其中，使第一主表面與底表面接觸并且使至少一個(gè)側(cè)表面與至少一個(gè)側(cè)壁接觸，其中，
[0024]-塑料材料包括自愈合聚合物材料。
[0025]從而可以改變方法步驟的順序。例如可以在提供殼基體之前提供光電半導(dǎo)體芯片或者可以在提供殼基體之前形成凹部。在這種情況下，例如通過模制殼基體的塑料材料來提供凹部。
[0026]此外，詳述一種光電裝置。例如，光電裝置可以通過本文描述的方法來制造。因此，公開了用于光電裝置的方法的所有特征并且反之亦然。根據(jù)光電裝置的一個(gè)方面，光電裝置的特點(diǎn)在于以下特征的至少之一:
[0027]-具有凹部的殼基體，以及
[0028]-光電半導(dǎo)體芯片，其中
[0029]-殼基體由塑料材料形成，
[0030]-塑料材料包括自愈合聚合物材料，
[0031]-凹部由至少在某些地方由基體的塑料材料形成的底表面和至少一個(gè)側(cè)壁限定，
[0032]-光電半導(dǎo)體芯片具有第一主表面、背向第一主表面的第二主表面以及將第一主表面和第二主表面彼此連接的至少一個(gè)側(cè)表面，以及
[0033]-光電半導(dǎo)體芯片被布置在凹部中，其中，使第一主表面與底表面接觸并且使至少一個(gè)側(cè)表面與至少一個(gè)側(cè)壁接觸。
[0034]在下文中詳述了光電裝置和方法的各個(gè)方面。
[0035]根據(jù)一個(gè)方面，在光電半導(dǎo)體芯片的第二主表面上提供電絕緣材料。例如電絕緣材料至少部分地填充凹部的、未被光電半導(dǎo)體芯片填充的那部分。從而，背向光電半導(dǎo)體芯片的電絕緣材料的表面有可能與包圍殼基體的材料中的凹部的殼體的外表面的齊平而終止。例如電絕緣材料是塑料材料。電絕緣材料可以由和殼基體相同的塑料材料形成。另外，電絕緣材料可能由聚酰亞胺給出。可以通過模制技術(shù)或?yàn)R射提供電絕緣材料。
[0036]根據(jù)一個(gè)方面，在光電半導(dǎo)體芯片的第二主表面上至少一個(gè)電接觸被形成到光電半導(dǎo)體芯片。第二主表面是背向凹部的底表面的光電半導(dǎo)體芯片的表面。例如，η-接觸和/或P-接觸形成在上述表面上。因而，如果兩個(gè)電接觸形成在第二主表面上，則能夠通過上述電絕緣材料和/或另外的電絕緣材料使電接觸彼此分開。
[0037]例如電接觸由導(dǎo)電性油墨或?qū)щ娦阅z形成。對(duì)于光電半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生或檢測(cè)的輻射，導(dǎo)電性油墨或?qū)щ娦阅z可以是能透射的?？梢酝ㄟ^使用印刷方法(例如激光印刷方法)來利用光電接觸。
[0038]根據(jù)一個(gè)方面，光電半導(dǎo)體芯片的至少一個(gè)電接觸形成在光電半導(dǎo)體芯片的第一主表面上。在這種情況下，可能的是，上述至少一個(gè)光電接觸已經(jīng)存在于光學(xué)基體中并且通過將光電半導(dǎo)體芯片放置到殼基體的凹部中制造芯片的接觸。例如至少一個(gè)電接觸形成在殼基體的底表面上。
[0039]根據(jù)一個(gè)方面，提供了蓋。例如，蓋可以是平板的形式或者光學(xué)透鏡的形式。蓋由塑料材料形成并且包括殼基體的塑料材料的自愈合聚合物材料。例如，蓋和殼基體由相同的塑料材料形成。
[0040]蓋被放置在殼基體的、背向光電半導(dǎo)體芯片的第一主表面的一側(cè)上，使得蓋跨越在殼基體中的凹部上。也就是說，蓋為凹部形成蓋子并且通過跨越在整個(gè)凹部上將半導(dǎo)體芯片密封在凹部中。例如，蓋的側(cè)表面與殼基體的側(cè)面齊平而終止。
[0041]通過加熱將蓋和殼基體彼此接合。也就是說，通過使用自愈合性質(zhì)，蓋和殼基體(即兩個(gè)組件的自愈合聚合物)在加熱時(shí)被接合在一起。因此，蓋被一體地連接到殼基體。在蓋和殼基體之間不存在接合劑或其他緊固件，使得上述連接和殼基體沒有緊固件。
[0042]根據(jù)一個(gè)方面，蓋由另外的光電裝置形成，另外的光電裝置例如與本文描述的光電裝置完全相同。在這種情況下，通過加熱塑料材料將由相同塑料材料形成的兩個(gè)殼基體彼此接合并且兩個(gè)基體之間的連接歸因于形成基體的塑料材料的聚合物的自愈合性質(zhì)。
[0043]此外，詳述了一種光電裝置的組合體。該組合體包括至少兩個(gè)本文描述的光電裝置。組合體的兩個(gè)光電裝置可以是完全相同的光電裝置。從而兩個(gè)光電裝置的每個(gè)跨越在另一個(gè)光電裝置的基體中的凹部上。也就是說，第一光電裝置形成用于第二光電裝置的凹部的蓋。光電裝置在一個(gè)光電裝置的基體與另一個(gè)光電裝置的基體接觸、特別是直接接觸的位置處一體地彼此連接。光電裝置之間、即光電裝置的基體之間的連接沒有緊固件或任何其他接合劑。由于形成光電基體的塑料材料的自愈合性質(zhì)，兩個(gè)基體之間的連接可以通過利用熱量來形成，熱量可以通過操作基體凹部中的光電半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生或通過外部加熱產(chǎn)生。
[0044]本文描述的光電裝置包括不含有鑄造(casting)材料的光電半導(dǎo)體芯片，鑄造材料通常用于鑄造殼基體的凹部中的光電芯片。因此，光電裝置的裝配變得不受鑄造材料使用(例如，有磷光體或無磷光體；硅或環(huán)氧樹脂)或模制工藝(例如，封裝和模制兩者)的限制。
[0045]本文描述的光電組件的基體中的凹部可以通過激光直寫形成以直接在塑料材料上創(chuàng)建材料的圖案?？梢允褂眉す馕⒓庸ひ援a(chǎn)生用于待插入光電芯片的溝槽(trench)或凹坑(pocket)。這樣，基體中的凹部可以以特別簡(jiǎn)單的方式形成。通過使用激光微加工技術(shù)，在相同類型的塑料材料上的不同尺寸和位置的凹部是可能的。這提供了從一個(gè)封裝設(shè)計(jì)到另一個(gè)封裝設(shè)計(jì)的快速切換而無需改變用于制造光電裝置的整個(gè)裝配線。
[0046]可以使用導(dǎo)電性油墨或?qū)щ娦阅z的激光印刷以形成電接觸。導(dǎo)電性油墨或?qū)щ娦阅z可以由透明材料形成以在輻射發(fā)射的半導(dǎo)體裝置的情況下允許特別高的光輸出。此外，使用導(dǎo)電性油墨印刷在裝配各種裝置時(shí)提供了靈活性。