專利名稱：光電子器件的制作方法
光電子器件提出了一種光電子器件。一個(gè)要解決的任務(wù)尤其在于提出一種光電子器件，其特別熱穩(wěn)定。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，該光電子器件包括連接支承體。連接支 承體例如是電路板。也就是說(shuō)，連接支承體包括基本體以及電連接部位和電印制導(dǎo)線，印 制導(dǎo)線結(jié)構(gòu)化地設(shè)置在基本體中或者基本體上。在此，基本體在至少一個(gè)方向上具有最高 12*10_6/K的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選的是，基本體在與連接支承體的安裝面平行走向的方向上具 有該小的熱膨脹系數(shù)。這意味著，連接支承體在其上側(cè)具有用于安裝電子器件的安裝面。至 少在與該安裝面平行走向的方向上，連接支承體的基本體具有最高12*10_6/K的熱膨脹系 數(shù)。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，該器件包括芯片支承體。芯片支承體具有 上側(cè)，至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片設(shè)置在該上側(cè)上。光電子半導(dǎo)體芯片例如是一種發(fā)光二 極管芯片。也就是說(shuō)，光電子半導(dǎo)體芯片是一種激光二極管芯片或者發(fā)光二極管芯片。此 外，光電子半導(dǎo)體芯片也可以是檢測(cè)器芯片，例如光電二極管芯片。此外也可能的是，不同 類型的光電子半導(dǎo)體芯片(例如發(fā)光二極管芯片和檢測(cè)器芯片)設(shè)置在芯片支承體的上 側(cè)。此外，芯片支承體具有下側(cè)，其背離上側(cè)。在下側(cè)上有至少一個(gè)接觸層，該接觸層 與所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片導(dǎo)電連接。所述至少一個(gè)接觸層用于電連接所述至少一 個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，芯片支承體以其下側(cè)固定在連接支承體的 上側(cè)上并且借助所述至少一個(gè)接觸層導(dǎo)電地與連接支承體相連。也就是說(shuō)，芯片支承體在 連接支承體的上側(cè)固定在其上并且通過(guò)連接支承體電接觸。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，該器件包括連接支承體，其包括帶有上側(cè) 的基本體，其中該基本體在至少一個(gè)方向上具有最高12*10_6/K的熱膨脹系數(shù)。此外，光電 子器件在該實(shí)施形式中具有芯片支承體，其具有上側(cè)和下側(cè)，至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片 設(shè)置在該上側(cè)上，至少一個(gè)接觸層位于該下側(cè)上，該接觸層與所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體 芯片導(dǎo)電連接。該實(shí)施形式的光電子器件是芯片支承體，該芯片支承體以其下側(cè)固定在連 接支承體的上側(cè)上，并且借助所述至少一個(gè)接觸層與連接支承體導(dǎo)電連接。這里所描述的光電子器件的特征尤其是在于連接支承體的基本體在至少一個(gè)方 向上的小的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選的是，基本體至少在一個(gè)方向上具有小的熱膨脹系數(shù)，該方向 平行于連接支承體的安裝面走向，其中芯片支承體固定在該安裝面上。然而也可能的是，基 本體在所有方向上具有這種小的熱膨脹系數(shù)。基本體的材料可以關(guān)于熱膨脹系數(shù)方面是各 向同性的。在設(shè)置在芯片支承體上的所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片的工作中，芯片支承體 發(fā)熱。此外，連接支承體也發(fā)熱。由于連接支承體的基本體的小的熱膨脹系數(shù)，減小了在芯 片支承體和連接支承體之間的連接部位上的熱扭曲。總之，光電子器件因此也在重復(fù)加熱 和隨后冷卻芯片支承體和連接支承體的情況下在熱學(xué)上非常穩(wěn)定。
3
根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，芯片支承體包括基本體，該基本體帶有在 芯片支承體的上側(cè)上的覆蓋面和在芯片支承體的下側(cè)上的底面。此外，芯片支承體的基本 體具有至少一個(gè)側(cè)面，其將覆蓋面和底面彼此連接。在芯片支承體的下側(cè)上的接觸層在此 構(gòu)建為金屬化物的一部分，該金屬化物從底面通過(guò)至少一個(gè)側(cè)面延伸到芯片支承體的基本 體的覆蓋面。所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片與金屬化物導(dǎo)電連接，并且因此也與接觸層 導(dǎo)電連接，該接觸層通過(guò)金屬化物的一部分形成。優(yōu)選的是，接觸層在此通過(guò)金屬化物的如 下部分形成該部分位于芯片支承體的基本體的底面上。也就是說(shuō)，不是在芯片支承體的基 本體的側(cè)面上接觸，接觸層借助對(duì)下側(cè)金屬化而布設(shè)到芯片支承體的基本體的底面上。芯 片支承體通過(guò)這種方式可以表面安裝，也就是說(shuō)，其可以以SMT技術(shù)(SMT 表面安裝技術(shù)) 安裝到連接支承體上。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，芯片支承體的基本體借助陶瓷材料形成。 優(yōu)選的是，芯片支承體的基本體在此由陶瓷材料構(gòu)成。芯片支承體的基本體借助其形成的 陶瓷材料優(yōu)選具有最高為8*10_6/K的熱膨脹系數(shù)。例如，基本體可以由AlN構(gòu)成，其具有 4. 5*10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)。此外可能的是，基本體由Al2O3構(gòu)成，其具有在大約7*10_6/Κ至 8*10_6/Κ之間的熱膨脹系數(shù)。芯片支承體的基本體的小的熱膨脹系數(shù)進(jìn)一步提高了器件的 熱穩(wěn)定性。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，在芯片支承體的基本體的覆蓋面、側(cè)面和底面上的金屬 化物包含金或者由金構(gòu)成。金屬化物例如構(gòu)建為薄層金屬化物。金屬化物可以借助濺射或 者氣相淀積來(lái)結(jié)構(gòu)化地施加到基本體上。金屬化物的厚度優(yōu)選為最大ι μ m，特別優(yōu)選為最 大500nm。例如由金構(gòu)成的、特別薄的金屬化物的特征尤其在于，由于小的厚度幾乎沒(méi)有金 屬?gòu)慕饘倩飻U(kuò)散到鄰接的焊料中，并且在那里導(dǎo)致脆化并且因此導(dǎo)致熱穩(wěn)定性降低。也 就是說(shuō)，金屬化物也會(huì)有助于提高光電子器件的熱穩(wěn)定性。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，在芯片支承體的底面上局部地施加焊接停 止層。優(yōu)選的是，焊接停止層在接觸層緊鄰的附近，該接觸層構(gòu)建為基本體的金屬化物的一 部分。在此，焊接停止層優(yōu)選與接觸層鄰接。焊接停止層可以由以下材料至少之一構(gòu)成或 者包含以下材料至少之一鉻、鋁、二氧化硅、氧化鋁、鉬、NiCr、漆。焊接停止層可以以與金 屬化物相同的方式施加在芯片支承體的基本體上。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，連接支承體的基本體包括鋁或者含鋁的合 金。SiC構(gòu)成的顆粒被引入該鋁或者含鋁的合金中?；倔w也可以由該材料構(gòu)成。借助該 材料形成或者由該材料形成的基本體可以具有例如在6*10_7κ到12*10_6/Κ之間的熱膨脹 系數(shù)。SiC顆粒優(yōu)選盡可能均勻地分布在基質(zhì)材料中，也即鋁或者鋁合金中。碳化硅 (SiC)顆粒的顆粒大小例如在5μπι到ΙΟΟμπι之間。基質(zhì)材料中的碳化硅顆粒的重量百分 比優(yōu)選在1到40之間，例如在10到20之間。碳化硅顆粒引入基質(zhì)材料中例如可以通過(guò)激 光誘導(dǎo)的粉末涂層方法或者Al滲透來(lái)進(jìn)行。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，連接支承體的基本體包含以下化合物材料 至少之一 CuW、CuMo、陶瓷的纖維合成物(CMC 陶瓷基質(zhì)合成物)。在合成物CuW和CuMo的情況下，銅被嵌到鎢基質(zhì)或者鉬基質(zhì)中。此外，基本體可以包含如下合成物或者由其構(gòu)成該合成物通過(guò)鉬形成，其設(shè)置在兩個(gè)銅層之間。所描述的合成物的特征在于特別小的熱膨脹系數(shù)，其可以在5*10_6/Κ至10*10_6/K 的范圍中。此外，其具有在100W/mK到350W/mK之間的高的導(dǎo)熱性。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，基本體由以下材料之一構(gòu)成鉬、鎢。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，連接支承體的基本體包含銅-鋁合金。 銅-鋁合金的特征在于特別低的熱膨脹系數(shù)。銅-鋁合金雖然具有比基本的銅小的導(dǎo)熱性， 然而導(dǎo)熱性對(duì)于在光電子器件中的應(yīng)用是足夠的。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，連接支承體的基本體由一種銅-鉬-銅合 成材料構(gòu)成，其中至少一個(gè)鉬層設(shè)置在兩個(gè)銅層之間。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，連接支承體的基本體包含碳纖維，尤其是 石墨纖維，其嵌入在基質(zhì)材料中。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，基質(zhì)材料是銅。碳纖維例如作為石墨纖維網(wǎng)被壓入銅中。由該材料構(gòu)成的基本體在所述面中、即在平行于安裝面的方向上具有1*10_6/K到 17*10_6/Κ之間的熱膨脹系數(shù)，優(yōu)選在6*10_6/Κ到12*10_6/Κ之間的熱膨脹系數(shù)。此外，碳纖 維在此具有超過(guò)銅的導(dǎo)熱性。碳纖維優(yōu)選橫向于和/或平行于熱吸收側(cè)地走向。也就是說(shuō)， 碳纖維例如平行于或者基本上平行于連接支承體的安裝面走向。由所描述的材料構(gòu)成的基本體可以具有300W/mK到600W/mK以下的導(dǎo)熱性。銅的 導(dǎo)熱性在此為大約390W/mK，石墨的導(dǎo)熱性為大約600W/mK。根據(jù)光電子器件的至少一個(gè)實(shí)施形式，基質(zhì)材料是環(huán)氧樹(shù)脂。由包括環(huán)氧樹(shù)脂中 的碳纖維的材料構(gòu)成的基本體可以特別簡(jiǎn)單地制造，因?yàn)樘祭w維例如可以簡(jiǎn)單地浸潤(rùn)在環(huán) 氧樹(shù)脂中。隨后，環(huán)氧樹(shù)脂被硬化。通過(guò)這種方式來(lái)制造基本體，其具有大約400W/mK到 600W/mK的導(dǎo)熱性。此外，基本體在此具有在玻璃的熱膨脹系數(shù)的范圍中的非常小的熱膨脹 系數(shù)。優(yōu)選的是，熱膨脹系數(shù)為最高8*10_61/K。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，基質(zhì)材料替代于碳纖維或者除了碳纖維之外還包含玻璃 纖維。混入玻璃纖維可以有助于進(jìn)一步地機(jī)械穩(wěn)定基本體。下面借助實(shí)施例和附圖進(jìn)一步闡述這里所描述的光電子器件。

圖1Α、1Β、2Α、2Β示出了根據(jù)不同實(shí)施例的芯片支承體的示意性俯視圖，如其在這 里所描述的器件的實(shí)施例中所使用的那樣。圖3在示意性截面圖中示出了這里描述的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電子器件。圖4在示意性透視圖中示出了這里所描述的器件的連接支承體的基本體。圖5在示意性截面圖中示出了這里所描述的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電子器件。相同、類似或者作用相同的元件在附圖中設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。附圖和在附圖 中示出的元件彼此間的大小關(guān)系不能視為是合乎比例的。更確切地說(shuō)，為了更清楚和/或 為了更好的理解，各元件可以被夸大地示出。圖IA在示意性俯視圖中示出了針對(duì)這里所描述的光電子器件的一個(gè)實(shí)施例的芯 片支承體2的上側(cè)21。圖IB在示意性俯視圖中示出了芯片支承體的下側(cè)22。芯片支承體22包括覆蓋面27。在覆蓋面27上設(shè)置有金屬化物30。金屬化物30 從覆蓋面27經(jīng)過(guò)側(cè)面29 (作為層23a)延伸到底面28。在底面28上的金屬化物30形成了接觸層23b。借助接觸層23b可以將芯片支承體2安裝到連接支承體1上(對(duì)此參見(jiàn)圖3)，并且在那里以機(jī)械方式固定。在圖IB中在芯 片支承體2的邊緣的附近示出的層23a在此例如可以用于電接觸和機(jī)械固定。在芯片支承 體2的中央的大面積的接觸層23b例如用于電接觸和用于機(jī)械固定以及熱連接芯片支承體 2。在芯片支承體2的上側(cè)21上固定有光電子半導(dǎo)體芯片3，在此例如為發(fā)光二極管 芯片。光電子半導(dǎo)體芯片3被框架25包圍。光電子半導(dǎo)體芯片3例如在η側(cè)通過(guò)線接觸 6與金屬化物30連接。光電子半導(dǎo)體芯片3可以在ρ側(cè)整面地安裝在金屬化物30的一部 分上，例如焊接在其上。金屬化物30在此由金構(gòu)成并且具有0. 2 μ m至10 μ m的厚度，優(yōu)選為0. 5 μ m的厚 度。芯片支承體2包括基本體26，金屬化物30施加到該基本體上，該基本體由陶瓷材料例 如AlN或者Al2O3構(gòu)成。圖2A針對(duì)這里所描述的光電子半導(dǎo)體芯片的另一實(shí)施例在示意性俯視圖中示出 了另一芯片支承體2的上側(cè)21。圖2B在示意性俯視圖中示出了該芯片支承體的下側(cè)22。 不同于結(jié)合圖IA和IB所描述的實(shí)施例，光電子半導(dǎo)體芯片3在此并未矩陣狀地設(shè)置，而是 沿著線設(shè)置。此外，光電子半導(dǎo)體芯片3不同于圖IA和IB的實(shí)施例不能單個(gè)地激勵(lì)，而是 彼此串聯(lián)連接。在芯片支承體2的下側(cè)22上，接觸層23b (其用于電接觸光電子半導(dǎo)體芯片3)通 過(guò)焊接停止層24與層23a分離。層23a、23b例如由金構(gòu)成并且具有小于0. 5 μ m的厚度。 焊接停止層24例如由以下材料之一構(gòu)成鉻、鋁、二氧化硅、氧化鋁、鉬、NiCr。圖3在示意性截面圖中示出了這里所描述的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電子半導(dǎo)體器 件。在連接支承體1上在此安裝有芯片支承體2，如其結(jié)合圖IA和IB所描述的那樣。截面 圖在此沿著切割線A-A’得到。連接支承體1包括基本體12。基本體12具有上側(cè)11，芯片 支承體2固定在該上側(cè)上。在基本體12上施加有層13，該層可以由電絕緣材料構(gòu)成(在區(qū) 域13b中)或者導(dǎo)電地構(gòu)建(在區(qū)域13a中)。在區(qū)域13b中將印制導(dǎo)線14結(jié)構(gòu)化到層 13上，芯片支承體2通過(guò)印制導(dǎo)線來(lái)電和/或熱和/或機(jī)械連接。在連接支承體1和芯片 支承體2之間的連接在此優(yōu)選通過(guò)借助焊劑4的焊接連接來(lái)進(jìn)行。連接支承體1的基本體 12的特征在于在方向40中的特別小的熱膨脹系數(shù)，該方向平行于基本體12的安裝面12a 走向?；倔w12在此可以如上面所說(shuō)明的那樣實(shí)施，也就是說(shuō)，連接支承體1的基本體 12包含鋁或者含鋁的合金，或者由其構(gòu)成，SiC構(gòu)成的顆粒嵌入到鋁或者含鋁的合金中。此外可能的是，連接支承體1的基本體12包含以下合成物的至少之一或者由以 下合成物的至少之一構(gòu)成CuW、CuMo、陶瓷的纖維合成物(CMC 陶瓷基質(zhì)合成物)、Mo、W、 Cu-Mo-Cu層材料。此外，連接支承體1的基本體12可以包含銅-鋁合金或者由其構(gòu)成。圖4示出了這里所描述的光電子器件的另一實(shí)施例的連接支承體1的基本體的示 意性透視圖。在該實(shí)施例中，碳纖維51和玻璃纖維52設(shè)置在基質(zhì)材料53中?；|(zhì)材料53 例如是環(huán)氧樹(shù)脂或者銅。玻璃纖維52是可選的，并且可以進(jìn)一步提高基本體12的機(jī)械穩(wěn) 定性。纖維51、52可以在平行于和/或垂直于基本體12的安裝面12a的方向上走向。圖5在示意性截面圖中示出了這里所描述的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電子器件。不同于結(jié)合圖3所描述的實(shí)施例，連接支承體1以基本體12形成，其包括電絕緣的區(qū)域61和導(dǎo) 電的區(qū)域60。電絕緣的區(qū)域61例如通過(guò)環(huán)氧化物構(gòu)成的基質(zhì)材料形成，該基質(zhì)材料包含 玻璃纖維。電絕緣的區(qū)域61具有小于17*10_6/K、優(yōu)選小于12*10_6/K的熱膨脹系數(shù)。導(dǎo)電 的區(qū)域60由金屬如銅或者鋁形成。層13在導(dǎo)電的區(qū)域60之上通過(guò)可焊接的中間層62形 成。
本發(fā)明并未通過(guò)借助實(shí)施例的描述而局限于此。更確切地說(shuō)，本發(fā)明包括任意新 的特征和特征的任意組合，尤其是在權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使該特征或者該組 合本身并未明確地在權(quán)利要求或者實(shí)施例中說(shuō)明。本專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)102008021092. 7和102008044641. 6的優(yōu)先權(quán)，其
公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種光電子器件，具有 連接支承體(1)，其包括帶有上側(cè)(11)的基本體(12)，其中基本體(12)在至少一個(gè)方向(40)中具有最高12*10 6l/K的熱膨脹系數(shù)，以及 芯片支承體(2)，其中芯片支承體(2)具有上側(cè)(21)和下側(cè)(22)，在該上側(cè)上設(shè)置有至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片(3)，在該下側(cè)上有至少一個(gè)接觸層(23)，所述至少一個(gè)接觸層與所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片(3)導(dǎo)電連接，其中 芯片支承體(2)以其下側(cè)(22)固定在連接支承體(1)的上側(cè)(21)上，并且借助所述至少一個(gè)接觸層(23)與連接支承體(1)導(dǎo)電連接， 芯片支承體(2)具有基本體(26)，該基本體帶有在芯片支承體(2)的上側(cè)(21)上的覆蓋面(27)、在芯片支承體(2)的下側(cè)(22)上的底面(28)以及至少一個(gè)側(cè)面(29)，所述側(cè)面將上述兩個(gè)面彼此連接， 接觸層(23)構(gòu)建為金屬化物(30)的一部分，該金屬化物從底面(28)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)側(cè)面(29)延伸至基本體(2)的覆蓋面(27)，以及 所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片(3)與所述金屬化物(30)導(dǎo)電連接。
2.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體(12)包含在基 質(zhì)材料(53)中的碳纖維(51)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體(12) 包含在基質(zhì)材料(53)中的玻璃纖維(52)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體(12) 包含在基質(zhì)材料(53)中的碳纖維(51)和玻璃纖維(52)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中基質(zhì)材料(53)是環(huán)氧樹(shù)脂。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中基質(zhì)材料(53)是銅。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體(12) 包含在基質(zhì)材料(53)中的碳纖維(51)和玻璃纖維(52)，其中基質(zhì)材料(53)是銅，并且碳 纖維(51)和玻璃纖維(52)被壓入基質(zhì)材料(53)中。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中芯片支承體(2)的基本體(26) 借助陶瓷材料來(lái)形成，該陶瓷材料至少在一個(gè)方向(40)中具有最高8*10_61/Κ的熱膨脹系 數(shù)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中金屬化物(30)由金構(gòu)成。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中在芯片支承體(2)的底面 (28)上局部地施加焊接停止層(24)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中焊接停止層(24)包含以下材 料的至少之一或者由以下材料之一構(gòu)成鉻、鋁、二氧化硅、氧化鋁、NiCr、硅、氮化硅、漆。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體 (12)包含鋁或者含鋁的合金，由SiC構(gòu)成的顆粒被嵌入到鋁或者含鋁的合金中。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體 (12)包含以下材料的至少之一 011、0^0、陶瓷的纖維合成物、110、1。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一所述的光電子器件，其中連接支承體(1)的基本體 (12)包含銅-鋁合金。
全文摘要
提出了一種光電子器件，具有連接支承體(1)，其包括帶有上側(cè)(11)的基本體(12)，其中基本體(12)在至少一個(gè)方向(40)中具有最高12*10-6l/K的熱膨脹系數(shù)，以及芯片支承體(2)，其中芯片支承體(2)具有上側(cè)(21)和下側(cè)(22)，在該上側(cè)上設(shè)置有至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片(3)，在該下側(cè)上有至少一個(gè)接觸層(23)，該接觸層與所述至少一個(gè)光電子半導(dǎo)體芯片(3)導(dǎo)電連接，其中芯片支承體以其下側(cè)(22)固定在連接支承體(1)的上側(cè)(21)上，并且借助至少一個(gè)接觸層(23)與連接支承體(1)導(dǎo)電連接。
文檔編號(hào)H01L33/62GK101971717SQ200980109078
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者斯特凡·格勒奇 申請(qǐng)人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司