半導體發光器件封裝方法以及模製的半導體發光器件條的製作方法

2023-07-14 02:55:41 2

專利名稱：半導體發光器件封裝方法以及模製的半導體發光器件條的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體發光器件及其製造方法，尤其涉及半導體發光器件的封裝和封裝方法。
背景技術：
半導體發光器件，如發光二極體(LED)或雷射二極體被廣泛地用於許多應用。如本領域的技術人員所公知的，半導體發光器件包括一個或多個半導體層，該一個或多個半導體層被配置為在其通電時發射相干和/或非相干光。還知道通常對半導體發光器件進行封裝以提供外部電連接、熱沉、透鏡或波導、環境保護和/或其他功能。例如，已知為半導體發光器件提供兩件(two - piece)封裝，其中半導體發光器件被安裝在襯底上，該襯底包括氧化鋁、氮化鋁和/或其他材料，該封裝上包括電跡線，以為半導體發光器件提供外部連接。例如，利用膠將可以包括鍍銀的銅的第二襯底安裝在第一襯底上，圍繞半導體發光器件。可以在第二襯底上在半導體發光器件上方放置透鏡。在2004 年3月4日公開的轉讓給本申請受讓人的授予Loh的題為「/^rer Surface Mount Light Emitting Die Package」飽卑謹Mo. US 2004/004 1222 Al中描述了具有上述封裝的發光二極體，在此將其公開全文引入以作參考，如同這裡完整闡述一般。對於用於半導體發光器件的多部分安裝封裝而言，不同的部分通常由不同材料製成。結果，這種封裝的熱阻可能會更高，可能會在封裝內的各部件之間造成熱失配，這可能會導致封裝的可靠性問題。例如，可能會在熱沉或腔的金屬銅和安裝這種熱沉或腔的主體的塑料之間的界面處產生問題。此外，由於封裝的部分件數增加，組裝可能變得更加複雜。 此外，在使用薄板金屬光學腔的情況下，通常只能在有限範圍的深度和形狀構造中製造腔。 這種多部分的封裝還可能具有更大的光學腔空間，使得所用的密封劑體積更大，這可能會增加與溫度循環期間密封劑內氣泡的分層和/或形成相關的問題。對於已知功率的發光器件封裝而言，通常使用相對較小的內嵌散熱片 (heat-slug)，其可以是相關電引線的部分或隔離的物件。模製的塑料體通常佔據封裝的主要部分並包圍在散熱組件周圍。可以在塑料體頂部安裝透鏡並使之圍繞光學腔，可以使用密封劑材料填充該腔，該密封劑可以是硬環氧樹脂或可以是軟凝膠。現有技術的功率發光器件範例可以從California，San Jose的Lumileds Lighting, LLC獲得，如美國專利No. 6，274，擬4所述。如No. 6，274，擬4專利所述，佔據封裝大部分的模製塑料體包圍著較小的、隔離的內嵌散熱片，在內嵌散熱片上可以安裝一個或多個LED晶片。例如可以使用粘合劑將塑料透鏡鎖定到塑料體上，在內嵌散熱片和塑料體的部分中形成封閉的空間。可以用軟凝膠填充封閉空間，在溫度變化時凝膠可以經過通氣口進出該封閉的空間。這種產品可能不兼容表面貼裝技術(SMT)，因為其封裝材料通常不能承受焊料回流溫度。此外，在使用期間，軟的密封劑可能會形成氣泡或與周圍的壁脫離，這可能會不利地影響器件可靠性。還知道，利用形成透鏡中所用的樹脂粘度用分配法形成透鏡。使用通過粘合劑貼附的預模製透鏡可能會遇到成品牢固性和可靠性方面的問題。 例如，這種器件的製造工藝可能會內部不一致，所得的封裝可能較不牢固和/或較不可靠。還知道用環氧樹脂的傳遞成型包封某些低功率LED封裝，例如可以從Hewlett Packard Corporation獲得的小型可表面貼裝器件。這種器件上的環氧樹脂可以為封裝以及其內部的封裝的器件提供結構強度。不過，環氧樹脂易於被通常由一些半導體發光器件產生的藍光的電磁能量劣化，結果可能會變得對光不太透明。因此，所得的封裝可能會在較短時間內變暗。因此，對於包封發藍光的器件來說，環氧樹脂是吸引力較弱的選擇。此外， 環氧樹脂通常與矽酮軟凝膠具有熱膨脹係數(CTE)失配的問題，矽酮軟凝膠可以作為第一層密封劑而被用於節塗布(junction coat) LED晶片及其鍵合線。還知道利用環氧樹脂通過鑄造包封LED器件。這種工藝通常僅用於開放腔室，在杯中含有的環氧樹脂可以固化，並可以將引線框架插入杯中且在環氧樹脂固化時進行鑄造。在固化期間，由於化學反應和體積收縮，通常液體環氧樹脂的水平高度自身可以自由調節。

發明內容
本發明的一些實施例提供了一種半導體發光器件封裝方法，包括製造襯底，配置所述襯底以在其上安裝半導體發光器件。所述襯底可以包括被配置為在其中安裝所述半導體發光器件的腔。半導體發光器件被安裝在所述襯底上並電連接到襯底的接觸部分。對所述襯底進行液體注模以在所述半導體發光器件上方形成鍵合到所述襯底的光學元件。在液體注模之前可以在所述腔中的電連接的半導體發光器件上施加軟樹脂。 在另一些實施例中，製造襯底包括形成金屬基體結構。所述金屬基體結構是用高溫塑性材料包覆成型的。高溫塑性材料是比用於對襯底進行液體注模以形成光學元件的材料更硬的材料，並具有比用於對襯底進行液體注模以形成光學元件的材料更低的光學透射率。高溫塑性材料可以包括反射材料添加劑。所述高溫塑性材料可以是聚鄰苯二醯胺(PPA) 和/或液晶聚合物(LCP)且所述反射材料添加劑可以是玻璃、二氧化鈦(TiO2)和/或硫酸鋇(BaS04)。在其他實施例中，電連接所述半導體發光器件包括利用鍵合線將所述半導體發光器件引線鍵合到接觸部分。施加軟樹脂可以包括用所述軟樹脂覆蓋半導體發光器件和鍵合線。在另一些實施例中，液體注模包括將襯底放置到具有模腔的模具中，所述模腔的形狀界定所述光學元件。樹脂被注射到模具中。固化所注射的樹脂以形成鍵合到所述襯底的所述光學元件。所述樹脂可以是熱固性樹脂，且其中在將所述樹脂注射到所述模具中之前，可以計量硬化劑並將其混合到所述樹脂中。注射所述樹脂可以包括將樹脂分配到模具的容納室中以及啟動注射柱塞以將所述樹脂從所述容納室移動到所述模腔中，同時從所述模腔基本除去所有空氣以限制所述光學元件中氣泡的形成。在另一些實施例中，所述襯底為包括多個襯底的襯底條，且所述模具包括多個腔， 所述多個腔界定相應襯底的所述光學元件。所述模具可以被配置為容納多個所述襯底條，且放置所述襯底可以包括在所述模具中放置所述多個襯底條。在又一些實施例中，製造襯底包括形成界定樹脂鍵合表面的金屬基體結構。利用高溫塑性材料通過包覆成型形成所述金屬基體結構，以界定所述多個襯底並界定通路，在注射所述樹脂期間，所述通路引導所述樹脂在相應的多個所述襯底之間流動並流入所述多個腔中。將樹脂注射到所述模具中包括使所述樹脂流經所述通路並與所述樹脂鍵合表面上的所述高溫塑性材料接觸。所述高溫塑性材料可以是比所注射的樹脂硬度高的材料且可以具有比所注射的樹脂低的光學透射率。所述高溫塑性材料可以是聚鄰苯二醯胺(PPA)和/ 或液晶聚合物(LCP )且所注射的樹脂可以是熱固性樹脂。在另一些實施例中，在液體注模之前在所述腔中的電連接的半導體發光器件上施加軟樹脂。軟樹脂可以是矽酮。所注射的樹脂可以是更高硬度的材料且具有基本類似於所述軟樹脂的折射率的折射率，以限制所述半導體發光器件的全內反射，並可以具有基本類似於所述軟樹脂的熱膨脹係數的熱膨脹係數。電連接所述半導體發光器件可以包括利用鍵合線將所述半導體發光器件引線鍵合到所述接觸部分，且施加軟樹脂可以包括用所述軟樹脂覆蓋所述半導體發光器件和所述鍵合線。在其他實施例中，將樹脂注射到所述模具中包括以選定的注射壓力和注射速度注射所述樹脂，且固化所注射的樹脂包括在選定溫度和保持壓力下固化所注射的樹脂選定時間。所注射的樹脂可以是更高硬度的材料且具有基本類似於所述軟樹脂的折射率的折射率，以限制所述半導體發光器件的全內反射，並可以具有基本類似於所述軟樹脂的熱膨脹係數的熱膨脹係數。在又一些實施例中，半導體發光器件襯底條包括金屬基體結構。多個高溫塑性材料襯底在所述金屬基體結構上。襯底包括半導體發光器件容納腔。通路在所述容納腔之間延伸，所述通路被配置為弓I導樹脂在相應的容納室之間流動。高溫塑性材料可以包括反射材料添加劑。所述高溫塑性材料可以是聚鄰苯二醯胺(PPA)和/或液晶聚合物(LCP)且所述反射材料添加劑可以是二氧化鈦(TiO2)和/或硫酸鋇(BaS04)。在其他實施例中，襯底條還包括位於每個容納腔中的半導體發光器件。透鏡材料覆蓋每個容納腔。透鏡材料界定光學元件並包括經過襯底條的通路延伸的殘餘樹脂部分。 所述半導體發光器件可以電連接到由所述金屬基體結構界定的引線，所述引線穿過所述襯底到達所述容納腔。所述發光器件可以通過鍵合線電連接，且所述襯底條還可以包括所述半導體發光器件和所述鍵合線以及所述透鏡材料之間的軟樹脂。


圖1為根據本發明的各種實施例的半導體發光器件襯底條的局部分解透視圖。圖2為沿圖1的線2-2所取的圖1的襯底條的橫截面圖。圖3為沿圖1的線3-3所取的圖1的襯底條的橫截面圖。圖4為根據本發明的一些實施例的封裝後半導體發光器件的透視圖。圖5為根據本發明的一些實施例的其中有多個襯底條的模具的透視圖。圖6A為根據本發明的一些實施例的圖5的模具的下半部的平面圖。圖6B為根據本發明的一些實施例的圖5的模具的上半部的平面圖。圖7為沿圖5的線7-7所取的圖5的模具的橫截面圖。
圖8和9為流程圖，示出了封裝根據本發明一些實施例的半導體發光器件的操作。
具體實施例方式在下文中參考附圖更為完整地描述本發明，在附圖中示出了本發明的實施例。但是，可以以許多不同的形式體現本發明，不應將其視為局限於本文所述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開充分和完整，並向本領域的技術人員完整地傳達本發明的範圍。在附圖中，可能為了清晰起見放大層和區域的尺寸和相對尺寸。應當理解，在稱某一元件或層在另一元件或層「上」，被「連接」或「耦合」至另一元件或層時，其可能直接在另一元件或層上，被直接連接或耦合至所述另一元件或層，也可能存在中間元件或層。相反，在稱某一元件被「直接在」另一元件或層「上」，「直接連接」或 「直接耦合」至另一元件或層時，則不存在中間元件或層。所有附圖中類似的數字指示類似元件。如這裡所用的，術語「和/或」包括相關所列項的一個或多個的任何和所有組合。應當理解，雖然這裡可以使用術語第一、第二等描述各個元件、組件、區域、層和/ 或部分，但不應將這些元件、組件、區域、層和/或部分限制於這些術語。這些術語僅用於區分一個元件、組件、區域、層或部分與另一個區域、層或部分。於是，可以將以下討論的第一元件、組件、區域、層或部分稱為第二元件、組件、區域、層或部分而不脫離本發明的教導。這裡可能會使用便於描述的空間相對性術語，例如「在…下」、「下方」、「下部」、「以上」、「上方」等來描述如圖中所示的一個元件或特徵與另一個元件或特徵的關係。應當理解，空間相對性術語意在包括圖中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果將圖中的器件翻轉過來，被描述為在其他元件或特徵「下」或「下方」的元件將會朝向其他元件或特徵的「上方」。於是，示範性術語「下方」可以包括上方和下方兩種取向。可以使器件採取其他取向(旋轉90度或其他取向)，這裡所用的空間相對術語作相應解釋。本文所採用的術語僅做描述具體實施例的用途，並非意在限制本發明。如這裡所用的，單數形式「一」、「一個」和「該」意在包括複數形式，除非上下文另有明確指示。還要理解的是，當用於本說明書時，術語「包括」指所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但並不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或增加。這裡參考作為本發明理想化實施例的示意性圖示的截面圖描述本發明的實施例。 因而，可以預計到由於例如製造技術和/或容限的結果，會有與圖示形狀的偏離。於是，本發明的實施例不應被視為限於這裡圖示的區域的特定形狀，而是要包括由製造造成的形狀偏差。例如，圖示為矩形的被蝕刻區域通常具有圓形或曲線特徵。於是，圖中所示出的區域本質上是示意性的，它們的形狀並非用於示出器件區域的精確性狀，也並非用於限制本發明的範圍。除非另行定義，這裡所用的所有術語(包括技術和科學術語)與本發明所屬技術領域的技術人員所通常理解的含義具有相同的含義。還要理解的是，諸如在通用詞典中所定義的術語的術語應當被解釋為具有與相關技術和本說明書背景中它們的含義相一致的含義，除非在本文中明確這樣定義，否則不應將其解釋為過度理想化的或過度形式的意義。現在將參考圖1-9描述封裝半導體發光器件和包括封裝半導體發光器件的襯底條以及用於形成封裝半導體發光器件的方法的實施例。具體而言，將參考圖1-3描述根據本發明的一些實施例的襯底條。圖1為根據本發明一些實施例的半導體發光器件襯底條的局部分解透視圖。圖2為沿圖1的線2-2所取的圖1的襯底條的橫截面圖。圖3為沿圖1 的線3-3所取的圖1的襯底條的橫截面圖。如圖1-3所示，襯底條100包括在圖1-3中被示為引線框架105的金屬基體結構。 在引線框架105上示出了多個高溫塑性材料襯底110。可以通過例如衝壓和/或蝕刻由例如銅的金屬片製造引線框架105。襯底110可以由包覆成型引線框架105的高溫塑性材料製成。可以選擇引線框架105和包覆成型襯底110以提供剛性，使得它們可以承受處理操作，並可以在例如管芯貼附和引線鍵合的裝配操作期間為其中包含的發光器件提供保護。也可以選擇為襯底110選擇的塑性材料以具有額外的光學性質，例如反射性。可以通過例如增加反射材料的微細顆粒提供反射率。例如，在一些實施例中，襯底110為高溫塑性材料，例如聚鄰苯二醯胺(PPA)和/或液晶聚合物(LCP)，且反射材料添加劑可以是例如玻璃、二氧化鈦(TiO2)和/或硫酸鋇(BaS04)。PPA材料的例子是可買到的商品名為 Amode 1 的一種。每個襯底110包括半導體發光器件容納室(腔)112。半導體發光器件114放置在每個容納腔112中。發光器件114電連接到由引線框架105界定的引線133，引線133穿過襯底110到達容納室112。如圖1和圖2所示，通過鍵合線115在其一端電連接發光器件 (LED)IH0可以通過其底面上的接觸和/或另一鍵合線115為LED 114提供第二連接。在腔112中引線133上可以包括接觸部分117 (圖2)，可以向接觸部分上製作鍵合線115或其他電連接。半導體發光器件114可以包括發光二極體、雷射二極體和/或其他器件，其可以包括一個或多個半導體層、襯底和一個或多個接觸層，該一個或多個半導體層可以包括矽、碳化矽、氮化鎵和/或其他半導體材料，該襯底可以包括藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或其他微電子襯底，該一個或多個接觸層可以包括金屬和/或其他導電層。半導體發光器件的設計和製造是本領域技術人員公知的。例如，發光器件114可以是氮化鎵基LED或製造於碳化矽襯底上的雷射器，例如由北卡羅來納州，Durham的Cree，he.製造並銷售的器件。例如，本發明可以適用於在美國專禾U No. 6，201，262,6, 187，606,6, 120，600,5, 912，477,5, 739，554，5，631，190、 5，604，135,5，523，589,5，416，342,5，393，993,5，338，944,5，210，051,5，027，168, 5，027，168,4, 966，862和/或4，918，497中描述的LED和/或雷射器，這裡全文引入其公開，如同在此完整闡述一般。在2003年1月9日公開的題為「Croup III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quanturn Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Siri/ctores」的已公開美國專利公開 No. US 2003/0006418 Al 以及題為「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods ere/br」的已公開美國專利公開No. US 2002/0123164 Al中描述了其他適合的LED和 /或雷射器。此外，塗布有磷的LED可能也適用於本發明的實施例，這種LED如2004年 3 月 25 日公開的題為"PAo1S^Aor-Cbaiet/ Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods」的美國專利申請 No. US 2004/0056260 Al中所描述的，在此引入其公開作為參考，如同完整闡述一般。
可以配置LED和/或雷射器使其這樣工作，使得通過碳化矽襯底發生光發射。在這種實施例中，可以對碳化矽襯底進行構圖以提高器件的光輸出，例如，如在上述美國專利公開 No. US2002/0123164A1 中所述的。仍然在其他實施例中，可以在半導體發光器件上放置一滴諸如其中含有磷的環氧樹脂的材料。例如，在美國專利 6，252，254,6, 069，440,5, 858，278,5, 813，753,5, 277，840 和5，959，316中描述了採用磷塗層的LED。當在腔112中安裝LED 114和相應的鍵合線115時，可以向LED 114和鍵合線115 在腔112中以及LED 114和鍵合線115上施加少量透明軟樹脂等。如圖1_3所示，軟樹脂 131位於LED 114和鍵合線115以及上方的透鏡材料125之間。軟樹脂131可以是例如矽酮，可以是經選擇具有所需折射率和物理性質的材料。可以將軟樹脂131施加到LED 114 以便允許光子從LED 114射出並進入軟樹脂131內部，這可以在成品半導體發光器件中實現提高的光提取效率。此外，在使用發光器件的溫度循環期間，軟樹脂131可能不會象如環氧樹脂的更硬密封劑那樣為LED 114帶來高的剪切和/或應力，這可能會潛在地損傷LED 114和/或破壞它們的鍵合線115。如圖1和3所進一步示出的，襯底條100包括在容納腔112之間延伸的通路120， 其被配置為引導相應的容納腔112之間的樹脂流動。透鏡材料125覆蓋每個腔112且包括通過通路120延伸的殘餘樹脂部分127。如這裡將要描述的，殘餘樹脂部分127來源於用於由透鏡材料125在每個LED 114上方形成光學元件的液體注模工藝。在殘餘樹脂部分127 中示出了澆口區或缺口區129，其可以用作從引線框架105切割個體襯底110以提供圖4所示的封裝後半導體發光器件時的分割點。在一些實施例中，透鏡材料125可以是用於封閉和形成襯底110上的光學元件的樹脂，可以比覆蓋LED 114和鍵合線115的軟樹脂131具有更高硬度(更硬)。透鏡材料125 可以具有與軟樹脂131匹配的高光透射率和折射率，使得由內部全反射(TIR)反射最少的光。在一些實施例中，模製的光學元件還可以具有與軟樹脂131類似的熱膨脹係數(CTE)， 且可以很好地鍵合到塑性襯底110的接觸表面。於是，在一些實施例中的透鏡材料125為高硬度材料，具有基本類似於軟樹脂131 的折射率的折射率，以限制半導體發光器件114的全內反射，此外可以具有基本與軟樹脂 131的熱膨脹係數類似的熱膨脹係數。用於襯底110的高溫塑性材料可以是比透鏡材料125 具有更高硬度的材料，且具有比透鏡材料125更低的光學透射率。可以提供鍵合表面135 以促進透鏡材料125粘附到襯底110的表面，如圖2的橫截面圖所示。圖3的橫截面圖還示出了引線框架105的安裝部分105』。在襯底110的壓力模製期間，可以通過相應的引線133在切線方向上，通過圖4所示的保持耳(retaining tab) 137在縱向上將安裝部分105』固定就位。在從引線框架105切割襯底110之後，在圖4中示出了保持耳137。保持耳137可以沒有電氣功能，可以僅用於在形成半導體發光器件封裝期間穩定安裝部分105』。現在將參考圖5-7描述適於根據本發明的一些實施例製造封裝後半導體發光器件使用的液體注模。圖5為根據本發明一些實施例的其中有多個襯底條的模具500的透視圖。圖6A為根據本發明一些實施例的圖5的模具的下半部的平面圖。圖6B為根據本發明一些實施例的圖5的模具的上半部的平面圖。圖7為沿圖5的線7-7所取的圖5的模具的橫截面圖。如這裡所述，在本發明的一些實施例中，液體注射封裝模具可以包括一個或多個腔且可以配備一系列腔以容納一個或多個襯底條，從而在單個模製周期中可以模製更大數量的襯底。在模具內部以及置於其中的每個襯底單元周圍，可以有具有期望光學形狀的模腔，用於形成於其中的注模透鏡或其他光學元件。在模製期間模腔可以填充有液體樹脂且可以在模製期間保持樹脂，直到通過加熱模具誘發的化學反應使得液體樹脂將自身變為固體為止，本文將進一步對此加以描述。應當理解，所得的注模透鏡材料125的特性可以受到液體注模期間的各種工藝條件影響，包括模具溫度、注射壓力和速度、噴射頭保持壓力和固化樹脂的時間。此外，可以利用所施加的真空輔助從模腔移除空氣，這可以使模製期間的氣泡形成最小化。於是，在注射期間，模腔可以完全密封與氣氛隔離，可以用真空輔助在模製期間從模腔移除空氣，以限制甚至防止模製期間的氣泡形成。如圖5-7所示，模具500包括上部515和下部520。在下部520中示出了兩個襯底條530a、530b。如在圖7中所最佳示出的，液體計量和分配系統505耦接到模具500的容納室M5。注射柱塞510鄰接容納室M5，可以啟動注射柱塞510以將樹脂從容納室545移動到模腔540中，同時基本從模腔540除去所有空氣，以限制所得光學元件中氣泡的形成。 如圖7的實施例和圖6A所示，在容納室M5的下端M5』處提供通道550，通過該通道樹脂可以從容納室545流入模腔M0，並經過由相應的襯底條530a、530b和模具500的下部520 界定的通路120。可以由柱塞510以選定的注射壓力和注射速度從容納室545注射樹脂，所注射的樹脂可以在模具500中選定時間內選定溫度和保持壓力下固化。在一些實施例中，在每個模製周期開始時，計量並通過靜態混合器混合預定體積的樹脂，其中所用的樹脂為熱固性塑料，熱固性塑料由兩種組分即樹脂和硬化劑構成。將現在在自身內部變成化學活性的混合樹脂分配到模具500的容納室545中。然後啟動注射柱塞510，以將液體樹脂推入模腔MO中。在一些實施例中，可以將模具500用於在半導體發光器件封裝中包封並同時形成光學元件的方法中，所述封裝將用於保護半導體器件和內部的鍵合線並定義從光學器件出射的光的形狀或發光模式。於是，在本發明的一些實施例中，光學元件可以在襯底上模製和鍵合，且可以提供魯棒而可靠的封裝。更具體而言，注射成型的光學元件可能比公知的現有技術方法更為魯棒和可靠，現有技術方法使用通過粘合劑貼附的預模製透鏡，是一種可能內在不相容且獲得較不魯棒或可靠封裝的工藝。於是，可以利用液體注模方法模製光學設計的元件，下方的襯底可以提供結構表面，液體樹脂可以鍵合到該結構表面上，以生產包括其光學元件的所得的魯棒而可靠的封裝。通過適當設計模腔M0，這種封裝可以用於更高功率的半導體發光器件封裝上，這種封裝具有為了所需發光模式而選擇的各種不同設計的透鏡。在本發明的一些實施例中，根據為注射成型工藝所選擇的樹脂，模製溫度可以在大約100° C到200° C之間。在特定實施例中，模製溫度大約為150° C。在一些實施例中，模製注射壓力可以在大約50 psi到1000 psi之間。在一些實施例中，注射壓力大約為 400 psi。可以根據模製工藝期望的周期時間選擇用於模製工藝的注射速度，周期時間可以是每個周期大約幾秒鐘。在一些實施例中固化期間的注射保持壓力可以在大約50 psi和大約1000 psi之間，在一些實施例中，可以為大約400 psi。固化期間的注射保持壓力可以與注射樹脂時使用的注射壓力相同。可以基於生產率目標選擇在注射保持壓力下用於樹脂的所選固化時間，該生產率目標受到過快固化所引起的潛在的熱膨脹係數失配收縮效應的制約。固化時間可能受到選擇的固化溫度的影響。在一些實施例中，使用了不超過大約 5分鐘的固化時間。現在將參考圖8和圖9的流程圖進一步描述根據本發明一些實施例的半導體發光器件封裝方法。首先參考圖8的實施例，操作開始於製造襯底，該襯底被配置為用於在其上安裝半導體發光器件(方框800)。襯底可以包括被配置為在其中安裝發光器件的腔。半導體發光器件被安裝於腔內(方框805)。將已安裝的半導體發光器件電連接到襯底的接觸部分(方框810)。例如，利用倒裝晶片器件，方框805處的安裝半導體發光器件的操作可以同時製作如方框810的操作所述的電連接。對襯底進行液體注模以在半導體發光器件上方形成鍵合到襯底上的光學元件(方框815)。現在將參考圖9的流程圖描述根據本發明的其他實施例的半導體發光器件封裝方法。如圖9的實施例所示，操作開始於形成金屬基體結構，例如引線框架(方框900)。為了描述圖9的實施例，假設將被液體注模的襯底為如圖1所示的包括多個襯底的襯底條。在方框900處形成的金屬基體結構可以定義樹脂鍵合表面用於隨後的注射模製的透鏡材料， 而金屬基體結構可以定義樹脂鍵合表面，其中與透鏡材料的接觸將直接鄰接在基底結構上包覆成型(overmold)的塑性材料，而不是與下方的金屬基體結構直接接觸，或者還與下方的金屬基體結構直接接觸。用高溫塑性材料通過包覆成型製造金屬基體結構以定義多個襯底並定義通路，在注射透鏡材料(樹脂)期間，該通路引導在相應的多個襯底之間以及向由此界定的多個腔之內注射模製透鏡材料時所用的樹脂的流動(方框90 。高溫塑性材料可以是比用於形成由透鏡材料界定的光學元件所用的材料更硬的材料，且可以具有比用於形成由透鏡材料界定的光學元件所用的材料更低的光學透射率。如上所述，在方框905處在金屬基體結構上包覆成型的高溫塑性材料可以包括反射材料添加劑。高溫塑性材料可以是聚鄰苯二醯胺(PPA)和/或液晶聚合物(LCP)，反射材料添加劑可以是二氧化鈦(TiO2)和/或硫酸鋇(BaS04)。高溫塑性材料可以是比形成光學元件期間所用的注射樹脂更高硬度的材料，可以具有比所注射的透鏡材料更低的光學透射率。在腔中安裝半導體發光器件(方框910)。更具體而言，對於用於描述圖9的實施例所用的襯底條而言，在方框910處在每個相應的腔中安裝半導體發光器件。電連接所安裝的半導體發光器件(方框91 。在方框915處電連接半導體發光器件可以包括利用鍵合線將相應的半導體發光器件引線鍵合到襯底條的接觸部分。在圖9所述的本發明的一些實施例中，向腔內安裝的電連接的半導體發光器件施加軟樹脂(方框920)。可以這樣施加軟樹脂，以便用軟樹脂覆蓋每個相應腔中的半導體發光器件和鍵合線。將襯底條放到具有膜腔的模具中，該模腔的形狀界定了要在襯底上的發光器件上方形成的所需光學元件(方框925)。模腔可以包括多個腔，相應的腔界定了襯底條上對應襯底的光學元件。此外，如圖5所示，可以配置模具以容納多個襯底條，在方框925處，在模具中放置襯底條可以包括針對每個注射成型周期在模具中放置多個襯底條。現在將參考方框930到935描述與向模具中注射樹脂相關的操作。如方框930所示，將要被注射到模具中的樹脂分配到模具的容納室中。如前所述，樹脂可以是包括多種組分的熱固性樹脂，可以在方框930處將樹脂分配到容納室中之前，將多種組分混合以活化熱固性樹脂。這樣，在方框930處將樹脂注射到容納室中之前，可以計量並向樹脂中混合硬化劑。啟動模具的注射柱塞以將樹脂從容納室移動到模腔中，同時從模腔中基本去除所有空氣以限制所得的光學元件中的氣泡的形成(方框935)。注意，在方框935處，在注射操作期間可以對模腔抽氣或施加真空。方框935處的操作可以包括使樹脂經過由襯底和底部模製部分界定的通道流動並與樹脂鍵合表面上的襯底的高溫塑性材料接觸。固化所注射的樹脂以形成鍵合到相應襯底的光學元件(方框940)。可以在方框935處施加真空，以在模具部分(半部)閉合之後提供真空效果，以從模具半部形成的空間抽取氣體或空氣，使得在樹脂內部不會俘獲任何空隙或空氣。可以在從模具半部形成的空間中抽取氣體或空氣之後在方框940處隨後進行樹脂的固化，該固化可以發生在選定的壓力和/或溫度條件下。在本發明的一些實施例中，軟樹脂為矽酮。所注射的樹脂可以是具有更高硬度的材料，並具有基本類似於軟樹脂的折射率的折射率，以限制半導體發光器件的全內反射。所注射的樹脂可以具有基本類似於軟樹脂的熱膨脹係數的熱膨脹係數。在本發明的一些實施例中，通過壓模法由多種方法提供對LED襯底上的光學元件的直接封裝和模製。這些方法利用無色透光密封劑材料，例如矽酮，可以提供可靠的密封的 LED，該LED被封裝有設計的光學元件，例如透鏡。這些方法可以用於形成PCT(印刷電路板)或LF (引線框架)形式的LED封裝，因為它們通常被填充以高密度的許多單元。因此， 模具可以較小且輸出可以較高。操作可以從襯底開始，首先利用真空將襯底精確地定位並保持在頂部模具模表面上。然後將樹脂放到底部模具模表面上。在樹脂是以液體形式提供的情況下，可以通過膜制機的計量/混合/分配系統首先計量，混合(如果使用了兩部分的樹脂)並分配到底部模具的頂表面上。在樹脂是以固體粉末形式提供的情況下，可以將其預定量(以重量計)分布並沉積在底部模具模表面上。由於模具底部模的高溫(例如150° C或更高)，樹脂通常會迅速變成液體。可以以選定的/程序設定的速度將頂部模具塊緩慢地閉合到底部模具塊上。在兩個模具塊完全閉合之前，頂部模具塊可以擠壓底部模具塊的矽0形環。該0形環密封件可以位於模具塊的周邊區域，使得當被兩個匹配的模具塊擠壓時，它可以形成兩個塊之間空間的基本氣密的密封。頂部模具塊可以在這個位置停留幾秒鐘，同時向室內施加真空以從模腔以及模製樹脂抽取空氣。從模腔和樹脂抽取空氣可以用於生產基本沒有氣泡的包封后的封裝，因為氣泡可能會對產品的可靠性造成不利影響。最後可以閉合頂部模具塊並使之保持在適當的位置以允許樹脂固化。一些多餘的樹脂可以從模腔擠出，擠到模具塊的密封空間中的模具模之外的空間中。在模製周期的最後，當樹脂固化後，可以打開頂部模具塊，並可以從頂部模具模表面取出模製好的襯底。從襯底提取封裝的已模製部分可能會帶來一些挑戰。促進從模腔脫出已模製部分的通用方法包括使用模腔上的經鏡面拋光的鍍有硬鉻的工具鋼(toolsteel)材料。其他方法包括使用正脫出系統，例如銷釘或塑料膜，以輔助從底部膜腔中脫出一部分。
因此，本發明的一些實施例採用了光學元件的壓模法，可以形成成品封裝體，這種成品封裝體好於例如一些通孔LED封裝(例如5mm燈)所用的灌封法。與傳遞成型法相比， 可以提供減少的空氣俘獲和氣泡形成(例如，由於沒有運動系統，如一些實施例所述的壓模工藝可以以遠低於傳遞成型部件的成本生產高質量的封裝)。與使用預模製透鏡(通過粘合劑和/或加熱拉軟貼附透鏡)相比，可以提供更大的一致性和更低的成本。相對於粘性樹脂的「Glop top」分配，可以提供更好的一致性和更高的成品率，「Glop top」分配粘性樹脂以形成彎月面，並令其固化以形成選定形狀的光學元件(由於樹脂通常是諸如矽酮的熱固性塑料，而且通常需要額外地暴露到高溫中額外的時間以完成交聯，因此在從模具取出襯底之後，通常將其在例如帶爐中進行後期固化。)
在附圖和說明書中已經披露了本發明的實施例，儘管使用了特定術語，但僅僅是在一般性和描述性意義下使用這些術語的，並非用於限制的目的，本發明的範圍由以下的權利要求書限定。
權利要求
1.一種封裝半導體發光器件，包括襯底元件，其包括具有安裝部分的金屬基體結構；安裝在安裝部分上的半導體發光器件；和放置在半導體發光器件上並且被直接鍵合到金屬基體結構的光學元件。
2.根據權利要求1的封裝半導體發光器件，其中半導體發光器件安裝在安裝部分的基本平面的安裝表面上；以及光學元件直接鍵合到金屬基體結構的接觸表面，所述接觸表面與安裝表面基本共面。
3.根據權利要求1的封裝半導體發光器件，其中金屬基體結構是引線框架。
4.根據權利要求1的封裝半導體發光器件，其中襯底元件包括用由塑性材料形成的襯底包覆成型的金屬基體結構。
5.根據權利要求4的封裝半導體發光器件，其中塑性材料是高溫塑性材料，其是比光學元件的材料硬的材料，並且具有比光學元件的材料低的光透射率。
6.根據權利要求5的封裝半導體發光器件，其中高溫塑性材料包括反射材料添加劑。
7.根據權利要求5的封裝半導體發光器件，其中高溫塑性材料包括聚鄰苯二醯胺 (PPA)和/或液晶聚合物(LCP)，以及其中光學元件包括熱固性樹脂。
8.根據權利要求4的封裝半導體發光器件，其中容納腔被限定在襯底中；以及半導體發光器件電連接到由金屬基體結構限定的引線，所述引線穿過所述襯底延伸到所述容納腔。
9.根據權利要求8的封裝半導體發光器件，其中金屬基體結構是引線框架。
10.根據權利要求1的封裝半導體發光器件，其中鍵合到襯底元件的光學元件是在半導體發光器件上方被液體注模到襯底元件的。
11.根據權利要求10的封裝半導體發光器件，其中鍵合到襯底元件的光學元件是在半導體發光器件上方被直接液體注模到襯底元件上的。
12.根據權利要求1的封裝半導體發光器件，其中襯底元件包括容納腔，在所述容納腔內安裝半導體發光器件，並且在所述腔中的電連接的半導體發光器件上包括軟樹脂。
13.根據權利要求12的封裝半導體發光器件，其中半導體發光器件藉助鍵合線電連接到金屬基體結構的接觸部分，並且軟樹脂被布置在光學元件和半導體發光器件之間。
14.根據權利要求13的封裝半導體發光器件，其中光學元件包括與軟樹脂相比更高硬度的材料，具有基本類似於軟樹脂的折射率的折射率，以限制半導體發光器件的全內反射，並且具有基本類似於軟樹脂的熱膨脹係數的熱膨脹係數。
15.根據權利要求12的封裝半導體發光器件，其中所述軟樹脂包括矽酮。
16.一種封裝半導體發光器件，包括襯底元件，其包括具有基本平面的安裝表面的安裝部分；安裝在所述安裝表面上的半導體發光器件；和放置在半導體發光器件上並且被直接鍵合到襯底元件的接觸表面的光學元件，所述接觸表面與安裝表面基本共面。
17.根據權利要求16的封裝半導體發光器件，其中襯底元件包括金屬基體結構。
18.根據權利要求17的封裝半導體發光器件，其中金屬基體結構是引線框架。
19.根據權利要求17的封裝半導體發光器件，其中襯底元件包括用由塑性材料形成的襯底包覆成型的金屬基體結構。
20.根據權利要求16的封裝半導體發光器件，其中鍵合到襯底元件的光學元件是在半導體發光器件上方被液體注模到襯底元件的。
21.根據權利要求20的封裝半導體發光器件，其中鍵合到襯底元件的光學元件是在半導體發光器件上方被直接液體注模到襯底元件上的。
全文摘要
本發明涉及半導體發光器件封裝方法以及模製的半導體發光器件條。半導體發光器件封裝方法包括製造襯底，所述襯底被配置為在其上安裝半導體發光器件。所述襯底可以包括被配置為在其中安裝所述半導體發光器件的腔。半導體發光器件被安裝在所述襯底上並電連接到襯底的接觸部分。對所述襯底進行液體注模以在所述半導體發光器件上方形成鍵合到所述襯底的光學元件。在液體注模之前可以在所述腔中的電連接的半導體發光器件上施加軟樹脂。也可以提供半導體發光器件襯底條。
文檔編號H01L33/52GK102569616SQ20121004724
公開日2012年7月11日 申請日期2007年8月20日 優先權日2006年8月21日
發明者B.P.洛, N.W.小梅登多普 申請人:克裡公司