CN101261985B - 形成封装的具有多个光学元件的半导体发光器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形成封装的具有多个光学元件的半导体发光器件的方法。封装半导体发光器件的方法包括提供在前表面上具有半导体发光器件的衬底。第一光学元件由第一材料形成在邻近半导体发光器件的前表面上。第二光学元件由不同于第一材料的第二材料形成在半导体发光器件和第一发光元件上方。通过压缩模制相应的光学元件形成第一光学元件和/或第二光学元件。

Description

形成封装的具有多个光学元件的半导体发光器件的方法

技术领域

本发明涉及半导体发光器件和其制造方法，并具体涉及半导体发光器件的封装和封装方法。

背景技术

例如发光二极管(LED)或激光二极管的半导体发光器件广泛用于许多领域。如本领域技术人员所知，半导体发光器件包括一个或多个配置为在其能级上发射相干光和/或非相干光的半导体层。还已知通常封装半导体发光器件提供外部电连接、散热、透镜或波导、环境保护和/或其它功能。

例如，已知为半导体发光器件提供两片封装，其中半导体发光器件安装在包括氧化铝、氮化铝和/或其它材料的衬底上，衬底包括位于其上的导电轨迹，以提供半导体发光器件的外部连接。可包括镀银的铜的第二衬底安装在第一衬底上，例如使用胶，环绕半导体发光器件。透镜可设置在半导体发光器件上方的第二衬底上。在2004年3月4日公布的转让给本发明受让人的申请序号No.US2004/0041222A1名为“功率表面安装发光芯片封装”中描述了上述具有两片封装的发光二极管，在此并入其全部公开内容作为参考，如同在本申请做充分阐述一样。

对于半导体发光器件多部件安装的封装，一般不同部件由不同材料形成。结果，这种封装的热阻抗可能较高且可能在封装中的多个部件之中导致热失配，从而产生封装可靠性问题。例如，问题可发生在散热的铜金属或具有安装这样的散热或腔的塑胶主体的腔之间的界面。另外，随着对封装有用的零部件增加，集成可能更复杂。另外，只要使用条形金属光学腔，那么腔体通常只能在有限深度和形状配置的范围内制造。这样多部件封装还可具有较大的光学腔空间，导致使用较大量的密封剂，这样会增加在温度周期期间密封剂中分层和/或形成泡沫的相关问题。

使用由粘附剂附着的预模制透镜可能遇到一些成品稳固性和可靠性方面的问题。例如，这种器件的制造工艺可能本来就不兼容且最终的封装可能稳固性和/或可靠性较差。还公知利用形成透镜所用树脂的粘性来使用滴胶法制造透镜。

在一些应用中，可优选在例如陶瓷衬底、金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性电路衬底和/或导线框的衬底表面上安装LED，不使用反射器杯。然而，因为上述的多种方法可能不太适合用在LED未放置在空腔中的情况，所以如果不提供这样的结构，那么可能更难形成和/或固定透镜。

还已知使用传递模塑环氧树脂来密封特定的低功率LED封装，例如可在从Hewlett Packard公司获得的微型表面安装器件。除了封装内部器件外，在这样器件上的环氧树脂可给封装提供结构强度。但是，通常由于一些半导体发光器件生成的蓝光的电磁能量逐渐使环氧树脂退化，且最终会降低光的透射性。因此最终的封装在较短的时间后可能变得灰暗。这样，对于密封的发射蓝光的器件来说，环氧树脂可能是吸引力的选择。另外，在LED芯片及其键合线结合处可用硅树脂软凝胶体包覆作为第一层密封剂，但通常环氧树脂与硅树脂软凝胶体存在热膨胀系数(CTE)不匹配的问题。

还已知使用环氧树脂浇铸封装LED器件。该工艺一般仅能施加到空腔室，其中环氧树脂装进杯中即发生固化，并且导线框可插入到杯内侧并且当环氧树脂固化时被模制。在固化期间，由于化学反应和体积的减少，通常液态环氧树脂的水平面本身自由调节。

另一种方法使用由硅树脂形成的压缩模制透镜。使用压缩模制，压缩模制透镜的阵列可设置在衬底或晶片上的LED芯片的匹配阵列上方。但是，因为模制材料可延伸穿越并限制与前侧触点形成电连接，所以透镜常规的压缩模制通常需要在衬底的背面而不是在前侧使用电接触。从日本京都TOWA公司可获得形成这些常规压缩模制透镜的压缩模制工艺。

由于多种操作精度的需要，半导体发光器件的封装会增加最终封装器件的成本。通常成本随着具有不同光特性的封装的发光器件的需要而增加。虽然所提出的压缩模制工艺可降低封装发光器件的制造成本，但该工艺的优势还没有得到充分认识。例如，这些工艺通常只用于生产由一种材料制成的简单透镜。

发明内容

本发明的一些实施例提供封装半导体发光器件的方法，包括提供前表面上具有半导体发光器件的衬底。在邻近半导体发光器件的前表面上由第一材料形成第一光学元件。在半导体发光器件和第一光学元件上方由与第一材料不同的第二材料形成第二光学元件。通过压缩模制相应的光学元件形成第一光学元件和/或第二光学元件。

在其它实施例中，压缩模制第一光学元件和第二光学元件包括在自动模制设备中加载衬底，自动模制设备包括设置形成第一光学元件的第一模制腔和设置形成第二光学元件的第二模制腔的。移动该衬底到第一模制腔。在第一模制腔中的前表面上压缩模制第一光学元件。在衬底未从自动模制设备移除的情况下，将其上具有第一光学元件的衬底移动到第二模制腔。在第二光学腔中压缩模制第二光学元件。从自动模制设备移除具有第一和第二光学元件的衬底。

在其它实施例中，衬底包括多个在其前表面上的半导体发光元件。压缩模制第一光学元件和第二光学元件包括在相应的半导体发光器件上方的衬底前表面上压缩模制多个第一光学元件和多个第二光学元件。第一模制腔和第二模制腔分别包括多个透镜形状的腔体，腔体位于邻近相应的多个半导体发光器件的位置。

在另外实施例中，压缩模制第二光学元件包括在半导体发光器件和第一光学元件上方压缩模制第二光学元件。第一光学元件和第二光学元件可具有不同的折射率，选择折射率以提供封装的半导体发光器件所需要的光学特性。第一和第二光学元件可设置为给封装的半导体发光器件提供可选择的视角。第一材料可具有选择的粘附特性，以在压缩模制期间便于第一光学元件向衬底粘附和/或在封装的半导体发光器件的热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的压力。第一材料和/或第二材料可包括磷并且第一材料和/或第二材料可以是硅树脂。

在其它实施例中，提供衬底包括在其不具有反射体腔的前表面上直接安装半导体发光器件。将第二光学元件模制到环绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面并从环绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面延伸以及在半导体发光器件上方延伸。

仍旧在另一实施例中，形成第一光学元件包括使用除压缩模制外的工艺形成第一光学元件。除压缩模制外的工艺可包括滴胶和/或键合。形成第一光学元件可包括形成邻近半导体发光器件但不覆盖半导体发光器件的第一光学元件。第二材料可以具有与第一材料不同的折射率且第一光学元件可形成限定腔体并且半导体发光器件可置于腔体中。第二材料可具有选择的粘附特性以便于在压缩模制期间第二光学元件向衬底的粘附和/或可选择以限制在封装半导体发光器件的热循环期间施加到发光器件和/或耦合到其中的导线键合的压力。

在其它实施例中，衬底包括其前表面上的触点。压缩模制第二光学元件包括压缩模制衬底以在半导体发光器件上方的衬底的前表面上形成第二光学元件和在包括接触的衬底的前表面的区域上方的剩余涂层。该方法还包括在不损坏触点的情况下去除触点上方的剩余涂层。

在另外的实施例中，在半导体发光器件上方压缩模制第一光学元件或第二光学元件并且导线键合将半导体发光器件耦合到衬底并直接接触导线键合。衬底可以是陶瓷衬底、金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性电路衬底和/或导线框。衬底可包括在其前表面上的多个半导体发光器件，并且形成第一光学元件和形成第二光学元件可包括在相应的多个半导体发光器件上方的衬底前表面上形成多个第一光学元件以及形成多个第二光学元件。

仍旧在另外的实施例中，封装的半导体发光器件包括衬底和衬底前表面上安装的半导体发光器件。第一光学元件在邻近半导体发光器件的衬底的前表面上。第二光学元件在半导体发光器件和第一光学元件上方的衬底的前表面上。第一光学元件和/或第二光学元件是压缩模制的光学元件。在没有反射体腔的情况下半导体发光器件可以直接安装在衬底的前表面上并且第二光学元件可模制到环绕半导体发光器件的区域中衬底前表面并从环绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面延伸以及在半导体发光器件上方延伸。压缩模制的光学元件可以是硅树脂透镜。半导体发光器件可以是多个半导体发光器件且压缩模制的光学元件可以是在相应的多个半导体发光器件上方的多个压缩模制的光学元件。

仍旧在另外的实施例中，在电耦合到半导体发光器件的衬底的前表面上提供触点。半导体发光器件可以是多个半导体发光器件且触点可以是分别电耦合到多个半导体发光器件的前表面上的多个触点且压缩模制光学元件可以是相应多个半导体发光器件上方的多个压缩模制光学元件。导线键合可将半导体发光器件电耦合到衬底的触点部分并且至少一个压缩模制光学元件可直接接触导线键合。

在另外的实施例中，第一光学元件和第二光学元件具有可选择的不同的折射率以提供封装的半导体发光器件所需的光学特性。第一光学元件和第二光学元件可设置为向封装的半导体发光器件提供选择的视角。第一光学元件可以是第一材料，该第一材料具有可选择的以便于在压缩模制期间将第一光学元件向衬底粘附和/或在封装的半导体发光器件的热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的压力。第一光学元件可以是第一材料且第二光学元件可以是第二材料并且第一材料和/或第二材料可包括磷且第一材料和/或第二材料可以是硅树脂。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的封装的半导体发光器件的平面顶视图。

图2是根据本发明另外实施例的封装的半导体发光器件的平面顶视图。

图3到6是根据本发明一些实施例示出形成图2的封装半导体发光器件的方法沿图2的线A-A的截面图。

图7是根据本发明其他实施例的封装的半导体发光器件的截面图。

图8是根据本发明另外实施例的封装的半导体发光器件的截面图。

图9是根据本发明一些实施例示出形成封装的半导体发光器件的操作流程图。

图10是根据本发明其他实施例示出形成封装的半导体发光器件的操作流程图。

具体实施方式

下文参考示出发明实施例的附图更全面地描述发明。然而，发明可以多种不同形式实施且不应该理解为限制到这里阐述的实施例。但是，提供这些实施例目的是使公开彻底并且完全，且向本领域技术人员完全传达发明的范围。在附图中，为清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可以放大。

应该理解当指元件或层“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，可以直接在上面、连接或耦合到其它元件或层或可出现中间元件或层。相反，当元件被指出“直接在……上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，不出现中间元件或层。全文相同的数字代表相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括任何以及一个或多个相关列举项的所有组合。

应该理解，虽然术语第一、第二等可用在这里描述多种元件、部件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分从另一区域、层或区域区分开。这样，在不离开本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可称为第二元件、部件、区域、层或部分。

空间相对术语，例如“在……之下”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”等，在这里可用来方便的描述以描述附图中示出的一个元件或零件对另一个元件或零件的关系。应该理解空间相对术语意图包括使用器件的不同方向或除了在附图中描述的方向以外的操作。例如，如果附图中的器件被翻转，那么描述为在其它元件或零件“下方”或“之下”的元件将定位在其它元件或零件的“上方”。这样，可效仿的术语“下方”可包括上方和下方两个方向。另外可以定向器件(旋转90度或在其它方向)并且由此解释这里使用的空间相对描述符。

这里使用的术语目的仅是描述特定的实施例并且不意图限定发明。正如这里所使用的，除非上下文清楚的表明，否则单数形式“一个”和“这个”意图还包括复数形式。还应该理解术语“包括”和/或“包括”，当用在本说明书中时，具体限定所陈述的零件、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不是排除一个或多个其它零件、整体、步骤、操作、元件、部件和其组的存在或附加。

这里参考本发明理想化的实施例的示意图的截面图描述本发明的实施例。同样的，预料来自例如最终示出的形状的变化的制造工艺和/或公差。这样，本发明的实施例不应该解释为局限于这里示出的区域的特定形状而是包括例如由制造导致的形状的偏差。例如，作为矩形示出的刻蚀区域典型地将具有圆的或弯曲的特性。这样，在附图中示出的区域实际上是示意性的且它们的形状不意图表示器件区域的精确形状并且不意图限定本发明的范围。

除非定义，否则这里使用的所有术语(包括工业和科学术语)具有与本领域普通技术人员通常理解相同的意思。还应该理解例如通常使用的字典中定义的那些术语应该解释为与相关领域和本说明书上下文中一致的意思，且除非这里特别地限定过，否则将不解释为理想化或过于正式的意义。

现在将参考图1-9描述封装的半导体发光器件和形成其的方法的实施例。参考图1，以顶视平面图示意性示出封装的半导体发光器件100。更具体地，所示器件100示出包括具有在衬底105的前表面107上成矩阵排列安装的多个半导体发光器件108的衬底105。压缩模制光学元件110作为透镜示出，形成在各自半导体发光器件108上方的衬底105的前表面107上。

半导体发光器件108可包括发光二极管、激光二极管和/或可包括一个或多个可包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料的半导体层的其它器件、可包括蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或其它微电子衬底的衬底以及一个或多个可包括金属和/或其它导电层的接触层。本领域技术人员熟知半导体发光器件的设计和制造。

例如，发光器件108可以是制造在例如由北卡罗莱纳州达拉谟Cree有限公司制造和销售的那些器件的碳化硅衬底上的氮化镓基的LED或激光器。例如，本发明适于与美国专利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/或激光器一起使用，在此并入其全部公开内容作为参考，如同在本申请做充分阐述一样。除了公开的名为“包括修正光提取的发光二极管和其制造方法”的美国专利公开号No.US2002/0123164A1以外，在2003年1月9日公开的U.S.公开专利公开号No.US2003/0006418A1名为“具有量子阱和超晶格的III族氮基发光二极管结构，III族氮基量子阱结构和III族氮基超晶格结构”中描述了其它适合的LED和/或激光器。而且，2004年3月25日公开的名为“包括楔形侧壁的涂磷发光二极管以及其制造方法”的美国专利申请No.US2004/0056260A1中描述的涂敷磷的LED，还可适于在本发明的实施例中使用，在此并入其全部公开内容作为参考，如同在本申请做充分阐述一样。

仍旧在其他实施例中，可以在半导体发光器件上放置一滴例如包括磷的环氧树脂的材料。例如在U.S.专利6,252,254、6,069,440、5,858,278、5,813,753、5,277,840和5,959,316中描述了使用磷涂层的LED。

还示出在衬底105的前表面上是多个电触点115。例如，触点115可以是镀金的电接触焊盘，其将半导体发光器件108与电路、电源等连接起来。应该理解，虽然这里仅讨论了前表面107上的触点，但是还可在一些实施例中提供背侧触点。

还如这里所描述的，在本发明的特定实施例中提供了方法，由此压缩模制透镜110可形成在衬底105的前表面107上，同时仍旧使用前表面触点115并在没有来自用于形成透镜110的不导电材料的剩余沉积物的干扰的情况下允许电连接到前表面107。而且，在本发明的一些实施例中用在形成透镜110中剩余的硅树脂可保留在前表面107的表面上，其中不需要电接触。

应该理解图1所示配置是为了示意目的并且在本发明的多种实施例中的封装的半导体发光器件100中可包括一个或多个半导体发光器件108和触点115的多种不同的配置及组合，包括仅具有单个发光器件108的器件。

类似地，应该理解在一些实施例中图1所示的结构100还可以被加工成具有多个分隔开的部分，以从所示的器件100提供多个分立的封装的半导体发光器件。

根据实施例，衬底可包括嵌入的电连接以在电触点115之间形成LED的串或族以提供各个前侧触点的LED和/或LED串或族。另外，具有透镜的单独的LED可包括启动LED的触点。

在本发明的一些实施例中，例如如图7所示，在没有环绕发光器件108的反射器腔的情况下，半导体发光器件108可直接安装在衬底105上的前表面107上。

现在将参考图2示意图描述根据另外实施例的封装的半导体发光器件200。如图2的实施例所示，封装的半导体发光器件200包括衬底205以及直接安装在衬底205的前表面207上的多个发光器件208。多个电触点215在邻近半导体发光器件208的前表面207上示出。图2中还示出覆盖触点215的前侧的掩模230。如图2所示，掩模230可能不完全覆盖在触点215的整个表面区域上。

在图2中示意性的示出半导体发光器件208为圆形。然而，应该理解半导体发光器件208的形状可以变化并且圆形的示例是出于描述本发明的目的。而且，压缩模制透镜110的结构未在图2中示出。前侧触点215相对于发光器件208的特定设置和前侧触点215的数目是出于举例说明的目的，并且可以根据本发明的一些实施例提供其他设置。

现在可参考图3-6的截面示意图和图9示出的流程图描述根据本发明一些实施例形成封装的半导体发光器件的方法。图3-6是沿图2的线A-A的截面示意图。这样，应该理解，如图2的描述，图3-6中的触点215和发光器件208的特定设置是为了描述本发明并且本发明的方法不局限于附图示出的特定结构或设置。

如参考附图所描述的，本发明的一些实施例提供形成封装的半导体发光器件方法，它在衬底上具有模制的压缩透镜和前表面电触点。例如衬底可以是陶瓷衬底、金属芯印刷电路版(MCPCB)、柔性电路和/或导线框。如图3-6所示的实施例，在模制之前，将例如聚酰亚胺薄膜的掩模或模版施加到衬底上的触点。在将例如硅树脂透镜等的压缩模制透镜施加到衬底之后，可使用热筛(hotscreen)分或其他去除方法从由掩模或模版覆盖的前侧触点中去除透镜形成材料。但是，应该理解本发明另外实施例提供了在不使用掩模或衬底的情况下制造包括压缩模制透镜的封装的半导体发光器件。而且，可使用不同类型掩模及不同方法去除剩余的透镜形成材料，例如激光、锯、热封刀和热金属丝栅/或金属丝网。

从图3所示的实施例中看出，提供了组件200，包括具有半导体发光器件208的衬底205和在其前表面207上的前侧触点215。如上所提到的，在示出的实施例中，还提供覆盖前侧触点215的掩模230。图3还示意性示出压缩模型305。提供具有类似透镜形状的凹陷或腔体320的模型305。所示多个发光器件208中每一个分别被提供有腔体320。硅树脂315设置在模型305上方且在凹陷320中。还如图3所示，还可在硅树脂315和模型305之间使用释放层310。在从硅树脂315压缩模制透镜之后，释放层310可以有助于去除在该释放层310处的模型305。释放层310可以是如从Asahi Glass公司获得的Aflex薄膜。如图3所示，在示出的压缩模制工艺中硅树脂315填充腔体320，但是进一步延伸穿过腔体320之间和周围的区域，以相应地在包括触点215的衬底205的前表面区域上方的衬底205的剩余涂层上沉积。由于在这里描述的本发明的实施例中形成透镜或光学元件所用压缩模制工艺自身原因，所以可能产生这种附加的硅树脂315的覆盖。

现在参考图4，在压缩模制衬底205的期间将所示组件200插入到模型305中以在各自的半导体发光器件208上方的衬底的前表面上形成光学元件。在一些实施例中，用于形成压缩模制光学元件和剩余涂层的材料是有机硅塑料并且压缩模制发生在约100℃到约150℃的温度(或在一些实施例中约140℃)、约0.1到约0.6tons/in²的压力下持续约三到约十分钟的时间(或在一些实施例中约5分钟)。在本发明一些实施例中用于形成封装的半导体发光器件的适合的有机硅树脂的实例是有机聚硅氧烷混合物。

如图5所示，在压缩模制之后，去除在释放层310处的模型305。这样，除了在包括触点215的衬底的前表面的区域上方的剩余涂层525以外，组件200还包括在每个发光器件208的上方的压缩模制的光学元件520。也就是说，如图5所示在从模型305中去除时，压缩模制硅树脂层515包括剩余涂层525和光学元件520。

图5还示出保留在每个发光器件208上方的模制透镜的同时，使用去除方法或去除工艺去除位于掩模230上的硅树脂。如图5具体所示，去除工艺包括用具有与剩余涂层525上切割的图案相对应的图案的热封刀或其它切割工具，以与掩模230相应的图案切割剩余涂层525。在一些实施例中，热封刀530本身具有相应的图案，允许沿如图5箭头所示的方向以单一运动执行切割操作，不需要沿第二方向运动。在本发明的一些其他实施例中，切割装置530还可作第二或第三方向运动以在不破坏触点215的情况下根据需要切割剩余涂层525以暴露触点215的电接触部分。

根据本发明一些实施例，在如图5所示的去除操作之后最终的封装的半导体发光器件结构如图6所示。如图6所示，衬底205包括多个发光器件208，具有形成在相应一个发光器件208上方的压缩模制透镜620。在不破坏触点215的情况下，去除衬底205的前表面的区域上方包括触点215的触点区域的剩余涂层525，以允许形成到触点215的电连接。

现在参考图9所示的流程图描述根据本发明的另外实施例形成半导体发光器件的操作。如图9所示实施例示出，通过提供在其前表面107、207上具有触点115、215的衬底105、205，操作在框900处开始(框900)。半导体发光器件108、208安装在衬底105、205的前表面107、207上(框905)。发光器件108、208与一个或多个触点115、215电连接(框905)。这样，通过在衬底105、205的前表面107、207上形成电连接触点115、215，可将发光器件108、208与其它电路电连接。可通过将电连接各自发光器件108、208的导线键合连接到衬底105、205的触点部分(即触点部分可以是一个前侧触点115、215)形成附加的连接或框905所指的连接(框910)。

在多种实施例中，衬底105、205可以是陶瓷衬底、金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性电路衬底和/或导线框等。而且，在本发明的不同实施例中一个或多个发光器件108、208和前侧触点115、215可分别以多种方式设置在衬底105、205上。在本发明的多种实施例中可基于与发光器件和前侧触点所选择的几何关系或设置相应的合适图案，根据需要从触点中去除剩余涂层。

如图9所示，提供掩模230覆盖前侧触点115、215(框915)。掩模可以是如聚酰亚胺薄膜。现在参考框920-940所描述的，压缩模制衬底以分别在多个半导体发光器件108、208上方的衬底107、207的前表面上以及包括触点的衬底的前表面的区域上方的剩余涂层上形成光学元件110、620。

如图9示出的实施例所示，压缩模制包括在包括位于邻近相应的多个半导体发光器件108、208的多个透镜形状腔体320的模型305的表面上提供释放层310(框920)。在具有与相应多个半导体发光器件临近的腔体的模型305中放置衬底(框925)。除了在腔体320之间和周围的区域以外，硅树脂层315还提供在模型305和腔体320中(框930)。从腔体中的硅树脂压缩模制透镜620、110(框935)。从模型去除形成有透镜的衬底(框940)。

现在将参考图9的框945和950描述本发明的一些实施例的关于在不破坏触点的情况下去除触点上方的剩余涂层的操作。如在上述框915所描述的，以与施加的掩模相对应的图案切割剩余涂层(框945)。在一些实施例中，衬底包括位于前表面上的多个发光器件和触点，切割剩余涂层包括用热封刀切割剩余涂层。热封刀的图案与剩余涂层中切割的图案相对应，这样在切割部件没有穿越衬底横向运动的情况下，可通过切割刀朝衬底前进来进行切割操作。这样，可降低在去除工艺期间的任何破坏触点表面的危险。去除位于剩余涂层上的掩模和切口以暴露出前侧触点(框950)。

在本发明的一些实施例中，在压缩模制光学元件110、620之前发光器件108、208通过导线键合电连接到触点部分。而且，在一些实施例中，压缩模制衬底以在半导体发光器件108、208上方形成光学元件110、620并直接接触导线键合。这里所描述的压缩模制工艺在通过导线键合减少甚至防止破坏发光器件和触点部分之间的耦合的同时可以允许这样的直接接触而且能在导线键合以及相关联的发光器件上形成光学元件。相反，形成这样设置的透镜的多种其它方法还需要使用附加的保护装置以避免破坏导线键合和发光器件和衬底的相应触点部分之间的连接。

而且，如这里所述的本发明的一些实施例中，发光器件可以直接安装在衬底的前表面上并且可在发光器件上方延伸超过180°范围的圆顶区域内的发光器件周围形成压缩模制光学元件。这样，与需要使用围绕发光器件的反射材料腔体的方法相比，可通过选择透镜形成材料和添加到其中的任何添加剂等为发光器件的光提供和抽取提供更大的灵活性和/或更高的效率。通常这样的反射腔体吸收至少一定量的发射光，而在多种应用中，从前表面延伸直至完全围绕直接安装在衬底前表面上的发光器件的透镜或其它光学元件可提供改善光抽取。然而，在一些实施例中，LED可位于腔体或凹体中。

虽然参考图3-6和9描述了使用掩模的本发明实施例，但是应该理解本发明一些实施例不使用这样的掩模和切割工艺。在本发明一些实施例中，衬底是柔性电路衬底并且通过湿法溶剂化学清洗衬底去除剩余涂层以便去除触点上的剩余涂层。应该理解，不论使用掩模或湿法刻蚀方法，都可在包括多个触点的衬底的前表面区域上方去除剩余涂层但不需要完全暴露触点。然而，在剩余涂层不防碍电连接的情况下，应该暴露足够多的触点面积以使得与其进行电连接。与现有的压缩模制相比，在形成剩余涂层之后提供的掩模方法可用于结合湿法溶剂化学清洗操作以便限制剩余涂层从选择图案中所希望区域的去除。

下面将参考图7和8的实施例描述根据本发明另外实施例的封装的半导体发光器件。每个包括多个所示的形成在衬底上的第一和第二光学元件。应该理解可使用本发明不同实施例中的压缩模制形成一个和/或两个相应的光学元件。

如图7实施例所示，封装的半导体发光器件700包括多个直接安装在衬底705的前表面707上的半导体发光器件708。第一光学元件740形成在每个半导体发光器件708的上方。第二光学元件720形成在第一光学元件740和发光器件708的上方。如图7的实施例进一步所示，添加剂742可添加到第二发光元件720以影响半导体发光器件708的光传输或发射特性。应该理解，可替换的，添加剂742添加到第一光学元件740或者相同和/或不同的添加剂可添加在每个光学元件720、740中。另外，可通过分别选择不同特性的的光学元件720、740进一步修正光学特性，例如，分别选择不同折射率的材料以在从半导体发光器件708发射的光通路中提供所希望的效果。影响光学特性的添加剂可包括磷、散射剂、发光材料和/或影响发射光的光学特性的其它材料。

应该理解在图7的实施例中可以压缩模制第一和第二光学元件。但是，在另外实施例中，可通过其它方法形成第一光学元件740并可通过大致如上参考图3-6和图8所描述的压缩模制来形成第二光学元件720。

图8示出封装的半导体发光器件800的另外实施例。如图8所示，半导体发光器件808直接安装在衬底805的前表面上。示出导线键合809使衬底805和半导体发光器件808相连接。虽然未从图8示出，但是应该理解第二连接可以形成在发光器件808和衬底805的前表面之间的界面处。

第一光学元件840形成在邻近衬底805的前表面上的发光器件808处。第二光学元件820形成在发光器件808、导线键合809和第一光学元件840的上方。如参照图7的描述，一个或两个相应的光学元件840、820可通过这里前面描述的压缩模制来形成。而且，虽然第一光学元件840在图8截面图中以两个分离元件示出，但它可以是围绕发光器件808和导线键合809延伸的环形单个光学元件。

现在将参考图10示出的流程图描述形成封装的半导体发光器件的方法的另外实施例。更具体地，参考图10描述的方法可用于形成图7或图8示出的器件。出于描述图10的目的，将描述两个光学器件都在自动模制装置中压缩模制的实施例。然而，应该理解发明不局限于这样的实施例。而且，应该理解参考压缩模制描述的操作可用于这里前面描述的带有衬底的实施例中，该衬底具有其前表面上的触点并去除模制材料的剩余部分以暴露前表面触点。

对于图10示出的实施例，操作从提供在前表面上具有半导体发光器件的衬底开始(框1000)。如前所讨论的，与图1和2示出相同，衬底可包括在前表面上的多个半导体发光器件。而且，半导体发光器件可直接安装在没有反射器腔的衬底的前表面上。例如，衬底可以是陶瓷衬底、MCPCB、柔性电路衬底和/或导线框。然而，发光器件可安装在反射器腔等中。

现在将参考框1005-1030描述关于形成封装的半导体发光器件的第一和第二光学元件的操作。在包括形成第一光学元件的第一模型腔和形成第二光学元件的第二模型腔的自动模制装置中加载衬底(框1005)。第一和第二模型腔分别可包括多个位于邻近相应多个半导体发光器件的透镜形状的腔体，其中衬底包括在其上的多个半导体发光器件。衬底被移动到第一模型腔(框1010)。可通过在自动模制装置中的自动传动机、机器人手臂等移动。

在第一模型腔中的衬底的前表面上压缩模制第一光学元件(框1015)。应该理解，虽然如框1015处示出了压缩模制，但可使用除了压缩模制以外的工艺来形成第一光学元件或第二光学元件，例如滴胶和/或粘接。而且，在框1015处，第一光学元件可在邻近半导体发光器件处形成但不覆盖半导体发光器件，例如，如图8所示的光学元件840。如图7实施例中的第一光学元件740所示，在框1015处，一些实施例中的第一光学元件还可形成被模制到围绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面上并从该前表面延伸并在半导体发光器件上方延伸。在一些实施例中，其中第一光学元件不在发光器件上方延伸，第一光学元件可成形为限定一个腔体，半导体发光器件位于该腔体中。

在不需要从自动模制装置移走衬底的情况下，将其上具有第一光学元件的衬底移动到第二模型腔(框1020)。例如参考框1010的操作的描述，例如传送机或机械手工具还可用于框1020的操作。

在第二光学腔中压缩模制第二光学元件(框1025)。如参考图8所示的第一光学元件所描述的，如图7的第二光学元件720和图8第二光学元件820所示，可模制第二光学元件从围绕半导体发光器件的区域中的衬底的前面延伸并在发光器件的上方延伸。具有第一和第二光学元件的衬底从自动模制装置移走(框1030)。

如图7和图8所示，第二光学元件可以被压缩模制在半导体发光器件和第一光学元件上方。第一光学元件和第二光学元件可以具有可选择的不同折射率以提供封装的半导体发光器件所需的光学特性。可配置第一和第二光学元件以向封装的半导体发光器件提供选择的视角。在一些实施例中，用于形成第一和/或第二光学元件的材料具有可选择的粘附特性以便于在压缩模制期间将第一光学元件粘附到衬底和/或在封装的半导体发光器件热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的应力。第一光学元件材料和/或第二光学元件材料可以包括磷。第一材料和/或第二材料可以是硅树脂、环氧树脂、混合硅树脂/环氧树脂材料和/或类似物。

如上所述，本发明的一些实施例提供封装的半导体发光器件及其制造方法，该方法使用压缩模制生成具有修正的光学特性的透镜。例如，提供封装有使用压缩模制生成的复合透镜的发光器件。在一些实施例中，可使用多个压缩模型以生成压缩模制透镜，其中第一和第二光学元件均被压缩模制以生成具有所需光学特性例如视角的透镜。在其它实施例中，第一光学元件可由滴胶、粘接等制成且第二光学元件可以被压缩模制。这样，第一和第二光学元件可具有不同修正的特性(形状、组成、折射率等)达到封装器件应用的需要。除了第一和第二光学元件之外，一些实施例还可包括附加的光学元件、层和/或压缩模型。而且，每个光学元件的形状和成分可彼此不同并且被修正以提供需要的照明性能。可在本发明的多个实施例中提供适应部分上改善的粘附性和/或较低的压力。

在附图和说明书中，公开了发明的实施例并且尽管使用了具体的术语，但是它们仅用于普通的和描述的意义且不是限制的目的，在下面的权利要求中阐述发明的范围。

Claims (1)

1.一种封装半导体发光器件的方法，包括：

提供衬底，所述衬底在其前表面上具有半导体发光器件；

在包括被设置成用于形成第一光学元件的第一模型腔和被设置成用于形成第二光学元件的第二模型腔的自动模制装置中装载衬底；

将衬底移动到第一模型腔；

在第一模型腔中由第一材料在靠近所述半导体发光器件的前表面上形成第一光学元件；

在不从自动模制装置移走衬底的情况下将在其上具有第一光学元件的衬底移动到第二模型腔；

在半导体发光器件和第一光学元件上方，由不同于第一材料的第二材料在第二光学腔内压缩模制前表面上的第二光学元件；以及

从自动模制装置移走具有第一光学元件和第二光学元件的衬底。 

2. 权利要求1的方法，其中衬底包括在其前表面上的多个半导体发光器件，并且第一光学元件和第二光学元件的形成包括：在相对应的多个半导体发光器件上方的衬底的前表面上形成多个第一光学元件和多个第二光学元件，并且其中第一模型腔和第二模型腔的每个都包括位于邻近相对应的多个半导体发光器件的多个透镜形状的腔体。

3. 权利要求1的方法，其中第一光学元件和第二光学元件具有不同折射率，所述折射率选择成提供封装的半导体发光器件所需要的光学特性。

4. 权利要求1的方法，其中配置第一光学元件和第二光学元件以向封装的半导体发光器件提供选择的视角。

5. 权利要求1的方法，其中第一材料具有粘附特性，该粘附特征选择为在封装的半导体发光器件的热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的应力。

6. 权利要求1的方法，其中第一材料和/或第二材料包括磷并且其中第一材料和/或第二材料包括硅树脂。

7. 权利要求1的方法，其中提供衬底包括在没有反射器腔的情况下在其前表面上直接安装半导体发光器件，并且其中第二光学元件被模制到围绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面并从该前表面延伸以及在半导体发光器件上方延伸。

8. 权利要求1的方法，其中除了压缩模制之外的工艺包括滴胶和/或粘接。

9. 权利要求1的方法，其中第一光学元件的形成包括邻近半导体发光器件形成第一光学元件但不覆盖半导体发光器件。

10. 权利要求9的方法，其中第二材料具有不同于第一材料的折射率且其中使第一光学元件成形为限定出腔体并且其中半导体发光器件位于腔体中。

11. 权利要求9的方法，其中第二材料具有粘附特性，该粘附特性选择为便于在压缩模制期间将第二光学元件粘附到衬底，和/或选择为在封装的半导体发光器件的热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的应力。

12. 权利要求1的方法，其中衬底包括在其前表面上的触点，并且其中第二光学元件的压缩模制包括压缩模制衬底以在半导体发光器件上方的衬底的前表面上形成第二光学元件以及在包括触点的衬底的前表面的区域上方的剩余涂层，并且其中该方法进一步包括在不破坏触点的情况下去除触点上方的剩余涂层。

13. 权利要求1的方法，其中在半导体发光器件和导线键合上方形成第一光学元件或第二光学元件，导线键合将半导体发光器件耦合到衬底并直接接触导线键合。

14. 权利要求1的方法，其中衬底包括陶瓷的衬底、金属芯印刷电路板，柔性电路衬底和/或导线框。

15. 权利要求1的方法，其中衬底包括在其前表面上的多个半导体发光器件，且其中形成第一光学元件和形成第二光学元件包括在相对应的多个半导体发光器件上方的衬底的前表面上形成多个第一光学元件和形成多个第二光学元件。

16. 一种封装的半导体发光器件，包括：

衬底；

安装在衬底的前表面上的半导体发光器件；

在邻近半导体发光器件的衬底的前表面上的第一光学元件，所述第一光学元件在所述半导体发光器件上延伸；

在半导体发光器件和第一光学元件上方的衬底的前表面上的第二光学元件，其中第一光学元件和/或第二光学元件被模制在衬底的前表面上，并且其中第一光学元件和第二光学元件在衬底的前表面的一部分上延伸而不在衬底的第二表面上延伸；以及

在衬底的前表面上靠近半导体发光器件的触点，其电耦合到半导体发光器件，其中第一光学元件和/或第二光学元件在衬底的前表面上的触点的第一部分上延伸而不在该触点的第二部分上延伸。

17. 权利要求16的器件，其中半导体发光器件直接安装在没有反射器腔的衬底的前表面上，并且其中第二光学元件被模制到围绕半导体发光器件的区域中的衬底的前表面并从该前表面延伸并且在半导体发光器件上方延伸。

18. 权利要求16的器件，其中压缩模制的第一光学元件和/或第二光学元件包括硅树脂透镜。

19. 权利要求16的器件，其中半导体发光器件包括多个半导体发光器件并且其中压缩模制的第一光学元件和/或第二光学元件包括多个在相对应的多个半导体发光器件上的压缩模制的光学元件。

20. 权利要求16的器件，其中半导体发光器件包括多个半导体发光器件，并且触点包括在前表面上的电耦合到相对应的多个半导体发光器件的多个触点，其中压缩模制的第一光学元件和/或第二光学元件包括在相对应的多个半导体发光器件上方的多个压缩模制的光学元件。

21. 权利要求20的器件，其中压缩模制的光学元件包括硅树脂透镜。

22. 权利要求16的器件，进一步包括电耦合半导体发光器件和衬底的触点部分的导线键合，其中至少一个压缩模制的第一光学元件和/或第二光学元件与导线键合直接接触。

23. 权利要求16的器件，其中第一光学元件和第二光学元件具有不同折射率，所述折射率选择成为封装的半导体发光器件提供所希望的光学特性。

24. 权利要求16的器件，其中设置第一光学元件和第二光学元件以向封装的半导体发光器件提供选择的视角。

25. 权利要求16的器件，其中第一光学元件包括第一材料，该第一材料具有粘附特性，该粘附特性选择为便于在模制期间将第一光学元件粘附到衬底，和/或选择为在封装的半导体发光器件的热循环期间限制施加到发光器件和/或与其耦合的导线键合的应力。

26. 权利要求16的器件，其中第一光学元件包括第一材料且第二光学元件包括第二材料，其中第一材料和/或第二材料包括磷并且其中第一材料和/或第二材料包括硅树脂。

27. 权利要求16的器件，其中衬底的前表面是平面的。

28. 权利要求20的器件，其中衬底的前表面是平面的，并且第一光学元件和第二光学元件都完全位于该平面的前表面上。

29. 权利要求16的器件，其中第一光学元件和/或第二光学元件包括压缩模制的第一光学元件和/或第二光学元件。

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