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CN1754268A - 照明模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有至少一个镀在具有电连接线的芯片载体上的薄膜发光二极管芯片的照明模块，该薄膜发光二极管芯片具有第一和第二电连接边以及外延制造的半导体层序列。该半导体层序列具有n导电型半导体层、p导电型半导体层和布置在所述两个半导体层之间的产生电磁辐射的区域，并且被布置在载体上。此外，该半导体层序列在面向载体的主面上具有反射层，该反射层将至少部分在该半导体层序列中产生的电磁辐射反射回到该半导体层序列中。该半导体层序列具有至少一个带有至少一个微型结构化的、粗糙的面的半导体层。薄膜发光二极管芯片的输出耦合面基本上通过背离反射面的主面来定义，并且不包含如浇铸或者封装材料的外壳材料。

Description

照明模块及其制造方法
本发明涉及一种具有至少一个光源的照明模块。此外，本发明涉及一种用于制造这种照明模块的方法。
这种照明模块的可能的类型例如在EP0 933 823 A2中被描述。其中，发光二极管芯片被固定在引线框架上，以及被外壳所包围，以致发光二极管芯片的光输出耦合面(Lichtauskoppelflaechen)邻接气态的大气。这种结构形式尤其是提供应用在UV辐射的影响下不遭受老化和/或其热膨胀系数与引线框架的热膨胀系数匹配的外壳材料的可能性。这种半导体器件的缺点是：发光二极管芯片的电磁辐射直接相对空气或相对气体输出耦合。在这种情况下，基于半导体材料通常相当高的折射系数，大部分光强度通过内反射、尤其是通过在半导体/大气的界面上的受挠反射而丧失。由于用于保护发光二极管芯片的这样的外壳通常也具有盖板，所以通过在该盖板的界面上的反射也丧失另外一部分光强度。
为了达到改善的光输出耦合，发光二极管芯片通常利用具有尽可能高的折射系数的透光的浇铸或封装材料来这样包封，使得尤其是发光二极管芯片的所有光输出耦合面利用该材料来覆盖。这种器件的一个例子在Moellmer/Waitl的“Siemens SMT-TOPLED fuer dieOberflaechenmontage(针对表面安装的西门子SMT-TOPLED)”(Teil1：Eigenschaften und Besonderheiten(Siemens Components29(1991)，Heft 4)(第1部分：性质和特性(西门子元件29(1991年)，第4期))中被说明。这种所谓的TOPLED具有可表面安装的外壳。包围发光二极管芯片的浇铸或封装材料通常是环氧树脂，该环氧树脂在TOPLED中具有基本上平坦的输出耦合面。通过其相对空气比较高的折射系数，环氧树脂引起改进的输出耦合来自发光二极管芯片的光，并因此也引起总体改进的光输出耦合到环境。另外，浇铸或者封装材料的输出耦合面可以具有透镜的形式，由此进一步提高光输出耦合效率。可替换地，在器件的反射方向中独立的透镜被镀在浇铸或者封装材料上。
这种结构形式的缺点是：在应用具有相对短的发射波长的发光二极管芯片的情况下，尤其是在UV区中发射的发光二极管芯片的情况下，基于高折射的浇铸或者封装材料的老化通过发光二极管芯片发射的电磁辐射遭受强烈的退化。另一缺点是：这样的浇铸或者封装材料与发光二极管芯片的半导体材料相比具有强烈不同的热膨胀系数，由此产生材料量的限制以及因此产生器件大小的限制。此外，利用浇铸或者封装材料来包封发光二极管芯片相对更贵，并且例如在TOPLED的情况下可以共计总制造成本的近似50％。
本发明的任务是：研究具有尽可能高的光输出耦合效率的发射光的半导体器件的更简单和更廉价的制造形式。此外，该半导体器件应当允许采用在UV区中发射的发光二极管芯片，并且关于发光二极管芯片的数量没有任何限制。
该任务通过具有权利要求1的特征的半导体器件来解决。用于制造这样的半导体器件的方法是权利要求38的主题。
该半导体器件或该方法的有利的实施形式和优选的扩展方案在从属权利要求2到37和39到47中给出。
根据本发明，开头所述类型的发射光的半导体器件具有至少一个发光二极管芯片，该发光二极管芯片被镀在具有电连接线的芯片载体上。在这种情况下，发光二极管芯片是具有第一和第二电连接边以及外延制造的半导体层序列(Halbleiterschichtfolge)的薄膜发光二极管芯片。该半导体层序列包含n导电型半导体层、p导电型半导体层以及布置在这两个半导体层之间的产生电磁辐射的区域，被布置在载体上并且在转向载体的主面上具有反射层，该反射层使至少部分在半导体层序列中产生的电磁辐射反射回该半导体层序列中。此外，该半导体层序列具有带有至少一个微型结构化的、粗糙的面的至少一个半导体层以及输出耦合面，该输出耦合面基本上通过背离反射层的主面来定义。除了这类薄膜发光二极管芯片之外，本发明的另一基本特征是：薄膜发光二极管芯片的输出耦合面不包含如浇铸或者封装材料的外壳材料。
利用按照上述原理构造的薄膜发光二极管芯片，在从半导体对空气的光输出耦合的情况下可以达到超过50％的输出耦合效率。此外观测到：当如在浇铸有环氧树脂的TOPLED外壳内的传统的发光二极管芯片(不是薄膜发光二极管芯片)那样理解薄膜发光二极管时，可以降低输出耦合效率。在将薄膜发光二极管芯片嵌入到浇铸有环氧树脂的另一外壳中时，其中该发光二极管芯片具有构造成透镜形式的输出耦合面，虽然已观测到光输出耦合效率的上升，可是该输出耦合效率与嵌入到这样的外壳中的传统类型的发光二极管芯片相比还是十分低。
在图1的曲线内图解地概括出这样的测量的结果。分别示出(沿着X轴示出的)三种不同的外壳结构形式中的薄膜发光二极管芯片(暗线条)和所谓的ATON发光二极管芯片(亮线条)的(在y轴上示出的)输出耦合效率。在ATON发光二极管芯片的情况下，其特征在于，芯片发射的辐射的主要部分通过衬底从芯片中输出耦合。针对这样的芯片的例子在WO 01/61764 A1中给出。所浇铸的芯片的输出耦合效率相对各自的发光二极管芯片对空气的(分别规一标准化的)输出耦合效率被示出。
第一结构形式不浇铸，即从发光二极管芯片中输出耦合在这里直接对空气发生，以致按照定义针对两类发光二极管的相对输出耦合效率得出标准值或1，但是这并非意味着：在绝对意义上说在所检测的ATON-芯片的情况下的所检测的薄膜芯片具有相同的输出耦合效率。
第二结构形式是带有具有平坦的输出耦合面的环氧树脂浇铸的TOPLED外壳。在通过把ATON发光二极管芯片嵌入这样的外壳中使输出耦合效率几乎提高了100％的期间，在薄膜发光二极管的情况下，通过嵌入该外壳中使该输出耦合效率降低了约20％。
最终，在第三种结构形式中，该第三种结构形式具有带有构造为透镜形式的输出耦合面的利用环氧树脂浇铸的传统的径向LED外壳，在ATON发光二极管芯片的情况下可实现输出耦合效率超过100％的提高，而在所应用的薄膜发光二极管芯片的情况下也进而观测到输出耦合效率系数的提高，但是该耦合效率系数的提高仅仅约20％。
这种观测的可能的解释是：由发光二极管芯片发出的光在从环氧树脂过渡到空气时经受强度损耗，而与从半导体向空气过渡相比在从半导体向环氧树脂过渡时经受强度增益。该强度损耗首先归因于在环氧树脂/空气的界面上光的反射以及在环氧树脂内的光吸收，而强度增益基于环氧树脂的较高的折射系数以及由此降低的反射。显然，强度增益通过在传统的发光二极管芯片的情况下浇铸中的输出耦合如此大，以致从浇铸中输出耦合时该强度增益大大地过补偿强度损耗，而强度增益在薄膜发光二极管芯片的情况下可如此小，以致该强度损耗视外壳结构形式而定占优势地或者只轻微过补偿。
这样的薄膜发光二极管芯片例如在I.Schnitzer等人在Appl.Phys.Lett.63(16)，18.Oktober 1993，2174-2176中描述，其公开内容就这点而言对此通过引用来列入本文中。其它的薄膜发光二极管芯片及其制造方法在德国专利申请10245628.3、10234977.0和10305100.7以及在WO 02/13281 A1中描述，其公开内容就这点而言对此通过引用来列入本文中。
根据本发明的发射光的半导体器件具有与其中通过浇铸或者封装材料来包围发光二极管芯片的传统器件可比较的光输出耦合效率。同时与这样的器件相比，可以更简单且更廉价地进行制造。
半导体层序列优选地具有来自系统InxAlyGa1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)的至少一种材料。
在产生具有UV区中的波长的电磁辐射的半导体层序列中，可特别有利地采用本发明。通过薄膜发光二极管芯片的输出耦合面不包含如浇铸或者封装材料那样的高折射的外壳材料，可以基本没有缺点地这样选择所有半导体器件的材料，使得该材料在UV辐射的影响下不产生或只产生轻微老化。
薄膜发光二极管芯片的输出耦合面有利地与充满气体和/或配备有真空的区域邻接。
其上布置了外延制造的半导体层序列的载体在半导体器件的优选实施例中是独立制造的并且在半导体层序列生长之后与其连接的载体衬底、尤其是半导体载体衬底。这种载体衬底基于薄膜发光二极管的特殊制造方法是必需的，其中生长衬底至少绝大部分远离半导体层序列，以便露出或产生薄膜发光二极管芯片的输出耦合面。
可替换地，也可有利地放弃独立的载体衬底，其中，半导体器件的芯片载体承担针对半导体层序列的载体的功能。由此能够降低半导体器件的高度。
在半导体器件的有利的实施形式中，该半导体器件具有外壳框架，该外壳框架被布置在芯片载体上或布置在与其不同的、具有电连接线的外壳体上并且该外壳框架利用该外壳体定义了其中布置了薄膜发光二极管芯片的外壳腔。针对外壳框架被布置在外壳体上的情况，芯片载体被镀在该外壳体上以及电连接在外壳体的连接线上。
优选地，外壳腔通过随着外壳本体重新成型的引线框架来确定，其中，具有集成在其中的引线框架的部分的外壳本体构成芯片载体或者外壳体。在这种情况下，外壳本体适当地基本上由塑料构成。
可替换地，芯片载体或者外壳体是具有包含优选铜的金属板的印刷电路板，该印刷电流板既导电又导热地与薄膜发光二极管芯片的第一电连接边连接。该金属板既可以用于电连接薄膜发光二极管芯片又可以用于导出在薄膜发光二极管芯片中产生的热量。
外壳腔的内壁以有利的方式至少部分配备一层，优选地配备金属层或者氧化层，特别优选地配备具有TiO2、Ag、Al或Au的层，该层针对在半导体器件中产生的电磁辐射进行反射。这样的反射层一方面可用于对来自半导体器件的光更好地输出耦合，而此外还可以用作保护外壳腔的材料免受电磁辐射，当薄膜发光二极管芯片发出UV辐射以及外壳具有在UV辐射的影响下老化的塑料时，这尤其有利。
特别有利地，反射层导电，并且此外与薄膜发光二极管芯片的第二电连接边导电连接。因此，该反射层附加地被用作薄膜发光二极管芯片的电连接线。
在另一有利的改进方案中，外壳腔的内壁至少部分配备有散射体材料。针对外壳腔的内壁配备有反射层的情况，散射体材料可以适当地被镀在该内壁上。可替换地或者附加地，外壳腔的内壁也可配备有针对在半导体器件中产生的电磁辐射漫反射的层，当不存在其它反射层时尤其如此。
有利地，外壳腔气密和/或防水闭合。
在半导体器件的特别优选的实施形式中，该半导体器件具有透过辐射的盖板，该盖板被这样安装，使得该盖板基本上覆盖和/或封闭外壳腔的开口。这例如用作为保护薄膜发光二极管芯片免受外界的机械或化学影响。
盖板有利地至少这样来构成，使得该盖板具有用于使由半导体器件发射的电磁辐射射束成形的光学设备、优选地聚焦装置。
优选地，该盖板基本上至少由材料玻璃、石英玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷之一形成。
盖板有利地可配备有散射体材料，该散射体材料被包含在盖板内并附加地或可替换地被镀在盖板上。
在半导体器件的特别优选的实施形式中，盖板的至少一个主面、优选地盖板的面向外壳腔内部的主面具有粗糙的结构。由此，根据在盖板的界面上的反射、尤其是根据受阻挠的反射，光强度损耗被降低。为此，当盖板的主面的粗糙结构无规则地构造时，这是有利的。
在优选的实施形式中，盖板的主面的粗糙结构具有许多子面，这些子面相对半导体层序列的主延伸层倾斜并且与该主延伸层构成多个不同角度。尤其是关于这些角度，子面统计学地分布到整个主面上。如果电磁辐射在这样结构化的面上反射，则针对受阻挠的反射的概率是微不足道的，因为在以较高概率重新出现在该面上时该辐射以与前一次不同的入射角入射到该结构化的面的子面上，以致提高了从外壳中输出耦合这种电磁辐射的概率。
盖板的主面的粗糙结构特别优选地具有位于由半导体器件发出的电磁辐射的波长的数量级中的结构大小。
在特别有利的半导体器件的实施形式中，在辐射方向上，发光变换材料隶属薄膜发光二极管，该发光变换材料对至少一部分由薄膜发光二极管发出的电磁辐射进行波长变换，也就是该发光变换材料吸收该辐射，并接着发射另一波长的辐射。半导体器件的最终的、优选地光学上可觉察到的辐射通过将波长变换的辐射与由薄膜发光二极管发出的辐射混合产生，以致由此尤其是也能够产生白光。如果希望，则由薄膜发光二极管芯片发出的辐射也可基本上完全通过发光变换材料来进行波长变换。
发光变换材料优选地具有至少两种在变换特性和/或粒子大小方面不同的发光材料。
盖板以有利的方式配备有至少一部分发光变换材料。附加地或者可替换地，至少一部分发光变换材料有利地至少被镀在盖板的主面上。优选地，这是盖板的面向外壳腔内部的主面。
在另一实施形式中，优选地在薄膜发光二极管芯片的输出耦合面上镀有至少一部分发光变换材料。当半导体器件没有盖板时，这尤其有利。
在盖板的主面和/或薄膜发光二极管芯片的输出耦合面上优选地以其表面具有粗糙结构的变换层的形式镀上发光变换材料。通过这种结构可以提高半导体器件的辐射输出耦合效率。
在这种情况下，该变换层的粗糙结构特别优选为不规则的。
变换层的粗糙结构特别有利地具有多个相对半导体层序列的主延伸层倾斜并与该主延伸层构成多个不同角度的子面。尤其是关于该角度，粗糙结构的子面统计学地分布在整个变换层上
在半导体器件的优选的实施形式中，变换层具有多个微晶体，并且变换层的粗糙结构基本上通过微晶体的形状直接或者间接来定义。
变换层的粗糙结构特别有利地具有处于由半导体器件发出的电磁辐射的波长的数量级中的结构大小。
在半导体器件的另一优选的实施形式中，该半导体器件具有至少两种、优选地三种薄膜发光二极管芯片。该薄膜发光二极管芯片发出分别不同波长的可见光，该可见光被混合并且产生CIE图中的一定色度坐标的光、尤其是白光。在这种情况下，该多种薄膜发光二极管芯片在的至少一种优选地具有来自系统InxGayAl1-x-yP(其中，0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)中的至少一种材料。
薄膜发光二极管芯片有利地具有在0和100μm之间并包括100μm在内的厚度，优选地在0和50μm之间并包括50μm在内的厚度，特别优选地在1和10μm之间并包括10μm在内的厚度。
在发射光的半导体器件的特别有利的实施形式中，该半导体器件在薄膜发光二极管芯片的至少一条电连接边和芯片载体的电连接边之间具有基本上由导电的、透过辐射的材料的层构成的电接线。尤其是薄膜发光二极管芯片的正面、即面向薄膜发光二极管芯片的辐射方向的侧面借助于这样的材料来电连接，以致半导体器件不具有否则通常为此目的应用的压焊丝。由此能降低半导体器件的结构高度。此外，薄膜发光二极管芯片由此较不易受外界机械影响。另一优点是可放弃压焊垫片，由此产生更大的发射辐射的面。
导电、透过辐射的材料优选地至少具有透明的导电氧化物(TCO)、特别优选地氧化铟锡(ITO)或者氧化锌(ZnO)。
由导电、透过辐射的材料层构成的这样的电接线在其应用中不限于根据本发明的半导体器件。更确切地说，适于具有任意的基于半导体的光源的发射光的半导体器件以及其中通过浇铸或者封装材料覆盖光源的输出耦合面的半导体器件。此外，这种技术适于其中在空闲的半导体面和电连接线之间必需导电连接的所有光电器件，当通过半导体面发射和/或接收电磁辐射时，尤其是如此。这同样适于在下面解释的用于制造这种电接线的方法。
根据本发明的用于制造发射光的半导体器件的方法包含：准备好至少一个具有第一和第二电连接边的薄膜发光二极管芯片和具有至少第一和至少第二电连接线的芯片载体。随后，薄膜发光二极管芯片被镀在芯片载体上，并且第一电连接边与芯片载体的第一电连接线电连接。在另一方法步骤中，至少所有不应与薄膜发光二极管芯片的第二电连接边连接的导电空闲面利用电绝缘材料进行涂层。尤其是第一连接线以及薄膜发光二极管芯片的侧面的空闲面利用电绝缘材料进行涂层。此外，以芯片载体和薄膜发光二极管芯片整个面利用导电的、透过辐射的材料进行涂层的方式，制造薄膜发光二极管芯片的第二电连接边和第二连接线之间的电连接。随后，将具有镀有材料的薄膜发光二极管芯片退火(temper)。
这样的方法尤其是适于特别薄的、例如厚度小于10μm的发光二极管芯片的电接触。这样的发光二极管不能借助于压焊丝导电连接，因为在通常应用的方法中该发光二极管容易折断。
在本方法的优选实施形式中，在薄膜发光二极管芯片的背面上的第一电连接边是可接触的，并且同时借助于将薄膜发光二极管芯片以其背面焊接或粘接在第一电连接线上来实现把薄膜发光二极管芯片镀在芯片载体之上以及使第一电连接边与第一电连接线电连接。
在制造薄膜发光二极管芯片的第二电连接边和第二连接线之间的电连接的方法步骤之前，优选地在一面上镀有电接触材料，通过该电接触材料第二电连接边是可电接触的。为了构造具有足够好导电性的电接触，这可能是必需的。
在本方法的特别有利的实施形式中，电接触材料作为窄条形式或多个窄条形式的薄层被镀在局限在小子区的层上。这可以通过均匀地在大的、优选地在整个薄膜发光二极管芯片的主面上将电流注入到该薄膜发光二极管芯片中来实现。
利用电绝缘材料来涂层优选地以这种方式来实现，即首先在芯片载体和薄膜发光二极管芯片上镀有该电绝缘材料并随后优选地借助于光刻这样来结构化，使得通过其可电接触第二电连接边的面以及至少部分用于电连接的第二电连接线被露出。
可替换地，在方法的优选的实施形式中，借助丝网印刷实现利用电绝缘材料来涂层。
电绝缘材料特别有利地基本上由阻焊剂构成。
附加地或可替换地，该电绝缘材料有利地具有SiO2。
特别优选地，在本方法中基本上同时制造多个发射光的半导体器件。对此，应用具有分别包含至少一个第一和至少一个第二电连接线的多个构件段的芯片载体。随后分离半导体器件。尤其是关于制造薄膜发光二极管芯片的第二电连接边和第二连接线之间的电连接，基本上同时制造多个半导体器件是可简单和廉价执行的，因为这基本上由芯片载体和薄膜发光二极管芯片的涂层组成，这在较大面的情况下，无须显著的附加花费也是可能的。
在该方法的有利的实施形式中，构件段以行的形式被布置成至少一行。
优选地，该单个行通过芯片载体中的缝隙彼此分离。
该方法和该发光二极管芯片的其它优点、优选实施形式和扩展方案从以下结合附图2a到5说明的实施例中得出。其中：
图2a和2b示出根据本发明的半导体器件的每一个实施例的示意性剖面图，
图3a到3c示出在根据本发明的方法的实施例的各种处理阶段中根据本发明的半导体器件的实施例的示意性剖面图，
图4a示出半导体器件的另一实施例的示意性剖面图，
图4b示出在图4a中示出的实施例的示意性俯视图，
图4c示出用于针对不同数量的薄膜发光二极管图解说明根据在图4a和4b中示出的半导体器件的辐射角的光强度的分布的极坐标图，
图5示出对具有大量构件段的芯片载体的示意性俯视图。
在实施例和附图中，相同或相同功能的组成部分分别配备有相同的参考标记。所示的层厚并不能看作比例正确的，更确切地说，为了更好的理解，该层厚被描绘地过分地厚。结构大小同样不是以正确的比例或者与附图的其它元件的大小比例示出。
在图2a中示出的实施例中，在芯片载体4上镀有的薄膜发光二极管芯片1借助于芯片载体4被安装在随着外壳本体11重新成型的引线框架9、10上。该芯片载体具有第一和第二电连接线5、6，这些连接线被镀在载体板16上并且例如以被焊接或者粘接的方式与引线框架9、10的接线导电连接。载体板16这样来提供，使得连接线5、6彼此电绝缘。该连接线可以例如由陶瓷、如Al2O3构成。
形成外壳框架17的部分外壳本体11具有利用反射层15来覆盖的内壁。该反射层尤其是针对在半导体器件中产生的电磁辐射进行反射并可以例如由铝构成。
外壳本体11例如由塑料、例如环氧树脂构成，并且利用盖板7覆盖，该盖板至少对于在半导体器件中产生的辐射是透明的并且例如由玻璃制造。外壳本体11可以借助于盖板7气密和/或防水封闭。在盖板7的面向外壳本体11的内侧的主面上以变换层8的形式镀有发光变换材料。变换层的表面具有带有多个子面(未示出)的不规则的、粗糙结构，该子面相对薄膜发光二极管芯片1的主延伸层倾斜并与该主延伸层构成多个不同角度。关于该角度，该子面首先统计学地分布在是变换层8的整个表面上。变换层例如包含基于YAG:Ce的荧光材料粒子或其它合适的无机荧光材料粒子，诸如在WO98/12757中所描述的那样，该专利的相关内容就这点而言对此通过引用来列入本文中。
盖板7的背离外壳本体11的内侧的主面也可被构造为光学透镜(未示出)。
变换层的粗糙结构例如通过多个不规则形成的发光变换材料可以作为其存在的微晶体的形状来定义。可替换地或附加地可能的是，盖板7的面向外壳本体11的内侧的主面也具有这样粗糙的、无规则的结构。这种粗糙结构的结构大小处于由半导体器件发出的电磁辐射的波长的数量级中，例如约300到500nm。这样的结构导致，以一定角度在各自的表面的子面上入射和反射的光束在以更大的概率再入射到该表面时以另一角度入射到另一子面上，以致也许满足传输条件。因此，根据受阻挠的反射可降低半导体器件中的光强度损耗，并且可以有效地改善光输出耦合。
变换层的发光变换材料吸收至少一部分由薄膜发光二极管1发出的具有一定波长的电磁辐射(用填黑的箭头表示)，并接着发射具而至少与其不同的、通常更长的波长的辐射。各种辐射充分混合并产生CIE比色图表的某一色点的光、尤其是白光(用未填黑的箭头表示)。为了获得各种辐射的很好的充分混合，盖板配备有在盖板内包含的、或者在其上镀有的散射体材料。更确切地说，反射层15也可以配备有散射体或由漫反射的材料构成。
正如在说明书的一般部分中描述的那样可提供的薄膜发光二极管芯片1由直接、例如借助于焊接或粘接镀在芯片载体4的第一电连接线5上的半导体层序列2构成。由此，薄膜发光二极管芯片1的第一电连接边与第一电连接线5导电连接。半导体层序列的厚度例如为8μm。
这种半导体层序列例如可以具有传统的pn结、双异质结构、单倍量子势阱结构(SQW结构)或者多倍量子势阱结构(MQW结构)。这种结构为本领域技术人员熟知，并且因而在此处不详细说明。基于GaN的多倍量子势阱结构的例子在WO 01/39282 A2中描述，其公开内容就这点而言对此通过引用来列入本文中。
薄膜发光二极管1的半导体层序列2包含例如来自系统InxAlyGa1-x-yN(其中，0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)中的至少一种材料，并且发射其波长位于UV区中的电磁辐射。薄膜发光二极管1例如可以是基于InGaN的发光二极管。在这种情况下，辐射通过变换层几乎被完全吸收，并且通过两种或多种不同的荧光材料来变换。应用在UV区中发射的薄膜发光二极管1和可见光中由其发出的辐射的几乎完全变换的优点是：由荧光材料发射的光通常比由发光二极管发射的光具有更宽的光谱。因此能够产生例如具有更好的颜色重现(显色指数)的白光。
薄膜发光二极管芯片1的第二电连接边经其正面是可接触的。该第二电连接边借助导电的、透过辐射的材料13与芯片载体4的第二连接线6导电连接。为了避免在第一和第二连接线(5，6)之间的导电连接，利用电绝缘材料12覆盖第一连接线5的空闲面以及薄膜发光二极管芯片1的侧面。
导电的、透过辐射的材料13可以例如是透明的、导电的氧化物(TCO)，如氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)。电绝缘材料12例如由阻焊剂或者具有SiO2的材料构成。
图2b中示出的实施例与根据图2a解释的上述实施例的不同点在于薄膜发光二极管芯片1的半导体层序列2的载体以及在薄膜发光二极管芯片1上与引线框架的电连接线9、10电连接的方式。
针对半导体层序列2的载体根据第二实施例是以其背侧被镀在、例如焊接在第一电连接线9上的独立制造的半导体载体衬底。由此，薄膜发光二极管芯片1的第一电连接边也与第一电连接线9导电连接。第二电连接边通过半导体层序列2的正面借助于压焊丝14与第二电连接线10导电连接。因此输出耦合面、即薄膜发光二极管芯片1的面向辐射方向的主面基本上未被覆盖，并且与充满气体、例如充满空气并且此外可配备有真空的区域邻接。
在图2a和2b中示出的实施例中，发光变换材料附加地或可替换地也可以直接被镀在薄膜发光二极管芯片1的光输出耦合面上或导电的、透过辐射的材料13上，或者也被包含在盖板的材料中。此外，发光变换材料也可以具有带有不同粒子大小的各种荧光材料。另一可能性是没有发光变换材料的器件，该器件的薄膜发光二极管接着优选地发射可见的波长区中的辐射。该器件不具有盖板也是可能的。
取代一个薄膜发光二极管芯片，该器件也可具有此外关于发射光谱可以不同的多个薄膜发光二极管芯片，以致不同波长的辐射混合成混合色的光。这种发光二极管发射可见的波长范围的辐射，并且具有例如来自系统InxGayAl1-x-yP(其中，0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)的至少一种材料。
图3a到3c示意性地示出在不同的用于制造该半导体器件的处理阶段中该半导体器件的实施例的示意剖面图。半导体器件对应于图2a中示出的具有镀在其上的、并且与其电连接线5、6电连接的薄膜发光二极管芯片1的芯片载体4。在图2a中示出的例子中，芯片载体被安装在随着外壳本体11重新成型的引线框架9、10上。可是，使用的可能性显然不限于这种结构形状。
薄膜发光二极管芯片1以其背面被镀在芯片载体4的第一连接线5上，并且例如借助于焊接或粘接与连接线5导电连接。图3a中示出的处理阶段对应于由此达到的状态。
随后，至少不应与第二电连接线6导电连接的所有空闲面利用电绝缘材料12来覆盖。这或者借助于光刻工艺来实现，或者也可能在借助于丝网印刷的步骤中实现，这两者例如可能利用阻焊剂。在图3b的例子中这对应于覆盖所有第一连接线5的空闲面以及薄膜发光二极管芯片1的侧面。
为了制造薄膜发光二极管芯片1的第二电连接边和第二电连接线6之间的导电连接，芯片载体4以及发光二极管芯片1的表面整面利用导电的透明材料13来涂层，这利用适合其的、为本领域技术人员所熟知的涂层方法来实现(参照图3c)。在涂层之前，电接触材料被镀在发光二极管芯片1的面上(未示出)，通过该面其第二电连接边是可电接触的。这可以是以薄的、针对电磁辐射可透过的层的形式镀有的例如金。
本方法是极其合适的，以便基本上同时制造多个器件。为此，芯片载体4可具有多个分别带有至少一个第一和第二电连接线5、6的构件段18，如图5中示意性描述。在这种情况下，构件段以行的形式来布置，并且单个行通过缝隙19彼此分离。随后分离器件，但是也可以在任意更早的时刻分离，或者也可以在该工艺之前已经分离。
构件段也可以具有多个薄膜发光二极管(参阅图4a和4b)，这些薄膜发光二极管同样可以通过这样的方法基本上同时分别与至少一条连接线电连接，作为在该图中示出的压焊丝的替代物。当在薄膜发光二极管芯片中两条电连接边分别通过正面的半导体面是可电接触的时，这样两条连接边利用所述方法与各自的连接线导电连接。
在图4a和4b中示出的实施例中，多个薄膜发光二极管芯片1被镀在公共的芯片载体4上。芯片载体4的载体板16由导电和导热的材料、例如铜构成，发光二极管芯片1以其背面分别与该材料导电和导热连接。因此，载体板用作第一电连接线5和散热片，由发光二极管芯片1在其运行时产生的热导出到该载体板中。薄膜发光二极管芯片1的第二电连接边分别与同样由导电材料、例如铝构成并且另外用作第二电连接线6的反射层15导电连接。反射层15利用电绝缘材料20衬垫，并由此与载体板16电绝缘。
芯片载体4具有外壳框架17，其上镀有配备有变换层8的盖板7。
薄膜发光二极管的光输出耦合面基本上通过其前主面来定义，由此它以较好的近似具有朗伯辐射特性。由此，薄膜发光二极管特别好地适于具有多个发光二极管的器件，因为利用该多个发光二极管可以提高所辐射的光强度，而不显著改变器件的辐射特性，即它具有极好的可标度性。这在图4c的极坐标图中说明，其中半导体器件的辐射特性根据图4a和4b针对不同大小、即针对不同数量的薄膜发光二极管示出(光强度与角度的关系)。器件具有的发光二极管越多，则光强度越大，可是辐射特性基本上仍然保持不变。
根据实施例的本发明的上述说明显然不应理解为将本发明限制于此。根据不同的实施例说明的特征是不依赖于实施例而彼此可任意结合的。

Claims (48)

1、发射光的半导体器件，其具有至少一个被镀在具有电连接线的芯片载体上的薄膜发光二极管芯片，该薄膜发光二极管芯片具有第一和第二电连接边以及外延制造的半导体层序列；该半导体层序列
-具有n导电型半导体层、p导电型半导体层和布置在所述两个半导体层之间的产生电磁辐射的区域，
-被布置在载体上，
-在面向该载体的主面上具有反射层，该反射层将至少部分在该半导体层序列中产生的电磁辐射反射回该半导体层序列中，
-具有至少一个带有至少一个微型结构化的、粗糙的面的半导体层，以及
-具有输出耦合面，该输出耦合面基本上通过背离该反射层的主面来定义，
其中，该薄膜发光二极管芯片的输出耦合面不包含如浇铸或者封装材料的外壳材料。
2、根据权利要求1所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述半导体层序列包含来自系统InxAlyGa1-x-yN(其中，0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)的至少一种材料。
3、根据权利要求1或2所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述半导体层序列产生波长在UV区中的电磁辐射。
4、根据权利要求1到3之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述薄膜发光二极管芯片的输出耦合面与充满气体和/或配备有真空的区域邻接。
5、根据权利要求1到4之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述载体是载体衬底、尤其是半导体载体衬底，在该载体上布置所述半导体层序列。
6、根据权利要求1到4之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述载体是芯片载体，在该载体上布置所述半导体层序列。
7、根据权利要求1到6之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述半导体器件具有外壳框架，该外壳框架被布置在芯片载体上或者具有与其不同的、电连接线的外壳体上，在该外壳体上镀有芯片载体并且被电连接到其连接线上，并且该外壳框架利用该外壳体来定义其中布置有薄膜发光二极管芯片的外壳腔。
8、根据权利要求7所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述外壳腔通过随着外壳本体重新成型的引线框架来定义，其中，具有引线框架的集成在其中的部分的外壳本体构成所述芯片载体或所述外壳体。
9、根据权利要求8所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述外壳本体基本上由塑料构成。
10、根据权利要求7所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述芯片载体或者所述外壳体是具有优选地包含铜的金属板的印刷电路板，该印刷电路板与薄膜发光二极管芯片的第一电连接边导电且导热连接。
11、根据权利要求7到10之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述外壳腔的内壁至少部分地配备有一层，优选地配备有金属层或者氧化层，特别优选地配备有具有针对在所述半导体器件中产生的电磁辐射进行反射的TiO2、Ag、Al或Au的层。
12、根据权利要求11所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述反射层与所述薄膜发光二极管芯片的第二电连接边导电以及电连接。
13、根据权利要求7到12之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述外壳腔的内壁至少部分地配备有散射体材料或者配备有针对在所述半导体器件中产生的电磁辐射漫反射的层。
14、根据权利要求7到13之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述外壳腔是气密和/或防水封闭的。
15、根据权利要求7到14之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述半导体器件具有透过辐射的盖板，该盖板被如此安装，使得该盖板基本上覆盖和/或封闭所述外壳腔的开口。
16、根据权利要求15所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板至少这样形成，使得该盖板具有用于使由半导体器件发射的电磁辐射射束成形的光学设备、优选地聚焦装置。
17、根据权利要求15或16所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板基本上由材料玻璃、石英玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷之一构成。
18、根据权利要求15到17之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板配备有包含在该盖板内和/或镀在该盖板上的散射体材料。
19、根据权利要求15到18之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板的至少一个主面、优选地所述盖板的面向所述外壳腔的内部的主面具有粗糙的结构。
20、根据权利要求19所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板的主面的粗糙结构是不规则的。
21、根据权利要求20所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板的主面的粗糙结构具有相对所述半导体层序列的主延伸层倾斜的并与该主延伸层构成多个不同角度的多个子面，并且该子面尤其是关于该角度统计学分布在整个主面上。
22、根据权利要求19到21之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板的主面的粗糙结构具有处于由所述半导体器件发出的电磁辐射的波长的数量级中的结构大小。
23、根据权利要求1到22之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
在辐射方向上，发光变换材料隶属所述薄膜发光二极管，该发光变换材料将至少部分由该薄膜发光二极管发出的电磁辐射进行波长变换。
24、根据权利要求23所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述发光变换材料具有至少两种在变换特性和/或粒子大小方面不同的荧光材料。
25、根据权利要求23或24在回引权利要求14至20之一的情况下所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述盖板配备有至少一部分发光变换材料。
26、根据权利要求23或25之一在回引权利要求14至20之一的情况下所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
至少一部分发光变换材料至少被镀在所述盖板的两个主面之一上、优选地被镀在所述盖板的面向所述外壳腔的内部的主面上。
27、根据权利要求23或26之一在回引权利要求1至3和5至22之一的情况下所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
至少一部分发光变换材料被镀在所述薄膜发光二极管芯片的输出耦合面上。
28、根据权利要求26或27所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述发光变换材料以表面具有粗糙结构的变换层的形式来镀上。
29、根据权利要求28所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述变换层的粗糙结构是不规则的。
30、根据权利要求29所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述变换层的粗糙结构具有相对所述半导体层序列的主延伸层倾斜并与该主延伸层构成多个不同角度的多个子面，并且该子面尤其是相对该角度统计学分布在整个变换层上。
31、根据权利要求28到30之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述变换层具有多个微晶体，并且所述变换层的粗糙结构基本上通过该微晶体的形状来定义。
32、根据权利要求28到31之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述变换层的粗糙结构具有位于由所述半导体器件发出的电磁辐射的波长的数量级中的结构大小。
33、根据权利要求1到32之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述半导体器件具有至少两种、优选地三种薄膜发光二极管芯片，该薄膜发光二极管芯片发出分别不同波长的可见光，该可见光被混合并且产生CIE图中一定色度坐标的光、尤其是白光。
34、根据权利要求33所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
至少一种薄膜发光二极管芯片的半导体层序列包含来自系统InxGayAl1-x-yP(其中，0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)中的至少一种材料。
35、根据权利要求1到34之一所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述薄膜发光二极管芯片具有在0和100μm之间并包括100μm在内的厚度、优选地在0和50μm之间并包括50μm在内的厚度、特别优选地在0到10μm之间并包括10μm在内的厚度。
36、根据权利要求1到3和5到35之一在回引权利要求1至3和5至34之一的情况下所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
在所述薄膜发光二极管芯片的至少一条电连接边和所述芯片载体的电连接线之间的半导体器件具有电接线，该电接线基本上由导电的、透过辐射的材料的层构成。
37、根据权利要求36所述的发射光的半导体器件，
其特征在于，
所述导电的、透过辐射的材料至少具有透明的导电氧化物(TCO)、优选地氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)。
38、用于制造根据权利要求36或37所述的发射光的半导体器件的方法，其具有下述步骤：
(a)准备好具有第一和第二电连接边的至少一个薄膜发光二极管芯片和具有至少一条第一和至少一条第二电连接线的芯片载体；
(b)将该薄膜发光二极管芯片镀在该芯片载体上；
(c)使第一电连接边与第一电连接线电连接；
(d)不应与该薄膜发光二极管芯片的第二电连接边连接的至少所有导电的空闲面利用电绝缘材料来涂层，尤其是第一连接线的空闲面以及该薄膜发光二极管芯片的侧面利用电绝缘材料来涂层；
(e)借助利用导电的、透过辐射的材料对芯片载体和薄膜发光二极管芯片的整面涂层以及随后的退火来制造薄膜发光二极管芯片的第二电连接边和第二连接线之间的电连接。
39、根据权利要求38所述的方法，
其中所述第一连接边在所述薄膜发光二极管芯片的背面上是可接触的，而且其中步骤(b)和(c)同时借助于将所述薄膜发光二极管芯片以其背面焊接或粘接到所述第一电连接线上来实现。
40、根据权利要求38或39所述的方法，
其中，在步骤(e)之前电接触材料被镀在一个面上，第二电连接边经过该面是可电接触的。
41、根据权利要求40所述的方法，
其中，作为薄层的电接触材料以窄带的形式或者以多条窄带的形式被镀在限于小的子区域的层上。
42、根据权利要求38到41之一所述的方法，
其中，利用电绝缘材料以这种方式来进行涂层，即首先将该电绝缘材料镀在所述芯片载体和所述薄膜发光二极管芯片上，随后优选地借助于光刻这样来结构化，使得所述面以及至少部分用于电连接的第二电连接线露出，通过该面可电接触第二电连接边。
43、根据权利要求38到41之一所述的方法，
其中，借助丝网印刷利用电绝缘材料进行涂层。
44、根据权利要求38到43之一所述的方法，
其中，所述电绝缘材料至少基本上由阻焊剂构成。
45、根据权利要求38到42之一所述的方法，
其中，所述电绝缘材料具有SiO2。
46、根据权利要求38到41之一所述的制造方法，
其中，多个发射光的半导体器件基本上被同时制造，并且其中，
-所述芯片载体具有多个构件段，该构件段分别包含至少一条第一和至少一条第二电连接线，以及
-所述半导体器件随后被分离。
47、根据权利要求46所述的方法，
其中，所述构件段以行的形式被布置成至少一行。
48、根据权利要求47所述的方法，
其中，所述单个行通过所述芯片载体中的缝隙彼此分离。
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