阅读说明：本技术 用于制造照明装置的方法和照明装置 (Method for producing a lighting device and lighting device ) 是由 克劳斯·穆勒 霍尔格·克拉森 于 2018-04-10 设计创作，主要内容包括：一种用于制造照明装置(100)的方法,所述方法包括：-提供多个光电子半导体器件(101),所述光电子半导体器件分别具有用于产生辐射的半导体层序列(102),其中半导体器件(101)在一侧(104)上分别具有至少一个接触面(103)和由共同的载体(105)保持,-利用焊料(106)电镀地覆层半导体器件(101)的相应的接触面(103),-将半导体器件(101)借助焊料(106)施加到衬底(107)上,-熔化焊料(106),以及-将接触面(103)焊接到衬底(107)上。(A method for manufacturing a lighting device (100), the method comprising: -providing a plurality of optoelectronic semiconductor components (101) each having a semiconductor layer sequence (102) for generating radiation, wherein the semiconductor components (101) each have at least one contact surface (103) on one side (104) and are held by a common carrier (105), -galvanically coating the respective contact surface (103) of the semiconductor components (101) with solder (106), -applying the semiconductor components (101) to a substrate (107) by means of the solder (106), -melting the solder (106), and-soldering the contact surfaces (103) to the substrate (107).)

用于制造照明装置的方法和照明装置

本专利申请要求德国专利申请10 2017 107 961.0的优先权，其公开内容通过参引结合于此。

技术领域

提出一种用于制造照明装置的方法。此外，提出一种照明装置。

值得期望的是，提出一种用于制造照明设备的方法，该方法能够实现简单的且可靠的制造。此外，值得期望的是，提出一种照明设备，所述照明设备可以简单地制造。

背景技术

照明设备例如是具有多个光电子半导体器件的设备。光电子半导体器件例如分别是在运行中发射辐射的光电子半导体芯片。半导体芯片例如可以是发光二极管芯片或激光二极管芯片。光电子半导体器件可以分别在运行中尤其产生光。照明设备例如是机动车中的探照灯或可以应用在用于机动车的探照灯中，尤其前照灯。

发明内容

光电子半导体器件根据至少一个实施方式分别具有用于产生辐射的半导体层序列。半导体层序列尤其具有在第一半导体区域和第二半导体区域之间的用于产生辐射的有源层。例如，第一半导体区域是n型半导体区域而第二半导体区域是p型半导体区域。n型半导体区域构成为n型导电的。p型半导体区域构成为p型导电的。在光电子半导体器件运行中，分别在有源区中例如产生电磁辐射。电磁辐射在此通过载流子的复合产生。该半导体层序列例如基于氮化物化合物半导体材料。其他半导体材料也是可行的。半导体层序列尤其是外延生长的半导体层序列。

光电子半导体器件在一侧上分别具有至少一个接触面。接触面在运行中用于电地和/或机械地接触光电子半导体器件。尤其是，为各半导体器件在该侧上设有两个接触面。

多个光电子半导体器件由共同的载体保持。载体也可以称作为框架。例如，载体由塑料构成。多个光电子半导体器件注入到载体中，尤其模制到载体中。例如，载体保持至少三个光电子半导体器件。所述载体也可以保持多个半导体器件，尤其由载体保持n×m个半导体器件的矩阵。

例如，共同的载体从塑料框架、也称为晶片中分割。塑料框架例如保持100个或更多的光电子半导体器件。也可以由共同的载体保持小于100个光电子半导体器件。塑料框架尤其用于保持和运输多个光电子半导体器件并且例如不提供电连接或类似的在运行中所需的基础结构。

根据一个实施方式，半导体器件的相应的接触面由焊料电镀覆层。借助于电镀沉积可以将相应的接触面由焊料均匀地覆层。借助于电镀覆层可以非常精确地限定，将何种数量的焊料分别施加到接触面上。此外，焊料在电镀覆层期间仅放置在接触面上，所述接触面尤其由金属构成。在例如由塑料构成的载体上，在电镀覆层期间没有焊料堆积。因此可行的是，将薄的焊料施加到相应的接触面上，其中焊料的量分别非常精确地对应于预设。尤其是，将多个光电子半导体器件的所有接触面同时电镀覆层。

半导体器件根据一个实施方式借助焊接材料施加到衬底上。衬底例如为机械稳定和承载制成的照明装置的部件。例如，衬底由陶瓷材料、如氮化铝或半导体材料、如硅构成。同样，电路板或金属芯电路板可以用作为衬底。经由衬底，例如从外部电地和机械地接触制成的照明装置。也可以经由衬底将在运行中出现的热量导出。

焊料根据一个实施方式熔化。熔化尤其借助于高于所使用的焊接材料的熔点的热量进行。

根据至少一个实施方式，将接触面焊接到衬底上。将多个光电子半导体器件的接触面分别借助于焊接电地和机械地与衬底连接，使得光电子半导体器件分别电地和机械地固定在衬底上。

根据本发明的一个实施方式，用于制造照明装置的方法包括：提供多个光电子半导体器件，所述光电子半导体器件分别具有用于产生辐射的半导体层序列。半导体器件在一侧上分别具有至少一个接触面。光电子半导体器件由共同的载体保持。半导体器件的相应的接触面电镀地由焊料覆层。半导体器件借助焊料施加到衬底上。焊料熔化并且接触面焊接到衬底上。

这里所描述的制造方法在此尤其基于如下考量：在具有大数量的接触面的光电子器件阵列的焊接安装中，通常出现发光面的倾斜。此外，在端子之间出现难以去除的助焊剂残留物。尤其是对于小的芯片大小、例如小于500μm边长的芯片大小，电接触面相应变得更小。用于例如在机动车中作为探照灯的自适应灯的照明装置的具有多个光电子半导体器件的阵列例如通过如下方式构建：将各个常规的光电子半导体器件与其他电子部件一起借助常规的SMT技术焊接到衬底上。在此情况下，可能出现各个半导体器件的高度差和倾斜，其例如可以通过耗费的初级光学装置来补偿。此外，发光面彼此间的最小可能的间距是有限的。

这里所描述的制造方法现在尤其例如如下构思：使用电镀施加的焊料。假设可标准化的LED基本阵列，其中光电子半导体器件的矩阵由模制的或铸造的载体保持在一起。光电子半导体器件可以分别构成为倒装芯片。载体例如构成为模制的或铸造的晶片，从所述晶片中锯割出具有多个光电子半导体器件的载体。

在所述基本组件的下侧上的接触面，也称为端子，通过电镀方法设有焊料。作为焊料例如使用近共晶的锡银焊料。通过电镀施加在每个接触面上、即在每个器件端子上提供精确限定的焊料量。由此，随后避免在焊接过程期间多个光电子半导体器件的不期望的倾斜。

这样配备的LED基本阵列、即具有电镀覆层的接触面的多个光电子半导体器件在后续的步骤中可以借助于管芯接合器放置到合适的衬底上，所述光电子半导体器件由共同的载体保持。接下来，将衬底运输至焊接设备，其中光电子半导体器件保持为，使得其不滑动或尽可能少地滑动。

接下来，熔化焊料库，由此将接触面焊接到衬底上。

根据实施方式，在焊接工艺之后将合适的填充材料涂布到光电子半导体器件之下，用于机械稳定和老化稳定性。

精确限定的焊料体积也能够实现可靠地联接具有非常小的间距的小的接触面。由于精确限定的焊料量，光电子半导体器件和基本阵列几乎不会倾斜。光电子半导体器件和基本阵列在焊料熔化之后漂浮到相关的衬底接触面。因此，半导体器件可以非常精确地放置在衬底上，因为其由于焊料的表面应力自定向。

可以并排放置多个基本阵列，其中可以首先以较大的间距设置靠外的基本阵列，例如原因在于管芯接合器的放置精度。在焊接过程期间，由于焊料的表面应力，靠外的基本阵列也在窄的间距上漂浮。因此，能够实现自对中。在从晶片中分割出基本阵列时的材料损耗在基本阵列的边界之上为半导体器件的发光面的间距恒定的总阵列提供放置裕量。通过并行化安装，在成本更低的情况下每小时更高的件数是可能的。光电子器件的所描述的安装导致所有发光面与衬底有高的共面性。因此，后续可以施加转换元件，例如不同颜色的陶瓷转换薄板。替选地或附加地，后续可以安装提高对比度或射束成形的元件，例如光栅。

根据至少一个实施方式，在焊料熔化之前，将粘合剂施加到焊料上。由此，将半导体器件固定在衬底上。尤其是，半导体器件由粘合剂保持在衬底上，以便运输至焊接设备。作为粘合剂，例如使用三羟乙基胺(TEA)和/或由甘油和异丙基构成的混合物。

根据至少一个实施方式，将粘合剂在焊料熔化之前蒸发。这意味着，粘合剂首先通过在其沸点之下或在其沸点之上的加热汽化或蒸发。在去除粘合剂之后，熔化焊料。

根据至少一个实施方式，将粘合剂在第一温度下蒸发。将焊料在第二温度下熔化。第一温度低于第二温度。因此，在焊料熔化之前可以可靠地控制粘合剂的去除。

根据至少一个实施方式，在焊料熔化之前，将衬底与所施加的半导体器件一起引入到焊接室中。将气态的助熔剂在焊料熔化之前引入到焊接室中。气态的助熔剂尤其是还原性的气体混合物。例如，使用具有富含甲酸的氮气的气态的助熔剂。由此，去除在电镀沉积的焊料上存在的氧化物。

根据至少一个实施方式，在焊料熔化时在焊接室中产生真空。焊接室被充分抽真空，以便能够从焊料中去除可能存在的气体杂质。

根据至少一个实施方式，相应的接触面由厚度为2μm到20μm的焊料覆层。尤其是，将厚度在5μm和15μm之间、例如在3μm和5μm之间的焊料施加到相应的接触面上。由于焊料的电镀施加，厚度可以非常精确地控制和可以薄地预设。

根据至少一个实施方式，在将半导体器件施加到衬底上之前熔化焊料。由此，将焊料的外部形状改型。例如，焊料通过电镀覆层以第一外部形状施加。通过熔化将所述外部形状改变为第二外部形状。例如，第一外部形状是有棱角的，而第二外部形状是倒圆的。

根据至少一个实施方式，提供具有金属衬底接触面的衬底。将金属衬底接触面加热，使得焊料和金属衬底接触面构成金属间化合物。由此，将接触面焊接到衬底上。因此，在焊接之后不再有焊料本身单独剩余。由此，简化进一步处理，因为在半导体器件和衬底之间的连接在焊料的熔化温度下并不已经熔化，而是在更高的温度下才熔化。器件和衬底借助于等温凝固彼此连接。例如，金属衬底接触面具有铜和/或镍金，其随后与焊料构成金属间化合物。

根据至少一个实施方式，衬底接触面借助于压力加热并且由此焊料熔化。衬底接触面的一部分也因此熔化。由此，构成金属间化合物。

此外，提出一种照明装置。该照明装置尤其借助按照本申请的根据至少一个实施方式的制造方法来制造。相应地所有针对方法所公开的特征和优点也对于照明装置公开，反之亦然。

根据至少一个实施方式，该照明装置具有衬底。衬底尤其用于承载器件和/或电接触。

根据至少一个实施方式，该照明装置具有多个光电子半导体器件。光电子半导体器件例如分别是发光二极管芯片。所述光电子半导体器件分别具有半导体层序列，所述半导体层序列具有用于产生辐射的有源区，所述辐射尤其是可见光，如蓝色光。

半导体器件分别具有表面，尤其地，光在运行中在表面处出射。半导体器件分别设置在衬底上。

根据一个实施方式，在半导体器件的相应的接触面与衬底之间设置有电镀施加的焊料层。焊料层将半导体器件和衬底彼此连接。通过焊料层在制造照明装置期间已电镀施加，设置精确限定的焊料量。

半导体器件的背离衬底的表面彼此平面地定向。电镀施加的焊料层能够实现避免各个半导体器件彼此间的高度差和倾斜。因此，半导体器件彼此平面地定向。半导体器件的表面尤其在预设的公差内彼此平面地定向。

附图说明

其他优点、特征和改进方案从下面结合附图所阐述的实施例中得到。

附图示出：

图1至6示出根据一个实施例的照明装置的制造方法的不同的方法步骤，

图7示出根据一个实施例的照明装置，

图8和9示出根据一个实施例的照明装置的制造方法的不同的方法步骤，

相同的、同类的或作用相同的元件可以在所有附图中设有相同的附图标记。这些附图并不合乎比例。

具体实施方式

图1示出塑料框架115，例如模制的或铸造的晶片。塑料框架115保持多个光电子半导体器件101。尤其是，数十个或超过100个光电子半导体器件由塑料框架115保持。

光电子半导体器件101分别尤其具有半导体层序列，尤其所谓的薄层半导体层序列。半导体层序列尤其是外延生长的半导体层序列102(图4A和4B)。

半导体层序列102分别具有在第一半导体区域和第二半导体区域之间的有源层。例如，第一半导体区域是p型掺杂的层。第二半导体区域例如是n型掺杂的层。

在运行中施加电压时，有源层产生电磁辐射，例如在可见范围中、在UV范围中或在红外范围中的电磁辐射。光电子半导体器件101尤其分别是发光二极管(LED)。

从具有光电子半导体器件101的塑料框架115中锯割出分别具有多个光电子半导体器件101的多个阵列109。其他分割方法也是可能的。在下文中进一步以阵列109为例阐述根据本申请的方法。

图2示出在从塑料框架115中分割之后的阵列109。阵列109，也称为矩阵，具有多个光电子半导体器件101。阵列109例如具有至少三个光电子半导体器件。在所示的实施例中，阵列109具有由二乘五个半导体器件101构成的矩阵。具有更多或更少的半导体器件101的其他布置也是可行的，例如具有三乘三个半导体器件101的矩阵。

阵列109的半导体器件101由共同的载体105保持，所述载体也称作为框架。载体105例如由塑料构成。载体105在分割之前尤其是塑料框架115的一部分。

图2还示出半导体器件101的表面116，在运行中辐射从所述表面出射。

图3示出光电子半导体器件101的与表面116对置的下侧104，所述光电子半导体器件由载体105保持。每个半导体器件101在该侧104上在所示的实施例中具有两个接触面103。所述接触面在下文中用于电接触尤其半导体层序列102。接触面103例如具有铜和/或镍。

图4A和4B以剖视图示出在载体105中的半导体器件101的实施例。

图4A示出表面发射的半导体器件101。图4B示出体积发射的半导体器件101。

与半导体层序列102的构造无关，根据图4A和4B将焊料106电镀地施加到接触面103上。借助于电镀技术，也称作为电解沉积(Elektroplatieren)或电流镀层，将焊料106施加到接触面103上。焊料例如是锡银(SnAg)。也可以使用其他焊料。

焊料106仅施加到金属接触面103上。在沉积焊料106期间，焊料并不附着在载体105处，所述载体不能导电。

如详细地在图5中所示，焊料106以厚度112施加，该厚度尤其在2μm和20μm之间。尤其是，厚度112在5μm和15μm之间的范围中，例如在10μm和15μm之间的范围中或更薄，例如在3μm和5μm之间。厚度112尤其沿着半导体器件101的堆叠方向测量。堆叠方向对应于图5中的x方向。

图5示出在载体105中的单个器件101的详细视图。在阵列109的载体105中的其余器件101一样地构建。各个半导体器件101具有横向于x方向的小于1mm、例如小于500μm的边长。

由于借助于电镀沉积施加焊料106，所以在每个连接面103上的焊料量在窄的公差内可以同样大和尤其精确地限定。如在施加焊料膏时出现的不确定性因此可以减低或消除。从接触面103的大小和焊料106的限定的厚度112中得出在每个接触面103处存在的精确的焊料量。

在电镀沉积焊料时，例如形成具有有棱角的方形的外部形状113的焊料106，如所示。通过在施加之后熔化焊料106的中间步骤，例如实现倒圆的外部轮廓。

在电镀沉积焊料106之后，将粘合剂108、也称为临时粘合剂介质施加到焊料106上。尤其是，粘合剂108整面地施加到焊料106和载体105上。根据其他实施例，粘合剂108仅仅施加到焊料106上，整面地或者仅部段地施加。根据其他实施例，粘合剂108仅仅施加到载体105上，而不施加到焊料106上。粘合剂108例如被压印。粘合剂替选地或附加地被点胶。替选地或附加地，喷出和/或喷涂粘合剂108。替选地或附加地，喷射粘合剂108。粘合剂108例如包含三羟乙基胺(TEA)或由甘油和异丙基构成的混合物。其他合适的粘合材料也可以使用。

利用管芯接合器(Diebonder)将阵列109借助粘合剂108施加到衬底107上(图6)。利用粘合剂108将阵列109保持在衬底107上。

由此，可以运输至焊接室(图6)，而阵列109不会在衬底107上滑动。尤其，将多个阵列109施加到共同的衬底107上，如在图6中所示的那样。

在接着的焊接过程中，首先临时的粘合剂介质108通过在其沸点之上或之下加热而汽化或蒸发。尤其是，粘合剂108的沸点低于焊料106的熔点。例如，粘合剂在130℃下汽化。因此，去除粘合剂108，而焊料108不熔化。

在下文中，将还原性的气体混合物作为气态助焊剂111导入到焊接室110中。例如，将富含甲酸的氮气引入到焊接室110中，以便去除在电镀沉积的焊料106处存在的氧化物。

随后，焊料106熔化，例如在260℃或更大下熔化。根据实施例，在此在焊接室110中产生真空，以便从焊料106中去除存在的气体杂质。

在焊接时，根据实施例还涂布合适的填充材料(英语：underfill)，用于在阵列109和衬底107之间的机械稳定和老化稳定性。

图7示出根据一个实施例的照明装置100，所述照明装置借助根据本申请的制造方法制造。多个阵列109设置在共同的衬底107的表面117上。衬底107提供电接触部、散热部或其他在运行中所需要的基础结构，如控制智能装置。

由于在接触面103上焊料106的精确限定的体积，阵列109彼此间的非常窄的间距是可行的。在阵列109内的半导体器件101不会彼此倾斜。由于在真空焊接工艺中精确限定的焊料量和少孔的构成方案，阵列109也不相互倾斜或仅不显著地相互倾斜。由于焊料106的表面应力，阵列109自己对中并且尤其可以首先以较大的间距安置，并且在焊接期间后续地朝向彼此运动。在阵列109内和也在相邻的阵列109内的光电子半导体器件101的表面116彼此是平坦的。由于使用气态助焊剂111，也不可见助焊剂残留物，所述助焊剂残留物例如通过电子迁移或由于残留物的变色造成的光损耗会对老化性能和/或平坦性产生负面影响。

焊料106根据实施例留在载体105与衬底107之间，使得保持一定的柔韧性。自对中能够实现在照明装置100的各个阵列109之间的非常窄的间距。尤其可以使用常规的衬底107。由于使用气态助焊剂111，不必如在常规的助焊剂的情况下那样进行清洁步骤。表面116的高的共面性随后能够实现光学元件或转换元件的布置。例如，将陶瓷转换薄板施加到表面116上。提高对比度的或射束成形的元件、如框架或透镜也可以施加。由于从塑料框架115中锯割出阵列109，消耗塑料框架115的材料。这能够实现阵列109在衬底107上的布置的精度的公差。

图8和9示出阵列109与衬底107的焊料连接的另一实施例。

在接触面103上首先施加铜层118和接下来施加焊料106。焊料106电镀地施加到铜层118上，如已阐述的那样，尤其厚度112在3微米和5微米之间。

该衬底107具有衬底接触面114。衬底接触面114用于电地和/或机械地与半导体器件101的接触面113连接。衬底接触面114根据图8和9的实施例设有封闭层119。该封闭层例如具有铜和/或镍金。

在焊接之后，尤其封闭层119的材料和焊料106构成金属间化合物123。例如，将焊料106和封闭层119加热，尤其通过被加热的工具加热，所述工具通过压力起作用。由此，在铜层118和衬底107之间构成第一层120，所述第一层尤其包含Cu₃Sn或由其构成。

在其下构成第二层121，所述第二层包含(Cu,Ni,Au)₆Sn₅或由其构成。在其下构成第三层122，所述第三层包含(Ni,Cu)_xSn_y或由其构成。这样构成的金属间化合物123也称作为等温凝固并且将光电子半导体器件101或阵列109与衬底107连接。

焊料106根据图8和9的实施例整面地使用。由此，照明装置100是特别耐热的并且可以在后续的工艺步骤中也经受其他熔化焊接工艺(也称为回流焊)。此外，能够实现可表面安装性(SMD)。阵列109在衬底107上定向时的精度在该实施例中通过在管芯接合期间的精度预设。

总体上，可以制造照明装置100，所述照明装置尤其可以用于机动车，例如用于自适应前照灯。在表面116不倾斜的情况下和在端子之间的助焊剂残留物不难以去除的情况下，具有大数量的接触面103的光电子倒装芯片阵列109的焊接安装是可行的。因此，也可以将具有小于500μm的边长的小的半导体器件101可靠地安装在衬底107上。

本发明并不通过根据实施例的描述局限于此。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或组合本身并未明确地在权利要求或实施例中说明时也如此。

附图标记表

100 照明装置

101 光电子半导体器件

102 半导体层序列

103 接触面

104 侧

105 载体

106 焊料

107 衬底

108 粘合剂

109 阵列

110 焊接室

111 气态助焊剂

112 厚度

113 外部形状

114 衬底接触面

115 塑料框架

116 半导体器件的表面

117 衬底的表面

118 铜层

119 封闭层

120 第一层

121 第二层

122 第三层

123 金属间化合物