DE19945919A1 - Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung mit einem Reflektor - Google Patents
Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung mit einem ReflektorInfo
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Abstract
Ein Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung beinhaltet ein Substrat 12. Dieses Substrat ist mit einem Paar Elektroden- Bahnen 14, 16 darauf gebildet. Eine der Elektroden-Bahnen hat einen rechteckigen Leitungsbereich, auf dem ein Licht ausstrahlender Halbleiter-Chip 25 formverbunden ist. Der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip ist auf der anderen Seite mit der anderen Elektroden-Bahn kraftverbunden. Ein Reflektor ist auf dem Substrat über ein Spritz-Formen eines flüssigen kristallinen Polymers gebildet. Der Reflektor hat einen Durchgangs-Ausschnitt, der an seinem zentralen Bereich gebildet ist, und der eine innere Fläche aufweist, die mit einem Metall beschichtet ist. Der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip ist innerhalb des Durchgangs-Ausschnittes angeordnet, und ein lichtdurchlässiges Epoxidharz 36 mit einer Glas-Übergangs-Temperatur von 60 DEG C oder darunter wird in den Durchgangs-Ausschnitt eingefüllt, um dadurch einen Ummantelungskörper zu bilden.
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtungen,
und insbesondere auf eine Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung, mit ver
besserter Helligkeit, die einen Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip aufweist, der
innerhalb eines Reflektor-Durchgangs-Ausschnittes angeordnet ist, welcher mit
einem lichtdurchlässigen Epoxidharz aufgefüllt wird, und in einem Ummante
lungs-Körper gebildet ist.
Der vorliegende Erfinder hat bereits früher einen leitungslosen Typen einer
Licht ausstrahlenden Halbleiter-Vorrichtung 1 vorgeschlagen, wie in der Fig. 1
gezeigt ist, z. B. in dem offengelegten Japanischen Patent No. H 8-314395
[G09F/33 H01L33/00], offengelegt am 29. November 1969. Die Licht aus
strahlende Halbleiter-Vorrichtung 1 gemäß dieses Standes der Technik weist
einen Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip 3 auf, der mit einem Substrat 2 ver
bunden ist. Der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip 3 ist in einem Durchgangs-
Ausschnitt positioniert, der in einem Reflektor 4 gebildet ist, und in diesem Zus
tand wird der Durchgangs-Ausschnitt mit einem Epoxidharz gefüllt, wodurch ein
Kapsel-Körper bzw. Ummantelungs-Körper 5 gebildet wird, der den Chip 3
kapselt. Bei der Licht ausstrahlenden Halbleiter-Vorrichtung nach diesem Stand
der Technik ist der Durchgangs-Ausschnitt des Reflektors 4 in einer konischen
Form gebildet, um einen Durchmesser zu erhalten, der an dem Boden kleiner ist
und an der Oberseite größer ist. Aufgrund dessen wird das von dem Licht
ausstrahlenden Halbleiter-Chip abgegebene Licht vorwärtig wirkungsvoll
gesammelt, wodurch die zentrale Lichtintensität erhöht wird und dadurch eine
höhere Helligkeit vorgesehen wird.
Der leitungslose Typ einer Licht ausstrahlenden Halbleiter-Vorrichtung dieser
Art wird durch einen Rückflußofen wärmebehandelt, wenn er auf einer gedruck
ten Schaltungsplatte oder dergleichen oberflächenmontiert ist. Während der
Wärmebehandlung durch den Rückflußofen wird die Umgebungstemperatur der
Licht ausstrahlenden Halbleiter-Vorrichtung bis zu 230 bis 250°C erhöht. Auf
grund dessen ist die Glas-Übergangs-Temperatur des Epoxidharzes, das für den
Ummantelungs-Körper 5 verwendet wird, herkömmlich zu einer vergleichweise
hohen Temperatur, z. B. 100 bis 120°C, festgelegt worden. Folglich verbleibt das
Epoxidharz in einen festen Zustand, wenn während der Wärmebehandlung
durch den Rückflußofen die Umgebungstemperatur der Licht ausstrahlenden
Halbleiter-Vorrichtung schnell erhöht wird.
In der Zwischenzeit ist dort ein Unterschied in dem linearen thermischen Aus
dehnungskoeffizienten zwischen dem Epoxidharz Ummantelungs-Körper 5 und
dem flüssigen, kristallinen Polymer-Reflektor 4. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient
von Epoxidharz ist z. B. 5 bis 7 × 10-5 (deg-1), während der
lineare thermische Ausdehnungskoeffizient von flüssigem, kristallinem Polymer z. B.
1,2 bis 2,0 × 105 (deg-1) ist. Deshalb wird, wenn die Umgebungstemperatur in
dem Rückflußofen stark erhöht wird, eine nach außen gerichtete große Kraft
möglicherweise den Ummantelungs-Körper 5 angreifen, und zwar aufgrund von
thermischer Ausdehnung wie durch den Pfeil T in Fig. 1 gezeigt ist. Im Gegen
satz dazu ist die Kraft, die an den Reflektor 4 angreift, schwach und wenig aus
gedehnend. Dadurch wird eine Deformationskraft (thermische Beanspruchung)
durch eine Differenz in der Ausdehnungskraft zwischen dem Ummantelungs-
Körper 5 und dem Reflektor 4 hervorgerufen. Solch thermische Beanspruchun
gen erhöhen die Bildung von Rissen, wie bei den Bezugszeichen A1 oder A2 in
Fig. 1 gezeigt ist. Es ist dadurch ein Problem entstanden, daß der Umman
telungs-Körper 5 eine Alterung erleidet, und zwar bezüglich der mechanischen
Festigkeit.
Es ist deshalb eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Licht aus
strahlende Halbleiter-Vorrichtung 1 zu schaffen, die dazu dient, ein Auftreten
von Rillen in einem Ummantelungs-Körper während einer Wärmebehandlung als
einen späteren Prozeß zu verhindern.
Eine Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Er
findung umfaßt folgendes: einen Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip, der elek
trisch mit einem Paar Elektroden verbunden ist; einen Reflektor mit einem Re
flektor-Ausschnitt, der den Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip umgibt, wobei
der Reflektor-Ausschnitt dazu dient, das von dem Licht ausstrahlenden Hal
bleiter-Chip abgegebene Licht sammeln, und zwar vorwärtig zu dem Reflektor-
Ausschnitt; und einen Kapsel-Körper bzw. Ummantelungs-Körper, der in den
Reflektor-Ausschnitt eingefüllt wird, und der den Licht ausstrahlenden
Halbleiter-Chip einkapselt, wobei der Ummantelungs-Körper aus einem
Epoxidharz gebildet ist, mit einer Glas-Übergangs-Temperatur von 60°C oder
darunter.
Weil der in den Reflexions-Ausschnitt des Reflektors eingefüllte Epoxidharz zu
einem Glas-Übergangs-Punkt von 60°C oder darunter gesetzt ist, wird, wenn die
Umgebungstemperatur ungefähr 100°C aufgrund der Temperaturerhöhung in
dem Rückflußofen während der Wärmebehandlung erreicht, das Epoxidharz
einen gummiähnlichen erweichten Zustand erhalten. Aufgrund dessen wird die
thermische Ausdehnung des Epoxidharzes absorbiert, wodurch die thermische
Beanspruchung von nach außen sich ausdehnenden Epoxidharz reduziert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Auftreten von Rissen in
dem Epoxidharz zu verhindern, und zwar weil die thermische Beanspruchung,
die von dem Epoxidharz während der Wärmebehandlung verursacht wird, reduz
iert werden kann.
Insbesondere ist die lichtausstrahlende Halbleitervorrichtung mit einem Substrat
versehen, auf welchem Substrat ein Paar Elektroden ausgebildet ist, um den
Reflektor auf dem Substrat anzuordnen.
Auch der Reflektor kann einen Durchgangsausschnitt aufweisen, der durch
Harz-Spritzguß oder Ziehen einer Metallplatte gebildet ist.
Die oben beschriebene Aufgabe und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach einem Nachvollziehen der detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung verständlicher, die in
Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen zu sehen ist.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführung nach
dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 ist eine teilweise durchsichtige perspektivische Ansicht, die eine erste
Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine explosionsartig dargestellte perspektivische Ansicht, die die
Beziehung zwischen dem Substrat und dem Reflektor dieser Aus
führungsform zeigt;
Fig. 5 ist eine teilweise durchsichtige perspektivische Ansicht, die eine andere
Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.
Bezugnehmend auf die Fig. 2 weist eine Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrich
tung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Substrat 12 auf, das
aus einem weißen BT-Harzglasgewebematerial gebildet ist. Dieses Substrat 12
hat auf seiner Fläche ein Paar Elektrodenbahnen 14 und 16, die aus einem
leitenden Material gebildet sind, wie in der Fig. 4 deutlich zu erkennen ist. Das
Substrat 12 hat zwei gegenüberliegende kürzere Seiten, in denen entsprechende
halbkreisförmige Ausschnitte zentral gebildet sind. Der halbkreisförmige
Ausschnitt hat eine innere Umfangsfläche, die einen leitenden Film 18, 20 auf
weist, der über ein Beschichten oder ähnliches gebildet ist. Daraus folgend sind
die Elektrodenbahnen 12 und 16 der Fläche des Substrates 12 entsprechend in
elektrischer Verbindung zu Verbindungselektroden 22 und 24, die auf der Rück
seite des Substrates 12 gebildet sind. Durch die Verbindungselektroden 22 und
24 ist die Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung 10 auf einer Ver
bindungsbahn einer gedruckten Schaltungsplatte (nicht gezeigt) oberflächen
montiert.
Die erste Elektrodenbahn 16 ist mit einem rechteckigen Leitungsbereich 26 an
einem Kopf von dieser gebildet. Auf dem Leitungsbereich 26 ist der Licht aus
strahlende Halbleiter-Chip 28 an seiner rückwärtigen Elektrode (nicht gezeigt)
formverbunden. Der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip 28 hat eine oberseitige
Elektrode (nicht gezeigt), um zu der anderen Elektrodenbahn 14 über einen
Metalldraht 30, wie aus Gold, drahtverbunden zu werden. Nach dem der Licht
ausstrahlende Halbleiter-Chip 28 auf diese Weise auf dem Substrat 12 befestigt
worden ist, wird der Reflektor 32 an dem Substrat 2 angebracht.
Der Reflektor 32 ist durch Spritz-Formung in einer flachen Blatt-Form gebildet,
z. B. einem weißen flüssigen kristallinen Polymer. Der Reflektor 32 ist in einem
zentralen Bereich mit einem Durchgangs-Ausschnitt 34 ausgebildet. Dieser
Durchgangs-Ausschnitt 34 hat die Form eines kreisförmigen konischen
Kegelstumpfes, dessen oberer Enddurchmesser 34a größer ist als der untere
Enddurchmesser 34b. Dieses ist so, weil der Durchgangs-Ausschnitt 34 eine
konische Form hat. Ein Reflexionsfilm (nicht gezeigt) ist an der inneren Um
fangsfläche des Durchgangs-Ausschnittes 34 über ein Beschichten z. B. mit
Nickel oder Silber ausgebildet. Der Reflektor 32 ist auf dem Substrat 12 ange
bracht, so daß der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip 28 innerhalb dieses
Durchgangs-Ausschnittes oder Reflexions-Ausschnittes 34 angeordnet ist. Mit
einem solchen Vorgehen wird das von dem Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip
28 abgebene Licht auf den Reflexionsfilm des Durchgangs-Ausschnittes oder
Reflexions-Ausschnittes 34 reflektiert. Dadurch wird das reflektierte Licht in
effizienter Weise an einer Stelle vor der Vorrichtung gesammelt.
Es ist zu beachten, daß alternativ zu dem harz-gebildeten Reflektor es auch
möglich ist, einen Reflektor zu verwenden, der eine Reflexionsfläche oder einen
Reflexions-Ausschnitt besitzt, der durch das Tiefziehen einer Metallplatte, wie
einer rostfreien, in eine konische Form, gebildet wird.
Nach dem Anbringen des Reflektors 34 auf dem Substrat 12 auf diese Weise wird
eine lichtdurchlässiger Epoxidharz in den Durchgangs-Ausschnitt 32 des Reflek
tors 34 eingefüllt, wodurch ein Ummantelungs-Körper 36 gebildet wird. Der
Ummantelungs-Körper 36 ist, wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, in
einer Form, die nicht nur den Durchgangs-Ausschnitt oder Reflexionsausschnitt
34 auffüllt, sondern auch die Fläche eines Reflektors 32 abdeckt.
Das Epoxidharz, das den Ummantelungs-Körper 36 bildet, hat eine Festigkeit
derart, um in Abhängigkeit einer Glas-Übergangs-Temperatur zu variieren. Die
Glas-Übergangs-Temperatur resultiert, wenn sie zu niedrig ist, in einer un
zureichenden Festigkeit und erzeugt dadurch eine Deformation des Ummante
lungs-Körpers 36. Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung die Glas-
Übergangs-Temperatur für das Epoxidharz zu 60°C oder darunter gesetzt, um
die Festigkeit etwas zu erhöhen und zu vermeiden, daß der Ummantelungs-Kör
per 9 deformiert wird, und weiterhin um Risse zu verhindern, die aufgrund von
durch einen Wärmevorgang erzeugten Deformierungen auftreten.
Weil die Glas-Übergangs-Temperatur zu etwas unter 60°C oder darunter gesetzt
ist, wird der Ummantelungs-Körper 36 oder das Epoxidharz in eine gummiähnli
che Form weich werden, wenn die Umgebungstemperatur um die Licht aus
strahlende Halbleiter-Vorrichtung 10 herum z. B. etwa 100°C erreicht, und die
Glas-Übergangs-Temperatur überschreitet, und zwar aufgrund einer abrupten
Temperaturerhöhung während der Rückflußofenwärmebehandlung. Dies unter
drückt eine Kraft T in einer sich nach außen ausdehnenden Richtung (Fig. 1)
aufgrund von thermischer Ausdehnung. Aufgrund dessen ist es möglich, die
thermische Beanspruchung, die zwischen dem Ummantelungs-Körper 36 und
dem Reflektor 32 verursacht wurde zu reduzieren. Demgemäß werden keine
Risse in dem Ummantelungs-Körper 36 während einer Wärmebehandlung auf
treten.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung 10
gemäß einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung, die unterschiedliche
Elektrodenbahnen 14' und 16' gegenüber denen der obigen Ausführungsform
aufweist. Dies ist dadurch erreicht, daß die vorliegende Ausführungsform Elek
trodenbahnen 14' bzw. 16' aufweist, die an zwei kürzeren gegenüberliegenden
Seiten des Substrates 12 und um dieses herum angeordnet sind, in einer solchen
Weise, daß sie sich entlang der gesamten Weite der kürzeren Seite erstrecken.
Die Elektrodenbahnen 14' und 16' erstrecken sich jeweils über eine seitliche
Fläche der kürzeren Seite zu einer Rückseite des Substrates 12 hinaus. Es ist zu
beachten, daß die vorliegende Erfindung mit der oben beschriebenen Aus
führungsform gemeinsam hat, daß das Epoxidharz eine Glas-Übergangs-Tem
peratur von 60°C oder darunter aufweist, die verwendet wird, um den Ummante
lungs-Körper 36 vorzusehen.
In jeder der obigen Ausführungsformen war der Licht ausstrahlende Halbleiter-
Chip zu einem der Paare Elektrodenbahnen formverbunden, die auf dem Sub
strat gebildet sind. Diese Erfindung ist allerdings nicht auf eine solche Struktur
beschränkt, sondern ebenfalls anwendbar für eine Licht ausstrahlende Hal
bleiter-Vorrichtung einer Art, bei der der Licht ausstrahlende Halbleiter-Chip
mit einem Führungsrahmen verbunden ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und veranschaulicht
worden ist, ist es eindeutig zu verstehen, daß dies nur im Wege der Veranschaulichung
und eines Beispieles geschieht, und nicht im Wege einer Einschränkung,
der Geist und der Umfang der vorliegenden Erfindung werden nur durch die Be
griffe der anhängigen Ansprüche eingeschränkt.
Zusammengefaßt, umfaßt eine Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung ein
Substrat. Dieses Substrat ist ferner mit einem Paar Elektroden-Bahnen darauf
gebildet. Einer der Elektroden-Bahnen hat einen rechteckigen Leitungsbereich,
auf dem ein Licht ausstrahlender Halbleiter-Chip formverbunden ist. Der Licht
ausstrahlende Halbleiter-Chip ist auf der anderen Seite mit der anderen
Elektroden-Bahn kraftverbunden. Ein Reflektor ist auf dem Substrat über ein
Spritz-Formen eines flüssigen kristallinen Polymeres gebildet. Der Reflektor hat
einen Durchgangs-Ausschnitt, der an seinem zentralen Bereich gebildet ist, und
der eine innere Fläche aufweist, die mit einem Metall beschichtet ist. Der Licht
ausstrahlende Halbleiter-Chip ist innerhalb des Durchgangs-Ausschnittes
angeordnet, und ein lichtdurchlässiges Epoxidharz mit einer Glas-Übergangs-
Temperatur von 60°C oder darunter wird in den Durchgangs-Ausschnitt
eingefüllt, um dadurch einen Ummantelungskörper zu bilden.
Claims (4)
1. Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung, die folgendes umfaßt:
einen Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip, der elektrisch mit einem Paar Elektroden verbunden ist;
einen Reflektor mit einem Reflektor-Ausschnitt, der den Licht ausstrahlen den Halbleiter-Chip umgibt, wobei der Reflektor-Ausschnitt dazu dient, das von dem Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip ausgegebene Licht zu sammeln, und zwar vorderseitig zu dem Reflektor-Ausschnitt; und
einen Kapsel-Körper, der in den Reflektor-Ausschnitt eingefüllt ist, und der den Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip kapselt, wobei der Kapsel-Körper aus einem Epoxidharz gebildet ist, der eine Glas-Übergangs-Temperatur von 60°C oder weniger aufweist.
einen Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip, der elektrisch mit einem Paar Elektroden verbunden ist;
einen Reflektor mit einem Reflektor-Ausschnitt, der den Licht ausstrahlen den Halbleiter-Chip umgibt, wobei der Reflektor-Ausschnitt dazu dient, das von dem Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip ausgegebene Licht zu sammeln, und zwar vorderseitig zu dem Reflektor-Ausschnitt; und
einen Kapsel-Körper, der in den Reflektor-Ausschnitt eingefüllt ist, und der den Licht ausstrahlenden Halbleiter-Chip kapselt, wobei der Kapsel-Körper aus einem Epoxidharz gebildet ist, der eine Glas-Übergangs-Temperatur von 60°C oder weniger aufweist.
2. Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung gemaß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Substrat umfaßt, wobei das Paar
Elektroden auf diesem Substrat gebildet ist und der Reflektor auf dem
Substrat angeordnet ist.
3. Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung gemaß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reflektor derart ausgebildet ist, daß er einen
durch Spritz-Gießen eines Harzes gebildeten Durchgangs-Ausschnitt
aufweist, und einen Reflektorfilm umfaßt, der an einer inneren Umfangsfläche
des Durchgangs-Ausschnittes gebildet ist.
4. Licht ausstrahlende Halbleiter-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reflektor durch Ziehen einer Metallplatte
gebildet ist.
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