JP2008511143A - 光電子構成素子のためのデバイス、及び該光電子構成素子とデバイスとを備えたモジュール - Google Patents

Abstract

光電子構成素子のためのデバイス、並びに該光電子構成素子とデバイスとを備えたモジュール
少なくとも１つの固定部材（２）を備えたデバイス（１）が提供されており、この固定部材（２）は、光電子構成素子（７）のケーシング本体（８）にデバイス（１）を固定するために設けられていて、該デバイス（１）が別個の光学素子（１０）のための保持部として構成されている。

Description

本発明は、光電子構成素子のためのデバイス、並びに該デバイス及び前記光電子構成素子を備えたモジュールに関する。

従来の光電子構成素子においては、光線形成（Strahlformung）、つまり光線を変化させるために、構成素子の半導体チップの後ろにレンズが配置されている。従ってこのレンズは例えば半導体チップを保護する注型材料に接着されている。しかしながらこのような形式の接着接続は、注型材料の変形又は光線放射に対して不安定であるので、半導体チップに対する光学素子の光結合が低下する危険性が高まる。さらに、従来の光電子構成素子において用いられたレンズは、短波の、特に紫外線又は青色光線の影響下でしばしば劣化する。これは例えば、レンズの混濁度、変色変形によって現れる。

本発明の課題は、光学素子特に短波光線に対して安定した光学素子を、光電子構成素子に固定する作業が軽減されるようなデバイスを提供することである。また本発明の課題は、このような形式のデバイスを備えたモジュールを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載したデバイス、若しくは請求項１５の特徴部に記載したモジュールによって解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。

本発明によるデバイスは、少なくとも１つの固定部材を有しており、この場合、固定部材は、デバイスを光電子構成素子のケーシング本体に固定するために設けられていて、デバイスは、別個の光学素子のための保持装置として構成されている。

このような形式のデバイスによって、有利には、光線形成のための光学素子を、光電子構成素子のケーシング本体にデバイスを用いて固定する作業が軽減され、光学素子は比較的自由に選択される。特に、このような形式で、短波の特に青色光線又は紫外線に対する、有利には高い安定性を有する光学素子を、光電子構成素子に簡単に用いることができる。特に、光学素子は光線に対して安定している。この光線を生ぜしめるために又は光線を受信するために光電子構成素子が設けられている。

従来形式で、光電子構成素子（例えば短波光線のために構成された）と共に使用することが困難である（例えば構成素子に対する固定に関連して、それと同時に光線安定性に関連して）材料を有する光学素子を使用することができる。従って従来のモジュールにおいては、本発明とは異なり、光学素子を選択する際にしばしば妥協する必要がある。

光学素子はデバイスによって保持され、デバイスは光電子構成素子のケーシング本体に固定可能である。これによってデバイスは、特別に保持部として、又はケーシング本体に固定するために最適化され、光電子構成素子の半導体チップ例えばフォトダイオードチップ又はＬＥＤチップの光線を形成する光学素子は、受信しようとする又は発生させようとする光線を最適化させることができる。

本発明の有利な実施態様によれば、光学素子及び／又はデバイスが、短波光線の影響下で形状安定性を有している。特に光学素子は、光線を生ぜしめるか又は受信するために光電子構成素子が設けられるように、光線に対して形状安定性を有している。

本発明の別の有利な実施態様によれば、光学素子は、光線特に短波光線の影響下で、混濁又は変色に対して安定している。このような混濁又は変色は、従来の光学素子においては、しばしばエネルギーに満ちた短波光線に基づいて発生する。特に光学素子は、光線を生ぜしめるために又は受信するために光電子構成素子が設けられるように、光線に対して安定している。

特に、光学素子は、比較的高い強度の短波光線（例えば高出力ルミネセンスダイオード素子において発生し得る）の持続的な作用に対して安定して構成されている。従って、光線形成特性又は光学素子の透過が光線に限定されて変化する危険性は、光電子構成素子の運転時間に亘って全体的に減少される。

本発明の別の有利な実施態様によれば、光学素子が、ガラス、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、ポリマー又はウレタンを含有している。ポリマーを含有する素子は、例えば担体有利にはガラス担体上に配置された複数のポリマー層として構成されている。光学素子も、反応性樹脂例えばエポキシ樹脂又はアクリル樹脂、シリコーン樹脂又はシリコーンを含有している。また、光学素子はコーティング層によって被覆されていてよい。

本発明の別の有利な実施態様によれば、光学素子は、屈折性素子、回析性素子又は分散性素子である。屈折性素子においては、光線形成は屈折によって、場合によっては位置に基づく屈折インデックス（ＧＲＩＮ：クラディエントインデックス）を介して行われ、回析性素子においては、回析によって、また分散性素子においては、屈折インデックスの波長依存性によって行われる。場合によっては、光学素子はホログラフィー光学又は幾何光学として構成されている。幾何光学とは、特に屈折性又は反射性の光学素子のことであり、この光学素子は、素子の屈折若しくは反射する（表）面を相応に形成することによって、光線形成のために利用される。特に、このような形式の光学は、幾何光学（Ｓｔｒａｈｌｅｎｏｐｔｉｋ）の原理に従って処理され得る。ホログラフィー光学とは、特に波動光学素子のことであり、この波動光学素子は、光線形成のために光線の波の性質を利用するものであり、従って幾何光学の枠内ではほとんど処理できないか、又は処理するのが困難である。このような形式の光学は、例えば幾何光学素子、ミラー又はレンズで置き換えることができる。ホログラフィー光学素子は、さらに相応の幾何光学と比較してしばしばより安価に製作することができる。

例えば、光学素子はレンズ例えば回析性又は屈折性のレンズとして、又は反射器として、有利な形式でそれぞれフォーカス又は焦点範囲を備えて構成されており、この焦点範囲は、光電子構成素子の半導体チップに対応配置されている。

本発明の有利な実施態様によれば、光学素子は可逆的又は不可逆的にデバイスに固定されている。可逆的な固定によれば、光電子構成素子のケーシング体に予め固定されたデバイスにおいて、光学素子の交換が容易に行われ、これに対して、不可逆的な固定は、高い機械的な負荷可能性を特徴としている。

本発明の別の有利な実施態様によれば、デバイスが、光学素子を受容するために規定されている枠を有している。例えばこの枠は、平面図で見て、円形又は多角形特に４角形又は６角形の包囲体の基本形状を有しているか、或いは円形又は多角形特に４角形又は６角形の輪郭形状を有している。

枠は、有利な形式で、内側に保持装置を有しており、この保持装置は、光学素子をデバイスに固定するために構成されている。

有利には枠内に溝が形成されており、特に有利には内側に環状に延在する溝が形成されていて、この溝内に光学素子の突起が係合している。これによって、デバイスに光学素子を固定する際に形状安定性が高められる。しかしながら溝とは異なる保持装置、例えばデバイスにおける光学素子の解除可能な固定を容易にする係止装置が、光学素子を固定するために枠に設けられていてよい。

本発明の有利な実施態様によれば、デバイスが、射出成形、トランスファー成形又は射出プレス成形によって製造されている。このような方法は、多数のデバイスを製造するために特に適している。

本発明の有利な実施態様によれば、固定部材が枠に配置されていて、かつ／又は固定されている。固定部材は例えばピン状に構成されている。

本発明の有利な実施態様によれば、デバイスは一体的に構成されている。特に枠及び固定部材は、連続的な構造で構成されており、これによって、固定部材及び枠の結合部の形状安定性は高められ、デバイスをより簡単に製造することができる。

本発明の有利な実施態様によれば、デバイスは、複数の有利には同じ形式の固定部材を有している。複数の固定部材によって、ケーシング本体におけるデバイスの固定部の形状安定性は高められる。有利には、固定部材は多角形の基本形状又は輪郭において枠の角隅領域に配置されている。特に有利には、固定部材の数は角隅の数に相当する。枠の円形の基本形状において、３つ又は４つの固定部材で十分である。

本発明のモジュールは、光電子構成素子と、本発明によるデバイスとを有しており、この場合、光電子構成素子は少なくとも１つの半導体チップとケーシング本体とを有している。

半導体チップは、特に光線発生又は光線受信のためのルミネセンスダイオードチップ又はフォトダイオードチップとして、赤外線又は紫外線の可視スペクトル範囲内に構成されている。光学素子は、有利には、半導体チップ上に入射するか又は半導体チップによって生ぜしめられる光線の光線形成のために用いられる。

本発明の有利な実施態様によれば、モジュール及び／又は光電子構成素子は、表面実装可能（ＳＭＤ：Surface Mountable Device；表面実装可能なデバイス）に構成されており、例えばプリント基板上に有利にははんだ付けによって実装するために構成されている。

本発明の有利な実施態様によれば、光電子構成素子は、プリント基板上に実装した後で、素子のケーシング本体に固定されている。これによって、デバイス及び／又は光学素子のための材料、例えば熱可塑性材料と同様に典型的なはんだ付け温度において変形する材料を容易に使用することができる。

本発明の有利な実施態様によれば、デバイス、有利にはデバイスによって保持された光学素子は、モジュールを実装する前に光電子構成素子のケーシング本体に固定されている。場合によっては、光学素子は、デバイスをケーシング本体に固定した後で保持部内に配置してもよい。

有利には、デバイスはケーシング本体の形態に適合されている。特に有利には、ケーシング本体とデバイス若しくは枠は、特に平面図で見て、互いに合致し合う包囲体状の類似の基本形状又は輪郭形状を有している。モジュールをプリント基板上に位置決めするための自動実装装置は、デバイスの別の形式の形状付与に対して、有利には光電子構成素子をプリント基板に実装することに対して、プロセスパラメータ（例えばモジュールを識別するためのパラメータ）著しく変えることなしに、駆動することができる。

本発明の別の有利な実施態様によれば、半導体チップは、特に青又は紫外線のスペクトル範囲内の短波の光線を生ぜしめるために設けられている。半導体チップから発生させようとする光線のピーク波長は、有利には５２７ｎｍ、特に有利には５００ｎｍ又は４８０ｎｍより小さい波長範囲内にある。このような形式の短波光線は、従来使用されていたレンズにおいては劣化を生ぜしめる原因となっていたが、このような劣化は、使用可能な光学素子に関連して高いフレキシブル性（融通性）を特徴とするデバイスに基づいて、有利には減少せしめられる。

短波の光線に対して安定した光学素子を有するデバイスによって、特に青色又は紫外線の短波の強い光線においても、１つのモジュールで簡単に、半導体チップによって生ぜしめられた光線の、持続的に安定した効率的な光線形成が得られる。

本発明の有利な実施態様によれば、半導体チップが被覆材料内に埋め込まれている。被覆材料は、半導体チップを湿気等の外部の影響に対して保護している。

本発明の有利な実施態様によれば、光電子構成素子は、混合色特に白い光を生ぜしめるために構成されている。混合色の光を生ぜしめるために、例えばルミネセンス変換材料、例えば適当な発光体が半導体チップの後ろに接続されている。発光体は、例えば粉末として被覆材料内に設けられている。ルミネセンス変換材料は、半導体チップによって生ぜしめられた第１の波長の光線の一部を、第１の波長よりも長い第２の波長の光線に変換する。半導体チップから発せられた、ルミネセンス変換された光線を混合することによって、混合色の特に白の光が得られる。白い光を生ぜしめるために、特に青又は紫外のスペクトル範囲内で放射する半導体チップが適している。この光線は、ルミネセンサ変換材料によって、例えば黄色の光線に変換される。

本発明の有利な実施態様によれば、光学素子は被覆材料から間隔を保って配置されている。この間隔は、有利にはデバイス若しくは固定部材の構成によって規定されている。特に有利には、デバイスと光電子構成素子とは、デバイスを光電子構成素子に固定した後で、光学素子と被覆材料との間の所定の間隔が互いに調節されるように、互いに合わせられている。

本発明の有利な実施態様によれば、光学素子は被覆材料に隣接している。これによって、モジュールの大きさは有利には減少され、異物の侵入に対するモジュールの保護が高められる。

本発明の有利な実施態様によれば、光学素子が、モジュールの運転中における被覆材料の変形に抗して、半導体チップに対して相対的に、デバイスによって位置安定的に保持されている。これによって、被覆材料の変形又は光学素子の位置変化に基づいてモジュールの放射特性又は受信特性が変化する危険性は減少される。

光電子構成素子のケーシング本体は、例えばプラスチックを含有していて、かつ／又は適当なキャスティング材料を射出成形、トランスファー成形又はプレス成形することによって製造される。

本発明の別の実施態様によれば、デバイスとケーシング本体とは、組み立てた状態でほぼ同一であるか、又は同じ熱的な膨張係数を有する材料を有している。これによって、デバイスとケーシング本体との間の熱的な緊張は十分に避けられ、それによってモジュールの形状安定性は高められる。

本発明の別の有利な実施態様によれば、固定部材を用いてデバイスをケーシング本体に固定するための少なくとも１つの固定装置がケーシング本体に形成されている。有利には、固定装置の数は、固定部材の数に相当しているので、複数の固定装置をケーシング本体に構成することができる。有利には、単数又は複数の固定装置がケーシング本体の外側又は内側に前もって成形されている。

本発明の別の有利な実施態様によれば、デバイスは、特に単数又は複数の固定部材を介して、プレス結合、加熱プレス結合、接着結合又はリベット結合、特に熱によるリベット結合を介してケーシング本体に固定されている。

プレス結合においては、固定は、ほぼ機械的な力作用、特に弾性的な力によって、固定部材とケーシング本体若しくは固定装置との間で行われる。例えば、固定部材と固定装置とはプレスばめできるように構成されている。

加熱プレス結合においては、熱処理及び機械的な力作用によって、固定部材がケーシング本体若しくは固定装置に一体成形される。これは例えば固定部材の加熱によって行われるので、固定部材は塑性変形せしめられる。この場合、各固定部材は、有利な形式で、固定部材が塑性変形可能であるが、流動不能となるように、加熱される。固定部材の冷却及び硬化後に、機械的に安定した固定が形成される。

熱リベット結合においては、ケーシング本体若しくは固定装置における固定部材の一体成形は、純粋に熱的に行われる。この場合、固定部材は有利には、少なくとも部分的に溶融温度を超える加熱によって溶融され、ケーシング本体に一体成形され、冷却後に硬化する。硬化後の変形によって、固定部材は機械的に頑丈にケーシング本体に固定される。固定後の固定部材の体積は、有利には、固定前の体積とほぼ同じである。

このデバイスは、光学素子と共に、又は光学素子なしでケーシング本体に固定することができ、この場合、有利には光学素子の過剰な熱負荷は避けられるか、若しくは相応に温度安定性の光学素子が使用される。

本発明の有利な実施態様によれば、固定装置は、デバイスの固定部材を受容する少なくとも１つの切欠をケーシング本体に有している。

本発明の別の有利な実施態様によれば、固定装置は、デバイスの固定部材を受容する少なくとも１つの凹部をケーシング本体に有している。

本発明の枠内で、切欠とは、入射面からケーシング本体内に延在する、ケーシング本体からの射出面を有していない切欠のことである。これは、入射面とは異なる射出面を有するように、ケーシング本体を通って延在する凹部とは異なるものである。この場合、射出面は、入射面とは反対側の表面、又は入射面に隣接する、ケーシング本体の表面である。

切欠は、プレス結合、加熱プレス結合又は接着結合のために特に適しており、凹部は熱によるリベット結合のために特に適している。

熱リベット結合においては、例えば凹部の射出面側でケーシング本体から突き出す固定部材が、突き出した部分領域内で加熱されるので、固定部材は変形されるか又は変形可能となり、変形後及びそれに続く固定部材の冷却後に、デバイスとケーシング本体との間の機械的に安定したリベット結合が形成される。これは有利には、モジュールの表面をプリント基板上に実装する前に行われる。プレス結合、加熱プレス結合又は接着結合による固定は、比較的簡単な形式で、光電子構成素子の表面実装後にも実施することができる。

本発明の別の有利な実施態様によれば、光電子構成素子は、第１の接続導体と、半導体チップを電気的に接触させるための第２の接続導体と、有利にはこれらの接続導体とは異なる熱的な接続部とを有している。これら第１及び第２の接続導体は、例えば、プリント基板の導体路とはんだ付けするために設けられている。熱的な接続部を介して、運転中に半導体チップに作用する熱は、効果的に半導体チップから導出される。このような形式の素子は、運転中に比較的高い熱及び強い光線を生ぜしめることができる高出力半導体チップのために特に適している。このデバイスによって、高出力モジュールにおいても、簡単な形式で、放射安定性を有する光学素子を使用することができる。

本発明の別の実施例、実施態様、利点及び有効性は、以下に図面に示した実施例に記載されている。

図１は、本発明によるデバイスの第１実施例の概略図で、図１Ａは斜め上方から見た斜視図、図１Ｂは斜め下方から見た斜視図、
図２は、本発明によるデバイスの第２実施例の斜め下方から見た概略的な斜視図、
図３は、本発明の第１実施例によるモジュールの概略的な断面図、
図４は、本発明の第２実施例によるモジュールの概略的な断面図、
図５は、本発明の第３実施例によるモジュールの概略的な断面図、
図６は、本発明の第４実施例によるモジュールの概略図で、図６Ａは光電子構成素子の斜視図、図６Ｂは断面した斜視図である。

図１には、図１Ａの斜め上方から見た斜視図及び図１Ｂの斜め下方から見た斜視図によって、本発明によるデバイスの第１実施例が概略的に示されている。

このデバイス１は、複数の、図示の実施例では４つの固定部材２を有しており、これらの固定部材２は、このデバイスを光電子構成素子のケーシング本体に固定するために設けられている。さらにまた、このデバイスは別個の光学素子のための保持部として構成されている。このために、デバイス１の窓（例えば枠３の切欠によって形成された）４内に、有利な形式でデバイスとは別個に製造された別個の光学素子のための保持装置５が設けられている。窓４は、例えば枠に相当する形状特に方形又は正方形の形状を有している。有利には、固定部材２は枠３の角隅領域から延出している。

このデバイス１は、平面図で見て有利にはほぼ四角の正方形又は方形の包絡的な包囲体の基本形状を有しており、この基本形状は、有利な形式で一体的な特に閉じた枠３によって規定されており、この枠３から固定部材２が延出している。固定部材２は、有利な形式でピン状の例えば合いくぎとして構成されている。

保持装置５は例えば、枠の内側に環状に延在する溝として構成されている。固定部材２は、有利には同じ形式で構成されていて、かつ／又はそれぞれの固定方法、例えば接着、プレス（押圧）、加熱プレス又はリベット結合のために提供された、ケーシング本体におけるデバイスの固定方法のための特別な構成を有している。

図１Ｂに示されているように、固定部材２はこの実施例ではほぼ円筒形に構成されている。固定部材のこのような構成は、特に、ケーシング本体にプレス結合、加熱プレス結合又は熱リベット結合（熱によるリベット結合）のために適している。このために固定部材は有利な形式で、光電子構成素子のケーシング本体内で相応に予成形された固定装置に係合する。

このデバイスは、例えば射出成形（Spritguss）、圧送成形若しくはトランスファー成形（Spritzpressguss）又はプレス成形（Pressguss）を介して、適当な成形材料（キャスティング材料若しくは流し込み材料）例えばアクリル材料又はエポキシ基のプラスチック材料によって製造される。このデバイスの形は、それぞれの成形法において使用された成形工具によって規定される。このデバイスは一体的に構成され、それによって、特に熱的な緊張有利には、固定部材と枠との間の頑丈な結合が形成される。場合によってはデバイスの製造時に既に、光学素子が例えば部分的に鋳包みによってデバイス内で保持される。

図２において斜め下方から概略的な斜視図で見た本発明によるデバイスの第２実施例は、図１に示した実施例にほぼ相当する。図１の実施例に対して固定部材の形態が異なっている。

図２に示した固定部材の異なる形態は、可能な変化実施例を特に例示するために役立つ。しかしながら有利には、デバイスの固定部材はすべて同じ形式で構成されている。

固定部材２は、図１に示されているようにほぼ円筒形に構成されていて、特に、プレス結合、加熱プレス結合又は熱リベット結合のために適している。図２に示したその他の固定部材２ａ，２ｂ，２ｃは構造化された表面を有していて、デバイスと光電子構成素子のケーシング本体との間の接着結合のために特に適している。固定部材２ａ，２ｂ，２ｃの表面は、固定部材２の表面と比較して相応に構造化されていることによって拡大されている。この構造化された表面は、相応の成形工具、予成形された固定部材の適当な離型又は機械的な肉薄成形によって形成される。表面は、構造部として例えば凹部及び／又は凸部若しくは湾曲隆起部又は溝を有していて良い。

有利には、種々異なる形式の固定部材２，２ａ，２ｃは、ケーシング本体の同形式に構成された固定装置に固定するために適している。固定装置を有するケーシング本体の製造は、固定部材の構成とは無関係に行うことができる。

有利には固定部材の大きい表面は、固定部材と接着剤との間に接着のための大きい面を提供する。これによって、ケーシング本体におけるデバイスの固定部の機械的な形状安定性が高められる。

図３には、概略的な断面図によって本発明によるモジュール６の第１実施例が示されている。

モジュール６は、ケーシング本体８と半導体チップ９とを有する光電子構成素子７と、ケーシング本体に固定されたデバイス１とを有している。

このデバイスは、図１又は図２の実施例のものとほぼ同様に構成されており、この場合、図３では光学素子１０が保持装置５によって保持される。このために保持部材１１、例えば光学素子１０の突起が保持装置５例えば溝内に係合する。

このデバイスの固定部材２は、ケーシング本体にデバイスを取り付ける際に、ケーシング本体８の相応の固定装置１２内に挿入される。固定装置１２はケーシング本体の製造時に既に形成されている。

固定装置１２は、この実施例では切欠として構成されており、この切欠は、ケーシング本体の第１の主要面１３からケーシング本体を通って、第１の主要面とは反対側の、ケーシング本体の第２の主要面１４に達する。

さらにまたこの実施例において、固定装置及び固定部材は、熱リベット結合を行うために構成されている。この場合、固定部材は固定装置内に導入された後で、ケーシング本体１４の第２の主要面から第２の主要面を越えて延出しており、これは図３に破線で示されている。固定部材２の突き出した部分内において、固定部材は後から、少なくともこの部分領域内で流動可能となるように加熱される。流動可能な部分は、固定装置に（流動して）一体成形されるので、固定部材の冷却及び硬化後に機械的に頑丈な固定が得られる。

場合によっては、ケーシング本体も、第２の主要面から固定装置に隣接する領域内で加熱され、従ってケーシング本体及び流動性の固定部材が溶融する。

固定装置１２の横方向寸法は第２の主要面の側において、固定部材２の横方向寸法よりも大きく、第１の主要面に向かって次第に小さくなっている。固定部材２が固定装置１２内に導入された後の自由な空きスペースは、固定部材の加熱前に第２の主要面を超えて突き出す材料を受容するために規定されている。

このために、固定装置は例えば、ケーシング本体の第２の主要面に隣接する領域内で、第１の主要面に向かって先細りする台形横断面を有して構成されていて、先細り後に第１の主要面に向かってほぼ円筒形に延在している。

ケーシング本体にデバイスを固定した状態の形状安定性を高めるために、デバイスは有利には、枠をケーシング本体の第１の主要面からこの第１の主要面上に載せるように、構成されているか又は固定が行われる。特に有利には、このデバイスとケーシング本体とは、熱リベット結合後に第２の主要面からケーシング本体のほぼ平らな表面が形成されるように、互いに適合されている。

光電子構成素子７は、第１の接続導体１５と第２の接続導体１６とを有しており、これらの接続導体１５，１６は、ケーシング本体の有利には異なる側面においてこのケーシング本体から突き出している。これらの接続導体は、有利には導体枠の一部として構成されていて、半導体チップ例えばルミネセンスダイオードチップの電気的な接触接続のために用いられる。半導体チップ９は、導電性の接着接続又ははんだ付け結合を介して第１の接続導体１５と導電接続されていて、この第１の接続導体１５に固定されている。第２の接続導体１６と導電接続するためにボンディングワイヤ１７が用いられる。接続導体１５上における半導体チップの導電接続及び配置は、図３でははっきりと示されていない。

光電子構成素子は、例えば射出成形法で、２つの接続導体１５及び１６を包囲する導体枠を適当な成形材料例えばエポキシ又はアクリルをベースとしたプラスチック材料で鋳包む（Umgiessen）ことによって製造される。ケーシング本体は有利には空洞１８を有しており、この空洞１８内に半導体チップ９が配置されている。さらにまた、空洞１８内には例えばシリコーンを含有する被覆材料１９が配置されており、この被覆材料１９は、半導体チップを少なくとも部分的に包囲していて、この半導体チップを外部の悪影響に対して保護する。

有利には、光電子構成素子は光線を生ぜしめるように構成されている。特に有利には、光電子構成素子７は混合色特に白い光を生ぜしめ、かつ／又は半導体チップ９は、紫外線又は青のスペクトル範囲の光線を生ぜしめるために適している。このために有利には半導体チップはＧａＮをベースとしている。

混合色の光を生ぜしめるために、半導体チップによって生ぜしめられた、短波の青又は紫外の光線の一部が、長波例えば黄色光線を放出するために、被覆材料１９内に配置されたルミネセンス変換材料を励起する。半導体チップによって生ぜしめられた光線と、ルミネセンス変換材料によって再放出された光線との混合から、混合色特に白の光が生ぜしめられる。

光電子構成素子の効果を高めるために、切欠の壁部には、反射を高めるための材料例えば金属がコーティングされている。

光電子構成素子によって生ぜしめられた光線は光学素子１０にぶつかる。この光学素子１０は、有利には高いＵＶ安定性を有するデバイスに基づいて構成することができ、ガラスより成っている。光学素子１０は、光電子構成素子から発せられた光線の光線形成のために役立ち、例えば屈折式のレンズ例えばフレネルレンズ（Fresnellinse）として構成されている。光線形成は、図３に示されているように、光学素子１０の、半導体チップに向けられた側におけるフレネルレンズ構造を介して行われる。

有利には、光学素子１０又は窓４は空洞を完全に覆っているので、光電子構成素子によって生ぜしめられた光線のできるだけ多くの部分が、光学素子による光線形成のために利用可能である。

半導体チップに向いた側における、図３に示したフレネルレンズ状の構造を介して、モジュールによって放出される光線の平行光線において平行化が生ぜしめられる。

デバイスとケーシング本体との機械的に頑丈な結合に基づいて、モジュールの光線放出特性特に放射特性が変化する危険性が減少される。

さらにまた、高いＵＶ安定性を有する材料を光学素子のために使用することができる。このような高いＵＶ安定性を有する材料は、従来の光電子構成素子のために使用することが非常に困難であった。何故ならば、このような材料は、被覆材料に対する付着性が非常に悪いか、又は被覆材料とは著しく異なる熱的な膨張係数を有しているので、接着した光学素子が被覆材料から薄膜剥離する危険性が高くなるからである。

光学素子とデバイスとの間の熱的な膨張係数の差は、このデバイスの形態特に保持装置の形態において考慮されている。

デバイスとケーシング本体との間の熱的な緊張の危険性は、ケーシング本体及びデバイスのために、ほぼ同じ材料又は少なくとも類似の熱膨張係数を有する材料を使用することによって、減少される。

モジュール若しくは光学素子は、この実施例では表面実装可能に構成されている。このために例えば第１の接続導体１５若しくは１６が、はんだ付け面１５０若しくは１６０からプリント基板（図示せず）の導体路上にはんだ付けされる。

図３に示した熱によるリベット結合においては、プリント基板上にモジュールを組み付ける前に既に、デバイスがケーシング本体８の第２の主要面１４側でケーシング本体に固定されているので、モジュールは、光電子構成素子及び熱リベット結合されたデバイスに表面実装されている。

図４には、本発明によるモジュールの第２実施例が断面図で概略的に示されている。この実施例はほぼ図３に示した実施例に相当する。図３に示した実施例に対して、図４のものでは、屈折式の光学素子１０は、半導体チップ９とは反対側がレンズのように湾曲されている点で相異している。半導体チップ９側では、光学素子は有利にはほぼ平らに構成されている。このような形式のレンズ上に、有利には焦点なに配置された半導体チップによって生ぜしめられた光線又はこの半導体チップ上に入射する光線が集束される。

光学素子は、図４では、ケーシング本体若しくは被覆材料１９から間隔を保っている。

しかしながら場合によっては、光学素子は、ケーシング本体８若しくは被覆材料１９と直に接触していてもよい。この場合、光学素子は有利な形式で、モジュールの運転中に光学素子と半導体チップとの間の相対位置が、特に被覆材料の変形に対してほぼ変化しないように、頑丈に保持されている。

さらにまた、このデバイスは、その形状が光電子構成素子の形状にほぼ相当するように構成されていてよい。このような形式のモジュールのパターン認識は、プリント基板上にモジュールを配置するための自動実装装置において、有利には、デバイスなしの光電子素子におけるのと同じプロセスパラメータで行うことができる。

図５には、本発明によるモジュールの第３実施例が概略的な断面図で示されている。図３に示した実施例との相違点は、半導体チップとは反対側に設けられたフレネル構造及びケーシング本体８におけるデバイスの固定形式にある。

デバイスは、ケーシング本体８にプレス結合によって固定されている。この場合、この固定は、固定装置内にプレス嵌めで正確に導入された固定部材とケーシング本体との間の弾性的な力を介して行われる。プレス結合のための固定装置１２は、ケーシング本体の第２の主要面１４にまで達する切欠と異なっているだけではなく、第２の主要面側でケーシング本体によって制限されている切欠とも異なって構成されている。

熱リベット結合と比較して、このデバイスは、プリント基板上に光電子構成素子を取付けた後でプレス結合を介してケーシング本体に固定することができる。接着結合又は加熱プレス結合についても同じことが当てはまる。組み付け後の固定は、熱に敏感な材料の使用を容易にする。熱に敏感な材料とは、例えば一般的なはんだ付け温度において場合によって形状が不安定になる、光学素子又はデバイスのための熱可塑性材料である。さらにまた、熱リベット結合のために形成された固定部材は、プレス結合のために構成された固定部材と比較して短くされている。

接着結合（図５には示されていない）を介して固定を行う場合、固定装置は有利には切欠として構成されている。図２に示した固定部材２ａ，２ｂ及び２ｃのように構造化された表面は、接着剤による接着促進面を有利な形式で拡大する。

さらにまた、光学素子は、回析素子として構成されていてもよい。このために例えばガラス製の支持体が設けられており、この支持体上に複数のポリマー層が被着されており、これらのポリマー層内に、回析性の光学系のための構造が圧刻されている。

図６には、本発明の第４実施例によるモジュールが示されており、図６Ａは光電子構成素子の斜め上から見た斜視図、図６Ｂは光電子素子の断面した概略的な斜視図を示している。このような形式の光電子素子は例えば国際公開第０２／０８４７４９号明細書に詳しく記載されており、その内容についてはこの明細書を参照されたい。

光電子構成素子７は、第１の接続導体１５と第２の接続導体１６とを有しており、この第１及び第２の接続導体１５，１６は、光電子構成素子７のケーシング本体８の両側面から突き出していて、例えば翼状に構成されている。

ケーシング本体８は空洞１８を有していて、この空洞１８内に半導体チップ９が配置されている。半導体チップ９は、例えばはんだ付け結合によって接続導体１５と導電接続されている。第２の接続導体１６との導電接続は、ボンディングワイヤ１７を介して形成される。第２の接続導体１６とのボンディングワイヤの接続は、有利には空洞１８の壁部２１の突起部２０の領域内で行われる。

半導体チップ９は、熱的な接続部２２上に配置されており、この接続部２２はチップ支持体として機能する。熱的な接続部２２は、空洞から垂直方向でケーシング本体８の第２の主要面１４まで延在していて、有利な形式で第２の主要面側で半導体チップを大きい面に亘って外部の冷却体に対して熱的に接続する作業を容易にする。従って特に構成素子の運転時に高出力半導体チップによるケーシング本体の熱的な負荷は減少される。

熱的な接続部は、例えば第１の接続導体１５の舌片に結合されているか、又は第１の接続導体に特に導電的にかつ／又は機械的に接続されている。ボンディングワイヤとの接触接続のために設けられている第２の接続導体１６は、有利な形式で熱的な接続部２２上における半導体チップ９のチップ取付け面に関連して高くなっている。光線を反射させるために提供された、空洞の壁部の面は、有利な形式で大きく維持されている。さらにまた、熱的な接続部自体は反射するように構成されていて、それによって有利には空洞の壁部又は底部の一部を形成している。熱的な接続部は、第２の主要面側においてケーシング本体から突き出しているか、又はケーシング本体とほぼ平らに接続されている。例えば熱的な接続部は高い熱伝導率を有する金属、例えばＣｕ又はＡｌ、或いは合金経てばＣｕＷｏ合金を含有している。

両接続導体１５，１６及び熱的な接続部２２を有する導体枠は、このような形式の光電子構成素子の製造時に、適当な流し込み成形法若しくはキャスティング法で鋳包まれる。熱的な接続部２２は有利には、単数又は複数の突起部又は湾曲部２３を備えて構成されており、これによって、ケーシング本体と熱的な接続部との機械的な接続が改善され、ひいては、光電子構成素子の全体的な形状安定性が高められる。ケーシング本単の第１の主要面１３側には固定装置１２が形成されており、この固定装置１２は、図示していないデバイス（例えば前記図面の実施例に相応して構成された）を固定するために設けられている。デバイスをケーシング本体８に固定するために、例えば４つの固定装置１２が設けられている。

全体として、本発明のデバイスによれば、非常に安定した放射を行う光学素子の使用を可能にし、光学素子の形態に関連した高いフレキシブル性（融通性）を可能にする。このようなフレキシブル性は、保持部を損傷させることなしに光学素子の交換を可能にする、デバイスにおける光学素子のリバーシブルな（逆転可能な）固定若しくは保持によってさらに高められる。また、光学素子のための調整コストは僅かで済む。何故ならば半導体チップ及び光学素子の互いの相対位置は、ケーシング本体若しくはデバイスの完成時に既にほぼ規定されるからである。特に、本発明によるデバイスは、移動式電話において使用するためのフラッシュとして構成されている。光電子構成素子としては、特に型式表示ＬＷ Ｗ５ＳＧ（製造者：Osram Opto Semiconductors GmbH）と類似の構成素子、又はこれに使用された同じ製造者による構成素子が適している。

本特許出願は、２００４年８月２３日付け出願のドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０４０７６３．０号明細書の優先権、並びに２００４年１０月２１日付け出願のドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０５１３７９．１号明細書の優先権を主張している。その開示内容についてはこれらの明細書を参照されたい。

本発明は、図示の実施例のみに限定されるものではない。むしろ本発明は、それぞれ新たな特徴、並びにこれらの特徴の組み合わせを含んでおり、たとえこれらの特徴又は特徴の組み合わせ自体が請求項又は実施例に明確に記載されていなくても、それぞれの特徴の組み合わせは請求項に包含されているものである。

本発明によるデバイスの第１実施例の概略図で、図１Ａは斜め上方から見た斜視図、図１Ｂは斜め下方から見た斜視図である。 本発明によるデバイスの第２実施例の斜め下方から見た概略的な斜視図である。 本発明の第１実施例によるモジュールの概略的な断面図である。 本発明の第２実施例によるモジュールの概略的な断面図である。 本発明の第３実施例によるモジュールの概略的な断面図である。 本発明の第４実施例によるモジュールの概略図で、図６Ａは光電子構成素子の斜視図、図６Ｂは断面した斜視図である。

Claims (28)

1. 少なくとも１つの固定部材（２）を備えたデバイス（１）において、該固定部材（２）は、光電子構成素子（７）のケーシング本体（８）にデバイス（１）を固定するために設けられていて、該デバイス（１）が別個の光学素子（１０）のための保持部として構成されていることを特徴とする、光電子構成素子のためのデバイス。
2. 前記光学素子（１０）及び／又はデバイス（１）は、短波特に青色光線又は紫外線の影響下において形状安定性を有しており、この短波光線を生ぜしめるために又は短波光線を受信するために光電子構成素子が設けられている、請求項１記載のデバイス。
3. 前記光学素子（１０）が、短波特に青色光線又は紫外線の影響下において、濁り又は変色に対して安定しており、この短波光線を生ぜしめるために又は短波光線を受信するために光電子構成素子が設けられている、請求項１又は２記載のデバイス。
4. 前記光学素子（１０）が屈折性素子、回析性素子又は分散性素子である、請求項１から３までのいずれか１項記載のデバイス。
5. 前記光学素子（１０）が、ガラス、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、ポリマー又はウレタンを含有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のデバイス。
6. 前記光学素子がデバイス（１）に可逆的に固定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のデバイス。
7. 前記光学素子（１０）がデバイス（１）に不可逆的に固定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のデバイス。
8. デバイス（１）が、光学素子（１０）を受容するために規定されている枠（３）を有している、請求項１から７までのいずれか1項記載のデバイス。
9. 前記枠（３）内に溝（５）が形成されており、該溝（５）内に光学素子（１０）の突起が係合する、請求項８記載のデバイス。
10. 前記枠（３）が、平面図で見て、円形又は多角形特に４角形又は６角形の包絡的な基本形状を有しているか、或いは円形又は多角形特に４角形又は６角形の輪郭形状を有している、請求項８又は９記載のデバイス。
11. 固定部材（２）が枠（３）に配置されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載のデバイス。
12. デバイス（１）が一体的に構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のデバイス。
13. デバイス（１）が、射出成形、トランスファー成形又は射出プレス成形によって製造されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のデバイス。
14. デバイス（１）が、有利には同じ形の複数の固定部材（２）を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のデバイス。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載のデバイス（１）及び光電子構成素子（７）を備えたモジュール（６）において、
    前記光電子構成素子（７）が少なくとも１つの半導体チップ（９）とケーシング本体（８）とを有していることを特徴とする、モジュール。
16. 半導体チップ（９）が被覆材料（１９）内に埋め込まれている、請求項１５記載のモジュール。
17. 光学素子（１０）が被覆材料（１９）から間隔を保って配置されている、請求項１６記載のモジュール。
18. 光学素子（１０）が被覆材料（１９）に隣接している、請求項１６記載のモジュール。
19. 特に青又は紫外のスペクトル範囲内の短波の光線を発生させるための半導体チップ（９）が設けられている、請求項１５から１８までのいずれか１項記載のモジュール。
20. 光学素子（２０）が、モジュール（６）の運転中における被覆材料の変形に抗して、半導体チップ（９）に対して相対的に、デバイス（１）によって位置安定的に保持されている、請求項１６から１９までのいずれか１項記載のモジュール。
21. デバイス（１）とケーシング本体（８）とは、組み立てた状態でほぼ同一であるか、又は同じ熱的な膨張係数を有する材料を有している、請求項１５から２０までのいずれか１項記載のモジュール。
22. 固定部材（２）を用いてデバイス（１）をケーシング本体に固定するための少なくとも１つの固定装置（１２）がケーシング本体（８）に形成されている、請求項１５から２１までのいずれか１項記載のモジュール。
23. 固定装置（１２）が、デバイス（１）の固定部材を受容する、ケーシング本体に設けられた少なくとも１つの切欠を有している、請求項２２記載のモジュール。
24. 固定装置（１２）が、デバイス（１）の固定部材を受容する、ケーシング本体に設けられた少なくとも１つの凹部を有している、請求項２２記載のモジュール。
25. デバイス（１）が、特に単数又は複数の固定部材を介して、プレス結合、加熱プレス結合、接着結合又はリベット結合、特に熱によるリベット結合を介してケーシング本体（８）に固定されている、請求項１５から２４までのいずれか１項記載のモジュール。
26. 固定部材（６）及び／又は光学素子（７）が、表面実装可能に構成されている、請求項１５から２５までのいずれか１項記載のモジュール。
27. ケーシング本体（８）が、射出成形、トランスファー成形又はプレス成形によって製造されている、請求項１５から２６までのいずれか１項記載のモジュール。
28. 光学素子（７）が、第１の接続導体（１５）と、半導体チップを電気的に接触させるための第２の接続導体（１６）と、熱的な接続部（２２）とを有している、請求項１５から２７までのいずれか１項記載のモジュール。

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