JP2013505561A - 光電モジュール - Google Patents

Abstract

光電モジュール（１００）が記載される。この光電モジュールは、少なくとも１つの接点個所（１Ａ）を備える支持体（１）と、第１の接点面（２Ａ）と第２の接点面（２Ｂ）とを有する発光半導体チップ（２）と、第１の切欠部（４Ａ）と第２の切欠部（４Ｂ）とを備える絶縁層（４）と、少なくとも１つの導電性導体路構造体（８）とを有し、前記第１の接点面（２Ａ）は、前記発光半導体チップ（２）の支持体（１）とは反対の側に配置されており、前記絶縁層（４）は少なくとも部分的に支持体（１）および半導体チップ（２）の上に取り付けられており、前記第１の切欠部（４Ａ）を前記第１の接点面（２Ａ）の領域に、前記第２の切欠部を前記第２の接点個所（１Ａ）の領域に有し、前記導電性導体路構造体（８）は前記絶縁層（４）の上に配置されており、前記第１の接点面（２Ａ）は前記支持体（１）の前記接点個所（１Ａ）と電気的に接触接続しており、前記絶縁層（４）は、主にセラミック材料から形成されている。

Description

光電モジュールが記載される。

解決すべき課題は、とくに劣化に対して安定しており、長い寿命を有する光電モジュールを提供することである。

本特許願は、ドイツ特許出願１０２００９０４２２０５．６の優先権を主張するものであり、その開示内容はここに参照として取り入れる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つの接点個所を備える支持体を有する。この支持体は導体路基板または支持体フレーム（リードフレーム）とすることができる。同様に支持体がフレキシブルであり、たとえばシートとして構成されていることも考えられる。支持体は導電材料、たとえば金属、または絶縁材料、たとえば熱硬化性もしくは熱塑性材料またはセラミック材料から形成することができる。支持体が絶縁材料により形成されている場合、支持体が取付け面に、および／または取付け面に対向する底部面に端子個所と導体路とを有することが考えられる。少なくとも１つの接点個所は、導電材料、たとえば金属により形成されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、光電モジュールは発光半導体チップを有し、この発光半導体チップは第１の接点面と第２の接点面を有する。２つの接点面は、発光半導体チップを接触接続するために用いられる。たとえば発光半導体チップは第２の接点面により支持体の端子個所で固定され、電気的に接触接続される。発光半導体チップは発光ダイオードチップとすることができる。発光ダイオードチップは、光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップとすることができ、光線形成アクティブゾーンは紫外線から赤外線領域の光線を放射する。発光半導体チップの第１と第２の接点面は好ましくは、導電材料、たとえば金属により形成されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、光電モジュールは、第１と第２の切欠部を備える絶縁層を有する。たとえば切欠部は材料切削によって形成されている。２つの切欠部はたとえば側方から絶縁層により制限され、それぞれ対向する２つの開口部を有する。好ましくは切欠部は外部から自由に接近できる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、第１の接点面は、発光半導体チップの支持体とは反対の側に配置されている。たとえば第１の接点面は、発光半導体チップの支持体とは反対の側にある表面に取り付けられている。

少なくとも１つの実施形態によれば、光電モジュールは少なくとも１つの導電性導体路構造体を有する。導電性導体路構造体は、電気導体路とすることができ、好ましくは金属または金属合金により形成されている。導電性導体路構造体が導電性接着剤または金属ペーストにより形成されていることも考えられる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層は少なくとも部分的に支持体の上または半導体チップの上に取り付けられている。好ましくは絶縁層はこの個所に形状的に成形されており、絶縁層と絶縁層により覆われる個所との間にはスリットも中断部も形成されない。

さらに絶縁層は第１の切欠部を第１の接点面の領域に、第２の切欠部を第２の接点面の領域に有する。したがって切欠部と接点面／接点個所は、少なくとも部分的に互いに合同に配置されており、発光半導体チップには絶縁層に取り付けられた切欠部を通して外部から接触接続することができる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、導電性導体路構造体は絶縁層の上に配置されており、第１の接点面は支持体の接点個所と電気的に接触接続している。好ましくは導電性導体路構造体は絶縁層に形状的に成形されている。言い替えると、絶縁層と導電性導体路構造体との間にはスリットも中断部も形成されていない。そのために導電性導体路構造体は絶縁層の上に、たとえばシルクスクリーン印刷、ジェット法、ディスペンス法、またはスプレー法によって取り付けられている。たとえば切欠部には少なくとも部分的に導体路構造体が充填されている。好ましくは導電性導体路構造体は切欠部を貫通し、導電性導体路構造体は半導体チップと完全に接触接続している。切欠部はたとえば導電性導体路構造体の材料によって充填されている。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層は主にセラミック材料から形成されている。「主に」とは、絶縁層の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％がセラミック材料を含むことを意味する。この関連で、絶縁層が完全にセラミック材料からなることも考えられる。さらに絶縁層が、溶融ガラスから結晶化を制御して作製されたガラスセラミックからなることもできる。

少なくとも１つの実施形態によれば、光電モジュールは少なくとも１つの接点個所を備える指示体と発光半導体チップを有し、この発光半導体チップは第１の接点面と第２の接点面を有する。さらに光電モジュールは、第１と第２の切欠部を備える絶縁層と少なくとも１つの導電性導体路構造体を有する。第１の接点面は、発光半導体チップの支持体とは反対の側に取り付けられている。さらに絶縁層は少なくとも部分的に支持体および半導体チップの上に取り付けられており、第１の切欠部を第１の接点面の領域に、第２の切欠部を第２の接点個所の領域に有する。導電性導体路構造体は絶縁層の上に配置されており、第１の接点面は支持体の接点個所と電気的に接触接続している。さらに絶縁層は、主にセラミック材料から形成されている。

ここに記載する光電モジュールは、有機材料により形成された絶縁層は平坦な接触接続を行う光電モジュールで使用されるが、劣化に対する安定性が小さいという知識に基づく。すなわち照射、湿気、または温度変化のような外部の影響が絶縁層の材料を損傷する。そのため光電モジュールの運転時間が短くてもすでに、絶縁層が脆弱になる。すなわちこのような光電モジュールは運転時間が短くても、劣化に起因する損傷を有することがある。

とくに劣化に対して安定した光電モジュールを提供するために、ここに説明する光電モジュールはとりわけ、絶縁層を主にセラミック材料から形成することを基本思想とする。セラミック材料はとりわけ外部の光線作用および熱の影響でも劣化が安定しており、そのような絶縁層自体は外部の負荷が大きくても運転寿命が長くなり、材料損傷がほとんど生じない。

有利には、寿命の延長された光電モジュールが提供される。

少なくとも１つの実施形態によれば、光電モジュールは少なくとも２つの発光半導体チップを有し、絶縁層は部分的に発光半導体チップの間に配置されている。たとえば半導体チップの間には中間空間が形成されている。言い替えると、半導体チップは互いに離間して配置されている。たとえば中間空間は絶縁層の材料によって充填されている。好ましくは絶縁層は半導体チップの側面に接触し、これを形状的に覆う。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層は切欠部を除いて光電モジュールの露出した外面上に形状結合して取り付けられている。すなわち光電モジュールの露出した外面と絶縁層との間にはスリットも中断部もない。この場合、絶縁層は、たとえば発光半導体チップのカプセル層の機能を引き継ぐ。すなわち半導体チップは絶縁層により、電気的接触接続部の領域を除いて完全にカプセル化されている。これにより有利には、発光半導体チップが衝撃のような機械的影響から保護される。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層は光透過性であり、半導体チップの光線出射面を部分的に覆う。「光透過性」とは、絶縁層が活性層から放射された光線を部分的にしか吸収しないことを意味する。発光半導体チップから放射された電磁光線は、少なくとも部分的に絶縁層を通って光電モジュールから出力することができる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層はセラミック発光物質からなる。絶縁層が半導体チップの光線出射面に部分的に取り付けられてる場合、絶縁層は半導体チップから最初に放射された電磁光線を部分的に吸収することができ、最初に放射された光線を別の波長の光線に少なくとも部分的に変換し、再放射することができる。したがって絶縁層は光変換器の機能を有する。たとえば絶縁層は、ＹＡＧ：Ｃｅからなる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層内にある第１の切欠部は、半導体チップの光線出射面と支持体との間を半導体チップの側面に沿って通しで延在しており、側方では接点面および支持体により制限されている。すなわち半導体チップの光線出射面と１つまたは複数の側面とは少なくとも部分的に露出している。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層内にある第１の切欠部は隣接する半導体チップ間で連続しており、接点面により側方が制限されている。この関連で「隣接する」とは、半導体チップがたとえばペアで配置されており、各ペアの間に中間空間が形成されていること意味する。中間空間は絶縁層により覆われておらず、したがって露出している。さらにこの関連で、露出した中間空間の他に半導体チップの光線出射面にも部分的に絶縁層がないことが考えられる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップの間にアイソレーション層が配置されている。たとえばアイソレーション層は、半導体チップ間の中間空間を少なくとも部分的に形状結合して埋めている。さらにアイソレーション層と絶縁層は同じ材料により形成されている。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層はシートである。

好ましくは絶縁層は、１０から３００μｍ、好ましくは１５０μｍの層厚を有する。同様に絶縁層が多数の個々のシートからなることもでき、多数のシートは上下に配置され、たとえば接着され、積層されたシート結合体を形成する。この関連で、シートがハイブリッドシートまたは多層シートであることも考えられる。「ハイブリッドシート」とは、マトリクス構造のセラミック材料から形成されたシートのことである。「多層シート」は、たとえば接着層を有するセラミックシートのことである。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層はラミネートプロセスによって取り付けられる。絶縁層がシートであれば、シートをラミネートプロセスにより、半導体チップの露出した外面上および支持体の取付け面上に積層することができる。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層は焼成プロセスによって取り付けられる。そのために絶縁層の取り付けられた材料が、高エネルギーのレーザ光によってまたは熱的な焼成によって成形される。絶縁層の材料は、たとえばナノ粉体または合成物の形で存在する。

光電モジュールの少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層はモールドプロセスによって取り付けられる。たとえば絶縁層の材料が取り付けられる前に、接点個所／面を覆うスタンプが接点個所／面に取り付けられる。別の工程で、絶縁層の材料が吹き付けられる。硬化後にスタンプが除去され、これにより絶縁層内の切欠部が露出される。好ましくは絶縁層の材料は、たとえば懸濁液またはエーロゾルの形で存在する。

絶縁層がラミネートプロセス、焼成プロセスまたはモールドプロセスで取り付けられるという特徴は、取付け方法が光電モジュールで直接的に検証可能であるので、それぞれ具体的な特徴である。

同様に絶縁層を噴霧することも考えられる。そのために絶縁層の材料は、たとえばマトリクス構造の溶液の形で存在する。

さらに絶縁層を選択的析出により、たとえばプラズマプロセス、プラズマ・スプレープロセスまたはスパッタリングにより取り付けることができる。

同様に絶縁層をシルクスクリーン印刷法により取り付けることも考えられる。そのために前準備されたマスクを支持体と半導体チップの上に載せるが、このマスクは接点個所／面の領域にカバーを有するようにする。この種のマスクラスタによって、材料を印刷した後に絶縁層の材料のない領域が残り、この領域が絶縁層の切欠部を形成する。

以下、ここに説明する光電モジュールを、実施例および所属の図面に基づいて詳細に説明する。

ここに説明する光電モジュールの実施例の概略図である。 ここに説明する光電モジュールの実施例の概略図である。 ここに説明する光電モジュールの実施例を作製するための個々の製造工程を示す図である。

実施例および図面中、同じ構成部材または同じように作用する構成部材には同じ参照符合が付してある。図示のエレメントは縮尺通りではなく、個々のエレメントは分かりやすくするため誇張して大きく図示されている場合がある。

図１は、ここに説明する光電モジュール１００の実施例を側面図に示す。支持体１は接点個所１Ａを有する。取付け面１１上には発光半導体チップ２が取り付けられており、この半導体チップは電磁光線を形成するための活性ゾーンを有する。さらに発光半導体チップ２は、第１の接点面２Ａと第２の接点面２Ｂを有する。発光半導体チップ２の第２の接点面２Ａが支持体１の取付け面１１上に取り付けられ、そこで支持体１と電気的に接触接続している。たとえば発光半導体チップ２は接着されるか、またはロウ付け材料によって支持体１と結合している。半導体チップ２の露出した側面９上ならびに半導体チップ２の光線出射面３上には絶縁層４が形状結合して部分的に取り付けられている。さらに絶縁層４は領域２１にある支持体１の取付け面１１を覆い、したがって絶縁層４は接点個所１Ａと第１の接点面２Ａとの間に中断部なしで延在している。絶縁層４は第１の切欠部４Ａを有し、この切欠部は光線出射面３の間を側面９に沿って支持体１まで連続して延在している。したがって第１の切欠部４Ａは、支持体１および第１の接点面２Ａにより側方で制限されている。発光半導体チップ２の光線出射面３には部分的に絶縁層４がない。導電性導体路構造体８が、第１の接点面２Ａを支持体１の接点個所１Ａと電気的に接触接続している。ここで導電性導体路構造体は、絶縁層４と２つの接点面１Ａ、２Ａの上に印刷されている。絶縁層４はここでは、ラミネートプロセスによって取り付けられたシートである。図１の実施例では、絶縁層４がセラミック材料からなる。同様に、絶縁層４がセラミック材料からなり、絶縁層４が少なくとも部分的に、発光半導体チップ２から最初に放射された電磁光線を別の波長の光線に変換することも考えられる。これにより光電モジュール１００は混合光を放射する。

図２は、並置された２つの発光半導体チップ２を有する光電モジュール１００を示す。半導体チップ２はその間に中間空間１２を形成し、中間空間１２はそれぞれ側面９と支持体１により側方が制限されている。中間空間１２内にはアイソレーション層５が配置されており、このアイソレーション層は中間空間１２を少なくとも部分的に満たし、側面９および支持体１に形状結合して取り付けられている。同様にアイソレーション層５の代わりに、またはそれに加えて絶縁層４を中間空間１２に取り付けることも考えられる。第１の切欠部４Ａは中断部なしで２つの半導体チップ２の間を延在し、接点面２Ａにより側方が制限されている。これにより、半導体チップの光線出射面３は少なくとも部分的に露出する。

図３ａから３ｄは、ここに説明する光電モジュール１００の実施例を作製するための個々の製造工程を示す図である。まず図３ａに示すように支持体１が準備される。支持体１の取付け面１１の上には半導体チップ２が取り付けられる。

別の工程で図３ｂに示すように、支持体１の接点面１Ａと半導体チップ２の接点面２Ａとがラッカー５０により覆われる。その代わりに接点面をシート、ワックス、またはその他の粘着層により覆うこともできる。

図３ｃでは別の工程で、光電モジュール１００の露出した外面に絶縁層４の材料が取り付けられ、これにより側面９と光線出射面３が少なくとも部分的に絶縁層４により覆われる。この取付けは、たとえば焼成プロセスまたはモールドプロセスによって行うことができる。同様に絶縁層４をラミネートプロセスまたはスプレープロセスにより取り付けることも考えられる。

さらに絶縁層４を選択的析出により、たとえばプラズマプロセス、プラズマ・スプレープロセスまたはスパッタリングにより取り付けることができる。

図３ｄの別の工程で物理的および／または機械的材料切削によりラッカー５０が除去され、少なくとも接点面１Ａと２Ａが露出される。

次に光線出射面３は絶縁層４の材料によって、接点面２Ａが延在する個所を除いて完全に覆われる。ここで絶縁層４は光透過性のセラミックにより形成されているか、またはセラミック発光物質からなる。

最終工程で、半導体チップ２は導電性導体路構造体８を介して接点個所１Ａと２Ａの個所で接触接続される。

その代わりに絶縁層４を、前もって構造化したマスクを用いて取り付けることもできる。この場合、絶縁層４はスプレープロセスにより、たとえばプラズマ析出を用いて取り付けることができる。

本発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はいずれの新規の特徴、ならびに特徴のいずれの組合せも含むものであり、これらの特徴またはこれらの組合せが明示的に特許請求の範囲または実施例に記載されていなくても、とりわけ請求の範囲の特徴のいずれの組合せも含むものである。

Claims (12)

1. ・少なくとも１つの接点個所（１Ａ）を備える支持体（１）と、
   ・第１の接点面（２Ａ）と第２の接点面（２Ｂ）とを有する発光半導体チップ（２）と、
   ・第１の切欠部（４Ａ）と第２の切欠部（４Ｂ）とを備える絶縁層（４）と、
   ・少なくとも１つの導電性導体路構造体（８）と、
   を有する光電モジュール（１００）であって、
   ・前記第１の接点面（２Ａ）は、前記発光半導体チップ（２）の支持体（１）とは反対の側に配置されており、
   ・前記絶縁層（４）は少なくとも部分的に支持体（１）および半導体チップ（２）の上に取り付けられており、前記第１の切欠部（４Ａ）を前記第１の接点面（２Ａ）の領域に有し、かつ前記第２の切欠部（４Ｂ）を前記接点個所（１Ａ）の領域に有し、
   ・前記導電性導体路構造体（８）は前記絶縁層（４）の上に配置されており、前記第１の接点面（２Ａ）は前記支持体（１）の前記接点個所（１Ａ）と電気的に接触接続しており、
   ・前記絶縁層（４）は、主にセラミック材料から形成されている光電モジュール（１００）。
2. 少なくとも２つの発光半導体チップ（２）を有し、前記絶縁層（４）は当該少なくとも２つの発光半導体チップ（２）の間に部分的に配置されている、請求項１に記載の光電モジュール（１００）。
3. 前記絶縁層（４）は、前記切欠部（４Ａ、４Ｂ）を除いて、光電モジュール（１００）の露出した外面に形状結合して取り付けられている、請求項１または２に記載の光電モジュール（１００）。
4. 前記絶縁層（４）は光透過性であり、前記半導体チップ（２）の光線出射面（３）を部分的に覆っている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
5. 前記絶縁層（４）はセラミック発光物質からなる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
6. 前記絶縁層（４）内にある第１の切欠部（４Ａ）は、前記半導体チップ（２）の光線出射面（３）と前記支持体（１）との間を半導体チップ（２）の側面（９）に沿って連続して延在しており、前記第１の接点面（２Ａ）と前記支持体（１）によって側方が制限されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
7. 前記絶縁層（４）内にある第１の切欠部（４Ａ）は、隣接する複数の半導体チップ（２）の間に連続して延在しており、前記接点面（２Ａ）によって側方が制限されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
8. 複数の半導体チップ（２）の間にはアイソレーション層（５）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
9. 前記絶縁層（４）はシートである、請求項１から８までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
10. 前記絶縁層（４）はラミネートプロセスによって取り付けられている、請求項９に記載の光電モジュール（１００）。
11. 前記絶縁層（４）は焼成プロセスによって取り付けられている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。
12. 前記絶縁層（４）はモールドプロセスによって取り付けられている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の光電モジュール（１００）。

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