本発明に示されているのは照明モジュールである。さらに本発明にはこのような照明モジュールを有するオプトエレクトロニクス照明装置が示されている。最後に本発明にはこのようなオプトエレクトロニクス照明モジュールを有する自動車ヘッドライトが示されている。
本発明の解決すべき課題は、特に効率的に熱を排出することが可能なオプトエレクトロニクス照明モジュールを提供することである。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、このオプトエレクトロニクス照明モジュールには、ビーム出射面と、このビーム出射面とは反対側を向きかつ非導電性に形成された背面とを有する少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップが含まれている。動作時には上記のビーム出射面から、電磁ビームが出射され、特に光が出射される。上記のオプトエレクトロニクス半導体チップは、例えば、発光ダイオードである。この発光ダイオードは、特に青色光、白色光または赤外線ビームを形成するのに好適とすることが可能である。
オプトエレクトロニクス半導体チップの半導体積層体は、III−V化合物半導体材料をベースとすることが可能である。III−V化合物半導体材料は、例えば、GaN,InGaN,AlGaNまたはInAlGaNを含み得る。
オプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面は、このオプトエレクトロニクス半導体チップの半導体積層体の成長方向に対して垂直におよび/または横に延在している。水平方向は、例えば上記のビーム出射面に対して平行に延在している。
上記のビーム出射面とは反対側を向いた背面は、非導電性に構成されており、上記のビーム出射面に対して平行に延在することが可能である。
上記の少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップは、それぞれの背面を介して、導電的に接触接続可能ではない。すなわち、各半導体チップの背面は無電位なのである。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、このオプトエレクトロニクス照明モジュールには、冷却体上面と、この冷却体上面とは反対側を向いた冷却体下面とを有する冷却体が含まれている。この冷却体は、特に、動作時に上記のオプトエレクトロニクス半導体チップによって形成される熱を排出するために使用される。上記の冷却体は、例えば良好に熱を伝達する金属、例えば銅またはアルミニウムまたは金属合金をベースとしている。言い換えると、上記の冷却体は、オプトエレクトロニクス照明モジュールの組み込みコンポーネントであるヒートシンクなのである。上記の冷却体上面は、上記の少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップ側を向いており、上記の冷却体下面は、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップとは反対側を向いている。例えば上記の冷却体の冷却体上面は、少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップを、冷却体の冷却体上面に配置するために設けられている。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、このオプトエレクトロニクス照明モジュールには、コンタクト上面と、このコンタクト上面とは反対側を向いたコンタクト下面とを有する2つのコンタクトストリップが含まれている。これらのコンタクトストリップには、導電性材料が含まれている。この導電性材料は、例えば銅とすることができるかまたは銅を含むことができる。上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト上面は、少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面の方向を向いており、コンタクト下面は、このビーム出射面とは反対側の方向を向いている。2つのコンタクトストリップは、オプトエレクトロニクス照明モジュールの組み込みコンポーネントである。これらの2つのコンタクトストリップは、例えばNiAuまたはNiPdAu製のはんだ付け可能な層を含み得る。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記のオプトエレクトロニクス半導体チップは、非導電性の背面によって冷却体上面に配置されている。すなわち、この非導電性の背面は、冷却体上面に直接接触接続しているのである。例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップは、可逆的に取り外しできないようにかつ持続的に、上記の背面によって冷却体上面に固定されている。言い換えると、オプトエレクトロニクス半導体チップは、冷却体の冷却体上面を介して冷却体と熱的に接触接続しており、上記の非導電性の背面のために、この冷却体それ自体を介した電気的な接触接続は行われないのである。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、各オプトエレクトロニクス半導体チップは、ビーム出射面の方向に形成された2つの電気的なコンタクト箇所を有する。各オプトエレクトロニクス半導体チップのこれらの2つの電気的なコンタクト箇所は、特に異なる極性が異なる。言い換えると、各オプトエレクトロニクス半導体チップは、表面接触接続によって電気的に接触接続しているのである。ここでの「表面接触接続」とは、半導体チップのビーム出射面において行われる電気的な接触接続のことである。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップが、上記の複数の電気的なコンタクト箇所を介して直列接続されている。言い換えると、オプトエレクトロニクス照明モジュール内にある複数のオプトエレクトロニクス半導体チップは個別に駆動制御はできないのである。すなわち、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップは動作時に、すべて同時に電磁ビームを形成するのである。
上記のオプトエレクトロニクス半導体チップは、0.25mm2または1mm2またそれ以上のビーム出射面を有し得る。少なくとも2つの半導体チップ間の間隔は、20μmより大きく、例えば100μmである。少なくとも2つの半導体チップ間のこの間隔は、適用に応じ、必要なおよび/またはあらかじめ設定した所望の均一な輝度であって、かつ、上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールが有するべき輝度に依存する。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の2つのコンタクトストリップは、冷却体に対して水平方向に離隔されている。言い換えると、これらの2つのコンタクトストリップは、冷却体から横に離隔されており、特に少なくとも部分的にこの冷却体を囲んでいるのである。ここでこの冷却体は基準コンポーネントである。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト上面およびコンタクト下面は少なくとも部分的に露出している。すなわち、上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト上面およびコンタクト下面は、外部から接触接続可能な領域を有するのである。例えば、コンタクト上面は、少なくとも部分的に、特にボンディングワイヤ接触接続のために設けることができるはんだ付け可能な表面を有し得る。
オプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体下面は、上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト下面と共に共通平坦面を構成し、冷却体下面は少なくとも部分的に自由にアクセスすることが可能である。すなわち、冷却体下面と、2つのコンタクトストリップのコンタクト下面とは互いに高さの違いがないのである。言い換えると、冷却体下面と、2つのコンタクトストリップのコンタクト下面とは、上記の共通平坦面により、直接的な熱的および電気的な接触接続に同時に適している面を構成するのである。冷却体下面には、自由にアクセス可能であり、かつ、この冷却体下面は、例えば別の冷却体との、例えばヒートシンクとの熱的な接触接続に、またはプリント基板の熱的なコンタクトとの熱的な接触接続に適している。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、このオプトエレクトロニクス照明モジュールには、ビーム出射面、および、このビーム出射面とは反対側を向きかつ非導電性に形成された背面を備えた少なくとも2つのオプトエレクトロニクス半導体チップと、冷却体上面、および、この冷却体上面とは反対側を向いた冷却体下面を備えた冷却体と、コンタクト上面、および、このコンタクト上面とは反対側を向いたコンタクト下面を有する2つのコンタクトストリップとが含まれている。このオプトエレクトロニクス照明モジュールのオプトエレクトロニクス半導体チップは、非導電性の背面によって冷却体上面上に配置されており、各オプトエレクトロニクス半導体チップは、ビーム出射面の方向に形成された2つの電気的なコンタクト箇所を有しており、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップは、上記の電気的なコンタクト箇所を介して直列接続されている。上記の2つのコンタクトストリップは、冷却体に対して水平方向に離隔されており、2つのコンタクトストリップのコンタクト上面およびコンタクト下面には、少なくとも部分的に、自由にアクセス可能であり、上記の冷却体下面は、上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト下面と共通平坦面を形成し、上記の冷却体下面には少なくとも部分的に自由にアクセス可能である。
ここで説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュールは特に、上記の複数のオプトエレクトロニクス半導体チップが、冷却体を介し、動作時に発生する熱を効率的に排出できるようにこれらのオプトエレクトロニクス半導体チップを1つの冷却体上に配置するというアイデアを追求している。始動時に必要な付勢は、例えば、冷却体に直接接触接続していない導電性の別のコンタクトストリップによって行われる。したがってオプトエレクトロニクス半導体チップは、そのビーム出射面に、ビーム出射面の方向に形成された2つずつのコンタクト箇所を有しているのであり、またこのビーム出射面とは反対側を向いた背面が電気絶縁性に形成されているのである。
ただ1つの支持体を介し、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを熱的であると同時に電気的に接触接続する場合、第1には、特に固い金属製のはんだを使用するか、または、例えば導電性材料を混合した、殊に銀を混合したエポキシを接着剤として使用する。しかしながら固い金属製のはんだ、または、銀を混ぜたエポキシは、例えば支持体であるオプトエレクトロニクス照明モジュールと、プリント基板との間の熱膨張率が異なることによって発生する応力を補償することはできない。
第2には、比較的軟らかい、例えばシリコーンベースの接着剤を、熱的であると同時に電気的でもある接触接続に使用することができ、この接着剤には、例えば、窒化バリウムおよび/または窒化ホウ素が充填される。さらにこの接着剤の熱伝導率をアルミニウム充填粒子によって高めることができる。しかしながらこのような接着剤は、2W/(mK)のオーダの比較的わずかな熱伝導率しか有さず、さらに20から70μmの比較的に大きな層厚で被着されるのである。
上記の接着剤層の熱抵抗が高いことにより、オプトエレクトロニクス照明モジュールの加熱が大きく低減される。さらに、オプトエレクトロニクス半導体チップが配置される、電気的および熱的な伝導性を有する支持体についての構成プロセスは、極めて複雑であり、またインライン製造コンセプトにおけるプリモールドパッケージの場合のように行われない。
ここで説明している、冷却体と水平方向に接触接続していない2つのコンタクトストリップにより、上記の熱的な接続および電気的な接続が互いに切り離される。言い換えると、特に、異なる熱膨張率の適合、適応および/または調整は不要である。このことは特に、上記のコンタクトストリップが、オプトエレクトロニクス照明モジュールの動作中に、大きく加熱されることが少なく、また冷却体を介して発生した熱を排出することができるため、可能である。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体および2つのコンタクトストリップは、電気絶縁性材料からなるケーシング体に埋め込まれる。例えば、このケーシング体には電気絶縁性材料が含まれており、この電気絶縁性材料には、セラミック、例えば窒化アルミニウム(AlN)または窒化ケイ素(SiN)が含まれているか、この電気絶縁性材料は、これらの材料から構成される。さらにこの電気絶縁性材料には、例えばシリコーンおよびエポキシのようなデュロプラストを含まれ得る。さらに、例えばPPA,PET,PBT,PCTのような熱可塑性樹脂も考えられる。上記の冷却体および2つのコンタクトストリップは、上記の電気絶縁性材料によって離隔されており、互いに接触接続していない。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体上面およびコンタクト上面には、ケーシング体の凹部において少なくとも部分的に上記の電気絶縁性材料がない。例えば、上記の冷却体および2つのコンタクトストリップを埋め込む前、冷却体上面に、および、少なくとも部分的にコンタクト上面にツールおよび/または金型部品を配置して、上記の埋め込みの後、冷却体上面およびコンタクト上面にケーシング体の電気絶縁性材料がないようにする。言い換えると、上記のケーシング体には開口部および/または凹みが含まれており、これらの開口部および/または凹みにより、上記の冷却体上面およびコンタクト上面は外部から接触接続可能になるのである。例えば、冷却体上面には、上記の凹部を介して複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを取り付けることができ、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップは、2つのコンタクトストリップのコンタクト上面を介して直列接続される。
上のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記のケーシング体には、別の複数の凹部が含まれ得る。例えば、冷却体上面にオプトエレクトロニクス半導体チップを配置するために第1の凹部を設けることができ、ここでは電気的な接触接続は、2つのコンタクトストリップのコンタクト上面を介して行われる。第2の凹部は、例えばESDダイオードを形成するために設けることができ、ここでは、ESDダイオードにより、上記の2つのコンタクトストリップが互いに接続される。第3および第4の凹部を構成して、ケーシング体のコーナ領域が露出し、これによって上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト上面において、プリント基板との、特にメタルコア基板との電気的に接続部が形成できるようにする。
上記のオプトエレクトロニクス照明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つの側壁が、水平方向に、ケーシング体の上記の凹部の境界を構成しており、この側壁には、ビーム反射性の充填材料が含まれており、上記の冷却体および2つのコンタクトストリップを水平方向に包囲する、ケーシング体の電気絶縁性材料にはビーム吸収性の充填材料が含まれている。すなわち、ここで説明しているケーシング体は、ビーム反射特性およびビーム吸収特性を有し得るのである。
上記の凹部は、例えば2つまたは4つの側壁によって包囲され得る。上記の凹部が4つの側壁を有する場合、この凹部は台形状に形成することができる。すなわち、この凹部は、これらの側壁によって全面的に水平方向に制限されるのである。上記の凹部が2つの側壁を有する場合、この凹部は、ケーシング体のコーナ領域に配置され得る。これらの側壁は、電気絶縁性材料から構成されており、またこれらの側壁は、ビーム反射性材料を含み得る。例えば、上記のケーシング体の電気絶縁性材料はシリコーンとすることができ、また上記のビーム反射性の充填材料は、誘電体粒子を、例えばTiOを含み得る。上記の冷却体および2つのコンタクトストリップを水平方向に包囲する電気絶縁性材料は、ここでもシリコーンを含むことができ、上記のビーム吸収性の充填材料はすす粒子を含むことが可能である。
ビーム反射性および/またはビーム吸収性の充填材料についての充填量は、特に、動作時に形成されるオプトエレクトロニクス半導体チップの電磁ビームの光学的なクロストールないしはスミアに影響を及ぼし得る。
上記のオプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体は、ケーシング体と共に、露出した側面を構成し、この露出した側面は、上記の共通平坦面と交差する方向に延在している。この露出した側面は、オプトエレクトロニクス照明モジュールの上記の下面から、この下面とは反対側を向いた上記の上面まで延在しており、上面と下面とを接続している。この下面は、照明モジュールの共通平坦面によって表される。言い換えると、上記の露出した側面と、照明モジュールの共通平坦面とは、面一になっており、またこれによってこの露出した側面は、冷却体の下面も含んでいるのである。ここで「露出した側面」とは、外部から遮るものがなく到達可能であり、外部の観察者によって露出して見える、オプトエレクトロニクス照明モジュールの側面のことである。ここで「露出して見える」とは、上記の露出した側面が、外部から視覚的に監視できることである。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体は、上記の露出した側面において、第1領域および第2領域を有しており、第1領域は、冷却体における凹部として形成されており、第2領域は、第1領域内に形成されており、かつ、接続材料によってコーティングされており、第2領域のこの接続材料は、第1領域よりも接着剤による濡れ性が強い。
上記の第1領域は、例えば化学的なプロセスにより、例えばエッチングにより、冷却体の露出した側面内に形成することができる。第1領域は、少なくとも部分的に共通平坦面から冷却体上面の方向に延在している。第2領域は、第1領域に形成されており、少なくとも部分的に照明モジュールの共通平坦面に接している。上記の接続材料は、例えば、NiPdAu合金を含むかまたはこの合金から構成することができる。
第2領域の接続材料は、接合剤に対し、接続材料によってコーティングされていない冷却体の第1領域よりも濡れ性が強い。上記の接合剤には、例えばはんだ材料を含むことができる。露出した側面内に形成される第1および第2領域により、特に、熱的な接触接続についての視覚的な監視が、はんだ材料によって可能になる。それは、特にはんだ材料は、より強い濡れ性を有する第2領域において視覚的に識別できるかないしは検出できるからである。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、ケーシング体の凹部の側壁は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面より少なくとも20μmだけ高い。すなわちオプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面は、側壁のどの箇所の高さも上回ることはないのである。これにより、オプトエレクトロニクス照明モジュールは、オプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面から離れてこれに平行に少なくとも20μmの間隔で延在する、上記の側面の上側のエッジにおいて、例えばプリント基板上に配置するための装置により、機械的に接触接続することができ、その際にはビーム出射面に接触することなく、ひいてはビーム出射面を場合によっては損傷してしまうことがなくなる。
さらに、ここで説明している構造により、上記の凹部内に設けられるオプトエレクトロニクス半導体チップは、透過性、透光性の材料および/または明澄な材料によって付加的にモールディングすることができ、このビーム透過性材料は、上記の側面の上側エッジと面一になる。これにより、オプトエレクトロニクス半導体チップを外部の影響に対して保護することができる。特にオプトエレクトロニクス半導体チップのビーム出射面に対して上記の凹部の側壁が横方向に突出していることは、この側壁において一層多くの光を反射できることに寄与し、ここでこの側壁は、ここで説明しているようなビーム反射性の充填材料を、例えば酸化チタンを含み得る。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記のコンタクトストリップのうちの少なくとも1つのコンタクトストリップは、冷却体を水平方向に少なくとも部分的に包囲し、第2コンタクトストリップに対して少なくとも100μmの間隔を有する。ここで説明している少なくとも100μmの間隔により、外部のESDダイオードの取り付け、載置および/または位置調整が製造技術的に簡単に実現できる。なぜならば、小さいな空間的な間隔をブリッジするだけでよいからである。ここで説明しているこの間隔により、安定したESDダイオードを取り付け、載置し、および/または、位置調整することができる。殊にESD保護が組み込まれたオプトエレクトロニクス半導体チップは不要である。さらにここで説明している上記の間隔により、ここで説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュールの小型の構造が可能になり、その際には、ESD保護が組み込まれかつ複雑に構成されたオプトエレクトロニクス半導体チップを使用する必要がない。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの少なくとも1つの実施形態によれば、上記のオプトエレクトロニクス半導体チップには、1つずつの基板および半導体積層体が含まれており、この基板は、AlN,SiN,Al2O3セラミック,Ge,ドーピングされていないSiおよび/またはサファイアからなる基板材料を含み得るか、またはこれらの基板材料のうちの1つから構成されており、この基板は、少なくとも部分的に上記の非導電性の背面を構成している。この基板は、例えば電気絶縁性のものとすることが可能である。この基板は、例えばビーム透過性またはビーム非透過性に構成することができる。この基板は、成長基板とするか、または成長基板とは異なる基板とすることが可能である。例えばこの基板と半導体積層体との間には反射層を配置することができる。特にこの反射層は、金属層を、例えば銀層を含み得る。この反射層は、オプトエレクトロニクス半導体チップの半導体積層体または基板と同じ水平方向の広がりを有し得る。すなわち、この反射層は、特に、各オプトエレクトロニクス半導体チップの半導体積層体と基板との間に全面を覆うように構成することが可能である。
本発明では、オプトエレクトロニクス照明装置が提供される。このオプトエレクトロニクス照明装置には、上で挙げた複数の実施形態のうちの1つまたは複数に関連して説明したような、本発明において説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュールが含まれている。したがってこのオプトエレクトロニクス照明装置の特徴的構成は、ここで説明した上記の照明モジュールに対して開示された特徴的構成でもあり、またその逆も成り立つ。
上記のオプトエレクトロニクス照明装置の少なくとも1つの実施形態によれば、上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールはプリント基板上に配置される。このプリント基板は、例えば、メタルコア基板または印刷されたプリント基板である。例えばこのプリント基板は、FR4プリント基板として形成することが可能である。
上記のオプトエレクトロニクス照明装置の少なくとも1つの実施形態によれば、上記のプリント基板は、オプトエレクトロニクス照明モジュールの冷却体下面の熱的に接触接続のための熱的なコンタクト領域を有しており、この熱的なコンタクト領域は、水平方向において、すべての側面がはんだストップ層によって完全に包囲されている。このはんだストップ層は、例えば上記の熱的なコンタクト領域に直接接している。はんだストップ層は、以下の複数の材料のうちの少なくとも1つから構成するかまたは以下の複数の材料のうちの少なくとも1つを含み得る。すなわちクロム、アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、白金、ニッケルクロムまたはラッカーから構成するかまたはこれを含み得るのである。このはんだストップ層は、メタライゼーションと同様な手法で上記のプリント基板上に被着することができる。
上記のオプトエレクトロニクス照明モジュールの冷却体下面の熱的な接触接続用の上記の熱的なコンタクト領域は、上記の冷却体の材料と同じ材料を含み得る。例えば、この熱的なコンタクト領域は、アルミニウムまたは銅を含むことができるか、またはその合金から形成することができる。これにより、例えば特に経年変化に対して安定であり、かつ、応力に対して抵抗力のある、熱膨張率の最適な適合化が行われる。
上記のはんだストップ層には、はんだ材料は存在しない。上記の熱的なコンタクトのすべての側面においてこのはんだストップ層を完全に包囲することにより、オプトエレクトロニクス照明モジュールの自動的な自己調整が可能になる。なぜならば、はんだ接続は、冷却体下面と、プリント基板の熱的なコンタクト領域との間だけで形成され得るからである。さらにここで説明している、ケーシング体の上記の露出した側面の第1および第2領域により、はんだ材料との十分な濡れ性を、特に第2領域において最適に制御することができる。例えば、第2領域の接続材料には、はんだ材料と同じ材料が含まれている。
上記のオプトエレクトロニクス照明装置の少なくとも1つの実施形態によれば、上記の冷却体下面は、はんだ接続により、上記の熱的なコンタクト領域に接続される。
上記のオプトエレクトロニクス照明装置の少なくとも1つの実施形態によれば、上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト下面は、少なくとも部分的に上記のはんだストップ層に接続され、また上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト上面は、2つの電気的なブリッジを介してプリント基板に電気的に接続される。言い換えると、2つのコンタクトストリップのコンタクト下面は、上記の熱的なコンタクト領域に直接接触接続しておらず、特に非導電性に構成されている上記のはんだストップ層に接しているのである。
上記のプリント基板との外部の電気的な接触接続のため、特に電気的なブリッジが設けられており、例えばボンディングワイヤコンタクト部の形態の電気的なブリッジが設けられている。この場合に上記の付勢はまずプリント基板を介して行われ、上記のボンディングワイヤ部は、ここで説明している電気的なブリッジの形態で、オプトエレクトロニクス照明モジュールに電流を導き、これによってオプトエレクトロニクス半導体チップを動作させることができる。動作時に発生する熱は、上記の冷却体およびプリント基板の熱的なコンタクト領域によって外部に排出される。
上記のオプトエレクトロニクス照明装置の少なくとも1つの実施形態によれば、上記の少なくとも1つの電気的なブリッジは少なくとも2つのボンディングワイヤによって、特に正確に2つのボンディングワイヤによって形成されている。プリント基板によるオプトエレクトロニクス照明モジュールの安定した付勢を保証するため、例えば、プリント基板とオプトエレクトロニクス照明モジュールとの間で電流を接続ないしはブリッジするため、特に複数の複数のボンディングワイヤを形成する。これによって阻止されるのは、1つのボンディングワイヤが損傷された場合、同じ極性の別のボンディングワイヤによって安定した付勢が保証されることである。上記の電気的なブリッジはさらに、はんだ付けによってプリント基板およびオプトエレクトロニクス照明モジュールに接続することが可能なワイヤおよび撚り線を含むことができる。
本発明では、さらに自動車ヘッドライトが提供される。この自動車ヘッドライトには、上で挙げた1つまたは複数の実施形態に関連して説明したオプトエレクトロニクス照明モジュールが含まれている。したがって自動車ヘッドライトの特徴的構成は、本発明で説明したオプトエレクトロニクス照明モジュールに対して開示されたものでもあり、またこの逆も成り立つ。
自動車ヘッドライトの少なくとも1つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス照明モジュールは、ヒートシンクの隆起部において上記の冷却体下面に熱的に接続されており、隆起部を水平方向に形状結合的に包囲する、このヒートシンクの複数の領域は、オプトエレクトロニクス照明モジュールから離隔されている。言い換えると、ヒートシンクは、キャビティを有しており、このキャビティ内には、ここで説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュールを熱的に接続するためのコンタクト領域が設けられているのである。上記の2つのコンタクトストリップのコンタクト下面は、ここで説明している隆起部と直接接触接続しておらず、上記の包囲する領域の底面と離隔している。すなわち、これらのコンタクト下面は、ここで説明しているヒートシンクとは接触接続しておらず、上記の隆起部と冷却体下面との間には、ただ1つの接触接続を形成することができるのである。
上記の隆起部を形状結合的に水平方向に包囲する領域は、絶縁破壊強さを高めるための材料を有し得る。例えば、これらの領域をエポキシおよび/またはポリエステルによって埋めることができ、上記の隆起部の最も上の水平面と面一にする。上記の領域を、例えばポリマの材料によって埋めることにより、絶縁破壊強さを高めるかないしは、隆起部の高さを低くすることができる。
上記の埋め込みを行わない場合、上記の隆起部が1mmの高さを有するとき、3kVの絶縁破壊強さが得られる。すなわち、コンタクト下面と上記の領域との間に、空気が充填された間隙が形成されるため、絶縁破壊強さは約3kV/mmになる。上記の高さは、約40kV/mmの絶縁強さを有するエポキシが上記の領域に形成される場合、例えば、75μmに低減することができる。約100kV/mmの絶縁破壊強さを有するポリエステルの場合、上記の隆起部の高さを、例えば30μmに低減することができ、この際には約3kV/mmの絶縁破壊強さを得ることができる。
以下ではここで説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュールと、オプトエレクトロニクス照明装置と、ここで説明している自動車ヘッドライトとを、対応する図面と共に実施例に基づいて説明する。
同じ要素、同種の要素または同じ作用を有する要素は、図面において同じ参照符号が付されている。これらの図および図に示した要素の互いの大きさの比は、縮尺通りと見なしてはならず、むしろ、より描きやすくするため、および/または、よりわかり易くするため、個々の要素は誇張して大きく示されている。
本発明のオプトエレクトロニクス照明モジュールの実施例を種々異なる視点から略示する図である。
本発明のオプトエレクトロニクス照明モジュールの下面(A)および側面(B)を略図する図である。
本発明のオプトエレクトロニクス照明モジュールの下面の種々異なる実施例を略示する図である。
本発明のオプトエレクトロニクス照明モジュールの下面の種々異なる実施例を略示する別の図である。
プリント基板に配置する前後のオプトエレクトロニクス照明モジュールを略示する図である。
本発明の自動車ヘッドライトを異なる視点から写真撮影した図である。
本発明の自動車ヘッドライトを略示する図である。
本発明の自動車ヘッドライトを異なる視点から示す図である。
図1Aには、オプトエレクトロニクス照明モジュールの一実施例が概略平面図で示されている。図1Bには、図1Aに示した切断線Aに沿ったオプトエレクトロニクス照明モジュールの側面が略示されている。図1Cには、オプトエレクトロニクス照明モジュールの下面が示されている。
図1Aの概略図には、冷却体20と、2つのコンタクトストリップ30と、5つのオプトエレクトロニクス半導体チップ10とを含むオプトエレクトロニクス照明モジュール100が示されている。5つのオプトエレクトロニクス半導体チップ10は、冷却体20の冷却体上面21において、2つのコンタクトストリップ30のコンタクト上面31を介して直列接続されている。各オプトエレクトロニクス半導体チップ10は、1つのビーム放射面11と、ビーム出射面11の方向に形成された2つの電気コンタクト箇所13とを有する。オプトエレクトロニクス半導体チップ10は、ビーム出射面とは反対側を向きかつ非導電性に形成された(ここで図示していない)背面12を有する。
2つのコンタクトストリップ30は、図1Aに示したように、冷却体20に対して水平方向Lに離隔されて配置されている。ここでの「水平」とは、ここで説明している照明モジュールのコンポーネントの、基準コンポーネントに対する位置を説明するための位置および/または方向を示すものであり、上記の水平方向は、照明モジュールのビーム出射面に対して平行に延在している。冷却体20および2つのコンタクトストリップ30は、ケーシング体40に埋め込まれている。ケーシング体40には電気絶縁性材料が含まれている。例えば、ケーシング体40は窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を含み、および/または、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなる。
さらに図1Aには、ケーシング体40内に形成される複数の凹部41が示されており、側壁42は、水平方向Lにこれらの凹部41の側方の境界を構成している。さらにオプトエレクトロニクス照明モジュール100のコーナ領域には2つの凹部41が形成されており、これらの凹部のそれぞれの水平方向Lの境界を2つの側壁が構成している。さらに図1Aには、2つのコンタクトストリップ30を接続するESDダイオード61が示されている。これらのコンタクトストリップは、水平方向Lに冷却体20から離隔している。ケーシング体40の凹部41により、コンタクト上面31および冷却体上面21には少なくとも部分的に自由にアクセスすることが可能である。
図1Aのオプトエレクトロニクス照明モジュール100は、冷却体下面22および2つのコンタクトストリップ30のコンタクト下面32と共に共通平坦面14を構成している。冷却体下面22およびコンタクト下面32は、オプトエレクトロニクス半導体チップ10のビーム出射面11とは反対側を向いている。
側壁42は、ケーシング体40の凹部41の水平方向Lの境界を構成している。側壁42には、例えば、ビーム反射性充填材料43が含まれ得る。例えばこのビーム反射性充填剤43にはTiOが含まれる。冷却体20および2つのコンタクトストリップ30を水平方向Lに包囲する電気絶縁性のケーシング体40の材料は、例えば、ビーム吸収性充填材料44を含み得る。例えば、ビーム反射性の充填材料44には、すす粒子が含まれる。
さらに図1Aのオプトエレクトロニクス照明モジュール100は、位置合わせマーク8を有する。位置合わせマーク8は、特に、例えばプリント基板1上に配置する際に方向を決めるために使用され、これによって正確な位置合わせが保証される。
図1Bには、図1Aの切断線Aに沿った側面図が示されている。図1Bには、図1Aで説明した5つのオプトエレクトロニクス半導体チップ10が示されており、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップはそれぞれ、ビーム出射面11と、このビーム出射面11とは反対側を向きかつ非導電性に形成された背面12とを有する。図1Aに示したようにオプトエレクトロニクス半導体チップ10はそれぞれ、ビーム出射面11の方向にコンタクト箇所13を有する。さらに図1Bには、冷却体上面21と、この冷却体上面21とは反対側を向いた冷却体下面22とを有する冷却体20が示されている。これらの冷却体から離隔されかつこれを取り囲むように包囲および/または縁取りする2つのコンタクトストリップ30は、コンタクト上面31と、このコンタクト上面31とは反対側を向いたコンタクト下面32とを有する。図1Bに示したように、オプトエレクトロニクス半導体チップ10は、非導電性に形成された各背面12が冷却体上面21に接している。すなわち、各オプトエレクトロニクス半導体チップ10の背面12が直接接触接続することにより、動作時に半導体チップによって発生した熱が、冷却体20を介して排出されるのである。コンタクトストリップ30は、コンタクト上面31により、ボンディングワイヤ7を介してオプトエレクトロニクス半導体チップ10に電気的に接触接続される。
図1Bのオプトエレクトロニクス半導体チップ10は、ビーム出射面11に1つずつの変換素子62を有する。図1Bの冷却体20および2つのコンタクトストリップ30は、ケーシング体40に埋め込まれており、このケーシング体40は凹部41を有しており、この凹部41において、例えば、上記の複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ10は互いに冷却体20に直接的に接触接続されている。さらに2つのコンタクトストリップの領域は、ケーシング体40の凹部41を介して、遮るものがなく見ることができるかないし遮るものがなく到達することができる。言い換えると、凹部41を介して、直列接続された電気的な接触接続部は視覚的に検査することができるのである。冷却体下面22およびコンタクトストリップ30のコンタクト下面32は、共通平坦面14を構成する。
ケーシング体40の凹部41は、少なくとも20μmだけオプトエレクトロニクス半導体チップ10のビーム出射面11の上方に突き出ている。互いに離隔されかつ直列接続されているオプトエレクトロニクス半導体チップ10は互いに、少なくとも20μmのチップ間隔を有する。また100μmのチップ間隔が考えられる。さらに最大で1mmまでのより大きなチップ間隔も考えられる。このチップ間隔は、オプトエレクトロニクス照明モジュール100の動作時に均一な照明像が保証されるような大きさに選択される。
図1Cには、例えば冷却体20の冷却体下面22と、2つのコンタクトストリップ30のコンタクト下面32とによって構成される共通平坦面14が示されている。冷却体20および2つのコンタクトストリップ30は、ケーシング体40の電気絶縁性材料内に埋め込まれている。共通平坦面14は高さの違いを有せず、および/または、トポグラフィはない。言い換えると、冷却体下面22およびコンタクト下面32は、別の平らな面上に載置した際には、この別の面に同時に直接接触接続し、および/または、この別の面に同時に接するのである。
図2Aには、図1Cに示したのと同じ概略図が示されているが、冷却体20が、ケーシング体30と共に露出した側面23を構成する点が異なる。この露出した側面23は、上記の共通平坦面14と交差する方向に延在している。
図2Bには、オプトエレクトロニクス照明モジュール100の側面図が示されており、露出した側面23は、第1領域24および第2領域25を有する。第1領域24は、例えば冷却体20内のエッチングにより、凹み状に形成されている。第2領域25は、第1領域24内に形成されており、第2領域は接続材料26によってコーティングされている。図2Bに示したように、第2領域25は、第1領域に対して一定の間隔を有することができ、第1領域24および第2領域25は、冷却体下面22に、または共通平坦面14に接している。第2領域25の接続材料26は、第1領域24よりも格段に大きな、接合剤との濡れ性を有する。
図3Aおよび3Bには、オプトエレクトロニクス照明モジュール100の共通平坦面14の実施例が示されている。
図3Aでは、2つのコンタクトストリップ30は、冷却体20に対して水平方向Lに離隔されており、これらのコンタクトストリップ30間には間隔dが形成されている。この間隔dは、例えば100μmとすることが可能である。2つのコンタクトストリップ30は、これらの2つのコンタクトストリップ30を互いに接続するESDダイオード61が確実に形成されるように互いに離隔される。
図3Aでは、冷却体上面21において5つのオプトエレクトロニクス半導体チップ10が互いに直列接続されている(ここでは図示せず)。これらの5つのオプトエレクトロニクス半導体チップ10は、一列に配置されている(図1Aおよび1Bを参照されたい)。図3Bにおいて、コンタクトストリップ30は、冷却体20の片側に配置されており、ここではESDダイオード61を形成するための間隔dが形成されている。図3Bでは、冷却体上面21上にオプトエレクトロニクス半導体チップ10が二列に配置されており、かつ、直列接続されている(ここでは図示せず)。
図4Aおよび4Bに示したオプトエレクトロニクス照明モジュール100の共通平坦面14の概略図には、図3Aおよび3Bとは異なり、間隔dは示されていない。図4Aおよび4Bに示した配置構成は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ10が1つずつの集積型ESDダイオード61を有する場合に考えられる。ESDダイオード61が、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ10において、これらのオプトエレクトロニクス半導体チップの集積されたコンポーネントとして設けられる場合、図4Aに示したように、冷却体20の反対側にある2つの端面にコンタクトストリップ30を配置することができる。図4Bには、図4Aの実施例が示されているが、図4Aとは異なり、コンタクトストリップ30はコンタクトパッドの形態で構成されているという違いがある。
図5Aにはプリント基板1が示されており、また図5Bには図1Cにおいてすでに示したのと同じ略図が示されている。プリント基板1には、熱的なコンタクト領域2が含まれており、この熱的なコンタクト領域2の側面3は、はんだストップ層4によって水平方向Lに完全に縁取られている。さらにプリント基板1は、はんだパッド60を備えた導体路63を有する。図5Aのプリント基板は、例えば、FR4プリント基板として形成することが可能である。
オプトエレクトロニクス照明モジュール100が、特に共通平坦面14により、プリント基板1のコンタクト領域2に熱的に接触接続する場合、オプトエレクトロニクス照明装置200が得られる(図5Cを参照されたい)。すなわち、図5Aおよび5Bには、プリント基板1にオプトエレクトロニクス照明モジュール100を配置する前のオプトエレクトロニクス照明装置200が示されているのである。
さらに図5Aには、プリント基板1において特に機械的に固定するために設けることができる複数の固定装置9が示されている。プリント基板1は、例えば、プリント基板1を別の冷却体にねじ止めすることが可能なねじ用のガイド部として使用可能な複数の固定装置9を有している。プリント基板1のコーナ領域にはそれぞれはんだパッド60が配置されており、これらのはんだパッドは、図5Aに示したように、導体路63上にまたは導体路63内に形成することができる。言い換えると、プリント基板1は、例えば印刷されたメタルコア基板なのである。
プリント基板1の熱的なコンタクト領域2は、オプトエレクトロニクス照明モジュール100の冷却体下面22と熱的に接触接続するために設けられている。オプトエレクトロニクス照明モジュール100の冷却体下面22は、例えばはんだ接続により、プリント基板1の熱的なコンタクト領域2に接続される。上記の2つのコンタクトストリップ30のコンタクト下面32は、はんだストップ層4に接しており、2つのコンタクトストリップ30のコンタクト上面31は、電気的なブリッジ6を介してプリント基板1に電気的に接続される。オプトエレクトロニクス照明モジュール100が、冷却体下面22および熱的なコンタクト領域2を介してプリント基板1に熱的に接触接続され、2つのコンタクトストリップ30のコンタクト上面31が、ここで説明している2つの電気的なブリッジ6を介してプリント基板1に接触接続されると、オプトエレクトロニクス照明装置200が得られる。
図5Cにはこのようにして得られるオプトエレクトロニクス照明装置200が略示されている。電気的な接触接続に使用される2つの電気的なブリッジ6には、3つの個別のボンディングワイヤ7が含まれており、これらのボンディングワイヤは、オプトエレクトロニクス照明モジュール100と、はんだパッド60を有する導体路63ないしはプリント基板1との間の1つずつの電気的な接触接続を形成する。
図6Aおよび図6Bには、自動車ヘッドライト300を写真図が示されており、自動車ヘッドライト300にはここで説明しているオプトエレクトロニクス照明モジュール100が含まれている。オプトエレクトロはニクス照明モジュール100は、図6Aにおいて平面図で示したように、また図6Bにおいては自動車ヘッドライト300の下側から示したようにヒートシンク50上に配置されている。
図7Aには、ヒートシンク50上に配置されているオプトエレクトロニクス照明モジュール100が略示されている。
図7Bには、自動車ヘッドライト300のヒートシンク50上にオプトエレクトロニクス照明モジュール100を配置する前のオプトエレクトロニクス照明モジュール100が略示されている。ここでヒートシンク50は、隆起部51を有する。隆起部51は、複数の領域52によって形状結合的に水平方向Lに包囲されている。言い換えると、ヒートシンク50は、隆起部51を備えたキャビティを有するのである。隆起部51は、冷却体下面22を介してオプトエレクトロニクス照明モジュールと熱的に接触接続するために設けられている。共通平坦面14の別の複数の領域は、ヒートシンクと直接に接触接続していない。例えば、オプトエレクトロニクス照明モジュール100と、隆起部51を形状結合的に水平方向に包囲する上記の複数の領域との間には空隙を形成することが可能である。例えば、ヒートシンク50の領域52と、オプトエレクトロニクス照明モジュール100との間の間隔は1mmであり、この際には3kVの絶縁破壊耐性が得られる。
図8Aには自動車ヘッドライト300の概略平面図が示されており、オプトエレクトロニクス照明モジュール100はすでに自動車ヘッドライト300のヒートシンク50において熱的に接触接続している。オプトエレクトロニクス照明モジュール100の2つのコンタクトストリップ30のコンタクト上面31を介する電気的な接触接続はここでは図示されていない。図8Aに示したように、隆起部51を形状結合的に水平方向Lに包囲する複数の領域52の外寸と、オプトエレクトロニクス照明モジュール100の外寸とはあっていない。言い換えると、ヒートシンク50に取り付ける際にオプトエレクトロニクス照明モジュールの位置調整許容誤差が設けられているのである。さらにヒートシンクは、複数の固定点5を有しており、これらの固定点は、オプトエレクトロニクス照明モジュール100のビーム出射面11を基準にして配置されている。固定点5は、ヒートシンク50上にオプトエレクトロニクス照明モジュール100を熱的に接触接続する間の配向に使用される。
図8Bには図8Aの切断線Aに沿った側面図が示されている。図8Bに示されているのは、隆起部51を形状結合的に水平方向Lに包囲する複数の領域52が、コンタクトストリップないしはコンタクト下面32に接触接続しておらず、ヒートシンク50とオプトエレクトロニクス照明モジュール100との間に間隔または間隙が形成されていることである。言い換えると、材料のない間隙が形成されているのである。オプトエレクトロニクス照明モジュール100と隆起部51との間に形成されるこの間隙は、例えば、ポリマ原材料によって、例えばエポキシまたはポリエステルによって埋めて、空間的な間隔を空ける代わりに、例えば、ポリマ原材料を使用することにより、絶縁破壊耐性を高めることができる。
本発明は、独国特許第102013101262.0号明細書に優先権を主張するものであり、この明細書の開示内容は引用によってこの明細書に取り込まれるものとする。
本発明は、上記の複数の実施例に基づく説明により、これらの実施例に限定されるものではない。むしろ本発明には、あらゆる新規の特徴的構成および複数の特徴的構成の任意の組み合わせが、殊に特許請求の範囲における複数の特徴的構成の任意の組み合わせが含まれるのであり、このことはこの特徴的構成またはこれらの組み合わせそれ自体が、特許請求の範囲または実施例に明示的に示されていない場合であっても当てはまるものである。