KR101176755B1 - 전자기 방사선을 방출 및/또는 수신하는 반도체 소자, 그리고 상기와 같은 소자를 위한 하우징 베이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 칩(1)으로부터 방출 및/또는 수신되는 전자기 방사선에 대한 투과성이 우수한 하우징 베이스(3)의 리세스(2) 내에 배치되어 그곳에서 피복 재료(4)로 커버되고 방사선을 방출 및/또는 수신하는 적어도 하나의 반도체 칩(1)을 구비한, 방사선을 방출 및/또는 수신하는 반도체 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 리세스(2)는 칩 트로프(21) 및 상기 칩 트로프(21)를 리세스(2) 내부에서 적어도 부분적으로 둘러싸는 트렌치(22)를 포함하고, 상기 칩 트로프 내에는 반도체 칩(1)이 고정되어 있으며, 상기 칩 트로프(21)와 상기 트렌치(22) 사이에서 하우징 베이스(3)가 벽(23)을 포함하고, 상기 벽의 끝은 칩 트로프(21)의 바닥면으로부터 볼 때 상기 하우징 베이스(3)의 표면 높이 보다 아래에 놓이며, 상기 표면으로부터 출발하여 리세스(2)가 하우징 베이스(3) 내부로 연장되고, 상기 피복 재료(4)가 상기 칩 트로프(21)로부터 벽을 지나 트렌치(22) 내부에 결합된다. 본 발명은 또한 상응하는 하우징 베이스에 관한 것이다.

Description

전자기 방사선을 방출 및/또는 수신하는 반도체 소자, 그리고 상기와 같은 소자를 위한 하우징 베이스 {SEMICONDUCTOR COMPONENT EMITTING AND/OR RECEIVING ELECTROMAGNETIC RADIATION, AND HOUSING BASE FOR SUCH A COMPONENT}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른, 전자기 방사선을 방출 및/또는 수신하는 반도체-소자, 그리고 청구항 제14항의 전제부에 따른 하우징 베이스에 관한 것이다.
본 발명은 특히 반도체 칩이 하우징 베이스의 리세스 내에 배치되어 그곳에 고정된, 표면 장착 가능한 광전자 소자, 특별히 리드 프레임(Leadframe)-베이스에 관한 것이다. 상기 하우징 베이스는 바람직하게 반도체 칩이 리세스 내부에 장착되기 전에 미리 제조된다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원서 제 103 03 727.6호를 우선권으로 주장하고 있으며, 상기 출원서의 공개 내용은 인용에 의해서 삽입된다.
상기와 같은 반도체 소자는 예컨대 "Siemens Components 29 (1991) 4권, 페이지 147 내지 149"에 공지되어 있다. 종래에는, 예컨대 에폭시수지를 기재로 하는 캐스팅 재료가 피복 재료(enveloping material)로서 사용되었다. 그러나 이와 같은 유형의 캐스팅 재료는 종종 UV-방사선에 대해서 저항력이 약하다.
방사선을 방출하고/방출하거나 방사선을 수신하는 광전자 반도체 소자의 UV-안정성을 개선하기 위하여, 실리콘 수지로 이루어진 피복 재료를 사용하는 것이 제안되었다. 그러나 실리콘 수지로 이루어진 상기 피복 재료는, 예컨대 에폭시수지의 경우와 같이 상기 재료가 하우징 베이스용으로 종래에 사용되던 재료와 견고한 결합을 이루지 않는다는 어려움을 초래한다. 그렇기 때문에, 실리콘 수지를 피복 재료로서 사용하는 경우에는, 하우징 베이스와 피복 재료 사이에 기계적인 또는 열적인 부하가 가해질 때 래미네이팅이 벗겨질 위험이 증가하고, 이와 같은 탈 래미네이팅 현상은 리세스의 상부 에지에서 시작되어 리세스 내부로 계속 번져간다. 이와 같은 현상은 탈 래미네이팅 영역에 있는 추가의 반사 표면 때문에 광 손실을 야기한다. 더 나아가 최악의 경우에는 칩 외피가 하우징 베이스로부터 완전히 떨어져 나갈 수도 있다.
본 발명의 목적은, 하우징 베이스에 대한 결합이 기계적인 부하에 대해서 저항력이 매우 약한 피복 재료를 사용함에도 불구하고 피복 재료와 하우징 베이스 사이의 탈 래미네이팅 현상이 감소된, 서문에 언급한 유형의 반도체 소자, 특히 서문에 언급한 유형의 표면 장착 가능한 반도체 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 반도체 소자 그리고 청구항 14의 특징을 갖는 하우징 베이스에 의해서 달성된다.
상기 반도체 소자 및 하우징 베이스의 바람직한 실시예 및 개선예들은 종속항 2 내지 13 및 15 내지 20의 대상이다.
본 발명에 따른 반도체 소자 및 하우징 베이스의 경우에는, 리세스가 칩 트로프(trough)를 포함하고, 상기 칩 트로프 내에는 반도체 칩이 고정되어 있으며, 상기 칩 트로프는 리세스 내부에서 적어도 부분적으로, 즉 칩 트로프의 둘레의 일부분에 걸쳐 트렌치(trench)에 의해서 둘러싸여 있다. 따라서, 칩 트로프와 트렌치 사이에는 하우징 베이스의 벽이 형성되어 있다. 상기 벽의 끝(apex)은 칩 트로프의 바닥면으로부터 볼 때 전체적으로 하우징 베이스의 전면 높이 아래에 놓여 있다. 이 경우 상기 전면은 하우징 베이스의 외부 표면으로서, 상기 표면으로부터 출발하여 리세스가 하우징 베이스 내부로 뻗는다. 즉, 상기 전면은 전자기 방사선이 방출 및/또는 수신될 때 통과하는 소자의 면을 일컫는다.
반도체 소자의 경우 피복 재료는, 상기 재료가 칩 트로프로부터 출발하여 벽을 거쳐 트렌치 내부로 뻗는 방식으로, 리세스 내부를 채운다. 트렌치 내에서는, 적어도 부분적으로 주변을 둘러싸고 바람직하게는 관통하는 고정용 밴드 또는 밀봉 밴드, 특히 피복 재료로 이루어지는 고정용 링 또는 밀봉 링이 나머지 피복 재료와 일체로 형성된다. 바람직하게 상기 피복 재료는 실리콘을 기재로 하고, 겔 형태의 굳기(solidity)를 갖는다.
특히 바람직하기 때문에 특별히 선호되는 상기 소자 및 상기 하우징 베이스의 실시예에서는, 벽에 적어도 하나의 고정 부재, 바람직하게는 하우징 베이스 상에 일체로 형성된 노우즈(nose) 또는 리브(rib) 또는 주름이 형성된다.
고정 부재가 다수인 경우에는, 상기 고정 부재가 바람직하게는 벽 상에서 상기 벽의 길이에 걸쳐 균일하게, 즉 실제로 상호 동일한 간격을 두고 분배 배치되어 있다. 특이한 실시예에서는, 상기 고정 부재가 각각 쌍 방식으로 통계적으로 또는 정확하게 서로 마주 놓이도록 배치된다. 피복 재료는 바람직하게 고정 부재(들) 위에 걸쳐 있다. 리세스 내부의 충전 상태는, 피복 재료가 벽 및 경우에 따라서는 고정 부재를 완전히 커버할 정도로 매우 높다. 이와 같은 충전 상태는 종래의 피크-앤드-플레이스-장치(Pick-and-Place-Device)를 이용하여 소자를 계속적으로 처리하는 과정을 용이하게 한다.
소자 및 하우징 베이스의 다른 실시예에서는, 고정 부재(들)가 적어도 부분적으로 피복 재료로부터 돌출하도록, 피복 재료가 매듭 형태로 상기 고정 부재(들) 주변에 배치되어 있다.
상기 피복 재료는 특히 바람직하게 트렌치 내에서 칩 트로프 주변에 관통하는 고정 링을 형성하고, 상기 고정 링은 추가로 밀봉 기능도 가질 수 있다.
소자 및 하우징 베이스의 특이한 실시예에서는, 칩 트로프가 반도체 칩으로부터 방출 및/또는 수신되는 방사선을 위한 리플렉터 트로프로서 형성되어 있다.
소자 및 하우징 베이스의 특히 바람직한 실시예에서는, 하우징 베이스가 사출 성형 또는 프레스에 의해서 금속 리드 프레임 밴드(Leadframeband) 상에 미리 제조된다.
피복 재료 내부에는 간단한 방식으로 적어도 하나의 발광 재료가 혼합될 수 있으며, 상기 발광 재료는 반도체 칩으로부터 방출되는 방사선의 일부분을 흡수하고, 흡수된 방사선과 비교해서 변동된 파장을 갖는 방사선을 방출한다. 그럼으로써, 혼색광 또는 색에 매칭되는 광을 방출하는 발광 다이오드 소자가 간단히 제조될 수 있다.
소자 및 하우징 베이스의 한 바람직한 개선예에서는, 벽이 적어도 하나의 리세스를 포함하고, 상기 리세스를 통해 적어도 하나의 칩 연결 와이어가 반도체 칩으로부터 상기 소자의 전기 접속 도체의 와이어 연결 영역까지 뻗는다.
본 발명에 따른 소자에서는, 확실한 기능을 위해서 바람직하게, US 6,274,924호에 기술된 바와 같은 예컨대 렌즈 형태의 커버를 이용하거나 또는 하우징 베이스 상에 있는 다른 커버 수단을 이용하여 반드시 피복 재료를 보호할 필요는 없다.
소자 및 하우징 베이스의 추가의 장점 및 바람직한 개선예들은 도 1 내지 도 4를 참조하여 아래에서 기술되는 실시예에서 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 소자의 제 1 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 소자의 제 2 실시예의 개략적인 단면도이며,
도 3은 상기 제 1 및 제 2 실시예의 하우징 베이스의 개략적인 평면도이고,
도 4는 상기 제 1 및 제 2 실시예의 하우징 베이스의 개략적인 단면도이며.
도 5는 예컨대 표면 장착 가능한 발광 다이오드(LED)-소자 또는 적외선 방출 다이오드(IRED)-소자용으로 제공된, 제 1 및 제 2 실시예의 하우징 베이스의 개략적인 사시도이고,
도 6은 예컨대 표면 장착 가능한 발광 다이오드(LED)-소자 또는 적외선 방출 다이오드(IRED)-소자용으로 제공된, 제 3 실시예의 하우징 베이스의 개략적인 사시도이며,
도 7은 상기 제 3 실시예의 하우징 베이스의 개략적인 단면도이다.
도면에서, 실시예의 동일한 또는 동일하게 작용하는 구성 부품들은 각각 동일하게 지시되어 동일한 도면 부호가 제공되었다. 도면들은 기본적으로 본 발명에 따른 실제 장치의 척도에 맞는 도시예로서 간주될 수는 없다.
도 1에 개략적으로 도시된 소자로서는, 경우에 따라 다른 무엇보다도 UV-광선을 방출하는 발광 다이오드 칩(1), 예컨대 GzN-을 기초로 하는 청색의 가시광선을 방출하고, 원하든 혹은 원하지 않든 UV-방사선도 방출하는 발광 다이오드 칩을 구비하여 표면 장착 가능한 발광 다이오드 소자가 다루어진다. 이와 같은 유형의 소자는 기본적으로 특히 고온에 적용하기 위해서 제공된 IR-방출 소자와 같은 다른 유형의 발광 다이오드 칩에 적용하기 위해서도 적합하다.
발광 다이오드 칩(1)은 금속 리드 프레임(6)의 전기 칩 연결부 상에 장착되어 있고, 본딩 와이어(5)를 통해서는 칩 연결부(62)로부터 전기적으로 분리된 상기 리드 프레임(6)의 전기 와이어 연결부(61)의 와이어 연결 영역(51)에 결합되어 있다.
리드 프레임 상에는, 예컨대 플라스틱으로부터 사출되거나 또는 사출 프레스된, 리세스(2)를 갖는 하우징 베이스(3)가 존재한다. 상기 리세스(2)는 칩 트로프(21)를 포함하고, 상기 칩 트로프 내에는 발광 다이오드 칩(1)이 존재한다. 본 경우에는 발광 다이오드 칩(1)으로부터 방출되는 전자기 방사선을 위한 리플렉터 트로프로서 형성된 칩 트로프(21) 둘레에 트렌치(22)(도 3에서는 일점쇄선(20)으로 지시됨)가 뻗음으로써, 칩 트로프(21)와 상기 트렌치(22) 사이에는 벽(23)(도 2에서는 일점쇄선(230)으로 지시됨)이 형성된다.
벽(23)은 한 장소에서 와이어 연결 영역(51) 쪽으로 리세스(52)를 포함하며, 상기 리세스를 통해 본딩 와이어(5)가 와이어 연결 영역(51) 쪽으로 뻗는다.
벽(23) 상에는 노우즈 또는 리브 형태로 된 다수의 고정 부재(24)가 형성되어 있으며, 상기 고정 부재는 벽(23) 상에서 예컨대 본딩 와이어(5)용 리세스가 있는 영역까지 균일하게, 칩 트로프(21) 둘레에 분배되어 있다. 고정 부재(24)가 벽(23)의 상부 배출구에서 시작하여 다만 부분적으로만 트렌치(22) 내부로 삽입됨으로써, 칩 트로프(21)로부터 볼 때 고정 부재(24) 뒤에서는 트렌치(22)가 연속으로 주변을 둘러싼다.
고정 부재(24)를 포함한 벽(23)의 끝은, 칩 트로프(21)의 바닥으로부터 볼 때, 상기 벽(23)의 전체 길이에 걸쳐 하우징 베이스(3)의 전면(31) 높이 아래에 놓인다.
하우징 베이스(3), 벽(23) 및 고정 부재(24)는 도 3 내지 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 바람직하게는 일체형으로 형성되고, 단 1회의 사출 성형 과정 또는 사출 프레스 과정으로 형성된다.
리세스(2) 내에는 방사선을 통과시키는, 예컨대 투명하고 겔 형태이며 실리콘을 기재로 하는 캐스팅 재료로 이루어진 피복 재료(4)가 존재하며, 상기 피복 재료에는 발광 재료 분말(7), 예컨대 YAG:Ce, TbAG:Ce 또는 TbYAG:Ce를 기재로 하는 발광 재료가 혼합되어 있다. 상기와 같은 발광 재료는 예컨대 WO 98/12757호 및 WO 01/08452호에 공지되어 있으며, 상기 간행물들의 공개 내용은 인용에 의해서 삽입된다. 리세스(2) 내에 있는 피복 재료(4)는 칩 트로프(21)를 채우고, 벽(23) 및 고정 부재(24) 위로 뻗으며, 칩 트로프(21)로부터 볼 때 벽(23) 뒤에서, 다시 말해 본 경우에는 트렌치(22) 뒤에서 고정 링(41)을 형성하고, 상기 고정 링은 추가적으로 밀봉 기능도 담당할 수 있다. 발광 다이오드 칩(1)으로부터 떨어져서 마주보는 면에서, 상기 밀봉 재료(4)는 오목한 빈 표면을 갖는다.
*발광 다이오드 칩의 원래의 방사선만을 방출해야 하는 소자에서는, 피복 재료(4)가 투명한 겔 형태의 캐스팅 재료 외에 실리콘을 기재로 할 수 있다. 대안적으로, 피복 재료에는 확산체 입자가 제공될 수 있고, 상기 입자에 의해서 탁하게 될 수 있다.
도 2에 도시된 제 2 실시예는 특히 고정 부재가 밀봉 재료에 의해서 완전히 커버될 정도의 높이로 리세스(2)가 밀봉 재료(4)로 채워지지 않고, 오히려 고정 부재(24)가 상기 밀봉 재료(4)를 관통한다는 점에서 도 1과 연관하여 앞에서 기술된 실시예와 상이하다. 따라서, 밀봉 재료(4)는 매듭 형태로 고정 부재(24) 둘레에 배치되어 있다. 본 실시예에서는 예컨대 발광 재료 없이 실리콘을 기재로 하는 투명한 피복 재료(4)가 제공되었다. 물론, 상기와 같은 피복 재료는 다른 실시예에서도 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7에 개략적으로 도시된 제 3 실시예는 특히 벽(23) 상에 고정 부재가 존재하지 않는다는 점에서 도 1과 연관하여 앞에서 기술된 실시예와 상이하다.
상기 실시예들에 상응하는 하우징 베이스 및 피복 재료는 포토 다이오드 칩과 같이 방사선을 수신하는 반도체 칩을 위해서도 사용될 수 있다. 그 경우에는 발광 다이오드 칩(1) 대신에 포토 다이오드 칩이 나타날 수 있다. 본 발명에 따른 구조적 형상은 또한 레이저 다이오드 소자, 검출기 소자에 사용하기 위해서 그리고 고온에 적용하기 위해서도 적합하다.
상기 실시예들을 참조하여 본 발명에 따른 기술적 이론을 설명하는 것은 당연히 본 발명을 상기 실시예에 한정하는 것으로 이해해서는 안 된다. 오히려, 예컨대 칩 트로프 및 적어도 부분적으로 상기 칩 트로프 주변을 둘러싸는 트렌치를 포함하고, 칩-캡슐화 재료와 하우징 베이스 사이에서의 탈 래미네이팅 위험을 줄이기 위해 상기 캡슐화 재료가 칩 트로프로부터 상기 트렌치 내부로 오버랩 되도록 구성된 전체 소자 및 하우징 베이스는 본 발명에 따른 기술적 이론을 이용한다.
앞의 명세서, 도면 그리고 청구의 범위에 공개된 본 발명의 특징들은 개별적으로 뿐만 아니라 임의의 조합 형태로도 본 발명의 실현을 위해서 중요할 수 있다. 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 상기 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 특히 상기와 같은 조합 자체가 청구의 범위에 명확하게 제시되어 있지 않더라도, 개별 특징들의 각각의 조합은 청구의 범위에 포함되어 있다.

Claims (15)

  1. 피복 재료(4)가 반도체 칩(1)에 의해서 방출 및/또는 수신되는 전자기 방사선에 대해 투명하고, 일체형 하우징 베이스(3)의 리세스(2) 내에 배치되어 그곳에서 상기 피복 재료(4)로 커버되는 방사선을 방출 및/또는 수신하는 적어도 하나의 반도체 칩(1)을 구비하는, 방사선을 방출 및/또는 수신하는 반도체 소자에 있어서,
    상기 하우징 베이스가 상기 리세스(2) 내에 칩 트로프(21) 및 상기 칩 트로프(21)를 둘러싸는 트렌치(22)를 포함하고, 상기 칩 트로프(21) 내에는 반도체 칩(1)이 고정되어 있으며, 상기 칩 트로프(21)와 상기 트렌치(22) 사이에서 하우징 베이스(3) 상에는 벽(23)이 형성되고, 상기 벽(23)의 상단 끝은 상기 칩 트로프(21)의 바닥면으로부터 볼 때 상기 하우징 베이스(3)의 상부 표면의 높이보다 아래에 놓이며, 상기 상부 표면으로부터 출발하여 상기 리세스(2)가 상기 하우징 베이스(3) 내부로 연장되고, 상기 피복 재료(4)가 실리콘을 함유하고 일체로 형성되어 상기 피복 재료(4)와 하우징 베이스(3) 사이에서 발생할 수 있는 박리 현상의 위험을 줄이기 위해 상기 칩 트로프(21)로부터 상기 벽(23)을 지나 상기 트렌치(22) 내부에 결합하며, 상기 트렌치(22) 내에 있는 상기 피복 재료(4)가 상기 칩 트로프(21) 둘레에 연속되는 고정 링 및/또는 밀봉 링(41)을 형성하는,
    반도체 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피복 재료(4)는 겔 형태의 굳기를 갖는,
    반도체 소자.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 피복 재료(4)의 내부로 돌출하는 적어도 하나의 고정 부재(24)가 상기 벽(23) 상에 형성되는,
    반도체 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벽(23)으로부터 나와서 상기 피복 재료(4) 내부로 돌출하는 다수의 고정 부재들(24)이 상기 벽(23) 상에 배치되는,
    반도체 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고정 부재(들)(24)는 상기 벽(23)으로부터 돌출하는 고정 노우즈(들) 또는 고정 리브(들)로서 형성되고, 상기 피복 재료(4)는 상기 고정 부재(들)(24)가 적어도 부분적으로 상기 피복 재료(4)로부터 돌출하도록 매듭 형태로 상기 고정 부재(들)(24)의 둘레에 배치되는,
    반도체 소자.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고정 부재(들)(24)는 상기 벽(23)으로부터 돌출하는 고정 노우즈(들) 또는 고정 리브(들)로 형성되고, 상기 피복 재료(4)는 상기 고정 부재(들)(24) 위로 걸쳐 있는,
    반도체 소자.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 칩 트로프(21)는 상기 반도체 칩(1)으로부터 방출 및/또는 수신되는 방사선을 위한 리플렉터 트로프로서 형성되는,
    반도체 소자.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하우징 베이스(3)는 주형 화합물로부터 일체로 금속 리드 프레임(6) 상에 예비 제조되는,
    반도체 소자.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 피복 재료(4)에 적어도 하나의 발광 재료(7)가 혼합되고, 상기 발광 재료(7)는 상기 반도체 칩(1)으로부터 방출되는 방사선의 일부분을 흡수하며, 흡수된 방사선과 비교해서 변동된 파장을 갖는 방사선을 방출하는,
    반도체 소자.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 벽(23)은 적어도 하나의 리세스(52)를 포함하고, 상기 리세스(52)를 통해 적어도 하나의 칩 연결 와이어(5)가 상기 반도체 칩(1)으로부터 상기 반도체 소자의 전기 접속 도체(61)의 와이어 연결 영역(51)까지 연장되는,
    반도체 소자.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 반도체 칩(1)은 UV-방사선을 방출하는,
    반도체 소자.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 피복 재료(4)는 상기 벽(23) 및 경우에 따라서는 고정 부재들(24)을 완전히 덮는,
    반도체 소자.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 반도체 칩(1)으로부터 떨어져서 마주보는 면 상에서, 상기 피복 재료(4)가 오목한 표면을 갖는,
    반도체 소자.
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