KR101573558B1 - 광전 소자 - Google Patents

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Abstract

광전 소자(1)의 적어도 일 실시예에서, 광전 소자는 실장측(20) 및 적어도 하나의 기능 부재(3)를 구비한 캐리어(2)를 포함한다. 또한, 광전 소자(1)는 기판을 포함하지 않으면서 상측(44) 및 이에 대향된 하측(45)을 가진 적어도 하나의 광전 반도체칩(4)을 포함하고, 이 때 반도체칩(4)의 전기 접촉은 상측(44) 및 하측(45)에 의해 수행되며, 상기 하측(45)은 상기 캐리어(2)의 실장측(20)을 향해 있다. 적어도 하나의 반도체칩(4)은 실장측(20)상에 도포된다. 또한, 광전 소자(1)는 반도체칩(1)의 상측(44)에서 적어도 하나의 전기 접촉 필름(5)을 포함하고, 이 때 상기 접촉 필름(5)은 구조화된다. 이러한 광전 소자(1)는 콤팩트하게 구성되고, 양호한 열 특성을 가진다.

Description

광전 소자{OPTOELECTRONIC COMPONENT}
광전 소자가 기술된다.
가령 발광 다이오드 또는 포토다이오드와 같은 광전 소자는 기술적으로 폭 넓게 사용되고 있다. 이러한 소자의 보급을 촉진하는 일부의 관점은, 가령 상기 소자의 높은 효율 및 긴 유효 수명이다. 또한, 광전 소자는 매우 콤팩트할 수 있고, 작은 공간만을 필요로 할 수 있다. 높은 광도를 달성하기 위해, 물론, 복수 개의 광전 반도체칩이 가령 공통의 캐리어 또는 기판상에 조합될 필요가 있는 경우가 많다. 이를 통해, 소자의 열 부하가 상당하다.
본 발명의 과제는 양호한 열 특성을 가진 광전 소자를 제공하는 것이다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 실장측을 가진 캐리어를 포함한다. 실장측은 캐리어의 주요측으로 형성된다. 바람직하게는, 실장측은 평편하게 형성되나, 구조화될 수도 있다. 캐리어는 열 전도도가 큰 물질을 포함하여 형성되며, 상기 열 전도도는 바람직하게는 적어도 50 W/(m K), 특히 적어도 120 W/(m K)이다. 캐리어는 캐리어의 휨을 방지하고 캐리어상에 또는 캐리어에 설치된 부품들의 손상을 방지하기에 충분한 기계적 안정성을 가진다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 캐리어는 기능 부재를 포함한다. 기능 부재에 의해, 캐리어는 캐리어상에 위치한 부품들의 기계적 안정화 및/또는 복수 개의 광전 반도체칩의 공통의 전기 접촉외에 적어도 하나의 다른 기능을 가지며, 상기 기능 부재는 활성으로 전기 구동될 수 있거나, 전기적 기능을 가진다. 적어도 하나의 기능 부재에 의해, 특히 열 및 전기적 관점에서 캐리어의 특성은 구체적 응용의 요건과 관련하여 효율적으로 맞춰질 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 적어도 하나의 광전 반도체칩을 포함한다. 광전 반도체칩은 발광다이오드, 루미네슨스다이오드, 레이저다이오드 또는 포토다이오드로서 형성될 수 있다. 특히, 반도체칩은 전자기 복사를 위한 수신 부재 또는 발신 부재이다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체칩은 기판을 포함하지 않은 반도체칩이다. 기판을 포함하지 않은 것은, 적어도 하나의 활성 영역을 포함한 층들이 예를 들면 성장 기판상에 에피택시얼 성장되었음을 의미한다. 이러한 반도체칩 및 그 제조 방법은 문헌 DE 10 2007 004304A1에 공개되어 있고, 그 공개 내용은 반도체칩 및 그러한 반도체칩의 제조 방법과 관련하여 참조로 포함된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기판을 포함하지 않은 반도체칩은 100 ㎛보다 작은 두께, 바람직하게는 50 ㎛보다 작은 두께를 가진다. 특히, 반도체칩의 두께는 10 ㎛보다 작다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 상측 및 상기 상측에 대향된 하측을 포함한다. 상측 및 하측은 반도체칩의 주요측으로 형성된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체칩은 상측 및 하측에서 전기 접촉을 포함한다. 바꾸어 말하면, 반도체칩의 전기 접촉부는 서로 대향된 측들에 위치한다. 특히, 반도체칩은 소위 플립칩이 아니다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체칩은 실장측에 도포된다. 특히, 반도체칩은 실장측에 직접 고정된다. 이는, 반도체칩과 실장측 사이에 접착제 또는 땜납과 같은 결합제가 위치하는 경우를 배제하지 않는다. 부가적 또는 대안적으로, 반도체칩은 캐리어에 가령 집적되어 있는 적어도 하나의 기능 부재상에 직접 도포될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 적어도 하나의 접촉 필름을 포함한다. 바람직하게는, 접촉 필름은 금속을 포함하여 형성된다. 마찬가지로, 접촉 필름은 투명한 물질, 예를 들면 투명 전도 산화물, 약어로 TCO의 군으로부터의 물질, 특히 인듐주석산화물을 포함하여 형성될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 접촉 필름은 구조화된다. 즉, 접촉 필름은 반도체칩의 표면에 위치한 도전로를 나타낸다. 구조화된 접촉 필름은 증발증착될 수 있다. 바람직하게는, 접촉 필름은 리소그라피 구조화된다. 예를 들면, 접촉 필름은 복수 개의 L형의 부분 영역을 포함하고, 상기 부분 영역은 다른 부분 영역에 의해 프레임형으로 둘러싸이며, 이 때 L형의 부분 영역들은 그 측부 길이가 서로 다르다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 접촉 필름은 광전 반도체칩의 상측에 도포된다. 접촉 필름은 반도체칩의 전기 접촉을 위한 역할을 한다. 접촉 필름의 구조화는, 바람직하게는, 반도체칩의 상측면의 적은 비율만이 접촉 필름에 의해 덮이고, 특히 35%보다 적게, 바람직하게는 20%보다 적게 덮이도록 이루어진다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에서, 광전 소자는 실장측 및 적어도 하나의 기능 부재를 구비한 캐리어를 포함한다. 또한, 광전 소자는 기판을 포함하지 않으며 상측 및 상측에 대향된 하측을 가진 적어도 하나의 광전 반도체칩을 포함하며, 이 때 반도체칩의 전기 접촉은 상측 및 하측에 의해 수행되고, 이 때 상기 하측은 캐리어의 실장측을 향해있다. 적어도 하나의 반도체칩은 실장측에 도포된다. 또한, 광전 소자는 반도체칩의 상측에서 적어도 하나의 전기 접촉 필름을 포함하며, 이 때 접촉 필름은 구조화된다.
이러한 광전 소자는 콤팩트하게 구성되고, 양호한 열 특성을 가진다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 캐리어의 두께는 30 ㎛과 1 mm사이의 범위, 특히 50 ㎛과 100 ㎛사이의 범위를 가진다. 이와 같이 캐리어의 두께가 얇아서, 캐리어의 열 저항이 낮다. 즉, 광전 소자의 구동 시 반도체칩에서 생성되는 열은 캐리어를 경유하여 소자로부터 효율적으로 배출될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 반도체칩은 주요측에서 적어도 국부적으로 금속 갈바나이징층을 포함한다. 반도체칩의 주요측에 대해 수직인 방향에서 갈바나이징층의 두께는 2 ㎛를 초과할 수 있다. 바람직하게는, 갈바나이징층은 반도체칩의 하측에 도포된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 복수 개의 반도체칩을 포함한다.
복수개란, 소자가 적어도 2개, 특히 적어도 4개, 바람직하게는 적어도 8개의 반도체칩을 포함함을 의미한다. 복수 개의 반도체칩이 사용되어, 발광이 강한 광원이 구현될 수 있다.
복수개의 반도체칩을 포함하는 광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 적어도 캐리어의 실장측의 영역에서 조밀하게 패킹된다. 상기 실장측의 영역은 적어도 2개의 반도체칩을 포함한다. 상기 영역은 바람직하게는 적어도 4개의 반도체칩을, 바람직하게는 캐리어상에 설치된 반도체칩의 1/2을, 특히 모든 반도체칩을 포함한다. "조밀하게 패킹됨"은, 반도체칩이 이 영역에서 실장측의 적어도 60%를 덮음을 의미할 수 있다. 특히, 반도체칩은 이 영역에서 실장측의 면의 80%보다 많이, 바람직하게는 90%보다 많이 덮을 수 있다. 반도체칩의 패킹 밀도가 높으면, 성능이 우수할 수 있는 매우 집약적인 광원이 얻어진다. 반도체칩이 기판을 포함하지 않고, 바람직하게는 캐리어가 얇게 형성되며, 높은 열 전도도를 가짐으로써, 반도체칩의 구동 시 발생하는 열은 양호하게 배출될 수 있다. 반도체칩 및 캐리어의 낮은 열 저항에 의해, 복수 개의 반도체칩이 조밀하게 패킹될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 기능 부재 및 적어도 하나의 반도체칩은 실장측에 대해 평행한 방향에서 겹쳐진다. 바꾸어 말하면, 기능 부재 및 반도체칩이 실장측에 영사되면, 기능 부재 및 반도체칩의 영사된 면들이 교차한다. 이러한 겹침에 의해, 반도체칩의 조밀한 배치 및 그로 인하여 광전 소자의 콤팩트한 구성이 가능하다. 기능 부재의 물질이 캐리어보다 높은 열 전도도를 가지는 경우, 상기 기능 부재 및 반도체칩의 겹침에 의해, 캐리어의 열 저항도 감소할 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 캐리어내에 또는 캐리어에 집적된다. 즉, 기능 부재는 캐리어와 모놀리식으로 또는 일체형으로 구성된다. 이는, 특히, 기능 부재가 실장측과 상기 실장측에 대향된 캐리어의 주요면 사이에서 완전히 또는 부분적으로 위치함을 의미할 수 있다. 바람직하게는, 기능 부재는 우세적으로, 즉 기능 부재에 의해 포위되는 용적과 관련하여 실장측과 실장측에 대향된 캐리어의 주요측간의 적어도 80%에 위치한다. 기능 부재는 캐리어에 집적될 수 있다. 즉, 기능 부재는 캐리어와 물리적으로 직접 접촉한다. 특히, 기능 부재는 캐리어와 고정식으로, 즉 비가역적으로 결합된다. 비가역적이란, 기능 부재가 플러깅(pluging) 또는 플러깅 결합에 의해, 그리고 도구의 이용 없이는 제거되지 않으며 다시 부착될 수도 없음을 의미한다. 또한, 땜납 결합 또는 접착 결합도 비가역적 결합이다. 기능 부재의 제거 시 캐리어가 그 기능성면에서 손상될 수 있다. 캐리어내에 또는 캐리어에 기능 부재가 집적됨으로써, 소자의 공간 수요가 감소한다. 또한, 기능 부재는 캐리어에 직접적으로 열 접촉한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 전기 도선을 포함하여, 반도체칩이 개별적으로 전자 제어될 수 있다. 즉, 각 반도체칩은 별도로, 다른 반도체칩과 무관하게 전류공급될 수 있다. 이를 통해, 구체적 요건에 따라 목적에 맞게 광을 방출할 수 있는 소자가 구현될 수 있다. 반도체칩의 별도 제어가 가능하여, 열 부하도 감소할 수 있는데, 예를 들면 조명 장치에서 불필요한 반도체칩이 턴오프되거나 조광될 수 있기 때문이다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 각 반도체칩에 기능 부재가 특히 일대일 대응으로 부속한다. 기능 부재는 적어도 부분적으로 반도체칩의 하측에 위치할 수 있다. 이러한 기능 부재 배치에 의해, 소자의 콤팩트한 구성이 구현될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 적어도 2개의 그룹으로 배치된다. 예를 들면 동일한 스펙트럼 영역에서 방출하거나 서로 다른 영역에서 실장측에 도포되는 반도체칩은 그룹으로 묶일 수 있다. 개별 반도체칩과 마찬가지로, 개별 그룹도 그에 상응하여 형성된 기능 부재에 의해 전기적으로 개별 제어될 수 있다. 반도체칩의 개별 그룹은 효율적으로 목적에 맞게 구동할 수 있어서, 소자의 전기적 출력 소모가 감소할 수 있고, 열 부하가 감소한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 캐리어 및/또는 기능 부재는 반도체 물질 또는 세라믹을 포함하여 형성된다. 광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 능동 냉각 몸체로서 형성된다. 예를 들면, 기능 부재는 캐리어에 모놀리식으로 집적될 수 있는 펠티에(peltier) 소자이다. 또는, 기능 부재는 환기부 또는 예를 들면 냉매를 포함한 냉각 회로로서 형성될 수 있다. 이러한 기능 부재에 의해,광전 소자로부터 열이 매우 효율적으로 배출될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 정전기 방전으로부터의 보호부로서 형성된다. 바꾸어 말하면, 기능 부재는 ESD 보호부이다. ESD 보호에 의해, 소자는 정전기 방전에 의해 야기될 수 있고 가령 개별 반도체칩의 파괴를 야기할 수 있는 단락으로부터 소자가 보호된다. 기능 부재는 예를 들면 배리스터, 배리스터 세라믹, 저항, 쇼트키 다이오드이다. 기능 부재는 반도체칩과 가령 전기적으로 병렬 접속된다. 단락에 의해, 매우 높은 전류가 발생할 수 있다. 이는 소자의 현저한 열 부하를 야기할 수 있고, 따라서 그 주변에서 단락을 포함하는 다른 부품이 파괴될 수 있다. ESD 보호에 의해 이러한 현상이 방지될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 캐리어에 모놀리식으로 집적된다. 캐리어는 예를 들면 p형 도핑된 규소를 포함하여 형성된다. 기능 부재는 적어도 하나의 n형 도핑된 영역을 포함한다. 이를 통해, 캐리어와 결합된 기능 부재에 의해, 적어도 하나의 pn 접합이 구현된다. 마찬가지로, 캐리어는 n형 도핑된다. 이 경우, 기능 부재는 적어도 하나의 p형 도핑된 영역을 포함한다. 이러한 기능 부재는 공간 절약적으로, 가령 다이오드 또는 트랜지스터로서 형성될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 조정 전자 장치로서 형성된다. 이러한 조정 전자 장치에 의해, 예를 들면 개별 반도체칩의 전류 공급이 별도로 제어될 수 있다. 별도의 제어가 가능하므로, 반도체칩은 예를 들면 조광될 수 있다. 이를 통해, 소자의 전기적 출력 소모가 감소할 수 있어, 열 부하가 감소한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 캐리어는 기능 부재로 형성된다. 예를 들면, 기능 부재는 규소계 칩이며, 상기 칩은 가령 조정 전자 장치로서 형성된 집적 회로를 포함한다. 상기 칩상에 적어도 하나의 광전 반도체칩 또는 발광다이오드가 도포된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 온도 및/또는 복사에 대한 적어도 하나의 센서를 포함한다. 센서는 온도 종속적 저항으로서 또는 포토다이오드로서 형성될 수 있다. 센서가 온도 센서이면, 상기 센서는 적어도 하나의 반도체칩과 열 접촉하는 것이 바람직하다. 센서가 복사 센서이면, 발광 다이오드칩의 복사 또는 소자로부터 방출되지 않은 외부의 복사가 검출될 수 있다. 이러한 센서에 의해, 소자는 예를 들면 열 과부하로부터 보호될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 어드레싱 유닛(addressing unit)이다. 기능 부재에 의해, 반도체칩은 어드레싱되거나/어드레싱되고 지정될(assignable) 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 기능 부재에 의해 각 반도체칩 또는 반도체칩의 그룹에 일대일 어드레스가 지정되며, 상기 어드레스에 의해 반도체칩 또는 그룹은 목적에 맞게 제어될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 조정 전자 장치는 적어도 하나의 신호 라인에 의해 적어도 하나의 센서와 연결된다. 센서의 신호는 조정 전자 장치에 입력된다. 적어도 하나의 광전 반도체칩을 통하는 전류 흐름을 조정하는 것은 적어도 센서 신호를 기반으로 하여 수행된다. 예를 들면, 조정 전자 장치는 소자의 온도에 의존하여 소자의 개별적인 광전 반도체칩 또는 모든 광전 반도체칩을 턴오프할 수 있다. 이를 통해, 광전 소자가 상당한 열 부하에 노출되는 경우가 방지될 수 있다. 센서가 복사 센서이면, 예를 들면 외부 복사에 따라 광전 소자의 전류 공급이 조절될 수 있다. 환경이 어두울 때와 같이 외부 복사가 적을 때, 조정 전자 장치에 의해 전류 세기가 증가할 수 있다. 이러한 조정 전자 장치는 수요에 맞는 소자의 전류 공급을 야기하고, 소자의 열 부하를 감소시킨다. 따라서, 소자의 유효 수명이 증가한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 캐리어는 표면 실장될 수 있다. 즉, 캐리어는 표면 실장 기술, 약어로 SMT에 의해 소자에 속하지 않는 외부 연결 캐리어와 연결될 수 있다. 이는, 소자가 SMT 접촉의 범위내에서 발생하는 온도를 파괴 없이 견디는 경우를 포함한다. 캐리어는 특히 연결 캐리어에 납땜될 수 있다. 납땜 접촉은 대면적으로 형성될 수 있다. 납땜 접촉은 금속을 포함하여 형성될 수 있다. 납땜 접촉이 금속으로 형성되거나/형성되고 대면적으로 형성됨으로써, 소자와 외부 연결 캐리어간의 열 접촉이 양호하게 보장될 수 있다. 이를 통해, 장치의 열 특성이 개선된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 반도체칩의 전기적 출력 소모는 반도체칩의 상측의 면과 관련하여 적어도 1 W/㎟이다. 특히, 전기적 출력 소모는 적어도 5 W/㎟이다. 이러한 전기적 출력 밀도에 의해, 가령 광전 소자에 의해 집중적으로 방출하는 광원이 구현될 수 있다. 기판을 포함하지 않은 반도체칩, 그리고 능동 또는 수동 냉각 유닛으로서 형성된 기능 부재와 결합되거나/결합되며 열 전도가 큰 얇은 캐리어의 사용에 의해, 높은 전기적 출력 소모에 의한 열 부하가 해결될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 반도체칩은 캐리어 및/또는 기능 부재에 납땜되거나 접착된다. 납땜 또는 접착에 의해, 반도체칩과 캐리어 및/또는 기능 부재와의 대면적 접촉이 수행될 수 있다. 이를 통해, 반도체칩과 캐리어 및/또는 기능 부재와의 양호한 열 접촉이 보장된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 기능 부재는 전기 도선을 포함하고, 상기 전기 도선은 실질적으로 캐리어의 내부에 연장된다. "실질적으로"란, 캐리어내부에서 전기 도선이 상기 전기 도선이 접촉해야 할 연결부까지 연장되는 것을 의미한다. 이러한 전기 도선에 의해, 단락의 위험이 방지된다. 이는, 반도체칩의 접촉을 위해 대면적의 접촉면, 특히 금속 접촉면이 사용될 수 있음과 결부된다. 대면적 전기 접촉은 다시 광전 반도체칩과 가령 캐리어간의 열 접촉을 개선한다.
본 명세서에 기술된 광전 소자가 사용될 수 있는 일부 응용 분야는 가령 디스플레이 또는 표시 장치의 백라이트이다. 또한, 본 명세서에 기술된 광전 소자는 영사 목적의 조명 장치, 투광기, 자동차 전조등 또는 라이트빔 또는 일반 조명 목적을 위한 발광 수단에 사용될 수 있다.
이하, 본 명세서에 기술된 소자는 실시예에 의거한 도면과 관련하여 더 상세히 설명된다. 동일한 참조 번호는 개별 도면에서 동일하거나 동일한 기능의 부재를 나타낸다. 그러나, 축척에 맞는 참조가 도시되어 있지 않고, 오히려 개별 요소는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 광전 소자의 상측 및 접촉 필름의 개략적 평면도이다.
도 3은 본 명세서에 기술된 실시예에 따른, 펠티에 소자를 포함한 광전 소자의 개략적 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 기술된 실시예에 따른, ESD 보호를 포함한 광전 소자의 개략적 단면도(A) 및 개략적 3차원도(B)이다.
도 5는 본 명세서에 기술된 다른 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도이다.
도 1에는 광전 소자(1)의 실시예가 도시되어 있다. 캐리어(2)는 광전 반도체칩(4)이 납땜된 실장측(20)을 포함한다. 반도체칩(4)은 기판을 포함하지 않은 반도체칩을 가리킨다. 반도체칩(4)은 상측(44) 및 상측(44)에 대향된 하측(45)을 포함한다. 하측(45)은 실장측(20)을 향해있다. 상측(44)에서 금속 접촉 필름(5)이 도포된다. 접촉 필름(5)에 의해, 반도체칩(4)에서 그 전체 표면(44)에 걸쳐 균일한 전류 공급이 보장된다. 반도체칩(4)의 테두리 영역에 전기 접촉을 위한 접촉부(16)가 위치한다.
전기 도선(6a, 6b)은 기능 부재(3)를 형성한다. 기능 부재(3)에 의해, 반도체칩(4)은 개별적으로 전기적으로 제어될 수 있다. 전기 도선(6a)은 하측(45)을 접촉시킨다. 캐리어(2)내부에서 전기 도선(6a)은 하측(45)으로부터 시작하여 연장된다. 캐리어(2)의 테두리 영역에 실장측(20)을 위한 전기 도선(6a)이 안내되고, 그 곳에서 전기 연결부(17)를 형성한다. 전기 도선(6b)은 접촉부(16)에 의해 상측(44)의 접촉 필름(5)과 전기 전도적으로 연결된다. 전기 도선(6b)은 접촉 필름(5)으로부터 캐리어(2)의 실장측(20)으로 안내된다. 전기적 단락을 방지하기 위해, 반도체칩(4)의 측면은 절연체(9)를 구비한다. 절연체(9)는 예를 들면 바니시(varnish)를 포함하여 형성된다. 실장면(20)에 대해 수직인 방향에서 절연체(9)의 두께는 적어도 반도체칩(4)의 높이에 상응하며, 상기 반도체칩의 높이를 5배까지만큼 돌출할 수 있다. 절연체(9)에 의해 발생하는 비균일도는 전기 도선(6b)에 의해 해결될 수 있고, 이 때 전기 도선(6b)이 끊기지 않는다. 실장측(20)에 위치한 전기 도선(6b)의 말단은 연결부(17)를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 달리, 전기 도선(6a, 6b)은 실장측(20)에 대향된 캐리어 하측(15)까지 안내될 수 있다. 전기 도선(6a)의 말단에 의해 형성된 전기 연결부(17)는, 접착 또는 납땜에 의해 소자(1)에 속하지 않는 미도시된 외부 연결 캐리어와의 양호한 열 접촉을 위해 대면적으로 형성될 수 있다. 이러한 결합 및 캐리어(2)의 얇은 형성예에 의해, 반도체칩(4)과 미도시된 외부 연결 캐리어간의 양호한 열 결합이 구현된다.
마찬가지로, 도 1에 도시된 바와 달리, 모든 연결부(17)가 캐리어(2)상의 작은 영역에 집중될 수 있다. 특히, 모든 연결부(17)가 일렬로 또는 이중열로 캐리어(2)의 변을 따라 배치될 수 있다.
반도체칩(4)은 실장측(20)에 대해 평행한 방향에서 나란히 근접하여 위치한다. 도 1에는 단면도만이 도시되어 있어, 2개의 반도체칩(4)만을 확인할 수 있다. 또한, 실장측(20)상에 2열의 반도체칩(4)이 설치될 수 있다. 마찬가지로, 복수개의 열, 특히 이중열이 래터럴 오프셋되어 캐리어(2)상에 설치될 수 있다.
도 2에는 반도체칩(4)의 상측(44)에 대한 평면도가 도시되어 있다. 각 상측(44)에는 접촉 필름(5)이 도포된다. 접촉 필름(5)은 상측(44)의 면의 적은 비율만을 덮는다. 접촉 필름(5)은 스트립형으로 구조화된다. 구조화는 표면(44)상에서 직사각형 또는 L형의 장(field)을 형성한다. 이를 통해, 반도체칩(4)으로의 균일한 전류 공급이 달성된다.
상측(44)의 모서리에서, 각각 하나의 접촉부(16)가 위치한다. 접촉부(16)에 의해, 접촉 필름(5)은 전기 도선(6b)과 전기적으로 연결된다. 이러한 연결은 납땜에 의해 수행될 수 있다. 접촉부(16)의 근방에 위치하는, 접촉 필름(5)의 스트립형 부분들은 접촉부(16)로부터 멀리 이격되어 위치한 접촉 필름(5)의 스트립형 영역들보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이는 반도체칩(4)으로의 전류 주입을 더 균일하게 한다.
도 2에 따르면, 4개의 반도체칩(4)이 조밀하게 패킹되어 배치된다. 인접한 반도체칩(4)간의 간격은 반도체칩(4)의 래터럴 치수보다 작다. 영역(18)의 내부에서, 반도체칩(4)이 도포된 실장측(20)과 관련하여 칩 상측(44)에 의해 덮이는 면 비율은 약 95%이다. 영역(18)은 반도체칩(4)을 포함하고, 도 2에서 파선으로 테두리가 둘러쳐있다. 반도체칩(4)의 이러한 콤팩트한 배치에 의해, 상기 반도체칩(4)은 기판을 포함하지 않으면서 캐리어(2)상에 직접 도포되어 상기 반도체칩(4)의 구동 시 생성된 열의 양호한 배출을 구현하는 칩을 의미할 수 있다.
도 3에 따른 실시예에서, 기능 부재(3)는 펠티에 소자로서 형성된다. 반도체칩(4)의 하측(45)과 캐리어(2)의 실장측(20) 사이에 금속 필름(12) 및 고농도 도핑된 반도체 물질 소재의 층(11)이 설치된다. 규소를 포함하여 형성된 캐리어(2)는 p형 도핑되고, 층(11)은 p형으로 고농도 도핑된다. 반도체칩(4)의 전기 접촉을 위해, 전기 도선(6a, 6b)이 그 역할을 한다. 전기 도선(6b)은 도 1에 따른 실시예에 상응하여 형성된다. 전기 도선(6a)은 래터럴로 캐리어(2)의 테두리 영역으로 안내되며, 연결부(17) 중 하나를 형성한다.
전기적 단락을 방지하기 위해, 전기 도선(6a, 6b)은 캐리어(2)를 향한 방향에서 절연체(9a, 9b)에 의해 서로 절연된다. 절연체(9a, 9b)는 바니시로서 형성될 수 있다.
또한, 캐리어 하측(15)에 대면적으로 전기 도선(6c)이 도포된다.
소자(1)의 구동 시, 전기 도선(6b)은 애노드로서 접속된다. 전기 도선(6a, 6c)은 캐소드로서 역할한다. 따라서, 구동 시 전류는 일 측에서 전기 도선(6a)을 경유하여 반도체칩(4)을 통해 흐르고, 전기 도선(6b)을 경유한다. 다른 측에서, 전류는 도선(6a)을 경유하여 금속 필름(12), p형의 고농도 도핑된 층(11) 및 캐리어(2)를 통해 전기 도선(6c)까지 흐른다. 즉, 금속 필름(12)과 p형의 고농도 도핑된 반도체층(11) 사이의 경계면에서, 펠티에 효과에 의해 냉각이 수행되며, 캐리어(2)와 전기 도선(6c)의 경계면에서 가열이 수행된다. 즉 반도체칩(4)은 냉각되고, 캐리어 하측(15)은 가열된다. 전기 도선(6c)은 대면적이라는 특징을 가지므로, 반도체칩(4)에서는 국부적 냉각이 수행되고, 캐리어 하측(15)에서는 대면적이면서 그로 인하여 더 낮은 가열이 수행된다. 캐리어 하측(15)과 대면적 전기 도선(6c)에 의해, 선택적으로, 펠티에 효과 및 반도체칩의 구동에 의해 열은 미도시된 외부 캐리어를 경유하여 배출될 수 있다.
펠티에 효과의 정도 및 반도체칩(4)의 냉각은 전기 도선(6a)과 전기 도선(6c) 사이의 전압에 의해 조절될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 달리, 금속 필름(12) 및 p형의 고농도 도핑된 층(11)은 반도체칩의 전체 하측(45)에 걸쳐 연장될 필요는 없다. 구조화된 층(11)에 걸쳐 국부적으로 더 강한 냉각이 수행될 수 있다. 금속 필름(12)은 예를 들면 금 필름으로 형성된다. 금속 필름(12)은 예를 들면 반도체칩(4)에서 생성된 복사에 대한 반사체로서 역할할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 기능 부재(3)는 ESD 보호로서 형성된다. 캐리어(2)로서 p형 도핑된 규소가 그 역할을 한다. 캐리어(2)는 n형 도핑된 영역(13)을 포함한다. 상기 영역은 실장측(20)에서 반도체칩(4)이 캐리어(2)상에 도포된 곳에 위치한다. 전기 도선(6b)은 소자(1)의 구동 시 캐소드로서 역할하고, 전기 도선(6a)은 애노드로서 역할한다. 반도체칩(4)은 그에 상응하여 실장된다. 즉, 반도체칩(4)의 p측은 실장측(20)을 향해 있다. 즉, 반도체 소자(1)의 구동부의 외부에 구동 전압을 위해 반대극의 정전기 전압이 발생하면, 이러한 전압은 캐리어(2) 및 n형 도핑된 영역(13), 그리고 전기 도선(6a, 6b)에 의해 드레인(drain)될 수 있다. 이를 통해, 소자의 파괴가 방지된다.
도 4B에서, 도 4A에 따른 광전 소자(1)는 개략적 3차원도로 도시되어 있다. 캐리어(2)는 리세스의 형태로 조정기(adjusting device)(14)를 포함할 수 있고, 상기 조정기는 소자(1)에 속하지 않은 미도시된 외부 연결 캐리어상에 정확하게 맞춤 실장되는 것을 용이하게 한다.
도 5에 따른 실시예에서, 기능 부재(3)는 조정 전자 장치(8)를 포함한다. 조정 전자 장치(8)는 전기 도선(6)에 의해 온도 센서(7) 및 반도체칩(4)과 연결된다. 조정 전자 장치(8)에 의해, 온도 센서(7)의 신호에 따라 반도체칩(4)에 전류 공급될 수 있다. 적합한 조정에 의해, 광전 소자(1)의 열 과부하가 방지된다.
도 5에 도시된 바와 달리, 복수 개의 반도체칩(4)이 캐리어(2)상에 도포될 수 있다. 다양한 반도체칩(4)은 단일의 조정 전자 장치(8) 및 단일의 온도 센서(7) 또는 복수 개의 온도 센서(7)나 조정 전자 장치(8)에 의해 제어될 수 있다. 조정 전자 장치(8)의 전류 공급을 위해 캐리어(2)에 전기 도선(6)이 제공되고, 상기 전기 도선은 캐리어(2)의 래터럴 테두리 영역에서 실장측(20) 및 캐리어 하측(15)까지 안내된다. 이러한 도선(6)의 말단 영역은 연결부(17)로서 형성될 수 있다. 미도시된 외부 연결 캐리어에 대한 접촉은 예를 들면 납땜, 접착 및/또는 본딩 와이어에 의해 가능하다.
도 5에 따른 조정 전자 장치는 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같은 펠티에 소자와 조합될 수 있다. 조정 전자 장치(8)는 특히 전기 도선(6a)과 전기 도선(6c) 사이의 전압을 조정하고, 펠티에 소자의 냉각 라인에 목적에 맞게 영향을 미칠 수 있다. 조정 전자 장치(8)에는, 마찬가지로 ESD 보호부가 집적될 수 있다.
조정 전자 장치(8)는 예를 들면 포토리소그라피 공정 단계에 의해 캐리어(2)에 모놀리식으로 집적된다. 캐리어(2)는 회로가 집적된 규소칩을 가리킬 수 있다. 온도 센서(7) 및/또는 반도체칩(4)은 실장측(20)에 접착되거나 납땜될 수 있다. 마찬가지로, 온도 센서(7)가 캐리어(2)에 모놀리식으로 집적되며, 가령 온도 종속적 저항의 형태로 집적될 수 있다.
조정 전자 장치(8) 및 반도체칩(4)은 실장측(20)에 대해 평행한 방향에서 래터럴로 겹친다. 이를 통해, 콤팩트하면서 매우 공간 절약적인 배치가 구현된다. 조정 전자 장치(8)가 온도 센서(7)와 조합됨으로써, 광전 소자(1)의 열 과부하가 방지될 수 있다.
대안적 또는 부가적으로, 소자(1)는 복사를 위한 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서에 의해, 반도체칩(4)으로부터의 복사 또는 주변의 복사는 검출될 수 있다. 이러한 센서에 의해, 전류 공급은 조정 전자 장치(8)와 조합되어 각각의 요건에 맞춰질 수 있으며, 소자(1)의 열 부하를 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 045653.5의 우선권을 청구하며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.

Claims (15)

  1. 광전 소자(1)에 있어서,
    실장측(20) 및 적어도 하나의 기능 부재(3)를 구비한 캐리어(2);
    기판은 포함하지 않으며, 상측(44), 상기 상측에 대향된 하측(45) 그리고 상기 상측(44) 및 상기 하측(45)에 의한 전기 접촉을 포함하는 적어도 하나의 광전 반도체칩(4); 및
    상기 상측(44)에 위치하며 구조화된 적어도 하나의 전기 접촉 필름(5)
    을 포함하고,
    상기 하측(45)은 상기 실장측(20)을 향해 있으며, 상기 반도체칩(4)은 상기 실장측(20)에 설치되고,
    상기 기능 부재(3)는
    적어도 하나의 n형 도핑된 영역 ― 상기 기능 부재(3)는 p형 도핑된 규소를 포함하여 형성된 캐리어(2)에 모놀리식으로 통합됨 ― , 또는
    능동 냉각 부재, 또는
    정전기 방전으로부터의 보호부, 또는
    온도 또는 복사를 위한 적어도 하나의 센서(7)
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광전 소자는 적어도 4개의 반도체칩(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기능 부재(3) 및 상기 적어도 하나의 반도체칩(4)은 상기 실장측(20)에 대해 평행한 방향으로 겹치는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 기능 부재(3)는 전기 도선(6)을 포함하여, 상기 반도체칩(4) 또는 반도체칩(4)의 그룹이 개별적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  5. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 부재(3)는 펠티에 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  6. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 부재(3)는 조정 전자 장치(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 조정 전자 장치(8)는 신호 라인에 의해 상기 적어도 하나의 센서(7)와 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  8. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 적어도 4개의 반도체칩(4)을 포함하는 적어도 하나의 영역(18)에서 상기 반도체칩(4)은 조밀하게 패킹되는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  9. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반도체칩(4)은 상기 캐리어(2)상에 납땜되거나 접착되는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  10. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측(44)의 면과 관련하여 상기 반도체칩(4)의 전기 전력 소모는 적어도 1 W/㎟인 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  11. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 필름(5)은 금속으로 형성되고, 상기 상측(44)의 면의 최대 35%를 덮는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  12. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 반도체칩(4) 각각에는 적어도 부분적으로 상기 하측(45)에 위치하는 기능 부재(3)가 부속하는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  13. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 부재(3)는 펠티에 소자로서 구현되고,
    상기 반도체칩(4)의 상기 하측(45)과 상기 캐리어(2)의 상기 실장측(20) 사이에 금속 필름(12) 및 고농도 도핑된 반도체 물질로 이루어진 층(11)이 설치되고,
    상기 캐리어(2)는 규소로 형성되어 p형으로 도핑되며, 상기 층(11)은 p형으로 고농도 도핑되는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1).
  14. 삭제
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