KR20070058616A - 광전자부품의 하우징, 광전자부품, 및 광전자부품을제조하는 방법 - Google Patents

광전자부품의 하우징, 광전자부품, 및 광전자부품을제조하는 방법 Download PDF

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KR20070058616A
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허버트 브러너
마이클 히글러
군터 와이틀
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 칩 설치면(3)을 구비하는 지지부(support)(7)를 포함하는 광전자부품의 하우징에 관한 것이다. 상기 지지부(7)로부터 분리되게 제조되는 광학소자(2)는 상기 지지부(7) 상에 위치하며, 상기 지지부(7)와 상기 광학소자(2) 사이의 분리면(15)은 상기 칩 설치면(3)의 평면에 배치된다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 하우징을 구비하는 광전자부품 및 이러한 유형의 광전자부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
칩 설치면, 지지부, 광학소자, 분리면, 광전자부품, 하우징

Description

광전자부품의 하우징, 광전자부품, 및 광전자부품을 제조하는 방법{Housing for an optoelectronic component, optoelectronic component and method for the production of an optoelectronic component}
본 발명은 광전자부품의 하우징, 광전자부품, 및 광전자부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
국제특허출원 WO 02/08 47 49 A2는 리드 프레임 및 하우징 뿐만 아니라, 이에 의해 형성된 방사선방출 부품을 기재하고 있다. 여기서, 하우징 기본몸체에는 제거부가 방사선 방출 창(window)의 형태로 형성되며, 이때, 상기 방사선 방출 창의 측벽은 반사경을 형성한다.
본 발명의 목적은 특히 다방면으로 사용가능한 광전자부품의 하우징을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 하우징을 구비한 광전자부품, 및 이러한 광전자부품을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적은 특허청구범위 1항에 따른 하우징, 특허청구범위 10항에 따른 광전자부품, 및 특허청구범위 12항에 따른 광전자부품을 제조하는 방법에 의하여 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.
본 발명은 광전자부품의 하우징에 관한 것이다. 바람직하게는, 표면설치가능한 광전자부품의 하우징이 중요하다.
상기 하우징의 적어도 하나의 실시예에서, 상기 하우징은 칩 설치면을 구비한 지지부를 포함한다. 즉, 상기 지지부에는 평면이 구비되는데, 상기 평면 위에는 예를 들어, 적어도 하나의 방사선을 방출하거나 방사선을 수광하는 반도체 칩이 설치될 수 있다.
상기 지지부는 예를 들어, 전기절연물질을 포함하는 기본몸체를 포함할 수 있다. 상기 기본 몸체의 표면의 적어도 부분들에는 도전물질을 포함하는 구조화된 도전경로가 배치되어 있다. 상기 칩 설치면은 바람직하게는, 상기 지지부의 표면의 적어도 하나의 부분에 의하여 제공된다. 상기 칩 설치면은 예를 들어, 상기 도전경로의 부분에 의하여 형성될 수 있다. 상기 도전경로를 지나, 상기 지지부에 배치된 칩이 전기적으로 접촉될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 바람직하게는, 광학소자를 포함한다. 바람직하게는, 상기 광학소자는 상기 지지부로부터 분리되게 제조되며 상기 지지부에 기계적으로 고정된다. 지지부와 광학소자 사이의 분리면은 바람직하게는, 상기 칩 설치면의 평면에 배치된다.
바람직하게는, 상기 광학소자는 상기 칩 설치면을 적어도 부분적으로 에워싼다. 이를 위해, 상기 광학소자는 예를 들어, 측벽을 포함하고, 상기 측벽은 상기 칩 설치면을 적어도 부분적으로 에워싼다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 광전자부품의 하우징이 제공되며, 상기 하우징은 칩 설치면을 구비한 지지부 및 광학소자를 포함하며, 여기서, 지지부와 광학소자 사이의 분리면은 상기 칩 설치면의 평면에 배치된다.
이때, 상기 하우징은, 지지부 및 광학소자로부터 분리된 구조에 의하여 광학소자의 다수의 새로운 설계가능성이 발생한다는 개념에 근거를 두고 있다. 따라서, 예를 들어, 동일한 지지부에서 소정의 광학소자의 선택에 의하여 상기 광전자부품의 방사특성은 각각 사용요구에 따라서 적합화될 수 있다. 지지부 및 광학소자가 바람직하게는 분리되게 제조되므로, 또한, 지지부 및 광학소자가 각각 형성되는 물질체계의 선택시 다수의 가능성이 제공된다.
바람직하게는, 상기 광학소자는, 예를 들어, 상기 칩 설치면에 배치된 방사선방출 부품의 방사가 적어도 부분적으로 상기 광학소자의 적어도 부분영역에서 발생하도록 상기 칩 설치면 하류에 배치된다.
상기 하우징의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 광학소자의 적어도 하나의 부분은, 적어도 하나의 소정의 파장영역의 전자기적 방사선을 적어도 부분적으로 반사하는 데에 적합하다. 상기 광학소자의 측벽이 상기 칩 설치면을 적어도 부분적으로 에워싸는 경우, 예를 들어, 상기 광학소자의 내벽, 즉, 예를 들어, 상기 칩 설치면 하류에 배치된 상기 측벽의 내측은 소정의 파장영역의 전자기적 방사선을 반사하는 데에 적합할 수 있다. 상기 광학소자의 방사특성은 예를 들어, 상기 광학소자의 내벽의 형태 및 상기 광학소자가 포함하는 물질에 의하여 결정될 수 있다. 상기 광학소자에서, 예를 들어, 반사경이 중요하다.
적어도 하나의 실시예에서의 상기 광학소자가 비촬상(non-imaging) 광학 집광기라면, 상기 광학소자의 입사개구부는 상기 광학 집광기의 실질적인 출사개구부이다. 상기 입사개구부는 바람직하게는, 상기 칩 설치면 하류에 배치된다. 즉, 상기 광학 집광기는 상기 칩 설치측으로 축소된다. 상기 광학 집광기의 횡단면은 상기 칩 설치면의 방향으로 축소된다. 이와 같이, 상기 광학소자는, 상기 칩 설치면에 고정된 방사선방출 부품으로부터 방출된 광선이 상기 광학소자를 통하여 들어올 때의 발산을 감소시키는 데에 적합할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 광학소자는 적어도 부분적으로 복합 포물선 집광기(compound parabolic concentrator: CPC), 복합 타원형 집광기(compound elliptic concentrator: CEC), 복합 쌍곡선 복합기(compound hyperbolic concentrator: CHC) 또는 전내부반사(total internal reflection) 광학의 유형에 따라서 형성된다. 즉, 예를 들어, 상기 칩 설치영역 하류에 배치된, 반사하면서 형성된 상기 광학소자의 내벽은 적어도 부분적으로, CPC, CEC, CHC 또는 TIR 유형에 따라서 형성된다. 또한, 상기 광학소자는 적어도 두 개의 이러한 광학소자의 조합에 의하여 형성될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 광학소자는, 상기 광학소자의 입사개구부를 출사개구부에 연결하고 이때 실질적으로 직선으로 진행하는 내벽을 포함한다. 여기서, 상기 광학소자의 내벽은 예를 들어, 피라미드형 돌출부 또는 원추형 돌출부를 형성한다.
적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자는 절연 집광기이다. 적어도 상기 절연 집광기의 측벽은 적합한 굴절률을 갖는 절연물질로 형성되므로, 상기 입사개구부에 의하여 들어오는 방사선은 전반사에 의하여 상기 측벽 또는 내벽의 경계면에서 에워싸는 매질쪽으로 반사된다.
또한, 상기 광학소자에서 자유형태광학이 중요할 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 칩 설치면 하류에 배치된 상기 광학소자의 내벽의 형태는 상기 부품의 원하는 방사특성에 적합화된다. 여기서, 상기 내벽의 형태는, 예를 들어, 시뮬레이션 계산(예를 들어, 광선 추적 방법(ray-tracing methods))에 의하여 매우 정확히 결정될 수 있다. 지지부와 광학소자의 분리된 제조로 인해, 상기 계산된 광학을 제조하는 것은 특히 간단할 수 있다.
또한, 상기 광학소자에서 렌즈, 렌즈 시스템 또는 또 다른 광굴절 광학이 중요할 수 있다. 즉, 상기 광학소자의 적어도 하나의 부분은 상기 광학소자를 통하여 들어오는 방사선을 굴절하는 데에 적합하다.
적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자의 출사개구부 하류에는 적어도 하나의 추가적인 광학소자가 배치되며, 상기 광학소자는 상기 출사개구부로부터 발생하는 전자기적 방사선의 회절, 굴절 또는 파장변환에 적합하다. 특히 바람직하게는, 상기 추가적인 광학소자는 적어도 두 개의 이러한 목적들을 달성한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 추가적인 광학소자는 예를 들어, 구면 또는 비구면으로 굽혀질 수 있는 출사면을 포함한다. 예를 들어, 상기 출사면은 볼록하게 외부로 굽혀진다. 이에 따라, 예를 들어, 상기 광학소자의 출사개구부로부터 발생하는 전자기적 방사선의 발산이 감소될 수 있다.
바람직하게는, 상기 추가적인 광학소자의 출사면은 비구면 렌즈의 형태에 따라서 굽혀진다. 즉, 상기 출사개구부는 상기 발생하는 광선의 굴절에 사용되는 광학면으로, 원추형이 아니고 편평하지도 않다. 특히 바람직하게는, 이렇게 형성된 광학소자는 다수의 형태 파리미터들을 포함함으로써, 상기 칩 설치면에 고정된 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 분리면의 크기 정도를 고려할 수 있다. 이와는 달리, 점 형태의 광원용 구면 렌즈는 최적이며, 점 형태가 아닌 광원에서는 상기 방출하는 광빔의 발산의 감소와 관련하여 현저하게 악화되는 특성을 가질 수 있다.
상기 하우징의 적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자는 반사물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기 반사물질은 예를 들어, 상기 칩 설치면에 배치된 방사선방출하는 부품으로부터 발생된 전자기적 방사선을 반사하는 데에 적합하다. 이를 위해, 상기 광학소자는 예를 들어, 칩으로부터 방출된 방사선을 반사하는 적합한 색소가 투입되는 플라스틱을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학소자는 세라믹물질로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 광학소자는 반사물질로 이루어진 금속 주조방법에서도 제조될 수 있다.
또한, 상기 광학소자의 기본 몸체는 예를 들어, 비반사(non-reflecting) 물질로 형성될 수 있으며, 상기 칩 설치 영역 하류에 배치된 상기 광학소자의 내벽은 반사코팅을 구비한다. 여기서, 상기 코팅은 알루미늄 산화물, 알루미늄, 실리콘, 실리콘 산화물, 및 실리콘 질화물 중의 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 반사코팅은 예를 들어, 플라즈마 임펄스 화학 기상 증착(Plasma Impulse Chemical Vapor Deposition: PICVD)와 같은 코팅방법에 의하여 소정의 두께로 상기 광학소자의 내벽에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 코팅은 불필요하게도 상기 내벽의 전면을 덮는다.
또한, 상기 광학소자는 예를 들어, 입사개구부 가까이서 반사하지 않으면서 형성될 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 상기 칩 설치면에 배치된 반도체 칩으로부터 방출된, 특히 발산된 방사선이 상기 광학소자로 입사하는 것이 방해받을 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사층(들)의 두께 및 조합은 상기 하우징으로 설치되는 광전자부품에 적합화될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 상기 코팅이 색상에 최적화되며 소정 파장의 빛이 특히 양호하게 반사된다.
광학소자 및 지지부의 분리된 제조가 특히 바람직한데, 이는, 예를 들어, 단일 하우징의 경우에서와 같이, 상기 코팅시 상기 칩 설치면 또는 도전경로를 전기절연물질 또는 도전물질로 덮는 것에 대해서 어떠한 것도 제공되어서는 안되기 때문이다.
상기 하우징의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 광학소자는 상기 광학소자와, 예를 들어, 상기 칩 설치면에 설치된 칩을 적어도 부분적으로 에워싸는 그라우팅 물질 사이의 접착을 중재하는 데에 적합한 물질을 포함한다. 상기 물질은 상기 칩 설치영역 하류에 배치된 상기 광학소자의 내벽에 박층으로서 배치될 수 있다. 상기 그라우팅 물질이, 예를 들어, 실리콘을 포함한다면, 실리콘 산화물을 포함하는 코팅은 상기 그라우팅 물질을 광학소자에 접착하는 것을 향상시키는 데에 특히 적합하다. 예를 들어, 상기 실리케이트(silicate)층은 화염 열분해(flames pyrolysis)에 의하여 상기 광학소자의 내벽에 배치된다.
상기 광전자부품의 하우징의 적어도 하나의 실시예에 상응하게, 상기 광학소자는 발광변환물질을 포함할 수 있다. 상기 발광변환물질은 예를 들어, 상기 칩 설치면에 배치된 반도체 칩으로부터 방출된 전자기적 방사선의 적어도 하나의 부분을 파장으로 변환하는 데에 적합하다. 이를 위해, 상기 발광변환물질은 적어도 하나의 유형의 발광물질 입자를 포함한다. 특히, 예를 들어, 희토류 또는 도핑된 석류석(garnet)과 같은 무기발광물질 또는 페릴린 발광물질과 같은 유기발광물질이 적합하다. 또 다른 적합한 발광물질은 예를 들어, 국제특허출원 WO 98/12 757에서 구현되며, 발광물질과 관련한 내용은 재귀적 방법에 의하여 기재될 것이다.
상기 발광변환물질을 사용함으로써, 1차 방사선의 계속적인 완전한 변환 또는 원하는 부분적인 변환, 및 1차 방사선과 변환된 방사선의 혼합에 의하여 CIE 색소판 위의 원하는 색부분의 가시광, 특히, 백색광이 발생될 수 있다.
상기 발광변환물질은 예를 들어, 상기 광학소자의 내벽에 박층으로서 배치될 수 있다. 여기서, 상기 발광변환층은 바람직하게는, 발광변환물질-매트릭스 혼합을 포함한다. 상기 매트릭스는 예를 들어, 듀로플라스틱(duroplastic) 폴리머 또는 실리콘을 포함한다. 상기 발광변환물질은 실질적인 동일한 집광에서 예를 들어, 상기 광학소자의 내벽에 배치될 수 있다. 그러나, 상기 발광변환물질의 집광은 상기 광학소자의 소정의 영역에서 향상되며 상기 광학소자의 또 다른 영역에서 감소될 수도 있다. 또한, 상기 광학소자는 발광변환물질을 포함하지 않는 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학소자의 내벽에서 발광변환물질의 집광을 조정함으로써, 상기 전자기적 방사선의 소정의 변환이 수행된다.
상기 하우징의 적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자는 특히, 특정온도까지 견디는 물질, 예를 들어, LCP(Liquid Crystal Polymer), PEEK(Polyetheretherketon) 또는 PPA(Polyphthalamid)를 포함한다.
여기서, 상기 광학소자는 예를 들어, 다이주조(die casting) 방법 또는 다이주조 압착(die casting press) 방법에 의하여 형성될 수 있다. 반사광학을 형성하기 위해서, 전술한 바와 같이, 예를 들어, 상기 칩 설치면 하류에 배치된 광학소자의 내벽은 반사물질로 코팅될 수 있다.
광전자부품의 하우징의 적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자는 적어도 하나의 압입부(press fit)를 사용하여 상기 지지부에 기계적으로 연결된다. 이를 위해, 상기 지지부 내에는 예를 들어, 핀이 삽입되는 적어도 하나의 제거부가 구비되며, 상기 핀은 상기 제거부보다 약간 큰 신장부를 구비하므로, 상기 핀을 상기 제거부로 압착함으로써, 상기 핀은 기계적으로 안정적으로 상기 지지부에 연결된다. 상기 핀은 동일한 방식으로 상기 광학소자 내의 제거부로 압착될 수 있다. 그러나, 상기 핀은 상기 광학소자의 필수적인 구성요소일 수도 있다. 즉, 상기 핀은 예를 들어, 상기 광학소자와 함께 대략 다이주조 압착방법, 다이주조 방법 또는 금속주조방법으로 제조된다. 또한, 상기 핀이 상기 지지부의 필수적인 구성요소이고 상기 광학소자만이 상기 핀이 삽입되는 제거부를 포함하는 것을 생각할 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 광학소자는 적어도 두 개의 압입부를 사용하여 상기 지지부에 기계적으로 연결된다. 즉, 상기 광학소자는 예를 들어, 두 개의 통과 핀을 구비하며, 상기 통과 핀에 의하여 상기 광학소자는 기계적으로 상기 지지부에 고정되며 칩에 대해서 조정될 수 있다.
상기 제거부에서, 예를 들어, 홀이 중요하다. 그러나, 지지부 및/또는 광학소자를 제조할 때 이미, 제거부를, 예를 들어, 상응하는 형태에 의하여 언급한 방법인 다이 주조 또는 다이 주조 압착 중의 하나의 방법을 사용하여 형성할 수도 있다.
상기 지지부는 예를 들어, Al2O3 또는 AlN와 같은 LCP, PEEK, PPA 또는 세라믹 중의 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 두 개의 부분으로 이루어진 구성의 장점은, 상기 지지부 물질이 상기 광학소자의 물질과 상관없이 선택될 수 있다는 것이다. 이와 같이, 상기 지지부 물질은 요구에 따라서 상기 지지부에 최적화될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 하우징을 구비한 광전자부품에 관한 것이다.
상기 광전자부품의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 부품은 적어도 하나의 발광다이오드칩을 구비하며, 상기 발광다이오드칩에서 발생된 전자기적 방사선의 대부분은 방사선 분리면을 통하여 주방사방향으로 방출된다. 특히 바람직하게는, 전자기적 방사선은 상기 방사선 분리면을 통해서만 방출된다.
바람직하게는, 상기 발광다이오드칩은 에피택셜 성장한 층 스택(stack)을 포함한다. 상기 층 스택은 예를 들어, 에피택셜 성장 층의 시퀀스(sequnece)이다. 바람직하게는, 상기 층 스택은 전자기적 방사선을 발생하는 데에 적합한 적어도 하나의 활성영역을 포함한다. 상기 방사선 분리면은 바람직하게는, 상기 칩의 주 평면에 의하여 형성되며, 상기 주 평면은 상기 층 스택의 층에 대해 평행하거나 실질적으로 평행하게 신장된다.
이를 위해, 상기 활성영역은 예를 들어, pn접합, 이중헤테로구조, 단일 양자웰(single quantum well) 또는 특히 바람직하게는, 다중 양자 웰(multiple-quantum well: MQW)을 포함할 수 있다.
양자 웰 구조의 명칭은 본 발명의 범위 내에서 상기 적재 지지부가 제한(confinement)에 의하여 자체의 에너지 상태의 양자화를 경험하는 각각의 구조도 포함한다. 특히, 양자 웰 구조의 명칭은 상기 양자화의 치수에 대한 어떠한 정보도 포함하지 않는다. 따라서, 상기 양자 웰 구조의 명칭은 무엇보다도 양자 골(quantum trough), 양자 와이어(quantum wire), 및 양자 점(quantum point), 그리고 이러한 구조의 각각의 조합을 포함한다.
상기 층 스택은 특히 바람직하게는, 에피택셜 성장 층의 시퀀스이며, 상기 에피택셜 성장 층으로부터 성장기판이 상기 에피택셜 성장이 종료된 후에 분리된다. 특히 바람직하게는, 최초의 성장기판으로 전향한 상기 층 스택의 표면에는 지지부가 배치된다. 상기 성장기판을 에피택셜 성장 층 시퀀스로부터 분리하면서 제조되는 부품들은 종종 상위개념인 박막층 부품으로도 명명된다.
박막층 부품의 기본원리는 예를 들어, 아이 슈니쳐(I. Schnitzer) et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993년 10월 18일, p.2174-2176에 기재되어 있으며, 박막층 부품의 기본원리에 관한 개시내용은 재귀적 방법에 의하여 이에 기재될 것이다.
박막 발광다이오드 칩은 바람직하게는, 람베르트(Lambert) 표면방사기이며, 이로부터 특히 바람직하게는, 예를 들어, 서치라이트에 적용하는 데에 적합하다.
특히 바람직하게는, 상기 박막층 부품의 지지부는 성장기판과 비교하여 상대적으로 자유롭게 선택될 수 있다. 따라서, 상기 지지부는 대략 도전성 또는 안정성과 같은 많은 특성에 관해서, 고가의 에피택셜 성장 층 시퀀스을 제조하기 위해서 제한되는 사용가능한 성장기판보다 더 양호하게 상기 부품에 적합화될 수 있다. 따라서, 고가의 에피택셜 층을 얻기 위해서, 상기 에피택셜 분리된 물질은, 예를 들어, 상기 성장기판에 격자적합화되어야 한다.
바람직하게는, 상기 층 스택에 배치된 지지부는 상기 층 스택에 적합화된 열팽창계수에 의하여 특징지워진다. 예를 들어, 상기 지지부는 게르마늄, 갈륨 아세나이드, 갈륨 질화물, 실리콘 카바이드와 같은 반도체 물질, 및 사파이어, 몰리브덴 또는 금속과 같은 또 다른 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부는 바람직하게는, 특히 양호한 열전도성에 의하여 특징지워지므로, 전자기적 방사선이 상기 활성영역에 발생할 때 발생하는 열이 적어도 부분적으로 상기 지지부를 지나 주변으로 방출될 수 있다.
발광다이오드칩의 적어도 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 층 스택에는 거울층이 배치된다. 상기 거울층은 예를 들어, 브래그 거울 또는 금속을 함유하는 거울층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금, 금-게르마늄, 은, 알루미늄 또는 백금을 포함할 수 있는 금속을 함유하는 거울은 브래그 거울에 대해서, 예를 들어, 반사도의 작은 방향의존성에 의하여 특징지워진다. 또한, 금속을 함유하는 거울을 사용함으로써 브래그 거울을 사용했을 때보다 높은 반사도가 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 발광다이오드칩은 상기 지지부의 칩 설치면에 배치된다. 예를 들어, 상기 발광다이오드칩은 상기 칩 설치면에서 솔더링되거나 열에 대해 내구성을 갖도록 접착될 수 있다.
상기 광전자부품의 적어도 하나의 실시예에서, 상기 광학소자는 입사개구부를 포함하며, 상기 입사개구부를 통하여 상기 발광다이오드칩에서 발생한 전자기적 방사선의 대부분이 상기 광학으로 들어온다. 여기서, 상기 입사개구부는 바람직하게는 주방사방향으로 상기 발광다이오드칩의 방사선 분리면 하류에 배치된다. 여기서, 상기 발광다이오드칩의 주방사방향은 예를 들어, 상기 방사선 분리면에 대해 실질적으로 수직으로 진행한다.
바람직하게는, 상기 입사개구부는 상기 발광다이오드칩의 방사선 분리면보다 최대 두 배 큰, 바람직하게는, 최대 1.5배, 특히 바람직하게는, 최대 1.25배인 평면을 구비한다. 상기 반사광학의 이러한 작은 입사개구부로 인해, 예를 들어, 상기 발광다이오드 장치의 현저한 소형화가 가능하다. 여기서, 두 개의 부분으로 이루어진 하우징 구성은 상기 광학을 칩에 매우 가깝게 위치시키는 것을 가능케한다. 이는, 무엇보다도, 박막구조에서 발광다이오드 칩과의 연결에서, 방사선이 전혀 진입하지 않거나 단지 약간의 방사선이 상기 광학소자로 진입하기 전에, 예를 들어, 분산 방사선으로서 손실되지 않기 때문에, 상기 광전자부품의 효율성 증가를 유발한다.
또한, 이러한 작은 입사개구부는 상기 전자기적 방사선을 상기 발광다이오드칩으로부터 방출되는 공간각을 상기 광학소자를 사용하여 축소하는 데에 특히 적합한데, 이는, 상기 반도체 칩의 방사선 분리면 가까이에서 방출된 방사선의 원추 광(cone of rays)의 횡단면이 특히 작기 때문이다. 이는, 상기 부품이 가능한한 높은 방사선 강도를 가능한한 작은 평면에 투사하는 데에 적합해야 하는 경우에 특히 적합하다.
여기서, 상기 기하학적인 광학에서 중요한 획득 크기는 에텐듀(etendue), 즉, 광선 두께이다. 상기 광선 두께는 광원의 평면 면적과 상기 광원이 방사하는 공간각의 생성물이다. 상기 에텐듀를 유지함으로써, 무엇보다도, 확산 광원, 예를 들어, 반도체 발광다이오드의 광을 더 이상 집광하지 않고, 즉, 작은 신장부를 갖는 평면으로 더 이상 전환할 수 없는 결과가 발생한다. 따라서, 가능한한 작은 횡단면을 갖는 광빔이 상기 광학소자에 진입하는 경우가 바람직하다.
또한, 본 발명은 광전자부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 제1 단계에서, 반도체 칩을 지지부에 고정한다. 상기 지지부에서, 예를 들어, 전술한 바와 같은 지지부가 중요한데, 예를 들어, 상기 지지부의 표면에는 상기 칩을 전기적으로 접촉하기 위해 도전경로가 구비된다. 상기 반도체 칩에서, 바람직하게는, 박막구조의 발광다이오드칩이 중요하다.
이하 단계에서, 상기 반도체 칩을 상기 지지부에 전기적으로 연결한다. 이는, 예를 들어, 다이 본딩 및 와이어 본딩에 의하여 발생될 수 있다.
또 다른 단계에서, 광학소자를 상기 지지부에 고정한다. 바람직하게는, 상기 광학소자에서는 상기 전술한 광학소자가 중요하다. 특히 바람직하게는, 상기 광학소자는 적어도 하나의 압입부(press fit)를 사용하여 상기 지지부에 기계적으로 연결된다. 그러나, 상기 광학소자는 접착 또는 솔더링에 의하여 상기 지지부에 고정될 수도 있다. 광학소자와 지지부 사이의 분리면은 바람직하게는, 상기 칩 설치면의 평면, 즉, 상기 칩이 설치된 지지부의 평면에 위치한다.
본 발명에 따른 방법에서, 상기 전기접촉을 상기 광학소자를 설치하기 이전에 수행하는 것이 중요하다. 지지부와 광학소자가 일체로 형성되는 부품과는 달리, 상기 접촉은 예를 들어, 와이어 본딩에 의하여 특히 간단하게 수행될 수 있는데, 이는, 예를 들어, 와이어 본딩 노즐을 위한 충분한 공간이 구비되기 때문이다. 상기 광학소자는 이하, 특히, 상기 칩에 가까이 뿐만 아니라 상기 칩의 방사선 분리면에 가까이에 배치될 수 있는데, 이는, 상기 칩 설치를 위한 추가적인 공간이 유지되어야 하기 때문이다. 이와 같이, 최적화된 에텐듀를 갖는 발광다이오드 칩이 제조될 수 있다. 즉, 예를 들어, 반사경은 상기 칩을 설치하고 접촉한 이후에야 비로소 상기 지지부에 배치된다.
이하 단계에서, 상기 발광다이오드칩을 예를 들어, 에폭시 물질 및/또는 실리콘 물질을 포함하는 그라우팅 물질로부터 적어도 부분적으로 에워쌀 수 있다. 여기서, 상기 그라우팅 물질은 바람직하게는, 상기 광학소자 및 상기 지지부의 내벽의 적어도 부분도 적신다. 이와 같이, 광학소자와 지지부 사이의 기계적인 고정이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광전자부품의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광전자부품의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광전자부품의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 광전자부품의 하우징 및 광전자부품은 실시예들 및 그에 속하는 도면들을 참조로 하여 보다 상세히 설명될 것이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 부재들은 각각 동일한 참조부호를 갖는다. 도면의 도시된 부재들 및 상기 부재들의 크기비율은 서로 정확한 치수로 도시될 수 없다. 오히려, 도면들의 몇 가지 세부사항은 보다 양호한 이해를 위해서 과장되어 크게 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광전자부품의 개략적인 단면도이다.
여기서, 발광다이오드 칩(1)은 지지부(7)의 칩 설치면(3)에 배치된다. 본 실시예에서, 외부 전기연결부(5a)는 상기 지지부(7)에 고정된 열적 연결부(6)에 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩(1)은 예를 들어, 상기 열적 연결부(6) 위에 솔더링되며 상기 열적 연결부(6)에 의하여 상기 외부 전기연결부(5a)에 전기적으로 연결된다.
상기 열적 연결부(6)는 바람직하게는, 리벳(rivet)의 유형에 따라 상기 지지부(7)에 연결될 수 있도록 형성된다. 경우에 따라서는, 개개의 단계의 변형 또는 상기 연결부(6)의 이탈은 상기 연결부(6)와 상기 지지부(7) 사이의 충분한 고정의 소멸 연결(quench connection)을 형성하는 데에 충분하다. 대안적으로, 연결부(6)와 지지부(7) 사이의 연결은 예를 들어, 솔더링 연결, 용접 연결 또는 접착 연결에 의하여 제공될 수 있다.
상기 열적 연결부(6)는 열전도 부재로 작용하며, 동작시 상기 칩(1)에서 발생한 열을 상기 칩에 대향한 상기 지지부(7)의 측면으로 방출한다. 상기 열적 연결부(6)는 상기 칩(1)으로 향한 상기 지지부(7)의 측면에서 예를 들어, 히트 싱크(heat sink)로서 기능하는 냉각체(도시되지 않음)에 열 접촉(thermal contact)될 수 있다. 상기 지지부는 본 실시예에서, 예를 들어, 도전체 프레임(리드 프레임)으로서 구현될 수 있다.
와이어 본딩 와이어(4)에 의하여 상기 칩(1)은 추가적으로 외부 전기연결부(5b)에 전기적으로 연결된다.
상기 지지부(7)에는 상기 광학소자(2)가 배치된다. 상기 광학소자(2)는 설명부의 대부분에서와 같이, 압입(press fit), 솔더링, 접착 또는 또 다른 연결기법을 사용하여 상기 지지부(7)에 연결될 수 있다. 이때, 지지부(7)와 광학소자(2) 사이의 분리면(15)은 상기 칩 설치면(3)의 평면에 위치한다.
상기 광학소자(2)는 예를 들어, 전술한 바와 같이, 반사광학이다. 이를 위해, 상기 광학소자(2)의 내벽(4)은, 예를 들어, CPC 광학의 유형에 따라 형성된다. 예를 들어, 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 전자기적 방사선은 반사 및/또는 전반사에 의하여 상기 내벽(14)에서 반사될 수 있다.
상기 칩(1)은 추가적으로 적어도 부분적으로 그라우팅 물질(8)에 의하여 에 워싸일 수 있다. 상기 그라우팅 물질(8)은 한편으로는, 지지부(7)와 광학소자(2)의 기계적인 연결을 안정화시키며, 다른 한편으로는 상기 발광다이오드칩(1)의 기계적인 보호를 제공한다.
상기 그라우팅 물질(8)에는, 상기 발광다이오드 칩(1)으로부터 방출된 전자기적 방사선을 적어도 부분적으로 파장으로 변환하는 데에 적합한 발광변환물질(9)이 삽입될 수 있다. 또한, 상기 발광변환물질은 박층으로서 상기 발광다이오드칩(1)의 방사선 분리면에 배치될 수 있다. 또한, 상기 발광변환물질은 박층으로서 상기 반사경(2)의 내벽(14)에 배치될 수 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 표면발광부품의 제2 실시예의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 여기서, 상기 발광다이오드칩(1) 하류에 배치된 광학소자(2)의 내벽(4)에는 코팅(10)이 배치된다. 상기 코팅(10)은 발광변환물질, 반사물질, 및 상기 광학소자(2)의 내벽(14)과 상기 그라우팅 물질(8) 사이의 접착을 향상시키는 데에 적합한 물질 중의 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 실리콘을 함유하는 그라우팅 물질(8)로서, 예를 들어, 실리케이트가 적합하다. 바람직하게는, 상기 코팅(10)은 이러한 적어도 두 가지 물질의 조합을 포함한다.
또한, 상기 그라우팅 물질(8)은 방사선 분리면(8a)을 포함할 수 있다. 상기 방사선 분리면(8a)은 소정의 곡률을 가지며, 예를 들어, 대부분에서 기재된 바와 같이, 렌즈 형태의 추가적인 광학소자를 형성한다. 상기 그라우팅 물질(8)의 굴절률 및 상기 방사선 분리면(8a)의 곡률을 사용하여 상기 광전자 부품의 소정의 방사특성이 조정될 수 있다.
지지부(7)로서 특히 양호한 열전도 물질이 사용되면, 또한, 개별적인 열적 연결부(6)의 사용이 생략될 수 있다. 여기서, 상기 지지부(7)는 예를 들어, 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광전자부품의 개략적인 단면도이다. 여기서, 상기 광전자부품은 예를 들어, 인쇄회로기판(12)에 배치된다. 상기 인쇄회로기판(12)은 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB) 또는 금속 핵 인쇄회로기판이다. 상기 부품은 열적으로 그리고 전기적으로 상기 PCB(12)에 예를 들어, 솔더링 방법에 의하여 연결된다. 여기서, 상기 PCB(12)는 상기 발광다이오드칩(1)으로부터 상기 열적 연결부(6)에 의하여 방출된 열의 히트 싱크인 냉각체로서 사용된다.
예를 들어, 대부분에서 기재된 바와 같이, 상기 그라우팅 물질(8)의 방사선 분리면(8a) 하류에는 본 실시예에서, 추가적인 광학소자(11)가 배치된다. 상기 추가적인 광학소자(11)에서, 상기 부품의 방사특성이 결정적으로 조정될 수 있는, 예를 들어, 회절, 굴절, 홀로그래픽 또는 프레넬(Fresnel) 광학이 중요할 수 있다.
또한, 상기 추가적인 광학소자(11)는 상기 발광다이오드 칩(1)으로부터 방출된 전자기적 방사선을 파장으로 변환하는 데에 적합한 발광변환물질(9)을 포함할 수 있다.
도 3에는 추가적으로 핀들(13)이 도시되어 있는데, 상기 핀(13)을 사용하여 상기 광학소자(2)는 압입에 의하여 상기 지지부(7)에 기계적으로 안정적으로 연결된다. 여기서, 상기 핀(13)은 상기 광학소자(2)의 부분일 수 있다. 또한, 상기 핀(13)에서 개별적인 부재가 중요하거나 상기 핀(13)이 상기 지지부(7)의 필수적인 구성요소일 수 있다. 여기서, 상기 반사경(2)은 전술한 바와 같이 코팅될 수 있다.
본원은 독일특허출원 102004045950.9-33의 우선권을 청구하며, 그 개시내용은 재귀적 방법에 의하여 이에 기재될 것이다.
본 발명은 도시된 실시예들의 설명에 의하여 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 특허청구범위 또는 실시예들에 명백히 제공되지 않더라도 각각의 새로운 특징뿐만 아니라, 특허청구범위의 특징들의 각각의 조합을 포함하는 특징들의 각각의 조합을 포함한다.

Claims (19)

  1. 칩 설치면(3)을 구비한 지지부(support)(7); 및
    광학소자(2)를 포함하고,
    지지부(7)와 광학소자(2) 사이의 분리면(15)이 상기 칩 설치면(3)의 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학소자(2)의 적어도 부분들은,
    소정의 파장영역의 전자기적 방사선을 반사하는 데에 적합한 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는,
    적어도 부분적으로 CPC, CEC, CHC, 및 TIR 중의 적어도 하나의 광학소자의 유형에 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 반사물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는,
    상기 광학소자(2)의 내벽(14)과 그라우팅(grounting) 물질(8) 사이의 접착을 중재하는 데에 적합한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 발광변환물질(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광변환물질(9)은 적어도 위치에 따라서 상기 광학소자(2)의 내벽(14) 위의 층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 알루미늄, 알루미늄 산화물, LCP, PEEK, PPA, 실리콘 산화물, 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 적어도 하나의 압입부(press fit)를 사용하여 상기 지지부(7)에 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전자부품의 하우징.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 하우징 및;
    박막구조의 적어도 하나의 발광다이오드칩(1)을 포함하는 광전자부품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 입사개구부를 포함하고,
    상기 입사개구부를 통하여 상기 발광다이오드칩(1) 내에서 발생한 전자기적 방사선의 대부분이 입사하며,
    상기 입사개구부는,
    상기 발광다이오드칩의 방사선 분리면의 최대 2배인 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품.
  12. a) 반도체 칩(1)을 지지부(7)에 고정하는 단계;
    b) 상기 반도체 칩(1)을 전기적으로 접촉하는 단계; 및
    c) 광학소자(2)를 상기 지지부(7)에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반도체 칩(1)이 상기 b)단계에서 와이어 본딩(4)에 의하여 접촉되는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 광학소자(2)는 상기 c)단계에서 적어도 하나의 압입부를 사용하여 상기 지지부(7)에 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c)단계 이전에 반사코팅이 상기 광학소자(2)의 내벽(14)에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반사코팅은 플라즈마 임펄스 화학 기상 증착(Plasma Impulse Chemical Vapor Deposition: PICVD)에 의하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c)단계 이전에 하나의 층이 상기 광학소자(2)의 내벽(14)에 배치되며,
    상기 층은 발광변환물질(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c)단계 이전에 하나의 층이 상기 광학소자(2)의 내벽(14)에 배치되며,
    상기 층은 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 접착제는 화염 열분해(flames pyrolysis)에 의하여 상기 광학소자의 내벽(14)에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자부품을 제조하는 방법.
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