KR20110052711A - 광전 소자 및 광전 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광전 소자(1)가 제공되고, 상기 광전 소자는 소자(1)의 전기적 접촉을 위한 적어도 2개의 연결부(2), 상기 연결부(2)가 국부적으로 매립된 하우징 몸체(3), 상기 적어도 하나의 연결부(2)와 결합한 냉각체(4)를 포함하고, 이때 상기 하우징 몸체(3)는 플라스틱 물질을 포함하여 형성되고, 상기 하우징 몸체(3)는 개구부(30)를 가지며, 상기 개구부에서 상기 냉각체(4)가 국부적으로 자유롭게 접근 가능하며, 적어도 하나의 광전 반도체칩(5)은 상기 개구부(30)에서 냉각체(4)상에 배치되며, 연결부(2) 중 적어도 2개는 각각 하나의 칩측 세그먼트(2c)를 포함하고, 상기 칩측 세그먼트는 적어도 하나의 광전 반도체칩(5)을 향해 있고, 이때 상기 적어도 2개의 연결부(2)의 칩측 세그먼트(2c)는 공통의 평면에 배치된다.
Description
본 발명은 광전 소자 및 광전 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
광전 소자가 제공된다.
본 발명의 과제는 매우 양호한 방열을 특징으로 하는 광전 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는 이러한 소자를 매우 비용 효과적으로 제조하는 제조 방법을 제공하는 것이기도 하다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 적어도 2개의 연결 부들을 포함하고, 상기 연결부들은 소자의 전기 접촉을 위해 역할한다. 즉, 연결부들을 이용하여 전기 소자가 소자의 외부로부터 전기적으로 접촉될 수 있다. 연결부는 광전 소자의 적어도 하나의 반도체칩과 전기 전도적으로 결합하고, 상기 반도체칩은 이러한 방식으로 연결부를 이용하여 전원공급될 수 있다. 이때, 전기 소자는 2개, 4개 또는 더 많은 수의 연결부를 포함할 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 하우징 몸체를 포함한다. 광전 소자의 연결부는 하우징 몸체에서 국부적으로 매립되어 있다. "국부적으로 매립된"은, 연결부가 각각 하나의 영역 - 하우징 세그먼트 -를 포함하고, 상기 영역에서 상기 연결부가 하우징 몸체에 의해 둘러싸여 있음을 의미한다. 이러한 하우징 세그머트에서, 하우징 물질은 연결부에 직접 접한다. 또한, 바람직하게는, 연결부는 각각 하나의 연결 세그먼트를 포함하고, 상기 연결 세그먼트는 하우징 몸체의 외부에 위치한다. 이러한 연결 세그먼트에서 연결부는 예를 들면 모든 측면에서 자유롭게 접근 가능하고, 특히 하우징 물질을 포함하지 않는다. 또한, 연결부는 칩의 측면에 위치한 각각 하나의 세그먼트를 포함할 수 있고, 상기 칩측 세그먼트는 광전 소자의 반도체칩을 향해 있다. 칩측의 세그먼트에서, 연결부는 적어도 부분적으로 자유로운데, 즉 적어도 부분적으로 하우징 몸체에 의해 덮여 있지 않다. 칩측의 세그먼트에서 연결부는 광전 소자의 반도체칩과 전기 전도적으로 결합할 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 소자는 냉각체를 더 포함하고, 상기 냉각체는 적어도 하나의 연결부와 결합한다. 즉, 냉각체는 적어도 하나의 연결부와 기계적으로 고정된 방식으로 결합한다. 이때, 냉각체는 연결부와 전기 전도적으로 결합할 수 있다. 냉각체는 상기 냉각체와 결합한 연결부와 동일한 전기 전위에 위치한다.
냉각체는 예를 들면 판형의 몸체로서, 금속과 같은 양호한 열 전도성 물질, 세라믹 물질 또는 도핑된 반도체 물질로 구성될 수 있는 몸체를 가리킨다. 특히, 냉각체는 연결부와 동일한 물질로 구성되고, 예를 들면 금속으로 구성될 수 있다. 냉각체는 소자의 광전 반도체칩으로부터 구동 시 생성된 열을 흡수하고, 이러한 열을 광전 소자의 외부 영역들로 발산한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 하우징 몸체는 플라스틱 물질을 포함하여 형성된다. 이때, 특히, 하우징 몸체가 플라스틱 물질로 구성될 수 있다. 하우징 몸체의 플라스틱 물질에는 다른 물질이 삽입될 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 물질에 복사 반사성 입자, 열 전도 입자 또는 복사 흡수성 입자가 삽입될 수 있다. 또한, 플라스틱 몸체는 하우징 몸체가 연결부에 더욱 잘 부착되도록 하는 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 연결부는 국부적으로 하우징 몸체에 매립되어 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 하우징 몸체는 개구부를 포함하고, 상기 개구부안에서 냉각체는 국부적으로 자유롭게 접근 가능하다. 즉, 하우징 몸체에는 리세스(recess), 관통홀 또는 창이 형성되고, 이들안에서 냉각체가 노출되어 있다. 냉각체는 국부적으로 그 덮개면이 노출되어 있다. 그러나, 냉각체가 그 덮개면에서 하우징 몸체의 개구부밖의 영역들을 포함하고, 상기 영역들에서 상기 냉각체가 하우징 몸체에 덮인다. 이러한 영역들에서 냉각체는 노출되지 않으며, 이 위치에서 자유롭게 접근할 수 없다. 냉각체의 덮개면상에서 자유롭게 접근할 수 있는 지점은 하우징 몸체에 의해 예를 들면 측면에서 둘러싸여 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 광전 반도체칩은 개구부안에서 냉각체상에 배치된다. 광전 반도체칩은 접착제 또는 땜납 물질을 이용하여 냉각체상에 고정될 수 있다. 또한, 광전 반도체칩이 냉각체와 전기 전도적으로 결합할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 냉각체는 상기 냉각체와 결합한 연결부와 동일한 전위에 있다.
광전 반도체칩은 예를 들면 냉광성 다이오드칩을 가리키며, 즉 레이저다이오드칩이나 발광다이오드칩을 가리킨다. 또한, 광전 반도체칩은 구동 시 전자기 복사를 검출하기 위해 제공된 포토다이오드를 가리킬 수도 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 연결부들 중 적어도 2개는 각각 하나의 칩측 세그먼트를 포함하고, 상기 칩측의 세그먼트는 적어도 하나의 반도체칩을 향해 있다. 즉, 연결부들 중 적어도 2개는 칩측의 세그먼트를 포함하고, 상기 세그먼트에서 상기 연결부가 부분적으로 노출되며 - 즉 하우징 몸체에 의해 덮여 있지 않고, 상기 하우징에 매립되어 있다. 이러한 세그먼트에서 연결부는 적어도 하나의 반도체칩과 전기 전도적으로 결합할 수 있다. 반도체칩 및 연결부의 칩측 세그먼트는 포팅 컴파운드(potting compound)에 의해 덮여 있을 수 있고, 상기 포팅 컴파운드는 반도체칩으로부터 구동 시 생성되거나 검출될 복사에 대하여 적어도 부분적으로 투과성이다.
또한, 연결부는 하우징 몸체를 관통하여 연장되며, 상기 하우징 몸체에서 연결부는 상기 연결부의 하우징 세그먼트에 매립되어 있다. 연결부는 하우징 몸체를 관통하고, 하우징 세그먼트에 이어진 연결 세그먼트에서 노출되어 있다. 이 위치에서 연결부는 광전 소자의 전기 접촉을 위해 역할한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 연결부 중 적어도 2개의 칩측 세그먼트들은 공통의 평면에 배치된다. 여기서 상기 연결부는 각각 하나의 칩측 세그먼트를 포함하고, 상기 칩측 세그먼트는 적어도 하나의 광전 반도체칩을 향해 있다. 즉, 두 개의 칩측의 세그먼트들 중 하나는 다른 하나에 비해 더 높게 위치하지 않으며, 두 개가 하나의 평면에 배치되고, 서로 마주하여 돌출하지 않는다. 이러한 평면은 예를 들면 냉각체의 덮개면에 의해 제공되거나, 냉각체의 덮개면에 대해 평행하게 연장된다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 소자의 전기 접촉을 위해 적어도 2개의 연결부를 포함한다. 또한, 소자는 하우징 몸체를 포함하고, 상기 하우징 몸체에서 연결부가 국부적으로 매립되어 있다. 광전 소자는 냉각체를 더 포함하고, 상기 냉각체는 적어도 하나의 연결부와 결합하며, 이때 하우징 몸체는 플라스틱 물질을 포함하여 형성되고, 하우징 몸체는 개구부를 포함하며, 상기 개구부에 상기 냉각체가 국부적으로 자유롭게 접근 가능하고, 적어도 하나의 광전 반도체칩은 상기 개구부에서 상기 냉각체상에 배치되며, 연결부 중 적어도 2개는 각각 하나의 칩측 세그먼트를 포함하고, 상기 세그먼트는 적어도 하나의 광전 반도체칩을 향해 있다. 이때 적어도 2개의 연결부의 칩측 세그먼트는 공통의 평면에 배치된다.
종합적으로, 이러한 광전 소자는 한편으로 매우 간단히 제조될 수 있다는 특징이 있다. 예를 들면, 광전 소자의 연결부는 소자의 제조 시 캐리어 스트립 결합물에서 제공될 수 있다. 연결부의 칩측 세그먼트가 공통의 평면에 배치되는 경우의 캐리어 스트립 결합물은 매우 간단히 가공될 수 있다. 광전 소자는 예를 들면 "릴투릴(rill to rill)" 방법과 같은 연속적 방법으로 제조될 수 있다.
적어도 연결부 중 하나와 결합하는 냉각체는 광전 반도체칩으로부터 생성된 열을 매우 효율적으로 소산시킬 수 있는 광전 소자를 구현한다.
냉각체가 광전 반도체칩으로부터 생성된 열을 매우 효율적으로 소산시킨다는 점에 의해, 하우징 몸체로서 단순한 플라스틱 물질이 사용될 수 있는데, 이때 - 냉각체를 통한 양호한 열 유도에 의해 - 하우징 몸체용의 플라스틱 물질의 온도 안정성에 대한 요건이 높지 않아도 된다. 특히, 이 경우 하우징 몸체로서 고가의 세라믹 물질이 생략될 수 있다.
또한, 플라스틱 물질이 사용되면, 예를 들면 사출 성형을 이용하여 하우징 몸체를 적합하고 기술적으로 간단히 구현 가능한 형상으로 제조할 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 하우징 몸체의 플라스틱 물질은 에폭시 수지를 가리킨다. 즉 하우징 몸체는 에폭시 수지로 구성되거나 이것을 포함한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 하우징 몸체의 플라스틱 물질은 실리콘으로 구성되거나 실리콘을 포함한다.
또한, 하우징 몸체의 플라스틱 물질은 실리콘-에폭시 수지 하이브리드 물질일 수 있다. 예를 들면, 이러한 하이브리드 물질은 50%의 에폭시 수지와 50%의 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 플라스틱 물질은 열 팽창 계수의 감소 및/또는 부착 증진을 위해 역할하는 충전제를 포함할 수 있다.
상기 언급한 플라스틱 물질은 간단히 가공될 수 있어 광전 소자가 비용 효과적으로 제조된다는 특징이 있다. 또한, 특히 실리콘은 광전 소자로부터 생성되는 전자기 복사에 대하여 더욱 내구성이 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 냉각체는 덮개면을 포함하고, 상기 덮개면상에 적어도 하나의 광전 반도체칩이 제공된다. 냉각체는 바닥면을 더 포함하고, 바닥면은 덮개면과 반대 방향을 향해 있다. 냉각체의 바닥면을 이용하여 광전 소자는 소자를 위한 실장면상에 고정될 수 있다. 광전 반도체칩으로부터 생성된 열은 매우 효율적으로 덮개면으로부터 바닥면으로, 그리고 바닥면으로부터 실장면으로 발산된다. 또한, 냉각체는 적어도 하나의 측면을 가지며, 상기 측면은 덮개면과 바닥면을 상호 연결한다.
예를 들면, 냉각체는 육면체로 형성된다. 냉각체의 측면은 육면체의 측면으로 제공된다.
예를 들면, 측면은 하우징 몸체의 플라스틱 물질을 포함하지 않는다. 즉, 냉각체는 하우징 물질에 의해 완전히 둘러싸일 필요는 없으며, 냉각체의 적어도 하나의 측면 또는 전체 측면은 하우징 몸체를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 냉각체의 바닥면은 하우징 몸체를 포함하지 않는다. 이러한 방식으로, 냉각체는 광전 반도체칩으로부터 구동 시 생성된 열을 매우 효율적으로 주변으로 발산시킬 수 있는데, 열은 하우징 몸체의 플라스틱 물질을 통해 안내되지 않아도 되기 때문이다. 극단적인 경우, 냉각체는 상기 냉각체의 덮개면에서만 국부적으로 하우징 몸체에 의해 덮인다. 나머지의 면 부분, 특히 냉각체의 측면과 바닥면은 하우징 몸체의 플라스틱 물질을 포함하지 않는다.
또는, 냉각체가 상기 냉각체의 측면 및 바닥면에서 하우징 물질에 의해 완전히 덮여 있을 수 있다. 이 경우, 방열은 불량해지긴 하나, 다른 한편으로 하우징 물질과 냉각체 간의 부착이 개선될 수 있다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 냉각체는 고정 세그먼트를 포함한다. 이러한 고정 세그먼트에서 냉각체는 광전 소자를 위한 실장면과 기계적으로 결합할 수 있다. 바람직하게는, 냉각체의 고정 세그먼트는 래터럴 방향에서 하우징 몸체보다 돌출한다. 즉, 냉각체는 이 경우에 하우징 몸체와 맞닿아 형성되지 않고, 하우징 몸체로부터 래터럴 방향으로 그 둘레에 돌출하는 것이 아니라, 적어도 한 부분에서 - 냉각체의 고정 세그먼트에서 - 냉각체가 래터럴 방향으로 하우징 몸체보다 돌출하는 것이다. 그 결과, 냉각체는 이 경우에 더 확대된 면을 가지게 되어, 주변으로의 열 소산이 개선되는데, 광전 반도체칩으로부터 생성된 열이 더 큰 면을 경유하여 발산될 수 있기 때문이다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 냉각체는 고정 세그먼트에서 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 고정 수단을 수용하기 위해 제공된다. 개구부는 예를 들면 리세스, 관통홀, 홈 또는 보어(bore)를 가리킬 수 있다. 개구부안에 고정 수단이 맞물린다. 고정 수단은 예를 들면 클램프 장치 또는 다월(dowel) 또는 나사를 가리킨다. 고정 수단은 냉각체의 개구부와 맞물리며, 냉각체 및 전체 광전 소자를 광전 소자를 위한 실장면과 기계적으로 고정된 방식으로 결합시킨다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 연결부는 칩측의 세그먼트와 반대 방향을 향해 있는 연결 세그먼트에서 솔더 러그(solder lug)로서 형성된다. 즉, 광전 소자는 예를 들면 전기적 연결을 위해 적어도 하나의 솔더 러그를 구비한 솔더 아이렛(solder eyelet)을 포함한다. 이러한 점은, 특히 고정 세그먼트에서 하우징 몸체보다 래터럴 방향으로 돌출하고 고정 세그먼트에서 개구부를 가지며 상기 개구부가 고정 수단을 수용하게 위해 제공되는 냉각체와 함께 사용될 때 더욱 유리한 것으로 확인되었다. 이 경우, - 연결부에 의한 - 전기적 연결은 - 냉각체의 고정 세그먼트에 의한 - 광전 소자의 기계적 고정과는 분리될 수 있다.
솔더 러그에 대해 대안적으로, 연결부의 연결 세그먼트가 플러그 결합을 위한 플러그로서 형성될 수 있다. 이 경우, 광전 소자는 가역적 플러그 결합에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 가역적이란, 전기적 연결이 파괴 없이 형성 및 중단될 수 있음을 의미한다.
연결 세그먼트에서 솔더 러그 또는 플러그 결합의 플러그로서 형성된 연결부는 특히 냉각체의 고정 세그먼트에 대해 횡방향으로 연장된다. 예를 들면, 고정 세그먼트의 주 연장 방향 및 연결부의 주 연장 방향은 상호간 예각 또는 직각을 이룬다. 이러한 점은, 광전 소자의 기계적 접촉과 전기적 접촉의 분리를 용이하게 한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 적어도 3개의 연결부를 포함한다. 바람직하게는, 광전 소자는 광전 소자에 존재하는 광전 반도체칩의 수의 2배에 해당하는 수의 연결부를 포함한다. 즉, 광전 소자에 예를 들면 4개의 반도체칩이 배치되면, 광전 소자는 8개의 연결부를 포함할 수 있다. 이러한 점은, 광전 반도체칩들 각각이 광전 소자의 다른 광전 반도체칩과 별도로 제어될 수 있도록 한다.
이때, 연결부들 중 적어도 2개는 냉각체와 결합하고, 예를 들면 용접될 수 있다. 냉각체와 결합한 연결부는 냉각체와 동일한 전기 전위에 위치하는 것이 바람직하다. 광전 소자가 예를 들면 8개의 연결부를 포함하면, 바람직하게는 연결부들 중 4개는 냉각체와 전기 전도적으로 결합하고 상기 냉각체와 용접된다. 광전 소자의 반도체칩은 냉각체에 의해 n측에서 전기 접촉될 수 있다. 각각의 광전 반도체칩에는 하나의 연결부가 부속하며, 이 연결부는 냉각체와 결합하지 않고 상기 연결부에 의해 광전 반도체칩이 p측에서 접촉될 수 있다. 매우 일반적으로, 예를 들면 모든 연결부의 절반은 냉각체와 기계적으로 고정된 방식으로, 그리고 전기 전도적으로 결합될 수 있다. 연결부의 나머지 절반은 냉각체와 전기 전도적으로 결합하지 않고, 냉각체로부터 전기적으로 절연된다.
이와 같은 구성은 - 상대적으로 많은 수의 연결부가 냉각체와 결합함으로써 - 매우 높은 기계적 안정성을 특징으로 한다.
광전 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 소자는 4개 이상의 반도체칩을 포함한다. 광전 반도체칩은 냉각체의 덮개면상에 제공된다. 본원에서는 많은 수의 광전 반도체칩이 사용될 수 있는데, 광전 반도체칩으로부터 구동 시 생성되는 열이 냉각체에 의해 매우 효율적으로 외부를 향하여 발산될 수 있기 때문이다.
적어도 일 실시예에 따르면, 냉각체는 밑면을 포함하고, 상기 밑면은 하우징 몸체의 밑면의 적어도 90%이다. 이때, 냉각체가 하우징 몸체보다 더 큰 밑면을 가질 수도 있다. 이와 같이 큰 냉각체는, 소자의 광전 반도체칩으로부터 구동 시 생성된 열이 매우 큰 면에 걸쳐 분포할 수 있다는 특징이 있다.
또한, 광전 소자의 제조 방법이 제공된다. 바람직하게는, 본 명세서에 기술된 바와 같은 광전 소자는 상기 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 즉, 광전 소자와 관련하여 개시된 특징은 본 명세서에 기술되는 방법을 위해서도 개시된다.
광전 소자를 제조하기 위한 방법의 적어도 일 실시예에 따르면, 소자는 이하의 순서에 따른 이하의 방법적 단계를 포함한다:
적어도 2개의 연결부를 제공하는 단계,
적어도 하나의 연결부와 냉각체를 결합하는 단계,
연결부가 국부적으로 매립되어 있는 하우징 몸체를 생성하고, 이때 하우징 몸체에는 냉각체를 위한 개구부가 제공되도록 하는 단계, 및
적어도 하나의 광전 반도체칩을 하우징 몸체의 개구부에서 냉각체상에 고정하는 단계.
즉, 기술된 방법에서, 하우징 몸체는 반도체칩이 냉각체 몸체상에 고정되기 전에 생성된다. 하우징 몸체에서, 개구부는 노출되어 있으며, 상기 개구부에서 냉각체의 덮개면이 자유롭게 접근 가능하다. 하우징 몸체의 제조 이후, 이러한 개구부에 반도체칩이 삽입된다. 하우징 몸체는 예를 들면 사출 성형 방법 또는 이송 성형 방법을 이용하여 생성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법의 적어도 일 실시예에 따르면, 연결부는 제조 동안 캐리어 스트립 결합물에 배치된다. 즉, 연결부는 캐리어 스트립(리드프레임 또는 도체 프레임이라고도 함)- 결합물에 존재한다. 연결부는 연속적인 방법으로 가공될 수 있고, 예를 들면 릴투릴(reel to reel) 방법으로 가공될 수 있다.
예를 들면, 광전 소자의 제조 시, 우선 냉각체가 특정한 수의 연결부와 기계적으로 결합한다. 이러한 점은 포인트 용접에 의해 수행될 수 있다. 이어서, 각각의 광전 소자를 위해 하우징 몸체가 제조되되, 제조될 소자의 연결부가 국부적으로 하우징 몸체에 매립되도록 제조된다. 이후, 광전 반도체칩은 각 소자를 위해 하우징 몸체의 개구부에서 그에 부속한 냉각체상에 실장된다. 마지막으로, 캐리어 스트립 결합물이 개별 광전 소자들로 개별화될 수 있다.
이하, 본 명세서에 기술된 광전 소자는 실시예들 및 그에 속한 도면들에 의거하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a는 본 명세서에 기술된 광전 소자의 제1실시예를 개략적 사시도로 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 기술된 광전 소자의 제1실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 기술된 광전 소자의 제2실시예를 개략적 사시도로 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 기술된 광전 소자의 제1실시예를 개략적 단면도로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 기술된 광전 소자의 제2실시예를 개략적 사시도로 도시한다.
동일하거나, 동일한 방식이거나 동일한 효과를 가진 요소는 도면에서 동일한 참조번호를 가진다. 도면 및 도면에 도시된 요소들간의 크기비는 정확한 치수에 따른 것으로 볼 수 없다. 오히려, 개별 요소는 더 나은 표현 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 도시되어 있을 수 있다.
도 1a와 관련하여 기술된 광전 소자(1)는 4개의 광전 반도체칩(5)을 포함한다. 광전 반도체칩(5)은 본원에서 발광다이오드칩을 가리킨다. 광전 반도체칩(5)은 냉각체(4)의 덮개면(41)상에 제공된다. 냉각체(4)는 본원에서 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성된다.
또한, 냉각체(4)는 본 명세서에 기술된 광전 소자에서 매우 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 두께(D)는 0.8 mm와 2.0 mm사이이며, 예를 들면 1.2 mm 내지 1.6 mm의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 냉각체(4)는 구리를 소재로 하며, 이는 양호한 열 전도도 및 상대적으로 낮은 비용이라는 특징이 있다.
광전 소자(1)는 8개의 연결부(2)를 더 포함한다. 각각의 연결부(2)는 연결 세그먼트(2a)를 포함하고, 상기 연결 세그먼트에 의해 광전 소자(1)는 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 각각의 연결부(2)는 하우징 세그먼트(2b)를 포함하고, 상기 하우징 세그먼트에서 연결부(2)는 하우징 몸체(3)의 물질에 매립되어 있다. 또한, 각각의 연결부(2)는 칩측의 세그먼트(2c)를 포함한다. 칩측의 세그먼트(2c)는 국부적으로 하우징 물질(3)에 의해 덮이지 않으며, 광전 반도체칩(5)을 향해 있다. 전체의 칩측 세그먼트(2c)는 공통의 평면에 배치된다. 즉, 연결부 중 어느 것도 칩측의 세그먼트(2c)의 영역에서 다른 연결부보다 돌출하지 않는다. 하우징 몸체는 개구부(30)를 포함하고, 상기 개구부에서 냉각체(4)는 자유롭게 접근 가능하다. 이러한 개구부(30)에서 광전 반도체칩(5)은 냉각체상에 배치된다.
개구부(30)는 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 그러므로, 개구부(30)는 광전 반도체칩(5)의 칩면들의 합의 3배이상일 수 있다. 단일의 광전 반도체칩(5)이 사용되면, 개구부(30)의 크기는 예를 들면 칩 크기의 4배일 수 있다. 개구부(30)와 칩면들의 합 사이의 면적비가 작을 수록 냉각체상에 더 많은 수의 칩이 실장된다.
광전 소자(1)의 각 측에 위치한 최외부 연결부(2)는 냉각체(4)와 기계적으로 결합한다. 예를 들면, 이러한 연결부(2)는 포인트 용접을 이용하여 냉각체와 결합한다. 나머지 연결부들은 냉각체로부터 전기적으로 분리된다. 예를 들면, 하우징 몸체(3)의 물질은 냉각체(4)와 연결부(2) 사이의 이러한 영역들에 위치할 수 있으며, 이는 도 1b를 참조한다.
또한, 하우징 몸체(3)는 4개의 리세스(31)를 포함한다. 리세스(31)는 다월 또는 나사를 수용하는 역할을 하며, 이러한 다월 또는 나사를 이용하여 광전 소자가 실장면상에서 조정되거나/조정되고 고정될 수 있다.
하우징 몸체(3)를 위한 하우징 물질로서 바람직하게는 플라스틱 물질이 사용된다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘과 에폭시 수지로 이루어진 하이브리드 물질 또는 실리콘 성형 물질이 사용될 수 있다. 하우징 물질은 충전제를 포함할 수 있고, 충전제는 물질의 기계적 및 광학적 특성과 경우에 따라서 포팅 물질(미도시)과의 부착 특성을 가진다. 광전 반도체칩은 포팅 물질로 포팅된다. 또한, 하우징 물질은 연결부(2)에의 부착을 개선하는 충전제를 포함할 수 있다. 하우징 몸체(3)는 연결부(2)를 위한 덮개로서 역할하며, 냉각체(4)와 함께 광전 소자의 하우징을 형성한다.
하우징 몸체(3)의 기계적 특성을 조절하기 위해, 하우징 물질은 예를 들면 유리 섬유 및/또는 무기 충전제를 포함할 수 있다.
하우징 물질의 개구부(30)에 위치한 광전 반도체칩은 자외선부터 적외선까지의 파장 영역에서 전자기 복사를 방출하기에 적합하다. 예를 들면, 광전 반도체칩은 청색광 또는 자외광 방출 발광다이오드칩을 가리킨다. 광전 반도체칩들 다음에 발광 변환 물질이 배치되며, 상기 발광 변환 물질은 생성된 복사의 적어도 일부를 다른 파장의 광으로 변환한다. 이러한 방식으로, 광전 소자로부터 특히 백색의 혼합광이 방출될 수 있다.
하우징 몸체(3)는 검은색으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징 물질은 하우징 몸체(3)를 복사 흡수성으로 형성하기 위해 그을음을 포함할 수 있다.
또한, 하우징 몸체(3)는 투과성인 투명 플라스틱 물질로 형성될 수 있다.
또한, 하우징 몸체(3)는 예를 들면 적합한 충전제 입자 - 상기 입자는 예를 들면 산화티타늄을 포함할 수 있음 - 가 첨가되어 반사성으로 형성되거나 백색으로 형성될 수 있다.
하우징 몸체(3)는 광전 반도체칩(5)쪽으로 원주형 벽(32)을 포함한다. 원주형 벽(32)은 반도체칩(5)으로부터 측면 방출된 복사를 차폐하는 역할을 한다. 이때의 복사는 예를 들면 발광 변환 물질에 의해 변환되지 않았다. 발광 변환 물질은 이 경우 냉각체(4)와 반대 방향을 향해 있는 반도체칩(5)의 상측에 위치할 수 있다.
광전 반도체칩은 예를 들면 박막 구조의 반도체칩을 가리킬 수 있으며, 상기 반도체칩에서 성장 기판이 제거되어 있거나 적어도 얇아져 있다. 이러한 소위 박막칩은 특히, 상기 칩이 구동 시 생성된 전자기 복사의 대부분을 상기 칩의 상측을 통해서만 발산한다는 특징이 있다. 이러한 박막칩은 측면에서 전자기 복사를 거의 방출하지 않거나 전혀 방출하지 않는다.
광전 반도체칩(5)으로부터 생성된 전자기 복사로부터 하우징 몸체(3)를 보호하기 위해, 하우징 몸체는 전자기 복사가 발생할 수 있는 부분들에서 거울 코팅되거나 코팅물 또는 필름에 의해 보호될 수 있다.
하우징 몸체(3)에 통합되어, 즉 하우징 물질에 의해 포팅되거나 둘러싸여서 예를 들면 다른 비광전 소자들이 위치할 수 있다. 예를 들면, 이러한 소자들은 ESD 보호다이오드, 배리스터, 온도센서 및/또는 조정 및 제어용 전자 장치를 가리킬 수 있다.
또한, 광전 소자는 복사 방출 광전 반도체칩뿐만 아니라 복사 수신 광전 반도체칩(5)도 포함할 수 있다. 소자는 예를 들면 반사광 배리어의 형성을 위해 제공된다. 광전 소자는 특히 이 경우에 하우징 몸체(3)에서 복수 개의 개구부들(30)을 포함할 수 있다. 그러므로, 예를 들면 포토다이오드와 같은 검출기칩, 그리고 예를 들면 레이저다이오드 또는 발광다이오드와 같은 방출기칩은 하우징 몸체(3)의 서로 다른 개구부들(30)에 배치될 수 있다. 칩들은 칩들 사이에 배치된 하우징 몸체(3)의 물질에 의해 광학적으로 서로 분리된다.
도 2와 관련하여, 본 명세서에 기술된 소자의 다른 실시예가 개략적 사시도에 의거하여 더욱 상세하게 설명된다. 이러한 실시예에서, 냉각체(4)는 하우징 몸체(3)보다 더 큰 밑면을 가진다. 냉각체(4)는 고정 세그먼트(44)를 포함하고, 상기 고정 세그먼트는 하우징 몸체보다 래터럴 방향으로 돌출한다. 고정 세그먼트(44)에 개구부(45)가 배치되고, 상기 개구부는 고정 수단(6)을 수용하는 역할을 한다. 고정 수단(6)은 예를 들면 나사를 가리키며, 나사를 이용하여 광전 소자는 실장면상에 고정될 수 있다. 또는 소자가 예를 들면 실장면상에 클램핑될 수 있다.
소자는 2개의 연결부(2)를 더 포함하고, 상기 연결부는 각각 솔더 러그로서 형성된다. 냉각체(4)의 고정 세그먼트(44)를 이용한 소자의 기계적 고정은 연결부(2)의 솔더 러그를 이용한 전기 접촉과 분리된다. 연결부(2)는 상기 연결부가 냉각체(4)에 대하여 횡방향으로 연장되도록 배치된다. 솔더 러그에 대해 대안적으로, 연결부(2)는 플러그 결합을 위한 플러그로서 형성될 수 있다.
종합적으로, 도면과 관련하여 기술된 바와 같은 광전 소자는 표면 실장형(SMT) 소자로서 형성되지 않는다. 특히, 도 2와 관련하여 기술된 바와 같은 소자에서 냉각체에 의한 열 전도 경로는 연결부(2)에 의한 전기 전도와 분리된다.
본 명세서에 기술된 광전 소자는, 특히, 매우 합리적 가격의 제조 및 매우 효과적인 방열을 특징으로 한다. 소자는 연속적인 릴투릴 방법으로 제조될 수 있다. 소자는, 반도체칩(5)과 직접 결합하여 매우 대면적으로 형성될 수 있는 냉각체(4)에 의해 매우 양호한 방열을 구현한다.
히트 싱크는 특히 도 2의 실시예에서 연결부(2)로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 이 경우, 연결부(2)와 냉각체(4) 사이에 하우징 몸체(3)의 물질이 배치된다. 연결부(2)와 냉각체(4)간의 기계적 결합은 예를 들면 하우징 몸체(3)에 의해 수행되며, 상기 하우징 몸체는 냉각체(4)를 상기 냉각체의 측면에서, 그리고 경우에 따라서 상기 냉각체의 바닥면(42)에서 적어도 국부적으로 또는 완전히 덮을 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이러한 점은 특히, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 제공되지 않더라도 특허청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포함한다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 045925.9의 우선권을 청구하며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
Claims (14)
- 소자(1)의 전기 접촉을 위한 적어도 2개의 연결부(2);
상기 연결부(2)가 국부적으로 매립되어 있는 하우징 몸체(3);
상기 연결부(2) 중 적어도 하나와 결합한 냉각체(4)
를 포함하고,
이때 상기 하우징 몸체(3)는 플라스틱 물질을 포함하여 형성되고, 상기 하우징 몸체(3)는 개구부(30)를 포함하며 상기 개구부에서 상기 냉각체(4)가 국부적으로 자유롭게 접근 가능하며,
적어도 하나의 광전 반도체칩(5)은 상기 개구부(30)에서 상기 냉각체(4)상에 배치되고, 그리고
상기 연결부(2) 중 적어도 2개는 각각 하나의 칩측 세그먼트(2c)를 포함하고, 상기 세그먼트는 적어도 하나의 광전 반도체칩(5)을 향해 있으며, 이때 상기 적어도 2개의 연결부(2)의 칩측의 세그먼트(2c)는 공통의 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자(1). - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징 몸체(3)의 플라스틱 물질은 에폭시 수지이거나 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 하우징 몸체(3)의 플라스틱 물질은 실리콘이거나 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각체(4)는,
상기 적어도 하나의 광전 반도체칩(5)이 위에 제공된 덮개면(41);
상기 덮개면(41)과 반대방향을 향해 있는 바닥면(42); 및
상기 덮개면(41)과 상기 바닥면(42)을 상호 연결하는 측면(43)
을 포함하고,
이때 상기 측면(43)은 상기 하우징 몸체(3)의 플라스틱 물질을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각체(4)는 상기 냉각체(4)의 고정 세그먼트(44)에서 상기 하우징 몸체(3)보다 래터럴 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 냉각체(4)는 고정 세그먼트(44)에서 개구부(45)를 포함하고, 상기 개구부는 고정 수단(6)을 수용하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부(2) 중 적어도 하나는 상기 연결부의 칩측 세그먼트(2c)와 반대 방향을 향해 있는 연결 세그먼트(2a)에서 솔더 러그(solder lug)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부(2) 중 적어도 하나는 상기 연결부의 칩측 세그먼트(2c)와 반대 방향을 향해 있는 연결 세그먼트(2a)에서 플러그 결합용 플러그로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부(2) 중 적어도 하나는 상기 연결부의 연결 세그먼트(2a)에서 상기 냉각체(4)의 고정 세그먼트(44)에 대해 횡방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 3개의 연결부(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 10에 있어서,
적어도 2개의 연결부(2)는 상기 냉각체(4)와 용접되는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 4개의 광전 반도체칩들(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자. - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 광전 소자의 제조 방법에 있어서,
적어도 2개의 연결부(2)를 제공하는 단계,
적어도 하나의 연결부(2)와 냉각체(4)를 결합하는 단계,
상기 연결부(2)가 국부적으로 매립되어 있는 하우징 몸체(3)를 생성하고, 이때 상기 하우징 몸체(3)에 상기 냉각체(4)를 위한 개구부(30)가 구비되도록 하는 단계, 및
적어도 하나의 광전 반도체칩(5)을 상기 하우징 몸체(3)의 개구부(30)에서 상기 냉각체(4)상에 고정하는 단계를 위 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 연결부(2)는 캐리어 스트립 결합물에 제공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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