KR20200102984A - 광전자 반도체 부품, 및 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에서, 광전자 반도체 부품(1)은 복사선 생성을 위한 반도체 칩(2) 및 무기 하우징(3)을 포함한다. 반도체 칩(2)은 기밀하게 밀봉된 방식으로 하우징(3) 내에 수용된다. 하우징(3)은 바람직하게는 세라믹 베이스 패널(31), 커버 패널(33), 및 적어도 하나의 바람직하게는 세라믹 하우징 링(32), 및 복수의 전기 비아(via)(51)를 포함한다. 반도체 칩(2)이 위치되어 있는 리세스(15)가 하우징 링(32)에 의해 형성된다. 베이스 패널(31)은 부품 하부 면(11) 상에 복수의 전기 단자 표면(35)을 포함한다. 복수의 비아(51)는 각각 베이스 패널(31)을 통해, 커버 패널(33)을 통해, 그리고 하우징 링(32)을 통해 연장된다. 베이스 패널(31), 하나의 하우징 링(32), 및 커버 패널(33)은 연속적인 둘레 방향 무기 밀봉 프레임(6)을 통해 서로 고정 방식으로 연결된다. 마지막으로, 하우징(3)은 복사선 방출을 위한 복사선 출구 영역(34)을 포함한다.
Description
본 발명에서는 광전자 반도체 부품이 제공된다. 또한, 본 발명에서는 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법이 제공된다.
공개 공보 DE 10 2015 208 704 A1호는 세라믹 하우징을 갖는 광전자 반도체 부품을 설명한다.
공개 공보 DE 10 2009 005 709 A1호에는 세라믹을 갖는 하우징을 포함하는 광전자 반도체 부품이 제공되어 있다.
달성해야 할 과제는, 기밀하게 밀봉된 하우징을 갖는, 효율적으로 제조될 수 있는 광전자 반도체 부품을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 특히 독립 청구항의 특징을 갖는 광전자 반도체 부품에 의해, 그리고 제조 방법에 의해 달성된다. 바람직한 개발예들은 종속 청구항의 주제이다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 부품은 하나 이상의 반도체 칩을 포함한다. 적어도 하나의 반도체 칩은 복사선 생성을 위해 제공된다. 바람직하게는, 반도체 칩은 레이저 다이오드이고, 대안적으로 반도체 칩은 발광 다이오드일 수 있다. 특히, 반도체 칩은 근자외선, 가시광선 또는 근적외선을 생성하기 위해 구성된다. 바람직하게는, 반도체 칩은 청색 광을 생성한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 부품은 하우징을 포함한다. 하우징은 무기 재료로 이루어진다. 즉, 바람직하게는 하우징은 하우징의 내부에서 외부를 향해, 플라스틱과 같은 유기 재료, 특히 에폭시 또는 에폭시 기반 재료로 형성되는 연속적인 연결 라인을 포함하지 않는다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 기밀하게 밀봉되고, 반도체 칩은 기밀하게 캡슐화되어 하우징 내에 수용된다. 즉, 하우징의 내부와 외부 사이에는, 산소 또는 수증기와 같은 물질의 상당한 교환이 발생하지 않는다. 기밀하게 밀봉하는 것은, 예를 들어 누출율이 특히 실온에서 최대 5 x 10-9 Pa m/s인 것을 의미한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 베이스 패널을 포함한다. 베이스 패널에 의해, 반도체 부품의 부품 하부 면이 형성된다. 부품 하부 면은 바람직하게는, 반도체 부품이 예를 들어 표면 장착을 통해 외부 캐리어에 부착될 수 있게 하는 반도체 부품의 장착 측면이다. 이에 대응하여, 베이스 패널은 바람직하게는 부품 하부 면 상에 위치되는 복수의 전기 단자 표면을 포함하고, 이를 통해 반도체 부품이 예를 들어 납땜 또는 전기 전도성 접착에 의해 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 연결될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널은 세라믹 패널이다. 즉, 베이스 패널은 바람직하게는 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 또는 탄화규소와 같은 하나 이상의 세라믹으로 이루어진다. 대안적으로, 베이스 패널은 유리, 또는 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 재료로 또한 이루어질 수도 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 커버 패널을 포함한다. 커버 패널에 의해, 부품 하부 면에 대향하여 위치되는, 반도체 부품의 부품 상부 면이 형성 된다. 커버 패널은 바람직하게는 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함하는데, 그러나 하나 이상의 유리 또는 반도체 재료를 또한 포함하거나 또는 이들로 이루어질 수도 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 하나 이상의 하우징 링을 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 하우징 링은 베이스 패널과 유사하게 적어도 하나의 세라믹 재료로 이루어진다. 대안적으로, 하우징 링은 유리, 또는 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 재료로 또한 이루어질 수도 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징 링 또는 복수의 하우징 링이 베이스 패널과 커버 패널 사이에 위치된다. 즉, 베이스 패널 및 커버 패널은 적어도 하나의 하우징 링에 의해 서로 이격되어 배치되고, 하우징 링을 통해 서로 연결된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널 및 적어도 하나의 하우징 링은 동일한 재료로 이루어진다. 선택적으로, 커버 패널도 또한 동일한 재료로 이루어지는데, 그러나 바람직하게는 커버 패널의 재료는 베이스 패널 및 적어도 하나의 하우징 링의 재료와는 상이하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 복수의 전기 비아(via)를 포함한다. 이 경우, 비아는 베이스 패널 내에 뿐만 아니라 커버 패널 내에도 또한, 그리고 적어도 하나의 하우징 링 내에 위치된다. 이것은 비아가 부품 하부 면에서 부품 상부 면까지 연속적으로 그리고/또는 직선으로 연장되는 것을 꼭 필요로 하는 것은 아니다. 즉, 비아 내에 단차가 형성될 수 있고 그리고/또는 비아는 부품 하부 면에서 부품 상부 면까지 단지 구간별로만 연장될 수도 있다. 바람직하게는, 부품 하부 면에서 부품 상부 면까지의 적어도 하나의 연속적인 전기 연결이 제공되며, 이러한 연속적인 전기 연결은 전기 비아 중 적어도 하나에 의해 구현된다. 비아는 부품 하부 면에 대해 적어도 부분적으로 횡단 방향으로, 특히 수직으로 연장된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 하우징 링에 의해 리세스가 형성된다. 리세스는 바람직하게는 측면 방향으로 하우징 링에 의해 완전히 또는 실질적으로 완전히 둘러싸인다. 베이스 표면 및 리세스의 상부 면은 바람직하게는 베이스 패널 및 커버 패널에 의해 형성된다. 적어도 하나의 반도체 칩은 리세스 내에 부착된다. 리세스로부터 특히 반도체 칩의 전기 접촉이 비아를 통해 수행된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 비아 또는 비아 중 적어도 일부는 리세스로부터 부분적으로 또는 완전히 이격되어 연장된다. 즉, 이러한 비아는 정상적으로는 리세스의 내부로부터 접근할 수 없게 된다. 특히, 해당 비아는 리세스 내에서 반도체 칩과 같은 반도체 부품의 전기적 컴포넌트에 전기적으로 연결되지 않는다. 해당 비아, 바람직하게는 2개 또는 2개 초과의 비아는 리세스로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널, 적어도 하나의 하우징 링 및 커버 패널은 밀봉 프레임을 통해 서로 고정 방식으로 연결된다. 밀봉 프레임은 금속 또는 유리와 같은 무기 재료로 이루어진다. 밀봉 프레임은 특히 연속적인 둘레 방향 프레임이고, 이는 평면도로 볼 때 하나 이상의 연속적인 트랙으로 대응하는 베이스 패널, 커버 패널 및/또는 하우징 링의 내부 영역 주위로 연장된다. 특히, 밀봉 프레임은 베이스 패널, 커버 패널 및 적어도 하나의 하우징 링을 서로 기계적으로 연결하는 유일한 컴포넌트이다. 밀봉 프레임은 베이스 패널, 커버 패널 및 적어도 하나의 하우징 링 사이에서의 기밀 밀봉 방식의 연결 요소이다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 하나 이상의 복사선 출구 영역을 포함한다. 바람직하게는, 복사선 출구 영역은 커버 패널 내에 위치되지만, 그러나 대안적으로 베이스 패널 내에 또는 하우징 링 내에 또한 부착될 수도 있다. 또한, 복사선 출구 영역은 복수의 하우징 컴포넌트, 예를 들어 커버 패널, 및 하우징 링 중 하나를 통해 연장되는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시예에서, 광전자 반도체 부품은 복사선 생성을 위한 적어도 하나의 반도체 칩 및 무기 하우징을 포함한다. 반도체 칩은 하우징 내에 기밀하게 밀봉된 방식으로 수용되어 있다. 하우징은 세라믹 베이스 패널, 커버 패널, 및 베이스 패널과 커버 패널 사이의 적어도 하나의 세라믹 하우징 링, 및 복수의 전기 비아를 포함한다. 하우징 링에 의해, 반도체 칩이 위치되어 있는 리세스가 형성된다. 베이스 패널은 반도체 부품의 외부 전기 접촉을 위해 부품 하부 면 상에 복수의 전기 단자 표면을 포함한다. 베이스 패널을 통해, 커버 패널을 통해, 그리고 하우징 링을 통해 부품 하부 면에 대해 횡단 방향으로 복수의 비아가 각각 연장된다. 이들 비아 또는 이들 비아 중 적어도 일부는 바람직하게는 리세스로부터 이격되어 연장된다. 베이스 패널, 적어도 하나의 하우징 링 및 커버 패널은 연속적인 둘레 방향 무기 밀봉 프레임을 통해 서로 고정 방식으로 연결된다. 마지막으로, 하우징은 복사선 방출을 위한 복사선 출구 영역을 포함한다.
복사선 방출을 위한 광전자 반도체 부품은 환경 조건 하에, 예를 들어 환경 영향으로부터 반도체 칩을 보호하기 위해 밀봉식 캡슐화를 전제로 하는 자동차 영역에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 점점 더 많은 개수의 이러한 반도체 부품이 예를 들어 모바일 전화에 설치되고 있기 때문에, 대응하는 하우징은 대량 생산에 적합하게 그리고 비용 효율적으로 제조되어야 한다.
여기에 설명되는 반도체 부품에 의해, 반도체 칩의 기밀한 밀봉이 달성될 수 있다. 이 경우, 해당 하우징은 무기 재료로 형성된다. 또한, 하우징은 특히 비아에 의해, 전도체의 3차원 라우팅을 가능하게 한다.
하우징에는 예를 들어 반도체 레이저, 발광 다이오드, 센서, 집적 회로, 약어로 IC, 주문형 집적 회로, 약어로 ASIC, 광학 필터와 같은 광학 요소 및/또는 형광 물질과 같은 광 변환 요소와 같은 상이한 전기 컴포넌트들이 통합될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 하우징은 패널 공정 및/또는 웨이퍼 공정에서 병렬적으로 처리될 수 있으므로, 보다 비용 효율적인 제조가 가능해진다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 하우징을 통해 전기 컴포넌트들의 통합 옵션을 통한 소형화가 가능해진다. 이미 언급된 레이저 다이오드, 발광 다이오드, IC 또는 ASIC 외에도, 저항기, 커패시터, 인덕터 또는 정전기 방전으로부터 보호하기 위한 장치와 같은 수동 전기 컴포넌트가 또한 하우징 내에, 특히 리세스 내에 수용될 수 있고, 대안적으로 또는 추가적으로 윈도우, 필터, 미러, 프리즘 및/또는 렌즈와 같은 광학 요소가 수용될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 부품은 하우징 링을 복수 개 포함한다. 하우징 링은 바람직하게는 서로 적층 배치되고, 이러한 하우징 링으로 이루어진 적층에 의해 베이스 패널과 커버 패널이 서로 이격되고, 이러한 적층을 통해 서로 연결된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 밀봉 링은 리세스의 영역에서 평면도로 볼 때 서로 상이하게 형성된다. 즉, 리세스는 다양한 밀봉 링 상에서 상이한 형상을 포함한다. 대안적으로, 평면도로 볼 때 모든 하우징 링이 동일하게 설계되고 그리고/또는 서로 합치되도록 적층되는 것이 가능하다.
베이스 패널, 커버 패널 및 하우징 링 또는 복수의 하우징 링은 하우징의 측벽에서 서로 동일 높이로 제작될 수 있다. 즉, 베이스 패널, 커버 패널 및 하우징 링 또는 복수의 하우징 링은 바람직하게는 리세스로부터 멀어지는 방향으로 서로에 대해 돌출되지 않는다. 따라서, 전체적으로 매끄러운 측벽이 가능해진다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 밀봉 프레임은 금속 밀봉 프레임이다. 즉, 밀봉 프레임은 금속 또는 바람직하게는 복수의 금속으로 이루어진다. 특히, 밀봉 프레임 및 땜납 연결은, 예를 들어 재료 시스템 Au/Sn, Au/Ge, Ni/Sn 및/또는 Cu/Sn으로 이루어진다. 이러한 땜납은 특히 확산 솔더링에 적합하다. Bi/Sn/Ag, In/Sn 및/또는 Zn/Sn/In과 같은 밀봉 프레임용 재료 시스템은 마찬가지로 저온 시스템으로서도 가능하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 무기 밀봉 프레임에는 금속이 없거나 또는 실질적으로 금속이 없다. 이를 위해, 밀봉 프레임은 예를 들어 유리, 이산화규소, 또는 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체로 이루어진다. 예를 들어 양극 접합이 접합 기술로서 사용된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징 링 중 하나는 반도체 칩을 위한 장착 플랫폼이다. 즉, 반도체 칩은 하우징 링에 장착된다. 대안적으로, 반도체 칩은 복수 개의 하우징 링에 장착될 수 있다. 복수의 반도체 칩이 존재하는 경우, 이들은 하우징 링 중 하나 상에 부착될 수 있거나 또는 반도체 칩은 다양한 하우징 링들 상에 장착된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징 링에서 또는 복수의 하우징 링 중 하나에서 또는 복수 개의 하우징 링에서 또는 모든 하우징 링에서 리세스 내에서 각각 적어도 하나의 전기 접촉 표면이 위치된다. 전기 접촉 표면은 예를 들어 반도체 칩을 위해 또는 IC를 위해 그리고 본딩 와이어와 같은 전기 연결 라인을 위해 제공된다. 적어도 하나의 접촉 표면은 적어도 하나의 관련된 비아의 측면 연속부일 수 있다.
전기 접촉 표면은 부품 하부 면에 대해 평행하게 배향되는 것이 가능하고, 예를 들어 최대 20° 또는 10° 또는 5°의 공차를 갖는다. 대안적으로, 이러한 접촉 표면 또는 접촉 표면의 일부는 부품 하부 면에 대해 횡단 방향으로 배향될 수 있으며, 예를 들어 부품 하부 면에 대해 수직으로 최대 20° 또는 10° 또는 5°의 공차를 갖는다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 리세스 내에서 베이스 패널 상에 그리고/또는 커버 패널 상에 복수의 전기 접촉 표면이 위치된다. 이들 접촉 표면 중 일부 또는 모두는 반도체 칩에 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결된다. 간접적인 전기 연결은 예를 들어 해당 접촉 표면과 반도체 칩 사이에 예를 들어 IC 및/또는 드라이버가 위치되는 것을 의미한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 리세스 내에는 반도체 칩을 위한 드라이버, 집적 회로, 생성될 복사선을 위한 모니터 다이오드, 반도체 칩의 전력 조절 또는 전력 재조절을 위한 조절 회로, 복사선 출구 영역을 위한 제어 유닛 중 하나 이상의 컴포넌트가 위치된다. 바람직하게는, 이러한 컴포넌트들 중 복수 개는 리세스 내에 결합되어 존재한다. 특히, 반도체 부품의 모든 전자 컴포넌트는 리세스 내에서 기밀하게 캡슐화되어 하우징 내에 위치되는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 복사선 출구 영역은 평면도로 볼 때 커버 패널의 베이스 영역의 최대 20 % 또는 10 % 또는 5 %를 점유한다. 다르게 말하면, 복사선 출구 영역은 커버 패널의 작은 영역으로 제한된다. 특히, 이러한 경우 복사선 출구 영역은 평면도로 볼 때 생성될 복사선에 대해 불투과성인 커버 패널의 재료에 의해 둘러싸여 있다.
대안적으로, 전체 커버 패널 또는 커버 패널의 대부분이 생성될 복사선에 대해 투과성인 것이 가능하다. 이러한 경우, 복사선 출구 영역은 대부분 또는 전체 또는 실질적으로 전체 커버 패널에 걸쳐 연장될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 커버 패널은 하나 이상의 세라믹 재료를 포함한다. 예를 들어 커버 패널의 일 부분은 질화 알루미늄으로 이루어지고, 커버 패널의 다른 부분은 산화 알루미늄으로 이루어진다. 예를 들어 산화 알루미늄을 갖는 영역에는 하나 이상의 발광 물질이 위치될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 특히 커버 패널의 일부인 복사선 출구 영역은 하나 이상의 발광 물질을 포함한다. 적어도 하나의 발광 물질을 통해, 작동 시 반도체 칩에 의해 생성된 복사선은 바람직하게는 더 긴 파장을 갖는 다른 복사선으로 부분적으로 또는 전체적으로 변환된다.
특히, 다음의 발광 물질들 중 하나 이상이 사용된다: (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Sr(Ca, Sr)Si2Al2N6:Eu2 +, (Sr, Ca)AlSiN3*Si2N2O:Eu2 +, (Ca, Ba, Sr)2Si5N8:Eu2 +, (Sr, Ca)[LiAl3N4]:Eu2 +와 같은 Eu2 + 도핑된 질화물; 일반적인 시스템(Gd, Lu, Tb, Y)3(Al, Ga, D)5(O, X)12:RE으로 이루어진 가넷(garnet), 여기서 X = 할로겐화물, N 또는 2가 원소, D = 3가 또는 4가 원소 및 RE = 희토류 금속, 예를 들어 Lu3(Al1-xGax)5O12:Ce3 +, Y3(Al1-xGax)5O12:Ce3 +; (Ca, Sr, Ba)S:Eu2 +와 같은 Eu2 + 도핑된 황화물; (Ba, Sr, Ca)Si2O2N2:Eu2 +와 같은 Eu2 + 도핑된 SiONe; 예를 들어 시스템 LixMyLnzSi12 -(m+n)Al(m+n)OnN16-n으로 이루어진 SiAlONe; 시스템 Si6 - xAlzOyN8 - y:REz으로 이루어진 베타-SiAlONe, 여기서 RE = 희토류 금속; AE2-x- aRExEuaSiO4 - xNx 또는 AE2-x- aRExEuaSi1 - yO4 -x- 2yNx, 여기서 RE = 희토류 금속 및 AE = 알칼리 토금속이고, 또는 (Ba, Sr, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +와 같은 나이트라이드 오르토실리케이트(nitride orthosilicate); Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+와 같은 클로로실리케이트(chlorosilicate); (Sr, Ba, Ca, Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+와 같은 클로로포스페이트(chlorophosphate); BaMgAl10O17:Eu2 +와 같은 BaO-MgO-Al2O3 시스템으로 이루어진 BAM 발광 물질; M5(PO4)3(Cl,F) : (Eu2 +, Sb2 +, Mn2+)와 같은 할로포스페이트(halophosphate); (Sr, Ba, Ca)5(PO4)3Cl:Eu2 +와 같은 SCAP 발광 물질. 추가적으로, 소위 양자점이 또한 변환기 재료로서 도입될 수도 있다. 여기서, II-VI족 화합물 및/또는 III-V족 화합물 및/또는 IV-VI족 화합물 및/또는 금속 나노 결정을 함유하는 나노 결정 재료 형태의 양자점이 바람직하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 복사선 출구 영역 상에는, 예를 들어 적어도 하나의 하우징 링에 반대되는 복사선 출구 영역의 측면 상에는 또는 대안적으로 리세스 내에는 검사 장치가 부착된다. 검사 장치는 복사선 출구 영역이 손상되지 않았는지 여부를 결정하도록 구성된다. 검사 장치는 특히 전기적으로, 예를 들어 전기 저항을 통해 또는 유도성으로 또는 용량성으로 또한 동작한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 검사 장치는 작동 시 생성된 복사선에 대해 투과성인, 전기 전도체와 같은 저항 요소에 의해 형성된다. 대안적으로, 검사 장치는 적어도 하나의 코일 및/또는 적어도 하나의 커패시터에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어 평면도로 볼 때, 검사 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 사행형(meander), 나선형, 편평한 세그먼트형, 안테나형, 원형 또는 각진 파형 및/또는 사인형이다.
복사선 출구 영역은 여기서 바람직하게는 커버 패널 내에 또는 커버 패널 상에 부착된다. 검사 장치는 예를 들어 투명한 전도성 산화물로 이루어진 복수의 루프에 의해 형성되고, 이러한 루프는 복사선 출구 영역 위로 구불구불하게 지나간다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 검사 장치는 특히 전도체로 형성되는 경우, 하나 이상의 비아를 통해 부품 하부 면 상의 하나 이상의 전기 단자 표면에 전기적으로 연결된다. 이에 의해, 이러한 전기 단자 표면을 통해, 반도체 부품의 외부로부터, 복사선 출구 영역 및/또는 검사 장치가 손상되지 않았는지 여부가 확인된다.
대안적으로, 검사 장치는 비아를 통해 리세스 내부의 제어 유닛에 전기적으로 연결되는 것이 가능하다. 후자의 경우, 반도체 부품은 검사 장치 및 이에 따라 복사선 출구 영역이 손상되지 않는 한, 복사선 방출만을 위해 구성될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 리세스 내에는 반도체 칩에 의해 생성된 복사선을 위해 편향 광학 장치가 위치된다. 편향 광학 장치는 미러일 수 있다. 미러는 평면으로 설계될 수 있거나 또는 동시에 반도체 칩에 의해 생성된 복사선의 시준 또는 포커싱을 위해 집광 미러로서 구성될 수 있다. 바람직하게는, 편향 광학 장치는 베이스 패널 상에 고정되고, 대안적으로 편향 광학 장치는 마찬가지로 하나 이상의 하우징 링 또는 커버 패널 상에 부착될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 칩은 정상적으로 사용될 때, 작동 시 베이스 패널에 대해 평행하게, 예를 들어 최대 30° 또는 15° 또는 5°의 공차를 갖는 복사선, 특히 레이저 복사선을 방출한다. 이러한 각도는 바람직하게는 광학 축에 대해 그리고/또는 생성된 복사선의 최대 강도의 방향에 대해 적용된다. 대안적으로, 반도체 칩으로부터의 복사선은 베이스 패널에 대해 횡단 방향으로, 예를 들어 수직으로 또는 대략 수직으로 방출된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 작동 시 반도체 칩에 의해 생성된 복사선은 편향 패널에 의해 베이스 패널에 대해 수직인 방향으로, 복사선의 광학 축에 대해 그리고/또는 최대 강도의 방향에 대해 예를 들어 30° 또는 15° 또는 5°의 공차로 편향된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널 및/또는 커버 패널은 연속적인 평면 평행한 패널에 의해 형성된다. 대안적으로, 복사선 출구 영역이 위치되어 있는 패널, 특히 커버 패널은 또한 만곡되어 연장될 수 있고, 예를 들어 적어도 하나의 하우징 링이 놓인 가장자리 영역보다 중앙 영역에서 베이스 패널에 더 가깝게 위치될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징 링 또는 복수의 하우징 링은 리세스 주위에서, 특히 부품 하부 면에 대해 수직인 방향으로 일정한 두께를 포함한다. 즉, 바람직하게는 개별 하우징 링은 부품 하부 면에 대해 일정한 높이로 리세스를 둘러싼다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징의 측면에는 전기 전도성 재료가 없다. 특히, 측면에는 비아가 위치되지 않는다. 이를 통해, 인쇄 회로 기판 상에 밀봉식으로 서로 가까이 배치될 수 있는 인접한 반도체 부품들 사이의 만일의 단락을 방지하는 것을 가능하게 한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징은 직육면체 형상 또는 입방체 형상이다. 대안적으로, 하우징은 각기둥 형상으로, 예를 들어 삼각기둥으로서 또는 특히 일반적으로 육각기둥으로서 형성될 수 있다. 이러한 경우, 대응하는 각기둥의 베이스 표면 및 상부 면은 바람직하게는 베이스 패널에 의해, 그리고 커버 패널에 의해 형성된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널, 커버 패널 및/또는 적어도 하나의 하우징 링은 적어도 0.1 mm 또는 0.25 mm의 두께를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이러한 두께는 최대 1.5 mm 또는 0.8 mm이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하우징은 특히 평면도로 볼 때 적어도 1 mm 또는 1.5 mm 또는 3 mm 및/또는 최대 8 mm 또는 5 mm 또는 4 mm인 에지 길이를 포함한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널, 커버 패널 및/또는 적어도 하나의 하우징 링은 적어도 20 W/m·K 또는 70 W/m·K 또는 150 W/m·K 또는 170 W/m·K 또는 220 W/m·K 또는 400 W/m·K의 비열 전도성을 갖는 재료로 이루어진다. 이러한 비교적 높은 비열 전도성은 특히 세라믹에 의해 달성될 수 있다. 베이스 패널은 커버 패널 및/또는 적어도 하나의 하우징 링보다 더 높은 비열 전도성을 갖는 재료로 이루어지는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 베이스 패널, 커버 패널 및/또는 적어도 하나의 하우징 링의 열 팽창 계수는 최대 1 x 10-5 1/K 또는 5 x 10-6 1/K만큼 서로 상이하다. 이를 통해, 베이스 패널, 커버 패널 및 적어도 하우징 링이 함께 결합될 때 과도한 열 변형이 방해되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어 하우징의 컴포넌트에 대해 AlN과 산화 알루미늄의 조합의 경우, 이러한 차이는 4 x 10-6 1/K이고, 산화 알루미늄과 석영 또는 유리의 조합의 경우 7 x 10-6 1/K이다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 하우징 부품들이 서로 결합될 때, 밀봉 프레임은 반도체 칩 및/또는 선택적인 추가 전기 컴포넌트를 리세스 내에 고정시키는 완성된 전기 연결 수단보다 적어도 20 ℃ 또는 40 ℃ 또는 60 ℃ 더 낮은 작동 온도를 포함한다. 즉, 밀봉 프레임은 저-융점 땜납에 의해 또는 최종 처리된 상태에서 고-융점 재료 시스템에 의해 형성될 수 있는 반면에, 전기 연결 수단은 바람직하게는 고-융점 땜납에 의해 또는 더 높은 융점을 갖는 최종 처리된 재료 시스템에 의해 형성된다. 이를 통해, 밀봉 프레임이 함께 결합될 때 반도체 칩 또는 본딩 와이어와 같은 전기 컴포넌트가 분리되는 것이 방지될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 반도체 부품은 약어로 SMT(surface Mount Technology)인 표면 장착 기술에 의해 고정될 수 있다. 즉, 예를 들어 반도체 부품은 220 ℃ 또는 260 ℃의 온도에서 적어도 30초 또는 60초 동안 안정적이므로, SMT 공정에서 밀봉 프레임 및 전기 연결 수단은 손상되지 않는다.
또한, 상기 언급된 실시예들 중 하나 이상과 관련하여 설명된 바와 같은 이러한 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 따라서, 제조 방법의 특징은 또한 반도체 부품에 대해 개시될 수 있고, 그 반대도 또한 마찬가지이다.
적어도 하나의 실시예에서, 제조 방법은 다음의 단계들을 바람직하게는 명시된 순서로 포함한다:
A) 베이스 패널, 적어도 하나의 하우징 링, 및 커버 패널을 서로 적층되는 방식으로 제공하는 단계 - 베이스 패널은 커버 패널에 대면하는 측면 상에, 그리고 커버 패널은 베이스 패널에 대면하는 측면 상에, 그리고 적어도 하나의 하우징 링은 양 측면에 밀봉 프레임 또는 밀봉 프레임을 위한 컴포넌트가 제공됨 - , 및
B) 모든 인접한 밀봉 프레임을 서로 연결함으로써, 이와 동시에 베이스 패널, 적어도 하나의 하우징 링 및 커버 패널을 서로 고정 방식으로 연결하는 단계.
동시에 연결하는 것은, 단일 작업 단계에서 연결이 이루어지는 것을 의미한다. 즉, 다양한 밀봉 프레임이 정확히 동시에 처리되고 그리고/또는 용융될 필요는 없고, 동일한 작업 단계 내에서 약간의 시간적인 지연이 발생할 수 있는데, 예를 들어 하우징의 컴포넌트의 예열 시 특히 하우징 재료의 유한한 열 전도율로 인한 지연이 발생할 수도 있다.
최종 재료 조성에서 밀봉 프레임은 연결에 의해서만 형성되는 것이 가능하다. 완성된 밀봉 프레임이 예를 들어 AuSn으로 이루어진다면, 결합되는 컴포넌트의 이전에 부착된 밀봉 프레임은 한편으로는 금 층으로, 다른 한편으로는 주석 층으로 형성되는 것이 가능하다. 밀봉 프레임을 위한 바람직한 합금 또는 혼합물은 연결의 맥락에서 가열 시 관련된 금속을 혼합함으로써만 형성된다. 이러한 목적을 위해, 결합된 밀봉 프레임 중 하나 또는 둘 모두가 다층 시스템, 예를 들어 교호식으로 연속적인 금 층 및 주석 층 또는 구리 층 및 주석 층으로 이루어질 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 단계 A) 및 B)는 웨이퍼 복합체 또는 패널 복합체에서 수행된다. 즉, 다수의 하우징이 병렬로 생성된다. 이를 위해, 베이스 패널, 커버 패널 및/또는 하우징 링은 바람직하게는 단계 A) 및 B) 동안 다수의 이후에 완성된 광전자 반도체 부품을 통해 연속적으로 연장된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 본 방법은 반도체 부품을 형성하도록 분리가 수행되는 단계 C)를 포함한다. 단계 C)는 바람직하게는 단계 A) 및 B)를 뒤따른다. 단계 C)는 예를 들어 목표 파단 지점을 따른 톱질 및/또는 파단일 수 있다. 마찬가지로, 레이저 절단과 같은 절단을 통한 분리도 가능하다.
본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품 및 본 명세서에 설명된 제조 방법은 예시적인 실시예에 기초하여 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다. 여기서 동일한 참조 부호는 개별 도면에서 동일한 요소를 나타낸다. 그러나, 여기서 축척 기준이 도시되는 것은 아니다. 오히려, 보다 나은 이해를 위해 개별 요소가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품의 예시적인 실시예의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품의 예시적인 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5 내지 도 8은 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법 단계의 개략도를 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품의 예시적인 실시예의 개략적인 단면 사시도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품의 예시적인 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5 내지 도 8은 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법 단계의 개략도를 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 명세서에 설명된 광전자 반도체 부품의 예시적인 실시예의 개략적인 단면 사시도를 도시한다.
도 1에는 광전자 반도체 부품(1)의 예시적인 실시예가 사시도로 도시되고, 도 1a의 분해도, 도 1b의 부분적으로 투명한 개략도, 도 1c의 단면도 및 도 1d의 상세도를 참조한다.
반도체 부품(1)은 베이스 패널(31), 하우징 링(32), 및 커버 패널(33)로 구성되는 하우징(3)을 포함한다. 이러한 3개의 컴포넌트(31, 32, 33)는 서로 합치되도록 적층된 방식으로 존재한다. 또한, 이들 3개의 컴포넌트(31, 32, 33)는 바람직하게는 금속 밀봉 프레임(6)을 통해 기계적으로 그리고 기밀하게 서로 밀봉된 방식으로 연결된다.
베이스 패널(31) 및 커버 패널(33)은 평면 평행한 패널이다. 사방으로 동일한 높이의 하우징 링(32)에 의해 리세스(15)가 정의된다. 리세스(15) 내에는 전기 단자 표면(4)에 반도체 칩(2)을 위한 드라이버(71)가 위치된다. 반도체 칩(2)은 복사선(R)을 생성하도록 구성된 레이저 다이오드이다. 복사선(R)은 바람직하게는 청색 광이다. 반도체 칩(2)은 드라이버(71) 상에 부착되므로, 드라이버(71)는 반도체 칩(2)을 위한 소위 서브 마운트를 나타낸다. 반도체 칩(2) 및 드라이버(71)의 전기적 연결은 복수의 본딩 와이어(52)를 통해 이루어진다.
드라이버(71)에 대해 대안적으로, 서브 마운트는 베이스 패널(31)과 적어도 하나의 반도체 칩(2) 사이의 스페이서(spacer) 및/또는 방열판으로서 또한 사용될 수 있다. 이러한 서브 마운트는 예를 들어 AlN, SiC 또는 실리콘 질화물로 이루어지고, 바람직하게는 반도체 칩(2) 및 선택적으로 본딩 와이어(52)에 대한 금속화를 포함한다. 또한, 드라이버(71) 또는 서브 마운트는 특히 베이스 패널로부터 반도체 칩에 대면하는 측면까지 연장되는 전기 비아를 포함할 수 있다. 이러한 비아가 존재하는 경우, 본딩 와이어는 생략되는 것이 가능하다. 이에 대응하여, 다른 모든 예시적인 실시예에도 동일하게 적용되고, 여기서 이하에서는 단순화를 위해 단지 드라이버만이 언급된다.
편향 광학 장치(75)는 광학적으로 반도체 칩(2)의 하류에 배치된다. 편향 광학 장치(75)를 통해, 부품 하부 면(11)에 대해 수직인 방향으로 부품 상부 면(12)을 향해 복사선(R)이 편향된다. 복사선을 커플링-아웃하기 위해, 커버 패널(33) 내에는, 평면도로 볼 때 원형으로 설계될 수 있는 복사선 출구 영역(34)이 위치된다. 편향 광학 장치(75), 드라이버(71) 및 반도체 칩(2)은 바람직하게는 비교적 높은 용융 땜납으로 서로에 대해 그리고 단자 표면(4) 상에 납땜된다.
추가적으로, 부품 하부 면(11)으로부터 부품 상부 면(12)까지 연장되는 복수의 전기 비아(51)가 존재한다. 이 경우, 2개의 비아(51)는 리세스(15)의 외부에서 하우징(3)의 가장자리에 위치된다. 반도체 칩(2)의 직접적인 전기 연결을 위한 나머지 비아는 부품 하부 면(11)으로부터 리세스(15) 내로 연장된다.
하우징 컴포넌트(31, 32, 33)가 결합될 때, 금속 밀봉 프레임(6)은 본딩 와이어(52), 및 반도체 칩(2) 및 드라이버(71)를 고정하기 위한 완성된 전기 연결 수단보다 더 낮은 처리 온도를 포함한다. 따라서, 하우징(3)의 컴포넌트(31, 32, 33)가 결합될 때 전기 연결은 손상되지 않은 상태로 유지된다. 밀봉 프레임(6)은 예를 들어 대략 190 ℃의 온도에서 예를 들어 은 기반 소결 페이스트로 생성되고, 이 경우 완성된 밀봉 프레임(6)은 실질적으로 은으로, 960 ℃까지 온도 안정적으로 생성된다. 대안적으로, 밀봉 프레임(6)은 Au 및 Sn으로 된 또는 Cu 및 Sn으로 된 층 복합체로 생성되고, 여기서 층은 비교적 저온에서 반응하고, 완성된 밀봉 프레임(6)은 비교적 온도 안정적이다.
비아(51)는 컴포넌트(31, 32, 33)의 내부에서, 이러한 컴포넌트(31, 32, 33)의 메인 면과는 다른 형상을 포함할 수 있다(특히 도 1b 참조). 예를 들어 컴포넌트(31, 32, 33) 내의 비아(51)는 전기 전도성 방식으로 충전된 실린더 형상의 홀들에 의해 형성된다. 한편, 컴포넌트(31, 32, 33)의 메인 영역에서, 비아(51)는 비아(51)의 결합을 단순화하기 위해 편평하게 설계된다.
복사선 출구 영역(34)의 외부 면에는, 예를 들어 유리, 사파이어로 이루어지거나 또는 에폭시, 실리콘 또는 실리콘 에폭시 하이브리드 재료와 같은 플라스틱으로 또한 이루어진, 도시되지 않은 렌즈가 위치될 수 있다.
도 1에 따르면, 밀봉 프레임(6)은 전기적으로 각각 연결되지 않고, 따라서 정의된 전기적 전위에 있지 않으며, 특히 전기적으로 중성이다. 이것이 필수적으로 필요한 것은 아니다. 따라서, 밀봉 프레임(6)이 정의된 방식으로 전기적 전위로 되게 하고, 예를 들어 비아(51) 중 하나에 전기 전도성으로 연결되거나, 또는 특히 컴포넌트(31, 32, 33)의 메인 면에서 비아(51)의 일부 자체를 형성하는 것도 또한 가능하다. 다른 모든 실시예에도 이에 대응하게 적용된다.
베이스 패널(31)은 예를 들어 하우징 링(32)과 같은 AlN 세라믹으로 이루어진다. 커버 패널(33)은 예를 들어 산화 알루미늄으로 이루어진다. 광 출구 영역(34)은 바람직하게는 유리 내 YAG:Ce와 같은 발광 물질에 의해, 약어로 PIG(phosphor in glass)에 의해 형성된다. 이러한 PIG는 커버 패널(6)의 메인 면과 동일한 높이로 제작될 수 있다. 복사선 출구 영역(34)에서 발광 물질(36)을 통해, 반도체 칩(2)에 의해 생성된 레이저 복사선이 바람직하게는 단지 부분적으로 장파광으로 변환되어, 반도체 부품(1)은 전체적으로 백색 혼합광을 방출할 수 있다.
선택적으로, 검사 장치(8)는 특히 부품 상부 면(12) 상에 위치된다. 검사 장치(8)를 통해, 복사선 출구 영역(34)의 발광 물질(36)이 적어도 부품 상부 면(12)에서 손상되지 않았는지 여부가 확인될 수 있다. 예를 들어 반도체 부품(1)은 손상되지 않은 발광 물질(36) 없이는 레이저 안전 등급 4에 속하지만, 그러나 발광 물질(36)을 가지면 단지 레이저 안전 등급 2에 속할 것이다. 이에 대응하여, 복사선 출구 영역(34)의 상태에 따라, 상이한 보호 수단이 요구된다. 예를 들어 반도체 부품(1)은 복사선 출구 영역(34)이 정상적으로 존재하는 경우에만 작동되어야 한다.
이를 위해, 도 1d에 따른 검사 장치(8)는 생성될 복사선(R)에 대해 투과성인 사행형 와인딩 도체 스트립, 예를 들어 ITO로부터 형성된다. 검사 장치(8)의 와인딩은 실질적으로 복사선 출구 영역(34)의 모든 영역에 걸쳐 연장된다. 검사 장치(8)의 저항이 크게 증가하거나 또는 검사 장치(8)의 전도체가 차단되면, 이는 복사선 출구 영역(34)이 손상되었다는 표시이다. 이에 대응하여, 반도체 부품(1)의 작동이 제한되거나 또는 반도체 부품(1)이 더 이상 작동되지 않는다.
검사 장치(8)는 부품 상부 면(12) 상의 전도체(54)를 통해 리세스(15) 옆에서 측방향으로 비아(51)에 연결된다. 따라서, 검사 장치(8)는 부품 상부 면(12) 및 비아(51)를 통해 부품 하부 면(11) 상의 전기 접촉 표면(35)에 전기적으로 연결된다.
반도체 부품(1)의 전형적인 치수는 예를 들어 3.5 mm x 2.5 mm x 1.6 mm이다. 언급된 치수는 예를 들어 50 %의 공차로 적용된다. 반도체 부품(1)은 특히 플래시 라이트로서, 예를 들어 모바일 전화와 같은 모바일 이미지 기록 장치에서 사용된다. 대안적으로, 예를 들어 반도체 부품(1)이 자동차 분야에서 사용되는 것도 가능하다. 이에 대응하여 다른 모든 예시적인 실시예에도 적용된다.
따라서, 본 명세서에 설명된 반도체 부품(1)은 무기 재료로 이루어진, 반도체 칩(2)을 기밀하게 밀봉하고, 통합된 3차원 상호 연결부를 포함하는 하우징(3)을 포함한다. 또한, 높은 복사선 안정성이 달성된다.
도 1에는 인접한 컴포넌트(31, 32, 33) 사이에 각각 단지 하나의 밀봉 프레임(6)만이 존재하는 것이 도시된다. 대안적으로, 개별 밀봉 프레임(6)에 결함이 있더라도 밀봉 시 높은 안정성을 보장하기 위해, 복수의 밀봉 프레임(6)이 폐쇄된 둘레 방향 링으로서 존재할 수 있다.
하우징 측면(13)은 바람직하게는 오직 컴포넌트(31, 32, 33)의 재료에 의해서만 형성되고, 이에 따라 전기 전도성 재료가 없다. 특히, 비아(51) 및 밀봉 프레임(6)은 하우징 측면(13)까지 도달하지 않는다.
다른 모든 예시적인 실시예에서와 같이, 도 1의 도면과는 상이하게, 복사선 출구 영역(34)은 발광 물질(36)이 베이스 패널(31)에 위치되어, 반도체 부품(1)을 위한 도시되지 않은 장착 플랫폼을 통해, 예를 들어 인쇄 회로 기판을 통해 복사선(R)이 방출될 수 있는 것도 가능하다.
편향 광학 장치(75)는 대안적으로 커버 패널(33) 상에 부착될 수 있다. 또한, 도면과는 상이하게, 복사선 출구 영역(34)은 예를 들어 편향 광학 장치(75)의 생략과 관련하여 하우징 링(32)에 또한 위치될 수 있다.
컴포넌트(31, 32, 33)는 바람직하게는 유사한 열 팽창 계수를 포함하므로, 이러한 컴포넌트(31, 32, 33)의 결합 시, 단지 작은 상이한 선형 팽창만이 이루어지고, 이는 설계에서 보상되어야 한다. 따라서, 바람직하게는 동일한 컴포넌트(31, 32, 33)에 대해 예를 들어 Al2O3, AlN, SiC, SiO2, 유리, 실리콘의 그룹으로부터 선택된 동일한 재료가 선택된다.
또한, 금속 패널의 표면 통로가 예를 들어 전체 표면에 걸쳐 또는 부분적인 Al2O3 패시베이션을 갖는 알루미늄 코어에 의해 형성된 나노 세라믹 형태로 고려될 수 있다. 즉, 컴포넌트(31, 32, 33)가 또한 세라믹에 의해 단지 부분적으로만 형성될 수 있다. 이에 대응하여 다른 모든 예시적인 실시예에도 적용된다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 편향 광학 장치(75)는 반도체 칩(2)에 인접한 수렴 렌즈로서 그리고 미러로서, 예를 들어 전반사 미러로서 반도체 칩(2)에 반대되는 측면 상에 설계되는 것이 도시되어 있다. 편향 광학 장치(75)는 바람직하게는 반도체 칩(2) 및 드라이버(71)에 대해 마찬가지로 적용된 바와 같이, 고-융용 전기 연결 수단(53)을 통해 베이스 패널(31)에 연결되는 것이 바람직하다.
밀봉 프레임(6)은 바람직하게는 각각 관련된 컴포넌트(31, 32, 33)의 메인 면 상에 특히 편평하게 위치되고, 이것은 메인 면 상에서의 비아(52)의 연장의 경우와 마찬가지일 수 있다. 대안적으로, 밀봉 프레임(6)은 또한 관련된 컴포넌트(31, 32, 33)에서 부분적으로 또는 전체적으로 카운터 싱크(countersink)될 수 있으므로, 컴포넌트(31, 32, 33) 사이의 거리는 밀봉 프레임(6)의 두께보다 더 작거나 또는 인접한 컴포넌트들(31, 32, 33)은 특히 편평하게 접촉된다. 안착된 그리고 적어도 부분적으로 카운터 싱킹된 밀봉 프레임(6) 사이의 혼합 형태가 가능하다. 다른 모든 예시적인 실시예에도 동일하게 적용된다.
도 3에는 리세스(15) 내에 반도체 칩(2) 및 드라이버(71) 외에 추가적으로, 집적 회로(72), 조절 회로(74) 및 복사선 출구 영역(34)을 위한 제어 유닛(76)과 같은 다른 전기 컴포넌트가 더 위치되는 것이 도시된다. 이를 위해, 본딩 와이어(52)에 의해 지지되는 전도체(54)를 통해 서로 연결될 수 있는 복수의 전기 단자 표면(4)이 존재한다. 선택적으로, 모니터 다이오드(73)가 존재할 수 있고, 도 3에는 단지 파선으로 개략적으로만 도시되어 있다.
반도체 칩(2)은 베이스 패널(31)에 더 가까이 위치된 하우징 링(32a) 중 하나에 부착된다. 커버 패널(33) 상의 다른 하우징 링(32b)은 스페이서로서 사용되고, 하우징 링(32a)과는 다른 리세스(15)의 형상을 포함한다.
드라이버(71)는 베이스 패널(31) 상에 위치되고, 전자 컴포넌트(72, 74, 76)는 커버 패널(33) 상의 단자 표면(4) 상에 부착된다. 이를 위해, 비아(51) 중 하나는 부품 하부 면(11)으로부터 부품 상부 면(12)까지 이어질 수 있고, 이어서 부품 상부 면(12) 상의 전도체(54)를 통해 더 연장될 수 있고, 다른 비아(51)를 통해 커버 패널(33)을 통과하여 다시 전자 컴포넌트(72, 74, 76)까지 연장될 수 있다.
도 3의 예시적인 실시예에서, 복사선 출구 영역(34)은 단면도로 볼 때 대칭 사다리꼴과 같이 형성되고, 베이스 패널(31)로부터 멀어지는 방향으로 확장된다. 특히, 발광 물질 세라믹 형태의 발광 물질(36)은 커버 패널(33)의 내부 면 상에 위치된다. 다른 모든 예시적인 실시예에도 동일하게 가능하다.
도 4의 예시적인 실시예에서, 모니터 다이오드(73)는 조절 회로(74)가 베이스 패널(31) 상의 하우징 링(32a) 상에 위치된다. 반도체 칩(2)은 부품 하부 면(11)에 대해 경사지게 복사선(R)을 방출한다. 발광 물질(36)은 반사로 작동된다. 전체 커버 패널(33)은 생성된 복사선에 대해 투과성인 재료로 이루어지므로, 복사선 출구 영역(34)은 실질적으로 전체 커버 패널(33)에 걸쳐 연장된다. 따라서, 선택적인 검사 장치(8)는 바람직하게는 전체 커버 패널(33)에 걸쳐 연장된다.
선택적으로 그리고 파선으로 표시되는, 수렴 렌즈 형태의 광학 장치(77)는 커버 패널(33)의 내부 면 상에, 대안적으로는 또한 외부 면 상에 위치될 수 이다. 구면 수렴 렌즈 대신에, 비구면 렌즈, 자유형 렌즈, 원통형 렌즈 또는 프레넬 렌즈가 또한 사용될 수도 있다. 이에 대응하게 모든 예시적인 실시예에서 가능하다.
반도체 부품(1)을 제조하기 위한 방법 단계에서, 도 5의 사시도에 도시된 바와 같이, 커버 패널(33)은 연속적인, 중단이 없고 복사선에 대해 투명한 평면 평행한 패널이다. 부품 상부 면(12)에 반대되는 측면 상에는, 발광 물질(36)이 예를 들어 접착 또는 납땜을 통해 부착된다. 이를 위해, 특히 발광 물질(36) 상에 금속 밀봉 프레임(6)이 사용될 수 있다.
발광 물질(36)은 복사선 출구 영역(34)에만 위치되어, 밀봉 프레임(6)의 영역에는 발광 물질(36)이 존재하지 않고, 예를 들어 단지 세라믹만이 존재하는 것이 가능하다.
도 6a의 단면도 및 도 6b의 평면 사시도에 따르면, 발광 물질(36)은 부품 상부 면(12) 외부의 밀봉 프레임(6)을 통해 커버 패널(33)에 부착되는 발광 물질 세라믹 패널이다.
도 7에는 발광 물질(36)을 예를 들어 커버 패널(33) 내에 기밀하게 밀봉된 방식으로 밀봉하기 위한 제조 단계가 도시된다. 도 7a의 단면도에 따르면, 발광 물질(36) 및 선택적으로 결합제 및 매트릭스 물질을 갖는 미가공 복합물(9)이 복사선 출구 영역(34)을 위한 리세스 내에 도입된다. 이어서, 발광 물질(6)을 갖는 영역을 형성하도록 미가공 복합물(9)의 경화 및/또는 용융이 수행된다.
그런 다음, 도 7b를 참조하면, 바람직하게는 평탄화가 수행되어, 발광 물질(36)을 갖는 영역이 커버 패널(33)의 메인 면과 동일한 높이로, 이에 따라 부품 상부 면(12)과도 또한 동일한 높이로 제작된다.
반도체 부품(1)을 제조하기 위한 방법 단계의 추가적인 사시도가 도 8에 도시되어 있다. 도 8a에 따르면, 복수의 컴포넌트(31, 32, 33)를 각각 갖는 복수의 패널(31', 32', 33')이 제공된다. 패널(31', 32', 33')은 서로 적층 배치되고, 함께 가열되며, 이에 따라 각각의 밀봉 프레임(6)을 통해 서로 동시에 연결된다.
이하에서, 완성된 부품(1)을 형성하도록 분리가 수행되며, 도 8b를 참조한다.
도 8a에는 밀봉 프레임(6)이 예를 들어 도 1에 도시된 바와 다른 방식으로 하우징(3)의 측면(13)까지 도달할 수 있는 것이 표시된다. 이 경우, 밀봉 프레임(6)은 바람직하게는 전도체와 유사한 연장부만이 측면(13)까지 안내된다. 따라서, 밀봉 프레임(6)은, 도 8a에는 도시되지 않지만 패널(31', 32', 33')의 메인 면 상에서 비아에 대해 적용될 수 있는 것과 마찬가지로, 아직 분리되지 않은 패널(31', 32', 33') 상에 전체적으로 연속적인 구조물을 형성하는 것이 가능하다. 이를 통해, 밀봉 프레임(6) 및/또는 패널(31', 32', 33') 상의 비아는 전착(electrodeposition)에 의해 생성되거나 또는 두꺼워질 수 있다. 분리하는 단계에 의해 밀봉 프레임(6) 및/또는 비아가 분할되어, 완성된 부품(1) 내에서 특히 비아에 대해 바람직하지 않은 단락이 발생하지 않는다.
도 9의 예시적인 실시예에서, 평면 평행한 커버 패널(33)은 전체적으로 석영 유리와 같은 광 투과성 재료로 이루어진다. 따라서, 리세스(15)는 반도체 부품(1)의 외부에서 볼 수 있다. 또한, 발광 물질(36)은 커버 패널(33)이 아닌 편향 광학 장치(75)에 직접 부착될 수 있다. 도면을 단순화하기 위해, 비아는 도 9에 도시되지 않으며, 도 10에도 또한 마찬가지이다.
도 9와 유사한 배치가 도 10의 분해 사시도에 도시되어 있다. 도 9와는 상이하게, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 구성된 발광 물질(36)은 커버 패널(33)에 직접 부착될 수 있다. 커버 패널(33)은 다시, 평면 평행한 광 투과성의 패널일 수 있다.
달리 지시되지 않는 한, 도면에 도시된 컴포넌트들은 각각 제공된 순서대로 서로에 대해 연속되는 것이 바람직하다. 도면에서 접촉하지 않는 층들은 바람직하게는 서로 이격되어 있다. 선들이 서로 평행하게 도시되면, 대응하는 표면들은 바람직하게는 마찬가지로 서로 평행하게 정렬된다. 마찬가지로, 달리 지시되지 않는 한, 도시된 컴포넌트의 서로에 대한 상대적인 위치도 도면에 정확하게 표현된다.
여기에 설명된 본 발명은 예시적인 실시예들에 기초하는 상세한 설명에 의해 제한되지는 않는다. 오히려, 본 발명의 특징 또는 조합 자체가 청구항 또는 예시적인 실시예에서 명시적으로 언급되지 않더라도, 본 발명은 각각의 새로운 특징, 및 특히 청구항에서의 특징들의 각각의 조합을 포함하는 각각의 특징들의 조합을 포함한다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2017 123 413.6호의 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
1 광전자 반도체 부품
11 부품 하부 면
12 부품 상부 면
13 하우징 측면
15 리세스
2 반도체 칩
3 하우징
31 베이스 패널
32 하우징 링
33 커버 패널
34 복사선 출구 영역
35 전기 접촉 표면
36 발광 물질
4 전기 단자 표면
51 전기 비아(via)
52 본딩 와이어
53 전기 연결 수단
54 전도체
6 금속 밀봉 프레임
71 드라이버 / 서브 마운트
72 집적 회로
73 모니터 다이오드
74 조절 회로
75 편향 광학 장치
76 복사선 출구 영역을 위한 제어 유닛
77 광학 장치
8 검사 장치
9 미가공 복합물
R 복사선
11 부품 하부 면
12 부품 상부 면
13 하우징 측면
15 리세스
2 반도체 칩
3 하우징
31 베이스 패널
32 하우징 링
33 커버 패널
34 복사선 출구 영역
35 전기 접촉 표면
36 발광 물질
4 전기 단자 표면
51 전기 비아(via)
52 본딩 와이어
53 전기 연결 수단
54 전도체
6 금속 밀봉 프레임
71 드라이버 / 서브 마운트
72 집적 회로
73 모니터 다이오드
74 조절 회로
75 편향 광학 장치
76 복사선 출구 영역을 위한 제어 유닛
77 광학 장치
8 검사 장치
9 미가공 복합물
R 복사선
Claims (16)
- 복사선 생성을 위한 적어도 하나의 반도체 칩(2) 및 무기 하우징(3)을 포함하는 광전자 반도체 부품(1)에 있어서,
상기 반도체 칩(2)은 기밀하게 밀봉된 방식으로 상기 하우징(3) 내에 수용되고,
상기 하우징(3)은 베이스 패널(31), 커버 패널(33), 및 상기 베이스 패널(31)과 상기 커버 패널(33) 사이의 적어도 하나의 하우징 링(31), 및 복수의 전기 비아(via)(51)를 포함하고,
상기 하우징 링(32)에 의해, 상기 반도체 칩(2)이 위치되어 있는 리세스(15)가 형성되고,
상기 베이스 패널(31)은 부품 하부 면(11) 상에 복수의 전기 단자 표면(4)을 포함하고,
상기 베이스 패널(31)을 통해, 상기 커버 패널(33)을 통해, 그리고 상기 하우징 링(32)을 통해 상기 부품 하부 면(31)에 대해 횡단 방향으로 상기 복수의 비아(51)가 각각 연장되고,
상기 베이스 패널(31), 상기 적어도 하나의 하우징 링(32) 및 상기 커버 패널(33)은 연속적인 둘레 방향 무기 밀봉 프레임(6)을 통해 서로 고정 방식으로 연결되고,
상기 하우징(3)은 복사선 방출을 위한 복사선 출구 영역(34)을 포함하는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항에 있어서,
상기 하우징 링(32)을 복수 개 포함하고,
상기 하우징 링(32)은 서로 적층 배치되고, 상기 리세스(15)의 영역에서 평면도로 볼 때 서로 상이하게 형성되고, 금속 밀봉 프레임(6)을 통해 서로 고정 방식으로 연결되고,
상기 비아(51) 중 적어도 2개는 상기 리세스(15)로부터 이격되어 연장되고, 그리고/또는 상기 리세스(15)로부터 전기적으로 절연되고,
상기 베이스 패널(31) 및 상기 하우징 링(32)은 각각 세라믹으로 만들어지고, 상기 커버 패널(33)은 세라믹 및/또는 유리를 포함하거나 또는 이들로 이루어지는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제2항에 있어서,
상기 하우징 링(32) 중 적어도 하나는 상기 반도체 칩(2)을 위한 장착 플랫폼이므로, 상기 반도체 칩(2)은 상기 하우징 링(32)에 장착되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 하우징 링(32)의 각각에서 상기 리세스(15) 내에는 적어도 하나의 전기 접촉 표면(35)이 부착되고,
상기 전기 접촉 표면(35)은 상기 부품 하부 면(11)에 대해 평행하게 배향되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(15) 내에서 상기 베이스 패널(31)뿐만 아니라 상기 커버 패널(33) 상에도, 상기 반도체 칩(2)과 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결되는 복수의 전기 접촉 표면(35)이 각각 위치되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(15) 내에는 상기 반도체 칩(2)을 위한 드라이버(71), 집적 회로(72), 모니터 다이오드(73), 상기 반도체 칩(2)의 전력 재조절을 위한 조절 회로(74), 상기 복사선 출구 영역(34)을 위한 제어 유닛(76) 중 하나 이상의 컴포넌트가 위치되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복사선 출구 영역(34)은 평면도로 볼 때 상기 커버 패널(33)의 베이스 영역의 최대 10 %를 점유하고, 상기 복사선 출구 영역(34)은 상기 커버 패널(33)에 포함되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복사선 출구 영역(34)은 작동 시 상기 반도체 칩(2)에 의해 생성된 복사선(R)의 부분적인 또는 전체적인 변환을 위한 하나 이상의 발광 물질(36)을 포함하고, 상기 반도체 칩(2)은 레이저 다이오드인 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하우징 링(32)에 반대되는 상기 복사선 출구 영역(34)의 측면 상에는, 상기 복사선 출구 영역(34)이 손상되지 않았는지 여부를 결정하도록 구성되는 검사 장치(8)가 부착되고, 상기 검사 장치(8)는 전기적으로 동작하는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제9항에 있어서,
상기 복사선 출구 영역(34)은 상기 커버 패널(33) 내에 위치되고,
상기 검사 장치(8)는 작동 시 생성된 상기 복사선에 대해 투과성인 사행형(meander) 전기 전도체에 의해 형성되고,
상기 전도체는 상기 비아(51) 중 적어도 하나를 통해 상기 부품 하부 면(11) 상의 상기 전기 단자 표면(4) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(15) 내에는 편향 광학 장치(75)가 수용되고,
상기 반도체 칩(2)은 작동 시 상기 베이스 패널(31)에 대해 평행한 방향으로 최대 30°의 공차를 갖는 상기 복사선을 방출하고, 상기 편향 광학 장치(75)는 상기 베이스 패널(31)에 대해 수직인 방향으로 복사선(R)을 편향시키는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 패널(31) 및 상기 커버 패널(33)은 연속적인 평면 평행한 패널이고, 상기 적어도 하나의 하우징 링(32)은 상기 리세스(15) 주위로 상기 부품 하부 면(11)에 대해 수직인 일정한 두께를 포함하고,
상기 밀봉 프레임(6)은 금속들 Ag, Au, Bi, Cu, In, Ni, Sn, Zn 중 하나 이상을 포함하거나 또는 상기 금속들 중 하나 이상으로 이루어지는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(3)의 측면(13)에는 전기 전도성 재료가 없고,
상기 하우징(3)은 직육면체 형상이고,
상기 베이스 패널(31) 및 상기 커버 패널(33)은 각각 0.1 mm 이상, 1.5 mm 이하의 두께를 포함하고, 적어도 20 W/m·K의 비열 전도성을 갖는 재료로 만들어지는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 패널(31), 상기 커버 패널(33) 및 상기 적어도 하나의 하우징 링(31)의 열 팽창 계수는 최대 1 x 10-5 1/K 만큼 서로 상이하고,
상기 밀봉 프레임(6), 및 상기 반도체 칩(2)을 고정시키는 전기 연결 수단(53)은 260 ℃의 온도에서 적어도 30초 동안 열적으로 안정적이어서, 상기 반도체 부품(1)이 표면 장착 기술에 의해 고정될 수 있도록 하는 것인, 광전자 반도체 부품. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 광전자 반도체 부품(1)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
A) 상기 베이스 패널(31), 상기 적어도 하나의 하우징 링(32), 및 상기 커버 패널(33)을 서로 적층되는 방식으로 제공하는 단계 - 상기 베이스 패널(31)은 상기 커버 패널(33)에 대면하는 측면 상에, 그리고 상기 커버 패널(33)은 상기 베이스 패널(31)에 대면하는 측면 상에, 그리고 상기 적어도 하나의 하우징 링(32)은 양 측면에 상기 밀봉 프레임(6)이 제공됨 - , 및
B) 모든 인접한 밀봉 프레임(6)을 서로 연결함으로써, 이와 동시에 상기 베이스 패널(31), 상기 적어도 하나의 하우징 링(32) 및 상기 커버 패널(33)을 서로 고정 방식으로 연결하는 단계
를 포함하는, 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법. - 제15항에 있어서,
상기 단계 A) 및 B)는 웨이퍼 복합체에서 수행되고, 후속 단계 C)에서 상기 반도체 부품(1)을 형성하도록 분리가 수행되는 것인, 광전자 반도체 부품을 제조하기 위한 방법.
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