(57)【要約】ケーシングボディ（２）と、特にケーシングボディの凹所（６）内に配置されたオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、電気的端子（１Ａ，１Ｂ）とを備え、前記の半導体チップはリードフレームの電気的端子と導電性に結合しているオプトエレクトロニクスデバイス、特に表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイス。ケーシングボディ（２）は、充填剤を有するジャケット材料、特にプラスチック材料から形成されていて、この充填剤は約５００ｎｍを下回る波長領域において高い反射率を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャケット材料、特にプラスチック材料から製造されたケーシングボディ（２）と、前記のケーシングボディ（２）に配置されたオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、前記の半導体チップ（３）と導電性に接続されている電気的端子（１Ａ，１Ｂ）とを備えたオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、前記のジャケット材料が充填剤を含有し、この充填剤は３００ｎｍ〜５００ｎｍの間の波長領域からなる電磁放射線に対して、０．５以上の、特に０．７以上の反射率を示すことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
ジャケット材料中の充填剤の割合は、５体積％〜５０体積％、特に５体積％〜１５体積％であることを特徴とする、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
充填剤が、硫酸バリウム、アナターゼ及びテフロンからなるグループからなる材料を有するか、これらの２種以上の材料からなる混合物を有することを特徴とする、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
ジャケット材料が熱可塑性又は熱硬化性プラスチックであることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
ジャケット材料がポリフタルアミドであることを特徴とする、請求項４記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
ジャケット材料がガラス繊維又は鉱物充填剤と混合されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
半導体チップは放射線を発する区域を有し、この区域は少なくとも部分的にＧａＮベースの半導体材料、特にＧａＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＧａＮ−及び／又はＩｎＧａＡｌＮ−半導体材料からなることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
半導体チップは放射線を発する区域を有し、この区域は紫外線スペクトル領域からなる波長を有する電磁放射線を放射することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
凹所は半導体チップから発せられる放射線の一部に対して少なくとも透過性の材料で充填されていて、前記の材料は、紫外線スペクトル領域からなる波長を有する電磁放射線の少なくとも一部を吸収し、この波長と比較して長波長の電磁放射線を放射する蛍光体粒子を含有することを特徴とする、請求項８記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
長波長の電磁放射線は、肉眼にとって可視のスペクトル領域からなる波長を有することを特徴とする、請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１１】
ケーシングボディ（２）は凹所（６）を有し、前記の凹所内に半導体チップ（３）が配置されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１２】
凹所（６）が、半導体チップ（３）から発せられる放射線の少なくとも一部のリフレクタとして構成されている、請求項１１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されたオプトエレクトロニクスデバイス、特に放射線を発する、有利に表面実装可能なデバイスに関する。
【０００２】
「ジャケット材料」の概念は、本発明の関連で、特に注型成形、注入成形、射出成形又はトランスファー成形を用いて所定の形状にすることができる材料を意味する。この材料には、特に反応性樹脂、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂及びシリコーン樹脂が属する。セラミック又はガラス状の材料の使用も考えられる。
【０００３】
従来の表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイスの場合には、まず最初に、予め製造されたリードフレーム（leadframe）を適当なプラスチック材料で包囲し、このプラスチック材料がデバイスのケーシングボディを形成することにより、予めケーシングを備えたデバイスが製造される。このケーシングボディは、例えば上側に凹所を有し、この凹所内へ２つの対峙する側からリードフレーム端子が挿入されている。このリードフレーム端子上に半導体チップ、例えばＬＥＤチップが接着されていてかつ電気的に接続されている。他のリードフレーム端子はボンディングワイヤを介して半導体チップと結合している。この凹所内へ、一般に透明な注型材料が充填されている。表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイスのこの基本形は、例えば文献"SIEMENS SMT-TOPLED fuer die Oberflaechenmontage" von F. Moellmer and G. Waitl著, Siemens Components 29 (1991), Heft 4, p. 147-149から公知である。
【０００４】
この公知の表面実装タイプの場合に、凹所の側壁部が例えば適当に傾斜した又は湾曲した面として構成されていて、この面が半導体チップから横方向又は背後方向へ放射された放射線のためのリフレクタとして構成され、このリフレクタがこの放射線を所望の放射方向へ変向させることにより極めて指向性の放射を達成することができる。ケーシング形状もしくはリフレクタ形状に応じて、このデバイスはいわゆるトップルッカー（Toplooker）として、つまりデバイスの実装平面に対して垂直方向か又は傾斜角の方向に主放射方向を有するデバイスとして、又はいわゆるサイドルッカー（Sidelooker）として、つまりデバイスの実相平面に対して平行方向か又は平面的な角度方向に主放射方向を有するデバイスとして構成することができる。相応するケーシング形状を有するトップルッカー及びサイドルッカーの例は、例えばEP 0 400 175 A1の図２もしくは図３に示されている。
【０００５】
このデバイスのケーシングボディ用の材料として、通常では熱可塑性樹脂材料又は熱硬化性樹脂材料が使用される。実際に使用される有利な実施態様の場合には、ケーシングボディ用のプラスチック材料として、ガラス繊維が充填されたポリフタルアミドが使用され、これはＴｉＯ２充填剤を用いて白色に着色されている。
【０００６】
完璧を期する目的で、更に、放射特性を改善するためもしくは特別な適用の場合に合わせるために、付加的な光学素子を備えたこの種のオプトエレクトロニクスデバイスを作成することもなお示唆される。このように、例えばEP 0 400 176 A1及びDE 197 55 734 A1は、冒頭に記載した種類の表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイスを示し、このデバイスはそれぞれケーシングボディ及び／又は注型材料上に付加的な光学装置を備えている。
【０００７】
青色スペクトル領域及び／又は紫外線スペクトル領域からなる放射線を発する半導体チップ、特に、放射線を発する活性層がＧａＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＧａＮ−又はＩｎＡｌＧａＮ−材料を有するＧａＮベースの半導体チップを使用する場合には、デバイスからの発光効率が意外に低い。
【０００８】
本発明の根底をなす課題は、冒頭に記載した種類の、紫外線及び／又は青色の放射線を発光する及び／又は受光するチップを供えたオプトエレクトロニクスデバイスを、デバイスからの発光効率が改善されるように改良することである。
【０００９】
本発明の他の課題は、ケーシングボディが老化安定性であり、つまり十分に分解を示さない冒頭に記載した種類のオプトエレクトロニクスデバイスを開発することである。
【００１０】
前記の課題は、請求項１の特徴部に記載されたオプトエレクトロニクスデバイスにより解決される。本発明の有利な実施態様は、引用形式請求項２〜１２に記載されている。
【００１１】
本発明の場合には、オプトエレクトロニクスデバイスのケーシングボディが、充填剤を有するプラスチック材料からなり、その際に前記の充填剤は約５００ｎｍを下回る波長領域で高い反射能を有する。
【００１２】
本発明は、オプトエレクトロニクスデバイスのケーシングボディのために従来使用されていた材料の場合に、充填剤は、つまり上記の場合に白色ＴｉＯ２充填剤であり、この充填剤がデバイスからの発光効率に著しく影響を与えるという認識に基づいている。図２Ｃ及び３に図示したように、ＴｉＯ２充填剤は約４８０〜５００ｎｍより上で良好な反射能を有する。より短い波長に対してはこの反射能は著しく低下するため、ケーシングボディに当たるこの低い波長領域の光の大部分はこのケーシングボディにより吸収され、従ってこの波長領域におけるデバイスの効率は明らかに低下する。更に、充填剤によって吸収されるエネルギーはプラスチック材料の老化プロセスを進めてしまう。
【００１３】
本発明により提案されているように、約５００ｎｍより低い波長領域でも高い反射能を有する充填剤を使用する場合に、それにより一方で５００ｎｍより低い波長領域でのオプトエレクトロニクスデバイスの効率が高まり、かつ他方でケーシングボディは老化に対して保護される。
【００１４】
適当な充填剤は、例えば硫酸バリウム、アナターゼ（これはＴｉＯ２の変態）及びテフロン（ＰＴＦＥ）であり、これは有利に５０％までの体積割合で添加される。更に有利な体積割合は約５％〜約１５％の範囲内にある。
【００１５】
ケーシングボディのプラスチック材料については、熱可塑性又は熱硬化性のプラスチック、例えばポリフタルアミドを使用するのが有利である。
【００１６】
このジャケット材料は、特に機械的安定化のために付加的にガラス繊維又は鉱物充填剤と混合することができる。
【００１７】
本発明によるデバイスは、特に有利に、少なくとも放射線を発する区域が少なくとも部分的にＧａＮベースの半導体材料からなる、特にＧａＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＧａＮ−及び／又はＩｎＧａＡｌＮ−半導体材料からなる半導体チップを備えた発光ダイオードデバイスの製造のために適している。この種の半導体チップのこの発光スペクトルは、それぞれの存在する組成に依存するが、通常では大部分までが青色及び／又は紫外線スペクトル領域内にある。
【００１８】
ケーシングボディの凹所は、有利に、半導体チップから発せられる放射線の少なくとも一部に対して透過性の材料で充填されている。混合色光を放射する発光ダイオードデバイスを作成するため及び／又はチップの紫外線又は青色の放射成分をより長波長の放射線に変換するために、この透過性材料は蛍光体粒子と混合されていて、この粒子は紫外線及び／又は青色スペルトル領域からなる波長を有する電磁放射線の少なくとも一部を吸収して、この波長と比べてより長波長の、特に肉眼で見えるかもしくはよりよく見える電磁放射線を発する。
【００１９】
本発明の上記の並びに他の利点及び特徴は、添付の図面と関連して次ぎに詳細に説明した実施例から明らかである。図１は、本発明に使用することができる表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイスの図式的な図を表す。
【００２０】
図２Ａ〜２Ｃは、例えば本発明の場合に、図１に図示されたデバイスのケーシングボディのプラスチック材料中の充填剤として使用することができる多様な材料に対する多様な反射スペクトルを表す。
【００２１】
図３は、先行技術によるオプトエレクトロニクスデバイスのケーシングボディ用の反射スペクトルを表す。
【００２２】
図１中には、本発明において使用することができるオプトエレクトロニクスデバイスのケーシング−実装側７に対して垂直方向の図式的な断面図を表す。このケーシングボディ２は、適当なプラスチック材料でリードフレーム１を包囲し、同時にケーシングボディ２を成形することにより作成されている。このケーシングボディ２は有利にケーシングボディの中央に配置された凹所６を有する。その中に、例えばオプトエレクトロニク送信機又は受信機のような半導体チップ３、例えばＧａＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＧａＮ−及び／又はＩｎＧａＡｌＮ−半導体材料をベースとする発光ダイオードチップが配置されている。このチップ３の電気的コンタクト面は、ボンディングワイヤ４によってもしくはチップ底部に対して導電性結合材によって、リードフレーム１の電気的端子１Ａ、１Ｂと導電性に結合している。
【００２３】
ケーシングボディ２の凹所６の内面２Ａは、チップ３から発せられた放射線の少なくとも大部分がチップ３の放射方向へ変向されるように傾斜して構成されている。オプトエレクトロニクスデバイスの放射効率もしくは受光感度を高めるために、高い反射能を有するケーシングボディ２のために適した材料を次ぎに記載するように選択することによって傾斜した内面２Ａがリフレクタとして用いられる。
【００２４】
オプトエレクトロニクス半導体チップ３は、このチップから発せられる電磁放射線の少なくとも一部に対して少なくとも部分的に透過性のカバー材料５中に埋め込まれている。カバー材料５の、半導体チップ３とは反対の表面は、この場合にほぼケーシングボディ２の表面に達している。しかしながら、本発明の範囲内で、必要に応じてもちろんキャリアボディ１の凹所６中のカバー材料５の他の充填高さを選択できることも指摘する。更に、デバイスの光学特性を特別な用途目的に合わせるために、こうして作成されたケーシングボディ２上にカバー材料５を用いて適当な光学装置、例えば光学レンズを取り付けることができる。
【００２５】
このカバー材料５のための材料として、通常では放射線透過性の材料が使用され、この材料は有利にＵＶにより又は光により硬化を開始する特性を有する。特に有利なカバー材料５は、ＵＶにより又は光により硬化を開始するエポキシ樹脂を含有し、このエポキシ樹脂は光又はＵＶ線を当てることにより数秒間で硬化し始めもしくは予備固定され、かつ後の時点で熱によって完全に硬化される。
【００２６】
ケーシングボディ２の材料の選択及びオプトエレクトロニクスデバイスの所望の光学特性に応じて、カバー材料５は主成分の前記したエポキシ樹脂の他に、ケーシングボディ材料との結合強度、硬化開始時間及び完全硬化時間、光透過性、屈折率、温度安定性、機械的強度を所望のように調節するために他の成分を含有する。
【００２７】
混合色光を放射する発光ダイオードデバイスを製造するため及び／又はチップの紫外線又は青色放射線成分をより長波長の放射線へ変換するために、このカバー材料５は蛍光体粒子と混合されている。この蛍光体粒子は、チップ３から発せられる電磁放射線の少なくとも一部、例えば紫外線及び／又は青色スペクトル領域からなる波長を有する部分を吸収し、次いでこの吸収された放射線と比較してより大きな、特に肉眼で見えるかもしくはより良好に見える波長を有する電磁放射線を放射する。
【００２８】
このデバイスのケーシングボディ２のために、所定の充填剤を含有するジャケット材料が使用される。ケーシングボディ２の主成分を形成するこのジャケット材料は、この場合に熱可塑性又は熱硬化性プラスチックから形成されるのが有利である。このために、例えばポリフタルアミドが特に適していて、これは機械的安定化のためにガラス繊維と混ぜることができる。
【００２９】
約５〜１５％、有利に８〜１２％、特に有利に約１０％の体積割合で添加される充填剤として、有利に硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）が利用される。硫酸バリウムは、図２Ａの反射スペクトルにおいて図示されているように、約３５０〜８００ｎｍの間の波長領域において９０％よりも高い反射能を示す材料である。
【００３０】
この５００ｎｍを下回る波長に対しても高い反射能に基づいて、ケーシングボディ２の内面２Ａにより、青色光及びＵＶ光も反射される。従って、この種のケーシングボディを備えたデバイスは、このスペクトル領域で利用する場合であっても、良好な効率を示す、それというのも半導体チップ３から生じる放射線の大部分がデバイスから放射されるか、もしくはデバイスにより受光された放射線の大部分が半導体チップ３によって検出できるためである。
【００３１】
更に、ケーシングボディ２に充填剤を添加することにより、従来のケーシングボディと比較して有利に老化安定性である、それというのもケーシングボディ中での吸収熱が少なくなるためである。硫酸バリウムは５００ｎｍより低い領域ばかりか、赤外線領域においても、極めて高い反射能を示すため、このようなケーシングボディを備えたオプトエレクトロニクスデバイスは普遍的に使用可能である。
【００３２】
別の適当な充填剤はテフロン（ＰＴＦＥ）であり、この反射能は図２Ｂのグラフに図示されている。図２Ｂの反射スペクトルから推知できるように、テフロンは約３００〜８００ｎｍの範囲内で明らかに９０％を上回る極めて高い反射能を示す。
【００３３】
更に他の充填剤は例えば、ＴｉＯ２の特別な変態であるアナターゼであり、この反射スペクトルは図２Ｃのグラフに示されている。図２のグラフでは、今まで使用されていたルチルの反射能と比較してプロットされている。アナターゼは、ルチルと同様にＴｉＯ２の特別な変態であり、その際、ルチルの場合にはチタン原子と酸素原子は、アナターゼよりもより密に充填されていて、ルチルはアナターゼよりも高い密度及び高い屈折率を示す。
【００３４】
本発明は、もちろん充填剤に対して前記の明確に示された材料に限定されないばかりか、プラスチック材料にも制限はない。青色領域及び／又はＵＶ領域でも高い反射能を有する充填剤を使用するという認識から出発し、本発明の基本思想から離れることなしに、当業者は充填剤として相応する特性を有する他の材料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に使用することができる表面実装可能なオプトエレクトロニクスデバイスの図式的な断面図
【図２Ａ】硫酸バリウムに関する反射スペクトルを示すグラフ
【図２Ｂ】テフロン（ＰＴＦＥ）に関する反射スペクトルを示すグラフ
【図２Ｃ】アナターゼ及びルチルに関する反射スペクトルを示すグラフ
【図３】先行技術によるオプトエレクトロニクスデバイスのケーシングボディ用の反射スペクトルを示すグラフ
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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