(57)【要約】  オプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）の少なくとも一つの実施の形態においては、オプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）が支持体上面（２０）を備えている支持体（２）を有している。支持体上面（２０）には少なくとも一つの半導体チップ（３）が取り付けられている。半導体チップ（３）は、電気放射を形成するための少なくとも一つの活性層を有する半導体積層体（３２）と放射透過性の基板（３４）とを含んでいる。更に、半導体モジュール（１）は反射性の注型材料（４）を有している。注型材料（４）は、支持体上面（２０）から出発して、半導体チップ（３）の周囲を水平方向において、少なくとも基板（３４）の半分の高さまで包囲している。
2013534733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上面（２０）を備えている支持体（２）と、
前記支持体上面（２０）上に取り付けられており、放射透過性の基板（３４）と、電磁放射を形成するための少なくとも一つの活性層を有する半導体積層体（３２）とを含んでいる、少なくとも一つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、
反射性の注型材料（４）とを有しており、
前記注型材料（４）は、前記支持体上面（２０）から出発して、前記半導体チップ（３）の周囲を水平方向において、少なくとも前記基板（３４）の半分の高さまで包囲していることを特徴とする、オプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項２】
前記基板（３４）は前記支持体（２）と前記半導体積層体（３２）との間に設けられており、
前記注型材料（４）は、前記支持体上面（２０）から出発して、少なくとも、前記半導体チップ（３）の前記支持体（２）側とは反対側の放射主面（３０）まで達している、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項３】
前記放射主面（３０）は、前記半導体チップ（３）から放出される放射を別の波長の放射に少なくとも部分的に変換するための変換手段（６）によって覆われており、
前記変換手段（６）は層として形成されており、且つ、水平方向において少なくとも部分的に前記注型材料（４）と直接的に接触している、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項４】
前記注型材料（４）は、前記支持体上面（２０）から離れる方向において、前記半導体チップ（３）又は前記変換手段（６）と面一に終端している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項５】
前記注型材料（４）は部分的又は完全に前記放射主面（３０）にわたり延在している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項６】
前記支持体上面（２０）に対して垂直な方向において、前記半導体チップ（３）並びに前記注型材料（４）は、前記変換手段（６）によって、及び／又は、前記変換手段（６）を貫通する少なくとも一つの電気的な接続部品（５）によって完全に覆われている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項７】
前記電気的な接続部品（５）の内の少なくとも一つを介して、前記支持体（２）と前記放射主面（３０）との間に電気的な接続部が確立されており、
前記接続部品（５）は少なくとも部分的に前記注型材料（４）内に埋設されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項８】
前記注型材料（４）は、前記半導体チップ（３）及び前記少なくとも一つの電気的な接続部品（５）を水平方向において少なくとも部分的に直接的且つ形状結合により包囲している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項９】
前記電気的な接続部品（５）は部分的に、前記注型材料（４）及び／又は前記変換手段（６）の前記支持体側とは反対側の上面（４０，６０）上に直接的に取り付けられている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１０】
動作時に前記半導体チップ（３）において形成される放射の一部は水平方向において前記基板（３４）から放出され、前記注型材料（４）内に最大で３００μｍ入射し、
前記注型材料（４）は前記放射の一部を少なくとも部分的に前記基板（３４）へと戻るように拡散させながら反射させる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１１】
水平方向において前記半導体チップ（３）の隣にある、前記支持体上面（２０）上の電気的な接続領域（７）は、前記半導体チップ（３）の動作時に形成される放射を吸収する材料を有しており、
前記電気的な接続領域（７）は前記注型材料（４）によって前記放射から遮蔽されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１２】
前記放射主面（３０）及び／又は前記変換手段（６）の上面（６０）は部分的又は完全に固着防止層によって覆われており、該固着防止層は前記注型材料（４）による前記放射主面（３０）及び／又は前記上面（６０）の湿潤を阻止する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１３】
前記注型材料（４）は、前記半導体チップ（３）の動作時に形成される放射の放出角度を低減させる、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１４】
前記注型材料（４）は放射透過性のマトリクス材料と、該マトリクス材料内に埋め込まれている反射性の粒子とを有しており、
前記マトリクス材料はシリコーン及び／又はエポキシを含んでいるか、又は、シリコーン及び／又はエポキシから成るものであり、
前記粒子は少なくとも一つの酸化金属を含んでいるか、又は、少なくとも一つの酸化金属から成るものである、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１５】
前記放射透過性の基板（３４）は前記半導体積層体（３２）の成長基板である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
刊行物US 6,900,511 B2には、オプトエレクトロニクスコンポーネント及びその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】US 6,900,511 B2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決すべき課題は、高い放射効率を有するオプトエレクトロニクス半導体モジュールを提供することである。
【発明の効果】
【０００５】
オプトエレクトロニクス半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体モジュールが支持体上面を備えた支持体を有している。支持体は例えば回路基板、特にプリント回路基板及び／又はメタルコア基板である。同様に支持体として、有利には導体路が設けられているセラミック、又は、導体路が設けられている、パッシベートされた半導体材料、例えばケイ素又はゲルマニウムが考えられる。更に、支持体をいわゆるクワッドフラットノーリードパッケージ（Quad-Flat No-Leads-Package）、略してＱＦＮとして実施することができる。
【０００６】
オプトエレクトロニクス半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体モジュールが支持体上面に取り付けられている、一つ又は複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを有している。半導体チップは、電磁放射を形成するための少なくとも一つの活性層を備えている半導体積層体を有している。更に、少なくとも一つの半導体チップは、放射透過性の基板、有利には透過性で透明の基板を有している。基板は、半導体積層体のための成長基板で良い。同様に、成長基板が半導体積層体から除去されていることも考えられ、その場合の半導体チップの基板は、半導体積層体を担持し、事後的に被着される、成長基板とは異なる基板である。半導体積層体、及び／又は、有利には透過性の基板を、少なくとも部分的に放射透過性のパッシベーション層によって特に直接的に包囲することができる。
【０００７】
半導体チップの半導体積層体は、有利には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を基礎としている。半導体材料は、例えば、AlnIn1-nGamNのような窒化物系化合物半導体材料、又はAlnIn1-nGamPのようなリン化物系化合物半導体材料であり、ここではそれぞれ、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１且つｎ＋ｍ≦１である。半導体積層体がドーパント並びに付加的な構成要素を有していても良い。しかしながら分かり易くするために、結晶格子の本質的な構成要素が少量の別の成分によって置換及び／又は補充することができる場合であっても、それらの結晶格子の本質的な構成要素、即ちＡｌ、Ｇａ、ＩＮ、Ｎ又はＰのみを示している。活性層は特にｐｎ接合部及び／又は量子井戸構造を含んでいる。
【０００８】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体モジュールが反射性の注型材料を有している。反射性とは、注型材料が可視スペクトル領域の放射に対して、特に８０％又は９０％、有利には９４％よりも高い反射率を有していることを意味する。注型材料は有利には拡散反射を行なう。観察者にとって注型材料は有利には白色に見える。
【０００９】
オプトエレクトロニクス半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、反射性の注型材料は水平方向において半導体チップの周囲を包囲している。特に、注型材料は少なくとも部分的に半導体チップの周囲と直接的に接触している。
【００１０】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は、支持体上面から離れる方向において少なくとも、半導体チップの基板の半分の高さにまで達している。特に、半導体チップの水平方向の境界面は少なくとも、基板の半分の高さまで反射性の注型材料によって覆われている。換言すれば、半導体チップは少なくとも、基板の半分の高さまで反射性の注型材料内に埋設されている。
【００１１】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体チップがいわゆるボリュームエミッタ（volume emitter）である。即ち、反射性の注型材料のような付加的な措置を講じなくても、半導体チップの動作時に形成されて、半導体チップから出力される放射全体のうち２０％又は４０％を上回る割合の放射が、放射透過性の基板を介して半導体チップから放出される。つまり注型材料のような付加的な措置を講じなくても、半導体チップの動作時には放射が半導体積層体においてだけでなく、大部分が基板において放出される。
【００１２】
オプトエレクトロニクス半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体モジュールが支持体上面を備えた支持体を有している。支持体上面には少なくとも一つのオプトエレクトロニクス半導体チップが取り付けられている。半導体チップは、電磁放射を形成するための少なくとも一つの活性層を備えている半導体積層体並びに放射透過性の基板を含んでいる。更に半導体モジュールは、支持体上面から出発して、半導体チップの周囲を水平方向において少なくとも基板の半分の高さまで包囲している、反射性の注型材料を有している。
【００１３】
基板の材料、例えばサファイア又は炭化ケイ素は、その結晶格子に基づき、またその高い熱伝導性に基づき、放射形成のための半導体積層体を被着させることに特に適している。しかしながらそれらの材料は放射透過性である。従って、半導体チップの動作時に形成される放射は半導体チップ全体を介して、また特に基板も介して伝播する。従って動作時に形成される放射は、基板の境界面も通過して半導体チップから放出される。基板から放出される放射は比較的無指向性であり、例えば基板において吸収される可能性がある。基板の大部分を包囲している反射性の注型材料によって、基板を介して放出される放射を再び基板に向かって反射させることができる。これによって、半導体モジュールの放射効率を高めることができる。
【００１４】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体チップが、有利には近紫外線又は近赤外線のスペクトル領域にある放射及び／又は青色光又は白色光のような可視光を放射する発光ダイオードである。半導体積層体の厚さは例えば最大で１２μｍ又は最大で８μｍである。放射透過性の基板の厚さは例えば４０μｍ以上５００μｍ以下、特に、５０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００１５】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、放射透過性の基板は支持体と半導体積層体との間に設けられている。即ち、半導体積層体は、基板の支持体側とは反対側の面に被着されている。この場合、半導体チップの放射主面は、半導体積層体又は半導体チップの基板側並びに支持体側とは反対側の境界面によって形成されている。
【００１６】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は、支持体上面から出発して、少なくとも、半導体チップの支持体側とは反対側の放射主面にまで達している、及び／又は、少なくとも、基板の支持体側とは反対側の放射主面にまで達している。換言すれば、半導体チップの水平方向の境界面の周囲は反射性の注型材料によって覆われており、有利に完全に覆われている。
【００１７】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体モジュールが変換材料を含んでいる。変換材料は、動作時に半導体チップにおいて形成された放射を部分的又は完全に別の波長の放射に変換するよう構成されている。変換手段は放射方向に見て半導体チップの後方に配置されている。例えば変換手段は、支持体から離れる方向及び支持体上面に対して垂直な方向において、放射主面を部分的又は完全に少なくとも直接的に覆っている。変換手段を半導体チップの放射主面と直接的に接触させることができる。
【００１８】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、変換手段が層として形成されている。このことは、変換手段の水平方向の寸法が変換手段の厚さを上回っていることを意味していると考えられる。例えば、変換手段の厚さは１０μｍ以上１５０μｍ以下、特に、１５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００１９】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、変換手段は、水平方向において、即ち支持体上面に平行な方向において、部分的又は完全に注型材料と直接的に接触している。注型材料と変換手段を水平方向において相互に直接的に接触させることもできる。
【００２０】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料及び変換手段が支持体上面から離れる方向において面一で終端している。換言すれば、注型材料並びに変換手段の支持体側とは反対側の上面は、注型材料と変換手段が水平方向において最も接近している及び／又は接触している領域において、支持体上面に対して等しい間隔を有している。
【００２１】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は部分的又は完全に放射主面にわたり延在している。即ち、放射主面は支持体上面から離れる方向において注型材料によって覆われている。支持体上面上方の注型材料の厚さは有利には最大で５０μｍ又は最大で２０μｍである。注型材料を放射主面と直接的に接触させることも可能である。しかしながら有利には、放射主面の上方の注型材料と放射主面自体との間に変換手段が設けられている。この場合、注型材料は半導体チップも変換手段も覆っている。
【００２２】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体チップ並びに注型材料は、支持体上面に対して垂直な方向において、変換手段によって大部分又は完全に覆われている。「大部分」とは、被覆度が７５％又は９０％を上回ることを意味していると考えられる。特に、半導体チップ及び注型材料は、変換手段及び少なくとも一つの電気的な接続部品によって完全に覆われている。電気的な接続部品は、例えば、変換手段を貫通するボンディングワイヤによって形成されている。
【００２３】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、少なくとも一つの電気的な接続部品を介して、支持体、特に支持体上面又は支持体上面上に設けられている電気的な接続領域と、半導体チップの放射主面との間に電気的な接続部が確立されている。支持体を放射主面に接続させる接続部品は、少なくとも部分的に反射性の注型材料内に埋設されており、特に注型材料の支持体側とは反対側の上面まで埋設されている。注型材料は水平方向において接続部品の周囲を直接的且つ形状結合により包囲することができる。
【００２４】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は水平方向において半導体チップの周囲を直接的且つ形状結合により包囲している。注型材料を半導体チップに注ぐことにより注型を行なうこともできる。
【００２５】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、一つ又は複数の電気的な接続部品が部分的に、注型材料及び／又は変換手段の支持体側とは反対側の上面に直接的に被着されており、この被着は例えば気相からのスパッタリング又は析出を介して行なわれる。この場合、接続部品は少なくとも一つの導電層を含んでいる。接続部品の導電層は有利には、注型材料及び／又は変換手段を貫通するスルーコンタクトを介して、支持体及び／又は半導体チップと接続されている。
【００２６】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体チップの動作時に形成される放射の一部が水平方向において半導体チップの基板から放出され、注型材料へと入射する。入射深さは例えば少なくとも１０μｍ又は少なくとも３０μｍである。有利には、入射深さは最大で３００μｍ又は最大で１００μｍである。入射深さは例えば、注型材料に入射する放射の強度が１／ｅ2まで低下している、支持体上面に平行な深さである。
【００２７】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は、その注型材料に入射する放射の一部が少なくとも部分的に拡散されて再び基板に反射されるよう構成されている。即ち、放射の一部は基板及び／又は半導体積層体から放出され、注型材料に入射し、この注型材料によって反射され、続いて再び半導体チップへと達し、その後有利には放射主面において半導体チップから出力される。
【００２８】
オプトエレクトロニクス半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、特に水平方向において半導体チップの隣に存在する支持体上面における電気的な接続領域は、半導体チップの動作時に形成される放射を吸収する材料を有している。接続領域は注型材料によって、半導体チップにおいて形成される放射から遮蔽されている。例えば、接続領域は金を有しており、半導体チップは青色のスペクトル領域にある放射を放出する。
【００２９】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、変換手段の放射主面及び／又は上面が部分的又は完全に固着防止層によって覆われている。固着防止層は、半導体モジュールの製造中に注型材料によって変換手段の放射主面及び／又は上面が湿潤することを阻止するよう構成されている。固着防止層は、例えばフッ化ポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレンを有している。
【００３０】
半導体モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、注型材料は、半導体モジュールの動作時に形成される放射の放出角度が低減されるよう構成されている。このことは、注型材料が半導体チップにおいて形成され、水平方向において半導体チップから放出される放射の割合を低減させるか、又は放射の一部を阻止することによって実現される。択一的又は付加的に、注型材料の上面を放物面状の反射器又は双曲面状の反射器として形成することができる。
【００３１】
以下では、本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールを、図面を参照しながら複数の実施例に基づき詳細に説明する。同一の参照番号は個々の図面における同一の構成要素を表している。しかしながら、それらは縮尺通りの関係を表しているのではなく、むしろより良い理解のために個々の構成要素を過度に大きく示している場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図２】本発明による半導体モジュールの実施例のためのオプトエレクトロニクス半導体チップの概略的な側面図を示す。
【図３】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図４】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図５】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図６】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図７】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図８】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図９】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図１０】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図１１】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図１２】注型材料が設けられていない状態の半導体モジュールの概略図を示す。
【図１３】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体モジュールの実施例の概略図を示す。
【図１４】本発明による半導体モジュールの実施例の放射特性の概略的なグラフを示す。
【図１５】本発明による半導体モジュールの実施例の放射特性の概略的なグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１には、オプトエレクトロニクス半導体モジュール１の実施例が概略的な断面図で示されている。半導体モジュール１は、空所２５を有している支持体２を含んでいる。支持体２の導体路は図示していない。空所２５の底面は支持体上面２０を表している。支持体上面２０にはオプトエレクトロニクス半導体チップ３が取り付けられている。半導体チップ３は、半導体チップ３の動作時に電磁放射を形成するための活性層を備えている半導体積層体３２を有している。更に、半導体チップ３は放射透過性の基板３４を含んでおり、この放射透過性の基板３４に半導体積層体３２が被着されている。図面において、半導体積層体３２並びに放射透過性の基板３４はそれぞれ破線によって概略的に分離されている。しかしながら半導体チップ３は、構成要素はユニットとして取り扱うことができ、また特にユニットとして支持体上面２０に実装されている、単一で小型のモノリシックな構成要素である。
【００３４】
半導体チップ３の接触接続は電気的な接続部品５を介して行なわれており、この電気的な接続部品５は図１ではボンディングワイヤによって形成されている。接続部品５は、支持体上面２０における電気的な接続領域７ａを半導体チップ３の放射主面３０における電気的な接続領域７ｂに接続している。
【００３５】
支持体上面２０に平行な水平方向において、半導体チップ３の周囲は、支持体上面２０から出発して放射主面３０まで、反射性の注型材料４によって直接的に包囲されている。半導体チップ３のオフ状態では、観察者にとって注型材料４は有利には白色に見える。支持体上面２０から離れる方向において、注型材料４は放射主面３０と面一に終端している。半導体チップ３の湿潤効果及び空所２５の水平方向の境界壁に起因する僅かな厚さの変動を除いて、注型材料４は一定の高さを有している。換言すれば、支持体上面２０側とは反対側の注型材料上面４０は支持体上面２０に実質的に平行に配向されている。支持体上面２０と注型材料上面４０との間では、接続部品５の周囲が水平方向において注型材料４によって直接的且つ形状結合により包囲されている。
【００３６】
注型材料上面４０には、実質的に一定の層厚でもって、変換手段上面６０を備えている変換手段６が被着されている。変換手段上面６０は注型材料上面４０に対してほぼ一定の間隔を空けて延在している。接続部品５は一部分だけ変換手段６内に埋設されている。接続部品５は支持体上面２０から離れる方向において変換手段上面６０から突出している。放射主面３０全体は、変換手段６及び接続部品５によって完全に覆われている。変換手段６は空所２５を部分的にしか充填していないので、それによって変換手段上面６０の支持体２側とは反対側では空所２５内に自由空間が残存している。
【００３７】
反射性の注型材料４は有利には、反射性の粒子が注入されているポリマーであり、これは他の全ての実施例にも当てはまる。粒子のためのマトリクスを形成する注型材料４のポリマーは例えばシリコーン、エポキシ、又は、シリコーンとエポキシのハイブリッド材料である。反射性の粒子は例えば、酸化アルミニウム又は酸化チタンのような酸化金属、又は、フッ化カルシウムのようなフッ化金属、又は、酸化ケイ素から製造されているか、もしくはそれらの材料から成るものである。粒子の平均直径、例えばＱ0での中位径ｄ５０は有利には０．３μｍ以上５μｍ以下である。注型材料４全体における粒子の重量割合は有利には５％以上５０％以下、特に１０％以上３０％以下である。粒子は、有利にはそれ自体が白色であることに起因して、及び／又は、マトリクス材料との屈折率の差に起因して反射性に作用する。
【００３８】
図２には、半導体モジュール１のための半導体チップ３の概略的な側面図が示されている。半導体モジュール１の全ての実施例において、図２Ａから図２Ｅに示されている半導体チップ３を同様に使用することができる。
【００３９】
図２Ａによる半導体チップ３は、半導体積層体３２における放射主面３０上に二つの電気的な接続領域７ｂを有している。半導体チップ３の水平方向の境界面は放射主面３０に対して実質的に垂直に配向されている。基板３４は例えばサファイア基板である。
【００４０】
図２Ｂによれば、基板３４は、直径が低減されている土台領域と、直径が拡大されている頭部領域とを有しており、また頭部領域に半導体積層体３２が被着されている。電気的な接触接続は、半導体チップ３の相互に対向する主面上の接続領域７ｂを介して行なわれる。
【００４１】
図２Ｃによる半導体チップ３においては、複数の接続領域７が半導体積層体３２における放射主面３０上に設けられている。放射主面から離れる方向において、半導体チップ３の幅は縮小されている。例えば半導体チップ３は角錐台状に成形されている。
【００４２】
図２Ｄによる半導体チップ３では、図２Ｃにおける半導体チップとは異なり、接続領域７ｂが半導体チップ３の相互に対向する主面上に設けられている。図２Ｂから図２Ｄによる半導体チップ３の基板３４は特に炭化ケイ素基板である。
【００４３】
図２Ｅにおいては、半導体チップ３の半導体積層体３２に二つより多い接続領域７ｂが設けられている。図２Ｅによる半導体チップ３は、図２Ｅには図示してない支持体２と基板３４との間に半導体積層体３２が存在するように支持体２に実装するために構成されている。放射主面３０は、基板３４の半導体積層体３２側とは反対側の主面によって形成されている。
【００４４】
図３による実施例においては、反射性の注型材料４が、図１とは異なり、空所２５の水平方向の境界面に関して湿潤性に作用する。このことから、注型材料４によって放物面状の反射器が空所２５内に実現されている。変換手段６の層厚は、注型材料４全体にわたりほぼ一定である。
【００４５】
図４による半導体モジュール１の実施例においては、電気的な接続部品５が変換手段６及び注型材料４内に完全に埋設されている。接続部品５は変換手段６から突出していない。図１及び図３においても、注型材料４並びに半導体チップ３は支持体上面２０から離れる方向において、変換手段６によって完全に覆われているか、又は、変換手段６及び接続部品５によって完全に覆われている。選択的に、変換手段６が補助注型材料８によって特に完全に覆われていることも考えられ、その場合、補助注型材料８は空所２５からは突出しない。補助注型材料８を透明且つ透過性にすることができるか、又は、補助注型材料８はフィルタ手段及び／又は拡散体を含有することができ、これは他の全ての実施例にも当てはまる。
【００４６】
図５による半導体モジュール５の実施例においては、補助注型材料８がレンズとして成形されている。変換手段６は小型プレートとして構成されており、また放射主面３０に限定されている。図５に示されているものとは異なり、変換手段６が接続部品５のための欠落部又は開口部を有することもできる。
【００４７】
支持体上面２０上の電気的な接続領域７は、反射性の注型材料４によって、動作時に半導体チップ３において形成されて半導体チップ３から出力される放射からは遮蔽されている。これによって、接続領域７は半導体チップ３において形成された放射を吸収する材料を含むことができる。例えば、接続領域７は腐食耐性のある金又は金合金を有することができる。
【００４８】
選択的に、半導体チップ３と支持体上面２０との間にミラー１０を設けることも可能であり、これは他の全ての実施例にも当てはまる。例えば、ミラー１０は反射性の金属、例えば銀を含むことができるか、又は反射性の金属から成るものである。択一的又は付加的に、ミラー１０は少なくとも部分的に全反射による反射を行なうことができる。
【００４９】
図６には、支持体２が空所を有しておらずに面平行なプレートとして形成されている、半導体モジュール１の実施例が示されている。変換手段６は小型プレートとして構成されており、また放射主面３０上に被着されている。接続領域７は変換手段６によっては覆われていない。注型材料４は支持体上面２０から離れる方向において変換手段６と面一に終端している。水平方向においては、変換手段６の周囲は注型材料４と直接的に接触している。接続領域７は注型材料４によって完全に覆われている。図６に示されているものとは異なり、接続部品５が支持体上面２０から離れる方向において注型材料４から突出せずに、注型材料４内に完全に埋設されていることも考えられる。
【００５０】
図７による実施例においては、接続部品５がコーティングによって半導体チップ３上に直接的に形成されている。変換手段６を貫通する、接続部品５と半導体チップ３との間のスルーコンタクトは図７において図示していない。電気的な短絡を回避するために、半導体チップ３は有利には少なくとも水平方向の境界面において絶縁層を有している。
【００５１】
図６及び図７によれば、支持体２から離れる方向において、半導体チップ３並びに変換手段６及び注型材料４には補助注型材料８が続いている。補助注型材料８はレンズとして形成されている領域を有しており、この領域は補助注型材料８の一部にわたり延在しているか（図６を参照されたい）、又は補助注型材料８の全体にわたり延在している（図７を参照されたい）。
【００５２】
半導体モジュール１の別の実施例が図８Ａにおいては断面図で示されており、また図８Ｂにおいては平面図で示されている。水平方向において、接続部品５と半導体チップ３との間には注型材料４の一部が設けられている。即ち、水平方向における半導体チップ３と接続部品５との間の絶縁は注型材料４によって行なわれる。接続部品５は直接的に注型材料４上並びに変換手段６上に被着されており、またスルーコンタクトを介して半導体チップ３及び支持体２と電気的に接続されている。
【００５３】
図９による実施例においては、注型材料４が半導体積層体３２にまでは達していない。変換手段６は大容量の注型材として構成されており、また有利には１００μｍ以上５００μｍ以下の厚さを有している。図９に示されているものとは異なり、変換手段６が空所２５から突出していても良い。
【００５４】
図１０による実施例においては、変換手段６が支持体２の空所２５を完全に充填しており、且つ、支持体上面２０から離れる方向において支持体２と面一に終端している。
【００５５】
図１１によれば、変換手段６が層として直接的に放射主面３０上に被着されているか、又は小型プレートとして直接的に、図示していない接続手段を介して、特に接着されて、放射主面３０に被着されている。半導体チップ３も変換手段６も、支持体２から離れる方向において、完全に注型材料４によって覆われている。換言すれば、半導体チップ３及び変換手段６の周囲は支持体２及び注型材料４によって完全に包囲されている。変換手段６の上方の注型材料４の層厚は有利には薄く、例えば最大で５０μｍであり、それにより半導体チップ３からの放射並びに、変換手段６からの変換された放射を、放射主面３０上方の領域において半導体モジュール１から放出させることができる。
【００５６】
図１２Ａ並びに図１２Ｂにおいては、注型材料が設けられていないモジュールが示されている。半導体モジュール１は静電放電に対する保護のための保護ダイオード９を有することができ、これは他の全ての実施例にも当てはまる。図１３においては、注型材料４が設けられている、図１２Ａ及び図１２Ｂによる半導体モジュール１が示されている。注型材料４によって接続部品５は完全には覆われておらず、保護ダイオードは注型材料４内に埋設されている。同様に、半導体チップ３並びに変換手段６は注型材料４によって覆われていない。注型材料４は半導体チップ３の周囲を包囲し、空所の境界壁にまで達している。
【００５７】
図１４においては、図１２によるモジュールに関する放射強度Ｉと放出角度αの関係（曲線Ａを参照されたい）と、図１３による半導体モジュール１に関する放射強度Ｉと放出角度αの関係（曲線Ｂを参照されたい）とが示されている。反射性の注型材料４によって、半導体モジュール１は、注型材料が設けられていない同一のモジュールに比べて狭い放出角度領域を有している。
【００５８】
図１５においては、任意の単位の光束Φと、ＣＩＥ色度図の色座標ｃxとの関係が示されている。曲線Ａは注型材料が設けられていないモジュールに対応し、曲線Ｂは注型材料４が設けられている半導体モジュール１に対応する。光束Φは曲線Ｂにおいて数パーセント点分だけ曲線Ａに比べて高められている。即ち、注型材料４によって半導体モジュール１の効率を高めることができる。
【００５９】
上記において説明した本発明は、実施例に基づいた説明によって制限されるものではない。むしろ本発明は新規の特徴、並びに、とりわけ特許請求の範囲に記載されている複数の特徴の組み合わせを内容とする、複数の特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、このことはその特徴又はその組み合わせ自体が明示的に特許請求の範囲又は実施例に記載されていない場合にも当てはまる。本明細書は、ドイツ連邦共和国特許明細書102010027253.1の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により含まれるものである。
【図１】
2013534733.tif 000003
【図２Ａ）】
2013534733.tif 000004
【図２Ｂ）】
2013534733.tif 000005
【図２Ｃ）】
2013534733.tif 000006
【図２Ｄ）】
2013534733.tif 000007
【図２Ｅ）】
2013534733.tif 000008
【図３】
2013534733.tif 000009
【図４】
2013534733.tif 000010
【図５】
2013534733.tif 000011
【図６】
2013534733.tif 000012
【図７】
2013534733.tif 000013
【図８Ａ）】
2013534733.tif 000014
【図８Ｂ）】
2013534733.tif 000015
【図９】
2013534733.tif 000016
【図１０】
2013534733.tif 000017
【図１１】
2013534733.tif 000018
【図１２Ａ）】
2013534733.tif 000019
【図１２Ｂ）】
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【図１３】
2013534733.tif 000021
【図１４】
2013534733.tif 000022
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月15日(2013.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上面（２０）を備えている支持体（２）と、
前記支持体上面（２０）上に取り付けられており、放射透過性の基板（３４）と、電磁放射を形成するための少なくとも一つの活性層を有する半導体積層体（３２）とを含んでいる、少なくとも一つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、
反射性の注型材料（４）とを有しており、
前記注型材料（４）は、前記半導体チップ（３）の周囲を水平方向において包囲しており、且つ、前記支持体上面（２０）から離れる方向において、前記半導体チップ（３）と面一に接して終端しており、
動作時に前記半導体チップ（３）において形成される放射の一部は水平方向において前記基板（３４）から放出され、前記反射性の注型材料（４）内に最大で３００μｍ入射し、
前記注型材料（４）は前記放射の一部を少なくとも部分的に前記基板（３４）へと戻るように拡散させながら反射させることを特徴とする、オプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項２】
前記基板（３４）は前記支持体（２）と前記半導体積層体（３２）との間に設けられており、
前記注型材料（４）は、前記支持体上面（２０）から出発して、少なくとも、前記半導体チップ（３）の前記支持体（２）側とは反対側の放射主面（３０）まで達している、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項３】
前記放射主面（３０）は、前記半導体チップ（３）から放出される放射を別の波長の放射に少なくとも部分的に変換するための変換手段（６）によって覆われており、
前記変換手段（６）は層として形成されており、且つ、水平方向において少なくとも部分的に前記注型材料（４）と直接的に接触している、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項４】
更に、前記半導体チップ（３）の電気的な接触接続を行なうための、ボンディングワイヤの形態の電気的な接続部品（５）を有しており、
前記接続部品（５）の周囲は水平方向において、前記注型材料（４）によって直接的且つ形状結合により包囲されており、
前記接続部品（５）は部分的にしか前記変換手段（６）内に埋設されておらず、
前記接続部品（５）は前記支持体上面（２０）から離れる方向において前記変換手段の上面（６０）から突出している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項５】
前記注型材料（４）は部分的又は完全に前記放射主面（３０）にわたり延在している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項６】
前記支持体上面（２０）に対して垂直な方向において、前記半導体チップ（３）並びに前記注型材料（４）は、前記変換手段（６）によって、及び／又は、前記変換手段（６）を貫通する少なくとも一つの電気的な接続部品（５）によって完全に覆われている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項７】
前記電気的な接続部品（５）の内の少なくとも一つを介して、前記支持体（２）と前記放射主面（３０）との間に電気的な接続部が確立されており、
前記接続部品（５）は少なくとも部分的に前記注型材料（４）内に埋設されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項８】
前記注型材料（４）は、前記半導体チップ（３）及び前記少なくとも一つの電気的な接続部品（５）を水平方向において少なくとも部分的に直接的且つ形状結合により包囲している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項９】
前記電気的な接続部品（５）は部分的に、前記注型材料（４）及び／又は前記変換手段（６）の前記支持体側とは反対側の上面（４０，６０）上に直接的に取り付けられている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１０】
前記半導体積層体（３２）は前記支持体（２）と前記基板（３４）との間に設けられている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１１】
水平方向において前記半導体チップ（３）の隣にある、前記支持体上面（２０）上の電気的な接続領域（７）は、前記半導体チップ（３）の動作時に形成される放射を吸収する材料を有しており、
前記電気的な接続領域（７）は前記注型材料（４）によって前記放射から遮蔽されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１２】
前記放射主面（３０）及び／又は前記変換手段（６）の上面（６０）は部分的又は完全に固着防止層によって覆われており、該固着防止層は前記注型材料（４）による前記放射主面（３０）及び／又は前記上面（６０）の湿潤を阻止する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１３】
前記注型材料（４）は、前記半導体チップ（３）の動作時に形成される放射の放出角度を低減させる、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１４】
前記注型材料（４）は放射透過性のマトリクス材料と、該マトリクス材料内に埋め込まれている反射性の粒子とを有しており、
前記マトリクス材料はシリコーン及び／又はエポキシを含んでいるか、又は、シリコーン及び／又はエポキシから成るものであり、
前記粒子は少なくとも一つの酸化金属を含んでいるか、又は、少なくとも一つの酸化金属から成るものである、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１５】
前記放射透過性の基板（３４）は前記半導体積層体（３２）の成長基板である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１６】
更に、前記半導体チップ（３）の電気的な接触接続を行なうための電気的な接続部品（５）を有しており、
前記接続部品（５）は前記注型材料（４）上並びに前記変換手段（６）上に直接的に取り付けられており、且つ、スルーコンタクトを介して前記半導体チップ（３）及び前記支持体（２）と電気的に接続されている、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【請求項１７】
前記注型材料（４）は、シリコーン、エポキシ、又は、シリコーンとエポキシのハイブリッド材料から成るマトリクスと、該マトリクス内に埋め込まれている反射性の粒子とを有しており、
前記粒子は酸化アルミニウム、酸化チタン又はフッ化カルシウムから成るものであり、
前記粒子の平均直径は０．３μｍ以上５μｍ以下であり、
前記注型材料（４）全体における前記粒子の重量割合は１０％以上３０％以下である、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体モジュール（１）。
【国際調査報告】
2013534733.tif 000024
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2013534733.tif 000026
2013534733.tif 000027
2013534733.tif 000028
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