(57)【要約】  発光モジュール（１）の少なくとも一つの実施の形態においては、発光モジュールが冷却体（８）と回路基板（３）と支持体（４）とを有している。支持体上面（４０）には一つ又は複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ（５）が取り付けられている。半導体チップ（５）は支持体（４）と電気的に接続されている。少なくとも一つの保持装置（７）は支持体上面（４０）に直接的又は間接的に載置されており、支持体下面（４５）を冷却体上面（８０）に押し付ける。支持体（４）は回路基板（３）と電気的に接続されている。保持装置（７）は少なくとも一つの半導体チップ（５）から電気的に絶縁されている。
2013534354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス発光モジュール（１）において、
冷却体上面（８０）を備えている冷却体（８）と、
回路基板（３）と、
支持体上面（４０）並びに該支持体上面（４０）とは反対側にある支持体下面（４５）とを備えている支持体（４）と、
前記支持体上面（４０）に取り付けられており、且つ前記支持体と電気的に接続されている、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（５）と、
前記支持体上面（４０）に少なくとも間接的に載置されており、且つ、前記支持体下面（４５）を前記冷却体上面（８０）に押し付ける、少なくとも一つの保持装置（７）とを有しており、
前記支持体（４）は前記回路基板（３）と電気的に接続されており、且つ、前記保持装置（７）は前記半導体チップ（５）から電気的に絶縁されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項２】
前記支持体（４）は水平方向において前記回路基板（３）から間隔を空けて設けられており、前記支持体（４）と前記回路基板（３）との間の間隙は電気的なブリッジ（９）によって懸架されており、前記ブリッジ（９）によって前記支持体上面（４０）における電気的な導体路（１０）と、導体路上面（３０）における対応する電気的な導体路（１０）とが接続される、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項３】
前記保持装置（７）は、５Ｎ以上１００Ｎ以下の機械的な力でもって、及び／又は、０．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の平均圧力でもって、前記支持体（４）を前記冷却体上面（８０）に押し付ける、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項４】
前記支持体下面（４５）及び前記冷却体上面（８０）はそれぞれ最大で１０μｍの平均粗さを有している、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発光モジュール（１）。
【請求項５】
前記支持体下面（４５）は少なくとも部分的に前記冷却体上面（８０）と直接的に接触している、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発光モジュール（１）。
【請求項６】
前記支持体下面（４５）と前記冷却体上面（８０）との間には、少なくとも部分的に、前記冷却体（８）上での前記支持体（４）の熱結合を改善するための中間層（１４）が設けられており、
前記中間層（１４）の平均厚さは最大で１０μｍである、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発光モジュール（１）。
【請求項７】
前記冷却体（８）は凹部（１２）を有しており、該凹部（１２）内に前記支持体（４）が取り付けられており、該支持体（４）は前記凹部（１２）から突出している、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発光モジュール（１）。
【請求項８】
前記保持装置（７）はばね又はベルトとして構成されており、且つ、少なくとも８０Ｗ／（Ｋ・ｍ）の熱伝導率を有する材料から形成されている、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発光モジュール（１）。
【請求項９】
前記保持装置（７）は部分的に前記冷却体（８）と熱的に直接接触している、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発光モジュール（１）。
【請求項１０】
前記回路基板（３）及び／又は前記冷却体の平均熱膨張率は、前記支持体（４）の平均熱膨張率とは最大で係数４異なる、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発光モジュール（１）。
【請求項１１】
前記支持体（４）の少なくとも一つの側面（４８）には、前記冷却体上面（８０）と接触しているストッパ（１３）が取り付けられており、該ストッパ（１３）は前記冷却体上面（８０）に相対的な前記支持体（４）の水平方向のずれを抑制又は低減する、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発光モジュール（１）。
【請求項１２】
前記支持体（４）はセラミック又は半導体材料を有しているか、もしくは、セラミック又は半導体材料から成るものであり、
前記支持体（４）の厚さは２００μｍ以上１ｍｍ以下である、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発光モジュール（１）。
【請求項１３】
前記保持装置（７）は可逆性に取り外しできないように持続的に前記冷却体（８）に固定されている、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発光モジュール（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載されている少なくとも一つのオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）を備えていることを特徴とする自動車用ヘッドライト。
【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発光モジュールに関する。更に本発明はその種の発光モジュールを備えている自動車用ヘッドライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発光モジュール及び自動車用の照明構成素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】US 2008/0008427 A1
【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、放熱が良好な発光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
オプトエレクトロニクス発光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発光モジュールが冷却体上面を備えている冷却体を含んでいる。冷却体は特に、発光モジュールの動作時に発生する廃熱を発光モジュールから排出するために使用される。例えば、冷却体は銅又はアルミニウムのような金属又は金属合金を基礎としているか、又はそれらから成る。有利には、ヒートシンクの平均熱伝導率は少なくとも２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。冷却体の熱容量は特に少なくとも１００Ｊ／Ｋ又は少なくとも２００Ｊ／Ｋである。
【０００６】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光モジュールが少なくとも一つの回路基板を含んでいる。回路基板は例えばメタルコア基板又はプリント回路基板である。回路基板は有利には冷却体上面に機械的に固定されて取り付けられており、例えば接着されている。特に、発光モジュールの電気的な接触接続は回路基板を介して行われる。このために、冷却体上面側とは反対側の回路基板上面には電気的なコンタクト領域を設けることができる。
【０００７】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光モジュールが、支持体上面と、この支持体上面とは反対側の支持体下面とを備えている支持体を有している。支持体は例えばＡｌＮのようなセラミック又はＳｉのような半導体材料を含有しているか、又はそれらを基礎としている。
【０００８】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光モジュールが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含んでいる。半導体チップは特に発光ダイオード、例えばＧａＮのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を基礎とする半導体層列を含んでいる発光ダイオードである。半導体チップは有利には、発光モジュールの動作時に紫外線放射又は近赤外線放射及び／又は青色光もしくは白色光を生成するよう構成されている。半導体チップは支持体上面に取り付けられており、また支持体と電気的に接続されている。このために、支持体上面には電気的な導体路が取り付けられている。半導体チップは例えば電気的に直列又は並列に接続されている。
【０００９】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光モジュールが少なくとも一つの保持装置を有しており、この保持装置は少なくとも間接的に支持体上面に載置され、また支持体下面を冷却体上面に押し付ける。換言すれば、保持装置は半導体チップを備えている支持体に機械的な力を及ぼし、これによって支持体が冷却体に押し付けられている。特に、保持装置、及び／又は、支持体と接触している保持装置の一部は弾性に変形可能である。保持装置は例えばばねであるか、又はその種のばねを含んでいる。
【００１０】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体が回路基板に電気的に接続されている。回路基板と支持体との間の電気的な接続は有利には冷却体を介しては行われない。回路基板と支持体との間の電気的な接続部を冷却体から電気的に絶縁することができる。
【００１１】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、保持装置が一つ又は複数の半導体チップから電気的に絶縁されている。この場合、保持装置と少なくとも一つの半導体チップとの間に直接的な電気的な接続は生じない。即ち、保持装置は半導体チップのための電気的な接続装置とは異なる。特に、保持装置は専ら支持体を冷却体に機械的に接触接続するために使用され、オプションとして支持体を冷却体に熱的に接続するために使用される。
【００１２】
オプトエレクトロニクス発光モジュール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発光モジュールが、冷却体上面を備えている冷却体と、回路基板と、支持体上面及びこの支持体上面とは反対側にある支持体下面を備えている支持体とを有している。支持体上面には一つ又は複数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。半導体チップは支持体と電気的に接続されている。発光モジュールの一つ又は複数の保持装置は、直接的又は間接的に支持体上面に載置されており、且つ、支持体下面を冷却体上面に押し付けている。支持体は回路基板と電気的に接続されている。保持装置は少なくとも一つの半導体チップから電気的に絶縁されている。
【００１３】
保持装置によって支持体が冷却体に押し付けられていることによって、支持体と冷却体との間に取り付けられ、支持体を冷却体に機械的に固定するための接続手段を省略することができる。これによって半導体チップと冷却体との間の熱抵抗を低減することができる。
【００１４】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、半導体チップが取り付けられている支持体は水平方向において回路基板から間隔を空けて設けられている。即ち、冷却体上面を上から見ると、支持体と回路基板との間には間隙が形成されている。有利には、この間隙は回路基板の周囲全体にわたり延在しているので、それにより支持体及び回路基板は水平方向において全く接触していない。これとは異なり、支持体と回路基板が水平方向において部分的に直接接触していることも考えられる。例えば、間隙が回路基板に沿って二つ又は三つの側面にのみ延在していること、また、回路基板が一つの又は二つの側面で支持体に接していることも考えられる。
【００１５】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体及び回路基板が電気的なブリッジを介して相互に電気的に接続されている。ブリッジは支持体上面における電気的な導体路を回路基板上面における対応する電気的な導体路に接続する。支持体と回路基板との間に必要に応じて設けられている間隙にブリッジが懸架されていることも考えられる。例えばブリッジは、支持体上面並びに回路基板上面に直接的に取り付けられている、ボンディングワイヤ、導電性のベルト、又は、層もしくは導電性の層から成る積層体（オプションとして絶縁層を含んでいても良い）によって形成されている。
【００１６】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、回路基板が、その回路基板を完全に貫通している開口部を有している。開口部の有利には少なくとも三つの側面又は少なくとも四つの側面は水平方向において回路基板の材料によって包囲されている。換言すれば、回路基板は水平方向において支持体の周囲を包囲している。開口部には少なくとも一つの半導体チップを備えている支持体が設けられており、この場合、支持体は冷却体から離れる方向において、有利には少なくとも部分的に回路基板から張り出している。
【００１７】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体を冷却体に押し付ける保持装置が回路基板とは接していない。即ち、この場合には、回路基板と保持装置は接触していない。これによって、支持体又は半導体チップから、回路基板を介して迂回することない、直接的に冷却体への良好な熱伝達が保証されている。
【００１８】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、保持装置が所定の用途においては、５Ｎ以上１００Ｎ以下の機械的な力でもって、特に２０Ｎ以上６０Ｎ以下の機械的な力でもって支持体を冷却体上面に押し付ける。付加的又は代替的に、支持体下面を冷却体上面に押し付ける平均圧力は０．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下、特に０．４ＭＰａ以上２ＭＰａ以下である。
【００１９】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体下面及び／又は冷却体上面が、最大で１０μｍ又は最大で５μｍ又は最大で２μｍのＲａとも称される平均粗さを有している。換言すれば支持体下面及び／又は冷却体上面は平坦である。これによって支持体と冷却体との間の熱的な接触が保証されている。
【００２０】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体下面及び／又は冷却体上面、特に冷却体上面において支持体が載置される領域は平面且つ均一に形成されている。換言すれば、支持体下面又は支持体が載置される冷却体上面の領域の所期のような二次元又は三次元の構造化は行なわれない。即ち、支持体と冷却体は相互に平坦に接している。
【００２１】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体下面は部分的又は完全に冷却体上面と直接的に接している。即ち、支持体と冷却体を接触させることができる。支持体下面及び冷却体上面の微視的な粗さを考慮しなければ、有利には支持体下面全体が冷却体上面と接触している。これによって支持体と冷却体との間の非常に低い熱抵抗を達成することができる。
【００２２】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、支持体下面と冷却体上面との間には、部分的又は面全体に中間層が設けられている。中間層は支持体と冷却体の熱結合を改善するために構成されている。特に中間層は、支持体下面及び／又は冷却体上面の微視的な粗さに起因する、支持体と冷却体との間の間隙を無くすことに適している。換言すれば、支持体と冷却体との間の接触面積を中間層によって拡大することができる。中間層の平均厚さは最大で１０μｍ又は最大で２．５μｍ又は最大で１μｍである。換言すれば、中間層は比較的薄く形成されており、従って顕著な熱抵抗は有していない。とりわけ中間層によって、支持体と冷却体との間の熱抵抗は、中間層が設けられていない同等の装置に比べて低減されている。例えば、中間層はシリコーンを含んでいるか、又はシリコーンから成る。
【００２３】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、冷却体が冷却体上面に凹部又は溝を有している。半導体チップを備えている支持体は凹部又は溝に取り付けられており、また支持体は凹部の底部から離れる方向において有利には凹部又は溝から張り出している。凹部の底部は特に平坦に形成されている。支持体を平坦且つ均一に凹部の底部に載置することができる。凹部によって、支持体は水平方向において、冷却体に相対的にガイド及び／又は固定することができる。
【００２４】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、保持装置がばね又はベルトとして構成されているか、もしくはそれらの構成素子の内の少なくとも一つを有しており、例えばねじ、リベット又ははんだコンタクトのような固定素子と一緒に使用される。保持装置の材料は有利には少なくとも８０Ｗ／（Ｋ・ｍ）の固有熱伝導率を有している。例えば、保持装置は銅又は銅合金を有しているか、もしくは、銅又は銅合金から成る。
【００２５】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、保持装置が部分的に冷却体と直接的に熱的に接している。その場合には、例えば保持装置は部分的に、冷却体の境界面、例えば冷却体上面に押し付けられる。保持装置が複数の部品を有している場合、有利にはそれらの部品の内の少なくとも一つが支持体にも冷却体にも直接的に熱的に接している。例えば保持装置の対応する部品が支持体上面及び／又は冷却体上面と接触している。
【００２６】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、回路基板及び／又は冷却体の平均熱膨張率が、支持体の熱膨張率とは最大で係数４又は最大で係数３異なっている。これによって、異なる熱膨張に起因する材料応力を低減することができ、ひいては発光モジュールの寿命を延長することができる。
【００２７】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光モジュールが少なくとも一つのストッパを有している。ストッパは支持体の少なくとも一つの側面に取り付けられている。有利には、ストッパは冷却体上面及び支持体と直接的又は間接的に接している。ストッパは、冷却体上面に相対的な支持体の水平方向のずれを抑制又は低減するよう構成されている。ストッパは例えば冷却体に相対的な支持体用の固定点である。特に、ストッパは支持体の多くても一つ又は二つの側面に設けられており、ストッパが設けられている側面は有利には対向していない。
【００２８】
発光モジュールの少なくとも一つの実施の形態によれば、保持装置が持続的に冷却体に固定されており、発光モジュールの所定の用途においては可逆性に取り外しできないように冷却体に固定されている。例えば、保持装置は冷却体に接着されているか、又ははんだ付けされている。
【００２９】
更に本発明は自動車用ヘッドライトに関する。自動車用ヘッドライトは、上記において一つ又は複数の実施の形態と関連させて説明したようなオプトエレクトロニクス発光モジュールを少なくとも一つ備えている。従って、自動車用ヘッドライトの特徴は本発明による発光モジュールについても開示されており、またその逆も当てはまる。
【００３０】
以下では、本発明によるオプトエレクトロニクス発光モジュール並びに本発明による自動車用ヘッドライトを、図面を参照しながら実施例に基づき詳細に説明する。個々の図面において、同一の構成要素には同一の参照番号を付している。しかしながら、縮尺通りの関係性が図示されているのではなく、むしろより良い理解のために個々の構成要素が過度に拡大図示されている場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるオプトエレクトロニクス発光モジュールの一つの実施例の概略図を示す。
【図２】本発明によるオプトエレクトロニクス発光モジュールの一つの実施例の概略図を示す。
【図３】本発明によるオプトエレクトロニクス発光モジュールの一つ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発光モジュールの一つ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発光モジュールの一つ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発光モジュールの一つの実施例の概略図を示す。
【図７】発光モジュールの一つの変形の形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１には、オプトエレクトロニクス発光モジュールの一つの実施例の斜視図が示されている。例えば、発光モジュール１は自動車用ヘッドライトに組み込まれている。発光モジュール１は冷却体８を含んでおり、この冷却体８は冷却体上面８０を備えている。冷却体上面８０には、固定的に実装されている回路基板３、例えばメタルコア基板が設けられている。更に冷却体上面８０には、二つの保持装置７と、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ５を備えている支持体４とが取り付けられている。
【００３３】
冷却体８側とは反対側の支持体上面４０にも、冷却体８側とは反対側の回路基板上面３０にも電気的な導体路１０が設けられており、それらの導体路１０を部分的に、特に回路基板３内に埋設させることができる。支持体４の導体路１０と回路基板３の導体路１０との間の電気的な接続は、例えばボンディングワイヤによって実現されている電気的なブリッジ９を介して行われる。
【００３４】
更には、支持体上面４０における導体路１０を介して複数の半導体チップ５を直列に接続することができる。図示されている実施例とは異なり、複数の半導体チップ５が個別に制御可能であるか、又は複数の半導体チップ５がグループにまとめられ、それらのグループが個別に制御可能であることも同様に考えられる。この場合、回路基板３にも支持体４にも図１に示されている数よりも多い数の導体路１０が延在している。またこの場合、有利には、支持体４と回路基板３との間の電気的な接続のために二つより多くのブリッジ９が設けられている。外部との電気的な接触接続のために、回路基板３の角領域にははんだパッド１１が設けられている。
【００３５】
保持装置７はそれぞれ二つの部品７ａ，７ｂを有している。部分７ａはばねクリップとして構成されており、このばねクランプは支持体上面４０に直接的に押し付けられており、また冷却体上面８０と直接的に接触している。部品７ａは部品７ｂによって持続的に冷却体上面８０に押し付けられており、且つ、固定されている。保持装置７を介して支持体４は接続手段を用いることなく冷却体上面８０に押し付けられている。支持体４と冷却体８は相互に直接的に接触しているが、冷却体上面８０と支持体下面との間に接続手段が設けられている必要はない。
【００３６】
オプションとして冷却体８は固定部６を有しており、この固定部６を用いることにより発光モジュール１全体を外部の実装基板に固定することができる。固定部６は例えばねじを収容するための孔である。
【００３７】
支持体の厚さは例えば２００μｍ以上１ｍｍ以下、特に３００μｍ以上７００μｍ以下である。支持体４の水平方向の寸法は、発光モジュール１が複数の半導体チップ５を含む場合には、例えば３ｍｍ×５ｍｍ以上５ｍｍ×８ｍｍ以下であるか、又は、発光モジュールが図１に示されている実施例とは異なり只１つの半導体チップ５しか含んでいない場合には、１ｍｍ×４ｍｍ以上３ｍｍ×５ｍｍ以下である。例えば、発光モジュール１の所定の動作時に、半導体チップ５毎に少なくとも３Ｗの廃熱が生じる。
【００３８】
支持体４は例えば窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムのようなセラミックを含んでいるか、又はその種のセラミックから成る。同様に、支持体４が窒化ケイ素又は炭化ケイ素を含んでいるか又はそれらから成るか、もしくは支持体４はケイ素又はゲルマニウムのような半導体材料から製造されていることも考えられる。支持体４が導電性材料を有している場合、有利には支持体４に少なくとも部分的に薄いパッシベーション層が設けられており、その種のパッシベーション層は無視できる程度の熱抵抗しか有していない窒化ケイ素から成る。
【００３９】
熱伝導率が高く、また半導体チップの熱膨張に類似する熱膨張が生じる支持体４の適切な材料、例えばセラミックは典型的には約５×１０-6Ｋ-1の熱膨張率を有している。これに対して冷却体用の金属、例えばアルミニウム又は銅は、約１５×１０6Ｋ-1から約２５×１０6Ｋ-1の範囲の比較的大きい熱膨張率を有している。ここで説明する実施例による構成の代わりに、支持体４と冷却体８との間の接続手段は熱膨張率の差分を補償調整できなければならない。何故ならば、補償調整ができなければ発光モジュールを何度もオン・オフした後に支持体が冷却体から剥がれる虞があるからである。
【００４０】
接続手段としての硬質金属はんだ又は例えば銀が混合されたエポキシは、通常の場合、支持体と冷却体との間での異なる熱膨張に起因する応力を補償することができない。このために、例えば窒化バリウムが充填されている、比較的軟らかい接着剤、特にシリコーンをベースとする接着剤が必要である。しかしながらその種の接着剤は、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）のオーダの比較的低い熱伝導率しか有しておらず、更には２０μｍから６０μｍの間の比較的厚い層厚で塗布されている。従って、接続手段層の熱抵抗が高いことによって、発光モジュールの放熱能力は著しく低減されている。ここで説明する発光モジュール１においては保持装置７ａ，７ｂを介して支持体４が接続手段を必要とせずに直接的に冷却体８に押し付けられていることによって、冷却体８と支持体４との間の熱抵抗が低減されている。例えば熱抵抗は最大で２．５Ｋ／Ｗ又は最大で２．０Ｋ／Ｗである。
【００４１】
図２による実施例においては、冷却体８が支持体上面８０に支持体４を収容するための凹部１２を有している（図２Ａを参照されたい）。この凹部によって支持体４は、例えば最大で５００μｍ又は最大で２５０μｍの許容差でもって、水平方向において冷却体８に相対的に固定されている。
【００４２】
図１による実施例とは異なり、保持装置７は可逆性に冷却体８に固定されている。部品７ｂは、部品７ａを冷却体上面８０並びに支持体上面４０に押し付けるねじによって形成されている。保持装置７は支持体４を冷却体８に有利には機械的に結合させるためにのみ使用され、オプションとして支持体４を冷却体８に熱的に結合させるために使用される。これは他の全ての実施例においても同様に当てはまる。保持装置７は導体路１０並びに半導体チップ５から電気的に絶縁されている。支持体４の機械的な接続と電気的な接続とが相互に分離されていることによって、特に保持装置７を比較的自由に設計することができる。
【００４３】
図３による発光モジュール１の別の実施例においては、保持装置の部品７ｂが同様に可逆性に操作可能なねじによって形成されている。部品７ａは、冷却体上面８０を平面的に見て、支持体４の短い側面の少なくとも８０％にわたり延在している。回路基板３は冷却体上面８０の半分にしか設けられていない。図示されている実施例とは異なり、回路基板３が支持体４の周囲を完全に包囲するか、又は、少なくとも支持体４の二つの側面又は三つの側面に沿って延在していることも同様に考えられる。半導体チップ５はオプションとして放射透過性のカバー１５によって覆われており、このカバー１５の後段には図示していない光学系を配置することができる。これは他の全ての実施例においても同様に当てはまる。
【００４４】
図４による実施例においては、支持体４が凹部１２内に設けられており、且つ、この凹部１２から突出している。固定装置の部品７ｂははんだコンタクト面によって形成されている。支持体４は、銅又は銅合金から成るベルトである部品７ａを介して冷却体８に押し付けられている。部品７ａははんだ接続又は接着接続を介して部品７ｂに固定されている。例えば、ベルトは１００μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有している。更に、部品７ａは支持体４全体に沿って延在しており、また例えば支持体上面４０の少なくとも１５％又は少なくとも２０％を覆っている。
【００４５】
図５には発光モジュール１の別の実施例が示されており、図５Ａには支持体４を固定する前の状態が示されており、図５Ｂには支持体４が冷却体８に押し付けられた後の状態が示されている。保持装置の部品７ａはクリップによって形成されており、このクリップは開口部２を貫通して冷却体８の裏面から支持体上面４０にまで達している。部品７ｂはねじによって形成されている。部品７ｂのねじを締めることによって、クリップ状の部品７ａが支持体上面４０に押し付けられ、それによって、半導体チップ５を備えている支持体４の固定が行われる。
【００４６】
図６による発光モジュール１の実施例においては、支持体下面４５と冷却体上面８０との間に中間層１４が設けられている。中間層１４は例えば最大で１μｍの薄い厚さを有している。支持体４が冷却体８に直接的に押し付けられる場合に比べて、中間層１４によって支持体４と冷却体８との間の熱抵抗が低減されている。何故ならば、中間層１４によって冷却体上面８０の粗さ並びに支持体下面４５の粗さを均すことができるからである。
【００４７】
中間層１４は支持体４の機械的な固定には使用されない。この機械的な固定には複数の保持装置７が使用され、図６においてはそれらの保持装置の内一つだけが示されている。保持装置７の部品７ａはクリップとして構成されており、この部品７ａの一方の端部は支持体上面４０に載置されており、他方の端部は冷却体上面に支持されており、この場合、後者の端部は冷却体上面８０に対して実質的に垂直に配向されている。支持体上面４０への部品７ａの押し付けは、例えばねじとして形成されている部品７ｂを介して行われる。
【００４８】
オプションとして、支持体４の側面４８に点状又は線状にストッパ１３を取り付けることもできる。これは他の全ての実施例においても同様に当てはまる。ストッパ１３を介して、特に保持装置７による押し付けの前又は押し付け中の支持体４のずれを回避又は低減することができる。例えばストッパ１３は、比較的軟らかく、且つ熱膨張を補償するシリコーンによって形成されている。同様に、ストッパ１３が例えば一つ又は複数のはんだ点によって形成されていることも考えられる。
【００４９】
有利には、ストッパ１３は支持体４の一つの側面４８にのみ延在しているか、又は二つの側面４８にのみ延在している。図６によれば、ストッパ１３は支持体４に応じて冷却体８上に取り付けられており、またストッパ１３の断面は近似的に三角形に形成されており、側面４８並びに冷却体８０に直接的に接している。これとは異なり、ストッパ１３が冷却体上面８０の構造化によって、又は、支持体４の手前において冷却体８に固定された材料部分によって形成されていること、例えば図示されている実施例とは異なり回路基板３自体によって形成されていることも考えられる。
【００５０】
発光モジュールの一つの変形の形態が、図７Ａにおいて平面図で示されており、図７Ｂには斜視図で示されている。半導体チップ５を備えている支持体４は回路基板３の開口部２において、接続手段層１２を用いて回路基板上面３０に接着されている。開口部２は比較的厚い金属コアを含んでいる回路基板３を完全には貫通していないので、それにより支持体４が取り付けられている一種の凹部が形成されている。支持体４と回路基板３との間の機械的な接続は実質的に接続手段層１２のみを介して行われる。接続手段層１２は回路基板３と支持体４との間に位置しているので、熱抵抗は図１から図６による実施例に比べて上昇している。
【００５１】
上記において説明した本発明は、実施例に基づいた上記の説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【００５２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2010 033 092.2号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本願に含まれるものとする。
【図１】
2013534354.tif 000003
【図２Ａ）】
2013534354.tif 000004
【図２Ｂ）】
2013534354.tif 000005
【図３】
2013534354.tif 000006
【図４Ａ）】
2013534354.tif 000007
【図４Ｂ）】
2013534354.tif 000008
【図５Ａ）】
2013534354.tif 000009
【図５Ｂ】
2013534354.tif 000010
【図６】
2013534354.tif 000011
【図７Ａ）】
2013534354.tif 000012
【図７Ｂ）】
2013534354.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【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】
オプトエレクトロニクス発光モジュール（１）において、
冷却体上面（８０）を備えている冷却体（８）と、
回路基板（３）と、
支持体上面（４０）並びに該支持体上面（４０）とは反対側にある支持体下面（４５）とを備えている支持体（４）と、
前記支持体上面（４０）に取り付けられており、且つ前記支持体と電気的に接続されている、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（５）と、
前記支持体上面（４０）に間接的に載置されており、且つ、前記支持体下面（４５）を前記冷却体上面（８０）に押し付ける、少なくとも一つの保持装置（７）とを有しており、
前記支持体（４）は前記回路基板（３）と電気的に接続されており、且つ、前記保持装置（７）は前記半導体チップ（５）から電気的に絶縁されており、
前記支持体（４）は水平方向において前記回路基板（３）から間隔を空けて設けられており、前記支持体（４）と前記回路基板（３）との間の間隙は電気的なブリッジ（９）によって懸架されており、
前記ブリッジ（９）によって前記支持体上面（４０）における電気的な導体路（１０）と、導体路上面（３０）における対応する電気的な導体路（１０）とが接続され、
前記保持装置（７）はばね又はベルトとして構成されており、且つ、少なくとも８０Ｗ／（Ｋ・ｍ）の熱伝導率を有する材料から形成されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項２】
前記保持装置は二つの部品（７ａ，７ｂ）を有しており、
第１の部品（７ａ）はクリップによって形成されており、該クリップは開口部（２）を貫通して前記冷却体（８）の前記冷却体上面（８０）とは反対側にある裏面から前記支持体上面（４０）にまで達しており、
第２の部品（７ｂ）はねじによって形成されており、前記第２の部品（７ｂ）のねじを締めることによって、クリップ状の前記第１の部品（７ａ）が前記支持体上面（４０）に押し付けられ、該押し付けによって、前記半導体チップ５を備えている前記支持体４の前記冷却体（８）への固定が行われる、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項３】
前記保持装置（７）は、５Ｎ以上１００Ｎ以下の機械的な力でもって、及び／又は、０．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の平均圧力でもって、前記支持体（４）を前記冷却体上面（８０）に押し付ける、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）。
【請求項４】
前記支持体下面（４５）及び前記冷却体上面（８０）はそれぞれ最大で２μｍの平均粗さを有している、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発光モジュール（１）。
【請求項５】
前記支持体下面（４５）は少なくとも部分的に前記冷却体上面（８０）と直接的に接触している、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発光モジュール（１）。
【請求項６】
前記支持体下面（４５）と前記冷却体上面（８０）との間には、少なくとも部分的に、前記冷却体（８）上での前記支持体（４）の熱結合を改善するための中間層（１４）が設けられており、
前記中間層（１４）の平均厚さは最大で１０μｍである、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発光モジュール（１）。
【請求項７】
前記冷却体（８）は凹部（１２）を有しており、該凹部（１２）内に前記支持体（４）が取り付けられており、該支持体（４）は前記凹部（１２）から突出している、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発光モジュール（１）。
【請求項８】
前記支持体下面（４５）は面全体にわたり前記冷却体上面（８０）と接触している、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発光モジュール（１）。
【請求項９】
前記保持装置（７）は部分的に前記冷却体（８）と熱的に直接接触している、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発光モジュール（１）。
【請求項１０】
前記回路基板（３）及び前記冷却体の平均熱膨張率は、前記支持体（４）の平均熱膨張率とは最大で係数４異なる、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発光モジュール（１）。
【請求項１１】
前記支持体（４）の少なくとも一つの側面（４８）には、前記冷却体上面（８０）と接触しているストッパ（１３）が取り付けられており、該ストッパ（１３）は前記冷却体上面（８０）に相対的な前記支持体（４）の水平方向のずれを抑制又は低減する、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発光モジュール（１）。
【請求項１２】
前記支持体（４）はセラミック又は半導体材料を有しているか、もしくは、セラミック又は半導体材料から成るものであり、
前記支持体（４）の厚さは２００μｍ以上１ｍｍ以下である、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発光モジュール（１）。
【請求項１３】
前記保持装置（７）は可逆性に取り外しできないように持続的に前記冷却体（８）に固定されている、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発光モジュール（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載されている少なくとも一つのオプトエレクトロニクス発光モジュール（１）を備えていることを特徴とする自動車用ヘッドライト。
【国際調査報告】
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