(57)【要約】  半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は取り付け面と、相互に対向しているチップ上面とチップ下面とを備えている少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップと、少なくとも部分的にビームを透過する少なくとも１つのビーム透過体を有しており、ビーム透過体はビーム透過体下面を有しており、チップ上面がこのビーム透過体下面の方を向くように、ビーム透過体下面に半導体チップが取り付けられている。さらに半導体装置は、オプトエレクトロニクス半導体チップを電気的に接触接続するための少なくとも２つの電気的接続箇所を有している。ここでこれらの接続箇所はビーム透過体をラテラル方向で越えず、半導体チップと反対側の自身の面によって、半導体装置をその取り付け面で制限する。
2011521480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装可能な半導体装置（１）であって、
・取り付け面（６）と、
・相互に対向しているチップ上面（２２）とチップ下面（２１）とを備えている少なくとも１とのオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）と、
・少なくとも部分的にビームを透過するビーム透過体（３）と、
・前記半導体装置（１）を電気的に接触接続するための少なくとも２つの電気的接続箇所（５）とを有しており、
前記ビーム透過体はビーム透過体下面（３０）を有しており、前記チップ上面（２２）が当該ビーム透過体下面（３０）の方を向くように、当該ビーム透過体下面（３０）に前記半導体チップ（２）が取り付けられており、
前記接続箇所（５）は、前記ビーム透過体（３）をラテラル方向で越えず、前記半導体チップ（２）と反対側の接続箇所面は、前記半導体装置（１）を半導体装置の取り付け面（６）で制限している、
ことを特徴とする半導体装置（１）。
【請求項２】
少なくとも部分的にビームを透過する付着接続部（４）を有しており、当該付着接続部を介して、前記半導体チップ（２）とビーム透過体（３）とが相互に接続されている、請求項１記載の半導体装置（１）。
【請求項３】
前記チップ下面（２１）には前記付着接続部（４）は設けられていない、請求項２記載の半導体装置（１）。
【請求項４】
前記付着接続部（４）は、前記チップ上面（２２）に制限されている、請求項２記載の半導体装置（１）。
【請求項５】
接続箇所（５）がＳＭＴコンタクト可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項６】
前記接続箇所（５）は前記半導体チップ（２）をラテラル方向で越えない、請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項７】
前記接続箇所（５）は直接的にチップ下面（２１）に接しており、当該チップ下面（２１）に対して平行に配向されており、平らに構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項８】
前記ビーム透過体（３）は、ビーム透過体下面（３０）に切欠きを有しており、当該切欠き内に前記半導体チップ（２）が収容されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項９】
前記ビーム透過体（３）のラテラル方向の拡がりと、前記半導体チップ（２）のラテラル方向の拡がりは４０％を下回る偏差を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項１０】
前記チップ下面（２１）は少なくとも部分的に自由にアクセス可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項１１】
前記ビーム透過体（３）または付着接続部（４）は少なくとも１つの添加物を、少なくとも１つのフィルタリング手段（８）、変換手段（７）または散乱手段の形で含んでいる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体装置（１）。
【請求項１２】
前記添加物は、前記ビーム透過体（２）または付着接続部（４）内に不均一に分配されている、請求項１１記載の半導体装置（１）。
【請求項１３】
前記付着接続部（４）は不均一な厚さを有している、請求項１１または１２記載の半導体装置（１）。
【請求項１４】
前記付着接続部（４）の光学的な屈折率は、前記ビーム透過体（３）の光学的な屈折率よりも低い、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体チップ（２）は、少なくとも１つの中間担体（９）に取り付けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
オプトエレクトロニクス半導体チップを有する半導体装置を提供する。
【０００２】
例えばホトダイオードの形態または発光ダイオードの形態のオプトエレクトロニクス半導体チップは近年、幅広い拡がりを見せている。オプトエレクトロニクス半導体チップのこの拡がりを後押ししている幾つかの理由は次のようなものである：製造コストが比較的低いながらも、効率が高く、外部の周辺影響、例えば湿気または機械的な負荷に対してロバストであり、寿命が長く、構造がコンパクトであり、多様に構成可能であるということである。このような特性に対してはしばしば、半導体チップのハウジングが重要であり、通常は、これに多大な注意が払われる。
【０００３】
オプトエレクトロニクス半導体チップ、殊に発光ダイオードおよびレーザーダイオードが占有している幾つかの使用領域は、例えばディスプレイまたは表示装置のバックライトである。オプトエレクトロニクス半導体チップは、投影目的の照明装置、ヘッドライトまたはビームアンテナまたは一般的な照明においてもますます使用されている。
【０００４】
解決されるべき課題は、特に良好な光学特性を有しており、かつ僅かな場所しか必要としない半導体装置を提供することである。
【０００５】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は少なくとも１つの取り付け面を有しており、この取り付け面を介して半導体装置は、例えばプラチナまたはセラミックの、半導体装置に属していない外部の担体に接続される。
【０００６】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを含んでいる。この半導体チップは、チップ上面とチップ下面を有しており、これらは実質的に相互に対向している。半導体チップは例えば発光ダイオードまたはレーザーダイオードを含んでいる。これは例えば近紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域または近赤外スペクトル領域で発光する。同じように、半導体チップを例えばセンサとして、ホトダイオード等の形状で、例えば可視光または近赤外光用に構成することが可能である。
【０００７】
半導体チップは、例えばフリップチップとしてまたは薄膜チップとして構想される。それを介して半導体チップが電気的に接触接続される、チップのコンタクト箇所は、チップ下面に制限されるが、チップ上面とチップ下面に設けられていてもよい。
【０００８】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は少なくとも部分的なビーム透過体を含んでいる。すなわち、このビーム透過体は殊に、半導体チップによって受光されるべきまたは放射されるべきビームの少なくとも１つの部分を通す、またはこれに対して透過性である。このビーム透過体はビーム透過体下面を有しており、ここに半導体チップが取り付けられる。半導体チップのチップ上面は、ビーム透過体の少なくとも一部の方に向いている。ビーム透過体下面は実質的に平らに構成されている、または例えば切欠きのような構造を有していてもよい。半導体チップは直接的に、ビーム透過体下面と接触接続していてもよく、または少なくとも１つの中間層を介して、ビーム透過体下面に取り付けられていてもよい。
【０００９】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は少なくとも２つの電気的接続箇所を有している。これらは、オプトエレクトロニクス半導体チップを電気的に接触接続させるために用いられる。これらの接続箇所は、半導体チップの集積構成部分であってもよいし、別個の構成部分として、チップと直接的に接触接続して、または中間担体を用いてチップに取り付けられてもよい。接続箇所は、ビーム透過体からラテラル方向で突出しない。換言すれば、接続箇所は、チップ下面および／またはビーム透過体下面に沿った方向において、ビーム透過体を超えない。すなわち半導体装置の最大の側方の拡がりは、例えばチップ下面に対して平行して、ビーム透過体によって、または半導体チップによって決められる。これに加えて、接続箇所は、半導体装置をその取り付け面の方向において制限する。すなわち、ビーム透過体も半導体チップも、接続箇所を取り付け面方向において突出しない。換言すれば、半導体装置はチップ下面および／またはビーム透過体下面に対して横向きに、接続箇所によって制限されている。
【００１０】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は表面実装可能である。すなわち、例えば外部担体へ半導体装置を接続するときに、例えばはんだピンの形状の、外部担体を通る貫通接続部は必要ない。接続時には、半導体装置は有利には例えば外部担体の１つの表面上に載置される。この際にこの表面は貫通されず、その後に担体と半導体装置との間に機械的な接続が、例えばはんだ付けまたは付着によって行われる。このような半導体装置によって、半導体装置の取り付けが容易になる。さらに、例えば外部担体の構成時の作業ステップが低減される。
【００１１】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体装置は取り付け面と、相互に対向しているチップ上面およびチップ下面を備えている少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップと、少なくとも１つの、少なくとも部分的にビーム透過性の部分とを含んでいる。このビーム透過体はビーム透過体下面を有しており、このビーム透過体下面には、チップ上面がビーム透過体下面の方を向くように半導体チップが取り付けられている。さらに、半導体装置は少なくとも２つの電気的な接続箇所を、オプトエレクトロニクス半導体チップを電気的に接触接続させるために含んでいる。ここで、これらの接続箇所はビーム透過体からラテラル方向で突出せず、自身の、半導体チップに離反する面で、半導体装置をその取り付け面で制限する。ここで半導体装置は表面実装可能である。
【００１２】
このような半導体装置によって殊に、非常にコンパクトで、省スペースの構成部分が製造される。これは例えば、半導体装置のラテラル方向の拡がりが、ビーム透過体のラテラル方向の拡がりによって制限されているからである。半導体装置のコンポーネントの数が少ないので、その製造も効率的に行われ、少ない製造コストで行われる。同時に、半導体装置の具体的な構成が柔軟に取り扱い可能であることが保証される。
【００１３】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップは、事前に製造されたビーム透過体と、少なくとも部分的にビーム透過性の付着接続部によって接続される。有利には、この付着接続部によって永久的な接続が、半導体チップとビーム透過体との間に形成される。すなわち、通常の作動条件では、この付着接続部は半導体装置の寿命の間にははがれない。付着接続は技術的に容易に実現される。その機械的な特性および幾何学形状的な寸法は、別のパラメータ領域において調整される。付着接続部が少なくとも部分的に、例えば、硬化状態においてもある程度の機械的な柔軟性を有しているシリコーンを含んでいる場合、オプトエレクトロニクス半導体チップの作動によって生じる、ビーム透過体に対する熱的な応力が緩衝される。付着接続部の厚さは、目的とされる用途の具体的な要求に応じて、数マイクロメータから数百マイクロメートルまでになる。付着接続部用の別の可能な材料はエポキシ樹脂並びにエポキシドとシリコーンとのハイブリッド材料である。ビーム透過体と同じように、付着接続部は有利には、半導体装置の作動から生じるビーム負荷および温度負荷に対して耐経年劣化性である。
【００１４】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、チップ下面に付着接続部は設けられていない。すなわち付着接続部はチップ上面とチップ側面に限られている。チップ側面としてはここでは、チップ下面ないしはチップ上面に対して例えば垂直に配向された、半導体チップの境界面である。これはチップ上面とチップ下面を相互に接続する。このような付着接続によって、半導体チップとビーム透過体との間で良好な機械的接触接続および光学的な接触接続が保証され、半導体チップ自体は付着接続部および／またはビーム透過体によって、外部の影響から良好に保護される。
【００１５】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、付着接続部はチップ上面に制限されている。この結果、半導体チップの側面には付着接続部は設けられず、ラテラル方向で特に省スペースの半導体装置が実現される。
【００１６】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、その接続箇所はＳＭＴコンタクト可能に構成されている。表面実装技術（Surface mount technology）、略してＳＭＴは、小さい寸法、すなわちラテラル方向の拡がりが１ｍｍのオーダーにある電気的な構成部分を、担体、例えばボードの担体と電気的に接触接続させる、ないしは担体に固定させる技術である。有利には、接触箇所は金属によって構成される。この金属ははんだ付けを介して接続可能である。同じように有利には、半導体装置は、次のように構成されている。すなわち、半導体装置が、はんだ付けプロセス時に生じる熱負荷に対して耐えるように構成されている。このような接続面によってＳＭＴ処理可能である半導体装置によって幅の広い用途および使用領域が可能になる。さらに、ＳＭＴ接触接続は、半導体装置を、別の電子コンポーネントとの接続においても、例えば炉内での加熱によるはんだ付けによる接続においても、担体に固定する、ないしは電気的に接触接続させる特に効果的かつ低コストの方法である。なぜなら殊に、通常の場合には、担体を通る貫通接続部が必要ないからである。
【００１７】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップの接続箇所は半導体チップからラテラル方向で、すなわち、チップ下面に対して平行する方向で突出しない。接続面のこのような構成によって、特にコンパクトな半導体装置が実現され、半導体装置の高密度パッケージが、担体上、例えば金属コアボード上で実現される。
【００１８】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、接続箇所は直接的にチップ下面に取り付けられる。この接続箇所は半導体チップと一体的に構成され、チップの集積構成部分である。従って、接続箇所は、既に半導体チップの製造プロセス自体において完成される。接続箇所に対する可能な材料は、はんだ付けプロセスを介して接続箇所の比較的容易な接触接続を可能にし、同時に、半導体チップから放射される、または半導体チップによって受光されるビームに対する反射面としても用いられる金属である。さらに、接続箇所が透明材料から構成されてもよい。これは例えば、酸化インジウムスズ、略してＩＴＯ等の金属酸化物である。従ってこれは、半導体チップによって受光されるべきビーム、または半導体チップから放射されるビームに対して実質的に透過性に構成される。
【００１９】
さらに接続箇所は有利には実質的に、チップ下面に対して並行に配向される。製造精度の範囲内で、接続箇所を半導体チップに対して並行に配向することによって、垂直方向において得にスペースが省かれる装置が実現される。
【００２０】
さらに、接続箇所は有利には平らに構成される。接続箇所が平らに構成されている場合には、これは、殊に、半導体チップの下面の部分を覆い、例えば、この場合には接続箇所はチップ下面の少なくとも４０％、有利には少なくとも７０％、特に有利には少なくとも９０％を覆う。このようにして、良好な電気的および熱的な接触接続が、半導体チップと外部担体との間に保証される。さらに、大面積の接続箇所は、半導体装置の接触接続を可能にする。なぜなら、接触接続のための製造許容誤差は、相応に大きいからである。
【００２１】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、ビーム透過体下面に切欠きが設けられている。この切欠き内には、半導体チップが少なくとも部分的に位置している。すなわち、半導体チップは、切欠きからビーム透過体下面の方向において突出している、ないしは切欠きは部分的にラテラル方向に突出している。切欠きによって構成されている、ビーム透過体の境界面は、ビーム透過体下面に属するとされる。さらにビーム透過体は半導体チップを、その下面を除いて全面で囲む。このような切欠きによって、半導体チップは例えば特に容易かつビーム透過体に対して正確に位置付けされる。
【００２２】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、ビーム透過体のラテラル向の拡がりと半導体チップのラテラル方向の拡がりの偏差は４０％よりも低く、有利には２０％よりも低く、特に有利には１０％よりも低く、殊に製造誤差の範囲内ではビーム透過体のラテラル方向の拡がりと半導体チップのラテラル方向の拡がりは同じである。相互のラテラル方向の拡がりの偏差はここで、チップ下面に対して平行方向におけるビーム透過体の寸法と、同じ方向における半導体チップの寸法との比によって決められる。ここで、チップ下面に対して平行の全ての方向が観察されるべきである。ビーム透過体上で半導体チップは機械的に安定される。従って、半導体装置の容易な取り扱い、殊に位置付けが、例えばピンセットまたは他の工具によって可能である。
【００２３】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、チップ下面は少なくとも部分的に、自由にアクセス可能である。すなわち、チップ下面は例えば半導体装置のハウジングに接していない。これによって、後の製造プロセスおよび取り付けプロセス時に特に容易な取り扱いが可能になる。このような装置によって次のことも可能である。すなわち場合によって生じる半導体装置のエラー機能を診断し、場合によってはこれを除去することも可能である。
【００２４】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では付着接続部は、半導体チップによって放射される、または受光されるべきビームに対して透過性である。すなわち、付着接続部は関連するスペクトル領域においてそれほど吸収しない。すなわち、ビームの少なくとも８０％が付着接続部によって透過され、有利には９５％以上が透過される。付着接続部のこのような構成によって、特に効果的な構成部分が実現される。
【００２５】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、付着接続部はフィルタリング手段を含んでいる。ここでこのフィルタリング手段は、半導体チップによって放射されるまたは受光されるべきビームの一部分を吸収する。殊に、半導体チップがセンサとして構成されている場合には、適切なフィルター手段によって、自由なスペクトル領域が要望に応じて制限される。従って、半導体チップは例えば、狭い帯域で、近赤外ビームのみを受光する。フィルタリング手段は、付着接続部に混入される色素または染料であってよい。複数の色素が相互に組み合わされてもよい。多数の色素ないしは染料が技術的に使用可能であるので、フィルタリング手段を半導体装置内に組み込む、容易に実現される方法が提供される。
【００２６】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、付着接続部またはビーム透過体は散乱手段を含んでいる。これは半導体チップによって放射されたビームまたは受光されるビームを散乱させる効果を有している。このような散乱手段は例えば、酸化アルミニウムまたは酸化チタンによって構成される。付着接続部またはビーム透過体はこの場合には例えば乳状に構成され、ディフューザーとして作用する。従ってビームは均一に、例えばランベルトビームに類似して、半導体装置の表面から放射される。半導体チップが例えばホトダイオードとして構成されている場合には、半導体チップに点状に負荷がかかることを防ぐことができる。従って、半導体チップの均一発光ひいてはより良好な信号ノイズ比等が得られる。
【００２７】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、ビーム透過体または付着接続部は変換材料を含んでいる。この変換材料は、半導体チップによって放射されたまたは受光されるビームの少なくとも一部を、別の周波数のビームに変換する。このような変換材料は、例えばルミネセンス発光材料である。このような発光材料を介して、例えば青色発光半導体チップの光を、実施的に白い光に変えることができる。同じように、この変換材料が例えば半導体チップによって放射されたビームの周波数を２倍にするまたは３倍にする結晶によって構成されることが可能である。さらに、変換手段が、フォトニック結晶または類似の作用を有する光学的に活性な媒体によって構成されてもよい。例えば、変換手段を使用することによって、効果的な低コストの構成部分、例えばＧａＮベースの青色発光ダイオードを使用することができる。これによって例えば、照明装置に対して調整可能なビームを、ほぼ全ての可視スペクトル領域において形成することができる。
【００２８】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの添加物、例えば変換手段が不均一に、ビーム透過体内または付着接続内に分配される。すなわち、ビーム透過体ないし付着接続部内の異なる箇所で、異なる変換手段濃度が存在する。例えば、ビーム透過体は、ラテラル方向の中央の領域において、半導体チップ上で、縁部領域におけるよりもより高い変換手段濃度を有することができる。半導体チップの中央上でのこの高い変換手段濃度によって、例えばＬＥＤとして構成されている半導体チップの場合には、半導体装置の特に均一のスペクトルが均質な放射が、ビーム透過体の全表面上にわたって保証される。ビーム透過体または付着接続部内には、種々の添加物、例えば変換手段、フィルタリング手段、または散乱手段が収容される。同じように、例えばビーム透過体は例えば、付着接続部とは別の添加物を含むことができる。
【００２９】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、付着接続部は不均一な厚さを有する。例えば一定の濃度で変換材料が添加されている付着接続部は、例えば、チップ上面のラテラル方向の中央領域上で縁部領域よりも厚い。このような構成によって同じように、スペクトル的に均一の半導体装置の放射が、その全上面にわたって保証される。ビーム透過体の形成を介して、殊に、内部に半導体チップが位置する切欠きの形成を介して、このような不均一な厚さが容易に形成される。
【００３０】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、付着接続部の光学的な屈折率はビーム透過体の屈折率よりも低い。半導体チップが発光ダイオードとして構成されている場合には、これは例えば窒化ガリウムまたは燐光体窒化物等の材料を含んでおり、半導体チップの屈折率は比較的大きく、通常は２〜３の間である。シリコーンまたはエポキシドの光学的な屈折率は、組成に応じて、１．４〜１．７の間である。すなわち付着接続部の屈折率は通常時に調整可能であり、これは、半導体チップの屈折率および、ビーム透過体の屈折率よりも低い。付着接続部の屈折率はビーム透過体の屈折率よりも低いので、半導体チップによって放出された光は、付着接続部とビーム透過体との間の境界面で、集光レンズの場合と同じような作用を受ける。
【００３１】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、ビーム透過体はレンズ状に構成されている。レンズ状とはここでは、半導体チップと反対側の表面または表面の少なくとも一部が、例えば凹状レンズまたは凸状レンズの形状を有していることを意味している。この形状はここで正確に、レンズの１つと相応する必要はない。さらにレンズが球面状ないしは回転対称に構造される必要はなく、例えば円柱レンズ状に構成されていてもよい。同じように、「平らな」幾何学形状、例えばフレネルレンズを使用することが可能である。
【００３２】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、ビーム透過体上に少なくとも部分的に少なくとも１つの反射層が被着されている。この反射層が、特定のスペクトル領域に対してのみ、反射作用をするように構成されていてもよい、または半透明に構成されていてもよい。特別に、ビーム透過体が部分的にのみ積層されており、ビーム透過体上面が相応に形成されている場合には、主に、チップ上面に対して垂直方向においてビームを放射する半導体装置が得られる。
【００３３】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では、半導体チップは、少なくとも１つの中間担体に取り付けられている。この中間担体は、例えばセラミックによって、または配線面面とともに構成されている。このような装置を介して半導体チップは完全にカプセル封入され、周辺影響から非常に良好に保護される。このようにして特に容易に、複数の半導体チップを、半導体装置内に収容することが可能である。
【００３４】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態では半導体装置は、半導体チップ、ビーム透過体、接続箇所を除いて、別のコンポーネントを有していない。しかしここで付着接続部内ないしはビーム透過体内の混合物が排除されているわけではない。これらのコンポーネントへの制限によって、特に効率的な半導体装置が製造される。
【００３５】
半導体装置の少なくとも１つの実施形態ではビーム透過体と半導体チップは別個に製造される。ビーム透過体は、鋳造、射出成形、ダイカスト、液体射出成形、液体圧縮成形または加圧成形によって製造される。半導体チップはエピタキシャルに成長され、取り付け前に有利には、成長基板から分離される。特に有利には、複数の半導体チップは個別にされる。
【００３６】
半導体チップとビーム透過体との組み立ては、以下のステップを有する。
・ビーム透過体を供給するないしは製造する
・半導体チップを供給するないしは製造する
・ビーム透過体の下面が上を向くようにビーム透過体を位置付けする
・付着接続部を構成する材料を、このビーム透過体下面上に載置する、ここでビーム透過体下面は、垂直方向において上を向いている、
・付着接続部を構成する材料に半導体チップ載置するないしは、当該材料内に半導体チップを押しつける
・ここでチップ上面は、ビーム透過体の下面に向いている。
【００３７】
有利には、付着接続部を構成する材料は、半導体チップの被着時に、粘性の粘ちょう度を有している。オプションで、ビーム透過体と反対側のチップ下面上に、保護フィルムまたは保護層を被着することができる。従って、半導体チップは被着ないしは押しつけ時に損傷を受けない、および／または例えば材料によって濡らされない。
【００３８】
以下で、上述した半導体装置を、図面を参照して、実施例に基づいてより詳細に説明する。同じ参照番号は、個々の図面において同じ部材を示している。しかしここでは縮尺通りの記載はなされていない。むしろ個々の部材は、より良い理解のために過度に誇張して大きく示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半導体装置の実施例の概略的な側面図
【図２】半導体装置の別の実施例の概略的な側面図
【図３】厚さが不均一な付着接続部を有する半導体装置の概略的な断面図
【図４】別の実施例の概略的な断面図
【図５Ａ】ビーム透過体上に取り付けられている反射層を備えた実施例の概略的な断面図
【図５Ｂ】ビーム透過体上に取り付けられている反射層を備えた実施例の概略的な断面図
【図６】複数の半導体チップを有する実施例の概略的な断面図
【図７】中間担体を有する実施例の概略的な断面図
【図８】担体上の複数の半導体装置の配置の概略的な側面図
【実施例】
【００４０】
図１には、半導体装置１の実施例が示されている。半導体チップ２は、ＧａＮベースの青色発光ダイオードとして構成されている。半導体チップ２の幾何学形状的な寸法に対して厳格な境界はない。有利には、ラテラル方向１４における、すなわちチップ下面２１に対して並行な延在は約０．５〜３ｍｍ２であり、その厚さは５０〜３００μｍである。チップ下面２１には、２つの電気的な接続箇所５が取り付けられている。これらの接続箇所５は、チップ下面２１と直接的に接触接続している。チップ上面２２は付着接続部４によって覆われている。この付着接続部は半導体チップ２とビーム透過体３を恒久的に、機械的に相互に接続する。付着接続部４は、透明な、半導体チップ２によって放射されたビームに関して、耐経年劣化性の材料から構成されている。これは例えば、シリコーンまたはシリコーンとエポキシドのハイブリッド材料によって構成されている。ビーム透過体３は、凸状レンズに類似した形状で球面に構成されており、半導体チップ２によって放射されるビームに対して透過性である。
【００４１】
このようなビーム透過体３を製造する簡単な方法は、例えば圧縮成形のような鋳造方法である。ビーム透過体３の材料は例えば熱可塑性である。シリコーン、エポキシド、ポリカーボネートまたはハイブリッド材料のグループからの材料も使用される。同じようにビーム透過体３がガラスから製造されてもよい。有利にはこの材料は、具体的な用途によって課せられる周辺影響に対して耐性があり、半導体チップ２によって受光されるビームまたは放射されるべきビームに関して耐経年劣化性である。
【００４２】
半導体装置１のラテラル方向１４における拡がりは、この実施例では、半導体チップ２のラテラル方向１４における拡がりと同じである。すなわち、電気的な接続箇所５並びに付着接続部４もビーム透過体３も、ラテラル方向１４において、すなわち、チップ下面２１に対して平行に、半導体チップ２を越えない。半導体装置１も、半導体チップ２と反対側の、接続箇所５の面によって、取り付け面６に関して制限される。この取り付け面６は実質的にチップ下面２１に対して平行に配向されている。
【００４３】
さらなる実施例が図２に示されている。半導体装置１はこの場合には、例えば近赤外ビーム用のセンサとして構成されている半導体チップ２を含んでいる。チップ下面２１には、２つの金属製接続箇所５が設けられている。これらは、表面実装技術、略してＳＭＴを介して、図示されていない外部担体に、はんだ付けまたは付着等を用いて取り付けられている。接続箇所は同じように半導体装置１を、取り付け面６の方向において下方に制限している。半導体チップ２のチップ上面２２および側面には、透明なシリコーンによって構成された付着接続部４が取り付けられている。この付着接続部は内部に、均一に分配されたフィルタリング手段８を有している。このフィルタリング手段８は次のように選択されている。すなわち、比較的高い周波数の可視ビーム成分がフィルタリングされるように選択されている。従ってセンサとして構成されている半導体チップ２は例えば、近赤外ビームに対してのみアクセス可能である。オプショナルで、半導体チップ２が例えば、作動時に電磁ビームを放射する発光ダイオードであってもよい。フィルタリング手段８の代わりに、択一的または付加的に、散乱手段または変換手段７を使用してもよい。
【００４４】
半導体チップ２はこの実施例では、正方形の輪郭を有している。ビーム透過体３は、平面図で矩形の断面を有し、ビーム透過体下面３０には、切欠き１３が設けられており、半導体チップ２を側面で、相互に対向している２つの側面でのみ取り囲んでいる。従って一方では、ラテラル方向１４における場所の需要が最小化され、他方では、半導体チップ２が、ビーム透過体の切欠き１３内に良好に位置付けされる。チップ下面３０での切欠き１３は次のように定められる。すなわち半導体チップが自身の場所にあり、さらに付着接続部４の所望の層厚が調整されるように定められる。切欠き１３は、ビーム透過体３の製造時に、例えば鋳造方法の枠内で、容易に製造される。
【００４５】
ビーム透過体３のための材料としては、透明なシリコーンが使用される。ビーム透過体３の上面は平らに形成されており、オプショナルで層を有することができる、使用されているシリコーンの機械的な特性によって、傷に対して耐性に構成されている。これによって半導体装置１は、良好なランベルトビーム放射器として実現される。電気的な接触箇所５はチップ下面２１の一部を覆い、半導体チップ２の方を向いている面によって、半導体チップ２によって検出されるべきビームまたは半導体チップ２によって放射されるべきビームを反射する面を構成する。接続箇所５は、ラテラル方向１４において、半導体チップ２と同一平面を成す。
【００４６】
択一的に、電気的な接続箇所５は、透明な材料から、例えば透明導電酸化物（略してＴＣＯ）、例えばＩＴＯから構成される。半導体装置１が取り付けられている外部担体が同じように、関連するビームに対して透過性である場合に、これは殊に有利である。
【００４７】
図３には、別の実施例が示されている。半導体チップ２は例えば、レーザーダイオードまたは発光ダイオードとして構成されており、作動中に光を放射する。接続箇所５はこの実施例においてラテラル方向１４において半導体チップ２から突出している。しかし、ビーム透過体３からは突出していない。半導体チップ２の方を向いている、平らに構成された接続箇所５の面は、垂直方向１５において、ビーム透過体３と同一平面を成している。チップ下面２１を除いて、半導体チップ２は付着接続部４によって覆われている。チップ上面２２上では、付着接続部４は不均一な厚さを有しており、半導体チップ２の、ラテラル方向１４における中央領域上での厚さは縁部領域での厚さよりも厚い。付着接続部４内には変換手段７が、全付着接続部４にわたって同じ濃度で収容されている。付着接続部４は半導体チップ２の中央領域上でより厚いので、ここには同じように、より多量の変換手段７が含まれている。従って全体的に、全チップ上面２２にわたってより良好なスペクトル均一性を有する均一な放射が実現される。付着接続部４の不均一な層厚は、自動的に、半導体チップ２をビーム透過体３内に入れる際に調整される。なぜなら、透明な耐経年劣化性の材料から成るビーム透過体３は、レンズ状の切欠き１３をチップ下面３０に有しているからである。この切欠き内には実質的に半導体チップ２が位置している。ビーム透過体３の上面は、フレネルレンズとして形成されている。ビーム透過体３は、半導体チップ２を全ての側面で囲んでいる。
【００４８】
図４には、別の実施例が示されている。耐経年劣化性のビーム透過体３はこの場合には、ラテラル方向１４において、ビーム透過体下面３０の切欠き１３内に位置する半導体チップ２よりも格段に大きく、これによって、光学的な結像の高い質が得られる。電気的な接続箇所５は新たに、チップ下面２１に直接的に取り付けられ、ラテラル方向１４において半導体チップ２から突出しない。透明な付着接続部４はシリコーンによって構成されており、これは約１．４の屈折率を有している。凸状レンズ形状に構成されたビーム透過体３は、約１．６の屈折率を有するポリカーボネートによって構成されている。従って、付着接続部の屈折率は、ビーム透過体の屈折率よりも低い。半導体チップ２によって放射されたフォトンのビーム路１６が概略的に、矢印の線として示されている。フォトンは、チップ上面２２の縁部で放射され、小さい角度で付着接続部４を通る。付着接続部４とビーム透過体３との間の境界面で、光が屈折し、フォトンは垂直方向１５において、チップ上面２２から偏向される。これによって次に、このようなフォトンがビーム透過体３によってより良好に結像される。なぜなら、これはビーム透過体と空気の境界面に、ビーム透過体３の光軸の近傍で衝突するからである。
【００４９】
図５Ａに示された実施例では、ビーム透過体３の上面には部分的に、反射層１１が設けられている。この反射層１１はここで、ビーム透過体３の形状を用いて、放射面状に構成されている。反射層１１によって覆われていない、ビーム透過体３の表面は、レンズ状の形状を有している。ビーム透過体３のこのような構成を通って、ＬＥＤとして構成された半導体チップ２から放射される光が放射される、または直接的にビーム透過体から透過される。ここで、ビーム透過体３のレンズ状の構造を介してビームは実質的に矢印方向１８において放射される。反射層１１に入射する光は、反射層によって、同じように実質的に矢印方向１８に偏向される。このようにして、光を効果的に、チップ上面２２に対して平行に配向して放射する半導体装置１が得られる。
【００５０】
図５Ａに示された構造に対して択一的に、図５Ｂに示されているような別の実施形態も可能である。ここでは例えば反射層１１はラテラル方向の中央領域においてのみ、半導体チップ２上に取り付けられている。従って、ビーム透過体３の上面の周りはぐるりと開放されている。これによってビームは拡散されて、回転対称に、実質的にラテラル方向で矢印方向１８において放射される。
【００５１】
オプショナルで、半導体チップは例えば波形の外面を有する。これは半導体チップ２からの光取り出しないし光入力を改善する、または付着接続部４またはビーム透過体３との機械的に安定した接続にも用いられる。ビーム透過体３にもこのような表面構造を設けることができる。
【００５２】
図６の実施例では複数の半導体チップ２が、ビーム透過体３の複数の切欠き１３内に収容されている。半導体装置１は２つの電気的な接続箇所５を有している。これらはＳＭＴコンタクト可能であり、図示されていない外部担体への電気的な接触接続を有している。ここでこの担体は、例えば金属コアボードの形状で構成されている。半導体チップ２の間には電気的接続部１２が取り付けられている。これは金属から形成されており、接続箇所５のように、半導体チップ２のコンタクト面上に導電性接着材によって接着されている。接続部１２は、第２の接続箇所５よりも薄い。このような配置によって、半導体チップ２の直列接続が生じる。ビーム透過体３はここでも、レンズ状に構成されている。ここでは光学的な結像の質への要求に応じて、大きいレンズまたは各半導体チップ２に対してサブレンズも構成される。付着接続部４に例えば、異なる変換手段７ａ、７ｂ、７ｃを混ぜることができる。
【００５３】
図７の実施例では、半導体チップ２は、中間担体９上に取り付けられている。この中間担体９は、実質的に良好な熱伝導性セラミックから構成されている。電気的な接続箇所５は、半導体チップ２と反対側の面から、半導体チップ２の方へ向いている面へとＵ字状に案内され、ＳＭＴコンタクト可能である。半導体チップ２はチップ下面２１で、直接的に接続箇所５上に導電性に付着されている、または半田づけされており、別の接続箇所５と、ワイヤ接続部を介して接続されている。半導体チップ２は、中間担体９の切欠き１９内に位置しており、ビーム透過体３内への中間担体９の付着時ないしははめ込み時に接続ワイヤは損傷を受けない。
【００５４】
電気的な接触接続部がチップ上面２２ないしチップ下面２１に設けられている、図７に示された半導体チップ２に対して択一的に、フリップチップ配置の半導体チップ２も使用することができる。容易に、中間担体９上に、複数の異なる様式の、異なる色を放射する半導体チップ２を取り付けることもできる。ビーム透過体４が、例えば円柱レンズの形状で構成されていてもよい。
【００５５】
図８では、図１に相応して構成されている複数の半導体装置１が、熱伝導性の担体１０上に配置されている。半導体チップ２はビーム透過体３を除いて、別のハウジングを有しておらず、従ってラテラル方向１３における場所の需要は、実質的に、半導体チップ２のラテラル方向寸法に制限されているので、複数の半導体装置１を高密度にパッケージすることができる。半導体チップ２の作動時に生じる廃熱は効果的に、電気的な接続箇所５を介して、および熱伝導性の担体１０を介して吸収される。上述したように、別のハウジングが使用されていないので、半導体チップ２から担体１０への熱的なコンタクトが非常に良好である。これは殊に、電気的接触箇所５が平面状にかつ金属によって構成されている場合である。ＳＭＴを介して、個々の半導体装置１は容易に担体１４に取り付けられ、ここに、相応に完成されている、図示されていない導体路が容易に載置され、例えばはんだ付けされる。
【００５６】
半導体装置１を高密度でパッケージするために、半導体装置が平面図で、例えば正方形の断面を有しているのは有利である。同じように有利な断面は例えば、円形、矩形または六角形の形状である。必要に応じて、例えばレンズとして構成された複数のビーム透過体３が例えば異なる変換手段７またはフィルタリング手段８を含むことができる。従って、同じ形状の半導体チップ２が使用可能であり、それにもかかわらず、個々の半導体装置１から異なる色が放射される。従って全体的に白色の光を放射する照明装置または、例えば液晶マスクと接続されて、種々異なる色を放射する表示装置が得られる。殊に、ＳＭＴ構造を介して、中間層、例えばワイヤボンディングが不必要になる。
【００５７】
上述した半導体装置は、実施例に基づく記載によって制限されるものではない。むしろ本発明はそれぞれの新しい特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを含んでおり、このことは殊に、たとえこれらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例に明確に記載されていなくとも、特許請求の範囲おける特徴のいずれの組み合わせも包含するものである。
【００５８】
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０２００８０２５７５６．７号の優先権を主張し、この文献の開示内容は、本願に参照として組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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