(57)【要約】電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置（４）が設けられており、該半導体構成素子（４）が支持体（２２）上に配置されており、該支持体（２２）が熱伝導的に冷却体（１２）に結合されており、外部の電気的な接続部（９）が設けられており、該接続部（９）が半導体装置（４）に接続されており、この場合、外部の電気的な接続部（９）が、電気絶縁されて、冷却体（１２）上で支持体（２２）に対して間隔を置いて配置されている、光電構成素子（１）が提案される。このことによって、損失熱導出および光放射に関してかつ電気的な接触接続および実装密度に関して最適化された構成素子がモジュールで得られる。
2006501658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電構成素子（１）であって、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置（４）が設けられており、該半導体装置（４）が支持体（２２）上に配置されており、該支持体（２２）が熱伝導的に冷却体（１２）に結合されており、外部の電気的な接続部（９）が設けられており、該接続部（９）が半導体装置（４）に接続されている形式のものにおいて、前記外部の電気的な接続部（９）が、電気絶縁されて、冷却体（１２）上で支持体（２２）に対して間隔を置いて配置されていることを特徴とする光電構成素子。
【請求項２】
支持体（２２）が、支持基板（２）と、該支持基板（２）上に配置された少なくとも１つの電気絶縁性の層（１４）とを有している、請求項１記載の光電構成素子。
【請求項３】
半導体装置（４）と電気絶縁性の層（１４）との間に、電気伝導性の層（１３）が配置されており、該層（１３）が、前記外部の電気的な接続部（９）のうちの１つの接続部に接続されている、請求項１または２記載の光電構成素子。
【請求項４】
半導体装置が半導体チップを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項５】
前記外部の電気的な接続部（９）が、プリント配線板の導体路を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項６】
互いに上下に配置された種々異なる複数のプリント配線板における導体路同士が、貫通接触接続によって互いに接続可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項７】
支持基板（２）が、Ｓｉ、ダイヤモンドコーティングされたＳｉ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮおよびＢＮから成っているグループから成る良好に熱伝導性の少なくとも１つの材料を有している、請求項２から６までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項８】
電気絶縁性の層（１４）がＳｉＯ２を有している、請求項２から７までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項９】
半導体装置（４）が、金属のろうまたは熱伝導可能および／または電気伝導可能な接着材料によって、支持体（２２）へ被着されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１０】
支持体（２２）が、金属のろうまたは熱伝導可能な接着材料によって、冷却体（１２）に被着されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１１】
半導体装置（４）および支持体（２２）が、ベースケーシング（２０）のキャビティ（３）内に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１２】
ベースケーシング（２０）のキャビティ（３）内に、厳密には１つの半導体装置（４）が配置されている、請求項１１記載の光電構成素子。
【請求項１３】
ベースケーシング（２０）が、半導体装置（４）に向けられた内面において、斜めに形成されており、これにより、ベースケーシング（２０）が、半導体装置（４）によって放射された放射線の一部のためのリフレクタ面を有している、請求項１１または１２記載の光電構成素子。
【請求項１４】
キャビティ（３）内で半導体装置（４）とキャビティの側壁（１７）との間に、反射作用を有する充填材料（６）が配置されており、該充填材料（６）が、半導体装置（４）からベースケーシング（２０）の表側面（２１）に向かって見て、凹状に湾曲した表面（３０）を有しており、該表面（３０）が、放射線の一部のためのリフレクタ面を形成している、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１５】
充填材料がＴｉＯ２を有しているか、またはＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１６】
半導体装置（４）が、少なくとも部分的に、放射線透過性のカプセル封入材料（６）でカプセル封入されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１７】
前記外部の接続部（９）が、少なくとも部分的に、ベースケーシング（２０）と冷却体（１２）との間に配置されている、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１８】
当該光電構成素子が、少なくとも０．５Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項１９】
当該光電構成素子が、少なくとも１Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１８までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項２０】
当該光電構成素子が、少なくとも３Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１９までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項２１】
当該光電構成素子が、最大１ｃｍ２の底面積を有している、請求項１１から２０までのいずれか１項記載の光電構成素子。
【請求項２２】
構成素子・モジュールにおいて、当該構成素子・モジュールが、請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数の光電構成素子（１）を有していることを特徴とする、構成素子・モジュール。
【請求項２３】
請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数の光電構成素子を備えた構成素子・モジュールにおいて、光電構成素子同士が、少なくとも部分的に、導体路によって互いに電気伝導的に接続されていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数の光電構成素子を備えた構成素子・モジュール。
【請求項２４】
個々の光電構成素子（１）がマトリックス状に配置されていて、少なくとも部分的に直列接続されている、請求項２２または２３記載の構成素子・モジュール。
【請求項２５】
複数の光電構成素子（１）がそれぞれ１つのベースケーシング（２０）を有している、請求項２２から２４までのいずれか１項記載の構成素子・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の光電構成素子および請求項１７の上位概念部に記載した形式の構成素子・モジュールに関する。
【０００２】
放射線を放出する複数の半導体構成素子は、高光度の全モジュールを達成するために、マトリックスに配置されることができる。
【０００３】
ＬＥＤ・モジュールと呼ばれるこのような装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５１１５９号明細書に基づき公知である。この場合、複数の光電半導体装置もしくは半導体チップが支持体上へ組み付けられており、この支持体は冷却体上に配置されている。半導体構成素子の実装密度の高まりにもかかわらず、発生する熱は導出されることができる。しかもこの場合、発生する熱は、半導体構成素子の電気的な挙動に影響を与えないかまたは非本質的な影響しか与えない。しかしながら、前記処理形式は、隣接する半導体構成素子の放射線の吸収のせいで、全モジュールの効率を低下させてしまう。
【０００４】
放射線を放出する個々の半導体構成素子の、リフレクタ内への位置付けによって、モジュールの放射特性および方向特性は改善されることができる。なぜならば、個々の半導体構成素子によって側方で放出された放射線は、少なくとも部分的に主放射方向に偏向されるからである。
【０００５】
高い効率と極めて良好な方向特性とを備えたモジュールが、個々の半導体構成素子から構成されることができ、これらの半導体構成素子はそれぞれ個別のリフレクタ内に存在する。しかしながらこの場合、半導体構成素子の高い実装密度をリフレクタと一緒に全モジュールにおいて維持することは困難である。半導体構成素子の接触接続部が、フレキシブルな接続および高い実装密度の妨げとなる。
【０００６】
したがって本発明は、互いに隣接する複数の半導体構成素子もしくは光電半導体装置の間隔の詰まった配置を可能にする、光電構成素子および構成素子・モジュールを提供するという課題に基づいている。
【０００７】
本発明は特に、熱的なラインを電気的なラインから分離することを可能にする接触接続装置を備えた半導体構成素子を提供するという課題に基づいている。
【０００８】
この課題は、請求項１および１７の特徴部によって解決される。本発明による光電構成素子の有利な実施態様および構成のさらなる特徴は、従属請求項２〜１６および１８に記載してある。
【０００９】
本発明によれば、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置が設けられており、該半導体装置が支持体上に配置されており、該支持体が熱伝導的に冷却体に結合されている光電構成素子が考えられている。ボンディングワイヤが、外部の電気的な接続部を半導体装置の接続部に接続する。外部の電気的な接続部は、電気絶縁されて、冷却体上で支持体に対して間隔を置いて配置されている。
【００１０】
このことは、電気的なライン接続部（線路接続部）が熱的なラインからほぼ切り離されているという利点を有している。半導体装置もしくはチップを冷却体上で支持体によって熱的に接続することによって、多くのチップを冷却体上に密に配置することができ、熱を導出することができる。チップの電気的な接触接続部は、冷却体から絶縁された接続部を介してフレキシブルに案内されることができる。さらに、外部の電気的な接続部上に、コンパクトなリフレクタケーシングを形成することができる。これにより、構成素子の所要スペースが減少され、高い光効率が可能になる。
【００１１】
この処理形式は、電流の流れが冷却体を介しては経過しておらず、この冷却体が、半導体構成素子の運転中に発生する熱を導出するという利点を有している。
【００１２】
支持体が、支持基板と、該支持基板上に配置された少なくとも１つの電気絶縁性の層とを有していると有利である。択一的に、支持体材料自体が電気絶縁性である。この場合、半導体装置は支持体に対して別個に絶縁されている必要がなく、相互のまたは冷却体への短絡が生じることなしに、伝導可能な基板上に配置されていてよい。
【００１３】
半導体装置と電気絶縁性の層との間には、電気伝導性の層が配置されていてよく、該層は、外部の電気的な接続部に接続されている。このことは、特に、伝導可能な基板上の半導体装置にとって有利である。なぜならば、半導体装置の接続部が、ボンディングワイヤによって、前記電気伝導性の層を介して案内されることができるからである。
【００１４】
外部の電気的な接続部が、プリント配線板の導体路を有していると特別に有利である。プリント配線板は、導体路を備えた絶縁性の基板を有していて、したがって直接に冷却体上へ被着されることができる。複数のプリント配線板が互いに上下に配置されていてもよく、この場合、これらのプリント配線板は、さらに、互いに絶縁されている。
【００１５】
互いに上下に配置された種々異なる複数のプリント配線板において貫通接触接続（スルーコンタクト；Durchkontaktierungen）によって互いに接続可能である複数の導体路は、多くの光電構成素子の接続のフレキシビリティをさらに高める。
【００１６】
支持基板が、Ｓｉ、ダイヤモンドコーティングされたＳｉ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮおよびＢＮから成っているグループから成る良好に熱伝導性の少なくとも１つの材料を有していることが、有利に考えられている。
【００１７】
さらに、電気絶縁性の層がＳｉＯ２を有していると有利である。このことは、支持層がシリコンを有している場合に、特別に有利に当てはまる。
【００１８】
半導体技術において使用される前記材料は、多数の構成素子において、相互のかつ半導体チップ自体に対する応力を減少させる。
【００１９】
有利な１実施態様では、半導体装置は、金属のろうまたは熱伝導可能および／または電気伝導可能な接着材料によって、支持体へ被着されている。
【００２０】
支持体が、金属のろうまたは熱伝導可能な接着材料によって、冷却体に被着されている場合、良好な熱伝導もしくは熱導出が得られる。
【００２１】
半導体装置および支持体が、反射特性を有するベースケーシング内に配置されている場合、極めて良好な光放射が可能になる。
【００２２】
ベースケーシングが厳密には１つの半導体装置を有している場合、光放射は、極めて良好にかつ個々にチップに適合可能になる。この場合、キャビティの内側で隣接する半導体装置の吸収によって、半導体構成素子の外部の効率が低下することはない。
【００２３】
本発明による光電構成素子は、ベースケーシング内にキャビティもしくは切欠きを有しており、該キャビティもしくは切欠き内に、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置が配置されている。リフレクタは、従来式の光電構成素子の場合とは異なって、少なくとも、ベースケーシングのキャビティの、反射作用を有する側壁自体によって実現されているだけでなく、少なくとも部分的に、キャビティ内に充填された反射作用を有する充填材料によって実現されている。このために、充填材料の材料および量は次のように選択されており、すなわち、充填に際してかつ／または充填後に充填材料が、充填材料の材料とキャビティの側面の材料との間の粘着力（Adhaesionskraft）に基づいて前記側面において引き上げられ、かつ放物線状に（parabolartig）形成された表面が生ぜしめられるように選択されている。充填材料の、ケーシングの表側面（表側の面）に向けられたこの表面は、半導体装置によって放出および／または受信された電磁放射線のためのリフレクタ面として働く。
【００２４】
換言すれば、キャビティは充填材料で部分的に充填され、充填材料は充填材料とベースケーシングとの間の粘着力に基づき、ひとりでにキャビティ内で凹状の表面を形成する。なぜならば、充填材料は、ベースケーシングのキャビティの側方の内面を這い上がる（kriechen）からである。充填材料の、このように形成された放物線状の内面は、キャビティに入れられた半導体装置のためのリフレクタを形成する。
【００２５】
前記リフレクタ面は、キャビティの開口が極めて小さい場合でも、充填材料の適当な調量によって簡単にキャビティ内に形成されることができる。このことによって、ケーシングの側壁および充填材料は個別のリフレクタのように働き、これにより、光放射出力がさらに改善される。さらに、キャビティ内に存在する導体路、配線およびこれに類するものが、充填材料によって、その機能形式が損なわれることなしに被覆される。
【００２６】
したがって、本発明による手段によれば、キャビティの狭い開口および／またはキャビティ内に複雑な半導体装置配置形式および配線配置形式を備えた光電構成素子の場合でさえ、キャビティの内部にリフレクタを設けることができ、ひいては構成素子の外部の効率を高めることができる。
【００２７】
ベースケーシングが、半導体装置に向けられた内面において、斜めに形成されており、これにより、ベースケーシングが、半導体装置によって放射された放射線の一部のためのリフレクタ面を有していると特別に有利である。
【００２８】
充填材料として、有利にはＴｉＯ２、またはＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂、またはシリコーンが考えられている。
【００２９】
さらに、ケーシングのキャビティが、少なくとも部分的に、放射線透過性のカプセル封入材料（Einkapselungsmasse）で充填されていることが考えられている。このことによって、第一に、チップおよびその接続部の保護が可能になる。さらに、チップとカプセル封入材料とを相応に選択する場合、種々異なる色の構成素子を製作することができる。例えば、ＧａＮベースのチップとＹＡＧ：Ｃｅ粒子を含有するカプセル封入材料とによって、白色に放射する構成素子を製作することができる。
【００３０】
前記カプセル封入材料は有利にはエポキシド樹脂またはシリコーンを有していてよい。シリコーンを使用する場合、半導体構成素子内または個々の半導体構成素子から成っているモジュール内の機械的な応力を良好に減少させることができる。
【００３１】
有利には、外部の接続部は、少なくとも部分的に、ベースケーシングと冷却体との間に配置されている。これにより、光電構成素子の、特別にスペースの節約された接続が可能になる。
【００３２】
本発明では、有利には、半導体装置として高出力チップが使用される。この場合、当該構成素子は、少なくとも０．５Ｗの消費電力に予定されている。別の有利な変化例では、当該構成素子は、少なくとも１Ｗの消費電力に予定されている。特別に有利な変化例では、当該構成素子は、少なくとも３Ｗの消費電力に予定されている。
【００３３】
熱的なラインと電気的なラインとの切離しに基づいて、本発明はさらに、有利に僅かな所要スペースしか必要としない。この場合、高出力チップの使用時であっても、当該構成素子の底面積は有利には１ｃｍ２よりも小さいかまたは１ｃｍ２と同じである。
【００３４】
特別に有利には、本発明による複数の光電構成素子は、本発明の枠内では１つのモジュールになるように配置されることができる。このようなモジュールにおいて、前記光電構成素子は有利にはマトリックス状に配置されていて、少なくとも部分的に直列接続されている。
【００３５】
この場合、複数の光電構成素子に対して、それぞれ１つのベースケーシングが設けられている。
【００３６】
本発明の特別に有利な実施態様では、支持体の、半導体装置に向けられた最上位の層は、電気伝導可能である。有利には、この電気伝導可能な層は主として金属を有している。
【００３７】
有利には、光電構成素子同士は、特に部分的にケーシングと冷却体との間に配置されていてよい導体路によって、少なくとも部分的に互いに電気伝導的に接続されている。半導体チップを接続するための導体路は、光電構成素子を隣接する構成素子に極めてスペース節約的に接続することを可能にする。いかなるボンディングワイヤもベースケーシングの縁部の上方へ案内されない。導体路は、複数の構成素子の複雑な接続を許容する。導体路は、相応の切欠きを有しているプリント配線板（例えばＦＲ４、フレキシブルなプリント配線板）に存在していてよい。プリント配線板は多層状に形成されていてよいので、導体路に対して付加的に、別の機能的なエレメントが多層状の構造体内に設けられていてよい。
【００３８】
本発明による光電構成素子のさらなる利点および有利な実施態様は、以下に図面に関連付けて説明する実施例から得られる。
【００３９】
図面には、実施例の断面図を概略図で示してある。
【００４０】
図面に示した光電構成素子１は、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置４が支持体２２上に配置されている。この支持体２２は、例えば銅、アルミニウムまたはモリブデンから成る冷却体１２に、熱伝導的に結合されている。外部の電気的な接続部９はボンディングワイヤ７を介して半導体装置４もしくは電気伝導性の層１３に電気的に接続されている。この電気伝導性の層１３は半導体装置４の下面に接触接続している。この半導体装置４は、例えば発光を引き起こす活性の層のための基板が伝導性であることによって、電流が鉛直に装置を通って流れることができるように形成されている。
【００４１】
活性の層のための絶縁性の基板を備えた別の構成では、第２のボンディングワイヤがやはり半導体チップに直接に案内されている。
【００４２】
図面では、電気伝導性の層１３は電気絶縁性の層１４によって支持体２２の支持基板２から絶縁されている。電気絶縁性の層１４は有利には２層状であってよく、酸化ケイ素とこの上側に被着されたパシベーション層、例えば窒化ケイ素とから成っていてよい。この層１４は、有利にはシリコンまたはヒ化ガリウムから成っている、良好に熱伝導性の支持基板を、電気伝導性の層１３から電気的に分離する。支持基板として、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素または炭化物のような良好に熱伝導性のセラミックス状の材料も考慮の対象になる。支持体２２はろう接結合または接着によって、アルミニウム、銅またはモリブデンから成る冷却体１２上に直接に被着されている。構成素子の消費電力が少なくとも０．５Ｗであり、かつ構成素子の底面積が最大１ｃｍ２である場合、発生する熱は、熱の流れと電流の流れとの前記分離のもとで、構成素子から有効に導出されることができる。別の構成では、少なくとも１Ｗまたはそれどころか少なくとも３Ｗの構成素子の消費電力が予定されている。
【００４３】
やはり冷却体１２上に直接に、外部の電気的な接続部９が、支持体２２に対して電気絶縁されてかつ間隔を置いて配置されている。前記外部の電気的な接続部９は、有利には、互いに上下に配置された複数のプリント配線板１０の導体路であり、これらのプリント配線板１０は接続装置８を形成している。２つのチップ接続部には、少なくとも１つのプリント配線板が必要である。１つのモジュール内の複数のチップが、有利には、多層状のプリント配線板によって接続され、これらのプリント配線板は、マトリックス状に配置された複数の構成素子同士のフレキシブルな接続、例えば直列接続を可能にする。種々異なるプリント配線板の種々異なる導体路同士の接続は、貫通接触接続を介して、それぞれ光電構成素子のベースケーシング２０と冷却体１２との間で行われる。
【００４４】
支持体２２を備えた半導体装置４は、切欠きまたはキャビティ３を備えたベースケーシング２０内に存在する。このベースケーシングは、電気的な接続部９を備えたプリント配線板８上に被着されているフレームであってよい。これにより、本発明による構成素子１の極めてコンパクトな構造形式が可能になる。このことは、さらに、できるだけ多くのかつできるだけ方向付けられた光を構成素子から切り離すために、ベースケーシング２０の内面１７をリフレクタ３０として形成することを可能にする。
【００４５】
半導体チップ４とキャビティ３の側壁１７との間には、反射作用を有する充填材料１６が充填されている。この充填材料１６は、例えば、ＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂から成っている。この場合、充填材料１６におけるＴｉＯ２の割合は、充填材料の反射能力を有意に高めるのに十分なものである。充填材料はチップ側では支持体２２のほぼ上縁部まで達している。充填材料１６におけるＴｉＯ２の割合は、有利には、約１０〜５０Ｖｏｌ．−％（体積百分率）である。酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム、窒化ガリウム、酸化アルミニウムまたはこれらのうちの少なくとも２種の混合物から成る粒子も、充填材料１６におけるエポキシド樹脂と一緒の使用に適している。重要な点は、エポキシド樹脂と前記粒子との間の屈折率差が、充填材料の反射率が高まるほどに十分に大きいことである。
【００４６】
充填材料の、ベースケーシング２０の表側面（表側の面）２１に向けられた表面は、半導体チップ４から見て凸状に湾曲していて、側方で放出および／または受信された放射線の少なくとも一部のためのリフレクタ面を形成している。
【００４７】
半導体チップ４の、充填材料の上方に位置する自由な表面領域は、放射線透過性のカプセル封入材料６によって覆われていて、これもまた例えばエポキシド樹脂または他の適当な反応性樹脂から成っている。
【００４８】
図面の断面図に示してあるように、充填材料１６の充填高さは、半導体チップ４に隣接するように、すなわち、支持体２２に隣接するように僅かである。これにより、ケーシング２０の側壁の表面３０と相俟って、充填材料１６の表面の、前記表側面に向かってほぼ放物線状に開放している形状が得られる。この形状は、充填材料の材料の適当な選択および調量に際して、充填材料とケーシングフレーム２０の材料との間の粘着力に基づいて自動的に生じる。充填材料１６の、半導体チップ４から見て凹状に湾曲した内面は、半導体チップ４によって側方で放出および／または受信された放射線のためのリフレクタとして働く。
【００４９】
充填材料とこの充填材料に含まれたＴｉＯ２成分との反射能力は、約８０％までになる。本発明の光電構成素子１によって、外部の効率を、キャビティがもっぱら透明な充填材料で充填されている光電構成素子に比べて著しく高めることができた。
【００５０】
半導体チップ４を保護するために、キャビティ３は、放射線透過性の例えば透明なカプセル封入材料６で完全に充填されている。このカプセル封入材料６は半導体チップ４を被覆し、半導体チップ４によって放出もしくは受信され得る放射線に対して透過性である。このカプセル封入材料６には、従来式の構成素子の場合のように、有利には充填材料の特性に特別に調和されている、例えばエポキシド樹脂のような透明な合成樹脂またはポリカーボネートから成る適当な充填材料を使用することができる。
【００５１】
実施例に基づく本発明の上記の説明は、当然のことながら、本発明が前記実施例に限定されるという意味ではない。むしろ、請求項１〜２５に記載の本発明の思想は、極めて種々異なる多数の構造形式において適用可能である。特に本発明は、さらに、実施例およびこの他の説明において言及した特徴のあらゆる組合せを、この組合せが特許請求の範囲の対象ではない場合であっても、含んでいる。優先権が請求されている出願の内容は、本願への参照によって理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例の断面図を概略的に示す。
2006501658.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月7日(2005.4.7)
【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構成素子（１）であって、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置（４）が設けられており、該半導体装置（４）が支持体（２２）上に配置されており、該支持体（２２）が熱伝導的に冷却体（１２）に結合されており、外部の電気的な接続部（９）が設けられており、該接続部（９）が半導体装置（４）に接続されている形式のものにおいて、前記外部の電気的な接続部（９）が、電気絶縁されて、冷却体（１２）上で支持体（２２）に対して間隔を置いて配置されていることを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項２】
支持体（２２）が、支持基板（２）と、該支持基板（２）上に配置された少なくとも１つの電気絶縁性の層（１４）とを有している、請求項１記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項３】
半導体装置（４）と電気絶縁性の層（１４）との間に、電気伝導性の層（１３）が配置されており、該層（１３）が、前記外部の電気的な接続部（９）のうちの１つの接続部に接続されている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項４】
半導体装置が半導体チップを有している、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構成素子。
【請求項５】
前記外部の電気的な接続部（９）が、プリント配線板の導体路を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項６】
互いに上下に配置された種々異なる複数のプリント配線板における導体路同士が、貫通接触接続によって互いに接続可能である、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構成素子。
【請求項７】
支持基板（２）が、Ｓｉ、ダイヤモンドコーティングされたＳｉ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮおよびＢＮから成っているグループから成る良好に熱伝導性の少なくとも１つの材料を有している、請求項２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構成素子。
【請求項８】
電気絶縁性の層（１４）がＳｉＯ２を有している、請求項２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構成素子。
【請求項９】
半導体装置（４）が、金属のろうまたは熱伝導可能および／または電気伝導可能な接着材料によって、支持体（２２）へ被着されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１０】
支持体（２２）が、金属のろうまたは熱伝導可能な接着材料によって、冷却体（１２）に被着されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１１】
半導体装置（４）および支持体（２２）が、ベースケーシング（２０）のキャビティ（３）内に配置されている、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構成素子。
【請求項１２】
ベースケーシング（２０）のキャビティ（３）内に、厳密には１つの半導体装置（４）が配置されている、請求項１１記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１３】
ベースケーシング（２０）が、半導体装置（４）に向けられた内面において、斜めに形成されており、これにより、ベースケーシング（２０）が、半導体装置（４）によって放射された放射線の一部のためのリフレクタ面を有している、請求項１１または１２記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１４】
キャビティ（３）内で半導体装置（４）とキャビティの側壁（１７）との間に、反射作用を有する充填材料（６）が配置されており、該充填材料（６）が、半導体装置（４）からベースケーシング（２０）の表側面（２１）に向かって見て、凹状に湾曲した表面（３０）を有しており、該表面（３０）が、放射線の一部のためのリフレクタ面を形成している、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１５】
充填材料がＴｉＯ２を有しているか、またはＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１６】
半導体装置（４）が、少なくとも部分的に、放射線透過性のカプセル封入材料（６）でカプセル封入されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１７】
前記外部の接続部（９）が、少なくとも部分的に、ベースケーシング（２０）と冷却体（１２）との間に配置されている、請求項１１から１６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１８】
当該オプトエレクトロニクス構成素子が、少なくとも０．５Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１９】
当該オプトエレクトロニクス構成素子が、少なくとも１Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項２０】
当該オプトエレクトロニクス構成素子が、少なくとも３Ｗの消費電力に予定されている、請求項１１から１９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項２１】
当該オプトエレクトロニクス構成素子が、最大１ｃｍ２の底面積を有している、請求項１１から２０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項２２】
構成素子・モジュールにおいて、当該構成素子・モジュールが、請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数のオプトエレクトロニクス構成素子（１）を有していることを特徴とする、構成素子・モジュール。
【請求項２３】
請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数のオプトエレクトロニクス構成素子を備えた構成素子・モジュールにおいて、オプトエレクトロニクス構成素子同士が、少なくとも部分的に、導体路によって互いに電気伝導的に接続されていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか１項記載の複数のオプトエレクトロニクス構成素子を備えた構成素子・モジュール。
【請求項２４】
個々のオプトエレクトロニクス構成素子（１）がマトリックス状に配置されていて、少なくとも部分的に直列接続されている、請求項２２または２３記載の構成素子・モジュール。
【請求項２５】
複数のオプトエレクトロニクス構成素子（１）がそれぞれ１つのベースケーシング（２０）を有している、請求項２２から２４までのいずれか１項記載の構成素子・モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式のオプトエレクトロニクス構成素子および請求項１７の上位概念部に記載した形式の構成素子・モジュールに関する。【０００２】  放射線を放出する複数の半導体構成素子は、高光度の全モジュールを達成するために、マトリックスに配置されることができる。【０００３】  ＬＥＤ・モジュールと呼ばれるこのような装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５１１５９号明細書に基づき公知である。この場合、複数のオプトエレクトロニクス半導体装置もしくは半導体チップが支持体上へ組み付けられており、この支持体は冷却体上に配置されている。半導体構成素子の実装密度の高まりにもかかわらず、発生する熱は導出されることができる。しかもこの場合、発生する熱は、半導体構成素子の電気的な挙動に影響を与えないかまたは非本質的な影響しか与えない。しかしながら、前記処理形式は、隣接する半導体構成素子の放射線の吸収のせいで、全モジュールの効率を低下させてしまう。【０００４】  放射線を放出する個々の半導体構成素子の、リフレクタ内への位置付けによって、モジュールの放射特性および方向特性は改善されることができる。なぜならば、個々の半導体構成素子によって側方で放出された放射線は、少なくとも部分的に主放射方向に偏向されるからである。【０００５】  高い効率と極めて良好な方向特性とを備えたモジュールが、個々の半導体構成素子から構成されることができ、これらの半導体構成素子はそれぞれ個別のリフレクタ内に存在する。しかしながらこの場合、半導体構成素子の高い実装密度をリフレクタと一緒に全モジュールにおいて維持することは困難である。半導体構成素子の接触接続部が、フレキシブルな接続および高い実装密度の妨げとなる。【０００６】  したがって本発明は、互いに隣接する複数の半導体構成素子もしくはオプトエレクトロニクス半導体装置の間隔の詰まった配置を可能にする、オプトエレクトロニクス構成素子および構成素子・モジュールを提供するという課題に基づいている。【０００７】  本発明は特に、熱的なラインを電気的なラインから分離することを可能にする接触接続装置を備えた半導体構成素子を提供するという課題に基づいている。【０００８】  この課題は、請求項１および１７の特徴部によって解決される。本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の有利な実施態様および構成のさらなる特徴は、従属請求項２〜１６および１８に記載してある。【０００９】  本発明によれば、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置が設けられており、該半導体装置が支持体上に配置されており、該支持体が熱伝導的に冷却体に結合されているオプトエレクトロニクス構成素子が考えられている。ボンディングワイヤが、外部の電気的な接続部を半導体装置の接続部に接続する。外部の電気的な接続部は、電気絶縁されて、冷却体上で支持体に対して間隔を置いて配置されている。【００１０】  このことは、電気的なライン接続部（線路接続部）が熱的なラインからほぼ切り離されているという利点を有している。半導体装置もしくはチップを冷却体上で支持体によって熱的に接続することによって、多くのチップを冷却体上に密に配置することが���き、熱を導出することができる。チップの電気的な接触接続部は、冷却体から絶縁された接続部を介してフレキシブルに案内されることができる。さらに、外部の電気的な接続部上に、コンパクトなリフレクタケーシングを形成することができる。これにより、構成素子の所要スペースが減少され、高い光効率が可能になる。【００１１】  この処理形式は、電流の流れが冷却体を介しては経過しておらず、この冷却体が、半導体構成素子の運転中に発生する熱を導出するという利点を有している。【００１２】  支持体が、支持基板と、該支持基板上に配置された少なくとも１つの電気絶縁性の層とを有していると有利である。択一的に、支持体材料自体が電気絶縁性である。この場合、半導体装置は支持体に対して別個に絶縁されている必要がなく、相互のまたは冷却体への短絡が生じることなしに、伝導可能な基板上に配置されていてよい。【００１３】  半導体装置と電気絶縁性の層との間には、電気伝導性の層が配置されていてよく、該層は、外部の電気的な接続部に接続されている。このことは、特に、伝導可能な基板上の半導体装置にとって有利である。なぜならば、半導体装置の接続部が、ボンディングワイヤによって、前記電気伝導性の層を介して案内されることができるからである。【００１４】  外部の電気的な接続部が、プリント配線板の導体路を有していると特別に有利である。プリント配線板は、導体路を備えた絶縁性の基板を有していて、したがって直接に冷却体上へ被着されることができる。複数のプリント配線板が互いに上下に配置されていてもよく、この場合、これらのプリント配線板は、さらに、互いに絶縁されている。【００１５】  互いに上下に配置された種々異なる複数のプリント配線板において貫通接触接続（スルーコンタクト；Durchkontaktierungen）によって互いに接続可能である複数の導体路は、多くのオプトエレクトロニクス構成素子の接続のフレキシビリティをさらに高める。【００１６】  支持基板が、Ｓｉ、ダイヤモンドコーティングされたＳｉ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮおよびＢＮから成っているグループから成る良好に熱伝導性の少なくとも１つの材料を有していることが、有利に考えられている。【００１７】  さらに、電気絶縁性の層がＳｉＯ２を有していると有利である。このことは、支持層がシリコンを有している場合に、特別に有利に当てはまる。【００１８】  半導体技術において使用される前記材料は、多数の構成素子において、相互のかつ半導体チップ自体に対する応力を減少させる。【００１９】  有利な１実施態様では、半導体装置は、金属のろうまたは熱伝導可能および／または電気伝導可能な接着材料によって、支持体へ被着されている。【００２０】  支持体が、金属のろうまたは熱伝導可能な接着材料によって、冷却体に被着されている場合、良好な熱伝導もしくは熱導出が得られる。【００２１】  半導体装置および支持体が、反射特性を有するベースケーシング内に配置されている場合、極めて良好な光放射が可能になる。【００２２】  ベースケーシングが厳密には１つの半導体装置を有している場合、光放射は、極めて良好にかつ個々にチップに適合可能になる。この場合、キャビティの内側で隣接する半導体装置の吸収によって��半導体構成素子の外部の効率が低下することはない。【００２３】  本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子は、ベースケーシング内にキャビティもしくは切欠きを有しており、該キャビティもしくは切欠き内に、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置が配置されている。リフレクタは、従来式のオプトエレクトロニクス構成素子の場合とは異なって、少なくとも、ベースケーシングのキャビティの、反射作用を有する側壁自体によって実現されているだけでなく、少なくとも部分的に、キャビティ内に充填された反射作用を有する充填材料によって実現されている。このために、充填材料の材料および量は次のように選択されており、すなわち、充填に際してかつ／または充填後に充填材料が、充填材料の材料とキャビティの側面の材料との間の粘着力（Adhaesionskraft）に基づいて前記側面において引き上げられ、かつ放物線状に（parabolartig）形成された表面が生ぜしめられるように選択されている。充填材料の、ケーシングの表側面（表側の面）に向けられたこの表面は、半導体装置によって放出および／または受信された電磁放射線のためのリフレクタ面として働く。【００２４】  換言すれば、キャビティは充填材料で部分的に充填され、充填材料は充填材料とベースケーシングとの間の粘着力に基づき、ひとりでにキャビティ内で凹状の表面を形成する。なぜならば、充填材料は、ベースケーシングのキャビティの側方の内面を這い上がる（kriechen）からである。充填材料の、このように形成された放物線状の内面は、キャビティに入れられた半導体装置のためのリフレクタを形成する。【００２５】  前記リフレクタ面は、キャビティの開口が極めて小さい場合でも、充填材料の適当な調量によって簡単にキャビティ内に形成されることができる。このことによって、ケーシングの側壁および充填材料は個別のリフレクタのように働き、これにより、光放射出力がさらに改善される。さらに、キャビティ内に存在する導体路、配線およびこれに類するものが、充填材料によって、その機能形式が損なわれることなしに被覆される。【００２６】  したがって、本発明による手段によれば、キャビティの狭い開口および／またはキャビティ内に複雑な半導体装置配置形式および配線配置形式を備えたオプトエレクトロニクス構成素子の場合でさえ、キャビティの内部にリフレクタを設けることができ、ひいては構成素子の外部の効率を高めることができる。【００２７】  ベースケーシングが、半導体装置に向けられた内面において、斜めに形成されており、これにより、ベースケーシングが、半導体装置によって放射された放射線の一部のためのリフレクタ面を有していると特別に有利である。【００２８】  充填材料として、有利にはＴｉＯ２、またはＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂、またはシリコーンが考えられている。【００２９】  さらに、ケーシングのキャビティが、少なくとも部分的に、放射線透過性のカプセル封入材料（Einkapselungsmasse）で充填されていることが考えられている。このことによって、第一に、チップおよびその接続部の保護が可能になる。さらに、チップとカプセル封入材料とを相応に選択する場合、種々異なる色の構成素子を製作することができる。例えば、Ｇ���ＮベースのチップとＹＡＧ：Ｃｅ粒子を含有するカプセル封入材料とによって、白色に放射する構成素子を製作することができる。【００３０】  前記カプセル封入材料は有利にはエポキシド樹脂またはシリコーンを有していてよい。シリコーンを使用する場合、半導体構成素子内または個々の半導体構成素子から成っているモジュール内の機械的な応力を良好に減少させることができる。【００３１】  有利には、外部の接続部は、少なくとも部分的に、ベースケーシングと冷却体との間に配置されている。これにより、オプトエレクトロニクス構成素子の、特別にスペースの節約された接続が可能になる。【００３２】  本発明では、有利には、半導体装置として高出力チップが使用される。この場合、当該構成素子は、少なくとも０．５Ｗの消費電力に予定されている。別の有利な変化例では、当該構成素子は、少なくとも１Ｗの消費電力に予定されている。特別に有利な変化例では、当該構成素子は、少なくとも３Ｗの消費電力に予定されている。【００３３】  熱的なラインと電気的なラインとの切離しに基づいて、本発明はさらに、有利に僅かな所要スペースしか必要としない。この場合、高出力チップの使用時であっても、当該構成素子の底面積は有利には１ｃｍ２よりも小さいかまたは１ｃｍ２と同じである。【００３４】  特別に有利には、本発明による複数のオプトエレクトロニクス構成素子は、本発明の枠内では１つのモジュールになるように配置されることができる。このようなモジュールにおいて、前記オプトエレクトロニクス構成素子は有利にはマトリックス状に配置されていて、少なくとも部分的に直列接続されている。【００３５】  この場合、複数のオプトエレクトロニクス構成素子に対して、それぞれ１つのベースケーシングが設けられている。【００３６】  本発明の特別に有利な実施態様では、支持体の、半導体装置に向けられた最上位の層は、電気伝導可能である。有利には、この電気伝導可能な層は主として金属を有している。【００３７】  有利には、オプトエレクトロニクス構成素子同士は、特に部分的にケーシングと冷却体との間に配置されていてよい導体路によって、少なくとも部分的に互いに電気伝導的に接続されている。半導体チップを接続するための導体路は、オプトエレクトロニクス構成素子を隣接する構成素子に極めてスペース節約的に接続することを可能にする。いかなるボンディングワイヤもベースケーシングの縁部の上方へ案内されない。導体路は、複数の構成素子の複雑な接続を許容する。導体路は、相応の切欠きを有しているプリント配線板（例えばＦＲ４、フレキシブルなプリント配線板）に存在していてよい。プリント配線板は多層状に形成されていてよいので、導体路に対して付加的に、別の機能的なエレメントが多層状の構造体内に設けられていてよい。【００３８】  本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子のさらなる利点および有利な実施態様は、以下に図面に関連付けて説明する実施例から得られる。【００３９】  図面には、実施例の断面図を概略図で示してある。【００４０】  図面に示したオプトエレクトロニクス構成素子１は、電磁放射線を放出および／または受信する半導体装置４が支持体２２上に配置されている。この支持体２２は、例えば銅、アルミニウムまたはモリブデンから成る冷却体１２に、熱伝導的に結合されている。外部の電気的な接続部９はボンディングワイヤ７を介して半導体装置４もしくは電気伝導性の層１３に電気的に接続されている。この電気伝導性の層１３は半導体装置４の下面に接触接続している。この半導体装置４は、例えば発光を引き起こす活性の層のための基板が伝導性であることによって、電流が鉛直に装置を通って流れることができるように形成されている。【００４１】  活性の層のための絶縁性の基板を備えた別の構成では、第２のボンディングワイヤがやはり半導体チップに直接に案内されている。【００４２】  図面では、電気伝導性の層１３は電気絶縁性の層１４によって支持体２２の支持基板２から絶縁されている。電気絶縁性の層１４は有利には２層状であってよく、酸化ケイ素とこの上側に被着されたパシベーション層、例えば窒化ケイ素とから成っていてよい。この層１４は、有利にはシリコンまたはヒ化ガリウムから成っている、良好に熱伝導性の支持基板を、電気伝導性の層１３から電気的に分離する。支持基板として、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素または炭化物のような良好に熱伝導性のセラミックス状の材料も考慮の対象になる。支持体２２はろう接結合または接着によって、アルミニウム、銅またはモリブデンから成る冷却体１２上に直接に被着されている。構成素子の消費電力が少なくとも０．５Ｗであり、かつ構成素子の底面積が最大１ｃｍ２である場合、発生する熱は、熱の流れと電流の流れとの前記分離のもとで、構成素子から有効に導出されることができる。別の構成では、少なくとも１Ｗまたはそれどころか少なくとも３Ｗの構成素子の消費電力が予定されている。【００４３】  やはり冷却体１２上に直接に、外部の電気的な接続部９が、支持体２２に対して電気絶縁されてかつ間隔を置いて配置されている。前記外部の電気的な接続部９は、有利には、互いに上下に配置された複数のプリント配線板１０の導体路であり、これらのプリント配線板１０は接続装置８を形成している。２つのチップ接続部には、少なくとも１つのプリント配線板が必要である。１つのモジュール内の複数のチップが、有利には、多層状のプリント配線板によって接続され、これらのプリント配線板は、マトリックス状に配置された複数の構成素子同士のフレキシブルな接続、例えば直列接続を可能にする。種々異なるプリント配線板の種々異なる導体路同士の接続は、貫通接触接続を介して、それぞれオプトエレクトロニクス構成素子のベースケーシング２０と冷却体１２との間で行われる。【００４４】  支持体２２を備えた半導体装置４は、切欠きまたはキャビティ３を備えたベースケーシング２０内に存在する。このベースケーシングは、電気的な接続部９を備えたプリント配線板８上に被着されているフレームであってよい。これにより、本発明による構成素子１の極めてコンパクトな構造形式が可能になる。このことは、さらに、できるだけ多くのかつできるだけ方向付けられた光を構成素子から切り離すために、ベースケーシング２０の内面１７をリフレクタ３０として形成することを可能にする。【００４５】  半導体チップ４とキャビティ３の側壁１７との間には、反��作用を有する充填材料１６が充填されている。この充填材料１６は、例えば、ＴｉＯ２粒子で満たされたエポキシド樹脂から成っている。この場合、充填材料１６におけるＴｉＯ２の割合は、充填材料の反射能力を有意に高めるのに十分なものである。充填材料はチップ側では支持体２２のほぼ上縁部まで達している。充填材料１６におけるＴｉＯ２の割合は、有利には、約１０〜５０Ｖｏｌ．−％（体積百分率）である。酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム、窒化ガリウム、酸化アルミニウムまたはこれらのうちの少なくとも２種の混合物から成る粒子も、充填材料１６におけるエポキシド樹脂と一緒の使用に適している。重要な点は、エポキシド樹脂と前記粒子との間の屈折率差が、充填材料の反射率が高まるほどに十分に大きいことである。【００４６】  充填材料の、ベースケーシング２０の表側面（表側の面）２１に向けられた表面は、半導体チップ４から見て凸状に湾曲していて、側方で放出および／または受信された放射線の少なくとも一部のためのリフレクタ面を形成している。【００４７】  半導体チップ４の、充填材料の上方に位置する自由な表面領域は、放射線透過性のカプセル封入材料６によって覆われていて、これもまた例えばエポキシド樹脂または他の適当な反応性樹脂から成っている。【００４８】  図面の断面図に示してあるように、充填材料１６の充填高さは、半導体チップ４に隣接するように、すなわち、支持体２２に隣接するように僅かである。これにより、ケーシング２０の側壁の表面３０と相俟って、充填材料１６の表面の、前記表側面に向かってほぼ放物線状に開放している形状が得られる。この形状は、充填材料の材料の適当な選択および調量に際して、充填材料とケーシングフレーム２０の材料との間の粘着力に基づいて自動的に生じる。充填材料１６の、半導体チップ４から見て凹状に湾曲した内面は、半導体チップ４によって側方で放出および／または受信された放射線のためのリフレクタとして働く。【００４９】  充填材料とこの充填材料に含まれたＴｉＯ２成分との反射能力は、約８０％までになる。本発明のオプトエレクトロニクス構成素子１によって、外部の効率を、キャビティがもっぱら透明な充填材料で充填されているオプトエレクトロニクス構成素子に比べて著しく高めることができた。【００５０】  半導体チップ４を保護するために、キャビティ３は、放射線透過性の例えば透明なカプセル封入材料６で完全に充填されている。このカプセル封入材料６は半導体チップ４を被覆し、半導体チップ４によって放出もしくは受信され得る放射線に対して透過性である。このカプセル封入材料６には、従来式の構成素子の場合のように、有利には充填材料の特性に特別に調和されている、例えばエポキシド樹脂のような透明な合成樹脂またはポリカーボネートから成る適当な充填材料を使用することができる。【００５１】  実施例に基づく本発明の上記の説明は、当然のことながら、本発明が前記実施例に限定されるという意味ではない。むしろ、請求項１〜２５に記載の本発明の思想は、極めて種々異なる多数の構造形式において適用可能である。特に本発明は、さらに、実施例およびこの他の説明において言及した特徴のあらゆる組合せを、この組��せが特許請求の範囲の対象ではない場合であっても、含んでいる。優先権が請求されている出願の内容は、本願への参照によって理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例の断面図を概略的に示す。
【国際調査報告】
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