(57)【要約】放射源が、六角形の格子構造にて配置されているマイクロレンズ（８）の領域の下方に設けられている半導体チップのアセンブリを有している。放射源は、高い放射出力および放射密度を特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並んで配置された、放射光を放出する多数の半導体チップ（７）を有する放射源において、
半導体チップ（７）の前方の放射方向において、六角形の格子を形成する複数のレンズ（８）から成る領域が配置されていることを特徴とする、放射源。
【請求項２】
前記レンズ（８）が半球によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の放射源。
【請求項３】
前記レンズ（８）が六角形に極めて密な格子にて配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射源。
【請求項４】
前記格子の輪郭が六角形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項記載の放射源。
【請求項５】
前記半導体チップ（７）がライン毎にボンディングされていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の放射源。
【請求項６】
半導体チップ（７）の色群は、種々な波長で放射最大値を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の放射源。
【請求項７】
前記色群がライン毎に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の放射源。
【請求項８】
マイクロレンズ（８）の領域を製作するのに適したレンズモールド（２４）の製造方法において、
レンズモールド（２４）が、六角形の収容部（２０）によって保持されている、密に配置されている球（２２）の群にて成形されることを特徴とする、製造方法。
【請求項９】
前記レンズモールド（２４）が、シリコーンを注入して成形されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、互いに並んで配置された、放射光を放出する多数の半導体チップを有する放射源に関する。
【０００２】
本発明はさらに、マイクロレンズの領域を製作するのに適したレンズモールドの製造方法に関する。
【０００３】
例えば発光ダイオードのような放射源は一般に、透明なレンズ体にモールドされた半導体チップを有している。また、上記の放射源の放射出力は、多数の半導体チップを設けることにより高められることが知られている。前記放射源は通常、レンズから成るコンデンサ光学素子を有している。しかしながら、上記放射源の放射密度は、空間的広がりが僅かで発光力の大きい放射源を製作することが問題である場合、しばしば十分でない。
【０００４】
本発明の課題は、上記の技術水準から出発して、放射密度の高い放射源を提供することである。
【０００５】
上記課題は本発明により、半導体チップの前方の放射方向において、六角形の格子を形成する複数のレンズから成る領域が配置されていることにより解決される。
【０００６】
複数のレンズを六角形に配置することにより、対応して設けられている半導体チップの面積密度が高くなる。これに相応して、放射源の方射密度が高くなる。レンズは通常、球セグメントにより形成されるので、レンズに対し、大きな半径をもった球セグメントが選択される。このことにより、半導体チップの放射光を放出する活性層の大部分が、それぞれの球に対応づけられたワイエルシュトラスの球のなかに位置する。このことにより、個々の半導体チップに関して高い放射効率が得られる。
【０００７】
さらに、本発明の課題は、レンズの領域を製作するのに適したレンズモールドの合理的な製造方法を提供することである。
【０００８】
上記課題は本発明により、レンズモールドが、六角形の収容部によって保持されている球群にて成形されることにより解決される。
【０００９】
球がびっしりと密に配置されている場合、六角形の収容部により、球の群はいわば自ずと六角形の格子構造になされる。それ故、収容部を完全に、成形すべき球でいっぱいにすることを行うだけで十分である。
【００１０】
本発明の別の有利な形態が従属請求項に記載されている。
【００１１】
次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、半導体チップが装着されて既にボンディングされている、本発明の放射源のためのプリント配線板の平面略図を示す、
図２は、図１のプリント配線板の断面略図を拡大して示す、
図３は、複数のレンズから成る領域の平面略図を示す、
図４は、マイクロレンズ領域を製作するために用いられる鋳型の製造装置の断面略図を示す、
図５は、図４の鋳型を上から見た平面略図である、
図６は、鋳型の製造のために用いられる別の装置の断面略図を示す、
図７は、マイクロレンズ領域を製造するために用いられる注入装置の断面略図を示す、
図８は、半導体チップの上部エッジと配属されている半球状のマイクロレンズとの間の間隔に依存して放射出力を示す線図である。
【００１３】
図１に、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉから製造されたプリント配線板１を上から見た平面略図が示されている。プリント配線板１の上に端子コンタクト２が形成されており、該端子コンタクトからコンタクト個所４に導体路３が達している。前記コンタクト個所にボンディングワイヤ５が取付けられており、該ボンディングワイヤはとりわけチップコンタクト面６と接続されている。チップコンタクト面６の上に半導体チップ７が取付けられており、それぞれライン毎に平行にボンディングされている。
【００１４】
図２に、マイクロレンズ８が設けられているプリント配線板１の横断面図の一部が拡大して示されている。半導体チップ７の底面９が、それぞれチップコンタクト面６に取付けられていることが分かる。半導体チップ７の上側１０の上にそれぞれボンディングワイヤ５が取付けられており、該ボンディングワイヤは隣接したチップコンタクト面６又はコンタクト個所４に接続されている。
【００１５】
マイクロレンズ８は半径Ｒの半球である。マイクロレンズ８の幾何学的中心は、半導体チップ７の上側から間隔Δｘで存する。間隔Δｘは次のように選択される。すなわち、半導体チップ７の放射光を放出する活性層が、少なくとも半分、半径Ｒ／ｎを有するワイエルシュトラス（Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ）の球のなかに位置しており、その際、ｎはマイクロレンズ８に対して用いられる材料の屈折率である。ワイエルシュトラスの球の中心は、マイクロレンズ８の中心と一致する。ワイエルシュトラスの球内で生じた放射はマイクロレンズ８から出ていく。したがって、それぞれ半導体チップ７の活性層の出来るだけ広い部分が、ワイエルシュトラスの球のなかに位置するようにすると、有利である。それ故、マイクロレンズ８の半径を出来るだけ大きく選択することへの関心がもたれる。これに対して、このとき半導体チップ７の間の間隔も相応して大きく選択しなければならない。しかし、半導体チップ７の間隔が大きいと、放射密度が低くなってしまう。したがって、マイクロレンズ８の間の間隔をできるだけ小さく保持するようにする。図３に示した六角形の格子構造におけるマイクロレンズ８の配置は、マイクロレンズ８の可及的密な配置であり、これにより、高い放射出力が同時に高い放射密度にて得られる。
【００１６】
マイクロレンズ８は合目的に、合成樹脂で注入成形される。この製造方法を以下に述べる：
まず、第１の型板１１が製作され、該第１の型板は、図４に示すように、図５から見て取れる六角形の横断面を有するスパイク状部１２を備えている。スパイク状部１２は台座１３の上に設けられている。台座１３の近傍に位置合わせピン１４が設けられている。第１の型板１１の上に、さらに保持フレーム１５が取付けられており、該保持フレームは内側に凹部１６を有している。保持フレーム１５と接している内部空間は、シリコーンで充填される。この場合、その中心において横断面が六角形の開口部を有するシリコーンフレーム１７が、形成される。シリコーンフレーム１７は凹部１６に噛み合い、したがって、簡単な手法で保持フレーム１５と共に、図６に示した第２の型板１９に取付けることができる。ここでも在る位置合わせピン１４は、第２の型板１９上における保持フレーム１５およびシリコーンフレーム１７の配向のために用いられる。これにより、シリコーンフレーム１７は第２の型板１９上に位置するようになるので、シリコーンフレーム１７の開口部１８が、第２の型板１９のなかの収容部２０とアライメントされる。収容部２０は、その側方ウェブ２１により、第１の型板１１の台座１３のスペースを取る。それはさらに同様に、六角形の横断面を有している。収容部２０のなかには、小球２２が密に収容されている。小球２２は、実質的に製作すべきマイクロレンズ８の半径に相応する半径を有している。収容部２０は六角形の横断面を有しており、小球２２は密に設けられているので、小球２２は六角形の格子構造に相応して配置されている。
【００１７】
引続いて、開口部１８にシリコーンが充填される。このようにして、図７に示した、注入装置２３において示されているマイクロレンズモールド２４が生ぜしめられる。注入装置２３は吸込連結部２５を有しており、該吸込連結部上に、プリント配線板１を保持するベースプレート２６が設けられている。上記目的のため、プリント配線板１に達する中央吸込み開口部２７が設けられている。ベースプレート２６の上方には、保持フレーム１５がマイクロレンズモールド２４と共に設けられている。双方とも部分的にプレスプレート２８によって覆われており、該プレスプレートは、図示していないねじ連結を介してベースプレート２６と結合されており、プレスプレートにより、ベースプレート２６上にマイクロレンズモールド２４を確実に設けることが保証される。
【００１８】
位置合わせピン１４の後に、マイクロレンズモールド２４内に導入ダクト２９が残った。該ダクトは、プリント配線板１の上方でマイクロレンズモールド２４の空洞部に合成樹脂を注入するのに用いられる。
【００１９】
マイクロレンズモールド２４の下方のプリント配線板１に、言うまでもなく既に半導体チップが設けられており、ボンディングが完成していることを補足して述べておく。
【００２０】
最後に、導入ダクトにより注入樹脂が充填される。これにより、マイクロレンズモールド２４と導体路３との間の空間が充填され、マイクロレンズ８がモールドされる。
【００２１】
さらに図８には、間隔Δｘに依存して、６０°の１／２開口角（すなわち開口角が１２０°である）を有する立体角における放射出力Φを示した線図が示されている。
【００２２】
図８は計算結果を含んでいる。この計算は、底面２００μｍ×２００μｍ、高さ２５０μｍの半導体チップ７を用いて実施された。半導体チップは、その放射出力の７０％を上側１０から放出すると仮定した。残りの３０％は、半導体チップ７の側面から出射される。スペクトルとして、２０００Ｋでの黒体のスペクトルが仮定された。上記計算は、そこに半導体チップ７が埋め込まれている、２種類の注入樹脂に対して実施された。一方の注入樹脂は、屈折率ｎ＝１．５５を有し、他方の注入樹脂は、屈折率ｎ＝１．８７を有する。求められた曲線３０，３１及び３２はそれぞれ、ｎ＝１．５５の屈折率で、半径２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍを有するマイクロレンズ８に対する結果を表わしている。曲線３３，３４及び３５は、注入樹脂の屈折率がｎ＝１．７８であって、半径２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍを有するマイクロレンズ８に対する結果を表わしている。さらに直線３６は、マイクロレンズ８を用いない場合の予測される結果を示している。
【００２３】
マイクロレンズ８の直径は、５００μｍ、６００μｍ及び７００μｍである。図８によると、間隔Δｘが０．１ｍｍの場合に、検出された立体角における放射出力は最大値をとることが明らかである。ここでは、放射出力はマイクロレンズ８のない場合の約２倍の大きさである。この間隔ではまた、半導体チップ７の活性層の大部分が、マイクロレンズ８のワイエルシュトラスの球の中に位置している。
【００２４】
マイクロレンズ８を六角形に配置することの利点は、次の表１からも明らかである：
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１から明らかなように、マイクロレンズ８の半径を拡大することにより、必ずしも面積に関連した放射出力が高められるわけではない。というのは、マイクロレンズ８の半径が拡大されたために、半導体チップ７の活性層のより広い部分がワイエルシュトラスの球の中に位置するようになるが、そのために半導体チップ７との間隔が増大するからである。その結果、発光密度は低減する。
【００２７】
それにも拘わらず、実際的な理由から、マイクロレンズ８に対して７００μｍの直径を選択することは有利である。なぜなら、それ以外の問題が、半導体チップ７をチップコンタクト面６上にボンディングする際におよびボンディングワイヤ５のボンディングの際に生ずるからである。さらに、通常の注入樹脂は硬化すると収縮する。そのために、硬化したマイクロレンズはいずれにせよ、マイクロレンズモールド２４の相応の型よりも約６％小さいのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体チップが装着されて既にボンディングされている、本発明の放射源のためのプリント配線板の平面略図を示す。
【図２】図１のプリント配線板の断面略図を拡大して示す。
【図３】複数のレンズから成る領域の平面略図を示す。
【図４】マイクロレンズ領域を製作するために用いられる鋳型の製造装置の断面略図を示す。
【図５】図４の鋳型を上から見た平面略図である。
【図６】鋳型の製造のために用いられる別の装置の断面略図を示す。
【図７】マイクロレンズ領域を製造するために用いられる注入装置の断面略図を示す。
【図８】半導体チップの上部エッジと配属されている半球状のマイクロレンズとの間の間隔に依存して放射出力を示す線図である。
【国際公開パンフレット】
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2004506321.tif 000005
2004506321.tif 000006
2004506321.tif 000007
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2004506321.tif 000009
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2004506321.tif 000018
2004506321.tif 000019
【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】
2004506321.tif 000021
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