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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Halbleitereinrichtung
und ein Herstellungsverfahren davon, und genauer auf eine optische Halbleitereinrichtung,
inkludierend eine Halbleitereinrichtung, die einen Lichtstrahl emittiert,
und ein Herstellungsverfahren davon.
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Ein
Paket für
eine optische Halbleitereinrichtung, wie etwa eine an einer Oberfläche montierte LED,
wird durch Einfügen
einer elektrisch leitenden Führung
in ein thermoplastisches Harz gebildet. Die japanische Patentveröffentlichung
(kokai) Nr. 2000-183407 legt ein derartiges Paket offen. 5 ist eine vertikale Sektion
eines Paketes 100 für
eine optische Halbleitereinrichtung. Das Paket 100 ist
mit einer leitenden Führung 101 und
einer Basis 102 versehen. Basis 102 inkludiert
eine Einbuchtung 102a, die an einer oberen Fläche 101a von
Führung 101 vorgesehen
ist. Ein lichtemittierendes Element 104 ist an Führung 101 positioniert.
Einbuchtung 102a ist mit einem durchsichtigen Harz gefüllt, um
einen durchsichtigen Teil 103 zu bilden. Ein Draht 105,
der aus Gold hergestellt ist, verbindet elektrisch das emittierende
Element 104 und Führung 101.
Ein Lichtstrahl, der vom lichtemit tierenden Element 104 emittiert
wird, strahlt von Paket 100 durch den durchsichtigen Teil 103.
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Paket 100 wird
wie als Nächstes
beschrieben hergestellt. Zuerst wird Führung 101 in eine
Modellform eingeführt.
Dann wird Spritzguss durch Füllen
der Modellform mit einem thermoplastischen Harz ausgeführt, um
Basis 102 zu bilden. Nachdem ein leitender Klebstoff an
einer Elektrode von Führung 101 angebracht
ist, wird das lichtemittierende Element 104 an dem angebrachten
leitenden Klebstoff positioniert. Draht 105 wird mit der
anderen Elektrode von Führung 101 gebondet,
um eine leitende Verbindung mit dem lichtemittierenden Element 104 abzuschließen. Dann
wird nach Füllen
in Einbuchtung 102a durchsichtiges Harz unter einer gewissen
Aushärtungsbedingung
ausgehärtet,
um den durchsichtigen Teil 103 zu bilden. Als ein Ergebnis
wird Paket 100 hergestellt.
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Ein
Lichtstrahl, der von Element 104 emittiert wird, strahlt
durch den durchsichtigen Teil 103. Der Winkel des Strahls,
der ausgebreitet wird, reicht von 100 Grad bis zu 120 Grad. Deshalb
ist es schwierig, den Lichtstrahl, der von Paket 100 ausgegeben
wird, ohne eine Fokussierungslinse oder einen Lichtreflektor zu
fokussieren. Folglich ist Paket 100 nicht zum Beleuchten
einer spezifischen begrenzten Region geeignet.
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Um
eine spezifische Region zu beleuchten, haben einige Pakete eine
Wand zum Reflektieren eines Lichtstrahls, um eine Richtwirkung davon
zu steuern. 6 ist eine
vertikale Sektion eines Paketes 200 für eine optische Halbleitereinrichtung
als ein Beispiel von derartigen Paketen. Paket 200 inkludiert eine
Führung 201 und
eine äußere Hülle 202.
Die äußere Hülle 202 inkludiert
einen ersten Einbuchtungsteil 202a und einen zweiten Einbuchtungsteil 202b, die
den ersten Einbuchtungsteil 202a umgibt. Ein durchsichtiger
Teil 203 wird zuerst durch Füllen von Einbuchtung 202 mit
Phosphor-gemischtem Si liziumsharz gebildet. Eine innere Wand vom
zweiten Einbuchtungsteil 202b dient als eine reflektierende Wand 204,
um einen Lichtstrahl zu reflektieren, der vom lichtemittierenden
Element 205 emittiert wird. Ein Draht 206, der
aus Gold hergestellt ist, verbindet elektrisch ein lichtemittierendes
Element 205 und eine von Elektroden von Führung 201.
Q in 6 bezeichnet Lichtwellen
von dem Lichtstrahl, der vom lichtemittierenden Element 205 emittiert
wird.
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7 veranschaulicht ein Problem,
das mit Paket 200 mit einer Reflexionswand 204 und
einem durchsichtigen Teil 203, der durch Füllen von
abdichtenden Harz hergestellt wird, auftreten kann. Wie in 7 gezeigt, kriecht Phosphor-gemischtes
Siliziumharz die Reflexionswand 204 in dem Prozess vom Füllen und
Härten
des Harzes hoch. Als ein Ergebnis wird die Fläche von Reflexionswand 204 beträchtlich reduziert.
Ferner unterscheidet sich eine Flächenform vom durchsichtigen
Teil 203 von einer gewünschten
bestimmten Form. Folglich verhält
sich Reflexionswand 204 nicht wie erwartet. Außerdem führt das
Phosphor-gemischte Siliziumharz, das die Reflexionswand 204 hinauf
kriecht, auch dazu, dass der durchsichtige Teil 203 konkav
ist. Als ein Ergebnis ist ein optischer Pfad einer Lichtwelle, die
den Mittelpunkt vom durchsichtigen Teil 203 durchläuft, kürzer als
der einer Lichtwelle, die die Peripherie vom durchsichtigen Teil 203 durchläuft. Dies
verursacht eine unterschiedliche Erregung und Luminiszenz des Phosphors
zwischen einem mittleren und einem peripheren Teil vom durchsichtigen
Teil 203. Folglich verschlechtert sich ein Farbton.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung vorgesehen,
um einen Lichtstrahl zu emittieren. Die Einrichtung umfasst ein
lichtemittierendes Element und eine äußere Hülle, die eine Einbuchtung definiert,
in der das lichtemittierende Element positioniert ist. Die Einbuchtung
umfasst einen ersten Einbuchtungsteil entsprechend einem unteren
Teil der Einbuchtung und einen zweiten Einbuchtungsteil entsprechend
einem oberen Teil der Einbuchtung. Die Einrichtung umfasst auch
einen Projektionsstreifen zwischen den ersten und zweiten Einbuchtungsteilen,
wobei der Projektionsstreifen von einer inneren Fläche der äußeren Hülle herausragt;
und eine leitende Führung,
die mit dem lichtemittierenden Element gekoppelt ist, um elektrische Energie
einzuspeisen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine vertikale Sektion einer optischen Halbleitereinrichtung 10.
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2 ist
eine vertikale Sektion einer äußeren Hülle von
Einrichtung 10.
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3 ist
eine vertikale Sektion einer Modellform 80, die verwendet
wird, um Einrichtung 10 herzustellen.
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4 ist
eine vertikale Sektion einer optischen Halbleitereinrichtung 90.
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5 ist
eine vertikale Sektion eines Paketes 100 für eine optische
Halbleitereinrichtung.
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6 ist
eine vertikale Sektion eines Paketes 200 für eine optische
Halbleitereinrichtung.
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7 ist
eine vertikale Sektion von Paket 200, die Phosphor, gemischt
mit Siliziumharz, zeigt, der eine Reflexionswand 204 hinauf
kriecht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine vertikale Sektion einer optischen Halbleitereinrichtung 10 im
Einklang mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine
vertikale Sektion einer äußeren Hülle 30 von Einrichtung 10. 3 ist
eine vertikale Sektion einer Modellform 80, die verwendet
wird, um Einrichtung 10 herzustellen.
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Einrichtung 10 inkludiert
eine elektrisch leitende Führung 20 und
eine äußere Hülle 30.
Führung 20 besteht
aus Kupfer. Ni, Pd und Au werden sequenziell mit vorbestimmten jeweiligen
Stärken
auf die Kupferfläche
von Führung 20 überzogen.
Als ein Ergebnis wird das überzogene
Au als eine Fläche
eines Führungsrahmens
von Führung 20 freigelegt.
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Führung 20 umfasst
einen ersten Führungsteil 21 (eine
erste leitende Führung)
und einen zweiten Führungsteil 22 (eine
zweite leitende Führung). Führungsteile 21 und 22 haben
Elektroden 21a bzw. 22a.
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Ein
lichtemittierendes Element 23, wie etwa eine an einer Fläche montierte
LED (eine optische Halbleitereinrichtung), die ultraviolettes Licht
emittiert, ist an Elektrode 21a gesichert. Eine Elektrode vom
lichtemittierenden Element 23 ist durch einen Draht 24,
der aus Gold hergestellt ist, leitend mit Elektrode 22a verbunden.
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Die äußere Hülle 30 hat
einen Basisteil 40, der aus weißem thermoplastischen Harz
besteht. Basisteil 40 inkludiert einen ersten Einbuchtungsteil 50 und
einen zweiten Einbuchtungsteil 60. Der zweite Einbuchtungsteil 60 ist
außerhalb
des ersten Einbuchtungsteils 50 ausgebildet. Mit anderen
Worten bilden die ersten und zweiten Einbuchtungsteile 50 und 60 eine
fortlaufende Einbuchtung, inkludierend eine untere Seite entspre chend
der ersten Einbuchtung 50, die durch eine erste Wand 51 definiert
wird, und eine obere Seite entsprechend dem zweiten Einbuchtungsteil 60,
definiert durch eine zweite Wand 61. Dabei ist der Durchmesser
der ersten Wand kleiner als der Durchmesser der zweiten Wand.
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Ein
Projektionsstreifen 70 ist entlang einer äußeren Kante
des ersten Einbuchtungsteils 50 vorgesehen, wobei die Kante
einer Grenze zwischen dem ersten Einbuchtungsteil 50 und
dem zweiten Einbuchtungsteil 60 entspricht. Projektionsstreifen 70 ragt
von einer inneren Fläche
der äußeren Hülle 30 heraus.
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Der
erste Einbuchtungsteil 50 ist mit Phosphor, mit Phosphorgemischtem
Siliziumharz (optisches Harz) gefüllt, um einen durchsichtigen
Teil 52 zu bilden. Phosphor-gemischtes Siliziumharz umfasst
Siliziumharz, das ein thermoplastisches Harz ist, gemischt mit Phosphor,
der als Reaktion auf ultraviolettes Licht, das vom lichtemittierenden
Element 23 emittiert wird, sichtbares Licht emittiert.
Der zweite Einbuchtungsteil 60 ist zu dem ersten Einbuchtungsteil 50 verjüngt. Die
innere Fläche
vom zweiten Einbuchtungsteil 60, die innere Wand 61 dient
als eine Reflexionswand 61.
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Projektionsstreifen 70 (2)
ragt in einer Richtung von einem Pfeil V von dem Boden von Einbuchtung 50 zu
einer Öffnung
davon heraus. Mit anderen Worten ist Richtung V eine senkrechte
Linie einer Ebene, die eine Hauptfläche von Führung 20 bildet. Eine
Höhe H
vom Projektionsstreifen 70 von dem Boden des zweiten Einbuchtungsteils 60 ist
eingestellt, ungefähr
0,1 mm zu sein. Eine Breite W des Projektionsstreifens 70 ist
eingestellt, in dieser Ausführungsform
ungefähr
0,05 mm zu sein.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren zum Herstellen von Einrichtung 100 erläutert. Zuerst
wird die leitende Führung 20 in eine
Spritzgussmodellform 80 (3) eingesetzt,
um einen Einsatzguss auszuführen.
Modellform 80 umfasst einen ersten Modellformteil 81 und
einen zweiten Modellformteil 82. Der erste Modellformteil 81 ist
eine Modellform, um eine äußere Fläche der äußeren Hülle 30 auszubilden.
Der zweite Modellformteil 82 ist eine Modellform, um erste
und zweite Einbuchtungsteile 50 und 60, und Projektionsstreifen 70 auszubilden.
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Vorgehärteter Stahl,
wie etwa HPM-38, kann für
einen Hohlraum von Modellform 80 verwendet werden. Der
Stahl wird so wärmebehandelt,
um eine Rockwell-Härte
(HRC, Rockwell hardness) aufzuweisen, die von 53 bis 55 reicht.
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Der
zweite Modellformteil 82 (3) umfasst einen
Hülsenmodellformteil 84 und
einen Kernstiftmodellformteil 83. Hülsenmodellformteil 84 ist
ausgehöhlt
zylindrisch geformt mit einer zugespitzten Fläche, um Reflexionswand 61 zu
bilden.
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Kernstiftmodellformteil 83,
der Hülsenmodellformteil 84 durchdringt,
ist eine abdichtende harzgefüllte
Modellform. Der Grund zum Anwenden dieser Modellform wird als Nächstes erläutert.
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Um
einen kleinen Projektionsstreifen mit einer ganzheitlichen Modellform
auszubilden, wäre
es notwendig, einen Graben in einer einzelnen ganzheitlichen Modellform
auszubilden. Bilden eines derartigen Grabens nahe einem peripheren
Teil der ganzheitlichen Modellform ist jedoch schwierig. Außerdem kann
ein Beugungspunkt des Grabens eine unbeabsichtigte Rundheit involvieren.
Daher ist es vorzuziehen, eine zusammengesetzte Form anzuwenden,
die einen Hülsenmodellformteil 83 und
einen Kernstiftmodellformteil 84 verwendet, um eine derartige
Rundheit zu vermeiden.
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Bilden
eines Ansatzes entsprechend Projektionsstreifen 70 in einer
inneren Seite von Hülsenmodellformteil 84 macht
es mög lich,
einen kleinen Graben 85 (3) durch
Kombinieren mit Hülsenmodellform 83 auszubilden.
D.h. eine äußere Fläche von Kernstiftmodellformteil 83 entspricht
einer inneren Fläche
von Projektionsstreifen 70, während eine innere Fläche von
Hülsenmodellformteil 84 einer äußeren Fläche von
Projektionsstreifen 70 entspricht. Diese Struktur schließt eine
unbeabsichtigte Rundheit aus, sodass eine geschärfte Projektion 70 ausgebildet
werden kann. Was den oberen Abschnitt von Projektion 70 betrifft,
der durch eine strichpunktierte Linie E in 1 gekennzeichnet
ist, ist es wünschenswert, eine
scharfe Ecke auszubilden, um einen Harzaustritt zu verhindern.
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Spritzguss
wird unter Verwendung von Modellform 80 mit einer Werkzeugtemperatur
von 130 Grad Celsius, einer offensichtlichen Viskosität von geschmolzenem
Harz zur Zeit eines Durchlaufs durch ein Gatter von 300 [PaS] und
einer Verweilzeitdruckanwendung von 120 [Mpa] ausgeführt. Ein
Beispiel eines umschaltbaren Harzes, Polyphthalamid (PPA) inkludiert
nicht weniger als 5 Gewichts-% Titaniumoxid.
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Nach
dem Guss wird die zweite Modellform 82 in der vertikalen
Richtung in 3 herausgezogen. Leitender Klebstoff
wird an Elektrode 22a angebracht (1). Dann
wird das lichtemittierende Element 23 an Elektrode 22a so
montiert, dass das lichtemittierende Element 23 im ersten
Einbuchtungsteil 50 platziert wird. Der Draht 24 wird
zwischen dem lichtemittierenden Element 23 und Elektrode 22a durch
Drahtbonden gebondet, sodass elektrische Energie zum lichtemittierenden
Element 23 durch Führung 22 und
Draht 24 eingespeist werden kann.
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Phosphor-gemischtes
Siliziumharz, was ein wärmehärtendes
Harz (durchsichtiges optisches Harz) ist, wird in den ersten Einbuchtungsteil 50 gefüllt. Projektionsstreifen 70 hält das eingefüllte Harz davon
ab, an Reflexionsfläche 61 des
zweiten Einbuchtungsteils 60 hoch zu kriechen, sodass es
kein optisches Harz an Reflexionsfläche 61 gibt.
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Das
Phosphor-gemischte Siliziumharz wird durch Anwenden von Wärme bei
100 Grad Celsius für
2 Stunden, von Wärme
bei 145 Grad Celsius für die
nächsten
4 Stunden und von Wärme
bei 180 Grad Celsius für
die letzten 4 Stunden gehärtet.
Als ein Ergebnis wird das Phosphor-gemischte Siliziumharz gehärtet, um
den durchsichtigen Teil 51 (Phosphor-Harz-Teil) zu bilden.
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Im
Betrieb emittiert die optische Halbleitereinrichtung 10 einen
sichtbaren Lichtstrahl durch Erregen von Phosphor im durchsichtigen
Teil 51 als Reaktion auf einen ultravioletten Strahl, der
vom lichtemittierenden Element 23 emittiert wird. Der sichtbare Lichtstrahl,
der vom durchsichtigen Teil 51 ausgegeben wird, wird von
Reflexionsfläche 61 reflektiert. Dann
fährt der
Lichtstrahl in einer vertikalen Richtung in 1 fort.
Gestaltung eines Winkels, eines Materials und einer Flächenrauheit
von Reflexionsfläche 61 macht
es möglich,
die ausgehende Richtung des Lichtstrahls, der von Einrichtung 10 emittiert
wird, zu steuern.
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Da
Projektionsstreifen 70 verhindert, dass Harz, das in den
ersten Einbuchtungsteil 50 gefüllt ist, den zweiten Einbuchtungsteil 60 hochkriecht, wird
eine Ausbreitung des Harzes auf Reflexionsfläche 61 verhindert,
sodass Reflexionsfläche 61 eine erwartete
Reflexionswirkung haben kann.
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Ferner
ist auch eine Bildung einer konkaven Form vom durchsichtigen Teil 51,
verursacht durch Hochkriechen des Siliziumharzes, beschränkt, sodass
ein Farbton des emittierten Lichtstrahls aufrechterhalten werden
kann.
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Außerdem kann
eine Variation der Menge vom eingefüllten Harz toleriert werden,
da Projektionsstreifen 70 als ein Damm dient, sodass verhindert wird,
dass irgendwelches überschüssiges Harz
ausströmt.
Als ein Ergebnis kann die Menge vom eingefüllten Harz beim Herstellen
von Einrichtung 10 einen Spielraum haben, was zu einer
besseren Produktivität
führt.
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Eine
Einstellung einer Höhe
von Projektionsstreifen 70 auf nicht weniger als 0,1 mm,
einer Breite vom Projektionsstreifen 70 nicht weniger als
ungefähr
0,05 mm hat eine Wirkung zum Verhindern eines Überlaufs des eingefüllten Harzes.
Deshalb wird empfohlen, einen Projektionsstreifen 70 mit
einer Höhe
gleich oder größer ungefähr 0,1 mm,
einer Breite gleich oder größer ungefähr 0,05
mm vorzusehen. In dieser Ausführungsform
ist ein Abstand D (2) zwischen Reflexionsfläche 61 und
der inneren Fläche
vom ersten Einbuchtungsteil 50 in der radialen Richtung
nicht kleiner als ungefähr
1,3 mm.
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Wie
oben erläutert,
verhindert Projektionsstreifen 70 in einer Grenze zwischen
dem ersten Einbuchtungsteil 50 und dem zweiten Einbuchtungsteil 60,
dass Siliziumharz, das in den ersten Einbuchtungsteil 50 eingefüllt ist,
die Reflexionsfläche 61 hoch
kriecht. Folglich können
die Intensität
und der Durchmesser des Lichtstrahls, der durch Einrichtung 10 emittiert
wird, aufrechterhalten werden. Projektionsstreifen 70 sieht
auch einen Spielraum zum Steuern der Menge des eingefüllten Harzes
vor, sodass die Produktivität
verbessert werden kann.
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4 veranschaulicht
eine vertikale Sektion einer optischen Halbleitereinrichtung 90
im Einklang mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die nachstehend beschrieben wird. In 4 werden
Elementen mit der gleichen Funktion wie der des Elementes, das in
der ersten Ausführungsform
gezeigt wird, die gleichen Bezugszeichen gegeben.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein transparentes Siliziumharz in einen ersten Einbuchtungsteil 50 an
Stelle einer Einfüllung
von Phosphor-gemischtem Siliziumharz gefüllt. Mit anderen Worten gibt Harz,
das in Einbuchtung 50 gefüllt wird, Farbe nicht wider.
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In
dieser Ausführungsform
wird transparentes Siliziumharz zu einem Ausmaß eingefüllt, um nicht durch Oberflächenspannung überzulaufen. Dann
wird das eingefüllte
Harz gehärtet,
um einen transparenten Harzteil 91 mit einem Paket umgedreht
auszubilden. Mit anderen Worten wird nach dem Füllungsprozess eine Fläche des
eingefüllten optischen
Harzes nach unten gerichtet, um die Fläche konkav zu machen. Als ein
Ergebnis hat der transparente Harzteil 91 eine konvexe
Form, die als eine Linse dient.
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Einrichtung 90 hat
auch die gleiche Art der Wirkung von Einrichtung 10.
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Angesichts
der obigen Unterweisungen sind zahlreiche Modifikationen der vorliegenden
Erfindung möglich.
Es ist deshalb zu verstehen, dass innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche die vorliegende
Erfindung auf eine Art und Weise anders als hierin speziell beschrieben
praktiziert werden kann. Wenn eine gewisse Wirkung ohne einige Elemente,
die in dieser Ausführungsform
gezeigt werden, erreicht werden kann, können derartige Elemente weggelassen
werden.