JP2007036294A - 表面実装可能な光電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】チップからの放熱の改善を保証し、その際にケーシングの寸法を大幅に変更したり、デラミネーションの危険を増したりしないようにする。
【解決手段】外部端子はまず基体の外側で該基体の後面に向かって屈曲しており、さらなる延長部において基体の下側で該基体の中央に向かって屈曲しており、熱伝導端子は導体フレームの上から見て、チップ支持部材からまずそれぞれ反対向きの２つの方向へ延在し、さらに同じ方向へ屈曲しており、端子部は熱伝導端子間に配置されており、熱伝導端子および端子部はカバーの一方側の相互に間隔を有する種々の位置でそこから突出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装可能な光電素子に関する。

このような素子は例えばヨーロッパ特許出願第４００１７６号明細書から公知である。この明細書中にいわゆるＴＯＰＬＥＤが記載されており、発光する半導体チップ（ＬＥＤチップ）が導体フレームの平坦なチップ支持部材上に固定されている。導体フレームはチップ支持部材と、これに間隔を置いて配置された端子部、すなわちチップ支持部材から電気的に分離されている端子部とから成り、この端子部はそれぞれ１つずつ外部端子を有する。チップ支持部材は半導体チップ、端子部、および外部端子の部分領域を有し、カバーによって包囲されている。このカバーはビームを透過しない基体から成り、この基体は切欠部とこの切欠部を充填するビーム透過性のウィンドウ部材とを有する。チップ支持部材および端子部は基体によって包囲されているかまたは基体内に組み込まれており、チップ支持部材および端子部の上側の部分領域は切欠部の残りの底面に面が適合するように閉じられている。半導体チップはチップ支持部材に載置された下側まで完全にビーム透過性のウィンドウ部材によって包囲されている。切欠部およびその内面は、これらが半導体チップから放射されるビームに対してほぼ切頭円錐形状のリフレクタを形成するように成形および配置されている。

ドイツ連邦共和国特許出公開願第１９５３６４５４号明細書には、半導体チップの放熱性を改善するために導体フレームのチップ支持部材の２つの外部端子が端子部の外部端子に比べて拡張された光電素子が記載されている。

上述の公知の光電素子では、半導体チップ高い電流および高い電力で作動する際、例えばいわゆるパワーＬＥＤなどの場合に、半導体チップからの放熱が不充分であると強いヒートアップにいたる。こうしたヒートアップはしばしば半導体チップの動作能力に悪影響を与え、例えば経時変化の促進、半導体チップと導体フレームとの分断、ボンディングワイヤの破断またはチップの破壊などを生じさせる。チップ支持部材の外部端子を公知のように拡張する手段ではプラスティックと導体フレームとのデラミネーションが生じやすくなり、これは例えば半導体チップへの湿気の侵入を引き起こすことがある。
ヨーロッパ特許出願第４００１７６号明細書 ドイツ連邦共和国特許出公開願第１９５３６４５４号明細書

したがって本発明の課題は、冒頭に言及した形式の光電素子を形成してチップからの放熱の改善を保証し、その際にケーシングの寸法を大幅に変更したり、デラミネーションの危険を増したりしないようにすることである。

この課題は独立請求項に記載の特徴により解決される。

本発明の素子の有利な実施形態は従属請求項の対象範囲である。

請求項１の素子では、チップ支持部材は少なくとも２つの個別の外部端子を有しており、これらの外部端子はチップ支持部材に熱伝導的に接続されており、かつ相互に間隔を有する種々の箇所でカバーから突出しており、これらの外部端子は素子の実装に対して設けられた配線板に素子が取り付けられた状態で全端子が同時に端子板または配線板上に位置するように成型されている。その結果、素子の動作中にチップで生じる熱は少なくとも２つの異なる点で配線板へ送り込まれ、配線板の大きな面積に分配される。これにより光電チップからの放熱は著しく改善される。

本発明の素子の特に有利な実施形態では、チップ支持部材の外部端子は導体フレームの上から見て、チップ支持部材からほぼ放射状に外側へ向かって相互に分離されて延在している。素子から配線板への放熱点はこれにより比較的大きな相互の間隔を有しており、そのため素子の動作中にチップ支持部材およびその外部端子を介してチップから放出される熱エネルギを配線板へきわめて大きな面積で分配することができる。

有利には、外部端子はこれらの端子が放射状に外側へ向かって延在している領域に長手中央軸線を有しており、これらの軸線のうちそれぞれ隣接する２つの軸線は相互に約９０゜の角度を有している。このように配置すれば端子間のプラスティック領域が最大となり、これにより例えば温度変動がある場合のデラミネーションのおそれが低減される。

素子に少なくとも第１の光電チップおよび第２の光電チップが設けられている場合、本発明によればチップ支持部材は少なくとも２つの外部端子を有しており、これらの外部端子は相互に間隔を有する種々の個所でカバーから突出している。導体フレームはこの場合各１つの外部端子を有する少なくとも２つの端子部を有しており、この外部端子も同様に側方でカバーから突出している。ここで有利には、チップ支持部材および端子部の外部端子は導体フレームの上から見てほぼ放射状に配置されており、これによりチップ支持部材の外部端子の最大の相互間隔が保証される。これにより素子の動作中にチップ支持部材およびその外部端子を介してチップから放出される熱エネルギは、相互に比較的遠く離れた点で配線板へ送り込まれ、この場合にもきわめて良好な配線板での熱分配が達成される。

特に有利にはこのような素子では、チップ支持部材の外部端子が導体フレームの上から見てチップ支持部材に対して斜めに相互にオフセットされて配置されている。これらの端子は相互に対向する側面で有利にはほぼ直方体形状のカバーから突出している。端子部はこの場合チップ支持部材の種々の側に配置されており、その外部端子は同様に相互に対向する側面でカバーから突出している。導体フレームの上から見てこれらの端子はチップ支持部材の外部端子に対して相互に斜めにオフセットされて配置されている。

チップからの放熱を必要に応じてさらに改善するために、チップ支持部材は２つ以上の外部端子を有することもできる。これらの外部端子は同様に相互に間隔を有する種々の位置でカバーから突出する。これらの外部端子の数は必要に応じて素子の許容可能な構造サイズに依存してさらに高めることができる。

本発明の素子（側方発光形の素子）は動作中にチップから放射されるビームが配線板に対してほぼ平行に放射されるように配線板上に固定可能であり、この素子ではチップ支持部材は少なくとも２つの外部端子を有し、端子部は少なくとも１つの外部端子を有しており、これらは相互に分離されて同一の側面でカバーから突出している。この場合有利には、端子部の外部端子はチップ支持部材の２つの外部端子の間に配置されている。

このような素子の特に有利な実施形態では、端子部の外部端子はチップ支持部材の２つの外部端子よりも幅が狭い。もちろん付加的に本発明の上述の他の素子において端子部の外部端子をチップ支持部材の外部端子よりも幅広に構成することもできる。

上述の側方発光形の素子の別の実施形態では、チップ支持部材は少なくとも１つの冷却フィンに熱伝導的に接続されており、この冷却フィンは端子部を有する側面とは異なる側面でカバーから突出している。冷却フィンのみ、またはこの冷却フィンに熱的に接続された別の冷却装置によりさらに改善されたチップからの放熱が保証される。

他の利点および有利な実施形態は以下に図１〜図３のＢに関連した実施例から得られ、これを以下に詳細に説明する。

図中、種々の実施例において同一の素子および同様に作用する素子には相応する参照番号を付してある。

図１の素子は発光ダイオードモジュールであり、導体フレーム（リードフレーム）７のチップ支持部材２上に発光する半導体チップ（ＬＥＤチップ）が良好な熱伝導性を有する接続手段、例えば金属はんだを介して固定されている。３つの別々の外部端子４、５、６は、３つの異なる方向でチップ支持部材２から外側へ向かって延在している。外部端子４、５、６を有するチップ支持部材に対して間隔を置いて外部端子９を有する端子部８が配置されており、外部端子９はボンディングワイヤ１６を介してＬＥＤチップ１の電気コンタクト、例えばアノードコンタクト部に接続されている。ＬＥＤチップ１の第２のコンタクト金属化部（カソードコンタクト部）は例えばチップ支持部材２の方へ配向された下側に位置しており、この場合導電性の接続手段を介してチップ支持部材２に導電接続されている。その結果外部端子４、５、６を有するチップ支持部材２はこの場合カソード端子かつＬＥＤチップからの放熱を行う熱端子として用いられる。

カソードコンタクト部が上述の場合のようにチップ１の下側に配置されているのではなく、例えば上側に配置されている場合、これを、ボンディングワイヤを介してチップ支持部材２に導電接続することができる。

チップ支持部材２、端子部８、および外部端子４、５、６、９の部分領域はカバー３のほぼ直方体形状の基体１０によって包囲されており、この基体は切欠部１１を有している。切欠部１１はほぼ切頭円錐の形状を有しており、導体フレーム７に平行に存在する基体１０の主表面１７から導体フレーム７にまで達する。その際に切欠部１１の断面は導体フレーム７から基体１０の主表面１７へ向かって大きくなっている。ＬＥＤチップ１は切欠部１１内に存在しており、この切欠部にはビーム透過性のウィンドウ部材２２、有利には透明なプラスティック成形材料が設けられている。このウィンドウ部材２２は基体１０とともに素子のカバー３を形成している。外部端子４、５、６、９は相互に対向する基体１０の側面１８、１９から突出している。これらの端子は基体１０の内部でチップ支持部材２からまずほぼ放射状に相互に延在し、さらに延長して側面１８、１９を垂直に通るように屈曲している。

チップ支持部材２は有利には、完全に切欠部１１の底面内に位置する。

外部端子４、５、６、９はこれらの端子が放射状に外側へ向かって延在している領域に長手中央軸線２３、２４、２５を有しており、これらの軸線のうちそれぞれ相互に隣接する２つの軸線は約９０゜の角度を有している。

外部端子４、５、６、９は基体１０の外側で、基体１０の第１の主表面１７に対向する第２の主表面２０に向かって延在しており、さらに延長して基体１０の下方で基体の中央に向かって屈曲している。またこれらの端子を、図１のＢに示されているように曲線状の端子片を形成するように屈曲することもできる。これらも表面実装技術で通常用いられる外部電気接続端子の形状である。表面実装可能な素子（ＳＭＤ）のこの形式の外部端子はそれ自体では周知なので、ここで詳細には説明しない。

これにより外部端子は、素子の実装に対して設けられた配線板に素子が取り付けられている状態で全端子が同時に端子板または配線板上に位置するように成形されている。

切欠部１１の内面はＬＥＤチップ１から素子の動作中に放射されるビームに対するリフレクタを形成する。この内面を、付加的に反射を向上させる材料でコーティングしてもよい。これに代えて反射を向上させる材料から基体を形成することもできる。

図２の実施例では図１のＡ、Ｂの実施例とは異なり、導体フレーム７のチップ支持部材２に異なる色で発光する２つのＬＥＤチップ１、１３が熱伝導性かつ導電性の接続手段を介して固定されている。チップ支持部材２の対向側には間隔を置いて第１の端子部８と第２の端子部１２とが配置されており、これらはそれぞれ１つずつ外部端子９、１４を有している。これらの外部端子９、１４は平行に相互にオフセットされて延在しており、チップ支持部材２から見て相互に反対の方向へ延び、基体１０の相互に対向する側面１８、１９で突出している。これらの外部端子はボンディングワイヤ１６を介してＬＥＤチップ１、１３のアノードコンタクト部に導電接続されている。

チップ支持部材２は２つの外部端子４、５を有しており、この外部端子はチップ支持部材２から同様にほぼ平行で相互にオフセットされて相互に反対の方向へ端子部８、１２の外部端子９、１４に平行に延在しており、基体１０の相互に対向する側面１８、１９で突出している。

図１のＡ、Ｂの実施例と同様に、ビームを透過しない基体１０は切頭円錐形状の切欠部１１を有しており、この切欠部には透明なウィンドウ部材２２が設けられている。ＬＥＤチップ１、１３は切欠部１１のウィンドウ部材内に存在している。

外部端子４、５、９、１４は基体１０の相互に対向する側面１８、１９から突出している。これらの端子は基体１０の外側に図１のＡ、Ｂの実施例と同様に成形されている。

上述の実施例ではそれぞれカバー３および外部端子４、５、６、９、１４は、素子の動作中に１つまたは複数のＬＥＤチップから放射されるビームが素子の実装のために設けられた配線板の実装表面に対してほぼ垂直に放射されるように構成されている。

図３のＡ、Ｂの実施例はいわゆる側方発光形（seitlich emittieren）のＬＥＤ素子である。この形式の素子は一般には既に説明した素子の一部である。カバー３、チップ支持部材２の外部端子４、５および端子部８の外部端子９は、この素子が基体１０の側面により配線板の実装表面に向かってこの配線板上に固定されるように構成されている。

このために導体フレーム７はチップ支持部材２を有しており、このチップ支持部材は少なくとも２つの外部端子４、５を有している。これらの外部端子４、５はまずチップ支持部材２からほぼ対向する方向で外側へ向かって延在しており、チップ支持部材上にＬＥＤチップ１が熱伝導性かつ導電性の接続手段を介して固定されている。さらに延長しながら、これらの端子は続いて相互に平行に同じ方向に延在するように屈曲している。チップ支持部材２の２つの外部端子４、５の間に外部端子９を有する端子部８が配置されており、この外部端子９はチップ支持部材の２つの外部端子４、５に平行にこれらと同じ方向で延在している。

チップ支持部材２とその外部端子４、５、端子部８とその外部端子９は、上述の２つの実施例と同様にビームを透過しない基体１０に包囲されており、この基体は切頭円錐形状の切欠部１１を有し、この切欠部にＬＥＤチップ１が配置されている。切欠部１１にはこの場合にもビーム透過性のウィンドウ部材２２が設けられており、このウィンドウ部材は有利にはビーム透過性のプラスティックから成る。外部端子４、５、９は基体１０の同一の側面１８から突出しており、基体１０の外側で下方へ向かって基体１０の後面の方向に屈曲し、さらに基体１０の後面２１に沿って延在しながらその中央へ向かって屈曲している。外部端子４、５、９の基体１０の側面１８とは反対の外側面は素子の支持面を形成しており、これにより素子が配線板へ実装される。

ＬＥＤチップ１を付加的に冷却するために、チップ支持部材２には冷却フィン１５が設けられている（このことは図３のＡ、Ｂに破線で示されている）。この冷却フィンは基体１０で外部端子４、５、９の突出している側面１８に対向する側面１９から突出しており、基体１０の外側で後面２１に向かってこの冷却フィンが側面１９上に位置するように屈曲している。冷却フィン１５に付加的に別の冷却装置を熱的に接続することもできる。

上述の全ての実施例において有利には、チップ支持部材２の外部端子のほうが１つまたは複数の端子部８、１２の外部端子よりも幅広である。このためほぼケーシング寸法を変更せずに一層改善されたＬＥＤチップ１からの熱輸送を達成することができる。また外部端子４、５、６、９、１２が全て同じ幅を有してもよい。

一層改善されたＬＥＤチップからの熱輸送を達成するために、素子の実装のために設けられた配線板に特に大きなはんだ付けパッドが設けられている。このはんだ付けパッドは同様に放射状に配置されており、ＬＥＤチップから放出される熱を配線板の大きな面積に分配することができる。本発明の素子のリードフレームは熱を放射状にＬＥＤチップからケーシングの外側へ伝導する。これにより熱は相互に遠く離れて存在する点でシートへ送り込まれる。シート上に有利には各はんだ付けパッドの周囲に有利には銅から成る大きな金属化部が存在しており、この金属化部が熱を配線板に分配する。本発明のケーシングの熱抵抗は従来のＬＥＤケーシングの熱抵抗に比べて格段に低減されている。

ＬＥＤチップのための上述のケーシングは半導体技術で周知の光電素子用のケーシングである。したがってこのケーシングの特別な形状、使用される材料、および製造手法はここでは詳細には説明しない。

本発明を実施例に即して説明したが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではないと理解すべきである。

Ａは唯一の光電チップを有する本発明の素子の実施例の概略的な平面図であり、Ｂは図１のＡの実施例のＡ−Ａ線に沿って切断した概略的な断面図である。 少なくとも２つの光電チップを有する本発明の素子の実施例の概略的な平面図である。 Ａは本発明により側方で放射する素子の実施例の概略的な側面図であり、Ｂは図３のＡの実施例のＡ−Ａ線に沿って切断した概略的な断面図である。

符号の説明

１，１３ チップ、 ２ チップ支持部材、 ３ カバー、 ４〜６，９，１４ 端子、 ７ 導体フレーム、 ８，１２ 端子部、 １０ 基体、 １１ 切欠部、 １５ 冷却フィン、 １６ ボンディングワイヤ、 １７ 主表面、 １８〜２０ 側面、 ２１ 後面、 ２２ ウィンドウ部材、 ２３〜２５ 長手中央軸線

Claims (8)

1. チップ支持部材（２）、外部端子（４、５、９）および端子部を含む導体フレーム（リードフレーム）（７）と、光電チップ（１）と、基体（１０）を形成するカバー（３）とを有する、
   表面実装可能な光電素子において、
   外部端子のうち少なくとも２つがチップ支持部材（２）に熱伝導的に接続された熱伝導端子（４，５）として構成されており、
   光電チップ（１）が熱伝導性の接続手段を介してチップ支持部材（２）上に固定されており、
   第１の端子部（８）は光電チップ（１）の電気コンタクトに導電接続されており、
   光電チップ（１）および導体フレーム（７）の一部はカバー（３）によって包囲されており、
   導体フレーム（７）に設けられた、チップ支持部材（２）の外部端子および第１の端子部（８）および第２の端子部（１２）の外部端子がカバー（３）から突出しており、
   外部端子（４、５、９）はまず基体（１０）の外側で該基体（１０）の後面に向かって屈曲しており、さらなる延長部において基体（１０）の下側で該基体の中央に向かって屈曲しており、
   熱伝導端子（４、５）は導体フレーム（７）の上から見て、チップ支持部材（２）からまずそれぞれ反対向きの２つの方向へ延在し、さらに同じ方向へ屈曲しており、
   端子部は熱伝導端子（４，５）間に配置されており、
   熱伝導端子（４、５）および端子部はカバー（３）の一方側の相互に間隔を有する種々の位置でそこから突出している、
   ことを特徴とする表面実装可能な光電素子。
2. 熱伝導端子（４、５）は端子部（８）の１つまたは複数の外部端子（９）よりも幅広である、請求項１記載の光電素子。
3. チップ支持部材（２）は少なくとも１つの冷却フィン（１５）に熱伝導的に接続されており、該冷却フィンは熱伝導端子（４、５）を有するのとは異なる側面（１９）でカバー（３）から突出している、請求項１または２記載の光電素子。
4. カバー（３）は完全にビーム透過性の材料から成る、請求項１から３までのいずれか１項記載の光電素子。
5. 基体（１０）を形成するカバー（３）に切欠部（１１）が設けられており、該切欠部にビーム透過性のウィンドウ部材（１２）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の光電素子。
6. チップ支持部材（２）はビームを透過しない基体（１０）によって部分的にカバーされており、チップ（１）は切欠部（１１）内に配置されている、請求項５記載の光電素子。
7. 切欠部（１１）はカバー（３）内部から外側へ向かって延在し、断面が拡張されて構成されている、請求項５または６記載の光電素子。
8. 切欠部（１１）の１つまたは複数の内面はチップ（１）から放射されるかおよび／または該チップに受信されるビームに対するリフレクタとして構成されている、請求項７記載の光電素子。

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