JP2005183996A - 放射発光型半導体構成素子及びリードフレーム上に半導体チップを固定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高められた信頼性を有し、製造も容易な放射発光型半導体構成素子を提供すること。
【解決手段】前もって作成される複合部を含み、該複合部はリードフレームと該リードフレームに成形されたケーシングパーツと少なくとも１つの半導体チップを有し、前記ケーシングパーツはプラスチックを含み、前記半導体チップは、高融点ろうづけ接続部によって前記複合部のリードフレーム上に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射発光型半導体構成素子であって、前もって作成される複合部を有し、該複合部はリードフレームと該リードフレームに成形されたケーシングパーツ並びに少なくとも１つの半導体チップを有し、前記ケーシング部分はプラスチックを含み、前記半導体チップは、前記複合部のリードフレーム上に固定されている、放射発光型半導体構成素子、並びにリードフレーム上に少なくとも１つの半導体チップを固定するための方法に関している。

従来のこの種の放射発光型半導体構成素子では、頻繁に半導体チップが低融点のろう付けを介してリードフレーム上に固定され、それと電気的に接続されている。低融点のろうづけ、例えばＡｇＳｎ，ＣｕＳｎ，ＰｂＳｎまたはＩｎを含有するろうづけは通常は、成形されたケーシング部分の熱的変形を生じさせない程度の低い温度のもとで行われる。しかしながらこの構成素子の作動においては、温度若しくは温度変動が特に高出力半導体チップとして構成される半導体チップの領域において発生し、これは、低融点ろうづけ接合箇所の経年劣化の危険性を高め、構成素子の周期的な耐久性を低減させかねない。

それに対して高融点のろうづけは通常は、比較的高い周期的耐久性を有しており、これは特に高出力半導体チップの場合、ｃｗモード（連続波）またはパルスモードにおいて有利となる。しかしながら高融点のろうづけが半導体チップの固定に利用されれば、成形されたケーシングパーツがしばしば高いろうづけ温度のために（例えば２８０℃か若しくはそれ以上）形状的に安定するとはいえず、そのためこのケーシングパーツは大抵は、ろうづけ過程が終了した後で初めて、コストの集中する個別パーツの処理過程においてリードフレームに成形される。

しばしば効率上若しくはコスト上の理由から、例えば複数の組付けられた半導体チップ、例えば銅ブロック上に取付けられたレーザーダイオードバーなどが、層状に（スタック状に）組み立てられ、共通のケーシングに設けられるか共通のケーシング内に配設される。そのように形成された多数の半導体チップを有するモジュールにおいては、次のようなリスク、すなわち１つの半導体チップの故障でもモジュール全体を交換しなければならないようなリスクが高まり、その結果として、基本的にはまだ機能し得る半導体チップも含めてモジュール全体の交換を余儀なくされたり、個々の半導体チップを手間をかけて新しくする必要性が生じる。

本発明の課題は、高められた信頼性を有し、製造も容易な放射発光型半導体構成素子を提供することである。

また本発明のさらなる課題は、リードフレーム上に半導体チップを固定するための簡単な方法を提供することである。

前記課題は本発明により、
前もって作成される複合部を含んでおり、
前記複合部は、リードフレームと、該リードフレームに成形されたケーシングパーツと、少なくとも１つの半導体チップを有しており、
前記ケーシングパーツは、プラスチックを含み、前記半導体チップは、高融点ろうづけ接続部によって前記複合部のリードフレーム上に固定されるように構成されている構成されて解決される。

また前記課題は本発明により、
ａ）リードフレーム上に少なくとも１つのケーシングパーツを成形するステップと、；前記リードフレームはチップ取付け領域２４を含んでおり、
ｂ）前記チップ取付け領域上に半導体チップを高融点ろう材料を用いて固定するステップを有するようにして解決される。

本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明による放射発光型半導体構成素子は、前もって作成される複合部を含んでおり、該複合部はリードフレームと該リードフレームに成形されたケーシングパーツ並びに少なくとも１つの半導体チップを有しており、前記ケーシング部分はプラスチックを含み、前記半導体チップは、高融点ろうづけ接続部によって前記複合部のリードフレーム上に固定される。

リードフレームと成形されたケーシングパーツを備えた前もって作成される複合部は、特にその製造時や後からのメンテナンスにおいて半導体構成素子の容易な取り扱いを可能にしている。それにより、この種の半導体構成素子が個別の処理ステップを不要としたプロセスで作成可能となる。例えば半導体チップをリードフレーム上に固定した後でケーシングパーツを当該半導体構成素子のリードフレームへ成型するようなステップなどが不要となる。

成型されたケーシングパーツは、放射発光型半導体構成素子を保護する。特に半導体チップを外部からの障害的な影響、例えば何らかの機械的な負荷から保護する利点を有する。

但し本発明の枠内では、一体的なケーシングもケーシング部材としてみなされる。それにより半導体チップのためのケーシングは、半導体チップの高融点ろうづけ接続によるリードフレーム上への固定前に既に取付けられる。

高融点ろうづけ接続は、高い作動温度のもとでも（例えば２５０℃かそれ以上）、通常は低融点ろうづけ接続よりも高い周期的耐久性を有しており、そのため接合部の経年劣化のリスクが有利に低減され、半導体構成素子の信頼性を有利に高めている。

有利には半導体チップは、高融点ろうづけ接続を介してリードフレームと導電的及び/又は熱伝導的に接続する。特にＡｕＳｎを含有する高融点ろうか、及び/又は例えばＣｕを含んだ金属性のリードフレームが適している。高融点ろうづけ接続に必要なリードフレームとの付加的な導電性接続は有利には省くことも可能である。なぜなら半導体チップの電気的なコンタクトは、高融点ろうづけ接続とリードフレームを介して少なくとも部分的に行うことが可能だからである。

半導体チップは有利には、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料を含み、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含む。

特にレーザーチップまたはレーザーダイオードバーの形態（これらは作動中に高い熱を発生する）の半導体チップに対しては、高融点ろうづけ接続は、その温度変動に対する比較的高い安定性に基づいて有利となる。高融点ろうづけ接続は、例えば出力が２０Ｗかそれ以上の高出力レーザーチップや高出力レーザーダイオードバーに対して特に有利である。

ケーシングパーツは、有利には射出成形、プレス成形、射出加圧成形などを用いてリードフレームに成形される。これらは、本発明による放射発光型半導体構成素子を大量生産するのに適した方法である。個々の構成要素の個別の処理過程、例えばリードフレーム上へのチップの固定後のケーシングパーツの成形などは有利に省くことができる。

本発明の有利な実施例によれば、ケーシングパーツがリードフレームを取囲み、半導体構成素子の保護が改善され、及び/又はリードフレームに成形されるケーシングパーツが機械的に安定する。

有利にはケーシングパーツは、高融点ろうづけ接続の融点ないし溶融領域に相応する温度のもとでも耐久性のある材料から作成される。この温度は例えばＡｕＳｎを含む高融点ろうづけ接続の場合には２８０℃かそれ以上（例えば約３００℃）である。このことは、高融点ろうづけ過程の際に高融点ろうと熱伝導的に接続された場合にも形状的耐久性を保証する。高融点ろうづけ接続の溶融点に関しては、２５℃かそれ以上の温度のもとでのケーシングパーツの形状的耐久性も頻繁に必要とされ得る。成形されるケーシングパーツの溶融の瑕疵を避けるためである。

さらにこのケーシングパーツは有利には、特に高い温度に対してか若しくは温度変動に対して、形状的耐久性が高い点で優れている。前記ケーシングパーツは特に有利には、前述した射出成形技法においても利用可能な及び/又は前述した温度のもとでも形状的耐久性を有する、少なくとも１つのプラスチックを含んでいる。例えばＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）を含んだプラスチックがこの場合に適用可能である。

別の有利な構成例によれば、半導体チップは、有利には例えばＣｕＷを含んだ導電性のヒートシンク上に配設される。このことは半導体チップからの熱伝導を有利に向上させる。それにより、半導体チップ領域における高い熱伝導に基づく半導体構成素子の損傷の危険性が低減される。この半導体チップは有利には、高融点ろうづけ接続によってヒートシンク上に配設及び/又は固定される。このヒートシンクは有利には、半導体チップとリードフレームの間に設けられる。このヒートシンクは、高融点ろうづけ若しくは低融点ろうづけなどの接続手法を介してリードフレームと接続可能である。この場合は、低融点ろうづけで十分である。なぜならヒートシンクが半導体チップの作動中に生じた熱を比較的広い面積に亘って拡散させ、それによって、低融点ろうを半導体チップに直接設けることに比べて、低融点ろうの欠点としての経年劣化の現れが回避されるか低減されるからである。従って有利には、放射発光型半導体構成素子の周期的耐久性が低融点ろうづけ接続手段によって著しく低減されることはない。この場合半導体チップは、有利にはまず最初に高融点ろうづけ接続によってヒートシンク上に固定され、それに続けて低融点ろうづけ接続手段を介してリードフレームに接続される。

しかしながら特に有利には、ヒートシンクとリードフレームとの間の接続手段として高融点ろうづけ材料も用いられる。これは例えばＡｕＳｎを含み得る。これによって、基本的な高い周期的耐久性の他にも放射発光型半導体構成素子の製造が容易となる利点も得られる。なぜなら半導体チップのヒートシンク上へのろうづけ過程もヒートシンクとリードフレームのろうづけ過程も１つの方法ステップの中で実施できるからである。場合によっては、高い高融点ろうづけ温度のもとで溶融する低融点ろう材料に対して注意を払う必要がなくなる。

有利な構成例によれば、高融点ろうづけ接続部に係る高融点ろう材料と接続手段が少なくともほぼ同じ融点を有している。この融点は有利にはできるだけ低い温度におかれる。放射発光型構成素子の熱的負荷を、特に成形されたケーシングバーツの熱的負荷を不要に高めないためである。さらにヒートシンク上の半導体チップの固定とリードフレームへのヒートシンクの固定は有利には１つの方法ステップで実施され得る。

さらに別の有利な構成例によれば、放射発光型構成素子が有利には、外部からの障害的な影響から半導体チップを保護するために１つのケーシングを有している。このケーシングは、有利にはリードフレームに成形されるケーシングパーツを含み、特に有利には少なくとも１つのさらなる付加的ケーシング部分、例えばプラスチック、金属、鋼を含んだ部分を有している。

それらのケーシング部分は、例えば固定装置、係止装置若しくは接着剤を介して相互に及び/又はリードフレームと機械的に接続されてもよい。この場合有利には、半導体チップに作用する外部からの障害的影響の危険性を高めることなく、シリコンなどによる半導体チップへの付加的な被覆（これは半導体チップに不都合な圧力をかけ、特にレーザーダイオードやレーザーダイオードバーなどの高出力チップのもとでは劣化を早める）が省かれる。

さらにケーシングは有利にはビームを透過させる窓を有している。半導体チップは特に有利には、保護ケーシングによって完全に取囲まれる。このケーシングは成形された付加的ケーシング部分の他にリードフレームも含み得る。

さらに別の有利な実施例によれば、半導体チップに、光学的素子、例えばレンズ、導波路、光導波路、ファイバーなどが後置接続される。レンズは例えば半導体チップから生成された光ビームの集束に用いられ、光導波路は、半導体チップから生成されたビームをこれによってポンピングされるレーザーまで導くのに用いられる。特に有利には、光学素子は、少なくとも部分的に放射発光型構成素子のケーシングによって取囲まれるかないしはその中に配置される。

本発明によるリードフレーム上に少なくとも１つの半導体チップを固定するための方法によれば、まず最初に少なくとも１つのケーシングパーツが、チップ取付け領域を含んだリードフレーム上に成形される。それに続いて半導体チップが高融点ろう材料を用いてチップ取付け領域に固定される。このチップ取付け前にリードフレームに成形されたケーシングパーツは、しばしば“既成成形パーツ”とも称される。

ケーシングパーツの成形は、有利には射出成形、プレス成形、射出加圧成形などの手法を用いて行われる。特に、それに続けて行われる高融点ろうづけの際に生じる温度に対して高い形状的耐久性を有するプラスチックが有利である。この形状的耐久性を備えたプラスチックによれば、高融点ろう材料とケーシングパーツ間の熱伝導接続の際に、特に高融点ろうづけ過程中に頻繁に生じる高温によってケーシングパーツが著しく損なわれないという利点が得られる。

成形されたケーシングパーツを有するリードフレームは、有利には次のように構成される。すなわちチップ取付け領域にチップとの電気的コンタクトのための端子が割当てられるように構成される。これらの端子はこのチップと少なくとも部分的に導電的に接続されるか、若しくはさらなる方法ステップにおいて、例えばボンディングワイヤを介して半導体チップと導電的に接続可能である。特に有利には、それらの端子が少なくとも部分的にケーシングパーツから成形される。このことは、成形されたケーシングパーツを有するリードフレームの安定性を高めるのに役立つ。さらに最初はリードフレームと電気的に若しくは機械的に接続されていないそのような端子を機械的に安定化させるようにしてもよい。

有利には少なくとも１つの固定装置がケーシングパーツに若しくはチップ取付け領域に設けられており、これによってケーシングパーツが機械的に安定化され、あるいは付加的なケーシングパーツの取付けが容易となる。

半導体チップは、ビーム発生型半導体チップであり、有利にはＬＥＤチップ、レーザーダイオードチップ、レーザーダイオードバーとして構成され得る。

有利な実施例によれば、半導体チップの周りに少なくとも１つの付加的ケーシング部分が設けられる。この付加的ケーシング部分は、成形されたケーシングパーツや場合によってはリードフレームと共に１つのケーシングを形成し、半導体チップを外部からの障害的な影響から保護する。

本発明による方法の別の有利な実施例によれば、複数の半導体チップが、それぞれ１つの割当てられたリードフレーム上に固定され、この場合これらのリードフレームは１つのリードフレーム帯状部（ストライプ）に接続されている。成形の間は、有利には実質的にこのリードフレーム帯状部のリードフレームの各チップ取付け領域にケーシングパーツが成形され、それによって、特にこのチップ取付け領域に後から高融点ろう材料を用いて固定される半導体チップが、有利には機械的な保護を受ける。

本発明による方法の有利な実施例によれば、半導体チップ、チップ取付け領域、ケーシングパーツを有するこの構造が半導体構成素子内のリードフレーム帯状部上で個別化される。この場合付加的なケーシング部分は、この個別化の前後で半導体構成素子内にもたらされる。

この種の方法は、次のような利点を有する。すなわちケーシングパーツがリードフレーム帯状部に成形され、高融点ろうづけプロセスの際に生じる温度に対して形状的耐久性を有することである。さらにそのような低コストで効率のよい放射発光型半導体構成素子が成形されたケーシングパーツと共に製造され、その際には半導体チップがリードフレーム帯状部のリードフレーム上に高融点ろうづけによって固定される。このケーシングパーツは、高融点ろうづけ温度に対して形状的耐久性を有し得る。

特に有利には、そのような複数の半導体チップを供えたモジュールが低コストで制作でき、その場合には各半導体チップが、成形されたケーシングパーツと端子を備えたリードフレームを含み得る。そのため１つの半導体チップの損傷の場合にモジュール全体を交換する必要はなくなり、あるいは１つの半導体チップを手間をかけて新しくする必要もなくなる。さらに欠陥の生じた半導体チップをケーシングと共に取り除き、正常に機能する半導体構成素子に置換えることも可能となる。

冒頭に述べ、さらに以下の明細書でも詳細に説明する放射発光型構成素子は、有利には前述した本発明の方法の適用のもとで制作される。そのため当該半導体構成素子の特徴は、前述の方法にも関連し、また前述の方法の特徴も半導体構成素子に関連する。

本発明のさらなる特徴、利点、目的は、図面と合わせて以下に述べる実施例の説明から明らかとなる。

有利には半導体チップは、高融点接続部を介してリードフレームと導電的に接続される。

有利にはケーシングパーツは、リードフレームを少なくとも部分的に取囲んでいる。

有利には前記ケーシングパーツは、有利には射出成形、プレス成形、射出加圧成形などを用いてリードフレームに成形される。

有利には前記ケーシングパーツは、高融点接続部の融点に相応する温度のもとでも形状的耐久性を有している。

有利には前記半導体チップは、レーザーダイオードチップ若しくはレーザーダイオードバリアである。

有利には前記半導体チップは、高融点ろうづけ接続部によって半導体チップとリードフレームの間に設けられたヒートシンク上に配設される。

有利には前記ヒートシンクは、接続手段を介してリードフレーム上に配設される。

有利には前記接続手段は、高融点ろうづけ材料若しくは低融点ろうづけ材料である。

有利には前記半導体チップは、ケーシングパーツと少なくとも１つの付加的ケーシング部分を含んだケーシング内に配設されている。

有利には前記ケーシング内には、光学的素子が設けられている。

また本発明の別の有利な方法によれば、前記ケーシングパーツの成形は、射出成形手段、プレス成形手段、又は射出加圧成形手段を用いて行われる。

本発明によれば有利には、前記ケーシングパーツは、プラスチックを含んでいる。

また有利には前記ケーシングパーツは、ＰＥＥＫを含んでいる。

有利には、前記ケーシングパーツは、高融点ろうづけ過程の間に熱伝導的に高融点ろう材料と接続される。

有利には高融点ろうづけ過程の間に、２８０℃以上の温度、有利には３００℃以上の温度が生じる。

有利にはチップ取付け領域に、半導体チップのコンタクトのための複数の端子が設けられる。

有利には前記端子は、少なくとも部分的にケーシングパーツから変形される。

有利には前記半導体チップは、高融点ろうづけ接続部を介してヒートシンク上に配設される。

有利には前記ヒートシンクは、接続手段を介して、チップ取付け領域上に配設され、その際当該ヒートシンクは半導体チップとチップ取付け領域の間に配置される。

有利には前記接続手段は、高融点ろうづけ材料か若しくは低融点ろうづけ材料である。

有利には前記高融点ろうづけ材料と接続手段は、少なくともほぼ同じ融点を有している。

有利には前記高融点ろうづけ材料を介したヒートシンク上への半導体チップの配設と、接続手段を介したチップ取付け領域へのヒートシンクの配設は、１つのプロセスステップにおいて、有利には同時に行われる。

また本発明の別の有利な実施例によれば、複数の半導体チップをそれぞれ１つの割当てられたリードフレーム上に固定するための方法において、複数のリードフレームを、リードフレーム帯状部の形態で相互に接続する。

有利には前記半導体構成素子においてリードフレーム帯状部のそれぞれ割当てられているリードフレーム上に半導体チップを固定した後で、少なくとも１つの半導体チップと、少なくとも１つのチップ取付け領域と、成形されたケーシングパーツを備えた少なくとも１つのリードフレームを含めてそれぞれが個別化される。

有利には前記リードフレーム帯状部は、複数の同形状に形成されたリードフレームを含んでいる。

次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。なお各図面中同じ構成要素ないし同じ作用の構成要素には、同じ符号が用いられている。

図１には、本発明による放射発光型構成素子の第１実施例が概略的に断面図で表わされている。

半導体チップ１は（このチップはビームを生成する活性領域４と共に基板２に配設された半導体層列３を含んでいる）、高融点ろう材料５（例えばＡｕＳｎを含む）を介してヒートシンク６（有利にはＣｕＷを含む）上に固定されている。このヒートシンク６は、半導体チップに生じた熱を有利にはリードフレーム８を介して放出し、それによって構成素子作動中に半導体チップ１が熱で損なわれる危険性を低減させる利点を有している。ヒートシンク６は、その熱的傍聴に関して有利には半導体チップ１に適応化されており、第２の朗７、例えばＡｕＳｎを含んだ高融点ろう材料を介して、リードフレーム８（例えばＣｕなどの金属を含む）に固定される。ケーシングバーツ９は、半導体チップ１がリードフレーム８に固定される前に、それに成形される。このケーシングパーツは、ろうづけの際に発生する温度のもとでも実質的に形状的耐久性を有するプラスチック、例えばＰＥＥＫ若しくは相応に構成されたＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）を含有する。ケーシングバーツ９はリードフレーム８を有利には少なくとも部分的に取囲み、あるいは他のやり方で機械的に安定するようにそれと接続され、例えば射出成形、射出加圧成形、プレス成形などの過程を介して作成され得る。半導体チップ１は、リードフレーム８とろう材料５及び７並びにヒートシンク６を介して接続され、この場合のこれらの接続は、有利には高い機械的安定性を有し、同時に導電的な接続部としても用いられる。

当該実施例では半導体チップ１が高出力レーザーチップとして構成されており、これは例えばＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含み、赤外線スペクトル領域における発光波長及び/又は出力は２５Ｗかもしくはそれ以上である。高融点ろう材料５とろう材料７は、有利にはほぼ同じ融点を有し、この場合ろう材料７も高融点ろうとして構成されてもよい。それによりヒートシンク６への半導体チップの固定とリードフレーム８へのヒートシンク６の固定は１つのステップで実施可能である。半導体チップ１とヒートシンク６の接続は、有利には高い周期的耐久性の点で優れている。ろうづけに必要な熱は、有利には製造の際に半導体チップ１とは反対側のリードフレーム８側からできるだけケーシングバーツ９から距離をあけて与えられる。ケーシングバーツ９の不要な熱的負荷を避けるためである。それ故に半導体チップ１は、ケーシングバーツ９からできるだけ距離をおいて配設される利点を有する。

ろうづけ過程の際には少なくとも短時間だけは温度が約３１０℃に達し得る。その場合でもケーシングパーツ９は実質的に形状的耐久性を保てる利点を有する。このケーシングパーツ９は、既にろうづけ過程の前に成形されているので、半導体チップは、リードフレーム帯状部への固定後に実施されるさらなるプロセスステップの間は当該ケーシングパーツ９によって外的障害から保護される。

半導体チップ１は、基板２と“上下が入れ替わっている”当該“アップサイドダウン”型の実施例において、ヒートシンク６上でリードフレーム８とは反対側の活性領域の側に固定されている。それにより、半導体チップ１とヒートシンク６を有する構造部の安定性は、基板が活性領域４とヒートシンク６の間に配置されている“アップサイドアップ”型のケースに比べて有利に高められる。

Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓの材料システムには、半導体チップが頻繁にＧａＡｓ基板を含み、その熱的膨張係数は、例えば６ｐｐｍ/ｋであり得る。ＣｕＷを含んだヒートシンクは例えば（ＣｕもしくはＷ成分の変化分も含めて）その製造の際にその膨張係数に適応化させることが可能である。ヒートシンクの膨張係数は、“アップサイドアップ”型の配置構成のケースにおいても有利には約６ｐｐｍ/ｋである。ＣｕＷを含むヒートシンクはその他の膨張係数で実現することもできる。これは有利には半導体チップ側方でヒートシンクに接する材料に適応化されるか適応化するように構成できる。

この種の放射発光型構成素子は、高い周期的耐久性のもとで容易にかつ低コストで製造できる。なぜならケーシングパートがろうづけ過程の間に生じる温度のもとで実質的に形状的耐久性を保ち、既にリードフレームへの半導体チップの固定前に成型され得るからである。

図２Ａには、本発明による放射発光型構成素子の第２実施例の透視図が概略的に示されており、図２Ｂには本発明による放射発光型構成素子の第２実施例の断面図が概略的に示されている。

リードフレーム８とこれに成型されたケーシングパート９を有する構造部は、固定装置１０によって（これにケーシングパート９が配設されている）機械的に安定化されている。この固定装置１０は有利にはリードフレーム８に配設されるか若しくはリードフレーム内で例えば適切な突出ないしふくらみを有する係止装置の形態で構成される。図１に示されている構成要素と比較すれば、リードフレーム８とケーシングパート９の間のコンタクト面がケーシングパート９の熱的負荷が低減される。ケーシングパート９は複数の端子１１ａ，１１ｂ，１１ｃを（これらは構成素子との電気的なコンタクトに用いられ、リードフレームとの機械的及び/又は電気的接続が可能である）少なくとも部分的に取囲み、当該構造部の安定性が十分に高められる。この構造部の高い安定性は十分に高められる。ケーシングパート９とリードフレームを有する構造部の比較的高い安定性は、リードフレーム８上に配設された半導体チップに対する外部からの障害的影響の作用を有利には低減させる。

固定装置１０は、当該実施例では、例えばＡｌなどの金属、鋼、ＰＥＥＫ若しくは適切に構成されたＬＣＰなどを含む付加的ケーシング部分１２の固定のために、それに設けられている固定手段１３を介して、例えば固定装置１０に適したフレームを介して構成される。この付加的ケーシング部分１２は、窓１４を有しており、この窓を通してリードフレーム８上に設けられる半導体チップから生成されるビームが、ケーシングパート９、１２、リードフレーム８によって形成された当該放射発光型構成素子のケーシング１５を離れる。そのように形成されたケーシング１５は、半導体チップ１の損傷の危険性を十分に低減する。

図２Ｂには図２Ａに示した構成素子の概略的断面図が示されている。リードフレームに成形されたケーシングパーツ９は、突起１６を有しており、この突起がリードフレーム８と機械的な接触接続を形成している。付加的なケーシング部分１２は、このケーシングパーツ９と接続装置１７を介して接続される。この接続装置は、例えばケーシングパーツ９の収容部とこれに相応して形成された付加的ケーシング部分１２の突出部を含み、そこに例えば接着剤などの接合手段１８が挿入され、それを介してケーシングパーツ９と付加的ケーシング部分１２が機械的に接続され得る。

半導体チップ１、例えばレーザーダイオードバーとして形成されている半導体チップから生成されたビーム１９の放射経路には、光学的素子２０とビーム透過性のウインドウ膜２１が設けられている。この光学素子２０は、当該実施例ではレンズとして構成されており、これは図示のようにリードフレーム９上に配設されるか及び/又は固定されている。またこの光学素子２０は、そこからずらして例えばヒートシンク６上に配設及び/又は固定されてもよい。つまりこの配置構成は、その他の多くの前述したような光学素子若しくは以下で述べるさらなる光学素子を用いて実現され得るものである。

半導体チップ１は、図１に示されているように、基板２、半導体層列３、活性領域４を含んでおり、さらに高融点ろう材料５を介してヒートシンク６上に配設され、さらにこれが第２のろう材料７を介してリードフレーム８上に配設され、有利にはこれと導電的に接続されている。半導体チップ１とは反対側のリードフレーム８表面には冷却構造部２２が設けられており、これは例えばリードフレーム内に切削された冷却溝の形態で効果的な冷却媒体の導入を可能にしたり、あるいはリードフレーム内の切欠部の形態で冷却体の装着を可能にすべく形成可能である。この冷却体は、例えばＣｕブロックであったり、冷却流体のように有利には熱的に良好にリードフレームに結びつけられる。

半導体チップ１の電気的なコンタクトは例えばリードフレームと１つまたは複数のボンディングワイヤ（図示せず）を介して行われ得る。それらは有利には半導体チップとそのヒートシンク６とは反対側の図２Ａに示されている端子１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうちの少なくとも１つと導電的に接続されている。この場合これらの接続は、合目的的にはケーシング１５内で行われ、その中でそれらの端子は、例えばケーシングパーツ９によって覆われていない領域または半導体チップ１から他の適切な構成によって接続可能であってもよい。有利にはボンディングワイヤは、付加的ケーシング部分１２の取付け前に端子と接続される。

有利には、端子１１ａと１１ｃは、半導体チップ１とのボンディングワイヤ接続用に構成されており、それによってリードフレーム８とは導電的に接続されない。このことは例えばその作動中に高電流が流れる高出力レーザーダイオードバーの場合には利点となり、、多数の端子及び/又はボンディングワイヤに分散可能となる。端子１１ｂは、リードフレーム８と導電的に接続されていて、有利には成形されたケーシングパーツ９を機械的に安定化させ、これも有利には端子１１ａと１１ｃを機械的に安定化させている。

突起１６は、有利にはリードフレーム８とケーシングパーツ９との構造的な安定化を高めており、特にこれは機械的な応力作用と図２Ａの固定装置１０との協働作用を介して高められる。

ウインドウ膜２１は、半導体チップから生成されるビームに関する反射防止コーティングを備え、リードフレーム８と、放射発光型構成素子のケーシング１５のケーシングパーツ９、付加的ケーシング部分１２と共に半導体チップを実質的に完全に囲繞している。このケーシング１５は、半導体チップ１を窓１４から当該チップに作用し得る障害的な影響に対する保護を高めている。

冷却構造部２２は、ヒートシンク６とリードフレーム８を介した半導体チップ１からのより良好な熱放出を可能にしており、これによって有利には当該構成素子の効率が高められ、損傷の危険性が低減されている。この種の冷却構造は例えばリードフレーム８内に切削可能である。従ってこの冷却構造部２２は、図示されているような実質的に矩形状の断面形状とは異なる形状も有し得ること理解されたい。

半導体チップ１の放射特性は光学素子２０を介して制御可能であり、例えばレンズ若しくは他のビーム成形素子を介して、例えばビーム均質化や波長安定化を図ったり、例えばホログラフィックブラッグ回折格子（ＨＢＧ）などを用いてもよい。レーザーダイオードチップやレーザーダイオードバーの場合は、放射されたレーザービームのダイバージェンスが低減され得る。レーザービームのダイバージェンスは、特にエッジ発光型レーザーの場合には、様々な空間方向で異なる可能性があるため、高いダイバージェンスのビームに対しては、例えばＦＡＣレンズ（Ｆａｓｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）が用いられ、低いダイバージェンスのビームに対してはＳＡＣレンズ（Ｓｌｏｗ Ａｃｃｅｓｓ ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）が用いられる。

この種の光学素子は、例えばＧａＰを含み得る。これは特に８００ｎｍ若しくはそれ囲繞の波長に対し、有利には高屈折レンズに適した材料を表わしている。図示のものとは異なった光学素子も窓に配置することが可能である。特にこの光学素子はウインドウ膜を含み得る。

総体的に図２Ａ及び図２Ｂに示されている本発明の実施例、並びに図１に示された構成素子は簡単に製造が可能であり、半導体チップを全ての側で障害的な外的影響から保護するケーシングを有している。このケーシングは、リードフレームがまだリードフレーム帯状部の部分である間に既に形成可能であり、それによって半導体チップの非常に良好な保護が、リードフレーム帯状部のさらなるプロセス期間中に既に保証される。この種のケーシングは有利にはほこりから遮蔽された構成であり得る。

図３には、本発明によるリードフレーム帯状部に半導体チップを固定するための方法の実施例が、図３Ａの平面図と図３Ｂ及び図３Ｃの断面図に基づいて表わされている。

図３Ａにはリードフレーム帯状部２３の上方からの概略的な平面図が示されており、この帯状部は複数のチップ取付け領域２４を含んでおり、それらのチップ取付け領域２４は概略的に示された接続ストリップ２５を介して接続されている。これらのチップ取付け領域２４は、有利にはＣｕを含み、リードフレームの一部であり得る（例えばタイプTO 220/TO 263）。それらは高出力半導体チップ場合の適用に対して広く知られている。チップ取付け前にリードフレームに成形されるケーシングパーツ９は、しばしば“既成”成形パーツとも称される。

第１の方法ステップでは、チップ取付け領域２４にケーシングパーツ９が有利には射出成形手法を用いて成形される。このケーシングパーツは、有利にはプラスチック、特に高温に対しても形状的耐久性を備えたプラスチック、例えばＰＥＥＫが含まれ、これは約３４０℃の高温まで実質的に形状的耐久性を備え得る。このケーシングパーツがチップ取付け領域２４と有利には機械的に安定化され、例えば図２Ａに示したような固定装置かここで示されたチップ取付け領域２４の少なくとも部分的な変形手段を介して接続される。これにより、図示の構造部のさらなるプロセスが容易となる。

それに続いて半導体チップ１は、たとえば高出力レーザーダイオードチップやバーは、例えばＡｕＳｎを含む高融点ろうづけ材料５を介して、例えばＣｕＷを含んだヒートシンク６上に接続され、さらにこのヒートシンク６もさらなるろうづけ材料７、例えばＡｕＳｎを含んだ高融点ろうづけ材料を介してチップ取付け領域２４に次のように配置される。すなわちヒートシンク６が図３Ｂの概略的な断面図に基づいて示されているように、チップ取付け領域２４と半導体チップ１の間に配設されるように配置される。

さらにろう材料５および７は有利にはほぼ同じ融点または溶融領域、例えばＡｕＳｎろう材料に相応する約２８０℃〜３１０℃の範囲の領域を有し、さらなる方法ステップにおいて温度の上昇のもとで溶融される。この場合所要の熱供給は、有利には半導体チップ１とは反対側のチップ取付け領域２４表面を介して行われる。有利には、半導体チップ１とケーシングパーツ９の間隔は、ケーシングパーツ９の熱的負荷をできるだけ少なく維持するために、できるだけ広く選択される。それに続いて熱供給は終了され、溶融されたろう材料５および７が硬化される。このことは図３Ｃにおいて薄く延びたろう材料５及び７の側縁によって表わされている。

半導体チップ１は、チップ取付け領域２４上に（これはリードフレームの一部であってもよい）、固定され、有利にはろう材料５、７およびヒートシンク６を介してそれらと導電的に及び/又は熱伝導的に接続される。

この種の方法は、次のような利点を有する。すなわち、半導体チップがチップ取付け領域２４上に（この領域には事前にケーシングパーツ、特にプラスチックを含んだケーシングパーツが成形されている）、高融点ろう材料を用いて固定できる。なぜならケーシングパーツが高融点ろうづけに必要な温度に対して形状的耐久性を有してるからである。この高融点ろうづけ接続は、他の接続手段、例えば低融点ろうづけに比べて周期的耐久性を有している点で優れている。それにより、これらの手法を用いて製造される放射発光型構成素子の信頼性が有利に高められる。

当該方法のさらなる利点は、チップ取付け領域に成形されたケーシングパーツと高融点ろうづけされた半導体チップを供えた当該構成素子の製造が大量生産できる点である。これらの構成素子は、さらにリードフレーム帯状部の接合部において、例えば図２に示されているような保護ケーシングを備えており、これによって手間のかかる個別部材の処理ステップ、例えばリードフレームへのケーシングの後からの成形などが避けられる。

前述してきた本発明の実施例の説明は、これらの実施形態への本発明の限定を意味するものではない。それどころか本発明は、これらの実施例やその他の明細書や請求範囲に明示してきた全ての特徴の全ての組合わせもたとえそれらが請求範囲の対象でなくても含むものであることを述べておく。

本発明による放射発光型構成素子の第１実施例を概略的に表わした図 本発明による放射発光型構成素子の第２実施例を概略的に表わした透視図 本発明による放射発光型構成素子の第２実施例を概略的に表わした断面図 ３つの中間ステップに基づいてリードフレーム帯状部上に半導体チップを固定するための本発明による方法の経過を概略的に表わした図 ３つの中間ステップに基づいてリードフレーム帯状部上に半導体チップを固定するための本発明による方法の経過を概略的に表わした図 ３つの中間ステップに基づいてリードフレーム帯状部上に半導体チップを固定するための本発明による方法の経過を概略的に表わした図

符号の説明

１ 半導体チップ
２ 基板
３ 半導体層列
４ 活性領域
５ 高融点ろう材料
６ ヒートシンク
７ 第２の朗材料
８ リードフレーム
９ ケーシングパーツ
１０ 固定装置
１１ａ〜ｃ 端子
１２ 付加的ケーシング部分
１４ 窓
１５ ケーシング
１６ 突起
１７ 接続装置
１８ 接合手段
１９ ビーム
２０ 光学素子
２１ ウインドウ膜

Claims (27)

1. 放射発光型半導体構成素子において、
   前もって作成される複合部を含んでおり、
   前記複合部は、リードフレーム（８）と、該リードフレーム（８）に成形されたケーシングパーツ（９）と、少なくとも１つの半導体チップ（１）を有しており、
   前記ケーシングパーツ（９）は、プラスチックを含み、前記半導体チップ（１）は、高融点ろうづけ接続部（５）によって前記複合部のリードフレーム（８）上に固定されるように構成されている構成されていることを特徴とする、放射発光型半導体構成素子。
2. 前記半導体チップ（１）は、高融点接続部（５）を介してリードフレーム（８）と導電的に接続されている、請求項１記載の放射発光型構成素子。
3. 前記ケーシングパーツ（９）は、リードフレーム（８）を少なくとも部分的に取囲んでいる、請求項１または２記載の放射発光型構成素子。
4. 前記ケーシングパーツ（９）は、有利には射出成形、プレス成形、射出加圧成形などを用いてリードフレームに成形される、請求項１から３いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
5. 前記ケーシングパーツ（９）は、高融点接続部（５）の融点に相応する温度のもとでも形状的耐久性を有している、請求項１から４いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
6. 前記半導体チップ（１）は、レーザーダイオードチップ若しくはレーザーダイオードバリアである、請求項１から５いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
7. 前記半導体チップ（１）は、高融点ろうづけ接続部（５）によって半導体チップ（１）とリードフレーム（８）の間に設けられたヒートシンク（６）上に配設される、請求項１から６いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
8. 前記ヒートシンクは、接続手段（７）を介してリードフレーム（８）上に配設されている、請求項１から７いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
9. 前記接続手段（７）は、高融点ろうづけ材料若しくは低融点ろうづけ材料である、請求項８記載の放射発光型構成素子。
10. 前記半導体チップ（１）は、ケーシングパーツ（９）と少なくとも１つの付加的ケーシング部分（１２）を含んだケーシング（１５）内に配設されている、請求項１から９いずれか１項記載の放射発光型構成素子。
11. 前記ケーシング（１５）内には、光学的素子（２０）が設けられている、請求項１０記載の放射発光型構成素子。
12. リードフレーム（８）上に少なくとも１つの半導体チップ（１）を固定するための方法において、
    ａ）リードフレーム（８）上に少なくとも１つのケーシングパーツ（９）を成形するステップと、；前記リードフレーム（８）はチップ取付け領域２４を含んでおり、
    ｂ）前記チップ取付け領域（２４）上に半導体チップ（１）を高融点ろう材料を用いて固定するステップとを有していることを特徴とする方法。
13. 前記ケーシングパーツ（９）の成形は、射出成形手段、プレス成形手段、又は射出加圧成形手段を用いて行われる、請求項１２記載の方法。
14. 前記ケーシングパーツ（９）は、プラスチックを含んでいる、請求項１２または１３記載の方法。
15. 前記ケーシングパーツ（９）は、ＰＥＥＫを含んでいる、請求項１２から１４いずれか１項記載の方法。
16. 前記ケーシングパーツ（９）は、高融点ろうづけ過程の間に熱伝導的に高融点ろう材料（５）と接続される、請求項１２から１５いずれか１項記載の方法。
17. 高融点ろうづけ過程の間に、２８０℃以上の温度、有利には３００℃以上の温度が生じる、請求項１２から１６いずれか１項記載の方法。
18. 前記チップ取付け領域（２４）に、半導体チップ（１）のコンタクトのための複数の端子（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）が対応付けられている、請求項１２から１７いずれか１項記載の方法。
19. 前記端子（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）は、少なくとも部分的にケーシングパーツ（９）から変形されている、請求項１８記載の方法。
20. 前記半導体チップ（１）は、高融点ろうづけ接続部（５）を介してヒートシンク（６）上に配設される、請求項１２から１９いずれか１項記載の方法。
21. 前記ヒートシンク（６）は、接続手段（７）を介して、チップ取付け領域（２４）上に配設され、その際当該ヒートシンク（６）は半導体チップ（１）とチップ取付け領域（２４）の間に配置される、請求項２０記載の方法。
22. 前記接続手段（７）は、高融点ろうづけ材料か若しくは低融点ろうづけ材料である、請求項２１記載の方法。
23. 前記高融点ろうづけ材料と接続手段（７）は、少なくともほぼ同じ融点を有している、請求項２０から２２いずれか１項記載の方法。
24. 高融点ろうづけ材料を介したヒートシンク（６）上への半導体チップ（１）の配設と、接続手段（７）を介したチップ取付け領域（２４）へのヒートシンク（６）の配設は、１つのプロセスステップにおいて、有利には同時に行われる、請求項２０から２３いずれか１項記載の方法。
25. 請求項１２から２４いずれか１項記載の方法によって複数の半導体チップ（１）をそれぞれ１つの割当てられたリードフレーム上に固定するための方法において、
    複数のリードフレームを、リードフレーム帯状部（２３）の形態で相互に接続するようにしたことを特徴とする方法。
26. 半導体構成素子においてリードフレーム帯状部（２３）のそれぞれ割当てられているリードフレーム（８）上に半導体チップ（１）を固定した後で、少なくとも１つの半導体チップ（１）と、少なくとも１つのチップ取付け領域（２４）と、成形されたケーシングパーツ（９）を備えた少なくとも１つのリードフレーム（８）を含めてそれぞれが個別化される、請求項２５記載の方法。
27. 前記リードフレーム帯状部（２３）は、複数の同形状に形成されたリードフレーム（８）を含んでいる、請求項２５または２６記載の方法。

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