DE19829197C2 - Strahlungsaussendendes und/oder -empfangendes Bauelement - Google Patents

Strahlungsaussendendes und/oder -empfangendes Bauelement

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein strahlungaussendendes und/oder -empfangendes Bauelement, beidem mindestens ein ei­ ne elektromagnetische Strahlung aussendender und/oder empfan­ gender optoelektronischer Chip auf mindestens einem Chipträ­ gerteil eines elektrischen Leiterrahmens befestigt ist, der mindestens zwei externe elektrische Anschlußteile aufweist, die elektrisch leitend mit dem Chip verbunden sind, und bei dem Teilbereiche des Leiterrahmens von einem strahlungs­ undurchlässigen Grundkörper umschlossen sind, aus dem die ex­ ternen elektrischen Anschlußteile herausragen und der eine Reflektor-Ausnehmung aufweist, in der der Chip angeordnet ist und die mit einem strahlungsdurchlässigen Fensterteil gefüllt ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf derartige Halbleiter-Leuchtdioden(LED)-Bauelemente.
Ein derartiges strahlungaussendendes und/oder -empfangendes Bauelement ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "Sie­ mens SMT-TOPLED für die Oberflächenmontage", Siemens Compo­ nents 29 (1991) Heft 4, Seiten 147 bis 149, oder der DE 196 25 622 A1 bekannt. Bei dieser in Fig. 4 schematisch darge­ stellten bekannten oberflächenmontierbaren Leuchtdiode (LED), ist ein strahlungaussendender Halbleiterchip 101 auf einem ebenen Chipträgerteil 102 eines ebenen Leiterrahmens 103 aus Metall befestigt. Der Leiterrahmen 103 setzt sich zusammen aus dem Chipträgerteil 102 mit einem ersten externen elektri­ schen Anschlußteil 104 und einem elektrisch isoliert von die­ sem angeordneten zweiten externen elektrischen Anschlußteil 105 mit einem Bondbereich 107 zum Bonden eines elektrischen Anschlußdrahtes 111 für den Halbleiterchip 101. Der Chipträ­ gerteil 102 mit dem Halbleiterchip 101, und Teilbereiche der beiden externen elektrischen Anschlußteile 104, 105 sind von einer Kunststoffumhüllung 120 umgeben, die sich aus einem strahlungsundurchlässigen Kunststoff-Grundkörper 108 mit ei­ ner Reflektor-Ausnehmung 109 und einem diese Ausnehmung 109 ausfüllenden strahlungsdurchlässigen Kunst­ stoffensterteil 110 zusammensetzt.
Die Ausnehmung 109 weist eine parallel zu einer Montageober­ fläche des Chipträgerteiles 102 liegende Bodenfläche 113 und eine dazu in einem stumpfen Winkel zur Bodenfläche 113 schräg stehende Seitenwandung 112 auf, so daß sie als Reflektor für die von dem Halbleiterchip 101 ausgesandte Strahlung wirkt. Die Bodenfläche 113 liegt in derselben Ebene wie die Montage­ oberfläche des Chipträgerteiles 102 und der Bondbereich 107 des zweiten externen elektrischen Anschlußteiles 105, so daß der Boden des Reflektors zu einem großen Teil von der Leiter­ rahmenoberfläche gebildet ist. Der Chipträgerteil 102 und der zweite externe elektrische Anschlußteil 105 weisen somit re­ lativ große Grenzflächen zu dem strahlungsdurchlässigen Kunststoffensterteil 110 auf.
Ein besonderes Problem dieser bekannten oberflächenmontierba­ ren Leuchtdiode besteht nun darin, daß an den Grenzflächen zwischen dem Leiterrahmen 103 und dem strahlungsdurchlässigen Fensterteil 110 bei starken Temperaturschwankungen im Bauele­ ment oder in dessen Umgebung (z. B. in einem Automobil) auf­ grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffiezi­ enten des Leiterrahmens 103, der in der Regel aus einem Me­ tall besteht, und des Kunststoffensterteiles 110, in der Re­ gel ein transparentes Epoxidharz, so große Scherkräfte auf­ treten, daß es häufig zu einer Ablösung des Fensterteiles 110 vom Leiterrahmen 103 kommt. Der dabei entstehende Spalt zwi­ schen dem Leiterrahmen 103 und dem Kunststoffensterteil 110 bewirkt, daß ein großer Teil der vom Halbleiterchip 101 aus­ gesandten elektromagnetischen Strahlung im Halbleiter- Bauelement aufgrund von Mehrfachreflexionen absorbiert wird und damit verloren geht.
Darüber hinaus kann sich die Spaltbildung ausgehend von dem Spalt zwischen Leiterrahmen 103 und dem Kunststoffensterteil 110 bis an die äußere Oberfläche der Kunststoffumhüllung 120 fortsetzen, was zu einem Eindringen von Feuchtigkeit bis zum Halbleiterchip 101 und zu dessen Schädigung führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein strahlungaus­ sendendes und/oder -empfangendes Bauelement der eingangs ge­ nannten Art zu entwickeln, bei dem die Gefahr einer Delamina­ tion an der Grenzfläche zwischen dem Fensterteil und dem Lei­ terrahmen verringert ist.
Diese Aufgabe wird mit einem strahlungaussendenden und/oder empfangenden Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungs­ form ist Gegenstand des Unteranspruches 3.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement ist die Grenzfläche zwi­ schen dem strahlungsdurchlässigen Fensterteil und dem Leiter­ rahmen auf ein Minimum reduziert. Demzufolge treten im Ver­ gleich zum bekannten Bauelement bei Temperaturschwankungen deutlich geringere mechanischen Scherkräfte an dieser Grenz­ fläche auf, was zu einer Verminderung der Delaminationsgefahr führt.
Bei einem Bauelement der Erfindung weist der strahlungsun­ durchlässige Grundkörper in der Ausnehmung ein erstes Fenster zum Chipträgerteil hin und mindestens ein zweites Fenster zu dem bzw. zu den externen elektrischen Anschlußteilen hin auf, in denen der Chip bzw. die elektrischen Verbindungslei­ tung(en) zum Chip mit dem Leiterrahmen verbunden sind. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß der Grundkörper auf einfache Weise mit einem entsprechend geform­ ten Spritzwerkzeug hergestellt werden kann.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des strah­ lungaussendenden und/oder empfangenden Bauelements weisen der Chipträgerteil und die externen elektrischen Anschlußteile in den Bereichen, in denen der Chip bzw. die elektrischen Ver­ bindungsleitung(en) befestigt sind, jeweils eine Kröpfung zur Ausnehmung hin auf, derart, daß Teilbereiche der Oberflächen des Chipträgerteiles und der externen elektrischen Anschluß­ teile in der gleichen Ebene liegen wie eine Bodenfläche der Ausnehmung oder in die Ausnehmung hineinragen. Bei dieser Weiterbildung ist von Vorteil, daß zu deren Herstellung her­ kömmliche, für die Herstellung der oben beschriebenen bekann­ ten SMT-TOPLED-Bauelemente verwendete Spritzwerkzeuge einge­ setzt werden können, und daß für verschiedene Leiterrahmen- Designs z. B. für unterschiedliche Anordnungen des Halblei­ terchips und der elektrischen Verbindungsleitungen immer die­ selben Spritzwerkzeuge verwendet werden können.
Die Erfindung wird anhand von 2 Ausführungsbeispielen in Ver­ bindung mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines strahlungaussen­ denden und/oder empfangenden Halbleiterbauelements gemäß dem Stand der Technik (weiter oben erläutert).
In den Fig. 1 bis 3 sind gleiche und gleichwirkende Be­ standteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele immer mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem Bauelement der Fig. 1 und 2 handelt es sich um ein Leuchtdioden-Bauelement in oberflächenmontierbarer Bauweise (Surface Mount Technology (SMT)). Dieses setzt sich zusammen aus einem elektrischen Leiterrahmen 3 (z. B. bestehend aus einem Metall) mit einem Chipträgerteil 2, einem ersten 4 und einem zweiten externen elektrischen Anschlußteil 5, einem auf dem Chipträgerteil 2 befestigten strahlungaussendenden Halb­ leiterchip 1 (LED-Chip), einem Verbindungsleiter 11 (Bonddraht) und einer quaderförmigen Kunststoffumhül­ lung 20.
Der Halbleiterchip 1 weist an seiner Vorderseite und an sei­ ner Rückseite jeweils eine Kontaktmetallisierung 17, 18 auf. Die Kontaktmetallisierung 18 an der Rückseite des Halbleiter­ chips 1 ist beispielsweise mittels eines metallischen Lotes oder eines elektrisch leitenden Klebstoffes mit dem Chipträ­ gerteil 2 und die Kontaktmetallisierung 17 an der Vorderseite des Halbleiterchips 1 ist mittels eines Bonddrahtes 11, der z. B. aus Gold oder aus einem anderen geeigneten metallischen Werkstoff besteht, mit dem zweiten externen elektrischen An­ schlußteil 5 elektrisch leitend verbunden.
Die Kunststoffumhüllung besteht aus einem strahlungsundurch­ lässigen Kunststoffgrundkörper 8, aus dem die externen elek­ trischen Anschlußteile 4, 5 herausragen, und einem strahlungs­ durchlässigen Kunststoffensterteil 10. Der Kunststoffgrund­ körper 8 weist eine Ausnehmung 9 auf, in der der Halbleiter­ chip 1 angeordnet ist und die von dem Kunststofffensterteil 10 ausgefüllt ist. Der Kunststoffgrundkörper 8 und der Kunst­ stoffensterteil 10 bestehen beispielsweise aus einem gefüll­ ten Kunstharz oder aus einem Thermoplast bzw. aus einem transparenten Kunstharz oder Polycarbonat. Als Füllstoff für Kunstharz eignen sich beispielsweise Metallpulver, Metalloxi­ de, Metallcarbonate oder Metallsilikate.
Der Chipträgerteil 2 ist im wesentlichen bis auf denjenigen Oberflächenbereich 6, auf dem der Halbleiterchip 1 z. B. durch Chipbonden befestigt ist, und die externen elektrischen An­ schlußteile 4, 5 sind bis auf den- oder diejenigen Oberflä­ chenbereich/e 7, auf dem bzw. auf denen eine oder mehrere elektrische Verbindungsleitungen 11 zum Halbleiterchip 1 z. B. durch Drahtbonden befestigt werden, in der Kunststoffum­ hüllung 20 vollständig von dem strahlungsundurchlässigen Kunststoffgrundkörper 8 umschlossen. Dies wird bei diesem be­ sonders bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der strahlungsundurchlässige Kunststoff-Grundkörper 8 in der Ausnehmung 9 ein erstes Fenster 6 zum Chipträgerteil 2 hin und mindestens ein zweites Fenster 7 zu dem bzw. zu den ex­ ternen elektrischen Anschlußteilen 4, 5 hin aufweist, in denen der Halbleiterchip 1 bzw. die elektrischen Verbindungslei­ tung(en) 11 zum Halbleiterchip 1 mit dem Leiterrahmen 3 ver­ bunden sind.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig. 1 und 2 im Wesentlichen darin, daß keine Fenster 6 und 7 zum Chipträgerteil 2 bzw. zu den An­ schlußteilen 4, 5 hin vorgesehen sind. An Stelle der Fenster 6, 7 sind hier am Chipträgerteil 2 und an den externen elek­ trischen Anschlußteilen 4, 5 in den Bereichen, in denen der Halbleiterchip 1 und die elektrische(n) Verbindungslei­ tung(en) 11 mit dem Leiterrahmen 3 verbunden sind, jeweils eine Kröpfung 14, 15 zur Ausnehmung 9 hin vorgesehen, derart, daß Teilbereiche der Oberflächen des Chipträgerteiles 2 und der externen elektrischen Anschlußteile 4, 5 in der gleichen Ebene liegen wie eine Bodenfläche 13 der Ausnehmung 9. Alter­ nativ können die gekröpften Bereiche auch in die Ausnehmung 9 hineinragen.
Die Erläuterung der Erfindung anhand dieser Ausführungsbei­ spiele ist selbstverständlicherweise nicht als Einschränkung der Erfindung auf diese zu verstehen. Vielmehr kann die Er­ findung auch bei Photodioden-, Phototransistor-Bauelemente oder Polymer-Leuchtdioden-Bauelementen eingesetzt werden.

Claims (3)

1. Strahlungaussendendes und/oder empfangendes Bauelement, bei dem
mindestens ein eine elektromagnetische Strahlung aussen­ dender und/oder empfangender Chip (1) auf mindestens einem Chipträgerteil (2) eines elektrischen Leiterrahmens (3) befestigt ist, der mindestens zwei externe elektrische An­ schlußteile (4, 5) aufweist, die elektrisch leitend mit dem Chip (1) verbunden sind,
der Chipträgerteil (2) und Teilbereiche der externen elek­ trischen Anschlußteile (4, 5) von einer Umhüllung (20) um­ schlossen sind, die einen strahlungsundurchlässigen Grund­ körper (8) und einen strahlungsdurchlässigen Fensterteil (10) aufweist und aus der die externen elektrischen An­ schlußteile (4, 5) herausragen, und
der strahlungsundurchlässige Grundkörper (8) eine Reflek­ tor-Ausnehmung (9) aufweist, in der der Chip (1) angeord­ net ist und in oder auf der sich der Fensterteil (10) be­ findet,
dadurch gekennzeichnet, daß
der von der Umhüllung (20) umschlossene Teil des Leiter­ rahmens (3) mit Ausnahme des Chipträgerteiles (2) und von mindestens einem Drahtbondbereich der externen elektri­ schen Anschlußteile (4, 5) vollständig vom Grundkörper (8) umgeben ist,
von einer Bodenfläche (13) der Reflektor-Ausnehmung (9) aus ein erstes Fenster (6) zum Chipträgerteil (2) hin aus­ gebildet ist, in dem der Chip (1) auf dem Chipträgerteil (2) befestigt ist, und
von einer Bodenfläche (13) der Reflektor-Ausnehmung (9) aus mindestens ein zweites Fenster (7) zum Drahtbondbe­ reich hin ausgebildet ist, in dem mindestens eine elektri­ sche Verbindungsleitung (11) zum Chip (1) mit dem Draht­ bondbereich verbunden ist.
2. Strahlungaussendendes und/oder empfangendes Bauelement, bei dem
mindestens ein eine elektromagnetische Strahlung aussen­ dender und/oder empfangender Chip (1) auf mindestens einem Chipträgerteil (2) eines elektrischen Leiterrahmens (3) befestigt ist, der mindestens zwei externe elektrische An­ schlußteile (4, 5) aufweist, die elektrisch leitend mit dem Chip (1) verbunden sind,
der Chipträgerteil (2) und Teilbereiche der externen elek­ trischen Anschlußteile (4, 5) von einer Umhüllung (20) um­ schlossen sind, die einen strahlungsundurchlässigen Grund­ körper (8) und einen strahlungsdurchlässigen Fensterteil (10) aufweist und aus der die externen elektrischen An­ schlußteile (4, 5) herausragen, und
der strahlungsundurchlässige Grundkörper (8) eine Reflek­ tor-Ausnehmung (9) aufweist, in der der Chip (1) angeord­ net ist und in oder auf der sich der Fensterteil (10) be­ findet,
dadurch gekennzeichnet, daß
der von der Umhüllung (20) umschlossene Teil des Leiter­ rahmens (3) mit Ausnahme des Chipträgerteiles (2) und von mindestens einem Drahtbondbereich eines externen elektri­ schen Anschlußteiles (4, 5) vollständig vom Grundkörper (8) umgeben ist, und
der Chipträgerteil (2) und mindestens eines der externen elektrischen Anschlußteile (4, 5) in den Bereichen, in de­ nen der Chip (1) bzw. mindestens eine elektrische Verbin­ dungsleitung (11) zum Chip (1) auf dem Leiterrahmen (3) befestigt sind, jeweils eine Kröpfung (14, 15) zur Reflek­ tor-Ausnehmung (9) hin aufweisen, derart, daß zumindest ein Teilbereich der Oberfläche des Chipträgerteiles (2) und ein den Drahtbondbereich bildender Teilbereich des ex­ ternen elektrischen Anschlußteiles (4, 5) eine Bodenfläche (13) der Reflektor-Ausnehmung (9) durchdringen, und deren Oberflächen in der gleichen Ebene liegen wie die Bodenflä­ che (13) oder in die Reflektor-Ausnehmung (9) hineinragen.
3. Strahlungaussendendes und/oder -empfangendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (8) aus einem Material mit einem diffusen Re­ flexionsgrad von mehr als 80% besteht.
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