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JP2017533598A - 発光ダイオード素子 - Google Patents

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JP2017533598A
JP2017533598A JP2017530431A JP2017530431A JP2017533598A JP 2017533598 A JP2017533598 A JP 2017533598A JP 2017530431 A JP2017530431 A JP 2017530431A JP 2017530431 A JP2017530431 A JP 2017530431A JP 2017533598 A JP2017533598 A JP 2017533598A
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light emitting
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シューマン ミヒャエル
シューマン ミヒャエル
ゲブーア トビアス
ゲブーア トビアス
ラッチュ ダーフィト
ラッチュ ダーフィト
シュペアル マティアス
シュペアル マティアス
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

本発明は、オプトエレクトロニクス素子において、・プリント基板と、・前記プリント基板の表面上に配置された光源と、を含み、・前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオードによって形成された少なくとも１つの発光面を有し、・前記発光ダイオードは、前記プリント基板に電気的に接続されており、・前記発光ダイオードは、封止材料によって少なくとも部分的にモールド封入されている、オプトエレクトロニクス素子に関する。本発明はさらに、オプトエレクトロニクス素子を製造する方法に関する。

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス素子と、オプトエレクトロニクス素子を製造する方法とに関する。
本願は、独国特許出願第１０２０１４１１２５４０号明細書（DE 10 2014 112 540.1）の優先権を主張するものであり、同明細書の開示内容は、参照によって本願に組み込まれる。
発光ダイオードを含むオプトエレクトロニクス素子そのものは公知である。基本的にここでは、配線可能性（複雑なマルチチップモジュール、垂直方向のはんだパッド構造）と、素子の幾何形状と、光学系の組み込みとに関して素子のデザイン性を改善するために、フレキシブルなパッケージングコンセプトに対する需要が存在する。
従って、本発明の基礎となる課題は、改善されたフレキシブルな配線可能性と、改善された光学系の組み込みとを可能にする、オプトエレクトロニクス素子を提供することにある。
さらに、本発明の基礎となる課題は、オプトエレクトロニクス素子を製造するための対応する方法を提供することにもある。
上記の課題は、それぞれの独立請求項に記載された対象によって解決される。本発明の有利な実施形態は、それぞれの従属請求項の対象である。
本発明の１つの態様によれば、オプトエレクトロニクス素子において、
・プリント基板と、
・前記プリント基板の表面上に配置された１つ（又は複数の）光源と、
を含み、
・前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオードによって形成された少なくとも１つの発光面を有し、
・前記発光ダイオードは、前記プリント基板に電気的に接続されており、
・前記発光ダイオードは、封止材料によって少なくとも部分的にモールド封入されている（とりわけ完全にモールド封入されている）、
オプトエレクトロニクス素子が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、オプトエレクトロニクス素子を製造する方法において、
・プリント基板を用意するステップと、
・前記プリント基板の表面上に光源を配置するステップであって、
・前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオードによって形成された少なくとも１つの発光面を有する、ステップと、
・前記発光ダイオードを前記プリント基板に電気的に接続させるステップと、
・前記発光ダイオードを封止材料によって少なくとも部分的にモールド封入する（とりわけ完全にモールド封入する）ステップと、
を含む方法が提供される。
本発明はつまり、とりわけ有利には、一方ではプリント基板技術と、他方ではＱＦＮ技術から公知のモールドとを互いに組み合わせるという思想を含む。この場合の“ＱＦＮ”とは、“quad flat no leads package（クラッドフラットノーリードパッケージ）”を表している。これによって有利には、両方の技術が有する利点を互いに組み合わせることが可能となる。従って、本発明のオプトエレクトロニクス素子は、両方の技術の利点を併せ持っている。従って、例えばプリント基板を設けることにより、有利には、発光ダイオードのためのフレキシブルな電気的なコンタクトを実現することが可能となる。つまり例えば、発光ダイオードの配線可能性に関して、高いフレキシビリティが与えられているということである。ここではプリント基板は、発光ダイオードを最適に電気的にコンタクトさせるために、多数の電気的な回路レイアウトが可能であるという技術的利点を提供する。これに加えて、さらに有利には、ダイオードのための電位の個数が制限されていない。とりわけ有利には、さらに別の電子的な素子、例えば保護ダイオード又はフリーホイールダイオード、並びに、温度センサ、とりわけＮＴＣ（negative temperature co-efficient thermistor）センサ、若しくは、他のセンサユニット又は分析ユニットを、プリント基板上に組み込むことが可能となる。
本発明の意味でのモールドとは、トランスファー成形、とりわけフィルムアシスト・トランスファー成形を意味している。つまり、モールドは、トランスファー成形法、とりわけフィルムアシスト・トランスファー成形法に基づいているということである。このことは、均一で平坦な表面を形成することができない伝統的な流し込み封止プロセスとは異なる点である。その一方で、トランスファー成形、とりわけフィルムアシスト・トランスファー成形の場合には、電子的な素子（ダイオード、チップ、ＮＴＣセンサ、さらに別の電子的な素子）や、さらに別のコンポーネントを完全に埋め込むことが可能である。この場合には、有利には、規定された滑らかな表面が発生する。例えばチップ表面上でフィルムによって封止される場合には、封入材料（封止材料）も、同じ高さレベル上にある。１つの実施形態によれば、このことが実施されている。
発光ダイオードが、例えばモールド材料とも呼ぶことができる封止材料によって少なくとも部分的にトランスファー成形で封入されている、又はモールド封入されていることにより、とりわけ、発光ダイオードが外部影響に対して良好に保護されるという技術的利点が奏される。とりわけ封止材料によって流し込み封止された面は、防食層を有する必要がない。なぜならこの面は、封止材料によってカプセル封入されているからである。このことは、はんだストップレジストにも当てはまる。この場合には、封止材料によってトランスファー成形で封入される、又はモールド封入される面の上に、はんだストップレジストを被着させる必要がもはやなくなる。
封止材料によって有利には、プリント基板上の所定の構造又はコンポーネントを覆い隠すこと、すなわちいわば見えなくすることも可能となる。モールド封入された又は埋め込まれたコンポーネントは、外側から素子の上面を見るユーザに対して覆い隠される。このことは、とりわけ視覚的に魅力的なデザインという点で有利である。とりわけこれによって、素子の均一な視覚的印象がもたらされる。とりわけ、素子の均一な色印象がもたらされる。色印象に対応する色は、とりわけ封止材料の色から生じる。つまりとりわけ、封止材料を相応に選択することによって、ユーザに対して具体的な色印象、例えば白色の色印象を形成することが可能であるということである。
さらには、素子のフレキシブルな幾何形状、例えば円形又は多角形が可能となる。このことはとりわけ、プリント基板を、希望する通りに適切な方法で製造すること、例えば切断することによって実現される。つまりとりわけ、プリント基板がフレキシブルな形状、例えば円形又は多角形を有することができるということである。このために必要なモールド工具又はモールドインサートを適切に選択すると、モールド中に封止材料は、プリント基板のこの形状に適合する。
封止材料によってさらに、封止材料から形成されるさらに別の構造、例えばリフレクタ構造又はキャビティを製造することが可能となる。このことはとりわけ、モールドのために相応に形成された成形工具を使用することによって実現される。
本発明の意味でのプリント基板は、とりわけプリント回路板、ボード、又は印刷された回路とも呼ぶことができる。プリント基板は、英語では“printed circuit board, PCB”とも呼ばれる。本発明の意味でのプリント基板は、とりわけ電気絶縁性の材料、例えば誘電体を含む。この電気絶縁性の材料には、導電性の接続部、すなわち導体路が配置されている。とりわけ導電性の接続部は、プリント基板に付着している。電気絶縁性の材料として、例えば繊維強化プラスチックが設けられている。とりわけ導体路は、銅製の薄層からエッチングされる。つまりとりわけ、本発明の意味でのプリント基板は、電気絶縁性の材料からなる担体を含み、この担体の上に、例えば銅から形成されている１つ又は複数の導体路が配置されているということである。とりわけプリント基板は、１つ又は複数のスルーコンタクト、いわゆるビアを含む。発光ダイオードは、好ましくは１つ又は複数の導体路、及び／又は、１つ又は複数のビアに電気的に接続されている。
さらに別の実施形態では、発光ダイオードは、完全に埋め込まれているか、又は完全にモールド封入されている。
１つの実施形態によれば、発光ダイオードは、発光面だけがモールド封入されなくなる程度まで、すなわち発行面だけが露出する程度まで、モールド封入されている。つまりとりわけ、この実施形態では、発光面は、封止材料が設けられないままであるか、又は、封止材料が設けられないように形成されているということである。つまりとりわけ、モールドされた状態において、光を放射する面だけが、すなわち発光面だけが見えるようになっているということである。
さらに別の実施形態では、プリント基板は、封止材料をプリント基板に係止させるための係止構造を有しており、これにより封止材料が、係止材料によってプリント基板に係止されているようになっている。これによってとりわけ、封止材料又はモールド材料が、プリント基板に機械的に安定的かつロバストに保持されるという技術的利点が奏される。
さらに別の実施形態では、係止構造は、少なくとも１つの切欠部を有し、この切欠部内に封止材料が収容されている。これによってとりわけ、より一層安定的な機械的な係止が実現されるという技術的利点が奏される。
さらに別の実施形態では、切欠部は、貫通孔である。つまりとりわけ、プリント基板が貫通孔を有するということである。これによってとりわけ、封止材料がプリント基板により一層安定的に係止されるという技術的利点が奏される。
さらに別の実施形態では、複数の切欠部、好ましくは複数の貫通孔が設けられている。複数の切欠部、とりわけ複数の貫通孔は、とりわけ同じように形成されているか、又は、好ましくはそれぞれ異なるように形成されている。
さらに別の実施形態によれば、係止構造は、表面の２つの互いに反対側に位置する縁部を含み、これらの縁部は、封止材料によって流し込み封止されている。これによってとりわけ、プリント基板の既存の構造、すなわちここでは２つの互いに反対側に位置する縁部が、係止構造として効率的に利用されるという技術的利点が奏される。すなわち、これら２つの互いに反対側に位置する縁部が、封止材料のための係止部として機能する。とりわけ、これによって有利には、さらに別の係止構造を省略することが可能となり、例えば切欠部、好ましくは貫通孔を省略することが可能となる。従って、すなわち有利には、プリント基板をレイアウトする際に、このような切欠部、例えば貫通孔のための追加的なスペースを考慮に入れる必要がなくなる。従って、有利には、プリント基板をより小さく構成することが可能となる。
さらに別の実施形態によれば、封止材料は、表面に対して平行に形成された、コンポーネントを取り付けるための取付け面を含む。これによってとりわけ、１つ又は複数のコンポーネントを、封止材料の上に、より詳細には取付け面の上に配置すること、又は取り付けることが可能となるという技術的利点が奏される。従って、モールド後に、素子の上にさらに別のコンポーネントを取り付けることが可能となる。
さらに別の実施形態によれば、表面は、コンポーネントを取り付けるための、封止材料が設けられていない１つの（又は複数の）部分を含む。これによってとりわけ、モールド後に、（１つ又は複数の）コンポーネントをプリント基板の表面上に取り付ける又は配置することが可能となるという技術的利点が奏される。従って、すなわち有利には、コンポーネントを後から、すなわちモールド後に、プリント基板上に配置することが可能となる。
１つの実施形態によれば、コンポーネントは、レンズホルダ又はリフレクタである。コンポーネントは、とりわけレンズである。取付け面の上に、及び／又は、封止材料が設けられていない部分の上には、とりわけ複数のコンポーネントが配置される又は取り付けられる。複数のコンポーネントは、好ましくは同じように形成されているか、又はとりわけそれぞれ異なるように形成されている。
１つの実施形態によれば、コンポーネントは、取付け面の上にも封止材料が設けられていない部分の上にも配置されている又は取り付けられている。つまりとりわけ、コンポーネント自体に、封止材料が設けられていない部分及び取付け面の幾何形状及び構造に対応する取付け面が設けられており、従って、コンポーネントの取付け面を、封止材料の取付け面の上に、及び、プリント基板の表面の封止材料が設けられていない部分の上に、載置する又は取り付ける又は配置することが可能になっているということである。
さらに別の実施形態によれば、取付け面の上、又は、封止材料が設けられていない部分の上に、コンポーネントとしてレンズホルダが配置されている。これによってとりわけ、レンズを簡単に保持することが可能となるという技術的利点が奏される。この場合、これによって有利には、発光ダイオードによって放射された光をレンズによって光学的に結像することが可能となる。
さらに別の実施形態では、封止材料は、ダイオードによって放射された光を反射させるためのリフレクタ部分を有する。つまりとりわけ、封止材料の一部がリフレクタを形成しているということである。すなわち、発光ダイオードによって放射された光を反射させるために、必ずしも追加的なリフレクタを封止材料の上に載置する必要はない。このリフレクタ部分は、有利にはモールド中に、相応に成形されたモールド工具に基づいて形成される。本発明の意味でのリフレクタ部分又はリフレクタは、発光ダイオードによって放射された光を発光面から離れる方向へと反射させるために構成されている。
さらに別の実施形態によれば、モールド前に、封止材料をプリント基板に係止させるための係止構造が、プリント基板に形成され、これによりモールド中に、封止材料が、係止構造によってプリント基板に係止される。
さらに別の実施形態によれば、係止構造は、プリント基板に形成される少なくとも１つの切欠部を有し、これによりモールド中に、封止材料が切欠部内に収容される。
さらに別の実施形態によれば、封止材料によって、モールド中に、表面に対して平行に延在する、コンポーネントを取り付けるための取付け面が形成される。
さらに別の実施形態によれば、モールド中に、表面の一部が、封止材料が設けられない状態に保持され、これによって表面は、モールド後に、コンポーネントを取り付けるための、封止材料が設けられていない部分を有することとなる。
さらに別の実施形態によれば、取付け面の上、又は、封止材料が設けられていない部分の上に、コンポーネントとしてレンズホルダが配置される。
さらに別の実施形態によれば、封止材料によって、モールド中に、ダイオードによって放射された光を反射させるためのリフレクタ部分が形成される。
１つの実施形態によれば、ダイオードは、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）として形成されている。
１つの実施形態によれば、１つの発光面につき複数のダイオードが形成されている。
さらに別の実施形態によれば、複数の発光面が設けられている。
さらに別の実施形態によれば、複数の光源が設けられている。
１つの実施形態では、ダイオードの発光面の上に変換層が配置されている。ダイオードの発光面とは反対側に位置する表面も、ダイオードの動作中に変換に基づいて発光するので、発光層のこの表面も、発光面と呼ぶことができる。発光層は、例えば蛍光体を含む。
１つの実施形態では、封止材料は、エポキシ樹脂及び／又はシリコーンを含む。封止材料は、とりわけ白色である。その他の色、例えば赤色、黄色、緑色、青色、オレンジ色、紫色、灰色、又は黒色とすることも可能である。
方法に関する実施形態は、素子に関する実施形態からも同様にして得られ、またその逆も同様である。つまり、素子の実施形態、技術的利点、及び特徴は、方法に対しても同様に適用され、またその逆も同様である。
上で説明した本発明の特性、特徴、及び利点、並びにこれらを実現する形態は、図面に基づいてより詳細に説明した、実施例に関する以下の記載に関連してより明確かつ明白に理解される。
オプトエレクトロニクス素子を製造する方法における、それぞれ異なる時点を示す図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法における、それぞれ異なる時点を示す図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法における、それぞれ異なる時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 オプトエレクトロニクス素子を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 プリント基板の製造プロセスにおける、それぞれ１つの時点を示す図である。 さらに別のオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 モールド工具装置の概略図である。 モールド前における、複数の光源を含むプリント基板の平面図である。 図１６のプリント基板の横断面図である。 モールド後における、図１６のプリント基板の平面図である。 モールド後における、図１８のプリント基板の横断面図である。 さらに別の実施形態による複数の光源を含むプリント基板の、図１６に即した平面図である。 さらに別の実施形態による複数の光源を含むプリント基板の、図１７に即した横断面図である。 さらに別の実施形態による複数の光源を含むプリント基板の、図１８に即した平面図である。 さらに別の実施形態による複数の光源を含むプリント基板の、図１９に即した横断面図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法の実施中のある特定の時点における、プリント基板の平面図である。 図２４のプリント基板の横断面図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法のより後の時点における、図２４のプリント基板の平面図である。 図２６のプリント基板の横断面図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法のさらにより後の時点における、図２６のプリント基板の平面図である。 図２８のプリント基板の横断面図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法のさらにより後の時点における、図２８のプリント基板の平面図である。 図３０のプリント基板の横断面図である。 図２４のプリント基板に使用されるような、はんだパッドを示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 それぞれ１つのオプトエレクトロニクス素子を示す図である。 オプトエレクトロニクス素子を製造する方法のフローチャートである。
以下では、同一の特徴に対して同一の参照符号が使用されうる。さらに図中では、全ての特徴に参照符号が付されているわけではない。とりわけ、特に簡略化された概略図が示されている。このような概略図は、理解の促進を図るために使用されるものとする。
図１は、表面１０３を有するプリント基板１０１を示す。この表面１０３上には、後述するが、少なくとも１つ又は複数の発光ダイオードを含む光源が配置されている又は取り付けられている。従って、表面１０３は、とりわけ取付け面と呼ぶことができる。表面１０３は、とりわけＬＥＤチップ取付け面と呼ぶことができる。これは、とりわけ表面１０３上にＬＥＤチップが取り付けられる場合に当てはまる。
プリント基板１０１は、簡略的に図示されている。従って、プリント基板１０１の個々の導体路は示されていない。しかしながら当業者には、プリント基板１０１が通常１つ又は複数の導体路を有することは自明である。プリント基板１０１は、例えば単層又は多層で構成されている。とりわけプリント基板１０１は、「ＦＲ４」又は「ＭＣＢ」をベースにしている。「ＦＲ４」とは、プリント基板材料を表している。「ＭＣＢ」とは、“Metal Core Board”、すなわちメタルコア基板を表している。
図２は、プリント基板１０１上に、より詳細には表面１０３上に、光源２０１が取り付けられている又は配置されている様子を示す。光源２０１は、発光面２０５を含むＬＥＤチップ２０３を含む。ＬＥＤチップ２０３は、１つ又は複数のボンディングワイヤ２０７によってプリント基板１０１の導体路に電気的に接続されている。同様にして、さらに別の実施形態によれば、ワイヤを用いないチップ実装技術（フリップチップ実装）を使用することも可能である。ここでは、電気的なコンタクトは、チップの２つの裏側コンタクトを介して実施される。コンタクトの具体的な方法は、ここでは詳細には図示されていない。しかしながら、ＬＥＤチップ２０３をボンディングワイヤ２０７によってプリント基板の導体路に電気的に接続する方法は、当業者には周知である。
発光面２０５上には、変換層２０９が配置されている。この変換層２０９は、ＬＥＤチップ２０３から放射された光を、相異なる波長を有する別の光に変換する。変換層２０９は、例えば蛍光体を含む。参照符号２１１は、ＬＥＤチップ２０３の発光面２０５とは反対側に位置する、変換層２０９の表面を示している。そうすると当然、ＬＥＤチップ２０３の動作中、上から見た場合に表面２１１も発光することとなる。従って、この表面２１１もまた、発光面と呼ぶことができる。
図３は、図２に示された配置構成に基づく２つのオプトエレクトロニクス素子３０１及び３０３を示す。図３では、図２に示された配置構成がさらに処理されており、ここではとりわけＬＥＤチップ２０３が埋め込まれている又はモールド封入されている。
さて、素子３０１の場合には、プリント基板１０１に２つ（又は必要であればより多くの）貫通孔３１３が形成された。モールド中には、これらの貫通孔３１３が封止材料３０５を収容する。ＬＥＤチップ２０３を、その変換層２０９と１つ又は複数のボンディングワイヤ２０７と共に少なくとも部分的にモールド封入した封止材料３０５の係止を、これらの貫通孔３１３が引き起こす。つまり、モールド後には変換層２０９の表面２１１だけが露出しており、すなわち変換層２０９の表面２１１だけが封止材料３０５を有していないということである。モールド後にもまだ見ることができるのは、この表面２１１だけである。その他の要素、とりわけ１つ又は複数のボンディングワイヤ２０７と、ＬＥＤチップ２０３は、モールド後にはもはや見えなくなっている。２つの貫通孔３１３が、係止構造を形成しているのである。
図３にさらに示されているように、プリント基板１０１の表面１０３全体が、封止材料又はモールド材料３０５で覆われているというわけではない。むしろ表面１０３には、封止材料が設けられていない部分３１５が存在する。封止材料が設けられていない部分３１５は、例えば有利にはコンポーネントのための、例えばレンズホルダ又はリフレクタのための取付け面として使用することが可能である。
ＬＥＤチップ２０３によって放射された光の出射方向は、参照符号３１９が付された矢印で示されている。この矢印は、以後の図面にも示されているが、全ての図面に示されているわけではない。
素子３０３は、素子３０１のような貫通孔３１３を有していない。むしろ素子３０３の場合には、表面１０３の２つの互いに反対側に位置する縁部３０７が、封止材料３０５のための係止構造を形成している。２つの縁部３０７は、封止材料３０５によってモールドされている。この場合には、封止材料３０５はさらに、表面１０３に対して垂直方向にそれぞれの縁部３０７に隣接して形成されている側方向の表面３０９を覆っている。つまり素子３０３の場合には、表面１０３のうち、ＬＥＤチップ２０３とボンディングワイヤ２０７のコンタクト面とによって既に覆われている領域を除いて、封止材料３０５が表面１０３を完全に覆っているのである。
参照符号３１１は、表面１０３、すなわちＬＥＤチップのための取付け面とは反対側に位置する表面（すなわちプリント基板１０１の裏側）を示している。図示されていない実施例では、封止材料３０５はさらに、この表面３１１も少なくとも部分的に覆うことができる。つまり、この場合には、封止材料３０５がいわばプリント基板１０１の下側を把持しており、これによってプリント基板１０１における封止材料３０５の係止をより一層良好にすることが可能となるということである。
両方の実施例において、すなわち素子３０１の場合にも素子３０３の場合にも、封止材料３０５は、表面１０３に対して平行に形成された取付け面３１７を有する。とりわけこの取付け面３１７は、変換層２０９の表面２１１と同一平面上にある。取付け面３１７上には、有利にはさらに別のコンポーネント、例えばリフレクタ又はレンズホルダを配置することが可能である。
以上をまとめると、図１〜３は、プリント基板上にＬＥＤチップを配置し、それからこのＬＥＤチップを封止材料によって少なくとも部分的に埋め込む又はモールド封入するという本発明に係る着想を、一般的な形で示している。とりわけプリント基板上、より詳細には表面１０３上に配置されている全ての素子及びコンポーネントは、変換層２０９の表面２１１だけが見えるままとなるように、封止材料３０５によってモールド封入される。
封止材料３０５は、例えばエポキシ樹脂又はシリコーンを含む。
図４〜９は、プリント基板１０１の製造におけるそれぞれ異なる時点を示す。さて図４によれば、誘電体４０１が用意され、この誘電体４０１の互いに反対側に位置する両表面４０３及び４０５上に、例えば銅を含む金属層４０７が配置又は被着される。図５によれば、金属層４０７が被着された誘電体４０１を貫通するように貫通孔５０１が形成される。貫通孔５０１は、例えば穿孔、フライス加工、又はレーザアブレーションによって形成することができる。その後、図６によれば、貫通孔５０１内に金属層４０７が形成されるように、被覆が実施される。この被覆は、例えば電気めっきを含むことができる。この被覆は、とりわけ「ＰＴＨ」の形成を含む。「ＰＴＨ」とは、“Plated through hole”、すなわち導電性のビアを表している。
図７によれば、図６の配置構成が、例えばリソグラフィ方法によって構造化される。つまり、この構造化ステップにおいて電気的なレイアウトが形成されるということである。つまりとりわけ、ここではプリント基板１０１の個々の導体路が形成されるということである。
図８には、構造化されたプリント基板１０１がさらに層８０１によって被覆される様子が示されている。層８０１は、金属層４０７上に、例えば銅層上に形成される金属被覆層である。層８０１は、いわゆる「仕上げめっき（Finish Plating）」である。層８０１は、例えばNiPdAuを含む。従って、層８０１は、好ましくは金属被覆層とも呼ぶことができる。
図９によれば、誘電体４０１と金属層４０７とを貫通して延在する２つの貫通孔３１３が形成される。これらの貫通孔３１３は、封止材料３０５のための係止構造として使用される。このことは、既に図３が、素子３０１に関連して簡略的な形で示している。但し、図３では個々の金属層は示されていなかった。つまり、図９に示されたプリント基板１０１の詳細図は、図３の素子３０１のプリント基板１０１に相当するということである。
図１０は、より詳細に図示された図９のプリント基板１０１を有する素子３０１を示す。この素子３０１は、リフレクタ１００１を有し、このリフレクタ１００１は、封止材料が設けられていない部分３１５上にも、取付け面３１７上にも配置されている。それから、リフレクタ１００１が相応にして形成される。つまりとりわけ、リフレクタ１００１が、部分３１５及び取付け面３１７の幾何形状及び構造に適合した構造を有するということである。リフレクタ１００１は、封止材料３０５とは別個に形成される。
リフレクタ１００１はさらに、リフレクタ壁１００３を有する。これらのリフレクタ壁１００３は、互いに反対側に位置するように配置されており、かつ、変換層２０９の表面に向かって漏斗状に延びている。
図１１〜１３は、さらに別のプリント基板１０１のための製造方法における各時点を示す。ここでも図４〜６の製造ステップが設けられているが、再度の図示は省略されている。図７では、誘電体４０１の構造化が実施された。図１１でも同様に、例えばリソグラフィ方法による構造化が実施されているが、但し、ここでは図７とは異なる構造が選択される。具体的な構造は、所望する回路レイアウトによって決まる。図１２では、金属層４０７の上に金属被覆層８０１が被着される。図１３は、図１２に図示されているような構造化領域を複数含んでいるプリント基板１０１を示す。つまり、図１３のプリント基板１０１の個々の構造化領域の上に、それぞれ１つの光源を配置することができ、モールド後に、これらの個々の構造化領域を分離することができるということである。従って、例えば図３の素子３０３のプリント基板１０１は、分離後には、図１２に示されているようなプリント基板に相当する。図１４には、モールド封入され、リフレクタ１００１が載置された素子がより詳細に図示されている。図１４には、図３の素子３０３に追加して、封止材料３０５が少なくとも部分的に表面３１１も覆っている様子が示されている。つまりこの場合には、封止材料３０５がプリント基板をいわば取り囲むように把持しているということである。これによって有利には、プリント基板１０１における封止材料３０５の係止がより一層良好になる。
図１５は、２つのモールド工具１５０３及び１５０５を含むモールド工具装置１５０１を示す。モールド工具１５０５は、ＬＥＤチップ２０３が取り付けられたプリント基板１０１を収容する。モールド工具１５０３は、プリント基板１０１に面した表面に、付着防止フィルム１５１５を有する。これによって有利には、モールド中に封止材料がモールド工具１５０３に付着したまま残ることが阻止される。
参照符号１５０７は、ばね１５０９を含むリフトシリンダを示している。リフトシリンダは、両方のモールド工具１５０３と１５０５とが互いに重ね合わされてプリント基板１０１を取り囲んだときに形成される空間又はキャビティの中に、モールド材料又は封止材料１５１１を注入することができる。封止材料１５１１を注入するためのリフトシリンダ１５０７のリフト方向は、参照符号１５１３が付された矢印で示されている。モールド工具１５０３と１５０５の選択された形状に応じて、封止材料１５１１の中に、厳密に規定された構造を実現することができる。例えば、リフレクタ構造を形成すること、及び／又は、好ましくはフラット形及び／又はプレーナ形の表面を形成することができる。このことは例えば図３９に示されており、そこでまたさらに説明されている。
図１６は、プリント基板１０１の平面図を示し、このようなプリント基板１０１を、例えば図１５や、対応するモールド工具装置１５０１との関連において使用することができる。プリント基板１０１上に、より詳細には表面１０１の上に、複数のＬＥＤチップ２０３が配置されている。プリント基板１０１を貫通する対応する貫通孔は、参照符号３１３で示されている。参照符号１６０１は、各ＬＥＤチップ２０３に対応付けられた保護ダイオードを示している。これらの保護ダイオードは、有利には静電気放電に対する保護として機能する。図１７は、図１６のプリント基板１０１に対応する側面図を示す。図１６又は１７の配置構成は、まだ流し込み封止されていない状態である。ここでは図１８及び１９が、モールド後の対応する図（図１８：平面図、図１９：側面図）を示す。図１８に示されているようにモールド後には、変換層２０９の面又は表面２１１だけが見えるようになっている。好ましくはモールド後に、複数のＬＥＤチップ２０３が個々に分離される。
図１６〜１９と同様にして、図２０〜２３は、さらに別の実施例のそれぞれ対応する図を示す。図２０は、モールド前の平面図を示し、図２１は、これに対応する横断面図を示す。図２２は、モールド後の平面図を示し、図２３は、図２２の配置構成の横断面図を示す。参照符号２００１は、プリント基板１０３の円形の部分を示しており、それぞれの円形の部分２００１には、それぞれの保護ダイオード１６０１を備える１つのＬＥＤチップ２０３が対応付けられている。個々の円形の部分２００１の間にはウェブ２００３が設けられており、これらのウェブ２００３は、プリント基板材料からさらに形成されており、個々の円形の部分２００１を互いに接続している。この場合には、ウェブ２００３と円形の部分２００１とを備えるこのような配置構成が可能である。というのは、図２０〜２３に示された配置構成では、モールド材料又は封止材料を係止させるための貫通孔が設けられていないからである。このことは、図１６〜１９に示された配置構成と異なる点である。図１６〜１９に示された配置構成は、貫通孔３１３を有しており、封止材料３０５をプリント基板１０１に係止させるために、これらの貫通孔３１３内に封止材料３０５が収容されるようになっている。
図２０〜２３の実施形態では、表面の互いに反対側に位置する両縁部が係止部として設けられており、この縁部が、モールド材料３０５によって埋め込まれる。
図１６〜１９の配置構成でも、図２０〜２３の配置構成でも、例えばモールド後に、この時点では既にモールド封入されている状態の個々のＬＥＤチップが分離される。
図２４，２６，２８，３０は、それぞれ異なる製造時点における素子の平面図をそれぞれ示す。図２５，２７，２９，３１は、それぞれ対応する横断面図を示す。ここではプリント基板上に、より詳細にははんだパッド２４０１（図３２を参照）上に、４つのＬＥＤチップ２０３が配置されている。４つのＬＥＤチップ２０３の上にはそれぞれ１つの変換層２０９が設けられている。これらの変換層２０９は、それぞれ異なるように形成されており、従って、４つのそれぞれ異なる色の光を放射することが可能となっている。図２４，２５，２６，２７は、モールド前の素子を示す。図２８及び２９では、素子はモールド封入されている。図３０及び３１は、追加的にリフレクタ１００１を示し、このリフレクタ１００１は、取付け面３１７の上に載置されている。
図３２には、はんだパッド２４０１がより詳細に示されており、このはんだパッド２４０１は、ＬＥＤチップ２０３をプリント基板１０１の導体路に電気的にコンタクトさせるために使用される。このように、４つのＬＥＤチップ２０３のための共通のカソードとして使用される中央の部分２４０３が設けられている。これとは別に、個々のＬＥＤチップ同士をコンタクトさせるためにそれぞれ使用される複数の部分２４０５，２４０７，２４０９，２４１１が設けられている。さらには、ＮＴＣセンサ２４１３を電気的にコンタクトさせる領域２４１５及び２４１７が設けられている。
図３３は、さらに別の素子３３０１を示し、図３４では、この別の素子３３０１の上にリフレクタ１００１が載置される。
図３５は、さらに別の素子３５０１を示し、図３６，３７，３８では、この別の素子３５０１の上に追加的にコンポーネントが載置される。これらのコンポーネントは、封止材料が設けられていない部分３１５の上に載置される。従って、リフレクタ１００１も、この封止材料が設けられていない部分３１５の上に載置される（図３６を参照）。図３７によれば、この封止材料が設けられていない部分３１５の上に、レンズ３７０５を保持するレンズホルダ３７００が載置されている。レンズホルダ３７００は、２つの柱３７０１及び３７０３を含み、これらの柱３７０１及び３７０３は、封止材料が設けられていない部分３１５の上に載置され、これらの柱３７０１，３７０３の大きさ又は長さは、変換層２０９の表面２１１を超えて突出するように寸法設定されている。これら２つの柱３７０１及び３７０３の上には、その後、例えばフレネルレンズとすることができるレンズ３７０５が載置又は配置される。
図３８によれば、レンズホルダ３７００の２つの柱３７０１及び３７０３の上にＴＩＲレンズ３７０５が載置される。“ＴＩＲ”とは、“Total internal Reflection”、すなわち内部全反射を表している。
図３９は、さらに別の素子３９０１を示す。ここではリフレクタ１００１は、自身のリフレクタ壁１００３と共にモールド材料３０５から形成されている。つまり、封止材料又はモールド材料３０５は、リフレクタ部分１００１を含むということである。
図４０は、オプトエレクトロニクス素子４００１を示し、ここでは係止構造として、プリント基板１０１を貫通する貫通孔３１３が形成されている。さらには、プリント基板の表面１０３上に、封止材料が設けられていない部分３１５が設けられている。図４１によれば、別個の素子としてリフレクタ１００１が、封止材料が設けられていない部分３１５と、封止材料３０５の取付け面３１７の上とに載置されている。
図４２は、さらに別のオプトエレクトロニクス素子４２０１を示す。ここでは封止材料３０５は、モールドされた状態において、表面１０３の互いに反対側に位置する両縁部３０７を取り囲むように把持している。封止材料３０５はさらに、プリント基板１０１の表面３１１を覆っている。この場合、これらの互いに反対側に位置する両縁部３０７が係止構造を形成している。変換層２０９の表面２１１と同一平面上に、取付け面３１７が延在している。図４３によれば、この取付け面３１７の上にリフレクタ１００１が載置されている。
図４４は、さらに別のオプトエレクトロニクス素子４４０１を示し、ここではリフレクタ１００１は、モールド材料３０５又は封止材料３０５から形成されている。
図４５は、図４６〜４８に示されるさらに別のオプトエレクトロニクス素子の概略平面図を示す。これらの素子には、それぞれ異なる変換層２０９を備える４つのＬＥＤチップ２０３が設けられており、従って、４つのそれぞれ異なる色の光を放射することが可能となっている（図２６と同様）。図４６〜４８のそれぞれのオプトエレクトロニクス素子の違いは、とりわけ図４６及び４７では、リフレクタ１００１が封止材料３０５の取付け面３１７の上に配置されている又は取り付けられていることにある。図４８では、リフレクタ１００１は、封止材料が設けられていない部分３１５の上に配置されている。図４６〜４８では、各プリント基板１０１の個々の電子的なレイアウトもそれぞれ互いに異なっている。
図４６では、参照符号４６０１及び４６０３が、それぞれダイオード２０３及び保護ダイオード１６０１を取り囲んでいるフレーム構造を示している。これは、いわゆる“Chip in a Frame Package（チップインフレームパッケージ）”である。この場合には、ＳＭＴ（Surface Mounted Technology（表面実装技術））による独立したパッケージに、ＥＳＤ保護（すなわち静電気放電（Elektrostatic discharge）に対する保護）が既に組み込まれている。
図４９は、オプトエレクトロニクス素子を製造する方法のフローチャートを示し、この方法は、
・プリント基板（１０１）を用意するステップ（４９０１）と、
・プリント基板（１０１）の表面（１０３）上に光源（２０１）を配置するステップ（４９０３）であって、
・前記光源（２０１）は、少なくとも１つの発光ダイオード（２０３）によって形成された少なくとも１つの発光面（２０５）を有する、ステップ（４９０３）と、
・発光ダイオード（２０３）をプリント基板（１０１）に電気的に接続させるステップ（４９０５）と、
・発光ダイオード（２０３）を封止材料（３０５）によって少なくとも部分的にモールドするステップ（４９０７）と
を含む。
すなわち、本発明はとりわけ、プリント基板技術の長所を、リードフレーム技術と、リードフレーム技術に基づいた概念と共に互いに組み合わせ、それと同時に短所を最小化するという思想を含む。複数の異なる実施形態に基づき、以下の利点を実現することが可能である：
・極めてフラットでコンパクトな素子寸法が可能となる。
・さらに別の電子的なコンポーネント（ＥＳＤ、ＮＴＣ、ＩＣ、センサなど）を組み込むことが可能となる。
・工業デザイン：コンポーネントを非常に簡単に覆い隠すことが可能となる。
・素子の色印象が均一になる（例えばワイヤ又はＥＳＤダイオードを見えなくすることが可能となる）。
・発光面だけが見えるようにし、チップ面に限定することが可能となる（有利には例えばフラッシュ（モバイルアプリケーション又はダイレクトバックライト用のフラッシュライト）時など、レンズ結像時に利点となる）。
・多色のモジュール：水平方向に埋め込まれているので、個々のエミッタ同士のカラークロストークがなくなる。
・素子の側方向の光の放射がなくなる。このことは、カメラ又は光学センサの「光害」を回避するために、フラッシュ又はダイレクトバックライトにおいて有利であろう。
・光学的なコンポーネントための取付け面に関して、ＰＣＢ面（チップ取付け面）又はモールド面（直接発光面）上に直接的に取り付け可能であるというフレキシビリティがもたらされる。
・発光面とリフレクタとの間の間隔を小さくすることが可能となる−光学損失（吸収）の最小化が可能である。
・腐食を回避するために、ＰＣＢの場合に必要となる、はんだストップレジスト又は防食性めっきの使用が不要となる。なぜなら、表面が完全にカプセル封入されているからである。
・目的の用途へのフレキシブルな組み込みが可能となる。例えば、カバーを貫通するソケットデザイン、若しくは、レンズ又はガラスカバーの真下のフラットなパッケージが可能となる。
・リフレクタ構造又はキャビティを直接的に製造すること／組み込むことが可能となる。
・フレキシブルな素子形状（円形又は多角形）が可能となる。
デザインのフレキシビリティにより、これまでは個々のコンセプトによって実現不可能であった顧客要求をかなえることが可能となる。
ＰＣＢ基板（すなわち基板又は支持体としてのプリント基板）の利点は、例えば以下の通りである：
・公知の確立されたパッケージ技術である。
・低コストである。
・ＰＣＢストリップ上にパネルを配置可能である、又は、ＰＣＢストリップ上で個々のパッケージングが可能である。
・熱伝導率に優れている。
・（形状の）フレキシビリティが高い：単層、多層、大きさ及び形状、フレキシブルな回路／電気接続、覆い隠された／見えないようにされたビアを実現可能であり、はんだパッドの形状及び位置が適合可能（垂直方向の接続、又は、おもて面又はうら面での接続）であり、複数の異なる電位／マルチパッケージの使用、複数の異なる微粉砕金属被覆／貴金属被覆が可能であり、プリント基板上に多数のコンポーネントが配置可能である。
・外観：複数の異なる可能性／色を実現可能である。銅の露出がない。
・基板上に光学的なコンポーネント又は追加的な光学的なコンポーネント（リフレクタ、レンズ、絞りなど）を配置可能である。
・簡単な、例えば可動式の（絞り）構造が使用可能である。
・チップの配置が制限されていない：接着剤、はんだ付け、ワイヤボンディング。
・ボードにはんだ付け可能である。
ダイオードを配置して電気的に接続した後にモールド材料によってモールドする利点は、例えば以下の通りである：
・フラットで非常にコンパクトなパッケージ、複数の異なるコンポーネントの取り付けが容易に可能となる。
・工業デザイン：全ての素子（ＬＥＤ、電子的な素子、ワイヤなど）をハウジングマトリクスの内部に隠すことが可能となる。
・スポット（発光面）／放射の領域が、わずかしか見えないようになっている（レンズ／光学的な素子のために最適である）。従って、ＢＬＵ又はフラッシュエミッタに直接的に利用可能である（“ＢＬＵ”とは、“Back Light Unit”、すなわちバックライトユニットを表している）。
・複数の異なる色が可能：複数の異なるエミッタによるクロストークがない。
・遮光性の側壁（可動式の絞りによる側方向の放射がない）。
・自由な／フレキシブルな構造領域：ＰＣＢ面（金属の）の上、又は、構造面／ハウジング材料（発光領域）の上に、光学的な素子を配置することが可能となる。従って、リフレクタと放射領域との間の間隔を小さくすることが可能となる。
・コスト：はんだ抵抗又は防食性被覆を使用する必要がなくなる（経年劣化作用が見えなくなる）。
・目的の用途への簡単な組み込みが可能となる（可動式の絞りにおけるシャフト構成又はフラットなパッケージをレンズに接近させることが可能となる）。
・リフレクタ構造又はキャビティ構造の組み込みが可能となる。
好ましい実施形態によって本発明を詳細に図示及び説明してきたが、本発明は、開示された実施例によって限定されるものではなく、開示された実施例から、本発明の範囲から逸脱することなくさらに別の変形形態が導出可能であることは、当業者には自明である。
１０１ プリント基板
２０１ 光源
２０３ 発光ダイオード
２０５ 発光面
２０７ ボンディングワイヤ
２０９ 変換層
３０１，３０３，３３０１，３５０１，３９０１，４００１，４２０１ オプトエレクトロニクス素子
３０５，１５１１ 封止材料
３１３ 貫通孔
３１７ 取付け面
４０１ 誘電体
４０７ 金属層
８０１ 金属被覆層
１００１ リフレクタ
１００３ リフレクタ壁
１５０１ モールド工具装置
１５０３，１５０５ モールド工具
１５０７ リフトシリンダ
１６０１ 保護ダイオード
２４０１ はんだパッド
３７０１，３７０３ レンズホルダ

Claims (16)

  1. オプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）において、
    ・プリント基板（１０１）と、
    ・前記プリント基板（１０１）の表面（１０３）上に配置された光源（２０１）と、
    を含み、
    ・前記光源（２０１）は、少なくとも１つの発光ダイオード（２０３）によって形成された少なくとも１つの発光面（２０５）を有し、
    ・前記発光ダイオード（２０３）は、前記プリント基板（１０１）に電気的に接続されており、
    ・前記発光ダイオード（２０３）は、封止材料（３０５）によって少なくとも部分的にモールド封入されている、
    ことを特徴とするオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  2. 前記プリント基板（１０１）は、前記封止材料（３０５）を前記プリント基板（１０１）に係止させるための係止構造を有し、これにより前記封止材料（３０５）が、前記係止構造によって前記プリント基板（１０１）に係止されるようになっている、
    請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  3. 前記係止構造は、少なくとも１つの切欠部を有し、前記切欠部内に前記封止材料（３０５）が収容されている、
    請求項２記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  4. 前記切欠部は、貫通孔である、
    請求項３記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  5. 前記係止構造は、前記表面（１０３）の２つの互いに反対側に位置する縁部（３０７）を含み、前記縁部（３０７）は、前記封止材料（３０５）によってモールド封入されている、
    請求項２から４のいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  6. 前記封止材料（３０５）は、前記表面（１０３）に対して平行に形成された、コンポーネントを取り付けるための取付け面（３１７）を含む、
    請求項１から５のいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  7. 前記表面（１０３）は、コンポーネントを取り付けるための、前記封止材料が設けられていない部分（３１５）を含む、
    請求項１から６のいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  8. 前記取付け面の上、又は、前記封止材料が設けられていない部分の上に、コンポーネントとしてレンズホルダが配置されている、
    請求項６又は７記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  9. 前記封止材料（３０５）は、前記発光ダイオードによって放射された光を反射させるためのリフレクタ部分（１００１）を有する、
    請求項１から８のいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）。
  10. オプトエレクトロニクス素子（３０１，３０３）を製造する方法において、
    ・プリント基板（１０１）を用意するステップ（４９０１）と、
    ・前記プリント基板（１０１）の表面（１０３）上に光源（２０１）を配置するステップ（４９０３）であって、
    ・前記光源（２０１）は、少なくとも１つの発光ダイオード（２０３）によって形成された少なくとも１つの発光面（２０５）を有する、ステップ（４９０３）と、
    ・前記発光ダイオード（２０３）を前記プリント基板（１０１）に電気的に接続させるステップ（４９０５）と、
    ・前記発光ダイオード（２０３）を封止材料（３０５）によって少なくとも部分的にモールド封入するステップ（４９０７）と、
    を含むことを特徴とする方法。
  11. モールド前に、前記封止材料（３０５）を前記プリント基板（１０１）に係止させるための係止構造を、前記プリント基板（１０１）に形成し、これによりモールド中に、前記封止材料（３０５）を、前記係止構造によって前記プリント基板（１０１）に係止させる、
    請求項１０記載の方法。
  12. 前記係止構造は、前記プリント基板（１０１）に形成される少なくとも１つの切欠部を有し、これによりモールド中に、前記封止材料（３０５）が前記切欠部内に収容される、
    請求項１１記載の方法。
  13. 前記封止材料（３０５）によって、モールド中に、前記表面（１０３）に対して平行に延在する、コンポーネントを取り付けるための取付け面を形成する、
    請求項１０から１２のいずれか１項記載の方法。
  14. モールド中に、前記表面（１０３）の一部を、前記封止材料が設けられていない状態に保持し、これによって前記表面（１０３）は、モールド後に、コンポーネントを取り付けるための、前記封止材料が設けられていない部分を有することとなる、
    請求項１０から１３のいずれか１項記載の方法。
  15. 前記取付け面の上、又は、前記封止材料（３０５）が設けられていない部分の上に、コンポーネントとしてレンズホルダ（３７０１，３７０３）を配置する、
    請求項１３又は１４記載の方法。
  16. 前記封止材料（３０５）によって、モールド中に、前記ダイオードによって放射された光を反射させるためのリフレクタ部分を形成する、
    請求項１０から１５のいずれか１項記載の方法。
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