WO2020052973A1 - Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils - Google Patents

Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils Download PDF

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WO2020052973A1
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radiation
frame
adhesion promoter
optoelectronic component
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Ivar TÅNGRING
Susanne Brunner
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Osram Oled GmbH
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Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • One task to be solved is to specify an optoelectronic component which has particularly good light decoupling.
  • a method for producing such an optoelectronic component is to be specified.
  • this comprises
  • the radiation exit surface is preferably arranged parallel to a top surface of the semiconductor chip.
  • the top surface of the semiconductor chip preferably forms the
  • Radiation exit area it is possible that an edge region of the top surface of the semiconductor chip is not part of the radiation exit surface.
  • primary electromagnetic radiation can be near ultraviolet radiation, visible light and / or
  • the optoelectronic component preferably has one
  • the vertical direction extends perpendicular to the main plane of extension and the lateral direction extends parallel to the main plane of extension.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a surface emitter in which the emitted one
  • the surface emitter can be a thin film chip, for example.
  • Thin-film chips generally have an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone generating primary radiation, which is applied to a different carrier element than that
  • a mirror layer is particularly preferably arranged between the semiconductor layer sequence and the carrier element
  • Carrier element but have an essential amino acid
  • the thin film chip has an electrical contact on the first
  • the radiation-emitting semiconductor chip can be a volume-emitting semiconductor chip that not only emits the primary radiation over the first main surface
  • a volume-emitting semiconductor chip preferably has a substrate, on the first main surface of which one
  • Semiconductor layer sequence with an active zone, which generates the electromagnetic primary radiation during operation, has generally grown epitaxially.
  • the substrate can be any material
  • volume-emitting semiconductor chip preferably arranged on the first main surface of the semiconductor chip.
  • Volume-emitting semiconductor chip can for example by means of wire connections over the two electrical
  • Contacts are electrically contacted.
  • this comprises
  • the conversion element includes a Conversion segment, which comprises, for example, a first matrix material into which phosphor particles are introduced.
  • the first matrix material is, for example, a sol-gel glass.
  • the first matrix material can be a resin such as an epoxy or a
  • the phosphor particles preferably confer this
  • one of the following materials is suitable: garnets doped with rare earths, alkaline earth metal sulfides doped with rare earths, thiogallates doped with rare earths, aluminates doped with rare earths, silicates doped with rare earths, orthosilicates doped with rare earths, with rare earths doped chlorosilicates, doped with rare earths
  • the phosphor particles can also be used without the first
  • the phosphor particles are preferably applied directly to a transparent support. Furthermore, the first matrix material, into which phosphor particles are introduced, can be placed on the
  • Matrix material with the phosphor particles is preferably formed as a thin layer.
  • the thin layer preferably has a thickness which is at most 50 micrometers.
  • the thickness of the thin layer is particularly preferably at most 30 micrometers.
  • the transparent carrier is usually the mechanically load-bearing component of the conversion segment.
  • the transparent carrier is preferably transparent to electromagnetic ones
  • a glass or consists of it preferably a glass or consists of it.
  • Conversion element on a frame that covers the side surfaces of a conversion segment.
  • the frame preferably completely covers the side faces of the conversion segment.
  • the bottom surface of the conversion segment preferably ends flush with a bottom surface of the frame. Furthermore, the top surface of the conversion segment preferably ends flush with a top surface of the frame. A top surface and a bottom surface of the conversion element are thus preferably essentially flat. Essentially flat means that the top surface and / or the bottom surface of the
  • Conversion element may have unevenness due to manufacturing tolerances.
  • the unevenness in the form of elevations and depressions can have a maximum extension in the vertical direction of at most 10 micrometers.
  • the maximum extent of the unevenness in the vertical direction is preferably at most 5 micrometers.
  • the frame is preferably designed to be reflective, particularly preferably diffusely reflective. According to at least one
  • the frame is designed to be diffusely reflective for primary radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the frame preferably has for the electromagnetic emitted by the radiation-emitting semiconductor chip
  • Primary radiation and that converted by the conversion segment electromagnetic secondary radiation has a reflectivity of at least 90%.
  • the frame comprises, for example, a second matrix material, into which reflective particles are introduced.
  • the second matrix material is, for example, a sol-gel glass.
  • the second matrix material can be, for example, a resin such as an epoxy, a silicone, a ceramic, a glass or a mixture of these materials.
  • the second matrix material preferably has a comparatively low refractive index.
  • reflective particles are preferably formed by TiO 2 particles.
  • the reflective particles have one of the following materials or are formed by one of the following materials: Ti02, Si02, MfÜ2
  • this comprises
  • the optoelectronic component an adhesion promoter, with which the conversion element is attached to the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the adhesion promoter is
  • Adhesion promoter mediates a connection between the
  • Conversion element preferably mechanically stable on the radiation-emitting semiconductor chip.
  • this connection is preferably thermally conductive.
  • the adhesion promoter preferably comprises one
  • radiation-permeable material or consists of it.
  • the material of the adhesion promoter is particularly preferred trained to transmit primary electromagnetic radiation.
  • the adhesion promoter comprises or consists of a third matrix material.
  • the matrix material can be a resin, such as an epoxy or a silicone. The is preferred
  • Adhesion promoter formed by a clear silicone.
  • the third matrix material preferably has the from
  • electromagnetic primary radiation has a transmissivity of at least 90%.
  • Adhesion promoter an outer surface of the frame in places.
  • the outer surface of the frame, which faces away from the conversion segment, is therefore preferably only partially covered by the adhesion promoter.
  • the optoelectronic component comprises a radiation-emitting semiconductor chip which emits electromagnetic primary radiation during operation
  • Radiation exit surface emits and on
  • Conversion element which converts primary radiation into electromagnetic secondary radiation
  • the conversion element having a frame, the side faces of a
  • the optoelectronic component in this embodiment comprises an adhesion promoter, with which the conversion element is fastened on the radiation exit surface of the semiconductor chip, the adhesion promoter partially covering an outer surface of the frame.
  • an adhesion promoter with which the conversion element is fastened on the radiation exit surface of the semiconductor chip, the adhesion promoter partially covering an outer surface of the frame.
  • Primary and secondary radiation are preferably directed towards the top surface of the conversion segment by means of the frame. This advantageously increases the light decoupling of the
  • the conversion element is preferably by means of an adhesion promoter on the radiation-emitting
  • Adhesion promoter is preferably arranged on the outer surfaces of the frame and at least partially covers the outer surfaces.
  • an adhesion promoter is a good light guide for the primary and secondary radiation emitted.
  • the direct optical path of the primary and secondary radiation from the conversion segment is advantageously interrupted by the frame, light conduction of the excess material of the adhesion promoter on the outer surfaces of the frame is suppressed. So that the light decoupling and
  • the radiation-emitting semiconductor chip is laterally surrounded by a cladding layer with a cover surface.
  • Tue The cladding layer comprises, for example, a fourth one
  • the fourth matrix material can become
  • a resin such as an epoxy or a
  • the reflective particles are, for example, Ti02 particles.
  • the cladding layer is preferably designed to be diffusely reflective.
  • the cover surface of the cladding layer is preferably flush with the radiation exit surface.
  • the cover surface of the cladding layer is therefore preferably one
  • the cover surface of the cladding layer cannot be arranged in the vertical plane in the common plane.
  • the radiation exit surface can be the top surface of the
  • the top surface of the cladding layer can project beyond the radiation exit surface in the vertical direction.
  • Adhesion promoter one side surface of the frame and one
  • Adhesion promoter covering the side surface of the frame is preferably less than a height of the frame.
  • the height of the frame is the maximum vertical extension
  • the side surface of the frame can completely with the
  • Adhesion promoter must be covered.
  • the side surface of the frame is at most 80% with the
  • Adhesion promoter is covered.
  • the side surface of the frame is preferably covered to a maximum of 60% with the adhesion promoter.
  • the adhesion promoter preferably covers at most 5% of the cover layer.
  • the adhesion promoter is preferably in direct contact with the side surface of the frame and the top surface of the
  • Adhesion promoter to the side surface of the frame and the
  • Cover surface of the cladding layer is the adhesion between the conversion element and the radiation-emitting
  • the radiation-emitting semiconductor chip and conversion element is therefore particularly mechanically stable.
  • Adhesion promoter one bottom surface of the frame and one Side surface of the semiconductor chip in places.
  • the adhesion promoter preferably completely covers the bottom surface of the frame. It is also possible that the
  • Bonding agent covers the bottom surface of the frame to a maximum of 80%.
  • the side surface of the semiconductor chip is preferably only partially covered by the adhesion promoter.
  • the side surface of the semiconductor chip is preferably free of the adhesion promoter, starting from a main surface of the semiconductor chip opposite the radiation exit surface.
  • the side surface of the semiconductor chip is preferably covered at most by 80% with the adhesion promoter.
  • the side surface of the semiconductor chip is particularly preferably covered to a maximum of 60% with the adhesion promoter.
  • the adhesion promoter is preferably in direct contact with the side surface of the semiconductor chip. Due to the direct contact of the adhesion promoter to the side surface of the semiconductor chip, the adhesion between the
  • the semiconductor chip can preferably be contacted and energized by means of the contact point.
  • the frame laterally projects beyond the semiconductor chip in an opposite edge region.
  • the bonding agent preferably covers the bottom surface of the frame and the Side surface of the semiconductor chip in places. Furthermore, the radiation exit area dominates in the
  • Conversion segment preferred. This arrangement provides an optical path from the conversion segment to the adhesion promoter on the bottom surface of the frame and on the side surface of the
  • Semiconductor chip is not part of the radiation exit area, it is possible that the semiconductor chip protrudes beyond the frame. Alternatively, it is possible that the side surface of the
  • the frame preferably covers the edge region of the top surface of the semiconductor chip, which is not part of the
  • Radiation exit area is.
  • Adhesion promoter a side surface of the frame and the
  • Side surface of the frame in the area of the contact point is preferably covered at most by 80% with the adhesion promoter.
  • a potting embeds the semiconductor chip and / or the conversion element. If the optoelectronic component has the cladding layer, the cladding layer preferably surrounds only the semiconductor chip and the encapsulation only embeds the conversion element. If the optoelectronic component has no cladding layer , the encapsulation preferably embeds the semiconductor chip and the conversion element.
  • the encapsulation has a fifth matrix material.
  • the fifth matrix material can be, for example, a resin such as an epoxy or a silicone or a mixture of these materials.
  • Reflective particles are preferably introduced into the fifth matrix material.
  • the reflective particles are preferably formed by TiO 2 particles.
  • Secondary radiation preferably has a reflectivity of at least 60%.
  • the potting for the electromagnetic primary radiation and the electromagnetic secondary radiation particularly preferably has a reflectivity of at least 80%.
  • the encapsulation preferably has a thickness which is between 50 micrometers and 100 micrometers inclusive.
  • the potting is preferably made comparatively hard and can therefore be particularly mechanically stable. This enables the encapsulation of the semiconductor chip and that
  • Secondary radiation on the diffusely reflecting frame and on the diffusely reflecting cladding layer reflected preferably have an essentially Lambertian beam characteristic.
  • the diffusely reflected primary and secondary radiation advantageously appears to an external observer independently of one
  • an outer surface of the adhesion promoter has a convex or concave shape.
  • the outer surface of the adhesion promoter is the outer surface of the adhesion promoter facing away from the frame and the cladding layer.
  • the outer surface of the adhesion promoter can be the outer surface facing away from the frame and the side surface of the semiconductor chip.
  • the outer surface of the coupling agent preferably has a convex shape.
  • the outer surface of the coupling agent has a concave or a free shape.
  • the adhesion promoter between the conversion element and the semiconductor chip has a thickness of at most 1 micrometer.
  • the thickness of the conversion element is not constant.
  • the bottom surface of the conversion element can have elevations and depressions due to the manufacturing process.
  • the bottom surface of the conversion element in the region of the elevations is in direct contact with the
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip is.
  • the frame has a width of at least 20 micrometers and at most 50
  • the semiconductor chip is arranged on a connection carrier.
  • the connection carrier is formed, for example, from a metallic and / or ceramic material or consists of it.
  • the connection carrier is or comprises, for example, a printed circuit board (English:
  • Circuit board or a lead frame (English: “lead frame”).
  • the contact point is contacted by means of a wire connection.
  • the contact point is preferably designed as a bond pad, which is preferably electrically conductively connected to the wire connection.
  • the bond pad preferably has or consists of a metal.
  • the wire connection preferably connects the contact point to the
  • Connection carrier electrically conductive.
  • the adhesion promoter can partially cover the contact point. Also the one placed on the contact point
  • Wire connection can be partially covered by the bonding agent.
  • the contact point and the wire connection can each be in direct contact with the adhesion promoter.
  • a method for producing an optoelectronic component is also specified, with which an optoelectronic component described here can be produced. All features and embodiments disclosed in connection with the optoelectronic component can therefore also be used in connection with the method and vice versa. According to at least one embodiment of the method, a radiation-emitting semiconductor chip is provided which emits electromagnetic primary radiation during operation
  • a conversion element which converts primary radiation into electromagnetic secondary radiation, the conversion element having a frame which covers side surfaces of a conversion segment.
  • Conversion segments are initially preferably in a flowable form.
  • the material of the conversion segment has an initially liquid resin, such as silicone, as the matrix material, into which phosphor particles
  • the material of the conversion segment is in a flowable or liquid form, it is generally cured after being applied to the conversion segment.
  • the conversion segment can be arranged on a transparent carrier.
  • the conversion segment can thus be arranged on the transparent carrier as a comparatively thin layer, the transparent carrier being the mechanically load-bearing component of the combination of conversion segment and transparent carrier.
  • the conversion element is formed by the conversion segment, the transparent support and the frame. The frame completely covers the side surfaces of the conversion segment and the transparent carrier.
  • a material of the frame is preferably in a flowable form when applied.
  • the material of the frame has an initially liquid resin or silicone, into which reflective particles are introduced. If the material of the frame is in a flowable or liquid form when it is applied, it is generally cured after application to the frame.
  • an adhesion promoter is applied to the radiation exit surface of the
  • Adhesion promoter when applied in a flowable form.
  • the adhesion promoter is applied, for example, in the form of a drop onto the radiation exit surface of the
  • the conversion element is applied to the adhesion promoter, the adhesion promoter being partially displaced by the conversion element and partially covering an outer surface of the frame.
  • the conversion element is, for example, immersed centrally with the bottom side first in the material of the adhesion promoter and is preferably pressed against the radiation-emitting semiconductor chip with a constant pressure.
  • Adhesion promoter is partially from the radiation exit surface of the radiation-emitting semiconductor chip
  • Conversion element is pushed to the outer surface of the frame facing away from the conversion segment.
  • One idea of the method for producing an optoelectronic component described here is, among other things, that by separating the displaced adhesive agent and the Conversion segment through the frame, an exact adjustment of the amount of adhesion promoter to be applied to the radiation exit area is not absolutely necessary. Furthermore, comparatively much material of the
  • Adhesion promoter can be applied to the radiation exit surface in order to avoid voids between the conversion element and the semiconductor chip. In this way, a stable process is advantageously made possible.
  • Bonding agent hardened to the bonding agent.
  • the material of the adhesion promoter can be a UV-curing material.
  • UV-curing materials generally polymerize in whole or in part at room temperature or slightly elevated temperatures.
  • a potting is applied over the semiconductor chip and / or the conversion element by means of film-assisted injection molding.
  • a tool In foil-assisted molding, a tool is generally used, that has two tool halves or consists of two tool halves. At least one half of the tool is preferably lined with a film. The purpose of the film is to prevent the potting from sticking to the tool and to facilitate the demolding of the workpiece.
  • the workpiece to be overmolded for example the one
  • the material to be injected around the workpiece is usually initially in solid form, for example as a tablet.
  • Material that is to be sprayed is preferably brought into liquid form by heating and into the cavity
  • a film-assisted injection molding can advantageously be used to apply the encapsulation.
  • the potting can thus be made comparatively less reflective and can be applied in a simplified manner.
  • a contrast ratio of the optoelectronic component is advantageously improved in this way.
  • the potting can be applied using a molding process.
  • FIGS. 1 and 2 show schematic sectional representations of an optoelectronic component in accordance with one exemplary embodiment
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a
  • FIGS. 4 to 6 each show a schematic sectional illustration of process stages of the process for producing an optoelectronic component in accordance with an exemplary embodiment.
  • the optoelectronic component in accordance with the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2 comprises a radiation-emitting semiconductor chip 2 and one arranged thereon
  • the conversion element 3 comprises a frame 5 and a conversion segment 4.
  • the frame 5 completely covers side surfaces of the conversion segment 4.
  • the frame is preferably formed all the way around the conversion segment 4.
  • the frame comprises a sol-gel glass or a glass into which TiO 2 particles are introduced.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is surrounded laterally by a cladding layer 7.
  • the cladding layer 7 has a cover surface which is flush with a radiation exit surface of the
  • the top surface of the cladding layer 7 lies in a common plane with the radiation exit surface of the
  • the covering layer 7 comprises, for example, an epoxy or a silicone, into which reflective particles are introduced.
  • the reflective particles are, for example, TiCg particles. The is preferred
  • Sheathing layer 7 is designed to be diffusely reflective, so that the sheathing layer 7 appears white.
  • Cladding layer 7 are on a connection carrier 9
  • connection carrier includes in this
  • the one metallic coating comprises, for example, one of the following materials or is formed from one of the following materials: Cu, Au. Furthermore, one towers
  • the semiconductor chip 2 is connected to the carrier 9 or to the metallic coating via a wire connection 10
  • a potting 8 is arranged on the cladding layer 7, which embeds the conversion element 3 and the side surface of the Frame 5a and an outer surface of the coupling agent 6a completely covered. Furthermore, the wire connection 10 and the contact point 11 are embedded and completely covered by the potting 8. Only a top surface of the
  • Conversion element 3 is free of the potting 8.
  • the encapsulation 8 is formed, for example, from an epoxy or a silicone, into which reflective particles are introduced.
  • the reflective particles are, for example, TiCg particles.
  • the potting 8 is preferably designed to be diffusely reflective, so that the potting 8 appears white.
  • the conversion element 3 is arranged on the radiation-emitting semiconductor chip 2 by means of an adhesion promoter 6.
  • the adhesion promoter 6 covers a side surface of the frame 5a and the top surface of the covering layer 7a in places. Furthermore, the contact point 11 and the wire connection 10 are partially covered with the adhesion promoter 6.
  • the conversion element 3 is designed to be
  • the frame 5 is designed to be reflective for primary and secondary radiation.
  • an adhesion promoter 6 is a good light guide for the primary and secondary radiation emitted.
  • a direct optical path of the primary and secondary radiation from the conversion segment 4 to the excess material of the adhesion promoter 6 on the side surface of the frame 5 a is advantageously interrupted by the frame 5. So that's one
  • Adhesion promoter 6 is arranged between the conversion element 3 and the radiation-emitting semiconductor chip 2 and mediates a mechanically stable connection. This
  • Connection fastens the conversion element 3 in a mechanically stable manner on the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the adhesion promoter 6 partially covers the side surface of the frame 5a. The one facing away from the conversion segment
  • the adhesion promoter 6 partially covers the top surface of the covering layer 7a.
  • the top surface of the covering layer 7a The top surface of the
  • the wrapping layer 7a is covered in the area around the frame 5 with the adhesion promoter 6, so that a large part of the
  • Adhesion promoter 6 is.
  • the adhesion promoter 6 is in direct contact with the
  • the outer surface of the adhesion promoter 6a has a concave shape.
  • the optoelectronic component 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 3 has a difference from the optoelectronic component Component 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 2 does not have a cladding layer 7.
  • the conversion element 3 and the radiation-emitting semiconductor chip 2 are embedded by the potting. Only the top surface of the conversion element 3 is free of the potting 8.
  • the frame 5 projects above the radiation-emitting one
  • the adhesion promoter 6 is on a bottom surface of the frame 5b and one
  • the side surface of the semiconductor chip 2a is only partially covered by the adhesion promoter. A region of the side surface of the semiconductor chip 2a is based on one of the
  • the conversion element 3 and the radiation-emitting semiconductor chip 2 are separated
  • the adhesion promoter 6 is on the radiation exit surface of the radiation-emitting
  • Conversion element 3 applied to the adhesion promoter 6 ( Figure 5).
  • the conversion element 3 is immersed centrally with the bottom side first in the material of the adhesion promoter 6 and is preferably pressed at a constant pressure against the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the adhesion promoter 6 is partially through that
  • Conversion element 3 displaces and is stored in one
  • the displaced adhesion promoter 6 is mounted on the side surface of the
  • the displaced bonding agent 6 covers the
  • FIG. 6 a further method step is shown, in which an encapsulation 8 over the semiconductor chip 2 and the
  • the Conversion element 3 is applied.
  • the potting 8 is in the present case by means of film-assisted injection molding over the radiation-emitting semiconductor chip and the

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil (1) angegeben, mit: - einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet, - einem Konversionselement (3), das Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, wobei das Konversionselement (3) einen Rahmen (5) aufweist, der Seitenflächen eines Konversionssegments (4) bedeckt und reflektierend ausgebildet ist, und - einen Haftvermittler (6), mit dem das Konversionselement (3) auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips (2) befestigt ist, wobei das- der Haftvermittler(6) eine Außenfläche des Rahmens (5a) stellenweise bedeckt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUTEILS
Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das eine besonders gute Lichtauskopplung aufweist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauteils angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein
Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des optoelektronischen
Bauteils und des Verfahrens zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil einen strahlungsemittierenden
Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische
Primärstrahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche
aussendet. Die Strahlungsaustrittsfläche ist bevorzugt parallel zu einer Deckfläche des Halbleiterchips angeordnet. Bevorzugt bildet die Deckfläche des Halbleiterchips die
Strahlungsaustrittsfläche. Alternativ ist es möglich, dass ein Randbereich der Deckfläche des Halbleiterchips nicht Teil der Strahlungsaustrittsfläche ist. Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete
elektromagnetische Primärstrahlung kann beispielsweise nahultraviolette Strahlung, sichtbares Licht und/oder
nahinfrarote Strahlung sein.
Das optoelektronische Bauteil weist bevorzugt eine
Haupterstreckungsebene auf. Die vertikale Richtung erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene und die laterale Richtung erstreckt sich parallel zur Haupterstreckungsebene.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip ist beispielsweise ein Oberflächenemitter, bei dem die emittierte
Primärstrahlung zum Großteil, zum Beispiel über 80 % einer Strahlungsleistung, über die Strahlungsaustrittsfläche austritt, die von einer ersten Hauptfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst ist.
Bei dem Oberflächenemitter kann es sich beispielsweise um einen Dünnfilmchip handeln. Dünnfilmchips weisen in der Regel eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven, Primärstrahlung erzeugenden Zone auf, die auf ein anderes Trägerelement aufgebracht ist, als das
Wachstumssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Besonders bevorzugt ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Trägerelement eine Spiegelschicht angeordnet, die
Primärstrahlung der aktiven Zone zur ersten Hauptfläche lenkt. Dünnfilmchips senden die elektromagnetische
Primärstrahlung, die im Betrieb in der aktiven Zone erzeugt wird, in der Regel nicht über die Seitenflächen des
Trägerelements aus, sondern haben eine im Wesentliche
Lambertsche Abstrahlcharakteristik. Beispielsweise weist der Dünnfilmchip einen elektrischen Kontakt an der ersten
Hauptfläche auf. Weiterhin kann es sich bei dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip um einen substratlosen Halbleiterchip handeln, der frei ist von einem Trägerelement und einem
Wachstumssubstrat. Beispielswese weist der substratlose
Halbleiterchip eine Dicke zwischen einschließlich
5 Mikrometern und einschließlich 50 Mikrometern auf.
Ferner kann der strahlungsemittierende Halbleiterchip ein volumenemittierender Halbleiterchip sein, der die emittierte Primärstrahlung nicht nur über die erste Hauptfläche
aussendet, sondern auch über zumindest eine Seitenfläche. Zum Beispiel treten bei einem volumenemittierenden Halbleiterchip wenigstens 30 % Strahlenleistung der emittierten
Primärstrahlung durch die zumindest eine Seitenfläche aus.
Ein volumenemittierender Halbleiterchip weist bevorzugt ein Substrat auf, auf dessen erster Hauptfläche eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die die elektromagnetische Primärstrahlung im Betrieb erzeugt, in der Regel epitaktisch gewachsen ist. Das Substrat kann
beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Saphir,
Siliziumcarbid. Handelt es sich bei dem Substrat um ein
Saphirsubstrat, so sind zwei elektrische Kontakte des
volumenemittierender Halbleiterchip bevorzugt auf der ersten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet. Der
volumenemittierende Halbleiterchip kann beispielsweise mittels Drahtverbindungen über die beiden elektrischen
Kontakte elektrisch kontaktiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil ein Konversionselement, das
Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert. Das Konversionselement umfasst ein Konversionssegment, das beispielsweise ein erstes Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, umfasst. Das erste Matrixmaterial ist beispielsweise ein Sol- Gel Glas. Bei dem ersten Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz wie etwa um ein Epoxid oder um ein
Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien handeln. Bevorzugt verleihen die Leuchtstoffpartikel dabei dem
Konversionselement die wellenlängenkonvertierenden
Eigenschaften .
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte
Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte
Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone, Quantumpunktleuchtstoffe .
Die Leuchtstoffpartikel können auch ohne das erste
Matrixmaterial Verwendung finden. In diesem Fall sind die Leuchtstoffpartikel bevorzugt direkt auf einen transparenten Träger aufgebracht. Weiterhin kann das erste Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, auf den
transparenten Träger aufgebracht werden. Das erste
Matrixmaterial mit den Leuchtstoffpartikeln ist hierbei bevorzugt als dünne Schicht ausgebildet. Die dünne Schicht weist bevorzugt eine Dicke auf, die höchstens 50 Mikrometer beträgt. Besonders bevorzugt ist die Dicke der dünnen Schicht höchstens 30 Mikrometer. Der transparente Träger ist dabei in der Regel die mechanisch tragende Komponente des Konversionssegments. Der transparente Träger ist bevorzugt transparent für elektromagnetische
Primär- und Sekundärstrahlung ausgebildet und umfasst
bevorzugt ein Glas oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement einen Rahmen auf, der Seitenflächen eines Konversionssegments bedeckt. Bevorzugt bedeckt der Rahmen die Seitenflächen des Konversionssegments vollständig. Die
Seitenflächen des Konversionssegments verbinden eine
Deckfläche und eine Bodenfläche des Konversionssegments.
Bevorzugt schließt die Bodenfläche des Konversionssegments plan mit einer Bodenfläche des Rahmens ab. Weiterhin schließt die Deckfläche des Konversionssegments bevorzugt plan mit einer Deckfläche des Rahmens ab. Eine Deckfläche und eine Bodenfläche des Konversionselements sind damit bevorzugt im Wesentlichen eben ausgebildet. Im Wesentlichen eben heißt, dass die Deckfläche und/oder die Bodenfläche des
Konversionselements durch Herstellungstoleranzen Unebenheiten aufweisen können. Die Unebenheiten in Form von Erhebungen und Senken können eine maximale Ausdehnung in vertikaler Richtung von höchstens 10 Mikrometer aufweisen. Bevorzugt ist die maximale Ausdehnung der Unebenheiten in vertikaler Richtung höchstens 5 Mikrometer.
Bevorzugt ist der Rahmen reflektierend ausgebildet, besonders bevorzugt diffus reflektierend. Gemäß zumindest einer
Ausführungsform ist der Rahmen diffus reflektierend für vom Halbleiterchip ausgesendete Primärstrahlung ausgebildet. Der Rahmen weist bevorzugt für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische
Primärstrahlung und die vom Konversionssegment konvertierte elektromagnetische Sekundärstrahlung eine Reflektivität von wenigstens 90 % auf.
Der Rahmen umfasst beispielsweise ein zweites Matrixmaterial, in das reflektierende Partikel eingebracht sind. Das zweite Matrixmaterial ist beispielsweise ein Sol-Gel Glas. Bei dem zweiten Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz wie etwa um ein Epoxid, um ein Silikon, um eine Keramik, um ein Glas oder um eine Mischung dieser Materialien handeln. Weiterhin weist das zweite Matrixmaterial bevorzugt einen vergleichsweise geringen Brechungsindex auf. Die
reflektierenden Partikel sind bevorzugt durch Ti02-Partikel gebildet. Beispielsweise weisen die reflektierenden Partikel eines der folgenden Materialien auf oder sind durch eines der folgenden Materialien gebildet: Ti02, Si02, MfÜ2 ·
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil einen Haftvermittler, mit dem das Konversionselement auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips befestigt ist. Der Haftvermittler ist
bevorzugt zwischen dem Konversionselement und dem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet. Der
Haftvermittler vermittelt eine Verbindung zwischen dem
Konversionselement und dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip. Diese Verbindung befestigt das
Konversionselement bevorzugt mechanisch stabil auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Außerdem ist diese Verbindung bevorzugt thermisch leitend.
Der Haftvermittler umfasst bevorzugt ein
strahlungsdurchlässiges Material oder besteht daraus.
Besonders bevorzugt ist das Material des Haftvermittlers dazu ausgebildet, elektromagnetische Primärstrahlung zu transmittieren .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Haftvermittler ein drittes Matrixmaterial oder besteht aus einem solchen. Bei dem Matrixmaterial kann es sich um ein Harz, wie etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon, handeln. Bevorzugt ist der
Haftvermittler durch ein Klarsilikon gebildet.
Das dritte Matrixmaterial weist bevorzugt für die vom
strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete
elektromagnetische Primärstrahlung eine Transmissivität von wenigstens 90 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der
Haftvermittler eine Außenfläche des Rahmens stellenweise. Die Außenfläche des Rahmens, die dem Konversionssegment abgewandt ist, ist damit bevorzugt nur teilweise vom Haftvermittler bedeckt .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet und ein
Konversionselement, das Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, wobei das Konversionselement einen Rahmen aufweist, der Seitenflächen eines
Konversionssegments bedeckt und reflektierend ausgebildet ist. Außerdem umfasst das optoelektronische Bauteil bei dieser Ausführungsform einen Haftvermittler, mit dem das Konversionselement auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips befestigt ist, wobei der Haftvermittler eine Außenfläche des Rahmens stellenweise bedeckt. Eine Idee des hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils ist unter anderem ein Konversionselement zu verwenden, das einen Rahmen und ein Konversionssegment aufweist, wobei der Rahmen reflektierend ausgebildet ist und Seitenflächen des Konversionssegments umgibt. Mittels des Rahmens wird die elektromagnetische Primär- und Sekundärstrahlung, die
beispielsweise aus den Seitenflächen des Konversionssegments austritt, wieder reflektiert und tritt nochmals in das
Konversionssegment ein. Dort wird die verbleibende
Primärstrahlung nochmals konvertiert. Ferner werden die
Primär- und Sekundärstrahlung mittels des Rahmens bevorzugt in Richtung Deckfläche des Konversionssegments gelenkt. Dies erhöht vorteilhafterweise die Lichtauskopplung des
optoelektronischen Bauteils.
Weiterhin ist das Konversionselement bevorzugt mittels eines Haftvermittlers auf dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip befestigt. Überschüssiges Material des
Haftvermittlers ist bevorzugt an den Außenflächen des Rahmens angeordnet und bedeckt die Außenflächen zumindest teilweise. In der Regel ist ein Haftvermittler ein guter Lichtleiter für die ausgesandte Primär- und Sekundärstrahlung. Da ein
direkter optischer Weg der Primär- und Sekundärstrahlung vom Konversionssegment mit Vorteil durch den Rahmen unterbrochen ist, ist eine Lichtleitung des überschüssigen Materials des Haftvermittlers an den Außenflächen des Rahmens jedoch unterdrückt. Damit kann die Lichtauskopplung und die
Effizienz des optoelektronischen Bauteils weiter verbessert werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
strahlungsemittierende Halbleiterchip seitlich von einer Umhüllungsschicht mit einer Deckfläche umgeben. Di Umhüllungsschicht umfasst beispielsweise ein viertes
Matrixmaterial, in das reflektierende Partikel eingebracht sind. Bei dem vierten Matrixmaterial kann es sich zum
Beispiel um ein Harz wie etwa um ein Epoxid oder um ein
Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien handeln. Bei den reflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um Ti02-Partikel . Bevorzugt ist die Umhüllungsschicht diffus reflektierend ausgebildet.
Die Deckfläche der Umhüllungsschicht schließt bevorzugt bündig mit der Strahlungsaustrittsfläche ab. Die Deckfläche der Umhüllungsschicht liegt damit bevorzugt in einer
gemeinsamen Ebene mit der Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Alternativ kann die Deckfläche der Umhüllungsschicht in vertikaler Richtung nicht in der gemeinsamen Ebene angeordnet sein. In diesem Fall kann die Strahlungsaustrittsfläche die Deckfläche der
Umhüllungsschicht in vertikaler Richtung überragen.
Alternativ kann die die Deckfläche der Umhüllungsschicht die Strahlungsaustrittsfläche in vertikaler Richtung überragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der
Haftvermittler eine Seitenfläche des Rahmens und eine
Deckfläche der Umhüllungsschicht stellenweise. Die dem
Konversionssegment abgewandte Seitenfläche des Rahmens ist bevorzugt in vertikaler Richtung bis zu einer Höhe durch den Haftvermittler bedeckt. Die Höhe bis zu der der
Haftvermittler die Seitenfläche des Rahmens bedeckt, ist bevorzugt kleiner als eine Höhe des Rahmens. Die Höhe des Rahmens ist dabei die maximale Ausdehnung in vertikaler
Richtung . Die Seitenfläche des Rahmens kann vollständig mit dem
Haftvermittler bedeckt sein. Alternativ ist es möglich, dass die Seitenfläche des Rahmens höchstens zu 80 % mit dem
Haftvermittler bedeckt ist. Bevorzugt ist die Seitenfläche des Rahmens höchstens zu 60 % mit dem Haftvermittler bedeckt.
Weiterhin kann die Deckfläche der Umhüllungsschicht im
Bereich um den Rahmen herum mit dem Haftvermittler bedeckt sein. Ist eine Relation von einem Flächeninhalt der
Deckfläche der Umhüllungsschicht zu einem Flächeninhalt der Deckfläche des Halbleiterchips vergleichsweise groß, so ist ein Großteil der Deckfläche der Umhüllungsschicht bevorzugt frei von dem Haftvermittler. Der Haftvermittler bedeckt die Deckfläche der Umhüllungsschicht in diesem Fall bevorzugt höchstens zu 5 % . Alternativ ist es möglich, dass eine
Relation von dem Flächeninhalt der Deckfläche der
Umhüllungsschicht zu dem Flächeninhalt der Deckfläche des Halbleiterchips vergleichsweise klein ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die Deckfläche der Umhüllungsschicht
vollständig von dem Haftvermittler überdeckt ist.
Der Haftvermittler steht bevorzugt in direktem Kontakt mit der Seitenfläche des Rahmens und der Deckfläche der
Umhüllungsschicht. Durch den direkten Kontakt des
Haftvermittlers zu der Seitenfläche des Rahmens und der
Deckfläche der Umhüllungsschicht wird die Haftung zwischen dem Konversionselement und dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip verbessert. Der Verbund von
strahlungsemittierendem Halbleiterchip und Konversionselement ist damit besonders mechanisch stabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der
Haftvermittler eine Bodenfläche des Rahmens und eine Seitenfläche des Halbleiterchips stellenweise. Bevorzugt bedeckt der Haftvermittler die Bodenfläche des Rahmens vollständig. Weiterhin ist es möglich, dass der
Haftvermittler die Bodenfläche des Rahmens zu höchstens 80 % bedeckt .
Die Seitenfläche des Halbleiterchips ist bevorzugt nur teilweise vom Haftvermittler bedeckt. Ein Bereich der
Seitenfläche des Halbleiterchips ist ausgehend von einer der Strahlungsaustrittsfläche gegenüber liegenden Hauptfläche des Halbleiterchips bevorzugt frei von dem Haftvermittler. Die Seitenfläche des Halbleiterchips ist bevorzugt höchstens zu 80 % mit dem Haftvermittler bedeckt. Besonders bevorzugt ist die Seitenfläche des Halbleiterchips höchstens zu 60 % mit dem Haftvermittler bedeckt.
Weiterhin steht der Haftvermittler bevorzugt in direktem Kontakt mit der Seitenfläche des Halbleiterchips. Durch den direkten Kontakt des Haftvermittlers zu der Seitenfläche des Halbleiterchips wird die Haftung zwischen dem
Konversionselement und dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip weiter verbessert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt eine
Kontaktstelle des Halbleiterchips das Konversionselement in einem Randbereich des Halbleiterchips in der lateralen
Richtung. Mittels der Kontaktstelle ist der Halbleiterchip bevorzugt kontaktierbar und bestrombar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der Rahmen den Halbleiterchip in einem gegenüberliegenden Randbereich lateral. In dem gegenüberliegenden Randbereich bedeckt der Haftvermittler bevorzugt die Bodenfläche des Rahmens und die Seitenfläche des Halbleiterchips stellenweise. Weiterhin überragt die Strahlungsaustrittflache in dem
gegenüberliegenden Randbereich die Bodenfläche des
Konversionssegments bevorzugt. Durch diese Anordnung ist ein optischer Weg vom Konversionssegment zu dem Haftvermittler an der Bodenfläche des Rahmens und an der Seitenfläche des
Halbleiterchips vorteilhafterweise zu großen Teilen
unterbrochen .
Im Fall, dass der Randbereich der Deckfläche des
Halbleiterchips nicht Teil der Strahlungsaustrittsfläche ist, ist es möglich, dass der Halbleiterchip den Rahmen überragt. Alternativ ist es möglich, dass die Seitenfläche des
Halbleiterchips und die Seitenfläche des Rahmens bündig abschließen. Bevorzugt überdeckt der Rahmen den Randbereich der Deckfläche des Halbleiterchips, der nicht Teil der
Strahlungsaustrittsfläche ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der
Haftvermittler eine Seitenfläche des Rahmens und die
Kontaktstelle des Halbleiterchips stellenweise. Die
Seitenfläche des Rahmens im Bereich der Kontaktstelle ist bevorzugt höchstens zu 80 % mit dem Haftvermittler bedeckt. Besonders bevorzugt ist die Seitenfläche im Bereich der
Kontaktstelle des Rahmens höchstens zu 60 % mit dem
Haftvermittler bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bettet ein Verguss den Halbleiterchip und/oder das Konversionselement ein. Weist das optoelektronische Bauteil die Umhüllungsschicht auf, so umgibt die Umhüllungsschicht bevorzugt nur den Halbleiterchip und der Verguss bettet lediglich das Konversionselement ein. Weist das optoelektronische Bauteil keine Umhüllungsschicht auf, bettet der Verguss bevorzugt den Halbleiterchip und das Konversionselement ein.
Beispielsweise weist der Verguss ein fünftes Matrixmaterial auf. Bei dem fünften Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz wie etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien handeln.
Bevorzugt sind in das fünfte Matrixmaterial reflektierende Partikel eingebracht. Die reflektierenden Partikel sind bevorzugt durch Ti02 Partikel gebildet. Damit weist der
Verguss für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Primärstrahlung und die vom Konversionssegment konvertierte elektromagnetische
Sekundärstrahlung bevorzugt eine Reflektivität von wenigstens 60 % auf. Besonders bevorzugt weist der Verguss für die elektromagnetische Primärstrahlung und die elektromagnetische Sekundärstrahlung eine Reflektivität von wenigstens 80 % auf. In diesem Fall weist der Verguss bevorzugt eine Dicke auf, die zwischen einschließlich 50 Mikrometern und einschließlich 100 Mikrometern liegt.
Weiterhin ist der Verguss bevorzugt vergleichsweise hart ausgebildet und kann damit besonders mechanisch stabil sein. Dadurch kann der Verguss den Halbleiterchip und das
Konversionselement vor äußeren Einflüssen besonders gut schützen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Umhüllungsschicht diffus reflektierend für vom Halbleiterchip ausgesendete Primärstrahlung ausgebildet. Primär- und
Sekundärstrahlung, die an dem diffus reflektierenden Rahmen und an der diffus reflektierenden Umhüllungsschicht reflektiert werden, weisen bevorzugt eine im Wesentlichen Lambertsche Strahlcharakteristik auf. Die diffus reflektierte Primär- und Sekundärstrahlung, erscheint vorteilhafterweise für einen äußeren Betrachter unabhängig von einer
Betrachtungsrichtung als gleich hell.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Außenfläche des Haftvermittlers eine konvexe oder konkave Form auf. Die Außenfläche des Haftvermittlers ist die dem Rahmen und der Umhüllungsschicht abgewandte Außenfläche des Haftvermittlers. Weiterhin kann die Außenfläche des Haftvermittlers die dem Rahmen und der Seitenfläche des Halbleiterchips abgewandte Außenfläche sein. Die Außenfläche des Haftvermittlers weist bevorzugt eine konvexe Form auf. Alternativ weist die
Außenfläche des Haftvermittlers eine konkave oder eine freie Form auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Haftvermittler zwischen dem Konversionselement und dem
Halbleiterchip eine Dicke von höchstens 3 Mikrometer auf. Insbesondere bevorzugt weist der Haftvermittler zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterchip die Dicke von höchstens 1 Mikrometer auf. Die Dicke des Konversionselements ist beispielsweise nicht konstant ausgebildet. Die
Bodenfläche des Konversionselements kann herstellungsbedingt Erhebungen und Senken aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass die Bodenfläche des Konversionselements im Bereich der Erhebungen im direkten Kontakt zu der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Rahmen eine Breite von mindestens 20 Mikrometer und höchstens 50
Mikrometer auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf einem Anschlussträger angeordnet. Der Anschlussträger ist beispielsweise aus einem metallischen und/oder keramischen Material gebildet oder besteht daraus. Der Anschlussträger ist oder umfasst beispielsweise eine Leiterplatte (englisch:
„Circuit board") oder einen Leiterrahmen (englisch: „lead frame") .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstelle mittels einer Drahtverbindung kontaktiert. Die Kontaktstelle ist bevorzugt als Bondpad ausgebildet, das bevorzugt mit der Drahtverbindung elektrisch leitend verbunden ist. Das Bondpad weist bevorzugt ein Metall auf oder besteht daraus. Bevorzugt verbindet die Drahtverbindung die Kontaktstelle mit dem
Anschlussträger elektrisch leitend. Mittels der
Drahtverbindung und der Kontaktstelle ist der
strahlungsemittierende Halbleiterchip in der Regel
bestrombar .
Weiterhin kann der Haftvermittler die Kontaktstelle teilweise bedecken. Auch die auf der Kontaktstelle angeordnete
Drahtverbindung kann teilweise vom Haftvermittler bedeckt sein. Die Kontaktstelle und die Drahtverbindung können jeweils direkt mit dem Haftvermittler in Kontakt stehen.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zu Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben, mit dem ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauteil offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip bereitgestellt, der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konversionselement bereitgestellt, das Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, wobei das Konversionselement einen Rahmen aufweist, der Seitenflächen eines Konversionssegments bedeckt. Ein Material des
Konversionssegments liegt zunächst bevorzugt in einer fließfähigen Form vor. Beispielsweise weist das Material des Konversionssegments ein zunächst flüssiges Harz wie Silikon als Matrixmaterial auf, in das Leuchtstoffpartikel
eingebracht sind. Liegt das Material des Konversionssegments in einer fließfähigen oder flüssigen Form vor, so wird es in der Regel nach dem Aufbringen zu dem Konversionssegment ausgehärtet .
Weiterhin kann das Konversionssegment auf einem transparenten Träger angeordnet sein. Das Konversionssegment kann so auf dem transparenten Träger als vergleichsweise dünne Schicht angeordnet sein, wobei der transparente Träger die mechanisch tragende Komponente des Verbunds von Konversionssegment und transparentem Träger ist. Das Konversionselement ist in diesem Fall durch das Konversionssegment, den transparenten Träger und den Rahmen gebildet. Der Rahmen bedeckt dabei die Seitenflächen des Konversionssegments und des transparenten Trägers vollständig.
Weiterhin liegt ein Material des Rahmens beim Aufbringen bevorzugt in einer fließfähigen Form vor. Beispielsweise weist das Material des Rahmens ein zunächst flüssiges Harz oder Silikon auf, in das reflektierende Partikel eingebracht sind. Liegt das Material des Rahmens beim Aufbringen in einer fließfähigen oder flüssigen Form vor, so wird es in der Regel nach dem Aufbringen zu dem Rahmen ausgehärtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Haftvermittler auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips aufgebracht. Bevorzugt liegt der
Haftvermittler beim Aufbringen in einer fließfähigen Form vor. Der Haftvermittler wird beispielsweise in Form eines Tropfens auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionselement auf den Haftvermittler aufgebracht, wobei der Haftvermittler teilweise durch das Konversionselement verdrängt wird und eine Außenfläche des Rahmens stellenweise bedeckt. Das Konversionselement wird beispielsweise mit einer Bodenseite voran zentral in das Material des Haftvermittlers getaucht und bevorzugt mit einem konstanten Druck gegen den strahlungsemittierenden Halbleiterchip gepresst. Der
Haftvermittler wird dabei von der Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips teilweise
verdrängt. Mit anderen Worten wird bevorzugt so viel Material des Haftvermittlers aufgebracht, dass beim Aufdrücken des Konversionselements auf die Strahlungsaustrittsfläche das Material des Haftvermittlers vom Volumen des
Konversionselements zu der dem Konversionssegment abgewandten Außenfläche des Rahmens geschoben wird.
Eine Idee des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils ist unter anderem, dass durch die Trennung des verdrängten Haftvermittlers und des Konversionssegments durch den Rahmen eine genaue Einstellung der auf die Strahlungsaustrittsfläche aufzubringende Menge des Haftvermittlers nicht zwingend nötig ist. Weiterhin kann vorteilhafterweise vergleichsweise viel Material des
Haftvermittlers auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht werden, um Hohlräume zwischen dem Konversionselement und dem Halbeiterchip zu vermeiden. Auf diese Art und Weise wird mit Vorteil ein stabiler Prozess ermöglicht.
Ein genaues Platzieren des Konversionselements auf das
Material des Haftvermittlers auf der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ist zum
Beispiel durch ein Platzierungsverfahren (englisch: „pick and place process") ermöglicht.
In einem nachfolgenden Schritt wird das Material des
Haftvermittlers zu dem Haftvermittler ausgehärtet.
Beispielsweise kann das Material des Haftvermittlers ein UV- härtendes Material sein. Der Vorteil der Verwendung von UV- härtendem Material gegenüber einem thermisch härtenden
Material besteht darin, dass es zu keiner Verringerung der Viskosität des Materials des Haftvermittlers aufgrund von Temperatureinwirkungen beim Aushärten des Materials des
Haftvermittlers kommt. UV-härtende Materialien polymerisieren in der Regel bei Raumtemperatur oder geringfügig erhöhten Temperaturen ganz oder teilweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Verguss mittels folienunterstütztem Spritzgießen über dem Halbleiterchip und/oder dem Konversionselement aufgebracht.
Beim folienunterstützten Spritzgießen (englisch: „foil assisted molding") wird in der Regel ein Werkzeug eingesetzt, dass zwei Werkzeughälften aufweist oder aus zwei Werkzeughälften besteht. Zumindest eine Werkzeughälfte ist bevorzugt mit einer Folie ausgekleidet. Die Folie hat die Aufgabe, ein Anhaften des Vergusses am Werkzeug zu vermeiden und das Entformen des Werkstücks zu erleichtern. Das zu umspritzende Werkstück, also beispielsweise der
Halbleiterchip mit dem Konversionselement, wird in eine
Kavität des Werkzeugs eingelegt. Das Material, das um das Werkstück gespritzt werden soll, liegt in der Regel zunächst in fester Form vor, beispielsweise als Tablette. Das
Material, dass gespritzt werden soll, wird bevorzugt durch Heizen in flüssige Form gebracht und in die Kavität
eingespritzt. Dann wird das Material ausgehärtet und das Werkstück entformt.
Durch die Verwendung des hochreflektierenden Rahmens kann so vorteilhafterweise ein folienunterstütztes Spritzgießen zum Aufbringen des Vergusses verwendet werden. Damit kann der Verguss vergleichsweise weniger reflektierend ausgebildet sein und vereinfacht aufgebracht werden. Vorteilhafterweise ist so ein Kontrastverhältnis des optoelektronischen Bauteils verbessert .
Alternativ zu dem folienunterstützten Spritzgießen kann der Verguss mittels eines Formgussverfahrens aufgebracht werden.
Im Folgenden werden das optoelektronische Bauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines
optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
Figuren 4 bis 6 jeweils eine schematische Schnittdarstellung von Verfahrensstadien des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Das optoelektronische Bauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 und ein darauf angeordnetes
Konversionselement 3 (Figur 1). Das Konversionselement 3 umfasst einen Rahmen 5 und ein Konversionssegment 4. Der Rahmen 5 bedeckt dabei Seitenflächen des Konversionssegments 4 vollständig. Bevorzugt ist der Rahmen vollständig umlaufend um das Konversionssegments 4 ausgebildet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Rahmen ein Sol-Gel Glas oder ein Glas, in das Ti02-Partikel eingebracht sind . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist vorliegend seitlich von einer Umhüllungsschicht 7 umgeben. Weiterhin weist die Umhüllungsschicht 7 eine Deckfläche auf, die bündig mit einer Strahlungsaustrittsfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 abschließt. Die Deckfläche der Umhüllungsschicht 7 liegt in einer gemeinsamen Ebene mit der Strahlungsaustrittsfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2.
Die Umhüllungsschicht 7 umfasst beispielsweise ein Epoxid oder ein Silikon, in das reflektierende Partikel eingebracht sind. Bei den reflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um TiCg-Partikel . Bevorzugt ist die
Umhüllungsschicht 7 diffus reflektierend ausgebildet, sodass die Umhüllungsschicht 7 weiß erscheint.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 und die
Umhüllungsschicht 7 sind auf einem Anschlussträger 9
angeordnet. Der Anschlussträger umfasst in diesem
Ausführungsbeispiel stellenweise eine metallische
Beschichtung, die auf seiner Außenfläche angeordnet ist. Die eine metallische Beschichtung umfasst beispielsweise eines der folgenden Materialien oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Cu, Au. Weiterhin überragt eine
Kontaktstelle 11 des Halbleiterchips 2 das Konversionselement 3 in einem Randbereich des Halbleiterchips 2 in einer
lateralen Richtung. Mittels der Kontaktstelle 11 ist der Halbleiterchip 2 über eine Drahtverbindung 10 mit dem Träger 9 beziehungsweise mit der metallischen Beschichtung
elektrisch leitend verbunden.
Auf der Umhüllungsschicht 7 ist ein Verguss 8 angeordnet, der das Konversionselement 3 einbettet und die Seitenfläche des Rahmens 5a und eine Außenfläche des Haftvermittlers 6a vollständig bedeckt. Weiterhin sind die Drahtverbindung 10 und die Kontaktstelle 11 durch den Verguss 8 eingebettet und vollständig überdeckt. Lediglich eine Deckfläche des
Konversionselements 3 ist frei von dem Verguss 8.
Der Verguss 8 ist beispielsweise aus ein Epoxid oder ein Silikon, in das reflektierende Partikel eingebracht sind, gebildet. Bei den reflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um TiCg-Partikel . Bevorzugt ist der Verguss 8 diffus reflektierend ausgebildet, sodass der Verguss 8 weiß erscheint .
Das Konversionselement 3 ist mittels eines Haftvermittlers 6 auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 angeordnet. Der Haftvermittler 6 bedeckt dabei eine Seitenfläche des Rahmens 5a und die Deckfläche der Umhüllungsschicht 7a jeweils stellenweise. Weiterhin sind die Kontaktstelle 11 und die Drahtverbindung 10 teilweise mit dem Haftvermittler 6 bedeckt .
Das Konversionselement 3 ist dazu ausgebildet,
Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren. Weiterhin ist der Rahmen 5 reflektierend für Primär- und Sekundärstrahlung ausgebildet.
In der Regel ist ein Haftvermittler 6 ein guter Lichtleiter für die ausgesandte Primär- und Sekundärstrahlung. Ein direkter optischer Weg der Primär- und Sekundärstrahlung vom Konversionssegment 4 zu dem überschüssigen Material des Haftvermittlers 6 an der Seitenfläche des Rahmens 5a ist mit Vorteil durch den Rahmen 5 unterbrochen. Damit ist eine
Lichtleitung vom Konversionssegment 4 zu dem überschüssigen Material des Haftvermittlers 6 an der Seitenfläche des
Rahmens 5a unterdrückt und die Lichtauskopplung und die
Effizienz des optoelektronischen Bauteils 1 ist verbessert.
Eine Vergrößerung im Bereich des Haftvermittlers 6 an der Seitenfläche des Rahmens 5a ist in Figur 2 gezeigt. Der
Haftvermittler 6 ist zwischen dem Konversionselement 3 und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 angeordnet und vermittelt eine mechanisch stabile Verbindung. Diese
Verbindung befestigt das Konversionselement 3 mechanisch stabil auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2.
Der Haftvermittler 6 bedeckt die Seitenfläche des Rahmens 5a stellenweise. Die dem Konversionssegment abgewandte
Seitenfläche des Rahmens 5a ist in vertikaler Richtung bis zu einer Höhe durch den Haftvermittler 6 bedeckt. Die Höhe bis zu der der Haftvermittler 6 die Seitenfläche des Rahmens bedeckt, ist kleiner als eine Höhe des Rahmens 5.
Weiterhin bedeckt der Haftvermittler 6 die Deckfläche der Umhüllungsschicht 7a stellenweise. Die Deckfläche der
Umhüllungsschicht 7a ist im Bereich um den Rahmen 5 herum mit dem Haftvermittler 6 bedeckt, sodass ein Großteil der
Deckfläche der Umhüllungsschicht 7a frei von dem
Haftvermittler 6 ist.
Der Haftvermittler 6 steht in direktem Kontakt mit der
Seitenfläche des Rahmens 5a und der Deckfläche der
Umhüllungsschicht 7a. Weiterhin weist die Außenfläche des Haftvermittlers 6a eine konkave Form auf.
Das optoelektronische Bauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 weist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 keine Umhüllungsschicht 7 auf. Das Konversionselement 3 und der strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 sind von dem Verguss eingebettet. Lediglich die Deckfläche des Konversionselements 3 ist frei von dem Verguss 8.
Der Rahmen 5 überragt den strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 2 in lateralen Richtungen. Der Haftvermittler 6 ist an einer Bodenfläche des Rahmens 5b und einer
Seitenfläche des Halbleiterchips 2a stellenweise angeordnet. Die Bodenfläche des Rahmens 5b ist vollständig von dem
Haftvermittler bedeckt.
Die Seitenfläche des Halbleiterchips 2a ist nur teilweise vom Haftvermittler bedeckt. Ein Bereich der Seitenfläche des Halbleiterchips 2a ist ausgehend von einer der
Strahlungsaustrittsfläche gegenüber liegenden Hauptfläche des Halbleiterchips 2 frei von dem Haftvermittler 6. Weiterhin steht der Haftvermittler 6 in direktem Kontakt zu der
Seitenfläche des Halbleiterchips 2a.
In Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 bis 6 sind Verfahrensstadien bei der Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils 1 dargestellt.
Wie in Figur 4 gezeigt, werden das Konversionselement 3 und der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 getrennt
voneinander bereitgestellt. Der Haftvermittler 6 wird auf die Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 2 in Form eines Tropfens aufgebracht.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird das
Konversionselement 3 auf den Haftvermittler 6, aufgebracht (Figur 5) . Das Konversionselement 3 wird dabei mit einer Bodenseite voran zentral in das Material des Haftvermittlers 6 getaucht und bevorzugt mit einem konstanten Druck gegen den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 gepresst.
Der Haftvermittler 6 wird so teilweise durch das
Konversionselement 3 verdrängt und lagert sich in einem
Randbereich des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 im Bereich auf der Kontaktstelle 11 stellenweise ab. Zudem wird der verdrängte Haftvermittler 6 an der Seitenfläche des
Rahmens 5a abgelagert.
In einem gegenüberliegenden Randbereich des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 lagert sich der verdrängte Haftvermittler 6 an der Seitenfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2a stellenweise ab. Weiterhin bedeckt der verdrängte Haftvermittler 6 die
Bodenfläche des Rahmens 5b.
Gemäß Figur 6 ist ein weiterer Verfahrensschritt gezeigt, bei dem ein Verguss 8 über dem Halbleiterchip 2 und dem
Konversionselement 3 aufgebracht wird. Der Verguss 8 wird vorliegend mittels folienunterstütztem Spritzgießen über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem
Konversionselement 3 aufgebracht. In diesem
Ausführungsbeispiel umgibt den strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 2 keine Umhüllungsschicht 7.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102018121988.1, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 strahlungsemittierender Halbleiterchip
2a Seitenfläche strahlungsemittierender Halbleiterchip
3 Konversionselement
4 Konversionssegment
5 Rahmen
5a Seitenfläche Rahmen
5b Bodenfläche Rahmen
6 HaftVermittler
6a Außenfläche Haftvermittler
7 UmhüllungsSchicht
7a Deckfläche Umhüllungsschicht
8 Verguss
9 Träger
10 Drahtverbindung
11 Kontaktstelle

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil (1) mit:
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet,
- einem Konversionselement (3) , das Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, wobei das Konversionselement (3) einen Rahmen (5) aufweist, der
Seitenflächen eines Konversionssegments (4) bedeckt und reflektierend ausgebildet ist, und
- einem Haftvermittler (6), mit dem das Konversionselement (3) auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips (2) befestigt ist, wobei
- der Haftvermittler (6) eine Außenfläche des Rahmens (5a,
5b) stellenweise bedeckt.
2. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
der Halbleiterchip (2) seitlich von einer Umhüllungsschicht (7) mit einer Deckfläche (7a) umgeben ist.
3. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 2, bei dem
der Haftvermittler (6) eine Seitenfläche des Rahmens und eine Deckfläche der Umhüllungsschicht (7a) stellenweise bedeckt.
4. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 1, bei dem
der Haftvermittler (6) eine Bodenfläche des Rahmens (5b) und eine Seitenfläche des Halbleiterchips (2a) stellenweise bedeckt .
5. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine Kontaktstelle (11) des Halbleiterchips das
Konversionselement (3) in einem Randbereich des
Halbleiterchips (2) in lateralen Richtungen überragt, und
- der Rahmen (5) den Halbleiterchip (2) in einem
gegenüberliegenden Randbereich in lateralen Richtungen überragt .
6. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Haftvermittler (6) eine Seitenfläche des Rahmens (5a) und die Kontaktstelle (11) des Halbleiterchips (2) stellenweise bedeckt .
7. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
ein Verguss (8) den Halbleiterchip (2) und/oder das
Konversionselement (3) einbettet.
8. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Rahmen (5) diffus reflektierend für vom Halbleiterchip (2) ausgesendete Primärstrahlung ausgebildet ist.
9. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, bei dem
die Umhüllungsschicht (7) diffus reflektierend für vom
Halbleiterchip (2) ausgesendete Primärstrahlung ausgebildet ist .
10. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
eine Außenfläche des Haftvermittlers (6a) eine konvexe oder konkave Form aufweist.
11. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Haftvermittler (6) zwischen dem Konversionselement (3) und dem Halbleiterchip (2) eine Dicke von höchstens 3
Mikrometer aufweist.
12. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Rahmen (5) eine Breite von mindestens 20 Mikrometern und höchstens 50 Mikrometern aufweist.
13. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
der Halbleiterchip (2) auf einem Anschlussträger (9)
angeordnet ist.
14. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die Kontaktstelle (11) mittels einer Drahtverbindung (10) kontaktiert ist.
15. Verfahren zu Herstellung eines optoelektronischen
Bauteils (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet,
- Bereitstellen eines Konversionselement (3) , das
Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, wobei das Konversionselement (3) einen Rahmen (5) aufweist, der Seitenflächen eines Konversionssegments (4) bedeckt,
- Aufbringen eines Haftvermittlers (6) auf die
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips (2),
- Aufbringen des Konversionselements (3) auf den
Haftvermittler (6), wobei der Haftvermittler (6) teilweise durch das Konversionselement (3) verdrängt wird und eine Außenfläche des Rahmens (5a) stellenweise bedeckt.
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
ein Verguss (8) mittels folienunterstütztem Spritzgießen über dem Halbleiterchip (2) und/oder dem Konversionselement (3) aufgebracht wird.
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