DE10033502A1 - Optoelektronisches Modul, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung - Google Patents
Optoelektronisches Modul, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen VerwendungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Modul mit einem gut wärmeleitenden Substrat (1), auf dessen Oberseite ein oder mehrere strahlungemittierende Halbleiterbauelemente (2) befestigt sind und dessen Unterseite auf einem Trägerkörper (3) hoher Wärmekapazität befestigt ist, bei dem die Bauelementbefestigung (4) zwischen den Halbleiterbauelementen (2) und dem Substrat (1) und die Substratbefestigung (5) zwischen dem Substrat (1) und dem Trägerkörper (3) gut wärmeleitend ausgeführt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Moduls, bei dem als Ätzmaske geeignete Metallflächen das Einprägen des beim anodischen Bonden benötigten Stroms verbessern und gleichzeitig als Kontaktflächen zur Kontaktierung der strahlungemittierenden Halbleiterbauelemente (2) verwendet werden. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des optoelektronischen Moduls. Das erfindungsgemäße optoelektronische Modul hat den Vorteil, daß durch die hohe Wärmekapazität des Trägerkörpers die Halbleiterbauelemente höher bestromt werden können.
Description
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Modul mit einem
Substrat, auf dessen Oberseite ein oder mehrere Strahlung
emittierende Halbleiterbauelemente befestigt sind. Ferner be
trifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des opto
elektronischen Moduls. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
die Verwendung des optoelektronischen Moduls.
Es sind optoelektronische Module bekannt, bei denen auf einem
Substrat ein oder mehrere Strahlung emittierende Halbleiter
bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden oder Laserdioden,
befestigt sind. Dabei weist das Substrat nur eine sehr ge
ringe Wärmekapazität und einen hohen Wärmewiderstand bezie
hungsweise eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Somit kann
die beim Betrieb der Strahlung emittierenden Halbleiterbau
elemente erzeugte Wärme nur schlecht abgeführt werden, wo
durch sich die Halbleiterbauelemente entsprechend erhitzen.
Die bekannten optoelektronischen Module haben den Nachteil,
daß sie aufgrund der Erwärmung nur mit einem relativ geringen,
Strom von etwa 10-50 mA betrieben werden können. Daher ist
die Menge des von den bekannten Modulen abgestrahlten Lichts
sehr beschränkt, wodurch diese beispielsweise nur schlecht
zum seitlichen Einkoppeln von Licht in einen Lichtleiter ge
eignet sind. Die bekannten optoelektronischen Module weisen
somit eine nicht ausreichende Helligkeit auf.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optoelek
tronisches Modul bereitzustellen, dessen Strahlung emittie
renden Halbleiterbauelemente mit einem hohen Strom betrieben
werden können.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein optoelektronisches
Modul nach Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des optoelektroni
schen Moduls und die Verwendung des optoelektronischen Moduls
sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung gibt ein optoelektronisches Modul an mit einem
gut wärmeleitenden Substrat, auf dessen Oberseite ein oder
mehrere Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente befe
stigt sind. Die Unterseite des Substrats ist auf einem Trä
gerkörper befestigt, der eine hohe Wärmekapazität aufweist.
Die Bauelementbefestigung zwischen den Halbleiterbauelementen
und dem Substrat ist ebenso wie die Substratbefestigung zwi
schen dem Substrat und dem Trägerkörper gut wärmeleitend aus
geführt.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Modul hat den Vorteil,
daß durch die gute Wärmeleitung zwischen den Strahlung emit
tierenden Halbleiterbauelementen und dem Trägerkörper mit ho
her Wärmekapazität die beim Betrieb der Strahlung emittieren
den Halbleiterbauelemente erzeugte Wärme besonders gut abge
führt wird. Dadurch können die Strahlung emittierenden Halb
leiterbauelemente je nach Typ mit einem besonders hohen Strom
von bis zu 500 mA betrieben werden, wodurch sich eine ent
sprechend große Helligkeit der von dem optoelektronischen Mo
dul ausgesandten Strahlung ergibt.
Die Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente können bei
spielsweise vertikal emittierende Leuchtdioden oder vertikal
emittierende Laserdioden sein. Solche Dioden haben den Vor
teil, daß die Strahlung ohne weitere Maßnahmen das optoelek
tronische Modul senkrecht zum Substrat verläßt, wodurch die
vom Modul abgegebene Strahlung besonders leicht in weitere
Komponenten, beispielsweise Lichtleiter, eingekoppelt werden
kann.
Ferner ist ein optoelektronisches Modul besonders vorteil
haft, bei dem der Trägerkörper ein metallischer Träger ist,
wobei in dem Trägerkörper ein vom Trägerkörper elektrisch
isolierter Kontaktstift angeordnet ist. Ein metallischer Trä
ger hat den Vorteil, daß er eine besonders hohe Wärmekapazi
tät und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Dadurch kann
die beim Betrieb der Strahlung emittierenden Halbleiterbau
elemente erzeugte Wärme besonders gut abgeleitet werden. Mit
Hilfe des elektrisch isolierten Kontaktstifts ist der metal
lische Träger zugleich als steckbares Anschlußelement für die
elektrische Zuleitung zum optoelektronischen Modul geeignet.
Der Trägerkörper kann in einer besonders vorteilhaften Aus
führungsform eine TO-Bauform aufweisen, was den Vorteil hat,
daß die käuflich erhältlichen, leicht verfügbaren TO-Baufor
men ohne Eigenentwicklung eines speziellen Trägers und ohne
Nachbehandlung verwendet werden können. Solche TO-Bauformen
können auch besonders leicht in gängige Gehäuse eingebaut
werden, so daß das erfindungsgemäße optoelektronische Modul
keine speziellen Anpassungen der vorhandenen Gehäuse benö
tigt.
Desweiteren ist ein optoelektronisches Modul besonders vor
teilhaft, bei dem die Halbleiterbauelemente auf ihrer Unter
seite jeweils eine erste Anschlußfläche aufweisen. Diese An
schlußfläche kann über die Bauelementbefestigung mit jeweils
einer auf dem Substrat angeordneten Kontaktfläche kontaktiert
werden, wodurch einer der beiden notwendigen elektrischen
Kontakte zum Halbleiterbauelement hergestellt wird.
Die auf dem Substrat angeordnete Kontaktfläche kann besonders
vorteilhaft einen freistehenden Kontaktflächenabschnitt auf
weisen, der auch bei auf der Kontaktfläche bereits befestig
tem Halbleiterbauelement noch von außen zugänglich ist, so
daß dort beispielsweise ein Bonddraht zur weiteren Kontaktie
rung angebracht werden kann. Selbstverständlich ist in diesem
Fall darauf zu achten, daß die Bauelementbefestigung neben
einer guten Wärmeleitung auch eine gute elektrische Leitfä
higkeit aufweist.
Darüber hinaus ist ein optoelektronisches Modul besonders
vorteilhaft, bei dem das Substrat aus Silizium besteht. Sili
zium ist ein leicht und relativ preiswert verfügbarer Werk
stoff, der eine hervorragende Wärmeleitung aufweist und daher
für den Zweck des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls
sehr gut geeignet ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn auf dem optoelektronischen
Modul zusätzlich die Oberseite des Substrats wenigstens teil
weise von einem auf dem Substrat befestigten Glaskörper abge
deckt ist. Dieser Glaskörper weist wenigstens eine die Sub
stratoberfläche freilegende Vertiefung auf, in der die Halb
leiterbauelemente auf der Substratoberfläche angeordnet sind.
Der auf dem Substrat angeordnete Glaskörper hat den Vorteil,
daß er, je nach Anforderung, als Reflektor für das von den
Halbleiterbauelementen emittierte Licht oder als Kavität für
eine nachträglich auf dem Substrat aufzubringende Vergußmasse
gestaltet werden kann. Dadurch kann entweder die Abstrahlcha
rakteristik oder die Form der Vergußmasse beziehungsweise der
durch die Vergußmasse erzeugten Linsen optimiert werden.
Es können bei dem optoelektronischen Modul mehrere Halblei
terbauelemente in einer Vertiefung des Glaskörpers oder,
falls der Glaskörper mehrere Vertiefungen aufweist, auch in
jeder Vertiefung ein Halbleiterbauelement angeordnet sein.
Aus diesen Möglichkeiten wird der Fachmann je nach den Anfor
derungen, die an das optoelektronische Modul gestellt werden,
beispielsweise geometrische Abmessungen oder spezielle Ab
strahlcharakteristik, geeignet auswählen.
Die Form des Vertiefungen aufweisenden Glaskörpers kann be
sonders vorteilhaft durch anisotropes, naßchemisches Ätzen
hergestellt werden. Ein solcher naßchemischer Ätzprozeß hat
den Vorteil, daß er sehr gut zu kontrollieren ist und er be
sonders glatte Seitenkanten für die Vertiefungen liefert.
Für den Fall, daß ein Substrat aus Silizium Verwendung fin
det, ist es besonders vorteilhaft, den Glaskörper durch an
odisches Bonden auf dem Substrat zu befestigen. Anodisches
Bonden ist ein leicht durchführbares Verfahren, das eine me
chanisch besonders stabile Verbindung liefert.
Es ist darüber hinaus ein optoelektronisches Modul besonders
vorteilhaft, bei dem der Glaskörper auf seiner Oberseite zwei
voneinander isolierte Leiterflächen aufweist. Zudem weisen
die Halbleiterbauelemente auf ihrer Oberseite jeweils eine
der ersten Anschlußfläche entsprechende zweite Anschlußfläche
auf. Die erste Leiterfläche auf der Oberseite des Glaskörpers
ist dabei mit den zweiten Anschlußflächen auf der Oberseite
der Halbleiterbauelemente einerseits und mit dem Kontaktstift
des metallischen Trägers andererseits kontaktiert. Diese Kon
taktierung kann beispielsweise mittels Bonden erfolgen.
Im Gegensatz zu einer direkten Kontaktierung der auf der
Oberseite der Halbleiterbauelemente angeordneten zweiten An
schlußflächen mit dem Kontaktstift hat die erfindungsgemäße
Anordnung den Vorteil, daß auf lange Bonddrähte, die den
Glaskörper zu überbrücken hätten und daher insbesondere an
scharfen Kanten des Glaskörpers leicht abreißen würden, ver
zichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Modul kann besonders
vorteilhaft ausgestaltet sein, indem die Innenflächen der
Vertiefungen des Glaskörpers als Reflektor geformt sind, wo
bei der Reflektor die von den in der jeweiligen Vertiefung
angeordneten Halbleiterbauelementen emittierte Strahlung so
umlenkt, daß die Strahlung senkrecht zum Substrat vom Modul
abgestrahlt wird.
Solche als Reflektoren geformte Innenflächen erlauben die
Verwendung von seitlich emittierenden Leuchtdioden bezie
hungsweise seitlich emittierenden Laserdioden als Strahlung
emittierende Halbleiterbauelemente. Ferner kann durch geeig
nete Gestaltung der Innenflächen beziehungsweise des Reflek
tors die Abstrahlcharakteristik, beispielsweise die Strahl
breite, innerhalb weiter Grenzen beliebig variiert werden.
Die Innenflächen der Vertiefungen des Glaskörpers können be
sonders vorteilhaft als Reflektoren ausgestaltet sein, indem
sie durch eine Metallschicht, beispielsweise eine dünne
Chromschicht, bedeckt sind. Eine solche Chromschicht kann be
sonders leicht durch Aufdampfen auf die Innenflächen aufge
bracht werden.
Desweiteren ist ein optoelektronisches Modul besonders vor
teilhaft, bei dem die Oberseite des Substrats mit einer die
Halbleiterbauelemente umschließenden Umhüllung vergossen ist.
Eine solche Umhüllung hat den Vorteil, daß die Halbleiterbau
elemente und eventuell auch die zur Kontaktierung verwendeten
Bonddrähte von äußeren Einflüssen abgeschirmt sind. Damit die
Strahlung von den Halbleiterbauelementen nach außen dringen
kann, muß die Umhüllung in dem entsprechenden Wellenlängenbe
reich transparent sein. Durch eine entsprechende Formgebung
der Umhüllung kann erreicht werden, daß ein zusätzlicher Lin
seneffekt zur Optimierung Abstrahlcharakteristik des opto
elektronischen Moduls erreicht wird.
Diese Umhüllung kann beispielsweise durch Vergießen des Mo
duls mit einem Harz (beispielsweise ein Epoxidharz) reali
siert werden. Statt dessen kann aber auch eine verglaste
Kappe auf der Oberseite des Substrats aufgeschweißt werden.
Im Falle einer verglasten Kappe kann zusätzlich der Zwischen
raum zwischen der Kappe und den Bauelementen vergossen wer
den, wodurch die Lichtauskopplung aus dem Halbleiterbauele
ment aufgrund des reduzierten Brechungsindexsprungs, einmal
vom Halbleiter zum Harz und außerdem vom Harz zur Luft, ver
bessert ist.
Andererseits kann im Fall der verglasten Kappe durch den Ver
zicht auf das Vergießen mit einem Harz eine höhere Bauelemen
tetemperatur eingestellt werden kann, da in diesem Fall keine
Abhängigkeit mehr von dem Glaspunkt des Harzes besteht. Es
wäre darüber hinaus auch möglich, zusätzlich zum Vergießen
des Moduls eine verglaste Kappe aufzuschrauben.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung sind in Reihe zueinander verschaltete Leuchtdioden auf
dem Substrat befestigt, wobei Art und Anzahl der Leuchtdioden
so gewählt sind, daß die im Betrieb an ihnen abfallende Ge
samtspannung der Betriebsspannung eines Kraftfahrzeug-Bord
netzes entspricht. Es können z. B. sechs Leuchtdioden mit ei
nem Spannungsabfall von 2 V für ein 12 V-Bordnetz verwendet
werden. Es können aber auch 2 Leuchtdioden mit 5 V und eine
Leuchtdiode mit 2 V Spannungsabfall verwendet werden. Dieses
Prinzip kann selbstverständlich auch auf Bordnetze mit 42 V
Betriebsspannung angewendet werden. In jedem Fall fällt an
den Leuchtdioden die Betriebsspannung des Bordnetzes ab, was
den Einsatz des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls
im Kfz unter Verzicht auf einen nicht nutzbare Wärme produ
zierenden Vorwiderstand ermöglicht.
Ferner gibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des
erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls an, wobei zu
nächst zwei voneinander isolierte Metallflächen auf einer
Glasscheibe aufgebracht werden. Diese Metallflächen sind als
Ätzmaske für anisotropes naßchemisches Ätzen geeignet und
können beispielsweise aus einer Legierung von Chrom und Gold
bestehen. Danach wird die Glasscheibe durch anisotropes naß
chemisches Ätzen zur Herstellung eines Glaskörpers struktu
riert, wobei insbesondere ein Ätzprozeß mittels eines Ätzge
misches, das Flußsäure, Salpetersäure und/oder Ammoniumflu
orid aufweist, in Frage kommt. Dieses Ätzverfahren ist in der
WO 98/42628, die hiermit in die Offenbarung dieser Erfindung
einbezogen werden soll, ausführlich beschrieben.
Anschließend wird der Glaskörper auf einem Siliziumsubstrat
durch anodisches Bonden befestigt, wobei der für das anodi
sche Bonden benötigte Strom durch die zu Beginn des Herstel
lungsverfahrens aufgebrachten Metallflächen eingeprägt wird.
Schließlich wird in beliebiger Reihenfolge das Halbleiterbau
element auf dem Substrat befestigt und das Substrat auf dem
Trägerkörper befestigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des optoelek
tronischen Moduls hat den Vorteil, daß durch die Metallflä
chen die Stromeinprägung beim anodischen Bonden verbessert
wird. Die als Ätzmaske geeigneten Metallflächen werden mit
tels in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahren aufge
bracht und strukturiert. Als Glasscheibe kommt insbesondere
Borsilikatglas (BF 33) oder ein ähnliches Glas, das an den
Ausdehnungskoeffizienten des Siliziumsubstrats angepaßt ist,
in Frage.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft
ausgestaltet werden, indem jede Metallfläche als Leiterfläche
zur Kontaktierung der Halbleiterbauelemente mit dem Träger
körper beziehungsweise dem Kontaktstift verwendet wird. Da
durch ergibt sich der Vorteil, daß auf eigens aufgebrachte
Leiterflächen zur Kontaktierung der Halbleiterbauelemente
verzichtet werden kann.
Ferner gibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des
erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls an, das es er
laubt, mehrere Substrate mit darauf befestigten Glaskörpern
parallel herzustellen (Ätzprozeß). Dazu wird eine als Ätz
maske geeignete Maskierungsfläche so auf eine Glasscheibe
aufgebracht, daß mehrere jeweils zu einem Glaskörper gehö
rende Ätzmasken in einer schachbrettartigen Anordnung auf der
Glasscheibe vorliegen. Die Ätzmasken müssen dabei nicht not
wendigerweise quadratisch sein, sondern sie können auch
rechteckig oder rund sein. Entscheidend ist lediglich, daß
sie auf der Glasscheibe ein regelmäßiges, sich wiederholendes
Muster bilden.
In einem nächsten Schritt werden alle auf der Glasscheibe
vorgesehenen Glaskörper gleichzeitig strukturiert, wodurch
mehrere zusammenhängende Glaskörper hergestellt werden. Eine
solche gleichzeitige Strukturierung kann beispielsweise durch
Eintauchen der Glasscheibe in die weiter oben beschriebene
Ätzlösung geschehen.
Im einem nächsten Schritt wird die Glasscheibe auf einem Si
liziumwafer flächig befestigt, wodurch ein Silizium-Glas-Wa
fer hergestellt wird. Der Siliziumwafer wurde vor dem Befe
stigen der Glasscheibe eventuell durch Aufbringen von Kon
taktflächen für die Bauelemente prozessiert. Das flächige Be
festigen der Glasscheibe auf dem Siliziumwafer kann bei
spielsweise durch anodisches oder eutektisches Bonden oder
auch durch Verkleben durchgeführt werden.
Anschließend werden strahlungemittierende Halbleiterbauele
mente in den zu einem Glaskörper gehörenden Vertiefungen auf
dem entsprechenden Siliziumwaferabschnitt befestigt. Die
Halbleiterbauelemente können beispielsweise durch Silberleit
kleber aufgeklebt oder durch Laserlöten befestigt werden.
Beim Laserlöten wird zusätzlich eine Gold-Zinn-Schicht auf
der Unterseite des Halbleiterbauelements benötigt, welche die
Wärmeleitfähigkeit der Bauelementbefestigung verbessert.
In einem darauffolgenden Schritt wird der Silizium-Glas-Wafer
zerschnitten und zwar senkrecht zur Waferebene entlang von
Linien, die die einzelnen Glaskörper voneinander trennen. Da
durch wird ein sogenanntes Submount hergestellt, welches in
einem darauffolgenden Schritt auf einem Trägerkörper, bei
spielsweise einem TO8-Header, befestigt wird. Diese Befestigung
kann beispielsweise durch einen thermisch gut leitfähi
gen Kleber realisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des optoelek
tronischen Moduls hat den Vorteil, daß es die gleichzeitige
Herstellung vieler für das Modul benötigter Glaskörper er
laubt. Dadurch können in kurzer Zeit große Stückzahlen des
erfindungsgemäßen Moduls hergestellt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Herstellungs
verfahrens können sämtliche Vertiefungen auf dem Submount mit
Halbleiterbauelementen bestückt werden. Nach dem Zersägen des
Silizium-Glas-Wafers können durch Ausstechen und Ansaugen der
Submounts mit einer Saugnadel und anschließendes Montieren
auf einem Trägerkörper eine Vielzahl optoelektronischer Mo
dule in kurzer Zeit hergestellt werden.
Ferner gibt die Erfindung die Verwendung des optoelektroni
schen Moduls zum seitlichen Einkoppeln von Licht in einen
Lichtleiter an. Aufgrund der besonders hohen Helligkeit der
von den optoelektronischen Modul emittierten Strahlung ist
das erfindungsgemäße Modul besonders zum seitlichen Einkop
peln von Licht in die Stirnfläche von Lichtleitern geeignet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes optoelek
tronisches Modul im schematischen Querschnitt.
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein mit einem Glaskörper be
stücktes Substrat im schematischen Querschnitt.
Fig. 3 zeigt das Substrat aus Fig. 2 in Draufsicht.
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein weiteres mit einem Glaskör
per bestücktes Substrat im schematischen Quer
schnitt.
Fig. 5 zeigt das bestückte Substrat aus Fig. 4 in Drauf
sicht.
Fig. 1 zeigt ein Substrat 1, auf dem mehrere Strahlung emit
tierende Halbleiterbauelemente 2 befestigt sind. Die Bauele
mentbefestigung 4 der Halbleiterbauelemente 2 ist dabei durch
einen Leitkleber realisiert. Das Substrat 1 ist ferner auf
einem Trägerkörper 3 befestigt. Die Substratbefestigung 5 er
folgt mittels eines gut wärmeleitfähigen Klebers, beispiels
weise mittels eines Silberleitklebers. Die Oberseite des Sub
strats 1 ist teilweise von einem Glaskörper 9 abgedeckt, der
eine das Substrat 1 teilweise freilegende Vertiefung 10 auf
weist.
Auf der Oberseite des Glaskörpers 9 ist eine erste Leiterflä
che 11 angeordnet, die mittels Bonddrähten 16 mit auf der
Oberseite der Halbleiterbauelemente 2 angeordneten zweiten
Anschlußflächen 13 kontaktiert ist. Die erste Leiterfläche 11
ist wiederum mit einem am Trägerkörper 3 angeordneten, von
diesem isolierten Kontaktstift 6 kontaktiert. Die Innenflä
chen 14 des Glaskörpers 9 sind als Reflektoren gestaltet, die
es erlauben, das von den Halbleiterbauelementen 2 seitlich
abgestrahlte Licht so umzulenken und zu fokussieren, daß es
das optoelektronische Modul senkrecht zum Substrat 1 verläßt.
Zum Schutz der Halbleiterbauelemente 2 ist der Trägerkörper 3
mit einer Umhüllung 15 aus Epoxidharz vergossen.
Fig. 2 zeigt ein mit einem Glaskörper 9 bestücktes Substrat
1 und zwei auf der Oberfläche des Substrats 1 befestigten
Halbleiterbauelementen 2. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß der
Glaskörper 9 zwei Vertiefungen 10 aufweist, in denen jeweils
ein Halbleiterbauelement 2 angeordnet ist. Somit können die
Innenflächen 14 der Vertiefungen 10 jeweils auf die Abstrahl
charakteristik der Halbleiterbauelemente 2 angepaßt werden.
Die Oberseiten der Halbleiterbauelemente 2 sind wie in Fig.
1 mit der auf der Oberseite des Glaskörpers 9 angeordneten
ersten Leiterfläche 11 durch Bonddrähte 16 verbunden. Die
Oberseite des Substrats 1 weist ferner eine Kontaktfläche 7
auf, die mit auf der Unterseite der Halbleiterbauelemente 2
angeordneten ersten Anschlußflächen bzw. mit einer auf der
Oberseite des Glaskörpers 9 angeordneten zweiten Leiterfläche
verbunden ist (vgl. Fig. 3).
In Fig. 3 sind zwei weitere Vertiefungen 10 des in Fig. 2
dargestellten Glaskörpers 9 zu erkennen. Insgesamt weist der
Glaskörper 9 vier Vertiefungen 10 auf, in denen jeweils ein
Halbleiterbauelement 2 angeordnet ist. Das Substrat 1 weist
Kontaktflächen 7 auf, die die Halbleiterbauelemente 2 von der
Unterseite her kontaktieren und die zusätzlich mit einem
freistehenden Kontaktflächenabschnitt 8 versehen sind, der
die Kontaktierung der Kontaktflächen 7 von außen her erlaubt.
Jedes der Halbleiterbauelemente 2 ist von der Oberseite mit
jeweils einer Anschlußfläche 13 her mit der ersten Leiterflä
che 11 auf dem Glaskörper 9 mittels Bonddrähten 16 verbunden.
Die erste Leiterfläche 11 wiederum ist mittels eines Bond
drahts 16 mit einem Kontaktstift 6 verbunden, der durch den
Trägerkörper 3 ragt. Durch die freistehenden Kontaktflächen
abschnitte 8 sind die Kontaktflächen 7 der einzelnen Halblei
terbauelemente 2 miteinander verbunden, so daß ein einziger
Bonddraht 16 genügt, um sämtliche Halbleiterbauelemente 2 auf
ihrer Unterseite mit der zweiten Leiterfläche 12 zu kontak
tieren, welche wiederum mittels eines Bonddrahts 16 mit dem
Trägerkörper 3 kontaktiert ist.
Fig. 4 zeigt ein bestücktes Substrat 1 mit einem Glaskörper
9 und zwei auf der Oberfläche des Substrats 1 befestigten
Halbleiterbauelementen 2. Die Oberseiten der Halbleiterbauelemente
2 sind wie in Fig. 1 mit einer auf der Oberseite
des Glaskörpers 9 angeordneten ersten Leiterfläche 11 durch
Bonddrähte 16 verbunden. Im Gegensatz zur Fig. 2 ist nur
eine Vertiefung 10 vorgesehen, in der mehrere Halbleiterbau
elemente 2 angeordnet sind.
Die Oberseite des Substrats 1 weist ferner eine Kontaktfläche
7 auf, die mit auf der Unterseite der Halbleiterbauelemente 2
angeordneten ersten Anschlußflächen bzw. mit einer auf der
Oberseite des Glaskörpers 9 angeordneten zweiten Leiterfläche
verbunden ist (vgl. Fig. 5).
Fig. 5 zeigt zwei weitere Halbleiterbauelemente 2 des in
Fig. 4 dargestellten Substrats 1. Das Substrat 1 weist Kon
taktflächen 7 auf, die die Halbleiterbauelemente 2 von der
Unterseite her kontaktieren und die zusätzlich mit einem
freistehenden Kontaktflächenabschnitt 8 versehen sind, der
die Kontaktierung der Kontaktflächen 7 von außen her erlaubt.
Jedes der Halbleiterbauelemente 2 ist von der Oberseite her
mit der ersten Leiterfläche 11 auf dem Glaskörper 9 mittels
Bonddrähten 16 verbunden. Die erste Leiterfläche 11 wiederum
ist mittels eines Bonddrahts 16 mit einem Kontaktstift 6 ver
bunden, der durch den Trägerkörper 3 ragt. Durch die freiste
henden Kontaktflächenabschnitte 8 sind die Kontaktflächen 7
der einzelnen Halbleiterbauelemente 2 miteinander verbunden,
so daß ein einziger Bonddraht 16 genügt, um sämtliche Halb
leiterbauelemente auf ihrer Unterseite mit der zweiten Lei
terfläche 12 zu kontaktieren, welche wiederum mittels eines
Bonddrahts 16 mit dem Trägerkörper 3 kontaktiert ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft ge
zeigten Ausführungsbeispiele, sondern wird in ihrer allge
meinsten Form durch Patentanspruch 1, Patentanspruch 16 und
Patentanspruch 18 definiert.
1
Substrat
2
Halbleiterbauelement
3
Trägerkörper
4
Bauelementbefestigung
5
Substratbefestigung
6
Kontaktstift
7
Kontaktfläche
8
freistehender Kontaktflächenabschnitt
9
Glaskörper
10
Vertiefung
11
erste Leiterfläche
12
zweite Leiterfläche
13
zweite Anschlußfläche
14
Innenfläche
15
Umhüllung
16
Bonddraht
Claims (19)
1. Optoelektronisches Modul mit einem gut wärmeleitenden
Substrat (1), auf dessen Oberseite ein oder mehrere
strahlungemittierende Halbleiterbauelemente (2) befestigt
sind und dessen Unterseite auf einem Trägerkörper (3) ho
her Wärmekapazität befestigt ist, bei dem die Bauelement
befestigung (4) zwischen den Halbleiterbauelementen (2)
und dem Substrat (1) und die Substratbefestigung (5) zwi
schen dem Substrat (1) und dem Trägerkörper (3) gut wär
meleitend ausgeführt ist.
2. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1,
bei dem die Halbleiterbauelemente (2) vertikal emittie
rende Leuchtdioden oder Laserdioden sind.
3. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 bis 2,
bei dem der Trägerkörper (3) ein metallischer Träger ist,
in dem ein vom Trägerkörper (3) elektrisch isolierter
Kontaktstift (6) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 3,
bei dem der Trägerkörper (3) eine TO-Bauform aufweist.
5. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 bis 4,
bei dem die Halbleiterbauelemente (2) auf ihrer Unter
seite jeweils eine erste Anschlußfläche aufweisen, die
über die Bauelementbefestigung (4) mit je einer auf dem
Substrat angeordneten Kontaktfläche (7) kontaktiert ist,
die einen freistehenden Kontaktflächenabschnitt (8) auf
weist.
6. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 bis 5,
bei dem das Substrat (1) aus Silizium besteht.
7. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 6,
bei dem die Oberseite des Substrats (1) wenigstens teilweise
von einem darauf befestigten Glaskörper (9) abge
deckt ist, der wenigstens eine die Substratoberfläche
freilegende Vertiefung (10) aufweist, in der die Halblei
terbauelemente (2) angeordnet sind.
8. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7,
bei dem der Glaskörper (9) mehrere Vertiefungen (10) auf
weist, in denen jeweils ein Halbleiterbauelement (2) an
geordnet ist.
9. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 bis 8,
bei dem der Glaskörper (9) durch anisotropes, naßchemi
sches Ätzen geformt ist.
10. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 bis 9,
bei dem der Glaskörper (9) durch anodisches Bonden auf
dem Substrat (1) befestigt ist.
11. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 bis 10,
bei dem der Glaskörper (9) auf seiner Oberseite zwei von
einander isolierte Leiterflächen (11, 12) aufweist, bei
dem die Halbleiterbauelemente (2) auf ihrer Oberseite je
weils eine zweite Anschlußfläche (13) aufweisen, bei dem
die erste Leiterfläche (11) mit den zweiten Anschlußflä
chen (13) und dem Kontaktstift (6) und die zweite Leiter
fläche (13) mit den freistehenden Kontakflächenabschnit
ten (8) und dem Trägerkörper (3) kontaktiert ist.
12. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 bis 11,
bei dem die Halbleiterbauelemente (2) seitlich emittie
rende Leuchtdioden oder Laserdioden sind und bei dem die
Innenflächen (14) der Vertiefungen (10) des Glaskörpers
(9) als Reflektor geformt sind, der die von den in der
jeweiligen Vertiefung (10) angeordneten Halbleiterbauele
menten (2) emittierte Strahlung so umlenkt, daß sie das
Modul senkrecht zum Substrat (1) verläßt.
13. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 bis 12,
bei dem die Innenflächen (14) der Vertiefungen (10) des
Glaskörpers (9) mit einer Metallschicht bedeckt sind.
14. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 bis 13,
bei dem die Oberseite des Substrats (1) mit einer die
Halbleiterbauelemente (2) umschließenden Umhüllung (15)
vergossen ist.
15. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 bis 14
bei dem in Reihe zueinander verschaltete Leuchtdioden auf
dem Substrat (1) befestigt sind, wobei Art und Anzahl der
Leuchtdioden so gewählt sind, daß die im Betrieb an ihnen
abfallende Gesamtspannung der Betriebsspannung eines
Kraftfahrzeug-Bordnetzes entspricht.
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Moduls
nach Anspruch 7 bis 15 mit folgenden Schritten:
- a) Aufbringen von zwei voneinander isolierten, als Ätz maske geeigneten Metallflächen auf einer Glasscheibe
- b) Strukturieren der Glasscheibe durch anisotropes naß chemisches Ätzen zur Herstellung eines Glaskörpers (9)
- c) Befestigen des Glaskörpers (9) auf einem Substrat (1) aus Silizium durch anodisches Bonden, wobei der für das anodische Bonden benötigte Strom durch die Metallflächen eingeprägt wird
- d) Befestigen von Halbleiterbauelementen (2) auf dem Sub strat (1) und Befestigen des Substrats (1) auf dem Trä gerkörper (3).
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Moduls
nach Anspruch 11 bis 15 gemäß Anspruch 16, wobei jede Me
tallfläche als Leiterfläche (11, 12) zur Kontaktierung
der Halbleiterbauelemente (2) mit dem Trägerkörper (3)
bzw. dem Kontaktstift (6) verwendet wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Moduls
nach Anspruch 7 bis 15 mit folgenden Schritten:
- a) Aufbringen von mehreren, als Ätzmaske geeigneten Mas kierungsflächen so auf einer Glasscheibe, daß mehrere je weils zu einem Glaskörper (9) gehörende Ätzmasken in ei ner schachbrettartigen Anordnung auf der Glasscheibe vor liegen
- b) gleichzeitiges Strukturieren aller auf der Glasscheibe vorgesehenen Glaskörper (9) zur Herstellung mehrerer zu sammenhängender Glaskörper (9)
- c) Flächiges Befestigen der Glasscheibe auf einem Silizi umwafer zur Herstellung eines Silizium-Glas-Wafers
- d) Befestigen von Halbleiterbauelementen (2) in den zu einem Glaskörper (9) gehörenden Vertiefungen (10) auf dem entsprechenden Siliziumwaferabschnitt
- e) Zerschneiden des Silizium-Glas-Wafers senkrecht zur Waferebene entlang von die Glaskörper (9) voneinander trennenden Linien
- f) Befestigen des die Halbleiterbauelemente (2) aufwei senden Siliziumwaferabschnitts auf einem Trägerkörper (3).
19. Verwendung eines optoelektronischen Moduls nach Anspruch
1 bis 15 zum seitlichen Einkoppeln von Licht in einen
Lichtleiter.
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