DE10033502A1 - Optoelektronisches Modul, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung - Google Patents

Optoelektronisches Modul, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

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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.
Bezugszeichenliste
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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