DE102004042186A1 - Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement, mit einem Reflektor und einem Wärmeabfuhrelement, wobei das Gehäuse einen Montageteil mit mindestens einem Montagebereich zum Montieren eines Halbleiterchips oder eines Bauelements mit mindestens einem Halbleiterchip sowie mindestens eine Reflektorwand aufweist, die als ein Wärmeabfuhrelement ausgebildet ist, das thermisch leitend mit dem Montagebereich verbunden ist und über das Wärme aus dem Gehäuse abgegeben wird. Die Erfindung umfasst zudem ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Gehäuse.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Gehäuse.
  • In der WO 02/084749 ist ein Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement offenbart. Dieses umfasst einen Leiterrahmen mit zwei elektrischen Anschlussteilen, der von einem aus Kunststoff-Formmasse gebildeten Gehäusegrundkörper umformt ist. Der Grundkörper weist eine Ausnehmung auf, die zu einem Chipmontagebereich führt und deren Seitenflächen angeschrägt sind und als Reflektor dienen.
  • Zur Wärmeabfuhr weist das Gehäuse einen thermischen Anschlussteil auf, das den Chipmontagebereich umfasst und über das das Gehäuse auf einer Montageseite thermisch angeschlossen werden kann. Bei einem Bauelement mit einem derartigen Gehäuse ist ein Halbleiter-Chip auf den Chipmontagebereich montiert und die Ausnehmung des Gehäuses zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses mit einem Verguss gefüllt. Der Verguss besteht im wesentlichen aus einem thermisch isolierenden Material wie z.B. einem Reaktionsharz, und auch der Gehäusegrundkörper besteht aus einem Kunststoff, so dass Wärme im wesentlichen nur über den thermischen Anschlussteil abgegeben werden kann.
  • Auch in der US 6,274,924 B1 ist ein Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelelement mit einer als ein Reflektor ausgebildeten Ausnehmung offenbart, das auf einer der Ausnehmung abgewandten Seite einen thermischen Anschluss aufweist. Bei einem Bauelement mit einem derartigen Gehäuse ist ein lichtemittierender Halbleiterchip in der Ausnehmung elektrisch und thermisch in dem Gehäuse montiert und zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses mit einer Vergussmasse verkapselt. Über der Vergussmasse ist zusätzlich eine Linse ausgebildet.
  • Den vorhergehend beschriebenen Arten von Gehäuseen ist gemein, dass das Gehäuse rückseitig thermisch an eine externe Wärmesenke angeschlossen werden muss, damit Wärme effektiv aus dem Gehäuse abgegeben werden kann. Somit sind für Bauelemente mit einem derartigen Gehäuse spezifisch ausgebildete, thermisch gut leitende Montageflächen erforderlich, was in mancher Hinsicht ihren Anwendungsbereich einschränkt.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine hinreichende Wärmeabfuhr unabhängig von der Montageart des Bauelements sichergestellt ist. Des weiteren soll ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Gehäuse vorgeschlagen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse bzw. durch ein Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Gehäuses bzw. des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Erfindungsgemäß weist ein Gehäuse mindestens einen Montagebereich zum Montieren eines eines Halbleiterchips oder eines Bauelements mit mindestens einem Halbleiterchip auf. Der Reflektor weist mindestens eine Reflektorwand auf, die in einer für den halbleiterchip vorgesehenen Abstrahlrichtung von dem Montagebereich weg ragt und thermisch leitend mit dem Montagebereich verbunden ist. Die Reflektorwand ist als ein Wärmeabfuhrelement ausgebildet, zur Wärmeabgabe aus dem Gehäuse mittels Wärmeabstrahlung und Konvektion.
  • Das Gehäuse weist einen Reflektor auf, der nicht vollständig von einem thermisch isolierendem Material eingekapselt ist oder zur Einkapselung mit einem thermisch isolierenden Material vorgesehen ist, sondern von dem sich bevorzugt zumindest ein Reflektorteil von einem Montageteil des Gehäuses hinaus bzw. von dem Montageteil weg in die Umgebung des Gehäuses erstreckt oder vollständig außerhalb des Montageteils verläuft. Unter einem Montageteil ist insbesondere derjenige Teil eines Gehäusees zu verstehen, der für Aufnahme, Montage, elektrischen Anschluß und geschlossene oder offene Umhausung eines Halbleiterchips erforderlich ist. Darunter kann insbesondere auch ein Teil des Reflektors fallen, beispielsweise der Boden einer Reflektorwanne sowie ein Teil der Reflektorwände. Teile der Reflektorwände, die sich z.B. über eine für einen Verguss oder eine andere Abdeckung des Halbleiterchips vorgesehene Grenze hinaus erstrecken, fallen demnach nicht unter den Montageteil sondern sind dem Reflektorteil zuzurechnen.
  • Zumindest die Reflektorwand oder der Reflektorteil und insbesondere der gesamte Reflektor ist als ein Wärmeabfuhrelement ausgebildet, so dass Verlustwärme nicht lediglich über eine Befestigungsseite zum Befestigen des Gehäuses beispielsweise auf einer Leiterplatte, sondern zusätzlich oder alternativ über die Reflektorwand bzw. den Reflektorteil unmittelbar an die Umgebung des Bauelements abgegeben werden kann.
  • Dabei werden die Reflektorwände insbesondere dazu verwendet, die Wärme mittels Abstrahlung und Konvektion an die Umgebung abzugeben. Zusätzlich oder alternativ weist der Reflektor bevorzugt einen thermischen Anschluss zum thermischen Anschließen des Gehäuses auf oder ist der Reflektorteil mit einem thermischen Anschluss des Gehäuses thermisch leitend verbunden. Insgesamt ermöglicht dies sowohl eine verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen alternative Art der Wärmeabgabe als auch eine verbesserte Wärmeabgabe.
  • Der Reflektor weist bevorzugt eine Reflektorwanne auf. Ein Teil der Reflektorwanne umfasst mit Vorteil den Montagebereich, so dass ein Halbleiterchip oder ein Bauelement beispielsweise auf dem Boden der Reflektorwanne montiert ist. Bei einem entsprechenden optoelektronischen Bauelement, das das Gehäuse aufweist, wird der Halbleiterchip bevorzugt in dem Montageteil eingeschlossen, um vor äußeren Einflüssen geschützt zu sein. Dies geschieht mit Vorteil entweder mittels einer Vergussmasse oder mittels einer Abdeckplatte, wobei die Abdeckplatte mit Vorteil zusätzlich als ein optisches Element ausgebildet ist.
  • Die Reflektorwand weist zweckmäßigerweise ein Metall und alternativ oder zusätzlich ein thermisch gut leitendes keramisches Material auf.
  • Bevorzugt weist die Reflektorwand mindestens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber, Platin, Palladium, Gold, Chrom, Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid auf.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Reflektorwand oder ein wärmeleitender Wandabschnitt eine Dicke von größer als oder gleich 0,5 mm auf. Durch eine entsprechend große Dicke des Wandabschnitts bzw. der Wand kann eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Reflektors oder des Reflektors erzielt werden.
  • Die Reflektorwand ist bevorzugt zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet, d.h. die Reflektorwand weist zumindest eine erste Wand mit reflektierenden Teilflächen auf, der auf einer den reflektierenden Teilflächen abgewandten Seite eine zweite Wand nachgeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen den zwei Wänden einer Doppelwand ist bevorzugt weitestgehend frei von fester oder flüssiger Materie. Dadurch kann die Oberfläche des Reflektors, über die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann, signifikant vergrößert und somit eine verbesserte Wärmeabgabe aus dem Gehäuse erzielt werden.
  • Besonders bevorzugt ist zumindest eine der zwei Wände des doppelwandigen Teils des Reflektors mit mindestens einem Lüftungsloch versehen, so dass warme Luft aus dem Zwischenraum der Doppelwand entweichen und entsprechend durch kühlere Luft ersetzt werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ sind Teilflächen der Reflektorwand bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gehäuses mit Kühlrippen versehen. Auch durch die Kühlrippen kann die Oberfläche, über die Wärme abgegeben werden kann, signifikant erhöht werden.
  • Das Gehäuse weist mit Vorteil eine elektrische Schaltung zur Umwandlung einer elektrischen Spannung auf. Dadurch kann das Gehäuse für einen Betrieb mit standardisierten Spannungen ausgebildet werden, wie sie beispielsweise bei herkömmlichen Anschlüssen für Lampen, wie z.B. Glühlampen oder Entladungslampen, vorliegen. Die elektrische Schaltung weist zusätzlich oder alternativ bevorzugt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines fest vorgegebenen elektrischen Stromes auf.
  • Mit besonderem Vorteil weist das Gehäuse mindestens einen Sockel mit einem Gewinde oder mindestens einen Sockel mit Kontaktstiften auf, mittels dem das Gehäuse mit einer Fassung oder einem Stecker für herkömmliche Lampen, wie z.B. Glühlampen oder Entladungslampen, extern elektrisch angeschlossen und montiert werden kann.
  • Das optoelektronische Bauelement weist erfindungsgemäß ein Gehäuse gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen auf. Zudem weist das Bauelement mindestens einen Halbleiterchip auf, der mit dem Reflektorteil thermisch leitend verbunden ist.
  • Der Halbleiterchip ist mit Vorteil auf dem Montagebereich montiert. Alternativ ist ein Bauelement mit mindestens einem Halbleiterchip in einem Chipgehäuse und mit einem Wärmeanschluss mit Vorteil auf dem Montagebereich montiert.
  • Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 7 erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes,
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes,
  • 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes,
  • 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes,
  • 5 eine schematische Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes,
  • 6 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Montagebereiches des Gehäuses bzw. des Bauelementes mit darauf montierten Halbleiterchips, und
  • 7 eine schematische Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels des Gehäuses bzw. des Bauelementes.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elmente der Figuren sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können sie zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.
  • Das in 1 dargestellte optoelektronische Bauelement 2 weist eine Lichtquelle 50 sowie einen Reflektor 3 auf, wobei der Reflektor beispielsweise eine rotationssymmetrische Reflektorwanne umfasst. Die Lichtquelle 50 ist im oder am Reflektor 3 befestigt und umfasst mindestens einen Halbleiterchip (nicht gezeigt). Dieser Halbleiterchip ist mit dem Reflektor 3 thermisch leitend verbunden, wobei der Reflektor 3 als ein Wärmeabfuhrelement ausgebildet ist. Hierzu weist der Reflektor beispielsweise Reflektorwände 72 aus einem wärmeleitenden Material wie beispielsweise einem Metall oder einem gut wärmeleitenden keramischen Material auf .
  • Die Reflektorwände 72 bestehen beispielsweise aus Aluminium, Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid oder sie weisen im wesentlichen beispielsweise Kupfer auf, das mit einem reflektierenden Metall, beispielsweise Silber, Platin, Palladium, Gold oder Chrom an den Flächen innerhalb der Reflektorwanne beschichtet ist, d.h. die Reflektorwanne weist reflektierende Innenwände 71 auf.
  • Das optoelektronische Bauelement 2 weist ein Gehäuse 1 auf, in oder an dem mindestens ein Halbleiterchip, elektrisches Kontaktmaterial oder Leitungen für den Halbleiterchip sowie optional Verkapselungs-, Abschließungs- oder Verdeckungsmaterial angebracht ist. Das Gehäuse 1 umfasst einen Montageteil 101, der die Lichtquelle 50 sowie einen Teil des Reflektors 3 umfasst, an oder in dem die Lichtquelle 50 befestigt ist. Der Montageteil 101 ist also derjenige Teil, in dem der mindestens eine Halbleiterchip angeordnet sowie gegebenenfalls eingeschlossen ist, um vor äußeren Einflüssen geschützt zu werden. Von dem Montageteil 101 ragt ein Reflektorteil 102 in einer Abstrahlrichtung des Montageteils 101 (siehe die durch Pfeile angedeuteten elektromagnetischen Strahlen) von diesem weg. Der Reflektorteil ist z.B. vollständig frei von thermisch isolierendem Material, so dass über alle Außenflächen der Reflektorwand 72 im Bereich des Reflektorteils 102 Wärme abgestrahlt werden kann.
  • Eine von dem mindestens einen Halbleiterchip 5 bei dessen Betrieb erzeugte Wärme wird von dem Montageteil 101 in den Reflektorteil 102 geleitet, so dass eine gute Wärmeabgabe an die umgebende Luft über Außenflächen des Reflektors bzw. zumindest des Reflektorteiles möglich ist.
  • Bei dem in 2 dargestellten Bauelement 2 ist, im Unterschied zu dem vorhergehend anhand 1 erläuterten Ausführungsbeispielen der Reflektor 3 nicht lediglich mit einer Reflektorwand 72 sondern doppelwandig, d.h. mit einer Doppelwand 8 ausgebildet. Die zweite Wand des Reflektors 3, d.h. die Wand, die nicht die Reflektorwanne mit der reflektierenden Innenfläche 71 definiert, verläuft in einem desto größer werdenden Abstand von der ersten Reflektorwand 71, je näher sie dem Montageteil 101 ist. In dem Montageteil 101 verläuft diese Wand derart, dass sie ein relativ großes Volumen bildet, das beispielsweise mit einem Gas, z.B. mit Luft gefüllt ist, an die von den Innenflächen der Doppelwand 8 Wärme abgegeben wird.
  • Der Strahlungsausgang der Reflektorwanne weist beispielsweise einen Durchmesser von etwa 50 mm auf.
  • Damit erwärmte Luft aus der Doppelwandkammer entweichen bzw. kältere Luft hineingelangen kann, weist die Doppelwand 8 eine Mehrzahl von Lüftungslöchern 81 auf, wobei statt einer Mehrzahl von einzelnen Löchern auch eine beliebig geformte einzige Öffnung in der Doppelwand 8 möglich ist. Die gesamte Doppelwand 8 besteht beispielsweise aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. aus Aluminium, so dass die Wärme über die gesamte Doppelwand verteilt und verglichen mit dem in 1 dargestellten Bauelement über eine mehr als doppelt so große gesamte Außenfläche der Wände des Reflektors 3 abgegeben werden kann. Die Kühlung kann bei einem derartigen Gehäuse zumindestens primär über Wärmeabstrahlung und Konvektion erfolgen. Zudem weist die Doppelwand eine größere Wärmekapazität auf als eine einfache Reflektorwand 72 mit einer vergleichbar großen Wandstärke.
  • In 3 ist, verglichen mit den 1 und 2, eine etwas detailliertere Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Bauelements 2 bzw. des Gehäusees 1 gezeigt. Der Reflektor 3 ist einwandig mit einer wärmeleitenden Reflektorwand 72 ausgebildet, wobei die Reflektorwand eine Reflektorwanne mit reflektierenden Innenflächen 71 definiert, deren Boden einen Montagebereich 4 bildet, auf dem ein elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip 5 montiert ist.
  • Der Montagebereich 4 weist eine Durchkontaktierung 41 auf, mit der der Halbleiterchip 5 auf einer von dem Montagebereich 4 abgewandten Seite mittels eines Bonddrahtes elektrisch leitend verbunden ist und die elektrisch gegenüber dem Reflektorboden isoliert ist.
  • Der Reflektor 3 besteht beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall, und die dem Montagebereich 4 zugewandte Seite des Halbleiterchips 4 ist beispielsweise mittels eines Lotes elektrisch leitend mit dem Boden der Reflektorwanne verbunden, so dass der Reflektor 3 auch als elektrischer Kontakt für den Halbleiterchip 5 fungiert.
  • Das Gehäuse 1 weist einen Sockel 13 auf, der auf einer dem Montagebereich 4 gegenüberliegenden Seite der Reflektorwand 72 an den Reflektor 3 anschließt. In dem Sockel ist eine elektrische Schaltung 12 integriert, die elektrisch zwischen die elektrischen Kontakte 72, 41 und elektrische Außenkontakte 131, 132 des Sockels 13 geschaltet ist. Ein erster elektrischer Außenkontakt 131 des Sockels 13 weist ein Gewinde auf und ein zweiter elektrischer Außenkontakt 132 des Sockels 13 ist auf einer dem Reflektor 3 abgewandten Seite des Sockels zentral angeordnet, derart, dass das Bauelement 2 mit dem Sockel in einer Fassung für herkömmliche Lampen elektrisch angeschlossen und montiert werden kann. Die Fassung ist beispielsweise eine E27- oder E28-Fassung.
  • Die elektrische Schaltung 12 ist beispielsweise derart beschaffen, dass eine Spannung, die üblicherweise an Fassungen für herkömmliche Lampen anliegt, beispielsweise 230 V oder 12 V, in eine zum Betrieb des Halbleiterchips 5 geeignete Spannung transformiert wird oder zum Erzeugen eines geeigneten, fest vorgegebenen Stromes zum Betreiben des Halbleiterchips 5 verwendet wird.
  • Innerhalb der Reflektorwanne des Reflektors 3 ist eine Abdeckplatte 15 angeordnet, mittels der der Halbleiterchip 5 vor äußeren Einflüssen wie beispielsweise mechanischen Einflüssen oder Feuchtigkeit geschützt ist. Die Abdeckplatte 15 weist ein strahlungsdurchlässiges Material, beispielsweise Glas auf und ist möglichst nah an dem Halbleiterchip 5 angeordnet, so dass ein Großteil der reflektierenden Innenwände 71 außerhalb des von der Abdeckplatte 15 eingeschlossenen Bereiches liegen. Dadurch kann die von dem Halbleiterchip 5 bei dessen Betrieb erzeugte Wärme über Großteil der Innenwände 71 ungehindert abgestrahlt werden, ohne sich in dem von der Abdeckplatte 15 abgeschlossenen Bereich zu stauen.
  • Bei dem in 3 dargestellten Gehäuse 1 erstreckt sich der Montageteil 101 bis zu der Höhe des Reflektors 3, an der das Anbringen der Abdeckplatte 15 vorgesehen ist. Die Reflektorwände 72 ragen von dem Montageteil 101 in einer Abstrahlrichtung von diesem weg und bilden den Reflektorteil 102.
  • Die Abdeckplatte muss nicht zwingend als Platte, sondern kann ebenfalls als ein optisches Element, z.B. linsenförmig oder linsenartig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Außenfläche der Abdeckplatte 15 aufgerauht sein, wodurch Totalreflexionen an der Abdeckplatte 15 und insbesondere mehrfache Totalreflexionen innerhalb des von der Abdeckplatte 15 abgeschlossenen Raumes reduziert werden können.
  • Die Reflektorwand 72 weist beispielsweise eine Dicke 73 von 1,5 oder 2 mm auf, wodurch eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute Stabilität des Reflektors erzielt werden kann.
  • Das in 4 dargestellte Bauelement 2 weist ein weiteres Beispiel für einen doppelwandig ausgebildeten Reflektor 3 auf. Die Doppelwand 8 definiert auch hier eine Reflektorwanne mit reflektierenden Innenflächen 71. Diejenige Wand der Doppelwand 8, die auf der von der Reflektorwanne abgewandten Seite des Reflektors angeordnet ist, verläuft beispielsweise parallel zu der inneren, die Reflektorwanne definierenden wand und weist Lüftungslöcher 81 auf.
  • Ähnlich wie bei dem in 3 dargestellten Bauelement wird durch den Boden des Reflektors 3 bzw. der Reflektorwanne ein Montagebereich 4 gebildet, wobei der Reflektor 3 in diesem Bereich zwei elektrische Durchkontaktierungen 41 sowie einen Wärmeanschluss 42 aufweist, der die zwei Wände der Doppelwand 8 thermisch miteinander verbindet. Durch den Wärmeanschluss 42 kann die Wärme vom Montagebereich 4 direkt in beide Wände der Doppelwand 8 abgeführt werden und muss nicht zunächst entlang der gesamten inneren Wand des Reflektors 3 verlaufen, um zu der äußeren Wand der Doppelwand 8 zu gelangen. Dadurch wird eine weiterhin verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht. Der Reflektor 3 dient dabei nicht nur als ein Wärmeabfuhrelement, sondern auch als eine Wärmesenke, wobei durch eine doppelwandige Gestaltung des Reflektors 3 nicht nur die Außenfläche, sondern auch die Wärmekapazität des Reflektors 3 vergrößert wird.
  • Auf dem Montagebereich 4 ist ein Halbleiterchip 5 in Form eines Bauelementes mit einem Chipgehäuse 61 montiert. Das Chipgehäuse 61 weist elektrische Anschlüsse 64 auf, die jeweils elektrisch leitend mit den elektrischen Durchkontaktierungen 41 verbunden sind, beispielsweise mittels Löten oder mittels eines elektrischen Leitklebers. Zudem weist das Chipgehäuse 61 einen Wärmesockel 63 auf, auf dem der Halbleiterchip 5 aufliegt und thermisch angebunden ist.
  • Auf der dem Halbleiterchip 5 gegenüberliegenden Seite des Wärmesockels 63 liegt dieser auf der thermischen Durchkontaktierung 42 des Montagebereichs 4 auf und ist mit diesem auch thermisch leitend verbunden, so dass der Halbleiterchip 5 thermisch an den Reflektor 3 angebunden ist. Der Halbleiterchip 5 ist in dem Chipgehäuse mit einer strahlungsdurchlässigen Vergussmasse eingekapselt, auf die eine Linse 62 aufgebracht ist. Somit ist es bei dem in 4 dargestellten Bauelement 2 nicht nötig, den Halbleiterchip 5 durch weitergehende Maßnahmen vor äußeren Einflüssen zu schützen.
  • Bei dem in 4 dargestellten Bauelement sind die elektrischen Außenkontakte des Sockels 13 als elektrische Kontaktstifte 133 ausgebildet, so dass das Bauelement mittels eines Steckers für herkömmliche Lampen elektrisch angeschlossen und montiert werden kann.
  • Das in 5 dargestellte optoelektronische Bauelement 2 weist, verglichen mit den vorhergehend anhand der 3 und 4 erläuterten Bauelementen, weitere Modifikationen auf. So ist die Reflektorwand 72 des Reflektors 3 außen, d.h. auf einer der reflektierenden Innenfläche 71 abgewandten Seite, mit Kühlrippen 10 versehen, wodurch die wärmeabstrahlende Oberfläche des Reflektors 3 sowie die Wärmekapazität von diesem vergrößert wird. Die Kühlrippen 10 können sowohl, wie in 5 dargestellt, als eine Alternative zu einem doppelwandigen Reflektor 3 oder auch als eine Ergänzung zu diesem ausgeführt werden (nicht gezeigt).
  • Auf dem Montagebereich 4 ist ein Halbleiterchip 5 aufgebracht, wobei dieser direkt auf einem thermisch leitend mit dem Reflektor 3 verbundenen Chipträger 51 aufgebracht ist. Der Chipträger besteht aus einem elektrisch isolierenden und thermisch gut leitendem Material, beispielsweise aus Aluminiumnitrid, und ist mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 53 beschichtet, mit der der Halbleiterchip 5 auf einer ersten Anschlussseite elektrisch leitend verbunden ist. Eine zweite Anschlussseite des Halbleiterchips 5 ist mittels eines Bonddrahtes mit einer ersten elektrischen Durchkontaktierung 41 des Montagebereiches 4 elektrisch leitend verbunden, während die elektrisch leitfähige Beschichtung 53 des Chipträgers 51 und somit die erste Anschlussseite des Halbleiterchips 5 mittels eines Bonddrahtes 52 mit einer zweiten elektrischen Durchkontaktierung 41 elektrisch leitend verbunden ist. Der Halbleiterchip 5 ist mittels einer Vergussmasse 14 eingekapselt, wobei die Vergussmasse beispielsweise ein strahlungsdurchlässiges Harz, z.B. ein Epoxidharz, oder eine auf Silikon basierende Masse ist.
  • Der Montageteil des Gehäuses 1 reicht von einem elektrischen Außenkontakt 132 des Sockels 13, der analog zu dem Sockel des in 3 dargestellten Bauelements ausgeführt sein kann, bis zu der Füllhöhe der Vergussmasse 14. Von da ab erstreckt sich der Reflektorteil 102 in einer Abstrahlrichtung des Montageteils 101 von diesem weg. Eine Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse 2 mittels Abstrahlung und Konvektion ist z.B. über die gesamte Reflektorwand 72 und insbeondere über den Reflektorteil 102 des Reflektors 103 möglich. Alternativ kann der Reflektor 3 bzw. kann die Reflektorwand 72 auch teilweise aus einem thermisch isolierendem Material bestehen und/oder mit einem thermisch isolierendem Material bedeckt sein. Bevorzugt ist jedoch zumindest ein Großteil der Reflektorwand frei von themrisch isolierendem Material.
  • Bei den in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Übersichtlichkeit halber jeweils lediglich ein einziger Halbleiterchip 5 bzw. ein einziges Halbleiter-Bauelement 6 mit einem einzigen Halbleiterchip dargestellt. Selbstverständlich ist es ebenso möglich und für viele Anwendungen auch bevorzugt, eine Mehrzahl von Halbleiterchips, eine Mehrzahl von Bauelementen oder ein Bauelement mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips zu verwenden. Beispielsweise weist das Bauelement 8 bis 10 Halbleiterchips auf, von denen jeder z.B. mit einer elektrischen Leistung von 1 bis 1,5 W betrieben werden kann. Das gesamte Bauelement kann z.B. mit einer elektrischen Leistung von bis zu 10 W oder von bis zu 15 W betrieben werden.
  • In 6 ist ein Beispiel mit vier Halbleiterchips 5 dargestellt, die, analog zu dem in 5 dargestellten Halbleiterchip, auf einem Chipträger 51 aufgebracht sind. Der Chipträger 51 ist auf einem Montagebereich 4 aufgebracht, der zwei elektrische Durchkontaktierungen 41 sowie auf einer dem Montagebereich 4 abgewandten Seite vier voneinander getrennte, mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 53 versehene Flächen aufweist. Auf diese elektrisch leitfähigen Beschichtungen 53 ist jeweils ein Halbleiterchip 5 aufgebracht, wobei die Beschichtungen 53 eine größere Fläche aufweisen als die Grundfläche der Halbleiterchips 5 ist.
  • Über die elektrisch leitfähigen Beschichtungen 53 sowie die Bondpads 54 sind die Halbleiterchips 5 mithilfe von Bonddrähten 52 miteinander in Serie geschaltet. Diese Serienschaltung ist mit den elektrischen Durchkontaktierungen 41 elektrisch leitend verbunden. Statt einer Verwendung von Bonddrähten 52 ist es selbstverständlich auch möglich, Halbleiterchips auf alternative Arten elektrisch zu kontaktieren und zueinander elektrisch zu verschalten. Beispielsweise ist die Verwendung von Flip-Chips möglich, bei denen beide elektrische Kontaktflächen des Halbleiterchips auf derselben Seite angeordnet sind und die somit direkt mittels Löten oder Kleben mit elektrischen Anschlüssen verbunden werden können.
  • Obwohl der Montagebereich in 6 eine rechteckige bzw. quadratische Grundform aufweist, ist für den Montagebereich 4 grundsätzlich jede erdenkliche, zusammenhängende Grundform, insbesondere auch eine kreisartige Grundform möglich.
  • Das in 5 dargestellte optoelektronische Bauelement 2 weist als Boden einen Chipträger 51 auf, der beispielsweise als eine bedruckte Leiterplatte ausgebildet ist und einen thermisch leitfähigen Grundkörper aufweist. Auf dem Chipträger 51 ist ein Halbleiterchip 5 montiert und thermisch sowie elektrisch leitend angeschlossen. Der Chipträger 51 fungiert als eine Wärmesenke, wobei eine dem Halbleiterchip 5 gegenüberliegende Seite des Chipträgers 51 als ein externer thermischer Anschluss verwendet werden kann, über den das Bauelement extern thermisch anschließbar ist.
  • Auf dem Chipträger 51 ist zudem ein Reflektor 3 aufgebracht, der aus einem wärmeleitenden Material besteht und thermisch leitend mit dem Chipträger verbunden ist. Der Reflektor 3 weist einen verglichen mit der Größe des Halbleiterchips 5 relativ kleinen Strahlungseingang auf. Beispielsweise ist ein durch die Reflektorwände 72 definierter Hohlraum auf einer dem Chipmontagebereich zugewandten Seite senkrecht zu einer optischen Achse des Reflektors nicht breiter als eine 1,5-fache laterale Kantenlänge des Halbleiterchips 5. Der Reflektor ist zudem als ein kompakter parabolischer Konzentrator (CPC) ausgebildet, wodurch insbesondere Strahlungskegel mit einer geringen Divergenz und einer hohen Strahlungsdichte erzeugt werden können.
  • Der maximale Öffnungswinkel eines von dem Bauelement erzeugten Strahlenkegels beträgt z.B. 15°, wofür der Reflektor entlang seiner optischen Achse eine Länge aufweist, die etwa 9 mal so groß ist wie die Breite des Strahlungseingangs. Der maximale Öffnungswinkel des emittierten Strahlenkegels ist beispielsweise kleiner als oder gleich 30°, bevorzugt kleiner als oder gleich 20°, besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 15°. Bei einem vorteilhaften maximalen Öffnungswinkel von etwa 9° beträgt die Länge des Reflektors entlang seiner optischen Achse etwa das 23-fache des Strahlungseingangs.
  • Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. So ist es z.B. nicht zwingend erforderlich, den Reflektor komplett aus thermisch gut leitendem Material zu gestalten, solange eine gute Wärmeabgabe von der Reflektorwand bzw. dem Reflektorteil gewährleistet ist. Zudem kann der Reflektor mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen optischen Achsen aufweisen, die durch optische Umlenkelemente wie z.B. Linsen, Prismen oder Spiegel verbunden sind, mittels denen die elektromagnetische Strahlung von einem Abschnitt in einen nächsten umgelenkt wird. Die Erfindung umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere die Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
    •

Claims (13)

  1. Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement, einem Reflektor und einem Wärmeabfuhrelement, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Montagebereich zum Montieren eines Halbleiterchips oder eines Bauelements mit mindestens einem Halbleiterchip vorgesehen ist, – der Reflektor mindestens eine Reflektorwand aufweist, die in einer für den Halbleiterchip vorgesehenen Abstrahlrichtung von dem Montagebereich weg ragt und thermisch leitend mit dem Montagebereich verbunden ist, und – die Reflektorwand als ein Wärmeabfuhrelement zur Wärmeabgabe aus dem Gehäuse mittels Abstrahlung und Konvektion fungiert.
  2. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwand ein Metall und/oder ein thermisch gut leitendes keramisches Material aufweist.
  3. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwand mindestens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber, Platin, Palladium, Gold, Chrom, Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid aufweist.
  4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwand oder mindestens ein wärmeleitender Wandabschnitt der Reflektorwand eine Dicke von größer als oder gleich 0,5 mm aufweist.
  5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwand zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet ist.
  6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei Wände des doppelwandigen Teils der Reflektorwand mit mindestens einem Lüftungsloch versehen ist.
  7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor einen thermischen Anschluss zum thermischen Anschließen des Gehäuses aufweist oder mit einem thermischen Anschluss des Gehäuses thermisch leitend verbunden ist.
  8. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwand mit Kühlrippen versehen ist.
  9. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine elektrische Schaltung zur Umwandlung einer elektrischen Spannung aufweist.
  10. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Sockel mit einem Gewinde oder mindestens einen Sockel mit Kontaktstiften zum externen elektrischen Anschließen und Montieren des Gehäuses mittels einer Fassung oder eines Steckers für herkömmliche Lampen aufweist.
  11. Optoelektronisches Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäuse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mindestens einen Halbleiterchip aufweist, der mit der Reflektorwand thermisch leitend verbunden ist.
  12. Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip wärmeleitend auf dem Montagebereich montiert ist.
  13. Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauelement mit einem Halbleiterchip in einem Chipgehäuse, das einen Wärmeanschluss aufweist, in dem Gehäuse montiert ist.
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