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Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenmontierbares Leuchtdioden-Modul. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Moduls.
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Oberflächenmontierbare Leuchtdioden-Module zeichnen sich dadurch aus, dass sie mittels lötfähigen Kontaktbereichen direkt beispielsweise auf eine Leiterplatte gelötet werden können. Dabei werden Leuchtdiodenchips bevorzugt über Durchkontaktierungen mit elektrischen Kontaktbereichen, die auf der Rückseite der Leiterplatte angeordnet sind, elektrisch leitend verbunden. Dadurch werden sehr dichte Bestückungen möglich, wodurch sich der Platzbedarf der Module verringert. Im Zuge der Miniaturisierung sind immer geringere Modulabmessungen, wie beispielsweise die Modulhöhe und/oder die Grundfläche der Module, und immer höhere Packungsdichten der Leuchtdiodenchips erwünscht.
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Die Druckschriften
WO 2005 / 062 905 A2 und
WIRTH, Ralph, et al., „Recent progress of AlGaInP thin-film light-emitting diodes", Light-Emitting Diodes: Research, Manufacturing, and Applications VII, 2003, 4996. Jg., S. 1-9, beschreiben Leuchtdioden und Herstellungsverfahren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oberflächenmontierbares Leuchtdioden-Modul bereitzustellen, das insbesondere eine geringe Modulabmessung und gleichzeitig eine hohe Packungsdichte der Leuchtdiodenchips aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Leuchtdioden-Moduls anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch ein oberflächemontierbares Leuchtdioden-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Moduls und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein oberflächenmontierbares Leuchtdioden-Modul vorgesehen, das ein Trägersubstrat aufweist, auf dem mindestens drei Leuchtdiodenchips angeordnet sind. Die Leuchtdiodenchips weisen jeweils eine aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf. Das Trägersubstrat weist mindestens drei erste und drei zweite elektrische Anschlussflächen auf. Die Leuchtdiodenchips weisen jeweils eine erste Kontaktschicht auf, die jeweils mit einer ersten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden ist. Die Leuchtdiodenchips weisen jeweils eine zweite Kontaktschicht auf, die jeweils mit einer zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden ist. Ein erster Leuchtdiodenchip emittiert Strahlung im roten Spektralbereich, ein zweiter Leuchtdiodenchip emittiert Strahlung im grünen Spektralbereich und ein dritter Leuchtdiodenchip emittiert Strahlung im blauen Spektralbereich. Die Leuchtdiodenchips weisen jeweils kein Aufwachssubstrat auf.
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Die Leuchtdiodenchips sind somit als so genannte substratlose Leuchtdiodenchips ausgebildet. Als „substratloser Leuchtdiodenchip“ wird im Rahmen der Anmeldung ein Leuchtdiodenchip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen worden ist, vollständig abgelöst worden ist. Ferner weisen substratlose Leuchtdiodenchips keinen Träger auf.
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Dadurch ist es möglich, auf ein, wie beispielsweise bei herkömmlichen Dünnfilmtechnologien verwendetes Trägermaterial, wie beispielsweise Germanium, zu verzichten, wodurch sich die Produktionskosten mit Vorteil reduzieren.
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Durch substratlose Leuchtdiodenchips ergibt sich mit Vorteil ferner eine besonders geringe Bauhöhe des Leuchtdioden-Moduls. Die Abmessungen der Module können so nahezu in der Größenordnung der Abmessungen der Leuchtdiodenchips liegen.
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Bevorzugt liegt die Höhe des Leuchtdioden-Moduls in einem Bereich zwischen 100 pm und 500 um. Vorzugsweise beträgt die Höhe der einzelnen Leuchtdiodenchips weniger als 50 µm.
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Erfindungsgemäß beträgt der Abstand zwischen mindestens zwei der drei Leuchtdiodenchips weniger als 20 um. Besonders bevorzugt beträgt der Leuchtdiodenchipabstand zwischen allen Leuchtdiodenchips des Leuchtdioden-Moduls zueinander weniger als 20 um. Dadurch wird lediglich eine geringe Grundfläche des Leuchtdioden-Moduls benötigt. Ferner wird durch den geringen Abstand zwischen den Leuchtdiodenchips eine hohe Packungsdichte der Leuchtdiodenchips im Leuchtdioden-Modul erzielt, wodurch sich mit Vorteil die Strahlungsdichte des Leuchtdioden-Moduls erhöht.
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Bevorzugt basieren die Leuchtdiodenchips auf einem Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleiter. „Auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III/V-Halbleitermaterial mit der Zusammensetzung InxGayAl1-x-yP, InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, umfasst.
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Die aktive Schicht der Leuchtdiodenchips weist einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Das Trägersubstrat enthält bevorzugt eine Keramik oder Silizium.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls sind mindestens zwei der drei Leuchtdiodenchips separat elektrisch ansteuerbar.
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Bevorzugt ist jeweils der erste Leuchtdiodenchip auf einer ersten Anschlussfläche, die mit einem ersten Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist, und der zweite und dritte Leuchtdiodenchip auf einer weiteren ersten Anschlussfläche, die mit einem weiteren ersten Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet. Demnach sind der zweite und dritte Leuchtdiodenchip gemeinsam elektrisch ansteuerbar.
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Somit ist beispielsweise der Leuchtdiodenchip, der Strahlung im roten Spektralbereich emittiert, separat von den Leuchtdiodenchips, die Strahlungen im grünen und blauen Spektralbereich emittieren, elektrisch ansteuerbar.
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Die von dem Leuchtdioden-Modul emittierte Strahlung ergibt sich durch additive Farbmischung der von den einzelnen Leuchtdiodenchips emittierten Strahlung. Bei den in den genannten Spektralbereichen emittierten Strahlungen kann durch additive Farbmischung der Eindruck von weißem Licht hervorgerufen werden.
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Mit Vorteil ergibt sich durch die elektrisch getrennte Ansteuerung der Leuchtdiodenchips eine verbesserte Steuerbarkeit des Farborts der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung.
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Unter dem „Farbort“ werden im Folgenden die Zahlenwerte verstanden, die die Farbe des emittierten Lichts des Moduls im CIE-Farbraum beschreiben.
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Der Farbort der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung ist mit Vorteil während des Betriebs des Moduls einstellbar, sodass im Betrieb der Farbort der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung in einen gewünschten Farbortbereich verschoben werden kann.
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Ist beispielsweise ein Farbort der von dem Modul emittierten Strahlung erwünscht, der einen höheren roten Teil aufweist, so kann durch eine separate Ansteuerung des Leuchtdiodenchips, der Strahlung im roten Spektralbereich emittiert, der Rotanteil der von dem Modul emittierten Strahlung erhöht werden, sodass mit Vorteil der Farbortbereich einer Warmweißverteilung vorliegt. Der Farbortbereich einer Warmweißverteilung liegt vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000 K bis 2000 K.
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Bei einer Ausgestaltung des Moduls weist das Trägersubstrat auf der von den Leuchtdiodenchips abgewandten Oberfläche erste Kontaktbereiche auf, die über erste Durchkontaktierungen, die durch das Trägersubstrat führen, jeweils mit den ersten Anschlussflächen elektrisch leitend verbunden sind.
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Bevorzugt ist jeweils die erste Anschlussfläche durch die den Leuchtdiodenchips zugewandte Oberfläche der ersten Durchkontaktierung gebildet.
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Bevorzugt sind die ersten Kontaktbereiche des Trägersubstrats als Wärmesenken ausgebildet. Dadurch kann mit Vorteil die in den Leuchtdiodenchips erzeugte Wärmemenge hinreichend von den Leuchtdiodenchips abgeführt werden, sodass sich die Gefahr einer Schädigung der Leuchtdiodenchips verringert.
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Erfindungsgemäß weist das Trägersubstrat auf der von den Leuchtdiodenchips abgewandten Oberfläche zweite Kontaktbereiche auf, die von den ersten Kontaktbereichen elektrisch isoliert sind und die jeweils über zweite Durchkontaktierungen, die durch das Trägersubstrat führen, mit jeweils einer zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden sind.
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Bevorzugt ist jeweils die zweite Anschlussfläche jeweils durch die den Leuchtdiodenchips zugewandte Oberfläche der zweiten Durchkontaktierung gebildet.
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Die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips erfolgt somit bevorzugt jeweils durch eine erste und eine zweite Durchkontaktierung, die durch das Trägersubstrat geführt sind. Durch diese Art der elektrischen Kontaktierung ergibt sich mit Vorteil eine besonders geringe Modulabmessung hinsichtlich der Bauhöhe und der Grundfläche, da beispielsweise in einem Abstand von dem Trägersubstrat geführte Kontaktierungen, die elektrisch isoliert in das Modul integriert werden müssen, wie beispielsweise herkömmliche Bonddrähte, keine Verwendung finden.
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Bei einer beispielhaften Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls sind jeweils die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht auf der dem Trägersubstrat zugewandten Oberfläche des Leuchtdiodenchips angeordnet, wobei jeweils die erste Anschlussfläche mit jeweils der ersten Kontaktschicht und jeweils die zweite Anschlussfläche mit jeweils der zweiten Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden ist.
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Bei dieser Ausgestaltung sind demnach beide elektrischen Kontaktschichten der Leuchtdiodenchips auf einer gemeinsamen Oberfläche, die bevorzugt gegenüber einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiodenchips liegt, elektrisch voneinander isoliert angeordnet (Flip-Chip-Technologie). Eine Licht emittierende Diode, die mittels Flip-Chip-Technologie elektrisch kontaktiert ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 019 373 A1 bekannt
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Bevorzugt sind jeweils die erste Kontaktschicht mit jeweils der ersten Anschlussfläche und die zweite Kontaktschicht mit jeweils der zweiten Anschlussfläche über eine Lotschicht elektrisch leitend verbunden.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls sind jeweils die erste Kontaktschicht auf der dem Trägersubstrat zugewandten Oberfläche und die zweite Kontaktschicht auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips angeordnet, wobei jeweils die zweite Kontaktschicht über jeweils einen Kontaktleiter mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß ist jeweils neben den Leuchtdiodenchips eine Stützschicht angeordnet, auf der der Kontaktleiter geführt ist.
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In diesem Fall erfolgt die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips durch erste und zweite Durchkontaktierungen und durch einen Kontaktleiter.
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Der Kontaktleiter wird dabei möglichst nah an dem Trägersubstrat geführt. Dabei kann eine in einem Abstand von dem Trägersubstrat geführte Kontaktierung, wie es beispielsweise bei einem Bonddraht der Fall wäre, vermieden werden. Die Bauhöhe des Moduls verringert sich mit Vorteil.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls sind jeweils die erste Kontaktschicht auf der dem Trägersubstrat zugewandten Oberfläche und die zweite Kontaktschicht auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips angeordnet, wobei auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Seite der Leuchtdiodenchips ein Substrat angeordnet ist. Zwischen dem Trägersubstrat und dem Substrat ist eine Planarisierungsschicht angeordnet, in der die Leuchtdiodenchips eingebettet sind. Die Planarisierungsschicht weist jeweils eine Aussparung im Bereich der zweiten Kontaktschicht der Leuchtdiodenchips auf. Ferner weist das Substrat auf der den Leuchtdiodenchips zugewandten Oberfläche strukturierte Leiterbahnen auf.
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Bevorzugt ist jeweils die zweite Kontaktschicht mit jeweils einem Teilbereich der Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden, wobei jeweils der Teilbereich der Leiterbahn über jeweils eine dritte Durchkontaktierung, die durch die Planarisierungsschicht führt, mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden ist.
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Die zweite Kontaktschicht ist bevorzugt jeweils mittels eines Lotes mit dem jeweiligen Teilbereich der Leiterbahn verbunden. Bevorzugt ist die dritte Durchkontaktierung, die durch die Planarisierungsschicht führt, jeweils mittels einer weiteren Lotschicht mit der zweiten Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden.
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In diesem Fall führt die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips über den ersten Kontaktbereich und die erste Durchkontaktierung zur ersten Kontaktschicht des Leuchtdiodenchips und über die zweite Kontaktschicht, die strukturierte Leiterbahn, die dritte Durchkontaktierung und die zweite Durchkontaktierung zu dem zweiten Kontaktbereich.
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Die Planarisierungsschicht enthält bevorzugt Benzocyclobuten (BCB). Die Leiterbahnen und die dritten Durchkontaktierungen enthalten bevorzugt Kupfer.
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Das Substrat ist bevorzugt ein Glassubstrat oder eine für die von den Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung transparente Folie, beispielsweise eine Glasfolie. Besonders bevorzugt ist das Substrat eine Streuscheibe. Unter einer Streuscheibe ist unter anderem ein Substrat mit darin enthaltenen Streupartikeln zu verstehen. An den Streupartikeln wird die von der aktiven Schicht der Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung vorzugsweise ungerichtet in alle Raumrichtungen gestreut. Bevorzugt sind die Streupartikel gleichmäßig in dem Substrat verteilt, sodass sich die Streustrahlung gleichmäßig ausbreitet. Dadurch lassen sich Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel verringern. Eine homogene Abstrahlcharakteristik der von dem Modul emittierten Strahlung wird mit Vorteil erzielt.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls sind jeweils die erste Kontaktschicht auf der dem Trägersubstrat zugewandten Oberfläche und die zweite Kontaktschicht auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips angeordnet, wobei die zweite Kontaktschicht eine Stromverteilungsstruktur aufweist.
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Bevorzugt ist jeweils auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips eine elektrisch leitende Schicht angeordnet. Auf der elektrisch leitenden Schicht ist vorzugsweise ein Substrat angeordnet, wobei das Substrat auf der den Leuchtdiodenchips zugewandten Oberfläche eine strukturierte TCO-Schicht (TCO: Transparent Conductive Oxide) aufweist. Die den Leuchtdiodenchips zugewandte Oberfläche der strukturierten TCO-Schicht weist strukturierte Leiterbahnen auf, die bevorzugt jeweils als Ringstruktur ausgebildet sind. Die Stromverteilungsstruktur ist jeweils vorzugsweise mit einer Ringstruktur über die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend verbunden. Ferner ist die TCO-Schicht jeweils über einen Rahmenkontakt mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden.
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Demnach sind zwischen den Leuchtdiodenchips und dem Substrat jeweils die elektrisch leitende Schicht, strukturierte Leiterbahnen, und eine strukturierte TCO-Schicht angeordnet.
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Die Stromverteilungsstruktur dient bevorzugt als Stromaufweitungsschicht, sodass sich eine homogene Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiodenchips ermöglicht.
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Die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips führt in diesem Fall über die elektrisch leitende Schicht, über die Ringstruktur, über die TCO-Schicht und über den Rahmenkontakt zur zweiten Durchkontaktierung des Trägersubstrats.
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Materialien von TCO-Schichten sind beispielsweise ITO (Indium-Zinn-Oxid) oder Zink-Oxid. Die Ringstruktur und der Rahmenkontakt enthalten bevorzugt ein Metall.
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Die elektrisch leitende Schicht ist bevorzugt eine ACA-Schicht (ACA: Anisotropic Conductive Adhesive). Unter einer ACA-Schicht ist unter anderem eine Schicht zu verstehen, die hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit anisotrope Eigenschaften aufweist und die insbesondere haftfähig ist. Die elektrisch leitende Schicht weist vorzugsweise keine Querleitfähigkeit, sondern lediglich Längsleitfähigkeit auf.
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Bevorzugt enthält die elektrisch leitende Schicht einen Klebstoff, in dem elektrisch leitende Partikel, insbesondere Metallkügelchen eingebracht sind. Die anisotrope Eigenschaft hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit wird vorzugsweise über den Verdünnungsgrad der elektrisch leitenden Partikel in dem Klebstoff ausgebildet.
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Der Rahmenkontakt ist bevorzugt ein ICA-Kontakt (ICA: Isotropic Conductive Adhesive). Unter einem ICA-Kontakt ist unter anderem ein Kontakt zu verstehen, der hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit isotrope Eigenschaften aufweist und der insbesondere haftfähig ist. Somit weist der Rahmenkontakt sowohl Querleitfähigkeit als auch Längsleitfähigkeit auf. Bevorzugt enthält der Rahmenkontakt einen Klebstoff, in dem elektrisch leitende Partikel, insbesondere Metallkügelchen eingebracht sind. Die isotrope Eigenschaft hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit wird vorzugsweise über den Verdünnungsgrad der elektrisch leitenden Partikel in dem Klebstoff ausgebildet.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls ist auf dem Trägersubstrat ein Reflektor angeordnet, der die Leuchtdiodenchips umgibt.
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Bevorzugt ist der Reflektor auf das Trägersubstrat aufgesetzt. Vorzugsweise enthält der Reflektor Silizium. Der Reflektor kann beispielsweise durch verspiegelte Flächen, die den Leuchtdiodenchips zugewandt sind, ausgebildet sein.
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Durch einen Reflektor, der die Leuchtdiodenchips vorzugsweise rahmenförmig umgibt, kann von den Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung in Richtung Strahlungsauskoppelseite des Moduls reflektiert werden, sodass sich die Auskoppeleffizienz des Leuchtdioden-Moduls mit Vorteil erhöht.
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Bevorzugt ist den Leuchtdiodenchips ein optisches Element nachgeordnet. Vorzugsweise ist das optische Element auf der Strahlungsauskoppelseite der Leuchtdiodenchips angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist sowohl auf dem Trägersubstrat ein Reflektor angeordnet, der die Leuchtdiodenchips rahmenförmig umgibt, als auch auf dem Reflektor ein optisches Element angeordnet.
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Unter optischen Elementen sind unter anderem Komponenten zu verstehen, die für die von der aktiven Schicht der Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung strahlformende Eigenschaften aufweisen, die also insbesondere die Abstrahlcharakteristik und/oder die Direktionalität der emittierten Strahlung gezielt beeinflussen. Beispielsweise ist den Leuchtdiodenchips in Abstrahlrichtung eine Linse nachgeordnet. Ferner ist unter einem optischen Element ebenso ein für die von den Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung transparenter Deckel zu verstehen, der die Leuchtdiodenchips vor mechanischen Einflüssen schützt, wie beispielsweise eine transparente Folie oder eine Glasplatte.
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Durch die elektrischen Kontaktierungen der Leuchtdiodenchips, die über Durchkontaktierungen geführt sind, können optische Elemente mit Vorteil chipnah an die Leuchtdiodenchips angeordnet werden, ohne dabei die elektrischen Kontaktierungen der Gefahr einer Schädigung auszusetzen, wie es beispielsweise bei einem herkömmlichen Bonddraht nachteilig möglich wäre.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Leuchtdioden-Modulen umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Bereitstellen eines Trägersubstrats, das eine Mehrzahl von Kontaktbereichen aufweist, wobei auf der den Kontaktbereichen gegenüberliegenden Oberfläche des Trägersubstrats eine Mehrzahl von ersten und zweiten elektrischen Anschlussflächen angeordnet sind, die mit den Kontaktbereichen jeweils über erste und zweite Durchkontaktierungen, die durch das Trägersubstrat führen, elektrisch leitend verbunden sind,
- - Bereitstellen eines Leuchtdiodenträgers, auf dem eine Mehrzahl von gesonderten und mit dem Leuchtdiodenträger verbundenen Leuchtdiodenchips angeordnet ist, wobei die Leuchtdiodenchips jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht aufweisen und das Aufwachssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge der Leuchtdiodenchips gewachsen wurde, jeweils vollständig entfernt worden ist,
- - Anordnen des Trägersubstrats und des Leuchtdiodenträgers relativ zueinander derart, dass die Leuchtdiodenchips den Anschlussflächen zugewandt sind,
- - mechanisches Verbinden der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips mit dem Trägersubstrat in einem dem jeweiligen Leuchtdiodenchip zugeordneten ersten Anschlussbereich, elektrisch leitendes Verbinden einer ersten Kontaktschicht des jeweiligen Leuchtdiodenchips mit einer ersten Anschlussfläche des dem Leuchtdiodenchip zugeordneten ersten Anschlussbereichs und Trennen des mit dem Trägersubstrat verbundenen Leuchtdiodenchips vom Leuchtdiodenträger,
- - elektrisch leitendes Verbinden einer zweiten Kontaktschicht des jeweiligen Leuchtdiodenchips mit jeweils einer zweiten Anschlussfläche eines dem jeweiligen Leuchtdiodenchip zugeordneten zweiten Anschlussbereichs,
- - Aufteilen des Trägersubstrats in eine Mehrzahl von gesonderten Leuchtdioden-Modulen, die mindestens drei erste und zweite Anschlussflächen aufweisen, und mindestens drei jeweils auf einer ersten Anschlussfläche angeordnete und jeweils mit der ersten und einer zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbundene Leuchtdiodenchips aufweisen, wobei
- - ein erster Leuchtdiodenchip Strahlung im roten Spektralbereich, ein zweiter Leuchtdiodenchip Strahlung im grünen Spektralbereich und ein dritter Leuchtdiodenchip Strahlung im blauen Spektralbereich emittiert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausgestaltungen des Leuchtdioden-Moduls und umgekehrt. Mittels des Verfahrens ist insbesondere ein hier beschriebenes Leuchtdioden-Modul herstellbar.
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Bevorzugt wird jeweils vor Aufbringen der Leuchtdiodenchips auf dem Trägersubstrat die erste Kontaktschicht der Leuchtdiodenchips galvanisch verstärkt.
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Bevorzugt werden die Leuchtdiodenchips vor dem Breitstellen derart auf dem Leuchtdiodenträger angeordnet und befestigt, dass die Verteilung der Leuchtdiodenchips auf dem Leuchtdiodenträger der Verteilung der ersten Anschlussflächen des Trägersubstrats entspricht.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden vor Verbinden der Leuchtdiodenchips mit dem Trägersubstrat jeweils die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht auf der von dem Leuchtdiodenträger abgewandten Oberfläche des jeweiligen Leuchtdiodenchips angeordnet und anschließend jeweils die erste Kontaktschicht mit einer ersten Anschlussfläche, bevorzugt über eine Lotschicht, und jeweils die zweite Kontaktschicht mit jeweils einer zweiten Anschlussfläche, bevorzugt über eine zweite Lotschicht, elektrisch leitend verbunden.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird nach Trennen der Leuchtdiodenchips vom Leuchtdiodenträger jeweils die zweite Kontaktschicht auf jeweils die von dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche der Leuchtdiodenchips aufgebracht und anschließend jeweils die zweite Kontaktschicht über jeweils einen Kontaktleiter mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden, wobei jeweils neben den Leuchtdiodenchips eine Stützschicht angeordnet ist, auf der der Kontaktleiter geführt ist.
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Bevorzugt wird das Material der Stützschicht als Formmasse aufgeschleudert und nachfolgend verfestigt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung wird ein Substrat bereitgestellt, das auf einer Oberfläche strukturierte Leiterbahnen aufweist, wobei anschließend auf der Oberfläche mit den strukturierten Leiterbahnen eine Planarisierungsschicht aufgebracht wird, die zur elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips Aussparungen in Teilbereichen der Leiterbahnen aufweist.
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Bevorzugt wird das Planarisierungsmaterial als Formmasse aufgeschleudert und nachfolgend verfestigt.
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Nach Trennen der Leuchtdiodenchips vom Leuchtdiodenträger wird bevorzugt jeweils die zweite Kontaktschicht auf jeweils die von dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche der Leuchtdiodenchips aufgebracht, wobei jeweils die zweite Kontaktschicht mit jeweils einem Teilbereich der Leiterbahnen des Substrats, bevorzugt mittels eines Lotes, elektrisch leitend verbunden wird, und jeweils der Teilbereich der Leiterbahnen über eine dritte Durchkontaktierung, die durch die Planarisierungsschicht führt, mit jeweils der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden wird.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung wird nach Trennen der Leuchtdiodenchips vom Leuchtdiodenträger jeweils die zweite Kontaktschicht auf jeweils die von dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des Leuchtdiodenchips aufgebracht, wobei die zweite Kontaktschicht eine Stromverteilungsstruktur aufweist. Anschließend wird jeweils auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht. Ferner wird ein Substrat bereitgestellt, das auf einer Oberfläche eine strukturierte TCO-Schicht aufweist, wobei auf der TCO-Schicht strukturierte Leiterbahnen angeordnet werden, die jeweils als Ringstruktur ausgebildet sind. Das Substrat wird so auf der elektrisch leitenden Schicht angeordnet, dass die Stromverteilungsstruktur jeweils mit einer Ringstruktur über die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend verbunden ist. Die TCO-Schicht wird jeweils über einen Rahmenkontakt mit einer zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden.
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Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten des Moduls ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 8 erläuterten Ausführungsbeispielen und Beispielen. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls,
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Moduls aus 1,
- 3 einen schematischen Querschnitt eines Beispiels eines Moduls,
- 4 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Beispiels eines Moduls,
- 5 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Beispiels eines Moduls,
- 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls,
- 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls,
- 8 jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls und von beispielhaften Modulen vor dem Verfahrensschritt des Vereinzelns.
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Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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1 stellt einen schematischen Querschnitt eines oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Moduls dar. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Leuchtdioden-Moduls aus 1.
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Ein oberflächenmontierbares Leuchtdioden-Modul zeichnet sich durch eine besonders einfache Handhabbarkeit, insbesondere bei der Montage auf einer Trägerplatte, bevorzugt bei der Montage auf einer Leiterplatte, aus. Es kann beispielsweise mittels eines automatischen Bestückungsverfahrens (Pick and Place-Prozesses) auf einer Leiterplatte positioniert und nachfolgend elektrisch und/oder thermisch angeschlossen werden.
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Das Leuchtdioden-Modul weist ein Trägersubstrat 1 auf, auf dem mindestens drei Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c angeordnet sind. Der dritte Leuchtdiodenchip 2c ist bei dem in 1 dargestellten Querschnitt des Leuchtdioden-Moduls nicht sichtbar. Der dritte Leuchtdiodenchip 2c ist in 1 hinter dem zweiten Leuchtdiodenchip 2b angeordnet und somit von dem zweiten Leuchtdiodenchip 2b verdeckt.
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Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c weisen jeweils eine aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung auf. Die aktive Schicht der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c weist jeweils einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung auf.
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Ein erster Leuchtdiodenchip 2a emittiert Strahlung im roten Spektralbereich, ein zweiter Leuchtdiodenchip 2b emittiert Strahlung im grünen Spektralbereich und ein dritter Leuchtdiodenchip 2c emittiert Strahlung im blauen Spektralbereich.
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Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c des Leuchtdioden-Moduls weisen jeweils kein Aufwachssubstrat auf. Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c sind somit als substratlose Leuchtdiodenchips ausgebildet.
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Durch substratlose Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ergibt sich mit Vorteil eine besonders geringe Bauhöhe des Leuchtdioden-Moduls. Bevorzugt beträgt die Höhe der einzelnen Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c weniger als 50 µm. Die Abmessungen des Leuchtdioden-Moduls können so nahezu in der Größenordnung der Abmessungen der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c liegen.
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Die Höhe des Leuchtdioden-Moduls liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen einschließlich 100 pm und 500 µm.
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Der Abstand D zwischen den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c beträgt bevorzugt weniger als 20 µm. Dadurch ergibt sich mit Vorteil eine geringe Grundfläche des Leuchtdioden-Moduls, wodurch sich die Modulabmessungen weiter verringern. Ferner wird durch den Abstand zwischen den Leuchtdiodenchips in dem genannten Bereich eine hohe Packungsdichte der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c in dem Leuchtdioden-Modul erzielt, wodurch sich mit Vorteil die Strahlungsdichte des Moduls erhöht.
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Das Trägersubstrat 1 weist auf der von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c abgewandten Oberfläche erste Kontaktbereiche 30a, 31a und zweite Kontaktbereiche 30b, 31b auf. Die ersten Kontaktbereiche 30a, 31a sind untereinander und von den zweiten Kontaktbereichen 30b, 31b durch einen Abstand zueinander elektrisch isoliert. Ferner sind die zweiten Kontaktbereiche 30b, 31b durch einen Abstand voneinander elektrisch isoliert.
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Das Trägersubstrat 1 weist auf der den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandten Oberfläche drei erste Anschlussflächen 8a und drei zweite elektrische Anschlussflächen 8b auf. Jeweils eine erste Anschlussfläche 8a ist jeweils mit einer ersten Kontaktschicht eines Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c elektrisch leitend verbunden. Dazu ist jeweils der Leuchtdiodenchip 2a, 2b, 2c, beispielsweise mittels einer Lotschicht, auf der ersten elektrischen Anschlussfläche 8a aufgebracht.
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Jeweils eine erste Anschlussfläche 8a ist über eine erste Durchkontaktierung 40a, 41a, die durch das Trägersubstrat 1 führt, mit einem ersten Kontaktbereich 30a, 31a elektrisch leitend verbunden.
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Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c weisen jeweils eine zweite Kontaktschicht auf der von dem Trägersubstrat 1 abgewandten Oberfläche des Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c auf. Die zweite Kontaktschicht ist jeweils über einen Kontaktleiter 5 mit der zweiten Anschlussfläche 8b elektrisch leitend verbunden, wobei jeweils neben den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c eine Stützschicht 6 angeordnet ist, auf der der Kontaktleiter 5 geführt ist. Bevorzugt weist die Stützschicht 6 eine keilförmige Form auf, sodass der Kontaktleiter 5 beginnend auf der dem Trägersubstrat 1 abgewandten Oberfläche des Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c auf der von dem Trägersubstrat 1 abgewandten Oberfläche der Stützschicht 6, vorzugsweise in einem möglichst geringen Abstand zum Trägersubstrat 1, zur zweiten Anschlussfläche 8b geführt werden kann.
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Die zweiten Anschlussflächen 8b sind jeweils über zweite Durchkontaktierungen 40b, 41b mit jeweils einem zweiten Kontaktbereich 30b, 31b elektrisch leitend verbunden.
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Bevorzugt wird die erste Anschlussfläche 8a jeweils durch die den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandte Oberfläche der ersten Durchkontaktierung 40a, 41a gebildet, und die zweite Anschlussfläche 8b jeweils durch die den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandte Oberfläche der zweiten Durchkontaktierung 40b, 41b gebildet.
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Die Kontaktierung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c erfolgt somit durch erste und zweite Durchkontaktierungen 40a, 41a, 40b, 41b, die durch das Trägersubstrat 1 führen und durch Kontaktleiter 5, die in einem möglichst geringen Abstand zum Trägersubstrat 1 geführt sind. Durch diese Art der elektrischen Kontaktierung ergeben sich mit Vorteil geringe Modulabmessungen.
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Die ersten Kontaktbereiche 30a, 31a sind bevorzugt als Wärmesenke ausgebildet. Das bedeutet, dass die ersten Kontaktbereiche 30a, 31a vorzugsweise ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und/oder eine ausreichende Dicke aufweisen. Dadurch kann mit Vorteil die in den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c erzeugte Wärmemenge ausreichend von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c abgeführt werden, sodass sich die Gefahr einer Schädigung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c verringert.
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Bevorzugt ist der Leuchtdiodenchip 2a, der beispielsweise Strahlung im roten Spektralbereich emittiert, separat von dem zweiten und dritten Leuchtdiodenchip 2b, 2c elektrisch ansteuerbar, die zum Beispiel Strahlung im grünen und blauen Spektralbereich emittieren. Dazu ist jeweils der erste Leuchtdiodenchip 2a auf einer ersten Anschlussfläche 8a, die mit dem ersten Kontaktbereich 30a elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet und der zweite und dritte Leuchtdiodenchip 2b, 2c gemeinsam auf einer weiteren ersten Anschlussfläche 8a, die von der ersten Anschlussfläche 8a elektrisch isoliert ist und die mit einem weiteren ersten Kontaktbereich 31a elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet.
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Die von dem Leuchtdioden-Modul emittierte Strahlung ergibt sich durch additive Farbmischung der von den einzelnen Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierten Strahlungen. Bei den in den genannten Spektralbereichen emittierten Strahlungen im roten, grünen und blauen Spektralbereich wird durch additive Farbmischung der Eindruck von weißem Licht hervorgerufen.
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Durch die zumindest teilweise elektrisch getrennte Ansteuerung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c kann im Betrieb des Moduls der Farbort der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung in einen Farbortbereich eines gewünschten Farborts verschoben werden. Ist beispielsweise ein Farbort der von dem Modul emittierten Strahlung erwünscht, der einen höheren Rot-Anteil aufweist, so kann durch eine separate Ansteuerung des ersten Leuchtdiodenchips der Rotanteil der von dem Modul emittierten Strahlung erhöht werden, sodass mit Vorteil der Farbortbereich einer Warmweißverteilung vorliegt.
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Die Stützschicht 6 enthält bevorzugt Benzocyclobuten (BCB). Die Stützschicht 6 wird bevorzugt bei der Herstellung des Leuchtdioden-Moduls als Formmasse auf das Trägersubstrat 1 aufgeschleudert und nachfolgend verfestigt.
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Die ersten und zweiten Kontaktbereiche 30a, 30b, 31a, 31b, die ersten und zweiten Durchkontaktierungen 40a, 40b, 41a, 41b und die Kontaktleiter 5 enthalten bevorzugt Kupfer, das Trägersubstrat 1 enthält bevorzugt eine Keramik.
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In 2 sind die elektrischen Kontaktierungen der einzelnen Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c, also die Kontaktleiter, der Übersicht halber nicht eingetragen.
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Das in 3 dargestellte Beispiel eines Leuchtdioden-Moduls unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c.
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Bei dem Beispiel der 3 sind jeweils eine erste Kontaktschicht 9a und eine zweite Kontaktschicht 9b auf der dem Trägersubstrat 1 zugewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c angeordnet. Jeweils eine erste Anschlussfläche 8a ist, bevorzugt mittels einer Lotschicht 7, mit der ersten Kontaktschicht 9a elektrisch leitend verbunden. Jeweils eine zweite Anschlussfläche 8b ist, vorzugsweise mittels einer zweiten Lotschicht 7, mit jeweils der zweiten Kontaktschicht 9b elektrisch leitend verbunden.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 sind die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c als Flip-Chip-Leuchtdiodenchips ausgebildet. In dem Beispiel aus 3 finden demnach keine Kontaktleiter und Stützschichten Anwendung.
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Das in 4 dargestellte Beispiel eines Leuchtdioden-Moduls unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der elektrischen Kontaktführung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c.
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Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c sind, wie in dem Beispiel aus 1, mit einer ersten Kontaktschicht 9a und einer zweiten Kontaktschicht 9b ausgebildet, die jeweils auf gegenüberliegende Oberflächen der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c angeordnet sind. Die erste Kontaktschicht 9a der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ist jeweils auf einer ersten Anschlussfläche 8a, bevorzugt mittels einer Lotschicht 7, angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden.
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Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Leuchtdioden-Modul ist bei dem Beispiel aus 4 auf der von dem Trägersubstrat 1 abgewandten Seite der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ein Substrat 13 angeordnet. Die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c sind demnach zwischen dem Trägersubstrat 1 und dem Substrat 13 angeordnet.
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Das Substrat 13 ist bevorzugt ein Glassubstrat oder eine für die von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierte Strahlung transparente Folie, beispielsweise eine Glasfolie. Besonders bevorzugt ist das Substrat eine Streuscheibe mit darin enthaltenen Streupartikeln. An den Streupartikeln wird die von der aktiven Schicht der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierte Strahlung vorzugsweise ungerichtet in alle Raumrichtungen gestreut. Bevorzugt sind die Streupartikel gleichmäßig in dem Substrat 13 verteilt, sodass sich die Streustrahlung gleichmäßig ausbreitet. Dadurch lassen sich Farbinhomogenitäten über den Abstrahlwinkel verringern. Eine homogene Abstrahlcharakteristik der von dem Modul emittierten Strahlung wird mit Vorteil erzielt.
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Das Substrat 13 weist auf der den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandten Seite strukturierte Leiterbahnen 10 auf. Die zweite Kontaktschicht 9b der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ist jeweils mit einem Teilbereich der Leiterbahnen 10, bevorzugt mittels eines Lotes, elektrisch leitend verbunden.
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Ferner ist zwischen dem Trägersubstrat 1 und dem Substrat 13 eine Planarisierungsschicht 12a, 12b angeordnet. Die Planarisierungsschicht weist jeweils eine Aussparung in dem Bereich der zweiten Kontaktschicht 9b der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c auf.
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Die zweite Anschlussfläche 8b ist jeweils über eine dritte Durchkontaktierung 11, die durch die Planarisierungsschicht 12a, 12b führt, mit dem Teilbereich der Leiterbahn 10, mit dem die zweite Kontaktschicht 9b jeweils eines Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c elektrisch leitend verbunden ist, elektrisch leitend verbunden. Somit ist jeweils ein Teilbereich der Leiterbahn 10 mit jeweils genau einer Kontaktschicht 9b genau eines Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c elektrisch leitend verbunden. Ferner ist jeweils ein Teilbereich der Leiterbahn 10 jeweils genau mit einer dritten Durchkontaktierung 11 elektrisch leitend verbunden.
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Bevorzugt ist die dritte Durchkontaktierung 11, vorzugsweise mittels einer Lotschicht 7, jeweils mit einer zweiten Durchkontaktierung 40b, 41b elektrisch leitend verbunden.
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In diesem Fall führt die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c somit über den ersten Kontaktbereich 30a, 31a und die erste Durchkontaktierung 40a, 41a zur ersten Kontaktschicht 9a des Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c und über die zweite Kontaktschicht 9b, der strukturierten Leiterbahn 10, der dritten Durchkontaktierung 11 und der zweiten Durchkontaktierung 40b, 41b zu dem zweiten Kontaktbereich 30b, 31b.
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Die Planarisierungsschicht 12a, 12b enthält bevorzugt Benzocyclobuten (BCB). Die Leiterbahnen, die ersten, zweiten und dritten Durchkontaktierungen 40a, 40b, 41a, 41b, 11 enthalten bevorzugt Kupfer.
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Die Auskopplung der von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierten Strahlung erfolgt bevorzugt durch das Substrat 13. Die Strahlungsauskopplung ist in 4 durch Pfeile dargestellt.
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Das in 5 dargestellte Beispiel zeigt im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und den in den 3 und 4 dargestellten Beispielen eine alternative elektrische Kontaktiermöglichkeit der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c.
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Bei diesem Beispiel sind jeweils die erste Kontaktschicht 9a auf der dem Trägersubstrat 1 zugewandten Oberfläche und die zweite Kontaktschicht 9b auf der von dem Trägersubstrat 1 abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c angeordnet, wobei die zweite Kontaktschicht 9b eine Stromverteilungsstruktur aufweist.
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Die zweite Kontaktschicht 9b setzt sich demnach aus einem Anschlussbereich und aus Anschlussbahnen zusammen, wodurch mit Vorteil eine Stromaufweitung erfolgt, sodass sich eine homogene Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ermöglicht.
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Auf der von dem Trägersubstrat 1 abgewandten Oberfläche der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c ist eine elektrisch leitende Schicht 15 angeordnet. Auf der elektrisch leitenden Schicht 15 ist ein Substrat 13 angeordnet, wobei das Substrat 13 auf der den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandten Oberfläche eine strukturierte TCO-Schicht 16 aufweist, die beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) enthält.
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Ferner weist die den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandte Oberfläche der strukturierten TCO-Schicht 16 strukturierte Leiterbahnen 17 auf, die jeweils als Ringstruktur ausgebildet sind.
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Die zweite Kontaktschicht 9b ist somit jeweils mit einer Ringstruktur 17 über die elektrisch leitende Schicht 15 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist die strukturierte TCO-Schicht 16 jeweils über einen Rahmenkontakt 18 mit einer zweiten Anschlussfläche 8b elektrisch leitend verbunden.
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Demnach ist zwischen den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c und dem Substrat 13 jeweils die elektrisch leitende Schicht 15, strukturierte Leiterbahnen 17 und eine strukturierte TCO-Schicht 16 angeordnet.
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Das Substrat 13 des Beispiels aus 5 entspricht im Wesentlichen dem Substrat 13 des Beispiels aus 4.
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Jeweils ein Teilbereich der strukturierten TCO-Schicht 16 und jeweils eine Ringstruktur 17 sind jeweils über einem Leuchtdiodenchip 2a, 2b, 2c angeordnet und mit diesem über die elektrisch leitende Schicht 15 elektrisch leitend verbunden. Dabei sind die elektrisch leitende Schicht 15, die strukturierte TCO-Schicht 16 und die Ringstruktur 17 so ausgebildet, dass die Schichten, die jeweils mit einem Leuchtdiodenchip 2a, 2b, 2c elektrisch leitend verbunden sind, zu den mit den benachbarten Leuchtdiodenchips elektrisch leitend verbundenen Schichten mittels eines Abstandes elektrisch voneinander isoliert sind.
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Die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c führt in diesem Beispiel jeweils über die elektrisch leitende Schicht 15, über die Ringstruktur 17, über die TCO-Schicht 16 und über den Rahmenkontakt 18 zur zweiten Durchkontaktierung 40b des Trägersubstrats 1.
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Bevorzugt sind die Rahmenkontakte 18 ICA-Kontakte. Die elektrisch leitende Schicht 15 ist bevorzugt eine ACA-Schicht.
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Die Auskopplung der von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierten Strahlung erfolgt, wie in dem Beispiel aus 4, bevorzugt durch das Substrat 13. Die Strahlungsauskopplung ist in 5 durch Pfeile dargestellt.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel aus 1 und zu den Beispielen aus den 3 und 4 sind bei dem Beispiel aus 5 die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c und die Rahmenkontakte 18 auf einer Metallisierung 14, die bevorzugt AlN enthält, angeordnet.
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Das in 6 dargestellte Leuchtdioden-Modul stellt eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Leuchtdioden-Moduls dar. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf dem Trägersubstrat 1 zusätzlich ein Reflektor 19 angeordnet, der die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c umgibt.
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Der Reflektor 19 umgibt die Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c bevorzugt rahmenförmig. Dadurch kann die von den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c emittierte Strahlung in Richtung Auskoppelfläche reflektiert werden, sodass sich die Auskoppeleffizienz des Leuchtdioden-Moduls mit Vorteil erhöht.
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Der Reflektor 19 ist bevorzugt auf das Trägersubstrat aufgesetzt. Der Reflektor 19 enthält bevorzugt Silizium, wobei besonders bevorzugt die Innenflächen 20 des Reflektors, die den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandt sind, als verspiegelte Flächen ausgebildet sind.
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Vorzugsweise sind die Innenflächen 20 des Reflektors, die den Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c zugewandt sind, schräg ausgebildet. Dadurch kann die auf die Innenflächen 20 des Reflektors treffende Strahlung abhängig von der Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiodenchips 2a, 2b, 2c gezielt in Richtung Auskoppelfläche reflektiert werden.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leuchtdioden-Moduls dargestellt. Ein wie in den 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 dargestelltes LED-Modul 100 ist in einem Gehäuse, das bevorzugt Epoxidharz enthält, eingebracht. Das in das Gehäuse eingesetzte LED-Modul 100 weist jedoch kein Trägersubstrat 1 auf. Das Trägersubstrat 1 ist hier ein Teil des Gehäuses und bildet die Montagefläche der Leuchtdiodenchips. Das Gehäuse setzt sich somit aus dem Trägersubstrat 1 und einem Reflektor 19 zusammen. Der Reflektor 19 weist bevorzugt reflektierende Innenflächen 20 auf, die dem LED-Modul 100 zugewandt sind.
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Auf dem Gehäuse ist bevorzugt ein optisches Element 21 angeordnet, das vorzugsweise der Strahlungsauskoppelseite der Leuchtdiodenchips nachgeordnet ist. Unter optischen Elementen 21 sind unter anderem Komponenten zu verstehen, die für die von der aktiven Schicht der Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung strahlformende Eigenschaften aufweisen, die also insbesondere die Abstrahlcharakteristik und/oder die Direktionalität der emittierten Strahlung gezielt beeinflussen. Beispielsweise ist den Leuchtdiodenchips in Abstrahlrichtung eine Linse nachgeordnet. Ferner kann unter einem optischen Element ebenso ein für die von den Leuchtdiodenchips emittierte Strahlung transparenter Deckel zu verstehen sein, der die Leuchtdiodenchips vor mechanischen Einflüssen schützt, wie beispielsweise eine transparente Folie oder eine Glasplatte.
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Das in 7 dargestellte optische Element 21 ist während des Verfahrensschrittes des Aufbringens des optischen Elements 21 auf das Gehäuse dargestellt. Das bedeutet, dass das optische Element 21 noch auf das Gehäuse so heruntergeklappt werden muss, dass das optische Element 21 mit der Oberfläche des Gehäuses, die von dem Trägersubstrat 1 abgewandt ist, in Kontakt gebracht wird. Die Richtung des Herunterklappens ist in 7 durch einen Pfeil dargestellt.
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Durch die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiodenchips des Leuchtdioden-Moduls, die über Durchkontaktierungen durch das Trägersubstrat 1 geführt ist, können optische Elemente 21 chipnah an die Leuchtdiodenchips angeordnet werden, ohne dabei die elektrischen Kontaktierungen der Gefahr einer Schädigung auszusetzen, wie es beispielsweise bei einem herkömmlichen Bonddraht nachteilig möglich wäre.
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Das in 8a dargestellte Ausführungsbeispiel und die in den 8a bis 8c dargestellten Beispiele stellen Zwischenprodukte während der Herstellung der LED-Module 100a, 100b dar, die vor dem Aufteilen des Trägersubstrats in eine Mehrzahl von gesonderten Leuchtdioden-Modulen 100a, 100b entstehen.
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Die Leuchtdioden-Module werden bevorzugt in einem Verbund, der eine Mehrzahl von Leuchtdioden-Modulen 100a, 100b aufweist, hergestellt. Die Herstellung von oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Modulen in Großserie ist somit mit Vorteil möglich.
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Dazu werden mehrere erste und zweite Kontaktbereiche, mehrere erste und zweite Anschlussflächen, mehrere erste und zweite Durchkontaktierungen und mehrere erste, zweite und dritte Leuchtdiodenchips auf einem Trägersubstrat gemeinsam angeordnet. Anschließend wird der Verbund, bevorzugt mittels beispielsweise Schnitten 22, zu oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Modulen 100a, 100b vereinzelt. Nach dem Vereinzeln liegen die oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Module 100a, 100b individuell vor.
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Bevorzugt weist jedes oberflächenmontierbare Leuchtdioden-Modul 100a, 100b nach dem Vereinzeln genau einen ersten, einen zweiten und einen dritten Leuchtdiodenchip auf.
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Ferner ist es durch die Herstellung der Leuchtdioden-Module in Großserie mit Vorteil auch möglich, die Anzahl der in einem Leuchtdioden-Modul 100a, 100b angeordneten Leuchtdiodenchips individuell an die für das Leuchtdioden-Modul vorgesehene Anwendung anzupassen.
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Die individuellen oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Module 100a, 100b können nach der Vereinzelung elektrisch und optisch geprüft werden. Alternativ kann der gesamte Verbund vor Vereinzelung elektrisch und optisch geprüft und anschließend separiert werden. Nach der Vereinzelung können die oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Module 100a, 100b vorzugsweise für die Montage auf beispielsweise einer Leiterplatte konfektioniert werden.
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8A stellt einen Verbund aus in 1 dargestellten Leuchtdioden-Modulen 100a, 100b dar, 8B stellt einen Verbund aus in 4 dargestellten Leuchtdioden-Modulen dar und 8C stellt einen Verbund aus in 5 dargestellten Leuchtdioden-Modulen dar.
