DE102008048653A1

DE102008048653A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102008048653A1
Application number: DE102008048653A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Schneider
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben, mit - zumindest einem in einer Ausnehmung eines Grundkörpers (1) angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3), - einem in die Ausnehmung (2) eingebrachten Verguss (5), der den Halbleiterchip (3) zumindest stellenweise umhüllt und für die von dem Halbleiterchip (3) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wobei der Verguss (5) ein Material umfasst, in das strahlungsstreuende Partikel (6) eingebracht sind, und - einer Linse (7), die auf den Verguss (5) aufgebracht ist, wobei die Linse (7) klarsichtig ist.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
Die Druckschrift EP 1 449 263 B1 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, welches eine verbesserte Abstrahlcharakteristik aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements umfasst das Bauelement einen Grundkörper. Beispielsweise kann es sich bei dem Grundkörper um ein SMD-Gehäuse (Surface Mountable Device) handeln. Der Grundkörper kann mit einem duro- oder thermoplastischen Material gebildet sein oder auch mit einem keramischen Material gebildet sein, oder aus einem solchen bestehen. Darüber hinaus umfasst jeder Grundkörper zumindest eine Ausnehmung, in der zumindest ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angeordnet ist. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip kann beispielsweise aus einem Lumineszenzdiodenchip mit einem Konvertermaterial bestehen. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich um eine Leucht- oder Laserdiode handeln, die Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert. Vorzugsweise emittiert die Lumineszenzdiode Licht im sichtbaren Bereich.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip weist zumindest eine aktive Zone auf, welche zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in die Ausnehmung ein Verguss eingebracht, der den Halbleiterchip zumindest stellenweise umhüllt. „Stellenweise umhüllt” heißt in diesem Zusammenhang, dass der Verguss die freiliegenden Außenflächen des Halbleiterchips formschlüssig zumindest stellenweise oder vollständig umgibt und der Verguss zumindest an Teile der freiliegenden Außenflächen des Halbleiterchips angrenzt. Der Verguss ist für die vom Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Das heißt Strahlung, welche vom Halbleiterchip erzeugt wird, wird im Wesentlichen nicht vom Verguss absorbiert. „Im Wesentlichen” heißt hierbei, dass der Verguss für die vom strahlungsemittierten Halbleiterchip primär erzeugte elektromagnetische Strahlung wenigstens zu 80%, vorzugsweise zu 90%, durchlässig ist.
Der Verguss umfasst ein Vergussmaterial und zusätzlich darin eingebrachte strahlungsstreuende Partikel. Die von dem Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung wird an den strahlungsstreuenden Partikeln (auch Diffusorpartikel) gestreut. Es konnte gezeigt werden, dass derartige strahlungsstreuende Partikel den Strahlungsanteil in Richtung der optischen Achse des Halbleiterchips erhöhen. Die Größe dieses Effekts ist über die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel im Verguss steuerbar. Gleichzeitig wird die Gesamtlichtstrahlleistung nur unwesentlich durch Absorption der Strahlung durch den Verguss reduziert, so dass der Verstärkungseffekt durch die strahlungsstreuenden Partikel insbesondere in Richtung der optischen Achse des Halbleiterchips überwiegt. Die optische Achse verläuft beispielsweise senkrecht zur epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips. Das Einbringen von Diffusorpartikeln ist dabei nicht auf das Ziel einer Aufweitung des Lichtabstrahlwinkels gerichtet, sondern bewirkt, dass vom Bauelement mehr Licht in Richtung der optischen Achse des Halbleiterchips emittiert wird. Zugleich ist es möglich, dass eine Projektion des Chips und/oder des Bonddrahtes vermieden wird.
„Projektion” bedeutet hierbei die mathematische Abbildung der Ausdehnung des Halbleiterchips und des Bonddrahtes auf die Lichtauskoppelfläche, also die Oberfläche des Vergusses. Weiter wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung durch die strahlungsstreuenden Partikel gleichmäßiger verteilt, so dass in der Abstrahlcharakteristik Inhomogenitäten vermieden und Intensitätsspitzen geglättet werden. „Abstrahlcharakteristik” bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Lichtabstrahlungseigenschaften wie Intensität und Farbe in Abhängigkeit von der Abweichung zur optischen Achse des Halbleiterchips.
Ein weiterer Vorteil des Einbringens solcher strahlungsstreuender Partikel liegt darin, dass von außen einfallendes Fremdlicht diffus reflektiert wird, sodass das diffus reflektierte Fremdlicht die vom Bauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung nicht überlagert. Dies hat den Vorteil zur Folge, dass ein solcher Verguss neben den bereits genannten Effekten zusätzlich den Farblichtkontrast erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Bauelement eine Linse. Die Linse stellt ein eigenes Bauelement des optoelektronischen Halbleiterbauelements dar und ist nicht durch eine linsenartig ausgeformte Außenfläche des Vergusses gebildet. Die Linse ist auf die Oberfläche des Vergusses aufgebracht. Bei der Linse handelt es sich um eine klarsichtige Linse. „Klarsichtig” heißt dabei, dass die Linse für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strah lung transparent ist. Die Linse enthält keine strahlungsstreuenden Partikel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Bauelement einen Grundkörper mit einer Ausnehmung, in der zumindest ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angeordnet ist, einen in die Ausnehmung eingebrachten Verguss, der den Halbleiterchip zumindest stellenweise umhüllt und für die vom Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wobei der Verguss ein Material umfasst, in das strahlungsstreuende Partikel eingebracht sind und eine Linse, die auf dem Verguss aufgebracht ist, wobei die Linse klarsichtig ist.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Abstrahlcharakteristik von Halbleiterbauelementen in der Kombination von einem klaren Verguss ohne streuende Partikel mit einer klarsichtigen Linse störende Intensitätsspitzen in der räumlichen Abstrahlung aufweist. Zudem wird die Auskoppeleffizienz durch interne Reflektionen an der Grenzfläche Verguss/Luft verringert.
Um nun solche störenden Intensitätsspitzen zu vermeiden, macht das hier beschriebene Bauelement von der Idee Gebrauch, einen mit strahlungsstreuenden Partikeln enthaltenden Verguss mit einer klarsichtigen Linse zu kombinieren. Durch die ungerichtete Streuung der Lichtstrahlen an den strahlungsstreuenden Partikeln werden die störenden Intensitätsspitzen in der Abstrahlcharakteristik, die bei der Verwendung beispielsweise eines Klarvergusses auftreten, vermieden. Die klarsichtige Linse sorgt für ein Vermindern der internen Reflektionen an der Grenzfläche Verguss/Luft. Dadurch wird die Auskoppeleffi zienz des optoelektronischen Bauelements erhöht, da so mehr Strahlung das Bauelement verlassen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist ein Konversionsstoff dem Halbleiterchip nachgeordnet. Der Konversionsstoff kann auf die Diode aufgebracht sein und damit direkt in Kontakt mit der Diode stehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Konversionsstoff nur mittelbar mit dem Halbleiterchip in Kontakt steht. Der Konversionsstoff sorgt für die Umwandlung von Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge. Beispielsweise wandelt der Konversionsstoff von dem Halbleiterchip primär emittiertes blaues Licht teilweise in gelbes Licht um, das sich dann zusammen mit dem blauen Licht vermischen und weißes Licht ergeben kann. Der Konversionsstoff hat also die Funktion eines Lichtkonverters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Konversionsstoff im Verguss enthalten. Das heißt, dass der Konversionsstoff vor dem Einbringen in die Ausnehmung mit dem noch dickflüssigen Vergussmaterial vermengt wird. Der Konversionsstoff im Verguss hat hier ebenfalls die Rolle eines Lichtkonverters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements besteht das Vergussmaterial aus einem Silikon, einem Epoxid, einer Mischung aus Silikon und Epoxid oder enthält zumindest eines dieser Materialien. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Vergussmaterial um ein Material, welches für die vom Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung transparent ist. Das Vergussmaterial wird in die Ausnehmung des Grundkörpers eingebracht und umschließt den Halbleiterchip zumindest stellenweise formschlüssig und grenzt gleichzeitig an den Halbleiterchip direkt an. Vorzugsweise wird das Material in einer derart bemessenen Menge in die Ausnehmung eingefüllt, bis nach dem Aushärten des Materials der Verguss lateral bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers abschließt. „Lateral bündig” bedeutet hierbei, dass entlang der Achse senkrecht zur optischen Achse des Halbleiterchips sich am Übergang zwischen der Oberfläche des Vergusses und der des Grundkörpers keine Stufe oder Unebenheit ausbildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bestehen die strahlungsstreuenden Partikel zumindest aus den Materialien Siliziumdioxid (SiO₂), ZrO₂ _, TiO₂ oder Al_xO_y. Beispielsweise kann es sich bei dem Aluminiumoxid um Al₂O₃ handeln. Die strahlungsstreuenden Partikel werden vor dem Einbringen des Vergusses in die Ausnehmung mit dem Vergussmaterial vermengt. Vorzugsweise werden die strahlungsstreuenden Partikel derart im Verguss verteilt, dass die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel im ausgehärteten Verguss gleichmäßig ist. Die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung wird von den strahlungsstreuenden Partikeln reflektiert oder absorbiert. Vorzugsweise wird die emittierte Strahlung von den strahlungsstreuenden Partikeln isotrop reflektiert und gestreut. Durch die Streuung der emittierten Strahlung an den Partikeln wird ebenso die Farbhomogenität verbessert und die elektromagnetische Strahlung in ihren Intensitäten geglättet. „Farbhomogenität” bedeutet dabei die Stabilität des Farbtons über die räumliche Abstrahlung durch die Oberfläche des Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel im Verguss zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-%. Eine Aluminiumoxid-Konzentration von 0,15 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, beispielsweise 0,2 Gew.-%, hat sich als ganz besonders vorteilhaft in Bezug auf die Verstärkung der Vorwärtsstrahlung, der Verbesserung der Farbhomogenität und der Glättung der Abstrahlcharakteristik erwiesen. So konnte gezeigt werden, dass sich die Abstrahlung in Richtung der optischen Achse des Halbleiterchips um wenigstens 11% verstärkt und die störenden Farb- oder Weißtonschwankungen deutlich reduziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen die strahlungsstreuenden Partikel einen durchschnittlichen Durchmesser D₅₀ von 0,4 bis 0,6 μm auf. Vorzugsweise befinden sich die einzelnen Durchmesser der Partikel im Bereich von 0,45 μm und 0,55 μm. Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel einen durchschnittlichen Durchmesser D₅₀ von 0,5 μm auf, da mit einer derartigen Größe der Partikel die genannten Effekte ganz besonders stark hervortreten. „Durchschnittlicher Durchmesser D₅₀” heißt in diesem Zusammenhang, dass 50% der strahlungsstreuenden Partikel eine Durchmesser von mehr als 0,5 μm und die restlichen 50% der Partikel einen Durchmesser von weniger als 0,5 μm aufweisen. Zur Ermittlung des durchschnittlichen Partikeldurchmessers D₅₀ werden üblicherweise optische oder elektronenoptische Methoden wie beispielsweise Raster-Elektronen-Mikroskope (REM) oder Messungen unter Verwendung von Zentrifugen herangezogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements besteht die Linse aus einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung aus Silikon und Epoxid oder enthält zumindest eines dieser Materialien. Beispielsweise besteht die Linse aus einem Silikon. Vorzugsweise handelt es sich um eine klarsichtige Linse, die für elektromagnetische Strahlung transparent ist. Die Linse ist frei von strahlungsstreuenden Partikeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der Linse um eine sogenannte „dispergierte Linse”, bei der das Linsenmaterial vor dem Aufbringen auf die Oberfläche des Vergusses eine dickflüssige Konsistenz aufweist und beispielsweise mittels Auftröpfeln auf den Verguss aufgebracht ist. Durch die Oberflächenspannung formt sich eine Linse in Form einer Sammellinse aus, die nach dem Aushärten des Linsenmaterials eine Dicke von 0,8 bis 1,5 mm, beispielsweise 1,2 mm, aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements stehen der Verguss und die Linse in direktem Kontakt. „Direktem Kontakt” heißt dabei, dass die Linse und der Verguss direkt aneinander angrenzen und kein Raum oder Spalt an der Grenzfläche zwischen Linse und Verguss besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bestehen Vergussmaterial und Linse aus demselben Material. Dies hat den Vorteil, dass die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung nicht an der Grenzfläche Verguss/Linse gebrochen oder reflektiert wird. Vorteilhaft wird die Auskoppeleffizienz der elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterbauelements erhöht, da mehr Strahlung das optoelektronische Halbleiterbauelement verlassen kann.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Mittels des Verfahrens ist ein Bauelement herstellbar, wie es in Verbindung mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen offenbart ist. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Gehäuseverbund mit einer Vielzahl von Grundkörpern, wobei jeder Grundkörper eine Ausnehmung aufweist, bereitgestellt. Zur Herstellung eines solchen Gehäuseverbunds wird ein Trägerrahmen mit dem jeweiligen Material des Gehäuseverbunds umspritzt. Das ausgehärtete Material bildet dann den Gehäuseverbund. Der Gehäuseverbund besteht aus einer Vielzahl von zusammenhängenden Grundkörpern.
In einem zweiten Schritt wird jeweils ein Halbleiterchip in die Ausnehmung eines Grundkörpers befestigt und mittels eines Bonddrahtes kontaktiert. Vorzugsweise wird in jede Ausnehmung zumindest ein Halbleiterchip eingebracht.
In der Ausnehmung des Grundkörpers wird der Halbleiterchip mit einem mit strahlungsstreuenden Partikeln vermengten Vergussmaterial vergossen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Vergussmaterial um Silikon. Die Füllhöhe des Vergusses in der Ausnehmung ist dabei derart bemessen, dass nach dem Aushärten die Oberfläche des Vergusses vorzugsweise lateral bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers abschließt. Das heißt, an den Rändern des Übergangs Verguss/Grundkörper bildet sich keine Stufe oder Unebenheit aus.
Nach dem Aushärten des Vergusses wird das Linsenmaterial auf die Oberfläche des Vergusses aufgebracht, das nach dem Aushärten eine klarsichtige Linse bildet. Das Linsenmaterial wird dazu in Tröpfchenform aufgebracht. Durch die entstehende Oberflächenspannung formt sich eine Linse in Form einer Sammellinse aus.
In einem letzten Verfahrensschritt wird der Gehäuseverbund in einzelne Bauelemente vereinzelt, wobei das Vereinzeln nach dem Aufbringen der Linse erfolgt. Das Vereinzeln kann mittels Sägen, Schneidens, Brechens oder Stanzen erfolgen. Dies ermöglicht eine besonders wirtschaftliche Herstellung des Bauelements. Es ist aber auch möglich, dass das Vereinzeln vor dem Aufbringen der Linse erfolgt. Auf diese Weise kann die Linse an die Einsatzerfordernisse des Bauelements individuell angepasst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zunächst ein Gehäuseverbund mit einer Vielzahl von Grundkörpern, wobei jeder Grundkörper eine Ausnehmung aufweist, bereitgestellt. Zumindest ein Halbleiterchip wird in der Ausnehmung des Grundkörpers befestigt und kontaktiert. In einem nächsten Schritt wird der Halbleiterchip mit einem strahlungsstreuende Partikel enthaltenden Verguss vergossen. Anschließend wird der Verguss ausgehärtet. Weiter wird auf die Oberfläche des ausgehärteten Vergusses ein Linsenmaterial aufgebracht, das nach dem Aushärten eine klarsichtige Linse bildet. In einem letzten Schritt wird der Gehäuseverbund in einzelne Bauelemente vereinzelt, wobei das Vereinzeln nach dem Auftragen der Linse erfolgt.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Bauelement sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
Die 2a, 2b und 2c zeigen in schematischen Schnittdarstellungen einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Bauelements.
Die 3a, 3b, 4a und 4b zeigen Ergebnisse von Versuchsreihen bezüglich der räumlichen Abstrahlcharakteristik und Farbortstabilität des hier beschriebenen Bauelements.
In dem Ausführungsbeispiel und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In der 1 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Grundkörper 1, einem in einer Ausnehmung 2 befindlichen Halbleiterchip 3, einem diffusen Verguss 5 und einer Linse 7 gemäß des Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen Bauelements näher erläutert. In vorliegendem Beispiel ist der Grundkörper 1 mit einem weißen, oberflächenmontierbaren Gehäuse gebildet, das Silikon enthalten kann. Diese Gehäusefarbe hat den Vorteil, dass auf die Seitenflächen der Ausnehmung auftreffende elektromagnetische Strahlung nicht von den Seitenflächen absorbiert wird. Beispielsweise kann dies durch die Beimischung von Titanoxid zum Gehäusematerial erreicht sein. Das Gehäuse kann aber auch mit einem Keramikmaterial gebildet sein.
In der Ausnehmung 2 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 3 leitend mit der Bodenfläche der Ausnehmung 2 verbunden. Der Halbleiterchip 3 ist mittels eines Bonddrahtes 8 elektrisch leitend kontaktiert. Auf dem Halbleiterchip 3 ist das Konvertermaterial 4 aufgebracht, welches die vom Halbleiterchip 3 primär emittierte Strahlung in Strahlung anderer Wellenlänge umwandelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Konversionsschicht 4 um eine optische CLC-Schicht (Chip-Level Konversions-Schicht), die das vom Halbleiterchip 3 primär emittierte blaue Licht in teilweise gelbes Licht umwandelt. Gelbes und blaues Licht vermischen sich anschließend zu weißem Licht. Bei der Konversionsschicht 4 kann es sich um eine Schicht mit Silikon oder aus transparenter Keramik handeln in die Konverterpartikel eingebracht sind und die mittels Siebdruck, Plättchentransfer oder Elektrophorese auf den Halbleiterchip 3 aufgebracht ist.
Der Halbleiterchip 3 ist an den freiliegenden Seitenwänden und an seiner Oberseite formschlüssig von dem Verguss 5 umgeben. Bei dem Vergussmaterial handelt es sich um Silikon.
Das Silikon wurde vor dem Einfüllen in die Ausnehmung 2 mit strahlungsstreuenden Partikeln 6 aus Aluminiumoxid vermengt. Die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel 6 im Verguss 5 beträgt hierbei zwischen 0,15 Gew.-% und 0,25 Gew.-%, hier 0,2 Gew.-%, bei einer durchschnittlichen Partikelgröße D₅₀ von 0,4 μm bis 0,6 μm, hier 0,5 μm. Mit einer derartigen Zusammensetzung des Vergusses 5 wurden die deutlichsten Effekte in Bezug auf die Glättung der Abstrahlcharakteristik, Erhöhung der Vorwärtsstrahlung und Farbortstabilität er reicht. So konnte gezeigt werden, dass sich zum einen die Abstrahlleistung des Bauelements in Richtung der optischen Achse 9 um wenigstens 11% erhöhte, zum anderen stabilisierte sich der Farbeindruck des emittierten weißen Lichts über die gesamte Ausdehnung der Auskoppelfläche (siehe auch 3a, 3b, 4a und 4b). Daher eignet sich das vorliegende optoelektronische Halbleiterbauelement besonders für Raum- und Deckenbeleuchtung, Zimmerlampen oder Gebäude- und Fassadenbeleuchtung.
In diesem Beispiel schließt die Oberfläche des ausgehärteten Vergusses 5 mit der Oberfläche des Grundkörpers 1 lateral bündig ab. Das heißt, an den Rändern des Übergangs Verguss/Grundkörper bildet sich keine Stufe oder Unebenheit aus.
Die Linse 7 ist so ausgeformt, dass ihre laterale Ausdehnung den Formkörper 5 in seiner lateralen Ausdehnung übertrifft und damit den Verguss 5 vollständig überdeckt. Die Linse steht dabei auch in direktem Kontakt zum Gehäuse 1. Insbesondere weist die Linse 7 die maximale Dicke D auf der optischen Achse 9 des Halbleiterchips 3 auf und ist an dieser Stelle 1,2 mm dick. Die Mittelachse des Halbleiterchips 3 bildet die optische Achse, welche gleichzeitig senkrecht zu den epitaktisch gewachsenen Schichten ist. Das Linsenmaterial ist frei von strahlungsstreuenden Partikeln und transparent für die vom Halbleiterchip 3 emittierte elektromagnetische Strahlung.
Eine solche Kombination aus klarsichtiger Linse 7 mit dem in diesem Beispiel dargestellten diffusen Verguss 5 hat den zusätzlichen Vorteil, dass Lichtstrahlen, die vom Halbleiterchip 3 emittiert werden, nicht an der Grenzfläche Verguss/Linse gebrochen oder reflektiert, sondern die Lichtstrahlen durch die Linse 7 mit höherer Wahrscheinlichkeit aus dem Bauelement ausgekoppelt werden und damit die Auskoppeleffizienz erhöht wird.
In Verbindung mit den 2a, 2b und 2c wird anhand schematischer Schnittdarstellungen ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements näher erläutert.
Die 2a stellt einen Schnitt durch einen Gehäuseverbund 10 mit einer Vielzahl von Grundkörpern 1 dar. In jedem der Grundkörper 1 ist ein Halbleiterchip 3 in einer Ausnehmung 2 eingebracht, wobei der Halbleiterchip 3 mittels eines Bonddrahtes 8 elektrisch leitend kontaktiert ist. Auf dem Halbleiterchip 3 ist die Konversionsschicht 4 aufgebracht.
2b zeigt den Gehäuseverbund 10, bei dem in jeden Grundkörper 1 das mit Aluminiumoxid vermengte Vergussmaterial eingegossen wurde und zu dem Verguss 5 ausgehärtet ist. Der Halbleiterchip 3 ist von dem diffusen Verguss 5 an allen freiliegenden Außenflächen formschlüssig umgeben. Der Verguss 5 und der Halbleiterchip 3 stehen also stellenweise in direktem Kontakt miteinander.
In Verbindung mit 2c ist gezeigt, dass nach dem Aushärten des jeweils in die Ausnehmungen eingebrachten Vergusses 5 die Linse 7 auf jeden Grundkörper 1 auf die Oberfläche des Vergusses 5 aufgetröpfelt wird. Erst nachdem das Linsenmaterial zu einer Linse 7 in Form einer Sammellinse ausgehärtet ist, wird der Gehäuseverbund 10 mittels Sägen, Schneidens, Brechens oder Stanzen in einzelne Grundkörper 1 vereinzelt.
In Verbindung mit den 3a und 3b sind Ergebnisse von Versuchsreihen in Bezug auf die räumliche Abstrahlcharakteristik gezeigt.
Die 3a zeigt eine Versuchsreihe, bei der die mit der gesamten Chipleistung normierte räumliche Abstrahlintensität gegen den Abstrahlwinkel θ aufgetragen ist. Der Winkel θ ist als Winkel zwischen der optischen Achse 9 des Halbleiterchips 3 und der Abstrahlrichtung definiert. Der Winkel θ kann Werte zwischen –180° und +180° annehmen.
Die 3b zeigt eine Versuchsreihe, bei der die Abstrahlintensität mit der jeweils maximalen Intensitätsleistung des Chips normiert gegen den Winkel θ aufgetragen wurde.
Sowohl in der 3a als auch in der 3b zeigt die Linie 11 den Strahlungsverlauf des optoelektronischen Bauelements gemäß der Anmeldung, bei dem ein diffuser Verguss mit einer klaren Linse kombiniert wird (siehe 1). Die Linse hat die Form einer Sammellinse mit einer auf der optischen Achse 9 maximalen Dicke D von 1,2 mm. Bei dem Verguss handelt es sich um Silikon, welches mit Aluminiumoxid als strahlungsstreuende Partikel vermengt ist. Die Konzentration der Partikel im Silikon beträgt 0,2 Gew.-% bei einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 μm.
Zum Vergleich zeigt die Linie 12 den Strahlungsverlauf in einer Kombination eines klaren Vergusses mit einer klaren Linse. Bis auf die Tatsache, dass im Verguss des Bauelements für die Linie 12 keine Diffusorpartikel eingebracht sind, sind die Bauelemente zu den Linien 11 und 12 identisch beschaffen.
Der Halbleiterchip 3 emittiert blaues Licht, welches in Kombination mit dem Konverter in weißes Licht umgewandelt wird.
Wie bereits angegeben, kann mittels eines hier beschriebenen Bauelements eine Steigerung der Lichtstärke um bis zu 11% in Richtung der optischen Achse 9 erzielt werden, was durchaus als überraschend angesehen werden kann. Insbesondere sind auch die Intensitätsspitzen bei einem Abstrahlwinkel von etwa +/–80° vermindert, so dass die Kurve angefangen bei einem Abstrahlwinkel von etwa +/–100° bis hin zur optischen Achse 9 glatt und ohne Unterbrechungen oder Inhomogenitäten verläuft.
Ingesamt ergibt sich aus den 3a und 3b durch den Anteil an Diffusorpartikeln im Verguss eine zentriertere und homogenere Abstrahlcharakteristik, als dies bei Verwendung eines klaren Vergusses der Fall ist. Weiter kann durch eine solche Kombination aus klarer Linse mit diffusem Verguss die Abstrahlcharakteristik vor allem an den Abstrahlrändern geglättet werden.
In Verbindung mit den 4a und 4b sind Ergebnisse von Versuchsreihen in Bezug auf die räumliche Farbortstabilität gezeigt. Die 4a zeigt die x-Koordinate C_x des Farbkoordinatensystems im Normvalenzsystem in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels θ. Die 4b zeigt die entsprechende y-Koordinate C_y in Abhängigkeit des Winkels θ.
Die 4a und 4b zeigen die Farbortstabilitäten in Abhängigkeit des Winkels θ. Aus den 4a und 4b ist eine Glättung der Farbortkurve insbesondere an den Abstrahlrändern bei etwa +/–80° erkennbar, wo Farbtonspitzen geglättet wur den. Die Linien 11 und 12 beschreiben hierbei wiederum die Messkurven der Bauelemente mit klarem und diffusem Verguss.
So ist der Farbeindruck über die gesamte Oberfläche des optoelektronischen Bauelements homogener und stabiler als bei Verwendung lediglich eines klaren Vergusses.
Das heißt, die Abhängigkeit der Farbe vom Winkel, in dem ein Betrachter auf das Bauelement blickt, ist mit einem hier beschriebenen Bauelement stark reduziert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels beschränkt. Vielmehr erfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder dem Ausführungsbeispiel angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1449263 B1 [0002]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit, – zumindest einem in einer Ausnehmung eines Grundkörpers (1) angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3), – mit einem in die Ausnehmung (2) eingebrachten Verguss (5), der den Halbleiterchip (3) zumindest stellenweise umhüllt und für die von dem Halbleiterchip (3) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wobei der Verguss (5) ein Material umfasst, in das strahlungsstreuende Partikel (6) eingebracht sind, und – einer Linse (7), die auf den Verguss (5) aufgebracht ist, wobei die Linse (7) klarsichtig ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem ein Konversionsstoff (4) dem Halbleiterchip (3) nachgeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Konversionsstoff (4) im Verguss (5) enthalten ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Vergussmaterial aus einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung aus Silikon und Epoxid besteht oder zumindest eines der Materialien enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wonach die strahlungsstreuenden Partikel (6) aus zumindest einem der folgenden Materialien bestehen: SiO₂, ZrO₂, TiO₂ oder Al_xO_y.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel (6) im Verguss zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-% beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die strahlungsstreuenden Partikel (6) einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,4 bis 0,6 μm haben.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Linse (7) aus einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung aus Silikon und Epoxid besteht oder zumindest eines dieser Materialien enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verguss (5) und die Linse (7) in direktem Kontakt stehen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Vergussmaterial und die Linse (7) aus demselben Material bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten, – Bereitstellen eines Gehäuseverbunds (10) mit einer Vielzahl von Grundkörpern (1), wobei jeder Grundkörper (1) eine Ausnehmung (2) aufweist, – Befestigen und Kontaktieren zumindest eines Halbleiterchips (3) in jeder Ausnehmung (2) des Grundköpers, – Vergießen des Halbleiterchips (3) mit einem mit strahlungsstreuenden Partikeln (6) vermengten Vergussmaterial und anschließendes Aushärten des Vergusses, – Aufbringen eines Linsenmaterials auf die Oberfläche des Vergusses (5), das nach dem Aushärten eine klarsichtige Linse (7) bildet, – Vereinzeln des Gehäuseverbunds (10) in einzelne Grundkörper (1), wobei das Vereinzeln nach dem Aufbringen der Linse (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Bauelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 hergestellt wird.