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Es
wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für
ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus
wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
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Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil
anzugeben, bei dem optische Eigenschaften des optischen Elements effizient
einstellbar sind. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht
darin, ein solches optoelektronisches Bauteil anzugeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst
dieses einen Träger. Der Träger stützt
hierbei bevorzugt das Bauteil mechanisch. Mit anderen Worten kann
durch den Träger das optoelektronische Bauteil mechanisch
selbsttragend und/oder biegefest sein. Zum Beispiel umfasst der
Träger eines der folgenden Materialien oder besteht hieraus:
Metall, Glas, Keramik wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, faserverstärktes
Epoxid oder Silikon, Kunststoff. An oder in dem Träger
können elektrische Leitungen oder elektrische Anschlussteile
zur Kontaktierung eines Halbleiterchips angebracht oder integriert
sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
an dem Träger mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip
angebracht. Bei dem Halbleiterchip kann es sich um eine Leuchtdiode,
eine Photodiode, eine Superlumineszenzdiode oder eine Laserdiode
handeln.
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Insbesondere
ist der Halbleiterchip ein Dünnfilmchip mit einer Dicke
von weniger als 200 μm. Zum Beispiel ist der Halbleiterchip
ausgeformt, wie in der Druckschrift
WO 2005/081319 A1 oder
in der Druckschrift
DE
10 2007 004 304 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt
dieser Druckschriften hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips
wird hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst
dieses ein optisches Element, das an dem Träger angebracht
ist und in einer Strahlrichtung, vom Halbleiterchip aus gesehen,
dem Halbleiterchip nachgeordnet ist. Durch das optische Element
werden optische Eigenschaften einer vom Halbleiterchip zu empfangenden
oder, bevorzugt, zu emittierenden Strahlung beeinflusst. Beispielsweise
ist das optische Element eine Sammellinse oder eine Zerstreulinse,
ein Filter, ein Konversionselement und/oder ein Diffusor.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst
das optische Element einen Grundkörper. Der Grundkörper ist
bevorzugt mit einem strahlungsdurchlässigen Formmaterial
gebildet. Weiterhin bevorzugt ist das Formmaterial überwiegend
ein thermoplastischer Kunststoff wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat,
kurz PMMA, oder, besonders bevorzugt, ein Silikon, ein Epoxid oder
ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Überwiegend kann hierbei
bedeuten, dass der Grundkörper zu mindestens 70% insbesondere
zu mindestens 80% bevorzugt zu mindestens 95% aus den genannten
Materialien besteht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
der Grundkörper des optischen Elements über ein
Formpressen, englisch Compression molding, über ein Spritzpressen, englisch
Transfer molding, über ein Spritzgießen, englisch
Injection molding oder über ein Gießen, englisch
Casting, erzeugt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst
das optische Element weiterhin eine Folie, englisch Foil. Die Folie
bildet hierbei eine dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche
des optischen Elements. Insbesondere ist die gesamte, dem Halbleiterchip und/oder
dem Träger abgewandte Begrenzungsfläche des optischen
Elements durch die Folie gebildet. Mit anderen Worten kann der Grundkörper
des optischen Elements vollständig von dem Träger
und der Folie eingeschlossen sein.
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Die
Folie kann hierbei eine oder mehrere Lagen aufweisen. Eine Lage
der Folie ist zum Beispiel eine sich entlang einer Hauptausdehnungsrichtung im
Wesentlichen über die gesamte Folie erstreckende durchgehende
oder gleichmäßig strukturierte Schicht, die sich
durch eine bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaft auszeichnet.
Derartige chemische oder physikalische Eigenschaften sind beispielsweise
die Zähigkeit der Folie, das Haftungsvermögen
der Folie an ein bestimmtes Material oder eine Transmittivität
oder Reflektivität der Folie für elektromagnetische
Strahlung. Es ist möglich, dass zumindest eine Lage der
Folie in lateraler Richtung strukturiert ist, also entlang der Hautpausdehnungsrichtungen
Lücken oder Unterbrechungen aufweist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
die Folie des optischen Elements verbindungsmittelfrei und unmittelbar
mit dem Grundkörper verbunden. Mit anderen Worten steht
ein Material der Folie bevorzugt in unmittelbarem physischen Kontakt
mit einem Material des Grundkörpers. Ein Brechungsindex
oder ein mittlerer Brechungsindex der Folie ist insbesondere kleiner
als ein Brechungsindex oder ein mittlerer Brechungsindex des Grundkörpers.
Die Verbindung zwischen Folie und Grundkörper ist weiterhin
bevorzugt dauerhaft. Dauerhaft kann hierbei bedeuten, dass sich über
eine Lebensdauer oder über eine Betriebsdauer des Halbleiterchips
unter den normalen, im Betrieb des optoelektronischen Bauteils auftretenden Belastungen
die Folie nicht von dem Grundkörper löst.
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Mit
dem Begriff Folie kann gemeint sein, dass es sich um ein dünnes,
zusammenhängendes Blatt aus einem festen Material handelt.
Blatt kann bedeuten, dass eine Flächenausdehnung weitaus größer
ist als eine Dicke. Die Dicke der Folie liegt bevorzugt zwischen
einschließlich 20 µm und 120 μm, insbesondere
zwischen einschließlich 25 μm und 60 μm.
Im Gegensatz zu dem Grundkörper des optischen Elements
ist die Folie insbesondere nicht durch ein Formpressen, Formgießen,
Gießen oder Formspritzen im Bauteil, sondern separat davon
hergestellt, insbesondere vor dem Grundkörper und mit einem
anderen Werkzeug als der Grundkörper.
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In
mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen
Bauteils umfasst dieses einen Träger und mindestens einen
optoelektronischen Halbleiterchip, der an dem Träger angebracht
ist. Ferner beinhaltet das optoelektronische Bauteil wenigstens
ein optisches Element, das ebenfalls an dem Träger angebracht
ist und das, in einer Strahlrichtung vom Halbleiterchip aus gesehen,
dem Halbleiterchip nachgeordnet ist. Das optische Element weist
hierbei einen Grundkörper mit einem strahlungsdurchlässigen
Formmaterial auf. Das Formmaterial ist thermoplastischer Kunststoff
wie ein Polycarbonat oder PMMA, oder besonders bevorzugt ein Silikon,
ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Weiterhin ist
der Grundkörper formgepresst, formgespritzt oder formgegossen.
Außerdem umfasst das optische Element eine Folie, die eine
dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche des optischen
Elements bildet. Die Folie ist verbindungsmittelfrei und unmittelbar
mit dem Grundkörper verbunden.
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Dadurch,
dass eine äußere, dem Halbleiterchip abgewandte
Begrenzungsfläche des optischen Elements durch eine Folie
gebildet ist, lässt sich das optische Element effizient über
ein Formpressen oder über ein Formgießen in einem
Formwerkzeug herstellen. Durch die Verwendung beispielsweise verschiedener
Folien können mechanische und/oder optische Eigenschaften
des optischen Elements gezielt eingestellt und mit verhältnismäßig
geringem Aufwand bei gleich bleibender äußerer
Form des optischen Elements verändert werden. Weiterhin
ist ein optischer Effekt, zum Beispiel ein Filtern einer Wellenlänge,
nur auf einen dünnen Bereich des optischen Elements beschränkbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist
die Folie mindestens eine Beimengung auf. Mit anderen Worten ist
einem Grundmaterial der Folie eine Beimengung beigegeben, wobei
die Beimengung insbesondere homogen verteilt in der Folie oder in
wenigstens einer Lage der Folie vorliegt. Bei der Beimengung kann
es sich um ein Konversionsmittel handeln, das eine vom Halbleiterchip
zu empfangende oder auszusendende Strahlung wenigstens teilweise
in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge umwandelt.
Ebenso kann die Beimengung ein Diffusionsmittel sein, das insbesondere
eine vom Halbleiterchip zu emittierende Strahlung streut. Außerdem
ist es möglich, dass die Beimengung ein Filtermittel ist,
das nur Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich zu dem optoelektronischen
Halbleiterchip gelangen oder aus dem optoelektronischen Bauteil
emittieren lässt. Zum Beispiel ist das Filtermittel ein
Kantenfilter, der sichtbare Strahlung absorbiert und transparent
für nahinfrarote Strahlung ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
die Beimengung ein Härtefüllstoff. Ein solcher
Füllstoff kann dazu dienen, die dem Halbleiterchip abgewandte
Begrenzungsfläche des optischen Elements und somit der Folie
zu härten. Hierdurch ist auch eine Klebrigkeit der Folie
reduzierbar. Speziell kann eine höhere Widerstandsfähigkeit
der Folie beispielsweise gegen ein Verkratzen erzielt werden. Ebenso
ist es möglich, dass die Beimengung zur Einstellung des
optischen Brechungsindexes der Folie dient. Eine solche Beimengung
zur Einstellung des Brechungsindexes und/oder zur Härtung
der Folie ist zum Beispiel ein Titanoxid oder ein Siliziumoxid.
Ferner kann die Beimengung ein Adhäsionsmittel umfassen, über
das eine verbesserte Haftung zwischen dem Grundkörper des
optischen Elements und der Folie realisierbar ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beträgt
ein Volumenanteil der Beimengung an der Folie mindestens 12%, bevorzugt
mindestens 15%, insbesondere mindestens 20%. Auch ein Volumenanteil
von mindestens 25% der Beimengung an der Folie ist möglich. Mit
anderen Worten weist die Folie einen hohen Anteil der Beimengung
auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
die Folie optisch trüb. Insbesondere ist die Trübung
der Folie derart ausgeprägt, dass durch das optische Element
hindurch keine optische Abbildung des Halbleiterchips erfolgt. Mit
anderen Worten ist, mit bloßem Auge in Draufsicht auf das
optische Element gesehen, der optoelektronische Halbleiterchip und/oder
eine Kontur und/oder eine Färbung des Halbleiterchips nicht erkennbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
ein Material des Grundkörpers transparent. Mit anderen
Worten ist der Grundkörper insbesondere im sichtbaren Spektralbereich
oder für die vom Halbleiterchip zu empfangende oder auszusendende
Strahlung klarsichtig. Transparent bedeutet bevorzugt auch, dass
der Grundkörper des optischen Elements frei von Zusätzen
wie Diffusionsmitteln oder Konversionsmitteln ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist
die Folie zumindest an der dem Halbleiterchip abgewandten Seite
eine dreidimensionale Strukturierung auf. Die Strukturierung kann
durch eine regelmäßige oder durch eine unregelmäßige
Aufrauung gebildet sein, über die beispielsweise eine Lichtauskopplung
einer vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung aus dem optischen Element
heraus steigerbar ist. Eine mittlere Strukturgröße
der Strukturierung, beispielsweise typische laterale Abmessungen
einer Einheitszelle der Strukturierung, liegt bevorzugt zwischen
dem einschließlich 0,5-fachen und dem 4,0-fachen einer Hauptwellenlänge
einer vom Halbleiterchip zu emittierenden oder zu detektierenden
Strahlung. Die Hauptwellenlänge ist zum Beispiel diejenige
Wellenlänge, bei der eine maximale spektrale Leistungsdichte
etwa einer vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung vorliegt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist
die Folie eine Strukturierung an einer dem Halbleiterchip zugewandten
Seite auf. Über diese Strukturierung ist es möglich,
eine Haftung der Folie an dem Grundkörper des optischen
Elements zu verbessern.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist
die Folie bei Raumtemperatur eine Härte von mindestens
Shore A 80 und der Grundkörper eine Härte von
höchstens Shore A 80 auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
die Folie eine Silikonfolie, eine Epoxidfolie, eine Silikon-Epoxid-Hybrid-Folie
oder eine Polyimidfolie. Der Grundkörper und die Folie
können aus überwiegend dem gleichen Material bestehen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist
die Folie mindestens einen absorbierenden und/oder reflektierenden
Teilbereich auf. Durch den Teilbereich der Folie ist insbesondere
ein Symbol, ein Piktogramm und/oder ein Schriftzug gebildet. Beispielsweise weist
die Folie aufgedruckte oder eingefärbte farbige Teilbereiche
auf, und diese Teilbereiche sind zum Beispiel für eine
vom Halbleiterchip zu emittierende Strahlung undurchlässig.
Das Symbol, das Piktogramm oder der Schriftzug können als
Positiv oder als Negativ durch die Teilbereiche dargestellt sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
der mindestens eine Teilbereich, in Draufsicht auf das optische
Element gesehen, erkennbar. Mit anderen Worten ist mit bloßem
Auge bei Dunkelheit, bei Tageslicht und/oder im Betrieb des optoelektronischen
Halbleiterchips das Symbol, das Piktogramm oder der Schriftzug wahrnehmbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist
das optische Element bei einer Temperatur von mindestens 260°C
für eine Dauer von wenigstens 10 s thermochemisch und mechanisch
stabil. Hierdurch ist es ermöglicht, dass das optoelektronische
Bauteil über ein Löten, insbesondere über
eine so genannte Surface-Mount-Technology, kurz SMT, an einem externen,
nicht zum optoelektronischen Bauteil gehörigen Montageträger
befestigbar ist. Bevorzugt ist das optoelektronische Bauteil zu
einer bleifreien Lötmontage eingerichtet. Zum Beispiel
ist ein Material der Folie und/oder des Grundkörpers dann
ein Silikon, ein Epoxid, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial oder
ein Polyimid.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beträgt
eine mittlere laterale Abmessung des optischen Elements zwischen
einschließlich 0,4 mm und 8 mm, insbesondere zwischen einschließlich
0,5 mm und 6 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,75
mm und 5 mm. Unter mittlerer lateraler Abmessung ist beispielsweise
ein mittlerer Durchmesser oder ein Mittelwert über die
Kantenlängen des optischen Elements zu verstehen. Mit anderen
Worten ist das optische Element vergleichsweise klein ausgeformt.
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Es
wird darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines
optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein optisches Element
oder ein optoelektronisches Bauteil hergestellt werden, wie es in
Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen
beschrieben ist. Merkmale des optoelektronischen Bauteils sowie
des optischen Elements sind daher auch für das hier beschriebene
Verfahren offenbart und umgekehrt.
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In
mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
des optischen Elements für das optoelektronische Bauteil
umfasst dieses die folgenden Schritte:
- – Einbringen
einer Folie in eine Kavität eines Formwerkzeugs, wobei
die Kavität eine Form des herzustellenden optischen Elements
aufzeigt,
- – Anformen der Folie in der Kavität wenigstens
an ein Hauptteil des Formwerkzeugs,
- – Einbringen eines Formmaterials, das überwiegend
ein thermoplastischer Kunststoff, ein Silikon, ein Epoxid oder ein
Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, in die Kavität mittels
eines Formpressens, eines Formspritzens oder eines Formgießens,
- – Ausformen eines Grundkörpers des optischen Elements
aus dem Formmaterial,
- – Anhärten und/oder Aushärten des
Formmaterials des Grundkörpers, wobei wenigstens eine Lage
der Folie verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper
verbunden wird,
- – Entformen des optischen Elements wenigstens aus dem
Hauptteil des Formwerkzeugs, und
- – Fertigstellen des optischen Elements und/oder des
optoelektronischen Bauteils.
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Bevorzugt
erfolgen die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge.
Ebenso ist es möglich, dass eine abweichende Reihenfolge
der Verfahrensschritte verfolgt wird oder dass mehrere Verfahrensschritte
zu einem Verfahrensschritt zusammengefasst sind.
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Dass
das optische Element aus einem, insbesondere nur aus einem Hauptteil
des Formwerkzeugs entformt wird, kann bedeuten, dass die Kavität durch
genau ein Hauptteil des Formwerkzeugs und durch einen Träger
des herzustellenden optoelektronischen Bauteils gebildet ist. Ein
Hauptteil des Formwerkzeugs ist hierbei zum Beispiel der Teil einer Gussform,
der zur Herstellung einer Vielzahl von optischen Elementen verwendbar
ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Folie
eine erste Lage und eine zweite Lage. Die erste Lage haftet bevorzugt
an einem Material, aus dem das Hauptteil des Formwerkzeugs gefertigt
ist, schwächer als die zweite Lage der Folie an dem Formmaterial
des Grundkörpers haftet. Mit anderen Worten lässt
sich die erste Lage leicht aus dem Formwerkzeug lösen und
die zweite Lage geht eine stabile Verbindung mit dem Material des
Grundkörpers ein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Lage
beim Schritt des Entformens oder nach dem Schritt des Entformens von
der zweiten Lage getrennt. Mit anderen Worten kann die erste Lage
insbesondere beim Entformen von der zweiten Lage delaminiert werden,
so dass nur die zweite Lage an den Grundkörper verbleibt. Die
zweite Lage haftet also bevorzugt stärker an dem Grundkörper
als an der ersten Lage.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Teil der
Kavität von einem Träger des optoelektronischen
Halbleiterchips gebildet. Ferner wird das Formmaterial des Grundkörpers in
unmittelbaren Kontakt sowohl zum Träger als auch zum Halbleiterchip
gebracht. Mit anderen Worten ist dann der Halbleiterchip vollständig
von dem Formmaterial des Grundkörpers und von dem Träger
umschlossen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eine
Lage der Folie aus einem Foliennutzen herausgetrennt. Der Foliennutzen
umfasst insbesondere eine Vielzahl gleichartiger Teilbereiche, wobei
die Teilbereiche jeweils eine Folie für ein optisches Element
darstellen. Das Heraustrennen der Folie des optischen Elements aus dem
Foliennutzen erfolgt weiterhin bevorzugt beim Schritt des Einbringens
des Formmaterials des Grundkörpers in die Kavität
und/oder beim Ausbilden der Kavität durch ein oder mehrere
Hauptteile des Formwerkzeugs und/oder des Trägers.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Kavität
während des Schritts des Einbringens des Formmaterials
und bevorzugt auch während des Schritts des Anhärtens
und/oder des Aushärtens des Formmaterials durch die Folie oder
durch wenigstens eine Lage der Folie abgedichtet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird das fertig gestellte
optische Element über ein Verbindungsmittel an einen Halbleiterchip
angebracht. Das Anbringen kann ein Kleben, ein Anschmelzen oder
ein Aushärten über einen Vernetzungsvorgang sein.
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Einige
Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische
Bauteile Verwendung finden können, sind beispielsweise
die Tasten von Mobiltelefonen oder von Computertastaturen. Ebenso
können die optoelektronischen Bauteile als Blitzlichter
beispielsweise für Kameras in Mobiltelefonen eingesetzt
werden.
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Nachfolgend
wird ein hier beschriebenes Bauteil sowie ein hier beschriebenes
Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei
gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch
keine maßstäblichen Bezüge dargestellt,
vielmehr können einzelnen Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
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Es
zeigen:
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1 bis 6 schematische
Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteilen,
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7 und 8 schematische
Darstellungen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
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9A bis 9C weitere
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteilen.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils 1 dargestellt.
Auf einem Träger 3 ist auf einer Trägeroberseite 30 ein
optoelektronischer Halbleiterchip 2, zum Beispiel eine Leuchtdiode,
angebracht. Der Träger 3 kann elektrische Leitungen
zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 beinhalten,
die in 1 nicht dargestellt sind.
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Der
Halbleiterchip 2 ist vollständig von dem Träger 3 und
einem optischen Element 45 eingeschlossen. Das optische
Element 45 weist einen Grundkörper 5 und
eine Folie 4 auf. Eine den Halbleiterchip 2 abgewandte
Begrenzungsfläche 7 des optischen Elements 45 ist
vollständig von der Folie 4 gebildet.
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Die
Folie 4 umfasst eine Beimengung 8. Zum Beispiel
ist die Beimengung 8 ein Diffusor oder ein Konversionsmittel
oder ein Härtefüllstoff, der die Begrenzungsfläche 7 widerstandsfähiger
gegen ein Verkratzen macht. Ist die Beimengung ein Diffusor oder
ein Konversionsmittel, so ist ein Volumenanteil der Beimengung an
der Folie bevorzugt größer als 12%, insbesondere
größer als 20%. Weiterhin ist bevorzugt der Halbleiterchip 2 mit
bloßem Auge durch das optische Element 45 hindurch
nicht erkennbar. Mit anderen Worten werden beispielsweise Umrisse des
Halbleiterchips 2 aufgrund der Beimengung optisch nicht
nach außerhalb des optischen Elements 45 abgebildet.
Der Grundkörper 5 ist bevorzugt klarsichtig.
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Eine
Dicke T der Folie 4 beträgt beispielsweise zwischen
einschließlich 20 μm und 120 μm. Eine Höhe
H des gesamten optischen Elements 45, in einer Richtung
senkrecht zur Trägeroberseite 30, beträgt
zum Beispiel zwischen 50 μm und 500 μm. Bevorzugt
ist Höhe H um mindestens einen Faktor 5 größer
als die Dicke T der Folie.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist an
einer dem Träger 3 abgewandten Strahlungsdurchtrittsfläche 20 des
Halbleiterchips 2 eine Konversionsmittelschicht 12 aufgebracht,
die in direktem Kontakt zu einem Halbleitermaterial des Halbleiterchips 2 steht.
Der Halbleiterchip 2 ist weiterhin ein so genannter Flip-Chip
und über zwei Anschlussteile 13 an einer dem Träger 3 zugewandten
Seite elektrisch kontaktiert.
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Die
Folie 4 des optischen Elements 45, die ebenfalls
eine Beimengung 8 in Form zum Beispiel eines Diffusors
umfasst, weist eine inhomogene Dicke auf. Die Dicke T1 an lateralen
Randbereichen des optischen Elements ist kleiner als die Dicke T2 der
Folie 4 über dem Halbleiterchip 3. Die
Folie 4 ist also linsenähnlich bezüglich
ihrer Dickenverteilung ausgeformt. Weiterhin liegt die Folie 4 in
dem lateralen Randbereich auf den Anschlussteilen 13 beziehungsweise
auf dem Träger 3 auf. Eine Breite eines Auflagebereichs überschreitet
bevorzugt mindestens das Dreifache der Dicke T1 in dem lateralen
Randbereich des optischen Elements 45. Über diesen
Auflagebereich ist ein Abdichten einer Kavität beim Herstellen
des Grundkörpers 5 erreichbar.
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Ebenso
ist es möglich, dass der Auflagebereich, anders als in 2 dargestellt,
außerhalb einer bestimmten Anzahl von während
der Herstellung über die Folie 4 und insbesondere
einen gemeinsamen Grundkörper 5 miteinander verbundenen
Bauteilen 1 liegt, wobei die Bauteile 1 vereinzelbar
beziehungsweise voneinander separierbar sind, etwa durch ein Sägen.
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Gemäß der
schematischen Schnittdarstellung nach 3A umfasst
das Bauteil 1 mehrere Halbleiterchips 2, die beispielsweise
in unterschiedlichen Spektralbereichen sichtbare Strahlung emittieren.
Die Folie 4 weist Teilbereiche 14 auf, durch die ein
Symbol gebildet ist, vergleiche die Draufsicht gemäß 3B. Das Symbol kann durch die Teilbereiche 14 dabei
in Negativdarstellung oder in Positivdarstellung gebildet sein.
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An
der Begrenzungsfläche 7 ist ferner eine dreidimensionale
Strukturierung 9 ausgebildet. Eine mittlere Strukturgröße
L der Strukturierung 9 beträgt bevorzugt zwischen
einschließlich 1 μm und 5 μm. Durch die
Strukturierung 9 wird eine Lichtauskopplung aus dem optischen
Element 45 heraus verbessert. Eine derartige Strukturierung
kann auch in den anderen Ausführungsbeispielen, abweichend
von der Darstellung, vorhanden sein. Zum Beispiel ist die Folie
ein so genannter Brightness Enhancement-Film, kurz BEF, des Unternehmens
3M.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist zwischen
dem Träger 3 und dem Halbleiterchip 2 ein Reflektor 19 angebracht.
Weiterhin umfasst die Folie 4 zwei Lagen 4a, 4b.
Die Lage 4b weist einen den Halbleiterchip 2 ringförmig
umlaufenden Teilbereich 14 auf, der reflektierend für
eine vom Halbleiterchip 2 zu empfangende oder zu emittierende
Strahlung wirkt. Die Lage 4a umfasst die Beimengung 8 und weist
beispielsweise eine große Härte auf, die Shore A
80 übersteigen kann. Der Grundkörper 5 hingegen ist
zum Beispiel vergleichsweise weich mit einer Härte von
weniger als Shore A 80.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die
Strukturierung 9 nur in Teilbereichen der Begrenzungsfläche 7 der
Folie 4 vorhanden. Ferner erstreckt sich die Lage 4b der
Folie, die die Teilbereiche 14 ausbildet, ebenfalls nur
auf Teile der Lage 4a der Folie 4. Mit anderen
Worten ist die Lage 4b, die beispielsweise durch ein Aufdrucken
auf die Lage 4a erzeugt ist, nicht durchgehend.
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Der
Träger 3 sowie das optische Element 45 können
beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 in einer
gemeinsamen Spritzgussform oder Spritzpressform erzeugt sein. Zum
Beispiel ist das Bauelement 1 über einen Zwei-Komponenten-Spritzguss
erzeugt. Eine elektrische Verbindung des Halbleiterchips 2 zu
den Anschlussteilen 13 erfolgt über einen Bonddraht 16.
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Gemäß 6 ist
die Strukturierung 9b der Folie 4 als Fresnel-Linse
geformt. Weiterhin weist die Folie 4 auch an einer dem
Halbleiterchip 2 zugewandten Seite die Strukturierung 9a auf,
durch die eine verbesserte Haftung zum Grundkörper 5 erzielbar
ist. Der Träger 3, der beispielsweise ein Spritzgussteil
ist, weist eine Ausnehmung auf, an deren Boden der Halbleiterchip 20 angebracht
ist. Der Grundkörper 5 füllt im Wesentlichen
die gesamte Ausnehmung aus. Anders als in 6 dargestellt, kann
die Folie 4 auf den Grundkörper 5 beschränkt sein
oder auch bis zu Kanten des Trägers 3 reichen.
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In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung
des optischen Elements 45 sowie des optoelektronischen
Bauteils 1 illustriert. Gemäß 7A wird die Folie 4, die Teil
eines Foliennutzens 40 ist, in eine Kavität 6 eines
Hauptteils 60 eines Formwerkzeugs 63 eingeführt.
Gemäß 7B wird die
Folie 4 an die Kavität 6 des Hauptteils 60 angeformt.
Weiterhin wird gemäß 7B der
Träger 3 mit dem Halbleiterchip 2 bereitgestellt.
Hierzu wird auf dem Träger 3, oder alternativ
hierzu auf der Folie 4 in der Kavität 6,
eine Grundformmasse 50, die den Grundkörper 5 ausbildet,
aufgebracht.
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Gemäß 7C wird der Träger 3 an
das Hauptteil 60 des Formwerkzeugs 63 gepresst,
beispielsweise mithilfe eines in 7 nicht
dargestellten weiteren Hauptteils, wobei die Folie 4 die
Kavität 6 abdichtet. Durch dieses Anpressen des
Trägers 3 an das Hauptteil 60 wird die
Grundmasse 50 zusammengepresst und der Grundkörper 5 ausgebildet. Ferner
wird der Grundkörper 5 beziehungsweise die Grundformmasse 50 angehärtet
und/oder ausgehärtet, woraus eine unmittelbare und feste
Verbindung des Grundkörpers 5 mit der Folie 4 resultiert.
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Optional
ist es möglich, mit dem Anpressen des Trägers 3 an
das Hauptteil 60 die Folie 4 aus dem Foliennutzen 40 abzutrennen,
beispielsweise durch das Ausbilden eines umlaufenden Grabens 15. Der
Graben 15 kann durch entsprechend geformte Vorsprünge
oder durch ein nicht gezeichnetes, weiteres bewegliches Teil des
Hauptteils 60 erstellt werden.
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Gemäß 7D wird das fertiggestellte optoelektronische
Halbleiterteil 1 aus dem Hauptteil 60 entformt.
Hierbei erfolgt auch eine vollständige Abtrennung der zum
optischen Element 45 gehörigen Folie 4 von
dem Foliennutzen 40.
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Ein
Verfahrensschritt zu einem alternativen Herstellungsverfahren ist
in 8 illustriert. Der Foliennutzen 40 weist
zwei Lagen 4a, 4b auf. Nur die Lage 4b verbindet
sich mit dem Grundkörper 5 und bildet das optische
Element 45. Die Lage 4a, die eine geringe Haftung
zu dem Hauptteil 60a aufweist, wird durch Vorsprünge 17 des Hauptteils 60b nicht
aus dem Foliennutzen 40 herausgetrennt. Das Formwerkzeug 63 gemäß 8 kann
also durch die Hauptteile 60a, 60b gebildet sein.
Die Folie 4b schließt in einer lateralen Richtung
bündig mit dem Träger 3 ab.
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In
den 9A bis 9C sind
Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauteils 1 dargestellt,
bei denen das optische Element 45 jeweils über
ein Verbindungsmittel 11 an dem Halbleiterchip 2 und/oder
an dem Träger 3 angebracht ist. Gemäß 9A steht das optische Element 45 über
das Verbindungsmittel 11 nur in Kontakt zu der Strahlungsdurchtrittsfläche 20 des
Halbleiterchips 2. Das Ausführungsbeispiel gemäß 9B ist analog zu 1 gestaltet
und das Ausführungsbeispiel gemäß 9C analog zum Ausführungsbeispiel
gemäß 6, wobei das optische Element 45 gemäß 9C keine Fresnel-Linse ist.
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Die
hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand
der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr
umfasst 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/081319
A1 [0005]
- - DE 102007004304 A1 [0005]
