DE102009036622A1

DE102009036622A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102009036622A1
Application number: DE200910036622
Authority: DE
Inventors: Gertrud Dr. Kräuter; Bernd Barchmann; Madis Dr. Raukas
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, mit - einem Gehäusegrundkörper (1), und - zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), wobei - der Gehäusegrundkörper (1) den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) zumindest stellenweise umgibt und - der Gehäusegrundkörper (1) mit einem strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial (3) aus einem Fluorpolymer gebildet ist, wobei in das Matrixmaterial (3) ein strahlungsreflektierender Füllstoff (4) eingebracht ist.

Description

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders langlebig ist.
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Gehäusegrundkörper. Bei dem Gehäusegrundkörper handelt es sich beispielsweise um einen Träger, auf dem Elemente des optoelektronischen Halbleiterbauteils angeordnet sind. Der Gehäusegrundkörper kann beispielsweise eine Kavität aufweisen, in welche Elemente des optoelektronischen Halbleiterbauteils eingebracht sind. Der Gehäusegrundkörper ist mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich um einen strahlungsempfangenden oder einen strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip handeln. Ferner ist es möglich, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest einen strahlungsempfangenden und zumindest einen strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip aufweist. Beispielsweise handelt es sich bei wenigstens einem der optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Halbleiterbauteils um einen Fotodiodenchip, einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umgibt der Gehäusegrundkörper den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise. Das heißt, der Gehäusegrundkörper umgibt den optoelektronischen Halbleiterchip zumindest an einer Seite. Handelt es sich bei dem Gehäusegrundkörper beispielsweise um eine Trägerplatte, so kann der optoelektronische Halbleiterchip an seiner Unterseite vom Gehäusegrundkörper umgeben sein. Handelt es sich beim Gehäusegrundkörper um einen Grundkörper mit Kavität, in welcher der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip angeordnet ist, so umgibt der Gehäusegrundkörper den optoelektronischen Halbleiterchip an dessen Unterseite sowie an dessen Seitenflächen. Beispielsweise ist der Gehäusegrundkörper derart relativ zum zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet, dass zumindest ein Teil der vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb emittierten oder zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung auf den Gehäusegrundkörper trifft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Gehäusegrundkörper mit einem strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial aus Fluorpolymer gebildet. Dabei ist es möglich, dass der Gehäusegrundkörper aus dem Matrixmaterial besteht. Ferner ist es möglich, dass der Gehäusegrundkörper zusätzlich zum Matrixmaterial weitere Materialien, wie beispielsweise Füllstoffe, enthält. Das Matrixmaterial ist strahlungsdurchlässig. Das heißt, elektromagnetische Strahlung insbesondere aus dem Spektralbereich, in dem der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung emittiert oder empfängt, kann zumindest teilweise durch das Matrixmaterial des Gehäusegrundkörpers treten.
Das Fluorpolymer, welches das Matrixmaterial des Gehäusegrundkörpers bildet, ist schmelzverarbeitbar und eignet sich beispielsweise zur Verarbeitung in einem Spritzguss- oder einem Spritzpressverfahren. Das heißt, der Gehäusegrundkörper kann beispielsweise spritzgegossen oder spritzgepresst sein. Bei dem Fluorpolymer handelt es sich zum Beispiel um ein modifiziertes Polytetrafluorethylen. Zum Beispiel ist das modifizierte Polytetrafluorethylen „Moldflon” der Firma „ElringKlinger” geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist in das Matrixmaterial ein strahlungsreflektierender Füllstoff eingebracht. Der strahlungsreflektierende Füllstoff ist geeignet, einen Teil der vom zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb emittierten und/oder zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung zu reflektieren.
Der strahlungsreflektierende Füllstoff kann gleichmäßig im Matrixmaterial des Gehäusegrundkörpers verteilt sein. Ferner ist es möglich, dass der strahlungsreflektierende Füllstoff hauptsächlich in solche Teile des Gehäusegrundkörpers eingebracht ist, auf welche im Betrieb des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung trifft. Der strahlungsreflektierende Füllstoff kann beispielsweise hauptsächlich dicht unterhalb der Außenfläche des Gehäusegrundkörpers angeordnet sein, wobei Bereiche im Inneren des Gehäusegrundkörpers im Wesentlichen frei vom strahlungsreflektierenden Füllstoff sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Gehäusegrundkörper und zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip, wobei der Gehäusegrundkörper den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise umgibt und der Gehäusegrundkörper mit einem strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial aus einem Fluorpolymer gebildet ist, wobei in das Matrixmaterial ein strahlungsreflektierender Füllstoff eingebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der strahlungsreflektierende Füllstoff Partikel. Beispielsweise handelt es sich bei den Partikeln um Partikel aus zumindest einem der folgenden Materialien: Titandioxid, Aluminiumoxid, Zinkoxid, Bariumsulfat. Die Partikel des Titandioxids sind vorzugsweise beschichtet, um die fotokatalytische Wirkung des Titanoxids zu unterdrücken. Der strahlungsreflektierende Füllstoff kann dann auch aus den beschichteten Partikeln aus Titandioxid bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der strahlungsreflektierende Füllstoff metallische Partikel. Die metallischen Partikel können dabei beschichtet oder unbeschichtet sein. Die metallischen Partikel, wie beispielsweise Partikel aus oder mit Silber und/oder aus oder mit Aluminium, können geeignet sein, für eine geeignete Strahlungsreflexion des Gehäusegrundkörpers zu sorgen. Der strahlungsreflektierende Füllstoff kann die metallischen Partikel enthalten oder aus diesen bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der strahlungsreflektierende Füllstoff mineralische Partikel, das heißt der strahlungsreflektierende Füllstoff enthält mineralische Partikel oder besteht aus diesen. Die mineralischen Partikel können dabei beschichtet oder unbeschichtet sein.
Insgesamt kann der strahlungsreflektierende Füllstoff dazu dienen, dass der Gehäusegrundkörper eine ausreichende Reflektivität für auf seine Außenfläche treffende elektromagnetische Strahlung aufweist. Beispielsweise weist der Gehäusegrundkörper für die vom zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb emittierte oder zu empfangende elektromagnetische Strahlung eine Reflektivität von wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 75% auf. Diese Reflektivität weist der Gehäusegrundkörper dann zumindest teilweise aufgrund des strahlungsreflektierenden Füllstoffs auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist in das Matrixmaterial ein mechanisch stabilisierender Füllstoff eingebracht.
Der mechanisch stabilisierende Füllstoff sorgt für eine ausreichende mechanische Stabilität des Gehäusegrundkörpers, so dass der Gehäusegrundkörper mit dem mechanisch stabilisierenden Füllstoff mechanisch stabiler, beispielsweise weniger biegbar, ist als ohne den Füllstoff. Bei dem mechanisch stabilisierenden Füllstoff kann es sich dabei auch um einen reflektierenden Füllstoff, also auch um die oben genannten Partikel handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der mechanisch stabilisierende Füllstoff in Faserform in das Matrixmaterial des Gehäusegrundkörpers eingebracht. Das heißt, der mechanisch stabilisierende Füllstoff ist durch Fasern eines oder mehrerer Materialien gebildet Die Fasern im Matrixmaterial sorgen für eine besonders gute mechanische Stabilisierung des Gehäusegrundkörpers. Beispielsweise handelt es sich bei dem mechanisch stabilisierenden Füllstoff um Mineralfasern und/oder Carbonfasern. Der mechanisch stabilisierende Füllstoff kann dabei insbesondere auch Mineralfasern und Carbonfasern umfassen. Carbonfasern zeichnen sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aus, was zu einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit des Gehäusegrundkörpers führt. Bei den Mineralfasern kann es sich beispielsweise um Glasfasern handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind in und/oder auf dem Gehäusekörper Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet, wobei die Leiterbahnen in direktem Kontakt mit dem Matrixmaterial stehen. Die Leiterbahnen können beispielsweise auf der Außenfläche des Grundkörpers durch Beschichten oder Bedrucken aufgebracht sein und stehen damit in direktem Kontakt mit dem Matrixmaterial des Grundkörpers. Ferner ist es möglich, dass die Leiterbahnen zumindest stellenweise im Grundkörper verlaufen und von diesem zumindest stellenweise seitlich umschlossen werden. Auch auf diese Weise stehen die Leiterbahnen in direktem Kontakt mit dem Matrixmaterial des Grundkörpers.
Die Leiterbahnen enthalten beispielsweise ein Metall oder bestehen aus einem solchen. Die Leiterbahnen können beispielsweise eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Kupfer, Nickel, Palladium, Gold, Silber, Aluminium, Chrom, Zink, Zinn.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils in schematischen Schnittdarstellungen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils in einer schematischen Schnittdarstellung. Das optoelektronische Halbleiterbauteil ist vorliegend eine Leuchtdiode. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen Gehäusegrundkörper 1, der eine Kavität aufweist, in welcher ein strahlungsemittierender optoelektronischer Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 2 ist an seinen Seitenflächen vom Gehäusegrundkörper 1 umgeben.
Der Gehäusegrundkörper umfasst, einen Wärmeleitkörper 9, der mit einem Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1 mechanisch fest verbunden ist. Der Wärmeleitkörper 9 ist zum Beispiel mit einem Metall wie Kupfer oder Aluminium oder aus einer Legierung wie FeNiCo gebildet.
Beim Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1 handelt es sich um ein Fluorpolymer, wie beispielsweise Moldflon. Fluorpolymere verfügen über eine ausgezeichnete thermische Stabilität sowie eine hohe Strahlenstabilität, die sie beispielsweise unempfindlich gegen UV-Strahlung macht. Ein Gehäusegrundkörper 1, der mit einem Fluorpolymer gebildet ist, zeichnet sich daher durch eine hohe Lebensdauer aus. Vorliegend handelt es sich beim Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1 um ein schmelzverarbeitbares Fluorpolymer, das beispielsweise spritzgegossen werden kann. Das Matrixmaterial 3 ist ungefüllt transluzent und damit beispielsweise für die vom optoelektronischen Halbleiterchip 2 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Vorliegend ist das Matrixmaterial 3 gleichmäßig mit einem strahlungsreflektierenden Füllstoff 4 gefüllt. Bei dem strahlungsreflektierenden Füllstoff 4 handelt es sich um Partikel aus beschichtetem Titandioxid und/oder Zinkoxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Bariumsulfat welche auf sie treffende elektromagnetische Strahlung reflektieren. Der Gehäusegrundkörper 1 ist daher. in denjenigen Bereichen, in denen der reflektierende Füllstoff 4 eingebracht ist, reflektierend ausgebildet.
Ferner ist in das Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1 ein mechanisch stabilisierender Füllstoff 5 eingebracht. Vorliegend handelt es sich beim mechanisch stabilisierenden Füllstoff 5 um Glasfasern, die gleichmäßig im Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1 verteilt sind.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst weiter Leiterbahnen 6, welche elektrische Anschlussstellen 7 zum Kontaktieren des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfassen. Die Leiterbahnen 6 verlaufen zumindest stellenweise im Gehäusegrundkörper 1, so dass sie stellenweise vom Matrixmaterial 3 umgeben sind und an dieses direkt grenzen.
Der optoelektronische Halbleiterchip 2 ist über einen Bonddraht 9 an eine der Leiterbahnen 6 angeschlossen. Mittels eines Lotmaterials 10 ist er am Wärmeleitkörper 9 befestigt.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil zeichnet sich aufgrund seines Gehäusegrundkörpers 1 durch eine hohe thermische Stabilität und eine hohe Strahlenstabilität aus. Aufgrund der Füllstoffe verfügt es über eine hohe mechanische Stabilität sowie eine hohe optische Reflektivität.
In Verbindung mit der 2 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gehäusegrundkörper 1 als Trägerplatte ausgebildet, welche als Träger für den optoelektronischen Halbleiterchip 2 dient. In das Matrixmaterial 3, das vorliegend durch ein schmelzverarbeitbares Fluorpolymer gebildet ist, sind mechanisch stabilisierende Füllstoffe 5 eingebracht, welche auch strahlungsreflektierend sein können.
Leiterbahnen 61, 63 verlaufen auf der dem Halbleiterchip 2 zugewandten Oberfläche des Grundkörpers 1. Beispielsweise sind die Leiterbahnen 61, 63 durch ein Druckverfahren auf dieser Oberfläche aufgebracht.
Weitere Leiterbahnen 62, 64 verlaufen durch den Gehäusegrundkörper 1 hindurch und kontaktieren Anschlussstellen 7, welche an der dem optoelektronischen Halbleiterchip 2 abgewandten Unterseite des Gehäusegrundkörpers 1 angeordnet sind.
Die Leiterbahnen 61, 62, 63, 64 befinden sich in direktem Kontakt mit dem Matrixmaterial 3 des Gehäusegrundkörpers 1. Zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 2 ist dieser mittels eines Lotmaterials 10 an der Leiterbahn 63 befestigt und über den Bonddraht 8 an die Leiterbahn 61 angeschlossen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit – einem Gehäusegrundkörper (1), und – zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), wobei – der Gehäusegrundkörper (1) den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) zumindest stellenweise umgibt und – der Gehäusegrundkörper (1) mit einem strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial (3) aus einem Fluorpolymer gebildet ist, wobei in das Matrixmaterial (3) ein strahlungsreflektierender Füllstoff (4) eingebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – das Matrixmaterial (3) ein modifiziertes Polytetrafluorethylen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der strahlungsreflektierende Füllstoff (4) Partikel aus zumindest einem der folgenden Materialien umfasst: Titandioxid, Aluminiumoxid, Zinkoxid, Bariumsulfat.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der strahlungsreflektierende Füllstoff (4) metallische Partikel umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der strahlungsreflektierende Füllstoff (4) mineralische Partikel umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – in das Matrixmaterial ein mechanisch stabilisierender Füllstoff (5) eingebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – der mechanisch stabilisierende Füllstoff (5) Mineralfasern, insbesondere Glasfasern und/oder Carbonfasern umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – das Matrixmaterial (3) schmelzverarbeitbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – in und/oder auf den Gehäusegrundkörper (1) Leiterbahnen (6, 61, 62, 63, 64) zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips (2) angeordnet sind, wobei die Leiterbahnen (6, 61, 62, 63, 64) in direktem Kontakt mit dem Matrixmaterial (3) stehen.