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Es werden ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements angegeben.
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Licht emittierende Dioden (LEDs), die heutzutage auf dem Markt erhältlich sind, sind üblicherweise in oder auf Trägern montiert, die einen metallischen oder auf Metall basierenden Leiterrahmen aufweisen, um den herum ein Gehäuse geformt ist. Die Montage eines LED-Chips auf einem Leiterrahmen macht es erforderlich, einen geeigneten Leiterrahmen oder ein geeignetes Gehäuse mit einem Leiterrahmen herzustellen, wozu viele Prozessschritte vonnöten sind. Dies hat einen hohen Kostenaufwand zusammen mit einem hohen Aufwand hinsichtlich der Materialverarbeitung zur Folge, was unter anderem daraus resultiert, dass zur Herstellung von Leiterrahmen Verfahrensschritte wie Stanzen, Metallisieren bzw. Plattieren und das Vorformen eines Gehäuse durchgeführt werden müssen, die allesamt zeit- und kostenaufwändig sind.
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Weiterhin weisen heutzutage erhältliche LEDs Golddrähte auf, um den Chip mit dem entsprechenden Träger, also beispielsweise einem Leiterrahmen, einem Keramikträger, einer Leiterplatte (”printed circuit board”, PCB) oder einer Leiterplatte mit Metallkern (”metal core printed circuit board”, MCPCB) elektrisch leitend zu verbinden. Unter Berücksichtigung des Goldpreises entstehen auch hier hohe und insbesondere auch steigende Materialkosten für LEDs. Diese steigenden Kosten stehen den am Markt fallenden Preisen für LEDs gegenüber.
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Weiterhin werden heutzutage immer kleinere LED-Bauelemente nachgefragt, die bereits existierende LED-Bauformen ersetzen und/oder eine höhere Helligkeit oder Effizienz aufweisen sollen. Das Design immer kleinerer Lichtquellen auf Basis des bisher existierenden, konventionellen LED-Designs, insbesondere hinsichtlich der Substratwahl, der Golddrähte und gegebenenfalls vorhandener Optiken wie etwa Linsen, wird daher eine immer größere Herausforderung, insbesondere dann, wenn die Höhe der Lichtquellen von besonderer Bedeutung ist.
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Je kleiner die LED-Bauformen werden, desto wichtiger wird zusätzlich auch ein effektives Wärmemanagement zum Abtransport der in einem LED-Chip im Betrieb entstehenden Wärme, was es nötig macht, Substrate zu finden, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen. Insbesondere unter dem Aspekt, die Produktionskosten möglichst niedrig zu halten, gestaltet sich diese Anforderung immer schwieriger.
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Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement anzugeben, das einen Licht emittierenden Halbleiterchip aufweist. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Licht emittierenden Halbleiterbauelements anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst insbesondere einen Licht durchlässigen Trägerkörper mit einer Lichtauskoppelfläche und einer der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegenden Montagefläche, wobei die Montagefläche eine Vertiefung mit einem Montagebereich und einem den Montagebereich umgebenden Vertiefungsbereich aufweist und der Montagebereich zum umgebenden Vertiefungsbereich erhöht ausgebildet ist. Weiterhin weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen Licht emittierenden Halbleiterchip auf, der mit einer Lichtabstrahlfläche auf dem Montagebereich angeordnet ist.
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Hier und im Folgenden wird ein Gegenstand als Licht durchlässig bezeichnet, der zumindest teilweise und bevorzugt gänzlich für das vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlte Licht transparent oder transluzent ist.
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Durch das hier angegebene Licht emittierende Halbleiterbauelement ist es möglich, auf einen metallischen Leiterrahmen und bekannte, kommerziell erhältliche Substrate zu verzichten, wodurch bei der Herstellung eines solchen Licht emittierenden Halbleiterbauelements die dafür erforderlichen Verfahrensschritte und damit auch die Herstellungszeit du -kosten verringert werden können.
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Der Montagebereich des lichtdurchlässigen Trägerkörpers dient neben der Montage des Halbleiterchips insbesondere auch als Lichteinkoppelfläche, über die vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahltes Licht in den Trägerkörper eingekoppelt werden kann. Weiterhin kann der lichtdurchlässige Trägerkörper auch zur Kühlung des Licht emittierenden Halbleiterchips und somit zum Wärmeabtransport von im Licht emittierenden Halbleiterchip im Betrieb entstehender Wärme dienen, sodass das Wärmemanagementdesign eine Frage des Produktdesigns des endgültigen Halbleiterbauelements wird, für das es eine höhere Designfreiheit und ein größerer Produktspielraum hinsichtlich des Wärmetransports gibt.
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Insbesondere kann es möglich sein, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Gesamthöhe von weniger als 350 μm aufweist. Die Gesamthöhe des Halbleiterbauelements ergibt sich dabei aus der Höhe, die das Licht emittierende Halbleiterbauelement entlang der Hauptabstrahlrichtung des Licht emittierenden Halbleiterchips hat. Die Hauptabstrahlrichtung steht insbesondere senkrecht zur Lichtabstrahlfläche des Halbleiterchips. Um eine derartig geringe Höhe zu erreichen, wird der Licht emittierende Halbleiterchip ohne Leiterrahmen direkt auf dem Licht durchlässigen Trägerkörper angeordnet, der beispielsweise weiterhin eine linsenförmige Lichtauskoppelfläche aufweisen kann, sodass im Vergleich zu bekannten Bauelementen auf eine zusätzliche Linse, die üblicherweise zusätzlich auf einem fertigen Bauelement montiert werden muss, verzichtet werden kann. Insbesondere kann der lichtdurchlässige Trägerkörper somit auch die Funktion eines optischen Bauelements, beispielsweise einer Linse, übernehmen. Alternativ dazu kann die Lichtauskoppelfläche des Trägerkörpers auch beispielsweise eben ausgebildet sein.
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Durch die beschriebene Ausführung des Trägerkörpers auch als optisches Element, wie etwa einer vorgeformten Linse, kann im Vergleich zu bisher bekannten LED-Bauelementen mit zusätzlich aufzubringender Linse eine weitere Verkleinerung und Verringerung der Abmessungen erreicht werden. Insbesondere kann durch das hier beschriebene Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Verringerung der Herstellungskosten, der erforderlichen Verfahrensschritte und des erforderlichen Materialaufwands beispielsweise dadurch erreicht werden, dass kein Leiterrahmen oder ein zum Trägerkörper zusätzliches Substrat oder ein zum Trägerkörper zusätzliches optisches Element wie etwa eine Linse erforderlich ist.
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Weiterhin kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen Licht emittierenden Halbleiterchip aufweisen, der unabhängig von seiner Leuchtintensität und/oder abgestrahlten Farbe wählbar ist. Insbesondere kann der Licht emittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge aufweisen, die als Epitaxieschichtenfolge ausgeführt ist, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge. Dabei kann der Licht emittierende Halbleiterchip beispielsweise auf Basis von Verbindungshalbleitermaterialien in Form von Nitriden, Phosphiden und/oder Arseniden ausgeführt sein, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht weiter ausgeführt werden. Insbesondere kann der Licht emittierende Halbleiterchip im Betrieb Licht mit einer Wellenlänge im ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich erzeugen und abstrahlen, besonders bevorzugt in einem sichtbaren Wellenlängenbereich. Weiterhin kann im Trägerkörper beispielsweise auch ein Farbstoff eingebettet sein, der zumindest einen Teil des vom Halbleiterchip abgestrahlten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandeln kann.
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Der Trägerkörper kann beispielsweise einen Kunststoff aufweisen, der beispielsweise durch einen Formprozess wie etwa Spritzgießen oder Spritzpressen herstellbar ist. Dadurch kann eine besonders einfache Herstellbarkeit des Trägerkörpers erreichbar sein. Geeignete Kunststoffe, aus denen der lichtdurchlässige Trägerkörper hergestellt werden kann, umfassen dabei insbesondere ein Epoxid und/oder ein Silikon, Acrylat oder Imid oder Verbindungen oder Mischungen daraus. Alternativ dazu kann der Trägerkörper auch Glas aufweisen oder aus einem Glas hergestellt sein. Im Vergleich zu Kunststoff kann Glas den Vorteil bieten, dass es eine höhere Stabilität gerade bei geringen Bauelementgrößen, insbesondere bei einem sehr dünnen Halbleiterbauelement, bieten kann. Weiterhin kann Glas im Vergleich zu Kunststoff den Vorteil bieten, dass es eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist, wodurch eine im Vergleich zu Kunststoff noch bessere Kühlung des Licht emittierenden Halbleiterchips möglich sein kann.
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Das Halbleiterbauelement kann weiterhin auf dem Montagebereich eine erste elektrische Kontaktfläche aufweisen. Auf der Lichtabstrahlfläche des Halbleiterchips kann ein erster elektrischer Kontaktbereich ausgebildet sein, beispielsweise eine Elektrodenschicht, der in elektrischem Kontakt mit der ersten elektrischen Kontaktfläche steht, die auf dem Montagebereich angeordnet ist. Dadurch kann ein direkter elektrischer Kontakt des Halbleiterchips mit der elektrischen Kontaktfläche erreicht werden, sodass im Vergleich zu bekannten LED-Bauelementen kein Bonddraht wie etwa ein Golddraht nötig ist. Dadurch können Probleme vermieden werden, die bei bekannten Kontaktierungsmöglichkeiten mittels Bonddrähten wie etwa Golddrähten auftreten, beispielsweise durch einen Bruch des Drahtes, eine Einschnürung des Drahtes, eine unerwünschte Verbiegung oder Krümmung oder ein Knick im Draht, Blasen in einem Vergussmaterial, das den Draht umhüllt, Schwierigkeiten mit einer dauerhaften Verbindung zwischen dem Draht und einer Elektrode und andere übliche Probleme. Die erste elektrische Kontaktfläche und der erste elektrische Kontaktbereich können jeweils Licht durchlässig und/oder mit Öffnungen strukturiert ausgebildet sein, sodass das im Halbleiterchip erzeugte Licht in den Trägerkörper eingekoppelt werden kann.
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Weiterhin kann auf einem die Vertiefung des Trägerkörpers umgebenden Randbereich der Montagefläche eine zweite elektrische Kontaktfläche angeordnet sein, die mittels eines elektrischen Verbindungselements, das im Vertiefungsbereich angeordnet ist, elektrisch mit der ersten elektrischen Kontaktfläche auf dem Montagebereich verbunden ist. Durch die zweite elektrische Kontaktfläche kann dadurch die Lichtabstrahlfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips direkt kontaktiert werden.
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Weiterhin kann der Licht emittierende Halbleiterchip auf einer der Lichtabstrahlfläche abgewandten Seite einen zweiten elektrischen Kontaktbereich aufweisen. Dadurch kann es möglich sein, dass der Halbleiterchip durch die zweite elektrische Kontaktfläche auf dem Trägerkörper und den zweiten elektrischen Kontaktbereich direkt kontaktierbar ist, wodurch das Licht emittierende Halbleiterbauelement beispielsweise unmittelbar auf einem Träger wie etwa einer Leiterplatte montiert und elektrisch angeschlossen werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der zweite elektrische Kontaktbereich des Halbleiterchips und die zweite elektrische Kontaktfläche auf dem Randbereich des Trägerkörpers in einer Ebene, also auf derselben Höhe, angeordnet sind, sodass das Licht emittierende Halbleiterbauelement mit der Montagefläche direkt auf einem Träger wie etwa einer Leiterplatte aufgesetzt und auf diesem beispielsweise durch Löten angeschlossen und montieren werden kann. Insbesondere kann das bedeuten, dass der Montagebereich des Trägerkörpers vom Randbereich überragt wird, und zwar bevorzugt um die Dicke des Halbleiterchips einschließlich aller Kontaktbereiche bzw. -schichten des Halbleiterchips.
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Die zweite elektrische Kontaktfläche kann beispielsweise in Form eines Kontaktpunkts oder -feld in einem Teilbereich des Randbereichs ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die zweite elektrische Kontaktfläche auch ringförmig auf dem Randbereich ausgebildet sein und die Vertiefung umgeben.
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Die erste elektrische Kontaktfläche und/oder die zweite elektrische Kontaktfläche und/oder das elektrische Verbindungselement können dabei Gold aufweisen oder aus Gold sein. Bevorzugt sind die erste und zweite elektrische Kontaktfläche und das elektrische Verbindungselement alle aus Gold, die beispielsweise mittels eines Druckprozesses auf der Montagefläche, also dem Montagebereich, der Vertiefung und dem Randbereich aufgebracht werden können. Der elektrische Anschluss des Licht emittierenden Halbleiterbauelements mit seinem ersten elektrischen Kontaktbereich auf der ersten elektrischen Kontaktfläche des Trägerkörpers kann dabei bevorzugt mittels eines Lötprozesses, insbesondere eines eutektischen Lötprozesses, erfolgen.
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Das elektrische Verbindungselement kann insbesondere als elektrisch leitende Schicht ausgebildet sein, die sich bahnförmig bzw. leiterbahnartig durch den Vertiefungsbereich von der ersten zur zweiten Kontaktfläche erstreckt. Weiterhin kann im Vertiefungsbereich zumindest teilweise ein lichtdurchlässiges Abdeckmaterial angeordnet sein, das weiterhin das elektrische Verbindungselement bedecken kann. Dadurch kann das elektrische Verbindungselement geschützt und verkapselt werden. Insbesondere kann das Abdeckmaterial den gesamten Vertiefungsbereich bedecken und weiterhin beispielsweise auch bis zum Montagebereich oder sogar bis zu Seitenflächen des Halbleiterchips und bis zum Randbereich reichen. Das Abdeckmaterial kann dabei als Verguss oder auch als Passivierungsschicht ausgebildet sein.
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Beispielsweise können das Abdeckmaterial und der Trägerkörper aus demselben Material sein oder zumindest dasselbe Material aufweisen. Dadurch kann das Abdeckmaterial denselben Brechungsindex sowie auch denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie auch der Trägerkörper aufweisen. Ist das Abdeckmaterial als Passivierungsschicht ausgebildet, so kann es beispielsweise ein Siliziumoxid aufweisen. Zusätzlich zum Abdeckmaterial in der Vertiefung kann auch auf weiteren Flächen des Trägerkörpers eine Passivierungsschicht, beispielsweise aus einem Siliziumoxid, aufgebracht sein.
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Weiterhin kann das Halbleiterbauelement auf der Montagefläche in der Vertiefung eine Mehrzahl von Montagebereichen aufweisen, die vom Vertiefungsbereich umgeben und zum Vertiefungsbereich erhöht ausgebildet sind. Auf jedem der Montagebereiche kann ein Licht emittierender Halbleiterchip angeordnet sein, sodass auf der Montagefläche auf der Mehrzahl von Montagebereichen eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet sein kann. Die einzelnen Halbleiterchips der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips können dabei Licht mit jeweils derselben Wellenlänge oder auch mit verschiedenen Wellenlängen abstrahlen, so dass ein gewünschter Leuchteffekt erreicht werden kann.
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Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements mit einem Trägerkörper und einem Licht emittierenden Halbleiterchip gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen die folgenden Schritte auf.
- – Es wird ein Verbund, umfassend eine Mehrzahl Trägerkörpern mit vorab beschriebenen Merkmalen mittels eines Formprozesses hergestellt. Jeder der Mehrzahl von Trägerkörpern weist dabei insbesondere einen vorab beschriebenen Montagebereich auf.
- – Auf jedem Montagebereich des Verbunds von Trägerkörpern wird ein Licht emittierender Halbleiterchip montiert.
- – Der Verbund wird in einzelne Trägerkörper oder Gruppen von Trägerkörpern vereinzelt.
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Die oben in Verbindung mit dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement genanten Merkmale und Ausführungsformen gelten auch für das hier beschriebene Verfahren.
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Als Formprozess zur Herstellung des Verbunds mit der Mehrzahl von Trägerkörpern kann beispielsweise Spritzgießen oder Spritzpressen angewendet werden, sofern der Verbund aus einem Kunststoff gefertigt wird. Weiterhin kann der Formprozess zusätzlich oder alternativ auch abtragende Verfahren, beispielsweise mechanisch abtragende Verfahren, aufweisen. Diese können insbesondere auch dann angewendet werden, wenn der Verbund mit der Mehrzahl von Trägerkörpern aus Glas gefertigt wird. Der Verbund kann auch als ”carrier frame” oder ”lens frame” bezeichnet werden. Das Vereinzeln des Verbundes kann sowohl vor als auch nach der Montage der Licht emittierenden Halbleiterchips erfolgen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt können auf jedem der Montagebereiche eine erste elektrische Kontaktfläche, auf jedem der Randbereiche eine zweite elektrische Kontaktfläche und in jedem Vertiefungsbereich ein elektrisches Verbindungselement aufgebracht werden, wobei das elektrische Verbindungselement jeweils die erste und zweite elektrische Kontaktfläche elektrisch miteinander verbindet.
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In einem weiteren Verfahrensschritt kann in zumindest einem Vertiefungsbereich der Mehrzahl von Trägerkörpern ein lichtdurchlässiges Abdeckmaterial aufgebracht werden, das das entsprechende elektrische Verbindungselement bedeckt. Das Aufbringen des Abdeckmaterials kann dabei nach der Montage eines Licht emittierenden Halbleiterchips oder auch davor durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 3 beschriebenen Ausführungsformen.
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Es zeigen:
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1A und 1B eine Schnittansicht und eine Aufsicht eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements. gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Darstellung eines Verbunds umfassend eine Mehrzahl von Trägerkörpern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
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3 eine schematische Darstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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In den 1A und 1B ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. 1A zeigt dabei eine Schnittdarstellung, während 1B eine Ansicht auf das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 von der Montagefläche 3 her zeigt. Die folgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A und 1B.
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Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 weist einen Trägerkörper 1 auf, der eine Lichtauskoppelfläche 2 und eine der Lichtauskoppelfläche 2 gegenüberliegend angeordnete Montagefläche 3 umfasst. Der Trägerkörper 1 ist lichtdurchlässig ausgeführt und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem transparenten Kunststoff, etwa Epoxid, gefertigt. Der Trägerkörper 1 wird dabei durch einen Formprozess als vorgeformter Trägerkörper 1 bereitgestellt, wie im Zusammenhang mit 2 ausführlicher beschrieben ist. Alternativ kann der Trägerkörper auch aus einem anderen Kunststoff, wie etwa Silikon oder einem Acrylat, oder auch Glas gefertigt sein. Während Kunststoff eine leichte Prozessierbarkeit hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens aufweist, bietet Glas hingegen den Vorteil einer größeren Stabilität und einer höheren Wärmeleitfähigkeit, wodurch im Licht emittierenden Halbleiterchip 7 im Betrieb entstehende Wärme leichter und effektiver von diesem abgeleitet werden kann.
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Die Montagefläche 3 weist eine Vertiefung 4 auf, die von der Montagefläche 3 zur Lichtauskoppelfläche 2 hin in den Trägerkörper 1 hineinragt. In der Vertiefung 4 ist ein Montagebereich 5 angeordnet, der zu einem den Montagebereich 5 umgebenden Vertiefungsbereich 6 erhöht ausgebildet ist.
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Der Vertiefungsbereich 6 umgibt dabei den Montagebereich 5. Auf dem Montagebereich 5 ist ein Licht emittierender Halbleiterchip 7 angeordnet, der eine Lichtabstrahlfläche 8 aufweist, die zum Montagebereich hin zeigt. Damit ist der Licht emittierende Halbleiterchip 7 mit der Lichtabstrahlfläche 8 auf dem Montagebereich 5 angeordnet. Der Montagebereich 5 dient daher gleichzeitig als Lichteinkoppelfläche für den Trägerkörper 1, durch die das vom Halbleiterchip 7 im Betrieb abgestrahlte Licht in den Trägerkörper 1 eingestrahlt wird, wie durch die gestrichelten Pfeile 99 angedeutet ist. Der Trägerkörper 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine linsenförmig ausgebildete Strahlungsauskoppelfläche 2 auf und ist somit gleichzeitig als Linse für das vom Licht emittierenden Halbleiterchip 7 abgestrahlte Licht ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtauskoppelfläche 2 auch eben oder mit ebenen Teilbereichen ausgeführt sein und/oder optische Elemente wie streuende oder lichtbrechende Strukturen wie etwa Aufrauungen aufweisen. Der Licht emittierende Halbleiterchip 7 ist als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge gemäß den Ausführungen oben im allgemeinen Teil ausgebildet. Insbesondere strahlt der Licht emittierende Halbleiterchip 7 im gezeigten Ausführungsbeispiel sichtbares Licht ab.
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Zum elektrischen Anschluss des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 weist der Trägerkörper 1 auf dem Montagebereich 5 eine erste Kontaktfläche 9 und auf einem die Vertiefung 4 umgebenden Randbereich 15 eine zweite elektrische Kontaktfläche 10 auf. Die erste elektrische Kontaktfläche 9 und die zweite elektrische Kontaktfläche 10 sind über ein elektrisches Verbindungselement 11 elektrisch leitend miteinander verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die erste und zweite elektrische Kontaktfläche 9, 10 und das elektrische Verbindungselement 11 Gold oder eine Goldlegierung auf, die mittels eines Druckprozesses, insbesondere Ink-Jet-Printing, aufgebracht ist. Dank der ersten und zweiten elektrischen Kontaktfläche 9, 10 und dem elektrischen Verbindungselement 11 ist es beim vorliegenden Licht emittierenden Halbleiterbauelement 100 nicht mehr wie bei konventionellen LED-Bauelementen nötig, die Licht emittierende Seite des Halbleiterchips 7 mittels eines Bonddrahts, wie etwa eines Golddrahts zu kontaktieren, der, wie im allgemeinen Teil oben näher ausgeführt, eine aufwändige Prozessführung aufgrund möglicher Herstellungsprobleme erfordern kann.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite elektrische Kontaktfläche 10 in Form eines Kontaktfeldes ausgebildet, das mittels eines Lötkontakts, etwa eines Löt-Bumps, kontaktiert werden kann, wenn das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 mit der Montagefläche 3 des Trägerkörpers 1 auf einen Träger wie etwa einer Leiterplatte aufgesetzt und mit dieser elektrisch leitend verbunden wird. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die zweite elektrische Kontaktfläche beispielsweise auch derart ausgebildet sein, dass sie auf dem Randbereich 15 der Montagefläche 3 die Vertiefung 4 gänzlich umgibt. Dabei kann die zweite elektrische Kontaktfläche 10 einen Ringkontakt bilden.
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Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 7 weist auf der Lichtabstrahlfläche 8 einen ersten elektrischen Kontaktbereich 12 auf, über den der Licht emittierende Halbleiterchip 7 mit der ersten elektrischen Kontaktfläche 9 verbunden ist. Der Anschluss des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 an den Trägerkörper 1, also an die erste elektrische Kontaktfläche 9, erfolgt dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel besonders bevorzugt mittels eutektischem Bonden. Die erste elektrische Kontaktfläche 9 des Trägerkörpers 1 und der erste elektrische Kontaktbereich 12 des Halbleiterchips 7 sind dabei bevorzugt Licht durchlässig und/oder mit Öffnungen strukturiert ausgebildet, so dass das im Halbleiterchip 7 im Betrieb erzeugte Licht durch die erste elektrische Kontaktfläche 9 und den ersten elektrischen Kontaktbereich 8 in den Trägerkörper 1 eingestrahlt werden kann.
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Der Licht emittierende Halbleiterchip 7 weist weiterhin auf der der Lichtabstrahlfläche 8 gegenüberliegenden Seite einen zweiten elektrischen Kontaktbereich auf, der bei einer Montage des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 100 auf einem Träger wie etwa einer Leiterplatte direkt kontaktiert werden kann.
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Der erste elektrische Kontaktbereich 12 und der zweite elektrische Kontaktbereich 13 sind besonders bevorzugt als Elektrodenflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 ausgeführt. Je nach Herstellungsverfahren des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 kann dieser dabei mit einem als Anode oder als Kathode ausgebildeten ersten elektrischen Kontaktbereich auf dem Trägerkörper montiert sein.
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Im Vertiefungsbereich 6 und insbesondere in der gesamten Vertiefung 4 ist ein lichtdurchlässiges Abdeckmaterial 14 angeordnet. Das Abdeckmaterial 14 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel dasselbe Material auf wie der Trägerkörper 1, wodurch mit Vorteil das Abdeckmaterial 14 und der Trägerkörper 1 sowohl den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie auch die gleiche Wärmeleitfähigkeit und den gleichen Brechungsindex aufweisen. Ist der Trägerkörper 1 wie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Epoxid, so ist das Abdeckmaterial 14 ebenfalls bevorzugt aus einem Epoxid. Alternativ dazu kann das Abdeckmaterial 14 auch als Passivierungsschicht, beispielsweise aus einem Siliziumoxid, ausgeführt sein, oder das Abdeckmaterial 14 kann sowohl eine solche Passivierungsschicht als auch eine Verfüllung der Vertiefung 4 aufweisen.
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Durch die Ausbildung des Vertiefungsbereichs 6 und die Anordnung des elektrischen Verbindungselements 11 im Vertiefungsbereich 6 sowie durch die anschließende Verfüllung bzw. Abdeckung des Vertiefungsbereichs 6 und des elektrischen Verbindungselements 11 mittels des Abdeckmaterials 14 wird somit mit Vorteil eine Verkapselung und damit ein Schutz des elektrischen Verbindungselements 11 erreicht. Würde der Trägerkörper 1 keine Vertiefung mit einem zum Vertiefungsbereich 6 erhöht angeordneten Montagebereich 5 sondern lediglich eine flache Vertiefung, die nur die erforderliche Tiefe zur Montage des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 hat, aufweisen, so könnte eine derartige Verkapselung und damit die Schutzfunktion wegen der geringen Dicke des Licht emittierenden Halbleiterchips 7 nicht erreicht werden.
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Weiterhin kann auf dem Trägerkörper zusätzlich auf weiteren Oberflächen, beispielsweise auf der Montagefläche 3 und/oder der Lichtauskoppelfläche 2, eine Passivierungsschicht, beispielsweise aus einem Siliziumoxid, aufgebracht sein.
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Weiterhin kann der Trägerkörper eine beliebig geformte Montagefläche 3, also nicht nur eine wie im Ausführungsbeispiel der 1A und 1B gezeigte kreisrunde Montagefläche, aufweisen. Dementsprechend können auch die Vertiefung 4 und insbesondere auch der Montagebereich 5 eine von der gezeigten Form abweichende Form aufweisen. Beispielsweise kann der Trägerkörper eine quadratische oder polygonale, also mehreckige, Montagefläche, beispielsweise eine sechseckige Montagefläche 3, aufweisen, die eine Flächen bedeckende Anordnung einer Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 100 auf einem Träger ermöglicht.
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Das gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildete Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 weist eine Gesamthöhe von weniger als 350 μm auf und ermöglicht damit eine Verkleinerung und Miniaturisierung im Vergleich zu bekannten Bauelementen.
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In 2 ist ein Verbund 200 mit einer Mehrzahl von Trägerkörpern 1 gezeigt, der in einem Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird. Dazu wird der Verbund 200 mittels eines Formprozesses hergestellt, der beispielsweise Spritzgießen oder Spritzpressen sein kann, wenn das Material des Trägerkörpers 1 und damit des Verbundes 200 ein Kunststoff ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Formprozess auch mechanische Arbeitsschritte wie etwa Sägen, Bohren oder Schneiden beinhalten.
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Durch die Bereitstellung der Mehrzahl der Trägerkörper 1 im Verbund 200 kann eine kostengünstige Herstellung der Trägerkörper 1 ermöglicht werden. Weiterhin kann dadurch auch die Handhabung der weiteren Verfahrensschritt erleichtert werden, da diese alle im Verbund durchgeführt werden können und somit eine einfache Herstellung einer großen Stückzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen ermöglicht.
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Die einzelnen Trägerkörper 1 des Verbundes 200 können dabei beispielsweise wie im vorangegangen Ausführungsbeispiel ausgeführt sein, das bedeutet, dass die Trägerkörper 1 jeweils eine Montagefläche 3 mit einer Vertiefung 4 aufweisen, in der ein Montagebereich 5 erhöht zu einem den Montagebereich 5 umgebenden Vertiefungsbereich 6 angeordnet ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf jeden Montagebereich der Mehrzahl von Trägerkörpern ein Licht emittierenden Halbleiterchip montiert, wie im vorangegangen Ausführungsbeispiel ausgeführt ist. Dazu können in einem weiteren Verfahrensschritt insbesondere die erste und zweite elektrische Kontaktfläche sowie das elektrische Verbindungselement, wie vorab in Verbindung mit den 1A und 1B beschrieben ist, aufgebracht werden.
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Im Vertiefungsbereich kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein lichtdurchlässiges Abdeckmaterial aufgebracht werden, das insbesondere das elektrische Verbindungselement bedeckt und damit verkapseln kann.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Verbund 200 vereinzelt, sodass eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen oder auch zusammenhängen Gruppen von Licht emittierenden Hlben herstellbar sind.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Trägerkörper 1 gezeigt, der im Vergleich mit dem kreisrunden, linsenförmigen Trägerkörper 1 des in Verbindung mit 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiels eine rechteckige Montagefläche 3 sowie eine eben ausgebildete rechteckige Lichtauskoppelfläche 2 aufweist. In der Vertiefung 4, die von einem ebenfalls rechteckförmigen Randbereich 15 umgeben ist, ist eine Mehrzahl von Montagebereichen 5, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Montagebereiche 5, ausgebildet, die alle von einem Vertiefungsbereich 6 umgeben sind und im Vergleich zu diesem erhöht ausgebildet sind. Auf der Mehrzahl der Montagebereiche 5 können eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 7 aufgebracht und montiert werden, sodass mittels des in 3 gezeigten Trägerkörpers 1 beispielsweise eine mehr- oder mischfarbige Lichtquelle hergestellt werden kann. Mittels eines solchen Trägerkörpers 1 kann eine erhebliche Verkleinerung und Miniaturisierung im Vergleich zu bekannten Multi-LED-Bauelementen erreicht werden.
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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.
