DE102012203180A1 - Optoelectronic component and method for producing an optoelectronic component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement aufweisend ein Trägerelement (101), einen auf dem Trägerelement (101) montierten und elektrisch kontaktierten Halbleiterchip (102) zur Emission elektromagnetischer Strahlung, und ein dem Halbleiterchip (102) nachgeordnetes Sedimentationselement (200, 201, 202, 203, 204) aufweisend ein Bindemittel (220) und eine zumindest auf dem Halbleiterchip (102) sedimentierte Feststoffschicht (210). Das Sedimentationselement (200, 201, 202, 203, 204) weist eine Auskoppelfläche (230, 233, 234) zum Auskoppeln der von dem Halbleiterchip (102) emittierten Strahlung auf, wobei die Auskoppelfläche (230, 233, 234) gekrümmt und/oder strukturiert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.The present invention relates to an optoelectronic component comprising a carrier element (101), a semiconductor chip (102) mounted on the carrier element (101) and electrically contacted for emission of electromagnetic radiation, and a sedimentation element (200, 201, 202) arranged downstream of the semiconductor chip (102). 203, 204) comprising a binder (220) and a at least on the semiconductor chip (102) sedimented solid layer (210). The sedimentation element (200, 201, 202, 203, 204) has a decoupling surface (230, 233, 234) for decoupling the radiation emitted by the semiconductor chip (102), wherein the decoupling surface (230, 233, 234) curves and / or is structured. The present invention further relates to a method for producing an optoelectronic component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, eine Anordnung aus einem Trägerelement, einem Halbleiterchip und einer Maske sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.The present invention relates to an optoelectronic component, an arrangement comprising a carrier element, a semiconductor chip and a mask, and a method for producing an optoelectronic component.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein optoelektronisches Bauelement mit einem Sedimentationselement, welches eine sedimentierte Feststoffschicht aufweist.In particular, the present invention relates to an optoelectronic component with a sedimentation element, which has a sedimented solid layer.
Ein nicht abschließendes Beispiel für ein optoelektronisches Bauelement weist einen elektrisch kontaktierten Halbleiterchip zur Emission elektromagnetischer Strahlung auf. Zur Beeinflussung der optischen oder thermischen Eigenschaften des optoelektronischen Bauelements werden Feststoffe, beispielsweise Leuchtstoffe, Füllstoffe, Streupartikel oder dergleichen im Strahlengang der emittierten Strahlung angeordnet. Ein bekanntes Konzept ist hierbei die Sedimentation. Hierbei wird eine Suspension aus einem Bindemittel und dem Feststoff, welcher beispielsweise in Form von Partikeln vorliegt, auf oder in die Nähe des Halbleiterchips aufgebracht. Nachfolgend setzt sich der Feststoff auf Grund seiner höheren Dichte innerhalb des Bindemittels ab, was als Sedimentation bezeichnet wird. Durch das Absetzen des Feststoffes, gelangt dieser näher an den Halbleiterchip, was Vorteile hinsichtlich thermischer und optischer Eigenschaften bietet. Anschließend werden noch optische Elemente aufgebracht und das optoelektronische Bauelement kann je nach Verwendungszweck in Module oder dergleichen eingebaut werden. Das optoelektronische Bauelement wird auch als LED Package bezeichnet. A non-exhaustive example of an optoelectronic component has an electrically contacted semiconductor chip for emitting electromagnetic radiation. For influencing the optical or thermal properties of the optoelectronic component, solids, for example phosphors, fillers, scattering particles or the like, are arranged in the beam path of the emitted radiation. A well-known concept here is sedimentation. Here, a suspension of a binder and the solid, which is present for example in the form of particles, applied to or in the vicinity of the semiconductor chip. Subsequently, the solid settles due to its higher density within the binder, which is referred to as sedimentation. By settling the solid, this gets closer to the semiconductor chip, which offers advantages in terms of thermal and optical properties. Subsequently, optical elements are still applied and the optoelectronic component can be installed depending on the purpose in modules or the like. The optoelectronic component is also referred to as an LED package.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den bekannten Stand der Technik zu verbessern. The present invention is therefore based on the object to improve the known prior art.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement, eine Anordnung aus einem Trägerelement, einem Halbleiterchip und einer Maske sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, so dass das optoelektronische Bauelement bezüglich Funktion und Herstellung verbessert wird. Furthermore, it is an object of the present invention to provide an optoelectronic component, an arrangement of a carrier element, a semiconductor chip and a mask and a method for producing an optoelectronic component, so that the optoelectronic component is improved in terms of function and production.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by an optoelectronic component according to independent claim 1.
Des Weiteren wird diese Aufgabe durch eine Anordnung aus einem Trägerelement, einem Halbleiterchip und einer Maske gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13 gelöst. Furthermore, this object is achieved by an arrangement comprising a carrier element, a semiconductor chip and a mask according to independent claim 13.
Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 14 gelöst.Furthermore, this object is achieved by a method for producing an optoelectronic component according to independent claim 14.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMENEXEMPLARY EMBODIMENTS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement aufweisend ein Trägerelement, einen auf dem Trägerelement montierten und elektrisch kontaktierten Halbleiterchip zur Emission elektromagnetischer Strahlung, und ein dem Halbleiterchip nachgeordnetes Sedimentationselement aufweisend ein Bindemittel und eine zumindest auf dem Halbleiterchip sedimentierte Feststoffschicht, wobei das Sedimentationselement eine Auskoppelfläche zum Auskoppeln der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung aufweist, und wobei die Auskoppelfläche gekrümmt und/oder strukturiert ist. The present invention relates to an optoelectronic component comprising a carrier element, a semiconductor chip mounted on the carrier element and electrically contacted for emitting electromagnetic radiation, and a sedimentation element downstream of the semiconductor chip comprising a binder and a solid layer sedimented at least on the semiconductor chip, wherein the sedimentation element is a decoupling surface for decoupling the radiation emitted by the semiconductor chip, and wherein the outcoupling surface is curved and / or structured.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement zeichnet sich insbesondere durch verbesserte optische und thermische Eigenschaften und durch eine vereinfachte Herstellung aus. Bislang wurden Feststoffe in einer ebenen und eigens für die Sedimentation vorgesehenen Schicht auf dem Halbleiterchip sedimentiert. Anschließend wurden optische Elemente aufgebracht. Nachteilig hierbei ist zum einen die Notwendigkeit, zwei Elemente separat zu fertigen. Des Weiteren wird durch den Übergang zwischen der Schicht zur Sedimentation und dem optischen Element ein Teil der Strahlung reflektiert und tritt somit nicht aus dem optoelektronischen Bauelement aus. Durch die vorliegende Erfindung wird ein einziges Element in einer Doppelfunktion verwendet, indem es sowohl für die Sedimentation vorgesehen ist als auch zur Auskopplung der Strahlung. Hierdurch werden die genannten Verluste beim Übergang zwischen separaten Elementen vermieden. Durch die spezielle Form der Auskoppelfläche wird darüber hinaus Totalreflexion vermindert oder ganz vermieden, so dass das optoelektronische Bauelement insgesamt eine erhöhte Effizienz hat. Die Reduzierung auf ein Element und die spezielle Auskoppelfläche wirken somit dahingehend zusammen, dass die Effizienz des optoelektronischen Bauelements erhöht wird. Ein zentraler Gedanke der vorliegenden Erfindung ist somit das Vorsehen einer speziellen Auskoppelfläche in Verbindung mit dem Sedimentationsprozess. Des Weiteren wird auf Grund des Prozesses der Sedimentation sichergestellt, dass die optisch und/oder thermisch aktive Feststoffschicht möglichst nahe an den Halbleiterchip gebracht werden kann, was beispielsweise auf Grund der höheren Packungsdichte den Vorteil einer verbesserten Wärmeleitung oder, je nach Art des Feststoffes, eine Verbesserung der optischen Eigenschaften wie beispielsweise verbesserte Abstrahlung (Farbe über Winkel) oder eine verbesserte Farbhomogenität ermöglicht. Insgesamt ergibt sich somit durch das Zusammenwirken der einzelnen Merkmale ein optoelektronisches Bauelement, welches verbesserte optische und thermische Eigenschaften aufweist, insbesondere Verbesserungen hinsichtlich Effizienz. The optoelectronic component according to the invention is characterized in particular by improved optical and thermal properties and by a simplified production. So far, solids have been sedimented on the semiconductor chip in a plane and specially provided for the sedimentation layer. Subsequently, optical elements were applied. The disadvantage here is firstly the need to manufacture two elements separately. Furthermore, a part of the radiation is reflected by the transition between the layer for sedimentation and the optical element and thus does not escape from the optoelectronic component. The present invention utilizes a single element in a dual function by providing both for sedimentation and for decoupling the radiation. As a result, the mentioned losses are avoided in the transition between separate elements. Due to the special shape of the decoupling surface beyond total reflection is reduced or avoided altogether, so that the optoelectronic device has an overall increased efficiency. The reduction to an element and the special coupling-out surface thus cooperate in such a way that the efficiency of the optoelectronic component is increased. A central idea of the present invention is therefore the provision of a special decoupling surface in connection with the sedimentation process. Furthermore, it is ensured on the basis of the process of sedimentation that the optically and / or thermally active solid layer can be brought as close to the semiconductor chip, which for example due to the higher packing density the advantage of improved heat conduction or, depending on the type of solid, a Improved optical properties such as improved radiation (color over angle) or improved color homogeneity allows. Overall, the interaction of the individual features thus results in an optoelectronic component which has improved optical and thermal properties, in particular improvements in terms of efficiency.
In einer Ausführungsform ist die Auskoppelfläche eine Oberfläche zweiter Ordnung. Durch das Vorsehen einer Auskoppelfläche mit einer Oberfläche zweiter Ordnung wird eine Oberfläche vorgesehen, durch welche am effektivsten Totalreflexion minimiert bzw. vermieden werden kann, wodurch die Effizienz des optoelektronischen Bauelements gesteigert wird. In one embodiment, the decoupling surface is a second-order surface. By providing a decoupling surface having a second-order surface, a surface is provided by which the most effective total reflection can be minimized or avoided, thereby increasing the efficiency of the opto-electronic device.
In einer Ausführungsform hat die Auskoppelfläche im Wesentlichen die Form einer Halbkugel oder eines Halbellipsoids oder eine an diese Formen angenäherte Form. Die Verwendung einer Halbkugel oder eines Halbellipsoids bieten die gleichen Vorteile wie das Vorsehen einer Oberfläche zweiter Ordnung. Darüber hinaus bieten Halkugel und Halbellipsoid eine punktsymmetrische bzw. spiegelsymmetrische Abtrahlcharakteristik.In one embodiment, the decoupling surface has substantially the shape of a hemisphere or a semi-ellipsoid or a shape approximated to these shapes. The use of a hemisphere or half ellipsoid offers the same advantages as providing a second order surface. In addition, the hemisphere and hemi-ellipsoid provide a point-symmetrical or mirror-symmetrical Abtrahlcharakteristik.
In einer Ausführungsform gilt für die maximale Höhendifferenz max(hP1,P2) zwischen zwei beliebigen Punkten P1 und P2 auf der Auskoppelfläche folgende Relation
In einer Ausführungsform ist die Auskoppelfläche aufgeraut. Hierdurch kann im Prinzip eine beliebige Grundform für das Sedimentationselement gewählt werden, wobei dann durch die Aufrauung wiederum Totalreflexion vermindert bzw. verhindert wird. Dies erlaubt eine größere Flexibilität bei der Auswahl des Sedimentationselements und der Herstellungsverfahren. Insbesondere kann hierdurch beispielsweise ein flaches Sedimentationselement vorgesehen sein, wodurch im Vergleich zu einem beispielsweise halbkugelförmigen Sedimentationselement Material gespart werden und gleichzeitig das optoelektronische Bauelement kompakt gehalten werden kann. Allerdings ist es auch möglich, die Aufrauung mit einer der oben aufgeführten Formen der Auskoppelfläche zu kombinieren. In one embodiment, the decoupling surface is roughened. As a result, in principle, any desired basic shape can be selected for the sedimentation element, in which case the roughening in turn reduces or prevents total reflection. This allows greater flexibility in the selection of the sedimentation element and the manufacturing process. In particular, a flat sedimentation element can be provided, for example, thereby saving material as compared to, for example, a hemispherical sedimentation element and at the same time keeping the optoelectronic component compact. However, it is also possible to combine the roughening with one of the above-mentioned forms of decoupling surface.
In einer Ausführungsform weist die Auskoppelfläche eine Mikrostruktur, insbesondere Mikrolinsen oder Mikroprismen, auf. Durch das Vorsehen einer regelmäßigen und sich wiederholenden Mikrostruktur kann Totalreflexion besonders gut vermindert bzw. verhindert werden, wodurch sich die Effizienz des optoelektronischen Bauelements erhöht. In one embodiment, the decoupling surface has a microstructure, in particular microlenses or microprisms. By providing a regular and repetitive microstructure, total reflection can be reduced or prevented particularly well, which increases the efficiency of the optoelectronic component.
Vorzugsweise liegt der Halbleiterchip innerhalb eines auf das Trägerelement projizierten Umfangs der Auskoppelfläche und es gilt
In einer Ausführungsform hat das Bindemittel einen Brechungsindex, welcher niedriger ist als der Brechungsindex des Halbleiterchips und höher als der Brechungsindex von Luft. Hierdurch wird ein gradueller Übergang der Brechungsindizes von Halbleiterchip zu Luft erreicht, wodurch wiederum Totalreflexion minimiert wird und somit insgesamt die optischen Eigenschaften, insbesondere die Effizienz, des optoelektronischen Bauelements verbessert wird. In one embodiment, the binder has a refractive index that is lower than the refractive index of the semiconductor chip and higher than the refractive index of air. As a result, a gradual transition of the refractive indices of the semiconductor chip to air is achieved, which in turn minimizes total reflection and thus overall improves the optical properties, in particular the efficiency, of the optoelectronic component.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ein Silikon, Polysilan, Siloxan, Polysiloxan, Epoxid, Polysilazan oder eine Mischung hieraus. Die genannten Materialien zeichnen sich durch eine leichte Verarbeitbarkeit, lange Haltbarkeit und sehr gute optische Eigenschaften aus. Des weiteren haben alle genannten Materialien einen Brechungsindex, welcher niedriger ist als der Brechungsindex des Halbleiterchips und höher als der Brechungsindex von Luft, wodurch sich die bereits genannten Vorteile ergeben. Preferably, the binder is a silicone, polysilane, siloxane, polysiloxane, epoxide, polysilazane or a mixture thereof. The materials mentioned are characterized by easy processability, long durability and very good optical properties. Furthermore, all the materials mentioned have a refractive index which is lower than the refractive index of the semiconductor chip and higher than the refractive index of air, resulting in the advantages already mentioned.
In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement des Weiteren ein dem Sedimentationselement nachgeordnetes optisches Element, insbesondere eine Linse, auf. In one embodiment, the optoelectronic component further comprises an optical element arranged downstream of the sedimentation element, in particular a lens.
Vorzugsweise liegt das optische Element formschlüssig an dem Sedimentationselement an und hat einen Brechungsindex, welcher größer als der Brechungsindex von Luft und kleiner als der Brechungsindex des Sedimentationselements ist. Durch das lückelose Aneinanderfügen von optischem Element und Sedimentationselement in Kombination mit dem speziell gewählten Brechungsindex wird der Übergang zwischen den Brechungsindizes von Halbleiterchip und Luft weiter graduiert, wodurch wiederum Totalreflexion vermindert wird. Durch die Formschlüssigkeit wird vermieden, dass sich zwischen optischem Element und Sedimentationselement ein weiteres Material mit einem Brechungsindex befindet, durch welches der graduelle Übergang gestört werden könnte. The optical element preferably bears against the sedimentation element in a form-fitting manner and has a refractive index which is greater than the refractive index of air and less than the refractive index of the sedimentation element. The seamless joining of optical element and Sedimentationselement in combination with the specially selected refractive index of the transition between the refractive indices of semiconductor chip and air is further graduated, which in turn total reflection is reduced. By means of the positive engagement it is avoided that there is another material with a refractive index between the optical element and the sedimentation element, through which the gradual transition could be disturbed.
Vorzugsweise umfasst die Feststoffschicht zumindest einen Leuchtstoff, zumindest einen wärmeleitenden Füllstoff, Streupartikel oder eine Mischung hieraus. Je nach Art des verwendeten Feststoffes können die Eigenschaften des optoelektronischen Bauelements vorteilhaft verändert werden. Insbesondere bei der Verwendung von lichtkonvertierenden Leuchtstoffen ist die die Auftragsweise und Anordnung des Konverters innerhalb des optoelektronischen Bauelements maßgebend hinsichtlich der optischen und thermischen Eigenschaften, der Effizienz, der Kosten und der Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements. Bei der Verwendung von Leuchtstoffen als sedimentierte Feststoffschicht gelangt der Leuchtstoff näher an den Halbleiterchip, wodurch die thermische Kühlung des Leuchtstoffs verbessert wird. Die thermische Kühlung wird abermals durch die höhere Packungsdichte, welche zu einer höheren spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Materials führt, verbessert. Ferner wird durch das damit erreichte vollständige und gleichmäßig Umhüllen des Halbleiterchips (englisch „conformal coating“) eine optimierte Abstrahlung (Farbe über Winkel) erreicht. Durch die Verwendung von Streupartikeln kann die Farbhomogenität bezüglich des Abstrahlwinkels verbessert werden. Durch wärmeleitende Füllstoffe kann des Weiteren eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit erreicht werden. The solid layer preferably comprises at least one phosphor, at least one heat-conducting filler, scattering particles or a mixture thereof. Depending on the type of solid used, the properties of the optoelectronic component can advantageously be changed. Particularly in the case of the use of light-converting phosphors, the method of application and arrangement of the converter within the optoelectronic component is decisive with regard to the optical and thermal properties, the efficiency, the cost and the service life of the optoelectronic component. When using phosphors as a sedimented solid layer, the phosphor reaches closer to the semiconductor chip, whereby the thermal cooling of the phosphor is improved. The thermal cooling is again improved by the higher packing density, which leads to a higher specific thermal conductivity of the material. Furthermore, by the thus achieved complete and uniform enveloping the semiconductor chip (English "conformal coating") optimized radiation (color over angle) is achieved. By using scattering particles, the color homogeneity with respect to the emission angle can be improved. By heat-conductive fillers, furthermore, an improvement in the thermal conductivity can be achieved.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung aus einem Trägerelement, einem Halbleiterchip und einer Maske, aufweisend ein Trägerelement, einen auf dem Trägerelement montierten und elektrisch kontaktierten Halbleiterchip zur Emission elektromagnetischer Strahlung, und eine Maske mit einer den Halbleiterchip umschließenden Ausnehmung zur Aufnahme einer zu formenden Grundmasse, wobei die dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche der Ausnehmung gekrümmt und/oder strukturiert ist. The present invention furthermore relates to an arrangement comprising a carrier element, a semiconductor chip and a mask, comprising a carrier element, a semiconductor chip mounted on the carrier element and electrically contacted for emission of electromagnetic radiation, and a mask with a recess enclosing the semiconductor chip for receiving a shape to be formed Basic mass, wherein the semiconductor chip facing surface of the recess is curved and / or structured.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird das Erstellen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements ermöglicht mit den bereits genannten Vorteilen. Durch die Maske zum Formen der Grundmasse für das Sedimentationselement kann die Auskoppelfläche geformt werden, gleichzeitig kann die Grundmasse lange genug in flüssiger Form stabilisiert werden, um Sedimentation zu ermöglichen mit den ebenfalls bereits genannten Vorteilen. The inventive arrangement makes it possible to produce the optoelectronic component according to the invention with the advantages already mentioned. The decoupling surface can be formed by the mask for forming the matrix for the sedimentation element, at the same time the matrix can be stabilized long enough in liquid form to allow sedimentation with the advantages already mentioned.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, aufweisend die Schritte Bereitstellen eines auf einem Trägerelement montierten und elektrisch kontaktierten Halbleiterchips zur Emission elektromagnetischer Strahlung, Aufbringen einer Grundmasse umfassend eine Bindemittelgrundmasse und Feststoffpartikel zumindest auf den Halbleiterchip und gleichzeitiges Formen der Grundmasse, Sedimentieren der Feststoffpartikel zu einer Feststoffschicht zumindest auf dem Halbleiterchip, und Aushärten der Grundmasse zu einem Sedimentationselement, wobei das Sedimentationselement eine Auskoppelfläche zum Auskoppeln der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung aufweist, und wobei der Schritt des Formens das Formen der Auskoppelfläche umfasst, so dass die Auskoppelfläche gekrümmt und/oder strukturiert ist. The present invention furthermore relates to a method for producing an optoelectronic component, comprising the steps of providing a semiconductor chip mounted and electrically contacted on a carrier element for emission of electromagnetic radiation, applying a matrix comprising a binder matrix and solid particles at least to the semiconductor chip and simultaneously forming the matrix, Sedimentation of the solid particles to a solid layer at least on the semiconductor chip, and curing the matrix to a sedimentation, wherein the sedimentation has a decoupling surface for decoupling emitted from the semiconductor chip radiation, and wherein the step of forming comprises forming the decoupling surface, so that the decoupling surface curved and / or structured.
Durch die Kombination von Sedimentation und Formen der Auskoppelfläche in einem Element, wird das Herstellungsverfahren vereinfacht, da nur noch ein Schritt zum Bilden von Auskoppelelement und Sedimentation der Feststoffschicht vorgesehen werden muss. Durch den Verfahrenschritt der Sedimentation wird außerdem das Aufbringen der Feststoffschicht vereinfacht und der Halbleiterchip wird vollständig von der Feststoffschicht bedeckt, was je nach Art des verwendeten Feststoffs die bereits genannten Vorteile bietet. Mit anderen Worten können die sedimentierte Feststoffschicht und das Auskoppelelement in einem Prozess-Schritt hergestellt werden, was den Vorteil einer Kostenersparnis bietet. The combination of sedimentation and forms of the decoupling surface in one element, the manufacturing process is simplified, since only one step for forming decoupling element and sedimentation of the solid layer must be provided. The sedimentation process step also simplifies the application of the solid layer and the semiconductor chip is completely covered by the solid layer, which offers the advantages already mentioned, depending on the type of solid used. In other words, the sedimented solid layer and the decoupling element can be produced in one process step, which offers the advantage of cost savings.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Formens das Vorsehen einer Maske, insbesondere das Vorsehen einer Maske mit einer den Halbleiterchip umschließenden Ausnehmung, wobei die dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche der Ausnehmung gekrümmt und/oder strukturiert ist. Durch das Vorsehen einer Maske können die Schritte der Sedimentation und des Formens effektiv in einem Schritt erfolgen, wodurch das Herstellungsverfahren effizienter, kostengünstiger und einfacher wird. Preferably, the step of forming comprises the provision of a mask, in particular the provision of a mask with a recess surrounding the semiconductor chip, wherein the surface of the recess facing the semiconductor chip is curved and / or structured. By providing a mask, the steps of sedimentation and molding can be effectively accomplished in one step, thereby making the manufacturing process more efficient, less expensive and easier.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren geben die erste(n) Ziffer(n) eines Bezugszeichens die Figur an, in denen das Bezugzeichen zuerst verwendet wird. Die gleichen Bezugszeichen werden für gleichartige oder gleich wirkende Elemente bzw. Eigenschaften in allen Figuren verwendet. Various embodiments of the solution according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. In the figures, the first digit (s) of a reference numeral indicate the figure in which the numeral is used first. The same reference numbers are used for similar or equivalent elements or properties used in all figures.
Es zeigenShow it
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Auf einem Trägerelement
Das Trägerelement
Auf der der Kontaktseite
Ein Sedimentationselement
Wie bereits erläutert, ist die Sedimentation ein bekanntes Konzept. Hierbei wird eine Suspension aus einer Bindemittelgrundmasse und dem Feststoff, welcher beispielsweise in Form von Partikeln vorliegt, auf dem Halbleiterchip
Die Feststoffschicht
Das Sedimentationselement
Das Sedimentationselement
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auskoppelfläche
Ein zentraler Gedanke der vorliegenden Erfindung ist somit die Kombination des Sedimentationsschritts bzw. des zur Sedimentation notwendigen Elements mit einer Auskoppelstruktur. Beide Elemente bzw. Schritte werden somit im Sedimentationselement mit der erfindungsgemäßen Auskoppelfläche kombiniert. Das Sedimentationselement kann des Weiteren in nur einem Prozessschritt hergestellt werden. Darüber hinaus können die Vorteile der Sedimentation genutzt werden. Insgesamt ergibt die erfindungsgemäße Kombination aus Sedimentation uns Auskoppelfläche in einem Element bzw. in einem Herstellungsschritt einen synergistischen Effekt, so dass die vorliegende Erfindung ein vereinfachtes und kostengünstigeres Herstellungsverfahren sowie ein optoelektronisches Bauelement bereitstellt, welches hinsichtlich seiner optischen und thermischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Effizienz verbessert ist. A central idea of the present invention is therefore the combination of the sedimentation step or of the element required for sedimentation with a coupling-out structure. Both elements or steps are thus combined in the sedimentation with the decoupling surface according to the invention. The sedimentation element can furthermore be produced in only one process step. In addition, the benefits of sedimentation can be exploited. Overall, the inventive combination of sedimentation and decoupling surface in one element or in a manufacturing step gives a synergistic effect, so that the present invention provides a simplified and less expensive production method and an optoelectronic component, which improves in terms of its optical and thermal properties, in particular in terms of its efficiency is.
In dem optoelektronischen Bauelement
Das Sedimentationselement
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip
Bei dem optoelektronischen Bauelement
Wie bereits erläutert, ist der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, eine Auskoppelfläche in Verbindung mit Sedimentation bereitzustellen, welche gekrümmt und/oder strukturiert ist. Die Krümmung bzw. Strukturierung kann hierbei auch nur auf Teilen der Auskoppelfläche vorgesehen sein. Beispielsweise kann es aus produktionstechnischen Gründen nicht möglich sein, die gesamte Auskoppelfläche durchgehend mit einer Krümmung und/oder Struktur zu versehen und es können Bereiche ungekrümmt bzw. unstrukturiert bleiben. Es können auch absichtlich bestimmte Bereiche ungekrümmt bzw. unstrukturiert bleiben, um beispielsweise ein Ablösen eines formenden Werkzeugs zu erleichtern. Eine solche Auskoppelfläche ist trotzdem von der vorliegenden Erfindung mit umfasst. Vorzugsweise erstreckt sich die Krümmung und/oder Struktur über einen Großteil der Auskoppelfläche. Es sind bevorzugt diejenigen Bereiche mit einer Krümmung und/oder einer Strukturierung auszgestaltet, in welchen zumindest ein Teil des Strahlung unter einem Winkel größer als dem Totalreflexionswinkel auftrifft (jeweils gemessen zum Lot auf der Austrittsfläche). Der kritische Totalreflexionswinkel (gemessen zur Senkrechten zur Austrittsfläche) ist gegeben durch Tc = arcsin (n_2)/n_1), wobei n_1 und n_2 jeweils der Brechungsindex des äußeren und inneren Materials ist. Im Allgemeinen gilt n_2 > n_1. Beispielsweise bei einer Auskopplung von Silikon (n = 1,41) gegenüber Luft (n ~ 1) ist dieser Winkel etwa 45°. Bei Auskopplung von einen Silikon mit n = 1,53 in ein Silikon mit n = 1,41 beträgt der Totalreflexionswinkel etwa 67° zum Lot. In einer bevorzugten Ausführung (um neben der verbesserten Auskopplung auch eine Formung der Abstrahlcharakteristik zu erreichen) wird mindestens 70% der Austrittsfläche gekrümmt oder mit Strukturierung ausgeführt, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Austrittsfläche.As already explained, the core idea of the present invention is to provide a decoupling surface in connection with sedimentation, which is curved and / or structured. The curvature or structuring can also be provided only on parts of the decoupling surface. For example, it may not be possible for production-technical reasons to provide the entire decoupling surface with a curvature and / or structure throughout, and areas may remain un-curved or unstructured. Certain areas may also intentionally remain un-curved or unstructured, for example to facilitate detachment of a forming tool. Such a decoupling surface is nevertheless encompassed by the present invention. Preferably, the curvature and / or structure extends over a large part of the decoupling surface. It is preferred those areas with a curvature and / or a Structuring structured in which at least part of the radiation at an angle greater than the total reflection angle impinges (in each case measured to the solder on the exit surface). The critical total reflection angle (measured perpendicular to the exit surface) is given by Tc = arcsin (n_2) / n_1), where n_1 and n_2 are each the refractive index of the outer and inner materials. In general, n_2> n_1. For example, with a decoupling of silicone (n = 1.41) from air (n ~ 1), this angle is about 45 °. When coupling a silicone with n = 1.53 into a silicone with n = 1.41, the total reflection angle is about 67 ° to the solder. In a preferred embodiment (in order to achieve a shaping of the emission characteristic in addition to the improved decoupling), at least 70% of the exit surface is curved or patterned, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90% of the exit surface.
Im Folgenden soll auf das Merkmal der Krümmung genauer eingegangen werden. Unter Krümmung soll zunächst jede Wölbung der Auskoppelfläche verstanden werden, durch welche die Auskoppelfläche nicht mehr vollständig plan bzw. eben ist. In the following, the feature of the curvature will be discussed in more detail. Under curvature should first be understood any curvature of the decoupling surface through which the decoupling surface is no longer completely flat or flat.
Insbesondere ist die Auskoppelfläche zumindest Abschnittsweise eine Oberfläche zweiter Ordnung. Beispielsweise kann die Auskoppelfläche eine Halbkugel, ein Halbellipsoid oder eine an diese Formen angenäherte Form haben. Insbesondere kann die Auskoppelfläche abschnittsweise an unterschiedliche Formen angenähert sein und der Krümmungsradius der Auskoppelfläche kann konstant oder über die gesamte Fläche variabel sein. In particular, the decoupling surface is at least in sections a second-order surface. For example, the decoupling surface may have a hemisphere, a semi-ellipsoid or a shape approximated to these shapes. In particular, the decoupling surface can be partially approximated to different shapes and the radius of curvature of the decoupling surface can be constant or variable over the entire surface.
Bezugnehmend auf
Die maximale Ausdehnung des optoelektronischen Bauelements
Auch wenn diese Relation beispielhaft an Hand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist die Relation nicht auf das erste Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf jedes andere Ausführungsbeispiel anwendbar. Wie bereits erläutert, kann diese Relation auch nur abschnittsweise für die Auskoppelfläche gelten. Although this relation has been described by way of example with reference to the first embodiment, the relation is not limited to the first embodiment, but is applicable to any other embodiment. As already explained, this relation can only apply in sections for the decoupling surface.
In der
Dies hat den Vorteil, dass im Wesentlichen die gesamte vom Halbleiterchip
Bevorzugt hat die Auskoppelfläche
Hierdurch wird einerseits Totalreflexion, beispielsweise im Randbereich der Auskoppelfläche
Im Falle einer Auskoppelfläche
Auch wenn die Größenverhältnisse beispielhaft an Hand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurden, ist die Beschreibung nicht auf das erste Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf jedes andere Ausführungsbeispiel sowie auf nicht dargestellte Auskoppelflächen anwendbar.Although the size ratios have been described by way of example with reference to the first embodiment, the description is not limited to the first embodiment, but rather applicable to any other embodiment and not shown Auskoppelflächen.
Vorzugsweise wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Totalreflexion bzw. der Strahlungsverluste noch weiter durch entsprechende Materialauswahl reduziert, so dass ein gradueller Brechungsindexübergang vom Halbleiterchip
Das optische Element
Das optische Element
Vorzugsweise besteht das optische Element
Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei welchen das Sedimentationselement eine gekrümmte oder gewölbte Auskoppelfläche umfasst, weist das Sedimentationselement
Durch das Aufrauen wird ebenfalls wieder erreicht, dass Totalreflexion beim Auftreffen der vom Halbleiterchip
Die Aufrauung kann beispielsweise durch einen Ätzprozess oder durch mechanisches Abtragen erreicht werden. Die Aufrautiefe ist abhängig vom gewählten Prozess und kann gewählt werden im Bereich von 2 µm (beispielsweise bei chemischer Aufrauung) bis zu 250 µm (beispielsweise im Fall von Sandstrahlen). Dies Aufrauung kann erfolgen sowohl durch Aufrauung
- (a) der fertigen Linse oder
- (b) des Werkzeugs oder
- (c) einer Folie (welche sich zwischen Werkzeug und
- (a) the finished lens or
- (b) the tool or
- (c) a foil (which is between tool and
Silikonkörper befindet. Die Prozesse (a) bis (c) können einzeln verwendet oder kombiniert verwendet werden. Vorzugsweise gilt die Relation, wonach die
Das Sedimentationselement
Die Haupterstreckungsrichtung der mit Mikrolinsen versehenen Auskoppelfläche
Bezugnehmend auf die
Die Maske
Eine Oberfläche
Bevorzugt weist die Maske
Die Maske
Die Maske
In
Wie in
Die Grundmasse
Als Bindemittelgrundmasse
Die Feststoffpartikel
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Leuchststoffpartikel. Die Leuchtstoffpartikel können einen oder mehrere Leuchtstofftypen enthalten. Der Leuchtstoff oder die mehrere Leuchtstoffe sind dazu eingerichtet, die vom Halbleiterchip
Die Feststoffpartikel
Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, im Fall der Verwendung von Leuchtstoffen, durch die Öffnung
Hierbei ist anzumerken, dass die Darstellung in
Auf Grund der Öffnung
Ein alternatives Fertigungsverfahren, welches in den Figuren nicht dargestellt ist, sieht eine Maske
Bezugnehmend auf
Das Verfahren beginnt in einem ersten Schritt S0. Im Schritt S1 wird ein Trägerelement
Nachfolgend können zwei alternative Prozesse vorgesehen sein. Subsequently, two alternative processes can be provided.
Gemäß der ersten Alternative wird in einem Schritt S2 eine Maske
Gemäß der zweiten Alternative wird in einem Schritt S4 eine Maske
Unabhängig von den eben genannten Alternativen folgt in jedem Fall der Schritt S8, in welchem die Feststoffpartikel
Im folgenden Schritt S9 wird die Grundmasse
Im nächsten Schritt S10 wird die Maske
ABSCHLIESSENDE FESTSTELLUNGFINAL FINDING
Das optoelektronische Bauelement und das Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements wurden zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso möglich, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt.The optoelectronic component and the method for producing an optoelectronic component have been described to illustrate the underlying idea based on some embodiments. The embodiments are not limited to specific feature combinations. Although some features and configurations have been described only in connection with a particular embodiment or individual embodiments, they may each be combined with other features from other embodiments. It is also possible to omit or add in individual embodiments illustrated features or particular embodiments, as far as the general technical teaching is realized.
Auch wenn die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben sind, so ist es selbstverständlich, dass jedes der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren in jeder anderen, sinnvollen Reihenfolge durchgeführt werden kann, wobei auch Verfahrensschritte ausgelassen oder hinzugefügt werden können, soweit nicht von dem Grundgedanken der beschriebenen technischen Lehre abgewichen wird.Although the steps of the method of fabricating an optoelectronic device are described in a particular order, it is to be understood that any of the methods described in this disclosure may be performed in any other meaningful order, including but not limited to, method steps. unless deviated from the basic idea of the technical teaching described.
Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. It is according to the present invention, a method for producing an optoelectronic device specified.
Beispielsweise kann mittels des hier beschriebenen Verfahrens eine von vielen Möglichkeiten zur Herstellung des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements realisiert werden. Das heißt, dass sämtliche für das optoelektronische Bauelement beschriebenen Merkmale auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt. For example, one of many possibilities for producing the optoelectronic component described here can be realized by means of the method described here. This means that all features described for the optoelectronic component are also disclosed for the method and vice versa.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a first embodiment
- 101101
- Trägerelement support element
- 102102
- Halbleiterchip Semiconductor chip
- 104104
- Kontaktseite Contact
- 108108
- Strahlungsemissionsseite Radiation emission side
- 110110
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a second embodiment
- 120120
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a third embodiment
- 130130
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a fifth embodiment
- 140140
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines sechsten Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a sixth embodiment
- 150150
- optoelektronisches Bauelement gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels Optoelectronic component according to a fourth embodiment
- 200200
-
Sedimentationselement des Bauelements
100 Sedimentation element of thedevice 100 - 201201
-
Sedimentationselement des Bauelements
110 Sedimentation element of thedevice 110 - 202202
-
Sedimentationselement des Bauelements
120 Sedimentation element of thedevice 120 - 203203
-
Sedimentationselement des Bauelements
130 Sedimentation element of thedevice 130 - 204204
-
Sedimentationselement des Bauelements
140 Sedimentation element of thedevice 140 - 209209
- äußere Begrenzung outer boundary
- 210210
- Feststoffschicht Solid layer
- 215215
- Feststoffpartikel Solid particles
- 220220
- Bindemittel binder
- 225225
- Bindmittelgrundmasse Bindmittelgrundmasse
- 230230
- Auskoppelfläche outcoupling
- 233233
- aufgeraute Auskoppelfläche roughened decoupling surface
- 234234
- mit Mikrolinsen versehene Auskoppelfläche with microlenses provided decoupling surface
- 240240
- Seitenfläche side surface
- 241241
- Seitenelement page element
- 250250
- Grundmasse matrix
- 300300
- Vergussmasse potting compound
- 310310
- optisches Element optical element
- 400400
- Maske mask
- 410410
- Ausnehmung recess
- 420420
- Öffnung opening
- 430430
-
Oberfläche der Ausnehmung
410 Surface of therecess 410 - 500500
- Anordnung arrangement
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