-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, und ein optoelektronisches Bauelement. Das optoelektronische Bauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip zum Abgeben einer Primärstrahlung und eine den Halbleiterchip umgebende Vergussmasse zum teilweisen Umwandeln der Primärstrahlung in eine Konversionsstrahlung auf.
-
Optoelektronische Bauelemente können einen optoelektronischen Halbleiterchip zum Erzeugen einer Lichtstrahlung und ein Konversionsmaterial („Phosphor“) für die partielle Konversion der erzeugten Lichtstrahlung aufweisen. Der Halbleiterchip kann in einer Kavität eines Trägers angeordnet und mit einer Vergussmasse vergossen sein. Die Strahlungsumwandlung kann mit Hilfe von in der Vergussmasse enthaltenen Leuchtstoffpartikeln erfolgen, welche einen Teil der Primärstrahlung des Halbleiterchips absorbieren und eine Konversionsstrahlung abgeben (Volumenkonversion). Die Primär- und Konversionsstrahlung können sich zu einer Mischstrahlung, beispielsweise einer weißen Lichtstrahlung, überlagern.
-
Bei der Fertigung von Bauelementen mit Volumenkonversion können erhebliche Schwankungen in der Farbortverteilung der von den Bauelementen erzeugten Mischstrahlung auftreten. Dies ist zum Beispiel auf Bauteilabweichungen, Schwankungen der Konzentration der Leuchtstoffpartikel, und eine unterschiedliche Vergusshöhe zurückzuführen. Des Weiteren kann der Farbort abhängig sein vom Betrachtungswinkel. Ursache hierfür ist, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Lichtstrahlung in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels unterschiedlich große Wegstrecken in der Vergussmasse durchläuft, und daher abhängig vom Winkel ein unterschiedliches Ausmaß der Konversion vorliegen kann. Dies kann erhebliche Ausbeuteverluste nach sich ziehen.
-
Zum Verringern von Ausbeuteverlusten kann ein Messen der Vergusshöhe und Nachdosieren von partikelgefüllter Vergussmasse zum Korrigieren der Vergusshöhe durchgeführt werden. Dies kann durch eine Inline-Prozessregelung in einer Fertigungslinie verwirklicht sein. Trotz der Korrektur der Vergusshöhe können die Bauelemente weiterhin Farbortschwankungen aufweisen. Zur Reduzierung von winkelabhängigen Farbortschwankungen kann die Vergussmasse mit beigemischten Streupartikeln ausgebildet werden, so dass ein optischer Diffusor zur Lichtverteilung vorliegt. Diese Maßnahme kann eine verringerte Effizienz der Bauelemente zur Folge haben.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für ein verbessertes optoelektronisches Bauelement anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Ausgangsanordnung, aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip und eine den Halbleiterchip umgebende Vergussmasse. Der Halbleiterchip ist ausgebildet zum Abgeben einer Primärstrahlung. Die Vergussmasse ist ausgebildet zum Umwandeln eines Teils der Primärstrahlung in eine Konversionsstrahlung, so dass eine Mischstrahlung aus Primär- und Konversionsstrahlung erzeugt werden kann. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Einbringen wenigstens einer Verdrängungsmasse in die Vergussmasse, so dass eine veränderte Mischstrahlung erzeugbar ist. Die Vergussmasse und die Verdrängungsmasse weisen eine unterschiedliche Materialbeschaffenheit auf.
-
Bei dem Verfahren wird eine Korrektur durchgeführt, indem der Vergussmasse wenigstens eine Verdrängungsmasse mit einer von der Vergussmasse verschiedenen Materialausprägung hinzugefügt wird. Dadurch kann das optoelektronische Bauelement eine korrigierte Mischstrahlung abgeben, welche einer vorgegebenen Spezifikation entspricht. Das Einbringen der wenigstens einen Verdrängungsmasse kann mit einer Veränderung des Farborts der erzeugbaren Mischstrahlung und/oder mit einer Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung verbunden sein. Auf diese Weise kann, im Hinblick auf eine mit Hilfe des Verfahrens durchgeführte Herstellung mehrerer Bauelemente, eine höhere Ausbeute erzielt werden.
-
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Bereitstellen der Ausgangsanordnung ein Messen der Mischstrahlung durchgeführt. Hierbei können zum Beispiel Farbortkoordinaten der Ausgangsanordnung und/oder eine Abstrahlcharakteristik gewonnen werden. Das Einbringen der wenigstens einen Verdrängungsmasse in die Vergussmasse wird in Abhängigkeit der gemessenen Mischstrahlung durchgeführt. Hierdurch kann die Korrektur mit einer hohen Zuverlässigkeit und Genauigkeit auf die jeweils gemessene, von der Ausgangsanordnung erzeugte Mischstrahlung abgestimmt werden. Möglich sind eine individuelle Anpassung des Farborts der Mischstrahlung und/oder eine individuelle Anpassung der Winkelcharakteristik des Farborts der Mischstrahlung.
-
Für die individuelle Abstimmung können zum Beispiel abhängig von der gemessenen Mischstrahlung Parameter wie eine Menge, Volumengröße und/oder Einbringposition einer zur Korrektur verwendeten Verdrängungsmasse vorgegeben werden. Des Weiteren kann auch die Art bzw. Materialbeschaffenheit der eingesetzten Verdrängungsmasse ausgewählt werden. Ein weiterer vorgebbarer Parameter ist die Anzahl an verwendeten Verdrängungsmassen. Das Festlegen derartiger Parameter in Abhängigkeit der gemessenen Lichtstrahlung, wodurch zum Beispiel der Betrag und die Richtung einer angestrebten Farbortveränderung vorgegeben werden können, kann mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus erfolgen.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der Ausgangsanordnung ein Bereitstellen eines Trägers mit einer Kavität, ein Anordnen des Halbleiterchips auf dem Träger in der Kavität, und ein Einbringen der Vergussmasse in die Kavität. Bei dem fertig gestellten optoelektronischen Bauelement sind der optoelektronische Halbleiterchip, die Vergussmasse und die nachfolgend eingebrachte Verdrängungsmasse in der Kavität angeordnet.
-
Es ist möglich, mehrere optoelektronische Bauelemente gemeinsam bzw. in paralleler Weise auszubilden, wobei eine individuelle Korrektur durch Einbringen von Verdrängungsmassen in entsprechende Vergussmassen durchgeführt werden kann. In dieser Hinsicht kann zunächst ein zusammenhängender Träger mit mehreren Kavitäten bereitgestellt werden, wobei Halbleiterchips, Vergussmassen und gegebenenfalls Verdrängungsmassen in den Kavitäten angeordnet werden. Eine Korrektur mit Hilfe von Verdrängungsmassen kann lediglich für den Fall erfolgen, dass Mischstrahlungen herzustellender Bauelemente außerhalb einer vorgegebenen Spezifikation liegen. Am Ende des Herstellungsverfahrens kann der zusammenhängende Träger zerteilt werden, um vereinzelte Bauelemente bereitzustellen.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vergussmasse ein Vergussmaterial auf, in welches Leuchtstoffpartikel eingebettet sind. Die Strahlungskonversion kann mit Hilfe der Leuchtstoffpartikel erfolgen, indem die Leuchtstoffpartikel einen Teil der Primärstrahlung des optoelektronischen Halbleiterchips absorbieren, und dadurch zur Reemission einer Konversionsstrahlung angeregt werden.
-
Das Vergussmaterial der Vergussmasse kann ein transparentes Material sein, welches zunächst in flüssiger bzw. zähflüssiger Form bereitgestellt wird und nachfolgend ausgehärtet werden kann. Sowohl das Bereitstellen der Ausgangsanordnung bzw. das Einbringen der Vergussmasse in die Kavität des Trägers als auch das Einbringen der wenigstens einen Verdrängungsmasse in die Vergussmasse wird in einem nicht ausgehärteten Zustand der Vergussmasse durchgeführt. Nach dem Einbringen der wenigstens einen Verdrängungsmasse kann die Vergussmasse ausgehärtet werden. Bei dem Vergussmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Silikonmaterial, oder um ein anderes Material wie zum Beispiel ein Epoxidmaterial handeln.
-
Für das optoelektronische Bauelement kann gegebenenfalls eine Herstellung mit zusätzlichen, in der Vergussmasse eingebetteten Streupartikeln in Betracht kommen, um die Winkelabhängigkeit des Farborts zu verbessern. Sofern beabsichtigt ist, diesen Effekt auch durch das Einbringen der wenigstens einen Verdrängungsmasse zu erzielen, kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Bauelement eine wesentlich geringere Partikeldichte der Streupartikel vorgesehen werden. Dadurch kann das optoelektronische Bauelement eine größere Effizienz aufweisen. Möglich ist es auch, auf den Einsatz von Streupartikeln zu verzichten.
-
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich insbesondere um einen Leuchtdioden-Chip handeln.
-
Das optoelektronische Bauelement kann zum Beispiel als Weißlichtquelle verwirklicht werden. Zu diesem Zweck kann der optoelektronische Halbleiterchip beispielsweise ausgebildet sein, eine Lichtstrahlung im blauen bis ultravioletten Spektralbereich zu emittieren. Die Vergussmasse bzw. die in der Vergussmasse enthaltenen Leuchtstoffpartikel können beispielsweise ausgebildet sein, einen Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Lichtstrahlung in eine Lichtstrahlung im gelben Spektralbereich umzuwandeln. Aus der Überlagerung der unterschiedlichen Lichtstrahlungen kann eine weiße Lichtstrahlung hervorgehen (additive Farbmischung).
-
Es ist möglich, dass die Vergussmasse lediglich eine Art von Leuchtstoffpartikeln umfasst, und daher sämtliche Leuchtstoffpartikel eine Lichtstrahlung desselben Spektralbereichs (beispielsweise eine gelbe Lichtstrahlung) emittieren. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Vergussmasse verschiedene Arten von Leuchtstoffpartikeln umfassen, d.h. dass eine Mischung aus Leuchtstoffpartikeln vorliegt, welche konvertierte Lichtstrahlungen unterschiedlicher Spektralbereiche abgeben. Die gesamte in der Vergussmasse erzeugte Konversionsstrahlung umfasst hierbei mehrere Teilstrahlungen verschiedener Spektralbereiche. Bei einem im blauen bis ultravioletten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip kann die Vergussmasse zum Beispiel mit ersten Leuchtstoffpartikeln zum Emittieren einer Lichtstrahlung im gelben bis grünen Spektralbereich und zweiten Leuchtstoffpartikeln zum Emittieren einer Lichtstrahlung im roten Spektralbereich ausgebildet sein. Durch Überlagerung dieser Lichtstrahlungen kann ebenfalls eine weiße Lichtstrahlung erzeugt werden.
-
Das Einbringen einer Verdrängungsmasse in die Vergussmasse kann eine Verdrängung der Vergussmasse, und dadurch eine Vergrößerung der Vergusshöhe zur Folge haben. Die Veränderung der Vergusshöhe kann eine veränderte Strahlungskonversion, und damit eine entsprechende Veränderung der erzeugbaren Mischstrahlung zur Folge haben. Darüber hinaus ist es möglich, eine Veränderung der Mischstrahlung nicht bzw. nicht allein aufgrund der Vergrößerung der Vergusshöhe, sondern zusätzlich auf gezielte Weise durch eine geeignete Materialausprägung und Positionierung der Verdrängungsmasse in der Vergussmasse hervorzurufen. Mögliche Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die (wenigstens eine) Verdrängungsmasse ein Vergussmaterial, allerdings ohne eingebettete Leuchtstoffpartikel auf. Durch Verwendung eines Vergussmaterials für die Verdrängungsmasse kann die Verdrängungsmasse in einem Bereich oberhalb des Halbleiterchips angeordnet werden, welcher auf direkte Weise von der von dem Halbleiterchip abgegebenen Primärstrahlung durchstrahlt werden kann. Hierdurch können die Strahlungskonversion und damit die resultierende Mischstrahlung auf gezielte Weise verändert werden. Möglich ist eine spezifische Veränderung des Farborts und/oder der Winkelabhängigkeit des Farborts.
-
Das Vergussmaterial der Verdrängungsmasse kann ein transparentes Material sein, welches in flüssiger bzw. zähflüssiger Form in die Vergussmasse eingebracht wird, und nachfolgend zusammen mit der Vergussmasse ausgehärtet werden kann. Es ist möglich, dass die Verdrängungsmasse und die Vergussmasse dasselbe Vergussmaterial, oder unterschiedliche Vergussmaterialien aufweisen. Als Vergussmaterial der Verdrängungsmasse können die oben genannten Materialien, zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial, zur Anwendung kommen.
-
Diese Aspekte können in entsprechender Weise auf eine weitere Ausführungsform zutreffen, in welcher die (wenigstens eine) Verdrängungsmasse erneut ein Vergussmaterial, jedoch mit eingebetteten Leuchtstoffpartikeln aufweist. Die Leuchtstoffpartikel der Verdrängungsmasse können ebenfalls einen Teil der Primärstrahlung des Halbleiterchips konvertieren, und daher zum Erzeugen der Konversionsstrahlung beitragen. Im Hinblick auf die unterschiedliche Materialbeschaffenheit der Verdrängungsmasse und der Vergussmasse kann vorgesehen sein, dass sich die Verdrängungsmasse durch die Leuchtstoffpartikel von der Vergussmasse unterscheidet. Dies kann durch die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen erreicht werden, welche gegebenenfalls miteinander kombinierbar sind.
-
Beispielsweise kann die Verdrängungsmasse eine von der Vergussmasse abweichende, insbesondere eine geringere Konzentration an Leuchtstoffpartikeln aufweisen. Die Partikelkonzentration ist ein möglicher Parameter, über welchen zum Beispiel der Betrag und die Richtung einer Farbortkorrektur vorgegeben werden können.
-
Ein weiterer in Betracht kommender Materialunterschied kann zum Beispiel darin bestehen, dass die Verdrängungsmasse eine andere Art von Leuchtstoffpartikeln aufweist als die Vergussmasse. Hierdurch können die Verdrängungsmasse und die Vergussmasse konvertierte Lichtstrahlungen in unterschiedlichen Spektralbereichen emittieren. In einer solchen Ausgestaltung kann eine Farbortkorrektur senkrecht zu einer Konversionslinie realisiert werden. Die Konversionslinie bezieht sich auf ein Farbortdiagramm eines Bauelements mit einem Halbleiterchip und einer konvertierenden Vergussmasse und bildet den Farbverlauf der von dem Bauelement erzeugbaren Lichtstrahlung mit variierendem Konversionsgrad ab. Eine Farbortkorrektur ist in entsprechender Weise dadurch möglich, dass verschiedene Mischungen aus unterschiedlichen Leuchtstoffpartikeln in der Verdrängungsmasse und in der Vergussmasse vorgesehen werden, oder dass die Vergussmasse mit einer Mischung verschiedener Leuchtstoffpartikel und die Verdrängungsmasse mit lediglich einer Art von Leuchtstoffpartikeln (oder umgekehrt) ausgebildet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verdrängungsmasse in einem einer Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterchips gegenüberliegenden Bereich in die Vergussmasse eingebracht. Die Vorderseite ist diejenige Seite, über welche der Halbleiterchip einen wesentlichen Teil der Primärstrahlung abgeben kann (Lichtaustrittsseite). Das Anordnen der Verdrängungsmasse in diesem Bereich ermöglicht es, dass die Verdrängungsmasse von der vorderseitig abgegebenen Primärstrahlung des Halbleiterchips durchstrahlt wird. Dadurch kann eine gezielte Korrektur des Farborts der Mischstrahlung erreicht werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verdrängungsmasse in einem zu dem Halbleiterchip lateral bzw. seitlich versetzten Bereich in die Vergussmasse eingebracht. Die Verdrängungsmasse kann beispielsweise derart positioniert werden, dass die Verdrängungsmasse von einem schräg von dem Halbleiterchip emittierten Teil der Primärstrahlung durchstrahlt wird. Hierdurch kann eine gezielte Korrektur bzw. Verbesserung der Winkelabhängigkeit des Farborts hervorgerufen werden.
-
Zu diesem Zweck können zum Beispiel mehrere zu dem Halbleiterchip lateral versetzte Verdrängungsmassen ausgebildet werden. In der Aufsicht können die Verdrängungsmassen symmetrisch um den Halbleiterchip herum positioniert sein. Alternativ können der zu dem Halbleiterchip lateral versetzte Bereich und die in diesem Bereich ausgebildete Verdrängungsmasse zusammenhängend sein, und den Halbleiterchip daher von oben betrachtet umlaufen.
-
Es ist ferner möglich, die Verdrängungsmasse in einem relativ großen Abstand lateral versetzt zu dem optoelektronischen Halbleiterchip anzuordnen, so dass die Verdrängungsmasse nicht oder nur unwesentlich von der direkt abgegebenen Primärstrahlung durchstrahlt wird. Die Verdrängungsmasse kann hierbei im Wesentlichen eine Vergrößerung der Vergusshöhe, und damit eine entsprechende Farbortveränderung bewirken.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verdrängungsmasse unter Verwendung einer Düse in die Vergussmasse eingebracht. In dieser Ausgestaltung kann die Verdrängungsmasse in Form eines oder mehrerer Tropfen bzw. Strahls aus der Düse ausgestoßen und in die Vergussmasse eingebracht werden. Diese Ausführungsform kann bei einer (zäh-)flüssigen Verdrängungsmasse, insbesondere einer Verdrängungsmasse aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel, zur Anwendung kommen. Der Einsatz der Düse ermöglicht ein genaues und kontaktloses Einbringen der Verdrängungsmasse in die Vergussmasse.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die in die Vergussmasse eingebrachte Verdrängungsmasse ein Körper aus einem festen Material. Dieses Material kann eine größere Dichte aufweisen als die Vergussmasse bzw. deren Vergussmaterial, so dass der Körper seitlich neben dem Halbleiterchip positionierbar ist. Der Körper kann zum Beispiel eine Kugel bzw. ein Kügelchen aus Glas sein. Durch das Einbringen des Körpers in die Vergussmasse kann eine Vergrößerung der Vergusshöhe, und damit eine entsprechende Farbortveränderung hervorgerufen werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronisches Bauelement vorgeschlagen. Das optoelektronische Bauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, welcher zum Abgeben einer Primärstrahlung ausgebildet ist. Das Bauelement weist des Weiteren eine den Halbleiterchip umgebende Vergussmasse auf. Die Vergussmasse ist dazu ausgebildet, einen Teil der Primärstrahlung in eine Konversionsstrahlung umzuwandeln, so dass eine Mischstrahlung aus Primär- und Konversionsstrahlung erzeugbar ist. Das optoelektronische Bauelement weist darüber hinaus wenigstens eine Verdrängungsmasse auf, welche zum Verändern der erzeugbaren Mischstrahlung in die Vergussmasse eingebracht ist. Die Vergussmasse und die Verdrängungsmasse weisen eine unterschiedliche Materialbeschaffenheit auf.
-
Das optoelektronische Bauelement kann aufgrund der wenigstens einen Verdrängungsmasse eine Lichtstrahlung erzeugen, welche einer vorgegebenen Lichtstrahlung entsprechen kann. Beispielsweise kann der Farbort der Lichtstrahlung einem vorgegebenen Farbort entsprechen und/oder kann eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik der Lichtstrahlung, insbesondere eine kleine Winkelabhängigkeit des Farborts, vorliegen.
-
Bei dem optoelektronischen Bauelement können oben beschriebene Ausführungsformen und Details, welche in Bezug auf das Herstellungsverfahren genannt wurden, in gleicher Weise zur Anwendung kommen.
-
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische seitliche Darstellung einer in der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellten Ausgangsanordnung, aufweisend einen Träger mit einer Kavität und einem in der Kavität angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip, welcher mit einer Vergussmasse vergossen ist;
-
2 ein in der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements durchgeführtes Einbringen einer Verdrängungsmasse in die Vergussmasse der Ausgangsanordnung, wobei die Verdrängungsmasse ein fester Körper ist;
-
3 ein in der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements durchgeführtes Einbringen einer Verdrängungsmasse in die Vergussmasse der Ausgangsanordnung, wobei die Verdrängungsmasse ein Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel aufweist und in einem einer Vorderseite des Halbleiterchips gegenüberliegenden Bereich angeordnet wird;
-
4 ein in der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements durchgeführtes Einbringen mehrerer Verdrängungsmassen aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel in die Vergussmasse der Ausgangsanordnung, wobei die Verdrängungsmassen lateral versetzt zu dem Halbleiterchip angeordnet werden;
-
5 ein in der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements durchgeführtes Einbringen mehrerer Verdrängungsmassen aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel in die Vergussmasse der Ausgangsanordnung lateral versetzt zu dem Halbleiterchip, wobei im Unterschied zu 4 ein größerer Abstand zu dem Halbleiterchip vorgesehen ist;
-
6 eine schematische seitliche Darstellung eines Bauelements mit einer in die Vergussmasse eingebrachten Verdrängungsmasse, welche ein Vergussmaterial mit Leuchtstoffpartikeln aufweist; und
-
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
-
Auf der Grundlage der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen beschrieben. Die Bauelemente weisen einen optoelektronischen Halbleiterchip 110 auf, welcher in einer zur Strahlungskonversion ausgebildeten Vergussmasse 130 eingebettet ist. Um die von den Bauelementen erzeugbare Lichtstrahlung zu korrigieren, wird wenigstens eine Verdrängungsmasse mit einer von der Vergussmasse 130 verschiedenen Materialbeschaffenheit bzw. Materialzusammensetzung in die Vergussmasse 130 eingebracht. Hierdurch kann die abgegebene Lichtstrahlung einen veränderten Farbort und/oder eine veränderte Abstrahlcharakteristik aufweisen.
-
Im Rahmen der Herstellung können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung optoelektronischer Bauelemente bekannte Prozesse durchgeführt werden, sowie übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. Auch können neben dargestellten und beschriebenen Prozessen gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte zum Vervollständigen der Bauelemente durchgeführt werden. In gleicher Weise können die Bauelemente neben gezeigten und beschriebenen Strukturen weitere Komponenten, Strukturen und/oder Schichten umfassen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In dieser Hinsicht können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
-
Anhand der schematischen seitlichen Schnittansichten der 1 bis 6 wird die Herstellung möglicher Ausführungsformen von optoelektronischen Bauelementen beschrieben. Im Rahmen der Herstellung wird eine Korrektur mit Hilfe unterschiedlicher Verdrängungsmassen durchgeführt. In der Herstellung durchgeführte Verfahrensschritte sind ergänzend in dem Ablaufdiagramm von 7 zusammengefasst, auf welches im Folgenden ebenfalls Bezug genommen wird.
-
Bei jedem der herzustellenden Bauelemente wird in einem Schritt 201 (vgl. 7) eine Ausgangsanordnung 100 bereitgestellt, welche in 1 gezeigt ist. Die Ausgangsanordnung 100 umfasst einen Träger 120 mit einer Kavität 121, einen optoelektronischen Halbleiterchip 110 und eine Vergussmasse 130. Die Vergussmasse 130 ist mit Leuchtstoffpartikeln 135 zur Strahlungskonversion gefüllt. Der Halbleiterchip 110 ist innerhalb der Kavität 121 auf dem Träger 120 angeordnet. Hierbei ist der Halbleiterchip 110 mittig im Bereich eines Bodens der Kavität 121 positioniert. Die Kavität 121 ist mit der Vergussmasse 130 vergossen, so dass der Halbleiterchip 110 von der Vergussmasse 130 umgeben ist. Aufgrund der Grenzflächenspannung kann die Vergussmasse 130 eine gewölbte Oberfläche aufweisen.
-
Für das Bereitstellen der Ausgangsanordnung 100 von 1 wird zuerst ein Anordnen des Halbleiterchips 110 auf dem Träger 120 in der Kavität 121 durchgeführt. Hierbei wird der Halbleiterchip 110 mit einer Rückseite auf dem Träger 120 befestigt und elektrisch mit dem Träger 120 kontaktiert. Anschließend wird die mit den Leuchtstoffpartikeln 135 gefüllte Vergussmasse 130 in die Kavität 121 eingebracht.
-
Die Vergussmasse 130 ist aus einem transparenten Vergussmaterial ausgebildet, in welches die Leuchtstoffpartikel 135 eingebettet sind. Das Vergussmaterial der Vergussmasse 130 kann zum Beispiel ein Silikonmaterial, oder alternativ ein anderes Material, zum Beispiel ein Epoxidmaterial, sein. Das Vergießen der Kavität 121 mit der partikelgefüllten Vergussmasse 130 kann mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung, beispielweise einem Dispenser bzw. einer Dosiereinrichtung, durchgeführt werden. Für das Einbringen liegen die Vergussmasse 130 bzw. deren Vergussmaterial in einem zähflüssigen Zustand vor. In einem späteren Verfahrensstadium können das Vergussmaterial und damit die Vergussmasse 130 ausgehärtet werden.
-
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 110, welcher durch ein geeignetes Fertigungsverfahren hergestellt werden kann, kann es sich insbesondere um einen Leuchtdioden- bzw. LED-Chip 110 (Light Emitting Diode) handeln. Der Halbleiterchip 110 ist dazu ausgebildet, bei Zufuhr von elektrischer Energie eine primäre Lichtstrahlung 170 zu erzeugen. Die Primärstrahlung 170 wird im Wesentlichen über eine der Rückseite des Halbleiterchips 110 entgegen gesetzte Vorderseite abgegeben, welche auch als Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips 110 bezeichnet wird. Hierbei kann die Emission der Primärstrahlung 170 zu einem großen Teil in einem bestimmten Abstrahlbereich erfolgen. Ein solcher Abstrahlbereich ist in 1 an einer Seite des Halbleiterchips 110 anhand eines beispielhaften, sich auf eine Flächennormale beziehenden seitlichen Abstrahlwinkels 171 angedeutet. Eine geringere Strahlungsemission kann auch bei größeren Abstrahlwinkeln erfolgen, sowie über die lateralen Seiten bzw. einen Teil der lateralen Seiten des Halbleiterchips 110 stattfinden.
-
Die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Halbleiterchip 110 erfolgt mit Hilfe von nicht dargestellten elektrischen Anschluss- und Kontaktstrukturen des Trägers 120, welche im Rahmen des Anordnens des Halbleiterchips 110 auf dem Träger 120 an nicht dargestellte Kontakte des Halbleiterchips 110 angeschlossen werden. 1 veranschaulicht eine mögliche Kontaktierung mit Hilfe eines Bonddrahts 150. Über den Bonddraht 150 ist ein vorderseitiger Kontakt des Halbleiterchips 110 an einen zugehörigen Gegenkontakt des Trägers 120 angeschlossen. Ein rückseitiger Kontakt des Halbleiterchips 110 ist zum Beispiel über ein Lotmittel oder einen elektrisch leitfähigen Klebstoff (nicht dargestellt) an einen weiteren Gegenkontakt des Trägers 120 angeschlossen. Hierdurch kann der Halbleiterchip 110 gleichzeitig mechanisch auf dem Träger 120 befestigt sein.
-
Abgesehen von der in 1 (und den anderen 2 bis 6) angedeuteten Ausgestaltung des Halbleiterchips 110 mit einem Vorderseitenkontakt und einem Rückseitenkontakt sind auch andere Ausführungsformen des Halbleiterchips 110 denkbar. Der Halbleiterchip 110 kann zum Beispiel zwei Vorderseitenkontakte aufweisen, welche in entsprechender Weise mit zwei Bonddrähten 150 an Gegenkontakte des Trägers 120 angeschlossen sein können. Möglich ist es auch, dass der Halbleiterchip 110 zwei Rückseitenkontakte aufweist, welche über ein Lotmittel oder über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff an Gegenkontakte des Trägers 120 angeschlossen sein können.
-
Der Träger 120 kann zum Beispiel ein sogenannter Premold-Träger sein. Hierbei kann der Träger 120 eine elektrische Anschluss- und Kontaktanordnung (leadframe) aufweisen, welche von einem durch Umspritzen gebildeten Kunststoffmaterial umgeben ist.
-
Für das Verfahren kann eine parallele Herstellung mehrerer optoelektronischer Bauelemente in Betracht kommen. 1 kann in dieser Hinsicht einen Ausschnitt eines größeren zusammenhängenden Trägers 120 mit mehreren Kavitäten 121 veranschaulichen, wobei jede Kavität 121 wie oben beschrieben mit einem Halbleiterchip 110 bestückt und mit einer Vergussmasse 130 vergossen sein kann. Daher können, in einer Ebene verteilt, mehrere aneinandergrenzende Ausgangsanordnungen 100 mit dem in 1 gezeigten Aufbau vorliegen. Am Ende des Herstellungsverfahrens kann der zusammenhängende Träger 120 in separate Träger 120 vereinzelt werden.
-
Bei der Ausgangsanordnung 100 von 1 ist der Halbleiterchip 110 bis auf dessen Rückseite im Wesentlichen allseitig von der in die Kavität 121 eingebrachten Vergussmasse 130 umgeben. Die in der Vergussmasse 130 enthaltenen Leuchtstoffpartikel 135 können einen Teil der von dem Halbleiterchip 110 im Betrieb abgegebenen Primärstrahlung 170 in eine niederenergetischere sekundäre Lichtstrahlung 175, im Folgenden als Konversionsstrahlung 175 bezeichnet, umwandeln (Volumenkonversion). Hierbei absorbieren die Leuchtstoffpartikel 135 einen Teil der Primärstrahlung 170, und können dadurch zur Reemission der Konversionsstrahlung 175 angeregt werden. Die Primärstrahlung 170 und die Konversionsstrahlung 175 können sich zu einer Mischstrahlung 179 überlagern. Dieser Zusammenhang, welcher lediglich bei der Ausgangsanordnung 100 von 1 schematisch anhand von Pfeilen für die einzelnen Lichtstrahlungen 170, 175, 179 angedeutet ist, gilt auch für ein aus der Ausgangsanordnung 100 hervorgehendes Bauelement, beispielsweise die in den 2 bis 6 gezeigten Bauelemente.
-
Bei der durch Mischung der Primärstrahlung 170 und der Konversionsstrahlung 175 erzeugten Mischstrahlung 179 kann es sich zum Beispiel um eine weiße Lichtstrahlung handeln. Zu diesem Zweck kann der Halbleiterchip 110 zum Erzeugen einer Primärstrahlung 170 im blauen bis ultravioletten Spektralbereich ausgebildet sein. Sämtliche Leuchtstoffpartikel 135 können ein Konversionsmaterial aufweisen, welches einen Teil der von dem Halbleiterchip 110 emittierten blauvioletten Lichtstrahlung 170 in eine Lichtstrahlung 175 im gelben Spektralbereich umwandelt.
-
Alternativ können komplexere Leuchtstoffsysteme zur Anwendung kommen. Die Vergussmasse 130 kann in dieser Hinsicht eine Mischung verschiedener Arten von Leuchtstoffpartikeln 135 aus unterschiedlichen Konversionsmaterialien aufweisen, welche die Primärstrahlung 170 in niederenergetischere sekundäre Lichtstrahlungen aus unterschiedlichen Spektralbereichen umwandeln. In dieser Ausgestaltung umfasst die in der Vergussmasse 130 erzeugte Konversionsstrahlung 175 somit mehrere Teilstrahlungen. In Bezug auf einen im blauen bis ultravioletten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip 110 kann zum Beispiel eine Ausgestaltung der Vergussmasse 130 mit einer Mischung aus ersten Leuchtstoffpartikeln zum Emittieren einer Lichtstrahlung im gelben bis grünen Spektralbereich und zweiten Leuchtstoffpartikel zum Emittieren einer Lichtstrahlung im roten Spektralbereich vorgesehen sein. Aus der Überlagerung dieser Lichtstrahlungen kann ebenfalls eine weiße Lichtstrahlung 179 hervorgehen.
-
Herstellungsbedingt kann es vorkommen, dass die von der Ausgangsanordnung 100 von 1 erzeugbare Mischstrahlung 179 außerhalb einer vorgegebenen Spezifikation liegt. Beispielsweise kann der Farbort von einem vorgegebenen Farbort oder Farbortbereich abweichen. Bei mehreren Ausgangsanordnungen 100 können, bedingt durch zum Beispiel Bauteilabweichungen, Schwankungen in der Konzentration der Leuchtstoffpartikel 135 und eine unterschiedliche Vergusshöhe, erhebliche Schwankungen in der Farbortverteilung vorliegen. Des Weiteren kann der Farbort der Mischstrahlung 179 je nach Betrachtungswinkel unterschiedlich sein. Die Winkelcharakteristik des Farborts beruht darauf, dass die von dem Halbleiterchip 110 abgegebene Primärstrahlung 170 in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels 171 unterschiedlich lange Wegstrecken in der Vergussmasse 130 durchläuft, und daher ein unterschiedliches Ausmaß an Konversion vorliegen kann. Derartige Effekte können mit den im Folgenden beschriebenen Maßnahmen korrigiert werden.
-
In einem weiteren Schritt 202 (vgl. 7) wird zunächst die von der Ausgangsanordnung 100 erzeugbare Mischstrahlung 179 gemessen. Zu diesem Zweck wird der optoelekronische Halbleiterchip 110 zum Emittieren der Primärstrahlung 170 aktiviert. Die infolgedessen von der Ausgangsanordnung 100 abgegebenen Mischstrahlung 179 wird mit Hilfe einer geeigneten Messeinrichtung gemessen. Bei der Messung können zum Beispiel Farbortkoordinaten der Ausgangsanordnung 100 erfasst werden. Möglich ist ferner ein Erfassen einer winkelabhängigen Abstrahlcharakteristik. Die Messung, bei der es sich um eine Inline-Messung handelt, wird nach dem Vergießen im ungehärteten Zustand der Vergussmasse 130 durchgeführt.
-
In einem weiteren Schritt 203 (vgl. 7) wird, in Abhängigkeit der gemessenen Mischstrahlung 179 der Ausgangsanordnung 100, eine Korrektur zum Verändern der erzeugbaren Mischstrahlung 179 durchgeführt. Für die Korrektur wird wenigstens eine Verdrängungsmasse in die ungehärtete Vergussmasse 130 der Ausgangsanordnung 100 eingebracht. Da dies in Abhängigkeit des Messergebnisses erfolgt, ist eine individuelle Anpassung möglich. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die erzeugbare Mischstrahlung 179 mit einer hohen Zuverlässigkeit der vorgegebenen Spezifikation entspricht.
-
In Abhängigkeit der gemessenen Mischstrahlung 179 der Ausgangsanordnung 100 können zum Beispiel durch einen geeigneten Algorithmus Parameter wie eine Menge, Volumengröße und/oder Einbringposition einer zur Korrektur verwendeten Verdrängungsmasse, sowie eine Anzahl an Verdrängungsmassen festgelegt werden. Möglich ist auch die Auswahl einer Korrekturmethode aus mehreren möglichen Korrekturmethoden. Hierbei kann die Art bzw. Materialbeschaffenheit einer zur Korrektur vorgesehenen Verdrängungsmasse festgelegt werden.
-
Mögliche Methoden zur Korrektur der Ausgangsanordnung 100, welche zur Herstellung unterschiedlicher Ausführungsformen von optoelektronischen Bauelementen führen können, werden im Folgenden anhand der 2 bis 6 näher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass Aspekte und Details, welche in Bezug auf eine der folgenden Ausführungsformen genannt werden, gegebenenfalls auch bei einer anderen der folgenden Ausführungsformen zur Anwendung kommen können.
-
Die in 2 gezeigte Korrekturmethode, welche zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 101 führt, bezieht sich darauf, in dem Schritt 203 eine Verdrängungsmasse in Form eines Körpers 140 aus einem festen Material in die ungehärtete Vergussmasse 130 einzubringen. Der Körper 140, welcher wie in 2 gezeigt zum Beispiel eine Kugelform besitzt, weist eine höhere Dichte auf als die Vergussmasse 130 bzw. deren Vergussmaterial. Auf diese Weise kann der Körper 140 seitlich neben dem Halbleiterchip 110 auf dem Boden der Kavität 121 positioniert werden. Bei dem Körper 140 kann es sich zum Beispiel um ein Kügelchen aus Glas handeln. Für das Einbringen kann der Körper 140 zum Beispiel auf die Vergussmasse 130 aufgesetzt werden, und nachfolgend von selbst auf den Boden der Kavität 121 absinken.
-
Das Einbringen des Körpers 140 in die Vergussmasse 130 bietet die Möglichkeit, das verbleibende Volumen der Kavität 121 anzupassen. Das Einbringen des Körpers 140 hat eine Verdrängung der Vergussmasse 130 und dadurch eine Vergrößerung der Vergusshöhe zur Folge. Die Vergussmasse 130 kann weiterhin, wie in 2 gezeigt ist, eine gewölbte Oberfläche aufweisen. Der erhöhte Füllstand des Volumenvergusses bei dem Bauelement 101 führt dazu, dass im Betrieb des Halbleiterchips 110 im Vergleich zu der Ausgangsanordnung 100 ein größeres Ausmaß an Konversion der Primärstrahlung 170 vorliegt. Das Bauelement 101 kann folglich eine Mischstrahlung 179 erzeugen, bei der das Verhältnis aus Primärstrahlung 170 und Konversionsstrahlung 175 zugunsten der Konversionsstrahlung 175 verschoben ist. Dies ist mit einer entsprechenden Farbortveränderung der Mischstrahlung 179 verbunden. Bei Vorliegen eines im blauen bis ultravioletten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchips 110 und einer weißen Mischstrahlung 179 hat die Erhöhung des Füllstands eine Farbortverschiebung der Mischstrahlung 179 in Richtung des roten Spektralbereichs zur Folge.
-
Ein weiterer möglicher Effekt infolge des Einbringens des Körpers 140 und damit des Vergrößerns der Vergusshöhe ist eine geringfügige Änderung der Winkelabhängigkeit des Farborts der Mischstrahlung 179. Dieser Effekt kann gegebenenfalls vernachlässigt werden. Es kann ferner in Betracht kommen, die Vergussmasse 130 neben den Leuchtstoffpartikeln 135 mit zusätzlichen, in der Vergussmasse 130 eingebetteten Streupartikeln auszubilden, um die Winkelabhängigkeit des Farborts zu reduzieren (nicht dargestellt).
-
In Bezug auf die in 2 gezeigte Korrekturmethode kann eine individuelle Farbortkorrektur zum Beispiel dadurch durchgeführt werden, dass unterschiedlich große, und damit eine unterschiedlich große Volumenverdrängung und Füllstandserhöhung hervorrufende feste Körper 140 bereitgestellt werden. In Abhängigkeit der an der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 durchgeführten Messung (Schritt 202) kann in dem Schritt 203 einer der Körper 140 ausgewählt und in die Vergussmasse 130 eingebracht werden. Möglich ist auch ein Einbringen mehrerer, gegebenenfalls unterschiedlich großer Körper 140 (nicht dargestellt).
-
Die in 3 gezeigte Korrekturmethode, welche zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 102 führt, bezieht sich darauf, in dem Schritt 203 eine Verdrängungsmasse 141 in die ungehärtete Vergussmasse 130 einzubringen, wobei die Verdrängungsmasse 141 ein transparentes konverterfreies Vergussmaterial ohne eingebettete Leuchtstoffpartikel aufweist. Hierbei kann es sich um das gleiche Vergussmaterial wie bei der Vergussmasse 130, zum Beispiel um ein Silikonmaterial oder um ein Epoxidmaterial, handeln. Die Ausgestaltung der Verdrängungsmasse 141 aus einem Vergussmaterial bietet die Möglichkeit, die Verdrängungsmasse 141 in einem Bereich oberhalb des Halbleiterchips 110 zu positionieren.
-
Die Verdrängungsmasse 141 wird in einem zähflüssigen Zustand in die ebenfalls in einem zähflüssigen Zustand vorliegende Vergussmasse 130 eingebracht. Da die Verdrängungsmasse 141 aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel ausgebildet wird, kann das Einbringen, wie in 3 angedeutet ist, mit Hilfe einer Düse 160 einer nicht gezeigten Dosiereinrichtung durchgeführt werden. Bei diesem Prozess, welcher als „Jetting“ bezeichnet werden kann, werden ein oder mehrere Tropfen oder ein Strahl des konverterfreien Vergussmaterials aus der Düse 160 ausgestoßen und in die partikelgefüllte Vergussmasse 130 eingebracht. Auf diese Weise ist ein genaues und kontaktloses Einbringen der Verdrängungsmasse 141 in die Vergussmasse 130 möglich. Gegebenenfalls kann am Rand der in der Vergussmasse 130 angeordneten Verdrängungsmasse 141 ein durch Durchmischung des partikelgefüllten Vergussmaterials mit dem konverterfreien Vergussmaterial gebildeter Übergangsbereich vorliegen, in welchem Leuchtstoffpartikel 135 vorliegen (nicht dargestellt).
-
Das Hinzufügen der Verdrängungsmasse 141 zu der Vergussmasse 130 hat eine Volumenverdrängung zur Folge, so dass auch bei dem Bauelement 102 von 3 gegenüber der Ausgangsanordnung 100 von 1 eine größere Vergusshöhe vorliegt. Die Korrektur der Mischstrahlung 179 basiert bei dem Bauelement 102 jedoch nicht auf der vergrößerten Vergusshöhe, sondern auf einem Anordnen der Verdrängungsmasse 141 in einem Bereich oberhalb des Halbleiterchips 110, welcher unmittelbar von der im Betrieb des Halbleiterchips 110 abgegebenen Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden kann. Auf diese Weise sind eine gezielte Veränderung der Strahlungskonversion und damit der erzeugbaren Mischstrahlung 179 möglich.
-
Bei dem Bauelement 102 wird die Verdrängungsmasse 141, wie in 3 gezeigt ist, gegenüberliegend zu der Vorderseite des Halbleiterchips 110 positioniert. Die Verdrängungsmasse 141 befindet sich somit unmittelbar im Abstrahlbereich des Halbleiterchips 110, und kann direkt von der vorderseitig bzw. senkrecht an der Vorderseite abgegebenen Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden. Bei einem Durchgang der Primärstrahlung 170 durch die Verdrängungsmasse 141 tritt, aufgrund des Fehlens von Leuchtstoffpartikeln 135, keine Strahlungskonversion auf. Im Vergleich zu der Ausgangsanordnung 100 kann das Bauelement 102 daher eine Mischstrahlung 179 erzeugen, bei der das Verhältnis aus Primärstrahlung 170 und Konversionsstrahlung 175 zugunsten der Primärstrahlung 175 verschoben ist. Dies ist mit einer entsprechenden Farbortveränderung der Mischstrahlung 179 verbunden. Bei Vorliegen eines im blauen bis ultravioletten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchips 110 und einer weißen Mischstrahlung 179 führt das Einbringen der Verdrängungsmasse 141 zu einer Farbortverschiebung der Mischstrahlung 179 in Richtung des blauen Spektralbereichs.
-
Das Hinzufügen der Verdrängungsmasse 141 hat gegebenenfalls zur Folge, dass bei dem Bauelement 102 im Vergleich zu der Ausgangsanordnung 100 eine größere Winkelabhängigkeit des Farborts der Mischstrahlung 179 vorliegt. Um die Winkelabhängigkeit zu reduzieren, kann eine Ausgestaltung der Vergussmasse 130 mit zusätzlichen, in der Vergussmasse 130 enthaltenen Streupartikeln vorgesehen sein (nicht dargestellt).
-
Hinsichtlich der in 3 gezeigten Korrekturmethode kann eine individuelle Korrektur zum Beispiel dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit der an der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 durchgeführten Messung (Schritt 202) in dem Schritt 203 eine hierauf abgestimmte Menge an konverterfreiem Vergussmaterial für die Verdrängungsmasse 141 vorgegeben und in die Vergussmasse 130 eingebracht wird. Anstatt wie in 3 gezeigt lediglich eine Verdrängungsmasse 141 auszubilden, können auch mehrere separate Verdrängungsmassen 141 in einem der Vorderseite des Halbleiterchips 110 gegenüberliegenden Bereich in der Vergussmasse 130 angeordnet werden.
-
4 veranschaulicht eine zu 3 ähnliche Korrekturmethode, welche zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 103 führt. Die Korrektur in dem Schritt 203 erfolgt hierbei dadurch, dass mehrere Verdrängungsmassen 142 aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel in die ungehärtete Vergussmasse 130 eingebracht werden. Neben den in 4 gezeigten zwei Verdrängungsmassen 142 kann das Bauelement 103 mit einer größeren Anzahl solcher Verdrängungsmassen 142 ausgebildet werden. Die Verdrängungsmassen 142 werden in einem Bereich oberhalb des Halbleiterchips 110, jedoch im Unterschied zu 3 nicht gegenüberliegend zur Vorderseite des Halbleiterchips 110, sondern lateral bzw. seitlich versetzt zu dem Halbleiterchip 110 in die Vergussmasse 130 eingebracht. Die konverterfreien Verdrängungsmassen 142 können das gleiche Vergussmaterial wie die Vergussmasse 130 aufweisen. Des Weiteren kann das Einbringen unter Verwendung einer nicht gezeigten Düse erfolgen. Für weitere vergleichbare Details wird auf die vorstehende Beschreibung zu 3 Bezug genommen.
-
Wie in 4 anhand des seitlichen Abstrahlwinkels 171 angedeutet ist, werden die Verdrängungsmassen 142 bei dem Bauelement 103 derart positioniert, dass die Verdrängungsmassen 142 direkt von einem schräg von dem Halbleiterchip 110 emittierten Teil der Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden können. Bei einem Durchgang der Primärstrahlung 170 durch die Verdrängungsmassen 142 tritt, aufgrund des Fehlens von Leuchtstoffpartikeln 135, keine Strahlungskonversion auf.
-
Hierdurch ist es möglich, eine bei der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 von 1 auftretende Winkelabhängigkeit des Farborts der Mischstrahlung 179 zu reduzieren. Bei der Ausgangsanordnung 100 durchläuft die Primärstrahlung 170 mit zunehmendem Abstrahlwinkel 171 eine größere Wegstrecke in der Vergussmasse 130, und wird daher in zunehmendem Maße konvertiert. Dies führt zu dem Auftreten der Winkelcharakteristik. Die bei dem Bauelement 103 ausgebildeten Verdrängungsmassen 142 bewirken hingegen, dass ein Teil der schräg emittierten Primärstrahlung 170 einer geringeren Strahlungskonversion unterliegt. Auf diese Weise kann einer Vergrößerung der Strahlungskonversion mit zunehmendem Abstrahlwinkel 171 entgegengewirkt werden. Das Bauelement 103 kann infolgedessen eine Mischstrahlung 179 erzeugen, welche im Vergleich zu der Ausgangsanordnung 100 eine geringere Winkelabhängigkeit des Farborts besitzt.
-
Das Einbringen der Verdrängungsmassen 142 in die Vergussmasse 130 hat auch in dieser Ausgestaltung eine Volumenverdrängung zur Folge, so dass bei dem Bauelement 103 von 4 gegenüber der Ausgangsanordnung 100 von 1 eine größere Vergusshöhe vorliegt. Bei der zwischen die Verdrängungsmassen 142 abgestrahlten bzw. senkrecht von der Vorderseite des Halbleiterchips 110 emittierten Primärstrahlung 170 tritt somit ein größeres Ausmaß an Strahlungskonversion auf. Dies führt – vergleichbar zu dem Bauelement 101 von 2 – dazu, dass bei der von dem Bauelement 103 erzeugbaren Mischstrahlung 179 das Verhältnis aus Primärstrahlung 170 und Konversionsstrahlung 175 zugunsten der Konversionsstrahlung 175 verschoben, und dadurch der Farbort verändert ist. Bei Vorliegen eines im blauen bis ultravioletten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchips 110 und einer weißen Mischstrahlung 179 hat die Füllstandserhöhung eine Farbortverschiebung in Richtung des roten Spektralbereichs zur Folge.
-
Bei dem Bauelement 103 von 4 kann ebenfalls eine Ausgestaltung der Vergussmasse 130 mit zusätzlichen, in der Vergussmasse 130 enthaltenen Streupartikeln vorgesehen sein (nicht dargestellt). Hierdurch kann die Verbesserung der Winkelcharakteristik des Farborts verstärkt werden. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Bauelement kann jedoch eine wesentlich geringere Partikeldichte der Streupartikel vorgesehen werden. Dadurch kann das Bauelement 103 eine große Effizienz besitzen.
-
In Bezug auf die in 4 gezeigte Korrekturmethode kann eine individuelle Anpassung zum Beispiel dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit der an der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 durchgeführten Messung (Schritt 202) in dem Schritt 203 Parameter wie Einbringpositionen, Mengen an verwendetem konverterfreiem Vergussmaterial für die Verdrängungsmassen 142 und/oder eine Anzahl an Verdrängungsmassen 142 vorgegeben werden.
-
Bei mehr als zwei Verdrängungsmassen 142 können die Verdrängungsmassen 142 von oben betrachtet zum Beispiel symmetrisch um den Halbleiterchip 110 herum positioniert werden. Beispielsweise können mehrere Verdrängungsmassen 142 kreisförmig um den Halbleiterchip 110 herum angeordnet sein. Anstelle einer Ausgestaltung des Bauelements 103 mit mehreren voneinander getrennten Verdrängungsmassen 142 kann gegebenenfalls eine Ausgestaltung mit einer zusammenhängenden, den Halbleiterchip 110 in der Aufsicht umlaufenden (beispielsweise kreisförmig umlaufenden) Verdrängungsmasse 142 vorgesehen sein. Zu diesem Zweck können zum Beispiel mehrere aneinandergrenzende bzw. ineinander übergehende Verdrängungsmassen 142 in die Vergussmasse 130 eingebracht werden.
-
Bei der in 5 gezeigten Korrekturmethode, welche zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 104 führt, werden in dem Schritt 203 vergleichbar zu dem Bauelement 103 von 4 mehrere Verdrängungsmassen 142 aus einem Vergussmaterial ohne Leuchtstoffpartikel in die ungehärtete Vergussmasse 130 eingebracht. Das Einbringen erfolgt erneut in einem Bereich oberhalb und lateral versetzt zu dem Halbleiterchip 110. Im Unterschied zu 4 ist jedoch ein größerer lateraler Abstand zwischen den Verdrängungsmassen 142 und dem Halbleiterchip 110 vorgesehen.
-
Der größere Abstand hat zur Folge, dass die in der Vergussmasse 130 angeordneten Verdrängungsmassen 142 nicht oder nur unwesentlich von der in dem Abstrahlbereich des Halbleiterchips 110 abgegebenen Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden können. Dieser Zusammenhang wird anhand des in 5 angedeuteten seitlichen Abstrahlwinkels 171 deutlich. Eine Korrektur der Mischstrahlung 179 kann daher im Wesentlichen auf der mit dem Einbringen der Verdrängungsmassen 142 einhergehenden Volumenverdrängung, und damit der Vergrößerung des Füllstands des Volumenvergusses basieren. Auf diese Weise kann das Bauelement 104 von 5 – vergleichbar zu dem Bauelement 101 von 2 – eine Mischstrahlung 179 mit einem gegenüber der Ausgangsanordnung 100 veränderten Farbort erzeugen (d.h. vorliegend Farbortverschiebung zugunsten der Konversionsstrahlung 175 bzw. in Richtung des roten Spektralbereichs).
-
Bei dem Bauelement 104 von 5 kann ebenfalls eine Ausgestaltung der Vergussmasse 130 mit zusätzlichen Streupartikeln zur Verbesserung der Winkelcharakteristik des Farborts vorgesehen werden (nicht dargestellt). Eine individuelle Korrektur kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit der an der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 durchgeführten Messung (Schritt 202) in dem Schritt 203 die Anzahl an Verdrängungsmassen 142 und/oder die Menge an verwendetem konverterfreiem Vergussmaterial vorgegeben wird. Anstelle mehrerer Verdrängungsmassen 142 kann auch lediglich eine einzelne Verdrängungsmasse 142 ausgebildet werden.
-
Bei den Bauelementen 102, 103, 104 der 3 bis 5 weisen die Verdrängungsmassen 141, 142 wie oben beschrieben ein konverterfreies Vergussmaterial auf. Alternativ kann eine Korrektur der Mischstrahlung 179 auch mit Hilfe von Verdrängungsmassen durchgeführt werden, welche ein Vergussmaterial mit eingebetteten Leuchtstoffpartikeln aufweisen. In derartige Verdrängungsmassen kann ebenfalls ein Teil der Primärstrahlung 170 in eine Lichtstrahlung konvertiert werden. Diese Strahlung kann der Konversionsstrahlung 175 zugerechnet werden. Die konvertierenden Verdrängungsmassen können sich durch die Leuchtstoffpartikel, beispielsweise durch die Konzentration der Leuchtstoffpartikel, von der Vergussmasse 130 unterscheiden.
-
Zur beispielhaften Veranschaulichung dieses Ansatzes zeigt 6 ein weiteres optoelektronisches Bauelement 105, welches im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Bauelement 102 von 3 besitzt. Für vergleichbare Details wird daher auf die vorstehende Beschreibung zu dem Bauelement 102 Bezug genommen. Bei der Herstellung des Bauelements 105 erfolgt die Korrektur (Schritt 203) dadurch, dass eine Verdrängungsmasse 143 in die Vergussmasse 130 der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 eingebracht wird, welche ein mit Leuchtstoffpartikeln 135 gefülltes Vergussmaterial aufweist. Die Verdrängungsmasse 143 wird in einem zähflüssigen Zustand in die ebenfalls in einem zähflüssigen Zustand vorliegende Vergussmasse 130 eingebracht. Das Einbringen, was eine Vergrößerung der Vergusshöhe zur Folge hat, kann mit Hilfe einer geeigneten Dosiereinrichtung erfolgen (nicht dargestellt). Die Verdrängungsmasse 143 wird, wie die konverterfreie Verdrängungsmasse 141 des Bauelements 102, in einem Bereich oberhalb des Halbleiterchips 110, und gegenüberliegend zur Vorderseite des Halbleiterchips 110 positioniert.
-
Die Verdrängungsmasse 143 und die Vergussmasse 130 können das gleiche Vergussmaterial und die gleichen Leuchtstoffpartikel 135 aufweisen. Die Leuchtstoffpartikel 135 können zum Beispiel entsprechend der obigen Beschreibung ausgebildet sein, eine blauviolette Primärstrahlung 170 in eine gelbe Konversionsstrahlung 175 umzuwandeln. Wie in 6 angedeutet ist, unterscheidet sich die Verdrängungsmasse 143 durch die Partikeldichte von der Vergussmasse 130. In der Verdrängungsmasse 143 ist die Konzentration an Leuchtstoffpartikeln 135 geringer als in der Vergussmasse 130.
-
Vergleichbar zu dem Bauelement 102 befindet sich die Verdrängungsmasse 143 des Bauelements 105 unmittelbar im Abstrahlbereich des Halbleiterchips 110, und kann direkt von der vorderseitig abgegebenen Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden. Bei einem Durchgang der Primärstrahlung 170 durch die Verdrängungsmasse 143 tritt, aufgrund der geringeren Konzentration an Leuchtstoffpartikeln 135, eine im Unterschied zur verdrängten Vergussmasse 130 verringerte Strahlungskonversion auf. Daher kann in entsprechender Weise erreicht werden, dass das Bauelement 105 eine Mischstrahlung 179 mit einem gegenüber der Ausgangsanordnung 100 veränderten Farbort erzeugt (d.h. vorliegend Farbortverschiebung zugunsten der Primärstrahlung 170 bzw. in Richtung des blauen Spektralbereichs).
-
Konvertierende Verdrängungsmassen können auch auf andere Art und Weise zur Korrektur einer Ausgangsanordnung 100 herangezogen werden. Es ist zum Beispiel möglich, abweichend von 6 eine mit Leuchtstoffpartikeln versehene Verdrängungsmasse an anderer Stelle, oder auch mehrere solcher Verdrängungsmassen in die Vergussmasse 130 einer zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 einzubringen. Beispielsweise können Bauelemente mit einem Aufbau vergleichbar zu den Bauelementen 103, 104 der 4 und 5 oder den hierzu beschriebenen Abwandlungen verwirklicht werden, wobei anstelle von konverterfreien Verdrängungsmassen 141, 142 konvertierende Verdrängungsmassen aus einem Vergussmaterial mit eingebetteten Leuchtstoffpartikeln zur Anwendung kommen. Hierbei können die Verdrängungsmassen zum Beispiel die gleichen Leuchtstoffpartikel 135 wie die Vergussmasse 130, und mit einer geringeren Partikeldichte zum Hervorrufen einer verringerten Strahlungskonversion aufweisen. Ein auf diese Weise ausgebildetes Bauelement mit einem Aufbau vergleichbar zu 4, d.h. dass konvertierende Verdrängungsmassen von einem Teil der schräg emittierten Primärstrahlung 170 durchstrahlt werden, kann in gleicher Weise eine verbesserte Winkelcharakteristik des Farborts besitzen.
-
Des Weiteren können bei Verwendung von konvertierenden Verdrängungsmassen auch komplexere Leuchtstoffsysteme zur Anwendung kommen. Beispielsweise können sowohl die Vergussmasse 130 als auch eine zur Korrektur eingebrachte Verdrängungsmasse die gleiche Mischung aus Leuchtstoffpartikeln 135 aufweisen. In Betracht kommt zum Beispiel die oben beschriebene Mischung aus ersten Leuchtstoffpartikeln zum Emittieren einer gelbgrünen Lichtstrahlung und zweiten Leuchtstoffpartikeln zum Emittieren einer roten Lichtstrahlung. Hierbei kann sich die Verdrängungsmasse durch eine andere bzw. geringere Partikeldichte von der Vergussmasse 130 unterscheiden.
-
Die Vergussmasse 130 und eine zur Korrektur verwendete konvertierende Verdrängungsmasse können sich auch auf andere Art und Weise als durch die Partikeldichte voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine Verdrängungsmasse eine andere Art von Leuchtstoffpartikeln aufweisen als die Vergussmasse 130, so dass die Verdrängungsmasse und die Vergussmasse 130 die Primärstrahlung 170 in Lichtstrahlungen unterschiedlicher Spektralbereiche konvertieren. Möglich sind ferner ein Vorsehen verschiedener Mischungen aus unterschiedlichen Leuchtstoffpartikeln in der Verdrängungsmasse und in der Vergussmasse 130, oder eine Ausgestaltung der Vergussmasse 130 mit einer Mischung verschiedener Leuchtstoffpartikel und eine Ausgestaltung der Verdrängungsmasse mit lediglich einer Art von Leuchtstoffpartikeln (oder umgekehrt).
-
Bei Verwendung konvertierender Verdrängungsmassen kann ebenfalls eine individuelle Korrektur durchgeführt werden. Hierbei können zum Beispiel in Abhängigkeit der an der zugrundeliegenden Ausgangsanordnung 100 durchgeführten Messung (Schritt 202) in dem Schritt 203 Parameter wie eine einzubringende Menge eines mit Leuchtstoffpartikeln gefüllten Vergussmaterials, eine Einbringposition und/oder eine Anzahl an Verdrängungsmassen vorgegeben werden. Möglich ist ferner die Auswahl eines partikelgefüllten Vergussmaterials aus mehreren partikelgefüllten Vergussmaterialien, welche sich zum Beispiel durch die Partikeldichte, die Art und/oder die Mischung der Leuchtstoffpartikel voneinander unterscheiden können.
-
Im Anschluss an den Schritt 203, in welchem eine Korrektur mit einer der vorstehend beschriebenen Korrekturmethoden erfolgen kann, werden weitere Prozesse zum Fertigstellen des Herstellungsverfahrens durchgeführt. Diese Prozesse sind in dem Ablaufdiagramm von 7 in einem weiteren Schritt 204 zusammengefasst. Hierunter fällt zum Beispiel ein Aushärten der Vergussmasse 130, was im Rahmen eines Temperatur- bzw. Ofenprozesses erfolgen kann. Verdrängungsmassen, welche ein Vergussmaterial aufweisen, zum Beispiel die Verdrängungsmassen 141, 142, 143 der Bauelemente 102, 103, 104, 105 der 3 bis 6, werden in diesem Prozess mit ausgehärtet.
-
Ein weiterer im Rahmen des Schritts 204 durchführbarer Prozess ist ein Vereinzelungsprozess, um voneinander getrennte Bauelemente bereitzustellen. Wie oben angegeben wurde, können mehrere Bauelemente zusammen auf einem gemeinsamen Träger 120 mit mehreren Kavitäten 121 ausgebildet werden. Hierbei können in dem Schritt 201 mehrere aneinandergrenzende Ausgangsanordnungen 100 bereitgestellt, und in dem Schritt 202 deren Lichtstrahlungen 179 gemessen werden. In dem Schritt 203 können die einzelnen Anordnungen 100 in Abhängigkeit des jeweiligen Messergebnisses individuell korrigiert werden. In dieser Hinsicht ist es auch vorstellbar, unterschiedliche der oben aufgezeigten Korrekturmethoden durchzuführen. Beispielsweise kann ein Teil der Ausgangsanordnungen 100 entsprechend 2, und ein anderer Teil der Ausgangsanordnungen 100 entsprechend 3 korrigiert werden. In Abhängigkeit der Messung einer Ausgangsanordnung 100 kann ferner in Betracht kommen, keine Korrektur durchzuführen, so dass der Schritt 203 für diese Ausgangsanordnung 100 entfällt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die von der betreffenden Ausgangsanordnung 100 abgegebene Mischstrahlung 179 einer vorgegebenen Spezifikation entspricht. Nach dem Aushärten kann der zusammenhängende Träger 120 in separate Träger 120 zerteilt bzw. zersägt werden, wodurch vereinzelte Bauelemente vorliegen.
-
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
-
Beispielsweise können anstelle der oben angegebenen Materialien und Korrekturmaterialien der Verdrängungsmassen andere Materialien verwendet werden. Auch können optoelektronische Bauelemente zum Abgeben einer Lichtstrahlung mit einer anderen Farbe ausgebildet sein, bzw. können oben genannte Spektralbereiche durch andere Spektralbereiche ersetzt werden.
-
Eine weitere mögliche Ausgestaltung besteht darin, für eine Vergussmasse 130 und eine Verdrängungsmasse unterschiedliche Vergussmaterialien vorzusehen. Auch kann vorgesehen sein, dass eine in eine Vergussmasse 130 eingebrachte Verdrängungsmasse eine größere Konzentration an Leuchtstoffpartikeln als die Vergussmasse 130 aufweist. Ferner kann in Betracht kommen, eine ein Vergussmaterial aufweisende Verdrängungsmasse mit zusätzlichen, in dem Vergussmaterial eingebetteten Streupartikeln auszubilden.
-
Darüber hinaus ist es möglich, unterschiedliche der oben aufgezeigten Korrekturmethoden an einem herzustellenden Bauelement zu kombinieren. Beispielsweise kann ein Bauelement mit einem festen Körper 140 (vgl. 2), und mit lateral zu einem Halbleiterchip 110 versetzten konverterfreien Verdrängungsmassen 142 (vgl. 4) ausgebildet werden.
-
Ein Bauelement kann auch mit mehreren, unterschiedlich großen Verdrängungsmassen aus einem Vergussmaterial ausgebildet werden. Eine weitere Variante ist ein Bauelement, welches sowohl wenigstens eine konverterfreie Verdrängungsmasse aus einem Vergussmaterial als auch wenigstens eine konvertierende Verdrängungsmasse aus einem Vergussmaterial mit eingebetteten Leuchtstoffpartikeln aufweist. Möglich ist ferner eine Ausgestaltung eines Bauelements mit unterschiedlichen konvertierenden Verdrängungsmassen aus einem mit Leuchtstoffpartikeln gefüllten Vergussmaterial, wobei sich die konvertierenden Verdrängungsmassen durch die Partikeldichte, die Art und/oder die Mischung der Leuchtstoffpartikel voneinander unterscheiden können.
-
In Bezug auf das Herstellungsverfahren besteht eine mögliche Abwandlung zum Beispiel darin, eine Messung einer Lichtstrahlung 179 (Schritt 202) und ein hierauf abgestimmtes Einbringen (wenigstens) einer Verdrängungsmasse in eine Vergussmasse 130 (Schritt 203) gegebenenfalls mehrfach zu wiederholen.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Ausgangsanordnung
- 101, 102
- Bauelement
- 103, 104
- Bauelement
- 105
- Bauelement
- 110
- Halbleiterchip
- 120
- Träger
- 121
- Kavität
- 130
- Vergussmasse
- 135
- Leuchtstoffpartikel
- 140, 141
- Verdrängungsmasse
- 142, 143
- Verdrängungsmasse
- 150
- Bonddraht
- 160
- Düse
- 170
- Primärstrahlung
- 171
- Abstrahlwinkel
- 175
- Konversionsstrahlung
- 179
- Mischstrahlung
- 201, 202
- Verfahrensschritt
- 203, 204
- Verfahrensschritt
