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Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
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Ein optoelektronisches Bauelement kann einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips und einen als Gehäuse dienenden Träger aufweisen. Die Halbleiterchips können zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet sein. Bei den Halbleiterchips kann es sich um Leuchtdiodenchips (LED, Light Emitting Diode) handeln. Auf den Leuchtdiodenchips können Konversionselemente zur Strahlungskonversion angeordnet sein. Der Träger kann einen mit einem Formkörper umspritzten Leiterrahmen aufweisen, welcher rückseitige Anschlussflächen bildet. In dieser Ausgestaltung eignet sich das Bauelement für eine Oberflächenmontage (SMT, Surface-Mounting Technology). Hierbei kann das Bauelement auf eine mit Lot bedruckte Leiterplatte aufgesetzt, und kann ein Wiederaufschmelz-Lötprozess (Reflow-Lötprozess) zum Löten des Bauelements auf die Leiterplatte durchgeführt werden. In dem Lötprozess kann das SMT-Bauelement in eine endgültige Position auf der Leiterplatte einschwimmen.
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Ein oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement kann zum Beispiel in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs oder in einem Projektor zum Einsatz kommen. Bei derartigen Anwendungen kann das Bauelement mit einer nachgeordneten Sekundäroptik kombiniert werden. Üblicherweise wird angestrebt, die Sekundäroptik mit einer hohen Genauigkeit in Bezug auf die lichtemittierenden Flächen des Bauelements anzuordnen. Um kleinere Toleranzen zu erzielen und Abweichungen infolge des Einschwimmens beim Löten zu unterdrücken, kann es in Betracht kommen, das Bauelement möglicht präzise auf der Leiterplatte zu positionieren und während des Lötprozesses zu fixieren. Entscheidend dabei ist die Position der lichtemittierenden Flächen (meistens der Halbleiterchips). Diese lassen sich mit Hilfe einer Bilderkennung oftmals nicht genau erfassen. Daher werden andere Merkmale, zum Beispiel Markierungen auf dem Formkörper, Bauteilkanten oder Ähnliches herangezogen, anhand derer die Positionierung vorgenommen wird. Derartige Merkmale können jedoch ebenfalls in ihrer Position relativ zu den Halbleiterchips schwanken, wodurch sich insgesamt eine nicht optimale Toleranzkette ergeben kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für ein verbessertes optoelektronisches Bauelement anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronisches Bauelement vorgeschlagen. Das optoelektronische Bauelement weist einen Leiterrahmen, einen mit dem Leiterrahmen verbundenen Formkörper und einen auf dem Leiterrahmen angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip auf. Der Leiterrahmen weist eine Ausrichtungsöffnung auf. Der Formkörper weist eine Ausnehmung auf, über welche der Leiterrahmen im Bereich der Ausrichtungsöffnung freigelegt ist.
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Das optoelektronische Bauelement, welches für eine Oberflächenmontage (SMT, Surface-Mounting Technology) geeignet sein kann, kann zum Beispiel in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs oder in einem Projektor zur Anwendung kommen. Im Hinblick auf derartige mögliche Anwendungen ist das Bauelement zur Abgabe von Lichtstrahlung ausgebildet. Hierbei ist der optoelektronische Halbleiterchip des Bauelements zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet. Alternativ kann auch eine solche Ausführungsform des Bauelements in Betracht kommen, in welcher der optoelektronische Halbleiterchip zum Erfassen bzw. Absorbieren einer Lichtstrahlung ausgebildet ist.
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Das Bauelement kann derart ausgebildet sein, dass der auf dem Leiterrahmen angeordnete optoelektronische Halbleiterchip und die an dem Leiterrahmen vorliegende Ausrichtungsöffnung eine genaue Position zueinander aufweisen. Dies kann in mehrfacher Weise dazu genutzt werden, um ein präzises Ausrichten mit einer kurzen Toleranzkette zu ermöglichen.
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Das optoelektronische Bauelement kann zum Beispiel mit einer hohen Genauigkeit auf eine Leiterplatte gelötet werden. Das Bauelement kann zu diesem Zweck unter Zuhilfenahme der Ausrichtungsöffnung präzise auf die Leiterplatte aufgesetzt, und während eines Reflow-Lötprozesses fixiert werden. Auf diese Weise kann der optoelektronische Halbleiterchip mit einer hohen Genauigkeit eine vorgegebene Position auf der Leiterplatte einnehmen. Im Hinblick auf eine Ausgestaltung des Halbleiterchips zum Erzeugen von Lichtstrahlung ist es in entsprechender Weise möglich, dass eine durch den Halbleiterchip bereitgestellte lichtemittierende Fläche eine vorgegebene Position auf der Leiterplatte einnimmt.
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Die Ausrichtungsöffnung kann des Weiteren zur Anwendung kommen, um hierauf basierend eine weitere Komponente mit einer hohen Genauigkeit in Bezug auf den Halbleiterchip anzuordnen. Beispielsweise lässt sich die Ausrichtungsöffnung dazu verwenden, um bei einer Ausgestaltung des Halbleiterchips zum Erzeugen von Lichtstrahlung eine Sekundäroptik präzise in Bezug auf eine von dem Halbleiterchip bereitgestellte lichtemittierende Fläche anzuordnen.
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Das Vorliegen einer definierten relativen Position zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der Ausrichtungsöffnung des Leiterrahmens kann auf unterschiedliche Art und Weise verwirklicht sein. Es ist zum Beispiel möglich, bei einem in der Herstellung des Bauelements durchgeführten Anordnen des Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen den Halbleiterchip direkt an der Ausrichtungsöffnung auszurichten. Hierdurch kann eine kürzestmögliche Toleranzkette erzielt werden.
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Eine Herstellung des optoelektronischen Bauelements kann auch derart erfolgen, dass ein Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen unter Verwendung wenigstens einer anderen Ausrichtungsstruktur des Leiterrahmens durchgeführt wird, welche bei dem fertig gestellten Bauelement nicht mehr vorhanden ist. Die Ausrichtungsöffnung kann zusammen mit der anderen Ausrichtungsstruktur erzeugt werden, und daher eine genaue Position, gegebenenfalls mit einer minimalen Toleranzabweichung, in Bezug auf die andere Ausrichtungsstruktur besitzen. Dies gilt daher in entsprechender Weise für die relative Position zwischen der Ausrichtungsöffnung und dem Halbleiterchip.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements mit der Ausrichtungsöffnung im Vergleich zu einem herkömmlichen Bauelement (ohne Ausrichtungsöffnung) keine zusätzlichen Fertigungskosten zur Folge haben kann. Denn im Rahmen der Herstellung des Bauelements kann die Ausrichtungsöffnung zusammen mit der übrigen Struktur des Leiterrahmens erzeugt werden.
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Die Ausrichtungsöffnung kann darüber hinaus zum Fixieren des optoelektronischen Bauelements genutzt werden. Die Fixierung kann auf einer Leiterplatte erfolgen, auf welcher das optoelektronische Bauelement angeordnet werden kann. Die Fixierung kann zum Beispiel über eine Schraube, einen Pin oder ein anderes Befestigungsmittel, welches in die Ausrichtungsöffnung steckbar ist, hergestellt werden.
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Die Ausrichtungsöffnung oder auch die Ausnehmung des Formkörpers, über welche die Ausrichtungsöffnung freigestellt ist, können des Weiteren zum Einsatz kommen, um zum Beispiel eine weitere Komponente, beispielsweise eine Sekundäroptik mechanisch an dem optoelektronischen Bauelement auszurichten und/oder an dem Bauelement zu fixieren. Zu diesem Zweck kann an der Komponente bzw. Sekundäroptik zum Beispiel ein Ausrichtungspin oder eine andere geeignete Ausrichtungs- oder Befestigungstruktur vorhanden sein, welche in die Ausnehmung oder in die Ausrichtungsöffnung steckbar ist.
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Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements näher beschrieben.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Ausrichtungsöffnung des Leiterrahmens kreisförmig. Hierdurch kann ein genaues Ausrichten begünstigt werden. Denn als Bezugspunkt zum Ausrichten kann der Mittelpunkt der kreisförmigen Ausrichtungsöffnung herangezogen werden. Die Lage des Mittelpunkts kann unabhängig sein von der Größe der Ausrichtungsöffnung.
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Möglich ist es jedoch auch, dass die Ausrichtungsöffnung eine von einer Kreisform abweichende Form aufweist. Ein mögliches Beispiel ist eine Kreuzform.
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Die Ausnehmung des Formkörpers, über welche die Ausrichtungsöffnung des Leiterrahmens sichtbar ist, so dass diese zum Ausrichten verwendet werden kann, kann unterschiedliche Formen aufweisen. Möglich ist zum Beispiel eine runde, beispielsweise eine kreisförmige oder eine ovale Geometrie. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung des optoelektronischen Bauteils. Beispielsweise kann der Formkörper mit Hilfe eines Moldprozesses erzeugt werden. Eine runde Ausnehmung ermöglicht ein einfaches Entformen nach dem Moldprozess.
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Der Formkörper kann eine weitere, den Leiterrahmen freilegende Ausnehmung aufweisen. Innerhalb dieser Ausnehmung kann der optoelektronische Halbleiterchip auf dem Leiterrahmen angeordnet sein.
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Der optoelektronische Halbleiterchip kann ein zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildeter Leuchtdiodenchip (LED, Light Emitting Diode) sein. Auf dem Halbleiterchip kann gegebenenfalls ein Konversionselement zur Strahlungskonversion angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement mehrere, zum Beispiel zwei optoelektronische Halbleiterchips auf. In entsprechender Weise können die mehreren Halbleiterchips eine definierte genaue Position in Bezug auf die Ausrichtungsöffnung besitzen. Die mehreren Halbleiterchips können in einer gemeinsamen Ausnehmung des Formkörpers auf dem Leiterrahmen angeordnet sein. Die mehreren Halbleiterchips können zum Erzeugen, oder zum Erfassen einer Lichtstrahlung ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung der Halbleiterchips zur Strahlungserzeugung kann auf jedem der Halbleiterchips ein eigenes Konversionselement zur Strahlungskonversion angeordnet sein.
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Der Leiterrahmen kann mehrere Leiterrahmenabschnitte aufweisen bzw. in mehrere Leiterrahmenabschnitte strukturiert sein. Die mehreren Leiterrahmenabschnitte oder ein Teil derselben können elektrisch voneinander getrennt, und über den Formkörper mechanisch verbunden sein. Die mehreren Leiterrahmenabschnitte können Anschlussflächen an einer Rückseite des optoelektronischen Bauelements bilden, mit denen das Bauelement auf eine Leiterplatte gelötet werden kann. Die Ausrichtungsöffnung kann, wie oben angegeben, zusammen mit der übrigen Strukturierung des Leiterrahmens, und damit zusammen mit den rückseitigen Anschlussflächen des Bauelements erzeugt sein.
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Die Ausrichtungsöffnung kann an einem separaten Leiterrahmenabschnitt erzeugt sein, welcher lediglich für die Ausrichtungsöffnung ausgebildet ist. Möglich ist es jedoch auch, dass die Ausrichtungsöffnung an einem Leiterrahmenabschnitt erzeugt ist, welcher zum Beispiel auch zum Tragen bzw. Kontaktieren eines Halbleiterchips dient. Hierfür können folgende Ausgestaltungen in Betracht kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Leiterrahmen einen ersten Leiterrahmenabschnitt und einen zweiten Leiterrahmenabschnitt aufweist. Der optoelektronische Halbleiterchip ist wenigstens auf dem ersten Leiterrahmenabschnitt angeordnet.
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In Bezug auf die vorstehend genannte Ausführungsform kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass der optoelektronische Halbleiterchip einen Vorderseitenkontakt und einen Rückseitenkontakt aufweist, und dass der Halbleiterchip auf dem ersten Leiterrahmenabschnitt angeordnet ist. Mit dem Rückseitenkontakt kann der Halbleiterchip elektrisch und mechanisch mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt verbunden sein. Eine Verbindung kann über eine geeignete Verbindungsschicht, zum Beispiel eine Lotschicht oder eine Schicht eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs, hergestellt sein. Der Vorderseitenkontakt des Halbleiterchips kann über eine geeignete Verbindungsstruktur, zum Beispiel in Form eines Bonddrahts, elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt verbunden sein.
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Für den optoelektronischen Halbleiterchip können auch andere Ausgestaltungen in Betracht kommen. Der Halbleiterchip kann zum Beispiel zwei Vorderseitenkontakte aufweisen. Hierbei kann der Halbleiterchip auf dem ersten Leiterrahmenabschnitt angeordnet sein, und kann einer der zwei Vorderseitenkontakte über eine Verbindungsstruktur elektrisch mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt verbunden sein. Der andere der zwei Vorderseitenkontakte kann über eine weitere Verbindungsstruktur elektrisch mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt verbunden sein. Die Verbindungsstrukturen können in Form von Bonddrähten vorliegen.
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Der optoelektronische Halbleiterchip kann des Weiteren zum Beispiel zwei Rückseitenkontakte aufweisen. Hierbei kann der Halbleiterchip ein sogenannter Flip-Chip sein. In dieser Ausgestaltung kann der Halbleiterchip auf dem ersten und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt angeordnet sein. Mit einem der Rückseitenkontakte kann der Halbleiterchip elektrisch und mechanisch mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt, und mit dem anderen Rückseitenkontakt kann der Halbleiterchip elektrisch und mechanisch mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt verbunden sein. Die Verbindung kann jeweils über eine geeignete Verbindungsschicht, zum Beispiel eine Lotschicht oder eine Schicht eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs, hergestellt sein.
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Sofern das optoelektronische Bauelement mehrere optoelektronische Halbleiterchips aufweist, kann der Leiterrahmen des Bauelements eine hierfür geeignete Anzahl an Leiterrahmenabschnitten bzw. mehrere erste und zweite Leiterrahmenabschnitte für die mehreren Halbleiterchips umfassen. Jeder Halbleiterchip kann in der vorstehend beschriebenen Weise auf wenigstens einem Leiterrahmenabschnitt angeordnet und elektrisch mit zwei Leiterrahmenabschnitten verbunden sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtungsöffnung an einem von dem ersten und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt bzw. an einem von den ersten und zweiten Leiterrahmenabschnitten ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass der Leiterrahmen einen weiteren Leiterrahmenabschnitt aufweist, an welchem die Ausrichtungsöffnung ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann es in Betracht kommen, bei einem Löten des optoelektronischen Bauelements auf eine Leiterplatte den weiteren Leiterrahmenabschnitt nicht zum Löten einzusetzen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Leiterrahmen mehrere Ausrichtungsöffnungen auf. Es ist möglich, oben genannte Ausrichtungsvorgänge, zum Beispiel Ausrichten des oder der optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen, Ausrichten des optoelektronischen Bauelements auf einer Leiterplatte und/oder Ausrichten einer weiteren Komponente bzw. einer Sekundäroptik in Bezug auf das Bauelement, basierend auf sämtlichen der mehreren Ausrichtungsöffnungen des Bauelements durchzuführen. Hierdurch lässt sich ein Ausrichtungsvorgang jeweils mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchführen. Die mehreren Ausrichtungsöffnungen des Leiterrahmens können zum Beispiel jeweils kreisförmig sein. Des Weiteren kann der Leiterrahmen des Bauelements zum Beispiel mit drei Ausrichtungsöffnungen ausgebildet sein.
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Bei der Ausgestaltung des optoelektronischen Bauteils mit mehreren Ausrichtungsöffnungen können Merkmale und Details, welche oben zu einer (einzelnen) Ausrichtungsöffnung beschrieben wurden, analog zur Anwendung kommen. Des Weiteren ist es möglich, dass ein Teil oder sämtliche der mehreren Ausrichtungsöffnungen auf unterschiedlichen Leiterrahmenabschnitten vorgesehen sind. Möglich ist es auch, dass ein Teil oder sämtliche der mehreren Ausrichtungsöffnungen an einem gemeinsamen Leiterrahmenabschnitt ausgebildet sind. Des Weiteren können für mehrere Ausrichtungsöffnungen jeweils eigene freistellende Ausnehmungen in dem Formkörper ausgebildet sein, oder kann für einen Teil oder für sämtliche der mehreren Ausrichtungsöffnungen eine gemeinsame Ausnehmung in dem Formkörper vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Leiterrahmen ein durch Ätzen ausgebildeter Leiterrahmen. Die Ausrichtungsöffnung(en) kann/können, zusammen mit der übrigen Struktur des Leiterrahmens, im Zuge des Ätzens erzeugt sein. Hierdurch kann/können die Ausrichtungsöffnung(en) mit einer hohen Genauigkeit an dem Leiterrahmens festgelegt und dadurch positioniert sein.
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Das optoelektronische Bauelement kann weitere Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann eine Ausnehmung des Formkörpers, innerhalb derer wenigstens ein Halbleiterchip angeordnet sein kann, mit einer Vergussmasse verfüllt sein. Hierbei kann es sich um eine reflektive Vergussmasse handeln. Die Ausnehmung kann derart mit der reflektive Vergussmasse verfüllt sein, dass lediglich eine Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips oder wenigstens eines hierauf angeordneten Konversionselements freiliegt. Hierdurch kann erzielt werden, dass im Betrieb des zur Lichtemission ausgebildeten Bauelements eine Lichtabgabe lediglich über diese Vorderseite(n) stattfindet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements vorgeschlagen. Das Bauelement weist den oben beschriebenen Aufbau bzw. einen Aufbau gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen auf. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Leiterrahmens. Der bereitgestellte Leiterrahmen weist eine Ausrichtungsöffnung auf. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines mit dem Leiterrahmen verbundenen Formkörpers. Der Formkörper weist eine Ausnehmung auf, über welche der Leiterrahmen im Bereich der Ausrichtungsöffnung freigelegt ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Anordnen eines optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen.
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Das gemäß dem Verfahren hergestellte optoelektronische Bauelement kann sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft erweisen. Die Ausrichtungsöffnung und der optoelektronische Halbleiterchip können eine genaue Position zueinander aufweisen. Daher ist es möglich, anhand der Ausrichtungsöffnung eine präzise Montage des Bauelements auf einer Leiterplatte mit einer vorgegebenen Position des Halbleiterchips auf der Leiterplatte vorzunehmen. Unter Zuhilfenahme der Ausrichtungsöffnung ist es ferner möglich, eine weitere Komponente wie zum Beispiel eine Sekundäroptik mit einer hohen Genauigkeit relativ zu dem Halbleiterchip zu positionieren.
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In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen die Ausrichtungsöffnung des Leiterrahmens zum Ausrichten des optoelektronischen Halbleiterchips verwendet. Sofern die Ausrichtungsöffnung, wie oben angegeben, auch beim Anordnen des optoelektronischen Bauelements auf einer Leiterplatte und beim Positionieren einer weiteren Komponente bzw. Sekundäroptik eingesetzt wird, lässt sich auf diese Weise eine kürzestmögliche Toleranzkette zur Verfügung stellen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des Leiterrahmens ein Bereitstellen einer metallischen Ausgangsschicht und ein Strukturieren der metallischen Ausgangsschicht. Der hierdurch erzeugte Leiterrahmen kann mehrere Leiterrahmenabschnitte aufweisen. Die Ausrichtungsöffnung wird während des Strukturierens ausgebildet. Hierdurch kann die Ausrichtungsöffnung mit einer hohen Genauigkeit an dem Leiterrahmen festgelegt sein.
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Dies trifft zum Beispiel auf eine mögliche Ausgestaltung zu, in welcher das Strukturieren ein vorderseitiges und ein rückseitiges Ätzen der metallischen Ausgangsschicht umfasst. Hierbei wird die Ausrichtungsöffnung durch das rückseitige Ätzen ausgebildet. Durch das rückseitige Ätzen können gleichzeitig rückseitige Anschlussflächen des Leiterrahmens ausgebildet werden, mit denen das Bauelement auf eine Leiterplatte gelötet werden kann. Somit kann die Ausrichtungsöffnung mit einer genauen Position in Bezug auf die Anschlussflächen erzeugt sein.
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Ein Bereitstellen bzw. Strukturieren des Leiterrahmens kann alternativ auch auf andere Art und Weise erfolgen. Möglich ist zum Beispiel ein mechanisches Strukturieren der metallischen Ausgangsschicht, wobei Prozesse wie zum Beispiel Stanzen und/oder Prägen zum Einsatz kommen können. Auch auf diese Weise kann die Ausrichtungsöffnung zusammen mit der übrigen Strukturierung des Leiterrahmens und damit zusammen mit rückseitigen Anschlussflächen des Leiterrahmens ausgebildet werden.
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Nach dem Strukturieren kann ferner ein Beschichten des Leiterrahmens mit einer metallischen Beschichtung durchgeführt werden. Die Beschichtung kann zum Beispiel durch elektrochemisches Abscheiden bzw. Elektroplattieren erzeugt werden. Aufgrund der Beschichtung kann der Leiterrahmen für ein Löten und Anschließen eines Bonddrahts geeignet sein. Ein Ausbilden der Beschichtung kann zum Beispiel für eine metallische Ausgangsschicht aus Kupfer in Betracht kommen. Die Beschichtung kann zum Beispiel einen Schichtenstapel aus Ni, Pd, Au umfassen.
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Das Ausbilden des Formkörpers kann ein Umspritzen des strukturierten Leiterrahmens mit einer Gehäuse- bzw. Formmasse aus einem Kunststoffmaterial umfassen. Hierfür kann ein Moldprozess durchgeführt werden. In dieser Ausgestaltung kann die Anordnung aus Leiterrahmen und Formmasse ein sogenanntes Premold-Gehäuse sein.
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Bei dem Herstellungsverfahren können weitere Merkmale und Details, welche oben mit Bezug auf das optoelektronische Bauelement erläutert wurden, ebenfalls zur Anwendung kommen. Beispielsweise ist es möglich, den Leiterrahmen mit mehreren Ausrichtungsöffnungen bereitzustellen, so dass ein präzises Ausrichten anhand der mehreren Ausrichtungsöffnungen des Bauelements vollzogen werden kann. Des Weiteren kann das Bauelement mit mehreren optoelektronischen Halbleiterchips verwirklicht werden. Der Formkörper kann derart ausgebildet werden, dass der Formkörper eine weitere, den Leiterrahmen freilegende Ausnehmung aufweist, innerhalb derer der oder die Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen angeordnet werden können. Die weitere Ausnehmung kann mit einer Vergussmasse, zum Beispiel mit einer reflektiven Vergussmasse, verfüllt werden.
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In Bezug auf das Verfahren wird darüber hinaus auf die Möglichkeit hingewiesen, das Verfahren derart durchzuführen, dass ein zusammenhängender Verbund aus einer Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente, welche jeweils wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen, hergestellt wird. Hierbei kann der Leiterrahmen mit einer Mehrzahl an Ausrichtungsöffnungen bereitgestellt werden, welche den einzelnen Bauelementen zugeordnet sind. Einem Bauelement kann jeweils eine, oder können mehrere Ausrichtungsöffnungen zugeordnet sein. Des Weiteren kann der Formkörper mit mehreren Ausnehmungen für die Ausrichtungsöffnungen und für die Halbleiterchips erzeugt werden. Nach der Herstellung des zusammenhängenden Verbunds kann der Verbund in separate optoelektronische Bauelemente vereinzelt werden.
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Bei der parallelen Herstellung mehrerer optoelektronischer Bauelemente im Verbund kann der Leiterrahmen mit zusätzlichen Ausrichtungsstrukturen bereitgestellt werden, welche sämtlichen Bauelementen zur Positionsfestlegung der Halbleiterchips zugeordnet sind. Derartige globale bzw. universelle Ausrichtungsstrukturen können ebenfalls in Form von Öffnungen des Leiterrahmens vorliegen. Die universellen Ausrichtungsstrukturen können zusammen mit den den Bauelementen individuell zugeordneten Ausrichtungsöffnungen ausgebildet werden, wodurch diese mit einer geringen Toleranzabweichung zueinander positioniert sein können. Das Anordnen von Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen kann unter Verwendung der universellen Ausrichtungsstrukturen durchgeführt werden. Da die universellen Ausrichtungsstrukturen und die individuellen Ausrichtungsöffnungen genau zueinander positioniert sein können, können auf diese Weise auch die Halbleiterchips eine genaue Position in Bezug auf die individuellen Ausrichtungsöffnungen der Bauelemente einnehmen. Beim Vereinzeln können nicht nur die Bauelemente separiert werden, sondern kann auch ein Teil des Verbunds mit den universellen Ausrichtungsstrukturen von den Bauelementen getrennt werden. Da die Halbleiterchips und die Ausrichtungsöffnungen der Bauelemente präzise zueinander positioniert sein können, können die Ausrichtungsöffnungen im Rahmen eines präzisen Ausrichtens zum Einsatz kommen.
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Alternativ ist es möglich, das Anordnen der Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen unter Zuhilfenahme der individuellen Ausrichtungsöffnungen der Bauelemente durchzuführen. Auf diese Weise kann ein Ausbilden des Leiterrahmens mit universellen Ausrichtungsstrukturen entfallen.
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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.
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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:
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1 eine seitliche Darstellung eines optoelektronischen Bauelements, welches eine Ausrichtungsöffnung in einem separaten Abschnitt eines Leiterrahmens aufweist;
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2 eine Aufsichtsdarstellung einer Vorderseite des optoelektronischen Bauelements von 1; und
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3 eine seitliche Darstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements, bei welchem eine Ausrichtungsöffnung in einem zum Tragen eines Halbleiterchips vorgesehenen Abschnitt eines Leiterrahmens ausgebildet ist.
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Anhand der folgenden Figuren werden mögliche Ausführungsformen oberflächenmontierbarer optoelektronischer Bauelemente beschrieben. Diese sind dazu ausgebildet, ein Ausrichten mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu ermöglichen. Hierunter fällt zum Beispiel eine präzise Montage auf einer Leiterplatte. Ein weiteres Beispiel ist ein genaues Anordnen einer Sekundäroptik.
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Die in den Figuren gezeigten und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen können mithilfe von aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung optoelektronischer Bauelemente bekannter Prozesse hergestellt werden. Auch können in diesem Gebiet übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise ist es denkbar, dass neben gezeigten und beschriebenen Komponenten weitere Komponenten und Strukturen bei den Bauelementen vorliegen können. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
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1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines oberflächenmontierbaren optoelektronischen Bauelements 100. Eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Vorderseite des Bauelements 100 ist in 2 gezeigt. Das SMT-Bauelement 100, welches in Form eines sogenannten Packages verwirklicht ist, weist zwei optoelektronische Halbleiterchips 150 zum Erzeugen einer Lichtstrahlung und einen als Gehäuse dienenden Träger auf. Der Träger umfasst einen metallischen Leiterrahmen 110, welcher von einem Gehäuse- bzw. Formkörper 140 umspritzt ist.
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Der metallische Leiterrahmen 110 weist mehrere Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 auf. Wie in 2 gezeigt ist, sind die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 zum Teil von dem Formkörper 140 (und den Halbleiterchips 150) verdeckt. Die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 können elektrisch voneinander getrennt, und über den Formkörper 140 mechanisch verbunden sein.
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Die vier Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 114, 115 dienen zum Tragen und elektrischen Anschließen der zwei Halbleiterchips 150 (vgl. 2). An den drei anderen Leiterrahmenabschnitten 113, 116, 117 ist jeweils eine in der Aufsicht kreisförmige Ausrichtungsöffnung 130 ausgebildet. Die drei Ausrichtungsöffnungen 130 des Bauelements 100 können im Hinblick auf ein präzises Ausrichten zur Anwendung kommen. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die Ausrichtungsöffnungen 130 eine minimale Toleranzabweichung zu Strukturen haben können, welche in der Herstellung des Bauelements 100 zum Bestimmen bzw. Festlegen der Position der Halbleiterchips 150 in dem Bauelement 100 eingesetzt werden. Weitere Details hierzu werden weiter unten noch näher beschrieben.
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Eine Ausgestaltung für die in 2 im Bereich der linken Seite des Bauelements 100 vorhandenen drei Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113 ist schematisch von der Seite in 1 gezeigt. Die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113 schließen an einer Rückseite des Bauelements 100 bündig mit dem Formkörper 140 ab, und bilden in diesem Bereich freiliegende Anschlussflächen 125 (Lötpads). Des Weiteren sind die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113 seitlich am Rand stufenförmig ausgebildet, und weisen randseitige bzw. randseitig umlaufende Aussparungen 119 auf. Diese Struktur ermöglicht eine Verzahnung des Formkörpers 140 an dem Leiterrahmen 110, und damit eine mechanisch feste Verbindung. Der Formkörper 140 bzw. Teilbereiche desselben grenzen, wie in 1 gezeigt ist, randseitig und im Bereich der Aussparungen 119 an die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113 an, und können auch vorderseitig am Rand einen Teil der Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113 bedecken. Eine vergleichbare Ausgestaltung (randseitige Stufenform, freiliegende Anschlussflächen 125, usw.) ist auch bei den anderen, nicht von der Seite gezeigten Leiterrahmenabschnitten 114, 115, 116, 117 vorhanden. Über die Anschlussflächen 125 der Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 können der Leiterrahmen 110 und damit das Bauelement 100 auf eine Leiterplatte gelötet werden (nicht dargestellt).
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Wie in 2 gezeigt ist, weist der Formkörper 140 vier Ausnehmungen 141, 143, 146, 147 auf, wodurch die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 an einer der Rückseite entgegen gesetzten Vorderseite zum Teil freigelegt sind. In Bezug auf die drei mit den Ausrichtungsöffnungen 130 versehenen Leiterrahmenabschnitte 113, 116, 117 weist der Formkörper 140 drei dazugehörige Ausnehmungen bzw. Kavitäten 143, 146, 147 auf (vgl. auch 1 für den Leiterrahmenabschnitt 113). Die Ausnehmungen 143, 146, 147 besitzen in der Aufsicht eine runde bzw. ovale Geometrie. Über die Ausnehmungen 143, 146, 147 sind die Leiterrahmenabschnitte 113, 116, 117 im Bereich der Ausrichtungsöffnungen 130 freigelegt. Auf diese Weise sind die Ausrichtungsöffnungen 130 an der Vorder- bzw. Chipseite sichtbar, und können zum Ausrichten verwendet werden.
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Über die weitere Ausnehmung 141 sind die zum Tragen und Anschließen der Hableiterchips 150 eingesetzten Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 114, 115 vorderseitig zum Teil freigelegt. Die Ausnehmung 141 besitzt in der Aufsicht eine gegenüber den anderen Ausnehmungen 143, 146, 147 komplexere Kontur. Die Ausnehmung 141 weist einen die Leiterrahmenabschnitte 111, 114 freilegenden rechteckförmigen Teilbereich, und zwei sich in Richtung der anderen Leiterrahmenabschnitte 112, 115 (d.h. in 2 nach oben) erstreckende und die Leiterrahmenabschnitte 112, 115 freilegende Teilbereiche auf.
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Anhand von 1 wird deutlich, dass die für einen der Halbleiterchips 150 vorgesehen Leiterrahmenabschnitte 111, 112 über die Ausnehmung 141 des Formkörpers 140 vorderseitig freigestellt sind. In 1 ist ferner gezeigt, dass im Bereich der Ausnehmung 141 und in einem Bereich angrenzend an bzw. zwischen den Leiterrahmenabschnitten 111, 112 ein mit den Leiterrahmenabschnitten 111, 112 verbundener Teilbereich 241 des Formkörpers 140 vorhanden ist. Der Teilbereich 241 des Formkörpers 140 weist eine geringere Höhe bzw. Schichtdicke auf als ein die Ausnehmung 141 umgebender Teil des Formkörpers 140.
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Ein vergleichbarer Teilbereich 242 des Formkörpers 140 im Bereich der Ausnehmung 141 mit derselben (geringeren) Schichtdicke ist auch zwischen den anderen Leiterrahmenabschnitten 114, 115 vorhanden und mit diesen verbunden (lediglich in 2 gezeigt). Die Teilbereiche 241, 242 des Formkörpers 140 weisen in der Aufsicht unterschiedliche Konturen auf.
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Wie des Weiteren in 2 gezeigt ist, befindet sich zwischen den Leiterrahmenabschnitten 111, 114 des Leiterrahmens 110 ein weiterer Teilbereich 243 des Formkörpers 140. Der Teilbereich 243 des Formkörpers 140 weist in der Aufsicht eine dünne streifenförmige Kontur auf. Der Teilbereich 243 kann vorderseitig bündig mit den Leiterrahmenabschnitten 111, 114 abschließen.
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Die optoelektronischen Halbleiterchips 150 des Bauteils 100 sind zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet. Auf jedem der Halbleiterchips 150 ist, wie in 2 gezeigt ist, ein plättchenförmige Konversionselement 155 zur Strahlungskonversion angeordnet. Die Konversionselemente 155 können mit Hilfe eines strahlungsdurchlässigen Klebstoffs auf den Halbleiterchips 150 befestigt sein. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips 150 kann es sich um Leuchtdiodenchips handeln. Die Halbleiterchips 150 können dünnfilmtechnisch erzeugte Oberflächenemitter sein, bei denen ein wesentlicher Teil der erzeugten Strahlung über eine vorderseitige Fläche (Lichtaustrittsseite) abgegeben und dadurch in die an dieser Stelle angeordneten Konversionselemente 155 eingekoppelt werden kann.
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Die optoelektronischen Halbleiterchips 150 können in üblicher Weise hergestellt sein, und nicht gezeigte Komponenten wie eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Halbleiterchips 150 weisen ferner jeweils einen Rückseitenkontakt und einen Vorderseitenkontakt auf, über welche den Halbleiterchips 150 elektrische Energie zur Strahlungserzeugung zugeführt werden kann. Die Rückseitenkontakte dienen zum Anordnen der Halbleiterchips 150 auf dem Leiterrahmen 110. Die in 2 angedeuteten Vorderseitenkontakte liegen als Bondpads zum Anschließen von Bonddrähten 159 vor.
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In 1 ist eine Kontaktierung für einen der Halbleiterchips 150 (links in 2) von der Seite gezeigt. Der betreffende Halbleiterchip 150 ist vorderseitig auf dem Leiterrahmenabschnitt 111 angeordnet. Hierbei ist der Rückseitenkontakt des Halbleiterchips 150 elektrisch und mechanisch über eine Verbindungsschicht 158 mit dem Leiterrahmenabschnitt 111 verbunden. Die Verbindungsschicht 158 ist zum Beispiel eine Lotschicht oder eine Schicht eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs. Der Vorderseitenkontakt des Halbleiterchips 150 ist über einen Bonddraht 159 an den Leiterrahmenabschnitt 112 angeschlossen. Der Bonddraht 159 erstreckt sich über dem Teilbereich 241 des Formkörpers 140.
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In Bezug auf den anderen der beiden Halbleiterchips 150 liegen vergleichbare Gegebenheiten vor (vgl. rechts in 2). Dieser Halbleiterchip 150 ist mit dem dazugehörigen Rückseitenkontakt auf dem Leiterrahmenabschnitt 114 angeordnet. Des Weiteren ist der Vorderseitenkontakt des Halbleiterchips 150 über einen weiteren Bonddraht 159 an den Leiterrahmenabschnitt 115 angeschlossen. Der Bonddraht 159 erstreckt sich über dem anderen Teilbereich 242 des Formkörpers 140.
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Die vorderseitig auf den Halbleiterchips 150 angeordneten Konversionselemente 155 weisen, wie in 2 gezeigt ist, jeweils eine Aussparung an einer Ecke auf. Auf diese Weise sind die Vorderseitenkontakte der Halbleiterchips 150, welche an den Ecken der Halbleiterchips 150 ausgebildet sind, für eine Kontaktierung mit den Bonddrähten 159 frei zugänglich.
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Mit Hilfe der Konversionselemente 155 kann eine von den Halbleiterchips 150 primär erzeugte Lichtstrahlung wenigstens teilweise konvertiert werden. Bei der primären und von den Halbleiterchips 150 abgegebenen Lichtstrahlung kann es sich zum Beispiel um eine blaue Lichtstrahlung handeln. Über die Konversionselemente 155 kann die primäre Lichtstrahlung wenigstens teilweise in eine oder mehrere Lichtstrahlungen eines anderen oder mehrerer anderer Wellenlängenbereiche, zum Beispiel im grünen bis roten Spektralbereich, umgewandelt werden. Auf diese Weise kann eine Lichtstrahlung mit einer gewünschten Farbe, zum Beispiel eine weiße Lichtstrahlung, erzeugt werden, welche über die Konversionselemente 155 abgegeben werden kann. In dieser Ausgestaltung kann das Bauelement 100 zum Beispiel in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommen.
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Es kann ferner in Betracht kommen, das optoelektronische Bauelement 100 derart auszubilden, dass eine Strahlungsabgabe lediglich über Vorderseiten der Konversionselemente 155 stattfindet. Dies kann erreicht werden, indem die Ausnehmung 141 des Formkörpers 140 mit einer reflektiven Vergussmasse 160 verfüllt ist, wie es in 1 anhand der gestrichelten Linie angedeutet ist. Die Vergussmasse 160 kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial, zum Beispiel Silikon, und darin enthaltene reflektierende Partikel, zum Beispiel TiO2-Partikel, umfassen. Die Halbleiterchips 150 und Konversionselemente 155 sind derart von der Vergussmasse 160 umgeben, dass lediglich die Vorderseiten der Konversionselemente 155 freigestellt sind. Die Vergussmasse 160 reicht bis zu den Vorderseiten der Konversionselemente 155, und ist auch zwischen den Halbleiterchips 150 und Konversionselementen 155 vorhanden.
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In Bezug auf 1 wird darauf hingewiesen, dass der Formkörper 140 außerhalb der Ausnehmung 141 abweichend von der in 1 gewählten Darstellung eine größere Dicke aufweisen kann. Der Formkörper 140 kann hierbei die Vorderseiten der Konversionselemente 155 und damit die Vergussmasse 160 überragen.
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Im Folgenden wird ein mögliches Fertigungsverfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements 100 beschrieben. In dem Verfahren wird ein zusammenhängender Verbund aus einer Mehrzahl gleichartiger Bauelemente 100 ausgebildet, welcher nachfolgend vereinzelt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass oben bereits genannte Aspekte zu einzelnen Bauteilkomponenten und Strukturen nicht erneut detailliert beschrieben werden. Stattdessen wird auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.
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Bei dem Verfahren wird eine metallische Ausgangsschicht aus Kupfer bereitgestellt. Die Ausgangsschicht wird in einen Leiterrahmen 110 strukturiert. Der strukturierte Leiterrahmen 110 weist Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 für jedes der zu erzeugenden Bauelemente 100, sowie Verbindungsstrukturen zum Zusammenhalten der Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 auf (nicht dargestellt). Hierbei sind Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 verschiedener Bauelemente 100 in geeigneter Weise verbunden.
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Das Strukturieren wird durch ein vorderseitiges und ein rückseitiges Ätzen der metallischen Ausgangsschicht durchgeführt. Auf diese Weise wird die anhand von 1 erläuterte seitliche Stufenform der Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 mit den Aussparungen 119 erzeugt. Durch das rückseitige Ätzen wird die Form der Löt- bzw. Anschlussflächen 125 festgelegt.
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Bei den Leiterrahmenabschnitten 113, 116, 117 werden durch das vorderseitige Ätzen Vertiefungen 135 ausgebildet (vgl. 1 für den Leiterrahmenabschnitt 113). Die vorderseitigen Vertiefungen 135 können rechteckförmig sein (vgl. 2). Die vorderseitigen Vertiefungen 135 weisen größere laterale Abmessungen auf als die Ausrichtungsöffnungen 130. Die Ausrichtungsöffnungen 130 werden durch das rückseitige Ätzen, und damit zusammen mit den rückseitigen Anschlussflächen 125 gebildet. Auf diese Weise können die Ausrichtungsöffnungen 130 mit einer genauen Lage in Bezug auf die Anschlussflächen 125 erzeugt werden.
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Es ist möglich, dass der strukturierte Leiterrahmen 110 einen oder mehrere weitere Abschnitte (zum Beispiel am Rand) aufweist, welche mit globalen bzw. universellen Ausrichtungsstrukturen versehen sind (nicht dargestellt). Die universellen Ausrichtungsstrukturen können ebenfalls in Form von Öffnungen vorliegen, und durch das rückseitige Ätzen erzeugt werden. Auf diese Weise können die universellen Ausrichtungsstrukturen und die den einzelnen Bauelementen 100 zugehörigen (jeweils drei) Ausrichtungsöffnungen 130 präzise und mit einer geringen Toleranzabweichung zueinander positioniert sein.
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Nach dem Strukturieren wird der Leiterrahmen 110 aus Kupfer durch Elektroplattieren mit einer metallischen Beschichtung versehen (nicht dargestellt). Dies dient dazu, dass der Leiterrahmen 110 für ein Löten und Anschließen von Bonddrähten 159 geeignet ist. Bei der Beschichtung kann es sich um einen Schichtenstapel aus Ni, Pd, Au handeln.
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Im Anschluss hieran wird ein mit dem Leiterrahmen 110 verbundener Formkörper 140 erzeugt. Hierzu wird ein Moldprozess durchgeführt, in welchem der Leiterrahmen 110 mit einer den Formkörper 140 bildenden Form- bzw. Gehäusemasse aus einem geeigneten isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt wird. Der Formkörper 140 weist pro Bauelement 100 vier Ausnehmungen 141, 143, 146, 147 auf, über welche der Leiterrahmen 110 vorderseitig zum Teil freigelegt ist. Die ovale bzw. runde Ausgestaltung der Ausnehmungen, 143, 146, 147, aber auch der Ausnehmung 141 mit zum Teil runden Ecken bzw. Kanten (vgl. 2) ermöglicht ein einfaches Entformen nach dem Moldprozess.
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Nachfolgend werden Prozesse wie ein Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips 150 auf den Leiterrahmenabschnitten 111, 114 des Leiterrahmens 110, Anordnen von Konversionselementen 155 auf den Halbleiterchips 150, Anschließen von Bonddrähten 159, und Verfüllen der Ausnehmungen 141 mit einer Vergussmasse 160 durchgeführt. Im Anschluss hieran wird der zusammenhängende Verbund in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Hierbei werden der Formkörper 140 und der Leiterrahmen 110 bzw. die Verbindungsstrukturen des Leiterrahmens 110 durchtrennt. Ein oder mehrere Teile des Leiterrahmens 110 mit den oben erwähnten universellen Ausrichtungsstrukturen werden ebenfalls abgetrennt.
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Es ist möglich, das Anordnen der Halbleiterchips 150 auf dem Leiterrahmen 110 unter Verwendung der universellen Ausrichtungsstrukturen durchzuführen. Da die universellen Ausrichtungsstrukturen präzise in Bezug auf die Ausrichtungsöffnungen 130 erzeugt sind, können die Ausrichtungsöffnungen 130 für jedes Bauelement 100 eine präzise Lage in Bezug auf die dazugehörigen Halbleiterchips 150, und damit in Bezug auf die lichtemittierenden Flächen der Halbleiterchips 150 bzw. die lichtemittierenden vorderseitigen Flächen der Konversionselemente 155 aufweisen. Diese Eigenschaft ermöglicht ein präzises Ausrichten eines gefertigten Bauelements 100.
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Es ist ferner möglich, das Anordnen der Halbleiterchips 150 auf dem Leiterrahmen 110 in direkter Weise unter Verwendung der den einzelnen Bauelementen 100 individuell zugeordneten Ausrichtungsöffnungen 130 durchzuführen. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass die Ausrichtungsöffnungen 130 und die Halbleiterchips 150 bzw. die lichtemittierenden Flächen mit einer hohen Genauigkeit zueinander positioniert sind. Dies ermöglicht ein Ausrichten mit kürzestmöglicher Toleranzkette. Auch kann ein Ausbilden des Leiterrahmens 110 mit den universellen Ausrichtungsstrukturen entfallen.
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Bei einem auf diese Weise gefertigten optoelektronischen Bauelement 100 können die Ausrichtungsöffnungen 130, welche eine genaue Position relativ zu den Halbleiterchips 150 aufweisen, in mehrfacher Hinsicht ein präzises Ausrichten ermöglichen.
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Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, eine Bestückung einer Leiterplatte mit dem optoelektronischen Bauelement 100 mit einer hohen Genauigkeit anhand der drei Ausrichtungsöffnungen 130 durchzuführen (nicht dargestellt). Die zu bestückende Leiterplatte weist zu den Lötflächen 125 korrespondierende Kontaktflächen (Landepads) auf. Für die Montage können die Kontaktflächen der Leiterplatte mit einem Lotmittel versehen bzw. bedruckt sein. Das Bauelement 100 kann mit den Anschlussflächen 125 auf die Leiterplatte aufgesetzt, und in einem Wiederaufschmelz-Lötprozess (Reflow-Lötprozess) elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Eine genaue Positionierung lässt sich erzielen, indem das Bauelement 100 unter Verwendung der Ausrichtungsöffnungen 130 präzise auf die Leiterplatte aufgesetzt, und während des Lötprozesses fixiert wird. Auf diese Weise können die Halbleiterchips 150 und die lichtemittierenden Flächen des Bauelements 100 mit einer hohen Genauigkeit eine vorgegebene Position auf der Leiterplatte einnehmen.
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Für das genaue Ausrichten kann sich auch die Kreisform der Ausrichtungsöffnungen 130 als vorteilhaft erweisen. Denn für das Ausrichten können die Mittelpunkte der Ausrichtungsöffnungen 130 herangezogen werden. Die Lage des Mittelpunkts einer Ausrichtungsöffnung 130 ist unabhängig von der Größe der betreffenden Ausrichtungsöffnung 130. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass herstellungsbedingte Größenabweichungen der Ausrichtungsöffnungen 130 keinen oder einen vernachlässigbaren Einfluss auf das präzise Ausrichten haben.
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Die Ausrichtungsöffnungen 130 können ferner zum Einsatz kommen, um das Gehäuse aus Leiterrahmen 130 und Formkörper 140 und damit das Bauelement 100 auf der Leiterplatte zu befestigen. Zur Befestigung können zum Beispiel Schrauben, Pins oder andere in die Ausrichtungsöffnungen 130 steckbare Befestigungsmittel herangezogen werden (nicht dargestellt).
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Je nach Anwendung kann es in Betracht kommen, das optoelektronische Bauelement 100 mit einer dem Bauelement 100 nachgeordneten Sekundäroptik zu kombinieren (nicht dargestellt). Die Sekundäroptik kann zum Beispiel eine Linse und/oder einen Reflektor umfassen. Unter Zuhilfenahme der Ausrichtungsöffnungen 130 ist es möglich, die Sekundäroptik mit einer hohen Genauigkeit in Bezug auf die Halbleiterchips 150 und damit in Bezug auf die lichtemittierenden Flächen anzuordnen. Die Sekundäroptik kann zum Beispiel auf dem Bauelement 100, der Leiterplatte oder einer anderen Komponente angeordnet werden.
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Die Ausrichtungsöffnungen 130 sowie die Ausnehmungen 113, 116, 117 des Formkörpers 140, über welche die Ausrichtungsöffnungen 130 freigestellt sind, können darüber hinaus genutzt werden, um die Sekundäroptik mechanisch an dem optoelektronischen Bauelement 100 auszurichten und/oder an dem Bauelement 100 zu befestigen. Hierfür können an der Sekundäroptik zum Beispiel Ausrichtungspins oder andere Strukturen vorgesehen sein, welche in die Ausnehmungen 113, 116, 117 bzw. in die Ausrichtungsöffnungen 130 gesteckt werden können.
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Das optoelektronische Bauelement 100 kann wie oben beschrieben derart hergestellt sein, dass die Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 voneinander getrennt sind. Hierdurch ist es möglich, zum Löten des Bauelements 100 auf eine Leiterplatte lediglich die Lötflächen 125 der vier Leiterrahmenabschnitte 111, 112, 114, 115 zu nutzen, welche zum Tragen und elektrischen Anschließen der zwei Halbleiterchips 150 eingesetzt sind. Für die drei anderen und mit den Ausrichtungsöffnungen 130 versehenen Leiterrahmenabschnitte 113, 116, 117 bzw. deren Lötflächen 125 kann eine solche Verwendung hingegen entfallen.
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Es ist möglich, ein Bauelement zu verwirklichen, bei welchem abweichend von dem Bauelement 100 Leiterrahmenabschnitte zum Teil zusammengefasst bzw. miteinander verbunden sind.
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Zur Veranschaulichung einer solchen Variante zeigt 3 eine schematische seitliche Darstellung eines weiteren optoelektronischen Bauelements 101. Das Bauelement 101 stellt eine Abwandlung des zuvor erläuterten Bauelements 100 dar. Übereinstimmende Merkmale sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten, eine mögliche Herstellung usw. werden daher im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass das Bauelement 101 in der Aufsicht eine zu 2 vergleichbare Form aufweisen kann.
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Bei dem Bauelement 101 von 3 ist der Leiterrahmenabschnitt 111 im Vergleich zu dem Bauelement 100 größer ausgebildet, und weist zusätzlich eine Ausrichtungsöffnung 130 auf. Der Leiterrahmenabschnitt 111 dient auch hier zum Tragen eines Halbleiterchips 150. Der Leiterrahmenabschnitt 111 des Bauelements 101 entspricht einer Zusammenfassung der bei dem Bauelement 100 getrennt vorliegenden Abschnitte 111, 113. Des Weiteren weist das Bauelement 111 einen Leiterrahmenabschnitt 112 zum Anschließen eines Bonddrahts 159 auf.
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Der Leiterrahmenabschnitt 111 des Bauelements 101 kann zum Beispiel in Form eines flächigen Abschnitts vorliegen. Des Weiteren kann es in Betracht kommen, das Bauelement 101 derart auszubilden, dass der Leiterahmenabschnitt 111 einen ersten Teilabschnitt zum Tragen des Halbleiterchips 150 und einen zweiten Teilabschnitt mit der Ausrichtungsöffnung 130 aufweist. Die beiden Teilabschnitte können über eine geeignete Verbindungsstruktur verbunden sein, welche lediglich in dem in 3 gezeigten Bereich dargestellt ist. Derartige Ausgestaltungen können auch auf weitere Leiterrahmenabschnitte des Bauelements 101 zutreffen.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das Bauelement 101, wie das Bauelement 100, weitere Leiterahmenabschnitte aufweisen kann, zum Beispiel die Abschnitte 114, 115 für einen weiteren Halbleiterchip 150 (vgl. 2). Hierbei ist es möglich, dass der Leiterrahmenabschnitt 115 des Bauelements 101 in Form einer verbundenen Ausgestaltung bzw. Zusammenfassung der Abschnitte 115, 117 des Bauelements 100, und/oder dass der Leiterrahmenabschnitt 114 in Form einer verbundenen Ausgestaltung bzw. Zusammenfassung der Abschnitte 114, 116 verwirklicht ist.
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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 und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Es ist zum Beispiel möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden, und obige Angaben zu Farben von Lichtstrahlungen durch andere Angaben zu ersetzen.
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In einer weiteren möglichen Abwandlung kann ein Bauelement verwirklicht werden, welches lediglich einen optoelektronischen Halbleiterchip, oder auch mehr als zwei optoelektronische Halbleiterchips aufweist.
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Andere Anzahlen können auch für Ausrichtungsöffnungen in Betracht kommen. Ein Bauelement kann daher mit weniger oder mehr als drei Ausrichtungsöffnungen verwirklicht sein. Möglich ist auch eine Ausgestaltung eines Bauelements mit lediglich einer Ausrichtungsöffnung.
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In diesem Zusammenhang wird ferner auf die Möglichkeit hingewiesen, eine oder mehrere Ausrichtungsöffnungen mit einer von einer Kreisform abweichenden Struktur auszubilden. Ein mögliches Beispiel ist eine in der Aufsicht kreuzförmige Ausrichtungsöffnung.
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Des Weiteren lassen sich Bauelemente verwirklichen, bei denen anstelle der Halbleiterchips 150 andere Halbleiterchips zum Einsatz kommen. Hierunter fallen zum Beispiel Halbleiterchips mit zwei Vorderseitenkontakten oder Halbleiterchips mit zwei Rückseitenkontakten. Ein Halbleiterchip mit zwei Vorderseitenkontakten kann auf einem Leiterrahmenabschnitt angeordnet sein, und ein Vorderseitenkontakt kann über einen Bonddraht an denselben Leiterrahmenabschnitt angeschlossen sein. Der andere Vorderseitenkontakt kann über einen weiteren Bonddraht an einen anderen Leiterrahmenabschnitt angeschlossen sein. Ein Halbleiterchip mit zwei Rückseitenkontakten kann mit den Rückseitenkontakten auf zwei Leiterrahmenabschnitten angeordnet sein. Die Rückseitenkontakte können elektrisch und mechanisch über entsprechende Verbindungsschichten mit den dazugehörigen Leiterrahmenabschnitten verbunden sein.
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Eine weitere mögliche Abwandlung ist ein Bauelement, welches wenigstens einen zum Erfassen bzw. Absorbieren einer Lichtstrahlung ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchip aufweist.
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Auch für ein Herstellungsverfahren können Abwandlungen in Betracht kommen. Es ist zum Beispiel möglich, einen Leiterrahmen durch mechanisches Strukturieren einer metallischen Ausgangsschicht bereitzustellen. Hierbei können Prozesse wie zum Beispiel Stanzen und/oder Prägen zum Einsatz kommen. Auch auf diese Weise können Ausrichtungsöffnungen (und gegebenenfalls universelle Ausrichtungsstrukturen) zusammen mit der übrigen Struktur des Leiterrahmens ausgebildet werden.
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Darüber hinaus wird auf die Möglichkeit hingewiesen, dass die oben beschriebenen Bauelemente sowie deren mögliche Abwandlungen auch in einem anderen Gebiet als dem Automobilbereich eingesetzt werden können. Möglich ist zum Beispiel die Verwendung in einem Projektor. Hierfür kann es zum Beispiel in Betracht kommen, ein Bauelement mit mehreren bzw. drei Halbleiterchips zum Erzeugen verschiedenfarbige Lichtstrahlungen (beispielsweise RGB, d.h. rot, grün und blau) auszubilden. Hierbei ist es möglich, dass keine Konversionselemente zum Einsatz kommen, oder ein bzw. mehrere Konversionselemente nur auf einem oder mehreren einzelnen Halbleiterchips angeordnet sind (zum Beispiel um durch Strahlungskonversion einer blauen Primärstrahlung eine grüne Mischstrahlung zu erzeugen). Auch in einer solchen Ausgestaltung kann (wenigstens) eine Ausrichtungsöffnung in einem Leiterahmen des Bauelements zum präzisen Ausrichten, zum Beispiel zum Positionieren des Bauelements auf einer Leiterplatte sowie Positionieren einer Sekundäroptik in Bezug auf das Bauelement, zum Einsatz kommen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 101
- Bauelement
- 110
- Leiterrahmen
- 111, 112
- Leiterrahmenabschnitt
- 113, 114
- Leiterrahmenabschnitt
- 115, 116
- Leiterrahmenabschnitt
- 117
- Leiterrahmenabschnitt
- 119
- Aussparung
- 125
- Anschlussfläche
- 130
- Ausrichtungsöffnung
- 135
- Vertiefung
- 140
- Formkörper
- 141, 143
- Ausnehmung
- 146, 147
- Ausnehmung
- 150
- Halbleiterchip
- 155
- Konversionselement
- 158
- Verbindungsschicht
- 159
- Bonddraht
- 160
- Vergussmasse
- 241, 242
- Teilbereich
- 243
- Teilbereich
