DE102014101557A1

DE102014101557A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102014101557A1
Application number: DE102014101557.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Gatzhammer; Martin Brandl; Tobias Gebuhr
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-13
Also published as: CN105940507A; US20170084805A1; WO2015117946A1

Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem ersten elektrischen Kontakt und einem zweiten elektrischen Kontakt, einen ersten Leiterrahmenabschnitt, der eine erste Chipkontaktfläche und eine der ersten Chipkontaktfläche gegenüberliegende erste Lötkontaktfläche aufweist, und einen zweiten Leiterrahmenabschnitt, der eine zweite Chipkontaktfläche und eine der zweiten Chipkontaktfläche gegenüberliegende zweite Lötkontaktfläche aufweist. Der erste elektrische Kontakt ist elektrisch leitend mit der ersten Chipkontaktfläche verbunden. Der zweite elektrische Kontakt ist elektrisch leitend mit der zweiten Chipkontaktfläche verbunden. Der erste Leiterrahmenabschnitt und der zweite Leiterrahmenabschnitt sind derart in ein Gehäuse eingebettet, dass zumindest Teile der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche an einer Unterseite des Gehäuses zugänglich sind. Zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt ist ein dielektrisches Element angeordnet. An der Unterseite des Gehäuses liegt eine Oberfläche des dielektrischen Elements frei.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß Patentanspruch 13.
Es ist bekannt, dass bei für eine Oberflächenmontage vorgesehenen elektronischen und optoelektronischen Bauelementen (SMD-Bauelementen) einander benachbarte Lötkontaktflächen einen Mindestabstand von 200 µm nicht unterschreiten sollten. Andernfalls kann es während einer Lötmontage des Bauelements zu einem Zusammenfließen von Lot und dadurch zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen den elektrischen Kontaktflächen kommen. Weiter ist es bekannt, elektrische Kontaktflächen von SMD-Bauelementen durch in ein Kunststoffgehäuse eingebettete Leiterrahmenabschnitte zu bilden. Elektronische und optoelektronische Halbleiterchips solcher Bauelemente können derart auf den Leiterrahmenabschnitten angeordnet werden, dass elektrische Kontaktflächen der Halbleiterchips unmittelbar mit den Leiterrahmenabschnitten verbunden sind. Da der erforderliche Mindestabstand zwischen den Lötkontaktflächen im Stand der Technik einen Mindestabstand zwischen den Leiterrahmenabschnitten festlegt, ergibt sich hieraus auch eine Mindestgröße des Halbleiterchips, die einer weiteren Miniaturisierung im Wege steht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem ersten elektrischen Kontakt und einem zweiten elektrischen Kontakt, einen ersten Leiterrahmenabschnitt, der eine erste Chipkontaktfläche und eine der ersten Chipkontaktfläche gegenüberliegende erste Lötkontaktfläche aufweist, und einen zweiten Leiterrahmenabschnitt, der eine zweite Chipkontaktfläche und eine der zweiten Chipkontaktfläche gegenüberliegende zweite Lötkontaktfläche aufweist. Der erste elektrische Kontakt ist elektrisch leitend mit der ersten Chipkontaktfläche verbunden. Der zweite elektrische Kontakt ist elektrisch leitend mit der zweiten Chipkontaktfläche verbunden. Der erste Leiterrahmenabschnitt und der zweite Leiterrahmenabschnitt sind derart in ein Gehäuse eingebettet, dass zumindest Teile der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche an einer Unterseite des Gehäuses zugänglich sind. Zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt ist ein dielektrisches Element angeordnet. An der Unterseite des Gehäuses liegt eine Oberfläche des dielektrischen Elements frei. Vorteilhafterweise trennt die Oberfläche des dielektrischen Elements an der Unterseite des Gehäuses dieses optoelektronischen Bauelements die erste Lötkontaktfläche räumlich von der zweiten Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements, wodurch ein Zusammenfließen von Lot und ein daraus entstehender Kurzschluss zwischen den Lötkontaktflächen des optoelektronischen Bauelements bei einer Montage des optoelektronischen Bauelements verhindert werden kann.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weisen die erste Chipkontaktfläche und die zweite Chipkontaktfläche einen Abstand von weniger als 200 µm auf. Dies ermöglicht es, dass auch der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements einen Abstand von weniger als 200 µm aufweisen. Dadurch kann der optoelektronische Halbleiterchip dieses optoelektronischen Bauelements vorteilhafterweise mit sehr geringen Abmessungen ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil des geringen Abstands zwischen der ersten Chipkontaktfläche und der zweiten Chipkontaktfläche besteht darin, dass die Chipkontaktflächen der Leiterrahmenabschnitte des optoelektronischen Bauelements als Reflektor für durch den optoelektronischen Halbleiterchip in Richtung der Chipkontaktflächen der Leiterrahmenabschnitte emittierte elektromagnetische Strahlung dienen können. Durch den geringen Abstand von weniger als 200 µm zwischen den Chipkontaktflächen der Leiterrahmenabschnitte gelangt nur ein geringer Teil dieser elektromagnetischen Strahlung zwischen die erste Chipkontaktfläche und die zweite Chipkontaktfläche, wodurch ein hoher Anteil der elektromagnetischen Strahlung reflektiert wird. Dadurch kann das optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise geringe Lichtverluste aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die an der Unterseite des Gehäuses freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements eine Kantenlänge von mindestens 200 µm auf. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass auch die erste Lötkontaktfläche und die zweite Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements einen Abstand von mindestens 200 µm voneinander aufweisen. Dadurch können ein Zusammenfließen von Lot und eine Entstehung eines Kurzschlusses zwischen der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements bei einer Montage des optoelektronischen Bauelements vorteilhafterweise verhindert werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements schließen die erste Lötkontaktfläche und die zweite Lötkontaktfläche bündig mit der Unterseite des Gehäuses ab. Vorteilhafterweise eignet sich das optoelektronische Bauelement dadurch als SMD-Bauelement für eine Oberflächenmontage, beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten).
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements schließt die an der Unterseite des Gehäuses freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements bündig mit der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche ab. Vorteilhafterweise kann die freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements dadurch besonders wirksam ein Zusammenfließen von Lot zwischen der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements verhindern.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das dielektrische Element optisch im Wesentlichen transparent. Vorteilhafterweise findet dadurch keine Absorption von durch den optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierter elektromagnetischer Strahlung in dem dielektrischen Element statt. In das dielektrische Element gelangte elektromagnetische Strahlung kann an einem der Leiterrahmenabschnitte des optoelektronischen Bauelements reflektiert und dadurch einer Nutzung zugänglich gemacht werden. Dadurch kann das optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das dielektrische Element einen parallel zur Unterseite des Gehäuses orientierten ersten Abschnitt, einen parallel zur ersten Chipkontaktfläche orientierten dritten Abschnitt und einen den ersten Abschnitt mit dem dritten Abschnitt verbindenden zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt weist die an der Unterseite des Gehäuses freiliegende Oberfläche auf. Der dritte Abschnitt ist zwischen der ersten Chipkontaktfläche und der zweiten Chipkontaktfläche angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht es diese Ausbildung des dielektrischen Elements, einen Abstand zwischen der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements größer auszubilden als einen Abstand zwischen der ersten Chipkontaktfläche und der zweiten Chipkontaktfläche.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der zweite Abschnitt senkrecht zum ersten Abschnitt orientiert. Dabei erstrecken sich der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt ausgehend vom zweiten Abschnitt in entgegengesetzte Raumrichtungen. Beispielsweise kann sich der erste Abschnitt in Richtung des zweiten Leiterrahmenabschnitts erstrecken, während sich der dritte Abschnitt in Richtung des ersten Leiterrahmenabschnitts erstreckt. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein angenährt z-förmiger Querschnitt des dielektrischen Elements, der es ermöglich, den ersten Leiterrahmenabschnitt und den zweiten Leiterrahmenabschnitt des optoelektronischen Bauelements besonders nahe aneinander anzuordnen, ohne dass sich daraus ein übermäßig geringer Abstand zwischen der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche ergibt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Gehäuse an einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite eine Kavität auf. Dabei sind zumindest Teile der ersten Chipkontaktfläche und der zweiten Chipkontaktfläche in der Kavität zugänglich. Der optoelektronische Halbleiterchip ist in der Kavität angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Kavität als Reflektor für durch den optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierte elektromagnetische Strahlung dienen. Dadurch wird vorteilhafterweise ein großer Teil der durch den optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung durch das optoelektronische Bauelement in eine gewünschte Raumrichtung abgestrahlt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist in der Kavität ein Vergussmaterial angeordnet. Das Vergussmaterial kann vorteilhafterweise einem Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips vor einer Beschädigung durch äußere mechanische Einwirkungen dienen. Das Vergussmaterial kann auch eingebettete Konverterpartikel zur Konvertierung einer Wellenlänge einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung oder andere eingebettete Partikel aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt auf einer gemeinsamen Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Vorteilhafterweise kann der optoelektronische Halbleiterchip dadurch ohne Verwendung von Bonddrähten elektrisch leitend mit den Leiterrahmenabschnitten des optoelektronischen Bauelements verbunden werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip als volumenemittierender Saphir-Flipchip ausgebildet. Vorteilhafterweise kann der optoelektronische Halbleiterchip dadurch besonders kompakte Abmessungen aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines ersten Leiterrahmenabschnitts mit einer ersten Lötkontaktfläche und eines zweiten Leiterrahmenabschnitts mit einer zweiten Lötkontaktfläche, zum Anordnen eines dielektrischen Elements zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt, und zum Einbetten des ersten Leiterrahmenabschnitts und des zweiten Leiterrahmenabschnitts in ein Gehäuse derart, dass zumindest Teile der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche an einer Unterseite des Gehäuses zugänglich bleiben und eine Oberfläche des dielektrischen Elements an der Unterseite des Gehäuses freiliegt. Vorteilhafterweise bewirkt die an der Unterseite des Gehäuses freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelement eine räumliche Trennung der ersten Lötkontaktfläche von der zweiten Lötkontaktfläche des optoelektronischen Bauelements, durch die ein Zusammenfließen von Lot und ein sich daraus ergebender Kurzschluss zwischen der ersten Lötkontaktfläche und der zweiten Lötkontaktfläche während einer Montage des durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelements verhindert werden können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Anordnen eines optoelektronischen Halbleiterchips in einer Kavität an einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Gehäuses. Vorteilhafterweise kann dabei ein optoelektronischer Halbleiterchip mit geringen äußeren Abmessungen verwendet werden, dessen elektrische Kontakte nahe beieinander angeordnet sind.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anordnen des dielektrischen Elements zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt durch ein Formverfahren. Dadurch ist das Verfahren vorteilhafterweise einfach und kostengünstig durchführbar und eignet sich für eine Massenproduktion.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements; und
2 eine geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements nach einer Montage auf einer Leiterplatte.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, zu emittieren. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) sein. Das optoelektronische Bauelement 10 kann auch als Package bezeichnet werden.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 100 auf. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 kann beispielsweise als Leuchtdiodenchip (LED-Chip) ausgebildet sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist bevorzugt als Flipchip ausgebildet, beispielsweise als volumenemittierender Saphir-Flipchip oder als oberflächenemittierender Flipchip.
Der optoelektronische Halbleiterchip 100 weist eine Emissionsseite 101 und eine der Emissionsseite 101 gegenüberliegende Kontaktseite 102 auf. An der Kontaktseite 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 sind ein erster elektrischer Kontakt 110 und ein zweiter elektrischer Kontakt 120 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet. Über die elektrischen Kontakte 110, 120 kann eine elektrische Spannung an den optoelektronischen Halbleiterchip 100 angelegt werden, um den optoelektronischen Halbleiterchip 100 zur Emission elektromagnetischer Strahlung zu veranlassen. Der erste elektrische Kontakt 110 kann beispielsweise als Anode ausgebildet sein. Der zweite elektrische Kontakt 120 kann beispielsweise als Kathode ausgebildet sein. Es kann aber auch der erste elektrische Kontakt 110 als Kathode und der zweite elektrische Kontakt 120 als Anode ausgebildet sein.
Durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 erzeugte elektromagnetische Strahlung wird an der Emissionsseite 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 abgestrahlt. Falls der optoelektronische Halbleiterchip 100 als volumenemittierender Halbleiterchip ausgebildet ist, so wird elektromagnetische Strahlung im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 100 auch an anderen Oberflächen des optoelektronischen Halbleiterchips 100 abgestrahlt.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist einen ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und einen zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 auf, die auch als Leadframe-Abschnitte bezeichnet werden können. Der erste Leiterrahmenabschnitt 200 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 weisen jeweils ein elektrisch leitendes Material auf, bevorzugt ein Metall. Der erste Leiterrahmenabschnitt 200 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 können während der Herstellung des optoelektronischen Bauelements 10 aus Abschnitten eines gemeinsamen Leiterrahmen (Leadframe) gebildet worden sein. Der erste Leiterrahmenabschnitt 200 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 sind voneinander beabstandet und elektrisch gegeneinander isoliert.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist ein Gehäuse 400 auf. Das Gehäuse 400 weist ein elektrisch isolierendes Gehäusematerial auf, bevorzugt einen Kunststoff. Beispielsweise kann das Gehäusematerial des Gehäuses 400 ein Epoxidharz aufweisen. Das Gehäuse 400 wird bevorzugt durch ein Formverfahren (Moldverfahren) hergestellt, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren (Injection Molding). Das Gehäuse 400 kann in einem Bauteilverbund mit einer Vielzahl weiterer gleichartiger Gehäuse 400 hergestellt und anschließend durch Trennen von den weiteren Gehäusen 400 vereinzelt werden.
Der erste Leiterrahmenabschnitt 200 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 sind jeweils zumindest teilweise in das Material des Gehäuses 400 eingebettet. Bevorzugt werden der erste Leiterrahmenabschnitt 200 und der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 bereits während der Herstellung des Gehäuses 400 in das Material des Gehäuses 400 eingebettet. Dabei können die Leiterrahmenabschnitte 200, 300 als Teile eines zusammenhängenden Leiterrahmens in einen eine Mehrzahl von Gehäusen 400 umfassenden Bauteileverbund eingebettet werden, der anschließend zerteilt wird.
Der erste Leiterrahmenabschnitt 200 weist eine erste Chipkontaktfläche 210 und eine der ersten Chipkontaktfläche 210 gegenüberliegende erste Lötkontaktfläche 220 auf. Der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 weist eine zweite Chipkontaktfläche 310 und eine der zweiten Chipkontaktfläche 310 gegenüberliegende zweite Lötkontaktfläche 320 auf.
Die erste Lötkontaktfläche 220 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und die zweite Lötkontaktfläche 320 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 sind zumindest teilweise nicht durch das Material des Gehäuses 400 bedeckt, sondern liegen zumindest teilweise an einer Unterseite 402 des Gehäuses 400 frei. Dabei sind die erste Lötkontaktfläche 220 und die zweite Lötkontaktfläche 320 an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 lateral nebeneinander angeordnet. Bevorzugt schließen die erste Lötkontaktfläche 220 und die zweite Lötkontaktfläche 320 im Wesentlichen bündig mit der Unterseite 402 des Gehäuses 400 ab. Die erste Lötkontaktfläche 220 und die zweite Lötkontaktfläche 320 bilden elektrische Anschlussflächen des optoelektronischen Bauelements 10 und sind dazu vorgesehen, bei einer Montage des optoelektronischen Bauelements 10 elektrisch kontaktiert zu werden. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise als SMD-Bauelement für eine Oberflächenmontage vorgesehen sein. Eine elektrische Kontaktierung der Lötkontaktflächen 220, 320 des optoelektronischen Bauelements 10 während einer Montage des optoelektronischen Bauelements 10 kann beispielsweise durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) erfolgen.
An einer der Unterseite 402 gegenüberliegenden Oberseite 401 des Gehäuses 400 weist das Gehäuse 400 eine Kavität 410 auf. Die Kavität 410 ist als Vertiefung an der Oberseite 401 des Gehäuses 400 ausgebildet. Am Grund der Kavität 410 sind Teile der ersten Chipkontaktfläche 210 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 zugänglich und nicht durch das Material des Gehäuses 400 bedeckt.
In der Kavität 410 des Gehäuses 400 des optoelektronischen Bauelements 10 ist der optoelektronische Halbleiterchip 100 über der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 angeordnet. Dabei ist die Kontaktseite 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 den Chipkontaktflächen 210, 310 zugewandt. Der erste elektrische Kontakt 110 an der Kontaktseite 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist elektrisch leitend mit der ersten Chipkontaktfläche 210 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 verbunden. Der zweite elektrische Kontakt 120 an der Kontaktseite 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist elektrisch leitend mit der zweiten Chipkontaktfläche 310 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 verbunden. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den elektrischen Kontakten 110, 120 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 und den Chipkontaktflächen 210, 310 der Leiterrahmenabschnitte 200, 300 können beispielsweise als Lötverbindungen ausgebildet sein.
In der Kavität 410 des Gehäuses 400 des optoelektronischen Bauelements 10 ist ein Vergussmaterial 420 angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist in das Vergussmaterial 420 eingebettet. Das Vergussmaterial 420 ist bevorzugt im Wesentlichen transparent für durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 emittierte elektromagnetische Strahlung. Das Vergussmaterial 420 kann beispielsweise ein Silikon aufweisen. Das Vergussmaterial 420 kann einem Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips 100 vor einer Beschädigung durch äußere mechanische Einwirkungen dienen. Das Vergussmaterial 420 kann außerdem eingebettete Konverterpartikel aufweisen, die dazu vorgesehen sind, eine Wellenlänge einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 emittierten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren. Beispielsweise können die in das Vergussmaterial 420 eingebetteten Konverterpartikel dazu ausgebildet sein, durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 emittierte elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem blauen oder ultravioletten Spektralbereich in weißes Licht zu konvertieren. Die in das Vergussmaterial 420 eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikel können beispielsweise einen organischen Leuchtstoff, einen anorganischen Leuchtstoff oder Quantenpunkte umfassen. Zusätzlich oder alternativ zu in das Vergussmaterial 420 eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikeln können in das Vergussmaterial 420 auch Streupartikel eingebettet sein, die dazu dienen, durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 emittierte elektromagnetische Strahlung zu streuen. Allerdings können die in das Vergussmaterial 420 eingebetteten Partikel oder auch das Vergussmaterial 420 entfallen.
Zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 ist ein dielektrisches Element 500 angeordnet. Das dielektrische Element 500 ist ebenfalls in das Material des Gehäuses 400 eingebettet. Das dielektrische Element 500 weist ein dielektrisches Material auf. Bevorzugt ist das dielektrische Element 500 optisch im Wesentlichen transparent für durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 des optoelektronischen Bauelements 10 emittierte elektromagnetische Strahlung.
Das dielektrische Element 500 wird bevorzugt bereits vor dem Einbetten des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 angeordnet. Beispielsweise kann das dielektrische Element 500 durch ein Formverfahren (Moldverfahren) zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 angeordnet werden. Anschließend werden die Leiterrahmenabschnitte 200, 300 und das dielektrische Element 500 gemeinsam in das Material des Gehäuses 400 eingebettet.
Eine Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500 liegt an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 frei. Die an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 freiliegende Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500 ist zwischen der ersten Lötkontaktfläche 220 und der zweiten Lötkontaktfläche 320 angeordnet. Bevorzugt schließt die Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500 im Wesentlichen bündig mit der ersten Lötkontaktfläche 220 und der zweiten Lötkontaktfläche 320 ab.
In Verbindungsrichtung zwischen der ersten Lötkontaktfläche 220 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und der zweiten Lötkontaktfläche 320 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 weist die an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 freiliegende Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500 eine Kantenlänge 512 auf. Dadurch weisen die erste Lötkontaktfläche 220 und die zweite Lötkontaktfläche 320 einen Abstand voneinander auf, der mindestens so groß ist wie die Kantenlänge 512 der Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500. Bevorzugt beträgt die Kantenlänge 512 mindestens 200 µm. Somit weisen auch die erste Lötkontaktfläche 220 und die zweite Lötkontaktfläche 320 des optoelektronischen Bauelements 10 einen Abstand von mindestens 200 µm voneinander auf. Dadurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass Lot während einer Montage des optoelektronischen Bauelements 10 zwischen den Lötkontaktflächen 220, 320 des optoelektronischen Bauelements 10 zusammenfließt und einen Kurzschluss verursacht.
Am Grund der Kavität 410 zwischen der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 liegt eine weitere Oberfläche des dielektrischen Elements 500 frei und schließt bevorzugt im Wesentlichen bündig mit der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 ab. Die am Grund der Kavität 410 freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements 500 ist zwischen der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 angeordnet.
Die erste Chipkontaktfläche 210 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und die zweite Chipkontaktfläche 310 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 weisen voneinander einen Abstand 250 auf. Bevorzugt weist die am Grund der Kavität 410 freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements 500 in Verbindungsrichtung zwischen der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 eine Kantenlänge auf, die im Wesentlichen dem Abstand 250 entspricht. Bevorzugt beträgt der Abstand 250 zwischen der ersten Chipkontaktfläche 210 und der zweiten Chipkontaktfläche 310 weniger als 200 µm. Dann können auch der erste elektrische Kontakt 110 und der zweite elektrische Kontakt 120 an der Kontaktseite 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 einen Abstand von weniger als 200 µm voneinander aufweisen. Dies ermöglicht es, den gesamten optoelektronischen Halbleiterchip 100 mit einer Kantenlänge von weniger als 200 µm auszubilden.
Das dielektrische Element 500 umfasst einen ersten Abschnitt 510, einen zweiten Abschnitt 520 und einen dritten Abschnitt 530. Der erste Abschnitt 510 des dielektrischen Elements 500 ist parallel zur Unterseite 402 des Gehäuses 400 orientiert und weist die an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 freiliegende Oberfläche 511 auf. Im Bereich des ersten Abschnitts 510 des dielektrischen Elements 500 ist der zweite Leiterrahmenabschnitt 300 in zur zweiten Lötkontaktfläche 320 senkrechte Richtung gedünnt, sodass eine der zweiten Chipkontaktfläche 310 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 gegenüberliegende Rückseite des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 im Bereich des ersten Abschnitts 510 des dielektrischen Elements 500 gegenüber der zweiten Lötkontaktfläche 320 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 zurückversetzt ist. Der erste Abschnitt 510 des dielektrischen Elements 500 erstreckt sich in diesem Bereich des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 entlang der zurückversetzten Rückseite des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300.
Der dritte Abschnitt 530 des dielektrischen Elements 500 ist parallel zur ersten Chipkontaktfläche 210 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 orientiert und weist die am Grund der Kavität 410 des Gehäuses 400 freiliegende Oberfläche des dielektrischen Elements 500 auf. Im Bereich des dritten Abschnitts 530 des dielektrischen Elements 500 ist der erste Leiterrahmenabschnitt 200 gegenüber den übrigen Abschnitten des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 gedünnt, sodass eine der ersten Lötkontaktfläche 220 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 gegenüberliegende Vorderseite des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 im Bereich des dritten Abschnitts 530 des dielektrischen Elements 500 gegenüber der ersten Chipkontaktfläche 210 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 zurückversetzt ist. Der dritte Abschnitt 530 des dielektrischen Elements 500 erstreckt sich in diesem Bereich entlang der zurückversetzten Vorderseite des ersten Leiterrahmenabschnitts 200.
Der zweite Abschnitt 520 des dielektrischen Elements 500 verbindet den ersten Abschnitt 510 mit dem dritten Abschnitt 530 des dielektrischen Elements 500. Der zweite Abschnitt 520 des dielektrischen Elements 500 ist dabei senkrecht zum ersten Abschnitt 510 und senkrecht zum dritten Abschnitt 530 orientiert. Der erste Abschnitt 510 und der dritte Abschnitt 530 des dielektrischen Elements 500 erstrecken sich ausgehend vom zweiten Abschnitt 520 des dielektrischen Elements 500 in einander entgegengesetzte Raumrichtungen. In einem zur Unterseite 402 des Gehäuses 400 senkrechten und durch den ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und den zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 verlaufenden Schnitt ist das dielektrische Element 500 damit angenähert z-förmig ausgebildet. Allerdings könnte das dielektrische Element 500 auch anders ausgebildet sein. Insbesondere könnte der dritte Abschnitt 530 des dielektrischen Elements 500 entfallen.
Die Oberflächen des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300, insbesondere die Chipkontaktflächen 210, 310, können eine hohe Reflektivität für durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 des optoelektronischen Bauelements 10 emittierte elektromagnetische Strahlung aufweisen. Beispielsweise können die Oberflächen der Leiterrahmenabschnitte 200, 300 versilbert sein. Dadurch wird durch den optoelektronischen Halbleiterchip 100 in Richtung der Unterseite 402 des Gehäuses 400 emittierte elektromagnetische Strahlung an den Oberflächen der Leiterrahmenabschnitte 200, 300 reflektiert, wodurch diese anschließend an der Oberseite 401 des Gehäuses 400 ausgekoppelt werden kann. Dadurch werden Lichtverluste innerhalb des optoelektronischen Bauelements 10 vermieden. Im Bereich des dritten Abschnitts 530 des dielektrischen Elements 500 auf das dielektrische Element 500 treffende elektromagnetische Strahlung kann das transparente dielektrische Element 500 durchdringen und wird anschließend an der zurückversetzten Vorderseite des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 reflektiert, wodurch auch diese Strahlungsanteile anschließend an der Oberseite 401 des Gehäuses 400 aus dem optoelektronischen Bauelement 10 ausgekoppelt werden können. Wegen des nur sehr geringen Abstands zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt 200 und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 300 können Lichtverluste bei dem optoelektronischen Bauelement 10 sehr gering gehalten werden.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements 10 nach einer Montage des optoelektronischen Bauelements 10 auf einer Oberseite einer Leiterplatte 600. Die Leiterplatte 600 kann auch als Platine oder als PCB bezeichnet werden. Die Leiterplatte 600 kann als Träger für weitere elektronische Bauelemente und Schaltungen dienen, die in der schematischen Darstellung der 2 nicht gezeigt sind.
An der Oberfläche der Leiterplatte 600 sind eine erste Lötkontaktfläche 610 und eine zweite Lötkontaktfläche 620 angeordnet. Die erste Lötkontaktfläche 610 und die zweite Lötkontaktfläche 620 können über nicht dargestellte Leitungen mit weiteren Schaltungsteilen verbunden sein. Die erste Lötkontaktfläche 610 und die zweite Lötkontaktfläche 620 weisen voneinander einen Abstand 630 auf. Der Abstand 630 entspricht bevorzugt etwa dem Abstand zwischen der ersten Lötkontaktfläche 220 und der zweiten Lötkontaktfläche 320 des optoelektronischen Bauelements 10 und damit auch etwa der Kantenlänge 512 der an der Unterseite 402 des Gehäuses 400 des optoelektronischen Bauelements 10 freiliegenden Oberfläche 511 des dielektrischen Elements 500. Insbesondere beträgt der Abstand 630 zwischen den Lötkontaktflächen 610, 620 bevorzugt mindestens 200 µm, um ein Zusammenfließen von Lot zwischen der ersten Lötkontaktfläche 610 und der zweiten Lötkontaktfläche 620 zuverlässig zu verhindern.
Das optoelektronische Bauelement 10 ist an der Oberseite der Leiterplatte 600 angeordnet. Die Unterseite 402 des Gehäuses 400 des optoelektronischen Bauelements 10 ist der Oberseite der Leiterplatte 600 zugewandt. Die erste Lötkontaktfläche 220 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 ist elektrisch leitend mit der ersten Lötkontaktfläche 610 der Leiterplatte 600 verbunden. Die zweite Lötkontaktfläche 320 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 300 des optoelektronischen Bauelements 10 ist elektrisch leitend mit der zweiten Lötkontaktfläche 620 der Leiterplatte 600 verbunden. Die Lötkontaktflächen 220, 320 des optoelektronischen Bauelements 10 können beispielsweise durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) oder durch ein anderes Verfahren zur Oberflächenmontage mit den Lötkontaktflächen 610, 620 der Leiterplatte 600 verbunden worden sein. Dabei wurde durch den Abstand 630 zwischen den Lötkontaktflächen 610, 620 der Leiterplatte 600 und durch die Beabstandung der ersten Lötkontaktfläche 220 und der zweiten Lötkontaktfläche 320 des optoelektronischen Bauelements 10 ein Zusammenfließen von Lot zwischen den ersten Lötkontaktflächen 220, 610 und den zweiten Lötkontaktflächen 320, 620 und ein dadurch entstehender Kurzschluss verhindert.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: optoelektronisches Bauelement
100: optoelektronischer Halbleiterchip
101: Emissionsseite
102: Kontaktseite
110: erster elektrischer Kontakt
120: zweiter elektrischer Kontakt
200: erster Leiterrahmenabschnitt
210: erste Chipkontaktfläche
220: erste Lötkontaktfläche
250: Abstand
300: zweiter Leiterrahmenabschnitt
310: zweite Chipkontaktfläche
320: zweite Lötkontaktfläche
400: Gehäuse
401: Oberseite
402: Unterseite
410: Kavität
420: Vergussmaterial
500: dielektrisches Element
510: erster Abschnitt
511: Oberfläche
512: Kantenlänge
520: zweiter Abschnitt
530: dritter Abschnitt
600: Leiterplatte
610: erste Lötkontaktfläche
620: zweite Lötkontaktfläche
630: Abstand

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (100) mit einem ersten elektrischen Kontakt (110) und einem zweiten elektrischen Kontakt (120), einem ersten Leiterrahmenabschnitt (200), der eine erste Chipkontaktfläche (210) und eine der ersten Chipkontaktfläche (210) gegenüberliegende erste Lötkontaktfläche (220) aufweist, und einem zweiten Leiterrahmenabschnitt (300), der eine zweite Chipkontaktfläche (310) und eine der zweiten Chipkontaktfläche (310) gegenüberliegende zweite Lötkontaktfläche aufweist (320), wobei der erste elektrische Kontakt (110) elektrisch leitend mit der ersten Chipkontaktfläche (210) und der zweite elektrische Kontakt (120) elektrisch leitend mit der zweiten Chipkontaktfläche (310) verbunden ist, wobei der erste Leiterrahmenabschnitt (200) und der zweite Leiterrahmenabschnitt (300) derart in ein Gehäuse (400) eingebettet sind, dass zumindest Teile der ersten Lötkontaktfläche (220) und der zweiten Lötkontaktfläche (320) an einer Unterseite (402) des Gehäuses (400) zugänglich sind, wobei zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt (200) und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (300) ein dielektrisches Element (500) angeordnet ist, wobei an der Unterseite (402) des Gehäuses (400) eine Oberfläche (511) des dielektrischen Elements (500) freiliegt.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Chipkontaktfläche (210) und die zweite Chipkontaktfläche (310) einen Abstand (250) von weniger als 200 µm aufweisen.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die an der Unterseite (402) des Gehäuses (400) freiliegende Oberfläche (511) des dielektrischen Elements (500) eine Kantenlänge (512) von mindestens 200 µm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Lötkontaktfläche (220) und die zweite Lötkontaktfläche (320) bündig mit der Unterseite (402) des Gehäuses (400) abschließen.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die an der Unterseite (402) des Gehäuses (400) freiliegende Oberfläche (511) des dielektrischen Elements (500) bündig mit der ersten Lötkontaktfläche (220) und der zweiten Lötkontaktfläche (320) abschließt.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dielektrische Element (500) optisch im Wesentlichen transparent ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dielektrische Element (500) einen parallel zur Unterseite (402) des Gehäuses (400) orientierten ersten Abschnitt (510), einen parallel zur ersten Chipkontaktfläche (210) orientierten dritten Abschnitt (530) und einen den ersten Abschnitt (510) mit dem dritten Abschnitt (530) verbindenden zweiten Abschnitt (520) aufweist, wobei der erste Abschnitt (510) die an der Unterseite (402) des Gehäuses (400) freiliegende Oberfläche (511) aufweist, wobei der dritte Abschnitt (530) zwischen der ersten Chipkontaktfläche (210) und der zweiten Chipkontaktfläche (310) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 7, wobei der zweite Abschnitt (520) senkrecht zum ersten Abschnitt (510) orientiert ist, wobei sich der erste Abschnitt (510) und der dritte Abschnitt (530) ausgehend vom zweiten Abschnitt (520) in entgegengesetzte Raumrichtungen erstrecken.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (400) an einer der Unterseite (402) gegenüberliegenden Oberseite (401) eine Kavität (410) aufweist, wobei zumindest Teile der ersten Chipkontaktfläche (210) und der zweiten Chipkontaktfläche (310) in der Kavität (410) zugänglich sind, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) in der Kavität (410) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 9, wobei in der Kavität (410) ein Vergussmaterial (420) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste elektrische Kontakt (110) und der zweite elektrische Kontakt (120) auf einer gemeinsamen Oberfläche (102) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) angeordnete sind.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 11, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) als volumenemittierender Saphir-Flipchip ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines ersten Leiterrahmenabschnitts (200) mit einer ersten Lötkontaktfläche (220) und eines zweiten Leiterrahmenabschnitts (300) mit einer zweiten Lötkontaktfläche (320); – Anordnen eines dielektrischen Elements (500) zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt (200) und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (300); – Einbetten des ersten Leiterrahmenabschnitts (200) und des zweiten Leiterrahmenabschnitts (300) in ein Gehäuse (400) derart, dass zumindest Teile der ersten Lötkontaktfläche (220) und der zweiten Lötkontaktfläche (320) an einer Unterseite (402) des Gehäuses (400) zugänglich bleiben und eine Oberfläche (511) des dielektrischen Elements (500) an der Unterseite (402) des Gehäuses (400) freiliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Anordnen eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) in einer Kavität (410) an einer der Unterseite (402) gegenüberliegenden Oberseite (401) des Gehäuses (400).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 und 14, wobei das Anordnen des dielektrischen Elements (500) zwischen dem ersten Leiterrahmenabschnitt (200) und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (300) durch ein Formverfahren erfolgt.