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Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.
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Infrarotstrahlung emittierende Bauteile, wie sie beispielsweise in Smartphones oder Tablet-PCs verbaut werden, sind durch den im Bauteil verbauten Reflektor sichtbar, wenn das Bauteil unter einer Glasplatte, also beispielsweise dem Coverglas des Gerätes, angebracht ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauteil bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Herstellungsverfahren für solch ein Bauteil anzugeben. Die gestellte Aufgabe wird mit dem optoelektronischen Bauteil und dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Ein optoelektronisches Bauteil weist einen Halbleiterchip auf, wobei der Halbleiterchip Infrarotstrahlung emittiert. Darüber hinaus weist das optoelektronische Bauteil einen Reflektor auf, der die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips reflektiert. Weiterhin ist ein Filter vorgesehen, der in Form einer Beschichtung ausgeführt ist. Der Filter ist durchlässig für die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips. Sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil trifft, wird wenigstens zu 75 % absorbiert. Bevorzugt wird sichtbares Licht zu 85 %, insbesondere bevorzugt zu 95 % vom Bauteil absorbiert, wenn das Licht auf das Bauteil trifft. Durch den Filter, der in Form einer Beschichtung ausgeführt wird, wird ein optoelektronisches Infrarotbauteil möglich, das einfach herzustellen ist, und das den Anforderungen genügt, dass das Bauteil z.B. in einem Smartphone oder in einem Tablet-PC möglichst unsichtbar ist. Je mehr des sichtbaren Lichtes, das auf das Bauteil trifft, absorbiert wird, umso besser wird die Aufgabe gelöst.
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In einer Ausführungsform ist die Dicke der Beschichtung, die den Filter bildet, maximal 50 µm. Solche dünnen Beschichtungen können einfach, beispielsweise durch einen Sprühbeschichtungsprozess, hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform gehen mindestens 90 % der vom Halbleiterchip emittierten Infrarotstrahlung durch den Filter hindurch. Durch die hohe Transmission der Infrarotstrahlung durch den Filter kann erreicht werden, dass der größte Teil des Infrarotlichtes das Bauteil verlässt und dadurch außerhalb des Bauteils zur Verfügung steht.
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In einer Ausführungsform weist der Filter ein Matrixmaterial mit einem Farbstoff auf. Dabei ist es auch möglich, mehrere Farbstoffe zu mischen und in ein Matrixmaterial einzubringen.
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In einer Ausführungsform besteht das Matrixmaterial aus Epoxid-Harz, Silikon, Kunststoff oder Lack. In diese genannten Stoffe ist es einfach, Farbstoffe einzubringen, die die Absorption des sichtbaren Lichts übernehmen.
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In einer Ausführungsform ist der Reflektor mit Silber oder Aluminium beschichtet. Silber oder Aluminium sind gute Reflektormaterialien, die Infrarotstrahlung gut reflektieren. Andererseits reflektieren Silber und Aluminium aber auch sichtbares Licht gut. Durch die Reflektion des sichtbaren Lichts an einer Silber- oder einer Aluminiumschicht ist der Reflektor des Bauteils sichtbar. Um das zu vermeiden, ist die zusätzliche Filterbeschichtung vorgesehen. Silber und Aluminium reflektieren dabei den Spektralbereich des sichtbaren Lichts. Deshalb sollte der Filter den Spektralbereich des sichtbaren Lichtes absorbieren.
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In einer Ausführungsform ist der Reflektor mit Gold beschichtet. Gold eignet sich für die Beschichtung des Reflektors, da es gute Reflexionseigenschaften im infraroten Spektralbereich aufweist. Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge unter 1 µm wird von Gold besser reflektiert als von Silber oder Aluminium.
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In einer Ausführungsform ist der Reflektor mit Gold beschichtet, und der Filter absorbiert nur die Spektralbereiche, die vom Gold reflektiert werden. Grünes und blaues Licht wird von der Goldschicht selbst stark absorbiert. Deshalb muss nicht vorgesehen werden, dass der Filter das grüne oder das blaue Licht vollständig absorbiert. Der Spektralbereich des sichtbaren Lichts, der durch den Filter absorbiert wird, kann dann so gewählt werden, dass nur rotes und gelbes Licht vom Filter nahezu vollständig absorbiert wird. Dabei ist ein Gesamtsystem, bestehend aus dem Filter und der Goldbeschichtung des Reflektor so eingerichtet, dass sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil trifft, wenigstens zu 75 %, bevorzugt zu 85 % und insbesondere bevorzugt zu 95 % absorbiert wird.
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In einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip mit dem Filter bedeckt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Halbleiterchip zuerst in das Bauteil mit dem Reflektor eingesetzt wird, und die Beschichtung bestehend aus dem Matrixelement und dem Farbstoff anschließend auf das Bauteil aufgebracht wird. Durch das Anbringen des Filters auf dem Halbleiterchip kann zusätzlich zur Reflexion des sichtbaren Lichts am Reflektor auch das sichtbare Licht am Halbleiterchip großteils vom Filter absorbiert werden.
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In einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip nicht mit dem Filter bedeckt, sondern nur der Reflektor. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Absorption des Gesamtsystems aus Reflektor und Filter so zu wählen, dass sichtbares Licht zu 75 %, bevorzugt zu 85 % und insbesondere bevorzugt zu 95 % absorbiert wird. Wenn der Reflektor eine Goldbeschichtung aufweist, ist es in diesem Fall einfach möglich, nur einen schmaleren Spektralbereich des sichtbaren Lichts, insbesondere für rotes und gelbes Licht, für den Filter vorzusehen. Dadurch kann ein sehr kostengünstiges Bauteil erzeugt werden.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils umfasst folgende Schritte:
- – Platzieren eines optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger,
- – elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips,
- – Platzieren eines Reflektors auf dem Träger, und
- – Aufbringen eines Filters, indem eine Beschichtung aufgebracht wird.
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Durch dieses Verfahren lässt sich das vorteilhafte optoelektronische Bauteil herstellen.
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In einer Ausführungsform wird der Filter nach dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips aufgebracht. Dabei bedeckt der Filter den Halbleiterchip. Sichtbares Licht, dass auf den Halbleiterchip trifft, wird ebenfalls absorbiert, wodurch keine Reflexion des sichtbaren Lichts am Halbleiterchip stattfindet. Dadurch sind die Konturen des Halbleiterchips nicht sichtbar.
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In einer Ausführungsform wird der Filter vor dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips aufgebracht. Dadurch bedeckt der Filter den Halbleiterchip nicht, der Reflektor und Träger mit aufgebrachtem Filter können aber vorproduziert werden. Dadurch können Kosteneinsparungen realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial mit dem Farbstoff eingerichtet, die metallische Oberfläche des Reflektors, insbesondere die Aluminium- oder Silberoberfläche des Reflektors, zu passivieren. Das bedeutet, dass die metallische Oberfläche des Reflektors vollständig vom Matrixmaterial bedeckt ist, so dass eine Korrosion der Aluminium- oder Silberoberfläche erschwert wird. Das Matrixmaterial mit Farbstoff kann dadurch als Korrosionsschutz der metallischen Reflektorschicht verwendet werden.
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In einer Ausführungsform beträgt die Wellenlänge des lichtemittierenden, beziehungsweise infrarotstrahlungsemittierenden Halbleiterchips 810 nm. Der Filter absorbiert das sichtbare Licht in einem Spektralbereich zwischen 400 und 780 nm zu 75 %, bevorzugt zu 85 % und insbesondere bevorzugt zu 95 %.
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In einer Ausführungsform ist die Wellenlänge des Halbleiterchips deutlich größer als 800 nm, beispielsweise 950 nm. In diesem Fall kann der Filter eingerichtet werden, sichtbares Licht in einem Spektralbereich zwischen 400 und 800 nm zu 75 %, bevorzugt zu 85 % und insbesondere bevorzugt zu 95 % zu absorbieren.
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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 im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
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1 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil;
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2 einen Querschnitt durch ein weiteres optoelektronisches Bauteil;
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3 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauteil; und
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4 einen weiteren Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil 100. Eine Ausnehmung 101 befindet sich in einem Material 102, wobei das Material 102 das Gehäuse des optoelektronischen Bauteils 100 bildet. Die Ausnehmung 101 ist mit einer Metallschicht 121 bedeckt, wodurch ein Reflektor 120 entsteht. Der Reflektor 120 ist mit einem Filter 130 bedeckt. Auf dem Filter 130, ist ein Halbleiterchip, der Infrarotstrahlung emittiert, angeordnet. Der Filter 130 ist eingerichtet, sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil 100 trifft, wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Durch den Filter 130 wird vermieden, dass Reflexionen des Reflektors 120 im sichtbaren Wellenlängenbereich außerhalb des optoelektronischen Bauteils 100 zu sehen sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Filter 130 in einem Teilbereich den Reflektor 120 nicht bedeckt und der Halbleiterchip 110 innerhalb dieses Teilbereichs, also direkt auf dem Reflektor 120, angeordnet ist. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung der Unterseite, also der dem Reflektor 120 zugewandten Seite des Halbleiterchips ermöglicht.
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Ebenso ist es denkbar, dass auch der Reflektor 120 eine Öffnung in einem Teilbereich aufweist und der Halbleiterchip 110 in der Öffnung von Reflektor 120 und Filter 130 angeordnet ist.
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2 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils 100. Eine Ausnehmung 101 in einem Material 102 bildet wieder die Grundform des Gehäuses des optoelektronischen Bauteils 100. Die Ausnehmung 101 ist mit einer Metallschicht 121 bedeckt, die wiederum den Reflektor 120 bildet. Auf dem Material 102 ist ein Halbleiterchip 110 angebracht, der Infrarotstrahlung aussendet. Ein Filter 130 ist auf dem Reflektor 120 und dem Halbleiterchip 110 angebracht. Der Filter 130 bedeckt also auch den Halbleiterchip 110. In diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zur Unterdrückung der Reflexion von sichtbarem Licht am Reflektor 120 auch das sichtbare Licht absorbiert, das auf den Halbleiterchip 110 trifft.
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3 zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauteil 100 wobei ein Halbleiterchip 110 in der Mitte eines kreisrunden Reflektors 120 angebracht ist. 3 entspricht also dem optoelektronischen Bauteil ohne den Filter 130, der Reflektor 120 und der Halbleiterchip 110 sind sichtbar. Durch Aufbringen eines Filters 130 auf dem gesamten optoelektronischen Bauteil 100 kann erreicht werden, dass sichtbares Licht nicht mehr am Halbleiterchip 110 oder am Reflektor 120 reflektiert wird, wodurch die Konturen des optoelektronischen Bauteils 100 für das menschliche Auge unsichtbar werden, da sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil 100 trifft, nicht vom optoelektronischen Bauteil 100 reflektiert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des Filters 130 maximal 50 µm. Durch einen 50 µm dicken Filter 130 kann ein optoelektronisches Bauteil erzeugt werden, das sichtbares Licht absorbiert.
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In einem Ausführungsbeispiel gehen mindestens 90 % der vom Halbleiterchip emittierten Infrarotstrahlung durch den Filter 130 hindurch. Dies ist vorteilhaft beim Ausführungsbeispiel der 2, aber auch beim Ausführungsbeispiel der 1 nützlich, da die Infrarotstrahlung, die vom Halbleiterchip 110 ausgeht und auf den Reflektor 120 trifft, zuerst die Filterschicht 130 passieren muss.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Filter ein Matrixmaterial mit Farbstoff auf. Das Matrixmaterial sorgt dabei für die Struktur der Filterschicht, während der Farbstoff die Absorption des sichtbaren Lichts übernimmt. In einem Ausführungsbeispiel ist das Matrixmaterial ein Epoxid-Harz, Silikon, Kunststoff oder Lack. In einem Ausführungsbeispiel ist das Matrixmaterial ein Material, das die Korrosion der Reflektoroberfläche des Reflektors 120 verringert.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor mit Silber oder Aluminium beschichtet. Silber und Aluminium eignen sich gut als Reflektoren für Infrarotstrahlung, reflektieren jedoch aber auch den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich. Der Filter 130 ist auf der Silber- oder Aluminiumbeschichtung des Reflektors 120 angebracht.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 120 mit Gold beschichtet. Eine Goldbeschichtung des Reflektors 120 eignet sich gut zum Reflektieren von Infrarotstrahlung, die vom lichtemittierenden Halbleiterchip 110 ausgeht. Gold reflektiert jedoch Licht hauptsächlich im roten und gelben Wellenlängenbereich, grünes und blaues wird Licht von Gold überwiegend absorbiert. Dadurch kann der Filter 130 so eingerichtet werden, dass durch den Filter 130 nur Licht im gelben und roten Wellenlängenbereich absorbiert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein Gesamtsystem, bestehend aus dem Filter 130 und der Goldbeschichtung des Reflektors 120 eingerichtet, sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil 100 trifft, wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Ausführungsform der 1, bei der der Halbleiterchip 110 nicht mit dem Filter 130 bedeckt ist, wodurch eine Absorption des sichtbaren Lichts im blauen und grünen Wellenlängenbereich durch den Filter 130 nicht notwendig ist, da dieser Wellenlängenbereich fast nicht vom Reflektor 120 reflektiert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip 110 mit dem Filter 130 bedeckt, wie in 2 dargestellt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 120 mit Gold beschichtet und der Filter 130 eingerichtet, sichtbares Licht wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das optoelektronische Bauteil 100 wie in 2 gezeigt ausgeführt ist.
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4 zeigt ein optoelektronisches Bauteil 100 mit weiteren Einzelheiten, die zum Betrieb des Bauteils 100 vorteilhaft sind. Die Ausnehmung 101, das Material 102, der Halbleiterchip 110, der Reflektor 120 und der Filter 130, der wiederum als Beschichtung ausgeführt ist, sind dabei genauso angeordnet wie in 2. Unterhalb des Halbleiterchips 110 weist das Gehäusematerial 102 einen ersten elektrisch leitfähigen Bereich 141 auf, der an den Halbleiterchip 110 angrenzt und die elektrische Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses des Halbleiterchips 110 übernimmt. Im Material 102 befindet sich ein zweiter elektrisch leitfähiger Bereich 142, der nicht an den Halbleiterchip 110 direkt angrenzt, der aber mit einem Bonddraht 140 mit der Oberseite des Halbleiterchips 110 verbunden ist. Durch den zweiten elektrisch leitfähigen Bereich 142 und den Bonddraht 140 ist der zweite elektrische Anschluss des Halbleiterchips 110 elektrisch kontaktierbar. Der Bonddraht 140 kann ebenso wie der Halbleiterchip 110 eine Beschichtung 131 aufweisen. Die Beschichtung 131 des Bonddrahtes 140 entspricht dem Filter 130 des restlichen Bauteils 110. Der Halbleiterchip 110 wurde also zuerst in das optoelektronische Bauteil 100 eingesetzt, die Beschichtung mit dem Filter 130 erfolgte anschließend.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils 100 umfasst die Schritte:
- – Platzieren eines Halbleiterchips 110,
- – elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips 110 über einen Bonddraht 140 und zwei elektrisch leitfähige Bereiche 141 und 142,
- – Platzieren eines Reflektors 120,
- – Aufbringen eines Filters in Form einer Beschichtung.
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In einem Ausführungsbeispiel wird der Filter 130 nach dem Platzieren des Halbleiterchips 110 und dem Kontaktieren des Halbleiterchips 110 aufgebracht, wodurch ein Bauteil, wie in 4 dargestellt ist, entsteht.
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In einem Ausführungsbeispiel wird der Filter 130 vor dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips 110 auf den Reflektor 120 aufgebracht. Dies kann insbesondere verwendet werden, um den Reflektor mit aufgebrachter Beschichtung, die den Filter 130 enthält, vorzuproduzieren und erst anschließend den Halbleiterchip 110 einzusetzen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, 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
- Optoelektronsiches Bauteil
- 101
- Ausnehmung
- 102
- Material
- 110
- Halbleiterchip
- 120
- Reflektor
- 121
- Metallschicht
- 130
- Filter
- 131
- Beschichtung
- 140
- Bonddraht
- 141
- Erster leitfähiger Bereich
- 142
- Zweiter leitfähiger Bereich
