DE102015114661A1 - Optoelektronisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils - Google Patents
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Abstract
Optoelektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip, der Infrarotstrahlung emittiert, mit einem Reflektor, der die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips reflektiert und mit einem Filter. Der Filter ist in Form einer Beschichtung ausgeführt, und durchlässig für die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips. Sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil trifft, wird vom Filter wenigstens zu 75 % absorbiert. Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils umfasst die 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.
Description
- Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Durch dieses Verfahren lässt sich das vorteilhafte optoelektronische Bauteil herstellen.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 %.
- 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.
- 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 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil; -
2 einen Querschnitt durch ein weiteres optoelektronisches Bauteil; -
3 eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauteil; und -
4 einen weiteren Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil. -
1 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil100 . Eine Ausnehmung101 befindet sich in einem Material102 , wobei das Material102 das Gehäuse des optoelektronischen Bauteils100 bildet. Die Ausnehmung101 ist mit einer Metallschicht121 bedeckt, wodurch ein Reflektor120 entsteht. Der Reflektor120 ist mit einem Filter130 bedeckt. Auf dem Filter130 , ist ein Halbleiterchip, der Infrarotstrahlung emittiert, angeordnet. Der Filter130 ist eingerichtet, sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil100 trifft, wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Durch den Filter130 wird vermieden, dass Reflexionen des Reflektors120 im sichtbaren Wellenlängenbereich außerhalb des optoelektronischen Bauteils100 zu sehen sind. - Es kann vorgesehen sein, dass der Filter
130 in einem Teilbereich den Reflektor120 nicht bedeckt und der Halbleiterchip110 innerhalb dieses Teilbereichs, also direkt auf dem Reflektor120 , angeordnet ist. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung der Unterseite, also der dem Reflektor120 zugewandten Seite des Halbleiterchips ermöglicht. - Ebenso ist es denkbar, dass auch der Reflektor
120 eine Öffnung in einem Teilbereich aufweist und der Halbleiterchip110 in der Öffnung von Reflektor120 und Filter130 angeordnet ist. -
2 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils100 . Eine Ausnehmung101 in einem Material102 bildet wieder die Grundform des Gehäuses des optoelektronischen Bauteils100 . Die Ausnehmung101 ist mit einer Metallschicht121 bedeckt, die wiederum den Reflektor120 bildet. Auf dem Material102 ist ein Halbleiterchip110 angebracht, der Infrarotstrahlung aussendet. Ein Filter130 ist auf dem Reflektor120 und dem Halbleiterchip110 angebracht. Der Filter130 bedeckt also auch den Halbleiterchip110 . In diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zur Unterdrückung der Reflexion von sichtbarem Licht am Reflektor120 auch das sichtbare Licht absorbiert, das auf den Halbleiterchip110 trifft. -
3 zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauteil100 wobei ein Halbleiterchip110 in der Mitte eines kreisrunden Reflektors120 angebracht ist.3 entspricht also dem optoelektronischen Bauteil ohne den Filter130 , der Reflektor120 und der Halbleiterchip110 sind sichtbar. Durch Aufbringen eines Filters130 auf dem gesamten optoelektronischen Bauteil100 kann erreicht werden, dass sichtbares Licht nicht mehr am Halbleiterchip110 oder am Reflektor120 reflektiert wird, wodurch die Konturen des optoelektronischen Bauteils100 für das menschliche Auge unsichtbar werden, da sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil100 trifft, nicht vom optoelektronischen Bauteil100 reflektiert wird. - In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des Filters
130 maximal 50 µm. Durch einen 50 µm dicken Filter130 kann ein optoelektronisches Bauteil erzeugt werden, das sichtbares Licht absorbiert. - In einem Ausführungsbeispiel gehen mindestens 90 % der vom Halbleiterchip emittierten Infrarotstrahlung durch den Filter
130 hindurch. Dies ist vorteilhaft beim Ausführungsbeispiel der2 , aber auch beim Ausführungsbeispiel der1 nützlich, da die Infrarotstrahlung, die vom Halbleiterchip110 ausgeht und auf den Reflektor120 trifft, zuerst die Filterschicht130 passieren muss. - 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. - 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 Reflektors120 angebracht. - In einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor
120 mit Gold beschichtet. Eine Goldbeschichtung des Reflektors120 eignet sich gut zum Reflektieren von Infrarotstrahlung, die vom lichtemittierenden Halbleiterchip110 ausgeht. Gold reflektiert jedoch Licht hauptsächlich im roten und gelben Wellenlängenbereich, grünes und blaues wird Licht von Gold überwiegend absorbiert. Dadurch kann der Filter130 so eingerichtet werden, dass durch den Filter130 nur Licht im gelben und roten Wellenlängenbereich absorbiert wird. - In einem Ausführungsbeispiel ist ein Gesamtsystem, bestehend aus dem Filter
130 und der Goldbeschichtung des Reflektors120 eingerichtet, sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil100 trifft, wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Ausführungsform der1 , bei der der Halbleiterchip110 nicht mit dem Filter130 bedeckt ist, wodurch eine Absorption des sichtbaren Lichts im blauen und grünen Wellenlängenbereich durch den Filter130 nicht notwendig ist, da dieser Wellenlängenbereich fast nicht vom Reflektor120 reflektiert wird. - In einem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip
110 mit dem Filter130 bedeckt, wie in2 dargestellt. - In einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor
120 mit Gold beschichtet und der Filter130 eingerichtet, sichtbares Licht wenigstens zu 75 % zu absorbieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das optoelektronische Bauteil100 wie in2 gezeigt ausgeführt ist. -
4 zeigt ein optoelektronisches Bauteil100 mit weiteren Einzelheiten, die zum Betrieb des Bauteils100 vorteilhaft sind. Die Ausnehmung101 , das Material102 , der Halbleiterchip110 , der Reflektor120 und der Filter130 , der wiederum als Beschichtung ausgeführt ist, sind dabei genauso angeordnet wie in2 . Unterhalb des Halbleiterchips110 weist das Gehäusematerial102 einen ersten elektrisch leitfähigen Bereich141 auf, der an den Halbleiterchip110 angrenzt und die elektrische Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses des Halbleiterchips110 übernimmt. Im Material102 befindet sich ein zweiter elektrisch leitfähiger Bereich142 , der nicht an den Halbleiterchip110 direkt angrenzt, der aber mit einem Bonddraht140 mit der Oberseite des Halbleiterchips110 verbunden ist. Durch den zweiten elektrisch leitfähigen Bereich142 und den Bonddraht140 ist der zweite elektrische Anschluss des Halbleiterchips110 elektrisch kontaktierbar. Der Bonddraht140 kann ebenso wie der Halbleiterchip110 eine Beschichtung131 aufweisen. Die Beschichtung131 des Bonddrahtes140 entspricht dem Filter130 des restlichen Bauteils110 . Der Halbleiterchip110 wurde also zuerst in das optoelektronische Bauteil100 eingesetzt, die Beschichtung mit dem Filter130 erfolgte anschließend. - Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils
100 umfasst die Schritte: - – Platzieren eines Halbleiterchips
110 , - – elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips
110 über einen Bonddraht140 und zwei elektrisch leitfähige Bereiche141 und142 , - – Platzieren eines Reflektors
120 , - – Aufbringen eines Filters in Form einer Beschichtung.
- In einem Ausführungsbeispiel wird der Filter
130 nach dem Platzieren des Halbleiterchips110 und dem Kontaktieren des Halbleiterchips110 aufgebracht, wodurch ein Bauteil, wie in4 dargestellt ist, entsteht. - In einem Ausführungsbeispiel wird der Filter
130 vor dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips110 auf den Reflektor120 aufgebracht. Dies kann insbesondere verwendet werden, um den Reflektor mit aufgebrachter Beschichtung, die den Filter130 enthält, vorzuproduzieren und erst anschließend den Halbleiterchip110 einzusetzen. - 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.
- Bezugszeichenliste
-
- 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
Claims (13)
- Optoelektronisches Bauteil (
100 ) mit einem Halbleiterchip (110 ), wobei der Halbleiterchip (110 ) Infrarotstrahlung emittiert, mit einem Reflektor (120 ), der die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips (110 ) reflektiert und mit einem Filter (130 ), wobei der Filter (130 ) in Form einer Beschichtung ausgeführt ist, wobei der Filter (130 ) durchlässig für die Infrarotstrahlung des Halbleiterchips (110 ) ist und wobei sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil trifft, wenigstens zu 75 % absorbiert wird. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach Anspruch 1, wobei die Dicke des Filters (130 ) maximal50 µm beträgt. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens 90 % der vom Halbleiterchip (110 ) emittierten Infrarotstrahlung durch den Filter (130 ) hindurchgehen. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filter (130 ) ein Matrixmaterial mit Farbstoff aufweist. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach Anspruch 4, wobei das Matrixmaterial ein Epoxid-Harz, Silikon, Kunststoff oder Lack aufweist. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektor (120 ) mit Silber oder Aluminium beschichtet ist. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Reflektor (120 ) mit Gold beschichtet ist. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach Anspruch 7, wobei ein Gesamtsystem, bestehend aus dem Filter (130 ) und der Goldbeschichtung des Reflektors (120 ) sichtbares Licht, das auf das optoelektronische Bauteil (100 ) trifft, wenigstens zu 75 % absorbiert. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (110 ) mit dem Filter (130 ) bedeckt ist. - Optoelektronisches Bauteil (
100 ) nach Anspruch 9, wobei der Reflektor (120 ) mit Gold beschichtet ist und wobei der Filter (130 ) sichtbares Licht wenigstens zu 75 % absorbiert. - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils (
100 ), das folgende Schritte umfasst: • Platzieren eines optoelektronischen Halbleiterchips (110 ) auf einem Träger, • elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips (110 ), • Platzieren eines Reflektors (120 ) auf dem Träger, • Aufbringen eines Filters (130 ), indem eine Beschichtung aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Filter (
130 ) nach dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips (110 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Filter (
130 ) vor dem Platzieren und Kontaktieren des Halbleiterchips (110 ) aufgebracht wird.
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