DE102016103328A1

DE102016103328A1 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102016103328A1
Application number: DE102016103328.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schreder; Christine Rafael
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips, die jeweils eine Strahlungsemissionsseite und eine Kontaktseite aufweisen, wobei an der Kontaktseite jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktflächen angeordnet sind, zum Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips in einen ersten Formkörper, wobei die Strahlungsemissionsseiten und die Kontaktseiten zumindest teilweise unbedeckt durch den ersten Formkörper bleiben, und zum Anordnen einer Verschaltungsstruktur an einer Rückseite des ersten Formkörpers, wobei die Verschaltungsstruktur Leiterbahnen umfasst, die elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen der optoelektronischen Halbleiterchips verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements sowie ein optoelektronisches Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente mit lichtemittierenden optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise Leuchtdiodenchips, sind in zahlreichen Varianten bekannt. Zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente, die mehrere optoelektronische Halbleiterchips aufweisen, ist es bekannt, die optoelektronischen Halbleiterchips auf Platinen oder auf flexiblen Folienträgern anzuordnen. Elektronische Ansteuer- und Regelbauteile werden dabei separat angebracht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips, die jeweils eine Strahlungsemissionsseite und eine Kontaktseite aufweisen, wobei an der Kontaktseite jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktflächen angeordnet sind, zum Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips in einen ersten Formkörper, wobei die Strahlungsemissionsseiten und die Kontaktseiten zumindest teilweise unbedeckt durch den ersten Formkörper bleiben, und zum Anordnen einer Verschaltungsstruktur an einer Rückseite des ersten Formkörpers, wobei die Verschaltungsstruktur Leiterbahnen umfasst, die elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen der optoelektronischen Halbleiterchips verbunden werden.
Vorteilhafterweise erlaubt dieses Verfahren die Verwendung optoelektronischer Halbleiterchips, bei denen beide elektrischen Kontaktflächen an einer einer Strahlungsemissionsseite gegenüberliegenden Kontaktseite angeordnet sind. Durch die Einbettung der optoelektronischen Halbleiterchips in den ersten Formkörper wird bei diesem Verfahren ein Gehäusekörper mit sehr kompakten äußeren Abmessungen gebildet. Insbesondere kann der Gehäusekörper eine Dicke aufweisen, die vergleichbar der Dicke der optoelektronischen Halbleiterchips ist. Das Anordnen der Verschaltungsstruktur an der Rückseite des ersten Formkörpers ermöglicht es, zur Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterchips des durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelements erforderliche Leiterbahnen in das optoelektronische Bauelement zu integrieren, wodurch das optoelektronische Bauelement besonders einfach und kostengünstig einsetzbar ist. Insbesondere muss das durch das Verfahren erhältliche optoelektronische Bauelement nicht auf einer Leiterplatte montiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Formkörper durch ein Formverfahren ausgebildet. Beispielsweise kann der erste Formkörper durch Spritzpressen (Transfer Molding) oder durch Formpressen (Compression Molding) ausgebildet werden. Vorteilhafterweise ist das Verfahren dadurch einfach und kostengünstig durchführbar. Die Herstellung des ersten Formkörpers durch ein Formverfahren ermöglicht es, die optoelektronischen Halbleiterchips bereits während der Ausbildung des ersten Formkörpers in den ersten Formkörper einzubetten, indem die optoelektronischen Halbleiterchips durch das Material des ersten Formkörpers umformt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Leiterbahnen der Verschaltungsstruktur galvanisch aufgebracht. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung der Leiterbahnen der Verschaltungsstruktur.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Verschaltungsstruktur mit mehreren durch eine oder mehrere Isolierschichten zumindest teilweise getrennten Metallisierungsebenen ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht die Verschaltungsstruktur dadurch eine komplexe Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterchips des durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelements. Durch das Ausbilden mehrerer Metallisierungsebenen werden insbesondere auch Kreuzungen von Leiterbahnen ermöglicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Anordnen mindestens eines elektrischen Bauelements an der Verschaltungsstruktur. Das elektrische Bauelement kann bei dem durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelement beispielsweise zur Ansteuerung der optoelektronischen Halbleiterchips und/oder für Regelungsaufgaben dienen. Bei dem elektrischen Bauelement kann es sich beispielsweise um einen Transistor, einen Kondensator oder einen Widerstand handeln. Es können auch mehrere elektrische Bauelemente an der Verschaltungsstruktur angeordnet werden. Vorteilhafterweise werden zum Betreiben des durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelements erforderliche elektrische Bauelemente dadurch in das optoelektronische Bauelement integriert, wodurch das durch das Verfahren erhältliche optoelektronische Bauelement besonders einfach und kostengünstig verwendbar ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Ausbilden eines an die Verschaltungsstruktur angrenzenden zweiten Formkörpers, wobei das elektrische Bauelement zumindest teilweise in den zweiten Formkörper eingebettet wird. Vorteilhafterweise wird das elektrische Bauelement durch die Einbettung in den zweiten Formkörper fixiert und vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen geschützt. Dadurch wird das durch das Verfahren erhältliche optoelektronische Bauelement besonders kompakt und robust ausgebildet. Das Ausbilden des zweiten Formkörpers kann beispielsweise durch ein Formverfahren erfolgen, insbesondere beispielsweise durch Spritzpressen oder durch Formpressen. Dabei kann das elektrische Bauelement bereits während des Ausbildens des zweiten Formkörpers in den zweiten Formkörper eingebettet werden, indem das elektrische Bauelement durch das Material des zweiten Formkörpers umformt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Anordnen eines Kühlkörpers an dem zweiten Formkörper. Der Kühlkörper kann bei dem durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelement dazu dienen, im Betrieb des optoelektronischen Bauelements anfallende Abwärme von dem optoelektronischen Bauelement abzuleiten. Durch das Anordnen des Kühlkörpers an dem zweiten Formkörper kann es ermöglicht werden, das durch das Verfahren erhältliche optoelektronische Bauelement ohne weiteren externen Kühlkörper zu betreiben.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips, die jeweils eine Strahlungsemissionsseite und eine Kontaktseite aufweisen. Dabei sind an der Kontaktseite jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktflächen angeordnet. Die optoelektronischen Halbleiterchips sind in einen ersten Formkörper eingebettet, wobei die Strahlungsemissionsseiten und die Kontaktseiten zumindest teilweise nicht durch das Material des ersten Formkörpers bedeckt sind. An einer Rückseite des ersten Formkörpers ist eine Verschaltungsstruktur angeordnet, die Leiterbahnen umfasst, die elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen der optoelektronischen Halbleiterchips verbunden sind.
Vorteilhafterweise bildet der erste Formkörper dieses optoelektronischen Bauelements einen Gehäusekörper mit kompakten äußeren Abmessungen. Insbesondere kann der Gehäusekörper dieses optoelektronischen Bauelements eine Dicke aufweisen, die im selben Größenbereich wie die Dicke der optoelektronischen Halbleiterchips liegt. Die in den ersten Formkörper eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips dieses optoelektronischen Bauelements sind durch den ersten Formkörper vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen geschützt. Die an der Rückseite des ersten Formkörpers angeordnete Verschaltungsstruktur kann eine Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterchips ermöglichen, durch die das optoelektronische Bauelement einfach und kostengünstig verwendbar ist. Insbesondere kann ein Einsatz des optoelektronischen Bauelements ohne aufwändige externe Verschaltungsstruktur möglich sein.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die Verschaltungsstruktur mehrere durch eine oder mehrere Isolationsschichten zumindest teilweise getrennte Metallisierungsebenen. Vorteilhafterweise kann die Verschaltungsstruktur dadurch eine komplexe Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterchips dieses optoelektronischen Bauelements ermöglichen. Insbesondere kann die mehrere getrennte Metallisierungsebenen aufweisende Verschaltungsstruktur eine Kreuzung von Leiterbahnen der Verschaltungsstruktur ermöglichen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements grenzt an die Verschaltungsstruktur ein zweiter Formkörper an. Dabei ist mindestens ein elektrisches Bauelement in den zweiten Formkörper eingebettet. Vorteilhafterweise kann dieses elektrische Bauelement zur Ansteuerung der optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements dienen. Das elektrische Bauelement kann beispielsweise als Widerstand, als Transistor oder als Kondensator ausgebildet sein. Es können auch mehrere elektrische Bauelemente in den zweiten Formkörper eingebettet sein. Vorteilhafterweise können dadurch zum Betrieb des optoelektronischen Bauelements erforderliche Komponenten in das optoelektronische Bauelement integriert sein, wodurch das optoelektronische Bauelement besonders einfach und kostengünstig einsetzbar ist. Durch die Einbettung des mindestens einen elektrischen Bauelements in den zweiten Formkörper ist dieses vorteilhafterweise vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen geschützt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements grenzt an den zweiten Formkörper ein Kühlkörper an. Der Kühlkörper kann dazu vorgesehen sein, im Betrieb des optoelektronischen Bauelements in dem optoelektronischen Bauelement anfallende Abwärme abzuführen. Vorteilhafterweise wird das optoelektronische Bauelement dadurch vor einer Überhitzung geschützt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet die Verschaltungsstruktur eine Kreuzmatrix-Verschaltung. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, eine große Anzahl in das optoelektronische Bauelemente integrierter optoelektronischer Halbleiterchips zumindest teilweise gleichzeitig und unabhängig voneinander anzusteuern, ohne das optoelektronische Bauelement mit einer der Anzahl der optoelektronischen Halbleiterchips entsprechenden Anzahl externer elektrischer Kontakte ausbilden zu müssen. Dadurch kann das optoelektronische Bauelement kompakte äußere Abmessungen aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist dieses ein Videowandmodul. Das optoelektronische Bauelement kann dann zum Aufbau von Videowänden dienen, die aus einer Mehrzahl solcher optoelektronischer Bauelemente zusammengesetzt werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist dieses eine Dicke von weniger als 500 µm auf, bevorzugt eine Dicke von weniger als 250 µm. Vorteilhafterweise ist das optoelektronische Bauelement dadurch sehr dünn ausgebildet. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement dadurch so dünn ausgebildet sein, dass es eine flexible Anordnung auf einer zumindest leicht gebogenen Oberfläche ermöglicht.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das optoelektronische Bauelement elastisch verformbar. Vorteilhafterweise kann das optoelektronische Bauelement dadurch flexibel auf einer gebogenen Oberfläche angeordnet werden.
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 gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Aufsicht auf eine Vorderseite des optoelektronischen Bauelements der ersten Ausführungsform;
3 eine Aufsicht auf eine Rückseite des optoelektronischen Bauelements der ersten Ausführungsform;
4 eine geschnittene Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine Aufsicht auf eine Oberseite des optoelektronischen Bauelements der zweiten Ausführungsform; und
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Kreuzmatrix-Verschaltung.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils eines optoelektronischen Bauelements 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine Vorderseite des optoelektronischen Bauelements 10. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des optoelektronischen Bauelements 10.
Das optoelektronische Bauelement 10 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, zu emittieren. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise zur Beleuchtung vorgesehen sein. Das optoelektronische Bauelement 10 kann auch ein Videowand-Modul zum Aufbau einer Videowand sein.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist einen Gehäusekörper 100 mit einer Vorderseite 101 und einer der Vorderseite 101 gegenüberliegenden Rückseite 102 auf. Die Vorderseite 101 des Gehäusekörpers 100 ist in 2 sichtbar. Die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 ist in 3 sichtbar. Die Vorderseite 101 und die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 weisen in dem in 1 bis 3 gezeigten Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 jeweils eine quadratische Form auf. Es ist jedoch auch möglich, die Vorderseite 101 und die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 mit einer nichtquadratischen Rechteckform oder mit einer anderen Form auszubilden.
Der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 10 umfasst einen ersten Formkörper 110. Der erste Formkörper 110 weist ein Formmaterial (Mold-Material) auf, beispielsweise einen Kunststoff, insbesondere beispielsweise ein Epoxid. Der erste Formkörper 110 kann durch ein Formverfahren (Mold-Verfahren) ausgebildet worden sein, beispielsweise durch Spritzpressen (Transfer Molding) oder durch Formpressen (Compression Molding).
Der erste Formkörper 110 kann einen eingebetteten Füllstoff 113 aufweisen. Der Füllstoff 113 kann beispielsweise SiO₂ aufweisen. Der Füllstoff 113 kann beispielsweise in Form von Partikeln in das Material des ersten Formkörpers 110 eingebettet sein. Der Füllstoff 113 kann aber auch entfallen.
In den ersten Formkörper 110 sind mehrere optoelektronische Halbleiterchips 200 eingebettet. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 können beispielsweise Leuchtdiodenchips (LED-Chips) sein. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 weisen jeweils eine Strahlungsemissionsseite 201 auf und sind dazu ausgebildet, an ihren Strahlungsemissionsseiten 201 elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, zu emittieren.
Jeder optoelektronische Halbleiterchip 200 weist eine seiner Strahlungsemissionsseite 201 gegenüberliegende Kontaktseite 202 auf. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 können beispielsweise als Flip-Chips ausgebildet sein. An der Kontaktseite 202 sind jeweils mindestens eine erste elektrische Kontaktfläche 210 und eine zweite elektrische Kontaktfläche 220 angeordnet. Die erste elektrische Kontaktfläche 210 kann dabei beispielsweise ein Anodenkontakt des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips 200 sein, während die zweite elektrische Kontaktfläche 220 jeweils ein Kathodenkontakt des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips 200 ist. Es kann aber auch die erste elektrische Kontaktfläche 210 ein Kathodenkontakt und die zweite elektrische Kontaktfläche 220 ein Anodenkontakt des optoelektronischen Halbleiterchips 200 sein. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 können jeweils auch mehrere an der Kontaktseite 202 angeordnete Anodenkontakte und/oder mehrere an der Kontaktseite 202 angeordnete Kathodenkontakte aufweisen. In jedem Fall sind sowohl die Anodenkontakte als auch die Kathodenkontakte der optoelektronischen Halbleiterchips 200 an den Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 angeordnet.
Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 sind derart in den ersten Formkörper 110 eingebettet, dass die Strahlungsemissionsseiten 201 und die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 zumindest teilweise nicht durch das Material des ersten Formkörpers 110 bedeckt sind. Stattdessen liegen die Strahlungsemissionsseiten 201 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 zumindest teilweise an einer Vorderseite 111 des ersten Formkörpers 110 frei. Die Strahlungsemissionsseiten 201 und die Vorderseite 111 des ersten Formkörpers 110 bilden gemeinsam die Vorderseite 101 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 10. Die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 sind an einer der Vorderseite 111 des ersten Formkörpers 110 gegenüberliegenden Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 zumindest teilweise unbedeckt durch das Material des ersten Formkörpers 110.
Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 können bereits während der Herstellung des ersten Formkörpers 110 in den ersten Formkörper 110 eingebettet worden sein, indem die optoelektronischen Halbleiterchips 200 bei der Ausbildung des ersten Formkörpers 110 zumindest teilweise durch das Material des ersten Formkörpers 110 umformt wurden. Dabei können die Strahlungsemissionsseiten 201 und/oder die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 unbedeckt durch das Material des ersten Formkörpers 110 geblieben sein, beispielsweise indem die Strahlungsemissionsseiten 201 und/oder die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 während des Ausbildens des ersten Formkörpers 110 abgedeckt wurden. Es ist aber auch möglich, dass die Strahlungsemissionsseiten 201 und/oder die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 während des Einbettens der optoelektronischen Halbleiterchips 200 in den ersten Formkörper 110 zunächst durch das Material des ersten Formkörpers 110 bedeckt und anschließend durch teilweises Entfernen des Materials des ersten Formkörpers 110 zumindest teilweise freigelegt wurden. Das Entfernen des Materials des ersten Formkörpers 110 kann beispielsweise durch einen Schleifprozess erfolgt sein.
Der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 10 umfasst eine an der Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 angeordnete Verschaltungsstruktur 120. Die Verschaltungsstruktur 120 weist eine Metallisierungsebene 130 auf, die in dem in 1 bis 3 dargestellten Beispiel des ersten optoelektronischen Bauelements 10 eine erste Leiterbahn 131 und eine zweite Leiterbahn 132 umfasst. Die erste Leiterbahn 131 und die zweite Leiterbahn 132 sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die Leiterbahnen 131, 132 sind elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen 210, 220 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 verbunden. Dabei ist die erste Leiterbahn 131 elektrisch leitend mit den ersten elektrischen Kontaktflächen 210 aller optoelektronischen Halbleiterchips 200 verbunden. Die zweite Leiterbahn 132 ist elektrisch leitend mit den zweiten elektrischen Kontaktflächen 220 aller optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 10 verbunden.
In der Metallisierungsebene 130 der Verschaltungsstruktur 120 des optoelektronischen Bauelements 10 sind außerdem eine erste externe Kontaktfläche 133 und eine zweite externe Kontaktfläche 134 ausgebildet. Die erste externe Kontaktfläche 133 ist elektrisch leitend mit der ersten Leiterbahn 131 und dadurch elektrisch leitend mit den ersten elektrischen Kontaktflächen 210 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 verbunden. Die zweite externe Kontaktfläche 134 ist elektrisch leitend mit der zweiten Leiterbahn 132 und über die zweite Leiterbahn 132 auch mit den zweiten elektrischen Kontaktflächen 220 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 verbunden.
Die erste externe Kontaktfläche 133 und die zweite externe Kontaktfläche 134 liegen an der Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 10 frei und ermöglichen eine elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 10. Über die erste externe Kontaktfläche 133 und die zweite externe Kontaktfläche 134 des optoelektronischen Bauelements 10 können die optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 10 mit elektrischer Spannung und mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Dabei sind alle optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 10 einander parallel geschaltet.
Die Metallisierungsebene 130 der Verschaltungsstruktur 120 und die in der Metallisierungsebene 130 ausgebildeten Leiterbahnen 131, 132 und externen Kontaktflächen 133, 134 können beispielsweise galvanisch auf die Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 aufgebracht worden sein. In jedem Fall wird die Metallisierungsebene 130 der Verschaltungsstruktur 120 nach dem Ausbilden des ersten Formkörpers 110 und dem Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips 200 in den ersten Formkörper 110 auf die Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 und die Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 aufgebracht. Dabei wird eine Vorderseite 121 der durch die Metallisierungsebene 130 gebildeten Verschaltungsstruktur 120 der Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 und den Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandt. Eine der Vorderseite 121 gegenüberliegende Rückseite 122 der Verschaltungsstruktur 120 bildet gemeinsam mit den nicht durch die Verschaltungsstruktur 120 bedeckten Abschnitten der Rückseite 112 des ersten Formkörpers 110 und den nicht durch die Verschaltungsstruktur 120 bedeckten Abschnitten der Kontaktseiten 202 der optoelektronischen Halbleiterchips 200 die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100.
In dem in 1 bis 3 gezeigten Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 der ersten Ausführungsform umfasst dieses 25 in einer 5×5-Matrix angeordnete optoelektronische Halbleiterchips 200. Das optoelektronische Bauelement 10 kann jedoch auch eine andere Anzahl von optoelektronischen Halbleiterchips 200 aufweisen. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 können auch in einer anderen Anordnung angeordnet werden, beispielsweise in einer rechteckigen Matrixanordnung oder in einer linearen Zeilen- oder Spaltenanordnung. Auch eine Anordnung in einem komplizierteren Muster oder eine unregelmäßige Anordnung der einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 200 ist möglich.
Der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 10 weist eine zwischen seiner Vorderseite 101 und seiner Rückseite 102 in Richtung senkrecht zur Vorderseite 101 und zur Rückseite 102 bemessene Dicke 103 auf. Die Dicke 103 kann weniger als 500 µm betragen, in einigen Ausführungsformen auch weniger als 250 µm. Es ist sogar möglich, dass die Dicke 103 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 10 weniger als 180 µm beträgt.
Durch die geringe Dicke 103 kann der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 10 in Grenzen flexibel und elastisch verformbar ausgebildet sein. Dies kann es ermöglichen, das optoelektronische Bauelement 10 an einer gebogenen Oberfläche anzuordnen, wobei der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 10 derart gebogen wird, dass sich die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 an die gebogene Oberfläche anschmiegt.
4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 20 der zweiten Ausführungsform weist große Übereinstimmungen mit dem optoelektronischen Bauelement 10 der ersten Ausführungsform auf und kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das große Übereinstimmungen mit dem anhand der 1 bis 3 beschriebenen Verfahren aufweist. Komponenten des optoelektronischen Bauelements 20, die bei dem optoelektronischen Bauelement 10 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind daher in 4 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1 bis 3. Nachfolgend werden lediglich die Abweichungen des optoelektronischen Bauelements 20 von dem optoelektronischen Bauelement 10 und die Unterschiede zwischen dem Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements 20 und dem Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements 10 beschrieben. Im Übrigen gilt die vorstehende Beschreibung des optoelektronischen Bauelements 10 auch für das optoelektronische Bauelement 20.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die Vorderseite 101 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 20.
Bei dem optoelektronischen Bauelement 20 unterscheiden sich die optoelektronischen Halbleiterchips 200 voneinander, während bei dem optoelektronischen Bauelement 10 alle optoelektronischen Halbleiterchips 200 gleichartig ausgebildet sind. Im dargestellten Beispiel weist das optoelektronische Bauelement 20 drei unterschiedliche Typen optoelektronischer Halbleiterchips 200 auf. Optoelektronische Halbleiterchips 200 des ersten Typs sind dazu ausgebildet, Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren. Optoelektronische Halbleiterchips 200 des zweiten Typs sind dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich zu emittieren. Optoelektronische Halbleiterchips 200 des dritten Typs sind dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem grünen Spektralbereich zu emittieren. Das optoelektronische Bauelement 20 umfasst mehrere optoelektronische Halbleiterchips 200 jedes Typs. Dabei sind die optoelektronischen Halbleiterchips 200 in einem zweidimensionalen Schachbrettmuster in den ersten Formkörper 110 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 20 eingebettet. Es wäre allerdings möglich, andere oder weitere Typen optoelektronischer Halbleiterchips 200 vorzusehen. Auch können die optoelektronischen Halbleiterchips 200 in einer anderen als der dargestellten Anordnung angeordnet werden.
Die Verschaltungsstruktur 120 umfasst bei dem optoelektronischen Bauelement 20 mehrere durch Isolierschichten 140 zumindest teilweise getrennte Metallisierungsebenen 130. In den mehreren Metallisierungsebenen 130 sind dabei mehrere erste Leiterbahnen 131 und mehrere zweite Leiterbahnen 132 ausgebildet. Die mehreren Metallisierungsebenen 130 und die die mehreren Metallisierungsebenen 130 zumindest teilweise trennenden Isolierschichten 140 ermöglichen es, die Leiterbahnen 131, 132 mit komplexer Geometrie auszubilden. Dabei können sich einzelne Leiterbahnen 131, 132 auch kreuzen, ohne dass sich ein elektrischer Kurzschluss zwischen den gekreuzten Leiterbahnen 131, 132 ergibt.
Die Leiterbahnen 131, 132 der Verschaltungsstruktur 120 des optoelektronischen Bauelements 20 bilden eine Kreuzmatrix-Verschaltung 150. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Teils der Kreuzmatrix-Verschaltung 150. Die optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 20 sind in einer logischen Matrix mit Spalten und Zeilen angeordnet. Die Verschaltungsstruktur 120 weist pro Zeile dieser logischen Matrix eine erste Leiterbahn 131 und pro Spalte dieser logischen Matrix eine zweite Leiterbahn 132 auf. Die ersten elektrischen Kontaktflächen 210 aller optoelektronischen Halbleiterchips 200 einer Zeile sind jeweils durch eine erste Leiterbahn 131 der Verschaltungsstruktur 120 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die zweiten elektrischen Kontaktflächen 220 aller optoelektronischen Halbleiterchips 200 einer Spalte der logischen Matrix sind jeweils durch eine zweite Leiterbahn 132 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Kreuzmatrix-Verschaltung 150 ermöglicht es beispielsweise, alle optoelektronischen Halbleiterchips 200 einer logischen Zeile gleichzeitig und unabhängig voneinander anzusteuern, während die optoelektronischen Halbleiterchips 200 aller anderen Zeilen der logischen Matrix nicht angesteuert werden. Die einzelnen Zeilen der logischen Matrix können auf diese Weise zeitlich nacheinander im Zeilenmultiplexbetrieb angesteuert werden.
Die Kreuzmatrix-Verschaltung 150 ermöglicht es, die optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 20 unabhängig voneinander anzusteuern, ohne jeden optoelektronischen Halbleiterchip 200 des optoelektronischen Bauelements 20 einzeln von außen elektrisch zu kontaktieren. Die Verschaltungsstruktur 120 des optoelektronischen Bauelements 20 kann jedoch auch eine andere Verschaltung als die Kreuzmatrix-Verschaltung 150 bilden.
Die Verschaltungsstruktur 120 umfasst zusätzlich ein oder mehrere elektrische Bauelemente 160. Die elektrischen Bauelemente 160 können dazu vorgesehen sein, die optoelektronischen Halbleiterchips 200 anzusteuern. Beispielsweise können die elektrischen Bauelemente 160 dazu vorgesehen sein, die optoelektronischen Halbleiterchips 200 des optoelektronischen Bauelements 20 über die Kreuzmatrix-Verschaltung 150 im Zeilenmultiplexbetrieb anzusteuern. Hierzu können die elektrischen Bauelemente 160 beispielsweise Transistoren, Widerstände und andere aktive und passive elektrische Bauelemente umfassen. Die elektrischen Bauelemente 160 sind jeweils mit einer oder mehreren Leiterbahnen 131, 132 der Verschaltungsstruktur 120 elektrisch leitend verbunden.
Der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 20 umfasst einen zweiten Formkörper 170, der an die Rückseite 122 der Verschaltungsstruktur 120 angrenzt. Der zweite Formkörper 170 weist eine Vorderseite 171 und eine der Vorderseite 171 gegenüberliegende Rückseite 172 auf. Die Vorderseite 171 des zweiten Formkörpers 170 grenzt an die Rückseite 122 der Verschaltungsstruktur 120 an. Die elektrischen Bauelemente 160 sind zumindest teilweise in den zweiten Formkörper 170 eingebettet.
Der zweite Formkörper 170 weist ein Formmaterial auf, beispielsweise einen Kunststoff, insbesondere beispielsweise ein Epoxid. Der zweite Formkörper 170 kann das gleiche Material aufweisen wie der erste Formkörper 110. Der zweite Formkörper 170 kann durch ein Formverfahren ausgebildet sein, beispielsweise durch das gleiche Formverfahren, durch das auch der erste Formkörper 110 ausgebildet worden ist. Dabei können die elektrischen Bauelemente 160 bereits während des Ausbildens des zweiten Formkörpers 170 in den zweiten Formkörper 170 eingebettet worden sein.
Der zweite Formkörper 170 weist einen eingebetteten ersten Durchkontakt 135 und einen eingebetteten zweiten Durchkontakt 136 auf. Die Durchkontakte 135, 136 stellen elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Leiterbahnen 131, 132 der Verschaltungsstruktur 120 und an der Rückseite 172 des zweiten Formkörpers 170 freiliegenden externen Kontaktflächen 133, 134 her. Es können auch mehr als zwei externe Kontaktflächen 133, 134 und mehr als zwei Durchkontakte 135, 136 vorhanden sein. Die externen Kontaktflächen 133, 134 dienen der elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 20.
An der Rückseite 172 des zweiten Formkörpers 170 des optoelektronischen Bauelements 20 ist ein Kühlkörper 180 angeordnet. Der Kühlkörper 180 bildet damit die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 20. Der Kühlkörper 180 kann allerdings auch entfallen. In diesem Fall bildet die Rückseite 172 des zweiten Formkörpers 170 die Rückseite 102 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 20.
Der Kühlkörper 180 ist dazu vorgesehen, im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 20 in dem optoelektronischen Bauelement 20 anfallende Abwärme abzuführen. Der Kühlkörper 180 kann zweckmäßigerweise ein flexibles, in Grenzen elastisches Material aufweisen.
Der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 20 der zweiten Ausführungsform weist eine zwischen seiner Vorderseite 101 und seiner Rückseite 102 bemessene Dicke 103 auf, die weniger als 500 µm betragen kann. Die Dicke 103 des Gehäusekörpers 100 des optoelektronischen Bauelements 20 kann sogar weniger als 250 µm betragen. Durch diese geringe Dicke 103 kann der Gehäusekörper 100 des optoelektronischen Bauelements 20 in Grenzen flexibel und elastisch verformbar sein, was es ermöglicht, das optoelektronische Bauelement 20 an einer gebogenen Oberfläche anzuordnen.
Das optoelektronische Bauelement 20 kann beispielsweise als Videowand-Modul zum Aufbau von Videowänden dienen. Eine Videowand umfasst in diesem Fall mehrere der optoelektronischen Bauelemente 20.
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
20: optoelektronisches Bauelement
100: Gehäusekörper
101: Vorderseite
102: Rückseite
103: Dicke
110: erster Formkörper
111: Vorderseite
112: Rückseite
113: Füllstoff
120: Verschaltungsstruktur
121: Vorderseite
122: Rückseite
130: Metallisierungsebene
131: erste Leiterbahn
132: zweite Leiterbahn
133: erste externe Kontaktfläche
134: zweite externe Kontaktfläche
135: erster Durchkontakt
136: zweiter Durchkontakt
140: Isolierschicht
150: Kreuzmatrix-Verschaltung
160: elektrisches Bauelement
170: zweiter Formkörper
171: Vorderseite
172: Rückseite
180: Kühlkörper
200: optoelektronischer Halbleiterchip
201: Strahlungsemissionsseite
202: Kontaktseite
210: erste elektrische Kontaktfläche
220: zweite elektrische Kontaktfläche

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10, 20) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips (200), die jeweils eine Strahlungsemissionsseite (201) und eine Kontaktseite (202) aufweisen, wobei an der Kontaktseite (202) jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktflächen (210, 220) angeordnet sind; – Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips (200) in einen ersten Formkörper (110), wobei die Strahlungsemissionsseiten (201) und die Kontaktseiten (202) zumindest teilweise unbedeckt durch den ersten Formkörper (110) bleiben; – Anordnen einer Verschaltungsstruktur (120) an einer Rückseite (112) des ersten Formkörpers (110), wobei die Verschaltungsstruktur (120) Leiterbahnen (131, 132) umfasst, die elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen (210, 220) der optoelektronischen Halbleiterchips (200) verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Formkörper (110) durch ein Formverfahren ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (131, 132) der Verschaltungsstruktur (120) galvanisch aufgebracht werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschaltungsstruktur (120) mit mehreren durch eine oder mehrere Isolierschichten (140) zumindest teilweise getrennte Metallisierungsebenen (130) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Anordnen mindestens eines elektrischen Bauelements (160) an der Verschaltungsstruktur (120).
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Ausbilden eines an die Verschaltungsstruktur (120) angrenzenden zweiten Formkörpers (170), wobei das elektrische Bauelement (160) zumindest teilweise in den zweiten Formkörper (170) eingebettet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Anordnen eines Kühlkörpers (180) an dem zweiten Formkörper (170).
Optoelektronisches Bauelement (10, 20) mit einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips (200), die jeweils eine Strahlungsemissionsseite (201) und eine Kontaktseite (202) aufweisen, wobei an der Kontaktseite (202) jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktflächen (210, 220) angeordnet sind, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (200) in einen ersten Formkörper (110) eingebettet sind, wobei die Strahlungsemissionsseiten (201) und die Kontaktseiten (202) zumindest teilweise nicht durch das Material des ersten Formkörpers (110) bedeckt sind, wobei an einer Rückseite (112) des ersten Formkörpers (110) eine Verschaltungsstruktur (120) angeordnet ist, wobei die Verschaltungsstruktur (120) Leiterbahnen (131, 132) umfasst, die elektrisch leitend mit den elektrischen Kontaktflächen (210, 220) der optoelektronischen Halbleiterchips (200) verbunden sind.
Optoelektronisches Bauelement (20) gemäß Anspruch 8, wobei die Verschaltungsstruktur (120) mehrere durch eine oder mehrere Isolierschichten (140) zumindest teilweise getrennte Metallisierungsebenen (130) aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, wobei an die Verschaltungsstruktur (120) ein zweiter Formkörper (170) angrenzt, wobei mindestens ein elektrisches Bauelement (160) in den zweiten Formkörper (170) eingebettet ist.
Optoelektronisches Bauelement (20) gemäß Anspruch 10, wobei an den zweiten Formkörper (170) ein Kühlkörper (180) angrenzt.
Optoelektronisches Bauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Verschaltungsstruktur (120) eine Kreuzmatrix-Verschaltung (150) bildet.
Optoelektronisches Bauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das optoelektronische Bauelement (20) ein Videowand-Modul ist.
Optoelektronisches Bauelement (10, 20) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das optoelektronische Bauelement (10, 20) eine Dicke (103) von weniger als 500 µm aufweist, bevorzugt eine Dicke von weniger als 250 µm.
Optoelektronisches Bauelement (10, 20) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das optoelektronische Bauelement (10, 20) elastisch verformbar ist.