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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, optoelektronische Bauelemente mit Gehäusen auszubilden, die eine Kavität zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterchips aufweisen. In der Kavität kann ein den optoelektronischen Halbleiterchip einbettendes Vergussmaterial angeordnet werden.
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Weiterhin ist es bekannt optoelektronische Bauelemente mit optischen Elementen zur Ablenkung oder Formung abgestrahlter elektromagnetischer Strahlung auszustatten.
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Aus der Druckschrift US 2011/ 0 222 280 Al ist ein Gehäuse für eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer großen Kavität, an deren Boden kleine Kavitäten zur Aufnahme von lichtemittierenden Halbliterchips ausgebildet sind, bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
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Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung umfasst ein Gehäuse mit einer von einer ersten Wandung umgrenzten ersten Kavität. An der Innenseite der ersten Wandung ist eine umlaufende erste Stufe ausgebildet, die die erste Kavität in Bezug auf einen Boden der ersten Kavität schräg umläuft. Am Boden der ersten Kavität ist ein erster optoelektronischer Halbleiterchip angeordnet und in ein in der ersten Kavität angeordnetes erstes Vergussmaterial eingebettet. Das erste Vergussmaterial erstreckt sich vom Boden der ersten Kavität bis zu der ersten Stufe. An der ersten Stufe ist eine erste Vergussoberfläche des ersten Vergussmaterials ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ist die erste Vergussoberfläche des ersten Vergussmaterials entsprechend dem Neigungswinkel der um die erste Kavität umlaufenden ersten Stufe ebenfalls schräg ausgebildet. Eine solche schräg ausgebildete erste Vergussoberfläche vermag elektromagnetische Strahlung (beispielsweise sichtbares Licht), die eine senkrecht zum Boden der ersten Kavität verlaufende Ausbreitungsrichtung aufweist, zu brechen. Vorteilhafterweise kann damit die Ausstattung des optoelektronischen Bauelements mit zusätzlichen optischen Elementen zur Ablenkung oder Formung abgestrahlter elektromagnetischer Strahlung entfallen. Damit können eine Platzersparnis und eine Kostenreduktion einhergehen.
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In einer Weiterbildung ist die erste Stufe zumindest abschnittsweise spitzwinklig ausgebildet.
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Vorteilhafterweise wird durch dieses Merkmal des optoelektronischen Bauelements ein Übertreten des ersten Vergussmaterials über den spitzwinkligen Abschnitt der ersten Stufe verhindert, wodurch die Ausbildung einer schrägen ersten Vergussoberfläche sichergestellt ist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronisches Bauelements, weist das erste Vergussmaterial eine konvex ausgebildete erste Vergussoberfläche auf.
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In einer anderen Ausführungsform des optoelektronisches Bauelements, weist das erste Vergussmaterial eine konkav ausgebildete erste Vergussoberfläche auf.
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Vorteilhafterweise stellt eine konvex oder konkav ausgebildete erste Vergussoberfläche ein optisches Element (Linse) zur Ablenkung oder Formung emittierter elektromagnetischer Strahlung dar. Eine konvex ausgebildete erste Vergussoberfläche kann elektromagnetische Strahlung bündeln, während eine konkav ausgebildete erste Vergussoberfläche elektromagnetische Strahlung zerstreuen kann. Dadurch kann die Ausstattung des optoelektronischen Bauelements mit zusätzlichen optischen Komponenten entfallen.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements, weist das erste Vergussmaterial ein Silikon oder ein Epoxid auf.
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Vorteilhafterweise ist das Vergussmaterial dadurch kostengünstig erhältlich und kann auf einfache Art und Weise in der Kavität des Gehäuses angeordnet werden, beispielsweise durch ein Dosierverfahren.
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In einer Ausführungsform ist der innerhalb der ersten Kavität des optoelektronisches Bauelements angeordnete erste optoelektronische Halbleiterchip ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, die in einer senkrechten Richtung in Bezug auf den Boden der ersten Kavität durch die erste Vergussoberfläche treten kann.
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Vorteilhafterweise wird die elektromagnetische Strahlung beim Durchtritt durch die erste Vergussoberfläche gebrochen.
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Weiterhin umfasst ein optoelektronisches Bauelement in einer Ausführungsform ein Gehäuse mit einer von einer zweiten Wandung umgrenzten zweiten Kavität. An der Innenseite der zweiten Wandung ist eine umlaufende zweite Stufe ausgebildet, die die zweite Kavität in Bezug auf einen Boden der zweiten Kavität schräg umläuft. Am Boden der zweiten Kavität ist ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip angeordnet, und in ein in der zweiten Kavität angeordnetes zweites Vergussmaterial eingebettet. Das zweite Vergussmaterial erstreckt sich vom Boden der zweiten Kavität bis zu der zweiten Stufe. An der zweiten Stufe ist eine zweite Vergussoberfläche des zweiten Vergussmaterials ausgebildet.
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Ein Vorteil eines Gehäuses mit zwei Kavitäten besteht darin, dass ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip, der innerhalb der zweiten Kavität angeordnet ist, eine zusätzliche Funktionalität aufweisen kann. Beispielsweise kann er ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung zu detektieren.
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In einer Ausführungsform ist die zweite schräg ausgebildete Vergussoberfläche im Vergleich zur ersten schräg ausgebildeten Vergussoberfläche entgegengesetzt geneigt.
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Vorteilhafterweise kann elektromagnetische Strahlung, die schräg auf das optoelektronische Halbleiterbauelement trifft, auf diese Weise auf den zweiten optoelektronischen Halbleiterchip ausgerichtet werden.
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In einer Ausführungsform ist der zweite optoelektronische Halbleiterchip ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu detektieren, die in einer in Bezug auf den Boden der zweiten Kavität senkrechten Richtung verläuft, nachdem sie durch die zweite Vergussoberfläche getreten ist und an ihr gebrochen wurde.
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Zweckmäßigerweise kann das optoelektronische Bauelement in einer Weiterbildung als Puls-Sensor-Vorrichtung oder als eine Puls-Oxymetrie-Vorrichtung dienen.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß der Erfindung beinhaltet folgende Schritte: Das Bereitstellen eines Gehäuses mit einer von einer ersten Wandung umgrenzten ersten Kavität, wobei an der Innenseite der ersten Wandung eine umlaufende erste Stufe ausgebildet ist. Die erste Stufe umläuft die erste Kavität schräg in Bezug auf einen Boden der ersten Kavität. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Anordnen eines ersten optoelektronischen Halbleiterchips auf dem Boden der ersten Kavität. Weiterhin erfolgt das Anordnen eines ersten Vergussmaterials in der ersten Kavität, wobei das erste Vergussmaterial sich vom Boden der ersten Kavität bis zu der um die erste Kavität umlaufenden, schräg ausgebildeten ersten Stufe erstreckt und an der ersten Stufe eine erste Vergussoberfläche ausbildet.
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Ein Vorteil eines solchen Vergusses besteht darin, dass der optoelektronische Halbleiterchip durch seine Anordnung innerhalb der Kavität des Gehäuses von einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen geschützt ist.
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Das erste Vergussmaterial wird in einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements mittels eines Dosierverfahrens in der ersten Kavität angeordnet.
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Ein Vorteil des Dosierverfahrens ist, dass eine definierte Menge des Vergussmaterials in einer Kavität angeordnet werden kann.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, sind 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 schematischer Darstellung:
- 1: eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements;
- 2: eine dreidimensionale Ansicht einer Kavität zur Darstellung der an der Innenwand angeordneten, um die Kavität umlaufenden und in Bezug auf den Boden der Kavität schräg ausgebildeten Stufe;
- 3: eine geschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements mit konvexen Vergussoberflächen; und
- 4: eine geschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements mit konkaven Vergussoberflächen.
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1 zeigt eine geschnittene Ansicht auf ein optoelektronisches Bauelement 10. Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst ein Gehäuse 300 mit einer offenen Oberseite 301, einer geschlossenen Unterseite 302 und einem Trennbereich 310.
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Das Gehäuse 300 weist eine zur Oberseite 301 geöffnete erste Kavität 100 auf. Die erste Kavität 100 wird von einer ersten Wandung 110 umschlossen. 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der ersten Kavität 100 des optoelektronischen Bauelements 10.
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Die exakte geometrische Form der ersten Kavität ist nicht auf eine rechteckige Basisfläche beschränkt, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Basisfläche könnte beispielsweise auch kreisförmig ausgebildet sein oder eine beliebige andere Form aufweisen.
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Das Gehäuse 300 kann ein Kunststoffmaterial aufweisen, insbesondere beispielsweise ein Epoxidharz. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Gehäuses 300 mittels eines Formverfahrens (Moldverfahren), beispielsweise durch Spitzpressen (Transfer Molding) oder durch Spritzgießen (Injection Molding).
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An einer Innenseite 115 der ersten Wandung 110 ist eine erste Stufe 120 angeordnet, die die erste Kavität 100 umläuft. Die erste Stufe 120 unterteilt die Innenseite 115 der ersten Wandung 110 in einen unteren Teil, der an einen Boden 130 der ersten Kavität 100 angrenzt, und einen oberen Teil, der zur Oberseite 301 des Gehäuses geöffnet ist. Die erste Stufe 120 weist ein Plateau 124 auf, an dem sich die erste Kavität 100 aufweitet. Zwischen dem Plateau 124 und dem unteren Teil der Innenseite 115 der ersten Wandung 110 ist eine Kante 125 ausgebildet.
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Die erste Stufe 120 ist in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 schräg ausgebildet. Die schräg ausgebildete erste Stufe 120 weist einen ersten Abschnitt 121 auf, der sich am Trennbereich 310 befindet, einen zweiten Abschnitt 122 der ersten Stufe 120, der an der dem Trennbereich 310 gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, und einen Übergangsabschnitt 123, der schräg in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 ausgebildet ist und den ersten Abschnitt 121 und den zweiten Abschnitt 122 miteinander verbindet. Der erste Abschnitt 121 ist weiterhin dadurch bestimmt, dass die erste Stufe 120 innerhalb dieses Abschnitts ihre höchste vertikale Position innerhalb der ersten Kavität 100 aufweist. Der zweite Abschnitt 122 ist weiterhin dadurch bestimmt, dass die erste Stufe 120 in diesem Abschnitt ihre niedrigste vertikale Position aufweist. Der Übergangsabschnitt 123 verbindet den ersten Abschnitt 121 und den zweiten Abschnitt 122 und ist aufgrund der unterschiedlichen vertikalen Positionen des ersten und des zweiten Abschnitts 121 und 122 schräg in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 ausgebildet.
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Die erste Stufe 120 kann zumindest abschnittsweise spitzwinklig ausgebildet sein. In diesem Fall schließen das Plateau 124 der ersten Stufe 120 und die Innenseite 115 des unteren Teils der ersten Wandung 110 einen spitzen Winkel ein. Dadurch ist zwischen der Innenseite 115 des oberen Teils der ersten Wandung 110 und dem Plateau 124 eine erste Hinterschneidung 126 ausgebildet, die denselben spitzen Winkel wie die erste Stufe 120 aufweist.
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Es ist zweckmäßig, dass der zweite Abschnitt 122 der ersten Stufe 100 spitzwinklig ausgebildet ist. Auch der erste Abschnitt 121 und der Übergangsabschnitt 123 können spitzwinklig ausgebildet sein.
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Der erste Abschnitt 121, der zweite Abschnitt 122 und der Übergangsabschnitt 123 der ersten Stufe 100 können aber auch einen anderen als einen spitzen Winkel zwischen dem Plateau 124 und der Innenseite 115 des unteren Teils der ersten Wandung 110 aufweisen. Beispielsweise kann die erste Stufe 100 im ersten Abschnitt 121 und im Übergangsabschnitt 123 rechtwinklig oder stumpfwinklig ausgebildet sein.
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Ein erster optoelektronischer Halbleiterchip 150 weist eine Unterseite 152 und eine Oberseite 151 auf. Der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 ist mit seiner Unterseite 152 am Boden 130 der ersten Kavität 100 angeordnet. Er kann auf unterschiedliche Art und Weise kontaktiert sein. Beispielsweise können die Kontakte an der Oberseite 151 oder der Unterseite 152 des ersten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sein. Die Kontaktierung kann in verschiedenen Varianten realisiert sein. Beispielsweise sind Klebe-, Löt- oder Klemmkontaktierungen denkbar.
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Der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 kann beispielsweise ein Leuchtdiodenchip oder ein Laserchip sein. Der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 kann elektromagnetische Strahlung 500 (z.B. sichtbares Licht) beispielsweise an seiner Oberseite 151 in einer in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 senkrechten Richtung 140 emittieren. Der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 kann aber auch elektromagnetische Strahlung 500 entlang einer anderen Richtung emittieren. Beispielsweise kann ein Kantenemitter, der innerhalb der ersten Kavität 100 angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung 500 parallel zum Boden 130 der ersten Kavität 100 emittieren, welches mittels zusätzlicher optischer Komponenten, die ebenfalls innerhalb der ersten Kavität 100 angeordnet sein können, umgelenkt wird, sodass das elektromagnetische Strahlung 500 letztlich eine senkrecht zum Boden 130 der ersten Kavität 100 verlaufenden Ausbreitungsrichtung 140 aufweist.
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Der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 ist in der ersten Kavität 100 in ein erstes Vergussmaterial 160 eingebettet. Das erste Vergussmaterial 160 erstreckt sich vom Boden 130 der ersten Kavität 100 bis zu der ersten, schräg ausgebildeten Stufe 120 und weist eine schräg ausgebildete erste Vergussoberfläche 165 auf.
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Der Neigungswinkel der ersten Vergussoberfläche 165 ist durch den Neigungswinkel der in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 schräg ausgebildeten und an der Innenseite 115 der ersten Wandung 110 der ersten Kavität 100 angeordneten Stufe gegeben. Das erste Vergussmaterial 100 orientiert sich aufgrund seiner Benutzungseigenschaften an der schräg angeordneten ersten Stufe 120 und bildet damit die entsprechend schräge erste Vergussoberfläche 165 aus.
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Die zumindest abschnittsweise ausgebildete Spitzwinkligkeit der ersten Stufe 120 unterstützt es, dass das erste Vergussmaterial 160 nicht über die Kante 125 der ersten Stufe 120 übertritt. Zweckmäßigerweise ist eine spitzwinklig ausgebildete erste Stufe 120 (und eine spitzwinklige erste Hinterschneidung 126) innerhalb des zweiten Abschnitts 122 der ersten Stufe 120 angeordnet, da dieser zweite Abschnitt 122 dadurch bestimmt ist, dass die erste Stufe 120 ihre niedrigste vertikale Position innerhalb der ersten Kavität 100 aufweist, wodurch insbesondere ein Übertreten des ersten Vergussmaterials 160 über die Kante 125 der ersten Stufe 120 verhindert werden kann.
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Das erste Vergussmaterial 160 kann ein Silikon oder ein Epoxid aufweisen und zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass es einen von dem Medium in der Umgebung (beispielsweise Luft) des optoelektronischen Bauelements 10 verschiedenen Brechungsindex aufweist.
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Eine Besonderheit des optoelektronischen Bauelements 10 besteht darin, dass die erste Vergussoberfläche 165 des ersten Vergussmaterials 160 derart ausgebildet ist, dass sie elektromagnetische Strahlung 500 in einer gewünschten Art und Weise brechen kann. Die Vergussoberfläche 165 hat bei diesem optoelektronischen Bauelement 10 also die Funktion einer Optik. Wie in 1 dargestellt, wird elektromagnetische Strahlung 500 mit einer senkrechten Ausbreitungsrichtung 140 beim Durchtritt durch die erste Vergussoberfläche 165 gebrochen. Dadurch müssen zusätzliche optische Elemente zur Führung und Formung elektromagnetischer Strahlung 500 nicht notwendigerweise vorgesehen werden.
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Das Gehäuse 300 weist darüber hinaus eine zweite Kavität 200 auf, die von einer zweiten Wandung 210 umschlossen wird. Die erste Kavität 100 und die zweite Kavität 200 werden vom Trennbereich 310 voneinander separiert.
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An einer Innenseite 215 der zweiten Wandung 210 ist eine zweite Stufe 220 angeordnet, die die zweite Kavität 200 umläuft. Die zweite Stufe 220 unterteilt die Innenseite 215 der zweiten Wandung 210 in einen unteren Teil, der an einen Boden 230 der zweiten Kavität 200 angrenzt, und einen oberen Teil, der zur Oberseite 301 des Gehäuses geöffnet ist. Die zweite Stufe 220 weist ein Plateau 224 auf, an dem sich die zweite Kavität 200 aufweitet. Zwischen dem Plateau 224 und dem unteren Teil der Innenseite 215 der zweiten Wandung 210 ist eine Kante 225 ausgebildet.
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Die zweite Stufe 220 ist in Bezug auf den Boden 230 der zweiten Kavität 200 schräg ausgebildet. Die schräg ausgebildete zweite Stufe 120 weist einen ersten Abschnitt 221 auf, der sich am Trennbereich 310 befindet, einen zweiten Abschnitt 222 der zweiten Stufe 220, der an der dem Trennbereich 310 gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, und einen Übergangsabschnitt 223, der schräg in Bezug auf den Boden 230 der zweiten Kavität 200 ausgebildet ist und den ersten Abschnitt 221 und den zweiten Abschnitt 222 miteinander verbindet. Der erste Abschnitt 221 ist weiterhin dadurch bestimmt, dass die zweite Stufe 220 innerhalb dieses Abschnitts ihre höchste vertikale Position innerhalb der zweiten Kavität 200 aufweist. Der zweite Abschnitt 222 ist weiterhin dadurch bestimmt, dass die zweite Stufe 220 in diesem Abschnitt ihre niedrigste vertikale Position aufweist. Der Übergangsabschnitt 223 verbindet den ersten Abschnitt 221 und den zweiten Abschnitt 222 und ist aufgrund der unterschiedlichen vertikalen Positionen des ersten und des zweiten Abschnitts 221 und 222 schräg in Bezug auf den Boden 230 der zweiten Kavität 200 ausgebildet.
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Die zweite Stufe 220 kann zumindest abschnittsweise spitzwinklig ausgebildet sein. In diesem Fall schließen das Plateau 224 der zweiten Stufe 220 und die Innenseite 215 des unteren Teils der zweiten Wandung 210 einen spitzen Winkel ein. Dadurch ist zwischen der Innenseite 215 des oberen Teils der zweiten Wandung 210 und dem Plateau 224 eine zweite Hinterschneidung 226 ausgebildet, die denselben spitzen Winkel wie die zweite Stufe 220 aufweist.
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Es ist zweckmäßig, dass der zweite Abschnitt 222 der zweiten Stufe 200 spitzwinklig ausgebildet ist. Auch der erste Abschnitt 221 und der Übergangsabschnitt 223 können spitzwinklig ausgebildet sein.
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Der erste Abschnitt 221, der zweite Abschnitt 222 und der Übergangsabschnitt 223 der zweiten Stufe 200 können aber auch einen anderen als einen spitzen Winkel zwischen dem Plateau 224 und der Innenseite 215 des unteren Teils der zweiten Wandung 210 aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Stufe 200 im ersten Abschnitt 221 und im Übergangsabschnitt 223 rechtwinklig oder stumpfwinklig ausgebildet sein.
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Die zweite Kavität 200 ist im dargestellten Beispiel spiegelsymmetrisch zur ersten Kavität 100 ausgebildet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip 250 weist eine Unterseite 252 und eine Oberseite 251 auf. Der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 ist mit seiner Unterseite 252 am Boden 230 der zweiten Kavität 200 angeordnet. Er kann auf unterschiedliche Art und Weise kontaktiert sein. Beispielsweise können die Kontakte an der Oberseite 251 oder der Unterseite 252 des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sein. Die Kontaktierung kann in verschiedenen Varianten realisiert sein. Beispielsweise sind Klebe-, Löt- oder Klemmkontaktierungen denkbar.
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Der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 kann beispielsweise eine Photodiode sein. Der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 kann elektromagnetische Strahlung 500 (z.B. sichtbares Licht), die auf seine Oberseite 251 trifft, detektieren. Der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 kann aber auch elektromagnetische 500, welche entlang einer Richtung einfällt, die von der senkrechten Richtung 140 abweicht, detektieren.
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Der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 ist in ein zweites Vergussmaterial 260 eingebettet. Das zweite Vergussmaterial 260 erstreckt sich vom Boden 230 der zweiten Kavität 200 bis zu der zweiten, schräg ausgebildeten Stufe 220 und weist eine schräg ausgebildete zweite Vergussoberfläche 265 auf. Das zweite Vergussmaterial 260 kann ein Silikon oder ein Epoxid aufweisen.
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Die zweite Vergussoberfläche 265 ist im dargestellten Beispiel im Vergleich zur ersten Vergussoberfläche 165 entgegengesetzt geneigt ausgebildet.
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Die zumindest abschnittsweise ausgebildete Spitzwinkligkeit der zweiten Stufe 220 unterstützt es, dass das zweite Vergussmaterial 260 nicht über die Kante 225 der zweiten Stufe 220 übertritt. Zweckmäßigerweise ist eine spitzwinklig ausgebildete zweite Stufe 220 (und eine spitzwinklige erste Hinterschneidung 226) innerhalb des zweiten Abschnitts 222 der zweiten Stufe 220 angeordnet, da dieser zweite Abschnitt 222 dadurch bestimmt ist, dass die zweite Stufe 220 ihre niedrigste vertikale Position innerhalb der zweiten Kavität 200 aufweist, wodurch insbesondere ein Übertreten des zweiten Vergussmaterials 260 über die Kante 225 der zweiten Stufe 220 verhindert werden kann.
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Elektromagnetische Strahlung 500, die vom ersten optoelektronischen Halbleiterchip 150 emittiert wird, kann sich innerhalb eines ersten Strahlenabschnitts 501 in einer senkrechten Richtung 140 in Bezug auf den Boden 130 der ersten Kavität 100 ausbreiten. Beim Durchtritt durch die erste Vergussoberfläche 160 tritt die elektromagnetische Strahlung 500 aus dem ersten Vergussmaterial 160 aus, wird gebrochen und verläuft innerhalb eines zweiten Strahlenabschnitts 502, der eine gegenüber dem ersten Strahlenabschnitt 501 abgelenkte Ausbreitungsrichtung aufweist.
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Der zweite Strahlenabschnitt 502 der elektromagnetischen Strahlung 500 kann beispielsweise auf ein Objekt 400 ausgerichtet sein. Die elektromagnetische Strahlung 500 wird an dem Objekt 400 gestreut und breitet sich innerhalb eines dritten Strahlenabschnitts 503 in Richtung der zweiten Vergussoberfläche 265 aus. Beim Durchtritt durch die zweite Vergussoberfläche 265 wird die elektromagnetische Strahlung erneut gebrochen, dringt in das zweite Vergussmaterial 260 ein und kann sich anschließend innerhalb eines vierten Strahlenabschnitts 504 in einer senkrechten Richtung 140 in Bezug auf den Boden 230 der zweiten Kavität 200 ausbreiten und von einem zweiten optoelektronischen Halbleiterchip 260 detektiert werden.
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Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise ein Puls-Sensor sein und dazu dienen, eine Pulsfrequenz oder eine Sauerstoffsättigung im Blut eines menschlichen Patienten zu ermitteln. In diesem Fall wird die von dem ersten optoelektronischen Halbleiterchip 150 emittierte elektromagnetische Strahlung 500 auf die Haut eines Patienten gerichtet, in der Haut pulsabhängig gestreut und von dem zweiten optoelektronischen Halbleiterchip 250 detektiert. Dadurch, dass der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 und der zweite optoelektronische Halbleiterchip 250 in den durch den Trennbereich 310 getrennten Kavitäten 100, 200 des Gehäuses 300 angeordnet sind, wird ein ungewünschtes Übersprechen der Signale minimiert und auf diese Weise die Effizienz der Messung erhöht. Die schräg ausgebildeten Vergussoberflächen 165 und 265 fungieren bei dieser Vorrichtung als optische Elemente und dienen zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung 500.
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Das optoelektronische Bauelement 10 kann auch ein Puls-Oxymeter oder ein anderes optoelektronisches Bauelement sein. Es könnten auch jeweils mehrere optoelektronische Halbleiterchips in den Kavitäten 100, 200 angeordnet sein. Beispielsweise ist es möglich, mehrere emittierende optoelektronische Halbleiterchips in der ersten Kavität 100 anzuordnen, die sich hinsichtlich der Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung 500 unterscheiden.
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In einer vereinfachten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 10 können eine der Kavitäten 100, 200 und der darin angeordnete optoelektronische Halbleiterchip 150, 250 entfallen.
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3 zeigt einen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements 20, welches in ähnlicher Art und Weise ausgebildet ist wie das optoelektronische Bauelement 10, wobei beide optoelektronische Bauelemente 10 und 20 mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Bis auf die unterschiedlichen Geometrien der ersten und zweiten Vergussoberflächen 165 und 265, stimmen alle anderen Merkmale der Ausführungsform 20 mit jenen des optoelektronischen Bauelements 10 überein.
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Das optoelektronische Bauelement 20 weist eine erste Vergussoberfläche 165 und eine zweite Vergussoberfläche 265 auf, die jeweils beide konvex ausgebildet sind. Das erste und das zweite Vergussmaterial 160 und 260 weisen also jeweils eine zur Oberseite 301 des Gehäuses 300 hin gewölbte Vergussoberfläche 165 und 265 auf.
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Die konvex ausgebildeten Vergussoberflächen 165 und 265 können ausgehend von ebenen Vergussoberflächen 165 und 265 durch das Einbringen einer größeren Menge der Vergussmaterialien 160 und 260 erzeugt werden.
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4 zeigt einen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements 30, welches in ähnlicher Art und Weise ausgebildet ist wie das optoelektronische Bauelement 10, wobei beide optoelektronische Bauelemente 10 und 30 mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Bis auf die unterschiedlichen Geometrien der ersten und zweiten Vergussoberflächen 165 und 265, stimmen alle anderen Merkmale der Ausführungsform 30 mit jenen des optoelektronischen Bauelements 10 überein.
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Das optoelektronische Bauelement 30 weist eine erste Vergussoberfläche 165 und eine zweite Vergussoberfläche 265 auf, die jeweils beide konkav ausgebildet sind. Das erste und das zweite Vergussmaterial 160 und 260 weisen also jeweils eine zur Unterseite 302 des Gehäuses 300 hin gewölbte Vergussoberfläche 165 und 265 auf.
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Die konkav ausgebildeten Vergussoberflächen 165 und 265 können relativ zu ebenen Vergussoberflächen 165 und 265 durch das Einbringen einer geringeren Menge der Vergussmaterialien 160 und 260 erzeugt werden.
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Außer durch die Menge der eingebrachten Vergussmaterialen 160 und 260 können unterschiedlich geformte Vergussoberflächen beispielsweise auch durch unterschiedliche Benetzungseigenschaften der Vergussmaterialien realisiert werden. Verschiedene Kombinationen aus entsprechend gewählten Verguss- und Gehäusematerialien können dazu benutzt werden, die Benetzungseigenschaften der Vergussmaterialien in gewünschter Art und Weise einzustellen. Damit kann die Geometrie einer Vergussoberfläche festgelegt werden. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, beispielsweise die Innenwände des Gehäuses mit dünnen Filmen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung entsprechend zu beschichten. Wird beispielsweise ein hydrophiles Vergussmaterial verwendet, so kann eine hydrophobe Beschichtung der Innenwände die Ausbildung einer konvexen Vergussoberfläche fördern, während eine hydrophile Beschichtung im Fall eines ebenfalls hydrophilen Vergussmaterials die Ausbildung einer konkaven Vergussoberfläche fördern kann.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung der optoelektronischen Bauelemente 10, 20, 30 wird das Gehäuse 300 mit der ersten Kavität 100 bereitgestellt, wobei die erste Wandung 110 die erste Kavität 100 umgrenzt. An der Innenseite der ersten Wandung 115 ist die um die erste Kavität 100 umlaufende, in Bezug auf einen Boden 130 der ersten Kavität 100 schräg ausgebildete erste Stufe 120 angeordnet.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 auf dem Boden 130 der ersten Kavität 100 angeordnet.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird das erstes Vergussmaterial 160 in der ersten Kavität 100 angeordnet, wobei das erste Vergussmaterial 160 sich vom Boden 130 der ersten Kavität 100 bis zu der um die erste Kavität 100 umlaufenden, schräg ausgebildeten ersten Stufe 120 an der Innenseite der ersten Wandung 115 erstreckt. Auf diese Weise wird der erste optoelektronische Halbleiterchip 150 in das erste Vergussmaterial 160 eingebettet.
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Das erste Vergussmaterial 160 kann beispielsweise mittels eines Dosierverfahrens in der ersten Kavität 100 angeordnet werden. Das Dosierverfahren ermöglicht das Einführen einer definierten Menge des ersten Vergussmaterials 160 in die erste Kavität 100. Insbesondere ermöglicht das Dosierverfahren durch seine Genauigkeit verschiedene Geometrien der ersten Vergussoberfläche 165 zu realisieren. Eine erste konvex oder konkav ausgebildete Vergussoberfläche 165 kann beispielsweise angeordnet werden, indem gezielt eine größere oder kleinere Menge des ersten Vergussmaterials 160 in der ersten Kavität 100 angeordnet wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- optoelektronisches Bauelement
- 20
- optoelektronisches Bauelement
- 30
- optoelektronisches Bauelement
- 100
- erste Kavität
- 110
- erste Wandung
- 115
- Innenseite der ersten Wandung
- 120
- erste Stufe
- 121
- erster Abschnitt der ersten Stufe
- 122
- zweiter Abschnitt der ersten Stufe
- 123
- Übergangsabschnitt der ersten Stufe
- 124
- Plateau der ersten Stufe
- 125
- Kante der ersten Stufe
- 126
- erste Hinterschneidung
- 130
- Boden der ersten Kavität
- 140
- senkrechte Richtung
- 150
- erster optoelektronischer Halbleiterchip
- 151
- Oberseite
- 152
- Unterseite
- 160
- erstes Vergussmaterial
- 165
- erste Vergussoberfläche
- 200
- zweite Kavität
- 210
- zweite Wandung
- 215
- Innenseite der zweiten Wandung
- 220
- zweite Stufe
- 221
- erster Abschnitt der zweiten Stufe
- 222
- zweiter Abschnitt der zweiten Stufe
- 223
- Übergangsabschnitt der zweiten Stufe
- 224
- Plateau der zweiten Stufe
- 225
- Kante der zweiten Stufe
- 226
- zweite Hinterschneidung
- 230
- Boden der zweiten Kavität
- 250
- zweiter optoelektronischer Halbleiterchip
- 251
- Oberseite
- 252
- Unterseite
- 260
- zweites Vergussmaterial
- 265
- zweite Vergussoberfläche
- 300
- Gehäuse
- 301
- Oberseite
- 302
- Unterseite
- 310
- Trennbereich
- 400
- Objekt
- 500
- elektromagnetische Strahlung
- 501
- erster Strahlabschnitt
- 502
- zweiter Strahlabschnitt
- 503
- dritter Strahlabschnitt
- 504
- vierter Strahlabschnitt
