DE102017124321A1

DE102017124321A1 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102017124321A1
Application number: DE102017124321.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US11282823B2; US20210194590A1; WO2019076898A1

Abstract

Halbleiterbauteil (1) mit- zumindest einem Strahlung emittierenden optischen Halbleiterchip (11, 12, 13, 14),- einem integrierten Schaltkreis (15),- genau zwei Anschlusskontakten (21, 22),wobei das Halbleiterbauteil (1) eine veränderbare Abstrahlcharakteristik hat, die in Abhängigkeit eines an die Anschlusskontakte (21, 22) anlegbaren, zeitveränderlichen Spannungssignals (V) sowohl zur Datenübertragung als auch zur Versorgung des Halbleiterbauteils (1) gesteuert wird.

Description

Strahlung emittierende optische Halbleiterbauteile umfassen eine oder mehrere LEDs. Die mit mehreren LEDs werden auch Multi-LEDs bezeichnet. Die optischen Halbleiterbauteile haben mehrere Anschlusskontakte, mittels derer sie angeschlossen und mit Strom und Spannung versorgt werden können. Eine Übertragung von Daten zum Halbleiterbauteil erfolgt über weitere Anschlusskontakte.
Konventionelle optische Halbleiterbauteile mit nur zwei Anschlusskontakten erlauben lediglich die Versorgung des Halbleiterbauteils und haben eine während des Betriebs nicht veränderliche, vorgegebene Abstrahlcharakteristik.
Während des Betriebs steuerbare optische Halbleiterbauteile haben separate Anschlusskontakte für Versorgung und Ansteuerung. Üblich sind zumindest vier Pins, zwei zum Anlegen der Versorgungsspannung und zwei zur Datenübertragung. Damit lassen sich beispielsweise Steuerdaten für drei Kanäle, in denen jeweils mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind, übertragen. Anordnungen mit mehreren Halbleiterbauteilen können über einen seriellen Bus zur Datenübertragung, an dem die Halbleiterbauteile angeschlossen sind und über den die Daten von Halbleiterbauteil zu Halbleiterbauteil übertragen werden, angesteuert werden. Als Modulationsverfahren wird bei der Datenübertragung üblicherweise Pulsweitenmodulation eingesetzt.
Es stellt sich die Aufgabe ein einfacheres optisches Halbleiterbauteil bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Halbleiterbauteil mit zumindest einem Strahlung emittierenden optischen Halbleiterchip, einem integrierten Schaltkreis und genau zwei Anschlusskontakten. Das Halbleiterbauteil hat eine veränderbare Abstrahlcharakteristik, die in Abhängigkeit eines an die Anschlusskontakte anlegbaren, zeitveränderlichen Spannungssignals sowohl zur Datenübertragung als auch zur Versorgung des Halbleiterbauteils gesteuert wird. Die Abstrahlcharakteristik wird in Abhängigkeit des Spannungssignals verändert. Bei der emittierten Strahlung handelt es sich üblicherweise um Licht im sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Bereich.
Das Vorsehen lediglich zweier Anschlusskontakte, über die sowohl die Steuerung des Halbleiterbauteils während des Betriebs als auch seine Versorgung erfolgt, geht mit einer kompakten Bauweise einher. Die Abstrahlcharakteristik der emittierten Strahlung kann Helligkeit und/oder Farbe umfassen. Somit kann das Halbleiterbauteil in verschiedenen Farben und in verschiedenen Helligkeiten Strahlung emittieren; es hat aber nur zwei elektrische Anschlusskontakte. Die Farben und Helligkeiten sind frei einstellbar, während des Betriebs veränderbar und von außen programmierbar. Die Abstrahlcharakteristik kann alternativ oder zusätzlichlich hinsichtlich des Abstrahlprofils verändert werden. Durch dejustierte Linsen auf den Halbleiterchips, insbesondere µLEDs, könnte eine LED in die eine Richtung, beispielsweise nach rechts, und eine LED in die andere Richtung, beispielsweise nach links, strahlen. Je nachdem welche LED bestromt wird, verändert sich das Abstrahlprofil des Halbleiterbauteils. Neben der Strahlrichtung wäre auch die Breite der Abstrahlung so einstellbar.
Das Halbleiterbauteil ist eine mechanische Einheit, die aber aus mehreren Elementen zusammengefügt sein kann. Das Halbleiterbauteil kann ein Chip mit einem Träger aus Halbleitermaterial sein, auf dem ein elektronischer Schaltkreis und/oder Leiterstrukturen aufgebracht sind und auf dem die Anschlusskontakte und Strahlung emittierenden optischen Halbleiterchips angeordnet sind.
Der integrierte Schaltkreis ist ein auf einem Halbleitermaterialplättchen aufgebrachter elektronischer Schaltkreis. Solch ein integrierter Schaltkreis wird auch als IC bezeichnet. Bei besonders kleinen Abmessungen wird auch die Bezeichnung µIC verwendet.
Der Strahlung emittierende Halbleiterchip kann beispielsweise ein LED-Chip mit einem aktiven, Licht emittierenden Bereich auf einem Halbleitersubstrat sein. Es können mehr als ein Strahlung emittierender Halbleiterchip vorgesehen sein, beispielsweise zwei Chips unterschiedlicher Farbe, deren Farbe und/oder Helligkeit über die Anschlusskontakte gesteuert und veränderbar ist. Eine Ausführung kann ein RGB-LED-Chip mit mehreren Leuchtflächen und mehreren Transistoren im integrierten Schaltkreis sein, der nichtsdestotrotz nur zwei Anschlusskontakte aufweist. Eine Kombination eines konventionellen integrierten Schaltkreises und mehrerer LED-Chips ist ebenfalls denkbar.
Über die Anschlusskontakte ist das Halbleiterbauteil von außen kontaktierbar und steuerbar. Beim Einbau des Halbleiterbauteils in eine Anordnung werden über die Anschlusskontakte elektrisch leitenden Verbindungen zum Halbleiterbauteil hergestellt.
Für die Verdrahtung sind nur zwei Leitungen erforderlich. Wird das optische Halbleiterbauteil auf ein Gehäuse mit gemeinsamer Masse montiert, so ist sogar nur eine Leitung erforderlich. Damit können Systemkosten gespart werden. So machen im Automobilbau die Kabelbaumkosten einen nicht unerheblichen Teil der Kosten aus. Die Verkabelung von Dekorations- oder Weihnachtsbaumschmuck mit solchen Halbleiterbauteilen ist dünner und filigraner als bei konventionellen Anordnungen; sie ist zudem leichter zu verlegen. Für neue Anwendungen wie Displays in Textilien wird eine einfache Verdrahtung auf zwei Ebenen ermöglicht. In manchen Fällen ist sogar eine einlagige Verdrahtung möglich. Durch die Verwendung von µICs können die Chipkosten und damit auch die Bauteilkosten signifikant gesenkt werden.
Bei einer Ausführung sind die zwei Anschlusskontakte an einer Oberseite des Halbleiterbauteils angeordnet. Sie können bei einer anderen Ausführung an einer Unterseite des Halbleiterbauteils angeordnet sein. Alternativ ist einer der Anschlusskontakte an der Oberseite und der andere Anschlusskontakt an der Unterseite angeordnet.
Eine Ausführung des Halbleiterbauteils umfasst ferner ein Substrat, auf dessen Oberseite der zumindest eine optische Halbleiterchip und der integrierte Schaltkreis angeordnet sind. In diesem Fall befindet sich der integrierte Schaltkreis neben den optischen Halbleiterchips. Kontaktbereiche des integrierte Schaltkreis können an seiner Oberseite oder an seiner Unterseite oder sowohl an der Ober-als auch der Unterseite angeordnet sein.
Bei einer Ausführung ist auf dem integrierten Schaltkreis der zumindest eine optische Halbleiterchip angeordnet, sodass sich der integrierte Schaltkreis unter den optischen Halbleiterchips befindet. Bei dieser Ausführung ist das Substrat entbehrlich; vielmehr sind die optischen Halbleiterchips auf dem als Träger dienenden Halbleitermaterialplättchen des integrierten Schaltkreises aufgebracht.
Der Halbleiterchip kann eine Abrissstelle aufweisen und/oder der integrierten Schaltkreis kann eine Abrissstelle aufweisen. Der Halbleiterchip kann einen stegförmigen Fortsatz mit der Abrissstelle an seinem Ende aufweisen und/oder der integrierten Schaltkreis kann einen stegförmigen Fortsatz mit der Abrissstelle an seinem Ende aufweisen. Es sei bemerkt, dass der integrierte Schaltkreis und die optischen Halbeiterchips, die auf das Substrat aufgesetzt sind, eine Abrissstelle an einem stegförmigen Fortsatz oder eine Abrissstelle an ihrer Außenseite aufweisen, wenn sie im weiter unten beschriebenen Paralleltransferverfahren aufgesetzt worden sind. Gleiches gilt auch für auf den integrierten Schaltkreis aufgesetzte optische Halbleiterchips. Sie weisen eine Abrissstelle an einem stegförmigen Fortsatz oder eine Abrissstelle an ihrer Außenseite auf, wenn sie im weiter unten beschriebenen Paralleltransferverfahren aufgesetzt worden sind.
Die Versorgung und Datenübertragung erfolgt mit demselben Spannungssignal. Es hat einen Versorgungsspannungsanteil zur Versorgung des Halbleiterbauteils, der üblicherweise ein Gleichanteil ist, und einen Datensignalanteil zur Übertragung von Daten für die Steuerung der Abstrahlcharakteristik, sodass das Spannungssignal um den Gleichanteil schwankt.
In einer Ausführung ist das Spannungssignal ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einem Gleichanteil, sodass die Datenzuführung über Pulsweitenmodulation auf die Spannungsversorgung moduliert wird.
In einer Ausführung ist das Spannungssignal ein frequenzumgetastetes Signal mit einem Gleichanteil, sodass die Datenzuführung über Frequenzmodulation auf die Spannungsversorgung moduliert wird. Durch die Verwendung von Frequenzmodulation kann der Schaltungsaufwand gering gehalten werden, aber die Zuverlässigkeit der Datenübertragung deutlich erhöht werden, da es weniger Probleme hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) gibt.
Das Spannungssignal kann einen Synchronisationssignalabschnitt in Datenpausen, wenn keine Daten übertragen werden, aufweisen.
Das Spannungssignal bewegt sich zwischen einem hohen Pegel oberhalb eines mittleren Versorgungsspannungspegels und einem niedrigen Pegel unterhalb des mittleren Versorgungsspannungspegels. Der niedrige Pegel ist größer als eine zum Betrieb des Halbleiterbauteils erforderliche Spannung, sodass stets eine ausreichende Versorgung des Halbleiterbauteils unabhängig von der Datenübertragung gegeben ist.
Der integrierte Schaltkreis umfasst Kontaktbereiche zum Anlegen des Spannungssignals und zumindest einen Kontaktbereich zur elektrischen Verbindung mit dem zumindest einen optischen Halbleiterchip. Er umfasst ferner einen Dekoder, der geeignet ist den Datensignalanteil zu demodulieren und die demodulierten Daten bereitzustellen, zumindest eine Stromquelle zur Versorgung des zumindest einen optischen Halbleiterchips, eine Stromquellensteuerung, die geeignet ist, zumindest ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung der zumindest einen Stromquelle bereitzustellen, sowie einen Speicher gekoppelt zwischen dem Dekoder und der Stromquellensteuerung und geeignet Daten für die Stromquellensteuerung bereitzustellen. Diese Anordnung erlaubt die Dekodierung des Spannungssignals, und die Steuerung der Abstrahlcharakteristik über die Stromquellen für die optischen Halbleiterchips. Der Speicher kann auch als RGB-Speicher bezeichnet werden, der Ansteuerdaten für beispielsweise drei Kanäle von optischer Halbleiterchips dreier Farben aufweist. Die Stromquelle ist eine Konstantstromquelle, die den optischen Halbleiterchip speist. Sie ist von der Stromquellensteuerung, die das pulsweitenmodulierte Signal generiert, in Abhängigkeit dieses pulsweitenmodulierten Signals an- und abschaltbar, wodurch die die Abstrahlung dimmbar ist. Der Dekoder umfasst ein aktives Bandpassfilter, um die Frequenzkomponenten bei einem frequenzumgetasteten Spannungssignal herauszufiltern.
In einer Ausführung umfasst der integrierte Schaltkreis ferner einen Adressspeicher, in dem eine dem Halbleiterbauteil zugeordnete Adresse gespeichert ist, und einen Adressvergleicher, der geeignet zu vergleichen, ob eine Adressinformation in den demodulierten Daten mit der dem Halbleiterbauteil zugeordneten Adresse übereinstimmt. Dies erlaubt die Adresse mit über einen Bus für mehrere Halbleiterbauteile übertragenen Daten abzugleichen.
In einer Ausführung umfasst der integrierte Schaltkreis ferner eine Referenzspannungsquelle, die mit der zumindest einen Stromquelle gekoppelt ist und geeignet ist diese anzusteuern. Im einfachsten Fall wird lediglich eine feste Referenzspannung zur Steuerung des Stroms bereitgestellt. Diese kann mittels einer Schnittstelle zur Stromprogrammierung auch veränderbar sein, um so den Strom und damit die Abstrahlcharakteristik zu beeinflussen.
In einer Ausführung umfasst der integrierte Schaltkreis ferner ein Rechenwerk, das beispielsweise den Adressvergleich und/oder die Ansteuerung der Referenzspannungsquelle und damit des Stroms ermöglicht. Mittel zur Fehlererkennung und -behandlung im Betrieb der optischen Halbleiterchips, insbesondere LED-Chips, können vorgesehen sein. So können defekte LED-Chips und falsche Daten erkannt werden.
Ein Enkoder, um vom Halbleiterbauteil zu übertragende Daten als Datensignalanteil des Spannungssignals zu modulierten, kann vorgesehen sein. So können Daten zum Sender geschrieben werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung in den folgenden Figuren veranschaulicht.

1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils in Seitenansicht und Aufsicht.
2A und 2B zeigen einen Quellwafer und ein Zielsubstrat beim Paralleltransfer.
3A und 3B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils in Seitenansicht und Aufsicht.
4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils in Seitenansicht und Aufsicht.
5, 6, 7 und 8 zeigen Spannungssignalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
9 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils.
10 zeigt einen Spannungssignalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit.
11 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises eines Halbleiterbauteils.
12 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises eines Halbleiterbauteils.
13 zeigt einen Spannungssignalverlauf und die Verläufe zweier dekodierter Signale in Abhängigkeit von der Zeit.
14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Dekoders.
15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bandpassfilters.
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils mit Gehäuse.
17 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils in einem Gehäuse.
18 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit mehreren Halbleiterbauteilen.
19A und 19B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit mehreren Halbleiterbauteilen in Seitenansicht und Aufsicht.
20A und 20B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit mehreren Halbleiterbauteilen in Seitenansicht und Aufsicht.

1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 in der Seitenansicht. 1B zeigt das Ausführungsbeispiel in der Aufsicht.
Das Halbleiterbauteil 1 ist ein steuerbarer RGB-LED-Chip mit einem roten LED-Chip 11, einem grünen LED-Chip 12 und einem blauen LED-Chip 13 als Ausführungsbeispiele Strahlung emittierender optischer Halbleiterchips, die auf einem Substrat 2 angeordnet sind. Da mehrere LED-Chips 11, 12, 13 vorgesehen sind, kann das Halbleiterbauteil 1 auch als Multi-LED bezeichnet werden.
Das Substrat 2 ist vorzugsweise elektrisch leitend, z. B. aus dotiertem Silizium, oder weist leitende Strukturen auf, und es ist auf seiner Unterseite metallisiert. Auf dem Substrat 2 ist ferner ein integrierter Schaltkreis (englisch „integrated circuit“, IC) 15 aufgebracht. Kontaktbereiche 17, auch als „Pads“ bezeichnet, sind auf der Oberseite des integrierten Schaltkreises 15 vorgesehen. Leiterstrukturen 18 verlaufen auf einer Oberseite des Substrats 2 zu den Kontaktbereichen 17 des integrierten Schaltkreises 15 und bilden elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Kontaktbereichen 17 des integrierten Schaltkreises 15 und Kontaktbereichen der LED-Chips 11, 12, 13 an deren Unterseiten. Die LED-Chips 11, 12, 13 sind auf die Leiterstrukturen 18 aufgesetzt. Eine elektrisch leitende, lichtdurchlässige Schicht 19 ist auf den LED-Chips 11, 12, 13 vorgesehen.
Somit sind an der Oberseite des Substrats 2 nicht nur der integrierte Schaltkreis 15 und die LED-Chips 11, 12, 13 aufgebracht sondern mindestens eine Metallisierungsebene mit Leiterstrukturen 18 zur Verdrahtung der Komponenten 11, 12, 13, 15. Zwei oder mehr Verdrahtungsebenen 18, 19 sind denkbar.
Das Halbleiterbauteil 1 weist ferner einen ersten Anschlusskontakt 21 an seiner Unterseite auf, der durch die flächige Metallisierung ausgebildet wird, sowie einen zweiten Anschlusskontakt 22 an der Oberseite, der ebenfalls metallisch ist und mittels der Leiterstruktur 18 mit dem integrierten Schaltkreis 15 elektrisch leitend verbunden ist.
Folgende Abmessungen des Ausführungsbeispiels sind exemplarisch. Die Höhe h ist im Bereich von 120 µm. Die Länge 1 ist im Bereich von 300 µm. Die Breite b ist im Bereich von 200 µm. Denkbar sind auch Halbleiterbauteile mit einer Fläche von 1 mm² oder größer. Länge und Breite der quadratischen LED-Chips 11, 12, 13 betragen ca. 40 µm.
Auf Grund ihrer geringen Größe werden die im Bauteil angeordneten LED-Chips 11, 12, 13 und der integrierte Schaltkreis 15 auch als µLEDs bzw. µIC bezeichnet.
Das Halbleiterbauteil 1 hat eine veränderbare Abstrahlcharakteristik, die in Abhängigkeit eines an die Anschlusskontakte 21, 22 anlegbaren, zeitveränderlichen Spannungssignals V_1-2 gesteuert wird, das sowohl das Halbleiterbauteil 1 mit Spannung versorgt als auch Daten zur Ansteuerung überträgt. Die Abstrahlcharakteristik kann beispielsweise hinsichtlich Helligkeit und Farbe während des Betriebs verändert werden.
Am ersten Anschlusskontakt 21 kann ein Potential V_1-2 anliegen, das auch zu den LED-Chips 11, 12, 13 und dem integrierten Schaltkreis 15 geführt wird. Über den zweiten Anschlusskontakt 22, an dem ein Referenzpotenzial GND anliegt, kann das Referenzpotenzial GND zum integrierten Schaltkreis 15 und zu den LED-Chips 11, 12, 13 geführt werden.
Oben beschriebenes Halbleiterbauteil 1 kann im Waferverbund gefertigt werden, sodass Fertigungsschritte für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen 1 parallel erfolgen. Diese Fertigungsschritte umfassen insbesondere das Aufbringen oder Aufwachsen von Schichten und Strukturen sowie, falls erforderlich, auch deren teilweisen Abtrag. Erst in einem abschließenden Schritt werden die Halbleiterbauteile 1 vereinzelt.
Die LED-Chips 11, 12, 13 und der integrierte Schaltkreis 15 werden mittels sogenanntem Transferdrucken auf das Substrat 2 aufgebracht. Dies ist ein paralleler Bestückungsprozess, bei dem die integrierten Schaltkreise 15 auf ein Zielsubstrat 54, das später vereinzelt wird, aufgesetzt werden. Die Bestückung erfolgt für alle späteren Halbleiterbauteile 1 im Verbund und gleichzeitig indem mittels eines Elastomerstempels eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen 15 von einem Quellwafer 52 zum Zielsubstrat 54 transferiert und auf dieses derart aufgesetzt werden, dass sich die integrierten Schaltkreise 15 an ihren vorgesehenen Positionen auf den späteren Halbleiterbauteilen 1 befinden. Die Stempelplatte weist eine Struktur auf, die mit Größe und Positionen der integrierten Schaltkreise 15 auf dem Zielsubstrat 54 korrespondiert.
Die Fertigung der integrierten Schaltkreise 15 erfolgt ebenfalls parallel im Waferverbund auf dem Quellwafer 52. Dabei werden die integrierten Schaltkreise 15 rasterförmig angeordnet derart gefertigt, dass eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen 15 über Haltestrukturen 30 miteinander und mit dem Wafersubstrat verbunden sind. Die Chips werden mit sogenannten Haltegurten (Tether) im Quellsubstrat gehalten bis sie beim Druckprozess herausgebrochen werden. Beim Paralleltransfer wird der Stempel auf die zu transferierenden integrierten Schaltkreise 15 gedrückt, sodass sie am Stempel anhaften. Sobald der Stempel sich in die Gegenrichtung bewegt, werden die integrierten Schaltkreise 15 von den Haltestrukturen 30 getrennt. Am integrierten Schaltkreis 15 bleibt eine Abrissstelle 39, die sich an einem stegförmigen Fortsatz 38, der ein Teil der Haltestruktur 30 ist, befinden kann. Der integrierte Schaltkreis 15 kann mehrere Abrissstellen aufweisen, die sich im Seiten- oder unteren Bereich befinden. Der Montageprozess ist sehr kostengünstig, weil er parallel erfolgen kann.
Die Dicke derart hergestellter integrierter Schaltkreise 15 kann deutlich geringer sein als bei den konventionell vereinzelten Chips. Die IC-Größe liegt beispielsweise bei ca. 30×40 µm. Die Dicke beträgt etwa 5 µm.
2A zeigt eine schematische Darstellung des Quellwafers 52 mit einer Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen 15 und der Haltestruktur 30, über die die integrierten Schaltkreise 15 verbunden sind. Einige integrierte Schaltkreise 15 sind über den parallelen Montageprozess vom Quellwafer 52 auf das Zielsubstrat 54 transferiert worden. 2B zeigt eine schematische Darstellung des Zielsubstrats 54, das später in Substratplättchen 2 der Halbleiterbauteile 1 vereinzelt wird.
Auf dem Zielsubstrats 54 sind bereits die integrierte Schaltkreise 15 aufgesetzt, die korrespondierend ihrer Position auf dem Zielwafer 54 aus dem Quellwafer 52 herausgelöst worden und mittels des Stempels auf das Zielsubstrat 54 transferiert worden sind.
Beim herausgelösten integrierten Schaltkreise 15 befindet sich die Abrissstelle 39 an einem stegförmigen Fortsatz 38, der ein Teil der Haltestruktur 30 ist. Alternativ kann sich die Abrissstelle 39 auch direkt an einer Außenseite des integrierten Schaltkreises 15 befinden.
Im parallelen Bestückungsprozess wird eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen 15 gleichzeitig übertragen. Dann wird die Leiterstruktur 18 aufgebracht, die die Kontaktbereiche 17 der integrierten Schaltkreise 15 über das Substrat 2 laufend mit den LED-Chips 11, 12, 13 verbinden soll. In weiteren Schritten werden die LED-Chips 11, 12, 13, die jeweils ebenfalls im Verbund auf einem Quellwafer gefertigt wurden, mit oben beschriebenem Paralleltransfer auf das Zielsubstrat 54 gesetzt und mit den Leiterstrukturen 18 verbunden. In weiteren Fertigungsschritten werden die zweiten Anschlusskontakte 22 und die lichtdurchlässige, leitende Schicht 19 auf den LED-Chips 11, 12, 13 aufgebracht.
Abschließend werden die Halbleiterbauteile 1 vereinzelt. Durch die Verwendung von Dünnschicht-Verdrahtungs-Techniken auf dem Zielsubstrat können die Padgrößen besonders klein gewählt werden, beispielsweise im Bereich von 5 µm. Beispiele solcher Techniken sind die sogenannte PI- oder Planar-Interconnect-Verbindungstechnik, bei der eine strukturierte, planare Metallschicht als elektrische Verbindung vorgesehen ist, die sogenannte RDL- oder Redistribution-Layer-Technik, d.h. eine Umverdrahtungstechnologie, oder Fototechnik und Dünnschichtmetallauftrag und Abhebetechnik. Dies ermöglicht die weitere Verkleinerung des Chips. Eine direkte Integration mit LEDs auf demselben Substrat ist damit möglich.
3A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 in der Seitenansicht. 3B zeigt das Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 in der Aufsicht. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die Unterschiede zum in den 1A und 1B gezeigten Ausführungsbeispiel eingegangen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind viele kleine LED-Chips 11, 12, 13, 14 unterschiedlicher Farben, nämlich rot, grün, blau und weiß, in durchmischter Anordnung auf dem Substrat 2 aufgebracht. Über metallene Strukturebenen auf dem Substrat 2 können diese in Reihe oder in Serie oder beides abwechselnd miteinander verschaltet sein. Eine mögliche Verschaltung ist eine Reihenschaltung aller LED-Chips 11, 12, 13, 14 derselben Farbe.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der integrierte Schaltkreis 15 wegen der LED-Chips 11, 12, 13, 14 in vier Farben auch vier Kontaktbereiche 17 zum Anschluss der LEDs 11, 12, 13, 14 sowie einen zur Verbindung mit dem zweiten Anschlusskontakt 22 auf. Der integrierte Schaltkreis 15 ist über letztgenannten oben liegenden Kontaktbereich 17 mit der externen Spannungsversorgung und den Datensignalen verbunden und mit seiner Unterseite mit dem ersten Anschlusskontakt 21. Anstatt der oben liegenden Kontaktbereiche 17 ist auch deren Anordnung auf der Unterseite des integrierten Schaltkreises 15 möglich, um den integrierten Schaltkreis 15 in Flip-Chip-Kontaktierung auf dem Substrat 2 aufzubringen.
Der integrierte Schaltkreis 15 und die LED-Chips 11, 12, 13, 14 können alle Kontaktbereiche 17 auf der Unterseite haben, oder alle Kontaktbereiche 17 auf der Oberseite, oder teilweise Kontaktbereiche 17 auf der Unterseite und teilweise Kontaktbereiche 17 auf der Oberseite.
4A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 in der Seitenansicht. 4B zeigt das Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 in der Aufsicht. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom vorangegangenen im Wesentlichen dadurch, dass der integrierte Schaltkreis 15 auch die Trägerfunktion des Substrats 2 übernimmt, da die LED-Chips 11, 12, 13, 14 auf ihm angeordnet sind.
Das Halbleiterbauteil 1 umfasst den integrierten Schaltkreis 15, auf dem eine Vielzahl von LED-Chips 11, 12, 13, 14 unterschiedlicher Farben, nämlich rot, grün, blau und weiß, in durchmischter Anordnung aufgebracht sind. Der integrierte Schaltkreis 15 übernimmt die Funktion des Substrats 2, wie es in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist. Über metallene Strukturebenen auf dem integrierten Schaltkreis 15 können die LED-Chips 11, 12, 13, 14 in Reihe oder in Serie oder beides abwechselnd mit einander verschaltet sein. Eine mögliche Verschaltung ist die Reihenschaltung aller LED-Chips 11, 12, 13, 14 derselben Farbe. Alternativ ist der direkte Anschluss der LED-Chips 11, 12, 13, 14 in Flip-Chip-Kontaktierung mit Kontaktbereichen 17 auf der Oberseite des integrierten Schaltkreises 15 möglich.
Der integrierte Schaltkreis 15 weist eine Metallschicht an seiner Unterseite als ersten Anschlusskontakt 21 sowie einen zweiten metallenen Anschlusskontakt 22 an seiner Oberseite auf. Eine Verbindung der LED-Chips 11, 12, 13, 14 erfolgt über eine leitende, lichtdurchlässige Schicht 19 auf den LED-Chips 11, 12, 13, 14.
Die oben geschilderte Ausführung mit einem integrierten Schaltkreis 15 als Träger für die LED-Chips 11, 12, 13, 14 ist sinnvoll, wenn gleich oder mehr IC-Fläche benötigt wird als Fläche für die LED-Chips 11, 12, 13, 14 erforderlich ist oder wenn der integrierte Schaltkreis 15 groß genug für eine kostengünstige, konventionelle Chipmontage ist. Dies ist beispielsweise bei einer Größe von mehr als 150×150 µm der Fall.
Das Halbleiterbauteil 1 hat eine während des Betriebs veränderbare Abstrahlcharakteristik, beispielsweise hinsichtlich Helligkeit und/oder Farbe, die in Abhängigkeit des an die Anschlusskontakte 21, 22 anlegbaren, zeitveränderlichen Spannungssignals V_1-2 gesteuert wird, das sowohl das Halbleiterbauteil 1 mit Spannung versorgt als auch Daten zur Ansteuerung überträgt.
5 veranschaulicht die Versorgung und Ansteuerung eines Halbleiterbauteils 1, dessen möglicher Aufbau in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den 1A, 1B, 3A, 3B, 4A, 4B beschrieben worden ist.
Es wird der Signalverlauf des zwischen den Anschlusskontakten 22, 21 anliegenden Spannungssignals V_1-2 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Das Spannungssignal V_1-2 setzt sich aus einer konstanten Spannungsversorgung für die LED-Chips 11, 12, 13, 14 und den integrierten Schaltkreis 15 und einem modulierten Datensignal zusammen. Ersteres ist der Versorgungsspannungspegel V_DD . Das modulierte Datensignal bewegt sich zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel um den Versorgungsspannungspegel V_DD mit dem Hub V_dat .
In diesem Ausführungsbeispiel sind die daten DAT digital mittels Pulsweitenmodulation aufmoduliert, sodass die Information in der Länge der Pulse enthalten ist.
Wenn keine Datenübertragung erforderlich ist, beispielsweise nach Einstellung der Abstrahlungscharakteristik, ist es nicht mehr erforderlich Daten DAT zu übertragen. Lediglich der Versorgungsspannungspegel V_DD zur Aufrechthaltung des Betriebs des Halbleiterbauteils 1 mit der eingestellten Strahlungscharakteristik liegt in der Datenpause an.
6 veranschaulicht die Versorgung und Ansteuerung eines Halbleiterbauteils 1, dessen möglicher Aufbau in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den 1A, 1B, 3A, 3B, 4A, 4B beschrieben worden ist.
Es wird der Signalverlauf des zwischen den Anschlusskontakten 21, 22 anliegenden Spannungssignals V_1-2 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur 5 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Daten DAT mittels Frequenzmodulation, genauer Frequenzumtastung (engl. frequency shift keying, FSK), zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel moduliert. Ein Bitwert wird durch eine Sinusschwingung mit einer ersten Frequenz und der andere Bitwert durch eine Sinusschwingung mit einer zweiten, sich von der ersten Frequenz unterscheidenden Frequenz, kodiert.
7 veranschaulicht Versorgung und Ansteuerung eines Halbleiterbauteils 1, dessen möglicher Aufbau in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den 1A, 1B, 3A, 3B, 4A, 4B beschrieben worden ist.
Es wird der Signalverlauf des zwischen den Anschlusskontakten 21, 22 anliegenden Spannungssignals V_1-2 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur 5 beschrieben. Im Gegensatz zu jenem Ausführungsbeispiel, wird in dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel auf die Spannungsversorgung auch dann ein Pulsweitensignal moduliert, wenn keine Daten übertragen werden. Das bietet den Vorteil, dass in dieser Zeit, also der Datenpause, ein Synchronisationssignal SYNC zwischen Sender und Empfänger übertragen werden kann.
Das Datensignal kann eine Start-Sequenz START umfassen, die signalisiert, dass im Anschluss die eigentlichen Informationsdaten DAT übertragen werden. Beispielsweise zeigt die Datenfolge 0010111 den Start der Datenübertragung an. Anschließend kommen die Informationsdaten DAT, die auch Quersummenbits enthalten können. Das Synchronisationssignal SYNC muss nicht immer anliegen, wenn keine Datenübertragung erfolgt. Es kann auch nur der Versorgungsspannungspegel V_DD anliegen.
8 veranschaulicht die Versorgung und Ansteuerung eines Halbleiterbauteils 1, dessen möglicher Aufbau in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den 1A, 1B, 3A, 3B, 4A, 4B beschrieben worden ist.
Es wird der FSK-Signalverlauf des zwischen den Anschlusskontakten 21, 22 anliegenden Spannungssignals V_1-2 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur 6 beschrieben. Im Gegensatz zu jenem Ausführungsbeispiel, wird in dem in 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel auf die Spannungsversorgung auch in Datenpausen ein FSK-Signal moduliert. Das bietet den Vorteil, dass in dieser Zeit ein Synchronisationssignal SYNC zwischen Sender und Empfänger übertragen werden kann.
Das Datensignal kann eine Start-Sequenz START umfassen, die signalisiert, dass im Anschluss Daten DAT übertragen werden. Beispielsweise zeigt die Datenfolge 111 den Start der Informationsdatenübertragung an. Nach der Start-Sequenz START kommen die Informationsdaten DAT, die auch Quersummenbits enthalten können. Das Synchronisationssignal SYNC muss nicht immer anliegen, wenn keine Datenübertragung erfolgt. Es kann auch nur der Versorgungsspannungspegel V_DD anliegen.
Das FSK-Signal bietet den Vorteil, dass die Spannungsversorgung im Mittel immer konstant bleibt. Bei der Pulsweitenmodulation ändert sich bei unterschiedlichem Dateninhalt die mittlere Spannung. Werden viele Bits 0 übertragen, fällt die Versorgungsspannung. Bei vielen Bits 1 steigt sie. Ein weiterer Vorteil der FSK-Modulation ist, dass sie nicht sehr störanfällig ist, weil sie ein schmales Spektrum hat. Sie arbeitet mit nur zwei Frequenzen, die gut am Empfänger herausgefiltert werden können. Das Rechtecksignal einer Pulsweitenmodulation hat ein sehr viel breiteres Spektrum, weil die steilen Flanken viele Frequenzanteile aufweisen. Das Signal verschmiert leichter bei Übertragung und Empfang, und es können Falschdaten entstehen. Bei der FSK-Modulation ist zwar der Aufwand bei der Signalerzeugung höher, aber wenn die Kommunikation nur unidirektional verläuft, besteht der Aufwand in den Halbleiterbauteilen 1 nicht. Damit kann auch dort eine einfache Schaltung realisiert werden.
9 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1.
Das Halbleiterbauteil 1 hat nur zwei Anschlusskontakte 21, 22. Über die ersten und zweiten Anschlusskontakte 21, 22 wird das Potenzial V_1-2 und das Referenzpotenzial GND angelegt.
Bei den LED-Chips 11, 12, 13 sind die Anoden der LEDs kurzgeschlossen und mit dem ersten Anschlusskontakt 21 verbunden, sodass das Potenzial V_1-2 anliegt. Die LED-Chips 11, 12, 13 sind kathodenseitig mit dem integrierten Schaltkreis 15 über dessen Kontaktbereiche R, G, B verbunden.
Der integrierte Schaltkreis 15 umfasst einen Dekoder 60, einen Speicher 62 und eine Stromquellensteuerung 64 sowie eine Stromquelle 71, 72, 73 für jeden LED-Chip 11, 12, 13. Die Stromquellen 71, 72, 73 sind Konstantstromquelle und stellen jeweils einen konstanten Strom bereit, sind aber durch die Stromquellensteuerung 64 schaltbar, um die LED-Chips 11, 12, 13 zu dimmen. Der Dekoder 60 demoduliert das Spannungssignal V_1-2 , insbesondere dessen Datensignalanteil, in eine digitale Datensequenz, die synchronisiert in den Speicher 62 geschrieben wird. Anhand der Daten aus dem Speicher 62 werden die LEDs vermittels der Stromquellensteuerung 64, die Pulsweitenmodulationssignale zur Ansteuerung der Stromquellen 71, 72, 73 und damit der LED-Chips 11, 12, 13 generiert, angesteuert indem die Stromquellen 71, 72, 73 aus- und eingeschaltet werden. Die LED-Chips 11, 12, 13 werden jeweils mit einer Stromquelle 71, 72, 73 betrieben, die durch eines der Pulsweitensignale angesteuert wird. Die Datentiefe für eine Farbe kann nur acht Bit betragen, sie kann aber auch bei mehr als 20 Bit liegen.
10 veranschaulicht die Spannungs- und Datenversorgung und die Spannungsanteile des Spannungssignals V_1-2 in einem möglichen Betriebsmodus des Halbleiterbauteils 1 anhand eines Signalverlaufs des Spannungssignals V_1-2 in Abhängigkeit von der Zeit t. Das Spannungssignal V_1-2 ist frequenzumgetastet. Wenn keine Daten übertragen werden, hat es einen konstanten Wert, der die mittlere Versorgungsspannung V_E ist. Bei Datenübertragung schwingt es zwischen einem Maximalwert V_F und einem Minimalwert V_D .
Eine sogenannte Vorwärtsspannung ist erforderlich, damit die LEDs, in Reihe mit den Stromquellen, in den leitenden Zustand übergehen. In einer Stromquelle befindet sich in der Regel mindestens ein Feldeffekttransistor. An diesem fällt im geöffneten Fall eine Spannung VFET ab. V_C ist die höchste Vorwärtsspannung, die sowohl eine Spannung VLED berücksichtigt, die zum Betrieb der LED erforderlich ist, als auch die Spannung VFET, die am die LED steuernden Transistor anliegt. Im Diagramm ist das Spannungsniveau der zum Betrieb der LEDs erforderlichen Spannung mit V_A bezeichnet.
Für den sicheren Betrieb der Stromquellen 71, 72, 73 ist oft eine Referenzspannung VREF notwendig. Diese kann aus dem Spannungssignal V_1-2 gewonnen werden. Das Spannungsniveau V_B ist die Referenzspannung VREF für die Stromquellen 71, 72, 73.
In diesem Betriebsmodus ist die minimale Spannung V_D größer als die Vorwärtsspannung V_C . Die LED ist unempfindlich gegen die aufmodulierten Datensignale, da stets ausreichend Spannung für ihren Betrieb bereitsteht. Sie kann immer leuchten und muss zur Programmierung nicht ausgeschaltet werden. An der Stromquelle fällt die überflüssige Spannung ab.
Liegt die Maximalspannung V_F an, entsteht der maximale Verlust an der Stromquelle, bezeichnet als VLmax. Liegt die Minimalspannung V_D an, entsteht ein minimaler Verlust an der Stromquelle, bezeichnet als VLmin. Beim Anliegen der mittleren Versorgungsspannung V_E entsteht ein mittlerer Verlust, bezeichnet als VLm.
Der Nachteil der Schaltung in diesem Betriebsmodus liegt darin, dass die thermischen Verluste umso höher sind, je höher die Signalamplitude ist. Hohe Signalamplituden sind allerdings für hohe Übertragungsstrecken und hohe Störsicherheit erwünscht.
Ein anderer möglicher Betriebsmodus sieht vor, V_D < V_C zu wählen, also die Minimalspannung V_D unter die Vorwärtsspannung V_C abzusenken. In diesem Fall ist eine Glättung des Spannungssignals V_1-2 notwendig, um die LEDs immer mit ausreichend Spannung zu versorgen. Bei der Glättung geht die Dateninformation verloren. Für diesen Schritt sind große Kapazitäten erforderlich, die nicht miniaturisiert werden können. Diese müssten außerhalb des Chips montiert werden.
11 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises 15 eines Halbleiterbauteils 1 mit nur zwei Anschlusskontakten 21, 22.
Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zu dem in 9 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Am integrierten Schaltkreis 15 sind Kontaktbereiche 17 zum Anlegen des Potenzials V_1-2 und des Referenzpotenzials GND sowie Kontaktbereiche R, G, B zum Anschluss der LED-Chips 11, 12, 13 in drei verschiedenen Farben vorgesehen.
Zusätzlich zu den Elementen des 9 beschriebenen Ausführungsbeispiels umfasst der integrierte Schaltkreis 15 eine Referenzspannungsquelle 66. Die von ihr bereitgestellte Referenzspannung VREF kann beispielsweise mit einer Zenerdiode erzeugt werden. Die Referenzspannungsquelle 66 ist zum Betrieb der Konstantstromquellen 71, 72, 73, mit denen sie gekoppelt ist, sinnvoll. Darüber hinaus kann die Referenzspannung VREF auch zum Betrieb von Gattern für die restliche Logik verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der integrierte Schaltkreis 15 ferner einen, dem Dekoder 60 nachgeschalteten Adressvergleicher 68, der mit einem Adressspeicher 67, beispielsweise ein Adress-EEPROM, gekoppelt ist. Sie stellen eine Adressierungsfunktionalität bereit: Jeder integrierte Schaltkreis 15 hat eine eigene feste Adresse, gespeichert in einem ROM, oder veränderbare Adresse, gespeichert in einem EEPROM. Die Adresse ist eine Zahlenfolge. Das Datensignal für ein solches Halbleiterbauteil 1 beginnt mit der Adresse des Halbleiterbauteils 1, für das die Daten bestimmt sind. Im Halbleiterbauteil 1 wird die Adresse des ankommenden Datensignals mit der intern gespeicherten Adresse verglichen. Stimmen die Adressen überein, so sind die Daten für dieses Halbleiterbauteil 1 bestimmt und werden in den, dem Adressvergleicher 68 nachgeschalteten, Speicher 62 geladen. Anhand der Daten aus dem Speicher 62 werden die LEDs vermittels der Stromquellensteuerung 64, die Pulsweitensignale zur Ansteuerung der LED-Chips 11, 12, 13 generiert, angesteuert.
12 zeigt einen schematischen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises 15 eines Halbleiterbauteils 1 mit genau zwei Anschlusskontakten 21, 22.
Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
In dieser höchsten dargestellten Ausbaustufe umfasst der integrierte Schaltkreis 15 ein Rechenwerk 65, beispielsweise einen Controller, das zwischen den Dekoder 60 und den Speicher 62 gekoppelt ist. Ein Controller geringer Größe wird auch als µController bezeichnet. Das Rechenwerk 15 ist mit einem, beispielsweise EEPROM-, Speicher 63 gekoppelt, in dem Adress- und Kalibrierungsinformation gespeichert sind. Der EEPROM-Speicher 63 enthält somit nicht nur die Chipadresse sondern auch Daten zur Kalibrierung der LEDs.
Zusätzlich ist ein Enkoder 61 vorgesehen, der mit dem Rechenwerk 65 sowie dem Kontaktbereich 17 für das Versorgungspotenzial V_1-2 gekoppelt ist. Der Enkoder 61 ist geeignet, Informationen zurück an den Sender zu schicken, indem das Spannungssignal V_1-2 an den Anschlusskontakten 21, 22 in Abhängigkeit der zu übertragenden Daten moduliert wird.
Die Referenzspannungsquelle 66 ermöglicht ferner eine Fehlererkennung und -bearbeitung hinsichtlich der LED-Chips 11, 12, 13. Diese Funktionalität wird auch als „error handling“ bezeichnet. Zu diesem Zweck ist die Referenzspannungsquelle 66 mit dem Rechenwerk 65 gekoppelt. Die Referenzspannungsquelle 66 erkennt z. B. defekte LEDs und ist in der Lage diese Information zurückzuschreiben bzw. zu senden. In Reaktion auf eine defekte LED kann diese beispielsweise abgeschaltet werden. Die Konstantstromquellen 71, 72, 73 sind über eine Programmierfunktion in der Referenzspannungsquelle 66 programmierbar bzw. veränderbar.
13 veranschaulicht die Dekodierung eines frequenzumgetasteten Signals anhand des Verlaufs des Spannungssignals V_1-2 und zweier dekodierter Signale Q2 und Q3 in Abhängigkeit von der Zeit t.
Bei Datenübertragung wird das frequenzumgetastete Spannungssignal V_1-2 zwischen einer ersten Frequenz f1 und einer zweiten Frequenz f2 umgeschaltet.
Das erste dekodierte Signal Q2 hat einen ersten, hohen Pegel bei Vorliegenden der ersten Frequenz f1 und sonst einen zweiten, niedrigen Pegel. Dies entspricht einem binären Signal mit der übertragenen Dateninformation. Das zweite dekodierte Signal Q3 hat einen ersten, hohen Pegel bei Vorliegenden der zweiten Frequenz f2 und sonst einen zweiten, niedrigen Pegel. Dies entspricht einem binären Signal mit der übertragenen Dateninformation. Bei Datenübertragung sind das erste und zweite dekodierte Signal Q2, Q3 komplementär zueinander. Werden keine Daten übertragen, haben sie denselben, niedrigen Pegel, was eine Datenpause anzeigt.
14 zeigt schematisch einen Dekoder, mittels dem aus dem Spannungssignal V_1-2 das erste und zweite dekodierte Signal Q2, Q3 bereitstellt werden kann.
Zur Dekodierung des FSK-Signals können aktive Bandpassfilter verwendet werden. Der Dekoder umfasst ein erstes Bandpassfilter 81, ein zweites Bandpassfilter 82 und einen Schmitt-Trigger 83.
Mit dem ersten Filter 81 mit der Passfrequenz f₁ wird das niederfrequentere Signal herausgefiltert und als erstes dekodiertes Signal Q2 bereitgestellt. Mit dem zweiten Filter 82 mit der Passfrequenz f₂ wird das höherfrequentere Signal herausgefiltert und als zweites dekodiertes Signal Q3 bereitgestellt. Zur Synchronisation wird mit einem Schmitt-Trigger 83 ein Synchronisationssignal Q1 extrahiert.
15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aktiven elektronischen Filters: ein Sallen-Key-Bandpass, der Operationsverstärker und mehrere Widerstände und Kondensatoren umfasst.
Das Filter umfasst einen ersten und zweiten Operationsverstärker U1, U2. Ein Eingang des ersten Operationsverstärkers U1 ist mit einer Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Kondensator C1, C2 verbunden. Zwischen diesem Eingang und einem Referenzpotenzial ist ein erster Widerstand R1 gekoppelt. Zwischen einem Potenzialknoten zwischen dem ersten und zweiten Kondensator C1, C2 und dem anderen Eingang des ersten Operationsverstärkers U1, der mit dessen Ausgang verbunden ist, ist ein zweiter Widerstand R2 gekoppelt. Zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers U1 und einem Eingang des zweiten Operationsverstärkers U2 ist eine Reihenschaltung aus einem dritten und vierten Widerstand R3, R4 gekoppelt. Zwischen diesem Eingang und dem Referenzpotenzial ist ein vierter Kondensator C4 gekoppelt. Zwischen einem Potenzialknoten zwischen dem dritten und vierten Widerstand R3, R4 und dem anderen Eingang des zweiten Operationsverstärkers U2, der mit dessen Ausgang verbunden ist, ist ein dritter Kondensator C3 gekoppelt.
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils mit zwei Anschlusskontakten in bedrahteter radialer LED-Bauform mit einem strahlungsdurchlässigen Gehäuse 90, das gleichzeitig Einbettung und Linse ist. Das Bauteil weist mehrere LED-Chips 11, 12, 13 und einen integrierten Schaltkreis 15 als separates Bauteil auf. Die elektrische Verbindung zwischen LED-Chips 11, 12, 13, dem integrierten Schaltkreis 15 und zumindest einem der Anschlusskontakte erfolgt mittels Drahtkontakten 99, auch als Bonddrähte bezeichnet. Das Halbleiterbauteil 1 hat eine veränderbare Abstrahlcharakteristik, die in Abhängigkeit des Spannungssignals V_1-2 gesteuert wird, und somit eine freie Programmierung erlaubt. Die Versorgung und Datenübertragung erfolgt wie oben geschildert.
17 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils 95, das sich vom vorhergehenden dadurch unterscheidet, dass das Halbleiterbauteil 1 als RGB-LED-Chip wie beispielsweise in Zusammenhang mit 1, 3 und 4 beschrieben, in einem Gehäuse 90 mit zwei Kontaktbeinen 91, 92, gestaltet als bedrahtete radiale LED-Bauform 95 untergebracht ist. Ein Anschlusskontakt des Halbleiterbauteils 1 ist über seine Unterseite mit einem Bein 91 verbunden. Der andere Anschlusskontakt ist über eine Drahtverbindung 93 mit dem anderen Bein 92 verbunden. Es ist lediglich eine Drahtverbindung zwischen diesem Bein 92 und dem zweiten Anschlusskontakt 22 erforderlich.
18 zeigt eine Anordnung mehrerer parallel geschalteter Bauteile 95, wie in Zusammenhang mit 16 beschrieben, an einem Steuergerät 97. Über das Steuergerät 97, das das Spannungssignal V_1-2 generiert, werden die Halbleiterbauteile 1 mit Strom und Daten versorgt. In diesem Fall sind die Halbleiterbauteile 1 nicht individuell adressierbar. Alle Halbleiterbauteile 1 leuchten mit veränderbarer, gleicher Farbe und Helligkeit. Solche eine Anordnung ohne Adressierung der Halbleiterbauteile 1 kann beispielsweise als Dekorationsbeleuchtung verwendet werden.
19A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mehrerer Halbleiterbauteile 1 im Gehäuse 90 in der Aufsicht. 19B zeigt die Seitenansicht des Ausführungsbeispiels.
In diesem Ausführungsbeispiel sind RGB-LED-Chips als Halbleiterbauteile 1 in einem pre-molded Gehäuse 90 eingebracht. Die Abstrahlung erfolgt zur Oberseite. Rückseitig angeordnete und mit den Anschlusskontakten 21, 22 verbundenen Kontaktelemente 96 sind auf einer einlagigen Leiterplatte 98 angeschlossen. Die Chips sind matrixartig angeordnet. Das Spannungssignal V_1-2 wird über zwei kammförmige Leiterstrukturen 94 auf der Leiterplatte 98 für das Potenzial V_1-2 und das Referenzpotenzial GND an die Kontaktelemente 96 angelegt. Durch die Doppel-Kamm-Struktur der Leiterstrukturen 94 können alle Bauteile mit Daten und Strom versorgt werden. Weist jedes Halbleiterbauteil 1 eine individuelle Adresse auf, so kann damit ein einfaches Display realisiert werden. Die Daten für jeden Bildpunkt müssen allerdings seriell geschrieben werden. Daher sind keine hohen Auflösungen und Bildwiederholfrequenzen möglich.
20A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mehrerer Halbleiterbauteile 1 in der Aufsicht. 20B zeigt die Seitenansicht des Ausführungsbeispiels.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterbauteile 1 RGB-LED-Chips, die in einem pre-molded Gehäuse 90 eingebracht sind. Die Abstrahlung erfolgt zur Oberseite. Mit den Anschlusskontakten 21, 22 verbundene Kontaktelemente 96 ragen seitlich an der Rückseite heraus. Die Chips sind matrixartig angeordnet.
Die Spannungsversorgung erfolgt über ein Gewebe 40 mit leitenden und isolierenden Fasern 41, 42, 4. Erste sind für die Zuführung des Potenzials V_1-2 und des Referenzpotenzials GND. Dabei verlaufen die Fasern 41 zum Anlegen des Potenzials V_1-2 oben und die Fasern 42 zum Anlegen des Referenzpotenzials unten, oder umgekehrt. Zwischen diesen Fasern 41, 42 sind isolierende Fasern 43 angeordnet. Der elektrische Anschluss erfolgt von oben oder unten über eine leitende Schlaufe zum Kontaktelement 96. Diese Anordnung ist ein flexibles, textiles Display. Die Halbleiterbauteile 1 im Gehäuse 90 sind in das Gewebe 40 eingearbeitet. Die obere und untere Gewebelage sind elektrisch leitend. Die Zwischenlage oder - lagen sind nicht leitend.
So einfach gestaltetet Displays sind auch für Textilien interessant, um z. B. verschiedene Warnsymbole abwechselnd zu erzeugen, beispielsweise für Bauarbeiter oder Polizisten.
Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind kombinierbar. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterbauteil
2: Substrat
11, 12, 13, 14: LED-Chips
15: integrierter Schaltkreis
17, R, G, B: Kontaktbereich
18: Leiterstruktur
19: leitende Schicht
21, 22: Anschlusskontakt
30: Haltestruktur
38: Fortsatz
39: Abrissstelle
40: Gewebe
41, 42, 43: Fasern
52: Quellwafer
54: Zielsubstrat
60: Dekoder
61: Enkoder
62, 63, 67: Speicher
64: Stromquellensteuerung
65: Rechenwerk
66: Referenzspannungsquelle
68: Adressvergleicher
71, 72, 73: Stromquelle
81, 82: Bandpassfilter
83: Schmitt-Trigger
90: Gehäuse
91, 92: Kontaktbein
94: Leiterstruktur
95: Bauteil
96: Kontaktelement
97: Steuergerät
98: Leiterplatte
99: Drahtkontakt
C1, C2, C3, C4: Kondensator
DAT: Daten
f₁, f₂: Frequenz
GND: Referenzpotenzial
l, h, b: Länge, Höhe, Breite
Q1, Q2, Q3: Signal
R1, R2, R3, R4: Widerstand
START: Startsequenz
SYNC: Synchronisationssignal
t: Zeit
U1, U2: Verstärker
V_1-2, V_dat, V_DD, VREF, VLED, VFET, VLmin, VLm, VLmax, V_A, V_B, V_c, V_D, V_E, V_F,: Spannung

Claims

Halbleiterbauteil (1) mit - zumindest einem Strahlung emittierenden optischen Halbleiterchip (11, 12, 13, 14), - einem integrierten Schaltkreis (15), - genau zwei Anschlusskontakten (21, 22), wobei das Halbleiterbauteil (1) eine veränderbare Abstrahlcharakteristik hat, die in Abhängigkeit eines an die Anschlusskontakte (21, 22) anlegbaren, zeitveränderlichen Spannungssignals (V_1-2) sowohl zur Datenübertragung als auch zur Versorgung des Halbleiterbauteils (1) gesteuert wird.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, wobei die Abstrahlcharakteristik Helligkeit und/oder Abstrahlprofil und/oder Abstrahlrichtung und/oder Abstrahlbreite und/oder Farbe umfasst.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zwei Anschlusskontakte (21, 22) an einer Oberseite des Halbleiterbauteils (1) angeordnet sind oder an einer Unterseite des Halbleiterbauteils (1) angeordnet sind oder einer der Anschlusskontakte (21, 22) an der Oberseite und einer der Anschlusskontakte (21, 22) an der Unterseite angeordnet sind.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Substrat (2), auf dessen Oberseite der zumindest eine optische Halbleiterchip (11, 12, 13, 14) und der integrierte Schaltkreis (15) angeordnet sind.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei auf dem integrierten Schaltkreis (15) der zumindest eine optische Halbleiterchip (11, 12, 13, 14) angeordnet ist.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (11, 12, 13, 14) eine Abrissstelle (39) am Ende eines Fortsatzes (38) aufweist und/oder wobei der integrierte Schaltkreis (15) eine Abrissstelle (39) am Ende eines Fortsatzes (38) aufweist.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannungssignal (V_1-2) einen Versorgungsspannungsanteil (V_E) zur Versorgung des Halbleiterbauteils und ein Datensignalanteil (V_DD) zur Übertragung von Daten für die Steuerung der Abstrahlcharakteristik aufweist.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannungssignal (V_1-2) ein pulsweitenmoduliertes Signal ist oder wobei das Spannungssignal (V_1-2) ein frequenzumgetastetes Signal ist.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannungssignal (V_1-2) zwischen einem hohen Wert oberhalb (V_F) eines mittleren Versorgungsspannungswerts (V_E) und einem niedrigen Wert (V_D) unterhalb des mittleren Versorgungsspannungswerts (V_E) schwankt und wobei der niedrige Werte (V_D) größer ist als eine zum Betrieb des Halbleiterbauteils (1) erforderliche Spannung (V_C).
Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannungssignal (V_1-2) einen Synchronisationssignalabschnitt (SYNC) in Datenpausen umfasst.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der integrierte Schaltkreis (15) umfasst: - Kontaktbereiche (17) für das Spannungssignal (V_1-2), - zumindest einen Kontaktbereich (17, R, G, B) zur elektrischen Verbindung mit dem zumindest einen optischen Halbleiterchip (11, 12, 13, 14), - einen Dekoder (60) geeignet den Datensignalanteil zu demodulieren und die demodulierten Daten bereitzustellen, - zumindest eine Stromquelle (71, 72, 73) zur Versorgung des zumindest einen optischen Halbleiterchips (11, 12, 13, 14), - eine Stromquellensteuerung (64) geeignet zumindest ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung der zumindest einen Stromquelle (71, 72, 73) bereitzustellen, - einen Speicher (62) gekoppelt zwischen den Dekoder (60) und der Stromquellensteuerung (64) und geeignet Daten für die Stromquellensteuerung (64) bereitzustellen.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 11, wobei der Dekoder (60) ein aktives Bandpassfilter (81, 82) umfasst.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der integrierte Schaltkreis (15) ferner umfasst: - einen Adressspeicher (67), in dem eine dem Halbleiterbauteil (1) zugeordnete Adresse gespeichert ist, und - einen Adressvergleicher (68) geeignet zu vergleichen, ob eine Adressinformation in den demodulierten Daten mit der dem Halbleiterbauteil (1) zugeordnete Adresse übereinstimmt.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der integrierte Schaltkreis (15) ferner umfasst: eine Referenzspannungsquelle (66) gekoppelt mit der zumindest einen Stromquelle (71, 72, 73) und geeignet diese anzusteuern.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der integrierte Schaltkreis (15) ferner umfasst - ein Rechenwerk (65), - Mittel zur Fehlererkennung und -behandlung im Betrieb der optischen Halbleiterchips (11, 12, 13, 14).
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der integrierte Schaltkreis (15) ferner umfasst: einen Enkoder (61) um vom Halbleiterbauteil (1) zu übertragende Daten als Datensignalanteil des Spannungssignals (V_1-2) zu modulierten.