DE102017127597B4

DE102017127597B4 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements

Info

Publication number: DE102017127597B4
Application number: DE102017127597.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Nagel
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: US10910351B2; DE102017127597A1; CN109817795B; US20190157249A1; CN109817795A

Abstract

Optoelektronisches Bauelement (11,12,13),
mit einem eine Montagefläche (21) aufweisenden Träger (20),
wobei über der Montagefläche (21) eine Mehrzahl von zur Emission elektromagnetischer Strahlung (80) ausgebildeter optoelektronischer Halbleiterchips (30) angeordnet ist, wobei über der Montagefläche (21) ein Formmaterial (60) angeordnet ist,
wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (30) in das Formmaterial (60) eingebettet sind,
wobei ein leerer Hohlraum (71) im Formmaterial (60) ausgebildet ist,
wobei Strahlungsemissionsflächen (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30) nicht von dem Formmaterial (60) bedeckt sind,
wobei der Hohlraum (71) durch eine Öffnung (72) im Formmaterial (60) zugänglich ist,
wobei eine Öffnungsfläche (73) der Öffnung (72) kleiner ist als eine Summe aller Strahlungsemissionsflächen (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30),
wobei ein konkav ausgebildeter Abschnitt (61) des Formmaterials (60) zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips (30) angeordnet und zur Öffnung (72) hin geöffnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Aus dem Stand der Technik sind optoelektronische Bauelemente mit optoelektronischen Halbleiterchips, die in einer Kavität eines Gehäusekörpers angeordnet sind, bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
Aus den Druckschriften WO 2016 / 094 422 A1 und EP 3 174 110 A1 ist jeweils eine Halbleitervorrichtung mit einer Strahlungsemissionsfläche und einer Strahlungsextraktionsfläche bekannt. Die Strahlungsextraktionsfläche ist über der Strahlungsemissionsfläche angeordnet. Die Strahlungsextraktionsfläche ist außerdem kleiner als die Strahlungsemissionsfläche.
Aus der Druckschrift JP 2015 - 8 329 A ist ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bekannt, bei dem eine Opferschicht verwendet wird.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Ausführungsformen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement weist einen Träger mit einer Montagefläche auf. Über der Montagefläche ist eine Mehrzahl von zur Emission elektromagnetischer Strahlung ausgebildeter optoelektronischer Halbleiterchip angeordnet. Ein Formmaterial ist über der Montagefläche angeordnet, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips in das Formmaterial eingebettet sind. Im Formmaterial ist ein leerer Hohlraum ausgebildet. Strahlungsemissionsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips sind nicht von dem Formmaterial bedeckt. Der Hohlraum ist durch eine Öffnung im Formmaterial zugänglich. Eine Öffnungsfläche der Öffnung ist kleiner als eine Summe aller Strahlungsemissionsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips. Ein Vorteil des optoelektronischen Bauelements besteht darin, dass das optoelektronische Bauelement eine hohe Leuchtdichte aufweisen kann, da an den Strahlungsemissionsflächen emittierte elektromagnetische Strahlung durch die Öffnung abgestrahlt wird, deren Öffnungsfläche kleiner ist als die Summe aller Strahlungsemissionsflächen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Geometrie der Öffnungsfläche frei wählbar ist, sodass verschiedene Abstrahlcharakteristika erzeugt werden können. Beispielsweise kann die Öffnung unmittelbar über einem Teil der Strahlungsemissionsflächen angeordnet sein, während die Strahlungsemissionsflächen sonst vom Formmaterial verdeckt werden. Dies kann beispielsweise für Automobilscheinwerfer von Vorteil sein, denn es lassen sich auf diese Weise gewünschte Lichtverteilungen erzeugen, die beispielsweise an die Erfordernisse des Straßenverkehrs angepasst werden können.
In einer Ausführungsform weist der Hohlraum zumindest abschnittsweise einen sich zur Öffnung hin verjüngenden Querschnitt auf. Vorteilhafterweise kann die Öffnungsfläche der Öffnung kleiner sein als eine Summe aller Strahlungsemissionsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips, wenn der Querschnitt des Hohlraums sich zumindest abschnittsweise zur Öffnung hin verjüngt.
In einer Ausführungsform ist der sich verjüngende Querschnitt konvex ausgebildet. Anders ausgedrückt weist das Formmaterial einen konkav ausgebildeten Abschnitt auf, der zum Träger hin geöffnet ist. Vorteilhafterweise kann durch einen konkav ausgebildeten Abschnitt des Formmaterials ein Parabolspiegeleffekt erzeugt werden. Dadurch kann von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierte elektromagnetische Strahlung auf einen Bereich zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips gebündelt werden. Hierbei bestehen die Möglichkeiten, dass die elektromagnetische Strahlung in diesem Bereich entweder auf das Formmaterial oder auf die Montagefläche des Trägers trifft. Von diesem Bereich aus kann die elektromagnetische Strahlung dann zur Öffnung hin reflektiert werden. Die Montagefläche des Trägers kann zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung selbst reflektierend ausgebildet sein oder eine reflektierende Beschichtung aufweisen. Auch das Formmaterial kann zu diesem Zweck reflektierend ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform weist das Formmaterial eingebettete, reflektierende Partikel auf. Vorteilhafterweise kann ein Reflexionsgrad des Formmaterials durch eingebettete, reflektierende Partikel erhöht werden, wodurch die Strahlungsdichte der elektromagnetischen Strahlung im Bereich der Öffnung gesteigert werden kann.
Ein konkav ausgebildeter Abschnitt des Formmaterials ist zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet und zur Öffnung hin geöffnet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung zur Öffnung hin gebündelt werden kann. Der konkav ausgebildete Abschnitt kann in diesem Fall ebenfalls einen Parabolspiegeleffekt bewirken. Zusätzlich kann ein konkav ausgebildeter und zum Träger hin geöffneter Abschnitt des Formmaterials elektromagnetische Strahlung auf den konkav ausgebildeten und zur Öffnung hin geöffneten Abschnitt des Formmaterials bündeln, bevor diese zur Öffnung hin gebündelt wird. Eine solche Kombination kann die Strahlungsdichte im Bereich der Öffnung besonders effizient erhöhen.
In einer Ausführungsform ist zumindest über einer Strahlungsemissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterchips ein wellenlängenkonvertierendes Material angeordnet. Vorteilhafterweise ist das wellenlängenkonvertierende Material dazu ausgebildet, die Wellenlänge der von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierten elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise zu modifizieren. Folglich kann das optoelektronische Bauelement eine Mischung aus der ursprünglich emittierten und der modifizierten elektromagnetischen Strahlung abstrahlen. Auf diese Weise kann eine gewünschte Farbe der elektromagnetischen Strahlung erzeugt werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements wird ein Träger mit einer Montagefläche bereitgestellt. Zumindest ein zur Emission elektromagnetischer Strahlung ausgebildeter optoelektronischer Halbleiterchip wird über der Montagefläche des Trägers angeordnet. Ein Opferkörper wird über den Strahlungsemissionsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Ein Formmaterial wird über der Montagefläche des Trägers angeordnet und ausgehärtet, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips und der Opferkörper in das Formmaterial eingebettet werden. Ein konkav ausgebildeter Abschnitt des Formmaterials ist zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet und zur Öffnung hin geöffnet. Der Opferkörper wird entfernt, wobei ein leerer Hohlraum mit einer dem Opferkörper entsprechenden geometrischen Form im Formmaterial verbleibt, wobei eine Öffnung im Formmaterial erzeugt wird. Der Hohlraum ist durch die Öffnung zugänglich. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die geometrischen Formen des Hohlraums und der Öffnung auf einfache Art und Weise gestaltet werden können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Opferkörper durch Auflösen mit einem Lösemittel entfernt. Das Auflösen des Opferkörpers ist eine einfache Methode, den Opferkörper zu entfernen.
In einer Ausführungsform wird vor dem Entfernen des Opferkörpers das Formmaterial abgetragen bis der Opferkörper an einer Oberfläche des Formmaterials zugänglich ist. Auf diese Weise ist der Opferkörper an der Oberfläche des Formmaterials zugänglich und kann entfernt werden. Außerdem kann auf diese Weise die Öffnungsfläche der Öffnung sehr genau bestimmt werden.
In einer Ausführungsform wird der Opferkörper vor dem Anordnen aus einem Opfermaterial ausgebildet. In diesem Fall wird der Opferkörper also erzeugt, bevor das Opfermaterial über den Strahlungsemissionsflächen angeordnet wird. Dies kann eine unerwünschte Kontamination der Strahlungsemissionsflächen mit dem Opfermaterial verhindern.
In einer Ausführungsform umfasst das Anordnen des Opferkörpers über den Strahlungsemissionsflächen das Auftragen eines Opfermaterials über den Strahlungsemissionsflächen und das Bearbeiten des Opfermaterials, wodurch der Opferkörper erzeugt wird. Dies ermöglicht das Ausbilden des Opferkörpers auf dem Träger. Je nach verwendetem Opfermaterial kann es von Vorteil sein, das Opfermaterial zunächst über den Strahlungsemissionsflächen anzuordnen, bevor es zum Opferkörper geformt wird. Dadurch kann die Verwendung eines adhäsiven Mittels zur Fixierung des Opferkörpers entfallen.
In einer Ausführungsform wird als Opfermaterial ein Salz verwendet. Das Salz wird mittels eines Spaltverfahrens und/oder mittels eines spanenden Verfahrens bearbeitet. Vorteilhafterweise lässt sich ein Salz in einem späteren Verfahrensschritt einfach entfernen, um den Hohlraum im Formmaterial zu erzeugen. Außerdem können Salzkristalle mittels eines Spaltverfahrens entlang von Spaltebenen in eine gewünschte Form gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich lässt sich die Form von Salzkristallen mittels eines spanenden Verfahrens gestalten. Insbesondere wenn nur wenige Spaltebenen existieren, ermöglicht das spanende Verfahren eine größere Variationsfreiheit hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung des Opferkörpers.
In einer Ausführungsform wird als Opfermaterial ein Salz verwendet. Das Salz wird mittels eines Verdunstungs-Verfahrens aufgetragen und mittels eines spanenden Verfahrens bearbeitet. Vorteilhafterweise stellt das Anordnen des Salzes durch ein Verdunstungs-Verfahren, bei dem das Salz durch Verdampfen eines Lösemittels auskristallisiert, eine einfache Methode dar, das Salz über den Strahlungsemissionsflächen anzuordnen.
In einer Ausführungsform wird als Opfermaterial ein Lack verwendet. Der Lack wird mittels eines fotolithographischen Verfahrens bearbeitet. Dies erlaubt es, die geometrische Form des Lacks frei zu gestalten.
In einer Ausführungsform wird als Opfermaterial ein Lack verwendet. Eine Oberflächenspannung des Lacks wird ausgenutzt, um eine gekrümmte Lackoberfläche zu erzeugen. Dadurch wird eine den Hohlraum umgrenzende Innenwandung des Formmaterials gekrümmt ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht die Ausnutzung der Oberflächenspannung des Lacks, dass ein Parabolspiegeleffekt im Hohlraum durch die gekrümmte Innenwandung erzeugt werden kann.
In einer Ausführungsform wird als Opfermaterial ein Kunststoff verwendet. Der Kunststoff wird mittels eines Formverfahrens bearbeitet. Ein Kunststoff, der als Opfermaterial verwendet wird, bietet den Vorteil, dass er mittels eines Formverfahrens hinsichtlich seiner geometrischen Ausgestaltung beliebig ausgebildet werden kann.
In einer Ausführungsform wird ein Kleber zum Anordnen des Opferkörpers verwendet. Der Kleber wird nach dem Entfernen des Opferkörpers mit einem weiteren Lösemittel aufgelöst. Vorteilhafterweise verbleibt der aufgeklebte Opferkörper während des Anordnens des Formmaterials an seiner Position, ohne dabei zu verrutschen. Damit der Kleber nach dem Entfernen des Opferkörpers nicht auf den Strahlungsemissionsflächen verbleibt und diese kontaminiert, wird der Kleber mit einem Lösemittel aufgelöst und entfernt.
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 Seitenansicht eines über einem Träger angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips mit einem über einer Strahlungsemissionsfläche angeordneten wellenlängenkonvertierenden Material;
2: eine der 1 entsprechende Seitenansicht mit einem über der Strahlungsemissionsfläche angeordneten Opferkörper;
3: eine der 2 entsprechende Seitenansicht mit einem über dem Träger angeordneten Formmaterial;
4: eine der 3 entsprechende Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements im Betrieb, wobei der Opferkörper entfernt wurde;
5: eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements;
6: eine seitliche Schnittansicht auf die zweite Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements;
7: eine seitliche Schnittansicht auf eine dritte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines über einer Montagefläche 21 eines Trägers 20 angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips 30.
Der Träger 20 kann beispielsweise ein Metall, eine Keramik, ein Glas, einen Kunststoff, einen Halbleiter oder ein Halbleiteroxid aufweisen. Der Träger 20 kann auch als Leiterplatte ausgebildet sein. Der Träger 20 kann reflektierend ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass eine reflektierende Beschichtung auf der Montagefläche 21 angeordnet ist, die in 1 nicht gezeigt ist.
Der optoelektronische Halbleiterchip 30 weist eine Oberseite 31, eine Unterseite 32 und Seitenflächen 33 auf. Der optoelektronische Halbleiterchip 30 ist in der Darstellung der 1 mit seiner Unterseite 32 an der Montagefläche 21 des Trägers 20 angeordnet. Es kann auch eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips 30 über der Montagefläche 21 des Trägers 20 angeordnet sein.
Der optoelektronische Halbleiterchip 30 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 30 kann elektromagnetische Strahlung beispielsweise an seiner Oberseite 31 und/oder an seinen Seitenflächen 33 emittieren. Im dargestellten Beispiel der 1 ist der optoelektronische Halbleiterchip dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung an seiner Oberseite 31 zu emittieren, die als Strahlungsemissionsfläche 34 bezeichnet werden soll. Der optoelektronische Halbleiterchip 30 kann beispielsweise ein Leuchtdiodenchip sein.
Um den optoelektronischen Halbleiterchip 30 mit elektrischer Energie für den Betrieb versorgen zu können, kann der optoelektronische Halbleiterchip 30 beispielsweise an seiner Unterseite 32 elektrische Kontaktflächen aufweisen. Auf die Darstellung der elektrischen Kontaktflächen wird der Einfachheit halber verzichtet. Ist der Träger 20 als Leiterplatte ausgebildet, können die elektrischen Kontaktflächen beispielsweise mit an der Montagefläche 21 freiliegenden Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch kontaktiert sein. Der Träger 20 kann aber auch elektrische Durchführungen aufweisen, die mit an einer Unterseite 23 des Trägers 20 angeordneten Kontaktpads elektrisch verbunden sind.
Über der Strahlungsemissionsfläche 34 des optoelektronischen Halbleiterchips 30 ist ein wellenlängenkonvertierendes Material 40 angeordnet. Das wellenlängenkonvertierende Material 40 ist dazu ausgebildet, eine Wellenlänge der vom optoelektronischen Halbleiterchip 30 emittierten elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise zu modifizieren. Beispielsweise kann das wellenlängenkonvertierende Material 40 blaues Licht partiell in gelbes Licht umwandeln, sodass effektiv weißes Licht abgestrahlt werden kann.
Das wellenlängenkonvertierende Material 40 kann beispielsweise einen Kunststoff mit darin eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikeln aufweisen. Der Kunststoff kann zum Beispiel Silikon aufweisen. Die wellenlängenkonvertierenden Partikel können beispielsweise mit Cer-Ionen dotiertes Yttrium-Aluminium Granat (YAG:Ce³⁺) aufweisen. Das wellenlängenkonvertierende Material 40 kann für den Fall, dass auch die Seitenflächen 33 des optoelektronischen Halbleiterchips 30 als Strahlungsemissionsflächen 34 dienen, auch die Seitenflächen 33 des optoelektronischen Halbleiterchips 30 bedecken. Das wellenlängenkonvertierende Material 40 kann aber auch entfallen, wenn der optoelektronische Halbleiterchip 30 bereits elektromagnetische Strahlung mit einer gewünschten Farbe emittieren kann.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Anordnung aus 1 in einem zeitlich nachfolgenden Bearbeitungszustand.
Über der Strahlungsemissionsfläche 34 des optoelektronischen Halbleiterchips 30 ist ein Opferkörper 50 angeordnet worden. Der Opferkörper 50 wurde dabei auf dem wellenlängenkonvertierenden Material 40 angeordnet. Für den Fall, dass kein wellenlängenkonvertierendes Material 40 vorgesehen ist, wird der Opferkörper 50 an der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet. Ist der optoelektronische Halbleiterchip 30 derart ausgebildet, dass auch die Seitenflächen 33 als Strahlungsemissionsflächen 34 fungieren, so kann der Opferkörper 50 auch seitlich neben dem optoelektronischen Halbleiterchip 30 angeordnet werden. In diesem Fall kann der Opferkörper 50 den optoelektronischen Halbleiterchip 30 ringförmig umschließen.
Der Opferkörper 50 weist in der Darstellung der 2 einen trapezförmigen Querschnitt auf. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Erforderlich ist lediglich, dass der Opferkörper 50 einen Querschnitt aufweist, der sich zumindest abschnittsweise zur Strahlungsemissionsfläche 34 hin verbreitert. Dies wird im Zusammenhang mit nachfolgenden Bearbeitungsschritten noch genauer erläutert.
Bevor der Opferkörper 50 über der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet wird, kann der Opferkörper 50 aus einem Opfermaterial ausgebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das Opfermaterial zunächst über der Strahlungsemissionsfläche 34 aufgetragen wird und dann bearbeitet wird, wodurch der Opferkörper 50 erzeugt wird. Wird der Opferkörper 50 vor dem Anordnen über der Strahlungsemissionsfläche 34 erzeugt, so kann er beispielsweise mittels eines in 2 nicht dargestellten Klebers befestigt werden. Dies kann ein Verrutschen des Opferkörpers 50 verhindern.
Als Opfermaterial kann beispielsweise ein Salz, zum Beispiel Natriumchlorid, verwendet werden. Das Salz kann beispielsweise mittels eines Spaltverfahrens und/oder eines spanenden Verfahrens zum Opferkörper 50 geformt werden. Ein Spaltverfahren kann beispielsweise verwendet werden, wenn das Salz in Form eines Einkristalls vorliegt. In diesem Fall kann das Salz entlang von Spaltebenen, die durch die Kristallstruktur vorgegeben sind, gespalten werden. Da die Anzahl möglicher Spaltebenen häufig begrenzt ist, wodurch nur gewisse geometrische Formen des Opferkörpers 50 erzeugt werden können, kann das Salz alternativ oder zusätzlich mittels eines spanenden Verfahrens zum Opferkörper 50 geformt werden. Hierzu kann beispielsweise eine CNC-Fräse dienen. Ein Spaltverfahren kann insbesondere dann verwendet werden, wenn der Opferkörper 50 erzeugt werden soll, bevor das Opfermaterial über der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet wird. Ein spanendes Verfahren kann auch verwendet werden, wenn das Opfermaterial zuerst über der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet wird und dann zum Opferkörper 50 ausgebildet werden soll. So kann das Salz beispielsweise zunächst mittels eines Verdunstungsverfahrens über der Strahlungsemissionsfläche 34 aufgetragen werden und dann mittels eines spanenden Verfahrens zum Opferkörper 50 geformt werden. Das Salz kann aber auch, bevor es über der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet wird, mit einem spanenden Verfahren bearbeitet werden. Dazu kann das Salz zunächst auf einem Hilfsträger, beispielsweise mittels eines Verdunstungsverfahrens, aufgebracht und bearbeitet werden.
Alternativ zum Salz kann als Opfermaterial auch ein Lack verwendet werden. Der Lack kann beispielsweise mittels eines fotolithographischen Verfahrens bearbeitet werden, um den Opferkörper 50 zu erzeugen. Dies kann vor oder nach dem Anordnen des Lacks über der Strahlungsemissionsfläche 34 erfolgen.
Wird ein Lack als Opfermaterial verwendet, so kann alternativ oder zusätzlich zur fotolithographischen Bearbeitung eine Oberflächenspannung des Lacks ausgenutzt werden, um eine gekrümmte Lackoberfläche, d.h. eine gekrümmte Oberfläche des Opferkörpers 50 zu erzeugen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Lack beispielsweise mittels eines Dosierverfahrens derart angeordnet wird, dass der Lack in Form eines Tröpfchens über der Strahlungsemissionsfläche 34 vorliegt. Der Zweck einer gekrümmten Oberfläche des Opferkörpers 50 wird im Zusammenhang mit nachfolgenden Bearbeitungsschritten erläutert.
Als Opfermaterial kann auch ein Kunststoff, beispielsweise ein Silikon, verwendet werden. Der Kunststoff kann beispielsweise mittels eines Formverfahrens, beispielsweise mittels Formpressen, bearbeitet werden, um den Opferkörper 50 zu erzeugen. Der Kunststoff kann bereits vor dem Anordnen über der Strahlungsemissionsfläche 34 geformt und anschließend, beispielsweise durch Aufkleben am optoelektronischen Halbleiterchip 30, angeordnet werden. Alternativ kann der Kunststoff mittels eines Formverfahrens direkt über der Strahlungsemissionsfläche 34 angeordnet werden, wodurch das Aufkleben entfallen kann.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Anordnung aus 2 in einem zeitlich nachfolgenden Bearbeitungszustand.
Ein Formmaterial 60 wurde über der Montagefläche 21 des Trägers 20 angeordnet und ausgehärtet. Das Formmaterial 60 wurde derart angeordnet, dass der optoelektronische Halbleiterchip 30 und der Opferkörper 50 in das Formmaterial 60 eingebettet wurden. Die Strahlungsemissionsfläche 34 des optoelektronischen Halbleiterchips 30 wird dabei nicht von dem Formmaterial 60 bedeckt, da die Strahlungsemissionsfläche 34 im dargestellten Beispiel durch das wellenlängenkonvertierende Material 40 bedeckt ist. Ist kein wellenlängenkonvertierendes Material 40 vorgesehen, so wird die Strahlungsemissionsfläche 34 durch den Opferkörper 50 und nicht durch das Formmaterial 60 bedeckt.
In der Darstellung der 3 wurde das Formmaterial bis zu einer Oberseite 51 des Opferkörpers 50 angeordnet. Die Oberseite 51 des Opferkörpers 50 wird nicht von dem Formmaterial 60 bedeckt. Das Formmaterial 60 weist also eine Öffnung 72 auf, durch die der Opferkörper 50 zugänglich ist. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Oberseite 51 des Opferkörpers 50 kann zunächst auch von dem Formmaterial 60 bedeckt sein. Das Formmaterial 60 kann in einem späteren Verfahrensschritt teilweise abgetragen werden, um die Öffnung 72 zu schaffen, sodass der Opferkörper 50 an einer Oberfläche 62 des Formmaterials 60 zugänglich ist. Hierzu kann ein Teil des Formmaterials 60 und gegebenenfalls ein Teil des Opferkörpers 50 beispielsweise mittels eines Schleifverfahrens abgetragen werden.
Das Formmaterial 60 kann einen Kunststoff, beispielsweise ein Silikon oder ein Polyphthalamid, aufweisen und mittels eines Formverfahrens, beispielsweise mittels Formpressen oder mittels Spritzpressen, über der Montagefläche 21 angeordnet werden. Das Formmaterial 60 kann auch eingebettete, reflektierende Partikel aufweisen. Die Partikel sind dazu ausgebildet, vom optoelektronischen Halbleiterchip 30 emittierte elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Dies kann eine Leuchtdichte eines fertigen optoelektronischen Bauelements 11 erhöhen, da ohne eingebettete, reflektierende Partikel eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Formmaterial 60 höher sein kann.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht des fertiggestellten optoelektronischen Bauelements 11 im Betrieb.
Der Opferkörper 50 wurde entfernt. Dadurch ist ein Hohlraum 71 im Formmaterial 60 entstanden. Der Hohlraum 71 weist eine dem Opferkörper 50 entsprechende geometrische Form auf. Der Hohlraum 71 ist durch die Öffnung 72 im Formmaterial 60 zugänglich.
Das Entfernen des Opferkörpers 50 kann durch Auflösen des Opferkörpers 50 mittels eines Lösemittels erfolgen. Wird als Opfermaterial ein Salz verwendet, so kann beispielsweise Wasser als Lösemittel verwendet werden. Wird ein Lack oder ein Kunststoff als Opfermaterial verwendet, so kann als Lösemittel beispielsweise Aceton oder eine Lauge, beispielsweise Kalilauge, verwendet werden.
Wurde der Opferkörper 50 mittels des Klebers aufgeklebt, so kann der Kleber nach dem Entfernen des Opferkörpers 50 mit einem weiteren Lösemittel entfernt werden.
In der Darstellung der 4 weist der Hohlraum 71 einen sich zur Öffnung 72 hin verjüngenden Querschnitt auf. Dadurch ist eine Öffnungsfläche 73 der Öffnung 72 kleiner als die Strahlungsemissionsfläche 34 des optoelektronischen Halbleiterchips 30. Dies ermöglicht es, dass die Leuchtdichte im Bereich der Öffnung 72 größer sein kann als im Bereich der Strahlungsemissionsfläche 34. Eine solche Erhöhung der Leuchtdichte kann vorliegen, wenn ein Großteil der von dem optoelektronischen Halbleiterchip 30 emittierten elektromagnetischen Strahlung 80 aus dem Hohlraum 71 austritt. Dies kann durch ein hohes Reflexionsvermögen des Formmaterials 60, beispielsweise durch darin eingebettet, reflektierende Partikel, erreicht werden. Der Querschnitt des Hohlraums 71 muss sich jedoch zumindest abschnittsweise zur Öffnung 72 hin verjüngen, damit die Öffnungsfläche 73 kleiner ist als die Strahlungsemissionsfläche 34.
Elektromagnetische Strahlung 80, die vom optoelektronischen Halbleiterchip 30 emittiert wird, wird vom wellenlängenkonvertierenden Material 40 modifiziert und gelangt in den Hohlraum 71 und anschließend durch die Öffnung 72 aus dem Hohlraum 71 heraus. Im Hohlraum 71 kann die elektromagnetische Strahlung 80 an der Innenwandung 63 des Formmaterials 60 reflektiert werden. Da die Öffnungsfläche 73 der Öffnung 72 kleiner ist als die Strahlungsemissionsfläche 34 des optoelektronischen Halbleiterchips 30, kann die Leuchtdichte im Bereich der Öffnung 72 gegenüber der Strahlungsemissionsfläche 34 erhöht sein.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 12. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 12.
Bei der zweiten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 12 wurden insgesamt acht optoelektronische Halbleiterchips 30 über der Montagefläche 21 des Trägers 20 angeordnet. Die optoelektronischen Halbleiterchips 30 wurden dabei entlang eines Rands eines Quadrats 90 angeordnet, das in der Darstellung der 5 gestrichelt dargestellt ist. Die genaue Anzahl der optoelektronischen Halbleiterchips 30 und ihre Anordnung kann jedoch von dem in 5 dargestellten Beispiel abweichen.
Die optoelektronischen Halbleiterchips 30 sind voneinander beabstandet angeordnet. Auf diese Wiese entstehen Kanäle 100 zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 30. Die Kanäle 100 ermöglichen es, dass das Formmaterial 60 bei der Herstellung zwischen die optoelektronischen Halbleiterchips 30 fließen kann, sodass alle optoelektronischen Halbleiterchips 30 an ihren Seitenflächen 33 von dem Formmaterial 60 umgeben sein können.
Die Öffnung 72 im Formmaterial 60 ist bezüglich des Quadrats 90 mittig ausgebildet und weist in dem dargestellten Beispiel eine Öffnungsfläche 73 auf, die etwa so groß ist wie die Strahlungsemissionsfläche 34 eines optoelektronischen Halbleiterchips 30. Die Position der Öffnung 72 und die Größe der Öffnungsfläche 73 können aber auch von der Darstellung der 5 abweichen. Die Öffnungsfläche 73 der Öffnung 72 ist jedoch kleiner als die Summe der Strahlungsemissionsflächen 34 der optoelektronischen Halbleiterchips 30. Die Leuchtdichte des optoelektronischen Bauelements 12 kann somit im Bereich der Öffnung 72 gegenüber der Leuchtdichte an den Strahlungsemissionsflächen 34 erhöht sein. Diese Anordnung aus optoelektronischen Halbleiterchips 30 und der Öffnung 72 kann auch als Atrium-Anordnung bezeichnet werden. Es ist auch möglich, dass ein neunter optoelektronischer Halbleiterchip 30 unmittelbar unter der Öffnung 72 und bezüglich des Quadrats 90 mittig angeordnet ist.
6 zeigt die Atrium-Anordnung in der seitlichen Schnittansicht. Über den Strahlungsemissionsflächen 34 ist das nicht zwingend erforderliche wellenlängenkonvertierende Material 40 angeordnet. Der Hohlraum 71, der durch das Entfernen des Opferkörpers 50 erzeugt wurde, weist in der Darstellung der 6 einen Querschnitt auf, der sich oberhalb des wellenlängenkonvertierenden Materials 40 zur Öffnung 72 hin verjüngt. Die den Hohlraum 71 umgrenzende Innenwandung 63 des Formmaterials 60 ist in diesem Bereich kegelförmig ausgebildet. Unterhalb der kegelförmig ausgebildeten Innenwandung 63 weist der Hohlraum 71 einen rechteckigen Querschnitt auf, der bis zur Montagefläche 21 des Trägers 20 reicht. Dieser Bereich des Hohlraums 71 ist unterhalb der Öffnung 72 ausgebildet. An der kegelförmig ausgebildeten Innenwandung 63 reflektierte elektromagnetische Strahlung 80 kann auf den Bereich der Montagefläche 21, der unterhalb der Öffnung 72 freiliegt, treffen und von dort aus zur Öffnung 72 reflektiert werden. Hierzu kann der Träger 20 entweder reflektierend ausgebildet sein oder eine reflektierende Beschichtung aufweisen.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 13. Die ebenfalls als Atrium-Anordnung ausgebildete dritte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 13 weist eine große Ähnlichkeit zur zweiten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 12 auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 12 weist die dritte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements 13 einen Hohlraum 71 auf, der oberhalb des wellenlängenkonvertierenden Materials 40 einen sich zur Öffnung 72 hin verjüngenden Querschnitt aufweist, der konvex ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist das Formmaterial 60 in diesem Abschnitt konkav ausgebildet und zum Träger 20 hin geöffnet. Dies kann, wie oben bereits erläutert, beispielsweise durch einen gekrümmt ausgebildeten Abschnitt des Opferkörpers 50 realisiert werden. Dadurch kann ein Parabolspiegeleffekt bewirkt werden. Dieser Effekt bewirkt, dass elektromagnetische Strahlung 80 auf einen Bereich zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 30 gebündelt wird.
Das Formmaterial 60 weist zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 30 einen konkav ausgebildeten Abschnitt 61 auf, der zur Öffnung 72 hin geöffnet ist. Der konkav ausgebildete Abschnitt 51 des Formmaterials 60 kann durch einen gekrümmt ausgebildeten Abschnitt des Opferkörpers 50 realisiert werden. Der konkav ausgebildete Abschnitt 61 des Formmaterials 60 kann ebenfalls einen Parabolspiegeleffekt bewirken. Elektromagnetische Strahlung 80, die vom konkav ausgebildeten und zum Träger 20 hin geöffneten Abschnitt des Formmaterials 60 auf den konkav ausgebildeten und zur Öffnung 72 hin geöffneten Abschnitt 61 des Formmaterials 60 trifft, kann vom konkav ausgebildeten Abschnitt 61 zur Öffnung 72 hin gebündelt werden und aus der Öffnung 72 heraus strahlen. Der konkav ausgebildete Abschnitt 61 des Formmaterials 60 kann aber auch entfallen. Alternativ kann das Formmaterial 60 zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 30 plan ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

11: erste Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements
12: zweite Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements
13: dritte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements
20: Träger
21: Montagefläche des Trägers
22: Unterseite des Trägers
30: optoelektronischer Halbleiterchip
31: Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips
32: Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips
33: Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips
34: Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips
40: wellenlängenkonvertierendes Material
50: Opferkörper
51: Oberseite des Opferkörpers
60: Formmaterial
61: konkav ausgebildeter Abschnitt des Formmaterials
62: Oberfläche des Formmaterials
63: Innenwandung des Formmaterials
71: Hohlraum
72: Öffnung
73: Öffnungsfläche der Öffnung
80: elektromagnetische Strahlung
90: Quadrat
100: Kanäle

Claims

Optoelektronisches Bauelement (11,12,13), mit einem eine Montagefläche (21) aufweisenden Träger (20), wobei über der Montagefläche (21) eine Mehrzahl von zur Emission elektromagnetischer Strahlung (80) ausgebildeter optoelektronischer Halbleiterchips (30) angeordnet ist, wobei über der Montagefläche (21) ein Formmaterial (60) angeordnet ist, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (30) in das Formmaterial (60) eingebettet sind, wobei ein leerer Hohlraum (71) im Formmaterial (60) ausgebildet ist, wobei Strahlungsemissionsflächen (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30) nicht von dem Formmaterial (60) bedeckt sind, wobei der Hohlraum (71) durch eine Öffnung (72) im Formmaterial (60) zugänglich ist, wobei eine Öffnungsfläche (73) der Öffnung (72) kleiner ist als eine Summe aller Strahlungsemissionsflächen (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30), wobei ein konkav ausgebildeter Abschnitt (61) des Formmaterials (60) zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips (30) angeordnet und zur Öffnung (72) hin geöffnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (11,12,13) gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlraum (71) zumindest abschnittsweise einen sich zur Öffnung (72) hin verjüngenden Querschnitt aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (11,12,13) gemäß Anspruch 2, wobei der sich verjüngende Querschnitt konvex ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (11,12,13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formmaterial (60) eingebettete, reflektierende Partikel aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (11,12,13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest über einer Strahlungsemissionsfläche (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30) ein wellenlängenkonvertierendes Material (40) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (11,12,13) mit den folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Trägers (20) mit einer Montagefläche (21); - Anordnen einer Mehrzahl von zur Emission elektromagnetischer Strahlung (80) ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterchips (30) über der Montagefläche (21) des Trägers (20) ; - Anordnen eines Opferkörpers (50) über den Strahlungsemissionsflächen (34) der optoelektronischen Halbleiterchips (30); - Anordnen und Aushärten eines Formmaterials (60) über der Montagefläche (21) des Trägers (20), wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (30) und der Opferkörper (50) in das Formmaterial (60) eingebettet werden, wobei ein konkav ausgebildeter Abschnitt (61) des Formmaterials (60) zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips (30) angeordnet und zur Öffnung (72) hin geöffnet ist; - Entfernen des Opferkörpers (50), wobei ein leerer Hohlraum (71) mit einer dem Opferkörper (50) entsprechenden geometrischen Form im Formmaterial (60) verbleibt, wobei eine Öffnung (72) im Formmaterial (60) erzeugt wird, wobei der Hohlraum (71) durch die Öffnung (72) zugänglich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Entfernen des Opferkörpers (50) durch Auflösen mit einem Lösemittel erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei vor dem Entfernen des Opferkörpers (50) der folgende Verfahrensschritt durchgeführt wird: - Abtragen des Formmaterials (60) bis der Opferkörper (50) an einer Oberfläche (62) des Formmaterials (60) zugänglich ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei vor dem Anordnen des Opferkörpers (50) der folgende Verfahrensschritt durchgeführt wird: - Ausbilden des Opferkörpers (50) aus einem Opfermaterial.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Anordnen des Opferkörpers (50) über den Strahlungsemissionsflächen (34) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: - Auftragen eines Opfermaterials über den Strahlungsemissionsflächen (34); - Bearbeiten des Opfermaterials, wodurch der Opferkörper (50) erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei als Opfermaterial ein Salz verwendet wird, wobei das Salz mittels eines Spaltverfahrens und/oder mittels eines spanenden Verfahrens bearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei als Opfermaterial ein Salz verwendet wird, wobei das Salz mittels eines Verdunstungs-Verfahrens aufgetragen und mittels eines spanenden Verfahrens bearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei als Opfermaterial ein Lack verwendet wird, wobei der Lack mittels eines fotolithographischen Verfahrens bearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei als Opfermaterial ein Lack verwendet wird, wobei eine Oberflächenspannung des Lacks ausgenutzt wird, um eine gekrümmte Lackoberfläche zu erzeugen, wodurch eine den Hohlraum (71) umgrenzende Innenwandung (63) des Formmaterials (60) gekrümmt ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei als Opfermaterial ein Kunststoff verwendet wird, wobei der Kunststoff mittels eines Formverfahrens bearbeitet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei ein Kleber zum Anordnen des Opferkörpers (50) verwendet wird, wobei der Kleber nach dem Entfernen des Opferkörpers (50) mit einem weiteren Lösemittel aufgelöst wird.