DE102018104382A1

DE102018104382A1 - Optoelektronisches bauelement und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018104382A1
Application number: DE102018104382.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Richter; Tobias Gebuhr; Michael Betz; Markus Boss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29
Also published as: US11728321B2; DE112019001007A5; WO2019166352A1; US20210043615A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Optoelektronisches Bauelement, aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein Gehäuse und eine transparente Struktur. Das Gehäuse weist eine Oberseite und an der Oberseite zwei über die Oberseite hinausragende Vorsprünge auf. Die transparente Struktur ist an der Oberseite des Gehäuses zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente bestehen im Allgemeinen aus einem Gehäuse, einem optoelektronischen Halbleiterchip, welcher am oder im Gehäuse angebracht ist, und können eine transparente Struktur, beispielsweise eine Linsenstruktur, aufweisen. Die transparente Struktur kann zum Schutz des optoelektronischen Halbleiterchips dienen und, sofern die transparente Struktur als Linsenstruktur ausgestaltet ist, zusätzlich eine Strahlformung des aus dem optoelektronischen Bauelement austretenden oder des in das optoelektronische Bauelement eintretenden Lichts ermöglichen.
Transparente Strukturen für solche optoelektronischen Bauelemente werden im Stand der Technik zunächst in einem externen Prozess hergestellt, und anschließend einzeln auf das Gehäuse aufgeklebt. Alternativ können die transparenten Strukturen mittels Dispensing direkt auf einer Oberfläche des Gehäuses erzeugt werden, wobei die realisierbare Form der transparenten Struktur durch die Oberflächenspannung des hierbei verwendeten Materials festgelegt ist. Eine Herstellung der transparenten Strukturen direkt auf der Oberfläche des Gehäuses mittels Formpressen ist nur schwierig umzusetzen, da die transparente Struktur über das gesamte Gehäuse geführt sein muss und dadurch Stress um Bauelement entsteht. In diesem Fall kann sich die transparente Struktur vom Gehäuse lösen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Bauelement mit einer transparenten Struktur und ein verbessertes optoelektronisches Bauelement mit einer transparenten Struktur bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit dem optoelektronischen Bauelement und dem Herstellungsverfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein Gehäuse und eine transparente Struktur auf. Der optoelektronische Halbleiterchip kann dabei als Leuchtdiode, Laserdiode oder Fotodiode ausgestaltet sein. Das Gehäuse des optoelektronischen Bauelements weist eine Oberseite auf, wobei das Gehäuse zusätzlich an der Oberseite zwei über die Oberseite hinausragende Vorsprünge aufweist. Die transparente Struktur ist an der Oberseite des Gehäuses zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen angeordnet.
Die Vorsprünge, die über die Oberseite des Gehäuses hinausragen, können also zum Begrenzen der transparenten Struktur verwendet werden. Dadurch wird ein einfaches Herstellungsverfahren des optoelektronischen Bauelements möglich.
Die Vorsprünge und das Gehäuse können aus demselben Material einstückig oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
In einer Ausführungsform ist die transparente Struktur in an die Vorsprünge angrenzenden Bereichen planar mit den Vorsprüngen. Dies kann derart erzeugt werden, dass ein Formwerkzeug für die transparente Struktur auf die Vorsprünge aufgesetzt wird und so innerhalb des Formwerkzeugs eine Kavität entsteht, die mit der transparenten Struktur aufgefüllt werden kann. Besonders einfach ist dies zu realisieren, wenn das Formwerkzeug eine ebene Oberfläche aufweist, die auf die Vorsprünge aufgesetzt werden kann. Dadurch ist die transparente Struktur in an die Vorsprünge angrenzenden Bereichen planar mit den Vorsprüngen und es wird eine einfache Herstellung des optoelektronischen Bauelements ermöglicht.
In einer Ausführungsform umfasst die transparente Struktur eine Linsenstruktur. Dabei kann die transparente Struktur vollständig als Linsenstruktur ausgebildet sein oder aber auch Teilbereiche beinhalten, die nicht als Linsenstruktur ausgestaltet sind. Ein solches Bauelement mit einer transparenten Struktur, die als Linsenstruktur ausgeführt ist, lässt sich einfach herstellen.
In einer Ausführungsform ist eine Rotationssymmetrieachse der Linsenstruktur über einem Mittelpunkt des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Dadurch können besonders vorteilhafte Strahlgeometrien erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Kavität auf. Die Kavität ist zwischen den Vorsprüngen angeordnet und der optoelektronische Halbleiterchip in der Kavität des Gehäuses angeordnet. Eine solche Anordnung des optoelektronischen Halbleiterchips innerhalb der Kavität führt dazu, dass der optoelektronische Halbleiterchip durch das Gehäuse geschützt wird. Die Kavität kann dabei von der Oberseite des Gehäuses ausgehend in das Gehäuse hinein geführt sein.
In einer Ausführungsform ist die Kavität teilweise mit der transparenten Struktur gefüllt. Dadurch wird erreicht, dass die transparente Struktur parallel zur Oberseite des Gehäuses nicht einfach verrutschen kann und an dem vorgegebenen Platz bleibt. Dies ermöglicht ein stabileres optoelektronisches Bauelement.
In einer Ausführungsform ist eine Konversionsschicht zwischen der transparenten Struktur und dem optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet. Die Konversionsschicht kann dabei als Plättchen ausgeführt sein, welches auf den optoelektronischen Halbleiterchip aufgesetzt ist. Alternativ kann die Konversionsschicht auch als Vergussschicht oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips ausgeführt sein, insbesondere, wenn der optoelektronische Halbleiterchip in einer Kavität des Gehäuses angeordnet ist. Ferner kann die Konversionsschicht mittels einer Sprühbeschichtung erzeugt werden. Die Konversionsschicht kann dann die Kavität vollständig oder teilweise füllen, wobei bei einem teilweisen Füllen der Kavität durch die Konversionsschicht das restliche Volumen innerhalb der Kavität durch die transparente Schicht gefüllt sein kann und somit die Stabilität des optoelektronischen Bauelements erhöht werden kann.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst die folgenden Schritte:

- Erzeugen eines Gehäuses mit einer Oberseite und zwei über die Oberseite hinausragenden Vorsprüngen;
- Einsetzen eines optoelektronischen Halbleiterchips in das Gehäuse;
- Aufbringen einer transparenten Struktur an der Oberseite des Gehäuses, wobei die transparente Struktur zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen angeordnet ist.

Durch das Aufbringen der transparenten Struktur direkt an der Oberseite des Gehäuses, ohne die transparente Struktur vom Gehäuse getrennt zu erzeugen, wird das Herstellungsverfahren für das optoelektronische Bauelement deutlich vereinfacht.
In einer Ausführungsform wird das Gehäuse aus einem Kunststoff erzeugt. Dies kann insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens geschehen. Kunststoffgehäuse eignen sich gut für optoelektronische Bauelemente. Diese mittels Spritzgussverfahren zu erzeugen, ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Gehäuses. Dabei können die Vorsprünge des Gehäuses innerhalb desselben Spritzgussverfahrensprozessschrittes erzeugt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse mit dem optoelektronischen Halbleiterchip in ein Spritzpresswerkzeug eingesetzt. Die transparente Struktur weist einen Kunststoff und/oder ein Epoxidharz und/oder ein Silikon auf. Die transparente Struktur wird mittels eines Spritzpressverfahrens innerhalb des Spritzpresswerkzeugs erzeugt. Das Spritzpresswerkzeug kann dabei die spätere Form der transparenten Struktur bestimmen, und beispielsweise so ausgestaltet sein, das die transparente Struktur später eine Linsenstruktur umfasst.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse mit dem optoelektronischen Halbleiterchip in das Spritzpresswerkzeug derart eingesetzt, dass das Spritzpresswerkzeug auf den Vorsprüngen aufliegt und das Gehäuse mit den Vorsprüngen und das Spritzgusswerkzeug dabei einen für das transparente Material dichten Bereich bilden, in den das transparente Material spritzgepresst wird. Der dichte Bereich soll dabei insbesondere derart ausgestaltet sein, dass zwischen dem Spritzpresswerkzeug und den Vorsprüngen das transparente Material nicht hindurchtreten kann. Es kann ein Einlassbereich und ein Auslassbereich innerhalb des dichten Bereichs vorgesehen sein, wobei das spritzgepresste Material durch den Einlassbereich in den abgedichteten Bereich gelangt und die innerhalb des abgedichteten Bereichs befindliche Luft durch den Ausgangsbereich aus dem abgedichteten Bereich entweichen kann. Um eine vollständige Füllung des abgedichteten Bereichs mit dem transparenten Material zu erzeugen, kann es vorgesehen sein, dass transparentes Material durch den Auslassbereich den abgedichteten Bereich verlässt.
In einer Ausführungsform werden die Vorsprünge beim Einsetzen des Gehäuses in das Spritzpresswerkzeug deformiert. Dadurch kann die Abdichtung zwischen Spritzpresswerkzeug und Gehäuse weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform ist das Spritzpresswerkzeug derart ausgestaltet, dass eine Linsenstruktur des transparenten Materials erzeugt wird.
In einer Ausführungsform sind mehrere Gehäuse in einem Zwischenprodukt aneinander angrenzend erzeugt worden. Die Vorsprünge der Gehäuse sind durchgehend über das Zwischenprodukt ausgeführt. Das transparente Material wird zumindest teilweise zwischen den durchgehenden Vorsprüngen aufgebracht und das Zwischenprodukt anschließend in einzelne optoelektronische Bauelemente vereinzelt.
Wenn dieses Verfahren in einem Spritzpresswerkzeug durchgeführt wird, kann es vorgesehen sein, dass das Spritzpresswerkzeug und die Vorsprünge einen abgedichteten Bereich über das Zwischenprodukt erzeugen und der Auslassbereich eines Bauelements einen Einlassbereich eines nächsten Bauelements darstellt. Das transparente Material wird auf einer Seite des Zwischenprodukts eingebracht und entlang der Vorsprünge über das Zwischenprodukt und somit über die einzelnen Gehäuse verteilt. Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem mehrere optoelektronische Bauelemente kostengünstig mit wenigen Verfahrensschritten erzeugt werden können.
Das Vereinzeln der Bauelemente kann mittels Sägeschnitt, Ätzprozess oder Lasertrennprozess erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Gehäuse oder das Zwischenprodukt eine Rampe auf. Die Rampe weist Rampenvorsprünge auf, wobei die Rampenvorsprünge an einer Grenze zwischen Rampe und Oberseite in die Vorsprünge des Gehäuses übergehen. Das transparente Material wird zusätzlich zwischen den Rampenvorsprüngen aufgebracht. Eine solche Rampe kann dazu dienen, das während eines Spritzpressvorgangs eingebrachte transparente Material zur Oberseite der Gehäuse des Zwischenprodukts zu führen. Durch die Rampenvorsprünge, welche in die Vorsprünge der Gehäuse übergehen, kann eine Abdichtung zwischen dem Zwischenprodukt und einem Spritzpresswerkzeug erzeugt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung

1 eine isometrische Ansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
2 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements;
3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
4 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
5 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
6 einen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
7 einen Querschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
8 einen Querschnitt durch ein Gehäuse eines optoelektronischen Bauelements, eingesetzt in ein Spritzpresswerkzeug während eines Herstellungsvorgangs; und
9 ein Zwischenprodukt während der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.

1 zeigt eine isometrische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements 100, welches einen optoelektronischen Halbleiterchip 110, ein Gehäuse 120 und eine transparente Struktur 130 aufweist. Das Gehäuse 120 weist eine Oberseite 121 auf, wobei der optoelektronische Halbleiterchip 110 auf der Oberseite 121 des Gehäuses 120 angeordnet ist. Das Gehäuse 120 weist an der Oberseite 121 ferner zwei über die Oberseite 121 hinausragende Vorsprünge 122, 123, also einen ersten Vorsprung 122 und einen zweiten Vorsprung 123, auf. Mit gestrichelten Linien dargestellt ist die transparente Struktur 130. Die gestrichelten Linien sollen dabei die Durchsichtigkeit der transparenten Struktur 130 verdeutlichen, sodass die innerhalb der transparenten Struktur 130 vorhandenen Merkmale des optoelektronischen Bauelements 100 sichtbar sind.
Die transparente Struktur 130 weist einen ersten Bereich 131 und einen zweiten Bereich 132 auf. Der erste Bereich 131 grenzt an die Oberseite 121 des Gehäuses 120 an und befindet sich zwischen den Vorsprüngen 122, 123. Der zweite Bereich 132 ist oberhalb des lichtemittierenden Halbleiterchips 110 angeordnet und befindet sich nicht zwischen den Vorsprüngen 122, 123.
2 zeigt einen Querschnitt durch die mit den Buchstaben A bezeichnete Ebene des optoelektronischen Bauelements 100 der 1.
Der optoelektronische Halbleiterchip 110 ist zwischen den Vorsprüngen 122, 123 angeordnet und überragt die Vorsprünge 122, 123. Oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips 110 ist der zweite Bereich 132 der transparenten Struktur 130 angeordnet.
Angrenzend an die Vorsprünge 122, 123 ist die transparente Struktur 130 planar mit den Vorsprüngen 122, 123. Insbesondere der erste Bereich 131 der transparenten Struktur 130 schließt planar mit den Vorsprüngen 122, 123 ab.
Alternativ zu den Darstellungen in den 1 und 2 kann es vorgesehen sein, dass eine Bauhöhe des lichtemittierenden Halbleiterchips 110 geringer ist als eine Höhe der Vorsprünge 122, 123. In diesem Fall kann auf den zweiten Bereich 132 der transparenten Struktur 130 verzichtet werden. Der lichtemittierende Halbleiterchip 110 wird dann von der transparenten Struktur 130, und insbesondere vom ersten Bereich 131 der transparenten Struktur 130 vollständig bedeckt.
3 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die transparente Struktur 130 als Linsenstruktur 133 ausgebildet. Die Linsenstruktur 133 ist dabei bis an die Vorsprünge 122, 123 geführt und bedeckt den optoelektronischen Halbleiterchip 110 vollständig. Die Linsenstruktur 133 ist als Konvexlinse ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die transparente Struktur 130 in an die Vorsprünge 122, 123 angrenzenden Bereichen nicht planar mit den Vorsprüngen 122, 123. Die Linsenstruktur 133 kann analog zum zweiten Bereich 132 der transparenten Struktur 130 des ersten Ausführungsbeispiels der 1 nur oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips 110 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die transparente Struktur 130 analog zum ersten Ausführungsbeispiel einen ersten Bereich 131 aufweisen, der planar mit den Vorsprüngen 122, 123 ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Rotationssymmetrieachse 134 der Linsenstruktur 133 über einem Mittelpunkt 111 des optoelektronischen Halbleiterchips 110 angeordnet. Die Rotationssymmetrieachse 134 kann jedoch auch außerhalb des Mittelpunkts 111 des optoelektronischen Halbleiterchips 110 angeordnet sein und insbesondere auch nicht durch den Mittelpunkt 111 verlaufen. Alternativ kann die Linsenstruktur 133 als Zylinderlinse ausgestaltet sein.
4 zeigt einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100. Das Gehäuse 120 des optoelektronischen Bauelements 100 weist eine von der Oberseite 121 ausgehende Kavität 124 auf, wobei die Kavität 124 eine zur Oberseite 121 parallele Montagefläche 125 aufweist. Der optoelektronische Halbleiterchip 110 ist auf der Montagefläche 125 angeordnet. Von der Oberseite 121 ausgehend sind wieder über die Oberseite 121 hinausragende Vorsprünge 122, 123 angeordnet. Die transparente Struktur 130 ist teilweise zwischen den Vorsprüngen 122, 123 angeordnet und füllt die nicht vom optoelektronischen Halbleiterchip 110 in Anspruch genommenen Räume der Kavität 124 auf. Die transparente Struktur 130 ist also teilweise innerhalb der Kavität 124 angeordnet. Oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips 110 ist eine optionale Konversionsschicht 112 angeordnet, die gestrichelt dargestellt ist und die als Plättchen auf den optoelektronischen Halbleiterchip 110 aufgesetzt ausgeführt sein kann. Die gestrichelte Darstellung soll die Optionalität der Konversionsschicht 112 verdeutlichen. Die Konversionsschicht 112 kann eingerichtet sein, vom optoelektronischen Halbleiterchip 110 emittiertes Licht in Licht mit einer anderen Wellenlänge umzuwandeln.
Alternativ kann die Konversionsschicht 112 als Spraycoating-Schicht realisiert sein. Eine solche, als Spraycoating-Schicht realisierte Konversionsschicht 112 kann auch weitere Bereiche der Kavität 124 bedecken.
Zusätzlich gestrichelt in 4 dargestellt ist eine optionale Linsenstruktur 133 oberhalb des optoelektronischen Halbleiterchips 110. Diese ist als Sammellinse analog zur 3 ausgeführt. Auch hier dient die gestrichelte Darstellung der Linsenstruktur 133 der Verdeutlichung der Optionalität.
Beim dritten Ausführungsbeispiel sind die Vorsprünge 122, 123 nicht an Seitenflächen 126 des Gehäuses 120 angeordnet, sondern von den Seitenflächen 126 abgesetzt.
5 zeigt einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100, das dem optoelektronischen Bauelement 100 der 4 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Die in 4 optional dargestellte Linsenstruktur 133 ist beim optoelektronischen Bauelement 100 der 5 ausgebildet. Ferner ist die in 4 optional dargestellte Konversionsschicht 112 nicht als Plättchen, sondern als Füllung der Kavität 124 ausgestaltet. Die Kavität 124 ist bis zur Oberseite 121 des Gehäuses 120 mit der Konversionsschicht 122 gefüllt. Die Vorsprünge 122, 123 sind an Seitenflächen 126 des Gehäuses 120 angeordnet. Die transparente Struktur 130 weist einen ersten Bereich 131 zwischen den Vorsprüngen 122 und 123 sowie die Linsenstruktur 133 auf, wobei die Linsenstruktur 133 nicht zwischen den Vorsprüngen 122, 123 angeordnet ist.
Die Ausgestaltung der transparenten Struktur 130 des vierten Ausführungsbeispiels kann auch beim dritten Ausführungsbeispiel der 3 analog verwendet werden.
6 zeigt einen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der 5 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Die Konversionsschicht 112 füllt die Kavität 124 nicht bis zur Oberseite 121. Das bedeutet, dass die Konversionsschicht 112 die Kavität 124 nur teilweise füllt.
Die transparente Struktur 130 ist teilweise innerhalb der Kavität 124 oberhalb der Konversionsschicht 112 angeordnet. Die Linsenstruktur 133 der transparenten Struktur 130 ist nicht als Konvexlinse, sondern als Konkavlinse ausgeführt.
Die Ausgestaltungen der 4 bis 6 können hinsichtlich der Anordnung der Vorsprünge 122, 123, hinsichtlich der Ausgestaltung der Konversionsschicht 112 und hinsichtlich der Ausgestaltung der Linsenstruktur 133 jeweils beliebig miteinander kombiniert werden, sodass beispielsweise die Vorsprünge 122, 123 der 4, die Ausgestaltung der Konversionsschicht 112 der 5 und die Ausgestaltung der Linsenstruktur 133 der 6 in einem weiteren Ausführungsbeispiel realisiert werden kann. Ferner kann es in allen drei Ausgestaltungen vorgesehen sein, die Linsenstruktur 133 analog zur 3 auszuführen.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100, welches dem optoelektronischen Bauelement 100 der 5 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Im sechsten Ausführungsbeispiel der 7 ist keine Konversionsschicht 112 vorgesehen. Es kann jedoch auch alternativ eine der bereits beschriebenen Konversionsschichten 112 vorgesehen sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 110 ist also direkt in die transparente Struktur 130 innerhalb der Kavität 124 eingebettet. Innerhalb des Gehäuses 120 sind zwei tiefgezogene Leiterrahmenabschnitte 127, 128 vorgesehen. Dabei ist ein erster Leiterrahmenabschnitt 127 derart innerhalb des Gehäuses 120 angeordnet, dass der optoelektronische Halbleiterchip 110 auf dem ersten Leiterrahmenabschnitt 127 angeordnet ist und einen elektrischen Kontakt dadurch herstellt. Ein zweiter Leiterrahmenabschnitt 128 ist mit einer Oberseite des lichtemittierenden Halbleiterchips 110 mittels einem Bonddraht 113 verbunden. Die Leiterrahmenabschnitte 127, 128 sind zu einer Unterseite 129 des Gehäuses 120 geführt und ragen über die Seitenflächen 126 des Gehäuses 120 hinaus.
Alternativ zu den tiefgezogenen Leiterrahmenabschnitten 127, 128 können auch konventionelle Leiterrahmenabschnitte oder Vias oder andere elektrische Kontaktierungsmöglichkeiten vorgesehen sein.
Um ein optoelektronisches Bauelement der gezeigten Ausführungsbeispiele herzustellen, wird zunächst ein Gehäuse 120 mit einer Oberseite 121 und zwei über die Oberseite 121 hinausragenden Vorsprünge 122, 123 erzeugt. Anschließend wird ein optoelektronischer Halbleiterchip 110 in das Gehäuse 120 eingesetzt. Anschließend wird eine transparente Struktur 130 an der Oberseite 121 des Gehäuses 120 aufgebracht, wobei die transparente Struktur 130 zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen 122, 123 angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Gehäuse 120 aus einem Kunststoff erzeugt, insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens. Dabei kann es vorgesehen sein, Leiterrahmenabschnitte 127, 128, wie in 7 gezeigt, innerhalb des Gehäuses 120 anzuordnen. Alternativ können auch andere Kontaktierungselemente während des Spritzgussverfahrens des Gehäuses 120 in das Gehäuse 120 integriert werden.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Gehäuse 120 mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 110 in ein Spritzpresswerkzeug 140 eingesetzt. Ein Querschnitt durch ein solches Spritzpresswerkzeug 140 mit eingesetztem Gehäuse 120 und optoelektronischem Halbleiterchip 110 ist in 8 dargestellt. Das Spritzpresswerkzeug 140 besteht aus einer unteren Platte 141 und einem Oberteil 142. Das Gehäuse 120 ist auf der unteren Platte 141 angeordnet. Das Oberteil 142 ist derart oberhalb des Gehäuse 120 angeordnet, dass das Oberteil 142 auf den Vorsprüngen 122, 123 aufliegt. Eine Ausnehmung 143 innerhalb des Oberteils 142 ist derart ausgestaltet, dass innerhalb der Ausnehmung 143 der zweite Bereich 132 der transparenten Struktur 130 des ersten Ausführungsbeispiels der 1 und 2 erzeugt werden kann, wenn in die Ausnehmung 143 ein transparentes Material hineingepresst wird. Alternativ kann die Ausnehmung 143 auch ausgestaltet sein, eine Linsenstruktur 133, wie in den 3 bis 5 dargestellt, auszubilden. Ferner kann anstelle der Ausnehmung 143 auch eine Erhebung vorgesehen sein, mit der eine Linsenstruktur 133 analog zur 6 erzeugt werden kann. Die transparente Struktur 133 kann einen Kunststoff und/oder einer Epoxidharz und/oder ein Silikon aufweisen. Alternativ zum Spritzpressverfahren kann das Verfahren zur Herstellung der transparenten Struktur 130 auch als Spritzgussverfahren ausgestaltet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 120 auf einem Substrat angeordnet ist und das Substrat mit dem Gehäuse in das Spritzpresswerkzeug 140 eingesetzt wird. In diesem Fall kann das Oberteil 142 auch derart ausgestaltet sein, dass das Oberteil 142 auf dem Substrat aufliegt und das Substrat auf der unteren Platte 141 aufliegt.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Gehäuse 120 mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 110 in das Spritzpresswerkzeug 140 derart eingesetzt, dass das Spritzpresswerkzeug 140 und insbesondere das Oberteil 142 des Spritzpresswerkzeugs 140 auf den Vorsprüngen 122, 123 derart aufliegt, dass das Gehäuse 120 mit den Vorsprüngen 122, 123 und das Oberteil 142 einen für das transparente Material dichten Bereich bilden. Das bedeutet, dass während transparentes Material in das Spritzpresswerkzeug 140 eingepresst wird, das transparente Material nicht durch einen Bereich zwischen den Vorsprüngen 122, 123 und im Spritzpresswerkzeug 140 in Kavitäten 144 des Spritzpresswerkzeugs vordringen kann, da eine dichte Abdichtung zwischen den Vorsprüngen 122, 123 und dem Spritzpresswerkzeug 140 erzielt wird.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Spritzpresswerkzeug 140 derart ausgestaltet, dass beim Schließen des Spritzpresswerkzeugs 140, 141, 142 die Vorsprünge 122, 123 deformiert werden. Dies kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Vorsprünge 122, 123 um bis zu fünfzehn Prozent, insbesondere um fünf bis zehn Prozent ihrer Höhe zusammengedrückt werden.
In 8 ist der Querschnitt durch ein Gehäuse 120 mit einem optoelektronischen Halbleiterchip 110 gezeigt. Es können jedoch in die Zeichenebene hinein oder aus der Zeichenebene heraus weitere Gehäuse mit weiteren optoelektronischen Halbleiterchips 110 angeordnet sein, sodass während des Spritzpressvorgangs transparente Strukturen mehrerer optoelektronischer Bauelemente 100 in einem Verfahrensschritt erzeugt werden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Gehäuse 120 in einem Zwischenprodukt aneinander angrenzend erzeugt werden und anschließend eine durchgehend transparente Struktur erzeugt wird. Die einzelnen Bauelemente können dann durch eine Sägeschnitt, durch einen Ätzprozess und/oder einen Laserschneidprozess voneinander getrennt werden.
Analog können auch transparente Strukturen mehrerer optoelektronischer Bauelemente 100 in einem Verfahrensschritt erzeugt werden, wenn die transparenten Strukturen nicht mittels Spritzpressen, beispielsweise in einem Spritzgussvorgang, erzeugt werden.
9 zeigt ein solches Zwischenprodukt 150, bestehend aus drei Gehäusen 120. Die Gehäuse 120 weisen jeweils einen ersten Vorsprung 122 und einen zweiten Vorsprung 123 auf, wobei die Vorsprünge 122, 123 über alle drei Gehäuse 120 durchgehend geführt sind. Mit gestrichelten Linien sind die Stellen angedeutet, an denen die Gehäuse 120 später vereinzelt werden können. Jedes Gehäuse 120 weist von seiner Oberseite 121 ausgehend eine Kavität 124 auf, in die ein optoelektronischer Halbleiterchip 110 eingesetzt werden kann.
Zusätzlich weist das Zwischenprodukt 150 der 9 eine optionale Rampe 151 mit Rampenvorsprüngen 152 auf. Die Rampenvorsprünge 152 gehen an einer Grenze 153 zwischen Rampe 151 und Oberseite 121 in die Vorsprünge 122, 123 über. Setzt man das Zwischenprodukt 150 der 9 in ein Spritzpresswerkzeug 140 der 8 ein, so ermöglicht dies, optoelektronische Bauelemente 100 einfacher herzustellen. Spritzpresswerkzeuge 140 weisen im Allgemeinen einen Eingang für das spritzupressende Material auf der Ebene der unteren Platte 141 auf. Alternativ kann der Eingang im Oberteil 142 ausgebiltet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Substrat zwischen unterer Platte 141 und Oberteil 142 angeordnet ist. Dieser Eingang kann im Bereich der Rampe 151 angeordnet sein, sodass das in das Spritzpresswerkzeug 140 gepresste Material mittels der Rampe 151 auf die Ebene der Oberseite 121 geführt werden und dort die transparente Struktur 130 ausbilden kann. Dazu kann das Spritzpresswerkzeug 140, insbesondere das Oberteil 142 des Spritzpresswerkzeugs 140 eine zur Rampe 151 parallele Oberteilrampe aufweisen. Optional kann eine weitere Rampe auf der der Rampe 151 gegenüberliegenden Seite des Zwischenprodukts 150 vorgesehen sein, mittels der das transparente Material, beziehungsweise die vor dem Spritzpressschritt an den für das transparente Material vorgesehenen Stellen befindliche Luft wieder auf die Ebene der unteren Platte 141 geführt werden kann.
Die Rampenvorsprünge 152 können dabei ebenso wie die Vorsprünge 122, 123 zur Abdichtung zwischen dem Zwischenprodukt 150 und dem Oberteil 142 des Spritzpresswerkzeugs 140 dienen.
Eine Steigung der Rampe 151 beziehungsweise der der Rampe 151 gegenüberliegenden weiteren Rampe kann dabei zwischen zehn und einhundert Prozent betragen.
Alternativ zur Darstellung der 9 kann auch eine entsprechende Rampe 151 für ein einzelnes Gehäuse 120 vorgesehen sein.
Der optoelektronische Halbleiterchip 110 kann als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgestaltet sein und dabei eine Konversionsschicht 112 aufweisen. Ebenso kann der optoelektronische Halbleiterchip 110 als Leuchtdiode oder Laserdiode ohne Konversionsschicht 112 ausgestaltet sein. Ferner kann der optoelektronische Halbleiterchip 110 als Fotodiode ausgestaltet sein.
Die transparente Struktur 130 kann derart ausgestaltet sein, dass das vom optoelektronischen Halbleiterchip 110, der als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgestaltet ist, emittierte Licht zu mehr als 75 %, insbesondere mehr als 90 %, insbesondere mehr als 95 % durch die transparente Struktur 130 hindurchgeht. Ferner können die angegebenen Transparenzen auch für durch die Konversionsschicht 112 konvertiertes Licht gelten. Das emittierte Licht kann sichtbares Licht, aber auch Infrarot- oder UV-Strahlung sein. Darüber hinaus kann sich die Transparenz auch auf das von der Fotodiode detektierte Licht beziehen.
Eine Bauhöhe des Gehäuses 120 ohne die Vorsprünge 122, 123 kann zwischen einhundert Mikrometer und eintausendsiebenhundert Mikrometer betragen. Eine Höhe der Vorsprünge 122, 123 kann zwischen dreißig und dreihundert, insbesondere zwischen fünfzig und zweihundert und besonders bevorzugt zwischen achtzig und einhundertzwanzig Mikrometer betragen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: optoelektronisches Bauelement
110: optoelektronischer Halbleiterchip
111: Mittelpunkt (des optoelektronischen Halbleiterchips)
112: Konversionsschicht
113: Bonddraht
120: Gehäuse
121: Oberseite (des Gehäuses)
122: erster Vorsprung
123: zweiter Vorsprung
124: Kavität (des Gehäuses)
125: Montagefläche
126: Seitenfläche
127: erster Leiterrahmenabschnitt
128: zweiter Leiterrahmenabschnitt
129: Unterseite (des Gehäuses)
130: transparente Struktur
131: erster Bereich (der transparenten Struktur)
132: zweiter Bereich (der transparenten Struktur)
133: Linsenstruktur
134: Rotationssymmetrieachse
140: Spritzpresswerkzeug
141: untere Platte
142: Oberteil
143: Ausnehmung
144: Kavität (des Spritzpresswerkzeugs)
150: Zwischenprodukt
151: Rampe
152: Rampenvorsprung
153: Grenze

Claims

Ein optoelektronisches Bauelement (100), aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip (110), ein Gehäuse (120) und eine transparente Struktur (130), wobei das Gehäuse (120) eine Oberseite (121) aufweist, wobei das Gehäuse (120) an der Oberseite (121) zwei über die Oberseite (121) hinausragende Vorsprünge (122, 123) aufweist, wobei die transparente Struktur (130) an der Oberseite (121) des Gehäuses (120) zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen (122, 123) angeordnet ist.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die transparente Struktur (130) in an die Vorsprünge (122, 123) angrenzenden Bereichen planar mit den Vorsprüngen (122, 123) ist.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die transparente Struktur (130) eine Linsenstruktur (133) umfasst.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach Anspruch 3, wobei eine Rotationssymmetrieachse der Linsenstruktur (133) über einem Mittelpunkt des optoelektronischen Halbleiterchips (110) angeordnet ist.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuse (120) eine Kavität (124) aufweist, wobei die Kavität (124) zwischen den Vorsprüngen (122, 123) angeordnet ist, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (110) in der Kavität (124) des Gehäuses (120) angeordnet ist.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Kavität (124) teilweise mit der transparenten Struktur (130) gefüllt ist.
Das optoelektronische Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Konversionsschicht (112) zwischen der transparenten Struktur (130) und dem optoelektronischen Halbleiterchip (110) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (100), aufweisend folgende Schritte: - Erzeugen eines Gehäuses (120) mit einer Oberseite (121) und zwei über die Oberseite (121) hinausragenden Vorsprüngen (122, 123); - Einsetzen eines optoelektronischen Halbleiterchips (110) in das Gehäuse (120); - Aufbringen einer transparenten Struktur (130) an der Oberseite (121) des Gehäuses (120), wobei die transparente Struktur (130) zumindest teilweise zwischen den Vorsprüngen (122, 123) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gehäuse (120) aus einem Kunststoff erzeugt wird, insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Gehäuse (120) mit dem optoelektronischen Halbleiterchip (110) in ein Spritzpresswerkzeug (140, 141, 142) eingesetzt wird und wobei die transparente Struktur (130) einen Kunststoff und/oder ein Epoxid-Harz und/oder ein Silikon aufweist und mittels eines Spritzpressverfahrens innerhalb des Spritzpresswerkzeugs (140, 141, 142) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (120) mit dem optoelektronischen Halbleiterchip (110) in das Spritzpresswerkzeug (140, 141, 142) derart eingesetzt wird, dass das Spritzpresswerkzeug (140, 141, 142) auf den Vorsprüngen (122, 123) aufliegt und das Gehäuse (120) mit den Vorsprüngen (122, 123) und das Spritzgusswerkzeug dabei einen für das transparente Material dichten Bereich bilden, in den das transparente Material spritzgepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vorsprünge (122, 123) beim Einsetzen des Gehäuses (120) in das Spritzpresswerkzeug (140, 141, 142) deformiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Spritzgusswerkzeug derart ausgestaltet ist, dass eine Linsenstruktur (133) des transparenten Materials erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei mehrere Gehäuse (120) in einem Zwischenprodukt (150) aneinander angrenzend erzeugt werden, wobei die Vorsprünge (122, 123) der Gehäuse (120) durchgehend über das Zwischenprodukt (150) ausgeführt sind, wobei das transparente Material zumindest teilweise zwischen den durchgehenden Vorsprüngen (122, 123) aufgebracht wird, wobei das Zwischenprodukt (150) anschließend in einzelne optoelektronische Bauelemente (100) vereinzelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Gehäuse (120) oder das Zwischenprodukt (150) eine Rampe (151) aufweist, wobei die Rampe (151) Rampenvorsprünge (152) aufweist, wobei die Rampenvorsprünge (152) an einer Grenze (153) zwischen Rampe (151) und Oberseite (121) in die Vorsprünge (122, 123) übergehen, wobei das transparente Material zusätzlich zwischen den Rampenvorsprüngen (152) aufgebracht wird.