DE102018107956A1

DE102018107956A1 - Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils

Info

Publication number: DE102018107956A1
Application number: DE102018107956.7A
Authority: DE
Inventors: Claus Jäger; Thomas Kippes
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US20190312017A1; US10847503B2

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben, mit
- zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist,
- einem Träger (3), auf dem der Halbleiterchip (2) angeordnet ist,
- einem ersten Umhüllungskörper (4), in den der optoelektronische Halbleiterchip (2) eingebettet ist, und
- einem zweiten Umhüllungskörper (6), wobei
- der erste Umhüllungskörper (4) über dem Halbleiterchip (2) eine erste Dicke (4a) aufweist und lateral beabstandet zum Halbleiterchip (2) eine zweite Dicke (4b) aufweist,
- die erste Dicke (4a) kleiner ist als die zweite Dicke (4b),
- eine dritte Dicke (4c) des ersten Umhüllungskörpers (4) zwischen der ersten Dicke (4a) und der zweiten Dicke (4b) minimal ist, und
- der zweite Umhüllungskörper (6) auf dem ersten Umhüllungskörper (4) angeordnet ist.

Description

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das mechanisch besonders stabil ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauteils anzugeben.
Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Bei dem optoelektronischen Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein strahlungsemittierendes Bauteil, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, emittiert. Zum Beispiel handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Bauteil um eine Leuchtdiode. Alternativ ist es möglich, dass das optoelektronische Bauteil ein strahlungsdetektierendes Bauteil ist, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung detektiert. Beispielsweise handelt es sich bei dem strahlungsdetektierenden Bauteil um eine Photodiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Der zumindest eine Halbleiterchip ist beispielsweise im Betrieb zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet, beispielsweise zur Erzeugung von nahultravioletter Strahlung, von sichtbarem Licht und/oder von nahinfraroter Strahlung. Alternativ ist es möglich, dass der zumindest eine Halbleiterchip zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, dass das optoelektronische Bauteil strahlungsemittierende und strahlungsdetektierende Halbleiterchips umfasst.
Ist der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet, kann es sich um einen Oberflächenemitter handeln, bei dem die emittierte Strahlung zum Großteil, zum Beispiel über 80 % der Strahlungsleistung, über eine Strahlungsaustrittsfläche austritt, die durch eine Hauptfläche des zumindest einen Halbleiterchips gebildet ist.
Ferner kann der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip ein volumenemittierender, strahlungsemittierende Halbleiterchip sein, der die emittierte Strahlung nicht nur über eine einzige Hauptfläche aussendet, sondern auch über zumindest eine Seitenfläche, die quer zur Hauptfläche verläuft. Zum Beispiel treten beim Volumenemitter wenigstens 30 % Strahlungsleistung der emittierten Strahlung durch die zumindest eine Seitenfläche aus.
Weiterhin ist es möglich, dass der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Konversionsschicht aufweist, die beispielsweise vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung umwandelt. Die Konversionsschicht umfasst zum Beispiel ein Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz, etwa wie um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien, handeln oder um ein keramisches Material. Die Leuchtstoffpartikel verleihen der Konversionsschicht die längenwellenkonvertierenden Eigenschaften.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger, auf dem der zumindest eine Halbleiterchip angeordnet ist. Der Träger kann mit dem zumindest einen Halbleiterchip in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen. Zudem kann der zumindest eine Halbleiterchip in direktem und unmittelbarem Kontakt zum Träger stehen. Der Träger ist beispielsweise aus einem metallischen und/oder keramischen Material gebildet oder besteht daraus. Der Träger ist oder umfasst beispielsweise eine Leiterplatte (englisch „printed circuit board“, PCB) oder einen Anschlussrahmen (englisch „lead-frame“).
Der Träger weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf. Die vertikale Richtung erstreckt sich hierbei senkrecht zur Haupterstreckungsebene und die lateralen Richtungen erstrecken sich parallel zur Haupterstreckungsebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen ersten Umhüllungskörper, in den der optoelektronische Halbleiterchip eingebettet ist. „Eingebettet“ kann dabei heißen, dass der zumindest eine Halbleiterchip teilweise innerhalb des ersten Umhüllungskörpers liegt und/oder von dem ersten Umhüllungskörper an zumindest einem Teil seiner Außenfläche umschlossen ist. Bevorzugt umschließt der erste Umhüllungskörper den Halbleiterchip vollständig. Der erste Umhüllungskörper umschließt dabei die Außenflächen des Halbleiterchips, die nicht mit dem Träger in Kontakt stehen. Der erste Halbleiterchip kann dabei in direktem und unmittelbarem Kontakt mit dem ersten Umhüllungskörper stehen.
Ferner kann der erste Umhüllungskörper eine Deckfläche des Trägers, auf dem der Halbleiterchip angeordnet ist, vollständig überdecken. Hierbei kann der Träger in direktem und unmittelbarem Kontakt mit dem ersten Umhüllungskörper stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen zweiten Umhüllungskörper. Der erste Umhüllungskörper und der zweite Umhüllungskörper sind durchlässig, beispielsweise transparent, für die von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte Strahlung oder zu detektierender Strahlung. Alternativ ist es möglich, dass der erste Umhüllungskörper und der zweite Umhüllungskörper durchlässig, zum Beispiel transparent, für die von dem zumindest einen strahlungsdetektierenden Halbleiterchip zu detektierende Strahlung sind. Der erste Umhüllungskörper und der zweite Umhüllungskörper sind beispielsweise aus einem Kunststoff wie einem Silikon, einem Epoxid oder einem Epoxidhybridmaterial gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Umhüllungskörper über dem Halbleiterchip eine erste Dicke auf und weist lateral beabstandet zum Halbleiterchip eine zweite Dicke auf. Die Dicke ist dabei ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Außenflächen des ersten Umhüllungskörpers in vertikaler Richtung.
Beispielsweise weist der erste Umhüllungskörper in einem ersten Bereich eine erste Dicke auf. In Draufsicht überlappt der Halbleiterchip dabei vollständig mit dem ersten Bereich. Lateral beabstandet zum ersten Bereich weist der erste Umhüllungskörper einen zweiten Bereich auf, der die zweite Dicke aufweist. Der erste Bereich und der zweite Bereich grenzen dabei beispielsweise nicht aneinander an und stehen insbesondere nicht in direktem oder unmittelbarem Kontakt zueinander. Zwischen den beiden Bereichen kann vielmehr zumindest ein weiterer Bereich des Umhüllungskörpers angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Dicke kleiner als die zweite Dicke. Beispielsweise ist ein Abstand der gegenüberliegenden Außenflächen des ersten Umhüllungskörpers in vertikaler Richtung im zweiten Bereich größer als im ersten Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dritte Dicke des ersten Umhüllungskörpers zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke minimal. Das heißt, dass in einem dritten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, der Abstand der gegenüberliegenden Außenflächen des ersten Umhüllungskörpers kleiner ist als der Abstand im ersten und zweiten Bereich. Der dritte Bereich ist beispielsweise lateral beabstandet zum Halbleiterchip. Das heißt, in Draufsicht überlappen der Halbleiterchip und der dritte Bereich nicht.
Eine dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers kann im ersten Bereich, im zweiten Bereich und im dritten Bereich jeweils quer zur Haupterstreckungsebene verlaufen und/oder gekrümmt sein. Die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers kann im Querschnitt entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Schnittebene im dritten Bereich eine Form eines Keils oder eines stumpfen Keils aufweisen. Der Keil oder der stumpfe Keil kann zumindest eine Seitenfläche aufweisen, die gekrümmt ist. Eine Spitze des Keils oder ein Stumpf des Keils zeigt dabei in Richtung des Trägers und bildet ein Minimum der Dicke des ersten Umhüllungskörpers. Der erste Umhüllungskörper kann dabei den Träger und den optoelektronischen Halbleiterchip vollständig bedecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Umhüllungskörper auf dem ersten Umhüllungskörper angeordnet. Der zweite Umhüllungskörper bedeckt beispielsweise den ersten Umhüllungskörper bereichsweise. Die dem Träger abgewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers kann die Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers überragen oder bündig mit dieser abschließen. Zudem ist es möglich, dass die dem Träger abgewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers bereichsweise die Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers nicht überragt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, einen Träger, auf dem der Halbleiterchip angeordnet ist, einen ersten Umhüllungskörper, in dem der optoelektronische Halbleiterchip eingebettet ist, und einen zweiten Umhüllungskörper. Der erste Umhüllungskörper weist über dem Halbleiterchip eine erste Dicke auf und weist lateral beabstandet zum Halbleiterchip eine zweite Dicke auf. Die erste Dicke ist kleiner als die zweite Dicke. Eine dritte Dicke des ersten Umhüllungskörpers zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke ist minimal und der zweite Umhüllungskörper ist auf dem ersten Umhüllungskörper angeordnet.
Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil macht unter anderem von der Idee Gebrauch, für zwei transparente Umhüllungskörper zwei unterschiedliche Brechungsindizes zu verwenden, um eine totale innere Reflexionslinse zu realisieren (englisch „total inner reflection lens“, kurz „TIR lens“).
Gegenwärtig werden Halbleiterchips in Umhüllungskörper eingebettet, die beispielsweise eine Linsenform aufweisen, um die erzeugte elektromagnetische Strahlung in eine gewünschte Richtung abzulenken. Unter anderem werden reflektierende, streuende Materialien, wie zum Beispiel TiO₂-Partikel, verwendet, um die Lichtauskopplung aus einer Strahlungsdurchtrittsfläche zu erhöhen.
Eine Idee des hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils ist unter anderem, den Halbleiterchip in einen ersten Umhüllungskörper einzubetten und einen zweiten Umhüllungskörper, insbesondere monolithisch, auf dem ersten Umhüllungskörper anzuordnen. Vorteilhafterweise ist das optoelektronische Bauteil durch diese Verbindung besonders mechanisch stabil. Bevorzugt weist der erste Umhüllungskörper einen kleineren Brechungsindex auf als der zweite Umhüllungskörper. Die zwei Umhüllungskörper bilden so eine totale innere Reflexionslinse und erhöhen so die Lichtauskopplung aus der Strahlungsdurchtrittsfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Umhüllungskörper über dem Halbleiterchip eine konkav oder konvex geformte, also eine gekrümmte, Außenfläche auf. Die Außenfläche ist beispielsweise die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers im ersten Bereich. Da der erste Umhüllungskörper mit dem zweiten Umhüllungskörper im ersten Bereich in direktem Kontakt stehen kann, ist die dem Träger zugewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers im ersten Bereich beispielsweise entsprechend konvex oder konkav geformt.
Eine optische Achse des optoelektronischen Bauteils kann in vertikaler Richtung verlaufen, wobei die konkav oder konvex geformte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, um die optische Achse angeordnet sind. Insbesondere verläuft die optische Achse des optoelektronischen Bauteils in eine Richtung, die einer maximalen Abstrahlintensität entspricht. Ferner durchbricht die optische Achse eine Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Bauteils, die gegenüber dem Träger angeordnet ist.
Ferner kann ein Winkel zwischen der Haupterstreckungsebene und der optischen Achse eingeschlossen sein. Mit anderen Worten ist eine Richtung der maximalen Abstrahlintensität des optoelektronischen Bauteils gegenüber der Haupterstreckungsebene verkippt angeordnet.
Der Winkel ist dabei zum Beispiel höchstens 88°, insbesondere höchstens 86° oder bevorzugt höchstens 84°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Winkel bei mindestens 45°, insbesondere mindestens 60° oder bevorzugt mindestens 75°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dritte Dicke des ersten Umhüllungskörpers kleiner als eine Dicke des Halbleiterchips. Insbesondere ist die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers, im Bereich des Minimums der Dicke des ersten Umhüllungskörpers, unterhalb einer dem Träger abgewandten Deckfläche des Halbleiterchips angeordnet. Das heißt, die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers im dritten Bereich hat bereichsweise einen kleineren Abstand zum Träger als die Deckfläche des Halbleiterchips.
Handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip beispielsweise um einen oberflächenemittierenden Halbleiterchip, kann die emittierte Strahlung, die unter einem stumpfen Winkel zur Haupterstreckungsebene emittiert wird, in das zweite Umhüllungsmaterial eintreten.
Handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip beispielsweise um einen volumenemittierenden Halbleiterchip, kann die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers, im Bereich des Minimums der Dicke des ersten Umhüllungskörpers, mit einer dem Träger zugewandten Bodenfläche des Halbleiterchips plan abschließen. Damit kann auch die Strahlung, die aus der zumindest einen Seitenfläche des Halbleiterchips emittiert wird, in den zweiten Umhüllungskörper eintreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht der zweite Umhüllungskörper bereichsweise mit dem ersten Umhüllungskörper in direktem Kontakt. Insbesondere steht die dem Träger zugewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers mit der dem Träger abgewandten Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers im ersten Bereich und im dritten Bereich vollständig und im zweiten Bereich bereichsweise in direktem und unmittelbarem Kontakt. Alternativ ist es möglich, dass die dem Träger abgewandte Außenfläche vollständig vom zweiten Umhüllungskörper bedeckt ist und mit diesem in direktem und unmittelbarem Kontakt steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers verschieden vom Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers. Bevorzugterweise ist der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers größer als der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers. Der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers ist beispielsweise im Bereich von mindestens 0,3 bis höchstens 0,5 größer als der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers. Alternativ ist es möglich, dass der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers größer ist als der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers. Beispielsweise ist der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörper um 0,5 größer als der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers.
Ist der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers beispielsweise größer als der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers ausgebildet, kann ein großer Teil der emittierten Strahlung, der in den zweiten Umhüllungskörper eingetreten ist, an einer Grenzfläche des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers in Richtung der optischen Achse reflektiert werden. Vorteilhafterweise ist durch den Brechungsindexunterschied ein Grenzwinkel der Totalreflexion verringert. Das heißt, die unter einem stumpfen Winkel zur Haupterstreckungsebene emittierte Strahlung wird vorteilhafterweise in Richtung der optischen Achse reflektiert und erhöht so die Lichtauskopplung durch die Strahlungsdurchtrittsfläche.
Handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen strahlungsdetektierenden Halbleiterchip, dann tritt die zu detektierende Strahlung über die Strahlungsdurchtrittsfläche in den zweiten Umhüllungskörper ein und ein großer Teil der Strahlung kann an der Grenzfläche des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers im zweiten Bereich in Richtung des strahlungsdetektierenden Halbleiterchips reflektiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Umhüllungskörper über dem Halbleiterchip eine erste Dicke auf und weist lateral beabstandet zum Halbleiterchip eine zweite Dicke auf. Die Dicke ist dabei ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Außenflächen des zweiten Umhüllungskörpers in vertikaler Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Dicke des zweiten Umhüllungskörpers größer als die zweite Dicke des zweiten Umhüllungskörpers. Beispielsweise ist ein Abstand der gegenüberliegenden Außenflächen des zweiten Umhüllungskörpers in vertikaler Richtung im zweiten Bereich kleiner als im ersten Bereich.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist eine dritte Dicke des zweiten Umhüllungskörpers zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke maximal. Das heißt, dass in einem dritten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, der Abstand der gegenüberliegenden Außenflächen des zweiten Umhüllungskörpers größer ist als der Abstand im ersten und zweiten Bereich. Der dritte Bereich ist beispielsweise lateral beabstandet zum Halbleiterchip. Das heißt, in Draufsicht überlappen der Halbleiterchip und der dritte Bereich nicht.
Da der zweite Umhüllungskörper mit dem ersten Umhüllungskörper im ersten Bereich, im zweiten Bereich und bereichsweise im dritten Bereich in direktem Kontakt steht, kann die dem Träger zugewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers entsprechend quer zur Haupterstreckungsebene verlaufen und/oder gekrümmt sein.
Die dem Träger zugewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers kann entsprechend zu dem ersten Umhüllungskörper im dritten Bereich im Querschnitt entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Schnittebene eine Form eines Keils oder eines stumpfen Keils aufweisen. Eine Spitze des Keils oder ein Stumpf des Keils zeigt dabei in Richtung des Trägers und bildet ein Maximum der Dicke des zweiten Umhüllungskörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Umhüllungskörper über dem Halbleiterchip eine konkav oder konvex geformte Außenfläche auf. Die dem Träger zugewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers ist durch den direkten Kontakt mit dem ersten Umhüllungskörper im ersten Bereich entsprechend konkav oder konvex geformt. Die dem Träger abgewandte Außenfläche des zweiten Umhüllungskörpers kann ebenfalls konkav oder konvex geformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden der erste Umhüllungskörper und der zweite Umhüllungskörper über dem Halbleiterchip eine optische Linse. Je nach Form der dem Träger abgewandten Außenflächen des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers kann die optische Linse eine bikonvexe Linse, eine bikonkave Linse, eine plankonvexe Linse, eine plankonkave Linse, eine konkavkonvexe Linse oder eine konvexkonkave Linse sein. Ferner kann sich die konvexe oder konkave Form des zweiten Umhüllungskörpers in lateralen Richtungen beispielsweise über den ersten, den zweiten und/oder dritten Bereich erstecken.
Vorteilhafter weise kann durch die Form der optischen Linse ein Abstrahlwinkelbereich eingestellt werden. Das heißt, durch geeignete Auswahl der Form der optischen Linse kann die emittierte Strahlung in einem engen oder breiten Abstrahlwinkelbereich durch die Strahlungsdurchtrittsfläche aus dem optoelektronischen Bauteil austreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Umhüllungskörper und dem zweiten Umhüllungskörper im Bereich der zweiten Dicke bereichsweise eine Reflektorschicht angeordnet. Die Reflektorschicht kann dort bereichsweise oder vollständig in direktem und unmittelbarem Kontakt zu dem ersten Umhüllungskörper und dem zweiten Umhüllungskörper stehen.
Ist der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers beispielsweise kleiner als der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers ausgebildet, kann die emittierte Strahlung, die in den zweiten Umhüllungskörper eingetreten ist, an einer Grenzfläche des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers durch die Reflektorschicht in Richtung der optischen Achse reflektiert werden. Vorteilhafterweise wird die unter einem stumpfen Winkel zur Haupterstreckungsebene emittierte Strahlung in Richtung der optischen Achse reflektiert und erhöht so die Lichtauskopplung durch die Strahlungsdurchtrittsfläche.
Handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen strahlungsdetektierenden Halbleiterchip, dann tritt die zu detektierende Strahlung über die Strahlungsdurchtrittsfläche in den zweiten Umhüllungskörper ein und ein großer Teil der Strahlung kann an der Grenzfläche des ersten Umhüllungskörpers und des zweiten Umhüllungskörpers durch die Reflektorschicht in Richtung des strahlungsdetektierenden Halbleiterchips reflektiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Reflektorschicht ein Metall oder besteht daraus. Die Reflektorschicht enthält beispielsweise Silber, Aluminium, Rhodium, Nickel, Kupfer oder Gold oder besteht aus beispielsweise Silber, Aluminium, Rhodium, Nickel, Kupfer oder Gold.
Ferner ist es möglich, dass es sich bei der Reflektorschicht um einen Bragg-Spiegel handelt, der aus abwechselnd angeordneten Schichten eines hochbrechenden und eines niedrigbrechenden Materials besteht. Darüber hinaus kann es sich bei der Reflektorschicht um eine Kombination eines Bragg-Spiegels und einer metallhaltigen Reflektorschicht handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflektorschicht reflektierend für die im Betrieb des Halbleiterchips emittierte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Reflektorschicht eine Reflektivität für die emittierte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung von wenigstens 90 % auf.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Vorzugsweise eignet sich das Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils. Das heißt, ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil ist mit dem beschriebenen Verfahren herstellbar oder wird mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt. Sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauteil offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Trägers. Der Träger kann beispielsweise im Verbund mit anderen gleichartigen Trägern vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens des optoelektronischen Halbleiterchips auf den Träger. Der Träger umfasst beispielsweise Kontaktflächen, die beispielsweise ein Metall enthalten oder aus diesem bestehen. Zudem kann der Halbleiterchip Chipkontaktflächen umfassen, die beispielsweise ein Metall enthalten oder aus diesem bestehen. Die Chipkontaktflächen können durch Kleben, Bonden oder Löten auf jeweils eine Kontaktfläche aufgebracht und mit dieser mechanisch und/oder elektrisch verbunden werden. Diese Verbindung befestigt den Halbleiterchip auf dem Träger. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Chipkontaktfläche auf der dem Träger abgewandten Deckfläche des Halbleiterchips angeordnet ist. Die Chipkontaktfläche kann dann beispielsweise mittels eines Bonddrahtes mit einer Kontaktfläche des Trägers elektrisch leitend kontaktiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens des ersten Umhüllungskörpers auf dem Träger und dem optoelektronischen Halbleiterchip. Hierbei liegt das Material des ersten Umhüllungskörpers beispielsweise in einer fließfähigen Form vor. In diesem Fall wird das Material des ersten Umhüllungskörpers nach dem Aufbringen zu dem ersten Umhüllungskörper ausgehärtet.
Nach dem Aushärten kann eine Kavität in dem ersten Umhüllungskörper erzeugt werden. Die Kavität kann beispielsweise durch Materialabtrag des ersten Umhüllungskörpers erzeugt werden. Alternativ wird die Kavität während des Auftragens des Materials des ersten Umhüllungskörpers erzeugt. Beispielsweise kann das Material des ersten Umhüllungskörpers mittels eines Spritzgussverfahrens aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens des zweiten Umhüllungskörpers auf dem ersten Umhüllungskörper mittels eines Gussprozesses. Das Material des zweiten Umhüllungskörpers kann beispielsweise in einer fließfähigen Form vorliegen. In diesem Fall wird das Material des zweiten Umhüllungskörpers nach dem Aufbringen zum zweiten Umhüllungskörper ausgehärtet. Beispielsweise kann das Material des zweiten Umhüllungskörpers mittels eines Spritzgussverfahrens aufgebracht werden. Hierbei kann das Material des zweiten Umhüllungskörpers in die Kavität des ersten Umhüllungskörpers eingebracht werden.
Ferner kann nach dem Aushärten eine Kavität in dem zweiten Umhüllungskörper erzeugt werden. Die Kavität kann beispielsweise durch Materialabtrag des zweiten Umhüllungskörpers erzeugt werden. Alternativ wird die Kavität während des Auftragens des Materials des zweiten Umhüllungskörpers erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Aufbringen des zweiten Umhüllungskörpers die Reflexionsschicht bereichsweise auf dem ersten Umhüllungskörper aufgebracht. Eine metallische Startschicht kann beispielsweise bereichsweise auf die dem Träger abgewandte Außenfläche des ersten Umhüllungskörpers aufgebracht werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Startschicht mittels eines Laserverfahrens strukturiert wird. Alternativ dazu kann die Startschicht auch mittels eines Ätzprozesses strukturiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Reflektorschicht mittels Elektroplattieren aufgebracht. Beispielsweise kann die Dicke der Startschicht nach dem Strukturieren mit einem Laser mittels Elektroplattieren erhöht werden. Auf diese Startschicht kann dann mittels Elektroplattieren eine Metallschicht, die reflektierend ausgebildet ist, gewachsen werden.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Bauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1, 2, 3, 4, 5 und 6 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils,
7 schematische Darstellung von Strahlenverläufen in einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils,
8 schematische Darstellung einer Abstrahlcharakteristik eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die schematische Schnittdarstellung der 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Das optoelektronische Bauteil 1 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 2 und einen Träger 3. Der Halbleiterchip 2, der in diesem Ausführungsbeispiel ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 2 ist, ist auf dem Träger 3 angeordnet. Über dem Träger 3 und dem Halbleiterchip 2 ist ein erster Umhüllungskörper 4 angeordnet. Der Halbleiterchip 2 ist hierbei in den ersten Umhüllungskörper 4 eingebettet. Insbesondere sind die Außenflächen des Halbleiterchips 2, die nicht vom Träger 3 bedeckt sind, vom ersten Umhüllungskörper 4 bedeckt und stehen mit diesem in direktem Kontakt.
Der erste Umhüllungskörper 4 weist über dem Halbleiterchip 2 eine erste Dicke 4a auf. Die erste Dicke 4a ist in einem ersten Bereich 8 definiert. In Draufsicht überlappt der Halbleiterchip 2 mit dem ersten Bereich 8 vollständig. Lateral beabstandet zu dem ersten Bereich 8 weist der erste Umhüllungskörper 4 eine zweite Dicke 4b auf. Die zweite Dicke 4b ist beispielsweise in einem zweiten Bereich 9 definiert. Die erste Dicke 4a ist dabei kleiner als die zweite Dicke 4b des ersten Umhüllungskörpers 4. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 8, 9 liegt beispielsweise ein dritter Bereich 10, der eine dritte Dicke 4c des ersten Umhüllungskörpers 4 aufweist. Die dritte Dicke 4c des ersten Umhüllungskörpers 4 ist dabei dort bestimmt, wo ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Außenflächen 5, 7 des ersten Umhüllungskörpers 4 in vertikaler Richtung minimal ist.
Über dem ersten Umhüllungskörper 4 ist ein zweiter Umhüllungskörper 6 angeordnet. Der erste Umhüllungskörper 4 steht dabei bereichsweise in direktem und unmittelbarem Kontakt zu dem zweiten Umhüllungskörper 6. Die dem Träger 3 abgewandten Außenflächen 5, 7 des ersten Umhüllungskörpers 4 und des zweiten Umhüllungskörpers 6 erstrecken sich bis zu einer gemeinsamen Ebene in vertikaler Richtung und schließen bündig miteinander ab.
Der erste Umhüllungskörper 4 weist über dem Halbleiterchip 2 einen konkaven Verlauf auf. Eine optische Achse 11 verläuft hier in vertikaler Richtung, wobei die konkav geformte Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, zu der optischen Achse 11 angeordnet ist.
Der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers 6 ist größer als der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers 4. Die emittierte Strahlung, die nicht durch die gekrümmte Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 im ersten Bereich 8 austritt, tritt an der dem Träger 3 abgewandten Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 im dritten Bereich 10 in den zweiten Umhüllungskörper 6.
Weiterhin wird die emittierte Strahlung an der Grenzfläche der dem Träger 3 abgewandten Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 im zweiten Bereich 9 und bereichsweise im dritten Bereich 10 zurück in den zweiten Umhüllungskörper 6 reflektiert. Vorteilhafterweise ist durch den Brechungsindexunterschied der Grenzwinkel der Totalreflexion verringert. Die reflektierte Strahlung kann dann durch die Strahlungsdurchtrittsfläche 1a des optoelektronischen Bauteils 1, die durch die dem Träger 3 abgewandte Außenfläche 7 des zweiten Umhüllungskörpers 6 gebildet ist, austreten.
Die schematische Schnittdarstellung der 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils 1. Im Unterschied zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der zweite Umhüllungskörper 6 über dem Halbleiterchip 2 eine konvexe Form auf. Folglich bilden die dem Träger 3 abgewandten Außenflächen 5,7 des ersten Umhüllungskörpers 4 und des zweiten Umhüllungskörpers 6 im ersten Bereich 8 eine optische Linse 12, insbesondere eine Sammellinse. Die gekrümmte Außenfläche 7 des zweiten Umhüllungskörpers ist hierbei in einer Kavität 15 im zweiten Umhüllungskörper 6 ausgebildet.
Gemäß der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils gezeigt. Im Unterschied zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers 1 größer als der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers 13 sein. Zwischen dem ersten Umhüllungskörper 4 und dem zweiten Umhüllungskörper 6 ist im zweiten 9 und dritten 10 Bereich bereichsweise eine Reflektorschicht 13 angeordnet. Vorteilhafterweise wird die emittierte Strahlung durch die Reflektorschicht 13 reflektiert und kann dann durch die Strahlungsdurchtrittsfläche 1a des optoelektronischen Bauteils 1 austreten.
Wie in der 4 gezeigt, ist im Unterschied zu dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ein optoelektronisches Bauteil 1 dargestellt, bei dem der zweite Umhüllungskörper 6 durch eine Kavität 14 im ersten Umhüllungskörper 4 gebildet ist. Die Kavität 14 beinhaltet beispielsweise ein Gas oder Gasgemisch wie etwa Luft. Zudem weist der erste Umhüllungskörper 4 über dem Halbleiterchip 2 einen konvexen Verlauf auf.
Im Unterschied zu dem in der 4 gezeigten optoelektronischen Bauteil 1 bedeckt der zweite Umhüllungskörper 6 die dem Träger 3 abgewandte Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 gemäß 5 vollständig. Zudem weist die dem Träger 3 abgewandte Außenfläche 7 des zweiten Umhüllungskörpers 6 über dem Halbleiterchip 2 eine konvexe Form auf, die den ersten Umhüllungskörper 5 in vertikaler Richtung überragt. Ferner erstreckt sich die konvexe Form des zweiten Umhüllungskörpers 6 in lateralen Richtungen über den ersten 8, den zweiten 9 und dritten 10 Bereich.
Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils 1. Im Unterschied zu dem in der 5 gezeigten optoelektronischen Bauteil 1 weist der erste Umhüllungskörper 4 über dem Halbleiterchip 2 beziehungsweise im ersten Bereich 8 eine Form auf, die aus drei konvexen Bereichen 16, 17, 18 gebildet ist. Emittierte Strahlung, die durch den ersten und zweiten konvexen Bereich 16, 17 in den zweiten Umhüllungskörper 6 eintritt, kann an der Reflektorschicht 13 in Richtung Strahlungsdurchtrittsfläche 1a reflektiert werden. Emittierte Strahlung, die durch den dritten konvexen Bereich 18 in den zweiten Umhüllungskörper 6 eintritt, wird gleichmäßig entsprechend der Krümmung des dritten konvexen Bereichs 18 in Richtung Strahlungsdurchtrittsfläche 1a geführt. Eine solche Anordnung bewirkt eine besonders gleichmäßige Lichtauskopplung durch die Strahlungsdurchtrittsfläche 1a.
Ferner ist in 7 schematisch anhand von beispielhaften Strahlverläufen eine Abstrahlung der Strahlung R1, R2 dargestellt. Der Halbleiterchip 2 ist ein oberflächenemittierender Halbleiterchip 2 und emittiert die Strahlung R1, R2 nahezu über einen Raumwinkelbereich von 180°. Dabei weist das optoelektronische Bauteil 1 eine Breite und Länge von 3,8 mm und eine Dicke von 1,6 mm auf. Der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers 4 ist 1.3 und der Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers 6 ist 1.6.
Ein Teil der ersten Strahlung R1 tritt im Bereich des konkav geformten ersten Umhüllungskörpers 4 in den zweiten Umhüllungskörper 6 ein und wird über die Strahlungsdurchtrittsfläche 1a aus dem optoelektronischen Bauteil 1 ausgekoppelt.
Dagegen tritt die zweite Strahlung R2 über die Außenfläche 5 des ersten Umhüllungskörpers 4 im zweiten Bereich 10 in den zweiten Umhüllungskörper 6 ein. Da der zweite Umhüllungskörper 6 einen größeren Brechungsindex als der erste Umhüllungskörper 4 aufweist, wird ein großer Teil der zweiten Strahlung R2 an der Grenzfläche des ersten und zweiten Umhüllungskörpers 4, 6 reflektiert und in Richtung der Strahlungsdurchtrittsfläche 1a gelenkt.
In 8 ist die zugehörige Abstrahlcharakteristik gezeigt. Eine Intensität Int in willkürlichen Einheiten ist hier über einen Abstrahlwinkel Deg in Grad aufgetragen. Ein Abstrahlwinkelbereich des optoelektronischen Bauteils 1 kann einen Öffnungswinkel von mindestens 5°, insbesondere mindestens 10°, bevorzugt mindestens 15° oder insbesondere bevorzugt mindestens 25° aufweisen. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Öffnungswinkel beispielsweise bei höchstens 100°, bevorzugt höchstens 80° oder insbesondere höchstens 50°. Mit anderen Worten erfolgt durch das optoelektronische Bauteil 1 eine gerichtete Abstrahlung in einen kleinen Raumwinkelbereich hinein. Beispielsweise werden mindestens 80 % oder bevorzugt mindestens 90 % der vom optoelektronischen Bauteil 1 emittierten Strahlung in den genannten Abstrahlwinkelbereich hinein emittiert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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: optoelektronisches Bauteil
1a: Strahlungsdurchtrittsfläche
2: optoelektronischer Halbleiterchip
3: Träger
4: erster Umhüllungskörper
4a: erste Dicke erster Umhüllungskörper
4b: zweite Dicke erster Umhüllungskörper
4c: dritte Dicke erster Umhüllungskörper
5: Außenfläche erster Umhüllungskörper
6: zweiter Umhüllungskörper
6a: erste Dicke zweiter Umhüllungskörper
6b: zweite Dicke zweiter Umhüllungskörper
6c: dritte Dicke zweiter Umhüllungskörper
7: Außenfläche zweiter Umhüllungskörper
8: erster Bereich
9: zweiter Bereich
10: dritter Bereich
11: optische Achse
12: optische Linse
13: Reflektorschicht
14: Kavität erster Umhüllungskörper
15: Kavität zweiter Umhüllungskörper
16: erster konvexer Bereich
17: zweiter konvexer Bereich
18: dritter konvexer Bereich
19: dritter Umhüllungskörper
R1: erste Strahlung
R2: zweite Strahlung

Claims

Optoelektronisches Bauteil (1) mit - zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, - einem Träger (3), auf dem der Halbleiterchip (2) angeordnet ist, - einem ersten Umhüllungskörper (4), in den der optoelektronische Halbleiterchip (2) eingebettet ist, und - einem zweiten Umhüllungskörper (6), wobei - der erste Umhüllungskörper (4) über dem Halbleiterchip (2) eine erste Dicke (4a) aufweist und lateral beabstandet zum Halbleiterchip (2) eine zweite Dicke (4b) aufweist, - die erste Dicke (4a) kleiner ist als die zweite Dicke (4b), - eine dritte Dicke (4c) des ersten Umhüllungskörpers (4) zwischen der ersten Dicke (4a) und der zweiten Dicke (4b) minimal ist, und - der zweite Umhüllungskörper (6) auf dem ersten Umhüllungskörper (4) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der erste Umhüllungskörper (4) über dem Halbleiterchip (2) eine konkav oder konvex geformte Außenfläche (5) aufweist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die dritte Dicke (4c) des ersten Umhüllungskörpers (4) kleiner ist als eine Dicke des Halbleiterchips (2).
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Umhüllungskörper (6) bereichsweise mit dem ersten Umhüllungskörper (4) in direktem Kontakt steht.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Brechungsindex des ersten Umhüllungskörpers (4) verschieden vom Brechungsindex des zweiten Umhüllungskörpers (6) ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Umhüllungskörper (6) über dem Halbleiterchip (2) eine erste Dicke (6a) aufweist und lateral beabstandet zum Halbleiterchip (2) eine zweite Dicke (6b) aufweist, wobei die erste Dicke (6a) größer ist als die zweite Dicke (6b), und eine dritte Dicke (6c) des zweiten Umhüllungskörpers (6) zwischen der ersten Dicke (6a) und der zweiten Dicke (6b) maximal ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Umhüllungskörper (6) über dem Halbleiterchip (2) eine konkav oder konvex geformte Außenfläche (7) aufweist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Umhüllungskörper (4) und der zweite Umhüllungskörper (6) über dem Halbleiterchip (2) eine optische Linse (12) bilden.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen dem ersten Umhüllungskörper (4) und dem zweiten Umhüllungskörper (6) im Bereich der zweiten Dicke (4b, 6b) bereichsweise eine Reflektorschicht (13) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Reflektorschicht (13) ein Metall umfasst oder daraus besteht.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Reflektorschicht (13) reflektierend für die im Betrieb des Halbleiterchips (2) emittierte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten - Bereitstellen des Trägers (3), - Aufbringen des optoelektronischen Halbleiterchips (2) auf den Träger (3), - Aufbringen des ersten Umhüllungskörpers (4) auf den Träger (3) und den optoelektronischen Halbleiterchip (2), - Aufbringen des zweiten Umhüllungskörpers (6) auf den ersten Umhüllungskörper (4) mittels eines Gussprozesses.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Aufbringen des zweiten Umhüllungskörpers (6) die Reflektorschicht (13) bereichsweise auf den ersten Umhüllungskörper (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Reflektorschicht (13) mittels Elektroplattieren aufgebracht wird.