DE102018110506A1

DE102018110506A1 - Optoelektronisches bauelement, konversionselement, verfahren zur herstellung einer vielzahl an konversionselementen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements

Info

Publication number: DE102018110506A1
Application number: DE102018110506.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Brandl; Alexander Baumgartner; Ion Stoll
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20190341532A1; US11322662B2

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (10), der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (11) aussendet und einem Konversionselement (6), das elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt und von einer Lichtauskoppelfläche (8) aussendet, angegeben. Hierbei ist die Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements (6) kleiner als die Strahlungsaustrittfläche (11) des Halbleiterchips (8).
Außerdem werden ein Konversionselement, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.

Description

Es werden ein optoelektronisches Bauelement, ein Konversionselement, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
Optoelektronische Bauelemente und Konversionselemente sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2017 107 234 A1 , DE 10 2017 107 226 A1 , DE 10 2017 104 479 A1 , DE 10 2017 104 144 A1 , US 2016/0293810 A1 und DE 10 2013 112 549 A1 beschrieben.
Vorliegend soll ein optoelektronisches Bauelement angegeben werden, dessen Lichtaustrittsfläche eine festgelegte Form und Größe aufweist und dessen Lichtfluss besonders hoch ist. Weiterhin soll ein Konversionselement für ein derartiges optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des Konversionselements und des optoelektronischen Bauelements angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Konversionselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 12 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements, des Konversionselements, des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen und des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip sendet elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche aus. Bevorzugt handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip.
Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterchip um Flip-Chips handeln. Ein Flip-Chip weist in der Regel einen Träger mit einer ersten Hauptfläche auf, auf der eine Halbleiterschichtenfolgen mit einer strahlungserzeugenden aktiven Zone epitaktisch gewachsen ist. Der Träger ist in der Regel durchlässig zumindest für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise weist der Träger eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Saphir, Siliziumcarbid. Der Träger weist eine zweite Hauptfläche auf, die der ersten Hauptfläche gegenüber liegt. Die zweite Hauptfläche des Trägers wird vorliegend als Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips bezeichnet. In der Regel sendet der Flip-Chip jedoch auch elektromagnetische Strahlung zumindest über die Seitenflächen des Trägers aus. An der Rückseite des Flip-Chips sind in der Regel zwei elektrische Kontakte angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips vorgesehen sind. Die Vorderseite des Flip-Chips ist in der Regel frei von elektrischen Kontakten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement. Das Konversionselement ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der erste Wellenlängenbereich ist hierbei besonders bevorzugt von dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden. Beispielsweise weist der erste Wellenlängenbereich blaues Licht auf oder ist aus blauem Licht gebildet. Der zweite Wellenlängenbereich weist beispielsweise rotes oder grünes Licht auf oder ist aus einem dieser Wellenlängenbereiche gebildet. Besonders bevorzugt sendet das Konversionselement die umgewandelte elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs von einer Lichtauskoppelfläche aus. Wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs nur teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, so sendet das Konversionselement von der Lichtauskoppelfläche neben elektromagnetischer Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs auch elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs aus.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements kleiner als die Strahlungsaustrittfläche des Halbleiterchips. Beispielsweise ist die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements kleiner als die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, da die Größe und die Form der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements durch eine externe Optik festgelegt sind.
Besonders bevorzugt verlaufen die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements und die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips parallel zueinander.
Die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements weist beispielsweise eine Größe von 1 mm² oder ein ganzzahliges Vielfaches dieses Werts auf.
Bevorzugt weist das Konversionselement ein Konversionsplättchen auf oder ist aus einem Konversionsplättchen gebildet. Ist das Konversionselement durch ein Konversionsplättchen gebildet, so ist die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements in der Regel durch die Lichtauskoppelfläche des Konversionsplättchens gebildet und eine Lichteinkoppelfläche des Konversionselements durch eine Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens.
Die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements kann durch die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements gebildet sein. Besonders bevorzugt weist die Lichtaustrittsfläche die gleiche Form und die gleiche Fläche auf wie die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements.
Die Lichteinkoppelfläche des Konversionselements, die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements und die Strahlungsaustrittsfläche verlaufen bevorzugt jeweils parallel zueinander. Beispielsweise ist das Konversionselement mit der Lichteinkoppelfläche auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht.
Beispielsweise ist die Lichteinkoppelfläche mit einer Haftvermittlungsschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das Konversionselement aus einem Konversionsplättchen gebildet. Die Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchen ist hierbei bevorzugt kleiner oder gleich der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips und bevorzugt größer als die Lichtauskoppelfläche des Konversionsplättchens. Bevorzugt ist das Konversionselement mittig auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet. Weiterhin weist das Konversionsplättchen bei dieser Ausführungsform bevorzugt schräge Seitenflächen auf, die die Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens und die Lichtauskoppelfläche Konversionsplättchens miteinander verbinden. Mit anderen Worten schließen die Seitenflächen des Konversionsplättchens bevorzugt einen spitzen Winkel mit einer Normalen einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens ein. Beispielsweise verjüngt sich die Querschnittsfläche des Konversionsplättchens von der Lichteinkoppelfläche zu der Lichtauskoppelfläche, bevorzugt kontinuierlich. Auf diese Art und Weise wird Licht, das in die Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens aus dem Halbleiterchip eintritt, zu der Lichtauskoppelfläche geleitet und der Lichtfluss des optoelektronischen Bauelements erhöht. Besonders vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, wenn die Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens in Form und/oder in der Größe mit der Strahlungsaustrittsfläche im Wesentlichen übereinstimmt. „Im Wesentlichen übereinstimmt“ bedeutet hierbei, dass die Größe und/oder die Form der Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens nicht mehr als 5% von der Form und/oder von der Größe der Strahlungsaustrittsfläche abweicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Konversionsplättchen Seitenflächen auf, die im Wesentlichen senkrecht auf der Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchen stehen. Im Wesentlichen senkrecht bedeutet hierbei, dass der Winkel, den die Seitenflächen mit der Haupterstreckungsebene einschließt, nur herstellungsbedingt von 90° abweicht. Beispielsweise weicht der Winkel lediglich um einen Wert zwischen einschließlich 1° und einschließlich 5° von 90° ab. Bei dieser Ausführungsform grenzt an die Seitenflächen bevorzugt ein transparentes Element an. Transparent bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass mindestens 85% und bevorzugt mindesten 95% der elektromagnetischen Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs das transparente Element transmittieren.
Das transparente Element leitet bevorzugt elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips, die aus der Strahlungsaustrittfläche austritt, zu der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements und/oder zu der Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauteils. Besonders bevorzugt erweitert das transparente Element die Lichteinkoppelfläche des Konversionselements, bevorzugt auf die Größe und/oder Form der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips. Bevorzugt stimmen die Lichteinkoppelfläche des Konversionselements und die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips in Form und/oder Größe im Wesentlichen überein. „Im Wesentlichen übereinstimmt“ bedeutet hierbei, dass die Größe und/oder die Form der Lichteinkoppelfläche des Konversionsplättchens nicht mehr als 5% von der Form und/oder von der Größe der Strahlungsaustrittsfläche abweicht. Auch so kann der Lichtfluss des optoelektronischen Bauelements mit Vorteil erhöht werden.
Beispielsweise handelt es sich bei dem transparenten Element um eine transparente Kehle oder um einen transparenten Damm. Das transparente Element steht besonders bevorzugt in direktem Kontakt mit den Seitenflächen des Konversionselements. Beispielsweise ist das transparente Element aus einem Harz, wie etwa einem Silikon gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionsplättchen ein wellenlängenkonvertierendes Glass oder eine wellenlängenkonvertierende Keramik auf oder ist aus einem dieser Materialien gebildet.
Mit dem Begriff „wellenlängenkonvertierend“ ist vorliegend insbesondere gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen, Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. In der Regel absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten Wellenlängenbereiches, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereiches um und sendet die umgewandelte elektromagnetische Strahlung wieder aus. Insbesondere wird reine Streuung oder reine Absorption nicht als wellenlängenkonvertierenden verstanden.
Ein wellenlängenkonvertierendes Glas weist beispielsweise eine transparente Glasmatrix auf, in die Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Eine wellenlängenkonvertierende Keramik kann aus einem Grünkörper gesintert werden, der Leuchtstoffpartikel aufweist. Die Leuchtstoffpartikel sind hierbei jeweils bevorzugt für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften verantwortlich.
Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien für die Leuchtstoffpartikel geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements liegt das Verhältnis der Strahlungsaustrittfläche des Halbleiterchips zu der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements zwischen einschließlich 5:1 und einschließlich 1,005:1. Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis der Strahlungsaustrittfläche des Halbleiterchips zu der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements zwischen einschließlich 2:1 und einschließlich 1,1:1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind der Halbleiterchip und das Konversionselement seitlich von einem absorbierenden Verguss umhüllt. Beispielsweise weist der absorbierende Verguss ein Harz auf, wie ein Silikon oder ein Epoxid, in das Rußpartikel eingebracht sind. Der absorbierende Verguss ist besonders bevorzugt absorbierend für elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet. Absorbierend heißt hierbei, dass höchstens 10°, bevorzugt höchstens 5° elektromagnetischer Strahlung des angegeben Wellenlängenbereichs transmittiert werden. Beispielsweise ist der absorbierende Verguss schwarz ausgebildet. Bevorzugt umhüllt der absorbierende Verguss den Halbleiterchip und das Konversionselement derart, dass elektromagnetische Strahlung lediglich von der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements aus dem optoelektronischen Bauelement heraustritt. Besonders bevorzugt schließt der absorbierende Verguss mit der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements bündig ab.
Im Folgenden wird ein Konversionselement beschrieben. Das Konversionselement ist insbesondere dazu geeignet, in dem optoelektronischen Bauelement verwendet zu sein. Merkmale und Ausgestaltungen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement beschrieben sind, können demnach auch bei dem Konversionselement ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform wandelt das Konversionselement elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um. Das Konversionselement weist bevorzugt eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche auf. Die Lichteinkoppelfläche und die Lichtauskoppelfläche des Konversionselementes sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Konversionsplättchen auf. Die Seitenfläche des Konversionsplättchens steht bei dieser Ausführungsform bevorzugt senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens. An die Seitenfläche grenzt bevorzugt ein transparentes Element an, das dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu der Lichtauskoppelfläche des Konversionselements zu leitet.
Das Konversionselement kann beispielsweise mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ausgestaltungen und Merkmale, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Konversionselement beschrieben sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen wird eine Vielzahl an Konversionsplättchen auf einen Hilfsträger aufgebracht. Bei dem Hilfsträger kann es sich beispielsweise um eine Trägerfolie handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden transparente Elementen zwischen die Konversionsschichten aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Verbund aus Konversionsplättchen und transparenten Elementen entlang von Trennlinien getrennt, die innerhalb der transparenten Elemente verlaufen, sodass eine Vielzahl an Konversionselementen entsteht.
Beispielsweise handelt es sich bei den transparenten Elementen um transparente Kehlen. Diese können beispielsweise erzeugt werden, indem ein transparentes, flüssiges Harz zwischen die Konversionsplättchen aufgebracht wird, beispielsweise durch Dispensen oder Jetten. Hierbei bildet die Oberfläche des Harzes eine Krümmung aus, deren Krümmungsmittelpunkt außerhalb des transparenten Harzes liegt. Der Krümmungsmittelpunkt ist der Mittelpunkt des Krümmungskreises der Krümmung. Der Krümmungskreis zu einem bestimmten Punkt einer Krümmung ist der Kreis, der die Krümmung in diesem Punkt am besten annähert. Die Krümmung des flüssigen Harzes bildet sich hierbei bevorzugt aufgrund der Oberflächenspannung des Harzes aus. Bevorzugt verlaufen die Trennlinien durch den tiefsten Punkt der Krümmung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das transparente, flüssige Harz vor dem Trennen ausgehärtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das transparente Element durch Foil Assistent Molding an den Seitenflächen des Konversionselements ausgebildet.
Ein Konversionsplättchen, beispielsweise mit schrägen Seitenflächen, das aus einer wellenlängenkonvertierenden Keramik gebildet ist, kann beispielsweise erzeugt werden, indem ein Grünkörper aus einem Vorläufermaterial der Keramik gebildet wird. Der Grünkörper kann durch einen Stanzprozess und/oder Prägeprozess in die gewünschte Form gebracht werden. Die Keramik wird erzeugt, indem der Grünkörper gesintert wird. Weiterhin ist es auch möglich, ein Konversionsplättchen aus einer wellenlängenkonvertierenden Keramik oder den Grünkörper durch Stanzen, Sägen, Sandstrahlen, Lasertrennen oder Prägen in die gewünschte Form zu bringen.
Ein Konversionsplättchen, beispielsweise mit schrägen Seitenflächen, das aus einem wellenlängenkonvertierenden Glass gebildet ist, kann beispielsweise durch Heißprägen oder Formgießen erzielt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements beschrieben. Merkmale und Ausgestaltungen, die lediglich in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement beschrieben sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer Strahlungsaustrittfläche bereitgestellt, von der im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs ausgesandt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konversionselement auf die Strahlungsaustrittfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Bevorzugt weist hierbei eine Lichteinkoppelfläche des Konversionselements zu der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips. Weiterhin ist die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements besonders bevorzugt kleiner als die Strahlungsaustrittfläche des Halbleiterchips.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Konversionselement ein Konversionsplättchen mit zumindest einer Seitenfläche auf, die senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens steht. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird bevorzugt ein transparenter Damm auf die freiliegenden Bereiche der Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht. Der transparente Damm grenzt hierbei besonders bevorzugt an die zumindest einen Seitenfläche des Konversionsplättchens an. Besonders bevorzugt wird der transparente Damm vollständig umlaufend um das Konversionsplättchen angeordnet. Beispielsweise ist der Damm niedriger ausgebildet als das Konversionsplättchen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das Konversionsplättchen mit einer so großen Menge an transparentem Harz, etwa Silikon, auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht wird, dass bei einem Aufdrücken des Halbleiterchips transparente Kehlen aus dem transparenten Harz an den Seitenflächen des Halbleiterchips ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird besonders bevorzugt ein Konversionsplättchen verwendet, dessen zumindest eine Seitenfläche senkrecht auf der Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden der Halbleiterchip und das Konversionselement mit einem absorbierenden Verguss seitlich umhüllt.
Das optoelektronische Bauelement ist insbesondere dazu geeignet, zusammen mit einer sekundären Optik verwendet zu werden, die die Größe und Form des optoelektronischen Bauelements und insbesondere die Größe und Form dessen Lichtaustrittsfläche vorgibt. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise Anwendung in Scheinwerfern oder in Projektoren finden. Ist die Größe und Form der Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements vorgegeben, so kann der Lichtfluss des optoelektronischen Bauelements nicht alleine durch Einsatz eines Halbleiterchips mit größere Strahlungsaustrittsfläche erhöht werden. Vorliegend wird vorgeschlagen, die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips größer zu wählen als die Lichtauskoppelfläche des Konversionselements und/oder die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements und das Konversionselement entweder mit schrägen Seitenflächen auszustatten, sodass Licht, das von der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterchips in das Konversionselement eintritt, zu der Lichtauskoppelfläche des Konversionselementes geleitet wird. Alternativ sind transparente Elemente an den Seitenflächen des Konversionsplättchens vorgesehen, die ebenfalls diese Aufgabe übernehmen. Auf diese Art und Weise kann der Lichtfluss des optoelektronischen Bauelements bei gleichbleibender Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements erhöht werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die schematischen Schnittdarstellungen der 1 bis 3 zeigen verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselemente.
Die schematische Schnittdarstellung der 4 zeigt ein Konversionselement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die schematische Schnittdarstellung der 5 zeigt ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die schematischen Schnittdarstellungen der 6 bis 8 zeigen verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Die schematischen Schnittdarstellungen der 9 bis 12 zeigen verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Die schematischen Schnittdarstellungen der 13 bis 15 zeigen verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 wird zunächst eine Vielzahl an Konversionsplättchen 1 auf einem Hilfsträger 2, beispielsweise einer Folie, bereitgestellt. Die Konversionsplättchen 1 sind beabstandet voneinander auf dem Hilfsträger 2 aufgebracht (1). Die Konversionsplättchen 1 sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Beispielsweise sind die Konversionsplättchen 1 aus einem wellenlängenkonvertierenden Glas oder eine wellenlängenkonvertierenden Keramik gebildet.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in 2 dargestellt ist, wird ein flüssiges Harz 3 in die Bereiche zwischen zwei direkt benachbarten Konversionsplättchen 1 eingebracht, beispielsweise durch Jetten oder Dispensen. Das flüssige Harz 3 grenzt hierbei jeweils direkt an Seitenflächen der Konversionsplättchen 1 an. Aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Harzes 3 und bildet sich eine gekrümmte Oberfläche des Harzes 3 aus. Die Krümmung der Oberfläche des Harzes 3 weist einen Krümmungsmittelpunkt auf, der außerhalb des transparenten Harzes 3 liegt. Das Harz 3 ist bevorzugt transparent zumindest für die elektromagnetische Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise wird Silikon als Harz 3 verwendet. In einem nächsten Schritt wird das Harz 3 ausgehärtet, so dass sich transparente Elemente 4 an den Seitenflächen der Konversionsplättchen 1 ausbilden.
Schließlich wird der Verbund aus Konversionsplättchen 1 und transparenten Elementen 4 entlang von Trennlinien 5, die innerhalb der transparenten Elemente 4 verlaufen, getrennt, sodass eine Vielzahl an Konversionselementen 6 entsteht. Die Konversionselemente 6 sind auf dem Hilfsträger 2 angeordnet.
Das Konversionselement 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 kann beispielsweise mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsführungsbeispiel der 1 bis 3 hergestellt werden.
Das Konversionselement 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 weist ein Konversionsplättchen 1 mit einer Lichteinkoppelfläche 7 und einer Lichtauskoppelfläche 8 auf, die parallel zueinander verlaufen. Die Lichteinkoppelfläche 7 und die Lichtauskoppelfläche 8 sind durch zumindest eine Seitenfläche 9 miteinander verbunden, die vorliegend senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens 1 angeordnet ist. An den Seitenflächen des Konversionsplättchens 1 ist umlaufend eine transparente Kehle 4 aus einem transparenten Harz 3 angebracht. Die transparente Kehle 4 vergrößert die Lichteinkoppelfläche 7 des Konversionselements 6 gegenüber der Lichtauskoppelfläche 8. Außerdem leitet die transparente Kehle 4 elektromagnetische Strahlung zur Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 weist einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 10 auf, der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in einer aktiven Zone erzeugt und von einer Strahlungsaustrittsfläche 11 aussendet. Der Halbleiterchip 10 ist über zwei elektrische Kontakte 12, die der Strahlungsaustrittsfläche 11 gegenüberliegen, auf elektrischen Anschlussstellen 13 eines Anschlussträgers 14 elektrisch leitend aufgebracht.
Auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10 ist ein Konversionselement 6 angeordnet, wie es anhand der 3 bereits beschrieben wurde. Die transparente Kehle 4 an den Seitenflächen 9 des Konversionsplättchens 1 schließt hierbei bündig mit Seitenflächen des Halbleiterchips 10 ab.
Die Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6 ist kleiner ausgebildet als die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10. Allerdings ist die Lichteinkoppelfläche 7 des Konversionselements 6 vorliegend durch die transparente Kehle 4 so vergrößert, dass die Form und die Größe der Lichteinkoppelfläche 7 des Konversionselements 6 mit der Form und der Größe der Strahlungsaustrittfläche 11 des Halbleiterchips 10 im Wesentlichen übereinstimmen.
Seitlich sind der Halbleiterchip 10 und das Konversionselement 6 vollständig von einem absorbierenden, vorliegend schwarz ausgebildeten, Verguss 15 umhüllt. Der schwarze Verguss 15 grenzt direkt an das Konversionselement 6 und den Halbleiterchip 10 an und schließt bündig mit der Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6 ab. Vorliegend ist die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements durch die Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6 gebildet. Der absorbierende Verguss 15 verhindert insbesondere, dass elektromagnetische Strahlung aus den Seitenflächen des Halbleiterchips 10 austritt.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 wird zunächst ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 10 bereitgestellt (6). Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 10 ist über zwei elektrische Kontakte 12, die der Strahlungsaustrittsfläche 11 gegenüberliegen, mit Anschlussstellen 13 eines Anschlussträgers 14 elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in 7 dargestellt ist, wird ein Konversionsplättchen 1 auf den Halbleiterchip 10 aufgebracht. Es wird ein Konversionsplättchen 1 verwendet, dessen Seitenflächen senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens 1 stehen. Dann wird ein flüssiges Harz 3 auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10 aufgebracht und das Konversionsplättchen 1 auf das flüssige Harz 3 aufgesetzt. Schließlich wird das Konversionsplättchen 1 so auf das flüssige Harz 3 aufgedrückt, dass das flüssige, transparente Harz 3 an den Seitenflächen 9 des Konversionsplättchens 1 umlaufend transparente Kehlen 4 ausbildet. Dann wird das transparente Harz 3 ausgehärtet.
In einem nächsten Schritt werden das Konversionselement 6 und der Halbleiterchip 10 seitlich mit einem schwarzen Verguss 15 verkapselt (8).
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 9 bis 12 wird wiederum ein strahlungsemittierender Halbleiterchip auf einem Anschlussträger bereitgestellt, wie bereits anhand der 6 beschrieben (9).
In einem nächsten Schritt wird auf einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 ein Konversionselement 6 auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10 angeordnet. Das Konversionselement 6 weist ein Konversionsplättchen 1 auf. Beispielsweise ist das Konversionsplättchen 1 aus einer wellenlängenkonvertierenden Keramik oder einem wellenlängenkonvertierenden Glas gebildet oder weist eines dieser Materialien auf.
Das Konversionsplättchen 1 weist eine Lichtauskoppelfläche 7 auf, die kleiner ist als die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10 (10). Seitenflächen 9 des Konversionsplättchens 1 verlaufen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens 1.
In einem nächsten Schritt wird ein transparenter Damm 4 an den Seitenflächen 9 des Konversionsplättchens 1 angeordnet, beispielsweise mittels Dispensen (11). Der transparente Damm 4 ist hierbei niedriger als das Konversionsplättchen 1. Besonders bevorzugt umläuft der transparente Damm 4 das Konversionsplättchen 1 vollständig. Weiterhin erweitert der transparente Damm 4 die Lichteinkoppelfläche 7 des Konversionselements 6 derart, dass die Lichteinkoppelfläche 7 im Wesentlichen die Form und die Größe der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 10 aufweist. Der transparente Damm 4 leitet Licht, das von der Strahlungsaustrittsfläche 11 austritt zu der Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6.
In einem nächsten Schritt werden das Konversionselement 6 und der Halbleiterchip 10 mit einem schwarzen Verguss 15 verkapselt. Der schwarze Verguss 15 schließt hierbei bündig mit der Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6 ab (12).
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 13 bis 15 wird wiederum ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 10 auf einem Anschlussträger 14 bereitgestellt, wie bereits anhand der 6 beschrieben (13).
In einem nächsten Schritt wird auf einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 ein Konversionselement 6 angeordnet. Das Konversionselement 6 ist vorliegend durch ein Konversionsplättchen 1 gebildet. Beispielsweise ist das Konversionsplättchen 1 aus einer wellenlängenkonvertierenden Keramik oder einem wellenlängenkonvertierenden Glas gebildet oder weist eines dieser Materialien auf.
Das Konversionsplättchen 1 weist vorliegend eine Lichteinkoppelfläche 7 auf, die größer ist als die Lichtauskoppelfläche 8. Außerdem weist das Konversionsplättchen 1 schräge Seitenflächen 9 auf, die bevorzugt einen spitzen Winkel mit einer Normalen der Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchen 1 aufweist. Eine Querschnittsfläche des Konversionsplättchens 1 verjüngt sich von der Lichteinkoppelfläche 7 zu der Lichtauskoppelfläche 8, bevorzugt kontinuierlich.
In einem nächsten Schritt werden das Konversionselement 6 und der Halbleiterchip 10 mit einem schwarzen Verguss 15 seitlich verkapselt. Der schwarze Verguss 15 schließt hierbei bündig mit der Lichtauskoppelfläche 8 des Konversionselements 6 ab (15).
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: Konversionsplättchen
2: Hilfsträger
3: Harz
4: transparentes Element
5: Trennlinie
6: Konversionselement
7: Lichteinkoppelfläche
8: Lichtauskoppelfläche
9: Seitenfläche
10: Halbleiterchip
11: Strahlungsaustrittsfläche
12: elektrische Kontakte
13: elektrische Anschlussstellen
14: Anschlussträger
15: Verguss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017107234 A1 [0002]
DE 102017107226 A1 [0002]
DE 102017104479 A1 [0002]
DE 102017104144 A1 [0002]
US 2016/0293810 A1 [0002]
DE 102013112549 A1 [0002]

Claims

Optoelektronisches Bauelement mit: - einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (10), der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (11) aussendet, - einem Konversionselement (6), das elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt und von einer Lichtauskoppelfläche (8) aussendet, wobei - die Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements (6) kleiner ist als die Strahlungsaustrittfläche (11) des Halbleiterchips (8).
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - das Konversionselement (6) aus einem Konversionsplättchen (1) gebildet ist, - eine Lichteinkoppelfläche (7) des Konversionsplättchens (1) kleiner oder gleich der Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterchips (10) ist, und - das Konversionsplättchen (1) schräge Seitenflächen (9) aufweist, die die Lichteinkoppelfläche (7) und die Lichtauskoppelfläche (8) miteinander verbinden.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem - das Konversionselement (6) ein Konversionsplättchen (1) aufweist, - das Konversionsplättchen (1) Seitenflächen (9) aufweist, die senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens (1) stehen, und - an die Seitenflächen (9) des Konversionsplättchens (1) ein transparentes Element (4) angrenzt, das elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips (10), die aus der Strahlungsaustrittfläche (11) austritt, zu der Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements leitet.
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das transparente Element (4) eine transparente Kehle oder ein transparenter Damm ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Konversionsplättchen (1) ein wellenlängenkonvertierendes Glass oder eine wellenlängenkonvertierende Keramik aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Verhältnis der Strahlungsaustrittfläche (11) des Halbleiterchips (10) zu der Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements (6) zwischen einschließlich 5:1 und einschließlich 1,005:1 liegt.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Halbleiterchip (10) und das Konversionselement (6) seitlich von einem absorbierenden Verguss (15) umhüllt sind.
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der absorbierende Verguss (15) mit der Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements (6) bündig abschließt.
Konversionselement (6), das elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, mit: - einem Konversionsplättchen (1), das Seitenflächen (9) aufweist, die senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens (1) stehen, wobei - an die Seitenfläche (9) ein transparentes Element (4) angrenzt, das dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu einer Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionsplättchens (1) zu leiten.
Konversionselement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das transparente Element (4) eine transparente Kehle oder ein transparenter Damm ist.
Konversionselement nach einem der Ansprüche 9 bis 10, bei dem das Konversionsplättchen (1) ein Glass oder eine Keramik aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen (6) mit den folgenden Schritten: - Aufbringen einer Vielzahl an Konversionsplättchen (1) auf einen Hilfsträger (2), - Aufbringen von transparenten Elementen (4) zwischen die Konversionsplättchen (1), und - Trennen des Verbunds aus Konversionsplättchen (1) und transparenten Elementen (4) entlang von Trennlinien (5), die innerhalb der transparenten Elemente (4) verlaufen, sodass eine Vielzahl an Konversionselementen (6) entsteht.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die transparenten Elemente (4) transparente Kehlen sind, deren Aufbringen die folgenden Schritte umfasst: - Aufbringen eines transparenten, flüssigen Harzes (3) zwischen die Konversionsplättchen (1), wobei die Oberfläche des flüssigen Harzes (3) eine Krümmung ausbildet, deren Krümmungsmittelpunkt außerhalb des transparenten Harzes (3) liegt, - Aushärten des transparenten, flüssigen Harzes (3).
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (10) mit einer Strahlungsaustrittfläche (11), von der im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs ausgesandt wird, - Aufbringen eines Konversionselements (6) auf die Strahlungsaustrittfläche (11) des Halbleiterchips (10), wobei - eine Lichteinkoppelfläche (7) des Konversionselements (6) zu der Strahlungsaustrittsfläche (11) weist, und die Lichtauskoppelfläche (8) des Konversionselements (6) kleiner ist als die Strahlungsaustrittfläche (11) des Halbleiterchips (10).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - das Konversionselement (6) ein Konversionsplättchen (1) mit zumindest einer Seitenfläche (9) aufweist, die senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens (1) steht, und - ein transparenter Damm (4) angrenzend an die Seitenfläche (9) des Konversionsplättchens (1) auf die freiliegenden Bereiche der Strahlungsaustrittsfläche (11) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem - ein Konversionsplättchen (1) mit zumindest einer Seitenfläche (9), die senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionsplättchens (1) steht, bereitgestellt wird, und - das Konversionsplättchen (1) mit einer so großen Menge an transparentem Harz (3) auf die Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterchips (10) aufgebracht wird, dass bei einem Aufdrücken des Halbleiterchips (10) transparente Kehlen (4) des transparenten Harzes (3) an den Seitenflächen (9) des Konversionsplättchens (1) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Halbleiterchip (10) und das Konversionselement (6) mit einem absorbierenden Verguss (15) seitlich umhüllt werden.