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Es werden ein strahlungsemittierendes Bauelement, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements und ein Modul mit einem strahlungsemittierenden Bauelement angegeben.
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Strahlungsemittierende Bauelemente sind beispielsweise in der Druckschrift
DE 102020112389 angegeben.
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Es soll ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer kompakten Bauform angegeben werden. Darüber hinaus sollen ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Modul mit einem solchen strahlungsemittierenden Bauelement bereitgestellt werden.
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Diese Aufgaben werden durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 9 und durch ein Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Ausbildungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Bauelements, des Verfahrens zu dessen Herstellung sowie des Moduls sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer strahlungsemittierenden Hauptfläche aussendet. Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip bevorzugt zwei elektrische Kontakte, die an einer der strahlungsemittierenden Hauptfläche gegenüberliegenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind.
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In der Regel weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, die zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung eingerichtet und vorgesehen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone ist in der Regel auf einem Substrat aufgebracht. Bei dem Substrat kann es sich um ein Wachstumssubstrat für die epitaktische Halbleiterschichtenfolge oder auch um einen Träger handeln, der von dem Wachstumssubstrat verschieden ist.
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Beispielsweise beruht die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial oder besteht aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial. Nitridverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y < 1.
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Eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial besteht, ist beispielsweise auf einem Wachstumssubstrat, das Saphir aufweist oder aus Saphir besteht, epitaktisch gewachsen.
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Alternativ ist auch Siliziumcarbid als Material für ein Wachstumssubstrat für eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial besteht, geeignet. Saphir und Siliziumcarbid sind durchlässig für ultraviolettes bis blaues Licht. Daher sendet ein derartiger strahlungsemittierender Halbleiterchip das in der aktiven Zone erzeugte Licht in der Regel nicht nur von der strahlungsemittierenden Hauptfläche, sondern auch von Seitenflächen aus, die zwischen der strahlungsemittierenden Hauptfläche und der der strahlungsemittierenden Hauptfläche gegenüberliegenden Hauptfläche angeordnet sind.
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Eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem solchen besteht, weist in der Regel eine aktive Zone auf, die im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen sichtbaren Spektralbereich erzeugt.
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Ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, bei dem die elektrischen Kontakte auf einer Hauptfläche angeordnet sind, die der strahlungsemittierenden Hauptfläche gegenüberliegt, wird auch als Flip-Chip bezeichnet.
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Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial besteht. Arsenidverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1.
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Schließlich kann die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphidverbindungshalbleitermaterial beruhen oder aus einem Phosphidverbindungshalbleitermaterial bestehen. Phosphidverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen Leiterrahmen mit zwei elektrischen Anschlussstellen, von denen jede eine Montagefläche aufweist. Jede Montagefläche der elektrischen Anschlussstellen des Leiterrahmens ist dazu eingerichtet und vorgesehen, mit einem elektrischen Kontakt des strahlungsemittierenden Halbleiterchips mechanisch stabil und elektrisch leitend verbunden zu werden, beispielsweise durch Löten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff. Die Montagefläche ist besonders bevorzugt lötfähig ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst der Leiterrahmen einen metallischen Kern und eine metallische Beschichtung, wobei der metallische Kern aus einem anderen Material gebildet ist als die metallische Beschichtung. Beispielsweise weist der metallische Kern eine Kupferlegierung auf oder ist aus einer Kupferlegierung gebildet. Die metallische Beschichtung ist beispielsweise durch ein galvanisches Verfahren auf dem metallischen Kern des Leiterrahmens abgeschieden. Beispielsweise weist die metallische Beschichtung eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: Nickel, Platin, Gold, Silber. Insbesondere ist die metallische Beschichtung bevorzugt lötfähig ausgebildet. Bevorzugt weist die Montagefläche die metallische Beschichtung auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist zumindest eine Montagefläche von einer Wand begrenzt. Die Wand ist besonders bevorzugt Teil des Leiterrahmens und aus dessen Material gebildet. Mit anderen Worten ist die Wand bevorzugt ein integraler Bestandteil des Leiterrahmens. Auch die Montagefläche ist bevorzugt integraler Bestandteil des Leiterrahmens. Besonders bevorzugt weist jede elektrische Anschlussstelle des Leiterrahmens eine Montagefläche auf, die von einer Wand begrenzt ist.
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Die Wand verläuft besonders bevorzugt entlang einer Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, die zwischen der Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, an dem die Kontakte angeordnet sind, und der gegenüberliegenden Hauptfläche verläuft. Beispielsweise verläuft die Wand parallel zu der Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements überragt die Wand die Montagefläche. Mit anderen Worten ist die Montagefläche gegenüber einer Oberfläche der Wand zurückgesetzt, um den strahlungsemittierenden Halbleiterchip aufzunehmen.
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Beispielsweise ist eine Schnittansicht durch die Wand und die Montagefläche L-förmig ausgebildet. Beispielsweise verläuft die Wand senkrecht zur Montagefläche.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist jeder elektrische Kontakt des strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf eine Montagefläche einer elektrischen Anschlussstelle des Leiterrahmens aufgebracht. Bevorzugt ist jeder elektrische Kontakt des strahlungsemittierenden Halbleiterchips elektrisch leitend und mechanisch stabil mit einer Montagefläche des Leiterrahmens verbunden.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements schließt die Wand mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bündig ab.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements überragt der strahlungsemittierende Halbleiterchip die Wand. Mit anderen Worten liegen eine Oberfläche der Wand und die strahlungsemittierende Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips in zwei verschiedenen Ebenen, so dass ein Höhenunterschied zwischen der Oberfläche der Wand und der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips besteht. Der Höhenunterschied kann durch einen Verguss ausgeglichen sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements sind beide Montageflächen jeweils von einer Wand begrenzt, wobei jede Wand entweder mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bündig abschließt oder von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip überragt wird. Mit anderen Worten weist der Leiterrahmen zwei elektrische Anschlussstellen auf, von denen jede eine Montagefläche aufweist, die jeweils von einer Wand begrenzt ist. Beispielsweise sind die beiden elektrischen Anschlussstellen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip in einen Verguss eingebettet, so dass nur die strahlungsemittierende Hauptfläche freiliegt. Bevorzugt schließt die strahlungsemittierende Hauptfläche mit dem Verguss bündig ab. Besteht ein Höhenunterschied zwischen der Oberfläche der Wand und der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, so gleicht der Verguss den Höhenunterschied bevorzugt aus.
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Bevorzugt ist der Verguss transparent für die Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ausgebildet. „Transparent“ bedeutet hierbei, dass der Verguss mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % der elektromagnetischen Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips transmittiert. Beispielsweise ist der Verguss aus einem Silikon oder einem Epoxid oder einer Mischung dieser beiden Materialien gebildet oder weist eines dieser Materialien auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauelement mehrere Leiterrahmen. Bevorzugt sind die Leiterrahmen gleichartig ausgebildet und/oder miteinander verbunden. Auf jeden Leiterahmen ist bevorzugt jeweils ein strahlungsemittierender Halbleiterchip aufgebracht. Gemäß einer Ausführungsform emittieren die strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Betrieb Licht unterschiedlicher Farben. Beispielsweise sendet einer der strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Betrieb blaues Licht, ein weiterer strahlungsemittierender Halbleiterchip im Betrieb grünes Licht und noch ein weiterer strahlungsemittierender Halbleiterchip im Betrieb rotes Licht aus.
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Besonders bevorzugt ist das strahlungsemittierende Bauelement frei von einem vorgeformten Gehäuse. Die mechanische Stabilisierung des Bauelements findet hierbei zumindest teilweise über dem Leiterrahmen statt. Auch der Verguss trägt zur mechanischen Stabilisierung bei. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, dass die Wand mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bündig abschließt oder von dem Halbleiterchip überragt wird, da so der strahlungsemittierende Halbleiterchip geschützt und mechanisch stabilisiert wird. Auf diese Art und Weise kann insbesondere ein sehr kompaktes strahlungsemittierendes Bauelement erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Außenflächen des strahlungsemittierenden Bauelements durch den Verguss und den Leiterrahmen gebildet.
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Das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement kann mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Sämtliche Merkmale und Ausgestaltungen, die in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Bauelement beschrieben sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Leiterrahmen mit zwei elektrischen Anschlussstellen bereitgestellt. Jede elektrische Anschlussstelle weist eine Montagefläche auf, wobei zumindest eine Montagefläche von einer Wand begrenzt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer strahlungsemittierenden Hauptfläche aussendet und zwei elektrische Kontakte aufweist, die auf der der strahlungsemittierenden Hauptfläche gegenüberliegenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind, auf den Leiterrahmen aufgebracht, so dass jeder elektrische Kontakt des Halbleiterchips auf eine Montagefläche aufgebracht ist und die Wand mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bündig abschließt oder von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip überragt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Leiterrahmen durch folgende Schritte erzeugt:
- - Bereitstellen einer metallischen Folie,
- - Strukturieren der metallischen Folie, so dass die elektrischen Anschlussstellen mit den Montageflächen ausgebildet werden, wobei eine Montagefläche von der Wand begrenzt wird. Beispielsweise kann das Strukturieren der metallischen Folie durch eines der folgenden Verfahren erfolgen: Ätzen, Stanzen, Prägen. Beim Ätzen können Halbätzungen und mehrstufiges Ätzen ausgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine metallische Folie bereitgestellt und die Wand auf der metallischen Folie durch Aufbringen eines Polymermaterials erzeugt. Das Polymermaterial weist hierbei eine vergleichsweise hohe Viskosität auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der strahlungsemittierende Halbleiterchip in einen Verguss derart eingebettet, dass die strahlungsemittierende Hauptfläche frei zugänglich ist. Bevorzugt schließt die strahlungsemittierende Hauptfläche bündig mit dem Verguss ab. Besteht ein Höhenunterschied zwischen einer Oberfläche der Wand und der strahlungsemittierenden Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, so gleicht der Verguss bevorzugt den Höhenunterschied aus.
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Bevorzugt wird der strahlungsemittierende Halbleiterchip in den Verguss durch folienunterstütztes Formen eingebettet (englisch: „foil assisted molding“, kurz FAM). Mit folienunterstützen Formen kann beispielsweise ein Höhenunterschied bis zu +/- 20 Mikrometer ausgeglichen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Leiterrahmen Teil eines Leiterrahmenverbunds mit einer Vielzahl an Leiterrahmen. Die Vielzahl an Leiterrahmen ist untereinander mechanisch stabil verbunden, beispielsweise durch Streben. Beispielsweise sind die Leiterrahmen des Leiterrahmenverbunds gleich ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden auf die elektrischen Anschlussstellen der Leiterrahmen strahlungsemittierende Halbleiterchips aufgebracht und mechanisch stabil und elektrisch leitend mit den Montageflächen der elektrischen Anschlussstellen verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Leiterrahmen, nachdem eine Vielzahl an strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf Montageflächen der Leiterrahmen aufgebracht sind, in einzelne Bauelemente vereinzelt. Die Vereinzelung kann beispielsweise durch Sägen erfolgen. Bei der Vereinzelung wird in der Regel Material eines metallischen Kerns der Leiterrahmen in Bereichen freigelegt. Besonders bevorzugt werden zumindest die Bereiche, in denen das Material des metallischen Kerns freiliegt, mit einer metallischen, lötfähigen Beschichtung versehen. So kann das fertige strahlungsemittierende Bauelement mit Vorteil durch Löten mit einem Anschlussträger zu einem Modul verbunden werden.
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Das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement ist insbesondere dazu geeignet, in einem strahlungsemittierenden Modul verbaut zu werden. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Bauelement offenbart sind, können auch bei dem Modul ausgebildet sein und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Modul ein strahlungsemittierendes Bauelement wie es bereits beschrieben wurde.
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Weiterhin umfasst das Modul bevorzugt einen Anschlussträger, auf dem das strahlungsemittierende Bauelement aufgebracht ist. Bei dem Anschlussträger kann es sich um eine gedruckte Leiterplatte handeln.
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Bevorzugt ist das strahlungsemittierende Bauelement mit einer metallischen Außenfläche auf den Anschlussträger aufgebracht, beispielsweise durch Löten oder Kleben. Bevorzugt handelt es sich bei der metallischen Außenfläche um eine Außenfläche des Leiterrahmens. Beispielsweise ist die metallische Außenfläche aus Material der metallischen Beschichtung gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des Moduls ist die strahlungsemittierende Hauptfläche des strahlungsemittierenden Bauelements entlang einer Hauptfläche des Anschlussträgers angeordnet. Bei dieser Ausführungsform des Moduls verläuft eine Hauptabstrahlrichtung des strahlungsemittierenden Bauelements im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Moduls ist die Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Bauelements quer zu einer Hauptfläche des Anschlussträgers angeordnet. Bei dieser Ausführungsform des Moduls verläuft eine Hauptabstrahlrichtung des strahlungsemittierenden Bauelements im Wesentlichen quer zu der Hauptfläche (sogenannte „side-looker“-Bauweise).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Modul einen elektronischen Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung, wobei der elektronische Halbleiterchip ebenfalls auf dem Anschlussträger aufgebracht ist. Der elektronische Halbleiterchip kann zur Ansteuerung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ausgebildet und vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Modul einen weiteren Verguss, der beispielsweise diffus reflektierend ausgebildet ist. Der weitere Verguss umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial wie Silikon oder Epoxid oder eine Mischung dieser Materialien. In das Matrixmaterial sind gemäß einer Ausführungsform diffus reflektierende Partikel, beispielsweise Titandioxidpartikel, eingebracht, die dem weiteren Verguss diffus reflektierende Eigenschaften verleihen. Alternativ oder zusätzlich können in das Matrixmaterial auch lichtabsorbierende Partikel eingebracht sein, so dass der Verguss lichtabsorbierend ausgebildet ist. Beispielsweise handelt es sich bei den lichtabsorbierenden Partikeln um Rußpartikel.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Außenfläche des Moduls teilweise durch den diffus reflektierenden Verguss gebildet, so dass lediglich eine Strahlungsaustrittsfläche des Moduls frei liegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Moduls umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb blaues Licht aussendet, einen weiteren strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb grünes Licht aussendet, und noch einen weiteren strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb rotes Licht aussendet. Das Modul sendet in diesem Fall bevorzugt blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht aus.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Bauelements, des Verfahrens zu dessen Herstellung und des Moduls ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Die schematischen Darstellungen der 1 bis 18 zeigen verschiedene Stadien eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 19 bis 27 zeigen schematische Darstellungen strahlungsemittierender Bauelemente gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
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Die schematische Darstellung der 28 zeigt ein Stadium eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Die 29 und 30 zeigen schematische Darstellungen eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 31 bis 35 zeigen schematische Darstellungen eines Moduls gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
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Anhand von 36 werden ein Modul gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung näher erläutert.
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Die schematischen Darstellungen der 37 bis 40 zeigen verschiedene Stadien eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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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.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 18 wird in einem ersten Schritt eine metallische Folie 1 bereitgestellt (1). Die metallische Folie 1 weist eine Kupferlegierung auf oder ist aus einer Kupferlegierung gebildet.
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In einem nächsten Schritt wird die metallische Folie 1 strukturiert, so dass ein Leiterrahmenverbund 8 mit einer Vielzahl an Leiterrahmen 2 ausgebildet wird. Die Strukturierung der metallischen Folie 1 zu dem Leiterrahmenverbund 8 kann beispielsweise mittels Ätzen erfolgen.
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Die Vielzahl an Leiterrahmen 2 ist beispielsweise in der 2 in Draufsicht gezeigt. Jeder Leiterrahmen 2 umfasst zwei elektrische Anschlussstellen 3 mit Montageflächen 4, die dazu vorgesehen sind, mit den elektrischen Kontakten 5 eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 mechanisch stabil und elektrisch leitend verbunden zu werden. Die Vielzahl an Leiterrahmen 2 ist untereinander mit Streben 7 mechanisch stabil verbunden.
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Der Leiterrahmenverbund 8 gemäß der 3 unterscheidet sich insbesondere in der Anordnung und Geometrie der Streben 7 von dem Leiterrahmenverbund 8 gemäß der 2. Insbesondere sind die elektrischen Anschlussstellen 3 und die Montageflächen 4 der einzelnen Leiterrahmen 2 des Leiterrahmenverbunds 8 der 3 gleich zu den elektrischen Anschlussstellen 3 und den Montageflächen 4 der Leiterrahmen 2 der 2.
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4 zeigt schematische Schnittdarstellungen der elektrischen Anschlussstellen 3 entlang der Linie A-A' der 2. Jede elektrische Anschlussstelle 3 umfasst neben der Montagefläche 4 eine Wand 9, die die Montagefläche 4 begrenzt. Die Wand 9 überragt die Montagefläche 4 seitlich.
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In einem nächsten Schritt wird eine metallische Beschichtung 10 auf den Leiterrahmenverbund 8 aufgebracht (5). Die metallische Beschichtung 10 wird beispielsweise galvanisch auf dem Leiterrahmenverbund 8 abgeschieden und weist eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: Nickel, Platin, Gold, Silber. Die metallische Beschichtung 10 ist besonders bevorzugt lötfähig ausgebildet. Bevorzugt wird die metallische Beschichtung 10 vollflächig auf den Leiterrahmenverbund 8 aufgebracht.
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Vorliegend ist nun jeder Leiterrahmen 2 aus einem metallischen Kern 11 und einer metallischen Beschichtung 10 gebildet. Der metallische Kern 11 ist hierbei aus Material der metallischen Folie 1, das heißt aus einer Kupferlegierung, gebildet und vollständig von der metallischen Beschichtung 10 bedeckt.
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Jede elektrische Anschlussstelle 3 des Leiterrahmens 2 weist nun eine Montagefläche 4 auf, die vorliegend aus Material der metallischen Beschichtung 10 gebildet ist.
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In einem nächsten Schritt wird auf jeden Leiterrahmen 2 ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 12 aufgebracht, beispielsweise durch Kleben oder Löten (6). Vorliegend werden strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 verwendet, die Licht gleicher Farbe aussenden. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 wird jeweils mechanisch stabil und elektrisch leitend mit dem Leiterrahmen 2 verbunden. In der 6 ist die metallische Beschichtung 10 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 umfasst vorliegend ein Wachstumssubstrat 13 und eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14 weist eine aktive Zone 15 auf, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Vorliegend weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14 ein Nitridverbindungshalbleitermaterial auf und die aktive Zone 15 ist dazu geeignet, blaues Licht zu erzeugen. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 14 ist auf dem Wachstumssubstrat 13 epitaktisch gewachsen. Das Wachstumssubstrat 13 weist Saphir oder Siliziumcarbid auf oder besteht aus einem dieser Materialien. An einer einer strahlungsemittierenden Hauptfläche 16 gegenüberliegenden Hauptfläche 17 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 sind zwei elektrische Kontakte 5 zur Bestromung der aktiven Zone 15 angeordnet. Die strahlungsemittierende Hauptfläche 16 ist frei von elektrischen Kontakten 5. Die Wand 9 des Leiterrahmens 2 schließt mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche 16 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 bündig ab. Alternativ ist auch möglich, dass der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 die Wand 9 überragt.
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Wie in der Draufsicht gemäß der 7 gezeigt, wird auf jeden Leiterrahmen 2 ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 12 aufgebracht. Anschließend werden die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 mit einem Verguss 18 umhüllt, der durchlässig für die Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem strahlungsdurchlässigen Verguss 12 um ein Silikon.
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In einem nächsten Schritt, der schematisch in 8 dargestellt ist, werden die strahlungsemittierenden Bauelemente 19 entlang von Trennlinien 20 vereinzelt, beispielsweise durch Sägen. Hierbei umfasst jedes fertige strahlungsemittierende Bauelement 19 genau einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12 und genau einen Leiterrahmen 2.
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Durch das Sägen entlang der Trennlinien werden, wie in 9 schematisch gezeigt, Seitenflächen der strahlungsemittierenden Bauelemente 19 freigelegt. Insbesondere wird durch das Sägen die lötfähige metallische Beschichtung 10 von dem metallischen Kern 11 des Leiterrahmens 2 entfernt, so dass in gewissen Bereichen 21 das Material des metallischen Kerns 11 an den Seitenflächen des strahlungsemittierenden Bauelements 19 freiliegt.
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Die schematischen perspektivischen Darstellungen der 10, 11, 12 und 13 zeigen genauer die Bereiche 21 des freiliegenden metallischen Kerns 11 des Leiterrahmens 2 nach dem Vereinzeln.
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In einem nächsten Schritt werden die freiliegenden Bereiche 21 des metallischen Kerns 11 der Leiterrahmen 2 erneut mit der metallischen Beschichtung 10 versehen, beispielsweise durch galvanisches Abscheiden (14).
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Die schematischen perspektivischen Darstellungen der 15, 16, 17 und 18 zeigen genauer die mit der metallischen Beschichtung 10 versehenen Bereiche des freiliegenden metallischen Kerns 11 des Leiterrahmens 2. Hierbei sind sämtliche freiliegenden Bereiche 21 der Leiterrahmen 2 durch die metallische Beschichtung 10 gebildet. Außenflächen der strahlungsemittierenden Bauelemente 19 sind durch den Verguss 18, die Oberfläche des Leiterrahmens 2 und die strahlungsemittierende Hauptfläche 16 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 gebildet.
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Das strahlungsemittierende Bauelement 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 19 und 20 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12, einen Verguss 18 und einen Leiterrahmen 2. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 sendet im Betrieb Licht zumindest von einer strahlungsemittierenden Hauptfläche 16 aus. Der Verguss 18 ist durchlässig für das Licht, das von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12 im Betrieb ausgesandt wird. Die strahlungsemittierende Hauptfläche 16 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 schließt bündig mit dem Verguss 18 ab (19). Der Leiterrahmen 2 weist elektrische Anschlussstellen 3 mit Montageflächen 4 auf, auf die der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 aufgebracht ist (nicht dargestellt). Die Montageflächen 4 sind jeweils von einer Wand 9 begrenzt, die mit der strahlungsemittierenden Hauptfläche 16 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 bündig abschließt. Die elektrischen Anschlussstellen 3 sind von außen frei zugänglich, so dass es möglich ist, das strahlungsemittierende Bauelement 19 auf einen Anschlussträger 22 elektrisch leitend aufzubringen ( 20) .
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Das strahlungsemittierende Bauelement 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 21 und 22 unterscheidet sich von dem strahlungsemittierenden Bauelement 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 19 und 20 insbesondere durch die Geometrie des verwendeten Leiterrahmens 2.
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Auch das strahlungsemittierende Bauelement 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 23 bis 26 unterscheidet sich von den bereits beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelementen 19 insbesondere durch den Leiterrahmen 2.
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Der Leiterrahmen 2 des strahlungsemittierenden Bauelements 19 gemäß der 23 bis 26 weist ausgehend von einer Oberfläche einer Wand 9, die bündig mit einer strahlungsemittierenden Hauptfläche 16 eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 abschließt, Auskragungen 23 auf, die sich bis zu Seitenflächen des strahlungsemittierenden Bauelements 19 erstrecken und wie die elektrischen Anschlussstellen 3 zur externen elektrischen Kontaktierung dienen können. Die Auskragungen 23 verlaufen hierbei im Wesentlichen parallel zu den elektrischen Anschlussstellen 3, jedoch in einer anderen Ebene. Der Leiterrahmen 2 ist in Schnittansicht stufenförmig ausgebildet. Hierbei weist der Leiterrahmen eine Z-förmige Stufe und eine S-förmige Stufe auf.
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Das strahlungsemittierende Bauelement 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 27 weist einen Leiterrahmen 2 mit elektrischen Anschlussstellen 3 auf, deren Geometrie sich von der Geometrie der elektrischen Anschlussstellen 3 des Leiterrahmens 2 des strahlungsemittierenden Bauelements 19 gemäß der 23 bis 26 unterscheidet (vergleiche insbesondere 25 und 27). Insbesondere erstrecken sich die elektrischen Anschlussstellen 3 gemäß der 27 bis zu einer Außenfläche des strahlungsemittierenden Bauelements 19.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 28 werden zunächst die Schritte durchgeführt, wie sie anhand der 1 bis 5 bereits beschrieben wurden. Im Unterschied zu dem Verfahrensschritt, der anhand der 6 beschrieben wurde, werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch auf drei direkt benachbarte Leiterrahmen 2 verschiedene strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 aufgebracht. Einer der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 emittiert hierbei blaues Licht, ein weiterer Halbleiterchip 12 emittiert grünes Licht und noch ein weiterer Halbleiterchip 12 emittiert rotes Licht. Es können jedoch auch strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 verwendet werden, die Licht gleicher Farbe emittieren.
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Das Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich insbesondere durch den Verlauf der Trennlinien 20 von dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 18. So werden bei dem vorliegenden Verfahren jeweils drei direkt benachbarte Leiterrahmen 2 zu einem einzigen strahlungsemittierenden Bauelement 19 vereinzelt.
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Ein strahlungsemittierendes Bauelement 19, wie es mit dem Verfahren gemäß der 28 erzeugt werden kann, ist in den 29 und 30 schematisch gezeigt. Im Unterschied zu den bislang beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelementen 19 weist das Bauelement 19 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 auf, von denen einer blaues Licht, einer grünes Licht und einer rotes Licht aussendet. Jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 weist eine strahlungsemittierende Hauptfläche 16 auf, die mit einer Wand 9 eines Leiterrahmens 2 bündig abschließt (29).
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30 zeigt insbesondere die elektrischen Anschlussstellen 3, über die das strahlungsemittierende Bauelement 19 auf einen Anschlussträger 22 aufgebracht werden kann, beispielsweise durch Löten.
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Das Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 31 umfasst ein strahlungsemittierendes Bauelement 19, wie es bereits anhand der 23 bis 26 beschrieben wurde. Das strahlungsemittierende Bauelement 19 ist auf eine metallische Schicht 25 eines Anschlussträgers 22 elektrisch leitend aufgebracht. Vorliegend sind Auskragungen 23 des Leiterrahmens 2 zur externen elektrischen Kontaktierung des strahlungsemittierenden Bauelements 19 verwendet.
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Der Anschlussträger 22 umfasst eine Aussparung 26, durch die die von dem strahlungsemittierenden Bauelement 19 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung hindurch ausgesandt wird. Bei dem vorliegenden Modul 24 ist eine Strahlungsaustrittsfläche 27 des Bauelements 19 entlang einer Hauptfläche 28 des Anschlussträgers 22 angeordnet.
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Bei dem Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 32 ist das strahlungsemittierende Bauelement 19 ebenfalls auf eine metallische Schicht 25 eines Anschlussträgers 22 elektrisch leitend und mechanisch stabil aufgebracht. Das strahlungsemittierende Bauelement 19 ist derart angeordnet, dass eine Strahlungsaustrittsfläche 27 des strahlungsemittierenden Bauelements 19 entlang einer Hauptfläche 28 des Anschlussträgers 22 angeordnet ist. Im Unterschied zu dem Modul 24 gemäß 31 ist das strahlungsemittierende Bauelement 19 jedoch mit den freiliegenden elektrischen Anschlussstellen 3 auf der metallischen Schicht 25 aufgebracht und nicht mit den Auskragungen 23 wie bei dem Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 31.
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Bei dem Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 33 ist das strahlungsemittierende Bauelement 19 im Unterschied zu den Modulen 24 gemäß der Ausführungsbeispiele der 31 und 32 derart elektrisch leitend und mechanisch stabil auf den Anschlussträger 22 aufgebracht, dass eine Strahlungsaustrittsfläche 27 des strahlungsemittierenden Bauelements 19 quer zu einer Hauptfläche 28 des Anschlussträgers 22 verläuft („side-looker-Bauweise“). Dies ist insbesondere möglich, da der Leiterrahmen 2 des strahlungsemittierenden Bauelements 19 stellenweise frei liegt.
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Das Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 34 weist einen Anschlussträger 22 mit einem QFN-Submount 29 auf („QFN“ kurz für englisch „quad flat no leads“). Weiterhin umfasst das Modul 24 ein strahlungsemittierendes Bauelement 19, das in einer side-looker-Anordnung, wie bereits anhand der 33 beschrieben, auf einer Anschlussstelle des QFN-Submounts 29 aufgebracht ist. Weiterhin umfasst das Modul 24 einen elektronischen Halbleiterchip 30 mit einer integrierten Schaltung, der ebenfalls auf dem QFN-Submount 29 angeordnet ist. Der elektronische Halbleiterchip 30 und das strahlungsemittierende Bauelement 19 sind in einen strahlungsdurchlässigen Verguss 31 eingebracht, der durchlässig für die Strahlung des strahlungsemittierenden Bauelements 19 ist.
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Das Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 35 weist im Unterschied zu dem Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 34 zusätzlich einen diffus reflektierenden Verguss 32 auf, der stellenweise eine Außenfläche 33 des Moduls 24 ausbildet. Eine Strahlungsaustrittsfläche 34 des Moduls 24 liegt frei. Weiterhin füllt der diffus reflektierende Verguss 32 einen Bereich zwischen den beiden Anschlussstellen des QFN-Submounts 29 aus. Der diffus reflektierende Verguss 32 weist vorliegend ein Matrixmaterial auf, beispielsweise Silikon, in das diffus reflektierende Partikel eingebracht sind.
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Das Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 36 weist im Unterschied zu dem Modul 24 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 35 einen strahlungsdurchlässigen Verguss 31 auf, der lediglich das strahlungsemittierende Bauelement 29 einhüllt und nicht den elektronischen Halbleiterchip 30. Hingegen ist der elektronische Halbleiterchip 30 von dem diffus reflektierenden Verguss 32 umgeben. Das Modul 24 kann beispielsweise in einem Batchprozess gefertigt werden, wobei zwei zu fertigende strahlungsemittierende Bauelemente 19 jeweils spiegelbildlich zueinander angeordnet und durch eine Trennlinie 20 getrennt sind.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 37 und 38 wird wie bei dem Verfahren gemäß der 1 bis auf 18 zunächst eine metallische Folie 1 bereitgestellt (37). Dann wird die metallische Folie 1 jedoch nicht strukturiert, sondern eine Wand 9 umfassend ein hochviskoses Polymer auf die metallische Folie 1 aufgebracht (38). In einem nächsten Schritt wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 12 auf eine Montagefläche 4 aufgebracht ( 39). Hierbei überragt eine strahlungsemittierende Hauptfläche 16 des Halbleiterchips eine Oberfläche 35 der Wand 9, so dass ein Höhenunterschied ΔH zwischen der Oberfläche 35 der Wand 9 und der strahlungsemittierende Hauptfläche 16 ausgebildet ist.
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Dann wird der strahlungsemittierende Halbleiterchip 12 in einen Verguss 18 eingebettet, der den Höhenunterschied ΔH ausgleicht (40).
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- metallische Folie
- 2
- Leiterrahmen
- 3
- elektrische Anschlussstelle
- 4
- Montagefläche
- 5
- elektrischer Kontakt
- 7
- Strebe
- 8
- Leiterrahmenverbund
- 9
- Wand
- 10
- metallische Beschichtung
- 11
- metallischer Kern
- 12
- strahlungsemittierender Halbleiterchip
- 13
- Wachstumssubstrat
- 14
- epitaktische Halbleiterschichtenfolge
- 15
- aktive Zone
- 16
- strahlungsemittierende Hauptfläche
- 17
- gegenüberliegende Hauptfläche
- 18
- Verguss
- 19
- strahlungsemittierendes Bauelement
- 20
- Trennlinie
- 21
- Bereich
- 22
- Anschlussträger
- 23
- Auskragung
- 24
- Modul
- 25
- metallische Schicht
- 26
- Aussparung
- 27
- Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements
- 28
- Hauptfläche des Anschlussträgers
- 29
- QFN-Submount
- 30
- elektronischer Halbleiterchip
- 31
- strahlungsdurchlässiger Verguss
- 32
- diffus reflektierender Verguss
- 33
- Außenfläche
- 34
- Strahlungsaustrittsfläche des Moduls
- 35
- Oberfläche der Wand
- ΔH
- Höhenunterschied
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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