DE102022106943A1

DE102022106943A1 - Optoelektronisches modul

Info

Publication number: DE102022106943A1
Application number: DE102022106943.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Haupeltshofer
Original assignee: Ams Osram International GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul (1) umfassend ein erstes Halbleiterbauelement (11) auf einer Montageseite (21A) eines ersten Trägers (21), ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13) auf einer Montageseite (22A) eines zweiten Trägers (22) angegeben. Die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet. Die Montageseite (21A) des ersten Trägers (21) ist der Montageseite (22A) des zweiten Trägers (22) zugewandt.

Description

Es wird ein optoelektronisches Modul angegeben, das zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Modul mit einer besonders kompakten Bauform anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Modul ein erstes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines ersten Trägers, ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines zweiten Trägers. Die Montageseite der Träger ist beispielsweise jeweils die Seite, auf dem ein Halbleiterbauelement montiert werden kann. Insbesondere umfasst die Montageseite jeweils eine Mehrzahl von Lötpads zur Montage von Halbleiterbauelementen. Der erste Träger und/oder der zweite Träger sind insbesondere mit mehreren Schichten gebildet. Bevorzugt sind die Träger mechanisch selbsttragend ausgeführt. Die Halbleiterbauelemente sind beispielsweise als Lumineszenzdioden oder Laserdioden eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Halbleiterbauelemente zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung eingerichtet. Die Halbleiterbauelemente sind insbesondere als Kantenemitter mit jeweils einer Emissionsseite ausgebildet. Mit anderen Worten, die Halbleiterbauelemente weisen insbesondere jeweils eine Auskoppelfacette an einer Seitenfläche auf. Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente jeweils als monolithische Bauelemente ausgebildet.
Eine Hauptwellenlänge beschreibt hier und im Folgenden eine Wellenlänge, bei der ein Emissionsspektrum ein globales Intensitätsmaximum aufweist. Das erste Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer ersten Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich. Das zweite Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer zweiten Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich. Das dritte Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer dritten Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich.
Bevorzugt sind die Emissionsrichtungen aller Halbleiterbauelemente parallel zueinander ausgerichtet. Die Emissionsrichtung der Halbleiterbauelemente ist insbesondere parallel zu den Montageseiten der Träger ausgerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die Montageseite des ersten Trägers der Montageseite des zweiten Trägers zugewandt. Insbesondere sind die Montageseiten einander derart zugewandt, dass eine Haupterstreckungsebene des ersten Trägers parallel zu einer Haupterstreckungsebene des zweiten Trägers ausgerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Modul:

- ein erstes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines ersten Trägers,
- ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines zweiten Trägers, wobei
- die Halbleiterbauelemente zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung eingerichtet sind,
- die Montageseite des ersten Trägers der Montageseite des zweiten Trägers zugewandt ist.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Modul liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: In einer Vielzahl von Anwendungen werden sehr kompakte Lichtquellen benötigt. Beispielsweise sind kompakte Lichtquellen zur Projektion von mehrfarbigen Bildinhalten auf ein tragbares Gerät vorteilhaft. Herkömmliche Lichtquellen nehmen häufig einen großen Bauraum ein und emittieren elektromagnetische Strahlung nur wenig gerichtet über eine große Fläche. Folglich werden auch große und schwere Optiken benötigt, die die Abmessungen einer tragbaren Lichtquelle weiter vergrößern können.
Das hier beschriebene optoelektronische Modul macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen jeweils auf Montageseiten von verschiedenen Trägern anzuordnen und die Träger anschließend mit den Montageseiten zueinander zu orientieren. So entsteht ein besonders kompaktes optoelektronisches Modul. Eine Emission von elektromagnetischer Strahlung kann vorteilhaft gerichtet auf einer kleinen Fläche erfolgen. Eine nachgeordnete Optik kann daher sehr klein und kompakt ausfallen. Durch eine derartige Anordnung der Halbleiterbauelemente können ferner kurze Ansteuerungsleitungen verwendet werden, was eine hochfrequente Ansteuerung der Halbleiterbauelemente erleichtert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist ein Rahmenkörper zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger angeordnet. Der Rahmenkörper ist insbesondere ein mechanischer Abstandshalter zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger. Der Rahmenkörper kann die Halbleiterbauelemente ferner vor äußeren Umwelteinflüssen schützen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist der Rahmenkörper mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet und umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussleitungen. Beispielsweise ist der Rahmenkörper mit einer Keramik oder einem Polymer gebildet. Die Anschlussleitungen sind insbesondere zur Versorgung eines Halbleiterbauelements mit einem Betriebsstrom vorgesehen. Beispielsweise sind die Anschlussleitungen mit einem Metall gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Anschlussleitungen auf einer Innenseite des Rahmenkörpers angeordnet. Die Innenseite des Rahmenkörpers ist hier und im Folgenden die den Halbleiterbauelementen zugewandte Seite des Rahmenkörpers. Vorteilhaft sind die Anschlussleitungen an der Innenseite des Rahmenkörpers besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Ferner kann eine Herstellung der Anschlussleitungen auf der Innenseite vereinfacht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Anschlussleitungen zumindest teilweise in den Rahmenkörper eingebettet. Eingebettete Anschlussleitungen sind vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Eine Berührung der Anschlussleitungen mit anderen Bauelementen kann vermieden werden. Die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses ist vorteilhaft verringert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist zwischen dem Rahmenkörper und dem ersten Träger und zwischen dem Rahmenkörper und dem zweiten Träger jeweils ein Verbindungsmaterial angeordnet. Das Verbindungsmaterial bewirkt insbesondere eine hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Rahmenkörper und dem ersten und zweiten Träger. Beispielsweise ist das Verbindungsmaterial mit einem Lotmaterial, insbesondere einem Gold-Zinn-Lot gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls weist der erste Träger Durchkontaktierungen bis zu einer dem ersten Halbleiterbauelement gegenüberliegenden Oberseite auf. Insbesondere umfassen die Durchkontaktierungen eine Aussparung durch den ersten Träger. Die Aussparungen erstrecken sich bevorzugt vollständig durch den ersten Träger. Die Aussparungen der Durchkontaktierungen sind beispielsweise teilweise oder vollständig mit einem elektrisch leitfähigen Material befüllt. Insbesondere sind die Aussparungen mit einem Metall oder einer Metalllegierung befüllt. Vorteilhaft ermöglichen die Durchkontaktierungen eine elektrische Kontaktierung des ersten Halbleiterbauelements von der Oberseite des ersten Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die Oberseite des ersten Trägers über Bonddrähte mit dem ersten Träger elektrisch leitend verbunden. Die Bonddrähte sind beispielsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Bonddrähte sind vorteilhaft einfach herzustellen und können beispielsweise Durchkontaktierungen durch den ersten Träger ersetzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind jeder Durchkontaktierung zumindest zwei Bonddrähte zugeordnet. Eine erhöhte Anzahl von Bonddrähten pro Durchkontaktierung ermöglicht ein verbessertes Hochfrequenz-Verhalten der elektrischen Verbindung. Bevorzugt sind jeder Durchkontaktierung zumindest drei Bonddrähte zugeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls weisen die Halbleiterbauelemente eine Mehrzahl von Emitterbereichen auf. Insbesondere weisen alle Halbleiterbauelemente jeweils eine Mehrzahl von Emitterbereichen auf. Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, besonders bevorzugt mindestens 12 Emitterbereiche auf. Insbesondere emittiert jeder Emitterbereich eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge. Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emitterbereiche eines Halbleiterbauelements um mindestens 1 nm, bevorzugt um mindestens 2 nm, besonders bevorzugt um mindestens 5 nm. Durch kleine Unterschiede in der Hauptwellenlänge können vorteilhaft unerwünschte Interferenzeffekte vermindert oder vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Emitterbereiche jedes Halbleiterbauelements jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar. Eine unabhängige Ansteuerung ermöglicht beispielsweise einen besonders großen Dynamikbereich der Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Emitterbereiche aller Halbleiterbauelemente einander zugewandt angeordnet. Insbesondere sind alle Emitterbereiche des optoelektronischen Moduls in einer Ellipse mit einer Nebenachsenlänge von höchstens 50 µm und einer Hauptachsenlänge von höchstens 250 µm angeordnet. Eine derart kompakte Anordnung der Emitterbereiche ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls beträgt ein Abstand der Emitterbereiche eines Halbleiterbauelements zueinander höchstens 10 µm. Ein geringer Abstand der Emitterbereiche eines Halbleiterbauelements trägt zu einer kompakten Ausführung des optoelektronischen Moduls bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls beträgt ein lateraler Abstand von dem zweiten Halbleiterbauelement zu dem dritten Halbleiterbauelement höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm. Ein lateraler Abstand meint einen Abstand zwischen dem zweiten Halbleiterbauelement und dem dritten Halbleiterbauelement in einer Richtung parallel zur Montageseite des zweiten Trägers. Ein geringer lateraler Abstand ermöglicht eine kompakte Bauform des optoelektronischen Moduls.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist das erste Halbleiterbauelement zu dem zweiten Halbleiterbauelement und dem dritten Halbleiterbauelement vertikal höchstens 50 µm, bevorzugt höchstens 30 µm beabstandet. Ein vertikaler Abstand meint einen Abstand in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Montageseite des zweiten Trägers. Der vertikale Abstand wird insbesondere durch eine vertikale Ausdehnung des Rahmenkörpers und der Halbleiterbauelemente eingestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind der erste Träger und/oder der zweite Träger mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Insbesondere sind der erste Träger und/oder der zweite Träger mit einem der folgenden Materialien gebildet: Keramik, Silizium, Glas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls weist der zweite Träger Durchkontaktierungen zu einer der Montageseite gegenüberliegenden Kontaktseite auf. Die Durchkontaktierungen in dem zweiten Träger entsprechen insbesondere den Durchkontaktierungen in dem ersten Träger. Mittels der Durchkontaktierungen in dem zweiten Träger wird eine Lötmontage des optoelektronischen Moduls alleine von der Kontaktseite ermöglicht. Eine Montage des optoelektronischen Moduls auf beispielsweise einer Leiterplatte kann so vereinfacht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist den Halbleiterbauelementen in ihrer Emissionsrichtung ein Optikelement nachgeordnet. Das Optikelement ist insbesondere eine Kollimationslinse oder eine Glasplatte zum Schutz der Halbleiterbauelemente. Insbesondere ist das Optikelement durchlässig für die in dem optoelektronischen Modul im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Optikelement eine Verkapselungsmasse angeordnet. Die Verkapselungsmasse schützt beispielsweise die Halbleiterbauelemente auf ihren Emissionsseiten vor äußeren Umwelteinflüssen. Vorteilhaft kann auf einen hermetisch dichten Rahmenkörper verzichtet werden. Beispielsweise ist die Verkapselungsmasse mit einem strahlungsdurchlässigen Polysiloxan gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist ein viertes Halbleiterbauelement auf dem ersten Träger angeordnet. Das vierte Halbleiterbauelement weist bevorzugt eine Mehrzahl von vierten Emitterbereichen auf. Insbesondere weist das vierte Halbleiterbauelement identische optische Eigenschaften wie das zweite Halbleiterbauelement auf. Alternativ kann das vierte Halbleiterbauelement zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich eingerichtet sein.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Modul eignet sich insbesondere zum Einsatz als kompakte Laserlichtquelle in tragbaren Projektionsanwendungen, Head-Up Displays, Augmented-Displays oder Virtual-Reality-Displays.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Moduls ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A, 1B und 1C schematische Schnittansichten und eine Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus verschiedenen Blickrichtungen,
2 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3A und 3B schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel aus verschiedenen Blickrichtungen,
4A und 4B schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel aus verschiedenen Blickrichtungen,
5A und 5B schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel aus verschiedenen Blickrichtungen, und
6 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

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.
1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Modul 1 umfasst ein erstes Halbleiterbauelement 11 auf einer Montageseite 21A eines ersten Trägers 21, ein zweites Halbleiterbauelement 12 und ein drittes Halbleiterbauelement 13 auf einer Montageseite 22A eines zweiten Trägers 22. Die Montageseite 21A, 22A der Träger 21, 22 ist jeweils die Seite, auf dem ein Halbleiterbauelement 11, 12, 13 montiert werden kann. Insbesondere umfassen die Montageseiten 21A, 22A jeweils eine Mehrzahl von Lötpads zur Montage von Halbleiterbauelementen 11, 12, 13.
Der erste Träger 21 und/oder der zweite Träger 22 sind mehrschichtig ausgebildet. Der erste Träger 21 und der zweite Träger 22 sind mechanisch selbsttragend ausgeführt. Der erste Träger 21 und der zweiter Träger 22 sind mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Insbesondere sind der erste Träger 21 und der zweite Träger 22 mit einem der folgenden Materialien gebildet: Keramik, Silizium, Glas. Ferner umfasst der erste Träger 21 Anschlussleitungen 30, die zum elektrischen Anschluss des ersten Halbleiterbauelements 11 vorgesehen sind. Die Anschlussleitungen 30 sind zumindest teilweise oder bevorzugt vollständig in dem ersten Träger 21 eingebettet.
Der zweite Träger 22 weist Durchkontaktierungen 40 zu einer der Montageseite 22A gegenüberliegenden Kontaktseite 22B auf. Die Durchkontaktierungen 40 erstrecken sich bis zu einer dem zweiten Halbleiterbauelement 12 und dem dritten Halbleiterbauelement 13 gegenüberliegenden Kontaktseite 22B. Insbesondere umfassen die Durchkontaktierungen 40 jeweils eine Aussparung durch den zweiten Träger 22. Die Aussparungen erstrecken sich vollständig durch den zweiten Träger 22. Die Aussparungen der Durchkontaktierungen 40 sind beispielsweise teilweise oder vollständig mit einem elektrisch leitfähigen Material befüllt. Insbesondere sind die Aussparungen mit einem Metall oder einer Metalllegierung befüllt. Vorteilhaft ermöglichen die Durchkontaktierungen 40 eine elektrische Kontaktierung des zweiten und dritten Halbleiterbauelements 12, 13 von der Kontaktseite 22B des zweiten Trägers 22. Folglich wird mittels der Durchkontaktierungen 40 in dem zweiten Träger 22 eine Lötmontage des optoelektronischen Moduls 1 alleine von der Kontaktseite 22B ermöglicht. Eine Montage des optoelektronischen Moduls 1 auf beispielsweise einer Leiterplatte kann so vereinfacht sein.
Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind beispielsweise als Lumineszenzdioden oder Laserdioden eingerichtet. Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung ED eingerichtet. Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind insbesondere als Kantenemitter mit jeweils einer Emissionsseite ausgebildet. Mit anderen Worten, die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 weisen insbesondere jeweils eine Auskoppelfacette 10A an einer Seitenfläche auf.
Das erste Halbleiterbauelement 11 emittiert eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer ersten Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich. Das zweite Halbleiterbauelement 12 emittiert eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer zweiten Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich. Das dritte Halbleiterbauelement 13 emittiert eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer dritten Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich. Die Emissionsrichtungen ED aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Emissionsrichtung ED der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 ist parallel zu den Montageseiten 21A, 22A der Träger 21, 22 ausgerichtet.
Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 weisen jeweils eine Mehrzahl von Emitterbereichen 110, 120, 130 auf. Beispielsweise entspricht ein Emitterbereich 110, 120, 130 einem Steg (englisch: Ridge) auf einem Halbleiterbauelement 11, 12, 13. Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 weisen jeweils vier Emitterbereiche 110, 120, 130 auf. Insbesondere emittiert jeder Emitterbereich 110, 120, 130 eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge. Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emitterbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 um mindestens 1 nm, bevorzugt um mindestens 2 nm, besonders bevorzugt um mindestens 5 nm voneinander. Durch kleine Unterschiede in der Hauptwellenlänge können vorteilhaft unerwünschte Interferenzeffekte vermindert oder vermieden werden. Die Emitterbereiche 110, 120, 130 jedes Halbleiterbauelements 11, 12, 13 sind jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar. Eine unabhängige Ansteuerung ermöglicht beispielsweise einen besonders großen Dynamikbereich der Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Die Emitterbereiche 110, 120, 130 aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind einander zugewandt angeordnet. So ergibt sich vorteilhaft ein möglichst geringer Abstand zwischen den Emitterbereichen 110, 120, 130. Insbesondere sind alle Emitterbereiche 110, 120, 130 des optoelektronischen Moduls 1 in einer Ellipse mit einer Nebenachsenlänge NA von höchstens 50 µm und einer Hauptachsenlänge HA von höchstens 250 µm angeordnet. Eine derart kompakte Anordnung der Emitterbereiche 110, 120, 130 ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen 50.
Zwischen dem ersten Träger 21 und dem zweiten Träger 22 ist ein Rahmenkörper 23 angeordnet. Der Rahmenkörper 23 ist ein mechanischer Abstandshalter zwischen dem ersten Träger 21 und dem zweiten Träger 22. Der Rahmenkörper 23 kann die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 ferner vor äußeren Umwelteinflüssen schützen. Der Rahmenkörper 23 ist mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet und umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussleitungen 30. Beispielsweise ist der Rahmenkörper 23 mit einer Keramik oder einem Polymer gebildet. Die Anschlussleitungen 30 sind insbesondere zur Versorgung des ersten Halbleiterbauelements 11 mit einem Betriebsstrom vorgesehen. Die Anschlussleitungen 30 sind mit einem Metall gebildet. Die Anschlussleitungen 30 sind vollständig in den Rahmenkörper 30 eingebettet. Eingebettete Anschlussleitungen 30 sind besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Eine Berührung der Anschlussleitungen 30 mit anderen Bauelementen kann so vorteilhaft vermieden werden. Die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses ist dadurch verringert.
Zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem ersten Träger 21 und zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem zweiten Träger 22 ist jeweils ein Verbindungsmaterial 70 angeordnet. Das Verbindungsmaterial 70 bewirkt eine hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem ersten Träger 21 und zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem zweiten Träger 22. Beispielsweise ist das Verbindungsmaterial 70 mit einem Lotmaterial, insbesondere einem Gold-Zinn-Lot, gebildet. Ferner ist zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem ersten Träger 21 und zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem zweiten Träger 22 jeweils ein Lotmaterial 80 angeordnet. Das Lotmaterial verbindet die Anschlussleitung 30 in dem Rahmenkörper elektrisch leitend mit dem ersten Rahmenkörper 21 und dem zweiten Rahmenkörper 22.
Ein Abstand der Emitterbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 zueinander beträgt höchstens 10 µm. Ein geringer Abstand XE der Emitterbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 trägt zu einer kompakten Ausführung des optoelektronischen Moduls 1 bei.
Ein lateraler Abstand XL von dem zweiten Halbleiterbauelement 12 zu dem dritten Halbleiterbauelement 13 beträgt höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm. Ein lateraler Abstand XL meint einen Abstand zwischen dem zweiten Halbleiterbauelement 12 und dem dritten Halbleiterbauelement 13 in einer Richtung parallel zur Montageseite 22A des zweiten Trägers 22. Ein geringer lateraler Abstand XL ermöglicht eine kompakte Bauform des optoelektronischen Moduls 1.
Das erste Halbleiterbauelement 11 ist zu dem zweiten Halbleiterbauelement 12 und dem dritten Halbleiterbauelement 13 vertikal höchstens 50 µm, bevorzugt höchstens 30 µm beabstandet. Ein vertikaler Abstand XV meint einen Abstand in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Montageseite 22A des zweiten Trägers 22. Der vertikale Abstand XV wird insbesondere durch eine vertikale Ausdehnung des Rahmenkörpers 23 und der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 bestimmt.
1B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entlang einer Schnittlinie AA der 1A. In der Schnittansicht der 1B ist erkennbar, dass den Halbleiterbauelementen 11, 12, 13 in ihrer Emissionsrichtung ED ein Optikelement 50 nachgeordnet ist. Das Optikelement 50 ist eine Glasplatte zum Schutz der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13. Das Optikelement 50 ist nicht in direktem Kontakt zu den Halbleiterbauelementen 11, 12, 13. Das Optikelement 50 ist an dem ersten Träger 21, dem zweiten Träger 22 und dem Rahmenkörper 23 angeordnet. Insbesondere ist das Optikelement 50 mittels Löten an den Trägern 21, 22 und dem Rahmenkörper 23 angeordnet. Bevorzugt ist das Optikelement mit einem Gold-Zinn-Lot befestigt. Der Rahmenkörper 23 weist gegenüber von dem Optikelement 50 eine geschlossene Rückseite auf, um die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 hermetisch dicht zu umschließen.
1C zeigt eine schematische Draufsicht des hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In der Draufsicht ist die u-förmige Ausdehnung des Rahmenkörpers erkennbar. Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 befinden sich so in einem hermetisch abgeschlossenen Raum und sind optimal vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den 1A, 1B und 1C gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Optikelement 50 als eine Kollimationslinse ausgeführt. Mittels dem Optikelement 50 kann so eine Kollimation der in der Emissionsrichtung ED abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 erfolgen.
3A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das optoelektronische Modul 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kein Verbindungsmaterial 70 zwischen dem Rahmenkörper und dem ersten und zweiten Träger 21, 22. Ferner ist zwischen den Auskoppelfacetten 10A der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 und dem Optikelement 50 eine Verkapselungsmasse 60 angeordnet. Die Verkapselungsmasse 60 ist für die in dem optoelektronischen Modul 1 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Beispielsweise ist die Verkapselungsmasse 60 mit einem Polysiloxan gebildet.
3B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entlang einer Schnittlinie AA der 3A. In der Schnittansicht der 3B ist die Verkapselungsmasse 60 dargestellt. Die Auskoppelfacetten 10A der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind vollständig von der Verkapselungsmasse 60 bedeckt. Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind somit bereits ausreichend vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Auf das Verbindungsmaterial 70 zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem ersten und zweiten Träger 21, 22 kann somit verzichtet werden. Es reicht beispielsweise aus, den Rahmenkörper 23 über das zur elektrischen Verbindung notwendige Lotmaterial 80 mit dem ersten und zweiten Träger 21, 22 zu verbinden. Ferner kann der Rahmenkörper 23 auf seiner dem Optikelement 50 gegenüberliegenden Seite eine Aussparung umfassen. Dies garantiert eine erhöhte Designfreiheit.
4A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist der erste Träger 21 Durchkontaktierungen 40 auf, die die Anschlussleitungen in dem Rahmenkörper 23 und das Lotmaterial 80 ersetzen und eine Mehrzahl von Bonddrähten 50 verbindet den ersten Träger 21 mit dem zweiten Träger 22.
Die Durchkontaktierungen 40 erstrecken sich bis zu einer dem ersten Halbleiterbauelement 11 gegenüberliegenden Oberseite 21B. Insbesondere umfassen die Durchkontaktierungen 40 eine Aussparung durch den ersten Träger 21. Die Aussparungen erstrecken sich vollständig durch den ersten Träger 21. Die Aussparungen der Durchkontaktierungen 40 sind beispielsweise teilweise oder vollständig mit einem elektrisch leitfähigen Material befüllt. Insbesondere sind die Aussparungen mit einem Metall oder einer Metalllegierung befüllt. Vorteilhaft ermöglichen die Durchkontaktierungen 40 eine elektrische Kontaktierung des ersten Halbleiterbauelements 11 von der Oberseite 21A des ersten Trägers 21.
Die Bonddrähte 50 verbinden Durchkontaktierungen 40 von dem zweiten Träger 22 mit Durchkontaktierungen 40 auf dem ersten Träger 21. Jeder Durchkontaktierung 40 sind insbesondere zumindest zwei Bonddrähte 50 zugeordnet. So kann ein elektrischer Widerstand vermindert werden und ein verbessertes Ansprechverhalten bei einer hochfrequenten Ansteuerung erzielt werden.
Der Rahmenkörper 23 kann somit ohne elektrische Anschlussleitungen 30 ausgeführt sein. Dies vereinfacht eine Herstellung des Rahmenkörpers 23 vorteilhaft. Weiter kann auf das Lotmaterial 80 zwischen dem Rahmenkörper 23 und dem ersten und zweiten Träger 21, 22 verzichtet werden.
4B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel aus einem Schnitt quer zu der 4A. In dem Ausführungsbeispiel der 4B sind jeder Durchkontaktierung 40 auf dem ersten Träger 21 und jeder Durchkontaktierung 40 auf dem zweiten Träger 22 jeweils ein Bonddraht 50 zugeordnet. Vorteilhaft können jeder Durchkontaktierung 40 auch zwei oder mehr Bonddrähte 50 zugeordnet sein.
5A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das optoelektronische Modul 1 ein viertes Halbleiterbauelement 14. Das vierte Halbleiterbauelement 14 ist auf der Montageseite 21A des ersten Trägers 21 benachbart zu dem ersten Halbleiterbauelement 11 angeordnet. Das vierte Halbleiterbauelement 14 umfasst eine Mehrzahl von vierten Emitterbereichen 140, die zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung mit zumindest einer vierten Hauptwellenlänge in einem vierten Spektralbereich eingerichtet sind. Insbesondere weist das vierte Halbleiterbauelement 14 identische optische Eigenschaften wie das zweite Halbleiterbauelement 12 auf. Beispielsweise weist das vierte Halbleiterbauelement 14 identische Hauptwellenlängen, eine identische Laserschwelle, identische Betriebsströme- und -spannungen in einem Arbeitspunkt und eine identische Steilheit wie das zweite Halbleiterbauelement 12 auf. Alternativ kann das vierte Halbleiterbauelement 14 zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich eingerichtet sein.
Der laterale Abstand XL zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und dem vierten Halbleiterbauelement 14 beträgt höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm. Bevorzugt ist der laterale Abstand XL zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und dem vierten Halbleiterbauelement 14 identisch zu dem lateralen Abstand XL zwischen dem zweiten Halbleiterbauelement 12 und dem dritten Halbleiterbauelement 13. Ein Abstand der Emitterbereiche 140 des vierten Halbleiterbauelements 14 zueinander beträgt höchstens 10 µm. Alternativ wäre auch eine elektrische Kontaktierung des vierten Halbleiterbauelements 14 mittels Bonddrähten, wie in dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt, denkbar.
5B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel entlang einer Schnittlinie AA der 5A.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Anschlussleitungen 30 nicht in den Rahmenkörper 23 eingebettet, sondern auf einer Innenseite 23A des Rahmenkörpers 23 angeordnet. Die Innenseite 23A des Rahmenkörpers 23 ist die den Halbleiterbauelementen 11, 12, 13 zugewandte Seite des Rahmenkörpers 23. Vorteilhaft sind die Anschlussleitungen 30 an der Innenseite 23A des Rahmenkörpers 23 besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Ferner kann eine Herstellung der Anschlussleitungen 30 auf der Innenseite 23A vereinfacht sein gegenüber einem Einbetten der Anschlussleitungen 30 in dem Rahmenkörper 23. Bevorzugt sind die Anschlussleitungen 30 auf der Innenseite 23A des Rahmenkörpers 23 mittels Sputtern aufgebracht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 Modul
10A: Auskoppelfacette
11: erstes Halbleiterbauelement
110: erster Emitterbereich
12: zweites Halbleiterbauelement
120: zweiter Emitterbereich
13: drittes Halbleiterbauelement
130: dritter Emitterbereich
14: viertes Halbleiterbauelement
140: vierter Emitterbereich
21: erster Träger
21A: Montageseite
22: zweiter Träger
22A: Montageseite
22B: Kontaktseite
23: Rahmenkörper
23A: Innenseite
30: Anschlussleitung
40: Durchkontaktierung
50: Optikelement
60: Verkapselungsmasse
70: Verbindungsmaterial
80: Lotmaterial
ED: Emissionsrichtung
AA: Schnittlinie
HA: Hauptachse
NA: Nebenachse
XE: Abstand der Emitterbereiche
XL: lateraler Abstand der Halbleiterbauelemente
XV: vertikaler Abstand der Halbleiterbauelemente

Claims

Optoelektronisches Modul (1) umfassend, - ein erstes Halbleiterbauelement (11) auf einer Montageseite (21A) eines ersten Trägers (21), - ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13) auf einer Montageseite (22A) eines zweiten Trägers (22), wobei - die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet sind, - die Montageseite (21A) des ersten Trägers (21) der Montageseite (22A) des zweiten Trägers (22) zugewandt ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - ein Rahmenkörper (23) zwischen dem ersten Träger (21) und dem zweiten Träger (22) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - der Rahmenkörper (23) mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussleitungen (30) umfasst.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - die Anschlussleitungen (30) auf einer Innenseite (23A) des Rahmenkörpers (23) angeordnet sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß Anspruch 3, bei dem - die Anschlussleitungen (30) zumindest teilweise in den Rahmenkörper (23) eingebettet sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem - zwischen dem Rahmenkörper (23) und dem ersten Träger (21) und zwischen dem Rahmenkörper (23) und dem zweiten Träger (22) jeweils ein Verbindungsmaterial (70) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem - der erste Träger (21) Durchkontaktierungen (40) bis zu einer dem ersten Halbleiterbauelement (11) gegenüberliegenden Oberseite (21B) aufweist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - die Oberseite (21B) des ersten Trägers (21) über Bonddrähte (50) mit dem ersten Träger (21) elektrisch leitend verbunden ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - jeder Durchkontaktierung (40) zumindest zwei Bonddrähte (50) zugeordnet sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) eine Mehrzahl von Emitterbereichen (110, 120, 130) aufweisen.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - die Emitterbereiche (110, 120, 130) jedes Halbleiterbauelements (11, 12, 13) jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 10 und 11, bei dem - die Emitterbereiche (110, 120, 130) aller Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) einander zugewandt angeordnet sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, bei dem - ein Abstand (XE) der Emitterbereiche (110, 120, 130) eines Halbleiterbauelements (11, 12, 13) zueinander höchstens 10 µm beträgt.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - ein lateraler Abstand (XL) von dem zweiten Halbleiterbauelement (12) zu dem dritten Halbleiterbauelement (13) höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm beträgt.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das erste Halbleiterbauelement (11) zu dem zweiten Halbleiterbauelement (12) und dem dritten Halbleiterbauelement (13) vertikal höchstens 50 µm, bevorzugt höchstens 30 µm beabstandet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - der erste Träger (21) und/oder der zweite Träger (22) mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - der zweite Träger (22) Durchkontaktierungen (40) zu einer der Montageseite (22A) gegenüberliegenden Kontaktseite (22B) aufweist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - den Halbleiterbauelementen in ihrer Emissionsrichtung (ED) ein Optikelement (50) nachgeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - zwischen den Halbleiterbauelementen (11, 12, 13) und dem Optikelement (50) eine Verkapselungsmasse (60) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - ein viertes Halbleiterbauelement (14) auf dem ersten Träger (21) angeordnet ist.