DE102022127068A1

DE102022127068A1 - Optoelektronisches modul

Info

Publication number: DE102022127068A1
Application number: DE102022127068.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fröhlich; Erik Heinemann
Original assignee: Ams Osram International GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul (1) angegeben. Das optoelektronische Modul (1) umfasst ein erstes Halbleiterbauelement (11), ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13) auf einer Montageseite (20A) eines Trägers (20). Die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet. Das erste Halbleiterbauelement (11) ist mit einer dem Träger (20) zugewandten Seite in einer ersten Montageebene (M1) angeordnet. Das zweite Halbleiterbauelement (12) und das dritte Halbleiterbauelement (13) sind jeweils mit einer dem Träger (20) zugewandten Seite in einer gemeinsamen zweiten Montageebene (M2) angeordnet. Die erste Montageebene (M1) ist von der zweiten Montageebene (M2) verschieden.

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, ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines Trägers. Die Montageseite des Trägers ist beispielsweise die Seite, auf dem ein Halbleiterbauelement montiert werden kann. Insbesondere umfasst die Montageseite jeweils eine Mehrzahl von Lötpads zur Montage von Halbleiterbauelementen. Der Träger ist insbesondere mit mehreren Schichten gebildet. Bevorzugt ist der Träger mechanisch selbsttragend ausgeführt. Die Halbleiterbauelemente sind beispielsweise als Lumineszenzdioden oder Laserdioden eingerichtet. Insbesondere sind die Halbleiterbauelemente jeweils als Single Ridge Laser mit je einem Emissionsbereich ausgebildet. Gegenüber der Montageseite des Trägers befindet sich eine Rückseite des Trägers. Insbesondere ist der Träger mit einem keramischen Material gebildet. Beispielsweise ist der Träger mit Aluminiumnitrid gebildet, um eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen.
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 der Montageseite des Trägers ausgerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist das erste Halbleiterbauelement mit einer dem Träger zugewandten Seite in einer ersten Montageebene angeordnet. Die erste Montageebene verläuft bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind das zweite Halbleiterbauelement und das dritte Halbleiterbauelement jeweils mit einer dem Träger zugewandten Seite in einer gemeinsamen zweiten Montageebene angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die erste Montageebene von der zweiten Montageebene verschieden. Bevorzugt unterscheiden sich die erste Montageebene und die zweite Montageebene in einem minimalen Abstand zum Träger. Insbesondere ist die erste Montageebene näher an dem Träger angeordnet, als die zweite Montageebene. Mit anderen Worten, ein minimaler Abstand der ersten Montageebene zum Träger ist kleiner als ein minimaler Abstand der zweiten Montageebene zum Träger. Beispielsweise ist die erste Montageebene parallel zur zweiten Montageebene angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Modul ein erstes Halbleiterbauelement, ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement auf einer Montageseite eines Trägers, wobei

- die Halbleiterbauelemente zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung eingerichtet sind,
- das erste Halbleiterbauelement mit einer dem Träger zugewandten Seite in einer ersten Montageebene angeordnet ist,
- das zweite Halbleiterbauelement und das dritte Halbleiterbauelement jeweils mit einer dem Träger zugewandten Seite in einer gemeinsamen zweiten Montageebene angeordnet sind, und
- die erste Montageebene von der zweiten Montageebene verschieden 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 in mehreren Montageebenen jeweils auf einer Montageseite eines Trägers anzuordnen. 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 zwischen dem Träger und dem zweiten Halbleiterbauelement und zwischen dem Träger und dem dritten Halbleiterbauelement jeweils ein erster Formkörper angeordnet. Durch die ersten Formkörper kann beispielsweise ein Höhenunterscheid zwischen den Halbleiterkörpern ausgeglichen werden. Beispielsweise sind die ersten Formkörper mit Metall gebildet. Insbesondere sind die Formkörper mit Kupfer gebildet. Vorteilhaft kann ein elektrischer und/oder thermischer Kontakt zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement und dem Träger über die ersten Formkörper hergestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls entspricht eine vertikale Erstreckung der ersten Formkörper mindestens einer vertikalen Erstreckung des ersten Halbleiterbauelements. Dadurch ist eine besonders kompakte Anordnung der Halbleiterbauelemente auf dem Träger ermöglicht. Die vertikale Richtung beschreibt hier und im Folgenden eine Richtung, die quer, insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft. Insbesondere weisen die ersten Formkörper eine Dicke von mindestens 50 µm, bevorzugt von mindestens 90 µm und besonders bevorzugt von mindestens 100 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist das erste Halbleiterbauelement in einer Ausnehmung des Trägers angeordnet. Folglich verläuft die erste Montageebene zumindest teilweise innerhalb des Trägers. Die Ausnehmung weist bevorzugt eine vertikale Erstreckung auf, die mindestens einer vertikalen Erstreckung des ersten Halbleiterbauelements entspricht. Dadurch ist eine besonders kompakte Anordnung der Halbleiterbauelemente auf dem Träger ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist in der Ausnehmung des Trägers ein Umlenkelement angeordnet. Das Umlenkelement ist bevorzugt zur Umlenkung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Insbesondere ist das Umlenkelement den Halbleiterbauelementen optisch nachgeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Umlenkelement um ein Prisma oder ein reflektives Element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist ein Kühlelement auf der der Montageseite abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements angeordnet. Das Kühlelement ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung auf der der Montageseite abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist ein Kühlelement zwischen dem ersten Halbleiterbauelement und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen angeordnet. Das Kühlelement ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen allen Halbleiterbauelementen. Nachteilig wird jedoch ein vertikaler Abstand zwischen dem ersten Halbleiterbauelement und dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement um die vertikale Erstreckung des Kühlelements vergrößert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls umschließt ein hermetisch dichtes Verkapselungselement die Halbleiterbauelemente. Vorteilhaft können die Halbleiterbauelemente durch das Verkapselungselement vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden. Das Verkapselungselement weist insbesondere zumindest einen Teilbereich auf, in dem es strahlungsdurchlässig ist, für eine von dem optoelektronischen Modul im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise ist das Verkapselungselement mit Saphir gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls umfassen die Halbleiterbauelemente jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen. Insbesondere weisen alle Halbleiterbauelemente jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen auf. Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente mindestens zwei, bevorzugt mindestens vier und besonders bevorzugt mindestens 12 Emissionsbereiche auf. Insbesondere emittiert jeder Emissionsbereich eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge. Jedes Halbleiterbauelement kann beispielsweise als Double Ridge Laser mit je zwei Emissionsbereichen ausgebildet sein. Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emissionsbereiche 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 Emissionsbereiche 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 beträgt ein Abstand der Emissionsbereiche eines Halbleiterbauelements zueinander höchstens 10 µm. Ein geringer Abstand der Emissionsbereiche eines Halbleiterbauelements trägt zu einer besonders kompakten Ausführung des optoelektronischen Moduls bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls sind die Emissionsbereiche aller Halbleiterbauelemente innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge von weniger als 1000 µm, bevorzugt von weniger als 500 µm und besonders bevorzugt von weniger als 300 µm und einer Nebenachsenlänge von weniger als 200 µm, bevorzugt von weniger als 100 µm und besonders bevorzugt von weniger als 60 µm angeordnet. Die Emissionsbereiche aller Halbleiterbauelemente sind bevorzugt einander zugewandt angeordnet. Eine derart kompakte Anordnung der Emissionsbereiche ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen.
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:

1 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
7A und 7B schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem siebten 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.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Modul 1 umfasst ein erstes Halbleiterbauelement 11, ein zweites Halbleiterbauelement 12 und ein drittes Halbleiterbauelement 13 auf einer Montageseite 20A eines Trägers 20. Gegenüber der Montageseite 20A des Trägers 20 befindet sich eine Rückseite 20B.
Der Träger 20 ist insbesondere mit mehreren Schichten gebildet. Bevorzugt ist der Träger 20 mechanisch selbsttragend ausgeführt. 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 an einer Seitenfläche auf. Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 jeweils als monolithische Bauelemente ausgebildet.
Das erste Halbleiterbauelement 11 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer ersten Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich. Das zweite Halbleiterbauelement 12 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer zweiten Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich. Das dritte Halbleiterbauelement 13 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer dritten Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich. Bevorzugt sind die Emissionsrichtungen ED aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 parallel zueinander ausgerichtet. Die Emissionsrichtung ED der Halbleiterbauelemente ist insbesondere parallel zu der Montageseite 20A des Trägers 20 ausgerichtet.
Das erste Halbleiterbauelement 11 ist mit einer dem Träger 20 zugewandten Seite in einer ersten Montageebene M1 angeordnet. Die erste Montageebene M1 verläuft bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers 20. Das zweite Halbleiterbauelement 12 und das dritte Halbleiterbauelement 13 sind jeweils mit einer dem Träger 20 zugewandten Seite in einer gemeinsamen zweiten Montageebene M2 angeordnet.
Die erste Montageebene M1 ist von der zweiten Montageebene M2 verschieden. Bevorzugt unterscheiden sich die erste Montageebene M1 und die zweite Montageebene M2 in einem minimalen Abstand zum Träger. Insbesondere ist die erste Montageebene M1 näher an dem Träger 20 angeordnet, als die zweite Montageebene M2. Beispielsweise ist die erste Montageebene M1 parallel zur zweiten Montageebene M2 angeordnet.
Die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 110, 120, 130. Das erste Halbleiterbauelement 11 umfasst eine Mehrzahl von ersten Emissionsbereichen 110, das zweite Halbleiterbauelement 12 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Emissionsbereichen 120 und das dritte Halbleiterbauelement 13 umfasst eine Mehrzahl von dritten Emissionsbereichen 130. Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, besonders bevorzugt mindestens 12 Emissionsbereiche 110, 120, 130 auf. Insbesondere emittiert jeder Emissionsbereich 110, 120, 130 eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge. Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emissionsbereiche 110 ,120 ,130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 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.
Beispielsweise sind die Emissionsbereiche 110, 120, 130 jedes Halbleiterbauelements 11, 12, 13 jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar. Eine unabhängige Ansteuerung ermöglicht beispielsweise einen besonders großen Dynamikbereich der Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Ein Abstand der Emissionsbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11 ,12 ,13 zueinander beträgt höchstens 10 µm. Ein geringer Abstand der Emissionsbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 trägt zu einer besonders kompakten Ausführung des optoelektronischen Moduls 1 bei.
Die Emissionsbereiche 110, 120, 130 aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge HA von weniger als 1000 µm, bevorzugt von weniger als 500 µm und besonders bevorzugt von weniger als 300 µm und einer Nebenachsenlänge NA von weniger als 200 µm, bevorzugt von weniger als 100 µm und besonders bevorzugt von weniger als 60 µm angeordnet. Die Emissionsbereiche 110, 120, 130 aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind bevorzugt einander zugewandt angeordnet. Eine derart kompakte Anordnung der Emissionsbereiche 110, 120, 130 ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen.
Zwischen dem Träger 20 und dem zweiten Halbleiterbauelement 12 und zwischen dem Träger 20 und dem dritten Halbleiterbauelement 13 ist jeweils ein erster Formkörper 31 angeordnet. Durch die ersten Formkörper 31 wird ein Höhenunterscheid zwischen den Halbleiterkörpern 11, 12, 13 ausgeglichen. Beispielsweise sind die ersten Formkörper 31 mit Metall gebildet. Vorteilhaft kann ein elektrischer und/oder thermischer Kontakt zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12, 13 und dem Träger 20 über die ersten Formkörper 31 hergestellt werden. Bevorzugt werden die ersten Formkörper 31 galvanisch auf dem Träger 20 abgeschieden.
Eine vertikale Erstreckung der ersten Formkörper 31 entspricht mindestens einer vertikalen Erstreckung des ersten Halbleiterbauelements 11. Dadurch ist eine besonders kompakte Anordnung der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 auf dem Träger 20 ermöglicht. Die vertikale Richtung beschreibt hier und im Folgenden eine Richtung, die quer, insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers 20 verläuft. Insbesondere weisen die ersten Formkörper 31 eine Dicke von mindestens 100 µm auf.
Zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und dem Träger 20 ist ein zweiter Formkörper 32 angeordnet. Der zweite Formkörper 32 weist eine geringere vertikale Erstreckung als die ersten Formkörper 31 auf. Beispielsweise weist der zweite Formkörper eine vertikale Erstreckung von weniger als 30 µm auf.
Zwischen den ersten Formkörpers 31 und dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12, 13 sowie zwischen dem zweiten Formkörper 32 und dem ersten Halbleiterbauelement 11 sind jeweils Verbindungsbereiche 50 ausgebildet. In den Verbindungsbereichen 50 sind beispielsweise Lotmaterialen, Sinterpaste oder ein elektrisch leitfähiger Kleber angeordnet. Das Lotmaterial umfasst bevorzugt Gold und Zinn.
Ferner umfasst das optoelektronische Modul 1 ein Verkapselungselement 40. Das Verkapselungselement 40 umgibt die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 derart, dass zusammen mit dem Träger 20 ein hermetisch dichtes optoelektronisches Modul 1 entsteht. Vorteilhaft kann das Verkapselungselement 40 auf dem Träger 20 eben aufliegen. Dadurch kann eine hermetische Dichtheit besonders einfach und zuverlässig hergestellt werden. Insbesondere verfügt der Träger 20 über eine umlaufende Metallisierung. An der Stelle der Metallisierung kann das Verkapselungselement 40 mittels eines Lötprozesses besonders einfach mit dem Träger 20 verbunden werden.
Das Verkapselungselement 40 ist mit Saphir gebildet. Alternativ kann das Verkapselungselement 40 mit einem Metall gebildet sein und über ein strahlungsdurchlässiges Sichtfenster verfügen. Das Verkapselungselement 40 ist für eine in dem optoelektronischen Modul 1 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung durchlässig.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Kühlelement 60 auf der der Montageseite 20A abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements 12, 13 angeordnet. Das Kühlelement 60 ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement 60 eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung auf der der Montageseite 20A abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements 12, 13 ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12, 13.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Kühlelement 60 zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen 12, 13 angeordnet. Das Kühlelement 60 ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen 12 ,13 ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen allen Halbleiterbauelementen 11, 12, 13. Nachteilig wird jedoch ein vertikaler Abstand zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12 ,13 um die vertikale Erstreckung des Kühlelements 60 vergrößert.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das erste Halbleiterbauelement 11 in einer Ausnehmung 210 des Trägers 20 angeordnet. Folglich verläuft die erste Montageebene M1 zumindest teilweise innerhalb des Trägers 20. Die Ausnehmung 210 weist bevorzugt eine vertikale Erstreckung auf, die mindestens einer vertikalen Erstreckung des ersten Halbleiterbauelements 11 entspricht. Dadurch ist eine besonders kompakte Anordnung der Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 auf dem Träger 20 ermöglicht. Eine hermetische Kapselung durch das Verkapselungselement 40 kann durch die Ausnehmung 210 erschwert sein.
Vorteilhafterweise kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel auf die Formkörper 31, 32 verzichtet werden. Dadurch ergeben sich kurze Entwärmungspfade und somit eine vereinfachte Entwärmung des optoelektronischen Moduls 1. Der Träger 20 ist mit einem keramischen Material gebildet. Bevorzugt ist der Träger 20 mit einer Mehrzahl von Schichten gebildet.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 4 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Kühlelement 60 auf der der Montageseite 20A abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements 12, 13 angeordnet. Das Kühlelement 60 ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement 60 eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung auf der der Montageseite 20A abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements 12, 13 ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12, 13.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 5 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem fünften Ausführungsbeispiel ist ein Kühlelement 60 zwischen dem Träger 20 und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen 12, 13 angeordnet. Das Kühlelement 60 ist beispielsweise mit einem Keramikmaterial gebildet. Bevorzugt weist das Kühlelement 60 eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Eine Anordnung zwischen dem Träger 20 und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen 12 ,13 ermöglicht einen Austausch von Wärme zwischen dem Träger 20 und dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12, 13. Nachteilig wird jedoch ein vertikaler Abstand zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 11 und dem zweiten und dritten Halbleiterbauelement 12 ,13 um die vertikale Erstreckung des Kühlelements 60 vergrößert.
7A und 7B zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. Das siebte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 4 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel. 7B entspricht einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie AA durch das in der 7A dargestellte optoelektronische Modul 1.
Im Unterschied zu dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 210 in ihrer lateralen Erstreckung begrenzt und in der Ausnehmung 210 des Trägers 20 ist ferner ein Umlenkelement 70 angeordnet. Das Umlenkelement 70 ist bevorzugt zur Umlenkung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Durch die lateral begrenzte Ausnehmung 210 ist eine hermetische Kapselung durch das Verkapselungselement 40 vorteilhaft vereinfacht. Das Verkapselungselement 40 kann somit randseitig umlaufend auf dem Träger 20 aufliegen.
Insbesondere ist das Umlenkelement 70 den Halbleiterbauelementen 11, 12, 13 in der Emissionsrichtung ED optisch nachgeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Umlenkelement 70 um ein Prisma oder ein reflektives Element. Vorteilhaft kann so eine Auskopplung der von den optoelektronischen Halbleiterbauelementen 11, 12, 13 im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung in einem besonders geringen Abstand erfolgen.
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
11: erstes Halbleiterbauelement
12: zweites Halbleiterbauelement
13: drittes Halbleiterbauelement
20: Träger
20A: Montageseite
20B: Rückseite
210: Kavität
31: erster Formkörper
32: zweiter Formkörper
40: Verkapselungselement
50: Verbindungsbereich
60: Kühlelement
70: Umlenkelement
110: erste Emissionsbereiche
120: zweite Emissionsbereiche
130: dritte Emissionsbereiche
ED: Emissionsrichtung
M1: erste Montageebene
M2: zweite Montageebene
HA: Hauptachsenlänge
NA: Nebenachsenlänge

Claims

Optoelektronisches Modul (1) umfassend, - ein erstes Halbleiterbauelement (11), ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13) auf einer Montageseite (20A) eines Trägers (20), wobei - die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet sind, - das erste Halbleiterbauelement (11) mit einer dem Träger (20) zugewandten Seite in einer ersten Montageebene (M1) angeordnet ist, - das zweite Halbleiterbauelement (12) und das dritte Halbleiterbauelement (13) jeweils mit einer dem Träger (20) zugewandten Seite in einer gemeinsamen zweiten Montageebene (M2) angeordnet sind, und - die erste Montageebene (M1) von der zweiten Montageebene (M2) verschieden ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - zwischen dem Träger (20) und dem zweiten Halbleiterbauelement (12) und zwischen dem Träger (20) und dem dritten Halbleiterbauelement (13) jeweils ein erster Formkörper (31) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - eine vertikale Erstreckung der ersten Formkörper (31) mindestens einer vertikalen Erstreckung des ersten Halbleiterbauelements (11) entspricht.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß Anspruch 1, bei dem - das erste Halbleiterbauelement (11) in einer Ausnehmung (210) des Trägers (20) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - in der Ausnehmung (210) des Trägers (20) ein Umlenkelement (70) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - ein Kühlelement (60) auf der der Montageseite (20A) abgewandten Seite des zweiten und dritten Halbleiterbauelements (12, 13) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem - ein Kühlelement (60) zwischen dem ersten Halbleiterbauelement (11) und den zweiten und dritten Halbleiterbauelementen (12, 13) angeordnet ist.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - ein hermetisch dichtes Verkapselungselement (40) die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) umschließt.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen (110, 120, 130) umfassen.
Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - die Emissionsbereiche (110, 120, 130) aller Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge (HA) von weniger als 1000 µm, bevorzugt von weniger als 500 µm und einer Nebenachsenlänge (NA) von weniger als 200 µm, bevorzugt von weniger als 100 µm angeordnet sind.