DE112014005960B4 - Adaptiver Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug mit optoelektronischen Halbleiterbauteilen - Google Patents

Adaptiver Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug mit optoelektronischen Halbleiterbauteilen Download PDF

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Abstract

Adaptiver Scheinwerfer (10) mit einer Montageplattform (11) und mit mehreren optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1), wobei die Halbleiterbauteile (1) je umfassen:- einen Träger (2) mit einer Trägeroberseite (23) und mit einer Trägerunterseite (24),- mehrere aktive Zonen (33), die an der Trägeroberseite (23) angebracht sind und die zur Emission von Strahlung eingerichtet sind,- mindestens drei elektrische Kontaktstellen (4) an der Trägerunterseite (24), die zumindest zu einem elektrischen Anschließen des entsprechenden Halbleiterbauteils (1) eingerichtet sind, und- mindestens einer Ansteuereinheit (5) zum elektrischen Adressieren des entsprechenden Halbleiterbauteils (1) und zu einem elektrischen Ansteuern der aktiven Zonen (33) , und wobei- die aktiven Zonen (33) in einem regelmäßigen Raster an der Trägeroberseite (23) der Halbleiterbauteile (1) angebracht sind, in Draufsicht gesehen,- das Raster ein Rastermaß (M) aufweist,- geometrische Mittelpunkte (P) von Strahlungshauptseiten (30) der aktiven Zonen (33) innerhalb der Halbleiterbauteile (1) je auf Rasterpunkten des Rasters liegen, in Draufsicht gesehen und mit einer Toleranz von höchsten 20 % des Rastermaßes (M),- ein Abstand (D) der geometrischen Mittelpunkte (P) von randständigen aktiven Zonen (33) zu einer nächstgelegenen Kante des Trägers (2) des zugehörigen Halbleiterbauteils (1) höchstens 50 % des Rastermaßes (M) beträgt,- die Halbleiterbauteile (1) derart auf der Montageplattform (11) angeordnet sind, sodass alle aktive Zonen (33) der Halbleiterbauteile (1), mit einer Toleranz von höchstens 20 % des Rastermaßes (M), auf den Rasterpunkten des regelmäßigen Rasters liegen,- sich das Raster gleichbleibend über alle Halbleiterbauteile (1) erstreckt,- die Halbleiterbauteile (1) über genau eine gemeinsame Datenleitung (8) miteinander verbunden sind,- über die Ansteuereinheit (5) einzelne der aktiven Zonen (33) oder Gruppen von aktiven Zonen (33) des Scheinwerfers (10) unabhängig voneinander ansteuerbar sind,- die Halbleiterbauteile (1) über eine gemeinsame Spannungsleitung (VCC) und über eine gemeinsame Masseleitung (GND) verfügen, und- sich die gemeinsame Datenleitung (8), die gemeinsame Spannungsleitung (VCC) und die gemeinsame Masseleitung (GND) an einer den Halbleiterbauteilen (1) zugewandten Seite der Montageplattform (11) befinden.

Description

  • Es wird ein adaptiver Scheinwerfer mit optoelektronischen Halbleiterbauteilen für ein Kraftfahrzeug angegeben.
  • Die Druckschrift US 2011/0 254 034 A1 betrifft eine nanostrukturierte Leuchtdiode, umfassend Nanodrähte und ein Kontaktmittel, wobei jeder Nanodraht aus einem Substrat hervorsteht, jeder Nanodraht einen pn- oder p-i-n-Übergang umfasst und ein oberer Abschnitt aus einer ersten Auswahl an Nanodrähten mit einer lichtreflektierenden oder transparenten Kontaktschicht bedeckt ist, um zumindest eine Kontaktgruppe an Nanodrähten zu bilden, und sich das Kontaktmittel in elektrischem Kontakt mit dem unteren Abschnitt jedes Nanodrahtes befindet, wobei sich die lichtreflektierende oder transparente Kontaktschicht über die pn- oder p-i-n-Übergänge in elektrischem Kontakt mit dem Kontaktmittel befindet.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen adaptiven Scheinwerfer mit optoelektronischen Halbleiterbauteilen anzugeben, der effizient ansteuerbar ist.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen adaptiven Scheinwerfer mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der adaptive Scheinwerfer umfasst mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile.
  • Erfindungsgemäß umfassen die optoelektronischen Halbleiterbauteile je einen Träger. Die Träger weisen je eine Trägeroberseite und eine dieser gegenüberliegende Trägerunterseite auf. Die Trägeroberseite und die Trägerunterseite sind jeweils Hauptseiten und insbesondere eben. Bei den Trägern handelt es sich bevorzugt je um die das betreffende Halbleiterbauteil mechanisch stabilisierende Komponente, sodass das Halbleiterbauteil ohne den Träger mechanisch nicht stabil wäre. Beispielsweise sind die Träger je ein sogenannter Submount.
  • Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterbauteile je mehrere aktive Zonen auf. Die aktiven Zonen sind im Betrieb der Halbleiterbauteile zur Emission einer Strahlung eingerichtet. Beispielsweise wird in den aktiven Zonen sichtbares Licht, insbesondere blaues Licht oder weißes Licht oder gelbes Licht oder oranges Licht oder rotes Licht, erzeugt.
  • Erfindungsgemäß sind die aktiven Zonen an den Trägeroberseiten angebracht. Die aktiven Zonen können mit der betreffenden Trägeroberseite in Kontakt stehen oder, bevorzugt, von der betreffenden Trägeroberseite beabstandet angebracht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktiven Zonen jeweils in einer Halbleiterschichtenfolge oder in einem optoelektronischen Halbleiterchip integriert. Beispielsweise ist jede der aktiven Zonen ein strahlungserzeugender Bereich in einem Halbleiterchip, insbesondere in einer Leuchtdiode oder in einer Laserdiode. Die aktiven Zonen und/oder die Halbleiterchips weisen dabei bevorzugt zumindest eine Halbleiterschichtenfolge auf oder bestehen hieraus.
  • Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterbauteile je an der Trägerunterseite mindestens drei elektrische Kontaktstellen auf. Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterbauteile je genau drei oder genau vier der elektrischen Kontaktstellen auf. Die elektrischen Kontaktstellen sind zumindest zu einem elektrischen Anschließen des Halbleiterbauteils eingerichtet. Ebenso ist es möglich, dass die elektrischen Kontaktstellen zu einer mechanischen Befestigung und/oder zu einem thermischen Anbinden des Halbleiterbauteils an einen Montageträger des adaptiven Scheinwerfers eingerichtet sind. Die Kontaktstellen sind beispielsweise für ein Löten oder für ein elektrisch leitfähiges Kleben bestimmt.
  • Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterbauteile je mindestens eine Ansteuereinheit auf. Die Ansteuereinheit ist bevorzugt je zu einem elektrischen Adressieren des betreffenden Halbleiterbauteils und/oder zu einem elektrischen Ansteuern der aktiven Zonen eingerichtet. Insbesondere handelt es sich bei den Ansteuereinheiten je um einen sogenannten Mikrocontroller.
  • Erfindungsgemäß sind die aktiven Zonen in einem regelmäßigen Raster an der betreffenden Trägeroberseite angebracht, in Draufsicht gesehen. Beispielsweise sind die aktiven Zonen matrixförmig angeordnet. Bei dem Raster kann es sich um ein Rechteckraster oder um ein quadratisches Raster handeln. Das Raster weist mindestens ein Rastermaß auf. Im Falle eines quadratischen Gitters entspricht das Rastermaß einem Abstand zwischen benachbarten Gitterpunkten entlang einer kürzesten Verbindungslinie. Handelt es sich bei dem Raster beispielsweise um ein rechteckiges Raster, so kann das Raster zwei Rastermaße aufweisen. Das mindestens eine Rastermaß sowie das Raster erstrecken sich bevorzugt gleichbleibend über die gesamte Trägeroberseite.
  • Erfindungsgemäß weisen die aktiven Zonen an einer dem jeweiligen Träger abgewandten Strahlungshauptseite einen geometrischen Mittelpunkt auf, in Draufsicht gesehen. Bei quadratischen oder rechteckig geformten Strahlungshauptseiten ist der geometrische Mittelpunkt insbesondere ein Schnittpunkt von Diagonalen der Strahlungshauptseite.
  • Erfindungsgemäß liegen die Mittelpunkte der Strahlungshauptseiten auf den Rasterpunkten des Rasters, in Draufsicht insbesondere auf die Trägeroberseite und/oder auf die Strahlungshauptseiten gesehen. Eine Toleranz, mit der die geometrischen Mittelpunkte in Draufsicht gesehen auf den Rasterpunkten liegen, liegt bei höchstens 20 % oder 10 % oder 5 % des Rastermaßes. Solche kleineren Abweichungen der Lage der geometrischen Mittelpunkte von den Rasterpunkten sind insbesondere auf Montagetoleranzen zurückzuführen. Besonders bevorzugt besteht keine beabsichtigte Abweichung zwischen einer Position der geometrischen Mittelpunkte und den Rasterpunkten.
  • Erfindungsgemäß beträgt ein Abstand D der geometrischen Mittelpunkte von randständigen aktiven Zonen zu einer nächstgelegenen Kante des zugeordneten Trägers höchstens 50 % des Rastermaßes M, in Draufsicht gesehen. Bevorzugt liegt dieser Abstand bei höchstens 45 % oder 40 % und/oder bei mindestens 15 % oder 25 % oder 30 %. Randständig bedeutet dabei, dass die entsprechende aktive Zone in Richtung hin zur nächstgelegenen Kante nicht von einer weiteren aktiven Zone benachbart ist und an keine aktive Zone, zur nächstgelegenen Kante hin, angrenzt. Alternativ oder zusätzlich gilt für den Abstand D in Abhängigkeit von dem Rastermaß M: (M - 0,3 mm)/2 ≤ D ≤ (M - 0,1 mm)/2.
  • Erfindungsgemäß weisen die optoelektronischen Halbleiterbauteile je einen Träger mit einer Trägeroberseite und mit einer Trägerunterseite auf. Mehrere aktive Zonen sind an der betreffenden Trägeroberseite angebracht und sind zur Erzeugung und Emission von Strahlung eingerichtet. Mindestens drei elektrische Kontaktstellen befinden sich an der jeweiligen Trägerunterseite und sind zu einem elektrischen und/oder mechanischen und/oder thermischen Anschließen des zugeordneten Halbleiterbauteils eingerichtet. Die Halbleiterbauteile weisen ferner je zumindest eine Ansteuereinheit zum elektrischen Adressieren des betreffenden Halbleiterbauteils und zu einem elektrischen Ansteuern der aktiven Zonen auf. Die aktiven Zonen sind dabei in einem regelmäßigen Raster mit einem Rastermaß an der jeweiligen Trägeroberseite angebracht, in Draufsicht gesehen. Geometrische Mittelpunkte von Strahlungshauptseiten der aktiven Zonen liegen auf Rasterpunkten des Rasters, mit einer Toleranz von höchstens 20 % des Rastermaßes. Ein Abstand der geometrischen Mittelpunkte von randständigen aktiven Zonen zu einer nächstgelegenen Kante des zugehörigen Trägers beträgt dabei höchstens 50 % des Rastermaßes.
  • Insbesondere im Automobilbau ist ein Trend zu immer höheren Auflösungen speziell bei adaptiven Frontscheinwerfersystemen zu beobachten. Werden einzelne Leuchtdiodenbausteine mit jeweils zwei Anschlüssen, für eine Anode sowie für eine Kathode, matrixartig angeordnet, so ist ein Verschaltungsaufwand relativ hoch. Außerdem ist eine Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdiodenbausteinen fehleranfällig bei der Montage. Durch den benötigten Platz für Leiterbahnen ist außerdem eine Anordnungsdichte beschränkt. Eine Größe der Leiterbahnen ist aufgrund des relativ hohen Strombedarfs der Leuchtdiodenbausteine dabei nach unten hin begrenzt, die Leiterbahnen müssen einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweisen.
  • Bei den hier beschriebenen Halbleiterbauteilen sind mehrere aktive Zonen oder mehrere, zu einer Strahlungserzeugung eingerichtete Halbleiterchips auf einem gemeinsamen Träger integriert und über die Ansteuereinheit gezielt ansprechbar. Insbesondere dadurch, dass ein Abstand der geometrischen Mittelpunkte zu einem Rand hin geringer ist als ein Rastermaß, ist eine gleichmäßige Anordnung der aktiven Zonen über mehrere der Halbleiterbauteile hinweg ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Raster eine n x m-Matrix. Dabei sind n, m jeweils natürliche Zahlen größer oder gleich 2, größer oder gleich 3 oder größer oder gleich 4. Alternativ oder zusätzlich betragen n, m höchstens 32 oder 25 oder 12 oder 8 oder 6.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile je oberflächenmontierbar gestaltet. Mit anderen Worten sind die Halbleiterbauteile dann durch Oberflächenmontagetechnik, englisch Surface Mount Technology oder kurz SMT, an der Montageplattform befestigbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist einigen oder allen aktiven Zonen jeweils ein oder mehrere Konversionselemente zugeordnet. Insbesondere befinden sich die Konversionselemente an einer dem jeweiligen Träger abgewandten Seite der aktiven Zonen. Das mindestens eine Konversionselement kann als Plättchen oder als Verguss ausgebildet sein und ist zu einer vollständigen oder teilweisen Umwandlung von in der zugehörigen aktiven Zone erzeugter Strahlung eingerichtet. Beispielsweise wird über das Konversionselement ein Teil eines in der aktiven Zone erzeugten blauen Lichts in gelbes Licht umgewandelt, sodass weißes Licht resultiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdecken die Konversionselemente die Strahlungshauptseiten jeweils vollständig, in Draufsicht auf die betreffende Trägeroberseite gesehen. Die Konversionselemente können hierbei je deckungsgleich zu der zugehörigen aktiven Zone angeordnet sein oder die zugehörige aktive Zone auch ringsum überragen. Alternativ ist es möglich, dass die Konversionselemente, in Draufsicht gesehen, je kleiner sind als die aktiven Zonen und von den aktiven Zonen überragt werden. Auch kann ein einziges Konversionselement alle aktiven Zonen überdecken.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktiven Zonen und/oder die Konversionselemente, in Draufsicht gesehen, ringsum von einem Reflektorverguss umgeben. Bei dem Reflektorverguss kann es sich um ein Material handeln, das einem Betrachter weiß erscheint. Bevorzugt umgibt der Reflektorverguss das Konversionselement formschlüssig und in direktem Kontakt, in Richtung parallel zur Trägeroberseite.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten aktiven Zonen und/oder zwischen benachbarten Halbleiterchips höchstens 70 % oder 45 % oder 30 % oder 20 % des Rastermaßes. Der mittlere Abstand ist hierbei bevorzugt in Richtung parallel zur Trägeroberseite zu bestimmen. Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips und/oder die aktiven Zonen in geringem Abstand zueinander und dicht auf der Trägeroberseite angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Trägern je um einen Siliziumträger oder um einen Germaniumträger. Der betreffende Träger ist also dann aus einem Halbleitermaterial gebildet oder umfasst ein solches. Hierbei können an dem Träger weitere Schichten, insbesondere elektrisch isolierende Schichten oder metallische Leiterbahnen, angebracht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Ansteuereinheiten je monolithisch in dem zugeordneten Träger integriert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Ansteuereinheiten keine separaten, auf den Trägern nachträglich aufgebrachte Komponenten sind. Zwischen den Trägern und den Ansteuereinheiten befindet sich dann kein Verbindungsmittel. Beispielsweise sind die Ansteuereinheiten dann in oder mit dem betreffenden Träger gewachsen und/oder mittels Implantation von Ionen in dem betreffenden Träger erzeugt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Ansteuereinheiten je einen oder mehrere Transistoren und/oder elektrische Schalter auf. Die Schalter und/oder Transistoren können hierbei auf Silizium oder Germanium basieren und entsprechende Dotierungen aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Ansteuereinheiten je durch eine Schicht aus rekristallisiertem Silizium gebildet oder umfassen zumindest eine solche Schicht. In diese Schicht können die Transistoren und/oder Schalter ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Ansteuereinheiten, insbesondere die zumindest eine Schicht aus rekristallisiertem Silizium, an der jeweiligen Trägeroberseite oder an der jeweiligen Trägerunterseite. Bevorzugt sind die Ansteuereinheiten dann je zwischen dem jeweiligen Träger und der aktiven Zone angebracht. Es ist möglich, dass die aktiven Zonen elektrisch und/oder mechanisch einzig über die zugeordnete Ansteuereinheit in Kontakt mit dem Träger stehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen oder sind die Ansteuereinheiten je ein serielles Schieberegister. Das Schieberegister weist bevorzugt einen, insbesondere genau einen Dateneingang und einen oder mehrere Signalausgänge auf. Die Signalausgänge sind bevorzugt elektrisch mit den aktiven Zonen und/oder den Halbleiterchips verbunden. Insbesondere sind die Signalausgänge elektrisch leitend mit Schaltern verbunden, wobei jeder der Schalter elektrisch parallel zu einer der aktiven Zonen und/oder Halbleiterchips geschaltet ist.
  • Erfindungsgemäß ist an den Trägerunterseiten je genau eine elektrische Kontaktfläche für eine Spannungsleitung angebracht. Zusätzlich befindet sich an den Trägerunterseiten je genau eine elektrische Kontaktfläche für eine Masseleitung. Weiterhin befinden sich eine oder zwei Kontaktflächen für eine Datenleitung je an den Trägerunterseiten. Bevorzugt sind je genau zwei Kontaktflächen für eine Datenleitung, nämlich eine Kontaktfläche für einen Dateneingang und eine Kontaktfläche für einen Datenausgang, an den Trägerunterseiten angebracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind verschiedene aktive Zonen und/oder verschiedene Halbleiterchips zur Erzeugung von Strahlung mit voneinander verschiedener spektraler Zusammensetzung eingerichtet. Auf diese Weise ist ein Farbeindruck der von dem Halbleiterbauteil emittierten Strahlung einstellbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle aktiven Zonen und/oder Halbleiterchips des jeweiligen Halbleiterbauteils dazu eingerichtet, im Betrieb Licht derselben Farbe abzustrahlen. Dabei ist eine Farbe des Lichts, die von einer bestimmten aktiven Zone und/oder von einem bestimmten Halbleiterchip abgestrahlt wird, bevorzugt festgelegt und damit nicht einstellbar. Beispielsweise ist das betreffende Halbleiterbauteil dann einzig dazu eingerichtet, weißes Licht als Scheinwerfer oder nur oranges Licht als Blinker oder nur rotes Licht als Bremslicht zu emittieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform verfügen zumindest mehrere der aktiven Zonen, die insbesondere auf einer Halbleiterschichtenfolge basieren, in dem betreffenden Halbleiterbauteil über ein gemeinsames Aufwachssubstrat. Auf dem Aufwachssubstrat ist die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen. Die aktiven Zonen weisen dann jeweils dieselbe Materialzusammensetzung und dieselben Schichtdicken in der Halbleiterschichtenfolge auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Halbleitermaterial, aus dem die aktiven Zonen aufgebaut sind, zwischen benachbarten aktiven Zonen vollständig oder teilweise entfernt. Eine Strukturierung zu den aktiven Zonen erfolgt dabei beispielsweise durch ein Ätzen. Ein nachträgliches Ändern relativer Positionen der aktiven Zonen zueinander, nach einem Wachsen der Halbleiterschichtenfolge, erfolgt dann bevorzugt nicht.
  • Bei dem adaptiven Scheinwerfer handelt es sich insbesondere um einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, etwa um einen Autofrontscheinwerfer. Der Scheinwerfer umfasst mehrere der Halbleiterbauteile.
  • Erfindungsgemäß sind die Halbleiterbauteile auf einer Montageplattform, insbesondere auf einer einstückigen Montageplattform, angebracht. Die Halbleiterbauteile sind dabei derart auf der Montageplattform angeordnet, sodass alle aktiven Zonen aller Halbleiterbauteile oder von zumindest mehreren der Halbleiterbauteile auf den Rasterpunkten des regelmäßigen Rasters liegen, mit einer Toleranz von höchstens 20 % oder 10 % oder 5 % des Rastermaßes. Als Position der jeweiligen aktiven Zonen wird hierbei bevorzugt der geometrische Mittelpunkt der Strahlungshauptseite herangezogen. Das Raster erstreckt sich dabei gleichbleibend über alle der Halbleiterbauteile. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass die Montageplattform eben ausgeformt ist.
  • Erfindungsgemäß sind alle der Halbleiterbauteile über genau eine gemeinsame Datenleitung miteinander verbunden. Der Begriff gemeinsame Datenleitung schließt nicht aus, dass die Datenleitung durch einzelne der Halbleiterbauteile oder durch alle der Halbleiterbauteile hindurchgeschleift wird. Es muss sich bei der Datenleitung also nicht um eine einzige, in physikalischem Sinne zusammenhängende Datenleitung oder Leiterbahn handeln.
  • Erfindungsgemäß sind über die Ansteuereinheit einzelne der aktiven Zonen oder Gruppe von aktiven Zonen des Scheinwerfers unabhängig voneinander ansteuerbar. Dies gilt bevorzugt auch innerhalb der jeweiligen Halbleiterbauteile. Hierdurch ist ein Beleuchtungsbereich, in dem hinein der Scheinwerfer Strahlung abstrahlt, elektronisch gezielt einstellbar und veränderbar.
  • Erfindungsgemäß sind alle Halbleiterbauteile über eine gemeinsame Spannungsleitung und über eine gemeinsame Masseleitung miteinander verbunden.
  • Nachfolgend wird hier beschriebener Scheinwerfer unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1 und 3 schematische Darstellungen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen für hier beschriebene adaptive Scheinwerfer,
    • 2, 4 und 5 schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen adaptiven Scheinwerfern, und
    • 6 eine Abwandlung einer Anordnung von Halbleiterchips.
  • In 1A ist eine schematische Draufsicht und in 1B eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt.
  • Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Träger 2 auf. An einer Trägerunterseite 24 sind mehrere elektrische Kontaktstellen 4 angebracht. An einer der Trägerunterseite 24 gegenüberliegenden Trägeroberseite 23 sind mehrere optoelektronische Halbleiterchips 3 mit je genau einer aktiven Zone 33 zur Erzeugung von sichtbarem Licht angeordnet. Elektrische Durchkontaktierungen sowie eine elektrische Schaltung zwischen den Kontaktstellen 4 und den Halbleiterchips 3 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
  • Die Halbleiterchips 3 sind in einer 2 x 2-Matrix angeordnet. Zu einer Adressierung des Halbleiterbauteils 1 sowie zu einer gezielten Ansteuerung von einzelnen der Halbleiterchips 3 ist in dem Träger 2 monolithisch eine Ansteuereinheit 5 integriert. Bei der Ansteuereinheit 5 handelt es sich insbesondere um einen Mikrocontroller. Hierzu ist der Träger 2 zum Beispiel ein Siliziumträger. Die Ansteuereinheit 5 umfasst dann bevorzugt ein Register, mehrere Transistoren und Schalter. Die Ansteuereinheit 5 ist in Siliziumtechnologie hergestellt sein.
  • In Draufsicht gesehen weisen Strahlungshauptseiten 30 der Halbleiterchips 3 jeweils einen geometrischen Mittelpunkt P auf. Die Mittelpunkte P befinden sich an Rasterpunkten eines Rasters. Das Raster ist durch Strich-Punkt-Linien symbolisiert. Ein Rastermaß M, entsprechend einem kürzesten Abstand zwischen benachbarten Rasterpunkten, entspricht dabei maximal dem Doppelten eines Abstands D der geometrischen Mittelpunkten P von einer jeweils nächstgelegenen Kante des Trägers 2, in Draufsicht gesehen. Somit ist ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips 3 innerhalb des Halbleiterbauteils 1, in Draufsicht gesehen, deutlich größer als ein Abstand der randständigen Halbleiterchips 3 zu der Kante hin.
  • Hierdurch ist es möglich, eine größere Anordnung aus mehreren Halbleiterbauteilen aufzubauen, in dem das Raster über alle Halbleiterbauteile 1 hinweg konstant bleibt, siehe die Draufsicht auf einen adaptiven Scheinwerfer 10 in 2. Da mehrere der Halbleiterchips 3 zu einem gemeinsamen Halbleiterbauteil 1 zusammengefasst sind, können ferner die elektrischen Kontaktflächen 4 des Halbleiterbauteils 1 größer ausgeformt werden als dies bei einzelnen Halbleiterchips 1 der Fall wäre.
  • Auch bei mehreren der Halbleiterchips 3 in dem Halbleiterbauteil 1 auch ohne die Ansteuereinheit 5 kann sich hierdurch eine verringerte Anzahl an Kontaktstellen 4 ergeben, da anstatt 2i-Kontakte nur noch i+1-Kontakte für die i Halbleiterchips 3 in dem Halbleiterbauteil 1 erforderlich sind. Das hinsichtlich hier bezüglich des Halbleiterbauteils 1 Beschriebene kann daher entsprechend auf Abwandlungen ohne eine Ansteuereinheit übertragen werden, insbesondere bezüglich der Anordnung der Halbleiterchips 3 und/oder der aktiven Zonen 33.
  • Optional sind die Halbleiterchips 3 und/oder die aktiven Zonen 33 sowie die Konversionselemente 6 gemäß 1 in Richtung parallel zur Trägeroberseite 23 mit einem Reflektorverguss 7 umgeben. Bei dem Reflektorverguss 7 handelt es sich beispielsweise um ein Silikon, dem reflektierende Partikel zum Beispiel aus Titandioxid beigegeben sind. Der reflektierende Verguss 7 kann in Richtung parallel zur Trägeroberseite 23 bündig mit dem Träger 2 abschließen. In Richtung weg von dem Träger 2 schließen die Konversionselemente 6 und der Reflektorverguss 7 bevorzugt ebenso bündig miteinander ab. Bonddrähte zum Kontaktieren der Halbleiterchips 3 und/oder der aktiven Zonen 33 können vollständig in dem Reflektorverguss 7 eingebettet sein.
  • Alternativ zu der Gehäusebauform der 1 kann auch ein auf einer Keramik basierendes Gehäuse verwendet werden. Ebenso könnten Gehäuse mit einem Leiterrahmen, englisch Leadframe, eingesetzt werden, beispielsweise vom Typ „Tape + Reel“ oder kurz ABF oder Advanced Patterning Film oder auch vom Typ folienbasierte Leiterrahmen, etwa basierend auf Kupferfolien, insbesondere QFN-Gehäusebauformen. Weiterhin können gespritzte Gehäuseformen insbesondere mit einer galvanisch erzeugten Metallisierung herangezogen werden, speziell in Form von CiF-Bauformen oder Chip-in-Frame-Bauformen. Diese alternativen Gehäuseformen können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen herangezogen werden.
  • In der Draufsicht gemäß 3A und in der Unteransicht gemäß 3B ist ein weiteres Halbleiterbauteil 1 zu sehen. Die Halbleiterchips 3 sind dabei in einer 2 x 3-Matrix angeordnet. Die somit sechs Halbleiterchips 3 weisen eine gemeinsame Kontaktstelle für einen Massekontakt GND sowie eine gemeinsame Kontaktstelle für eine Spannungsleitung VCC auf. Ferner sind zwei Kontaktstellen 4 für eine Datenleitung 8 vorgesehen, aufgeteilt in eine Kontaktstelle Din für einen Dateneingang und in eine Kontaktstelle Dout für einen Datenausgang. Abweichend von der Darstellung gemäß 3B können die Kontaktstellen 4 auch anders positioniert sein, sodass sich zum Beispiel die Kontaktstellen Din und Dout nicht zwischen den Kontaktstellen GND und VCC befinden.
  • Eine entsprechende Anordnung in einem Scheinwerfer 10 mit mehreren der Halbleiterbauteile 1, insbesondere wie in 3 gezeigt, ist in einer schematischen Unteransicht in 4 illustriert.
  • Benachbarte Kontaktstellen für den Dateneingang Din und den Datenausgang Dout von benachbarten Halbleiterbauteilen 1 liegen dabei immer auf gleichem Potential. Hierdurch kann ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen 1 reduziert werden, da keine potentialbedingten Abstände auf der Montageplattform 11 eingehalten werden müssen.
  • Eine Bearbeitung des Datensatzes, mit dem die einzelnen Halbleiterbauteile 1 angesteuert werden, hierarchische Verschaltungsebenen sowie Leiterbahnen an der Montageplattform 11 sind zur Vereinfachung jeweils nicht illustriert. Optional können in den Ansteuereinheiten 5, in 4 nicht gezeigt, auch weitere Informationen oder Ansteuerdaten verarbeitet oder aufgenommen werden, beispielsweise eine lebensdauerabhängige Korrektur der Betriebsspannung oder eine temperaturabhängige Sicherung. Auch eine Detektion von Kurzschlüssen kann an der Montageplattform 11 oder in den einzelnen Halbleiterbauteilen 1 implementiert sein.
  • Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass es sich bei der Datenleitung 8 um einen Datenbus mit einer oder mit mehreren Leitungen handelt. Eine Anzahl der Kontaktflächen 4 kann entsprechend an die Zahl der Leitungen des Datenbusses angepasst werden. Zum Beispiel weist der Datenbus eine Leitung für die Eingangsdaten, eine Leitung für die Ausgangsdaten und eine Leitung für ein Zeitsignal, englisch Clock, auf. Ebenso kann das Zeitsignal mit einer Leitung für die Ausgangsdaten und/oder mit eine Leitung für die Eingangsdaten transportiert werden. Weiterhin können das Zeitsignal, die Eingangsdaten und die optionalen Ausgangsdaten mit nur einer einzigen Leitung transportiert werden.
  • Schaltungsaufbauten für die Ansteuereinheit 5 und Konzepte für die Ansteuerung der Halbleiterbauteile 1 sind beispielsweise der Druckschrift DE 10 2012 111 247 A1 zu entnehmen.
  • In 5 sind weitere Ausführungsbeispiele des Scheinwerfers 10 dargestellt. Gemäß der Schnittdarstellung in 5A weisen die Halbleiterbauteile 1 je einen Träger 2 auf, der mit Durchkontaktierungen versehen ist. Zum Beispiel ist eine p-seitige Kontaktierung mit der Spannungsleitung VCC verbunden und eine n-seitige Kontaktierung mit der Masseleitung GND.
  • Zwischen den aktiven Zonen 33 und dem Träger 2 befindet sich jeweils die Ansteuereinheit 5. Die Ansteuereinheit 5 ist aus einer oder aus mehreren Schichten rekristallisiertem Silizium gebildet. Das Silizium wird dabei beispielsweise mittels Gasphasenabscheidung amorph erzeugt und durch Abrastern etwa mittels eines intensiven Laserstrahls wird die Rekristallisation herbeigeführt. Eine solche Siliziumschicht kann eine erhöhte Ladungsträgermobilität, insbesondere zwischen 400 cm2/Vs und 500 cm2/Vs, aufweisen. Ferner kann eine solche Siliziumschicht bei vergleichsweise moderaten Temperaturen unterhalb von 400 °C abgeschieden werden. Damit ist es möglich, dass erst nach der Erzeugung der Strukturen für die aktiven Zonen 33 die Ansteuereinheit 5 erzeugt werden kann. Anders als dargestellt ist es auch möglich, dass eine elektrische Kontaktierung der aktiven Zonen 33 wenigstens zum Teil über Leiterbahnen und über elektrische Kontaktstellen an der Strahlungshauptseite 30 erfolgt.
  • Gemäß der Schnittdarstellung in 5B ist zwischen benachbarten aktiven Zonen 33 jeweils eine Isolierung 9 angebracht. Die Isolierung 9 ist bevorzugt sowohl eine elektrische Isolierung als auch eine optische Isolierung. Anders als dargestellt kann eine solche Isolierung 9 auch an äußeren Seitenflächen der aktiven Zonen 33 zu einer lateralen Begrenzung der jeweiligen Halbleiterbauteile 1 dienen. Die Ansteuereinheit 5 ist an einer einem Aufwachssubstrat 32 der aktiven Zonen 33 abgewandten Seite der aktiven Zonen 33 gebildet, beispielsweise durch eine rekristallisierte Siliziumschicht, wie in Verbindung mit 5A erläutert.
  • Durch die Isolierung 9 ist eine Planarisierung zwischen den aktiven Zonen 33 hin zu der Ansteuereinheit 5 erzielbar.
  • Eine Trägerfunktion ist gemäß 5B beispielsweise aus der Kombination der Ansteuereinheit 5 zusammen mit dem gemeinsamen Aufwachssubstrat 32 gegeben. Optional ist es aber ebenso möglich, dass das Aufwachssubstrat 32 vollständig von den aktiven Zonen 33 entfernt ist, wie auch in allen Ausführungsbeispielen.
  • Solche aktive Zonen 33 in Verbindung mit einer solchen Ansteuereinheit 5 können beispielsweise aufgebaut und hergestellt sein, wie in Verbindung mit den Druckschriften DE 10 2012 109 460 A1 oder DE 10 2012 112 302 A1 angegeben.
  • In einer schematischen Draufsicht auf den Scheinwerfer 10 ist die elektrische Verschaltung der optoelektronischen Halbleiterbauteile 1 skizziert, siehe 5C. Alle Halbleiterbauteile 1 sind je auf einer einzigen, zusammenhängenden Leitung für die Spannung VCC, für die Masse GND sowie für das Datensignal 8 aufgebracht.
  • In 6 ist eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung gezeigt. Für jeden der Halbleiterchips 3 ist eine eigene Spannungsleitung VCC vorhanden. Bei einer solchen Anordnung ist somit ein erhöhter Schaltungsaufwand erforderlich, im Vergleich etwa zu 4.

Claims (10)

  1. Adaptiver Scheinwerfer (10) mit einer Montageplattform (11) und mit mehreren optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1), wobei die Halbleiterbauteile (1) je umfassen: - einen Träger (2) mit einer Trägeroberseite (23) und mit einer Trägerunterseite (24), - mehrere aktive Zonen (33), die an der Trägeroberseite (23) angebracht sind und die zur Emission von Strahlung eingerichtet sind, - mindestens drei elektrische Kontaktstellen (4) an der Trägerunterseite (24), die zumindest zu einem elektrischen Anschließen des entsprechenden Halbleiterbauteils (1) eingerichtet sind, und - mindestens einer Ansteuereinheit (5) zum elektrischen Adressieren des entsprechenden Halbleiterbauteils (1) und zu einem elektrischen Ansteuern der aktiven Zonen (33) , und wobei - die aktiven Zonen (33) in einem regelmäßigen Raster an der Trägeroberseite (23) der Halbleiterbauteile (1) angebracht sind, in Draufsicht gesehen, - das Raster ein Rastermaß (M) aufweist, - geometrische Mittelpunkte (P) von Strahlungshauptseiten (30) der aktiven Zonen (33) innerhalb der Halbleiterbauteile (1) je auf Rasterpunkten des Rasters liegen, in Draufsicht gesehen und mit einer Toleranz von höchsten 20 % des Rastermaßes (M), - ein Abstand (D) der geometrischen Mittelpunkte (P) von randständigen aktiven Zonen (33) zu einer nächstgelegenen Kante des Trägers (2) des zugehörigen Halbleiterbauteils (1) höchstens 50 % des Rastermaßes (M) beträgt, - die Halbleiterbauteile (1) derart auf der Montageplattform (11) angeordnet sind, sodass alle aktive Zonen (33) der Halbleiterbauteile (1), mit einer Toleranz von höchstens 20 % des Rastermaßes (M), auf den Rasterpunkten des regelmäßigen Rasters liegen, - sich das Raster gleichbleibend über alle Halbleiterbauteile (1) erstreckt, - die Halbleiterbauteile (1) über genau eine gemeinsame Datenleitung (8) miteinander verbunden sind, - über die Ansteuereinheit (5) einzelne der aktiven Zonen (33) oder Gruppen von aktiven Zonen (33) des Scheinwerfers (10) unabhängig voneinander ansteuerbar sind, - die Halbleiterbauteile (1) über eine gemeinsame Spannungsleitung (VCC) und über eine gemeinsame Masseleitung (GND) verfügen, und - sich die gemeinsame Datenleitung (8), die gemeinsame Spannungsleitung (VCC) und die gemeinsame Masseleitung (GND) an einer den Halbleiterbauteilen (1) zugewandten Seite der Montageplattform (11) befinden.
  2. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die optoelektronischen Halbleiterbauteile (1) je oberflächenmontierbar sind, wobei - jede der aktiven Zonen (33) durch genau einen optoelektronischen Halbleiterchip (3) gebildet ist, - die optoelektronischen Halbleiterchips (3), in Draufsicht gesehen, gemäß dem Raster angeordnet sind, - das Raster eine rechtwinklige n x m-Matrix ist und ein Rastermaß (M) aufweist, - n und m natürliche Zahlen zwischen einschließlich 2 und 12 sind, - die aktiven Zonen (33), in Draufsicht gesehen, je genau einen geometrischen Mittelpunkt (P) aufweisen, und - alle geometrischen Mittelpunkte (P) mit einer Toleranz von höchsten 5 % des Rastermaßes (M) auf den Rasterpunkten des Rasters liegen.
  3. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem den aktive Zonen (33), in Richtung weg von dem Träger (2), jeweils ein Konversionselement (6) zur teilweisen Strahlungsumwandlung nachgeordnet ist, wobei die Konversionselemente (6) die Strahlungshauptseiten (30) je vollständig bedecken, in Draufsicht gesehen, und wobei die Konversionselemente (6), in Draufsicht gesehen, je ringsum von einem Reflektorverguss (7) umgeben sind.
  4. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten aktive Zonen (33) höchstens 30 % des Rastermaßes (M) beträgt.
  5. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Träger (2) je ein Siliziumträger oder ein Germaniumträger sind, in dem die zugehörigen Ansteuereinheiten (5) monolithisch integriert sind, wobei die Ansteuereinheiten (5) je eine Mehrzahl von Transistoren, basierend auf Silizium oder Germanium, umfassen.
  6. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem an den Trägeroberseiten (23) je eine Schicht aus rekristallisiertem Silizium angebracht ist, die die zugehörige Ansteuereinheit (5) bildet und die sich zwischen dem zugehörigen Träger (2) und der aktiven Zone (33) befindet.
  7. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuereinheiten (5) je ein serielles Schieberegister mit einem Dateneingang und mit einer Mehrzahl an Signalausgängen umfassen, wobei die Signalausgänge elektrisch leitend mit Schaltern verbunden sind und jeder der Schalter elektrisch parallel zu einer der aktive Zonen (33) geschaltet ist.
  8. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterbauteile (1) an den Trägerunterseiten (24) je genau eine elektrische Kontaktfläche für die Spannungsleitung (VCC), genau eine elektrische Kontaktfläche für die Masseleitung (GND) und eine oder zwei Kontaktflächen für die Datenleitung (8) aufweisen.
  9. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle aktiven Zonen (33) im Betrieb Licht derselben Farbe abstrahlen, wobei die Farbe festgelegt und nicht einstellbar ist.
  10. Adaptiver Scheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere der aktiven Zonen (33) über ein gemeinsames Aufwachssubstrat (32) verfügen, wobei zwischen benachbarten aktiven Zonen (33) ein Halbleitermaterial, aus dem die aktiven Zonen (33) aufgebaut sind, vollständig oder teilweise entfernt ist.
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