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Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement, ein optoelektronisches Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils.
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Optoelektronische Bauelemente, insbesondere Leuchtdioden oder Laserdioden, werden derzeit mit Gehäusen versehen, bei denen ein lichtemittierender Halbleiterchip in ein Gehäuse montiert wird, wobei dabei eine so genannte Durchsteckmontage ausgeführt wird. Die Bauteile haben dann zwei oder mehr Beinchen, mit denen eine elektrische Kontaktierung ausgeführt werden kann. Diese Bauteile sind für eine Oberflächenmontage, beispielsweise in SMD-Technik, ungeeignet.
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Die Druckschrift US 2009 / 0 294 789 A1 offenbart ein optoelektronisches Bauelement mit einer Abdeckung und ein Herstellungsverfahren für ein solches Bauelement.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Abdeckung, welches zusätzlich für eine Oberflächenmontage geeignet sein kann, bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Abdeckung und das optoelektronische Bauelement und ein optoelektronisches Bauteil herzustellen.
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Diese Aufgaben werden mit der Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement, dem optoelektronischen Bauteil, dem Verfahren zum Herstellen einer Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement und dem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Eine Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement weist einen Körper aus einem ersten Material auf. Der Körper weist auf einer Unterseite und ausgehend von der Unterseite eine Ausnehmung für das optoelektronische Bauelement auf. Ferner weist der Körper eine an die Unterseite angrenzende Seitenfläche auf. Die Ausnehmung ist bis zur Seitenfläche geführt. Auf der Seitenfläche ist eine Platte aus einem zweiten Material angeordnet, wobei das zweite Material transparent für eine Strahlungswellenlänge des optoelektronischen Bauelements ist. Der Körper und die Platte sind verbunden. Die Platte aus dem zweiten Material dient dabei als Fenster, beziehungsweise als Auskoppelelement für Licht oder elektromagnetische Strahlung des optoelektronischen Bauelements. Eine solche Abdeckung kann einfach auf ein Substrat mit einem optoelektronischen Bauelement aufgesetzt werden, wobei das optoelektronische Bauelement dabei innerhalb der Ausnehmung platziert wird. Ferner ist eine solche Abdeckung einfach herzustellen. Die Verbindung kann dabei kraftschlüssig erfolgen.
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Zwischen dem ersten Material des Körpers und dem zweiten Material der Platte ist ein erster Verbindungsbereich angeordnet. Im ersten Verbindungsbereich ist eine Verbindung bestehend aus dem ersten und dem zweiten Material angeordnet. Diese Verbindung aus dem ersten Material und dem zweiten Material kann beispielsweise durch ein Aufschmelzen der Grenzfläche zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erzeugt werden, wobei sich die Schmelzen mischen und anschließend die Verbindung, bestehend aus beiden Materialien, erzeugt wird.
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Ferner können im ersten Verbindungsbereich eine erste Raumladungszone im ersten Material und eine zweite Raumladungszone im zweiten Material angeordnet sein. Die erste und die zweite Raumladungszone sind entgegengesetzt geladen und führen so zu einer elektrostatischen Anziehung der Raumladungszonen untereinander. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen erstem Material und zweitem Material erreicht.
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Die genannten Möglichkeiten, den ersten Verbindungsbereich auszubilden, ermöglichen eine einfache Herstellung der Abdeckung bestehend aus einem ersten Material und einem zweiten Material.
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In einer Ausführungsform weist der Körper eine ebene Unterseite und eine ebene Seitenfläche auf. Dadurch kann einerseits die Platte einfach an der Seitenfläche befestigt werden und anderseits die Abdeckung einfach auf ein Substrat mit einem optoelektronischen Bauelement aufgesetzt werden.
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In einer Ausführungsform ist der Körper ein Quader. Ein quaderförmiger Körper kann einfach dazu dienen, eine Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, da ein quaderförmiger Körper aus einem größeren Materialstück durch einfache Sägeschnitte erzeugt werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Körper Glas oder Silizium auf. Das Silizium kann dabei beispielsweise als Siliziumdioxid oder als reines Silizium vorliegen. Der Körper kann also transparent oder nicht transparent für die Strahlung des lichtemittierenden Bauelements sein.
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In einer Ausführungsform weist die Platte Glas auf. Dadurch kann eine einfache Auskopplung des Lichts des optoelektronischen Bauelements erreicht werden.
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Ein optoelektronisches Bauteil weist ein optoelektronisches Bauelement auf einem Substrat und eine Abdeckung einer der beschriebenen Ausführungsformen auf. Die Unterseite der Abdeckung grenzt an das Substrat an und das optoelektronische Bauelement ist in der Ausnehmung der Abdeckung angeordnet. Das optoelektronische Bauelement wird dabei innerhalb der Ausnehmung so angeordnet, dass eine Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements der Platte der Abdeckung zur Platte der Abdeckung hin ausgerichtet ist und so Licht oder elektromagnetische Strahlung, die das optoelektronische Bauelement verlässt, das optoelektronische Bauteil durch die Platte der Abdeckung verlassen kann.
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In einer Ausführungsform sind das Substrat und die Abdeckung verbunden, insbesondere kraftschlüssig.
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In einer Ausführungsform ist zwischen dem Substrat und der Abdeckung ein zweiter Verbindungsbereich angeordnet, wobei im zweiten Verbindungsbereich eine Verbindung bestehend aus einem Material des Substrats sowie aus dem ersten oder dem zweiten Material angeordnet ist oder ein Metall angeordnet ist. Die Abdeckung kann also am Substrat mittels eines Aufschmelzens des Materials des Substrats sowie der Abdeckung im zweiten Verbindungsbereich oder durch Löten mittels eines Metalls zwischen dem Substrat und der Abdeckung erfolgen.
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In einer Ausführungsform weist das Substrat auf einer der Abdeckung abgewandten Seite Lötpads auf, wodurch eine Oberflächenmontage des optoelektronischen Bauteils ermöglicht wird. Das optoelektronische Bauteil kann also als so genanntes SMD-Bauteil ausgebildet sein.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement weist die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen eines ersten Materials, wobei das erste Material eine Kavität aufweist. Die Kavität geht von einer ersten Seite des ersten Materials aus.
- - Aufbringen und Befestigen, insbesondere kraftschlüssiges Befestigen, einer Platte auf der ersten Seite des ersten Materials, wobei die Platte aus einem zweiten Material besteht und transparent für mindestens eine Strahlungswellenlänge ist.
- - Ausführen eines ersten Sägeschnitts derart, dass die Kavität in zwei Bereiche getrennt wird, wobei dabei der erste Sägeschnitt sowohl durch das erste Material als auch durch die Platte erfolgt.
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Die ursprünglich im ersten Material vorhandene Kavität wird also durch das Aufbringen und Befestigen der transparenten Platte komplett verschlossen. Anschließend wird ein Sägeschnitt derart ausgeführt, dass die Kavität in zwei Bereiche geteilt wird und so eine Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement besteht, auf der das erste Material einen Körper bilden kann und eine transparente Platte seitlich an eine Ausnehmung angrenzt und zum Auskoppeln von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
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Es können weitere Sägeschnitte vorgesehen sein, mit denen das erste Material in eine vorgegebene Form gebracht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Sägeschnitt die Kavität genau in der Mitte teilt und so zwei gleiche Abdeckungen erzeugt werden.
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Aus einer Kavität des ersten Materials können also zwei Abdeckungen für jeweils ein optoelektronisches Bauelement erzeugt werden.
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In einer Ausführungsform wird der erste Sägeschnitt senkrecht zur ersten Seite durchgeführt.
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In einer Ausführungsform weist das erste Material mehrere Kavitäten in einer ersten Reihe auf. Erste Stege zwischen den Kavitäten grenzen die Kavitäten voneinander ab. Der erste Sägeschnitt wird derart durch die Kavitäten der ersten Reihe geführt, dass der erste Sägeschnitt die Kavitäten in jeweils zwei Bereiche teilt. Es entsteht also ein Zwischenprodukt, bei dem die Kavitäten jeweils in zwei Bereiche geteilt sind, jedoch noch mehrere dieser Bereiche der Kavitäten in dem Zwischenprodukt aneinander angrenzend angeordnet sind. Durch mindestens einen zweiten Sägeschnitt durch einen der ersten Stege wird das Zwischenprodukt in die einzelnen Abdeckungen vereinzelt. Der zweite Sägeschnitt wird dabei nicht durch eine der Kavitäten der ersten Reihe geführt. Mit diesem Verfahren kann effizient eine große Anzahl von Abdeckungen hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform weist das erste Material mehrere Kavitäten in einer zweiten Reihe auf, zusätzlich zu den Kavitäten der ersten Reihe. Ein dritter Sägeschnitt wird durch die Kavitäten der zweiten Reihe durchgeführt.
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Ein weiterer Sägeschnitt kann parallel zu dem ersten und dem dritten Sägeschnitt durch Verbindungselemente zwischen den Kavitäten der ersten und den Kavitäten der zweiten Reihe erfolgen.
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Somit kann eine große Anzahl von Abdeckungen auf einem flächig vorliegenden ersten Material mit mehreren Spalten und Reihen von Kavitäten einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material und der Platte erzeugt, indem mittels eines Lasers das erste Material und das an das erste Material anliegende zweite Material an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material aufgeschmolzen werden. Eine dabei entstehende Schmelze wird danach beim Abkühlen als Verbindung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erstarren und aus einem Materialgemisch des ersten Materials und des zweiten Materials aufgebaut sein. Die erstarrte Schmelze verbindet dabei das erste Material und die Platte kraftschlüssig.
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In einer Ausführungsform wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material und der Platte erzeugt, indem ein Metall zwischen dem ersten Material und der Platte angeordnet wird. Das Metall wird aufgeschmolzen und erstarrt anschließend als Verbindung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material. Das erste Material und das zweite Material werden mittels des Metalls also miteinander verlötet.
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In einer Ausführungsform wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material und der Platte erzeugt, indem das erste Material und das an das erste Material anliegende zweite Material der Platte erwärmt werden. Anschließend wird eine Spannung zwischen dem ersten Material und der Platte angelegt, während die Materialien erwärmt sind. Aufgrund der Spannung werden Elektronen vom ersten Material in die Platte oder von der Platte in das erste Material verschoben. Bei einem anschließenden Abkühlen, während dessen die Spannung weiter angelegt bleibt, entstehen aufgrund der verschobenen Elektronen entgegengesetzt geladene Raumladungszonen im ersten Material beziehungsweise in der Platte. Die Raumladungszonen führen zu einer gegenseitigen elektrostatischen Anziehung des ersten Materials und der Platte und somit zu der kraftschlüssigen Verbindung.
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In einer Ausführungsform wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material und der Platte erzeugt, indem das erste Material auf der ersten Seite und die Platte auf der dem ersten Material zugewandten Seite poliert werden. Die polierten Seiten des ersten Materials und der Platte werden anschließend aneinander angelegt. Aufgrund einer geringen Rauigkeit der beiden Seiten durch das Polieren entstehen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material der Platte, die zu einer kraftschlüssigen Verbindung führen.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst neben den Verfahrensschritten zum Herstellen der Abdeckung das Bereitstellen eines Substrats mit einem optoelektronischen Bauelement und das Aufsetzen und Befestigen der Abdeckung an dem Substrat derart, dass das optoelektronische Bauelement innerhalb der Kavität angeordnet ist.
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Die Abdeckung kann dabei am Substrat mittels Laserschweißprozess oder Lötprozess befestigt werden. Beim Laserschweißprozess wird wiederum an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Abdeckung das jeweilige Material des Substrats und der Abdeckung mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen und erstarrt zu einer Verbindung aus beiden Materialien. Der Lötprozess kann derart erfolgen, dass zwischen dem Substrat und der Abdeckung wiederum ein Metall angeordnet und aufgeschmolzen wird.
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Beide Verfahren können am besten mit einem Lasererwärmungsprozess durchgeführt werden, da durch das selektive Erwärmen eines kleinen Teilbereichs der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Abdeckung nur ein geringer thermischer Eintrag in das optoelektronische Bauelement selbst erfolgt und so die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung des optoelektronischen Bauelements verringert werden kann.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
- 1 einen Querschnitt durch eine Abdeckung;
- 2 eine Draufsicht auf eine Abdeckung;
- 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abdeckung;
- 4 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abdeckung;
- 5 eine Draufsicht auf eine Unterseite der Abdeckung;
- 6 einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement mit einer Abdeckung;
- 7 bis 10 Zwischenprodukte während eines Herstellungsverfahrens einer Abdeckung;
- 11 ein weiteres Zwischenprodukt für das Herstellungsverfahren einer Abdeckung;
- 12 ein weiteres Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens einer Abdeckung;
- 13 und 14 weitere Zwischenprodukte bei der Herstellung einer Abdeckung;
- 15 ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Abdeckung mit zwei transparenten Seiten; und
- 16 einen weiteren Querschnitt durch dieses optoelektronische Bauelement.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine Abdeckung 100 für ein optoelektronisches Bauelement. Die Abdeckung 100 weist einen Körper 110 aus einem ersten Material auf. Der Körper 110 weist eine Unterseite 111 und ausgehend von der Unterseite 111 eine Ausnehmung 112 auf. Die Ausnehmung 112 ist dafür vorgesehen, das optoelektronische Bauelement aufzunehmen, wenn die Abdeckung 100 in einem optoelektronischen Bauteil verbaut wird. Der Körper 110 weist ferner eine an die Unterseite 111 angrenzende Seitenfläche 113 auf. Die Ausnehmung 112 ist bis zur Seitenfläche 113 geführt. Auf der Seitenfläche 113 ist eine Platte 120 aus einem zweiten Material angeordnet. Das zweite Material ist transparent für eine Strahlungswelle des optoelektronischen Bauelements. Der Körper 110 und die Platte 120 sind miteinander verbunden. Ein Verbindungsbereich 114 kann zwischen dem Körper 110 und der Platte 120 vorgesehen sein. Die Verbindung kann kraftschlüssig ausgeführt sein.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckung 100 der 1, aus der Richtung der Platte 120 gesehen. Die Platte 120 ist dabei transparent in ihren trapezförmigen Umrissen dargestellt, sodass der hinter der Platte 120 liegende Körper 110 mit der Ausnehmung 112 und der Seitenfläche 113, auf der die Platte 120 angeordnet ist, ebenfalls sichtbar ist. Ein Verbindungsbereich 114 kann zwischen dem Körper 110 und der Platte 120 vorgesehen sein.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckung 100, bei der der Körper 110 als Quader ausgeführt ist. Dadurch ist auch die Platte 120 rechteckförmig auf dem Quader angeordnet. Die Platte 120 ist dabei transparent in ihren rechteckigen Umrissen dargestellt, sodass der hinter der Platte 120 liegende Körper 110 mit der Ausnehmung 112 und der Seitenfläche 113, auf der die Platte 120 angeordnet ist, ebenfalls sichtbar ist. Ein Verbindungsbereich 114 kann zwischen dem Körper 110 und der Platte 120 vorgesehen sein.
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4 zeigt einen weiteren Querschnitt durch die Abdeckung 100 gemäß 3, bei der der Körper 110 in Form eines Quaders ausgeführt ist. Von der Unterseite 111 des Körpers 110 geht wiederum die Ausnehmung 112 aus, die bis zur Seitenfläche 113 geführt ist. Auf der Seitenfläche 113 ist die Platte 120 angeordnet. Ein Verbindungsbereich 114 kann zwischen dem Körper 110 und der Platte 120 vorgesehen sein.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite 111 der Abdeckung 100 mit einem quaderförmigen Körper 110. Die Platte 120 ist auf der Seitenfläche 113 angeordnet, die Ausnehmung 112 geht von der Unterseite 111 aus. Ein Verbindungsbereich 114 kann zwischen dem Körper 110 und der Platte 120 vorgesehen sein.
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In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 kann die Ausnehmung 112 jeweils eine andere Form aufweisen, als in den Figuren dargestellt. Die Ausnehmung 112 geht jedoch immer von der Unterseite 111 des Körpers 110 aus und ist bis zur Seitenfläche 113 geführt. Angrenzend an die Seitenfläche 113 begrenzt die Platte 120 die Ausnehmung 112.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Körper Glas oder Silizium auf. Dabei kann der Körper 110 insbesondere aus Siliziumdioxid oder reinem Silizium bestehen. Dadurch kann der Körper 110 sowohl transparent als auch durchlässig für das Licht einer Wellenlänge eines optoelektronischen Bauelements sein.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Platte 120 ein Glas auf oder besteht aus Glas und kann somit transparent für sichtbares Licht sein.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Platte 120 einen für Licht mindestens einer Wellenlänge transparenten Kunststoff auf oder besteht aus einem für Licht mindestens einer Wellenlänge transparenten Kunststoff.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Material des Körpers 110 und dem zweiten Material der Platte 120 ein erster Verbindungsbereich 114 angeordnet. Der erste Verbindungsbereich 114 ist ebenfalls jeweils in den 1 bis 5 dargestellt, jedoch optional. Der erste Verbindungsbereich 114 umfasst dabei mindestens eine Teilfläche der Seitenfläche 113, wie beispielsweise in 2 dargestellt. Ebenfalls ist es jedoch möglich, dass der erste Verbindungsbereich 114 die gesamte Seitenfläche 113 und damit die gesamte Auflagefläche der Platte 120 auf dem Körper 110 umfasst, wie in 3 dargestellt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist im ersten Verbindungsbereich eine Verbindung bestehend aus dem ersten Material des Körpers 110 und dem zweiten Material der Platte 120 angeordnet. Im Verbindungsbereich ist also ein Materialgemisch aus den Materialien des Körpers 110 und der Platte 120 angeordnet, welches Körper 110 und Platte 120 fest miteinander verbindet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist im Verbindungsbereich 114 ein Metall angeordnet. Dieses Metall ist fest mit dem Körper 110 und der Platte 120 verbunden und verbindet somit auch den Körper 110 mit der Platte 120.
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In einem Ausführungsbeispiel ist im Verbindungsbereich 114 und ausgehend vom Verbindungsbereich 114 im Körper 110 und der Platte 120 jeweils eine Raumladungszone angeordnet. Eine erste Raumladungszone ist dabei im ersten Material des Körpers 110 angeordnet, während eine zweite Raumladungszone im zweiten Material der Platte 120 angeordnet ist. Die Raumladungszonen sind entgegengesetzt geladen und führen somit zu einer elektrostatischen Anziehung des Körpers 110 und der Platte 120 und somit zu einer kraftschlüssigen Verbindung.
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In einer Ausführungsform sind im Verbindungsbereich 114 Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Material des Körpers 110 und dem Material der Platte 120 ausgebildet.
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6 zeigt einen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil 200, bei dem auf einem Substrat 210 ein optoelektronisches Bauelement 220 angeordnet ist. Das optoelektronische Bauelement 220 ist dabei auf einem Träger 230 angeordnet. Der Träger 230 ist auf dem Substrat 210 angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das optoelektronische Bauelement 220 ohne Träger 230 direkt auf dem Substrat 210 angeordnet ist. Oberhalb des lichtemittierenden Halbleiterchips ist eine Abdeckung 100 angeordnet, die der Abdeckung der 4 und 5 entspricht. Eine Lichtaustrittsseite 221 des optoelektronischen Bauelements 220 ist dabei der Platte 120 der Abdeckung 100 zugewandt. Die Platte 120 ist transparent für eine Strahlungswellenlänge des optoelektronischen Bauelements 220, sodass Licht, das das optoelektronische Bauelement 220 über die Lichtaustrittsseite 221 verlässt, durch die Platte 120 transmittiert und somit das optoelektronische Bauteil 200 verlassen kann.
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Anstelle der Abdeckung 100, wie in 6 dargestellt, kann auch eine der Abdeckungen der 1 bis 3 für das optoelektronische Bauteil 200 verwendet werden.
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Die Größe des Substrats 210 ist derart bemessen, dass die Unterseite 111 der Abdeckung 100 in ihrer Größe exakt dem Substrat 210 entspricht. Alternativ kann das Substrat 210 jedoch auch eine andere Größe aufweisen, insbesondere größer sein als die Unterseite 111 der Abdeckung 100.
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In einem Ausführungsbeispiel sind das Substrat 210 und die Abdeckung 100 kraftschlüssig verbunden.
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Das Substrat 210 kann mit elektronischen Anschlusspads für das optoelektronische Bauelement 220 versehen sein. Diese können insbesondere auf einer der Abdeckung 100 abgewandten Seite des Substrats 210 angeordnet sein und damit das optoelektronische Bauteil 200 SMD-lötfähig machen.
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Das optoelektronische Bauelement 220 kann als lichtemittierender Halbleiterchip, insbesondere als Leuchtdiode (LED) oder als Laserdiode ausgebildet sein. Wenn das optoelektronische Bauelement 220 als Laserdiode ausgebildet ist, kann auf einer der Lichtaustrittsseite 221 gegenüberliegenden Rückseite 222 des optoelektronischen Bauelements 220 eine Spiegelstruktur vorgesehen sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Substrat 210 und der Abdeckung 100 ein zweiter Verbindungsbereich 211 angeordnet. Im zweiten Verbindungsbereich 211 kann eine Verbindung, bestehend aus einem Material des Substrats 210 sowie aus dem ersten oder dem zweiten Material der Abdeckung 100 angeordnet sein. Alternativ kann im zweiten Verbindungsbereich 211 ein Metall angeordnet sein. Die Materialien im zweiten Verbindungsbereich 211 verbinden das Substrat 210 mit der Abdeckung 100 kraftschlüssig.
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7 zeigt ein Zwischenprodukt 300 während eines Verfahrens zum Herstellen einer Abdeckung für ein optoelektronisches Bauelement. Das Zwischenprodukt 300 besteht aus einem ersten Material 310 und weist eine Kavität 311 auf, die von einer ersten Seite 312 des ersten Materials 310 ausgeht. Das erste Material 310 ist dabei quaderförmig, kann jedoch auch eine andere Form haben.
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8 zeigt das Zwischenprodukt 300 während des Herstellungsverfahrens nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem eine Platte 320 auf der ersten Seite 312 des ersten Materials 310 aufgebracht und befestigt wurde. Die Platte 320 ist transparent für mindestens eine Wellenlänge, beispielsweise eine Strahlungswellenlänge eines optoelektronischen Bauelements. Die Platte 320 bedeckt dabei die Kavität 311 vollständig, sodass die Kavität 311 von der Platte 320 verschlossen wird. Die Platte 320 kann kraftschlüssig auf dem ersten Material 310 befestigt sein.
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9 zeigt eine weitere Draufsicht auf das Zwischenprodukt 300 während des Herstellungsverfahrens einer Abdeckung. Das Zwischenprodukt 300 der 9 entspricht dabei dem Zwischenprodukt 300 der 8. Mit einer gestrichelten Linie ist eine Ebene für einen ersten Sägeschnitt 330 angedeutet, mit der das erste Material 310 und die Platte 320 derart durchtrennt werden können, dass der Sägeschnitt 330 in der Ebene durch das erste Material 310 und die Platte 320 erfolgt und dabei die Kavität 311 in zwei Bereiche teilt.
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10 zeigt das Zwischenprodukt 300 der 7, 8 und 9 nach dem in 9 angedeuteten ersten Sägeschnitt 330. Durch den Sägeschnitt wurde die Kavität 311 derart geöffnet, dass das erste Material 310 in der Ebene des Sägeschnitts und von der Ebene des Sägeschnitts ausgehend eine Ausnehmung 112 aufweist. Die Ebene des Sägeschnitts entspricht dabei der Unterseite 111 einer Abdeckung 100. Ausgehend von der Unterseite ist die Ausnehmung 112 angeordnet und von der halbierten Platte 320 teilweise abgeschlossen, die somit der Platte 120 der 1 bis 5 entspricht. Unterhalb der Ausnehmung 112 ist in einer weiteren Ebene 335 ein weiterer Sägeschnitt angedeutet, um die Abdeckung 100 zu verkleinern. Dieser wird derart ausgeführt, dass er nicht durch die Kavität 311 beziehungsweise die Ausnehmung 112 führt, und ist optional.
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Mittels dem in den 7 bis 10 gezeigten Verfahren kann also auf einfache Weise eine Abdeckung 100 für ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden. Ein erstes Material 310 mit einer Kavität 311 bereitzustellen, mit einer Platte 320 zu verschließen und anschließend mittels Sägeschnitt die Kavität 311 in zwei Ausnehmungen 112 zu teilen und dabei zwei Abdeckungen 100 herzustellen, stellt ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Abdeckung dar. Insbesondere können so zwei identisch aufgebaute oder zueinander symmetrisch aufgebaute Abdeckungen 100 einfach erzeugt werden.
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11 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Zwischenprodukt 300 bei der Herstellung von Abdeckungen für optoelektronische Bauelemente. Ein erstes Material 310 weist mehrere Kavitäten 311 in einer ersten Reihe 313 auf. Zwischen den Kavitäten 311 sind erste Stege 314 angeordnet. Oberhalb des ersten Materials 310 ist eine Platte 320 angeordnet, die die Kavitäten 311 analog zu 8 verschließt. Der erste Sägeschnitt 330 wird durch die Kavitäten 311 der ersten Reihe 313 geführt. Mindestens ein zweiter Sägeschnitt 350 wird durch einen ersten Steg 314 derart geführt, dass der zweite Sägeschnitt 350 nicht durch eine der Kavitäten 311 der ersten Reihe 313 erfolgt. Das Zwischenprodukt 300 weist vier Kavitäten 311 in der ersten Reihe 313 auf, sodass mit den Sägeschnitten 330 und 350 insgesamt acht Abdeckungen für optoelektronische Bauelemente bereitgestellt werden können.
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12 zeigt ein weiteres Zwischenprodukt 300 während des Herstellungsverfahrens von Abdeckungen für optoelektronische Bauelemente. Das erste Material 310 weist wiederum Kavitäten 311 in einer ersten Reihe 313 analog zur 11 auf. Unterhalb der ersten Reihe 313 weist das erste Material 310 Kavitäten 315 in einer zweiten Reihe 316 auf. Auf dem ersten Material 310 angeordnet ist eine Platte 320, mit der die Kavitäten 311, 315 verschlossen sind. Ein erster Sägeschnitt 330 wird durch die Kavitäten 311 der ersten Reihe 313 ausgeführt. Ein zweiter Sägeschnitt 350 wird durch Stege 314 analog zur 11 ausgeführt. Dieser zweite Sägeschnitt 350 führt dabei auch durch Stege zwischen den Kavitäten 315 in der zweiten Reihe 316. Ein dritter Sägeschnitt 360 wird derart ausgeführt, dass er durch die Kavitäten 315 der zweiten Reihe 316 erfolgt. Ein vierter Sägeschnitt 370 wird durch das erste Material 310 zwischen der ersten Reihe 313 und der zweiten Reihe 316 geführt und trennt die erste Reihe 313 von der zweiten Reihe 316 derart, dass beim vierten Sägeschnitt 370 keine der Kavitäten 311 beziehungsweise 315 berührt wird. Das Zwischenprodukt 300 beziehungsweise das erste Material 310 weist acht Kavitäten 311, 315 auf, sodass mit diesem Verfahren sechzehn Abdeckungen hergestellt werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Zwischenprodukt 300 weitere Reihen von Kavitäten aufweist. Ferner kann es vorgesehen sein, dass innerhalb einer Reihe 313, 316 mehr als vier Kavitäten 311, 315 angeordnet sind. Somit eignet sich das Verfahren, schnell und günstig eine große Anzahl von Abdeckungen für optoelektronische Bauelemente zur Verfügung zu stellen.
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Das erste Material 310 kann dabei ein Glas oder Silizium aufweisen, und insbesondere aus Glas, Silizium oder Siliziumdioxid bestehen. Dabei kann das erste Material 310 als Wafer bereitgestellt werden, wobei die Ausnehmungen 311, 315 durch selektiven Materialabtrag des Wafers erzeugt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 erzeugt, indem mittels eines Lasers das erste Material 310 und das an das erste Material 310 anliegende zweite Material der Platte 320 an der Grenzfläche aufgeschmolzen werden. Die dabei entstehende Schmelze erstarrt anschließend als Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und dem zweiten Material der Platte 320. Durch das Aufschmelzen verbinden sich also das erste Material 310 und das zweite Material der Platte 320 zu einer Schmelze bestehend aus beiden Materialien, wobei die Schmelze anschließend erstarrt und das erste Material 310 und das zweite Material der Platte 320 kraftschlüssig miteinander verbindet.
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In einem Ausführungsbeispiel wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 erzeugt, indem ein Metall zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 angeordnet wird. Das Metall wird aufgeschmolzen und anschließend als Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und dem zweiten Material der Platte 320 zur Starre gebracht, sodass das Metall eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt. Das Aufschmelzen kann dabei durch das Einbringen des ersten Materials 310 und der Platte 320 in einen Ofen oder durch einen Laserschweißprozess erfolgen.
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In einer Ausführungsform wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 erzeugt, indem das erste Material 310 und das an das erste Material 310 anliegende zweite Material der Platte 320 erwärmt werden. Anschließend wird eine Spannung zwischen dem ersten Material 310 und dem zweiten Material der Platte 320 angelegt. Aufgrund der Spannung werden Elektronen vom ersten Material 310 in die Platte 320 beziehungsweise von der zweiten Platte 320 in das erste Material 310 verschoben. Bei einem anschließenden Abkühlen entstehen angrenzend in einem Verbindungsbereich zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 Raumladungszonen innerhalb des ersten Materials 310 und der Platte 320. Diese Raumladungszonen sind aufgrund der verschobenen Elektronen entgegengesetzt geladen und führen zu einer elektrostatischen Anziehung des ersten Materials 310 und der Platte 320.
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In einem Ausführungsbeispiel wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material 310 und der Platte erzeugt, indem das erste Material 310 auf der ersten Seite 312 und die Platte 320 auf der dem ersten Material 310 zugewandten Seite poliert werden. Die polierten Seiten des ersten Materials 310 und der Platte 320 werden aneinander angelegt, wobei die geringe Rauigkeit der beiden Seiten zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem ersten Material 310 und der Platte 320 führt.
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Um das optoelektronische Bauteil der 6 herzustellen, kann das Substrat 210 der 6 mit dem optoelektronischen Bauelement 220 bereitgestellt werden. Anschließend wird eine Abdeckung 100 nach einem der beschriebenen Verfahren hergestellt und auf das Substrat 210 aufgesetzt und derart befestigt, dass das das optoelektronische Bauelement 220 innerhalb der Kavität 311 angeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Befestigen der Abdeckung 100 am Substrat 210 mittels Laserschweißprozess oder Lötprozess, die jeweils analog zu den für das Anbringen der Platte 320 am ersten Material 310 beschriebenen Verfahren ausgeführt werden können.
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13 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Zwischenprodukt 300 während der Herstellung einer Abdeckung. Ein erstes Material 310 weist wiederum mehrere Kavitäten 311 ausgehend von einer ersten Seite 312 auf. Die Kavitäten 311 sind dabei bis zu einer zweiten Seite 317 geführt, wobei die zweite Seite 317 der der ersten Seite 312 gegenüberliegenden Seite des ersten Materials 310 entspricht. Auf der ersten Seite 312 ist eine Platte 320 angeordnet. Auf der zweiten Seite 317 ist eine weitere Platte 325 angeordnet, sodass die Kavitäten 311 sowohl auf der ersten Seite 312 als auch auf der zweiten Seite 317 von jeweils einer transparenten Platte 320, 325 verschlossen sind.
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14 zeigt eine Draufsicht auf das Zwischenprodukt 300 der 13. Mittels eines ersten Sägeschnitts 330 durch die Kavitäten 311 und zweiten Sägeschnitten 340 durch Stege 314 zwischen den Kavitäten 311 kann das Zwischenprodukt 300 wiederum in einzelne Abdeckungen vereinzelt werden.
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15 zeigt ein optoelektronisches Bauteil 200 mit einer solchen Abdeckung 100, bei der auf einer der Seitenfläche 113 abgewandten weiteren Seitenfläche 116 eine weitere Platte 125 angeordnet ist. Ansonsten entspricht die Abdeckung 100 der 15 der Abdeckung 100 der 4. Eine solche Abdeckung ist für ein optoelektronisches Bauteil geeignet, bei der entweder das optoelektronische Bauelement 220 Licht in zwei entgegengesetzte Richtungen emittieren kann, oder bei dem innerhalb des optoelektronischen Bauteils 200 neben dem optoelektronischen Bauelement 220 ein weiteres optoelektronisches Bauelement 223 mit entgegengesetzter Abstrahlrichtung angeordnet ist. Ein Querschnitt durch ein solches Bauelement ist in 16 dargestellt. Das optoelektronische Bauteil 200 der 16 weist ein optoelektronisches Bauelement 220 und ein weiteres optoelektronisches Bauelement 223 mit jeweils entgegengesetzten Abstrahlrichtungen auf. Das optoelektronische Bauelement 220 strahlt dabei in Richtung der Platte 120 ab, während das weitere optoelektronische Bauelement 223 in Richtung der weiteren Platte 125 abstrahlt.
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Das weitere optoelektronische Bauelement 223 kann alternativ nicht als lichtemittierendes Bauelement, sondern als Lichtdetektor ausgeführt sein und Licht über die weitere Platte 125 aufnehmen und detektieren. Durch eine in das optoelektronische Bauteil 200 integrierte Schaltung kann aufgrund der Lichtdetektion innerhalb des weiteres optoelektronischen Bauelements 223 eine Veränderung der Leuchtstärke des optoelektronischen Bauelements 220 gesteuert werden. Dadurch können solche Bauteile als Signalübertragungsbauteile benutzt werden.
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Die Verbindung der weiteren Platte 125 mit dem Körper 110 erfolgt dabei analog zu den bereits beschriebenen Möglichkeiten, die Platte 120 mit dem Körper 110 beziehungsweise die Platte 320 mit dem ersten Material 310 zu verbinden.
