EP2478557A1 - Optoelektronisches modul - Google Patents

Optoelektronisches modul

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Publication number
EP2478557A1
EP2478557A1 EP10752334A EP10752334A EP2478557A1 EP 2478557 A1 EP2478557 A1 EP 2478557A1 EP 10752334 A EP10752334 A EP 10752334A EP 10752334 A EP10752334 A EP 10752334A EP 2478557 A1 EP2478557 A1 EP 2478557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulating layer
electrically insulating
optoelectronic module
radiation
semiconductor chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10752334A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Wegleiter
Axel Kaltenbacher
Bernd Barchmann
Karl Weidner
Matthias Rebhan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2478557A1 publication Critical patent/EP2478557A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
    • H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations

Definitions

  • Optoelectronic module An optoelectronic module is specified.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic module which is particularly resistant to aging and has a long service life.
  • the optoelectronic module comprises a carrier with at least one
  • the carrier may be a
  • PCB PCB or a carrier frame (leadframe) act. It is also conceivable that the carrier is flexible and
  • the carrier may be provided with an electrically conductive material, for example a metal, or an electrically insulating material,
  • a duro- or thermoplastic or a ceramic material may be formed.
  • the carrier is formed with an electrically insulating material, it is conceivable that the carrier has connection points and conductor tracks on a mounting surface and / or a bottom surface opposite the mounting surface.
  • the at least one contact point is formed with an electrically conductive material, for example a metal.
  • this includes
  • Optoelectronic module a radiation-emitting Semiconductor chip, wherein the radiation-emitting semiconductor chip has a first contact surface and a second
  • the two contact surfaces serve for contacting the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip with the second contact surface is fastened on a connection point of the carrier and electrically contacted.
  • the luminescence diode chip can be a luminescent or laser diode chip whose radiation-generating active zone emits radiation in the range from ultraviolet to infrared light.
  • the first and second contact surfaces of the radiation-emitting semiconductor chip are preferably formed with an electrically conductive material, for example a metal.
  • this includes
  • Optoelectronic module an electrically insulating layer having a first and a second recess.
  • the two recesses are then bounded laterally, for example, by the electrically insulating layer and each have two opposing ones
  • the two recesses are then freely accessible from the outside.
  • the first contact surface is arranged on the side of the radiation-emitting semiconductor chip which faces away from the carrier.
  • the first contact surface is applied to the surface on the side facing away from the carrier side of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the optoelectronic module comprises at least one electrically conductive conductive structure.
  • the electrically conductive conductive structure can be, for example, electrical conductor tracks, which are preferably provided with a metal or a metal
  • the electrically conductive conductive structure is formed with an electrically conductive adhesive or a metal paste.
  • the electrically insulating layer is at least in places on the carrier and the semiconductor chip
  • the electrically insulating layer is integrally formed in a form-fitting manner at these locations, so that neither a gap nor an interruption forms between the electrically insulating layer and the areas covered by the electrically insulated layer. Furthermore, the electrically insulating layer has the first one
  • Recess in the region of the first contact surface and the second recess in the region of the contact point are thus arranged at least in places congruent to each other, so that the
  • Recesses can be contacted through.
  • the electrically conductive conductive structure is arranged on the electrically insulating layer and makes electrical contact with the first contact area with the contact point of the carrier.
  • the electrically conductive Conductor formed on the electrically insulating layer form fit. In other words, there is preferably no gap or interruption between the electrically insulating layer and the electrically conductive conductive structure.
  • the electrically conductive conductive structure is on the electrically insulating layer
  • the recesses are filled at least in places with the guide structure.
  • the electrically conductive conductive structure penetrates the recesses, so that the electrically conductive conductive structure is completely contacted with the semiconductor chip.
  • the recess is filled, for example, with the material of the electrically conductive guide structure.
  • the electrically insulating layer is predominantly formed with a ceramic material.
  • "Predominantly” means that the electrically insulating layer contains at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, of ceramic material. It is also conceivable in this context that the electrically insulating layer is made entirely of a ceramic
  • the electrically insulating layer consists of a glass ceramic, which consists of a molten glass by controlled crystallization
  • this includes
  • Optoelectronic module a carrier with at least one contact point and a radiation-emitting
  • the optoelectronic module comprises an electrically insulating layer, which has a first and a second recess, and at least one
  • the first contact surface is on the side facing away from the carrier of the
  • the electrically insulating layer is applied at least in places to the carrier and the semiconductor chip and has the first recess in the region of the first contact surface and the second recess in the region of the second contact point.
  • the electrically conductive conductive structure is arranged on the electrically insulating layer and makes electrical contact with the first contact area with the contact point of the carrier. Furthermore, the electrically insulating layer is formed predominantly with a ceramic material.
  • the optoelectronic module described here is based inter alia on the finding that an electrically insulating layer formed with organic materials, which is used, for example, in optoelectronic modules with planar contacting, has little aging stability. This means that external influences such as
  • Optoelectronic module for example, a brittle electrically insulating layer. This means that such an optoelectronic module can already exhibit aging-related damage after a short period of operation.
  • the optoelectronic module described here makes use, inter alia, of the idea to form the electrically insulating layer predominantly with a ceramic material. Ceramic materials are more resistant to aging, especially in the case of external radiation and heat, as a result of which such an electrically insulating layer has hardly any material damage, even under heavy external stress, even after a prolonged period of operation.
  • such an optoelectronic module is created, which has a greatly increased lifetime.
  • this includes
  • Optoelectronic module at least two radiation-emitting semiconductor chips, wherein the electrically insulating layer in places between the radiation-emitting
  • Semiconductor chips is arranged. For example, intermediate spaces are formed between the semiconductor chips. In other words, the semiconductor chips are then arranged at a distance from one another. For example, the intermediate spaces are filled with the material of the electrically insulating layer.
  • the electrically insulating layer then touches and covers side surfaces of the semiconductor chips
  • the electrically insulating layer is up to the
  • Optoelectronic module and the electrically insulating layer forms neither a gap nor an interruption.
  • the electrically insulating layer assumes the function of an encapsulation layer, for example of the radiation-emitting semiconductor chips. That may mean the semiconductor chips are completely encapsulated by the electrically insulating layer up to areas of electrical contacting.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are advantageously protected against mechanical influences, such as impacts.
  • the electrically insulating layer is
  • the insulating layer preferably only partially absorbs the radiation emitted by the active layer.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chips can thus at least partially pass through the electrically insulating layer from the
  • Optoelectronic module to be decoupled.
  • the electrically insulating layer consists of a ceramic phosphor. Is the electrically insulating
  • insulating layer of the semiconductor chip primarily emitted electromagnetic radiation partially absorb and at least partially the primary emitted radiation in
  • the electrically insulating layer thus has the function of a light converter.
  • the electrically insulating layer then consists of YAG: Ce.
  • the first recess extends electrically insulating layer throughout between the
  • the contact surface and the carrier may mean that the radiation exit surface as well as one or more of the side surfaces of the semiconductor chip are at least partially "exposed".
  • the first recess in the electrically insulating layer extends continuously between adjacent ones
  • adjacent in this context means that the semiconductor chips are arranged in pairs, for example, and each pair between them forms the gap.
  • Radiation exit surfaces of the semiconductor chips are free from the electrically insulating layer.
  • Insulation layer arranged.
  • Isolation layer the spaces between the
  • the insulating layer and the electrically insulating layer are formed with the same material.
  • the electrically insulating layer is a foil.
  • the electrically insulating layer then preferably has a layer thickness of 10 to 300 ⁇ m, preferably of 150 ⁇ m.
  • the electrically insulating layer consists of a plurality of individual films, which can be arranged one above the other, for example glued on, and thus form a stape-shaped film composite.
  • the films are hybrid films or even multilayer films.
  • “hybrid films” refers to a film formed with a ceramic material in a polymer matrix.
  • Multilayer films are, for example, ceramic films with an adhesive coating.
  • the electrically insulating layer is applied by means of a laminating process. If the electrically insulating layer is a film, it can be laminated to exposed outer surfaces, for example the semiconductor chips and the mounting surface of the carrier, by means of the laminating process.
  • the electrically insulating layer is applied by means of a sintering process.
  • the applied material of the electrically insulating layer by means of high-energy laser light or by means of
  • the material of the electrically insulating layer is present for example in the form of a nanopowder or a composite.
  • the electrically insulating layer is applied by means of a molding process. For example, before applying the material to the electrically insulating layer a stamp on the
  • the material of the electrically insulating layer can then be sprayed on. After curing, the punches can then be removed, whereby the recesses in the electric
  • the material of the electrically insulating layer is in the form of a dispersion or an aerosol.
  • the features according to which the electrically insulating layer is applied via a lamination process, a sintering process or a mold process are each objective features, since the application method can be detected directly on the optoelectronic module.
  • the electrically insulating layer is sprayed on.
  • the material of the electrically insulating layer is present, for example, in volatile solution or in a polymer matrix.
  • the material of the electrically insulating layer can be applied by means of selective deposition, for example by means of a plasma process, a plasma spray process or by sputtering.
  • the electrically insulating layer is applied by means of a stencil printing process.
  • a prefabricated template is placed on the carrier and the semiconductor chips, which has, for example, in the region of the contact points / surfaces covers.
  • FIGS 1 and 2 show schematic views of
  • FIGS. 3a to 3d show individual production steps for
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a described here
  • a carrier 1 has a
  • a radiation-emitting semiconductor chip 2 is applied, which has an active zone for generating electromagnetic
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 has a first contact surface 2A and a second contact surface 2B. The radiation-emitting
  • Semiconductor chip 2 is applied with its second contact surface 2A on the mounting surface 11 of the carrier 1 and there with the carrier 1 electrically contacted.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is adhesively bonded or connected to the carrier 1 by means of a solder material.
  • On exposed side surfaces 9 of the semiconductor chip 2 and a radiation exit surface 3 of the semiconductor chip 2 is
  • the electrically insulating layer 4 covers the mounting surface 11 of the carrier 1 in the region 21, so that the electrically insulating layer 4 extends without interruption between the contact point 1A and the first contact surface 2A.
  • Layer 4 has a first recess 4A, which is continuous between the radiation exit surface 3 along the
  • Recess 4A is therefore of the carrier 1 and the first
  • electrically insulating layer 4 An electrically conductive conductive structure 8 contacts the first contact surface 2A with the contact point 1A of the carrier 1 electrically.
  • the electrically conductive conductive structure 8 is printed on the electrically insulating layer 4 and the two contact surfaces 1A and 2A.
  • the electrically insulating layer 4 is a film which by means of a
  • the electrically insulating layer 4 consists of a ceramic material. It is also conceivable that the electrically insulating layer 4 of a ceramic
  • Phosphor consists and the electrically insulating layer 4 at least partially from the radiation-emitting
  • Semiconductor chip 2 primarily emitted electromagnetic Radiation converts radiation of different wavelength, so that the optoelectronic module 100 emits mixed light.
  • FIG. 2 shows the optoelectronic module 100 with two radiation emitters arranged next to one another
  • the semiconductor chips 2 form between them an intermediate space 12, which is delimited laterally in each case by the side surfaces 9 and by the carrier 1.
  • an insulating layer 5 is arranged, which at least partially fills the gap 12 and is positively applied to the side surfaces 9 and the carrier 1. It is also conceivable that instead of or in addition to the insulating layer 5, the electrically insulating layer 4 is introduced into the intermediate space 12.
  • the first recess 4A runs without interruption between the two semiconductor chips 2 and is through the contact surfaces 2A
  • FIGS. 3a to 3d show individual production steps for producing an exemplary embodiment of one here
  • the carrier 1 is provided, the semiconductor chips 2 being applied to the mounting surface 11 of the carrier 1.
  • contact surfaces 2A of the semiconductor chips 2 covered with a paint 50.
  • the contact surfaces can be covered with films, a wax or other adhesive layers. According to the figure 3c is in a further step
  • Radiation exit surfaces 3 are covered at least in places with the electrically insulating layer 4.
  • the material of the electrically insulating layer 4 can be applied by means of selective deposition, for example by means of a plasma process, a plasma spray process or by sputtering.
  • the paint 50 is removed in the figure 3d by means of a physical and / or mechanical material removal, so that at least the contact surfaces 1A and 2A are exposed.
  • the radiation exit surfaces 3 are then completely covered with the material of the electrically insulating layer 4 up to the points where the contact surfaces 2A extend, wherein in the present case the electrically insulating layer 4 is formed with a radiation-transmissive ceramic or consists of a ceramic phosphor.
  • Lead structures 8 take place at locations of the contact points 1A and 2A.
  • the application of the electrically insulating layer 4 can take place by means of the use of a pre-structured mask. For example, the electric
  • insulating layer 4 are then applied by a spraying process, for example by means of plasma deposition.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul (100) angegeben, umfassend einen Träger (1) mit zumindest einer Kontaktstelle (1A); einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), wobei der Strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) eine erste Kontaktfläche (2A) und eine zweite Kontaktfläche (2B) aufweist; eine elektrisch isolierende Schicht (4), die eine erste (4A) und eine zweite Aussparung (4B) aufweist; zumindest eine elektrisch leitfähige Leitstruktur (8), wobei die erste Kontaktfläche (2A) auf der von dem Träger (1) abgewandten Seite des Strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) angeordnet ist, die elektrisch isolierende Schicht (4) zumindest stellenweise auf den Träger (1) und dem Halbleiterchip (2) aufgebracht ist und die erste Aussparung (4A) im Bereich der ersten Kontaktfläche (2A) und die zweite Aussparung (4B) im Bereich der Kontaktstelle (1A) aufweist, die elektrisch leitfähige Leitstruktur (8) auf der elektrisch isolierenden Schicht (4) angeordnet ist und die erste Kontaktfläche (2A) mit der Kontaktstelle (1A) des Trägers (1) elektrisch kontaktiert, und die elektrisch isolierende Schicht (4) überwiegend mit einem keramischen Material gebildet ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Modul Es wird ein optoelektronisches Modul angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Modul anzugeben, welches besonders alterungsstabil ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 042 205.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls umfasst dieses einen Träger mit zumindest einer
Kontaktstelle. Bei dem Träger kann es sich um eine
Leiterplatte oder einen Trägerrahmen (Leadframe) handeln. Ebenso ist denkbar, dass der Träger flexibel und
beispielsweise als Folie ausgebildet ist. Der Träger kann mit einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Metall, oder einem elektrisch isolierenden Material,
beispielsweise einem duro- oder thermoplastischen oder auch einem keramischen Material, gebildet sein. Ist der Träger mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet, ist denkbar, dass der Träger an einer Montagefläche und/oder einer der Montagefläche gegenüberliegenden Bodenfläche Anschlussstellen und Leiterbahnen aufweist. Die zumindest eine Kontaktstelle ist mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Modul einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip, wobei der Strahlungsemittierende Halbleiterchip eine erste Kontaktfläche und eine zweite
Kontaktfläche aufweist. Die beiden Kontaktflächen dienen zur Kontaktierung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Beispielsweise ist der Strahlungsemittierende Halbleiterchip mit der zweiten Kontaktfläche auf einer Anschlussstelle des Trägers befestigt und elektrisch kontaktiert. Bei dem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip kann es sich
beispielsweise um einen Lumineszenzdiodenchip handeln. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich um einen Leucht- oder Laserdiodenchip handeln, dessen Strahlungserzeugende aktive Zone Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert. Die erste und die zweite Kontaktfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind vorzugsweise mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Modul eine elektrisch isolierende Schicht, die eine erste und eine zweite Aussparung aufweist.
Beispielsweise sind die Aussparungen mittels eines
Materialabtrags erzeugt. Die beiden Aussparungen sind dann zum Beispiel seitlich von der elektrisch isolierenden Schicht begrenzt und weisen jeweils zwei sich gegenüberliegende
Öffnungen auf. Vorzugsweise sind die beiden Aussparungen dann von außen frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die erste Kontaktfläche auf der von dem Träger abgewandten Seite des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet. Beispielsweise ist die erste Kontaktfläche an der Oberfläche auf der von dem Träger abgewandten Seite des strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufgebracht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Modul zumindest eine elektrisch leitfähige Leitstruktur. Bei der elektrisch leitfähigen Leitstruktur kann es sich beispielsweise um elektrische Leiterbahnen handeln, die bevorzugt mit einem Metall oder einer
Metalllegierung gebildet sind. Ebenso ist denkbar, dass die elektrisch leitfähige Leitstruktur mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff oder einer Metallpaste gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht zumindest stellenweise auf den Träger und den Halbleiterchip
aufgebracht. Vorzugsweise ist die elektrisch isolierende Schicht an diesen Stellen formschlüssig angeformt, sodass sich zwischen der elektrisch isolierenden Schicht und den von der elektrisch isolierten Schicht bedeckten Stellen weder ein Spalt noch eine Unterbrechung ausbildet. Ferner weist die elektrisch isolierende Schicht die erste
Aussparung im Bereich der ersten Kontaktfläche und die zweite Aussparung im Bereich der Kontaktstelle auf. Aussparung und Kontaktfläche/Kontaktstelle sind somit zumindest stellenweise deckungsgleich zueinander angeordnet, sodass der
Strahlungsemittierende Halbleiterchip von außen durch die in der elektrisch isolierenden Schicht eingebrachten
Aussparungen hindurch kontaktiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch leitfähige Leitstruktur auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und kontaktiert die erste Kontaktfläche mit der Kontaktstelle des Trägers elektrisch. Vorzugsweise ist die elektrisch leitfähige Leitstruktur an die elektrisch isolierende Schicht formschlüssig angeformt. Mit anderen Worten bildet sich vorzugsweise zwischen der elektrisch isolierenden Schicht und der elektrisch leitfähigen Leitstruktur weder ein Spalt noch eine Unterbrechung aus. Dazu ist die elektrisch leitfähige Leitstruktur auf die elektrisch isolierende Schicht
beispielsweise mittels Siebdruck, eines Jet- oder
Dispensverfahrens oder eines Spritzverfahrens aufgebracht. Beispielsweise sind die Aussparungen zumindest stellenweise mit der Leitstruktur gefüllt. Vorzugsweise durchdringt die elektrisch leitfähige Leitstruktur die Aussparungen, sodass die elektrisch leitfähige Leitstruktur mit dem Halbleiterchip vollständig kontaktiert ist. Die Aussparung ist zum Beispiel mit dem Material der elektrisch leitfähigen Leitstruktur befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht überwiegend mit einem keramischen Material gebildet. "Überwiegend" heißt, dass die elektrisch isolierende Schicht wenigstens 50 Gew-%, bevorzugt wenigstens 75 Gew-%, keramisches Material enthält. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, dass die elektrisch isolierende Schicht vollständig aus einem keramischen
Material besteht. Ferner ist es möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht aus einer Glaskeramik besteht, die aus einer Glasschmelze durch gesteuerte Kristallisation
hergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Modul einen Träger mit zumindest einer Kontaktstelle und einen Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip, wobei der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche aufweist. Ferner umfasst das optoelektronische Modul eine elektrisch isolierende Schicht, die eine erste und eine zweite Aussparung aufweist, sowie zumindest eine
elektrisch leitfähige Leitstruktur. Die erste Kontaktfläche ist auf der von dem Träger abgewandten Seite des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet. Ferner ist die elektrisch isolierende Schicht zumindest stellenweise auf den Träger und den Halbleiterchip aufgebracht und weist die erste Aussparung im Bereich der ersten Kontaktfläche und die zweite Aussparung im Bereich der zweiten Kontaktstelle auf. Die elektrisch leitfähige Leitstruktur ist auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und kontaktiert die erste Kontaktfläche mit der Kontaktstelle des Trägers elektrisch. Ferner ist die elektrisch isolierende Schicht überwiegend mit einem keramischen Material gebildet.
Das hier beschriebene optoelektronische Modul beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine mit organischen Materialien gebildete elektrisch isolierende Schicht, die beispielsweise bei optoelektronischen Modulen mit planarer Kontaktierung Verwendung findet, wenig alterungsstabil ist. Das heißt, dass externe Einflüsse wie beispielsweise
Bestrahlung, Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen das Material der elektrisch isolierenden Schicht beschädigen. Dies führt bereits nach kurzer Betriebsdauer des
optoelektronischen Moduls beispielsweise zu einer brüchigen elektrisch isolierenden Schicht. Das heißt, dass ein solches optoelektronisches Modul bereits nach kurzer Betriebsdauer alterungsbedingte Schäden aufweisen kann.
Um ein optoelektronisches Modul zu schaffen, welches
besonders alterungsstabil ist, macht das hier beschriebene optoelektronische Modul unter anderem von der Idee Gebrauch, die elektrisch isolierende Schicht überwiegend mit einem keramischen Material zu bilden. Keramische Materialien sind insbesondere bei äußerer Strahlungs- und Hitzeeinwirkung alterungsstabiler, wodurch eine solche elektrisch isolierende Schicht selbst unter starker äußerer Beanspruchung auch nach längerer Betriebsdauer kaum Materialschäden aufweist.
Vorteilhaft wird so ein optoelektronisches Modul geschaffen, welches eine stark erhöhte Lebensdauer aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Modul zumindest zwei Strahlungsemittierende Halbleiterchips, wobei die elektrisch isolierende Schicht stellenweise zwischen den Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips angeordnet ist. Beispielsweise sind zwischen den Halbleiterchips Zwischenräume ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips dann beabstandet zueinander angeordnet. Beispielsweise sind die Zwischenräume mit dem Material der elektrisch isolierenden Schicht befüllt.
Vorzugsweise berührt dann die elektrisch isolierende Schicht Seitenflächen der Halbleiterchips und bedeckt diese
formschlüssig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht bis auf die
Aussparungen formschlüssig auf die freiliegenden Außenflächen des optoelektronischen Moduls aufgebracht. Das heißt, dass sich zwischen den freiliegenden Außenflächen des
optoelektronischen Moduls und der elektrisch isolierenden Schicht weder ein Spalt noch eine Unterbrechung ausbildet. Die elektrisch isolierende Schicht übernimmt in diesem Fall die Funktion einer Einkapselungsschicht , beispielsweise der Strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Das kann heißen, dass die Halbleiterchips von der elektrisch isolierenden Schicht bis auf Bereiche der elektrischen Kontaktierung vollständig eingekapselt sind. Dadurch erfolgt vorteilhaft ein Schutz der Strahlungsemittierenden Halbleiterchips vor mechanischen Einflüssen, wie beispielsweise Stößen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht
strahlungsdurchlässig und bedeckt eine
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips stellenweise. "Strahlungsdurchlässig" bedeutet, dass die elektrisch
isolierende Schicht bevorzugt die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung lediglich teilweise absorbiert. Die von den Strahlungsemittierenden Halbleiterchips emittierte elektromagnetische Strahlung kann so zumindest teilweise durch die elektrisch isolierende Schicht aus dem
optoelektronischen Modul ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls besteht die elektrisch isolierende Schicht aus einem keramischen Leuchtstoff. Ist die elektrisch isolierende
Schicht stellenweise auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht, so kann die elektrisch
isolierende Schicht von dem Halbleiterchip primär emittierte elektromagnetische Strahlung teilweise absorbieren und zumindest teilweise die primär emittierte Strahlung in
Strahlung anderer Wellenlänge umwandeln und wieder
reemittieren. Die elektrisch isolierende Schicht hat also die Funktion eines Lichtkonverters. Beispielsweise besteht die elektrisch isolierende Schicht dann aus YAG:Ce.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls verläuft die erste Aussparung in der elektrisch isolierenden Schicht durchgängig zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips und dem Träger entlang von Seitenflächen des Halbleiterchips und ist
seitlich durch die Kontaktfläche und den Träger begrenzt. Das kann heißen, dass die Strahlungsaustrittsfläche sowie eine oder mehrere der Seitenflächen des Halbleiterchips zumindest stellenweise "freiliegen".
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls verläuft die erste Aussparung in der elektrisch isolierenden Schicht durchgängig zwischen benachbarten
Halbleiterchips und ist durch die Kontaktflächen seitlich begrenzt. "Benachbart" heißt in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterchips beispielsweise paarweise angeordnet sind und jedes Paar zwischen sich den Zwischenraum ausbildet. Der
Zwischenraum ist nicht von der elektrisch leitenden Schicht abgedeckt und somit "freiliegend". Ferner ist in diesem
Zusammenhang denkbar, dass neben dem freiliegenden
Zwischenraum ebenso stellenweise die
Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips frei von der elektrisch isolierenden Schicht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist zwischen den Halbleiterchips eine
Isolationsschicht angeordnet. Beispielsweise füllt die
Isolationsschicht die Zwischenräume zwischen den
Halbleiterchips zumindest stellenweise formschlüssig aus. Ferner ist denkbar, dass die Isolationsschicht und die elektrisch isolierende Schicht mit dem gleichen Material gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht eine Folie. Vorzugsweise weist die elektrisch isolierende Schicht dann eine Schichtdicke von 10 bis 300 ym, vorzugsweise von 150 ym, auf. Ebenso ist es möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht aus einer Vielzahl einzelner Folien besteht, die übereinander angeordnet, beispielsweise aufgeklebt, sein können und so einen stapeiförmigen Folienverbund ausbilden. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass es sich bei den Folien um Hybridfolien oder auch um Multilayerfolien handelt. "Hybridfolien" bezeichnet beispielsweise eine Folie, die mit einem keramischen Material in einer Polymermatrix gebildet ist. "Multilayerfolien" sind beispielsweise Keramikfolien mit einer Kleberbeschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht mittels eines Laminierprozesses aufgebracht. Handelt es sich bei der elektrisch isolierenden Schicht um eine Folie, so kann sie mittels des Laminierprozesses auf freiliegende Außenflächen, beispielsweise der Halbleiterchips und der Montagefläche des Trägers, auflaminiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Moduls ist die elektrisch isolierende Schicht mittels eines Sinterprozesses aufgebracht. Beispielsweise wird dazu das aufgebrachte Material der elektrisch isolierenden Schicht mittels hoch energetischem Laserlichts oder mittels
thermischen Sinterns ausgeformt. Dazu liegt das Material der elektrisch isolierenden Schicht beispielsweise in Form eines Nanopulvers oder eines Composites vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schicht mittels eines Mold-Prozesses aufgebracht. Beispielsweise wird dazu vor dem Aufbringen des Materials der elektrisch isolierenden Schicht ein Stempel auf die
Kontaktstellen/-flachen aufgebracht der die Kontaktstellen/ -flächen abdeckt. In einem weiteren Schritt kann dann das Material der elektrisch isolierenden Schicht aufgespritzt werden. Nach dem Aushärten können dann die Stempel entfernt werden, wodurch die Aussparungen in der elektrisch
isolierenden Schicht freigelegt werden. Vorzugsweise liegt dann das Material der elektrisch isolierenden Schicht in Form einer Dispersion oder eines Aerosols vor.
Bei den Merkmalen, wonach die elektrisch isolierende Schicht über einen Laminierprozess , einen Sinterprozess oder einen Mold-Prozess aufgebracht ist, handelt es sich um jeweils gegenständliche Merkmale, da die Aufbringungsmethode direkt am optoelektronischen Modul nachweisbar ist.
Ebenso ist denkbar, dass die elektrisch isolierende Schicht aufgesprüht wird. Dazu liegt das Material der elektrisch isolierenden Schicht beispielsweise in flüchtiger Lösung oder in einer Polymermatrix vor.
Ferner kann das Material der elektrisch isolierenden Schicht mittels selektivem Abscheiden, zum Beispiel mittels eines Plasmaprozesses, eines Plasma-Spray-Prozesses oder mittels Sputtern aufgebracht werden.
Ebenso ist denkbar, dass die elektrisch isolierende Schicht mittels eines Schablonendruckverfahrens aufgebracht ist. Dazu wird eine vorgefertigte Schablone auf den Träger und die Halbleiterchips aufgelegt, welche beispielsweise im Bereich der Kontaktstellen/-flächen Abdeckungen aufweist. Mittels eines derartigen Schablonenrasters bleiben nach dem
Aufdrucken des Materials Bereiche vom Material der elektrisch isolierenden Schicht frei, die dann die Aussparungen der elektrisch isolierenden Schicht bilden.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Modul anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Ansichten von
Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen einzelne Fertigungsschritte zur
Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls.
In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne
Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Moduls 100. Ein Träger 1 weist eine
Kontaktstelle 1A auf. Auf eine Montagefläche 11 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 2 aufgebracht, der eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung aufweist. Ferner weist der Strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 eine erste Kontaktfläche 2A und eine zweite Kontaktfläche 2B auf. Der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip 2 ist mit seiner zweiten Kontaktfläche 2A auf die Montagefläche 11 des Trägers 1 aufgebracht und dort mit dem Träger 1 elektrisch kontaktiert. Beispielsweise ist der Strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 aufgeklebt oder mittels eines Lotmaterials mit dem Träger 1 verbunden. Auf freiliegende Seitenflächen 9 des Halbleiterchips 2 sowie eine Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 ist
stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht 4
formschlüssig aufgebracht. Ferner bedeckt die elektrisch isolierende Schicht 4 die Montagefläche 11 des Trägers 1 im Bereich 21, sodass die elektrisch isolierende Schicht 4 zwischen der Kontaktstelle 1A und der ersten Kontaktfläche 2A ohne Unterbrechung verläuft. Die elektrisch isolierende
Schicht 4 weist eine erste Aussparung 4A auf, die durchgängig zwischen der Strahlungsaustrittsfläche 3 entlang der
Seitenfläche 9 bis zum Träger 1 hin verläuft. Die erste
Aussparung 4A ist daher von dem Träger 1 und der ersten
Kontaktfläche 2A seitlich begrenzt. Die
Strahlungsaustrittsfläche 3 des Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 2 ist dann stellenweise frei von der
elektrisch isolierenden Schicht 4. Eine elektrisch leitfähige Leitstruktur 8 kontaktiert die erste Kontaktfläche 2A mit der Kontaktstelle 1A des Trägers 1 elektrisch. Vorliegend ist die elektrisch leitfähige Leitstruktur 8 auf die elektrisch isolierende Schicht 4 und den beiden Kontaktflächen 1A und 2A aufgedruckt. Bei der elektrisch isolierenden Schicht 4 handelt es sich vorliegend um eine Folie, die mittels eines
Laminierprozesses aufgebracht ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht die elektrisch isolierende Schicht 4 aus einem keramischen Material. Ebenso ist denkbar, dass die elektrisch isolierende Schicht 4 aus einem keramischen
Leuchtstoff besteht und die elektrisch isolierende Schicht 4 zumindest teilweise von vom Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 2 primär emittierte elektromagnetische Strahlung in Strahlung anderer Wellenlänge umwandelt, sodass das optoelektronische Modul 100 Mischlicht emittiert.
Die Figur 2 zeigt das optoelektronische Modul 100 mit zwei nebeneinander angeordneten Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 2. Die Halbleiterchips 2 bilden zwischen sich einen Zwischenraum 12 aus, der seitlich jeweils durch die Seitenflächen 9 sowie durch den Träger 1 begrenzt ist. In dem Zwischenraum 12 ist eine Isolationsschicht 5 angeordnet, die den Zwischenraum 12 zumindest stellenweise ausfüllt und formschlüssig auf die Seitenflächen 9 und den Träger 1 aufgebracht ist. Ebenso ist denkbar, dass anstatt oder zusätzlich zur Isolationsschicht 5 die elektrisch isolierende Schicht 4 in den Zwischenraum 12 eingebracht ist. Die erste Aussparung 4A verläuft ohne Unterbrechung zwischen den beiden Halbleiterchips 2 und ist durch die Kontaktflächen 2A
seitlich begrenzt. Dies hat zur Folge, dass die
Strahlungsaustrittsflächen 3 der Halbleiterchips zumindest stellenweise freiliegen.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier
beschriebenen optoelektronischen Moduls 100. Dazu wird zunächst, wie in der Figur 3a dargestellt, der Träger 1 bereitgestellt, wobei auf die Montagefläche 11 des Trägers 1 die Halbleiterchips 2 aufgebracht sind.
In einem weiteren Schritt werden, wie in der Figur 3b
gezeigt, die Kontaktflächen 1A des Trägers 1 und die
Kontaktflächen 2A der Halbleiterchips 2 mit einem Lack 50 abgedeckt. Alternativ können die Kontaktflächen mit Folien, einem Wachs oder anderen Haftungsschichten abgedeckt werden. Gemäß der Figur 3c wird in einem weiteren Schritt auf
freiliegende Außenflächen des optoelektronischen Moduls 100 das Material der elektrisch isolierenden Schicht 4
aufgebracht, sodass die Seitenflächen 9 und die
Strahlungsaustrittsflächen 3 zumindest stellenweise mit der elektrisch isolierenden Schicht 4 bedeckt sind. Das
Aufbringen kann beispielsweise mittels eines Sinter- oder Moldprozesses geschehen. Ebenso ist denkbar, dass die
elektrisch isolierende Schicht 4 mittels eines
Laminierprozesses oder eines Sprühprozesses aufgebracht wird.
Ferner kann das Material der elektrisch isolierenden Schicht 4 mittels selektivem Abscheiden, zum Beispiel mittels eines Plasmaprozesses, eines Plasma-Spray-Prozesses oder mittels Sputtern aufgebracht werden.
In einem weiteren Schritt wird in der Figur 3d mittels eines physikalischen und/oder mechanischen Materialabtrags der Lack 50 entfernt, sodass zumindest die Kontaktflächen 1A und 2A freiliegen.
Die Strahlungsaustrittsflächen 3 sind dann mit dem Material der elektrisch isolierenden Schicht 4 bis auf die Stellen, an denen die Kontaktflächen 2A verlaufen, vollständig bedeckt, wobei vorliegend die elektrisch isolierende Schicht 4 mit einer strahlungsdurchlässigen Keramik gebildet ist oder aus einem keramischen Leuchtstoff besteht.
In einem letzten Schritt kann die Ankontaktierung der
Halbleiterchips 2 über die elektrisch leitfähigen
Leitstrukturen 8 an Stellen der Kontaktstellen 1A und 2A erfolgen . Alternativ kann die Aufbringung der elektrisch isolierenden Schicht 4 mittels der Verwendung einer vorstrukturierten Maske erfolgen. Beispielsweise kann die elektrisch
isolierende Schicht 4 dann durch einen Sprühprozess , zum Beispiel mittels Plasmaabscheidung, aufgebracht werden.
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Modul (100), umfassend
- einen Träger (1) mit zumindest einer Kontaktstelle (1A); - einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), wobei der Strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) eine erste
Kontaktfläche (2A) und eine zweite Kontaktfläche (2B) aufweist ;
- eine elektrisch isolierende Schicht (4), die eine erste (4A) und eine zweite Aussparung (4B) aufweist;
- zumindest eine elektrisch leitfähige Leitstruktur (8), wobei
- die erste Kontaktfläche (2A) auf der von dem Träger (1) abgewandten Seite des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) angeordnet ist,
- die elektrisch isolierende Schicht (4) zumindest
stellenweise auf den Träger (1) und dem Halbleiterchip (2) aufgebracht ist und die erste Aussparung (4A) im Bereich der ersten Kontaktfläche (2A) und die zweite Aussparung (4B) im Bereich der Kontaktstelle (1A) aufweist,
- die elektrisch leitfähige Leitstruktur (8) auf der
elektrisch isolierenden Schicht (4) angeordnet ist und die erste Kontaktfläche (2A) mit der Kontaktstelle (1A) des
Trägers (1) elektrisch kontaktiert, und
- die elektrisch isolierende Schicht (4) überwiegend mit einem keramischen Material gebildet ist.
2. Optoelektronisches Modul (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
mit zumindest zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), wobei die elektrisch isolierende Schicht (4)
stellenweise zwischen den strahlungsemittierenden
Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) bis auf die Aussparungen (4A, 4B) formschlüssig auf die freiliegenden Außenflächen des optoelektronischen Moduls (100) aufgebracht ist .
4. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4)
strahlungsdurchlässig ist und eine Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) stellenweise bedeckt.
5. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) aus einem keramischen Leuchtstoff besteht.
6. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste Aussparung (4A) in der elektrisch
isolierenden Schicht (4) durchgängig zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) und dem Träger (1) entlang von Seitenflächen (9) des Halbleiterchips (2) verläuft und durch die ersten Kontaktflächen (2A) und den Träger (1) seitlich begrenzt ist.
7. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die erste Aussparung (4A) in der elektrisch isolierenden Schicht (4) durchgängig zwischen benachbarten Halbleiterchips (2) verläuft und durch die Kontaktflächen (2A) seitlich begrenzt ist.
8. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem zwischen den Halbleiterchips (2) eine
Isolationsschicht (5) angeordnet ist.
9. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) eine Folie ist .
10. Optoelektronisches Modul (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) mittels eines Laminierprozesses aufgebracht ist.
11. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) mittels eines Sinterprozesses aufgebracht ist.
12. Optoelektronisches Modul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
bei dem die elektrische isolierende Schicht (4) mittels eines Moldprozesses aufgebracht ist.
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