WO2014044557A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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Reinhard Streitel
Kathy SCHMIDTKE
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component and a method for producing a
  • Optoelectronic components such as
  • LEDs Light-emitting diodes
  • a connecting element which is the substrate and the radiation-emitting
  • the resulting heat in the layer sequence can not be sufficiently derived.
  • a filler is mixed in a conventional connecting element.
  • the heat conductivity can be increased from 0.01 to a maximum of 0.2 to 0.4 W / mK depending on the degree of filling.
  • this blended filler can be mixed only in the form of small particles in order to obtain the transparency of the connecting element. Therefore, a thermal conductivity of not more than 0.4 W / mK can not be generated.
  • An object to be solved is an optoelectronic component, and a method for producing a
  • An optoelectronic component comprises a substrate, a connecting element which is applied to the substrate, a layer sequence which comprises electromagnetic radiation
  • the layer sequence is on the
  • connecting element comprises at least one connecting material
  • Connecting material has an oriented molecular configuration, and wherein the connecting element has at least one parameter which is anisotropic.
  • component here not only finished components, such as light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes are to be understood, but also substrates and / or
  • Composite of a copper layer and a semiconductor layer constitute a component and a component of a
  • the optoelectronic component according to the invention can comprise, for example, a thin-film semiconductor chip, in particular a thin-film light-emitting diode chip.
  • layer sequence is to be understood as meaning a layer sequence comprising more than one layer, for example a sequence of a p-doped and an n-doped semiconductor layer, wherein the layers are arranged one below the other.
  • a layer sequence can also be understood a semiconductor chip.
  • electromagnetic radiation in particular electromagnetic radiation having one or more wavelengths or wavelength ranges from an ultraviolet to infrared spectral range, also referred to as light.
  • light may be visible light and wavelengths or wavelength ranges from a visible spectral range between about 350 nm and about 800 nm
  • Visible light can be here and below
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element may mean here and below that the one layer or the one element directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • a connecting element is applied to the substrate, which is the connecting element
  • Substrate may be present.
  • the layer sequence is arranged indirectly in direct mechanical and / or electrical contact on the connecting element, in which case further layers and / or elements,
  • solder layer and / or element or a sapphire layer or element may be arranged between the connection element and the layer sequence.
  • Connecting element in this context means that this is an element and / or layer, for example the substrate, to another element and / or layer,
  • a semiconductor chip comprising a
  • the binding may be due to physical and / or chemical interactions of the
  • the connecting element has, according to one embodiment, a connecting material which is oriented
  • Connecting material a spatial orientation with respect to the surface of the substrate, which faces the connecting element, and / or individual molecules of the
  • Connecting material may have a spatial orientation to each other.
  • Molecules of the connecting material with each other mainly arranged parallel to each other.
  • "Predominantly” in this context means that the majority of the molecules can be aligned parallel to one another, that is, that at least 50%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%, for example 95% of the individual molecules of the
  • Connecting material can be aligned.
  • Joining materials may have areas that have a different orientation with respect to an x, y plane while being in the same direction in the z direction
  • the individual molecules of the connecting material can be perpendicular and / or parallel to the surface of the connecting element facing the connecting element
  • Substrate be arranged.
  • the individual molecules of the bonding material have a predominantly perpendicular orientation to the surface of the substrate.
  • Substrate may be present.
  • the geometry of the molecules of the connecting material is arbitrary.
  • the molecules are, for example, formanisotropic.
  • Formanisotropic in this context means that the molecules of the
  • Connecting material depending on direction have a different geometric shape or are irregularly shaped.
  • Form anisotropic means, for example, that the height, width and depth of the molecule of the connecting material
  • the bonding material may be in particulate form.
  • the size of the particles is z.
  • Nanometer range The shape anisotropy can improve the ansiotropic parameters, for example, increase the thermal conductivity of the connecting element in the direction of the surface of the substrate.
  • the connecting element according to the invention which connects at least the substrate and the layer sequence, in one
  • Connecting element allows better heat dissipation from the layer sequence.
  • the layer sequence can be energized higher. This results in a higher efficiency of the optoelectronic component. The higher one
  • the substrate This results in less heating of the layer sequence and its environment.
  • the connecting element which is a better Heat removal caused by the layer sequence, a lower shift of the color locus can be achieved and therefore the overall optical properties of the optoelectronic device can be improved. So the light efficiency can be improved.
  • the layer sequence may be a semiconductor layer sequence, wherein the in the
  • Semiconductor layer sequence occurring semiconductor materials are not limited, provided at least one
  • the semiconductor layer sequence may comprise, for example, a single layer comprising compounds of elements selected from indium, gallium, aluminum, nitrogen, phosphorus, arsenic, oxygen, silicon,
  • the active region layer sequence may be based, for example, on nitride compound semiconductor materials or InGaAlP compound semiconductor materials.
  • a nitride compound semiconductor material preferably comprises or consists of Al n Ga m In n - m N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, have one or more dopants and additional constituents.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor layer sequence can be used as active region
  • a conventional pn junction for example, a conventional pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure) have.
  • the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, for example p-doped or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Such structures include the active region or the further functional layers and
  • Electroluminescent layer sequence is Electroluminescent layer sequence.
  • the semiconductor chip may be a laser diode, resonant cavity light emitting diode or organic light emitting diode (OLED). According to one embodiment, the semiconductor chip has a
  • a carrier comprising a semiconductor material comprising silicon and its compounds, germanium and their compounds, sapphire and / or gallium arsenide.
  • the substrate may be according to another
  • Ceramic substrate a printed circuit board, an aluminum plate, a copper plate, a plastic injection molding or Stamped Circuit board (SCB), glass or a foil act.
  • SBC Stamped Circuit board
  • Substrate may comprise Al 2 O 3 , AlN, SiC, Si 3 N 4 or BeO.
  • the connecting element has a parameter which is anisotropic with respect to a
  • the parameter can be from a group
  • Thermal conductivity includes.
  • the bonding material has an anisotropic thermal conductivity.
  • Thermal conductivity here and below means the ability of at least one substance, for example the
  • a predominantly vertical orientation of the molecular longitudinal axis of the molecules of the bonding material causes an anisotropic thermal conductivity in the vertical direction with respect to the surface of the substrate
  • Facing connecting element This means that the orientation of the molecules of the connecting material, the thermal conductivity in the direction of the connecting element on and / or facing away from the surface of the substrate is greater than parallel to these surfaces of the substrate.
  • Connecting element are transported to the substrate and removed.
  • the alignment of the molecules of the Bonding material reduces the heat transfer resistance compared to bonding materials which have an isotropic orientation of the molecules. This leads to a lower heating and a higher light efficiency of the optoelectronic component.
  • the "surface of the substrate facing the connection element” is to be understood as meaning that surface which is directly or indirectly in direct mechanical and / or electrical contact with the connection element.
  • the term "surface of the substrate facing away from the connecting element” is to be understood as meaning the surface of the substrate which is parallel to the surface of the substrate facing the connecting element.
  • Connecting element an anisotropic thermal conductivity, which is in the range of 1 to 37 W / mK.
  • a high thermal conductivity of the connecting element according to the invention is based on the oriented molecular configuration of the
  • Bonding material By aligning the individual molecules of the connecting material with each other, which may be arranged for example predominantly parallel to each other and / or parallel with respect to the surface of the substrate facing the connecting element, on the one hand, the thermal conductivity in comparison to conventional connecting elements, which only a minor
  • Connecting material may be arranged parallel to each other and parallel to the surface of the substrate facing the connecting element.
  • the latter can, for example, a Heat dissipation laterally over the connecting element,
  • the connecting element has an electrical conductivity.
  • the electrical conductivity can be anisotropic.
  • the electrical conductivity is particularly increased when the molecules of the connecting material predominantly a parallel orientation with each other and / or perpendicular orientation to the layer sequence or the
  • Connecting element facing surface of the substrate have.
  • the connecting element can function as an electrical connection to the substrate.
  • An additional connection between the semiconductor chip and substrate is not absolutely necessary, so that costs and material can be saved.
  • the connecting element has a thermal conductivity.
  • a connecting element which is only thermally conductive, represents an improvement for an optoelectronic component with two electrodes.
  • connection material transparent.
  • Connecting element can pass the electromagnetic radiation emitted by the layer sequence.
  • the transparency may also be anisotropic, e.g. maximum in the direction perpendicular to the substrate. Thereby, the electromagnetic radiation can be reflected on the substrate, wherein the
  • Polymer as used herein refers to a chemical compound of chains or branched molecules that
  • Group comprising polyethylene and polypropylene.
  • a "block copolymer” is a copolymer that is linear
  • block is meant a portion of a polymeric molecule comprising a plurality of identical repeat monomer units and having at least one constitutional or configurational feature different from that of the adjacent blocks.
  • Copolymers are polymers consisting of two or more
  • Copolymers in which the blocks of a monomer on a
  • Dendrimers are chemical compounds whose structure is branched like a tree starting from a branching nucleus, which is referred to here as dendrimers, if this branching consists of repeating monomer units. This results in a radial symmetry.
  • graphene refers to a modification of carbon having a two-dimensional structure in which each carbon atom is surrounded by three others to form a flat honeycomb-shaped structure. The Two-dimensional structure of a first layer can be formed with a two-dimensional structure of a second layer of the graphene, so that by stacking the individual
  • Connecting material for example, the polymers, block copolymers, graft polymers, dendrimers, can by means of
  • Polymerization methods are, for example, anionic, copolymerization, cationic copolymerization, graft polymerization, ATRP (atom transfer radical polymerization), divergent, cationic polymerization, anionic
  • molded connection material has an oriented molecular configuration.
  • the matrix material does not have to have anisotropic properties.
  • the particles have a size of 1 to 5000 nm, preferably 1 to 200 nm, especially preferably has a size smaller than 100 nm, for example 80 nm.
  • the size of the particles makes it possible to maintain the transparency of the connecting element while increasing the thermal conductivity. Transparency can still be set to a specific value.
  • the electromagnetic radiation for example that emitted by an optoelectronic component
  • Transparency means that there is a transmission of greater than or equal to 70%, in particular greater than or equal to 80%, for example 85% at a corresponding wavelength of the electromagnetic radiation.
  • the joining materials described herein such as polymers, block copolymers, graft polymers, are used.
  • individual fragments of these compound materials can also be used as particles. Fragments are in this context, for example
  • Monomer units which are part of the polymers, block copolymers and / or graft polymers.
  • Microx material refers to here and below
  • Matrix materials may include silicone, epoxy, and / or hybrid based materials.
  • Matrix material has no oriented molecules unlike the bonding material.
  • the thermal conductivity of the matrix material is isotropic.
  • the matrix material may in particular be a silicone
  • the compound material formed as a particle may be embedded in the matrix material.
  • the particles can be distributed homogeneously in the matrix material. It is also conceivable that the particles are distributed with a concentration gradient in the matrix material. It is possible to produce by means of a suitably selected particle distribution in the matrix material ansiotropic properties in the matrix. By embedding a particle shaped composite material having an oriented molecular configuration, a partial anisotropic thermal conductivity can be generated in the isotropic matrix material. This causes a directional
  • Thermal conductivity in the area of the particles compared to the direction-independent thermal conductivity of the matrix material. This can be a targeted dissipation of the heat generated in the connecting element, for example in the direction
  • Substrate and / or housing done.
  • Reduction of the proportion of the bonding material in the matrix material may be a desired value for the
  • Thermal conductivity can be adjusted and / or the
  • Thermal conductivity can be controlled by process technology.
  • Connecting element formed as a layer and / or film.
  • Molecular configuration may include a homogeneous distribution of the bonding material with an oriented one
  • the layer sequence can be energized higher, which leads to a higher efficiency of the optoelectronic component.
  • Particles at least equal to the thickness of the layer and / or film of the connecting element. This can help with the
  • Crystalstalline means here and below that the compound material is both a close order and a long-range order in the
  • Amorphous here and in the following means that the connecting element can have close proximity but no long-range order.
  • the proximity of an amorphous bonding material usually corresponds to the structure of the corresponding crystalline bonding material.
  • crystalline compound material may be polyethylene glycol (PEO) and / or other polymer blocks, such as
  • Poly (tertiary) butyl acrylate include. crystalline
  • Bonding material may be selected from a group consisting of polystyrene-b-polyethyleneglycol (PS-b-PEO), polystyrene-b-polybutadiene (PS-b-PBD), polystyrene-b-polybutadiene-b-poly (tertiary butyl acrylate (PS -b-PBD-b-PtBA) or polystyrene-b- Polybutadiene-b-polymethylmethacrylate (PS-b-PBD-b-PMMA) and combinations thereof.
  • PS-b-PEO polystyrene-b-polyethyleneglycol
  • PS-b-PBD polystyrene-b-polybutadiene
  • PS-b-PtBA polystyrene-b-polybutadiene-b-polymethylmethacrylate
  • PS-b-PBD-b-PMMA polystyrene-b-polymethylme
  • the blocks are linked directly or linked together by a constitutional unit b.
  • Dendrimers and combinations thereof can include polyethylene glycol side chains or liquid crystalline side chains in a crystalline compound material.
  • liquid crystalline refers to a property of a chemical substance, wherein the chemical substance includes or consists of, for example, monomers, oligomers or polymers.
  • the chemical substance can both properties of a crystal, for example the
  • the connecting element may comprise a crystalline compound material, wherein the
  • Connecting element has a high anisotropic thermal conductivity, which is of the order of greater than or equal to 37 W / mK.
  • a high anisotropic thermal conductivity which is of the order of greater than or equal to 37 W / mK.
  • Amorphous bonding materials which are inherently isotropic, can be made artificially anisotropic by external action such as pressure, electric fields, exposure to force.
  • an inherently isotropic amorphous compound material having an anisotropic thermal conductivity can be provided. It will continue a process for producing a
  • Process steps include:
  • the bonding element comprises at least one bonding material having an oriented molecular configuration, or wherein the oriented molecular configuration of the bonding material is formed in or after the process step B).
  • Embodiments and definition of an optoelectronic component This applies in particular to the embodiments of the layer sequence, the substrate or the
  • the oriented molecular configuration of the bonding material is through thermal treatment, application of an electric field, treatment with pressure and / or action of a force generated.
  • Method step A) additionally a method step A ') to:
  • Connecting material is produced in the connecting element.
  • the semiconductor chip may be present in the form of a bare, ie unhoused semiconductor chip, which is also referred to as an LED or "die.”
  • the at least one unhoused semiconductor chip may be applied to the semiconductor chip
  • Connecting element and substrate for example one
  • Pads (pads) of the circuit board are connected (so-called die-bonding). This can be a near
  • FIG. 1 schematically shows an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIG. 2 schematically shows an optoelectronic component according to a further embodiment
  • FIG. 3 schematically shows an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a method for producing a
  • Figure 5 shows a method for producing a
  • FIG. 6 shows a method for producing a
  • FIG. 7 shows a method for producing a
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a
  • the optoelectronic component The optoelectronic
  • Component has a substrate 10, a connecting element 20, which is disposed over the substrate 10, and a
  • the connecting element 20 is thus between the substrate 10 and the layer sequence 30
  • the connecting element 20 has a
  • the connecting element 20 may be transparent.
  • the molecules of the connecting material may be arranged predominantly parallel to one another and / or perpendicular to the surface of the substrate facing and / or facing away from the connecting element. A deviation from this molecular orientation is also possible.
  • the connecting element 20 may be formed as a layer and / or film.
  • the molecules of the bonding material in the fastener may be oriented or pre-oriented by nature. "Oriented by home” in this context means that the connecting element 20 has oriented molecules without additional treatment, for example by the action of a force, pressure, temperature, etc. Due to the orientation of the molecules of the connecting material 21 is an anisotropic thermal conductivity in the
  • connecting element for example, of less than 1 ym
  • thin layers for example, with a layer thickness of less than 1 ym
  • Randomness in this context refers to the unevenness of the surface height of the connecting element. This leads to a reduction of the thermal resistance of the connecting element and thus to a better dissipation of heat generated.
  • the connecting element 20 may selectively connect the substrate 10 and the layer sequence 30 (not shown here).
  • “Punctual" means here and in the
  • connecting element 20 does not form a homogeneous layer.
  • the connecting element 20 may be made
  • the active area is electromagnetic for emission
  • Nitride compound semiconductor material emits in particular electromagnetic primary radiation in the blue and / or ultraviolet range.
  • Figure 2 shows the schematic side view of a
  • the structure of the optoelectronic device is analogous to Figure 1, wherein the connecting elements 20 of Figures 1 and 2 differ.
  • the connecting element 20 shown in FIG. 2 may be transparent.
  • the connecting element 20 of Figure 2 has a connecting material, which in a
  • Matrix material 22 is embedded on.
  • the matrix material 22 has isotropic properties or parameters.
  • Matrix material 22 may be a conventional matrix material, for example a silicone, epoxy or hybrid based
  • the bonding material 23 which may be configured as particles, has anisotropic properties or parameters.
  • a partial anisotropic parameter for example, a partial anisotropic thermal conductivity
  • the connecting element 20 may be a partially oriented layer. As a result, an increased thermal conductivity of the connecting element 20 in the direction of the substrate 10 can be generated in comparison to a connecting element which has only an isotropic matrix material.
  • Orientation of the molecules of the bonding material may be analogous to the orientation described in FIG.
  • the orientation of the molecules of the connecting material can be generated, for example, by the production method.
  • the molecules of the connecting material itself can align.
  • the molecules may then have an intermediate position between the parallel and perpendicular orientation with respect to the surface of the surface facing the connector
  • Align connecting material itself with a predominantly vertical orientation of the molecules to the surface of the
  • Connecting material can be set and controlled.
  • the transparency of the connecting element 20 can be maintained despite a high degree of filling of the connecting material in the matrix material 22.
  • Figure 3 shows the schematic side view of a
  • the optoelectronic component The optoelectronic
  • Component has a connecting element 20 between
  • the connecting element can be shaped as described in FIG. 1 or 2.
  • converter materials may be embedded in a material in the encapsulation 5.
  • converter material is arranged directly or indirectly on the housing wall 7 of a housing of an optoelectronic component (not shown here).
  • Converter material can be emitted from the layer sequence electromagnetic radiation in an electromagnetic
  • FIG. 4 shows a method for producing a connecting element according to the invention.
  • a substrate may be provided on which a connector 20 is applied.
  • the connector 20 may include an initial interconnect material having isotropic properties or parameters 24.
  • a force F for example by means of a punch and / or a block
  • the molecules of the connecting material can be oriented 21, producing anisotropic properties or parameters.
  • the substrate 10 may be heated.
  • a stamp and / or block can over the
  • Connecting element 20 are moved at a speed v and a connecting element 20 with a
  • connection material with anisotropic parameters.
  • the stamp and / or block is first wetted with material, then pressed and moved horizontally.
  • Figure 5 shows a method for simultaneous or
  • connecting element 20 differs from the figure 4 in that at the same time a plurality of optoelectronic components with at least one connecting element with an unoriented
  • These optoelectronic components can be arranged, for example, on a type of conveyor belt or conveyor belt, wherein the conveyor belt or assembly line and the optoelectronic components with a speed v in horizontal
  • Optoelectronic components can spatially spaced a stamp and / or block, which a downward and
  • This punch and / or block may be mounted at a fixed position above the component, so that it can not move horizontally. Alternatively, it is possible that the
  • Stamp moves in horizontal direction.
  • the punch and / or block may move horizontally and vertically according to one embodiment.
  • Components with the respective connecting elements 20 move at a speed v in the horizontal direction, whereby the molecules of the connecting material are oriented by the downward movement of the punch and / or block.
  • the production of the connecting elements 20 thus takes place successively.
  • the punch and / or block has a variable position in the horizontal and vertical directions.
  • the movably arranged punch and / or block can thus successively orient the molecules of the bonding material by the downward movement of the stamp and / or block.
  • both punch and conveyor belt can move.
  • the direction of the relative movement between punch and conveyor belt can be in the same horizontal direction or opposite.
  • stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As a result, in a short time many stamps and / or blocks can be used. As
  • Connecting elements 20 are produced simultaneously. This saves time and costs.
  • At least one stamp in each case can be arranged above an optoelectronic component.
  • the spatial distance between at least the upper surface of the connecting member and a lower surface of the punch and / or block becomes smaller and smaller until they are in direct contact with each other.
  • a force is exerted on the connecting element 20, wherein the unoriented molecules can orient themselves.
  • the upward movement 40 of the punch and / or block takes place, wherein the punch and / or block of the connecting element
  • FIG. 7 shows a method for producing at least one optoelectronic component.
  • the connecting element 20 is formed as an adhesive film or adhesive film and has already from home a compound material with a pre ⁇ oriented molecular configuration 25. "Preoriented" means that the molecules of the connecting material are not yet in their final equilibrium
  • step D The so-called “pick and place process” is placed on the substrate with a force (step D), which allows the pre-oriented molecules to orient themselves, or alternatively, an orientation of the molecules of the
  • step E Connecting material by increasing and / or decreasing the temperature, for example by heating or cooling of the substrate, or over time done. Subsequently, the application of the layer sequence 30 can take place (step E).
  • the steps D and E can take place simultaneously, so that by applying the layer sequence 30 a
  • the adhesive film may have a thin layer thickness, preferably a layer thickness of 10 to 50 ⁇ m, for example 30 ⁇ m. Advantage of this thin
  • Adhesive films is that no "adhesive fillet" or
  • Adhesive fillets are created. This saves at least one further process step for its removal and thus costs.
  • Adhesive fillet here refers to the bonding material on the side surface of the optoelectronic component and not below the optoelectronic component.

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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement umfasst ein Substrat, ein Verbindungselement, das auf dem Substrat aufgebracht ist, eine Schichtenfolge, die elektromagnetische Strahlung emittiert, wobei die Schichtenfolge auf dem Verbindungselement aufgebracht ist, wobei das Verbindungselement zumindest ein Verbindungsmaterial aufweist, wobei das Verbindungsmaterial eine orientierte Molekülkonfiguration aufweist und wobei das Verbindungselement zumindest einen Parameter aufweist, welcher anisotrop ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements. Optoelektronische Bauelemente, wie beispielsweise
Leuchtdioden (LED) , enthalten häufig ein Verbindungselement, welches das Substrat und die Strahlungsemittierende
Schichtfolge miteinander verbindet. Dieses Verbindungselement besitzt in der Regel eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Somit entsteht häufig das Problem, dass die bei Betrieb eines optoelektronischen Bauelements entstehende Wärme
beispielsweise die entstehende Wärme in der Schichtenfolge, nicht ausreichend abgeleitet werden kann. Um die
Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, wird beispielsweise in ein herkömmliches Verbindungselement ein Füllstoff eingemischt.
Dadurch lässt sich die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit vom Füllgrad von 0,01 auf maximal 0,2 bis 0,4 W/mK erhöhen.
Nachteil dieses eingemischten Füllstoffs besteht darin, dass dieser nur in Form kleiner Partikel eingemischt werden kann, um die Transparenz des Verbindungselements zu erhalten. Daher kann eine Wärmeleitfähigkeit auf über 0,4 W/mK nicht erzeugt werden .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements anzugeben, das eine
verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst ein Substrat, ein Verbindungselement, das auf dem Substrat aufgebracht ist, eine Schichtenfolge, die elektromagnetische Strahlung
emittiert. Dabei ist die Schichtenfolge auf dem
Verbindungselement aufgebracht, wobei das Verbindungselement zumindest ein Verbindungsmaterial aufweist, wobei das
Verbindungsmaterial eine orientierte Molekülkonfiguration aufweist, und wobei das Verbindungselement zumindest einen Parameter aufweist, welcher anisotrop ist.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier unter dem Begriff "Bauelement" nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder
Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein
Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht ein Bauelement darstellen und ein Bestandteil eines
übergeordneten zweiten Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann beispielsweise ein Dünnfilmhalbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilmleuchtdiodenchip umfassen . Unter "Schichtenfolge" ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n- dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten untereinander angeordnet sind. Als Schichtenfolge kann auch ein Halbleiterchip verstanden werden.
Hier und im Folgenden wird "elektromagnetische Strahlung", insbesondere elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen aus einem ultravioletten bis infraroten Spektralbereich, auch als Licht bezeichnet. Licht kann insbesondere sichtbares Licht sein und Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aus einem sichtbaren Spektralbereich zwischen etwa 350 nm und etwa 800 nm
umfassen. Sichtbares Licht kann hier und im Folgenden
beispielsweise durch seinen Farbort mit cx- und cy- Farbortkoordinaten gemäß der einem Fachmann bekannten so genannten CIE-1931-Farborttafel beziehungsweise CIE- Normfarbtafel charakterisierbar sein.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" eine anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und/oder anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein. Insbesondere bedeutet, dass "ein Verbindungselement auf dem Substrat aufgebracht ist", das das Verbindungselement
unmittelbar oder mittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf dem Substrat angeordnet ist. Bei mittelbarem Kontakt kann beispielsweise eine
Kontaktierungsschicht zwischen Verbindungselement und
Substrat vorhanden sein. Insbesondere bedeutet, dass "eine Schichtenfolge auf dem
Verbindungselement aufgebracht ist", das die Schichtenfolge mittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf dem Verbindungselement angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente,
beispielsweise eine Lotschicht und/oder -element oder eine Saphirschicht oder -element zwischen dem Verbindungselement und der Schichtenfolge angeordnet sein.
"Verbindungselement" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass dieses ein Element und/oder Schicht, beispielsweise das Substrat, an ein anderes Element und/oder Schicht,
beispielsweise einen Halbleiterchip umfassend eine
Schichtenfolge, anbinden kann. Die Anbindung kann durch physikalische und/oder chemische Wechselwirkungen des
Verbindungselements mit dem Element und/oder Schicht und des Verbindungselements mit dem anderen Element und/oder Schicht erfolgen. Chemische Wechselwirkungen können
zwischenmolekulare Kräfte, intermolekulare Kräfte,
innermolekulare Kräfte und/oder chemische Bindungen, beispielsweise ionische Wechselwirkung, Wasserstoffbrücken, Dipolwechselwirkung, Van-der-Waals-Wechselwirkung, ionische Bindung, kovalente Bindung, koordinative Bindung und/oder metallische Bindung sein. Dadurch kann das Substrat und die Schichtenfolge besser fixiert werden.
Das Verbindungselement weist gemäß einer Ausführungsform ein Verbindungsmaterial auf, welches eine orientierte
Molekülkonfiguration aufweist. Unter "orientierte Molekülkonfiguration" ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass ein einzelnes Molekül oder einzelne Moleküle des
Verbindungsmaterials eine räumliche Orientierung in Bezug auf die Oberfläche des Substrats, welche dem Verbindungselement zugewandt ist, und/oder einzelne Moleküle des
Verbindungsmaterials eine räumliche Orientierung zueinander aufweisen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die einzelnen
Moleküle des Verbindungsmaterials untereinander vorwiegend parallel zueinander angeordnet. "Vorwiegend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Hauptteil der Moleküle parallel zueinander ausgerichtet sein kann, das heißt, dass zumindest 50 %, bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 %, beispielsweise 95 % der einzelnen Moleküle des
Verbindungsmaterials so ausgerichtet sein können. Das
Verbindungsmaterial und/oder die Moleküle des
Verbindungsmaterials können Bereiche aufweisen, die in Bezug auf eine x, y-Ebene eine unterschiedliche Ausrichtung haben, während sie in z-Richtung eine gleiche Orientierung
aufweisen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die einzelnen Moleküle des Verbindungsmaterials senkrecht und/oder parallel zur dem Verbindungselement zugewandten Oberfläche des
Substrats angeordnet sein. Insbesondere weisen die einzelnen Moleküle des Verbindungsmaterials eine vorwiegend senkrechte Orientierung zur Oberfläche des Substrats auf. Eine
vorwiegend parallel und/oder senkrecht orientierte
Molekülkonfiguration schließt nicht aus, dass eine
geringfügige Abweichung von der parallelen und/oder
senkrechten Orientierung in Bezug zur Oberfläche des
Substrats vorhanden sein kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Geometrie der Moleküle des Verbindungsmaterials beliebig wählbar. Die Moleküle sind beispielsweise formanisotrop. Formanisotrop bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Moleküle des
Verbindungsmaterials richtungsabhängig eine unterschiedliche geometrische Form aufweisen oder irregulär geformt sind. Formanisotrop bedeutet beispielsweise, dass die Höhe, Breite und Tiefe des Moleküls des Verbindungsmaterials
unterschiedlich sind. Insbesondere ist das Molekül des
Verbindungsmaterials in Form einer Röhre, eines Stäbchens oder eines Drahts, beispielsweise eines Nanodrahts
ausgestaltet. Das Verbindungsmaterial kann in Partikelform vorliegen. Die Größe der Partikel liegt z. B. im
Nanometerbereich . Die Formanisotropie kann die ansiotropen Parameter verbessern, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit des Verbindungselements in Richtung Oberfläche des Substrats erhöhen .
Die Erfinder haben herausgefunden, dass das erfindungsgemäße Verbindungselement, welches zumindest das Substrat und die Schichtenfolge miteinander verbindet, in einem
optoelektronischen Bauelement eine verbesserte
richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die höhere und/oder anisotrope Wärmeleitfähigkeit des
Verbindungselements erlaubt eine bessere Wärmeabführung aus der Schichtenfolge. Dadurch kann die Schichtenfolge höher bestromt werden. Dies resultiert in einer höheren Effizienz des optoelektronischen Bauelements. Die höhere
Wärmeleitfähigkeit des Verbindungselements bewirkt einen größeren Wärmeabfluss in der Schichtenfolge über
beispielsweise das Substrat. Dies resultiert in einer geringeren Erwärmung der Schichtenfolge und deren Umgebung. Durch das Verbindungselement, welches eine bessere Wärmeabführung aus der Schichtenfolge verursacht, kann eine geringere Verschiebung des Farborts erreicht werden und daher insgesamt die optischen Eigenschaften des optoelektronischen Bauelements verbessert werden. So kann die Lichteffizienz verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schichtenfolge eine Halbleiterschichtenfolge sein, wobei die in der
Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien nicht beschränkt sind, sofern zumindest eine
Halbleiterschicht mit einem aktiven Bereich
Elektrolumineszenz aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise eine einzelne Schicht mit Verbindungen aus Elementen umfassen, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silicium,
Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien oder InGaAlP-Verbindungshalbleitermaterialien basieren. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich
beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW- Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW- Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und
Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein
Halbleiterchip die Strahlungsemittierende bzw.
elektrolumineszierende Schichtenfolge .
Gemäß einer weiteren Ausführung kann der Halbleiterchip eine Laserdiode, Resonant-cavity light emitting diode oder organische Leuchtdiode (OLED) sein. Gemäß einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip einen
Träger mit einem Halbleitermaterial auf, welches Silicium und deren Verbindungen, Germanium und deren Verbindungen, Saphir und/oder Galliumarsenid umfasst. Bei dem Substrat kann es sich gemäß einer weiteren
Ausführungsform um ein Printed Circuit Board (PCB) , ein
Keramiksubstrat, eine Leiterplatte, eine Aluminiumplatte, eine Kupferplatte, ein Kunststoff-Spritzguss oder Stamped Circuit Board (SCB) , Glas oder eine Folie handeln. Das
Substrat kann AI2O3, A1N, SiC, S13N4 oder BeO umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verbindungselement einen Parameter auf, welcher anisotrop bezüglich einer
Raumrichtung ist. Der Parameter kann aus einer Gruppe
ausgewählt sein, welche einen thermischen
Ausdehnungskoeffizient, Elastizitätsmodul, Doppelbrechung, Elektrizitätskonstante, Permeabilität, elastische Konstanten, dielektrische Größen, elektrische Leitfähigkeit und
Wärmeleitfähigkeit umfasst.
Insbesondere weist gemäß einer weiteren Ausführungsform das Verbindungsmaterial eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit auf. "Wärmeleitfähigkeit" bezeichnet hier und im Folgenden die Fähigkeit mindestens eines Stoffes, beispielsweise des
Verbindungsmaterials, Wärme oder Energie zu transportieren. "Anisotrope Wärmeleitfähigkeit" bezeichnet hier und im
Folgenden die richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes, beispielsweise des Verbindungsmaterials.
Insbesondere bewirkt eine vorwiegend senkrechte Ausrichtung der Moleküllängsachse der Moleküle des Verbindungsmaterials eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit in senkrechter Richtung in Bezug zur Oberfläche des Substrats, die dem
Verbindungselement zugewandt ist. Dies bedeutet, dass durch die Ausrichtung der Moleküle des Verbindungsmaterials die Wärmeleitfähigkeit in Richtung der dem Verbindungselement zu- und/oder abgewandten Oberfläche des Substrats größer ist als parallel zu diesen Oberflächen des Substrats. Dadurch kann bei Betrieb eines optoelektronischen Bauelements die in der Schichtenfolge erzeugte Wärme besser über das
Verbindungselement zum Substrat transportiert werden und abgeführt werden. Die Ausrichtung der Moleküle des Verbindungsmaterials verringert den Wärmeübergangswiderstand im Vergleich zu Verbindungsmaterialien, welche eine isotrope Orientierung der Moleküle aufweisen. Dies führt zu einer geringeren Erwärmung und einer höheren Lichteffizienz des optoelektronischen Bauelements. Unter "dem Verbindungselement zugewandter Oberfläche des Substrats" ist jene Oberfläche zu verstehen, welche mit dem Verbindungselement unmittelbar oder mittelbar in direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt steht. Unter "dem Verbindungselement abgewandter Oberfläche des Substrats" ist die zu dem Verbindungselement zugewandter Oberfläche des Substrats parallele Oberfläche des Substrats zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Verbindungselement eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit auf, welche im Bereich von 1 bis 37 W/mK liegt. Eine derartig hohe Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Verbindungselements beruht auf die orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials. Durch die Ausrichtung der einzelnen Moleküle des Verbindungsmaterials untereinander, welche beispielsweise vorwiegend zueinander parallel und/oder parallel in Bezug auf die dem Verbindungselement zugewandten Oberfläche des Substrats angeordnet sein können, kann zum einen die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Verbindungselementen, welche lediglich eine geringere
Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise 0,01 bis maximal 0,4 W/mK aufweisen, erhöht werden. Dies begünstigt die
Wärmeableitung über das Verbindungselement in Richtung der dem Verbindungselement zu- und abgewandten Oberfläche des Substrats nach außen. Alternativ können die Moleküle des
Verbindungsmaterials parallel zueinander und parallel zur dem Verbindungselement zugewandten Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Letzteres kann beispielsweise eine Wärmeableitung seitlich über das Verbindungselement,
beispielweise über einen Verguss nach außen, begünstigen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verbindungselement eine elektrische Leitfähigkeit auf. Die elektrische Leitfähigkeit kann anisotrop sein. Die elektrische Leitfähigkeit ist besonders erhöht, wenn die Moleküle des Verbindungsmaterials vorwiegend eine parallele Orientierung untereinander und/oder senkrechte Ausrichtung zur Schichtenfolge oder des
Verbindungselements zugewandten Oberfläche des Substrats haben. Dadurch kann das Verbindungselement als elektrischer Anschluss zum Substrat fungieren. Ein zusätzlicher Anschluss zwischen Halbleiterchip und Substrat ist nicht zwingend notwendig, so dass Kosten und Material gespart werden können.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verbindungselement eine thermische Leitfähigkeit auf. Ein Verbindungselement, welches nur thermisch leitend ist, stellt für ein optoelektronisches Bauelement mit zwei Elektroden eine Verbesserung dar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Verbindungsmaterial transparent. Das transparente
Verbindungselement kann die von der Schichtenfolge emittierte elektromagnetische Strahlung durchlassen. Die Transparenz kann auch anisotrop sein und z.B. in Richtung senkrecht zum Substrat maximal sein. Dadurch kann die elektromagnetische Strahlung an dem Substrat reflektiert werden, wobei die
Lichtauskopplung erhöht wird. Dadurch kann der Vorteil der Reflexion des Lichts am Substrat genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Verbindungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt, die Polymere, Block-Copolymere, graft-Polymere, Dendrimere,
Graphen und Kombinationen daraus umfasst.
"Polymer" bezeichnet hier und im Folgenden eine chemische Verbindung aus Ketten oder verzweigten Molekülen, die
wiederum aus gleichen oder gleichartigen Monomereinheiten aufgebaut ist. Beispielsweise können Polymere aus einer
Gruppe ausgewählt sein, die Polyethylen und Polypropylen umfasst .
Ein "Block-Copolymer" ist ein Copolymer, das linear
verknüpfte Blöcke aufweist. Unter "Block" versteht man einen Abschnitt eines polymeren Moleküls, der mehrere identische repetierende Monomereinheiten umfasst und mindestens ein konstitutionelles oder konfiguratives Merkmal besitzt, das sich von denen der angrenzenden Blöcke unterscheidet.
Copolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr
verschiedenen Monomereinheiten zusammengesetzt sind. "Graft-Polymere" oder auch "Pfropf-Copolymere" sind
Copolymere, bei denen die Blöcke eines Monomers auf ein
Gerüst eines anderen Monomers aufgepfropft sind.
"Dendrimere" sind chemische Verbindungen, deren Struktur ausgehend von einem Verzweigungskern gleich einem Baum verästelt ist, wobei man hier von Dendrimeren spricht, wenn diese Verästelung aus repetierenden Monomereinheiten besteht. Daraus ergibt sich eine radiale Symmetrie. "Graphen" bezeichnet hier und im Folgenden eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom von drei weiteren umgeben ist, sodass sich eine flache bienenwabenförmige Struktur ausbildet. Die zweidimensionale Struktur einer ersten Schicht kann mit einer zweidimensionalen Struktur einer zweiten Schicht des Graphens gebildet werden, sodass durch Stapeln der einzelnen
einlagigen Schichten eine dreidimensionale Struktur erzeugt wird. Diese dreidimensionale Struktur wird als "Graphit" bezeichnet .
Insbesondere wird Graphen und ein anderes
Verbindungsmaterial, welches nicht Graphen ist, gemischt. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit erhöht werden. Dies resultiert aus der räumlichen Anordnung des Graphens und dessen Einbau in das Verbindungsmaterial. So können
beispielsweise pi-pi-Wechselwirkungen des Graphens mit dem Verbindungsmaterial die Wärmeleitfähigkeit erhöhen.
Die orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials, beispielsweise der Polymere, Block- Copolymere, graft-Polymere, Dendrimere, kann mittels
verschiedener Polymerisationsmethoden erzeugt werden.
Polymerisationsmethoden sind beispielsweise anionische, Copolymerisation, kationische Copolymerisation, graft- Polymerisation, ATRP (Atom transfer radical polymerization) , divergente, kationische Polymerisation, anionische
Polymerisation, radikalische Polymerisation oder konvergente Synthese von Dendrimeren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Verbindungsmaterial als Partikel ausgeformt und in einem Matrixmaterial eingebettet. Das in Form von Partikeln
ausgeformte Verbindungsmaterial weist dabei eine orientierte Molekülkonfiguration auf. Das Matrixmaterial muss keine anisotropen Eigenschaften aufweisen. Die Partikel weisen eine Größe von 1 bis 5000 nm, bevorzugt 1 bis 200 nm, besonders bevorzugt eine Größe kleiner als 100 nm, beispielsweise 80 nm auf. Die Größe der Partikel ermöglicht es, die Transparenz des Verbindungselements zu erhalten und gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Die Transparenz kann weiterhin auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Insbesondere wird die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise die von einem optoelektronischen Bauelement emittierende
elektromagnetische Strahlung von Partikeln mit einer Größe von kleiner oder gleich als 100 nm nicht gestreut und damit bleibt die Transparenz des Verbindungselements erhalten.
"Transparenz" bedeutet, dass eine Transmission von größer oder gleich 70 %, insbesondere größer oder gleich 80 %, beispielswe.LSG 85 % bei einer entsprechenden Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. Als ein in Form von Partikeln ausgeformtes Verbindungsmaterial kommen die hier in der Beschreibung beschriebenen Verbindungsmaterialien, wie beispielsweise Polymere, Block-Copolymere, graft-Polymere zur Anwendung. Insbesondere können aber auch einzelne Fragmente dieser Verbindungsmaterialien als Partikel eingesetzt werden. Fragmente sind in diesem Zusammenhang beispielsweise
Monomereinheiten, welche Bestandteil der Polymere, Block- Copolymere und/oder graft-Polymere sind.
"Matrixmaterial" bezeichnet hier und im Folgenden
Materialien, welche für herkömmliche Verbindungselemente eingesetzt werden. Matrixmaterialien können silikon-, epoxy- und/oder hybridbasierte Materialien umfassen. Das
Matrixmaterial weist im Gegensatz zum Verbindungsmaterial keine orientierten Moleküle auf. Die Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials ist isotrop. Bei dem Matrixmaterial kann es sich insbesondere um Silikon handeln, ein
methylsubstituiertes Silikon, beispielsweise
Poly (dimethylsiloxan) und/oder Polymethylphenylsiloxan, ein cyclohexyl-substituiertes Silikon, zum Beispiel
Poly (dicyclohexyl ) siloxan, oder eine Kombination davon. Das als Partikel ausgeformte Verbindungsmaterial kann in dem Matrixmaterial eingebettet sein. Die Partikel können homogen im Matrixmaterial verteilt sein. Denkbar ist auch, dass die Partikel mit einem Konzentrationsgradienten im Matrixmaterial verteilt sind. Dabei ist es möglich, mittels einer geeignet gewählten Partikelverteilung im Matrixmaterial ansiotrope Eigenschaften in der Matrix zu erzeugen. Durch Einbettung eines als Partikel ausgeformten Verbindungsmaterials mit einer orientierten Molekülkonfiguration kann eine partielle anisotrope Wärmeleitfähigkeit in dem isotropen Matrixmaterial erzeugt werden. Dies bewirkt eine richtungsabhängige
Wärmeleitfähigkeit im Bereich der Partikel im Vergleich zur richtungsunabhängigen Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials. Dadurch kann eine gezielte Abführung der entstehenden Wärme in dem Verbindungselement, beispielsweise in Richtung
Substrat und/oder Gehäuse erfolgen. Durch Erhöhung oder
Verringerung des Anteils des Verbindungsmaterials in dem Matrixmaterial kann ein gewünschter Wert für die
Wärmeleitfähigkeit eingestellt werden und/oder die
Wärmeleitfähigkeit prozesstechnisch gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Verbindungselement als Schicht und/oder Folie ausgeformt. Das als Schicht und/oder Folie ausgeformte Verbindungselement, welches das Verbindungsmaterial mit einer orientierten
Molekülkonfiguration umfasst, kann eine homogene Verteilung des Verbindungsmaterials mit einer orientierten
Molekülkonfiguration aufweisen. Dadurch kann eine
gleichmäßige anisotrope Wärmeleitfähigkeit des
Verbindungselements, beispielsweise über die gesamte
Oberfläche des Substrats oder einer gesamten dem Verbindungselement zugewandten Oberfläche der Schichtenfolge, erzeugt werden. Dies führt zu einer gleichmäßigen Entwärmung der Schichtenfolge durch das Verbindungselement. Dadurch kann die Schichtenfolge höher bestromt werden, was zu einer höheren Effizienz des optoelektronischen Bauelements führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Größe der
Partikel zumindest der Dicke der Schicht und/oder Folie des Verbindungselements entsprechen. Dadurch kann bei der
Herstellung eine Selbstorientierung der Moleküle des
Verbindungsmaterials induziert werden. "Selbstorientierung" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Moleküle des
Verbindungsmaterials sich durch Aufbringen der Schichtenfolge konfigurieren. "Konfigurieren" bezeichnet hierbei das
Erzeugen einer orientierten Molekülkonfiguration in dem
Verbindungselement .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Verbindungsmaterial kristallin und/oder amorph. "Kristallin" bedeutet hier und im Folgenden, dass das Verbindungsmaterial sowohl eine Nahordnung als auch eine Fernordnung in den
Anordnungen der Atome aufweist. "Amorph" bedeutet hier und im Folgenden, dass das Verbindungselement eine Nahordnung aufweisen kann, aber keine Fernordnung. Die Nahordnung eines amorphen Verbindungsmaterials entspricht meist dem Aufbau des entsprechenden kristallinen Verbindungsmaterials. Ein
kristallines Verbindungsmaterial kann Polyethylenglykol (PEO) und/oder auch andere Polymerblöcke, wie
Poly ( tert ) butylacrylat umfassen. Kristallines
Verbindungsmaterial kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, dass Polystyrol-b-Polyetylenglykol (PS-b-PEO) , Polystyrol-b- Polybutadien (PS-b-PBD) , Polystyrol-b-Polybutadien-b- Poly (tert) butylacrylat ( PS-b-PBD-b-PtBA) oder Polystyrol-b- Polybutadien-b-Polymethylmetacrylat ( PS-b-PBD-b-PMMA) und deren Kombinationen umfasst. In allen diesen
Ausführungsformen sind die Blöcke direkt oder durch eine konstitutionelle Einheit b miteinander verknüpft. Dendrimere und deren Kombinationen können Polyethylenglykolseitenketten oder flüssigkristalline Seitenketten in einem kristallinen Verbindungsmaterial umfassen.
"Flüssigkristallin" bezeichnet hier und im Folgenden eine Eigenschaft eines chemischen Stoffs, wobei der chemische Stoff beispielsweise Monomere, Oligomere oder Polymere umfasst oder daraus besteht. Der chemischen Stoff kann sowohl Eigenschaften eines Kristalls, beispielsweise die
Richtungsabhängigkeit physikalischer Eigenschaften
(Anisotropie) , als auch Eigenschaften einer Flüssigkeit, beispielsweise elektrische und optische Eigenschaften oder Fließverhalten, zeigen, wobei in einem bestimmten
Temperaturbereich beide Phasen (flüssig und kristallin) nebeneinander vorliegen (Mesophasen) .
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verbindungselement ein kristallines Verbindungsmaterial aufweisen, wobei das
Verbindungselement eine hohe anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche in der Größenordnung von größer oder gleich 37 W/mK liegt. Alternativ oder zusätzlich kann ein als
Schicht ausgeformtes Verbindungselement eine anisotrope
Wärmeleitfähigkeit mit größer oder gleich 37 W/mK aufweisen. Kristalline Verbindungsmaterialien weisen bereits von haus aus eine Anisotropie auf. Dies resultiert aus dem
kristallinen Aufbau des Verbindungsmaterials in Form eines Gitters und dadurch, dass bei einem Kristall die Anordnung der Kristallbausteine entlang den drei Gitterhauptachsen (x-, y- und z-Richtung) unterschiedlich ist. Dadurch kann das kristalline Verbindungsmaterial eine besonders hohe anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweisen, welche bei
Verbindungsmaterialien mit isotroper Wärmeleitfähigkeit nicht erzeugbar sind. Amorphe Verbindungsmaterialien, welche von haus aus isotrop sind, können durch äußere Einwirkung, beispielsweise durch Druck, elektrische Felder, Einwirkung von Kraft, künstlich anisotrop gemacht werden. Dadurch kann ein an sich isotropes amorphes Verbindungsmaterial mit einer anisotropen Wärmeleitfähigkeit ausgestattet werden. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements angegeben, das folgende
Verfahrensschritte umfasst:
A) Bereitstellen eines Substrats
B) Aufbringen des Verbindungselements auf das Substrat, wobei das Verbindungselement zumindest ein Verbindungsmaterial aufweist, welches eine orientierte Molekülkonfiguration aufweist, oder wobei die orientierte Molekülkonfiguration des Verbindungsmaterials in oder nach dem Verfahrensschritt B) erzeugt wird.
Dabei gelten für das Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements alle bisher in der
Beschreibung des allgemeinen Teils dargestellten
Ausführungsformen und Definition eines optoelektronischen Bauelements. Dies gilt insbesondere für die Ausführungsformen der Schichtenfolge, des Substrats oder des
Verbindungselements .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die orientierte Molekülkonfiguration des Verbindungsmaterials durch thermische Behandlung, Anlegen eines elektrischen Feldes, Behandlung mit Druck und/oder Einwirken einer Kraft erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der
Verfahrensschritt A) zusätzlich einen Verfahrensschritt A') auf :
A') Erwärmen des Substrats, sodass im Verfahrensschritt B) während des Aufbringens des Verbindungselements auf das Substrat eine orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem
Verfahrensschritt B) ein zusätzlicher Verfahrensschritt C) durchgeführt:
C) Aufbringen einer Schichtenfolge auf das Verbindungselement so, dass während des Aufbringens der Schichtenfolge
gleichzeitig eine orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials im Verbindungselement erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Halbleiterchip in Form eines nackten also ungehäusten Halbleiterchips, welcher auch als LED oder als „Die" bezeichnet wird, vorliegen. Der zumindest eine ungehäuste Halbleiterchip kann auf das
Verbindungselement und Substrat, beispielsweise einer
Leiterplatte aufgesetzt und die elektrischen Kontakte des ungehäuste Halbleiterchips mittels Draht-Bonden (Wire- Bonding) mit Gold-Drähten im Mikrometerbereich mit den
Anschlussflächen (Pads) der Leiterplatte verbunden werden (sogenanntes Die-Bonding) . Dadurch kann eine nahezu
grenzenlose Gestaltungsfreiheit des Substrats, beispielsweise der Leiterplatten, gewährleistet werden und somit individuelle optoelektronische Bauelemente hergestellt werden .
Im Folgenden werden weitere Vorteile sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstands anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 schematisch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
Figur 2 schematisch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 3 schematisch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
Figur 4 ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbindungselements gemäß einer Ausführungsform,
Figur 5 ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
Figur 6 ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
Figur 7 ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements. Das optoelektronische
Bauelement weist ein Substrat 10, ein Verbindungselement 20, welches über dem Substrat 10 angeordnet ist, und eine
Schichtenfolge 30 auf. Das Verbindungselement 20 ist somit zwischen dem Substrat 10 und der Schichtenfolge 30
angeordnet. Das Verbindungselement 20 weist ein
Verbindungsmaterial mit einer orientierten
Molekülkonfiguration 21 auf. Das Verbindungselement 20 kann transparent sein. Beispielsweise können die Moleküle des Verbindungsmaterials vorwiegend parallel zueinander und/oder senkrecht zur dem Verbindungselement zu- und/oder abgewandten Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Eine Abweichung von dieser Molekülorientierung ist ebenfalls möglich.
Das Verbindungselement 20 kann als Schicht und/oder Folie ausgeformt sein. Die Moleküle des Verbindungsmaterials im Verbindungselement können von haus aus orientiert oder vor- orientiert sein. "Von haus aus orientiert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Verbindungselement 20 orientierte Moleküle ohne zusätzliche Behandlung beispielsweise durch Einwirken einer Kraft, Druck, Temperatur etc. aufweist. Durch die Orientierung der Moleküle des Verbindungsmaterials 21 wird eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit in dem
Verbindungselement erzeugt. Dies führt zu einer besseren Ableitung von entstehender Wärme, beispielsweise in der
Schichtenfolge. Ein Überhitzen der Schichtenfolge kann vermieden werden, wobei eine höhere Bestromung des optoelektronischen Bauelements möglich ist. Dies kann zu einer höheren Lichteffizienz des optoelektronischen
Bauelements führen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Rauhigkeit der
Oberfläche des Verbindungselements, beispielsweise von kleiner als 1 ym, dünne Schichten, beispielsweise mit einer Schichtdicke von kleiner 1 ym, erzeugt werden. Unter
"Rauhigkeit" wird in diesem Zusammenhang die Unebenheit der Oberflächenhöhe des Verbindungselements bezeichnet. Dies führt zu einer Verringerung des thermischen Widerstands des Verbindungselements und damit zu einer besseren Ableitung von entstehender Wärme.
Alternativ ist es möglich, dass das Verbindungselement 20 das Substrat 10 und die Schichtenfolge 30 punktuell verbindet (hier nicht gezeigt) . "Punktuell" bedeutet hier und im
Folgenden, dass das Verbindungselement 20 keine homogene Schicht ausbildet. Das Verbindungselement 20 kann aus
mehreren einzelnen Bereichen bestehen, welche nicht
miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Bereiche das Substrat 10 an der Schichtenfolge 30 oder umgekehrt fixiert. Dadurch können Verbindungsmaterial und Kosten eingespart werden. Gleichzeitig wird eine ausreichende Fixierung des Substrats 10 an der Schichtenfolge 30 oder umgekehrt
gewährleistet, wobei eine ausreichende Wärmeableitung über das Verbindungselement 20 möglich ist. Der aktive Bereich ist zur Emission elektromagnetischer
Strahlung in eine Abstrahlrichtung geeignet. Die
Schichtenfolge 30 mit einem aktiven Bereich kann
beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. Nitridverbindungshalbleitermaterial emittiert insbesondere elektromagnetische Primärstrahlung im blauen und/oder ultravioletten Bereich. Figur 2 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements. Dabei ist in Figur 2 der Aufbau des optoelektronischen Bauelements analog zur Figur 1, wobei sich die Verbindungselemente 20 der Figuren 1 und 2 unterscheiden. Das in Figur 2 gezeigte Verbindungselement 20 kann transparent sein. Das Verbindungselement 20 der Figur 2 weist ein Verbindungsmaterial, welches in einem
Matrixmaterial 22 eingebettet ist, auf. Das Matrixmaterial 22 weist isotrope Eigenschaften oder Parameter auf. Das
Matrixmaterial 22 kann ein herkömmliches Matrixmaterial sein, beispielsweise ein silikon-, epoxy- oder hybridbasiertes
Material. Das Verbindungsmaterial 23, welches als Partikel ausgestaltet sein kann, weist anisotrope Eigenschaften oder Parameter auf. Durch Einbettung der Partikel des
Verbindungsmaterials 23 in ein herkömmliches Matrixmaterial 22 kann ein partieller anisotroper Parameter, beispielsweise eine partielle anisotrope Wärmeleitfähigkeit erzeugt werden. Das Verbindungselement 20 kann eine teilweise orientierte Schicht sein. Dadurch kann eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit des Verbindungselements 20 in Richtung des Substrats 10 erzeugt werden im Vergleich zu einem Verbindungselement, das lediglich ein isotropes Matrixmaterial aufweist. Die
Orientierung der Moleküle des Verbindungsmaterials kann analog zu der in Figur 1 beschriebenen Orientierung sein. Die Orientierung der Moleküle des Verbindungsmaterials ist beispielsweise durch das Herstellungsverfahren erzeugbar. Sind die Partikel des Verbindungsmaterials 23 in ihrem
Durchmesser größer als die Schicht- und/oder Foliendicke, dann können sich die Moleküle des Verbindungsmaterials selbst ausrichten. Die Moleküle können dann eine Zwischenposition zwischen der parallelen und senkrechten Orientierung in Bezug zur dem Verbindungselement zugewandten Oberfläche des
Substrats einnehmen. Sind die Partikel des
Verbindungsmaterials in ihrem Durchmesser gleich der Schicht- und/oder Foliendicke, dann können sich die Moleküle des
Verbindungsmaterials selbst ausrichten, wobei eine vorwiegend senkrechte Orientierung der Moleküle zur Oberfläche des
Substrats möglich ist.
Durch Variation des Füllgrads des Verbindungsmaterials in dem Matrixmaterial 22 kann die Wärmeleitfähigkeit des
Verbindungsmaterials eingestellt und gesteuert werden. Die Transparenz des Verbindungselements 20 kann trotz eines hohen Füllgrad des Verbindungsmaterials im Matrixmaterial 22 erhalten bleiben.
Figur 3 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements. Das optoelektronische
Bauelement weist ein Verbindungselement 20 zwischen
Schichtenfolge 30 mit einem aktiven Bereich (nicht explizit gezeigt) und Substrat 10, einen ersten elektrischen Anschluss 2, einen zweiten elektrischen Anschluss 3, einen Bonddraht 14, einen Verguss 5, eine Gehäusewand 7, ein Gehäuse 8 und eine Ausnehmung 9 auf. Das Verbindungselement kann wie in Figur 1 oder 2 beschrieben, ausgeformt sein.
In dem Verguss 5 können beispielsweise Konvertermaterialien in einem Material eingebettet sein. Alternativ ist es
möglich, dass Konvertermaterial mittelbar oder unmittelbar an der Gehäusewand 7 eines Gehäuses eines optoelektronischen Bauelements angeordnet ist (hier nicht gezeigt) .
Konvertermaterial kann die von der Schichtenfolge emittierte elektromagnetische Strahlung in eine elektromagnetische
Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder eines anderen Wellenlängenbereiches, meist mit größerer Wellenlänge, umwandeln .
Figur 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements. Ein Substrat kann bereitgestellt werden, auf das ein Verbindungselement 20 aufgebracht wird. Das Verbindungselement 20 kann ein anfängliches Verbindungs- material mit isotropen Eigenschaften oder Parameter 24 aufweisen. Durch Ausübung einer Kraft F, beispielsweise mittels eines Stempels und/oder eines Blocks, auf die dem Stempel zugewandte Oberfläche des Verbindungselements können die Moleküle des Verbindungsmaterials orientiert 21 werden, wobei anisotrope Eigenschaften oder Parameter erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Substrat 10 beheizt werden. Ein Stempel und/oder Block kann über das
Verbindungselement 20 mit einer Geschwindigkeit v bewegt werden und ein Verbindungselement 20 mit einem
Verbindungsmaterial mit anisotropen Parametern erzeugen. Der Stempel und/oder Block wird zunächst mit Material benetzt, dann aufgedrückt und horizontal bewegt.
Figur 5 zeigt ein Verfahren zur gleichzeitigen oder
nacheinander ablaufenden Herstellung von zumindest zwei optoelektronischen Bauelementen, welche das
Verbindungselement 20 umfassen. Dabei unterscheidet sich dieses von der Figur 4 dadurch, dass gleichzeitig mehrere optoelektronischen Bauelemente mit zumindest jeweils einem Verbindungselement mit einer unorientierten
Molekülkonfiguration auf dem Substrat 10 angeordnet sind. Diese optoelektronischen Bauelemente können beispielsweise auf eine Art Förderband oder Fließband angeordnet sein, wobei sich das Förderband oder Fließband und die optoelektronischen Bauelemente mit einer Geschwindigkeit v in horizontaler
Richtung bewegen können. Alternativ ist es möglich, dass kein Fließband oder Förderband vorhanden sein kann oder das dieses sich nicht bewegt und v=0 m/s aufweist. Oberhalb der
optoelektronischen Bauelemente kann räumlich beabstandet ein Stempel und/oder Block, welcher eine Abwärts- und
Aufwärtsbewegung durchführt, angeordnet sein. Dieser Stempel und/oder Block kann an einer festen Position oberhalb des Bauelements montiert sein, so dass er sich nicht horizontal bewegen kann. Alternativ ist es möglich, dass sich der
Stempel in horizontaler Richtung bewegt. Der Stempel und/oder Block kann sich gemäß einer Ausführungsform horizontal und vertikal bewegen.
Bei einer ersten Möglichkeit der Herstellung hat der Stempel und/oder Block eine feste Position über den
optoelektronischen Bauelementen und kann sich nur in
vertikaler Richtung bewegen. Die optoelektronischen
Bauelemente mit den jeweiligen Verbindungselementen 20 bewegen sich mit einer Geschwindigkeit v in horizontaler Richtung, wobei die Moleküle des Verbindungsmaterials durch die Abwärtsbewegung des Stempels und/oder Blocks orientiert werden. Die Herstellung der Verbindungselemente 20 erfolgt somit nacheinander.
Bei einer zweiten Möglichkeit der Herstellung hat der Stempel und/oder Block eine variable Position in horizontaler und vertikaler Richtung. Die optoelektronischen Bauelemente mit den jeweiligen Verbindungselementen 20 können während der Bewegung des Stempels eine Geschwindigkeit v=0 m/s aufweisen und bewegen sich somit bei diesem Herstellungsschritt nicht. Der beweglich angeordnete Stempel und/oder Block kann somit nacheinander die Moleküle des Verbindungsmaterials durch die Abwärtsbewegung des Stempels und/oder Blocks orientieren.
Alternativ können sich sowohl Stempel als auch Förderband bewegen. Die Richtung der Relativbewegung zwischen Stempel und Förderband kann in gleicher horizontaler Richtung oder entgegengesetzt erfolgen.
Alternativ können auch mehrere Stempel und/oder Blöcke verwendet werden. Dadurch können in kurzer Zeit viele
Verbindungselemente 20 gleichzeitig hergestellt werden. Dies spart Zeit und Kosten.
Beispielsweise kann zumindest jeweils ein Stempel über einem optoelektronisches Bauelement angeordnet sein.
Bei der Abwärtsbewegung des Stempels und/oder Blocks wird der räumliche Abstand zwischen zumindest der oberen Oberfläche des Verbindungselements und einer unteren Oberfläche des Stempels und/oder Blocks immer kleiner, bis diese im direkten Kontakt miteinander stehen. Dadurch wird eine Kraft auf das Verbindungselement 20 ausgeübt, wobei die unorientierten Moleküle sich orientieren können. Anschließend erfolgt die Aufwärtsbewegung 40 des Stempels und/oder Blocks, wobei sich der Stempel und/oder Block von dem Verbindungselement
wegbewegt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt kann die
Schichtenfolge 30 aufgebracht werden (Figur 6).
Figur 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Bauelements. Das Verbindungselement 20 ist dabei als Adhäsivfolie oder Klebefolie ausgeformt und weist bereits von haus aus ein Verbindungsmaterial mit einer vor¬ orientierten Molekülkonfiguration 25 auf. "Vor-orientiert " bedeutet, dass die Moleküle des Verbindungsmaterials noch nicht ihre endgültige im Gleichgewicht befindliche
Orientierung aufweisen. Es wird ein Substrat 10
bereitgestellt, welches beheizt oder unbeheizt sein kann. Auf dieses Substrat 10 wird ein Verbindungselement 20 im
sogenannten „Pick and Place Process" auf das Substrat mit einer Kraft platziert (Schritt D) . Dadurch können sich die vor-orientierten Moleküle orientieren. Alternativ oder zusätzlich kann eine Orientierung der Moleküle des
Verbindungsmaterials durch Erhöhung und/oder Erniedrigung der Temperatur, beispielsweise durch Beheizen oder Abkühlen des Substrats, oder über die Zeit erfolgen. Anschließend kann das Aufbringen der Schichtenfolge 30 erfolgen (Schritt E) .
Alternativ können die Schritte D und E gleichzeitig erfolgen, so dass durch Aufbringen der Schichtenfolge 30 eine
Orientierung in dem Verbindungselement 20 erzeugt werden kann (Schritt G) . Insbesondere kann die Klebefolie eine dünne Schichtdicke, bevorzugt eine Schichtdicke von 10 bis 50 ym, beispielsweise 30 ym aufweisen. Vorteil dieser dünnen
Klebefolien ist, dass kein „adhesive fillet" oder
Kleberfillets entsteht. Dies spart zumindest einen weiteren Prozessschritt zu dessen Entfernung und damit Kosten.
„Adhesive fillet" bezeichnet hier das Verbindungsmaterial an der Seitenfläche des optoelektronischen Bauelements und nicht unterhalb des optoelektronischen Bauelements.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 102012108995.7 und
102013101529.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement umfassend
- ein Substrat (10),
- ein Verbindungselement (20), das auf dem Substrat (10) aufgebracht ist,
- eine Schichtenfolge (30), die elektromagnetische Strahlung emittiert,
- wobei die Schichtenfolge (30) auf dem Verbindungselement (20) aufgebracht ist,
- wobei das Verbindungselement (20) zumindest ein
Verbindungsmaterial aufweist,
- wobei das Verbindungsmaterial eine orientierte
Molekülkonfiguration (21) aufweist, und
- wobei das Verbindungselement (20) zumindest einen Parameter aufweist, welcher anisotrop ist.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1,
- wobei das Verbindungselement (20) zur Anbindung des
Substrats (10) an die Schichtenfolge (30) eingerichtet ist,
- wobei das Verbindungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polymere, Block-Copolymere, graft-Polymere,
Dendrimere und Kombinationen daraus umfasst,
- wobei mehr als 80 % der Moleküllängsachsen der einzelnen Moleküle des Verbindungsmaterials eine vorwiegend senkrechte
Orientierung zur Oberfläche des Substrats aufweisen,
- wobei das Verbindungselement (20) eine anisotrope
Wärmeleitfähigkeit in senkrechter Richtung in Bezug zur
Oberfläche des Substrats aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (20) transparent ist.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polymere, Block-Copolymere, graft-Polymere, Dendrimere, Graphen und Kombinationen daraus umfasst.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial als Partikel ausgeformt (23) und in einem Matrixmaterial
eingebettet ist.
7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (20) als Schicht ausgeformt ist.
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei einzelne Moleküle des
Verbindungsmaterials untereinander vorwiegend parallel zueinander angeordnet sind.
9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei einzelne Moleküle des
Verbindungsmaterials vorwiegend parallel und/oder senkrecht zur Oberfläche des Substrats, welche dem Verbindungselement zugewandt ist, angeordnet sind.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (20) als Folie ausgeformt ist.
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial kristallin und/oder amorph ist.
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (20) ein kristallines Verbindungsmaterial aufweist, und wobei das Verbindungselement eine Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 37 W/mK aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach den Ansprüchen 1 bis 12 umfassend folgende Verfahrensschritte :
A) Bereitstellen eines Substrats (10)
B) Aufbringen des Verbindungselements (20) auf das Substrat (10)
-wobei das Verbindungselement (20) zumindest ein
Verbindungsmaterial aufweist, welches eine orientierte
Molekülkonfiguration (21) aufweist, oder
- wobei die orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials in oder nach dem Verfahrensschritt B erzeugt wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach Anspruch 13, wobei die orientierte
Molekülkonfiguration des Verbindungsmaterials (21) durch thermische Behandlung, Anlegen eines elektrischen Feldes, Behandlung mit Druck und/oder Einwirken einer Kraft erzeugt wird .
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach Anspruch 13, wobei der Verfahrensschritt A zusätzlich noch einen Verfahrensschritt A' umfasst:
A' ) Erwärmen des Substrats (10), so dass im Verfahrensschritt B während des Aufbringen des Verbindungselements (20) auf das Substrat (10) eine orientierte Molekülkonfiguration des
Verbindungsmaterials (21) erzeugt wird.
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach Anspruch 13 umfassend nach dem
Verfahrensschritt B einen zusätzlichen Verfahrensschritt C: C) Aufbringen einer Schichtenfolge (30) auf das
Verbindungselement (20) so, dass während des Aufbringens der Schichtenfolge (30) gleichzeitig eine orientierte
Molekülkonfiguration des Verbindungsmaterials (21) im
Verbindungselement (20) erzeugt wird.
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