WO2014122061A1 - Optoelektronisches leuchtmodul, optoelektronische leuchtvorrichtung und kfz-scheinwerfer - Google Patents

Optoelektronisches leuchtmodul, optoelektronische leuchtvorrichtung und kfz-scheinwerfer Download PDF

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WO2014122061A1
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WO
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contact
heat sink
optoelectronic
semiconductor chips
light module
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PCT/EP2014/051788
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Frank Singer
Thomas Schwarz
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/642—Heat extraction or cooling elements characterized by the shape

Definitions

  • Optoelectronic light module optoelectronic light module
  • An optoelectronic light-emitting module is specified. Furthermore, an optoelectronic lighting device is specified with such an optoelectronic light-emitting module. Finally, a car headlight with such a
  • Optoelectronic light module specified.
  • An object to be solved is to specify an optoelectronic light-emitting module which can dissipate heat in an efficient manner.
  • the optoelectronic lighting module comprises at least two optoelectronic semiconductor chips with a radiation exit surface and one of the radiation exit surface facing away electrically
  • Radiation exit surface occurs in operation electromagnetic radiation, in particular light.
  • the optoelectronic semiconductor chip is, for example, a
  • the light-emitting diode may be suitable in particular for generating blue light, white light or infrared radiation.
  • III-V compound semiconductor materials may be based on a III-V compound semiconductor material.
  • Compound semiconductor material may include, for example, GaN, InGaN, AlGaN or InAlGaN.
  • the radiation exit surface of the optoelectronic device may include, for example, GaN, InGaN, AlGaN or InAlGaN.
  • Semiconductor chips runs perpendicular and / or transversely to a growth direction of the semiconductor layer sequence of
  • a lateral direction runs, for example, parallel to the
  • the rear side facing away from the radiation exit surface is not electrically conductive and can run parallel to the radiation exit surface.
  • the at least two optoelectronic semiconductor chips can not be electrically contacted via the respective rear side. That is, the back side of each semiconductor chip is floating.
  • this includes a heat sink with a
  • the heat sink is used in particular, the in operation by the
  • the heat sink is based on a good heat-conducting metal, such as copper or aluminum, or a metal alloy.
  • the heat sink is a heat sink that is an integral part of the optoelectronic light module.
  • the upper side of the heat sink faces the at least two optoelectronic semiconductor chips and the lower side of the heat sink faces away from the optoelectronic semiconductor chips.
  • the heat sink top side of the heat sink for the arrangement of at least two optoelectronic Semiconductor chips provided on the heat sink top of the heat sink.
  • the latter comprises two contact strips having a contact top side and a contact bottom side facing away from the top side of the contact.
  • the contact strips include a
  • the electrically conductive material is electrically conductive material.
  • Material may be, for example, copper or include.
  • the contact upper side of the two contact strips points in the direction of the radiation exit surface of the at least two
  • the two contact strips are integral components of the optoelectronic light-emitting module.
  • the two contact strips may comprise solderable layers of, for example, NiAu or NiPdAu.
  • the optoelectronic semiconductor chips with the electrically non-conducting rear side are located on the
  • Heatsink top are in direct contact.
  • the optoelectronic semiconductor chips are permanently and not reversibly releasably attached to the back of the heat sink top. In other words, the optoelectronic semiconductor chips are over the
  • each optoelectronic semiconductor chip has two electrical contact points formed in the direction of the radiation exit surface. The two electric ones
  • each optoelectronic semiconductor chip in particular have different polarities.
  • each optoelectronic semiconductor chip is electrically contacted via a surface contact.
  • surface contact is meant in the present context, an electrical contact at the
  • the optoelectronic semiconductor chips are connected in series via the electrical contact points.
  • the individual driving is the
  • the optoelectronic semiconductor chips generate all simultaneously electromagnetic radiation during operation.
  • the optoelectronic semiconductor chips may have a
  • Radiation exit surface of, for example, 0.25 mm ⁇ or 1 mrn ⁇ or more, wherein a distance between the at least two semiconductor chips greater than 20 ⁇ , for example, 100 ⁇ , is.
  • the distance between the at least two semiconductor chips depends on the desired, required and / or predetermined homogeneous luminance which the optoelectronic luminous module is to have.
  • the two contact strips are lateral Direction spaced from the heat sink. In other words, the two contact strips are laterally of the
  • the contact tops and the contact bottoms of the two contact strips have areas that can be contacted from the outside.
  • the contact top at least one of the contact top
  • the heat sink underside forms with the
  • Heatsink underside with the contact bottoms of the two contact strips form no height difference to each other.
  • the heat sink underside forms with the contact bottoms of the two contact strips through the
  • the heat sink underside is free
  • the optoelectronic lighting module comprises at least two optoelectronic semiconductor chips with a radiation exit surface and one of the radiation exit surface facing away electrically
  • non-conductive trained rear side a heat sink with a heat sink top side and a side facing away from the heat sink upper side heat sink bottom and two contact strips with a contact top and one of the contact top
  • each optoelectronic semiconductor chip has two formed in the direction of the radiation exit surface electrical contact points and the optoelectronic semiconductor chips are connected in series via the electrical contact points.
  • the two contact strips are spaced apart in a lateral direction to the heat sink, wherein the contact surfaces and the
  • the lower side of the heat sink forms a common flat surface with the contact bottoms of the two contact strips, with the heat sink underside free at least in places
  • the idea is pursued of arranging a plurality of optoelectronic semiconductor chips on a heat sink in such a way that the opto-electronic
  • the optoelectronic semiconductor chips therefore each have at their radiation exit surface two electrical contact points formed in the direction of the radiation exit surface and are at the
  • metallic solders or, for example, with conductive materials, in particular silver, offset epoxides used as a bonding agent.
  • conductive materials in particular silver, offset epoxides used as a bonding agent.
  • rigid metallic solders or silver-added epoxies are unable to withstand the stresses
  • thermal and electrical contacting can be used, which are filled, for example with barium nitride and / or boron nitride. Furthermore, the thermal conductivity of the adhesive can be increased by aluminum filler particles. However, such adhesives have only a comparatively small amount
  • thermal conductivity in the order of 2 W / (mK) and are also to be applied in comparatively large layer thicknesses between 20 and 70 ym.
  • Connecting agent layer is the heating of the optoelectronic light module thus significantly reduced. Furthermore, a build-up process with respect to an electrically and thermally conductive carrier on which the optoelectronic semiconductor chips are arranged is very complex and does not take place as in a premold package in an inline manufacturing concept.
  • Heating up the lighting module less and the resulting heat can be dissipated via the heat sink.
  • the heat sink and the two contact strips are embedded in a housing body made of an electrically insulating material.
  • the housing body made of an electrically insulating material.
  • Housing body an electrically insulating material which comprises a ceramic, for example, aluminum nitride (A1N) or silicon nitride (SiN), or consists of one of these materials.
  • the electrically insulating material may further comprise thermosets such as silicones and epoxies.
  • thermoplastics for example PPA, PET, PBT, PCT, conceivable.
  • the heat sink and the two contact strips are mutually connected by the electrically insulating material
  • the housing body includes openings and / or indentations that allow the heat sink top and the
  • the housing body may comprise further recesses.
  • Arranging the optoelectronic semiconductor chips may be provided on the upper side of the heat sink, wherein the electrical contact via the contact top of the two
  • a second recess can be made.
  • ESD diode wherein the ESD diode, the two contact strips
  • a third and fourth recess may be formed such that corner regions of the housing body are exposed such that on the contact upper sides of the two contact strips an electrical connection to a Printed circuit board, in particular a metal core board,
  • At least one side wall delimits the
  • Radiation absorbing filler comprises. This means that the housing body described here can have radiation-reflecting properties and radiation-absorbing properties.
  • the recess may, for example, by two or four
  • the recess may be formed trough-shaped. That is, the recess is bounded laterally by the side wall. Does the recess have two?
  • the recess may be located in the corners of the housing body.
  • the side walls are formed from the electrically insulating material, which may include the radiation-reflecting filler.
  • the electrically insulating material of the housing body may be a silicone and the
  • Radiation-reflecting filler dielectric particles such as TiO include.
  • the electrically insulating material enclosing the heat sink and the two contact strips in the lateral direction may in turn comprise the silicone, wherein the radiation-absorbing filler
  • Soot particles may include.
  • a degree of filling with respect to the radiation-reflecting and / or radiation-absorbing fillers can be
  • the heat sink forms an exposed side surface with the housing body, wherein the exposed one
  • exposed side surface can be optically controlled from the outside.
  • the heat sink faces the exposed one
  • first region is formed as a recess in the heat sink
  • second region is formed within the first region and with a Terminal material is coated and the connection material of the second region is more wettable with a bonding material than the first region.
  • first region may be exposed by a chemical process, such as etching
  • the first area extends at least in places from the
  • the second region is formed within the first region and adjoins, at least in places, the common planar surface of the lighting module.
  • Terminal material may for example comprise or consist of a NiPdAu alloy.
  • the connecting material of the second region is thus more wettable for the connecting material than the first region of the cooling body, which is not connected to the connecting material
  • the connecting material may in particular comprise a solder material.
  • Side surface trained first and second areas is in particular an optical control with respect to a thermal contacting by means of a solder material possible, since in particular the solder material optically on the more wettable second area to see or
  • Luminous module at an upper edge of the side wall, which is spaced parallel to the radiation exit surface of the
  • Optoelectronic semiconductor chip with a distance of at least 20 ym, by a device Optoelectronic semiconductor chip with a distance of at least 20 ym, by a device
  • Radiation exit surface in contact and thus possibly damage the radiation exit surface.
  • the optoelectronic semiconductor chips which are located within the recess are additionally encapsulated by a transparent, translucent and / or transparent material due to the structure described here and the radiation-transmissive material is flush with the upper edge of the side wall.
  • the optoelectronic semiconductor chips can be protected against external influences.
  • Radiation reflecting fillers such as a titanium oxide, may include.
  • At least one of the contact strips surrounds the heat sink in the lateral direction at least in places and has a distance of at least 100 ⁇ m from the second contact strip.
  • the optoelectronic semiconductor chips each comprise a substrate and a semiconductor layer sequence, wherein the substrate may comprise or consist of a substrate material of AlN, SiN, Al 2 O 3 ceramic, Ge, undoped Si and / or sapphire and the substrate at least in places forms the electrically non-conductive back.
  • the substrate may be, for example, electrically
  • the substrate can in particular
  • the substrate may be a growth substrate or a substrate different from the growth substrate.
  • the reflective layer may comprise a metal layer, for example a silver layer.
  • the reflective layer may have the same lateral extent as the substrate or the
  • the entire surface of the layer can be between the substrate and the semiconductor layer sequence of each
  • the optoelectronic light-emitting device comprises an optoelectronic light-emitting module described here, as in FIG.
  • the optoelectronic lighting module is arranged on a printed circuit board.
  • the printed circuit board is, for example, a metal core board or a printed circuit board.
  • the circuit board may be formed as FR4 circuit board.
  • the printed circuit board has a thermal contact region for a thermal contacting of the
  • Heatsink underside of the optoelectronic light module and the thermal contact area is in the lateral
  • the solder stop layer adjoins, for example, directly to the thermal contact area.
  • the solder stop layer may consist of at least one of the following materials or at least one of the following
  • Materials include: chromium, aluminum, silica, alumina, platinum, nichrome or lacquer.
  • Metallization be applied to the circuit board.
  • Contacting of the heat sink base of the optoelectronic Light module may include a material that is equal to the material of the heat sink.
  • the material of the heat sink may include a material that is equal to the material of the heat sink.
  • thermal contact area comprise an aluminum or a copper or consist of an alloy thereof.
  • solder stop layer is free of the solder material. Due to the complete border of the solder stop layer at all
  • Heat sink bottom and the thermal contact area of the circuit board can form. Furthermore, due to the first and second regions of the exposed side surface of the housing body described here, sufficient wetting with the solder material, in particular in the second region, can be optically controlled. For example, this includes
  • Terminal material of the second area a same material as the solder material.
  • the heat sink underside is connected to the thermal contact region by means of a solder connection.
  • the contact bottoms of the two contact strips adjoin the solder stop layer at least in places, and the contact tops of the two contact strips are electrically connected to the printed circuit board via two electrical bridges.
  • the contact bottoms of the two contact strips are in contact with the thermal contact region not in direct contact and adjacent to the Lotstopp harsh, which is not formed in particular electrically conductive.
  • electrical bridges for example in the form of bonding wire contacts, are provided. The energization then takes place first on the circuit board, the
  • Luminous module conducts, so that the optoelectronic
  • the at least one electrical bridge is formed from at least two, in particular exactly two, bonding wires.
  • Optoelectronic light module to ensure through the circuit board, in particular a plurality of bonding wires for connecting or bridging the current between the circuit board and the optoelectronic light emitting module are formed. This prevents that from happening in one
  • the electrical bridge may comprise three bonding wires.
  • the electrical bridge may further include wires and
  • the automotive headlamp includes an optoelectronic light module, as in connection with one or more of these
  • the optoelectronic luminous module is equipped with
  • Heat sink bottom thermally connected to a survey of a heat sink, wherein areas of the heat sink, the survey form fit in the lateral direction
  • the heat sink has a cavity, wherein within the cavity
  • the contact underside of the two contact strips are not in direct contact with the elevation described herein and may be spaced from a bottom surface of the enclosing area. That is, the contact bottom is not in contact with the heat sink described herein and the single contact may be formed between the boss and the heat sink base.
  • the areas which enclose the elevation in a form-fitting manner in the lateral direction may have a material for increasing the dielectric strength.
  • the areas are filled by an epoxy and / or polyester and finish flush with an upper edge of the survey.
  • the dielectric strength can be increased or a height of the survey can be reduced. If one refrains from the filling, a dielectric strength of 3 kV results if the elevation has a height of 1 mm. That is, between the
  • the dielectric strength is about 3 kV / mm.
  • the height may be reduced to 75 ⁇ m when epoxy having a dielectric strength of about 40 kV / mm is formed in the region.
  • Polyester with a dielectric strength of about 100 kV / mm the height of the survey can be reduced in particular to 30 ⁇ , with a dielectric strength of about 3 kV / mm can be achieved.
  • Figures 1A, 1B and IC are schematic representations of
  • Figure 2A shows a schematic representation of a
  • Figure 2B shows a schematic representation of a
  • Figures 3A, 3B, 4A and 4B show schematic representations of different embodiments with reference to a
  • FIGS. 5A, 5B and 5C show schematic representations of an optoelectronic device described here
  • Figures 6A and 6B respectively show photographic images
  • Figures 7A and 7B show schematic representations of a motor vehicle headlamp described here and
  • FIGS. 8A and 8B show schematic representations of a motor vehicle headlamp described here from different perspectives.
  • Optoelectronic light module in a schematic
  • FIG. 1B shows a schematic Side view of the optoelectronic light-emitting module along a section line A shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1C shows a lower side of the optoelectronic light-emitting module.
  • the schematic representation of Figure 1A shows that
  • Optoelectronic light module 100 which has a heat sink 20, two contact strips 30 and five optoelectronic
  • Semiconductor chips 10 comprises. The five optoelectronic
  • Semiconductor chips 10 are on a heat sink top 21 of the heat sink 20 via the contact top 31 of
  • Optoelectronic semiconductor chip 10 has a
  • the optoelectronic semiconductor chips 10 have an electrically non-conductive rear side 12 facing away from the radiation exit surface (not shown here).
  • the two contact strips 30 are in a lateral direction L to the heat sink 20, as shown in FIG. 1A
  • lateral is meant in the present context, a position and / or direction designation to describe a position of the described here
  • the heat sink 20 and the two contact strips 30 are embedded in a housing body 40.
  • the housing body 40 comprises an electrically insulating material.
  • the housing body 40 comprises and / or consists of
  • FIG. 1A shows recesses 41 which are in the
  • Housing body 40 are formed, wherein side walls 42 in the lateral direction L, the recesses 41 laterally
  • Optoelectronic light emitting module 100 two recesses 41 are formed, which are each bounded by two side walls in the lateral direction L. Furthermore, in FIG. 1A, an ESD diode 61 is shown, which contains the two
  • Contact strip 30 connects.
  • the contact strips are spaced in the lateral direction L to the heat sink 20.
  • the optoelectronic light-emitting module 100 of FIG. 1A forms a common flat surface 14 with the heat sink lower side 22 and the contact underside 32 of the two contact strips 30.
  • the heat sink base 22 and the contact bottom 32 are of the radiation exit surface 11 of
  • the side wall 42 may, for example, a radiation-reflecting
  • Radiation-reflecting filler 43 is a TiO. That the
  • Lateral enclosing L enclosing electrically insulating material of the housing body 40 may include, for example, a radiation-absorbing filler 44.
  • the radiation-absorbing filler 44 comprises soot particles.
  • the optoelectronic lighting module 100 of FIG. 1A has an adjustment mark 8.
  • the Justagemark ist 8 is used in particular for orientation in an arrangement on, for example, a printed circuit board 1 in order to ensure a correct adjustment.
  • FIG. 1B shows the five optoelectronic devices described in FIG. 1A
  • non-conductive trained back 12 have. In the direction of the radiation exit surface 11, the
  • Optoelectronic semiconductor chips 10 as shown in Figure 1B, with each of the electrically non-conductive back side 12 formed on the heat sink top 21 at. That is, by the direct contact of the back side 12 of each optoelectronic semiconductor chip 10, the heat generated by the semiconductor chips is dissipated via the heat sink 20 during operation.
  • the contact strips 30 are doing with the contact top 31 via bonding wires 7 with the
  • the optoelectronic semiconductor chip 10 in electrical contact.
  • the optoelectronic semiconductor chips 10 of FIG. 1B each have a radiation exit surface 11
  • Contact strips 30 of FIG. 1B are embedded in a housing body 40, wherein the housing body 40 has a recess 41 in which, in particular, the optoelectronic
  • the recess 41 of the housing body 40 projects beyond the
  • Semiconductor chips 10 at least 20 ym.
  • chip spacing spaced in series, have a chip spacing of at least 20 ym to each other. Furthermore, a chip spacing of 100 ym is conceivable. Furthermore, larger chip spacings of up to a maximum of 1 mm are conceivable. The chip spacing is to be chosen so large that a homogeneous luminous image is ensured during operation of the optoelectronic luminous module 100.
  • the figure IC shows the particular by the
  • the heat sink 20 and the two contact strips 30 are embedded in the electrically insulating material of the housing body 40.
  • the common flat surface 14 has no height differences and / or a topography. In other words, the heat sink bottom 22 and the contact bottom 32 are at a mounting on another flat surface
  • FIG. 2A shows a schematic illustration, as shown in FIG. 1C, with the difference that the heat sink 20 forms an exposed side surface 23 with the housing body 30.
  • the exposed side surface 23 extends transversely to the common flat surface 14.
  • FIG. 2B shows a side view of the optoelectronic lighting module 100, the exposed side surface 23 having a first region 24 and a second region 25.
  • the first region 24 is formed for example by etching within the heat sink 20 in the form of a recess.
  • the second region 25 is formed within the first region 24, wherein the second region is coated with a connection material 26.
  • the second region 25 may be at a constant distance from the first region, wherein the first region 24 and the second region 25 adjoin the heat sink bottom side 22 and the common planar surface 14, respectively.
  • the connecting material 26 of the second region 25 is more wettable with a connecting means than the first
  • FIGS. 3A and 3B exemplary embodiments of the common planar surface 14 of the optoelectronic are shown
  • the contact strips 30 are spaced apart from the heat sink 20 in the lateral direction L, wherein a distance d is formed between the contact strips 30.
  • the distance d may be in particular 100 ym.
  • the five are optoelectronic
  • Optoelectronic semiconductor chips 10 are arranged in a row (see FIGS. 1A and 1B).
  • the contact strips 30 are arranged on one side of the heat sink 20, the spacing d being designed to form the ESD diode 61.
  • Figure 3B are on the
  • Heatsink top 21 the optoelectronic semiconductor chips 10 arranged in two rows and connected in series (not shown here).
  • Optoelectronic light module 100 in contrast to Figures 3A and 3B, no distance d.
  • the arrangements shown in FIGS. 4A and 4B are conceivable if the
  • Optoelectronic semiconductor chips 10 each one
  • the integrated ESD diode 61 have. If the ESD diode 61 is present as an integral component of the optoelectronic semiconductor chips in the optoelectronic semiconductor chips 10, then, as shown in FIG. 4A, the contact strips 30 can be arranged on two opposite end faces of the heat sink 20. In the figure 4B, the embodiment of Figure 4A is shown with the difference that in contrast to Figure 4A, the contact strips 30 are formed in the form of contact pads.
  • a circuit board 1 is shown, and Fig. 5B is the same schematic as shown in Fig. IC.
  • the circuit board 1 comprises a
  • the printed circuit board 1 has printed conductors 63 with solder pads 60.
  • the printed circuit board of FIG. 5A can be designed, for example, as an FR4 printed circuit board.
  • Optoelectronic light-emitting device 200 before arranging the optoelectronic light-emitting module 100 on the printed circuit board first
  • FIG. 5A shows fastening devices 9 which are in the printed circuit board 1 in particular for mechanical
  • the circuit board 1 has the fastening means 9, which can serve as a guide for example screws, by means of which the circuit board 1 can be screwed to a further heat sink.
  • the circuit board 1 In the corner regions of the printed circuit board 1 each Lotpads 60 are arranged, which, as shown in Figure 5A, may be formed on or in the conductor tracks 63.
  • the circuit board 1 is a printed metal core board.
  • the thermal contact region 2 of the printed circuit board 1 is provided for thermal contacting with the heat sink underside 22 of the optoelectronic light-emitting module 100.
  • Heatsink bottom 22 of the optoelectronic light module 100 is connected via, for example, a solder connection with the thermal contact region 2 of the circuit board 1.
  • the contact bottoms 32 of the two contact strips 30 adjoin the solder stop layer 4 and the contact tops 31 of the two contact strips 30 are electrically connected to the printed circuit board 1 via electrical bridges 6. Is the optoelectronic light module 100 with the circuit board 1 on the heat sink bottom 22 and the thermal
  • Printed circuit board 1 electrically contacted via the two electrical bridges 6 described here, so is the
  • Optoelectronic lighting device 200 indicated.
  • Lighting device 200 shown schematically. The serving for electrical contacting two electrical
  • Bridges 6 comprise three individual bonding wires 7, each having an electrical contact between the
  • Optoelectronic light module 100 and the circuit board 1 and conductor tracks 63 with solder pads 60 form.
  • optoelectronic light module 100 comprises.
  • Optoelectronic light module 100 is on a
  • Heat sink 50 arranged as in the figure 6A in a Top view and shown in Figure 6B from a bottom of the vehicle headlight 300.
  • Optoelectronic light module 100 which on the
  • Heat sink 50 is shown, shown.
  • FIG. 7B shows a schematic representation of FIG
  • the heat sink 50 in this case has a survey 51.
  • the elevation 51 is enclosed by areas 52 in a form-fitting manner in the lateral direction L.
  • the heat sink 50 has a cavity which has a protrusion 51.
  • the survey 51 is for
  • Light module provided on the heat sink bottom 22.
  • an air gap can be formed between the optoelectronic light-emitting module 100 and the regions which enclose the projection 51 in a form-fitting manner in the lateral direction L.
  • the distance between the regions 52 of the heat sink 50 and the optoelectronic light-emitting module 100 is 1 mm, a dielectric strength of 3 kV being achieved.
  • FIG. 8A shows a schematic top view of the motor vehicle headlight 300, wherein the optoelectronic
  • Luminous module 100 is already thermally contacted on the heat sink 50 of the motor vehicle headlight 300. An electrical contact via the contact tops 31 of the two
  • the outer dimensions of the regions 52, which enclose the elevation 51 in a form-fitting manner in the lateral direction L are, as shown in FIG. 8A, not adapted to the outer dimensions of the optoelectronic luminous module 100. In other words, an adjustment tolerance of the optoelectronic light-emitting module when mounted on the heat sink 50 is present. Furthermore, the heat sink
  • the fixing points 5 serve for orientation during the thermal contacting of the optoelectronic light-emitting module 100 to the heat sink 50.
  • FIG. 8B is a side view along the
  • Lighting module 100 forms. In other words, a material-free gap forms.
  • the forming gap between the optoelectronic light-emitting module 100 and the elevation 51 of the heat sink 50 can in particular by polymeric
  • Be filled materials such as epoxy or polyester, so that instead of a spatial spacing in particular by using the polymeric materials the
  • Dielectric strength can be increased.

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Leuchtmodul (100) angegeben mit - zumindest zwei optoelektronischen Halbleiterchips (10) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (11) und einer der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten elektrisch nichtleitend ausgebildeten Rückseite (12), - einem Kühlkörper (20) mit einer Kühlkörperoberseite (21) und einer der Kühlkörperoberseite (21) abgewandten Kühlkörperunterseite (22), - zwei Kontaktstreifen (30) mit einer Kontaktoberseite (31) und einer der Kontaktoberseite (31) abgewandten Kontaktunterseite (32), wobei - die optoelektronischen Halbleiterchips (10) mit der elektrisch nichtleitenden Rückseite (12) auf der Kühlkörperoberseite (21) angeordnet sind, - jeder optoelektronische Halbleiterchip (10) zwei in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche (11) ausgebildete elektrische Kontaktstellen (13) aufweist, und - die optoelektronischen Halbleiterchips (10) über die elektrischen Kontaktstellen (13) in Serie verschaltet sind.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Leuchtmodul, optoelektronische
Leuchtvorrichtung und Kfz-Scheinwerfer
Es wird ein optoelektronisches Leuchtmodul angegeben. Ferner wird eine optoelektronische Leuchtvorrichtung mit einem solchen optoelektronischen Leuchtmodul angegeben. Schließlich wird ein Kfz-Scheinwerfer mit einem solchen
optoelektronischen Leuchtmodul angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Leuchtmodul anzugeben, das insbesondere effizient Wärme abführen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umfasst dieses zumindest zwei optoelektronische Halbleiterchips mit einer Strahlungsaustrittsfläche und einer der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten elektrisch
nichtleitend ausgebildeten Rückseite. Aus der
Strahlungsaustrittsfläche tritt im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht aus. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine
Leuchtdiode. Die Leuchtdiode kann insbesondere zur Erzeugung von blauem Licht, weißem Licht oder infraroter Strahlung geeignet sein.
Eine Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen
Halbleiterchips kann auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial basieren. Das III-V-
Verbindungshalbleitermaterial kann beispielsweise GaN, InGaN, AlGaN oder InAlGaN umfassen. Die Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips verläuft senkrecht und/oder quer zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge der
optoelektronischen Halbleiterchips. Eine laterale Richtung verläuft beispielsweise parallel zu der
Strahlungsaustrittsfläche .
Die der Strahlungsaustrittsfläche abgewandte Rückseite ist nicht elektrisch leitend ausgebildet und kann parallel zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufen.
Die zumindest zwei optoelektronischen Halbleiterchips sind über die jeweilige Rückseite elektrisch nicht kontaktierbar . Das heißt, die Rückseite eines jeden Halbleiterchips ist potentialfrei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umfasst dieses einen Kühlkörper mit einer
Kühlkörperoberseite und einer der Kühlkörperoberseite
abgewandten Kühlkörperunterseite. Der Kühlkörper dient insbesondere dazu, die im Betrieb durch die
optoelektronischen Halbleiterchips erzeugte Wärme abzuführen. Beispielsweise basiert der Kühlkörper auf einem gut Wärme leitenden Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, oder einer Metalllegierung. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Kühlkörper um eine Wärmesenke, die integraler Bestandteil des optoelektronischen Leuchtmoduls ist. Die
Kühlkörperoberseite ist den zumindest zwei optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt und die Kühlkörperunterseite ist den optoelektronischen Halbleiterchips abgewandt.
Beispielsweise ist die Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers zur Anordnung der zumindest zwei optoelektronischen Halbleiterchips auf der Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers vorgesehen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umfasst dieses zwei Kontaktstreifen mit einer Kontaktoberseite und einer der Kontaktoberseite abgewandten Kontaktunterseite. Die Kontaktstreifen umfassen ein
elektrisch leitendes Material. Das elektrisch leitende
Material kann beispielsweise Kupfer sein oder umfassen. Die Kontaktoberseite der zwei Kontaktstreifen weist in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche der zumindest zwei
optoelektronischen Halbleiterchips und die Kontaktunterseite weist in eine Richtung entgegengesetzt zu der
Strahlungsaustrittsfläche. Die zwei Kontaktstreifen sind integrale Komponenten des optoelektronischen Leuchtmoduls. Die zwei Kontaktstreifen können lotfähige Schichten, aus beispielsweise NiAu oder NiPdAu, umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind die optoelektronischen Halbleiterchips mit der elektrisch nichtleitenden Rückseite auf der
Kühlkörperoberseite angeordnet. Das heißt, dass die
elektrisch nichtleitende Rückseite mit der
Kühlkörperoberseite im direkten Kontakt stehen.
Beispielsweise sind die optoelektronischen Halbleiterchips dauerhaft und nicht reversibel lösbar mit der Rückseite an der Kühlkörperoberseite befestigt. Mit anderen Worten stehen die optoelektronischen Halbleiterchips über die
Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt, wobei aufgrund der elektrisch
nichtleitenden Rückseite ein elektrisches Kontaktieren über den Kühlkörper selbst nicht erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls weist jeder optoelektronische Halbleiterchip zwei in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche ausgebildete elektrische Kontaktstellen auf. Die zwei elektrischen
Kontaktstellen eines jeden optoelektronischen Halbleiterchips weisen insbesondere unterschiedliche Polaritäten auf. Mit anderen Worten ist jeder optoelektronische Halbleiterchip über eine Oberflächenkontaktierung elektrisch kontaktiert. Unter "Oberflächenkontaktierung" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine elektrische Kontaktierung, die an der
Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterchips erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind die optoelektronischen Halbleiterchips über die elektrischen Kontaktstellen in Serie verschaltet. Mit anderen Worten ist das einzelne Ansteuern der
optoelektronischen Halbleiterchips innerhalb des
optoelektronischen Leuchtmoduls nicht möglich. Das heißt, die optoelektronischen Halbleiterchips erzeugen im Betrieb alle gleichzeitig elektromagnetische Strahlung.
Die optoelektronischen Halbleiterchips können eine
Strahlungsaustrittsfläche von beispielsweise, 0,25 mm^ oder 1 mrn^ oder mehr aufweisen, wobei ein Abstand zwischen den zumindest zwei Halbleiterchips größer 20 μιτι, beispielsweise 100 μιη, beträgt. Der Abstand zwischen den zumindest zwei Halbleiterchips ist je nach Anwendung abhängig von der gewünschten, erforderlichen und/oder vorgegebenen homogenen Leuchtdichte, das das optoelektronische Leuchtmodul aufweisen soll.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind die zwei Kontaktstreifen in lateraler Richtung zu dem Kühlkörper beabstandet. Mit anderen Worten befinden sich die zwei Kontaktstreifen seitlich von dem
Kühlkörper beabstandet und können diesen insbesondere
zumindest stellenweise umranden, wobei hier der Kühlkörper als Referenzkomponente fungiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind die Kontaktoberseiten und die
Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen zumindest
stellenweise frei. Das heißt, dass die Kontaktoberseiten und die Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen Bereiche aufweisen, die von außen kontaktiert werden können.
Beispielsweise kann die Kontaktoberseite zumindest
stellenweise lötbare Oberflächen aufweisen, die insbesondere für eine Bonddrahtkontaktierung vorgesehen sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls bildet die Kühlkörperunterseite mit den
Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen eine gemeinsame ebene Fläche aus und die Kühlkörperunterseite ist zumindest stellenweise frei zugänglich. Das heißt, dass die
Kühlkörperunterseite mit den Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen keinen Höhenunterschied zueinander ausbilden. Mit anderen Worten bildet die Kühlkörperunterseite mit den Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen durch die
gemeinsame ebene Fläche eine Fläche aus, die zu einem
gleichzeitigen direkten thermischen und elektrischen Kontakt geeignet ist. Die Kühlkörperunterseite ist dabei frei
zugänglich und ist für eine thermische Kontaktierung mit zum Beispiel einem weiteren Kühlkörper, beispielsweise einer
Wärmesenke oder einem thermischen Kontakt einer Leiterplatte, geeignet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umfasst dieses zumindest zwei optoelektronische Halbleiterchips mit einer Strahlungsaustrittsfläche und einer der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten elektrisch
nichtleitend ausgebildeten Rückseite, einen Kühlkörper mit einer Kühlkörperoberseite und einer der Kühlkörperoberseite abgewandten Kühlkörperunterseite und zwei Kontaktstreifen mit einer Kontaktoberseite und einer der Kontaktoberseite
abgewandten Kontaktunterseite. Die optoelektronischen
Halbleiterchips des optoelektronischen Leuchtmoduls sind mit der elektrisch nichtleitenden Rückseite auf der
Kühlkörperoberseite angeordnet, wobei jeder optoelektronische Halbleiterchip zwei in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche ausgebildete elektrische Kontaktstellen aufweist und die optoelektronischen Halbleiterchips sind über die elektrischen Kontaktstellen in Serie verschaltet. Die zwei Kontaktstreifen sind dabei in einer lateralen Richtung zu dem Kühlkörper beabstandet, wobei die Kontaktoberseiten und die
Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen zumindest
stellenweise frei zugänglich sind und die
Kühlkörperunterseite bildet mit den Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen eine gemeinsame ebene Fläche aus, wobei die Kühlkörperunterseite zumindest stellenweise frei
zugänglich ist.
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Leuchtmodul wird insbesondere die Idee verfolgt, eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Kühlkörper derart anzuordnen, dass die optoelektronischen
Halbleiterchips die im Betrieb entstehende Wärme effizient über den Kühlkörper abführen können. Die für die
Inbetriebnahme erforderliche Bestromung erfolgt dabei insbesondere durch separate nicht mit dem Kühlkörper in direktem Kontakt stehenden elektrisch leitenden
Kontaktstreifen. Die optoelektronischen Halbleiterchips weisen daher an ihrer Strahlungsaustrittsfläche jeweils zwei in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche ausgebildete elektrische Kontaktstellen auf und sind an der der
Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Rückseite elektrisch isolierend ausgebildet.
Bei gleichzeitiger thermischer und elektrischer Kontaktierung von den optoelektronischen Halbleiterchips über einen
einzigen Träger werden zum einen insbesondere starre
metallische Lote oder zum Beispiel mit leitenden Materialien, insbesondere Silber, versetzte Epoxide als Verbindungsmittel verwendet. Starre metallische Lote oder mit Silber versetzte Epoxide sind jedoch nicht in der Lage, die Spannungen
aufgrund der unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem optoelektronischen Leuchtmodul, insbesondere dem Träger, und der Leiterplatte zu kompensieren .
Zum anderen können vergleichsweise weiche, insbesondere auf einem Silikon basierende Kleber zur gleichzeitigen
thermischen und elektrischen Kontaktierung eingesetzt werden, die zum Beispiel mit Bariumnitrid und/oder Bornitrid gefüllt sind. Ferner kann die Wärmeleitfähigkeit des Klebstoffs durch Aluminiumfüllpartikel heraufgesetzt werden. Solche Kleber weisen jedoch lediglich eine vergleichsweise geringe
thermische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 2 W/ (mK) auf und sind zudem in vergleichsweise großen Schichtdicken zwischen 20 und 70 ym aufzutragen.
Durch den hohen thermischen Widerstand der
Verbindungsmittelschicht ist die Erwärmung des optoelektronischen Leuchtmoduls somit signifikant reduziert. Des Weiteren ist ein Aufbauprozess hinsichtlich eines elektrisch und thermisch leitenden Trägers, auf welchem die optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sind, sehr komplex und erfolgt nicht wie bei einem Premoldpackage in einem Inline-Fertigungskonzept .
Durch die hier beschriebenen in der lateralen Richtung mit dem Kühlkörper nicht in Kontakt stehenden zwei
Kontaktstreifen sind die thermischen und elektrischen
Anschlüsse voneinander getrennt. Mit anderen Worten ist insbesondere ein Anpassen, Angleichen und/oder Abstimmen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten nicht erforderlich. Dies ist insbesondere möglich, da sich die Kontaktstreifen während des Betriebs des optoelektronischen
Leuchtmoduls weniger stark erwärmen und die entstehende Wärme über den Kühlkörper abgeführt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind der Kühlkörper und die zwei Kontaktstreifen in einem Gehäusekörper aus einem elektrisch isolierenden Material eingebettet. Beispielsweise umfasst der
Gehäusekörper ein elektrisch isolierendes Material, welches eine Keramik, beispielsweise Aluminiumnitrid (A1N) oder Siliziumnitrid (SiN) , umfasst oder besteht aus einem dieser Materialien. Das elektrisch isolierende Material kann ferner Duroplaste wie zum Beispiel Silikone und Epoxide umfassen. Ferner sind Thermoplasten, zum Beispiel PPA, PET, PBT, PCT, denkbar. Der Kühlkörper und die zwei Kontaktstreifen sind durch das elektrisch isolierende Material zueinander
beabstandet und stehen zueinander nicht im Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls sind die Kühlkörperoberseite und die
Kontaktoberseite zumindest stellenweise in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers frei von dem elektrisch isolierenden
Material. Beispielsweise wird vor dem Einbetten des
Kühlkörpers und der zwei Kontaktstreifen ein Werkzeug
und/oder ein Formteil auf die Kühlkörperoberseite und
zumindest stellenweise auf die Kontaktoberseite angeordnet, sodass sich nach dem Einbetten auf der Kühlkörperoberseite und der Kontaktoberseite kein elektrisch isolierendes
Material des Gehäusekörpers befindet. Mit anderen Worten umfasst der Gehäusekörper Öffnungen und/oder Einbuchtungen, die es ermöglichen, die Kühlkörperoberseite und die
Kontaktoberseite von außen zu kontaktieren. Beispielsweise kann die Kühlkörperoberseite mit den optoelektronischen
Halbleiterchips über die Ausnehmung bestückt werden und die optoelektronischen Halbleiterchips sind über die
Kontaktoberseite der zwei Kontaktstreifen in Serie
verschaltet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls kann der Gehäusekörper weitere Ausnehmungen umfassen. Beispielsweise kann eine erste Ausnehmung zum
Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips auf der Kühlkörperoberseite vorgesehen sein, wobei die elektrische Kontaktierung über die Kontaktoberseite der zwei
Kontaktstreifen erfolgt. Eine zweite Ausnehmung kann
beispielsweise zur Ausbildung einer ESD-Diode vorgesehen sein, wobei die ESD-Diode die zwei Kontaktstreifen
miteinander verbindet. Eine dritte und vierte Ausnehmung kann derart ausgebildet sein, dass Eckbereiche des Gehäusekörpers derart frei liegen, dass an den Kontaktoberseiten der zwei Kontaktstreifen ein elektrischer Anschluss zu einer Leiterplatte, insbesondere einer Metallkernplatine,
ausgebildet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls begrenzt zumindest eine Seitenwand die
Ausnehmung des Gehäusekörpers in der lateralen Richtung, wobei die Seitenwand einen Strahlungsreflektierenden
Füllstoff umfasst und das den Kühlkörper und die zwei
Kontaktstreifen in der lateralen Richtung umschließende elektrisch isolierende Material des Gehäusekörpers einen
Strahlungsabsorbierenden Füllstoff umfasst. Das heißt, dass der hier beschriebene Gehäusekörper Strahlungsreflektierende Eigenschaften und strahlungsabsorbierende Eigenschaften aufweisen kann.
Die Ausnehmung kann beispielsweise durch zwei oder vier
Seitenwände umschlossen sein. Weist die Ausnehmung vier
Seitenwände auf, kann die Ausnehmung trogförmig ausgebildet sein. Das heißt, die Ausnehmung ist durch die Seitenwand durchgehend lateral begrenzt. Weist die Ausnehmung zwei
Seitenwände auf, kann sich die Ausnehmung in den Eckbereichen des Gehäusekörpers befinden. Die Seitenwände sind dabei aus dem elektrisch isolierenden Material gebildet, wobei diese den Strahlungsreflektierenden Füllstoff umfassen können.
Beispielsweise kann das elektrisch isolierende Material des Gehäusekörpers ein Silikon sein und der
Strahlungsreflektierende Füllstoff dielektrische Partikel, beispielsweise TiO, umfassen. Das den Kühlkörper und die zwei Kontaktstreifen in der lateralen Richtung umschließende elektrisch isolierende Material kann wiederum das Silikon umfassen, wobei der strahlungsabsorbierende Füllstoff
Rußpartikel umfassen kann. Ein Füllgrad hinsichtlich der Strahlungsreflektierenden und/oder Strahlungsabsorbierenden Füllstoffe kann
insbesondere das optische Übersprechen beziehungsweise das Verschmieren der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung der optoelektronischen Halbleiterchips
beeinflussen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls bildet der Kühlkörper mit dem Gehäusekörper eine freiliegende Seitenfläche aus, wobei die freiliegende
Seitenfläche quer zu der gemeinsamen ebenen Fläche verläuft. Die freiliegende Seitenfläche erstreckt sich von der
Unterseite zu einer der Unterseite abgewandten Oberseite des optoelektronischen Leuchtmoduls und verbindet die Oberseite mit der Unterseite. Die Unterseite wird dabei durch die gemeinsame ebene Fläche des Leuchtmoduls beschrieben. Mit anderen Worten schließt die freiliegende Seitenfläche mit der gemeinsamen ebenen Fläche des Leuchtmoduls bündig ab und umfasst somit auch die Kühlkörperunterseite des Kühlkörpers. Unter "freiliegende Seitenfläche" versteht man im
vorliegenden Zusammenhang eine von außen zugängliche und eine für einen externen Betrachter frei einsehbare Seitenfläche des optoelektronischen Leuchtmoduls. Unter "frei einsehbar" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass die
freiliegende Seitenfläche von außen optisch kontrolliert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls weist der Kühlkörper an der freiliegenden
Seitenfläche einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wobei der erste Bereich als eine Einbuchtung in dem Kühlkörper ausgebildet ist, der zweite Bereich innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet ist und mit einem Anschlussmaterial beschichtet ist und das Anschlussmaterial des zweiten Bereichs mit einem Verbindungsmaterial stärker benetzbar ist als der erste Bereich. Der erste Bereich kann beispielsweise durch einen chemischen Prozess, beispielsweise Ätzen, in die freiliegende
Seitenfläche des Kühlkörpers ausgebildet sein. Der erste Bereich erstreckt sich zumindest stellenweise von der
gemeinsamen ebenen Fläche in Richtung der
Kühlkörperoberseite. Der zweite Bereich ist innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet und grenzt zumindest stellenweise an die gemeinsame ebene Fläche des Leuchtmoduls an. Das
Anschlussmaterial kann beispielsweise eine NiPdAu-Legierung umfassen oder aus dieser bestehen.
Das Anschlussmaterial des zweiten Bereichs ist somit für das Verbindungsmaterial besser benetzbar als der erste Bereich des Kühlkörpers, der nicht mit dem Anschlussmaterial
beschichtet ist. Das Verbindungsmaterial kann insbesondere ein Lotmaterial umfassen. Durch die in der freiliegenden
Seitenfläche ausgebildeten ersten und zweiten Bereiche ist insbesondere eine optische Kontrolle hinsichtlich nach einer thermischen Kontaktierung mittels eines Lotmaterials möglich, da insbesondere das Lötmaterial optisch auf dem stärker benetzbaren zweiten Bereich zu sehen beziehungsweise
nachweisbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls überragt die Seitenwand der Ausnehmung des
Gehäusekörpers die Strahlungsaustrittsfläche der
optoelektronischen Halbleiterchips um mindestens 20 ym. Das heißt, dass die Strahlungsaustrittsfläche der
optoelektronischen Halbleiterchips die Seitenwand an keiner Stelle überragt. Hierdurch kann das optoelektronische
Leuchtmodul an einer Oberkante der Seitenwand, die parallel beabstandet zu der Strahlungsaustrittsfläche der
optoelektronischen Halbleiterchips mit einem Abstand von mindestens 20 ym verläuft, durch eine Vorrichtung,
beispielsweise zum Anordnen auf einer Leiterplatte,
mechanisch kontaktiert werden ohne mit der
Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt zu treten und somit die Strahlungsaustrittsfläche möglicherweise zu beschädigen.
Des Weiteren ist denkbar, dass durch den hier beschriebenen Aufbau die optoelektronischen Halbleiterchips, die sich innerhalb der Ausnehmung befinden, durch ein transparentes, transluzentes und/oder klarsichtiges Material zusätzlich vergossen werden und das strahlungsdurchlässige Material bündig an der Oberkante der Seitenwand abschließt. Dadurch können die optoelektronischen Halbleiterchips gegen äußere Einflüsse geschützt werden. Insbesondere trägt das seitliche Überragen der Seitenwand der Ausnehmung hinsichtlich der Strahlungsaustrittsfläche der optoelektronischen
Halbleiterchips dazu bei, dass mehr Licht an der Seitenwand reflektiert werden kann, die wie hier beschrieben
Strahlungsreflektierende Füllstoffe, beispielsweise ein Titanoxid, umfassen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umgibt zumindest einer der Kontaktstreifen den Kühlkörper in der lateralen Richtung zumindest stellenweise und weist zum zweiten Kontaktstreifen einen Abstand von mindestens 100 ym auf. Durch den hier beschriebenen Abstand von mindestens 100 ym ist das Montieren, Anbringen und/oder Justieren einer externen ESD-Diode fertigungstechnisch einfach realisierbar, da nur kleine räumliche Abstände überbrückt werden müssen. Durch den hier beschriebenen
Abstand kann eine stabile ESD-Diode montiert, angebracht und/oder justiert werden. Insbesondere sind keine
optoelektronischen Halbleiterchips mit integriertem ESD- Schutz erforderlich. Des Weiteren erlaubt der hier
beschriebene Abstand eine kompakte Bauweise des hier
beschriebenen optoelektronischen Leuchtmoduls, ohne auf komplex aufgebaute optoelektronische Halbleiterchips mit integriertem ESD-Schutz zurückgreifen zu müssen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Leuchtmoduls umfassen die optoelektronischen Halbleiterchips je ein Substrat und eine Halbleiterschichtenfolge, wobei das Substrat ein Substratmaterial aus A1N, SiN, AI2O3 Keramik, Ge, undotiertes Si und/oder Saphir umfassen kann oder aus einem dieser Substratmaterialien besteht und das Substrat zumindest stellenweise die elektrisch nichtleitende Rückseite bildet. Das Substrat kann beispielsweise elektrisch
isolierend sein. Das Substrat kann insbesondere
strahlungsdurchlässig oder strahlungsundurchlässig
ausgebildet sein. Das Substrat kann ein Aufwachssubstrat oder ein dem Aufwachssubstrat verschiedenes Substrat sein.
Beispielsweise kann zwischen dem Substrat und der
Halbleiterschichtenfolge eine reflektierende Schicht
angeordnet sein. Insbesondere kann die reflektierende Schicht eine Metallschicht, beispielsweise eine Silberschicht, umfassen. Die reflektierende Schicht kann eine gleiche laterale Ausdehnung wie das Substrat oder die
Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen
Halbleiterchips aufweisen. Das heißt, die reflektierende
Schicht kann insbesondere ganzflächig zwischen dem Substrat und der Halbleiterschichtenfolge eines jeden
optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet sein. Es wird eine optoelektronische Leuchtvorrichtung angegeben. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst ein hier beschriebenes optoelektronisches Leuchtmodul, wie in
Verbindung mit einer oder mehrerer der hier genannten
Ausführungsformen beschrieben. Merkmale der
optoelektronischen Leuchtvorrichtung sind daher auch für das hier beschriebene Leuchtmodul offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Leuchtvorrichtung ist das optoelektronische Leuchtmodul auf einer Leiterplatte angeordnet. Bei der Leiterplatte handelt es sich zum Beispiel um eine Metallkernplatine oder um eine bedruckte Leiterplatte. Beispielsweise kann die Leiterplatte als FR4 Leiterplatte ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Leuchtvorrichtung weist die Leiterplatte einen thermischen Kontaktbereich für eine thermische Kontaktierung der
Kühlkörperunterseite des optoelektronischen Leuchtmoduls auf und der thermische Kontaktbereich ist in der lateralen
Richtung an allen Seitenflächen durch eine Lotstoppschicht vollständig umrandet. Die Lotstoppschicht grenzt dabei beispielsweise direkt an den thermischen Kontaktbereich an. Die Lotstoppschicht kann aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen oder zumindest eines der folgenden
Materialien umfassen: Chrom, Aluminium, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Platin, Nickelchrom oder Lack. Die
Lotstoppschicht kann in der gleichen Weise wie eine
Metallisierung auf der Leiterplatte aufgebracht werden.
Der thermische Kontaktbereich für die thermische
Kontaktierung der Kühlkörperunterseite des optoelektronischen Leuchtmoduls kann dabei ein Material umfassen, das gleich dem Material des Kühlkörpers ist. Beispielsweise kann der
thermische Kontaktbereich ein Aluminium oder ein Kupfer umfassen oder aus einer Legierung daraus bestehen. Somit ist eine optimale Anpassung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten gegeben, die insbesondere besonders alterungsstabil und stressresistent ist.
Die Lotstoppschicht ist frei von dem Lotmaterial. Durch die vollständige Umrandung der Lotstoppschicht an allen
Seitenflächen des thermischen Kontakts ist eine automatische Selbstj ustierung des optoelektronischen Leuchtmoduls möglich, da sich eine Lotverbindung nur zwischen der
Kühlkörperunterseite und dem thermischen Kontaktbereich der Leiterplatte ausbilden kann. Des Weiteren kann durch die hier beschriebenen ersten und zweiten Bereiche der freiliegenden Seitenfläche des Gehäusekörpers eine ausreichende Benetzung mit dem Lotmaterial insbesondere im zweiten Bereich optisch kontrolliert werden. Beispielsweise umfasst das
Anschlussmaterial des zweiten Bereichs ein gleiches Material wie das Lotmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Leuchtvorrichtung ist die Kühlkörperunterseite durch eine Lotverbindung mit dem thermischen Kontaktbereich verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Leuchtvorrichtung grenzen die Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen zumindest stellenweise an die Lotstoppschicht und die Kontaktoberseiten der zwei Kontaktstreifen sind über zwei elektrische Brücken mit der Leiterplatte elektrisch verbunden. Mit anderen Worten stehen die Kontaktunterseiten der zwei Kontaktstreifen mit dem thermischen Kontaktbereich nicht in direktem Kontakt und grenzen an der Lotstoppschicht an, welche insbesondere nicht elektrisch leitend ausgebildet ist . Zur externen elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte sind insbesondere elektrische Brücken, beispielsweise in Form von Bonddrahtkontaktierungen, vorgesehen. Die Bestromung erfolgt dann zunächst über die Leiterplatte, wobei die
Bonddrahtkontaktierung in Form der hier beschriebenen
elektrischen Brücke den Strom in das optoelektronische
Leuchtmodul leitet, sodass die optoelektronischen
Halbleiterchips im Betrieb genommen werden können. Die während durch die Inbetriebnahme entstehende Wärme wird durch den Kühlkörper und den thermischen Kontaktbereich der
Leiterplatte nach außen abgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Leuchtvorrichtung ist die zumindest eine elektrische Brücke aus zumindest zwei, insbesondere genau zwei, Bonddrähten ausgebildet. Um eine stabile Bestromung des
optoelektronischen Leuchtmoduls durch die Leiterplatte zu gewährleisten, werden insbesondere mehrere Bonddrähte zur Verbindung beziehungsweise Überbrückung des Stroms zwischen der Leiterplatte und dem optoelektronischen Leuchtmodul ausgebildet. Dadurch wird verhindert, dass bei einer
Beschädigung eines Bonddrahtes durch weitere Bonddrähte gleicher Polarität eine stabile Bestromung gewährleistet ist. Beispielsweise kann die elektrische Brücke drei Bonddrähte umfassen. Die elektrische Brücke kann ferner Drähte und
Litzen umfassen, die durch Löten an der Leiterplatte und dem optoelektronischen Leuchtmodul angeschlossen werden können. Ferner wird ein Kfz-Scheinwerfer angegeben. Der Kfz- Scheinwerfer umfasst ein optoelektronisches Leuchtmodul, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer hier genannten
Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Kfz-Scheinwerfers sind somit auch für das hier beschriebene optoelektronische Leuchtmodul offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Kfz-Scheinwerfers ist das optoelektronische Leuchtmodul mit der
Kühlkörperunterseite auf einer Erhebung einer Wärmesenke thermisch angeschlossen, wobei Bereiche der Wärmesenke, die die Erhebung formschlüssig in der lateralen Richtung
umschließen, von dem optoelektronischen Leuchtmodul
beabstandet sind. Mit anderen Worten weist die Wärmesenke eine Kavität auf, wobei innerhalb der Kavität ein
Kontaktbereich zum thermischen Anschließen des hier
beschriebenen optoelektronischen Leuchtmoduls vorgesehen ist. Die Kontaktunterseite der zwei Kontaktstreifen stehen mit der hier beschriebenen Erhebung nicht im direkten Kontakt und können zu einer Bodenfläche des umschließenden Bereichs beabstandet vorliegen. Das heißt, die Kontaktunterseite steht mit der hier beschriebenen Wärmesenke nicht im Kontakt und die einzige Kontaktierung kann zwischen der Erhebung und der Kühlkörperunterseite ausgebildet sein.
Die Bereiche, die die Erhebung formschlüssig in lateraler Richtung umschließen, können ein Material zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Beispielsweise sind die Bereiche durch ein Epoxid und/oder Polyester befüllt und schließen mit einer Oberkante der Erhebung bündig ab. Durch das Befüllen der Bereiche mit einem insbesondere polymeren Werkstoff kann die Durchschlagsfestigkeit erhöht werden beziehungsweise kann eine Höhe der Erhebung reduziert werden. Sieht man von dem Befüllen ab, so ergibt sich eine Durchschlagsfestigkeit von 3 kV, wenn die Erhebung eine Höhe von 1 mm aufweist. Das heißt, ist zwischen der
Kontaktunterseite und dem Bereich ein mit Luft befüllter Spalt ausgebildet, so beträgt die Durchschlagsfestigkeit etwa 3 kV/mm. Die Höhe kann beispielsweise auf 75 μιη reduziert werden, wenn Epoxid mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 40 kV/mm in dem Bereich ausgebildet ist. Im Falle von
Polyester mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 100 kV/mm kann die Höhe der Erhebung insbesondere auf 30 μιη reduziert werden, wobei eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 3 kV/mm erzielt werden kann.
Im Folgenden wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Leuchtmodul, eine optoelektronische Leuchtvorrichtung sowie ein hier beschriebener Kfz-Scheinwerfer anhand von
Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und IC schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen optoelektronischen Leuchtmoduls aus verschiedenen Perspektiven, Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung einer
Unterseite eines hier beschriebenen
optoelektronischen Leuchtmoduls, Figur 2B zeigt eine schematische Darstellung einer
Seitenansicht eines hier beschriebenen
optoelektronischen Leuchtmoduls,
Figuren 3A, 3B, 4A und 4B zeigen schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele anhand einer
Unterseitendarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Leuchtmoduls,
Figuren 5A, 5B und 5C zeigen schematische Darstellungen einer hier beschriebenen optoelektronischen
Leuchtvorrichtung vor und nach Anordnen eines hier beschriebenen optoelektronischen Leuchtmoduls auf einer Leiterplatte, Figuren 6A und 6B zeigen jeweils fotografische Aufnahmen
eines hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfers aus unterschiedlichen Perspektiven,
Figuren 7A und 7B zeigen schematische Darstellungen eines hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfers und
Figuren 8A und 8B zeigen schematische Darstellungen eines hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfers aus unterschiedlichen Perspektiven.
In der Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Leuchtmoduls in einer schematischen
Draufsicht gezeigt. Die Figur 1B zeigt eine schematische Seitenansicht des optoelektronischen Leuchtmoduls entlang einer in der Figur 1A gezeigten Schnittlinie A. Die Figur IC zeigt eine Unterseite des optoelektronischen Leuchtmoduls. Die schematische Darstellung der Figur 1A zeigt das
optoelektronische Leuchtmodul 100, das einen Kühlkörper 20, zwei Kontaktstreifen 30 und fünf optoelektronische
Halbleiterchips 10 umfasst. Die fünf optoelektronischen
Halbleiterchips 10 sind auf einer Kühlkörperoberseite 21 des Kühlkörpers 20 über die Kontaktoberseite 31 der
Kontaktstreifen 30 in Serie verschaltet. Jedes der
optoelektronischen Halbleiterchips 10 weist eine
Strahlungsaustrittsfläche 11 sowie zwei in Richtung der
Strahlungsaustrittsfläche 11 ausgebildeten elektrischen
Kontaktstellen 13 auf. Die optoelektronischen Halbleiterchips 10 weisen eine der Strahlungsaustrittsfläche abgewandte elektrisch nichtleitend ausgebildete Rückseite 12 (hier nicht gezeigt) auf. Die zwei Kontaktstreifen 30 sind wie in der Figur 1A gezeigt in einer lateralen Richtung L zu dem Kühlkörper 20
beabstandet. Unter "lateral" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine Lage- und/oder Richtungsbezeichnung zur Beschreibung einer Position der hier beschriebenen
Komponenten des Leuchtmoduls im Bezug auf eine
Referenzkomponente, wobei die laterale Richtung parallel zur Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtmoduls verläuft. Der Kühlkörper 20 und die zwei Kontaktstreifen 30 sind in einem Gehäusekörper 40 eingebettet. Der Gehäusekörper 40 umfasst dabei ein elektrisch isolierendes Material. Beispielsweise umfasst und/oder besteht der Gehäusekörper 40 aus
Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid. Ferner zeigt die Figur 1A Ausnehmungen 41, die in dem
Gehäusekörper 40 ausgebildet sind, wobei Seitenwände 42 in der lateralen Richtung L die Ausnehmungen 41 seitlich
begrenzen können. Ferner sind in Eckbereichen des
optoelektronischen Leuchtmoduls 100 zwei Ausnehmungen 41 ausgebildet, die jeweils durch zwei Seitenwände in der lateralen Richtung L begrenzt sind. Des Weiteren ist in der Figur 1A eine ESD-Diode 61 gezeigt, die die zwei
Kontaktstreifen 30 verbindet. Die Kontaktstreifen sind in der lateralen Richtung L zu dem Kühlkörper 20 beabstandet. Anhand der Ausnehmungen 41 des Gehäusekörpers 40 sind die
Kontaktoberseite 31 sowie die Kühlkörperoberseite 21
zumindest stellenweise frei zugänglich. Das optoelektronische Leuchtmodul 100 der Figur 1A bildet mit der Kühlkörperunterseite 22 und der Kontaktunterseite 32 der zwei Kontaktstreifen 30 eine gemeinsame ebene Fläche 14 aus. Die Kühlkörperunterseite 22 sowie die Kontaktunterseite 32 sind von der Strahlungsaustrittsfläche 11 der
optoelektronischen Halbleiterchips 10 abgewandt.
Die Seitenwand 42 begrenzt die Ausnehmung 41 des
Gehäusekörpers 40 in der lateralen Richtung L. Die Seitenwand 42 kann beispielsweise einen Strahlungsreflektierenden
Füllstoff 43 umfassen. Beispielsweise umfasst der
Strahlungsreflektierende Füllstoff 43 ein TiO. Das den
Kühlkörper 20 und die zwei Kontaktstreifen 30 in der
lateralen Richtung L umschließende elektrisch isolierende Material des Gehäusekörpers 40 kann beispielsweise einen strahlungsabsorbierenden Füllstoff 44 umfassen.
Beispielsweise umfasst der Strahlungsabsorbierende Füllstoff 44 Rußpartikel. Des Weiteren weist das optoelektronische Leuchtmodul 100 der Figur 1A eine Justagemarkierung 8 auf. Die Justagemarkierung 8 wird insbesondere zur Orientierung bei einer Anordnung auf beispielsweise einer Leiterplatte 1 verwendet, um eine korrekte Justage zu gewährleisten.
In der Figur 1B ist eine Seitenansicht entlang der
Schnittlinie A der Figur 1A gezeigt. Die Figur 1B zeigt die in Figur 1A beschriebenen fünf optoelektronischen
Halbleiterchips 10, die jeweils eine
Strahlungsaustrittsfläche 11 und eine der
Strahlungsaustrittsfläche 11 abgewandte elektrisch
nichtleitend ausgebildete Rückseite 12 aufweisen. In Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 11 weisen die
optoelektronischen Chips 10 jeweils elektrische
Kontaktstellen 13, wie in der Figur 1A gezeigt, auf. Ferner zeigt die Figur 1B den Kühlkörper 20 mit der
Kühlkörperoberseite 21 und einer der Kühlkörperoberseite 21 abgewandten Kühlkörperunterseite 22. Die den Kühlkörper in der lateralen Richtung L beabstandet umschließenden,
umgebenden und/oder umrandenden zwei Kontaktstreifen 30 weisen die Kontaktoberseite 31 und eine der Kontaktoberseite 31 abgewandte Kontaktunterseite 32 auf. Die
optoelektronischen Halbleiterchips 10 grenzen, wie in der Figur 1B gezeigt, mit jeweils der elektrisch nichtleitend ausgebildeten Rückseite 12 an der Kühlkörperoberseite 21 an. Das heißt, durch den direkten Kontakt der Rückseite 12 eines jeden optoelektronischen Halbleiterchips 10 wird im Betrieb die durch die Halbleiterchips entstehende Wärme über den Kühlkörper 20 abgeleitet. Die Kontaktstreifen 30 stehen dabei mit der Kontaktoberseite 31 über Bonddrähte 7 mit den
optoelektronischen Halbleiterchips 10 elektrisch in Kontakt. Die optoelektronischen Halbleiterchips 10 der Figur 1B weisen auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 jeweils ein
Konverterelement 62 auf. Der Kühlkörper 20 und die zwei
Kontaktstreifen 30 der Figur 1B sind in einem Gehäusekörper 40 eingebettet, wobei der Gehäusekörper 40 eine Ausnehmung 41 aufweist, in der insbesondere die optoelektronischen
Halbleiterchips 10 mit dem Kühlkörper 20 in direktem Kontakt zueinander stehen. Ferner sind Bereiche der zwei
Kontaktstreifen über die Ausnehmung 41 des Gehäusekörpers 40 frei einsehbar beziehungsweise frei zugänglich. Mit anderen Worten kann über die Ausnehmung 41 die in Serie verschaltete elektrische Kontaktierung visuell nachgeprüft werden. Die Kühlkörperunterseite 22 sowie die Kontaktunterseite 32 der Kontaktstreifen 30 bilden die gemeinsame ebene Fläche 14 aus.
Die Ausnehmung 41 des Gehäusekörpers 40 überragt die
Strahlungsaustrittsfläche 11 der optoelektronischen
Halbleiterchips 10 um mindestens 20 ym. Die
optoelektronischen Halbleiterchips 10, die zueinander
beabstandet in Serie geschaltet sind, weisen zueinander einen Chip-Abstand von mindestens 20 ym auf. Ferner ist ein Chip- Abstand von 100 ym denkbar. Es sind ferner größere Chip- Abstände bis zu maximal 1 mm denkbar. Der Chip-Abstand ist derart groß zu wählen, dass im Betrieb des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 ein homogenes Leuchtbild sichergestellt ist.
Die Figur IC zeigt die durch insbesondere die
Kühlkörperunterseite 22 des Kühlkörpers 20 und die
Kontaktunterseiten 32 der zwei Kontaktstreifen 30
ausgebildete gemeinsame ebene Fläche 14. Der Kühlkörper 20 sowie die zwei Kontaktstreifen 30 sind in dem elektrisch isolierenden Material des Gehäusekörpers 40 eingebettet. Die gemeinsame ebene Fläche 14 weist keine Höhenunterschiede und/oder eine Topografie auf. Mit anderen Worten stehen die Kühlkörperunterseite 22 und die Kontaktunterseite 32 bei einer Anbringung auf einer weiteren ebenen Fläche
gleichzeitig mit der weiteren Fläche in direktem Kontakt und/oder grenzen zeitgleich an die weitere Fläche.
Die Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung, wie in Figur IC gezeigt, mit dem Unterschied, dass der Kühlkörper 20 mit dem Gehäusekörper 30 eine freiliegende Seitenfläche 23 ausbildet. Die freiliegende Seitenfläche 23 verläuft dabei quer zu der gemeinsamen ebenen Fläche 14.
In der Figur 2B ist eine Seitenansicht des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 gezeigt, wobei die freiliegende Seitenfläche 23 einen ersten Bereich 24 und einen zweiten Bereich 25 aufweist. Der erste Bereich 24 ist beispielsweise durch Ätzen innerhalb des Kühlkörpers 20 in Form einer Einbuchtung ausgebildet. Der zweite Bereich 25 ist innerhalb des ersten Bereichs 24 ausgebildet, wobei der zweite Bereich mit einem Anschlussmaterial 26 beschichtet ist. Wie in der Figur 2B gezeigt, kann der zweite Bereich 25 zu dem ersten Bereich einen konstanten Abstand aufweisen, wobei der erste Bereich 24 und der zweite Bereich 25 an die Kühlkörperunterseite 22 beziehungsweise an die gemeinsame ebene Fläche 14 grenzen. Das Anschlussmaterial 26 des zweiten Bereichs 25 ist mit einem Verbindungsmittel stärker benetzbar als der erste
Bereich 24.
In den Figuren 3A und 3B sind Ausführungsbeispiele der gemeinsamen ebenen Fläche 14 des optoelektronischen
Leuchtmoduls 100 gezeigt. In der Figur 3A sind die Kontaktstreifen 30 zu dem Kühlkörper 20 in der lateralen Richtung L beabstandet, wobei zwischen den Kontaktstreifen 30 ein Abstand d ausgebildet ist. Der Abstand d kann insbesondere 100 ym betragen. Die zwei
Kontaktstreifen 30 sind derart zueinander beabstandet, dass das Ausbilden einer ESD-Diode 61, welche die zwei
Kontaktstreifen 30 miteinander verbindet, sichergestellt ist.
In der Figur 3A sind die fünf optoelektronischen
Halbleiterchips 10 auf der Kühlkörperoberseite 21 zueinander in Reihe verschaltet (hier nicht gezeigt) . Die fünf
optoelektronischen Halbleiterchips 10 sind in einer Reihe angeordnet (vergleiche Figur 1A und 1B) . In der Figur 3B sind die Kontaktstreifen 30 auf einer Seite des Kühlkörpers 20 angeordnet, wobei der Abstand d zur Ausbildung der ESD-Diode 61 ausgebildet ist. In der Figur 3B sind auf der
Kühlkörperoberseite 21 die optoelektronischen Halbleiterchips 10 in zwei Reihen angeordnet und in Serie geschaltet (hier nicht gezeigt) .
Die in der Figur 4A und 4B gezeigten schematischen
Darstellungen der gemeinsamen ebenen Fläche 14 des
optoelektronischen Leuchtmoduls 100 zeigen im Gegensatz zu den Figuren 3A und 3B keinen Abstand d. Die in Figur 4A und 4B gezeigten Anordnungen sind denkbar, wenn die
optoelektronischen Halbleiterchips 10 jeweils eine
integrierte ESD-Diode 61 aufweisen. Ist die ESD-Diode 61 als integraler Bestandteil der optoelektronischen Halbleiterchips in den optoelektronischen Halbleiterchips 10 vorhanden, so können, wie in Figur 4A gezeigt, die Kontaktstreifen 30 an zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des Kühlkörpers 20 angeordnet sein. In der Figur 4B ist das Ausführungsbeispiel der Figur 4A gezeigt mit dem Unterschied, dass im Gegensatz zur Figur 4A die Kontaktstreifen 30 in Form von Kontaktpads ausgebildet sind.
In der Figur 5A ist eine Leiterplatte 1 und die Figur 5B zeigt die gleiche schematische Darstellung wie bereits in der Figur IC gezeigt. Die Leiterplatte 1 umfasst einen
thermischen Kontaktbereich 2, wobei die Seitenflächen 3 des thermischen Kontaktbereichs 2 in der lateralen Richtung L durch eine Lotstoppschicht 4 vollständig umrandet ist. Ferner weist die Leiterplatte 1 Leiterbahnen 63 mit Lotpads 60 auf. Die Leiterplatte der Figur 5A kann beispielsweise als FR4 Leiterplatte ausgebildet sein.
Wird das optoelektronische Leuchtmodul 100 mit insbesondere der gemeinsamen ebenen Fläche 14 thermisch mit dem
Kontaktbereich 2 der Leiterplatte 1 kontaktiert, erhält man eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 200 (siehe Figur 5C) . Das heißt, die Figur 5A und 5B zeigen die
optoelektronische Leuchtvorrichtung 200 vor dem Anordnen des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 auf die Leiterplatte 1.
Des Weiteren zeigt die Figur 5A Befestigungseinrichtungen 9, die in der Leiterplatte 1 insbesondere zur mechanischen
Befestigung vorgesehen sein können. Die Leiterplatte 1 weist die Befestigungseinrichtungen 9 auf, die als Führung für zum Beispiel Schrauben, mittels derer die Leiterplatte 1 an einen weiteren Kühlkörper anschraubbar ist, dienen können. In den Eckbereichen der Leiterplatte 1 sind jeweils Lotpads 60 angeordnet, die, wie in der Figur 5A gezeigt, auf oder in den Leiterbahnen 63 ausgebildet sein können. Mit anderen Worten handelt es sich beispielsweise bei der Leiterplatte 1 um eine bedruckte Metallkernplatine. Der thermische Kontaktbereich 2 der Leiterplatte 1 ist für eine thermische Kontaktierung mit der Kühlkörperunterseite 22 des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 vorgesehen. Die
Kühlkörperunterseite 22 des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 wird dabei über beispielsweise eine Lotverbindung mit dem thermischen Kontaktbereich 2 der Leiterplatte 1 verbunden. Die Kontaktunterseiten 32 der zwei Kontaktstreifen 30 grenzen dabei an die Lotstoppschicht 4 an und die Kontaktoberseiten 31 der zwei Kontaktstreifen 30 sind über elektrische Brücken 6 mit der Leiterplatte 1 elektrisch verbunden. Ist das optoelektronische Leuchtmodul 100 mit der Leiterplatte 1 über die Kühlkörperunterseite 22 und den thermischen
Kontaktbereich 2 thermisch kontaktiert und die
Kontaktoberseite 31 der zwei Kontaktstreifen 30 mit der
Leiterplatte 1 über die hier beschriebenen zwei elektrischen Brücken 6 elektrisch kontaktiert, so ist die
optoelektronische Leuchtvorrichtung 200 angegeben.
In der Figur 5C ist somit die optoelektronische
Leuchtvorrichtung 200 schematisch dargestellt. Die zur elektrischen Kontaktierung dienenden zwei elektrischen
Brücken 6 umfassen dabei drei einzelne Bonddrähte 7, die jeweils einen elektrischen Kontakt zwischen dem
optoelektronischen Leuchtmodul 100 und der Leiterplatte 1 beziehungsweise Leiterbahnen 63 mit Lotpads 60 ausbilden.
In der Figur 6A und in der Figur 6B sind fotografische
Darstellungen eines Kfz-Scheinwerfers 300 gezeigt, wobei der Kfz-Scheinwerfer 300 ein hier beschriebenes
optoelektronisches Leuchtmodul 100 umfasst. Das
optoelektronische Leuchtmodul 100 ist dabei auf einer
Wärmesenke 50 angeordnet, wie in der Figur 6A in einer Draufsicht und in der Figur 6B von einer Unterseite des Kfz- Scheinwerfers 300 gezeigt ist.
In der Figur 7A ist eine schematische Darstellung des
optoelektronischen Leuchtmoduls 100, welches auf der
Wärmesenke 50 angeordnet ist, gezeigt.
Die Figur 7B zeigt eine schematische Darstellung des
optoelektronischen Leuchtmoduls 100 vor dem Anordnen des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 auf die Wärmesenke 50 des Kfz-Scheinwerfers 300. Die Wärmesenke 50 weist dabei eine Erhebung 51 auf. Die Erhebung 51 ist durch Bereiche 52 formschlüssig in der lateralen Richtung L umschlossen. Mit anderen Worten weist die Wärmesenke 50 eine Kavität auf, die eine Erhebung 51 aufweist. Die Erhebung 51 ist zur
thermischen Kontaktierung mit dem optoelektronischen
Leuchtmodul über die Kühlkörperunterseite 22 vorgesehen.
Weitere Bereiche der gemeinsamen ebenen Fläche 14 stehen mit der Wärmesenke nicht in direktem Kontakt. Beispielsweise kann sich zwischen dem optoelektronischen Leuchtmodul 100 und den Bereichen, die die Erhebung 51 formschlüssig in der lateralen Richtung L umschließen, ein Luftspalt ausbildet sein.
Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen den Bereichen 52 der Wärmesenke 50 und dem optoelektronischen Leuchtmodul 100 1 mm, wobei eine Durchschlagfestigkeit von 3 kV erzielt wird.
In der Figur 8A ist eine schematische Draufsicht des Kfz- Scheinwerfers 300 gezeigt, wobei das optoelektronische
Leuchtmodul 100 bereits auf der Wärmesenke 50 des Kfz- Scheinwerfers 300 thermisch kontaktiert ist. Eine elektrische Kontaktierung über die Kontaktoberseiten 31 der zwei
Kontaktstreifen 30 des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 ist hier nicht gezeigt. Die Außenabmessungen der Bereiche 52, die die Erhebung 51 formschlüssig in der lateralen Richtung L umschließen, sind, wie in der Figur 8A gezeigt, nicht an die Außenabmessungen des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 angepasst. Mit anderen Worten ist eine Justagetoleranz des optoelektronischen Leuchtmoduls bei der Anbringung auf die Wärmesenke 50 vorhanden. Ferner weist die Wärmesenke
Fixierungspunkte 5 auf, die in Bezug zu den
Strahlungsaustrittsflächen 11 der optoelektronischen
Halbleiterchips 100 stehen. Die Fixierungspunkte 5 dienen zur Orientierung während des thermischen Kontaktierens des optoelektronischen Leuchtmoduls 100 auf die Wärmesenke 50.
In der Figur 8B ist eine Seitenansicht entlang der
Schnittlinie A der Figur 8A gezeigt. In der Figur 8B ist gezeigt, dass die Bereiche 52, die die Erhebung 51
formschlüssig in der lateralen Richtung L umschließen, mit den Kontaktstreifen beziehungsweise Kontaktunterseite 32 nicht kontaktiert sind und sich ein Abstand oder Spalt zwischen der Wärmesenke 50 und dem optoelektronischen
Leuchtmodul 100 ausbildet. Mit anderen Worten bildet sich ein materialfreier Spalt aus. Der sich ausbildende Spalt zwischen dem optoelektronischen Leuchtmodul 100 und der Erhebung 51 der Wärmesenke 50 kann insbesondere durch polymere
Werkstoffe, beispielsweise Epoxid oder Polyester, befüllt sein, sodass statt einer räumlichen Beabstandung insbesondere durch Einsatz der polymeren Werkstoffe die
Durchschlagfestigkeit erhöht werden kann.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102013101262.0, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) mit
zumindest zwei optoelektronischen Halbleiterchips (10) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (11) und einer der
Strahlungsaustrittsfläche abgewandten elektrisch
nichtleitend ausgebildeten Rückseite (12),
einem Kühlkörper (20) mit einer Kühlkörperoberseite (21) und einer der Kühlkörperoberseite (21) abgewandten
Kühlkörperunterseite (22),
zwei Kontaktstreifen (30) mit einer Kontaktoberseite (31) und einer der Kontaktoberseite (31) abgewandten
Kontaktunterseite (32),
wobei
die optoelektronischen Halbleiterchips (10) mit der elektrisch nichtleitenden Rückseite (12) auf der
Kühlkörperoberseite (21) angeordnet sind,
jeder optoelektronische Halbleiterchip (10) zwei in
Richtung der Strahlungsaustrittsfläche (11) ausgebildete elektrische Kontaktstellen (13) aufweist,
die optoelektronischen Halbleiterchips (10) über die elektrischen Kontaktstellen (13) in Serie verschaltet sind, wobei
die zwei Kontaktstreifen (30) in einer lateralen Richtung (L) zu dem Kühlkörper (20) beabstandet sind,
die Kontaktoberseiten (31) und die Kontaktunterseiten (32) der zwei Kontaktstreifen (30) zumindest stellenweise frei zugänglich sind und
die Kühlköperunterseite (22) mit den Kontaktunterseiten (32) der zwei Kontaktstreifen (30) eine gemeinsame ebene Fläche (14) ausbilden und die Kühlkörperunterseite (22) zumindest stellenweise frei zugänglich ist. Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach Anspruch 1, bei dem die Kontaktoberseiten (31) und die Kontaktunterseiten (32) der zwei Kontaktstreifen (30) Bereiche aufweisen, die von außen kontaktiert werden können.
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach Anspruch 1, bei dem der Kühlkörper (20) und die zwei Kontaktstreifen (30) in einem Gehäusekörper (40) aus einem elektrisch
isolierenden Material eingebettet sind, und
die Kühlkörperoberseite (21) und die Kontaktoberseite (31) zumindest stellenweise in einer Ausnehmung (41) des Gehäusekörpers frei von dem elektrisch isolierenden
Material sind.
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem zumindest eine Seitenwand (42) die Ausnehmung (41) des Gehäusekörpers (40) in der lateralen Richtung (L) begrenzt,
die Seitenwand (42) einen Strahlungsreflektierenden
Füllstoff (43) umfasst, und
das den Kühlkörper (20) und die zwei Kontaktstreifen (30) in der lateralen Richtung (L) umschließende elektrisch isolierende Material des Gehäusekörpers (40) einen strahlungsabsorbierenden Füllstoff (44) umfasst.
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem der Kühlkörper (20) mit dem Gehäusekörper (40) eine freiliegende Seitenfläche (23) ausbildet, wobei die freiliegende Seitenfläche (23) quer zu der
gemeinsamen ebenen Fläche (14) verläuft, der Kühlkörper (20) an der freiliegenden Seitenfläche (23) einen ersten Bereich (24) und einen zweiten Bereich (25) aufweist, wobei
der erste Bereich (24) als eine Einbuchtung in dem
Kühlkörper (20) ausgebildet ist,
der zweite Bereich (25) innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet ist und mit einem Anschlussmaterial (26) beschichtet ist, und
das Anschlussmaterial (26) des zweiten Bereichs (25) mit einem Verbindungsmaterial stärker benetzbar ist als der erste Bereich (24) .
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Seitenwand (42) der Ausnehmung (41) des
Gehäusekörpers (40) die Strahlungsaustrittsfläche (11) der optoelektronischen Halbleiterchips (10) um mindestens 20 μιη überragt.
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem zumindest einer der Kontaktstreifen (30) den Kühlkörper (20) in der lateralen Richtung (L) zumindest stellenweise umgibt und zum zweiten Kontaktstreifen (30) einen Abstand (d) von mindestens 100 μιη aufweist.
Optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die optoelektronischen Halbleiterchips (10) je ein Substrat und eine Halbleiterschichtenfolge umfassen, wobei das Substrat ein Substratmaterial aus A1N, SiN, AI2O3 Keramik, Ge, undotiertes Si und/oder Saphir umfasst oder aus einem dieser Substratmaterialien besteht und das Substrat zumindest stellenweise die elektrisch nichtleitende Rückseite (12) bildet.
9. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (200) mit einem
optoelektronische Leuchtmodul (100) gemäß den Ansprüchen
1 bis 7,
bei dem das optoelektronische Leuchtmodul (100) auf einer Leiterplatte (1) angeordnet ist,
die Leiterplatte (1) einen thermischen Kontaktbereich (2) für eine thermische Kontaktierung der
Kühlkörperunterseite (22) des optoelektronische
Leuchtmoduls (100) aufweist und der thermische
Kontaktbereich (2) in der lateralen Richtung (L) an allen Seitenflächen (3) durch eine Lotstoppschicht (4)
vollständig umrandet ist,
die Kühlkörperunterseite (22) durch eine Lotverbindung mit dem thermischen Kontaktbereich (2) verbunden ist, die Kontaktunterseiten (32) der zwei Kontaktstreifen (30) zumindest stellenweise an die Lotstoppschicht (4) grenzen und
die Kontaktoberseiten (31) der zwei Kontaktstreifen (30) über zwei elektrische Brücken (6) mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbunden sind. 10. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (200) nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem die zumindest eine elektrische Brücke (6) aus zumindest zwei Bondrähten (7) ausgebildet ist. 11. Kfz-Scheinwerfer (300) mit zumindest einem
optoelektronisches Leuchtmodul (100) nach den Ansprüchen 1 bis 7,
bei dem das optoelektronische Leuchtmodul (100) mit der Kühlkörperunterseite (22) auf einer Erhebung (51) einer Wärmesenke (50) thermisch angeschlossen ist, wobei
Bereiche (52) der Wärmesenke (50), die die Erhebung formschlüssig in der lateralen Richtung (L) umschließen, von dem optoelektronischen Leuchtmodul (100) beabstandet sind .
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