WO2015000814A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2015000814A1
WO2015000814A1 PCT/EP2014/063748 EP2014063748W WO2015000814A1 WO 2015000814 A1 WO2015000814 A1 WO 2015000814A1 EP 2014063748 W EP2014063748 W EP 2014063748W WO 2015000814 A1 WO2015000814 A1 WO 2015000814A1
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WO
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light
emitting diode
optical element
optoelectronic semiconductor
frame
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PCT/EP2014/063748
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Matthias Sabathil
Wolfgang Mönch
Frank Singer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Device An optoelectronic semiconductor device is specified.
  • An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which is particularly simple
  • this includes
  • connection carrier is the mechanically supporting component of the optoelectronic component
  • connection carrier On the connection carrier are the other components of the optoelectronic semiconductor device.
  • the remaining components of the optoelectronic semiconductor component are at least indirectly mechanically fastened to the connection carrier.
  • connection carrier may, for example, be a printed circuit board which has an electrically insulating
  • Base body comprises, applied to the and / or in the conductor tracks and / or electrical contact structures and / or incorporated. Electrical and electronic components of the optoelectronic semiconductor component can be electrically conductively contacted via the connection carrier.
  • connection carrier can be, for example, a flexible circuit board, a rigid circuit board, a metal core board or another type of circuit board
  • connection carrier has on its upper side a mounting surface on which further components of the
  • Optoelectronic semiconductor device can be attached.
  • the connection carrier On the underside opposite the upper side, the connection carrier can have contact points via which it can be electrically contacted.
  • the optoelectronic semiconductor component may be a
  • the optoelectronic component comprises
  • the LED is designed to emit light.
  • the light-emitting diode can emit colored or white light, for example.
  • the LED can continue
  • the light-emitting diode comprises different light-emitting diode chips, which may also be suitable for generating light of different colors. Furthermore, it is possible that the light-emitting diode comprises a light-emitting diode chip and a conversion element, so that the light-emitting diode emits, for example, white mixed light.
  • the light-emitting diode may comprise, in addition to the light-emitting diode chip, a housing which may be formed, for example, by a shaped body or comprises a shaped body.
  • the optoelectronic component comprises
  • the frame can be formed with an electrically insulating material.
  • the frame can be formed with an electrically insulating material.
  • connection carrier be formed for example by a dielectric material, which is arranged at the top of the connection carrier.
  • the frame can be glued or attached to the connection carrier be formed the connection carrier.
  • the frame can be an integral part of the case in which the frame is molded onto the connection carrier
  • Connection carrier act.
  • the frame is then part of an insulating layer of the frame
  • the frame can, for example, light-scattering or
  • the frame can be formed light-reflecting.
  • the frame can be made with a KunststoffStoffmaterial, such as a thermoplastic,
  • the frame may appear white. Moreover, it is possible that the frame is formed radiation absorbing and
  • the frame is in particular no part of the light emitting diode, so for
  • the optoelectronic component comprises
  • optical element which is arranged downstream of the light emitting diode in a main emission direction of the light emitted from the light emitting diode, such that at least a majority of the emitted light enters the optical element.
  • the optical element is as
  • Radiation-shaping and / or radiation-guiding element for the light generated by the light emitting diode during operation provided.
  • the optical element is, for example, at the
  • the optical element may in particular be arranged at a distance from the light-emitting diode, so that, for example, a Air gap between a light exit surface of the light emitting diode and the optical element, in particular the
  • the optical element is not in contact with a possible potting body for the LED chip or the light emitting diode is free of a potting body and the LED chip is non-cast.
  • the light-emitting diode is mechanically fastened and electrically connected to the mounting surface of the connection carrier.
  • the light-emitting diode can be adhesively bonded or soldered to the connection carrier in an electrically conductive manner.
  • Connection carrier is the LED electrically contacted.
  • the frame is at the top of the
  • Connection carrier mechanically fastened.
  • the frame can be arranged at a distance from the light emitting diode. That is, between frame and light emitting diode, there may be a gap filled with another material, such as air.
  • the frame extends in a spacing along at least two side surfaces of the light-emitting diode in a lateral direction.
  • the lateral directions are those directions which run parallel to the mounting surface of the connection carrier and / or parallel to the main extension plane of the connection carrier.
  • the frame extends on two opposite side surfaces of the
  • the LED along the entire length of the side surfaces parallel to the side surfaces. Furthermore, it is possible that the LED is surrounded on four side surfaces by the frame, so that the frame the LED at a distance
  • the frame projects beyond the light-emitting diode in a vertical direction.
  • the vertical direction is that direction which is perpendicular to the lateral direction. That is, the frame is formed higher than the light emitting diode.
  • the optical element is mechanically fastened to the frame at a distance from the light-emitting diode.
  • the optical element is at a
  • the optical element via gluing on
  • Frame is attached or the frame is formed on the optical element. It is also possible in particular that the frame to the optical element and to the
  • Connection carrier is formed. That's the way it is
  • the frame may be formed, for example, with a thermoplastic material. In this way it is possible that the
  • the optoelectronic component comprises
  • connection carrier Semiconductor component, a connection carrier, the one
  • Mounting surface has on its surface, a
  • Light emitting diode which has at least one LED chip and which is provided for the emission of light, a
  • a frame formed with an electrically insulating material, and an optical element disposed downstream of the light emitting diode in a main radiation direction of the light emitted from the light emitting diode in operation such that at least a majority of the radiated light enters the optical element.
  • the light emitting diode is at the
  • connection carrier Mechanically mounted and electrically connected mounting surface of the connection carrier, the frame is mechanically fixed to the top of the connection carrier, the frame extends at a distance along at least two side surfaces of the light emitting diode in a lateral direction and the frame projects beyond the light emitting diode in a vertical direction.
  • the optical element is at a distance to the light emitting diode
  • Radiation characteristic is formed. This light shaping, for example, by the installation of separate
  • Lens components made on individual LEDs For this purpose, the lens components must be attached to the light emitting diodes, which is expensive in terms of adjustment and the production of optical element and LED.
  • the optoelectronic semiconductor component described here is based, inter alia, on the idea that the optical element is not fastened directly to the light-emitting diode, but to a frame which connects the light-emitting diode in vertical
  • the light emitting diode does not need to be prepared in a special way for receiving the optical element, which is a simplified and
  • connection carrier remote from the underside of the connection carrier, a flat surface is present with which the connection carrier can be attached, for example, to a heat sink.
  • connection carrier can be attached, for example, to a heat sink.
  • a support surface for attachment of the optical element At the top of the frame facing away from the connection carrier can then be present a support surface for attachment of the optical element.
  • the bearing surface of the frame can be designed such that the optical element can adjust itself therein, which the adjustment effort in the manufacture of the
  • Optoelectronic semiconductor device and thus further reduces the cost of manufacturing.
  • the radiation of the optoelectronic semiconductor device to be controlled and adjusted.
  • the semiconductor component comprises a
  • connection carrier For example, it is possible for many light-emitting diodes to be arranged in succession along a straight line on the connection carrier. In this way, a so-called one-dimensional array of light-emitting diodes is formed.
  • optical element may in this case be, for example, a
  • the optical element can be produced inexpensively, for example, by pultrusion.
  • the optical element can, depending on the arrangement of
  • Light-emitting diodes that is in the form of the line along which the light-emitting diodes are arranged, are formed.
  • a cylindrical lens is also particularly well suited for mounting by self-ust réelle by simply laying on the bearing surfaces of a frame which extends on two opposite sides along the light-emitting diodes.
  • each light-emitting diode it is also possible for each light-emitting diode to be arranged downstream of a separate optical element and assigned one-to-one.
  • the frame it is possible for the frame to completely surround each light-emitting diode of the optoelectronic semiconductor component on the side surfaces. Is it the case of separate optical elements, for example, spherical lenses, these can be ustierend mounted by simply laying on the frame and, for example, sticking or pressing on the softened frame itself.
  • one-dimensional arrays of light-emitting diodes can be constructed when using a plurality of light-emitting diodes in an optoelectronic semiconductor component, which have a very broad emission characteristic in the plane perpendicular to the line along which the light-emitting diodes are arranged.
  • Abstrahl characterizing be greater than 120 °, in particular greater than 150 °.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is therefore also particularly well suited for the backlighting of display devices (displays). By shaping the cross section of the optical element, it is also possible to adapt the emission characteristic.
  • the optoelectronic semiconductor component is therefore also distinguished by a high level of flexibility in use, since the emission characteristic can be adapted particularly easily by selecting the optical element and choosing the distance between the light-emitting diode and the optical element. Furthermore, the optoelectronic semiconductor device is characterized by its compact design and its mechanical
  • the frame extends along all the light-emitting diodes on at least two opposite side surfaces of the light-emitting diodes.
  • the frame extends along all the light-emitting diodes on at least two opposite side surfaces of the light-emitting diodes.
  • Light-emitting diodes of the optoelectronic semiconductor component arranged along a line.
  • the frame then extends on two opposite side surfaces of all
  • Light emitting diodes along lines that are parallel to the line along which the light emitting diodes are arranged. In this way, the light emitting diodes can be passed, for example, at their left and right side surfaces of the frame.
  • a frame is then suitable for example for receiving a single optical element, which is designed as a strand, for example cylindrical.
  • the LEDs can also be arranged along non-straight lines, for example in several turns.
  • the optical element and the frame may have a corresponding shape.
  • the frame has a bearing surface on its upper side facing the optical element
  • Curvature of the optical element in the region of the contact between the optical element and the frame is adjusted.
  • the optical element is one
  • Radius of curvature of the optical element corresponds.
  • the curved support surface can already be present on the frame prior to placing the optical element.
  • connection carriers and frames are designed to be elastic. For example, it is possible in this way to adapt the shape of the optoelectronic semiconductor component to a curved surface on which the
  • the optical element is designed to be elastic in the same way as the connection carrier and the frame, so that the optical element can also follow the curvature of the surface to which the optoelectronic semiconductor component is attached.
  • Semiconductor component can thus, for example, on an at least partially spherical curved surface
  • the optical element is rigid and not flexible. In this case, the optical element gives the
  • optoelectronic semiconductor device its rigid shape after the optical element has been attached to the frame.
  • the optical element comprises a
  • Basic body of a radiation-transparent material and a conversion body having a phosphor Basic body of a radiation-transparent material and a conversion body having a phosphor.
  • Lumineszenzkonversions phosphor are introduced.
  • the conversion body of a Phosphor for example, a ceramic phosphor exists.
  • the main body of the optical element encloses the
  • the main body itself is free of particles of a phosphor.
  • the optical element may be cylindrical or spherical.
  • the conversion body can then likewise be cylindrical or spherical.
  • the optical element is formed of a glass tube whose opening is filled with the material of the conversion body.
  • the main body completely surrounds the lateral surface or the outer surface of the cylindrical or spherical conversion body. Due to the fact that the entire outer surface of the conversion body of
  • Basic body is surrounded and preferably directly to the
  • Conversion body in the main body in particularly good.
  • For the conversion body can therefore also special
  • temperature-sensitive phosphors are used.
  • the conversion body is formed with a matrix material, such as silicone, in which particles of a phosphor are introduced, which are formed on quantum dots formed in a semiconductor material
  • the base body may be, for example, a glass material.
  • the mounting surface of the connection carrier is the light generated by the light-emitting diode during operation
  • connection carrier act around a silver leadframe, in which the highly reflective silver outer surface is used as a mirror for the light.
  • the frame in this case covers the smallest possible surface at the top of the
  • Terminal support to allow a high reflectivity due to the silver outer surface.
  • a light-scattering material is mechanically fastened to the mounting surface on the connection carrier.
  • the light-diffusing material may be a filled plastic material that appears white, for example.
  • Material be formed with a silicone in the
  • Scattering particles for example of titanium dioxide or
  • Alumina are introduced. It is also possible that the light emitting diode or the LEDs in the
  • light-scattering material is embedded or are.
  • the LEDs can be completely surrounded by the light-scattering material laterally and the
  • Light scattering material can be attached to the side surfaces of the
  • the light-scattering material can be applied to the connection carrier after the application of the light-emitting diodes.
  • Light-scattering material preferably terminates flush with the light exit surface of the light emitting diodes or is surmounted by the light exit surface of the light emitting diodes.
  • the light-emitting diode comprises a shaped body which locally adjoins the light-emitting diode chip.
  • the molded body is a housing for the
  • the light-emitting diode with which the LED chip, for example can be splashed.
  • the light-emitting diode then has at least one plated-through hole, which comprises an electrically conductive material, wherein the plated through hole completely penetrates the molded body and extends from an upper side of the molded body to an underside of the molded body. That is, in the housing material of the light emitting diode is a
  • particularly flat light emitting diode can be formed, which can be surface mounted directly on the connection carrier.
  • the shaped body covers side surfaces of the light-emitting diode chip.
  • the lateral outer surfaces of the light-emitting diode chip covers side surfaces of the light-emitting diode chip.
  • Shaped body then form the side surfaces of the light emitting diode. At least one via can be laterally spaced from the LED chip through the molded body
  • the light emitting diode may have an electrically conductive connection, which is electrically connected to the LED chip and the feedthrough.
  • the electrically conductive connection for example, on a side facing away from the connection carrier of the
  • Light-emitting diode as can be used in an optoelectronic semiconductor device described here, explained in more detail.
  • the schematic sectional view of FIG. 1 shows a here described optoelectronic semiconductor component without an optical element in a schematic sectional representation.
  • the optoelectronic semiconductor device comprises a
  • the light-emitting diode 1 comprises a
  • Shaped body 12 for example, with a
  • Plastic material is formed. In the molded body 12, the plated-through holes 13 are introduced.
  • the optoelectronic semiconductor component further comprises a connection carrier 2, which at its upper side 2a a Mounting surface 21 has.
  • the light-emitting diode 1 is at the
  • the frame 3 is further arranged, which is formed with an electrically insulating material.
  • the frame 3 is arranged at a distance from the light-emitting diode 1, so that it is not in direct contact with it.
  • the frame 3 is for example with a matrix material
  • the frame 3 is mechanically fixedly connected to the connection carrier 2.
  • the frame 3 may be glued to the connection carrier 2, for example, or it is connected without a connection to the connection carrier.
  • the light-emitting diode 1 During operation of the optoelectronic semiconductor component, the light-emitting diode 1 generates light which leaves the light-emitting diode through the light exit surface 16.
  • the frame 3 At its side facing away from the connection carrier 2, the upper side 3 a, the frame 3 has a bearing surface 31 which
  • the support surface has a non-planar shape, the self-ustierenden mounting example of a
  • the frame 3 can be laminated on the upper side 2a of the connection carrier, structured, printed or glued.
  • the frame 3 projects beyond the light-emitting diode 1 and thus the
  • the vertical direction v is perpendicular, for example, on the mounting surface 21 and perpendicular to the lateral direction 1. In this way is between the
  • Light exit surface 16 and the light entry surface of the optical element defines an air gap
  • Adjustment of the radiation characteristic of the optoelectronic semiconductor device can be used.
  • Optoelectronic semiconductor device shown which may be performed in section, for example, as shown in the figure 1.
  • the optoelectronic semiconductor component can be a
  • connection carrier 2 which is mechanically fastened on the mounting surface 21 of the connection carrier 2 along a line and electrically connected.
  • Light-emitting diodes 1 may, for example, a cylindrical optical element 4, as in connection with the
  • Sectional view of Figure 2B and the plan view of Figure 2C is shown, be arranged downstream.
  • the light-emitting diode 1 may comprise a conversion body 42, which comprises a
  • Luminescence conversion material comprises or consists of this.
  • the conversion body 42 is formed as a plate, which on the LED chip 11 of the Light-emitting diode 1 attached, for example, can be glued.
  • the conversion body is possible for the conversion body to be applied directly to the light-emitting diode chip 11 by an electrophoretic or another coating method.
  • Conversion body 42 may be shown in each
  • the bearing surface 31 of the frame 3 has a curvature which is complementary to the curvature of the optical element 4. In this way, the support surface 31 is used for self-adjustment of the optical element.
  • the optical element can
  • Thermoplastic material may be formed, which is softened by heating.
  • the optical element 4 is then pressed into the thus softened material of the frame 3.
  • Cooling is a compound-free mechanically fixed connection between the frame 3 and the optical element 4th
  • the optoelectronic semiconductor device may comprise a plurality of optical elements 4, wherein each optical diode 4 may be uniquely associated and downstream of an optical element 4. This is for example in
  • Spherical lenses may also be self-aligning in the same way as a cylindrical lens.
  • the frame 3 it is possible, in particular, as shown in FIG. 3A, for the frame 3 to enclose the light-emitting diodes 1 from all side surfaces 1c, which results in the adjustment of a spherical lens fitting over the assigned
  • the support surfaces 31 of the frame can for this purpose have a curvature complementary to the curvature, see Figure 3B.
  • the spherical lenses are formed by dispensing a transparent drop of adhesive, for example a silicone drop, over each light emitting diode 1.
  • a transparent drop of adhesive for example a silicone drop
  • connection carrier 2 can be designed to be reflective on its surface 2 a, in particular on the mounting surface 21.
  • the connection carrier 2 has silver there and is formed by a silver leadframe.
  • Connection carrier 2 can be reflected in the light-emitting diode 1 in operation generated light.
  • the light-scattering material 5 can be, for example, silicon filled with titanium dioxide.
  • the optoelectronic element 4 which is, for example, cylindrical in shape, extends between regions which are arranged downstream of the light emitting diodes 1,
  • Rejuvenations 43 may have the flexibility of the increase optical element 4 and allow, for example, to guide the optical element 4 along a curve.
  • the optical elements 4 may be optical fibers (see FIG. 6) or the optoelectronic one
  • Semiconductor component can be formed with the optical element 4 to a side emitter, wherein the light emerges laterally to the main emission direction R, see Figure 7.
  • the optical element 4 may be formed in this case strand-shaped and a plurality of LEDs 1 may be connected to the same optical Element 4 be optically connected.
  • Light entry surface of the optical element 4 also formed flat.
  • the optical element 4 may, for example, be glued to the planar support surface 31 of the optical element 4.
  • FIG. 8B shows an optoelectronic semiconductor component in which a spherical or cylindrical lens is glued to the frame 3 as an optical element 4. The correspondingly curved to allow the self-ustage
  • Support surface 31 of the frame 3 can be generated for example by gray scale lithography.
  • the optical means In the embodiment of Figure 8C, the optical means
  • Element 4 has a recess 44 in which the light-emitting diode 1 is completely arranged. In this way, the optical element 4 provides mechanical protection for the
  • Connection carrier, the frame and the light emitting diode 1 is.
  • connection carrier 2 mechanically attached to the connection carrier 2.
  • the main body has an opening which coincides with the
  • Conversion body 42 is filled, the one
  • Luminescence conversion material comprises or consists of this.
  • the conversion body 42 is arranged downstream of the light-emitting diode 1 at a distance and at least at its
  • the main body 41 is a glass tube filled with a matrix material into which the phosphor, for example in the form of
  • the optoelectronic semiconductor component may comprise a further optical element 6.
  • the further optical element 6 may be, for example, a reflector made of coated aluminum. This can then simultaneously serve to dissipate heat from the optical element, that is to heat the conversion body 42.
  • FIG. 10A shows a plan view of a display 7, on whose upper sides a respective optoelectronic semiconductor component described here for background illumination is arranged.
  • FIG. 10B shows, the optoelectronic ones are
  • Optoelectronic semiconductor device a particularly favorable display backlighting can be created.
  • a particularly favorable display backlighting can be created.
  • the light-emitting diode 1 comprises a light-emitting diode chip 11, which has a
  • Light exit surface 16 has. At the light exit surface 16 is at least one contact point 15 for electrical
  • Light-emitting diode 1 further comprises a shaped body 12, the
  • the radiation-absorbing or a radiation-reflecting material may be formed for example with a radiation-absorbing or a radiation-reflecting material.
  • the molded body 12 with a
  • Plastic matrix material formed into the particles of an absorbent, reflective or light-scattering
  • the molded body 12 can be any material.
  • Materials are introduced.
  • the molded body 12 can be any material.
  • the molded body 12 completely surrounds the LED chip 11 at its side surfaces.
  • the lateral outer surfaces of the Shaped body 12 form the side surfaces lc of the light-emitting diode 1.
  • From the pads 15 of the LED chip 11 extend electrically conductive connections 14, which are formed with an electrically conductive material such as a metal, to vias 13 which extend completely through the molded body 12 from its top 12a to its bottom 12b.
  • Contact points 17 formed. Alternatively or additionally, a contact point 17 for thermal and / or
  • the bottom of the LED chip 11 is freely accessible.

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, mit - einem Anschlussträger (2), der eine Montagefläche (21) an seiner Oberseite aufweist, - eine Leuchtdiode (1), die zumindest einen Leuchtdiodenchip (11) aufweist, und die zur Abstrahlung von Licht vorgesehen ist, - einen Rahmen (3), der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und - einem optischen Element (4), das der Leuchtdiode (1) in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode (1) im Betrieb abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element (4) tritt, wobei - die Leuchtdiode (1) an der Montagefläche (21) des Anschlussträgers (2) mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen ist, - der Rahmen (3) an der Oberseite des Anschlussträgers (2) mechanisch befestigt ist, - der Rahmen (3) in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen (lc) der Leuchtdiode (1) in einer lateralen Richtung verläuft, - der Rahmen (3) die Leuchtdiode (1) in einer vertikalen Richtung überragt, und - das optische Element in einem Abstand zur Leuchtdiode (1) mechanisch am Rahmen (3) befestigt ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders einfach
herstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronisches Halbleiterbauteil einen Anschlussträger. Bei dem Anschlussträger handelt es sich um die mechanisch tragende Komponente des optoelektronischen
Halbleiterbauteils. Auf den Anschlussträger sind die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils
aufgebracht. Die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind dabei zumindest mittelbar mechanisch am Anschlussträger befestigt.
Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln, die einen elektrisch isolierenden
Grundkörper umfasst, auf den und/oder in den Leiterbahnen und/oder elektrische Kontaktstrukturen aufgebracht und/oder eingebracht sind. Elektrische und elektronische Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils können über den Anschlussträger elektrisch leitend kontaktierbar sein.
Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine flexible Leiterplatte, um eine starre Leiterplatte, eine Metallkernplatine oder um eine andere Art von Platine
handeln . Der Anschlussträger weist an seiner Oberseite eine Montagefläche auf, an der weitere Komponenten des
optoelektronischen Halbleiterbauteils befestigt werden können. An der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite kann der Anschlussträger Kontaktstellen aufweisen, über die er elektrisch kontaktierbar ist. Auf diese Weise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um ein
oberflächenmontierbares Bauteil handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil eine Leuchtdiode, die zumindest einen
Leuchtdiodenchip aufweist oder aus einem Leuchtdiodenchip besteht. Die Leuchtdiode ist zur Abstrahlung von Licht vorgesehen. Die Leuchtdiode kann beispielsweise farbiges oder weißes Licht abstrahlen. Die Leuchtdiode kann weiter
unterschiedliche Leuchtdiodenchips umfassen, die auch zur Erzeugung von Licht unterschiedlicher Farbe geeignet sein können. Ferner ist es möglich, dass die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip und ein Konversionselement umfasst, so dass die Leuchtdiode beispielsweise weißes Mischlicht abstrahlt.
Die Leuchtdiode kann neben dem Leuchtdiodenchip ein Gehäuse umfassen, das zum Beispiel durch einen Formkörper gebildet sein kann oder einen Formkörper umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen Rahmen, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Der Rahmen kann
beispielsweise durch ein dielektrisches Material gebildet sein, das an der Oberseite des Anschlussträgers angeordnet ist. Der Rahmen kann an den Anschlussträger geklebt oder an den Anschlussträger angeformt sein. Bei dem Rahmen kann es sich für den Fall, dass der Rahmen an den Anschlussträger angeformt ist, um einen integralen Bestandteil des
Anschlussträgers handeln. Zum Beispiel ist der Rahmen dann durch einen Teil einer isolierenden Schicht des
Anschlussträgers gebildet.
Der Rahmen kann beispielsweise lichtstreuend oder
lichtreflektierend ausgebildet sein. Der Rahmen kann dazu mit einem KunstStoffmaterial , wie etwa einem Thermoplast,
gebildet sein, in das lichtreflektierende und/oder
lichtstreuende Partikel, wie beispielsweise Partikel aus Titandioxid oder Aluminiumoxid, eingebracht sind. Der Rahmen kann weiß erscheinen. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Rahmen Strahlungsabsorbierend ausgebildet ist und
beispielsweise schwarz oder farbig erscheint. Der Rahmen ist insbesondere kein Bestandteil der Leuchtdiode, also zum
Beispiel kein Gehäuse für den Leuchtdiodenchip, sondern eine weitere separate Komponente des Halbleiterbauteils.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil ein optisches Element, das der Leuchtdiode in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element tritt. Mit anderen Worten ist das optische Element als
Strahlungsformendes und/oder strahlungsführendes Element für das von der Leuchtdiode im Betrieb erzeugte Licht vorgesehen. Das optische Element ist dazu beispielsweise an der dem
Anschlussträger abgewandten Seite der Leuchtdiode angeordnet. Das optische Element kann insbesondere in einem Abstand zur Leuchtdiode angeordnet sein, so dass beispielsweise ein Luftspalt zwischen einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und dem optischen Element, insbesondere der
Lichteintrittsfläche des optischen Elements, vorhanden ist. Insbesondere steht das optische Element nicht im Kontakt mit einem möglichen Vergusskörper für den Leuchtdiodenchip oder die Leuchtdiode ist frei von einem Vergusskörper und der Leuchtdiodenchip ist unvergossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Leuchtdiode an der Montagefläche des Anschlussträgers mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen. Die Leuchtdiode kann elektrisch leitend am Anschlussträger verklebt oder verlötet sein. Über den
Anschlussträger ist die Leuchtdiode elektrisch kontaktierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Rahmen an der Oberseite des
Anschlussträgers mechanisch befestigt. Der Rahmen kann dabei in einem Abstand zur Leuchtdiode angeordnet sein. Das heißt, zwischen Rahmen und Leuchtdiode kann ein Spalt vorhanden sein, der mit einem anderen Material, wie beispielsweise Luft, gefüllt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils verläuft der Rahmen in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen der Leuchtdiode in einer lateralen Richtung. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die parallel zur Montagefläche des Anschlussträgers und/oder parallel zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verlaufen. Beispielsweise erstreckt sich der Rahmen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der
Leuchtdiode entlang der gesamten Länge der Seitenflächen parallel zu den Seitenflächen. Ferner ist es möglich, dass die Leuchtdiode an vier Seitenflächen vom Rahmen umgeben ist, so dass der Rahmen die Leuchtdiode in einem Abstand
vollständig umschließt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils überragt der Rahmen die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung ist dabei diejenige Richtung, die zur lateralen Richtung senkrecht verläuft. Das heißt, der Rahmen ist höher als die Leuchtdiode ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das optische Element in einem Abstand zur Leuchtdiode mechanisch am Rahmen befestigt.
Beispielsweise ist das optische Element an einer dem
Anschlussträger abgewandten Auflagefläche auf den Rahmen aufgelegt und dort fest mit dem Rahmen verbunden.
Beispielsweise kann das optische Element über Kleben am
Rahmen befestigt sein oder der Rahmen ist an das optische Element angeformt. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass der Rahmen an das optische Element und an den
Anschlussträger angeformt ist. Auf diese Weise ist es
möglich, dass der Rahmen verbindungsmittelfrei am
Anschlussträger und verbindungsmittelfrei am optischen
Element befestigt ist.
Der Rahmen kann beispielsweise mit einem Thermoplastmaterial gebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass der
Rahmen durch Erhitzen erweicht werden kann und das optische Element auf den derart erweichten Rahmen aufgepresst werden kann. Nach einem Abkühlen und Erstarren des Rahmens ist das optische Element dann mechanisch fest mit dem Rahmen
verbunden. In gleicher Weise kann eine Verbindung zwischen Rahmen und Anschlussträger vor oder nach Aufbringen des optischen Elements am Rahmen erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen Anschlussträger, der eine
Montagefläche an seiner Oberfläche aufweist, eine
Leuchtdiode, die zumindest einen Leuchtdiodenchip aufweist und die zur Abstrahlung von Licht vorgesehen ist, einen
Rahmen, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und ein optisches Element, das der Leuchtdiode in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode im Betrieb abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element tritt. Dabei ist die Leuchtdiode an der
Montagefläche des Anschlussträgers mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen, der Rahmen ist an der Oberseite des Anschlussträgers mechanisch befestigt, der Rahmen verläuft in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen der Leuchtdiode in einer lateralen Richtung und der Rahmen überragt die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung. Das optische Element ist in einem Abstand zur Leuchtdiode
mechanisch am Rahmen befestigt. In vielen Anwendungen der Optoelektronik ist es vorteilhaft, wenn Licht, das von einer Leuchtdiode emittiert wird, durch ein geeignetes optisches Element in die gewünschte
Abstrahlcharakteristik geformt wird. Diese Lichtformung kann beispielsweise durch die Montage von separaten
Linsenbauteilen auf einzelne Leuchtdioden erfolgen. Dazu müssen die Linsenbauteile an den Leuchtdioden befestigt werden, was hinsichtlich der Justage und der Fertigung von optischem Element und Leuchtdiode aufwändig ist. Dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt nun unter anderem die Idee zugrunde, dass das optische Element nicht direkt an der Leuchtdiode befestigt wird, sondern an einem Rahmen, der die Leuchtdiode in vertikaler
Richtung überragt. Auf diese Weise muss die Leuchtdiode nicht in besonderer Weise zur Aufnahme des optischen Elements hergerichtet werden, was eine vereinfachte und
kostengünstigere Herstellung der Leuchtdiode erlaubt. Weiter erlaubt es ein hier beschriebenes optoelektronisches
Halbleiterbauteil, die Leuchtdiode und den Anschlussträger mit dem Rahmen derart zu integrieren, dass an der der
Leuchtdiode abgewandten Unterseite des Anschlussträgers eine ebene Oberfläche vorhanden ist, mit der der Anschlussträger beispielsweise an einer Wärmesenke befestigt werden kann. An der dem Anschlussträger abgewandten Oberseite des Rahmens kann dann eine Auflagefläche zur Befestigung des optischen Elements vorhanden sein. Die Auflagefläche des Rahmens kann derart ausgestaltet werden, dass sich das optische Element darin selbst justieren kann, was den Justageaufwand bei der Herstellung des
optoelektronischen Halbleiterbauteils und damit die Kosten der Herstellung weiter reduziert.
Dadurch, dass der Rahmen die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung überragt, ist es möglich, dass ein Luftspalt
zwischen einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und einer Lichteintrittsfläche des optischen Elements vorhanden ist. Durch die Einstellung der Dicke des Luftspalts, also des
Abstands zwischen Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und Lichteintrittsfläche des optischen Elements, kann
beispielsweise die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauteils kontrolliert und eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil eine
Vielzahl von Leuchtdioden, die auf der Montagefläche des Anschlussträgers entlang einer Linie mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind. Das heißt, es ist
beispielsweise möglich, dass viele Leuchtdioden entlang einer geraden Linie auf dem Anschlussträger nacheinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist ein so genanntes eindimensionales Array von Leuchtdioden gebildet.
Dabei ist es möglich, dass sämtlichen Leuchtdioden dasselbe optische Element nachgeordnet ist. Bei dem optischen Element kann es sich in diesem Fall beispielsweise um eine
zylinderförmige Linse handeln. Das optische Element kann beispielsweise durch Strangziehen kostengünstig hergestellt werden. Das optische Element kann je nach Anordnung der
Leuchtdioden, das heißt in Form der Linie, entlang derer die Leuchtdioden angeordnet sind, ausgebildet werden.
Eine zylinderförmige Linse eignet sich auch besonders gut zur Montage mittels Selbst ustierung durch einfaches Auflegen auf die Auflageflächen eines Rahmens, der sich an zwei einander gegenüberliegenden Seiten entlang der Leuchtdioden erstreckt.
Alternativ ist es auch möglich, dass jeder Leuchtdiode ein separates optisches Element nachgeordnet und eineindeutig zugeordnet ist. Zur Erleichterung der Montage der separaten optischen Elemente ist es dabei möglich, dass der Rahmen jede Leuchtdiode des optoelektronischen Halbleiterbauteils an den Seitenflächen vollständig umschließt. Handelt es sich bei den separaten optischen Elementen beispielsweise um kugelförmige Linsen, können auch diese durch einfaches Auflegen auf den Rahmen und beispielsweise Aufkleben oder Anpressen an den aufgeweichten Rahmen selbst ustierend montiert werden. Durch einen Luftspalt zwischen Leuchtdiode und optischem Element können bei der Verwendung von mehreren Leuchtdioden in einem optoelektronischen Halbleiterbauteil eindimensionale Arrays von Leuchtdioden aufgebaut werden, die in der Ebene senkrecht zur Linie, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind, eine sehr breite Abstrahlcharakteristik aufweisen.
Beispielsweise kann die Halbwertswinkelbreite der
Abstrahlcharakteristik größer als 120°, insbesondere größer als 150° sein. Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil eignet sich damit auch besonders gut zur Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen (Displays). Durch die Formgebung des Querschnitts des optischen Elements ist es ferner möglich, die Abstrahlcharakteristik anzupassen.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil zeichnet sich daher auch durch eine hohe Flexibilität in der Anwendung aus, da die Abstrahlcharakteristik durch Wahl des optischen Elements und Wahl des Abstands zwischen Leuchtdiode und optischem Element besonders einfach angepasst werden kann. Ferner zeichnet sich das optoelektronische Halbleiterbauteil durch seinen kompakten Aufbau und seine mechanische
Widerstandsfähigkeit, also seine Robustheit, aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils erstreckt sich der Rahmen entlang aller Leuchtdioden an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Leuchtdioden. Beispielsweise sind die
Leuchtdioden des optoelektronischen Halbleiterbauteils entlang einer Linie angeordnet. Der Rahmen erstreckt sich dann an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen aller
Leuchtdioden entlang von Linien, die zu der Linie, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind, parallel sind. Auf diese Weise können die Leuchtdioden beispielsweise an ihren linken und rechten Seitenflächen vom Rahmen übergeben sein. Ein derartiger Rahmen eignet sich dann zum Beispiel zur Aufnahme eines einzigen optischen Elements, das als Strang, beispielsweise zylinderförmig, ausgebildet ist. Dabei können die Leuchtdioden auch entlang von nicht geraden Linien, zum Beispiel in mehreren Windungen angeordnet sein. Das optische Element und der Rahmen können eine entsprechende Formgebung aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Rahmen an seiner dem optischen Element zugewandten Oberseite eine Auflagefläche zur
mechanischen Befestigung des optischen Elements auf, wobei die Auflagefläche eine Krümmung aufweist, die an eine
Krümmung des optischen Elements im Bereich des Kontakts zwischen optischem Element und Rahmen angepasst ist.
Beispielsweise ist die Krümmung der Auflagefläche
komplementär zur Krümmung des optischen Elements. Handelt es sich beim optischen Element beispielsweise um eine
zylinderförmige Linse, so sind die Auflageflächen konvex nach innen gekrümmt, mit einem Krümmungsradius, der dem
Krümmungsradius des optischen Elements entspricht. Die gekrümmte Auflagefläche kann dabei bereits vor dem Auflegen des optischen Elements auf den Rahmen vorhanden sein.
Alternativ ist es möglich, dass der Rahmen zur Aufnahme des optischen Elements erhitzt und damit erweicht wird und die Formgebung der Auflagefläche durch Aufdrücken des optischen Elements auf den Rahmen erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind Anschlussträger und Rahmen elastisch ausgebildet. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, die Formgebung des optoelektronischen Halbleiterbauteils an eine gekrümmte Fläche anzupassen, auf der das
optoelektronische Bauteil montiert werden soll. Dabei ist es auch möglich, dass das optische Element in gleicher Weise elastisch ausgebildet ist wie der Anschlussträger und der Rahmen, so dass auch das optische Element der Krümmung der Fläche, an der das optoelektronische Halbleiterbauteil befestigt wird, folgen kann. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil kann damit beispielsweise auch auf einer zumindest teilweise kugelförmig gekrümmten Oberfläche
aufgebracht werden.
Für den Fall, dass der Rahmen und der Anschlussträger
elastisch ausgebildet sind, ist es möglich, eine Bestückung des Anschlussträgers mit den Leuchtdioden in einem Rolle-zu- Rolle-Prozess durchzuführen. Ferner ist es möglich, dass das optische Element starr und nicht flexibel ausgebildet ist. In diesem Fall verleiht das optische Element dem
optoelektronischen Halbleiterbauteil seine starre Form, nachdem das optische Element am Rahmen befestigt worden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optische Element einen
Grundkörper aus einem strahlungsdurchlässigen Material und einen Konversionskörper, der einen Leuchtstoff aufweist.
Beispielsweise kann der Konversionskörper mit einem
Matrixmaterial gebildet sein, in das Partikel eines
Lumineszenzkonversions-Leuchtstoffs eingebracht sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Konversionskörper aus einem Leuchtstoff, beispielsweise einem keramischen Leuchtstoff, besteht .
Der Grundkörper des optischen Elements umschließt den
Konversionskörper dabei vollständig. Der Grundkörper selbst ist frei von Partikeln eines Leuchtstoffs. Beispielsweise kann das optische Element zylinderförmig oder kugelförmig ausgebildet sein. Der Konversionskörper kann dann ebenfalls zylinderförmig oder kugelförmig ausgebildet sein. Zum
Beispiel ist es möglich, dass das optische Element aus einem Glasrohr gebildet ist, dessen Öffnung mit dem Material des Konversionskörpers gefüllt ist. Der Grundkörper umgibt die Mantelfläche oder die Außenfläche des zylinderförmigen oder kugelförmigen Konversionskörpers vollständig. Dadurch dass die gesamte Außenfläche des Konversionskörpers vom
Grundkörper umgeben ist und vorzugsweise direkt an den
Grundkörper grenzt, ist die Wärmeableitung aus dem
Konversionskörper in den Grundkörper hinein besonders gut. Für den Konversionskörper können daher auch besonders
temperaturempfindliche Leuchtstoffe Verwendung finden.
Dabei ist es möglich, dass der Konversionskörper mit einem Matrixmaterial, wie beispielsweise Silikon, gebildet ist, in das Partikel eines Leuchtstoffs eingebracht sind, die auf in einem Halbleitermaterial ausgebildeten Quantenpunkten
und/oder einem keramischen Leuchtstoff und/oder einem
organischen Leuchtstoff basieren. Beim Grundkörper kann es sich beispielsweise um ein Glasmaterial handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Montagefläche des Anschlussträgers für das von der Leuchtdiode im Betrieb erzeugte Licht
reflektierend ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Anschlussträger um einen Silber-Leadframe handeln, bei dem die hochreflektierende Silberaußenfläche als Spiegel für das Licht genutzt wird. Der Rahmen bedeckt in diesem Fall eine möglichst kleine Oberfläche an der Oberseite des
Anschlussträgers, um eine hohe Reflektivität aufgrund der Silberaußenfläche zu ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist ein lichtstreuendes Material an der Montagefläche am Anschlussträger mechanisch befestigt. Bei dem lichtstreuenden Material kann es sich beispielsweise um ein gefülltes KunstStoffmaterial handeln, das zum Beispiel weiß erscheint. Beispielsweise kann das lichtstreuende
Material mit einem Silikon gebildet sein, in das
Streupartikel beispielsweise aus Titandioxid oder
Aluminiumoxid eingebracht sind. Dabei ist es auch möglich, dass die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden in das
lichtstreuende Material eingebettet ist oder sind.
Beispielsweise können die Leuchtdioden seitlich vollständig vom lichtstreuenden Material umgeben sein und das
lichtstreuende Material kann an die Seitenflächen der
Leuchtdioden und an den Rahmen grenzen. Dazu kann das lichtstreuende Material nach dem Aufbringen der Leuchtdioden auf dem Anschlussträger aufgebracht werden. Das
lichtstreuende Material schließt vorzugsweise bündig mit der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden ab oder wird von der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden überragt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die Leuchtdiode einen Formkörper, der stellenweise an den Leuchtdiodenchip grenzt. Bei dem Formkörper handelt es sich um ein Gehäuse für die
Leuchtdiode, mit dem der Leuchtdiodenchip beispielsweise umspritzt sein kann. Die Leuchtdiode weist dann zumindest eine Durchkontaktierung auf, die ein elektrisch leitendes Material umfasst, wobei die Durchkontaktierung den Formkörper vollständig durchdringt und sich von einer Oberseite des Formkörpers zu einer Unterseite des Formkörpers erstreckt. Das heißt, im Gehäusematerial der Leuchtdiode ist eine
Durchkontaktierung angeordnet, die es insgesamt
beispielsweise erlaubt, dass die Leuchtdiode
oberflächenmontierbar ist. Auf diese Weise kann eine
besonders flache Leuchtdiode ausgebildet werden, die direkt auf den Anschlussträger oberflächenmontiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt der Formkörper Seitenflächen des Leuchtdiodenchips. Die seitlichen Außenflächen des
Formkörpers bilden dann die Seitenflächen der Leuchtdiode aus. Zumindest eine Durchkontaktierung kann sich lateral beabstandet zum Leuchtdiodenchip durch den Formkörper
hindurch erstrecken und die Leuchtdiode kann eine elektrisch leitende Verbindung aufweisen, die elektrisch leitend mit dem Leuchtdiodenchip und der Durchkontaktierung verbunden ist. Die elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise an einer dem Anschlussträger abgewandten Oberseite des
Formkörpers der Leuchtdiode auf dem Formkörper der
Leuchtdiode oder im Formkörper der Leuchtdiode verlaufen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen ergeben sich aus den folgenden, in
Zusammenhang mit den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen . In Verbindung mit den Figuren 1, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 5A, 5B, 6, 7, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 9, 10A und
10B sind Ausführungsbeispiele und
Anwendungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen näher erläutert .
In Verbindung mit den Figuren IIA und IIB ist eine
Leuchtdiode, wie sie in einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil zum Einsatz kommen kann, näher 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.
Die schematische Schnittdarstellung der Figur 1 zeigt ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil ohne optisches Element in einer schematischen Schnittdarstellung. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst eine
Leuchtdiode 1. Die Leuchtdiode 1 umfasst einen
Leuchtdiodenchip 11. An die Leuchtdiode 1 grenzt der
Formkörper 12 an, der beispielsweise mit einem
KunstStoffmaterial gebildet ist. In den Formkörper 12 sind die Durchkontaktierungen 13 eingebracht.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst ferner einen Anschlussträger 2, der an seiner Oberseite 2a eine Montagefläche 21 aufweist. Die Leuchtdiode 1 ist an der
Montagefläche 21 mechanisch befestigt und elektrisch leitend angeschlossen . An der Oberseite 2a ist weiter der Rahmen 3 angeordnet, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Der Rahmen 3 ist in einem Abstand zur Leuchtdiode 1 angeordnet, so dass er nicht mit dieser in direktem Kontakt steht. Der Rahmen 3 ist beispielsweise mit einem Matrixmaterial
gebildet, in das absorbierende und/oder reflektierende
Partikel eingebracht sind. Der Rahmen 3 ist mechanisch fest mit dem Anschlussträger 2 verbunden. Der Rahmen 3 kann beispielsweise mit dem Anschlussträger 2 verklebt sein oder er ist verbindungsmittelfrei mit diesem verbunden.
Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauteils erzeugt die Leuchtdiode 1 Licht, welche die Leuchtdiode durch die Lichtaustrittsfläche 16 hindurch verlässt. An seiner dem Anschlussträger 2 abgewandten Oberseite 3a weist der Rahmen 3 eine Auflagefläche 31 auf, die
beispielsweise eben ausgebildet sein kann, um darauf ein optisches Element aufzubringen, dass eine ebene
Lichteintrittsfläche aufweist. Darüber hinaus ist es möglich, wie in der Figur 1 durch die gestrichelten Linien angedeutet, dass die Auflagefläche eine nicht ebene Form aufweist, die zur selbst ustierenden Montage beispielsweise eines
kugelförmigen oder eines zylindrischen optischen Elements dient .
Der Rahmen 3 kann an der Oberseite 2a des Anschlussträgers auflaminiert , strukturiert, gedruckt oder aufgeklebt sein. Der Rahmen 3 überragt die Leuchtdiode 1 und damit die
Lichtaustrittsfläche 16 der Leuchtdiode in der vertikalen Richtung v. Die vertikale Richtung v steht beispielsweise auf der Montagefläche 21 senkrecht und verläuft senkrecht zur lateralen Richtung 1. Auf diese Weise ist zwischen der
Lichtaustrittsfläche 16 und der Lichteintrittsfläche des optischen Elements ein Luftspalt definiert, der zur
Einstellung der Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauteils genutzt werden kann.
In der schematischen Draufsicht der Figur 2A ist ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil gezeigt, das im Schnitt beispielsweise wie in der Figur 1 gezeigt ausgeführt sein kann. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann eine
Vielzahl von Leuchtdioden umfassen, die auf der Montagefläche 21 des Anschlussträgers 2 entlang einer Linie mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind. Der Rahmen 3, der an der Oberseite des Anschlussträgers 2 mechanisch befestigt ist, verläuft in einem Abstand entlang von
vorliegend zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen einer jeden Leuchtdiode in der lateralen Richtung 1, die parallel zur Montagefläche 21 verläuft. Der in der Figur 2A gezeigten Anordnung aus Anschlussträger 2, Rahmen 3 und
Leuchtdioden 1 kann beispielsweise eine zylinderförmiges optisches Element 4, wie es in Verbindung mit der
Schnittdarstellung der Figur 2B und der Draufsicht der Figur 2C gezeigt ist, nachgeordnet sein.
Wie in der Figur 2A dargestellt ist kann die Leuchtdiode 1 einen Konversionskörper 42 umfassen, der ein
Lumineszenzkonversionsmaterial umfasst oder aus diesem besteht. Beispielsweise ist der Konversionskörper 42 als Plättchen ausgebildet, das auf den Leuchtdiodenchip 11 der Leuchtdiode 1 befestigt, zum Beispiel geklebt sein kann.
Ferner ist es möglich, dass der Konversionskörper durch ein elektrophoretisches oder ein anderes Beschichtungsverfahren direkt auf den Leuchtdiodenchip 11 aufgebracht ist. Ein
Konversionskörper 42 kann in jedem gezeigten
Ausführungsbeispiel vorhanden sein, aus Gründen der
Übersichtlichkeit wird jedoch auf die explizite Darstellung verzichtet . Die Auflagefläche 31 des Rahmens 3 weist eine Krümmung auf, die komplementär zur Krümmung des optischen Elements 4 ist. Auf diese Weise dient die Auflagefläche 31 zur Selbst justage des optischen Elements. Das optische Element kann
beispielsweise durch Kleben oder verbindungsmittelfrei durch eine Fixierung der Linse mittels Heiß-Attach befestigt sein. Zu diesem Zweck kann der Rahmen 3 mit einem
Thermoplastmaterial ausgebildet sein, das durch Erhitzen erweicht wird. Das optische Element 4 wird dann in das derart aufgeweichte Material des Rahmens 3 gedrückt. Nach dem
Abkühlen besteht eine verbindungsmittelfreie mechanisch feste Verbindung zwischen dem Rahmen 3 und dem optischen Element 4.
Alternativ kann das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Vielzahl von optischen Elementen 4 umfassen, wobei jeder Leuchtdiode ein optisches Element 4 eineindeutig zugeordnet und nachgeordnet sein kann. Dies ist beispielsweise in
Verbindung mit den Figur 3A bis 3C gezeigt, wo kugelförmige Linsen den Leuchtdioden 1 nachgeordnet sind. Die
kugelförmigen Linsen können ebenfalls selbst justierend in gleicher Weise wie eine zylinderförmige Linse befestigt werden. Dazu ist es insbesondere wie in der Figur 3A gezeigt möglich, dass der Rahmen 3 die Leuchtdioden 1 von sämtlichen Seitenflächen lc her umschließt, was die Justage einer kugelförmigen Linse passgenau über der zugeordneten
Leuchtdiode ermöglicht. Die Auflageflächen 31 des Rahmens können dazu eine zur Kugelkrümmung komplementäre Krümmung aufweisen, siehe Figur 3B.
Alternativ ist es möglich, dass die kugelförmigen Linsen durch Dispensen eines transparenten Klebstofftropfens , zum Beispiel eines Silikontropfens, über jeder Leuchtdiode 1 erzeugt sind. In diesem Fall ist es möglich, dass zwischen der Lichtaustrittsfläche 16 der Leuchtdiode und dem optischen Element kein Spalt angeordnet ist, sondern die Leuchtdiode 1 direkt an das optische Element grenzt.
In Verbindung mit der Figur 4A ist beschrieben, dass der Anschlussträger 2 an seiner Oberfläche 2a, insbesondere an der Montagefläche 21, reflektierend ausgebildet sein kann. Beispielsweise weist der Anschlussträger 2 dort Silber auf und ist durch einen Silber-Leadframe gebildet. Am
Anschlussträger 2 kann in der Leuchtdiode 1 im Betrieb erzeugtes Licht reflektiert werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es wie in Verbindung mit der Figur 4B beschrieben möglich, dass Aussparungen zwischen den Leuchtdioden mit einem lichtstreuenden Material 5 gefüllt werden. Dadurch ist eine diffusive Reflexion des Lichts erreicht. Bei dem lichtstreuenden Material 5 kann es sich beispielsweise um mit Titandioxid gefülltes Silikon handeln.
In Verbindung mit der schematischen Draufsicht der Figuren 5A und 5B ist beschrieben, dass das optoelektronische Element 4, das beispielsweise zylinderförmig ausgebildet ist, zwischen Bereichen, die den Leuchtdioden 1 nachgeordnet sind,
Verjüngungen 43 aufweisen kann, die die Flexibilität des optischen Elements 4 erhöhen und beispielsweise erlauben, das optische Element 4 entlang einer Kurve zu führen.
In Verbindung mit den Figuren 6 und 7 sind optoelektronische Halbleiterbauteile beschrieben, die das optische Element 4 mit ebenen Lichteintrittsflächen aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den optischen Elementen 4 um Lichtleiter handeln (siehe Figur 6) oder das optoelektronische
Halbleiterbauteil kann mit dem optischen Element 4 zu einem Seitenemitter ausgebildet werden, bei dem Licht seitlich zur Hauptabstrahlrichtung R austritt, siehe die Figur 7. Das optische Element 4 kann auch in diesem Fall strangförmig ausgebildet sein und eine Vielzahl von Leuchtdioden 1 können an das gleiche optische Element 4 optisch angeschlossen sein.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 8A bis 8D sind weitere Formen für das optische
Element 4 gezeigt, wie sie bei hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteilen zum Einsatz kommen können. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 8A ist die
Lichteintrittsfläche des optischen Elements 4 ebenfalls eben ausgebildet. Das optische Element 4 kann beispielsweise an die ebene Auflagefläche 31 des optischen Elements 4 angeklebt sein .
In der Figur 8B ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gezeigt, bei dem eine kugelförmige oder zylinderförmige Linse als optisches Element 4 an den Rahmen 3 geklebt ist. Die zur Ermöglichung der Selbst ustage entsprechend gekrümmte
Auflagefläche 31 des Rahmens 3 kann beispielsweise durch Graustufenlithografie erzeugt werden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 8C weist das optische
Element 4 eine Ausnehmung 44 auf, in der die Leuchtdiode 1 vollständig angeordnet ist. Auf diese Weise stellt das optische Element 4 einen mechanischen Schutz für den
Anschlussträger, den Rahmen und die Leuchtdiode 1 dar.
In Verbindung mit der Figur 8D ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Rahmen 3 Teil des optischen Elements 4 ist. Dieser Teil des optischen Elements 4 ist dann
mechanisch am Anschlussträger 2 befestigt.
In Verbindung mit der Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das optische Element 4 einen
lichtdurchlässigen, zum Beispiel klarsichtigen Grundkörper 41 aufweist, der beispielsweise mit Glas gebildet ist. Der
Grundkörper weist eine Öffnung auf, die mit dem
Konversionskörper 42 gefüllt ist, der ein
Lumineszenzkonversionsmaterial umfasst oder aus diesem besteht. Der Konversionskörper 42 ist der Leuchtdiode 1 in einem Abstand nachgeordnet und zumindest an seiner
Mantelfläche vollständig vom Grundkörper 41 umschlossen.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Grundkörper 41 um ein Glasrohr, das mit einem Matrixmaterial gefüllt ist, in das der Leuchtstoff, zum Beispiel in Form von
Halbleiterquantenpunkten, gefüllt ist.
Optional kann das optoelektronische Halbleiterbauteil ein weiteres optisches Element 6 umfassen. Bei dem weiteren optischen Element 6 kann es sich beispielsweise um einen Reflektor aus beschichtetem Aluminium handeln. Dieser kann dann gleichzeitig zur Abführung von Wärme aus dem optischen Element, das heißt zur Entwärmung des Konversionskörpers 42, dienen . In Verbindung mit den Figuren 10A und 10B ist ein mögliches Anwendungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. Die Figur 10A zeigt eine Draufsicht auf ein Display 7, an dessen Oberseiten jeweils ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil zur Hinterleuchtung angeordnet ist. Wie die Figur 10B zeigt, sind die optoelektronischen
Halbleiterbauteile derart ausgebildet, dass sie das Display 7 jeweils bis circa zur Mitte hin homogen ausleuchten. Auf diese Weise kann mit einem hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteil eine besonders günstige Displayhinterleuchtung geschaffen werden. In Verbindung mit den Figuren IIA und IIB ist eine
alternative Leuchtdiode 1, wie sie in einem hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil zum
Einsatz kommen kann, näher erläutert. Die Leuchtdiode 1 umfasst einen Leuchtdiodenchip 11, der eine
Lichtaustrittsfläche 16 aufweist. An der Lichtaustrittsfläche 16 ist zumindest eine Kontaktstelle 15 zur elektrischen
Kontaktierung des Leuchtdiodenchips 11 angeordnet. Die
Leuchtdiode 1 umfasst weiter einen Formkörper 12, der
beispielsweise mit einem strahlungsabsorbierenden oder einem Strahlungsreflektierenden Material gebildet sein kann.
Beispielsweise ist der Formkörper 12 mit einem
KunstStoffmatrixmaterial gebildet, in das Partikel eines absorbierenden, reflektierenden oder lichtstreuenden
Materials eingebracht sind. Der Formkörper 12 kann
beispielsweise weiß oder schwarz erscheinen.
Der Formkörper 12 umgibt den Leuchtdiodenchip 11 an dessen Seitenflächen vollständig. Die seitlichen Außenflächen des Formkörpers 12 bilden die Seitenflächen lc der Leuchtdiode 1 aus. Von den Kontaktstellen 15 des Leuchtdiodenchips 11 erstrecken sich elektrisch leitende Verbindungen 14, die mit einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise einem Metall gebildet sind, zu Durchkontaktierungen 13, die sich vollständig durch den Formkörper 12 von seiner Oberseite 12a zu seiner Unterseite 12b erstrecken.
Im Bereich der Durchkontaktierungen 13 sind elektrische
Kontaktstellen 17 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kontaktstelle 17 zur thermischen und/oder
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 11 an der Unterseite freiliegen. Dort ist beispielsweise die Unterseite des Leuchtdiodenchips 11 frei zugänglich.
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 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 Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013106948.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit
- einem Anschlussträger (2), der eine Montagefläche (21) an seiner Oberseite aufweist,
- eine Leuchtdiode (1), die zumindest einen Leuchtdiodenchip (11) aufweist, und die zur Abstrahlung von Licht vorgesehen ist ,
- einen Rahmen (3), der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und
- einem optischen Element (4), das der Leuchtdiode (1) in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode (1) im Betrieb abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element (4) tritt, wobei
- die Leuchtdiode (1) an der Montagefläche (21) des
Anschlussträgers (2) mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen ist,
- der Rahmen (3) an der Oberseite des Anschlussträgers (2) mechanisch befestigt ist,
- der Rahmen (3) in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen (lc) der Leuchtdiode (1) in einer lateralen Richtung verläuft,
- der Rahmen (3) die Leuchtdiode (1) in einer vertikalen Richtung überragt, und
- das optische Element (4) in einem Abstand zur Leuchtdiode (1) mechanisch am Rahmen (3) befestigt ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem
vorherigen, bei dem
- die Leuchtdiode (1) einen Leuchtdiodenchip (11) und ein Gehäuse (12) umfasst, und - ein Luftspalt zwischen der Leuchtdiode (1) und dem optische Element (4) vorhanden ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche mit
einer Vielzahl von Leuchtdioden (1), die auf der
Montagefläche (21) des Anschlussträgers (2) entlang einer Linie mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem allen Leuchtdioden (1) dasselbe optische Element (4) nachgeordnet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem
vorvorherigen Anspruch,
bei dem jeder Leuchtdiode (1) ein separates optisches Element (4) nachgeordnet und eineindeutig zugeordnet ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem der Rahmen (3) sich entlang aller Leuchtdioden (1) an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen (lc) der Leuchtdioden (1) erstreckt.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem der Rahmen (3) an seiner dem optischen Element zugewandten Oberseite (3a) eine Auflagefläche (31) zur mechanischen Befestigung des optischen Elements (4) aufweist, wobei die Auflagefläche (31) eine Krümmung aufweist, die an eine Krümmung des optischen Elements (4) im Bereich des Kontakts zwischen optischem Element (4) und Rahmen (3) angepasst ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem der Anschlussträger (2) und der Rahmen (3) elastisch ausgebildet sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem das optische Element (4) elastisch ausgebildet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem das optische Element (4) einen Grundkörper (41) aus einem strahlungsdurchlässigen Material aufweist und einen Konversionskörper (42), der einen Leuchtstoff aufweist, wobei der Grundkörper (41) den Konversionskörper (42) vollständig umschließt.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem das optische Element (4) und der Konversionskörper (41) zylinderförmig oder kugelförmig sind, wobei der
Grundkörper (42) die Mantelfläche oder die Außenfläche des Konversionskörpers (41) vollständig umgibt.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem die Montagefläche (21) für das Licht reflektierend ausgebildet ist.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem ein lichtstreuendes Material (5) an der Montagefläche (21) am Anschlussträger (2) mechanisch befestigt ist.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem die Leuchtdiode (1) oder die Leuchtdioden (1) in lateraler Richtung in das lichtstreuende Material (5) eingebettet ist oder sind.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem
- die Leuchtdiode (1) ein Gehäuse umfassend einen Formkörper (12) umfasst, der stellenweise an den Leuchtdiodenchip (11) grenzt ,
- die Leuchtdiode (1) zumindest ein Durchkontaktierung (13) aufweist, die ein elektrisch leitendes Material umfasst, wobei
- die Durchkontaktierung (13) den Formkörper (12) vollständig durchdringt, wobei sich die Durchkontaktierung (12) von einer Oberseite (12a) des Formkörpers (12) zu einer Unterseite (12b) des Formkörpers (12) erstreckt.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem
- der Formkörper (12) Seitenflächen des Leuchtdiodenchips (11) bedeckt,
- die Durchkontaktierung (13) lateral beabstandet zum
Leuchtdiodenchip (1) angeordnet ist, - die Leuchtdiode (1) eine elektrisch leitende Verbindung (14) aufweist, die elektrisch leitend mit dem
Leuchtdiodenchip (1) und der Durchkontaktierung (13) verbunden ist, und
- die elektrisch leitende Verbindung sich an der Oberseite des Formkörpers erstreckt.
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