WO2015062990A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und anordnung mit mindestens einem solchen optoelektronischen halbleiterchip - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und anordnung mit mindestens einem solchen optoelektronischen halbleiterchip Download PDF

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semiconductor layer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • This task is among others by a
  • Optoelectronic semiconductor chip a carrier with a
  • the carrier may be formed in one piece and from a single material or else a composite carrier made of a plurality of materials, in particular of a plurality
  • Layers be. For example, it is in the
  • Carrier around a silicon carrier or a germanium carrier is formed of an electrically non-conductive material. It is possible that in or on the carrier functional elements such as diodes for protection against
  • Semiconductor chip one or more semiconductor layer sequences on.
  • the at least one semiconductor layer sequence comprises at least one active layer.
  • the at least one active layer is designed to generate electromagnetic radiation, in particular visible light.
  • blue light is generated in the active layer during operation of the semiconductor chip.
  • Semiconductor layer sequence has a thickness of at most 20 ym or 12 ym or 8 ym or 6 ym or 5 ym. In other words, the semiconductor layer sequence is then a thin-film layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • Semiconductor material is, for example, a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence such as Al n In] __ n _ m
  • Semiconductor layer sequence that is, Al, As, Ga, In, N or P, indicated, although these may be partially replaced by small amounts of other substances and / or supplemented.
  • the electrical contacts are for example Bondpads, so that the Semiconductor chip, for example, by means of bonding wires and the electrical contacts is electrically contacted.
  • the electrical contacts are mounted on the carrier main side. Seen in plan view of a main radiation side of the semiconductor layer sequence and / or in plan view of the
  • the carrier laterally projects beyond the semiconductor layer sequence.
  • Carrier main side can be oriented and which preferably points away from the vehicle main side.
  • Optoelectronic semiconductor chip a carrier with a
  • a thickness of the semiconductor layer sequence is at most 12 ⁇ m. Electrical contacts for energizing the
  • Semiconductor layer sequences are mounted on the carrier main side and are, as seen in plan view, adjacent to the semiconductor layer sequence, so that the carrier
  • Radiation main side of the semiconductor layer sequence is remote from the carrier main page. According to at least one embodiment, the
  • Semiconductor chip has a thickness of at most 100 ym or 75 ym or 50 ym. In other words, the semiconductor chip is comparatively thin.
  • the carrier contributes to the overall thickness of the semiconductor chip, followed by the carrier
  • Semiconductor chip to an electrical connection for energizing the semiconductor layer sequence, which is in the direction away from the carrier through the active layer into a side facing away from the carrier of the semiconductor layer sequence
  • the electrical connection is formed, for example, by a multiplicity of plated-through holes, which respectively penetrate the active layer and extend, for example, into a p-doped side of the semiconductor layer sequence, starting from the carrier.
  • the electrical connection extends, for example, from a metallic current spreading layer through a p-doped side of the semiconductor layer sequence and through the active layer into an n-doped side of the semiconductor layer sequence.
  • Radiation main not and the electrical connection is spaced from the main radiation side.
  • the arrangement comprises at least one semiconductor chip, as in connection with one or more of the above embodiments indicated. Features of the semiconductor chip are therefore also disclosed for the arrangement and vice versa.
  • the arrangement has at least one mounting platform.
  • Platform underside of the mounting platform are preferably electrical connection surfaces for electrical and / or mechanical contacting of the at least one
  • the mounting platform can be mechanically rigid, so that it does not bend in the intended use of the arrangement.
  • the mounting platform can be mechanically flexible and, for example, be a film.
  • Mounting platform at least one window.
  • the window is
  • each of the windows can be exactly one of
  • the electrical connection surfaces on the platform connection side are electrical and mechanically with the electrical contacts on the
  • Vehicle home side connected For example, the
  • Connection surfaces and the electrical contacts connected by means of soldering, friction welding or electrically conductive bonding are soldering, friction welding or electrically conductive bonding.
  • a thickness of the mounting platform is greater than a thickness of
  • Mounting platform has a thickness of at most 200 ym or 100 ym or 75 ym or 50 ym.
  • the mounting platform is
  • the arrangement includes one or more semiconductor chips and at least one
  • Platform terminal side are electrically and mechanically connected to the electrical contacts on the carrier main side of the at least one semiconductor chip.
  • the at least one semiconductor chip is arranged on the mounting platform, so that the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip in a window of the mounting platform
  • the carrier of the at least one semiconductor chip projects beyond the window laterally, in plan view of the window
  • a thickness of the mounting platform is greater than a thickness of the semiconductor layer sequence.
  • Radiating surface of the semiconductor chip to another optical functional element connect.
  • a connection of the semiconductor chip to the optically functional element is to be performed as precisely as possible.
  • Radiation main side especially in the direction perpendicular to the radiation main side, with an accuracy of
  • the semiconductor chips are characterized by the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations: the following abbreviations:
  • Top view of the main radiation side seen no material of the mounting platform is located above the semiconductor layer sequence.
  • the arrangement comprises an additional optical functional unit, for example in the form of a lens, a light guide or a reflector.
  • the mounting platform itself may be formed as an optical functional unit.
  • At least one luminescence conversion element is in or on the window
  • the luminescence conversion element is configured to emit one of the semiconductor chip
  • the luminescence conversion element contains a matrix material and embedded particles of at least one phosphor.
  • Luminescence conversion element is filled.
  • the mounting plate is designed as a light distributor plate.
  • Platform connection side is formed by one or more end faces of the light distribution plate. front sides are such pages, the main pages of
  • the optical functional unit in addition to the mounting platform, is present in particular in the form of a light distribution plate.
  • Mounting platform here preferably has one of
  • the platform top is preferably designed in places or over the entire surface reflective.
  • the mounting platform is made of one
  • reflective material molded or the platform top is at least in places with a reflective
  • the one or the plurality of semiconductor chips are at the end sides of
  • Mounting platform as an optical functional unit in the form of a Reflectors formed.
  • the mounting platform has, for example, a three-dimensional shape, which can be generated, in particular, by folding or by bending the mounting platform.
  • the reflector is frusto-conical or truncated pyramid shaped.
  • a cross section of the reflector in this case preferably increases in a direction away from the at least one semiconductor chip.
  • the at least one semiconductor chip is attached, for example, to a bottom surface of the reflector.
  • Mounting platform attached to at least one or on just one main side of the light distribution plate.
  • Main emission direction of the at least one semiconductor chip is preferably oriented perpendicular to main directions of extension of the light distribution plate.
  • the window in the mounting platform is arranged in particular optically directly downstream of a lens. Optically immediate can mean that there is no beam-forming or wavelength-converting element between the lens and the window. Alternatively, it is possible that between the window and the lens, for example, a luminescence conversion element is attached.
  • a material of the lens is attached in a form-fitting manner to side surfaces of the window and / or to the semiconductor chip. For example, fill in
  • the window completely off. It is possible that the lens completely covers the window, as seen in plan view. The same can apply to a potting, which is located in the window.
  • the arrangement comprises one or more heat sinks.
  • the at least one heat sink is preferably formed from a metallic material, but may also be formed from a ceramic or from a composite material.
  • the heat sink is designed flat.
  • the heat sink is then a continuous foil or a continuous plate, in particular no openings
  • the at least one heat sink is attached to a carrier rear side of the carrier of the at least one semiconductor chip.
  • the back of the carrier lies opposite the carrier main side.
  • the heat sink is glued or soldered to the carrier.
  • the heat sink may extend across a plurality of the semiconductor chips.
  • the heat sink together with the semiconductor chip, has a thickness of at most 200 ym or 100 ym or 60 ym.
  • the semiconductor chip has a thickness of at most 200 ym or 100 ym or 60 ym.
  • the heat sink has at least one opening in which the at least one carrier of the at least one semiconductor chip is mounted.
  • the opening can completely penetrate the heat sink or even to a certain extent.
  • the semiconductor chip may be pinched in the opening or loosely in the opening.
  • the opening in the heat sink with a thermally conductive material,
  • thermal paste is filled to ensure improved thermal contact between the heat sink and the semiconductor chip.
  • the mounting platform is a foil, in particular a foil
  • the mounting platform may have at least one additional coating on which electrical connection surfaces and / or electrical conductor tracks are mounted.
  • the mounting platform for example, designed mechanically flexible. Even the whole arrangement can
  • the at least one semiconductor chip is mechanically self-supporting. That means the
  • Semiconductor chip can also be used without the arrangement.
  • the semiconductor chip is preferably mechanically rigid.
  • the semiconductor chip is impermeable to visible light. This applies in particular to the carrier of the semiconductor chip.
  • a radiation-impermeable mirror is located between the semiconductor layer sequence and the carrier. The mirror is
  • the metal layer for example, formed by a metal layer or by a layer stack of several layers.
  • the arrangement comprises at least one additional carrier.
  • the additional carrier can the be mechanically stabilizing component of the arrangement. It is possible that the additional carrier the opening in the arrangement.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 1 shows an optoelectronic semiconductor chip 1.
  • the semiconductor chip 1 has a carrier 11 with a carrier main side 12 and with one of these
  • the carrier 1 is formed for example of silicon and preferably has a thickness of at most 50 ym.
  • Semiconductor layer sequence 13 with an active layer 14 attached is preferred free from a growth substrate and has a small thickness of, for example, at most 6 ym.
  • the semiconductor chip 1 is intended to provide visible light during operation,
  • Carrier main side 12 facing away.
  • Semiconductor chip 1 electrically connectable and electrically operable.
  • the arrangement 2 comprises a mounting platform 3
  • Mounting platform 3 is formed for example by a one-piece, thin film.
  • the mounting platform 3 has at least one window 32.
  • In the window 32 is the
  • Pads 31 are electrically conductive and mechanically stable with the electrical contacts 15 of the
  • Semiconductor chip 1 preferably both electrically contacted and mechanically supported.
  • the semiconductor chip 1 is thus attached to the mounting platform 3 via surface mounting, SMT for short, see FIG. 2B.
  • SMT surface mounting
  • Semiconductor layer sequence 13 and the carrier 11 at least one metal layer 16.
  • the metal layer 16 is formed in particular for electrical contacting and as a mirror.
  • the electrical contacts 15 extend at least partially between the carrier 11 and the
  • electrical contact 15 is a carrier 11 facing side of
  • Carrier 11 facing side may be a p-side of the semiconductor layer sequence 13. Electric connections 17 are energized via the electrical contact 15 located on the right in FIG. 2A. The electrical
  • Connections 17 extend through the active layer 14 into a side facing away from the carrier 11
  • Carrier 11 is remote, a roughened to improve a Lichtauskoppeleffizienz attached.
  • Radiation main side 18 may lie in a common plane with a platform top 33.
  • a thickness of the mounting platform 3 is greater than a thickness of the
  • Radiation main side 18 emits a radiation R. Prefers a radiation emission essentially takes place
  • the conductor tracks 34 and / or the pads 31 are alternatively or additionally located on the platform top 33.
  • Conductor tracks on the platform connection side 30 may be connected via electrical vias to conductor tracks on the platform top side 33. Preferably, however, no electrical feedthroughs are required.
  • the arrangement 2 according to FIG. 2B can also comprise a plurality of the semiconductor chips 1, as in all other exemplary embodiments.
  • a form of the arrangement 2 is a form of the arrangement 2,
  • the mounting platform 3 can be adapted to the particular application.
  • the mounting platform 3 itself as
  • Optical fiber or designed as a light guide plate Optical fiber or designed as a light guide plate.
  • Radiation R is coupled into the mounting platform 3.
  • a beam path is shown only greatly simplified.
  • a not shown, reflective layer is attached to the side facing away from the carrier 11 of the semiconductor layer sequence 13.
  • the window 32 may be filled with a casting, not shown, to an optical coupling of the semiconductor chip 1 to the
  • Semiconductor chip 1 completely made of a material of
  • Mounting platform 3 is covered.
  • the mounting platform 3 is optically transparent in the region of the window 32, in particular if the mounting platform 3 is not completely from the
  • the arrangement 2 comprises an additional optical
  • the functional unit 4 which is attached to the mounting platform 3.
  • the functional unit 4 is a
  • the mounting device 3 is strip-shaped and attached to an end face 41 of the light guide plate 4.
  • the mounting platform 3 preferably has a plurality of the windows 32, wherein in each of the windows exactly one or more of the semiconductor chips. 1
  • Lumineszenzkonversionselement 5 attached.
  • the window 2 can optionally also be evacuated.
  • the arrangement 2 each has a heat sink 6.
  • the heat sink 6 has an opening 61 in which the Semiconductor chip 1 is placed.
  • the semiconductor chip 1 is placed.
  • Heat sink 6 attached to the carrier rear side 19. Furthermore, the optical functional element 4 is attached in the form of a light guide in Figure 5B on the platform top 33.
  • FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a side view
  • the mounting platform 3 By folding or bending, the mounting platform 3 extends on two main sides 40 of the functional element 4.
  • the at least one semiconductor chip 1 is attached to the front side 41. Connecting means between the mounting platform 3 and the functional element 4 are not shown for simplicity.
  • an embodiment of the arrangement 2 is shown schematically in plan view.
  • the arrangement 2 can be used as a display backlighting.
  • the mounting platform 3 is L-shaped.
  • Carriers 11 of the semiconductor chips 1 are optionally partially embedded in the heat sink 6.
  • the functional element 4 preferably has a plurality of light coupling-out structures 44 on at least one of the main sides 40. A density of the light extraction structures 44 may increase in the direction away from the semiconductor chips 1 to ensure a uniform radiation.
  • a thickness D off the heat sink 6, the semiconductor chips 1 and the mounting platform 3 is less than 100 ym.
  • Mounting platform 3 together with the semiconductor chips 1 and the heat sink 6 may be mechanically flexible.
  • This lateral distance is largely freely adjustable due to the tracks 34 on the mounting platform. 3
  • this lateral distance can also be several centimeters.
  • the mounting platform 3 itself as a light guide and
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • the thickness H of the semiconductor layer sequence 3 is at most 6 ⁇ m.
  • the thickness T of the mounting platform 3 is, for example
  • the thickness of the semiconductor layer sequence 13 is
  • the position of the main radiation side 18 relative to the platform top 33 is thus precisely adjustable and in particular by manufacturing tolerances of Mounting platform 3 limited.
  • an optical element can be attached very precisely to the mounting platform 3 and a defined, accurate distance to
  • An attachment of the semiconductor chip 1 to the mounting platform 3 preferably takes place via the same technology as an attachment of the semiconductor layer sequence 13 to the carrier 11, in particular with a thin-film solder technology. It can be applied for this purpose on the support 11 and / or on the mounting platform 3 annular metallizations.
  • a lens 4 is mounted in and on the window 32 in FIG.
  • a material of the lens 4 extends into the window 32 and fills, together with the
  • a sealing, in particular a hermetic seal, of the window and of the semiconductor layer sequence 13 is possible via such a lens 4 or else via another potting located in the window 32.
  • the window 32 may be conical or pyramid-shaped in each case, for example with a cross-section tapering towards the semiconductor chip 1.
  • a reflector can already be achieved through the window 32, for example for a particularly directed radiation.
  • Top view in Figure 10C is another example of Arrangement 2 shown.
  • the optical functional element 4 is designed as a reflector.
  • the reflector 4 has a
  • the reflector 4 is, compare IOC, produced by folding. Together with the optional heat sink 6, an external electrical connection 7 can be created, which can terminate flush with the carrier rear side 19.
  • only one semiconductor chip 1 is drawn on a bottom surface of the reflector 4.
  • a plurality of the semiconductor chips 1, for example in the form of a matrix, may be arranged on the bottom surface.
  • the semiconductor layer sequence 3 is produced and formed photolithographically in the direction parallel to the radiation main side 18, exact dimensions in a plane parallel to the radiation main side 18 can also be achieved, as can be the case in all other embodiments.
  • the semiconductor chip 1 can also be exactly positioned in the plane parallel to the main radiation side 18.
  • Mounting platform 3 designed as in connection with Figure 3 explained. It is here, as in Figure 3, possible that the mounting platform 3 is designed as a light guide. Deviating from this, the mounting platform 3 also
  • radiopaque but is preferably the
  • Semiconductor chip 1 generated in operation radiation. As in Figure 3, the semiconductor chip 3 by surface mounting, English Surface Mount Technology or SMT short, at the
  • Mounting platform 3 may be attached.
  • an additional carrier 8 of the arrangement 2 On one side of the carrier 1 facing away from the semiconductor layer sequence 13 is an additional carrier 8 of the arrangement 2
  • the additional carrier 8 optionally has a reflective coating 81 on a side facing the mounting platform 3.
  • the reflective coating 81 is preferably applied over the whole area on this side of the additional carrier 8.
  • the additional carrier 8 may be transparent to radiation or impermeable to radiation.
  • the additional carrier 8 is for example from a
  • the opening 61 is preferably free of a material of the additional carrier 8.
  • the additional carrier 8 serves for a mechanical stabilization of the mounting platform 3 and / or the carrier 11.
  • a thickness of the additional carrier 8 preferably exceeds the thickness of
  • the mounting platform 3 may then be a flexible film such as a plastic, which is provided with the electrical traces 34.
  • a mechanical stability of the assembly 2 then comes about preferably by the additional carrier 8, which is the mechanical component of the
  • Arrangement 2 can be.
  • the additional carrier 8 if molded from a plastic, having additional components such as threads or particles to increase thermal conductivity.
  • the additional carrier 8 can project beyond the mounting platform 3 side. Deviating from the representation in FIG. 11, however, the mounting platform 3 may at least in places project beyond the additional carrier 8, for example, to make electrical contact with the arrangement 2.
  • Such an additional carrier 8 can also in all other
  • FIG. 12 is a sectional view of another
  • the additional carrier 8 in FIG. 12 serves for a light guide and a mechanical guide
  • the additional carrier 8 is made of a transparent plastic.
  • the mounting platform 3 can, as in FIG. 11, be formed by a plastic film.
  • a reflective coating is preferably attached over the entire surface of a side of the mounting platform 3 facing away from the additional carrier 8.
  • the additional carrier 8 according to FIG. 12 can be produced by spraying or Pressing be mounted on the mounting platform 3, before or even after mounting of the semiconductor chip 1 in the
  • Opening 61 Unlike shown, a material of the additional carrier 8, the opening 61, together with the
  • the opening 61 is free of a material of the auxiliary carrier 8, as shown in FIG.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die Anordnung (2) einen Halbleiterchip (1) sowie zumindest eine Montageplattform (3). Elektrische Anschlussflächen (31) an einer Plattformanschlussseite (30) sind elektrisch und mechanisch mit den elektrischen Kontakten (15) an einer Trägerhauptseite (12) eines Trägers (11) des Halbleiterchips (1) verbunden. Der Halbleiterchip (1) ist derart an der Montageplattform (3) angeordnet, so dass sich eine Halbleiterschichtenfolge (13) des Halbleiterchips (1) in einem Fenster (32) der Montageplattform (3) befindet. Der Träger (11) des Halbleiterchips (1) überragt das Fenster (32) seitlich, in Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite (18) gesehen. Eine Dicke (T) der Montageplattform (3) ist größer als eine Dicke (H) der Halbleiterschichtenfolge (13).

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Anordnung mit
mindestens einem solchen optoelektronischen Halbleiterchip
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Darüber hinaus wird eine Anordnung mit zumindest einem solchen optoelektronischen Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der effizient ein optisches Element ankoppelbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
optoelektronischen Halbleiterchip und durch eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Träger mit einer
Trägerhauptseite. Der Träger kann einstückig und aus einem einzigen Material geformt sein oder auch ein Composit-Träger aus mehreren Materialien, insbesondere aus mehreren
Schichten, sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem
Träger um einen Siliziumträger oder um einen Germaniumträger. Insbesondere ist der Träger aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material geformt. Es ist möglich, dass in oder an dem Träger Funktionselemente wie Dioden zum Schutz vor
Schäden durch elektrostatische Entladungen enthalten sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip eine oder mehrere Halbleiterschichtenfolgen auf. Die mindestens eine Halbleiterschichtenfolge umfasst zumindest eine aktive Schicht. Die mindestens eine aktive Schicht ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem Licht, eingerichtet.
Beispielsweise wird in der aktiven Schicht im Betrieb des Halbleiterchips blaues Licht erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge eine Dicke von höchstens 20 ym oder 12 ym oder 8 ym oder 6 ym oder 5 ym auf. Mit anderen Worten handelt es sich dann bei der Halbleiterschichtenfolge um eine Dünnfilmschichtenfolge .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_ mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m < 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters der
Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip elektrische Kontakte zum Bestromen der
Halbleiterschichtenfolge auf. Bei den elektrischen Kontakten handelt es sich beispielsweise um Bondpads, sodass der Halbleiterchip etwa mittels Bonddrähten und der elektrischen Kontakte elektrisch kontaktierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die elektrischen Kontakte auf der Trägerhauptseite angebracht. In Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge gesehen und/oder in Draufsicht auf die
Halbleiterschichtenfolge selbst befinden sich die
elektrischen Kontakte neben der Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen Worten überragt, in Draufsicht gesehen, der Träger die Halbleiterschichtenfolge dann seitlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge der
Trägerhauptseite abgewandt. Mit anderen Worten weist die
Halbleiterschichtenfolge eine Hauptemissionsrichtung auf, die senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu der
Trägerhauptseite orientiert sein kann und die bevorzugt von der Trägerhauptseite weg weist.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Träger mit einer
Trägerhauptseite sowie eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht zur Erzeugung von sichtbarem Licht. Eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge beträgt höchstens 12 ym. Elektrische Kontakte zum Bestromen der
Halbleiterschichtenfolge sind auf der Trägerhauptseite angebracht und befinden sich, in Draufsicht gesehen, neben der Halbleiterschichtenfolge, so dass der Träger die
Halbleiterschichtenfolge seitlich überragt. Eine
Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge ist der Trägerhauptseite abgewandt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip eine Dicke von höchstens 100 ym oder 75 ym oder 50 ym auf. Mit anderen Worten ist der Halbleiterchip vergleichsweise dünn. Zur Gesamtdicke des Halbleiterchips trägt insbesondere der Träger bei, gefolgt von der
Halbleiterschichtenfolge und von elektrischen und/oder mechanischen Verbindungsmitteln zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip einen elektrischen Anschluss zum Bestromen der Halbleiterschichtenfolge auf, der sich in Richtung weg von dem Träger durch die aktive Schicht hindurch in eine dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge
erstreckt. Der elektrische Anschluss ist beispielsweise durch eine Vielzahl von Durchkontaktierungen gebildet, die jeweils die aktive Schicht durchdringen und beispielsweise in eine p dotierte Seite der Halbleiterschichtenfolge reichen, ausgehend von dem Träger. Der elektrische Anschluss reicht zum Beispiel von einer metallischen StromaufWeitungsschicht durch eine p-dotierte Seite der Halbleiterschichtenfolge und durch die aktive Schicht bis in eine n-dotierte Seite der Halbleiterschichtenfolge . Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft der
elektrische Anschluss, der die aktive Schicht durchdringt, nicht hin bis zur Strahlungshauptseite. Mit anderen Worten berührt dann der elektrische Anschluss die
Strahlungshauptseite nicht und der elektrische Anschluss ist von der Strahlungshauptseite beabstandet.
Darüber hinaus wird eine Anordnung angegeben. Die Anordnung umfasst zumindest einen Halbleiterchip, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Halbleiterchips sind daher auch für die Anordnung offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Anordnung mindestens eine Montageplattform auf. An einer
Plattformunterseite der Montageplattform befinden sich bevorzugt elektrische Anschlussflächen zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung des zumindest einen
Halbleiterchips. Ferner befinden sich an der
Plattformunterseite bevorzugt elektrische Leiterbahnen. Die Montageplattform kann mechanisch starr geformt sein, sodass sie sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Anordnung nicht verbiegt. Alternativ kann die Montageplattform mechanisch flexibel sein und beispielsweise eine Folie sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
Montageplattform mindestens ein Fenster. Das Fenster
durchdringt die Montageplattform, in Richtung senkrecht zu der Plattformunterseite, vollständig oder nur teilweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge des mindestens einen Halbleiterchips vollständig oder nur teilweise in dem mindestens einen
Fenster angebracht. Sind mehrere Halbleiterchips in der
Anordnung vorhanden, so können mehrere der Halbleiterchips in einem Fenster angebracht sein. Bevorzugt jedoch besteht eine 1 : 1-Zuordnung der Halbleiterchips und der Fenster. Mit anderen Worten kann jedem der Fenster genau einer der
Halbleiterchips zugeordnet sein und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die elektrischen Anschlussflächen an der Plattformanschlussseite elektrisch und mechanisch mit den elektrischen Kontakten an der
Trägerhauptseite verbunden. Beispielsweise sind die
Anschlussflächen und die elektrischen Kontakte mittels Löten, Reibschweißen oder elektrisch leitfähigem Kleben miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Dicke der Montageplattform größer als eine Dicke der
Halbleiterschichtenfolge und/oder größer als die Gesamtdicke des Halbleiterchips. Beispielsweise weist die
Montageplattform eine Dicke von höchstens 200 ym oder 100 ym oder 75 ym oder 50 ym auf. Die Montageplattform ist
beispielsweise als dünner Rahmen, als Blatt oder als Folie gestaltet .
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die Anordnung einen oder mehrere Halbleiterchips sowie zumindest eine
Montageplattform. Elektrische Anschlussflächen an der
Plattformanschlussseite sind elektrisch und mechanisch mit den elektrischen Kontakten an der Trägerhauptseite des zumindest einen Halbleiterchips verbunden. Der mindestens eine Halbleiterchip ist derart an der Montageplattform angeordnet, so dass sich die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips in einem Fenster der Montageplattform
befindet. Der Träger des mindestens einen Halbleiterchips überragt das Fenster seitlich, in Draufsicht auf die
Strahlungshauptseite gesehen. Eine Dicke der Montageplattform ist größer als eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge. Bei einer Vielzahl von Anwendungen von optoelektronischen Halbleiterchips wie LED-Chips ist es erforderlich, eine
Abstrahlfläche des Halbleiterchips an ein weiteres optisches funktionales Element anzubinden. Um eine hohe Qualität der optischen Funktion, beispielsweise einer Strahlformung oder einer Strahlverteilung zu erreichen, ist eine Anbindung des Halbleiterchips an das optisch funktionale Element möglichst präzise durchzuführen.
Mit der hier beschriebenen Anordnung und mit dem hier
beschriebenen Halbleiterchip ist eine genaue Ankopplung an ein optisches Element möglich. Aufgrund der
Oberflächenmontage des Halbleiterchips an der
Montageplattform, so dass sich die Halbleiterschichtenfolge in einem Fenster der Montageplattform befindet, ist eine Präzision im Wesentlichen nur auf eine Dickentoleranz der Montageplattform beschränkt. Dickenschwankungen des
Halbleiterchips, insbesondere des Trägers, sind im
Wesentlichen eliminiert. Insbesondere sind eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge und eine Position der
Strahlungshauptseite, speziell in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite, mit einer Genauigkeit von
beispielsweise +/- 0,1 ym realisierbar.
Solche Anordnungen lassen sich etwa einsetzen für die
Hinterleuchtung von Bildschirmen, in Scheinwerferanwendungen, in Projektionsanwendungen, zur Einkopplung in Lichtleitern und zur Befestigung an Lichtleitern, zur Anwendung in Geräten mit nur geringem Platz wie in Mobiltelefonen oder auch in Anwendungen mit vergleichsweise großflächigen Reflektoren. Insbesondere sind die Halbleiterchips durch die
Oberflächenmontage, kurz SMT, effizient mit großen
Designfreiheiten an die Montageplattform und damit an eine Optik ankoppelbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die
Montageplattform die Halbleiterschichtenfolge, in Richtung weg von dem Träger. Es ist dabei möglich, dass sich in
Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen kein Material der Montageplattform über der Halbleiterschichtenfolge befindet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine zusätzliche optische Funktionseinheit, beispielsweise in Form einer Linse, eines Lichtleiters oder eines Reflektors. Alternativ oder zusätzlich kann die Montageplattform selbst als optische Funktionseinheit ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in oder an dem Fenster wenigstens ein Lumineszenzkonversionselement
angebracht. Das Lumineszenzkonversionselement ist dazu eingerichtet, eine von dem Halbleiterchip emittierte
Strahlung vollständig oder teilweise zu absorbieren und in eine Strahlung in einem anderen, bevorzugt langwelligeren Wellenlängenbereich umzuwandeln. Beispielsweise beinhaltet das Lumineszenzkonversionselement ein Matrixmaterial und darin eingebettete Partikel zumindest eines Leuchtstoffs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Lumineszenzkonversionselement formschlüssig an den
Halbleiterchip und/oder an Seitenwände des Fensters
angebracht. Es ist möglich, dass das Fenster vollständig von dem Halbleiterchip zusammen mit dem
Lumineszenzkonversionselement ausgefüllt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Montageplatte als Lichtverteilerplatte ausgebildet. Die
Plattformanschlussseite ist durch eine oder durch mehrere Stirnseiten der Lichtverteilerplatte gebildet. Stirnseiten sind dabei solche Seiten, die Hauptseiten der
Lichtverteilerplatte miteinander verbinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Hauptemissionsrichtung des zumindest einen Halbleiterchips parallel zu Haupterstreckungsrichtungen der
Lichtverteilerplatte ausgerichtet. Das heißt, eine
Hauptlichtleitrichtung, in der die Strahlung geführt wird, kann dann der Hauptemissionsrichtung des zumindest einen Halbleiterchips entsprechen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zusätzlich zu der Montageplattform die optische Funktionseinheit insbesondere in Form einer Lichtverteilerplatte vorhanden. Die
Montageplattform weist hierbei bevorzugt eine der
Plattformanschlussseite gegenüberliegende und/oder abgewandte Plattformoberseite auf. Die Plattformoberseite ist bevorzugt stellenweise oder ganzflächig reflektierend gestaltet.
Beispielsweise ist die Montageplattform aus einem
reflektierenden Material geformt oder die Plattformoberseite ist zumindest stellenweise mit einer reflektierenden
Beschichtung versehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der eine oder sind die mehreren Halbleiterchips an Stirnseiten der
Lichtverteilerplatte angebracht. Dabei erstreckt sich die
Montageplattform bevorzugt auf zwei einander
gegenüberliegende Hauptseiten der Lichtverteilerplatte.
Hierdurch kann die Montageplattform an der
Lichtverteilerplatte angeklemmt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Montageplattform als optische Funktionseinheit in Form eines Reflektors ausgebildet. Die Montageplattform weist hierzu beispielsweise eine dreidimensionale Formgebung auf, die insbesondere durch ein Falten oder durch ein Knicken der Montageplattform erzeugt sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig gestaltet. Ein Querschnitt des Reflektors vergrößert sich hierbei bevorzugt in eine Richtung weg von dem zumindest einen Halbleiterchip. Der zumindest eine Halbleiterchip ist beispielsweise an einer Bodenfläche des Reflektors angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Montageplattform an mindestens einer oder an genau einer Hauptseite der Lichtverteilerplatte angebracht. Eine
Hauptemissionsrichtung des mindestens einen Halbleiterchips ist dabei bevorzugt senkrecht zu Haupterstreckungsrichtungen der Lichtverteilerplatte orientiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem Fenster in der Montageplattform insbesondere optisch unmittelbar eine Linse nachgeordnet. Optisch unmittelbar kann bedeuten, dass sich zwischen der Linse und dem Fenster kein strahlformendes oder wellenlängenumformendes Element befindet. Alternativ ist es möglich, dass zwischen dem Fenster und der Linse zum Beispiel ein Lumineszenzkonversionselement angebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Material der Linse formschlüssig an Seitenflächen des Fensters und/oder an dem Halbleiterchip angebracht. Beispielsweise füllt ein
Material der Linse, zusammen mit dem Halbleiterchip, das Fenster vollständig aus. Es ist möglich, dass die Linse das Fenster, in Draufsicht gesehen, vollständig überdeckt. Entsprechendes kann für einen Verguss gelten, der sich in dem Fenster befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine oder mehrere Wärmesenken. Die zumindest eine Wärmesenke ist bevorzugt aus einem metallischen Material gebildet, kann aber auch aus einer Keramik oder aus einem Verbundwerkstoff geformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Wärmesenke flächig gestaltet. Beispielsweise handelt es sich dann bei der Wärmesenke um eine durchgehende Folie oder um eine durchgehende Platte, die insbesondere keine Öffnungen
aufweist, in denen die Halbleiterchips angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Wärmesenke an eine Trägerrückseite des Trägers des zumindest einen Halbleiterchips angebracht. Die Trägerrückseite liegt dabei der Trägerhauptseite gegenüber. Beispielsweise ist die Wärmesenke auf den Träger aufgeklebt oder angelötet. Die Wärmesenke kann sich über mehrere der Halbleiterchips zusammenhängend erstrecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Wärmesenke, zusammen mit dem Halbleiterchip, eine Dicke von höchstens 200 ym oder 100 ym oder 60 ym auf. Insbesondere ist die
Wärmesenke durch eine mechanisch flexible Metallfolie
gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Wärmesenke zumindest eine Öffnung auf, in der der zumindest eine Träger des wenigstens einen Halbleiterchips angebracht ist. Die Öffnung kann die Wärmesenke vollständig durchdringen oder auch nur zu einem bestimmten Anteil. Der Halbleiterchip kann in die Öffnung eingeklemmt sein oder sich lose in der Öffnung befinden. Weiterhin ist es möglich, dass die Öffnung in der Wärmesenke mit einem wärmeleitfähigen Material,
beispielsweise einer Wärmeleitpaste, ausgefüllt ist, um einen verbesserten thermischen Kontakt zwischen der Wärmesenke und dem Halbleiterchip zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Montageplattform um eine Folie, insbesondere um eine
Kunststofffolie, eine Glasfolie oder eine Metallfolie. Im Falle einer Metallfolie kann die Montageplattform zumindest eine zusätzliche Beschichtung aufweisen, auf der elektrische Anschlussflächen und/oder elektrische Leiterbahnen angebracht sind. Die Montageplattform ist beispielsweise mechanisch flexibel gestaltet. Auch die gesamte Anordnung kann
mechanisch flexibel ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine Halbleiterchip mechanisch selbsttragend. Das bedeutet, der
Halbleiterchip kann auch ohne die Anordnung verwendet werden. Der Halbleiterchip ist bevorzugt mechanisch starr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip undurchlässig für sichtbares Licht. Dies gilt insbesondere für den Träger des Halbleiterchips. Insbesondere befindet sich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger ein strahlungsundurchlässiger Spiegel. Der Spiegel ist
beispielsweise durch eine Metallschicht gebildet oder auch durch einen Schichtenstapel aus mehreren Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anordnung mindestens einen Zusatzträger. Der Zusatzträger kann die mechanisch stabilisierende Komponente der Anordnung sein. Es ist möglich, dass der Zusatzträger die Öffnung in der
Montageplattform vollständig abdeckt, in Draufsicht gesehen. Nachfolgend werden eine hier beschriebene Anordnung und ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips, und Figuren 2 bis 12 schematische Darstellungen von hier
beschriebenen Anordnungen mit hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips .
In Figur 1 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 dargestellt. Der Halbleiterchip 1 weist einen Träger 11 mit einer Trägerhauptseite 12 und mit einer dieser
gegenüberliegenden Trägerrückseite 19 auf. Der Träger 1 ist beispielsweise aus Silizium gebildet und weist bevorzugt eine Dicke von höchstens 50 ym auf.
An der Trägerhauptseite 12 ist eine
Halbleiterschichtenfolge 13 mit einer aktiven Schicht 14 angebracht. Die Halbleiterschichtenfolge 13 ist bevorzugt frei von einem Aufwachssubstrat und weist eine geringe Dicke von beispielsweise höchstens 6 ym auf. Der Halbleiterchip 1 ist dazu vorgesehen, im Betrieb sichtbares Licht,
insbesondere blaues Licht, zu erzeugen. Eine
Strahlungshauptseite 18 des Halbleiterchips 1 ist der
Trägerhauptseite 12 abgewandt.
In Draufsicht auf die Trägerhauptseite 12 gesehen befinden sich neben der Halbleiterschichtenfolge 13 zwei elektrische Kontakte 15. Über die elektrischen Kontakte 15 ist der
Halbleiterchip 1 elektrisch anschließbar und elektrisch betreibbar .
In den Schnittdarstellungen der Figuren 2A und 2B sind eine Anordnung 2 sowie deren Herstellung schematisch illustriert. Die Anordnung 2 umfasst eine Montageplattform 3. Die
Montageplattform 3 ist beispielsweise durch eine einstückige, dünne Folie gebildet. Die Montageplattform 3 weist zumindest ein Fenster 32 auf. In das Fenster 32 wird der
Halbleiterchip 1 eingebracht.
An einer dem Träger 11 zugewandten Plattformanschlussseite 30 befinden sich elektrische Anschlussflächen 31 sowie
elektrische Leiterbahnen 34. Die elektrischen
Anschlussflächen 31 werden elektrisch leitend und mechanisch stabil mit den elektrischen Kontakten 15 des
Halbleiterchips 1 verbunden. Über die Verbindung zwischen den Kontakten 15 und den Anschlussflächen 31 ist der
Halbleiterchip 1 bevorzugt sowohl elektrisch kontaktiert als auch mechanisch gehaltert. Der Halbleiterchip 1 ist somit über Oberflächenmontage, kurz SMT, an der Montageplattform 3 befestigt, siehe Figur 2B. Bei dem Halbleiterchip 1, wie in Verbindung mit Figur 2A detaillierter dargestellt, befindet sich zwischen der
Halbleiterschichtenfolge 13 und dem Träger 11 zumindest eine Metallschicht 16. Die Metallschicht 16 ist insbesondere zu einer elektrischen Kontaktierung und als Spiegel ausgebildet. Die elektrischen Kontakte 15 erstrecken sich wenigstens zum Teil zwischen den Träger 11 und die
Halbleiterschichtenfolge 13 und können die Metallschicht 16 umfassen .
Über den in Figur 2A links liegenden elektrischen Kontakt 15 wird eine dem Träger 11 zugewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge 13 bestromt. Bei dieser dem
Träger 11 zugewandten Seite kann es sich um eine p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 13 handeln. Über den in Figur 2A sich rechts befindlichen elektrischen Kontakt 15 werden elektrische Anschlüsse 17 bestromt. Die elektrischen
Anschlüsse 17 reichen durch die aktive Schicht 14 hindurch bis in eine dem Träger 11 abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge 13, beispielsweise bis in eine n-Seite. Elektrische Passivierungsschichten sind zur
Vereinfachung der Darstellung in Figur 2A nicht gezeichnet.
Bevorzugt ist an der Strahlungshauptseite 18, die dem
Träger 11 abgewandt ist, eine Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz angebracht. Die
Strahlungshauptseite 18 kann in einer gemeinsamen Ebene mit einer Plattformoberseite 33 liegen. Bevorzugt jedoch ist eine Dicke der Montageplattform 3 größer als eine Dicke der
Halbleiterschichtenfolge 13, so dass die
Strahlungshauptseite 18 gegenüber der Plattformoberseite 33 zurückgesetzt ist. Im Betrieb wird an der
Strahlungshauptseite 18 eine Strahlung R emittiert. Bevorzugt erfolgt eine Strahlungsemission im Wesentlichen
ausschließlich oder überwiegend, beispielsweise zu mindestens 75 %, an der Strahlungshauptseite 18. Anders als in Figur 2 dargestellt, ist es auch möglich, dass sich die Leiterbahnen 34 und/oder die Anschlussflächen 31 alternativ oder zusätzlich an der Plattformoberseite 33 befinden. Leiterbahnen an der Plattformanschlussseite 30 können über elektrische Durchkontaktierungen mit Leiterbahnen an der Plattformoberseite 33 verbunden sein. Bevorzugt jedoch sind keine elektrischen Durchkontaktierungen erforderlich.
Entsprechende Halbleiterchips 1, wie in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 dargestellt, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen Verwendung finden. Anders als
dargestellt kann die Anordnung 2 gemäß Figur 2B auch mehrere der Halbleiterchips 1 umfassen, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen. Eine Form der Anordnung 2,
insbesondere der Montageplattform 3, kann an die jeweilige Anwendung angepasst sein.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in der Schnittdarstellung in Figur 3 gezeigt, ist die Montageplattform 3 selbst als
Lichtleiter oder als Lichtleiterplatte gestaltet. Die
Strahlung R wird in die Montageplattform 3 eingekoppelt. Ein Strahlengang ist nur stark vereinfacht dargestellt. Optional ist es möglich, dass an der dem Träger 11 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 13 eine nicht gezeichnete, reflektierende Schicht angebracht ist. Das Fenster 32 kann mit einem nicht dargestellten Verguss gefüllt sein, um eine optische Ankopplung des Halbeiterchips 1 an die
Montageplattform 3 zu verbessern. Anders als dargestellt ist es möglich, dass das Fenster 32 die Montageplattform 3 nur unvollständig durchdringt, so dass in Draufsicht auf die Plattformoberseite 33 der
Halbleiterchip 1 vollständig von einem Material der
Montageplattform 3 bedeckt ist. Die Montageplattform 3 ist im Bereich des Fensters 32 optisch transparent, insbesondere wenn die Montageplattform 3 nicht vollständig von dem
Fenster 32 durchdrungen ist. In den Schnittdarstellungen in den Figuren 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 2 gezeigt. Die Anordnung 2 umfasst eine zusätzliche optische
Funktionseinheit 4, die an der Montageplattform 3 angebracht ist. Bei der Funktionseinheit 4 handelt es sich um eine
Lichtleiterplatte.
Die Montagevorrichtung 3 ist streifenförmig gestaltet und an einer Stirnseite 41 der Lichtleiterplatte 4 angebracht.
Anders als dargestellt weist die Montageplattform 3 bevorzugt eine Vielzahl der Fenster 32 auf, wobei in jedes der Fenster genau einer oder auch mehrere der Halbleiterchips 1
angebracht sind.
Optional ist, wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen, in dem Fenster zumindest ein
Lumineszenzkonversionselement 5 angebracht. Das
Lumineszenzkonversionselement 5 kann, zusammen mit dem
Halbleiterchip 1, das Fenster 32 vollständig ausfüllen. Das Fenster 2 kann optional auch evakuiert sein.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 5A und 5B weist die Anordnung 2 je eine Wärmesenke 6 auf. Gemäß Figur 5A weist die Wärmesenke 6 eine Öffnung 61 auf, in der der Halbleiterchip 1 platziert ist. Gemäß Figur 5B ist die
Wärmesenke 6 an der Trägerrückseite 19 angebracht. Weiterhin ist in Figur 5B auf die Plattformoberseite 33 das optische Funktionselement 4 in Form eines Lichtleiters angebracht.
In Figur 6A ist eine Seitenansicht und in Figur 6B eine
Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Anordnung 2 illustriert. Durch ein Falten oder Knicken erstreckt sich die Montageplattform 3 an zwei Hauptseiten 40 des Funktionselements 4. Der zumindest eine Halbleiterchip 1 ist dabei an der Stirnseite 41 angebracht. Verbindungsmittel zwischen der Montageplattform 3 und dem Funktionselement 4 sind zur Vereinfachung jeweils nicht dargestellt. In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung 2 in Draufsicht schematisch dargestellt. Beispielsweise ist die Anordnung 2 als Displayhinterleuchtung einsetzbar. In
Draufsicht ist die Montageplattform 3 L-förmig. Mehrere
Halbleiterchips 1 sind an Stirnseiten 41 angebracht. Eine beispielsweise rahmenförmige Wärmesenke 6 umgibt die
Lichtleiterplatte 4 sowie die Halbleiterchips 1. Die
Träger 11 der Halbleiterchips 1 sind optional teilweise in die Wärmesenke 6 eingebettet. Bevorzugt weist das Funktionselement 4 an zumindest einer der Hauptseiten 40 mehrere Lichtauskoppelstrukturen 44 auf. Eine Dichte der Lichtauskoppelstrukturen 44 kann in Richtung weg von den Halbleiterchips 1 zunehmen, um eine gleichmäßige Abstrahlung zu gewährleisten.
Bei der Anordnung 2, siehe die Schnittdarstellung in Figur 8, ist hinter den mehreren Halbleiterchips 1 die
zusammenhängende Wärmesenke 6 angebracht. Eine Dicke D aus der Wärmesenke 6, den Halbleiterchips 1 sowie der Montageplattform 3 ist kleiner als 100 ym. Die
Montageplattform 3 zusammen mit den Halbleiterchips 1 sowie der Wärmesenke 6 kann mechanisch flexibel sein.
Ein Abstand benachbarter Halbleiterchips 2 zueinander, in Richtung parallel zur Plattformoberseite 33, beträgt
beispielsweise mindestens 100 ym oder mindestens 500 ym.
Dieser laterale Abstand ist weitestgehend frei einstellbar aufgrund der Leiterbahnen 34 an der Montageplattform 3.
Beispielsweise kann dieser laterale Abstand auch mehrere Zentimeter betragen. Zusätzlich zu der Lichtverteilerplatte 4 kann die Montageplattform 3 selbst als Lichtleiter und
Lichtverteiler dienen.
In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Anordnung 2 in einer Schnittdarstellung zu sehen. Die Dicke H der Halbleiterschichtenfolge 3 liegt bei höchstens 6 ym. Die Dicke T der Montageplattform 3 beträgt beispielsweise
höchstens 50 ym.
Die Dicke der Halbleiterschichtenfolge 13 ist
herstellungsbedingt über ein epitaktisches Wachsen und/oder ein lithografisches Ätzen genau einstellbar, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 0,1 ym. Eine Befestigung des Halbleiterchips 1 an der Montageplattform 3 erfolgt
beispielsweise mittels AuSn-Kontaktflächen 15, 34.
Insbesondere kann ein sogenanntes Heated Bondhead-Verfahren eingesetzt werden. Mit einem solchen Verfahren sind
Dickenschwankungen der Kontaktierung von weniger als 1 ym erzielbar. Die Position der Strahlungshauptseite 18 relativ zur Plattformoberseite 33 ist damit genau einstellbar und insbesondere durch Herstellungstoleranzen der Montageplattform 3 beschränkt. Damit kann ein optisches Element sehr präzise an der Montageplattform 3 befestigt werden und ein definierter, genauer Abstand zur
Strahlungshauptseite 18 ist gewährleistbar. Eine Befestigung des Halbleiterchips 1 an die Montageplattform 3 erfolgt bevorzugt über dieselbe Technologie wie eine Befestigung der Halbleiterschichtenfolge 13 an dem Träger 11, insbesondere mit einer Dünnschicht-Lot-Technologie. Es können hierzu auf dem Träger 11 und/oder auf der Montageplattform 3 ringförmige Metallisierungen aufgebracht sein.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ist in Figur 9 in dem und auf dem Fenster 32 eine Linse 4 angebracht. Ein Material der Linse 4 erstreckt sich bis in das Fenster 32 und füllt, zusammen mit der
Halbleiterschichtenfolge 13, das Fenster 32 vollständig aus. Über eine solche Linse 4 oder auch über einen anderen, in dem Fenster 32 befindlichen Verguss ist eine Versiegelung, insbesondere eine hermetische Abdichtung, des Fensters sowie der Halbleiterschichtenfolge 13 möglich.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass Seitenwände des Fensters 32 mit einer
reflektierenden Beschichtung versehen sind. Ebenso kann, anders als dargestellt, das Fenster 32 jeweils konisch oder pyramidenförmig gestaltet sein, etwa mit einem sich hin zum Halbleiterchip 1 verjüngenden Querschnitt. Hierdurch kann durch das Fenster 32 bereits ein Reflektor erzielt werden, etwa für eine besonders gerichtete Abstrahlung.
In der Schnittdarstellung gemäß Figur 10A, der
perspektivischen Darstellung gemäß Figur 10B und der
Draufsicht in Figur 10C ist ein weiteres Beispiel der Anordnung 2 gezeigt. Das optische Funktionselement 4 ist als Reflektor ausgebildet. Der Reflektor 4 weist eine
pyramidenstumpfförmige Gestalt auf. Der Reflektor 4 ist, vergleiche Figur IOC, über ein Falten herstellbar. Zusammen mit der optionalen Wärmesenke 6 ist ein externer elektrischer Anschluss 7 erstellbar, der bündig mit der Trägerrückseite 19 abschließen kann.
Gemäß Figur 10 ist lediglich ein Halbleiterchip 1 an einer Bodenfläche des Reflektors 4 gezeichnet. Ebenso können mehrere der Halbleiterchips 1, beispielsweise matrixförmig, an der Bodenfläche angeordnet sein.
Da die Halbleiterschichtenfolge 3 in Richtung parallel zur Strahlungshauptseite 18 fotolithografisch hergestellt und geformt wird, sind auch exakte Abmessungen in einer Ebene parallel zur Strahlungshauptseite 18 erzielbar, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann. Damit kann der Halbleiterchip 1 auch in der Ebene parallel zur Strahlungshauptseite 18 exakt positioniert werden.
Bereits vor einer Montage auf das optische Funktionselement 4 kann der Halbleiterchip 1 an der Montageplattform 3
funktionsfähig montiert sein und damit betrieben werden.
Damit ist es möglich, den Halbleiterchip 1 im laufenden
Betrieb auf das Funktionselement 4 auszurichten, insbesondere da der Träger 11 und die elektrischen Kontakte einem
Montagewerkzeug abgewandt sein können. Hierdurch ist eine besonders genaue Justage des Funktionselements 4 relativ zu den Halbleiterchips 1 möglich.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in der Schnittdarstellung in Figur 11 gezeigt, sind der Halbleiterchip 1 und die
Montageplattform 3 gestaltet, wie in Verbindung mit Figur 3 erläutert. Es ist hierbei, wie in Figur 3, möglich, dass die Montageplattform 3 als Lichtleiter gestaltet ist. Abweichend hiervon kann die Montageplattform 3 auch
strahlungsundurchlässig sein, bevorzugt jedoch ist die
Montageplattform 3 durchlässig für die in dem
Halbleiterchip 1 im Betrieb erzeugte Strahlung. Wie auch in Figur 3 kann der Halbleiterchip 3 mittels Oberflächenmontage, englisch Surface Mount Technology oder kurz SMT, an der
Montageplattform 3 angebracht sein.
An einer der Halbleiterschichtenfolge 13 abgewandten Seite des Trägers 1 ist ein Zusatzträger 8 der Anordnung 2
angebracht. Der Zusatzträger 8 weist optional an einer der Montageplattform 3 zugewandten Seite eine reflektierende Beschichtung 81 auf. Die reflektierende Beschichtung 81 ist bevorzugt ganzflächig auf dieser Seite des Zusatzträgers 8 aufgebracht. Der Zusatzträger 8 kann strahlungsdurchlässig oder auch strahlungsundurchlässig sein. Der Zusatzträger 8 ist beispielsweise aus einem
Kunststoffmaterial hergestellt. Insbesondere ist der
Zusatzträger 8 mittels Spritzen oder Pressen, englisch
Molding, unmittelbar und spaltfrei an dem Träger 11
angebracht. In diesem Fall kann der Zusatzträger 8 den
Halbleiterchip 1 ringsum formschlüssig umgeben, zumindest im Bereich des Trägers 11, der sich in Figur 11 oberhalb der Plattformanschlussseite 30 befindet. Die Öffnung 61 ist bevorzugt frei von einem Material des Zusatzträgers 8. Der Zusatzträger 8 dient zu einer mechanischen Stabilisierung der Montageplattform 3 und/oder des Trägers 11. Eine Dicke des Zusatzträgers 8 übersteigt bevorzugt die Dicke des
Halbleiterchips 1 und/oder die Dicke der Montageplattform 3, zum Beispiel um mindestens einen Faktor 2 oder 4. Bei der Montageplattform 3 kann es sich dann um eine flexible Folie etwa aus einem Kunststoff handeln, die mit den elektrischen Leiterbahnen 34 versehen ist. Eine mechanische Stabilität der Anordnung 2 kommt dann bevorzugt durch den Zusatzträger 8 zustande, der die mechanisch tragende Komponente der
Anordnung 2 sein kann.
Es ist möglich, dass der Zusatzträger 8, falls aus einem Kunststoff geformt, zusätzliche Bestandteile wie Fäden oder Partikel zur Steigerung einer Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Zusatzträger 8 kann die Montageplattform 3 seitlich überragen. Abweichend von der Darstellung in Figur 11 kann aber auch die Montageplattform 3 zumindest stellenweise den Zusatzträger 8 überragen, zum Beispiel zu einer elektrischen Kontaktierung der Anordnung 2.
Ein solcher Zusatzträger 8 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein, insbesondere in den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 4 bis 10.
In Figur 12 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels gezeigt. Der Zusatzträger 8 in Figur 12 dient zu einer Lichtführung und zu einer mechanischen
Stabilisierung. Zum Beispiel ist der Zusatzträger 8 aus einem transparenten Kunststoff hergestellt. Die Montageplattform 3 kann, wie in Figur 11, durch eine Kunststofffolie gebildet sein . Optional ist an einer dem Zusatzträger 8 abgewandten Seite der Montageplattform 3 bevorzugt ganzflächig eine in Figur 12 nicht gezeichnete reflektierende Beschichtung angebracht. Der Zusatzträger 8 gemäß Figur 12 kann durch ein Spritzen oder Pressen an der Montageplattform 3 angebracht sein, vor oder auch nach einer Montage des Halbleiterchips 1 in der
Öffnung 61. Anders als dargestellt kann ein Material des Zusatzträgers 8 die Öffnung 61, zusammen mit dem
Halbleiterchip 1, vollständig ausfüllen. Alternativ ist die Öffnung 61 frei von einem Material des Zusatzträgers 8, wie in Figur 12 gezeigt.
Solche Zusatzträger 8, wie in Verbindung mit Figur 12
erläutert, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein, insbesondere in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 8. Auch eine Kombination des Zusatzträgers aus Figur 11 mit einem Zusatzträger aus Figur 12 ist möglich. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 111 977.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 optoelektronischer Halbleiterchip
11 Träger
12 Trägerhauptseite
13 Halbleiterschichtenfolge
14 aktive Schicht
15 elektrische Kontakte
16 Metallschicht
17 elektrische Anschlüsse
18 Strahlungshauptseite
19 Trägerrückseite
2 Anordnung
3 Montageplattform
30 Plattformanschlussseite
31 elektrische Anschlussflächen
32 Fenster
33 Plattformoberseite
34 elektrische Leiterbahn
4 optische Funktionseinheit
40 Hauptseite
41 Stirnseite
44 Lichtauskoppelstruktur
45 Metallstrebe
5 Lumineszenzkonversionselernent
6 Wärmesenke
61 Öffnung
7 externer elektrischer Anschluss 8 Zusatzträger
81 reflektierende Beschichtung
D Dicke
H Dicke der Halbleiterschichtenfolge
R Strahlung
T Dicke der Montageplattform

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit
- einem Träger (11) mit einer Trägerhauptseite (12), und
- einer Halbleiterschichtenfolge (13) mit mindestens einer aktiven Schicht (14) zur Erzeugung von sichtbarem Licht und mit einer Dicke (H) von höchstens 12 ym, wobei
- elektrische Kontakte (15) zum Bestromen der
Halbleiterschichtenfolge (13) auf der Trägerhauptseite
(12) angebracht sind und sich, in Draufsicht gesehen, neben der Halbleiterschichtenfolge (13) befinden, sodass der Träger (11) die Halbleiterschichtenfolge (13) seitlich überragt, und
- eine Strahlungshauptseite (18) der
Halbleiterschichtenfolge (13) der Trägerhauptseite abgewandt ist.
2. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Träger (11) ein Siliziumträger oder ein Germaniumträger ist,
wobei eine Gesamtdicke des Halbleiterchips (1) höchstens 75 ym beträgt, und
wobei ein elektrischer Anschluss (17) zum Bestromen einer Seite der Halbleiterschichtenfolge (13), die sich an einer dem Träger (11) abgewandten Seite der aktiven Schicht (14) befindet, in Richtung weg vom Träger (11) durch die aktive Schicht (14) hindurch verläuft und nicht bis zu der dem Träger (11) abgewandten
Strahlungshauptseite (18) der Halbleiterschichtenfolge
(13) reicht.
3. Anordnung (2) mit
- mindestens einem Halbleiterchip (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, und
- mindestens einer Montageplattform (3) mit elektrischen Anschlussflächen (31) und mit elektrischen Leiterbahnen (34) an einer Plattformanschlussseite (30) der
Montageplattform (3) ,
wobei
- die Montageplattform (3) mindestens ein Fenster (32) aufweist, in dem die Halbleiterschichtenfolge (13) des mindestens einen Halbleiterchips (1) angebracht ist,
- der Träger (11) das Fenster (32) seitlich überragt, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (18) gesehen,
- die elektrischen Anschlussflächen (31) an der
Plattformanschlussseite (30) elektrisch und mechanisch mit den elektrischen Kontakten (15) an der
Trägerhauptseite (12) verbunden sind, und
- eine Dicke der Montageplattform (3) größer ist als eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge (13).
4. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei der die Montageplattform (3) die
Halbleiterschichtenfolge (13) in Richtung weg von dem Träger (11) überragt,
wobei die Anordnung eine zusätzliche optische
Funktionseinheit (4) umfasst und/oder die
Montageplattform (3) als optische Funktionseinheit (4) ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
bei der das Fenster (32) die Montageplattform (3) vollständig durchdringt,
wobei in dem Fenster (32) zumindest ein Lumineszenzkonversionselement (5) angebracht ist, das formschlüssig an den Halbleiterchip (1) angrenzt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
bei der die Montageplattform (3) als optische
Funktionseinheit (4) in Form einer Lichtverteilerplatte ausgebildet ist,
wobei die Plattformanschlussseite (30) durch eine oder durch mehrere Stirnseiten der Lichtverteilerplatte gebildet ist, sodass eine Hauptemissionsrichtung des zumindest einen Halbleiterchips (1) parallel zu
Haupterstreckungsrichtungen der Lichtverteilerplatte ausgerichtet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
die zusätzlich zu der Montageplattform (3) die optische Funktionseinheit (4) in Form einer Lichtverteilerplatte aufweist,
wobei eine der Plattformanschlussseite (30) abgewandte Plattformoberseite (33) der Montageplattform (3) reflektierend gestaltet ist,
wobei mehrere der Halbleiterchips (1) an Stirnseiten (41) der Lichtverteilerplatte angebracht sind, und wobei die Montageplattform (3) sich auf zwei
gegenüberliegende Hauptseiten (40) der
Lichtverteilerplatte erstreckt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
bei der die Montageplattform (3) als optische
Funktionseinheit (4) in Form eines Reflektors
ausgebildet ist,
wobei der Reflektor kegelstumpfförmig oder
pyramidenstumpfförmig gestaltet ist und ein Querschnitt des Reflektors sich in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (1) vergrößert.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
die zusätzlich zu der Montageplattform (3) die optische Funktionseinheit (4) in Form einer Lichtverteilerplatte aufweist,
wobei die Montageplattform (3) an genau einer Hauptseite (40) der Lichtverteilerplatte angebracht ist, sodass eine Hauptemissionsrichtung des zumindest einen
Halbleiterchips (1) senkrecht zu
Haupterstreckungsrichtungen der Lichtverteilerplatte ausgerichtet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
bei der dem Fenster (32) optisch unmittelbar eine Linse (4) nachgeordnet ist,
wobei ein Material der Linse (4) formschlüssig an
Seitenflächen des Fensters (32) und an den
Halbleiterchips (1) angebracht ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
die zusätzlich mindestens eine metallische, flächige Wärmesenke (6) umfasst,
wobei die Wärmesenke (6) an Trägerrückseiten (19) der Träger (11) der mehreren Halbleiterchips (1) angebracht sind,
wobei die Trägerrückseite (19) der Trägerhauptseite (12) gegenüberliegt, und
wobei eine Dicke der Wärmesenke, zusammen mit den
Halbleiterchips (1), höchstens 100 ym beträgt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, die zusätzlich mindestens eine metallische Wärmesenke (6) umfasst,
wobei die Wärmesenke (6) mindestens eine Öffnung (61) aufweist, in der mindestens ein Träger (11) angebracht ist .
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 12,
bei der die Montageplattform (3) eine Kunststofffolie, eine Glasfolie und/oder eine beschichtete Metallfolie umfasst, auf der die elektrischen Anschlussflächen (31) und die elektrischen Leiterbahnen (34) aufgebracht sind, wobei die Montageplattform (3) mechanisch flexibel ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13,
bei der der mindestens eine Halbleiterchip (1)
mechanisch selbsttragend und undurchlässig für
sichtbares Licht ist,
wobei der Träger (11) des mindestens einen
Halbleiterchips (1) elektrisch isolierend ist, und wobei sich zwischen dem Träger (11) und der
Halbleiterschichtenfolge (13) zumindest eine
Metallschicht (16) befindet.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 14,
die zusätzlich mindestens einen Zusatzträger (8)
umfasst, wobei
- der Zusatzträger (8) die mechanisch stabilisierende Komponente der Anordnung (2) ist,
- die Montageplattform durch eine flexible Folie
gebildet ist,
- der Zusatzträger (8) eine größere Dicke aufweist als der Halbleiterchip (1) und die Montageplattform (3) und die Montageplattform (3) in Richtung parallel zur Plattformoberseite (33) ringsum seitlich überragt, und - der Zusatzträger (8) die Öffnung (61) vollständig abdeckt .
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