WO2016087360A1 - Verfahren zur herstellung von optoelektronischen modulen und anordnung mit einem solchen modul - Google Patents

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Frank Singer
Thomas Schwarz
Stefan GRÖTSCH
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
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    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
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    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29147—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
    • H01L2224/821—Forming a build-up interconnect
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H01L2224/83815—Reflow soldering
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
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    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
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    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/96—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being encapsulated in a common layer, e.g. neo-wafer or pseudo-wafer, said common layer being separable into individual assemblies after connecting
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
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    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body

Definitions

  • An object to be solved is to specify an optoelectronic module which has a high areal density of individually addressable emitter areas.
  • the method is set up for producing a plurality of optoelectronic modules.
  • the modules are designed in particular for the emission of electromagnetic radiation, especially of visible light.
  • the module serves as
  • Lighting device in the general lighting or in the vehicle area, such as an adaptive headlight in a car.
  • a metallic carrier composite is provided.
  • Metallic means that the carrier composite comprises or consists of one or more metals or one or more alloys.
  • the carrier composite is a Sheet metal, which may have metallic coatings on main sides.
  • the carrier assembly has a plurality of carrier units. It is possible that the carrier composite only in the course of the process
  • the initially provided carrier composite may still have an unstructured, merely fictitious in the
  • Carrier units be divided component.
  • one or more logic chips are applied to one of the carrier units.
  • the logic chip preferably includes one or more
  • the logic chip is, for example, a drive chip, an address chip and / or a memory chip.
  • the logic chip is, for example, a drive chip, an address chip and / or a memory chip.
  • the emitter regions are preferably based on a
  • the emitter regions are light-emitting diode regions.
  • the emitter areas are to one
  • Radiation generation set up in particular for the production of visible light such as colored light, such as blue light, or mixed-colored light such as white light. It is possible that the logic chips and the emitter regions are applied to the carrier units in a single process step. Alternatively, the logic chips can be mounted in front of the emitter areas, or vice versa. According to at least one embodiment, the
  • the emitter areas may be pixels, also referred to as pixels.
  • the protective material may be a film applied contiguously over the entire carrier composite. Alternatively, as a protective material
  • Sacrificial layers can be localized and targeted only to the
  • Protective material may be applied directly to the emitter regions and / or the logic chips. According to at least one embodiment, the at least one protective material is only on the upper sides of
  • a material of the potting body is, for example a thermoplastic or an epoxy or a silicone.
  • the potting body may be or at least one of
  • Main components that mechanically supports and carries the module.
  • the protective material is partially or completely removed. So that's it
  • Protective material preferably no longer exists in the finished modules. Further preferred are
  • electrical conductor tracks are formed on the upper sides of the emitter regions and the logic chips as well as on a potting body upper side of the potting body facing away from the carrier units. These interconnects are produced for example by vapor deposition or electroplating or photolithographically.
  • the conductor tracks are preferably metallic
  • the carrier composite in particular together with the potting body, is divided into the individual modules.
  • the dicing preferably includes sawing.
  • the method for producing a plurality of optoelectronic modules is set up and has the following steps, preferably in the order given:
  • Tops of the emitter regions and / or the logic chips are partially or completely covered by the protective material
  • addressable emitter areas monochrome or even RGB, in particular for light-emitting diode pixels approximately for adaptive
  • Headlamps are manufactured.
  • the logic chips serve to control the emitter areas and optionally exercise other functions such as a data bus unit, current driver or memory.
  • the carrier composite is at least in process steps A) to F)
  • the carrier composite may have areas with a reduced thickness, wherein also in these areas, the thickness is greater than zero in each case.
  • a main material of the carrier units is preferably a thermally highly conductive metal or a
  • Metal alloy preferably with copper or aluminum.
  • the finished modules are surface mountable
  • the finished modules are then preferably electrically and / or mechanically contacted only on a single main page.
  • electrical contact points generated to an external electrical contact of the module exclusively on the Verguss redesignoberseite.
  • electrical contact points for external electrical contacting may be present on a carrier underside.
  • the carrier base is facing away from the potting.
  • Method step G avoids the sub-step of structuring the carrier units from the logic chips
  • Carrier bases forth through a material-removing method.
  • This material-removing method is preferably an etching or a laser treatment.
  • etching or a laser treatment In this structuring of the carrier undersides ago, it is possible that the carrier units are penetrated in places, so that seen in plan view, in places, a material of the carrier units is completely removed.
  • Process step G the severing of the potting body. This process step preferably takes place after
  • the severing of the potting body preferably takes place in separation areas between adjacent carrier units.
  • the separation regions can be free or essentially of a material of the carrier composite and / or of the carrier units.
  • Method step G) the carrier units are structured in such a way that in the finished module the emitter regions and the logic chips are each uniquely mounted on a carrier island. That is, every logic chip and every one
  • Emitter area is then assigned to exactly one carrier island.
  • the carrier islands are made of a material of
  • the carrier islands which are preferably all located within a common plane, are spaced apart from one another, in particular seen in plan view. According to at least one embodiment, the
  • Carrier units in the finished manufactured module no electrical function.
  • the carrier units can be set up exclusively for heat dissipation and / or mechanical contacting of the module.
  • Carrier units are divided into carrier islands, all carrier islands or at least those carrier islands on which the emitter regions and the logic chips are located, no electrical function. About this non-electrically functionalized emitter regions, a heat sink and a mechanical contactability can be ensured.
  • Carrier unit an electrical function. For example, then the carrier unit and / or the carrier islands to it
  • common ground a common electrical potential
  • common ground contact also referred to as common ground
  • Emitter areas is controlled by the logic chip.
  • an anode contact or a cathode contact of the emitter regions is controlled by the logic chip.
  • Carrier composite and / or the carrier units preferably penetrated only incompletely, so that the carrier composite remains as a continuous, hole-free layer. This structuring preferably takes place from the main side on which the logic chips and the emitter regions
  • Carrier base is trading. In this second
  • Structuring step may holes, recesses and / or interruptions in the carrier composite and / or in the
  • Carrier units are formed.
  • the upper sides of the logic chips are provided with an electrical contact structure.
  • the electrical contact structure has a
  • light-emitting diode chips are present.
  • the light-emitting diode chips comprise all or at least more of the emitter regions.
  • the light-emitting diode chips preferably represent a mechanically manageable unit.
  • the light-emitting diode chips as a whole can be handled in a pick-and-place process.
  • the light-emitting diode chips are preferably electrically and optically in the individual
  • the emitter regions and / or the logic chips in the direction away from the carrier units.
  • the emitter regions and / or the logic chips the Overhang potting body top, towards the carrier units.
  • the finished modules each have at least 16 or 64 or 256 individually controllable emitter regions.
  • the number of emitter regions per module is at most 10 ⁇ or 10 ⁇ or 10 3 .
  • At least 2 ⁇ 2 or 4 ⁇ 4 emitter regions are preferably present in plan view.
  • Emitter areas designed to produce blue light It is possible for a phosphor to be arranged downstream of the emitter areas for the partial or complete conversion of the blue light, so that in particular white light is generated. In this case, all emitter areas in the context of
  • Manufacturing tolerances should be the same design and be set up to emit radiation in the same spectral range.
  • emitter regions emitting different color are present, in particular emitter regions which emit red light, those which emit blue light and those which emit green light
  • the emitter areas may have different phosphors, in particular for the generation of blue, green and / or red Be assigned to light. With emitter areas emitting in different colors, an RGB module can be created.
  • the arrangement comprises one or more of the optoelectronic modules produced by a method according to one or more of the above-mentioned embodiments. Features for the arrangement are therefore also disclosed for the optoelectronic module and for the method and vice versa.
  • the arrangement comprises one or more of the optoelectronic modules. Furthermore, the arrangement has one or more printed circuit boards.
  • the printed circuit boards are for example
  • circuit board is a flexible circuit board. Further, not belonging to the module logic chips can be attached to the circuit board or be connected via the circuit board to the module.
  • the at least one printed circuit board is electrically connected directly or indirectly to electrical contact points of the module.
  • the printed circuit board is preferably contacted only with exactly one main side of the optoelectronic module.
  • Direct electrical connection can mean that there is then only an electrical connection means such as a solder or an electrically conductive adhesive between the printed circuit board and the electrical contact point of the module.
  • the printed circuit board has an opening.
  • the circuit board is provided with a hole, so that the hole seen in plan view around of a material of the Circuit board is surrounded.
  • the breakthrough has seen in plan view preferably smaller dimensions than the associated module.
  • the module is adapted to emit radiation through the aperture.
  • the printed circuit board is exclusively remote from one of the carrier units
  • the printed circuit board and the module are arranged side by side on a heat sink as seen in plan view.
  • FIGS 1 and 5 are schematic representations of here
  • Figures 3, 4 and 6 are schematic representations of optoelectronic modules described herein, fabricated by methods described herein, and Figures 2, 7 and 8 are schematic representations from here
  • Figure 1 is a schematic sectional views a
  • the carrier unit 2 and the not shown
  • Carrier composite are formed of a metal sheet.
  • Carrier unit 2 and thus the carrier composite have a
  • Core material 25 which is a metal.
  • the core material 25 is copper or
  • the core material 25 is on both sides with a
  • Coating 26 provided, such as NiAu.
  • the coating 26 may be composed of several partial layers, which are preferably all metallic layers.
  • a logic chip 3 for example a CMOS-IC, is applied to the carrier unit 2, in particular by means of soldering or gluing. Furthermore, a plurality of light-emitting diode chips 40
  • Each of the LED chips 40 is one
  • Radiation generation such as blue light
  • the light-emitting diode chips 40 emit radiation, for example via an entire or nearly over an entire of the carrier unit
  • the light-emitting diode chips 40 thus each also constitute an emitter region 4.
  • the module 1 has, as in FIG. 1
  • the module 1 comprises a plurality of different logic chips 3. Also, other non-emitting semiconductor chips, such as protection diodes against damage from electrostatic discharges, not shown, may be present.
  • the coating 26 is structured, for example, by photolithography, and subsequently recesses 28 are formed in the carrier unit 2, for example by means of etching.
  • Recesses 28 are formed in this process stage only from one main side, so that the core material 25 on the opposite main side is not or im
  • FIG. 1B shows that a temporary protective material 5 is provided above the light-emitting diode chips 40 and the logic chip 3
  • the protective material 5 is, for example, a continuous film. Subsequently, a potting body 6 is generated. Due to the protective material 5 remain tops of the logic chip 3 and the
  • LED chips 40 which are remote from the carrier unit 2, free of a material of the potting body 6.
  • This type of generating the potting 6 is also called Film-assisted injection molding, English film-assisted molding.
  • the carrier unit 2 the light-emitting diode chips 40 and the logic chip 3 are directly and firmly together
  • the potting body 6 fills the recesses 28
  • a sacrificial layer can also be used.
  • a sacrificial layer is formed, for example, from a photoresist, which is targeted to the tops of the
  • the protective layer 5 is again completely removed, so that the upper sides of the LED chips 40 and of the logic chip 3 are exposed. As a result, there are also electrical contact structures 34 at the top of the
  • the light-emitting diode chips 40 individually and electrically independently by means of the logic chip 3 can be controlled and operated. Furthermore, an electrical feedthrough 72 is produced by the potting body 6 towards the carrier unit 2.
  • the carrier islands 22b, on which the LED chips 40 and the logic chip 3 are mounted, have no electrical function and are merely mechanical
  • the carrier islands 22b as a common ground contact, as a common ground
  • the carrier island 22a on which the through-connection 72 is located, is set up for electrical contacting of the module 1.
  • the sectional view in Figure 1D is only such a carrier island 22a with a
  • FIG. 1D shows that a further etching step takes place from a carrier underside which faces away from the light-emitting diode chips 40 and the logic chip 3. In areas of
  • the core material 25 is removed so that in places at the bottom of the potting body 6 is exposed.
  • FIG. 2 an arrangement 10 is shown in a sectional view.
  • the arrangement 10 comprises an optoelectronic module 1, as explained in connection with FIG.
  • the module 1 is applied to a printed circuit board 9.
  • the Circuit board 9 includes a metal core 91, which may be exposed in places on a module 1 side facing. To an electrical, mechanical and thermal contacting of the module 1 to the circuit board 9 are
  • an electrical insulation layer 92 can be located between the metal core 91 and the conductor tracks 7.
  • Carrier unit with vias or in addition islands are driven with the LED chips and / or with the logic chip.
  • the islands with the LED chips and / or with the logic chip can use this
  • Tracks 7 are placed on a common ground potential.
  • the logic chip 3 and the emitter regions 4 are without
  • the module 1 can therefore be free of bonding wires, so that a particularly compact, flat and inexpensive production is possible.
  • Sectional view of Figure 3B is another
  • the carrier unit 2 which is structured to form several of the carrier islands 22, serves only for mechanical fastening and for heat dissipation of the module 1.
  • the logic chip 3 which faces away from the carrier unit 2, are electrical
  • Contact points 8 attached to an external electrical contacting of the module 1.
  • the contact points 8 can also be seen in plan view laterally next to the logic chip 3 and with the logic chip 3 via
  • FIG. 3 corresponds to the module 1, as drawn in connection with FIG.
  • the figures 3A, 3B no carrier island is present, which by means of a through-connection with the logic chip.
  • Carrier unit 2 is formed in one piece and not too
  • Main sides of the carrier unit 2 are flat and aligned parallel to each other.
  • the logic chip 3 is fastened to the carrier unit 2. This attachment takes place
  • the carrier unit 2 is, for example, a substrate with or made of Cu, MoCu and / or WCu.
  • the light-emitting diode chips 40 are in a plurality of electrically individually controllable
  • Emitter regions 4 wherein the LED chips 40 are preferably mechanically handled as a single unit.
  • the emitter regions 4 are symbolized by grid lines.
  • the emitter regions 4 are arranged congruently to the associated contact structures 34, in FIG
  • LED chips 40 have a common cathode.
  • the LED chips 4 and thus the emitter regions 4 are spaced from the potting body 6. In the direction away from the carrier unit 2 protrude beyond
  • Potting body 6 A production of the module 1, as shown in Figure 4, is preferably carried out analogously to the method, as explained for Figure 1.
  • Electrode as a common cathode.
  • the carrier unit 2 as shown in FIG. 4, is preferably mechanically rigid. This achieves a mechanically stable module.
  • Figure 5 In the sectional views of Figure 5 is a
  • Carrier composite 20 are through the recesses 28 in the
  • the metallic component in the separation regions S is preferably completely removed beforehand by etching. Due to the only small width of the separation regions S, a high surface utilization of the carrier composite 20 can be realized.
  • Recesses 28 can be seen on the divided support units 2.
  • the carrier unit 2 is laterally beyond the
  • Potting body 6 is injected into a plurality of individual, seen in plan view inseibörmigen areas around the respective logic chips 3 around, so then no
  • the potting body 6 is preferably produced in one piece over all carrier units 2 of the carrier composite 20 away. As a result of the mechanically stabilizing potting body 6, the carrier units can still be handled overall as a single unit, even if the carrier composite has already been singulated. This can also be done in all others
  • circuit board 9 which is for example a printed
  • Printed Circuit Board, PCB acts as a breakthrough 19.
  • the opening 19 extends completely through the circuit board 9 therethrough.
  • the module 1, for example, a module as in
  • Compound 4, or Figure 5 is mounted to the circuit board 9 such that radiation R can be emitted from the emitter regions through the aperture 90.
  • Circuit board 9 partially laterally next to the module 1, in
  • the circuit board 9 is partially or completely a flexible
  • the circuit board 9 is a
  • the module 1 and the circuit board 9 are mounted on a common heat sink 19, which is formed approximately from aluminum or copper or which is a metal core board.
  • a common heat sink 19 is formed approximately from aluminum or copper or which is a metal core board.
  • additional electrical components 95 preferably in SMD construction, attached. About such other components 95, for example, a control and addressing of the module 1 is possible.
  • the circuit board 9 is exclusively in connection with a heat sink 19 facing away from the top of the module. 1
  • Such a heat sink 19 can also be in all others
  • the light-emitting diode chips 40 may, as in all other embodiments, be so-called thin-film light-emitting diode chips. Such light-emitting diode chips are free of a growth substrate for a semiconductor layer sequence.

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Abstract

Das Verfahren ist zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Modulen (1) eingerichtet und umfasst die Schritte : A) Bereitstellen eines metallischen Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Trägereinheiten (2), B) Aufbringen eines Logikchips (3) mit je wenigstens einem integrierten Schaltkreis auf die Trägereinheiten (2), C) Aufbringen von Emitterbereichen (4) zur Strahlungserzeugung, die einzeln elektrisch ansteuerbar sind, D) Abdecken der Emitterbereiche (4) und der Logikchips (3) mit einem Schutzmaterial (5), E) Umspritzen der Emitterbereiche (4) und der Logikchips (3), sodass ein Vergusskörper (6) entsteht, der die Trägereinheiten (2) und die Logikchips (3) und die Emitterbereiche (4) miteinander verbindet, F) Entfernen des Schutzmaterials (5) und Aufbringen von elektrischen Leiterbahnen (7) auf die Oberseiten der Logikchips (3) sowie auf eine Vergusskörperoberseite (60), und G) Zerteilen des Trägerverbunds (20) zu den Modulen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Modulen und Anordnung mit einem solchen Modul
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Modulen angegeben. Darüber hinaus wird eine Anordnung
angegeben, die ein solches Modul umfasst. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Modul anzugeben, das eine hohe Flächendichte von einzeln adressierbaren Emitterbereichen aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Modulen eingerichtet. Die Module sind insbesondere zur Emission von elektromagnetischer Strahlung, speziell von sichtbarem Licht, gestaltet. Zum Beispiel dient das Modul als
Beleuchtungseinrichtung in der Allgemeinbeleuchtung oder im Fahrzeugbereich, etwa als adaptiver Frontscheinwerfer in einem Kfz.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein metallischer Trägerverbund bereitgestellt. Metallisch bedeutet, dass der Trägerverbund eines oder mehrere Metalle oder eine oder mehrere Legierungen aufweist oder hieraus besteht. Zum
Beispiel handelt es sich bei dem Trägerverbund um ein Metallblech, das metallische Beschichtungen an Hauptseiten aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Trägerverbund eine Mehrzahl von Trägereinheiten auf. Dabei ist es möglich, dass der Trägerverbund erst im Laufe des Verfahrens
physikalisch zu den Trägereinheiten strukturiert wird. Mit anderen Worten kann der anfangs bereitgestellte Trägerverbund noch eine unstrukturierte, lediglich fiktiv in die
Trägereinheiten unterteilte Komponente sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf je eine der Trägereinheiten je einer oder mehrere Logikchips aufgebracht. Der Logikchip beinhaltet bevorzugt einen oder mehrere
integrierte Schaltkreise. Bei dem Logikchip handelt es sich beispielsweise um einen Ansteuerchip, einen Adresschip und/oder um einen Speicherchip. Insbesondere wird der
Logikchip auf die zugehörige Trägereinheit aufgeklebt oder aufgelötet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden je mehrere
Emitterbereiche auf die Trägereinheiten aufgebracht. Die Emitterbereiche basieren bevorzugt auf einem
Halbleitermaterial wie AlInGaN oder AlInGaP oder AlInGaAs. Insbesondere handelt es sich bei den Emitterbereichen um Leuchtdiodenbereiche. Die Emitterbereiche sind zu einer
Strahlungserzeugung eingerichtet, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht wie farbigem Licht, etwa blaues Licht, oder mischfarbigem Licht wie weißes Licht. Es ist möglich, dass die Logikchips und die Emitterbereiche in einem einzigen Verfahrensschritt an den Trägereinheiten aufgebracht werden. Alternativ können die Logikchips vor den Emitterbereichen, oder auch umgekehrt, montiert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Emitterbereiche oder Gruppen von Emitterbereichen jeweils elektrisch einzeln ansteuerbar. Mit anderen Worten kann es sich bei den Emitterbereichen um Bildpunkte, auch als Pixel bezeichnet, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Emitterbereiche und/oder die Logikchips mit einem
Schutzmaterial teilweise oder, bevorzugt, vollständig
abgedeckt. Bei dem Schutzmaterial kann es sich um eine Folie handeln, die zusammenhängend über dem gesamten Trägerverbund aufgebracht wird. Alternativ können als Schutzmaterial
Opferschichten wie Fotolacke dienen. Entsprechende
Opferschichten können lokal und gezielt nur auf die
Emitterbereiche und die Logikchips beschränkt sein. Das
Schutzmaterial kann direkt auf die Emitterbereiche und/oder die Logikchips aufgebracht werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das mindestens eine Schutzmaterial lediglich an Oberseiten der
Emitterbereiche und/oder der Logikchips aufgebracht, wobei diese Oberseiten den Trägerseiten abgewandt sind.
Insbesondere bleiben Seitenflächen der Emitterbereiche und/oder der Logikchips sowie nicht von den Emitterbereichen und den Logikchips bedeckte Bereiche der Trägereinheiten frei von dem Schutzmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt ein Umhüllen und/oder Umspritzen der Emitterbereiche und/oder der
Logikchips. Durch dieses Umspritzen wird ein Vergusskörper erzeugt. Ein Material des Vergusskörpers ist beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff oder auch ein Epoxid oder ein Silikon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden durch den
Vergusskörper die Trägereinheiten, die Emitterbereiche und die Logikchips miteinander verbunden. Das heißt, durch den Vergusskörper sind die Trägereinheit, die Emitterbereiche und die Logikchips mechanisch fest miteinander gekoppelt, sodass sich diese Komponenten im bestimmungsgemäßen Gebrauch des fertig hergestellten Moduls nicht voneinander lösen. Bei dem Vergusskörper kann es sich um die oder um eine der
Hauptkomponenten handeln, die das Modul mechanisch stützt und trägt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Schutzmaterial teilweise oder vollständig entfernt. Somit ist das
Schutzmaterial bevorzugt in den fertig hergestellten Modulen nicht mehr vorhanden. Weiterhin bevorzugt werden beim
Entfernen des Schutzmaterials die Oberseiten der
Emitterbereiche und der Logikchips freigelegt, insbesondere vollständig freigelegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden elektrische Leiterbahnen auf den Oberseiten der Emitterbereiche und der Logikchips sowie auf einer den Trägereinheiten abgewandten Vergusskörperoberseite des Vergusskörpers gebildet. Diese Leiterbahnen werden beispielsweise über ein Aufdampfen oder ein Galvanisieren oder fotolithographisch erzeugt. Bei den Leiterbahnen handelt es sich bevorzugt um metallische
Leiterbahnen. Über die Leiterbahnen ist insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen dem Logikchip und
elektrischen Kontaktstellen zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Moduls hergestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Trägerverbund, insbesondere samt dem Vergusskörper, zu den einzelnen Modulen zerteilt. Das Zerteilen umfasst bevorzugt ein Sägen.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Modulen eingerichtet und weist die folgenden Schritte auf, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen eines metallischen Trägerverbunds mit einer Mehrzahl von Trägereinheiten,
B) Aufbringen je zumindest eines Logikchips mit je wenigstens einem integrierten Schaltkreis auf die Trägereinheiten,
C) Aufbringen je mehrerer Emitterbereiche, die auf einem Halbleitermaterial basieren und zur Strahlungserzeugung eingerichtet sind und einzeln elektrisch ansteuerbar sind, auf die Trägereinheiten oder auf den auf den Trägereinheiten aufgebrachten Logikchips,
D) Abdecken der Emitterbereiche und der Logikchips mit einem Schutzmaterial, sodass den Trägereinheiten abgewandte
Oberseiten der Emitterbereiche und/oder der Logikchips teilweise oder vollständig von dem Schutzmaterial bedeckt werden,
E) Umspritzen der Emitterbereiche und/oder der Logikchips, sodass ein Vergusskörper entsteht, der die Trägereinheiten, die Emitterbereiche und die Logikchips mechanisch miteinander verbindet,
F) Entfernen des Schutzmaterials und Aufbringen von
elektrischen Leiterbahnen auf eine den Trägereinheiten abgewandte Vergusskörperoberseite des Vergusskörpers sowie auf die Oberseiten zumindest der Logikchips und optional auch der Emitterbereiche, und
G) Zerteilen des Trägerverbunds zu den Modulen. Mit dem hier beschriebenen Verfahren können hochkompakte Module mit integrierten CMOS-ICs und mit einzeln
adressierbaren Emitterbereichen, monochrom oder auch RGB, insbesondere für Leuchtdiodenpixel etwa für adaptive
Frontscheinwerfer hergestellt werden. Die Logikchips dienen dabei einer Ansteuerung der Emitterbereiche und üben optional weitere Funktionen aus etwa als Datenbuseinheit, Stromtreiber oder Speicher.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Trägerverbund mindestens in den Verfahrensschritten A) bis F)
zusammenhängend, einstückig und frei von Durchbrüchen. Das heißt, in Draufsicht auf den Trägerverbund gesehen, ist dieser in den genannten Verfahrensschritten dann lückenlos. Dies schließt nicht aus, dass der Trägerverbund Bereiche mit einer reduzierten Dicke aufweisen kann, wobei auch in diesen Bereichen die Dicke jeweils größer als Null ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform dienen die
Trägereinheiten in den fertig hergestellten Modulen als
Wärmesenke. Mit anderen Worten sind die Trägereinheiten dann zu einer Entwärmung und/oder Wärmespreizung eingerichtet. Zu diesem Zweck ist ein Hauptmaterial der Trägereinheiten bevorzugt ein thermisch gut leitendes Metall oder eine
Metalllegierung, bevorzugt mit Kupfer oder Aluminium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den fertig hergestellten Modulen um oberflächenmontierbare
Bauteile, sogenannte SMT-Bauteile . Das heißt, die fertig hergestellten Module sind dann bevorzugt elektrisch und/oder mechanisch ausschließlich an einer einzigen Hauptseite kontaktierbar . Insbesondere sind elektrische Kontaktstellen zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Moduls ausschließlich an der Vergusskörperoberseite erzeugt.
Alternativ können elektrische Kontaktstellen zur externen elektrischen Kontaktierung, insbesondere ausschließlich, an einer Trägerunterseite vorhanden sein. Die Trägerunterseite ist dabei dem Vergusskörper abgewandt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Verfahrensschritt G) den Teilschritt des Strukturierens der Trägereinheiten von den Logikchips abgewandten
Trägerunterseiten her durch eine Material abtragende Methode auf. Bei dieser Material abtragenden Methode handelt es sich bevorzugt um ein Ätzen oder um eine Laserbehandlung. Bei diesem Strukturieren von den Trägerunterseiten her ist es möglich, dass die Trägereinheiten stellenweise durchdrungen werden, sodass also in Draufsicht gesehen stellenweise ein Material der Trägereinheiten vollständig entfernt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Verfahrensschritt G) das Durchtrennen des Vergusskörpers. Dieser Verfahrensschritt erfolgt bevorzugt nach dem
Strukturieren der Trägereinheiten. Weiterhin erfolgt das Durchtrennen des Vergusskörpers bevorzugt in Trennbereichen zwischen benachbarten Trägereinheiten. Dabei können die Trennbereiche frei oder im Wesentlichen von einem Material des Trägerverbunds und/oder der Trägereinheiten sein.
Hierdurch ist etwa bei einem Sägeprozess eine hohe
Sägegeschwindigkeit erzielbar, da kein oder kein
signifikanter Metallanteil durchtrennt werden muss.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im
Verfahrensschritt G) die Trägereinheiten so strukturiert, dass in dem fertig hergestellten Modul die Emitterbereiche und die Logikchips je eineindeutig auf einer Trägerinsel angebracht sind. Das heißt, jedem Logikchip und jedem
Emitterbereich ist dann genau eine Trägerinsel zugeordnet. Die Trägerinseln sind dabei aus einem Material der
Trägereinheiten gebildet, wobei die Trägereinheiten je eine Mehrzahl der Trägerinseln aufweisen. Die Trägerinseln, die bevorzugt alle innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegen, sind voneinander beabstandet, insbesondere in Draufsicht gesehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die
Trägereinheiten in dem fertig hergestellten Modul keine elektrische Funktion. Damit können die Trägereinheiten ausschließlich zu einer Wärmeabfuhr und/oder zu einer mechanischen Kontaktierung des Moduls eingerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform, wobei die
Trägereinheiten in Trägerinseln unterteilt sind, haben alle Trägerinseln oder zumindest diejenigen Trägerinseln, auf denen sich die Emitterbereiche und die Logikchips befinden, keine elektrische Funktion. Über diese nicht elektrisch funktionalisierten Emitterbereiche kann eine Wärmesenke und eine mechanische Kontaktierbarkeit gewährleistet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die Trägerinseln und/oder die zusammenhängende, nicht in Inseln unterteilte
Trägereinheit eine elektrische Funktion. Beispielsweise sind dann die Trägereinheit und/oder die Trägerinseln dazu
eingerichtet, auf ein gemeinsames elektrisches Potential gelegt zu werden, etwa als gemeinsamer Erdkontakt, auch als Common Ground bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt eine
elektrische Ansteuerung der Emitterbereiche ausschließlich über den Logikchip des entsprechenden Moduls. Dies kann bedeuten, dass eine Bestromung der zugehörigen
Emitterbereiche von dem Logikchip geregelt wird.
Beispielsweise ist ein Anodenkontakt oder ein Kathodenkontakt der Emitterbereiche durch den Logikchip angesteuert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden der
Trägerverbund und/oder die Trägereinheiten vor dem Schritt E] von einer ersten Hauptseite her strukturiert, insbesondere geätzt. Bei diesem ersten Strukturieren werden der
Trägerverbund und/oder die Trägereinheiten bevorzugt nur unvollständig durchdrungen, sodass der Trägerverbund als durchgehende, löcherfreie Schicht erhalten bleibt. Diese Strukturierung erfolgt bevorzugt von derjenigen Hauptseite her, auf der die Logikchips und die Emitterbereiche
aufgebracht sind oder später aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt eine
Strukturierung des Trägerverbunds und/oder der
Trägereinheiten von einer zweiten Hauptseite her, bei der es sich bevorzugt um die den Logikchips abgewandte
Trägerunterseite handelt. In diesem zweiten
Strukturierungsschritt können Löcher, Ausnehmungen und/oder Unterbrechungen in dem Trägerverbund und/oder in den
Trägereinheiten geformt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgen die
Strukturierungsschritte durch ein Ätzen. Alternativ ist auch ein Sägen oder eine Laserstrukturierung möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Emitterbereiche ausschließlich auf einer der zugehörigen Trägereinheit abgewandten Oberseite des korrespondierenden Logikchips aufgebracht. Das heißt, in Draufsicht gesehen stehen dann die Emitterbereiche nicht über den Logikchip über. In dieser Anordnung ist es möglich, dass die
Emitterbereiche nicht in unmittelbarem Kontakt zu dem
Vergusskörper stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Oberseiten der Logikchips mit einer elektrischen Kontaktstruktur versehen. Insbesondere weist die elektrische Kontaktstruktur eine
Vielzahl elektrischer Kontakte auf. Dabei ist es möglich, dass pro Emitterbereich an der Oberseite je einer oder zwei oder mehr als zwei elektrische Kontakte vorhanden sind. Die entsprechenden elektrischen Kontakte werden von den
zugehörigen Emitterbereichen, in Draufsicht gesehen,
bevorzugt vollständig überdeckt. Zwischen den
Emitterbereichen und den elektrischen Kontakten kann
hinsichtlich der elektrischen Funktion eine eineindeutige Zuordnung gegeben sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Leuchtdiodenchips vorhanden. Die Leuchtdiodenchips umfassen alle oder zumindest mehrere der Emitterbereiche. Die Leuchtdiodenchips stellen dabei bevorzugt eine mechanisch handhabbare Einheit dar.
Beispielsweise sind die Leuchtdiodenchips als Ganzes in einem Pick-and-place-Prozess handhabbar. Die Leuchtdiodenchips sind dabei bevorzugt elektrisch und optisch in die einzelnen
Emitterbereiche unterteilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die
Vergusskörperoberseite bündig mit den Oberseiten der
Logikchips und/oder der Emitterbereiche ab, in Richtung weg von den Trägereinheiten. Alternativ ist es möglich, dass die Emitterbereiche und/oder die Logikchips die Vergusskörperoberseite überragen, in Richtung weg von den Trägereinheiten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Emitterbereiche eine mittlere laterale Ausdehnung, in
Richtung parallel zur Vergusskörperoberseite, von mindestens 2 ym oder 5 ym oder 10 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese mittlere laterale Ausdehnung bei höchstens 250 ym oder 50 ym oder 20 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die fertig hergestellten Module jeweils mindestens 16 oder 64 oder 256 einzeln ansteuerbare Emitterbereiche auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Zahl der Emitterbereiche pro Modul bei höchstens 10^ oder 10^ oder 103. Bevorzugt sind in Draufsicht mindestens 2 x 2 oder 4 x 4 Emitterbereiche vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Emitterbereiche zur Erzeugung von blauem Licht gestaltet. Es ist möglich, dass den Emitterbereichen ein Leuchtstoff zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung des blauen Lichts nachgeordnet ist, sodass insbesondere weißes Licht erzeugt wird. Dabei können alle Emitterbereiche im Rahmen der
Herstellungstoleranzen gleich gestaltet sein und zur Emission von Strahlung im selben Spektralbereich eingerichtet sein. Alternativ ist es möglich, dass unterschiedlich farbig emittierende Emitterbereiche vorhanden sind, insbesondere Emitterbereiche, die rotes Licht emittieren, solche, die blaues Licht emittieren, und solche, die grünes Licht
emittieren. Emittieren alle Emitterbereiche Licht derselben Farbe, zum Beispiel blaues Licht oder ultraviolettes Licht, so können den Emitterbereichen unterschiedliche Leuchtstoffe insbesondere zur Erzeugung von blauem, grünem und/oder rotem Licht zugeordnet sein. Mit verschiedenfarbig emittierenden Emitterbereichen lässt sich ein RGB-Modul erzeugen.
Darüber hinaus wird eine Anordnung angegeben. Die Anordnung umfasst eines oder mehrere der optoelektronischen Module, die mit einem Verfahren gemäß einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen hergestellt sind. Merkmale für die Anordnung sind daher auch für das optoelektronische Modul sowie für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eines oder mehrere der optoelektronischen Module. Weiterhin weist die Anordnung eine oder mehrere Leiterplatten auf. Bei den Leiterplatten handelt es sich zum Beispiel um
Metallkernplatinen oder gedruckte Leiterplatten, kurz PCB. Es ist möglich, dass es sich bei der Leiterplatte um eine flexible Leiterplatte handelt. An der Leiterplatte können weitere, nicht zu dem Modul gehörige Logikchips angebracht sein oder über die Leiterplatte mit dem Modul verbunden sein.
Die mindestens eine Leiterplatte ist elektrisch mittelbar oder unmittelbar mit elektrischen Kontaktstellen des Moduls verbunden. Dabei ist die Leiterplatte bevorzugt nur mit genau einer Hauptseite des optoelektronischen Moduls kontaktiert. Elektrisch unmittelbare Verbindung kann bedeuten, dass sich zwischen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des Moduls dann nur ein elektrisches Verbindungsmittel wie ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Kleber befindet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist die Leiterplatte einen Durchbruch auf. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte mit einem Loch versehen, sodass das Loch in Draufsicht gesehen ringsum von einem Material der Leiterplatte umgeben ist. Der Durchbruch weist in Draufsicht gesehen bevorzugt kleinere Abmessungen auf als das zugehörige Modul. Das Modul ist dazu eingerichtet, durch den Durchbruch hindurch Strahlung zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Leiterplatte ausschließlich an einer der Trägereinheit abgewandten
Oberseite des Moduls angebracht. Alternativ hierzu ist es möglich, dass zusätzlich zu dieser an der Oberseite
angebrachten Leiterplatte eine zusätzliche Wärmesenke an der gegenüberliegenden Hauptseite befestigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leiterplatte und das Modul in Draufsicht gesehen nebeneinander auf einer Wärmesenke angeordnet.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und eine hier beschriebene Anordnung 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:
Figuren 1 und 5 schematische Darstellungen von hier
beschriebenen Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Modulen, Figuren 3, 4 und 6 schematische Darstellungen von hier beschriebenen optoelektronischen Modulen, die mit hier beschriebenen Verfahren hergestellt sind, und Figuren 2, 7 und 8 schematische Darstellungen von hier
beschriebenen Anordnungen mit optoelektronischen Modulen, die mit hier beschriebenen Verfahren hergestellt sind. In Figur 1 ist in schematischen Schnittdarstellungen ein
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Modulen 1 gezeigt. Gemäß Figur 1A wird ein Trägerverbund mit
Trägereinheiten 2 bereitgestellt. Zur Vereinfachung der
Darstellung ist in Figur 1 nur eine einzige Trägereinheit 2 des Trägerverbunds gezeichnet. Die Trägereinheit 2 ist für ein einziges Modul 1 vorgesehen.
Die Trägereinheit 2 sowie der nicht näher dargestellte
Trägerverbund sind aus einem Metallblech gebildet. Die
Trägereinheit 2 und somit der Trägerverbund weisen ein
Kernmaterial 25 auf, das ein Metall ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kernmaterial 25 um Kupfer oder
Aluminium. Das Kernmaterial 25 ist beidseitig mit einer
Beschichtung 26 versehen, etwa aus NiAu. Die Beschichtung 26 kann aus mehreren Teilschichten, die bevorzugt allesamt metallische Schichten sind, zusammengesetzt sein.
Auf die Trägereinheit 2 wird ein Logikchip 3, beispielsweise ein CMOS-IC, aufgebracht, insbesondere mittels Löten oder Kleben. Ferner werden mehrere Leuchtdiodenchips 40
angebracht. Jeder der Leuchtdiodenchips 40 ist zu einer
Strahlungserzeugung, etwa von blauem Licht, vorgesehen. Die Leuchtdiodenchips 40 emittieren Strahlung beispielsweise über eine gesamte oder nahezu über eine gesamte der Trägereinheit
2 abgewandte Oberseite. Damit stellen die Leuchtdiodenchips 40 jeweils auch einen Emitterbereich 4 dar. Zur Vereinfachung der Darstellung weist das Modul 1, wie in Figur 1
illustriert, nur zwei der Leuchtdiodenchips 40 auf. Bevorzugt sind wesentlich mehr als zwei Leuchtdiodenchips 40 und
Emitterbereiche 4 vorhanden. Es ist möglich, dass die
Leuchtdiodenchips 40 in Draufsicht gesehen um die Logikchips
3 herum angeordnet sind.
Abweichend von der Darstellung ist es möglich, dass das Modul 1 mehrere verschiedene Logikchips 3 umfasst. Auch können weitere, nicht Strahlung emittierende Halbleiterchips, etwa Schutzdioden gegen Schäden vor elektrostatischen Entladungen, nicht gezeichnet, vorhanden sein.
Die Beschichtung 26 wird beispielsweise fotolithografisch strukturiert und nachfolgend werden, etwa mittels Ätzen, Vertiefungen 28 in die Trägereinheit 2 geformt. Die
Vertiefungen 28 werden in diesem Verfahrensstadium lediglich von einer Hauptseite her ausgebildet, sodass das Kernmaterial 25 an der gegenüberliegenden Hauptseite nicht oder im
Wesentlichen nicht abgetragen wird. In Figur 1B ist gezeigt, dass über den Leuchtdiodenchips 40 sowie dem Logikchip 3 ein temporäres Schutzmaterial 5
aufgebracht wird. Bei dem Schutzmaterial 5 handelt es sich beispielsweise um eine durchgehende Folie. Anschließend wird ein Vergusskörper 6 erzeugt. Aufgrund des Schutzmaterials 5 bleiben Oberseiten des Logikchips 3 sowie der
Leuchtdiodenchips 40, die der Trägereinheit 2 abgewandt sind, frei von einem Material des Vergusskörpers 6. Diese Art des Erzeugens des Vergusskörpers 6 wird auch als folienunterstütztes Spritzgießen, englisch film-assisted molding, bezeichnet. Durch den Vergusskörper 6, der eine der Trägereinheit 2 abgewandte Vergusskörperoberseite 60
aufweist, sind die Trägereinheit 2, die Leuchtdiodenchips 40 und der Logikchip 3 unmittelbar und fest miteinander
mechanisch verbunden.
Der Vergusskörper 6 füllt dabei die Vertiefungen 28
vollständig aus und greift in die Vertiefungen 28 hinein. Anders als in Figur 1B gezeichnet, kann anstelle einer Folie für das Schutzmaterial 5 auch eine Opferschicht verwendet werden. Eine solche Opferschicht ist beispielsweise aus einem Fotolack gebildet, der gezielt auf die Oberseiten der
Leuchtdiodenchips 40 sowie des Logikchips 3 aufgebracht wird.
Gemäß Figur IC ist die Schutzschicht 5 wieder vollständig entfernt, sodass die Oberseiten der Leuchtdiodenchips 40 sowie des Logikchips 3 freiliegen. Hierdurch liegen auch elektrische Kontaktstrukturen 34 an der Oberseite des
Logikchips 3 frei. Entsprechende Kontaktstrukturen, nicht gezeichnet, sind an den Oberseiten der Leuchtdiodenchips 40 vorhanden .
Nachfolgend werden elektrische Leiterbahnen 7 an der
Vergusskörperoberseite 60, an den Oberseiten der
Leuchtdiodenchips 40 sowie des Logikchips 3 erzeugt. Über diese Leiterbahnen 7 wird eine elektrische Verschaltung zwischen den Leuchtdiodenchips 40 und dem Logikchip 3
erreicht. Somit sind die Leuchtdiodenchips 40 einzeln und elektrisch unabhängig voneinander mittels des Logikchips 3 ansteuerbar und betreibbar. Weiterhin wird eine elektrische Durchkontaktierung 72 durch den Vergusskörper 6 hin zu der Trägereinheit 2 erzeugt. Die Trägerinseln 22b, auf denen die Leuchtdiodenchips 40 sowie der Logikchip 3 angebracht sind, weisen keine elektrische Funktion auf und sind lediglich zu einer mechanischen
Befestigung des Moduls 1 und zu einer Wärmeableitung
eingerichtet. Alternativ hierzu können die Trägerinseln 22b als gemeinsamer Erdkontakt, auch als Common Ground
bezeichnet, oder als anderer elektrischer Kontakt
insbesondere auf demselben elektrischen Potential
eingerichtet sein.
Die Trägerinsel 22a, an der sich die Durchkontaktierung 72 befindet, ist zu einer elektrischen Kontaktierung des Moduls 1 eingerichtet. Hierbei ist der Schnittdarstellung in Figur 1D lediglich eine solche Trägerinsel 22a mit einer
Durchkontaktierung 72 gezeigt. Bevorzugt sind mehrere solcher Trägerinseln 22a vorhanden. In Figur 1D ist gezeigt, dass von einer Trägerunterseite her, die den Leuchtdiodenchips 40 sowie dem Logikchip 3 abgewandt ist, ein weiterer Ätzschritt erfolgt. In Bereichen der
Trägerunterseite, die nicht von der Beschichtung 26 bedeckt sind, wird das Kernmaterial 25 entfernt, sodass stellenweise an der Unterseite der Vergusskörper 6 freigelegt wird.
Hierdurch entstehen mehrere Trägerinseln 22a, 22b, die voneinander beabstandet sind und die nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind. In Figur 2 ist in einer Schnittdarstellung eine Anordnung 10 gezeigt. Die Anordnung 10 umfasst ein optoelektronisches Modul 1, etwa wie in Verbindung mit Figur 1 erläutert. Das Modul 1 ist auf einer Leiterplatte 9 aufgebracht. Die Leiterplatte 9 beinhaltet einen Metallkern 91, der an einer dem Modul 1 zugewandten Seite stellenweise freigelegt sein kann. Zu einer elektrischen, mechanischen und thermischen Kontaktierung des Moduls 1 an der Leiterplatte 9 sind
Leiterbahnen 7 an der Leiterplatte 9 vorhanden. Zwischen dem Metallkern 91 und den Leiterbahnen 7 kann sich optional eine elektrische Isolationsschicht 92 befinden. Ein
Verbindungsmittel zwischen der Leiterplatte 9 und dem Modul 1, beispielsweise ein Lot, ist in Figur 2 nicht gezeichnet. Über die Leiterbahnen 7 können entweder nur Inseln der
Trägereinheit mit Durchkontaktierungen oder auch zusätzlich Inseln mit den Leuchtdiodenchips und/oder mit dem Logikchip angesteuert werden. Die Inseln mit den Leuchtdiodenchips und/oder mit dem Logikchip können dabei über diese
Leiterbahnen 7 auf ein gemeinsames Erdpotential gelegt sein.
Der Logikchip 3 sowie die Emitterbereiche 4 sind ohne
Bonddrähte kontaktierbar . Das Modul 1 kann also frei von Bonddrähten sein, sodass eine besonders kompakte, flache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.
In der Draufsicht gemäß Figur 3A sowie in der
Schnittdarstellung gemäß Figur 3B ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Moduls 1
illustriert. Bei diesem Modul 1 dient die Trägereinheit 2, die zu mehreren der Trägerinseln 22 strukturiert ist, lediglich zu einer mechanischen Befestigung und zu einer Entwärmung des Moduls 1. An der Oberseite des Logikchips 3, die der Trägereinheit 2 abgewandt ist, sind elektrische
Kontaktstellen 8 zu einer externen elektrischen Kontaktierung des Moduls 1 angebracht. Alternativ dazu können sich die Kontaktstellen 8 auch in Draufsicht gesehen seitlich neben dem Logikchip 3 befinden und mit dem Logikchip 3 über
Leiterbahnen an der Trägeroberseite 60 verbunden sein.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 dem Modul 1, wie in Verbindung mit Figur 1 gezeichnet. Somit ist gemäß der Figuren 3A, 3B keine Trägerinsel vorhanden, die mittels einer Durchkontaktierung mit dem Logikchip 3
verbunden ist. In Figur 4, siehe die Draufsicht in Figur 4A und die
Schnittdarstellung in Figur 4B, ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel des Moduls 1 illustriert. Die
Trägereinheit 2 ist einstückig ausgebildet und nicht zu
Trägerinseln strukturiert. Hauptseiten der Trägereinheit 2 sind eben geformt und parallel zueinander ausgerichtet.
Optional vorhandene Beschichtungen der Trägereinheit 2 sind zur Vereinfachung nicht gezeichnet.
Über ein Verbindungsmittel 23, beispielsweise eine gesinterte oder gelötete Zwischenverbindung, ist der Logikchip 3 an der Trägereinheit 2 befestigt. Diese Befestigung erfolgt
beispielsweise über ein CuSn-Lot und/oder über
Diffusionslöten. Bei der Trägereinheit 2 handelt es sich etwa um ein Substrat mit oder aus Cu, MoCu und/oder WCu .
An der Oberseite des Logikchips 3 ist eine Vielzahl von elektrischen Kontaktstrukturen 34 vorhanden. Auf diese
Kontaktstrukturen 34 sind mehrere Leuchtdiodenchips 40 aufgebracht. Die Leuchtdiodenchips 40 sind dabei in eine Vielzahl von elektrisch einzeln ansteuerbaren
Emitterbereichen 4 unterteilt, wobei die Leuchtdiodenchips 40 bevorzugt als eine einzige Einheit mechanisch handhabbar sind . In Figur 4A sind die Emitterbereiche 4 durch Gitternetzlinien symbolisiert. Die Emitterbereiche 4 sind deckungsgleich zu den zugehörigen Kontaktstrukturen 34 angeordnet, in
Draufsicht gesehen. Insbesondere sind jedem der
Emitterbereiche 4 ein oder zwei der Kontaktstrukturen 34 zugeordnet. Ist den Emitterbereichen 4 jeweils nur eine
Kontaktstruktur 34 zugeordnet, so können die
Leuchtdiodenchips 40 über eine gemeinsame Kathode verfügen.
Bei dieser Anordnung sind die Leuchtdiodenchips 4 und somit die Emitterbereiche 4 von dem Vergusskörper 6 beabstandet. In Richtung weg von der Trägereinheit 2 überragen die
Kontaktstrukturen 34 sowie die Leuchtdiodenchips 4 den
Vergusskörper 6. Eine Herstellung des Moduls 1, wie in Figur 4 gezeigt, erfolgt bevorzugt analog zu dem Verfahren, wie zu Figur 1 erläutert.
Über die Leiterbahnen 7 sind randständige elektrische
Kontaktstellen 8 mit dem Logikchip 3 verbunden. Es besteht bevorzugt keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Emitterbereichen 4 und den Kontaktstellen 8, mit Ausnahme einer eventuell vorhandenen, gemeinsamen
Elektrode wie einer gemeinsamen Kathode.
Die Trägereinheit 2, wie in Figur 4 gezeigt, ist bevorzugt mechanisch starr. Hierdurch ist ein mechanisch stabiles Modul erreichbar . In den Schnittdarstellungen der Figur 5 ist ein
Herstellungsverfahren für ein solches Modul 1, wie in Figur 4 illustriert, gezeigt. Der Verfahrensschritt gemäß Figur 5A erfolgt dabei analog zu Figur 1A. Der Vergusskörper 6 sowie die Leiterbahnen 7 werden also erzeugt, wie in Verbindung mit Figur 1 erläutert. Benachbarte Trägereinheiten 2 des
Trägerverbunds 20 sind durch die Vertiefungen 28 in den
Trennbereichen S voneinander separiert. Bei einem Vereinzeln zu den Modulen 1 wird dadurch, insbesondere bei einem Sägen, lediglich der Vergusskörper 6 durchtrennt. Durch das Ätzen von der Unterseite her ist die metallische Komponente in den Trennbereichen S zuvor durch Ätzen bevorzugt vollständig entfernt. Durch die nur geringe Breite der Trennbereiche S ist eine hohe Flächenausnutzung des Trägerverbunds 20 realisierbar .
Abweichend von Figur 5B ist es möglich, zu einem Modul analog zu Figur 4B zu gelangen, bei dem Seitenflächen des
Vergusskörpers 6 und der Trägereinheit 2 bündig miteinander abschließen. Dies ist durch ein gemeinsames Zerteilen, etwa mittels Sägen, des Trägerverbunds zusammen mit dem
Vergusskörper möglich. Bei dem Bauteil, wie in Figur 5B gezeigt, steht dagegen in seitlicher Richtung der
Vergusskörper 6 über die Trägereinheit 2 über. Die
Vertiefungen 28 können an den zerteilten Trägereinheiten 2 erkennbar sein.
Bei der Ausführungsform des Moduls 1, wie in Figur 6
dargestellt, steht die Trägereinheit 2 seitlich über den
Vergusskörper 6 über, ebenso wie das Verbindungsmittel 23. Dies ist beispielsweise dadurch erreicht, dass der
Vergusskörper 6 in eine Vielzahl von einzelnen, in Draufsicht gesehen inseiförmigen Bereichen um die jeweiligen Logikchips 3 herum gespritzt wird, sodass dann kein
Vergusskörpermaterial nachträglich entfernt werden muss. Der Vergusskörper 6 wird jedoch bevorzugt einstückig über alle Trägereinheiten 2 des Trägerverbunds 20 hinweg erzeugt. Durch den mechanisch stabilisierenden Vergusskörper 6 können dann die Trägereinheiten insgesamt noch als eine einzige Einheit handhabbar sein, selbst wenn der Trägerverbund bereits vereinzelt ist. Dies kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen des Verfahrens der Fall sein.
Bei der Anordnung 10 gemäß Figur 7 weist die Leiterplatte 9, bei der es sich beispielsweise um eine gedruckte
Leiterplatte, kurz PCB, handelt, einen Durchbruch 19 auf. Der Durchbruch 19 reicht vollständig durch die Leiterplatte 9 hindurch. Das Modul 1, beispielsweise ein Modul wie in
Verbindung mit Figur 4 oder Figur 5 erläutert, ist derart an der Leiterplatte 9 montiert, dass eine Strahlung R von den Emitterbereichen durch den Durchbruch 90 hindurch emittiert werden kann. Ein Verbindungsmittel zwischen den
Kontaktstellen 8 an der Leiterplatte 9 sowie an dem Modul 1 ist nicht gezeigt.
Bei der Anordnung 10, siehe die Draufsicht in Figur 8A und die Schnittdarstellung in Figur 8B, befindet sich die
Leiterplatte 9 teilweise seitlich neben dem Modul 1, in
Draufsicht gesehen. Bei der Leiterplatte 9 handelt es sich teilweise oder auch vollständig um eine flexible
Leiterplatte. Insbesondere ist die Leiterplatte 9 ein
sogenanntes Starrflex-PCB, also eine Leiterplatte, die sowohl flexible als auch starre Bereiche aufweist. Das Modul 1 sowie die Leiterplatte 9 sind auf einem gemeinsamen Kühlkörper 19 aufgebracht, der etwa aus Aluminium oder aus Kupfer geformt ist oder der eine Metallkernplatine ist. Auf der Leiterplatte 9 sind optional weitere elektrische Bauteile 95, bevorzugt in SMD-Bauweise, angebracht. Über solche weiteren Bauteile 95 ist etwa eine Ansteuerung und Adressierung des Moduls 1 möglich. Die Leiterplatte 9 steht ausschließlich in Verbindung mit einer dem Kühlkörper 19 abgewandten Oberseite des Moduls 1.
Ein solcher Kühlkörper 19 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein, insbesondere auch bei der Anordnung 10, wie in Figur 7B gezeigt. Gemäß Figur 7B stünde dann der Kühlkörper 19 nicht unbedingt in direkter Verbindung mit der Leiterplatte 9.
Bei den Leuchtdiodenchips 40 kann es sich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, um sogenannte Dünnschicht- Leuchtdiodenchips handeln. Solche Leuchtdiodenchips sind frei von einem Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge.
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 2014 117 897.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Modul
20 Träger erbünd
2 Trägereinheit
22 Trägerinsel
23 Verbindungsmittel
25 Kernmaterial
26 Beschichtung
28 Vertiefung
3 Logikchip
34 elektrische Kontaktstruktur
4 Emitterbereich
40 Leuchtdiodenchip
5 Schutzmaterial
6 Vergusskörper
60 Vergusskörperoberseite
7 elektrische Leiterbahn
72 elektrische Durchkontaktierung
8 elektrische Kontaktstelle
9 Leiterplatte
91 Metallkern
92 IsolationsSchicht
94 Durchbruch
95 elektronisches Bauteil
19 Kühlkörper
10 Anordnung
R Strahlung
S Trennbereich

Claims

Verfahren, mit dem eine Mehrzahl von optoelektronischen Modulen (1) hergestellt wird, mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines metallischen Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Trägereinheiten (2),
B) Aufbringen je zumindest eines Logikchips (3) mit je wenigstens einem integrierten Schaltkreis auf die
Trägereinheiten (2),
C) Aufbringen je mehrerer Emitterbereiche (4), die auf einem Halbleitermaterial basieren und zur
Strahlungserzeugung eingerichtet sind und einzeln elektrisch ansteuerbar sind, auf die Trägereinheiten
(2) oder auf die auf den Trägereinheiten (2)
angebrachten Logikchips (3) ,
D) Abdecken der Emitterbereiche (4) und der Logikchips
(3) mit einem Schutzmaterial (5) , sodass den
Trägereinheiten (2) abgewandte Oberseiten der
Emitterbereiche (4) und/oder der Logikchips (3) von dem Schutzmaterial (5) bedeckt werden,
E) Umspritzen der Emitterbereiche (4) und der
Logikchips (3), sodass ein Vergusskörper (6) entsteht, der zumindest die Trägereinheiten (2) und die
Logikchips (3) miteinander verbindet,
F) Entfernen des Schutzmaterials (5) und Aufbringen von elektrischen Leiterbahnen (7) zumindest auf die
Oberseiten der Logikchips (3) sowie auf eine den
Trägereinheiten (2) abgewandte Vergusskörperoberseite (60) des Vergusskörpers (6), und
G) Zerteilen des Trägerverbunds (20) zu den Modulen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Verfahrensschritte A) bis G) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden,
wobei der Trägerverbund (2) zumindest in den Schritten A) bis F) zusammenhängend, einstückig und frei von Durchbrüchen ist, und
wobei die Trägereinheiten (2) in den fertig
hergestellten Modulen (1) je als Wärmesenke dienen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem elektrische Kontaktstellen (8) zu einem
externen elektrischen Anschließen des Moduls (1) ausschließlich an der Vergusskörperoberseite (60) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verfahrensschritt G) die folgenden
Teilschritte aufweist:
Gl) Strukturieren der Trägereinheiten (2) von den
Logikchips (3) abgewandten Trägerunterseiten her durch eine materialabtragende Methode, und
G2) nachfolgend Durchtrennen des Vergusskörpers (6) in Trennbereichen (S) zwischen benachbarten
Trägereinheiten (2) .
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Trennbereiche (S) frei von einem Material des Trägerverbunds (20) und der Trägereinheiten (2) sind .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt G) die Trägereinheiten (2) so strukturiert werden, dass in dem fertig
hergestellten Modul (1) die Emitterbereiche (4) und die Logikchips (3) je eineindeutig auf einer Trägerinsel (22) angebracht sind, wobei die Trägereinheiten (2) je eine Mehrzahl der Trägerinseln (22) aufweisen und die Trägerinseln (22) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem fertig hergestellten Modul (1) die
Trägereinheiten (2) insgesamt oder zumindest die
Trägerinseln (22), auf denen sich die Emitterbereiche (4) und der Logikchip (3) befinden, keine elektrische Funktion haben, und
wobei eine elektrische Ansteuerung der Emitterbereiche (4) ausschließlich über den Logikchip (3) des
entsprechenden Moduls (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Trägerverbund (20) und/oder die
Trägereinheiten (2) vor dem Schritt E) von einer ersten Hauptseite her und nach dem Schritt F) von einer zweiten Hauptseite her geätzt werden,
wobei durch die beiden Ätzschritte zusammengenommen die Trägereinheiten (2) strukturiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Emitterbereiche (4) ausschließlich auf einer der zugehörigen Trägereinheit (2) abgewandten Oberseite des Logikchips (3) aufgebracht werden, wobei die Oberseite des Logikchips (3) mit einer elektrischen Kontaktstruktur (34) versehen ist, sodass deckungsgleich zu den Emitterbereichen (4) an der Oberseite je mindestens ein elektrischer Kontakt pro Emitterbereich (4) vorhanden ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem mehrere oder alle Emitterbereiche (4) Teil eines Leuchtdiodenchips (40) sind, wobei der Leuchtdiodenchip (40) eine mechanische
Einheit bildet und optisch sowie elektrisch in die Emitterbereiche (4) unterteilt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, in Richtung weg von den Trägereinheiten (2), die Vergusskörperoberseite (60) bündig mit den
Oberseiten der Logikchips (3) abschließend erzeugt wird,
wobei die Emitterbereiche (4), in Richtung weg von den Trägereinheiten (2), die Vergusskörperoberseite (60) überragen .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Emitterbereiche (4) je eine mittlere laterale Ausdehnung, in Richtung parallel zu der
Vergusskörperoberseite (60), zwischen einschließlich 5 ym und 50 ym aufweisen,
wobei zwischen einschließlich 64 und 10^ der
Emitterbereiche pro fertigem Modul (1) vorhanden sind, und
wobei die Emitterbereiche (4) im Betrieb des Moduls (1) sichtbares Licht erzeugen, das zumindest blaues Licht umfasst .
Anordnung (10) mit
- mindestens einem optoelektronischen Modul (1), das mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche hergestellt ist, und
- mindestens einer Leiterplatte (9),
wobei die Leiterplatte (9) elektrisch unmittelbar mit elektrischen Kontaktstellen (8) des Moduls (1)
verbunden ist.
14. Anordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Leiterplatte (9) an einer der Trägereinheit (2) abgewandten Oberseite des Moduls (1) angebracht ist,
wobei die Leiterplatte (9) einen Durchbruch (94) aufweist, sodass die Emitterbereiche (4) im Betrieb durch den Durchbruch (94) hindurch Strahlung (R) emittieren .
15. Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei es sich bei der Leiterplatte (9) um eine flexible Leiterplatte handelt.
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