WO2017153244A1 - Optoelektronisches multi-chip halbleiterbauteil - Google Patents

Optoelektronisches multi-chip halbleiterbauteil Download PDF

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WO2017153244A1
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Definitions

  • An object to be solved is to specify a space-saving optoelectronic semiconductor component which emits variably different colored light.
  • this includes
  • the housing is preferably that component of the semiconductor component which mechanically supports it and mechanically supports it.
  • the housing is rigid, so that the semiconductor device does not deform during normal use.
  • the housing can provide protection against external mechanical and / or chemical influences such as soiling.
  • the housing comprises a recess, in particular exactly one continuous one
  • the recess is preferably surrounded on all sides by a material of the housing. According to at least one embodiment, the
  • the at least one first semiconductor chip is for
  • Semiconductor device also one or more second
  • Semiconductor chip is to generate light of a second
  • the second color is different from the first color.
  • the semiconductor chips are preferably each light-emitting diode chips, short LED chips.
  • the terms first color and second color may be essentially monochromatic,
  • Semiconductor chips are preferably no further active
  • the semiconductor device may be free of chips for addressing or driving the light-generating semiconductor chips. This does not exclude that an element for protection against electrostatic discharge damage is accommodated in the semiconductor device.
  • the main emission direction is the direction along which the highest power, in particular measured in mW, is emitted.
  • Mixed radiation comprises at least light of the first color and / or the second color.
  • the first color Preferably, the second color
  • the one or more first semiconductor chips are arranged in a first plane.
  • the second semiconductor chip or chips may be arranged in a second plane.
  • the planes follow one another along the main emission direction.
  • the first level are only the first semiconductor chips and not the second semiconductor chips, the same applies to the second level. It follows, along the main emission direction, the second plane preferably after the first level.
  • the two levels can be parallel or substantially parallel
  • the one or more first and the second semiconductor chip or chips are in the
  • Semiconductor chips which are provided for generating light, each have an active zone, in particular exactly one active zone on.
  • the active zone is, for example, each by one or more semiconductor layers of the associated
  • the generation of the light takes place in the active zones due to a charge carrier recombination.
  • the active zones of the semiconductor chips are next to one another when viewed in plan view, that is to say in the direction parallel to the main emission direction arranged. This may mean that, seen in plan view, the active zones do not overlap.
  • the recess is, as seen in plan view, filled to a considerable extent by the semiconductor chips.
  • the recess seen in plan view, to at least 20% or 40% or 60% or 80% or
  • Optoelectronic semiconductor device a housing having a recess and at least one first semiconductor chip for generating light of a first color and at least one second semiconductor chip for generating light of a second color, wherein the second color of the first color
  • Main emission a mixed radiation comprising
  • Semiconductor chip is in a first level and the second
  • Main emission direction follow one another.
  • active zones of the semiconductor chips are arranged next to one another.
  • the recess is, as seen in plan view, filled to at least 20% or 80% of the semiconductor chips.
  • LEDs emitting different colors often have a plurality of light-emitting diode chips emitting different colors, for example red light, green light and blue light-emitting light-emitting diode chips, in order to realize a so-called RGB LED.
  • RGB LED red light, green light and blue light-emitting light-emitting diode chips
  • LED chips Semiconductor chips usually arranged laterally in a common plane at relatively large intervals. As a result, comparatively much space is needed. Alternatively, the LED chips
  • LED chips are usually oriented parallel to each other. In this case, comparatively large losses occur due to absorption within the light-emitting diode chips.
  • Semiconductor component is a multifunctional body with a central recess.
  • the light-emitting semiconductor chips can overlap each other quite well. By such an arrangement, a space saving is realized and losses due to mutual absorption of light generated in the various semiconductor chips are minimized, so that a high efficiency can be realized.
  • At least one second semiconductor chip Approximately means, for example, with a maximum tolerance of 15 ° or 10 ° or 5 °.
  • the first and the second semiconductor chips may have mutually oriented main emission directions.
  • the first and the second semiconductor chips do not overlap one another when viewed in a direction perpendicular to the main emission direction of the semiconductor component. In other words, the semiconductor chips then do not overlap, as seen in side view. There is thus a sufficient offset of the first and second semiconductor chips to one another along the
  • said offset may correspond to at least one thickness of the semiconductor chips.
  • the first and the second semiconductor chips partially overlap, in
  • the second semiconductor chips or at least their active zones are, as seen in plan view, arranged on or around the first semiconductor chip. there can, seen in plan view, the second
  • Semiconductor chips are located on two or more than two sides of the first semiconductor chip, for example, to each other
  • the semiconductor chip is arranged centrally in the recess. This may mean that a center of the first semiconductor chip with a
  • the recess is seen in cross-section stepped.
  • the steps are preferably aligned symmetrically with respect to an axis parallel to the main emission direction of the semiconductor component. Flanks of the steps are preferably parallel to the
  • Main emission direction aligned and connecting lines between the edges perpendicular to the main emission.
  • the recess seen in cross-section, appear as a right-angled step arrangement.
  • exactly one first and exactly one second semiconductor chip is present.
  • the second semiconductor chip preferably completely covers the first semiconductor chip. Seen in plan view, centers of the semiconductor chips can overlap one another and also with a
  • the at least one second semiconductor chip comprises a translucent one
  • the growth substrate is transparent to at least light of the first semiconductor chip. For example, it is at least a second
  • At least part of the light of the first color passes through the growth substrate of the second semiconductor chip in the direction parallel or
  • the at least one second semiconductor chip is mounted in the recess such that the associated active zone faces the first plane.
  • the following order can be present along the main emission direction: first semiconductor chip, active zone and semiconductor layer sequence of the second
  • a light-permeable, light-scattering filling and / or a light distribution plate and / or a phosphor or a phosphor mixture is located in the recess.
  • Phosphor mixture may be integrated in the filling and / or in the light distribution plate. It is possible that the recess, together with the light-generating
  • the Light distribution plate and / or the phosphor is filled.
  • there is possible for there to be an air gap, in particular, between the light distribution plate and the at least one first semiconductor chip.
  • At least one mirror is introduced into the recess. Through the mirror is prevented or at least reduced the probability that light of the second color on a direct path, ie without radiation deflection, to the active zone of the first
  • Corresponding mirrors may be metallic mirrors, such as a reflective silver layer or aluminum layer.
  • such mirrors can be realized as Bragg mirrors and / or as dielectric mirrors with a sequence of several layers with different refractive indices.
  • At least one side surface of the at least one second semiconductor chip forms a reflector.
  • the reflector can be realized for example by a metallic mirroring or by a Bragg mirror.
  • the mirrored side surfaces may be oriented parallel to the main emission direction of the first semiconductor chip.
  • electrical pads are preferably on a single side of the semiconductor chip, so that the first semiconductor chip is designed as a so-called flip-chip.
  • the pads can touch each other
  • the semiconductor device via the mounting surface is preferably surface mountable with respect to at least one or exactly one or with respect to all pads. That is, in the optoelectronic semiconductor device may be an SMD component, wherein SMT stands for surface mount device.
  • SMT stands for surface mount device.
  • the housing is made of a reflective and / or electrically conductive
  • the housing may be made of a reflective plastic together with a lead frame or of a reflective ceramic together with
  • the housing is subdivided into a plurality of segments which are electrically separated from one another.
  • the segments are made of a metal or a metal Metallic coated film designed by a
  • Connecting means are mechanically connected to each other in a parting line between the segments.
  • the segments of the housing form a part of the mounting surface of the semiconductor device.
  • the segments on the mounting surface are adapted to be attached to an external support, for example by means of soldering or electrically conductive bonding.
  • Pads of the second semiconductor chip within the recess electrically connected to the segments.
  • the second semiconductor chips may be electrically contacted via the segments.
  • the at least one first semiconductor chip is a
  • Semiconductor chip preferably has a Lambert see
  • the first semiconductor chip is in particular a red, orange or yellow light-emitting semiconductor chip based on AlInGaAs or AlInGaP.
  • the at least one second semiconductor chip is a
  • the second semiconductor chip preferably has a transparent growth substrate, which is optically connected to the light-generating active zone.
  • a volume emitter thus has a light emission on several sides, in particular on all sides. If the second semiconductor chip is designed as a cube or cuboid, then there is a light emission in the case of a volume emitter on all six sides of the cuboid or cube.
  • Semiconductor chips are oriented perpendicular or approximately perpendicular to each other.
  • the at least one second semiconductor chip is soldered to the segments of the housing and / or glued electrically conductive.
  • all the semiconductor chips of the semiconductor device are bond wire-free
  • the at least one second semiconductor chip has a greater extent in the direction perpendicular to its active zone than in at least one direction parallel to its active zone.
  • the second semiconductor chip may be thicker than wide.
  • the at least one first semiconductor chip has lateral dimensions which are larger than its thickness. In other words, the first semiconductor chip is then wider and preferably longer than thick.
  • an optoelectronic semiconductor device described here will be explained in more detail with reference to the drawings based on embodiments. Same
  • FIG. 1 Top views and perspective views of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein, Figures 3 to 10 are schematic sectional views of
  • Figures 11 to 16 are schematic plan views
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Optoelectronic semiconductor device 1 see the exploded views in Figures 1A and 1B, which
  • the semiconductor device 1 comprises a reflective housing 2.
  • the housing 2 is subdivided into two segments 23, which are made of a reflective and electrically conductive material, for example aluminum or an aluminum alloy.
  • the housing 2 has a stepped recess 20, seen in cross section.
  • the two segments 23 are through a parting line 24th
  • the parting line 24 is preferably grouted with a connecting means to connect the segments 23 mechanically fixed and electrically isolated.
  • a connecting means to connect the segments 23 mechanically fixed and electrically isolated.
  • two rails are formed. These rails may extend completely along opposite side surfaces of the housing 2.
  • Hauptausdehnungsraumen these rails are preferably parallel to
  • Mounting surface 22 is aligned perpendicular or approximately perpendicular to the main radiation M.
  • the recess 20 is a light-emitting first semiconductor chip 31.
  • the first semiconductor chip 31 For example, the first
  • the first semiconductor chip 31 seen in plan view square shaped.
  • the first semiconductor chip 31 is relatively thin and can be designed as a Lambertian radiator.
  • a first Main emission direction El of the first semiconductor chip 31 is oriented parallel to the main emission direction M.
  • Semiconductor chip 31 which emits in particular red or yellow light, a second semiconductor chip 32 downstream.
  • the second semiconductor chip 32 generates, for example, blue light.
  • An active zone 33 of the second semiconductor chip 32 is oriented perpendicular to an active zone 33 of the first semiconductor chip 31.
  • a main emission direction E2 of the second semiconductor chip 32 is transverse to the first emission direction El of the first semiconductor chip 1.
  • the active region 33 of the second semiconductor chip 32 is completely adjacent to the active region 33 of the first
  • Semiconductor chip 32 is located on a
  • a mirror 5 which is preferably designed as a Bragg mirror. On the mirror 5, preferably only light of a second color, which is generated in the second semiconductor chip 32, is reflected.
  • the mirror 5 is transparent to light of a first color generated in the first semiconductor chip 31.
  • Electrical contact surfaces 62 of the second semiconductor chip 32 are located on the side on which the active zone 33 is located.
  • the second semiconductor chip 32 is thus designed as a flip-chip.
  • Each of the contact surfaces 62 of the second semiconductor chip 32 is located at exactly one of Segments 23 of the housing 2.
  • the segments 23 surround the two semiconductor chips 31, 32 each frame-shaped and all around, neglecting the parting line 24.
  • Electrical contact surfaces 61 of the first semiconductor chip 31, see in particular Figure IE, are all at the
  • the second semiconductor chip 32 faces, so that the semiconductor chips 31, 32 may be electrically connected in series. That is, the first semiconductor chip 31 does not necessarily have to be a flip chip in which all the pads are on a single main side.
  • an optional connecting means which mechanically connects the segments 23 and / or the semiconductor chips 31, 32, in particular in the parting line 24, does not respectively
  • a cover 7 may be present, see in particular Figure IC.
  • the cover 7 is designed, for example, in the form of a dome-shaped converging lens.
  • the second semiconductor chip 32 is
  • the second semiconductor chip 32 has a greater thickness along the second emission direction E2 than an extension of the second semiconductor chip 32 along the main emission direction M.
  • Semiconductor chip 32 is isolated by scribing and breaking, for example, after an epitaxial growth of a semiconductor layer sequence with the active zone 33.
  • emerging facets can be smooth as glass and as
  • the active zone 33 of the second semiconductor chip 32 has, for example
  • Base area between including 150 ym x 1000 ym to 300 ym x 1400 ym on.
  • E2 lies an extension of the growth substrate 35
  • the growth substrate 35 makes up only an area near the active zone 33 and is replaced in other areas by a light-transmitting spare body, such as glass, not shown. Alternatively, such a replacement body, a light distribution plate, see below, be present.
  • the chip base area incorporated therein, in particular a surface of the second semiconductor chip 32 seen in plan view, is for example approximately 1.5 mm 2 to 2 mm 2 and is thus approximately 75% of the base area of the
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • Optoelectronic semiconductor device 1 see the exploded views in Figures 2A and 2B, which
  • the second semiconductor chips 32 are present.
  • the second semiconductor chips 32 are
  • Segments 23 of the housing 2 are aligned. Active zones 33 of the second semiconductor chips 32 are each the first
  • the first semiconductor chip 31, see Figure 2D be completely covered by the light distribution plate 42, wherein an air gap between the light distribution plate 42 and the first semiconductor chip 31 may be present.
  • the light distribution plate 42 may be provided on a side facing the first semiconductor chip 31 with a mirror 5, analogous to the growth substrate 35 in FIG. 1.
  • the housing 2 it is possible, see FIG. 2E, for the housing 2 to be divided into four segments 23.
  • exactly one of the contact surfaces 62 of the second semiconductor chips 32 is preferably located on each of the segments 23.
  • the segments 23 can each be the same size and / or
  • the metallic housings 2, as shown in particular in FIGS. 1 and 2 can also be realized by means of plastic bodies, for example produced as MID, for molded interconnect devices or injection-molded circuit carriers, electrical conductor tracks being made of a plastic material
  • the metal frames may also be embedded in a panel having a multiplicity of such semiconductor components 1.
  • the individual semiconductor components 1 can then be contacted, for example, each from a rear side, the mounting surface 22.
  • activation via control units such as microcontrollers is also possible.
  • the housing has reflective side walls, for example of a metal.
  • the first semiconductor chip 31 is mounted on the mounting surface 22, remaining areas of the
  • Mounting surface 22 are filled with a reflective potting 44.
  • the encapsulation 44 preferably closes flush with the first
  • the first semiconductor chip 31 has a carrier 36, on which the semiconductor layer sequence with the active zone 33 is attached, so that the first semiconductor chip 31 is inserted
  • the first semiconductor chip 31 is located together with the encapsulation 44 in a first plane PI.
  • the second semiconductor chip 32 is located in a second plane P2. In no side view overlap the
  • semiconductor chips 31, 32 are located centrally on the mounting surface 22. Further, two second semiconductor chips 32 are provided, which through the first semiconductor chip 31.
  • FIG. 5 shows that the recess 20 of the housing 2, in addition to the second semiconductor chips 32 and the first
  • Semiconductor chip 31 is filled by a translucent, light-scattering filling 41.
  • the filling 41 is optionally added a phosphor or a phosphor mixture 43.
  • the two second semiconductor chips 32 are mounted with the active zone 33 facing the potting 44.
  • a mirror 5 for example of a metal, may be located on one or both of the second semiconductor chips 32 in order to prevent an interaction of the respectively emitted radiation between the active zones 33 of the semiconductor chips 31, 32.
  • Semiconductor chip 37 is present, which emits green light. In addition to the blue light emitting second
  • Semiconductor chip 31 is thus realized an RGB component. All emission directions El, E2, E3 of the semiconductor chips 31, 32, 37 are aligned parallel to the main emission direction M.
  • FIG. 7 shows that the substrates 35 of the second semiconductor chips 32 are made comparatively short. Seen in plan view, the semiconductor chips 31, 32 thus do not overlap. An area directly above the first
  • Semiconductor chips 31 are realized by two light distribution plates 42, between which a first mirror 5a can be centrally mounted. On the first semiconductor chip 31
  • Light distribution plates 42 may be integral with the
  • the first mirror 5 a may be mechanically fixed and preferably electrically insulated with the segments 23.
  • the phosphor or the phosphor mixture 43 may be organic or inorganic phosphors. Also quantum dots can be used as a phosphor. Corresponding phosphors can be in the form of solid material, for example as ceramic platelets, or embedded as particles in a matrix material, for example of a silicone.
  • the embodiment of Figure 8 also only the same color emitting second semiconductor chips 32, 37 may be present.
  • the phosphor 43 may be present.
  • the embodiment of Figure 9 is located between the semiconductor chips 32, the light distribution plate 42 for the light of the first color of the first semiconductor chip 31.
  • the main emission direction M follows the optional
  • the mirrors 5 can, as in all others
  • Embodiments be mounted directly on side surfaces of the second semiconductor chips 32, in particular already in
  • FIG. 10 shows that three planes PI, P2, P3
  • both emission directions El, E2 of the semiconductor chips 32, 37 can also be in the same direction point, either parallel to the main emission direction M or perpendicular to the main emission M. There may also be more than three types of different colors
  • Embodiments are used accordingly.
  • first semiconductor chip 31 only one first semiconductor chip 31 or a plurality of first semiconductor chips 31 are mounted in the recess 20 near the mounting surface 22, respectively, and these semiconductor chips 31 each emit light of the same color. Deviating from this, several can
  • semiconductor chips with different emission colors may be mounted in this opening near the mounting surface 22.
  • FIG. 11 it is shown that the second semiconductor chips 32 are not attached to opposite sides of the first semiconductor chip 31, but are arranged in an L-shaped view in plan view.
  • the second semiconductor chips 32 are located on opposite sides of the first semiconductor chip 31, the others
  • Semiconductor chips 37 are arranged perpendicular thereto. According to FIG. 13, there is a symmetrical arrangement of the second and further semiconductor chips 32, 37 against one another
  • FIG. 14 shows that two first semiconductor chips 31 are present, which are located symmetrically and centrally between the second semiconductor chips 32.
  • a matrix-like arrangement of the semiconductor chips 31, 32, 37 is also possible, see FIG. 15.
  • the first semiconductor chips 31 are located at one edge, so that the second semiconductor chips 32 are arranged centrally between the first semiconductor chips 31.
  • FIGS. 11 to 16 can be used respectively for the embodiments of FIGS. 1 to 10.
  • surface light sources can be realized, with one or more of the semiconductor components 1. Due to the high proportion of chip areas on a base of the semiconductor devices 1 high luminance can be realized, such as for

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  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) ein Gehäuse (2) mit einer Ausnehmung (20) sowie einen ersten Halbleiterchip (31) zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe und einen zweiten Halbleiterchip (32) zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe, wobei die zweite Farbe von der ersten Farbe verschieden ist. Im Betrieb wird entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) eine Mischstrahlung, umfassend zumindest Licht der ersten Farbe, emittiert. Der erste Halbleiterchip (31) ist in einer ersten Ebene (P1) und der zweite Halbleiterchip (32) in einer zweiten Ebene (P2) in der Ausnehmung (20) angeordnet, wobei die beiden Ebenen (P1, P2) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) aufeinander folgen. In Draufsicht parallel zur Hauptabstrahlrichtung (M) gesehen sind aktive Zonen (33) der Halbleiterchips (31, 32) nebeneinander angeordnet. Die Ausnehmung ist, in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % von den Halbleiterchips (31, 32) ausgefüllt. Eine elektrische Anschlussfläche (61) des ersten Halbleiterchips (31) bildet einen Teil einer Montagefläche (22) des Halbleiterbauteils (1).

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES MULTI-CHIP HALBLEITERBAUTEIL Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Platz sparendes optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das variabel verschiedenfarbiges Licht emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil ein Gehäuse. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gehäuse um diejenige Komponente des Halbleiterbauteils, das dieses mechanisch trägt und mechanisch stützt. Bevorzugt ist das Gehäuse starr, sodass sich das Halbleiterbauteil im bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht verformt. Durch das Gehäuse kann ein Schutz gegenüber äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen wie Verschmutzungen gegeben sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine Ausnehmung, insbesondere genau eine durchgehende
Ausnehmung. Bevorzugt ist die Ausnehmung an Seitenflächen ringsum von einem Material des Gehäuses umgeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere erste Halbleiterchips auf. Der zumindest eine erste Halbleiterchip ist zur
Erzeugung von Licht einer ersten Farbe gestaltet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil außerdem einen oder mehrere zweite
Halbleiterchips auf. Der mindestens eine zweite
Halbleiterchip ist zur Erzeugung von Licht einer zweiten
Farbe eingerichtet. Die zweite Farbe ist von der ersten Farbe verschieden .
Bei den Halbleiterchips handelt es sich bevorzugt jeweils um Leuchtdiodenchips, kurz LED-Chips. Die Begriffe erste Farbe und zweite Farbe können im Wesentlichen einfarbiges,
monochromes Licht bezeichnen oder auch mischfarbiges Licht wie etwa weißes Licht. Neben den Licht emittierenden
Halbleiterchips sind bevorzugt keine weiteren aktiven
Komponenten in dem Gehäuse und/oder in dem Halbleiterbauteil untergebracht. Insbesondere kann das Halbleiterbauteil frei sein von Chips zu einer Adressierung oder einer Ansteuerung der Licht erzeugenden Halbleiterchips. Dies schließt nicht aus, dass in dem Halbleiterbauteil ein Element zum Schutz vor Schäden durch elektrostatische Entladungen untergebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das
Halbleiterbauteil im Betrieb eine Mischstrahlung. Die
Mischstrahlung wird insbesondere in einer
Hauptabstrahlrichtung emittiert. Die Hauptabstrahlrichtung ist diejenige Richtung, entlang der die höchste Leistung, insbesondere gemessen in mW, emittiert wird. Die
Mischstrahlung umfasst dabei zumindest Licht der ersten Farbe und/oder der zweiten Farbe. Bevorzugt umfasst die
Mischstrahlung sowohl Licht der ersten Farbe als auch Licht der zweiten Farbe und optional noch weiteres Licht, das beispielsweise mittels eines Leuchtstoffs, etwa aus Licht der zweiten Farbe, erzeugt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der oder die ersten Halbleiterchips in einer ersten Ebene angeordnet.
Entsprechend können der oder die zweiten Halbleiterchips in einer zweiten Ebene angeordnet sein. Dabei folgen die Ebenen entlang der Hauptabstrahlrichtung aufeinander. In der ersten Ebene befinden sich nur die ersten Halbleiterchips und nicht die zweiten Halbleiterchips, Entsprechendes gilt für die zweite Ebene. Es folgt, entlang der Hauptabstrahlrichtung, die zweite Ebene bevorzugt der ersten Ebene nach. Die beiden Ebenen können parallel oder im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sein und schneiden sich innerhalb des Halbleiterbauteils bevorzugt nicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der oder die ersten und der oder die zweiten Halbleiterchips in der
Ausnehmung angeordnet. Insbesondere befinden sich alle
Halbleiterchips vollständig innerhalb der Ausnehmung und überragen somit das Gehäuse bevorzugt nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Halbleiterchips, die zur Lichterzeugung vorgesehen sind, jeweils eine aktive Zone, insbesondere genau eine aktive Zone, auf. Die aktive Zone ist zum Beispiel je durch eine oder mehrere Halbleiterschichten der zugehörigen
Halbleiterchips gebildet. Insbesondere erfolgt in den aktiven Zonen die Erzeugung des Lichts aufgrund einer Ladungsträger- Rekombination . Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht gesehen, also in Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung, die aktiven Zonen der Halbleiterchips nebeneinander angeordnet. Dies kann bedeuten, dass sich in Draufsicht gesehen die aktiven Zonen nicht überlappen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterchips in der Ausnehmung dicht angeordnet. Das heißt, die Ausnehmung ist, in Draufsicht gesehen, zu einem erheblichen Teil von den Halbleiterchips ausgefüllt.
Beispielsweise ist die Ausnehmung, in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % oder 40 % oder 60 % oder 80 % oder
vollständig von den Halbleiterchips ausgefüllt. Hierdurch ist ein kompaktes optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer hohen Leuchtdichte und mit kleinen lateralen Abmessungen erzielbar . In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil ein Gehäuse mit einer Ausnehmung sowie mindestens einen ersten Halbleiterchip zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe und mindestens einen zweiten Halbleiterchip zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe, wobei die zweite Farbe von der ersten Farbe
verschieden ist. Im Betrieb wird entlang einer
Hauptabstrahlrichtung eine Mischstrahlung, umfassend
zumindest Licht der ersten Farbe, emittiert. Der erste
Halbleiterchip ist in einer ersten Ebene und der zweite
Halbleiterchip in einer zweiten Ebene in der Ausnehmung angeordnet, wobei die beiden Ebenen entlang der
Hauptabstrahlrichtung aufeinander folgen. In Draufsicht parallel zur Hauptabstrahlrichtung gesehen sind aktive Zonen der Halbleiterchips nebeneinander angeordnet. Die Ausnehmung ist, in Draufsicht gesehen, zu wenigstens 20 % oder 80 % von den Halbleiterchips ausgefüllt. Verschiedenfarbig emittierende Leuchtdioden weisen häufig mehrere, verschiedenfarbig emittierende Leuchtdiodenchips auf, beispielsweise rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchips, um eine so genannte RGB-LED zu realisieren. In solchen Bauteilen sind die
Halbleiterchips üblicherweise in einer gemeinsamen Ebene lateral nebeneinander in vergleichsweise großen Abständen angeordnet. Hierdurch wird vergleichsweise viel Platz benötigt. Alternativ können die Leuchtdiodenchips
übereinander gestapelt angeordnet werden, wobei die
Leuchtdiodenchips im Regelfall parallel zueinander orientiert sind. Hierbei treten aufgrund von Absorption innerhalb der Leuchtdiodenchips vergleichsweise große Verluste auf.
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteil liegt ein multifunktionaler Grundkörper mit einer zentralen Ausnehmung vor. Die Ausnehmung weist
bevorzugt stufenförmige Erweiterungen auf, in denen die
Halbleiterchips derart angeordnet sind, sodass sich in
Draufsicht gesehen die aktiven Zonen nicht überlappen. Die Licht emittierenden Halbleiterchips können dabei einander durchaus überlappen. Durch eine solche Anordnung ist eine Platzersparnis realisiert und Verluste durch gegenseitige Absorption von in den verschiedenen Halbleiterchips erzeugtem Licht sind minimiert, sodass eine hohe Effizienz realisierbar ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine
Hauptemissionsrichtung des mindestens einen ersten
Halbleiterchips parallel oder näherungsweise parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils ausgerichtet. Dies kann ebenso für eine Hauptemissionsrichtung des
mindestens einen zweiten Halbleiterchips gelten. Näherungsweise bedeutet zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 15° oder 10° oder 5°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Hauptemissionsrichtung des zumindest einen zweiten
Halbleiterchips quer, insbesondere senkrecht oder
näherungsweise senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des
Halbleiterbauteils orientiert. Mit anderen Worten können die ersten und die zweiten Halbleiterchips senkrecht zueinander orientierte Hauptemissionsrichtungen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die ersten und die zweiten Halbleiterchips, in Projektion in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils gesehen, einander nicht. Mit anderen Worten überdecken sich die Halbleiterchips dann, in Seitenansicht gesehen, nicht. Es besteht somit ein ausreichender Versatz der ersten und zweiten Halbleiterchips zueinander entlang der
Hauptabstrahlrichtung, wobei dieser Versatz mindestens einer Dicke der Halbleiterchips entsprechen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdecken sich die ersten und die zweiten Halbleiterchips teilweise, in
Draufsicht und in Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils gesehen. Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips teilweise übereinander gestapelt angeordnet. Hierbei überdecken sich die aktiven Zonen aber nicht, in Draufsicht gesehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere zweite
Halbleiterchips vorhanden. Die zweiten Halbleiterchips oder zumindest deren aktive Zonen sind, in Draufsicht gesehen, an oder um den ersten Halbleiterchip herum angeordnet. Dabei können sich, in Draufsicht gesehen, die zweiten
Halbleiterchips an zwei oder mehr als zwei Seiten des ersten Halbleiterchips befinden, beispielsweise an einander
gegenüberliegenden Seiten oder auch an benachbarten Seiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip mittig in der Ausnehmung angeordnet. Dies kann bedeuten, dass ein Mittelpunkt des ersten Halbleiterchips mit einem
Mittelpunkt der Ausnehmung zusammenfällt, in Draufsicht gesehen. Insbesondere ist der erste Halbleiterchip
symmetrisch in der Ausnehmung platziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung im Querschnitt gesehen stufenförmig gestaltet. Dabei sind die Stufen bevorzugt symmetrisch zu einer Achse parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils ausgerichtet. Flanken der Stufen sind bevorzugt parallel zur
Hauptabstrahlrichtung ausgerichtet und Verbindungslinien zwischen den Flanken senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung. Mit anderen Worten kann die Ausnehmung, im Querschnitt gesehen, als rechtwinklige Stufenanordnung erscheinen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist genau ein erster und genau ein zweiter Halbleiterchip vorhanden. Der zweite Halbleiterchip überdeckt den ersten Halbleiterchip bevorzugt vollständig. In Draufsicht gesehen können Mittelpunkte der Halbleiterchips übereinander liegen und auch mit einem
Mittelpunkt der Ausnehmung zusammenfallen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zumindest eine zweite Halbleiterchip ein lichtdurchlässiges
Aufwachssubstrat , auf dem die zugehörige
Halbleiterschichtenfolge mit der entsprechenden aktiven Zone aufgewachsen ist. Das Aufwachssubstrat ist durchlässig für zumindest Licht des ersten Halbleiterchips. Beispielsweise handelt es sich bei dem zumindest einen zweiten
Halbleiterchip um einen so genannten Saphirchip, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge etwa aus dem Materialsystem InAlGaN auf einem Saphirsubstrat epitaktisch aufgewachsen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchläuft wenigstens ein Teil des Lichts der ersten Farbe das Aufwachssubstrat des zweiten Halbleiterchips in Richtung parallel oder
näherungsweise in Richtung parallel zur
Hauptabstrahlrichtung. Das heißt, bevor das in dem ersten Halbleiterchip erzeugte Licht das Halbleiterbauteil verlassen kann, muss das Licht der ersten Farbe das Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig durchdringen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine zweite Halbleiterchip so in der Ausnehmung montiert, dass die zugehörige aktive Zone der ersten Ebene zugewandt ist. Mit anderen Worten kann, entlang der Hauptabstrahlrichtung, die folgende Reihenfolge vorliegen: erster Halbleiterchip, aktive Zone sowie Halbleiterschichtenfolge des zweiten
Halbleiterchips, Aufwachssubstrat des zweiten
Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich in der Ausnehmung eine lichtdurchlässige, Licht streuende Füllung und/oder eine Lichtverteilungsplatte und/oder ein Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung . Der Leuchtstoff oder die
Leuchtstoffmischung kann dabei in der Füllung und/oder in der Lichtverteilungsplatte integriert sein. Es ist möglich, dass die Ausnehmung, zusammen mit den Licht erzeugenden
Halbleiterchips, vollständig von der Füllung, der Lichtverteilungsplatte und/oder dem Leuchtstoff ausgefüllt ist. Alternativ ist es möglich, dass sich insbesondere zwischen der Lichtverteilungsplatte und dem mindestens einen ersten Halbleiterchip ein Luftspalt befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in die Ausnehmung mindestens ein Spiegel eingebracht. Durch den Spiegel ist verhindert oder zumindest die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Licht der zweiten Farbe auf direktem Weg, also ohne Strahlungsumlenkung, zur aktiven Zone des ersten
Halbleiterchips gelangt. Bevorzugt gilt Entsprechendes auch umgekehrt, sodass insbesondere aufgrund des Spiegels kein Licht der ersten Farbe auf direktem Weg zur aktiven Zone des zweiten Halbleiterchips gelangt. Entsprechende Spiegel können metallische Spiegel sein, etwa mit einer reflektierenden Silberschicht oder Aluminiumschicht. Ebenso können solche Spiegel als Bragg-Spiegel und/oder als dielektrische Spiegel mit einer Abfolge mehrerer Schichten mit unterschiedlich hohen Brechungsindizes realisiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet wenigstens eine Seitenfläche des mindestens einen zweiten Halbleiterchips einen Reflektor. Beispielsweise ist die oder sind alle in Richtung zu dem ersten Halbleiterchip weisende Seitenflächen verspiegelt. Der Reflektor kann etwa durch eine metallische Verspiegelung oder auch durch einen Bragg-Spiegel realisiert sein. Die verspiegelten Seitenflächen können parallel zur Hauptemissionsrichtung des ersten Halbleiterchips orientiert sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Halbleiterchip elektrische Anschlussflächen auf. Die
elektrischen Anschlussflächen befinden sich bevorzugt an einer einzigen Seite des Halbleiterchips, sodass der erste Halbleiterchip als so genannter Flip-Chip gestaltet ist.
Ebenso können sich die Anschlussflächen an einander
gegenüberliegenden Seiten, insbesondere Hauptseiten,
befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt zumindest eine oder stellen die elektrischen Anschlussflächen des
Halbleiterchips, insbesondere des ersten Halbleiterchips, einen Teil einer Montagefläche des Halbleiterbauteils dar. Dabei ist das Halbleiterbauteil über die Montagefläche bevorzugt oberflächenmontierbar, hinsichtlich zumindest einer oder genau einer oder hinsichtlich aller Anschlussflächen. Das heißt, bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil kann es sich um ein SMD-Bauteil handeln, wobei SMT für Surface Mount Device steht. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die elektrischen Anschlussflächen insbesondere des ersten Halbleiterchips bei einer Montage des Halbleiterbauteils direkt elektrisch kontaktiert werden, ohne dass weitere
Komponenten des Halbleiterbauteils involviert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem reflektierenden und/oder elektrisch leitfähigen
Material hergestellt, beispielsweise aus einem oder mehreren Metallen oder aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff und/oder Verbundmaterial. Ebenso kann das Gehäuse aus einem reflektierenden Kunststoff zusammen mit einem Leiterrahmen oder aus einer reflektierenden Keramik zusammen mit
Leiterbahnen gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gehäuse in mehrere voneinander elektrisch getrennte Segmente unterteilt. Beispielsweise sind die Segmente aus einem Metall oder einer metallisch beschichteten Folie gestaltet, die durch ein
Verbindungsmittel in einer Trennfuge zwischen den Segmenten miteinander mechanisch verbunden sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die Segmente des Gehäuses einen Teil der Montagefläche des Halbleiterbauteils aus. Insbesondere sind die Segmente an der Montagefläche dazu eingerichtet, an einem externen Träger befestigt zu werden, beispielsweise mittels Löten oder elektrisch leitfähigem Kleben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind elektrische
Anschlussflächen des zweiten Halbleiterchips innerhalb der Ausnehmung elektrisch mit den Segmenten verbunden. Mit anderen Worten können die zweiten Halbleiterchips über die Segmente elektrisch kontaktiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen ersten Halbleiterchip um einen
Oberflächenemitter. Dies bedeutet, dass der erste
Halbleiterchip dann im Wesentlichen nur an einer Hauptseite das Licht der ersten Farbe emittiert. Der erste
Halbleiterchip weist bevorzugt eine Lambert' sehe
Abstrahlcharakteristik auf. Bei dem ersten Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen rotes, oranges oder gelbes Licht emittierenden Halbleiterchip auf der Basis von AlInGaAs oder AlInGaP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen zweiten Halbleiterchip um einen
Volumenemitter. Hierbei weist der zweite Halbleiterchip bevorzugt ein lichtdurchlässiges Aufwachssubstrat auf, das optisch mit der Licht erzeugenden aktiven Zone verbunden ist. Ein Volumenemitter weist somit eine Lichtabstrahlung an mehreren Seiten, insbesondere an allen Seiten, auf. Ist der zweite Halbleiterchip als Würfel oder Quader gestaltet, so liegt also eine Lichtemission im Falle eines Volumenemitters an allen sechs Seiten des Quaders oder Würfels vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten
Halbleiterchips insbesondere wie auch die ersten
Halbleiterchips als Flip-Chips gestaltet. Dabei können alle elektrischen Kontaktflächen aller Halbleiterchips gemeinsam in dieselbe Richtung weisen. Alternativ ist es möglich, dass die elektrischen Kontaktflächen des zumindest einen ersten Halbleiterchips und des zumindest einen zweiten
Halbleiterchips senkrecht oder näherungsweise senkrecht zueinander orientiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die zweiten Halbleiterchips oder der zumindest eine zweite
Halbleiterchip bonddrahtfrei innerhalb der Ausnehmung kontaktiert. Beispielsweise ist der mindestens eine zweite Halbleiterchip an den Segmenten des Gehäuses angelötet und/oder elektrisch leitfähig angeklebt. Bevorzugt sind alle Halbleiterchips des Halbleiterbauteils bonddrahtfrei
elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine zweite Halbleiterchip in Richtung senkrecht zu dessen aktiver Zone eine größere Ausdehnung auf als in zumindest einer Richtung parallel zu dessen aktiver Zone. Mit anderen Worten kann der zweite Halbleiterchip dicker sein als breit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine erste Halbleiterchip laterale Abmessungen auf, die größer sind als dessen Dicke. Mit anderen Worten ist der erste Halbleiterchip dann breiter und bevorzugt auch länger als dick. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil 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 2 schematische Explosionszeichnungen,
Draufsichten und perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, Figuren 3 bis 10 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
Figuren 11 bis 16 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt, siehe die Explosionszeichnungen in den Figuren 1A und 1B, die
Draufsicht in Figur 1D sowie die perspektivischen
Darstellungen in den Figuren IC, IE, 1F und IG. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst ein reflektierendes Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 ist in zwei Segmente 23 unterteilt, die aus einem reflektierenden und elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Gehäuse 2 weist eine stufenförmige Ausnehmung 20 auf, im Querschnitt gesehen. In einem
Zentralbereich durchdringt die Ausnehmung 20 das Gehäuse 2 vollständig, in Richtung parallel zu einer
Hauptabstrahlrichtung M des Halbleiterbauteils 1. Dieser zentrale Bereich der Ausnehmung 20 ist mittig in dem Gehäuse 2 angeordnet, in Draufsicht gesehen.
Die beiden Segmente 23 sind durch eine Trennfuge 24
voneinander separiert. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist die Trennfuge 24 bevorzugt mit einem Verbindungsmittel verfugt, um die Segmente 23 mechanisch fest und elektrisch isoliert zu verbinden. An einer Montagefläche 22 des Gehäuses 2 ist es möglich, dass zwei Schienen geformt sind. Diese Schienen können sich vollständig entlang von gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses 2 erstrecken. Hauptausdehnungsrichtungen dieser Schienen sind bevorzugt parallel zu
Hauptausdehnungsrichtungen der Segmente 23 orientiert. Die
Montagefläche 22 ist senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M ausgerichtet.
In der Ausnehmung 20 befindet sich ein Licht emittierender erster Halbleiterchip 31. Beispielsweise ist der erste
Halbleiterchip 31 in Draufsicht gesehen quadratisch geformt. Der erste Halbleiterchip 31 ist relativ dünn und kann als Lambert ' scher Strahler gestaltet sein. Eine erste Hauptemissionsrichtung El des ersten Halbleiterchips 31 ist parallel zur Hauptabstrahlrichtung M orientiert.
Entlang der Hauptabstrahlrichtung M ist dem ersten
Halbleiterchip 31, der insbesondere rotes oder gelbes Licht emittiert, ein zweiter Halbleiterchip 32 nachgeordnet. Der zweite Halbleiterchip 32 erzeugt beispielsweise blaues Licht. Eine aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 ist senkrecht zu einer aktiven Zone 33 des ersten Halbleiterchips 31 orientiert. Somit liegt eine Hauptemissionsrichtung E2 des zweiten Halbleiterchips 32 quer zur ersten Emissionsrichtung El des ersten Halbleiterchips 1. Dabei liegt, in Draufsicht gesehen, die aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 vollständig neben der aktiven Zone 33 des ersten
Halbleiterchips 31. Die aktive Zone 33 des zweiten
Halbleiterchips 32 befindet sich dabei auf einem
lichtdurchlässigen Aufwachssubstrat 35, das den ersten
Halbleiterchip 31 vollständig überdeckt. Optional befindet sich an einer dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandten Seite des Aufwachssubstrats 35 des zweiten
Halbleiterchips 32 ein Spiegel 5, der bevorzugt als Bragg- Spiegel gestaltet ist. An dem Spiegel 5 wird bevorzugt nur Licht einer zweiten Farbe, das in dem zweiten Halbleiterchip 32 erzeugt wird, reflektiert. Der Spiegel 5 ist für Licht einer ersten Farbe, erzeugt in dem ersten Halbleiterchip 31, durchlässig .
Elektrische Kontaktflächen 62 des zweiten Halbleiterchips 32 befinden sich an derjenigen Seite, an der sich auch die aktive Zone 33 befindet. Der zweite Halbleiterchip 32 ist somit als Flip-Chip gestaltet. Jede der Kontaktflächen 62 des zweiten Halbleiterchips 32 befindet sich an genau einem der Segmente 23 des Gehäuses 2. Dabei umgeben die Segmente 23 die beiden Halbleiterchips 31, 32 je rahmenförmig und ringsum, unter Vernachlässigung der Trennfuge 24. Elektrische Kontaktflächen 61 des ersten Halbleiterchips 31, siehe insbesondere Figur IE, liegen allesamt an der
Montagefläche 22. Somit ist der erste Halbleiterchip 31 über die Kontaktflächen 61 direkt elektrisch kontaktierbar und insbesondere als sogenannter Flip-Chip gestaltet.
Abweichend hiervon ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass nur eine oder nur einige der Kontaktflächen einen Teil der Montagefläche 22 bilden.
Beispielsweise ist dann eine der Kontaktflächen, anders als gezeichnet, dem zweiten Halbleiterchip 32 zugewandt, sodass die Halbleiterchips 31, 32 elektrisch in Serie geschaltet sein können. Das heißt, bei dem ersten Halbleiterchip 31 muss es sich nicht unbedingt um einen Flip-Chip handeln, bei dem alle Kontaktflächen an einer einzigen Hauptseite liegen.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Figur 1 ein optional vorhandenes Verbindungsmittel, das die Segmente 23 und/oder die Halbleiterchips 31, 32 insbesondere in der Trennfuge 24 mechanisch fest miteinander verbindet, jeweils nicht
gezeichnet.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann eine Abdeckung 7 vorhanden sein, siehe insbesondere Figur IC. Die Abdeckung 7 ist beispielsweise in Form einer kuppelartigen Sammellinse gestaltet.
Bei dem zweiten Halbleiterchip 32 handelt es sich
insbesondere um einen Saphir-Flip-Chip mit einem ungewöhnlichen Aspektverhältnis. Das Aufwachssubstrat 35 ist hierbei aus Saphir und angeordnet, wie etwa in Figur 1A dargestellt. Somit weist der zweite Halbleiterchip 32 eine größere Dicke auf, entlang der zweiten Emissionsrichtung E2, als eine Ausdehnung des zweiten Halbleiterchips 32 entlang der Hauptabstrahlrichtung M beträgt. Der zweite
Halbleiterchip 32 ist beispielsweise nach einem epitaktischen Wachsen einer Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 33 durch Ritzen und Brechen vereinzelt. Die hierbei
entstehenden Facetten können spiegelglatt sein und als
Grundlage für den Spiegel 5 dienen. Die aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 weist beispielsweise eine
Grundfläche zwischen einschließlich 150 ym x 1000 ym bis 300 ym x 1400 ym auf. Entlang der zweiten Emissionsrichtung E2 liegt eine Ausdehnung des Aufwachssubstrats 35
beispielsweise bei mindestens 150 ym und/oder höchstens
1000 ym.
Alle Halbleiterchips 31, 32 sind somit bonddrahtfrei
elektrisch kontaktierbar . In dem Halbleiterbauteil 1 werden demnach nur Flip-Chips verwendet. Dies ist nicht zwingend erforderlich, auch andere Halbleiterchip-Bauformen können entsprechend eingesetzt werden. Anders als in Figur 1 gezeichnet und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen auch, ist es möglich, dass das Aufwachssubstrat 35 nur einen Bereich nahe der aktiven Zone 33 ausmacht und in verbleibenden Bereichen durch einen nicht dargestellten lichtdurchlässigen Ersatzkörper, etwa aus Glas, ersetzt ist. Alternativ kann zu einem solchen Ersatzkörper auch eine Lichtverteilerplatte, siehe unten, vorhanden sein. In Draufsicht gesehen weist das Gehäuse 2 beispielsweise eine Grundfläche von ungefähr 1,5 mm x 1,5 mm = 2,25 mm2 auf. Die darin verbaute Chipgrundfläche, vorliegend insbesondere eine Fläche des zweiten Halbleiterchips 32 in Draufsicht gesehen, liegt beispielsweise bei ungefähr 1,5 mm2 bis 2 mm2 und beträgt damit näherungsweise 75 % der Grundfläche des
Gehäuses 2. Somit ist ein Platz sparendes verschiedenfarbig emittierendes Halbleiterbauteil 1 mit einer hohen Effizienz durch diese Anordnung der Halbleiterchips 31, 32 realisiert.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt, siehe die Explosionszeichnungen in den Figuren 2A und 2B, die
perspektivische Darstellung in Figur 2C sowie die Draufsicht in Figur 2D.
Abweichend von Figur 1 sind zwei der zweiten Halbleiterchips 32 vorhanden. Die zweiten Halbleiterchips 32 sind
streifenförmig gestaltet, wobei Längsausdehnungen der zweiten Halbleiterchips 32 senkrecht zu Längsausdehnungen der
Segmente 23 des Gehäuses 2 ausgerichtet sind. Aktive Zonen 33 der zweiten Halbleiterchips 32 sind jeweils dem ersten
Halbleiterchip 31 und somit der Montagefläche 22 zugewandt. Zwischen den beiden zweiten Halbleiterchips 32 befindet sich in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M, die parallel zu den beiden Emissionsrichtungen El, E2 der
Halbleiterchips 31, 32 ausgerichtet ist, eine
Lichtverteilerplatte 42. Durch die Lichtverteilerplatte 42 wird eine homogene Strahlungsdurchmischung des Lichts von den Halbleiterchips 31, 32 erzielt, sodass insgesamt eine
homogene Abstrahlung erfolgt. Dabei kann der erste Halbleiterchip 31, siehe Figur 2D, vollständig von der Lichtverteilungsplatte 42 überdeckt sein, wobei ein Luftspalt zwischen der Lichtverteilungsplatte 42 und dem ersten Halbleiterchip 31 vorhanden sein kann.
Optional kann die Lichtverteilungsplatte 42 an einer dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandten Seite mit einem Spiegel 5 versehen sein, analog zum Aufwachssubstrat 35 in Figur 1.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 2 dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Optional ist es möglich, siehe Figur 2E, dass das Gehäuse 2 in vier Segmente 23 aufgeteilt ist. Hierbei liegt bevorzugt an jedem der Segmente 23 genau eine der Kontaktflächen 62 der zweiten Halbleiterchips 32 auf. Durch eine solche elektrische Unterteilung des Gehäuses 2 ist eine einzelne, unabhängige Ansteuerung aller Halbleiterchips 31, 32 voneinander
erzielbar. Eine entsprechende Modifikation des Gehäuses 2 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen. Die Segmente 23 können jeweils gleich groß und/oder
symmetrisch zueinander geformt sein.
Die metallischen Gehäuse 2, wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 dargestellt, können auch durch Kunststoffkörper, erzeugt etwa als MID, für Molded Interconnect Device oder spritzgegossener Schaltungsträger, realisiert sein, wobei elektrische Leiterbahnen in ein Kunststoffmaterial
eingebettet sein können. Ebenso ist eine alternative
Ausführung als Leiterrahmen in einem spritzgegossenen
Gehäuse, als geprägter Metallleiterrahmen in einem
Folienlaminat, als Keramikvarianten wie LTCC, für Low
Temperature Cofired Ceramics oder Niedertemperatur-Einbrand- Keramiken, und auch Bauformen als QFN, für Quad Fiat No Leads Package, möglich.
Insbesondere die Metallrahmen, wie in den Figuren 1 und 2 illustriert, können auch in einem Panel mit einer Vielzahl solcher Halbleiterbauteile 1 eingebettet sein. Die einzelnen Halbleiterbauteile 1 können dann beispielsweise je von einer Rückseite her, der Montagefläche 22, kontaktiert sein. In entsprechenden Anordnungen ist auch eine Ansteuerung über AnSteuereinheiten wie MikroControllern möglich.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 weist das Gehäuse reflektierende Seitenwände auf, beispielsweise aus einem Metall. Der erste Halbleiterchip 31 ist ausmittig an der Montagefläche 22 angebracht, verbleibende Gebiete der
Montagefläche 22 sind mit einem reflektierenden Verguss 44 ausgefüllt. In Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung M schließt der Verguss 44 bevorzugt bündig mit dem ersten
Halbleiterchip 31 ab.
Der erste Halbleiterchip 31 weist einen Träger 36 auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 33 angebracht ist, sodass der erste Halbleiterchip 31 ein
Oberflächenemitter ist. Der erste Halbleiterchip 31 befindet sich zusammen mit dem Verguss 44 in einer ersten Ebene PI. Der zweite Halbleiterchip 32 befindet sich in einer zweiten Ebene P2. In keiner Seitenansicht überlappen sich die
Halbleiterchips 31, 32. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 befindet sich der erste Halbleiterchip 31 mittig an der Montagefläche 22. Ferner sind zwei zweite Halbleiterchips 32 vorhanden, die durch den
Spiegel 5, der zentral und mittig und parallel zur Hauptabstrahlrichtung M angeordnet ist, voneinander separiert sind. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 4 dem der Figur 3. In Figur 5 ist gezeigt, dass die Ausnehmung 20 des Gehäuses 2, neben den zweiten Halbleiterchips 32 und dem ersten
Halbleiterchip 31, von einer lichtdurchlässigen, Licht streuenden Füllung 41 ausgefüllt ist. Der Füllung 41 ist optional ein Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung 43 beigegeben.
Die Füllung 41, optional mit dem Leuchtstoff 43, kann die Halbleiterchips 31, 32 in Richtung parallel zur
Hauptabstrahlrichtung M überragen und/oder bündig mit dem Gehäuse 2 abschließen. Durch die Füllung 41 ist eine
gleichmäßige Lichtverteilung realisierbar.
Die zwei zweiten Halbleiterchips 32 sind mit der aktiven Zone 33 dem Verguss 44 zugewandt montiert. Optional kann sich an einem oder an beiden zweiten Halbleiterchips 32 ein Spiegel 5, etwa aus einem Metall, befinden, um eine Wechselwirkung der jeweils emittierten Strahlung zwischen den aktiven Zonen 33 der Halbleiterchips 31, 32 zu unterbinden. Zusammen mit der Füllung 41 und dem Verguss 44 ist das
Gehäuse 2 und somit das Halbleiterbauteil 1 als planparallele Platte und als Flächenlichtquelle gestaltet, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann.
Alternativ ist analog zu Figur IC eine linsenförmige
Abdeckung 7 vorhanden.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist ein dritter
Halbleiterchip 37 vorhanden, der grünes Licht emittiert. Zusätzlich zu dem blaues Licht emittierenden zweiten
Halbleiterchip 32 und dem rotes Licht emittierenden
Halbleiterchip 31 ist somit ein RGB-Bauteil realisiert. Alle Emissionsrichtungen El, E2, E3 der Halbleiterchips 31, 32, 37 sind parallel zur Hauptabstrahlrichtung M ausgerichtet.
In Figur 7 ist gezeigt, dass die Substrate 35 der zweiten Halbleiterchips 32 vergleichsweise kurz gestaltet sind. In Draufsicht gesehen überlappen somit die Halbleiterchips 31, 32 nicht. Ein Bereich direkt oberhalb des ersten
Halbleiterchips 31 ist durch zwei Lichtverteilungsplatten 42 realisiert, zwischen denen mittig ein erster Spiegel 5a angebracht sein kann. An dem ersten Halbleiterchip 31
zugewandten Seiten kann sich ein zweiter Spiegel 5b,
insbesondere einen Bragg-Spiegel , befinden. Die
Lichtverteilungsplatten 42 können einstückig mit dem
jeweiligen zweiten Halbleiterchip 32 gestaltet sein und somit fest mit dem zugehörigen Aufwachssubstrat 35 verbunden sein. Der erste Spiegel 5a kann mechanisch fest und bevorzugt elektrisch isoliert mit den Segmenten 23 verbunden sein.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 7 dem Ausführungsbeispiel der Figur 4. Bei dem Leuchtstoff oder der Leuchtstoffmischung 43 kann es sich um organische oder auch anorganische Leuchtstoffe handeln. Auch Quantenpunkte können als Leuchtstoff eingesetzt werden. Entsprechende Leuchtstoffe können als Vollmaterial vorliegen, etwa als Keramikplättchen, oder als Partikel in ein Matrixmaterial, etwa aus einem Silikon, eingebettet sein.
Anders als beim Ausführungsbeispiel der Figur 6 können beim Ausführungsbeispiel der Figur 8 auch nur gleichfarbig emittierende zweite Halbleiterchips 32, 37 vorhanden sein. Insbesondere in diesem Fall kann der Leuchtstoff 43 vorhanden sein . Beim Ausführungsbeispiel der Figur 9 befindet sich zwischen den Halbleiterchips 32 die Lichtverteilungsplatte 42 für das Licht der ersten Farbe des ersten Halbleiterchips 31. Entlang der Hauptabstrahlrichtung M folgt der optionalen
Lichtverteilungsplatte 42 ganzflächig die ebenfalls optionale Füllung 41 nach, die auch die Halbleiterchips 32 überdecken kann .
Die Spiegel 5 können, wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen, direkt an Seitenflächen der zweiten Halbleiterchips 32 angebracht sein, insbesondere schon im
Rahmen der Herstellung der zweiten Halbleiterchips 32, sodass die Spiegel 5 dann nicht erst in der Ausnehmung 20 erzeugt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Spiegel 5 einen integralen Bestandteil der zweiten Halbleiterchips 32 bilden. Insbesondere sind zumindest oder nur solche
Seitenflächen der zweiten Halbleiterchips 32 verspiegelt, die dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandt sind. Entsprechendes kann für die optional vorhandenen dritten Halbleiterchips 37 oder für weitere Halbleiterchips gelten.
In Figur 10 ist gezeigt, dass drei Ebenen PI, P2, P3
vorhanden sind, in denen die Halbleiterchips 31, 32, 37 angeordnet sind. Hierbei ist die Ausnehmung 20 mit zwei
Stufen gestaltet, an denen sich die Halbleiterchips 32, 37 befinden.
Anders als dargestellt, können beide Emissionsrichtungen El, E2 der Halbleiterchips 32, 37 auch in die gleiche Richtung weisen, entweder parallel zur Hauptabstrahlrichtung M oder auch senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M. Es können auch jeweils mehr als drei Arten von verschiedenfarbig
emittierenden Halbleiterchips 31, 32, 37 miteinander
kombiniert werden.
Hinsichtlich der Leuchtstoffe 43, der Füllung 41, der
Lichtverteilungsplatte 42 und möglicher
Spiegelkonfigurationen 5 kann auf die übrigen
Ausführungsbeispiele entsprechend zurückgegriffen werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind jeweils nur ein erster Halbleiterchip 31 oder mehrere erste Halbleiterchips 31 in der Ausnehmung 20 nahe der Montagefläche 22 angebracht, wobei diese Halbleiterchips 31 jeweils Licht derselben Farbe emittieren. Abweichend hiervon können auch mehrere
Halbleiterchips mit unterschiedlichen Emissionsfarben in dieser Öffnung nahe der Montagefläche 22 angebracht sein. In Figur 11 ist gezeigt, dass die zweiten Halbleiterchips 32 nicht an gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31 angebracht sind, sondern in Draufsicht gesehen L-förmig angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 12 befinden sich die zweiten Halbleiterchips 32 an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31, die weiteren
Halbleiterchips 37 sind senkrecht hierzu angeordnet. Gemäß Figur 13 liegt eine symmetrische Anordnung der zweiten und weiteren Halbleiterchips 32, 37 an einander
gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31 vor. In Figur 14 ist gezeigt, dass zwei erste Halbleiterchips 31 vorhanden sind, die sich symmetrisch und mittig zwischen den zweiten Halbleiterchips 32 befinden. Auch eine matrixartige Anordnung aus den Halbleiterchips 31, 32, 37 ist möglich, siehe Figur 15.
Gemäß Figur 16 befinden sich die ersten Halbleiterchips 31 an einem Rand, sodass die zweiten Halbleiterchips 32 mittig zwischen den ersten Halbleiterchips 31 angeordnet sind.
Die in den Figuren 11 bis 16 gezeigten Anordnungen können jeweils für die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 10 entsprechend herangezogen werden.
Mit den hier beschriebenen Halbleiterbauteilen sind
insbesondere Flächenlichtquellen realisierbar, mit einem oder mehreren der Halbleiterbauteile 1. Durch den hohen Anteil der Chipflächen an einer Grundfläche der Halbleiterbauteile 1 sind hohe Leuchtdichten realisierbar, etwa für die
Allgemeinbeleuchtung, für Pixel in einem Display als
Einzelbauform oder auch in einem Verbund in einem Display.
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 2016 104 202.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
2 Gehäuse
20 Ausnehmung
22 Montagefläche
23 Segmente des Gehäuses
24 Trennfuge zwischen den Segmenten
31 lichtemittierender erster Halbleiterchip
32 lichtemittierender zweiter Halbleiterchip
33 aktive Zonen der Halbleiterchips
35 Aufwachssubstrat
36 Träger
37 lichtemittierender dritter Halbleiterchip
41 lichtdurchlässige, lichtstreuende Füllung
42 Lichtverteilungsplatte
43 Leuchtstoff
44 reflektierender Verguss
5 Spiegel
61 elektrische Anschlussflächen des ersten Halbleiterchips
62 elektrische Anschlussflächen des zweiten Halbleiterchips
7 Abdeckung
El Hauptemissionsrichtung des ersten Halbleiterchips
E2 Hauptemissionsrichtung des zweiten Halbleiterchips
E3 Hauptemissionsrichtung des dritten Halbleiterchips
PI erste Ebene mit dem ersten albleiterchip
P2 zweite Ebene mit dem zweiten albleiterchip
P3 dritte Ebene mit dem dritten albleiterchip
M Hauptabstrahlrichtung

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einem Gehäuse (2) mit einer Ausnehmung (20),
- mindestens einem ersten Halbleiterchip (31) zur
Erzeugung von Licht einer ersten Farbe, und
- mindestens einem zweiten Halbleiterchip (32) zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe, die von der ersten Farbe verschieden ist,
wobei
- im Betrieb entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) eine Mischstrahlung, umfassend zumindest Licht der ersten Farbe, emittiert wird,
- der mindestens eine erste Halbleiterchip (31) in einer ersten Ebene (PI) und der mindestens eine zweite Halbleiterchip (31) in einer zweiten Ebene (P2) in der Ausnehmung (20) angeordnet sind und die Ebenen (PI, P2) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) aufeinander folgen,
- in Draufsicht parallel zur Hauptabstrahlrichtung (M) gesehen aktive Zonen (33) der Halbleiterchips (31, 32) nebeneinander angeordnet sind, und
- die Ausnehmung (20), in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % von den Halbleiterchips (31, 32, 37) ausgefüllt ist, und
- mindestens eine elektrische Anschlussfläche (61) des mindestens einen ersten Halbleiterchips (31) einen Teil einer Montagefläche (22) des Halbleiterbauteils (1) bildet . 2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem eine erste Hauptemissionsrichtung (El) des ersten Halbleiterchips (31) parallel und eine zweite Hauptemissionsrichtung (El) des zweiten Halbleiterchips (32) quer zur Hauptabstrahlrichtung (M) orientiert sind und die zweite Ebene (P2) der ersten Ebene (PI) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) nachfolgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die ersten Halbleiterchips (31) und die zweiten Halbleiterchips (32), in Projektion in Richtung
senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung (M) gesehen, nicht überlappen .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend mehrere der zweiten Halbleiterchips (32), wobei die zweiten Halbleiterchips (32), in Draufsicht gesehen, um den ersten Halbleiterchip (31) herum angeordnet sind und sich der erste Halbleiterchip (31) mittig in der stufenförmigen Ausnehmung (20) befindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
umfassend genau einen ersten und genau einen zweiten Halbleiterchip (31, 32),
wobei die zweiten Halbleiterchips (32), in Draufsicht gesehen, den ersten Halbleiterchip (31) vollständig bedeckt und sich der erste Halbleiterchip (31) mittig in der stufenförmigen Ausnehmung (20) befindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) ein lichtdurchlässiges Aufwachssubstrat (35) umfasst und wenigstens ein Teil des Lichts der ersten Farbe das Aufwachssubstrat (35) in Richtung parallel zur
Hauptabstrahlrichtung (M) durchläuft.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) so in der Ausnehmung (20) montiert ist, sodass seine aktive Zone (33) der ersten Ebene (El) zugewandt ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Ausnehmung (20) mit einer
lichtdurchlässigen, lichtstreuenden Füllung (41) und/oder einer Lichtverteilungsplatte (42) aufgefüllt ist .
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in die Ausnehmung (20) mindestens ein Spiegel (5) eingebracht ist, wobei durch den Spiegel (5) verhindert ist, dass Licht der zweiten Farbe auf direktem Weg zur aktiven Zone (33) des ersten
Halbleiterchips (31) gelangt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem alle elektrischen Anschlussflächen (61) des ersten Halbleiterchips (31) einen Teil einer
Montagefläche (22) des Halbleiterbauteils (1) bilden.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Gehäuse (2) aus einem reflektierenden, elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und in mehrere elektrisch getrennte Segmente (23) unterteilt ist,
wobei die Segmente (23) einen Teil der Montagefläche (22) des Halbleiterbauteils (1) bilden und elektrische Anschlussflächen (62) des zweiten Halbleiterchips (32) innerhalb der Ausnehmung (20) elektrisch mit den
Segmenten (23) verbunden sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der mindestens eine erste Halbleiterchip (31) ein Oberflächenemitter mit einer Lambert ' sehen
Abstrahlcharakteristik an nur einer Hauptseite und der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) ein
Volumenemitter mit einer Lichtabstrahlung an mehreren Seiten ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem alle Halbleiterchips (31, 32) als Flip-Chips gestaltet sind und wenigstens der zumindest eine zweite Halbleiterchip (32) bonddrahtfrei innerhalb der
Ausnehmung (20) kontaktiert ist,
wobei das Halbleiterbauteil (1) oberflächenmontierbar ist .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) in Richtung senkrecht zu dessen aktiver Zone (33) eine größere Ausdehnung aufweist als in zumindest einer Richtung parallel zu dessen aktiver Zone (33) , wobei beim mindestens einen ersten Halbleiterchip (31) laterale Abmessungen größer sind als eine Dicke.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem wenigstens eine Seitenfläche des mindestens einen zweiten Halbleiterchips (32) einen Reflektor bildet .
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