WO2020064540A1 - Optoelektronische vorrichtung und verbindungselement - Google Patents

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Markus Boss
Florian NUETZEL
Hubert Halbritter
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic device, a connecting element for producing at least one electrical connection between a carrier and an optoelectronic semiconductor component of an optoelectronic device, a set of several connecting elements, and a method for producing an optoelectronic device.
  • Optoelectronic devices which have an optoelectronic semiconductor component, such as an LED, a semiconductor laser and / or a photodiode, are known. It is also known to arrange the optoelectronic semiconductor component on a carrier, which is also referred to as a leadframe.
  • the electrical connections of the optoelectronic semiconductor construction can not be connected directly to conductor tracks on the carrier. Rather, a connecting element, which is also referred to as an interposer, can be provided for producing electrical connections between the semiconductor component and the carrier. In particular, electrical lines on the carrier can be connected to associated electrical lines of the semiconductor component via the connecting element.
  • the present invention is based on the object of providing an optoelectronic device with an improved connecting element.
  • the object is achieved by an optoelectronic device with the features of claim 1.
  • Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • An optoelectronic device comprises a carrier for at least one optoelectronic semiconductor component, the at least one optoelectronic semiconductor component and at least one connecting element for producing at least one electrical connection between the carrier and the at least one optoelectronic semiconductor component, the connecting element having an electrically nonconductive base body , and wherein the connecting element has at least one electrical line extending from a bottom of the base body to an upper side of the base body.
  • the connecting element can be produced in a simple and inexpensive manner.
  • the base body can be designed as a plastic component, in particular as an injection molded plastic component. The production of the base body is therefore possible in a particularly simple and inexpensive manner.
  • the base body can comprise or consist of at least one of the following materials:
  • the connecting element can also be produced simply, inexpensively and, for example when using a composite material, with improved thermal and / or mechanical properties.
  • the outer dimensions of the connecting element show only slight tolerances with respect to the specified nominal dimensions.
  • the external dimensions of a plastic component or their tolerances are determined in particular by the injection molding tool and can be approximately +/- 0.03 mm for external dimensions in the millimeter range.
  • the connecting elements can thus be implemented in large numbers with slight fluctuations in the outer dimensions.
  • one or more electrical lines in particular in the form of conductor tracks, can be arranged or formed particularly easily on a, in particular injection-molded, plastic component.
  • These electrical lines can have a low inductance, for example in the range of approximately 0.1 nano-Henry.
  • the contribution of the connecting element to the inductance of the optoelectronic device can be at least essentially neglected.
  • the connecting element can also be regarded as a MID-based interposer (MID for Molded Interconnect Device), on which the electrical lines with low inductance can be formed.
  • MID-based interposer MID for Molded Interconnect Device
  • the at least one electrical line can be connected on the underside of the base body to a conductor track of the carrier, which is in particular a lead frame or lead frame.
  • the at least one electrical line can be connected to an electrical line of the semiconductor component at the top of the base body.
  • the lower side of the base body is preferably arranged on the upper side of the carrier.
  • the semiconductor component can be arranged on the top of the base body.
  • the semiconductor component can be arranged on the top side of the carrier and only one respective electrical connection of the semi-egg component can be led to the top side of the base body in order to connect the electrical connection to the electrical line on the top side of the base body.
  • the at least one electrical line of the connecting element is preferably arranged or formed on the surface of the base body.
  • a two-component injection molding process, hot stamping, a mask exposure process, a laser structuring process and / or a film back injection process can be used to apply the at least one electrical line to the surface of the base body and / or possibly also from shielding surfaces.
  • the at least one electrical line of the connecting element is in particular arranged or formed exclusively on the surface of the base body. In particular, no section of the electrical line of the connecting element runs through the base body.
  • the production of the base body pers, for example as a cuboid, and the at least one electrical line is simplified.
  • the at least one electrical line preferably has a first line section which is arranged on the underside of the base body, a second line section which is arranged on the top side of the base body, and a third line section which is arranged on a lateral outside of the base body. sis stressess is arranged.
  • the electrical line thus runs on the surface of the base body and connects the first line section on the underside to the second line section on the top via the third line section.
  • the side outside connects the top with the bottom.
  • the lateral outside can run perpendicular to the surface of the carrier.
  • the first line section can have a contact area on the underside of the base body, via which contact can be made with a contact area on the carrier surface.
  • the second line section can have a contact surface on the upper side of the base body, on which contact can be made with an electrical contact of the optoelectronic semiconductor component.
  • the line sections can be designed as conductor tracks.
  • the line sections, in particular the third line section lying on the outside, are preferably designed as straight line sections. As a result, the inductance of the electrical line can be kept low.
  • At least one electrical line can have a line section on the top of the base body and a further line section on the bottom of the base body.
  • a lateral line section can be arranged on a lateral outer side of the base body and, in addition, a further lateral line section can be arranged on a further lateral outer side. It can thus be provided on two outer sides, a current conduction between an upper-side and a lower-side line section. If there are several electrical lines, the electrical lines can be electrically separated from one another.
  • the electrical lines can be arranged or formed, for example, in a certain position from one another on the surface of the base body.
  • the electrical lines can preferably run parallel to one another at least in sections.
  • the inductance can thereby be kept low.
  • all lines can have a line section on the same lateral outside of the base body, which connects a line section running on the upper side of the base body to a section of the respective line running on the underside of the base body. All lines can thus be routed on a single, lateral outer side of the base body from the top of the base body to the bottom of the base body.
  • At least two electrical lines on the base body use different lateral outer sides of the base body in order to connect their respective line section lying on the top side to the respective line section lying on the bottom side of the base body.
  • the base body preferably has a cuboid or cube shape.
  • the base body can be produced in a simple manner by means of an injection molding process. Any other shapes for the base body are also possible.
  • the base body can be formed from a, in particular recyclable, thermoplastic. The base body is easy to dispose of, especially when compared to conventional circuit boards.
  • the base body in particular the plastic component, can have a length of 4 mm or less and a width of 3 mm or less.
  • the base body can have a height of 2 mm or less when viewed in a direction perpendicular to the upper side of the carrier. The base body can therefore be made compact.
  • the at least one electrical line can have an inductance of at most 0.5 nano-Henry, preferably at most 0.25 nano-Henry, more preferably in the range of 0.1 nano-Henry.
  • the inductance of the connecting element can thereby be kept ge ring. It can therefore be regarded as negligible with regard to the inductivity of the optoelectronic device.
  • the invention also relates to a connecting element for producing at least one electrical connection between a carrier and an optoelectronic semiconductor component of an optoelectronic device, in particular an optoelectronic device according to the invention.
  • the connec tion element has an electrically non-conductive base body, in particular an injection molded, electrically non-conductive plastic component, with at least one electrical line being arranged on the base body and the at least one electrical line running on the base body from an underside of the base body to one Top of the base body.
  • the connecting element can - based on its outer dimensions - with relatively small tolerances who made the.
  • the connecting element with a small, especially negligible, inductance who manufactured the.
  • the invention also relates to a set of several connecting elements according to the invention, in which the connecting elements have tolerances of +/- 0.05 mm or less in the external dimensions, in particular with respect to nominal dimensions specified for the external dimensions.
  • the set of several connection elements can include a plurality of connection elements, such as more than 1,000 connection elements, more than 10,000 connection elements or more than 100,000 connection elements.
  • the invention also relates to a method for producing an optoelectronic device according to the invention or a connecting element according to the invention, the base body being produced by means of at least one injection molding process.
  • FIG. 1 shows a plan view of an upper side of a connecting element
  • FIG. 2 shows a perspective view of the connecting element from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further connecting element
  • FIG. 4 shows a further perspective view of the connecting element from FIG. 3, the base body of the connecting element being partially transparent
  • Figure 5 is a plan view of a top of another
  • FIG. 6 shows a perspective view of the connecting element from FIG. 5
  • FIG 7 shows a plan view of an upper side of yet another connecting element, FIG a perspective view of the connecting element of Figure 7.
  • the connecting element 11 shown in FIGS. 1 and 2 has a base body 13 which, in the example shown, is formed by an injection-molded, electrically non-conductive plastic component 13.
  • the base body 13 is therefore also referred to below as a plastic component.
  • the base body 13 can be made, for example, of a ceramic material, of a composite material, e.g. polymer-based, or from an injection molded material with filler particles, e.g. are formed from a glass fiber or from polymer, consist or have at least one of the materials mentioned.
  • a plurality of electrical lines are arranged which extend from an upper side 15 of the plastic construction part 13 to an underside 17 of the plastic component 13.
  • a first electrical line 19 has a first Lei line section 19 a, which is arranged on the underside 17 of the plastic component 13.
  • a second line section 19b of the electrical line 19 is on the top 15 of the
  • a third line section 19c runs on a lateral outer side 21 of the plastic component 13 and connects the first and second line sections 19a, 19b to one another.
  • the third line section 19c can form a contact surface on the upper side 15, via which, for example, an electrical contact of a photodiode can be supplied with electricity.
  • the first line section 19a can have a contact surface on the underside 17, via which an electrical contact with a conductor track of a carrier of an optoelectronic device (not shown) can be produced.
  • the plastic component 13 can also have a second electrical line 23 and a third electrical line 25.
  • the second electrical line 23 can have a line section 23a on the upper side 15, a further line section 23b on a further, second lateral outer side 27, which connects the upper-side line section 23a to a further line section on the underside 17.
  • the second outer side 27 lies with respect to the first outer side 21 on the opposite outer side.
  • the third electrical line 25 has a line section 25a on the upper side 15, a further line section 25b on the second outer side 27 and a further line section, not shown, on the lower side 17, the line section 25b on the second outer side 27 having the upper side Line section 25a connects to the underside line section, not shown.
  • the two Lines 23, 25 can be used, for example, to supply an optoelectronic laser, such as a VCSEL (from Vertical Cavity Surface Emitting Laser).
  • One of the electrical lines can be used to supply the cathode of the laser, while the other electrical line can be used to supply the anode of the laser with electricity.
  • each of the electrical lines 23, 25 can also have a further line section 23c, 25c, via which, on the first outer side 21, there is also an electrical connection between the respective line line section 23a, 25a and the each lower line section.
  • a two-sided supply from a line section on the underside to a line section on the top side can thus also take place. Such a two-sided feed is only to be seen as an option.
  • the plastic component 13 can have a length of approximately 3 mm and a width of approximately 2 mm, seen in a plane running parallel to the upper side 15 or the lower side 17. Furthermore, the plastic component, viewed in a direction perpendicular to the upper side 15 or the lower side 17, can have a height of approximately 1.7 mm. The plastic component 13 can thus be designed compact.
  • the electrical lines 19, 23 and 25 can furthermore have an inductance in the range of 0.1 nano-Henry.
  • the Ver connecting element 11 can be made compact on the one hand and on the other hand with a low inductance. Due to the low inductance, the contribution of the connecting element 11 to an optoelectronic device with regard to the inductance is negligible.
  • the connecting element 29 shown in FIGS. 3 and 4 in turn has a plastic component 13 with an upper side 15 and a lower side 17.
  • the connecting element comprises three electrical lines 31, 33 and 35, which are electrically separated from one another.
  • each of the electrical lines 31 to 35 has a respective line section 31a, 33a, 35a, which extends on one of the respective outer sides 21, 27.
  • Each electrical line 31 to 35 thus has a line section only on one of the outer sides.
  • the electrical lines 31 to 35 can in turn be used to supply one or more optoelectronic semiconductor components with electricity, the electrical contacts of which are brought into contact with the electrical lines 31 to 35 on the upper side 15.
  • the connecting element 37 shown in FIGS. 5 and 6 in turn has three electrical lines 39 which are arranged on a plastic component 13. All of the line sections of the electrical lines 39 to 43 lying on a lateral outer side 21 run, in particular in a straight line, along the first outer side 21 and thereby connect a respective line section lying on the upper side 15 of the plastic component 13 to a respective on the lower side 17 of the plastic component 13 lying line section.
  • the electrical line 39 can, for example, have a contact surface 45 on the surface 15, to which, for example, a photodiode (not shown) can be connected.
  • the electrical line 41 can have a contact surface 47 on the top 15, to which the anode of a semiconductor laser, such as a VCSEL, can be connected. Furthermore, the electrical line 43 can have a contact area 49 form on the top 15 to which a cathode of the semiconductor laser can be connected (not shown).
  • the electrical lines 39 to 43 are electrically separated from one another. They can, in particular in the area of the outside 21, run parallel to one another and have, for example, a predetermined distance A from one another.
  • the connecting element 51 according to FIGS. 7 and 8 is constructed similarly to the connecting element 29 of FIGS. 5 and 6. However, the electrical lines 39 to 43 have a different contour compared to the corresponding electrical lines of the connecting element 29 of FIGS. 5 and 6 .
  • the connecting elements shown can in particular be provided in an optoelectronic device in order to connect at least one optoelectronic semiconductor component electrically to a carrier, for example a lead frame.
  • the respective connecting element 11, 29, 37 and 51 shown here comprises an injection-molded, electrically non-conductive plastic component 13.
  • An underside 17 of the plastic component can be arranged on an upper side of the carrier and the at least one optoelectronic semiconductor component or at least one electrical contact of the at least one optoelectronic semiconductor component can be arranged on the upper side 15 of the plastic component 13.
  • the connecting element comprises at least one electrical line which extends from the underside 17 of the plastic component 13 to the top 15 of the plastic component 13.
  • the connecting element 11, 29, 37 and 51 can be made compact and with low inductance.

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Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst: einen Träger für wenigstens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das wenigstens eine optoelektronische Halbleiterbauteil, und wenigstens ein Verbindungselement zur Herstellung wenigstens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Träger und dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterbauteil, wobei das Verbindungselement einen Basiskörper aufweist, und wobei das Verbindungselement wenigstens eine elektrische Leitung aufweist, die sich von einer Unterseite des Basiskörpers bis zu einer Oberseite des Basiskörpers erstreckt.

Description

OPTOELEKTRONISCHE VORRICHTUNG UND VERBINDUNGSELEMENT
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2018 124 121.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Vor richtung, ein Verbindungselement zur Herstellung wenigstens ei ner elektrischen Verbindung zwischen einem Träger und einem optoelektronischen Halbleiterbauteil einer optoelektronischen Vorrichtung, einen Satz von mehreren Verbindungselementen, und ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrich tung .
Optoelektronische Vorrichtungen, die ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, wie etwa eine LED, einen Halbleiterlaser und/oder eine Fotodiode, aufweisen, sind bekannt. Auch ist es bekannt, das optoelektronische Halbleiterbauteil auf einem Trä ger, der auch als Leadframe bezeichnet wird, anzuordnen. Die elektrischen Anschlüsse des optoelektronischen Halbleiterbau teils können dabei nicht direkt an Leiterbahnen auf dem Träger angeschlossen sein. Vielmehr kann zur Herstellung von elektri schen Verbindungen zwischen dem Halbleiterbauteil und dem Trä ger ein Verbindungselement vorgesehen sein, das auch als Inter- poser bezeichnet wird. Über das Verbindungselement können ins besondere elektrische Leitungen auf dem Träger mit zugeordneten elektrischen Leitungen des Halbleiterbauteils verbunden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu grunde, eine optoelektronische Vorrichtung mit einem verbesser ten Verbindungselement bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine optoelektronische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungs formen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung umfasst ei nen Träger für wenigstens ein optoelektronisches Halbleiterbau teil, das wenigstens eine optoelektronische Halbleiterbauteil und wenigstens ein Verbindungselement zur Herstellung wenigs tens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Träger und dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterbauteil, wobei das Verbindungselement einen elektrisch nichtleitenden Basis körper aufweist, und wobei das Verbindungselement wenigstens eine elektrische Leitung aufweist, die sich von einer Unterseite des Basiskörpers bis zu einer Oberseite des Basiskörpers er streckt .
Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung kann das Verbindungselement in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden. Der Basiskörper kann als ein Kunststoffbau- teil, insbesondere als ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil , ausgestaltet sein. Die Herstellung des Basiskörpers ist daher auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich.
Der Basiskörper kann wenigstens eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen:
Duroplast,
einen keramischen Werkstoff,
einen Verbundwerkstoff, insbesondere auf Polymerba sis ,
ein Material, insbesondere ein spritzgegossenes Mate rial, mit Füllpartikeln, wobei die Füllpartikel vor zugsweise ein Glasfasermaterial oder ein Polymer auf weisen . Das Verbindungselement kann dadurch ebenfalls einfach, kosten günstig und, z.B. bei Verwendung eines Verbundwerkstoffs, mit verbesserten thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt werden.
Bei der Ausgestaltung des Basiskörpers in Form eines spritzge gossenen Kunststoffbauteils können, bedingt durch den Herstel lungsprozess, die Außenabmessungen des Verbindungselements nur geringe Toleranzen in Bezug auf vorgegebene Nennmaße zeigen. Die Außenabmessungen eines Kunststoffbauteils bzw. deren Tole ranzen werden insbesondere durch das Spritzgießwerkzeug be stimmt und können bei Außenabmessungen im Millimeterbereich ca. +/- 0,03 mm betragen. Die Verbindungselemente lassen sich somit in großer Zahl mit geringen Schwankungen in den Außenabmessungen realisieren .
Außerdem lassen sich auf einem, insbesondere spritzgegossenen, Kunststoffbauteil besonders einfach eine oder mehrere elektri sche Leitungen, insbesondere in Form von Leiterbahnen, anordnen bzw. ausbilden. Diese elektrischen Leitungen können eine geringe Induktivität, zum Beispiel im Bereich von ca. 0,1 Nano-Henry, aufweisen. Dadurch kann der Beitrag des Verbindungselements zur Induktivität der optoelektronischen Vorrichtung zumindest im Wesentlichen vernachlässigt werden.
Bei Verwendung eines spritzgegossenen Kunststoffbauteils als Basiskörper des Verbindungselements kann das Verbindungselement auch als ein MID-basierter Interposer (MID für Molded Inter- connect Device) angesehen werden, auf welchem die elektrischen Leitungen mit geringer Induktivität ausgebildet werden können.
Die wenigstens eine elektrische Leitung kann an der Unterseite des Basiskörpers mit einer Leiterbahn des Trägers, bei dem es sich insbesondere um einen Leiterrahmen bzw. Leadframe handelt, verbunden werden. Die wenigstens eine elektrische Leitung kann an der Oberseite des Basiskörpers mit einer elektrischen Leitung des Halbleiterbauteils verbunden werden.
Vorzugsweise ist die Unterseite des Basiskörpers auf der Ober- seite des Trägers angeordnet. Das Halbleiterbauteil kann auf der Oberseite des Basiskörpers angeordnet sein. Alternativ kann das Halbleiterbauteil auf der Oberseite des Trägers angeordnet sein und es kann nur ein jeweiliger elektrischer Anschluss des Halbleierbauteils zur Oberseite des Basiskörpers geführt sein, um den elektrischen Anschluss mit der elektrischen Leitung auf der Oberseite des Basiskörpers zu verbinden.
Die wenigstens eine elektrische Leitung des Verbindungselements ist vorzugsweise auf der Oberfläche des Basiskörpers angeordnet oder ausgebildet. Zur Aufbringung der wenigstens einen elektri schen Leitung auf die Oberfläche des Basiskörpers und/oder even tuell auch von schirmenden Flächen kann ein Zwei-Komponenten- Spritzgussverfahren, ein Heißprägen, ein Maskenbelichtungsver fahren, ein Laserstrukturierungsverfahren und/oder ein Folien- hinterspritzverfahren eingesetzt werden.
Die wenigstens eine elektrische Leitung des Verbindungselements ist insbesondere ausschließlich auf der Oberfläche des Basis körpers angeordnet oder ausgebildet. Insbesondere verläuft kein Abschnitt der elektrischen Leitung des Verbindungselements durch den Basiskörper hindurch. Die Herstellung des Basiskör pers, z.B. als Quader, und der wenigstens einen elektrischen Leitung wird dadurch vereinfacht. Bevorzugt weist die wenigstens eine elektrische Leitung einen ersten Leitungsabschnitt auf, der an der Unterseite des Basis körpers angeordnet ist, einen zweiten Leitungsabschnitt, der an der Oberseite des Basiskörpers angeordnet ist, und einen dritten Leitungsabschnitt, der an einer seitlichen Außenseite des Ba- siskörpers angeordnet ist. Die elektrische Leitung verläuft so mit auf der Oberfläche des Basiskörpers und verbindet den ersten Leitungsabschnitt an der Unterseite mit dem zweiten Leitungs abschnitt an der Oberseite über den dritten Leitungsabschnitt. Die seitliche Außenseite verbindet die Oberseite mit der Unter seite. Insbesondere kann die seitliche Außenseite senkrecht zur Oberfläche des Trägers verlaufen.
Der erste Leitungsabschnitt kann eine Kontaktfläche an der Un terseite des Basiskörpers aufweisen, über die eine Kontaktie rung mit einer Kontaktfläche auf der Trägeroberfläche erfolgen kann. In der entsprechenden Weise kann der zweite Leitungsab schnitt an der Oberseite des Basiskörpers eine Kontaktfläche aufweisen, an welcher eine Kontaktierung mit einem elektrischen Kontakt des optoelektronischen Halbleiterbauteil erfolgen kann.
Die Leitungsabschnitte können als Leiterbahnen ausgebildet sein. Die Leitungsabschnitte, insbesondere der an einer seit lichen Außenseite liegende dritte Leitungsabschnitt, sind be vorzugt als geradlinig verlaufende Leitungsabschnitte ausge staltet. Dadurch kann die Induktivität der elektrischen Leitung gering gehalten werden.
Wenigstens eine elektrische Leitung kann einen Leitungsab schnitt auf der Oberseite des Basiskörpers und einen weiteren Leitungsabschnitt auf der Unterseite des Basiskörpers aufwei sen. Außerdem kann ein seitlicher Leitungsabschnitt an einer seitlichen Außenseite des Basiskörpers angeordnet sein und zu sätzlich kann noch ein weiterer seitlicher Leitungsabschnitt an einer weiteren seitlichen Außenseite angeordnet sein. Es kann somit an zwei Außenseiten eine Stromführung zwischen einem ober seitigen und einem unterseitigen Leitungsabschnitt vorgesehen sein . Bei mehreren elektrischen Leitungen können die elektrischen Leitungen voneinander elektrisch getrennt sein. Die elektri schen Leitungen können beispielsweise in einem bestimmten Ab stand zueinander auf der Oberfläche des Basiskörpers angeordnet oder ausgebildet sein.
Vorzugsweise können bei mehreren elektrischen Leitungen die elektrischen Leitungen zumindest abschnittsweise parallel zu einander verlaufen. Die Induktivität kann dadurch geringgehal- ten werden.
Bei mehreren elektrischen Leitungen können alle Leitungen auf derselben seitlichen Außenseite des Basiskörpers einen Lei tungsabschnitt aufweisen, welcher einen auf der Oberseite des Basiskörpers verlaufenden Leitungsabschnitt mit einem auf der Unterseite des Basiskörpers verlaufenden Abschnitt der jewei ligen Leitung verbindet. Somit können sämtliche Leitungen auf einer einzigen, seitlichen Außenseite des Basiskörpers von der Oberseite des Basiskörpers zur Unterseite des Basiskörpers ge- führt sein.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei elektrische Leitungen auf dem Basiskörper unterschiedliche seitliche Außenseiten des Basiskörpers verwenden, um ihren je- weiligen auf der Oberseite liegenden Leitungsabschnitt mit dem jeweiligen auf der Unterseite des Basiskörpers liegenden Lei tungsabschnitt zu verbinden.
Bevorzugt weist der Basiskörper eine Quader- oder Würfelform auf. Dadurch kann der Basiskörper auf einfache Weise mittels eines Spritzgießvorganges hergestellt werden. Auch beliebige andere Formen für den Basiskörper sind möglich. Der Basiskörper kann aus einem, insbesondere rezyklierbaren, Thermoplast ausgebildet sein. Der Basiskörper lässt sich ein fach entsorgen, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Leiterplatten.
In einer Ebene parallel zur Trägeroberseite gesehen kann der Basiskörper, insbesondere das Kunststoffbauteil , eine Länge von 4 mm oder weniger und eine Breite von 3 mm oder weniger aufwei sen. Der Basiskörper kann in einer Richtung senkrecht zur Trä- geroberseite gesehen eine Höhe von 2 mm oder weniger aufweisen. Der Basiskörper kann daher kompakt ausgestaltet werden.
Die wenigstens eine elektrische Leitung kann eine Induktivität von höchstens 0,5 Nano-Henry, bevorzugt von höchstens 0,25 Nano- Henry, weiter bevorzugt im Bereich von 0,1 Nano-Henry, aufwei sen. Die Induktivität des Verbindungselements kann dadurch ge ring gehalten werden. Damit kann es im Hinblick auf die Induk tivität der optoelektronischen Vorrichtung als vernachlässigbar angesehen werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verbindungselement zur Herstel lung wenigstens einer elektrischen Verbindung zwischen einem Träger und einem optoelektronischen Halbleiterbauteil einer optoelektronischen Vorrichtung, insbesondere einer erfindungs- gemäßen optoelektronischen Vorrichtung. Dabei weist das Verbin dungselement einen elektrisch nichtleitenden Basiskörper, ins besondere ein spritzgegossenes, elektrisch nicht leitendes Kunststoffbauteil, auf, wobei an dem Basiskörper wenigstens eine elektrische Leitung angeordnet ist und die wenigstens eine elektrische Leitung verläuft auf dem Basiskörper von einer Un terseite des Basiskörpers zu einer Oberseite des Basiskörpers. Das Verbindungselement kann - bezogen auf seine Außenabmessun gen - mit verhältnismäßig geringen Toleranzen hergestellt wer den. Außerdem kann das Verbindungselement mit einer geringen, insbesondere vernachlässigbaren, Induktivität hergestellt wer den .
Die hierin im Zusammenhang mit der optoelektronischen Vorrich- tung erwähnten, sich auf den Basiskörper, die elektrischen Lei tungen und/oder das Verbindungselement beziehenden Merkmale können auch bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement rea lisiert sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Satz von mehreren erfindungs- gemäßen Verbindungselementen, bei welchen die Verbindungsele mente in den Außenabmessungen Toleranzen, insbesondere in Bezug auf für die Außenabmessungen vorgegebene Nennmaße, von +/- 0,05 mm oder geringer aufweisen. Der Satz von mehreren Verbin dungselementen kann dabei eine Vielzahl von Verbindungselemen- ten, wie etwa mehr als 1.000 Verbindungselemente, mehr als 10.000 Verbindungselemente oder mehr als 100.000 Verbindungs elemente, umfassen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung bzw. eines er findungsgemäßen Verbindungselements, wobei der Basiskörper mit tels wenigstens eines Spritzgussvorganges hergestellt wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Oberseite eines Verbindungs elements,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Verbindungselements von Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Verbin dungselements, Figur 4 eine weitere perspektivische Ansicht des Verbin dungselements von Figur 3, wobei der Basiskörper des Verbindungselements teilweise transparent darge stellt ist,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine Oberseite eines weiteren
Verbindungselernents ,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht des Verbindungselements von Figur 5,
Figur 7 eine Draufsicht auf eine Oberseite von noch einem weiteren Verbindungselement, Figur
Figure imgf000011_0001
eine perspektivische Ansicht des Verbindungselements von Figur 7.
Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Verbindungselement 11 weist einen Basiskörper 13 auf, der bei dem dargestellten Bei- spiel von einem spritzgegossenen, elektrisch nicht leitenden Kunststoffbauteil 13 gebildet wird. Im Folgenden wird daher der Basiskörper 13 auch als Kunststoffbauteil bezeichnet.
Allerdings sind auch andere Materialien einsetzbar. Der Basis körper 13 kann beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aus einem Verbundwerkstoff, z.B. auf Polymerbasis, oder aus einem spritzgegossenen Material mit Füllpartikeln, die z.B. aus einer Glasfaser oder aus Polymer gebildet sind, bestehen oder zumindest eines der genannten Materialien aufweisen.
Auf dem Basiskörper bzw. dem Kunststoffbauteil 13 sind mehrere elektrische Leitungen, insbesondere in Form von Leiterbahnen, angeordnet, die sich von einer Oberseite 15 des Kunststoffbau teils 13 bis zu einer Unterseite 17 des Kunststoffbauteils 13 erstrecken . Eine erste elektrische Leitung 19 weist dabei einen ersten Lei tungsabschnitt 19a auf, der an der Unterseite 17 des Kunst stoffbauteils 13 angeordnet ist. Ein zweiter Leitungsabschnitt 19b der elektrischen Leitung 19 ist an der Oberseite 15 des
Kunststoffbauteils 13 angeordnet. Ein dritter Leitungsabschnitt 19c verläuft an einer seitlichen Außenseite 21 des Kunststoff bauteils 13 und verbindet den ersten und zweiten Leitungsab schnitt 19a, 19b miteinander. Der dritte Leitungsabschnitt 19c kann an der Oberseite 15 eine Kontaktfläche ausbilden, über welche zum Beispiel ein elektrischer Kontakt einer Fotodiode mit Elektrizität versorgt werden kann. Entsprechend kann der erste Leitungsabschnitt 19a auf der Unterseite 17 eine Kontakt fläche aufweisen, über die ein elektrischer Kontakt mit einer Leiterbahn eines Trägers einer optoelektronischen Einrichtung (nicht dargestellt) hergestellt werden kann.
Das Kunststoffbauteil 13 kann außerdem eine zweite elektrische Leitung 23 und eine dritte elektrische Leitung 25 aufweisen. Die zweite elektrische Leitung 23 kann einen Leitungsabschnitt 23a auf der Oberseite 15, einen weiteren Leitungsabschnitt 23b auf einer weiteren, zweiten seitlichen Außenseite 27 aufweisen, der den oberseitigen Leitungsabschnitt 23a mit einem weiteren Leitungsabschnitt auf der Unterseite 17 verbindet. Die zweite Außenseite 27 liegt dabei in Bezug auf die erste Außenseite 21 auf der gegenüberliegenden Außenseite.
Die dritte elektrische Leitung 25 weist einen Leitungsab schnitt 25a auf der Oberseite 15 auf, einen weiteren Leitungs- abschnitt 25b auf der zweiten Außenseite 27 und einen nicht gezeigten, weiteren Leitungsabschnitt auf der Unterseite 17, wobei der Leitungsabschnitt 25b auf der zweiten Außenseite 27 den oberseitigen Leitungsabschnitt 25a mit dem unterseitigen, nicht dargestellten Leitungsabschnitt verbindet. Die beiden Leitungen 23, 25 können zum Beispiel zur Versorgung eines opto elektronischen Lasers, wie beispielsweise eines VCSEL (von Ver- tical Cavity Surface Emitting Laser) verwendet werden. Dabei kann eine der elektrischen Leitungen zur Versorgung der Kathode des Lasers eingesetzt werden, während die andere elektrische Leitung zur Versorgung der Anode des Lasers mit Elektrizität eingesetzt werden kann.
Wie insbesondere aus der Figur 1 ersichtlich ist, kann jede der elektrischen Leitungen 23, 25 auch einen weiteren Leitungsab schnitt 23c, 25c, aufweisen, über den auf der ersten Außenseite 21 ebenfalls eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweili gen oberseitigen Leitungsabschnitt 23a, 25a und dem jeweiligen unterseitigen Leitungsabschnitt erfolgt. Zur Versorgung der Anode und der Kathode eines optoelektronischen Halbleiterbau teils kann somit auch eine zweiseitige Zuführung von einem un terseitigen Leitungsabschnitt zu einem oberseitigen Leitungs abschnitt erfolgen. Eine derartige, zweiseitige Zuführung ist jedoch nur als Option zu sehen.
Das Kunststoffbauteil 13 kann, in einer zur Oberseite 15 bzw. zur Unterseite 17 parallel verlaufenden Ebene gesehen, eine Länge von etwa 3 mm und eine Breite von etwa 2 mm aufweisen. Ferner kann das Kunststoffbauteil , in einer Richtung senkrecht zur Oberseite 15 bzw. zur Unterseite 17 gesehen, eine Höhe von ca. 1,7 mm aufweisen. Das Kunststoffbauteil 13 kann somit kom pakt ausgestaltet sein.
Die elektrischen Leitungen 19, 23 und 25 können ferner eine Induktivität im Bereich von 0,1 Nano-Henry aufweisen. Das Ver bindungselement 11 kann dadurch einerseits kompakt und anderer seits mit einer geringen Induktivität ausgebildet werden. Durch die geringe Induktivität ist der Beitrag des Verbindungselements 11 zu einer optoelektronischen Vorrichtung im Hinblick auf die Induktivität vernachlässigbar. Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Verbindungselement 29 weist wiederum ein Kunststoffbauteil 13 mit einer Oberseite 15 und einer Unterseite 17 auf. Das Verbindungselement umfasst drei elektrische Leitungen 31, 33 und 35, die elektrisch voneinander getrennt sind. Außerdem weist jede der elektrischen Leitungen 31 bis 35 einen jeweiligen Leitungsabschnitt 31a, 33a, 35a auf, der sich an einer der jeweiligen Außenseiten 21, 27 erstreckt. Jede elektrische Leitung 31 bis 35 weist also nur auf einer der Außenseiten einen Leitungsabschnitt auf.
Die elektrischen Leitungen 31 bis 35 können wiederum zur Ver sorgung von einem oder mehreren optoelektronischen Halbleiter bauteilen mit Elektrizität eingesetzt werden, wobei deren elekt- rische Kontakte mit den elektrischen Leitungen 31 bis 35 auf der Oberseite 15 in Kontakt gebracht werden.
Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Verbindungselement 37 weist wiederum drei elektrische Leitungen 39 auf, die auf einem Kunststoffbauteil 13 angeordnet sind. Sämtliche, an einer seit lichen Außenseite 21 liegende Leitungsabschnitte der elektri schen Leitungen 39 bis 43 verlaufen, insbesondere geradlinig, entlang der ersten Außenseite 21 und verbinden dabei einen je weiligen, auf der Oberseite 15 des Kunststoffbauteils 13 lie- genden Leitungsabschnitt, mit einem jeweiligen, auf der Unter seite 17 des Kunststoffbauteils 13 liegenden Leitungsabschnitt.
Die elektrische Leitung 39 kann beispielsweise eine Kontaktflä che 45 auf der Oberfläche 15 aufweisen, an die zum Beispiel eine Fotodiode (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann.
Die elektrische Leitung 41 kann auf der Oberseite 15 eine Kon taktfläche 47 aufweisen, an die die Anode eines Halbleiterla sers, wie zum Beispiel eines VCSEL, angeschlossen werden kann. Ferner kann die elektrische Leitung 43 eine Kontaktfläche 49 auf der Oberseite 15 ausbilden, an die eine Kathode des Halb leiterlasers angeschlossen werden kann (nicht dargestellt) . Die elektrischen Leitungen 39 bis 43 sind elektrisch voneinander getrennt. Sie können, insbesondere im Bereich der Außenseite 21, parallel zueinander verlaufen und dabei beispielsweise ei nen vorgegebenen Abstand A zueinander aufweisen.
Das Verbindungselement 51 gemäß den Figuren 7 und 8 ist ähnlich aufgebaut wie das Verbindungselement 29 der Figuren 5 und 6. Allerdings weisen die elektrischen Leitungen 39 bis 43 eine andere Kontur auf im Vergleich zu den entsprechenden elektri schen Leitungen des Verbindungselements 29 der Figuren 5 und 6.
Die dargestellten Verbindungselemente können insbesondere in einer optoelektronischen Vorrichtung vorgesehen werden, um we nigstens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil elektrisch mit einem Träger, beispielsweise einem Leiterrahmen, zu verbin den. Das jeweilige dargestellte Verbindungselement 11, 29, 37 und 51 umfasst dabei ein spritzgegossenes, elektrisch nicht leitendes Kunststoffbauteil 13. Dabei kann eine Unterseite 17 des Kunststoffbauteils auf einer Oberseite des Trägers angeord net sein und das wenigstens eine optoelektronische Halbleiter bauteil oder zumindest ein elektrischer Kontakt des wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterbauteils kann auf der Ober seite 15 des Kunststoffbauteils 13 angeordnet sein. Zur Her stellung wenigstens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Träger und dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiter bauteil umfasst das Verbindungselement wenigstens eine elekt rische Leitung, die sich von der Unterseite 17 des Kunststoff bauteils 13 bis zu der Oberseite 15 des Kunststoffbauteils 13 erstreckt. Das Verbindungselement 11, 29, 37 und 51 kann dabei kompakt und mit geringer Induktivität ausgestaltet werden. BEZUGSZEICHENLISTE
11 Verbindungselement
13 Basiskörper, Kunststoffbauteil
15 Oberseite
17 Unterseite
19 erste elektrische Leitung
19a erster Leitungsabschnitt
19b zweiter Leitungsabschnitt
19c dritter Leitungsabschnitt
21 erste Außenseite
23 zweite elektrische Leitung
23a Leitungsabschnitt
23b Leitungsabschnitt
23c Leitungsabschnitt
25 dritte elektrische Leitung
25a Leitungsabschnitt
25b Leitungsabschnitt
27 zweite Außenseite
29 Verbindungselement
31 elektrische Leitung
31a Leitungsabschnitt
33 elektrische Leitung
33a Leitungsabschnitt
35 elektrische Leitung
35a Leitungsabschnitt
37 Verbindungselement
39 elektrische Leitung
41 elektrische Leitung
43 elektrische Leitung
45 Kontaktfläche
47 Kontaktfläche
49 Kontaktfläche
51 Verbindungselement
A Abstand

Claims

ANSPRÜCHE
1. Optoelektronische Vorrichtung umfassend:
einen Träger für wenigstens ein optoelektronisches Halb leiterbauteil,
das wenigstens eine optoelektronische Halbleiterbauteil, und
wenigstens ein Verbindungselement zur Herstellung wenigs tens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Träger und dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterbau teil,
wobei das Verbindungselement einen elektrisch nichtlei tenden Basiskörper aufweist, und
wobei das Verbindungselement wenigstens eine elektrische Leitung aufweist, die sich von einer Unterseite des Ba siskörpers bis zu einer Oberseite des Basiskörpers er streckt .
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Basiskörper ein Kunststoffbauteil , insbeson dere ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil , ist,
und/oder
dass der Basiskörper wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht:
Duroplast,
einen keramischen Werkstoff,
einen Verbundwerkstoff, insbesondere auf Polymerba sis,
ein Material, insbesondere ein spritzgegossenes Mate rial, mit Füllpartikeln, wobei die Füllpartikel vorzugs weise ein Glasfasermaterial oder ein Polymer aufweisen.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Leitung auf der Oberfläche des Basiskörpers angeordnet oder ausgebildet ist, wobei, bevorzugt, die wenigstens eine elektrische Leitung vollständig auf der Oberfläche des Basiskörpers verläuft und insbesondere nicht durch den Basiskörper hindurch ver läuft.
4. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine elektrische Leitung einen ersten Lei tungsabschnitt aufweist, der an der Unterseite des Basis körpers angeordnet ist, einen zweiten Leitungsabschnitt aufweist, der an der Oberseite des Basiskörpers angeordnet ist, und einen dritten Leitungsabschnitt aufweist, der an einer seitlichen Außenseite des Basiskörpers angeordnet ist,
wobei die seitliche Außenseite die Oberseite mit der Un terseite verbindet und wobei der dritte Leitungsabschnitt den ersten und zweiten Leitungsabschnitt miteinander ver bindet .
5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei mehreren elektrischen Leitungen:
die elektrischen Leitungen voneinander elektrisch getrennt sind und/oder
wenigstens zwei elektrische Leitungen zumindest ab schnittsweise parallel zueinander verlaufen und/oder alle Leitungen auf derselben seitlichen Außenseite des Basiskörpers einen Leitungsabschnitt aufweisen, welcher einen auf der Oberseite des Basiskörpers ver- laufenden Leitungsabschnitt mit einem auf der Unter seite des Basiskörpers verlaufenden Leitungsab schnitt der jeweiligen Leitung verbindet.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Basiskörper eine Quader- oder Würfelform aufweist, und/oder als Hohlkörper oder als massiver Körper ausge staltet ist.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Basiskörper aus einem, insbesondere rezyklierbaren,
Thermoplast ausgebildet ist.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Basiskörper in einer Ebene parallel zur Trägerober seite gesehen eine Länge von 4 mm oder niedriger und eine
Breite von 3 mm oder niedriger aufweist, und wobei der Basiskörper in einer Richtung senkrecht zur Trägerober seite gesehen eine Höhe von 2 mm oder niedriger aufweist.
9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine elektrische Leitung eine Induktivität von höchstens 0,5 Nano-Henry, bevorzugt von höchstens 0,25 Nano-Henry, weiter bevorzugt von zumindest annähernd 0,1 Nano-Henry aufweist.
10. Verbindungselement zur Herstellung wenigstens einer elektrischen Verbindung zwischen einem Träger und einem optoelektronischen Halbleiterbauteil einer optoelektroni schen Vorrichtung,
insbesondere eine Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche,
wobei das Verbindungselement einen Basiskörper aufweist, auf dessen Oberfläche wenigstens eine elektrische Leitung angeordnet ist, und
wobei die wenigstens eine elektrische Leitung auf der
Oberfläche des Basiskörpers von einer Unterseite des Ba siskörpers bis zu einer Oberseite des Basiskörpers ver läuft .
11. Satz von mehreren Verbindungselementen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungselemente in den Außenabmessungen Toleranzen von +/- 0,05 mm oder geringer aufweisen.
12. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem Verbin dungselement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Basiskörper mittels wenigstens eines Spritzgussvor gangs hergestellt wird.
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