WO2020144029A1 - Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements - Google Patents

Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements Download PDF

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Alexander Baumgartner
T'ing Qi'ao LEOW
Tomin LIU
Kathy SCHMIDTKE
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • a radiation-emitting component is specified.
  • a method for producing a radiation-emitting component is specified.
  • this comprises
  • radiation-emitting component is a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation from a first
  • the semiconductor chip is
  • the semiconductor chip preferably has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone which is suitable for electromagnetic To generate radiation.
  • the active zone points to this
  • a pn junction for example a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well, or particularly preferably one
  • the semiconductor chip preferably emits electromagnetic radiation from the ultraviolet spectral range or from the visible spectral range, particularly preferably from the blue one
  • the encapsulation can partially or completely surround the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is preferably embedded in the encapsulation.
  • the semiconductor chip is preferably surrounded by the encapsulation. The is particularly preferred
  • the encapsulation has a matrix material and a large number of nanoparticles.
  • the matrix material preferably has a polymer or consists of a polymer.
  • a diameter of the nanoparticles is, for example, between at least 1 nanometer and at most 100 nanometers, preferably at most 30 nanometers.
  • the optical properties of the encapsulation can be adjusted in the desired manner by introducing nanoparticles into the matrix material.
  • the nanoparticles in the matrix material are responsible for setting the refractive index of the encapsulation.
  • the refractive index can be set variably with matrix material.
  • the semiconductor chip preferably on the radiation exit surface of the
  • Refractive index jumps between the interface of the encapsulation and the medium that surrounds the component are reduced. This leads to an increased decoupling of the
  • this comprises
  • radiation-emitting component is a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation from a first
  • Wavelength range emitted by a radiation exit surface and a potting, which comprises a matrix material and a plurality of nanoparticles, wherein the concentration of nanoparticles in the matrix material from the
  • Radiation exit area of the semiconductor chip decreases starting, so that a refractive index of the encapsulation decreases starting from the radiation exit area of the semiconductor chip.
  • the refractive index of the encapsulation starts from the radiation exit area
  • a change in the refractive index is a function of a distance from the
  • the matrix material is selected from the group of the polysiloxanes. Are polysiloxanes.
  • organosilicon compounds in which two silicon atoms are connected to one another via an oxygen atom.
  • Polysiloxanes preferably have an organic group on the
  • Silicon atom Silicon atom.
  • polysiloxanes are stronger compared to conventional silicones after curing
  • polysiloxanes In the liquid state, the polysiloxanes have one low viscosity. In addition, polysiloxanes have a high thermal stability and stability of the electromagnetic radiation of the in the cured state
  • the organic group is, for example, a methoxy, methyl, phenyl or phenoxy group.
  • Polysiloxane can also have several organic groups.
  • the organic group of the polysiloxanes preferably has an influence on the refractive index of the matrix material.
  • Nanoparticles a material or consist of one
  • Material selected from the group of metal oxides.
  • the metal oxides can be a transparent conductive oxide (TCO, English "transparent conductive oxide”).
  • Transparent conductive oxides are, for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, Sn0 2 or Ih 2 q 3 , also belong to ternaries
  • Metal oxygen compounds such as
  • TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and can also be p- and n-doped.
  • metal oxide One of the following materials can also be used as the metal oxide:
  • the nanoparticles preferably have at least one of the
  • the diameter of the nanoparticles is not larger than 10 nanometers.
  • the diameter of the nanoparticles advantageously leads to a reduced scatter of the electromagnetic radiation from the
  • nanoparticles with a maximum diameter of 10 nanometers are able to measure the refractive index of the
  • the nanoparticles are coated with a shell.
  • the shell preferably comprises a silicone and / or silicon dioxide or consists of one
  • the shell is particularly preferably made thin.
  • “thin” means that the shell has a thickness of between at least 1 nanometer and at most 5 nanometers.
  • nanoparticles in the matrix material are improved.
  • the concentration of the nanoparticles in the casting is at least 50% by weight and does not exceed 80% by weight, preferably 70% by weight.
  • Concentration of the nanoparticles in the encapsulation depends on the refractive index of the nanoparticles. The higher the refractive index of the nanoparticles, the lower the concentration of the nanoparticles can be chosen. In addition, the resulting refractive index of the encapsulation is also dependent on the refractive index of the matrix material.
  • the part of the encapsulation which is arranged adjacent to the radiation exit area of the semiconductor chip preferably has a refractive index between 1.3 and 1.3
  • adjacent part of the potting in this embodiment has a thickness of 30% of the total potting.
  • Phosphor particles which convert electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range, which is different from the first wavelength range, into the
  • the phosphor particles impart wavelength-converting properties to the encapsulation.
  • wavelength-converting means that electromagnetic radiation of a certain wavelength range is radiated into electromagnetic radiation of another, preferably longer-wave
  • Wavelength range is converted.
  • Wavelength range converts these into electronic processes at the atomic and / or molecular level
  • the phosphor particles have a concentration for generating warm white light
  • the phosphor particles have a larger diameter than the nanoparticles.
  • the phosphor particles have one
  • the phosphor particles are preferably selected from a group of garnet phosphors and nitride phosphors.
  • the garnet phosphor has a wurtzite crystal structure, but the grid positions are occupied by various elements.
  • the group of nitride phosphors includes, for example, a SCASN phosphor with the chemical formula
  • phosphor particles are in particular the following aluminum-containing and / or silicon-containing phosphor particles:
  • Fluorescent particles covered by a conversion layer In addition to the phosphor particles, the conversion layer preferably has the matrix material.
  • the phosphor particles usually have a larger refractive index than the matrix material and the nanoparticles.
  • the nanoparticles are surrounded by a particle layer.
  • the particle layer has the matrix material.
  • the nanoparticles preferably have a larger refractive index than the matrix material. Particularly preferably form the
  • the semiconductor chip is particularly preferably embedded in the conversion layer.
  • Conversion layer arranged closer to the radiation exit surface of the semiconductor chip than the particle layer. However, this arrangement does not exclude that nanoparticles are contained in the conversion layer and that
  • Fluorescent particles are contained in the particle layer.
  • the thickness of the conversion layer is preferably greater than the thickness of the particle layer.
  • the radiation-emitting component can with the
  • a semiconductor chip is first used which, in operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range of one
  • a first liquid potting material is introduced into the cavity, the first liquid potting material comprising a first matrix material and a large number of nanoparticles.
  • a second liquid potting material is introduced into the cavity, the second liquid potting material being a second
  • Matrix material includes and is free of nanoparticles.
  • the first and the second matrix material can differ from one another. Those are preferred
  • the nanoparticles sediment in the matrix material.
  • the second liquid potting material mixes with the first liquid potting material, so that the concentration of the nanoparticles in the matrix material from which
  • the first matrix material and the second matrix material preferably have a low viscosity in the liquid state.
  • the viscosity of the liquid matrix material does not exceed 1 mPA.
  • a comparatively low viscosity of the matrix material is for the
  • the nanoparticles form in the form of a layer due to the weight force at least on the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the nanoparticles can also settle here
  • Centrifugation can be accelerated.
  • the use of the matrix material with the low viscosity usually accelerates the sedimentation process.
  • the matrix material is preferably cured.
  • a characteristic of a particle layer, which by means of a Sedimentation process has been applied, is that all surfaces on which the particles can settle due to the weight, with the
  • Particle layer are coated.
  • the concentration of the nanoparticles in the potting material can change due to the mixing process
  • the second liquid potting material mixes with the first liquid potting material, in order to start from the
  • nanoparticles at the radiation exit surface of the semiconductor chip are preferred.
  • a semiconductor chip is provided which is in operation
  • Potting material introduced into the cavity, wherein the first potting material comprises a first matrix material and a plurality of nanoparticles.
  • Potting material is introduced into the cavity, the second potting material comprising a second matrix material and being free of nanoparticles.
  • Potting material comes with the first potting material
  • the sedimentation of the nanoparticles in the potting material is carried out using a
  • Centrifuge reinforced The centrifuge is able to move the nanoparticles into the vicinity of the radiation exit surface of the semiconductor chip by means of a centrifugal force which arises due to a uniform circular movement.
  • a large number of components are arranged on a curved support of the centrifuge.
  • a center point of each component is preferably at the same distance from a center of rotation of the centrifuge.
  • the center of the component is the point that is the same distance from all points of the component.
  • the fulcrum is the area of the centrifuge around which the carrier is rotated.
  • Centrifuge can advantageously be kept a shorter distance.
  • each component advantageously leads to a higher rotational speed, which leads to a higher centrifugal force.
  • Refractive index starting from the radiation exit area of the semiconductor chip, leads. If the center of each component is at the same distance from a center of rotation of the centrifuge, then usually one can also
  • a temperature between 100 ° C. and 200 ° C. inclusive is preferably selected in order to harden the liquid potting material into a potting compound.
  • the liquid potting material is cured to a potting at approximately 150 ° C.
  • the first liquid potting material and / or the second liquid potting material is applied using one of the following methods:
  • Spray coating for casting, jetting, (screen) printing, knife coating.
  • the thickness of the resulting potting can preferably be adjusted in the desired manner.
  • phosphor particles are introduced into the first matrix material
  • the phosphor particles also sediment during the sedimentation of the nanoparticles.
  • the sedimentation of the phosphor particles leads here due to the generally larger diameter and a greater weight of the phosphor particles in the
  • Fluorescent particles are arranged closer to the radiation exit surface of the semiconductor chip than the nanoparticles. Mixing the first and the second liquid
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip arranged are, so that the refractive index decreases from the radiation exit area.
  • One idea of the present component is to reduce the refractive index within the encapsulation from the radiation exit area of the semiconductor chip
  • Fluorescent particles for the potting conversion take place within an area that is comparatively high
  • FIG. 1 and FIG. 2 show a schematic sectional illustration of a radiation-emitting component in accordance with one exemplary embodiment
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a
  • Nanoparticle according to an embodiment,
  • Figure 12 shows a process stage of a process for
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting component 1, the one
  • Radiation exit surface 3 emits.
  • the radiation-emitting component 1 comprises a potting 4, which comprises a matrix material 5 and a large number of nanoparticles 6.
  • the semiconductor chip 2 is from the encapsulation 4
  • the opposite surface of the semiconductor chip 2 is arranged on a carrier element 22 for stabilization and is not surrounded by the encapsulation 4.
  • the concentration of the nanoparticles 6 in the matrix material 5 decreases from the
  • Semiconductor chip 2 is arranged.
  • the matrix material 5 is selected from the group of the polysiloxanes.
  • Polysiloxanes are organosilicon
  • Oxygen atom are connected to each other.
  • Polysiloxanes preferably have an organic group on the silicon atom.
  • the organic group is a methoxy, methyl, phenyl, or phenoxy group.
  • the organic group of the polysiloxanes influences the refractive index of the matrix material.
  • the polysiloxanes have high thermal stability and stability with respect to the electromagnetic radiation from the semiconductor chip 2.
  • the nanoparticles 6 have a material or consist of a material selected from the group of metal oxides. In the present case, the diameter of the nanoparticles 6 is not greater than 10 nanometers.
  • the radiation-emitting component 1 according to the
  • the exemplary embodiment in FIG. 2 comprises a semiconductor chip 2, a carrier element 22, a conversion layer 9 and one Particle layer 10.
  • the semiconductor chip 2 transmits electromagnetic radiation from a first one in operation
  • the semiconductor chip 2 is embedded in the conversion layer 9.
  • the conversion layer 9 comprises
  • Particle layer 10 is in direct contact with the
  • the particle layer 10 comprises a matrix material 5 and nanoparticles 6.
  • the particle layer 10 and the conversion layer 9 together form the encapsulation 4.
  • the conversion layer can also have nanoparticles 6 and the particle layer 10 can have phosphor particles 8.
  • Phosphor particles 8 in the matrix material 5 of the encapsulation 4 decrease from the radiation exit area 3 of the semiconductor chip 2, so that a refractive index of the encapsulation 4, starting from the radiation exit area 3 of the
  • Phosphor particles 8 are embedded in the matrix material 5 in the conversion layer 9. These walk
  • electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second
  • Phosphor particles 8 have a garnet phosphor and / or a nitride phosphor or are formed from this. Furthermore, the phosphor particles 8 have a larger diameter than the nanoparticles 6
  • phosphor particles 8 have a diameter between 1 micron and 30 microns inclusive.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a nanoparticle 6 according to an exemplary embodiment.
  • Nanoparticle 6 is coated with a shell 7.
  • the sleeve 7 comprises a silicone and / or silicon dioxide or consists of a silicone and / or silicon dioxide.
  • the sleeve 7 is preferably made thin. "Thin" means in this
  • the shell has a thickness between at least 1 nanometer and at most 5 nanometers.
  • the shell 7 advantageously leads to a reduction in the agglomeration of nanoparticles 6 in the matrix material 5.
  • Distribution of the nanoparticles 6 in the matrix material 5 is consequently improved.
  • a cavity 11 is formed in a first step
  • Wavelength range emitted by a radiation exit surface 3 is introduced into the cavity 11.
  • Radiation exit surface 3 opposite surface of the semiconductor chip 2 is on a carrier element 22
  • Potting material 12 comprising nanoparticles 6,
  • Phosphor particles 8 and a first matrix material 14 are introduced into the cavity 11.
  • the semiconductor chip 2 is surrounded by the first liquid potting material 12.
  • the first liquid potting material 12 can be introduced into the cavity 11 by spray coating or by casting.
  • the second liquid potting material 13 comprises a second matrix material 15 and in the present case is free of nanoparticles 6 and free of
  • the matrix materials 14 and 15 can be the same.
  • the first liquid potting material is not cured while the second liquid potting material is being applied.
  • the first liquid potting material 12 mixes with the second liquid potting material 13, so that the concentration of the nanoparticles 6 and the phosphor particles 8 in the matrix material 5, of which
  • Radiation exit area 3 of the semiconductor chip 2 starting, decreases. This takes a refractive index of the potting 4, starting from the radiation exit surface 3 of the
  • Phosphor particles 8 in relation to the diameter and weight of the nanoparticles 6 to an arrangement in which the phosphor particles 8 closer to the
  • Radiation exit surface 3 of the semiconductor chip 2 are arranged as the nanoparticles 6.
  • the first matrix material 14 and the second matrix material 15 have a low viscosity in the liquid state.
  • the liquid potting material 12 and 13 is cured after sedimentation and / or mixing.
  • the liquid potting material 12 and 13 is cured to a potting 4 at approximately 150 ° C.
  • the potting 4 is formed here.
  • Centrifuge 16 used. A large number of components 1 are arranged on a flat carrier 17. The multitude of
  • Components 1 are rotated on the carrier 17 about a pivot point 19.
  • the distances 20 between a pivot point 19 and a center point of each component 18 are here
  • a direction of centrifugal force 21 of the centrifugal force acting on the components 1 is indicated by arrows.
  • the centrifuge 16 is able to move the nanoparticles 6 by a centrifugal force which is due to a uniform circular movement of the carrier around the
  • FIG. 10 shows a section marked A in FIG. 9, in which a base area of the component 1 is perpendicular to the centrifugal force direction 21 and thus an almost homogeneous centrifugal force over an entire
  • FIG. 11 shows a section marked B in FIG. 9, which is different from section A.
  • the base area of the component 1 according to FIG. 11 does not stand perpendicular to the centrifugal force direction 21, but
  • a large number of components 1 are arranged on a curved support 17.
  • a center point 18 of each component 1 to the pivot point 19 of the centrifuge 16 is at the same distance 20 from the pivot point 19 of the centrifuge 16.
  • a shorter distance 20 can advantageously be selected between the pivot point 19 and the center of each component 18, which results in a high centrifugal force.
  • the nanoparticles 6 can thus be sedimented more easily and faster, which leads to a uniform layer formation during the sedimentation.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement (1) angegeben, mit: - einem Halbleiterchip(2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (3) emittiert,und - einem Verguss (4), der ein Matrixmaterial (5) und eine Vielzahl an Nanopartikel (6) umfasst, wobei - eine Konzentration der Nanopartikel (6) in dem Matrixmaterial (5) von der Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) ausgehend abnimmt, so dass ein Brechungsindex des Vergusses (4) ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) abnimmt. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements(1) angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR
HERSTELLUNG EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN BAUELEMENTS
Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein
strahlungsemittierendes Bauelement mit erhöhter Effizienz und/oder besseren Auskopplungseigenschaften anzugeben.
Zusätzlich soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Bauelements angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit dem Merkmal des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 12 gelöst .
Vorteilhafte Ausführungsformen des strahlungsemittierenden Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das
strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum
Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder einen
Laserdiodenchip. Bevorzugt weist der Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Hierzu weist die aktive Zone
beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopf- oder besonders bevorzugt eine
MehrfachquantentopfStruktur auf. Bevorzugt emittiert der Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich oder aus dem sichtbaren Spektralbereich, besonders bevorzugt aus dem blauen
Spektralbereich .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
strahlungsemittierende Bauelement einen Verguss auf. Der Verguss kann den Halbleiterchip teilweise oder vollständig umgeben. Bevorzugt ist der Halbleiterchip in den Verguss eingebettet. Bevorzugt ist der Halbleiterchip von dem Verguss umgeben. Besonders bevorzugt ist die der
Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegende Fläche des
Halbleiterchips auf einem Trägerelement zur Stabilisierung angeordnet und nicht von dem Verguss umgeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Verguss ein Matrixmaterial und eine Vielzahl an Nanopartikel auf.
Bevorzugt weist das Matrixmaterial ein Polymer auf oder besteht aus einem Polymer.
Ein Durchmesser der Nanopartikel beträgt beispielsweise zwischen wenigstens 1 Nanometer und höchstens 100 Nanometer, bevorzugt höchstens 30 Nanometer. Durch das Einbringen von Nanopartikeln in das Matrixmaterial können die optischen Eigenschaften des Vergusses auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nimmt eine
Konzentration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgehend ab, so dass ein Brechungsindex des Vergusses ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips abnimmt. Die Nanopartikel in dem Matrixmaterial sind für das Einstellen des Brechungsindex des Vergusses verantwortlich. Durch eine Variation der Konzentration an Nanopartikeln in dem
Matrixmaterial kann der Brechungsindex variabel eingestellt werden. Insbesondere ist in der Nähe des Halbleiterchips, bevorzugt auf der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips, ein höherer Brechungsindex des Vergusses zu verzeichnen als an der Grenzfläche zwischen Verguss und einem Medium, welches das Bauelement umgibt. Mit Vorteil werden so Verluste der elektromagnetischen Strahlung durch
Brechungsindexsprünge zwischen der Grenzfläche des Vergusses und dem Medium, welches das Bauelement umgibt, verringert. Dies führt zu einer erhöhten Auskopplung der
elektromagnetischen Strahlung aus dem Bauelement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das
strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, und einen Verguss, der ein Matrixmaterial und eine Vielzahl an Nanopartikeln umfasst, wobei die Konzentration an Nanopartikeln in dem Matrixmaterial von der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgehend abnimmt, sodass ein Brechungsindex des Vergusses ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips abnimmt .
Gemäß einer Ausführungsform nimmt der Brechungsindex des Vergusses ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche
kontinuierlich ab. Mit anderen Worten nimmt der Brechungsindex des Vergusses ausgehend von der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ohne
Brechungsindexsprünge also stetig ab. Das heißt, ein Teil des Vergusses, der angrenzend an die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, weist einen größeren Brechungsindex auf als ein Teil des Vergusses, der weiter entfernt von dem Halbleiterchip angeordnet ist. Dies führt mit Vorteil zu einer erhöhten Auskopplung der
elektromagnetischen Strahlung aus dem Bauelement, da der Brechungsindexunterschied zwischen Verguss und dem Medium, welches das Bauelement umgibt, beispielsweise Luft,
verringert ist. Im Vergleich dazu führen herkömmliche
strahlungsemittierende Bauelemente mit hochbrechenden
Silikonen als Verguss zu einer nachteiligen Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung aus dem Bauelement, da an der Grenzfläche zwischen hochbrechenden Silikonen und dem Medium, welches das Bauelement umgibt, in der Regel ein signifikanter Brechungsindexsprung vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Änderung des Brechungsindex in Abhängigkeit eines Abstands von der
Strahlungsaustrittsfläche konstant. Das heißt, es erfolgt eine lineare Abnahme des Brechungsindex mit zunehmendem
Abstand von der Strahlungsaustrittsfläche.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt. Polysiloxane sind
siliziumorganische Verbindungen, bei dem zwei Siliziumatome über ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Bevorzugt weisen Polysiloxane eine organische Gruppe an dem
Siliziumatom auf. Insbesondere sind Polysiloxane im Vergleich zu herkömmlichen Silikonen nach dem Aushärten stärker
vernetzt. Im flüssigen Zustand weisen die Polysiloxane eine geringe Viskosität auf. Zusätzlich weisen Polysiloxane im ausgehärteten Zustand eine hohe thermische Stabilität und Stabilität der elektromagnetischen Strahlung des
Halbleiterchips auf. Die organische Gruppe ist beispielsweise eine Methoxy-, Methyl-, Phenyl- oder Phenoxygruppe . Das
Polysiloxan kann auch mehrere organische Gruppen aufweisen. Die organische Gruppe der Polysiloxane hat bevorzugt Einfluss auf den Brechungsindex des Matrixmaterials.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die
Nanopartikel ein Material auf oder bestehen aus einem
Material, das aus der Gruppe der Metalloxide gewählt ist.
Bei den Metalloxiden kann es sich um ein transparentes leitendes Oxid (TCO, englisch „transparent conductive oxide") handeln. Transparente leitende Oxide sind beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) . Neben binären
Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ih2q3, gehören auch ternäre
Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise
Figure imgf000007_0004
Figure imgf000007_0002
oder oder
Figure imgf000007_0003
Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein.
Als Metalloxid kann außerdem eines der folgenden Materialien Verwendung finden:
Figure imgf000007_0001
Bevorzugt weisen die Nanopartikel zumindest eines der
folgenden Materialien auf: ZnO, T1O2 und ZrO2- Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchmesser der Nanopartikel nicht größer als 10 Nanometer. Der Durchmesser der Nanopartikel führt mit Vorteil zu einer verringerten Streuung der elektromagnetischen Strahlung des
Halbleiterchips, da deren Wellenlänge für eine Wechselwirkung zu groß ist. Die Nanopartikel mit dem Durchmesser von maximal 10 Nanometer sind in der Lage, den Brechungsindex des
Vergusses zu ändern, ohne dabei selbst als Streuzentrum für elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips zu agieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Nanopartikel mit einer Hülle beschichtet. Bevorzugt umfasst die Hülle ein Silikon und/oder Siliziumdioxid oder besteht aus einem
Silikon und/oder Siliziumdioxid. Besonders bevorzugt wird die Hülle dünn ausgebildet. „Dünn" heißt in diesem Zusammenhang, dass die Hülle eine Dicke zwischen wenigstens 1 Nanometer und höchstens 5 Nanometer aufweist.
Mit Vorteil führt die Hülle zu einer Verminderung der
Agglomeration von Nanopartikeln in dem Matrixmaterial
und/oder zu einer verbesserten Durchmischung der Nanopartikel mit dem Matrixmaterial. Eine homogene Verteilung der
Nanopartikel in dem Matrixmaterial ist demzufolge verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Konzentration der Nanopartikel in dem Verguss wenigstens 50 Gew% und übersteigt nicht 80 Gew%, bevorzugt 70 Gew% . Die
Konzentration der Nanopartikel in dem Verguss ist von dem Brechungsindex der Nanopartikel abhängig. Umso höher der Brechungsindex der Nanopartikel ist, desto geringer kann die Konzentration der Nanopartikel gewählt werden. Zusätzlich ist der resultierende Brechungsindex des Vergusses auch von dem Brechungsindex des Matrixmaterials abhängig. Bevorzugt weist der Teil des Vergusses, der angrenzend an die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, einen Brechungsindex zwischen einschließlich 1,3 und
einschließlich 1,7, besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 1,41 und einschließlich 1,62 auf. Besonders bevorzugt weist der an die Strahlungsaustrittsfläche
angrenzende Teil des Vergusses bei dieser Ausführungsform eine Dicke von 30 % des gesamten Vergusses auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind
Leuchtstoffpartikel, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandeln, der von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist, in das
Matrixmaterial eingebettet. Mit anderen Worten verleihen die Leuchtstoffpartikel dem Verguss wellenlängenkonvertierende Eigenschaften .
Mit dem Begriff „wellenlängenkonvertierend" ist vorliegend gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen,
Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. In der Regel
absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element
elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten
Wellenlängenbereiches, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in
elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereiches um und sendet die umgewandelte
elektromagnetische Strahlung wieder aus. Insbesondere wird reine Streuung oder reine Absorption nicht als
wellenlängenkonvertierend verstanden. Durch Kombination von verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffpartikeln kann aus blauer elektromagnetischer Strahlung des Halbleiterchips Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich, bevorzugt warmweißen Bereich, erzeugt werden.
Gemäß einer Aus führungs form weisen die Leuchtstoffpartikel zur Erzeugung von warmweißen Licht eine Konzentration
zwischen einschließlich 30 Gew% und einschließlich 40 Gew% bezogen auf das Gewicht des gesamten Vergusses auf.
Gemäß einer Aus führungs form weisen die Leuchtstoffpartikel einen größeren Durchmesser auf als die Nanopartikel .
Beispielsweise weisen die Leuchtstoffpartikel einen
Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und
einschließlich 30 Mikrometer auf.
Die Leuchtstoffpartikel sind bevorzugt aus einer Gruppe der Granatleuchtstoffe und Nitridleuchtstoffe ausgewählt. Der Granatleuchtstoff weist eine Wurtzitkristallstruktur auf, wobei jedoch die Gitterplätze mit verschiedenen Elementen besetzt sind. So kann beispielsweise ein YAG-Leuchtstoff mit der chemischen Formel
Figure imgf000010_0003
oder ein LuAG-Leuchtstoff der chemischen Formel verwendet werden, bei dem
Figure imgf000010_0004
das Yttrium vollständig durch Lutetium ersetzt ist. Die Gruppe der Nitridleuchtstoffe umfasst beispielsweise einen SCASN-Leuchtstoff mit der chemischen Formel
Figure imgf000010_0002
Weitere mögliche Materialien für die Leuchtstoffpartikel sind insbesondere die folgenden aluminiumhaltigen und/oder siliziumhaltigen Leuchtstoffpartikel :
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000011_0001
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form sind die
Leuchtstoffpartikel von einer Konversionsschicht umfasst. Neben den Leuchtstoffpartikeln weist die Konversionsschicht bevorzugt das Matrixmaterial auf. Üblicherweise weisen die Leuchtstoffpartikel einen größeren Brechungsindex als das Matrixmaterial und die Nanopartikel auf.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form sind die Nanopartikel von einer Partikelschicht umfasst. Neben den Nanopartikeln weist die Partikelschicht das Matrixmaterial auf. Bevorzugt weisen die Nanopartikel einen größeren Brechungsindex als das Matrixmaterial auf. Besonders bevorzugt bilden die
Konversionsschicht und die Partikelschicht zusammen den Verguss. Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip in die Konversionsschicht eingebettet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Konversionsschicht näher an der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet als die Partikelschicht. Diese Anordnung schließt jedoch nicht aus, dass Nanopartikel in der Konversionsschicht enthalten sind sowie dass
Leuchtstoffpartikel in der Partikelschicht enthalten sind.
Die Dicke der Konversionsschicht ist bevorzugt größer als die Dicke der Partikelschicht.
Das strahlungsemittierende Bauelement kann mit dem im
Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Bauelement ausgeführt sind, können auch bei dem Verfahren eingesetzt werden und
umgekehrt .
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements wird zunächst ein Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche emittiert, in einer Kavität
bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein erstes flüssiges Vergussmaterial in die Kavität eingebracht, wobei das erste flüssige Vergussmaterial ein erstes Matrixmaterial und eine Vielzahl an Nanopartikel umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein zweites flüssiges Vergussmaterial in die Kavität eingebracht, wobei das zweite flüssige Vergussmaterial ein zweites
Matrixmaterial umfasst und frei ist von Nanopartikeln . Das erste und das zweite Matrixmaterial können sich hierbei voneinander unterscheiden. Bevorzugt sind die
Matrixmaterialien jedoch gleich.
Gemäß einer Ausführungsform sedimentieren die Nanopartikel in dem Matrixmaterial. Gleichzeitig oder alternativ vermischt sich das zweite flüssige Vergussmaterial mit dem ersten flüssigen Vergussmaterial, so dass die Konzentration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial, von der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgehend, abnimmt, so dass ein Brechungsindex des Vergusses, ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, abnimmt. Bevorzugt weisen das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial im flüssigen Zustand eine geringe Viskosität auf. Beispielsweise übersteigt die Viskosität des flüssigen Matrixmaterials 1 mPAs nicht. Eine vergleichsweise geringe Viskosität des Matrixmaterials ist für den
Vermischungsprozess und/oder den Sedimentationprozess der Nanopartikel vorteilhaft.
Bei der Sedimentation setzen sich die Nanopartikel in Form einer Schicht aufgrund der Gewichtskraft zumindest auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ab. Das
Absetzen der Nanopartikel kann hierbei auch durch
Zentrifugieren beschleunigt werden. Auch die Verwendung des Matrixmaterials mit der geringen Viskosität beschleunigt den Sedimentationsprozess in der Regel. Nach dem Absinken der Nanopartikel wird das Matrixmaterial bevorzugt ausgehärtet. Ein Kennzeichen einer Partikelschicht, die mittels eines Sedimentationsprozesses aufgebracht wurde, besteht darin, dass sämtliche Oberflächen, auf denen sich die Partikel aufgrund der Gewichtskraft absetzen können, mit der
Partikelschicht beschichtet werden.
Zusätzlich kann sich die Konzentration der Nanopartikel in dem Vergussmaterial durch den Vermischungsprozess,
beispielsweise Diffusion, einstellen. Hierbei vermischt sich das zweite flüssige Vergussmaterial mit dem ersten flüssigen Vergussmaterial, um somit ausgehend von der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips der
Brechungsindex abzunehmen. Bevorzugt werden die Nanopartikel an der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips
angeordnet .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements wird ein Halbleiterchip bereitgestellt, der im Betrieb
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, in einer Kavität, und ein erstes flüssiges
Vergussmaterial in die Kavität eingebracht, wobei das erste Vergussmaterial ein erstes Matrixmaterial und eine Vielzahl an Nanopartikel umfasst. Ein zweites flüssiges
Vergussmaterial wird in die Kavität eingebracht, wobei das zweite Vergussmaterial ein zweites Matrixmaterial umfasst und frei ist von Nanopartikeln . Die Nanopartikel in dem
Matrixmaterial sedimentieren und/oder das zweite
Vergussmaterial wird mit dem ersten Vergussmaterial
vermischt, so dass die Konzentration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial von der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips abnimmt, so dass ein Brechungsindex des Vergusses ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips abnimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Sedimentation der Nanopartikel in dem Vergussmaterial mithilfe einer
Zentrifuge verstärkt. Die Zentrifuge ist in der Lage, die Nanopartikel durch eine Zentrifugalkraft, die aufgrund einer gleichförmigen Kreisbewegung zustande kommt, in die Nähe der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zu befördern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vielzahl an Bauelementen auf einem gekrümmten Träger der Zentrifuge angeordnet. Hierbei weist ein Mittelpunkt jedes Bauelements zu einem Drehpunkt der Zentrifuge bevorzugt den gleichen Abstand auf. Der Mittelpunkt des Bauelements ist der Punkt, der von allen Punkten des Bauelements den gleichen Abstand aufweist. Der Drehpunkt ist der Bereich der Zentrifuge, um den der Träger gedreht wird. Durch den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt jedes Bauelements zu dem Drehpunkt der
Zentrifuge kann mit Vorteil ein kürzerer Abstand erhalten werden. Der kürzere Abstand zwischen Drehpunkt und dem
Mittelpunkt jedes Bauelements führt mit Vorteil zu einer größeren Rotationsgeschwindigkeit, welche zu einer höheren Zentrifugalkraft führt. Die höhere Zentrifugalkraft
ermöglicht es, eine schnellere und verbesserte Sedimentation der Nanopartikel zu erzielen, die zu einer Abnahme des
Brechungsindexes, ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, führt. Weist der Mittelpunkt jedes Bauelements zu einem Drehpunkt der Zentrifuge den gleichen Abstand auf, so kann in der Regel außerdem eine
gleichmäßigere Schichtbildung bei der Sedimentation erzielt werden . Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das flüssige
Vergussmaterial nach der Sedimentation und/oder dem
Vermischen ausgehärtet. Es wird bevorzugt eine Temperatur zwischen einschließlich 100 °C und einschließlich 200 °C gewählt, um das flüssige Vergussmaterial zu einem Verguss auszuhärten. Beispielsweise wird das flüssige Vergussmaterial bei ungefähr 150 °C zu einem Verguss ausgehärtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erste flüssige Vergussmaterial und/oder das zweite flüssige Vergussmaterial mit einem der folgenden Verfahren aufgebracht:
Sprühbeschichten, Gießen, Jetting, ( Sieb- ) Druck, Rakeln.
Bevorzugt kann hierbei die Dicke des resultierenden Vergusses auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden in das erste Matrixmaterial Leuchtstoffpartikel eingebracht, die
elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs umwandeln. Die Leuchtstoffpartikel sedimentieren bei der Sedimentation der Nanopartikel in der Regel ebenfalls. Die Sedimentation der Leuchtstoffpartikel führt hierbei aufgrund des in der Regel größeren Durchmessers und eines größeren Gewichts der Leuchtstoffpartikel im
Verhältnis zu dem Durchmesser und einem Gewicht der
Nanopartikel zu einer Anordnung, bei der die
Leuchtstoffpartikel näher an der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet sind als die Nanopartikel. Das Vermischen des ersten und des zweiten flüssigen
Vergussmaterials führt hingegen dazu, dass die Nanopartikel und die Leuchtstoffpartikel in der Nähe der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet sind, so dass der Brechungsindex ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche abnimmt .
Eine Idee des vorliegenden Bauelements ist es, eine Abnahme des Brechungsindexes innerhalb des Vergusses ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zu
gewährleisten. Somit können an der Grenzfläche zwischen
Verguss und umgebendem Medium Verluste der
elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips durch
Brechungsindexsprünge mit Vorteil verringert werden. Das führt zu einer Verbesserung der Helligkeit des
Halbleiterchips. Zudem findet bei der Hinzugabe von
Leuchtstoffpartikeln zu dem Verguss die Konversion innerhalb eines Bereiches statt, der einen vergleichsweise hohen
Brechungsindex aufweist. Dadurch werden Streueffekte
minimiert, was zu einer höheren Effizienz des Bauelements führt .
Außerdem ist es vorliegend möglich, einen dünneren Verguss zu erzielen, sodass sich die gesamte Dicke des Bauelements mit Vorteil verringert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 und Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines
Nanopartikels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 4, 5, 6, 7 und 8 jeweils eine schematische
Schnittdarstellung für verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 9, 10, 11 ein Verfahrensstadium eines herkömmlichen
Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements .
Figur 12 ein Verfahrensstadium eines Verfahrens zur
Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements 1, das einen
Halbleiterchip 2, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche 3 aussendet, aufweist. Außerdem umfasst das strahlungsemittierende Bauelement 1 einen Verguss 4, der ein Matrixmaterial 5 und eine Vielzahl an Nanopartikel 6 umfasst. Der Halbleiterchip 2 ist von dem Verguss 4
umgeben. Die der Strahlungsaustrittsfläche 3 gegenüberliegende Fläche des Halbleiterchips 2 ist auf einem Trägerelement 22 zur Stabilisierung angeordnet und nicht von dem Verguss 4 umgeben. Die Konzentration der Nanopartikel 6 in dem Matrixmaterial 5 nimmt von der
Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 ausgehend ab, sodass ein Brechungsindex des Vergusses 4, ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2, kontinuierlich abnimmt. Das heißt, ein Teil des Vergusses 4, der an die Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 angrenzt, weist einen größeren Brechungsindex auf als ein Teil des Vergusses 4, der weiter entfernt von dem
Halbleiterchip 2 angeordnet ist.
Das Matrixmaterial 5 ist aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt. Polysiloxane sind siliziumorganische
Verbindungen, bei dem zwei Siliziumatome über ein
Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Bevorzugt weisen Polysiloxane eine organische Gruppe an dem Siliziumatom auf. Beispielsweise ist die organische Gruppe eine Methoxy-, Methyl-, Phenyl-, oder Phenoxygruppe . Die organische Gruppe der Polysiloxane hat Einfluss auf den Brechungsindex des Matrixmaterials. Die Polysiloxane weisen eine hohe thermische Stabilität und Stabilität gegenüber der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips 2 auf.
Die Nanopartikel 6 weisen ein Material auf oder bestehen aus einem Material, das aus der Gruppe der Metalloxide gewählt ist. Der Durchmesser der Nanopartikel 6 ist vorliegend nicht größer als 10 Nanometer.
Das strahlungsemittierende Bauelement 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 2 umfasst einen Halbleiterchip 2, ein Trägerelement 22, eine Konversionsschicht 9 und eine Partikelschicht 10. Der Halbleiterchip 2 sendet im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 3 aus. Der Halbleiterchip 2 ist in die Konversionsschicht 9 eingebettet. Die Konversionsschicht 9 umfasst
Leuchtstoffpartikel 8 und ein Matrixmaterial 5. Die
Partikelschicht 10 ist im direkten Kontakt mit der
Konversionsschicht 9. Die Partikelschicht 10 umfasst ein Matrixmaterial 5 und Nanopartikel 6. Die Partikelschicht 10 und die Konversionsschicht 9 bilden zusammen den Verguss 4. Die Konversionsschicht kann auch Nanopartikel 6 aufweisen und die Partikelschicht 10 kann Leuchtstoffpartikel 8 aufweisen.
Die Konzentration der Nanopartikel 6 und der
Leuchtstoffpartikel 8 in dem Matrixmaterial 5 des Vergusses 4 nimmt von der Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 ausgehend ab, sodass ein Brechungsindex des Vergusses 4, ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche 3 des
Halbleiterchips 2, abnimmt.
In der Konversionsschicht 9 sind Leuchtstoffpartikel 8 in dem Matrixmaterial 5 eingebettet. Diese wandeln
elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs um. Mit anderen Worten verleihen die Leuchtstoffpartikel 8 dem Verguss 4
wellenlängenkonvertierende Eigenschaften. Die
Leuchtstoffpartikel 8 weisen einen Granatleuchtstoff und/oder einen Nitridleuchtstoff auf oder sind aus diesem gebildet. Weiterhin weisen die Leuchtstoffpartikel 8 einen größeren Durchmesser auf als die Nanopartikel 6. Die
Leuchtstoffpartikel 8 weisen vorliegend einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer auf.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Nanopartikels 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der
Nanopartikel 6 ist mit einer Hülle 7 beschichtet. Die Hülle 7 umfasst ein Silikon und/oder Siliziumdioxid oder besteht aus einem Silikon und/oder Siliziumdioxid. Bevorzugt wird die Hülle 7 dünn ausgebildet. „Dünn" heißt in diesem
Zusammenhang, dass die Hülle eine Dicke zwischen wenigstens 1 Nanometer und höchstens 5 Nanometer aufweist. Mit Vorteil führt die Hülle 7 zu einer Verminderung der Agglomeration von Nanopartikeln 6 in dem Matrixmaterial 5. Eine homogene
Verteilung der Nanopartikel 6 in dem Matrixmaterial 5 ist demzufolge verbessert.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 bis 8 wird in einem ersten Schritt eine Kavität 11
bereitgestellt (Figur 4) . Der Halbleiterchip 2, der im
Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 3 emittiert, wird in die Kavität 11 eingebracht. Die der
Strahlungsaustrittsfläche 3 gegenüberliegende Fläche des Halbleiterchips 2 ist auf einem Trägerelement 22 zur
mechanischen Stabilisierung angeordnet und nicht von dem Verguss 4 umgeben.
In einem nächsten Schritt wird ein erstes flüssiges
Vergussmaterial 12, umfassend Nanopartikel 6,
Leuchtstoffpartikel 8 und ein erstes Matrixmaterial 14, in die Kavität 11 eingebracht. Hierbei ist der Halbleiterchip 2 von dem ersten flüssigen Vergussmaterial 12 umgeben. Das erste flüssige Vergussmaterial 12 kann durch Sprühbeschichten oder durch Gießen in die Kavität 11 eingebracht werden.
In einem weiteren Schritt wird ein zweites flüssiges
Vergussmaterial 13 in die Kavität 11 durch Gießen oder
Sprühbeschichten eingebracht (Figur 6) . Das zweite flüssige Vergussmaterial 13 umfasst ein zweites Matrixmaterial 15 und ist vorliegend frei von Nanopartikeln 6 und frei von
Leuchtstoffpartikeln 8. Die Matrixmaterialien 14 und 15 können gleich sein. Das erste flüssige Vergussmaterial ist nicht ausgehärtet während das zweite flüssige Vergussmaterial aufgebracht wird.
In einem nächsten Schritt vermischt sich das erste flüssige Vergussmaterial 12 mit dem zweiten flüssigen Vergussmaterial 13, so dass die Konzentration der Nanopartikel 6 und der Leuchtstoffpartikel 8 in dem Matrixmaterial 5, von der
Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 ausgehend, abnimmt. Hierdurch nimmt ein Brechungsindex des Vergusses 4, ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche 3 des
Halbleiterchips, ab (Figur 7) . Gleichzeitig oder alternativ sedimentieren die Nanopartikel 6 und die Leuchtstoffpartikel 8 in dem Matrixmaterial 5 aufgrund der auf sie wirkenden Gravitationskraft. Die Sedimentation der Leuchtstoffpartikel 8 führt hierbei aufgrund des in der Regel größeren
Durchmessers und eines größeren Gewichts der
Leuchtstoffpartikel 8 im Verhältnis zu dem Durchmesser und einem Gewicht der Nanopartikel 6 zu einer Anordnung, bei der die Leuchtstoffpartikel 8 näher an der
Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 angeordnet sind als die Nanopartikel 6. Das erste Matrixmaterial 14 und das zweite Matrixmaterial 15 weisen im flüssigen Zustand eine geringe Viskosität auf. Wie in Figur 8 gezeigt, wird in einem letzten Schritt des Verfahrens das flüssige Vergussmaterial 12 und 13 nach der Sedimentation und/oder dem Vermischen ausgehärtet.
Beispielsweise wird das flüssige Vergussmaterial 12 und 13 bei ungefähr 150 °C zu einem Verguss 4 ausgehärtet. Hierbei wird der Verguss 4 gebildet.
Bei dem herkömmlichen Verfahren gemäß Figur 9 wird eine
Zentrifuge 16 verwendet. Eine Vielzahl an Bauelementen 1 sind auf einem ebenen Träger 17 angeordnet. Die Vielzahl an
Bauelementen 1 werden auf dem Träger 17 um einen Drehpunkt 19 gedreht. Die Abstände 20 zwischen je einem Drehpunkt 19 und einem Mittelpunkt jedes Bauelements 18 sind hierbei
voneinander verschieden. Eine Zentrifugalkraftrichtung 21 der auf die Bauelemente 1 wirkenden Zentrifugalkraft ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die Zentrifuge 16 ist in der Lage, die Nanopartikel 6 durch eine Zentrifugalkraft, die aufgrund einer gleichförmigen Kreisbewegung des Trägers um den
Drehpunkt 19 zustande kommt, in die Nähe der
Strahlungsaustrittsfläche 3 des Halbleiterchips 2 zu
befördern .
Die Figur 10 zeigt einen in Figur 9 mit A gekennzeichneten Ausschnitt, bei dem eine Grundfläche des Bauelements 1 senkrecht zu der Zentrifugalkraftrichtung 21 steht und somit eine nahezu homogene Zentrifugalkraft über eine gesamte
Grundfläche spürt. Diese Anordnung führt zu einer nahezu homogenen Sedimentation der Nanopartikel in dem flüssigen Vergussmaterial .
Die Figur 11 zeigt einen in Figur 9 mit B gekennzeichneten Ausschnitt, der von dem Ausschnitt A verschieden ist. Die Grundfläche des Bauelements 1 gemäß Figur 11 steht nicht senkrecht zu der Zentrifugalkraftrichtung 21, sondern
schließt mit der Zentrifugalkraftrichtung 21 einen vorliegend spitz ausgebildeten Winkel a ein. Somit spürt das Bauelement 1 gemäß Figur 9 eine inhomogene Zentrifugalkraft über seine gesamte Grundfläche. Diese Anordnung führt zu einer
inhomogenen Sedimentation der Nanopartikel in dem flüssigen Vergussmaterial .
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 12 ist eine Vielzahl an Bauelementen 1 auf einem gekrümmten Träger 17 angeordnet. Ein Mittelpunkt 18 jedes Bauelements 1 zu dem Drehpunkt 19 der Zentrifuge 16 weist zu dem Drehpunkt 19 der Zentrifuge 16 den gleichen Abstand 20 auf. Hierbei kann mit Vorteil ein kürzerer Abstand 20 zwischen Drehpunkt 19 und dem Mittelpunkt jedes Bauelements 18 gewählt werden, der eine hohe Zentrifugalkraft zur Folge hat. Somit können die Nanopartikel 6 leichter und schneller sedimentiert werden, was zu einer gleichmäßigen Schichtbildung bei der Sedimentation führt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 100 646.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 
Figure imgf000025_0001

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) mit:
- einem Halbleiterchip (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche (3) emittiert, und
- einem Verguss (4), der ein Matrixmaterial (5) und eine Vielzahl an Nanopartikel (6) umfasst, wobei
- eine Konzentration der Nanopartikel (6) in dem
Matrixmaterial (5) von der Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) ausgehend abnimmt, so dass ein
Brechungsindex des Vergusses (4) ausgehend von der
Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) abnimmt .
2. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem der Brechungsindex des Vergusses (4) ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche (3) kontinuierlich abnimmt.
3. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem eine Änderung des Brechungsindex in Abhängigkeit eines Abstands von der Strahlungsaustrittsfläche (3) konstant ist .
4. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem das Matrixmaterial (5) aus der Gruppe der
Polysiloxane ausgewählt ist.
5. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Nanopartikel (6) ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe der Metalloxide gewählt ist.
6. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem ein Durchmesser der Nanopartikel (6) nicht größer ist als 10 Nanometer.
7. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Nanopartikel (6) mit einer Hülle (7) beschichtet sind .
8. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Konzentration der Nanopartikel (6) in dem Verguss (4) größer ist als 50 Gew% und 80 Gew% nicht übersteigt.
9. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem der Halbleiterchip (2) in den Verguss (4) eingebettet ist .
10. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem Leuchtstoffpartikel (8), die elektromagnetische
Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in
elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandeln, in das Matrixmaterial (5) eingebettet sind.
11. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - die Leuchtstoffpartikel (8) von einer Konversionsschicht (9) umfasst sind,
- die Nanopartikel (6) von einer Partikelschicht (10) umfasst sind, und
- die Konversionsschicht (9) näher an der
Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) angeordnet ist als die Partikelschicht (10) .
12. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterchips (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (3) emittiert, in einer Kavität (11), und
- Einbringen eines ersten flüssigen Vergussmaterials (12) in die Kavität (11), wobei das erste Vergussmaterial (12) ein erstes Matrixmaterial (14) und eine Vielzahl an Nanopartikel (6) umfasst,
- Einbringen eines zweiten flüssigen Vergussmaterials (13) in die Kavität (11), wobei das zweite flüssige Vergussmaterial (13) ein zweites Matrixmaterial (15) umfasst und frei ist von Nanopartikeln (6),
- Sedimentieren der Nanopartikel (6) in dem Matrixmaterial
(5) und/oder Vermischen des zweiten Vergussmaterials (13) mit dem ersten Vergussmaterial (12), so dass eine Konzentration der Nanopartikel (6) in dem Matrixmaterial (5) von der
Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) ausgehend abnimmt, so dass ein Brechungsindex des Vergusses (4) ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (2) abnimmt.
13. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine kontinuierliche Abnahme des Brechungsindex des Vergusses (4) ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche (3) erzielt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche,
bei dem die Sedimentation der Nanopartikel (6) in dem
Vergussmaterial mithilfe einer Zentrifuge (16) verstärkt wird .
15. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem eine Vielzahl an Bauelementen (1) auf einem
gekrümmten Träger (17) der Zentrifuge (16) angeordnet wird.
16. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem ein Mittelpunkt (18) jedes Bauelements (1) zu einem Drehpunkt (19) der Zentrifuge (16) den gleichen Abstand aufweist .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche,
bei dem das flüssige Vergussmaterial nach der Sedimentation und/oder dem Vermischen ausgehärtet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche,
bei dem das erste flüssige Vergussmaterial (12) und/oder das zweite flüssige Vergussmaterial (13) mit einem der folgenden Verfahren aufgebracht werden: Sprühbeschichten, Gießen,
Jetting, ( Sieb- ) Druck, Rakeln.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche,
bei dem in das erste Matrixmaterial (14) Leuchtstoffpartikel (8) eingebracht werden, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandeln.
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