WO2021005121A1 - Anordnung von elektronischen halbleiterbauelementen und verfahren zum betrieb einer anordnung von elektronischen halbleiterbauelementen - Google Patents

Anordnung von elektronischen halbleiterbauelementen und verfahren zum betrieb einer anordnung von elektronischen halbleiterbauelementen Download PDF

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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • Lighting module that emits electromagnetic radiation for lighting.
  • the arrangement of electronic semiconductor components can for example in an automobile for interior lighting or for use in textiles, for example
  • One problem to be solved consists in specifying an arrangement of electronic semiconductor components which can be supplied with energy wirelessly.
  • Another object to be achieved is a method for operating an arrangement of electronic
  • the arrangement comprises a carrier.
  • the carrier is in particular a printed circuit board (PCB).
  • the carrier can be a mechanically load-bearing one Be a component of the arrangement.
  • the carrier is used for mechanical fastening of electronic devices
  • the carrier is preferably formed with an electrically insulating material to which an electrically conductive material can be applied in a simple manner.
  • the carrier is formed with a fiber-reinforced synthetic resin.
  • the arrangement comprises at least one optoelectronic semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component is arranged on the carrier and has one for the emission of
  • the optoelectronic semiconductor component is, in particular, a radiation-emitting component
  • Optoelectronic semiconductor component that emits electromagnetic radiation, for example light, during operation.
  • the active area includes a pn junction, a
  • Double heterostructure preferably one
  • Single quantum well structure SQW, Single Quantum Well
  • MQW Multiple Quantum Well
  • the arrangement comprises a varactor component which is arranged on the carrier.
  • a varactor component includes a component with a voltage controlled capacitance.
  • the component with a voltage controlled capacitance For example, the
  • Capacitance of the varactor component as a function of a DC voltage applied to the varactor component is advantageously does not require any mechanical means moving parts to change the capacity.
  • a varactor component can be implemented by a diode operated in the reverse direction.
  • the active region of the varactor component advantageously has a suitable one
  • the arrangement comprises a receiving element.
  • the receiving element is preferably arranged on the carrier. For example, this includes
  • An electromagnetic alternating field can generate a voltage in an inductance
  • the arrangement of electronic semiconductor components the
  • the varactor component forms a tunable resonant circuit together with the receiving element.
  • a resonant circuit includes an inductor and at least partially one of the
  • Varaktorbauelement formed capacitance, which are both connected in series or in parallel with each other.
  • An oscillating circuit has a resonance frequency that is the size of the
  • the resonance frequency can be varied, among other things, by varying the capacitance and thus by means of the varactor component.
  • An oscillating circuit with a variable resonance frequency can be tuned to a desired frequency. If an oscillating circuit is coupled to an alternating electromagnetic field by means of inductive coupling, the coupling factor depends, among other things, on the resonance frequency of the oscillating circuit.
  • a tunable resonant circuit can thus vary its coupling factor to an alternating field with a constant frequency. The highest possible coupling factor is obtained when the resonance frequency of the resonant circuit matches the frequency of the
  • the resonant circuit is designed to generate energy for operating the resonant circuit
  • the resonant circuit is dimensioned in such a way that it can draw a sufficient amount of energy from an alternating field in order to operate at least one optoelectronic semiconductor component.
  • the arrangement comprises
  • the varactor component (11) and the receiving element (30) are arranged on the carrier (20),
  • the varactor component forms a tunable resonant circuit together with the receiving element
  • the resonant circuit is set up to generate energy
  • Semiconductor components are based, inter alia, on the following considerations: When operating a plurality of arrangements of electronic semiconductor components spaced apart from one another by means of inductive coupling by a single electromagnetic alternating field, each other can occur
  • Semiconductor components makes, among other things, of the idea
  • the resonant circuit can be implemented with the aid of an adjustable capacitance which is at least partially formed with the varactor component.
  • a diode polarized in the reverse direction is, for example, suitable as a varactor component.
  • it can also be a light-emitting diode polarized in the reverse direction. This enables one
  • the receiving element is on a second side of the carrier opposite the first side
  • the arrangement of the receiving element on the second side of the carrier further simplifies the contacting of the
  • Receiving element a coil with at least one turn.
  • Individual turns can advantageously be arranged in individual layers of the carrier and connected to one another by means of vias.
  • the length of the coil, the number of turns and the geometry of the coil influence the inductance of the coil.
  • the turns of the coil are designed as circular conductor tracks that
  • the electronic semiconductor component and the varactor component are formed with the same semiconductor material.
  • Varactor component produced in a common process step This advantageously enables a varactor component to be produced simply and inexpensively on the Basis of an optoelectronic semiconductor component.
  • the arrangement has an integrated circuit which comprises an interface for wireless communication.
  • the integrated circuit comprises an interface for wireless communication.
  • the circuit can contain, for example, an interface for Bluetooth or ZigBee communication and can therefore be controlled wirelessly.
  • the integrated circuit can, for example, switch on and off
  • the arrangement between the resonant circuit and the integrated circuit has an electrical energy store.
  • the electrical energy store can, for example, have a capacity or an accumulator.
  • the energy store advantageously enables an at least temporarily self-sufficient operation of the arrangement of electronic semiconductor components.
  • An arrangement of electronic semiconductor components with an energy store can therefore continue to emit electromagnetic radiation for a limited time if there is no longer any electromagnetic alternating field.
  • the integrated circuit can be any integrated circuit.
  • the integrated circuit can be any integrated circuit.
  • At least three optoelectronic semiconductor components are by means of the
  • Wavelength is established.
  • the group of three optoelectronic semiconductor components can be used for
  • Emission of electromagnetic radiation of a red, a green and a blue wavelength range be set up.
  • Semiconductor components can, for example, be colored
  • a method for operating an arrangement of electronic semiconductor components is also specified.
  • an arrangement of electronic semiconductor components described here can be operated with the method. That is to say that all the features described for the arrangement of electronic semiconductor components are also disclosed for the method for operating an arrangement of electronic semiconductor components, and vice versa.
  • the arrangement comprises at least one optoelectronic semiconductor component, a
  • Varactor component and a receiving element, wherein the
  • Optoelectronic semiconductor component has an active area set up to emit electromagnetic radiation and the varactor component together with the
  • Receiving element forms a tunable resonant circuit. By means of the oscillating circuit, energy is generated from one
  • Varactor component is set to a predetermined value.
  • the resonant circuit can be tuned to a desired receiver frequency by means of the varactor component.
  • the receiver frequency corresponds to the resonance frequency of the
  • the desired capacitance of the varactor component can be set by means of a DC voltage that is applied to the varactor component.
  • the arrangement comprises semiconductor components
  • control voltage is one
  • the integrated circuit outputs the control voltage, for example directly on the
  • Varactor component is applied. Using the set
  • the capacitance of the varactor component results from the
  • Receiver frequency of the oscillating circuit and thus also the coupling factor of the oscillating circuit to an alternating electromagnetic field. According to at least one embodiment of the method for operating an arrangement of electronic
  • the integrated circuit controls or regulates the receiver frequency as a function of the energy taken from the electromagnetic alternating field.
  • the coupling factor of the oscillating circuit with the alternating field can be set via the receiver frequency.
  • the adjustable coupling factor enables an adjustable
  • the integrated circuit controls or regulates them
  • Circuit via modulation of the control voltage with a transmitter element.
  • the change in the control voltage results in a variation in the capacitance of the varactor component, as a result of which the receiver frequency of the resonant circuit changes.
  • a changed receiver frequency causes a changed power consumption of the resonant circuit from the transmission field. This variation in the power consumption can be detected on the transmission element.
  • the integrated circuit can communicate with the transmitting element by means of this modulated signal. The communication can also take place in the opposite direction, for example, in that the transmission element modulates its frequency.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of one here
  • FIG. 2 is a circuit diagram of one described here
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of an arrangement of electronic semiconductor components described here in accordance with a second exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an arrangement of electronic devices described here
  • Embodiment The arrangement of electronic
  • Semiconductor components 1 comprises a plurality of
  • the carrier 20 includes a first side 20A, on which the optoelectronic semiconductor components 10 are arranged and one of the first side 20A
  • Receiving element 30 is arranged.
  • the optoelectronic semiconductor components 10 are set up to emit electromagnetic radiation, for example blue light.
  • the optoelectronic semiconductor components 10 include different optoelectronic semiconductor components, each of which is used to emit electromagnetic radiation with a
  • a varactor component 11 is also located on the first side 20A of the carrier 20
  • a receiving element 30 which is arranged on the second side 20B of the carrier.
  • the receiving element 30 has several coils 300 with one turn and is set up to extract electromagnetic energy from an electromagnetic alternating field.
  • the receiving element 30 forms, with the varactor component 11, an oscillating circuit 100 which is used for the
  • the resonance frequency of the resonant circuit 100 is by means of the adjustable capacitance of the
  • Varaktorbauelements 11 executed changeable.
  • the carrier 20 is a circuit board and contributes to
  • the coils 300 are in the Carrier 20 implemented as individual circular conductor tracks.
  • the carrier 20 has a multilayered layer structure which accommodate the individual turns of the coils 300.
  • the coils 300 are connected to one another at one point, for example by means of vias, and can thus together form a single inductance.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of one described here
  • the resonant circuit 100 includes a
  • Inductance L two coupling capacitors CI and C2 and a capacitance C3.
  • the capacitance C3 is connected in parallel to the varactor component 11.
  • the coupling capacitors CI and C2 serve to decouple the control voltage U1 applied to the varactor component 11.
  • the varactor element 11 is by means of the resistors RI and R2 on one
  • Voltage supply and can be raised to a different voltage potential by means of a variable control voltage, which increases the capacity of the
  • the resonant circuit 100 constructed in this way has a tunable resonance frequency which can vary as a function of the capacitance of the varactor component 11.
  • a tunable oscillating circuit on mechanically movable parts such as for example a
  • Trimming capacitor can be omitted.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of one described here
  • Electronic semiconductor components 1 comprises a
  • Resonant circuit 100 according to that shown in FIG.
  • the arrangement further comprises a Rectifier circuit 90, an energy store C4 and an integrated circuit 50.
  • the rectifier circuit 90 comprises four individual diodes and converts one from the
  • the DC voltage supplies the
  • the integrated circuit operates three optoelectronic semiconductor components 10.
  • the energy store C4 is, for example, a capacity or an accumulator.
  • the integrated circuit 50 can pass on a control voltage U1 to the varactor component 11 and thus change the receiver frequency of the resonant circuit 100.
  • the integrated circuit 50 gives a control voltage U1 as a function of it
  • the resonant circuit 100 can be activated when the
  • Optoelectronic semiconductor components 10 have a higher coupling factor to an electromagnetic alternating field than when optoelectronic ones are switched off
  • electromagnetic alternating field field can be used efficiently.
  • the optoelectronic semiconductor components 10 are set up to emit electromagnetic radiation of different wavelengths. There is one each
  • Optoelectronic semiconductor component 10 set up for the emission of electromagnetic radiation in a red, green and a blue wavelength range.
  • the integrated circuit 50 for example, wireless communication by means of Bluetooth or ZigBee can also be used realize another terminal.
  • the optoelectronic semiconductor components 10 can be switched on or off in this way, or a specific one can be used
  • Semiconductor components 10 are set.
  • the rectifier circuit 90, the coupling capacitors CI, C2 and the varactor component 11 can already be integrated into the integrated circuit 50.

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Abstract

Es wird eine Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben. Die Anordnung umfasst, einen Träger (20), mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), ein Varaktorbauelement (11) und ein Empfangselement (30), die auf dem Träger (20) angeordnet sind. Das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) weist einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (100) auf. Das Varaktorbauelement (11) bildet zusammen mit dem Empfangselement (30) einen abstimmbaren Schwingkreis (100) aus. Der Schwingkreis (100) ist dazu eingerichtet, Energie zum Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen. Es wird ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben.

Description

Beschreibung
ANORDNUNG VON ELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTEN UND
VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER ANORDNUNG VON ELEKTRONISCHEN
HALBLEITERBAUELEMENTEN
Es wird eine Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen und ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen
angegeben. Die Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen bildet beispielsweise ein
Beleuchtungsmodul aus, das elektromagnetische Strahlung zur Beleuchtung emittiert.
Die Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen kann beispielsweise in einem Automobil zur Innenraumbeleuchtung oder zur Verwendung in Textilien, beispielweise
Kleidungsstücken, dienen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen anzugeben, die drahtlos mit Energie versorgt werden kann.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen anzugeben, das einen effizienten
Betrieb über variable Distanzen von einem elektromagnetischen Wechselfeld ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung einen Träger. Der Träger ist insbesondere eine Leiterplatte (englisch: PCB) . Der Träger kann eine mechanisch tragende Komponente der Anordnung sein. Insbesondere dient der Träger der mechanischen Befestigung von elektronischen
Halbleiterbauelementen. Vorzugsweise ist der Träger mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet, auf das in einfacher Art und Weise ein elektrisch leitfähiges Material aufgebracht werden kann. Beispielsweise ist der Träger mit einem faserverstärkten Kunstharz gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist auf dem Träger angeordnet und weist einen zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich auf. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes
optoelektronisches Halbleiterbauelement, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Der aktive Bereich umfasst einen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, bevorzugt eine
EinfachquantentopfStruktur (SQW, Single Quantum Well) oder eine MehrfachquantentopfStruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung ein Varaktorbauelement, das auf dem Träger angeordnet ist.
Ein Varaktorbauelement beinhaltet ein Bauteil mit einer spannungsgesteuerten Kapazität. Beispielsweise ist die
Kapazität des Varaktorbauelements abhängig von einer an dem Varaktorbauelement anliegenden Gleichspannung. Vorteilhaft benötigt ein Varaktorbauelement somit keinerlei mechanisch bewegliche Teile um eine Änderung der Kapazität zu erreichen. Ein Varaktorbauelement kann durch eine in Sperrrichtung betriebene Diode realisiert werden. Vorteilhaft weist der aktive Bereich des Varaktorbauelements ein geeignetes
Dotierprofil auf, um die Spanungsabhängigkeit der Kapazität zu verstärken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung ein Empfangselement. Das Empfangselement ist bevorzugt auf dem Träger angeordnet. Beispielsweise umfasst das
Empfangselement eine Induktivität. Ein elektromagnetisches Wechselfeld kann in einer Induktivität eine Spannung
induzieren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen bildet das
Varaktorbauelement zusammen mit dem Empfangselement einen abstimmbaren Schwingkreis. Ein Schwingkreis umfasst eine Induktivität und eine zumindest teilweise von dem
Varaktorbauelement gebildeten Kapazität, die beide in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind. Ein Schwingkreis besitzt eine Resonanzfrequenz die von der Größe der
Induktivität und der Kapazität abhängig ist. Die
Resonanzfrequenz kann unter anderem durch eine Variation der Kapazität und somit mittels des Varaktorbauelements variiert werden .
Ein Schwingkreis mit einer variablen Resonanzfrequenz ist auf eine gewünschte Frequenz abstimmbar. Wenn ein Schwingkries mittels induktiver Kopplung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld gekoppelt wird, ist der Kopplungsfaktor unter anderem von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abhängig. Ein abstimmbarer Schwingkreis kann so seinen Kopplungsfaktor zu einem Wechselfeld mit einer konstanten Frequenz variieren. Ein möglichst hoher Kopplungsfaktor ergibt sich wenn die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Frequenz des
Wechselfeldes entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen ist der Schwingkreis dazu eingerichtet, Energie zum Betreiben des
optoelektronischen Halbleiterbauelements aus einem
elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen. Der
Schwingkreis ist derart dimensioniert, dass er ausreichend viel Energie aus einem Wechselfeld entnehmen kann, um damit zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement zu betreiben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung
- einen Träger,
- mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, ein Varaktorbauelement und ein Empfangselement, wobei
- das optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), das
Varaktorbauelement (11) und das Empfangselement (30) auf dem Träger (20) angeordnet sind,
- das optoelektronische Halbleiterbauelement einen zur
Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich aufweist,
- das Varaktorbauelement zusammen mit dem Empfangselement einen abstimmbaren Schwingkreis ausbildet, und
- der Schwingkreis dazu eingerichtet ist, Energie zum
Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauelements aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen. Einer hier beschriebenen Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Bei einem Betrieb einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Anordnungen von elektronischen Halbleiterbauelementen mittels induktiver Kopplung durch ein einziges elektromagnetisches Wechselfeld können sich
unterschiedliche Kopplungsfaktoren in Abhängigkeit des
Abstandes von dem Ausgangspunkt des Wechselfeldes ergeben. Bedingt durch die unterschiedlichen Kopplungsfaktoren können sich beispielsweise unerwünschte Variationen in der
Helligkeit der mittels der Schwingkreise betriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauelemente ergeben.
Die hier beschriebene Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen macht unter anderem von der Idee
Gebrauch, den Kopplungsfaktor von Anordnungen mit einem
Wechselfeld mittels eines abstimmbaren Schwingkreises variabel zu gestalten. Durch die Variation des
Kopplungsfaktors kann vorteilhaft eine gleichmäßige
Leistungsentnahme aus dem elektromagnetischen Sendefeld für alle Anordnungen gewährleistet werden. Ein abstimmbarer
Schwingkreis kann mit Hilfe einer einstellbaren Kapazität, die zumindest teilweise mit dem Varaktorbauelement gebildet ist, realisiert werden. Als Varaktorbauelement eignet sich beispielsweise eine in Sperrrichtung gepolte Diode.
Insbesondere kann es sich dabei auch um eine in Sperrrichtung gepolte Leuchtdiode handeln. Dies ermöglicht einen
einstellbaren Kopplungsfaktor einer Mehrzahl von Anordnungen von elektronischen Halbleiterbauelementen und gleichzeitig eine einfache Herstellung, da nicht zwingend eine spezielle Varaktordiode benötigt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen sind das
optoelektronische Halbleiterbauelement und das
Varaktorbauelement auf einer ersten Seite des Trägers
angeordnet, und das Empfangselement ist auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägers
angeordnet. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine möglichst ungehinderte Emission von elektromagnetischer
Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement. Weitergehend vereinfacht die Anordnung des Empfangselements auf der zweiten Seite des Trägers die Kontaktierung des
Empfangselements .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen umfasst das
Empfangselement eine Spule mit mindestens einer Windung.
Vorteilhaft können einzelne Windungen in einzelnen Schichten des Trägers angeordnet sein und mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden werden. Die Länge der Spule, die Anzahl ihrer Windungen sowie die Geometrie der Spule beeinflusst die Induktivität der Spule. Beispielsweise sind die Windungen der Spule als kreisförmige Leiterbahnen ausgeführt, die
weitergehend in verschiedenen Schichten des Trägers
angeordnet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen sind das elektronische Halbleiterbauelement und das Varaktorbauelement mit dem gleichen Halbleitermaterial gebildet. Vorzugsweise werden die optoelektronischen Halbleiterbauelemente und das
Varaktorbauelement in einem gemeinsamen Verfahrensschritt hergestellt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Varaktorbauelements auf der Basis eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Beispielsweise sind das optoelektronische
Halbleiterbauelement und das Varaktorbauelement mit einem Galliumnitrid-Halbleiterbauelement gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen weist die Anordnung einen integrierten Schaltkreis auf, der eine Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation umfasst. Der integrierte
Schaltkreis kann beispielsweise eine Schnittstelle für eine Bluetooth- oder ZigBee-Kommunikation beinhalten und somit drahtlos ansteuerbar sein. Der integrierte Schaltkreis kann beispielsweise ein Ein- und Ausschalten von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen und/oder eine Auswahl einer gewünschten Lichtfarbe durch Mischung von unterschiedlichen optoelektronischen Halbleiterbauelementen bereitstellen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen weist die Anordnung zwischen dem Schwingkreis und dem integrierten Schaltkreis einen elektrischen Energiespeicher auf. Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise eine Kapazität oder einen Akkumulator aufweisen. Der Energiespeicher ermöglicht vorteilhaft einen zumindest zeitweise autarken Betrieb der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen. Eine Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen mit einem Energiespeicher kann somit auch weiterhin für eine begrenzte Zeit elektromagnetische Strahlung aussenden falls kein elektromagnetisches Wechselfeld mehr vorhanden ist.
Insbesondere kann der integrierte Schaltkreis den
Energiespeicher auf einer konstanten Spannung halten, indem der integrierte Schaltkreis den durch den Schwingkreis bereitgestellten Ladestrom für den Energiespeicher mittels der Auswahl des Kopplungsfaktors reguliert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen werden zumindest drei optoelektronische Halbleiterbauelemente mittels dem
integrierten Schaltkreis angesteuert, wobei jedes
optoelektronische Halbleiterbauelement zur Emission von elektromagnetischer Strahlung einer unterschiedlichen
Wellenlänge eingerichtet ist. Insbesondere kann die Gruppe aus drei optoelektronischen Halbleiterbauelementen zur
Emission von elektromagnetischer Strahlung eines roten, eines grünen und eines blauen Wellenlängenbereichs eingerichtet sein. Mit einer solchen Gruppe von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen kann beispielsweise eine farbige
Mischstrahlung emittiert werden.
Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere eine hier beschriebene Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen betrieben werden. Das heißt, sämtliche für die Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen beschriebenen Merkmale sind auch für das Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Anordnung von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, ein
Varaktorbauelement und ein Empfangselement, wobei das
optoelektronische Halbleiterbauelement einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich aufweist und das Varaktorbauelement zusammen mit dem
Empfangselement einen abstimmbaren Schwingkreis ausbildet. Mittels des Schwingkreises wird Energie aus einem
elektromagnetischen Wechselfeld entnommen, mit der das optoelektronische Halbleiterbauelement betrieben wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen wird dem Schwingkreis eine
Empfängerfrequenz zugeordnet, die mittels des
Varaktorbauelement auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird. Mittels des Varaktorbauelements kann der Schwingkreis auf eine gewünschte Empfängerfrequenz abgestimmt werden. Die Empfängerfrequenz entspricht der Resonanzfrequenz des
Schwingkreises. Insbesondere kann die gewünschte Kapazität des Varaktorbauelements mittels einer Gleichspannung, die an dem Varaktorbauelement anliegt, eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen umfasst die Anordnung einen
integrierten Schaltkreis, der mittels einer Steuerspannung an dem Varaktorbauelement die Empfängerfrequenz steuert oder regelt. Insbesondere ist die Steuerspannung eine
Gleichspannung. Der integrierte Schaltkreis gibt dabei die Steuerspannung aus, die beispielsweise direkt an dem
Varaktorbauelement anliegt. Mittels der eingestellten
Kapazität des Varaktorbauelements ergibt sich die
Empfängerfrequenz des Schwingkreises und dadurch auch der Kopplungsfaktor des Schwingkreises an ein elektromagnetisches Wechselfeld. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen steuert oder regelt der integrierte Schaltkreis die Empfängerfrequenz in Abhängigkeit der aus dem elektromagnetischen Wechselfeld entnommenen Energie. Über die Empfängerfrequenz kann der Kopplungsfaktor des Schwingkreises mit dem Wechselfeld eingestellt werden. Der einstellbare Kopplungsfaktor ermöglicht eine einstellbare
Leistungsaufnahme des Schwingkreises. Beispielsweise steuert oder regelt der integrierte Schaltkreis so die
Leistungsaufnahme entsprechend einer zum Betrieb der
optoelektronischen Halbleiterbauelemente benötigten Leistung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen kommuniziert der integrierte
Schaltkreis über eine Modulation der Steuerspannung mit einem Sendeelement. Die Änderung der Steuerspannung resultiert in einer Variation der Kapazität des Varaktorbauelements, wodurch sich die Empfängerfrequenz des Schwingkreises ändert. Eine veränderte Empfängerfrequenz bewirkt eine veränderte Leistungsaufnahme des Schwingkreises aus dem Sendefeld. Diese Variation der Leistungsaufnahme kann an dem Sendeelement detektiert werden. Mittels diesem modulierten Signal kann der integrierte Schaltkreis mit dem Sendeelement kommunizieren. Die Kommunikation kann beispielsweise auch in umgekehrter Richtung erfolgen, indem das Sendeelement seine Frequenz moduliert .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten,
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer hier
beschriebenen Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Figur 2 ein Schaltbild eines hier beschriebenen
Schwingkreises, und
Figur 3 ein Schaltbild einer hier beschriebenen Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer hier beschriebenen Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen 1 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen 1 umfasst eine Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10, die in einer gemeinsamen Ebene lateral beabstandet auf einem Träger 20 angeordnet sind. Der Träger 20 umfasst eine erste Seite 20A, auf der die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 angeordnet sind und eine der ersten Seite 20A
gegenüberliegende zweite Seite 20B, auf der ein
Empfangselement 30 angeordnet ist.
Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von blauem Licht, eingerichtet. Insbesondere umfassen die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 unterschiedliche optoelektronische Halbleiterbauelemente, die jeweils zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer
unterschiedlichen Wellenlänge eingerichtet sind.
Beispielsweise kann so eine weiße Mischstrahlung oder eine Mischstrahlung mit einer weiteren gewünschten Farbe emittiert werden. Auf der ersten Seite 20A des Trägers 20 befindet sich ferner ein Varaktorbauelement 11. Weiterhin umfasst die
Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen 1 ein Empfangselement 30, welches auf der zweiten Seite 20B des Trägers angeordnet ist. Das Empfangselement 30 weist mehrere Spulen 300 mit einer Windung auf und ist zur Entnahme von elektromagnetischer Energie aus einem elektromagnetischen Wechselfeld eingerichtet.
Das Empfangselement 30 bildet mit dem Varaktorbauelement 11 einen Schwingkreis 100 aus, der dazu dient die
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 100 ist mittels der einstellbaren Kapazität des
Varaktorbauelements 11 veränderbar ausgeführt.
Der Träger 20 ist eine Leiterplatte und trägt zur
mechanischen Stabilisierung der Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen 1 bei. Die Spulen 300 sind in dem Träger 20 als einzelne kreisförmige Leiterbahnen realisiert. Der Träger 20 weist eine mehrlagige Schichtstruktur auf, die die einzelnen Windungen der Spulen 300 aufnehmen. Die Spulen 300 sind beispielsweise mittels Durchkontaktierungen an einer Stelle miteinander verbunden und können so zusammen eine einzelne Induktivität ausbilden.
Figur 2 zeigt ein Schaltbild eines hier beschriebenen
Schwingkreises 100. Der Schwingkreis 100 umfasst eine
Induktivität L, zwei Koppelkondensator CI und C2 und eine Kapazität C3. Die Kapazität C3 ist parallelgeschaltet zu dem Varaktorbauelement 11. die Koppelkondensatoren CI und C2 dienen einer Abkopplung der an das Varaktorbauelement 11 angelegten Steuerspannung Ul. Das Varaktorbauelement 11 ist mittels der Widerstände RI und R2 an einer
Spannungsversorgung angelegt und kann mittels einer variablen Steuerspannung auf ein unterschiedliches Spannungspotential gehoben werden, wodurch sich die Kapazität des
Varaktorbauelements 11 verändert.
Der so aufgebaute Schwingkreis 100 besitzt eine abstimmbare Resonanzfrequenz, die in Abhängigkeit der Kapazität des Varaktorbauelements 11 variieren kann. Vorteilhaft kann bei dieser Ausführungsform eines abstimmbaren Schwingkreises auf mechanisch beweglich Teile, wie beispielsweise einen
Trimmkondensator, verzichtet werden.
Figur 3 zeigt ein Schaltbild einer hier beschriebenen
Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Anordnung von
elektronischen Halbleiterbauelementen 1 umfasst einen
Schwingkreis 100, gemäß dem in Figur 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel. Ferner umfasst die Anordnung eine Gleichrichterschaltung 90, einen Energiespeicher C4 und einen integrierten Schaltkreis 50. Die Gleichrichterschaltung 90 umfasst vier einzelne Dioden und wandelt eine aus dem
Schwingkreis eintretende Wechselspannung in eine
Gleichspannung um. Die Gleichspannung versorgt den
Energiespeicher C4 und den integrierten Schaltkreis 50 mit einer Versorgungsspannung. Der integrierte Schaltkreis betreibt drei optoelektronische Halbleiterbauelemente 10.
Der Energiespeicher C4 ist beispielsweise eine Kapazität oder ein Akkumulator. Der integrierte Schaltkreis 50 kann eine Steuerspannung Ul an das Varaktorbauelement 11 weitergeben und damit die Empfängerfrequenz des Schwingkreises 100 verändern. Beispielsweise gibt der integrierte Schaltkreis 50 eine Steuerspannung Ul in Abhängigkeit der von ihm zur
Versorgung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 benötigten elektrischen Leistung ab. Beispielsweise kann so der Schwingkreis 100 bei eingeschaltetem Zustand der
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 einen höheren Kopplungsfaktor zu einem elektromagnetischen Wechselfeld aufweisen als bei ausgeschalteten optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 10. So kann die von dem
elektromagnetischen Wechselfeldfeld bereitgestellte Energie effizient genutzt werden.
Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge eingerichtet. Es ist jeweils ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 zur Emission von elektromagnetischer Strahlung in einem roten, grünen und einem blauen Wellenlängenbereich eingerichtet. Über den integrierten Schaltkreis 50 lässt sich beispielsweise eine drahtlose Kommunikation mittels Bluetooth oder ZigBee mit einem weiteren Endgerät realisieren. Beispielsweise können so die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 ein- oder ausgeschaltet werden oder es kann eine bestimmte
Mischstrahlung der Emission der optoelektronischen
Halbleiterbauelemente 10 eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise die Gleichrichterschaltung 90, die Koppelkondensatoren CI, C2 sowie das Varaktorbauelement 11 bereits in den integrierten Schaltkreis 50 integriert sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in 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 102019118543.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
I Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen 10 optoelektronisches Halbleiterbauelement
II Varaktorbauelement
20 Träger
20A erste Seite
20B zweite Seite
30 Empfangselement
50 integrierter Schaltkreis
90 Gleichrichterschaltung
100 Schwingkreis
300 Spule
CI Koppelkondensator
C2 Koppelkondensator
C3 Kapazität
C4 Energiespeicher
RI Widerstand
R2 Widerstand
Ul Steuerspannung
L Induktivität

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) umfassend,
- einen Träger (20),
- mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), ein Varaktorbauelement (11) und ein Empfangselement ( 30 ) , wobei
- das optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), das Varaktorbauelement (11) und das Empfangselement (30) auf dem Träger (20) angeordnet sind,
- das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) und das Varaktorbauelement (11) mit dem gleichen Halbleitermaterial gebildet sind,
- das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist,
- das Varaktorbauelement (11) zusammen mit dem
Empfangselement (30) einen abstimmbaren Schwingkreis (100) ausbildet, und
- der Schwingkreis (100) dazu eingerichtet ist, Energie zum Betreiben des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen.
2. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei der
- das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) und das Varaktorbauelement (11) auf einer ersten Seite (20A) des Trägers (20) angeordnet sind, und
- das Empfangselement (30) auf einer der ersten Seite (20A) gegenüberliegenden zweiten Seite (20B) des Trägers (20) angeordnet ist.
3. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das
Empfangselement (30) eine Spule (300) mit mindestens einer Windung umfasst.
4. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen
integrierten Schaltkreis (50) umfasst, der eine Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation aufweist.
5. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, die zwischen dem
Schwingkreis (100) und dem integrierten Schaltkreis (50) einen elektrischen Energiespeicher (C4) aufweist.
6. Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der zumindest drei optoelektronische Halbleiterbauelemente (10) mittels dem integrierten Schaltkreis (50) angesteuert werden, wobei jedes optoelektronische Halbleiterbauelement (10) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung einer unterschiedlichen
Wellenlänge eingerichtet ist.
7. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) umfassend
- mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), ein Varaktorbauelement (11) und ein Empfangselement ( 30 ) , wobei
- das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist, - das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) und das Varaktorbauelement (11) mit dem gleichen Halbleitermaterial gebildet werden,
- das Varaktorbauelement (11) zusammen mit dem
Empfangselement (30) einen abstimmbaren Schwingkreis (100) ausbildet,
- der Schwingkreis (100) Energie aus einem
elektromagnetischen Wechselfeld entnimmt, mit der das
optoelektronische Halbleiterbauelement betrieben wird (10), und
- dem Schwingkreis (100) eine Empfängerfrequenz zugeordnet ist, die mittels des Varaktorbauelements (11) auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
8. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen
Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anordnung einen integrierten Schaltkreis (50) umfasst, der mittels einer Steuerspannung (Ul) an dem
Varaktorbauelement (11) die Empfängerfrequenz steuert oder regelt.
9. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der integrierte Schaltkreis (50) die
Empfängerfrequenz in Abhängigkeit der aus dem
elektromagnetischen Wechselfeld entnommenen Energie steuert oder regelt.
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