WO2022063668A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2022063668A1
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optical element
carrier
chip
encapsulation
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Martin Haushalter
Dirk Becker
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • One of the tasks to be solved is, inter alia, to specify an optoelectronic component which is distinguished by a long service life and high mechanical robustness.
  • Another problem to be solved is, among other things, to specify a method for producing such a component.
  • this comprises an optoelectronic semiconductor chip, an optical element and a chip carrier.
  • the semiconductor chip comprises, for example, a semiconductor layer sequence with an active zone.
  • the semiconductor layer sequence comprises a p-conducting semiconductor layer and an n-conducting semiconductor layer, the active zone being arranged between the p-conducting layer and the n-conducting layer.
  • the active layer is used to generate or absorb electromagnetic radiation.
  • the active zone contains in particular at least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multiple quantum well structure, MQW for short.
  • the active zone contains one, preferably several side well structures. Examples of MQW structures are described in the publication WO 01/39282, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
  • electromagnetic radiation in the blue or green or red spectral range or in the UV range or in the IR range is generated in the active zone during normal operation.
  • electromagnetic radiation it is possible for electromagnetic radiation to be generated in the active zone in a wavelength range between the IR range and the UV range.
  • the semiconductor layer sequence is based on a II-IV compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence is based on a nitride compound semiconductor material, such as Al n Inj___ nm Ga m N, or on a phosphide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m P, or on an arsenide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m As , where 0 ⁇ n ⁇ 1 , 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1 in each case .
  • the semiconductor layer sequence can have dopants and additional components.
  • a semiconductor chip is understood here and below to mean, in particular, an element that can be handled separately and that can be electrically contacted.
  • a semiconductor chip is created in particular by singulation from a wafer assembly.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is formed continuously, for example.
  • the semiconductor chip may comprise a multiply connected semiconductor layer sequence. Separate sections of the semiconductor layer sequence are arranged on a common carrier, for example. Each section of the semiconductor layer sequence preferably forms an emitter and is set up to emit electromagnetic radiation.
  • the semiconductor chip thus includes, for example, a large number of emitters. The emitters are arranged in a so-called array, for example.
  • the semiconductor chip is arranged on the chip carrier.
  • the chip carrier has, for example, one or more metallizations on a surface facing the semiconductor chip.
  • the chip carrier has one or more vias.
  • the semiconductor chip is supplied with current and driven in particular via the chip carrier.
  • the chip carrier is formed, for example, with a fired ceramic, for example AlO or AlN.
  • the chip carrier is formed, for example, with a leadframe that is cast with a plastic casting as a casting body.
  • the ladder frame includes for example copper.
  • chip carriers are referred to as QFN substrates, for example.
  • the optical element is arranged downstream of the semiconductor chip in an emission direction of the semiconductor chip.
  • the emission direction of the semiconductor chip is in particular the direction in which electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip has its greatest intensity during normal operation.
  • the optical element is set up for beam shaping, for example.
  • the optical element is set up in such a way that radiation emitted by the semiconductor chip during normal operation is focused.
  • the optical element is set up for beam expansion, for example.
  • the optical element includes, for example, a plurality of lenses arranged in an array.
  • the lenses are, for example, microlenses.
  • the optical element is in particular what is known as a microlens array. If the semiconductor chip has a large number of emitters, the optical element is preferably a microlens array.
  • the optical element is formed with a single lens.
  • the optical element is formed, for example, with a glass, a polymer or a composite of at least one polymer and at least one glass.
  • the optical element is attached to an optics carrier by means of an adhesive layer.
  • the adhesive layer comprises, for example, an epoxy-based adhesive or a silicone-based adhesive.
  • the adhesive layer is based on at least one other suitable polymer.
  • the adhesive layer includes an acrylate.
  • Embodiments seen in the direction of emission, form a encapsulation frame around the optical element, which at least in places extends from the optical element via the adhesive layer onto the optics carrier.
  • the frame at least partially encloses the optical element, the optics carrier and the adhesive layer, for example.
  • the frame completely encloses the optical element, the optics carrier and the adhesive layer, viewed in the direction of emission.
  • the encapsulation is, for example, in direct contact with the optical element, the optics carrier, the adhesive layer.
  • the encapsulation is in direct contact with the chip carrier.
  • the encapsulation is based, for example, on an epoxy or on a silicone.
  • the encapsulation comprises a base material in which a filler is embedded.
  • the filler is, for example, SiOg. According to at least one embodiment of the optoelectronic component or one of its described above
  • the encapsulation fixes the optical element in its position relative to the semiconductor chip.
  • the encapsulation is materially bonded to the optical element, the optics carrier and the adhesive layer as well as the chip carrier.
  • the optical element is connected to the chip carrier in such a way that the position of the optical element can only be changed by destroying the connection, i.e. the encapsulation. Since the semiconductor chip is arranged on the chip carrier, the optical element is fixed relative to the semiconductor chip by the encapsulation.
  • the optoelectronic component comprises an optoelectronic semiconductor chip, an optical element and a chip carrier.
  • the semiconductor chip is arranged on the chip carrier.
  • the optical element is arranged downstream of the semiconductor chip in an emission direction of the semiconductor chip and is attached to an optics carrier by means of an adhesive layer.
  • a potting forms a frame around the optical element, the optics carrier and the adhesive layer which extends from the optical element to the optics carrier. The encapsulation fixes the optical element in its position relative to the semiconductor chip.
  • An optoelectronic component described here is based, inter alia, on the following technical features.
  • Existing optoelectronic components that require beam shaping usually use an optics carrier with an optical element glued on.
  • this adhesive connection conventionally has a low reliability on . If the thermal expansion coefficients between the optics carrier and the optical element are not matched, cracks can occur in the adhesive connection due to thermal aging effects. As a result of these aging processes, the adhesion between the components decreases. In extreme cases, the optical element and/or the optics carrier can fall off, with the result that the function of the component in particular is lost. For this reason, the optical elements and/or the optics carrier are conventionally secured with a separate second adhesive connection.
  • the optoelectronic component described here makes use, inter alia, of the idea of at least partially encapsulating the optical element and/or the optics carrier with an encapsulation.
  • the encapsulation produces a material connection between the optical element, the optics carrier and the chip carrier.
  • the optical element and the optics carrier are fixed to the chip carrier and the failure safety of the optoelectronic component can be increased.
  • Further securing mechanisms that are intended to prevent the optical element from falling off can advantageously be dispensed with.
  • side surfaces of the optical element are at least partially tilted towards the direction of emission, as seen in the direction of emission.
  • Side surfaces of the optical element are in particular those surfaces of the optical element which connect a front side of the optical element facing away from the semiconductor chip to a rear side of the optical element facing the semiconductor chip.
  • close Side faces or partial areas of side faces form an acute angle with the rear cross-sectional area of the optical element.
  • the front side in a cross section parallel to a main extension plane of the optical element, the front side has a smaller cross-sectional area than the back side.
  • a width of the optical element measured perpendicularly to the emission direction, decreases in the emission direction.
  • the width of the optical element decreases continuously in the emission direction.
  • the optical element is trapezoidal, for example.
  • the encapsulation is arranged on the side faces of the optical element.
  • the encapsulation is arranged directly on the side surfaces.
  • the optical element can be fixed particularly well by the encapsulation, which further increases the robustness of the component.
  • the front side of the optical element is free of the adhesive layer and the encapsulation. In this way, possible negative effects of the encapsulation or the adhesive layer on emission properties of the optoelectronic component can be reduced.
  • the optics carrier and the chip carrier are designed in one piece with one another.
  • the optics carrier is formed with the same material as the chip carrier.
  • the optics carrier surrounds the semiconductor chip at least partially laterally, as seen in the emission direction.
  • the semiconductor chip is surrounded by the optics carrier in all directions perpendicular to the emission direction.
  • the semiconductor chip is preferably spaced apart from the optics carrier and/or the optical element.
  • the optics carrier, together with the optical element, the adhesive layer and the chip carrier form a casing that completely surrounds the semiconductor chip, in particular a closed housing for the semiconductor chip.
  • the optics carrier has at least one recess on a side facing away from the semiconductor chip.
  • the casting has at least one bulge.
  • the recess in the optics carrier and the bulge in the encapsulation correspond to one another.
  • the at least one bulge of the encapsulation engages in the at least one recess of the optics carrier. This means that the recess and the bulge interlock according to a lock and key principle and the bulge the recess in particular completely fills out.
  • the recess and the bulge preferably form a form fit.
  • the mechanical stability of the optoelectronic component can advantageously be further increased in this way.
  • the optics carrier is formed by the semiconductor chip, ie the semiconductor chip also functions as an optics carrier.
  • the optical element is arranged on a surface of the semiconductor chip that is remote from the chip carrier.
  • only the adhesive layer is arranged between the optical element and the semiconductor chip.
  • flanks of the semiconductor chip are formed by surfaces which connect the surface of the semiconductor chip facing the chip carrier to the surface of the semiconductor chip facing the optical element.
  • flanks of the semiconductor chip are completely covered by the encapsulation.
  • flanks of the semiconductor chip are directly covered by the encapsulation.
  • all flanks of the semiconductor chip that are not in contact with the chip carrier or the adhesive layer are covered by the encapsulation.
  • the semiconductor chip is a surface-emitting light-emitting diode chip or a surface-emitting laser diode chip.
  • the laser diode chip preferably has at least one vertically arranged resonator. This means in particular that a main extension direction of the resonator is parallel to the emission direction.
  • Such laser diode chips are also referred to as "vertical-cavity surface-emitting lasers", VCSELs for short.
  • each of the emitters is formed as a surface-emitting light-emitting diode unit or a surface-emitting laser diode unit.
  • Each laser diode unit preferably has a vertically arranged resonator.
  • each emitter has a vertically arranged resonator and is set up to emit laser radiation during operation.
  • the semiconductor chip is formed, for example, from an array of VSCELs, in other words a VCSEL array.
  • the semiconductor chip is a surface-emitting light-emitting diode chip
  • the semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip, for example a thin-film light-emitting diode chip.
  • Examples of light-emitting diode chips, in particular thin-film light-emitting diode chips, are described in publications WO 01/39282, EP 0905797 A2 and WO 02/13281 A1, the disclosure content of which is also incorporated by reference.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • the optoelectronic component described here and its embodiments can be produced in particular by the method. This means that all the features disclosed for the component are also disclosed for the method and vice versa.
  • a substrate with a large number of recesses is provided. At least one optoelectronic semiconductor chip is placed in each of the recesses.
  • the semiconductor chips are arranged in the recess by means of conductive silver bonding, silver sintering or soldering.
  • side surfaces of the recesses which extend transversely to a main extension plane of the substrate, protrude beyond the respective semiconductor chip placed in the recess.
  • incisions are formed in the substrate between the recesses, so that a plurality of optics carriers connected by a chip carrier is formed.
  • the chip carrier runs in particular parallel to a main plane of extension of the substrate and the optics carrier runs transversely, in particular perpendicularly, to this main plane of extension.
  • the semiconductor chips mounted in the recesses are located in particular on the chip carrier.
  • the semiconductor chips are preferably spaced apart from the optics carriers.
  • the incisions are formed, for example, by means of saws.
  • optical elements are glued onto the optics carrier in such a way that an optical element is located on each recess.
  • an optical element is arranged downstream of each semiconductor chip in the emission direction.
  • gaps are formed between the optical elements.
  • the gaps are located above the incisions. This means that in the emission direction, starting from the chip carrier, the gaps follow the incisions.
  • the incisions and partially the gaps are filled with a casting.
  • the encapsulation is applied by jetting or dispensing.
  • the encapsulation is applied in the liquid state, for example, and is subsequently cured.
  • the encapsulation is firmly bonded to the optical element, the optics carrier and the chip carrier.
  • the gaps are not completely filled with the encapsulation after being filled with the encapsulation. It is possible that a meniscus, in particular a concave meniscus, is formed when the liquid casting material is applied.
  • the assembly with the chip carrier, the semiconductor chips, the optics carriers and the optical elements is formed by the encapsulation severed along dividing lines.
  • the dividing lines run in particular in the incisions in the substrate.
  • the cutting is done by means of saws.
  • the optical elements are glued on with an adhesive layer.
  • the adhesive layer is cured photochemically, for example.
  • the adhesive layer is applied, for example, by stamping or dispensing or jetting.
  • the adhesive layer is preferably cured without the application of heat.
  • the adhesive layer is cured by means of cold curing. Cold curing takes place, for example, at room temperature.
  • the adhesive layer is cured by exposure to ultraviolet radiation.
  • the photochemical curing makes it possible to achieve a hermetic sealing of the recess in which the semiconductor chip is arranged comparatively easily.
  • the adhesive layer it is also possible for the adhesive layer to be at least partially thermally cured, for example. Furthermore, it is possible that the adhesive layer is cured, for example, with a combination of thermal and photochemical curing. Such a combined curing method is known from English, for example, as "snap-cure".
  • the encapsulation is thermally cured.
  • the encapsulation is cured by the supply of heat.
  • the optical elements are provided in an optical system.
  • the optics assembly is, for example, a glass wafer or an assembly of microlenses.
  • the optical elements are produced from the optical composite by sawing with a profiled saw blade.
  • side faces of the optical elements are formed in such a way that after the optical elements have been glued on, the side faces are tilted towards the direction of emission, viewed in the direction of emission.
  • the profiled saw blade has a V-shaped profile, for example.
  • the optical elements are produced from the optical composite in such a way that the optical elements have a straight saw edge.
  • the substrate provided has a large number of cavities between the recesses.
  • incisions are formed in the substrate in the area of the cavities, so that the resulting optics carriers each have a cutout in the area of the cavities.
  • the cavities are opened.
  • the cavities are surrounded on all sides by the substrate.
  • the incisions are first filled in the area of the exposed cavities, so that the recesses of the optics carrier are each completely filled with the encapsulation.
  • the exposed cavities form a channel in a direction transverse, in particular perpendicular, to the emission direction, which is filled using capillary effects.
  • air inclusions in the encapsulation can be avoided by utilizing capillary effects.
  • the remaining gaps and inclusions are filled with the encapsulation.
  • the provision of the substrate comprises the provision of a base layer.
  • a first layer is applied to the base layer.
  • the first layer has first cavities.
  • the first cavities form the recesses of the substrate.
  • the first cavities penetrate the first layer in particular completely.
  • the base layer is exposed in the first cavities, for example.
  • a second layer is arranged between the base layer and the first layer, which has second and third cavities, the second cavities and the first cavities being congruent in a plan view of the base layer .
  • the second and third cavities each penetrate the second layer completely.
  • the first and second cavities together form the recesses of the substrate and the third cavities form the cavities of the substrate.
  • the base layer is, for example, designed to be simply coherent.
  • the first and second layers are, for example, each formed in a multiply cohesive manner.
  • the base layer, the first layer and the second layer of the substrate are each at least one ceramic layer.
  • the layers are at least partially bonded together by firing.
  • the base layer, the first layer and the second layer are connected to one another in a common firing process.
  • the base layer is fired separately and the first layer and the second layer are fired together.
  • the base layer is connected to the first and second layers, for example by means of gluing.
  • both the base layer and the first and/or second layer can be formed from a plurality of ceramic partial layers.
  • the base layer is formed with a lead frame.
  • the base layer is bonded to the first layer and the second layer.
  • the leadframe of the base layer is encapsulated with a plastic encapsulation as an encapsulation body.
  • the first layer and/or the second layer are for example, ceramic layers and include, for example, AlO and/or AlN.
  • the first layer and/or the second layer are in particular fired. For example, firing bonds the first and second layers together.
  • the first layer and/or the second layer are subsequently connected in particular to the base layer, for example by means of gluing.
  • the semiconductor chip is arranged on a chip carrier.
  • the optical element is glued to a surface of the semiconductor chip that faces away from the chip carrier.
  • the encapsulation is then applied to the carrier in such a way that flanks of the semiconductor chip and side faces of the optical element are covered by the encapsulation.
  • a front side of the optical element, which faces away from the carrier, is in particular free of the encapsulation.
  • An adhesive layer for example, is arranged between the semiconductor chip and the optical element by stamping or dispensing.
  • the encapsulation is applied, for example, using a film-assisted process, also known as Film Assisted Molding, or FAM for short.
  • FIGS. 1 to 3 show exemplary embodiments of the optoelectronic component in a sectional view perpendicular to it
  • FIGS. 7 to 12 and 16 different method stages of a second exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic component by means of
  • FIGS. 13 to 15 different stages of a method for producing a substrate by means of top views of the substrate.
  • the optoelectronic component 1 in FIG. 1 has an optoelectronic semiconductor chip 2 .
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 is arranged on a chip carrier 5 .
  • the semiconductor chip 2 is glued to the chip carrier 5 by means of a silver conductive adhesive, for example.
  • the semiconductor chip 2 is set up, for example, to generate electromagnetic radiation.
  • the The semiconductor chip 2 comprises, for example, a semiconductor layer sequence based on a II-IV compound semiconductor material and having an active zone. In normal operation, electromagnetic radiation is generated in particular in the active zone and emitted by the semiconductor chip 2 in the emission direction 7 .
  • the semiconductor chip 2 is, for example, a light-emitting diode chip, called an LED for short, or a laser diode chip, preferably a surface-emitting laser diode chip, called a VCSEL for short.
  • a light-emitting diode chip called an LED for short
  • a laser diode chip preferably a surface-emitting laser diode chip, called a VCSEL for short.
  • An optical element 3 follows the semiconductor chip 2 downstream in a radiation direction 7 .
  • the optical element 3 is, for example, a glass lens or a microlens array and is set up for beam shaping, in particular for beam expansion.
  • the optical element 3 is glued to an optics carrier 12 with an adhesive layer 6 .
  • the adhesive layer 6 comprises a silicone-based adhesive, for example.
  • the optics carrier 12 and the chip carrier 5 are formed in one piece with one another.
  • the chip carrier 5 and the optics carrier 12 are formed, for example, with a ceramic material such as AlO or AlN.
  • the semiconductor chip 2 is spaced apart from the optics carrier 12 and the optical element 3 .
  • the optoelectronic component 1 in FIG. 1 also includes a potting 4 which forms a frame around the optical element 3 , the optics carrier 12 and the adhesive layer 6 and which extends from the optical element 3 to the optics carrier 12 .
  • the encapsulation 4 also extends to the chip carrier 5 .
  • the encapsulation 4 thus fixes the optical Element 3 in its position relative to the semiconductor chip 2 .
  • the encapsulation 4 is arranged directly on the optical element, the adhesive layer 6 , the optics carrier 12 and the chip carrier 5 .
  • side faces 8 of the optical element 3 are at least partially tilted in the emission direction 7 towards this.
  • the side surfaces 8 enclose an acute angle 10 with a rear side 11 of the optical element 3 facing the semiconductor chip 2 .
  • radiation that is emitted by the optoelectronic component 1 exits, in particular, via a front side 9 .
  • the front side 9 of the optical element 3 is opposite the back side 11 .
  • the front side 9 is free from the encapsulation 4 and/or the adhesive bond 6 . Influencing of the emission properties of the optoelectronic component 1 by the adhesive layer 6 and/or the encapsulation 4 can thus be reduced.
  • the optoelectronic component 1 in FIG. 2 has essentially the same features as the component 1 in FIG. 1 with the difference that the optics carrier 12 has a recess 13 on a side facing away from the semiconductor chip 2 .
  • the casting 4 has a bulge 14 which engages in the recess 13 .
  • the bulge 14 and the recess 13 correspond in particular to one another.
  • the bulge 14 completely fills the recess 13 .
  • the mechanical stability of the optoelectronic component 1 can thus be further increased.
  • the optics carrier 12 is formed by the semiconductor chip 2 .
  • the semiconductor chip 2 is arranged on a chip carrier 5 .
  • An optical element 3 is arranged on a side of the semiconductor chip 2 which is remote from the chip carrier 5 . There is an adhesive layer 6 between the semiconductor chip 2 and the optical element 3 .
  • the semiconductor chip 2 has, for example, the same features as the semiconductor chip 2 in FIGS.
  • the optical element 3 is set up for beam shaping and has side faces 8 which, viewed in a direction of emission 7 , are tilted towards the direction of emission 7 .
  • the front side 9 of the optical element 3 which faces away from the semiconductor chip 2 , is free of encapsulation 4 and the adhesive layer 6 .
  • the encapsulation 4 is in particular formed with the same materials as the encapsulation 4 of the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 and completely surrounds the semiconductor chip 2 in directions perpendicular to the emission direction. Furthermore, essentially all outer surfaces of the semiconductor chip 2 that are not covered with the chip carrier 5 or the adhesive layer 6 are covered, in particular directly covered, by the encapsulation 4 .
  • the chip carrier 5 is used for energizing and driving the semiconductor chip 2 .
  • the chip carrier 5 at one dem is the chip carrier 5 at one dem
  • the chip carrier 5 has at least one plated through hole, which is also not shown in FIG.
  • the semiconductor chip 2 in FIG. 3 is energized and driven, for example via the chip carrier 5 and via a bonding wire 15 .
  • the chip carrier 5 of all exemplary embodiments is set up for making electrical contact with the semiconductor chip 2 .
  • a substrate 16 with a plurality of recesses 17 is provided.
  • Optoelectronic semiconductor chips 2 are arranged in the recesses 17 (see FIG. 4).
  • the semiconductor chips 2 are arranged in the recesses 17 for example by means of silver conductive adhesives or silver sintering.
  • Incisions 18 are formed between the recesses 17 .
  • the recesses 17 and incisions 18 are separated by optics carriers 12 .
  • the optics carriers 12 are mechanically connected to one another by a chip carrier 5 .
  • the substrate 16 is sawn in the area of the incisions 18 .
  • An adhesive layer 6 is then applied to the optics carrier 12 , for example by means of stamping or dispensing (see FIG. 5).
  • Optical elements 3 are applied to the adhesive layer 6 and the adhesive layer 6 is cured.
  • Intermediate spaces 28 are formed between the optical elements 3 and are arranged above the incisions 18 in the emission direction 7 .
  • the incisions 18 and the gaps 28 are subsequently filled with a casting compound 4 .
  • a liquid potting compound is introduced into the gaps 28 and incisions 18, for example by jetting or dispensing .
  • the encapsulant is then thermally cured, for example, so that the encapsulation 4 is formed.
  • the encapsulation 4 comprises, for example, an epoxy or silicone filled with SiOg.
  • the chip carrier 5 is then completely severed by the encapsulation 4 along separating lines 19 (see FIG. 6).
  • the dividing lines 19 run in the incisions 18 and the gaps 28 .
  • the severing takes place, for example, by means of saws.
  • a plurality of optoelectronic components 1 results from the severing.
  • the optoelectronic components 1 are, for example, each a component 1 according to the exemplary embodiment in FIG.
  • the method according to a second exemplary embodiment comprises essentially the same steps and features as the method in FIGS. 4 to 6.
  • the substrate 16 provided comprises a plurality of cavities 20 (see FIG. 7).
  • the cavities 20 are in particular completely surrounded by the substrate 16 .
  • the cavities 20 are opened (see FIG. 8).
  • the optics carriers 12 are each formed with a recess 13 .
  • FIG. 11 illustrates a method step in which a large number of optical elements 3 are produced from an optical composite.
  • an optical composite is severed with a profiled saw blade, so that each of the optical elements 3 has sloping side faces 8 .
  • the optical elements 3 of all exemplary embodiments can be produced from an optical composite.
  • FIG. 12 illustrates a method step in which a casting 4 is introduced into an incision 18, with optics carriers 12 having recesses 13.
  • a liquid casting agent is filled in in a first partial step in the area of the recesses 13 (see FIG. 12A). In this case, capillary forces are utilized so that air inclusions in the encapsulation 4 can be reduced.
  • the remaining incision 18 and an intermediate space 28 arranged above the incision 18 are then filled with the casting 4 (see FIG. 12B).
  • FIGS. 13 to 15 illustrate how a substrate is produced, which is provided in FIG. 7, for example.
  • a base layer 21 for example made of a ceramic material such as AlN or AlO, is first provided (see FIG. 13).
  • the base layer includes, for example, several ceramic partial layers, also called green compacts.
  • a second layer 24 is then applied (see FIG. 14).
  • the second layer 24 is formed, for example, from a ceramic material such as AlO or AlN and includes, for example, a number of ceramic partial layers. These In a plan view of the second layer 24 , partial layers are in particular congruent.
  • the second layer 24 has second cavities 25 and third cavities 26 .
  • the second and third cavities 25 , 26 completely penetrate the second layer 24 .
  • the base layer is in the first and second cavities 25, 26
  • a first layer is then applied to the second layer 24
  • the first layer 22 is applied so that the second layer 24 is arranged between the base layer 21 and the first layer 22 (see FIG. 15).
  • the first layer 22 has first cavities
  • the first layer 22 is formed, for example, with the same material as the second layer 24 and/or the base layer 21 .
  • the first layer 22 comprises, for example, a multiplicity of partial layers which are congruent in a plan view of the first layer 22.
  • the base layer 21 and the first and second layers 22, 24 are then connected to one another, for example by means of firing (see FIG. 15).
  • all three layers 21 , 22 , 24 to be connected to one another in a common firing process and for these to be connected to one another to form an integrally formed substrate 16 .
  • the first layer 22 and the second layer 24 to be connected to one another separately by means of firing and then to be applied to the base layer 21 .
  • the base layer 21 is fired independently of the first and second layers 22 , 24 .
  • the base layer 21 is fired, for example, before the second layer 24 is applied (see FIG. 14).
  • the first and second layers 22 , 24 can be formed from a material that differs from the material of the base layer 21 .
  • the first and second layers 22, 24 are formed with AlO and the base layer 21 is formed with AlN.
  • ceramic layers made of AlO can be produced more cost-effectively.
  • a substrate 16 is produced, which is shown, for example, in FIG. 7 in a sectional view.
  • the first cavities 23 and the second cavities 25 together form recesses 17 in the substrate 16 , 17 .
  • the third cavities 26 form the cavities 20 .
  • FIG. 16 illustrates the method step illustrated in a sectional view in FIG. 8 in a plan view of the substrate 16 . It can be seen in FIG. 16 that the incisions 18 in the substrate 16, with which the optics carrier 12 is formed and the cavities 20 are opened, run along lattice lines of a regular rectangular lattice.
  • the components shown in the figures preferably follow one another in the order given. Layers that are not touching in the figures are preferably spaced apart from one another. As far as lines drawn parallel to each other are, the corresponding surfaces are preferably also aligned parallel to each other. Likewise, unless otherwise indicated, the relative positions of the drawn components to one another are realistically reproduced in the figures.

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Abstract

Das optoelektronische Bauelement (1) umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip (2), ein optisches Element (3) und einen Chipträger (5). Der Halbleiterchip (2) ist auf dem Chipträger (5) angeordnet. Das optische Element (3) ist dem Halbleiterchip (2) in einer Abstrahlrichtung (7) des Halbleiterchips (2) nachgeordnet und mittels einer Klebeschicht (6) an einem Optikträger (12) befestigt. Ein Verguss (4) bildet einen von dem optischen Element (3) auf den Optikträger (12) übergreifenden Rahmen um das optische Element (3), den Optikträger (12) und die Klebeschicht (6). Der Verguss (4) fixiert das optische Element (3) in seiner Position gegenüber dem Halbleiterchip (2).

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben . Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das sich durch eine lange Haltbarkeit und hohe mechanische Robustheit aus zeichnet . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst beziehungsweise durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der j eweils abhängigen Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein optisches Element und einen Chipträger . Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone .
Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine p- leitende Halbleiterschicht und eine n-leitende Halbleiterschicht , wobei die aktive Zone zwischen der p- leitenden Schicht und der n-leitenden Schicht angeordnet ist . Die aktive Schicht dient zur Erzeugung oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung . Die aktive Zone beinhaltet insbesondere wenigstens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs , kurz SQW, oder in Form einer Multiquantentopfstruktur, kurz MQW . Zusätzlich beinhaltet die aktive Zone eine , bevorzugt mehrere Nebentopfstrukturen . Beispiele für MQW-Strukturen sind in der Druckschri ften WO 01 / 39282 beschrieben, deren Of fenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Beispielsweise wird in der aktiven Zone im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR- Bereich erzeugt . Insbesondere ist es möglich, dass in der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen einschließlich dem IR-Bereich und einschließlich dem UV-Bereich erzeugt wird .
Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge auf einem I I I-V Verbindungshalbleitermaterial . Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial , wie zum Beispiel AlnInj__ n-mGamN, oder auf einem Phosphidverbindungshalbleitermaterial , wie zum Beispiel AlnIn]__n-mGamP, oder auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial , wie zum Beispiel AlnIn]__n-mGamAs , wobei j eweils 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und m + n < 1 ist . Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber sind j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge , also Al , As , Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können . Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden insbesondere ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden . Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund . Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist zum Beispiel zusammenhängend ausgebildet .
Alternativ ist es möglich, dass der Halbleiterchip eine mehrfach zusammenhängende Halbleiterschichtenfolge umfasst . Getrennte Abschnitte der Halbleiterschichtenfolge sind beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet . Jeder Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge bildet bevorzugt einen Emitter und ist zur Emission elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Der Halbleiterchip umfasst also beispielsweise eine Viel zahl von Emittern . Die Emitter sind zum Beispiel in einem sogenannten Array angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder seiner oben beschriebenen Aus führungs form ist der Halbleiterchip auf dem Chipträger angeordnet . Der Chipträger weist beispielsweise an einer dem Halbleiterchip zugewandten Fläche eine oder mehrere Metallisierungen auf . Alternativ oder zusätzlich weist der Chipträger eine oder mehrere Durchkontaktierungen auf . Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird der Halbleiterchip insbesondere über den Chipträger bestromt und angesteuert . Der Chipträger ist beispielsweise mit einer gebrannten Keramik, beispielsweise A1O oder AIN, gebildet .
Alternativ ist der Chipträger zum Beispiel mit einem Leiterrahmen gebildet , der mit einem Kunststof fverguss als Vergusskörper vergossen ist . Der Leiterrahmen umfasst beispielsweise Kupfer . Solche Chipträger werden beispielsweise als QFN-Substrate bezeichnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen ist das optische Element dem Halbleiterchip in einer Abstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet . Die Abstrahlrichtung des Halbleiterchips ist insbesondere die Richtung in welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem Halbleiterchip abgegebene elektromagnetische Strahlung ihre größte Intensität aufweist .
Das optische Element ist beispielsweise zur Strahl formung eingerichtet . Beispielsweise ist das optische Element derart eingerichtet , dass Strahlung, die im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem Halbleiterchip emittiert wird, fokussiert wird . Alternativ ist das optische Element beispielsweise zur Strahlaufweitung eingerichtet . Darüber hinaus ist es möglich, dass das optische Element zu einer komplexen Strahl formung eingerichtet ist , beispielsweise zur Erzeugung eines Punktmusters .
Das optische Element umfasst zum Beispiel um eine Viel zahl von Linsen, die in einem Array angeordnet sind . Bei den Linsen handelt es sich zum Beispiel um Mikrolinsen . In diesem Fall handelt es sich bei dem optischen Element insbesondere um ein sogenanntes Mikrolinsen-Array . In dem Fall , dass der Halbleiterchip eine Viel zahl von Emittern aufweist , ist das optische Element bevorzugt ein Mikrolinsen-Array .
Alternativ ist das optische Element mit einer einzigen Linse gebildet . Das optische Element ist zum Beispiel mit einem Glas , einem Polymer oder einem Verbund aus mindestens einem Polymer und mindestens einem Glas gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen ist das optische Element mittels einer Klebeschicht an einem Optikträger befestigt . Die Klebeschicht umfasst beispielsweise einen auf einem Epoxid basierten Kleber oder einen auf Silikon basierten Kleber . Alternativ oder zusätzlich basiert die Klebeschicht auf mindestens einem weiteren geeigneten Polymer . Beispielsweise umfasst die Klebeschicht ein Acrylat .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen bildet , in Abstrahlrichtung gesehen, ein Verguss einen von dem optischen Element zumindest stellenweise über die Klebeschicht auf den Optikträger übergrei fenden Rahmen um das optische Element . Der Rahmen umschließt das optische Element , den Optikträger und die Klebeschicht beispielsweise zumindest teilweise . Insbesondere umschließt der Rahmen das optische Element , den Optikträger und die Klebeschicht in Abstrahlrichtung gesehen vollständig . Der Verguss ist beispielsweise in direktem Kontakt zu dem optischen Element , den Optikträger, der Klebeschicht . Insbesondere ist der Verguss in direktem Kontakt zu dem Chipträger . Der Verguss basiert beispielsweise auf einem Epoxid oder auf einem Silikon . Beispielsweise umfasst der Verguss ein Grundmaterial in dem ein Füllstof f eingebettet ist . Bei dem Füllstof f handelt es sich zum Beispiel um SiOg . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen fixiert der Verguss das optische Element in seiner Position gegenüber dem Halbleiterchip . Beispielsweise ist der Verguss stof f schlüssig mit dem optische Element , dem Optikträger und der Klebeschicht sowie dem Chipträger verbunden . Insbesondere ist das optische Elementmit dem Chipträger derart verbunden, dass nur durch eine Zerstörung der Verbindung, also des Vergusses , das optische Element in seiner Position verändert werden kann . Da der Halbleiterchip seinerseits auf dem Chipträger angeordnet ist , ist durch den Verguss das optische Elementgegenüber dem Halbleiterchip fixiert .
In mindestens einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein optisches Element und einen Chipträger . Der Halbleiterchip ist auf dem Chipträger angeordnet . Das optische Element ist dem Halbleiterchip in einer Abstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordnet und mittels einer Klebeschicht an einem Optikträger befestigt . Ein Verguss bildet einen von dem optischen Element auf den Optikträger übergrei fenden Rahmen um das optische Element , den Optikträger und die Klebeschicht . Der Verguss fixiert das optische Element in seiner Position gegenüber dem Halbleiterchip .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement liegen unter anderem folgende technische Besonderheiten zugrunde . Bestehende optoelektronische Bauelemente , die eine Strahl formung benötigen, verwenden meist einen Optikträger mit einem auf geklebten optischen Element . Diese Klebeverbindung weist herkömmlicherweise j edoch eine geringe Zuverlässigkeit auf . Durch nicht angepasste thermische Ausdehnungskoef fi zienten zwischen dem Optikträger und dem optische Element können Risse in der Klebeverbindung aufgrund von thermischen Alterungsef fekten entstehen . Durch diese Alterungsprozesse nimmt die Haftung zwischen den Komponenten ab . Im Extremfall können das optische Element und/oder der Optikträger abfallen, womit insbesondere die Funktion des Bauteils verloren geht . Herkömmlicherweise werden deswegen die optische Elemente und/oder die Optikträger mit einer separaten zweiten Klebeverbindung gesichert .
Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, das optische Element und/oder den Optikträger mit einem Verguss zumindest teilweise zu ummanteln . Durch den Verguss wird eine stof f schlüssige Verbindung zwischen dem optische Element , dem Optikträger und dem Chipträger hergestellt . Dadurch ist das optische Element und der Optikträger an dem Chipträger fixiert und die Aus fallsicherheit des optoelektronischen Bauelements kann erhöht werden . Auf weitere Sicherungsmechanismen, die ein Abfallen des optischen Elements verhindern sollen kann vorteilhafterweise verzichtet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen sind Seitenflächen des optischen Elements zumindest teilweise in Abstrahlrichtung gesehen zu dieser hin gekippt . Seitenflächen des optischen Elements sind insbesondere solche Flächen des optischen Elements , die eine von dem Halbleiterchip abgewandte Vorderseite des optischen Elements mit einer dem Halbleiterchip zugewandten Rückseite des optischen Elements verbinden . Beispielsweise schließen Seitenflächen oder Teilbereiche von Seitenflächen mit der rückseitigen Querschnitts fläche des optischen Elements einen spitzen Winkel ein . Insbesondere weist die Vorderseite in einem Querschnitt parallel zu einer Haupterstreckungsebene des optischen Elements eine kleinere Querschnitts fläche auf als die Rückseite . Zum Beispiel nimmt eine Breite des optischen Elements , gemessen senkrecht zur Abstrahlrichtung, in Abstrahlrichtung ab . Insbesondere nimmt die Breite des optischen Elements in Abstrahlrichtung kontinuierlich ab . In einem Schnitt durch das optische Element entlang der Abstrahlrichtung ist das optische Element beispielsweise trapez förmig .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen ist der Verguss an den Seitenflächen des optischen Elements angeordnet . Beispielsweise ist der Verguss unmittelbar an den Seitenflächen angeordnet . Im Falle von hin zur Abstrahlrichtung gekippten Seitenflächen des optischen Elements lässt sich das optische Element durch den Verguss besonders gut fixieren, wodurch die Robustheit des Bauelements weiter erhöht wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen ist die Vorderseite des optischen Elements frei von der Klebeschicht und dem Verguss . Damit lassen sich mögliche negative Auswirkungen des Vergusses oder der Klebeschicht auf Abstrahleigenschaften des optoelektronischen Bauelements verringern .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen sind der Optikträger und der Chipträger einstückig miteinander ausgebildet . Insbesondere ist der Optikträger mit dem gleichen Material gebildet wie der Chipträger .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen umgibt der Optikträger den Halbleiterchip in Abstrahlrichtung gesehen seitlich zumindest teilweise . Insbesondere ist der Halbleiterchip in allen Richtungen senkrecht zur Abstrahlrichtung von dem Optikträger umgeben . Vorzugsweise ist der Halbleiterchip von dem Optikträger und/oder dem optischen Element beabstandet . Beispielsweise bilden der Optikträger zusammen mit dem optischen Element , der Klebeschicht und dem Chipträger eine den Halbleiterchip vollständig umgebene Umhüllung, insbesondere ein geschlossenes Gehäuse für den Halbleiterchip . Alternativ ist es möglich, dass der Optikträger zusammen mit dem optischen Element , der Klebeschicht und dem Chipträger ein Gehäuse bildet , welches eine oder mehrere Öf fnungen aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Aus führungs formen weist der Optikträger an einer von dem Halbleiterchip abgewandten Seite mindestens eine Aussparung auf . Insbesondere weist der Verguss mindestens eine Ausbuchtung auf . Beispielsweise korrespondieren die Aussparung des Optikträgers und die Ausbuchtung des Vergusses miteinander . Insbesondere grei ft die mindestens eine Ausbuchtung des Vergusses in die mindestens eine Aussparung des Optikträgers ein . Damit ist gemeint , dass die Aussparung und die Ausbuchtung nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip ineinandergrei fen und die Ausbuchtung die Aussparung insbesondere vollständig aus füllt . Vorzugsweise bilden die Aussparung und die Ausbuchtung einen Formschluss .
Vorteilhafterweise lässt sich damit die mechanische Stabilität des optoelektronischen Bauelements weiter erhöhen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen ist der Optikträger durch den Halbleiterchip gebildet , sprich der Halbleiterchip fungiert auch als Optikträger . Beispielsweise ist das optische Element an einer von dem Chipträger abgewandten Fläche des Halbleiterchips angeordnet . Insbesondere ist zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterchip lediglich die Klebeschicht angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder der zuletzt beschriebenen Aus führungs form bedeckt der Verguss Flanken des Halbleiterchips zumindest teilweise . Flanken des Halbleiterchips sind dabei durch Flächen gebildet , welche die dem Chipträger zugewandte Fläche des Halbleiterchips mit der dem optischen Element zugewandten Fläche des Halbleiterchips verbinden . Beispielsweise werden Flanken des Halbleiterchips vollständig von dem Verguss bedeckt . Beispielsweise werden Flanken des Halbleiterchips unmittelbar von dem Verguss bedeckt . Beispielsweise werden alle Flanken des Halbleiterchips , die nicht in Kontakt mit dem Chipträger oder der Klebeschicht stehen, von dem Verguss bedeckt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen ist der Halbleiterchip ein oberflächenemittierender Leuchtdiodenchip oder ein oberflächenemittierender Laserdiodenchip .
Handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen oberflächenemittierenden Laserdiodenchip weist der Laserdiodenchip bevorzugt mindestens einen vertikal angeordneten Resonator auf . Damit ist insbesondere gemeint , dass eine Haupterstreckungsrichtung des Resonators parallel zur Abstrahlrichtung ist . Solche Laserdiodenchips werden aus dem Englischen auch als „vertical-cavity surface-emitting laser" , kurz VCSEL, bezeichnet .
Insbesondere ist in dem Fall , dass der Halbleiterchip eine Mehrzahl von Emittern umfasst , j eder der Emitter als eine oberflächenemittierender Leuchtdiodeneinheit oder ein oberflächenemittierender Laserdiodeneinheit gebildet . Bevorzugt weist j ede Laserdiodeneinheit einen vertikal angeordneten Resonator auf . Mit anderen Worten, j eder Emitter weit einen vertikal angeordneten Resonator auf und ist dazu eingerichtet im Betrieb Laserstrahlung zu emittieren . In diesem Fall ist der Halbleiterchip zum Beispiel aus einem Array von VSCEL, mit anderen Worten einem VCSEL-Array, gebildet .
In dem Fall , dass sich der Halbleiterchip um einen oberflächenemittierenden Leuchtdiodenchip handelt , ist der Halbleiterchip zum Beispiel ein Leuchtdiodenchip, beispielsweise ein Dünnfilmleuchtdiodenchip . Beispiele für Leuchtdiodenchips , insbesondere Dünnfilmleuchtdiodenchips , sind in den Druckschri ften WO 01 / 39282 , EP 0905797 A2 und WO 02 / 13281 Al beschrieben, deren Of fenbarungsgehalt dahingehend ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird . Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben . Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement und dessen Aus führungs formen können insbesondere durch das Verfahren hergestellt werden . Das heißt , sämtliche für das Bauelement of fenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein Substrat mit einer Viel zahl von Ausnehmungen bereitgestellt . In j ede der Ausnehmungen wird mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip platziert . Beispielsweise werden die Halbleiterchips mittels Silberleitkleben, Silbersintern oder Löten in der Ausnehmung angeordnet . Beispielsweise überragen Seitenflächen der Ausnehmungen, die sich quer zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats erstrecken, den j eweils in der Ausnehmung platzierten Halbleiterchip .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen werden in dem Substrat Einschnitte zwischen den Ausnehmungen ausgebildet , sodass eine Mehrzahl von durch einen Chipträger verbundene Optikträger ausgebildet wird . Der Chipträger verläuft insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats und die Optikträger verlaufen quer, insbesondere senkrecht , zu dieser Haupterstreckungsebene . Die in den Ausnehmungen montierten Halbleiterchips befinden sich insbesondere auf dem Chipträger . Vorzugsweise sind die Halbleiterchips von den Optikträgern beabstandet . Die Einschnitte werden zum Beispiel mittels Sägen ausgebildet . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen werden optische Elemente derart auf die Optikträger geklebt , dass sich auf j eder Ausnehmung ein optisches Element befindet . Beispielsweise wird j edem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung ein optisches Element nachgeordnet . Dabei werden insbesondere Zwischenräume zwischen den optischen Elementen ausgebildet . Die Zwischenräume sind zum Beispiel über den Einschnitten angeordnet . Damit ist gemeint , dass in Abstrahlrichtung, ausgehend von dem Chipträger, die Zwischenräume den Einschnitten nachfolgen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen werden die Einschnitte und teilweise die Zwischenräume mit einem Verguss aufgefüllt . Beispielsweise wird der Verguss mittels Jetten oder Dispensen aufgebracht . Der Verguss wird beispielsweise im flüssigen Zustand aufgebracht und nachfolgend ausgehärtet . Insbesondere ist nach dem Aushärten der Verguss mit dem optischen Element , dem Optikträger und dem Chipträger stof f schlüssig verbunden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen sind die Zwischenräume nach dem Auf füllen mit dem Verguss nicht vollständig mit dem Verguss gefüllt . Es ist möglich, dass beim Aufbringen des flüssigen Vergussmaterials ein Meniskus , insbesondere ein konkaver Meniskus , ausgebildet wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen wird der Verbund mit dem Chipträger, den Halbleiterchips , den Optikträgern und den optischen Elementen durch den Verguss entlang von Trennlinien durchtrennt . Die Trennlinien verlaufen insbesondere in den Einschnitten des Substrats . Beispielsweise erfolgt das Durchtrennen mittels Sägen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen erfolgt das Aufkleben der optischen Elemente mit einer Klebeschicht . Die Klebeschicht wird beispielsweise photochemisch ausgehärtet . Die Klebeschicht wird beispielsweise mittels Stempeln oder Dispensen oder Jetten aufgebracht .
Vorzugsweise wird die Klebeschicht ohne das Zuführen von Wärme ausgehärtet . Mit anderen Worten, die Klebeschicht wird mittels Kaltaushärten ausgehärtet . Das Kaltaushärten erfolgt beispielsweise bei Raumtemperatur . Beispielsweise wird die Klebeschicht durch Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung ausgehärtet . Durch das photochemische Aushärten kann eine hermetische Versiegelung der Ausnehmung, in der der Halbleiterchip angeordnet ist , vergleichsweise einfach erreicht werden .
Alternativ ist es auch möglich, dass die Klebeschicht zum Beispiel wenigstens teilweise thermisch ausgehärtet wird . Weiterhin ist es möglich, dass die Klebeschicht beispielsweise mit einer Kombination von thermischen und photochemischen Aushärten ausgehärtet wird . Eine solche kombinierte Aushärtemethode ist aus dem Englischen zum Beispiel als „snap-cure" bekannt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen wird der Verguss thermisch ausgehärtet . Insbesondere wird der Verguss durch die Zufuhr von Wärme ausgehärtet . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen werden die optischen Elemente in einem Optikverbund bereitgestellt . Bei dem Optikverbund handelt es sich zum Beispiel um einen Glaswafer oder um einen Verbund aus Mikrolinsen . Insbesondere werden die optischen Elemente durch Sägen mit einem profilierten Sägeblatt aus dem Optikverbund erzeugt . Beispielsweise werden Seitenflächen der optischen Elemente derart ausgebildet , dass nach dem Aufkleben der optischen Elemente die Seitenflächen in Abstrahlrichtung gesehen zu der Abstrahlrichtung hin gekippt sind . Das profilierte Sägeblatt hat beispielsweise ein V- förmiges Profil .
Alternativ werden beispielsweise die optischen Elemente derart aus dem Optikverbund erzeugt , dass die optischen Elemente eine gerade Sägekante aufweisen . Damit ist insbesondere gemeint , dass Seitenflächen der optischen Elemente j eweils senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Vorderseite und/oder Rückseite der optischen Elemente sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen weist das bereitgestellte Substrat eine Viel zahl von Hohlräumen zwischen den Ausnehmungen auf . Insbesondere erfolgt das Ausbilden von Einschnitten in dem Substrat im Bereich der Hohlräume , sodass die entstehenden Optikträger im Bereich der Hohlräume j eweils eine Aussparung aufweisen . Beim Ausbilden der Einschnitte werden die Hohlräume insbesondere geöf fnet . Beispielsweise sind die Hohlräume allseitig von dem Substrat umgeben . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen werden die Einschnitte zunächst im Bereich der freigelegten Hohlräume gefüllt , sodass die Aussparungen der Optikträger j eweils vollständig mit dem Verguss aufgefüllt werden . Beispielsweise bilden die freigelegten Hohlräume in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht , zur Abstrahlrichtung einen Kanal , welcher unter Ausnutzung von Kapillaref fekten gefüllt wird . Vorteilhafterweise lassen sich durch die Ausnutzung von Kapillaref fekten Lufteinschlüsse in dem Verguss vermeiden . Insbesondere werden nach dem Füllen der Hohlräume die restlichen Zwischenräume und Einschlüsse mit dem Verguss gefüllt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen umfasst die Bereitstellung des Substrats das Bereitstellen einer Grundschicht . Auf die Grundschicht wird eine erste Schicht aufgebracht . Die erste Schicht weist erste Kavitäten auf . Dabei bilden die ersten Kavitäten die Ausnehmungen des Substrats . Die ersten Kavitäten durchdringen die erste Schicht insbesondere vollständig . In Draufsicht auf die Grundschicht ist beispielsweise in den ersten Kavitäten die Grundschicht freigelegt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder seiner eben beschriebenen Aus führungs form wird zwischen der Grundschicht und der ersten Schicht eine zweite Schicht angeordnet , welche zweite und dritte Kavitäten aufweist , wobei die zweiten Kavitäten und die ersten Kavitäten in Draufsicht auf die Grundschicht deckungsgleich sind . Beispielsweise durchdringen die zweiten und dritten Kavitäten die zweite Schicht j eweils vollständig . Insbesondere bilden die ersten und zweiten Kavitäten zusammen die Ausnehmungen des Substrats und die dritten Kavitäten bilden die Hohlräume des Substrats .
Die Grundschicht ist beispielsweise einfach zusammenhängend ausgebildet . Die erste und zweite Schicht sind beispielsweise j eweils mehrfach zusammenhängend ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen handelt es sich bei der Grundschicht , der ersten Schicht und der zweiten Schicht des Substrats j eweils um mindestens eine keramische Schicht . Zum Beispiel werden die Schichten zumindest teilweise mittels Brennen miteinander verbunden .
Beispielsweise werden die Grundschicht , die erste Schicht und die zweite Schicht in einem gemeinsamen Brennprozess miteinander verbunden . Alternativ ist es möglich, dass die Grundschicht separat gebrannt wird und die erste Schicht und die zweite Schicht gemeinsam gebrannt werden . In diesem Fall wird die Grundschicht mit der ersten und zweiten Schicht zum Beispiel mittels Kleben verbunden .
Darüber hinaus ist es möglich, dass sowohl die Grundschicht als auch die erste und/oder zweite Schicht aus mehreren keramischen Teilschichten gebildet sind .
Gemäß zumindest eine Aus führungs form des Verfahrens oder einer seiner oben beschriebenen Aus führungs formen ist die Grundschicht mit einem Leiterrahmen gebildet . Die Grundschicht wird mit der ersten Schicht und der zweiten Schicht verbunden . Beispielsweise ist der Leiterrahmen der Grundschicht mit einem Kunststof fverguss als Vergusskörper vergossen . Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht sind beispielsweise keramische Schichten und umfassen zum Beispiel A1O und/oder AIN . Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht werden insbesondere gebrannt . Zum Beispiel werden durch das Brennen die erste und die zweite Schicht miteinander verbunden . Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht werden nachfolgend insbesondere mit der Grundschicht verbunden, beispielsweise mittels Kleben .
Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben, bei dem der Optikträger durch den Halbleiterchip gebildet wird .
In mindestens einer Aus führungs form des Verfahrens wird der Halbleiterchip auf einem Chipträger angeordnet . Das optische Element wird an einer von dem Chipträger abgewandten Fläche des Halbleiterchips auf geklebt . Nachfolgend wird der Verguss auf dem Träger derart aufgebracht , dass Flanken des Halbleiterchips und Seitenflächen des optischen Elements von dem Verguss bedeckt werden . Eine Vorderseite des optischen Elements , die von dem Träger abgewandt ist , ist insbesondere frei von dem Verguss . Zwischen dem Halbleiterchip und dem optischen Element wird beispielsweise eine Klebeschicht mittels Stempeln oder Dispensen angeordnet . Der Verguss wird zum Beispiel mit einem foliengestützten Verfahren aufgebracht , im Englischen auch als Film Assisted Molding, kurz FAM, bekannt .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispielen . Gleiche , gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht grundsätzlich als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Es zeigen :
Figuren 1 bis 3 Aus führungsbeispiele des optoelektronischen Bauelements in Schnittansicht senkrecht zu dessen
Haupt er st reckungsebene ,
Figuren 4 bis 6 verschiedene Verfahrensstadien eines ersten Aus führungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mittels Schnittansichten,
Figuren 7 bis 12 und 16 verschiedene Verfahrensstadien eines zweiten Aus führungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mittels
Schnitt ans ich ten,
Figuren 13 bis 15 verschiedene Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines Substrats mittels Draufsichten auf das Substrat .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 1 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 2 auf . Der optoelektronische Halbleiterchip 2 ist auf einem Chipträger 5 angeordnet . Der Halbleiterchip 2 ist beispielsweise mittels eines Silberleitklebers auf dem Chipträger 5 auf geklebt . Der Halbleiterchip 2 ist beispielsweise zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Der Halbleiterchip 2 umfasst beispielsweise eine auf einem I I I-V- Verbindungshalbleitermaterial basierende Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone . Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird insbesondere in der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung erzeugt und von dem Halbleiterchip 2 in Abstrahlrichtung 7 ausgesandt .
Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip, kurz LED genannt oder um einen Laserdiodenchip, vorzugsweise um einen oberflächenemittierenden Laserdiodenchip, kurz VCSEL genannt .
In einer Abstrahlrichtung 7 nachgeordnet folgt dem Halbleiterchip 2 ein optisches Element 3 . Das optische Element 3 ist beispielsweise eine Glaslinse oder ein Mikrolinsen-Array und zur Strahl formung, insbesondere zur Strahlaufweitung, eingerichtet .
Das optische Element 3 ist an einem Optikträger 12 mit einer Klebeschicht 6 auf geklebt . Die Klebeschicht 6 umfasst zum Beispiel einen silikonbasierten Kleber . Der Optikträger 12 und der Chipträger 5 sind einstückig miteinander ausgebildet . Der Chipträger 5 und der Optikträger 12 sind beispielsweise mit einem keramischen Material , wie etwa A1O oder AIN, gebildet . Der Halbleiterchip 2 ist von dem Optikträger 12 und dem optischen Element 3 beabstandet .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 1 umfasst darüber hinaus einen Verguss 4 , der einen von dem optischen Element 3 auf den Optikträger 12 übergrei fenden Rahmen um das optische Element 3 , den Optikträger 12 und die Klebeschicht 6 bildet . Der Verguss 4 grei ft vorliegend auch auf den Chipträger 5 über . Der Verguss 4 fixiert somit das optische Element 3 in seiner Position gegenüber dem Halbleiterchip 2 . Der Verguss 4 ist unmittelbar an dem optische Elements , der Klebeschicht 6 , dem Optikträger 12 und dem Chipträger 5 angeordnet .
Um eine stärkere Fixierung zu erzielen, sind Seitenflächen 8 des optischen Elements 3 zumindest teilweise in Abstrahlrichtung 7 hin zu dieser gekippt . Insbesondere schließen die Seitenflächen 8 mit einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Rückseite 11 des optischen Elements 3 einen spitzen Winkel 10 ein .
Im bestimmungsgemäßen Betrieb tritt Strahlung, die von dem optoelektronischen Bauelement 1 abgegeben wird, insbesondere über eine Vorderseite 9 aus . Die Vorderseite 9 des optischen Elements 3 liegt der Rückseite 11 gegenüber . Die Vorderseite 9 ist frei von dem Verguss 4 und/oder der Klebung 6 . Damit kann eine Beeinflussung der Emissionseigenschaften des optoelektronischen Bauelements 1 durch die Klebeschicht 6 und/oder den Verguss 4 verringert werden .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 2 weist im Wesentlichen dieselben Merkmale auf wie das Bauelement 1 der Figur 1 mit dem Unterschied, dass der Optikträger 12 an einer von dem Halbleiterchip 2 abgewandten Seite eine Aussparung 13 aufweist . Der Verguss 4 weist eine Ausbuchtung 14 auf , die in die Aussparung 13 eingrei ft . Die Ausbuchtung 14 und die Aussparung 13 sind insbesondere korrespondierend zueinander . Die Ausbuchtung 14 füllt die Aussparung 13 vollständig aus . Damit lässt sich die mechanische Stabilität des optoelektronischen Bauelements 1 weiter erhöhen . Bei dem optoelektronischen Bauelement 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 3 ist der Optikträger 12 durch den Halbleiterchip 2 gebildet . Der Halbleiterchip 2 ist auf einem Chipträger 5 angeordnet . Auf einer von dem Chipträger 5 abgewandten Seite des Halbleiterchips 2 ist ein optisches Element 3 angeordnet . Zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem optischen Element 3 befindet sich eine Klebeschicht 6 . Der Halbleiterchip 2 weist zum Beispiel dieselben Merkmale auf wie der Halbleiterchip 2 der Figuren 1 und 2 .
Wie bei den Aus führungsbeispielen der Figuren 1 und 2 ist das optische Element 3 zur Strahl formung eingerichtet und weist Seitenflächen 8 auf , die in einer Abstrahlrichtung 7 gesehen zu der Abstrahlrichtung 7 hin gekippt sind . Die Vorderseite 9 des optischen Elements 3 , die von dem Halbleiterchip 2 abgewandt ist , ist frei von einem Verguss 4 und der Klebeschicht 6 .
Der Verguss 4 ist insbesondere mit den gleichen Materialien gebildet wie der Verguss 4 der Aus führungsbeispiele der Figuren 1 und 2 und umgibt den Halbleiterchip 2 in Richtungen senkrecht zur Abstrahlrichtung vollständig . Des Weiteren sind im Wesentlichen alle Außenflächen des Halbleiterchips 2 , die nicht mit dem Chipträger 5 oder der Klebeschicht 6 bedeckt sind, von dem Verguss 4 bedeckt , insbesondere unmittelbar bedeckt .
Der Chipträger 5 dient im bestimmungsgemäßen Betrieb zur Bestromung und Ansteuerung des Halbleiterchips 2 .
Beispielsweise weist der Chipträger 5 an einer dem
Halbleiterchip 2 zugewandten Seite eine oder mehrere
Metallisierungen auf , die in der Figur 3 nicht gezeigt sind .
Darüber hinaus ist es möglich, dass der Chipträger 5 mindestens eine Durchkontaktierung aufweist , die ebenfalls in der Figur 3 nicht gezeigt ist . Der Halbleiterchip 2 der Figur 3 wird im bestimmungsgemäßen Betrieb beispielsweise über den Chipträger 5 und über einen Bonddraht 15 bestromt und angesteuert .
Insbesondere ist der Chipträger 5 aller Aus führungsbeispiele wie der Chipträger der Figur 3 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 eingerichtet .
Bei dem Verfahren gemäß der Figuren 4 bis 6 wird ein Substrat 16 mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 17 bereitgestellt . In den Ausnehmungen 17 werden optoelektronische Halbleiterchips 2 angeordnet ( siehe Figur 4 ) . Die Halbleiterchips 2 werden beispielsweise mittels Silberleitkleben oder Silbersintern in den Ausnehmungen 17 angeordnet . Zwischen den Ausnehmungen 17 werden Einschnitte 18 ausgebildet . Die Ausnehmungen 17 und Einschnitte 18 sind durch Optikträger 12 getrennt . Die Optikträger 12 sind durch einen Chipträger 5 mechanisch miteinander verbunden . Beispielsweise wird das Substrat 16 im Bereich der Einschnitte 18 eingesägt .
Nachfolgend wird eine Klebeschicht 6 auf die Optikträger 12 aufgebracht , beispielsweise mittels Stempeln oder Dispensen ( siehe Figur 5 ) . Auf die Klebeschicht 6 werden optische Elemente 3 aufgebracht und die Klebeschicht 6 wird ausgehärtet . Zwischen den optischen Elementen 3 werden Zwischenräume 28 ausgebildet , welche in Abstrahlrichtung 7 über den Einschnitten 18 angeordnet sind . Wie in Figur 5 zu erkennen ist , werden nachfolgend die Einschnitte 18 und die Zwischenräume 28 mit einem Verguss 4 aufgefüllt . Beispielsweise wird ein flüssiges Vergussmittel in die Zwischenräume 28 und Einschnitte 18 eingebracht , zum Beispiel mittels Jetten oder Dispensen . Nachfolgend wird das Vergussmittel zum Beispiel thermisch ausgehärtet , sodass der Verguss 4 entsteht . Der Verguss 4 umfasst beispielsweise ein mit SiOg gefülltes Epoxid oder Silikon .
Nachfolgend wird der Chipträger 5 durch den Verguss 4 entlang von Trennlinien 19 vollständig durchtrennt ( siehe Figur 6 ) . Die Trennlinien 19 verlaufen in den Einschnitten 18 und den Zwischenräumen 28 . Das Durchtrennen erfolgt beispielsweise mittels Sägen . Durch das Durchtrennen entsteht eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 . Bei den optoelektronischen Bauelementen 1 handelt es sich beispielsweise j eweils um ein Bauelemente 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 1 .
Das Verfahren gemäß eines zweiten Aus führungsbeispiels , wie es in den Figuren 7 bis 10 veranschaulicht ist , umfasst im Wesentlichen dieselben Schritte und Merkmale wie das Verfahren der Figuren 4 bis 6 . Im Unterschied zu dem Verfahren der Figuren 4 bis 6 umfasst das bereitgestellte Substrat 16 eine Mehrzahl von Hohlräumen 20 ( siehe Figur 7 ) . Die Hohlräume 20 sind insbesondere vollständig von dem Substrat 16 umgeben . Während des Ausbildens der Einschnitte 18 werden die Hohlräume 20 geöf fnet ( siehe Figur 8 ) . Nach dem Ausbilden der Einschnitte 18 sind die Optikträger 12 j eweils mit einer Aussparung 13 gebildet .
Durch das Befüllen der Einschnitte 18 mit dem Verguss 4 weist der Verguss 4 Ausbuchtungen 14 auf , die zu den Aussparungen 13 korrespondieren ( siehe Figur 9 ) . Nach dem vollständigen Durchtrennen des Chipträgers 5 entsteht damit eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 2 ( siehe Figur 10 ) . Figur 11 veranschaulicht einen Verfahrensschritt , bei dem eine Viel zahl von optischen Elementen 3 aus einem Optikverbund erzeugt wird . Beispielsweise wird ein Optikverbund mit einem profilierten Sägeblatt durchtrennt , sodass j edes der optischen Elemente 3 schräge Seitenflächen 8 aufweisen . Insbesondere können die optischen Elemente 3 sämtlicher Aus führungsbeispiele aus einem Optikverbund erzeugt sein .
Figur 12 veranschaulicht einen Verfahrensschritt , bei dem ein Verguss 4 in einen Einschnitt 18 eingebracht wird, wobei Optikträger 12 Aussparungen 13 aufweisen . Ein flüssiges Vergussmittel wird dabei in einem ersten Teilschritt im Bereich der Aussparungen 13 eingefüllt ( siehe Figur 12A) . Dabei werden Kapillarkräfte ausgenutzt , sodass Lufteinschlüsse in dem Verguss 4 verringert werden können . Nachfolgend wird der verbleibende Einschnitt 18 sowie ein über dem Einschnitt 18 angeordneter Zwischenraum 28 mit dem Verguss 4 aufgefüllt ( siehe Figur 12B ) .
In den Figuren 13 bis 15 ist veranschaulicht , wie ein Substrat erzeugt wird, welches beispielsweise in der Figur 7 bereitgestellt wird . Dabei wird zunächst eine Grundschicht 21 , beispielsweise aus einem keramischen Material wie AIN oder A1O, bereitgestellt ( siehe Figur 13 ) . Die Grundschicht umfasst beispielsweise mehrere keramische Teilschichten, auch Grünlinge genannt .
Nachfolgend wird eine zweite Schicht 24 aufgebracht ( siehe Figur 14 ) . Die zweite Schicht 24 ist zum Beispiel aus einem keramischen Material wie A1O oder AIN gebildet und umfasst beispielsweise mehrere keramische Teilschichten . Diese Teilschichten sind in Draufsicht auf die zweite Schicht 24 insbesondere deckungsgleich .
Die zweite Schicht 24 weist zweite Kavitäten 25 und dritte Kavitäten 26 auf . Die zweiten und dritten Kavitäten 25 , 26 durchdringen die zweite Schicht 24 vollständig . In Draufsicht auf die Grundschicht 21 ist , wie es in der Figur 14 gezeigt , in den ersten und zweiten Kavitäten 25 , 26 die Grundschicht
21 zu erkennen .
Nachfolgend wird auf die zweite Schicht 24 eine erste Schicht
22 aufgebracht , sodass die zweite Schicht 24 zwischen der Grundschicht 21 und der ersten Schicht 22 angeordnet ist ( siehe Figur 15 ) . Die erste Schicht 22 weist erste Kavitäten
23 auf , die in Draufsicht auf die Grundschicht 21 deckungsgleich mit den zweiten Kavitäten 25 der zweiten Schicht 24 sind . Damit ist in den ersten Kavitäten 23 die Grundschicht 21 zu erkennen . Die ersten Kavitäten 23 durchdringen die erste Schicht 22 vollständig . Die erste Schicht 22 ist beispielsweise mit dem gleichen Material wie die zweite Schicht 24 und/oder die Grundschicht 21 gebildet . Die erste Schicht 22 umfasst beispielsweise wie die zweite Schicht 24 eine Viel zahl von Teilschichten, die in Draufsicht auf die erste Schicht 22 deckungsgleich sind .
Nachfolgend werden die Grundschicht 21 sowie die erste und zweite Schicht 22 , 24 miteinander verbunden, beispielsweise mittels Brennen ( siehe Figur 15 ) . Dabei ist es möglich, dass alle drei Schichten 21 , 22 , 24 in einem gemeinsamen Brennprozess miteinander verbunden werden und diese miteinander zu einem einstückig ausgebildeten Substrat 16 verbunden werden . Alternativ ist möglich, dass beispielsweise die erste Schicht 22 und die zweite Schicht 24 separat miteinander mittels Brennen verbunden werden und anschließend auf die Grundschicht 21 aufgebracht werden . In diesem Fall wird die Grundschicht 21 unabhängig von der ersten und zweiten Schicht 22 , 24 gebrannt . Das Brennen der Grundschicht 21 erfolgt zum Beispiel vor dem Aufbringen der zweiten Schicht 24 ( siehe Figur 14 ) . In diesem Fall können die erste und zweite Schicht 22 , 24 aus einem Material gebildet sein, das sich von dem Material der Grundschicht 21 unterscheidet . Zum Beispiel sind die erste und zweite Schicht 22 , 24 mit A1O gebildet und die Grundschicht 21 ist mit AIN gebildet . Vorteilhafterweise sind keramische Schichten aus A1O kostengünstiger herzustellen .
Durch das Verbinden der Grundschicht 21 der ersten Schicht 22 und der zweiten Schicht 24 wird ein Substrat 16 erzeugt , welches beispielsweise in der Figur 7 in Schnittansicht gezeigt ist . Dabei bilden die ersten Kavitäten 23 und die zweiten Kavitäten 25 zusammen Ausnehmungen 17 des Substrats 16 , 17 . Die dritten Kavitäten 26 bilden die Hohlräume 20 .
Figur 16 veranschaulicht in Draufsicht auf das Substrat 16 den in Figur 8 in Schnittansicht veranschaulichten Verfahrensschritt . In der Figur 16 ist zu erkennen, dass die Einschnitte 18 in das Substrat 16 , mit denen die Optikträger 12 geformt und die Hohlräume 20 geöf fnet werden, entlang von Gitterlinien eines regelmäßigen Rechteckgitters verlaufen .
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht , bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge j eweils unmittelbar aufeinander . Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet . Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet . Ebenfalls , soweit nicht anders kenntlich gemacht , sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren realistisch wiedergegeben .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2020 125 056 . 8 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 optoelektronischer Halbleiterchip
3 optisches Element
4 Verguss
5 Chipträger
6 Klebeschicht
7 Abstrahlrichtung
8 Seitenfläche des optischen Elements
9 Vorderseite des optischen Elements
10 Winkel
11 Rückseite des optischen Elements
12 Optikträger
13 Aussparung
14 Ausbuchtung
15 Bonddraht
16 Substrat
17 Ausnehmung des Substrats
18 Einschnitt
19 Trennlinie
20 Hohlräume
21 Grundschicht
22 erste Schicht
23 erste Kavität
24 zweite Schicht
25 zweite Kavität
26 dritte Kavität
28 Zwischenraum zwischen optischen Elementen

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) , einem optischen Element (3) und einem Chipträger (5) , wobei
- der Halbleiterchip (2) auf dem Chipträger (5) angeordnet ist,
- das optische Element (3) dem Halbleiterchip (2) in einer Abstrahlrichtung (7) des Halbleiterchips (2) nachgeordnet ist und mittels einer Klebeschicht (6) an einem Optikträger (12) befestigt ist,
- ein Verguss (4) einen von dem optischen Element (3) auf den Optikträger (12) übergreifenden Rahmen um das optische Element (3) , den Optikträger (12) und die Klebeschicht (6) bildet,
- der Verguss (4) das optische Element (3) in seiner Position gegenüber dem Halbleiterchip (2) fixiert.
2. Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei
- Seitenflächen (8) des optischen Elements (3) zumindest teilweise in Abstrahlrichtung (7) gesehen zu dieser hin gekippt sind, und
- der Verguss (4) an den Seitenflächen (8) des optischen Elements (3) angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine Vorderseite (9) des optischen Elements (3) frei von der Klebeschicht (6) und dem Verguss (4) ist.
4. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Optikträger (12) und der Chipträger (5) einstückig ausgebildet sind,
- der Optikträger (12) den Halbleiterchip (2) in Abstrahlrichtung (7) gesehen seitlich zumindest teilweise umgibt. Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 4, wobei
- der Optikträger (12) an einer von dem Halbleiterchip (2) abgewandten Seite mindestens eine Aussparung (13) aufweist,
- der Verguss (4) mindestens eine Ausbuchtung (14) aufweist, die in die mindestens eine Aussparung (13) des Optikträgers (12) eingreift. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- der Optikträger (12) durch den Halbleiterchip (2) gebildet ist,
- der Verguss (4) Flanken des Halbleiterchips (2) zumindest teilweise bedeckt. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) ein oberflächenemittierender Leuchtdiodenchip oder ein oberflächenemittierender Laserdiodenchip ist. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Substrats (16) mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (17) ;
- Platzieren von mindestens einem Halbleiterchip (2) in jede Ausnehmung (17) ; - Ausbilden von Einschnitten (18) in das Substrat (16) zwischen den Ausnehmungen (17) , sodass eine Mehrzahl von durch einen Chipträger (5) verbundene Optikträger (12) ausgebildet wird;
- Aufkleben von optischen Elementen (3) an den Optikträgern (12) derart, dass sich auf jeder Ausnehmung (17) ein optisches Element (3) befindet und über den Einschnitten (18) Zwischenräume (28) zwischen den optischen Elementen (3) ausgebildet sind;
- Füllen der Einschnitte (18) und teilweise der Zwischenräume (28) mit einem Verguss (4) ;
- Durchtrennen des Verbundes mit Chipträger (5) , Halbleiterchips (2) , Optikträger (12) und optischen Elementen (3) durch den Verguss (4) entlang von Trennlinien (19) , die in den Einschnitten (18) verlaufen . Verfahren nach Anspruch 8, wobei
- das Aufkleben der optischen Elemente (3) mit einer Klebeschicht (6) erfolgt, die photochemisch ausgehärtet wird, und
- der Verguss (4) thermisch ausgehärtet wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei
- die optischen Elemente (3) in einem Optikverbund bereitgestellt werden, und
- durch Sägen mit einem profilierten Sägeblatt die optischen Elemente (3) aus dem Optikverbund derart erzeugt werden, dass nach dem Aufkleben der optischen Elemente (3) Seitenflächen (8) der optischen Elemente (3) in Abstrahlrichtung (7) hin zu dieser gekippt sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei - das bereitgestellte Substrat (16) eine Vielzahl von Hohlräumen (20) zwischen den Ausnehmungen (17) aufweist,
- das Ausbilden von Einschnitten (18) in dem Substrat (16) im Bereich der Hohlräume (20) erfolgt, sodass die entstehenden Optikträger (12) im Bereich der Hohlräume (20) jeweils eine Aussparung (13) aufweisen. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auffüllen der Einschnitte (18) mit dem Verguss (4) die folgenden Teilschritte umfasst:
- Füllen der Zwischenräume (18) mit dem Verguss (4) im Bereich der freigelegten Hohlräume (20) , sodass die Aussparungen (13) der Optikträger (12) jeweils vollständig mit dem Verguss (4) aufgefüllt werden,
- Füllen der restlichen Einschlüsse (18) mit dem Verguss (4) . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die Bereitstellung des Substrats (16) die folgenden Schritte umfasst :
- Bereitstellen einer Grundschicht (21) ;
- Aufbringen einer ersten Schicht (22) , die erste Kavitäten (23) aufweist, auf die Grundschicht (21) , wobei die ersten Kavitäten (23) die Ausnehmungen (17) des Substrats (16) bilden. Verfahren nach Anspruch 13, wobei
- zwischen der Grundschicht (21) und der ersten Schicht
(22) eine zweite Schicht (24) angeordnet wird, welche zweite (25) und dritte Kavitäten (26) aufweist, wobei die zweiten Kavitäten (25) und die ersten Kavitäten (23) in Draufsicht auf die Grundschicht (21) deckungsgleich sind, - die ersten (23) und zweiten Kavitäten (25) die Ausnehmungen (17) des Substrats (16) bilden,
- die dritten Kavitäten (26) Hohlräume (20) des Substrats (16) bilden. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Schichten
(21, 22, 24) des Substrats (16) keramische Schichten sind und die Schichten (21, 22, 24) zumindest teilweise mittels Brennen verbunden werden. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach Anspruch 6, wobei
- der Halbleiterchip (2) auf dem Chipträger (5) angeordnet wird,
- das optische Element (3) an einer von dem Chipträger
(5) abgewandten Fläche des Halbleiterchips (2) an dem Halbleiterchip (2) aufgeklebt wird,
- der Verguss (4) auf den Träger (5) aufgebracht wird, sodass Flanken des Halbleiterchips (2) und des optischen Elements (3) von dem Verguss (4) bedeckt werden.
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