WO2023046655A1 - Optische elemente, strahlungsemittierendes halbleiterbauteil und deren herstellungverfahren - Google Patents

Optische elemente, strahlungsemittierendes halbleiterbauteil und deren herstellungverfahren Download PDF

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WO2023046655A1
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radiation
area
conversion particles
emitting semiconductor
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PCT/EP2022/076028
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Gregory Bellynck
Christian Steger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a method for producing optical elements and a method for producing radiation-emitting semiconductor components are specified.
  • an optical element and a radiation-emitting semiconductor component are specified.
  • One problem to be solved is to specify a method for producing optical elements that is particularly efficient.
  • a method for producing radiation-emitting semiconductor components, an optical element and a radiation-emitting semiconductor chip with such an optical element are to be specified.
  • a first matrix material with first conversion particles is provided.
  • the first matrix material is, for example, a resin, such as an epoxy or a silicone, or a mixture of these materials.
  • the first matrix material is a glass or a hotmelt.
  • the conversion particles are distributed, for example isotropically, in the first matrix material.
  • the conversion particles are designed, for example, to be electromagnetic To convert primary radiation into electromagnetic secondary radiation.
  • the secondary radiation preferably has longer wavelengths than the primary radiation.
  • one of the following materials is suitable for the first conversion particles: garnets, alkaline earth metal sulphides, thiogallates, aluminates, silicates, orthosilicates, chlorosilicates, alkaline earth metal silicon nitrides, oxynitrides, aluminum oxynitrides, silicon nitrides, sialons, which are each doped with rare earths, for example, and / or quantum dot phosphors .
  • the first conversion particles have, for example, a spherical shape, an ellipsoidal shape and/or a free form.
  • a maximum extent of at least some of the first conversion particles is, for example, between at least 100 nm and at most 100 ⁇ m, in particular between at least 1 ⁇ m and at most 30 ⁇ m.
  • the first conversion particles are sedimented in the first matrix material in such a way that the first conversion particles agglomerate in a first area of the first matrix material and a second area of the matrix material is free of the first conversion particles.
  • the first conversion particles are sedimented using a centrifuge.
  • the first conversion particles are sedimented in such a way that they are deposited in the first area of the first matrix material.
  • the second region of the first matrix material essentially only comprises the first matrix material.
  • "Essentially” means that, due to the manufacturing process, small amounts of the first Conversion particles can be in the second region of the first matrix material.
  • "Small amounts” here means that in the second region of the first matrix material there are at most 1%, in particular at most 0.1%, of all the first conversion particles.
  • a thickness of the first region of the first matrix material is, for example, between at least 10 ⁇ m and at most 100 ⁇ m, in particular approximately 50 ⁇ m.
  • the second region of the first matrix material has a thickness, for example, which is greater than the thickness of the first region of the first matrix material.
  • the thickness of the second region of the first matrix material is between at least 50 ⁇ m and at most 5 mm, for example approximately 500 ⁇ m.
  • the first region comprises 10% to 50% of the thickness of the first matrix material.
  • the first area of the first matrix material preferably has a main extension plane.
  • a vertical direction extends perpendicular to the main plane of extension and a lateral direction extends parallel to the main plane of extension.
  • the second area of the first matrix material is structured in such a way that a structured outer surface of the second area of the first matrix material forms a plurality of optical lenses.
  • the optical lenses are all of the same design, for example.
  • each optical lens has an outer surface of the same shape.
  • the optical lenses are, for example, convex lenses or concave lenses.
  • the optical lenses each have a free form or are each formed as a Fresnel lens.
  • the first matrix material is separated into optical elements.
  • the first matrix material is singulated in the vertical direction by the first region of the first matrix material and the second region of the first matrix material. Separation takes place in the lateral direction, in particular between two directly adjacent optical lenses or lens groups.
  • the separation includes a sawing process, a punching process or a laser process.
  • each optical element comprises at least one of the optical lenses.
  • each optical element comprises a portion of the first region of the first matrix material and a portion of the second region of the first matrix material, with the second region of the first matrix material comprising the at least one optical lens.
  • each optical element includes exactly one of the optical lenses.
  • the method for producing optical elements includes providing a first matrix material with first conversion particles.
  • the first conversion particles are sedimented in the first matrix material in such a way that the first conversion particles agglomerate in a first area of the first matrix material and a second area of the matrix material is free of the first conversion particles.
  • the second area of the first matrix material is structured in such a way that a structured outer surface of the second area of the first matrix material forms a plurality of optical lenses.
  • the first Matrix material is separated into optical elements, each optical element comprising at least one of the optical lenses.
  • the process is preferably carried out in the order given.
  • One idea of the method described here for producing optical elements is, among other things, that the first area and the second area can be produced in a single method. This means that an optical element with an optical lens and a second area comprising conversion elements is advantageously produced in a single method. Such optical elements can be produced in a particularly simple and efficient manner.
  • the second area of the first matrix material is structured by means of a milling process or a laser process.
  • the second region of the first matrix material is structured by means of a molding process or a stamping process.
  • excess material of the second area of the first matrix material is displaced to an edge area and the excess material is removed.
  • the first matrix material is, for example, in a free-flowing form when it is provided.
  • the first matrix material has an initially liquid resin or an initially liquid glass in which the first Conversion particles are introduced and distributed.
  • the first matrix material is then structured and cured to form a base body of the optical element, for example.
  • the structuring by means of the molding process or the stamping process takes place, for example, by means of a tool that has an inverse shape of the optical lenses to be structured.
  • a tool that has an inverse shape of the optical lenses to be structured.
  • a mold is used in the molding process.
  • a stamp is used as a tool in the stamping process.
  • the first matrix material is cured, for example, before the structuring.
  • the first matrix material is present in a form that has not yet hardened during the structuring.
  • the first matrix material has a higher viscosity than when it was provided.
  • the tool is applied to the not yet fully cured first matrix material, so that the outer surface of the first matrix material conforms to the inverse shape of the tool.
  • a carrier with a boundary is provided.
  • the carrier is, for example, a mechanically stabilizing component in the process.
  • the delimitation is applied directly to the carrier, for example.
  • the boundary also encloses an area on which the first matrix material is to be applied.
  • the boundary encloses the area on which the first matrix material is to be applied, for example like a frame.
  • the boundary includes, for example, a dam material such as a resin, silicone, or a ceramic material. In particular, the boundary encloses this area completely in lateral directions.
  • the first matrix material with the first conversion particles is applied to the carrier within the boundary.
  • the limitation advantageously prevents the first matrix material from running away during application and with the sediment! he en .
  • a film is also arranged on the carrier, in particular a UV adhesive film or a thermal release film.
  • the film covers a main surface of the carrier, in particular completely, and is in direct contact with the carrier.
  • the boundary is arranged on the film and is in direct contact with it.
  • the first matrix material with the first conversion particles is applied to the film within the boundary.
  • the film can also be separated, in particular severed, during separation. After the separation, the carrier is detached, for example.
  • the optical elements each comprise a film.
  • the optical elements can be particularly simply be applied to radiation-emitting semiconductor chips.
  • a second matrix material with second conversion particles is applied to the first matrix material.
  • the first conversion particles are configured differently from the second conversion particles.
  • the first conversion particles are designed to convert electromagnetic primary radiation into electromagnetic first secondary radiation.
  • the second conversion particles are designed, for example, to convert the electromagnetic primary radiation into electromagnetic second secondary radiation, which is preferably different from the first secondary radiation.
  • the first secondary radiation is, for example, yellow to green light and the second secondary radiation is, for example, red light.
  • the first secondary radiation is red light and the second secondary radiation is, for example, yellow to green light.
  • one of the following materials is suitable for the second conversion particles: garnets, alkaline earth metal sulphides, thiogallates, aluminates, silicates, orthosilicates, chlorosilicates, alkaline earth metal silicon nitrides, oxynitrides, aluminum oxynitrides, silicon nitrides, sialons, which are each doped with rare earths, for example, and / or quantum dot phosphors .
  • the second conversion particles have, for example, a spherical shape, an ellipsoidal shape and/or a free form.
  • a maximum extent of at least some of the second conversion particles is, for example, between at least 100 nm and at most 100 ⁇ m, in particular between at least 1 ⁇ m and at most 50 ⁇ m.
  • the first matrix material additionally includes the second conversion particles.
  • the first conversion particles are different from the second conversion particles.
  • the first conversion particles sediment with the second conversion particles in the first region of the first matrix material.
  • further conversion particles which are different from the first conversion particles and the second conversion particles, to be comprised by the first matrix material.
  • the first matrix material includes a silicone or a resin and the second matrix material includes a hardener of the first matrix material.
  • the first matrix material and the second matrix material can thus advantageously be processed particularly well.
  • the second conversion particles are sedimented in the second matrix material in such a way that the second conversion particles agglomerate in a first area of the second matrix material and a second area of the second matrix material is free of first conversion particles.
  • the first area can be at least partially cured or partially cured before the second matrix material is applied.
  • the second conversion particles are sedimented by means of the centrifuge after the first conversion particles have been sedimented.
  • the second conversion particles are sedimented in such a way that they are deposited in the first area of the second matrix material.
  • a thickness of the first region of the second matrix material is, for example, between at least 10 ⁇ m and at most 100 ⁇ m, in particular approximately 50 ⁇ m.
  • the first region of the second matrix material preferably extends parallel to the main plane of extent.
  • a conversion layer which comprises the second conversion particles, is applied to the carrier before the first matrix material is applied.
  • the conversion layer is applied, for example, without a sedimentation step before the application of the first matrix material.
  • the conversion layer is, for example, in direct contact with the first region arranged above it.
  • the first area of the second matrix material is arranged over the first area of the first matrix material.
  • the second matrix material with the second conversion particles displaces the second area of the first matrix material through the sedimentation.
  • the first area of the second matrix material is in direct contact, for example, with the first area of the first matrix material. This means that no further intermediate layer is arranged between the first region of the second matrix material and the first region of the first matrix material.
  • the second area of the first matrix material and the second area of the second matrix material form a mixed area.
  • the first matrix material and the second matrix material are homogeneously mixed, for example.
  • the second area of the first matrix material and the second area of the second matrix material ie the mixed area, essentially only includes the first matrix material and the second matrix material.
  • “Essentially” means that production-related small amounts of the first conversion particles and the second conversion particles can be in the mixing area.
  • Small amounts means here that in the mixing area at most 1%, in particular at most 0.1%, of all first conversion particles and at most 1 %, in particular at most 0.1%, of all second conversion particles.
  • the first matrix material and the second matrix material are formed with the same material.
  • the mixed area is structured in such a way that a structured outer surface of the mixed area has several forms optical lenses.
  • the matrix material is separated in the vertical direction by the first area of the first matrix material, the first area of the second matrix material and the mixed area.
  • the first matrix material and/or the second matrix material comprises filler particles.
  • the filler particles are added when the first matrix material and/or the second matrix material is provided.
  • the filler particles have, for example, a spherical shape, an ellipsoidal shape and/or a free form.
  • a maximum extent of the filler particles is, for example, at most 50 ⁇ m, in particular at most 500 nm.
  • the filling particles are, for example, reflector particles, scattering particles and/or aerosil particles.
  • the reflector particles and/or the scattering particles are designed, for example, to mix primary radiation and secondary radiation with one another.
  • the aerosil particles are designed, for example, to isotropically distribute the first conversion particles, the second conversion particles and/or further filler particles in the first matrix material and/or in the second matrix material when they are provided.
  • the second matrix material does not include any second conversion particles.
  • the second matrix material exclusively comprises the filler particles.
  • the first matrix material does not include any first conversion particles.
  • the first matrix material exclusively includes the filler particles.
  • the first conversion particles and/or the second conversion particles and the filler particles sediment depending on their size, their weight and/or their density. It is thus possible for filler particles such as scattering particles to remain isotropically in the first matrix material and/or the second matrix material despite sedimentation.
  • the first conversion particles and/or the second conversion particles are heavier than the filler particles.
  • the first conversion particles and/or the second conversion particles advantageously sediment faster and more heavily than the filler particles.
  • the first area of the first matrix material and the first area of the second matrix material are thus advantageously free of the filler particles.
  • filler particles are distributed in the mixing area, namely filler particles that are aerosil particles and other filler particles that are scatter particles. Due to the aerosil particles, the scattering particles are advantageously distributed homogeneously in the mixing area.
  • radiation-emitting semiconductor chips prior to the application of the first matrix material according to the method for producing the optical elements, radiation-emitting semiconductor chips are provided, to which the first matrix material is applied.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are each designed to emit electromagnetic primary radiation.
  • the primary radiation is, for example, near-ultraviolet radiation or blue light.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are each formed, for example, with a surface emitter in which the emitted primary radiation exits for the most part, for example more than 80% of a radiation power, via a radiation exit area that is encompassed by a main area of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • each of the radiation-emitting semiconductor chips can be formed with a volume-emitting semiconductor chip which emits the emitted primary radiation not only via the main surface but also via at least one side surface.
  • a volume-emitting semiconductor chip at least 30% of the radiation power of the emitted primary radiation exits through the at least one side surface.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are provided on the carrier.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are arranged on the carrier at a distance from one another, for example.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are arranged, for example, at lattice points of a lattice on the carrier.
  • the lattice is, for example, a regular polygonal lattice such as an orthogonal lattice or a hexagonal lattice.
  • a reflective encapsulating material is applied between the radiation-emitting semiconductor chips.
  • the radiation-emitting semiconductor chips are surface emitters, for example.
  • the semiconductor chips are first arranged on the carrier.
  • a gap between the semiconductor chips is filled with the reflective cladding material.
  • the encapsulation material comprises, for example, a third matrix material into which reflective particles and/or scattering particles are introduced.
  • the third matrix material is in a flowable form, for example.
  • the third matrix material is cured, for example, to form the reflective enclosing body.
  • the third matrix material is, for example, a resin, such as an epoxide or a silicone, or a mixture of these materials.
  • Particles and/or scattering particles are, for example, TiOg particles and/or ZrOg particles.
  • the reflecting covering body has a reflectivity for the primary radiation and/or the secondary radiation of at least 90%, in particular at least 95%.
  • the reflective enclosing body has a thickness of at least 50 ⁇ m in the vertical direction, for example.
  • the singulation takes place in particular between two directly adjacent optical radiation-emitting semiconductor chips, in particular in the vertical direction through the reflective enclosing body.
  • the first matrix material is applied over the volume emitters without the reflective enclosing body.
  • the first matrix material encloses at least one outer surface of the volume emitters.
  • the outer surface is freely accessible, for example.
  • At least one side face of the volume emitters has, for example, a further enclosing body.
  • the further enclosing body has, for example, an outer surface which faces away from the volume emitter and is convexly or concavely curved.
  • the first matrix material is also applied, for example, to the outer surface of the further enclosing body.
  • optical element which can be produced or is produced, for example, using the method for producing optical elements. All of the features and embodiments disclosed in connection with the optical element can therefore also be used in connection with the method for producing optical elements and vice versa.
  • the optical element comprises a base body with a first area and a second area arranged above the first area.
  • the first area and the second area are stacked one above the other in the vertical direction, for example.
  • the first area of the base body and the second area of the base body are in direct contact with one another.
  • the optical element comprises first conversion particles.
  • the first area of the base body includes first conversion particles and the second area of the base body is free of first conversion particles.
  • the first area of the base body is formed, for example, by curing the first area of the first matrix material.
  • Directly adjacent first conversion particles are at least partially in direct contact with one another. If the first conversion particles are spherical and these first conversion particles are packed as densely as possible, an interstice between the most densely packed first conversion particles is approximately 26% of the total space of the first region.
  • the intermediate space is filled with the material of the first matrix material, for example.
  • the first region of the base body and the second area of the base body is thus connected in one piece to the material of the first matrix material.
  • the first area and the second area are thus connected to one another in a particularly mechanically and chemically stable manner. Furthermore, detachment of the second area—that is, the optical lens—from the first area is thus advantageously prevented.
  • the second area is designed as an optical lens for beam shaping of electromagnetic radiation.
  • the second area of the base body is formed, for example, by curing and structuring the second area of the first matrix material.
  • the first area of the base body comprises a first partial area and a second partial area.
  • the first portion of the base body includes the first conversion particles and the second portion of the base body includes second conversion particles.
  • the first partial area does not include any first conversion particles.
  • the first partial area includes only the filler particles.
  • the second partial area does not include any second conversion particles.
  • the second partial area includes only the filler particles.
  • the first partial area is formed by the conversion layer, which comprises the second conversion particles, and the second partial area arranged above it comprises the first conversion particles.
  • the second partial area is designed as a protective layer.
  • the first conversion particles are thus advantageously particularly well protected against external environmental influences, such as moisture.
  • the filler particles comprised by the second matrix material have such protective properties.
  • the second matrix material has only the filler particles.
  • the optical element can comprise further sub-areas which are each arranged above, below and/or between the first sub-area and the second sub-area.
  • the other partial areas each include additional conversion particles and/or additional filling particles.
  • the first partial area of the base body is formed, for example, by curing the first area of the first matrix material
  • the second partial area of the base body is formed, for example, by curing the first area of the second matrix material
  • the second area of the base body is formed, for example, by curing and structuring the mixed area.
  • a radiation-emitting semiconductor component is also specified, which can be produced or is produced, for example, using the method for producing radiation-emitting semiconductor components. All of the features and embodiments disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor component are therefore also in connection with the method for Production of radiation-emitting semiconductor components applicable and vice versa.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the primary radiation, the secondary radiation, in particular the first secondary radiation and the second secondary radiation preferably mix to form white mixed light.
  • the radiation-emitting semiconductor component is designed in particular to emit white mixed light.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises an optical element as described here.
  • the optical element is arranged on a radiation exit area of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the optical element is arranged on the main area of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is surrounded by a reflective encapsulating material.
  • the optical element and the reflective encapsulating material form a side face of the radiation-emitting semiconductor component.
  • the method for producing optical elements, the method for producing radiation-emitting semiconductor components, the optical element and the radiation-emitting semiconductor component are explained in more detail below using exemplary embodiments and the associated figures.
  • Figures 1, 2, 3 and 4 schematic sectional representations of process stages of a process for the production of optical elements according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 5, 6, 7 and 8 schematic sectional representations of process stages of a process for the production of radiation-emitting semiconductor components according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 9, 10, 11, 12, 13 and 14 schematic sectional representations of process stages of a process for the production of radiation-emitting semiconductor components according to an exemplary embodiment
  • FIG. 15 shows a schematic sectional illustration of an optical element according to an exemplary embodiment
  • FIG. 16 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor component according to one embodiment
  • Figures 17, 18, 19 and 20 schematic sectional views of process stages of a process for the production of Radiation-emitting semiconductor components according to an exemplary embodiment from.
  • a carrier with a boundary 6 is provided, to which a first matrix material 2 with first conversion particles 3 is applied.
  • the carrier is covered by a film 5, in particular a UV adhesive film, to which the boundary 6 is applied.
  • the boundary 6 completely encloses the area on which the first matrix material 2 is to be applied.
  • the first matrix material 2 with the first conversion particles 3 is applied directly to the foil 5 .
  • the first matrix material 2 is present in a free-flowing form when it is applied, in which the first conversion particles 3 are introduced.
  • the first matrix material 2 is a clear silicone, for example.
  • the first conversion particles 3 are sedimented in the first matrix material 2 by means of a centrifuge. As a result of the sedimentation, the first conversion particles 3 agglomerate in a first region of the first matrix material 7 . A second area of the overlying the first area 7 The first matrix material 8 is free from the first conversion particles 3 as a result of the sedimentation.
  • the second area of the first matrix material 8, which is free from the first conversion particles 3, is structured after the sedimentation (FIG. 3).
  • the second area of the first matrix material 8 is structured in such a way that a structured outer surface of the second area of the first matrix material 8 forms a plurality of optical lenses 10 .
  • the structuring takes place, for example, by means of a molding process using a tool 9 .
  • the tool 9 is a mold in which a side facing the first matrix material 2 is structured.
  • the side facing the first matrix material 2 has an inverse shape of the optical lenses 10 to be structured. If the optical lenses 10 are each convex optical lenses 10, the inverse shape of the tool 9 is concave.
  • the first matrix material 2 is present in a form that has not yet hardened.
  • the tool 9 is placed on the outer surface and pressed in the direction of the carrier 4 with a predeterminable pressure.
  • the first matrix material 2 is heated during the structuring, in particular when the tool 9 is applied, so that the first matrix material 2 is in a free-flowing form and adapts to the inverse form.
  • the first matrix material 2 is formed onto the inverse shape of the tool 9 .
  • the first matrix material 2 is hardened.
  • the tool 9 is then removed.
  • the first matrix material 2 is separated into optical elements 1 along vertical cutting lines, shown as dashed lines in FIG.
  • the first matrix material 2 is separated by the first area 7 and the second area 8 by cuts between two directly adjacent optical lenses 10 .
  • Each individual optical element 1 thus has an individual optical lens 10 .
  • the first matrix material 2 corresponds to a base body 19 of the optical element 1 as a result of the hardening and separation, as described in more detail in connection with FIGS. 15 and 16.
  • radiation-emitting semiconductor chips 12 are applied to the carrier 4 .
  • the radiation-emitting semiconductor chips 12 are arranged at a distance from one another on the carrier 4 , so that an intermediate space is formed between directly adjacent radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • a reflective encapsulating material 13 is applied between the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the reflective encapsulating material 13 is, for example, in a free-flowing form when it is applied.
  • the reflective encapsulating material 13 is applied in such a way that it completely fills the space between the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the reflective encapsulating material 13 is cured.
  • the reflective encapsulating material 13 ends, for example, in a planar manner in the vertical direction with the radiation-emitting semiconductor chips 12 . This means that a cover surface of the reflective encapsulating material 13 facing away from the carrier 4 and cover surfaces of the radiation-emitting semiconductor chips 12 facing away from the carrier 4 lie in a common plane.
  • the first matrix material 2 with the first conversion particles 3 is applied to this common plane, sedimented and structured (FIGS. 6 and 7), as described in more detail in connection with FIGS. During structuring, an individual optical lens 10 is produced in each case over a respective radiation-emitting semiconductor chip 12 .
  • the first matrix material 2 and the radiation-emitting semiconductor chips 12 are singulated along vertical cutting lines, shown as dashed lines in FIG. 8, to form radiation-emitting semiconductor components 11 .
  • the cutting lines are positioned between two directly adjacent optical lenses 10 and two directly adjacent radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the singulation takes place through cuts through the first area of the first matrix material 7 , the second area of the first matrix material 8 and the reflective encapsulating material 13 .
  • Each isolated radiation-emitting semiconductor component 11 thus has a single one of the optical lenses 10 and a single one of the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • a second matrix material 14 with second conversion particles 15 is provided (FIG. 11).
  • the first conversion particles 3 are designed differently from the second conversion particles 15 .
  • the first matrix material 2 and the second matrix material 14 are also preferably formed from the same material and both comprise a clear silicone, for example.
  • the second conversion particles 15 are sedimented in the second matrix material 14, in particular with a centrifuge. Due to the sedimentation, the second conversion particles 15 agglomerate in a first area of the second matrix material 16 and a second area of the second matrix material 17 is free of first conversion particles 3 .
  • the first area of the second matrix material 16 is arranged directly above the first area of the first matrix material 7 .
  • the second matrix material 14 with the second conversion particles 15 displaces the second region of the first matrix material 8 as a result of the sedimentation.
  • the mixing area 18 includes, for example, the clear silicone of the first matrix material 2 and of the second matrix material 14 .
  • the mixing area 18 is then structured in such a way that a structured outer surface of the mixing area 18 forms a plurality of optical lenses 10 .
  • the mixed area 18 is in a form that has not yet hardened, and a tool 9 with an inverse shape is applied to the mixed area 18 . If the mixing area 18 , in particular the outer surface of the mixing area 18 , is formed onto the inverse shape of the tool 9 , the mixing area 18 is cured.
  • each isolated radiation-emitting semiconductor component 11 thus has a single one of the optical lenses 10 , first conversion particles 3 , second conversion particles 15 and a single one of the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the optical element 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 15 comprises a base body 19 with a first area 20 and a second area 21 arranged above the first area.
  • the first area of the base body 20 includes first conversion particles 3 .
  • the second area of the base body 21 is shaped as an optical lens 10 and is free of the first conversion particles 3 .
  • the first area of the base body 20 and the second area of the base body 21 adjoin one another Side surface of the optical element 1 flush with each other. This means that the first area of the base body 20 does not protrude beyond the second area of the base body 21 in the lateral direction and vice versa.
  • the base body 19 of the first area 20 and the base body of the second area 21 are advantageously connected to one another in one piece.
  • the radiation-emitting semiconductor component 11 comprises a radiation-emitting semiconductor chip 12 which is surrounded by a reflective encapsulating material 13 .
  • the reflective encapsulating material 13 completely covers side surfaces, in particular all side surfaces, of the radiation-emitting semiconductor chip 12 and is in direct contact with it.
  • the reflective encapsulating material 13 terminates flush and planar with a bottom surface and a top surface of the radiation-emitting semiconductor chip 12 .
  • An optical element 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 15 is arranged above the radiation-emitting semiconductor chip 12 .
  • the first region of the base body 20 and the reflective encapsulating material 13 terminate flush with one another on a side surface of the radiation-emitting semiconductor component 11 .
  • a side surface of the first region of the base body 20 and a side surface of the reflective encapsulating material 13 lie in a common plane.
  • the delimitations 6 are arranged at a distance from one another on the carrier 4 so that further intermediate spaces are formed between directly adjacent delimitations 12 .
  • the radiation-emitting semiconductor chips 12 are arranged in the further intermediate spaces.
  • the boundaries 6 run parallel to one another.
  • a plurality of the radiation-emitting semiconductor chips 12 are arranged in each case in one of the further intermediate spaces.
  • the radiation-emitting semiconductor chips 12 are arranged in each additional space along an arrangement line that runs parallel to the boundaries 6 .
  • the delimitation 6 is arranged on the carrier, for example in the form of a further grid.
  • the further lattice is, for example, a regular polygonal lattice, such as an orthogonal lattice or a hexagonal lattice.
  • the boundary 6 runs along grid lines of the further grid, so that one or more of the radiation-emitting semiconductor chips 12 are arranged in each further intermediate space. In particular, precisely one of the radiation-emitting semiconductor chips 12 is arranged in each further intermediate space.
  • the carrier 4 is, for example, a leadframe, in particular a prefabricated leadframe, to which the boundary 6 is applied.
  • the boundary 6 is formed by a quadruple flat housing without connections (“quad flat no leads package” or “QFN” for short).
  • the limitation 6 comprises, for example, an integrated circuit which is designed to control the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the boundary 6 is in particular electrically conductively connected to the carrier 4 so that the radiation-emitting semiconductor chips 12 can be controlled via the carrier by means of the boundary 6 .
  • a first matrix material 2 is applied over the entire area over the carrier 4 , the boundary 6 and the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • first conversion particles 3 are sedimented in the first matrix material 2 .
  • the first conversion particles 3 agglomerate in a first region of the first matrix material 7 , with each top surface of the radiation-emitting semiconductor chips 12 being covered, in particular completely, by the first region of the first matrix material 7 .
  • a top surface of the carrier 4 that is not covered by the boundary 6 and the radiation-emitting semiconductor chips 12 is covered, in particular completely, by the first region of the first matrix material 7 .
  • a top surface of the boundary 6 is covered, in particular completely, by the first region of the first matrix material 7 .
  • a second area of the first matrix material 8 is structured according to FIG. 20 in such a way that a structured outer surface of the second area of the first matrix material 8 forms a plurality of optical lenses 10 .
  • one of the optical lenses 10 is assigned to each of the radiation-emitting semiconductor chips 12 .
  • the first matrix material 2 is singulated along vertical cutting lines, shown as dashed lines in FIG. 20, to form radiation-emitting semiconductor components 11 .

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen (1) angegeben, mit den Schritten: - Bereitstellen eines ersten Matrixmaterials (2) mit ersten Konversionspartikeln (3), - Sedimentieren der ersten Konversionspartikel (3) im ersten Matrixmaterial (2), derart, dass die ersten Konversionspartikel (3) in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials (7) agglomerieren und ein zweiter Bereich des ersten Matrixmaterials (8) frei von den ersten Konversionspartikeln (3) ist, - Strukturieren des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials (8), derart, dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials (8) mehrere optische Linsen (10) bildet, - Vereinzeln des ersten Matrixmaterials (2) zu optischen Elementen (1), wobei - jedes optische Element (1) zumindest eine der optischen Linsen (10) umfasst. Des Weiteren werden ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen, ein optisches Element und ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.

Description

OPTISCHE ELEMENTE, STRAHLUNGSEMITTIERENDES HALBLEITERBAUTEIL UND DEREN HERSTELLUNGVERFAHREN
Es werden ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen und ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen angegeben . Darüber hinaus werden ein optisches Element und ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen anzugeben, das besonders ef fi zient ist . Außerdem sollen ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen, ein optisches Element und ein strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einem solchen optischen Element angegeben werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein erstes Matrixmaterial mit ersten Konversionspartikeln bereitgestellt . Bei dem ersten Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz , wie etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien . Alternativ handelt es sich bei dem ersten Matrixmaterial um ein Glas oder um ein Hotmelt .
Die Konversionspartikel sind beim Bereitstellen des ersten Matrixmaterials , beispielsweise isotrop, in dem ersten Matrixmaterial verteilt . Die Konversionspartikel sind beispielsweise dazu ausgebildet , elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren . Bevorzugt umfasst die Sekundärstrahlung größere Wellenlängen als die Primärstrahlung .
Für die ersten Konversionspartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet : Granate , Erdalkalisul fide , Thiogallate , Aluminate , Silikate , Orthosilikate , Chlorosilikate , Erdalkalisili ziumnitride , Oxynitride , Aluminiumoxinitride , Sili ziumnitride , Sialone , die beispielsweise j eweils mit seltenen Erden dotiert sind, und/ oder Quantumpunktleuchtstof fe .
Die ersten Konversionspartikel weisen beispielsweise eine Sphärenform, eine Ellipsoidform und/oder eine Frei form auf . Eine maximale Ausdehnung von zumindest manchen der ersten Konversionspartikel ist beispielsweise zwischen mindestens 100 nm und höchstens 100 pm, insbesondere zwischen mindestens 1 pm und höchstens 30 pm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die ersten Konversionspartikel im ersten Matrixmaterial derart sedimentiert , dass die ersten Konversionspartikel in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials agglomerieren und ein zweiter Bereich des Matrixmaterials frei von den ersten Konversionspartikeln ist .
Beispielsweise werden die ersten Konversionspartikel mittels einer Zentri fuge sedimentiert . Die ersten Konversionspartikel werden derart sedimentiert , dass diese sich im ersten Bereich des ersten Matrixmaterials ablagern . Durch die Sedimentation umfasst der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials im Wesentlichen nur das erste Matrixmaterial . „Im Wesentlichen" heißt , dass herstellungsbedingt kleine Mengen der ersten Konversionspartikel im zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials sein können . „Kleine Mengen" heißt hier, dass sich im zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials höchstens 1 % , insbesondere höchstens 0 , 1 % , aller ersten Konversionspartikel befinden .
Eine Dicke des ersten Bereichs des ersten Matrixmaterials ist beispielsweise zwischen mindestens 10 pm und höchstens 100 pm, insbesondere in etwa 50 pm . Der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials weist beispielsweise eine Dicke auf , die größer als die Dicke des ersten Bereichs des ersten Matrixmaterials ist . Beispielsweise ist die Dicke des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials zwischen mindestens 50 pm bis höchstens 5 mm, beispielsweise in etwa 500 pm . Beispielsweise umfasst der erste Bereich 10 % bis 50 % der Dicke des ersten Matrixmaterials .
Der erste Bereich des ersten Matrixmaterials weist bevorzugt eine Haupterstreckungsebene auf . Eine vertikale Richtung erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene und eine laterale Richtung erstreckt sich parallel zur Haupterstreckungsebene .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials derart strukturiert , dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials mehrere optische Linsen bildet . Die optischen Linsen sind beispielsweise alle gleich ausgebildet . Beispielsweise weist j ede optische Linse eine Außenfläche mit j eweils derselben Form auf . Die optischen Linsen sind beispielsweise konvexe Linsen oder konkave Linsen . Alternativ weisen die optischen Linsen j eweils eine Frei form auf oder sind j eweils als Fresnel Linse geformt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird das erste Matrixmaterial zu optischen Elementen vereinzelt . Insbesondere wird das erste Matrixmaterial durch den ersten Bereich des ersten Matrixmaterials und den zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials in vertikaler Richtung vereinzelt . Das Vereinzeln erfolgt in lateraler Richtung insbesondere zwischen zwei direkt benachbarten optischen Linsen oder Linsengruppen . Beispielsweise umfasst das Vereinzeln einen Sägeprozess , einen Stanzprozess oder einen Laserprozess .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst j edes optische Element zumindest eine der optischen Linsen . Beispielsweise umfasst j edes optische Element einen Teilbereich des ersten Bereichs des ersten Matrixmaterials und einen Teilbereich des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials , wobei der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials die zumindest eine optische Linse umfasst .
Beispielsweise umfasst j edes optische Element genau eine der optischen Linsen .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen ein Bereitstellen eines ersten Matrixmaterials mit ersten Konversionspartikeln . Die ersten Konversionspartikel werden im ersten Matrixmaterial derart sedimentiert , dass die ersten Konversionspartikel in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials agglomerieren und ein zweiter Bereich des Matrixmaterials frei von den ersten Konversionspartikeln ist . Der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials wird derart strukturiert , dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials mehrere optische Linsen bildet . Das erste Matrixmaterial wird zu optischen Elementen vereinzelt , wobei j edes optische Element zumindest eine der optischen Linsen umfasst .
Bevorzugt wird das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt .
Eine Idee des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von optischen Elementen ist unter anderem, dass der erste Bereich und der zweite Bereich in einem einzelnen Verfahren erzeugbar sind . Das heißt , ein optisches Element mit einer optischen Linse und einem zweiten Bereich umfassend Konversionselemente wird mit Vorteil in einem einzelnen Verfahren erzeugt . Derartige optische Elemente sind besonders einfach und ef fi zient herstellbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials mittels eines Fräsprozesses oder eines Laserprozesses strukturiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials mittels einem Formprozesses oder eines Stanzprozesses strukturiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird überschüssiges Material des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials an einen Randbereich verdrängt , und das überschüssige Material wird entfernt .
Das erste Matrixmaterial liegt beispielsweise beim Bereitstellen in einer fließ fähigen Form vor . In diesem Fall weist das erste Matrixmaterial ein zunächst flüssiges Harz oder ein zunächst flüssiges Glas auf , in das die ersten Konversionspartikel eingebracht und verteilt sind . Nachfolgend wird das erste Matrixmaterial beispielsweise zu einem Basiskörper des optischen Elements strukturiert und ausgehärtet .
Das Strukturieren mittels des Formprozesses oder des Stempelprozesses erfolgt beispielsweise mittels eines Werkzeugs , das eine inverse Form der zu strukturierenden optischen Linsen aufweist . Bei dem Formprozess wird zum Beispiel ein Formwerkzeug verwendet . Bei dem Stempelprozess wird als Werkzeug ein Stempel verwendet .
Umfasst das Strukturieren beispielsweise einen Fräsprozess oder einen Laserprozess , wird das erste Matrixmaterial beispielsweise vor dem Strukturieren ausgehärtet .
Umfasst das Strukturieren einen Formprozess oder einen Stanzprozess , liegt das erste Matrixmaterial beim Strukturieren in einer noch nicht ausgehärteten Form vor . Beispielsweise weist das erste Matrixmaterial nach dem Bereitstellen und vor dem Strukturieren eine höhere Viskosität auf als beim Bereitstellen . Insbesondere wird das Werkzeug auf das noch nicht vollständig ausgehärtete erste Matrixmaterial aufgebracht , sodass sich die Außenfläche des ersten Matrixmaterials gemäß der inversen Form des Werkzeugs anf ormt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein Träger mit einer Begrenzung bereitgestellt . Der Träger ist beispielsweise eine mechanisch stabilisierende Komponente bei dem Verfahren . Die Begrenzung ist beispielsweise direkt auf dem Träger aufgebracht . Die Begrenzung umschließt weiterhin einen Bereich, auf dem das erste Matrixmaterial aufgebracht werden soll . Die Begrenzung umschließt den Bereich, auf dem das erste Matrixmaterial aufgebracht werden soll , beispielsweise rahmenartig . Die Begrenzung umfasst beispielsweise ein Dammaterial , wie beispielsweise ein Harz , Silikon oder ein Keramikmaterial . Die Begrenzung umschließt diesen Bereich insbesondere vollständig in lateralen Richtungen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird das erste Matrixmaterial mit den ersten Konversionspartikeln auf den Träger innerhalb der Begrenzung aufgebracht . Die Begrenzung verhindert vorteilhafterweise ein Weglaufen des ersten Matrixmaterials beim Aufbringen und beim Sediment! er en .
Beispielsweise ist auf dem Träger weiterhin eine Folie angeordnet , insbesondere eine UV-Klebef olie oder eine Thermoreleasefolie . Die Folie bedeckt eine Hauptfläche des Trägers , insbesondere vollständig, und steht mit dem Träger in direktem Kontakt . In diesem Fall ist die Begrenzung auf der Folie angeordnet und steht mit dieser in direktem Kontakt . Das erste Matrixmaterial mit den ersten Konversionspartikeln wird in diesem Fall auf die Folie innerhalb der Begrenzung aufgebracht .
Die Folie kann beim Vereinzeln ebenfalls vereinzelt , insbesondere durchtrennt , werden . Nach dem Vereinzeln wird der Träger beispielsweise abgelöst . Die optischen Elemente umfassen in diesem Fall j eweils eine Folie . Mit Vorteil können die optischen Elemente mittels der Folie besonders einfach auf strahlungsemittierende Halbleiterchips aufgebracht werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird nach dem Sedimentieren der ersten Konversionspartikel ein zweites Matrixmaterial mit zweiten Konversionspartikeln auf dem ersten Matrixmaterial aufgebracht .
Beispielsweise sind die ersten Konversionspartikel verschieden zu den zweiten Konversionspartikeln ausgebildet . Beispielsweise sind die ersten Konversionspartikel dazu ausgebildet , elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische erste Sekundärstrahlung zu konvertieren . Die zweiten Konversionspartikel sind beispielsweise dazu ausgebildet , die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren, die bevorzugt unterschiedlich zur ersten Sekundärstrahlung ist . Bei der ersten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht und bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um rotes Licht . Alternativ handelt es sich bei der ersten Sekundärstrahlung um rotes Licht und bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht .
Für die zweiten Konversionspartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet : Granate , Erdalkalisul fide , Thiogallate , Aluminate , Silikate , Orthosilikate , Chlorosilikate , Erdalkalisili ziumnitride , Oxynitride , Aluminiumoxinitride , Sili ziumnitride , Sialone , die beispielsweise j eweils mit seltenen Erden dotiert sind, und/ oder Quantumpunktleuchtstof fe . Die zweiten Konversionspartikel weisen beispielsweise eine Sphärenform, eine Ellipsoidform und/oder eine Frei form auf . Eine maximale Ausdehnung zumindest mancher der zweiten Konversionspartikel ist beispielsweise zwischen mindestens 100 nm und höchstens 100 pm, insbesondere zwischen mindestens 1 pm und höchstens 50 pm .
Alternativ umfasst das erste Matrixmaterial zusätzlich die zweiten Konversionspartikel . Insbesondere sind die ersten Konversionspartikel verschieden zu den zweiten Konversionspartikeln . Beispielsweise sedimentieren in diesem Fall die ersten Konversionspartikel mit den zweiten Konversionspartikeln im ersten Bereich des ersten Matrixmaterials . Weiterhin ist es möglich, dass weitere Konversionspartikel , die verschieden zu den ersten Konversionspartikeln und den zweiten Konversionspartikeln sind, von dem ersten Matrixmaterial umfasst sind .
Beispielsweise umfasst das erste Matrixmaterial ein Silikon oder ein Harz und das zweite Matrixmaterial einen Härter des ersten Matrixmaterials . Mit Vorteil können sind damit das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial besonders gut verarbeitbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die zweiten Konversionspartikel im zweiten Matrixmaterial derart sedimentiert , dass die zweiten Konversionspartikel in einem ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials agglomerieren und ein zweiter Bereich des zweiten Matrixmaterials frei von ersten Konversionspartikeln ist . In dieser Aus führungs form kann der erste Bereich, bevor das zweite Matrixmaterial aufgebracht wird, zumindest teilweise ausgehärtet oder angehärtet werden .
Beispielsweise werden die zweiten Konversionspartikel nach dem Sedimentieren der ersten Konversionspartikel mittels der Zentri fuge sedimentiert . Die zweiten Konversionspartikel werden derart sedimentiert , dass diese sich im ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials ablagern .
Eine Dicke des ersten Bereichs des zweiten Matrixmaterials ist beispielsweise zwischen mindestens 10 pm und höchstens 100 pm, insbesondere in etwa 50 pm . Der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials erstreckt sich bevorzugt parallel zur Haupterstreckungsebene .
Alternativ zum Aufbringen des zweiten Matrixmaterials wird eine Konversionsschicht , die die zweiten Konversionspartikel umfasst , vor dem Aufbringen des ersten Matrixmaterials auf dem Träger aufgebracht . Die Konversionsschicht wird beispielsweise ohne einen Sedimentationsschritt vor dem Aufbringen des ersten Matrixmaterials aufgebracht . Die Konversionsschicht steht mit dem darüber angeordneten ersten Bereich beispielsweise in direktem Kontakt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens ist der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials über dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials angeordnet . Beispielsweise verdrängt das zweite Matrixmaterial mit den zweiten Konversionspartikeln den zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials durch die Sedimentation . Der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials steht beispielsweise mit dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials in direktem Kontakt . Das heißt , keine weitere Zwischenschicht ist zwischen dem ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials und dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens formen der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials und der zweite Bereich des zweiten Matrixmaterials einen Mischbereich . In dem Mischbereich ist das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial beispielsweise homogen vermischt .
Durch die Sedimentation der zweiten Konversionspartikel umfasst der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials und der zweite Bereich des zweiten Matrixmaterials , also der Mischbereich, im Wesentlichen nur das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial . „Im Wesentlichen" heißt , dass herstellungsbedingt kleine Mengen der ersten Konversionspartikel und der zweiten Konversionspartikel im Mischbereich sein können . „Kleine Mengen" heißt hier, dass sich im Mischbereich höchstens 1 % , insbesondere höchstens 0 , 1 % , aller ersten Konversionspartikel und höchstens 1 % , insbesondere höchstens 0 , 1 % , aller zweiten Konversionspartikel befinden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens sind das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial mit demselben Material gebildet .
Werden das erste Matrixmaterial und das zweite Matrixmaterial bereitgestellt , wird der Mischbereich derart strukturiert , dass eine strukturierte Außenfläche des Mischbereichs mehrere optische Linsen bildet . In diesem Fall wird das Matrixmaterial durch den ersten Bereich des ersten Matrixmaterials , den ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials und den Mischbereich in vertikaler Richtung vereinzelt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das erste Matrixmaterial und/oder das zweite Matrixmaterial Füllpartikel . Beispielsweise werden die Füllpartikel beim Bereitstellen des ersten Matrixmaterials und/oder des zweiten Matrixmaterials beigefügt .
Die Füllpartikel weisen beispielsweise eine Sphärenform, eine Ellipsoidform und/oder Frei form auf . Eine maximale Ausdehnung der Füllpartikel ist beispielsweise höchsten 50 pm, insbesondere höchstens 500 nm .
Bei den Füllpartikeln handelt es sich beispielsweise um Reflektorpartikel , Streupartikel und/oder Aerosilpartikel . Die Reflektorpartikel und/oder die Streupartikel sind beispielsweise dazu ausgebildet , Primärstrahlung und Sekundärstrahlung miteinander zu vermischen . Die Aerosilpartikel sind beispielsweise dazu ausgebildet , die ersten Konversionspartikel , die zweiten Konversionspartikel und/oder weitere Füllpartikel beim Bereitstellen isotrop im ersten Matrixmaterial und/oder im zweiten Matrixmaterial zu verteilen .
Alternativ umfasst das zweite Matrixmaterial keine zweiten Konversionspartikel . In diesem Fall umfasst das zweite Matrixmaterial ausschließlich die Füllpartikel . Alternativ umfasst das erste Matrixmaterial keine ersten Konversionspartikel . In diesem Fall umfasst das erste Matrixmaterial ausschließlich die Füllpartikel .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens sedimentieren die ersten Konversionspartikel und/oder die zweiten Konversionspartikel und die Füllpartikel in Abhängigkeit ihrer Größe , ihres Gewichts , und/oder ihrer Dichte . Damit ist es möglich, dass Füllpartikel wie Streupartikel trotz Sedimentation isotrop in dem ersten Matrixmaterial und/oder dem zweiten Matrixmaterial verbleiben können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens sind die ersten Konversionspartikel und/oder die zweiten Konversionspartikel schwerer als die Füllpartikel . Mit Vorteil sedimentieren die ersten Konversionspartikel und/oder die zweiten Konversionspartikel schneller und stärker als die Füllpartikel . Damit ist der erste Bereich des ersten Matrixmaterials und der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials mit Vorteil frei von den Füllpartikeln .
Beispielsweise ist es möglich, dass zwei Arten von Füllpartikeln im Mischbereich verteilt sind, nämlich Füllpartikel , die Aerosilpartikel sind und weitere Füllpartikel , die Streupartikel sind . Durch die Aerosilpartikel sind die Streupartikel mit Vorteil homogen im Mischbereich verteilt .
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen angegeben . Sämtliche in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen of fenbarten Merkmale und Aus führungs formen sind auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen anwendbar und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen werden vor dem Aufbringen des ersten Matrixmaterials gemäß dem Verfahren zur Herstellung der optischen Elemente strahlungsemittierende Halbleiterchips bereitgestellt , auf die das erste Matrixmaterial aufgebracht wird . Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind j eweils dazu ausgebildet , elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren . Bei der Primärstrahlung handelt es sich beispielsweise um nahultraviolette Strahlung oder um blaues Licht .
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind beispielsweise j eweils mit einem Oberflächenemitter gebildet , bei dem die emittierte Primärstrahlung zum Großteil , beispielsweise über 80 % einer Strahlungsleistung, über eine Strahlungsaustritts fläche austritt , die von einer Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst ist .
Ferner kann j eder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einem volumenemittierenden Halbleiterchip gebildet sein, der die emittierte Primärstrahlung nicht nur über die Hauptfläche aussendet , sondern auch über zumindest eine Seitenfläche . Zum Beispiel treten bei einem volumenemittierenden Halbleiterchip wenigstens 30 % der Strahlenleistung der emittierten Primärstrahlung durch die zumindest eine Seitenfläche aus . Beispielsweise werden die strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Träger bereitgestellt . Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind beispielsweise beabstandet voneinander auf dem Träger angeordnet . Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind beispielsweise an Gitterpunkten eines Gitters auf dem Träger angeordnet . Das Gitter ist beispielsweise ein regelmäßiges polygonales Gitter, wie beispielsweise ein orthogonales Gitter oder ein hexagonales Gitter .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen wird nach dem Bereitstellen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips ein reflektierendes Umhüllungsmaterial zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufgebracht . In dieser Aus führungs form handelt es sich bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips beispielsweise um Oberflächenemitter .
Beispielsweise werden zunächst die Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet . Ein Zwischenraum zwischen den Halbleiterchips wird mit dem reflektierenden Umhüllungsmaterial gefüllt . Das Umhüllungsmaterial umfasst beispielsweise ein drittes Matrixmaterial , in das reflektierende Partikel und/oder streuende Partikel eingebracht sind . Beim Aufbringen liegt das dritte Matrixmaterial zum Beispiel in fließ fähiger Form vor . Nach dem Aufbringen wird das dritte Matrixmaterial beispielsweise zum reflektierenden Umhüllungskörper ausgehärtet .
Bei dem dritten Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz , wie etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien . Bei den reflektierenden Partikeln und/oder streuenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um TiOg-Partikel und/oder ZrOg-Partikel .
Beispielsweise weist der reflektierende Umhüllungskörper eine Ref lektivität für die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung von wenigstens 90 % , insbesondere von wenigstens 95 % , auf . Der reflektierende Umhüllungskörper weist beispielsweise eine Dicke in vertikaler Richtung von mindestens 50 pm auf .
Das Vereinzeln erfolgt insbesondere zwischen zwei direkt benachbarten optischen strahlungsemittierenden Halbleiterchips , insbesondere in vertikaler Richtung durch den reflektierenden Umhüllungskörper .
Handelt es sich beispielsweise um Volumenemitter, wird das erste Matrixmaterial über den Volumenemittern ohne den reflektierenden Umhüllungskörper aufgebracht . Das erste Matrixmaterial umhüllt zumindest eine Außenfläche der Volumenemitter . Die Außenfläche ist beispielsweise frei zugänglich .
Zumindest eine Seitenfläche der Volumenemitter weisen beispielsweise einen weiteren Umhüllungskörper auf . Der weitere Umhüllungskörper weist beispielsweise eine dem Volumenemitter abgewandte Außenfläche auf , die konvex oder konkav gekrümmt ist . Das erste Matrixmaterial wird beispielsweise auch auf der Außenfläche des weiteren Umhüllungskörpers aufgebracht .
Darüber hinaus wird ein optisches Element angegeben, das beispielsweise mit dem Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen herstellbar ist oder hergestellt wird . Sämtliche in Verbindung mit dem optischen Element of fenbarten Merkmale und Aus führungs formen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen anwendbar und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optische Element einen Basiskörper mit einem ersten Bereich und einem über dem ersten Bereich angeordneten zweiten Bereich . Der erste Bereich und der zweite Bereich sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander gestapelt angeordnet . Insbesondere stehen der erste Bereich des Basiskörpers und der zweite Bereich des Basiskörpers in direktem Kontakt miteinander .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optische Element erste Konversionspartikel .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optischen Elements umfasst der erste Bereich des Basiskörpers erste Konversionspartikel und der zweite Bereich des Basiskörpers ist frei von ersten Konversionspartikeln . Der erste Bereich des Basiskörpers ist beispielsweise durch Aushärten des ersten Bereichs des ersten Matrixmaterials gebildet .
Direkt benachbarte erste Konversionspartikel stehen zumindest teilweise , in direktem Kontakt miteinander . Handelt es sich um sphärische erste Konversionspartikel und sind diese ersten Konversionspartikel am dichtest möglichen gepackt , beträgt ein Zwischenraum zwischen den dichtest gepackten ersten Konversionspartikeln etwa 26 % des Gesamtraumes des ersten Bereichs . Der Zwischenraum ist beispielsweise mit dem Material des ersten Matrixmaterials gefüllt .
Vorteilhafterweise ist der erste Bereich des Basiskörpers und der zweite Bereich des Basiskörpers damit einstückig mit dem Material des ersten Matrixmaterials verbunden . Damit sind der erste Bereich und der zweite Bereich besonders mechanisch und chemisch stabil miteinander verbunden . Weiterhin ist ein Ablösen des zweiten Bereichs - also der optischen Linse - vom ersten Bereich damit mit Vorteil unterbunden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optischen Elements ist der zweite Bereich als optische Linse zur Strahl formung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet . Der zweite Bereich des Basiskörpers ist beispielsweise durch Aushärten und Strukturieren des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optischen Elements umfasst der erste Bereich des Basiskörpers einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich . Der erste Teilbereich des Basiskörpers umfasst die ersten Konversionspartikel und der zweite Teilbereich des Basiskörpers umfasst zweite Konversionspartikel .
Alternativ umfasst der erste Teilbereich keine ersten Konversionspartikel . In diesem Fall umfasst der erste Teilbereich ausschließlich die Füllpartikel .
Alternativ umfasst der zweite Teilbereich keine zweiten Konversionspartikel . In diesem Fall umfasst der zweite Teilbereich ausschließlich die Füllpartikel .
Alternativ ist der erste Teilbereich durch die Konversionsschicht gebildet , die die zweiten Konversionspartikel umfasst , und der darüber angeordnete zweite Teilbereich umfasst die ersten Konversionspartikel . Beispielsweise ist der zweite Teilbereich als Schutzschicht ausgebildet . Damit sind die ersten Konversionspartikel mit Vorteil besonders gut gegen äußere Umwelteinflüsse , wie Feuchtigkeit , geschützt . Beispielsweise weisen die von dem zweiten Matrixmaterial umfassten Füllpartikel derartige Schutzeigenschaften auf . In diesem Fall weist das zweite Matrixmaterial ausschließlich die Füllpartikel auf .
Weiterhin kann das optische Element weitere Teilbereiche umfassen, die j eweils über, unter und/oder zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich angeordnet sind . Die weiteren Teilbereiche umfassen j eweils weitere Konversionspartikel und/oder weitere Füllpartikel .
Gemäß dieser Aus führungs form ist der erste Teilbereich des Basiskörpers beispielsweise durch Aushärten des ersten Bereichs des ersten Matrixmaterials gebildet und der zweite Teilbereich des Basiskörpers ist beispielsweise durch Aushärten des ersten Bereichs des zweiten Matrixmaterials gebildet .
Der zweite Bereich des Basiskörpers ist beispielsweise durch Aushärten und Strukturieren des Mischbereichs gebildet .
Es wird darüber hinaus ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben, das beispielsweise mit dem Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen herstellbar ist oder hergestellt wird . Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil of fenbarten Merkmale und Aus führungs formen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen anwendbar und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip . Beispielsweise mischt sich im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterchips die Primärstrahlung, die Sekundärstrahlung, insbesondere die erste Sekundärstrahlung und die zweite Sekundärstrahlung, bevorzugt zu weißem Mischlicht . Das heißt , das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ist insbesondere dazu ausgebildet , weißes Mischlicht aus zusenden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ein hier beschriebenes optisches Element .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist das optische Element auf einer Strahlungsaustritts fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet . Insbesondere ist das optische Element auf der Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip von einem reflektierenden Umhüllungsmaterial umgeben .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils formen das optische Element und das reflektierende Umhüllungsmaterial eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils . Im Folgenden werden das Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen, das Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen, das optische Element und das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil anhand von Aus führungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert .
Es zeigen :
Figuren 1 , 2 , 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung von optischen Elementen gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figuren 5 , 6 , 7 und 8 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figuren 9 , 10 , 11 , 12 , 13 und 14 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 15 eine schematische Schnittdarstellung eines optischen Elements gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 16 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel , und
Figuren 17 , 18 , 19 und 20 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Gleiche , gleichartige oder 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 als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Bei dem Verfahren gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figuren 1 , 2 , 3 und 4 wird ein Träger mit einer Begrenzung 6 bereitgestellt , auf den ein erstes Matrixmaterial 2 mit ersten Konversionspartikeln 3 aufgebracht wird . Der Träger ist von einer Folie 5 bedeckt , insbesondere eine UV- Klebefolie , auf der die Begrenzung 6 aufgebracht ist . Die Begrenzung 6 umschließt den Bereich, auf dem das erste Matrixmaterial 2 aufgebracht werden soll , vollständig . Das erste Matrixmaterial 2 mit den ersten Konversionspartikeln 3 wird direkt auf die Folie 5 aufgebracht .
Das erste Matrixmaterial 2 liegt beim Aufbringen in einer fließ fähigen Form vor, in dem die ersten Konversionspartikel 3 eingebracht sind . Bei dem ersten Matrixmaterial 2 handelt es sich beispielsweise um ein Klarsilikon .
In einem weiteren Verfahrensschritt , gemäß Figur 2 , werden die ersten Konversionspartikel 3 im ersten Matrixmaterial 2 mittels einer Zentri fuge sedimentiert . Durch das Sedimentieren agglomerieren die ersten Konversionspartikel 3 in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 . Ein über dem ersten Bereich 7 liegender zweiter Bereich des ersten Matrixmaterials 8 ist durch das Sedimentieren frei von den ersten Konversionspartikeln 3 .
Der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials 8 , das frei von den ersten Konversionspartikeln 3 ist , wird nach der Sedimentation strukturiert ( Figur 3 ) . Der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials 8 wird hierbei so strukturiert , dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials 8 mehrere optische Linsen 10 bildet .
Die Strukturierung erfolgt beispielsweise mittels eines Formprozesses unter Verwendung eines Werkzeugs 9 . Bei dem Werkzeug 9 handelt es sich um ein Formwerkzeug, bei dem eine dem ersten Matrixmaterial 2 zugewandte Seite strukturiert ist . Die dem ersten Matrixmaterial 2 zugewandten Seite weist eine inverse Form der zu strukturierenden optischen Linsen 10 auf . Sind die optischen Linsen 10 j eweils konvexe optische Linsen 10 , so ist die inverse Form des Werkzeugs 9 konkav .
Während des Strukturierens liegt das erste Matrixmaterial 2 in einer noch nicht ausgehärteten Form vor . Das Werkzeug 9 wird auf die Außenfläche aufgesetzt und mit einem vorgebbaren Druck in Richtung des Trägers 4 gepresst . Beispielsweise wird das erste Matrixmaterial 2 bei dem Strukturieren, insbesondere beim Aufbringen des Werkzeugs 9 , gehei zt , sodass das erste Matrixmaterial 2 in einer fließ fähigen Form vorliegt und sich an die inverse Form anformt .
I st das erste Matrixmaterial 2 , insbesondere die Außenfläche , an die inverse Form des Werkzeugs 9 angeformt , wird das erste Matrixmaterial 2 ausgehärtet . Nachfolgend wird das Werkzeug 9 entfernt . Nach dem Aushärten wird das erste Matrixmaterial 2 entlang vertikaler Schnittlinien, in Figur 4 als gestrichelte Linien dargestellt , zu optischen Elementen 1 vereinzelt . Das erste Matrixmaterial 2 wird durch den ersten Bereich 7 und den zweiten Bereich 8 durch Schnitte zwischen zwei direkt benachbarten optischen Linsen 10 vereinzelt . Damit weist j edes vereinzelte optische Element 1 eine einzelne der optischen Linsen 10 auf .
Das erste Matrixmaterial 2 entspricht durch das Aushärten und Vereinzeln einem Basiskörper 19 des optischen Elements 1 , wie in Verbindung mit den Figuren 15 und 16 näher beschrieben .
Bei dem Verfahren gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figuren 5 , 6 , 7 und 8 werden im Unterschied zum zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiel strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 auf den Träger 4 aufgebracht . Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 sind beabstandet voneinander auf dem Träger 4 angeordnet , sodass ein Zwischenraum zwischen direkt benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 gebildet ist .
Nach dem Aufbringen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 ist ein reflektierendes Umhüllungsmaterial 13 zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 aufgebracht . Dies ist besonders bei Oberflächenemittern von Bedeutung . Das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 liegt beim Aufbringen beispielsweise in einer fließ fähigen Form vor . Das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 wird derart aufgebracht , dass dieses den Zwischenraum zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 vollständig aus füllt . Vor dem Aufbringen des ersten Matrixmaterials 2 wird das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 ausgehärtet . Das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 schließt beispielsweise plan in vertikaler Richtung mit den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 ab . Das heißt , eine dem Träger 4 abgewandte Deckfläche des reflektierenden Umhüllungsmaterials 13 und dem Träger 4 abgewandte Deckflächen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 liegen in einer gemeinsamen Ebene .
Auf diese gemeinsame Ebene wird das erste Matrixmaterial 2 mit den ersten Konversionspartikeln 3 aufgebracht , sedimentiert und strukturiert ( Figuren 6 und 7 ) , wie in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 näher beschrieben . Beim Strukturieren wird j eweils eine einzelne optische Linse 10 über j eweils einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12 erzeugt .
Nach dem Aushärten wird das erste Matrixmaterial 2 und die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 entlang vertikaler Schnittlinien, in Figur 8 als gestrichelte Linien dargestellt , zu strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen 11 vereinzelt . Die Schnittlinien sind zwischen zwei direkt benachbarten optischen Linsen 10 und zwei direkt benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 positioniert . Die Vereinzelung erfolgt durch Schnitte durch den ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 , den zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials 8 und das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 .
Damit weist j edes vereinzelte strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 11 eine einzelne der optischen Linsen 10 und einen einzelnen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 auf . Bei dem Verfahren gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figuren 9 , 10 , 11 , 12 , 13 und 14 werden im Unterschied zum zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiel gemäß der Figuren 5 , 6 , 7 und 8 nach dem Aufbringen und Sedimentieren des ersten Matrixmaterials 2 ( Figuren 9 und 10 ) ein zweites Matrixmaterial 14 mit zweiten Konversionspartikeln 15 bereitgestellt ( Figur 11 ) . Die ersten Konversionspartikel 3 sind hierbei verschieden zu den zweiten Konversionspartikeln 15 ausgebildet . Das erste Matrixmaterial 2 und das zweite Matrixmaterial 14 sind weiterhin vorzugsweise aus demselben Material gebildet und umfassen beispielsweise beide ein Klarsilikon .
Nach dem Aufbringen des zweiten Matrixmaterials 14 mit den zweiten Konversionspartikeln 15 werden die zweiten Konversionspartikel 15 im zweiten Matrixmaterial 14 sedimentiert , insbesondere mit einer Zentri fuge . Durch die Sedimentation agglomerieren die zweiten Konversionspartikel 15 in einem ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials 16 und ein zweiter Bereich des zweiten Matrixmaterials 17 ist frei von ersten Konversionspartikeln 3 .
Nach dem Sedimentieren der zweiten Konversionspartikel 15 ist der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials 16 direkt über dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 angeordnet . Durch das Sedimentieren verdrängt das zweite Matrixmaterial 14 mit den zweiten Konversionspartikeln 15 den zweiten Bereich des ersten Matrixmaterials 8 .
Weiterhin formen der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials 8 und der zweite Bereich des zweiten Matrixmaterials 17 einen Mischbereich 18 . Der Mischbereich 18 umfasst beispielsweise das Klarsilikon des ersten Matrixmaterials 2 und des zweiten Matrixmaterials 14 .
Nachfolgend wird der Mischbereich 18 strukturiert , derart , dass eine strukturierte Außenfläche des Mischbereichs 18 mehrere optische Linsen 10 bildet . Beim Strukturieren liegt der Mischbereich 18 in einer noch nicht ausgehärteten Form vor und ein Werkzeug 9 mit einer inversen Form wird auf den Mischbereich 18 aufgebracht . I st der Mischbereich 18 , insbesondere die Außenfläche des Mischbereichs 18 , an die inverse Form des Werkzeugs 9 angeformt , wird der Mischbereich 18 ausgehärtet .
Nach dem Aushärten wird der Mischbereich 18 , der erste Bereich des ersten Matrixmaterials 7 , der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials 16 und das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 durch Schnitte getrennt , wie in Figur 14 als gestrichelte Linien dargestellt . Damit weist j edes vereinzelte strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 11 eine einzelne der optischen Linsen 10 , erste Konversionspartikel 3 , zweite Konversionspartikel 15 und einen einzelnen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 auf .
Das optische Element 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 15 umfasst einen Basiskörper 19 mit einem ersten Bereich 20 und einem über dem ersten Bereich angeordneten zweiten Bereich 21 .
Der erste Bereich des Basiskörpers 20 umfasst erste Konversionspartikel 3 . Der zweite Bereich des Basiskörpers 21 ist als optische Linse 10 geformt und ist frei von den ersten Konversionspartikeln 3 . Der erste Bereich des Basiskörpers 20 und der zweite Bereich des Basiskörpers 21 schließen an einer Seitenfläche des optischen Elements 1 bündig miteinander ab . Das heißt , der erste Bereich des Basiskörpers 20 überragt den zweiten Bereich des Basiskörpers 21 in lateraler Richtung nicht und umgekehrt .
Der Basiskörper 19 des ersten Bereichs 20 und der Basiskörper des zweiten Bereichs 21 sind mit Vorteil einstückig miteinander verbunden .
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 11 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 16 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12 , der von einem reflektierenden Umhüllungsmaterial 13 umgeben ist . Das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 bedeckt Seitenflächen, insbesondere alle Seitenflächen, des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 vollständig und steht mit diesem direkten Kontakt . Das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 schließt mit einer Bodenfläche und einer Deckfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 bündig und plan ab .
Uber dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 12 ist ein optisches Element 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 15 angeordnet . Der erste Bereich des Basiskörpers 20 und das reflektierende Umhüllungsmaterial 13 schließen an einer Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 11 bündig miteinander ab . Eine Seitenfläche des ersten Bereichs des Basiskörpers 20 und eine Seitenfläche des reflektierenden Umhüllungsmaterials 13 liegen hierbei in einer gemeinsamen Ebene .
Bei dem Verfahren gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figuren 17 , 18 , 19 und 20 werden im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Aus führungsbeispielen in Verbindung mit den Verfahrensstadien in Figur 17 mehrere strahlungsemittierende Halbleiterchips 12 auf den Träger 4 aufgebracht , wobei zwischen zumindest manchen benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 eine Begrenzung 6 angeordnet ist .
Die Begrenzungen 6 sind beabstandet voneinander auf dem Träger 4 angeordnet , sodass weitere Zwischenräume zwischen direkt benachbarten Begrenzungen 12 gebildet sind . Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 sind in den weiteren Zwischenräumen angeordnet .
Beispielsweise verlaufen die Begrenzungen 6 parallel zueinander . In diesem Fall sind beispielsweise j eweils mehrere der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 in j eweils einem der weiteren Zwischenräume angeordnet . Beispielsweise sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 in j edem weiteren Zwischenraum entlang einer Anordnungslinie , die parallel zu den Begrenzungen 6 verläuft , angeordnet .
Alternativ ist die Begrenzung 6 beispielsweise in Form eines weiteren Gitters auf dem Träger angeordnet . Das weitere Gitter ist beispielsweise ein regelmäßiges polygonales Gitter, wie beispielsweise ein orthogonales Gitter oder ein hexagonales Gitter . Die Begrenzung 6 verläuft entlang von Gitterlinien des weiteren Gitters , sodass einer oder mehrere der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 in j edem weiteren Zwischenraum angeordnet sind . Insbesondere ist genau einer der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 in j edem weiteren Zwischenraum angeordnet . Bei dem Träger 4 handelt es sich beispielsweise um einen Leiterrahmen, insbesondere einen vorgefertigten Leiterrahmen, auf den die Begrenzung 6 aufgebracht ist . Beispielsweise ist die Begrenzung 6 durch ein Vierfach-Flachgehäuse ohne Anschlüsse ( englisch „quad flat no leads package" , kurz „QFN" ) gebildet . Die Begrenzung 6 umfasst zum Beispiel einen integrierten Schaltkreis , der dazu ausgebildet ist , die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 anzusteuern . Die Begrenzung 6 ist insbesondere elektrisch leitend mit dem Träger 4 verbunden, sodass die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 über den Träger mittels der Begrenzung 6 ansteuerbar sind .
Gemäß Figur 18 wird ein erstes Matrixmaterial 2 voll flächig über dem Träger 4 , der Begrenzung 6 und den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 aufgebracht .
In einem weiteren Verfahrensschritt , gemäß Figur 19 , werden erste Konversionspartikel 3 im ersten Matrixmaterial 2 sedimentiert . Durch das Sedimentieren agglomerieren die ersten Konversionspartikel 3 in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 , wobei j ede Deckfläche der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 , insbesondere vollständig, von dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 bedeckt ist . Beispielsweise ist eine Deckfläche des Trägers 4 , die nicht von der Begrenzung 6 und den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 bedeckt ist , von dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 bedeckt , insbesondere vollständig . Weiterhin ist eine Deckfläche der Begrenzung 6 , insbesondere vollständig, von dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials 7 bedeckt . Ein zweiter Bereich des ersten Matrixmaterials 8 wird gemäß Figur 20 so strukturiert , dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials 8 mehrere optische Linsen 10 bildet . Beispielsweise ist j edem der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 12 eine der optischen Linsen 10 zugeordnet .
Nach dem Aushärten wird das erste Matrixmaterial 2 entlang vertikaler Schnittlinien, in Figur 20 als gestrichelte Linien dargestellt , zu strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen 11 vereinzelt .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
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 2021 124 691 . 1 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Bezugs zeichenliste
1 optisches Element
2 erstes Matrixmaterial
3 erste Konversionspartikel
4 Träger
5 Folie
6 Begrenzung
7 erster Bereich des ersten Matrixmaterials
8 zweiter Bereich des ersten Matrixmaterials
9 Werkzeug
10 optische Linse
11 strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil
12 strahlungsemittierender Halbleiterchip
13 reflektierendes Umhüllungsmaterial
14 zweites Matrixmaterial
15 zweite Konversionspartikel
16 erster Bereich des zweiten Matrixmaterials
17 zweiter Bereich des zweiten Matrixmaterials
18 Mischbereich
19 Basiskörper
20 erster Bereich des Basiskörpers
21 zweiter Bereich des Basiskörpers

Claims

- 33 - Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Matrixmaterials (2) mit ersten Konversionspartikeln (3) ,
- Sedimentieren der ersten Konversionspartikel (3) im ersten Matrixmaterial (2) derart, dass die ersten Konversionspartikel (3) in einem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials (7) agglomerieren und ein zweiter Bereich des ersten Matrixmaterials (8) frei von den ersten Konversionspartikeln (3) ist,
- Strukturieren des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials (8) derart, dass eine strukturierte Außenfläche des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials
(8) mehrere optische Linsen (10) bildet,
- Vereinzeln des ersten Matrixmaterials (2) zu optischen Elementen (1) , wobei
- jedes optische Element (1) zumindest eine der optischen Linsen (10) umfasst.
2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials (8) mittels eines Fräsprozesses oder eines Laserprozesses strukturiert wird .
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei
- der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials (8) mittels einem Formprozesses oder eines Stanzprozesses strukturiert wird .
4. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei 34
- überschüssiges Material des zweiten Bereichs des ersten Matrixmaterials (8) an einen Randbereich verdrängt wird, und
- das überschüssige Material entfernt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- ein Träger (4) mit einer Begrenzung (6) bereitgestellt wird, und
- das erste Matrixmaterial (2) mit den ersten Konversionspartikeln (3) auf den Träger (4) innerhalb der Begrenzung (6) aufgebracht wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- nach dem Sedimentieren der ersten Konversionspartikel (3) ein zweites Matrixmaterial (14) mit zweiten Konversionspartikeln (15) auf dem ersten Matrixmaterial (2) aufgebracht wird.
7. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- die zweiten Konversionspartikel (15) im zweiten Matrixmaterial (14) sedimentiert werden, derart, dass die zweiten Konversionspartikel (15) in einem ersten Bereich des zweiten Matrixmaterials (16) agglomerieren und ein zweiter Bereich des zweiten Matrixmaterials (17) frei von ersten Konversionspartikeln (3) ist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei
- der erste Bereich des zweiten Matrixmaterials (16) über dem ersten Bereich des ersten Matrixmaterials (7) angeordnet ist, und
- der zweite Bereich des ersten Matrixmaterials (8) und der zweite Bereich des zweiten Matrixmaterials (17) einen Mischbereich (18) formen.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei
- das erste Matrixmaterial (2) und das zweite Matrixmaterial (14) mit demselben Material gebildet sind.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, wobei
- das erste Matrixmaterial (2) und/oder das zweite Matrixmaterial (14) Füllpartikel umfasst, und
- die ersten Konversionspartikel (3) und/oder die zweiten Konversionspartikel (15) und die Füllpartikel in Abhängigkeit ihrer Größe, ihres Gewichts, und/oder ihrer Dichte sediment! er en .
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die ersten Konversionspartikel (3) und/oder die zweiten Konversionspartikel (15) schwerer als die Füllpartikel sind.
12. Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauteilen (11) , wobei
- vor dem Aufbringen des ersten Matrixmaterials (2) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche strahlungsemittierende Halbleiterchips (12) bereitgestellt werden, auf die das erste Matrixmaterial (2) aufgebracht wird .
13. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- nach dem Bereitstellen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (12) ein reflektierendes Umhüllungsmaterial (13) zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips (12) aufgebracht wird.
14. Optisches Element (1) mit - einem Basiskörper (19) mit einem ersten Bereich (20) und einem über dem ersten Bereich (20) angeordneten zweiten Bereich (21) , und
- ersten Konversionspartikeln (3) , wobei
- der erste Bereich des Basiskörpers (20) erste Konversionspartikel (3) umfasst und der zweite Bereich des Basiskörpers (21) frei von ersten Konversionspartikeln (3) ist, und
- der zweite Bereich als optische Linse (10) zur Strahlformung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist .
15. Optisches Element (1) gemäß dem Anspruch 14, bei dem
- der erste Bereich des Basiskörpers (20) einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst,
- der erste Teilbereich des Basiskörpers die ersten Konversionspartikel (3) umfasst, und
- der zweite Teilbereich des Basiskörpers zweite Konversionspartikel (15) umfasst.
16. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (11) mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (12) , und
- einem optischen Element (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- das optische Element (1) auf einer Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (12) angeordnet ist.
17. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (11) gemäß Anspruch 16, bei dem
- der strahlungsemittierende Halbleiterchip (12) von einem reflektierenden Umhüllungsmaterial (13) umgeben ist, und - das optische Element (1) und das reflektierende
Umhüllungsmaterial (13) eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (11) formen.
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