WO2024083505A1 - Optoelektronisches modul - Google Patents

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WO2024083505A1
WO2024083505A1 PCT/EP2023/077422 EP2023077422W WO2024083505A1 WO 2024083505 A1 WO2024083505 A1 WO 2024083505A1 EP 2023077422 W EP2023077422 W EP 2023077422W WO 2024083505 A1 WO2024083505 A1 WO 2024083505A1
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optoelectronic module
carrier
semiconductor components
semiconductor
semiconductor component
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PCT/EP2023/077422
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Andreas Fröhlich
Jörg Erich SORG
Nicole BERNER
Erik Heinemann
Jan Marfeld
Tobias HAUPELTSHOFER
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • An optoelectronic module is specified which is designed to emit electromagnetic radiation.
  • One problem to be solved is to provide an optoelectronic module with a particularly compact design.
  • the optoelectronic module comprises a first semiconductor component, a second semiconductor component and a third semiconductor component.
  • the semiconductor components are designed, for example, as luminescence diodes or laser diodes.
  • the semiconductor components are each designed as a single ridge laser, each with an emission region.
  • the semiconductor components are designed to emit electromagnetic radiation of different main wavelengths in a common emission direction.
  • the semiconductor components are each designed as monolithic components.
  • a main wavelength here and below describes a wavelength at which an emission spectrum has a global intensity maximum.
  • the first semiconductor component preferably emits electromagnetic radiation with at least a first main wavelength in the red spectral range.
  • the second semiconductor component preferably emits electromagnetic radiation with at least a second main wavelength in the green spectral range.
  • the third semiconductor component preferably emits electromagnetic radiation with at least a third main wavelength in the blue spectral range.
  • the emission directions of all semiconductor components are preferably aligned parallel to one another.
  • the semiconductor components are each arranged on a mounting body.
  • each semiconductor component is assigned its own mounting body.
  • the mounting bodies are arranged on a mounting side of a carrier.
  • the mounting side of the carrier is, for example, the side on which a semiconductor component can be mounted.
  • the mounting side comprises a plurality of solder pads for mounting semiconductor components.
  • the carrier is in particular formed with several layers.
  • the carrier is preferably designed to be mechanically self-supporting.
  • a rear side of the carrier is located opposite the mounting side of the carrier.
  • the emission direction is aligned transversely to a main extension plane of the carrier. This advantageously makes it possible to provide a particularly compact light source.
  • the optoelectronic module comprises a first semiconductor component, a second semiconductor component and a third semiconductor component, wherein
  • the semiconductor components are designed to emit electromagnetic radiation of different main wavelengths in a common emission direction
  • the semiconductor components are each arranged on a mounting body
  • the mounting bodies are arranged on a mounting side of a carrier, and
  • the emission direction is aligned transversely to a main extension plane of the carrier.
  • the optoelectronic module described here is based on the following considerations, among others: Very compact light sources are required in a large number of applications. For example, compact light sources are advantageous for projecting multi-coloured image content onto a portable device. Conventional light sources often take up a large amount of space and emit electromagnetic radiation with little direction over a large area. Consequently, large and heavy optics are also required, which can further increase the dimensions of a portable light source.
  • the optoelectronic module described here makes use, among other things, of the idea of arranging a plurality of semiconductor components, each with a mounting body, on a mounting side of a carrier.
  • the mounting body enables the semiconductor components to be mounted in such a way that the emission direction is oriented transversely to a main extension plane of the carrier. This creates a particularly compact optoelectronic module. Electromagnetic radiation can advantageously be emitted in a directed manner over a small area. A downstream optic can therefore be very small and compact. By arranging the semiconductor components in this way, short control lines can also be used, which facilitates high-frequency control of the semiconductor components.
  • the mounting bodies are formed with ceramic. Ceramic materials have an advantageously high thermal conductivity.
  • the mounting bodies are formed with aluminum nitride.
  • a mounting body has a metallization which extends from a side facing a semiconductor component to a side facing the carrier.
  • all mounting bodies have a metallization which extends from a side facing a semiconductor component to a side facing the carrier.
  • the metallization extends in particular over an edge of the mounting body. In other words, the metallization covers a side of the mounting body facing the carrier at least partially.
  • the metallization is used, for example, to electrically connect a semiconductor component.
  • the metallization is preferably made of copper.
  • the emission direction is aligned perpendicular to the main extension plane of the carrier.
  • Perpendicular here and in the following means in particular parallel to a normal vector of the carrier. This advantageously makes it possible to provide a particularly compact optoelectronic module.
  • a hermetically sealed encapsulation structure encloses the semiconductor components.
  • the encapsulation structure protects the semiconductor components in particular from external environmental influences.
  • the encapsulation structure is preferably impermeable to gases and liquids.
  • the encapsulation structure comprises a frame element with a cavity and a window element, wherein the semiconductor components are arranged in the cavity.
  • the frame element is formed, for example, with ceramic.
  • the cavity preferably extends completely through the frame element.
  • the window element is radiation-permeable to electromagnetic radiation emitted during operation of the optoelectronic module.
  • the window element is preferably formed with glass or sapphire.
  • the window element is designed for beam shaping.
  • the window element is a collimation lens.
  • the carrier is made of ceramic.
  • the carrier is made of aluminum nitride in order to achieve a particularly high thermal conductivity. Alternatively, the carrier is made of multiple layers.
  • the semiconductor components are designed to be edge-emitting.
  • the semiconductor components each have, in particular, a coupling-out facet on a side surface.
  • the semiconductor components each comprise a plurality of emission regions.
  • all semiconductor components each have a plurality of emission regions.
  • the semiconductor components have at least two, preferably at least four and particularly preferably at least 12 emission regions.
  • each emission region emits electromagnetic radiation with an identical main wavelength.
  • Each semiconductor component can be designed, for example, as a double ridge laser with two emission regions each.
  • the main wavelengths of the emission regions of a semiconductor component differ by at least 1 nm, preferably by at least 2 nm, particularly preferably by at least 5 nm. Small differences in the
  • the emission regions of each semiconductor component can be controlled independently of one another. Independent control enables, for example, a particularly large dynamic range of the intensity of the emitted electromagnetic radiation.
  • the distance between the emission regions of a semiconductor component is at most 10 pm.
  • a small distance between the emission regions of a semiconductor component contributes to a particularly compact design of the optoelectronic module.
  • the emission regions of all semiconductor components are arranged within an ellipse with a major axis length of less than 1000 pm, preferably less than 500 pm and particularly preferably less than 300 pm and a minor axis length of less than 200 pm, preferably less than 100 pm and particularly preferably less than 60 pm.
  • the emission regions of all semiconductor components are preferably arranged facing one another. Such a compact arrangement of the emission regions enables the use of particularly compact downstream optical elements.
  • An optoelectronic module described here is particularly suitable for use as a compact laser light source in portable projection applications, head-up displays, augmented displays or virtual reality displays. Further advantages and advantageous embodiments and developments of the optoelectronic module emerge from the following embodiments shown in the figures.
  • Figure 1A is a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a first embodiment
  • Figure 1B is a schematic plan view of an optoelectronic module described here according to the first embodiment.
  • FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 1 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic module 1 comprises a first semiconductor component 11, a second semiconductor component 12 and a third semiconductor component 13.
  • the semiconductor components 11, 12, 13 are designed as laser diodes.
  • the semiconductor components 11 , 12 , 13 are designed to emit electromagnetic radiation of different Main wavelengths are arranged in a common emission direction ED.
  • the semiconductor components 11, 12, 13 are each designed as monolithic components.
  • the first semiconductor component 11 preferably emits electromagnetic radiation with at least a first main wavelength in the red spectral range.
  • the second semiconductor component 12 preferably emits electromagnetic radiation with at least a second main wavelength in the green spectral range.
  • the third semiconductor component 13 preferably emits electromagnetic radiation with at least a third main wavelength in the blue spectral range.
  • the emission directions ED of all semiconductor components 11, 12, 13 are preferably aligned parallel to one another.
  • Each of the semiconductor components 11, 12, 13 is arranged on its own mounting body 30.
  • the mounting bodies 30 are arranged on a mounting side 20A of a carrier 20.
  • the mounting side 20A of the carrier is, for example, the side on which a semiconductor component 11, 12, 13 can be mounted.
  • the mounting side 20A comprises a plurality of solder pads for mounting semiconductor components 11, 12, 13.
  • the emission direction ED of the semiconductor components 11, 12, 13 is aligned transversely to a main extension plane of the carrier 20.
  • the carrier 20 is made of ceramic.
  • the carrier 20 is made of aluminum nitride in order to achieve a particularly high thermal conductivity.
  • the carrier 20 is made of multiple layers.
  • the carrier 20 is designed to be mechanically self-supporting.
  • the carrier 20 further comprises a plurality of contact pads 410 and vias 40.
  • the contact pads 410 are arranged on the mounting side 20A and on the rear side 20B of the carrier 20.
  • the vias 40 each connect a contact pad 410 on the rear side 20B to a contact pad 410 on the mounting side 20A.
  • connecting elements 50 establish an electrically conductive connection between the contact pad 410 and a semiconductor component 11, 12, 13.
  • the connecting elements 50 are designed as bonding wires.
  • the mounting bodies 30 are made of ceramic. Ceramic materials have an advantageously high thermal conductivity.
  • the mounting bodies 30 are made of aluminum nitride.
  • All mounting bodies 30 have a metallization 310 that extends from a side of a mounting body 30 facing a semiconductor component 11, 12, 13 to a side facing the carrier 20.
  • the metallization 310 extends in particular over an edge of the mounting body 30. In other words, the metallization 310 at least partially covers a side of the mounting body 30 facing the carrier 20.
  • the metallization 30 is used, for example, to electrically connect a semiconductor component 11, 12, 13.
  • the metallization 310 is preferably formed with copper.
  • the optoelectronic module 1 comprises a hermetically sealed encapsulation structure 60.
  • the encapsulation structure 60 encloses the semiconductor components 11, 12, 13.
  • the encapsulation structure 60 protects the semiconductor components 11 , 12 , 13 particularly from external environmental influences .
  • the encapsulation structure 60 is impermeable to gases and liquids.
  • the encapsulation structure 60 comprises a frame element 61 with a cavity 610 and a window element 62.
  • the semiconductor components 11, 12, 13 are arranged in the cavity 610.
  • the frame element 61 is formed, for example, with ceramic.
  • the cavity 610 preferably extends completely through the frame element 61.
  • the window element 60 is arranged downstream of the semiconductor components 11, 12, 13 in their emission direction ED.
  • the window element 60 is permeable to electromagnetic radiation emitted during operation of the optoelectronic module 1.
  • the window element 60 is preferably formed with glass or sapphire.
  • the window element 60 is designed for beam shaping.
  • the window element 60 is a collimation lens.
  • Figure 1B shows a schematic top view of an optoelectronic module 1 described here according to the first embodiment.
  • a section line AA is shown in Figure 1B.
  • the illustration from the previous Figure 1A corresponds to a section through the optoelectronic module 1 shown in Figure 1B along the section line AA.
  • the semiconductor components 11, 12, 13 each have a plurality of emission regions 110, 120, 130.
  • the first semiconductor component 11 comprises a plurality of first emission regions 110
  • the second semiconductor component comprises a plurality of second emission regions 120
  • the third semiconductor component 13 comprises a plurality of third emission regions 130.
  • the semiconductor components 11, 12, 13 each have at least four, preferably at least six, particularly preferably at least 12 emission regions 110, 120, 130.
  • each emission region 110, 120, 130 emits electromagnetic radiation with an identical main wavelength.
  • the main wavelengths of the emission regions 110, 120, 130 of a semiconductor component 11, 12, 13 differ by at least 1 nm, preferably by at least 2 nm, particularly preferably by at least 5 nm. Small differences in the main wavelength can advantageously reduce or avoid undesirable interference effects.
  • the emission regions 110, 120, 130 of each semiconductor component 11, 12, 13 can each be controlled independently of one another. Independent control enables, for example, a particularly large dynamic range of the intensity of the emitted electromagnetic radiation.
  • a distance between the emission regions 110, 120, 130 of a semiconductor component 11, 12, 13 is at most 10 pm.
  • a small distance between the emission regions 110, 120, 130 of a semiconductor component 11, 12, 13 contributes to a particularly compact design of the optoelectronic module 1.
  • the emission regions 110, 120, 130 of all semiconductor components 11, 12, 13 are within an ellipse with a major axis length HA of less than 1000 pm, preferably less than 500 pm and particularly preferably less than 300 gm and a minor axis length NA of less than 200 gm, preferably less than 100 gm and particularly preferably less than 60 gm.
  • the emission regions 110, 120, 130 of all semiconductor components 11, 12, 13 are preferably arranged facing one another. Such a compact arrangement of the emission regions 110, 120, 130 enables the use of particularly compact downstream optical elements.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul (1) angegeben. Das optoelektronische Modul (1) umfasst, ein erstes Halbleiterbauelement (11), ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13). Die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet. Die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) sind jeweils auf einem Montagekörper (30) angeordnet. Die Montagekörper (30) sind auf einer Montageseite (20A) des Trägers (20) angeordnet. Die Emissionsrichtung (ED) ist quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers (20) ausgerichtet.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES MODUL
Es wird ein optoelektronisches Modul angegeben, das zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Modul mit einer besonders kompakten Bauform anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Modul ein erstes Halbleiterbauelement , ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement . Die Halbleiterbauelemente sind beispielsweise als Lumines zenzdioden oder Laserdioden eingerichtet . Insbesondere sind die Halbleiterbauelemente j eweils als Single Ridge Laser mit j e einem Emissionsbereich ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Halbleiterbauelemente zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung eingerichtet . Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente j eweils als monolithische Bauelemente ausgebildet . Eine Hauptwellenlänge beschreibt hier und im Folgenden eine Wellenlänge , bei der ein Emissionsspektrum ein globales Intensitätsmaximum aufweist . Das erste Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer ersten Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich . Das zweite Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer zweiten Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich . Das dritte Halbleiterbauelement emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer dritten Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich . Bevorzugt sind die Emissionsrichtungen aller Halbleiterbauelemente parallel zueinander ausgerichtet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Halbleiterbauelemente j eweils auf einem Montagekörper angeordnet . Mit anderen Worten, j edem Halbleiterbauelement ist ein eigener Montagekörper zugeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Montagekörper auf einer Montageseite eines Trägers angeordnet . Die Montageseite des Trägers ist beispielsweise die Seite , auf dem ein Halbleiterbauelement montiert werden kann . Insbesondere umfasst die Montageseite eine Mehrzahl von Lötpads zur Montage von Halbleiterbauelementen . Der Träger ist insbesondere mit mehreren Schichten gebildet . Bevorzugt ist der Träger mechanisch selbsttragend ausgeführt . Gegenüber der Montageseite des Trägers befindet sich eine Rückseite des Trägers . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls ist die Emissionsrichtung quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers ausgerichtet . Vorteilhaft kann so eine besonders kompakte Lichtquelle bereitgestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Modul ein erstes Halbleiterbauelement , ein zweites Halbleiterbauelement und ein drittes Halbleiterbauelement , wobei
- die Halbleiterbauelemente zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung eingerichtet sind,
- die Halbleiterbauelemente j eweils auf einem Montagekörper angeordnet sind,
- die Montagekörper auf einer Montageseite eines Trägers angeordnet sind, und
- die Emissionsrichtung quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers ausgerichtet ist .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Modul liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : In einer Viel zahl von Anwendungen werden sehr kompakte Lichtquellen benötigt . Beispielsweise sind kompakte Lichtquellen zur Proj ektion von mehrfarbigen Bildinhalten auf ein tragbares Gerät vorteilhaft . Herkömmliche Lichtquellen nehmen häufig einen großen Bauraum ein und emittieren elektromagnetische Strahlung nur wenig gerichtet über eine große Fläche . Folglich werden auch große und schwere Optiken benötigt , die die Abmessungen einer tragbaren Lichtquelle weiter vergrößern können . Das hier beschriebene optoelektronische Modul macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen mit j eweils einem Montagekörper auf einer Montageseite eines Trägers anzuordnen . Der Montagekörper ermöglicht eine Montage der Halbleiterbauelemente , die eine Orientierung der Emissionsrichtung quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers ermöglicht . So entsteht ein besonders kompaktes optoelektronisches Modul . Eine Emission von elektromagnetischer Strahlung kann vorteilhaft gerichtet auf einer kleinen Fläche erfolgen . Eine nachgeordnete Optik kann daher sehr klein und kompakt aus fallen . Durch eine derartige Anordnung der Halbleiterbauelemente können ferner kurze Ansteuerungsleitungen verwendet werden, was eine hochfrequente Ansteuerung der Halbleiterbauelemente erleichtert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Montagekörper mit Keramik gebildet . Keramische Materialien weisen eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit auf . Beispielsweise sind die Montagekörper mit Aluminiumnitrid gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls weist ein Montagekörper eine Metallisierung auf , die sich ausgehend von einer einem Halbleiterbauelement zugewandten Seite bis zu einer dem Träger zugewandten Seite erstreckt . Insbesondere weisen alle Montagekörper eine Metallisierung auf , die sich ausgehend von einer einem Halbleiterbauelement zugewandten Seite bis zu einer dem Träger zugewandten Seite erstreckt . Die Metallisierung erstreckt sich insbesondere über eine Kante des Montagekörpers hinweg . Mit anderen Worten, die Metallisierung bedeckt eine dem Träger zugewandte Seite des Montagekörpers zumindest teilweise . Mittels der Metallisierung erfolgt beispielsweise ein elektrischer Anschluss eines Halbleiterbauelements . Die Metallisierung ist bevorzugt mit Kupfer gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls ist die Emissionsrichtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers ausgerichtet . Senkrecht meint hier und im Folgenden insbesondere parallel zu einem Normalenvektor des Trägers . Vorteilhaft kann so ein besonders kompaktes optoelektronisches Modul bereitgestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls umschließt eine hermetisch dichte Verkapselungsstruktur die Halbleiterbauelemente . Die Verkapselungsstruktur schützt die Halbleiterbauelemente insbesondere vor äußeren Umwelteinflüssen . Bevorzugt ist die Verkapselungsstruktur undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls umfasst die Verkapselungsstruktur ein Rahmenelement mit einer Kavität und ein Fensterelement , wobei die Halbleiterbauelemente in der Kavität angeordnet sind . Das Rahmenelement ist beispielsweise mit Keramik gebildet . Bevorzugt erstreckt sich die Kavität vollständig durch das Rahmenelement . Das Fensterelement ist strahlungsdurchlässig für ein im Betrieb des optoelektronischen Moduls emittierte elektromagnetische Strahlung . Bevorzugt ist das Fensterelement mit Glas oder Saphir gebildet . Beispielsweise ist das Fensterelement zur Strahl formung eingerichtet . Insbesondere ist das Fensterelement eine Kollimationslinse . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls ist der Träger mit Keramik gebildet . Beispielsweise ist der Träger mit Aluminiumnitrid gebildet , um eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen . Alternativ ist der Träger mehrschichtig ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Halbleiterbauelemente kantenemittierend ausgebildet . Mit anderen Worten, die Halbleiterbauelemente weisen insbesondere j eweils eine Auskoppel facette an einer Seitenfläche auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls umfassen die Halbleiterbauelemente j eweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen . Insbesondere weisen alle Halbleiterbauelemente j eweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen auf . Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente mindestens zwei , bevorzugt mindestens vier und besonders bevorzugt mindestens 12 Emissionsbereiche auf . Insbesondere emittiert j eder Emissionsbereich eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge . Jedes Halbleiterbauelement kann beispielsweise als Double Ridge Laser mit j e zwei Emissionsbereichen ausgebildet sein . Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emissionsbereiche eines Halbleiterbauelements um mindestens 1 nm, bevorzugt um mindestens 2 nm, besonders bevorzugt um mindestens 5 nm . Durch kleine Unterschiede in der
Hauptwellenlänge können vorteilhaft unerwünschte
Interferenzef fekte vermindert oder vermieden werden . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Emissionsbereiche j edes Halbleiterbauelements j eweils unabhängig voneinander ansteuerbar . Eine unabhängige Ansteuerung ermöglicht beispielsweise einen besonders großen Dynamikbereich der Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls beträgt ein Abstand der Emissionsbereiche eines Halbleiterbauelements zueinander höchstens 10 pm . Ein geringer Abstand der Emissionsbereiche eines Halbleiterbauelements trägt zu einer besonders kompakten Aus führung des optoelektronischen Moduls bei .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die Emissionsbereiche aller Halbleiterbauelemente innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge von weniger als 1000 pm, bevorzugt von weniger als 500 pm und besonders bevorzugt von weniger als 300 pm und einer Nebenachsenlänge von weniger als 200 pm, bevorzugt von weniger als 100 pm und besonders bevorzugt von weniger als 60 pm angeordnet . Die Emissionsbereiche aller Halbleiterbauelemente sind bevorzugt einander zugewandt angeordnet . Eine derart kompakte Anordnung der Emissionsbereiche ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen .
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Modul eignet sich insbesondere zum Einsatz als kompakte Laserlichtquelle in tragbaren Proj ektionsanwendungen, Head-Up Displays , Augmented-Displays oder Virtual-Reality-Displays . Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Moduls ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figur 1A eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel , und
Figur 1B eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß dem ersten 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 .
Figur 1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das optoelektronische Modul 1 umfasst ein erstes Halbleiterbauelement 11 , ein zweites Halbleiterbauelement 12 und ein drittes Halbleiterbauelement 13 . Die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 sind als Laserdioden eingerichtet .
Die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung ED eingerichtet . Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 j eweils als monolithische Bauelemente ausgebildet .
Das erste Halbleiterbauelement 11 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer ersten Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich . Das zweite Halbleiterbauelement 12 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer zweiten Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich . Das dritte Halbleiterbauelement 13 emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer dritten Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich . Bevorzugt sind die Emissionsrichtungen ED aller Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 parallel zueinander ausgerichtet .
Jedes der Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 ist auf einem eigenen Montagekörper 30 angeordnet . Die Montagekörper 30 sind auf einer Montageseite 20A eines Trägers 20 angeordnet . Die Montageseite 20A des Trägers ist beispielsweise die Seite , auf dem ein Halbleiterbauelement 11 , 12 , 13 montiert werden kann . Insbesondere umfasst die Montageseite 20A eine Mehrzahl von Lötpads zur Montage von Halbleiterbauelementen 11 , 12 , 13 . Die Emissionsrichtung ED der Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 ist quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers 20 ausgerichtet .
Der Träger 20 ist mit Keramik gebildet . Beispielsweise ist der Träger 20 mit Aluminiumnitrid gebildet , um eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen . Alternativ ist der Träger 20 mehrschichtig ausgebildet . Bevorzugt ist der Träger 20 mechanisch selbsttragend ausgeführt . Gegenüber der Montageseite 20A des Trägers 20 befindet sich eine Rückseite des Trägers 20B . Ferner umfasst der Träger 20 eine Mehrzahl von Kontaktpads 410 und von Durchkontaktierungen 40 . Die Kontaktpads 410 sind auf der Montageseite 20A und auf der Rückseite 20B des Trägers 20 angeordnet . Die Durchkontaktierungen 40 verbinden j eweils ein Kontaktpad 410 auf der Rückseite 20B mit einem Kontaktpad 410 auf der Montageseite 20A. Ausgehend von den Kontaktpads 410 auf der Montageseite 20A stellen Verbindungselemente 50 eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Kontaktpad 410 und einem Halbleiterbauelement 11 , 12 , 13 her . Beispielsweise sind die Verbindungselemente 50 als Bonddrähte ausgeführt .
Die Montagekörper 30 sind mit Keramik gebildet . Keramische Materialien weisen eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit auf . Beispielsweise sind die Montagekörper 30 mit Aluminiumnitrid gebildet .
Alle Montagekörper 30 weisen eine Metallisierung 310 auf , die sich ausgehend von einer einem Halbleiterbauelement 11 , 12 , 13 zugewandten Seite eines Montagekörpers 30 bis zu einer dem Träger 20 zugewandten Seite erstreckt . Die Metallisierung 310 erstreckt sich insbesondere über eine Kante des Montagekörpers 30 hinweg . Mit anderen Worten, die Metallisierung 310 bedeckt eine dem Träger 20 zugewandte Seite des Montagekörpers 30 zumindest teilweise . Mittels der Metallisierung 30 erfolgt beispielsweise ein elektrischer Anschluss eines Halbleiterbauelements 11 , 12 , 13 . Die Metallisierung 310 ist bevorzugt mit Kupfer gebildet .
Weiter umfasst das optoelektronische Modul 1 eine hermetisch dichte Verkapselungsstruktur 60 . Die Verkapselungsstruktur 60 umschließt die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 . Die Verkapselungsstruktur 60 schützt die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 insbesondere vor äußeren Umwelteinflüssen .
Bevorzugt ist die Verkapselungsstruktur 60 undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten .
Die Verkapselungsstruktur 60 umfasst ein Rahmenelement 61 mit einer Kavität 610 und ein Fensterelement 62 . Die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 sind in der Kavität 610 angeordnet . Das Rahmenelement 61 ist beispielsweise mit Keramik gebildet . Bevorzugt erstreckt sich die Kavität 610 vollständig durch das Rahmenelement 61 .
Das Fensterelement 60 ist den Halbleiterbauelementen 11 , 12 , 13 in ihrer Emissionsrichtung ED nachgeordnet . Das Fensterelement 60 ist strahlungsdurchlässig für ein im Betrieb des optoelektronischen Moduls 1 emittierte elektromagnetische Strahlung . Bevorzugt ist das Fensterelement 60 mit Glas oder Saphir gebildet . Beispielsweise ist das Fensterelement 60 zur Strahl formung eingerichtet . Insbesondere ist das Fensterelement 60 eine Ko llimat ions linse .
Figur 1B zeigt eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . In der Figur 1B ist eine Schnittlinie AA eingezeichnet . Die Darstellung aus der vorhergehenden Figur 1A entspricht einem Schnitt durch das in der Figur 1B gezeigte optoelektronische Modul 1 entlang der Schnittlinie AA. In der Draufsicht ist ersichtlich, dass die Halbleiterbauelemente 11 , 12 , 13 j eweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 110 , 120 , 130 aufweisen . Das erste Halbleiterbauelement 11 umfasst eine Mehrzahl von ersten Emissionsbereichen 110 , das zweite Halbleiterbauelement umfasst eine Mehrzahl von zweiten Emissionsbereichen 120 und das dritte Halbleiterbauelement 13 umfasst eine Mehrzahl von dritten Emissionsbereichen 130.
Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 jeweils mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, besonders bevorzugt mindestens 12 Emissionsbereiche 110, 120, 130 auf. Insbesondere emittiert jeder Emissionsbereich 110, 120, 130 eine elektromagnetische Strahlung mit einer identischen Hauptwellenlänge. Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptwellenlängen der Emissionsbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 um mindestens 1 nm, bevorzugt um mindestens 2 nm, besonders bevorzugt um mindestens 5 nm. Durch kleine Unterschiede in der Hauptwellenlänge können vorteilhaft unerwünschte Interferenzeffekte vermindert oder vermieden werden.
Die Emissionsbereiche 110, 120, 130 jedes Halbleiterbauelements 11, 12, 13 sind jeweils unabhängig voneinander ansteuerbar. Eine unabhängige Ansteuerung ermöglicht beispielsweise einen besonders großen Dynamikbereich der Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Ein Abstand der Emissionsbereiche 110, 120 ,130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 zueinander beträgt höchstens 10 pm. Ein geringer Abstand der Emissionsbereiche 110, 120, 130 eines Halbleiterbauelements 11, 12, 13 trägt zu einer besonders kompakten Ausführung des optoelektronischen Moduls 1 bei .
Die Emissionsbereiche 110, 120 ,130 aller Halbleiterbauelemente 11, 12,13 sind innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge HA von weniger als 1000 pm, bevorzugt von weniger als 500 pm und besonders bevorzugt von weniger als 300 gm und einer Nebenachsenlänge NA von weniger als 200 gm, bevorzugt von weniger als 100 gm und besonders bevorzugt von weniger als 60 gm angeordnet. Die Emissionsbereiche 110, 120, 130 aller Halbleiterbauelemente 11, 12, 13 sind bevorzugt einander zugewandt angeordnet. Eine derart kompakte Anordnung der Emissionsbereiche 110, 120, 130 ermöglicht die Verwendung von besonders kompakten nachgeordneten Optikelementen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022127066.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
I optoelektronisches Modul
I I erstes Halbleiterbauelement
12 zweites Halbleiterbauelement
13 drittes Halbleiterbauelement
20 Träger
20A Montageseite
20B Rückseite
30 Montagekörper
310 Metallisierung
40 Durchkontaktierung
410 Kontaktpad
50 Verbindungselement
60 Verkapselungsstruktur
61 Rahmenkörper
62 Fensterelement
610 Kavität
ED Emissionsrichtung
HA Hauptachsenlänge
NA Nebenachsenlänge

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Modul (1) umfassend,
- ein erstes Halbleiterbauelement (11) , ein zweites Halbleiterbauelement (12) und ein drittes Halbleiterbauelement (13) , wobei
- die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher
Hauptwellenlängen in eine gemeinsame Emissionsrichtung (ED) eingerichtet sind,
- die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) jeweils auf einem Montagekörper (30) angeordnet sind,
- die Montagekörper (30) auf einer Montageseite (20A) des Trägers (20) angeordnet sind,
- die Emissionsrichtung (ED) quer zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers (20) ausgerichtet ist
- die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) jeweils eine Mehrzahl von Emissionsbereichen (110, 120 ,130) umfassen, und
- die Emissionsbereiche (110, 120 ,130) aller Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) innerhalb einer Ellipse mit einer Hauptachsenlänge (HA) von weniger als 1000 pm, bevorzugt von weniger als 500 pm und einer Nebenachsenlänge
(NA) von weniger als 200 pm, bevorzugt von weniger als 100 pm angeordnet sind.
2. Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden
Anspruch, bei dem
- die Montagekörper (30) mit Keramik gebildet sind.
3. Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- ein Montagekörper (30) eine Metallisierung (310) aufweist, die sich ausgehend von einer einem Halbleiterbauelement (11, 12, 13) zugewandten Seite bis zu einer dem Träger (20) zugewandten Seite erstreckt.
4. Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Emissionsrichtung (ED) senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers (20) ausgerichtet ist.
5. Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine hermetisch dichte Verkapselungsstruktur (60) die Halbleiterbauelemente (11, 12 ,13) umschließt.
6. Optoelektronisches Modul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch bei dem
- die Verkapselungsstruktur (60) ein Rahmenelement (61) mit einer Kavität (610) und ein Fensterelement (62) umfasst, wobei die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) in der Kavität (610) angeordnet sind.
7. Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Träger (20) mit Keramik gebildet ist.
8. Optoelektronisches Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Halbleiterbauelemente (11, 12, 13) kantenemittierend ausgebildet sind.
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