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Es
wird eine oberflächenmontierbares, optoelektronisches Halbleiterbauteil
angegeben.
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Optoelektronische
Bauteile wie etwa Leuchtdioden, Lumineszenzdioden oder Laserdioden
haben eine breite technische Anwendung gefunden. Einige Gesichtspunkte,
die der Verbreitung solcher Bauteile Vorschub leisteten, sind etwa
deren hohe Effizienz und Widerstandsfähigkeit gegen äußere
Belastungen sowie Umwelteinflüsse. Beispielsweise können
optoelektronische Bauteile etwa Feuchtigkeit und Wärme
gut widerstehen und sind auch bei geeigneter Bauart widerstandsfähig
gegen mechanische Beanspruchungen. Neben hoher Effizienz weisen optoelektronische
Bauteile auch eine hohe Lebensdauer, eine kompakte Bauweise und
vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeiten auf und
sind außerdem zu vergleichsweise geringen Fertigungskosten
herstellbar. Entscheidend für eine Vielzahl eben genannter Eigenschaften
ist oft die Hausung des optoelektronischen Bauteils, auf die daher
im Regelfall besonderer Wert zu legen ist.
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Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches
Bauteil anzugeben, dessen Hausung eine hohe Wärmeableitfähigkeit
aufweist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
ist dieses oberflächenmontierbar. Das bedeutet, das Halbleiterbauteil
kann auf einem externen Träger aufgebracht werden, ohne
dass Teile des Halbleiterbauteils den Träger beziehungsweise
dessen Begrenzungsflächen durchdringen. Beispielsweise
kann das Halbleiterbauteil mittels Surface Mount Technology, kurz SMT,
auf einem nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger,
etwa einer Leiterplatte, aufgebracht werden.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses
eine Montagefläche an einer Bauteilunterseite auf. Die
Bauteilunterseite ist hierbei diejenige Seite des Halbleiterbauteils, die
einen externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger,
auf dem das Halbleiterbauteil montiert werden kann, zugewandt ist.
Die Montagefläche stellt mindestens einen Teil der Bauteilunterseite
dar. Die Montagefläche wird. mindestens zum Teil durch
Begrenzungsflächen des Halbleiterbauteils gebildet, die direkt
auf einem externen Träger angebracht sein können. „Direkt
angebracht” kann hierbei bedeuten, dass die betreffenden
Teile der Montageflächen etwa über ein Verbindungsmittel,
wie ein metallisches Lot oder ein Kleber, mit dem externen Träger
verbunden sind und sich, neben dem Verbindungsmittel, keine weiteren
Komponenten zwischen dem externen Träger und dem Halbleiterbauteil
befinden. Die Verbindung kann mechanisch und/oder elektrisch ausgestaltet
sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses
einen Gehäusegrundkörper auf. Der Gehäusegrundkörper
ist bevorzugt einstückig ausgestaltet. Es ist möglich,
dass der Gehäusegrundkörper über ein
Spritz-, Gieß- oder Pressverfahren hergestellt ist. Der
Gehäusegrundkörper ist mechanisch selbsttragend.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der
Gehäusegrundkörper eine Ausnehmung auf. Der Gehäusegrundkörper umläuft
hierbei die Ausnehmung. Das heißt, in einer lateralen Richtung
ist die Ausnehmung rundherum vom Gehäusegrundkörper
umgeben. In einer Richtung senkrecht zur lateralen Ausdehnung des
Gehäusegrundkörpers kann die Ausnehmung den Gehäusegrundkörper
vollständig durchdringen. Mit anderen Worten ist durch
die Ausnehmung eine Öffnung sowohl an einer Gehäusegrundfläche
des Gehäusegrundkörpers als auch an einer der
Gehäusegrundfläche gegenüberliegenden
Gehäusedeckfläche gebildet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses
mindestens zwei elektrische Anschlussstücke. Die elektrischen Anschlussstücke
sind mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere
einem Metall oder einer Metalllegierung, gebildet. Die elektrischen
Anschlussstücke bilden mindestens einen Teil der Montagefläche.
Die die Montagefläche bildenden Teile der Anschlussstücke
sind bevorzugt planar ausgestaltet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils wird die Montagefläche
zum Teil durch den Gehäusegrundkörper und zum
Teil durch die elektrischen Anschlussstücke gebildet. Es ist
möglich, dass die Gehäusegrundfläche
und eine Anschlussstückunterseite im Wesentlichen, also
im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in einer Ebene liegen und
gemeinsam die Montagefläche darstellen. Ein direktes Aufbringen
des Halbleiterbauteils auf einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil
gehörigen Träger erfolgt zum Beispiel nur über
Löten über die Anschlussstücke.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils überragen
die Anschlussstücke den Gehäusegrundkörper
lateral nicht. Das heißt, an keiner Stelle des Halbleiterbauteils ragen die
Anschlussstücke in einer lateralen Richtung über den
Gehäusegrundkörper hinaus. „In lateraler
Richtung” bedeutet insbesondere in einer Richtung parallel
zur Montagefläche.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils reicht die
Ausnehmung bis zu den Anschlussstücken. Das heißt,
die elektrischen Anschlussstücke sind sowohl, mindestens
stellenweise, von der Montagefläche des Halbleiterbauteils her
als auch von einer der Montagefläche abgewandten Seite
des Halbleiterbauteils frei zugänglich und somit nicht
vom Gehäusegrundkörper bedeckt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses
mindestens einen strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip.
Der Halbleiterchip kann zum Beispiel als Dünnfilmchip oder
als substratloser Halbleiterchip ausgeformt sein, wie in den Druckschriften
WO 2005/081319 A1 und
DE 10 2007 004 304
A1 , deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der dort beschriebenen
Halbleiterchips hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen
wird. Bevorzugt beträgt die Dicke des Halbleiterchips weniger
als 200 μm, insbesondere weniger als 50 μm.
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Bevorzugt
emittiert der optoelektronische Halbleiterchip im Betrieb Strahlung
im nahen ultravioletten beziehungsweise sichtbaren Spektralbereich, also
zwischen 350 nm und 780 nm, oder im nahinfraroten Spektralbereich
zwischen 800 nm und 1,1 μm.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils befindet sich
der Halbleiterchip in der Ausnehmung und ist über die Anschlussstücke elektrisch
kontaktiert. Des Weiteren ist der Halbleiterchip auf mindestens
einem Anschlussstück aufgebracht. Der Halbleiterchip kann
aufgelötet oder aufgeklebt sein. Handelt es sich um einen
Flip-Chip, so ist der Halbleiterchip bevorzugt, jeweils zum Teil,
auf beiden Anschlussstücken angebracht. Befinden sich die
elektrischen Kontakte des Halbleiterchips an einer Lichtdurchtrittsfläche
und einer der Lichtdurchtrittsfläche gegenüberliegenden
Hauptseite des Halbleiterchips, so ist der Halbleiterchip bevorzugt auf
nur einem Anschlussstück aufgebracht. Die elektrische Kontaktierung
zum zweiten Anschlussstück erfolgt etwa über einen
Bonddraht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses
einen Abschirmkörper, der sich zwischen dem Halbleiterchip und
dem Gehäusegrundkörper befindet. Das heißt, bezüglich
einer direkten Verbindungslinie zwischen Halbleiterchip und Gehäusegrundkörper
ist diese Verbindungslinie vom Abschirmkörper unterbrochen. Dies
ist, bezüglich einer dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche
des Grundkörpers mindestens stellenweise, bevorzugt bezüglich
der gesamten dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche
des Gehäusegrundkörpers der Fall.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils schirmt der
Abschirmkörper eine vom Halbleiterchip emittierte Strahlung
vom Gehäusegrundkörper ab. Das heißt,
mindestens ein Teil der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung
kann nicht auf direktem Wege zu einer dem Halbleiterchip zugewandten
Begrenzungsfläche des Gehäusegrundkörpers
gelangen. Die Strahlung kann vom Abschirmkörper absorbiert,
konvertiert oder reflektiert werden.
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In
mindestens einer Ausführungsform des oberflächenmontierbaren,
optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses eine Montagefläche
an einer Bauteilunterseite, einen um eine Ausnehmung umlaufenden
Gehäusegrundkörper, der einen Teil der Montagefläche
bildet, und mindestens zwei elektrische Anschlussstücke,
die ebenfalls einen Teil der Montagefläche bilden und die
den Gehäusegrundkörper lateral nicht überragen.
Die Ausnehmung reicht hierbei bis zu den Anschlussstücken.
Des Weiteren umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen strahlungsemittierenden,
optoelektronischen Halbleiterchip, der sich in der Ausnehmung befindet
und über die Anschlussstücke elektrisch kontaktiert
und auf mindestens einem Anschlussstück aufgebracht ist.
Außerdem weist das Halbleiterbauteil mindestens einen Abschirmkörper
auf, der sich zwischen dem Halbleiterchip und dem Gehäusegrundkörper
befindet, wobei der Abschirmkörper eine vom Halbleiterchip
emittierte Strahlung vom Gehäusegrundkörper abschirmt.
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Bei
einem solchen Halbleiterbauteil, bei dem der Halbleiterchip auf
Anschlussstücken aufgebracht ist, die gleichzeitig einen
Teil der Montagefläche ausbilden, ist der thermische Widerstand
zur Ableitung von Wärme, die im Betrieb des Halbleiterchips
entsteht, nur gering.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
mit einem für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung undurchlässigen
Material gestaltet. Das heißt, höchstens 1%, insbesondere
höchstens 0,1% der auf den Abschirmkörper auftreffenden
Strahlung, die vom Halbleiterchip emittiert wird, werden vom Abschirmkörper
transmittiert. Durch einen solchen Abschirmkörper wird
der Gehäusegrundkörper vor der Strahlung des Halbleiterchips
geschützt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist mindestens
80% der dem Halbleiterchip zugewandten Fläche des Gehäusegrundkörpers
vom Abschirmkörper abgeschirmt. Mit anderen Worten ist
höchstens ein Fünftel der dem Halbleiterchip zugewandten
Begrenzungsfläche des Gehäusegrundkörpers
direkt der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung ausgesetzt.
Bevorzugt beträgt der der Strahlung ausgesetzte Anteil
der Begrenzungsfläche höchstens 10%, insbesondere
höchstens 5%. Durch einen solchen Abschirmkörper
ist der Gehäusegrundkörper vor dem Einfluss der
Strahlung gut geschützt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
einstückig mit mindestens einem Anschlussstück
ausgestaltet. Mit anderen Worten wird der Abschirmkörper durch
mindestens ein Anschlussstück gebildet. Dies kann dadurch
erfolgen, dass die Anschlussstücke entsprechend gebogen,
geprägt oder gestanzt sind, so dass die Anschlussstücke
die dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche des
Gehäusegrundkörpers bedecken. Insbesondere sind
diejenigen Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers, die
die Ausnehmung begrenzen, vom Anschlussstück abgedeckt
beziehungsweise abgeschirmt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
durch zwei Anschlussstellen gebildet. Beispielsweise schirmt eine
Anschlussstelle eine Begrenzungsfläche der Ausnehmung ab
und die zweite Anschlussstelle ist so geformt, dass sie die restlichen
Begrenzungsflächen der Ausnehmung abschirmt. Ein solcher Abschirmkörper
ist effizient zu gestalten und lässt sich kompakt in das
Halbleiterbauteil integrieren. Dadurch, dass die Abschirmung durch
zwei Anschlussstellen gebildet ist, erhöhen sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten
und die Konstruktion des Abschirmkörpers ist vereinfacht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Anschlusskörper
elektrisch von den Anschlussstellen isoliert. Insbesondere sind
die Anschlussstellen und der Abschirmkörper mehrstückig
ausgestaltet. Durch eine elektrische Isolation zwischen Abschirmkörper
und Anschlussstellen sind elektrische Kurzschlüsse verhindert,
die durch einen beispielsweise elektrisch leitfähig ausgestalteten
Abschirmkörper herrühren könnten.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
mit einem Metall gestaltet. Metall ist für vom mindestens einen
Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung undurchlässig
und gleichzeitig für diese reflektierend, insbesondere
im sichtbaren Spektralbereich und im nahen UV.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
undurchlässig für ultraviolette Strahlung. Das
heißt, Strahlung im Spektralbereich von 200 nm bis 400
nm wird durch den Abschirmkörper höchstens zu
5%, insbesondere höchstens zu 0,5% transmittiert.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils gelangen höchstens
10% der vom Halbleiterchip emittierten Strahlungsleistung auf direktem
Wege, das heißt ohne Lichtstreuung, zum Gehäusegrundkörper.
Bevorzugt beträgt dieser Anteil der Strahlungsleistung
höchstens 5%, insbesondere höchstens 0,5%. Durch
eine derartige Ausgestaltung des Abschirmkörpers wird der
Gehäusegrundkörper effizient vor der Strahlung
geschützt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
als Folie gestaltet. Die Folie ist zum Beispiel mit einem Kunststoff,
einem Metall, einem Silikon, einem Epoxid oder einem Hybridmaterial
gebildet. Folien weisen nur eine geringe Dicke, insbesondere von
weniger als 150 μm oder weniger als 100 μm, auf
und lassen sich leicht verarbeiten.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
beispielsweise mit einer Silikonfolie gestaltet. Die Folie weist
eine Dicke von höchstens 150 μm, bevorzugt von
höchstens 100 μm auf. Silikon stellt ein Material dar,
das gegen ultraviolette Strahlung beständig ist. Es ist
möglich, dass der Folie Strahlung absorbierende Partikel,
etwa Rußpartikel, beigegeben sind. Durch eine geringe Dicke
der Folie ist ein kompaktes Halbleiterbauteil erzielbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils überdeckt
der Abschirmkörper mindestens einen Halbleiterchip, wobei
der Abschirmkörper für mindestens einen Teil der
vom Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung mindestens stellenweise
durchlässig ist. Bevorzugt ist der Abschirmkörper
an denjenigen Stellen zumindest teilweise strahlungsdurchlässig,
die den Halbleiterchip überdecken. Eine solche Folie ist
effizient aufzubringen. Da der Abschirmkörper den Halbleiterchip überdeckt,
bietet der Abschirmkörper dem Halbleiterchip gleichzeitig
Schutz.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils, bei dem dieser
den Halbleiterchip überdeckt, schirmt der Abschirmkörper
den Gehäusegrundkörper über Totalreflexion
ab. Das heißt, der Abschirmkörper ist mindestens
auf denjenigen Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers
aufgebracht, die die Begrenzungsflächen der Ausnehmung
bilden. Die Ausnehmung ist hierbei beispielsweise in Form eines
Kegel- oder eines Pyramidenstumpfes ausgestaltet, wobei die imaginäre
Spitze des Stumpfes über die Lichtdurchtrittsfläche
hinaus in Richtung zur Montagefläche weist. Die die Ausnehmung
bildenden Begrenzungsflächen weisen also einen Winkel kleiner
90° bezüglich der Montagefläche auf.
Der Winkel ist so gewählt, dass vom Halbleiterchip emittierte
Strahlung, die direkt zum Abschirmkörper gelangt, an den
schrägen, vom Abschirmkörper bedeckten Begrenzungsflächen
des Gehäusegrundkörpers mindestens zum Teil, bevorzugt
zu mindestens 80%, insbesondere zu mindestens 95% totalreflektiert
wird. Da bei der Totalreflexion das elektrische Feld der Strahlung
in Form einer evaneszenten Welle in den totalreflektierenden Körper
bis in eine gewisse Tiefe eindringt, ist auf den schrägen
Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers
der Abschirmkörper erforderlich, um trotz der Totalreflexion
etwa eine Zerstörung des Gehäusegrundkörpers durch
die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zu verhindern.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
ring- oder kastenförmig ausgestaltet. Der Abschirmkörper ist
hierbei bevorzugt einstückig ausgestaltet. Der Abschirmkörper
ist beispielsweise ein Ring, der in den Gehäusegrundkörper
eingelegt oder eingepresst wird. Ein solcher Abschirmkörper
ist effizient herzustellen und bietet einen guten Strahlungsschutz.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ragen die
Anschlussstücke in einer Richtung senkrecht zur Montageseite über
den Gehäusegrundkörper hinaus. Dies erleichtert
eine Montage des Halbleiterbauteils an einem externen, nicht zum
Halbleiterbauteil gehörigen Träger.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Gehäusegrundkörper mit
einem Material, insbesondere einem Epoxid gestaltet, das durch die
vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zerstörbar ist.
Das bedeutet, ist das Material des Gehäusegrundkörpers
direkt der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung ausgesetzt,
so wird das Material des Gehäusegrundkörpers aufgrund von
Fotoschäden oder thermischen Schäden zerstört.
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Durch
die Verwendung eines solchen Materials ist prinzipiell die Lebensdauer
des Halbleiterbauteils reduziert. Allerdings sind Materialien, die
insbesondere eine hohe Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung
aufweisen, meist teuer und weisen nachteilige mechanische Eigenschaften
auf. Als Gehäusegrundkörper finden beispielsweise
Silikone Verwendung. Silikone sind in der Regel weich und bieten dem
Halbleiterbauteil daher nur eingeschränkt mechanischen
Schutz. Außerdem weisen Silikone ein geringes Haftungsvermögen
beispielsweise an Metallen, und somit an den Anschlussstücken,
auf. Durch die Verwendung eines insbesondere Ultraviolett-unbeständigen
Materials, wie einem Epoxid, senken sich die Kosten für
die Herstellung des Halbleiterbauteils und erweitern sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten
des Halbleiterbauteils, insbesondere im Hinblick auf die mechanischen
Eigenschaften des Gehäusegrundkörpers.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils emittiert
der mindestens eine Halbleiterchip Strahlung in ultravioletten oder
im blauen Spektralbereich, also insbesondere im Wellenlängenbereich
zwischen 340 nm und 480 nm. Für kurzwellige Strahlung weisen
viele Materialien eine erhöhte Anfälligkeit bezüglich
Fotoschäden auf. Andererseits kann eine Strahlung in diesem
Wellenlängenbereich, beispielsweise über ein Konversionsmittel,
das dem Halbleiterchip nachgeordnet ist, in sichtbares weißes
Licht konvertiert werden. Hierdurch erhöhen sich die Einsatzmöglichkeiten
des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils emittiert
dieses weißes Licht. Das weiße Licht kann durch
Konversion der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung mit einem
Konversionsmittel, das das Halbleiterbauteil umfasst, realisiert
werden. Ebenso ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil
mehrere verschiedenfarbig abstrahlende Halbleiterchips aufweist.
Insbesondere kann das Halbleiterbauteil rot abstrahlende, grün
abstrahlende und blau abstrahlende Halbleiterchips beinhalten.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils durchdringen
die Anschlussstellen den Gehäusegrundkörper an
dessen lateralen Begrenzungsflächen nicht. Hierdurch ist
gewährleistet, dass in lateraler Richtung keine Kurzschlüsse durch
die Anschlussstellen auftreten können. Dies gilt insbesondere,
falls mehrere Halbleiterbauteile dicht auf einem externen, nicht
zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger gepackt
sind.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind dessen
laterale Begrenzungsflächen durch den Gehäusegrundkörper
gebildet. Das heißt, die lateralen Begrenzungsflächen sind
ausschließlich Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers.
Eine solche Ausgestaltung des Gehäusegrundkörpers
verbessert die mechanischen Eigenschaften des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils deckt der
Abschirmkörper eine der Montagefläche abgewandte
Seite des Grundkörpers. Der Abschirmkörper kann
diese Seite vollständig oder teilweise bedecken. Durch
eine solche Ausgestaltung des Abschirmkörpers wird verhindert, dass
vom Halbleiterchip emittierte Strahlung, die gestreut wird, auf
diese Seite des Grundkörpers trifft und den Grundkörper
somit schädigen könnte.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils nimmt die
Anschlussstückunterseite einen Großteil der Montagefläche
ein. Das heißt, die Montagefläche ist mindestens
zu 50%, bevorzugt zu mindestens 75%, insbesondere zu mindestens
80% durch die Anschlussstückunterseiten gebildet. Durch
eine solche Gestaltung der Anschlussstücke ist ein guter
thermischer Kontakt zu einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil
gehörigen Träger realisiert, insbesondere falls
das Halbleiterbauteil laterale Abmessungen von mindestens 2 mm aufweist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beinhaltet
der Abschirmkörper zumindest eine Beimengung in Form eines
Absorptionsmittels, eines Reflexionsmittels, eines Diffusionsmittels
oder eines Konversionsmittels. Die Beimengung kann dem Material
des Abschirmkörpers beigegeben sein und in einer homogenen
Verteilung im Abschirmkörper vorliegen. Zusätzlich
oder alternativ ist es möglich, dass die Beimengung in
Form mindestens einer Beschichtung auf dem Abschirmkörper aufgebracht
ist. Durch die Verwendung einer Beimengung erhöhen sich
die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die mindestens
eine Beimengung inhomogen im Abschirmkörper verteilt. Beispielsweise
sind Bereiche des Abschirmkörpers frei von einer Beimengung.
Durch eine inhomogene Verteilung der mindestens einen Beimengung
lassen sich etwa die optischen Eigenschaften des Abschirmkörpers
stellenweise gezielt einstellen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses
eine Abdeckplatte. Durch die Verwendung einer Abdeckplatte wird
das Halbleiterbauteil mechanisch geschützt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Abdeckplatte
mechanisch mit dem Abschirmkörper verbunden, wobei die Abdeckplatte
nicht in direktem Kontakt zum Gehäusegrundkörper
steht. Durch eine geeignete Materialwahl von Abschirmkörper
und Abdeckplatte kann eine gute mechanische Verbindung zwischen
Abschirmkörper und Abdeckplatte realisiert sein. Steht die
Abdeckplatte nicht in direktem Kontakt zum Gehäusegrundkörper,
so sind die mechanischen Belastungen auf den Gehäusegrundkörper
reduziert. Auch thermische Belastungen, beispielsweise über
unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, lassen sich
herabsetzen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Abdeckplatte
als optisches Element ausgeformt und/oder umfasst die Abdeckplatte
mindestens eine optisch wirksame Beschichtung oder Beimengung. Die
Abdeckplatte kann also beispielsweise eine Antireflexbeschichtung
beinhalten oder ein Konversionsmittel aufweisen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der
Halbleiterchip und/oder der Abschirmkörper und/oder die
Abdeckplatte und/oder der Gehäusegrundkörper eine
Strukturierung auf. Die Strukturierung kann beispielsweise zur Verbesserung
der mechanischen Kontaktierbarkeit zwischen verschiedenen Komponenten
des Halbleiterbauteils oder zur Verbesserung der optischen Eigenschaften,
insbesondere zur Verbesserung der Lichtauskopplung, dienen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist von der
Abdeckplatte und dem Abschirmkörper und/oder dem mindestens
einen Anschlussstück ein Hohlraum gebildet. Die Abdeckplatte
ist bevorzugt mit einem Glas gestaltet. Gläser sind kostengünstig
und weisen, insbesondere gegenüber Verkratzen, einen guten
mechanischen Schutz auf. Außerdem können Gläser
transparent für Strahlung im sichtbaren und nahinfraroten
Spektralbereich sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der
Abschirmkörper bezüglich dem Gehäusegrundkörper
mindestens eine Hinterschneidung auf. Die Hinterschneidung dient dazu,
um eine gute mechanische Verbindung zwischen dem Gehäusegrundkörper
und dem Abschirmkörper zu gewährleisten. Insbesondere
falls der Gehäusegrundkörper über ein
Anspritzen an den Abschirmkörper erstellt ist, kann über
eine Hinterschneidung eine permanente, stabile mechanische Verbindung
gewährleistet sein. Bevorzugt weist ebenso mindestens ein
Anschlussstück eine Hinterschneidung auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses
einen Vergusskörper, der die Ausnehmung mindestens teilweise ausfüllt.
Ein solcher Vergusskörper kann aus einem Silikon gebildet
sein. Dem Vergusskörper können Beimengungen, beispielsweise
zur Konversion der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung, beigegeben sein.
Der Vergusskörper kann, ebenso wie Abschirmkörper
und Abdeckplatte, als optisches Element ausgestaltet sein. Der Vergusskörper
kann also etwa eine Linse, ein Mikrolinsenarray oder eine Fresnel-Linse
darstellen. Durch eine solche Ausgestaltung des Vergusskörpers
verbessern sich die optischen und spektralen Eigenschaften des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils, bei dem dieses
einen Vergusskörper umfasst, liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient
des Materials des Abschirmkörpers zwischen dem des Materials
des Halbleiterchips und dem des Materials des Vergusskörpers.
Der Abschirmkörper kann hierbei insbesondere den Halbleiterchip überdecken
und als Folie ausgestaltet sein. Durch eine solche Materialauswahl
können thermische Spannungen, die zwischen Vergusskörper
und Halbleiterchip auftreten, reduziert werden. Dies erhöht
die Lebensdauer des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper
eine Silikonfolie, die in vorvernetztem Zustand mindestens auf dem
Gehäusegrundkörper aufgebracht ist. Silikon weist
vergleichsweise schlechte Haftungseigenschaften auf Materialien
wie beispielsweise Epoxiden auf. Wird die Folie in vorvernetztem
Zustand, also in einem Zustand, in dem noch nicht alle chemischen Bindungen
der Silikonmatrix abgesättigt sind, aufgebracht und erfolgt
die vollständige Vernetzung über einen thermischen
oder Licht induzierten Prozess nach dem Aufbringen, so verbessern
sich die Haftungseigenschaft des Silikons. Dies führt zu
einer Erhöhung der Lebensdauer des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Bauteils umfasst dieses mindestens
einen Hochleistungs-Halbleiterchip. Das heißt, die elektrische Leistungsaufnahme
des Halbleiterchips beträgt mindestens 400 mW und/oder
die optische Leistung der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung
beträgt mindestens 150 mW. Durch die Verwendung von Hochleistungshalbleiterchips
kann eine kompakte und intensive Lichtquelle realisiert werden.
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Einige
Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische
Halbleiterbauteile Verwendung finden können, sind etwa
die Hinterleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen. Weiterhin
können die hier beschriebenen optoelektronischen Bauteile
auch in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder
Lichtstrahlern oder in Leuchtmitteln zu Zwecken der Allgemeinbeleuchtung
eingesetzt werden.
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Nachfolgend
ist ein hier beschriebenes Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf
die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente
in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen
Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente
zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung (A) und schematische dreidimensionale
Darstellungen (B, C) eines Ausführungsbeispiels eines hier
beschriebenen optoelektronischen Bauteils,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung (A) und eine schematische dreidimensionale
Darstellung (B) eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Bauteils mit einem ringförmigen Abschirmkörper,
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3 schematische
Schnittdarstellungen von hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
eines Bauteils mit einem folienförmigen Abschirmkörper, und
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4 schematische
dreidimensionale Darstellungen von Ausführungsbeispielen
von her beschriebenen Halbleiterbauteilen mit einem Abschirmkörper,
der einstückig mit den Anschlussstücken ist.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel eines oberflächenmontierbaren,
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Ein
Halbleiterchip 3 mit einer Lichtdurchtrittsfläche 30 ist
auf einer Anschlussstückoberseite 21 eines Anschlussstücks 2a aufgebracht,
wobei die Lichtdurchtrittsfläche 30 dem Anschlussstück 2a abgewandt
ist. Der Anschlussstückoberseite 21 liegt eine
Anschlussstückunterseite 20 gegenüber.
In einer lateralen Richtung, also in einer Richtung parallel zur
Anschlussstückunterseite 20, ist das Anschlussstück 2a,
und ebenfalls ein Anschlussstück 2b, von einem
Gehäusegrundkörper 4 umgeben. Eine Gehäusegrundfläche 40 bildet
zusammen mit der Anschlussstückunterseite 20 eine Montagefläche 10 des
Halbleiterbauteils 1. Der Gehäusegrundkörper 4 ist
einstückig ausgeführt. Die Anschlussstücke 2a, 2b weisen
jeweils eine Hinterschneidung 7 auf. Über die
Hinterschneidung 7, die als simsartiger Vorsprung gestaltet
ist, ist ein guter mechanischer Kontakt zwischen den Anschlussstücken 2a, 2b und
dem Gehäusegrundkörper 4 gewährleistet.
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Im
Grundkörper 4 befindet sich eine Ausnehmung 9.
Die Ausnehmung 9 reicht von einer Gehäusedeckfläche 41 bis
zur Anschlussstückoberseite 21. Die Ausnehmung 9 ist
quaderförmig. In die Ausnehmung 9 ist ein rahmenförmiger,
metallischer Abschirmkörper 5 eingepresst. Der
Abschirmkörper 5 ragt in eine Richtung senkrecht
zur Lichtdurchtrittsfläche 30 über die
Gehäusedeckfläche 41 hinaus. Zwischen
dem Abschirmkörper 5 und den Anschlussstücken 2a, 2b befindet
sich ein schmaler, umlaufender, simsartiger Streifen 43 des
Gehäusegrundkörpers 4. Über
diesen Streifen 43 ist der Abschirmkörper 5 von den
Anschlussstücken 2a, 2b elektrisch isoliert.
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Die
elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 3 erfolgt
einerseits über das Anschlussstück 2, auf
dem der Halbleiterchip 3 direkt aufgebracht ist, beispielsweise über
Löten oder Kleben, und über einen nicht gezeichneten
Bonddraht von der Lichtdurchtrittsfläche 30 zum
Anschlussstück 2b.
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Wie
in 1B in einer schematischen dreidimensionalen
Darstellung zu sehen ist, sind die Anschlussstücke 2a, 2b durch
einen weiteren Streifen 44 des Gehäusegrundkörpers 4 voneinander
elektrisch isoliert. An der Lichtdurchtrittsfläche 30 ist
eine streifenartig strukturierte, metallische Kontaktfläche 31 aufgebracht,
die eine gleichmäßige Stromeinprägung
in den Halbleiterchip 3 gewährleistet.
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Eine
laterale Begrenzungsfläche 11 des Halbleiterbauteils
ist vollständig von einer Gehäuseseitenfläche 42 gebildet.
Das heißt, die laterale Ausdehnung des Halbleiterbauteils 1 ist
vom Gehäusegrundkörper 4 bestimmt. Der
Gehäusegrundkörper 4 beziehungsweise
das Halbleiterbauteil 1 weist einen rechteckigen Grundriss
auf. Die Montageseite 10, gebildet durch die Anschlussstückunterseite 20 und die
Gehäusegrundfläche 40, ist planar ausgestaltet.
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Optional,
wie in den 1A und 1C zu
sehen ist, ist an der der Montageseite 10 abgewandten Seite
des Abschirmkörpers 5 eine Abdeckplatte 6 aufgebracht.
Die Abdeckplatte 6 ist mechanisch fest mit dem Abschirmkörper 5 verbunden
und von der Gehäusedeckfläche 41 beabstandet.
Die Abdeckplatte 6 kann mit einem Glas gebildet sein. Ebenso
kann der Halbleiterchip 3 optional ein nicht gezeichnetes Konversionsmittel
umfassen. Ebenso ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil 1 mehrere
Halbleiterchips 3 beinhaltet.
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Durch
den Abschirmkörper 5 ist verhindert, dass vom
Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung auf den Gehäusegrundkörper 4 trifft.
Da nur ein geringer Teil der Strahlung vom Halbleiterchip 3 in
Richtung parallel zur Lichtdurchtrittsfläche 30 emittiert
wird, sind die Streifen 43, 44 des Grundkörpers 4 nur
einer sehr geringen Strahlungsmenge ausgesetzt.
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Sowohl
Anschlussstück 2a, 2b als auch eine Innenfläche 50 des
Abschirmkörpers 5 sind reflektierend für
die vom Halbleiterchip 3 erzeugte oder gegebenenfalls in
eine Strahlung einer anderen Frequenz konvertierte Strahlung reflektierend
ausgestaltet.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 dargestellt.
Der Abschirmkörper 5 ist ringartig ausgestaltet
und weist eine umlaufende Hinterschneidung 7 auf, über
die der Abschirmkörper 5, beispielsweise über
ein Spritz- oder ein Gießverfahren, stabil und permanent
mit dem Gehäusegrundkörper 4 verbunden
ist. Die dem Halbleiterchip 3 zugewandte Innenfläche 50 des
Abschirmkörpers 5 ist schräg angeordnet.
Das heißt, der der Montageseite 10 zugewandte
Bereich des Abschirmkörpers 5 weist eine größere
Breite auf als der der Montageseite 10 abgewandte Teil.
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An
der Innenfläche 50 des Abschirmkörpers 5 kann
optional eine nicht gezeichnete reflektierende Beschichtung oder
eine Aufrauung angebracht sein. Zusammen mit den Anschlussstücken 2a, 2b bildet der
Abschirmkörper 5 einen Reflektor für
vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung. Der Abschirmkörper 5 ist
mit einem thermoplastischen, gegenüber ultravioletter Strahlung
beständigen Kunststoff gestaltet. An der der Montageseite 10 abgewandten
Seite des Bauteils 1 schließt der Abschirmkörper 5 bündig
mit der Gehäusedeckfläche 41 ab.
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Weist
der Abschirmkörper 5 eine Beschichtung auf, so
kann die Beschichtung aufgebracht werden, bevor die einzelnen Bestandteile
des Halbleiterbauteils 1 zusammengefügt werden.
Dies vereinfacht das Aufbringen der Beschichtung, insbesondere entfällt
eine Schutzschicht über den nicht zu beschichtenden Stellen
der Anschlussstücke 2a, 2b und des Halbleiterchips 3.
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Die
Abschirmkörper 5 gemäß den 1 und 2 sind
jeweils einstückig ausgeführt und separat von
den weiteren Komponenten des Halbleiterbauteils 1 gefertigt.
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In 3A ist ein Halbleiterbauteil 1 ohne
einen Abschirmkörper 5 illustriert. In der Ausnehmung 9 ist
ein Vergusskörper 8 eingebracht. Der Vergusskörper 8 umgibt
den Halbleiterchip 3 formschlüssig an allen Seiten,
bis auf eine der Montageseite 10 zugewandten Seite des
Halbleiterchips 3. Dem Vergusskörper 8 kann
eine Beimengung, beispielsweise in Form eines Filter-, Diffusions-
oder Konversionsmittels, beigegeben sein. Ebenso ist es möglich,
dass der Vergusskörper 8 linsenartige Formgebungen
aufweist.
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Die
vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung R ist durch Pfeil-Linien
symbolisiert. Die Strahlung R trifft direkt oder gestreut mindestens
zum Teil auf Begrenzungsflächen des Grundkörpers 4,
die die Ausnehmung 9 bilden. Ist der Grundkörper 4 mit
einem Epoxid gestaltet und liegt die Strahlung R im ultravioletten
oder blauen Spektralbereich, so kann die Strahlung R das Material
des Gehäusegrundkörpers 4 fotochemisch
zerstören. Dies führt zu einer verkürzten
Lebensdauer des Halbleiterbauteils 1.
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In 3B ist dargestellt, dass die der Strahlung
R ausgesetzten Begrenzungsflächen sowie die Gehäusedeckfläche 41 von
einem als Folie ausgestalteten Abschirmkörper 5 bedeckt
sind. Die vom Abschirmkörper 5 bedeckten Flächen
des Gehäusegrundkörpers 4 sind somit
vor der Strahlung R geschützt. Der Abschirmkörper 5 ist
mit einer Silikonfolie gestaltet. Die Dicke der Silikonfolie beträgt
zirka 70 μm. Die Silikonfolie wird aufgebracht, nachdem der
Gehäusegrundkörper 4 mit den Anschlussstücken 2 vergossen
ist. Anschließend wird, beispielsweise über ein
Laserverfahren, an der Stelle, an der der Halbleiterchip 3 und
gegebenenfalls ein nicht gezeichneter Bonddraht aufgebracht werden
soll, die den Abschirmkörper 5 bildende Folie
entfernt. Anschließend wird der Halbleiterchip 3 auf
mindestens einem Anschlussstück 2 aufgebracht.
Abschließend wird der Vergusskörper 8 erstellt.
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Eine
alternative Ausgestaltung des Abschirmkörpers 5a, 5b ist
in 3C gezeigt. Der Abschirmkörper 5a, 5b ist,
wie gemäß 3B, mit
einer Silikonfolie gestaltet. Der Abschirmkörper 5a ist
an den Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers 4 aufgebracht,
die die Ausnehmung 9 bilden, sowie an der Gehäusedeckfläche 41.
Der Abdeckkörper 5a wirkt reflektierend für
die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung R, beispielsweise über
der Silikonfolie beigegebene TiO2-Partikel.
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Über
der Lichtdurchtrittsfläche 30 sowie über der
Anschlussstückoberseite 21 ist der Abschirmkörper 5b aufgebracht.
Der Abschirmkörper 5b ist durchlässig
für die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung
R. Durch den Abschirmkörper 5b sind im Betrieb des
Halbleiterchips 3 entstehende thermische Spannungen zwischen
dem Vergusskörper 8 und dem Halbleiterchip 3 vermindert.
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Die
Abschirmkörper 5a, 5b können
zweistückig ausgeführt sein. In diesem Falle werden
die Abschirmkörper 5a, 5b in verschiedenen
Verfahrensschritten aufgebracht. Alternativ kann eine durchgehende
Folie als Abschirmkörper 5a, 5b verwendet werden.
Die Folie ist in diesem Falle durchlässig für die
Strahlung R. An den die Ausnehmung 9 bildenden Begrenzungsflächen
des Gehäusegrundkörpers 4 kann die Strahlung
R über Totalreflexion vom Gehäusegrundkörper 4 abgeschirmt
sein. Alternativ ist es möglich, auf den Abschirmkörper 5a anschließend eine
reflektierende, absorbierende oder konvertierende Beschichtung aufzubringen.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 illustriert,
bei dem der Abschirmkörper 5 einstückig
mit den Anschlussstücken 2a, 2b ausgeführt
ist. Die Anschlussstücke 2a, 2b sind über einen
Biegeprozess oder einen Prägeprozess so geformt, dass die
Anschlussstücke 2a, 2b die die Ausnehmung 9 bildenden
Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers 4 bedecken
und vor vom Halbleiterchip 3 emittierter Strahlung schützen.
Die Anschlussstücke 2a, 2b beziehungsweise
der Abschirmkörper 5 wirken reflektierend für
die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung. Die Dicke
der Anschlussstücke 2a, 2b beträgt
zirka 50 μm bis 300 μm, insbesondere etwa 200 μm.
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Die
Ausnehmung 9 im Gehäusegrundkörper 4 ist
in Form eines Pyramidenstumpfes ausgestaltet. An die Ausnehmung 9 begrenzenden,
dem Halbleiterchip 3 zugewandten Kanten des Gehäusegrundkörpers 4 kann,
bedingt durch ein Stanzen oder Prägen der Anschlussstücke 2a, 2b der
Gehäusegrundkörper 4 stellenweise direkt
der vom Halbleiterchip 3 emittierten Strahlung ausgesetzt
sein, siehe 4C. Der Flächenanteil
des Gehäusegrundkörpers 4, der der Strahlung
ausgesetzt ist, ist allerdings gering und beträgt weniger
als 10%. Die mechanische Verbindung zwischen den Anschlussstücken 2a, 2b und
somit dem Abschirmkörper 5 und dem Gehäusegrundkörper 4 erfolgt
großflächig über die von der Strahlung
abgeschirmten Flächen des Gehäusegrundkörpers 4.
Die Gefahr eines Ablösens oder einer Delamination des Gehäusegrundkörpers 4 vom
Abschirmkörper 5 beziehungsweise von den Anschlussstücken 2a, 2b ist
dadurch stark herabgesetzt.
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In 4B ist schematisch dreidimensional die
Montageseite 10 des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Mehr
als 50% der Montagefläche 10 sind durch die Anschlussstückunterseiten 20 der
Anschlussstücke 2a, 2b gebildet. Hierdurch
ist ein großflächiger Wärmekontakt zu
einem nicht gezeichneten, nicht zum Halbleiterbauteil 1 gehörigen
externen Träger gewährleistet.
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Optional
kann an der der Montagefläche 10 abgewandten Seite
des Abschirmkörpers 5 eine Abdeckplatte 6 aufgebracht
sein, siehe 4A und 4D. Die
Abdeckplatte 6 ist beispielsweise aufgeprägt, aufgeklebt
oder aufgelötet. Der Abdeckplatte 6 können
Beimengungen in Form von Filter-, Absorptions-, Diffusions- oder
Konversionsmitteln beigegeben sein. Ebenso ist es möglich,
dass die Abdeckplatte 6 beispielsweise eine Antireflexbeschichtung
umfasst.
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Die
hier beschriebene 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/081319
A1 [0012]
- - DE 102007004304 A1 [0012]