DE102009015307A1

DE102009015307A1 - Anordnung optoelektronischer Bauelemente

Info

Publication number: DE102009015307A1
Application number: DE102009015307A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-30
Also published as: WO2010108774A1; US20120025219A1; KR20120003465A; US8497517B2; CN102365738B; CN102365738A; KR101676061B1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform der Anordnung (1) optoelektronischer Bauelemente umfasst diese mindestens zwei optoelektronische Einzelelemente (2). Mindestens zwei der Einzelelemente (2) überlappen in einer lateralen Richtung teilweise. Eine mittelbare oder unmittelbare elektrische Kontaktierung zwischen den wenigstens zwei lateral überlappenden Einzelelementen (2) ist über zumindest eine Leiterbahn (51) an einer Trägeroberseite (31) des einen Einzelelements (2) und über mindestens eine Leiterbahn (52) an einer Trägerunterseite (32) des anderen Einzelelements (2) realisiert.

Description

Es wird eine Anordnung optoelektronischer Bauelemente angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung optoelektronischer Bauelemente anzugeben, die eine effiziente elektrische Kontaktierung der Bauelemente erlaubt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese mindestens zwei optoelektronische Einzelelemente. Bevorzugt umfasst die Anordnung eine Vielzahl von Einzelelementen, beispielsweise mehr als acht Einzelelemente, insbesondere mehr als 30 Einzelelemente. Bei den Einzelelementen der Anordnung kann es sich jeweils um gleichartige Einzelelemente handeln. Ebenso ist es möglich, dass die Anordnung mindestens zwei verschiedene Arten von Einzelelementen aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfassen die Einzelelemente jeweils einen Träger mit einer Trägeroberseite. Bevorzugt weist der Träger eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Der Träger kann mit einem dielektrischen oder hochohmigen Material gestaltet sein. Zum Beispiel beinhaltet oder besteht der Träger aus Silizium, einer Keramik wie Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid, einem Glas oder einem Kunststoff. Ebenso ist es möglich, dass der Träger eine Metallkernplatine. Eine Dicke des Trägers liegt bevorzugt zwischen einschließlich 25 μm und 1 mm, insbesondere zwischen einschließlich 50 μm und 500 μm, zum Beispiel zwischen einschließlich 70 μm und 250 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist in einem Teilbereich an der Trägeroberseite des Trägers der Einzelelemente zumindest eine strahlungsemittierende, aktive Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Verschiedene Einzelelemente können unterschiedliche aktive Halbleiterschichtenfolgen beinhalten. Beispielsweise weist ein Teil der Einzelelemente eine im blauen Spektralbereich emittierende aktive Halbleiterschichtenfolge auf, und weitere Einzelelemente umfassen im roten und im grünen Spektralbereich emittierende aktive Halbleiterschichtenfolgen. Insbesondere können alle Einzelelemente der Anordnung bis auf die Halbleiterschichtenfolge gleichartig gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung bedeckt die aktive Halbleiterschichtenfolge nur einen Teil der Trägeroberseite. In einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite ist durch die aktive Halbleiterschichtenfolge ein Teilbereich definiert. Mit anderen Worten ist der Teilbereich, in Draufsicht auf die Trägeroberseite des Trägers gesehen, der Bereich, der von der aktiven Halbleiterschichtenfolge überdeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind an der Trägeroberseite des Trägers der Einzelelemente jeweils mindestens eine, insbesondere mindestens zwei elektrische Leiterbahnen aufgebracht. Über die Leiterbahnen an der Trägeroberseite ist die aktive Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist an einer Trägerunterseite des Trägers mindestens eine elektrische Leiterbahn aufgebracht. Bevorzugt erstreckt sich weder die Leiterbahn an der Trägerunterseite noch die Leiterbahnen an der der Trägerunterseite gegenüberliegenden Trägeroberseite auf Stirnseiten des Trägers. Mit anderen Worten sind die Stirnseiten des Trägers frei von den Leiterbahnen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist mindestens eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite über wenigstens eine Durchkontaktierung mit der oder einer der Leiterbahnen an der Trägerunterseite elektrisch verbunden. Sind sowohl an der Trägeroberseite als auch an der Trägerunterseite jeweils zwei oder mehr elektrische Leiterbahnen aufgebracht, so ist bevorzugt je eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite mit je einer der Leiterbahnen an der Trägerunterseite über je eine oder mehrere Durchkontaktierungen elektrisch verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung erstreckt sich zumindest eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite in mindestens einen Anschlussbereich. Der mindestens eine Anschlussbereich ist hierbei, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, ein solcher Bereich des Einzelelements, der nicht von der aktiven Halbleiterschichtenfolge überdeckt ist. Mit anderen Worten überlappen der Anschlussbereich und der Teilbereich, in dem die aktive Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, in einer lateralen Richtung nicht. Sowohl der Teilbereich als auch der mindestens eine Anschlussbereich erstrecken sich, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, über das gesamte Einzelelement. In Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen ist der Anschlussbereich beziehungsweise jeder der Anschlussbereiche ein zusammenhängendes Gebiet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung erstreckt sich die mindestens eine Leiterbahn an der Trägerunterseite in den Teilbereich. Mit anderen Worten überlappen in Draufsicht die Leiterbahn an der Trägerunterseite und die aktive Halbleiterschichtenfolge wenigstens stellenweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung überlappen mindestens zwei der Einzelelemente der Anordnung in einer lateralen Richtung. In Draufsicht auf die Trägeroberseiten der Einzelelemente und/oder in Draufsicht auf die Anordnung überdecken sich die Einzelelemente also teilweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind zumindest zwei der Einzelelemente der Anordnung über wenigstens eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite des einen Einzelelements und über die mindestens eine Leiterbahn an der Trägerunterseite des anderen Einzelelements elektrisch miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind die mindestens zwei lateral überlappenden Einzelelemente mittelbar oder unmittelbar miteinander elektrisch kontaktiert. Das kann bedeuten, dass sich zwischen den zu verbindenden Leiterbahnen der Einzelelemente lediglich ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Kleber befindet, über den die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen realisiert ist. Ebenso ist es möglich, dass die zu verbindenden Leiterbahnen in direktem physischen Kontakt zueinander stehen und die Verbindung über ein Aufschmelzen oder Anschmelzen mindestens einer der zu verbindenden Leiterbahnen und/oder unter Druckeinwirkung erfolgt.
Insbesondere ist die Verbindung zwischen den zumindest zwei lateral überlappenden Einzelelementen frei von elektrischen Brücken oder Bonddrähten.
In mindestens einer Ausführungsform der Anordnung optoelektronischer Bauelemente umfasst diese mindestens zwei optoelektronische Einzelelemente. In einem Teilbereich einer Trägeroberseite eines Trägers der Einzelelemente ist jeweils zumindest eine aktive Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Ferner sind an der Trägeroberseite mindestens eine, insbesondere mindestens zwei elektrische Leiterbahnen und an einer der Trägeroberseite gegenüberliegenden Trägerunterseite des Trägers mindestens eine elektrische Leiterbahn aufgebracht. Zumindest eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite erstreckt sich in einen Anschlussbereich des Einzelelements, der nicht von der aktiven Halbleiterschichtenfolge überdeckt ist. Weiterhin erstreckt sich die mindestens eine Leiterbahn an der Trägerunterseite in den Teilbereich, der von der aktiven Halbleiterschichtenfolge überdeckt ist. Eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einer der Leiterbahnen an der Trägeroberseite und der wenigstens einen Leiterbahn an der Trägerunterseite erfolgt über wenigstens eine elektrische Durchkontaktierung durch den Träger hindurch. Mindestens zwei der Einzelelemente überlappen in einer lateralen Richtung teilweise. Eine mittelbare oder unmittelbare elektrische Kontaktierung zwischen den wenigstens zwei lateral überlappenden Einzelelementen ist über zumindest eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite des einen Einzelelements und über die mindestens eine Leiterbahn an der Trägerunterseite des anderen Einzelelements realisiert.
Durch die überlappende Anordnung der Einzelelemente ist eine Anordnung beispielsweise mit einer hohen Leuchtdichte realisierbar, da die Einzelelemente und die aktiven Halbleiterschichtenfolgen in einer lateralen Richtung dicht packbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weisen zumindest zwei der Einzelelemente mindestens zwei Leiterbahnen an der Trägerunterseite auf. Bevorzugt umfassen diese Einzelelemente dann genau zwei Leiterbahnen an der Trägeroberseite und genau zwei Leiterbahnen an der Trägerunterseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind zumindest zwei der Einzelelemente der Anordnung, die in direktem elektrischen Kontakt miteinander stehen, elektrisch parallel geschaltet. Bevorzugt weisen zumindest zwei der Einzelelemente genau eine Leiterbahn an der Trägerunterseite und genau zwei Leiterbahnen an der Trägeroberseite auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind mindestens zwei der Einzelelemente, die elektrisch in direktem Kontakt zueinander stehen, elektrisch in Serie geschaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind die Einzelelemente auf einem gemeinsamen Montageträger angebracht. Bei dem Montageträger kann es sich um eine Leiterplatte und/oder um eine Wärmesenke handeln. Bevorzugt steht nur ein Teil der Einzelelemente in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit dem Montageträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist der Montageträger eine stufenartige Strukturierung auf. An der stufenartigen Strukturierung sind mindestens zwei der Einzelelemente der Anordnung angebracht. Bevorzugt liegt zumindest ein Teil der Einzelelemente an der stufenartigen Strukturierung des Montageträgers an oder auf. Mit anderen Worten sind die Einzelelemente stufenartig angeordnet und die stufenartige Strukturierung des Montageträgers ist der stufenartigen Anordnung der Einzelelemente angepasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind mindestens zwei der Einzelelemente schräg zu der Montagefläche des Montageträgers angeordnet. Beispielsweise ist die Montagefläche, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, eben gestaltet. Ein Winkel zwischen der Montagefläche und der Trägerunterseite ist dann also ungleich 0° und ungleich 90°. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Trägerunterseite und der Montagefläche zwischen einschließlich 0,75° und 30°, insbesondere zwischen einschließlich 1° und 10°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung stehen die Trägerunterseiten von zumindest zwei, bevorzugt von allen Einzelelementen nur stellenweise in Kontakt mit der Montagefläche des Montageträgers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese eine Vielzahl von Einzelelementen. Weiterhin ist mindestens ein Teil der Einzelelemente in zumindest zwei Reihen nebeneinander angeordnet. Jede der Reihen umfasst hierbei bevorzugt mindestens zwei, insbesondere mindestens vier der Einzelelemente. In Reihen angeordnet kann bedeuten, dass Einzelelemente der jeweiligen Reihen in einer lateralen Richtung nicht miteinander überlappen. Jede der Reihen ist beispielsweise separat elektrisch ansteuerbar oder separat elektrisch mit dem Montageträger verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese eine Vielzahl von Einzelelementen. Mindestens ein Teil der Einzelelemente oder alle Einzelelemente sind schindelartig angeordnet. Schindelartig kann hierbei bedeuten, dass ein Einzelelement mit mindestens zwei weiteren Einzelelementen in einer lateralen Richtung überlappt. In dem Bereich der schindelartigen Anordnung ist bevorzugt die gesamte Montagefläche des Montageträgers von den Einzelelementen überdeckt. In Draufsicht auf die Anordnung ist dann die Montagefläche innerhalb der Anordnung bevorzugt nicht frei zugänglich. Mit anderen Worten können die Einzelelemente ähnlich wie Dachziegel auf einem Hausdach angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung liegt eine Überdeckungsgrad der Einzelelemente zwischen einschließlich 5% und 60%, bevorzugt zwischen einschließlich 10% und 45%. Mit anderen Worten nimmt ein Überlappbereich, in dem die benachbarten Einzelelemente miteinander überlappen, einen Anteil an der Trägeroberseite in dem genannten Wertebereich ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese mindestens drei Einzelelemente. Zwei der drei Einzelelemente sind in einer lateralen Richtung benachbart angeordnet. Weiterhin ist das dritte Einzelelement über die zwei ersten Einzelelemente elektrisch kontaktiert. Das dritte Einzelelement überlappt mit den Anschlussbereichen der beiden ersten Einzelelemente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese mindestens drei Einzelelemente mit parallel zueinander ausgerichteten Längsachsen. Zwei der Einzelelemente schließen, in einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen, bündig aneinander an. Durch eine Verbindungslinie zwischen diesen Einzelelementen ist eine Mittellinie definiert. In Draufsicht auf die Anordnung gesehen liegt die Mittellinie im Rahmen der Herstellungstoleranzen deckungsgleich über der Längsachse des dritten Einzelelements. Mit anderen Worten überlappt das dritte Einzelelement mittig mit den beiden ersten Einzelelementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung nimmt die aktive Halbleiterschichtenfolge von zumindest zwei der Einzelelemente einen Flächenanteil der Trägeroberseite des Trägers zwischen einschließlich 40% und 95%, bevorzugt zwischen einschließlich 45% und 80%, insbesondere zwischen einschließlich 60% und 90%, ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese mindestens zwei Einzelelemente, bei denen wenigstens zwei Stirnseiten der aktiven Halbleiterschichtenfolge an den zumindest einen Anschlussbereich grenzen. Die Einzelelemente können hierbei genau einen Anschlussbereich oder mehrere Anschlussbereiche umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfassen zumindest zwei Einzelelemente mindestens zwei, insbesondere genau zwei Anschlussbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist diese mindestens zwei Einzelelemente auf, bei denen der Träger von einem Aufwachssubstrat der aktiven Halbleiterschichtenfolge verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist die aktive Halbleiterschichtenfolge, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, eine Dicke von höchstens 40 μm auf, insbesondere von höchstens 20 μm, bevorzugt von höchstens 12 μm. Mit anderen Worten kann die aktive Halbleiterschichtenfolge ein Dünnfilmchip sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist die aktive Halbleiterschichtenfolge als eine Leuchtdiode, kurz LED, ausgestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfassen zumindest zwei der Einzelelemente ein Konversionsmittel, das in Abstrahlrichtung jeweils den aktiven Halbleiterschichtenfolgen nachgeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist der Träger von zumindest zwei der Einzelelemente einen dreieckigen, rechteckigen oder hexagonalen Grundriss auf. Beispielsweise ist der Träger als gleichseitiges Dreieck oder gleichseitiges Sechseck gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind die Einzelelemente bezüglich mindestens einer Symmetrieebene symmetrisch angeordnet. Eine Symmetrieebene ist beispielsweise eine Ebene senkrecht zur Montagefläche des Montageträgers. Mit anderen Worten können die Einzelelemente regelmäßig, insbesondere matrixartig, angeordnet sein. Matrixartig kann bedeuten, dass die Einzelelemente in Spalten und Reihen und/oder an den Gitterplätzen eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst diese eine optische Komponente, die in Abstrahlrichtung den aktiven Halbleiterschichtenfolgen nachgeordnet ist. Die optische Komponente kann Subkomponenten aufweisen, so dass beispielsweise jedem der Einzelelemente eine der Subkomponenten der optischen Komponente zugeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfassen mindestens zwei der Einzelelemente eine elektronische Komponente. Bei der elektronischen Komponente kann es sich um einen integrierten Schaltkreis, auch Integrated Circuit oder IC, handeln. Ebenso ist es möglich, dass die elektronische Komponente einen Sensor, beispielsweise für Temperatur, Feuchtigkeit, Helligkeit und/oder Betriebsstunden, umfasst. Auch kann es möglich sein, über den integrierten Schaltkreis die Einzelelemente zu adressieren. Weiterhin kann die elektronische Komponente als Schutz vor elektrostatischer Entladung, englisch electrostatic discharge oder ESD, gestaltet sein. Dann umfasst die elektronische Komponente zum Beispiel eine Schottkydiode oder eine Zenerdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung erstreckt sich die zumindest eine elektronische Komponente mindestens teilweise in den Anschlussbereich. In Draufsicht auf den Träger der Einzelelemente gesehen ist die elektronische Komponente nicht oder teilweise nicht von der aktiven Halbleiterschichtenfolge überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist die elektronische Komponente zumindest teilweise in dem Träger integriert. Bevorzugt basiert der Träger dann auf Silizium und der integrierte Schaltkreis ist beispielsweise in herkömmlicher Siliziumtechnologie gefertigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfassen zumindest zwei der Einzelelemente einen Trimmwiderstand. Der Trimmwiderstand ist dazu eingerichtet, eine Bestromung der aktiven Halbleiterschichtenfolge individuell für die Einzelelemente einzustellen. Über den Trimmwiderstand ist erreichbar, dass eine Leuchtstärke verschiedener Einzelelemente und somit insbesondere ein Farbort der Strahlung der gesamten Anordnung insbesondere auch nach dem Erstellen der Anordnung einstellbar ist. Bevorzugt ist der Trimmwiderstand zumindest stellenweise, auf die Trägeroberseite gesehen, frei zugänglich. Der Trimmwiderstand kann der elektronischen Komponente der Einzelelemente integriert sein.
Beispielsweise ist der Trimmwiderstand durch eine Schar parallel geschalteter, frei liegender Leiterbahnstrecken gebildet. Schar kann hierbei bedeuten, dass sich die Leiterbahn in mindestens drei Leiterbahnstrecken auffächert. Die Leiterbahnstrecken können parallel zueinander verlaufen. Bevorzugt weist jede der Leiterbahnstrecken einen Querschnitt auf, der geringer ist als ein Querschnitt der Leiterbahn selbst. Insbesondere können die Leiterbahnstrecken jeweils voneinander verschiedene Querschnitte aufweisen. Durch ein Durchtrennen insbesondere mindestens einer der Leiterbahnstrecken lässt sich dann der Trimmwiderstand bis zu einem gewünschten Wert vergrößern. Das Durchtrennen erfolgt zum Beispiel mechanisch, chemisch oder photochemisch.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ergänzen sich die die elektrischen Komponenten aufweisenden Einzelelemente zu einem Gesamtsystem einer elektrischen Schaltung, insbesondere einer ansteuerbaren Anzeigeeinrichtung. Mit anderen Worten benötigt das Gesamtsystem beispielsweise keine separate Steuereinheit. Die Ansteuerung der aktiven Halbleiterschichtenfolgen wird dann insbesondere von den elektrischen Komponenten der Einzelelemente selbst übernommen.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Anordnung 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.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen Anordnung,
2 eine schematische Vorderansicht (A), eine schematische Draufsicht (B) sowie eine schematische Seitenansicht (C) eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Einzelelements,
3 bis 9 schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Anordnungen,
10 bis 14 schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Einzelelementen, und
15 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen Anordnungen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Anordnung 1 umfasst beispielsweise drei Einzelelemente 2a–c, die treppenartig angeordnet sind. Treppenartig bedeutet hierbei, dass die Einzelelemente lateralen Richtung teilweise überlappen und in einer hierzu orthogonalen Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Jedes der Einzelelemente 2a–c weist einen Träger 3 mit einer Trägeroberseite 31 und einer dieser gegenüberliegenden Trägerunterseite 32 auf, vergleiche auch 2. Ein Grundriss des Trägers 3 ist rechteckig. An der Trägeroberseite 31 sind zwei Leiterbahnen 51 aufgebracht. Über die Leiterbahnen 51 ist eine aktive Halbleiterschichtenfolge 4 mit einer Dicke von beispielsweise zirka 12 μm, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite 31, elektrisch kontaktiert. Die Halbleiterschichtenfolge 4 ist in einem Teilbereich 30 auf der Trägeroberseite 31 aufgebracht. In einer lateralen Richtung ist die Halbleiterschichtenfolge 4 durch Stirnseiten 45 begrenzt.
Die Halbleiterschichtenfolge 4 kann als so genannter Flip-Chip ausgestaltet sein, so dass sich elektrische Anschlussbereiche der Halbleiterschichtenfolge 4 insbesondere auf einer dem Träger 3 zugewandten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge 4 befinden. Ebenso ist es möglich, dass die elektrischen Anschlussbereiche der Halbleiterschichtenfolge 4 sich an den beiden, einander gegenüberliegenden Hauptseiten der Halbleiterschichtenfolge 4 befinden. In diesem Falle kontaktiert bevorzugt eine der Leiterbahnen 51 den dem Träger 3 zugewandten Anschlussbereich und die weitere Leiterbahn 51 den dem Träger 3 abgewandten Anschlussbereich an einer Strahlungsdurchtrittsfläche 40.
An der Trägerunterseite 32 befinden sich ebenfalls zwei Leiterbahnen 52. Die Leiterbahnen 52 erstrecken sich, in einer Längsrichtung, über die gesamte Trägerunterseite 32, vergleiche die Seitenansicht gemäß 2C. Jede der Leiterbahnen 51 an der Trägeroberseite 31 ist mit je einer der Leiterbahnen 52 an der Trägerunterseite 32 über eine elektrische Durchkontaktierung 6 verbunden. Zur Steigerung einer mechanischen Stabilität des Trägers 3 sind die Durchkontaktierungen 6 entlang der Längsrichtung versetzt angeordnet, vergleiche die Draufsicht des Einzelelements 2 gemäß 2B.
Die Einzelelemente 2a–c sind elektrisch parallel geschaltet. Die Leiterbahnen 52 an der Trägerunterseite 32 sind mit den Leiterbahnen 51 an der Trägeroberseite 31 des nachfolgenden Einzelelements beispielsweise verlötet, verschweißt oder elektrisch leitfähig verklebt. Die Einzelelemente 2a–c sind also elektrisch unmittelbar oder direkt miteinander verbunden.
Jeweils ein Teilbereich der Einzelelemente 2a–c, der in Draufsicht gesehen nicht durch die Halbleiterschichtenfolge 4 überdeckt ist, stellt einen elektrischen Anschlussbereich 5 dar. Die Einzelelemente 2a–c sind derart angeordnet, dass der Teilbereich 30 des einen Einzelelements mit dem Anschlussbereich 5 des nachfolgenden Einzelelements überlappt.
Optional kann an der Strahlungsdurchtrittsfläche 40 von einem oder von zwei der Einzelelemente 2b, c ein Konversionsmittel 10 aufgebracht sein. Eine Dicke des Konversionsmittels 10, in einer Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsfläche 40, beträgt beispielsweise zirka 10 μm bis 20 μm. Eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge 4 liegt beispielsweise bei zirka 6 μm. Eine Dicke des Trägers, der insbesondere auf Silizium basiert oder aus Silizium gefertigt ist, liegt, inklusive der Leiterbahnen 51, 52, zum Beispiel bei zirka 250 μm.
Laterale Abmessungen der Träger der Einzelelemente liegen zum Beispiel zwischen einschließlich 0,3 mm × 1 mm und 3 mm × 6 mm. Ein Anteil an der Trägeroberseite 31, der von der Halbleiterschichtenfolge 4 bedeckt ist, liegt zum Beispiel bei zirka 50%.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 schematisch in Seitenansicht dargestellt. Die Einzelelemente 2 sind an einer Montagefläche 70 eines Montageträgers 7 aufgebracht. Die Montagefläche 70 ist stufenartig strukturiert. Das heißt, die Montagefläche 70 weist mehrere, in Richtung senkrecht zur Montagefläche 70 gegeneinander versetzte Plateaus auf. Die Einzelelemente 2a–e sind formschlüssig zu dieser stufenartigen Strukturierung des Montageträgers 7 angeordnet. Bei dem Montageträger 7 handelt es sich beispielsweise um eine Metallkernplatine.
Zur elektrischen Kontaktierung der Einzelelemente 2a–e umfasst der Montageträger 7 in 3 nicht gezeichnete elektrische Leitungen. Beispielsweise ist eine Gruppe der Einzelelemente 2a, b elektrisch in Serie geschaltet, ebenso wie eine Gruppe der Einzelelemente 2c–e. Die beiden Gruppen der Einzelelemente 2a, b und der Einzelelemente 2c–e können wiederum elektrisch parallel geschaltet sein. Das Einzelelement 2d ist hierbei nicht über den Montageträger 7, sondern ausschließlich über die Einzelelemente 2c, 2e elektrisch kontaktiert.
Durch die stufenartige Anordnung der Einzelelemente 2a–c kann keine oder nur ein vernachlässigbar geringer Anteil der von einer der Halbleiterschichtenfolgen 4 erzeugten Strahlung in eine andere Halbleiterschichtenfolge 4 oder in ein anderes Konversionsmittel 10 gelangen.
Optional ist den Einzelelementen 2a–e in Abstrahlrichtung eine optische Komponente 12 nachgeordnet. Weiterhin kann die die Einzelelemente 2a–e überspannende optische Komponente 12 Subkomponenten aufweisen, so dass jedem der Einzelelemente 2a–e beispielsweise genau eine der Subkomponenten der optischen Komponente 12 zugeordnet ist. Die Einzelelemente 2a–e weisen unterschiedliche Abstände, in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche 70, zu der optischen Komponente 12 auf. Hierdurch ist es möglich, dass, falls die Einzelelemente 2a–e Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erzeugen, verschiedene Wellenlängenbereiche unterschiedlich stark durch die optische Komponente 12 oder deren Subkomponenten fokussiert oder aufgeweitet werden.
Beim Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 gemäß 4 sind die Einzelelemente 2a–e schindelartig angeordnet. Die Anordnung weist eine Symmetrieebene S auf, die eine Spiegelebene bezüglich der Positionen und Ausrichtungen der Einzelelemente 2a–c darstellt.
Die Einzelelemente 2a–e sind elektrisch in Reihe geschaltet. Ein Stromfluss erfolgt vom Einzelelement 2a hin zum Einzelelement 2b, weiter zum Einzelelement 2c, von diesem über das Einzelelement 2d hin zum Einzelelement 2e. Die Einzelelemente 2a–c sind beispielsweise wie in 2 illustriert ausgestaltet.
In den 5 und 6 sind schematisch dreidimensionale Darstellungen der Anordnungen 1 gezeigt. Ein Montageträger, auf dem die Einzelelemente 2 optional montiert sind, ist in den 5 und 6 nicht gezeichnet. Die Einzelelemente 2 sind in durchgehenden oder unterbrochenen Doppelreihen 13 angeordnet. Innerhalb einer Doppelreihe 13 überlappen jeweils mindestens zwei der benachbarten Einzelelemente 2 stufenartig.
Bei der Anordnung 1 gemäß 7 sind die Einzelelemente 2 schräg zu der Montagefläche 70 des Montageträgers 7 angeordnet. Mit anderen Worten schließen die Trägerunterseiten 32 mit der im Rahmen der Herstellungstoleranzen eben gestalteten Montagefläche 70 einen Winkel von bevorzugt wenigen Grad ein. Die Einzelelemente 2 sind zum Beispiel alle elektrisch parallel oder in Serie geschaltet. Eine elektrische Kontaktierung der Einzelelemente 2 erfolgt über Lötpunkte 11a, 11b.
Optional ist es zur Verbesserung einer thermischen Leitfähigkeit von den Einzelelementen 2 hin zum Montageträger 7 möglich, dass sich zwischen den Einzelelementen 2 und der Montagefläche 70 eine in 7 nicht gezeichnete, elektrisch isolierende Wärmeleitpaste befindet oder eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Ebenso kann optional über den Einzelelementen 2 die optische Komponente 12 angebracht sein, die alle Einzelelemente 2 überspannt. Näherungsweise weisen alle Einzelelemente 2 einen gleichen Abstand zur optischen Komponente 12 auf.
Die Anordnung 1 gemäß 8A weist zwei Lagen an Einzelelementen 2a, 2b auf. Die Einzelelemente 2a sind direkt an der Montagefläche 70 aufgebracht. Die Einzelelemente 2b sind weiter von der Montagefläche 70 beabstandet und liegen jeweils auf zumindest zwei der sich näher an der Montagefläche 70 befindlichen Einzelelemente 2a auf. Optional können auch auf einer der Montagefläche 70 abgewandten Hauptseite des Montageträgers 7 eines oder mehrere der Einzelelemente angebracht sein.
In 8B ist eine Draufsicht, in 8C eine schematische Seitenansicht der Einzelelemente 2 aus 8A gezeigt. Die Einzelelemente 2 weisen einen näherungsweise quadratischen Grundriss auf. Die Halbleiterschichtenfolge 4, durch die der Teilbereich 30 definiert ist, ist ebenfalls näherungsweise quadratisch ausgeformt und bedeckt einen zentralen Teil des Trägers 3. Somit ist von der Halbleiterschichtenfolge 4 ein Randbereich des Trägers 3, der den Anschlussbereich 5 darstellt, nicht bedeckt. Die elektrischen Leiterbahnen 51 an der Trägeroberseite 31 sind an einander gegenüberliegenden Randbereichen der Trägeroberseite 31 des Trägers 3 aufgebracht.
Anders als in 8B dargestellt, können sich die Leiterbahnen 51, 52 an der Trägeroberseite 31 und/oder an der Trägerunterseite 32 auch an mehr als zwei Randbereiche der Trägeroberseite 31 beziehungsweise der Trägerunterseite 32 erstrecken. Beispielsweise können die Leiterbahnen 51, 52 L-artig oder T-artig oder kreuzartig ausgeformt sein. Es kann die Anordnung 1 auch Einzelelemente 2 mit unterschiedlich gestalteten elektrischen Leiterbahnen 51, 52 beinhalten.
Es ist weiterhin möglich, dass besonders die Leiterbahnen 51 an der Trägeroberseite 31 nach dem Anbringen der Einzelelemente 2 auf dem Montageträger 7 nachträglich bearbeitbar sind. Beispielsweise durch Lichteinstrahlung oder durch mechanische Einwirkung können Teile der Leiterbahnen 51 nachträglich entfernbar oder durchtrennbar sein.
In 9A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 illustriert. Die Einzelelemente 2a–e sind jeweils nur schematisch dargestellt. Insbesondere sind die Einzelelemente 2a–2e durch eine Linie mit einem Kopf symbolisiert, vergleiche 9B. Der Kopf der Linie symbolisiert hierbei den Teilbereich 30 mit der Halbleiterschichtenfolge 4, der dem Kopf abgewandte Teil der Linie den Anschlussbereich 5.
Die Einzelelemente 2a–e sind überlappend und um 90° gegeneinander verdreht angeordnet. Beispielsweise befindet sich das Einzelelement 2a direkt an der Montagefläche 70. In Richtung vom Montageträger 7 weg ist der Anschlussbereich 5 des Einzelbereichs 2a von dem Teilbereich 30 des Einzelelements 2b überdeckt. Entsprechendes gilt bezüglich der Einzelelemente 2b, 2c. In Richtung zum Montageträger 7 hin befindet sich unter dem Anschlussbereich 5 des Einzelelements 2c der Anschlussbereich 5 des Einzelelements 2d. Unter dem Teilbereich 30 des Einzelelements 2d befinden sich weiterhin die Anschlussbereiche 5 der zwei Einzelelemente 2e. In dem Teilbereich 30 des Einzelelements 2d befinden sich also, in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche 70, drei der Einzelelemente 2d, 2e übereinander. Durch eine derartige Anordnung der Einzelelemente 2a–e lässt sich ein Großteil oder die gesamte Montagefläche 70 von den Teilbereichen 30 überdecken. Hierbei überdecken sich keine der Teilbereiche 30 gegenseitig.
Optional ist es möglich, dass in dem von keinem der Einzelelemente 2a, 2b, 2d, 2e überdeckten Anschlussbereich 5 des Einzelelements 2c ein Sensor, beispielsweise für Helligkeit und/oder Temperatur, angebracht ist.
Zur Vereinfachung der grafischen Darstellung sind die Anordnungen 1 in den 1, 3 bis 7, 8A und 9A mit jeweils nur mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Einzelelementen 2 gezeichnet. Anders als dargestellt können die Anordnungen 1 jeweils mehr Einzelelemente 2 umfassen.
In den 10 bis 13 sind Ausführungsbeispiele der Einzelelemente 2 illustriert, wie sie beispielsweise in Anordnungen 1 analog zu den 1, 3 bis 7, 8A und 9A eingesetzt werden können. Das Einzelelement 2 gemäß 10 weist nur eine Leiterbahn 52 an der Trägerunterseite 32 auf, siehe die Draufsicht in 10A und die Seitenansicht in 10B. Die Leiterbahn 51b an der Trägeroberseite 31, die über die Durchkontaktierung 6 mit der Leiterbahn 52 an der Trägerunterseite 32 verbunden ist, nimmt nur einen geringen Teil der Trägeroberseite 31 ein. Hingegen die Leiterbahn 51a an der Trägeroberseite 31 ist L-förmig geformt und bedeckt einen Großteil des Anschlussbereiches 5.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 11 befinden sich, in Draufsicht, die Leiterbahnen 51a an der Trägeroberseite 31 sowie die Leiterbahn 52 an der Trägerunterseite 32 übereinander, vergleiche die Draufsicht in 11A, die Unteransicht in 11B und die Seitenansicht in 11C. Die Leiterbahn 51b ist wiederum über die Durchkontaktierung 6 mit der Leiterbahn 52 an der Trägerunterseite 32 verbunden.
Anders als in 10 und 11 dargestellt ist es möglich, dass sich die Durchkontaktierung von der Leiterbahn 51b zur Leiterbahn 52 an der Trägerunterseite 32 in Draufsicht gesehen unter der Halbleiterschichtenfolge 4 befindet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist dem Träger 3 eine elektronische Komponente 8, zum Beispiel mit einer Schottkydiode oder einer Zenerdiode, und/oder ein Trimmwiderstand 9 integriert, siehe die Draufsicht gemäß 12B. Der Trimmwiderstand 9 und/oder die elektronische Komponente 8 sind von der Trägeroberseite 31 her gesehen zumindest stellenweise frei zugänglich, so dass der Trimmwiderstand 9 auch nach Montage des Einzelelements 2 in der Anordnung 1 veränderbar sein kann. Die Leiterbahn 51b ist durchgängig gestaltet. Die Leiterbahn 51a weist eine Unterbrechung auf, so dass die beiden Teile der Leiterbahn 51a in Serie mit der elektronischen Komponente 8 und/oder dem Trimmwiderstand 9 geschaltet sind. In der Seitenansicht gemäß 12A ist die Leiterbahn 51b nicht dargestellt.
Auch die Einzelelemente 2 gemäß der 1 bis 11 können jeweils eine elektronische Komponente 8 und/oder einen Trimmwiderstand 9 aufweisen.
In 13 sind weitere Ausführungsbeispiele von Einzelelementen 2 in Draufsicht illustriert. In den 13 sind die Leiterbahnen 51, 52 jeweils nicht dargestellt. Gemäß 13A weist das Einzelelement 2 zwei Anschlussbereiche 5 auf, die in Draufsicht gesehen an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 3 die Halbleiterschichtenfolge 4 begrenzen. Somit sind zwei der Stirnseiten 45 der Halbleiterschichtenfolge 4 den Anschlussbereichen 5 zugewandt.
Gemäß 13B weist der Träger 3 in Draufsicht einen hexagonalen Grundriss auf. Ebenso ist die Halbleiterschichtenfolge 4 und somit auch der Teilbereich 30 hexagonal geformt. Der Anschlussbereich 5 umgibt die Halbleiterschichtenfolge 4 ringartig. Gemäß 13C weist die Halbleiterschichtenfolge 4 sowie der Träger 3 einen rautenartigen oder parallelogrammartigen Grundriss auf. Zwei der Stirnseiten 45 der Halbleiterschichtenfolge 4 grenzen an den Anschlussbereich 5. Gemäß 13D ist der Träger 3 L-artig ausgeformt. Hierdurch sind die zwei Anschlussbereiche 5a, 5b gebildet, die durch die Halbleiterschichtenfolge 4 und den Teilbereich 30 voneinander separiert sind.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 14, dargestellt als schematische Draufsicht, ist der Trimmwiderstand 9 an der Trägeroberseite 31 durch eine Schar parallel geschalteter Leiterbahnstrecken 14 gebildet. Ein Teil der Leiterbahnstrecken 14 ist durchtrennt, wodurch eine Größe des Trimmwiderstandes 9 einstellbar ist.
Die Anordnung 1 gemäß der Seitenansicht in 15 umfasst zumindest zwei Einzelelemente 2, die jeweils nur eine Leiterbahn 51, 52 an der Trägeroberseite 31 und an der Trägerunterseite 32 aufweisen. Die Leiterbahnen 51, 52 sind durch die Durchkontaktierung 6 elektrisch miteinander verbunden, wobei sich die Durchkontaktierung 6 in dem Teilbereich 30 befindet.
Die hier beschriebene Erfindung ist durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Merkmalskombination, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Anordnung (1) optoelektronischer Bauelemente mit mindestens zwei optoelektronischen Einzelelementen (2), wobei – in einem Teilbereich (30) einer Trägeroberseite (31) eines Trägers (3) der Einzelelemente (2) zumindest eine aktive Halbleiterschichtenfolge (4) aufgebracht ist, – an der Trägeroberseite (31) mindestens eine elektrische Leiterbahn (51) und an einer Trägerunterseite (32) des Trägers (3) mindestens eine elektrische Leiterbahn (52) aufgebracht ist, – zumindest eine der Leiterbahnen (51) an der Trägeroberseite (31) sich in mindestens einen Anschlussbereich (5), der nicht von der Halbleiterschichtenfolge (4) überdeckt ist, erstreckt, und wenigstens die mindestens eine Leiterbahn (52) an der Trägerunterseite (32) sich in den Teilbereich (30) erstreckt, – über wenigstens eine Durchkontaktierung (6) mindestens eine der Leiterbahnen (51) an der Trägeroberseite (31) mit der Leiterbahn (52) an der Trägerunterseite (32) elektrisch verbunden ist, wobei – mindestens zwei der Einzelelemente (2) in lateraler Richtung teilweise überlappen, und – eine zumindest mittelbare elektrische Kontaktierung zwischen mindestens zwei der lateral überlappenden Einzelelemente (2) über wenigstens eine der Leiterbahnen (51) an der Trägeroberseite (31) des einen Einzelelements (2) und über die mindestens eine Leiterbahn (52) an der Trägerunterseite (32) des anderen Einzelelements (2) erfolgt.
Anordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der mindesten zwei der Einzelelemente (2) wenigstens zwei Leiterbahnen (52) an der Trägerunterseite (32) aufweisen, und bei der diese mindestens zwei Einzelelemente (2) elektrisch parallel geschaltet sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens zwei der Einzelelemente (2) genau eine Leiterbahn (52) an der Trägerunterseite (32) aufweisen, und bei der diese mindestens zwei Einzelelemente (2) elektrisch in Serie geschaltet sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einzelelemente (2) auf einem gemeinsamen Montageträger (7) angebracht sind, wobei der Montageträger (7) eine stufenartige Strukturierung aufweist, an der zumindest zwei der Einzelelemente (2) angebracht sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einzelelemente (2) auf dem gemeinsamen Montageträger (7) angebracht sind, wobei mindestens zwei der Einzelelemente (2) schräg zu einer Montagefläche (70) des Montageträgers (7) angeordnet sind und die Trägerunterseite (32) dieser Einzelelemente (2) stellenweise in Kontakt mit der Montagefläche (70) steht.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Vielzahl der Einzelelemente (2) umfasst, wobei mindestens ein Teil der Einzelelemente (2) in mindestens zwei Reihen nebeneinander angeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Vielzahl der Einzelelemente (2) umfasst, wobei mindestens ein Teil der Einzelelemente (2) schindelartig angeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens drei Einzelelemente (2a, 2b) umfasst, wobei über die zwei ersten, in einer lateralen Richtung benachbart angeordneten Einzelelemente (2a) das dritte Einzelelement (2b) elektrisch kontaktiert ist, und wobei das dritte Einzelelement (2b) überlappend zu den Anschlussbereichen (5) der beiden ersten Einzelelemente (2a) angeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei Einzelelemente (2) umfasst, bei denen ein Flächenanteil der aktiven Halbleiterschichtenfolge (4) an der Trägeroberseite (31) zwischen einschließlich 40% und 95% beträgt.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei Einzelelemente (2) umfasst, bei denen wenigstens zwei Stirnseiten (45) der aktiven Halbleiterschichtenfolge (4) an den Anschlussbereich (5) grenzen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei Einzelelemente (2) umfasst, bei denen der Träger (3) von einem Aufwachssubstrat der aktiven Halbleiterschichtenfolge (4) verschieden ist und bei dem die aktive Halbleiterschichtenfolge (4) eine Dicke von höchstens 40 μm aufweist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Träger (3) von mindestens zwei der Einzelelemente (2) einen dreieckigen, rechteckigen oder hexagonalen Grundriss aufweist und bei dem diese Einzelelemente (2) bezüglich mindestens einer Symmetrieebene (S) symmetrisch angeordnet sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest zwei der Einzelelemente (2) wenigstens eine elektronische Komponente (8), insbesondere einen integrierten Schaltkreis, aufweisen, die sich zumindest teilweise in den Anschlussbereich (5) erstreckt und die zumindest teilweise in dem Träger (3) integriert ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest zwei der Einzelelemente (2) einen Trimmwiderstand (9), eine Schottkydiode und/oder eine Zenerdiode umfassen.
Anordnung (1) nach Anspruch 13, bei dem sich die die elektrischen Komponenten (8) aufweisenden Einzelelemente (2) zu einem Gesamtsystem einer elektrischen Schaltung, insbesondere einer ansteuerbaren Anzeigeeinrichtung, ergänzen.