DE102006037737A1

DE102006037737A1 - Optische Vorrichtung, optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006037737A1
Application number: DE102006037737A
Authority: DE
Inventors: Simon BLÜMEL; Bert Dr. Braune; Frank Weberpals
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die einen optischen Bereich und einen Sockelbereich mit einer Ausnehmung aufweist, wobei die optische Vorrichtung wannenartig ausgebildet ist, so dass ein optoelektronisches Bauelement in die optische Vorrichtung einlegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine optoelektronische Vorrichtung, die eine derartige optische Vorrichtung mit einem eingelegten optoelektronischen Bauelement aufweist. Und die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen optoelektronischen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits eine optische Vorrichtung, andererseits eine optoelektronische Vorrichtung, die eine optische Vorrichtung und ein optoelektronisches Bauelement aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102005058901.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei einer Linse, die an eine Verkapselung angebracht ist, besteht die Gefahr einer Ablösung. Einerseits kann dies von einer geringen Haftung der Linse, insbesondere einer Silikonlinse, an der Verkapselung herrühren, andererseits kann eine geringe mechanische Beständigkeit eines verwendeten Haftmittels die Ursache sein.

Eine andere Art der Befestigung ist aus der Offenlegungsschrift EP 1 022 787 A1 bekannt. Darin ist ein optoelektronisches Bauelement beschrieben, das einen Grundkörper und eine optische Einrichtung aufweist. Gemäß einer Ausführungsform besitzt die optische Einrichtung Klammern, die in Kerben des Grundkörpers einschnappen. Dadurch ist die optische Einrichtung, die auf dem Grundkörper aufliegt, am Grundkörper befestigt.

Die Befestigung der optischen Einrichtung am Grundkörper mittels Rastverbindungen ist jedoch mit einer vergleichsweise aufwändigen Gestaltung der optischen Einrichtung und des Grundkörpers verbunden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung anzugeben, die an einem Gehäusekörper eines optoelektronischen Bauelements auf einfache Weise mechanisch stabil befestigbar ist. Diese Aufgabe wird durch eine optische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optoelektronische Vorrichtung anzugeben, die eine derartige optische Vorrichtung und ein optoelektronisches Bauelement aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Desweiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen optoelektronischen Vorrichtung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 25 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der optischen Vorrichtung und der optoelektronischen Vorrichtung, sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung weist einen optischen Bereich und einen Sockelbereich mit einer Ausnehmung auf, wobei die optische Vorrichtung wannenartig ausgebildet ist, so dass ein optoelektronisches Bauelement in die optische Vorrichtung einlegbar ist.

Die wannenartig ausgebildete optische Vorrichtung ermöglicht durch Einlegen des optoelektronischen Bauelements eine einfache Befestigung der optischen Vorrichtung an einem Gehäusekörper des Bauelements. Gleichzeitig ermöglicht die optische Vorrichtung eine mechanisch stabile Verbindung, da sie für eine mechanische Verbindung zwischen der optischen Vorrichtung und dem Gehäusekörper mittels der Ausnehmung eine hinreichend große Verbindungsfläche bietet.

Vorzugsweise ist die Ausnehmung auf einer dem optischen Bereich abgewandten Seite des Sockelbereichs angeordnet und ist seitens des optischen Bereichs durch eine Strahlungsdurchtrittsfläche der optischen Vorrichtung begrenzt. Außerdem kann die optische Vorrichtung mindestens eine die Ausnehmung begrenzende Seitenfläche aufweisen, die quer zur Strahlungsdurchtrittsfläche verläuft und sich vorzugsweise an die Strahlungsdurchtrittsfläche anschließt oder in diese übergeht. Die Verbindungsfläche setzt sich somit aus der Strahlungsdurchtrittsfläche und der Seitenfläche zusammen. Eine optische Vorrichtung mit einer derartig geformten Ausnehmung ermöglicht ein einfaches Überstülpen der optischen Vorrichtung über den Gehäusekörper.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Vorrichtung rastverbindungsfrei am Gehäusekörper befestigbar. Dies bedeutet, dass zur Befestigung weder an der optischen Vorrichtung noch am Bauelement einrastende Befestigungselemente vorgesehen sind. Somit entfällt bei der Herstellung der optischen Vorrichtung eine aufwändige Ausbildung von Rastelementen und bei der Montage ein aufwändiger Befestigungsvorgang.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sockelbereich rahmenartig ausgebildet. Somit kann der Sockelbereich den Gehäusekörper umfangsseitig ummanteln.

Die optische Vorrichtung kann auf der Strahlungsdurchtrittsfläche mindestens einen ersten Abstandshalter aufweisen. Der erste Abstandshalter, der beispielsweise plateauartig ausgebildet ist, ragt aus der Strahlungsdurchtrittsfläche heraus. Mittels des ersten Abstandshalters kann ein erster Abstand, der zwischen 0,1 mm und 1 mm, beispielsweise 0,5 mm, beträgt, zwischen der Strahlungsdurchtrittsfläche und einer der Strahlungsdurchtrittsfläche benachbarten Hauptfläche des Gehäusekörpers festgelegt werden.

Ebenso kann mittels mindestens eines auf der Seitenfläche angeordneten zweiten Abstandshalters ein zweiter Abstand, der zwischen 0,1 mm und 1 mm, beispielsweise 0,5 mm, beträgt, zwischen der Seitenfläche der optischen Vorrichtung und einer Seitenfläche des benachbarten Gehäusekörpers festgelegt werden.

Die Abstandshalter gleichen aus der Verbindungsfläche hervortretenden Erhebungen.

Vorzugsweise ist die optische Vorrichtung derart flexibel ausgebildet, dass sie sich bei thermischen oder mechanischen Belastungen, die beispielsweise bei einer Montage des Bauelements auftreten können, nicht vom Gehäusekörper ablöst. Besonders bevorzugt ist sie gleichzeitig derart hart ausgebildet, dass sie bei thermischen oder mechanischen Belastungen keine irreversiblen Schädigungen erfährt.

Die optische Vorrichtung kann ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung eines Silikons und Epoxids enthalten. Insbesondere kann die optische Vorrichtung ein Silikon enthalten, das eine oder mehrere Ketten oder Bereiche umfassend eine oder mehrere Epoxidgruppen aufweist. Anstelle der einen oder mehreren Epoxidgruppen kann das Silikon eine oder mehrere Vinylgruppen, Acrylatgruppen, Urethan-Einheiten oder Polymer-Einheiten, mit welchen optisch transparente Materialien erzeugt werden können, aufweisen. Alternativ kann die optische Vorrichtung ein Epoxid enthalten, das einen oder mehrere Bereiche umfassend eine oder mehrere Siloxan-Einheiten aufweist. Schließlich kann die optische Vorrichtung ein mit einem vernetzten Silikon verbundenes vernetztes Epoxid enthalten. Vorteilhafterweise ist eine solche optische Vorrichtung bei thermischen oder mechanischen Belastungen, die beispielsweise bei einer Montage des Bauelements auftreten können, stabil gegenüber Verformungen, Trübungen und Verfärbungen.

Die optische Vorrichtung kann mittels Spritzgusses, Pressgusses oder Spritzpressgusses hergestellt sein, wodurch vorteilhafterweise eine mehrfach gekrümmte Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche realisierbar ist. Besonders geeignet ist ein 2K (2 Komponenten)-Spritzguss, der es erlaubt, den optischen Bereich mit einem Material auszubilden, das sich von einem für den Sockelbereich verwendeten Material unterscheidet. Dies ist insofern vorteilhaft, als für die beiden Bereiche unterschiedliche physikalische Eigenschaften von Bedeutung sind, die durch unterschiedliche Materialien unterschiedlich stark hervortreten. Während für den optischen Bereich die Strahlungsdurchlässigkeit von Bedeutung ist, ist für den Sockelbereich eine vergleichsweise gute Haftung wichtig.

Im Rahmen der Erfindung ist unter einer Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche im Falle einer strahlungsemittierenden Vorrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche zu verstehen, während im Falle einer strahlungsempfangenden Vorrichtung darunter eine Strahlungseintrittsfläche zu verstehen ist.

Der optische Bereich, der zur Strahlformung vorgesehen ist, kann als ein refraktiver, diffraktiver oder dispersiver Bereich ausgebildet sein. Der optische Bereich wird nach dem jeweiligen Anwendungsfall gestaltet. Es lassen sich optoelektronische Vorrichtungen mit engen oder weiten Abstrahl- beziehungsweise Empfangscharakteristiken realisieren.

Besonders bevorzugt weist die Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche, die der Strahlungsdurchtrittsfläche gegenüberliegt, einen konkav gekrümmten Teilbereich und einen den konkav gekrümmten Teilbereich in einem Abstand zur optischen Achse zumindest teilweise umgebenden, konvex gekrümmten Teilbereich auf, wobei die optische Achse durch den konkav gekrümmten Teilbereich verläuft.

Wenn die optische Vorrichtung zur Strahlformung an einem strahlungsemittierenden Bauelement befestigt ist, kann eine derartige Formgebung der Strahlungsaustrittsfläche eine Anpassung einer Abstrahlcharakteristik des Bauelements an eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik erleichtern. Insbesondere kann die Anpassung derart erfolgen, dass eine unter einem Winkel zur optischen Achse aus der optischen Vorrichtung ausgekoppelte Strahlungsleistung gegenüber der ausgekoppelten Strahlungsleistung des Bauelements ohne optische Vorrichtung erhöht ist. Hierzu kann insbesondere der konvex gekrümmte Teilbereich beitragen, der den unter großen Winkeln zur optischen Achse aus der optoelektronischen Vorrichtung ausgekoppelten Strahlungsanteil erhöht. Die optoelektronische Vorrichtung mit einer derartigen optischen Vorrichtung ist demnach zur homogenen Ausleuchtung einer vergleichsweise großen, insbesondere ebenen, Fläche auch in seitlich zur optischen Achse versetzten Flächenbereiche besonders geeignet. Bevorzugt ist die optoelektronische Vorrichtung zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, etwa eines LCD (liquid crystal display), vorgesehen.

Eine erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung weist eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf, wobei das optoelektronische Bauelement in die optische Vorrichtung eingelegt ist.

Das optoelektronische Bauelement weist einen Gehäusekörper auf.

Es ist denkbar, dass sich eine geometrische Form der Ausnehmung von einer geometrischen Form des Gehäusekörpers unterscheidet. Zweckmäßigerweise entsprechen jedoch die beiden Formen einander. Vorzugsweise weist der Gehäusekörper eine der Strahlungsdurchtrittsfläche gegenüberliegende außenliegende Hauptfläche und mindestens eine der Seitenfläche der optischen Vorrichtung gegenüberliegende außenliegende Seitenfläche auf. Besonders bevorzugt ist die Hauptfläche zumindest teilweise eine Leuchtfläche.

Die wannenartig ausgebildete optische Vorrichtung, in die das Bauelement eingelegt ist, kann den Gehäusekörper an der außenliegenden Seitenfläche übergreifen, das heißt, dass die optische Vorrichtung den Gehäusekörper in einer lateralen Richtung vollständig überspannt. Die laterale Richtung verläuft hierbei quer zu einer Verbindungsrichtung, in der die optische Vorrichtung mit dem optoelektronischen Bauelement verbunden wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Vorrichtung eingriffsfrei am Gehäusekörper befestigt. Dies bedeutet, dass weder die optische Vorrichtung noch der Gehäusekörper Befestigungselemente aufweist, die dafür vorgesehen sind, in den Gehäusekörper beziehungsweise die optische Vorrichtung einzugreifen. Somit können sowohl bei der optischen Vorrichtung als auch beim Gehäusekörper Befestigungselemente wie Zapfen, Klammern, Nuten, Bohrungen, Vertiefungen eingespart werden. Dies erleichtert die Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung und wirkt sich positiv auf die Herstellungskosten aus.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der optischen Vorrichtung und dem Gehäusekörper eine Haftschicht angeordnet. Diese erstreckt sich von einer ersten Seitenfläche des Gehäusekörpers bis zur Hauptfläche des Gehäusekörpers. Mittels der Haftschicht kann die optische Vorrichtung irreversibel am Gehäusekörper befestigt sein. Insbesondere kann das Bauelement mittels der Haftschicht in die optische Vorrichtung eingeklebt sein.

Die Befestigung der optischen Vorrichtung kann ferner dadurch verbessert werden, dass sich die Haftschicht von einer ersten außenliegenden Seitenfläche des Gehäusekörpers über die Hauptfläche zu einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten außenliegenden Seitenfläche des Gehäusekörpers erstreckt. Insbesondere kann die Haftschicht die Hauptfläche im Wesentlichen vollständig und die Seitenflächen des Gehäusekörpers zumindest teilweise bedecken, so dass die Haftschicht einen formschlüssigen Überzug bildet. Ferner kann die Verbindungsfläche der optischen Vorrichtung derart von der Haftschicht überzogen sein, dass diese die Ausnehmung zumindest teilweise formschlüssig auskleidet.

Für die Haftschicht ist ein Material geeignet, das gegenüber vom optoelektronischen Bauelement erzeugter beziehungsweise empfangener Strahlung, vornehmlich kurzwelliger Strahlung, vergleichsweise unempfindlich ist, so dass im Betrieb der optoelektronischen Vorrichtung keine erheblichen Degradationserscheinungen zu erwarten sind.

Zweckmäßigerweise ist die Haftschicht zumindest im Bereich der Strahlungsdurchtrittsfläche für die Strahlung strahlungsdurchlässig.

Vorzugsweise enthält die Haftschicht ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung eines Silikons und Epoxids. Insbesondere kann die Haftschicht ein Silikon enthalten, das eine oder mehrere Ketten oder Bereiche umfassend eine oder mehrere Epoxidgruppen aufweist. Anstelle der einen oder mehreren Epoxidgruppen kann das Silikon eine oder mehrere Vinylgruppen, Acrylatgruppen, Urethan-Einheiten oder Polymer-Einheiten, mit welchen optisch transparente Materialien erzeugt werden können, aufweisen. Alternativ kann die Haftschicht ein Epoxid enthalten, das einen oder mehrere Bereiche umfassend eine oder mehrere Siloxan-Einheiten aufweist. Schließlich kann die optische Vorrichtung ein mit einem vernetzten Silikon verbundenes vernetztes Epoxid enthalten. Vorteilhafterweise zeichnet sich eine derartige Haftschicht durch eine vergleichsweise hohe Alterungsstabilität und Strahlungsdurchlässigkeit bei kurzwelliger Strahlung, insbesondere im blauen bis ultravioletten Bereich des optischen Spektrums, aus.

Besonders bevorzugt weist die Haftschicht einen Brechungsindex auf, der dem Brechungsindex eines auf der Seite des Gehäusekörpers an die Haftschicht angrenzenden Mediums und dem Brechungsindex eines auf der Seite der optischen Vorrichtung angrenzenden Mediums entspricht oder dazwischen liegt. Dadurch können Strahlungsverluste reduziert werden, die aufgrund von Totalreflexion an einer Grenze zwischen einem optisch dichteren Medium und einem optisch dünneren Medium auftreten. Eine derartige Grenze besteht beispielsweise dann, wenn zwischen der Hauptfläche und der Strahlungsdurchtrittsfläche ein Luftspalt vorhanden ist.

Da ein seitens des Gehäusekörpers an die Haftschicht angrenzendes Medium ebenso wie ein seitens der optischen Vorrichtung an die Haftschicht angrenzendes Medium gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Silikonmaterial enthält, weist die Haftschicht mit Vorteil ein Silikon-haltiges Material auf. Insbesondere ist das seitens des Gehäusekörpers an die Haftschicht angrenzende Medium eine Umhüllung, in die ein Halbleiterkörper eingebettet ist, und das seitens der optischen Vorrichtung an die Haftschicht angrenzende Medium die optische Vorrichtung selbst.

Die Haftschicht ist vorzugsweise blasenfrei ausgebildet. Vorteilhafterweise ist dadurch die Gefahr einer Kontamination des Bauelements reduziert. Dies wirkt sich positiv auf die Funktionsfähigkeit der optoelektronischen Vorrichtung aus.

Ferner ermöglicht eine blasenfreie Haftschicht eine Verringerung von Strahlungsverlusten, die durch Streuung an Gasblasen auftreten können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungsdurchtrittsfläche der optischen Vorrichtung und die Hauptfläche des Gehäusekörpers mittels des ersten Abstandshalters voneinander beabstandet. Der erste Abstandshalter kann dabei auf der Hauptfläche aufsitzen.

Ferner können mittels des zweiten Abstandshalters die Seitenfläche der optischen Vorrichtung und die Seitenfläche des Gehäusekörpers voneinander beabstandet sein. Der zweite Abstandshalter kann dabei an der Seitenfläche des Gehäusekörpers anliegen.

Mittels des ersten und des zweiten Abstandshalters kann zwischen der optischen Vorrichtung und dem Gehäusekörper ein Abstand im Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm, beispielsweise von 0,5 mm, eingestellt werden.

Vorzugsweise ist die optoelektronische Vorrichtung oberflächenmontierbar, wodurch eine rationelle Bestückung der optoelektronischen Vorrichtung möglich ist.

Die optoelektronische Vorrichtung kann weiter bevorzugt mittels bleifreien Lötens montiert werden. Löttemperaturen zwischen 200°C und 260°C haben bei einer Einwirkungsdauer zwischen 100s und 120s auf die optoelektronische Vorrichtung in der Regel keine schädigende Wirkung, d.h. dass weder eine Verformung, Trübung oder Verfärbung der optischen Vorrichtung noch eine Ablösung der optischen Vorrichtung vom Bauelement zu erwarten sind.

Zweckmäßigerweise umfasst das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden und/oder strahlungsempfangenden Halbleiterkörper. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper in einer an die Hauptfläche angrenzenden Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Halbleiterkörper ein auf einer Nitrid-Verbindung basierendes Halbleitermaterial. Dies bedeutet, dass zumindest eine Schicht des Halbleiterkörpers ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine optische Vorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. In die optische Vorrichtung wird ein die Haftschicht bildendes fließfähiges Material eingefüllt. Das Bauelement wird in die optische Vorrichtung eingelegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird beim Einlegen des Bauelements das Bauelement in das die Haftschicht bildende fließfähige Material derart eingedrückt, dass das Material sich zumindest teilweise an der Seitenfläche des Gehäusekörpers verteilt. Dadurch kann das Material die Hauptfläche und die Seitenflächen des Gehäusekörpers zumindest teilweise bedecken.

Nach dem Einlegen des Bauelements wird das die Haftschicht bildende fließfähige Material zur Haftschicht ausgehärtet. Als Folge ist die optische Vorrichtung am Bauelement irreversibel befestigt, und das Bauelement ist in die optische Vorrichtung eingeklebt.

Um eine blasenfreie Haftschicht zu erhalten, können verschiedene Maßnahmen durchgeführt werden: Eine erste Möglichkeit besteht darin, das die Haftschicht bildende Material in einer Überdruck-Umgebung auszuhärten. Dabei werden Gasblasen, die im Material eingeschlossen sind, zusammengedrückt, wobei das blasenbildende Gas entweicht.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das die Haftschicht bildende Material in einer Unterdruck-Umgebung einzufüllen. Somit wird von vorneherein eine Blasenbildung vermieden.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das die Haftschicht bildende Material vor dem Einlegen des Bauelements zu entgasen. Zusätzlich kann das die Haftschicht bildende Material nach dem Einlegen und vor dem Aushärten entgast werden.

Eine Kombination dieser Möglichkeiten kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein.

Weitere bevorzugte Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile einer optischen Vorrichtung, eines optoelektronischen Bauelements sowie eines Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den 1 bis 6 näher erläuterten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung,
2 eine schematische Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung,
3 eine schematische perspektivische Schnittansicht eines ersten bevorzugten Gehäusekörpers,
4 eine schematische perspektivische Unteransicht eines zweiten bevorzugten Gehäusekörpers,
5 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements,
6a bis 6d verschiedene Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Die in 1 dargestellte perspektivische Ansicht zeigt eine Aufsicht auf eine Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche 2 einer optischen Vorrichtung 1. Die optische Vorrichtung 1 weist einen optischen Bereich 3 und einen Sockelbereich 4 auf, der rahmenartig ausgebildet ist. An zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden weist die optische Vorrichtung 1 Kerben 5 auf. Diese erleichtern ein Einlegen eines optoelektronischen Bauelements mit einem seitlich herausgeführten Leiterrahmen in die wannenartig geformte optische Vorrichtung 1, wobei im eingelegten Zustand der Leiterrahmen in die Kerben 5 eingreift.
Die Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche 2 ist vorzugsweise derart geformt, dass sie einen konkav gekrümmten Teilbereich B und einen den konkav gekrümmten Teilbereich B umgebenden, konvex gekrümmten Teilbereich C aufweist.
2 zeigt einen Querschnitt der in 1 dargestellten optischen Vorrichtung 1 entlang der Achse AA'. Die Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche 2 des optischen Bereichs 3 weist im Querschnitt eine schwingenartige Gestalt auf. Der Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche 2 gegenüberliegend ist eine Strahlungsdurchtrittsfläche 7 angeordnet. Diese bildet zugleich eine Bodenfläche einer in den Sockelbereich 4 geformten Ausnehmung 6. Umfangsseitig ist die Ausnehmung durch eine innenliegende Seitenfläche 8 der optischen Vorrichtung 1 begrenzt. Die Strahlungsdurchtrittsfläche 7 und die Seitenfläche 8 können zu einer Kontaktfläche, die mit einem Gehäusekörper eines optoelektronischen Bauelements verbindbar ist, zusammengefasst werden.
Die optische Vorrichtung weist aus der Strahlungsdurchtrittsfläche 7 hervortretende erste Abstandshalter 9 auf. Mittels der ersten Abstandshalter 9 kann ein erster Abstand zwischen der optischen Vorrichtung 1 und einem optoelektronischen Bauelement festgelegt werden. Die ersten Abstandshalter 9 erstrecken sich zweckmäßigerweise nicht vollständig entlang einer innenliegenden Kante D, sondern sind in Pfeilrichtung E betrachtet inselartig ausgebildet.
Ferner weist die optische Vorrichtung 1 aus der Seitenfläche 8 hervortretende zweite Abstandshalter 10 auf, die vorzugsweise ebenfalls inselartig ausgebildet sind. Mittels der zweiten Abstandshalter 10 kann ein zweiter Abstand festgelegt werden.
Vorteilhafterweise können die Abstandshalter 9 und 10 mittels der inselartigen Ausbildung von einer Haftschicht umschlossen werden, die sich von der Seitenfläche 8 bis zur Strahlungsdurchtrittsfläche 7 erstreckt.
Vorzugsweise ist die optische Vorrichtung 1 einstückig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die optische Vorrichtung 1 mittels eines der bereits genannten Verfahren, beispielsweise mittels Spritzgusses, hergestellt.
Die optische Vorrichtung 1 ist aus einem Silikon-haltigen Material hergestellt. Sie ist geeignet für SMD (Surface Mounted Devices)-Bauelemente, insbesondere für optoelektronische Bauelemente, die Strahlung im blauen bis ultravioletten Bereich emittieren oder empfangen.
Die in den 1 und 2 dargestellte optische Vorrichtung 1 kann auf den in 3 dargestellten Gehäusekörper 20 aufgesetzt werden, so dass der Sockelbereich 4 den Gehäusekörper 20 umlaufend angeordnet ist. Der Gehäusekörper 20 weist einen Grundkörper 21 auf, der vorzugsweise ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein Duroplastmaterial oder Thermoplastmaterial, enthält. Der Grundkörper 21 kann beispielsweise mittels Spritzgusses, Spritzpressens oder Pressgusses hergestellt sein.
Insbesondere kann die optische Vorrichtung 1 auf ein optoelektronisches Bauelement aufgesetzt werden, wie es beispielsweise in der Offenlegungsschrift WO 02/084749 A2 beschrieben ist, deren Inhalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
In den Grundkörper 21 ist ein zweiteiliger Leiterrahmen mit zwei elektrischen Anschlussstreifen und einem darin eingefassten thermischen Anschlussteil 23 eingebettet. Auf der Seite eines Anschlussbereichs 24 für einen Halbleiterkörper ist das thermische Anschlussteil 23 weitgehend plan ausgebildet.
Einer Auflagefläche 25 liegt eine Hauptfläche 28 gegenüber, die mittels einer in den Grundkörper 21 geformten Ausnehmung 26 in der Mitte unterbrochen ist. Eine Seitenfläche 27 der Ausnehmung ist angeschrägt, so dass sie als Reflektor dienen kann.
4 zeigt eine perspektivische Unteransicht eines weiteren bevorzugten Gehäusekörpers, der in eine optische Vorrichtung gemäß der Erfindung eingelegt werden kann. Eine Bodenfläche des thermischen Anschlussteils 23 ragt aus dem Grundkörper 21 heraus, so dass im montierten Zustand ein guter Wärmeabtransport aus dem Gehäusekörper 20 erfolgen kann. Die Wärme kann beispielsweise an einen Träger, auf dem der Gehäusekörper 20 montiert ist, abgegeben werden.
Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 21 eine Nut 29 auf. Diese Nut 29 erlaubt auch im montierten Zustand eine Kontrolle einer Verbindung zwischen dem Gehäusekörper 20 und dem Träger.
In 5 ist eine optoelektronische Vorrichtung 14 dargestellt, bei der ein optoelektronisches Bauelement 11 in die wannenartige optische Vorrichtung 1 eingelegt ist. Das optoelektronische Bauelement 11 ist in einem der optischen Vorrichtung 1 zugewandten Teil von der optischen Vorrichtung 1 umschlossen. Der Sockelbereich 4 der optischen Vorrichtung 1 reicht bei diesem Ausführungsbeispiel nicht bis zur Auflagefläche 25. Vielmehr ist die optische Vorrichtung 1 kappenartig über das optoelektronische Bauelement 11 übergestülpt.
Zwischen dem optoelektronischen Bauelement 11 und der optischen Vorrichtung 1 ist eine Haftschicht 15 angeordnet. Diese erstreckt sich von einer Seitenfläche 16 des Grundkörpers 21 bis zur Hauptfläche 28. Insbesondere verbindet die Haftschicht 15 das optoelektronische Bauelement 11 mit der optischen Vorrichtung 1, so dass das optoelektronische Bauelement 11 in die optische Vorrichtung 1 eingeklebt ist.
Die Haftschicht 15 kann den der optischen Vorrichtung 1 zugewandten Teil des optoelektronischen Bauelements derart überziehen, dass die Hauptfläche 28 im Wesentlichen ganzflächig und die Seitenfläche 16 zumindest teilweise von der Haftschicht 15 bedeckt ist. Die Haftschicht 15 ist hierbei an den Stellen unterbrochen, an denen Abstandshalter (nicht dargestellt) am Grundkörper 21 anliegen.
Die Haftschicht 15 ist ferner als Brechungsindex-anpassende Schicht vorgesehen, die einen Brechungsindexsprung beziehungsweise Brechungsindexsprünge am Übergang zwischen der Hauptfläche 28 und der Strahlungdurchtrittsfläche 7 reduziert. Vorzugsweise enthält die Haftschicht 15 ein Material, das einem einer Umhüllung 13 und dem optischen Bereich 3 entsprechenden Brechungsindex aufweist. Für die Umhüllung 13, die die Ausnehmung 26 zumindest teilweise ausfüllt, eignen sich Reaktionsharze wie beispielsweise Epoxidharze, Acrylharze oder Silikonharze. Insbesondere sind die Umhüllung 13, die Haftschicht 15 und die optische Vorrichtung 1 aus einem Material gebildet, das Silikon enthält.
In die Umhüllung 13 ist ein strahlungsemittierender- oder strahlungsempfangender Halbleiterkörper 12 eingebettet. Der Halbleiterkörper 12 ist rückseitig auf dem thermischen Anschlussteil montiert, das mit dem elektrischen Anschlussstreifen 22a verbunden ist. Ferner ist der Halbleiterkörper 12 stirnseitig mittels eines Bonddrahtes mit dem elektrischen Anschlussstreifen 22b verbunden.
Die optoelektronische Vorrichtung 14 ist oberflächenmontierbar. Insbesondere kann die optoelektronische Vorrichtung 14 mittels bleifreien Lötens bei einer Löttemperatur zwischen 200°C und 260°C gelötet werden, ohne dass am Bauelement 11, insbesondere an der optischen Vorrichtung 1, irreversible Schäden entstehen. Die Löttemperatur wirkt dabei zwischen 100s und 120s ein.
Anhand der 6a bis 6d werden verschiedene Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung dargestellt.
Zunächst wird durch Einfüllen einer Formmasse in eine Gussform 30 eine wannenartige optische Vorrichtung 1 hergestellt, die einen optischen Bereich und einen Sockelbereich mit einer Ausnehmung aufweist (6a).
Vor einer Weiterverarbeitung der optischen Vorrichtung 1 kann diese in einem Ultraschall-Bad 15 Minuten lang gereinigt und anschließend in einer Unterdruck-Umgebung 15 Minuten lang bei 120°C getrocknet werden.
Zur Weiterbehandlung wird die optische Vorrichtung 1 derart platziert, dass sie wannenartig angeordnet und somit befüllbar ist (6b).
In die optische Vorrichtung 1 wird dann ein fließfähiges, vergleichsweise hochviskoses Material eingefüllt (6c), das zur Bildung der Haftschicht 15 vorgesehen ist. Vorzugsweise enthält das Material 35 Silikon.
Anschließend wird in das fließfähige Material 35 das optoelektronische Bauelement 11 eingelegt. Insbesondere wird das Bauelement 11 beim Einlegen derart eingedrückt, dass sich das Material 35 an der Seitenfläche 16 des Grundkörpers 21 verteilt (6d).
In einem nicht dargestellten Schritt wird das fließfähige Material 35 zur Haftschicht 15 ausgehärtet. Die Dauer des Aushärtens beträgt bei einer Temperatur von 150°C vorzugsweise 1 Stunde.
Die Haftschicht 15 umgibt einen der optischen Vorrichtung 1 zugewandten Teil des optoelektronischen Bauelements 11 formschlüssig und kleidet die Ausnehmung 6 zumindest teilweise aus.
Damit die Haftschicht 15 blasenfrei ausgebildet ist, können die bereits erwähnten Maßnahmen durchgeführt werden.
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.

Claims

Optische Vorrichtung, die einen optischen Bereich und einen Sockelbereich mit einer Ausnehmung aufweist, wobei die optische Vorrichtung wannenartig ausgebildet ist, so dass ein optoelektronisches Bauelement in die optische Vorrichtung einlegbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausnehmung auf einer dem optischen Bereich abgewandten Seite des Sockelbereichs angeordnet ist und seitens des optischen Bereichs durch eine Strahlungsdurchtrittsfläche der optischen Vorrichtung und seitens des Sockelbereich durch mindestens eine Seitenfläche der optischen Vorrichtung begrenzt ist, die quer zur Strahlungsdurchtrittsfläche verläuft und sich vorzugsweise an die Strahlungsdurchtrittsfläche anschließt oder in diese übergeht.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die rastverbindungsfrei an einem Gehäusekörper des optoelektronischen Bauelements befestigbar ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockelbereich rahmenartig ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die auf der Strahlungsdurchtrittsfläche mindestens einen ersten Abstandshalter aufweist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, die auf der Seitenfläche mindestens einen zweiten Abstandshalter aufweist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung eines Silikons und Epoxids enthält.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Bereich eine der Strahlungsdurchtrittsfläche gegenüberliegende Strahlungsaustritts- beziehungsweise Strahlungseintrittsfläche aufweist, die einen konkav gekrümmten Teilbereich und einen den konkav gekrümmten Teilbereich in einem Abstand zu einer optischen Achse zumindest teilweise umgebenden, konvex gekrümmten Teilbereich umfasst, wobei die optische Achse durch den konkav gekrümmten Teilbereich verläuft.
Optoelektronische Vorrichtung, die eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei das optoelektronische Bauelement in die optische Vorrichtung eingelegt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das optoelektronische Bauelement einen Gehäusekörper aufweist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem auf Anspruch 2 rückbezogenen Anspruch, wobei der Gehäusekörper eine der Strahlungsdurchtrittsfläche gegenüberliegende außenliegende Hauptfläche und mindestens eine der Seitenfläche der optischen Vorrichtung gegenüberliegende außenliegende Seitenfläche aufweist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die optische Vorrichtung die Seitenfläche des Gehäusekörpers übergreift.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die optische Vorrichtung eingriffsfrei am Gehäusekörper befestigt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei sich eine zwischen der optischen Vorrichtung und dem Gehäusekörper angeordnete Haftschicht von einer ersten Seitenfläche des Gehäusekörpers bis zur Hauptfläche des Gehäusekörpers erstreckt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei sich die Haftschicht von einer ersten Seitenfläche des Gehäusekörpers über die Hauptfläche zu einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Gehäusekörpers erstreckt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Haftschicht ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung eines Silikons und Epoxids enthält.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Haftschicht einen Brechungsindex aufweist, der dem Brechungsindex eines auf der Seite des Gehäusekörpers an die Haftschicht angrenzenden Mediums und dem Brechungsindex eines auf der Seite der optischen Vorrichtung angrenzenden Mediums entspricht oder dazwischen liegt.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Haftschicht blasenfrei ausgebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder einem auf Anspruch 11 rückbezogenen Anspruch mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem auf Anspruch 4 rückbezogenen Anspruch, wobei mittels des ersten Abstandshalters die Strahlungsdurchtrittsfläche der optischen Vorrichtung und die Hauptfläche des Gehäusekörpers voneinander beabstandet sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder einem auf Anspruch 11 rückbezogenen Anspruch mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem auf Anspruch 5 rückbezogenen Anspruch, wobei mittels des zweiten Abstandshalters die Seitenfläche der optischen Vorrichtung und die Seitenfläche des Gehäusekörpers voneinander beabstandet sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, die oberflächenmontierbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, die mittels bleifreien Lötens montierbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, die bei Temperaturen zwischen 200°C und 260°C lötbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, wobei das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden und/oder strahlungsempfangenden Halbleiterkörper aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, mit den Schritten: – Ausbilden einer optischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, – Einfüllen eines die Haftschicht bildenden fließfähigen Materials in die optische Vorrichtung, – Einlegen des Bauelements in die optische Vorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei beim Einlegen des Bauelements das Bauelement in das die Haftschicht bildende Material derart eingedrückt wird, dass das Material sich zumindest teilweise an der Seitenfläche des Gehäusekörpers verteilt.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei nach dem Einlegen des Bauelements das die Haftschicht bildende Material ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei in einer Überdruck-Umgebung ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das die Haftschicht bildende Material in einer Unterdruck-Umgebung eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, wobei das die Haftschicht bildende Material vor dem Einlegen des Bauelements entgast wird.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das die Haftschicht bildende Material vor dem Aushärten entgast wird.