DE102006061175A1 - Radiation-emitting semiconductor component has semiconductor chip and luminescence conversion element with luminescent material, which emits electromagnetic radiations - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterelements.The The invention relates to a radiation-emitting semiconductor component and a method of manufacturing the radiation-emitting semiconductor element.
Insbesondere bei weiß leuchtenden strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, bei denen der weiße Farbeindruck durch Mischung von blauem und gelbem Licht erzeugt wird, besteht das Bedürfnis, einen über einen möglichst großen Raumwinkelbereich homogenen Farbort zu erhalten. Ferner wirkt gegebenenfalls störend, dass das weiß leuchtende strahlungsemittierende Halbleiterbauelement für einen Betrachter gelb aussieht, wenn dieses nicht in Betrieb ist.Especially when white shining radiation-emitting semiconductor devices in which the white color impression is created by mixing blue and yellow light the need, one over one possible huge Solid angle range to obtain homogeneous color location. It also acts as appropriate disturbing, that the white shining radiation-emitting semiconductor device looks yellow to a viewer, if this is not in operation.
Die Aufabe der Erfindung ist, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement zu schaffen, das ein zuverlässiges Mischen von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge ermöglicht. Ferner ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements zu schaffen, das einfach und zuverlässig ist.The Aufabe of the invention is a radiation-emitting semiconductor device to create a reliable one Mixing electromagnetic radiation of different wavelengths allows. Further The object of the invention is a method for producing the radiation-emitting semiconductor device to create that simple and reliable is.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterchip, ein Lumineszenzkonversionselement und ein Diffusorelement umfasst. Der Halbleiterchip emittiert e lektromagnetische Strahlung. Das Lumineszenzkonversionselement weist mindestens einen Leuchtstoff auf. Das Lumineszenzkonversionselement ist an dem Halbleiterchip in einem Strahlengang der von diesem ausgesandten elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Der mindestens eine Leuchtstoff ist so ausgebildet, dass mindestens ein Teil der von dem Halbleiterchip emittierten und auf den mindestens einen Leuchtstoff treffenden elektromagnetischen Strahlung absorbiert und mit veränderter Wellenlänge wieder emittiert wird. Das Lumineszenzkonversionselement ist ferner mindestens für die von dem Halbleiterchip emittierte und für die von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Das Diffusorelement ist mindestens für die von dem Halbleiterchip emittierte und für die von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierte elektromagnetische Strahlung durchlässig. Das Diffusorelement ist plättchenförmig ausgebildet und ist so an dem Lumineszenzkonversionselement angeordnet, dass es streuend wirkt bezüglich der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung, die auf das Diffusorelement trifft.According to one In the first aspect, the invention is characterized by a radiation-emitting semiconductor component, the one semiconductor chip, a luminescence conversion element and a diffuser element comprises. The semiconductor chip emits electromagnetic radiation Radiation. The luminescence conversion element has at least one Fluorescent on. The luminescence conversion element is on the semiconductor chip in a beam path emitted by this electromagnetic Radiation arranged. The at least one phosphor is designed that at least a part of the emitted from the semiconductor chip and on the at least one phosphor meeting electromagnetic Radiation absorbed and altered wavelength is emitted again. The luminescence conversion element is further at least for that emitted by the semiconductor chip and that of the at least one phosphor with changed wavelength again emitted electromagnetic radiation permeable. The diffuser element is at least for that emitted by the semiconductor chip and that of the at least one Fluorescent with altered wavelength again emitted electromagnetic radiation permeable. The Diffuser element is platelet-shaped and is arranged on the luminescence conversion element such that it scattering affects the one emitted by the semiconductor chip and that of the at least a phosphor with altered wavelength re-emitted electromagnetic radiation emitted to the diffuser element meets.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es vorteilhaft ist, wenn sowohl die Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung als auch die Streuung der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung chipnah erfolgen, das heißt in geringem Abstand von dem Halbleiterchip. Der Abstand beträgt dabei bevorzugt weniger als 200 Mikrometer. Der Abstand kann jedoch auch größer als 200 Mikrometer sein. Insbesondere ist das Lumineszenzkonversionselement un mittelbar an dem Halbleiterchip angeordnet und ist das Diffusorelement unmittelbar an dem Lumineszenzkonversionselement angeordnet. Auf diese Weise ist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement besonders kompakt ausbildbar.The The invention is based on the realization that it is advantageous if both the conversion of the emitted from the semiconductor chip electromagnetic Radiation as well as the scatter of the emitted from the semiconductor chip and that of the at least one phosphor modified Wavelength again emitted electromagnetic radiation done close to the chip, the is called at a small distance from the semiconductor chip. The distance is thereby preferably less than 200 microns. However, the distance can be too greater than 200 microns. In particular, the luminescence conversion element is un mediate arranged on the semiconductor chip and the diffuser element is immediate arranged on the luminescence conversion element. In this way the radiation-emitting semiconductor component is particularly compact formable.
Der Halbleiterchip ist insbesondere ausgebildet zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung in einem sichtbaren blauen Spektralbereich und gegebenenfalls zusätzlich zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung in einem ultravioletten Spektralbereich. Der Leuchtstoff ist insbesondere ausgebildet zum Absorbieren der elektromagnetischen Strahlung in dem blauen Spektralbereich und/oder in dem ultravioletten Spektralbereich und zum wieder Emittieren von elektromagnetischer Strahlung in einem sichtbaren gelben Spektralbereich.Of the Semiconductor chip is designed in particular for emitting electromagnetic Radiation in a visible blue spectral range and optionally additionally for emitting electromagnetic radiation in an ultraviolet spectral range. The phosphor is designed in particular for absorbing the electromagnetic radiation in the blue spectral range and / or in the ultraviolet spectral region and for re-emitting of electromagnetic radiation in a visible yellow spectral range.
Der Vorteil ist, dass durch das Diffusorelement die von dem Halbleiterchip emittierte und die von dem Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierte elektromagnetische Strahlung durch die Streuung zuverlässig durchmischt wird. Dies resultiert in einem homogenen Farbort über einen großen Raumwinkelbereich. Insbesondere ist dadurch ein weißer Farbeindruck über den großen Raumwinkelbereich ohne bläuliche oder gelbliche Verfärbungen abhängig von einem jeweiligen Betrachtungswinkel möglich.Of the The advantage is that by the diffuser element of the semiconductor chip emitted and that of the phosphor with a different wavelength again emitted electromagnetic radiation reliably mixed by the scattering becomes. This results in a homogeneous color location over a huge Solid angle range. In particular, this is a white color impression over the large solid angle range without bluish or yellowish discoloration dependent possible from a particular viewing angle.
Ferner reduziert oder eliminiert das Diffusorelement eine von außen sichtbare und durch eine Farbe des Lumineszenzkonversionselements und insbesondere durch eine Farbe des Farbstoffs hervorgerufene Farbe des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements, wenn durch den Halbleiterchip keine elektromagnetische Strahlung ausgesandt wird. Eine Farbe des Diffusorelements kann sehr einfach vorgegeben werden. Beispielsweise kann bei der Herstellung des strahlungsemittierenden Halblei terbauelements ein weißes Diffusorelement gewählt werden, um einen weißen Farbeindruck des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements unabhängig von der Farbe des Lumineszenzkonversionselements auch im ausgeschalteten Zustand des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements zu ermöglichen.Furthermore, the diffuser element reduces or eliminates a color of the radiation-emitting semiconductor component which is visible from the outside and caused by a color of the luminescence conversion element and in particular by a color of the dye, if no electromagnetic radiation is emitted by the semiconductor chip. A color of the diffuser element can be specified very easily. For example, in the manufacture of the radiation-emitting semiconductor component, a white diffuser element can be selected in order to produce a white color impression of the radiation-emitting semiconductor component gig to allow the color of the luminescence conversion element even in the off state of the radiation-emitting semiconductor device.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Diffusorelement ein Keramikmaterial oder ein Glasmaterial. Der Vorteil ist, dass das Keramikmaterial oder das Glasmaterial eine hohe Transmission der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht bei gleichzeitig zuverlässiger Streuung von dieser. Ferner ist vorteilhaft, dass das Keramikmaterial und das Glasmaterial eine hohe Temperaturbeständigkeit, inbesondere bis mindestens 150 Grad Celsius, und eine hohe Beständigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung in dem ultravioletten Spektralbereich aufweisen. Dadurch kann das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dauerhaft zuverlässig betrieben werden. Ferner ist das Keramikmaterial und das Glasmaterial fest und dadurch leicht zu handhaben. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Das Diffusorelement kann einfach und zuverlässig mittels eines Pick-and-Place-Verfahrens bewegt und platziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Diffusorelement aufgrund seiner Robustheit auch als Schutz des Halbleiterchips und des Lumineszenzkonversionselements in Bezug auf Umwelteinflusse dienen kann und dadurch gegebenenfalls auf einen zusätzlichen Verguss verzichtet werden kann.In In an advantageous embodiment, the diffuser element comprises a Ceramic material or a glass material. The advantage is that that Ceramic material or the glass material high transmission of emitted from the semiconductor chip and that of the at least one Fluorescent with a different wavelength again emitted electromagnetic radiation allows at the same time reliable scattering of this. Furthermore, it is advantageous that the ceramic material and the glass material has a high temperature resistance, in particular to at least 150 degrees Celsius, and high resistance to electromagnetic Have radiation in the ultraviolet spectral range. This can the radiation-emitting semiconductor device operated permanently reliable become. Further, the ceramic material and the glass material are solid and easy to handle. This is particularly advantageous in the production of the radiation-emitting semiconductor device. The diffuser element can be easily and reliably by means of a pick-and-place method be moved and placed. Another advantage is that that Diffuser element due to its robustness as a protection of the semiconductor chip and the luminescence conversion element with respect to environmental influences can serve and thereby optionally on an additional potting can be waived.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Diffusorelement Streupartikel zum Streuen der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass durch Vorsehen der Streupartikel ein zuverlässiges Streuen der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung möglich ist. Streuungs- und Transmissionseigenschaften sind sehr einfach durch Art, Größe, Anzahl und Verteilung der Streupartikel vorgebbar.In a further advantageous embodiment are in the diffuser element Scattering particles for scattering the emitted from the semiconductor chip and that of the at least one modified wavelength phosphor again emitted electromagnetic radiation arranged. This has the Advantage that by providing the scattering particles a reliable sprinkling the one emitted by the semiconductor chip and that of the at least a phosphor with altered wavelength again emitted electromagnetic radiation is possible. Scattering and transmission properties are very simple Type, size, number and distribution of the scattering particles can be specified.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Oberfläche des Diffusorelements aufgeraut oder strukturiert zum Streuen der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung. Dies hat den Vorteil, dass durch Vorsehen der Aufrauung oder Strukturierung der mindestens einen Oberfläche des Diffusorelements ein zuverlässiges Streuen der von dem Halbleiterchip emittierten und der von dem mindestens einen Leuchtstoff mit veränderter Wellenlänge wieder emittierten elektromagnetischen Strahlung möglich ist, insbesondere wenn das Diffusorelement mit seiner aufgerauten oder strukturierten Oberfläche an Luft grenzt. Streuungseigenschaften sind sehr einfach durch Art und Größe der Aufrauung oder Strukturierung vorgebbar.In a further advantageous embodiment, at least one surface of the Roughened diffuser element or structured to scatter the from emitted from the semiconductor chip and that of the at least one Fluorescent with altered Wavelength again emitted electromagnetic radiation. This has the advantage that by providing the roughening or structuring of at least a surface the diffuser element a reliable scattering the one emitted by the semiconductor chip and that of the at least a phosphor with altered wavelength re-emitted electromagnetic radiation is possible especially when the diffuser element with its roughened or textured surface in the air. Scattering properties are very simple by nature and size of the roughening or structuring can be specified.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lumineszenzkonversionselement und das Diffusorelement in ihrer jeweiligen Ausdehnung parallel zu einer die elektromagnetische Strahlung emittierenden Oberfläche des Halbleiterchips im Wesentlichen nur in einem Bereich des Halbleiterchips ausgebildet, in dem dieser die elektromagnetische Strahlung emittiert. Der Vorteil ist, dass das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dadurch nur eine kleine leuchtende Oberfläche aufweist. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement, bei dem ein Verguss, insbesondere ein Silikonverguss, in dem der Halbleiterchip und das Lumineszenzkonversionselement eingegossen sind, als Diffusor ausgebildet ist und dadurch der ganze Verguss leuchtet. Durch die kleine Ausbildung der leuchtenden Oberfläche ist ein besonders hoher Lichtstrom möglich. Ferner können Optiken mit kleinen Abmessungen genutzt werden, um die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung zu bündeln. Solche Optiken können besonders kostengünstig sein.In A further advantageous embodiment is the luminescence conversion element and the diffuser element parallel in their respective extent to a surface emitting the electromagnetic radiation of the Semiconductor chips substantially only in a region of the semiconductor chip formed in which this emits the electromagnetic radiation. The advantage is that the radiation-emitting semiconductor component characterized only a small luminous surface. This is especially true in comparison to a radiation-emitting semiconductor component, in which a casting, in particular a Silikonverguss, in which the Molded semiconductor chip and the luminescence conversion element are formed as a diffuser and thus the whole potting shines. Due to the small formation of the glowing surface is a particularly high luminous flux possible. Furthermore, optics be used with small dimensions to that of the radiation-emitting Semiconductor device emitted electromagnetic radiation bundle up. Such optics can especially inexpensive be.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Eine Konversions- und Diffusoreinheit wird gebildet, indem das Lumineszenzkonversionselement auf das Diffusorelement aufgebracht oder auf diesem ausgebildet wird. Die Konversions- und Diffusoreinheit wird an dem Halbleiterchip angeordnet.According to one second aspect, the invention is characterized by a method for producing the radiation-emitting semiconductor component according to the first Aspect of the invention. A conversion and diffuser unit becomes formed by the luminescence conversion element on the diffuser element applied or formed on this. The conversion and Diffuser unit is disposed on the semiconductor chip.
Das Aufbringen eines Materials des Lumineszenzkonversionselements erfolgt beispielsweise durch Aufdrucken auf das Diffusorelement. Das Aufbringen des Materials des Lumineszenzkonversionselements oder das Ausbilden des Lumineszenzkonversionselements auf dem Diffusorelement kann jedoch auch anders erfolgen. Der Vorteil ist, dass die Konversions- und Diffusoreinheit einfach und zuverlässig mittels eines Pick-and-Place-Verfahrens auf den Halbleiterchip aufbringbar ist. Die vorzugsweise feste Konsistenz des Diffusorelements vereinfacht das Aufbringen der Konversions- und Diffusoreinheit auf den Halbleiterchip. Ferner kann die Konversions- und Diffuso reinheit gegebenenfalls einzeln geprüft und/oder abhängig von ihren individuellen Eigenschaften ausgewählt werden, bevor die Konversions- und Diffusoreinheit auf dem Halbleiterchip angeordnet wird. Dies ermöglicht eine besonders hohe Qualität des resultierenden strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements und ermöglicht ferner einen geringen Ausschuss durch Vermeiden des Aufbringens einer ungeeigneten oder minderwertigen Konversions- und Diffusoreinheit.The application of a material of the luminescence conversion element takes place, for example, by printing on the diffuser element. However, the application of the material of the luminescence conversion element or the formation of the luminescence conversion element on the diffuser element can also take place differently. The advantage is that the conversion and diffuser unit can be easily and reliably applied to the semiconductor chip by means of a pick-and-place method. The preferably solid consistency of the diffuser element simplifies the application of the conversion and diffuser unit to the semiconductor chip. Further, the conversion and diffuser purity may optionally be tested individually and / or selected depending on their individual properties before the conversion and diffuser unit is placed on the semiconductor chip. This allows a particularly high quality of the resulting radiation-emitting Semiconductor device and also allows low waste by avoiding the application of an unsuitable or inferior conversion and diffuser unit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst das Bilden der Konversions- und Diffusoreinheit ein Zerteilen einer größeren Einheit, bei der das Material des Lumineszenzkonversionselements auf einer Scheibe verteilt für eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen aufgebracht ist und die Scheibe aus einem Material des Diffusorelements gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass nach dem Zerteilen einzelne Konversions- und Diffusoreinheiten beispielsweise mittels des Pick-and-Place-Verfahrens sehr einfach auf den jeweiligen Halbleiterchip aufgebracht werden können. Ferner können die Konversions- und Diffusoreinheiten zuvor einzeln geprüft und entsprechend ihrer individuellen Eigenschaften sortiert werden. Ausschuss kann aussortiert werden, bevor die betroffene Konversion- und Diffusoreinheit auf einen Halbleiterchip aufgebracht wird. Das Verfahren ist besonders geeignet für die Herstellung großer Stückzahlen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements.In an advantageous embodiment of the second aspect of the invention For example, forming the conversion and diffuser unit involves dicing a larger unit, in which the material of the luminescence conversion element on a Slice spread for a plurality of radiation-emitting semiconductor devices is applied and the disc is formed of a material of the diffuser element is. This has the advantage that, after dicing, individual conversion and diffuser units, for example by means of the pick-and-place method very simple can be applied to the respective semiconductor chip. Further can the conversion and diffuser units previously tested individually and accordingly their individual properties are sorted. Committee can be screened before the affected conversion and diffuser unit a semiconductor chip is applied. The procedure is special suitable for the production of big ones numbers the radiation-emitting semiconductor device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.embodiments The invention are explained below with reference to the schematic drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.elements same construction or function are cross-figurative with the same Provided with reference numerals.
Eine
erste Ausführungsform
eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst einen
Halbleiterchip
Das
Lumineszenzkonversionselement
Der
Halbleiterchip
Das
Lumineszenzkonversionselement
Das
Lumineszenzkonversionselement
Das
Diffusorelement
Falls
der Verguss
Das
Diffusorelement
Das
Keramikmaterial ist beispielsweise ein weißes Keramikmaterial. Das Keramikmaterial
kann jedoch auch eine andere Farbe aufweisen. Das Keramikmaterial
hat bevorzugt eine hohe Durchlässigkeit für die von
dem Leuchtstoff wieder emittierte und gegebenenfalls die von dem
Halbleiterchip
Beispielsweise
umfasst das Material des Diffusorelements
Bevorzugt
ist das Material des Diffusorelements in dem Schritt S2 als eine
größere Scheibe ausgebildet,
aus der in einem Schritt S3 eine Mehrzahl von Konversions- und Diffusoreinheiten
für eine Mehrzahl
von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen herausgetrennt
werden können.
In dem Schritt S2 wird das Material des Lumineszenzkonversionselements
In
einem Schritt S4 wird jeweils eine Konversions- und Diffusionseinheit
auf einen Halbleiterchip
Das
Verfahren endet in einem Schritt S5. Der Schritt S5 kann beispielsweise
eine Endkontrolle des resultierenden strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements,
ein Aufbringen des Vergusses
Bevorzugt
sind eine Mehrzahl der Halbleiterchips
In
einem Schritt S9 wird das Diffusorelement
Alternativ
zu dem Zerteilen des Wafers in dem Schritt S8 vor dem Aufbringen
des Diffusorelements
Das Verfahren endet in einem Schritt S10, der im Wesentlichen dem Schritt S5 des ersten Verfahrens zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements entspricht.The The method ends in a step S10, which essentially corresponds to the step S5 of the first method for producing the radiation-emitting semiconductor component equivalent.
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.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments is.
Claims (7)
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