DE102009034370A1 - Optoelektronisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil - Google Patents
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Abstract
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils (1) umfasst dieses einen Träger (3) und mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2), der an dem Träger (3) angebracht ist. Ferner beinhaltet das optoelektronische Bauteil (1) wenigstens ein optisches Element (45), das ebenfalls an dem Träger (3) angebracht ist. Das optische Element (45) weist hierbei einen Grundkörper (5) mit einem strahlungsdurchlässigen Formmaterial auf. Das Formmaterial ist ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Weiterhin ist der Grundkörper (5) formgepresst, formgespritzt oder formgegossen. Außerdem umfasst das optische Element (45) eine Folie (4), die eine dem Halbleiterchip (2) abgewandte Begrenzungsfläche (7) des optischen Elements (45) bildet. Die Folie (4) ist verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper (5) verbunden.
Description
- Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
- Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, bei dem optische Eigenschaften des optischen Elements effizient einstellbar sind. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein solches optoelektronisches Bauteil anzugeben.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen Träger. Der Träger stützt hierbei bevorzugt das Bauteil mechanisch. Mit anderen Worten kann durch den Träger das optoelektronische Bauteil mechanisch selbsttragend und/oder biegefest sein. Zum Beispiel umfasst der Träger eines der folgenden Materialien oder besteht hieraus: Metall, Glas, Keramik wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, faserverstärktes Epoxid oder Silikon, Kunststoff. An oder in dem Träger können elektrische Leitungen oder elektrische Anschlussteile zur Kontaktierung eines Halbleiterchips angebracht oder integriert sein.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist an dem Träger mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip angebracht. Bei dem Halbleiterchip kann es sich um eine Leuchtdiode, eine Photodiode, eine Superlumineszenzdiode oder eine Laserdiode handeln.
- Insbesondere ist der Halbleiterchip ein Dünnfilmchip mit einer Dicke von weniger als 200 μm. Zum Beispiel ist der Halbleiterchip ausgeformt, wie in der Druckschrift
WO 2005/081319 A1 DE 10 2007 004 304 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips wird hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen. - Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses ein optisches Element, das an dem Träger angebracht ist und in einer Strahlrichtung, vom Halbleiterchip aus gesehen, dem Halbleiterchip nachgeordnet ist. Durch das optische Element werden optische Eigenschaften einer vom Halbleiterchip zu empfangenden oder, bevorzugt, zu emittierenden Strahlung beeinflusst. Beispielsweise ist das optische Element eine Sammellinse oder eine Zerstreulinse, ein Filter, ein Konversionselement und/oder ein Diffusor.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optische Element einen Grundkörper. Der Grundkörper ist bevorzugt mit einem strahlungsdurchlässigen Formmaterial gebildet. Weiterhin bevorzugt ist das Formmaterial überwiegend ein thermoplastischer Kunststoff wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, oder, besonders bevorzugt, ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Überwiegend kann hierbei bedeuten, dass der Grundkörper zu mindestens 70% insbesondere zu mindestens 80% bevorzugt zu mindestens 95% aus den genannten Materialien besteht.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der Grundkörper des optischen Elements über ein Formpressen, englisch Compression molding, über ein Spritzpressen, englisch Transfer molding, über ein Spritzgießen, englisch Injection molding oder über ein Gießen, englisch Casting, erzeugt.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optische Element weiterhin eine Folie, englisch Foil. Die Folie bildet hierbei eine dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche des optischen Elements. Insbesondere ist die gesamte, dem Halbleiterchip und/oder dem Träger abgewandte Begrenzungsfläche des optischen Elements durch die Folie gebildet. Mit anderen Worten kann der Grundkörper des optischen Elements vollständig von dem Träger und der Folie eingeschlossen sein.
- Die Folie kann hierbei eine oder mehrere Lagen aufweisen. Eine Lage der Folie ist zum Beispiel eine sich entlang einer Hauptausdehnungsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Folie erstreckende durchgehende oder gleichmäßig strukturierte Schicht, die sich durch eine bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaft auszeichnet. Derartige chemische oder physikalische Eigenschaften sind beispielsweise die Zähigkeit der Folie, das Haftungsvermögen der Folie an ein bestimmtes Material oder eine Transmittivität oder Reflektivität der Folie für elektromagnetische Strahlung. Es ist möglich, dass zumindest eine Lage der Folie in lateraler Richtung strukturiert ist, also entlang der Hautpausdehnungsrichtungen Lücken oder Unterbrechungen aufweist.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Folie des optischen Elements verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden. Mit anderen Worten steht ein Material der Folie bevorzugt in unmittelbarem physischen Kontakt mit einem Material des Grundkörpers. Ein Brechungsindex oder ein mittlerer Brechungsindex der Folie ist insbesondere kleiner als ein Brechungsindex oder ein mittlerer Brechungsindex des Grundkörpers. Die Verbindung zwischen Folie und Grundkörper ist weiterhin bevorzugt dauerhaft. Dauerhaft kann hierbei bedeuten, dass sich über eine Lebensdauer oder über eine Betriebsdauer des Halbleiterchips unter den normalen, im Betrieb des optoelektronischen Bauteils auftretenden Belastungen die Folie nicht von dem Grundkörper löst.
- Mit dem Begriff Folie kann gemeint sein, dass es sich um ein dünnes, zusammenhängendes Blatt aus einem festen Material handelt. Blatt kann bedeuten, dass eine Flächenausdehnung weitaus größer ist als eine Dicke. Die Dicke der Folie liegt bevorzugt zwischen einschließlich 20 µm und 120 μm, insbesondere zwischen einschließlich 25 μm und 60 μm. Im Gegensatz zu dem Grundkörper des optischen Elements ist die Folie insbesondere nicht durch ein Formpressen, Formgießen, Gießen oder Formspritzen im Bauteil, sondern separat davon hergestellt, insbesondere vor dem Grundkörper und mit einem anderen Werkzeug als der Grundkörper.
- In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen Träger und mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der an dem Träger angebracht ist. Ferner beinhaltet das optoelektronische Bauteil wenigstens ein optisches Element, das ebenfalls an dem Träger angebracht ist und das, in einer Strahlrichtung vom Halbleiterchip aus gesehen, dem Halbleiterchip nachgeordnet ist. Das optische Element weist hierbei einen Grundkörper mit einem strahlungsdurchlässigen Formmaterial auf. Das Formmaterial ist thermoplastischer Kunststoff wie ein Polycarbonat oder PMMA, oder besonders bevorzugt ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Weiterhin ist der Grundkörper formgepresst, formgespritzt oder formgegossen. Außerdem umfasst das optische Element eine Folie, die eine dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche des optischen Elements bildet. Die Folie ist verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden.
- Dadurch, dass eine äußere, dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche des optischen Elements durch eine Folie gebildet ist, lässt sich das optische Element effizient über ein Formpressen oder über ein Formgießen in einem Formwerkzeug herstellen. Durch die Verwendung beispielsweise verschiedener Folien können mechanische und/oder optische Eigenschaften des optischen Elements gezielt eingestellt und mit verhältnismäßig geringem Aufwand bei gleich bleibender äußerer Form des optischen Elements verändert werden. Weiterhin ist ein optischer Effekt, zum Beispiel ein Filtern einer Wellenlänge, nur auf einen dünnen Bereich des optischen Elements beschränkbar.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die Folie mindestens eine Beimengung auf. Mit anderen Worten ist einem Grundmaterial der Folie eine Beimengung beigegeben, wobei die Beimengung insbesondere homogen verteilt in der Folie oder in wenigstens einer Lage der Folie vorliegt. Bei der Beimengung kann es sich um ein Konversionsmittel handeln, das eine vom Halbleiterchip zu empfangende oder auszusendende Strahlung wenigstens teilweise in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge umwandelt. Ebenso kann die Beimengung ein Diffusionsmittel sein, das insbesondere eine vom Halbleiterchip zu emittierende Strahlung streut. Außerdem ist es möglich, dass die Beimengung ein Filtermittel ist, das nur Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich zu dem optoelektronischen Halbleiterchip gelangen oder aus dem optoelektronischen Bauteil emittieren lässt. Zum Beispiel ist das Filtermittel ein Kantenfilter, der sichtbare Strahlung absorbiert und transparent für nahinfrarote Strahlung ist.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Beimengung ein Härtefüllstoff. Ein solcher Füllstoff kann dazu dienen, die dem Halbleiterchip abgewandte Begrenzungsfläche des optischen Elements und somit der Folie zu härten. Hierdurch ist auch eine Klebrigkeit der Folie reduzierbar. Speziell kann eine höhere Widerstandsfähigkeit der Folie beispielsweise gegen ein Verkratzen erzielt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Beimengung zur Einstellung des optischen Brechungsindexes der Folie dient. Eine solche Beimengung zur Einstellung des Brechungsindexes und/oder zur Härtung der Folie ist zum Beispiel ein Titanoxid oder ein Siliziumoxid. Ferner kann die Beimengung ein Adhäsionsmittel umfassen, über das eine verbesserte Haftung zwischen dem Grundkörper des optischen Elements und der Folie realisierbar ist.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beträgt ein Volumenanteil der Beimengung an der Folie mindestens 12%, bevorzugt mindestens 15%, insbesondere mindestens 20%. Auch ein Volumenanteil von mindestens 25% der Beimengung an der Folie ist möglich. Mit anderen Worten weist die Folie einen hohen Anteil der Beimengung auf.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Folie optisch trüb. Insbesondere ist die Trübung der Folie derart ausgeprägt, dass durch das optische Element hindurch keine optische Abbildung des Halbleiterchips erfolgt. Mit anderen Worten ist, mit bloßem Auge in Draufsicht auf das optische Element gesehen, der optoelektronische Halbleiterchip und/oder eine Kontur und/oder eine Färbung des Halbleiterchips nicht erkennbar.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist ein Material des Grundkörpers transparent. Mit anderen Worten ist der Grundkörper insbesondere im sichtbaren Spektralbereich oder für die vom Halbleiterchip zu empfangende oder auszusendende Strahlung klarsichtig. Transparent bedeutet bevorzugt auch, dass der Grundkörper des optischen Elements frei von Zusätzen wie Diffusionsmitteln oder Konversionsmitteln ist.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die Folie zumindest an der dem Halbleiterchip abgewandten Seite eine dreidimensionale Strukturierung auf. Die Strukturierung kann durch eine regelmäßige oder durch eine unregelmäßige Aufrauung gebildet sein, über die beispielsweise eine Lichtauskopplung einer vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung aus dem optischen Element heraus steigerbar ist. Eine mittlere Strukturgröße der Strukturierung, beispielsweise typische laterale Abmessungen einer Einheitszelle der Strukturierung, liegt bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,5-fachen und dem 4,0-fachen einer Hauptwellenlänge einer vom Halbleiterchip zu emittierenden oder zu detektierenden Strahlung. Die Hauptwellenlänge ist zum Beispiel diejenige Wellenlänge, bei der eine maximale spektrale Leistungsdichte etwa einer vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung vorliegt.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die Folie eine Strukturierung an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite auf. Über diese Strukturierung ist es möglich, eine Haftung der Folie an dem Grundkörper des optischen Elements zu verbessern.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die Folie bei Raumtemperatur eine Härte von mindestens Shore A 80 und der Grundkörper eine Härte von höchstens Shore A 80 auf.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Folie eine Silikonfolie, eine Epoxidfolie, eine Silikon-Epoxid-Hybrid-Folie oder eine Polyimidfolie. Der Grundkörper und die Folie können aus überwiegend dem gleichen Material bestehen.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die Folie mindestens einen absorbierenden und/oder reflektierenden Teilbereich auf. Durch den Teilbereich der Folie ist insbesondere ein Symbol, ein Piktogramm und/oder ein Schriftzug gebildet. Beispielsweise weist die Folie aufgedruckte oder eingefärbte farbige Teilbereiche auf, und diese Teilbereiche sind zum Beispiel für eine vom Halbleiterchip zu emittierende Strahlung undurchlässig. Das Symbol, das Piktogramm oder der Schriftzug können als Positiv oder als Negativ durch die Teilbereiche dargestellt sein.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der mindestens eine Teilbereich, in Draufsicht auf das optische Element gesehen, erkennbar. Mit anderen Worten ist mit bloßem Auge bei Dunkelheit, bei Tageslicht und/oder im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips das Symbol, das Piktogramm oder der Schriftzug wahrnehmbar.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist das optische Element bei einer Temperatur von mindestens 260°C für eine Dauer von wenigstens 10 s thermochemisch und mechanisch stabil. Hierdurch ist es ermöglicht, dass das optoelektronische Bauteil über ein Löten, insbesondere über eine so genannte Surface-Mount-Technology, kurz SMT, an einem externen, nicht zum optoelektronischen Bauteil gehörigen Montageträger befestigbar ist. Bevorzugt ist das optoelektronische Bauteil zu einer bleifreien Lötmontage eingerichtet. Zum Beispiel ist ein Material der Folie und/oder des Grundkörpers dann ein Silikon, ein Epoxid, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial oder ein Polyimid.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beträgt eine mittlere laterale Abmessung des optischen Elements zwischen einschließlich 0,4 mm und 8 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,5 mm und 6 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,75 mm und 5 mm. Unter mittlerer lateraler Abmessung ist beispielsweise ein mittlerer Durchmesser oder ein Mittelwert über die Kantenlängen des optischen Elements zu verstehen. Mit anderen Worten ist das optische Element vergleichsweise klein ausgeformt.
- Es wird darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein optisches Element oder ein optoelektronisches Bauteil hergestellt werden, wie es in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist. Merkmale des optoelektronischen Bauteils sowie des optischen Elements sind daher auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.
- In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des optischen Elements für das optoelektronische Bauteil umfasst dieses die folgenden Schritte:
- – Einbringen einer Folie in eine Kavität eines Formwerkzeugs, wobei die Kavität eine Form des herzustellenden optischen Elements aufzeigt,
- – Anformen der Folie in der Kavität wenigstens an ein Hauptteil des Formwerkzeugs,
- – Einbringen eines Formmaterials, das überwiegend ein thermoplastischer Kunststoff, ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, in die Kavität mittels eines Formpressens, eines Formspritzens oder eines Formgießens,
- – Ausformen eines Grundkörpers des optischen Elements aus dem Formmaterial,
- – Anhärten und/oder Aushärten des Formmaterials des Grundkörpers, wobei wenigstens eine Lage der Folie verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden wird,
- – Entformen des optischen Elements wenigstens aus dem Hauptteil des Formwerkzeugs, und
- – Fertigstellen des optischen Elements und/oder des optoelektronischen Bauteils.
- Bevorzugt erfolgen die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge. Ebenso ist es möglich, dass eine abweichende Reihenfolge der Verfahrensschritte verfolgt wird oder dass mehrere Verfahrensschritte zu einem Verfahrensschritt zusammengefasst sind.
- Dass das optische Element aus einem, insbesondere nur aus einem Hauptteil des Formwerkzeugs entformt wird, kann bedeuten, dass die Kavität durch genau ein Hauptteil des Formwerkzeugs und durch einen Träger des herzustellenden optoelektronischen Bauteils gebildet ist. Ein Hauptteil des Formwerkzeugs ist hierbei zum Beispiel der Teil einer Gussform, der zur Herstellung einer Vielzahl von optischen Elementen verwendbar ist.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Folie eine erste Lage und eine zweite Lage. Die erste Lage haftet bevorzugt an einem Material, aus dem das Hauptteil des Formwerkzeugs gefertigt ist, schwächer als die zweite Lage der Folie an dem Formmaterial des Grundkörpers haftet. Mit anderen Worten lässt sich die erste Lage leicht aus dem Formwerkzeug lösen und die zweite Lage geht eine stabile Verbindung mit dem Material des Grundkörpers ein.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Lage beim Schritt des Entformens oder nach dem Schritt des Entformens von der zweiten Lage getrennt. Mit anderen Worten kann die erste Lage insbesondere beim Entformen von der zweiten Lage delaminiert werden, so dass nur die zweite Lage an den Grundkörper verbleibt. Die zweite Lage haftet also bevorzugt stärker an dem Grundkörper als an der ersten Lage.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Teil der Kavität von einem Träger des optoelektronischen Halbleiterchips gebildet. Ferner wird das Formmaterial des Grundkörpers in unmittelbaren Kontakt sowohl zum Träger als auch zum Halbleiterchip gebracht. Mit anderen Worten ist dann der Halbleiterchip vollständig von dem Formmaterial des Grundkörpers und von dem Träger umschlossen.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eine Lage der Folie aus einem Foliennutzen herausgetrennt. Der Foliennutzen umfasst insbesondere eine Vielzahl gleichartiger Teilbereiche, wobei die Teilbereiche jeweils eine Folie für ein optisches Element darstellen. Das Heraustrennen der Folie des optischen Elements aus dem Foliennutzen erfolgt weiterhin bevorzugt beim Schritt des Einbringens des Formmaterials des Grundkörpers in die Kavität und/oder beim Ausbilden der Kavität durch ein oder mehrere Hauptteile des Formwerkzeugs und/oder des Trägers.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Kavität während des Schritts des Einbringens des Formmaterials und bevorzugt auch während des Schritts des Anhärtens und/oder des Aushärtens des Formmaterials durch die Folie oder durch wenigstens eine Lage der Folie abgedichtet.
- Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das fertig gestellte optische Element über ein Verbindungsmittel an einen Halbleiterchip angebracht. Das Anbringen kann ein Kleben, ein Anschmelzen oder ein Aushärten über einen Vernetzungsvorgang sein.
- Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische Bauteile Verwendung finden können, sind beispielsweise die Tasten von Mobiltelefonen oder von Computertastaturen. Ebenso können die optoelektronischen Bauteile als Blitzlichter beispielsweise für Kameras in Mobiltelefonen eingesetzt werden.
- Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Bauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren 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 einzelnen Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
- Es zeigen:
-
1 bis6 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, -
7 und8 schematische Darstellungen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und -
9A bis9C weitere Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen. - In
1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils1 dargestellt. Auf einem Träger3 ist auf einer Trägeroberseite30 ein optoelektronischer Halbleiterchip2 , zum Beispiel eine Leuchtdiode, angebracht. Der Träger3 kann elektrische Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips2 beinhalten, die in1 nicht dargestellt sind. - Der Halbleiterchip
2 ist vollständig von dem Träger3 und einem optischen Element45 eingeschlossen. Das optische Element45 weist einen Grundkörper5 und eine Folie4 auf. Eine den Halbleiterchip2 abgewandte Begrenzungsfläche7 des optischen Elements45 ist vollständig von der Folie4 gebildet. - Die Folie
4 umfasst eine Beimengung8 . Zum Beispiel ist die Beimengung8 ein Diffusor oder ein Konversionsmittel oder ein Härtefüllstoff, der die Begrenzungsfläche7 widerstandsfähiger gegen ein Verkratzen macht. Ist die Beimengung ein Diffusor oder ein Konversionsmittel, so ist ein Volumenanteil der Beimengung an der Folie bevorzugt größer als 12%, insbesondere größer als 20%. Weiterhin ist bevorzugt der Halbleiterchip2 mit bloßem Auge durch das optische Element45 hindurch nicht erkennbar. Mit anderen Worten werden beispielsweise Umrisse des Halbleiterchips2 aufgrund der Beimengung optisch nicht nach außerhalb des optischen Elements45 abgebildet. Der Grundkörper5 ist bevorzugt klarsichtig. - Eine Dicke T der Folie
4 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 20 μm und 120 μm. Eine Höhe H des gesamten optischen Elements45 , in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite30 , beträgt zum Beispiel zwischen 50 μm und 500 μm. Bevorzugt ist Höhe H um mindestens einen Faktor 5 größer als die Dicke T der Folie. - Beim Ausführungsbeispiel gemäß
2 ist an einer dem Träger3 abgewandten Strahlungsdurchtrittsfläche20 des Halbleiterchips2 eine Konversionsmittelschicht12 aufgebracht, die in direktem Kontakt zu einem Halbleitermaterial des Halbleiterchips2 steht. Der Halbleiterchip2 ist weiterhin ein so genannter Flip-Chip und über zwei Anschlussteile13 an einer dem Träger3 zugewandten Seite elektrisch kontaktiert. - Die Folie
4 des optischen Elements45 , die ebenfalls eine Beimengung8 in Form zum Beispiel eines Diffusors umfasst, weist eine inhomogene Dicke auf. Die Dicke T1 an lateralen Randbereichen des optischen Elements ist kleiner als die Dicke T2 der Folie4 über dem Halbleiterchip3 . Die Folie4 ist also linsenähnlich bezüglich ihrer Dickenverteilung ausgeformt. Weiterhin liegt die Folie4 in dem lateralen Randbereich auf den Anschlussteilen13 beziehungsweise auf dem Träger3 auf. Eine Breite eines Auflagebereichs überschreitet bevorzugt mindestens das Dreifache der Dicke T1 in dem lateralen Randbereich des optischen Elements45 . Über diesen Auflagebereich ist ein Abdichten einer Kavität beim Herstellen des Grundkörpers5 erreichbar. - Ebenso ist es möglich, dass der Auflagebereich, anders als in
2 dargestellt, außerhalb einer bestimmten Anzahl von während der Herstellung über die Folie4 und insbesondere einen gemeinsamen Grundkörper5 miteinander verbundenen Bauteilen1 liegt, wobei die Bauteile1 vereinzelbar beziehungsweise voneinander separierbar sind, etwa durch ein Sägen. - Gemäß der schematischen Schnittdarstellung nach
3A umfasst das Bauteil1 mehrere Halbleiterchips2 , die beispielsweise in unterschiedlichen Spektralbereichen sichtbare Strahlung emittieren. Die Folie4 weist Teilbereiche14 auf, durch die ein Symbol gebildet ist, vergleiche die Draufsicht gemäß3B . Das Symbol kann durch die Teilbereiche14 dabei in Negativdarstellung oder in Positivdarstellung gebildet sein. - An der Begrenzungsfläche
7 ist ferner eine dreidimensionale Strukturierung9 ausgebildet. Eine mittlere Strukturgröße L der Strukturierung9 beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 1 μm und 5 μm. Durch die Strukturierung9 wird eine Lichtauskopplung aus dem optischen Element45 heraus verbessert. Eine derartige Strukturierung kann auch in den anderen Ausführungsbeispielen, abweichend von der Darstellung, vorhanden sein. Zum Beispiel ist die Folie ein so genannter Brightness Enhancement-Film, kurz BEF, des Unternehmens 3M. - Beim Ausführungsbeispiel gemäß
4 ist zwischen dem Träger3 und dem Halbleiterchip2 ein Reflektor19 angebracht. Weiterhin umfasst die Folie4 zwei Lagen4a ,4b . Die Lage4b weist einen den Halbleiterchip2 ringförmig umlaufenden Teilbereich14 auf, der reflektierend für eine vom Halbleiterchip2 zu empfangende oder zu emittierende Strahlung wirkt. Die Lage4a umfasst die Beimengung8 und weist beispielsweise eine große Härte auf, die Shore A 80 übersteigen kann. Der Grundkörper5 hingegen ist zum Beispiel vergleichsweise weich mit einer Härte von weniger als Shore A 80. - Beim Ausführungsbeispiel gemäß
5 ist die Strukturierung9 nur in Teilbereichen der Begrenzungsfläche7 der Folie4 vorhanden. Ferner erstreckt sich die Lage4b der Folie, die die Teilbereiche14 ausbildet, ebenfalls nur auf Teile der Lage4a der Folie4 . Mit anderen Worten ist die Lage4b , die beispielsweise durch ein Aufdrucken auf die Lage4a erzeugt ist, nicht durchgehend. - Der Träger
3 sowie das optische Element45 können beim Ausführungsbeispiel gemäß5 in einer gemeinsamen Spritzgussform oder Spritzpressform erzeugt sein. Zum Beispiel ist das Bauelement1 über einen Zwei-Komponenten-Spritzguss erzeugt. Eine elektrische Verbindung des Halbleiterchips2 zu den Anschlussteilen13 erfolgt über einen Bonddraht16 . - Gemäß
6 ist die Strukturierung9b der Folie4 als Fresnel-Linse geformt. Weiterhin weist die Folie4 auch an einer dem Halbleiterchip2 zugewandten Seite die Strukturierung9a auf, durch die eine verbesserte Haftung zum Grundkörper5 erzielbar ist. Der Träger3 , der beispielsweise ein Spritzgussteil ist, weist eine Ausnehmung auf, an deren Boden der Halbleiterchip20 angebracht ist. Der Grundkörper5 füllt im Wesentlichen die gesamte Ausnehmung aus. Anders als in6 dargestellt, kann die Folie4 auf den Grundkörper5 beschränkt sein oder auch bis zu Kanten des Trägers3 reichen. - In
7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung des optischen Elements45 sowie des optoelektronischen Bauteils1 illustriert. Gemäß7A wird die Folie4 , die Teil eines Foliennutzens40 ist, in eine Kavität6 eines Hauptteils60 eines Formwerkzeugs63 eingeführt. Gemäß7B wird die Folie4 an die Kavität6 des Hauptteils60 angeformt. Weiterhin wird gemäß7B der Träger3 mit dem Halbleiterchip2 bereitgestellt. Hierzu wird auf dem Träger3 , oder alternativ hierzu auf der Folie4 in der Kavität6 , eine Grundformmasse50 , die den Grundkörper5 ausbildet, aufgebracht. - Gemäß
7C wird der Träger3 an das Hauptteil60 des Formwerkzeugs63 gepresst, beispielsweise mithilfe eines in7 nicht dargestellten weiteren Hauptteils, wobei die Folie4 die Kavität6 abdichtet. Durch dieses Anpressen des Trägers3 an das Hauptteil60 wird die Grundmasse50 zusammengepresst und der Grundkörper5 ausgebildet. Ferner wird der Grundkörper5 beziehungsweise die Grundformmasse50 angehärtet und/oder ausgehärtet, woraus eine unmittelbare und feste Verbindung des Grundkörpers5 mit der Folie4 resultiert. - Optional ist es möglich, mit dem Anpressen des Trägers
3 an das Hauptteil60 die Folie4 aus dem Foliennutzen40 abzutrennen, beispielsweise durch das Ausbilden eines umlaufenden Grabens15 . Der Graben15 kann durch entsprechend geformte Vorsprünge oder durch ein nicht gezeichnetes, weiteres bewegliches Teil des Hauptteils60 erstellt werden. - Gemäß
7D wird das fertiggestellte optoelektronische Halbleiterteil1 aus dem Hauptteil60 entformt. Hierbei erfolgt auch eine vollständige Abtrennung der zum optischen Element45 gehörigen Folie4 von dem Foliennutzen40 . - Ein Verfahrensschritt zu einem alternativen Herstellungsverfahren ist in
8 illustriert. Der Foliennutzen40 weist zwei Lagen4a ,4b auf. Nur die Lage4b verbindet sich mit dem Grundkörper5 und bildet das optische Element45 . Die Lage4a , die eine geringe Haftung zu dem Hauptteil60a aufweist, wird durch Vorsprünge17 des Hauptteils60b nicht aus dem Foliennutzen40 herausgetrennt. Das Formwerkzeug63 gemäß8 kann also durch die Hauptteile60a ,60b gebildet sein. Die Folie4b schließt in einer lateralen Richtung bündig mit dem Träger3 ab. - In den
9A bis9C sind Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauteils1 dargestellt, bei denen das optische Element45 jeweils über ein Verbindungsmittel11 an dem Halbleiterchip2 und/oder an dem Träger3 angebracht ist. Gemäß9A steht das optische Element45 über das Verbindungsmittel11 nur in Kontakt zu der Strahlungsdurchtrittsfläche20 des Halbleiterchips2 . Das Ausführungsbeispiel gemäß9B ist analog zu1 gestaltet und das Ausführungsbeispiel gemäß9C analog zum Ausführungsbeispiel gemäß6 , wobei das optische Element45 gemäß9C keine Fresnel-Linse ist. - Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/081319 A1 [0005]
- - DE 102007004304 A1 [0005]
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements (
45 ) für ein optoelektronisches Bauteil (1 ) mit den Schritten: – Einbringen einer Folie (4 ) in eine Kavität (6 ) eines Formwerkzeuges (63 ), wobei die Kavität (6 ) eine Form des herzustellenden optischen Elements (45 ) aufzeigt, – Anformen der Folie (4 ) in der Kavität (6 ) wenigstens an ein Hauptteil (60 ) des Formwerkzeugs (63 ), – Einbringen eines Formmaterials, das überwiegend ein thermoplastischer Kunststoff, ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, in die Kavität (6 ) mittels eines Formpressens, eines Formspritzens oder eines Formgießens und Ausformen eines Grundkörpers (5 ) des optischen Elements (45 ) mit dem Formmaterial, – Anhärten und/oder Aushärten des Formmaterials des Grundkörpers (5 ), wobei wenigstens eine Lage (4a ,4b ) der Folie (4 ) verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper (5 ) verbunden wird, und – Entformen des optischen Elements (45 ) wenigstens aus dem Hauptteil (60 ) des Formwerkzeugs (63 ). - Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Folie (
4 ) eine erste Lage (4a ) umfasst, die schwächer an einem Material des Hauptteils (60 ) des Formwerkzeugs (63 ) haftet als eine zweite Lage (4b ) der Folie (4 ) an dem Formmaterial des Grundkörpers (5 ), und wobei die erste Lage (4a ) beim Schritt des Entformens oder nach dem Schritt des Entformens von der zweiten Lage (4b ) getrennt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Schritt des Einbringens des Formmaterials des Grundkörpers (
5 ) wenigstens eine Lage (4a ,4b ) der Folie (4 ) aus einem Folienutzen (40 ) herausgetrennt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – ein Teil der Kavität (
6 ) von einem Träger (3 ) gebildet wird, an dem ein optoelektronischer Halbleiterchip (2 ) angebracht ist, – das Formmaterial des Grundkörpers (5 ) in unmittelbaren Kontakt zum Träger (3 ) als auch zum Halbleiterchip (2 ) gebracht wird, und – die Folie (4 ) während des Schritts des Einbringens des Formmaterials die Kavität (6 ) abdichtet. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) mit – einem Träger (3 ), – mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2 ), der an dem Träger (3 ) angebracht ist, und – mindestens einem optischen Element (45 ), das an dem Träger (3 ) angebracht und das, in einer Strahlrichtung vom Halbleiterchip (2 ) aus gesehen, dem Halbleiterchip (2 ) nachgeordnet ist, wobei – das optische Element (45 ) einen Grundkörper (5 ) mit einem Strahlung durchlässigen Formmaterial umfasst, das überwiegend ein thermoplastischer Kunststoff, ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, – der Grundkörper (5 ) formgepresst, formgespritzt oder formgegossen ist, – das optische Element (45 ) eine Folie (4 ) umfasst, die eine dem Halbleiterchip (3 ) abgewandte Begrenzungsfläche (7 ) des optischen Elements (45 ) bildet, und – die Folie (4 ) verbindungsmittelfrei und unmittelbar mit dem Grundkörper (5 ) verbunden ist. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Folie (4 ) eine Beimengung (8 ) beigegeben ist, die ein Härtefüllstoff, ein Konversionsmittel, ein Diffusionsmittel und/oder ein Filtermittel ist, wobei ein Volumenanteil der Beimengung (8 ) an der Folie (4 ) mindestens 12% beträgt. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Folie (4 ) optisch trüb ist, so dass durch das optische Element (45 ) hindurch keine optische Abbildung des Halbleiterchips (2 ) erfolgt, und wobei der Grundkörper (5 ) transparent ist. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Folie (4 ) zumindest an der dem Halbleiterchip (4 ) abgewandten Seite (7 ) eine dreidimensionale Strukturierung (9 ) aufweist, wobei eine mittlere Strukturgröße (L) der Strukturierung (9 ) zwischen einschließlich dem 0,5-fachen und dem 4,0-fachen einer Hauptwellenlänge einer vom Halbleiterchip (2 ) emittierten Strahlung liegt. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Folie (4 ) bei Raumtemperatur eine Härte von mindestens Shore A 80 und der Grundkörper (45 ) von höchstens Shore A 80 aufweist. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Folie (4 ) eine Silikonfolie, eine Epoxidfolie, eine Silikon-Epoxid-Hybridfolie oder eine Polyimidfolie ist, wobei eine Dicke (T) der Folie (4 ) zwischen einschließlich 20 μm und 120 μm beträgt. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem die Folie (4 ) mindestens einen absorbierenden und/oder reflektierenden Teilbereich (14 ) aufweist, wobei durch den Teilbereich (14 ) ein Symbol, ein Piktogramm und/oder ein Schriftzug gebildet ist, und wobei der Teilbereich (14 ), in Draufsicht auf das optische Element (45 ) gesehen, erkennbar sind. - Optoelektronisches Bauteil (
1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem das optische Element (45 ) bei einer Temperatur von mindestens 260°C für eine Dauer von wenigstens 10 s thermochemisch und mechanisch stabil ist. - Optoelektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem eine mittlere laterale Abmessung (D) des optischen Elements (
45 ) zwischen einschließlich 0,4 mm und 8 mm beträgt.
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