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Die Erfindung betrifft ein Modul für eine Leuchte, insbesondere für einen Scheinwerfer gemäß Patentanspruch 1.
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Im Stand der Technik sind Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, die mehrere LEDs oder Multichipanordnungen mit LEDs aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Modul für eine Leuchte, insbesondere für einen Scheinwerfer eines Fahrzeuges bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Modul gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere Ausführungsformen des Moduls sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Modul für eine Leuchte, insbesondere für einen Scheinwerfer eines Fahrzeuges, mit einem Träger vorgeschlagen, wobei auf dem Träger lichtemittierende Halbleiterchips angeordnet sind, wobei erste planare elektrische Leitungen auf dem Träger angeordnet sind, wobei erste Anschlusskontakte der Halbleiterchips mit den ersten elektrischen Leitungen verbunden sind, wobei die ersten Leitungen zu einem Randbereich der Anordnung der Halbleiterchips geführt sind, wobei eine Anschlussleitung neben der Anordnung der Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet ist, wobei die Anschlussleitung mit wenigstens einer elektrischen Leitung elektrisch leitend verbunden ist, wobei auf dem Träger weitere Trägerkontakte angeordnet sind, wobei die Halbleiterchips auf den weiteren Trägerkontakten angeordnet sind, wobei ein Halbleiterchip auf einer Unterseite einen zweiten Anschlusskontakt aufweist, wobei die zweiten Anschlusskontakte mit den weiteren Trägerkontakten elektrisch verbunden sind, wobei die weiteren Trägerkontakte über wenigstens eine elektrische Leitung, die im Träger angeordnet ist, mit Trägerkontakten verbunden sind, wobei die Trägerkontakte und die Anschlussleitung für eine Stromversorgung der Halbleiterchips, insbesondere für die Verbindung mit Kontakten eines Steuergerätes vorgesehen sind. Durch die Ausbildung der ersten Leitungen in Form von planaren Leitungen zwischen den Halbleiterchips wird die Lichtabstrahlung durch die ersten Leitungen kaum oder wenig beeinträchtigt.
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In einer Ausführung ist die Anschlussleitung als planare Leitung ausgebildet. Dadurch können die ersten Leitungen und die Anschlussleitung in einem Verfahren hergestellt werden. Zudem wird die Abstrahlung durch die Anschlussleitung kaum oder wenig beeinträchtigt.
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In einer Ausführung sind die Trägerkontakte mit planaren weiteren Anschlussleitungen verbunden sind, die für eine Stromversorgung, insbesondere für eine elektrische Verbindung mit Kontakten eines Steuergerätes vorgesehen sind. Somit wird eine Abschattung durch die weiteren Anschlussleitungen vermieden.
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In einer Ausführung sind die Leitungen im Träger seitlich über die Anordnung der Halbleiterchips hinaus geführt und mit den Trägerkontakten verbunden, wobei die Trägerkontakte auf einer Oberseite des Trägers angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein kompakter Aufbau des Moduls erhalten.
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In einer Ausführung sind die Halbleiterchips mit Seitenflächen in ein elektrisch isolierendes Material eingebettet, wobei das elektrisch isolierende Material zwischen den Halbleiterchips Stege ausbildet, wobei die ersten planaren elektrischen Leitungen auf den Stegen angeordnet sind. Dadurch wird ein mechanisch stabiler Aufbau des Moduls erreicht, wobei zudem eine vorteilhafte Anordnung der ersten Leitungen gewählt ist.
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In einer Ausführung ragen die Stege wenigstens abschnittsweise über Oberseiten der Halbleiterchips hinaus.
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In einer Ausführung sind die Halbleiterchips auf vier Seiten von Stegen aus dem elektrisch isolierenden Material umgeben. Dadurch wird eine geschützte Anordnung der Halbleiterchips erreicht.
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In einer Ausführung sind die Stege etwas über einen Randbereich einer Oberseite und/oder etwas über einen Randbereich einer Unterseite eines Halbleiterchips erstrecken und den Halbleiterchip am Träger mechanisch halten.
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In einer Ausführung ist auf den Halbleiterchips eine Deckschicht aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebracht, und wobei die Deckschicht insbesondere ein Konversionsmaterial aufweist.
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In einer Ausführung ist auf dem Träger wenigstens ein Steuergerät für die Halbleiterchips vorgesehen, wobei Kontakte des Steuergerätes mit der Anschlussleitung und mit den Trägerkontakten elektrisch leitend verbunden sind.
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In einer Ausführung ist der Träger auf einem zweiten Träger angeordnet, wobei ein Steuergerät neben dem Träger auf dem zweiten Träger angeordnet ist, wobei eine Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen dem Träger und dem Steuergerät auf dem zweiten Träger vorgesehen ist, wobei auf der Ausgleichsschicht die Anschlussleitung angeordnet ist. Dadurch kann der Träger kleiner ausgebildet werden. Zudem kann der zweite Träger aus einem thermisch leitenden Material hergestellt sein, der Abwärme des Steuergerätes besser abführen kann als das Material des Trägers.
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In einer Ausführung sind zweite Anschlussleitungen auf der Schicht angeordnet und zum Steuergerät geführt, wobei die zweiten Anschlussleitungen über dritte Durchkontaktierungen mit Trägerkontakten verbunden sind.
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In einer Ausführung weisen die Halbleiterchips unterschiedliche Flächengrößen auf. Dadurch können flexibel verschiedene Halbleiterchips eingesetzt werden.
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In einer Ausführung sind wenigstens in einem vorgegebenen Teilbereich angrenzend an eine obere Seite und angrenzend an eine schmale erste Seite keine Halbleiterchips angeordnet. Dadurch können Halbleiterchips eingespart werden.
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In einer Ausführung bilden die ersten Leitungen eine Gitterstruktur bilden, die die einzelnen Halbleiterchips umgibt. Somit kann eine großflächige Leitungsschicht trotz geringem Platz bereitgestellt werden.
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In einer Ausführung sind wenigstens ein Teil der Halbleiterchips in der Weise angeordnet sind, dass benachbarte Halbleiterchips einen Abstand von 250µm oder kleiner aufweisen, insbesondere einen Abstand 150µm oder kleiner aufweisen, wobei insbesondere alle Halbleiterchips in der Weise angeordnet sind, dass benachbarte Halbleiterchips einen Abstand von 250µm oder kleiner aufweisen, insbesondere einen Abstand von 150µm oder kleiner aufweisen. Dadurch wird eine kompakte Bauform erhalten.
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In einer Ausführung sind wenigstens von einem Teil der Halbleiterchips, insbesondere von allen Halbleiterchips die ersten Anschlusskontakte miteinander elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise kann eine einfache Stromversorgung und eine einfache Ansteuerung der Halbleiterchips erreicht werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Moduls mit einem ersten Träger,
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2 eine schematische Darstellung eines Teilquerschnittes durch das Modul der 1,
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3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Moduls mit einem Träger, wobei der Träger auf einem zweiten Träger angeordnet ist
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4 eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch die zweite Ausführungsform des Moduls gemäß 3,
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5 eine schematische Darstellung eines zweiten Querschnittes durch die zweite Ausführungsform des Moduls der 3,
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6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Moduls mit unterschiedlich großen Halbleiterchips,
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7 eine schematische Darstellung einer weitere Ausführungsform eines Moduls mit unterschiedlich großen Halbleiterchips und mit freien Flächenbereichen im Array der Hableiterchips,
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8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Moduls mit einer asymmetrischen Anordnung der Halbleiterchips in Bezug auf eine Mittenachse,
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9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls mit zwei Trägern,
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10 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls mit zwei Trägern, und
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11 eine Draufsicht auf eine zusätzliche Ausführungsform eines Moduls mit zwei Trägern.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein Modul 1, das einen Träger 2 aufweist, wobei auf dem Träger 2 in einem vorgegebenen Bereich 3 lichtemittierende Halbleiterchips 4 angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel weist der Bereich 3 eine Rechteckform auf. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Bereich 3 auch andere Formen aufweisen. Die Halbleiterchips 4 sind ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und insbesondere über eine Oberseite abzugeben. Die Halbleiterchips 4 sind in einem vorgegebenen Raster in Reihen und Spalten innerhalb des rechteckförmigen Bereichs 3 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterchips 4 gleich groß und weisen beispielsweise den gleichen Aufbau auf. Abhängig von der gewählten Ausführung können die Halbleiterchips auch unterschiedliche Größen, einen unterschiedlichen Aufbau und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können die Halbleiterchips 4 elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen emittieren. Die Halbleiterchips 4 weisen erste Anschlusskontakte 5 auf, die auf einer Oberseite der Halbleiterchips 4 angeordnet sind, und die jeweils mit einer ersten elektrischen Leitung 6 verbunden sind. Die erste elektrischen Leitungen 6 sind als planare Leitungen, d.h. PI (planar interconnect) Leitungsflächen ausgebildet. Die ersten elektrischen Leitungen 6 sind zwischen den Halbleiterchips 4 angeordnet und bilden eine Gitterstruktur. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die planaren elektrischen Leitungen 6 eine elektrisch leitende Gitterstruktur, die jeden Halbleiterchip 4 einrahmt. Die ersten elektrischen Anschlusskontakte 5 der Halbleiterchips 4 sind somit alle miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Halbleiterchips 4 sind mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet. Somit können die Abstände der Kanten zweier benachbarter Halbleiterchips 4 im Bereich von 250 µm oder kleiner, insbesondere im Bereich von 150µm oder kleiner ausgebildet sein.
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Weiterhin ist eine Anschlussleitung 7 vorgesehen, die beispielsweise als planare elektrische Leitung ausgebildet ist. Die Anschlussleitung 7 ist mit einer ersten elektrischen Leitung 6 verbunden. Die Anschlussleitung 7 kann auch mit mehreren ersten elektrischen Leitungen direkt verbunden sein. Die Anschlussleitung 7 ist neben dem Bereich 3 auf dem Träger 2 angeordnet und zu zwei Anschlussbereichen 9, 10 geführt. In dem ersten und dem zweiten Anschlussbereich 9, 10 ist jeweils ein Steuergerät 11, 12 angeordnet. Zudem weisen die Steuergeräte 11, 12 eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 8 auf. Die Anschlussleitung 7 ist wenigstens mit einem Kontakt 8 des ersten und des zweiten Steuergerätes 11, 12 verbunden, um die ersten Anschlusskontakte 5 der Halbleiterchips mit einer elektrischen Spannung zu versorgen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch nur ein Anschlussbereich oder ein Steuergerät vorgesehen sein.
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Weiterhin ist eine weitere Anschlussleitung 7 vorgesehen, die beispielsweise als planare elektrische Leitung ausgebildet ist. Die weitere Anschlussleitung 7 ist mit einer ersten elektrischen Leitung 6 verbunden. Die weitere Anschlussleitung 7 kann auch mit mehreren ersten elektrischen Leitungen 6 direkt verbunden sein. Die weitere Anschlussleitung 7 ist neben dem Bereich 3 auf dem Träger 2 angeordnet und zu einem dritten und einem vierten Anschlussbereich 15, 16 für ein drittes und fünftes Steuergerät geführt. In dem dritten und dem fünften Anschlussbereich 15, 16 ist jeweils ein Steuergerät 41, 42 angeordnet. Zudem weisen die Steuergeräte 41, 42 eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 8 auf. Die weitere Anschlussleitung 7 ist mit jeweils einem Anschlusskontakt 8 des dritten und des vierten Steuergerätes 11, 12 verbunden, um die ersten Anschlusskontakte 5 der Halbleiterchips mit einer elektrischen Spannung zu versorgen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch nur ein Anschlussbereich oder ein nur ein Steuergerät vorgesehen sein.
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Weiterhin sind auf dem Träger 2 Trägerkontakte 13 vorgesehen. Die Trägerkontakte 13 sind über weitere Anschlussleitungen 14 mit ersten Kontakten 8 der Steuergeräte 11, 12 elektrisch leitend verbunden. Somit werden zweite Anschlusskontakte der Halbleiterchips mit einer elektrischen Spannung versorgt. Die weiteren Anschlussleitungen 14 können in Form von planaren elektrischen Leitungen ausgebildet sein.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an jeder Längsseite des Bereiches 3 zwei Anschlussbereiche 9, 10, 15, 16 für die Steuergeräte vorgesehen. Zwischen den Anschlussbereichen 9, 10, 15, 16 und dem Bereich 3 sind jeweils zwei Reihen von Trägerkontakten 13 vorgesehen. Zudem sind zwei Reihen von Trägerkontakten 13 zwischen den zwei Anschlussbereichen 9, 10, 15, 16 und den entsprechenden Rändern des Trägers 2 vorgesehen. Weiterhin sind auf dem Träger 2 Kontaktpads 17 angeordnet, wobei jeweils zwei Kontaktpads in einem Eckbereich des Trägers 2 angeordnet sind. Die Kontaktpads können jedoch auch in anderen Bereichen des Trägers 2 angeordnet sein. Die Kontaktpads sind mit nicht dargestellten elektrischen Leitungen mit Kontakten 8 der Steuergeräte 11, 12, 41, 42 verbunden, um die Steuergeräte mit Strom oder mit Daten zu versorgen.
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Für eine vereinfachte Darstellung ist nur ein Teil der weiteren Anschlussleitungen 14 dargestellt, die die Trägerkontakte 13 mit den Kontakten 8 der Steuergeräte 11, 12, 41, 42 verbinden. Die elektrisch leitende Verbindung kann direkt zwischen den weiteren Anschlussleitungen 14 und den Kontakten 8 der Steuergeräte 11, 12 oder über weitere Kontakte auf dem Träger 2 erfolgen.
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Der Träger 2 kann z.B. in Form einer Leiterplatte, in Form einer Siliziumschicht, in Form einer Saphirschicht und/oder in Form einer Siliziumkarbidschicht ausgebildet sein. Der Träger 2 kann als Keramiksubstrat ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Träger 2 aus einem Al2O3/AlN-Keramiksubstrat (zwei oder mehrlagig) ausgebildet sein.
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Eine planare elektrische Leitungsschicht ist aus einem metallischen Material gefertigt, wobei das metallische Material lokal beispielsweise in Form einer metallischen Paste oder einer silberhaltigen Paste aufgebracht wird. Zu diesem Zweck können Prozesse wie ein Schablonendruckprozess, ein Siebdruckprozess, ein Dosierprozess (Dispensing) oder ein tröpfchenförmiges Aufbringen mithilfe einer Druckvorrichtung (Jetting) durchgeführt werden. Ein weiterer in Betracht kommender Prozess zum Ausbilden der elektrisch leitenden planaren Leitungsschicht ist eine elektrochemische Abscheidung zusammen mit einer Fototechnik. Zunächst kann eine Startschicht großflächig abgeschieden werden. Die Startschicht kann zum Beispiel TiCu aufweisen und durch Sputtern erzeugt werden. Auf der Startschicht kann anschließend eine zur Maskierung dienende strukturierte Fotolackschicht ausgebildet werden. Die Fotolackschicht weist einen die Startschicht freilegenden Öffnungsbereich auf, der auf die auszubildende planare Leitungsschicht abgestimmt ist. Nachfolgend kann das elektrochemische Abscheiden erfolgen. Hierbei wird die Startschicht als Abscheideelektrode verwendet, auf der in dem Öffnungsbereich der Fotolackschicht ein metallisches Material, zum Beispiel Kupfer, aufgebracht wird. Anschließend kann die Fotolackschicht entfernt werden, und es kann ein Ätzprozess durchgeführt werden, um die Startschicht außerhalb des Bereichs der planaren Leitungsschicht zu entfernen.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilquerschnitt durch das Modul 1 der 1. Es sind drei Halbleiterchips 4 im Querschnitt dargestellt, die in ein elektrisch isolierendes Material 18 eingebettet sind. Die Halbleiterchips 4 liegen mit einer Unterseite 19 auf weiteren elektrischen Trägerkontakten 20 auf. Die weiteren Trägerkontakte 20 sind auf einer Oberseite des Trägers 2 angeordnet. Zudem weisen die Halbleiterchips 4 auf der Unterseite 19 zweite Anschlusskontakte 21 auf, die mit den weiteren Trägerkontakten 20 in Verbindung stehen. Die weiteren Trägerkontakte 20 können beispielsweise in Form von Lotflächen, insbesondere in Form von HBH(heated bond head)-Lötflächen ausgebildet sein. Als Lotmaterial können AuSn, SnAgCu, SnAg oder entsprechend geeignete Materialien verwendet werden. Auch Ag-Sinterpasten können als Lotmaterial verwendet werden.
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Zudem weist jeder Halbleiterchip 4 auf der Oberseite einen ersten Anschlusskontakt 5 auf. In dem dargestellten Beispiel ist der erste Anschlusskontakt 5 jeweils in einem Eckbereich der Oberseite des Halbleiterchips 4 angeordnet. Auf dem ersten Anschlusskontakt 5 und auf dem elektrisch isolierenden Material 18, das zwischen zwei Halbleiterchips 4 angeordnet ist und an den ersten Anschlusskontakt 5 angrenzt, ist eine erste elektrische Leitung 6 als planare Leitung angeordnet. Das Material 18 bildet ellektrisch isolierende Stege 23 zwischen den Halbleiterchips 4. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das elektrische Material 18 über die Oberseite des Halbleiterchips 4 und damit über die Oberseite des ersten Anschlusskontaktes 5 hinaus. Die erste planare Leitung 6 ist auf dem ersten Anschlusskontakt 5 aufgebracht und erstreckt sich ausgehend von der Oberseite des ersten Anschlusskontaktes 5 bis auf eine Oberseite des Materials 18 in einen Mittenbereich zwischen zwei Halbleiterchips 4. Weiterhin sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Oberseite der Halbleiterchips 4 und das Material 18 und die ersten planaren Leitungen 6 mit einer Deckschicht 22 aus einem elektrisch isolierenden Material bedeckt. Die Deckschicht 22 ist durchlässig für die vom Halbleiterchip 4 erzeugte elektromagnetische Strahlung. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Deckschicht 22 Konversionsmaterial zum Verschieben der Wellenlänge der vom Halbleiterchip 4 erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Beispielsweise kann Phosphor in der Deckschicht 22 angeordnet sein. Die Deckschicht 22 kann beispielsweise ein Polymermaterial, zum Beispiel Silikon aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Phosphormaterial nur im Bereich der Abstrahlseite der Halbleiterchips 4 angeordnet sein.
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Das elektrisch isolierende Material 18 bildet zwischen den Halbleiterchips 4 Stege 23 aus. Auf diese Weise sind die Halbleiterchips 4 in eine Gitterstruktur aus Stegen 23 eingebettet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt ein Steg 23 in einem Bereich angrenzend an en Halbleiterchip 4 die Oberseite des Halbleiterchips 4. Zudem überdeckt ein Steg 23 angrenzend an den Halbleiterchip 4 eine Unterseite 19 des Halbleiterchips 4. Somit ist ein Halbleiterchip von oben und von unten in den Steg 23 eigebettet. Dadurch wird eine gute mechanische Fixierung des Halbleiterchips 4 im Material 18 erreicht. Weiterhin wird durch den Steg 23, der über die Oberseite des Halbleiterchips 4 hinausgeht, und durch die ersten elektrischen Leitungen 23, die Lichtundurchlässig sind, eine optische Trennung der einzelnen Halbleiterchips 4 erreicht.
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Die weiteren elektrischen Trägerkontakte 20 sind über erste Durchkontaktierungen 24 zu einer zweiten Leitungsebene 25 geführt. Ausgehend von der zweiten Leitungsebene 25 sind zweite Durchkontaktierungen 26 vorgesehen, die die zweite Leitungsebene 25 mit einer dritten Leitungsebene 27 verbinden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist die zweite Leitungsebene 25 und/oder die dritte Leitungsebene 27 seitlich über dem Bereich 3 der Halbleiterchips 4 herausgeführt und nach oben zur Oberseite des Trägers 2 geführt und mit Trägerkontakten 13 verbunden. Der in 2 dargestellte Träger stellt einen Mehrschichtträger mit wenigstens einer Leitungsebene für eine elektrische Umverdrahtung dar. Dadurch kann für jeden Halbleiterchip 4 eine getrennte elektrische Leitung vom zweiten Anschlusskontakt 21 zu einem Trägerkontakt 13 (1) hergestellt werden. Die Trägerkontakte 13 (1) sind auf einer Oberseite und/oder auf einer Unterseite des Trägers 2 ausgebildet. Auf diese Weise ist jeder zweite Anschlusskontakt 21 eines Halbleiterchips 4 individuell von einem Steuergerät ansteuerbar.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Träger 2 auf die zweiten Durchkontaktierungen 26 und die dritte Leitungsebene 27 verzichten. Zudem können abhängig von der gewählten Ausführungsform auch mehr als zwei Leitungsebenen im Träger 2 vorgesehen sein, um die zweiten Anschlusskontakte 21 seitlich über dem Bereich 3 herauszuführen und mit weiteren Trägerkontakten 13 zu verbinden. Weiterhin können auch nur erste Durchkontaktieren 24 vorgesehen sein, die zu einer Unterseite des Trägers 2 geführt sind.
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3 zeigt eine schematische Ansicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls, das im Wesentlichen gemäß 1 ausgebildet ist, wobei jedoch der Träger 2 auf einem zweiten Träger 28 angeordnet ist. Zudem sind die Anschlussbereiche 9, 10, 15, 16 und die Steuergeräte 11, 12, 41, 42 auf dem zweiten Träger 28 angeordnet. Die Trägerkontakte 13 sind angrenzend an den Bereich 3 zwischen dem Bereich 3 und den Anschlussbereichen 9, 10, 15, 16 angeordnet. Auch in dieser Ausführung weist der Träger 2 Leitungsebenen gemäß 2 auf, so dass die zweiten Anschlussbereiche der Halbleiterchips 4 jeweils mit einem Trägerkontakt 13 elektrisch leitend verbunden ist. Zudem sind die Kontaktpads 17 auf dem zweiten Träger 28 angeordnet. Die Kontaktpads 17 sind zwischen den Anschlussbereichen 9, 10, 15, 16 und dem Rand des zweiten Trägers 28 angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Trägerkontakte 13 mit den Kontakten 8 der Steuergeräte elektrisch leitend verbunden. Weiterhin sind die Anschlussleitungen 7 mit einer ersten Leitung 6 des Bereiches 3 elektrisch leitend verbunden und mit wenigstens einem Kontakt 8 eines Steuergerätes 11, 12, 41, 42 elektrisch leitend verbunden. Die Halbleiterchips 4 und der Bereich 3 und der Träger 2 sind gemäß den 1 und 2 aufgebaut. Zudem sind die Steuergeräte 11, 12, 41, 42 gemäß 1 ausgebildet.
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Zudem ist bei einer Ausbildungsform angrenzend an den ersten Träger 2 in einem gestrichelten Bereich des zweiten Trägers 28 eine Schicht 44 aus einem elektrisch isolierendes Material 18 ausgebildet. Die Anschlussleitungen 7 und die weiteren Anschlussleitungen 14 sind bei dieser Ausführungsform auf der Schicht 44 angeordnet und insbesondere als planare Leitungen ausgebildet. Die Halbleiterchips 4 sind mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet. Somit können die Abstände der Kanten zweier benachbarter Halbleiterchips 4 im Bereich von 250 µm oder kleiner, insbesondere im Bereich von 150µm oder kleiner ausgebildet sein.
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4 zeigt einen Teilquerschnitt durch das Modul der 3 im Bereich einer Anschlussleitung 7. Die Halbleiterchips 4 weisen auf der Oberseite erste Anschlusskontakte auf, die mit ersten planaren Leitungen 6 elektrisch leitend verbunden sind. Die Halbleiterchips 4 sind in ein elektrisch isolierendes Material 18 eingebettet. Zudem ist der Träger 2 auf einem zweiten Träger 28 angeordnet. Der zweite Träger 28 kann beispielsweise als Wärmesenke dienen und Metall aufweisen, insbesondere als Metallplatte ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform ist ein erstes Steuergerät 11 auf dem zweiten Träger 28 neben dem Träger 2 angeordnet. Zwischen dem Träger 2 und dem ersten Steuergerät 11 ist die Schicht 44 aus dem elektrisch isolierendes Material angeordnet, so dass die Anschlussleitung 7 als planare Leitung auf der Oberseite der Schciht 44 zum Kontakt 8 des ersten Steuergerätes 11 geführt werden kann. Durch das Vorsehen der Schicht 44 zwischen dem Träger 2 und dem Steuergerät 11, ist es möglich, die Anschlussleitung 7 als planare Leitung auszubilden.
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5 zeigt einen zweiten Querschnitt durch die Anordnung der 3 im Bereich einer weiteren Anschlussleitung 14. Die Anschlussleitung 14 ist als planare Leitung ausgebildet und auf der Schicht 44 angeordnet. Die Anschlussleitung 14 ist über eine dritte elektrisch leitende Durchkontaktierung 43 mit einem Trägerkontakt 13 des Trägers 2 verbunden. Zudem ist die Anschlussleitung 14 mit einem Kontakt 8 des Steuergerätes 11 verbunden.
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6 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1, das im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 1 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 1 weist diese Ausführungsform unterschiedlich große Halbleiterchips 4, 30 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei unterschiedliche Größen von Oberflächen von Halbleiterchips 4, 30 gewählt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Halbleiterchips 30, die eine größere Oberfläche als die Halbleiterchips 4 aufweisen, in gegenüberliegenden schmalen Seitenbereichen 31, 32 des Bereiches 3 angeordnet. Die zweiten Halbleiterchips 30 sind ebenfalls in das Material 18 eingebettet. Zudem weisen die zweiten Halbleiterchips 30 den gleichen Aufbau wie die Halbleiterchips 4 auf und sind mit ersten Anschlusskontakten 5 an die ersten elektrischen Leitungen 6 angeschlossen. Weiterhin weist jeder zweite Halbleiterchip 30 einen zweiten Anschlusskontakt 21 auf, der über einen weiteren Trägerkontakt 20 und eine Umverdrahtung mit einem Trägerkontakte 13 verbunden ist.
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Die Trägerkontakte 13 sind mit Kontakten 8 der Steuergeräte verbunden.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Moduls gemäß 6, wobei jedoch in dieser Ausführungsform Teilbereiche 33, 34 des Bereichs 3, die an den ersten und den zweiten Seitenbereich 31, 32 angrenzen, frei von Halbleiterchips sind. Somit können Halbleiterchips, die für eine gewünschte Strahlformung nicht benötigt werden, eingespart werden.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1, das im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 6 aufgebaut ist. In dieser Ausführungsform ist jedoch am ersten schmalen Seitenbereich 31 ein erster Teilbereich 33 vorgesehen, in dem keine Halbleiterchips angeordnet sind. Zudem sind angrenzend an den ersten Teilbereich 33 zweite Halbleiterchips 30 mit größerer Fläche angeordnet. In einem Mittenbereich des Bereichs 3 sind Halbleiterchips 4 angeordnet, die eine kleinere Fläche als die zweiten Halbleiterchips 30 aufweisen. Zudem ist die Anordnung der Halbleiterchips 4 und der zweiten Halbleiterchips 30 unsymmetrisch in Bezug auf eine Mittenachse des Bereichs 3 ausgebildet. Am zweiten schmalen Seitenbereich 32 sind nur in einem oberen zweiten Teilbereich 34 zweite Halbleiterchips 30 angeordnet. Auf diese Weise wird eine asymmetrische Ausgestaltung der Anordnung der Halbleiterchips 4, 30 im Bereich 3 erreicht.
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9 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1, bei dem Bereich 3 im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 6 ausgebildet ist, wobei jedoch zwei Träger 2, 28 gemäß den 3–5 vorgesehen sind. Die Steuergeräte sind auf dem zweiten Träger und der Bereich 3 mit den Halbleiterchips und die Trägerkontakte 13 sind auf dem Träger 2 angeordnet.
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10 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1, bei dem Bereich 3 im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 7 ausgebildet ist, wobei jedoch zwei Träger 2, 28 gemäß den 3–5 vorgesehen sind. Die Steuergeräte sind auf dem zweiten Träger und der Bereich 3 mit den Halbleiterchips und die Trägerkontakte 13 sind auf dem Träger 2 angeordnet.
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11 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Moduls 1, bei dem Bereich 3 im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 8 ausgebildet ist, wobei jedoch zwei Träger 2, 28 gemäß den 3–5 vorgesehen sind. Die Steuergeräte sind auf dem zweiten Träger und der Bereich 3 mit den Halbleiterchips und die Trägerkontakte 13 sind auf dem Träger 2 angeordnet.
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Auch bei den Ausführungsformen der 6 bis 11 sind die Halbleiterchips 4 und die zweiten Halbleiterchips 30 mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet. Somit können die Abstände der Kanten zweier benachbarter Halbleiterchips 4 und die Kanten zweier benachbarter zweiter Halbleiterchips 30 im Bereich von 250 µm oder kleiner, insbesondere im Bereich von 150µm oder kleiner ausgebildet sein. Weiterhin kann auch der Abstand einer Kante eines Halbleiterchips 4 und einer Kante eines zweiten Halbleiterchips 30 im Bereich von 250 µm oder kleiner, insbesondere im Bereich von 150µm oder kleiner ausgebildet sein.
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Auch bei den Ausführungsformen der 3 bis 11 sind die ersten Anschlusskontakte 5 der Halbleiterchips 4 und, falls vorhanden, der zweiten Halbleiterchips 30 miteinander elektrisch leitend verbunden.
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Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf alle Ausführungsbeispiele. Die Halbleiterchips 4, 30 können beispielsweise als Dünnfilm-LED-Chips ausgebildet sein. Die Halbleiterchips können eine quadratische Fläche mit einer Größe von zum Beispiel 335 µm Kantenlänge aufweisen. Zudem können die Halbleiterchips einen Anodenkontakt auf der Oberseite aufweisen. Die Halbleiterchips werden durch eine Lötmontage auf dem Träger 2 angeordnet, befestigt und unterseitig elektrisch angeschlossen. Die Halbleiterchips sind möglichst eng zueinander montiert, wobei beispielsweise ein Abstand zwischen zwei Halbleiterchips im Bereich von 50 µm liegen kann. Jeder Halbleiterchip kann über die Unterseite über den Kathodenanschluss mit einer eigenen Konstantstromquelle verbunden sein.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform werden die Anodenkontakte der Halbleiterchips durch einen planaren Interconnect-Kontakt miteinander verbunden, so dass einerseits keine oder kaum eine Lichtabschattung im Gegensatz zur Verwendung von Drahtkontakten entsteht und gleichzeitig eine optische Kanaltrennung zwischen den einzelnen Pixeln, das heißt den einzelnen Halbleiterchips entsteht.
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Das Licht von Halbleiterchips, die z.B. blaues Licht emittieren, kann beispielsweise durch eine dünne Spray-Coating-Konverterschicht in weißes Licht umgewandelt werden. Die Konverterschicht kann eine Dicke von 50 µm oder kleiner aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform besteht zwischen den einzelnen optischen Kanälen, d.h. einzelnen Halbleiterchips ein möglichst kleiner Abstand, so dass kein Lichtabfall zwischen benachbarten Halbleiterchips erkennbar ist. Dies wird durch die Rahmenstruktur des elektrisch isolierenden Materials 18 und durch die ersten planaren Leitungen 6 erreicht, die in Form einer Gitterstruktur ausgebildet sind.
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Die Steuergeräte können als ungehäuste elektronische Schaltungen oder als gehäuste Schaltungen (z.B. BGA) ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform liegen die elektrischen Kontakte der Steuergeräte auf der Oberseite und/oder auf der Unterseite. Die Steuergeräte können auf der Oberseite, im Inneren des Trägers oder auf der Rückseite des Trägers oder auf der Schicht aus dem elektrisch isolierenden Material 18 oder auf einer planaren Leitung angeordnet sein. Die Anordnung des Steuergeräts auf einem planaren Kontakt auf einer Schicht aus isolierendem Material weist den Vorteil auf, dass in einem letzten Schritt nach einem Test der Funktionsfähigkeit der Module nur die Module mit einem Steuergerät bestückt werden, die funktionsfähig sind. Die Kathodenanschlüsse der Halbleiterchips werden einzeln über eine Umverdrahtung im Träger mit den entsprechenden Kontakten der Steuergeräte verbunden und können im Falle einer CoB-Montage ebenfalls mit einem PI-Kontakt über dem Träger mit den elektrischen Kontakten der Steuergeräte verbunden werden.
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Für die beschriebenen Anordnungen können Standardhalbleiterchips wie zum Beispiel UX:3-, ThinGaN-, Dünnfilm-Chips verwendet werden. Dadurch kann eine hochgenaue Chip-zu-Chip-Platzierung mit einer Genauigkeit von z.B. +–50 µm durch Verwendung von Chip-Die-Bondern inklusive HBH-Kontakten erreicht werden. Somit können große Leuchtflächen in einem Modul realisiert werden, so dass eine einfache Optik für die Herstellung eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs ausreicht.
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Aufgrund der geringen Abstände zwischen den Halbleiterchips können dunkle Bereiche oder dunkle Kanten zwischen den Halbleiterchips reduziert, insbesondere vermieden werden. Zudem kann ein guter Pixel-zu-Pixel-Kontrast auch mit dickeren und damit effizienteren Konversionsschichten durch eine optische Pixeltrennung mit optisch intransparenten oder wenig transparenten planaren Leitungen (PI-Kontaktstrukturen) erreicht werden.
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Ein Träger 2 kann beispielsweise eine Größe von 10 × 16 mm aufweisen und beispielsweise in Form einer Multilayerkeramik ausgebildet sein. Auf dem Träger 2 können beispielsweise 320 Chips im 8 × 40-Array angeordnet sein. Die Kontaktpads 17 stellen ein elektrisches Modulinterface zur Stromversorgung und ein Modulinterface für die Datenleitungen zu den Steuergeräten dar. Die Steuergeräte enthalten für jeden Halbleiterchip eine Konstantstromquelle und gegebenenfalls weitere Elektronik für eine Kalibrierung der Strom- und Spannungsversorgung der Halbleiterchips. Zudem können die Steuergeräte Speicher für eine temporäre Pixelhelligkeit und ein Businterface aufweisen. Weiterhin ist eine Integration weiterer Elektronik denkbar. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Steuergeräte auch außerhalb des Moduls angeordnet sein.
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Der zweite Träger 28 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium bestehen, wobei zwischen dem Träger 2 und dem zweiten Träger 28 eine elektrisch isolierende Schicht zum Beispiel mit Lötstopplack oder Keramiklayer vorgesehen ist, um den Träger 2 vom zweiten Träger 28 elektrisch zu isolieren. Für die Ausbildung der planaren Leitungen ist eine Montageebene in etwa auf Höhe der Emissionsebene der Halbleiterchips von Vorteil. Die Montageebene kann beispielsweise durch einen Verguss aus einem fotostrukturierbaren Material (zum Beispiel SINR, Ormocere), einem hochgefüllten Epoxid oder Silikon, das mit FAM-Molding oder Dam&Fill aufgebracht und laserstrukturiert wurde. Die Oberflächen der Halbleiterchips und die ersten Anschlusskontakte der Halbleiterchips sind abhängig von der gewählten Ausführungsform frei von Vergussmaterial. Abhängig von der gewählten Ausführungsform und um Kurzschlüsse an den Kanten der Halbleiterchips zu vermeiden und um eine Kavität um die Halbleiterchips auszubilden, kann es vorgesehen sein, auf dem Vergussmaterial ein weiteres zum Beispiel fotostrukturiertes Dielektrikum auszubringen.
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Die planaren Leitungen können aus Titan, Platin, Gold, Kupfer, Silber, Nickel, Aluminium, Vanadium, Chrom, Wolfram, Zinnoxid, Zinkoxid, ITO, leitfähigem Polymer, Graphenen usw. bestehen. Weiterhin kann auf der Oberseite der planaren Leitungen 6 ein reflektierendes Abschlussmetall wie zum Beispiel Silber aus Effizienzgründen vorgesehen sein. Die Konversionsschicht kann partiell strukturiert oder unstrukturiert sein. Die Konversionsschicht kann eine Dicke von größer oder kleiner 50 µm aufweisen. Zudem kann die Konversionsschicht aus Konverterpartikeln und Silikon, Glaspartikeln oder Keramik-Matrix bestehen. Die Konversionsschicht kann durch Layertransfer, Spraycoating, Dam&Fill, EPD, Folienlamination usw. aufgebracht werden. Die Anordnung der 3 weist den Vorteil auf, dass die Steuergeräte nicht auf dem Träger 2 angeordnet sind und dadurch der Träger 2 kleiner ausgebildet werden kann. Dadurch kann Trägermaterial, insbesondere eine teure Keramik, eingespart werden. Durch die Anordnung von größeren Halbleiterchips können zum Beispiel mehrere Stromquellen zusammen einen Halbleiterchip ansteuern oder Stromquellen mit entsprechend höheren Strömen eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modul
- 2
- Träger
- 3
- Bereich
- 4
- Halbleiterchip
- 5
- erster Anschlusskontakt
- 6
- erste elektrische Leitung
- 7
- Anschlussleitung
- 8
- Kontakt
- 9
- erster Anschlussbereich
- 10
- zweiter Anschlussbereich
- 11
- erstes Steuergerät
- 12
- zweites Steuergerät
- 13
- Trägerkontakt
- 14
- weitere Anschlussleitung
- 15
- dritter Anschlussbereich
- 16
- vierter Anschlussbereich
- 17
- Kontaktpad
- 18
- Material
- 19
- Unterseite
- 20
- weiterer Trägerkontakt
- 21
- zweiter Anschlusskontakt
- 22
- Deckschicht
- 23
- Steg
- 24
- erste Durchkontaktierung
- 25
- zweite Leitungsebene
- 26
- zweite Durchkontaktierung
- 27
- dritte Leitungsebene
- 28
- zweiter Träger
- 30
- zweiter Halbleiterchip
- 31
- erster schmaler Seitenbereich
- 32
- zweiter schmaler Seitenbereich
- 33
- erster Teilbereich
- 34
- zweiter Teilbereich
- 41
- drittes Steuergerät
- 42
- viertes Steuergerät
- 43
- dritte Durchkontaktierung
- 44
- Schicht
