DE102016123535A1

DE102016123535A1 - Bauteil mit einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement

Info

Publication number: DE102016123535A1
Application number: DE102016123535.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Linkov; Frank Singer; Matthias Bruckschlögl; Siegfried Herrmann; Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-07
Also published as: WO2018104170A3; WO2018104170A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1) mit einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement (2), wobei das Bauelement (2) mit einer Unterseite auf einer Oberseite (30) eines ersten Trägers (3) angeordnet ist, wobei der erste Träger (3) transparent für die Strahlung des Bauelementes (2) ist, wobei der erste Träger (3) mit einer Unterseite (31) auf einer Oberseite (13) eines zweiten Trägers (4) angeordnet ist, wobei der zweite Träger (4) zweite elektrische Kontakte (10, 11) aufweist, wobei die zweiten elektrischen Kontakte (10, 11) über elektrische Leitungen (16, 17) mit elektrischen Kontakten (14, 15) des Bauelementes (2) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß Patentanspruch 17.
Im Stand der Technik ist es bekannt, ein Bauteil mit einem Halbleiterchip und einem Saphirsubstrat auf einem versilberten QFN-Lead Frame anzuordnen. Der Halbleiterchip mit dem Saphirsubstrat sitzt direkt auf dem Lead Frame ohne Kavität auf. Der Halbleiterchip ist über Bonddrähte kontaktiert und mit einer Umhüllung aus Silikon mit Konvertermaterial umgeben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Bauteil und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen des Bauteils bereitzustellen.
Die Aufgaben der Erfindung werden durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsformen der Erfindung angegeben.
Ein Vorteil des vorgeschlagenen Bauteils besteht darin, dass weniger Verlustflächen für die elektromagnetische Strahlung in der Nähe der Emissionsflächen vorgesehen sind. Dadurch wird eine höhere Lichtausbeute erreicht. Zudem kann das vorgeschlagene Bauteil einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Es wird ein Bauteil mit einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement vorgeschlagen, wobei das Bauteil mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines ersten Trägers angeordnet ist. Der erste Träger ist transparent ausgebildet für die elektromagnetische Strahlung des Bauelementes. Der erste Träger ist mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines zweiten Trägers angeordnet. Der zweite Träger weist zweite elektrische Kontakte auf, wobei die zweiten elektrischen Kontakte über elektrische Leitungen mit elektrischen Kontakten des Bauelementes verbunden sind. Eine Oberseite des Bauelementes und Seitenflächen des Bauelementes sind mit einer Schutzschicht versehen. Die Schutzschicht ist transparent für die Strahlung des Bauelementes.
Durch die Anordnung des ersten Trägers zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem zweiten Träger wird ein größerer Abstand zwischen dem zweiten Träger, der immer eine Verlustfläche für die elektromagnetische Strahlung des Bauelementes darstellt. Auch mit einer Spiegelschicht weist der zweite Träger nur eine begrenzte Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung auf und stellt eine Verlustfläche dar. Durch die Anordnung des ersten Trägers werden Verluste bei der Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung reduziert.
In einer anderen Ausführungsform weist die Unterseite des ersten Trägers eine kleinere Fläche als die Oberseite des zweiten Trägers auf. Dadurch ist nicht die gesamte Oberseite des zweiten Trägers mit dem ersten Träger abgedeckt, es wird jedoch trotzdem ein gewünschter Abstand zwischen dem Bauelement und dem zweiten Träger realisiert. Der erste Träger ist beispielsweise mittig auf dem zweiten Träger angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Träger zwei Leiterrahmenabschnitte auf, die in ein Trägermaterial eingebettet sind. Dabei können die zwei Leiterrahmenabschnitte die zweiten elektrischen Kontakte bilden, wobei jeweils eine elektrische Leitung mit einer Oberseite eines Leiterrahmenabschnittes verbunden ist. Die zweiten Seiten der Leiterrahmenabschnitte, die z.B. auf der unteren Seite des zweiten Trägers angeordnet sind, können elektrische Anschlüsse des Bauteils darstellen.
In einer Ausführungsform ist der erster Träger auf wenigstens einem, insbesondere auf beiden Leiterrahmenabschnitten angeordnet. Dadurch wird eine stabile Anordnung des ersten Trägers auf dem zweiten Träger erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Träger eine Oberseite auf, die wenigstens eine Größe der Unterseite des Bauelementes aufweist. Dadurch wird das Bauelement mit der gesamten Unterseite vom ersten Träger getragen. Dadurch wird eine stabile Anordnung und eine über die Fläche der Unterseite des Bauelementes gleiche Strahlungsführung für die elektromagnetische Strahlung erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Träger geneigt angeordnete Seitenflächen auf. Die Seitenflächen können von der Unterseite des Trägers in Richtung auf die Oberseite des ersten Trägers nach innen geneigt angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die Seitenflächen des ersten Trägers geneigt von der Unterseite des ersten Trägers in Richtung auf die Oberseite des ersten Trägers nach außen angeordnet. Beide Ausführungsformen können zu einer Erhöhung der abgestrahlten Lichtleistung beitragen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Träger über eine Verbindungsschicht, insbesondere über eine Klebeschicht mit dem Bauelement und/oder mit dem zweiten Träger verbunden. Dadurch kann ein stabiler und einfacher Aufbau des Bauteils erreicht werden. Zudem kann die Klebeschicht aus einem für die elektromagnetische Strahlung des Bauelementes transparenten Material bestehen. Somit wird durch das Vorsehen der Klebeschicht die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung nicht oder kaum beeinflusst.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Träger eine Ausnehmung auf, wobei das Bauelement wenigstens teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist. Dadurch kann ein einfacher Aufbau des Bauteils erreicht werden. Das Bauelement kann einfach in die Ausnehmung eingelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung durchgehend durch den ersten Träger ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann das Bauteil seitlich über die Ausnehmung und über die Seitenflächen des ersten Trägers hinausragen. Mithilfe dieser Ausführungsform kann eine einfache und schnelle Montage des Bauelementes in dem ersten Träger erreicht werden. Zudem kann Material des ersten Trägers eingespart werden, ohne die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung wesentlich gegenüber einem größeren ersten Träger zu beeinträchtigen.
In einer Ausführungsform weist das Bauelement eine Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung auf. Zudem weist das Bauelement ein Trägersubstrat auf, auf dem die Halbleiterschichtstruktur angeordnet ist. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise transparent für die elektromagnetische Strahlung der Halbleiterschichtstruktur. Trägersubstrat kann beispielsweise aus Saphir bestehen.
In einer Ausführungsform weist das Bauelement die Halbleiterschichtstruktur und das Trägersubstrat auf, wobei die Halbleiterschichtstruktur dem ersten Träger zugewandt ist. Die Halbleiterschichtstruktur kann direkt oder über eine Verbindungsschicht mit dem ersten Träger verbunden sein. Der erste Träger weist Durchkontaktierungen auf. Die Durchkontaktierungen sind mit elektrischen Kontakten des Bauelementes verbunden. Zudem sind die Durchkontaktierungen mit den elektrischen Kontakten des zweiten Trägers verbunden.
In einer Ausführungsform weist der erste Träger angrenzend an das Bauelement und/oder angrenzend an den zweiten Träger wenigstens einen Bereich mit einem gegenüber dem Material des ersten Trägers kleineren Brechungsindex auf. Dadurch wird der Strahlungsübergang verbessert. Der Bereich mit dem kleineren Brechungsindex kann durch eine weitere Ausnehmung im ersten Träger realisiert sein. Die weitere Ausnehmung kann mit einem Stoff, insbesondere mit einem Gas gefüllt sein. Zudem können die weiteren Ausnehmungen mit Luft gefüllt sein oder Vakuum aufweisen. Es können jedoch auch andere Materialien in den weiteren Ausnehmungen enthalten sein, die einen gegenüber dem Material des ersten Trägers kleineren Brechungsindex aufweisen. Die weiteren Ausnehmungen können in Form einer rauen Oberfläche oder in Form von zufällig verteilten Strukturen ausgebildet sein. Die weiteren Ausnehmungen können Tiefen von einigen µm bis einigen 100 µm oder größer aufweisen.
Durch die weiteren Ausnehmungen werden Strahlungsverluste beim Übergang der elektromagnetischen Strahlung zwischen dem Bauelement und dem ersten Träger und/oder zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger reduziert. Dabei kann die gesamte Oberseite des ersten Trägers und/oder die gesamte Unterseite des ersten Trägers mit Bereichen mit kleineren Brechungsindizes versehen sein. Dabei kann nur eine große weitere Ausnehmung oder eine Vielzahl von kleineren weiteren Ausnehmungen an der Oberseite und/oder an der Unterseite des ersten Trägers vorgesehen sein. Je größer die Fläche der weiteren Ausnehmungen an der Oberseite und/oder an der Unterseite des ersten Trägers ist, umso geringer sind die Strahlungsverluste beim Übergang vom Bauelement in den ersten Träger und vom ersten Träger zum zweiten Träger.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können einzeln oder auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Bauteils,
2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Bauteils,
3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Bauteils,
4 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Bauteils,
5 eine schematische Darstellung eines ersten Montageverfahrens,
6 einen schematischen Querschnitt durch ein Bauteil, das gemäß dem Montageverfahren der 5 hergestellt wurde,
7 eine schematische Darstellung eines zweiten Montageverfahrens,
8 einen Querschnitt durch ein Bauteil, das gemäß dem Verfahren der 7 hergestellt wurde,
9 eine weitere Ausführungsform eines Bauteils mit einem ersten Träger mit Durchkontaktierungen, und
10 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit Ausnehmungen an Seitenflächen des ersten Trägers.

1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine erste Ausführungsform eines Bauteils 1, wobei das Bauteil 1 ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement 2 aufweist. Das Bauelement 2 ist mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines ersten Trägers 3 angeordnet. Der erste Träger 3 ist transparent für die Strahlung des Bauelementes ausgebildet. Der erste Träger 3 ist mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines zweiten Trägers 4 angeordnet. Der zweite Träger 4 kann intransparent für die Strahlung des Bauelementes sein. Zudem sind das Bauelement 2 und der erste Träger 3 mit einer Schutzschicht in Form einer Umhüllung 5 versehen. Die Schutzschicht 5 kann Konversionsmaterial zum Konvertieren der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Bauelementes 2 aufweisen.
Das Bauelement 2 ist beispielsweise als lichtemittierende Diode oder als Laserdiode ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Bauelement 2 eine Halbleiterschichtstruktur 6 mit mehreren Halbleiterschichten auf, wobei eine p/n-Grenzschicht ausgebildet ist, die als aktive Zone ausgebildet ist, um bei einer Stromversorgung elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Halbleiterschichtstruktur 6 ist auf einem Trägersubstrat 7 angeordnet. Das Trägersubstrat 7 ist aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Halbleiterschichtstruktur 6 transparenten Material gebildet. Beispielsweise kann das Trägersubstrat 7 aus Saphir bestehen. Die Halbleiterschichtstruktur 6 ist auf einer Oberseite des Trägersubstrates 7 angeordnet. Die Unterseite des Trägersubstrates 7 ist mit der Oberseite des ersten Trägers 3 verbunden. Dazu kann eine erste Verbindungsschicht 8 zwischen der Unterseite des Trägersubstrates 7 und der Oberseite des ersten Trägers 3 vorgesehen sein. Das Trägersubstrat 7 kann eine Dicke aufweisen, die kleiner als 1 mm, insbesondere kleiner als 0,5 mm ist. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auf das Trägersubstrat 7 verzichtet werden. Bei dieser Ausführung ist die Halbleiterstruktur 6 mit dem ersten Träger 3 direkt oder über die erste Verbindungsschicht 8 verbunden.
Zudem kann zwischen der Unterseite des ersten Trägers 3 und der Oberseite des zweiten Trägers 4 eine zweite Verbindungsschicht 9 vorgesehen sein. Die erste und die zweite Verbindungsschicht 8, 9 sind beispielsweise als Klebeschichten ausgebildet und weisen insbesondere ein niedrig brechendes Silikon auf. Niedrig brechendes Silikon mit einem Brechungsindex zwischen 1,41 und 1,43 weist in einem Temperaturbereich von - 40°C bis 100°C einen im Wesentlichen gleich bleibenden Elastizitätsmodul von etwa 2MPa (-40°C ~ 2,53MPa; +25°C ~ 2,05MPa; +100°C ~ 2,54MPa) auf. LRI-Silikon ist also vorteilhaft, da es bei in der Praxis relevanten Temperaturen für das spaltlose Fügen einsetzbar ist. Die Verbindungsschichten 8, 9 können auch aus anderen für die elektromagnetische Strahlung des Bauelementes 2 transparenten Materialien bestehen.
Die Schutzschicht 5 bedeckt die Oberseite und die Seitenflächen des Bauelementes 2. Zudem bedeckt die Schutzschicht 4 die Seitenflächen des ersten Trägers 3. Die Oberseite des ersten Trägers 3 ist vom Bauelement 2 bedeckt. Das Bauelement 2 weist eine quadratische Grundfläche auf, d.h. die Unterseite und die Oberseite des Bauelementes 2 sind quadratisch. Das Bauelement 2 weist die gleiche Grundfläche wie der erste Träger 3 auf und ist quadratisch ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführung können die Grundflächen des Bauelementes 2 und des ersten Trägers 3 auch unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Vorzugsweise weist der erste Träger 3 eine Grundfläche auf, die wenigstens so groß ist, wie die Grundfläche des Bauelementes 2. Zudem ist das Bauelement 2 vorzugsweise mittig auf dem ersten Träger 3 angeordnet.
Die Schutzschicht 5 kann Silikon oder Epoxidharz aufweisen, wobei in die Schutzschicht 5 auch Konversionsmaterial eingebettet sein kann. Das Konversionsmaterial ist ausgebildet, um die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Bauelementes 2 wenigstens teilweise zu verschieben.
Der zweite Träger 4 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Leiterrahmenabschnitte 10, 11 auf, die in ein Trägermaterial 12 eingebettet sind. Eine Oberseite 13 des zweiten Trägers 4 kann eine Reflexionsschicht oder eine Spiegelschicht aufweisen. Das Trägermaterial 12 kann aus einem weißen, insbesondere hoch reflektiven Material bestehen. Das Trägermaterial 12 kann als Moldmaterial ausgebildet sein. Der zweite Träger 4 weist eine quadratische Grundfläche auf, die größer ist als die Grundfläche des ersten Trägers 3. Der erste Träger 3 ist mittig auf dem zweiten Träger 4 angeordnet. Der zweite Träger 4 kann auch andere Formen von Grundflächen, insbesondere rechteckige oder runde Grundflächen aufweisen. Zudem können auch der erste Träger 3 und das Bauelement 2 andere Formen von Grundflächen aufweisen.
Das Bauelement 2 ist als Volumenemitter ausgebildet, der elektromagnetische Strahlung in alle Richtungen, das heißt nach oben, seitlich und nach unten in Richtung auf den ersten Träger 3 abgibt. Die Halbleiterschichtstruktur 6 weist elektrische Kontakte 14, 15 auf, die auf der Oberseite der Halbleiterschichtstruktur 6 angeordnet sind. Der erste elektrische Kontakt 14 ist über einen ersten Bonddraht 16 mit einer Oberseite des ersten Leiterrahmenabschnittes 10 elektrisch leitend verbunden. Der zweite elektrische Kontakt 15 ist über einen zweiten Bonddraht 17 mit einer Oberseite des zweiten Leiterrahmenabschnittes 11 elektrisch leitend verbunden. Unterseiten 18, 19 der Leiterrahmenabschnitte 10, 11 grenzen an die Unterseite des zweiten Trägers 4 und stellen elektrische Kontakte des Bauteils 1 dar.
Der erste Träger 3 liegt auf dem ersten und dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 10, 11 auf. Der erste Träger 3 kann auch nur auf einem Leiterrahmenabschnitt oder auf keinem Leiterrahmenabschnitt, sondern nur auf dem Trägermaterial 12 aufliegen. Der erste Träger 3 kann beispielsweise Glas oder ein niederbrechendes Material wie zum Beispiel Quarz, PMMA, Magnesiumchlorid aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Glas kann einen Brechungsindex im Bereich von 1,5 aufweisen. Zudem kann der erste Träger 3 aber auch höherbrechendes transparentes Material wie zum Beispiel Saphir aufweisen oder daraus bestehen. Der erste Träger 3 kann eine Dicke im Bereich von 0,3 mm und 10 mm oder mehr aufweisen.
Der zweite Träger 4 kann auch beispielsweise in Form einer Leiterplatte oder eines anderen Substrates realisiert sein. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass der zweite Träger 4 elektrische Kontakte in Form von Durchkontaktierungen aufweist. Die elektrischen Kontakte des zweiten Trägers 4 können auch auf der Oberseite, den Seitenflächen und/oder der Unterseite des zweiten Trägers 4 ausgebildet sein. Zudem können anstelle der Bonddrähte 16, 17 auch andere Formen der elektrischen Leitungsverbindung zwischen den elektrischen Kontakten 14, 15 des Bauelementes 2 und den elektrischen Kontakten des zweiten Trägers 4 vorgesehen sein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1, das im Wesentlichen der Ausführungsform der 1 entspricht, wobei jedoch bei dieser Ausführungsform der erste Träger 3 geneigt angeordnete Seitenflächen 21, 22, 23 aufweist, die von der Unterseite in Richtung auf die Oberseite zum Bauelement 2 hin nach innen geneigt angeordnet sind. Der Neigungswinkel kann beispielsweise zwischen 89° und 30° liegen. Abhängig von der gewählten Ausführung können alle Seitenflächen oder nur einzelne Seitenflächen des ersten Trägers 3 geneigt angeordnet sein.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1, die im Wesentlichen gemäß der 1 ausgebildet ist, wobei jedoch bei dieser Ausführungsform die Seitenflächen 21, 22, 23 ausgehend von der Unterseite in Richtung auf die Oberseite zum Bauelement 2 hin nach außen geneigt angeordnet sind. Der Neigungswinkel kann beispielsweise zwischen 89° und 30° liegen. Abhängig von der gewählten Ausführung können alle Seitenflächen oder nur einzelne Seitenflächen des ersten Trägers 3 geneigt angeordnet sein. Die schräg geneigten Seitenflächen des ersten Trägers 3 verbessern die Lichtauskopplung.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1, das im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 1 ausgebildet ist, wobei jedoch in dieser Ausführungsform der erste Träger 3 eine größere Grundfläche mit einer größeren Länge und/oder mit einer kleineren Breite als das Bauelement 2 aufweist. Zudem weist der erste Träger 3 eine kleinere Grundfläche mit kleineren Länge und/oder mit einer kleineren Breite als der zweite Träger 4 auf. Zudem können die erste und/oder die zweite Verbindungsschicht 8, 9 unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Bauelement 2, dem ersten Träger 3 und dem zweiten Träger 4 ausgleichen. Dieser Ausgleich kann auch bei allen anderen Ausführungsformen mithilfe der Verbindungsschichten 8, 9 erreicht werden.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Montageverfahren, bei dem ein Bauelement 2 in eine Ausnehmung 25 eines ersten Trägers 3 eingeschoben wird. Der erste Träger 3 kann aus einer größeren Platte, insbesondere aus einem Glaswafer 26 herausgetrennt worden sein. 5 zeigt einen Ausschnitt eines Glaswafers 26 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 25. Der Glaswafer 26 kann in mehrere einzelne erste Träger 3 aufgetrennt werden. In der dargestellten Ausführung ist die Ausnehmung 25 durch die gesamte Dicke des ersten Trägers 3 bzw. des Glaswafers 26 geführt. Somit kann das Bauelement 2 seitlich mit einer Stirnseite in die Ausnehmung 25 des ersten Trägers 3 eingeschoben werden. Der erste Träger 3 kann auch anstelle aus Glas auch aus den oben beschriebenen anderen Materialien bestehen.
6 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein Bauteil 1, das einen ersten Träger 3 mit einer Ausnehmung 25 aufweist. Das Bauelement 2 ist seitlich in den ersten Träger 3 eingeschoben. Bei dieser Ausführungsform ragt das Bauelement 2 auf beiden Seiten aus der Ausnehmung 25 heraus. Abhängig von der gewählten Größe des Bauelementes 2 kann das Bauelement 2 auch nur in der Ausnehmung 25 angeordnet sein oder nur auf einer Seite aus der Ausnehmung 25 herausragen. Das Bauelement 2 kann über eine Verbindungsschicht, insbesondere eine Klebeschicht mit einer unteren Fläche 27 der Ausnehmung 25 mechanisch verbunden sein. Zwischen der Unterseite des Bauelementes 2 und der Fläche 27 der Ausnehmung 25 des ersten Trägers 3 kann eine erste Verbindungsschicht 8 ausgebildet sein. Die Verbindungsschicht 8 kann zwischen allen Flächen der Ausnehmung und dem Bauelement 2 ausgebildet sein. Der erste Träger 3 ist über eine zweite Verbindungsschicht 9 mit dem zweiten Träger 4 mechanisch verbunden. Weiterhin ist eine Schutzschicht 5 vorgesehen, die auf der Oberseite des zweiten Trägers 4 aufgebracht ist und das Bauelement 2 und den ersten Träger 3 bedeckt. Die Schutzschicht 5 kann mit oder ohne Konversionsmaterial ausgebildet sein.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Montageverfahren, bei dem ein Bauelement 2 in eine Ausnehmung 25 eines ersten Trägers 3 eingelegt wird. In dieser Ausführungsform ist die Ausnehmung 25 als einseitige Ausnehmung ausgebildet. Zudem wird das Bauelement 2 mit der Unterseite 35, die gegenüber den elektrischen Kontakten 14, 15 angeordnet ist, in die Ausnehmung 25 eingelegt. Auch bei dieser Ausführung kann das Bauelement 2 mit einer Verbindungsschicht mit dem ersten Träger 3 mechanisch verbunden werden. Auch bei dieser Ausführung kann der erste Träger 3 aus jedem der beschriebenen Materialien gebildet sein.
8 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein Bauteil 1, das mit dem Montageverfahren gemäß 7 hergestellt wurde. Dabei liegt das Bauelement 2 in der Ausnehmung 25 des ersten Trägers 3. Eine Unterseite des Bauelementes 2 ist beispielsweise über eine erste Verbindungsschicht 8 mit einer unteren Fläche 27 der Ausnehmung 25 des ersten Trägers 3 mechanisch verbunden. Zudem ist der erste Träger 3 mechanisch über eine zweite Verbindungsschicht 9 mit dem zweiten Träger 4 verbunden. Weiterhin ist eine Schutzschicht 5 vorgesehen, die auf der Oberseite des zweiten Trägers 4 aufgebracht ist und das Bauelement 2 und den ersten Träger 3 bedeckt. Die Schutzschicht 5 kann mit oder ohne Konversionsmaterial ausgebildet sein.
9 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1. Bei dieser Ausführungsform ist das Bauelement 2 mit der Oberseite 36 der Halbleiterschichtstruktur 6, auf der die elektrischen Kontakte 14, 15 angeordnet sind, auf der Oberseite des ersten Trägers 3 angeordnet. Zudem ist eine erste Verbindungsschicht 8 zwischen der Halbleiterschichtstruktur 6 des Bauelementes 2 und dem ersten Träger 3 ausgebildet. Weiterhin weist der erste Träger 3 in der dargestellten Ausführungsform zwei Durchkontaktierungen 28, 29 auf. Die Durchkontaktierungen 28, 29 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und stehen jeweils mit einer Oberseite mit dem ersten bzw. mit dem zweiten elektrischen Kontakt 14, 15 des Bauelementes 2 in Verbindung. Unterseiten der Durchkontaktierungen 28, 29 stehen jeweils mit einer Oberseiten der Leiterrahmenabschnitte 10, 11 in Verbindung. Somit werden die elektrischen Kontakte 14, 15 über die Durchkontaktierungen 28, 29 des ersten Trägers 3 mit den Leiterrahmenabschnitten 10, 11 des zweiten Trägers 4 und damit mit den elektrischen Kontakten des zweiten Trägers 4 elektrisch leitenden verbunden.
Die erste und die zweite Verbindungsschicht 8, 9 können in allen Ausführungsbeispielen als Metall-Metall-Verbindung, als Klebeverbindung, als Lötverbindung, als Schweißverbindung oder als Pressverbindung ausgebildet sein.
10 zeigt in einer Querschnittsdarstellung eine weitere Form eines Bauteils 1. Das Bauteil 1 weist im Wesentlichen die Ausführungsform des Bauteils 1 der 1 auf. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 ist an einer Oberseite 30 des ersten Trägers 3, auf der das Bauelement 2 angeordnet ist, und an einer Unterseite 31 des ersten Trägers 3, die auf dem zweiten Träger 4 angeordnet ist, wenigstens ein Bereich im ersten Träger 3 vorgesehen, der einen geringeren Brechungsindex aufweist. Die Bereiche 32, 33, 34 sind in Form von Teilkugeln dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Bereiche 32, 33, 34 verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise können die Bereiche 32, 33, 34 in Form von schmalen Streifen, Teilkugelformen und jede andere Art von Form aufweisen. Die Bereiche 32, 33, 34 können beispielsweise in Form von Ausnehmungen ausgebildet sein. Die Ausnehmungen können auch in Form einer erhöhten Rauigkeit oder in Form von Haarrissen ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann in den Bereichen 32, 33, 34 ein anderer Stoff als das Material des ersten Trägers 3 vorgesehen sein. Insbesondere können die Bereiche in Form von Ausnehmungen realisiert sein, wobei in den Ausnehmungen Luft oder Gas wie zum Beispiel Helium eingeschlossen ist. Somit weist der erste Träger 3 in der Ausführungsform der 10 eine strukturierte Oberseite 30 und/oder eine strukturierte Unterseite 31 auf, wobei die Oberseite und die Unterseite mit Bereichen 32, 33, 34 mit einem niedrigeren Brechungsindex strukturiert sind. Durch den niedrigeren Brechungsindex werden die Reflexionseigenschaften an den Grenzflächen der Oberseite und der Unterseite des ersten Trägers 3 verbessert. Die Oberseite des zweiten Trägers 4 ist auch in dieser Ausführungsform vorzugsweise mit einer Spiegelschicht oder mit einer hochreflektierenden Schicht versehen.
Der zweite Träger 4 kann beispielsweise aus einer Keramik oder als QFN-Substrat gebildet sein. Die Verbindungsschichten können beispielsweise aus Kleberschichten mit einem transparenten, niedrigbrechenden Material ausgebildet sein, um eine Reflexion von Licht zurück in Richtung Bauelement zu erhalten. Zudem sollte eine Absorption von Licht auf der Oberseite des zweiten Trägers 4 reduziert oder vermieden werden. Weiterhin kann der erste Träger 3 optional an einer oder an mehreren Seiten verspiegelt oder mit teilweise reflektierenden Schichten beschichtet sein.
Bei Verwendung von alternativen Materialien für die Ausbildung des ersten Trägers 3 wie z.B. Magnesiumfluorid, Calciumfluorid, Silikon, Ormocer oder Quarz ist der Brechungsindex auch kleiner als der Brechungsindex von Glas.
Abhängig von der gewählten Montagereihenfolge kann zuerst das Bauelement 2 auf dem ersten Träger 3 montiert werden und anschließend der erste Träger 3 auf dem zweiten Träger 4 montiert werden. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform zuerst der erste Träger 3 auf dem zweiten Träger 4 und anschließend das Bauelement 2 auf dem ersten Träger 3 montiert werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Ausnehmungen in den Bereichen der Oberseite und der Unterseite des ersten Trägers 3 auch angrenzend an die Verbindungsschichten 8, 9 angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform weisen die Ausnehmungen entsprechende Tiefen auf, so dass Hohlräume mit Lufteinschlüsse oder Gaseinschlüsse bei der Montage entstehen. Dadurch ist es nicht erforderlich, ein separates Material in die Ausnehmungen einzubringen oder separate Materialien bei der Bildung des ersten Trägers 3 auf der Oberseite und/oder auf der Unterseite des ersten Trägers 3 vorzusehen.
Mit der beschriebenen Erfindung können begrenzte Dicken des Trägersubstrates 7, die beispielsweise bei der Verwendung von Saphir im Bereich von maximal 0,5 mm liegen, mithilfe des ersten Trägers 3 vergrößert werden.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil
2: Bauelement
3: erster Träger
4: zweiter Träger
5: Schutzschicht
6: Halbleiterschichtstruktur
7: Trägersubstrat
8: erste Verbindungsschicht
9: zweite Verbindungsschicht
10: erster Leiterrahmenabschnitt
11: zweiter Leiterrahmenabschnitt
12: Trägermaterial
13: Oberseite
14: erster elektrischer Kontakt
15: zweiter elektrischer Kontakt
16: erster Bonddraht
17: zweiter Bonddraht
18: Unterseite erster Leiterrahmenabschnitt
19: Unterseite zweiter Leiterrahmenabschnitt
21: erste Seitenfläche
22: zweite Seitenfläche
23: dritte Seitenfläche
25: Ausnehmung
26: Glaswafer
27: Fläche
28: erste Durchkontaktierung
29: zweite Durchkontaktierung
30: Oberseite erster Träger
31: Unterseite erster Träger
32: erster Bereich
33: zweiter Bereich
34: dritter Bereich
35: Unterseite Bauelement
36: Oberseite Bauelement

Claims

Bauteil (1) mit einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement (2), wobei das Bauelement (2) mit einer Unterseite auf einer Oberseite (30) eines ersten Trägers (3) angeordnet ist, wobei der erste Träger (3) transparent für die Strahlung des Bauelementes (2) ist, wobei der erste Träger (3) mit einer Unterseite (31) auf einer Oberseite (13) eines zweiten Trägers (4) angeordnet ist, wobei der zweite Träger (4) zweite elektrische Kontakte (10, 11) aufweist, wobei die zweiten elektrischen Kontakte (10, 11) über elektrische Leitungen (16, 17) mit elektrischen Kontakten (14, 15) des Bauelementes (2) verbunden sind.
Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei die Unterseite (31) des ersten Trägers (3) eine kleinere Fläche als die Oberseite (13) des zweiten Trägers (4) aufweist.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Träger (4) zwei Leiterrahmenabschnitte (10, 11) aufweist, die in ein Trägermaterial (12) eingebettet sind.
Bauteil (1) nach Anspruch 3, wobei der erste Träger (3) auf wenigstens einem, insbesondere auf beiden Leiterrahmenabschnitten (10, 11) angeordnet ist.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Träger (3) eine Oberseite (30) aufweist, die wenigstens die Größe der Unterseite des Bauelementes (2) aufweist.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Träger (3) geneigt angeordnete Seitenflächen (21, 22, 23) aufweist.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Träger (3) über eine Verbindungsschicht (8, 9), insbesondere über eine Klebeschicht mit dem Bauelement (2) und/oder mit dem zweiten Träger (4) verbunden ist.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Träger (3) eine Ausnehmung (25) aufweist, wobei das Bauelement (2) wenigstens teilweise in der Ausnehmung (25) angeordnet ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 8, wobei die Ausnehmung (25) durch den ersten Träger (3) hindurch ausgebildet ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 9, wobei das Bauteil (1) seitlich über die Ausnehmung (25) auf zwei Seiten des ersten Trägers (3) hinausragt.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (2) eine Halbleiterschichtstruktur (6) mit einer aktiven Zonen zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung und ein Trägersubstrat (7) aufweist, wobei die Halbleiterschichtstruktur (6) auf dem Trägersubstrat (7) angeordnet ist, und wobei das Trägersubstrat (7) transparent für die Strahlung der Halbleiterschichtstruktur (6) ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 11, wobei die Halbleiterschichtstruktur (6) dem ersten Träger (3) zugewandt ist, und wobei insbesondere der erste Träger (3) Durchkontaktierungen (28, 29) aufweist, wobei die Durchkontaktierungen (28, 29) die elektrischen Kontakte des Bauelements mit den elektrischen Kontakten des zweiten Trägers verbinden.
Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Träger (3) angrenzend an das Bauelement (2) und/oder an den zweiten Träger (4) wenigstens einen Bereich (32, 33, 34) mit einem gegenüber dem Material des ersten Trägers (3) kleineren Brechungsindex aufweist.
Bauteil (1) nach Anspruch 13, wobei der Bereich (32, 33, 34) durch eine weitere Ausnehmung (32, 33, 34) im ersten Träger (3) gebildet ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 14, wobei die weitere Ausnehmung (32, 33, 34) mit einem Stoff, insbesondere mit einem Gas gefüllt ist, der einen kleineren Brechungsindex als das Material des ersten Trägers (3) aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberseite des Bauelementes (2) und Seitenflächen des Bauelementes (2) mit einer Schutzschicht (5) versehen sind, wobei die Schutzschicht (5) transparent für die Strahlung des Bauelementes (2) ist
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (2) bereitgestellt wird, wobei ein erster Träger (3) bereitgestellt wird, wobei der erste Träger (3) transparent für die Strahlung des Bauelementes (2) ist, wobei ein zweiter Träger (4) bereitgestellt wird, wobei das Bauelement (2) auf eine Oberseite (30) des ersten Trägers (3) angeordnet wird, wobei der erste Träger (3) mit einer Unterseite (31) auf einer Oberseite (13) eines zweiten Trägers (4) angeordnet wird, wobei die zweiten elektrischen Kontakte des zweiten Trägers (4) über elektrische Leitungen mit elektrischen Kontakten (14, 15) des Bauelementes (2) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der erste Träger (3) über eine Verbindungsschicht (8, 9), insbesondere über eine Klebeschicht mit dem Bauelement (2) und/oder mit dem zweiten Träger (4) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der erste Träger (3) eine Ausnehmung (25) aufweist, wobei das Bauelement (2) wenigstens teilweise in die Ausnehmung (25) eingelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Bauelement (2) eine Halbleiterschichtstruktur (6) und ein Trägersubstrat (7) aufweist, wobei die Halbleiterschichtstruktur auf dem Trägersubstrat (7) angeordnet ist, und wobei das Trägersubstrat (7) transparent für die Strahlung der Halbleiterschichtstruktur ist, wobei die Halbleiterschichtstruktur (6) dem ersten Träger (3) bei der Montage zugewandt wird, und wobei der erste Träger (3) Durchkontaktierungen (28, 29) aufweist, wobei die Durchkontaktierungen (28, 29) die elektrischen Kontakte der Halbleiterschichtstruktur mit elektrischen zweiten Kontakten des zweiten Trägers (4) verbinden.