DE102018101170A1

DE102018101170A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102018101170A1
Application number: DE102018101170.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Förster; Konrad Wagner; Benjamin Schulz; Stefan Morgott; I-Hsin Lin-Lefebvre
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US11538969B2; WO2019141472A1; US20210098666A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) mindestens einen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer Primärstrahlung sowie einen Optikkörper (4), der dem Halbleiterchip (3) optisch nachgeordnet ist. Ein Reflektor (5) umgibt den Optikkörper (4) seitlich ringsum formschlüssig und ist zur Reflexion der Primärstrahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet. Der Optikkörper (4) weist eine dem Halbleiterchip (4) zugewandte Grundfläche (A) und eine dem Halbleiterchip (2) abgewandte Austrittsfläche (B) auf. In Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) verjüngt sich der Optikkörper (4). Ein Quotient aus der Grundfläche (A) und einer Höhe (H) des Optikkörpers (4) liegt zwischen einschließlich 1 mm und 30 mm.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine hohe Leuchtdichte aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Halbleiterchips. Der mindestens eine Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Primärstrahlung eingerichtet. Bei der Primärstrahlung handelt es sich bevorzugt um sichtbares Licht, insbesondere um blaues Licht. Alternativ kann die Primärstrahlung auch ultraviolette Strahlung sein, beispielsweise mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 360 nm oder 385 nm und/oder von höchstens 420 nm oder 405 nm. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip. Weiterhin ist es möglich, dass der zumindest eine Halbleiterchip zur Erzeugung von infraroter Strahlung eingerichtet ist, insbesondere von nahinfraroter Strahlung etwa mit einem Intensitätsmaximum bei mindestens 680 nm und/oder bei höchstens 1060 nm.
Zur Erzeugung der Primärstrahlung umfasst der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge verfügt über eine aktive Zone, welche bevorzugt einen pn-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur aufweisen kann.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Optikkörper. Der mindestens eine Optikkörper ist dem mindestens einen Halbleiterchip optisch nachgeordnet, beispielsweise optisch unmittelbar nachgeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Optikkörper um kein abbildendes Element. Das heißt, der Optikkörper verfügt über keinen Brennpunkt und über keine Brennebene. Insbesondere ist der Optikkörper nicht als Sammellinse gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikkörper einstückig und monolithisch geformt. Insbesondere ist der Optikkörper frei von internen Hohlräumen. Der Optikkörper ist beispielsweise aus einem einzigen Stück und/oder aus einem einzigen Material gebildet. Beispielsweise ist der Optikkörper aus einem Kunststoff wie PMMA oder PC oder auch aus einem Silikon. Weiterhin kann der Optikkörper aus einem Glas sein. Insbesondere ist der Optikkörper aus einem Material, zum Beispiel Glas, mit einem niedrigen optischen Brechungsindex von höchstens 1,8 oder 1,6 oder 1,5, bezogen auf die Wellenlänge maximaler Intensität der Primärstrahlung und auf eine Temperatur von 300 K.
Weiter ist es möglich, dass der Optikkörper ein Bereich mit einem gegenüber einer Umgebung reduziertem Brechungsindex ist. Das heißt, der Optikkörper kann ein Gas wie Luft oder eine Flüssigkeit sein und ist bevorzugt von einem formgebenden Feststoff umgeben. Auch ein evakuierter Bereich ist für den Optikkörper möglich. Der Optikkörper wirkt dann durch den Brechungsindexunterschied zur unmittelbaren Umgebung, welche bevorzugt eine definierte geometrische Gestalt aufweist. Mit anderen Worten kann der Optikkörper durch eine Kavität oder einen Hohlraum gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Reflektoren. Der mindestens eine Reflektor ist seitlich an dem Optikkörper angebracht. Bevorzugt umgibt der Reflektor den Optikkörper ringsum formschlüssig. Es ist möglich, dass Seitenflächen des Optikkörpers teilweise oder vollständig von dem Reflektor bedeckt sind. Der Reflektor kann sich direkt an den Seitenflächen befinden.
Formschlüssig schließt nicht aus, dass sich zwischen dem Optikkörper und dem Reflektor stellenweise eine Lücke befinden kann, wobei die Lücke aus einem evakuierten oder gasgefüllten Hohlraum oder aus einem anderen festen oder flüssigen Material gebildet sein kann. Jedoch ist der Reflektor besonders bevorzugt stellenweise in direktem Kontakt zu den Seitenflächen des Optikkörpers gebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor zur Reflexion der Primärstrahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet. Dies bedeutet beispielsweise, dass der Reflektor im Spektralbereich von 380 nm bis 700 nm eine mittlere Reflektivität oder durchgehend eine Reflektivität von mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Optikkörper eine dem mindestens einen Halbleiterchip zugewandte Grundfläche auf. Die Grundfläche kann plan gestaltet sein. Insbesondere ist die Grundfläche parallel zu einer Hauptseite des zumindest einen Halbleiterchips ausgerichtet. An der Hauptseite des zugehörigen Halbleiterchips tritt die meiste Strahlung aus diesem Halbleiterchip aus. Bei der Hauptfläche kann es sich um eine größte, lichtabstrahlende Fläche des betreffenden Halbleiterchips handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Optikkörper eine dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandte Austrittsfläche auf. Die Austrittsfläche liegt der Grundfläche gegenüber. Es ist möglich, dass die Grundfläche und die Austrittsfläche im Mittel plan geformt sind, also keine sich insgesamt über die Grundfläche oder die Austrittsfläche hinweg erstreckende Krümmung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Sammellinsen oder auch bei Fresnel-Linsen der Fall ist. Insbesondere können die Grundfläche und die Austrittsfläche parallel oder im Mittel parallel zueinander orientiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngt sich der Optikkörper in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip, bevorzugt monoton oder streng monoton. Streng monoton bedeutet, dass sich der Optikkörper in Richtung weg vom Halbleiterchip kontinuierlich und stetig verjüngt. Monoton bedeutet, dass sich der Optikkörper in Richtung weg von dem Halbleiterchip auch stufenförmig verjüngen kann, sodass der Optikkörper abschnittsweise eine gleichbleibende Breite aufweisen kann. Jedoch verschmälert sich der Optikkörper bevorzugt an keiner Stelle in Richtung weg von dem Halbleiterchip, von Aufrauungen, Beschädigungen oder Herstellungstoleranzen abgesehen. Dass sich der Optikkörper verjüngt, bezieht sich auf zumindest einen oder auf mehrere Querschnitte, bevorzugt auf alle Querschnitte durch den Optikkörper hindurch, speziell in Richtung senkrecht zur Abstrahlfläche und/oder zur Grundfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Grundfläche und einer Höhe des Optikkörpers bei mindestens 1 mm oder 2 mm oder 3 mm oder 4 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Quotient höchstens 30 mm oder 20 mm oder 15 mm oder 12 mm oder 10 mm oder 8 mm. Die Grundfläche bezeichnet den Flächeninhalt der dem mindestens einen Halbleiterchip zugewandten Fläche, gemessen etwa in mm². Die Höhe ist die Ausdehnung des Optikkörpers insbesondere von der Grundfläche bis zur Austrittsfläche, bestimmt insbesondere in Richtung senkrecht zur Grundfläche und gemessen etwa in mm. Damit ergibt sich für den Quotienten aus der Grundfläche und der Höhe eine Längeneinheit wie mm.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil mindestens einen Halbleiterchip zur Erzeugung einer Primärstrahlung sowie einen Optikkörper, der dem Halbleiterchip optisch nachgeordnet ist. Ein Reflektor umgibt den Optikkörper seitlich ringsum formschlüssig und ist zur Reflexion zumindest der Primärstrahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet. Der Optikkörper weist eine dem Halbleiterchip zugewandte Grundfläche und eine dem Halbleiterchip abgewandte Austrittsfläche auf. In Richtung weg von dem Halbleiterchip verjüngt sich der Optikkörper, bevorzugt monoton oder streng monoton. Ein Quotient aus der Grundfläche und einer Höhe des Optikkörpers liegt zwischen einschließlich 1 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 2 mm und 12 mm.
Die Stromdichte in LED-Chips kann nicht beliebig erhöht werden, sodass eine Leuchtdichte von LED-Chips und damit auch von Halbleiterbauteilen, die auf LED-Chips basieren, beschränkt ist. Der emittierten Leuchtdichte kommt für viele Anwendungen jedoch eine wichtige Rolle zu, in denen das erzeugte Licht in einem optischen System weiterverarbeitet wird. Nur falls eine Etendue einer Bauform kleiner oder gleich der Etendue des optischen Systems ist, wird das emittierte Licht in der Anwendung nutzbar. Da eine Fläche des Emitters, insbesondere des LED-Chips, linear in die Etendue eingeht, ist der nutzbare Lichtstrom oft durch die Leuchtdichte der Bauform und die Etendue des optischen Systems beschränkt.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich einerseits die Leuchtdichte der Bauform über die der einzelnen LED-Chips steigern und andererseits lässt sich die Etendue auf die Zielanwendung optimieren, sodass mehr Licht für die Anwendung nutzbar zur Verfügung steht.
Anstelle von Halbleiterchips oder LED-Chips können auch jeweils andere flächige Emitter mit einem entsprechenden Optikkörper und Reflektor versehen werden, beispielsweise organische Leuchtdioden oder flächige Anordnungen von anderen Lichtquellen wie Leuchtstoffröhren.
Alternative Möglichkeiten, hohe Leuchtdichten zu erzeugen, liegen darin, die LED-Chips auf hohe Stromdichten und damit hohe Leuchtdichten zu optimieren. Ferner können Leuchtstoffe optisch gepumpt werden, wobei die Leuchtstoffe entfernt von der Lichtquelle angeordnet sind. Eine chipnahe und chipferne Konversion können miteinander kombiniert werden. Ferner können verspiegelte Stäbe mit Leuchtstoffmaterial optisch gepumpt werden. Über sphärische, verspiegelte Kragen an Gehäusebauformen oder über zusätzliche Elemente wie parabolische Reflektoren lässt sich ebenfalls eine Leuchtdichtesteigerung erreichen.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil sind keine zu hohen Stromdichten erforderlich, sodass die Halbleiterschichten der Halbleiterchips nicht speziell angepasst werden müssen und auch die thermischen Belastungen vergleichsweise gering gehalten werden können. Zudem ist durch das chipnahe Anbringen des Optikkörpers und durch das Formen des Reflektors direkt um den Optikkörper herum eine kompakte, platzsparende Bauform gegeben.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil wird somit insbesondere eine dreidimensionale Kavität mit hoher Reflektivität und optional mit geeigneten Lichtumverteilungseigenschaften auf Bauformebene einem Halbleiterchip nachgeordnet, wobei das erzeugte Licht bevorzugt nur durch die Austrittsfläche aus dem Halbleiterbauteil gelangt. Dabei werden einer oder mehrere LED-Chips oder andere flächige Lichtquellen, optional bereits mit einem Leuchtstoff und/oder einem zusätzlichen Diffusor bestückt, der Kavität optisch vorgeordnet. Das emittierte Licht wird über die größere Eingangsapertur, also die Grundfläche, eingekoppelt und zur kleineren Ausgangsapertur, der Austrittsfläche, geleitet. Dabei können die LED-Chips selbst sowohl als Lichtquelle als auch als Reflektor dienen. Somit lässt sich eine kleinere Etendue erreichen als für die ursprüngliche Leuchtfläche sowie eine höhere Leuchtdichte, jedoch auf Kosten der Effizienz. Der Optikkörper ist dabei aus einem Feststoff gebildet oder ist alternativ ein Hohlkörper oder Hohlraum, definiert durch die Kavität im Reflektor.
Die Austrittsfläche der Kavität und damit des Optikkörpers können durch eine Beschichtung oder eine Strukturierung hinsichtlich Transmission und Emissionscharakteristik angepasst werden. Die Kavität und somit der Optikkörper und/oder der Reflektor können lichtstreuende Eigenschaften aufweisen, die den Lichtfluss durch die Austrittsfläche optimieren.
Die Kavität, gebildet durch den Optikkörper, mit dem mindestens einen Halbleiterchip als Teil des Reflektors, ermöglicht eine Erhöhung der Leuchtdichte durch entsprechende Wahl ihrer Geometrien. Eine weitere Steigerung der Leuchtdichte kann durch Einstellen der Geometrie des Optikkörpers, der Reflexionsbedingungen an dem Reflektor, insbesondere spekular gegenüber diffus, durch eine Wahl der beteiligten Materialien, durch Volumenstreueigenschaften und dergleichen erreicht werden. Eine Variation der Ausgangsapertur, also der Austrittsfläche des Optikkörpers, ermöglicht eine Anpassung an die Etendue der entsprechenden Anwendung ohne Variation an den Halbleiterchips selbst. Bei dem Halbleiterbauteil ist zudem eine Platzierung des Leuchtstoffs direkt an den LED-Chips ermöglicht, sodass eine gute Entwärmung des Leuchtstoffs besonders bei Hochleistungsanwendungen gewährleistbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich zwischen dem Optikkörper und dem Halbleiterchip einer oder mehrere Leuchtstoffkörper. Der mindestens eine Leuchtstoffkörper ist zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung eingerichtet. Sind mehrere Halbleiterchips vorhanden, so kann jedem Halbleiterchip ein separater Leuchtstoffkörper zugeordnet sein oder es kann sich ein einziger Leuchtstoffkörper gemeinsam über alle Halbleiterchips erstrecken. Ebenso können mehrere Leuchtstoffkörper einem der Halbleiterchips zugeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Grundfläche den oder die Leuchtstoffkörper vollständig. Das heißt, der mindestens eine Leuchtstoffkörper ist ganzflächig von dem Optikkörper bedeckt.
Der mindestens eine Leuchtstoff ist bevorzugt aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Eu²⁺-dotierte Nitride wie (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, Sr(Ca,Sr)Si₂Al₂N₆:Eu²⁺, (Sr,Ca)AlSiN₃*Si₂N₂O:Eu2⁺, (Ca,Ba,Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺, (Sr,Ca)[LiAl₃N₄]:Eu²⁺; Granate aus dem allgemeinen System (Gd,Lu,Tb,Y)₃(Al,Ga,D)₅(O,X)₁₂:RE mit X = Halogenid, N oder zweiwertiges Element, D = dreiwertiges oder vierwertiges Element und RE = Seltenerdmetalle wie LU₃(Al_l-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺, Y₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺; Eu²⁺-dotierte Sulfide wie (Ca,Sr,Ba)S:Eu²⁺; Eu²⁺-dotierte SiONe wie (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂:Eu²⁺; SiAlONe etwa aus dem System Li_xM_yLn_zSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n; beta-SiAlONe aus dem System Si_6-xAl_zO_yN_8-y:RE_z mit RE = Seltenerdmetalle; Nitrido-Orthosilikate wie AE_2-x-aRE_xEu_aSiO_4-xN_x oder AE_2-x-aRE_xEu_aSi_1-yO_4-x-2yN_x mit RE = Seltenerdmetall und AE = Erdalkalimetall oder wie (Ba,Sr,Ca,M₉)₂SiO₄:Eu²⁺. Chlorosilikate wie Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺; Chlorophosphate wie (Sr,Ba,Ca,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺; BAM-Leuchtstoffe aus dem BaO-MgO-Al₂O₃-System wie BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺; Halophosphate wie M₅(PO₄)₃(Cl,F):(Eu²⁺,Sb²⁺,Mn²⁺); SCAP-Leuchtstoffe wie (Sr,Ba,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺. Außerdem können auch sogenannte Quantenpunkte als Konvertermaterial eingebracht werden. Quantenpunkte in der Form nanokristalliner Materialien, welche eine Gruppe II-VI-Verbindung und/oder eine Gruppe III-V-Verbindungen und/oder eine Gruppe IV-VI-Verbindung und/oder Metall-Nanokristalle beinhalten, sind hierbei bevorzugt. Ferner kann der Leuchtstoff eine Quantentopfstruktur aufweisen und epitaktisch gewachsen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen dem Leuchtstoffkörper und dem mindestens einen Halbeiterchip und/oder ein Abstand zwischen dem Leuchtstoffkörper und dem Optikkörper bei höchstens 50 µm oder 20 µm oder 10 µm oder 5 µm. Damit liegt zwischen dem Leuchtstoffkörper und dem Halbleiterchip und/oder zwischen dem Leuchtstoffkörper und dem Optikkörper bevorzugt lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Kleber. Das Verbindungsmittel ist dabei dünn gestaltet. Dünn bezieht sich insbesondere auf die Höhe des Optikkörpers. So liegen diese Abstände bevorzugt bei höchstens 2 % oder 1 % oder 0,5 % oder 0,2 % der Höhe des Optikkörpers und tragen zu einer Gesamtdicke des Halbleiterbauteils nur vernachlässigbar bei. Alternativ ist es möglich, dass der Leuchtstoffkörper unmittelbar auf den Halbleiterchip aufgebracht ist und/oder dass der Optikkörper unmittelbar an den Leuchtstoffkörper angebracht ist, beispielsweise durch ein Aufdrucken wie Siebdrucken oder durch ein Aufschmelzen oder durch ein Formen wie Spritzgießen direkt an der entsprechenden Komponente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen dem mindestens einen Halbeiterchip und dem Optikkörper bei höchstens 50 µm oder 20 µm oder 10 µm oder 5 µm. Der Halbleiterchip kann direkt an dem Optikkörper angebracht sein. Alternativ befindet sich zwischen dem Halbleiterchip und dem Optikkörper bevorzugt lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Kleber. Insbesondere liegt dieser Abstand bei höchstens 2 % oder 1 % oder 0,5 % oder 0,2 % der Höhe des Optikkörpers und ist damit nahezu vernachlässigbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikkörper im Querschnitt gesehen und entlang einer Richtung weg von dem Halbleiterchip bereichsweise oder ganz wie ein symmetrisches Trapez geformt. Eine Spiegelsymmetrieachse ist bevorzugt senkrecht zur Grundfläche und/oder senkrecht zur Hauptseite des Halbleiterchips ausgerichtet. Damit weist der Optikkörper bereichsweise oder in Gänze konstant schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenflächen auf. Insbesondere ist der Optikkörper als regelmäßiger Pyramidenstumpf gestaltet mit einer quadratischen oder rechteckigen Grundfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikkörper im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip aus den folgenden drei Grundformen geformt: Rechteck, symmetrisches Trapez, Rechteck. Damit kann das Trapez zwischen zwei Rechtecken eingebracht sein. Die Seitenflächen des Optikkörpers verlaufen somit an dem Halbleiterchip senkrecht zur Grundfläche, dann konstant schräg und anschließend wieder senkrecht. Der Optikkörper weist bevorzugt eine einzige Spiegelsymmetrieachse senkrecht zur Grundfläche auf, im Querschnitt gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikkörper im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip bereichsweise oder komplett wie eine Stufenpyramide geformt, bevorzugt wie eine symmetrische Stufenpyramide. Die Stufenpyramide kann regelmäßig geformt sein und in Draufsicht gesehen insbesondere zwei oder vier Symmetrieachsen aufweisen, abhängig davon, ob die Grundfläche quadratisch oder rechteckig ist, was bevorzugt der Fall ist. Die Stufenpyramide weist zum Beispiel zwei oder drei Stufen auf, kann aber auch durch vier oder mehr Stufen gebildet sein. Die einzelnen Stufen der Stufenpyramide sind im Querschnitt gesehen bevorzugt durch Rechtecke gebildet.
Alternativ zu einem symmetrischen Aufbau kann der Optikkörper im Querschnitt gesehen auch asymmetrisch geformt sein. In diesem Fall ist es möglich, dass der Optikkörper in zumindest einem oder in allen Querschnitten gesehen keine Symmetrieachse aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikkörper im Querschnitt gesehen bereichsweise oder komplett konkav gekrümmt. Dabei ist eine Spiegelsymmetrieachse beispielsweise senkrecht zur Grundfläche ausgerichtet. Konkav bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sich der Optikkörper nahe am Halbleiterchip stärker verjüngt als in Bereichen, die weiter vom Halbleiterchip entfernt sind. Aufgrund der konkaven Krümmung kann also eine Rate der Verjüngung in Richtung weg von dem Halbleiterchip kontinuierlich und/oder stetig abnehmen. Beispielsweise wird ein konkav gekrümmter Bereich mit einem rechteckigen Sockel kombiniert, im Querschnitt gesehen.
Alternativ kann der Optikkörper im Querschnitt gesehen bereichsweise oder komplett konvex gekrümmt sein, sodass sich der Optikkörper dann zumindest bereichsweise weiter vom Halbleiterchip weg stärker verjüngt als in Bereichen, die näher am Halbleiterchip liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Grundfläche quadratisch oder rechteckig oder regelmäßig sechseckig gestaltet. Dagegen weist die Abstrahlfläche eine andere geometrische Grundform auf, in Draufsicht gesehen. Insbesondere ist die Abstrahlfläche dann rund oder kreisförmig oder ellipsenförmig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform geht die Grundfläche in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip mit einer stetig differenzierbaren Seitenfläche in die Abstrahlfläche über. Das heißt etwa, dass im Querschnitt senkrecht zur Grundfläche gesehen jede Seitenlinie der Seitenfläche knickfrei verlaufen kann.
Alternativ kann die Seitenfläche auch einen Knick und/oder eine Stufe aufweisen oder auch mehrere Knicke und/oder mehrere Stufen. In diesem Fall ist die Seitenfläche nicht stetig differenzierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Grundfläche und der Abstrahlfläche bei mindestens 1 oder 1,5 oder 2. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 8 oder 5 oder 3,5. Mit anderen Worten ist die Grundfläche ungefähr doppelt oder dreifach so groß wie die Abstrahlfläche. Beispielsweise bei einem Quotienten von 1 ist eine bevorzugt flächenerhaltende Umformung der Abstrahlfläche möglich, zum Beispiel von einem Rechteck auf ein gleich großes Quadrat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Grundfläche eine Größe von mindestens 1 mm² oder 4 mm² oder 6 mm² und/oder von höchstens 30 mm² oder 50 mm² oder 15 mm² auf. Alternativ oder zusätzlich gilt, dass die Höhe des Optikkörpers bei mindestens 0,2 mm oder 1 mm oder 1,5 mm und/oder bei höchstens 7 mm oder 5 mm oder 3 mm liegt. Entsprechend ergeben sich die oben genannten Werte für den Quotienten aus der Grundfläche und der Höhe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor teilweise oder vollständig durch einen Verguss gebildet. Bevorzugt ist der Verguss diffus reflektierend für sichtbares Licht und die Primärstrahlung. Der Verguss kann einem Betrachter weiß erscheinen. Beispielsweise ist der Verguss aus einem transparenten und strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial wie einem Silikon oder einem Epoxid, das mit Metalloxidpartikeln, etwa aus Titandioxid, gefüllt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verguss an einer dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandten Reflektoroberseite plan geformt. Alternativ oder zusätzlich kann die Reflektoroberseite parallel zur Hauptseite des mindestens einen Halbleiterchips verlaufen. Dadurch ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil im Querschnitt quaderförmig erscheint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verguss, der den Reflektor bildet, an der dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandten Reflektoroberseite eine minimale Dicke von 0,1 mm oder 0,2 mm oder, bevorzugt, 0,3 mm auf, insbesondere direkt an dem Optikkörper. Dadurch ist sicherstellbar, dass der Reflektor auch an der Reflektoroberseite nahe dem Optikkörper undurchlässig für die Primärstrahlung und/oder für sichtbares Licht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Reflektoroberseite bündig mit der Abstrahlfläche ab. Das heißt, die Reflektoroberseite und die Abstrahlfläche können in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder glatt ineinander übergehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor stellenweise oder vollständig durch eine spekular reflektierende Beschichtung an dem Optikkörper gebildet. Die Beschichtung kann unmittelbar auf die Seitenflächen des Reflektors aufgebracht sein. Beispielsweise bedeckt die reflektierende Beschichtung mindestens 30 % oder 50 % oder 70 % oder 95 % der Seitenflächen des Optikkörpers und/oder höchstens 90 % oder 60 %.
Insbesondere ist es möglich, dass der Reflektor aus der reflektierenden Beschichtung und dem reflektierenden Verguss zusammengesetzt ist und damit spekular sowie diffus reflektierende Teilgebiete aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der reflektierenden Beschichtung um eine Metallbeschichtung, alternativ um eine dielektrische Beschichtung etwa in Form eines Bragg-Spiegels. Eine Dicke der Beschichtung liegt bevorzugt bei höchstens 10 µm oder 2 µm oder 0,5 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke bei höchstens 1 % der Höhe des Optikkörpers. Die Beschichtung ist damit dünn gegenüber dem Optikkörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abstrahlfläche mit einer Strukturierung versehen, bevorzugt mit einer geometrischen Strukturierung wie einer Aufrauhung. Die Strukturierung ist bevorzugt regelmäßig gestaltet und beispielsweise durch kuppelförmige Erhebungen gebildet. Alternativ oder zusätzlich zu einer Strukturierung kann eine Beschichtung wie eine Farbfilterschicht und/oder eine Antireflexschicht vorhanden sein. Über die Strukturierung und/oder die Beschichtung an der Abstrahlfläche lässt sich eine Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz und/oder eine Anpassung insbesondere von spektralen Abstrahleigenschaften realisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem Reflektor und dem Optikkörper stellenweise einer oder mehrere Hohlräume gebildet. Es ist möglich, dass der mindestens eine Hohlraum zur Totalreflexion der Primärstrahlung und/oder der Sekundärstrahlung gestaltet ist. Bevorzugt befindet sich der Hohlraum direkt an den Seitenflächen des Optikkörpers. Die Seitenflächen sind bevorzugt zu höchstens 50 % oder 30 % oder 10 % und/oder zu mindestens 2 % oder 5 % oder 25 % von dem Hohlraum oder den Hohlräumen bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine Halbleiterchip auf einer Wärmesenke montiert. Bei der Wärmesenke kann es sich um einen Metallkörper etwa aus Kupfer handeln. Ebenso kann die Wärmesenke als Keramikträger oder als Leiterplatte, insbesondere als Metallkernplatine, englisch Metal Core Board oder kurz MCB, realisiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt der Reflektor und/oder der Optikkörper in seitlicher Richtung, insbesondere in Richtung parallel zur Grundfläche, bündig mit der Wärmesenke ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere der Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind bevorzugt in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Bevorzugt sind mindestens vier oder sechs und/oder höchstens 32 oder 16 der Halbleiterchips vorhanden, die bevorzugt in einem quadratischen Raster angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips zusammenhängend und ununterbrochen von der Grundfläche überdeckt. Dabei ist der Optikkörper bevorzugt frei von einer Strahlführungseinrichtung für einzelne oder Gruppen der Halbleiterchips. Das heißt, nach Eintritt in den Optikkörper verschwimmt ein Unterschied zwischen der Primärstrahlung, die von den unterschiedlichen Halbleiterchips kommt. Mit anderen Worten liegt ein einziger, gemeinsamer und intern unstrukturierter Optikkörper für alle Halbleiterchips zusammen vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zwischen benachbarten Halbleiterchips Zwischenräume gebildet. Die Zwischenräume weisen beispielsweise eine Breite von mindestens 1 µm und/oder höchstens 150 µm oder 50 µm oder 10 µm auf. Die Zwischenräume können teilweise oder vollständig mit einem Vergusskörper ausgefüllt sein. Der Vergusskörper ist bevorzugt reflektierend zumindest für die Primärstrahlung, bevorzugt auch für die Sekundärstrahlung und/oder für sichtbares Licht, gestaltet.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil 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 einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1A eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
1B eine schematische perspektivische Darstellung des Halbleiterbauteils der 1A,
2A eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
2B eine schematische perspektivische Darstellung des Halbleiterbauteils der 2A,
3 bis 7 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
8 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
9 eine schematische Schnittdarstellung eines Optikkörpers für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
10 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Auf einer Wärmesenke 7, beispielsweise aus Kupfer, sind sechs Halbleiterchips 2 in einer 2 x 3-Anordnung angebracht. - Lichtabstrahlende Hauptseiten 20 der Halbleiterchips 2 sind der Wärmesenke 7 abgewandt. Die Wärmesenke umfasst bevorzugt Leiterbahnen und Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips 2. Dementsprechend können elektrische Isolationsschichten vorhanden sein, nicht gezeichnet.
Jedem der Halbleiterchips 2 ist ein Leuchtstoffkörper 3 zugeordnet. Die Leuchtstoffkörper 3 sind beispielsweise Keramikplättchen, die aus einem gesinterten Leuchtstoff bestehen oder bei denen ein Leuchtstoff in eine Keramikmatrix eingebettet ist. Durch die Leuchtstoffkörper 3 wird beispielsweise aus blauem Licht von den Halbleiterchips 2 grünes Licht erzeugt, sodass eine Vollkonversion betrieben wird, oder es wird ein Teil des blauen Lichts der Halbleiterchips 2 in gelbes Licht umgewandelt, sodass insgesamt weißes Mischlicht entsteht.
Den Halbleiterchips 2 sowie den Leuchtstoffkörpern 3 gemeinsam nachgeordnet ist ein Optikkörper 4, beispielsweise aus Glas oder aus einem Silikon. Damit ist der Optikkörper 4 aus einem transparenten, klarsichtigen Material für sichtbares Licht.
Zwischen den Halbleiterchips 2 und den Leuchtstoffkörpern 3 und/oder zwischen den Leuchtstoffkörpern 3 und dem Optikkörper 4 kann sich ein Verbindungsmittel 47 befinden, beispielsweise eine dünne Schicht eines Verbindungsmittels wie ein Silikonkleber. Durch das Verbindungsmittel 47 werden bevorzugt Brechungsindexsprünge zwischen den Halbleiterchips 2, den Leuchtstoffkörpern 3 und dem Optikkörper 4 reduziert oder aufgehoben.
Der Optikkörper 4 verjüngt sich in Richtung weg von den Halbleiterchips 2. Dazu ist der Optikkörper 4 aus drei Bereichen zusammengesetzt. Direkt an den Leuchtstoffkörpern 3 sowie an dem zugehörigen Verbindungsmittel 47 befindet sich ein im Querschnitt gesehen rechteckiger Bereich, den ein trapezförmiger Bereich nachfolgt. Direkt an einer den Halbleiterchips 2 abgewandten Austrittsfläche B des Optikkörpers 4 befindet sich wiederum ein rechteckiger Bereich. Eine Dicke der beiden rechteckigen Bereiche an der Austrittsfläche B oder an einer den Leuchtstoffkörpern 3 zugewandten Grundfläche A des Optikkörpers 4 liegt bevorzugt je bei mindestens 0,1 mm und/oder bei höchstens 0,5 mm. Eine Höhe H des Optikkörpers 4 insgesamt liegt bevorzugt bei mindestens 1 mm und/oder bei höchstens 3 mm.
Alternativ, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, ist der Optikkörper 4 nicht durch einen festen Körper gebildet, sondern alleine oder überwiegend durch die Kavität im Reflektor 5 selbst. Das heißt dann, der Optikkörper 4 kann auch aus Luft sein.
Die Halbleiterchips 2 weisen beispielsweise eine Grundfläche von jeweils 2 mm² auf, sodass eine Größe der Grundfläche A insgesamt bei ungefähr 12 mm² liegt.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil 1 einen Reflektor 5 mit einer der Wärmesenke 7 gegenüberliegenden Reflektoroberseite 51. Die Reflektoroberseite 51 geht planar in die Austrittsfläche B über. Aufgrund des Reflektors 5 erscheint das Halbleiterbauteil 1 im Querschnitt gesehen rechteckig und ist insgesamt quaderförmig.
Durch den transparenten Optikkörper 4 befindet sich innerhalb des Reflektors 5 eine Kavität. Der Reflektor 5 ist bevorzugt durch einen Verguss gebildet, beispielsweise durch ein mit Titandioxid-Partikeln gefülltes Silikon, sodass der Reflektor diffus reflektiert und weiß erscheint. Aufgrund des rechteckigen Querschnitts des Optikkörpers 4 an der Austrittsfläche B ist der Reflektor 5 auch an der gesamten Reflektoroberseite 41 lichtdicht, sodass aus dem Halbleiterbauteil 1 einzig an der Austrittsfläche B das erzeugte Licht austritt.
Beim Ausführungsbeispiel der 2 verlaufen Seitenflächen 42 des Optikkörpers 4 konkav gekrümmt hin zur Austrittsfläche B. Dabei liegt an der Grundfläche A optional ein quaderförmiger, im Querschnitt gesehen rechteckiger Bereich des Optikkörpers 4 vor, wiederum mit einer Dicke von bevorzugt mindestens 0,1 mm und/oder höchstens 0,5 mm. Der Optikkörper 4 befindet sich direkt an den Halbleiterchips 2, ohne dass Leuchtstoffkörper vorhanden sind. Optional kann sich zwischen den Halbleiterchips 2 und dem Optikkörper 4 eine dünne Schicht eines Verbindungsmittels befinden, in 2 nicht illustriert.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist illustriert, dass der Optikkörper 4 durch eine Stufenpyramide gebildet ist. Damit verlaufen die Seitenflächen 42 entweder senkrecht oder parallel zur Grundfläche A sowie zu den Hauptseiten 20 der Halbleiterchips 2, welche bevorzugt LED-Chips sind.
Es ist möglich, dass sich insbesondere an Stufenübergängen in Kehlen jeweils Hohlräume 6 ausbilden. Diese Hohlräume 6 können zu einer verstärkten Reflexion der Strahlung über Totalreflexion führen. Alternativ sind die Seitenflächen 42 des Optikkörpers 4 vollständig und ganzflächig unmittelbar von dem als Verguss gestalteten Reflektor 5 bedeckt.
Die Stufenpyramide, durch die der Optikkörper 4 realisiert ist, weist gemäß 3 lediglich zwei Stufen auf. In 4 ist illustriert, dass auch mehr Stufen vorhanden sein können, vorliegend vier Stufen. Weiterhin ist in 4 gezeigt, dass der Reflektor 5 durch eine Beschichtung gebildet ist, die die Seitenflächen 42 vollständig bedecken kann. Die Grundfläche A sowie die Austrittsfläche B sind frei von dieser Beschichtung. Die Beschichtung ist beispielsweise eine spekular reflektierende metallische Schicht oder auch ein dielektrischer Schichtenstapel, beispielsweise ein Bragg-Spiegel.
Optional ist ein Vergusskörper 8 vorhanden, in dem der Optikkörper 4, der Reflektor 5 und optional die Wärmesenke 7 eingebettet sein können. Der Vergusskörper 8 kann reflektierend und insbesondere weiß gestaltet sein oder auch transparent oder absorbierend, etwa schwarz, je nach den jeweiligen Anforderungen an das Halbleiterbauteil 1.
Eine solche Beschichtung für den Reflektor 5, wie in 4 gezeigt, kann auch in den Ausführungsbeispielen insbesondere der 1 bis 3 vorhanden sein, zusätzlich zu dem Verguss. Hierdurch ist es möglich, dass die reflektierende Wirkung nicht durch den Verguss, sondern durch die Beschichtung entsteht. Dadurch wird weniger Lichtleistung und damit auch weniger Wärme in den Verguss der 1 bis 3 eingebracht.
In 5 ist gezeigt, dass die Seitenflächen 42 teilweise durch den Reflektor 5a in Form einer spekular reflektierenden Beschichtung und teilweise durch den Reflektor 5b in Form eines diffus reflektierenden Vergusses gebildet sind. Die Seitenflächen 42 weisen optional einen Knick 43 auf. Unterhalb des Knicks 43, näher an den Halbleiterchips 2, sind die Seitenflächen 42 durchgehend konkav gekrümmt, oberhalb des Knicks 43 sind die Seitenflächen 42 senkrecht zur Grundfläche A orientiert und verlaufen gerade. Eine entsprechende Kombination aus einer Beschichtung und einem Verguss an den Seitenflächen 42 ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Optional kann der Optikkörper 4 die Halbleiterchips 2 in seitlicher Richtung signifikant überragen, anders als in den Ausführungsbeispielen der 1 und 4. Ferner ist in 5 die Möglichkeit illustriert, dass in den Optikkörper 4 ein Streumittel 49 eingebracht ist. Das Streumittel 49 ist zum Beispiel durch lichtstreuende Partikel gebildet. Es ist möglich, dass das Streumittel 49 sedimentiert im Optikkörper 4 nahe der Halbleiterchips 2 konzentriert ist. Alternativ zur Darstellung der 5 kann das Streumittel 49 auch homogen im Optikkörper 4 verteilt vorliegen. Entsprechende Konfigurationen können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen in analoger Weise angewandt werden.
In 6 ist gezeigt, dass die Seitenflächen 42 im Querschnitt gesehen jeweils durch zwei gerade verlaufende Abschnitte gebildet sind, durch den Knick 43 separiert. Der Abschnitt näher an den Halbleiterchips 2 ist pyramidenstumpfförmig gestaltet, der Abschnitt weiter von den Halbleiterchips 2 weg als Quader.
Zwischen den Halbleiterchips 2 befinden sich optional Lücken. Diese Lücken sind bevorzugt durch den Vergusskörper 8 teilweise oder abweichend von der Darstellung in 6 auch vollständig gefüllt. Der Vergusskörper 8 ist bevorzugt ein weißes, diffus reflektierendes Material wie ein mit Titandioxid-Partikeln gefülltes Silikon. An einer der Wärmesenke 7 abgewandten Seite des Vergusskörpers 8 kann ein Hohlraum 6 gebildet sein oder auch überschüssiges Verbindungsmittel 47 hin zu dem Optikkörper 4 kann sich in diesem Bereich sammeln. In Draufsicht gesehen ist der Vergusskörper 8 bevorzugt als Quadratlinienmuster oder Rechtecklinienmuster gestaltet. Aufgrund des Vergusskörpers 8 ist eine Reflektivität in den Lücken zwischen den Halbleiterchips 2 nicht durch eine Reflektivität der Wärmesenke 7 beschränkt.
Es ist möglich, dass eine Unterseite des Halbleiterbauteils 1 durch den Reflektor 5 zusammen mit der Wärmesenke 7 gebildet ist.
In 7 ist illustriert, dass die Austrittsfläche B mit einer Strukturierung 45 versehen ist. Die Strukturierung 45 ist bevorzugt durch regelmäßig angeordnete Kuppeln gebildet. Über die Strukturierung 45 ist eine Lichtauskoppeleffizienz steigerbar. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Strukturierung 45 kann auch eine optisch wirksame Beschichtung wie eine Antireflexbeschichtung vorhanden sein. Entsprechendes gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
Der Optikkörper 4 ist durch zwei Pyramidenstümpfe und durch einen Quader gebildet. Der Pyramidenstumpf, der sich näher an dem beispielsweise nur einen Halbleiterchip 2 befindet, weist steiler verlaufende Seitenflächen 42 auf als der mittig angeordnete Pyramidenstumpf.
Der Reflektor 5 ist als Verguss gestaltet, jedoch formt der Verguss eine Kontur des Optikkörpers 4 nach. Damit ist das Halbleiterbauteil 1 im Querschnitt gesehen nicht notwendigerweise rechteckig geformt.
In 8A ist dargestellt, dass die Grundfläche A und die Anordnung der Halbleiterchips 2 rechteckig gestaltet ist. Demgegenüber ist die Austrittsfläche B rund, bevorzugt als Ellipse, geformt. Ein Übergang von der größeren, eckigen Grundfläche A hin zur runden, kleineren Austrittsfläche B verläuft bevorzugt kontinuierlich und ohne Sprünge oder Kanten.
In 8B ist illustriert, dass die Grundfläche A quadratisch ist und die zugehörige Austrittsfläche B als Kreis geformt ist.
Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellten Formen für den Optikkörper 4 können jeweils mit einem Reflektor 5 in Form einer Beschichtung und/oder eines Vergusses kombiniert werden. Ebenso sind die verschiedenen Konfigurationen für das Verbindungsmittel 47 und die Wärmesenke 7 sowie für den optionalen Vergusskörper 8 und auch das Streumittel 49 miteinander kombinierbar.
Der Optikkörper 4 der 9 weist an der Austrittsfläche B im Querschnitt gesehen eine konkave Gestalt auf. Dieser Bereich mit der konkaven Gestalt ist auf einem quaderförmigen Sockel direkt an der Grundfläche A abgebracht. Der Quader und der konkave Bereich gehen mit einem Knick 43 ineinander über. Ein solcher Sockel kann auch in den anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere in den 5 bis 8, vorhanden sein.
Im Ausführungsbeispiel der 10 ist dargestellt, dass sich der Reflektor 5 in einem Rahmen 9 befindet. Der Rahmen 9 ist beispielsweise aus einer Paste, auch als Glob Top bezeichnet, oder aus einem Kunststoff wie ein Spritzgussteil oder auch aus einem Halbleiterrahmen wie Silizium oder aus einem Metallrahmen gebildet. Der Reflektor 5 kann zur Austrittsfläche B hin bündig mit dem Rahmen 9 abschließen.
Es ist möglich, dass die Wärmesenke 7, welche bevorzugt eine Leiterplatte ist oder eine solche umfasst, den Rahmen 9 ringsum überragt. Durch den Rahmen 9 ist es möglich, dass der Optikkörper 4 zuerst in dem Rahmen 9 platziert wird und dass dann der Reflektor durch ein Ausgießen des verbleibenden Volumens in dem Rahmen gebildet wird. Ein solcher Rahmen 9, der auch in Draufsicht rund anstatt rechteckig geformt sein kann, kann in allen anderen Ausführungsbeispielen ebenso vorhanden sein.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
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.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: Halbleiterchip
20: Hauptseite
3: Leuchtstoffkörper
4: Optikkörper
42: Seitenfläche des Optikkörpers
43: Knick in der Seitenfläche des Optikkörpers
45: Strukturierung
47: Verbindungsmittel
49: Streumittel
5: Reflektor
51: Reflektoroberseite
6: Hohlraum
7: Wärmesenke
8: Vergusskörper
9: Rahmen
A: Grundfläche des Optikkörpers
B: Austrittsfläche des Optikkörpers
H: Höhe des Optikkörpers

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - mindestens einem Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer Primärstrahlung, - einem nichtabbildenden Optikkörper (4), der dem mindestens einen Halbleiterchip (2) optisch nachgeordnet ist, und - einem Reflektor (5), der den Optikkörper (4) seitlich ringsum formschlüssig umgibt und der zur Reflexion zumindest der Primärstrahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet ist, wobei - der Optikkörper (4) eine dem mindestens einen Halbleiterchip (2) zugewandte Grundfläche (A) und eine dem mindestens einen Halbleiterchip (2) abgewandte Austrittsfläche (B) aufweist, - sich der Optikkörper (4) in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (2) verjüngt, und - ein Quotient aus der Grundfläche (A) und einer Höhe (H) des Optikkörpers (4) zwischen einschließlich 1 mm und 30 mm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich zwischen dem mindestens einen Halbleiterchip (2) und dem Optikkörper (4) zumindest ein Leuchtstoffkörper (3) befindet, der zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung eingerichtet ist, wobei die Grundfläche (A) den Leuchtstoffkörper (3) vollständig bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Abstand zwischen dem Leuchtstoffkörper (3) und dem mindestens einen Halbeiterchip (2) sowie ein Abstand zwischen dem Leuchtstoffkörper (3) und dem Optikkörper (4) je bei höchstens 50 µm liegen und/oder diese Abstände höchstens 1 % der Höhe (H) des Optikkörpers (4) betragen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Abstand zwischen dem mindestens einen Halbeiterchip (2) und dem Optikkörper (4) bei höchstens 50 µm liegt und der Optikkörper (4) dem mindestens einen Halbeiterchip (2) optisch unmittelbar nachfolgt, wobei dieser Abstand höchstens 1 % der Höhe (H) des Optikkörpers (4) beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Optikkörper (4) im Querschnitt gesehen entlang einer Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (2) bereichsweise oder in Gänze wie ein symmetrisches Trapez geformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Optikkörpers (4) im Querschnitt gesehen in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (2) aus den folgenden drei Grundformen geformt ist: Rechteck, symmetrisches Trapez, Rechteck.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Optikkörper (4) im Querschnitt gesehen entlang einer Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (2) bereichsweise oder in Gänze wie eine symmetrische Stufenpyramide geformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Optikkörper (4) im Querschnitt gesehen symmetrisch konkav gekrümmt geformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grundfläche (A) quadratisch oder rechteckig ist, wohingegen die Abstrahlfläche (B) in Draufsicht gesehen kreisförmig oder ellipsenförmig ist, wobei die Grundfläche (A) in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip (2) mit einer stetig differenzierbaren Seitenfläche (42) in die Abstrahlfläche (B) übergeht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Quotient aus der Grundfläche (A) und der Abstrahlfläche (B) zwischen einschließlich 1,5 und 5 liegt, wobei die Grundfläche (A) zwischen einschließlich 1 mm² und 30 mm² groß ist und wobei die Höhe (H) zwischen einschließlich 0,2 mm und 5 mm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Reflektor (5) durch einen Verguss gebildet ist, der diffus reflektiert und der einem Betrachter weiß erscheint, wobei der Verguss an einer dem mindestens einen Halbleiterchip (2) abgewandten Reflektoroberseite (51) plan geformt ist und parallel zu einer Hauptseite (20) des mindestens einen Halbleiterchips (2) verläuft.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Verguss an der dem mindestens einen Halbleiterchip (2) abgewandten Reflektoroberseite (51) eine minimale Dicke von 0,2 mm aufweist, wobei die Reflektoroberseite (51) bündig mit der Abstrahlfläche (B) abschließt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Reflektor (5) stellenweise oder in Gänze durch eine spekular reflektierende Beschichtung an dem Optikkörper (4) gebildet ist, wobei die Beschichtung eine Metallbeschichtung mit einer Dicke von höchstens 10 µm ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abstrahlfläche (B) mit einer regelmäßigen geometrischen Strukturierung (45) zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz versehen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Reflektor (5) und dem Optikkörper (4) stellenweise zumindest ein Hohlraum (6) gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Halbleiterchip (2) auf einer Wärmesenke (7) montiert ist und der Reflektor (5) bündig mit der Wärmesenke (7) abschließt, wobei das Halbleiterbauteil (1) im Querschnitt gesehen quaderförmig ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere der Halbleiterchips (2) in einem regelmäßigen Muster an der zusammenhängenden, ununterbrochenen Grundfläche (A) angebracht sind, wobei der Optikkörper (4) frei von einer Strahlführungseinrichtung für einzelne oder Gruppen der Halbleiterchips (2) ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem Zwischenräume zwischen benachbarten Halbleiterchips (2) teilweise oder vollständig mit einem Vergusskörper (8), der reflektierend zumindest für die Primärstrahlung ist, aufgefüllt sind.