DE102018200023A1

DE102018200023A1 - Konversionsvorrichtung mit geschichteter leiterstruktur

Info

Publication number: DE102018200023A1
Application number: DE102018200023.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Vogt; Richard Scheicher; Sergey Kudaev; Robert Gareis; Moritz Engl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2019-07-04
Also published as: US20190203911A1; US10557615B2

Abstract

Konversionsvorrichtungen zum Konvertieren elektromagnetischer Strahlung sollen besser überwacht werden können. Dazu wird eine Konversionsvorrichtung (1) mit einem Trägerkörper (6), einem Konversionskörper (7), der auf dem Trägerkörper (6) befestigt ist, zum Konvertieren elektromagnetischer Strahlung und einer Leitungsspur, die auf dem Konversionskörper (7) aufgebracht ist, bereitgestellt. Ein Kontaktelement (10), das auf dem Trägerkörper (6) aufgebracht ist besitzt einen ersten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Kontaktschicht und einer zweiten Kontaktschicht mit untereinander verschiedenen Materialien. Die Leitungsspur besitzt einen zweiten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Leitungsschicht und einer zweiten Leitungsschicht mit untereinander verschiedenen Materialien. Das Kontaktelement ist mit dem Leitungsabschnitt elektrisch verbunden und die erste Leitungsschicht und/oder zweite Leitungsschicht ist elektrisch leitend und die Dicke dieser leitenden Schicht/Schichten ist so gewählt, dass ein elektrischer Widerstand der Leitungsspur in einem vorbestimmten Bereich liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konversionsvorrichtung mit einem Trägerkörper, einem Konversionskörper, der auf dem Trägerkörper befestigt ist, und einer Leitungsspur, die auf dem Konversionskörper aufgebracht ist, zur Überwachung des Konversionskörpers. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Messeinrichtung mit einer solchen Konversionsvorrichtung sowie eine Beleuchtungsanordnung, deren Lichtquelle die Konversionsvorrichtung beleuchtet.
Es ist bekannt, Primärlicht einer vorgegebenen Primärlicht-Wellenlänge (z.B. blaues Licht) auf einen Wellenlängen umwandelnden Keramikkörper zu strahlen, wo das Primärlicht zumindest teilweise in Licht größerer Wellenlänge (z.B. in gelbes Licht) umgewandelt und wieder abgestrahlt wird. Der Keramikkörper kann aus seltenerd-dotierter Keramik mit Granatstruktur bestehen (wie beispielsweise in DE 10 2007 010 719 A1 offenbart) und ist typischerweise plättchenförmig. Er wird meist mittig mit dem Primärlicht bestrahlt. Ist das Primärlicht Laserlicht und ist der Keramikkörper von dem das Primärlicht erzeugenden Laser beabstandet, wird auch von einer LARP („Laser Activated Remote Phosphor“)-Anordnung gesprochen, bei miniaturisierter Ausgestaltung von einer µLARP-Anordnung. Dabei ist unter dem Wort „Phosphor“ nicht das gleichnamige Element zu verstehen, sondern allgemein der Leuchtstoff des Keramikkörpers beziehungsweise Konversionselements.
Bei der Bestrahlung des Keramikkörpers kommt es an der Bestrahlungsfläche zu einer deutlichen lokalen Temperaturerhöhung, die zu einer Erzeugung thermisch induzierter Spannungen in dem Keramikkörper und gegebenenfalls zu einer Schädigung des Wellenlängen umwandelnden Keramikkörpers durch Rissbildung führen kann.
Die Gefahr einer Rissbildung kann sich durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Primärlichts über die Zeit erhöhen, da eine damit zusammenhängende thermisch induzierte Wechsellast zu einer vermehrten Spannungsbildung im Keramikkörper führen kann.
Risse in dem Wellenlängen umwandelnden Keramikkörper können bisher durch aufwändige optische Analyse des von dem Keramikkörper ausgehenden Lichts erkannt werden. Siehe beispielsweise DE 102012215702 A1 .
Aus der gattungsbildenden Druckschrift DE 10 2015 213 460 A1 ist ein Konversionskörper mit einem Grundkörper aus Wellenlängen umwandelndem Leuchtstoff, der eine zur Bestrahlung mit Primärlicht vorgesehene Bestrahlungsfläche aufweist, und mindestens einer auf dem Grundkörper außerhalb der Bestrahlungsfläche angebrachten elektrisch leitfähigen Leitungsspur bekannt. Eine Konversionseinrichtung weist mindestens einen Konversionskörper und eine mit der mindestens einen Leitungsspur verbundene Auswerteeinrichtung auf, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Riss in dem Grundkörper anhand einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft mindestens einer Leitungsspur festzustellen. Die Leitungsspur besteht aus Al oder einem Wolfram-Draht.
Ein kritischer Aspekt bei Konversionsvorrichtungen ist die Ausgestaltung der Leitungsspur hinsichtlich ihrer Auswertung. Darüber hinaus ist auch die Kontaktierung der Leitungsspur innerhalb der Konversionsvorrichtung und nach außen hin eine technologische Herausforderung. Beispielsweise bestehen beim Metallisieren Probleme, denn die typischen Kontaktelemente auf dem Trägerkörper liegen beispielsweise 70 bis 100µm unterhalb der Leitungsspur, die sich auf dem Konversionskörper befindet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Konversionsvorrichtung vorzuschlagen, deren Leitungsspur zur Überwachung des Konversionskörpers eine zuverlässigere Überwachung des Konversionskörpers und eine zuverlässigere Herstellung der Konversionsvorrichtung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Konversionsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird eine Messeinrichtung mit einer solchen Konversionsvorrichtung gemäß Anspruch 23 sowie eine Beleuchtungsanordnung mit einer solchen Konversionsvorrichtung gemäß Anspruch 24 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird bereitgestellt eine Konversionsvorrichtung mit

- einem Trägerkörper,
- einem Konversionskörper, der auf dem Trägerkörper befestigt ist, zum Konvertieren elektromagnetischer Strahlung,
- einer Leitungsspur, die auf dem Konversionskörper aufgebracht ist, zur Überwachung des Konversionskörpers,

- einem Kontaktelement, das auf dem Trägerkörper aufgebracht ist, wobei
- das Kontaktelement einen ersten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Kontaktschicht und einer zweiten Kontaktschicht mit untereinander verschiedenen Materialien besitzt,
- die Leitungsspur einen zweiten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Leitungsschicht und einer zweiten Leitungsschicht mit untereinander verschiedenen Materialien besitzt,
- das Kontaktelement mit der Leitungsspur elektrisch verbunden ist und
- die erste Leitungsschicht und/oder zweite Leitungsschicht elektrisch leitend ist/sind und die Dicke dieser leitenden Schicht/Schichten so gewählt (bei vorgegebener Breite der einzelnen Schicht/Schichten) ist, dass ein elektrischer Widerstand der Leitungsspur in einem vorbestimmten Bereich liegt.

Die Konversionsvorrichtung besitzt somit einen Trägerkörper als Grundlage für elektrische und optisch aktive Bauelemente. Der Trägerkörper selbst kann transparent oder intransparent sein. Die Transparenz bezieht sich zumindest auf einen Bereich des sichtbaren Lichts, insbesondere einen Spektralbereich des Primärlichts. Mit einem transparenten Trägerkörper lässt sich eine insgesamt transparente Konversionsvorrichtung realisieren. Demgegenüber kann ein opaker Trägerkörper, beispielsweise ein hochreflektiver metallischer Trägerkörper für eine reflexive Konversionsvorrichtung genutzt werden.
Ein Konversionskörper ist auf dem Trägerkörper befestigt. Dieser Konversionskörper dient dazu, einfallendes Licht zu konvertieren. Dies bedeutet, dass er die Wellenlänge des einfallenden Lichts zumindest teilweise in längerwelliges Licht umwandelt. Bei der Bestrahlung und Konversion steigt die Temperatur des Konversionskörpers typischerweise an. Dies kann zu der eingangs erwähnten Rissbildung aufgrund von thermischen Spannungen führen. Derartige Risse können dazu führen, dass hochenergetisches Primärlicht ungehindert durch den Konversionskörper dringen oder zumindest das Konversionsverhältnis zwischen Primärstrahlung und Sekundärstrahlung(Ausgangsstrahlung) sich in unerwünschter Weise ändert. Daraus können sich gefährliche Situationen ergeben, was es zu verhindern gilt.
Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Konversionskörpers ist auf diesem eine Leitungsspur aufgebracht. Diese Leitungsspur ist elektrisch leitend und verläuft typischerweise am Rand des Konversionskörpers. Häufig verläuft die Leitungsspur um eine Bestrahlungsfläche herum, auf der der Konversionskörper mit dem Primärlicht bestrahlt wird. Meist ist der Konversionskörper plättchenförmig (insbesondere rund) ausgebildet und die Bestrahlungsfläche befindet sich auf einer Flachseite dieses plättchenförmigen Konversionskörpers. Dementsprechend verläuft die Leitungsspur in der Regel entlang des ganzen Rands der die Bestrahlungsfläche aufweisenden Flachseite. In einer speziellen Ausgestaltung verläuft die Leitungsspur mäanderförmig mehrfach und jeweils fast vollständig um die Bestrahlungsfläche entlang des Rands des Konversionskörpers. Gegebenenfalls besitzt die Konversionsvorrichtung neben der einen Leitungsspur noch mindestens eine weitere davon getrennte Leitungsspur, die gegebenenfalls getrennt oder gemeinsam ausgewertet werden.
Auf dem Trägerkörper ist ein Kontaktelement, in der Regel mindestens zwei Kontaktelemente, aufgebracht. Das beziehungsweise die Kontaktelemente dienen dazu, die Konversionsvorrichtung nach außen mit einer Auswerteeinrichtung kontaktieren zu können. Ein derartiges Kontaktelement ist in der Regel flächig ausgebildet. Die Konversionsvorrichtung lässt sich so beispielsweise mittels Drahtbonden (Englisch wire bonding) zuverlässig kontaktieren. Des Weiteren ist es notwendig, dass das jeweilige Kontaktelement mit der Leitungsspur beziehungsweise einer oder mehrerer der Leitungsspuren elektrisch verbunden ist. Diese elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement und Leitungsspur ist in gewisser Weise kritisch, da die Leitungsspur in der Regel etwa 70 bis 100µm höher auf dem Konversionskörper liegt als das Kontaktelement auf dem Trägerkörper. Um diese Stufe zu überwinden kann eine sogenannte Kantenmetallisierung verwendet werden. Dabei wird beispielsweise die Flachseite des Konversionskörpers ebenso besputtert wie die Randseite beziehungsweise die Umfangsfläche. Diese Kantenmetallisierung erfordert jedoch eine sehr hohe Präzision im Hinblick auf die Schichtdicken sowohl auf der Flachseite als auch auf der Randseite des Konversionskörpers. Deutlich einfacher kann dieser Höhenunterschied an dem Konversionskörper durch das Drahtbonden überwunden werden.
Das Drahtbonden, bei dem ein Draht beispielsweise durch Reibschweißen an das betreffende Element angebracht wird, stellt besondere Anforderungen an die zu nutzende Kontaktfläche. Insbesondere muss das Material und die Materialstärke beziehungsweise der Materialaufbau für das Drahtbonden beziehungsweise Reibschweißen geeignet sein.
Für die Auswertung der Leitungsspur ist es notwendig, dass deren elektrische Eigenschaften in einem vorgegebenen Rahmen liegen. Insbesondere sollte der elektrische Widerstand der Leitungsspur in einem vorbestimmten Bereich liegen, damit ein gegebenes Messgerät beziehungsweise eine gegebene Auswerteeinrichtung anhand des elektrischen Widerstands der Leitungsspur deren Zustand unmittelbar und zuverlässig erfassen kann. Es hat sich herausgestellt, dass diese verschiedenen Anforderungen an die Leitungsspur beziehungsweise das Kontaktelement nur schwer miteinander zu vereinen sind. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass ein mehrschichtiger Aufbau mit fein aufeinander abgestimmten Schichtdicken und Schichtmaterialien in der Lage ist, die verschiedenen Anforderungen an die Leitungsspur beziehungsweise das Kontaktelement in den Griff zu bekommen. Besondere Schwierigkeiten bei der Findung eines geeigneten Schichtstapels ergeben sich aus folgenden technischen Anforderungen, die häufig gleichzeitig auftreten:

- Haftung auf keramischem Substrat und gleichzeitige Bondbarkeit,
- möglichst hoher elektrischer Widerstand im technischen Widerspruch zu möglichst dicken Schichten für zuverlässiges Drahtbonden (Standardschichtdicken des Substrats bei Goldbonden normalerweise > 1 µm),
- Kirkendall-Effekt und damit verbundene intermetallische Diffusion in Dünnschichtstapeln im Temperaturprofil des Anwendungsfalles gegenüber mechanischer Langzeitstabilität der Bondverbindung und des Schichtstapels,
- Langzeitstabilität des elektrischen Widerstandswertes im Anwendungsfall,
- Beständigkeit gegen chemischen Einflüssen/Korrosion im Anwendungsfall und
- - Beständigkeit der Metallisierung gegen Elektromigrationseffekte bzw. Wisker Bildung So besitzt

Vorliegend besitzt also das Kontaktelement einen ersten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Kontaktschicht und einer zweiten Kontaktschicht mit untereinander verschiedenen Materialien. Das Kontaktelement besitzt also beispielsweise eine Aluminiumschicht und eine Siliziumoxidschicht. Die Al-Schicht kann durch Kantenmetallisierung über die Kante des Konversionskörpers zu der Leitungsspur geführt sein. Die Siliziumoxidschicht sollte auf der Al-Schicht aufgetragen sein, um eine elektrische Isolierung zu gewährleisten. Selbstverständlich kann sich auch unter der Al-Schicht eine dritte Schicht, insbesondere eine weitere Siliziumoxidschicht befinden, um beispielsweise eine verspannungsarme, flexible Verbindung zum Konversionskörper beziehungsweise Trägerkörper zu realisieren.
Bei der ersten Kontaktschicht kann es sich aber auch beispielsweise um eine Au-Schicht handeln, die für das Drahtbonden geeignet ist. Die zweite Schicht unter der Au-Schicht könnte eine Pd-Schicht sein, die ausreichend elastische Eigenschaften besitzt, um das Drahtbonden zu ermöglichen. Als dritte Schicht könnte sich unter der Pd-Schicht eine Ti-Schicht oder Pt-Schicht befinden, welche als Haftvermittler zu dem Konversionskörper oder Trägerkörper dienen kann.
Analog zu dem Kontaktelement besitzt die Leitungsspur einen zweiten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Leitungsschicht und einer zweiten Leitungsschicht mit untereinander verschiedenen Materialien. Dabei gelten für die Leitungsschichten die gleichen Prinzipien wie für die oben erwähnten Kontaktschichten. Darüber hinaus kann es im Hinblick auf die Fertigung günstig sein, wenn die erste Kontaktschicht und die erste Leitungsschicht gleich sind, ebenso wie die zweite Kontaktschicht und die zweite Leitungsschicht untereinander gleich sein können. Dadurch können sowohl der Konversionskörper als auch der Trägerkörper in einem einzigen Prozessschritt (z.B. Beschichtung mittels Sputter- oder Aufdampftechnologien in einem Maskenprozess) die ersten Schichten erhalten und ebenso in einem einzigen Prozessschritt die zweiten Schichten. Andererseits können die einzelnen Schichten der zwei Schichtaufbauten auch in beliebiger Weise unterschiedlich sein. Dadurch kann eine hohe Variationsvielfalt an Schichten und eine entsprechende Optimierung der einzelnen Komponenten erreicht werden.
Die Leitungsspur wird bevorzugt hinsichtlich ihres elektrischen Widerstands ausgewertet. Daher werden die eine oder die mehreren elektrisch leitenden Leitungsschichten geometrisch und/oder hinsichtlich ihres Materials so ausgebildet, dass der elektrische Widerstand der Leitungsspur in einem definierten Bereich liegt, welcher insbesondere durch eine Messeinrichtung vorgegeben sein kann. Wenn dann beispielsweise der Konversionskörper aufgrund thermischer Schwankungen einen Riss bekommt, verläuft dieser Riss typischerweise durch die Leitungsspur, sodass deren Widerstand in der Regel sehr hoch wird. Dieser Defekt kann also ohne weiteres durch eine Messeinrichtung anhand der Widerstandsänderung ermittelt werden. Erblindet die Sensorik beispielsweise durch fehlerhafte Überbrückung, so kann dieser Schaden beispielsweise durch einen zu geringen Widerstand der Leitungsspur nachgewiesen werden. Daher sollte der Widerstand der Leitungsspur im ordentlichen Betrieb zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert liegen.
In einer Ausgestaltung der Konversionsvorrichtung ist vorgesehen, dass sämtliche Schichten der Schichtaufbauten jeweils eine konstante Schichtdicke aufweisen, die maximal 1000nm beträgt und vorzugsweise unter 500nm und insbesondere unter 300nm liegt. Um Drahtbonden auf Kontaktschichten zu ermöglichen, werden üblicherweise Schichtdicken von mindestens 1000nm benötigt. Der Schichtaufbau des Kontaktelements und der Leitungsspur ermöglicht es jedoch, dass eine einzelne Schicht auch ohne weiteres dünner ist. So kann beispielsweise die Schichtdicke jeder Schicht eines Schichtaufbaus zwischen 10nm und 300nm oder zwischen 60nm und 200nm liegen. Unabhängig von der Schichtdicke wird typischerweise bei der Leitungsspur eine Linienbreite von 50µm gewählt. Die Untergrenze für die Linienbreite liegt bei derzeitigen Technologien etwa im einstelligen µm-Bereich. Die Obergrenze der Linienbreite wird durch den Mindestwiderstandswert bestimmt und liegt etwa bei 250 µm. Aufgrund des spezifischen Widerstands ergibt sich bei einem vorgegebenen Material für eine konkrete Schichtdicke ein entsprechender elektrischer Widerstand. Da der Widerstand bei einer üblichen Schichtdicke von 1µm für die gewünschte Auswertung in der Regel zu niedrig wäre, kann in vorteilhafter Weise hier aufgrund des Schichtaufbaus eine leitende Schicht gewählt werden, deren Schichtdicke entsprechend dünner ist, wodurch der gewünschte elektrische Widerstand erreicht werden kann. Insbesondere hatte sich als günstig erwiesen, wenn Schichtdicken unter 300nm gewählt werden und speziell maximal 200nm betragen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der erste Schichtaufbau des Kontaktelements eine dritte Kontaktschicht mit einem von der zweiten Kontaktschicht verschiedenen Material aufweist, sodass sich die Schichtfolge erste, zweite und dritte Kontaktschicht ergibt. Das Kontaktelement weist also einen Schichtstapel auf, bei dem drei verschiedene Kontaktschichten mit jeweils unterschiedlichen Materialien unmittelbar übereinander angeordnet sind. Diese drei verschiedenen Materialien können unterschiedlichste Funktionen gewährleisten. Eine dieser Funktionen wäre die elektrische Leitung, um den gewünschten elektrischen Widerstand herzustellen. Eine weitere Funktion einer der Schichten kann in der elektrischen Isolation bestehen. Weitere Funktionen für einzelne Schichten wären Diffusionsschutz und Haftvermittlung. In Spezialfällen können auch mehr als drei Schichten übereinander gestapelt werden wie etwa eine Au-Schicht, eine Pd-Schicht, eine Ti-Schicht und eine Al-Schicht.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Konversionsvorrichtung weist der zweite Schichtaufbau der Leitungsspur eine dritte Leitungsschicht mit einem von der zweiten Leitungsschicht verschiedenen Material auf, sodass sich die Schichtfolge erste, zweite und dritte Leitungsschicht ergibt. In diesem Fall weist also der Schichtstapel der Leitungsspur mindestens drei Schichten unmittelbar übereinander auf. Gegebenenfalls kann aber auch hier oberhalb oder unterhalb des Schichtstapels beziehungsweise zwischen zwei Einzelschichten dieses Schichtstapels eine weitere Schicht vorgesehen sein. Wiederum kann durch die drei verschiedenen Schichten eine entsprechend umfangreiche Funktionalität des gesamten Schichtaufbaus erzielt werden. Die einzelnen Funktionen entsprechen im Wesentlichen denjenigen des Schichtaufbaus des Kontaktelements.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Kontaktschicht und/oder die erste Leitungsschicht aus Siliziumoxid besteht. In dem vorliegenden Dokument stellt in der Regel die erste Schicht die oberste Schicht eines Schichtstapels auf dem Trägerkörper oder dem Konversionskörper dar. Falls es sich hier also bei der ersten Schicht um Siliziumoxid handelt, bedeutet dies, dass die Leitungsspur beziehungsweise das Kontaktelement in diesem Zustand nach oben hin elektrisch isoliert ist.
Hierbei ist es günstig, wenn die erste Kontaktschicht und/oder die erste Leitungsschicht eine Dicke im Bereich von 10 bis 20nm besitzt. Beispielsweise besitzt eine günstige Isolierschicht aus Siliziumoxid eine Schichtdicke von 15nm. Eine derartige Schichtdicke bietet in der Regel ausreichend elektrischen beziehungsweise mechanischen Schutz.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Kontaktschicht und/oder die zweite Leitungsschicht vorwiegend aus einem der Elemente Ni, Pt, Cu, Ta oder Al besteht. Diese Metalle eignen sich neben Au für die Herstellung einer elektrisch leitenden Schicht. Mit ihr lässt sich nicht nur die gewünschte Kontaktierung herstellen, sondern auch der gewünschte Widerstand entsprechend einstellen. Prinzipiell können natürlich auch andere Metalle beziehungsweise Legierungen dazu verwendet werden, die zweite Kontaktschicht und/oder die zweite Leitungsschicht zu realisieren.
Bei dieser elektrisch leitenden Schicht kann vorgesehen sein, dass sie eine Dicke im Bereich von 100 bis 200nm besitzt. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise bei einer Schichtbreite von 50µm, einer Schichtdicke von 150nm und einer Leiterbahnlänge von mehreren Zentimetern bis mehreren 10 Zentimetern beispielsweise für Al ein vernünftig auswertbarer Widerstandswert erzielen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die dritte Kontaktschicht und/oder die dritte Leitungsschicht aus Siliziumoxid (SiOx). Die dritte Schicht stellt also beispielsweise eine Isolierschicht auf dem Trägerkörper oder auf dem Konversionskörper dar. Diese elektrische Isolationsschicht kann zum Schutz der leitenden Schicht (z.B. zweite Schicht) oder auch nur zur Haftvermittlung dienen oder andere elektrische Isolationszwecke besitzen. Insbesondere lässt sich so beispielsweise ein Schichtstapel Siliziumoxid-Al-Siliziumoxid (SiOx-Al-SiOx) realisieren.
Dabei kann die dritte Kontaktschicht und/oder die dritte Leitungsschicht eine Dicke im Bereich von 5 bis 15 nm besitzen. Insbesondere kann die Dicke beispielsweise 10nm betragen. Eine derart dünne Siliziumoxidschicht gewährleistet bei der vorliegenden Anwendung in der Regel hinreichende Isolation. Bei anderen Isoliermaterialien kann die Dicke der dritten Schicht auch größer oder kleiner sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht die erste Kontaktschicht und/oder die erste Leitungsschicht aus Au. Ein derart aufgebauter Schichtstapel, bei der die oberste Beziehung beziehungsweise ersten Schicht aus Au gebildet ist, eignet sich besonders gut für Drahtbond-Prozesse. Insbesondere kann Audraht zuverlässig auf die Au-Schicht durch Reibschweißen gebondet werden. Grundsätzlich kann die erste Kontaktschicht und/oder die erste Leitungsschicht aber auch aus einem anderen Material bestehen, das aber dann vorzugsweise an das Material des Drahts beim Drahtbonden angepasst ist. Insbesondere muss das Material der Kontaktschicht und/oder der Leitungsschicht nicht aus reinem Au bestehen. Vielmehr kann es sich auch um legiertes oder dotiertes Au handeln, insbesondere wenn auch der Draht beim Bonden aus einem entsprechenden Material besteht. Ferner kann der Draht beim Drahtbonden auch beispielsweise aus Cu oder Al (gegebenenfalls mit Siliziumanteil) bestehen. Entsprechend wäre das Material der ersten Kontaktschicht beziehungsweise der ersten Leitungsschicht zu wählen.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktschicht und/oder die erste Leitungsschicht eine Dicke im Bereich von 50 bis 250nm besitzen. Diese Schichtdicke für die leitende Schicht genügt in der Regel, um bei den üblichen Geometrien eine ausreichende elektrische Leitung zu gewährleisten beziehungsweise den gewünschten Widerstand zu realisieren. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn eine Au-Schicht als die erste Kontaktschicht beziehungsweise die erste Leitungsschicht eine Schichtdicke von 100nm besitzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Kontaktschicht und/oder die zweite Leitungsschicht vorwiegend eines der Elemente Pt, Pd, Ni oder V auf. Eine derartige Schicht hat den Vorteil, dass sie eine zusätzliche spezielle Funktionalität einbringen kann. So eignet sich beispielsweise Pt oder Pd dafür, eine gewisse Elastizität in den Stapel zu bringen, um Beschädigungen beim Drahtbonden zu vermeiden. Hingegen besitzen Legierungen aus Nickel oder Vanadium und insbesondere Nickelvanadium die positive Eigenschaft einer Diffusionssperre. Eine derartige Diffusionssperre kann beispielsweise zwischen Au und Al eingesetzt werden.
Die zweite Kontaktschicht und/oder die zweite Leitungsschicht kann eine Dicke im Bereich von 50 bis 250nm besitzen. Insbesondere eine Schichtdicke von 150nm eignet sich bei Al, um auch eine dünne und dennoch zuverlässige Kantenmetallisierungen durchführen zu können. Die zweite Kontakt- beziehungsweise Leitungsschicht könnte aber auch beispielsweise eine Schicht aus Pd oder Platin mit einer Dicke von 100nm oder 200nm sein. Eine derartige Platin- bzw. Pd-Schicht begünstigt das Drahtbonden beispielsweise für eine darüber liegende Au-Schicht von z.B. 60nm oder 100nm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass eine dritte Kontaktschicht und/oder eine dritte Leitungsschicht aus einem der Elemente Ti oder Al besteht beziehungsweise diese aufweist. Ti und Al eignen sich insbesondere als Haftvermittler zwischen einer Metallschicht wie etwa Pd und dem Trägerkörper, der beispielsweise aus Saphir gebildet ist. Gegebenenfalls wird auch Ti als dritte Kontakt- beziehungsweise Leitungsschicht und als vierte Schicht eine Al-Schicht eingesetzt, die den unmittelbaren Kontakt zu dem Trägerkörper (insbesondere Saphir) herstellt.
Die dritte Kontaktschicht und/oder die dritte Leitungsschicht kann eine Dicke im Bereich von 50 bis 100nm besitzen. Speziell kann es sich beispielsweise um eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 60nm handeln. Diese geringe Dicke reicht aus, um die notwendige Haftvermittlung zu gewährleisten.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Trägerkörper zumindest für die zu konvertierende elektromagnetische Strahlung (Primärlicht) transparent. Hiermit lässt sich eine transmissive Konversionsvorrichtung realisieren. Zumindest teilweise zu konvertierendes Licht kann also unmittelbar in den Trägerkörper eingestrahlt werden und durchstrahlt anschließend den Konversionskörper. Die Metallisierungen am Rand des Konverters beeinträchtigen das Durchstrahlverhalten in der Regel nur geringfügig, da der Großteil des Lichts mittig durch das in der Regel runde Konverterplättchen hindurchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Schichtaufbau eine Diffusionsbarriere zu Au aufweist. Eine derartige Diffusionsbarriere beziehungsweise -schicht kann eine Nickelvanadiumschicht sein. Sie sorgt dafür, dass beispielsweise keine Auatome einer ersten Schicht in eine Al-Schicht als dritte Schicht eindringen. In diesem Fall wäre die zweite Kontaktbeziehungsweise Leitungsschicht eine Diffusionsbarriere.
Die Diffusionsbarriere kann die Elemente Cr, Al, Pd, Pt, Ni, Cu, Mo, Nb oder W aufweisen und eine Dicke im Bereich von 100 bis 500nm besitzen. So kann speziell eine Diffusionsbarriere aus NiV mit einer Schichtstärke von 300nm eingesetzt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Leitungsspur einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist. Ein derartiger temperaturabhängiger Widerstand kann beispielsweise ein PTC-Halbleiter oder ein NTC-Halbleiter mit positivem oder mit negativem Temperaturkoeffizienten sein. Innerhalb einer Konversionskeramik gibt es positive nichtlineare Rückkopplungseffekte zwischen der Laserstrahlungsleistung und der erzeugten Temperatur in der Keramik. Diese können zu einem sogenannten „Weglaufen“ der Temperatur bei linearem Anstieg der Pumpleistung führen (thermisches Quenchen). Durch ein nichtlineares Ansprechverhalten des Widerstandswertes der Metallisierung wird die Empfindlichkeit des Sensorsystems bzgl. thermischer Effekte massiv erhöht, indem das Weglaufen der Temperatur in einem überproportionalen Anstieg oder Abfall des Widerstandswertes mündet. Dies erlaubt das Erkennen von Fehlzuständen bevor unter Umständen ein kritisches, thermisch induziertes Spannungsniveau mit Rissfolge in der Keramik entsteht. Im Falle eines PTC-Halbleiters kann sich beispielsweise um einen Kaltleiter auf Basis von dotiertem Silizium handeln. Ebenso kann Bariumtiat eingesetzt werden, was insbesondere sputterfähig ist. Ebenso eignet sich als PTC-Halbleiter z.B. Ba(1-x)Sr(x)TiO3.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Konversionsvorrichtung kann eine Schicht des Kontaktelements und/oder der Leitungsspur zumindest für die zu konvertierende elektromagnetische Strahlung, insbesondere für einen Bereich des sichtbaren Lichts (Primärlicht), transparent sein. Derart transparente Schichten können beispielsweise aus Indium-ZinnOxid (kurz in ITO) hergestellt werden. Auf das halbleitende Indiumzinnoxid kann beispielsweise eine Schicht aus Pd, Pt oder Au aufgetragen werden, zumindest abschnittsweise.
Alternativ zu dem ITO kann auch das farblose Zinkoxid (ZnO) verwendet werden, um beispielsweise eine raue Oberfläche beim Sputtern zu erhalten, an welcher das Licht gestreut wird, um beispielsweise einen höheren Wirkungsgrad des Lichtaustritts zu erzielen.
Zur Überwachung des Konversionskörpers wird der elektrische Widerstand der Leitungsspur betrachtet. Bei dem elektrischen Widerstand kann es sich um einen ohmschen Widerstand, einen induktiven Widerstand oder einen kapazitiven Widerstand handeln. Es kann also von dem komplexen Widerstand (Impedanz) der Blindwiderstand (Imaginärteil) und/oder der Wirkwiderstand (Realteil) betrachtet werden. Die Geometrie der entsprechenden Leitungsschicht beziehungsweise der Leitungsspur kann dann im Hinblick auf den Blindwiderstand und/oder Wirkwiderstand abgestimmt werden. Je nach Vorzeichen des Blindwiderstands handelt es sich entsprechend um einen induktiven oder kapazitiven Anteil des elektrischen Widerstands beziehungsweise der Impedanz.
Darüber hinaus kann eine Messeinrichtung bereitgestellt werden, die eine der oben genannten Konversionsvorrichtungen besitzt, wobei der elektrische Widerstand der Leitungsspur an die Messeinrichtung angepasst ist. Dabei kann die Messeinrichtung einen bestimmten vorgegebenen Messbereich für den elektrischen Widerstand besitzen. Die Geometrie der Leitungsspur der Konversionsvorrichtung wird dann entsprechend angepasst, um die Messeinrichtung optimal nutzen zu können. So kann beispielsweise durch diese Anpassung an die Messeinrichtung vorgegeben werden, in welchem Bereich sich der Wert beziehungsweise die Werte des elektrischen Widerstands unter vorgegebenen Betriebsbedingungen bewegen dürfen. Dementsprechend können Unter- und Obergrenzen festgelegt werden. Über- beziehungsweise unterschreitet dann ein Messsignal die vorgegebene Grenze beziehungsweise die vorgegebenen Grenzen, so kann ein entsprechender Defekt der Konversionsvorrichtung angezeigt werden.
Weiterhin kann eine Beleuchtungsanordnung eine oben genannte Konversionsvorrichtung und die oben genannte Messeinrichtung aufweisen, wobei eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Konversionsvorrichtung ebenfalls in der Beleuchtungsanordnung enthalten ist. Bei dieser Beleuchtungsanordnung kann somit die Konversionsvorrichtung, die von der Lichtquelle beleuchtet wird, mithilfe der Messeinrichtung überwacht werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsanordnung mit erfindungsgemäßer Konversionsvorrichtung;
2 - 7 verschiedene Schichtstapel für Konversionsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
1 zeigt eine Beleuchtungsanordnung mit einer Konversionsvorrichtung 1, einer Lichtquelle 2 und einer Messeinrichtung 3. Bei der Lichtquelle 2 handelt es sich beispielsweise um eine Laserlichtquelle. Diese Lichtquelle 2 strahlt Primärlicht 4 mit einer vorgegebenen Primärlicht-Wellenlänge (z.B. blaues Licht) ab. Dieses Primärlicht 4 trifft auf die Konversionsvorrichtung 1, welche das Primärlicht 2 zumindest teilweise in Licht 5 größerer Wellenlänge (z.B. in gelbes Licht) wandelt. Zusammen mit dem Anteil umgewandelten Lichts des Primärlichts 4 ergibt sich ein von der Konversionsvorrichtung abgestrahltes Licht 5 (Sekundärlicht).
Die Konversionsvorrichtung 1 weist einen Trägerkörper 6 auf, der beispielsweise aus Saphir gebildet ist und somit für das Primärlicht 4 transparent ist. Damit lässt sich die in 1 dargestellte transmissive Beleuchtungsanordnung realisieren. In der Regel befindet sich außerdem eine dichroitische Beschichtung (nicht dargestellt) auf dem Trägerkörper, welche das Primärlicht transmittiert und das wellenlängenumgewandelte Licht reflektiert.
Der Trägerkörper 6 trägt einen Konversionskörpers 7. Dieser Konversionskörper ist hier plättchenförmig beziehungsweise scheibenförmig ausgebildet. Er ist beispielsweise mittels eines Glasklebers, d.h. Glas als Kleber, auf dem Trägerkörper 6 befestigt. Der Konversionskörper 7 besitzt beispielsweise eine Dicke von 30 bis 200µm.
Der Konversionskörpers 7 ist mit einem Sicherheitssensor ausgestattet, der im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen durch eine mehrbahnige Leitungsspur 8 realisiert ist, die entlang des Rands des Konversionskörpers 8 mäanderförmig mit konzentrischen Abschnitten verläuft. Die Abschnitte der Leitungsspur 8 bilden fast vollständige konzentrische Kreise und ihre Verbindungsabschnitte sind in Umfangsrichtung derart verschoben, dass jeder radiale Riss des Konversionskörpers mindestens einen Abschnitt der Leitungsspur 8 durchtrennen würde. Prinzipiell sind für die Konversionsvorrichtung 1 jedoch auch andere Sicherheitssensoren insbesondere mit anderer Geometrie der Leitungsspur denkbar.
Die Leitungsspur 8 stellt einen elektrischen Widerstand zwischen seinen Endkontakten 9 dar. Diese Endkontakte 9 an der Leitungsspur 8 auf dem Konversionskörper 7 werden hier elektrisch mit Kontaktelementen 10 verbunden, die eine robuste elektrische Verbindung mit der Messeinrichtung 3 ermöglichen. Bei den Kontaktelementen 10 handelt es sich um flächige Kontaktpads, die beispielsweise jedes für sich etwa 20 bis 25 Prozent der Oberfläche des plättchenbeziehungsweise quaderförmigen Trägerkörpers 6 einnehmen. Die Ausdehnung der Kontaktelemente und die Form des Trägerkörpers 6 können natürlich auch anders gewählt werden.
Die elektrische Verbindung zwischen den Endkontakten 9 der Leitungsspur 8 und den Kontaktelementen 10 ist hier jeweils durch eine Drahtbondverbindung 11 verwirklicht. Dazu muss der jeweilige Kontakt ein geeignetes Material und einen geeigneten Aufbau besitzen. Speziell sollte das Material des Drahtes der Drahtbondverbindung 11 auf das jeweilige Material der Kontakte 9, 10 abgestimmt sein. Darüber hinaus sollte auch die Struktur der Kontakte 9, 10 so gewählt sein, dass ein geeignetes Verbindungsverfahren, beispielsweise das Reibschweißen, zum Drahtbonden ermöglicht ist. Für das Drahtbonden eignen sich insbesondere Golddrähte und korrespondierende Goldkontakte.
Die elektrische Verbindung zwischen den Endkontakten 9 und den jeweiligen Kontaktelementen 10 kann auch durch Kantenmetallisierung erfolgen. Dabei ist eine entsprechende Leiterbahn von einem Endkontakt 9 über die Kante des Konversionskörpers 7 herunter auf den Trägerkörper 6 und von dort weiter zum jeweiligen Kontaktelement 10 aufzubringen. Beispielsweise eignet sich Aluminium für eine derartige Kantenmetallisierung. Das Abscheiden einer solchen Metallisierung auf dem Konversionskörper 7 beziehungsweise den Trägerkörper 6 kann durch Sputtern, Aufdampfen oder dergleichen erfolgen.
Die elektrische Verbindung von den Kontaktelementen 10 zu der Messeinrichtung 3 kann beispielsweise auch durch Drahtbonden erfolgen. Insbesondere können die Kontaktelemente 10 der Konversionsvorrichtung 1 mit anderen Kontakten einer gedruckten Leiterplatte mittels Drahtbonden verbunden sein, wobei die Leiterplatte Teil der Messeinrichtung 3 sein oder zumindest zu ihr führen kann.
An die Leitungsspur 8 sowie die Kontaktelemente 10 sind unterschiedlichste Anforderungen zu stellen. Eine Hauptfunktionalität besteht in der elektrischen Leitung. Die Leitungsspur 8 muss darüber hinaus einen definierten elektrischen Widerstand besitzen, der auf die Messeinrichtung 3 abgestimmt sein sollte. So sollte der Widerstand in einem Bereich von 10 bis 1000 Ohm, insbesondere mit einem Mittel- oder Medianwert bei 100 Ohm, liegen. Übliche Au-Schichten von 1µm Dicke bei einer Linienbreite von 50µm besitzen in der Regel einen zu geringen elektrischen Widerstand. Daher sollte die Schichtdicke geringer sein. Eine weitere Anforderung an die Leitungsspur und die Kontaktelemente könnte eine elektrische Isolation sein. Es könnte aber auch gefordert sein, dass wie in dem Beispiel von 1 die einzelnen Kontakte mittels Drahtbonden verbunden werden. Dazu sind gewisse Schichtdicken der Kontakte erforderlich, die beispielsweise das Reibschweißen ermöglichen. Eine weitere Anforderung an die Leitungsspur 8 beziehungsweise die Kontaktelemente 10 könnte die erforderliche Haftung auf dem Trägerkörper 6 beziehungsweise auf dem Konversionskörper 7 sein. All diese Anforderungen lassen sich in der Regel nicht durch eine einzige Schicht erfüllen.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Konversionsvorrichtung 1 eine Leitungsspur und mindestens ein Kontaktelement besitzt, welche jeweils aus einem Schichtaufbau mit mehreren Einzelschichten bestehen. So ergibt sich für das Kontaktelement 10 ein erster Schichtstapel beziehungsweise erster Schichtaufbau und für die Leitungsspur ein zweiter Schichtstapel beziehungsweise zweiter Schichtaufbau mit jeweils mehreren Einzelschichten. Jede Schicht besitzt ein anderes Material als eine jeweils angrenzende Schicht.
Die Schichtstapel beziehungsweise die Schichtaufbauten auf dem Trägerkörper und auf dem Konversionskörper, d.h. die Schichtfolgen des Kontaktelements und der Leitungsspur können gleich sein. Dadurch ergibt sich ein besonders geringer Beschichtungsaufwand. Die Schichtaufbauten von Kontaktelement und Leitungsspur können aber auch verschieden sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kontaktierung zwischen Leitungsspur 8 und Kontaktelement 10 anders erfolgt als zwischen dem Kontaktelement 10 und der Messeinrichtung 3. Beispielsweise erfolgt zwischen dem Endkontakt 9 und dem Kontaktelement 10 eine Drahtbondverbindung und Leitungen zu der Messeinrichtung 3 werden an die jeweiligen Kontaktelemente 10 angelötet oder über eine Leiterplatte, insbesondere eine flexible Leiterplatte verbunden. Dabei wird die flexible Leiterplatte z.B. mit leitfähigem Kleber oder mit Lot auf dem Trägerkörper (etwa aus Saphir) verbunden. Anschließend wird die flexible Leiterplatte an einen Kontaktstift gelötet. Andererseits könnte auch eine Kantenmetallisierung zwischen dem Endkontakt 9 und dem Kontaktelement 10 erfolgen und die weitere Kontaktierung zu der Messeinrichtung 3 erfolgt über eine Drahtbondverbindung. Weitere Verbindungsarten und Kombinationen davon sind denkbar.
Im Folgenden werden zusammen mit den 2 bis 7 einzelne exemplarische Schichtaufbauten dargestellt, die sich für die Konversionsvorrichtung eignen.
Gemäß 2 besitzt ein Kontaktelement 10 eine oberste beziehungsweise erste Kontaktschicht 20 aus dem elektrischen Isolator SiOx mit einer Schichtstärke beziehungsweise Dicke von 15nm. Darunter befindet sich unmittelbar eine zweite Kontaktschicht 21 aus Al (Al), welche also elektrisch leitend ist, mit einer Dicke von 150nm. Wiederum darunter befindet sich eine dritte Kontaktschicht 22 aus nicht leitendem SiOx mit einer Dicke von 10nm. Unmittelbar unter der dritten Kontaktschicht 22 befindet sich hier der Trägerkörper 6, welcher vorliegend aus Saphir (SAP) gebildet ist.
Der Konversionskörper 7 (CON) der Konversionsvorrichtung trägt die Leitungsspur 8, welche hier den gleichen Schichtaufbau besitzt wie das Kontaktelement 10. Die oberste beziehungsweise erste Leitungsschicht 30 besteht hier also auch aus SiOx und besitzt eine Dicke von 15nm. Unmittelbar darunter befindet sich die zweite Leitungsschicht 31 aus Al mit einer Schichtdicke von 150nm. Wiederum darunter befindet sich die dritte Leitungsschicht 32 mit einer Schichtdicke von 10nm. Unmittelbar darunter befindet sich der Konversionskörper 7.
Die für das Kontaktelement 10 beziehungsweise die Leitungsspur 8 gewählten Schichtdicken können natürlich variiert werden. Ein nennenswerter Aspekt ist jedoch, dass die Isolationsschichten etwa um eine Größenordnung dünner sind als die leitende Al-Schicht. Darüber hinaus sind die beiden Schichtaufbauten von Leitungsspur 8 und Kontaktelement 10 besonders für eine Kantenmetallisierung geeignet.
In dem Beispiel von 3 besitzt die Leitungsspur den gleichen zweiten Schichtaufbau wie in dem Beispiel von 2. Hingegen ist der erste Schichtaufbau des Kontaktelements 10 anders gewählt. Die erste Kontaktschicht 20 besteht aus Au mit einer Dicke von 100nm. Die unmittelbar darunter liegende zweite Kontaktschicht 21 besteht aus NiV mit einer Schichtdicke von 300nm. Wiederum unmittelbar darunter befindet sich die dritte Kontaktschicht 22 aus Al mit einer Schichtdicke von 150nm. Unmittelbar darunter befindet sich eine vierte Kontaktschicht 23 aus SiOx mit 10nm. Unter dieser vierten Kontaktschicht 23 befindet sich unmittelbar der Trägerkörper 6. Dieser Schichtaufbau 20 bis 23 des Kontaktelements 10 ist bondfähig. Insbesondere erlaubt die Au-Schicht 20 das Bonden mit Au-Drähten. Dabei kann die Au-Schicht auch lateral z.B. auf den zu bondenden Bereich eigeschränkt sein. Auch die anderen Schichten können einzeln oder gemeinsam lateral in Bezug auf die Trägeroberfläche eingeschränkt sein, müssen es aber nicht. Die darunterliegende zweite Kontaktschicht 21 aus NiV stellt eine Diffusionsbarriere für die Auatome dar.
In dem Beispiel von 4 besitzt das Kontaktelement ebenfalls einen ersten Schichtaufbau mit vier Einzelschichten. Die erste Kontaktschicht besteht aus Au mit 60nm. Die zweite unmittelbar darunterliegende Kontaktschicht 21 kann aus Pd oder Pt mit jeweils 100nm bestehen. Die darunterliegende dritte Kontaktschicht 22 besteht aus Ti mit 200nm. Als vierte Kontaktschicht 23 eignet sich Al mit einer Schichtstärke von beispielsweise 225, 350, 500 oder 1000nm. Darunter befindet sich unmittelbar der Trägerkörper 6. Der zweite Schichtaufbau der Leitungsspur 8 ist hier anders gewählt. So besteht zwar die oberste beziehungsweise erste Leitungsschicht 30 auch aus SiOx mit 15nm, aber die hier unmittelbar zwischen der ersten Leitungsschicht 30 und dem Konversionskörper 7 liegende zweite Leitungsschicht 31 besteht hier aus Al mit einer Schichtdicke von 225, 350, 500 oder 1000nm. Somit kann zumindest die Al-Schicht in einem einzigen Prozessschritt mit entsprechender Maske sowohl auf den Trägerkörper 6 als auch auf dem Konversionskörper 7 aufgebracht werden.
In dem Beispiel von 5 besitzt der erste Schichtaufbau des Kontaktelements eine erste Kontaktschicht 20 aus Au mit 100nm, darunter eine zweite Kontaktschicht 21 aus Pd mit 200nm und darunter eine dritte Kontaktschicht 22 aus Al mit 350nm. Letztere befindet sich unmittelbar auf dem Trägerkörper 6. Dieser erste Schichtaufbau eignet sich wiederum für Drahtbonden. Der zweite Schichtaufbau der Leitungsspur besitzt hier eine oberste, erste Leitungsschicht 30 aus SiOx mit 15nm und darunter eine leitende zweite Leitungsschicht 31 aus Al mit 350nm. Letztere befindet sich unmittelbar auf dem Konversionskörper 7. Dieser zweite Schichtaufbau ist nicht für Drahtbonden aber für Kantenmetallisierung geeignet. Zusätzlich könnte beispielsweise für den Endkontakt 9 ein Drahtbondpad mit folgendem dritten Schichtaufbau (in 5 nicht gezeigt) verwendet werden: Au mit 200nm als oberste beziehungsweise erste Schicht, darunter NiV mit 300nm als zweite Schicht, darunter Ti mit 60nm als dritte Schicht und schließlich darunter Al mit 500nm als vierte Schicht.
In dem Beispiel von 6 besitzt das Kontaktelement fast den gleichen Schichtaufbau wie im Beispiel von 5. Lediglich die dritte Kontaktschicht 22 ist hier nicht aus Al sondern aus Ti und besitzt eine Schichtstärke von 60nm. Die Leitungsspur hingegen besitzt einen zweiten Schichtaufbau, der für Drahtbonden geeignet ist. Insbesondere besteht die erste beziehungsweise oberste Schicht 30 aus Au mit 100nm. Darunter befindet sich die zweite Leitungsschicht 32 aus Pd mit 200nm. Wiederum unmittelbar darunter befindet sich die dritte Leitungsschicht 33 aus Ti mit 60nm. Der erste Schichtaufbau des Kontaktelements entspricht hier also wieder dem zweiten Schichtaufbau der Leitungsspur, wodurch die Konversionsvorrichtung mit wenigen Beschichtungsprozessen hergestellt werden kann. Das Gold sorgt für die elektrische Leitung und ist hinreichend dünn, damit der Widerstand der Leitungsspur geeignet hoch ist. Das Pd in der zweiten Schicht sorgt für entsprechende Elastizität beim Bonden beziehungsweise Reibschweißen. Ti hingegen wird als Haftvermittler zu dem Trägerkörper beziehungsweise Konversionskörper eingesetzt.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit annähernd den gleichen Schichtaufbauten wie im Beispiel von 6. Im Beispiel von 7 ist lediglich die erste Kontaktschicht 20 beziehungsweise die erste Leitungsschicht 30 aus Au etwas dicker gewählt. Die Schichtdicke beträgt 125nm.
Grundsätzlich kann der zweite Schichtaufbau der Leitungsspur auch einen temperaturabhängigen Widerstand und insbesondere einen PTC-Halbleiter oder NTC-Halbleiter besitzen. Dadurch kann der Sicherheitssensor nicht nur zur Überwachung des Widerstands beziehungsweise eine Risses des Konversionskörpers sondern auch zur Überwachung der Temperatur verwendet werden. Speziell kann beispielsweise ein Kaltleiter auf der Basis von dotiertem Si oder BaTiO3 beziehungsweise Ba(1-6)Sr(x)TiO3 verwendet werden.
Die oben vorgestellten Schichtaufbauten besitzen meist Au oder Al als leitende Metalle. Daneben können aber auch die Metalle Ni, Pt, Cu oder Ta eingesetzt werden. Im Hinblick auf das Drahtbonden sollte eine Gesamtschichtdicke von 350 bis 400nm nicht unterschritten werden. Da die häufig verwendete AuShicht aufgrund des üblicherweise geforderten Widerstands jedoch eine geringere Schichtdicke aufweisen sollte, können neben den bereits vorgestellten Schichtfolgen Ti-Pd-Au und Al-Ti-Pd-Au auch die Schichtfolgen Ti-Ni-V-Au, AL-Ti-NiV-Au, Ti-Pt-Au, ITO-Pd-Au und SiOx-Al-SiOx verwendet werden.
Ferner sind aber auch folgende leitende Metalloxid-Stapel denkbar, um insbesondere transparente beziehungsweise teiltransparente Aufbauten zu erzielen: ITO-Pd(Pt)-Au, ITO, ITO-Pd, ITO-Pt und ZnO-Pd(Pt)-Au.
In obigen Ausführungsbeispielen wurde Au in der obersten Schicht und NiV in der zweiten Schicht als Diffusionsbarriere erwähnt. Alternativ können aber auch andere Leiter-Nichtleiter-Stapel realisiert werden, wobei der Nichtleiter als Diffusionsbarriere zu Au dienen kann. Derartige Leiter-Nichtleiter-Stapel sind z.B. TiN-Au, TiW-Au, WTiN-Au, WN-Au, ZrO-Au und Ta2O5-Au. Unter diesen Stapeln kann sich eine weitere Schicht aus Cr, Al, Pd, Pt, Ni, Ti, Cu, Mo, Nb oder W befinden.
Die oben erwähnten Konversionsvorrichtungen beziehungsweise Beleuchtungsanordnungen können in die eingangs erwähnten µ-LARP Produkte integriert werden. Dabei können die multifunktionalen Schichtstapel zu Produktoptimierungen herangezogen werden. Insbesondere kann bei Verwendung eines Halbleiters wie etwa Bariumtitanat das nichtlineare Widerstands-Temperaturverhalten ausgenutzt werden, um Betriebszustände bei hoher Temperatur noch empfindlicher detektieren zu können.
Bezugszeichenliste

1: Konversionsvorrichtung
2: Lichtquelle
3: Messeinrichtung
4: Primärlicht
5: Licht
6: Trägerkörper
7: Konversionskörper
8: Leitungsspur
9: Endkontakt
10: Kontaktelement
11: Drahtbondverbindung
20: erste Kontaktschicht
21: zweite Kontaktschicht
22: dritte Kontaktschicht
23: vierte Kontaktschicht
30: erste Leitungsschicht
31: zweite Leitungsschicht
32: dritte Leitungsschicht
33: vierte Leitungsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007010719 A1 [0002]
DE 102012215702 A1 [0005]
DE 102015213460 A1 [0006]

Claims

Konversionsvorrichtung (1) mit - einem Trägerkörper (6), - einem Konversionskörper (7), der auf dem Trägerkörper (6) befestigt ist, zum Konvertieren elektromagnetischer Strahlung, - einer Leitungsspur (8), die auf dem Konversionskörper (7) aufgebracht ist, zur Überwachung des Konversionskörpers (7), gekennzeichnet durch - ein Kontaktelement (10), das auf dem Trägerkörper (6) aufgebracht ist, wobei - das Kontaktelement (10) einen ersten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Kontaktschicht (20) und einer zweiten Kontaktschicht (21) mit untereinander verschiedenen Materialien besitzt, - die Leitungsspur (8) einen zweiten Schichtaufbau mit mindestens einer ersten Leitungsschicht (30) und einer zweiten Leitungsschicht (31) mit untereinander verschiedenen Materialien besitzt, - das Kontaktelement (10) mit der Leitungsspur (8) elektrisch verbunden ist und - die erste Leitungsschicht (30) und/oder zweite Leitungsschicht (31) elektrisch leitend ist/sind und die Dicke dieser leitenden Schicht/Schichten so gewählt ist, dass ein elektrischer Widerstand der Leitungsspur (8) in einem vorbestimmten Bereich liegt.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sämtliche Schichten der Schichtaufbauten jeweils eine konstante Schichtdicke aufweisen, die maximal 1000nm beträgt und vorzugsweise unter 500nm und insbesondere unter 300nm liegt.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Schichtaufbau des Kontaktelements (10) eine dritte Kontaktschicht (22) mit einem von der zweiten Kontaktschicht (21) verschiedenen Material aufweist, so dass sich die Schichtfolge erste, zweite und dritte Kontaktschicht (20,21,22) ergibt.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schichtaufbau der Leitungsspur (8) eine dritte Leitungsschicht (32) mit einem von der zweiten Leitungsschicht (31) verschiedenen Material aufweist, so dass sich die Schichtfolge erste, zweite und dritte Leitungsschicht (30,31,32) ergibt.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kontaktschicht (20) und/oder die erste Leitungsschicht (30) aus Siliziumoxid besteht.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Kontaktschicht (20) und/oder die erste Leitungsschicht (30) eine Dicke im Bereich von 10 bis 20nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontaktschicht (21) und/oder die zweite Leitungsschicht (31) vorwiegend aus einem der Elemente Ni, Pt, Cu, Ta oder Al gebildet ist.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Kontaktschicht (21) und/oder die zweite Leitungsschicht (31) eine Dicke im Bereich von 100 bis 200nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die dritte Kontaktschicht (22) und/oder die dritte Leitungsschicht (32) aus Siliziumoxid besteht.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die dritte Kontaktschicht (32) und/oder die dritte Leitungsschicht (32) eine Dicke im Bereich von 5 bis 15nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Kontaktschicht (20) und/oder die erste Leitungsschicht (30) vorwiegend Au aufweist.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Kontaktschicht (20) und/oder die erste Leitungsschicht (30) eine Dicke im Bereich von 50 bis 250nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 11 oder 12, wobei die zweite Kontaktschicht (21) und/oder die zweite Leitungsschicht (31) vorwiegend eines der Elemente Pt, Pd, Ni oder V aufweist.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die zweite Kontaktschicht (21) und/oder die zweite Leitungsschicht (31) eine Dicke im Bereich von 50 bis 250nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 in Kombination mit einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die dritte Kontaktschicht (22) und/oder die dritte Leitungsschicht (32) eines der Elemente Ti oder Al aufweist.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die dritte Kontaktschicht (22) und/oder die dritte Leitungsschicht (32) eine Dicke im Bereich von 50 bis 100nm besitzen.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper (6) zumindest für die zu konvertierende elektromagnetische Strahlung transparent ist.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Schichtaufbau eine Diffusionsbarriere zu Au aufweist.
Konversionsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Diffusionsbarriere die Elemente Cr, Al, Pd, Pt, Ni, Cu, Mo, Nb oder W aufweist und eine Dicke im Bereich von 100 bis 500nm besitzt.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Bereich für den elektrischen Widerstand den Wert 100 Ohm insbesondere als Mittelwert enthält.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitungsspur (8) einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schicht des Kontaktelements (10) und/oder der Leitungsspur (8) zumindest für die zu konvertierende elektromagnetische Strahlung transparent ist.
Konversionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Widerstand einen ohmschen Anteil, einen induktiven Anteil oder einen kapazitiven Anteil aufweist.
Messeinrichtung (3) mit einer Konversionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Widerstand der Leitungsspur an die Messeinrichtung (3) angepasst ist.
Beleuchtungsanordnung mit einer Konversionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und einer Messeinrichtung nach Anspruch 23 sowie mit einer Lichtquelle (2) zur Beleuchtung der Konversionsvorrichtung (1).