WO2014207045A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2014207045A1
WO2014207045A1 PCT/EP2014/063403 EP2014063403W WO2014207045A1 WO 2014207045 A1 WO2014207045 A1 WO 2014207045A1 EP 2014063403 W EP2014063403 W EP 2014063403W WO 2014207045 A1 WO2014207045 A1 WO 2014207045A1
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structural elements
optical disk
semiconductor chip
optoelectronic semiconductor
radiation
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PCT/EP2014/063403
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Frank Singer
Wolfgang Mönch
Alexander Linkov
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Device An optoelectronic semiconductor device is specified.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device which exhibits a radiation characteristic with a high radiation content at large angles.
  • this includes
  • Semiconductor component one or more potting. It is possible for the potting body to form the component that mechanically supports and supports the semiconductor component. In this case, the semiconductor device is not mechanically stable without the potting body.
  • the potting body is, for example, by casting, pressing or transfer molding
  • the potting body is preferably impermeable to one emitted by the semiconductor component during operation
  • the potting body has a recess. Seen in plan view rotates the potting body
  • the recess preferably all around. It is possible that the recess completely penetrates the potting body. According to at least one embodiment, the
  • Optoelectronic semiconductor chip to a light emitting diode or a laser diode. Does the semiconductor device several
  • At least one of the semiconductor chips emits or emit all semiconductor chips blue light, in particular with a wavelength of maximum intensity, English: peak wavelength, between 420 nm and 490 nm inclusive. According to at least one embodiment is the
  • semiconductor chip or semiconductor chips in the recess of the potting body. If a plurality of semiconductor chips are present, then all the semiconductor chips can work together in a single
  • Semiconductor chips each have an edge length, seen in plan view of a main radiation side.
  • the edge length is for example at least 150 ym or 500 ym or 750 ym and / or at most 2.5 mm or 2 mm or 1.5 mm.
  • the semiconductor chip preferably has a square or rectangular basic shape and / or
  • Semiconductor device one or more optical disks on.
  • the at least one optical disk covers the recess completely or partly off.
  • the optical disk is arranged downstream of the semiconductor chip along a main emission direction.
  • the optical disk is permeable to at least a portion of the radiation generated by the semiconductor device during operation.
  • the optical disk has an upper side facing away from the semiconductor chip
  • the structural elements are, for example, holes or depressions on the upper side and / or elevations on the upper side.
  • the structural elements may be formed from a base body for the optical disk or applied to a base body, such as by printing or evaporation.
  • the structural elements and the base body of the optical disk may be made of the same material or different materials.
  • the optical disk seen in plan view, has a diameter which is at least the edge length or at least 1.5 times or
  • the optical disk has a thickness or an average thickness that is at least one 0.07-pocket or 0.1-pocket or 0.25-pocket and / or
  • the optical disk is relatively thick compared to the diameter.
  • the optical disk is mechanically self-supporting and manufactured separately from the other components of the semiconductor device.
  • optical disk seen in plan view, the main radiation side completely.
  • the optical disk is in this case preferably free of recesses which completely penetrate the optical disk. Seen in plan view, the semiconductor chip is then visible only through a material of the optical disk or
  • this includes
  • Optoelectronic semiconductor device a potting body with at least one recess. At least one optoelectronic semiconductor chip is set up for generating radiation and is located in the recess.
  • the semiconductor chip has a main radiation side with an edge length.
  • At least one optical disk which covers the recess, is arranged downstream of the semiconductor chip along a main emission direction.
  • the optical disk points to a
  • the optical disk has a
  • Edge length of the semiconductor chip is. A thickness of
  • the optical disk is at least 0.1 times and at most 1.5 times the diameter of the optical disk. It covers the optical panel completely the radiation main side, seen in plan view.
  • a half-value angle width of the light intensity distribution is then in particular at least 120 °.
  • the emission characteristic preferably has a maximum light intensity at large angles, that is to say in particular in an angular range between 60 ° and 70 °.
  • Such a radiation characteristic can be achieved with a semiconductor component described here.
  • Another way of achieving such a radiation characteristic is given by specially shaped lenses, which are concave in a central region and convexly curved in an edge region.
  • lenses are typically relatively large and typically have a height of between 2mm and 6mm and a diameter of about 15mm.
  • the mounting of such a lens is relatively complicated and therefore expensive.
  • Such lenses may be mounted or sprayed directly onto the semiconductor chip.
  • optical plate is preferably a plate with central plane-parallel main sides.
  • the optical disk is relatively thin compared to a lens and has lateral dimensions that are on the order of the semiconductor chip. Due to the design and the arrangement of
  • Structural elements is a space-saving optical panel
  • the structural elements act refractive and / or reflective.
  • structural elements do not constitute an imaging optical element and the optical disk has no focal length, unlike collimating lenses and scattering lenses.
  • the structural elements do not form an optically coherent structure, unlike the case of a Fresnel lens.
  • the optical disk is not a lens.
  • the optical disk has first structural elements.
  • the first structural elements have a reflective effect on the semiconductor component
  • the first structural elements additionally have a light-scattering effect, but the function of the first structural elements is primarily a radiation reflection.
  • the optical disk has second structural elements.
  • the second structural elements act refractive and thus light scattering.
  • the reflective effect of the second structural elements is preferably only subordinate.
  • the second structural elements are realized by a surface structuring of the optical disc.
  • the central area is designed, for example, circular. Seen in plan view, the central area preferably completely and completely covers the main radiation side of the semiconductor chip. According to at least one embodiment, the second
  • the central area prefers round about.
  • the edge region preferably forms a single, continuous surface.
  • the central area and the border area can
  • Structural elements formed by reflective particles. These particles are preferably embedded in a matrix material. A refractive index difference between the reflective particles and the matrix material is preferably at least 0.2 or 0.4 or 0.5. The reflective effect of the first structural elements comes in particular through the refractive index jump towards
  • Matrix material and / or to a base body of the optical disk are Matrix material and / or to a base body of the optical disk.
  • the particles which form the first structural elements are distributed uniformly and / or statistically in the central area in the matrix material.
  • the first structural elements are arranged regularly.
  • Structural elements formed by holes or by elevations at the top.
  • the holes or the protrusions are formed approximately out of the base body of the optical disk.
  • the second structural elements are preferably only exactly one
  • Refractive index jump namely between the optical disk and an environment of the optical disk at a
  • the optical disk in the central region has an average reflectivity for radiation generated in the semiconductor device of at least 40% or 50% or 60% and / or of at most 90% or 85% or 75%. Alternatively or additionally lies
  • Semiconductor device generated radiation at least 15% or 20% or 30% and / or at most 80% or 70% or 60%. In other words, the central area
  • the reflectivity is preferably only small, and is for example at most 20%.
  • Transmittance in the peripheral region is preferably high, being at least 80% or 90%, for example.
  • Potting body on For example, the potting body is molded onto the semiconductor chip. Between chip side surfaces of the
  • the main radiation side is preferably free of a material of the potting body.
  • the conversion element is to
  • the conversion element is, for example, a ceramic plate or a silicone plate to which one or more phosphors are added.
  • Conversion element mounted directly on the main radiation side of the semiconductor chip. Immediately can mean that the conversion element and the semiconductor chip touch or that between the semiconductor chip and the conversion element only a connecting means for
  • Attachment of the conversion element is located on the semiconductor chip.
  • Optical disk It then touch the optical disk and the conversion element or there is only a connecting means such as an adhesive between them.
  • the potting body extends along the main emission direction at least as far as a side of the conversion element facing away from the semiconductor chip.
  • the optical disk rests directly on the potting body, so that the
  • the optical disk seen in plan view, a round, in particular a circular plate.
  • the optical disk has a square or rectangular basic shape, wherein an optically effective region of the optical disk is then preferably rotationally symmetrical.
  • the optical disk has an axis of symmetry. Furthermore, the preferred embodiment
  • the symmetry axes of the optical disk and of the main radiation side which are oriented in the direction perpendicular to the main radiation side, are preferably congruent, in particular with a tolerance of at most 10% or 5% of the edge length of the semiconductor chip.
  • the structural elements are then arranged approximately along circles around a piercing point of the axis of symmetry through the top of the optical disk.
  • the decrease is preferably monotonic or strictly monotone. It follows the decrease of a 1 / x-dependence or an e _x dependence.
  • the structural elements are evenly distributed on the upper side, which may apply to the entire upper side or the central area and / or the edge area. So it is possible that the structural elements approximately in the
  • Edge region decreases in density to the outside.
  • the structural elements are realizable. It is also possible for the structural elements to be disposed at least in part statistically and / or irregularly on the upper side.
  • Structural elements each have a same cross-sectional shape, in the direction perpendicular to the main radiation side.
  • the structural elements have a triangular
  • Cross-sectional shape and are designed as cones, pyramids or prisms. It is also possible that the structural elements are trapezoidal in cross-section and approximately through
  • Truncated pyramids or truncated cones are realized.
  • Boundary surfaces of the structural elements an angle to one through the main radiation side of the semiconductor chip
  • the structural elements viewed in cross-section, each have an axis of symmetry which is oriented perpendicular to the main radiation side.
  • the upper side of the optical disk is a radiation exit side of the optical disk
  • the semiconductor chip and the potting body are mounted on a carrier top side of a carrier.
  • the carrier is, for example, a circuit board or a lead frame.
  • the carrier may be the component mechanically carrying the semiconductor component. It is possible that the carrier
  • conductor tracks are mounted in or on the potting body.
  • the matrix material for the first structural elements is a
  • Silicone an epoxy or a silicone-epoxy hybrid material.
  • the first structural elements are then preferably one
  • Metal oxide such as titanium dioxide or alumina designed.
  • Structural elements and the matrix material is preferably at least 0.2.
  • a thickness of the matrix material may be at least 0.25 mm or 0.4 mm and / or at most 2 mm or 1.5 mm or 1.0 mm. According to at least one embodiment, the
  • a diameter or a mean diameter of the optical disk is at least five times or seven times and / or at most 15 times or twelve times or ten times the edge length of the semiconductor chip.
  • the thickness of the optical disk is at least 1.4 times or 1.6 times or 1.8 times and / or at most 3.0 times, or 2.5 times or 2.0 times the edge length of the
  • Structural elements or the first structural elements have an average diameter or an average edge length of at least 250 nm or 400 nm and / or of at most 5 ym or 2 ym or 1 ym.
  • the mean diameter may be an average size of the first
  • Top view at the top of the optical disk has an average edge length of at least 0.5 ym or 0.75 ym and / or of at most 5 ym or 3 ym or 1.5 ym. It is possible that the first and / or the second
  • Structural elements is covered. According to at least one embodiment, the
  • Structural elements have an average size of at least 0.3 ym or 0.5 ym. Alternatively or additionally lies the
  • Polymethyl methacrylate a silicone or an epoxy molded or have one or more of these materials.
  • Figures 1 to 7 are schematic sectional views and
  • Figure 8 is a schematic representation of an intensity in
  • Figure 1A is a schematic sectional view and in Figure 1B is a schematic plan view of a
  • the semiconductor device 1 shown.
  • the semiconductor device 1 has a carrier 2 with a carrier top side 20.
  • an optoelectronic semiconductor chip 3 such as an LED, mounted on the carrier 2.
  • a radiation main side 30 of the semiconductor device 1 is shown.
  • Semiconductor chip 3 faces away from the carrier 2. On the
  • Radiation main page 30 is applied a conversion element 6 for at least partial radiation conversion. Due to the combination of the semiconductor chip 3 and the
  • Conversion element 6 is, for example, white light
  • the semiconductor chip 3 and the conversion element 6 are located completely in a recess 43 of a potting body 4.
  • the potting body 4 is produced in particular after the assembly of the semiconductor chip 3 and of the conversion element 5. It closes the potting 4 preferably flush with a semiconductor chip 3 facing away from the top
  • Conversion element 6 from, along a main emission direction M of the semiconductor chip 3.
  • the potting body 4 touches
  • the recess 43 and the semiconductor chip 3 have a
  • the main emission direction M is the direction along which the semiconductor chip 3 is the largest
  • optical disk 5 On the conversion element 6 and the potting 4 an optical disk 5 is attached.
  • the optical disk 5 completely covers the semiconductor chip 3, seen in plan view. It has the optical disk 5 a central region C and an edge region E, which surrounds the central region C all around and completely.
  • a thickness of the optical disk 5 is preferably at most 1 mm or at most 0.25 mm.
  • the optical disk 5 has a smooth underside 53 and an upper side 50 facing away from the semiconductor chip 3. At the top 50 are in the central region C first
  • the first structural elements 55a are formed by titanium dioxide particles having a middle one
  • Structural elements 55a has a thickness of 0.5 mm and a diameter that corresponds to 2.1 times the edge length L of the semiconductor chip.
  • the matrix material with the first structural elements 55 a is on a base body of the
  • the second structural elements 55b are characterized by
  • Pyramids formed on the top 50 are formed. These pyramids are formed of the same material as the base body of the optical disk 5 and generated out of this base body, such as via a nano-printing process or an embossing process. Side surfaces of these pyramids have an angle of between 60 ° and 80 °, in particular about 70 ° to the main radiation side 30. Peaks of the pyramids are at a distance of 1 ym to each other
  • the pyramids have an edge length of 1 ym, so that the second
  • Structural elements 55b close to the top 50 in the
  • Edge region E are arranged.
  • a material of the main body of the optical disk 5 is, for example, a plastic or a glass having a refractive index of 1.5.
  • the optical disk has a diameter D which corresponds to ten times the edge length L.
  • a thickness H of the optical disk 5 is at
  • the edge length L is
  • optical disk 5 and the structural elements 55a, 55b mentioned in the preceding paragraphs preferably apply with a tolerance of at most 50% or 25% or 10%.
  • the entire semiconductor device 1 it is possible for the entire semiconductor device 1 to have a circular shape. It is also possible that the optical disk 5 a
  • the semiconductor device 1 may be a so-called QFN component, Quad Flad No leads.
  • the semiconductor device 1 is surface mountable.
  • connection devices such as interconnects, vias or bonding wires are not drawn. Also to the Simplification of the illustration, the illustrated
  • Semiconductor device 1 only a semiconductor chip 3, but also several of the semiconductor chips 3 may be present. It is also possible that additional semiconductor chips, for example, to protect against damage caused by electrostatic
  • Discharges are present. Such further semiconductor chips are not shown.
  • an intensity I is shown in arbitrary units, briefly a. u., Applied to a radiation angle.
  • a maximum intensity I is emitted at an angle of approximately 75 °.
  • the intensity I is approximately constant.
  • Low radiation components also experience backscatter and are emitted at angles> 90 °.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment. As in all other embodiments, it is possible that
  • Symmetryeachsen S of the semiconductor chip 3 and the optical disk 5 coincide.
  • the symmetry axes S are preferably oriented parallel to the main emission direction M.
  • the semiconductor component 1 as shown in FIG. 2, has only one single type of
  • Structural elements 55 which on the top 50 of the
  • Optics plate 5 about printed or vapor-deposited.
  • the structural elements 55 can be individual points or circular paths.
  • the structural elements 55 are approximately printed dots with a material having a
  • the structural elements 55 are a matrix material with scattering particles embedded therein
  • the structural elements 55 are tightly packed directly above the main radiation side 30 and take in a density only in one
  • the structural elements 55 are all the same shape and realized by recesses or holes on the top 50.
  • the structural elements 55 are triangular in cross-section.
  • FIG. 4 shows that the structural elements 55 are formed by elevations which are semicircular in cross-section.
  • an areal density of the structural elements 55 decreases and / or a size of the
  • Structural elements 55 increases.
  • Structural elements 55 formed by holes or recesses. A size of the structural elements 55 may also decrease in the direction away from the axis of symmetry S, other than drawn. It is not necessary that the structural elements 55 in
  • Seen cross section have an axis of symmetry, which is oriented parallel to the axis of symmetry S of the optical disk 5.
  • the boundary of the symmetry axis S facing boundary surfaces of the structural elements 55 have a smaller or a larger angle to the bottom 53 as the symmetry axis S facing away from boundary surfaces.
  • FIG. 6 top views of embodiments of the semiconductor device 1 are shown. According to Figure 6A are the
  • Structural elements 55 formed by annular structures having in the direction away from the axis of symmetry S to each other an increasing distance.
  • Structural elements 55 statistically distributed and arranged irregularly.
  • the first ones are identical to the first ones.
  • Structural elements 55 a formed by reflective particles on the top 50.
  • the second structural elements 55b are realized by recesses or indentations on the surface 50. Unlike shown, the area density of the second structural elements 55b in the edge region E may be constant.
  • optical disks 5 shown in FIGS. 3, 4, 5 and 7 can each be attached to a semiconductor chip 3, as illustrated in FIGS. 1, 2 or 6.
  • Embodiment according to Figure 1 in particular for the second structural elements 55b find use.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) einen Vergusskörper (4). Mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip (3) ist zur Strahlungserzeugung eingerichtet und befindet sich in einer Ausnehmung (43) des Vergusskörpers (4). Der Halbleiterchip (3) weist eine Strahlungshauptseite (30) mit einer Kantenlänge (L) auf. Mindestens eine Optikplatte (5), die die Ausnehmung (43) abdeckt, ist dem Halbleiterchip (1) entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) nachgeordnet. Die Optikplatte (5) weist an einer dem Halbleiterchip (1) abgewandten Oberseite (50) eine Vielzahl von Strukturelementen (55) auf. Die Optikplatte (5) weist einen Durchmesser (D) auf, der mindestens ein 1,5-Faches der Kantenlänge (L) beträgt. Eine Dicke (H) der Optikplatte (5) liegt bei mindestens dem 0,1-Fachen und höchstens dem 1,5-Fachen des Durchmessers (D). Es überdeckt die Optikplatte (5) die Strahlungshauptseite (30) vollständig.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine Abstrahlcharakteristik mit einem hohen Strahlungsanteil bei großen Winkeln aufzeigt.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere Vergusskörper. Es ist möglich, dass der Vergusskörper die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stützende Komponente bildet. In diesem Fall ist das Halbleiterbauteil ohne den Vergusskörper mechanisch nicht stabil. Der Vergusskörper ist beispielsweise durch ein Gießen, ein Pressen oder ein Spritzpressen
erstellt. Bevorzugt ist der Vergusskörper undurchlässig für eine von dem Halbleiterbauteil im Betrieb emittierte
Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Vergusskörper eine Ausnehmung auf. In Draufsicht gesehen umläuft der
Vergusskörper die Ausnehmung bevorzugt ringsum. Es ist möglich, dass die Ausnehmung den Vergusskörper vollständig durchdringt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische
Halbleiterchips auf, die zu einer Strahlungserzeugung
vorgesehen sind. Insbesondere handelt es sich bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip um eine Leuchtdiode oder um eine Laserdiode. Weist das Halbleiterbauteil mehrere
optoelektronische Halbleiterchips auf, so können diese baugleich oder auch verschieden gestaltet sein und etwa in verschiedenen Spektralbereichen emittieren. Bevorzugt
emittiert zumindest einer der Halbleiterchips oder emittieren alle Halbleiterchips blaues Licht, insbesondere mit einer Wellenlänge maximaler Intensität, englisch: peak wavelength, zwischen einschließlich 420 nm und 490 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der
Halbleiterchip oder die Halbleiterchips in der Ausnehmung des Vergusskörpers. Sind mehrere Halbleiterchips vorhanden, so können alle Halbleiterchips gemeinsam in einer einzigen
Ausnehmung angebracht sein oder es kann auch jeweils genau eine Ausnehmung für je einen Halbleiterchip vorgesehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Halbleiterchips jeweils eine Kantenlänge auf, in Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite gesehen. Die Kantenlänge liegt beispielsweise bei mindestens 150 ym oder 500 ym oder 750 ym und/oder bei höchstens 2,5 mm oder 2 mm oder 1,5 mm. In
Draufsicht gesehen weist der Halbleiterchip bevorzugt eine quadratische oder rechteckige Grundform und/oder
Strahlungshauptseite auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil eine oder mehrere Optikplatten auf. Die mindestens eine Optikplatte deckt die Ausnehmung vollständig oder zum Teil ab. Die Optikplatte ist dem Halbleiterchip entlang einer Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet. Die
Optikplatte ist durchlässig für zumindest einen Teil der von dem Halbleiterbauteil im Betrieb erzeugten Strahlung.
Insbesondere ist es möglich, dass die gesamte das
Halbleiterbauteil verlassende und im Betrieb erzeugte
Strahlung vor einem Austreten aus dem Halbleiterbauteil die Optikplatte durchläuft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte an einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite eine
Vielzahl von Strukturelementen auf. Bei den Strukturelementen handelt es sich etwa um Löcher oder Senken an der Oberseite und/oder um Erhebungen an der Oberseite. Die Strukturelemente können aus einem Basiskörper für die Optikplatte heraus geformt sein oder auf einem Basiskörper aufgebracht sein, etwa durch ein Drucken oder Bedampfen. Die Strukturelemente und der Basiskörper der Optikplatte können aus demselben Material oder aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte, in Draufsicht gesehen, einen Durchmesser auf, der mindestens der Kantenlänge oder mindestens dem 1,5-Fachen oder
mindestens dem Doppelten der Kantenlänge des Halbleiterchips entspricht. Alternativ oder zusätzlich liegt der Durchmesser der Optikplatte bei höchstens dem 15-Fachen oder Zehnfachen oder Siebenfachen der Kantenlänge. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte eine Dicke oder eine mittlere Dicke auf, die mindestens ein 0,07-Faches oder 0,1-Faches oder 0,25-Faches und/oder
höchstens ein 2,5-Faches oder 1,5-Faches des Durchmessers der Optikplatte beträgt. Mit anderen Worten ist die Optikplatte, im Vergleich zum Durchmesser, relativ dick. Insbesondere ist die Optikplatte mechanisch selbsttragend und separat von den weiteren Komponenten des Halbleiterbauteils hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt die
Optikplatte, in Draufsicht gesehen, die Strahlungshauptseite vollständig. Die Optikplatte ist hierbei bevorzugt frei von Aussparungen, die die Optikplatte vollständig durchdringen. In Draufsicht gesehen ist der Halbleiterchip dann nur durch ein Material der Optikplatte hindurch sichtbar oder
zugänglich .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen Vergusskörper mit zumindest einer Ausnehmung. Mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip ist zur Strahlungserzeugung eingerichtet und befindet sich in der Ausnehmung. Der Halbleiterchip weist eine Strahlungshauptseite mit einer Kantenlänge auf.
Mindestens eine Optikplatte, die die Ausnehmung abdeckt, ist dem Halbleiterchip entlang einer Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet. Die Optikplatte weist an einer dem
Halbleiterchip abgewandten Oberseite eine Vielzahl von
Strukturelementen auf. Die Optikplatte weist einen
Durchmesser auf, der mindestens ein 1,5-Faches der
Kantenlänge des Halbleiterchips beträgt. Eine Dicke der
Optikplatte liegt bei mindestens dem 0,1-Fachen und höchstens dem 1,5-Fachen des Durchmessers der Optikplatte. Es überdeckt die Optikplatte die Strahlungshauptseite vollständig, in Draufsicht gesehen.
Für verschiedene Anwendungen wie Allgemeinbeleuchtung,
Display-Hinterleuchtung oder auch Straßenbeleuchtung werden Lichtquellen mit einer vergleichsweise breiten
Abstrahlcharakteristik benötigt. Eine Halbwertswinkelbreite der Lichtstärkeverteilung liegt dann insbesondere bei mindestens 120°. Bevorzugt weist die Abstrahlcharakteristik ein Lichtstärkemaximum bei großen Winkeln auf, also speziell in einem Winkelbereich zwischen 60° und 70°. Eine solche Abstrahlcharakteristik ist mit einem hier beschriebenen Halbleiterbauteil erzielbar. Eine andere Möglichkeit, eine solche Abstrahlcharakteristik zu erzielen, ist durch speziell geformte Linsen gegeben, die in einem Zentralbereich konkav und in einem Randbereich konvex gekrümmt sind. Solche Linsen sind jedoch in der Regel vergleichsweise groß und weisen eine Höhe typisch zwischen 2 mm und 6 mm und einen Durchmesser von ungefähr 15 mm auf. Ferner ist die Montage einer solchen Linse relativ aufwändig und daher kostenintensiv. Solche Linsen können aufgesetzt werden oder auf den Halbleiterchip unmittelbar aufgespritzt sein .
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist eine solche Linse durch die Optikplatte ersetzt. Bei der Optikplatte handelt es sich bevorzugt um eine Platte mit im Mittel planparallelen Hauptseiten. Die Optikplatte ist, im Vergleich zu einer Linse, relativ dünn und weist laterale Abmessungen auf, die in der Größenordnung des Halbleiterchips liegen. Durch die Ausgestaltung und die Anordnung der
Strukturelemente ist eine Platz sparende Optikplatte
realisierbar, mit der die gewünschte Abstrahlcharakteristik mit einem Intensitätsmaximum in der Lichtstärkeverteilung insbesondere bei Winkeln > 50° erreichbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirken die Strukturelemente refraktiv und/oder reflektierend. Die
Strukturelemente stellen jedoch kein abbildendes optisches Element dar und die Optikplatte weist keine Brennweite auf, anders als dies für Sammellinsen und auch Streulinsen der Fall ist. Ebenso bilden die Strukturelemente keine optisch zusammenhängende Struktur, anders als dies bei einer Fresnel- Linse der Fall ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Optikplatte nicht um eine Linse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte erste Strukturelemente auf. Die ersten Strukturelemente wirken reflektierend auf im Halbleiterbauteil erzeugte
Strahlung. Es ist möglich, dass die ersten Strukturelemente zusätzlich Licht streuend wirken, primär ist die Funktion der ersten Strukturelemente jedoch eine Strahlungsreflexion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte zweite Strukturelemente auf. Die zweiten Strukturelemente wirken refraktiv und somit Licht streuend. Eine
reflektierende Wirkung der zweiten Strukturelemente ist bevorzugt nur untergeordnet. Insbesondere sind die zweiten Strukturelemente durch eine Oberflächenstrukturierung der Optikplatte realisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Strukturelemente in einem Zentralbereich der Oberseite der Optikplatte angebracht. Der Zentralbereich ist beispielsweise kreisrund gestaltet. In Draufsicht gesehen überdeckt der Zentralbereich die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips bevorzugt vollständig und lückenlos. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten
Strukturelemente in einem Randbereich der Oberseite der
Optikplatte angebracht. Der Randbereich umläuft, in
Draufsicht gesehen, den Zentralbereich bevorzugt ringsum. Der Randbereich bildet bevorzugt eine einzige, zusammenhängende Fläche. Der Zentralbereich und der Randbereich können
unmittelbar aneinander grenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Strukturelemente durch reflektierend wirkende Partikel gebildet. Diese Partikel sind bevorzugt in ein Matrixmaterial eingebettet. Ein Brechungsindexunterschied zwischen den reflektierend wirkenden Partikeln und dem Matrixmaterial liegt bevorzugt bei mindestens 0,2 oder 0,4 oder 0,5. Die reflektierende Wirkung der ersten Strukturelemente kommt insbesondere durch den Brechungsindexsprung hin zum
Matrixmaterial und/oder zu einem Basiskörper der Optikplatte zustande .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Partikel, die die ersten Strukturelemente bilden, in dem Zentralbereich gleichmäßig und/oder statistisch in dem Matrixmaterial verteilt. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die ersten Strukturelemente regelmäßig angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten
Strukturelemente durch Löcher oder durch Erhebungen an der Oberseite gebildet. Die Löcher oder die Erhebungen sind etwa aus dem Basiskörper der Optikplatte heraus geformt. An den zweiten Strukturelementen liegt bevorzugt nur genau ein
Brechungsindexsprung vor, nämlich zwischen der Optikplatte und einer Umgebung der Optikplatte an einer dem
Halbleiterchip abgewandten Seite. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte in dem Zentralbereich eine mittlere Reflektivität für in dem Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung von mindestens 40 % oder 50 % oder 60 % und/oder von höchstens 90 % oder 85 % oder 75 % auf. Alternativ oder zusätzlich liegt ein
Transmissionsvermögen in dem Zentralbereich für die im
Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung bei mindestens 15 % oder 20 % oder 30 % und/oder bei höchstens 80 % oder 70 % oder 60 %. Mit anderen Worten ist der Zentralbereich
vergleichsweise lichtundurchlässig. In dem Randbereich hingegen ist die Reflektivität bevorzugt nur gering und liegt zum Beispiel bei höchstens 20 %. Ein Transmissionsvermögen in dem Randbereich ist bevorzugt hoch und liegt zum Beispiel bei mindestens 80 % oder 90 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der
Halbleiterchip in der Ausnehmung formschlüssig an dem
Vergusskörper an. Beispielsweise ist der Vergusskörper an den Halbleiterchip angeformt. Zwischen Chipseitenflächen des
Halbleiterchips und dem Vergusskörper ist dann kein weiteres Material, die Chipseitenflächen berühren den Vergusskörper und grenzen direkt an den Vergusskörper an. Es ist möglich, dass die Chipseitenflächen ganzflächig direkt an dem
Vergusskörper anliegen und vollständig von einem Material des Vergusskörpers bedeckt sind. Die Strahlungshauptseite ist bevorzugt frei von einem Material des Vergusskörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen dem Halbleiterchip und der Optikplatte ein
Konversionselement. Das Konversionselement ist dazu
eingerichtet, einen Teil oder die gesamte der vom
Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Bei dem Konversionselement handelt es sich beispielsweise um ein Keramikplättchen oder um ein Silikonplättchen, dem ein oder mehrere Leuchtstoffe beigegeben sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement unmittelbar auf die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips angebracht. Unmittelbar kann bedeuten, dass sich das Konversionselement und der Halbleiterchip berühren oder dass sich zwischen dem Halbleiterchip und dem Konversionselement lediglich ein Verbindungsmittel zur
Befestigung des Konversionselements an dem Halbleiterchip befindet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das
Konversionselement in unmittelbarem Kontakt zu der
Optikplatte. Es berühren sich dann die Optikplatte und das Konversionselement oder es befindet sich zwischen diesen lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Kleber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt das
Konversionselement in einer lateralen Richtung, also in
Richtung parallel zur Strahlungshauptseite, an den
Vergusskörper an. Der Vergusskörper und das
Konversionselement berühren sich dann an Seitenflächen des Konversionselements. Insbesondere reicht der Vergusskörper entlang der Hauptabstrahlrichtung mindestens bis an eine dem Halbleiterchip abgewandte Seite des Konversionselements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Optikplatte direkt auf dem Vergusskörper auf, sodass sich der
Vergusskörper und die Optikplatte berühren oder sodass sich zwischen diesen nur ein Verbindungsmittel befindet. Bevorzugt liegt die Optikplatte, in Draufsicht gesehen, ringsum um den Halbleiterchip herum auf dem Vergusskörper auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Optikplatte, in Draufsicht gesehen, eine runde, insbesondere eine kreisrunde Platte. Alternativ ist es möglich, dass die Optikplatte eine quadratische oder rechteckige Grundform aufweist, wobei ein optisch wirksamer Bereich der Optikplatte dann bevorzugt rotationssymmetrisch geformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optikplatte eine Symmetrieachse auf. Weiterhin weist bevorzugt die
Strahlungshauptseite eine Symmetrieachse auf, wobei
elektrische Verbindungsmittel zum Bestromen des
Halbleiterchips bei der Bestimmung der Symmetrieachse außen vor bleiben können. Es verlaufen die Symmetrieachsen der Optikplatte und der Strahlungshauptseite, die in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite orientiert sind, bevorzugt deckungsgleich, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 10 % oder 5 % der Kantenlänge des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Strukturelemente der Optikplatte rotationssymmetrisch
bezüglich der Symmetrieachse der Optikplatte angeordnet. Die Strukturelemente sind dann etwa entlang von Kreisen um einen Durchstoßpunkt der Symmetrieachse durch die Oberseite der Optikplatte herum angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt eine
Flächendichte der Strukturelemente an der Oberseite der
Optikplatte in Richtung weg von der Symmetrieachse, also nach außen hin, ab. Die Abnahme ist bevorzugt monoton oder streng monoton. Es folgt die Abnahme einer 1 /x-Abhängigkeit oder einer e_x-Abhängigkeit . Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Strukturelemente an der Oberseite gleichmäßig verteilt sind, wobei dies für die gesamte Oberseite oder den Zentralbereich und/oder den Randbereich gelten kann. So ist es möglich, dass die Strukturelemente etwa in dem
Zentralbereich gleichmäßig verteilt sind und in dem
Randbereich eine Dichte nach außen hin abnimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Strukturelemente regelmäßig angeordnet. Dies ist
beispielsweise durch ein Stempelverfahren oder ein
Druckverfahren beim Herstellen der Strukturelemente
realisierbar. Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente wenigstens zum Teil statistisch und/oder unregelmäßig an der Oberseite angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Strukturelemente jeweils eine gleiche Querschnittsform auf, in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite.
Beispielsweise haben die Strukturelemente eine dreieckige
Querschnittsform und sind als Kegel, Pyramiden oder Prismen gestaltet. Ebenso ist es möglich, dass die Strukturelemente im Querschnitt trapezförmig geformt sind und etwa durch
Pyramidenstümpfe oder Kegelstümpfe realisiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen
Begrenzungsflächen der Strukturelemente einen Winkel zu einer durch die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips
definierten Ebene auf, der bei mindestens 50° oder 60° oder 65° und/oder bei höchstens 80° oder 75° oder 70° liegt. Es ist möglich, dass die Strukturelemente, im Querschnitt gesehen, jeweils eine Symmetrieachse aufweisen, die senkrecht zur Strahlungshauptseite orientiert ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberseite der Optikplatte eine Strahlungsaustrittsseite des
Halbleiterbauteils. Mit anderen Worten bildet dann die
Optikplatte gleichzeitig auch eine Abdeckplatte des
Halbleiterbauteils .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dem
Halbleiterchip zugewandte Unterseite der Optikplatte eben und/oder glatt geformt und somit frei von Strukturelementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Halbleiterchip und der Vergusskörper auf einer Trägeroberseite eines Trägers angebracht. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte oder um einen Leiterrahmen. Bei dem Träger kann es sich um die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende Komponente handeln. Es ist möglich, dass der Träger
elektrische Leiterbahnen zum Anschließen des Halbleiterchips aufweist. Alternativ ist es möglich, dass in oder an dem Vergusskörper Leiterbahnen angebracht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Matrixmaterial für die ersten Strukturelemente um ein
Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybrid-Material . Die ersten Strukturelemente sind dann bevorzugt aus einem
Metalloxid wie Titandioxid oder Aluminiumoxid gestaltet. Ein Brechungsindexunterschied zwischen einem Material der
Strukturelemente und dem Matrixmaterial liegt bevorzugt bei mindestens 0,2. Eine Dicke des Matrixmaterials kann bei mindestens 0,25 mm oder 0,4 mm und/oder bei höchstens 2 mm oder 1,5 mm oder 1,0 mm liegen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Zentralbereich einen Durchmesser auf, der bei mindestens dem 1,6-Fachen oder 1,8-Fachen und/oder bei höchstens dem
3,5-Fachen oder 2,5-Fachen der Kantenlänge des
Halbleiterchips liegt. Ist der Zentralbereich in Draufsicht nicht kreisförmig gestaltet, so ist anstelle des Durchmessers ein mittlerer Durchmesser heranzuziehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Durchmesser oder ein mittlerer Durchmesser der Optikplatte bei mindestens dem Fünffachen oder Siebenfachen und/oder bei höchstens dem 15-Fachen oder Zwölffachen oder Zehnfachen der Kantenlänge des Halbleiterchips. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Optikplatte bei mindestens dem 1,4-Fachen oder 1,6-Fachen oder 1,8-Fachen und/oder höchstens dem 3,0-Fachen oder 2,5-Fachen oder 2,0-Fachen der Kantenlänge des
Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Strukturelemente oder die ersten Strukturelemente einen mittleren Durchmesser oder eine mittlere Kantenlänge von mindestens 250 nm oder 400 nm und/oder von höchstens 5 ym oder 2 ym oder 1 ym auf. Bei dem mittleren Durchmesser kann es sich um eine mittlere Größe der die ersten
Strukturelemente darstellenden Partikel handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Strukturelemente oder die zweiten Strukturelemente, in
Draufsicht gesehen, an der Oberseite der Optikplatte eine mittlere Kantenlänge von mindestens 0,5 ym oder 0,75 ym und/oder von höchstens 5 ym oder 3 ym oder 1,5 ym auf. Es ist möglich, dass die ersten und/oder die zweiten
Strukturelemente oder die Strukturelemente an der Oberseite dicht gepackt vorliegen, sodass die Oberseite zu mindestens 80 % oder 90 % oder 98 % von den entsprechenden
Strukturelementen bedeckt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Strukturelemente eine mittlere Größe von mindestens 0,3 ym oder 0,5 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die
mittlere Strukturgröße bei höchstens 10 ym oder 5 ym oder 3 ym. Die genannten Werte gelten insbesondere in Draufsicht auf die Oberseite der Optikplatte gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Optikplatte und/oder sind die Strukturelemente oder die zweiten
Strukturelemente aus einem klarsichtigen und
strahlungsdurchlässigen Material geformt. Beispielsweise sind die Optikplatte und/oder die Strukturelemente aus einem Glas, einem Polycarbonat , einem Polyacrylat, einem
Polymethylmethacrylat , einem Silikon oder einem Epoxid geformt oder weisen eines oder mehrere dieser Materialien auf.
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:
Figuren 1 bis 7 schematische Schnittdarstellungen und
schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Intensität in
Abhängigkeit von einem Abstrahlwinkel.
In Figur 1A ist eine schematische Schnittdarstellung und in Figur 1B eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Träger 2 mit einer Trägeroberseite 20 auf. Auf dem Träger 2 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 3, etwa eine LED, angebracht. Eine Strahlungshauptseite 30 des
Halbleiterchips 3 ist dem Träger 2 abgewandt. Auf der
Strahlungshauptseite 30 ist ein Konversionselement 6 zur zumindest teilweisen Strahlungsumwandlung aufgebracht. Durch die Kombination aus dem Halbleiterchip 3 und dem
Konversionselement 6 ist beispielsweise weißes Licht
erzeugbar .
Der Halbleiterchip 3 sowie das Konversionselement 6 befinden sich vollständig in einer Ausnehmung 43 eines Vergusskörpers 4. Der Vergusskörper 4 ist insbesondere nach der Montage des Halbleiterchips 3 und des Konversionselements 5 erzeugt. Es schließt der Vergusskörper 4 bevorzugt bündig mit einer dem Halbleiterchip 3 abgewandten Oberseite des
Konversionselements 6 ab, entlang einer Hauptabstrahlrichtung M des Halbleiterchips 3. Der Vergusskörper 4 berührt
ganzflächig Chipseitenflächen 35 des Halbleiterchips 3. Die Ausnehmung 43 sowie der Halbleiterchip 3 weisen eine
Kantenlänge L auf. Die Hauptabstrahlrichtung M ist diejenige Richtung, entlang der der Halbleiterchip 3 die größte
Intensität emittiert. Insbesondere ist die Hauptabstrahlrichtung M senkrecht zur Strahlungshauptseite 30 orientiert .
Auf dem Konversionselement 6 sowie dem Vergusskörper 4 ist eine Optikplatte 5 angebracht. Die Optikplatte 5 überdeckt den Halbleiterchip 3 vollständig, in Draufsicht gesehen. Es weist die Optikplatte 5 einen Zentralbereich C sowie einen Randbereich E auf, der den Zentralbereich C ringsum und vollständig umgibt. Eine Dicke der Optikplatte 5 liegt bevorzugt bei höchstens 1 mm oder bei höchstens 0,25 mm.
Die Optikplatte 5 weist eine glatte Unterseite 53 und eine dem Halbleiterchip 3 abgewandte Oberseite 50 auf. An der Oberseite 50 sind in dem Zentralbereich C erste
Strukturelemente 55a angebracht. Die ersten Strukturelemente 55a sind durch Titandioxidpartikel mit einem mittleren
Durchmesser von 500 nm gebildet, die zu einem Volumenanteil von 40 % in eine Silikonmatrix mit einem Brechungsindex von 1,4 eingebracht sind. Die Schicht mit den ersten
Strukturelementen 55a weist eine Dicke von 0,5 mm auf und einen Durchmesser, der dem 2,1-Fachen der Kantenlänge L des Halbleiterchips entspricht. Das Matrixmaterial mit den ersten Strukturelementen 55a ist auf einen Basiskörper der
Optikplatte 5 aufgebracht.
In dem Randbereich E sind zweite Strukturelemente 55b
angebracht. Die zweiten Strukturelemente 55b sind durch
Pyramiden gebildet, die an der Oberseite 50 geformt sind. Diese Pyramiden sind aus demselben Material gebildet wie der Basiskörper der Optikplatte 5 und aus diesem Basiskörper heraus erzeugt, etwa über ein Nanodruckverfahren oder ein Prägeverfahren. Seitenflächen dieser Pyramiden weisen einen Winkel zwischen einschließlich 60° und 80°, insbesondere ungefähr 70°, zu der Strahlungshauptseite 30 auf. Spitzen der Pyramiden sind in einem Abstand von 1 ym zueinander
angeordnet und die Pyramiden weisen in Draufsicht gesehen eine Kantenlänge von 1 ym auf, sodass die zweiten
Strukturelemente 55b dicht an der Oberseite 50 in dem
Randbereich E angeordnet sind. Ein Material des Grundkörpers der Optikplatte 5 ist beispielsweise ein Kunststoff oder ein Glas mit einem Brechungsindex von 1,5. Die Optikplatte weist einen Durchmesser D auf, der dem Zehnfachen der Kantenlänge L entspricht. Eine Dicke H der Optikplatte 5 liegt beim
Doppelten der Kantenlänge L. Die Kantenlänge L liegt
beispielsweise bei 1 mm.
Die in den vorhergehenden Absätzen genannten Zahlenwerte zu der Optikplatte 5 und zu den Strukturelementen 55a, 55b gelten bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 50 % oder 25 % oder 10 %.
Anders als in Figur 1B dargestellt ist es möglich, dass das gesamte Halbleiterbauteil 1 eine kreisrunde Form aufweist. Ebenso ist es möglich, dass die Optikplatte 5 eine
quadratische oder rechteckige Grundform aufweist und
deckungsgleich zu dem Vergusskörper 4 und/oder zu dem Träger 2 ausgestaltet ist. Hierbei ist der Zentralbereich C
weiterhin bevorzugt rotationssymmetrisch und kreisförmig, in Draufsicht gesehen, ausgeformt.
Bei dem Halbleiterbauteil 1 kann es sich um ein so genanntes QFN-Bauteil, Quad Flad No leads, handeln. Insbesondere ist das Halbleiterbauteil 1 oberflächenmontierbar . Zu einer
Vereinfachung der Darstellung sind elektrische
Anschlusseinrichtungen wie Leiterbahnen, Durchkontaktierungen oder Bonddrähte jeweils nicht gezeichnet. Ebenfalls zur Vereinfachung der Darstellung weist das illustrierte
Halbleiterbauteil 1 nur einen Halbleiterchip 3 auf, ebenso können aber auch mehrere der Halbleiterchips 3 vorhanden sein. Auch ist es möglich, dass zusätzliche Halbleiterchips etwa zum Schutz vor Schäden durch elektrostatische
Entladungen vorhanden sind. Solche weiteren Halbleiterchips sind nicht dargestellt.
In Figur 8 ist für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 schematisch eine Intensität I in willkürlichen Einheiten, kurz a. u., gegenüber einem Abstrahlwinkel aufgetragen. Eine maximale Intensität I wird emittiert bei einem Winkel von ungefähr 75°. In einem Winkelbereich von ungefähr 0° bis 60° ist die Intensität I näherungsweise konstant. Geringe Strahlungsanteile erfahren auch eine Rückstreuung und werden bei Winkeln > 90° emittiert.
In Figur 2 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass
Symmetrieachsen S des Halbleiterchips 3 und der Optikplatte 5 aufeinanderfallen . Die Symmetrieachsen S sind bevorzugt parallel zur Hauptabstrahlrichtung M orientiert. Anders als gemäß Figur 1 weist das Halbleiterbauteil 1, wie in Figur 2 dargestellt, nur eine einzige Art von
Strukturelementen 55 auf, die auf der Oberseite 50 der
Optikplatte 5 etwa aufgedruckt oder aufgedampft sind. Bei den Strukturelementen 55 kann es sich um einzelne Punkte oder kreisförmige Bahnen handeln. Die Strukturelemente 55 sind etwa aufgedruckte Punkte mit einem Material mit einem
Brechungsindex, der von einem Brechungsindex der restlichen Bestandteile der Optikplatte 5 verschieden ist. Optional ist es möglich, dass die Strukturelemente 55 ein Matrixmaterial mit darin eingebetteten Streupartikeln
und/oder reflektierenden Partikeln aufweisen. In Richtung weg von der Symmetrieachse S nimmt eine Flächendichte an der
Oberseite 50 der Strukturelemente 55 ab. Bevorzugt sind die Strukturelemente 55 direkt über der Strahlungshauptseite 30 dicht gepackt und nehmen in einer Dichte erst in einem
Randbereich ab.
Gemäß Figur 3 sind die Strukturelemente 55 alle gleich geformt und durch Ausnehmungen oder Löcher an der Oberseite 50 realisiert. Die Strukturelemente 55 sind im Querschnitt gesehen dreieckig geformt.
In Figur 4 ist dargestellt, dass die Strukturelemente 55 durch im Querschnitt gesehen halbkreisförmige Erhebungen gebildet sind. Optional ist es möglich, dass nach außen hin, in Richtung weg von der Symmetrieachse S, eine Flächendichte der Strukturelemente 55 abnimmt und/oder eine Größe der
Strukturelemente 55 zunimmt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind die
Strukturelemente 55 durch Löcher oder Ausnehmungen gebildet. Eine Größe der Strukturelemente 55 kann in Richtung weg von der Symmetrieachse S auch abnehmen, anders als gezeichnet. Es ist nicht erforderlich, dass die Strukturelemente 55 im
Querschnitt gesehen eine Symmetrieachse aufweisen, die parallel zu der Symmetrieachse S der Optikplatte 5 orientiert ist. Beispielsweise weisen der Symmetrieachse S zugewandte Begrenzungsflächen der Strukturelemente 55 einen kleineren oder auch einen größeren Winkel zur Unterseite 53 auf als der Symmetrieachse S abgewandte Begrenzungsflächen. In Figur 6 sind Draufsichten auf Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Gemäß Figur 6A sind die
Strukturelemente 55 durch ringförmige Strukturen gebildet, die in Richtung weg von der Symmetrieachse S zueinander einen zunehmenden Abstand aufweisen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6B sind die
Strukturelemente 55 statistisch verteilt und unregelmäßig angeordnet. Eine Schraffurdichte an der Oberseite 50
symbolisiert eine Dichte der Strukturelemente 55. Eine
Flächendichte der Strukturelemente 55 an der Oberseite 50 nimmt nach außen hin stufenförmig ab. Anders als dargestellt kann die Flächendichte der Strukturelemente 55 auch
kontinuierlich nach außen hin abnehmen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind die ersten
Strukturelemente 55a durch reflektierende Partikel an der Oberseite 50 gebildet. Die zweiten Strukturelemente 55b sind durch Ausnehmungen oder Einkerbungen an der Oberfläche 50 realisiert. Anders als dargestellt kann die Flächendichte der zweiten Strukturelemente 55b im Randbereich E konstant sein.
Die in den Figuren 3, 4, 5 und 7 dargestellten Optikplatten 5 können jeweils an einem Halbleiterchip 3 angebracht sein, wie in den Figuren 1, 2 oder 6 illustriert.
Es ist insbesondere möglich, dass Strukturelemente 55, wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt, auch beim
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 insbesondere für die zweiten Strukturelemente 55b Verwendung finden.
Entsprechendes gilt für die ersten Strukturelemente 55a aus Figur 7, die auch in Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 eingesetzt werden können.
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 .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 106 689.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einem Vergusskörper (4) mit mindestens einer
Ausnehmung (43) ,
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3) zur Strahlungserzeugung, der sich in der Ausnehmung (43) befindet und der eine Strahlungshauptseite (30) mit einer Kantenlänge (L) aufweist, und
- mindestens einer Optikplatte (5) , die die Ausnehmung
(43) abdeckt und die dem Halbleiterchip (3) entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) nachgeordnet ist, wobei
- die Optikplatte (5) an einer dem Halbleiterchip (3) abgewandten Oberseite (50) eine Vielzahl von
Strukturelementen (55) aufweist,
- die Optikplatte (5) einen Durchmesser (D) aufweist, der mindestens ein 1,5-Faches der Kantenlänge (L) des Halbleiterchips (3) beträgt,
- die Optikplatte (5) eine Dicke (H) aufweist, die mindestens ein 0,1-Faches und höchstens ein 1,5-Faches des Durchmessers (D) beträgt, und
- die Optikplatte (5) die Strahlungshauptseite (30) vollständig überdeckt, in Draufsicht gesehen.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Optikplatte (5) erste Strukturelemente (55a) und zweite Strukturelemente (55b) aufweist, wobei
- die ersten Strukturelemente (55a) reflektierend und die zweiten Strukturelemente (55b) streuend für eine vom Halbleiterchip (3) emittierte Strahlung wirken, - die ersten Strukturelemente (55a) in einem Zentralbereich (C) der Oberseite (50) angebracht sind und, in Draufsicht gesehen, der Zentralbereich (C) die Strahlungshauptseite (30) vollständig überdeckt, und
- die zweiten Strukturelemente (55b) in einem
Randbereich (E) der Oberseite (50) angebracht sind und der Randbereich (E) den Zentralbereich (C) ringsum umgibt, in Draufsicht gesehen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die ersten Strukturelemente (55a) reflektierend wirken und auf einem Basiskörper der Optikplatte (5) aufgebracht sind und die zweiten Strukturelemente refraktiv wirken und aus dem Basiskörper heraus geformt sind, und
wobei es sich bei der Optikplatte (5) um eine Platte mit im Mittel planparallelen Hauptseiten handelt. 4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die ersten Strukturelemente (55a) reflektierend wirkende Partikel sind, die in ein Matrixmaterial eingebettet und in dem Zentralbereich (C) gleichmäßig in dem Matrixmaterial verteilt sind, und
bei dem die zweiten Strukturelemente (55b) durch Löcher in oder durch Erhebungen an der Oberseite (50) gebildet sind .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Optikplatte (5) in dem Zentralbereich (C) eine mittlere Reflektivität für in dem Halbleiterbauteil (1) erzeugte Strahlung zwischen einschließlich 50 % und 85 % aufweist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Halbleiterchip (3) in der Ausnehmung (43) formschlüssig an dem Vergusskörper (4) anliegt, sodass Chipseitenflächen (35) des Halbleiterchips (3)
ganzflächig und direkt an den Vergusskörper (4) grenzen .
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich zwischen dem Halbleiterchip (3) und der Optikplatte (5) je direkt angrenzend ein
Konversionselement (6) befindet, das dazu eingerichtet ist, einen Teil der vom Halbleiterchip (3) im Betrieb erzeugten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln,
wobei das Konversionselement (6) in Richtung parallel zur Strahlungshauptseite (30) an den Vergusskörper (4) angrenzt .
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Optikplatte (5) , in Draufsicht gesehen neben dem Halbleiterchip (3) und ringsum um den
Halbleiterchip (3) herum, direkt auf dem Vergusskörper (4) aufliegt.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem, in Draufsicht gesehen, die Optikplatte (5) eine kreisrunde Platte ist und senkrecht zur
Strahlungshauptseite (30) verlaufende Symmetrieachsen (S) der Optikplatte (5) und des Halbleiterchips (3) deckungsgleich verlaufen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Strukturelemente (55) rotationssymmetrisch um die Symmetrieachsen (S) der Optikplatte (5) herum angeordnet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem, in Draufsicht gesehen, eine Flächendichte der Strukturelemente (3) an der Oberseite (50) der
Optikplatte (5) in Richtung weg von den Symmetrieachsen (S) nach außen hin abnimmt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturelemente (55) regelmäßig angeordnet und jeweils eine gleiche Querschnittsform aufweisen, in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite (30).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturelemente (55) im Querschnitt gesehen dreieckig geformt sind und Begrenzungsflächen der Strukturelemente (55) in einem Winkel zwischen einschließlich 60° und 80° relativ zu einer durch die Strahlungshauptseite (30) definierten Ebene orientiert sind . Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Oberseite (50) der Optikplatte (5) eine Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauteils (1) ist,
wobei eine dem Halbleiterchip (3) zugewandte Unterseite (53) der Optikplatte (5) eben geformt ist und wobei der Halbleiterchip (3) und der Vergusskörper (4) auf einer Trägeroberseite (20) eines Trägers (2) angebracht sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach zumindest Anspruch 3,
bei dem
- ein Brechungsindexunterschied zwischen dem
Matrixmaterial, das ein Silikon ist, und einem Material der ersten Strukturelemente (55a) , das ein Metalloxid ist, mindestens 0,2 beträgt sowie das Matrixmaterial eine Dicke zwischen einschließlich 0,25 mm und 1,0 mm aufweist,
- die Kantenlänge (L) des Halbleiterchips (3) zwischen einschließlich 0,5 mm und 2,5 mm liegt,
- der Zentralbereich (C) einen Durchmesser zwischen dem einschließlich 1,6-Fachen und 2,5-Fachen der
Kantenlänge (L) aufweist,
- der Durchmesser (D) der Optikplatte (5) zwischen dem einschließlich Siebenfachen und Fünfzehnfachen der Kantenlänge (L) liegt,
- die Dicke (H) der Optikplatte zwischen dem
einschließlich 1,6-Fachen und 2,5-Fachen der
Kantenlänge (L) beträgt,
- die ersten Strukturelemente (55a) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 250 nm und 1 ym aufweisen, - die zweiten Strukturelemente (55b) , in Draufsicht gesehen, an der Oberseite (50) im gesamten Randbereich (E) dicht gepackt vorliegen und einen mittleren
Durchmesser oder eine mittlere Kantenlänge zwischen einschließlich 0,75 ym und 3 ym aufweisen, und
- die Optikplatte (5) und die zweiten Strukturelemente (55b) aus einem klarsichtigen Material, ausgewählt aus der Gruppe Glas, Polycarbonat und Polyacrylat, bestehen oder mindestens eines dieser Materialien aufweisen.
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