WO2015107038A1 - Verfahren zum herstellen von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil Download PDF

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WO2015107038A1
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semiconductor chips
mounting side
optics
longitudinal axis
semiconductor
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PCT/EP2015/050477
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Matthias Sabathil
Frank Singer
Roland Hüttinger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing optoelectronic semiconductor components.
  • an optoelectronic semiconductor device is specified.
  • One problem to be solved is a method
  • This object is achieved, inter alia, by a method and by an optoelectronic semiconductor component with the
  • the method is for producing optoelectronic semiconductor components
  • the method produces several of the semiconductor components.
  • the semiconductor components are preferably each adapted to emit light, in particular visible light.
  • the optoelectronic semiconductor components are
  • Luminaires or modules for lights are Luminaires or modules for lights.
  • the method comprises the step of creating a blank.
  • the blank is produced in particular by means of continuous drawing or extrusion from a molten material. With such methods, blanks in almost any length can be produced.
  • the method includes the step of forming the blank. The blank is thereby formed into a strand-like appearance. The shaping of the
  • Blank is preferably after the creation of the blank and with its own tool.
  • the molding takes place together with the creation, for example by a specially shaped Strangzugdüse or extrusion die.
  • the optic has a longitudinal axis. The longitudinal axis runs along a
  • the longitudinal axis can run along a straight line. For example, the runs
  • the optic preferably has one or two planes of symmetry.
  • the optic has a mounting side.
  • the mounting side is set up so that on the mounting side further components of the
  • the optic includes a light exit side.
  • the light exit side is set up for beam shaping.
  • the light exit side is curved.
  • the light exit side may be shaped like a lens or as several lenses.
  • the method comprises the step of producing conductor tracks on the mounting side.
  • About the tracks on the mounting side is a electrical interconnection within the semiconductor devices generated.
  • the method comprises the step of mounting a plurality of
  • the semiconductor chips can be attached directly or indirectly to the mounting side.
  • the mounting side can be attached directly or indirectly to the mounting side.
  • Tracks are attached to the optics.
  • the semiconductor chips are light-emitting diodes or light-emitting diode chips. This may be slipped or, preferably, to
  • Unheatened LED chips act.
  • the semiconductor chips are configured to produce blue, green, yellow, red, and / or white light.
  • On the mounting side can only identical or different
  • Semiconductor chips be installed for radiation emission.
  • the method comprises the step of dividing the optic into the
  • Semiconductor components can be the same or even
  • the dicing can be a sawing, a laser cutting, a scratching with a break or an impression.
  • Optoelectronic semiconductor devices each have at least two or more than two of the semiconductor chips. For example, show the semiconductor devices at least five or eight or ten or twenty or one hundred or five hundred and / or at most a thousand or two hundred or one hundred or fifty of the semiconductor chips on.
  • the optic is the mechanically bearing component of the finished one
  • the method is for producing optoelectronic semiconductor components
  • the method comprises at least the following steps:
  • the optoelectronic semiconductor components each have at least two of the semiconductor chips and the optics is the mechanically supporting and stabilizing component of the
  • Linear lights are of interest for many lighting applications.
  • linear luminaires for area lighting can be used in open-plan offices, for the backlighting of display devices such as displays or even in
  • Light boxes are used for outdoor advertising. Also to a lighting of linear or linear
  • Designed areas are linear lamps used, for example, in aisles in an aircraft cabin.
  • Fluorescent tubes used. Fluorescent tubes, however, have comparatively large and standardized external dimensions
  • T5 to T12 are also referred to as T5 to T12.
  • Fluorescent tubes usually only used in continuous operation and normally not or only partially adjustable, with respect to radiated intensity and color of the radiated light.
  • at least the abovementioned process steps A) to D) take place in the
  • the process steps B) and C) are carried out at a temperature of at least 110 ° C or
  • the blank is formed from a glass.
  • the blank is made of a low-melting glass.
  • the low-melting glass is a silicate glass, a borate glass or a phosphate glass.
  • the silicate glass contains as
  • Main ingredient B2O3 and the phosphate glass contains as
  • the silicate glass can be more
  • the borate glass may contain further metal oxides such as S1O2, ⁇ 2 ⁇ 5 'Na 2 O, K 2 O, PbO and AgO, and the phosphate glass may contain further metal oxides such as B 2 O 3, S 2 O 2, a 2 O , K2O and / or AgO.
  • a share of AgO is at least 20
  • the inorganic glass is a soda-lime glass.
  • the optic is made of a plastic.
  • the optic comprises or consists of polymethylmethacrylate, polystyrene
  • Cycloolefin copolymers or polycarbonate It is also possible that several materials are combined for the optics. In each case, transparent materials are preferably used for the optics which do not or not significantly absorb in the emission spectrum generated by the semiconductor component and which preferably also
  • the look is in terms of a
  • the conductor tracks are glued or printed on the mounting side.
  • an ink which comprises silver and / or copper, for example in the form of
  • Particles in particular in the form of nanoparticles.
  • the conductor tracks are formed or hardened by sintering.
  • the sintering is preferably carried out without additional heating alone due to the temperature of the optics during cooling.
  • At least one phosphor mounted in places or over the entire surface at least one phosphor applied.
  • a combination of at least two phosphors is applied.
  • the application of the at least one phosphor is preferably carried out between steps B) and C).
  • the application of the at least one phosphor is carried out at a temperature of at least 350 ° C or 400 ° C or 500 ° C. Alternatively or additionally, the application is carried out at a temperature of at most 650 ° C or 600 ° C or 560 ° C.
  • the phosphor sinks at least partially into the optical system.
  • the phosphor is then not on the mounting side, but lies between the mounting side and the light exit side.
  • the at least one phosphor is in the form of particles. The particles preferably have a comparatively large average
  • the average diameter is at least 3 ym or 5 ym or 7 ym and / or at the highest 50 ym or 15 ym.
  • this phosphor is a red
  • the phosphor then converts preferably blue and / or green light into red light.
  • the mounting side facing the light exit side is a smooth side.
  • the mounting side is then shaped.
  • Mounting side is slightly curved. Slightly curved may mean that a radius of curvature is at least 25 mm or 50 mm or 100 mm. Alternatively or additionally, the radius of curvature is at least a factor of 5 or 10 or 20 above an average diameter of the optics.
  • Blind hole means that the corresponding hole does not reach the light exit side.
  • one or more of the semiconductor chips in each one of the Blind holes introduced. Electrical leads and / or contacts of the semiconductor chips are preferably outside the blind holes on the mounting side. It is thus possible that a mechanical and electrical attachment of the semiconductor chips takes place outside the blind holes. Alternatively, the electrical leads and / or contacts of the semiconductor chips may also be located within the blind holes. The semiconductor chips can be mechanically installed directly in the blind holes and at the same time electrically connected.
  • the semiconductor chips are so-called sapphire chips which have a radiation-permeable sapphire growth substrate for a semiconductor layer sequence of the semiconductor chip.
  • the semiconductor chips may be so-called flip chips.
  • a filling medium is located between the semiconductor chips and the mounting side. About such a filling medium, a Lichtauskoppeleffizienz of radiation from the semiconductor chip in the optic can be increased.
  • the blind holes are then completely filled by the semiconductor chips and the filling medium.
  • Filling medium may be a silicone.
  • Filling medium can optionally also be an additional
  • step B) shaping of the blank takes place with forming rollers.
  • the shaping rollers can be structured such that along the longitudinal axis of the optics a cross section in the direction perpendicular to the longitudinal axis varies, preferably varies periodically. This allows the optical properties of the optics are varied and manufactured efficiently.
  • the optics has concave and convex curved regions of the light exit side both in at least one cross section parallel to the longitudinal axis and in a cross section perpendicular to the longitudinal axis. It is possible that the optical system has cross-sections in the direction perpendicular to the longitudinal axis, which only show a convexly curved light exit side.
  • the optical system has cross-sections in the direction perpendicular to the longitudinal axis, which only show a convexly curved light exit side.
  • the optic preferably has a plurality of convexly curved portions and a plurality of concave curved portions.
  • the mounting side is provided with a mirror layer in areas that are not covered by the semiconductor chips.
  • the mirror layer may be a metallic layer. It is possible that the conductor tracks are produced out of the mirror layer.
  • the interconnects are then preferred by thin, narrow gaps of remaining areas of the
  • the semiconductor chips are arranged along the longitudinal axis in one or more rows on the mounting side.
  • the semiconductor chips are arranged in a regular pattern.
  • the finished semiconductor chips are arranged along the longitudinal axis in one or more rows on the mounting side.
  • the semiconductor chips are arranged in a regular pattern.
  • the red-emitting and the blue-emitting semiconductor chips are preferably arranged in a regular pattern alternately on the mounting side along the longitudinal axis. In this case, it is not necessary for exactly one blue semiconductor chip to follow a red emitting semiconductor chip and vice versa.
  • the semiconductor chips can theirs
  • Emission color arranged in groups, so that several blue emitting semiconductor chips to one or more red emitting semiconductor chips follow.
  • connection there is a connection between the semiconductor chips and the light exit side and / or between the semiconductor chips and the mounting side
  • the scattering agent which is formed for example by a layer of light-scattering particles, a radiation characteristic of the
  • a protection device on the mounting side against damage by electrostatic discharges.
  • the protective device can be applied in or after step D).
  • a plug for connecting and for external electrical contacting of the semiconductor component can be located in particular on the mounting side or on end sides of the optics.
  • step E) immediately follows step B) or is integrated in step B).
  • the end faces of the optics can in step E) with an optically effective curvature, in particular with a convex curvature.
  • an optoelectronic semiconductor device is specified.
  • the semiconductor device is fabricated by a method as recited in connection with one or more of the above embodiments.
  • a length of the semiconductor component is at least one
  • Factor 8 or 10 or 12 or 20 greater than a width of the semiconductor device The length and the width are determined in particular in plan view of the light exit side of the optics. The length is preferably along the
  • a width is
  • Figure 1 shows an embodiment of a
  • FIGS. 1 to 6 are schematic representations of
  • Figure 7 is a schematic plan view of an arrangement with optoelectronic described here
  • Figure 1 is a schematic perspective view
  • FIGS. 1A and 1B show that a blank 21 for an optic 2 is formed from a melt by means of continuous drawing.
  • the blank 21, which is drawn, for example, from a melt and which in particular is homogeneously formed from a glass, is brought into the desired shape by shaping rollers 26.
  • the optics 2 on a mounting side 23, which is flat or substantially flat.
  • the mounting side 23 is opposite to a light exit side 22 which is curved.
  • About the light exit side 22 is a
  • the optic 2 is already divided and cut to length.
  • End faces 28 are specifically provided with an optically effective rounding or shape.
  • the pultrusion from the melt and the molding with, for example, two shaping rollers 26 is, in particular, a continuous process with which a blank and an optic 2 can be produced with lengths that are largely freely selectable.
  • Blank 21 from a melt in particular from a
  • Furnace takes place at a temperature of about 950 ° C.
  • Injection points unlike for example in a pressing or spraying, can be produced.
  • Production line is transported further. Relocation to another manufacturing facility is preferably not required. During the cooling phase of the optics, this can be continuously moved along a cooling section and the further process steps can along this cooling path
  • the optic 2 preferably has a temperature between
  • Fluorescent 5 deliberately sink into the optics 2.
  • This process step is preferably carried out at a temperature of about 150 ° C.
  • sintering and / or curing of an ink for the printed conductors 4 is still during the cooling of the optical system 2
  • optoelectronic semiconductor chips in particular light-emitting diode chips, are applied to the mounting side 23 and to the phosphor 5.
  • the application of the semiconductor chips 3 takes place for example by means of soldering or by means of electrically conductive bonding.
  • the semiconductor chips 3 have a
  • Both electrical contacts of the semiconductor chips 3 are preferably located on one of the mounting side 23
  • Semiconductor chips 3 are preferably unexpanded chips.
  • the semiconductor chips 3 may be connected to the interconnects 4 to one or more series circuits and / or to one or more parallel circuits.
  • the optics 2 along the longitudinal axis A a
  • the length L exceeds the width B, for example, by at least a factor of 8 or 12 or 20. It is possible that the length L is at least 6 cm or 10 cm or 15 cm and / or at most 2 m or 60 cm or 30 cm ,
  • the width B and / or a mean diameter of the optic 2 are
  • FIG. IG a connection of the semiconductor device 1 is shown. Via electrical lines 44 at both ends of the optical system 4, the semiconductor device 1 to a
  • Control electronics 45 for example, to an electric ballast, connected.
  • the main conductor component 1 is electrically controlled and operable.
  • FIG. 2 is a perspective view of a further exemplary embodiment of the semiconductor component 1 shown.
  • the mounting side 23 is, as in all other embodiments possible, provided with a metallic or dielectric mirror layer 6.
  • the mirror layer 6 can completely cover the mounting side 23, except for areas where the semiconductor chips 3 are located.
  • the mounting side 23 is free of one according to FIG.
  • Phosphor 5 Such a phosphor can already be integrated in the semiconductor chips 3. Alternatively, it is possible that the semiconductor chips 3 emit in three different colors from each other. For example, red light, green light, and blue light emitting semiconductor chips 3 are
  • FIGS. 3A and 3B show sectional views of an exemplary embodiment of the semiconductor device 1.
  • a filling medium 29 which is formed for example of a silicone. As a result, a better optical coupling of the semiconductor chips 3 to the optics 2 is provided.
  • a filling medium 29 may also be in all others
  • FIG. 3B it is shown that the light exit side 22 of the optic 2 has a concavely curved and a convexly curved region. As a result, a beam expansion in the direction perpendicular to the longitudinal axis A can be achieved.
  • a profile of a radiation R from the semiconductor chip 3 is shown schematically in FIG. 3B by arrow lines.
  • the conductor tracks 4 are guided such that an electrical connection via a Plug 9 on the mounting side 23 in the range of only one of the end faces 28 is possible.
  • a Plug 9 may also be present in all other embodiments.
  • An external electrical and also mechanical fastening of the semiconductor components 1 can be realized via the plug 9.
  • the plug 9 is mounted directly on one of the end faces 28 or on both end faces 28 in order to allow a plurality of semiconductor components 1 to be stacked along the longitudinal axis A.
  • Protector 8 may also be mounted other electrical components such as control chips. Likewise, in a departure from the illustration, it is possible for the semiconductor chips 3 to be electrically driven individually or interconnected to individually electrically controllable groups. In this way, for example, a color location emitted by the semiconductor component 1 during operation can be selectively adjusted.
  • the phosphor 5 is applied only in areas on the mounting side 23 in which the semiconductor chips 3 are located. Remaining areas of the mounting side 23 may optionally be covered with the mirror layer 6.
  • the semiconductor device 1, as shown in FIG. 6, includes red light emitting semiconductor chips 3r and blue light emitting semiconductor chips 3b.
  • the semiconductor chips 3b, 3r are alternately mounted along the longitudinal direction A.
  • Between the blue emitting semiconductor chips 3b and the Optics 2 is in each case at least one phosphor 5, for example YAG: Ce.
  • a scattering agent 7 is in each case in regions
  • Such a scattering means 7 can also be present in all other embodiments. Unlike shown it is like in all others
  • the scattering means 7 completely covers the mounting side 23.
  • the scattering agent 7 regionally or
  • the semiconductor devices 1 are mounted on a common carrier 11.
  • the drive electronics 45 are also located on the carrier 11.
  • the arrangement 10 is a replacement for a fluorescent tube.
  • spatial dimensions of the arrangement 10 are preferably smaller than dimensions of a conventional one
  • Fluorescent tube in particular in the direction perpendicular to the longitudinal axis A.
  • FIGS. 8A to 8C show exemplary embodiments of the optics 2 in sectional views and in plan views.
  • the optics 2 each have along concave sections perpendicular to the longitudinal direction A and parallel to the longitudinal direction A concave and convex curved areas along the
  • FIGS. 8A to 8C one is left each
  • FIGS. 8A to 8C Sectional view perpendicular to the longitudinal axis A shown.
  • the illustrations in FIGS. 8A to 8C are at the top right
  • FIGS. 8A and 8B it can be seen that the optics 2, viewed in plan view on the light exit side 22, respectively
  • a tub is formed, which is surrounded wall-like by a material of the optics 2 around.
  • blind holes 25 may be formed in the mounting sides 23, see Figure 8C. The blind holes 25 are arranged to receive the semiconductor chips, not shown in FIGS. 8A to 8C. Per period length of optics 2 along the
  • Longitudinal axis A is preferably exactly one blind hole 25 provided for one of the semiconductor chips. Such blind holes 25 may also be present in all other embodiments.
  • each exemplary possible dimensions for the optics 2 are given.
  • the illustrations in FIGS. 8A to 8C are to be understood as true to scale. For example, the above dimensions apply with a tolerance of
  • Measurement ratios relative to each other preferably apply in each case with a tolerance of at most a factor of 2 or 1.5 or 1.15.
  • the dimensions of the semiconductor devices described here are significantly smaller than the dimensions of conventional systems, in particular smaller than the dimensions of normal fluorescent tubes.
  • the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicit is specified in the claims or exemplary embodiments.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) eingerichtet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: A) Erstellen eines Rohlings (21) mittels Strangzug oder Extrusion aus einer Materialschmelze, B) Formen des Rohlings (21) zu einer strangförmigen Optik (2) mit einer Längsachse (A) sowie mit einer Montageseite (23) und mit einer Lichtaustrittsseite (22), C) Erzeugen von Leiterbahnen (4) auf der Montageseite (23), D) Montieren einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (3) an der Montageseite (23) der Optik (2) und Anschließen an die Leiterbahnen (4), und E) Zerteilen der Optik (2) zu den optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1),

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen
Halbleiterbauteilen und optoelektronisches Halbleiterbauteil
Es wird ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
anzugeben, mit dem optoelektronische Halbleiterbauteile effizient herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen
eingerichtet. Bevorzugt werden mit dem Verfahren mehrere der Halbleiterbauteile hergestellt. Die Halbleiterbauteile sind bevorzugt jeweils zur Emission von Licht, insbesondere von sichtbarem Licht, eingerichtet. Beispielsweise handelt es sich bei den optoelektronischen Halbleiterbauteilen um
Leuchten oder um Module für Leuchten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Erstellens eines Rohlings. Der Rohling wird insbesondere mittels Strangzug oder Extrusion aus einer Materialschmelze hergestellt. Mit solchen Verfahren sind Rohlinge in nahezu beliebigen Längen herstellbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Formens des Rohlings. Der Rohling wird dabei zu einer strangförmigen Optik geformt. Das Formen des
Rohlings erfolgt bevorzugt nach dem Erstellen des Rohlings und mit einem eigenen Werkzeug. Alternativ hierzu ist es möglich, dass das Formen zusammen mit dem Erstellen erfolgt, beispielsweise durch eine speziell geformte Strangzugdüse oder Extrusionsdüse . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optik eine Längsachse auf. Die Längsachse verläuft entlang einer
Längsrichtung der Optik, entlang der die Optik eine größte geometrische Ausdehnung aufweist. Die Längsachse kann entlang einer Geraden verlaufen. Beispielsweise verläuft die
Längsachse innerhalb einer Symmetrieebene der Optik. Die Optik weist bevorzugt eine oder zwei Symmetrieebenen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optik eine Montageseite auf. Die Montageseite ist dazu eingerichtet, dass an der Montageseite weitere Komponenten der
Halbleiterbauteile angebracht werden. Ebenso kann die
Montageseite dazu eingerichtet sein, die Optik an einer weiteren Komponente wie einem externen Träger zu befestigen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Optik eine Lichtaustrittsseite. Die Lichtaustrittsseite ist zu einer Strahlformung eingerichtet. Beispielsweise ist die Lichtaustrittsseite gekrümmt. Die Lichtaustrittsseite kann wie eine Linse oder wie mehrere Linsen geformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Erzeugens von Leiterbahnen auf der Montageseite auf. Über die Leiterbahnen an der Montageseite ist eine elektrische Verschaltung innerhalb der Halbleiterbauteile erzeugbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Montierens einer Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterchips an der Montageseite. Die Halbleiterchips können dabei direkt oder mittelbar an der Montageseite befestigt sein. Insbesondere sind die
Halbleiterchips an die Leiterbahnen an der Montageseite elektrisch und bevorzugt auch mechanisch angeschlossen. Es ist möglich, dass die Halbleiterchips nur über die
Leiterbahnen an der Optik angebracht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterchips um Leuchtdioden oder um Leuchtdiodenchips. Hierbei kann es sich um gehauste oder, bevorzugt, um
ungehauste Leuchtdiodenchips handeln. Zum Beispiel sind die Halbleiterchips zur Erzeugung von blauem, grünem, gelbem, rotem und/oder weißem Licht eingerichtet. An der Montageseite können nur baugleiche oder auch verschiedenartige
Halbleiterchips zur Strahlungsemission angebracht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Zerteilens der Optik zu den
optoelektronischen Halbleiterbauteilen. Die
Halbleiterbauteile können dabei gleiche oder auch
unterschiedliche Längen aufweisen. Bei dem Zerteilen kann es sich um ein Sägen, ein Lasertrennen, ein Ritzen mit einem Brechen oder um ein Abdrücken handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
optoelektronischen Halbleiterbauteile je mindestens zwei oder mehr als zwei der Halbleiterchips auf. Beispielsweise weisen die Halbleiterbauteile mindestens fünf oder acht oder zehn oder zwanzig oder einhundert oder fünfhundert und/oder höchstens tausend oder zweihundert oder einhundert oder fünfzig der Halbleiterchips auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Optik die mechanisch tragende Komponente der fertigen
Halbleiterbauteile, insbesondere die einzige mechanisch tragende Komponente. Mit anderen Worten ist die Optik
selbsttragend und mechanisch stabil gestaltet. Ohne die Optik wären die Halbleiterbauteile mechanisch instabil und nicht alleine handhabbar.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen
eingerichtet. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte :
A) Erstellen eines Rohlings mittels Strangzug oder Extrusion aus einer Materialschmelze,
B) Formen des Rohlings zu einer strangförmigen Optik mit einer Längsachse sowie mit einer Montageseite und mit einer Lichtaustrittsseite,
C) Erzeugen von Leiterbahnen auf der Montageseite,
D) Montieren einer Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterchips an der Montageseite der Optik und Anschließen an die Leiterbahnen, und
E) Zerteilen der Optik zu den optoelektronischen
Halbleiterbauteilen. Die optoelektronischen Halbleiterbauteile weisen dabei je mindestens zwei der Halbleiterchips auf und die Optik ist die mechanisch tragende und stabilisierende Komponente der
Halbleiterbauteile . Lineare Leuchten sind für zahlreiche Beleuchtungsanwendungen von Interesse. Beispielsweise können lineare Leuchten zur Flächenbeleuchtung etwa in Großraumbüros, zur Hinterleuchtung von Anzeigeeinrichtungen wie Displays oder auch in
Lichtkästen etwa für die Außenwerbung zum Einsatz kommen. Auch zu einer Beleuchtung von linearen oder linear
gestalteten Bereichen sind lineare Lampen einsetzbar, beispielsweise in Gängen in einer Flugzeugkabine.
Als lineare Leuchtmittel werden in der Regel
Leuchtstoffröhren eingesetzt. Leuchtstoffröhren haben jedoch vergleichsweise große und genormte Außenabmessungen,
üblicherweise als T5 bis T12 bezeichnet. Zudem sind
Leuchtstoffröhren in der Regel nur im Dauerbetrieb einsetzbar und im Normalfall nicht oder nur eingeschränkt regelbar, hinsichtlich abgestrahlter Intensität und Farbort des abgestrahlten Lichts. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgen mindestens die oben genannten Verfahrensschritte A) bis D) in der
angegebenen Reihenfolge. Ebenso können die Verfahrensschritte A) bis E) in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgen mindestens die Verfahrensschritte B) und C) und optional auch die
Verfahrensschritte D) und/oder E) während des Abkühlens nach dem Schritt A) . Insbesondere erfolgen die Verfahrensschritte B) und C) bei einer Temperatur von mindestens 110° C oder
140° C. Dass die betreffenden Verfahrensschritte während des Abkühlens erfolgen können bedeuten, dass kein zusätzliches Aufheizen erfolgt und dass in der Reihenfolge der Verfahrensschritte eine Temperatur des Rohlings sowie der Optik monoton oder streng monoton abnimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Rohling aus einem Glas geformt. Insbesondere ist der Rohling aus einem niedrig schmelzenden Glas hergestellt. Beispielsweise ist das niedrig schmelzende Glas ein Silikatglas, ein Boratglas oder ein Phosphatglas. Das Silikatglas enthält als
Hauptbestandteil S1O2, das Boratglas enthält als
Hauptbestandteil B2O3 und das Phosphatglas enthält als
Hauptbestandteil P2O5. Das Silikatglas kann weitere
Metalloxide wie B2O3, P2O5, a20, K2O und/oder AgO enthalten, das Boratglas kann weitere Metalloxide wie S1O2, ^2 ^5 ' Na20, K2O, PbO und AgO enthalten und das Phosphatglas kann weitere Metalloxide wie B2O3, S1O2, a20, K2O und/oder AgO enthalten. Ein Anteil an AgO liegt zum Beispiel bei mindestens 20
Gewichts-% oder 40 Gewichts-%. Beispielsweise handelt es sich bei dem anorganischen Glas um ein Kalk-Natron-Glas. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Optik aus einem Kunststoff hergestellt. Beispielsweise umfasst oder besteht die Optik aus Polymethylmetacrylat , aus Polystyrol, aus
Cycloolefin-Copolymeren oder aus Polycarbonat . Es ist auch möglich, dass für die Optik mehrere Materialien kombiniert zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden für die Optik jeweils klarsichtige Materialien verwendet, die im von dem Halbleiterbauteil erzeugten Emissionsspektrum nicht oder nicht signifikant absorbieren und die bevorzugt auch
alterungsstabil gegenüber der erzeugten Strahlung sind.
Insbesondere ist die Optik hinsichtlich einer
Materialzusammensetzung homogen, sodass keine Schwankungen in einer Materialzusammensetzung über die Optik hinweg
auftreten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Leiterbahnen auf die Montageseite aufgeklebt oder aufgedruckt.
Insbesondere kommt eine Tinte zum Einsatz, die Silber und/oder Kupfer umfasst, beispielsweise in Form von
Partikeln, insbesondere in Form von Nanopartikeln .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Leiterbahnen nach dem Aufbringen, insbesondere nach dem Aufdrucken, durch ein Sintern geformt oder ausgehärtet. Das Sintern erfolgt bevorzugt ohne ein zusätzliches Aufheizen alleine aufgrund der Temperatur der Optik während des Abkühlens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die
Montageseite stellenweise oder ganzflächig zumindest ein Leuchtstoff aufgebracht. Bevorzugt wird eine Kombination aus zumindest zwei Leuchtstoffen aufgebracht. Das Aufbringen des mindestens einen Leuchtstoffs erfolgt bevorzugt zwischen den Schritten B) und C) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen des mindestens einen Leuchtstoffs bei einer Temperatur von mindestens 350 °C oder 400 °C oder 500 °C. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Aufbringen bei einer Temperatur von höchstens 650 °C oder 600 °C oder 560 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sinkt der Leuchtstoff nach dem Aufbringen mindestens teilweise in die Optik ein. Mit anderen Worten liegt der Leuchtstoff dann nicht auf der Montageseite auf, sondern liegt zwischen der Montageseite und der Lichtaustrittsseite. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der mindestens eine Leuchtstoff in Form von Partikeln vor. Bevorzugt weisen die Partikel einen vergleichsweise großen mittleren
Durchmesser auf. Insbesondere liegt der mittlere Durchmesser bei mindestens 3 ym oder 5 ym oder 7 ym und/oder bei höchsten 50 ym oder 15 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist einer der
Leuchtstoffe oder umfasst einer der Leuchtstoffe oder ist der eine Leuchtstoff ein Nitrid oder ein Oxinitrid. Insbesondere handelt es sich bei diesem Leuchtstoff um einen rot
emittierenden Leuchtstoff. Mit anderen Worten wandelt der Leuchtstoff dann bevorzugt blaues und/oder grünes Licht in rotes Licht um.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Montageseite, die der Lichtaustrittsseite gegenüber liegt, um eine glatte Seite. Mit anderen Worten ist die Montageseite dann eben geformt. Alternativ ist es möglich, dass die
Montageseite leicht gekrümmt ist. Leicht gekrümmt kann bedeuten, dass ein Krümmungsradius mindestens 25 mm oder 50 mm oder 100 mm aufweist. Alternativ oder zusätzlich liegt der Krümmungsradius mindestens um einen Faktor 5 oder 10 oder 20 oberhalb eines mittleren Durchmessers der Optik.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in der
Montageseite mehrere Sacklöcher geformt. Sackloch bedeutet, dass das entsprechende Loch nicht bis zur Lichtaustrittsseite reicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird je einer oder werden je mehrere der Halbleiterchips in je eines der Sacklöcher eingebracht. Elektrische Zuführungen und/oder Kontaktierungen der Halbleiterchips befinden sich dabei bevorzugt außerhalb der Sacklöcher an der Montageseite. Es ist damit möglich, dass eine mechanische und elektrische Befestigung der Halbleiterchips außerhalb der Sacklöcher erfolgt. Alternativ können sich die elektrischen Zuführungen und/oder Kontaktierungen der Halbleiterchips auch innerhalb der Sacklöcher befinden. Es können die Halbleiterchips direkt in die Sacklöcher mechanisch eingebaut und gleichzeitig elektrisch angeschlossen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterchips um sogenannte Saphir-Chips, die über ein insbesondere strahlungsdurchlässiges Saphir-Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips verfügen. Ebenso kann es sich bei den Halbleiterchips um sogenannte Flip-Chips handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen den Halbleiterchips und der Montageseite ein Füllmedium. Über ein solches Füllmedium ist eine Lichtauskoppeleffizienz von Strahlung aus dem Halbleiterchip in die Optik erhöhbar.
Beispielsweise sind die Sacklöcher dann vollständig von den Halbleiterchips und dem Füllmedium ausgefüllt. Bei dem
Füllmedium kann es sich um ein Silikon handeln. Das
Füllmedium kann optional auch zu einer zusätzlichen
Befestigung der Halbleiterchips an der Optik dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt im Schritt B) ein Formen des Rohlings mit Formrollen. Die Formrollen können dabei strukturiert sein, sodass entlang der Längsachse der Optik ein Querschnitt in Richtung senkrecht zur Längsachse variiert, bevorzugt periodisch variiert. Hierdurch können die optischen Eigenschaften der Optik gezielt variiert und effizient hergestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Optik sowohl in mindestens einem Querschnitt parallel zur Längsachse als auch in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse jeweils konkav und konvex gekrümmte Bereiche der Lichtaustrittsseite auf. Es ist dabei möglich, dass die Optik Querschnitte in Richtung senkrecht zur Längsachse aufweist, die nur eine konvex gekrümmte Lichtaustrittsseite zeigen. Entlang der
Längsachse weist die Optik bevorzugt mehrere konvex gekrümmte Bereiche und mehrere konkav gekrümmte Bereiche auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Montageseite in Bereichen, die nicht von den Halbleiterchips bedeckt sind, mit einer Spiegelschicht versehen. Bei der Spiegelschicht kann es sich um eine metallische Schicht handeln. Es ist möglich, dass aus der Spiegelschicht heraus die Leiterbahnen erzeugt sind. Die Leiterbahnen sind dann bevorzugt durch dünne, schmale Spalte von verbleibenden Bereichen der
Spiegelschicht getrennt, sodass keine elektrischen
Kurzschlüsse entstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterchips entlang der Längsachse in einer oder in mehreren Reihen an der Montageseite angeordnet. Bevorzugt sind die Halbleiterchips in einem regelmäßigen Muster angeordnet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das fertige
Halbleiterbauteile im roten Spektralbereich emittierende Halbleiterchips und im blauen Spektralbereich emittierende Halbleiterchips auf, insbesondere rotes Licht emittierende Leuchtdioden und blaues Licht emittierende Leuchtdioden. Die rot emittierenden und die blau emittierenden Halbleiterchips sind bevorzugt in einem regelmäßigen Muster abwechselnd an der Montageseite entlang der Längsachse angeordnet. Es ist dabei nicht erforderlich, dass auf einen rot emittierenden Halbleiterchip genau ein blau emittierender Halbleiterchip folgt und umgekehrt. Die Halbleiterchips können ihrer
Emissionsfarbe nach gruppiert angeordnet sein, sodass mehrere blau emittierende Halbleiterchips auf einen oder mehrere rot emittierende Halbleiterchips folgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen den Halbleiterchips und der Lichtaustrittsseite und/oder zwischen den Halbleiterchips und der Montageseite ein
Streumittel zu einer Lichtstreuung und/oder der mindestens eine Leuchtstoff. Durch das Streumittel, das beispielsweise durch eine Schicht aus lichtstreuenden Partikeln gebildet ist, lässt sich eine Abstrahlcharakteristik des
Halbleiterbauteils gezielt einstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an der Montageseite eine Schutzvorrichtung gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen. Die Schutzvorrichtung kann im oder nach dem Schritt D) aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann sich insbesondere an der Montageseite oder an Stirnseiten der Optik ein Stecker zum Anschließen und zum externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauteils befinden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt der Schritt E) unmittelbar dem Schritt B) nach oder ist in dem Schritt B) integriert. Die Stirnseiten der Optik können dabei im Schritt E) mit einer optisch wirksamen Krümmung, insbesondere mit einer konvexen Krümmung, versehen werden. Bei einem Zerteilen und Formen der Optik aus dem Rohling heraus ist ein
nachträgliches Zerteilen insbesondere mit einem spanenden Verfahren oder mit einem Material abtragenden Verfahren vermeidbar.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil ist insbesondere mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben.
Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das
Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist eine Länge des Halbleiterbauteils um mindestens einen
Faktor 8 oder 10 oder 12 oder 20 größer als eine Breite des Halbleiterbauteils. Die Länge und die Breite werden dabei insbesondere in Draufsicht auf die Lichtaustrittsseite der Optik bestimmt. Die Länge wird bevorzugt entlang der
Längsachse gemessen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Breite
und/oder eine Länge der Optik gleich der Länge und/oder der Breite des Halbleiterbauteils, in Draufsicht auf die
Montageseite und/oder die Lichtaustrittsseite gesehen. Mit anderen Worten kann dann eine Größe des Halbleiterbauteils, in Draufsicht auf die Lichtaustrittsseite und/oder auf die Montageseite gesehen, durch die Optik vorgegeben sein. Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und 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, sofern nicht anders gekennzeichnet, vielmehr können einzelne Elemente zum
besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines
Herstellungsverfahrens für hier beschriebene
Halbleiterbauteile,
Figuren 2 bis 6 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figur 7 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung mit hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteilen, und Figur 8 schematische Darstellungen von Optiken für hier
beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile.
In Figur 1 ist in schematischen perspektivischen
Darstellungen ein Verfahren zur Herstellung von
optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1 illustriert.
In den Figuren 1A und 1B ist gezeigt, dass aus einer Schmelze heraus mittels Strangzug ein Rohling 21 für eine Optik 2 geformt wird. Der Rohling 21, der beispielsweise aus einer Schmelze gezogen wird und der insbesondere homogen aus einem Glas geformt ist, wird durch Formrollen 26 in die gewünschte Form gebracht. Dabei weist die Optik 2 eine Montageseite 23 auf, die eben oder im Wesentlichen eben geformt ist. Der Montageseite 23 liegt eine Lichtaustrittsseite 22 gegenüber, die gekrümmt ist. Über die Lichtaustrittsseite 22 erfolgt eine
Strahlformung durch die Optik 2. Im Querschnitt gesehen senkrecht zu einer Längsachse A der Optik 2 weist diese zum Beispiel eine halbkreisförmige Gestalt auf.
Optional mit dem Formen ist es möglich, dass die Optik 2 bereits zerteilt und abgelängt wird. Hierbei können
Stirnflächen 28 gezielt mit einer optisch wirksamen Rundung oder Form versehen werden.
Das Strangziehen aus der Schmelze und das Formen mit den beispielsweise zwei Formrollen 26 ist insbesondere ein kontinuierlicher Prozess, mit dem ein Rohling und eine Optik 2 mit weitestgehend frei wählbaren Längen erzeugbar sind. Der Schritt des Ziehens des zähflüssigen Materials für den
Rohling 21 aus einer Schmelze, insbesondere aus einer
Schmelzwanne, erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr 950 °C. Das Umformen des Rohlings 21 mit den
Formrollen 26 zu der Optik 2 erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr 650 °C. Aufgrund der Verwendung der Formrollen 26 ist die Optik 2 ohne seitliche Nähte und
Anspritzpunkte, anders als zum Beispiel bei einem Pressen oder Spritzen, herstellbar.
In Figur IC ist gezeigt, dass die Optik 2 nach dem Formen umgelenkt, weiter abgekühlt und bevorzugt in derselben
Fertigungsstraße weiter befördert wird. Ein Umlagern zu einer anderen Fertigungsstätte ist bevorzugt nicht erforderlich. Während der Abkühlphase der Optik kann diese stetig entlang einer Abkühlstrecke weitergezogen werden und die weiteren Prozessschritte können entlang dieser Abkühlstrecke
durchgeführt werden. Die am jeweiligen Prozessort herrschende Temperatur kann somit genutzt werden. Beispielsweise gemäß dem in Figur 1D gezeigten, optionalen Verfahrensschritt werden mit einer Düse 50 Partikel eines Leuchtstoffs 5 auf die Montageseite 23 aufgesprüht. In diesem Prozessschritt weist die Optik 2 bevorzugt eine Temperatur zwischen
einschließlich 500 °C und 600 °C auf, beispielsweise ungefähr 550 °C. Hierdurch ist es möglich, dass die Partikel des
Leuchtstoffs 5 gezielt in die Optik 2 einsinken.
Optional ist es möglich, dass nach dem Schritt in Figur 1D ein weiteres Rollen der Optik 2 erfolgt, um ein Einsinken der Partikel des Leuchtstoffs 5 zu erleichtern oder um die
Montageseite 23 zu glätten. Alternativ ist es ferner möglich, dass das Anbringen des Leuchtstoffs 5 bereits im oder vor dem Schritt gemäß Figur 1B erfolgt.
Im Verfahrensschritt gemäß Figur IE werden auf die
Montageseite 23 mittels einer Druckdüse 40 Leiterbahnen 4 strukturiert aufgebracht. Dieser Verfahrensschritt erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 150 °C. Hierdurch ist ein Ansintern und/oder Aushärten einer Tinte für die Leiterbahnen 4 noch während des Abkühlens der Optik 2
möglich .
Im Verfahrensschritt gemäß Figur 1F werden optoelektronische Halbleiterchips 3, insbesondere Leuchtdiodenchips, auf die Montageseite 23 und auf den Leuchtstoff 5 aufgebracht. Das Aufbringen der Halbleiterchips 3 erfolgt beispielsweise mittels Löten oder mittels elektrisch leitfähigem Kleben. Die Halbleiterchips 3 weisen dabei eine
Hauptemissionsrichtung in Richtung hin zur Montageseite 23 auf. Beide elektrischen Kontakte der Halbleiterchips 3 befinden sich bevorzugt an einer der Montageseite 23
zugewandten Seite der Halbleiterchips 3. Bei den
Halbleiterchips 3 handelt es sich bevorzugt um ungehauste Chips. Die Halbleiterchips 3 können mit den Leiterbahnen 4 zu einer oder zu mehreren Reihenschaltungen verschaltet sein und/oder auch zu einer oder zu mehreren Parallelschaltungen.
Wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen weist die Optik 2 entlang der Längsachse A eine
vergleichsweise große Länge L und in Richtung senkrecht zur Längsachse A eine vergleichsweise geringe Breite B auf. Die Länge L übersteigt die Breite B beispielsweise um mindestens einen Faktor 8 oder 12 oder 20. Es ist möglich, dass die Länge L bei mindestens 6 cm oder 10 cm oder 15 cm und/oder bei höchstens 2 m oder 60 cm oder 30 cm liegt. Die Breite B und/oder ein mittlerer Durchmesser der Optik 2 liegen
insbesondere bei mindestens 2 mm oder 5 mm und/oder bei höchstens 30 mm oder 10 mm.
In Figur IG ist ein Anschließen des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Über elektrische Leitungen 44 an beiden Stirnenden der Optik 4 ist das Halbleiterbauteil 1 an eine
Ansteuerelektronik 45, beispielsweise an ein elektrisches Vorschaltgerät , angeschlossen. Über die Ansteuerelektronik 45 ist das Hauptleiterbauteil 1 elektrisch ansteuerbar und betreibbar.
In Figur 2 ist in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Die Montageseite 23 ist, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, mit einer metallischen oder dielektrischen Spiegelschicht 6 versehen. Die Spiegelschicht 6 kann die Montageseite 23 vollständig bedecken, mit Ausnahme von Bereichen, auf denen sich die Halbleiterchips 3 befinden.
Die Montageseite 23 ist gemäß Figur 2 frei von einem
Leuchtstoff 5. Ein solcher Leuchtstoff kann bereits in den Halbleiterchips 3 integriert sein. Alternativ ist es möglich, dass die Halbleiterchips 3 in drei voneinander verschiedenen Farben emittieren. Beispielsweise sind rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht emittierende Halbleiterchips 3
verbaut . In den Figuren 3A und 3B sind Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels des Halbleiterbauteils 1 gezeigt.
Zwischen den Halbleiterchips 3 und der Optik 2 befindet sich ein Füllmedium 29, das beispielsweise aus einem Silikon geformt ist. Hierdurch ist eine bessere optische Ankopplung der Halbleiterchips 3 an die Optik 2 gegeben. Ein solches Füllmedium 29 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In Figur 3B ist gezeigt, dass die Lichtaustrittsseite 22 der Optik 2 einen konkav gekrümmten und einen konvex gekrümmten Bereich aufweist. Hierdurch ist eine Strahlaufweitung in Richtung senkrecht zur Längsachse A erzielbar. Ein Verlauf einer Strahlung R aus dem Halbleiterchip 3 ist in Figur 3B schematisch durch Pfeillinien gezeigt.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1, wie in Figur 4 perspektivisch gezeigt, sind die Leiterbahnen 4 derart geführt, dass ein elektrisches Anschließen über einen Stecker 9 an der Montageseite 23 im Bereich nur einer der Stirnseiten 28 möglich ist. Solche Stecker 9 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Über den Stecker 9 kann eine externe elektrische und auch mechanische Befestigung der Halbleiterbauteile 1 realisiert sein.
Abweichend von der Darstellung ist es auch möglich, dass der Stecker 9 direkt an einer der Stirnseiten 28 oder an beiden Stirnseiten 28 angebracht ist, um ein Aneinanderstecken von mehreren Halbleiterbauteilen 1 entlang der Längsachse A zu ermöglichen.
Optional ist an der Montageseite 23 ferner eine
Schutzvorrichtung 8 gegen Schäden vor elektrostatischen
Entladungen angebracht. Alternativ oder zusätzlich zur
Schutzvorrichtung 8 können auch andere elektrische Bauteile wie Steuerchips montiert sein. Ebenso abweichend von der Darstellung ist es möglich, dass die Halbleiterchips 3 elektrisch einzeln ansteuerbar oder zu einzeln elektrisch ansteuerbaren Gruppen zusammengeschaltet sind. Hierdurch ist beispielsweise ein von dem Halbleiterbauteil 1 im Betrieb emittierter Farbort gezielt einstellbar.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist der Leuchtstoff 5 nur in Bereichen an der Montageseite 23 aufgebracht, in denen sich die Halbleiterchips 3 befinden. Verbleibende Bereiche der Montageseite 23 können optional mit der Spiegelschicht 6 bedeckt sein.
Das Halbleiterbauteil 1, wie in Figur 6 gezeigt, weist rotes Licht emittierende Halbleiterchips 3r und blaues Licht emittierende Halbleiterchips 3b auf. Die Halbleiterchips 3b, 3r sind abwechselnd entlang der Längsrichtung A angebracht. Zwischen den blau emittierenden Halbleiterchips 3b und der Optik 2 befindet sich jeweils zumindest ein Leuchtstoff 5, zum Beispiel YAG:Ce.
Zwischen den rot emittierenden Halbleiterchips 3r und der Optik 2 ist jeweils bereichsweise ein Streumittel 7
angebracht. Ein solches Streumittel 7 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Anders als dargestellt ist es wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich, dass das Streumittel 7 vollständig die Montageseite 23 bedeckt. Alternativ oder zusätzlich kann das Streumittel 7 bereichsweise oder
ganzflächig auf die Lichtaustrittsseite 22 angebracht sein, insbesondere um einer Entblendung zu dienen. In Figur 7 ist eine Anordnung 10 mit mehreren der
Halbleiterbauteile 1 gezeigt. Zur Vereinfachung der
Darstellung sind in Figur 7 Leiterbahnen zwischen den
einzelnen Halbleiterbauteilen 1 jeweils nicht gezeichnet. Die Halbleiterbauteile 1 sind auf einem gemeinsamen Träger 11 angebracht. Auf dem Träger 11 befindet sich optional auch die Ansteuerelektronik 45. Beispielsweise handelt es sich bei der Anordnung 10 um einen Ersatz für eine Leuchtstoffröhre.
Räumliche Abmessungen der Anordnung 10 sind dabei jedoch bevorzugt kleiner als Abmessungen einer herkömmlichen
Leuchtstoffröhre, insbesondere in Richtung senkrecht zur Längsachse A.
In den Figuren 8A bis 8C sind in Schnittdarstellungen und in Aufsichten Ausführungsbeispiele für die Optik 2 gezeigt. Die Optiken 2 weisen je entlang von Querschnitten senkrecht zur Längsrichtung A als auch parallel zur Längsrichtung A konkav und konvex gekrümmte Bereiche auf, die entlang der
Längsrichtung einander insbesondere periodisch abwechseln. In den Figuren 8A bis 8C ist dabei links jeweils eine
Schnittdarstellung senkrecht zur Längsachse A gezeigt. Die Darstellungen in den Figuren 8A bis 8C rechts oben sind
Schnittdarstellungen entlang der Längsachse A. Die Figuren rechts unten stellen gemäß der Figuren 8A und 8B Draufsichten und gemäß Figur 8C Unteransichten der Optiken 2 dar.
In den Figuren 8A und 8B ist zu sehen, dass die Optik 2 in Draufsicht auf die Lichtaustrittsseite 22 gesehen jeweils
Knoten und Bäuche aufweist. In den Bäuchen ist bevorzugt eine Wanne gebildet, die ringsum wallartig von einem Material der Optik 2 umgeben ist. In die Montageseiten 23 können, siehe Figur 8C, Sacklöcher 25 geformt sein. Die Sacklöcher 25 sind zu einer Aufnahme der Halbleiterchips, in den Figuren 8A bis 8C nicht gezeichnet, eingerichtet. Pro Periodenlänge der Optik 2 entlang der
Längsachse A ist dabei bevorzugt genau ein Sackloch 25 für einen der Halbleiterchips vorgesehen. Solche Sacklöcher 25 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein .
In den Schnittdarstellungen senkrecht zur Längsachse A in den Figuren 8A bis 8C sind jeweils beispielhaft mögliche Maße für die Optik 2 angegeben. Die Darstellungen in den Figuren 8A bis 8C sind insofern maßstäblich zu verstehen. Die genannten Maße gelten beispielsweise je mit einer Toleranz von
höchstens einem Faktor 3 oder 2 oder 1,5 oder 1,25. Die
Maßverhältnisse relativ zueinander gelten jeweils bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 2 oder 1,5 oder 1, 15. Durch ein hier beschriebenes Herstellungsverfahren und durch die hier beschriebenen Halbleiterbauteile 1 ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile: - Es ist zum Verschalten der Halbleiterchips keine gedruckte Leiterplatte, kurz PCB, notwendig.
- Die Herstellung erfolgt mit einem nur geringen
Prozessaufwand und ist flexibel gestaltbar, insbesondere sind Optiken mit verschiedenen Längen ohne große
Prozessveränderungen realisierbar.
- Während der Abkühlphase und der Glasstabproduktion für die Optik ist die gesamte Prozessführung möglich, ein so
genannter On the Fly-Prozess ist realisierbar.
- Es besteht ein nur geringer Platzbedarf für die
Produktionsstätten und es ist kein zusätzlicher
Transportaufwand zwischen Produktionsprozessen zu betreiben.
- Durch unterschiedliche Formrollen können unterschiedliche Geometrien der Optik 2 einfach erzeugt werden. Dadurch können unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken der
Halbleiterbauteile 1 für verschiedene Anwendungen einfach erzeugt und umgestellt werden.
- Die Abmessungen der hier beschriebenen Halbleiterbauteile sind erheblich kleiner als die Abmessungen von herkömmlichen Systemen, insbesondere geringer als die Abmessungen von normalen Leuchtstoffröhren.
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 2014 100 584.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen
Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten:
A) Erstellen eines Rohlings (21) mittels Strangzug oder Extrusion aus einer Materialschmelze,
B) Formen des Rohlings (21) zu einer strangförmigen Optik (2) mit einer Längsachse (A) sowie mit einer Montageseite (23) und mit einer Lichtaustrittsseite
(22) ,
C) Erzeugen von Leiterbahnen (4) auf der Montageseite
(23) ,
D) Montieren einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (3) an der Montageseite (23) der Optik (2) und Anschließen an die Leiterbahnen (4), und
E) Zerteilen der Optik (2) zu den optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1),
wobei die optoelektronischen Halbleiterbauteile (1) je mindestens zwei der Halbleiterchips (3) umfassen und die Optik (2) die mechanisch tragende Komponente der Halbleiterbauteile (1) ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem wenigstens die Verfahrensschritte A) bis D) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei zumindest die Schritte B) und C) während des Abkühlens nach dem Schritt A) bei einer Temperatur von mindestens 110 °C erfolgen, und
wobei der Rohling (21) aus einem Glas geformt und im Schritt A) aus einer Glasschmelze strangezogen wird. 3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Leiterbahnen (4) mit einer Silberpartikel enthaltenden Tinte aufgedruckt werden und ein Sintern zu den Leiterbahnen (4) durch die Temperatur der Optik (2) getrieben wird, ohne dass ein zusätzliches
Aufheizen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem zwischen den Schritte B) und C) in einem
Schritt bc) zumindest stellenweise auf die Montageseite (23) wenigstens ein Leuchtstoff (5) aufgebracht wird, wobei der Leuchtstoff (5) mindestens teilweise in den Rohling (21) einsinkt.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Schritt bc) bei einer Temperatur zwischen einschließlich 400 °C und 600 °C durchgeführt wird, wobei der Leuchtstoff (5) oder zumindest einer der Leuchtstoffe (5) ein Nitrid oder ein Oxinitrid ist oder umfasst und wobei wenigstens dieser Leuchtstoff (5) in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 3 ym und 25 ym vorliegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Montageseite (23) eben ist oder einen
Krümmungsradius von mindestens 25 mm aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in die Montageseite (23) mehrere Sacklöcher (25) geformt sind, wobei im Schritt D) je einer der Halbleiterchips (3) in je eines der Sacklöcher (25) eingebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem im Schritt B) der Rohling (21) mit
strukturieren Formrollen (26) geformt wird, sodass entlang der Längsachse (A) ein Querschnitt der Optik (2), senkrecht zur Längsachse (A) , periodisch variiert.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Optik (2) sowohl in einem Querschnitt parallel zur Längsachse (A) als auch in einem
Querschnitt senkrecht zur Längsachse (A) gesehen jeweils konkav und konvex gekrümmte Bereiche der
Lichtaustrittsseite (22) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Montageseite (23) mindestens in
Bereichen, die nicht von den Halbleiterchips (3) bedeckt sind, eine Spiegelschicht (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem entlang der Längsachse (A) abwechselnd rot emittierende Halbleiterchips (3r) und blau emittierende Halbleiterchips (3b) angeordnet sind,
wobei sich zwischen den rot emittierenden
Halbleiterchips (3r) und der Lichtaustrittsseite (2) je ein Streumittel (7) zur Lichtstreuung sowie zwischen den blau emittierenden Halbleiterchips (3b) und der Lichtaustrittsseite (2) je zumindest ein Leuchtstoff (5) befindet, und
wobei auf die Montageseite (3) im oder nach dem Schritt D) Schutzvorrichtungen (8) gegen Schäden vor
elektrostatischen Entladungen und Stecker (9) zum
Anschließen des Halbleiterbauteile (1) angebracht werden . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt E) unmittelbar nach oder in dem Schritt B) erfolgt, wobei Stirnseiten (28) der Optik (2) mit einer konvexen Krümmung versehen werden.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1), das mit einem Verfahren nach einem der vorigen Patentansprüche hergestellt ist, wobei
- das Halbleiterbauteil (1) mindestens zwei der
Halbleiterchips (3) umfasst,
- die Halbleiterchips (3) entlang der Längsachse (A) der Optik (2) angeordnet sind,
- eine Länge (L) und eine Breite (B) der Optik (2) gleich einer Länge und einer Breite des
Halbleiterbauteils (1) sind, in Draufsicht auf die Montageseite (23) gesehen,
- die Länge (L) die Breite (B) um mindestens einen Faktor 8 übersteigt, und
- die Optik (2) die einzige mechanisch tragende
Komponente des Halbleiterbauteils (1) ist.
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