EP2377172A1 - Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component - Google Patents

Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component

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Publication number
EP2377172A1
EP2377172A1 EP09801651A EP09801651A EP2377172A1 EP 2377172 A1 EP2377172 A1 EP 2377172A1 EP 09801651 A EP09801651 A EP 09801651A EP 09801651 A EP09801651 A EP 09801651A EP 2377172 A1 EP2377172 A1 EP 2377172A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier
metal layer
optical component
optoelectronic
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09801651A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Ninz
Herbert Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2377172A1 publication Critical patent/EP2377172A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L33/483—Containers
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    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering

Definitions

  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • an optoelectronic component is specified.
  • the document DE 20 2006 006 610 Ul relates to a housing with an electrical circuit.
  • An object to be solved is to provide a method in which an optical component is efficiently attached to a carrier. Another object to be solved is to provide an optoelectronic component in which an optical component is permanently attached to a carrier.
  • this includes the step of providing a wearer.
  • the carrier is set up so that at least one optoelectronic semiconductor chip can be mounted thereon.
  • the support preferably has a high thermal conductivity of at least 40 W / (m K), in particular of at least 110 W / (m K).
  • the carrier can be a printed circuit board, a printed circuit board, PCB for short, a ceramic or a semiconductor material.
  • the carrier may include electrical traces that may be mounted in, on, or on a substrate material of the carrier.
  • the interconnects can serve, for example, for an electrical actuation of the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • this includes the step of applying at least one first metal layer to the carrier.
  • the first metal layer is adapted to a mechanical one
  • the first metal layer does not serve for electrical contacting or electrical connection of the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • the first metal layer is preferably electrically isolated from the optoelectronic semiconductor chip.
  • the application of the first metal layer can take place via a photolithographic process, via vapor deposition and / or an electrogalvanic process.
  • this includes the step of providing at least one optical component.
  • the optical component may be a lens, a filter, a diffusion plate or a cover window.
  • the optical component is, at least locally, permeable or partially transparent to an electromagnetic radiation to be received or emitted by the semiconductor chip.
  • this includes the step of applying at least one second metal layer on the at least one optical component.
  • the second metal layer is configured to produce a mechanical connection between the optical component and the carrier.
  • the application of the second metal layer can be carried out analogously to the application of the first metal layer.
  • the first and / or the second metal layer can also be designed as a metal layer sequence.
  • the first and / or the second metal layer comprise sublayers of chromium and gold or sublayers of nickel, palladium and gold.
  • this includes the step of mechanically connecting the carrier to the at least one optical component.
  • This mechanical connection takes place via the at least one first and the at least one second metal layer and includes friction welding.
  • the friction welding is accomplished in particular via ultrasound.
  • the at least one first and the at least one second metal layer are connected to each other at least indirectly.
  • at least one intermediate layer is arranged between the first and the second metal layer and the first and the second metal layer are indirectly mechanically fixed to one another via these at least one intermediate layer.
  • at least the first or the second metal layer has a direct contact with the friction weld.
  • the metal layers to comprise the friction weld completely or partially.
  • this comprises the following steps:
  • the bonding involves friction welding.
  • the carrier when connecting the carrier and the optical component, the carrier is heated to a temperature of between 0 ° C. and 200 ° C., in particular between 130 ° C. and 170 ° C.
  • the connection thus takes place at comparatively moderate temperatures, so that no large thermal
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is disposed before the
  • the optical component is pressed against the support on the latter with a contact pressure of between 1 N and 90 N, in particular between 30 N and 50 N inclusive.
  • the ultrasonic power for the friction welding is fed in exclusively via the optical component.
  • no ultrasound is guided via the carrier to the first and / or second metal layer.
  • This lowers the mechanical stresses for the optoelectronic semiconductor chip during bonding.
  • microcracks which can lead to a reduction in the service life of the optoelectronic semiconductor chip, can thereby be reduced.
  • a frequency of the ultrasound is between 40 kHz and 100 kHz, in particular between 55 kHz and 65 kHz.
  • the ultrasonic power input when connecting the carrier and the optical component is between 0.1 W and 2.0 W, in particular between 0.5 W and 0.7 W.
  • the ultrasound power is applied for a time duration of between 0.2 s and 2.0 s, in particular between 0.5 s and 1.0 s.
  • at least one first and / or at least one second metal layer is applied to the at least one first and / or second metal layer by means of photolithography and / or with a wire bonder.
  • the connection platform can be designed like a dot or line.
  • a thickness of the connecting pedestal preferably exceeds a thickness of the first and the second metal layer by at least a factor of three, preferably by at least a factor of five.
  • the at least one connection pedestal is a spacer defining a distance between the first and second metal layers.
  • the connection platform is not a solder ball or solder pad, which is melted or melted when connecting the carrier and the optical component.
  • the first and the second metal layer and, if present, the connecting platform and the friction welding seam are free of one
  • metal layers, connection pad and friction weld in particular, comprise no solder and no organic adhesive.
  • an optoelectronic component is specified.
  • the optoelectronic component can be produced by means of one of the abovementioned embodiments of the method.
  • the optoelectronic component may have at least one feature as stated in connection with the method. It is also possible that the method described above has features as described below in connection with embodiments of the optoelectronic device.
  • this comprises a carrier.
  • the carrier has a main side, on which at least one optoelectronic semiconductor chip is mounted.
  • the carrier has a main side, on which at least one optoelectronic semiconductor chip is mounted.
  • the optoelectronic semiconductor chip can be a thin-film chip, as indicated in the publication WO 2005/081319 A1 or in the publication DE 10 2007 004 304 A1.
  • the disclosure of these documents with regard to the semiconductor chip described there and the production method described therein is hereby incorporated by reference.
  • the first metal layer is mounted on the main side of the carrier.
  • the first metal layer preferably covers at most 30%, in particular at most 10%, of the area of the main side of the carrier.
  • the first metal layer may be applied to the main side of the carrier in a point-like, line-like and / or frame-like manner.
  • the at least one second metal layer is located on the optical component.
  • the second metal layer is applied to the optical component so that it faces the main side of the carrier.
  • the friction weld is located between the first and the second metal layer or is completely or at least partially encompassed by the first and second metal layer.
  • the optical Component mechanically connected to the carrier.
  • the optical component and the carrier are mechanically connected to each other exclusively via the friction weld.
  • An area of the friction weld parallel to the main side of the carrier is approximately equal to an area of the first and second metal layers.
  • the surface areas of the first and second metal layer and the friction weld deviate from one another by less than 30%, in particular by less than 10%.
  • the friction weld seam is located directly at the at least one first and / or directly at the at least one second metal layer or is completely or partially enclosed by the latter.
  • a material of the friction weld is formed with at least one material of the metal layers or consists of the material of the metal layers.
  • the friction weld is in this case a layer that produces a mechanical connection between the parts to be joined. In the area of the friction weld, there may be a mixing of the materials of the parts to be joined. Due to the ultrasonic welding, a microscopic toothing of the material components to be joined can also be present in the region of the friction weld seam.
  • the friction weld has characteristic features, in particular for friction welding, which are accessible for example by an electron microscopic examination. That is, the friction weld is an objective feature that is detectable on the finished optoelectronic device.
  • the optoelectronic device comprises a carrier with at least one optoelectronic semiconductor chip, which is applied to a main side of the carrier. Furthermore, the optoelectronic component has at least one first metal layer on the main side of the carrier and at least one optical component. At least one second metal layer is located on the optical component, wherein the at least one second metal layer faces the main side of the carrier. Furthermore, the optoelectronic component contains a friction welded seam, which is located between the at least one first and the at least one second metal layer and via which the at least one optical component is mechanically connected to the carrier. The friction weld is located directly on the at least one first and / or on the at least one second metal layer.
  • At least one connecting pedestal is located between the first and the second metal layer.
  • the connection pedestal may be formed with the same material as the metal layers.
  • Connecting podium preferably corresponds to at most an area of the first and the second metal layer, in a plane parallel to the main side of the carrier.
  • an area of the connecting platform, with respect to a plane parallel to the main side of the carrier deviates by at most 30%, in particular by at most 20%, preferably by at most 10%, from the surface area of the metal layers.
  • Metal layer and a material of the connecting platform each either gold or aluminum.
  • the first and the second metal layer as well as the connecting platform are designed or consist of a gold or aluminum alloy.
  • an essential material component of the metal layers and the at least one connecting platform is gold or aluminum.
  • a total thickness of the first and of the second metal layer as well as of the connecting pedestal, in a direction perpendicular to the main side of the carrier is between 2 ⁇ m and 40 ⁇ m inclusive. If the optoelectronic component has no connecting pedestal, then a total thickness of the first and second metal layers is specified
  • the thickness of the connecting pedestal is then 0.
  • Such, comparatively large overall thicknesses of the metal layers and the connecting platform an adaptation of different thermal expansion coefficients between the support and the optical component, in particular during the bonding of the support and optical component can be achieved.
  • the metal layers and the connecting platform can thus act as a kind of buffer.
  • the first metal layer encloses the at least one optoelectronic semiconductor chip at least in places like a frame.
  • the optoelectronic semiconductor chip in the plane of the main side of the carrier is partially or completely surrounded by the first metal layer.
  • the first metal layer can form a closed frame-like line around the semiconductor chip form, for example in the form of a rectangle, an oval or a circle. It is also possible that the first metal layer is formed from a plurality of point-like structures and that these point-like structures are designed similar to a dot line, which frames the optoelectronic semiconductor chip.
  • the first metal layer is applied to the carrier in at least four, in particular in exactly four regions.
  • the preferably small area or point-like areas are located in particular exclusively at corners of a mounting area, in which the optoelectronic semiconductor chip is connected to the carrier.
  • the mounting area of the optical component is applied to the carrier in at least four, in particular in exactly four regions.
  • Small-scale or point-like may mean that each of the areas in which the first metal layer is applied to the carrier, an area of at most 10%, preferably of at most 5%, in particular of at most 2.5% of a total area of a frame facing the carrier optical component is.
  • the carrier and the optical component include a volume in which the at least one optoelectronic semiconductor chip is located. It is not necessary here that the volume is completely enclosed by the carrier and by the optical component. In particular, it is possible that the volume is not sealed gas-tight. As a result, a pressure equalization to an external environment of the optical component is possible.
  • the optical component is not in direct spatial contact with the semiconductor chip. In other words, no material of the optical component touches a material of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optical component is not in direct electrical contact with the optoelectronic semiconductor chip. In other words, there is no electrical short between the optoelectronic semiconductor chip and the optical component.
  • the optical component can be electrically insulated from the optoelectronic semiconductor chip.
  • the volume is sealed gas-tight.
  • the optoelectronic component is particularly protected against moisture or, in an aggressive atmosphere, against corrosion.
  • the volume is not sealed gas-tight.
  • the frictional weld then does not completely surround the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optical component comprises a frame on which the second metal layer is located.
  • the frame is preferably one with respect to that of the optoelectronic semiconductor chip to be received or emitted Radiation impermeable material designed. In other words, the frame is preferably opaque.
  • the optical component has an optical element.
  • the optical element is transmissive, in particular transparent, for at least part of the radiation to be emitted or received by the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optical element is in particular a lens or a window.
  • the optical element has at least two, in particular exactly two, opposing main surfaces.
  • one of the main surfaces faces the carrier and / or the optoelectronic semiconductor chip and the second main surface faces away from the optoelectronic semiconductor chip and the carrier.
  • a refraction of the light to be emitted or to be received by the optoelectronic semiconductor chip takes place at both, opposing main surfaces.
  • the light rays passing through the optical element except for those which meet perpendicularly to one of the main surfaces, undergo deflection or change in a beam direction at the main surfaces.
  • the carrier comprises or consists of a ceramic.
  • the optical component comprises silicon and glass.
  • the frame is designed with silicon and the optical element with glass.
  • the second metal layer is applied to the silicon, that is to say in particular to the frame of the optical component.
  • the frame or the silicon of the optical component preferably surround the optoelectronic semiconductor chip like a frame.
  • Some fields of application in which optoelectronic components described here can be used are, for example, the backlighting of displays or
  • optoelectronic components described here can also be used in illumination devices for projection purposes, in headlights or light emitters or in general lighting.
  • Figure 1 is a schematic representation of a method described here for producing a Embodiment of an optoelectronic device described here
  • FIG. 2 shows schematic sectional representations of further exemplary embodiments of optoelectronic components described here
  • Figure 3 shows schematic three-dimensional representations of
  • FIG. 1 schematically illustrates a method for producing an optoelectronic component 1 on the basis of sectional representations.
  • a carrier 2 and an optical component 3 are provided. Before the connection of the optical component 3 to the carrier 2, therefore, the optical component 3 and the carrier 2 can be completely manufactured or equipped.
  • an optoelectronic semiconductor chip 4 for example, a light-emitting diode, mounted on a main side 20 of the carrier 2.
  • the semiconductor chip 4 is located between two first metal layers 11, which are applied flat to the main side 20.
  • the first metal layers 11 are made of gold or a gold alloy.
  • the carrier 2 is, for example, a printed circuit board, PCB for short, or a ceramic.
  • the optical component 3 comprises a frame 31, which is designed in particular with silicon, and an optical element 32.
  • the optical element 32 is in this Embodiment, a glass plate, which is transparent to a radiation to be received by the semiconductor chip 14 or to be emitted.
  • connecting platforms 13 are applied to the second metal layers 12 or to the first metal layers 11.
  • the connecting platforms 13 acting as spacers may be applied via a photolithographic process or with a wire bonding machine.
  • the connecting platforms 13 have, in a direction parallel to the main side 20, a slightly smaller extent than the metal layers 11, 12.
  • FIG. 1C shows the connection of the optical component 3 and the carrier 2, designed in accordance with FIG.
  • the carrier 2 and the optical component 3 are pressed together with a force F, symbolized by a double arrow line.
  • the force F is approximately 40 N.
  • Heating of the first metal layers 11 takes place via the carrier 2.
  • the entry of the temperature T is indicated by a simple arrow line.
  • the temperature T is about 150 ° C.
  • An ultrasound U required for friction welding with a power of approximately 0.6 W for a duration of approximately 0.7 s and a frequency of approximately 60 kHz, is fed exclusively into the optoelectronic via the frame 31 of the optical component 3 Part 1 introduced.
  • the impressed in the frame 31 ultrasound U is symbolized by an unfilled arrow. Due to the combination of the force F, the temperature T and the ultrasound U, a mechanically fixed and permanent connection takes place at an interface between the first metal layers 11 and the connecting pedestals 13 via a friction weld 10.
  • the friction weld 10 is formed by the materials of the connecting platforms 10 and the first metal layers 11.
  • the friction weld 10 is resistant to chemicals and photo damage, so that a mechanically stable, permanent connection via the metal layers 11, 12 and the connecting platforms 13 between the optical component 3 and the carrier 2 is given to the semiconductor chip 4.
  • a total thickness D of the metal layers 11, 12 and the connecting pedestals 13, in a direction perpendicular to the main side 20 of the carrier 2, is approximately 15 ⁇ m.
  • the total thickness D is dependent on a lateral extent L of the optoelectronic component 1.
  • Total thickness D to choose.
  • a thickness of the metal layers 11, 12 is between 2 ⁇ m and 5 ⁇ m in each case.
  • a thickness of the connection pad 13 is, for example, between 10 ⁇ m and 25 ⁇ m inclusive, preferably about 15 ⁇ m.
  • a radiation passage area 41 of the semiconductor chip 4 faces the optical element 32.
  • the optical element 32 has two opposing major surfaces 33a, b.
  • the main surface 33 a faces away from the semiconductor chip 4, the main surface 33 b faces the semiconductor chip 4 and the carrier 2.
  • the optical component 3 is electrically isolated from the semiconductor chip 4.
  • a volume 5 is substantially enclosed by the carrier 2 and the optical component 3.
  • the embodiment of the component 1 according to FIG. 2A substantially corresponds to that shown in FIG. On the carrier 2, however, there are two, in a direction perpendicular to the main side 20 superposed first metal layers IIa, b.
  • the first metal layer IIa is formed, for example, with chromium in order to ensure high adhesion of the first metal layers IIa, IIb to the carrier 2.
  • the metal layer IIb is preferably made of gold and is adapted for joining by means of friction welding.
  • the metal layers 12a on the frame 31 are also designed, for example, with chromium.
  • the metal layers 12b are designed, for example, with gold or another material that has good adhesion to the material of the
  • Connecting platforms 13 shows.
  • the connecting platforms 13 can be designed with gold.
  • the metal layers 12b, 11b and the connecting platforms 13 are formed with aluminum or an aluminum alloy or another material suitable for friction welding or consist of such a material.
  • the flat-plate optical element 32 may be a filter, a diffusion plate, or a transparent plate. Likewise, it is possible that the optical element 32 with reflective, antireflective or specifically in certain spectral regions absorbing or reflective, not shown in Figure 2A coatings is provided.
  • Conversion means is mounted, which converts at least a portion of the radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip 4 radiation in a radiation having a different frequency. Such a conversion means may also be added to the material of the optical element 32 itself.
  • the optoelectronic semiconductor chip 4 may be an LED, in particular a transparent thin-film LED.
  • the component 1 can also have more than one semiconductor chip 4.
  • a coating which is reflective with respect to the radiation to be generated or received by the semiconductor chip 4 and not shown in FIG. 2A can likewise be applied.
  • Element 32 formed as a plano-convex convergent lens.
  • a light refraction of the radiation generated by the semiconductor chip 4 in particular takes place on both main sides 33a, b.
  • the optical element 32 may also have other shapes, for example light-distributing, concave lens-like shapes. Shaping as a Fresnel or zonal lens is also possible. ,
  • the metal layers IIb, 12b are without the use of
  • FIG. 3 shows further embodiments of the optical components 3, as they can be used in conjunction with the exemplary embodiments according to FIG. 1 and FIG.
  • four circular second metallizations 12 and cylindrical connecting platforms 13 are applied at corners on the side of the rectangular frame 31 facing the support not shown in FIG.
  • a mechanical connection between the optical component 3 on the support 2, not shown, thus takes place via four comparatively small, point-like regions at the corners of the frame 31.
  • the second metallization 12 forms a circulating, closed path on the side of the frame 31 facing the unshown carrier 2. This makes it possible for the volume 5 to be sealed off gas-tight from the carrier 2 and from the optical component 3 and the semiconductor chip 4 is encapsulated. Optionally, it is also possible for a continuous, closed path of the connecting platform 13 to be applied to the second metal layer 12.

Abstract

In at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic component (1), said method comprises the following steps: - providing a carrier (2), - applying at least one first metal layer (11) on the carrier (2), - providing at least one optical component (3), - applying at least one second metal layer (12) onto the at least one optical component (3), and - mechanically connecting the carrier (2) to the at least one optical component (3) by way of the at least one first and the at least one second metal layer (11, 12), wherein the connecting includes friction welding or is done by friction welding.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils und optoelektronisches BauteilMethod for producing an optoelectronic component and optoelectronic component
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.A method for producing an optoelectronic component is specified. In addition, an optoelectronic component is specified.
Die Druckschrift DE 20 2006 006 610 Ul betrifft ein Gehäuse mit einer elektrischen Schaltung.The document DE 20 2006 006 610 Ul relates to a housing with an electrical circuit.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine optische Komponente effizient an einem Träger angebracht wird. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, bei dem eine optische Komponente dauerhaft an einem Träger angebracht ist.An object to be solved is to provide a method in which an optical component is efficiently attached to a carrier. Another object to be solved is to provide an optoelectronic component in which an optical component is permanently attached to a carrier.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des Bereitsteilens eines Trägers. Der Träger ist dazu eingerichtet, dass darauf wenigstens ein optoelektronischer Halbleiterchip angebracht werden kann. Bevorzugt weist der Träger eine hohe thermische Leitfähigkeit von mindestens 40 W/ (m K), insbesondere von mindestens 110 W/ (m K) auf. Bei dem Träger kann es sich um eine Leiterplatte, um ein Printed Circuit Board, kurz PCB, um eine Keramik oder um ein Halbleitermaterial handeln. Der Träger kann elektrische Leiterbahnen umfassen, die in, auf oder an einem Substratmaterial des Trägers angebracht sein können. Die Leiterbahnen können etwa zu einer elektrischen Ansteuerung des wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchips dienen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des Aufbringens mindestenseiner ersten MetallSchicht auf dem Träger. Die erste Metallschicht ist dazu eingerichtet, eine mechanischeIn accordance with at least one embodiment of the method, this includes the step of providing a wearer. The carrier is set up so that at least one optoelectronic semiconductor chip can be mounted thereon. The support preferably has a high thermal conductivity of at least 40 W / (m K), in particular of at least 110 W / (m K). The carrier can be a printed circuit board, a printed circuit board, PCB for short, a ceramic or a semiconductor material. The carrier may include electrical traces that may be mounted in, on, or on a substrate material of the carrier. The interconnects can serve, for example, for an electrical actuation of the at least one optoelectronic semiconductor chip. In accordance with at least one embodiment of the method, this includes the step of applying at least one first metal layer to the carrier. The first metal layer is adapted to a mechanical one
Verbindung zwischen dem Träger und einer optischen Komponente zu vermitteln. Die erste Metallschicht dient insbesondere nicht zu einer elektrischen Kontaktierung oder elektrischen Beschaltung des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips . Die erste Metallschicht ist bevorzugt elektrisch vom optoelektronischen Halbleiterchip isoliert. Das Aufbringen der ersten Metallschicht kann über einen photolithographischen Prozess, über ein Aufdampfen und/oder ein elektrogalvanisch.es Verfahren erfolgen.To mediate connection between the carrier and an optical component. In particular, the first metal layer does not serve for electrical contacting or electrical connection of the at least one optoelectronic semiconductor chip. The first metal layer is preferably electrically isolated from the optoelectronic semiconductor chip. The application of the first metal layer can take place via a photolithographic process, via vapor deposition and / or an electrogalvanic process.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des Bereitstellens zumindest einer optischen 'Komponente. Bei der optischen Komponente kann es sich um eine Linse, einen Filter, eine Streuplatte oder ein Abdeckfenster handeln. Die optische Komponente ist, mindestens stellenweise-, durchlässig oder teildurchlässig für eine vom Halbleiterchip zu empfangende oder zu emittierende elektromagnetische Strahlung.In accordance with at least one embodiment of the method, this includes the step of providing at least one optical component. The optical component may be a lens, a filter, a diffusion plate or a cover window. The optical component is, at least locally, permeable or partially transparent to an electromagnetic radiation to be received or emitted by the semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des Aufbringens mindestens einer .zweiten Metallschicht auf der zumindest einen optischen Komponente. Wie auch die erste Metallschicht ist die zweite Metallschicht dazu eingerichtet, eine mechanische Verbindung zwischen optischer Komponente und Träger herzustellen. Das Aufbringen der zweiten Metallschicht kann analog zum Aufbringen der ersten Metallschicht erfolgen. Die erste und/oder die zweite Metallschicht können auch als Metallschichtenfolge gestaltet sein. Beispielsweise umfassen die erste und/oder die zweite Metallschicht Unterschichten aus Chrom und Gold oder Unterschichten aus Nickel, Palladium und Gold.According to at least one embodiment of the method, this includes the step of applying at least one second metal layer on the at least one optical component. Like the first metal layer, the second metal layer is configured to produce a mechanical connection between the optical component and the carrier. The application of the second metal layer can be carried out analogously to the application of the first metal layer. The first and / or the second metal layer can also be designed as a metal layer sequence. By way of example, the first and / or the second metal layer comprise sublayers of chromium and gold or sublayers of nickel, palladium and gold.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des mechanischen Verbindens des Trägers mit der zumindest einen optischen Komponente. Dieses mechanische Verbinden erfolgt über die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Metallschicht und beinhaltet ein Reibschweißen. Das Reibschweißen wird insbesondere über Ultraschall bewerkstelligt. Beim Verbinden werden die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Metallschicht zumindest mittelbar miteinander verbunden. Mit anderen Worten bildet sich beispielsweise direkt zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht eine Reibschweißnaht aus. Ebenso ist es möglich, dass wenigstens eine Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht angeordnet ist und über diese mindestens eine Zwischenschicht die erste und die zweite Metallschicht indirekt miteinander mechanisch fest verbunden sind. In jedem Fall weist wenigstens die erste oder die zweite Metallschicht einen direkten Kontakt zur Reibschweißnaht auf . Auch ist es möglich, dass die Metallschichten die Reibschweißnaht vollständig oder zum Teil umfassen.In accordance with at least one embodiment of the method, this includes the step of mechanically connecting the carrier to the at least one optical component. This mechanical connection takes place via the at least one first and the at least one second metal layer and includes friction welding. The friction welding is accomplished in particular via ultrasound. When joining, the at least one first and the at least one second metal layer are connected to each other at least indirectly. In other words, for example, forms a friction weld directly between the first and the second metal layer. It is also possible that at least one intermediate layer is arranged between the first and the second metal layer and the first and the second metal layer are indirectly mechanically fixed to one another via these at least one intermediate layer. In any case, at least the first or the second metal layer has a direct contact with the friction weld. It is also possible for the metal layers to comprise the friction weld completely or partially.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils umfasst dieses die folgenden Schritte:In at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic component, this comprises the following steps:
- Bereitstellen eines Trägers ,Providing a carrier,
- Aufbringen mindestens einer ersten Metallschicht auf dem Träger, - Bereitstellen zumindest einer optischen Komponente,Applying at least one first metal layer on the carrier, Providing at least one optical component,
- Aufbringen mindestens einer zweiten Metallschicht auf der zumindest einen optischen Komponente, undApplying at least one second metal layer on the at least one optical component, and
- mechanisches Verbinden des Trägers mit der zumindest einen optischen Komponente über die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Metallschicht.mechanically connecting the carrier to the at least one optical component via the at least one first and the at least one second metal layer.
Das Verbinden beinhaltet ein Reibschweißen.The bonding involves friction welding.
Beim mechanischen Verbinden von Träger und optischer Komponente über die Metallschichten erfolgt hierbei kein Aufschmelzen eines Verbindungsmittels, wie etwa bei einem Löten. Ebenso wenig wird eine flüssige oder zähflüssige Phase, zum Beispiel ein Klebstoff, eingesetzt. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass das Verbindungsmittel in flüssigem oder zähflüssigem Zustand sich ausbreitet beziehungsweise über Bereiche des Trägers oder der optischen Komponente verläuft .In the mechanical connection of carrier and optical component via the metal layers in this case no melting of a bonding agent, such as in a soldering. Nor is a liquid or viscous phase, for example an adhesive, used. This makes it possible to prevent the connecting means from spreading in the liquid or viscous state or extending over regions of the carrier or the optical component.
Beispielsweise bei einem Lot, das während des Verbindens verflüssigt wird, besteht die Gefahr, dass das LotFor example, in a solder that is liquefied during bonding, there is a risk that the solder
Leiterbahnen benetzt und zu Kurzschlüssen auf dem Träger führen kann oder dass die optische Komponente verschmutzt wird. Bei Klebstoffen ist beispielsweise eine Spaltgängigkeit, also ein Vermögen des Klebstoffs in Ritzen oder Spalten zu kriechen beziehungsweise zu fließen, oder ein Fließverhalten schwierig reproduzierbar zu gewährleisten. Daher kann eine Eingrenzung etwa des Klebstoffs, so lange dieser in einer flüssigen oder zähflüssigen Phase vorliegt, mit aufwändigen Gestaltungen, beispielsweise des Trägers, verbunden sein. Solche Gestaltungen können physikalischeWet tracks and lead to short circuits on the carrier or that the optical component is contaminated. In the case of adhesives, for example, a degree of fissuring, ie, a capacity of the adhesive to creep or run in cracks or gaps, or to ensure a flow behavior is difficult to reproducibly. Therefore, confinement of, for example, the adhesive, as long as it is in a liquid or viscous phase, may be associated with elaborate designs, such as the carrier. Such designs can be physical
Barrieren darstellen, über die der flüssige Klebstoff nicht gelangen kann. Durch ein Verlaufen des Klebstoffs können beispielsweise Leiterbahnen oder Lötflächen kontaminiert werden. Hierdurch ist eine, nach dem Klebevorgang durchzuführende, aufwändige Reinigung beispielsweise des Trägers vonnöten.Represent barriers over which the liquid adhesive can not get. By running the adhesive, for example, conductor tracks or solder pads can be contaminated become. As a result, it is necessary to carry out a complicated cleaning, for example of the support, which is to be carried out after the bonding process.
Beim Reibschweißen werden sich in festem Aggregatszustand befindliche Metallschichten miteinander verbunden. Es erfolgt also keine vollständige oder überwiegende Verflüssigung der miteinander zu verbindenden Teile. Die räumliche Ausdehnung der Verbindungsstellen ist damit klar definierbar. Außerdem ist beim Reibschweißen die Verbindungsfläche durch Metalle gegeben. Im Gegensatz insbesondere zu organische Materialien enthaltenden Klebstoffen ist diese Art der Verbindung besonders beständig gegen aggressive Medien wie beispielsweise Reinigungsmittel oder Salzwasser. Außerdem sind Metalle, im Gegensatz beispielsweise zu Polymeren, beständig gegen Lichteinwirkung und erhöhte Temperaturen, wie sie im Betrieb des herzustellenden optoelektronischen Bauteils auftreten können.In friction welding, metal layers in a solid state of aggregation are joined together. Thus, there is no complete or predominant liquefaction of the parts to be joined together. The spatial extent of the joints is thus clearly defined. In addition, in friction welding, the bonding surface is given by metals. In contrast, in particular to adhesives containing organic materials, this type of compound is particularly resistant to aggressive media such as detergents or salt water. In addition, metals, in contrast, for example, to polymers, resistant to light and elevated temperatures, such as may occur in the operation of the optoelectronic device to be produced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Verbinden von Träger und optischer Komponente der Träger auf eine Temperatur zwischen einschließlich 0° C und 200° C, insbesondere zwischen einschließlich 130° C und 170° C erhitzt. Das Verbinden erfolgt also bei vergleichsweise moderaten Temperaturen, so dass keine große thermischeIn accordance with at least one embodiment of the method, when connecting the carrier and the optical component, the carrier is heated to a temperature of between 0 ° C. and 200 ° C., in particular between 130 ° C. and 170 ° C. The connection thus takes place at comparatively moderate temperatures, so that no large thermal
Belastung etwa für den optoelektronischen Halbleiterchip auftritt.Load occurs approximately for the optoelectronic semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip vor demIn accordance with at least one embodiment of the method, the at least one optoelectronic semiconductor chip is disposed before the
Verbinden von Träger und optischer Komponente auf dem Träger aufgebracht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die optische Komponente beim Verbinden mit dem Träger an diesen mit einer Anpresskraft zwischen einschließlich 1 N und 90 N, insbesondere zwischen einschließlich 30 N und 50 N angedrückt .Connecting carrier and optical component applied to the carrier. In accordance with at least one embodiment of the method, the optical component is pressed against the support on the latter with a contact pressure of between 1 N and 90 N, in particular between 30 N and 50 N inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Einspeisung der Ultraschallleistung für das Reibschweißen ausschließlich über die optische Komponente. Mit anderen Worten wird kein Ultraschall über den Träger zur ersten und/oder zweiten Metallschicht geführt. Dies senkt die mechanischen Belastungen für den optoelektronischen Halbleiterchip während des Verbindens . Insbesondere Mikrorisse, die zu einer Verringerung der Lebensdauer des optoelektronischen Halbleiterchips führen können, sind hierdurch reduzierbar.According to at least one embodiment of the method, the ultrasonic power for the friction welding is fed in exclusively via the optical component. In other words, no ultrasound is guided via the carrier to the first and / or second metal layer. This lowers the mechanical stresses for the optoelectronic semiconductor chip during bonding. In particular, microcracks, which can lead to a reduction in the service life of the optoelectronic semiconductor chip, can thereby be reduced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt eine Frequenz des Ultraschalls zwischen einschließlich 40 kHz und 100. kHz, insbesondere zwischen 55 kHz und 65 kHz.In accordance with at least one embodiment of the method, a frequency of the ultrasound is between 40 kHz and 100 kHz, in particular between 55 kHz and 65 kHz.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Ultraschallleistung, die beim Verbinden von Träger und optischer Komponente eingespeist wird, zwischen einschließlich 0,1 W und 2,0 W, insbesondere zwischen 0,5 W und 0,7 W .According to at least one embodiment of the method, the ultrasonic power input when connecting the carrier and the optical component is between 0.1 W and 2.0 W, in particular between 0.5 W and 0.7 W.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Ultraschallleistung für eine Zeitdauer zwischen einschließlich 0,2 s und 2,0 s, insbesondere zwischen einschließlich 0,5 s und 1,0 s angelegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf die mindestens eine erste und/oder auf die mindestens eine zweite Metallschicht photolithographisch und/oder mit einem Drahtbonder mindestens ein Verbindungspodest, englisch Connecting Bump, aufgebracht. Das Verbindungspodest kann punktartig oder linienartig gestaltet sein. Eine Dicke des Verbindungspodests übersteigt eine Dicke der ersten und der zweiten Metallschicht bevorzugt um mindestens einen Faktor drei, bevorzugt um mindestens einen Faktor fünf. Bei dem mindestens einen Verbindungspodest handelt es sich beispielsweise um einen Abstandhalter, die einen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht definiert. Insbesondere ist das Verbindungspodest keine Lötkugel oder Lötpad, die beziehungsweise das beim Verbinden von Träger und optischer Komponente überwiegend oder vollständig - aufgeschmolzen wird.In accordance with at least one embodiment of the method, the ultrasound power is applied for a time duration of between 0.2 s and 2.0 s, in particular between 0.5 s and 1.0 s. According to at least one embodiment of the method, at least one first and / or at least one second metal layer is applied to the at least one first and / or second metal layer by means of photolithography and / or with a wire bonder. The connection platform can be designed like a dot or line. A thickness of the connecting pedestal preferably exceeds a thickness of the first and the second metal layer by at least a factor of three, preferably by at least a factor of five. For example, the at least one connection pedestal is a spacer defining a distance between the first and second metal layers. In particular, the connection platform is not a solder ball or solder pad, which is melted or melted when connecting the carrier and the optical component.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die erste und die zweite Metallschicht und, sofern vorhanden, das Verbindungspodest sowie die Reibschweißnaht frei von einemIn accordance with at least one embodiment of the method, the first and the second metal layer and, if present, the connecting platform and the friction welding seam are free of one
Verbindungsmittel . Mit anderen Worten umfassen Metallschichten, Verbindungspodest und Reibschweißnaht insbesondere kein Lot und keinen organischen Klebstoff.Connecting means. In other words, metal layers, connection pad and friction weld, in particular, comprise no solder and no organic adhesive.
Es wird darüber hinaus ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das optoelektronische Bauteil kann mittels eines der vorgenannten Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein. Das optoelektronische Bauteil kann mindestens ein Merkmal aufweisen, wie es in Verbindung mit dem Verfahren angegeben ist. Ebenso ist es möglich, dass das oben beschriebene Verfahren Merkmale aufweist, wie sie in Zusammenhang mit Ausführungsformen des optoelektronischen Bauteils nachstehend beschrieben sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen Träger. Der Träger weist eine Hauptseite auf, auf der wenigstens ein optoelektronischer Halbleiterchip angebracht ist. Zum Beispiel ist derIn addition, an optoelectronic component is specified. The optoelectronic component can be produced by means of one of the abovementioned embodiments of the method. The optoelectronic component may have at least one feature as stated in connection with the method. It is also possible that the method described above has features as described below in connection with embodiments of the optoelectronic device. According to at least one embodiment of the optoelectronic component, this comprises a carrier. The carrier has a main side, on which at least one optoelectronic semiconductor chip is mounted. For example, the
Halbleiterchip eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich um einen Dünnfilmchip handeln, wie in der Druckschrift WO 2005/081319 Al oder in der Druckschrift DE 10 2007 004 304 Al angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips sowie des dort beschriebenen Herstellungsverfahrens wird hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen.Semiconductor chip, a light emitting diode or a laser diode. The optoelectronic semiconductor chip can be a thin-film chip, as indicated in the publication WO 2005/081319 A1 or in the publication DE 10 2007 004 304 A1. The disclosure of these documents with regard to the semiconductor chip described there and the production method described therein is hereby incorporated by reference.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die erste Metallschicht auf der Hauptseite des Trägers angebracht. Die erste Metallschicht bedeckt hierbei bevorzugt höchstens 30 %, insbesondere höchstens 10 % der Fläche der Hauptseite des Trägers. Die erste Metallschicht kann punktartig, linienartig und/oder rahmenartig auf die Hauptseite des Trägers aufgebracht sein.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the first metal layer is mounted on the main side of the carrier. In this case, the first metal layer preferably covers at most 30%, in particular at most 10%, of the area of the main side of the carrier. The first metal layer may be applied to the main side of the carrier in a point-like, line-like and / or frame-like manner.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich an der optischen Komponente die zumindest eine zweite Metallschicht. Die zweite Metallschicht ist so auf die optische Komponente aufgebracht, dass sie der Hauptseite des Trägers zugewandt ist .In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the at least one second metal layer is located on the optical component. The second metal layer is applied to the optical component so that it faces the main side of the carrier.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich die Reibschweißnaht zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht oder ist von der ersten und zweiten Metallschicht vollständig oder mindestens zum Teil umfasst. Über die Reibschweißnaht ist die optische Komponente mechanisch mit dem Träger verbunden. Insbesondere sind die optische Komponente und der Träger ausschließlich über die Reibschweißnaht mechanisch miteinander verbunden. Ein Flächeninhalt der Reibschweißnaht, parallel zur Hauptseite des Trägers, ist näherungsweise gleich einem Flächeninhalt der ersten und der zweiten Metallschicht. Beispielsweise weichen die Flächeninhalte von erster und zweiter Metallschicht sowie der Reibschweißnaht um weniger als 30 %, insbesondere um weniger als 10 % voneinander ab.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the friction weld is located between the first and the second metal layer or is completely or at least partially encompassed by the first and second metal layer. About the friction weld is the optical Component mechanically connected to the carrier. In particular, the optical component and the carrier are mechanically connected to each other exclusively via the friction weld. An area of the friction weld parallel to the main side of the carrier is approximately equal to an area of the first and second metal layers. For example, the surface areas of the first and second metal layer and the friction weld deviate from one another by less than 30%, in particular by less than 10%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich die Reibschweißnaht direkt an der mindestens einen ersten und/oder direkt an der mindestens einen zweiten Metallschicht oder ist von diesen vollständig oder teilweise umfasst. Mit anderen Worten ist ein Material der Reibschweißnaht mindestens mit einem Material der Metallschichten gebildet oder besteht aus dem Material der Metallschichten. Die Reibschweißnaht ist hierbei eine Schicht, die eine mechanische Verbindung zwischen den zu verbindenden Teilen herstellt. Im Bereich der Reibschweißnaht kann eine Vermischung der Materialien der zu verbindenden Teile vorliegen. Aufgrund des Ultraschallschweißens kann im Bereich der Reibschweißnaht auch eine mikroskopische Verzahnung der zu verbindenden Materialkomponenten vorliegen. Die Reibschweißnaht weist insbesondere für ein Reibschweißen charakteristische Merkmale auf, die etwa einer elektronenmikroskopischen Untersuchung zugänglich sind. Das heißt, bei der Reibschweißnaht handelt es sich um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen optoelektronischen Bauteil nachweisbar ist.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the friction weld seam is located directly at the at least one first and / or directly at the at least one second metal layer or is completely or partially enclosed by the latter. In other words, a material of the friction weld is formed with at least one material of the metal layers or consists of the material of the metal layers. The friction weld is in this case a layer that produces a mechanical connection between the parts to be joined. In the area of the friction weld, there may be a mixing of the materials of the parts to be joined. Due to the ultrasonic welding, a microscopic toothing of the material components to be joined can also be present in the region of the friction weld seam. The friction weld has characteristic features, in particular for friction welding, which are accessible for example by an electron microscopic examination. That is, the friction weld is an objective feature that is detectable on the finished optoelectronic device.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen Träger mit wenigstens einem optoelektronischen Halbleiterchip, der auf einer Hauptseite des Trägers aufgebracht ist. Weiterhin weist das optoelektronische Bauteil zumindest eine erste Metallschicht auf der Hauptseite des Trägers auf sowie wenigstens eine optische Komponente. An der optischen Komponente befindet sich zumindest eine zweite Metallschicht, wobei die zumindest eine zweite Metallschicht der Hauptseite des Trägers zugewandt ist. Des Weiteren beinhaltet das optoelektronische Bauteil eine ReibSchweißnaht, die sich zwischen der zumindest einen ersten und der zumindest einen zweiten Metallschicht befindet und über die die wenigstens eine optische Komponente mechanisch mit dem Träger verbunden ist. Die Reibschweißnaht befindet sich hierbei direkt an der mindestens einen ersten und/oder an der mindestens einen zweiten Metallschicht.In at least one embodiment of the optoelectronic device, this comprises a carrier with at least one optoelectronic semiconductor chip, which is applied to a main side of the carrier. Furthermore, the optoelectronic component has at least one first metal layer on the main side of the carrier and at least one optical component. At least one second metal layer is located on the optical component, wherein the at least one second metal layer faces the main side of the carrier. Furthermore, the optoelectronic component contains a friction welded seam, which is located between the at least one first and the at least one second metal layer and via which the at least one optical component is mechanically connected to the carrier. The friction weld is located directly on the at least one first and / or on the at least one second metal layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht zumindest ein Verbindungspodest. Das Verbindungspodest kann mit demselben Material wie die Metallschichten gestaltet sein. Ein Flächeninhalt desIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, at least one connecting pedestal is located between the first and the second metal layer. The connection pedestal may be formed with the same material as the metal layers. An area of the
Verbindungspodests entspricht bevorzugt höchstens einem Flächeninhalt der ersten und der zweiten Metallschicht, in einer Ebene parallel zur Hauptseite des Trägers. Mit anderen Worten weicht ein Flächeninhalt des Verbindungspodests, bezüglich einer Ebene parallel zur Hauptseite des Trägers, um höchstens 30 %, insbesondere um höchstens 20 %, bevorzugt um höchstens 10 % von dem Flächeninhalt der Metallschichten ab.Connecting podium preferably corresponds to at most an area of the first and the second metal layer, in a plane parallel to the main side of the carrier. In other words, an area of the connecting platform, with respect to a plane parallel to the main side of the carrier, deviates by at most 30%, in particular by at most 20%, preferably by at most 10%, from the surface area of the metal layers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist ein Material der ersten und der zweitenAccording to at least one embodiment of the optoelectronic device, a material of the first and the second
Metallschicht sowie ein Material des Verbindungspodests jeweils entweder Gold oder Aluminium. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils sind die erste und die zweite Metallschicht sowie das Verbindungspodest mit einer Gold- oder Aluminiumlegierung gestaltet oder bestehen aus einer solchen. Mit anderen Worten ist ein wesentlicher Materialbestandteil der Metallschichten und des mindestens einen Verbindungspodests Gold oder Aluminium .Metal layer and a material of the connecting platform each either gold or aluminum. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the first and the second metal layer as well as the connecting platform are designed or consist of a gold or aluminum alloy. In other words, an essential material component of the metal layers and the at least one connecting platform is gold or aluminum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils beträgt eine Gesamtdicke aus der ersten und aus der zweiten Metallschicht sowie aus dem Verbindungspodest, in einer Richtung senkrecht zur Hauptseite des Trägers, zwischen einschließlich 2 μm und 40 μm. Weist das optoelektronische Bauteil kein Verbindungspodest auf, so liegt eine Gesamtdicke aus erster und zweiter Metallschicht im angegebenenIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, a total thickness of the first and of the second metal layer as well as of the connecting pedestal, in a direction perpendicular to the main side of the carrier, is between 2 μm and 40 μm inclusive. If the optoelectronic component has no connecting pedestal, then a total thickness of the first and second metal layers is specified
Dickenbereich, die Dicke des Verbindungspodests beträgt dann 0. Durch derartige, vergleichsweise große Gesamtdicken der Metallschichten und des Verbindungspodests kann eine Anpassung unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Träger und der optischen Komponente, insbesondere während des Verbindens von Träger und optischer Komponente, erzielt werden. Die Metallschichten und das Verbindungspodest können also als eine Art Puffer wirken.Thickness range, the thickness of the connecting pedestal is then 0. Such, comparatively large overall thicknesses of the metal layers and the connecting platform, an adaptation of different thermal expansion coefficients between the support and the optical component, in particular during the bonding of the support and optical component can be achieved. The metal layers and the connecting platform can thus act as a kind of buffer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umschließt die erste Metallschicht den wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise rahmenartig. Mit anderen Worten ist der optoelektronische Halbleiterchip in der Ebene der Hauptseite des Trägers stellenweise oder vollständig von der ersten Metallschicht umrandet. Die erste Metallschicht kann hierbei eine geschlossene rahmenartige Linie um den Halbleiterchip bilden, beispielsweise in Form eines Rechtecks, eines Ovals oder eines Kreises. Ebenso ist es möglich, dass die erste Metallschicht aus einer Mehrzahl .punktartiger Strukturen gebildet ist und dass diese punktartigen Strukturen ähnlich einer Punkt-Linie gestaltet sind, die den optoelektronischen Halbleiterchip umrahmt .In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the first metal layer encloses the at least one optoelectronic semiconductor chip at least in places like a frame. In other words, the optoelectronic semiconductor chip in the plane of the main side of the carrier is partially or completely surrounded by the first metal layer. In this case, the first metal layer can form a closed frame-like line around the semiconductor chip form, for example in the form of a rectangle, an oval or a circle. It is also possible that the first metal layer is formed from a plurality of point-like structures and that these point-like structures are designed similar to a dot line, which frames the optoelectronic semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die erste Metallschicht in mindestens vier, insbesondere in genau vier Bereichen auf dem Träger aufgetragen. Die bevorzugt kleinflächig beziehungsweise punktartig gestalteten Bereiche befinden sich insbesondere ausschließlich an Ecken eines Montageareals, in dem der optoelektronische Halbleiterchip mit dem Träger verbunden ist. Bevorzugt ist das Montageareal von der optischenIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the first metal layer is applied to the carrier in at least four, in particular in exactly four regions. The preferably small area or point-like areas are located in particular exclusively at corners of a mounting area, in which the optoelectronic semiconductor chip is connected to the carrier. Preferably, the mounting area of the optical
Komponente überdacht. Kleinflächig oder punktartig kann bedeuten, dass jeder der Bereiche, in denen die erste Metallschicht auf dem Träger aufgetragen ist, eine Fläche von höchstens 10 %, bevorzugt von höchstens 5 %, insbesondere von höchstens 2,5 % einer dem Träger zugewandten Gesamtfläche eines Rahmens der optischen Komponente beträgt .Component covered. Small-scale or point-like may mean that each of the areas in which the first metal layer is applied to the carrier, an area of at most 10%, preferably of at most 5%, in particular of at most 2.5% of a total area of a frame facing the carrier optical component is.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils schließen der Träger und die optische Komponente ein Volumen ein, in dem sich der wenigstens eine optoelektronische Halbleiterchip befindet. Es ist hierbei nicht notwendig, dass das Volumen vollständig vom Träger und von der optischen Komponente umschlossen ist. Insbesondere ist es möglich, dass das Volumen nicht gasdicht abgeschlossen ist. Hierdurch ist ein Druckausgleich zu einer äußeren Umgebung der optischen Komponente möglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich die optische Komponente nicht in direktem räumlichen Kontakt mit dem Halbleiterchip . Mit anderen Worten berührt kein Material der optischen Komponente ein Material des optoelektronischen Halbleiterchips .In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the carrier and the optical component include a volume in which the at least one optoelectronic semiconductor chip is located. It is not necessary here that the volume is completely enclosed by the carrier and by the optical component. In particular, it is possible that the volume is not sealed gas-tight. As a result, a pressure equalization to an external environment of the optical component is possible. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical component is not in direct spatial contact with the semiconductor chip. In other words, no material of the optical component touches a material of the optoelectronic semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils befindet sich die optische Komponente nicht in direktem elektrischen Kontakt mit dem optoelektronischen Halbleiterchip. Mit anderen Worten liegt zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der optischen Komponente kein elektrischer Kurzschluss vor. Insbesondere kann die optische Komponente vom optoelektronischen Halbleiterchip elektrisch isoliert sein.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical component is not in direct electrical contact with the optoelectronic semiconductor chip. In other words, there is no electrical short between the optoelectronic semiconductor chip and the optical component. In particular, the optical component can be electrically insulated from the optoelectronic semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist das Volumen gasdicht abgeschlossen. Hierdurch ist das optoelektronische Bauteil insbesondere gegen Feuchtigkeit oder, in einer aggressiven Atmosphäre, gegen Korrosion schützbar.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the volume is sealed gas-tight. As a result, the optoelectronic component is particularly protected against moisture or, in an aggressive atmosphere, against corrosion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist das Volumen nicht gasdicht abgeschlossen. Beispielsweise umrahmt dann die Reibschweißnaht den optoelektronischen Halbleiterchip nicht vollständig.According to at least one embodiment of the optoelectronic component, the volume is not sealed gas-tight. For example, the frictional weld then does not completely surround the optoelectronic semiconductor chip.
Hierdurch ist ein Druckausgleich zwischen dem Volumen und einer Umgebung ermöglicht.This allows pressure equalization between the volume and an environment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst die optische Komponente einen Rahmen, an dem sich die zweite Metallschicht befindet. Bevorzugt ist der Rahmen mit einem bezüglich der vom optoelektronischen Halbleiterchip zu empfangenden oder zu emittierenden Strahlung undurchlässigen Material gestaltet. Mit anderen Worten ist der Rahmen bevorzugt lichtundurchlässig.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical component comprises a frame on which the second metal layer is located. The frame is preferably one with respect to that of the optoelectronic semiconductor chip to be received or emitted Radiation impermeable material designed. In other words, the frame is preferably opaque.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist die optische Komponente ein optisches Element auf. Das optische Element ist durchlässig, insbesondere transparent, für wenigstens einen Teil der vom optoelektronischen Halbleiterchip zu emittierenden oder zu empfangenden Strahlung. Bei dem optischen Element handelt es sich insbesondere um eine Linse oder um ein Fenster.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical component has an optical element. The optical element is transmissive, in particular transparent, for at least part of the radiation to be emitted or received by the optoelectronic semiconductor chip. The optical element is in particular a lens or a window.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist das optische Element mindestens zwei, insbesondere genau zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen auf. Bevorzugt ist eine der Hauptflächen dem Träger und/oder dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandt und die zweite Hauptfläche dem optoelektronischen Halbleiterchip sowie dem Träger abgewandt. An beiden, einander gegenüberliegenden Hauptflächen erfolgt eine Lichtbrechung der vom optoelektronischen Halbleiterchip zu emittierenden oder zu empfangenden Strahlung. Mit anderen Worten erfahren die das optische Element durchlaufenden Lichtstrahlen, mit Ausnahme solcher, die senkrecht auf eine der Hauptflächen treffen, an den Hauptflächen eine Ablenkung oder Änderung einer Strahlrichtung.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical element has at least two, in particular exactly two, opposing main surfaces. Preferably, one of the main surfaces faces the carrier and / or the optoelectronic semiconductor chip and the second main surface faces away from the optoelectronic semiconductor chip and the carrier. A refraction of the light to be emitted or to be received by the optoelectronic semiconductor chip takes place at both, opposing main surfaces. In other words, the light rays passing through the optical element, except for those which meet perpendicularly to one of the main surfaces, undergo deflection or change in a beam direction at the main surfaces.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst der Träger eine Keramik oder besteht aus einer solchen.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic device, the carrier comprises or consists of a ceramic.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst die optische Komponente Silizium und Glas. Insbesondere ist der Rahmen mit Silizium und das optische Element mit Glas gestaltet.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the optical component comprises silicon and glass. In particular, the frame is designed with silicon and the optical element with glass.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die zweite Metallschicht auf dem Silizium, also insbesondere auf dem Rahmen der optischen Komponente, aufgebracht. Der Rahmen beziehungsweise das Silizium der optischen Komponente umgeben den optoelektronischen Halbleiterchip bevorzugt rahmenartig. Insbesondere ist durch das Silizium der optischen Komponente der optoelektronischeIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic component, the second metal layer is applied to the silicon, that is to say in particular to the frame of the optical component. The frame or the silicon of the optical component preferably surround the optoelectronic semiconductor chip like a frame. In particular, by the silicon of the optical component of the optoelectronic
Halbleiterchip, in einer Richtung parallel zur HauptSeite des Trägers, vollständig umschlossen.Semiconductor chip, in a direction parallel to the main side of the carrier, completely enclosed.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische Bauteile Verwendung finden können, sind etwa die Hinterleuchtungen von Displays oderSome fields of application in which optoelectronic components described here can be used are, for example, the backlighting of displays or
Anzeigeeinrichtungen. Weiterhin können hier beschriebene optoelektronische Bauteile auch in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder bei der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.Display devices. Furthermore, optoelectronic components described here can also be used in illumination devices for projection purposes, in headlights or light emitters or in general lighting.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Bauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren 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.Hereinafter, a described herein component and a method described herein with reference to the drawings using exemplary embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils,Figure 1 is a schematic representation of a method described here for producing a Embodiment of an optoelectronic device described here,
Figur 2 schematische Schnittdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen, undFIG. 2 shows schematic sectional representations of further exemplary embodiments of optoelectronic components described here, and FIG
Figur 3 schematische dreidimensionale Darstellungen vonFigure 3 shows schematic three-dimensional representations of
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optischen Komponenten.Embodiments of optical components described herein.
In Figur 1 ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils 1 anhand von Schnittdarstellungen illustriert. Gemäß Figur IA werden, insbesondere unabhängig voneinander, ein Träger 2 und eine optische Komponente 3 bereitgestellt. Vor dem Verbinden von der optischen Komponente 3 mit dem Träger 2 können also die optische Komponente 3 und der Träger 2 vollständig gefertigt beziehungsweise bestückt sein.FIG. 1 schematically illustrates a method for producing an optoelectronic component 1 on the basis of sectional representations. According to FIG. 1A, in particular independently of one another, a carrier 2 and an optical component 3 are provided. Before the connection of the optical component 3 to the carrier 2, therefore, the optical component 3 and the carrier 2 can be completely manufactured or equipped.
Auf einer Hauptseite 20 des Trägers 2 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 4, beispielsweise eine Leuchtdiode, angebracht. In einer lateralen Richtung, parallel zur Hauptseite 20, befindet sich der Halbleiterchip 4 zwischen zwei ersten Metallschichten 11, die flächig auf die Hauptseite 20 aufgebracht sind. Die ersten Metallschichten 11 bestehen aus Gold oder einer Goldlegierung. Der Träger 2 ist zum Beispiel ein Printed Circuit Board, kurz PCB, oder eine Keramik.On a main side 20 of the carrier 2, an optoelectronic semiconductor chip 4, for example, a light-emitting diode, mounted. In a lateral direction, parallel to the main side 20, the semiconductor chip 4 is located between two first metal layers 11, which are applied flat to the main side 20. The first metal layers 11 are made of gold or a gold alloy. The carrier 2 is, for example, a printed circuit board, PCB for short, or a ceramic.
Die optische Komponente 3 umfasst einen Rahmen 31, der insbesondere mit Silizium gestaltet ist, und ein optisches Element 32. Das optische Element 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Glasplatte, die für eine vom Halbleiterchip 14 zu empfangende oder zu emittierende Strahlung transparent ist. An einer dem Träger 2 zugewandten Seite des Rahmens 31 sind zwei zweite Metallschichten 12 flächig aufgebracht. Eine Fläche der zweiten Metallschichten 12 entspricht, bezüglich einer Ausdehnung parallel zur Hauptseite 20 des Trägers 2, im Rahmen derThe optical component 3 comprises a frame 31, which is designed in particular with silicon, and an optical element 32. The optical element 32 is in this Embodiment, a glass plate, which is transparent to a radiation to be received by the semiconductor chip 14 or to be emitted. On a side facing the carrier 2 of the frame 31, two second metal layers 12 are applied flat. A surface of the second metal layers 12 corresponds, with respect to an extent parallel to the main side 20 of the carrier 2, in the context of
Herstellungstoleranzen den Flächen der ersten Metallschichten 11.Manufacturing tolerances the surfaces of the first metal layers 11th
In den Figuren 1 Bl und 1 B2 ist zu sehen, dass auf die zweiten Metallschichten 12 oder auf die ersten Metallschichten 11 Verbindungspodeste 13 aufgebracht sind. Die Verbindungspodeste 13, die als Abstandhalter wirken, können über einen photolithographischen Prozess oder mit einer Maschine zum Drahtbonden aufgebracht sein. Die Verbindungspodeste 13 weisen, in einer Richtung parallel zur Hauptseite 20, eine etwas geringere Ausdehnung auf als die Metallschichten 11, 12.It can be seen in FIGS. 1 B 1 and 1 B 2 that connecting platforms 13 are applied to the second metal layers 12 or to the first metal layers 11. The connecting platforms 13 acting as spacers may be applied via a photolithographic process or with a wire bonding machine. The connecting platforms 13 have, in a direction parallel to the main side 20, a slightly smaller extent than the metal layers 11, 12.
In Figur IC ist das Verbinden der optischen Komponente 3 und des Trägers 2, gestaltet gemäß der Figur 1 Bl, dargestellt. Der Träger 2 und die optische Komponente 3 werden mit einer Kraft F, symbolisiert durch eine Doppelpfeillinie, aneinander gedrückt. Die Kraft F beträgt zirka 40 N. Über den Träger 2 erfolgt eine Erwärmung der ersten Metallschichten 11. Der Eintrag der Temperatur T ist durch eine einfache Pfeillinie angedeutet. Die Temperatur T beträgt zirka 150° C.FIG. 1C shows the connection of the optical component 3 and the carrier 2, designed in accordance with FIG. The carrier 2 and the optical component 3 are pressed together with a force F, symbolized by a double arrow line. The force F is approximately 40 N. Heating of the first metal layers 11 takes place via the carrier 2. The entry of the temperature T is indicated by a simple arrow line. The temperature T is about 150 ° C.
Ein zum Reibschweißen benötigter Ultraschall U wird mit einer Leistung von zirka 0,6 W für eine Dauer von etwa 0,7 s und einer Frequenz von zirka 60 kHz ausschließlich über den Rahmen 31 der optischen Komponente 3 in das optoelektronische Bauteil 1 eingebracht. Der in den Rahmen 31 eingeprägte Ultraschall U ist durch einen nicht ausgefüllten Pfeil symbolisiert. Durch die Kombination aus der Kraft F, der Temperatur T und dem Ultraschall U erfolgt an einer Grenzfläche zwischen den ersten Metallschichten 11 und den Verbindungspodesten 13 über eine Reibschweißnaht 10 eine mechanisch feste und permanente Verbindung. Hierbei ist die Reibschweißnaht 10 durch die Materialien der Verbindungspodeste 10 und der ersten Metallschichten 11 gebildet. Die Reibschweißnaht 10 ist gegen Chemikalien und Fotoschäden widerstandsfähig, so dass eine mechanisch stabile, permanente Verbindung über die Metallschichten 11, 12 und die Verbindungspodeste 13 zwischen der optischen Komponente 3 und den Träger 2 mit dem Halbleiterchip 4 gegeben ist .An ultrasound U required for friction welding, with a power of approximately 0.6 W for a duration of approximately 0.7 s and a frequency of approximately 60 kHz, is fed exclusively into the optoelectronic via the frame 31 of the optical component 3 Part 1 introduced. The impressed in the frame 31 ultrasound U is symbolized by an unfilled arrow. Due to the combination of the force F, the temperature T and the ultrasound U, a mechanically fixed and permanent connection takes place at an interface between the first metal layers 11 and the connecting pedestals 13 via a friction weld 10. Here, the friction weld 10 is formed by the materials of the connecting platforms 10 and the first metal layers 11. The friction weld 10 is resistant to chemicals and photo damage, so that a mechanically stable, permanent connection via the metal layers 11, 12 and the connecting platforms 13 between the optical component 3 and the carrier 2 is given to the semiconductor chip 4.
Zum Ausgleich thermischer Belastungen insbesondere während des Verbindens und während des Betriebs des optoelektronischen Bauteils 1 beträgt eine Gesamtdicke D aus den Metallschichten 11, 12 und den Verbindungspodesten 13, in eine Richtung senkrecht zur Hauptseite 20 des Trägers 2, zirka 15 μm. Die Gesamtdicke D ist abhängig von einer lateralen Ausdehnung L des optoelektronischen Bauteils 1. Je größer die laterale Ausdehnung L, die insbesondere im Bereich zwischen zirka 3 mm und 50 mm liegt, desto größer ist dieTo compensate for thermal stresses, in particular during connection and during operation of the optoelectronic component 1, a total thickness D of the metal layers 11, 12 and the connecting pedestals 13, in a direction perpendicular to the main side 20 of the carrier 2, is approximately 15 μm. The total thickness D is dependent on a lateral extent L of the optoelectronic component 1. The greater the lateral extent L, which is in particular in the range between approximately 3 mm and 50 mm, the greater the
Gesamtdicke D zu wählen. Eine Dicke der Metallschichten 11, 12 liegt beispielsweise jeweils zwischen einschließlich 2 μm und 5 μm. Eine Dicke des Verbindungspodests 13 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 10 μm und 25 μm, bevorzugt zirka 15 μm.Total thickness D to choose. For example, a thickness of the metal layers 11, 12 is between 2 μm and 5 μm in each case. A thickness of the connection pad 13 is, for example, between 10 μm and 25 μm inclusive, preferably about 15 μm.
Eine Strahlungsdurchtrittsflache 41 des Halbleiterchips 4 ist dem optischen Element 32 zugewandt. Das optische Element 32 weist zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen 33a, b auf. Die Hauptfläche 33a ist dem Halbleiterchip 4 abgewandt, die Hauptfläche 33b ist dem Halbleiterchip 4 und dem Träger 2 zugewandt . Die optische Komponente 3 ist elektrisch vom Halbleiterchip 4 isoliert. Ein Volumen 5 ist im Wesentlichen vom Träger 2 und der optischen Komponente 3 eingeschlossen.A radiation passage area 41 of the semiconductor chip 4 faces the optical element 32. The optical element 32 has two opposing major surfaces 33a, b. The main surface 33 a faces away from the semiconductor chip 4, the main surface 33 b faces the semiconductor chip 4 and the carrier 2. The optical component 3 is electrically isolated from the semiconductor chip 4. A volume 5 is substantially enclosed by the carrier 2 and the optical component 3.
Das Ausführungsbeispiel des Bauteils 1 gemäß Figur 2A entspricht im Wesentlichen dem in Figur ID gezeigten. Am Träger 2 befinden sich jedoch zwei, in einer Richtung senkrecht zur Hauptseite 20 übereinander angebrachte erste Metallschichten IIa, b. Die erste MetallSchicht IIa ist beispielsweise mit Chrom gebildet, um eine hohe Haftung der ersten Metallschichten IIa, IIb am Träger 2 zu gewährleisten. Die Metallschicht IIb besteht bevorzugt aus Gold und ist zum Verbinden mittels Reibschweißen eingerichtet . Dementsprechend sind die Metallschichten 12a am Rahmen 31 ebenfalls zum Beispiel mit Chrom gestaltet. Die Metallschichten 12b sind beispielsweise mit Gold oder mit einem anderen Material gestaltet, das eine gute Haftung zu dem Material derThe embodiment of the component 1 according to FIG. 2A substantially corresponds to that shown in FIG. On the carrier 2, however, there are two, in a direction perpendicular to the main side 20 superposed first metal layers IIa, b. The first metal layer IIa is formed, for example, with chromium in order to ensure high adhesion of the first metal layers IIa, IIb to the carrier 2. The metal layer IIb is preferably made of gold and is adapted for joining by means of friction welding. Accordingly, the metal layers 12a on the frame 31 are also designed, for example, with chromium. The metal layers 12b are designed, for example, with gold or another material that has good adhesion to the material of the
Verbindungspodeste 13 aufzeigt. Auch die Verbindungspodeste 13 können mit Gold gestaltet sein.Connecting platforms 13 shows. The connecting platforms 13 can be designed with gold.
Alternativ ist es möglich, dass die Metallschichten 12b, IIb sowie die Verbindungspodeste 13 mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einem anderen zum Reibschweißen geeigneten Material gestaltet sind oder aus einem solchen Material bestehen.Alternatively, it is possible that the metal layers 12b, 11b and the connecting platforms 13 are formed with aluminum or an aluminum alloy or another material suitable for friction welding or consist of such a material.
Bei dem als flache Platte gestalteten optischen Element 32 kann es sich um einen Filter, um eine Streuplatte oder um eine transparente Platte handeln. Ebenso ist es möglich, dass das optische Element 32 mit reflektierenden, antireflektierenden oder gezielt in bestimmten Spektralbereichen absorbierenden oder reflektierenden, in Figur 2A nicht gezeichneten Beschichtungen versehen ist .The flat-plate optical element 32 may be a filter, a diffusion plate, or a transparent plate. Likewise, it is possible that the optical element 32 with reflective, antireflective or specifically in certain spectral regions absorbing or reflective, not shown in Figure 2A coatings is provided.
Ebenso ist es möglich, dass am optischen Element einIt is also possible that the optical element
Konversionsmittel angebracht ist, das wenigstens einen Teil der vom optoelektronischen Halbleiterchip 4 emittierten Strahlung in eine Strahlung mit einer anderen Frequenz umwandelt. Ein solches Konversionsmittel kann auch dem Material des optischen Elements 32 selbst beigegeben sein. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 4 kann es sich um eine LED, insbesondere um eine transparente Dünnschicht-LED, handeln. Anders als in Figur 2A gezeigt, kann das Bauteil 1 auch mehr als einen Halbleiterchip 4 aufweisen. Auf der Hauptseite 20 des Trägers 2 kann ebenfalls eine bezüglich der vom Halbleiterchip 4 zu erzeugenden oder zu empfangenden Strahlung reflektierende, in Figur 2A nicht gezeichnete Beschichtung aufgetragen sein.Conversion means is mounted, which converts at least a portion of the radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip 4 radiation in a radiation having a different frequency. Such a conversion means may also be added to the material of the optical element 32 itself. The optoelectronic semiconductor chip 4 may be an LED, in particular a transparent thin-film LED. Unlike in FIG. 2A, the component 1 can also have more than one semiconductor chip 4. On the main side 20 of the carrier 2, a coating which is reflective with respect to the radiation to be generated or received by the semiconductor chip 4 and not shown in FIG. 2A can likewise be applied.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2B ist das optischeIn the embodiment of Figure 2B, the optical
Element 32 als plankonvexe Sammellinse ausgeformt. Eine Lichtbrechung der vom Halbleiterchip 4 insbesondere erzeugten Strahlung erfolgt an beiden Häuptseiten 33a, b. Anders als in Figur 2B dargestellt, kann das optische Element 32 auch andere Formen, beispielsweise Licht verteilende, konkavlinsenartige Formgebungen, aufweisen. Auch eine Formgebung als Fresnel- oder Zonenlinse ist möglich. .Element 32 formed as a plano-convex convergent lens. A light refraction of the radiation generated by the semiconductor chip 4 in particular takes place on both main sides 33a, b. Unlike in FIG. 2B, the optical element 32 may also have other shapes, for example light-distributing, concave lens-like shapes. Shaping as a Fresnel or zonal lens is also possible. ,
Weiterhin sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2B die Metallschichten IIb, 12b ohne die Verwendung vonFurthermore, in the exemplary embodiment according to FIG. 2B, the metal layers IIb, 12b are without the use of
Verbindungspodesten 13 direkt aneinander gefügt . Die Reibschweißnaht 10 ist somit ausschließlich durch Materialien der Metallschichten IIb, 12b gebildet. In Figur 3 sind weitere Ausführungsformen der optischen Komponenten 3 gezeigt, wie sie in Verbindung etwa mit den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 und Figur 2 eingesetzt werden können. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3A sind an Ecken an der dem in Figur 3 nicht gezeichneten Träger zugewandten Seite des rechteckförmigen Rahmens 31 vier kreisartige zweite Metallisierungen 12 und zylinderartige Verbindungspodeste 13 aufgebracht . Eine mechanische Verbindung zwischen optischer Komponente 3 an dem nicht gezeichneten Träger 2 erfolgt also über vier vergleichsweise kleine, punktartige Bereiche an den Ecken des Rahmens 31.Connecting platforms 13 attached directly to each other. The friction weld 10 is thus formed exclusively by materials of the metal layers IIb, 12b. FIG. 3 shows further embodiments of the optical components 3, as they can be used in conjunction with the exemplary embodiments according to FIG. 1 and FIG. In the exemplary embodiment according to FIG. 3A, four circular second metallizations 12 and cylindrical connecting platforms 13 are applied at corners on the side of the rectangular frame 31 facing the support not shown in FIG. A mechanical connection between the optical component 3 on the support 2, not shown, thus takes place via four comparatively small, point-like regions at the corners of the frame 31.
Gemäß Figur 3B bildet die zweite Metallisierung 12 einer umlaufenden, geschlossenen Bahn an der dem nicht gezeichneten Träger 2 zugewandten Seite des Rahmens 31. Hierdurch ist es möglich, dass das Volumen 5 vom Träger 2 und von der optischen Komponente 3 gasdicht abgeschlossen und der Halbleiterchip 4 verkapselt wird. Optional ist es ebenfalls möglich, dass auf der zweiten Metallschicht 12 eine durchgehende, geschlossene Bahn des Verbindungspodests 13 aufgebracht wird.According to FIG. 3B, the second metallization 12 forms a circulating, closed path on the side of the frame 31 facing the unshown carrier 2. This makes it possible for the volume 5 to be sealed off gas-tight from the carrier 2 and from the optical component 3 and the semiconductor chip 4 is encapsulated. Optionally, it is also possible for a continuous, closed path of the connecting platform 13 to be applied to the second metal layer 12.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments.
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 ih den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 004 724.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Rather, the invention includes any novel feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2009 004 724.7, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen1. A method for producing an optoelectronic
Bauteils (1) mit den Schritten: - Bereitstellen eines Trägers (2) ,Component (1) comprising the steps of: - providing a carrier (2),
- Aufbringen mindestens einer ersten Metallschicht (11) auf dem Träger (1) ,Applying at least one first metal layer (11) on the carrier (1),
- Bereitstellen zumindest einer optischen Komponente (3), - Aufbringen mindestens einer zweiten Metallschicht- Providing at least one optical component (3), - Applying at least one second metal layer
(12) auf der zumindest einen optischen Komponente (3) , und(12) on the at least one optical component (3), and
- mechanisches Verbinden des Trägers (2) mit der zumindest einen optischen Komponente (3) über die mindestens eine erste (11) und die mindestens eine zweite Metallschicht (12) , wobei das Verbinden ein Reibschweißen beinhaltet oder ein Reibschweißen ist.mechanically connecting the carrier (2) to the at least one optical component (3) via the at least one first (11) and the at least one second metal layer (12), the joining involving friction welding or friction welding.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Träger (2) beim Verbinden auf eine Temperatur zwischen einschließlich 130° C und 170° C erhitzt wird.A method according to claim 1, wherein the support (2) is heated to a temperature between 130 ° C and 170 ° C during bonding.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Komponente (3) beim Verbinden mit einer Anpresskraft zwischen einschließlich 30 N und 50 N auf den Träger (2) gedrückt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the optical component (3) is pressed when connecting with a contact pressure between 30 N and 50 N N on the carrier (2).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ultraschallleistung beim Verbinden ausschließlich in die optische Komponente (3) eingespeist wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein an ultrasonic power during the connection is fed exclusively into the optical component (3).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallleistung, die beim Verbinden eingespeist wird, zwischen einschließlich 0,1 W und 2,O W beträgt und für eine Zeitdauer zwischen einschließlich 0,2 s und 2,0 s angelegt wird.A method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the ultrasonic power input at connection is between 0.1 W and 2 O W, and is applied for a period of between 0.2 s and 2.0 s inclusive.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei auf die erste (11) und/oder auf die zweite Metallschicht (12) photolithographisch oder mit einem Drahtbonder mindestens ein Verbindungspodest (13) aufgebracht wird.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein on the first (11) and / or on the second metal layer (12) photolithographically or with a wire bonder at least one connection pad (13) is applied.
7. Optoelektronisches Bauteil (1) mit7. Optoelectronic component (1) with
- einem Träger (2) mit wenigstens einem optoelektronischen Halbleiterchip (4) auf einer Hauptseite (20) des Trägers (2) , - zumindest einer ersten Metallschicht (11) auf der Hauptseite (20) des Trägers (2) ,a carrier having at least one optoelectronic semiconductor chip on a main side of the carrier, at least one first metal layer on the main side of the carrier;
- wenigstens einer optischen Komponente (3) mit zumindest einer zweiten Metallschicht (12) , wobei die zumindest eine zweite Metallschicht (12) der Hauptseite (20) des Trägers (2) zugewandt ist, und- At least one optical component (3) having at least a second metal layer (12), wherein the at least one second metal layer (12) of the main side (20) of the carrier (2) faces, and
- wenigstens einer Reibschweißnaht (10) , die sich zwischen der zumindest einen ersten (11) und der zumindest einen zweiten Metallschicht (12) befindet und über die die wenigstens eine optische Komponente (3) mechanisch mit dem Träger (2) verbunden ist, wobei die Reibschweißnaht (10) sich direkt an der mindestens einen ersten (11) und/oder an der mindestens einen zweiten Metallschicht (12) befindet.- At least one friction weld (10), which is located between the at least one first (11) and the at least one second metal layer (12) and via which the at least one optical component (3) is mechanically connected to the carrier (2) the friction weld seam (10) is located directly on the at least one first (11) and / or on the at least one second metal layer (12).
8. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich zwischen der ersten (11) und der zweiten Metallschicht (12) zumindest ein Verbindungspodest (13) befindet .8. Optoelectronic component (1) according to the preceding claim, in which at least one connecting platform (13) is located between the first (11) and the second metal layer (12).
9. Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem ein Material der ersten (11) und der zweiten9. The optoelectronic component (1) according to claim 7 or 8, wherein a material of the first (11) and the second
Metallschicht (12) und ein Material des Verbindungspodests (13) jeweils entweder Gold oder Aluminium ist.Metal layer (12) and a material of the connecting platform (13) each is either gold or aluminum.
10. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem eine Gesamtdicke (D) aus der ersten (11) und aus der zweiten Metallschicht (12) und aus dem Verbindungspodest (13) , in einer Richtung senkrecht zur Hauptseite (20) des Trägers (2) , zwischen einschließlich 2 μva. und 40 μm beträgt.10. An optoelectronic component (1) according to any one of claims 7 to 9, wherein a total thickness (D) of the first (11) and from the second metal layer (12) and from the connection platform (13), in a direction perpendicular to the main side (20) of the carrier (2), between 2 μva inclusive. and 40 microns.
11. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die erste Metallschicht (11) den optoelektronischen Halbleiterchip (4) stellenweise oder vollständig rahmenartig umschließt.11. Optoelectronic component (1) according to one of claims 7 to 10, wherein the first metal layer (11) surrounds the optoelectronic semiconductor chip (4) in places or completely like a frame.
12. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der Träger (2) und die optische Komponente (3) ein Volumen (5) einschließen, in dem sich der optoelektronische Halbleiterchip (4) befindet, und bei dem die optische Komponente (3) sich nicht in direktem räumlichen und nicht in direktem elektrischen Kontakt mit dem optoelektronischen Halbleiterchip (4) befindet. 12. The optoelectronic component (1) according to any one of claims 7 to 11, wherein the carrier (2) and the optical component (3) include a volume (5) in which the optoelectronic semiconductor chip (4) is located, and in which the optical component (3) is not in direct spatial and not in direct electrical contact with the optoelectronic semiconductor chip (4).
13. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Volumen (5) gasdicht abgeschlossen ist.13. Optoelectronic component (1) according to the preceding claim, wherein the volume (5) is sealed gas-tight.
14. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem die optische Komponente (3) einen Strahlung undurchlässigen Rahmen (31) umfasst, an dem sich die zweite Metallschicht (12) befindet, wobei an einer dem Träger (2) abgewandten Seite des Rahmens (31) ein Strahlung durchlässiges optisches Element (32) angebracht ist, und das optische Element (32) zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen (33) aufweist, an denen eine Lichtbrechung erfolgt .14. The optoelectronic component (1) according to any one of claims 7 to 13, wherein the optical component (3) comprises a radiation-impermeable frame (31) on which the second metal layer (12) is located, wherein at one of the carrier (2 ) facing away from the frame (31) a radiation-transmissive optical element (32) is mounted, and the optical element (32) has two opposing major surfaces (33), at which a refraction occurs.
15. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14., bei dem15. Optoelectronic component (1) according to one of claims 7 to 14, wherein
- der Träger (2) eine Keramik umfasst,the carrier (2) comprises a ceramic,
- die optische Komponente (3) Silizium und Glas umfasst, - die zweite Metallschicht (12) auf dem Silizium der optischen Komponente (3) aufgebracht ist, und- The optical component (3) comprises silicon and glass, - The second metal layer (12) on the silicon of the optical component (3) is applied, and
- das Silizium der optischen Komponente (3) den optoelektronischen Halbleiterchip (4) rahmenartig umgibt . - The silicon of the optical component (3) surrounds the optoelectronic semiconductor chip (4) like a frame.
EP09801651A 2009-01-15 2009-11-02 Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component Withdrawn EP2377172A1 (en)

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