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Die
Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige
optoelektronische Bauteile werden häufig mit Gehäusekörpern realisiert,
die als Premolded-Gehäusebauform,
realisiert sind. Der Gehäusekörper wird
hierbei wie in der
DE 19536454.6 durch Umspritzen
eines metallischen Leiterrahmens, auf dem nachfolgend ein optoelektronischer
Halbleiterchip angeordnet wird, mit einem Kunststoff hergestellt.
Dieser Kunststoff ist mit einem reflexionssteigerndem Material bezüglich einer
vom Halbleiterchip zu erzeugenden Strahlung versehen. Die im Betrieb des
Bauteils am Halbleiterchip entstehende Wärme wird aufgrund der relativ
geringen thermischen Leitfähigkeit
des Kunststoffs zum Großteil über den
Leiterrahmen aus dem Gehäusekörper geleitet.
Die Gefahr einer Delamination des Materials des Gehäusekörpers vom
Leiterrahmen und folglich der Einwirkung schädigender äusserer Einflüsse auf
den Halbleiterchip kann dadurch erhöht werden. Weiterhin kann die
Reflektivität
des Kunststoffes durch auf den Kunststoff einfallende Strahlung,
wie beispielsweise ultraviolette Strahlung, aufgrund von Verfärbungen vermindert
werden, so dass die Effizienz des Bauteils reduziert werden kann.
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Ferner
sind Gehäusekörper aus
Keramikmaterialien bekannt, die sich oftmals durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit
auszeichnen. In herkömmlichen optoelektronischen
Bauteilen dieser Art ist die Wand des Gehäusekörpers derart metallisiert,
dass die Metallisierung einen Reflektor ausbildet. Weiterhin sind die Anschlussleiter
zur Kontaktierung des Halbleiterchips, wie in der JP 09-045965 häufig auch
aus dieser Metallisierung gebildet. Das Metall bildet hierbei das
Anschlussleitermaterial und das Reflektormaterial.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauteil der
oben genannten Art anzugeben, dass sich durch vorteilhaft hohe Effizienz
auszeichnet
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Diese
Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauteil
umfasst einen Gehäusekörper und
mindestens einen auf dem Gehäusekörper angeordneten Halbleiterchip.
Der Gehäusekörper weist
hierbei ein Grundteil, das einen Anschlusskörper umfasst, auf dem ein Anschlussleitermaterial
angeordnet ist, sowie ein Reflektorteil auf, das einen Reflektorkörper umfasst,
auf dem ein Reflektormaterial angeordnet ist, wobei der Anschlusskörper und
der Reflektorkörper
getrennt voneinander vorgeformt sind, und der Reflektorkörper in
Form eines Reflektoraufsatzes auf dem Anschlusskörper angeordnet ist.
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Dadurch,
dass der Gehäusekörper einen
Anschlusskörper
und einen Reflektorkörper
umfasst, die getrennt voneinander vorgeformt sind, hat die Ausgestaltung
eines derartigen Gehäusekörpers vorteilhaft
hohe Freiheitsgrade, insbesondere hinsichtlich der Formgebungen
des Anschluss- und des Reflektorkörpers. So kann beispielsweise
ein Standardanschlusskörper
vorgeformt werden, der mit verschieden ausgebildeten Reflektoraufsätzen versehen
werden kann. Entsprechendes gilt für verschieden ausgebildete
Anschlusskörper,
so dass insgesamt vorteilhaft hohe Freiheitsgrade bezüglich der Ausgestaltung
des Gehäusekörpers gegeben
sind, der einen vorgeformten Anschlusskörper und einen vorgeformten
Reflektorkörper
umfasst. Derartige Gehäusekörper können kostengünstig in
den verschiedensten Ausgestaltungen hergestellt werden. Weiterhin
kann der Reflektorkörper
auf individuelle Erfordernisse, die Abstrahl- oder Empfangscharakteristik des optoelektronischen
Bauteils betreffend abgestimmt werden.
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Das
optoelektronische Bauteil kann als Sender oder Empfänger ausgebildet
sein. Das Bauteil umfasst hierzu vorzugsweise zumindest einen optoelektronischen
Halbleiterchip, der beispielsweise als LED-Chip, Laserdiodenchip
oder Photodiodenchip realisiert sein kann. Das optoelektronische
Bauteil kann zusätzlich
auch andere Halbleiterchips, wie beispielsweise IC-Chip enthalten,
die beispielsweise der Ansteuerung des optoelektronischen Bauteils
dienen können.
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Zur
Strahlungserzeugung oder zum Strahlungsempfang umfasst der optoelektronische
Halbleiterchip vorzugsweise eine aktive Zone, die beispielsweise
für elektromagnetische
Strahlung, etwa im ultravioletten bis infraroten Spektralbereich,
ausgebildet sein kann. Die aktive Zone und/oder der Halbleiterchip
enthalten bevorzugt ein III-V-Halbleitermaterial,
wie InxGayAl1–x–yN
oder InxGayAl1–x–yAs,
jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x +
y ≤ 1.
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Das
Materialsystem InxGayAl1–x–yN
zum Beispiel ist für
Strahlung im ultravioletten bis grünen Spektralbereich besonders
geeignet, während InxGayAl1–x–yP
beispielsweise für Strahlung
im grüngelben
bis infraroten Spektralbereich besonders geeignet ist.
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Als
Strahlungsempfänger
sind auch Si enthaltende oder Si-basierende
Halbleiterchips, wie beispielsweise Si-Photodiodenchips, geeignet.
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Bevorzugt
wird während
der Vorformung des Anschlussbeziehungsweise des Reflektorkörpers das
Anschlussleiter- und/oder
das Reflektormaterial auf dem Anschlussbeziehungsweise dem Reflektorkörper angeordnet,
so dass auch das Grundteil und das Reflektorteil des Gehäusekörpers getrennt
voneinander vorgeformt sind.
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Durch
die getrennte Vorformung des Grundteils und des Reflektorteils können das
Reflektor- und das Anschlussleitermaterial unabhängig voneinander entsprechend
der jeweiligen vorteilhaften Eigenschaften – beispielsweise hinsichtlich
der Reflektivität
oder der Leitfähigkeit – innerhalb
der Fertigungsmöglichkeiten
prinzipiell frei gewählt
werden.
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Das
vorgeformte Reflektorteil ist mit dem vorgeformten Grundteil bevorzugt
dauerhaft mechanisch zusammengefügt,
so dass der Gehäusekörper eine
vorteilhaft hohe Stabilität
aufweist und den Halbleiterchip dadurch vor schädlichen äußeren Einwirkungen schützt. Die
Verbindung des Reflektorteils und des Grundteils kann beispielsweise über eine Klebstoff-
oder eine Sinterverbindung erfolgen. Der Sintervorgang erfolgt hierbei
bevorzugt nach der getrennten Vorformung des Reflektor- und des
Gehäuseteils.
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In
einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlussleitermaterial
in mindestens zwei elektrisch voneinander isolierten Teilbereichen
auf dem Anschlusskörper
angeordnet, die vorzugsweise zumindest teilweise die Anschlussleiter
zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips bilden, der hierzu
mit dem Anschlussleitermaterial leitend verbunden ist. Beispielsweise
ist der Halbleiterchip mit einem Teilbereich des Anschlussleitermaterials über eine
Lot- oder Klebeverbindung und mit einem weiteren Teilbereich über eine
Bondverbindung, wie einen Bonddraht, elektrisch leitend verbunden.
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Das
Anschlussleiter- und/oder das Reflektormaterial enthalten bevorzugt
ein Metall, besonders bevorzugt, Ag, Al, Pt, Pd, W, Ni, Au oder
eine Legierung mit mindestens einem dieser Metalle. Diese Metalle
können
sich durch eine vorteilhaft hohe Leitfähigkeit auszeichnen. Je nach
Wellenläge
der erzeugten oder empfangenen Strahlung können sich diese Materialien
auch durch eine vorteilhaft hohe Reflektivität bezüglich dieser Strahlung auszeichnen.
Au beispielsweise zeichnet sich durch eine hohe Reflektivität vom infraroten
bis zum gelbgrünen
Spektralbereich aus, während
beispielsweise Ag und Al auch im grünen, blauen und ultravioletten
Spektralbereich eine hohe Reflektivität aufweisen können.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung enthält das Anschlussleitermaterial
Au und/oder ist im wesentlichen frei von Ag, da sich Ag-Atome durch
Migration in den Halbleiterchip schädlich auf die Funktion des
Chips auswirken können.
Au zeichnet sich durch vorteilhafte Löteigenschaften aus, so dass
vorzugsweise zumindest die dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche des
Anschlussleitermaterials im Falle einer Lotverbindung Au enthält.
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Da
sich Ag häufig
durch eine vorteilhaft hohe Reflektivität, insbesondere im ultravioletten
bis infraroten Spektralbereich, bezüglich einer von einem optoelektronischen
Halbleiterchip zu erzeugenden oder zu empfangenden Strahlung auszeichnet,
enthält das
Reflektormaterial bevorzugt Ag. Insbesondere gilt dies für die Reflektivität von Ag
im Vergleich zu der von Au im blauen oder ultravioletten Spektralbereich,
da Au in diesem Spektralbereich relativ stark absorbiert.
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Durch
die verschiedenen Materialien des Anschluss- und des Reflektormaterials
können
die vorteilhaften Eigenschaften des jeweiligen Materials – beispielsweise
hohe Reflektivität
und hohe Leitfähigeit – ausgenutzt
werden, während
die Gefahr negativer Beeinflussung der Funktion oder der Effizienz des
Bauteils bedingt durch diese Materialien, wie die Schädigung des
Halbleiterchips oder vergleichsweise geringe Reflektivität, verringert
werden kann.
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Das
Reflektormaterial kann den Reflektorkörper mit Vorteil vor dem Einfall
von UV-Strahlung schützen.
Alterungserscheinungen des Gehäusekörpers, wie
beispielsweise Rissbildung, Veränderungen
der Oberfläche
beziehungsweise der Struktur der Oberfläche oder Verfärbungen,
können
so, insbesondere im Vergleich zu einer herkömmlichen Premolded-Gehäusebauform
ohne metallisches Reflektormaterial, verringert werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäusekörpers enthält dieser zumindest eine Keramik, besonders
bevorzugt eine Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid enthaltende Keramik,
die sich durch eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit beziehungsweise einen
vorteilhaft geringen thermischen Widerstand auszeichnen kann. Der
thermische Widerstand eines Gehäusekörpers, der
eine der oben genannten Keramiken enthält, kann beispielsweise 10
K/W oder weniger betragen. Ein optoelektronisches Bauteil, dessen
Gehäusekörper eine
Keramik, beispielsweise auf AlN oder Al2O3 basierend, enthält, kann, insbesondere verglichen
mit einer Premolded-Gehäusebauform, eine
vorteilhaft erhöhte
Stabilität
gegenüber
hohen Temperaturen oder Temperaturschwankungen aufweisen.
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Verglichen
mit herkömmlichen
Premolded-Gehäusebauformen
mit umspritzten Leiterrahmen, bei denen der Leiterrahmen einen Großteil der Wärmeableitung übernimmt,
kann so, wegen der vorteilhaft hohen Wärmeleitfähigkeit der Keramik, die am
Halbleiterchip entstehende Wärme
auch vermehrt über
den Gehäusekörper abtransportiert
werden.
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Im
Bereich des Halbleiterchips kann beispielsweise im Betrieb eines
als Hochleistungschips ausgebildeten Halbleiterchips oder beim Befestigen des
Halbleiterchips am Gehäusekörper über eine Lötverbindung
eine beträchtliche
Wärme entstehen. Bei
herkömmlichen
Premolded-Gehäusebauformen kann
durch diese Wärme
die Gefahr der Delamination des Gehäusematerials vom Leiterrahmen
erhöht werden,
was sich wiederum schädlich
auf die Funktion des Bauteils auswirken kann.
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Bevorzugt
enthält
zumindest der Anschlusskörper
eine Keramik, die über
das Anschlussleitermaterial thermisch leitend mit dem Halbleiterchip
verbunden ist, so dass zumindest der Teil des Gehäusekörpers, auf
dem der Halbleiterchip angeordnet ist, eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweist und die Wärmeableitung
vom Halbleiterchip auch vorteilhaft über den Anschlusskörper erfolgen
kann.
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Die
Vorformung des Anschluss- und des Reflektorkörpers, beziehungsweise des
Grund- und des Reflektorteils, die eine Keramik enthalten, erfolgt
bevorzugt, während
die Keramik in Form einer zähen Paste,
einem sogenannten Green-Sheet vorliegt. Dieses Green-Sheet ist mit
Vorteil formbeständig
bezüglich
der in ihm vorgesehener Strukturen, die mit besonderem Vorteil denen
der Elemente des Gehäusekörpers, wie
dem Anschluss- oder dem Reflektorkörper, entsprechen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Gehäusekörper eine
Wärmesenke,
die bevorzugt zumindest teilweise vom Anschlusskörper umgeben oder umformt ist.
Mit Vorteil kann die Wärmesenke
während
der Vorformung des den Anschlusskörper umfassenden Grundteils
vorgesehen werden. Die Wärmesenke
ist weiterhin bevorzugt vom Halbleiterchip beziehungsweise dem Anschlussleitermaterial
elektrisch isoliert.
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Thermisch
ist die Wärmesenke
besonders bevorzugt gut leitend mit dem Halbleiterchip verbunden.
Die Wärmeableitung
vom Halbleiterchip wird dadurch vorteilhaft verbessert. Mit Vorteil
wird durch eine vom Anschlusskörper
zumindest teilweise umformte oder umgebene Wärmesenke der Transportweg,
den die Wärme
beim Wärmeabtransport
vom Halbleiterchip zurücklegt,
gegenüber
einem Transport über
die Anschlussleiter beziehungsweise den Leiterrahmen des Halbleiterchips
vorteilhaft verkürzt.
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Die
Wärmesenke
kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung von der
dem Halbleiterchip gegenüberliegenden
Seite des Anschlusskörpers
thermisch gut leitend mit einem externen Kühlkörper verbunden werden, so dass
die Gefahr einer Schädigung
des Halbleiterchips beziehungsweise des Gehäusekörpers gegenüber hohen Temperaturschwankungen,
wie beim Befestigen des Halbleiterchips auf dem Grundteil über eine
Lötverbindung, verringert
wird.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der
Gehäusekörper zumindest
eine Ausnehmung auf, in der der Halbleiterchip angeordnet ist. Die
Ausnehmung ist vorzugsweise zumindest teilweise in Form einer Aussparung
im Reflektorkörper
vorgesehen und/oder das Reflektormaterial ist vorzugsweise zumindest
teilweise auf der Wand der Aussparung angeordnet.
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Die
Wand der Ausnehmung oder der Aussparung ist vorzugsweise mit einer
durchgehenden Schicht des Reflektormaterials versehen, das mit Vorteil
die Reflektivität
gegenüber
einer unbeschichteten Wand erhöht.
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Durch
die Form der Aussparung beziehungsweise der Ausnehmung, die die
Form eines Reflektors des optoelektronischen Bauteils bestimmen kann,
kann die Abstrahl- und/oder Empfangscharakteristik des optoelektronischen
Bauteils vorteilhaft beeinflusst werden. Der Reflektor beziehungsweise die
Wand der Ausnehmung können
in den verschiedensten Formen ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann
beispielsweise die Form eines Paraboloids, einer Kugel, eines Kegels,
eines Hyperboloids, eines Ellipsoids oder eines Segments aus mindestens
einem dieser Körper
aufweisen.
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Die
Aussparung des Reflektorkörpers
ist besonders bevorzugt entsprechend der Ausnehmung des Gehäusekörpers und
somit entsprechend der Form des Reflektors ausgebildet, so dass
das Reflektorteil nach der Vorformung in einfacher Weise auf das
Grundteil aufgesetzt werden kann. Weitere Bearbeitungsschritte zur
Ausbildung der geeigneten Form der Ausnehmung des Gehäusekörpers können so vorteilhaft
vermieden werden.
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Bevorzugt
ist das Reflektormaterial elektrisch vom Anschlussleitermaterial
isoliert. Die Gefahr eines Kurzschlusses der Anschlussleiter über das
Reflektormaterial wird dadurch mit Vorteil verringert.
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Die
elektrische Isolation des Reflektormaterials vom Anschlussleitermaterial
kann beispielsweise durch ein Isolationsteil geschehen, das der
Gehäusekörper gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst. Besonders bevorzugt
ist dieses Isolationsteil zwischen dem Grund- und dem Reflektorteil derart
angeordnet, dass das Reflektormaterial des Reflektorteils nicht
in leitenden Kontakt mit dem Anschlussleitermaterial des Grundteils
tritt.
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Das
Isolationsteil ist vorzugsweise getrennt von dem Grundteil und dem
Reflektorteil vorgeformt und enthält besonders bevorzugt ebenfalls
eine Keramik.
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Auch
kann in dem Isolationsteil eine Aussparung vorgesehen sein, die
entsprechend der Ausnehmung im Gehäusekörper ausgebildet sein kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Gehäusekörpers ist auf dem Grundteil ein
Haftvermittlungsteil angeordnet, das vorzugsweise vom Halbleiterchip
aus gesehen dem Reflektorteil nachgeordnet ist.
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Besonders
bevorzugt weist das Haftvermittlungsteil eine Aussparung auf, die
entsprechend der Ausnehmung des Gehäusekörpers ausgebildet sein kann.
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Das
Haftvermittlungsteil ist weiterhin bevorzugt so ausgebildet oder
geformt, dass eine Umhüllung
beziehungsweise das Material der Umhüllung, das zum Schutz des Halbleiterchips
vor schädlichen äußeren Einflüssen in
der Ausnehmung angeordnet sein kann, am Haftvermittlungsteil besser
haftet als an dem Reflektormaterial. Die Gefahr einer Delamination
der Umhüllung
wird dadurch zumindest verringert.
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Besonders
bevorzugt enthält
das Haftvermittlungsteil ebenfalls eine Keramik und/oder enthält das Umhüllungsmaterial
ein Reakionsharz, wie ein Acryl-, Epoxid-, oder Silikonharz, eine
Mischung dieser Harze und/oder ein Silikon.
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Silikon
beispielsweise kann sich durch vorteilhaft hohe Beständigkeit
gegenüber
ultravioletter Strahlung und hohen Temperaturen, wie zum Beispiel
Temperaturen bis 200° C,
auszeichnen. Der Alterungsprozess, dem die Umhüllung bei Strahlungseinwirkung
oder Temperaturschwankungen unterliegt, kann dadurch mit Vorteil
verlangsamt werden, so dass die Effizienz und/oder die Lebensdauer
des Bauteils in der Folge erhöht
wird.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
in Zusammenhang mit den Figuren.
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Es
zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauteils anhand einer schematischen Aufsicht von oben in 1A,
einer schematischen Schnittansicht in 1B, einer
Aufsicht auf ein Grundteil von oben in 1C, einer
Aufsicht auf ein Grundteil von unten in 1D sowie
einer Aufsicht auf ein Reflektorteil von oben in 1E und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauteils anhand einer schematischen Schnittansicht;
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Gleichartige
oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit entsprechenden
Bezugszeichen versehen.
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In
der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauteils
anhand verschiedener Ansichten und Ansichten von Teilen eines Gehäusekörpers des
optoelektronischen Bauteils anhand der 1A, 1B, 1C, 1D und 1E dargestellt.
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1A zeigt
eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauteil 1. Der
Gehäusekörper 2 des
optoelektronischen Bauteils weist eine Ausnehmung 3 mit
einem Boden 4 und einer Wand 5 auf. Auf dem Boden
der Ausnehmung sind zwei elektrisch voneinander getrennte oder isolierte
Anschlussleiterbereiche 6 und 7 ausgebildet.
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Vorzugsweise
enthalten die Anschlussleiterbereiche im wesentlichen Au. Auf dem
Anschlussleiterbereich 7 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 8 angeordnet
und vorzugsweise elektrisch leitend mit dem Anschlussleiterbereich 7 verbunden.
Die leitende Verbindung kann beispielsweise über eine Lotverbindung oder
einen elektrisch leitend ausgebildeten Klebstoff erfolgen. Wegen
der in der Regel höheren thermischen
und elektrischen Belastbarkeit ist eine Lotverbindung jedoch bevorzugt.
Mit dem zweiten Anschlussleiterbereich 6 ist der optoelektronische Halbleiterchip 8 über einen
Bonddraht 12 elektrisch leitend verbunden.
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Insbesondere
für die
Ausbildung einer Lot- oder einer Bondverbindung des Halbleiterchips
mit den Anschlussleiterbereichen ist Au aufgrund seiner vorteilhaften
Materialeigenschaften gut geeignet, weshalb die Anschlussleiterbereiche
mit Vorzug zumindest auf der dem Halbleiterchip zugewandten Oberfläche im wesentlichen
aus Au bestehen. In Richtung des Anschlusskörpers können die Anschlussleiterbereiche
noch andere Metalle oder Metallschichten, beispielsweise Ni gefolgt
von W, enthalten wobei die Ni-haltige Schicht mit Vorzug zwischen
der W-haltigen Schicht
und dem Halbleiterchip angeordnet ist. Die Ausbildung der Anschlussleiterbereiche über chemische
und/oder galvanische Prozesse kann so vorteilhaft erleichtert werden,
wobei die W-haltige Schicht, die Anschlussleiterstruktur bestimmt
und diese Struktur durch die Ni-haltige Schicht verstärkt wird,
wonach Au aufgebracht werden kann. Anstelle von Au kann auch eine
NiPd Legierung vorgesehen werden, die hinsichtlich der Ausbildung
einer Lot- oder
Bondverbindung ähnlich
vorteilhafte Eigenschaften wie Au aufweist.
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Die
Anschlussleiterbereiche 6 und 7 sind durch einen
Isolierspalt 11 im Anschlussleitermaterial elektrisch voneinander
getrennt oder isoliert.
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Der
Halbleiterchip kann dabei als strahlungsemittierenden oder strahlungsempfangender
Halbleiterchip, wie als LED-Chip oder als Photodioden-Chip ausgebildet
sein und basiert beispielsweise auf den Materialsystemen InxGayAl1–x–yP
oder InxGayAl1–x–yN, die
für ultraviolette
bis grüne
Strahlung beziehungsweise für
gelbgrüne
bis infrarote Strahlung geeignet sind. Der Halbleiterchip kann auch
als Si-basierender Photodiodenchip
ausgebildet sein.
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Die
Wand 5 der Ausnehmung ist mit einem Reflektormaterial versehen,
beispielsweise im wesentlichen Ag enthaltend. Die Wand 5 bildet
zusammen mit dem auf ihr angeordneten Reflektormaterial einen Reflektor 9 für die vom
optoelektronischen Halbleiterchip zu empfangende oder zu erzeugende Strahlung.
Ag zeichnet sich hierbei durch eine vorteilhaft hohe Reflektivität über einen
hohen Wellenlängenbereich,
insbesondere auch im blauen und ultravioletten Wellenlängenbereich,
aus.
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Das
Reflektormaterial ist bevorzugt vom Anschlussleitermaterial verschieden.
In diesem Ausführungsbeispiel
enthält
das Anschlussleitermaterial im wesentlichen Au und das Reflektormaterial
Ag. Eine nachteilige Migration von Ag-Atomen aus dem Anschlussleitermaterial
in den Halbleiterchip, die zu einer Schädigung des Halbleiterchips
führen
können kann
so ebenso vermieden werden wie eine im Falle von Au als Reflektormaterial
relativ geringe Reflektivität
im ultravioletten oder blauen Spektralbereich. Die hohe Reflektivität von Ag
im ultravioletten Spektralbereich führt auch dazu, dass das Material
des Gehäusekörpers, der
beispielsweise im wesentlichen eine Keramik enthält, zumindest im Bereich des
Reflektormaterials wirksam vor UV-Strahlung geschützt werden kann. Die Gefahr
von schädlichen
Alterungserscheinungen des Gehäusekörpers kann
so zumindest verringert werden.
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In
der Ausnehmung 3 des Gehäusekörpers 2 ist eine Umhüllung 10 angeordnet,
die den optoelektronischen Halbleiterchip mit Vorteil vor schädlichen äußeren Einflüssen, wie
beispielsweise Feuchtigkeit, schützt.
Die Umhüllung 10 enthält beispielsweise
Silikon, das sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit
gegenüber
etwa durch UV-Strahlung verursachten nachteiligen Verfärbungen
auszeichnet.
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Die
Umhüllung
umformt den Halbleiterchip vorzugsweise zumindest teilweise, um
den Schutz des Halbleiterchips weitergehend zu verbessern. Die Effizienz
des optoelektronischen Bauteils kann dadurch mit Vorteil gesteigert
werden.
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Es
sei angemerkt, dass die Ausnehmung in Aufsicht auch eine von der
dargestellten im wesentlichen kreisförmigen Form abweichende Form
besitzen kann. Die Formgebung der Ausnehmung und insbesondere des
Reflektors, welche die Abstrahl- oder Empfangscharakteristik des
optoelektronischen Bauteils bestimmt, kann in verschiedenen, für diverse
Anwendungen geeigneten Formen, ausgebildet werden.
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In
der 1B ist schematisch eine Schnittansicht entlang
der Linie A-A durch das optoelektronische Bauteil gemäß 1A dargestellt.
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In
dieser Schnittdarstellung ist der mehrschichtige beziehungsweise
mehrteilige Aufbau des Gehäusekörpers 2 aus 1A deutlich
zu erkennen. Dem Grundteil 13 des Gehäusekörpers 2 ist über ein Isolationsteil 15 ein
Reflektorteil 14 nachgeordnet. Die Teile des Gehäusekörpers sind
dabei bevorzugt getrennt voneinander vorgeformt. Zumindest das Reflektorteil
und das Grundteil sind zumindest teilweise getrennt voneinander
vorgeformt.
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Das
Grundteil umfasst einen Anschlusskörper 16, der vorzugsweise
eine Keramik enthält.
An dem Anschlusskörper
sind die Anschlussleiterbereiche 6 und 7, die
durch den Isolierspalt 11 in zwei elektrisch voneinander
getrennte Bereiche getrennt werden, angeordnet. Die Anschlussleiterbereiche
verlaufen vom Halbleiterchip 8 ausgehend in lateraler Richtung
nach außen
bis an die Seitenflächen 17 und 18 des
Gehäusekörpers 2.
Im Bereich der Seitenflächen sind
die Anschlussleiterbereiche mit Anschlüssen 19 und 20 auf
der dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche 21 des Gehäusekörpers leitend
verbunden. Die Anschlüsse 20 und 19 können mit
Vorteil ebenso wie die Anschlussleiterbereiche 6 und 7 bereits
während
der Vorformung des Grundteils 13 des Gehäusekörpers ausgebildet
werden. Beispielsweise enthalten die Anschlüsse 19 und 20 ebenfalls
ein Metall, wie Au. Bevorzugt sind die Anschlüsse 19 und 20 und
die Anschlussleiterbereiche 6 und 7 aus im wesentlichen
dem gleichen Material oder in einander entsprechender Weise ausgebildet.
Die Vorformung eines Grundteils mit den Anschlüssen 19 und 20 kann
so vorteilhaft erleichtert werden.
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Über die
Anschlüsse 19 und 20 kann
das optoelektronische Bauteil mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte,
beispielsweise einer Metallkernplatine (z.B ein Metallkern-PCB, PCB: Printed
Circuit Board), elektrisch leitend verbunden werden. Das optoelektronische
Bauteil ist vorzugsweise oberflächenmontierbar
ausgebildet. Anschlüsse 19 und 20,
die im wesentlichen Au enthalten, zeichnen sich im Vergleich zu
Ag enthaltenden Anschlüssen
durch geringere Oxidationstendenz aus. Ag oxidiert gewöhnlich schneller
als Au, was sich insbesondere bei langen Lagerzeiten der Bauteile
nachteilig, beispielsweise auf die Lötbarkeit, von Ag-enthaltenden Anschlüssen auswirken
kann.
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Der
Halbleiterchip kann upside-up oder upside-down auf dem Anschlussleiterbereich 7 angeordnet
werden. Upside-up bedeutet hierbei, dass ein Substrat oder Träger zwischen
der aktiven Zone und dem Anschlußbereich angeordnet ist, während die aktive
Zone des Halbleiterchips bei einer upside-down Anordnung zwischen
Substrat und Anschlussleiterbereich angeordnet ist. Da Au-Atome gewöhnlich verglichen
mit Ag-Atomen wesentlich
geringere Migrationstendenzen in den Halbleiterchip zeigen, wird
die Gefahr einer Schädigung
des Halbleiterchips durch einmigrierende Atome aufgrund der Verwendung
von Materialien mit vergleichsweise geringen Migrationstendenzen,
wie Au, vorteilhaft verringert. Insbesondere bei einer upside-down
Anordnung ohne ein schützendes
Substrat oder einen Träger
zwischen der aktiven Zone und dem Anschlussleitermaterial ist dies
von Vorteil.
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Vorzugsweise
ist die Keramik, die der Anschlusskörper enthalten kann, eine Aluminiumnitrid- oder
Aluminiumoxid-Keramik.
Beide Keramiken zeichnen sich durch vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeiten
aus, wobei die Wärmeleitfähigkeit
des Aluminiumnitrids meist noch etwas höher ist als die des Aluminiumoxids.
Allerdings ist Aluminiumnitrid gewöhnlich in der Anschaffung kostenintensiver
als Aluminiumoxid.
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Der
Anschlusskörper 16 umformt
bevorzugt zumindest teilweise eine Wärmesenke 22. Die Wärmesenke
enthält
mit Vorzug ein Metall, beispielsweise Au, Ag, Cu und/oder W. Derartige
Metalle zeichnen sich durch eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit
aus. W beispielsweise ist auch bezüglich der thermischen Ausdehnung
gut an die genannten Keramiken, insbesondere an AlN, angepasst,
wodurch die Stabilität
des Gehäusekörpers weitergehend
vorteilhaft erhöht
wird. Das material der Wärmesenke kann
vom Material der Anschlussleiter verschieden sein und entsprechend
seiner vorteilhaften Eigenschaften im Rahmen der Fertigungsmöglichkeiten mit
Vorteil im wesentlichen frei gewählt
werden.
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Die
an sich schon relativ hohe Wärmeleitfähigkeit
eines Anschlusskörpers,
der eine der oben genannten Keramiken enthält, kann mit Vorteil durch die
Wärmesenke
noch gesteigert werden. Die Wärmesenke
ist vorzugsweise in dem Bereich des Anschlusskörpers angeordnet, der unter
dem Halbleiterchip liegt. Somit kann während des Befestigen des Halbleiterchips 8 auf
dem Anschlussleiterbereich 7 über eine Lötverbindung, während deren
Herstellung gewöhnlich
hohe Temperaturen auftreten, die Wärmeableitung aus diesem Bereich
vorteilhaft verbessert werden. Dadurch kann die Gefahr einer Delamination
des Isolationskörpers
und/oder der Anschlüsse von
Anschlusskörper
durch Temperaturschwankungen oder hohe Temperaturen verringert werden.
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Die
Wärmesenke
ist weiterhin bevorzugt vom Anschlussleitermaterial in Form der
Anschlussleiterbereiche 6 und 7 elektrisch isoliert.
Dies kann beispielsweise über
einen Bereich des Material des Anschlusskörpers erfolgen der zwischen
dem Anschlussleitermaterial und der Wärmesenke angeordnet ist. Die
elektrische Isolation vermeidet mit Vorteil einen Kurzschluss der
elektrisch voneinander getrennten Anschlussleiterbereiche und ermöglicht zugleich
eine großflächige Ausbildung
der Wärmesenke.
Die Ausbildung der Wärmesenke
erfolgt mit Vorteil ebenfalls bereits während der Vorformung des Grundteils
oder des Anschlusskörpers.
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Mit
Vorzug ist die Wärmesenke
so ausgebildet, dass sie seitens der Oberfläche 21 des Grundteils
in einem Maße
aus dem Anschlusskörper 16 herausragt,
die den Anschlüssen 19 und 20 entspricht. Bei
einer Anordnung des optoelektronischen Bauteils auf einer Leiterplatte
kann dadurch die thermisch leitende Verbindung dieser Wärmesenke 22 zu
einem externen Kühlkörper, wie
beispielsweise dem Metallkern einer Metallkernplatine erleichtert
werden. Weiterhin kann sich diese Ausgestaltung der Wärmesenke
durch mechanisch stabilisierend auf die Anordnung des optoelektronischen
Bauteils auf einer Leiterplatte auswirken.
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Ein
derartiges vorgeformtes Grundteil 13 mit Anschlussleiterbereichen 6, 7 Anschlüssen 19, 20 und
einer Wärmesenke 22,
dessen Anschlusskörper 16 eine
Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit
aufweist, kann für
ein optoelektronisches Bauteil von erheblichem Vorteil sein. Die
zum Wärmeabtransport vom
Halbleiterchip 8 zur Verfügung stehende Fläche wird
durch die Keramik und die Wärmesenke
verglichen mit einer herkömmlichen
Premolded-Gehäusebauform
stark vergrößert. Insbesondere
die Wärmesenke
verkürzt
den Transportweg der am Halbleiterchip, beispielsweise durch den
Lötprozess
des Halbleiterchips auf den Anschlussleiterbereich oder im Betrieb
des Bauteils, entstehenden Wärme
zur Wärmesenke.
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Das
Grundteil 13 bestimmt in der Darstellung des Ausführungsbeispiels
in 1B den Boden 4 der Ausnehmung 3 des
Gehäusekörpers 2.
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Abweichend
von der Darstellung in 1B kann auch auf die Wärmesenke
verzichtet werden, insbesondere, falls der Anschlusskörper im
wesentlichen eine Keramik, wie AlN, enthält, das eine vorteilhaft hohe
Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Vorzugsweise ist in diesem Falle auf der Oberfläche des
Gehäusekörpers im
Bereich der in 1B gezeigten Wärmesenke
ein, beispielsweise ein Metall, wie eines der weiter oben genannten
Metalle, enthaltender, thermischer Anschluss zum Anschluss an einen
externen Kühlkörper vorgesehen,
der besonders bevorzugt von den Anschlüssen 19 und 20 elektrisch
isoliert ist.
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In
der 1C ist eine Aufsicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel
eines vorgeformten Grundteils entsprechend der 1A oder 1B dargestellt.
Es sind die Anschlussleiterbereiche 6 und 7, die
durch den Isolierspalt 11 elektrisch getrennt sind, dargestellt.
Der Halbleiterchip wird erst nach dem Verbinden der getrennt vorgeformeten
Gehäuseteile auf
dem Anschlussleiterbereich 7 angeordnet.
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1D zeigt
eine Aufsicht von unten auf ein Ausführungsbeispiel eines Grundteils 13,
wie es beispielsweise in der in 1A oder 1B gezeigten Ansicht
dargestellt ist. Zu erkennen sind die Anschlüsse 19 und 20,
die der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips seitens der
Oberfläche 21 des
Grundteils 13 dienen. Ferner ist die vom Anschlusskörper 16 zumindest
teilweise umformte Wärmesenke 22 dargestellt.
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Es
sei angemerkt, dass die Anschlüsse
insbesondere hinsichtlich ihrer Anzahl und konkreten Ausbildung
in der 1D nur beispielhaft vier im
wesentlichen rechteckige Anschlüsse – zwei für jeden Anschluss
des Halbleiterchips – dargestellt
sind. Auch die Wärmesenke
ist lediglich beispielhaft als in Aufsicht kreisförmig dargestellt.
Dies ist selbstverständlich
nicht als Beschränkung
auf eine derartige Ausbildung zu verstehen.
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Das
Reflektorteil 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel getrennt vom
Grundteil 13 vorgeformt und enthält vorzugsweise eine Keramik,
beispielsweise Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid. Eine Aufsicht
auf ein vorgeformtes Reflektorteil ist in 1E gezeigt.
Das Reflektorteil 14 umfasst einen Reflektorkörper 23,
der mit einer Aussparung 30 versehen ist, die durch den
gesamten Reflektorkörper 23 reicht. Die
Aussparung 30 ist Teil der Ausnehmung 3 des fertigen
Gehäusekörpers 2.
Die Aussparung 30 weist eine Wand 5 auf, die vorzugsweise
während
des Vorformens mit einem Reflektormaterial, beispielsweise Ag enthaltend,
versehen wurde. Die Form der wand beziehungsweise die Form der Aussparung
bestimmen die Form des Reflektors 9, der durch die wand 5 der
Aussparung und das auf der Wand angeordnete Reflektormaterial gebildet
wird. Die Wand 5 der Aussparung 30 ist bevorzugt
zumindest annähernd
vollflächig
mit dem Reflektormaterial bedeckt, so dass die Reflektorfläche für eine vom
Halbleiterchip zu erzeugende oder zu empfangende Strahlung möglichst groß ist.
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Wie
in 1B gezeigt ist, ist das Reflektorteil 14 im
Gehäusekörper 2 dem
Grundteil nachgeordnet. Um einen Kurzschluss der Anschlussleiterbereiche 6 und 7 über das
Reflektormaterial zu vermeiden, ist der Reflektor 9 beziehungsweise
das Reflektormaterial durch ein Isolationsteil 15 elektrisch
von den Anschlussleiterbereichen 6 und 7 isoliert.
Das Isolationsteil enthält
bevorzugt eine Keramik, beispielsweise ebenfalls Aluminiumnitrid
oder Aluminiumoxid, was Vorteile beim Verbinden der einzeln vorgeformten
Teile des Gehäusekörpers haben
kann. Bezüglich
der Formgebung wird beim Isolationsteil bevorzugt darauf geachtet,
dass das Isolationsteil möglichst
genau mit der seitens des Grundteils angeordneten Begrenzung der
Aussparung im Reflektorteil abschließt. Zumindest ist das Isolationsteil
mit Vorzug in lateraler Richtung nicht näher am Halbleiterchip angeordnet
als das Reflektorteil. Mit Vorteil wird so die reflektierende Fläche nicht
verkleinert, da auch das Anschlussleitermaterial, welches beispielsweise
Au enthält,
abhängig
von der Wellenlänge
der einfallenden Strahlung relativ hohe Reflektivitäten aufweisen
kann.
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Die
Umhüllung 10 umhüllt wie
in 1B dargestellt den Halbleiterchip 8 zumindest
teilweise und schützt
ihn vor schädlichen äußeren Einflüssen. Weiterhin
ist die Umhüllung
im Bereich der Aussparung des Reflektorkörpers 23 an dem Reflektormaterial angeordnet
und seitens des Grundteils 13 zumindest teilweise am Anschlussleitermaterial
angeordnet. Diese können
wie oben bereits erwähnt
Metalle enthalten, an denen das beispielsweise Silikon enthaltende
Umhüllungsmaterial
oftmals nur relativ schlecht haftet.
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In
der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauteils
schematisch anhand einer Schnittansicht dargestellt. Das dargestellte
Ausführungsbeispiel entspricht
im wesentlichen dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu diesem ist dem Reflektorteil 14 vom Halbleiterchip 8 aus
gesehen, der auf dem Grundteil 13 angeordnet ist, ein Haftvermittlungsteil 24 angeordnet.
Das Haftvermittlungsteil 24 ist vorzugsweise so ausgebildet
oder geformt, dass es die Haftung der Umhüllung 10 in der Ausnehmung 3 des
Gehäusekörpers 2 verbessert. Das
Haftvermittlungsteil enthält
bevorzugt eine Keramik, beispielsweise ebenfalls Aluminiumnitrid
oder Aluminiumoxid. Silikon, das das Umhüllungsmaterial beispielsweise
enthält,
haftet an einem derartigen Keramikmaterial gewöhnlich besser als an einem Metall,
wie das Reflektormaterial, das auf der Wand 5 der Ausnehmung
des Gehäusekörpers, oder
das Anschlussleitermaterial, das auf dem Grundteil angeordnet ist.
Die Gefahr schädigender äußerer Einflüsse auf
den Halbleiterchip wird durch verbesserte Haftung der Umhüllung in
der Ausnehmung mit Vorteil verringert. Die haftvermittelnde Fläche kann
durch eine Abstufung zwischen Reflektorteil und Haftvermittlungsteil
vorteilhaft vergrößert werden.
Hierzu ist das Reflektorteil bevorzugt auf seiner dem Boden 4 der
Ausnehmung 3 gegenüberliegenden
Fläche
im wesentlichen frei von dem Reflektormaterial.
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Den
Ausführungsbeispielen
in 1 und 2 ist gemein,
dass der Reflektor 9 in der Schnittansicht eine im wesentlichen
kegelstumpfförmige Form
aufweist. Während
der Vorformung des Reflektorteils 14 können jedoch verschiedenste
Formen der Wand 5 der Ausnehmung 3 beziehungsweise
der Aussparung 30 im Reflektorkörper realisiert werden. Je
nach Ausgestaltung der Form des Reflektors weist das optoelektronische
Bauteil verschiedene Empfangs- oder Abstrahlcharakteristiken aus.
Ist der Reflektorteil eines Körper,
der einen Fokus oder Fokalbereich aufweist, so ist der Halbleiterchip 8 bevorzugt in
diesem Fokus oder diesem Fokalbereich angeordnet. Beispielsweise
kann die Ausnehmung auch abweichend von der Darstellung als im wesentlich
einen parabolischen Querschnitt aufweisend ausgeführt werden.
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Ebenfalls
sind in beiden Ausführungsbeispielen
die verschiedenen Gehäuseteile
wie das Grundteil, das Isolationsteil, das Reflektorteil oder das
Haftvermittlungsteil 24 vorzugsweise getrennt voneinander
vorgeformt. Nach deren Vorformung werden die Teile entsprechend übereinander
angeordnet, so dass beispielsweise die in 1B oder
in 2 anhand einer Schnittdarstellung gezeigte Struktur
ausgebildet wird. Nach der Anordnung der vorgeformten Teile des
Gehäusekörpers 2 übereinander
wird diese Struktur beispielsweise durch einen Sinterprozess mechanisch
stabil verbunden, so dass an den Grenzflächen zwischen den verschiedenen Teilen
Sinterverbindungen entstehen, die vorteilhaft mechanisch stabil
sind.
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Weiterhin
kann in beiden Ausführungsbeispielen
in die Umhüllung
ein Leuchtstoff eingebracht werden. Der Leuchtstoff ist bevorzugt
so ausgebildet, dass er vom Halbleiterchip emittierte Strahlung
absorbieren kann und diese als Strahlung einer Wellenlänge, die
größer ist
als der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung ist. Die Wellenlängen können sich mischen
so dass das optoelektronische Bauteil mischfarbiges, insbesondere
weißes
Licht, emittieren kann.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand
der Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn diese Kombination nicht explizit in den Patentansprüchen angegeben
ist.