TISO, Michele (Salmadingerstr. 11A, Reichertshausen, 85293, DE)
OSRAM S.P.A. - SOCIETA' RIUNITE OSRAM EDISON CLERICI (Via Savona 105, Milano, I-20144, IT)
CESCHEL, Antonio (115 Via Borgo Mestre, Treviso, I-31100, IT)
TISO, Michele (Salmadingerstr. 11A, Reichertshausen, 85293, DE)
| Patentansprüche
1. Optoelektronisches Modul (1) mit einem Anschlussträger (2), der einen elektrischen Anschlussleiter (12,13) aufweist, und einem optoelektronischen Bauelement (3), wobei das optoelektronische Bauelement mit dem Anschlussträger mittels eines oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils (17,18) elektrisch leitend verbunden ist.
2. Modul nach Anspruch 1, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) und der Anschlussträger (2) als diskrete Elemente des Moduls (1) ausgeführt sind.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) und der Anschlussträger (2) auf einem gemeinsamen Träger (5) angeordnet sind.
4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger (5) als Wärmesenke ausgeführt ist.
5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) in eine Aussparung (15) des Anschlussträgers (2) eingesetzt ist.
6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem optoelektronischen Bauelement (3) und dem Anschlussträger (2) ein Freiraum (16) ausgebildet ist.
7. Modul nach Anspruch 6, bei dem sich das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) über den Freiraum erstreckt.
8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) auf dem Anschlussträger (2) und dem optoelektronischen Bauelement (3) angeordnet ist.
9. Modul nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) mit dem Anschlussleiter (12,13) und dem optoelektronischen Bauelement (3) mittels einer Klebeverbindung oder einer Lötverbindung elektrisch leitend verbunden ist.
10. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) einen optoelektronischen Halbleiterchip (9) aufweist.
11. Modul nach Anspruch 10, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) einen Bauelementträger (8) aufweist, auf dem der Halbleiterchip (9) befestigt ist, und der Halbleiterchip (9) elektrisch leitend mit einem Kontaktleiter (10,11) des Bauelementträgers verbunden ist.
12. Modul nach Anspruch 11, bei dem das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) mit dem Anschlussleiter (12,13) des Anschlussträgers (2) und dem Kontaktleiter (10,11) des Bauelementträgers (8) elektrisch leitend verbunden ist.
13. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) als Null- Ohm-Widerstand ausgeführt ist.
14. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussträger (2) ein elektrisches Vorschaltgerät (14) aufweist, das zur Ansteuerung des optoelektronischen Bauelements (3) ausgebildet ist und das Vorschaltgerät elektrisch leitend mit dem Bauelement verbunden ist.
15. Modul nach Anspruch 14, bei dem das elektrische Vorschaltgerät (14) als separates Element auf dem Anschlussträger (2) montiert ist oder das elektrische Vorschaltgerät in dem Anschlussträger integriert ist.
16. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussträger (2) als Leiterplatte ausgeführt ist.
17. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein weiteres oberflächenmontierbares Anschlussbauteil (17,18) aufweist, wobei ein weiterer Anschlussleiter (12,13) des Anschlussträgers (2) mittels dieses Anschlussbauteils mit dem optoelektronischen Bauelement (3) elektrisch leitend verbunden ist.
18. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil (17,18) zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements (3) mit dem Anschlussträger (2) ausgebildet ist.
19. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements (3) mit einem Anschlussträger (2), der einen elektrischen Anschlussleiter (12,13) aufweist, mit den Schritten: a) Anordnen des optoelektronischen Bauelements an einer vorgegebenen Position bezüglich des Anschlussträgers derart, dass der Anschlussleiter mittels eines oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils (17,18) einer vorgegebenen Bauform elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Bauelement verbindbar ist, und b) Anordnen des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils auf dem optoelektronischen Bauelement und dem Anschlussträger und elektrisch leitendes Verbinden des Anschlussleiters mit dem optoelektronischen Bauelement mittels des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils .
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Anordnen des optoelektronischen Bauelements (3) mittels eines „Pick and Place"-Verfahrens erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem das Anordnen des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils (17,18) mittels eines „Pick and Place"-Verfahrens erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem das Verfahren bei der Herstellung eines Moduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 eingesetzt wird. |
Beschreibung
Optoelektronisches Modul
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul sowie ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines Bauelements mit einem Anschlussträger.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul anzugeben, das vereinfacht variabel ausgestaltbar und vereinfacht herstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein Bauelement vereinfacht mit einem Anschlussträger elektrisch leitend verbunden werden kann, wobei das Verfahren insbesondere die Herstellung eines Moduls erleichtern soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Modul ist als optoelektronisches Modul ausgeführt und umfasst einen Anschlussträger, der einen elektrischen Anschlussleiter aufweist, und ein optoelektronisches Bauelement, wobei das optoelektronische Bauelement mit dem Anschlussträger, insbesondere direkt, mittels eines oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils elektrisch leitend verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist das optoelektronische Bauelement mit dem Anschlussleiter des Anschlussträgers, insbesondere direkt über das Anschlussbauteil elektrisch leitend verbunden. Das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil bildet bevorzugt
eine, insbesondere direkte elektrische Schnittstelle zwischen dem Anschlussträger und dem optoelektronischen Bauelement.
Die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mit dem Anschlussträger kann mittels des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils (SMD: Surface Mountable Device) auf besonders einfache und kostengünstige Weise mit einer gleichzeitig hohen Stabilität der elektrisch leitenden Verbindung und der mechanischen Befestigung gegenüber mechanischen Belastungen erfolgen.
Eine Drahtbond-Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mit dem Anschlussleiter ist wegen der geringen Dicke des Bonddrahts, die in der Regel wenige 100 μm beträgt, weniger stabil gegenüber mechanischen Belastungen als ein vergleichsweise massives oberflächenmontierbares Bauteil, das als Anschlussbauteil dient. Ferner ist ein Drahtbond-Automat ebenso wie ein Bügellöt-Automat vergleichsweise kostenintensiv. Derartige Automaten müssen in der Regel eigens für die elektrische Kontaktierung angeschafft werden. Eine elektrisch leitende Anbindung des optoelektronischen Bauelements an den Anschlussträger mittels einer Büge11öt- Kontaktierung ist ebenso wie eine Drahtbond-Kontaktierung mechanisch vergleichsweise instabil.
Ein oberflächenmontierbares Anschlussbauteil kann mittels der Oberflächenmontagetechnik (SMT: Surface Mounting Technology) auf einfache Weise genau an einer vorgegebenen Position relativ zum Anschlussleiter und zum optoelektronischen Bauelement angeordnet und insbesondere elektrisch leitend mit diesen verbunden werden. Als Bestückungsautomat zur Bestückung des Moduls mit dem SMD-Anschlussbauteil ist ein „Pick and Place"-Automat besonders geeignet.
Da auch für die Positionierung des optoelektronischen Bauelements im Modul bevorzugt ein „Pick and Place"-Automat eingesetzt wird, kann mit Vorteil sowohl für die Bestückung des Moduls mit dem optoelektronischen Bauelement als auch für die Bestückung des Moduls mit dem Anschlussbauteil für das optoelektronische Bauelement die gleiche Bestückungstechnik, insbesondere der gleiche Bestückungsautomat eingesetzt werden. Auf die Anschaffung von lediglich der Kontaktierung dienenden Fertigungsmaschinen, z.B. die schon erwähnten Drahtbondungs- oder Bügellot-Automaten, kann in der Folge verzichtet werden. Hierdurch werden die Herstellungskosten des Moduls vorteilhaft gering gehalten.
Das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil ist bevorzugt zur, insbesondere direkten elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mit dem Anschlussträger ausgebildet. Besonders bevorzugt dient das Anschlussbauteil der Zuführung elektrischer Leistung zum optoelektronischen Bauelement. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere mittels des Anschlussbauteils elektrisch versorgt werden.
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem Anschlussträger kann beispielsweise mittels Verlötung oder Verklebung des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils mit dem Anschlussleiter des Anschlussträgers einerseits und dem optoelektronischen Bauelement andererseits erfolgen. Bevorzugt ist das SMD-Anschlussbauteil direkt, d.h. ohne ein weiteres zwischengeschaltetes, beispielsweise elektronisches Element mit dem Anschlussträger, insbesondere dessen
Anschlussleiter, einerseits und dem optoelektronischen Bauelement andererseits elektrisch leitend verbunden.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Anschlussträger, der einen elektrischen Anschlussleiter aufweist, wird zunächst das optoelektronische Bauelement an einer vorgegebenen Position bezüglich des Anschlussträgers derart angeordnet, dass der Anschlussleiter mittels eines oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils einer vorgegebenen Bauform elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Bauelement verbindbar ist. Nachfolgend wird das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil auf dem optoelektronischen Bauelement und dem Anschlussträger, insbesondere auf dem Anschlussleiter des Anschlussträgers, angeordnet und der Anschlussleiter wird mit dem optoelektronischen Bauelement mittels des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils elektrisch leitend verbunden .
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Anordnen des optoelektronischen Bauelements mittels eines „Pick and Place"-Verfahrens . Alternativ oder zusätzlich kann das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil mittels eines "Pick and Place"-Verfahrens angeordnet werden. Im letzteren Falle kann mit besonderem Vorteil für das Bauelement und das Anschlussbauteil der gleiche Bestückungsautomat eingesetzt werden. Besonders bevorzugt erfolgt die elektrisch leitende Verbindung des Anschlussbauteils mit dem optoelektronischen Bauelement und/oder mit dem Anschlussleiter des Anschlussträgers ebenfalls im „Pick and Place"-Verfahren .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls eingesetzt. Weiter oben und im Folgenden für das Modul beschriebene Merkmale können demnach auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Ein „Pick and Place"-Verfahren erleichtert die Anordnung des jeweiligen Elements des Moduls an einer vorgegebenen Position mit hoher Genauigkeit und insbesondere eine mechanisch stabile Befestigung des jeweiligen Elements in einem Modul sowie die elektrische Anbindung des jeweiligen Elements an ein weiteres Modulelement.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil mit dem Anschlussleiter und dem optoelektronischen Bauelement mittels einer Klebe- oder einer Lötverbindung elektrisch leitend verbunden. Ein für die Klebeverbindung eingesetzter Haftvermittler ist hierzu, etwa mittels zugesetzter leitfähiger Partikel, zweckmäßigerweise elektrisch leitfähig ausgeführt. Eine Lötverbindung zeichnet sich durch eine besonders hohe Stabilität gegenüber mechanischer Belastung aus .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das optoelektronische Bauelement und der Anschlussträger als diskrete Elemente des Moduls ausgeführt. Das optoelektronische Bauelement und der Anschlussträger können so vereinfacht auf unterschiedliche Funktionen hin abgestimmt und getrennt voneinander vorgefertigt werden. Weiterhin sind aufgrund der vergleichsweise freien Kombinierbarkeit verschiedener Anschlussträger mit verschiedenen
optoelektronischen Bauelementen die Freiheitsgrade bei der Ausbildung eines Moduls erhöht.
Der Anschlussträger kann beispielsweise zur elektrischen Ansteuerung des Moduls, etwa zur Steuerung der dem Bauelement zugeführten elektrischen Leistung, ausgebildet sein. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement mittels des Anschlussträgers angesteuert werden. Hierzu weist der Anschlussträger bevorzugt ein elektrisches Vorschaltgerät (EVG) auf, das mit dem optoelektronischen Bauelement, insbesondere mittels des SMD-Anschlussbauteils, elektrisch leitend verbunden ist. Das elektrische Vorschaltgerät ist bevorzugt als Hochfrequenz-Vorschaltgerät (HF-EVG) ausgeführt. Als Vorschaltgerät ist beispielsweise ein Transformator geeignet. Das Vorschaltgerät kann als separates Element auf dem Anschlussträger montiert und vorzugsweise elektrisch kontaktiert sein oder bereits in den Anschlussträger integriert sein.
Besonders bevorzugt ist das Vorschaltgerät im Falle einer Montage auf dem Anschlussträger als SMD-Vorschaltgerät ausgeführt, sodass das Vorschaltgerät ebenso wie das Anschlussbauteil und das optoelektronische Bauelement in der Oberflächenmontagetechnik im Modul montiert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das optoelektronische Bauelement und der Anschlussträger auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und vorzugsweise auf diesem Träger befestigt. Hierdurch wird mit Vorteil eine kompakte Ausbildung des Moduls gegenüber einer Ausführung mit zwei separaten Trägern - einem für den Anschlussträger und einem weiteren für das Bauelement - erleichtert und die Gesamtstabilität des Moduls erhöht. Der Träger ist
vorzugsweise durchgehend und insbesondere einstuckig ausgeführt .
Bevorzugt ist der Trager als Warmesenke ausgeführt. Im Betrieb des Moduls wird oftmals eine maßgebliche Wärmemenge erzeugt. über den Warmesenkentrager kann die am Anschlusstrager und dem optoelektronischen Bauelement anfallende Verlustwarme zuverlässig aus dem Modul abgeleitet werden. Die Gefahr einer thermisch verursachten Schädigung des Moduls wird hierdurch mit Vorteil verringert. Zweckmaßigerweise sind der Anschlusstrager und/oder das optoelektronische Bauelement thermisch gut leitend mit dem Trager verbunden. Die Abfuhr der Verlustwarme wird so erleichtert. Zur thermischen Anbindung besonders geeignet ist eine Klebe- oder Lotverbindung. Eine Lotverbindung ist wegen der im Vergleich zu einer Klebeverbindung in der Regel höheren thermischen Leitfähigkeit besonders geeignet. Die Warmesenke enthalt bevorzugt ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. ein Metall, wie Aluminium oder Kupfer, oder eine Legierung.
Insbesondere in einer Beleuchtungsvorrichtung, z. B. in einem Scheinwerfer, oder in einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem Projektionsgerät, mit dem Modul als Strahlungsquelle, treten aufgrund der in der Regel erforderlichen hohen Strahlungsleistungen, die mittels des Moduls zu erzeugen sind, besonders hohe Verlustwarmemengen auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das optoelektronische Bauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Strahlungserzeugung und/oder zum Strahlungsempfang geeignet ist, auf. Besonders bevorzugt weist das Modul eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf. Mit
einem Strahlungserzeugenden Modul mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips kann vereinfacht eine hohe Strahlungsleistung erzeugt werden. Weiterhin wird das Erzeugen von mischfarbiger Strahlung mittels einer Mehrzahl von Halbleiterchips, die Strahlung verschiedener Wellenlängen, bevorzugt sichtbare und besonders bevorzugt verschiedenfarbige Strahlung erzeugen, erleichtert. Durch geeignete Mischung der von den verschiedenen Halbleiterchips erzeugten Strahlungen kann das Modul Licht verschiedener Farben erzeugen. Die erzeugbaren Farben sind durch das Innere des von den einzelnen Farborten (x und y) des im Bauelement, insbesondere den Halbleiterchips erzeugbaren sichtbaren Lichts im CIE-Diagramm abgesteckten Gebiets bestimmt.
Für ein Strahlungserzeugendes Modul ist der Halbleiterchip bzw. sind die Halbleiterchips zweckmäßigerweise als LED- Chip (s) oder Laserdiodenchip (s) ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das optoelektronische Bauelement in eine Aussparung des Anschlussträgers eingesetzt. Die Aussparung durchdringt den Anschlussträger bevorzugt vollständig. Eine gute thermische Anbindung des Bauelements an den gemeinsamen Träger wird so erleichtert, da die im Bauelement anfallende Wärme nicht über den Anschlussträger zum Träger abgeleitet wird.
Das Bauelement ist bevorzugt, insbesondere durchgehend, vom Anschlussträger beabstandet. Zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem Anschlussträger ist bevorzugt ein Freiraum ausgebildet. Der Freiraum kann das Bauelement lateral umlaufen. Im Betrieb des Moduls können sich der Anschlussträger und das optoelektronische Bauelement thermisch bedingt ausdehnen. Mittels einer beabstandeten
Anordnung des optoelektronischen Bauelements vom Anschlussträger kann ein mechanischer Kontakt zwischen dem Bauelement und dem Anschlussträger aufgrund der thermischen Ausdehnung vereinfacht verhindert werden. Die Gefahr einer Schädigung des Moduls, z. B. eines Ablösens des Anschlussträgers und/oder des Bauelements vom Träger, die beim mechanischen Kontakt zwischen dem Bauelement und dem Anschlussträger mit erhöhter Wahrscheinlichkeit auftreten könnte, kann so vermindert werden.
Das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil erstreckt sich bevorzugt über den Freiraum. Trotz einer beabstandeten Anordnung des optoelektronischen Bauelements und des Anschlussträgers kann über das Anschlussbauteil eine den Freiraum überbrückende elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlussträger und dem Bauelement erzielt werden, die auch bei thermischer Belastung eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das optoelektronische Bauelement einen Bauelementträger auf, auf dem ein Strahlungsemittierendes und/oder
Strahlungsempfangendes Element des Bauelements, z. B. ein Halbleiterchip, befestigt ist. Das Strahlungsemittierende und/oder Strahlungsempfangende Element ist bevorzugt elektrisch leitend mit einem Kontaktleiter des
Bauelementträgers verbunden. Das optoelektronische Bauelement ist demnach insbesondere als Modul ausgeführt. Bevorzugt ist das Bauelement als LED-Modul mit einem LED-Chip als Strahlungsquelle oder als Laser-Modul mit einem Laserchip als Strahlungsquelle ausgeführt. Gegebenenfalls kann ein Bauelement-Modul auch mit einem LED-Chip und einem Laserdiodenchip ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlussbauteil auf dem Anschlussträger, insbesondere dem Anschlussleiter, und dem optoelektronischen Bauelement, insbesondere dem Bauelementträger, angeordnet. Das oberflächenmontierbare Anschlussbauteil ist bevorzugt mit dem Anschlussleiter des Anschlussträgers und dem Kontaktleiter des Bauelementträgers, insbesondere direkt, elektrisch leitend verbunden. Das Anschlussbauteil ist hierzu bevorzugt auf den Anschlussleiter und den Kontaktleiter aufgesetzt, auf dem Anschlussleiter und dem Kontaktleiter befestigt. Bevorzugt ist das Anschlussbauteil mit dem Anschlussleiter und dem Kontaktleiter verklebt oder verlötet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Anschlussträger und/oder der Bauelementträger als Leiterplatte, insbesondere als gedruckte Leiterplatte (PCB: Printed Circuit Board) ausgeführt. Der Anschlussleiter und/oder der Kontaktleiter kann als Leiterbahn der jeweiligen Leiterplatte ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlussbauteil als oberflächenmontierbarer Null-Ohm- Widerstand ausgeführt. Ein SMD-Null-Ohm-Widerstand weist einen vorteilhaft kleinen Widerstand auf und ist wie ein herkömmlicher oberflächenmontierbarer Widerstand in der Oberflächenmontagetechnik bestückbar. Der Null-Ohm-Widerstand entspricht bevorzugt einem Verbindungsleiter in Widerstandsbauform, der dementsprechend zweckmäßigerweise einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand aufweist. Bevorzugt weist der Null-Ohm-Widerstand einen elektrischen Widerstand von kleiner oder gleich 100 mω, besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 10 mω, auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt ein Höhenunterschied zwischen einem Verbindungsbereich des Anschlussbauteils mit dem Anschlussträger und einem weiteren Verbindungsbereich des Anschlussbauteils mit dem optoelektronischen Bauelement, insbesondere ein Höhenunterschied zwischen dem Anschlussleiter und dem Kontaktleiter, 0,1 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,01 mm oder weniger. Die Verbindungsbereiche weisen demnach bevorzugt möglichst den gleichen Abstand zum Träger auf. Das Aufsetzen des oberflächenmontierbaren Anschlussbauteils und die Montage des Anschlussbauteils auf den Anschlussleiter und den Kontaktleiter wird so vorteilhaft erleichtert. Ferner kann die Gefahr einer aus einem vergleichsweise großen Höhenunterschied resultierenden übermäßigen Verkippung des SMD-Anschlussbauteils und daher einer instabileren mechanischen Anbindung des SMD-Anschlussbauteils an den Anschlussträger und das optoelektronische Bauelement verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Modul ein weiteres oberflächenmontierbares Anschlussbauteil auf, wobei ein weiterer Anschlussleiter des Anschlussträgers mittels dieses Anschlussbauteils mit dem optoelektronischen Bauelement elektrisch leitend verbunden ist. Das weitere Anschlussbauteil ist vorzugsweise mit einem weiteren Kontaktleiter des optoelektronischen Bauelements elektrisch leitend verbunden. Die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements des Moduls mit dem Anschlussträger kann somit, insbesondere ausschließlich, mittels oberflächenmontierbarer Anschlussbauteile erfolgen, wodurch die Gesamtstabilität des Moduls erhöht und die Herstellungskosten gemindert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls anhand einer schematischen Aufsicht auf das Modul in Figur IA und einer schematischen Schnittaufsicht in Figur IB und
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Anschlussträger anhand der in den Figuren 2A und 2B in schematischen Schnittaufsichten dargestellten Zwischenschritte.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls anhand einer schematischen Aufsicht auf das Modul in Figur IA und einer schematischen Schnittaufsicht in Figur IB.
Das optoelektronische Modul 1 weist einen Anschlussträger 2, z. B. eine Platine, wie eine, insbesondere gedruckte, Leiterplatte, und ein optoelektronisches Bauelement 3 auf. Der Anschlussträger 2 und das optoelektronische Bauelement 3 sind als diskrete Modulelemente auf einer gemeinsamen Hauptfläche 4 eines Trägers 5 des Moduls 1 angeordnet, der den Anschlussträger 2 und das optoelektronische Bauelement 3 trägt und insbesondere mechanisch stabilisiert.
Zwischen dem Anschlussträger 2 und dem Träger 5 ist eine erste Verbindungsschicht 6 angeordnet, über die der Anschlussträger 2 auf dem Träger 5 befestigt ist. Das optoelektronische Bauelement 3 ist mittels einer zweiten Verbindungsschicht 7, die zwischen dem optoelektronischen Bauelement 3 und dem Träger 5 angeordnet ist, auf dem Träger
5 befestigt. Die erste und/oder die zweite Verbindungsschicht
6 bzw. 7 ist bevorzugt als Lotschicht oder Klebeschicht ausgeführt .
Das optoelektronische Bauelement 3 weist einen Bauelementträger 8 und ein Strahlungsemittierendes und/oder Strahlungsempfangendes Halbleiterbauelement 9, z. B. einen optoelektronischen Halbleiterchip z.B. einen LED-Chip oder einen Laserdiodenchip umfassend, auf. Gegebenfalls kann das optoelektronische Bauelement auch eine Mehrzahl von Halbleiterchips umfassen (nicht dargestellt) , wodurch die Erzeugung hoher Strahlungsleistung sowie mischfarbiger Strahlung erleichtert wird.
Ferner weist der Bauelementträger 8 des optoelektronischen Bauelements 3 einen ersten Kontaktleiter 10 und einen zweiten Kontaktleiter 11 auf, die elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement 9 verbunden sind. Das
Halbleiterbauelement 9 kann hierzu mit den Kontaktleitern 10 und 11 z. B. verklebt oder verlötet sein. Der Bauelementträger 8 ist vorzugsweise mit den Kontaktleitern versehen .
Der Bauelementträger kann insbesondere als Platine, z. B. als, vorzugsweise gedruckte, Leiterplatte ausgeführt sein. Das optoelektronische Bauelement ist dann als Modul-
Bauelement, insbesondere als LED-Modul oder Laser-Modul, ausgebildet .
Der Anschlussträger 2 weist einen ersten elektrischen Anschlussleiter 12 und einen zweiten elektrischen Anschlussleiter 13 auf. Die Kontaktleiter 10 und 11 bzw. die Anschlussleiter 12 und 13 sind bevorzugt als Leiterbahnen ausgeführt .
Weiterhin weist der Anschlussträger ein elektrisches Vorschaltgerät 14 auf, das bevorzugt mit dem ersten Anschlussleiter 12 und/oder dem zweiten Anschlussleiter 13 elektrisch leitend verbunden ist. Das elektrische Vorschaltgerät 14 kann in dem Anschlussträger 2 integriert oder als separates, vorzugsweise oberflächenmontierbares Bauelement auf dem Anschlussträger montiert sein.
Der Anschlussträger 2 weist ferner eine Aussparung 15 auf, die sich bevorzugt von der dem Träger 5 abgewandten Seite des Anschlussträgers bis auf den Träger erstreckt und den Anschlussträger sowie vorzugsweise auch die erste Verbindungsschicht 6 vollständig durchdringt. Das optoelektronische Bauelement 3 ist derart in die Aussparung eingesetzt, dass das optoelektronische Bauelement, durchgehend, insbesondere lateral umlaufend, von dem Anschlussträger und vorzugsweise der ersten Verbindungsschicht 6 beabstandet ist. Die zweite Verbindungsschicht 7 ist ferner bevorzugt durchgehend von der ersten Verbindungsschicht 6 beabstandet.
Zwischen dem Bauelementträger 8 und dem Anschlussträger 2 ist demnach ein, das Bauelement bevorzugt lateral umlaufender, Freiraum 16 ausgebildet. Der Abstand zwischen dem
optoelektronischen Bauelement 8 und dem Anschlussträger 2 ist bevorzugt derart groß gewählt, dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem optoelektronischen Bauelement 3 und dem Anschlussträger 2 im Betrieb des Moduls 1 aufgrund der gegebenenfalls unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Anschlussträgers und des Bauelements vermieden wird. Der Abstand zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem Anschlussträger ist hierzu bevorzugt größer oder gleich 0,5 mm.
Das optoelektronische Bauelement 3 ist mit dem Anschlussträger über ein erstes SMD-Anschlussbauteil 17 und ein zweites SMD-Anschlussbauteil 18 elektrisch leitend verbunden. Die Anschlussbauteile 17 und 18 sind auf das Bauelement und den Anschlussträger aufgesetzt, erstrecken sich dabei jeweils über den Freiraum 16 und überbrücken diesen. Das erste SMD-Anschlussbauteil 17 ist hierbei mit dem ersten Kontaktleiter 10 und dem ersten Anschlussleiter 12 elektrisch leitend verbunden und das zweite SMD- Anschlussbauteil ist mit dem zweiten Anschlussleiter 13 und dem zweiten Kontaktleiter 11 elektrisch leitend verbunden.
Bevorzugt ist das erste und/oder das zweite Anschlussbauteil 17, 18 als Null-Ohm-Widerstand ausgeführt. Dieser weist bevorzugt einen elektrischen Widerstand von 100 mω oder weniger, besonders bevorzugt einen Widerstand von 10 mω oder weniger auf. Das erste und das zweite SMD-Anschlussbauteil sind auf der dem Träger 5 abgewandten Seite des Anschlussträgers 2 und des Bauelementträgers 8 angeordnet.
Das erste SMD-Anschlussbauteil 17 ist auf einen Kontaktbereich 19 des ersten Kontaktleiters 10 und einen Anschlussbereich 20 des ersten Anschlussleiters 12 auf der
dem Trager 5 abgewandten Seite des Bauelementtragers 8 und des Anschlusstragers 2 aufgesetzt. Bauteilkontakte 21 und 22 des ersten Anschlussbauteils sind im Kontaktbereich 19 bzw. dem Anschlussbereich 20, insbesondere direkt und vorzugsweise unmittelbar, elektrisch leitend mit dem ersten Anschlussleiter 12 bzw. dem ersten Kontaktleiter 10 verbunden. Beispielsweise ist das erste SMD-Anschlussbauteil 17 hierzu mit dem ersten Anschlussleiter 12 und dem ersten Kontaktleiter 13 verklebt oder mit besonderem Vorteil hinsichtlich hoher mechanischer Stabilität verlotet. Entsprechend ist bevorzugt das zweite SMD-Anschlussbauteil 18 mittels seinen Bauteilkontakten 23, 24 mit dem zweiten Kontaktleiter 11 in einem Kontaktbereich 26 und dem zweiten Anschlussleiter 14 in einem Anschlussbereich 25 elektrisch leitend verbunden.
über die Oberflachenmontagetechnik können separate Modulelemente - das Bauelement 3 und der Anschlusstrager 2 - genau im Modul positioniert und ebenfalls in Oberflachenmontagetechnik mittels eines „Pick and Place"- Verfahrens über die SMD-Anschlussbauteile 17,18 mechanisch stabil elektrisch leitend verbunden werden.
Mittels des elektrischen Vorschaltgerats 14, das über die Anschlussleiter 12, 13, die SMD-Anschlussbauteile 17, 18 und die Kontaktleiter 10, 11 elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement 9 verbunden ist, kann der Betrieb des optoelektronischen Bauelements 3 des Moduls 1 elektrisch gesteuert werden. Beispielsweise ist das elektrische Vorschaltgerat als HF-EVG, z.B. als Transformator, ausgeführt .
Der Träger 5 ist bevorzugt als Wärmesenke, z. B. aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung, ausgebildet, sodass im Betrieb des Moduls 1 anfallende Wärme vom optoelektronischen Bauelement 3 bzw. dem Vorschaltgerät 14 zuverlässig aus dem Modul abgeleitet werden kann. Als Verbindungsschichten 6 bzw. 7 sind aufgrund der verglichen mit einer Klebeschicht in der Regel höheren Wärmeleitfähigkeit Lotschichten besonders geeignet. Auf der dem Anschlussträger 2 abgewandten Seite kann der Träger 5 noch auf einem externen Kühlkörper (nicht dargestellt) zur weitergehenden Wärmeabfuhr befestigt sein.
Das Halbleiterbauelement 9 kann beispielsweise als vorgehäustes Halbleiterbauelement, d. h. ein Bauelement, das einen bereits vor der Montage auf dem Bauelementträger 8 von einem Gehäusekörper geschützten Halbleiterchip aufweist, ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Halbleiterbauelement auch als nicht vorgehäuster Halbleiterchip, vorzugsweise direkt, auf dem Bauelementträger montiert sein („Chip-on-board") und gegebenenfalls nachfolgend in eine schützende Umhüllung, die z.B. eine silikonhaltige Formmasse enthält, eingebettet werden.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Anschlussleiter eines Anschlussträgers anhand von in den Figuren 2A und 2B in schematischen Schnittaufsichten dargestellten Zwischenschritten .
In Figur 2 ist die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements mit dem Anschlussleiter für ein Modul 1 gemäß Figur 1 gezeigt.
Zunächst wird ein Anschlussträger 2, der auf einem Träger 5 angeordnet ist und eine Aussparung 15 aufweist, bereitgestellt. In die Aussparung 15 wird nachfolgend ein von einer Bestückungsvorrichtung 27 eines Bestückungsautomaten, insbesondere eines „Pick and Place"-Bestückungsautomaten, gehaltenes optoelektronisches Bauelement 3 eingesetzt. Hierzu wird die Bestückungsvorrichtung mit dem Bauelement geeignet genau positioniert und daraufhin entsprechend abgesenkt. Nachfolgend wird die Bestückungsvorrichtung wieder angehoben, wobei das optoelektronische Bauelement in der Aussparung verbleibt .
Das optoelektronische Bauelement 3 wird dabei derart in die Aussparung eingesetzt, dass die Kontaktleiter 10, 11 des Bauelements mittels oberflächenmontierbarer Anschlussbauteile einer vorgegebenen Bauform mit den Anschlussleitern 12, 13 des Anschlussträgers 2 elektrisch leitend verbindbar sind.
Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt bevorzugt in vorgegebenen Verbindungsbereichen des Bauelements und des Anschlussträgers (vergleiche die Kontaktbereiche 19 und 26 und die Anschlussbereiche 20 und 25 aus Figur IA) .
Vorzugsweise wird das optoelektronische Bauelement 3 derart in die Aussparung 15 eingesetzt, dass ein Freiraum 16 zwischen dem Anschlussträger 2 und dem optoelektronischen Bauelement 3 gebildet ist.
Das auf den Träger 5 aufgesetzte optoelektronische Bauelement 3 wird mittels einer Verbindungsschicht 7, z. B. einer Lotoder Klebeschicht, auf dem Träger 5 befestigt. Bevorzugt wird das optoelektronische Bauelement 3 mittels der
Verbindungsschicht 7 lagestabil relativ zum Anschlussträger 2 befestigt .
Daraufhin werden ein erstes oberflächenmontierbares Anschlussbauteil 17 und ein zweites oberflächenmontierbares Anschlussbauteil 18 mittels eines Bestückungsautomaten, insbesondere eines „Pick and Place"-Automaten, auf den Anschlussträger und das Bauelement, insbesondere die Anschlussleiter 12, 13 und den dem jeweiligen Anschlussleiter zugeordneten Kontaktleiter 10 bzw. 11, aufgesetzt und elektrisch leitend mit diesen verbunden, Figur 2B. Bevorzugt kommt der gleiche Bestückungsautomat wie bei der Bestückung mit dem Bauelement zum Einsatz.
Der Bestückungsautomat kann eine Mehrzahl von
Bestückungsvorrichtungen 27 aufweisen. In diesem Fall können die Anschlussbauteile mit Vorteil gleichzeitig auf die Anschlussleiter bzw. die Kontaktleiter aufgesetzt werden. Alternativ kann mittels einer einzelnen
Bestückungsvorrichtung 27 zunächst das erste Anschlussbauteil 17 und dann das zweite Anschlussbauteil 18 aufgesetzt werden.
Vom Träger 5 aus gesehen, beträgt ein Höhenunterschied zwischen den Anschlussleitern und den diesen zugeordneten Kontaktleitern, die mittels des jeweiligen Anschlussbauteils elektrisch leitend miteinander zu verbinden sind, 100 μm oder weniger, besonders bevorzugt 10 μm oder weniger. Eine zuverlässige ebene Oberflächenmontage der Anschlussbauteile auf dem Anschlussträger und dem Bauelementträger ohne eine übermäßige Verkippung des Anschlussbauteils wird so erleichtert .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichen
1 optoelektronisches Modul
2 Anschlussträger
3 optoelektronisches Bauelement
4 Hauptfläche
5 Träger
6 erste Verbindungsschicht
7 zweite Verbindungsschicht
8 Bauelementträger
9 Halbleiterbauelement
10 erster Kontaktleiter
11 zweiter Kontaktleiter
12 erster Anschlussleiter
13 zweiter Anschlussleiter
14 elektrisches Vorschaltgerät
15 Aussparung
16 Freiraum
17 erstes oberflächenmontierbares Anschlussbauteil
18 zweites oberflächenmontierbares Anschlussbauteil
19 Kontaktbereich
20 Anschlussbereich
21 Bauteilkontakt
22 Bauteilkontakt
23 Bauteilkontakt
24 Bauteilkontakt
25 Anschlussbereich
26 Kontaktbereich
27 Bestückungsvorrichtung
Next Patent: BRUSH STRUCTURE AND PROCESS FOR PRODUCING A BRUSH STRUCTURE