CN110462854B - 用于制造光电子半导体器件的方法 - Google Patents

Abstract

方法设计用于制造光电子半导体器件并且包括如下步骤：A)提供芯片载体(2)，所述芯片载体在载体上侧(20)上具有电导体结构(22)，B)将至少一个半导体芯片(3)安置在电导体结构(22)中的至少一个上，所述半导体芯片设计用于产生光，C)将至少一个密封结构(4)施加到电导体结构(22)中的至少一个上，使得密封结构(4)在俯视图中看环形地完全包围至少一个接触区域(24)，D)直接在至少一个半导体芯片(3)上和直接在至少一个密封结构(4)上借助于注塑成型或压注成型产生灌封体(5)，其中至少一个密封结构(4)在喷射模具(61，62)中将至少一个接触区域(24)相对于灌封体(5)的材料密封，使得至少一个接触区域(24)保持没有灌封体(5)。

Description

用于制造光电子半导体器件的方法

技术领域

提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。

发明内容

要实现的目的在于，提出一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有灌封体，所述灌封体可以借助于注塑成型或压注成型有效地制造。

该目的此外通过一种用于制造光电子半导体器件的方法来实现。优选的改进方案是下面描述的主题。

根据至少一个实施方式，该方法用于制造光电子半导体器件。半导体器件优选是发光二极管。半导体器件因此尤其设计为产生辐射，特别是产生可见光。

根据至少一个实施方式，提供芯片载体。芯片载体优选是承载制成的半导体器件的和机械稳定的部件。例如，芯片载体是陶瓷衬底，玻璃衬底或半导体衬底。同样，电路板，如金属芯印刷电路板或印制电路板，可以用于芯片载体。

根据至少一个实施方式，芯片载体在载体上侧上包括电导体结构。电导体结构例如是电印制导线和/或电接触面。在半导体器件内可以通过电印制导线进行布线。电接触面尤其用于内部和/或外部接触半导体器件。优选地，导体结构通过一个或多个金属化部形成。

根据至少一个实施方式，该方法包括如下步骤：将一个或多个半导体芯片安置在电导体结构中的至少一个上。例如，至少一个半导体芯片能导电地粘贴或优选焊接。可行的是，在导体结构与半导体芯片之间存在一对一的关联关系。例如，每芯片载体对于各一个制成的半导体器件，施加至少两个或至少四个和/或最高16个或最高八个半导体芯片。

半导体芯片可以是倒装芯片，在所述倒装芯片中在唯一的一侧上存在电接触部，或可以是在彼此相对置的主侧上具有电接触部的芯片。在倒装芯片的情况下，电接触部可以朝向载体上侧或也可以背离载体上侧。至少一个半导体芯片设计用于产生辐射，优选产生光。例如，至少一个半导体芯片在运行中发射蓝色光或白色光。可以分别仅将结构相同的半导体芯片或彼此不同的半导体芯片安装到半导体器件中，例如用于产生不同颜色的光。

根据至少一个实施方式，安置至少一个密封结构。一个或多个密封结构部分地或完全地施加到电导体结构上。尤其，密封结构完全地处于载体上侧上。密封结构优选是永久部件，使得密封结构存在于制成的半导体器件中。

根据至少一个实施方式，密封结构在载体上侧的俯视图中看环形地完全包围至少一个接触区域。密封结构围绕接触区域形成连续的框。在此，接触区域优选包含一个或多个电接触面，用于外部电接触制成的半导体器件。

根据至少一个实施方式，该方法包括如下步骤：产生灌封体。灌封体优选借助于注塑成型或压注成型产生。在此，灌封体直接模制到至少一个半导体芯片上和直接模制到密封结构上。也就是说，灌封体不仅接触半导体芯片、而且也接触密封结构。

根据至少一个实施方式，在注射模具中产生灌封体。注射模具优选包括多个部分，尤其两个部分，所述部分相对彼此可移动地支承。经由注射模具对灌封体进行造型。

根据至少一个实施方式，在产生灌封体期间，密封结构在注射模具中使至少一个接触区域相对于灌封体的材料密封。换言之，由于密封结构，接触区域保持没有灌封体。如果在注射模具中不存在密封结构，则接触区域会由灌封体覆盖。

在至少一个实施方式中，该方法设计用于制造光电子半导体器件，并且包括如下步骤，尤其以所给出的顺序：

A)提供芯片载体，所述芯片载体在载体上侧上具有电导体结构，

B)将至少一个半导体芯片安置在电导体结构中的至少一个上，所述半导体芯片设计为产生光，

C)将至少一个密封结构施加到电导体结构中的至少一个上，使得密封结构在俯视图中看环形地完全包围至少一个接触区域，

D)直接在至少一个半导体芯片上和直接在至少一个密封结构上借助于注塑成型或压注成型产生灌封层，其中至少一个密封结构在注射模具中将至少一个接触区域相对于灌封体的材料密封，使得至少一个接触区域保持没有灌封体。

不同于上述列举，也可以将方法步骤B)和C)互换。

在借助于注塑成型或压注成型在大面积的产品中产生灌封体时，为了在注射模具中进行密封通常使用密封膜，所述注塑成型或压注成型也称作为模制。这样的方法也称作为膜辅助注塑成型或压注成型，英语为Film Assisted Molding或缩写FAM。然而，当出现不同的高度水平时，即当在器件中要产生具有不同高度的灌封体时，经由密封膜进行密封是困难的。其原因尤其在于芯片载体的和在其上施加的半导体芯片和可选地发光材料本体的出现的高度公差。

为了在具有不同厚度的灌封体中实现足够的密封，在传统的方法中必须使用非常厚的密封膜，以便能够补偿高度公差。在此，在注射模具中必须承担强的膜变形，这导致不均匀成型的器件表面。

在这里所描述的方法中，代替非常厚的密封膜使用密封结构，以便在至少一个平面上产生密封框，该密封框将接触区域相对于灌封体的材料密封。由密封结构形成的这种密封框也称作为圆顶封装体。尤其地，密封结构通过夹紧力在注射模具中被压缩或压入密封膜中，使得接触区域相对于其余的要由用于灌封体的材料填充的腔密封。

与仅仅经由压缩厚的密封膜相比，通过密封结构、尤其圆顶封装体的弹性能够补偿明显更高的公差。因此，可以实现具有均匀成型的表面的半导体器件。通过借助于密封结构的有效的、特别严密的密封可以避免附加的后加工步骤，如例如表面的清洁。此外可行的是，降低注射模具的复杂性，因为例如不需要或需要少量可移动的模具插件。

简略概括而言，这里所描述的方法是具有呈圆顶封装体的形式的密封结构的膜辅助模制。

根据至少一个实施方式，在步骤D)中在注射模具与半导体芯片之间以及在注射模具与密封结构之间存在密封膜。密封膜用于相对于灌封体的材料进行密封。

根据至少一个实施方式，密封膜在步骤D)中，尤其在步骤D)中使用的温度下具有至少20MPa或30MPa或40MPa的弹性模量。替选地或附加地，密封膜的弹性模量为最高90MPa或80MPa或70MPa。换言之，使用相对软的密封膜。

根据至少一个实施方式，密封膜直接在步骤D)之前具有至少10μm或20μm或30μm的厚度。替选地或附加地，密封膜的厚度为最高100μm或70μm或50μm。也就是说，使用相对薄的密封膜。

根据至少一个实施方式，密封结构在步骤D)中局部地或整体上具有比密封膜更大的弹性模量。尤其地，在步骤D)中的密封结构的弹性模量为密封膜的弹性模量的至少1.5倍或2倍或3倍。由此可以实现形状特别稳定的密封结构，使得用于灌封体的材料可以由相对高的压力和/或由相对高的粘性在步骤D)中处理。

根据至少一个实施方式，密封结构局部地或整体地由环氧化物构成。

根据至少一个实施方式，密封膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(缩写PET)构成。替选地，密封膜由乙烯-四氟乙烯共聚物(缩写ETFE)构成。此外可行的是，密封膜由多个也由不同的材料构成的层组成。

根据至少一个实施方式，密封结构在步骤D)中局部地或整体地具有比密封膜更小的弹性模量。例如，密封膜的弹性模量为密封结构的弹性模量的至少1.25倍或1.5倍或2倍。在相对软的密封结构的情况下，可以实现相对于密封膜的特别严密的密封，所述密封结构优选具有相对小的厚度。

根据至少一个实施方式，密封结构局部地或完全地由硅树脂或硅树脂-环氧化物杂化材料构成。

根据至少一个实施方式，在步骤D)中压紧密封结构。在步骤D)中在此情况下尤其密封膜没有形变或没有显著形变。例如，密封膜的形变为密封膜在压紧之前的平均厚度的最高10％。密封结构例如以其平均厚度的至少15％或20％和/或最高30％或25％形变。

根据至少一个实施方式，在步骤D)中将密封结构压入到密封膜中。在压入时，密封结构的厚度优选仅改变了密封结构的平均厚度的最高20％或15％或10％和/或密封膜的厚度改变了至少10％或20％或30％。换言之，于是密封结构较少形变，而是主要密封膜形变。

根据至少一个实施方式，密封结构在步骤D)之后背离载体上侧伸出灌封体。这尤其在完全制成灌封体之后和在从注射模具移开半导体器件之后适用。所述伸出部尤其由在步骤D)中密封结构和/或密封膜的形变得到。

替选地可行的是，密封结构和灌封体背离载体上侧彼此齐平或彼此近似齐平。近似齐平例如表示最多10μm或5μm或2μm的公差。

根据至少一个实施方式，发光材料本体施加在至少一个半导体芯片上。发光材料本体例如是灌封体或薄板，其包括至少一种发光材料。这样的薄板可以基于相对软的材料，如硅树脂，或基于硬的材料，如玻璃或陶瓷。这样的发光材料本体可以直接处于半导体芯片的背离载体上侧的芯片上侧上。此外可行的是，这样的发光材料本体经由连接剂，如粘合剂，例如玻璃或硅树脂，粘贴到芯片上侧上。可行的是，每个半导体芯片关联有自己的发光材料本体。替选地，多个或所有半导体芯片可以被共同的发光材料本体覆盖。发光材料本体包含一种或多种发光材料，优选无机发光材料，如YAG:Ce或量子点。

根据至少一个实施方式，在步骤D)之后，至少一个半导体芯片的背离芯片载体的芯片上侧或至少一个发光材料本体的背离芯片载体的本体上侧，背离载体上侧与灌封体齐平。这尤其在最多10μm或5μm或2μm的公差的情况下适用。

根据至少一个实施方式，灌封体在密封结构处与在半导体芯片处相比具有超过载体上侧的较小的高度。尤其地，在灌封体中形成一个或多个阶梯。由此可行的是，密封结构和半导体芯片，可选地与发光材料本体一起，可以具有不同高度，并且尽管如此仍与灌封体齐平或近似齐平。

根据至少一个实施方式，密封结构局部地直接施加在载体上侧上，尤其施加在芯片载体的基本材料上，和局部地直接施加到载体结构上。通过密封结构，沿着平行于载体上侧的方向封闭在相邻的导体结构之间的间隙，使得实现相对于灌封体的材料的足够的密封。芯片载体的基本材料上方的导体结构的高度例如为至少20μm或40μm和/或最高100μm或80μm或60μm。

根据至少一个实施方式，密封结构具有超过载体上侧的至少为50μm或100μm或150μm的平均厚度或高度。替选地或附加地，密封结构的平均厚度或高度为最高400μm或300μm或230μm。

根据至少一个实施方式，灌封体和密封结构具有彼此不同的材料，尤其出自不同的材料类别的材料，如用于灌封体的硅树脂和用于密封结构的环氧化物。替选地可行的是，密封结构和灌封体基于相同的材料，例如各自基于硅树脂。

根据至少一个实施方式，灌封体白色地形成。尤其地，灌封体对于可见光具有高的反射率。替选地，灌封体可以是透光的。密封结构可以具有与灌封体不同的颜色或相同的颜色。例如，可行的是，密封结构具有有针对性地与灌封体不同的颜色，例如黑色或灰色，以便构成定位标志或其他标记。

根据至少一个实施方式，在载体上侧上方的导体结构的厚度为密封结构的平均厚度的至少10％或20％。替选地或附加地，导体结构具有密封结构的平均厚度的最高40％或30％或25％的厚度。换言之，导体结构与密封结构相比相对厚。

根据至少一个实施方式，密封结构在步骤C)中作为膏或液体施加。施加可以经由印刷、刮板或经由膏状的绘制进行。优选地，在施加密封结构之后进行固化，使得在步骤D)中的密封结构与在原始施加状态中相比具有更高的硬度。

根据至少一个实施方式，灌封体限制于载体上侧之上的区域。芯片载体的侧面和与载体上侧相对置的载体下侧优选没有灌封体。可行的是，整个载体上侧由灌封体与接触区域、密封结构和至少一个半导体芯片一起覆盖。尤其地，在制成的半导体器件的俯视图中，仅可看到发光材料本体、灌封体、密封结构和接触区域。

根据至少一个实施方式，密封结构背离载体上侧具有单调或严格单调减小的宽度。在横截面中看，密封结构例如看起来是三角形或抛物线形或半圆形。替选地或附加地可行的是，灌封体在俯视图中看局部地覆盖密封结构，尤其从密封结构的最大厚度的点开始沿背离接触区域的方向。

根据至少一个实施方式，该方法包括如下步骤：分割成半导体器件。在分割时，尤其例如经由锯割分开芯片载体和灌封体。制成的半导体器件例如在侧面上具有在芯片载体和灌封体上的分割痕迹。优选地，接触区域并不涉及这样的分割，优选同样较少地涉及密封结构。

此外，提出一种半导体器件，所述半导体器件借助这样的方法制造。该方法的特征因此也适于完成制造的半导体器件，反之亦然。

附图说明

下面参照附图根据实施例更为详细地阐述在此所描述的方法和在此所描述的半导体器件。相同的附图标记在此说明各个图中的相同的元件。然而在此并未示出合乎比例的关系，更确切地说，为了更好的理解而夸大地示出个别元件。

附图示出：

图1示出在此所描述的用于制造在此所描述的光电子半导体器件的方法步骤的示意立体图。

图2和图7示出在此所描述的方法的方法步骤的示意剖视图，以及

图3至图6示出在此所描述的光电子半导体器件的实施例的示意剖视图。

具体实施方式

在图1中说明用于制造光电子半导体器件1的方法。根据图1A提供芯片载体2。在芯片载体2的载体上侧20上存在多个电导体结构22。导体结构22构成印制导线和电接触面。导体结构22优选通过一个或多个金属化部形成。为了足够的载流能力，导体结构22例如具有在40μm和60μm之间的厚度，其中包括边界值。尤其地，导体结构22包括铜、金、银、锡、铂、铬、铝和/或钯。

在图1B中示出，将多个半导体芯片3，尤其发光二极管芯片，施加到导体结构22上。发光二极管芯片3例如串联地电连接。此外，半导体芯片3优选分别设有发光材料本体32。在此，在半导体芯片3与发光材料本体32之间优选存在一对一的关联关系。

可选地，发光材料本体32在角部区域中具有留空部。在所述留空部中安置有各一个接合线35，所述接合线将半导体芯片3与导体结构22电连接。半导体芯片3的电接触部例如处于半导体芯片3的彼此相对置的主侧上。

此外，在图1B中可看到，在导体结构22之间存在多个间隙25，在所述间隙中局部露出载体上侧20。在所述间隙25中例如存在大约50μm的高度差。

根据图1C，施加密封结构4，例如作为膏，所述密封结构随后被硬化和/或干燥，也称作圆顶封装体(Glob Top)。密封结构4以超出载体上侧20的保持不变的或近似保持不变的高度环形地以闭合的轨道围绕接触区域24延伸。接触区域24例如包含两个电接触面，用于外部电接触制成的半导体器件1。通过密封结构4优选也将在图1B中示出的间隙25密封。例如，密封结构黑色地构成并且由环氧化物制造。

根据图1D产生灌封体5。灌封体5与发光材料本体32的背离芯片载体2的本体上侧33以及与密封结构4齐平或近似齐平。通过密封结构4防止，在创建灌封体5期间，接触区域24由灌封体5的材料污染。

可选地，灌封体5具有在接触区域24与发光材料本体32之间的阶梯。通过所述阶梯，例如克服至少50μm或100μm和/或最高300μm或200μm的高度差。原因尤其在于密封结构的大约100μm+/-50μm的相对小的厚度。与此相对地，半导体芯片3与发光材料本体32一起例如具有大约200μm到300μm的厚度。

在图2中阐明制造灌封体5的步骤。灌封体5经由注塑成型或压注成型(也称作模制)在具有上部部分61和下部部分62的注射模具中产生。为了密封，在上部部分61与芯片载体2之间使用密封膜66。密封膜66例如由具有大约50μm的厚度的ETFE或PET构成。密封膜66直接安置在本体上侧33上以及直接安置在密封结构4处。通过将注射模具的部分61、62压紧实现密封。在此，优选将密封结构4形变，以便补偿厚度公差。尤其地，密封结构4具有比半导体芯片3连带发光材料本体32更大的弹性，即更小的弹性模量。

可选地，芯片载体2不仅在载体上侧20处而且在相对置的载体下侧处具有导体结构22。在载体2中可以形成电过孔，所述电过孔从载体上侧20伸至载体下侧。优选地，载体2没有电过孔，使得导体结构22在载体下侧处仅仅用于固定和用于散热。

在图3中说明另一实施例。半导体器件1在此示例中不具有发光材料本体。灌封体5与芯片上侧30以及与密封结构4齐平，其中公差为几微米。尤其地，公差为密封结构4和/或半导体芯片3的平均厚度的最高10％或5％，如这也可以在所有其他实施例中适用。

在横截面中看，可行的是，在间隙25之外，参见图1B，密封结构4完全处于导体结构22上。

在图4的实施例中，密封结构4在横截面中看在间隙之外也仅仅部分地处于导体结构22上。本体上侧33与灌封体5齐平。密封结构4例如由软的材料，如硅树脂构成，并且伸出制成的灌封体5。

根据图5，本体上侧33与灌封体5齐平。可选地可行的是，如也在所有其他实施例中那样，发光材料本体32侧向地伸出相关的半导体芯片3。

密封结构4与半导体芯片3连带发光材料本体32一起近似同样高。灌封体5略微从密封结构4伸出。

在图6中可看到，发光材料本体32略微伸出灌封体5。如也在所有其他实施例中可行的是，半导体芯片3作为倒装芯片构成有朝向载体2的电接触面。

在产生灌封体5期间已压紧密封结构4，使得密封结构4的背离载体上侧20的侧是压平的并且近似平行于载体上侧20伸展。

在图7中说明密封结构4的可选其他的设计方案。在图7中所示的密封结构4可以相应地在所有其他实施例中使用。

根据图7A和图7B，密封结构4由多个部分组成。例如，参见图7A，存在相对硬的区域4A，例如由环氧化物构成，所述区域远离载体上侧20由薄的、较软的区域4B覆盖。

如也在所有其他实施例中可行的是，密封结构4在横截面中看并非圆形地或半圆形地或抛物线形地构成，而是矩形地构成，参见图7A。

根据图7B，密封结构4由三个子区域4a、4b、4c组成。例如，子区域4a、4c由软的材料形成并且区域4b由相对硬的材料形成。由此，参见图1B的间隙25可以有效地闭合并且实现相对于密封膜的良好的密封性。同时，密封结构4在注射模具61、62中整体上仅仅少量形变。

在图7C的设计方案中，密封结构4在横截面中并非仅具有一个最大值，而是具有两个最大值。由此，可以实现相对于密封膜66的可靠的密封。

在这些图中所示的部件，只要未作不同说明，优选以所给出的顺序分别直接彼此跟随。在附图中未接触的层彼此间隔开。就线彼此平行绘制而言，对应的面同样彼此平行地定向。同样如果未作不同说明，在附图中正确地反映所绘制的部件彼此间的相对的厚度关系、长度关系和位置。

在此所描述的发明并不限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施例中的特征的任意组合，即使这些特征或组合本身并未明确地在实施例中说明时也如此。

本专利申请要求德国专利申请10 2017 106 407.9的优先权，其公开内容通过参引结合于此。

附图标记表

1 光电子半导体器件

2 芯片载体

20 载体上侧

22 电导体结构

24 接触区域

25 间隙

3 半导体芯片

30 芯片上侧

32 发光材料本体

33 本体上侧

35 接合线

4 密封结构

5 灌封体

61 注射模具，上部部分

62 注射模具，下部部分

66 密封膜

Claims (14)

1.一种用于制造光电子半导体器件(1)的方法，所述方法包括如下步骤：

A)提供芯片载体(2)，所述芯片载体在载体上侧(20)上具有电导体结构(22)，

B)将至少一个半导体芯片(3)安置在所述电导体结构(22)中的至少一个电导体结构上，所述半导体芯片设计为产生光，

C)将至少一个密封结构(4)施加到所述电导体结构(22)中的至少一个电导体结构上，使得所述密封结构(4)在俯视图中看环形地完全包围至少一个接触区域(24)，

D)直接在所述至少一个半导体芯片(3)上和直接在所述至少一个密封结构(4)上借助于注塑成型或压注成型产生灌封体(5)，其中所述至少一个密封结构(4)在注射模具(61，62)中将所述至少一个接触区域(24)相对于所述灌封体(5)的材料密封，使得所述至少一个接触区域(24)保持没有所述灌封体(5)，

其中所述导体结构(22)是电印制导线和电接触面，并且

其中所述接触区域(24)包括所述电接触面中的至少两个，所述电接触面设计用于外部电接触制成的半导体器件(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中在步骤D)中在所述注射模具(61)和所述半导体芯片(3)以及所述密封结构(4)之间存在密封膜(66)，所述密封膜在步骤D)中使用的温度下具有在20MPa和90MPa之间的弹性模量和在20μm和100μm之间的厚度，其中包括边界值。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中所述密封结构(4)在步骤D)中至少局部地具有为所述密封膜(66)的至少2倍大的弹性模量。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中所述密封结构(4)至少局部地由环氧化物构成，并且所述密封膜(66)由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成或由乙烯-四氟乙烯共聚物构成。

5.根据权利要求2所述的方法，

其中所述密封结构(4)在步骤D)中至少局部地具有以至少1.5倍小于所述密封膜(66)的弹性模量。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中所述密封结构(4)至少局部地由硅树脂构成。

7.根据权利要求2所述的方法，

其中在步骤D)中将所述密封结构(4)压入到所述密封膜(66)中。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中所述密封结构(4 )在步骤D)之后沿着背离所述载体上侧(20)的方向伸出所述灌封体(5)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，

还包括将发光材料本体(32)施加到所述半导体芯片(3)的背离所述芯片载体(2)的芯片上侧(30)上，

其中在步骤D)之后，所述发光材料本体(32)的背离所述芯片载体(2)的本体上侧(33)沿着背离所述载体上侧(20)的方向与所述灌封体(5)齐平，其中公差为最高5μm。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，

其中所述灌封体(5)在所述密封结构 (4)处与在所述半导体芯片(3)处相比具有超出所述载体上侧(20)的较小的高度。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，

其中所述密封结构(4)局部地直接施加在所述载体上侧(20)上和局部地直接施加在所述导体结构(22)上，使得通过所述密封结构(4)沿着平行于所述载体上侧(20)的方向通过所述密封结构(4)封闭在相邻的导体结构(22)之间的间隙(25)。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中在所述载体上侧(20)上方的所述导体结构(22)的厚度在所述密封结构的平均厚度的10％和30％之间，其中包括边界值。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，

其中在步骤D)中压紧所述密封结构(4)。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，

其中将所述密封结构(4)在步骤C)中才作为膏施加并且接着硬化。

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