DE102007016904A1 - Optoelectronic device e.g. vertical cavity surface emitting laser, has optoelectronic component with contact conductor, and solder film connection formed between connection surface and contact conductor in sectional manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.The The invention relates to an optoelectronic device and a Method for producing an optoelectronic device.
Bei der Herstellung von herkömmlichen optoelektronischen Vorrichtungen werden optoelektronische Bauelemente oftmals in einem so genannten Reflow-Lötverfahren auf Leiterplatten gelötet. Eine Lötverbindung zwischen den Anschlüssen der optoelektronischen Bauelemente und den Leiterbahnen der Leiterplatte wird hierbei dadurch hergestellt, dass die Leitergatte zusammen mit den optoelektronischen Bauelementen und dem Lot in einem Ofen auf eine Temperatur erhitzt wird, die über dem Schmelzpunkt des Lots liegt. Bei hitzeempfindlichen optoelektronischen Bauelementen kann dieses Erhitzen zu einer thermisch induzierten Schädigung fuhren.at the production of conventional Optoelectronic devices become optoelectronic devices often in a so-called reflow soldering on printed circuit boards soldered. A solder connection between the connections the optoelectronic components and the conductor tracks of the printed circuit board is hereby made by the conductor mesh together with the optoelectronic components and the solder in an oven is heated to a temperature above the melting point of the solder lies. In heat-sensitive optoelectronic devices can this heating would lead to thermally induced damage.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optoelektronische Vorrichtung anzugeben, die auf einfache Weise zuverlässig herstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben werden.It It is an object of the invention to provide an optoelectronic device specify that can be reliably produced in a simple manner. Farther is a method for producing an optoelectronic device be specified.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.These Tasks are solved by the subject matters of the independent claims. advantageous Embodiments and developments of the invention are the subject the dependent Claims.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine optoelektronische Vorrichtung ein optoelektronisches Bauelement mit einem Kontaktleiter auf. Das optoelektronische Bauelement ist auf einem Anschlussträger mit einer Anschlussfläche angeordnet. Zwischen der Anschlussfläche und dem Kontaktleiter ist zumindest bereichsweise eine Lötfilmverbindung gebildet.According to one embodiment an optoelectronic device has an optoelectronic component with a contact conductor on. The optoelectronic component is on a connection carrier with a connection surface arranged. Between the pad and the contact conductor is at least in some areas a Lötfilmverbindung educated.
Eine solche Lötfilmverbindung kann sich allgemein dadurch auszeichnen, dass diese in lateraler Richtung, das heißt in einer entlang einer Hauptfläche des Anschlussträgers verlaufenden Richtung, frei oder im wesentlichen frei von Fließbereichen des Materials für die Lötfilmverbindung sein kann. Solche Fließbereiche entstehen bei einer herkömmlichen Lötverbindung dadurch, dass das Lötmaterial bei der Herstellung der Lötverbindung für vergleichsweise lange Zeit in fließfähigem Zustand ist. So kann das flüssige Lötmaterial seitlich neben dem Kontaktleiter herausquellen. Bei der Herstellung der Lötfilmverbindung ist dagegen das Material für die Lötfilmverbindung für derart kurze Zeit in fließfähigem Zustand, dass sich Fließbereiche des Lötmaterials nicht oder zumindest im Vergleich zum Reflow-Verfahren nur in erheblich geringerem Ausmaß ausbilden können.A such solder film connection may generally be characterized by the fact that these are in the lateral direction, this means in one along a main surface of the connection carrier extending direction, free or substantially free of flow areas of the material for the solder film connection can be. Such flow areas arise in a conventional solder joint in that the solder material in the manufacture of the solder joint for a comparatively long time Time in a flowable state is. So can the liquid Solders Sources swell laterally next to the contact conductor. In the preparation of the solder film connection is the material for the solder film connection for such short time in a flowable state that flow areas of the soldering material not or at least compared to the reflow process only in significantly less Training extent can.
Die optoelektronische Vorrichtung kann sich weiterhin dadurch auszeichnen, dass der Kontaktleiter auf der der Anschlussfläche abgewandten Seite frei von Material für die Lötfilmverbindung ist.The Optoelectronic device can continue to be distinguished by that the contact conductor on the side facing away from the pad free of material for the solder film connection is.
Auch eine den Kontaktleiter in lateraler Richtung begrenzende Seitenfläche des Kontaktleiters kann frei oder im wesentlichen frei von Material für die Lötfilmverbindung sein.Also a lateral side surface of the contact conductor delimiting in the lateral direction Contact conductor may be free or substantially free of material for the Lötfilmverbindung be.
In einer bevorzugten Ausgestaltung überragt eine Ausdehnung der Lötfilmverbindung in lateraler Richtung den Kontaktleiter und/oder die Anschlussfläche nicht oder nicht wesentlich. Mit anderen Worten kann die Ausdehnung der Lötfilmverbindung vollständig oder zumindest im wesentlichen auf den Bereich zwischen dem Kontaktleiter und der Anschlussfläche begrenzt sein.In a preferred embodiment dominates a Extension of the soldering film connection in the lateral direction, the contact conductor and / or the pad not or not essential. In other words, the extent of the Lötfilmverbindung Completely or at least substantially to the area between the contact conductor and the pad be limited.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Anschlussfläche und der Kontaktleiter mittels der Lötfilmverbindung elektrisch und/oder thermisch leitend verbunden. Hierbei kann der Kontaktleiter für einen elektrischen Anschluss und/oder für einen thermischen Anschluss des optoelektronischen Bauelements vorgesehen sein. Unter einem thermischen Anschluss wird insbesondere ein Anschluss verstanden, über den, gegebenenfalls zusätzlich zur elektrischen Versorgung, im Betrieb des Bauelements erzeugte Wärme aus dem optoelektronischen Bauelement abführbar ist. Für eine effiziente Wärmeabfuhr weist ein thermischer Kontaktleiter vorzugsweise einen größeren Querschnitt auf als ein Kontaktleiter, der ausschließlich für eine elektrische Kontaktierung vorgesehen ist.In Another preferred embodiment, the pad and the contact conductor by means of the solder film connection connected electrically and / or thermally conductive. Here, the Contact manager for one electrical connection and / or for a thermal connection be provided of the optoelectronic component. Under a Thermal connection is understood in particular as a connection via which optionally in addition for electrical supply generated during operation of the device Heat off the optoelectronic component can be discharged. For an efficient Heat dissipation points a thermal contact conductor preferably has a larger cross-section on as a contact conductor, which is intended exclusively for electrical contact is.
Das optoelektronische Bauelement kann auch mehr als einen Kontaktleiter aufweisen, etwa zwei Kontaktleiter, die für das Anlegen einer externen elektrischen Spannung an dem optoelektronischen Bauelement vorgesehen sind. Zusätzlich zu den elektrischen Kontaktleitern kann das optoelektronische Bauelement einen thermischen Kontaktleiter aufweisen. In diesem Fall kann im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugte Wärme zusätzlich zu den elektrischen Anschlüssen überwiegend über den thermischen Kontaktleiter abfliessen. Weitergehend kann der thermische Kontaktleiter von den elektrischen Kontaktleitern elektrisch isoliert sein.The Optoelectronic device may also have more than one contact conductor have about two contact conductors, which are responsible for applying an external electrical Voltage are provided on the optoelectronic component. In addition to the electrical contact conductors, the optoelectronic device have a thermal contact conductor. In this case, in the Operation of the optoelectronic device generated in addition to heat the electrical connections predominantly over the drain thermal contact conductor. Next, the thermal Contact conductor electrically insulated from the electrical contact conductors be.
Der Anschlussträger kann beispielsweise eine Leiterplatte (printed circuit board, PCB) sein. Insbesondere kann der Anschlussträger flexibel oder starr ausgeführt sein.Of the connection carrier For example, a printed circuit board (PCB) can be used. be. In particular, the connection carrier can be made flexible or rigid.
Das optoelektronische Bauelement kann zur Erzeugung von inkohährenter Strahlung vorgesehen und beispielsweise als LED (light emitting diode) ausgeführt sein. Alternativ oder ergänzend kann das optoelektronische Bauelement zur Erzeugung von kohärenter oder teilkohärenter Strahlung vorgesehen und beispielsweise als Halbleiterlaser, etwa als kantenemittierender Halbleiterlaser oder oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit internem Resonator (VCSEL, vertical cavity surface emitting laser) oder mit externem Resonator (VECSEL, vertical external cavity surface emitting laser), oder als RCLED (resonant cavity light emitting diode) ausgeführt sein.The optoelectronic component can be provided for generating incoherent radiation and, for example, designed as an LED (light emitting diode). Alternatively or additionally, the optoelectronic component can be provided for generating coherent or partially coherent radiation and, for example, as a semiconductor laser, such as kan or internal cavity surface emitting laser (VCSEL) or external external cavity surface emitting laser (VECSEL) or resonant cavity light emitting diode (RCLED).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auf dem optoelektronischen Bauelement ein optisches Element zur Strahlführung und/oder zur Strahlformung einer im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugten Strahlung angeordnet. Das optische Element ist vorzugsweise als ein vorgefertigtes Element ausgeführt, das insbesondere von einer Umhüllung eines Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements verschieden ist. Beispielsweise kann das optische Element eine Linse oder ein linsenartiges Element sein. Bevorzugt enthält das optische Element einen Kunststoff. Ein derartiges optisches Element ist einfach und kostengünstig herstellbar.In Another preferred embodiment is on the optoelectronic Component an optical element for beam guidance and / or beam shaping a radiation generated during operation of the optoelectronic component arranged. The optical element is preferably as a prefabricated Element executed, that in particular of an envelope a semiconductor chip of the optoelectronic component different is. For example, the optical element may be a lens or a be lenticular element. Preferably, the optical element includes a Plastic. Such an optical element is simple and inexpensive to produce.
Weiterhin kann das optische Element mechanisch stabil an dem optoelektronischen Bauelement, beispielsweise an einem Gehäusekörper des optoelektronischen Bauelements, befestigt sein. Die Befestigung kann beispielsweise mittels Aufsteckens, Aufrastens oder einer anderen mechanischen Verbindungsform erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element mittels Klebens befestigt sein.Farther the optical element can be mechanically stable at the optoelectronic Component, for example on a housing body of the optoelectronic Component, be attached. The attachment can, for example by attaching, Aufrastens or another mechanical connection form respectively. Alternatively or additionally the optical element be attached by gluing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die Lötfilmverbindung Al, Ni, Ti, Nb, Cu, Pd, Fe, Au, In, Sn und/oder Si. Bevorzugt enthält die Lötfilmverbindung zwei verschiedene dieser Materialien oder besteht aus zwei verschiedenen dieser Materialien. Beispielsweise kann die Lötfilmverbindung eine der folgenden Material-Kombinationen enthalten oder daraus bestehen: Al/Ni, Al/Ti, Ni/Si, Nb/Si, Ni/Pd, Al/Cu oder Al/Fe. Die Lötfilmverbindung kann also zwei verschiedene Metalle oder ein Metall und einen Halbleiter enthalten oder daraus bestehen.In According to a preferred embodiment, the soldering film connection contains Al, Ni, Ti, Nb, Cu, Pd, Fe, Au, In, Sn and / or Si. Preferably, the solder film compound contains two different of these materials or consists of two different ones of these materials. For example, the soldering film compound may be one of the following Contain or consist of material combinations: Al / Ni, Al / Ti, Ni / Si, Nb / Si, Ni / Pd, Al / Cu or Al / Fe. The soldering film connection can therefore be two containing various metals or a metal and a semiconductor or consist of.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Lötfilmverbindung mittels einer Lot-Mehrschichtstruktur ausgebildet.In Another preferred embodiment is the solder film connection formed by means of a solder multilayer structure.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, bei der ein optoelektronisches Bauelement mit einem Kontaktleiter auf einem Anschlussträger mit einer Anschlussfläche angeordnet ist, wird gemäß einer Ausführungsform ein Anschlussträger bereitgestellt. Das optoelektronische Bauelement wird auf dem Anschlussträger positioniert. Eine Lötfilmverbindung der Anschlussfläche mit dem Kontaktleiter wird mittels einer Lot-Mehrschichtstruktur, die zumindest bereichsweise zwischen dem Kontaktleiter und der Anschlussfläche angeordnet ist, hergestellt. Die mittels der Lot-Mehrschichtstruktur ausgebildete Lötfilmverbindung ist vorzugsweise mechanisch stabil und dient weiterhin bevorzugt einer elektrisch und/oder thermisch leitenden Verbindung des Kontaktleiters mit der Anschlussfläche.at a method for producing an optoelectronic device, in which an optoelectronic component with a contact conductor on a connection carrier with a connection surface is arranged according to a embodiment a connection carrier provided. The optoelectronic component is positioned on the connection carrier. A solder film connection the connection surface with the contact conductor by means of a solder multilayer structure, arranged at least partially between the contact conductor and the pad is manufactured. The trained by means of the solder multilayer structure Lötfilmverbindung is preferably mechanically stable and is further preferred an electrically and / or thermally conductive connection of the contact conductor with the connection surface.
In einer Ausführungsvariante ist die Lot-Mehrschichtstruktur vorgefertigt und wird vor dem Herstellen der Lötfilmverbindung auf dem Anschlussträger oder auf dem Kontaktleiter angeordnet.In an embodiment variant the solder multilayer structure is prefabricated and is prior to manufacturing the solder film connection on the connection carrier or arranged on the contact conductor.
Die Lot-Mehrschichtstruktur kann beispielsweise als eine Folie im Sinne eines freitragenden Schichtverbunds ausgeführt sein.The Lot multi-layer structure, for example, as a film in the sense be executed a self-supporting layer composite.
Die vorgefertigte Lot-Mehrschichtstruktur kann vor dem Herstellen der Lötfilmverbindung mittels eines Haftmittels an der Anschlussfläche oder an dem Kontaktleiter befestigt werden. Durch das Haftmittel kann die Adhäsion der Lot-Mehrschichtstruktur an der Anschlussfläche beziehungsweise an dem Kontaktleiter gesteigert werden.The prefabricated solder multilayer structure may, prior to manufacturing the Lötfilmverbindung by means of an adhesive on the pad or on the contact conductor be attached. Due to the adhesive, the adhesion of the Lot multilayer structure on the connection surface or be increased at the contact conductor.
In einer weiteren Ausführungsvariante werden Schichten der Lot-Mehrschichtstruktur vor dem Herstellen der Lötfilmverbindung auf dem Kontaktleiter oder auf der Anschlussfläche ausgebildet. Diese Schichten können beispielsweise mittels eines PVD-Verfahrens, etwa Aufdampfens oder Sputterns, oder eines CVD-Verfahrens, etwa PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), aufgebracht werden. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Druckverfahren, etwa Siebdruck, eingesetzt werden.In a further embodiment become layers of the solder multilayer structure before manufacturing the solder film connection formed on the contact conductor or on the pad. These layers can for example by means of a PVD process, such as vapor deposition or Sputtering, or a CVD method, such as PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) are applied. Alternatively or additional It is also possible to use a printing process, such as screen printing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Lot-Mehrschichtstruktur eine Dicke zwischen einschließlich 0,5 μm und einschließlich 1,5 cm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10 μm und einschließlich 1000 μm, auf.In In a preferred embodiment, the solder multilayer structure has a thickness between including 0.5 μm and including 1.5 cm, more preferably between 10 μm and 1000 μm inclusive.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Lot-Mehrschichtstruktur 2 Schichten oder mehr, bevorzugt 10 Schichten oder mehr, besonders bevorzugt 50 Schichten oder mehr, auf. Die Mehrschichtstruktur kann weitergehend eine erheblich größere Anzahl von Schichten, etwa 500 Schichten oder mehr, insbesondere 2000 Schichten oder mehr, aufweisen. Die Einzelschichtdicken betragen vorzugsweise weniger als 1 μm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm, beispielsweise 10 nm.In a further preferred embodiment, the solder multilayer structure 2 layers or more, preferably 10 layers or more, more preferably 50 layers or more, up. The multi-layer structure can go on a considerably larger number of layers, about 500 layers or more, especially 2000 layers or more. The individual layer thicknesses are preferably less than 1 μm, more preferably less than 100 nm, for example 10 nm.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält zumindest eine Schicht der Lot-Mehrschichtstruktur ein Metall. Weiterhin bevorzugt enthält zumindest eine Schicht der Lot-Mehrschichtstruktur Al, Ni, Ti, Nb, Cu, Pd, Fe, Au, In, Sn und/oder Si. Zwei Schichten der Lot-Mehrschichtstruktur enthalten bevorzugt zwei verschiedene Materialien oder bestehen aus zwei verschiedenen Materialien. Die verschiedenen Materialien sind ferner bevorzugt aus den oben genannten Materialien ausgewählt. So kann die eine Schicht der Lot-Mehrschichtstruktur beispielsweise ein Metall und die andere Schicht der Lot-Mehrschichtstruktur ein anderes Metall oder einen Halbleiter enthalten.In a further preferred embodiment, at least one layer of the solder multilayer structure contains a metal. Furthermore, at least one layer of the solder multilayer structure preferably contains Al, Ni, Ti, Nb, Cu, Pd, Fe, Au, In, Sn and / or Si. Two layers of the solder multilayer structure preferably contain two different materials or consist of two different materials. The different materials are furthermore preferably selected from the abovementioned materials. For example, one layer of the solder multilayer structure may contain one metal and the other layer of the solder multilayer structure may contain another metal or a semiconductor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine oder eine Mehrzahl von Einzelschichten der Lot-Mehrschichtstruktur als Schicht hoher Reinheit ausgebildet. Die Reinheit der Einzelschicht ist bevorzugt 95% oder größer, besonders bevorzugt 98% oder größer, am meisten bevorzugt 99% oder größer. Mit Einzelschichten – z. B. Metallschichten und/oder Halbleiterschichten – hoher Reinheit kann eine mechanisch besonders stabile Lötfilmverbindung hergestellt werden.In Another preferred embodiment is one or a plurality of single layers of the solder multilayer structure as a layer higher Purity formed. The purity of the single layer is preferred 95% or greater, especially preferably 98% or greater, on most preferably 99% or greater. With Single layers - z. B. metal layers and / or semiconductor layers - high purity can be a mechanically particularly stable soldered film connection getting produced.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Lot-Mehrschichtstruktur als eine Mehrzahl von aufeinander angeordneten Schichtpaaren ausgebildet. Beispielsweise eignen sich Schichtpaare, die auf einer der Material-Kombinationen Al/CuOx, Al/FeOx, Ni/Pd, Al/Ni, Al/Ti, Ni/Si oder Nb/Si basieren oder aus einer solchen Materialkombination bestehen. Hierbei kann die eine Schicht eines Schichtpaares das jeweils erstgenannte Material und die andere Schicht des Schichtpaares das jeweils zweitgenannte Material enthalten.In a further preferred embodiment, the solder multilayer structure is formed as a plurality of layer pairs arranged on one another. For example, pairs of layers that are based on one of the material combinations Al / CuO x, Al / FeO x, Ni / Pd, Al / Ni, Al / Ti, Ni / Si or Nb / Si, or consist of such a material combination suitable. In this case, the one layer of a layer pair may contain the respectively first-mentioned material and the other layer of the layer pair may contain the respectively second-mentioned material.
Die Schichten der Lot-Mehrschichtstruktur können bei der Herstellung der Lötfilmverbindung vollständig oder zumindest teilweise durchmischt werden. Ein Querschnitt durch eine fertig gestellte Lötfilmverbindung weist im Falle einer völligen Durchmischung also nicht notwendigerweise unmittelbar erkennbare Einzelschichten auf.The Layers of the solder multilayer structure can be used in the manufacture of the Solder film connection complete or be at least partially mixed. A cross section through a finished solder film connection indicates in case of total Mixing so not necessarily immediately recognizable Single layers on.
Weiterhin kann bei der Herstellung der Lötfilmverbindung in der Lot-Mehrschichtstruktur eine selbstpropagierende exotherme Reaktion induziert werden. Diese exotherme Reaktion kann die Durchmischung der Lot-Mehrschichtstruktur bewirken.Farther can in the preparation of the solder film connection in the solder multilayer structure a self-propagating exotherm Reaction can be induced. This exothermic reaction can be thorough mixing effect the solder multilayer structure.
Durch die exotherme Reaktion kann das Material der Lot-Mehrschichtstruktur für kurze Zeit über den jeweiligen Schmelzpunkt der Schichten erhitzt werden. Bereits eine Zeit von weniger als eine Sekunde, etwa zwischen einschließlich 1 ms bis einschließlich 500 ms kann ausreichend sein. Nach dem Auslösen der exothermen Reaktion ist eine externe Zufuhr von Energie, etwa in Form von Wärme oder elektromagnetischer Strahlung, für das Erhitzen über den Schmelzpunkt nicht erforderlich. Insbesondere muss nicht das gesamte optoelektronische Bauelement für das Ausbilden der Lötfilmverbindung erhitzt werden. Vielmehr erfolgt das Erhitzen der Lot-Mehrschichtstruktur mittels der exothermen Reaktion in einem lokal begrenzten Bereich. Von der Lötfilmverbindung beabstandete Bereiche des optoelektronischen Bauelements werden bei der Herstellung der Lötfilmverbindung also nicht oder nur geringfügig erhitzt. Das Verfahren ist daher auch für den Fall geeignet, dass das optoelektronische Bauelement oder ein daran befestigtes Teil, etwa ein kunststoffhaltiges optisches Element, durch Einwirkung von Hitze beschädigt werden kann.By the exothermic reaction may short the material of the solder multilayer structure Time over the each melting point of the layers are heated. Already one Time of less than a second, between about 1 ms up to and including 500 ms may be sufficient. After triggering the exothermic reaction is an external supply of energy, such as in the form of heat or electromagnetic Radiation, for heating over the Melting point not required. In particular, not all optoelectronic Component for forming the solder film connection to be heated. Rather, the heating of the solder multilayer structure takes place by means of the exothermic reaction in a localized area. From the solder film connection spaced apart areas of the optoelectronic component become in the manufacture of the solder film connection so not or only slightly heated. The method is therefore also suitable for the case that the optoelectronic component or a part attached thereto, such as a plastic-containing optical element, by the action of heat damaged can be.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vor dem Herstellen der Lötfilmverbindung zumindest auf einer Seite der Lot-Mehrschichtstruktur eine Verbindungsschicht ausgebildet. Die Verbindungsschicht kann mittels der selbstpropagierenden exothermen Reaktion zumindest bereichsweise aufgeschmolzen werden. Beispielsweise kann die Verbindungsschicht als eine Beschichtung des Kontaktleiters ausgeführt sein. Die Verbindungsschicht kann zum Beispiel ein Lot, etwa In, Sn oder AuSn enthalten. Durch eine solche Verbindungsschicht kann die Herstellung der Lötfilmverbindung vereinfacht werden. Abhängig vom Material des Kontaktleiters und der Anschlussfläche kann auf die Verbindungsschicht aber auch verzichtet werden.In A preferred embodiment is prior to producing the solder film connection at least on one side of the solder multilayer structure, a bonding layer educated. The bonding layer can be by means of the self-propagating exothermic reaction are at least partially melted. For example, the tie layer may be used as a coating be executed of the contact conductor. The bonding layer may be, for example, a solder, such as In, Sn or AuSn included. By such a compound layer, the production the solder film connection be simplified. Depending on Material of the contact conductor and the pad can be applied to the connection layer but also be waived.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei der Herstellung der Lötfilmverbindung ein mechanischer Druck auf die Lot-Mehrschichtstruktur ausgeübt. Dadurch kann die exotherme Reaktion induziert werden.In A preferred embodiment is in the manufacture of the solder film connection a mechanical pressure exerted on the solder multilayer structure. Thereby the exothermic reaction can be induced.
Alternativ oder ergänzend kann zur Herstellung der Lötfilmverbindung eine elektrische Spannung an der Lot- Mehrschichtstruktur angelegt werden. In diesem Fall kann die exotherme Reaktion durch die elektrische Spannung induziert werden. Bereits ein kurzer Spannungsimpuls kann hierfür ausreichend sein.alternative or in addition may be used to make the solder film connection an electrical voltage can be applied to the solder multilayer structure. In this case, the exothermic reaction by the electric Voltage induced. Already a short voltage pulse can sufficient for this be.
Auch andere Arten der Energiezuführung können für das Induzieren der exothermen Reaktion Anwendung finden, beispielsweise Energiezufuhr mittels Schweißelektroden oder elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Mikrowellenstrahlung oder Laserstrahlung.Also other types of energy supply can be used for inducing find the exothermic reaction application, for example, energy by means of welding electrodes or electromagnetic radiation, for example microwave radiation or laser radiation.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die elektrische Spannung zwischen der Anschlussfläche und einer weiteren Anschlussfläche des Anschlussträgers angelegt, wobei die weitere Anschlussfläche mit einem weiteren Kontaktleiter des optoelektronischen Bauelements elektrisch leitend verbunden ist. So kann ein elektrischer Strom in das optoelektronische Bauelement eingeprägt werden.In In a preferred embodiment, the electrical voltage between the pad and another connection surface of the connection carrier created, with the further connection surface with another contact conductor the optoelectronic component electrically conductively connected is. So can an electric current in the optoelectronic device imprinted become.
Die elektrische Spannung ist vorzugsweise an eine Beriebsspannung des optoelektronischen Bauelements angepasst. Insbesondere beträgt die elektrische Spannung bevorzugt zwischen einschließlich dem 0,1-fachen und einschließlich dem fünffachen, besonders bevorzugt zwischen einschließlich dem 0,5-fachen und einschließlich dem zweifachen der Betriebsspannung des optoelektronischen Bauelements.The electrical voltage is preferably adapted to a Beriebsspannung of the optoelectronic device. In particular, the electric potential is preferably between 0.1 times and 5 times inclusive, more preferably between 0.5 times and 5 times inclusive twice the operating voltage of the optoelectronic component.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird das optoelektronische Bauelement mittels der angelegten elektrischen Spannung getestet. Auf diese Weise können das Herstellen der Lötfilmverbindung und das Testen des optoelektronischen Bauelements in einem gemeinsamen Produktionsschritt durchgeführt werden. Auf einen zusätzlichen Testschritt nach dem Herstellen der Lötfilmverbindung kann verzichtet werden.In In a further preferred embodiment, the optoelectronic Component tested by means of the applied electrical voltage. That way you can making the solder film connection and testing the optoelectronic device in a common Production step performed become. On an additional Test step after making the solder film connection can be omitted become.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird an dem optoelektronischen Bauelement vor dem Herstellen der Lötfilmverbindung ein vorgefertigtes optisches Element zur Strahlführung und/oder Strahlformung befestigt. Der Anschlussträger kann also mit einem optoelektronischen Bauelement bestückt werden, an dem das optische Element bereits befestigt ist. Anders als beim Reflow-Verfahren wird das optoelektronische Bauelement bei der Herstellung der Lötfilmverbindung zwischen dem Kontaktleiter und der Anschlussfläche vorwiegend lediglich in einem unmittelbar an die Lot-Mehrschichtstruktur angrenzenden Bereich erwärmt. Die Gefahr einer hitze-induzierten Schädigung des optoelektronischen Bauteils, und insbesondere des daran befestigten optischen Elements, bei der Herstellung der Lötfilmverbindung wird dadurch, insbesondere im Vergleich zum Reflow-Lötverfahren, vermindert.In Another preferred embodiment is at the optoelectronic Component prior to making the solder film connection a prefabricated optical Element for beam guidance and / or beam forming attached. The connection carrier can So be equipped with an optoelectronic device, where the optical element is already attached. Unlike the case Reflow process is the optoelectronic device in the manufacture the solder film connection between the contact conductor and the pad mainly only in a directly adjacent to the solder multilayer structure area heated. The risk of heat-induced damage to the optoelectronic Component, and in particular the optical element attached thereto, in the manufacture of the solder film connection is characterized, in particular in comparison to the reflow soldering, reduced.
Ein nachträgliches Befestigen, also ein Befestigen des optischen Elements nach dem Herstellen der Lötfilmverbindung, kann also vermieden werden. Insbesondere die Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, die eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen umfasst, wird dadurch vereinfacht.One subsequent Attach, so attaching the optical element after the Making the solder film connection, can therefore be avoided. In particular, the production of an optoelectronic Device comprising a plurality of optoelectronic components This simplifies it.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung einer beschriebenen optoelektronischen Vorrichtung besonders geeignet, so dass im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebene Merkmale auch auf das Verfahren anwendbar sind und umgekehrt.The described method is for producing a described optoelectronic Device particularly suitable, so that in connection with the Device described features also applicable to the method are and vice versa.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further Features, advantageous embodiments and expediencies The invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen:It demonstrate:
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Same, similar and equally acting elements are in the figures with provided the same reference numerals.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.The Figures are schematic representations and therefore not absolutely true to scale. Rather, you can comparatively small elements and in particular layer thicknesses for Exaggeration exaggerated shown big be.
Ein
Ausführungsbeispiel
für eine
optoelektronische Vorrichtung
Die
optoelektronische Vorrichtung
Das
optoelektronische Bauelement
Das
optoelektronische Bauelement
Weiterhin
weist das optoelektronische Bauelement einen zweiten Kontaktleiter
Zwischen
den zweiten Kontaktleiter
Der
Anschlussträger
Der
Halbleiterchip
Weiterhin
ist zumindest eine Lötfilmverbindung
Auf
der dem Anschlussträger
Das
optische Element
Alternativ
kann das optische Element
Das
optische Element
Die
optoelektronische Vorrichtung
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
für ein
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung ist
in den
In
Die
Lot-Mehrschichtstruktur
Die Einzelschichtdicken betragen vorzugsweise weniger als 1 μm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm, beispielsweise 10 nm.The Single layer thicknesses are preferably less than 1 μm, especially preferably less than 100 nm, for example 10 nm.
Weiterhin
bevorzugt enthält
zumindest eine Schicht der Lot-Mehrschichtstruktur
Beispielsweise eignen sich Schichtpaare, die auf einer der Material-Kombinationen Al/CuOx, Al/FeOx, Ni/Pd, Al/Ni, Al/Ti, Ni/Si oder Nb/Si basieren oder aus einer solchen Materialkombination bestehen. Als besonders vorteilhaft haben sich die Material-Kombinationen Al/Ni, Al/Ti, Ni/Si oder Nb/Si erwiesen. Weiterhin besteht die Lot-Mehrschichtstruktur bevorzugt aus einer Mehrzahl von gleichen Schichtpaaren.For example, pairs of layers that are based on one of the material combinations Al / CuO x, Al / FeO x, Ni / Pd, Al / Ni, Al / Ti, Ni / Si or Nb / Si, or consist of such a material combination suitable. The material combinations Al / Ni, Al / Ti, Ni / Si or Nb / Si have proven particularly advantageous. Furthermore, the solder multilayer structure preferably consists of a plurality of identical layer pairs.
Für das jeweilige Schichtpaar der Lot-Mehrschichtstruktur hat sich ein Mischungsverhältnis von 1:1 als vorteilhaft erwiesen. Ein Schichtpaar kann also von den Materialien der verwendeten Material-Kombination jeweils die gleiche Menge enthalten.For the respective Layer pair of the solder multilayer structure has a mixing ratio of 1: 1 proved to be advantageous. A pair of layers can therefore of the materials the material combination used each contain the same amount.
Die Reinheit der Schichten des jeweiligen Schichtpaars ist bevorzugt 95% oder größer, besonders bevorzugt 98% oder größer, am meisten bevorzugt 99% oder größer. Für eine Al/Ni Material-Kombination hat sich zum Beispiel ein Schichtpaar mit einer zu 98,5% reinen Al-Schicht und einer zu 99,6% reinen Ni-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen.The Purity of the layers of the respective layer pair is preferred 95% or greater, especially preferably 98% or greater, on most preferably 99% or greater. For an Al / Ni Material combination has, for example, a pair of layers with one too 98.5% pure Al layer and a 99.6% pure Ni layer as proved particularly advantageous.
Die
Gesamtdicke der Lot-Mehrschichtstruktur
Die
Lot-Mehrschichtstruktur
Weiterhin
kann die Lot-Mehrschichtstruktur mittels eines Haftmittels an den
jeweiligen Anschussflächen
Als Haftmittel eignet sich insbesondere ein Mittel, das den Vorgang der exothermen Reaktion nicht beeinträchtigt. Weiterhin kann das Haftmittel metallischen oder annähernd metallischen Charakter haben. Beispielsweise kann das Haftmittel ein Lot enthalten. Alternativ oder ergänzend kann das Haftmittel Aluminiumnitrid oder einen Kleber enthalten.When Adhesive is particularly suitable as a means of controlling the process the exothermic reaction is not affected. Furthermore, that can Adhesive metallic or approximate have metallic character. For example, the adhesive contain a lot. Alternatively or additionally, the adhesive may aluminum nitride or contain an adhesive.
Alternativ
können
Schichten der Lot-Mehrschichtstruktur
Nachfolgend
wird, wie in
Zwischen
dem jeweiligen Kontaktleiter und der zugeordneten Anschlussfläche ist
jeweils eine Lot-Mehrschichtstruktur
Von
der bisherigen Beschreibung abweichend kann die Lot-Mehrschichtstruktur
Beim
Positionieren des optoelektronischen Bauelements
Nach
dem Positionieren wird eine Lötfilmverbindung
der ersten Anschlussfläche
Zur
Ausbildung der Lötfilmverbindung
Diese Reaktion kann beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung an der Lot-Mehrschichtstruktur ausgelöst werden. Bereits ein kurzer Spannungsimpuls kann für das Auslösen der exothermen Reaktion ausreichend sein.These Reaction, for example, by applying an electrical voltage triggered at the solder multilayer structure. Already a short one Voltage pulse can for the triggering of be sufficient exothermic reaction.
Für die Herstellung
der Lötfilmverbindung zwischen
dem ersten Kontaktleiter
Alternativ
oder zusätzlich
zum Anlegen der elektrischen Spannung kann zur Herstellung der Lötfilmverbindung
ein mechanischer Druck auf die Lot-Mehrschichtstruktur
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für ein
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung ist
in den
Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
werden lediglich die erste Anschlussfläche
Verglichen
mit dem zweiten und dritten Kontaktleiter
Weiterhin
ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zwischen der
Lot-Mehrschichtstruktur
Die
Verbindungsschicht kann bei der Herstellung der Lötfilmverbindung
Auf
die Verbindungsschicht
Die mittels einer Lot-Mehrschichtstruktur der oben beschriebenen Art gebildeten Lötfilmverbindungen können sich gegenüber herkömmlichen Lötstellen, z. B. AuSn-Lötstellen, durch eine erhöhte mechanische Festigkeit auszeichnen. Dies kann daher rühren, dass die Lötfilmverbindung gegenüber herkömmlichen Lötstellen eine feinere Mikrostruktur aufweisen kann.The by means of a solder multilayer structure of the type described above formed solder film connections can opposite usual solder joints, z. B. AuSn solder joints, through an increased Distinguish mechanical strength. This may therefore be due to that the solder film connection across from usual solder joints may have a finer microstructure.
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the claims or the embodiments is specified.
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