DE102010021011A1

DE102010021011A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht

Info

Publication number: DE102010021011A1
Application number: DE201010021011
Authority: DE
Inventors: Thomas Bemmerl; Simon Jerebic; Dr. Pindl Markus
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Also published as: WO2011144385A1; TW201203614A

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils (1) weist dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip (3) auf, der an einer Trägeroberseite (20) angebracht ist und der eine Strahlungshauptseite (30) aufweist. Ferner beinhaltet das Halbleiterbauteil (1) eine Abdeckschicht (4), die ein klarsichtiges Matrixmaterial (40) und darin eingebettete, reflektierende und/oder streuende Partikel (45) umfasst. Die Abdeckschichttseite (30) als auch über einen von dem Halbleiterchip (3) freigelassenen Umgebungsbereich (5) der Trägeroberseite (20) um den Halbleiterchip (3) herum. Die Abdeckschicht (4) weist über der Strahlungshauptseite (30) bevorzugt eine geringere mittlere Dicke (T) auf als über dem Umgebungsbereich (5).

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das in ausgeschaltetem Zustand für einen Betrachter farblich homogen erscheint. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Abdeckschicht anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen Träger mit einer Trägeroberseite. Bei dem Träger kann es sich um eine Leiterplatte handeln. Zum Beispiel umfasst oder besteht der Träger aus einem oder aus mehreren der folgenden Materialien: einem Kunststoff, einem Glas, einer Keramik, einem Metall.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der an der Trägeroberseite angebracht ist. Der Halbleiterchip weist eine Strahlungshauptseite auf, die der Trägeroberseite abgewandt ist. Eine in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung verlässt den Halbleiterchip bevorzugt überwiegend, beispielsweise zu mehr als 50% oder zu mehr als 80% oder vollständig über die Strahlungshauptseite. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdiode auf der Basis von GaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses eine Abdeckschicht. Die Abdeckschicht weist ein klarsichtiges Matrixmaterial auf, das in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung bevorzugt nicht oder nur vernachlässigbar absorbiert. Weiterhin beinhaltet die Abdeckschicht Partikel, die in das Matrixmaterial eingebettet sind. Die Partikel wirken streuend und/oder reflektierend für die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung. Beispielsweise weist ein Material der Partikel einen Reflexionsgrad für die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung von mindestens 70% insbesondere von mindestens 80% oder von mindestens 90% auf. Alternativ oder zusätzlich streuen die Partikel Licht aufgrund eines hohen Brechungsindexunterschieds zu dem Matrixmaterial. Die Abdeckschicht ist bevorzugt eine zusammenhängende, ununterbrochene Schicht, die, mit Ausnahme von Öffnungen für elektrische Anschlussbereiche, geschlossen und frei von Durchbrüchen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils erstreckt sich die Abdeckschicht vollständig oder teilweise über die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips. Beispielsweise bedeckt die Abdeckschicht mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% oder mindestens 90% der Strahlungshauptseite, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Weiterhin bevorzugt bedeckt die Abdeckschicht die Strahlungshauptseite, zusammen mit strahlungsundurchlässigen, elektrischen Kontaktierungseinrichtungen wie zum Beispiel metallischen Pads für einen Bonddraht, vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt die Abdeckschicht auch einen von dem Halbleiterchip freigelassenen Umgebungsbereich der Trägeroberseite um den Halbleiterchip herum. Der Umgebungsbereich ist insbesondere ein Teil der Trägeroberseite, der, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, an den Halbleiterchip unmittelbar angrenzt und diesen bevorzugt vollständig ringartig umgibt oder umschließt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite eine geringere mittlere Dicke auf als über dem Umgebungsbereich. Mittlere Dicke bedeutet insbesondere, dass die Dicke der Abdeckschicht über den gesamten, jeweiligen Bereich gemittelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weisen die Partikel einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 200 nm und 1 μm auf. Der mittlere Durchmesser ist beispielsweise der Durchmesser d₅₀, gemessen in Q₀. Bevorzugt liegt der mittlere Durchmesser bei ungefähr 400 nm, wobei beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von zirka 100 nm bis zu zirka 1,5 μm auftreten können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein mittlerer Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Partikel mindestens 0,3, insbesondere mindestens 0,5 oder mindestens 1,0.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein mittlerer Gewichtsanteil der Partikel an der Abdeckschicht zwischen einschließlich 1% und 50% oder zwischen einschließlich 1% und 25%, insbesondere zwischen einschließlich 5% und 25%. Besonders bevorzugt liegt der Gewichtsanteil zwischen einschließlich 5% und 15%.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses einen Träger mit einer Trägeroberseite sowie mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, der an der Trägeroberseite angebracht ist und der eine der Trägeroberseite abgewandte Strahlungshauptseite aufweist. Ferner beinhaltet das Halbleiterbauteil eine Abdeckschicht, die ein klarsichtiges Matrixmaterial und darin eingebettete, reflektierende und/oder streuende Partikel umfasst. Die Abdeckschicht erstreckt sich sowohl über die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips als auch über einen von dem Halbleiterchip freigelassenen Umgebungsbereich der Trägeroberseite um den Halbleiterchip herum. Die Abdeckschicht weist über der Strahlungshauptseite bevorzugt eine geringere mittlere Dicke auf als über dem Umgebungsbereich. Die in das Matrixmaterial eingebetteten Partikel weisen einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 200 nm und 1 μm auf, wobei ein mittlerer Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Partikel mindestens 0,3 beträgt. Ein mittlerer Gewichtsanteil der Partikel an der Abdeckschicht liegt zwischen einschließlich 1% und 25%.
Derartige, in das Matrixmaterial eingebettete Partikel wirken streuend für in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung. Dadurch, dass die Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite insbesondere eine geringere Dicke aufweist als in dem Umgebungsbereich, wird einerseits eine hohe Lichtauskoppeleffizienz des Halbleiterbauteils erreicht und andererseits in ausgeschaltetem Zustand des Halbleiterbauteils ein homogenerer Farbeindruck über die gesamte Abdeckschicht hinweg erzielt. Insbesondere sind spiegelnde, metallische Kontaktflächen um den Halbleiterchip herum, in ausgeschaltetem Zustand des Halbleiterchips, durch die Abdeckschicht kaschierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist eine Konzentration der Partikel in dem Matrixmaterial über der Strahlungshauptseite größer als über dem Umgebungsbereich. Eine durch die Partikel hervorgerufene optische Dichte der Abdeckschicht ist jedoch bevorzugt über der Strahlungshauptseite geringer als über dem Umgebungsbereich, beispielsweise um mindestens einen Faktor 2 oder um mindestens einen Faktor 4, bezogen auf eine optische Dichte gemittelt über die gesamte Strahlungshauptseite sowie gemittelt über den gesamten Umgebungsbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt eine mittlere Dämpfung der Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite höchstens 25% oder höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5%. Mit anderen Worten nimmt eine von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierte Lichtleistung aufgrund der Abdeckschicht um höchstens einen der genannten Werte ab. Die Abdeckschicht verursacht also keine signifikante Helligkeitsminderung des Halbleiterbauteils.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils liegt die mittlere Dicke der Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite zwischen einschließlich 0,5 μm und 15 μm, bevorzugt zwischen einschließlich 1 μm und 10 μm oder zwischen einschließlich 1 μm und 5 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips liegt die mittlere Dicke der Abdeckschicht über dem Umgebungsbereich zwischen einschließlich 30 μm und 300 μm, insbesondere zwischen einschließlich 30 μm und 200 μm oder zwischen einschließlich 40 μm und 150 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips überragt die Abdeckschicht in dem Umgebungsbereich die Trägeroberseite des Trägers weniger weit als über der Strahlungshauptseite. Mit anderen Worten befindet sich eine dem Träger abgewandte Begrenzungsfläche der Abdeckschicht in dem Umgebungsbereich näher an dem Träger als in dem Bereich, in dem der Halbleiterchip auf die Trägeroberseite aufgebracht ist. Insbesondere ist eine größte Höhe, bezogen auf die Trägeroberseite, der Abdeckschicht in dem Umgebungsbereich kleiner als eine größte Höhe der Abdeckschicht in dem vom Halbleiterchip überdeckten Bereich der Trägeroberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips basieren oder bestehen die in dem Matrixmaterial eingebetteten Partikel aus genau einem oder mindestens einem der folgenden Materialien: einem Titanoxid, einem Zirkoniumoxid, einem Aluminiumoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils besteht das Matrixmaterial oder weist das Matrixmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: ein Silikon, ein Epoxid, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial, ein Polyurethan, ein Acrylat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Umgebungsbereich, in einer lateralen Richtung parallel zur Trägeroberseite und weg von dem Halbleiterchip, eine mittlere Ausdehnung zwischen einschließlich 25 μm und 600 μm, insbesondere zwischen einschließlich 100 μm und 300 μm auf. Der Umgebungsbereich weist beispielsweise eine rechteckige, quadratische, runde oder kreisartige äußere Umfassungslinie auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Abdeckschicht in dem Umgebungsbereich vollständig oder stellenweise konkav gekrümmt Beispielsweise weist, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, die Abdeckschicht zu einem Anteil von mindestens 80% oder von mindestens 90% in dem Umgebungsbereich eine konkave Krümmung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Abdeckschicht in dem Umgebungsbereich vollständig oder stellenweise konvex gekrümmt oder weist eine kegelartige, im Querschnitt gesehen gerade verlaufende, der Trägeroberseite abgewandte Begrenzungsfläche auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils nimmt eine Dicke der Abdeckschicht, in eine Richtung weg von dem Halbleiterchip, monoton oder streng monoton ab. Mit anderen Worten verringert sich die Dicke der Abdeckschicht in Richtung weg von dem Halbleiterbauteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils befindet sich zwischen der Abdeckschicht und der Strahlungshauptseite stellenweise oder vollständig ein Konversionsmittel, das bevorzugt schichtartig geformt ist. Das Konversionsmittel ist dazu eingerichtet, einen Teil der vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung zu absorbieren und in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Beispielsweise wandelt das Konversionsmittel blaues Licht in gelbes Licht um. Weiterhin ist es möglich, dass das Konversionsmittel dazu eingerichtet, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil im Betrieb weißes Licht emittiert. Das Konversionsmittel kann in unmittelbarem Kontakt zu dem Halbleiterchip und/oder der Abdeckschicht stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein mittlerer Abstand zwischen der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips und der Abdeckschicht höchstens 250 μm, insbesondere höchstens 100 μm, bevorzugt höchstens 70 μm oder höchstens 40 μm. Mit anderen Worten befindet sich eine dem Halbleiterchip zugewandte Begrenzungsfläche der Abdeckschicht, in dem Bereich über der Strahlungshauptseite, über die gesamte Strahlungshauptseite gemittelt näher als einer der angegebenen Werte an einem Halbleitermaterial und/oder an strahlungsdurchlässigen, elektrischen Kontaktschichten oder Stromaufweitungsschichten des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Umgebungsbereich, in einer lateralen Richtung weg von dem Halbleiterchip, durch einen Wall begrenzt. Begrenzt schließt nicht aus, dass sich der Umgebungsbereich teilweise in einen von dem Wall bedeckten Bereich der Trägeroberseite hinein erstreckt. Der Wall ist beispielsweise von einer bevorzugt vollständig ringsum laufenden Erhebung der Trägeroberseite oder durch ein separates, auf den Träger aufgebrachtes Material, beispielsweise durch einen Ring eines Lötstopplackes, gebildet, der insbesondere eine kreisförmige, ovale, rechteckige oder quadratische Öffnung aufweist, in der der Halbleiterchip angebracht ist. Der Wall weist bevorzugt eine geringere Höhe auf als der Halbleiterchip. Zum Beispiel beträgt die Höhe des Walls zwischen einschließlich 5 μm und 250 μm oder zwischen einschließlich 5 μm und 50 μm. Eine Breite des Walls überschreitet dessen Höhe beispielsweise um mindestens einen Faktor 3 oder um mindestens einen Faktor 5.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils reicht die Abdeckschicht von dem Halbleiterchip durchgängig bis zu dem Wall. Mit anderen Worten wird die Abdeckschicht von dem Wall begrenzt. Dies schließt nicht aus, dass die Abdeckschicht Teile des Walls bedecken kann, wobei die Abdeckschicht jedoch den Wall nicht vollständig überdeckt und sich nicht auf zwei verschiedene Seiten des Walls, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt die Abdeckschicht Flanken des Halbleiterchips vollständig oder stellenweise. Flanken sind solche Begrenzungsflächen des Halbleiterchips, die die Strahlungshauptseite mit einer dem Träger zugewandten Begrenzungsfläche des Halbleiterchips verbinden. Mit anderen Worten sind die Flanken laterale Begrenzungsflächen des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist eine maximale Dicke der Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite zumindest stellenweise durch die Partikel, die in das Matrixmaterial eingebettet sind, vorgegeben. Eine der Strahlungshauptseite abgewandte Oberfläche der Abdeckschicht ist beispielsweise stellenweise einer Form der eingebetteten Partikel nachgebildet. Es entspricht eine Dicke der Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite stellenweise näherungsweise einem Durchmesser der Partikel. Es ist hierbei möglich, dass die der Strahlungshauptseite abgewandte Oberseite der Abdeckschicht auch durch mehrere aufeinander gestapelte Partikel vorgegeben ist. Die Dicke der Abdeckschicht über der Strahlungshauptseite ist dann durch die Konzentration der Partikel in dem Matrixmaterial vorgegeben.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht angegeben. Zum Beispiel wird mittels des Verfahrens eine Abdeckschicht hergestellt, wie in einer oder in mehreren der oben angegebenen Ausführungsformen des Halbleiterbauteils beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines flüssigen, klarsichtigen Matrixmaterials mit einer Viskosität zwischen einschließlich 0,1 Pa·s und 5 Pa·s oder zwischen einschließlich 0,75 Pa·s und 4 Pa·s, insbesondere zwischen einschließlich 0,9 Pa·s und 3 Pa·s,
– Erzeugen einer Mischung durch Einmischen von reflektierenden und/oder streuenden Partikeln in das Matrixmaterial, wobei die Partikel einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 200 nm und 1 μm aufweisen und ein mittlerer Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Partikel mindestens 0,3 beträgt, wobei ein Gewichtsanteil der Partikel an der Mischung ferner zwischen einschließlich 1% und 50% liegt,
– Bereitstellen eines auf einer Trägeroberseite eines Trägers angebrachten optoelektronischen Halbleiterchips mit einer der Trägeroberseite abgewandten Strahlungshauptseite,
– Aufbringen der flüssigen Mischung mittels eines Dispenserprozesses insbesondere ausschließlich über der Strahlungshauptseite, und
– Verfestigen der flüssigen Mischung zu der Abdeckschicht, wobei sich beim Aufbringen der flüssigen Mischung über der Strahlungshauptseite ein Teil der Mischung von der Strahlungshauptseite herunter in einen Umgebungsbereich neben den Halbleiterchip ergießt.

Durch ein solches Verfahren ist eine Abdeckschicht, die über der Strahlungshauptseite eine geringere Dicke aufweist als über dem Umgebungsbereich, effizient herstellbar.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren, unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 in einer schematischen Schnittdarstellung illustriert. An einer Trägeroberseite 20 eines Trägers 2 befindet sich eine reflektierende, metallische Kontaktschicht 10 zur elektrischen und thermischen Kontaktierung eines optoelektronischen Halbleiterchips 3. Der Halbleiterchip 3 weist eine der Trägeroberseite 20 abgewandte Strahlungshauptseite 30 sowie Flanken 35 auf. Die Flanken 35 bilden laterale Begrenzungsflächen des Halbleiterchips 3. In Draufsicht auf die Trägeroberseite 20 gesehen weist der Halbleiterchip 3 bevorzugt einen rechteckigen oder einen quadratischen Grundriss auf.
Eine laterale Ausdehnung des Halbleiterchips 3 ist geringer als eine laterale Ausdehnung der metallischen Kontaktschicht 10. Hierdurch ist eine Montage des Halbleiterchips 3 auf der Kontaktschicht 10 erleichtert, da der Halbleiterchip 3 mit einer vergleichsweise großen Toleranz auf die Kontaktschicht 10 aufbringbar ist. Sowohl der Halbleiterchip 3 als auch die Kontaktschicht 10 sind ringsum von einem in Draufsicht ringartig geformten Wall 7 umgeben. Zum Beispiel ist der Wall 7 aus einem Lötstopplack geformt.
Gemäß 1 reicht der Wall 7 nicht bis zu der Kontaktschicht 10 heran, so dass ein Spalt zwischen der Kontaktschicht 10 und dem Wall 7 auftritt, in dem die Trägeroberseite 20 in unmittelbarem Kontakt mit der Abdeckschicht 4 stehen kann. Anders als in 1 gezeichnet ist es jedoch ebenso möglich, dass der Wall 7 bis an die Kontaktschicht 10 heranreicht und beispielsweise bündig mit dieser abschließt, oder dass sich der Wall 7 teilweise oder vollständig auf der Kontaktschicht 10 befindet, so dass die Abdeckschicht 4 dann insbesondere nicht in unmittelbarem Kontakt zu der Trägeroberseite 20 steht.
Über die Strahlungshauptseite 30 des Halbleiterchips 3 als auch über einem Umgebungsbereich 5, der sich im Wesentlichen zwischen den Wall 7 und den Halbleiterchip 3 erstreckt, ist eine Abdeckschicht 4 aufgebracht. Die Abdeckschicht 4 weist über der Strahlungshauptseite 30 eine geringere mittlere Dicke auf als in dem Umgebungsbereich 5. Eine Dicke der Abdeckschicht 4 nimmt in dem Umgebungsbereich 5, in eine Richtung weg von dem Halbleiterchip 3 hin zu dem Wall 7, ab. Über dem Halbleiterchip 3 kann die Abdeckschicht 4 eine nach außen hin abnehmende Dicke aufweisen, sodass die Abdeckschicht 4 in einem Zentralbereich der Strahlungshauptseite 30 eine größere mittlere Dicke aufweist als an einem Randbereich der Strahlungshauptseite 30.
Optional befindet sich an der Strahlungshauptseite 30 ein Konversionsmittel 6, das schichtartig geformt ist und die Strahlungshauptseite 30 überwiegend oder vollständig bedeckt. Über das Konversionsmittel 6 wird ein vom Halbleiterchip 3 erzeugter Strahlungsanteil in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt, sodass das Halbleiterbauteil 1 im Betrieb zum Beispiel weißes Licht emittiert. Weiterhin optional umfasst das Halbleiterbauteil 1, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, einen Vergusskörper 9, der bevorzugt unmittelbar auf die Abdeckschicht 4 aufgebracht ist. Der Vergusskörper 9 kann linsenartig gestaltet sein.
An der Strahlungshauptseite 30 kann ein Anschlussbereich für einen Bonddraht, in 1 nicht dargestellt, ausgebildet sein. In diesem Fall erstreckt sich die Abdeckschicht 4 sowie das optional vorhandene Konversionsmittel 6 bevorzugt nicht vollständig über die Strahlungshauptseite 30, sondern zum Beispiel nur auf solche Bereiche, die von einem Pad für einen Bonddraht unbedeckt sind.
In ausgeschaltetem Zustand des Halbleiterbauteils 1 reflektieren insbesondere die lateral den Halbleiterchip 3 überragenden Bereiche der Kontaktschicht 10 von außen auffallendes Licht vergleichsweise stark. Speziell hierdurch ist ein hoher Kontrast für einen Betrachter des Halbleiterbauteils 1 zwischen dem Halbleiterchip 3 und insbesondere der Kontaktschicht 10 gegeben, wie auch durch voneinander verschiedene Farben der Strahlungshauptseite 30, dem Spalt zwischen der Kontaktschicht 10 und dem Wall 7 und/oder dem Verbindungsmittel 11. Dieser oft störende Kontrast ist durch die Abdeckschicht 4 verringerbar oder beseitigbar. Mit anderen Worten wird durch die Abdeckschicht 4 das äußere Erscheinungsbild des Halbleiterbauteils 1 in ausgeschaltetem Zustand mindestens über den Bereich hinweg, in dem die Abdeckschicht 4 aufgebracht ist, homogenisiert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 ist in 2 illustriert. Der Halbleiterchip 3 ist über ein Verbindungsmittel 11, beispielsweise einen elektrisch leitfähigen Kleber, an dem Träger 2 befestigt. Ein Teil der Flanken 35 des Halbleiterchips 3 ist von dem Verbindungsmittel 11 bedeckt. Die verbleibenden Teile der Flanken 35 sind von der Abdeckschicht 4 insbesondere unmittelbar bedeckt. Weiterhin steht die Abdeckschicht 4 in unmittelbarem Kontakt zu einem Teil einer dem Träger 2 abgewandten Oberseite des Walls 7. In dem Umgebungsbereich 5 ist die Abdeckschicht 4 konkav gekrümmt. Eine mittlere Dicke T2 der Abdeckschicht 4 in dem Umgebungsbereich 5 beträgt zirka 70 μm. Die Dicke T2 ist hierbei über den gesamten Umgebungsbereich 5 gemittelt. Eine mittlere Dicke T1 der Abdeckschicht 4, die ebenfalls einen wellenartigen oder sinusartigen Verlauf aufzeigen kann, liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1 μm und 20 μm oder zwischen einschließlich 1 μm und 8 μm. Eine Dicke des Walls 7 liegt bevorzugt zwischen der Höhe H des Halbleiterchips 3 und einer Dicke der Verbindungsmittelschicht 11.
Das Konversionsmittel 6, das als Schicht auf die Strahlungshauptseite 30 aufgebracht ist, weist eine wellenartig oder sinusartig verlaufende, der Strahlungshauptseite 30 abgewandte Oberseite auf. Anders als dargestellt, kann das Konversionsmittel 6 auch eine plane, der Strahlungshauptseite 30 abgewandte Oberseite aufweisen. Eine mittlere Dicke des Konversionsmittels 6, die auch einem mittleren Abstand der Strahlungshauptseite 30 von der Abdeckschicht 4 über der Strahlungshauptseite 30 entspricht, liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 5 μm und 50 μm, etwa bei zirka 15 μm. Es ist möglich, dass die Schicht des Konversionsmittels 6 nicht ganz bis an die Flanken 35 heranreicht, sodass die Strahlungshauptseite 30 in einem Randbereich von dem Konversionsmittel 6 unbedeckt sein kann. Eine Höhe H des Halbleiterchips 3 beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 3 μm und 400 μm, insbesondere zwischen einschließlich 50 μm und 200 μm. Der Halbleiterchip 3 ist dazu eingerichtet, im Betrieb eine blaue oder eine rote Strahlung zu erzeugen.
In 3 ist die Abdeckschicht 4 detaillierter dargestellt. Es weist die Abdeckschicht 4 ein transparentes Matrixmaterial 40 auf, insbesondere ein Silikon. In das Matrixmaterial 40 sind Partikel 45 eingebettet. Beispielsweise bestehen die Partikel 45 aus Titandioxid und weisen einen mittleren Durchmesser, insbesondere einen Durchmesser D₅₀ in Q₀, zwischen einschließlich 300 nm und 500 nm auf. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen können die Partikel 45 optisch inaktiv und/oder farbneutral und/oder unbunt sein. Mit anderen Worten erfolgt dann durch die Partikel 45 dann keine oder im Wesentlichen keine Änderung einer spektralen Zusammensetzung der die Abdeckschicht 4 durchlaufende, im Betrieb im Halbleiterchip erzeugten Strahlung. Es wirkt dann die Abdeckschicht 4 zum Beispiel nicht als Filtermittel und nicht als Konversionsmittel, sondern lediglich zur Streuung der die Abdeckschicht 4 durchlaufenden Strahlung. Es ist also möglich, dass die Abdeckschicht 4 keinen oder im Wesentlichen keinen Einfluss auf die vom Halbleiterchip 3 im Betrieb des Halbleiterbauteils 1 emittierte Strahlung ausübt. Außerhalb des Betriebs des Halbleiterbauteils 1 prägt die Abdeckschicht 4 jedoch ein Erscheinungsbild des Halbleiterbauteils 1.
Eine der Strahlungshauptseite 30 abgewandte Oberseite der Abdeckschicht 4 ist zumindest stellenweise durch einzelne der Partikel 45 vorgegeben und bildet eine Form der Partikel 45 nach. Es können auch Partikel 45 übereinander gestapelt auftreten. In lateraler Richtung, parallel zur Strahlungshauptseite 30, ist die Abdeckschicht 4 bevorzugt eine durchgehende, ununterbrochene Schicht. Mit anderen Worten liegt die der Strahlungshauptseite 30 abgewandte Oberseite der Konversionsschicht 6 nicht frei. Die dem Halbleiterchip 3 abgewandte Seite der Abdeckschicht 4 kann aufgrund der Partikel 45 mit einer Rauheit versehen sein, wobei aufgrund des Matrixmaterials 40 keine oder im Wesentlichen keine scharfen Kanten an dieser Seite auftreten.
In 4 ist ein Herstellungsverfahren für das Halbleiterbauteil 1 illustriert. Gemäß 4A wird der Halbleiterchip 3, auf dessen Strahlungshauptseite 30 optional das Konversionsmittel 6 aufgebracht ist, über das Verbindungsmittel 11 an der Kontaktschicht 10 an dem Träger 2 befestigt.
Gemäß 4B wird insbesondere ausschließlich auf die die Strahlungshauptseite 30 bedeckende Schicht des Konversionsmittels 6 eine Mischung 4' aufgebracht. Die Mischung 4' ist flüssig und weist das Matrixmaterial 40 sowie die darin eingemischten Partikel 45 auf. Eine Viskosität der Mischung 4' liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1 Pa·s und 2 Pa·s. Das Aufbringen der Mischung 4' erfolgt zum Beispiel mit Hilfe einer Düse 12 insbesondere ausschließlich über der Strahlungshauptseite 30. Beispielsweise handelt es sich bei dem Dispenserprozess, mit dem die Mischung 4' aufgebracht wird, um ein so genanntes Jetten. Insbesondere steht die Düse 12 nicht in Kontakt zu dem Konversionsmittel 6 oder dem Halbleiterchip 3. Es wird die Mischung 4' also, bezüglich der Düse 12, berührungslos aufgetragen. Weiterhin besteht beim Aufbringen mittels Jetten bevorzugt keine durchgängige Verbindung zwischen der Düse 12 und dem Halbleiterchip 3 durch die Mischung 4', anders als in 4B dargestellt.
Durch das Aufbringen der Mischung 4' in flüssigem Zustand läuft ein Teil der Mischung 4' von dem Konversionsmittel 6 und der Strahlungshauptseite 30 herab in den Umgebungsbereich 5 neben dem Halbleiterchip 3 und wird anschließend beispielsweise thermisch oder fotochemisch ausgehärtet, sodass sich die Abdeckschicht 4 ausbildet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4C weist die Abdeckschicht 4 über dem Konversionsmittel 6 eine über die gesamte Strahlungshauptseite 30 hinweg gleichbleibende Dicke auf, von einer eventuell vorhandenen Rauheit aufgrund der Partikel 45 abgesehen. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist die Kontaktschicht 10 von dem Halbleiterchip 3 und der Abdeckschicht 4, in Draufsicht auf die Trägeroberseite 20 gesehen, vollständig überdeckt.
Die hier beschriebene 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.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit – einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20), – mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3), der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist und der eine der Trägeroberseite (20) abgewandte Strahlungshauptseite (30) aufweist, und – einer Abdeckschicht (4) mit einem klarsichtigen Matrixmaterial (40) und darin eingebetteten reflektierenden und/oder streuenden Partikeln (45), wobei – sich die Abdeckschicht (4) über die Strahlungshauptseite (30) als auch über einen von dem Halbleiterchip (3) freigelassenen Umgebungsbereich (5) der Trägeroberseite (20) um den Halbleiterchip (3) herum erstreckt, – die Partikel (45) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 200 nm und 1 μm aufweisen, – ein mittlerer Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial (40) und einem Material der Partikel (45) mindestens 0,3 beträgt, und – ein mittlerer Gewichtsanteil der Partikel (45) an der Abdeckschicht (4) zwischen einschließlich 1 und 50 liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Konzentration der Partikel (45) über der Strahlungshauptseite (30) größer ist als über dem Umgebungsbereich (5), und/oder die Abdeckschicht (4) über der Strahlungshauptseite (30) eine geringere mittlere Dicke (T) aufweist als über dem Umgebungsbereich (5).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mittlere Dicke (T1) der Abdeckschicht (4) über der Strahlungshauptseite (30) zwischen einschließlich 0,5 μm und 15 μm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mittlere Dicke (T2) der Abdeckschicht (4) über dem Umgebungsbereich (5) zwischen einschließlich 30 μm und 300 μm beträgt, wobei die Abdeckschicht (4) in dem Umgebungsbereich (5) die Trägeroberseite (20) weniger weit überragt als über der Strahlungshauptseite (30).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Partikel (45) eines der folgenden Materialien umfassen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: einem Titanoxid, einem Zirkoniumoxid, einem Aluminiumoxid.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Matrixmaterial (40) ein Silikon, ein Epoxid, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial, ein Polyurethan oder ein Acrylat umfasst oder hieraus besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Umgebungsbereich (5), in dem die Abdeckschicht (4) die Trägeroberseite (20) neben dem Halbleiterchip (3) überdeckt, eine mittlere laterale Ausdehnung (B) zwischen einschließlich 25 μm und 600 μm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abdeckschicht (4) in dem Umgebungsbereich (4) mindestens stellenweise konkav gekrümmt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich zwischen der Abdeckschicht (4) und der Strahlungshauptseite (30) ein Wellenlängenkonversionsmittel (6) befindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein mittlerer Abstand (D) zwischen der Strahlungshauptseite (30) und der Abdeckschicht (4) höchstens 250 μm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Umgebungsbereich (5) von einem Wall (7) begrenzt ist, wobei die Abdeckschicht (4) von dem Halbleiterchip (3) durchgängig bis zu dem Wall (7) reicht und Flanken (35) des Halbleiterchips (3) mindestens stellenweise bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine maximale Dicke (T_max) der Abdeckschicht (4) über der Strahlungshauptseite (30) stellenweise durch die Partikel (45) vorgegeben ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das Matrixmaterial (40) ein Silikon ist, – die Partikel (45) aus Titandioxid bestehen und einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 300 nm und 500 nm aufweisen, – die mittlere Dicke (T) der Abdeckschicht (4) über der Strahlungshauptseite (30) zwischen einschließlich 1 μm und 20 μm liegt, – die Abdeckschicht (4) in unmittelbarem Kontakt zu einer auf der Strahlungshauptseite (30) aufgebrachten Schicht des Konversionsmittels (6) steht, und – der Halbleiterchip (3) im Betrieb des Halbleiterbauteils (1) zur Erzeugung von blauem Licht vorgesehen ist und eine Dicke (H) zwischen einschließlich 3 μm und 400 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht (4) mit den Schritten: – Bereitstellen eines flüssigen, klarsichtigen Matrixmaterials (40) mit einer Viskosität zwischen einschließlich 0,1 Pa·s und 5 Pa·s, – Erzeugen einer Mischung durch Einmischen von reflektierenden Partikeln (45) in das Matrixmaterial (40), wobei die Partikel (45) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 200 nm und 1 μm aufweisen, ein mittlerer Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial (40) und einem Material der Partikel (45) mindestens 0,3 beträgt und ein Gewichtsanteil der Partikel (45) zwischen einschließlich 1% und 50% liegt, – Bereitstellen eines auf einer Trägeroberseite (20) eines Trägers (2) angebrachten optoelektronischen Halbleiterchips (3) mit einer der Trägeroberseite abgewandten Strahlungshauptseite (30), – Aufbringen der flüssigen Mischung mittels eines Dispenserprozesses über der Strahlungshauptseite (30), und – Verfestigen der flüssigen Mischung zu der Abdeckschicht (4), wobei sich beim Aufbringender flüssigen Mischung über der Strahlungshauptseite (30) ein Teil der Mischung von der Strahlungshauptseite (30) herunter in einen Umgebungsbereich (5) neben den Halbleiterchip (3) ergießt.