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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein optoelektronisches Bauelement, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements.
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Ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein optoelektronisches Bauelement, weist einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist auf einem Substrat angeordnet. Der Halbleiterchip und das Substrat weisen jeweils einen Kontaktbereich auf. Eine Kontaktstruktur verbindet den Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip mit dem Kontaktbereich auf dem Substrat. Bei einer Berührung des Halbleiterchips mit der Kontaktstruktur außerhalb der hierfür vorgesehenen Kontaktbereiche, ist der Halbleiterchip kurzschlussgefährdet.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Bauelement, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Solchen, anzugeben, bei dem die Gefahr eines Kurzschlusses verhindert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9 gelöst.
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Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des elektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des elektronischen Bauelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beispielhafte Ausführungsformen
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Verschiedene Ausführungsformen weisen ein elektronisches Bauelement mit einem Substrat auf. Auf dem Substrat ist mindestens ein Anschlussbereich vorgesehen. Auf dem Substrat ist weiterhin mindestens ein Halbleiterchip angeordnet. Auf einer vom Substrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips ist ein Kontaktbereich aufgebracht. Der Anschlussbereich ist mit dem Kontaktbereich über eine Leitungsstruktur elektrisch leitend verbunden. Eine zum Anschlussbereich weisende Seitenfläche des Halbleiterchips ist von einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial bedeckt. Die Leitungsstruktur liegt zumindest Bereichsweise auf dem Isolationsmaterial auf. Das Isolationsmaterial ist zwischen Halbleiterchip und Anschlussbereich vorgesehen. Das Isolationsmaterial kann die Lücke zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips und dem Anschlussbereich vollständig ausfüllen. Die Leitungsstruktur hat dann keinen Kontakt mit dem Substrat. Alternativ kann das Isolationsmaterial nur die Seitenfläche des Halbleiterchips bedecken. Die Leitungsstruktur kann dann Kontakt mit dem Substrat haben. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierfür eine geringe Menge des Isolationsmaterials ausreicht und eine besonders stabile Befestigung der Leitungsstruktur erreicht werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass andere Bereiche des elektronischen Bauelements, wie die Oberfläche des Halbleiterchips, Teilbereiche des Substrats, der Anschlussbereich oder der Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip nicht von Isolationsmaterial bedeckt sind. Die Bedingung für einen stabilen Kontakt zwischen Leitungsstruktur und Kontaktbereich bzw. Anschlussbereich ist es, dass der Kontaktbereich und der Anschlussbereich frei von jeglichen Verunreinigungen sind. So müssen die Kontaktbereiche auf den Halbleiterchips und der Anschlussbereich vor dem Aufbringen der Leitungsstruktur nicht gereinigt werden. Insbesondere ein Plasmareinigen kann entfallen.
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Die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen dem Halbleiterchip, insbesondere dem pn-Übergang des Halbleiterchips, und der Leitungsstruktur, die den Halbleiterchip mit Strom versorgt, ist durch das erfindungsgemäße Bauelement verhindert, ohne dass großflächig Isolationsmaterial, z. B. in Form einer Isolationsfolie oder eines Vergusses, auf dem elektronischen Bauelement aufgebracht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat eine Keramik oder ein Leadframe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektronische Bauelement ein optoelektronisches Bauelement. Der im optoelektronische Bauelement angeordnete Halbleiterchip kann auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basieren. Die Halbleiterchips weisen mindestens eine aktive Zone auf, die elektromagnetische Strahlung emittiert. Die aktiven Zonen können pn-Übergänge, Doppelheterostruktur, Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW), Einfach-Quantentopfstruktur (SQW) sein. Quantentopfstruktur bedeutet: Quantentöpfe (3-dim), Quantendrähte (2-dim) und Quantenpunkte (1-dim).
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Der Halbleiterchip kann beispielsweise als Oberflächenemitter, insbesondere als sogenannter Dünnfilmchip oder als Volumenemitter, insbesondere als Saphir-Volumenemitter ausgelegt sein. Der Dünnfilmchip ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
WO2005081319A1 bekannt. Wird während der Herstellung des optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines Bauelements mit einer metallhaltigen Spiegelschicht, das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge abgelöst, so werden derartige unter Ablösen des Aufwachssubstrats hergestellte Bauelemente auch als Dünnfilm-Bauelemente bezeichnet. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement weist hierin einen Stapel unterschiedlicher III-V-Nitrid-Halbleiterschichten, insbesondere Galliumnitrid-Schichten, auf. Das Dünnschichtbauelement ist ohne strahlungsabsorbierendes Substrat ausgeführt und ein Reflektor ist direkt auf dem GaN-Halbleiterkörper aus dem Stapel unterschiedlicher III-V-Nitrid-Halbleiterschichten aufgebracht.
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Der Saphir-Volumen-Emitter ist beispielsweise aus der Patentschrift
DE 10 2006 015 788 A1 bekannt. Dabei kann als Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge Saphir verwendet werden. Im Gegensatz zum Dünnfilmchip wird beim Saphir-Volumen-Emitter das Aufwachssubstrat am Ende des Herstellungsprozesses nicht von der Halbleiterschichtenfolge abgelöst. Das (Aufwachs-)Substrat ist strahlungsdurchlässig für die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung. Dies erleichtert die Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip durch das Substrat. Der Halbleiterchip ist damit als Volumenstrahler ausgebildet. Bei einem Volumenstrahler wird im Gegensatz zu einem Oberflächenemitter auch über das Substrat ein maßgeblicher Strahlungsanteil aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt. Die Oberflächenleuchtdichte an den Auskoppelflächen des Halbleiterchips ist bei einem Volumenstrahler gegenüber einem Oberflächenstrahler verringert. Die Offenbarungen der Schriften
WO2005081319A1 und
DE 10 2006 015 788 A1 werden hiermit durch Rückbezug in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
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Als Isolationsmaterial können viele UV- und temperaturstabile Materialsysteme dienen. Es können Silikon oder Hybride, wie Siloxane oder Gläser, zum Einsatz kommen. Geeignete Isolationsmaterialien haben vorteilhafter Weise thixotrope Eigenschaften. Thixotrope Materialien sind beim Aufbringen sehr dünnflüssig und werden nach dem Aufbringen schnell zählflüssig.
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Das Isolationsmaterial an der Seitenfläche des Halbleiterchips weist ein Volumen zwischen etwa 10 nl und etwa 3000 nl, vorzugsweise zwischen 100 nl und 1000 nl, auf. Dies ist besonders vorteilhaft, da die notwendige Menge des Isolationsmaterials minimiert ist. Dies reduziert die Kosten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements weist das Isolationsmaterial Silikon auf. Silikon lässt sich einfach in kleinen Mengen dosieren und haftet gut an der Seitenfläche des Halbleiterchips an. Zudem ist Silikon sehr strahlungsstabil und alterungsstabil.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Silikon mit Streupartikeln, insbesondere TiO2-Partikeln, gefüllt. Dies kann vorteilhaft sein, da durch die Streupartikel Licht in den Halbleiterchip zurückreflektiert wird, das aus der Seitenfläche des Halbleiterchips emittiert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements ist zwischen dem Substrat und dem Halbleiterchip eine Anschlussschicht und/oder eine Verbindungsschicht angeordnet. Die Anschlussschicht ist vorzugsweise aus Gold. Die Schichtdicke beträgt zwischen 0,5 μm und 5 μm. Die Verbindungsschicht, die den Halbleiterchip mit der Anschlussschicht verbindet, kann ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements weist ein vom Halbleiterchip abgewandter Fußabschnitt der Leitungsstruktur eine räumliche Erstreckung auf dem Anschlussbereich auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vom Fußabschnitt bedeckte Fläche des Anschlussbereichs möglichst groß ist, um einen möglichst kleinen elektrischen Widerstand zu erzeugen. Dadurch können hohe Ströme transportiert werden. Auch die mechanische Stabilität der Verbindung von Fußabschnitt und Anschlussbereich steigt mit steigender Fläche der Abdeckung des Anschlussbereichs durch den Fußabschnitt. Vorzugsweise weist der Fußabschnitt eine Fläche in einer Größenordnung von etwa 100 μm mal etwa 100 μm auf. Durch einen Sputterprozess wird eine ausreichende Haftkraft zwischen Fußabschnitt und Anschlussbereich erreicht. Die Haftkraft wird ohne zusätzliche Haftmittel vermittelt und basiert auf einer Bindung von Metall auf Metall.
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Ein dem Halbleiterchip zugewandter Kopfabschnitt der Leitungsstruktur weist eine räumliche Erstreckung auf dem Kontaktbereich des Halbleiterchips auf. In besonders vorteilhafter Weise entspricht die Größe des Kopfabschnitts der Größe des Kontaktbereichs. Der Kontaktbereich kann sich vorzugsweise über die gesamte Ausdehnung des Halbleiterchips in Querrichtung erstrecken. Dadurch können hohe Ströme transportiert werden. Weiterhin führt diese homogene Zufuhr von Strom zu einer hohen Injektionsrate von Ladungsträgern in die aktive Zone des Halbleiterchips und damit zu einer hohen Lichtausbeute. Um die Abschattung der emittierten elektromagnetischen Strahlung durch den Kontaktbereich zu minimieren, kann die Erstreckung des Kontaktbereichs in Längsrichtung minimiert werden. Mit anderen Worten ergibt dies einen besonders schmalen Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip. Vorzugsweise werden Kontaktbereiche mit einer Ausdehnung in Längsrichtung von etwa 50 μm verwendet. Auch kleinere Längen sind vorteilhaft, wobei eine untere Grenze durch die notwendige Querleitfähigkeit bestimmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements weist die Leitungsstruktur über ihre gesamte Erstreckung eine in etwa homogene Leitungsstrukturdicke auf. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch ein in etwa einheitlicher elektrischer Widerstand erreicht wird. Auch die Stabilität der Leitungsstruktur ist dadurch verbessert. Vorteilhaft sind Leitungsstrukturdicken von etwa 5 μm bis etwa 60 μm. Besonders vorteilhaft sind Leitungsstrukturdicken von etwa 15 μm bis etwa 25 μm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements weist die Leitungsstruktur über ihre gesamte Erstreckung eine in etwa homogene Leitungsstrukturbreite aufweist. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch ein in etwa einheitlicher elektrischer Widerstand erreicht wird. Auch die Stabilität der Leitungsstruktur ist dadurch verbessert. Möglich sind Leitungsstrukturbreiten von etwa 20 μm bis hin zur gesamten Erstreckung des Halbleiterchips in Querrichtung, mit anderen Worten bis hin zur Gesamtbreite des Halbleiterchips. Bei einer nach derzeitiger Technologie typischen Breite eines Halbleiterchips von etwa 1000 μm beträgt die maximale Leitungsstrukturbreite also etwa 1000 μm. Vorteilhaft sind Leitungsstrukturbreiten von etwa 50 μm bis etwa 150 μm. Beim herkömmlichen Drahtbonden kommen je nach verwendetem Material Bonddrähte mit einem Durchmesser zwischen etwa 25 μm und etwa 50 μm zum Einsatz. Durch Einsatz von Leitungsstrukturen mit Leitungsstrukturbreiten größer als 50 μm kann die Stromtragfähigkeit und die mechanische Stabilität im Vergleich zum herkömmlichen Drahtbonden verbessert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements ist auf der Oberfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips eine Konverterschicht aufgebracht. Die Konverterschicht weist Leuchtstoffpartikel auf, die elektromagnetische Strahlung mit einer kleineren Wellenlänge in elektromagnetische Strahlung einer größeren Wellenlänge wandeln. Zwischen der Konverterschicht und der Oberfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips kann eine lichtdurchlässige Ankoppelschicht angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Ankoppelschicht das Konverterplättchen auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip fixiert ist, ohne dabei Licht zu absorbieren. Die Ankoppelschicht kann einen Silikonkleber aufweisen. Die Ausführungsform mit einem Konverterplättchen ist besonders vorteilhaft für die Einkopplung von Licht des optoelektronischen Bauelements in einen Lichtleiter.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements sind die freiliegenden Bereiche des Halbleiterchips, die Leitungsstruktur, die freiliegenden Bereiche des Anschlussbereichs und die freiliegenden Bereiche des Substrats mit einem Verguss aus streuenden Partikeln, insbesondere TiO2-Partikel, abgedeckt. Die TiO2-Partikel sind in ein Matrixmaterial eingebettet, das UV-stabil und temperaturstabil ist. Als Matrixmaterial kann Silikon eingesetzt werden. Der Einsatz eines Vergusses ist besonders vorteilhaft, da dadurch die darunterliegenden Bereiche des elektronischen Bauelements vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Insbesondere die Kontakte zwischen der Leitungsstruktur und dem Anschlussbereich auf dem Substrat bzw. dem Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip sind geschützt. Die streuenden Partikel sind vorteilhaft, da sie seitlich aus dem Halbleiterchip emittiertes Licht in das Konverterplättchen zurückstreuen. So kann mehr Licht in einen nachgeordneten Lichtleiter eingekoppelt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Bauelements sind die freiliegenden Bereiche der Halbleiterchips, die Leitungsstruktur, die freiliegenden Bereiche des Anschlussbereichs und die freiliegenden Bereiche des Substrats von einem Verguss mit Leuchtstoffpartikeln abgedeckt. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Prozessierung besonders einfach ist.
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Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements weisen mindestens die folgenden Verfahrensschritte auf: Zunächst wird ein Substrat mit mindestens einer Anschlussschicht und mindestens einem Anschlussbereich bereitgestellt. Anschließend wird eine Verbindungsschicht aus elektrisch und/oder thermisch leitfähigem Kleber oder Lot auf die Anschlussschicht aufgebracht. Anschließend wird ein Halbleiterchip auf der Verbindungsschicht angeordnet und mit der Verbindungsschicht verklebt oder verlötet. Anschließend wird die Seitenfläche des Halbleiterchips, die zum Anschlussbereich weist, mit einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial vollständig benetzt. Dabei wird ein Tropfen des Isolationsmaterials, insbesondere ein Silikontropfen, durch Dosieren aufgebracht. Das Dosieren kann mittels Jetten, d. h. kontaktlos, Kolbendosieren, Druck-Zeit-Dosieren, Stempeln oder Spindeldosieren erfolgen. Der Kontaktbereich des Halbleiterchips und der Anschlussbereich auf dem Substrat werden nicht mit dem Isolationsmaterial bedeckt. Dadurch entfällt vor dem nächsten Verfahrensschritt, dem Aufbringen der Leitungsstruktur, das Reinigen des Anschlussbereichs auf dem Substrat und des Kontaktbereichs auf dem Halbleiterchip.
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Dies unterscheidet sich von Verfahren bei denen eine ganzflächige Isolationsschicht, in Form einer Isolationsfolie oder in Form eines Vergusses, auf das gesamte Bauteil aufgebracht wird. Anschließend werden die benötigten Kontaktierungen, insbesondere der Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip und der Anschlussbereich auf dem Substrat, wieder freigelegt. Dieses Freilegen der Kontaktierungen kann zum Beispiel mit Laserablation erfolgen. Dabei können die Strukturen unterhalb des Kontaktbereichs auf dem Halbleiterchip beschädigt werden.
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Im Anschluss an das lokal begrenzte Aufbringen des Silikontropfens wird eine Leitungsstruktur auf das Isolationsmaterial zwischen dem Kontaktbereich des Halbleiterchips und dem Anschlussbereich aufgebracht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Leitungsstruktur zwischen dem Kontaktbereich des Halbleiterchips und dem Anschlussbereich durch ein flächiges, strukturiertes Aufbringen einer Metallisierung auf das Isolationsmaterial. Unter anderem können alternativ folgende Verfahren verwendet werden:
- – Siebdrucken, bei dem durch Verwendung von Schablonen oder Abdeckmasken eine flächige Metallisierung auf das Isolationsmaterial aufgebracht wird. Dabei können in einem Prozessschritt Metallisierungsdicken von etwa 30 μm erreicht werden. Vorzugsweise kann für eine erhöhte Stromleitfähigkeit und eine erhöhte Stabilität der metallisierten Struktur der Prozessschritt mehrfach wiederholt werden.
- – Dispensen, bei dem Metallpartikel und ein organisches Medium zu einer Paste vermengt sind und diese Paste mittels einer Kanüle und einer Spritze durch Druckluftimpulse auf das Isolationsmaterial aufgebracht wird. Anschließend wird die Paste getrocknet und getempert. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass über die Parameter Druck und Zeit eine beliebige Form der Metallisierung erreicht werden kann. Durch Dispensen wird eine sehr gut haltbare Metallisierungsschicht erzeugt. Es können Dicken der Metallisierungsschicht von etwa 50 μm erzeugt werden.
- – Jetten, bei dem aus einem Vorratsbehälter durch kurze Impulse Tröpfchen aus elektrisch leitfähigem Material auf das Isolationsmaterial aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, da es kontaktlos abläuft.
- – Spindeldosieren von elektrisch leitfähigem Material.
- – Spritzen von elektrisch leitfähigem Material.
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In einer zum strukturierten Aufbringen der Metallisierung alternativen Ausführungsform wird die Metallisierung flächig aufgebracht und anschließend derart strukturiert, dass die Leitungsstruktur zwischen dem Kontaktbereich auf dem Halbleiterchip und dem Anschlussbereich auf dem Substrat verbleibt. In dieser alternativen Ausführungsform wird die flächige Metallisierung als sogenannter Seedlayer, auch als Keimschicht bezeichnet, vorzugsweise durch Sputtern aufgebracht. Vorzugsweise werden dabei Seedlayerdicken von etwa 2 μm bis 3 μm erreicht. Als Material für den Seedlayer wird vorzugsweise eine Verbindung aus Titan und Kupfer verwendet. Das Titan und das Kupfer werden bevorzugt in einem Schritt aufgesputtert, wobei das Titan als Haftvermittler dient. Die flächige Metallisierung wird derart strukturiert, dass die Leitungsstruktur auf dem Isolationsmaterial verbleibt. Dieses nachträgliche Strukturieren der Metallisierung weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- – Fotolithografieren;
für dreidimensionale Strukturen, wie sie in der vorliegenden Erfindung vorliegen, wird in bevorzugter Weise eine Fotofolie eingesetzt, die auf die dreidimensionale Topografie des optoleketronischen Bauelements auflaminiert wird. Anschließend wird der Seedlayer über eine Fotomaske belichtet. Dann erfolgt eine Entwicklung des latenten Bildes, wobei die belichteten Bereiche des Fotolacks entfernt werden. Alternativ kann der Verfahrensschritt der Fotolithografie auch so ausgeführt werden, dass die belichteten Bereiche des Fotolacks nach dem Entwickeln bestehen bleiben.
- – Galvanisches Verstärken oder Elektroplattieren des fotolithografierten Seedlayer. Dabei erfolgt eine kontinuierliche elektrochemische Abscheidung von metallischen Niederschlägen auf dem Seedlayer. Dieser Verfahrensschritt ist notwendig, da die Stromtragfähigkeit des Seedlayers auf Grund seiner geringen Dicke zu gering wäre. Das metallische Material wird dabei in den Bereichen deponiert in denen beim Entwickeln der Fotolack entfernt wurde. Beim Elektroplattieren sind Dicken der Metallisierung bis zu etwa 50 μm erreichbar. Besonders vorteilhaft sind Dicken zwischen 15 μm und 30 μm. Als Metallisierungsmaterial wird vorzugsweise Kupfer verwendet.
- – Entfernen der Fotofolie,
- – Wegätzen des Seedlayers, der nicht von der galvanischen Verstärkung bedeckt ist. Dieser Schritt beugt einem Kurzschluss vor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Aufbringen der Leitungsstruktur eine Konverterschicht, auch Konverterplättchen genannt, auf dem leuchtfähigen Halbleiterchip mittels einer Ankoppelschicht befestigt. Abschließend wird auf die freiliegenden Bereiche des optoelektronischen Bauelements ein Verguss mit Streupartikel, insbesondere TiO2-Partikel, aufgebracht. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut zum Einkoppeln von vom Halbleiterchip emittierten Licht in einen Wellenleiter.
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Alternativ zum Aufbringen eines Konverterplättchens auf die Oberfläche des Halbleiterchips und dem anschließenden Verguss mit Streupartikeln, kann ein Verguss mit Konverterpartikel in einem Schritt auf das optoelektronische Bauelement aufgebracht werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da nach dem Aufbringen der Leitungsstruktur nur ein Prozessschritt notwendig ist, um das fertige optoelektronische Bauelement zu erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein optoelektronisches Bauelement;
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2a bis 2d zeigen die Zwischenprodukte des Herstellungsverfahrens aus 1 in einer schematischen Schnittansicht;
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2d.1 zeigt einen Ausschnitt des Zwischenprodukts aus 2d in einer schematischen Schnittansicht;
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2d.2 zeigt einen Ausschnitt des Zwischenprodukts aus 2d in einer schematischen dreidimensionalen Ansicht;
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2e.1 zeigt ein Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Alternative;
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2f zeigt das Endprodukt des Herstellungsverfahrens gemäß der ersten Alternative;
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2e.2 zeigt das Endprodukt des Herstellungsverfahrens gemäß der zweiten Alternative.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens für ein optoelektronisches Bauelement. Der Herstellungsprozess lässt sich in die Schritte S1 bis S6 bzw. S1 bis S5b aufgliedern. Es gibt alternative Verfahren, die zu verschiedenen Endprodukten, dargestellt in 2f bzw. in 2e.2, führen. Die Schritte S1 bis einschließlich S4 sind bei den alternativen Verfahren identisch.
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Im Schritt S1 wird ein Substrat 102 mit einem Anschlussbereich 104, einer ersten Anschlussschicht 118 und einer zweiten Anschlussschicht 218 bereitgestellt. Auf der ersten Anschlussschicht 118 ist eine erste Verbindungsschicht 120, auf der zweiten Anschlussschicht 218 eine zweite Verbindungsschicht 220 angeordnet. Die Verbindungsschicht 120, 220 kann ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein. Das Ergebnis von Schritt S1 ist in 2a dargestellt.
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In Schritt S2 werden die Halbleiterchips 106 und 206 mit den jeweiligen Anschlussschichten 118, 218 verklebt oder verlötet. Jeweils eine Seitenfläche 114, 214 der Halbleiterchips 106, 206 weist zum Anschlussbereich 104. Auf den Halbleiterchips 106, 206 ist jeweils ein Kontaktbereich 110, 210 vorgesehen. Der Halbleiterchip 106 kann ein optoelektronischer Halbleiterchip sein. Der Halbleiterchip 206 kann ein ESD-Chip sein. Das Ergebnis von Schritt S2 ist in 2b dargestellt.
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Im Schritt S3 wird an den zum Anschlussbereich 104 weisenden Seitenflächen 114, 214 der Halbleiterchips 106, 206 jeweils ein Tropfen eines elektrisch isolierenden Isolationsmaterials 116, 216 aufgebracht. Dabei wird ein Tropfen des Isolationsmaterials, insbesondere ein Silikontropfen, durch Dosieren aufgebracht. Das Dosieren kann mittels Jetten, d. h. kontaktlos, Kolbendosieren, Druck-Zeit-Dosieren, Stempeln oder Spindeldosieren erfolgen. Das Isolationsmaterial 116, 216 weist ein Volumen zwischen etwa 10 nl und etwa 3000 nl, vorzugsweise zwischen 100 nl und 1000 nl, auf. Das Isolationsmaterial 116, 216 kann den gesamten Bereich zwischen Anschlussbereich 104 und Halbleiterchip 106, 206 abdecken. Der Anschlussbereich 104 und die Kontaktbereiche 110, 210 der Halbleiterchips 106, 206 sind nicht vom Isolationsmaterial 116, 216 bedeckt. Das Isolationsmaterial 116, 216 kann Silikon aufweisen und Streupartikel enthalten. Im Anschluss an das Aufdosieren des Isolationsmaterials wird das Isolationsmaterial thermisch und/oder durch Einwirkung von UV-Strahlung ausgehärtet. Das Ergebnis von Schritt S3 ist in 2c dargestellt.
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Im Schritt S4 wird eine Leitungsstruktur 112, 212 auf das Isolationsmaterial 116, 216 zwischen dem Kontaktbereich 110, 210 und dem Anschlussbereich 104 aufgebracht. Die Leitungsstruktur 112, 212 wird dabei flächig auf das Isolationsmaterial 116, 216 aufgebracht.
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In 1 werden zwei alternative Wege zur Ausführung des Verfahrensschrittes S4 gezeigt, die zum gleichen Zwischenprodukt, gezeigt in den 2d, 2d.1, 2d.2, führen.
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Die erste Alternative weist nur einen einzigen Verfahrensschritt (1: S4a) auf. Hierbei wird die metallische Leitungsstruktur in einer flächigen Ausprägung in einem einzigen Schritt auf das Isolationsmaterial 116, 216 und zumindest auf Bereiche der Anschlussschicht 104 und des Kontaktbereichs 110, 210 aufgebracht. Dies kann durch Siebdrucken oder Jetten oder Dispensen oder Spritzen oder Spindeldosieren realisiert werden. Um größere Leitungsstrukturdicken 130 zu erhalten, kann der gleiche Verfahrensschritt zwei oder mehrmals hintereinander ausgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Zeit, während der das Aufbringen erfolgt, verlängert werden.
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Die zweite Alternative (1: S4b) weist mehrere Teilschritte (1: S4b.1 bis S4b.5) auf. In Teilschritt S4b.1 wird eine Metallisierung 112, 212 flächig aufgebracht. Die Metallisierung 112, 212 bedeckt anschließend das Isolationsmaterial, sowie zumindest Teile des Anschlussbereichs 104 und des Kontaktbereichs 110, 210. Die Metallisierung kann in Form eines Seedlayers durch Sputtern aufgebracht werden. In Teilschritt S4b.2 wird Fotolithografie angewendet. Durch Belichten unter Einsatz einer Fotomaske und Entwickeln des dabei entstandenen Bildes wird eine Struktur auf dem Seedlayer ausgebildet. Diese Struktur bedeckt Teile des Isolationsmaterials 116, 216 und zumindest einen Bereich des Anschlussbereichs 104 und zumindest einen Bereich des Kontaktbereichs 110, 210. Die Struktur ist durchgängig. Diese Struktur wird in dem Teilschritt S4b.3 galvanisch verstärkt. Um die Dicke der Metallisierung, meist aus Kupfer, zu erhöhen, kann der Teilschritt der galvanischen Verstärkung mehrfach wiederholt werden oder länger durchgeführt werden. Mit anderen Worten ist bei der zweiten Alternative der Metallisierungsprozess also 2-stufig (S4b.1 und S4b.3) mit einem dazwischen liegenden Fotolithografie-Schritt (S4b.2). Im anschließenden Teilschritt S4b.4 wird die Fotofolie entfernt. Der Bereich des Seedlayers der nicht von der galvanisch verstärkten Struktur bedeckt ist, wird in dem Teilschritt S4b.5 vollständig weggeätzt.
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Das Ergebnis des Verfahrensschrittes S4, also unabhängig davon, ob dieser Schritt gemäß Alternative S4a oder Alternative S4b ausgeführt wird, ist in 2d dargestellt. 2d zeigt in einer schematischen Schnittansicht die Leitungsstruktur 112, 212, die auf dem Isolationsmaterial 116, 216 angebracht ist. Die Leitungsstruktur 112, 212 ist formschlüssig an das Isolationsmaterial 116, 216 angeformt. Die Leitungsstruktur 112, 212 verbindet den Anschlussbereich 104 mit dem Kontaktbereich 110, 210 des Halbleiterchips 106, 206. Die Leitungsstruktur 112, 212 weist einen Kopfabschnitt 112k, 212k und einen Fußabschnitt 112f, 212f auf. Der Fußabschnitt 112f, 212f ist mit dem Anschlussbereich 104 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Der Kopfabschnitt 112k, 212k ist mit dem Kontaktbereich 110, 210 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Die Leitungsstruktur 112, 212 weist zwischen ihrem Fußabschnitt 112f, 212f und ihrem Kopfabschnitt 112k, 212k eine gebogene Form auf. Die gebogene Form kann eine S-Form sein. Diese Form ist durch die Form der Oberfläche des Isolationsmaterials 116, 216 zwischen dem Kontaktbereich 110, 210 und dem Anschlussbereich 104 bedingt. Die Leitungsstruktur 112, 212 ist ein Metall oder eine metallische Legierung.
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2d.1 zeigt wie 2d das Ergebnis von Verfahrensschritt S4. 2d.1 zeigt eine andere Anordnung des Isolationsmaterials 116. Zudem zeigt 2d.1 nur einen Ausschnitt des optoelektronischen Bauelements 100. In 2d.1 benetzt das Isolationsmaterial 116 vollständig die Seitenfläche 114 des Halbleiterchips 106. Jedoch ist die Menge des Isolationsmaterials 116 so gering, dass das Isolationsmaterial nicht den Anschlussbereich 104 berührt. Dies hat zur Folge, dass der Fußabschnitt 112k der Leitungsstruktur 112 bereichsweise das Substrat 102 berührt.
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2d.2 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht des Zwischenprodukts nach Schritt S4. 2d.2 zeigt nur einen Ausschnitt des optoelektronischen Bauelements 100. Die Leitungsstruktur 112, 212 weist über ihre gesamte Erstreckung eine in etwa homogene Leitungsstrukturdicke 130 und eine in etwa homogene Leitungsstrukturbreite 132 auf. Das Isolationsmaterial 116 füllt das gesamte Volumen aus, das von der Leitungsstruktur 112, der dem Halbleiterchip 106 zugewandten Seitenfläche des Anschlussbereichs 104 und der Seitenfläche 114 des Halbleiterchips 106 eingeschlossen wird. Die Leitungsstruktur 112 liegt auf dem Isolationsmaterial 116 auf.
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Nach Abschluss des Verfahrenschritts S4 gibt es verschiedene Wege, die zu verschiedenen Endprodukten führen. Ein erster Weg zeigt zwei Teilschritte S5a und S6 und führt zu einem Endprodukt, das in 2f dargestellt ist. Ein zweiter Weg zeigt einen einzigen Schritt S5b und führt zu einem Endprodukt, das in 2e.2 dargestellt ist.
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Im Schritt S5a wird nach dem Aufbringen der Leitungsstruktur 112, 212 eine Konverterschicht 124 auf dem leuchtfähigen Halbleiterchip 106 mittels einer Ankoppelschicht 122 befestigt. Das Ergebnis von Verfahrensschritt S5a ist in 2e.1 dargestellt.
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Im abschließenden Schritt S6 wird auf freiliegende Bereiche des optoelektronischen Bauelements ein Verguss 126 mit Streupartikel, insbesondere TiO2-Partikel, aufgebracht. Die Konverterschicht 124 ist nicht von dem Verguss 126 bedeckt. Das Ergebnis des abschließenden Verfahrensschrittes S6 ist in 2f dargestellt.
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Im abschließenden Schritt S5b werden freiliegende Bereiche der Halbleiterchips 106, 206, die Leitungsstruktur 112, 212, freiliegende Bereiche des Anschlussbereichs 104 und freiliegende Bereiche des Substrats 102 von einem Verguss 128 mit Leuchtstoffpartikeln abgedeckt. Das Ergebnis des abschließenden Verfahrensschritt S5b ist in 2e.2 dargestellt.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein optoelektronisches Bauelement. Das elektronische Bauelement weist ein Substrat auf mit einem Anschlussbereich. Auf dem Substrat ist ein Halbleiterchip angeordnet. Auf einer Oberfläche des Halbleiterchips, ist ein Kontaktbereich angeordnet. Der Anschlussbereich ist mit dem Kontaktbereich über eine Leitungsstruktur elektrisch leitend verbunden. Eine zum Anschlussbereich weisende Seitenfläche des Halbleiterchips ist von einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial bedeckt. Die Leitungsstruktur liegt zumindest Bereichsweise auf dem Isolationsmaterial auf. Durch den lokalen Einsatz des Isolationsmaterials kann ein Kurzschluss am Halbleiterchip verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- elektronisches Bauelement einer ersten Ausführungsform
- 101
- elektronisches Bauelement einer zweiten Ausführungsform
- 102
- Substrat
- 104
- Anschlussbereich
- 106
- Halbleiterchip, insbesondere lichtemittierend
- 108
- Oberfläche des Halbleiterchip
- 110
- Kontaktbereich auf Halbleiterchip
- 112
- Leitungsstruktur
- 112k
- Kopfabschnitt der Leitungsstruktur
- 112f
- Fußabschnitt der Leitungsstruktur
- 114
- Seitenfläche des Halbleiterchip
- 116
- Isolationsmaterial
- 118
- Anschlussschicht
- 120
- Verbindungsschicht
- 122
- lichtdurchlässige Ankoppelschicht
- 124
- Konverterschicht
- 126
- Verguss mit Streupartikeln
- 128
- Verguss mit Konverterpartikeln
- 130
- Leitungsstrukturdicke
- 132
- Leitungsstrukturbreite
- 206
- Halbleiterchip, insbesondere ESD-Chip
- 208
- Oberfläche des Halbleiterchip
- 210
- Kontaktbereich auf Halbleiterchip
- 212
- Leitungsstruktur
- 212k
- Kopfabschnitt der Leitungsstruktur
- 212f
- Fußabschnitt der Leitungsstruktur
- 214
- Seitenfläche des Halbleiterchip
- 216
- Isolationsmaterial
- 218
- Anschlussschicht
- 220
- Verbindungsschicht
- X
- Längsrichtung
- Y
- Querrichtung
- Z
- Richtung, vertikal zu X und vertikal zu Y
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005081319 A1 [0011, 0012]
- DE 102006015788 A1 [0012, 0012]
