DE102010045390A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Halbleiterbauteils - Google Patents

Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Halbleiterbauteils Download PDF

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Abstract

Es wird optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, mit – einem substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der an einer Oberseite eine erste Hauptfläche (1a) und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche (1b) aufweist, und – einem metallischen Träger (2), der an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips (1) angeordnet ist, wobei, – der metallische Träger (2) den optoelektronischen Halbleiterchip (1) in zumindest einer lateralen Richtung (1) überragt und – der metallische Träger (3) galvanisch oder stromlos an der zweiten Hauptfläche (1b) des optoelektronischen Halbleiterchips (1) abgeschieden ist.

Description

  • Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
  • Die Druckschriften DE 10 2005 053 274 , WO 2006/032252 und WO 2009/079978 beschreiben optoelektronische Halbleiterbauteile.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das verbesserte thermische Eigenschaften aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich um einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, insbesondere um eine Lumineszenzdiode, handeln. Der optoelektronische Halbleiterchip ist dann durch eine Laserdiode oder durch eine Leuchtdiode gebildet. Vorzugsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarotstrahlung, insbesondere von sichtbarem Licht eingerichtet. Ferner ist es möglich, dass es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen strahlungsdetektierenden Halbleiterchip, also beispielsweise um eine Fotodiode, handelt.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip ist vorliegend substratlos ausgebildet. Das heißt, ein Aufwachssubstrat, auf welches die Halbleiterschichten des optoelektronischen Halbleiterchips epitaktisch aufgewachsen werden, ist von den epitaktisch gewachsenen Schichten entfernt. Der optoelektronische Halbleiterchip besteht daher aus seinen epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten und gegebenenfalls aus Metallisierungen, die an einer Außenfläche des durch die epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten gebildeten Halbleiterkörpers aufgebracht sind. Der substratlose optoelektronische Halbleiterchip zeichnet sich dabei unter anderem durch seine geringe Dicke aus. Vorzugsweise weist der substratlose optoelektronische Halbleiterchip eine Dicke von weniger als 10 μm, vorzugsweise weniger als 7 μm, zum Beispiel zirka 6 μm auf.
  • Der substratlose optoelektronische Halbleiterchip weist an seiner Oberseite eine erste Hauptfläche und an seiner Unterseite eine zweite Hauptfläche auf. Die beiden Hauptflächen können durch zumindest eine Seitenfläche miteinander verbunden sein. Beispielsweise tritt im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung aus dem substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip größtenteils durch die erste Hauptfläche aus. Die zweite Hauptfläche kann dann als Montagefläche dienen, mit der der optoelektronische Halbleiterchip auf einem Träger montiert ist. Dabei ist es möglich, dass die Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips an der zweiten Hauptfläche angeordnet sind. Der optoelektronische Halbleiterchip kann in diesem Fall oberflächenmontierbar sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen metallischen Träger, der an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist. Der metallische Träger ist mit einem Material gebildet, das metallische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise besteht der metallische Träger aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Der metallische Träger ist an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet und vorzugsweise dort mechanisch am optoelektronischen Halbleiterchip befestigt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der metallische Träger galvanisch oder stromlos an der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips abgeschieden. Das heißt, der metallische Träger ist durch galvanisches oder stromloses Abscheiden erzeugt. Beim Erzeugen durch galvanisches oder stromloses Abscheiden handelt es sich um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil eindeutig von anderen Herstellungsverfahren unterscheidbar ist. Insbesondere kann aufgrund des Fehlens eines Verbindungsmittels wie etwa einer Lotmetallisierung zwischen metallischem Träger und optoelektronischem Halbleiterchip eindeutig nachgewiesen werden, dass der metallische Träger an der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips abgeschieden ist und nicht etwa auf andere Weise am optoelektronischen Halbleiterchip befestigt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils überragt der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip in zumindest einer lateralen Richtung. Die lateralen Richtungen sind dabei beispielsweise jene Richtungen, welche parallel zur zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips verlaufen. Der metallische Träger schließt also vorliegend in lateraler Richtung nicht bündig mit dem optoelektronischen Halbleiterchip ab, sondern er überragt diesen an zumindest einer Seitenfläche. Vorzugsweise überragt der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip vollständig. Das heißt, der metallische Träger überragt den optoelektronischen Halbleiterchip dann in allen lateralen Richtungen, das heißt an allen Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips. Insgesamt weist der metallische Träger dadurch eine größere Grundfläche als der optoelektronische Halbleiterchip auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip, der an einer Oberseite eine erste Hauptfläche und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche aufweist. Weiter umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen metallischen Träger, der an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist, wobei der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip in zumindest einer lateralen Richtung überragt und der metallische Träger galvanisch oder stromlos an der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips abgeschieden ist.
  • Bei galvanisch oder stromlos abgeschiedenen metallischen Trägern geschieht das Abscheiden der metallischen Träger auf die optoelektronischen Halbleiterchips aus Gründen der Effizienz bisher im Waferverbund. Bedingt dadurch schließt der Träger in lateraler Richtung bündig mit dem optoelektronischen Halbleiterchip ab. Das vorliegend beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil erlaubt es, diese Geometrieabhängigkeit zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und metallischem Träger aufzulösen. Der metallische Träger kann andere geometrische Abmessungen und Formen als der optoelektronische Halbleiterchip aufweisen. Dies erlaubt einen skalierbaren metallischen Träger, der sich beispielsweise durch eine verbesserte thermische Ankopplung beim Einsatz des optoelektronischen Halbleiterbauteils auszeichnet. Mit anderen Worten kann der metallische Träger, auf dem sich der optoelektronische Halbleiterchip befindet, geometrisch veränderbar gestaltet werden. Der metallische Träger, also der Sockel des optoelektronischen Halbleiterchips, kann in lateraler Richtung expandiert werden. Dadurch kann beispielsweise eine verbesserte thermische Ankopplung des optoelektronischen Halbleiterbauteils erreicht werden.
  • Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips bereitgestellt, wobei jeder der optoelektronischen Halbleiterchips an einer Oberseite eine erste Hauptfläche und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche aufweist. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich um substratlose optoelektronische Halbleiterchips. Das heilt, das Aufwachssubstrat der optoelektronischen Halbleiterchips wird vor dem Bereitstellen entfernt und bereits vor dem Bereitstellen der Vielzahl von substratlosen optoelektronischen Halbleiterchips erfolgt eine Vereinzelung beispielsweise eines Halbleiterwafers in die Vielzahl von substratlosen optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten Verfahrensschritt die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Zwischenträger angeordnet und mechanisch befestigt. Der Zwischenträger kann dazu beispielsweise aus einem keramischen Material oder Glas bestehen. Die Befestigung kann beispielsweise mittels einer lösbaren Klebeverbindung erfolgen. Die optoelektronischen Halbleiterchips können auf dem Zwischenträger in beliebigen Abständen zueinander angeordnet werden. Vorzugsweise werden die optoelektronischen Halbleiterchips beabstandet zueinander angeordnet, sodass zwischen zwei zueinander unmittelbar benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips je ein Zwischenraum ausgebildet ist. Die Größe dieses Zwischenraums bestimmt später beim fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil die laterale Erstreckung des Trägers und damit, wie weit der Träger in lateraler Richtung über den optoelektronischen Halbleiterchip übersteht. Bei optoelektronischen Halbleiterchips, die beispielsweise thermisch besonders stark beansprucht werden, kann der Zwischenraum besonders groß gewählt werden, sodass sich ein metallischer Träger ergibt, der besonders weit in lateraler Richtung über den optoelektronischen Halbleiterchip übersteht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt in einem nächsten Verfahrensschritt ein Auffüllen der Zwischenräume mit einer elektrisch isolierenden Schicht. Das Auffüllen geschieht dabei beispielsweise derart, dass die elektrisch isolierende Schicht bündig mit der dem Zwischenträger abgewandten Seite der optoelektronischen Halbleiterchips, also der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips an ihrer Unterseite, abschließt. Die elektrisch isolierende Schicht kann beispielsweise mit einem Silikon, einem Epoxidharz oder einer Kombination dieser Materialien gebildet sein. Ferner ist es möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht PCB oder ein Spin-On-Glas enthält oder aus einem dieser Materialien besteht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten Verfahrensschritt eine Keimschicht auf die dem Zwischenträger abgewandte Seite der optoelektronischen Halbleiterchips und der elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht. Die Keimschicht ist beispielsweise mit einem metallischen Material gebildet und kann durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht werden. Die Keimschicht geht eine innige Verbindung mit den optoelektronischen Halbleiterchips und der elektrisch isolierenden Schicht ein. Auf die Keimschicht wird anschließend ein metallischer Träger galvanisch oder stromlos abgeschieden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips, wobei jeder der optoelektronischen Halbleiterchips an einer Oberseite eine erste Hauptfläche und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche aufweist,
    • – Anordnen und Befestigen der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Zwischenträger, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips beabstandet zueinander angeordnet werden, sodass zwischen zwei zueinander unmittelbar benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips je ein Zwischenraum ausgebildet ist, und
    • – Auffüllen der Zwischenräume mit einer elektrisch isolierenden Schicht,
    • – Aufbringen einer Keimschicht auf die dem Zwischenträger abgewandte Seite der optoelektronischen Halbleiterchips und der elektrisch isolierenden Schicht, und
    • – galvanisches oder stromloses Abscheiden eines metallischen Trägers auf die Keimschicht.
  • Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann vorzugsweise ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt. Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich sowohl auf das optoelektronische Halbleiterbauteil als auch auf das hier beschriebene Verfahren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip in zumindest einer lateralen Richtung um wenigstens 100 μm, vorzugsweise um wenigstens 250 μm. Dabei ist es möglich, dass der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip in allen lateralen Richtungen um wenigstens 100 μm, vorzugsweise um wenigstens 250 μm überragt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der metallische Träger den optoelektronischen Halbleiterchip in zumindest einer lateralen Richtung um wenigstens 10%, vorzugsweise um wenigstens 25% der maximalen Kantenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips. Die maximale Kantenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips ist dabei bei einem Rechteckigen optoelektronischen Halbleiterchip die Länge der längeren der beiden Kanten. Bei einem runden optoelektronischen Halbleiterchip ist die maximale Kantenlänge der Durchmesser des optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem metallischen Träger und der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips eine Keimschicht (englisch: seed layer) angeordnet, die sich zumindest stellenweise direkt im Kontakt mit dem metallischen Träger und der zweiten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips befindet. Die Keimschicht kann dabei aus dem gleichen oder aus einem anderen Material als dem metallischen Träger bestehen. Beispielsweise wird die Keimschicht mittels Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht. Die Keimschicht vermittelt eine mechanisch feste Verbindung zwischen optoelektronischem Halbleiterchip und metallischem Träger, die sich nur unter Zerstörung des optoelektronischen Halbleiterbauteils lösen lässt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Keimschicht dazu eingerichtet, vom optoelektronischen Halbleiterchip zu emittierende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Vorzugsweise weist die Keimschicht dazu dann eine Reflektivität von mindestens 50%, beispielsweise von wenigstens 75% für diese elektromagnetische Strahlung auf. Die Keimschicht kann beispielsweise Silber enthalten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der metallische Träger elektrisch leitend und bildet zumindest eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils. Das heißt, der metallische Träger ist mit zumindest einer Kontaktstelle des optoelektronischen Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden, beispielsweise die dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandte Seite des metallischen Trägers bildet dann zumindest eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils, über welche dieses kontaktiert werden kann. In dieser Ausführungsform ist auch die Keimschicht elektrisch leitend ausgebildet, sodass ein über den metallischen Träger eingeprägter elektrischer Strom durch die Keimschicht in den optoelektronischen Halbleiterchip gelangt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der metallische Träger elektrisch voneinander isolierte Teilbereiche, wobei jeder der Teilbereiche eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils bildet und die elektrischen Anschlussstellen ungleichnamig sind. Das heißt, der metallische Träger ist in wenigstens zwei Teilbereiche aufgeteilt, die Anschlussstellen zur n- und p-seitigen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips bilden.
  • Auf diese Weise ist es möglich, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil oberflächenmontierbar ist, wobei die Anschlussstellen an der dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite des metallischen Trägers ausgebildet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält oder besteht der metallische Träger aus einem der folgenden Materialien: Nickel, Kupfer, Gold, Palladium. Dabei ist es möglich, dass der metallische Träger Bereiche, beispielsweise Schichten, anderer Materialien aufweist. So kann der metallische Träger von seiner dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandten Seite zu seiner dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite beispielsweise folgenden Schichtaufbau aufweisen: eine Schicht aus Nickel, eine Schicht aus Palladium, eine Schicht aus Gold.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Vielzahl substratloser optoelektronischer Halbleiterchips, wobei der metallische Träger alle optoelektronischen Halbleiterchips in lateraler Richtung vollständig überragt. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips kann es sich dann insbesondere auch um optoelektronische Halbleiterchips handeln, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren. Zum Beispiel umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil dann zumindest einen rotes Licht, einen grünes Licht und einen blaues Licht emittierenden optoelektronischen Halbleiterchip. Die optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Halbleiterbauteils können elektrisch voneinander getrennt sein, so dass sie unabhängig voneinander betreibbar sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil genau einen einzigen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine elektrisch isolierende Schicht, die den metallischen Träger an seiner dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandten Außenfläche und vom optoelektronischen Halbleiterchip freien Außenfläche bedeckt, wobei die elektrisch isolierende Schicht eine Seitenfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zumindest stellenweise bedeckt. Mit anderen Worten ist die dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandte Oberseite des metallischen Trägers mit dem optoelektronischen Halbleiterchip und der elektrisch isolierenden Schicht bedeckt. Die elektrisch isolierende Schicht kann dabei beispielsweise bündig mit der dem Träger abgewandten ersten Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips abschließen. Der optoelektronische Halbleiterchip kann an seinen Seitenflächen vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sein. Die dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandte Hauptfläche des Trägers an der Oberseite des Trägers ist daher vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht und dem optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schicht dazu eingerichtet, vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb zu emittierende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Dazu kann die elektrisch isolierende Schicht beispielsweise Partikel eines Füllstoffs aufweisen. Reflektierend bedeutet, dass die elektrisch isolierende Schicht für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich eine Reflektivität von insbesondere mehr als 80% oder von mehr als 90%, bevorzugt von mehr als 94% aufweist. Die elektrisch isolierende Schicht reflektiert bevorzugt diffus. Für einen Betrachter erscheint das Vergussmaterial bevorzugt weiß. Die reflektierenden Partikel sind zum Beispiel aus einem Metalloxid wie Aluminiumoxid oder Titanoxid, aus einem Metallfluorid wie Calciumfluorid oder aus einem Siliziumoxid hergestellt oder bestehen daraus. Ein mittlerer Durchmesser der Partikel, beispielsweise ein Median-Durchmesser d50 in Q0, liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,3 μm und 5 μm. Ein Gewichtsanteil der Partikel an der gesamten reflektierenden Schicht beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 5% und 50%, insbesondere zwischen einschließlich 10% und 30%. Die Partikel wirken reflektierend aufgrund ihrer bevorzugt weißen Farbe und/oder aufgrund ihres Brechungsindexunterschieds zu dem Matrixmaterial.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist lediglich die erste Hauptfläche des optoelektronischen Halbleiterchips frei zugänglich. Das heißt, abgesehen von der ersten Hauptfläche ist der optoelektronische Halbleiterchip vollständig bedeckt. Der optoelektronische Halbleiterchip kann dabei beispielsweise von der Keimschicht, dem metallischen Träger und/oder der elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sein. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der optoelektronische Halbleiterchip, falls er ein strahlungsemittierender Halbleiterchip ist, die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ausschließlich durch die erste Hauptfläche emittiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden vor dem galvanischen oder stromlosen Abscheiden elektrisch isolierende Trennstrukturen auf der Keimschicht erzeugt, welche die Keimschicht stellenweise bedecken. Diese Trennstrukturen dienen zur Bildung elektrisch voneinander isolierter Teilbereiche des metallischen Trägers, die im fertig gestellten optoelektronischen Halbleiterbauteil Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterbauteils bilden, welche ungleichnamig sein können.
  • Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
  • Die 1A und 1B zeigen anhand schematischer Perspektivdarstellungen zwei Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
  • Anhand der 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 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/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • In Verbindung mit der perspektivischen schematischen Darstellung der 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip 1. Der substratlose optoelektronische Halbleiterchip 1 ist frei von einem Aufwachssubstrat. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Lumineszenzdiodenchip, zum Beispiel eine Leuchtdiode, oder um einen strahlungsdetektierenden Chip wie etwa eine Fotodiode.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip weist an seiner Oberseite eine erste Hauptfläche 1a auf. An seiner Unterseite weist der optoelektronische Halbleiterchip 1 eine zweite Hauptfläche 1b auf. Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip quaderförmig ausgebildet, sodass die erste Hauptfläche 1a und die zweite Hauptfläche 1b die gleiche Form und Größe aufweisen.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst ferner einen metallischen Träger 2. Der metallische Träger ist durch galvanisches oder stromloses Abscheiden erzeugt. Zwischen dem metallischen Träger 2 und der zweiten Hauptfläche 1b des optoelektronischen Halbleiterchips 1 ist eine Keimschicht 21 angeordnet, welche eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem metallischen Träger 2 und dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 vermittelt. Der Träger 2 überragt den optoelektronischen Halbleiterchip 1 an dessen Seitenflächen 1c in allen lateralen Richtungen 1 vollständig. Beispielsweise ist die Grundfläche des Trägers 2 wenigstens doppelt so groß wie der Flächeninhalt der zweiten Hauptfläche 1b und/oder der ersten Hauptfläche 1a des optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Vorliegend ist der Träger 2 elektrisch leitend ausgebildet. Auch die Keimschicht 21 ist elektrisch leitend ausgebildet. Der Träger 2 bildet daher eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils und ist dazu an der Unterseite 1b elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 verbunden.
  • In Verbindung mit der schematischen Perspektivdarstellung der 1B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Träger 2 zwei Teilbereiche 2a, 2b auf, welche durch ein elektrisch isolierendes Material 3 elektrisch voneinander isoliert sind. Das elektrisch isolierende Material kann beispielsweise mit Silikon, Epoxidharz, einem keramischen Material oder einem glashaltigen Material gebildet sein. Die Teilbereiche 2a, 2b bilden ungleichnamige Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterchips 1. Beispielsweise sind sie dazu mit unterschiedlichen Bereichen des optoelektronischen Halbleiterchips 1 an der Unterseite 1b des optoelektronischen Halbleiterchips 1 elektrisch leitend verbunden.
  • Vorliegend ist das optoelektronische Halbleiterbauteil daher oberflächenmontierbar, das heißt es kann durch eine Klebe- oder Lötverbindung an der dem Halbleiterchip 1 abgewandten Unterseite des Trägers 2 mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert sein.
  • Als weiterer Unterschied zum optoelektronischen Halbleiterbauteil gemäß der 1A weist das optoelektronische Halbleiterbauteil im Ausführungsbeispiel der 1B eine elektrisch isolierende Schicht 4 auf, welche den optoelektronischen Halbleiterchip 1 an dessen Seitenflächen 1c bedeckt und bündig mit der ersten Hauptfläche 1a abschließen kann, sodass sich der optoelektronische Halbleiterchip 1 und die elektrisch isolierende Schicht 4 gegenseitig nicht überragen. Beispielsweise ist es möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht 4 strahlungsreflektierend ausgebildet ist und dazu mit Partikeln eines Füllstoffs versehen ist.
  • Ferner ist es möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht 4 und das elektrisch isolierende Material 3 mit dem gleichen Material gebildet sind. Die elektrisch isolierende Schicht 4 kann dabei beispielsweise die Keimschicht 21 bedecken. Im Bereich des elektrisch isolierenden Materials 3 ist die Keimschicht 21 jedoch entfernt, sodass sich die elektrisch isolierende Schicht 4 und das elektrisch isolierende Material 3 in direktem Kontakt miteinander befinden.
  • In Verbindung mit den 2A bis 2E ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt werden substratlose optoelektronische Halbleiterchips 1 mit ihren ersten Hauptflächen 1a auf einen Zwischenträger 5 aufgebracht, der beispielsweise mit Glas gebildet sein kann. Die mechanische Haftung zwischen Zwischenträger 5 und optoelektronischen Halbleiterchips 1 wird durch eine Verbindungsmittelschicht 6 vermittelt, bei der es sich beispielsweise um eine Klebeverbindung handelt. Zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 1 sind Zwischenräume 7 ausgebildet.
  • Die Zwischenräume 7 werden nachfolgend mit der elektrisch isolierenden Schicht 4 versehen, die beispielsweise mit PCB oder Spin-On-Glas gebildet sein kann.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt wird die Keimschicht 21 auf die dem Zwischenträger 5 abgewandte Oberseite des Verbunds aufgebracht. Auf die Keimschicht 21 folgt der metallische Trägerverbund 20, der beispielsweise galvanisch oder stromlos auf die Keimschicht 21 abgeschieden wird (vergleiche 2B).
  • In einem weiteren Verfahrensschritt (2C) wird der Zwischenträger 5 wieder entfernt. An der dem Trägerverbund 20 abgewandten Seite liegen die ersten Hauptflächen 1a der optoelektronischen Halbleiterchips 1 frei.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 2d erfolgt das Vereinzeln zu einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauteilen mit je einem metallischen Träger 2 und zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip 1, vergleiche 2D.
  • Wie in Verbindung mit 2E dargestellt, kann das optoelektronische Halbleiterbauteil anschließend einen Anschlussträger, beispielsweise einen Trägerrahmen (englisch: lead frame) 11 mit der dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 abgewandten Unterseite des metallischen Trägers 2 zum Beispiel durch Löten befestigt werden. Der metallische Träger 2 bildet dann eine erste elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils. Eine zweite elektrische Anschlussstelle ist durch das Bondpad 10a an der ersten Hauptfläche 1a des optoelektronischen Halbleiterchips 1 gebildet, das mittels eines Anschlussdrahts 9 mit einem entsprechenden Bondpad 10b des Trägerrahmens 11 verbunden ist.
  • Wie schematisch in 2E dargestellt, kann vom optoelektronischen Halbleiterchip 1 im Betrieb erzeugte Wärme 8 durch den metallischen Träger 2 besonders großflächig an den Trägerrahmen 11 abgegeben werden.
  • In Verbindung mit den 3A bis 3G ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. Ein Unterschied zum in Verbindung mit den 2A bis 2E beschriebenen Verfahren ergibt sich hier beim in der 3C schematisch dargestellten Verfahrensschritt. In diesem Verfahrensschritt werden elektrisch isolierende Trennstrukturen beispielsweise durch Belichten und Entwickeln eines Fotolacks 12 auf der dem Zwischenträger 5 abgewandten Seite der Keimschicht 21 gebildet. Die Trennstrukturen 12 bilden im nächsten Verfahrensschritt, 3D, elektrische Isolatoren beim Abscheiden des Trägerverbunds 20 galvanisch oder stromlos.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt, 3E, werden die elektrisch isolierenden Trennstrukturen 12 abgelöst, sodass Durchbrüche 13 im Trägerverbund 20 entstehen.
  • In der 3F ist dargestellt, dass die Durchbrüche 13 nachfolgend mit dem elektrisch isolierenden Material 3 aufgefüllt werden.
  • Durch Vereinzeln entstehen die in der 3G dargestellten optoelektronischen Halbleiterbauteile, welche einen metallischen Träger 2 mit zwei Teilbereichen 2a, 2b aufweisen, welche ungleichnamige elektrische Anschlussstellen des optoelektronischen Halbleiterbauteils bilden. Das Vereinzeln kann beispielsweise, wie auch beim Ausführungsbeispiel der 2A bis 2E, mittels einer Fototechnik und nachfolgendem Ätzen, zum Beispiel mit FeCl3 erfolgen.
  • In Verbindung mit den 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert, das beispielsweise mit einem Verfahren ähnlich zum in Verbindung mit den 3A bis 3G beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann. Im Unterschied zum in Verbindung mit den 3A bis 3G beschriebenen Verfahren wird auf die elektrisch isolierende Schicht 4 verzichtet, indem diese nach Abschluss des Verfahrens wieder entfernt wird. Alternativ kann die Schicht 4 jedoch auch im optoelektronischen Halbleiterbauteil verbleiben.
  • Anhand der 4A und 4B ist nun die Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 1 näher dargestellt. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 weist an seiner Unterseite, das heißt an der zweiten Hauptfläche 1b, eine Kontaktstelle 14a und eine davon isolierte Kontaktstelle 14b auf. Die elektrisch isolierte Kontaktstelle 14b dient beispielsweise zum p-seitigen Anschluss des optoelektronischen Halbleiterchips 1, während die Kontaktstelle 14a zum n-seitigen Anschluss dient.
  • Beispielsweise kann ausgehend von der p-seitigen Kontaktstelle 14b ein Durchbruch durch das n-leitende Halbleitermaterial sowie einen aktiven Bereich des optoelektronischen Halbleiterchips 1 ausgebildet sein, der mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet und mit einem elektrisch leitenden Material befüllt ist, welches einen elektrischen Kontakt zur p-Seite des Halbleiterchips 1 herstellt. Alternativ kann der Durchbruch auch mit dem n-leitenden Halbleitermaterial verbunden sein, das heißt anders als in der 4B dargestellt, können n-seitige und p-seitige Kontakte auch vertauscht sein.
  • Das elektrisch isolierende Material 3 ist nun derart in einem Graben angeordnet, dass ein Teilbereich 2b des Trägers 2 entsteht, der von den Teilbereichen 2a elektrisch isoliert ist. Auf diese Weise sind an der dem Halbleiterchip 1 abgewandten Unterseite des Trägers zwei Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils angeordnet. Die 4B zeigt dabei eine Schnittdarstellung entlang der Grenzfläche zwischen Träger 2 und optoelektronischem Halbleiterchip 1.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit – einem substratlosen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der an einer Oberseite eine erste Hauptfläche (1a) und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche (1b) aufweist, und – einem metallischen Träger (2), der an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips (1) angeordnet ist, wobei, – der metallische Träger (2) den optoelektronischen Halbleiterchip (1) in zumindest einer lateralen Richtung (1) überragt und – der metallische Träger (3) galvanisch oder stromlos an der zweiten Hauptfläche (1b) des optoelektronischen Halbleiterchips (1) abgeschieden ist.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem zwischen dem metallischen Träger (2) und der zweiten Hauptfläche (1b) des optoelektronischen Halbleiterchips (1) eine Keimschicht (21) angeordnet ist, die sich zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem metallischen Träger (2) und der zweiten Hauptfläche (1b) des optoelektronischen Halbleiterchips (1) befindet.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Keimschicht (21) dazu eingerichtet ist, vom optoelektronischen Halbleiterchip (1) im Betrieb zu emittierende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der metallische Träger (2) elektrisch leitend ist und zumindest eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleitbauteils bildet.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der metallische Träger (2) elektrisch voneinander isolierte Teilbereiche (2a, 2b) umfasst, wobei jeder der Teilbereich eine elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils bildet, wobei die elektrischen Anschlussstellen ungleichnamig sind.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, das oberflächenmontierbar ist.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der metallische Träger (2) den optoelektronischen Halbleiterchip (1) lateral vollständig überragt.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Vielzahl substratloser optoelektronischer Halbleiterchips (1), wobei der metallische Träger (3) alle optoelektronische Halbleiterchips (1) in lateraler Richtung vollständig überragt.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer elektrisch isolierenden Schicht (4), die den metallischen Träger (2) an seiner dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) zugewandten Außenfläche und vom optoelektronischen Halbleiterchip (1) freien Außenfläche bedeckt, wobei die elektrisch isolierende Schicht (4) eine Seitenfläche (1c) des optoelektronischen Halbleiterchips (1) zumindest stellenweise bedeckt.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die elektrisch isolierende Schicht (4) dazu eingerichtet ist, vom optoelektronischen Halbleiterchip (1) im Betrieb zu emittierende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der optoelektronische Halbleiterchip (1) abgesehen von der ersten Hauptfläche (1a) vollständig, insbesondere von der Keimschicht (21), dem metallischen Träger (2) und/oder der elektrisch isolierenden Schicht (4), bedeckt ist.
  12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der optoelektronischen Halbleiterchip (1) ein strahlungsemittierender Halbleiterchip ist, der elektromagnetische Strahlung im Betrieb ausschließlich durch die erste Hauptfläche (1a) emittiert.
  13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Vielzahl von substratlosen optoelektronischen Halbleiterchips (1), wobei jeder der optoelektronischen Halbleiterchips (1) an einer Oberseite eine erste Hauptfläche (1a) und an einer Unterseite eine zweite Hauptfläche (1b) aufweist, – Anordnen und Befestigen der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (1) auf einem Zwischenträger (5), wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (1) beanstandet zueinander angeordnet werden, so dass zwischen zwei zueinander unmittelbar benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips (1) je ein Zwischenraum (7) ausgebildet ist, – Auffüllen der Zwischenräume (7) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (4), – Aufbringen einer Keimschicht (21) auf die dem Zwischenträger (5) abgewandte Seite der optoelektronischen Halbleiterchips (1) und der elektrisch isolierenden Schicht (4), – galvanisches oder stromloses Abscheiden eines metallischen Trägers (2) auf die Keimschicht (21).
  14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem galvanischen oder stromlosen Abscheiden elektrisch isolierende Trennstrukturen (12) auf der Keimschicht (21) erzeugt werden, die die Keimschicht (21) stellenweise bedecken.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei ein optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird.
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