DE102011000120B4

DE102011000120B4 - Elektronische lichtemittierende Anordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102011000120B4
Application number: DE102011000120.4A
Authority: DE
Inventors: Adolf Koller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: US8482019B2; DE102011000120A1; US20110180837A1

Abstract

Elektronische lichtemittierende Anordnung (10), umfassend:
einen Systemträger (1);
eine über einer ersten Oberfläche (1.1) des Systemträgers (1) angeordnete Leuchtdiode (2);
einen gekapselten Halbleiterchip (3), der eine elektronische Schaltung (3.1) zum Ansteuern der Leuchtdiode (2) umfasst, wobei der gekapselte Halbleiterchip (3) über einer zweiten Oberfläche (1.2) des Systemträgers (1) angeordnet ist, wobei die zweite Oberfläche (1.2) der ersten Oberfläche (1.1) gegenüberliegt; und
ein Einkapselungsmaterial (14), das die Leuchtdiode (2) und den gekapselten Halbleiterchip (3) einkapselt,
wobei der Systemträger (31) einen Hauptteil (31A), einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil umfasst, wobei der Hauptteil (31A) eine planare Struktur aufweist und eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei der Hauptteil (31A) zwischen der Leuchtdiode (32) und dem gekapselten Halbleiterchip (33) angeordnet ist, und
wobei der erste Teil in derselben Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische lichtemittierende Anordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Eine elektronische lichtemittierende Anordnung umfasst eine Leuchtdiode und eine elektronische Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdiode. Beide elektrischen Komponenten müssen zusammen in einem Modul integriert werden, um zum Beispiel Teil einer Lampe zu werden. Darüber hinaus muss die von der elektronischen lichtemittierenden Anordnung erzeugte Wärme effizient abgeführt werden, so dass während des Betriebs der verschiedenen Komponenten keine Beschädigung auftritt. Die DE 10 2008 032 967 A1 zeigt eine lichtemittierende Diodeneinheit mit einer Leuchtdiode und einem Halbleiterchip zum Steuern der Leuchtdiode, welche an gegenüberliegenden Seiten eines Systemträgers angeordnet sind. Weitere lichtemittierende Anordnungen sind in der JP 2004 - 128 408 A und der DE 11 2006 002 488 T5 offenbart.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische lichtemittierende Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich ihrer Wärmeabfuhr und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.
Die beigefügten Zeichnungen sind vorgesehen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen zu gewährleisten. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden ohne Weiteres ersichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.

1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen lichtemittierenden Anordnung;
2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen lichtemittierenden Anordnung;
3A-3C zeigen eine schematische Darstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform in einer Querschnitts-Seitenansicht (3A), einer Draufsicht (3B) und in einer Querschnitts-Seitenansicht mit einem aufgebrachten Einkapselungsmaterial (3C);
4 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform;
5A, 5B zeigen eine schematische Darstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform in einer Querschnitts-Seitenansicht (5A) und einer Draufsicht (5B); und
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen im Allgemeinen durchweg gleiche Bezugszahlen benutzt werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden zur Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu gewährleisten. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringen Grad der spezifischen Einzelheiten ausgeübt werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um die Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu oder nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen“ einschließend sein. Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ können zusammen mit Ableitungen verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Begriffe zum Angeben verwendet werden können, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder zusammenwirken, ob sie in direktem physikalischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt zueinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint.
Im Allgemeinen kann der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck „Halbleiterchip“ verschiedene Bedeutungen aufweisen, wovon eine ein Halbleiter-Die oder ein Halbleitersubstrat ist, das eine elektrische Schaltung enthält. Eine andere Bedeutung ist eine Halbleiterkapselungsanordnung, d.h. ein Halbleiter-Die, eingebettet in ein Einkapselungsmaterial mit äußeren elektrischen Kontaktstellen, die mit elektrischen Kontaktstellen des Halbleiter-Die verbunden sind. Eine solche Halbleiterkapselung kann zum Beispiel durch Kapselung auf Wafer-Ebene oder erweiterte Kapselung auf Wafer-Ebene hergestellt werden.
Bei mehreren Ausführungsformen werden Chips, Dies oder Dioden auf den Systemträger aufgebracht. Es versteht sich, dass solche Ausdrücke wie „aufgebracht“ oder „angebracht“ praktisch alle Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten oder Lagen aufeinander oder auf einem Systemträger abdecken sollen. Zum Beispiel sollen sie Techniken wie Löten oder Kleben abdecken, sowie andere Techniken, die adhäsive Materialien zum Anbringen von zwei Körpern aneinander verwenden. Die dort verwendeten Anordnungen, wie zum Beispiel die Dioden, Halbleiterchips oder Halbleiter-Dies können Kontaktelemente oder Kontaktstellen auf einer oder mehreren der äußeren Oberflächen aufweisen, wobei die Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren der jeweiligen Anordnung mit dem Systemträger dienen. Die Kontaktelemente können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material bestehen, z.B. aus einem Metall wie z.B. Aluminium, Gold oder Kupfer oder einer Metalllegierung, z.B. einer Lotlegierung oder einem elektrisch leitenden organischen Material oder einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial.
Die elektronische lichtemittierende Anordnung kann gekapselt oder mit einem Einkapselungsmaterial bedeckt werden. Ein Einkapselungsmaterial kann auch zur Herstellung des Halbleiterchips verwendet werden. Das Einkapselungsmaterial kann ein beliebiges elektrisch isolierendes Material sein, wie zum Beispiel eine beliebige Art von Gussmaterial, eine beliebige Art von Epoxidmaterial oder eine beliebige Art von Harzmaterial mit oder ohne irgendeine Art von Füllmaterialien. In Spezialfällen könnte es vorteilhaft sein, ein leitfähiges Einkapselungsmaterial zu verwenden.
Insbesondere bei der Herstellung der Halbleiterchips und der Kapselung der Halbleiter-Dies mit dem Einkapselungsmaterial können aufgefächerte eingebettete Dies hergestellt werden. Die aufgefächerten eingebetteten Dies können in einem Array z.B. mit der Form eines Wafers angeordnet sein und werden somit im Folgenden als „rekonfigurierter Wafer“ bezeichnet. Es versteht sich jedoch, dass das aufgefächerte eingebettete Die-Array nicht auf die Form und Gestalt eines Wafers beschränkt ist, sondern eine beliebige Größe und Gestalt und ein beliebiges darin eingebettetes geeignetes Array von Halbleiterchips aufweisen kann. Diese Technologie wird als Technologie der erweiterten Kapselung auf Wafer-Ebene bezeichnet (ewlp, extended wafer level packaging).
In den Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung werden insbesondere in den Flussdiagrammen verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiteranordnung als eine bestimmte Sequenz von Prozessen oder Schritten beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Ausführungsformen nicht auf die konkrete beschriebene Sequenz beschränkt werden sollen. Bestimmte oder alle verschiedenen Prozesse oder Schritte können auch gleichzeitig oder in einer beliebigen anderen nützlichen und geeigneten Sequenz ausgeführt werden.
Mit Bezug auf 1 ist eine Querschnitts-Seitenansichtdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen lichtemittierenden Anordnung gezeigt. Die in 1 gezeigte elektronische lichtemittierende Anordnung 10 umfasst einen Systemträger 1, eine über einer ersten Oberfläche 1.1 des Systemträgers 1 angeordnete Leuchtdiode 2, einen Halbleiterchip 3 mit einer elektronischen Schaltung 3.1 zum Ansteuern der Leuchtdiode 2, wobei der Halbleiterchip 3 über einer zweiten Oberfläche 1.2 des Systemträgers 1 gegenüber der ersten Oberfläche 1.1 des Systemträgers 1 angeordnet ist.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 wird die Leuchtdiode 2 auf derartige Weise an der ersten Oberfläche 1.1 des Systemträgers 1 angebracht, dass die gesamte Oberfläche einer Seite des Körpers der Leuchtdiode 2 sich in mechanischem Kontakt mit der ersten Oberfläche 1.1 des Systemträgers 1 befindet. Gemäß einem Beispiel davon kann die Leuchtdiode 2 an die erste Oberfläche 1.1 des Systemträgers 1 angelötet oder angeklebt werden. Auf diese Weise kann eine optimale Wärmeleitfähigkeit zwischen der Leuchtdiode 2 und dem Systemträger 1 erreicht werden und in der Leuchtdiode 2 erzeugte Wärme kann sehr effizient abgeführt werden. Weitere Ausführungsformen mit sogar noch weiter verbesserten Wärmeableiteigenschaften werden im Folgenden ausführlicher gezeigt.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 besteht der Halbleiterchip 3 aus einem blanken Halbleiter-Die, d.h. durch Herstellung einer oder mehrerer elektronischen Schaltungen 3.1 auf einem Halbleiter-Wafer durch in der Technik bekannte Verfahren und anschließende Vereinzelung des Halbleiter-Wafers zu einer Vielzahl von Halbleiter-Dies, die jeweils eine elektronische Schaltung 3.1 an einer Oberflächenregion davon umfassen. Gemäß einem anderen Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 besteht der Halbleiterchip 3 aus einer Kapselung, die einen Halbleiter-Die enthält, z.B. durch Kapselung auf Wafer-Ebene oder erweiterte Kapselung auf Wafer-Ebene, wie in der Technik bekannt. Das heißt, dass der Halbleiter-Die in ein Einkapselungsmaterial eingebettet wird und elektrische Kontaktstellen des Halbleiter-Dies elektrisch mit Kontaktstellen der Kapselung an einer Oberfläche davon verbunden werden.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 wird der Halbleiterchip 3 dergestalt an der zweiten Oberfläche 1.2 des Systemträgers 1 angebracht, dass die gesamte Oberfläche einer Seite des Halbleiterchips 3 sich in mechanischem Kontakt mit der zweiten Oberfläche 1.2 des Systemträgers 1 befindet. Gemäß einem anderen Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 wird der Halbleiterchip 3 mittels (nicht gezeigter) Lotkugeln mit der zweiten Oberfläche 1.2 des Systemträgers 1 verbunden, wobei die Lotkugeln nicht nur zur mechanischen Verbindung des Halbleiterchips 3 mit dem Systemträger 1 dienen, sondern auch eine elektrische Kontaktierung bestimmter Teile des Systemträgers 1 mit bestimmten elektrischen Kontaktstellen des Halbleiterchips 3 gewährleisten.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 umfasst die Anordnung ferner ein Einkapselungsmaterial, das die Leuchtdiode 2 und den Halbleiterchip 3 einkapselt, wie in weiteren Ausführungsformen nachfolgend ausführlicher gezeigt werden wird.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 umfasst der Systemträger 1 einen Hauptteil und zusätzliche Teile, wobei der Hauptteil eine planare Struktur aufweist und eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei die Leuchtdiode 2 über der ersten Oberfläche angeordnet ist und der Halbleiterchip 3 über der zweiten Oberfläche angeordnet ist, sich die zusätzlichen Teile jeweils mindestens teilweise in Richtungen erstrecken, die von null verschiedene Winkel mit der Ebene des Hauptteils aufweisen.
Gemäß einem Beispiel davon befinden sich die zusätzlichen Teile auf der Seite der zweiten Oberfläche des Hauptteils.
Gemäß einem Beispiel davon umfassen die zusätzlichen Teile jeweils gebogene Teile.
Gemäß einem Beispiel davon umfassen die zusätzlichen Teile jeweils einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil, wobei der erste Teil in ein und derselben Ebene wie der Hauptteil liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene als der Hauptteil liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet.
Gemäß einem Beispiel davon umfassen die zusätzlichen Teile erste zusätzliche Teile und zweite zusätzliche Teile, wobei die ersten zusätzlichen Teile zusammenhängend mit dem Hauptteil verbunden sind und die zweiten zusätzlichen Teile nicht zusammenhängend mit dem Hauptteil verbunden sind.
Gemäß einem Beispiel davon dienen die zweiten zusätzlichen Teile als elektrische Verbinder.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 ist die Anordnung 10 dafür ausgelegt, mit einer Leuchtdiode 2 betrieben zu werden, die Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 1 W oder sogar mehr als 5 W oder sogar mehr als 10 W emittieren kann.
Mit Bezug auf 2 ist eine Querschnitts-Seitenansichtdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen lichtemittierenden Anordnung 20 gezeigt. Die in 2 gezeigte elektronische lichtemittierende Anordnung 20 umfasst einen Systemträger 11, eine Leuchtdiode 12, die elektrisch mit dem Systemträger 11 verbunden ist und in der Lage ist, Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 1 W zu emittieren, einen Halbleiterchip 13, der elektrisch mit dem Systemträger 11 verbunden ist und eine elektronische Schaltung 13.1 zum Ansteuern der Leuchtdiode 12 umfasst, und ein Einkapselungsmaterial 14, das die Leuchtdiode 12 und den Halbleiterchip 13 einkapselt.
Gemäß einem Beispiel der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 20 ist die Leuchtdiode 12 über einer ersten Oberfläche des Systemträgers 11 angeordnet und der Halbleiterchip 13 ist über einer zweiten Oberfläche des Systemträgers 11 gegenüber der ersten Oberfläche des Systemträgers 11 angeordnet. In 2 ist eine solche Ausführungsform gezeigt, bei der die Leuchtdiode 12 und der Halbleiterchip 13 direkt übereinander mit dem Systemträger 11 dazwischen angeordnet sind.
Weitere Beispiele der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 20 können analog zu den in Verbindung mit der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 10 von 1 beschriebenen Beispiele gebildet werden.
Mit Bezug auf 3A-3C ist eine Ausführungsform einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform in einer Querschnitts-Seitenansichtdarstellung (3A), einer Draufsichtdarstellung (3B) und einer Querschnitts-Seitenansichtdarstellung nach dem Aufbringen eines Einkapselungsmaterials (3C) gezeigt. Die elektronische lichtemittierende Anordnung 30 wie in 3A-3C gezeigt umfasst einen Systemträger 31, eine Leuchtdiode 32 und einen Halbleiterchip 33, der eine elektronische Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdiode 32 umfasst.
Der Systemträger 31 hat seinen Ursprung zum Beispiel in einem Metallblech aus Metall wie Kupfer oder einer Kupferlegierung und wird zu der in den Figuren gezeigten Gestalt z.B. durch Schneiden und Biegen spezifischer Teile des Systemträgers ausgebildet. Der Systemträger 31 umfasst somit einen Hauptteil 31A und zusätzliche Teile 31B, die aus der Ebene des Hauptteils 31A heraus gebogen sind. Wie in 3A zu sehen ist, werden die zusätzlichen Teile 31B so gebogen, dass sie eine gemeinsame koplanare Oberfläche zur Anbringung des Systemträgers 31 auf einer Hauptplatine, wie zum Beispiel einer PCB, bilden. Es ist ersichtlich, dass die zusätzlichen Teile 31B jeweils einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil umfassen, wobei der erste Teil in ein und derselben Ebene wie der Hauptteil 31A liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene als der Hauptteil 31A liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet. Die zusätzlichen Teile 31B sind somit für die Befestigung des Systemträgers 31 an der Hauptplatine sowie für das Abführen der durch die Leuchtdiode 32 erzeugten Wärme verantwortlich. Es ist deshalb vorteilhaft, die zusätzlichen Teile 31B so breit und groß wie möglich zu bilden, um die Wärme effizient abzuführen. Die elektronische lichtemittierende Anordnung von 3A-3C ist aufgrund der Form des Systemträgers 31 und der zusätzlichen Teile 31B dafür ausgelegt, zusammen mit Leuchtdioden 32 betrieben zu werden, die Licht mit einer Ausgangsleistung von bis zu 1 bis 3 W emittieren können.
Wie in der Draufsicht von 3B zu sehen ist, können die zusätzlichen Teile 31B des Systemträgers 31 entweder solche sein, die zusammenhängend mit dem Hauptteil 31A verbunden sind, oder solche, die zusammenhängend mit Systemträger-Verbindungsteilen 31.1 verbunden sind, die Teil des ursprünglichen Systemträgers waren, aber während des Herstellungsprozesses der elektronischen Anordnung getrennt wurden.
Die Leuchtdiode 32 hat die Form einer blockartigen Anordnung und wird so auf einer Oberseite des Hauptteils 31A des Systemträgers 31 montiert, dass eine Unterseite der Leuchtdiode 32 sich vollständig in mechanischem Kontakt mit der Oberseite des Hauptteils 31A des Systemträgers 31 befindet. Die Leuchtdiode 32 wird durch Löten oder Kleben an dem Systemträger 31 angebracht, so dass sich eine Lotschicht 34 oder Klebstoffschicht zwischen der unteren Oberfläche der Leuchtdiode 32 und der Oberseite des Hauptteils 31A des Systemträgers 31 befindet. Außerdem sind andere Mittel zum Anbringen der Leuchtdiode 32 an dem Systemträger 31 möglich, wobei gute thermische Kopplung gewährleistet werden sollte. Der Hauptteil 31A des Systemträgers 31 dient als Träger und Kühlkörper für die Leuchtdiode 32. Es kann jedoch auch der Fall sein, dass der Hauptteil 31A des Systemträgers 31 auch als elektrischer Verbinder zur Versorgung der Leuchtdiode 32 mit Strom dient.
Die Leuchtdiode 32 kann im Prinzip eine beliebige Art von Leuchtdiode sein. Sie kann eine Leuchtdiode sein, die beide elektrischen Verbindungsanschlüsse an der oberen Oberfläche davon aufweist. Sie kann auch eine Leuchtdiode sein, die einen elektrischen Verbindungsanschluss an ihrer oberen Oberfläche und einen elektrischen Verbindungsanschluss an ihrer unteren Oberfläche aufweist.
Der Halbleiterchip 33 kann aus einem blanken Halbleiter-Die bestehen, d.h. einem Stück eines Halbleiters wie Silizium mit einer elektronischen Schaltung in einer Oberflächenregion davon zum Ansteuern der Leuchtdiode 32, wobei die elektronische Schaltung mit elektrischen Kontaktstellen an der Halbleiteroberfläche verbunden ist. Als Alternative kann der Halbleiterchip 33 auch aus einer gekapselten Anordnung bestehen, wobei der Halbleiter-Die in ein Einkapselungsmaterial eingebettet wird und die elektrischen Kontaktstellen an der Halbleiteroberfläche mit elektrischen Kontaktstellen an der äußeren Oberfläche des Einkapselungsmaterials verbunden sind. Eine solche gekapselte Anordnung kann auch eine Umverdrahtungsschicht (RDL - Redistribution Layer) enthalten, um ein Ausfächern der Anordnung von elektrischen Kontaktstellen zu erlauben, und die Anordnung kann zum Beispiel durch Technologie der Kapselung auf Wafer-Ebene oder erweiterten Kapselung auf Wafer-Ebene hergestellt werden.
Der Halbleiterchip 33 kann mittels Lotkugeln mit einer unteren Oberfläche des Hauptteils 31A des Systemträgers 31 verbunden werden, wobei in diesem Fall die Verbindung auch insofern eine elektrische Verbindung sein kann, als elektrische Kontaktstellen auf der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 33 elektrisch durch die Lotkugeln mit den Systemträger-Verbindungsteilen 31.1 verbunden werden. Der Halbleiterchip 33 kann als Alternative in einer Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche mit dem Hauptteil 31A des Systemträgers 31 verbunden werden, wie in der Ausführungsform von 3C gezeigt werden wird.
Mit Bezug auf 3C ist eine Querschnitts-Seitenansichtdarstellung der Anordnung nach der Aufbringung des Einkapselungsmaterials gezeigt. Es ist ersichtlich, dass das Einkapselungsmaterial 35 so aufgebracht wird, dass die Leuchtdiode 32 und der Halbleiterchip 33 vollständig in das Einkapselungsmaterial 35 eingebettet werden und die zusätzlichen Teile 31B des Systemträgers 31 nicht in das Einkapselungsmaterial 35 eingebettet werden. Das Einkapselungsmaterial 35 kann so gewählt werden, dass es für das durch die Leuchtdiode 32 emittierte Licht transparent ist, wobei die Leuchtdiode 32 in diesem Fall auf ihrer oberen Oberfläche durch das Einkapselungsmaterial 35 bedeckt werden kann. Als Alternative, oder wenn das Einkapselungsmaterial 35 für das durch die Leuchtdiode 32 emittierte Licht nicht transparent ist, wird ein Lichtausgangsbereich an der oberen Oberfläche frei von Einkapselungsmaterial 35 gehalten, und gegebenenfalls kann zusätzlich eine Linse 36 in diesem Bereich gebildet werden.
Mit Bezug auf 4 ist eine schematische Querschnittdarstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Diese Ausführungsform muss mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform von 3A-3C verglichen werden, insbesondere mit der Darstellung von 3A. Wie in 4 ersichtlich, ist in der elektronischen lichtemittierenden Anordnung 40 der Halbleiterchip 43 durch eine Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 43 mit einer unteren Oberfläche des Systemträgers 41 mit dem Systemträger 41 verbunden. Die Verbindung kann auf dieselbe Weise wie beim Verbinden der Leuchtdiode 42 mit dem Systemträger 41 erreicht werden, nämlich durch Löten oder Kleben. Es ist eine erste Lötschicht 44 zwischen der Leuchtdiode 42 und dem Systemträger 41 und eine zweite Lötschicht 45 zwischen dem Systemträger 41 und dem Halbleiterchip 43 vorgesehen. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontaktstellen des Halbleiterchips 43 automatisch elektrisch mit den Systemträger-Verbindungsteilen 41.1 (nicht gezeigt, siehe die Systemträgerteile 31.1 in 3) verbunden. Ein Vorteil der Ausführungsform von 4 besteht darin, dass auch der Halbleiterchip 43 so mit dem Systemträger 41 verbunden wird, dass in dem Halbleiterchip 43 erzeugte Wärme durch den Systemträger 41 effizient weggeleitet werden kann.
Mit Bezug auf 5A und 5B ist eine schematische Darstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform in einer Querschnitts-Seitenansicht (5A) und in einer Draufsicht (5B) gezeigt. Die in 5A und 5B gezeigte elektronische lichtemittierende Anordnung 50 umfasst einen Systemträger 51, eine Leuchtdiode 52, einen Halbleiterchip 53 und ein Einkapselungsmaterial 54. Der Systemträger 51 umfasst einen Hauptteil 51A und zusätzliche Teile 51B, wobei die zusätzlichen Teile 51B entweder zusammenhängend mit dem Hauptteil 51A verbunden sind oder zusammenhängend mit Systemträger-Verbindungsteilen 51.1 verbunden sind, die von dem übrigen Teil des Systemträgers 51 getrennt sind.
Die in 5A und 5B gezeigte Ausführungsform einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung 50 ist dafür ausgelegt, zusammen mit einer Leuchtdiode 52 mit sehr hoher Ausgangsleistung betrieben zu werden, das heißt mit einer Leuchtdiode 52, die Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 5 W oder sogar mehr als 10 W emittieren kann. Dies wird durch Verwendung eines Systemträgers 51 erzielt, der sehr breite zusätzliche Teile 51B umfasst, wie in der Draufsichtdarstellung von 5B zu sehen ist. Solche breiten zusätzlichen Teile 51B können die in der Leuchtdiode 52 erzeugte Wärme sehr effizient wegleiten, so dass sie mit solchen hohen Eingangs- und Ausgangsleistungspegeln betrieben werden kann.
Die anderen Merkmale der Ausführungsform von 5A und 5B sind den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ähnlich. Der Halbleiterchip 53 ist mittels Lotkugeln 55 mit dem Systemträger 51 verbunden. Bestimmte dieser sind mit dem Hauptteil 51A des Systemträgers 51 verbunden und versorgen somit keine elektrischen Verbindungen, während andere jeweils die elektrischen Kontaktstellen des Halbleiterchips 53 elektrisch mit den Systemträger-Verbindungsteilen 51.1 verbinden. Von zwei einzelnen der Systemträger-Verbindungsteile 51.1 führen Drahtbondungen 56 zu den elektrischen Anschlüssen der Leuchtdiode 52 an einer oberen Oberfläche davon.
Die Ausführungsform einer elektrischen lichtemittierenden Anordnung 50 von 5A, B kann als eine Kapselung für sehr hohe Leistung zum Beispiel in einer Taschenlampe oder einem Scheinwerfer benutzt werden.
Mit Bezug auf 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Systemträgers (s1), das Aufbringen einer Leuchtdiode auf eine erste Oberfläche des Systemträgers (s2), das Aufbringen eines Halbleiterchips auf eine zweite Oberfläche des Systemträgers gegenüber der ersten Oberfläche des Systemträgers, wobei der Halbleiterchip eine elektronische Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdiode umfasst (s3), und das Aufbringen eines Einkapselungsmaterials zum Einkapseln der Leuchtdiode und des Halbleiterchips (s4).
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner das elektrische Verbinden der Leuchtdiode mit dem Systemträger und das elektrische Verbinden der Halbleiteranordnung mit dem Systemträger.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden eine oder mehrere der Leuchtdiode und des Halbleiterchips durch Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche einer Oberfläche der Leuchtdiode mit einer Oberfläche des Systemträgers auf den Systemträger aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Systemträger dergestalt vorgefertigt, dass er einen Hauptteil und zusätzliche Teile umfasst, wobei sich die zusätzlichen Teile jeweils mindestens teilweise in Richtungen erstrecken, die von null verschiedene Winkel mit der Ebene des Hauptteils aufweisen. Insbesondere werden die zusätzlichen Teile durch Biegen hergestellt und die zusätzlichen Teile werden so hergestellt, dass sie auf der Seite der zweiten Oberfläche des Systemträgers vorgesehen werden.

Claims

Elektronische lichtemittierende Anordnung (10), umfassend: einen Systemträger (1); eine über einer ersten Oberfläche (1.1) des Systemträgers (1) angeordnete Leuchtdiode (2); einen gekapselten Halbleiterchip (3), der eine elektronische Schaltung (3.1) zum Ansteuern der Leuchtdiode (2) umfasst, wobei der gekapselte Halbleiterchip (3) über einer zweiten Oberfläche (1.2) des Systemträgers (1) angeordnet ist, wobei die zweite Oberfläche (1.2) der ersten Oberfläche (1.1) gegenüberliegt; und ein Einkapselungsmaterial (14), das die Leuchtdiode (2) und den gekapselten Halbleiterchip (3) einkapselt, wobei der Systemträger (31) einen Hauptteil (31A), einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil umfasst, wobei der Hauptteil (31A) eine planare Struktur aufweist und eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei der Hauptteil (31A) zwischen der Leuchtdiode (32) und dem gekapselten Halbleiterchip (33) angeordnet ist, und wobei der erste Teil in derselben Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 1, wobei sich der erste Teil, der zweite Teil und der dritte Teil auf der Seite der dem gekapselten Halbleiterchip (33) zugewandten Oberfläche des Hauptteils (31A) befinden.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdiode (2) Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 1 W emittieren kann.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 3, wobei die Leuchtdiode (32) Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 5 W emittieren kann.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 4, wobei die Leuchtdiode (32) Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 10 W emittieren kann.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (20), umfassend: einen Systemträger (11); eine Leuchtdiode (12), die elektrisch mit dem Systemträger (11) verbunden ist und Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 1 W emittieren kann; einen gekapselten Halbleiterchip (13), der elektrisch mit dem Systemträger (11) verbunden ist und eine elektronische Schaltung (13.1) zum Ansteuern der Leuchtdiode (12) umfasst, wobei der gekapselte Halbleiterchip (13) eine Umverdrahtungsschicht beinhaltet; und ein Einkapselungsmaterial (14), das die Leuchtdiode (12) und den gekapselten Halbleiterchip (13) einkapselt.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (20) nach Anspruch 6, wobei die Leuchtdiode (12) auf einer ersten Oberfläche des Systemträgers (11) angeordnet ist und der gekapselte Halbleiterchip (13) auf einer zweiten Oberfläche des Systemträgers (11) angeordnet ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche des Systemträgers (11) gegenüberliegt.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 6, wobei der Systemträger (31) einen Hauptteil (31A) und zusätzliche Teile (31B) umfasst, wobei der Hauptteil (31A) eine planare Struktur aufweist und eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei die Leuchtdiode (32) auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und der gekapselte Halbleiterchip (33) auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und sich die zusätzlichen Teile (31B) mindestens teilweise in Richtungen erstrecken, die von null verschiedene Winkel mit Bezug auf eine Ebene des Hauptteils (31A) aufweisen.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 8, wobei sich die zusätzlichen Teile (31B) auf der zweiten Oberfläche des Hauptteils (31A) befinden.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 8, wobei die zusätzlichen Teile (31B) gebogene Teile umfassen.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 8, wobei die zusätzlichen Teile (31B) einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil umfassen, wobei der erste Teil in derselben Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene wie der Hauptteil (31A) liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 8, wobei die zusätzlichen Teile (31B) erste zusätzliche Teile und zweite zusätzliche Teile umfassen, wobei die ersten zusätzlichen Teile zusammenhängend mit dem Hauptteil (31A) verbunden sind und die zweiten zusätzlichen Teile nicht zusammenhängend mit dem Hauptteil (31A) verbunden sind.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 12, wobei die zweiten zusätzlichen Teile als elektrische Verbinder dienen.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (20) nach Anspruch 6, wobei die Leuchtdiode (12) Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 5 W emittieren kann.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (20) nach Anspruch 6, wobei die Leuchtdiode (12) Licht mit einer Lichtausgangsleistung von mehr als 10 W emittieren kann.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen lichtemittierenden Anordnung, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Systemträgers, Aufbringen einer Leuchtdiode auf eine erste Oberfläche des Systemträgers, Aufbringen eines gekapselten Halbleiterchips auf eine zweite Oberfläche des Systemträgers gegenüber der ersten Oberfläche des Systemträgers, wobei der gekapselte Halbleiterchip eine elektronische Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdiode umfasst, und Aufbringen eines Einkapselungsmaterials zum Einkapseln der Leuchtdiode und des gekapselten Halbleiterchips, wobei der Systemträger einen Hauptteil, einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil umfasst, wobei der Hauptteil eine planare Struktur aufweist und eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei der Hauptteil zwischen der Leuchtdiode und dem gekapselten Halbleiterchip angeordnet ist, und wobei der erste Teil in derselben Ebene wie der Hauptteil liegt, der dritte Teil in einer anderen Ebene wie der Hauptteil liegt und der zweite Teil den ersten Teil mit dem dritten Teil verbindet.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit den folgenden Schritten: elektrisches Verbinden der Leuchtdiode mit dem Systemträger und elektrisches Verbinden des gekapselten Halbleiterchips mit dem Systemträger.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin umfassend: Ausbilden einer Umverdrahtungsschicht an einer äußeren Oberfläche des gekapselten Halbleiterchips.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (10), umfassend: einen Systemträger (31); eine über einer ersten Oberfläche des Systemträgers (31) angeordnete Leuchtdiode (32); einen gekapselten Halbleiterchip (33), der eine elektronische Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdiode (32) umfasst, wobei der gekapselte Halbleiterchip (33) über einer zweiten Oberfläche des Systemträgers (31) angeordnet ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt; und ein Einkapselungsmaterial (35), das die Leuchtdiode (32) und den gekapselten Halbleiterchip (33) einkapselt, wobei der Systemträger (31) einen Hauptteil (31A) und zusätzliche Teile (31B) umfasst, wobei der Hauptteil (31A) zwischen der Leuchtdiode (32) und dem gekapselten Halbleiterchip (33) angeordnet und von dem Einkapselungsmaterial (35) eingekapselt ist und sich die zusätzlichen Teile (31B) aus dem Einkapselungsmaterial (35) heraus erstrecken und vollständig freiliegend sind.
Elektronische lichtemittierende Anordnung (30) nach Anspruch 19, wobei sich die zusätzlichen Teile (31B) jeweils mindestens teilweise in Richtungen erstrecken, die von null verschiedene Winkel mit Bezug auf eine Ebene des Hauptteils (31A) aufweisen, wobei sich die zusätzlichen Teile (31B) auf der Seite der dem gekapselten Halbleiterchip (33) zugewandten Oberfläche des Hauptteils (31A) befinden, wobei die zusätzlichen Teile (31B) gebogene Teile umfassen, und wobei die ersten zusätzlichen Teile zusammenhängend mit dem Hauptteil (31A) verbunden sind und die zweiten zusätzlichen Teile als elektrische Verbinder dienen, die nicht zusammenhängend mit dem Hauptteil (31A) verbunden sind.