DE102011011139B4 - Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und optoelektronisches Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und optoelektronisches Halbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (100), mit den folgenden Schritten:a) Bereitstellen eines Trägers (1), der eine Oberseite (12), eine der Oberseite (12) des Trägers (1) gegenüberliegende Unterseite (11), sowie eine Mehrzahl von in lateraler Richtung (L) nebeneinander an der Oberseite (12) angeordneten Anschlussflächen (13) aufweist;b) Aufbringen einer Mehrzahl von in lateraler Richtung (L) beabstandet zueinander angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips (2) an der Oberseite (12) des Trägers (1), die jeweils zumindest eine dem Träger (1) abgewandte Kontaktfläche (22) aufweisen;c) Aufbringen zumindest einer reflektierenden Umhüllung (3) auf freiliegende Stellen des Trägers (1) und Seitenflächen (24) der optoelektronischen Halbleiterchips (2);d) Einbringen von Öffnungen (5) in die reflektierende Umhüllung (3), welche die reflektierende Umhüllung (3) vollständig durchdringen und sich von einer dem Träger (1) abgewandeten Oberseite (31) der reflektierenden Umhüllung (3) in Richtung der Oberseite (12) des Trägers (1) erstrecken;e) Anordnen von elektrisch leitfähigem Material (8) auf der reflektierenden Umhüllung (3) und zumindest stellenweise in den Öffnungen (5), wobei- das elektrisch leitfähige Material (8) jeweils eine Kontaktfläche (22) mit der ihr zugeordneten Anschlussfläche (13) elektrisch leitend verbindet,- Strahlungsdurchtrittsflächen (25) der optoelektronischen Halbleiterchips (2) frei von der reflektierenden Umhüllung (3) sind,- die reflektierende Umhüllung (3) die optoelektronischen Halbleiterchips (2) seitlich nicht überragt, und- das elektrisch leitfähige Material (8) zumindest eine der Öffnungen (5) nur teilweise ausfüllt, wobei in der Öffnung (5) auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest stellenweise zumindest ein elektrisch isolierendes Füllmaterial (14) angeordnet wird.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
  • Die Druckschrift DE 10 2009 036 621 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Halbleiterbauelemente und optoelektronische Halbleiterbauelemente.
  • Die Druckschrift US 2008 / 0 218 072 A1 betrifft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem auf kostengünstige Art und Weise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement herstellbar ist, bei dem Strahlungsverluste vermieden werden und welches kompakt und einfach im Aufbau ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem ersten Schritt ein Träger bereitgestellt, der eine Oberseite und eine der Oberseite des Trägers gegenüberliegende Unterseite aufweist. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um eine (Leiter)-Platte handeln, die mit einem elektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel einem Kunststoff oder einem keramischen Material, gebildet ist. Ebenso ist denkbar, dass der Träger flexibel und beispielsweise als eine Folie ausgebildet ist.
  • An der Oberseite und der Unterseite ist jeweils eine Fläche ausgebildet, die durch einen Teil der Außenfläche des Trägers gebildet ist. Die Fläche an der Unterseite ist der Teil der Außenflächen des Trägers, die einem Kontaktträger - beispielsweise eine Leiterplatte - im montierten Zustand des Trägers zugewandt ist.
  • Zum Beispiel ist die Fläche an der Unterseite des Trägers eine Montagefläche, die zur Montage des späteren Halbleiterbauelements auf dem Kontaktträger dienen kann. Ferner weist der Träger eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander an der Oberseite angeordneten Anschlussflächen auf. In „lateraler Richtung“ heißt in diesem Zusammenhang, in der Richtung parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers. „Nebeneinander“ bedeutet zum Beispiel, dass die Anschlussstellen in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnet sein können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten Schritt eine Mehrzahl von in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips an der Oberseite des Trägers aufgebracht. Die optoelektronischen Halbleiterchips weisen jeweils zumindest eine dem Träger abgewandte Kontaktfläche auf. Beispielsweise sind in lateraler Richtung Zwischenräume zwischen den einzelnen optoelektronischen Bauelementen vorhanden. In einer Draufsicht auf den Träger sind die Zwischenräume durch Seitenflächen zweier jeweils aneinander angrenzender optoelektronischer Bauelemente und der den Halbleiterchips zugewandten Fläche an der Oberseite des Trägers begrenzt. Die zumindest eine Kontaktfläche dient zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips und ist mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gebildet. Vorzugsweise ist jeder Kontaktfläche eines optoelektronischen Halbleiterchips eine Anschlussfläche des Trägers eindeutig oder eineindeutig zugeordnet. Zum Beispiel sind die Anschlussflächen und die optoelektronischen Halbleiterchips in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet. Beispielsweise ist ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer der Kontaktfläche abgewandten Außenfläche mit einer Kontaktstelle des Trägers durch Löten, Bonden oder Kleben elektrisch leitend verbunden.
  • Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich um einen Lumineszenzdiodenchip handeln. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich um einen Leucht- oder Laserdiodenchip handeln, der Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert. Vorzugsweise emittiert der Lumineszenzdiodenchip Licht im sichtbaren oder ultravioletten Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten Schritt zumindest eine reflektierende Umhüllung auf freiliegende Stellen des Trägers und Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht. „Reflektierend“ heißt insbesondere, dass die reflektierende Umhüllung zumindest zu 90 %, bevorzugt zu mehr als 95 % reflektierend für auf sie auftreffende vom Halbleiterchip im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ist. Beispielsweise erscheint für einen externen Betrachter die reflektierende Umhüllung weiß. Beispielsweise sind in die reflektierende Umhüllung strahlungsreflektierende Partikel eingebracht, die zum Beispiel mit zumindest einem der Materialien TiO2, BaSO4, ZnO, Al2O3, ZrO2 gebildet sind oder eines der genannten Materialien enthalten. Die Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips begrenzen den jeweiligen Halbleiterchip in lateraler Richtung. Beispielsweise verlaufen die Seitenflächen quer zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers und/oder des Halbleiterchips. Vorzugsweise bildet sich zwischen der reflektierenden Umhüllung einerseits und den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips sowie den freiliegenden Stellen des Trägers andererseits weder ein Spalt noch eine Unterbrechung aus.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden in einem nächsten Schritt Öffnungen in die reflektierende Umhüllung eingebracht, welche die reflektierende Umhüllung vollständig durchdringen und sich von einer dem Träger abgewandten Oberseite der reflektierenden Umhüllung in Richtung der Oberseite des Trägers erstrecken. Vorzugsweise überlappen eine Kontaktfläche und eine der Kontaktfläche zugeordnete Öffnung in vertikaler Richtung zumindest stellenweise. Die „vertikale Richtung“ ist eine Richtung quer oder senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers. Beispielsweise weisen die Öffnungen zumindest eine Seitenfläche, eine Bodenfläche und eine der Bodenfläche gegenüberliegende Deckfläche auf, wobei die Seitenfläche die Bodenfläche und die Deckfläche miteinander verbindet. Die zumindest eine Seitenfläche der Öffnung ist zumindest stellenweise durch die reflektierende Umhüllung gebildet, wobei die Bodenfläche zumindest stellenweise durch eine Kontaktfläche gebildet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten Schritt elektrisch leitfähiges Material auf der reflektierenden Umhüllung und zumindest stellenweise in den Öffnungen angeordnet, wobei das elektrisch leitfähige Material jeweils eine Kontaktfläche mit der ihr zugeordneten Anschlussfläche elektrisch leitend verbindet. Das heißt, das elektrisch leitfähige Material verbindet jeweils elektrisch leitend einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer dem Halbleiterchip zugeordneten Anschlussfläche des Trägers und verläuft dabei zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der Anschlussfläche zumindest stellenweise an einer dem Träger abgewandten Oberseite der reflektierenden Umhüllung. Das elektrisch leitfähige Material kann dabei stellenweise direkt auf einer Außenfläche der reflektierenden Umhüllung angeordnet sein. Zum Beispiel ist das elektrisch leitfähige Material mit einem Metall oder einem elektrisch leitfähigen Klebstoff gebildet. Vorzugsweise ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und einer dem optoelektronischen Halbleiterchip zugeordneten Anschlussfläche des Trägers vollständig durch das elektrisch leitfähige Material gebildet. Die Öffnungen können vollständig oder teilweise mit dem elektrisch leitfähigen Material ausgefüllt sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Strahlungsdurchtrittsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips frei von der reflektierenden Umhüllung. Die Strahlungsdurchtrittsfläche des Halbleiterchips ist dabei eine dem Träger abgewandte Hauptfläche des Halbleiterchips. „Frei“ heißt, dass die Strahlungsdurchtrittsflächen weder von der reflektierenden Umhüllung bedeckt sind noch die reflektierende Umhüllung entlang beispielsweise eines Strahlungsaustrittswegs des optoelektronischen Halbleiterchips dem Halbleiterchip nachgeordnet ist. Die Strahlung kann daher ungehindert aus dem optoelektronischen Halbleiterchip austreten. Es ist höchstens möglich, dass herstellungsbedingt sich noch Materialreste der reflektierenden Umhüllung auf den Strahlungsdurchtrittsflächen befinden, die die Strahlungsdurchtrittsflächen jedoch zu höchstens 10 %, insbesondere zu höchstens 5 %, bedecken.
  • Mittels der hier beschriebenen reflektierenden Umhüllung kann beispielsweise je nach Bedeckungsgrad der Seitenflächen durch die reflektierende Umhüllung eine Abstrahlgeometrie des späteren opotelektronischen Halbleiterbauelements eingestellt werden. Sind die Seitenflächen beispielsweise vollständig von der reflektierenden Umhüllung bedeckt, kann eine Seitenemission von innerhalb der optoelektronischen Halbleiterchips erzeugter elektromagnetischer Strahlung minimiert oder sogar ganz verhindert werden. In diesem Fall kann eine Seitenemission von elektromagnetischer Strahlung blockiert sein. Insbesondere kann so eine unerwünschte Blauemission und/oder -verschiebung der emittierten elektromagnetischen Strahlung (zu engl. blue piping) vermieden werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die reflektierende Umhüllung die optoelektronischen Halbleiterchips seitlich nicht. Denkbar ist, dass die reflektierende Umhüllung in vertikaler Richtung bündig mit den Strahlungsdurchtrittsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips abschließt. Die reflektierende Umhüllung umhüllt dann die Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips zum Beispiel vollständig, wodurch der von der reflektierenden Umhüllung in das Konverterelement zurückreflektierte Strahlungsanteil möglichst groß ist. Die im Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung kann also das Halbleiterbauelement, bis auf eventuelle Absorptionseffekte der Umhüllung, nur an den dafür vorgesehenen Stellen, das heißt ausschließlich durch die Strahlungsdurchtrittsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips, verlassen. Daher trägt die reflektierende Umhüllung zu einer besonders effektiven Verringerung von Strahlungsverlusten und einer damit einhergehenden Erhöhung einer Strahlungseffizienz des späteren optoelektronischen Halbleiterbauelements bei. „Strahlungseffizienz“ bedeutet in diesem Zusammenhang das Verhältnis zwischen der jeweils aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelten, nutzbaren Leuchtenergie zu der primär innerhalb der optoelektronischen Halbleiterchips erzeugten Leuchtenergie.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem ersten Schritt ein Träger bereitgestellt, der eine Oberseite, eine der Oberseite des Trägers gegenüberliegende Unterseite, sowie eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander an der Oberseite angeordneten Anschlussflächen aufweist. In einem nächsten Schritt wird eine Mehrzahl von in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips an der Oberseite des Trägers aufgebracht, die jeweils zumindest eine dem Träger abgewandte Kontaktfläche aufweisen. In einem nächsten Schritt wird zumindest eine reflektierende Umhüllung auf freiliegende Stellen des Trägers und Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht. Weiter werden in einem nächsten Schritt Öffnungen in die reflektierende Umhüllung eingebracht, welche die reflektierende Umhüllung vollständig durchdringen und sich von einer dem Träger abgewandten Oberseite der reflektierenden Umhüllung in Richtung der Oberseite des Trägers erstrecken. In einem nächsten Schritt wird elektrisch leitfähiges Material auf der reflektierenden Umhüllung und zumindest stellenweise in den Öffnungen angeordnet, wobei das elektrisch leitfähige Material jeweils eine Kontaktfläche mit der ihr zugeordneten Anschlussfläche elektrisch leitend verbindet. Dabei sind Strahlungsdurchtrittsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips frei von der reflektierenden Umhüllung, wobei die reflektierende Umhüllung der optoelektronischen Halbleiterchips seitlich nicht überragt.
  • Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, bei dem Strahlungsverluste besonders gering sein sollen, oftmals mit hohen Kosten verbunden sein kann. Beispielsweise können Strahlungsverluste mittels seitlich von den optoelektronischen Halbleiterchips angebrachter reflektiver Optik verringert werden. Die reflektiven Optiken können die von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierte elektronische Strahlung in Richtung weg von den optoelektronischen Halbleiterchips reflektieren, wodurch eine Strahlungseffizienz des Halbleiterbauelements gesteigert werden kann. Allerdings können derartige reflektive Optiken mit erheblichen Zusatzkosten im Herstellungsprozess des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbunden sein. Ferner können derartige reflektive Optiken zu Bauelementen führen, die wenig kompakt und einfach im Aufbau sind.
  • Um nun ein Verfahren anzugeben, bei dem auf kostengünstige Art und Weise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement hergestellt werden kann, bei dem Strahlungsverluste minimiert sind und welches kompakt und einfach im Aufbau ist, macht das hier beschriebene Verfahren unter anderem von der Idee Gebrauch, eine reflektierende Umhüllung auf freiliegende Stellen eines Trägers des optoelektronischen Halbleiterbauelements und Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips aufzubringen, wobei Strahlungsdurchtrittsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips frei von der reflektierenden Umhüllung sind und die reflektierende Umhüllung die optoelektronischen Halbleiterchips seitlich nicht überragt.
  • Durch die reflektierende Umhüllung wird die innerhalb der optoelektronischen Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung, welche teilweise durch Seitenflächen des Halbleiterchips austritt, zurück in den Halbleiterchip und beispielsweise in Richtung weg von den Halbleiterchips und dem Träger reflektiert. Vorteilhaft wird so ein möglichst großer Anteil der in dem optoelektronischen Halbleiterchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem späteren Halbleiterbauelement ausgekoppelt. Mit anderen Worten ersetzt die reflektierende Umhüllung die oben angesprochenen reflektiven Optiken. Das heißt, dass bei vorliegendem Verfahren auf das Anordnen reflektiver Optiken verzichtet sein kann. Ferner führt eine derartige Anordnung der reflektierenden Umhüllung zu einem Halbleiterbauteil, welches in seiner vertikalen Ausdehnung besonders gering ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reflektierende Umhüllung ein Verguss, der durch Vergießen aufgebracht ist. Zum Beispiel ist die reflektierende Umhüllung mit einer reflektierenden Keramik gebildet. Beispielsweise ist die reflektierende Umhüllung auf freiliegende Stellen des Trägers und der Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips mittels Vergießens und anschließendem Aushärten aufgebracht. Ein derartiger Verguss kann zu einer mechanischen Stabilisierung des Trägers führen. Vorteilhaft ist der Träger während des weiteren Verfahrens vor Rissen oder Ermüdungsbrüchen geschützt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens füllt das elektrisch leitfähige Material zumindest eine der Öffnungen nur teilweise aus, wobei in der Öffnung auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials zumindest stellenweise zumindest ein elektrisch isolierendes Füllmaterial angeordnet ist. Beispielsweise bedeckt das elektrisch leitfähige Material die zumindest eine Seitenfläche der Öffnung und die Bodenfläche der Öffnung mit einer vorgebbaren Schichtdicke. „Schichtdicke“ ist dabei die maximale Ausdehnung der elektrisch leitfähigen Schicht jeweils in einer Richtung quer zu der Seitenfläche und/oder der Bodenfläche der Öffnung. Der von dem elektrisch leitfähigen Material nicht ausgefüllte, in lateraler Richtung von der reflektierenden Umhüllung begrenzte, Rauminhalt der Öffnung kann anschließend zumindest teilweise mit zumindest einem elektrisch isolierenden Füllmaterial aufgefüllt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens überragt das elektrisch isolierende Füllmaterial die optoelektronischen Halbleiterchips und/oder die reflektierende Umhüllung seitlich nicht. Das kann heißen, dass das elektrisch isolierende Füllmaterial in vertikaler Richtung bündig mit der reflektierenden Umhüllung abschließt, sodass die Öffnungen bis zur Höhe einer dem Träger abgewandten Außenfläche der reflektierenden Umhüllung aufgefüllt werden. In diesem Fall ragt nach dem Anordnen des elektrisch isolierenden Füllmaterials das elektrisch isolierende Füllmaterial nicht aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement hervor und ist nicht über die reflektierende Umhüllung erhaben. Dabei kann eine dem Träger abgewandte Außenfläche des elektrisch isolierenden Materials sowohl in lateraler Richtung als auch in vertikaler Richtung vollständig deckgleich mit den Deckflächen jeder der Öffnungen sein. Das heißt, die Deckflächen der Öffnungen schließen das elektrisch isolierende Füllmaterial in vertikaler Richtung zumindest stellenweise ab.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Füllmaterial mit einem Silikon, einem Epoxid und/oder einer Mischung aus einem Silikon und einem Epoxid gebildet. Bei der Mischung kann es sich um ein Hybridmaterial handeln. Es hat sich herausgestellt, dass ein mit derartigen Materialien gebildetes Füllmaterial besonders gut im Herstellungsprozess verarbeitbar ist und das spätere optoelektronische Halbleiterbauelement beispielsweise mechanisch stabilisieren kann. Ebenso führt das hier beschriebene Füllmaterial zu möglichst geringen Strahlungsabsorptionsverlusten innerhalb des späteren Halbleiterbauelements, sodass ein möglichst großer Anteil von primär innerhalb der optoelektronischen Halbleiterchips erzeugter elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterbauelement auskoppeln kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Anordnen des elektrisch leitfähigen Materials zumindest stellenweise auf zumindest eine Strahlungsdurchtrittsfläche und zumindest stellenweise auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials zumindest eine Konversionsschicht aufgebracht, wobei die Konversionsschicht zumindest ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthält. Dabei sind die Seitenflächen der Konversionsschicht frei von der reflektierenden Umhüllung. Das Lumineszenzkonversionsmaterial dient zur zumindest teilweisen Konversion von primär innerhalb der optoelektronischen Halbleiterchips erzeugter elektromagnetischer Strahlung in elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlänge. Beispielsweise wird die Konversionsschicht nach dem Anordnen des elektrisch isolierenden Füllmaterials zusätzlich zumindest stellenweise auf das elektrisch leitfähige Material und/oder das elektrisch isolierende Füllmaterial aufgebracht. Das heißt, nach dem Anordnen der Konversionsschicht kann diese zusätzlich zumindest stellenweise das elektrisch isolierende Füllmaterial überdecken. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die Konversionsschicht sowohl die Strahlungsdurchtrittsflächen und das elektrisch leitfähige Material als auch das elektrisch isolierende Füllmaterial vollständig bedeckt. Mit anderen Worten ist in diesem Fall die Konversionsschicht vollflächig aufgebracht. Damit einhergehend werden Farbortunterschiede und/oder Inhomogenitäten entlang einer Leuchtfläche des späteren Halbleiterbauelements reduziert oder vermieden, da die Konversionsschicht homogen über das gesamte Halbleiterbauelement verteilt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind ein Grundmaterial der Konversionsschicht, in welches das Lumineszenzkonversionsmaterial eingebracht ist, und das elektrisch isolierende Füllmaterial mit dem gleichen Material gebildet. Bei dem Grundmaterial und/oder dem Füllmaterial kann es sich um ein Matrix- und/oder Hybridmaterial handeln. „Gleiches Material“ kann heißen, dass das Grundmaterial und das Füllmaterial in ihrer Materialzusammensetzung identisch sind. Mit anderen Worten können die Materialeigenschaften beispielsweise im Hinblick auf eine thermische Ausdehnung, zum Beispiel in Abhängigkeit eines Füllgrads des Füllmaterials in den Öffnungen, und/oder Haftungseigenschaften des Grundmaterials und des Füllmaterials möglichst stark aneinander angeglichen sein. Das elektrisch isolierende Füllmaterial kann daher als ein Haftvermittler zwischen der reflektierenden Umhüllung und/oder dem elektrisch leitfähigen Material einerseits und der Konversionsschicht andererseits wirken. Mit anderen Worten kann das Füllmaterial ein Verbindungselement oder ein bindendes Element zwischen dem elektrisch leitfähigen Material und der Konversionsschicht darstellen. Vorteilhaft kann so ein Ablösen der Konversionsschicht beispielsweise während des Betriebs des späteren Halbleiterbauelements vermieden werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Konversionsschicht mittels Spraycoating, Elektrophorese, Sedimentation oder Vergießen. Beim Spraycoating wird das Material der Konversionsschicht in einer Sprühphase, beispielsweise mittels eines Sprühers, auf die relevanten Stellen aufgesprüht. Beispielsweise handelt es sich bei der Elektrophorese um ein Verfahren, bei dem zwischen einer Oberfläche einerseits, also zum Beispiel den Strahlungsdurchtrittsflächen und/oder einer Oberfläche des elektrisch leitfähigen Materials, und einer Gegenelektrode eine Spannung angelegt wird, wodurch sich das in Lösung befindliche Material der Konversionsschicht auf die Oberfläche zu bewegt und sich an dieser Oberfläche absetzt. Beispielsweise ist die Oberfläche elektrisch leitfähig. Mit anderen Worten kann es sich bei der Elektrophorese um ein elektrophoretisches Ablageverfahren (Englisch: Electrophoretic deposition (auch EPD) handeln.
  • Erfolgt das Aufbringen der Konversionsschicht mittels Sedimentation, lagert sich beispielsweise das in einem flüssigen Trägermaterial enthaltene Material der Konversionsschicht auf die gewünschten Oberflächen ab, wobei das Ablagern vor dem Aushärten des Trägermaterials erfolgt. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Sedimentation um eine durch Gewichtskraft getriebene Ablagerung des Materials der Konversionsschicht. Es wurde erkannt, dass das Aufbringen mittels Sedimentation zu einer dünnen und kompakten Konversionsschicht führen kann.
  • Es wird darüber hinaus ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
  • Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement mittels des hier beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, wie es in Verbindung mit einem oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist. Das heißt, die für das hier beschriebene Verfahren ausgeführten Merkmale sind auch für das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger, der eine Oberseite, eine der Oberseite des Trägers gegenüberliegende Unterseite, sowie zumindest eine an der Oberseite angeordnete Anschlussfläche aufweist. Zudem umfasst das Halbleiterbauelement zumindest einen an der Oberseite des Trägers angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip, der zumindest eine dem Träger abgewandte Kontaktfläche aufweist. Weiter umfasst das Halbleiterbauelement zumindest eine reflektierende Umhüllung, welche auf freiliegende Stellen des Trägers und des optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht ist, und zumindest eine über der Anschlussfläche angeordnete Öffnung, welche die reflektierende Umhüllung vollständig durchdringt und sich von einer dem Träger abgewandeten Oberseite der reflektierenden Umhüllung in Richtung der Oberseite des Trägers erstreckt. Elektrisch leitfähiges Material, welches auf der reflektierenden Umhüllung und zumindest stellenweise in der Öffnung angeordnet ist, verbindet die Kontaktfläche mit der Anschlussfläche elektrisch leitend. Eine Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips ist frei von der reflektierenden Umhüllung, wobei die reflektierende Umhüllung den optoelektronischen Halbleiterchip seitlich nicht überragt.
  • Alle weiteren Ausführungsbeispiele und Merkmale des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind mittels des hier beschriebenen Verfahrens und deren Merkmalen offenbart.
  • Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
    • Die 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 2, 3, 4A, 4B und 5 zeigen einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung verschiedener Ausführungsbeispiele durch ein hier beschriebenes Verfahren.
  • In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Die 1A zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen ersten Schritt, bei dem zunächst ein Träger 1, welcher eine Oberseite 12 und eine der Oberseite 12 des Trägers 1 gegenüberliegende Unterseite 11 aufweist, bereitgestellt wird. Ferner weist der Träger 1 eine Mehrzahl von in lateraler Richtung L nebeneinander an der Oberseite 12 angeordneten Anschlussflächen 13 auf. Auf dem Träger 1 sind optoelektronische Halbleiterchips 2 angeordnet. Jeder der optoelektronischen Halbleiterchips 2 weist eine dem Träger 1 abgewandte Kontaktfläche 22 auf. Dabei sind die optoelektronischen Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung L beabstandet zueinander angeordnet. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips 2 kann es sich um strahlungsemittierende Halbleiterchips handeln, die ultraviolette Strahlung oder sichtbares Licht emittieren.
  • Beispielsweise weist der Träger Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) auf, durch welche die Anschlussflächen 13 zumindest teilweise ausgebildet sind, wobei die Durchkontaktierungen sich ausgehend von der Oberseite 12 des Trägers 1 in Richtung der Unterseite 11 des Trägers 1 vollständig durch den Träger 1 hindurch erstrecken.
  • In der 1B ist in einer schematischen Seitenansicht gezeigt, wie in einem nächsten Schritt eine reflektierende Umhüllung 3 auf freiliegende Stellen des Trägers 1 und Seitenflächen 24 der optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht ist. Insbesondere kann das Aufbringen mittels Vergießens erfolgen. In diesem Fall ist die reflektierende Umhüllung ein Verguss.
  • Dabei sind Strahlungsdurchtrittsflächen 25 der optoelektronischen Halbleiterchips 2 frei von der reflektierenden Umhüllung, wobei die reflektierende Umhüllung 3 die optoelektronischen Halbleiterchips 2 seitlich nicht überragt. Mit anderen Worten schließt die reflektierende Umhüllung 3 in vertikaler Richtung V mit den Strahlungsdurchtrittsflächen 25 der optoelektronischen Halbleiterchips 2 bündig ab.
  • In der 1C ist in einer schematischen Seitenansicht gezeigt, wie in einem nächsten Schritt Öffnungen 5 in die reflektierende Umhüllung 3 eingebracht werden, welche die reflektierende Umhüllung 3 vollständig durchdringen und sich von einem der Träger 1 abgewandten Oberseite 31 der reflektierenden Umhüllung 3 in Richtung der Oberseite 12 des Trägers 1 erstrecken.
  • In der schematischen Seitenansicht der 1D ist gezeigt, wie in einem nächsten Schritt elektrisch leitfähiges Material 8 auf der reflektierenden Umhüllung 3 und vollständig in den Öffnungen 5 angeordnet wird. Dabei verbindet das elektrisch leitfähige Material 8 jeweils eine Kontaktfläche 22 mit der ihr zugeordneten Anschlussfläche 13 elektrisch leitend. Vorliegend sind die Öffnungen 5 kegelförmig ausgestaltet, wodurch diese besonders einfach mit dem elektrisch leitfähigen Material befüllt werden kann. Beispielsweise geschieht das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 8 mittels Sputtern und/oder Jetten. Das elektrisch leitfähige Material 8 steht nach dem Einfüllen in die Öffnungen 5 mit den jeweiligen Kontaktflächen 22 der optoelektronischen Halbleiterchips 2 sowie den Anschlussflächen 13 in direktem Kontakt.
  • In der schematischen Seitenansicht der 1E ist gezeigt, wie in einem nächsten Schritt, nach dem Anordnen des elektrisch leitfähigen Materials 8, auf die Strahlungsdurchtrittsflächen 25, freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials 8 und freiliegende Stellen der reflektierenden Umhüllung 3 eine Konversionsschicht 9 aufgebracht wird. Insbesondere kann die Konversionsschicht 9 mittels Spraycoating und/oder Vergießen aufgebracht sein. Dabei bedeckt die Konversionsschicht 9 die Strahlungsdurchtrittsflächen 25, die freiliegenden Stellen des elektrisch leitfähigen Materials 8 und eine dem Träger 1 abgewandte Außenfläche 32 der reflektierenden Umhüllung 3 vollständig. Das heißt, dass eine dem Träger 1 abgewandte Außenfläche der Konversionsschicht 9 durchgehend und zusammenhängend ausgebildet ist und sich über die gesamte Ausdehnung des Trägers 1 und/oder der reflektierenden Umhüllung 3 erstreckt. Die Konversionsschicht 9 enthält zumindest ein Lumineszenzkonversionsmaterial 91, wobei Seitenflächen 93 der Konversionsschicht 9 frei von der reflektierenden Umhüllung 3 sind.
  • Zudem ist nach dem Aufbringen der Konversionsschicht 9 ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 100 hergestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem in der 1E dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 um ein LED-Panel, welches insbesondere für eine Hintergrundbeleuchtung zur Verbauung in Flachbildschirmen oder Videoleinwänden geeignet sein kann.
  • Ebenso ist denkbar, dass optoelektronische Halbleiterbauelemente 100 erst nach dem Vereinzeln entlang von Trennungslinien S hergestellt sind, wobei die Trennungslinien S in vertikaler Richtung V zwischen jeweils in lateraler Richtung L benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips 2 verlaufen.
  • In der 2 ist in einer schematischen Seitenansicht eine alternative Aufbringungsmethode der Konversionsschicht 9 gezeigt, bei dem die Konversionsschicht 9 statt mittels des in der 1E gezeigten Spraycoatings und/oder Vergießens mittels Elektrophorese aufgebracht ist. Aus der 2 ist weiter erkennbar, dass im Unterschied zu der 1E die Konversionsschicht 9 nun lediglich die Strahlungsdurchtrittsflächen 25 sowie freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials 8 bedeckt. Mit anderen Worten ist die dem Träger 1 abgewandte Außenfläche der reflektierenden Umhüllung 3 zumindest stellenweise frei von der Konversionsschicht 9 oder höchstens mit einer geringen Schichtdicke von dieser bedeckt.
  • In der 3 ist in einer schematischen Seitenansicht eine weitere alternative Aufbringungsmethode der Konversionsschicht 9 gezeigt, bei dem statt der in den 1E und der 2 gezeigten Aufbringungsmethoden die Konversionsschicht 9 mittels Sedimentation aufgebracht ist und in vorliegendem Ausführungsbeispiel die Strahlungsdurchtrittsflächen 25 sowie die dem Träger 1 abgewandte Außenfläche 32 der reflektierenden Umhüllung 3 vollständig bedeckt.
  • In der 4A ist in einer schematischen Seitenansicht im Unterschied zur 1D gezeigt, dass das elektrisch leitfähige Material 8 die Öffnungen 5 nur teilweise ausfüllt. Das elektrisch leitfähige Material 8 kann Seitenflächen 51 und eine Bodenfläche 52 jeder Öffnung 5 mit einer vorgebbaren, maximalen Schichtdicke D bedecken. Insbesondere kann die maximale Schichtdicke D höchstens 20 um betragen. Der von dem elektrisch leitfähigen Material 8 nicht ausgefüllte, in lateraler Richtung L von der reflektierenden Umhüllung 3 begrenzte, Rauminhalt innerhalb jeder Öffnung 5 ist mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 14 vollständig aufgefüllt. Insbesondere kann es sich bei dem Füllmaterial 14 um ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung aus Silikon und Epoxid handeln. Beispielsweise handelt es sich bei der Mischung um ein Hybridmaterial. Insbesondere können in das Füllmaterial die hier beschriebenen strahlungsreflektierenden Partikel eingebracht sein. Dabei überragt das elektrisch isolierende Füllmaterial 14 die optoelektronischen Halbleiterchips 2 und die reflektierende Umhüllung 3 seitlich nicht. Vorliegend ist eine dem Träger 1 abgewandte Außenfläche 141 des elektrisch isolierenden Materials 14 sowohl in lateraler Richtung L als auch in vertikaler Richtung V vollständig deckgleich mit einer Deckfläche 53 jeder Öffnung 5. Die Deckfläche 53 schließt daher das elektrisch isolierende Füllmaterial 14 in vertikaler Richtung V ab.
  • In der schematischen Seitenansicht der 4B ist gezeigt, wie in einem nächsten Schritt nach dem Anordnen des elektrisch isolierenden Füllmaterials 14 (siehe 4A) auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials 8, der dem Träger 1 abgewandeten Außenfläche 32 der reflektierenden Umhüllung 3, die Kontaktflächen 22, den Strahlungsdurchtrittsflächen 25 sowie den Außenflächen 141 des elektrisch isolierenden Materials 14 die Konversionsschicht 9 angeordnet wird. Beispielsweise ist die Konversionsschicht 9 mittels der in Zusammenhang mit den 1E, 2 oder 3 gezeigten Aufbringungsmethoden aufgebracht. Mit anderen Worten stehen die Konversionsschicht 9 und das elektrisch isolierende Füllmaterial 14 im Bereich der Öffnungen 5 in direktem Kontakt miteinander.
  • Insbesondere können ein Grundmaterial 92 der Konversionsschicht 9, in welches das Lumineszenzkonversionsmaterial 9 eingebracht ist, und das elektrisch isolierende Füllmaterial 14 mit dem gleichen Material gebildet sein.
  • In der schematischen Seitenansicht der 5 ist im Unterschied zu den 4A und 4B auf das Anordnen des elektrisch isolierenden Füllmaterials 14 verzichtet. Stattdessen wird die Konversionsschicht 9 ebenso in den Öffnungen 5 zumindest stellenweise angeordnet. Das heißt, dass die Konversionsschicht 9, nach dem Aushärten, in den Öffnungen 5 verankert wird. Ein Ablösen der Konversionsschicht 9, beispielsweise in lateraler Richtung L, wird damit vermieden. Weiter können kürzere Prozess- und Fertigungszeiten, als beispielsweise in Zusammenhang mit den 1A bis 4B beschrieben, erreicht werden, da beispielsweise kein elektrisch isolierendes Füllmaterial angeordnet zu werden braucht.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (100), mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Trägers (1), der eine Oberseite (12), eine der Oberseite (12) des Trägers (1) gegenüberliegende Unterseite (11), sowie eine Mehrzahl von in lateraler Richtung (L) nebeneinander an der Oberseite (12) angeordneten Anschlussflächen (13) aufweist; b) Aufbringen einer Mehrzahl von in lateraler Richtung (L) beabstandet zueinander angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips (2) an der Oberseite (12) des Trägers (1), die jeweils zumindest eine dem Träger (1) abgewandte Kontaktfläche (22) aufweisen; c) Aufbringen zumindest einer reflektierenden Umhüllung (3) auf freiliegende Stellen des Trägers (1) und Seitenflächen (24) der optoelektronischen Halbleiterchips (2); d) Einbringen von Öffnungen (5) in die reflektierende Umhüllung (3), welche die reflektierende Umhüllung (3) vollständig durchdringen und sich von einer dem Träger (1) abgewandeten Oberseite (31) der reflektierenden Umhüllung (3) in Richtung der Oberseite (12) des Trägers (1) erstrecken; e) Anordnen von elektrisch leitfähigem Material (8) auf der reflektierenden Umhüllung (3) und zumindest stellenweise in den Öffnungen (5), wobei - das elektrisch leitfähige Material (8) jeweils eine Kontaktfläche (22) mit der ihr zugeordneten Anschlussfläche (13) elektrisch leitend verbindet, - Strahlungsdurchtrittsflächen (25) der optoelektronischen Halbleiterchips (2) frei von der reflektierenden Umhüllung (3) sind, - die reflektierende Umhüllung (3) die optoelektronischen Halbleiterchips (2) seitlich nicht überragt, und - das elektrisch leitfähige Material (8) zumindest eine der Öffnungen (5) nur teilweise ausfüllt, wobei in der Öffnung (5) auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest stellenweise zumindest ein elektrisch isolierendes Füllmaterial (14) angeordnet wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Umhüllung (3) ein Verguss (33) ist, der durch Vergießen aufgebracht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das elektrisch isolierende Füllmaterial (14) die optoelektronischen Halbleiterchips (2) und/oder die reflektierende Umhüllung (3) seitlich nicht überragt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das elektrisch isolierende Füllmaterial (14) mit einem Silikon, einem Epoxid und/oder einer Mischung aus einem Silikon und einem Epoxid gebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Anordnen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest stellenweise auf zumindest eine Strahlungsdurchtrittsfläche (25) und zumindest stellenweise auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest eine Konversionsschicht (9) aufgebracht wird, wobei - die Konversionsschicht (9) zumindest ein Lumineszenzkonversionsmaterial (91) enthält, und - Seitenflächen (93) der Konversionsschicht (9) frei von der reflektierenden Umhüllung (3) sind.
  6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Grundmaterial (92) der Konversionsschicht (9), in welches das Lumineszenzkonversionsmaterial (91) eingebracht ist, und das elektrisch isolierende Füllmaterial (14) mit dem gleichen Material gebildet sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem das Aufbringen der Konversionsschicht (9) mittels Spraycoating, Elektrophorese, Sedimentation oder Vergießen erfolgt.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (100), mit - einem Träger (1), der eine Oberseite (12), eine der Oberseite (12) des Trägers (1) gegenüberliegende Unterseite (11), sowie zumindest eine an der Oberseite (12) angeordnete Anschlussfläche (13) aufweist; - zumindest einem an der Oberseite (12) des Trägers (1) angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zumindest eine dem Träger (1) abgewandte Kontaktfläche (22) aufweist; - zumindest einer reflektierenden Umhüllung (3), welche auf freiliegende Stellen des Trägers (1) und des optoelektronischen Halbleiterchips (2) aufgebracht ist; - zumindest einer über der Anschlussfläche (13) angeordneten Öffnung (5), welche die reflektierende Umhüllung (3) vollständig durchdringt und sich von einer dem Träger (1) abgewandeten Oberseite (31) der reflektierenden Umhüllung (3) in Richtung der Oberseite (12) des Trägers (1) erstreckt; - elektrisch leitfähiges Material(8), welches auf der reflektierenden Umhüllung (3) und zumindest stellenweise in der Öffnung (5) angeordnet ist, wobei - das elektrisch leitfähige Material (8) die Kontaktfläche (22) mit der Anschlussfläche (13) elektrisch leitend verbindet, - eine Strahlungsdurchtrittsfläche (25) des optoelektronischen Halbleiterchips (2) frei von der reflektierenden Umhüllung (3) ist, - die reflektierende Umhüllung (3) den optoelektronischen Halbleiterchip (2) seitlich nicht überragt, und - das elektrisch leitfähige Material (8) die Öffnung (5) nur teilweise ausfüllt, wobei in der Öffnung (5) auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest stellenweise zumindest ein elektrisch isolierendes Füllmaterial (14) angeordnet ist.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 8, bei dem zumindest stellenweise zumindest auf der Strahlungsdurchtrittsfläche (25) und zumindest stellenweise auf freiliegende Stellen des elektrisch leitfähigen Materials (8) zumindest eine Konversionsschicht (9) angeordnet ist, wobei - die Konversionsschicht (9) zumindest ein Lumineszenzkonversionsmaterial (91) enthält, und - Seitenflächen (93) der Konversionsschicht (9) frei von der reflektierenden Umhüllung (3) sind.
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