DE102011100457A1 - Elektronisches Bauteil mit einem Trägerelement, einer Verbindungsstruktur und einem Halbleiterchip - Google Patents

Elektronisches Bauteil mit einem Trägerelement, einer Verbindungsstruktur und einem Halbleiterchip Download PDF

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Gertrud Kräuter
Andreas Plössl
Dr. Ritzhaupt-Kleissl Eberhard
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Es wird ein elektronisches Bauteil angegeben. Das elektronische Bauteil weist ein Trägerelement (3), eine Verbindungsstruktur (6) auf dem Trägerelement (3) und einen Halbleiterchip (1) auf der Verbindungsstruktur (6) auf. Die Verbindungsstruktur (6) weist eine Metallfolie (2) mit einer vorderseitigen und einer rückseitigen Oberfläche (205, 206) auf. Gemäß einem Aspekt ist vorderseitige Oberfläche (205) derart geformt, dass sie stellenweise den Halbleiterchip (1) berührt und stellenweise von dem Halbleiterchip (1) beabstandet ist. Gemäß einem anderen Aspekt ist die rückseitige Oberfläche (206) derart geformt, dass sie stellenweise das Trägerelement (3) berührt und stellenweise von dem Trägerelement (3) beabstandet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines solchen elektronischen Bauteils angegeben.

Description

  • Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Trägerelement, einer Verbindungsstruktur und einem Halbleiterchip.
  • Aus der Druckschrift WO2007/134581A1 ist eine Vorrichtung mit einer Verbindungsschicht zwischen zwei Bauteilen bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein elektronisches Bauteil mit einer verbesserten Verbindungsstruktur anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Bauteil und durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bauteils und des Verfahrens sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit ausdrücklich durch Rückbezug in die Beschreibung mit aufgenommen.
  • Es wird ein elektronisches Bauteil mit einem Trägerelement, einer Verbindungsstruktur auf dem Trägerelement und einem Halbleiterchip auf der Verbindungsstruktur angegeben. Der Halbleiterchip ist insbesondere auf der vom Trägerelement abgewandten Seite der Verbindungsstruktur angeordnet. Mittels der Verbindungsstruktur ist insbesondere eine mechanisch stabile und/oder elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Trägerelement hergestellt.
  • Der Halbleiterchip weist insbesondere eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge auf. Zusätzlich kann er mindestens eine elektrische Anschlussschicht aufweisen, die insbesondere ein Metall enthält oder aus mindestens einem Metall besteht. Die elektrische Anschlussschicht ist bei einer Ausgestaltung der Verbindungsstruktur zugewandt.
  • Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen optoelektronischen Halbleiterchip. Der optoelektronische Halbleiterchip weist insbesondere eine aktive Schicht auf, die zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist. Insbesondere ist sie zur Erzeugung von infrarotem, sichtbarem und/oder ultraviolettem Licht vorgesehen. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip. Das elektronische Bauteil mit dem Licht erzeugenden Halbleiterchip kann z. B. zur Allgemeinbeleuchtung, für Scheinwerfer, für Bildpunkte oder zur Hintergrundbeleuchtung von Anzeigevorrichtungen für Projektionsvorrichtungen usw. zur Verwendung vorgesehen sein.
  • Das Trägerelement ist bei einer Ausgestaltung ausgewählt aus der Gruppe, die aus folgenden Elementen besteht: Leiterrahmen (leadframe) – insbesondere ein gestanztes Metallband aufweisend; Leiterplatte – insbesondere gedruckte Leiterplatte (PCB, printed circuit board) oder Metallkernplatine; Gehäusegrundkörper – insbesondere mit einer Reflektorwanne; Wärmesenke – insbesondere metallische Wärmesenke; Keramiksubstrat. Vorzugsweise ist das Trägerelement zur Abfuhr von Verlustwärme vorgesehen, welche der Halbleiterchip im Betrieb des Bauteils erzeugt. Beispielsweise enthält zumindest ein Montagebereich des Trägerelements ein Metall oder besteht aus einem Metall. Die Verbindungsstruktur ist insbesondere auf dem Montagebereich angeordnet.
  • Die Verbindungsstruktur enthält eine Metallfolie. Bei einer Ausgestaltung weist die Metallfolie Kupfer auf oder besteht daraus.
  • Die Metallfolie weist eine vorderseitige Oberfläche und eine rückseitige Oberfläche auf. Die vorderseitige Oberfläche der Metallfolie ist zweckmäßigerweise dem Halbleiterchip zugewandt. Die rückseitige Oberfläche der Metallfolie ist zweckmäßigerweise dem Trägerelement zugewandt, insbesondere dem Montagebereich.
  • Die Metallfolie hat insbesondere eine erste und eine zweite Haupterstreckungsrichtung. Die erste und zweite Haupterstreckungsrichtung spannen eine Mittelebene der Metallfolie auf, die insbesondere durch deren Schwerpunkt verläuft.
  • In der ersten Haupterstreckungsrichtung und in der zweiten Haupterstreckungsrichtung ist gemäß zumindest einem Aspekt die geometrische Ausdehnung der Metallfolie mindestens um einen Faktor 5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 20, größer als in der zu der ersten und zweiten Haupterstreckungsrichtung senkrechten Richtung. Die Ausdehnung in der zu den Haupterstreckungsrichtungen senkrechten Richtung wird im Folgenden als ”Dicke” der Metallfolie bezeichnet. Die Dicke der Metallfolie entspricht insbesondere dem größten Abstand zwischen vorderseitiger und rückseitiger Oberfläche.
  • Die Dicke der Metallfolie hat bei einer Ausgestaltung einen Wert von größer oder gleich 1 μm, insbesondere größer oder gleich 5 μm. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Dicke kleiner oder gleich 50 μm, insbesondere kleiner oder gleich 10 μm.
  • Gemäß einem Aspekt ist die vorderseitige Oberfläche derart geformt, dass sie stellenweise den Halbleiterchip berührt und stellenweise von dem Halbleiterchip beabstandet ist.
  • Zum Beispiel weist die vorderseitige Oberfläche der Metallfolie eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Erhebungen auf (im Folgenden erste Erhebungen genannt). Die ersten Erhebungen werden beispielsweise durch Vorsprünge in der dem Halbleiterchip zugewandten vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie gebildet.
  • Die ersten Erhebungen berühren den Halbleiterchip. Insbesondere grenzt die Metallfolie im Bereich der ersten Erhebungen unmittelbar an den Halbleiterchip an, zum Beispiel an eine Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge oder an die elektrische Anschlussschicht. Zwischen den Erhebungen ist die vorderseitige Oberfläche von dem Halbleiterchip beabstandet.
  • Die vorderseitige Oberfläche kann auch eine im Wesentlichen plane Fläche mit einer Mehrzahl lateral beabstandeter Vertiefungen sein. In diesem Fall ist die vorderseitige Oberfläche im Bereich der Vertiefungen von dem Halbleiterchip beabstandet und grenzt mit ihrem planen Bereich zumindest stellenweise an den Halbleiterchip an.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist die rückseitige Oberfläche derart geformt, dass sie stellenweise das Trägerelement berührt und stellenweise von dem Trägerelement beabstandet ist.
  • Analog zur vorderseitigen Oberfläche kann die rückseitige Oberfläche der Metallfolie eine Mehrzahl von lateral beabstandeten zweiten Erhebungen aufweisen, die das Trägerelement berühren, und zwischen den Erhebungen von dem Trägerelement beabstandet sein. Die zweiten Erhebungen werden beispielsweise von Vorsprüngen der dem Trägerelement zugewandten rückseitigen Oberfläche der Halbleiterfolie gebildet. Die rückseitige Oberfläche kann, wiederum analog zur vorderseitigen Oberfläche, auch eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Vertiefungen in einem im Wesentlichen planen Bereich aufweisen, so dass sie im Bereich der Vertiefungen von dem Trägerelement beabstandet ist und der plane Bereich zumindest stellenweise das Trägerelement berührt.
  • Die ersten Erhebungen und/oder die zweiten Erhebungen haben beispielsweise eine Höhe – gemessen insbesondere ausgehend von der Mittelebene – von ≥ 5 μm und beispielsweise von ≤ 10 μm.
  • Die Erhebungen haben beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 1 μm oder mehr. Die laterale Ausdehnung der ersten und/oder zweiten Erhebungen ist zum Beispiel ≥ 5 μm, insbesondere ≥ 15 μm, vorzugsweise beträgt sie 50 μm oder mehr. Bei einer Ausgestaltung ist die laterale Ausdehnung kleiner oder gleich 2 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,5 mm. Bei einer Weiterbildung ist sie ≤ 200 μm, insbesondere ≤ 50 μm. Zweckmäßigerweise ist die laterale Ausdehnung einer ersten und/oder zweiten Erhebung höchstens halb so groß wie die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips. Die genannten Höhen und lateralen Ausdehnungen sind auch für die vorstehend beschriebenen Vertiefungen der vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche geeignet.
  • Bei einer Weiterbildung sind die vorderseitige Oberfläche und die rückseitige Oberfläche der Metallfolie derart geformt, dass die vorderseitige Oberfläche stellenweise unmittelbar an den Halbleiterchip und die rückseitige Oberfläche stellenweise unmittelbar an das Trägerelement angrenzen.
  • Anders ausgedrückt grenzen bei dem elektronischen Bauteil erste Teilbereiche einer rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips an die vorderseitige Oberfläche der Metallfolie an, insbesondere an die ersten Erhebungen der Metallfolie. Zweite Teilbereiche der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips sind von der Metallfolie beabstandet. Zusätzlich grenzen erste Teilbereiche einer vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements an die rückseitige Oberfläche der Metallfolie an, insbesondere an die zweiten Erhebungen der Metallfolie. Zweite Teilbereiche der vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements sind von der Metallfolie beabstandet.
  • Mittels der Metallfolie, welche den Halbleiterchip und/oder das Trägerelement direkt berührt, kann ein besonders geringer elektrischer und thermischer Widerstand zwischen dem Halbleiterchip und dem Trägerelement erzielt werden.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt hat die Folie einen gewellten oder geknickten Querschnitt. Insbesondere korrespondieren zu den von den ersten Erhebungen umfassten Vorsprüngen der vorderseitigen Oberfläche Vertiefungen der rückseitigen Oberfläche, wobei in Draufsicht auf die Mittelebene der Metallfolie jeweils ein Vorsprung der vorderseitigen Oberfläche und eine Vertiefung der rückseitigen Oberfläche überlappen. Anders ausgedrückt verlaufen, in Richtung von einem Randbereich zu einem Mittelbereich einer ersten Erhebung hin, sowohl die vorderseitige als auch die rückseitige Oberfläche in Richtung vom Trägerelement zum Halbleiterchip hin. In analoger Weise korrespondiert insbesondere zu einem von einer zweiten Erhebung umfassten Vorsprung der rückseitigen Oberfläche eine Vertiefung der vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie. Die ersten und gegebenenfalls die zweiten Erhebungen sind beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen in die Metallfolie eingebracht.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt enthält die Verbindungsstruktur eine erste Klebstoffschicht, die zumindest stellenweise zwischen dem Halbleiterchip und der Metallfolie angeordnet ist. Zweckmäßigerweise stellt die erste Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und der Metallfolie her.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die ersten Teilbereiche der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips, welche an die Metallfolie angrenzen, von der ersten Klebstoffschicht unbedeckt. Zweite Teilbereiche der rückseitigen Hauptfläche, die insbesondere die ersten Teilbereiche zumindest teilweise lateral umschließen, sind vorzugsweise von der ersten Klebstoffschicht bedeckt.
  • Insbesondere bei einem Bauteil mit einem optoelektronischen Halbleiterchip ist gemäß zumindest einem Aspekt das Material der ersten Klebstoffschicht derart gewählt, dass die erste Klebstoffschicht von dem Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung, die in Richtung der ersten Klebstoffschicht emittiert wird, zumindest teilweise in Richtung der von der ersten Klebstoffschicht abgewandten Vorderseite des Halbleiterchips zurückreflektiert. Beispielsweise kann der Brechungsindex der ersten Klebstoffschicht so gewählt sein, dass an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip und der ersten Klebstoffschicht Reflexion und insbesondere Totalreflexion auftritt. Zusätzlich oder alternativ kann die Metallfolie zumindest an der vorderseitigen Oberfläche ein hochreflektives Metall wie beispielsweise Silber aufweisen.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt enthält die Verbindungsstruktur eine zweite Klebstoffschicht, die zumindest stellenweise zwischen dem Trägerelement und der Metallfolie angeordnet ist. Zweckmäßigerweise stellt die zweite Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Metallfolie her.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die ersten Teilbereiche der vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements, welche an die Metallfolie angrenzen, von der zweiten Klebstoffschicht unbedeckt. Vorzugsweise sind die zweiten Teilbereiche der vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements, welche die ersten Teilbereiche insbesondere zumindest teilweise lateral umschließen, von der zweiten Klebstoffschicht bedeckt.
  • Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die erste Klebstoffschicht in den Vertiefungen der vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie angeordnet und/oder sind die ersten Erhebungen lateral von der ersten Klebstoffschicht umschlossen. Bei einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung ist die zweite Klebstoffschicht in den Vertiefungen der rückseitigen Oberfläche der Metallfolie angeordnet und/oder sind die zweiten Erhebungen lateral von der zweiten Klebstoffschicht umschlossen.
  • Bei dem Klebstoff kann es sich beispielsweise um einen elektrisch isolierenden Klebstoff handeln. Mit elektrisch isolierenden Klebstoffen kann beispielsweise eine höhere Stabilität der mittels des Klebstoffs hergestellten mechanischen Verbindung erzielt sein als mit elektrisch leitenden Klebstoffen. Dennoch wird mittels der Metallfolie, die beispielsweise an das Trägerelement und an den Halbleiterchip unmittelbar angrenzt, mit Vorteil eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Trägerelement hergestellt. Aufgrund des direkten Angrenzens der Metallfolie an den Halbleiterchip bzw. an das Trägerelement ist der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Verbindung zudem mit Vorteil besonders gering.
  • Der Klebstoff der ersten und/oder zweiten Klebstoffschicht kann je nach Anforderung aber auch elektrisch und/oder thermisch leitfähige Partikel enthalten. Auf diese Weise kann die elektrische bzw. thermische Ankopplung des Halbleiterchips an das Trägerelement mittels der Verbindungsstruktur weiter verbessert werden.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt enthält die erste und/oder die zweite Klebstoffschicht einen Klebstoff, der mittels Beaufschlagung mit UV-Strahlung härtbar ist oder besteht aus einem solchen Klebstoff. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein thermisch härtbarer Klebstoff verwendet sein. Im fertiggestellten Bauteil ist der Klebstoff oder sind die Klebstoffe zweckmäßigerweise im gehärteten Zustand enthalten.
  • Der mittels UV-Strahlung härtbare Klebstoff ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Bestrahlung eines Teilbereichs der Klebstoffschicht(en) mit UV-Strahlung, beispielsweise eines Randbereichs der Klebstoffschicht(en), genügt, um die Aushärtung über den gesamten Bereich der gesamten Klebstoffschicht(en) – insbesondere auch die Aushärtung des nicht mit der UV-Strahlung bestrahlten Teilbereichs – zu bewirken. Beispielsweise ist das Material des Klebstoffs so gewählt, dass die UV-Bestrahlung des Teilbereichs die Härtungsreaktion initiiert und sich die Härtungsreaktion in den nicht bestrahlten Teilbereich hinein ausbreitet.
  • Bei einer Weiterbildung ist der UV-härtbare Klebstoff zusätzlich thermisch härtbar und/oder unter Luftabschluss bei Berührung mit Metallen – zum Beispiel mit der Metallfoliehärtend. Solche Klebstoffe werden auch als dual härtende Klebstoffe bezeichnet. Mittels eines solchen Klebstoffs kann die Aushärtung in dem nicht mit UV-Strahlung beaufschlagten Teilbereich mit Vorteil verbessert und/oder beschleunigt werden.
  • Beispielsweise handelt es sich bei dem UV-härtbaren oder dem dual härtenden Klebstoff um einen kationisch härtenden Klebstoff, etwa ein kationisches Epoxidharz. Solche kationisch härtenden Klebstoffe sind dem Fachmann im Prinzip bekannt, so dass ihre Zusammensetzung an dieser Stelle nicht nährer erläutert wird. Beispielsweise sind sie von der Firma DELO unter der Bezeichnung DELO-KATIOBOND (ein UV-härtbarer Klebstoff) bzw. DELO-DUALBOND (ein UV- und thermisch härtbarer Klebstoff) kommerziell erhältlich.
  • Es ist denkbar, dass die erste und/oder die zweite Klebstoffschicht bei einer Ausgestaltung durch eine Lotschicht ersetzt ist. Mittels der Klebstoffschicht(en) ist das Bauteil jedoch besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Zudem besteht beim Verzicht auf eine dem Halbleiterchip benachbarte Lotschicht keine Gefahr einer Diffusion von Lötmetallen in die funktionelle Halbleiterschichtenfolge.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt weist die Metallfolie mindestens einen Durchbruch auf. Vorzugsweise grenzt die erste Klebstoffschicht in dem Durchbruch an die zweite Klebstoffschicht an. Die erste und die zweite Klebstoffschicht sind in diesem Fall insbesondere Teilbereiche einer zusammenhängenden Klebstoffschicht. Der Durchbruch ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass – nicht ausgehärteter – Klebstoff von der rückseitigen Oberfläche her durch den Durchbruch zur vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie hin gepresst werden kann und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt ist die Metallfolie in einer zu ihrer Mittelebene senkrechten Richtung elastisch deformierbar ausgebildet. Die elastische Deformierbarkeit ist vorzugsweise – zum Beispiel mittels der Formgebung der Metallfolie – so eingestellt, dass eine elastische Dickenänderung um 10% oder mehr, vorzugsweise um 20% oder mehr, erzielbar ist. Insbesondere ist die elastische Deformierbarkeit der Metallfolie mittels der Formgebung der vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche und/oder des mindestens einen Durchbruchs gegenüber der elastischen Deformierbarkeit des Materials der Metallfolie selbst erhöht.
  • Beispielsweise stellt die Metallfolie ein Streckgitter, das manchmal auch Streckmetall genannt wird, dar. Bei einem Streckgitter handelt es sich um ein gitterartiges Material in dem vorzugsweise Maschen ausgebildet sind. Die Deformierbarkeit des Streckgitters ist insbesondere durch die Ausbildung der Maschen gegenüber der Deformierbarkeit des Materials ohne Maschen vergrößert. Die Maschen sind zum Beispiel durch Stanzen und/oder durch versetzte Schnitte in einem Metallblech gebildet, wobei bevorzugt das Metall streckend umgeformt wird und insbesondere kein Materialverlust auftritt. Beispielsweise werden die ersten und/oder zweiten Erhebungen mittels der streckenden Umformung ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise besitzt die als Streckgitter ausgebildete Metallfolie eine große elastische Deformierbarkeit senkrecht zur Mittelebene. Zudem hat sie insbesondere eine hohe Formstabilität entlang der ersten und/oder der zweiten Haupterstreckungsrichtung.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt ist die elastisch deformierbare Metallfolie, die beispielsweise ein Streckgitter ist, in der zur Mittelebene senkrechten Richtung gestaucht in dem elektronischen Bauteil enthalten. Mit anderen Worten ist die Dicke der Metallfolie im eingebauten Zustand geringer als die Dicke der Metallfolie ohne äußere Krafteinwirkung.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Stauchung zumindest zum Teil um eine elastische Deformation der Metallfolie, d. h. die Metallfolie ist in der zur Mittelebene senkrechten Richtung elastisch gestaucht in dem Bauteil enthalten. Auf diese Weise wird beispielsweise eine elastische Rückstellkraft hervorgerufen, welche die ersten Erhebungen und gegebenenfalls die zweiten Erhebungen der Metallfolie gegen den Halbleiterchip bzw. gegen das Trägerelement presst.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt sind das Material des Klebstoffs und die elastische Stauchung der Metallfolie derart aneinander angepasst, dass die Differenz zwischen der gestauchten Dicke und der ursprünglichen Dicke der Metallfolie in der zu ihrer Mittelebene senkrechten Richtung größer ist als die Dickenänderung der ersten Klebstoffschicht bzw. der zweiten Klebstoffschicht bzw. der ersten und der zweiten Klebstoffschicht aufgrund der thermischen Ausdehnung des Klebstoffs innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs. Vorzugsweise ist der vorgegebene Temperaturbereich der für die Lagerung und/oder den Betrieb des Bauteils vorgesehene Temperaturbereich. Beispielsweise ist als Temperaturbereich der Temperaturbereich zwischen einschließlich –50°C und einschließlich +100°C vorgegeben.
  • Mittels der elastischen Stauchung kann die Metallfolie mit Vorteil einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleiterchip und dem Trägerelement herstellen, auch wenn die Temperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs geändert und insbesondere mehrmals zyklisch geändert wird, obwohl die thermische Ausdehnung des Klebers beispielsweise größer ist als die des Metalls der Metallfolie.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt ragen die Metallfolie, die erste Klebstoffschicht und/oder die zweite Klebstoffschicht seitlich über den Halbleiterchip hinaus.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils angegeben, das ein Trägerelement, eine Verbindungsstruktur mit einer Metallfolie, die eine vorderseitige und eine rückseitige Oberfläche aufweist, und einen Halbleiterchip umfasst. Insbesondere wird bei dem Verfahren ein Bauteil gemäß mindestens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt.
  • Bei dem Verfahren werden das Trägerelement, die Metallfolie und der Halbleiterchip bereitgestellt. Die Metallfolie ist vorzugsweise von dem Trägerelement und dem Halbleiterchip separat gefertigt.
  • Bei einem weiteren Verfahrensschritt werden die Metallfolie, das Trägerelement und der Halbleiterchip zusammengefügt. Das Zusammenfügen erfolgt derart, dass die Metallfolie auf dem Trägerelement und der Halbleiterchip auf der Metallfolie, insbesondere auf der vom Trägerelement abgewandten Seite der Metallfolie angeordnet werden.
  • Bei einem weiteren Schritt des Verfahrens werden die vorderseitige und/oder die rückseitige Oberfläche der Metallfolie geformt. Zum Beispiel werden die ersten Erhebungen, die zweiten Erhebungen, die Vorsprünge und/oder die Vertiefungen werden beispielsweise mittels Prägen, Tiefziehen oder mittels eines anderen Metallbearbeitungsverfahrens in der Metallfolie hergestellt. Die Formung der vorderseitigen bzw. rückseitigen Oberfläche kann bereits bei der Herstellung der Metallfolie, alternativ auch nachfolgend auf deren Herstellung, erfolgen. Das Formen der vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche erfolgt derart, dass beim Zusammenfügen die vorderseitige Oberfläche stellenweise den Halbleiterchip berührt und stellenweise von dem Halbleiterchip beabstandet ist und/oder die rückseitige Oberfläche stellenweise das Trägerelement berührt und stellenweise von dem Trägerelement beabstandet ist.
  • Beispielsweise erfolgen Formgebung der vorderseitigen Oberfläche und Zusammenfügen von Trägerelement, Metallfolie und Halbleiterchip derart, dass die ersten Erhebungen den Halbleiterchip berühren. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgen die Formgebung der rückseitigen Oberfläche und das Zusammenfügen derart, dass die zweiten Erhebungen der Metallfolie das Trägerelement berühren.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt wird eine Metallfolie bereitgestellt, die mindestens einen Durchbruch aufweist. Der Durchbruch wird beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden der Metallfolie hergestellt. Beispielsweise werden Maschen in der Metallfolie durch Stanzen oder versetzte Schnitte und streckende Umformung der Folie hergestellt, so dass ein Streckgitter ausgebildet wird.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt wird zum Ausbilden der Verbindungsstruktur ein Klebstoff derart auf das Trägerelement, die Metallfolie und/oder den Halbleiterchip aufgetragen, dass beim Zusammenfügen von Trägerelement, Metallfolie und Halbleiterchip eine erste Klebstoffschicht ausgebildet wird, die zumindest stellenweise zwischen dem Halbleiterchip und der vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Klebstoff derart aufgetragen werden, dass eine zweite Klebstoffschicht ausgebildet wird, die zumindest stellenweise zwischen dem Trägerelement und der rückseitigen Oberfläche der Metallfolie angeordnet ist.
  • Bei einer Ausgestaltung grenzt die erste Klebstoffschicht in dem Durchbruch an die zweite Klebstoffschicht an, so dass sie insbesondere eine zusammenhängende Klebstoffschicht bilden. Beispielsweise wird bei dieser Ausgestaltung der Klebstoff nur auf das Trägerelement, nur auf den Halbleiterchip oder nur einseitig auf die Metallfolie aufgetragen, sodass entweder die vorderseitige oder die rückseitige Oberfläche vor dem Zusammenfügen von Klebstoff unbedeckt ist. Nachfolgend wird beim Zusammenfügen eine Kraft auf den Klebstoff ausgeübt, derart, dass ein Teil des Klebstoffs auf die vorher vom Klebstoff unbedeckte vorderseitige bzw. rückseitige Oberfläche der Metallschicht gepresst wird.
  • Nachfolgend wird der Klebstoff insbesondere ausgehärtet, sodass die erste Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und der Metallfolie herstellt und/oder die zweite Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Metallfolie herstellt.
  • Beispielsweise erfolgt das Aushärten des Klebstoffs mittels Beaufschlagung mit UV-Strahlung. Die Bestrahlung mit der UV-Strahlung erfolgt zum Beispiel für 9 Sekunden oder mehr, vorzugsweise für 15 Sekunden oder mehr, und insbesondere für 60 Sekunden oder weniger. Die Beaufschlagung des Klebstoffs mit der UV-Strahlung kann zum Beispiel aus einer seitlichen Richtung erfolgen. Für die Initiierung der Härtung genügt insbesondere die Bestrahlung eines seitlichen Randbereichs der Klebstoffschicht(en). Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird zugleich mit der Bestrahlung mit der UV-Strahlung und/oder nachfolgend auf die Bestrahlung mit der UV-Strahlung der Klebstoff zum Aushärten erwärmt, insbesondere auf eine Temperatur von 100°C oder mehr, zum Beispiel auf etwa 120°C.
  • Ragen die Metallfolie und insbesondere die erste Klebstoffschicht und/oder die zweite Klebstoffschicht seitlich über den Halbleiterchip hinaus, kann ein besonders großer Randbereich der ersten bzw. zweiten Klebstoffschicht mit der UV-Strahlung beaufschlagt werden. Auf diese Weise kann die Härtung besonders effektiv mit der UV-Strahlung initiiert werden.
  • Bei einer Variante des Verfahrens erfolgt die Beaufschlagung des Klebstoffs mit der UV-Strahlung vor dem Zusammenfügen der Metallfolie mit dem Trägerelement bzw. Halbleiterchip. Auf diese Weise kann die erste bzw. zweite Klebstoffschicht beispielsweise vollflächig mit der UV-Strahlung beaufschlagt werden. Bei einer Ausgestaltung wird der Klebstoff für zwei bis sechs Sekunden mit der UV-Strahlung beaufschlagt. Durch die Bestrahlung mit der UV-Strahlung wird die Härtungsreaktion der Klebstoffschicht(en) initiiert und der Klebstoff härtet insbesondere auch nach Beendigung der UV Bestrahlung bis zur vollständigen Härtung weiter. Für einen bestimmten Zeitraum (der sogenannten „Offenzeit”), zum Beispiel einen Zeitraum von beispielsweise etwa 10, 30 oder 60 Sekunden ab Beginn der Beaufschlagung mit der UV-Strahlung, bleibt der Klebstoff trotz der Initiierung der Härtungsreaktion noch so flüssig, dass die erste Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und der Metallfolie herstellt und/oder die zweite Klebstoffschicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Metallfolie herstellt, wenn das Zusammenfügen innerhalb dieses Zeitraums erfolgt. Zweckmäßigerweise erfolgt bei dieser Variante das Zusammenfügen innerhalb der Offenzeit.
  • Gemäß zumindest einem Aspekt wird eine Metallfolie bereitgestellt, die in einer zu ihrer Mittelebene senkrechten Richtung elastisch deformierbar ausgebildet ist. In diesem Fall werden zweckmäßigerweise der Halbleiterchip, das Trägerelement und die Metallfolie beim Zusammenfügen aufeinandergepresst, sodass die Metallfolie in der zur Mittelebene senkrechten Richtung elastisch gestaucht wird und insbesondere die ersten Erhebungen und gegebenenfalls die zweiten Erhebungen der Metallfolie gegen den Halbleiterchip bzw. gegen das Trägerelement gepresst werden.
  • Nachfolgend erfolgt eine Fixierung der Metallfolie, des Halbleiterchips und des Trägerelements in dieser Position. Die Fixierung kann beispielsweise durch Anbringen einer Klemme erfolgen. Wird eine Verbindungsstruktur mit einer ersten und/oder zweiten Klebstoffschicht hergestellt, wird die Fixierung beispielsweise durch Aushärten des Klebstoffs erzielt.
  • Die Presskraft, mit der der Halbleiterchip, das Trägerelement und die Metallfolie aufeinandergepresst werden, um die Metallfolie zu stauchen, wird solange aufrecht erhalten, bis der Klebstoff so stark ausgehärtet ist, dass er eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Metallfolie und/oder zwischen der Metallfolie und dem Halbleiterchip ausbildet, die die Rückkehr der Metallfolie in den ungestauchten Zustand auch ohne die ausgeübte Presskraft verhindert.
  • Mittels des elektrisch isolierenden Klebstoffs und der Metallfolie können die elektrische und die mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Trägerelement mit Vorteil voneinander getrennt hergestellt werden. Auf diese Weise kann eine besonders gute elektrische und thermische Leitfähigkeit erzielt werden, ohne die mechanische Stabilität der Verbindung zu gefährden.
  • Die Gefahr einer Beeinträchtigung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit aufgrund von Unebenheiten oder der Rauigkeit der einander zugewandten Oberflächen des Halbleiterchips und des Trägerelements ist mittels der – insbesondere deformierbaren und vorzugsweise elastisch deformierbaren – Metallfolie mit Vorteil verringert.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des elektronischen Bauteils und des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Stadium eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Querschnittsdarstellung;
  • 2 ein zweites Stadium des Herstellungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematische Querschnittsdarstellung;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf die Metallfolie des optoelektronischen Bauteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4A eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsverfahrens für ein elektronisches Bauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel bei einem ersten Stadium des Verfahrens entlang der Schnittfläche A-A;
  • 4B eine schematische Querschnittsdarstellung des ersten Stadiums des Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entlang der Schnittfläche B-B;
  • 5A eine schematische Querschnittsdarstellung entlang der Schnittebene A-A bei einem zweiten Stadium des Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5B eine schematische Querschnittsdarstellung des Verfahrens entlang der Schnittebene B-B bei dem zweiten Stadium des Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Draufsicht auf die Metallfolie des elektronischen Bauteils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 7A eine schematische perspektivische Ansicht einer Metallfolie eines elektronischen Bauteils gemäß einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels; und
  • 7B eine schematische Querschnittsdarstellung der Metallfolie gemäß 7A in der Schnittebene B-B.
  • Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgetreu zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente übertrieben groß und insbesondere übertrieben dick dargestellt sein, um die Darstellbarkeit und/oder das Verständnis zu erleichtern.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils und ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sind im Zusammenhang mit den 1, 2 und 3 schematisch dargestellt.
  • 1 zeigt ein erstes Stadium des Verfahrens in einer schematischen Querschnittsdarstellung. Bei diesem Verfahren werden ein Halbleiterchip 1, eine Metallfolie 2 und ein Trägerelement 3 bereitgestellt.
  • Bei dem Halbleiterchip 1 handelt es sich beispielsweise um einen optoelektronischen Halbleiterchip wie eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode oder um eine Fotodiode. Insbesondere enthält der Halbleiterchip 1 eine aktive Schicht 100, die – beispielsweise mittels eines pn-Übergangs, einer Doppelheterostruktur oder einer Quantentopfstruktur zur Emission und/oder zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung, etwa im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich – ausgebildet ist.
  • 3 zeigt die Metallfolie 2 in einer schematischen Draufsicht auf eine vorderseitige Oberfläche 205.
  • Die Metallfolie hat eine erste Haupterstreckungsrichtung 202 und eine zweiten Haupterstreckungsrichtung 203, die eine Mittelebene 201 der Metallfolie 2 aufspannen. Die Mittelebene 201 verläuft insbesondere durch den Schwerpunkt der Metallfolie 2.
  • Die geometrische Ausdehnung der Metallfolie entlang der zu den Haupterstreckungsrichtungen 202, 203 und damit zur Mittelebene 201 senkrechten Richtung 204 – mit anderen Worten die Dicke der Metallfolie – ist vorzugsweise mindestens um einen Faktor 5, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 10, beispielsweise μm einen Faktor von mindestens 20 kleiner als die geometrische Ausdehnung entlang der ersten und/oder zweiten Haupterstreckungsrichtung 202 bzw. 203.
  • Die Metallfolie 2 weist eine vorderseitige Oberfläche 205 mit ersten Erhebungen 210 auf, die in Richtung einer Vorderseite der Metallfolie 2 über die Mittelebene 201 hinausragen. Zusätzlich weist die Metallfolie 2 eine rückseitige Oberfläche 206 mit zweiten Erhebungen 220 auf, welche in Richtung einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite der Metallfolie 2 über die Mittelebene 201 hinausragen.
  • Vorzugsweise ist die Metallfolie 2 zur Bildung der ersten und zweiten Erhebungen 210, 220 geknickt und/oder gewellt. Anders ausgedrückt umfasst eine erste Erhebung 210 einen Vorsprung in einer vorderseitigen Hauptfläche der Metallfolie 2 und eine Vertiefung einer rückseitigen Oberfläche der Metallfolie 2, welche in Draufsicht auf die Mittelebene 201 überlappen. Entsprechend umfasst eine zweite Erhebung 220 einen Vorsprung der rückseitigen Oberfläche und eine Vertiefung der vorderseitigen Oberfläche, welche in Draufsicht auf die Mittelebene 201 überlappen.
  • Vorliegend haben die ersten und zweiten Erhebungen 210, 220 eine pyramidenartige Form. Alternativ können die Erhebungen beispielsweise auch eine noppenartige Form mit gewölbten Oberflächen aufweisen.
  • Die Erhebungen können beispielsweise durch Prägen eines ebenen Metallsubstrats wie einer planparallelen Folie, insbesondere durch Verformung des Metallsubstrats zwischen zwei Pressformen, hergestellt werden.
  • Die Erhebungen haben beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 1 μm oder mehr, insbesondere von 50 μm oder mehr. Bei einer Ausgestaltung ist die laterale Ausdehnung kleiner oder gleich 2 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,5 mm. Die Dicke der Metallfolie 2 ist beispielsweise größer oder gleich 1 μm, insbesondere größer oder gleich 5 μm und bei einer Ausgestaltung kleiner oder gleich 50 μm, insbesondere kleiner oder gleich 10 μm. Derartige laterale Ausdehnungen und Dicken sind auch für andere Ausführungsformen des Bauteils geeignet.
  • Auf die vorderseitige Oberfläche 205 der Metallfolie 2 wird ein Klebstoff aufgetragen, um eine erste Klebstoffschicht 4 auszubilden. Zusätzlich wird auf die rückseitige Oberfläche 206 der Metallfolie 2 der gleiche oder ein anderer Klebstoff zur Ausbildung einer zweiten Klebstoffschicht 5 aufgetragen.
  • Bei dem Klebstoff handelt es sich beispielsweise um einen thermisch oder durch Beaufschlagung mit UV-Strahlung härtbaren Klebstoff. Vorliegend ist der Klebstoff ein kationisch härtendes Epoxidharz, bei dem die Härtungsreaktion durch Bestrahlung mit UV-Strahlung und/oder durch Erwärmung initiiert wird.
  • Die Metallfolie 2, das Trägerelement 3 und der Halbleiterchip 1 werden derart zusammengefügt, dass die Metallfolie 2 auf dem Trägerelement 3 und der Halbleiterchip 1 auf der vom Trägerelement 3 abgewandten Seite der Metallfolie 2 angeordnet wird. Die vorderseitige Oberfläche 205 der Metallfolie 2, die ersten Erhebungen 210 und die erste Klebstoffschicht 4 sind nach diesem Schritt dem Halbleiterchip 1 zugewandt. Die rückseitige Oberfläche 206 der Metallfolie 2, die zweiten Erhebungen 220 und die zweite Klebstoffschicht 5 sind nach diesem Schritt dem Trägerelement 3 zugewandt.
  • 2 zeigt ein zweites Stadium des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Querschnittsdarstellung in der in 3 eingezeichneten Schnittebene A-A.
  • In diesem Stadium sind der Halbleiterchip 1 und die Metallfolie 2 und das Trägerelement 3 derart zusammengefügt, dass die ersten Erhebungen 210 der Metallfolie 2 stellenweise an eine rückseitige Hauptfläche des Halbleiterchips 1 angrenzen. Die zweiten Erhebungen 220 grenzen stellenweise an eine vorderseitige Hauptfläche des Trägerelements 3 an.
  • Die erste Klebstoffschicht ist stellenweise zwischen der vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie 2 und der rückseitigen Hauptfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet. Diejenigen Stellen, an denen die ersten Erhebungen 210 den Halbleiterchip 1 berühren, sind in Draufsicht auf die Metallfolie 2 von der ersten Klebstoffschicht 4 unbedeckt.
  • Die zweiten Erhebungen 220 berühren stellenweise eine vorderseitige Hauptfläche des Trägerelements 3. Die zweite Klebstoffschicht 5 ist stellenweise zwischen der rückseitigen Oberfläche der Metallfolie 2 und der vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements 3 angeordnet, wobei zumindest diejenigen Bereiche, an denen die zweiten Erhebungen 220 an das Trägerelement 3 angrenzen, von der zweiten Klebstoffschicht 5 in Draufsicht auf die Mittelebene 201 der Metallfolie 2 unbedeckt sind.
  • Zur Bildung einer Verbindungsstruktur 6 werden die erste und zweite Klebstoffschicht 4, 5 ausgehärtet, beispielsweise bei einem thermisch härtbaren Klebstoff durch Erwärmung oder bei einem UV-härtbaren Klebstoff durch Beaufschlagung mit UV-Strahlung. Die Beaufschlagung mit UV-Strahlung kann dabei aus einer seitlichen Richtung (in den der 2 zum Beispiel von links oder von rechts) erfolgen, so dass ein Randbereich der ersten und zweiten Klebstoffschicht 4, 5 mit der UV-Strahlung bestrahlt wird. So wird eine chemische Reaktion initiiert, welche ausgehend von dem Randbereich zur Aushärtung der gesamten Klebstoffschichten 4, 5 führt.
  • Auf diese Weise wird eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 1 und der Metallfolie 2 mittels der ersten Klebstoffschicht und eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement 3 und der Metallfolie 2 mittels der zweiten Klebstoffschicht hergestellt. So sind der Halbleiterchip 1, das Trägerelement 3 und die Metallfolie 2 mechanisch stabil miteinander verbunden.
  • Mittels der ersten Erhebungen 210 und der zweiten Erhebungen 220 der Metallfolie 2, die an den Halbleiterchip 1 bzw. an das Trägerelement 3 angrenzen, ist insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Trägerelement 3 erzielt. Beispielsweise ist das Trägerelement 3 insgesamt elektrisch leitfähig und/oder es weist elektrisch leitende Strukturen wie Leiterbahnen auf, an welche die zweiten Erhebungen 220 vorzugsweise angrenzen.
  • Die 4A und 4B zeigen zwei schematische Schnittdarstellungen eines ersten Stadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Das Verfahren unterscheidet sich von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass eine Metallfolie verwendet wird, welche Durchbrüche 230 aufweist.
  • 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Metallfolie 2 des zweiten Ausführungsbeispiels mit den ersten Erhebungen 210, den zweiten Erhebungen 220 und den Durchbrüchen 230. In der 6 sind auch die Schnittebenen A-A und B-B für die schematischen Querschnitte gemäß den 4A bzw. 4B eingezeichnet.
  • Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird bei dem vorliegenden verfahren beispielsweise ein optoelektronisches Bauteil wie eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode hergestellt. Die Metallfolie 2 wird, ebenfalls wie beim ersten Ausführungsbeispiel, zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Trägerelement 3 angeordnet. Insbesondere sind die Mittelebene 201 der Metallfolie 2, die Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips 1 und die Haupterstreckungsebene des Trägerelements 3 zueinander parallel.
  • Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird der Klebstoff bei dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur einseitig auf die Metallfolie 2 aufgetragen, beispielsweise um die dem Trägerelement 3 zugewandte zweite Klebstoffschicht 5 zu bilden. Der Klebstoff kann alternativ auch auf das Trägerelement 3 aufgebracht werden. Vor dem Zusammenfügen von Halbleiterchip 1, Metallfolie 2 und Trägerelement 3 ist beispielsweise die dem Halbleiterchip 1 zugewandte vorderseitige Oberfläche 205 der Metallfolie 2 von Klebstoff unbedeckt.
  • Als weitere Alternative ist auch denkbar, den Klebstoff nur auf die vorderseitige Oberfläche 205 der Metallfolie 2 aufzubringen, um die erste Klebstoffschicht 4 zu bilden, oder ihn rückseitig auf den Halbleiterchip 1 aufzutragen. In diesem Fall ist vor dem Zusammenfügen von Halbleiterchip 1, Metallfolie 2 und Trägerelement 3 beispielsweise die dem Trägerelement 3 zugewandte rückseitige Oberfläche 206 der Metallfolie 2 von Klebstoff unbedeckt.
  • Die 5A und 5B zeigen schematische Querschnitte in den Schnittebenen A-A bzw. B-B bei einem zweiten Stadium des Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem zweiten Stadium sind der Halbleiterchip 1, die Metallfolie 2 und das Trägerelement 3 so zusammengefügt, dass die Metallfolie 2 auf einer vorderseitigen Hauptfläche des Trägerelements 3 und der Halbleiterchip 1 auf der vorderseitigen Oberfläche 205 der Metallfolie 2 angeordnet sind.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein seitlicher Randbereich der Metallfolie 2 von dem Halbleiterchip 1 unbedeckt. Beispielsweise ist der Halbleiterchip 1 in Draufsicht teilweise oder vollständig von dem seitlichen Randbereich der Metallfolie 2 umschlossen. Dagegen schließen der Halbleiterchip 1 und die Metallfolie 2 bei dem elektronischen Bauteil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel seitlich bündig miteinander ab. Eine Metallfolie 2, deren laterale Ausdehnung zumindest in einer Richtung größer ist als laterale Ausdehnung des Halbleiterchips 1, so dass ein Randbereich der Metallfolie 2 seitlich neben dem Halbleiterchip 1 angeordnet ist, ist jedoch auch für die Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels und andere Ausgestaltungen des Bauteils und des Verfahrens denkbar.
  • Beim Zusammenfügen werden das Trägerelement 3 und der Halbleiterchip 1 gegeneinander gepresst, so dass eine Kraft auf den zwischen der Metallfolie 2 und dem Trägerelement 3 angeordneten Klebstoff ausgeübt wird. Die Presskraft ist in den 5A und 5B durch die Pfeile 7 angedeutet.
  • Ein Teil des Klebstoffs wird auf diese Weise durch die Durchbrüche 230 gepresst, sodass zwischen der vorderseitigen Oberfläche der Metallfolie 2 und dem Halbleiterchip 1 eine Klebstoffschicht 4 ausgebildet wird. Die derart gebildete erste Klebstoffschicht 4 zwischen dem Halbleiterchip 1 und der Metallfolie 2 und die zweite Klebstoffschicht 5 zwischen der Metallfolie 2 und dem Trägerelement 3 grenzen im Bereich der Durchbrüche 230 aneinander an und bilden so eine zusammenhängende, insbesondere einstückige, Klebstoffschicht.
  • Mittels der Presskraft 7 wird von dem Halbleiterchip 1 und dem Trägerelement 3 ein Druck auf die Metallfolie 2 in einer zur ihrer Mittelebene 201 senkrechten Richtung 204 ausgeübt. Auf diese Weise wird die Metallfolie 2 gestaucht, so dass ihre Dicke – zumindest in dem vom Halbleiterchip 1 überdeckten Teilbereich – gegenüber ihrer ursprünglichen Dicke, d. h. ihrer Dicke ohne den durch die Kraft 7 ausgeübten Druck, reduziert ist. Vorzugsweise ist die Folie 2 elastisch deformierbar ausgebildet, sodass die Dickenänderung bei Verringerung des Drucks zumindest teilweise reversibel ist.
  • Bei einer Ausgestaltung werden durch den Druck die ersten Erhebungen 210 und/oder die zweiten Erhebungen 220 plastisch oder elastisch deformiert, sodass sich mit Vorteil insbesondere ein besonders guter mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem Halbleiterchip 1 und der Metallfolie 2 bzw. zwischen dem Trägerelement 3 und der Metallfolie 2 ausbildet.
  • Im nicht ausgehärteten Zustand ist bei einer Ausgestaltung der Klebstoff nicht dazu geeignet, die Metallfolie 2 in der gestauchten Position zu halten. Beispielsweise ist die Viskosität des nicht ausgehärteten Klebstoffs so gering, dass die sich die elastische Stauchung der Metallfolie ohne die Presskraft verringern würde und die Metallfolie zum Beispiel in den ungestauchten Zustand zurückkehren würde.
  • Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung ist es zweckmäßig, den Halbleiterchip 1 und das Trägerelement 3 solange zusammen zu pressen, bis der Klebstoff ausreichend ausgehärtet ist, derart dass die vom Klebstoff vermittelte Haftung zwischen dem Halbleiterchip 1 und der Metallfolie 2 und zwischen der Metallfolie 2 und dem Trägerelement 3 die elastische Rückstellkraft in der zur Mittelebene 201 senkrechten Richtung 204 kompensiert oder überwiegt. Die Metallfolie 2 und das Material des Klebstoffs 4, 5 sind insbesondere derart aneinander angepasst, dass die durch den Klebstoff vermittelte Haftung im ausgehärteten Zustand des Klebstoffs 4, 5 die elastische Rückstellkraft durch die Deformierung der Metallfolie 2 überwiegt.
  • Das Aushärten wird beispielsweise durch Beaufschlagung des auf dem seitlichen Randbereich der Metallfolie 2 angeordneten Teils des Klebstoffs 4, 5 mittels UV-Strahlung 8 initiiert.
  • Bei einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Metallfolie 2 als Streckgitter ausgebildet.
  • 7A zeigt einen Ausschnitt der Metallfolie 2 gemäß dieser Variante in einer schematischen perspektivischen Darstellung, 7B zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Ebene B-B dieses Ausschnitts.
  • Die Metallfolie 2 gemäß dieser Variante kann beispielsweise durch Einschneiden und Strecken eines Metallblechs, z. B. aus Kupfer, hergestellt werden. Mittels der Schnitte werden beispielsweise Durchbrüche in dem Blech gebildet, die dann durch das Strecken zu den Öffnungen 230 erweitert werden. Zugleich werden bei dem Streckvorgang die ersten und zweiten Erhebungen 210, 220 ausgebildet. Zwischen den einzelnen Schnitten verbleiben beispielsweise Stege 240, durch welche insbesondere die Mittelebene 201 verläuft. Ein derartiges Streckgitter hat eine besonders große elastische Verformbarkeit in der zu den Haupterstreckungsrichtungen 202 und 203 senkrechten Richtung 204.
  • Insbesondere ist die elastische Dickenänderung des gestauchten Streckgitters 2 so groß, dass die elastische Rückstellkraft in der zur Mittelebene 201 senkrechten Richtung 204, die nach dem Verpressen und Verkleben zurückbleibt, auch beim thermischen Zykeln des elektronischen Bauteils innerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls einen zuverlässigen thermischen und/oder elektrischen Kontakt zwischen den ersten und zweiten Erhebungen 210, 220 und dem Halbleiterchip 1 bzw. dem Trägerelement 3 herstellt. Insbesondere ist die elastische Dickenänderung des Streckgitters 2 mindestens so groß wie die Änderung der thermischen Ausdehnung der ersten und zweiten Klebstoffschicht 4, 5 in dem vorgegebenen Temperaturintervall. Das vorgegebene Temperaturintervall, beispielsweise das Intervall zwischen – 50°C und +100°C oder das Intervall von 0°C bis 80°C, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind, ist zum Beispiel das für den Betrieb und/oder die Lagerung des Bauteils vorgesehene Temperaturintervall.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst sie jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, auch wenn dieses Merkmal bzw. diese Kombination von Merkmalen in den Ausführungsbeispielen oder Patentansprüchen nicht explizit angegeben ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/134581 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Elektronisches Bauteil mit einem Trägerelement (3), einer Verbindungsstruktur (6) auf dem Trägerelement (3) und einem Halbleiterchip (1) auf der Verbindungsstruktur (6), wobei die Verbindungsstruktur (6) eine Metallfolie (2) mit einer vorderseitigen Oberfläche (205) und einer rückseitigen Oberfläche (206) aufweist und die vorderseitige Oberfläche (205) derart geformt ist, dass sie stellenweise den Halbleiterchip (1) berührt und stellenweise von dem Halbleiterchip (1) beabstandet ist und/oder die rückseitige Oberfläche (206) derart geformt ist, dass sie stellenweise das Trägerelement (3) berührt und stellenweise von dem Trägerelement (3) beabstandet ist.
  2. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei die vorderseitige Oberfläche (205) eine Mehrzahl von lateral beabstandeten ersten Erhebungen (210) aufweist, die den Halbleiterchip (1) berühren und/oder die rückseitige Oberfläche (206) eine Mehrzahl von lateral beabstandeten zweiten Erhebungen (220) aufweist, die das Trägerelement (3) berühren.
  3. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Verbindungsstruktur (6) eine erste Klebstoffschicht (4) aufweist, die zumindest stellenweise zwischen dem Halbleiterchip (1) und der vorderseitigen Oberfläche (205) der Metallfolie (2) angeordnet ist und eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (1) und der Metallfolie (2) herstellt und/oder wobei die Verbindungsstruktur (6) eine zweite Klebstoffschicht (5) aufweist, die zumindest stellenweise zwischen dem Trägerelement (3) und der rückseitigen Oberfläche (206) der Metallfolie (2) angeordnet ist und eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement (3) und der Metallfolie (2) herstellt.
  4. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Metallfolie (2) mindestens einen Durchbruch (230) aufweist.
  5. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei – die Verbindungsstruktur (6) eine erste Klebstoffschicht (4) aufweist, die zumindest stellenweise zwischen dem Halbleiterchip (1) und der vorderseitigen Oberfläche (205) der Metallfolie (2) angeordnet ist und eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (1) und der Metallfolie (2) herstellt, – die Verbindungsstruktur (6) eine zweite Klebstoffschicht (5) aufweist, die zumindest stellenweise zwischen dem Trägerelement (3) und der rückseitigen Oberfläche (206) der Metallfolie (2) angeordnet ist und eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement (3) und der Metallfolie (2) herstellt, und – die Metallfolie (2) mindestens einen Durchbruch (230) aufweist, in welchem die erste Klebstoffschicht (4) an die zweite Klebstoffschicht (5) angrenzt.
  6. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallfolie (2) in einer zu ihrer Haupterstreckungsebene (201) senkrechten Richtung (204) elastisch deformierbar ausgebildet und in dieser Richtung elastisch gestaucht ist.
  7. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 6 unter Rückbezug auf einen der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Metallfolie (2) ein Streckgitter darstellt.
  8. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8 unter Rückbezug auf Anspruch 5, wobei der Klebstoff der ersten und zweiten Klebstoffschicht (4, 5) und die Stauchung der Metallfolie (2) derart aneinander angepasst sind, dass die Differenz zwischen der gestauchten Dicke und der ursprünglichen Dicke der Metallfolie (2) in einer zu ihrer Mittelebene senkrechten Richtung (204) größer ist als eine Dickenänderung der ersten und der zweiten Klebstoffschicht (4, 5) aufgrund der thermischen Ausdehnung des Klebstoffs innerhalb eines für Lagerung und Betrieb des Bauteils vorgesehenen Temperaturbereichs.
  9. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metallfolie (2) seitlich über den Halbleiterchip (1) hinausragt.
  10. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Metallfolie (2) Kupfer enthält oder daraus besteht.
  11. Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils, das ein Trägerelement (3), eine Verbindungsstruktur (6) mit einer Metallfolie (2), die eine vorderseitige Oberfläche (205) und eine rückseitige Oberfläche (206) aufweist, und einen Halbleiterchip (1) umfasst, mit den Schritten: – Bereitstellen des Trägerelements (3), der Metallfolie (2) und des Halbleiterchips (1), – Formen der vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche (205, 206) der Metallfolie (2), und – Zusammenfügen der Metallfolie (2), des Trägerelements (3) und des Halbleiterchips (1) derart, dass die Metallfolie (2) auf dem Trägerelement (3) und der Halbleiterchip (1) auf der Metallfolie (2) angeordnet wird wobei das Formen der vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche (205, 206) derart erfolgt, dass beim Zusammenfügen die vorderseitige Oberfläche (205) stellenweise den Halbleiterchip (1) berührt und stellenweise von dem Halbleiterchip (1) beabstandet ist und/oder die rückseitige Oberfläche (206) stellenweise das Trägerelement (3) berührt und stellenweise von dem Trägerelement (3) beabstandet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei – die Metallfolie (2) mindestens einen Durchbruch (230) aufweist; – zur Ausbildung der Verbindungsstruktur (6) ein Klebstoff derart auf das Trägerelement (3), die Metallfolie (2) und/oder auf den Halbleiterchip (1) aufgetragen wird, dass beim Zusammenfügen des Trägerelements (3), der Metallfolie (2) und des Halbleiterchips (1) eine erste Klebstoffschicht (4) ausgebildet wird, die zumindest stellenweise zwischen dem Halbleiterchip (1) und der vorderseitigen Oberfläche (205) der Metallfolie (2) angeordnet ist, und eine zweite Klebstoffschicht (5) ausgebildet wird, die zumindest stellenweise zwischen dem Trägerelement (3) und der rückseitigen Oberfläche (206) der Metallfolie (2) angeordnet ist und in dem Durchbruch (230) an die erste Klebstoffschicht (4) angrenzt; und – der Klebstoff ausgehärtet wird, sodass die erste Klebstoffschicht (4) eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (1) und der Metallfolie (2) herstellt und die zweite Klebstoffschicht (5) eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Trägerelement (3) und der Metallfolie (2) herstellt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Aushärten des Klebstoffs mittels Beaufschlagung mit UV-Strahlung initiiert wird.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Metallfolie (2) in einer zu ihrer Haupterstreckungsebene (201) senkrechten Richtung (204) elastisch deformierbar ausgebildet ist und beim Zusammenfügen der Halbleiterchip (1) das Trägerelement (3) und die Metallfolie (2) aufeinandergepresst werden, sodass die Metallfolie (2) in dieser Richtung (204) elastisch gestaucht wird.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14 unter Rückbezug auf Anspruch 12 oder 13, wobei der Halbleiterchip (1), das Trägerelement (3) und die Metallfolie (2) solange aufeinander gepresst werden, bis mittels der Aushärtung des Klebstoffs eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement (3), der Metallfolie (2) und dem Halbleiterchip (1) ausgebildet ist, die eine Rückkehr der Metallfolie (2) in den ungestauchten Zustand verhindert.
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