DE102012102421A1

DE102012102421A1 - Deckplatte, optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils

Info

Publication number: DE102012102421A1
Application number: DE102012102421A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gründl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2013139493A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils (1) weist dieses einen Träger (2) auf. Mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip (3) mit einer Strahlungsaustrittsseite (30) ist an einer Trägeroberseite (20) angebracht. Mindestens eine Deckplatte (5) befindet sich, in Richtung weg von dem Träger (2), über der Strahlungsaustrittsseite (30). Ein Gehäusekörper (6) mit einer Gehäuseoberseite (60) umgibt den Halbleiterchip (3) sowie die Deckplatte (5) ringsum, gesehen in einer lateralen Richtung parallel zu der Strahlungsaustrittsseite (30). Eine der Strahlungsaustrittsseite (30) abgewandte Oberseite (50) der Deckplatte (5) ist frei von einem Material des Gehäusekörpers (6) und liegt mit der Gehäuseoberseite (60) in einer Ebene.

Description

Es wird eine Deckplatte für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein Halbleiterbauteil mit einer solchen Deckplatte angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer hohen mechanischen Stabilität und einer hohen Strahlungsauskoppeleffizienz anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch die Deckplatte, durch das Halbleiterbauteil sowie durch das Verfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Deckplatte zum Aufbringen an einer Strahlungsaustrittsseite eines optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet. Insbesondere weist die Deckplatte dann geeignete geometrische Abmessungen sowie eine hinreichende Strahlungsstabilität und thermische Stabilität auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Deckplatte einen strahlungsdurchlässigen Hauptkörper. Beispielsweise beinhaltet der Hauptkörper ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete Stoffe, etwa Partikel zu einer Lichtstreuung oder zu einer Wellenlängenfilterung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Deckplatte eine Reflexionsschicht auf. Die Reflexionsschicht ist zu einer Reflexion einer von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung eingerichtet. Die Reflexionsschicht ist formschlüssig an Seitenflächen des Hauptkörpers angeformt. Beispielsweise ist ein Material der Reflexionsschicht auf die Seitenflächen des Hauptkörpers aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt die Reflexionsschicht den Hauptkörper an den Seitenflächen ringsum. Insbesondere bedeckt die Reflexionsschicht alle Seitenflächen des Hauptkörpers vollständig und lückenlos.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Deckplatte zum Aufbringen an einer Strahlungsaustrittsseite eines optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet. Die Deckplatte umfasst einen strahlungsdurchlässigen Hauptkörper sowie eine Reflexionsschicht. Die Reflexionsschicht ist formschlüssig an Seitenflächen des Hauptkörpers angeformt und umgibt den Hauptkörper an den Seitenflächen ringsum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Deckplatte weist der Hauptkörper zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten auf, wobei die Hauptseiten durch die Seitenflächen miteinander verbunden sind. Die Reflexionsschicht bedeckt hierbei eine oder genau eine der Hauptseiten vollständig oder teilweise. Die nicht von der Reflexionsschicht bedeckte Hauptseite ist dazu eingerichtet, an der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips angebracht zu werden.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Bevorzugt umfasst das Halbleiterbauteil eine Deckplatte, wie in Verbindung mit einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale der Deckplatte sind daher auch für das Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind bevorzugt dazu eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterbauteils eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt teilweise oder vollständig im ultravioletten, im sichtbaren und/oder im nah-infraroten Spektralbereich. Insbesondere wird von dem Halbleiterchip im Betrieb weißes Licht erzeugt. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, kurz LED, oder um eine Laserdiode. Ferner kann das Halbleiterbauteil weitere Halbleiterchips, insbesondere in Form von Strahlungsdetektoren, Temperatursensoren und/oder Schutzdioden gegen Schäden vor elektrostatischen Entladungen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil einen Träger mit einer Trägeroberseite auf. An der Trägeroberseite ist der mindestens eine Halbleiterchip angebracht. Insbesondere sind alle Halbleiterchips an der Trägeroberseite montiert. Der Träger ist bevorzugt dazu eingerichtet, zu einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips zu dienen. Insbesondere weist der Träger elektrische Leitungen zur Bestromung des Halbleiterchips auf oder es ist der Träger zu elektrischen Zuleitungen strukturiert. Zum Beispiel handelt es sich bei dem Träger um einen Leiterrahmen, eine Metallkernplatine, eine Keramikplatine mit oder ohne elektrischen Durchkontaktierungen oder um eine bedruckte Leiterplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine oder mehrere Deckplatten. Die mindestens eine Deckplatte befindet sich, in einer Richtung weg von dem Träger, über der Strahlungsaustrittsseite. Mit anderen Worten ist die Strahlungsaustrittsseite, in Draufsicht gesehen, vollständig oder teilweise von der Deckplatte überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil einen Gehäusekörper mit einer Gehäuseoberseite auf. Die Gehäuseoberseite ist bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Trägeroberseite orientiert. Insbesondere bildet die Gehäuseoberseite eine Hauptseite des Gehäusekörpers, die am weitesten von dem Träger entfernt ist. Es ist möglich, dass der Gehäusekörper aus einem strahlungsundurchlässigen Material geformt ist. Weiterhin ist es möglich, dass der Gehäusekörper aus einem Material geformt ist, das nicht stabil ist für blaue oder ultraviolette Strahlung, wie etwa von dem Halbleiterchip im Betrieb emittiert. Beispielsweise ist der Gehäusekörper aus einem duroplastischen Kunststoff oder aus einem Epoxid geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der Gehäusekörper, in einer lateralen Richtung parallel zur Strahlungsaustrittsseite, den Halbleiterchip und die Deckplatte ringsum. Mit anderen Worten ist es möglich, dass in jeder Seitenansicht, parallel zur Strahlungsaustrittsseite, der Halbleiterchip und die Deckplatte vollständig von dem Gehäusekörper überdeckt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine der Strahlungsaustrittsseite abgewandte Oberseite der Deckplatte frei von einem Material des Gehäusekörpers. In Draufsicht gesehen befindet sich also kein Material des Gehäusekörpers über der Oberseite der Deckplatte und bevorzugt auch nicht über der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die Oberseite der Deckplatte und die Gehäuseoberseite in einer gemeinsamen Ebene. Die Oberseite der Deckplatte und die Gehäuseoberseite können also bündig miteinander abschließen und glatt ineinander übergehen.
In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses einen Träger mit einer Trägeroberseite auf. Mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Strahlungsaustrittsseite ist an der Trägeroberseite angebracht. Mindestens eine Deckplatte befindet sich, in Richtung weg von dem Träger, über der Strahlungsaustrittsseite. Ein Gehäusekörper mit einer Gehäuseoberseite umgibt den Halbleiterchip sowie die Deckplatte ringsum, gesehen in einer lateralen Richtung parallel zu der Strahlungsaustrittsseite. Eine der Strahlungsaustrittsseite abgewandte Oberseite der Deckplatte ist frei von einem Material des Gehäusekörpers und liegt mit der Gehäuseoberseite in einer Ebene.
Die optischen und die mechanischen Eigenschaften von Materialien, insbesondere für den Gehäusekörper, sind in der Regel nicht unabhängig voneinander einstellbar. Speziell weisen transparente, strahlungsdurchlässige Materialien mit einer hohen Beständigkeit gegen blaue oder ultraviolette Strahlung oft nur eine geringe mechanische Härte oder Steifigkeit auf. Durch die Verwendung der Deckplatte ist es möglich, bei der Auswahl von Materialien für den Gehäusekörper primär die mechanischen Eigenschaften zu berücksichtigen. Hierdurch sind vergleichsweise mechanisch stabile Gehäusekörper kosteneffizient einsetzbar. Weiterhin ist es möglich, für den Gehäusekörper Materialien einzusetzen, die eine vergleichsweise große thermische Leitfähigkeit aufweisen und zu einer besseren Entwärmung des Halbleiterbauteils führen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils überragt die Reflexionsschicht, in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite gesehen, den Halbleiterchip. Insbesondere liegt die Reflexionsschicht, in Draufsicht gesehen, nicht über der Strahlungsaustrittsseite, sondern bevorzugt vollständig neben der Strahlungsaustrittsseite. Die Reflexionsschicht kann die Strahlungsaustrittsseite, in Draufsicht gesehen, ringsum in Form einer geschlossenen Bahn umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und der Deckplatte ein Konversionselement. Das Konversionselement ist zu einer Wellenlängenkonversion einer von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung eingerichtet. Das Konversionselement wandelt also zumindest einen Teil der vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung in eine Strahlung einer anderen, insbesondere größeren Wellenlänge um.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungsaustrittsseite, in Draufsicht gesehen, vollständig von der Deckplatte bedeckt. Ferner bevorzugt bedeckt das Konversionselement die Strahlungsaustrittsseite vollständig. Hierbei ist es möglich, dass ein Anschlussbereich der Strahlungsaustrittsseite für ein elektrisches Verbindungsmittel, beispielsweise einen Bonddraht, von dem Konversionselement und/oder von der Deckplatte unbedeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckplatte und das Konversionselement aus unterschiedlichen Materialien geformt. Weisen die Deckplatte und das Konversionselement beispielsweise ein Matrixmaterial auf, in das optional weitere Partikel eines weiteren Materials eingebettet sind, so unterscheiden sich die Matrixmaterialien der Deckplatte und des Konversionselements voneinander. Die Matrixmaterialien können allerdings der gleichen Materialklasse, beispielsweise der Materialklasse der Silikone oder Silikon-Epoxid-Hybridmaterialien, angehören.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Deckplatte ein Konversionselement oder umfasst die Deckplatte ein Konversionselement. Es können die Deckplatte und das Konversionselement also einstückig und zusammenhängend ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dass Partikel eines Konversionsmittels in das Matrixmaterial der Deckplatte eingebettet sind. Eine Konzentration der Partikel des Konversionsmittels kann hierbei variieren und ist an der Oberseite der Deckplatte dann bevorzugt geringer als an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Deckplatte und das Konversionselement und/oder das Halbleiterbauteil bündig miteinander abschließende Seitenflächen auf. Mit anderen Worten können die Seitenflächen der Deckplatte, insbesondere des Hauptkörpers der Deckplatte, sowie des Konversionselements und/oder des Halbleiterchips in Verlängerung zueinander verlaufen und glatt ineinander übergehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist die Deckplatte eine mittlere Dicke von mindestens 5 μm oder von mindestens 10 μm oder von mindestens 20 μm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die mittlere Dicke der Deckplatte höchstens 250 μm oder höchstens 50 μm oder höchstens 30 μm. Eine Dicke der Reflexionsschicht, in Richtung parallel zur Oberseite der Deckplatte, beträgt bevorzugt mindestens 10 µm oder mindestens 30 µm und/oder höchstens 500 µm oder höchstens 150 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine Dicke des Gehäusekörpers und/oder des Halbleiterbauteils mindestens 150 μm oder mindestens 200 μm oder mindestens 250 μm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke des Gehäusekörpers und/oder des Halbleiterbauteils höchstens 1000 μm oder höchstens 800 μm oder höchstens 600 μm oder höchstens 500 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Deckplatte durch ein schleifbares Silikon, Epoxid oder Silikon-Epoxid-Hybridmaterial gebildet oder umfasst ein solches Material, zum Beispiel als Matrixmaterial. Schleifbar bedeutet, dass ein Material der Deckplatte durch einen Schleifprozess entfernbar ist. Zum Beispiel umfasst die Opferschicht ein Dimethoxysiloxan oder ein Diphenylsiloxan oder besteht hieraus. Bevorzugt weist die Opferschicht bei Raumtemperatur eine Härte von mindestens Shore A 80 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Deckplatte unmittelbar an der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips angebracht. Das kann bedeuten, dass sich zwischen der Deckplatte und der Strahlungsaustrittsseite lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Klebstoff befindet. Ferner ist es möglich, dass die Deckplatte, beispielsweise mittels eines Druckens, direkt auf der Strahlungsaustrittsseite erzeugt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Seitenflächen des Halbleiterchips frei von der Reflexionsschicht. Mit anderen Worten ist dann die Reflexionsschicht bevorzugt auf die Seitenflächen des Konversionselements und/oder des Hauptkörpers der Deckplatte beschränkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils handelt es sich bei dem Träger um einen Leiterrahmen. Der Träger weist mindestens zwei Leiterrahmenteile auf. Beispielsweise ist der Halbleiterchip genau mit einem der Leiterrahmenteile mechanisch und elektrisch unmittelbar verbunden, etwa mittels Löten oder Kleben, und ist mit einem weiteren der Leiterrahmenteile mit einem elektrischen Verbindungsmittel, beispielsweise in Form eines Bonddrahts, lediglich elektrisch unmittelbar verbunden. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Halbleiterchip mit zwei der Leiterrahmenteile mechanisch und elektrisch unmittelbar verbunden ist. In letztgenanntem Fall handelt es sich bei dem Halbleiterchip insbesondere um einen sogenannten Flip-Chip, bei dem sich elektrische Anschlussstellen an einer einzigen Hauptseite befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist das elektrische Verbindungsmittel bereichsweise oder vollständig in den Gehäusekörper eingebettet. Mit anderen Worten ist der Gehäusekörper an das Verbindungsmittel angeformt. Im Querschnitt gesehen ist das Verbindungsmittel ringsum von einem Material des Gehäusekörpers formschlüssig umgeben, entlang eines Teilbereichs oder vollständig entlang einer geraden oder gekrümmten Längsachse des Verbindungsmittels.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leiterrahmenteile über den Gehäusekörper mechanisch miteinander verbunden. Insbesondere handelt es sich bei dem Gehäusekörper um das das Halbleiterbauteil mechanisch stützende und tragende Element. Insbesondere sind die Leiterrahmenteile nur oder im Wesentlichen nur über den Gehäusekörper mechanisch tragfähig verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist eine Grundfläche oder eine mittlere Größe der Deckplatte kleiner als ein Chip-Trägersubstrat des Halbleiterchips, in Draufsicht gesehen. Auf dem Chip-Trägersubstrat des Halbleiterchips ist hierbei eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Es ist möglich, dass sich die Halbleiterschichtenfolge nicht über das gesamte Chip-Trägersubstrat erstreckt, in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weisen die Oberseite der Deckplatte und die Gehäuseoberseite durchgehende Bearbeitungsspuren auf. Solche Bearbeitungsspuren können beispielsweise von einem Schleifen, einem Ätzen, einem Fräsen oder einem Abkratzen herrühren. Bei den Bearbeitungsspuren kann es sich insbesondere um Rillen handeln, die durchgehend und ununterbrochen von dem Gehäusekörper auf die Deckplatte reichen. Durch solche Bearbeitungsspuren kann auch eine Strukturierung der Gehäuseoberseite und der Oberseite der Deckplatte realisiert sein, beispielsweise zu einer verbesserten Strahlungsauskopplung von Strahlung aus dem Halbleiterbauteil heraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens eine Schutzschicht. Die Schutzschicht ist in lateraler Richtung ringsum an den Halbleiterchip und/oder an die Deckplatte angeformt. Mit anderen Worten befindet sich die Schutzschicht dann in unmittelbarem Kontakt zu dem Halbleiterchip und/oder zu der Deckplatte. Insbesondere in jeder Seitenansicht, entlang einer Richtung parallel zur Strahlungsaustrittsseite, ist der Halbleiterchip und/oder die Deckplatte vollständig von der Schutzschicht bedeckt. Die Strahlungsaustrittsseite ist bevorzugt frei von der Schutzschicht. Ferner ist bevorzugt die Oberseite der Deckplatte sowie die Gehäuseoberseite frei von der Schutzschicht. Ferner ist die Schutzschicht bevorzugt mit denselben Verfahren, etwa Schleifen, bearbeitbar wie die Deckplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gehäusekörper in lateraler Richtung ringsum und formschlüssig an die Schutzschicht oder an den Halbleiterchip und/oder an die Deckplatte angeformt. Mit anderen Worten umgibt der Gehäusekörper unmittelbar und formschlüssig entweder die Schutzschicht oder den Halbleiterchip und/oder die Deckplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Deckplatte beabstandet von dem Halbleiterchip angeordnet. Beispielsweise befindet sich zwischen dem Halbleiterchip und der Deckplatte das Konversionselement. Die Deckplatte und der Halbleiterchip berühren sich dann nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst die Deckplatte und/oder die Schutzschicht ein Filtermittel, ein Streumittel und/oder ein Reflexionsmittel. Zum Beispiel ist das Filtermittel, das Streumittel und/oder das Reflexionsmittel durch Partikel gebildet, die in ein Matrixmaterial eingemischt sind. Die Deckplatte kann auch ein Konversionsmittel enthalten. Insbesondere ist es möglich, dass die Deckplatte eine spektrale Zusammensetzung der vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung nicht oder nicht signifikant beeinflusst. Die Deckplatte kann klarsichtig sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Gehäusekörper, in Draufsicht gesehen, die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und/oder eine dem Halbleiterchip abgewandte Seite des Konversionselements und/oder die Oberseite der Deckplatte nicht. Die Strahlungsaustrittsseite ist also, in Draufsicht gesehen, frei von einem Material des Gehäusekörpers. Entsprechendes gilt bevorzugt auch hinsichtlich der Schutzschicht, sofern eine solche vorhanden ist.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Das Halbleiterbauteil ist ausgeformt, insbesondere wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil sowie für die Deckplatte offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens die folgenden Schritte:

– Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer Strahlungsaustrittsseite,
– separates Fertigen und Bereitstellen mindestens einer Deckplatte,
– Anbringen des Halbleiterchips auf einer Trägeroberseite eines Trägers,
– Aufbringen der Deckplatte an der Strahlungsaustrittsseite, und
– Erstellen eines Gehäusekörpers des Halbleiterbauteils mittels Gießen oder Pressen, wobei ein Material des Gehäusekörpers den Halbleiterchip und die Deckplatte in lateraler Richtung umgibt und wobei der Gehäusekörper erstellt wird, nachdem der Halbleiterchip auf dem Träger angebracht ist und außerdem nachdem die Deckplatte über der Strahlungsaustrittsseite aufgebracht ist.

Die Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt, jedoch kann eine abweichende Reihenfolge, sofern technisch möglich, ebenfalls realisiert sein.
Bei dem genannten Verfahren wird also unabhängig von dem Halbleiterchip die Deckplatte hergestellt und anschließend an dem Halbleiterchip angebracht. Erst nachfolgend wird der Gehäusekörper erstellt und insbesondere an die Deckplatte angeformt. Hierdurch können Materialien für den Gehäusekörper verwendet werden, die strahlungsundurchlässig oder nicht stabil gegenüber der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Material des Gehäusekörpers auch teilweise oder vollständig über der dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite der Deckplatte aufgebracht. Mit anderen Worten ist die Oberseite der Deckplatte dann zumindest zeitweise nicht frei von dem Material des Gehäusekörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Material des Gehäusekörpers, das sich an der Oberseite der Deckplatte befindet, in einem weiteren Verfahrensschritt abgetragen. Hierbei ist es möglich, dass auch die Deckplatte zum Teil abgetragen wird, zusammen mit dem Material des Gehäusekörpers. Bevorzugt wird von der Deckplatte hierbei sowohl ein Teil der Reflexionsschicht als auch ein Teil des Hauptkörpers entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Gehäusekörper in lateraler Richtung ringsum und formschlüssig an die Reflexionsschicht der Deckplatte und an die Seitenflächen des Halbleiterchips angeformt. Der Halbleiterchip als auch die Deckplatte stehen dann in unmittelbarem, physischem Kontakt zu dem Gehäusekörper.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Deckplatte, ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer hier beschriebenen Deckplatte,
2 ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Deckplatte,
3 bis 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
6 bis 8 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
In 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels einer Deckplatte 5 in schematischen Schnittdarstellungen illustriert. Gemäß 1A werden in einem ersten Verfahrensschritt Hauptkörper 51 der Deckplatte 5 bereitgestellt. Die Hauptkörper 51 sind beispielsweise auf einem Zwischenträger 12 angebracht und aus einem Silikon geformt.
Im Verfahrensschritt gemäß 1B werden die Hauptkörper 51 mit einer Reflexionsschicht 55 umgeben. Die Reflexionsschicht 55 wird sowohl an Seitenflächen 54 des Hauptkörpers 51 als auch an einer dem Zwischenträger 12 abgewandten Hauptseite 57 des Hauptkörpers angebracht. Bei der Reflexionsschicht 55 kann es sich um eine metallische Schicht handeln. Bevorzugt ist die Reflexionsschicht 55 beispielsweise durch ein Silikon gebildet, in das reflektierende Partikel, etwa aus Titandioxid, eingebettet sind. Die Reflexionsschicht 55 erscheint dann bevorzugt weiß.
Im Verfahrensschritt gemäß 1C wird die Reflexionsschicht 55 zwischen den benachbarten Hauptkörpern 51 zum Teil entfernt, sodass keine durchgehende Materialverbindung zwischen benachbarten Hauptkörpern 51 mehr vorhanden ist.
Der Verfahrensschritt gemäß 1B ist optional. Es ist ebenso möglich, dass die Reflexionsschicht 55 unmittelbar so wie in 1C dargestellt auf die Hauptkörper 51 abgeschieden wird.
In 1D ist die fertige Deckplatte 5 gezeigt. Mit Ausnahme einer der Hauptseiten 57 ist der Hauptkörper 51 ringsum von der Reflexionsschicht 55 umgeben. Die Reflexionsschicht 55 an der in 1D oberen Hauptseite 57 kann hierbei eine andere Dicke aufweisen als die Reflexionsschicht 55 an den Seitenflächen 54.
In 2 ist in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Deckplatte 5 illustriert. In 2 sind nur die Seitenflächen 54 von der Reflexionsschicht 55 bedeckt, beide Hauptseiten 57 sind frei von der Reflexionsschicht 55.
Die Deckplatte 5 gemäß 2 kann analog zu der Deckplatte 5 gemäß 1 hergestellt sein. In Abwandlung zum Verfahrensschritt gemäß 1C kann die Reflexionsschicht 55 auch von der dem Zwischenträger 12 abgewandten Hauptseite 57 entfernt werden oder es wird die Reflexionsschicht 55 nur an den Seitenflächen 54 aufgebracht.
Ein Herstellungsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 1 ist in 3 in schematischen Schnittdarstellungen illustriert. Gemäß 3A wird ein Träger 2 in Form eines Leiterrahmens mit den Leiterrahmenteilen 21, 22 bereitgestellt. Auf dem Leiterrahmenteil 21 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 3, beispielsweise eine Leuchtdiode, an einer Oberseite 20 aufgebracht. Der Halbleiterchip 3 umfasst ein Chipsubstrat 32, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 33 aufgebracht ist. Eine Strahlungsaustrittsseite 30 des Halbleiterchips 3 ist der Oberseite 20 des Trägers 2 abgewandt.
Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 3 erfolgt über die beiden Leiterrahmenteile 21, 22. Eine Verbindung zwischen dem Chipsubstrat 32 und dem Leiterrahmenteil 22 ist über ein elektrisches Verbindungsmittel 7, beispielsweise ein Bonddraht, hergestellt. Anders als dargestellt ist es möglich, dass über das elektrische Verbindungsmittel 7 die Strahlungsaustrittsseite 30 der Halbleiterschichtenfolge 33 kontaktiert ist. Es können auch mehrere der Verbindungsmittel 7 vorhanden sein.
Optional sind während des Herstellungsverfahrens die Leiterrahmenteile 21, 22 zu einer mechanischen Fixierung auf dem Zwischenträger 12 angebracht. Auf dem Zwischenträger 12 können, anders als dargestellt, eine Vielzahl der Träger 2 und der Halbleiterchips 3 zum Beispiel matrixartig angeordnet sein.
Im Verfahrensschritt gemäß 3B wird auf der Strahlungsaustrittsseite 30 die Deckplatte 5 angebracht, beispielsweise aufgeklebt. Die Deckplatte 5 kann gestaltet sein, wie in Verbindung mit 1 angegeben. Insbesondere überdeckt die Reflexionsschicht 55 die Strahlungsaustrittsseite 30 im Verfahrensschritt gemäß 3B vollständig.
Gemäß 3C wird der Gehäusekörper 6 erzeugt, beispielsweise mittels Spritzen oder Pressen oder Gießen. Der Halbleiterchip 3, der Träger 2 sowie die Deckplatte 5 sind von dem Zwischenträger 12 und dem Gehäusekörper 6 vollständig umschlossen. Es ist der Halbleiterchip 3, in Draufsicht gesehen, vollständig von dem Gehäusekörper 6 überdeckt. Das Verbindungsmittel 7 wird vollständig in den Gehäusekörper 6 eingebettet.
Im Verfahrensschritt gemäß 3D werden der Gehäusekörper 6 sowie die Deckplatte 5 zum Teil entfernt, sodass die Oberseite 50 der Deckplatte 5 entsteht und freigelegt wird. Hierbei wird sowohl Material der Reflexionsschicht 55 als auch des Hauptkörpers 51 teilweise entfernt.
Anders als in 3D dargestellt, ist es auch möglich, dass die Reflexionsschicht 55 in Kontakt mit dem Verbindungsmittel 7 steht. Bevorzugt sind jedoch das Verbindungsmittel 7 sowie die Deckplatte 5 voneinander beabstandet, wie in 3D gezeigt.
In 3E ist das fertige Halbleiterbauteil 1 gezeigt. Es ist der Zwischenträger 12 entfernt.
Ein weiteres Herstellungsverfahren des Halbleiterbauteils 1 ist in 4 veranschaulicht. Gemäß 4A werden der Träger 2 und der Halbleiterchip 3 bereitgestellt, vergleiche auch 3A.
Beim Verfahrensschritt, wie in 4B dargestellt, wird die Deckplatte 5 auf der Strahlungsaustrittsseite 30 aufgebracht. Die der Strahlungsaustrittsseite 30 abgewandte Hauptseite 57 des Hauptkörpers 51 ist von der Reflexionsschicht 55 nicht bedeckt. Die Deckplatte 5 ist bevorzugt ausgeformt, wie in Verbindung mit 2 angegeben.
Der Gehäusekörper 6 wird im Verfahrensschritt gemäß 4C erzeugt. Anders als gemäß 3C wird gemäß 4C die Oberseite 50 der Deckplatte 5 nicht von einem Material des Gehäusekörpers 6 überzogen. Ein Entfernen eines Materials des Gehäusekörpers 6 sowie der Deckplatte 5, nachträglich nach dem Erzeugen des Gehäusekörpers 6, ist dann nicht erforderlich. Alternativ zu dem Verfahrensschritt, wie in 4C gezeigt, kann der Gehäusekörper auch analog zu 3C geformt und nachträglich teilweise entfernt werden.
Das Entfernen des Zwischenträgers 12 von dem fertigen Halbleiterbauteil 1 ist in 4 nicht illustriert.
Beim Herstellungsverfahren gemäß 5A werden der Halbleiterchip 3 sowie die Deckplatte 5 von einer Schutzschicht 9 in lateraler Richtung ringsum und optional auch an der Oberseite 50 der Deckplatte 5 umgeben. Bei der Schutzschicht 9 handelt es sich insbesondere um eine Schicht, die den später zu erzeugenden Gehäusekörper 6 vor blauer oder ultravioletter Strahlung vom Halbleiterchip 3 schützt. Die Schutzschicht 9 ist beispielsweise durch eine Silikon-Matrix gebildet, in die Partikel aus Titandioxid oder aus Ruß eingebettet sind. Die Schutzschicht 9 ist formschlüssig an den Halbleiterchip 3 sowie an die Deckplatte 5 angeformt und kann das Verbindungsmittel 7 bereichsweise einbetten. Anders als in 5A dargestellt, ist es nicht erforderlich, dass Seitenwände der Schutzschicht 9 senkrecht zu der Trägeroberseite 20 orientiert sind.
Nach dem Erzeugen des Gehäusekörpers 6, beispielsweise wie in Verbindung mit 3C oder 4C angegeben, wird die Schutzschicht 9 über der Oberseite 50 der Deckplatte 5 bevorzugt vollständig entfernt, siehe 5B. Die Deckplatte 5, die Schutzschicht 9 sowie der Gehäusekörper 6 schließen in eine Richtung weg von dem Träger 2 bündig miteinander ab und bilden eine ebene zusammenhängende Fläche. Die Leiterrahmenteile 21, 22 gemäß 5 sind unterschiedlich groß ausgebildet, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der Träger 2 beispielsweise durch eine Keramik gebildet, die elektrische Durchkontaktierungen 8 aufweist. Elektrische Kontaktflächen sind in 6 nicht eigens dargestellt. Eine laterale Ausdehnung des Gehäusekörpers 6 entspricht einer lateralen Ausdehnung des Trägers 2.
Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen auch, kann zwischen dem Halbleiterchip 3 und der Deckplatte 5 ein Konversionselement 4 angebracht sein. Das Konversionselement 4 bedeckt im Wesentlichen die gesamte Strahlungsaustrittsseite 30 des Halbleiterchips 3. Das Konversionselement 4 wiederum ist im Wesentlichen vollständig und bündig von dem Hauptkörper 51 der Deckplatte 5 überdeckt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist der Halbleiterchip 3 ein so genannter Dünnfilm-Chip, der kein Chipsubstrat 32 aufweist. Eine Dicke der Deckplatte 5 übersteigt dann eine Dicke der Halbleiterschichtenfolge 33. In einem Eckbereich ist, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, eine Aussparung 59 in der Deckplatte 5 vorgesehen, vergleiche auch die Draufsicht gemäß 8.
In 8 ist ferner zu sehen, dass Bearbeitungsspuren 65, beispielsweise Schleifspuren, von dem Gehäusekörper 6 durchgehend über die Deckplatte 5 verlaufen. Die Bearbeitungsspuren 65 können deutlich dichter gepackt sein als in 8 schematisch illustriert und rillenartig geformt sein. Ebenso können die Bearbeitungsspuren 65 auch entlang gerader Linien verlaufen, anders als in 8 illustriert.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Deckplatte (5) zum Aufbringen an einer Strahlungsaustrittsseite (30) eines optoelektronischen Halbleiterchips (3), wobei die Deckplatte (5) einen strahlungsdurchlässigen Hauptkörper (51) und eine Reflektionsschicht (55) aufweist, wobei die Reflexionsschicht (55) formschlüssig an Seitenflächen (54) des Hauptkörpers (51) angeformt ist und den Hauptkörper (51) an den Seitenflächen (51) ringsum umgibt.
Deckplatte (5) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Hauptkörper (51) zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten (57) aufweist, die durch die Seitenflächen (54) miteinander verbunden sind, wobei die Reflektionsschicht (55) genau eine der Hauptseiten (57) bedeckt, und wobei die nicht von der Reflexionsschicht (55) bedeckte Hauptseite (50, 57) dazu eingerichtet ist, an der Strahlungsaustrittsseite (30) angebracht zu werden.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit – einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20), – mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3) mit einer Strahlungsaustrittsseite (30), der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist, – mindestens einer Deckplatte (5) nach Anspruch 1, die sich, in Richtung weg von dem Träger (2), über der Strahlungsaustrittsseite (30) befindet, und – einem Gehäusekörper (6) mit einer Gehäuseoberseite (60), wobei der Gehäusekörper (6) in lateraler Richtung, parallel zu der Strahlungsaustrittsseite (30), den Halbleiterchip (3) und die Deckplatte (5) ringsum umgibt, und wobei eine der Strahlungsaustrittsseite (30) abgewandte Oberseite (50, 57) der Deckplatte (5) frei von einem Material des Gehäusekörpers (6) ist und mit der Gehäuseoberseite (60) in einer Ebene liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Reflexionsschicht (55), in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite (30) gesehen, den Halbleiterchip (3) überragt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem sich zwischen der Strahlungsaustrittsseite (30) und der Deckplatte (5) ein Konversionselement (4) zu einer Wellenlängenkonversion der von dem Halbleiterchip (2) erzeugten Strahlung befindet, wobei das Konversionselement (4), in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite (30) gesehen, vollständig von der Deckplatte (5) bedeckt ist und wobei die Deckplatte (5) und das Konversionselement (4) aus unterschiedlichen Materialien geformt sind, oder bei dem die Deckplatte (5) ein Konversionselement (4) ist oder ein Konversionselement (4) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem eine mittlere Dicke der Deckplatte (5) zwischen einschließlich 5 µm und 50 µm oder zwischen einschließlich 10 µm und 250 µm beträgt, wobei die Deckplatte (5) ein schleifbares Silikon, Epoxid oder Silikon-Epoxid-Hybridmaterial umfasst oder hieraus besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Deckplatte (5) unmittelbar an der Strahlungsaustrittsseite (30) angebracht ist, wobei Seitenflächen (35) des Halbleiterchips (3) frei von der Reflexionsschicht (55) sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem der Träger (2) durch mindestens zwei Leiterrahmenteile (21, 22) eines Leiterrahmens gebildet ist, wobei der Halbleiterchip (3) auf einem der Leiterrahmenteile (21) befestigt ist und über ein elektrisches Verbindungsmittel (7) mit einem anderen der Leiterrahmenteile (22) elektrisch verbunden ist, wobei das Verbindungsmittel (7) mindestens bereichsweise in den Gehäusekörper (6) eingebettet ist, und wobei die Leiterrahmenteile (21, 22) über den Gehäusekörper (6) mechanisch miteinander verbunden sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem, in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite (30) gesehen, eine Fläche der Deckplatte (5) um höchstens 50 % größer ist als eine Grundfläche des Halbleiterchips (3).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem die Oberseite (50, 57) der Deckplatte (5) und die Gehäuseoberseite (60) durchgehende Bearbeitungsspuren (65) aufweisen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem an den Halbleiterchip (3) und/oder an die Deckplatte (5) in lateraler Richtung ringsum und formschlüssig eine Schutzschicht (9) angeformt ist, wobei der Gehäusekörper (6) in lateraler Richtung ringsum und formschlüssig an die Schutzschicht (9) angeformt ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (1) mit den Schritten: – Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Halbleiterchips (3) mit einer Strahlungsaustrittsseite (30), – separates Fertigen und Bereitstellen mindestens einer Deckplatte (5) nach Anspruch 1 oder 2, – Anbringen des Halbleiterchips (3) auf einer Trägeroberseite (20) eines Trägers (2), – Aufbringen der Deckplatte (5) an der Strahlungsaustrittsseite (30), und – Erstellen eines Gehäusekörpers (6) des Halbleiterbauteils (1) mittels Gießen oder Pressen, wobei ein Material des Gehäusekörpers (6) den Halbleiterchip (3) und die Deckplatte (5) in lateraler Richtung ringsum umgibt, wobei der Gehäusekörper (5) erstellt wird, nachdem der Halbleiterchip (3) auf dem Träger (2) angebracht wird und außerdem nachdem die Deckplatte (5) über der Strahlungsaustrittsseite (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Material des Gehäusekörpers (6) über einer dem Halbleiterchip (3) abgewandten Oberseite (50, 57) der Deckplatte (5) aufgebracht wird, und wobei das Material des Gehäusekörpers (6), das sich über der Oberseite (50, 57) der Deckplatte (5) befindet, nachfolgend abgetragen wird und ebenso ein Material der Deckplatte (5) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Gehäusekörper (6) in lateraler Richtung ringsum und formschlüssig an die Reflexionsschicht (55) der Deckplatte (5) und an Seitenflächen (35) des Halbleiterchips (3) angeformt wird.