DE102013112886A1 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement Download PDF

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Markus Pindl
Frank Singer
Simon Jerebic
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (100) angegeben, das folgende Schritte aufweist:
a) Bereitstellen eines Hilfsträgers (2);
b) Befestigen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (4) auf dem Hilfsträger, wobei die Halbleiterchips in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind;
c) Ausbilden einer reflektierenden Schicht (6) zumindest in Bereichen (22) zwischen den Halbleiterchips;
d) Ausbilden eines Gehäusekörperverbunds (8), der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist;
e) Entfernen des Hilfsträgers; und
f) Vereinzeln des Gehäusekörperverbunds in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (100), wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip, einen Teil der reflektierenden Schicht und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper (82) aufweist.
Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement (100) angegeben.

Description

  • Für Halbleiterbauelemente wie Leuchtdioden sind Bauformen bekannt, bei denen die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips in vorgefertigte Gehäuse montiert werden. Solche Bauformen sind zur Herstellung besonders kompakter Leuchtdioden nur schwer miniaturisierbar.
  • Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung dieses Problems besteht darin, einen Gehäusekörperverbund auszubilden, welcher zwischen matrixartig angeordneten Halbleiterchips angeordnet ist. Der Gehäusekörperverbund kann beispielsweise mittels eines Gießverfahrens hergestellt werden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Gehäusekörperverbund in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen vereinzelt, sodass jedes vereinzelte Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper aufweist.
  • Hierbei tritt das Problem auf, dass der Gehäusekörperverbund und somit auch die aus dem Gehäusekörperverbund ausgebildeten Gehäusekörper stark absorbierend, das heißt im Wesentlichen schwarz, sind. Dies ist nachteilig bei Verwendung von Halbleiterchips, welche einen großen Anteil von Licht über ihre Seitenflanken emittieren, da dieses auf den Gehäusekörper trifft und umgehend absorbiert wird.
  • Des Weiteren ist nachteilig, dass bei Halbleiterbauelementen, welche eine dem Halbleiterchip nachgeordnete Konversionsschicht aufweisen, Licht durch Streuung in der Konversionsschicht auf den angrenzenden Gehäusekörper trifft und ebenfalls zu einem erheblichen Anteil absorbiert wird.
  • Eine mögliche Lösung des Problems besteht darin, durch Metallisierungen gebildete Verbindungselemente, welche der Kontaktierung des Halbleiterchips dienen, möglichst großflächig auszugestalten und auf diese Weise die lichtabsorbierenden Bereiche des Gehäusekörpers weitestgehend abzudecken. Bei einem solchen Vorgehen muss jedoch ein geeignetes Metall wie beispielsweise Silber verwendet werden, welches nicht korrosionsstabil ist. Dies erfordert die Ausbildung einer zusätzlichen Passivierungsschicht, beispielsweise durch Abscheidung von Siliziumdioxid oder Parylen. Des Weiteren ist erforderlich, dass die Strahlungsaustrittsfläche frei von dem reflektierenden Verbindungselement gehalten wird, was einen zusätzlichen Strukturierungsschritt erforderlich macht. Zusätzlich zu den dargestellten Schwierigkeiten dieses Vorgehens löst eine derartige Metallisierung auch nicht das oben beschriebene Problem, dass durch Seitenflanken des Halbleiterchips emittiertes Licht vom Gehäusekörper absorbiert wird.
  • Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung anzugeben, durch das optoelektronische Halbleiterbauelemente mit einer kompakten Bauform und einer hohen Auskoppeleffizienz hergestellt werden können. Weiterhin soll ein solches Halbleiterbauelement angegeben werden.
  • Insbesondere ist es eine Aufgabe, die Absorption von Licht durch die oben dargestellten Mechanismen weitestgehend zu unterbinden.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren beziehungsweise ein Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem ein Hilfsträger bereitgestellt wird. Der Hilfsträger kann flexibel, beispielsweise als Folie, oder starr ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf dem Hilfsträger befestigt wird. Die bevorzugt optoelektronischen Halbleiterchips sind dabei in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet. Unter einer lateralen Richtung wird hier und im Folgenden eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers verstanden. Beispielsweise kann der Hilfsträger als Klebefolie ausgebildet sein, auf welcher die Halbleiterchips haften. Die Mehrzahl von Halbleiterchips muss allerdings nicht notwendigerweise unmittelbar auf dem Hilfsträger angeordnet sein. Es ist ausreichend, dass die Halbleiterchips beispielsweise auf einer haftenden Schicht, welche den Hilfsträger bedeckt, angeordnet sind, sodass sie zumindest mittelbar auf dem Hilfsträger befestigt sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine reflektierende Schicht zumindest in Bereichen zwischen den Halbleiterchips ausgebildet wird. Die reflektierende Schicht wird hierbei auf einer den Halbleiterchips zugewandten Seite des Hilfsträgers ausgebildet. Bevorzugt weist die reflektierende Schicht eine Dicke zwischen 10 µm und 150 µm, besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 100 µm auf. Bevorzugt ist außerdem, dass die reflektierende Schicht Streupartikel beispielsweise aus TiO2, Al2O3 oder ZnO (beispielsweise mit einer Größe zwischen 0,05 und 5 µm, bevorzugt zwischen 0,1 und 1 µm) aufweist. Diese können beispielsweise in ein Matrixmaterial wie Silikon oder Polysilazan eingebettet sein bei Konzentrationen der Partikel zwischen 2 und 50%, typischerweise um die 20%.
  • Die Halbleiterchips weisen insbesondere einen Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich enthält beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Weiterhin umfasst der Halbleiterchip insbesondere einen Träger, auf dem der Halbleiterkörper angeordnet ist. Beispielsweise ist der Träger ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers. Alternativ ist der Träger von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers verschieden. In diesem Fall dient der Träger der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers, sodass das Aufwachssubstrat hierfür nicht erforderlich ist und entfernt werden kann.
  • Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Gehäusekörperverbund ausgebildet wird, der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist. Auf diese Weise sind zumindest Teile der reflektierenden Schicht zwischen dem Hilfsträger und dem Gehäusekörperverbund angeordnet, wodurch in dem fertigen Bauteil eine Absorption von Licht, welches von einer von den Halbleiterchips abgewandten Seite des Hilfsträgers auf den Gehäusekörper trifft, unterbunden wird.
  • Der Gehäusekörperverbund kann insbesondere mittels eines Gießverfahrens hergestellt werden. Unter dem Begriff Gießverfahren fallen hierbei alle Herstellungsverfahren, bei denen eine Formmasse in eine vorgegebene Form eingebracht wird und insbesondere nachfolgend gehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff Gießverfahren Gießen (Casting), Spritzgießen (Injection Molding), Spritzpressen (Transfer Molding) und Formpressen (Compression Molding). Bevorzugt wird der Gehäusekörperverbund durch Formpressen oder durch ein folienassistiertes Gießverfahren (Film Assisted Transfer Molding) ausgebildet.
  • Der Gehäusekörperverbund kann gefüllte oder ungefüllte Gießharze (z. B. Epoxydharze oder Silikone) aufweisen. Ein Füllgrad kann hierbei zwischen 70% und 90%, bevorzugt zwischen 75% und 85%, typischerweise 80%, betragen. Der Gehäusekörperverbund kann eine Dicke zwischen 50 µm und 500 µm, bevorzugt zwischen 100 µm und 200 µm, typischerweise um die 150 µm aufweisen.
  • Beispielsweise wird der Gehäusekörperverbund durch ein schwarzes Material gebildet. Beispielsweise kann der Gehäusekörperverbund ein schwarzes Epoxid-Material („black epoxy“) enthalten oder aus diesem bestehen. Ein solches Material ist aufgrund seiner breiten Verbreitung in der Elektronik besonders kostengünstig verfügbar und zeichnet sich durch eine gute Verarbeitbarkeit aus.
  • Der Gehäusekörperverbund und somit auch die aus dem Gehäusekörperverbund in einem späteren Verfahrensschritt ausgebildeten Gehäusekörper sind insbesondere für die von dem im Betrieb des Halbleiterbauelements vom Halbleiterchip zu detektierende oder emittierende Strahlung strahlungsundurchlässig und insbesondere absorbierend ausgebildet.
  • Bei dem geschilderten Verfahrensschritt verbindet sich die reflektierende Schicht formschlüssig mit dem bei der Ausbildung des Gehäusekörperverbunds verwendeten Vergussmaterial.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Hilfsträger entfernt wird, beispielsweise indem er delaminiert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Gehäusekörperverbund in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen vereinzelt wird, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip, einen Teil der reflektierenden Schicht und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper aufweist.
  • Die Gehäusekörper entstehen aus dem Gehäusekörperverbund also erst beim Vereinzeln und somit zu einem Zeitpunkt, zudem sich die Halbleiterchips bereits in dem Gehäusekörper befinden. Folge der Vereinzelung des Gehäusekörperverbunds ist es, dass Seitenflächen der entstehenden optoelektronischen Halbleiterbauelemente zumindest bereichsweise von der reflektierenden Schicht unbedeckt, das heißt frei von der reflektierenden Schicht sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein bei der Ausbildung des Gehäusekörperverbunds verwendetes Umformungsmaterial so aufgebracht, dass es die Seitenflächen der Halbleiterchips und/oder die Rückseiten der Halbleiterchips und/oder die reflektierende Schicht jeweils zumindest teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt. Beim Aufbringen des Umformungsmaterials sind die Halbleiterchips und die reflektierende Schicht bereits auf dem Hilfsträger angeordnet.
  • Hier und im Folgenden werden unter Seitenflächen der Halbleiterchips diejenigen Abschlussflächen der Halbleiterchips verstanden, welche diese in lateraler Richtung, das heißt in einer Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers, begrenzen. Unter Rückseiten der Halbleiterchips werden Seiten des Halbleiterchips verstanden, welche von dem Hilfsträger abgewandt und bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers verlaufen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem nach dem Entfernen des Hilfsträgers eine Konversionsschicht ausgebildet wird und jedes der vereinzelten Halbleiterbauelemente einen Teil der Konversionsschicht aufweist. Die Konversionsschicht wird bevorzugt auf einer Seite des Gehäusekörperverbunds ausgebildet, an der der Hilfsträger vor seiner Entfernung angeordnet war. Das heißt, die Konversionsschicht tritt im Wesentlichen an die Stelle des Hilfsträgers.
  • Die Konversionsschicht ist insbesondere dazu ausgebildet, in den Halbleiterchips erzeugte Primärstrahlung mit einer ersten Wellenlänge in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen längeren Wellenlänge zu konvertieren. Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement zur Erzeugung von Mischlicht, insbesondere von für das menschliche Auge weiß erscheinendem Mischlicht, vorgesehen.
  • Wie oben beschrieben, wird die reflektierende Schicht zumindest in Bereichen zwischen den Halbleiterchips ausgebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bleiben Seitenflächen und/oder Rückseiten der Halbleiterchips im Wesentlichen unbedeckt. Dies hat den Vorteil, dass eine Bedeckung des Hilfsträgers in Bereichen zwischen den Halbleiterchips mit der reflektierenden Schicht ausreicht. Da dennoch Teile der reflektierenden Schicht beispielsweise mit Seitenflanken des Halbleiterchips in Berührung kommen können, kann dies bedeuten, dass die Seitenflächen und Rückseiten der Halbleiterchips zumindest bis auf 10% ihrer Fläche von der reflektierenden Schicht unbedeckt bleiben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reflektierende Schicht auch auf Seitenflächen und Rückseiten der Halbleiterchips ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass auch Licht, welches durch die genannten Seitenflächen des Halbleiterchips hindurchtritt, auf die reflektierende Schicht trifft und nicht vom Gehäusekörper absorbiert wird. Diese gewünschte Wirkung tritt auch dann ein, wenn die reflektierende Schicht die genannten Seiten zumindest auf 80% ihrer Fläche, bevorzugt zumindest 90% ihrer Fläche, bedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die reflektierende Schicht durch Sprühbeschichtung (Spray-Coating) ausgebildet. Hierbei wird flächig eine dünne, reflektierende Schicht abgeschieden, welche ein Matrixmaterial wie Silikon oder Polysilazan und darin eingebettete reflektierende Partikel insbesondere aus Titandioxid aufweist. Bei Anwendung dieses Verfahrens werden auch die Halbleiterchips auf ihrer Rückseite von der reflektierenden Schicht bedeckt. Vorteilhafterweise wird ein Aufbringen der reflektierenden Schicht mittels Sprühbeschichtung nur dann gewählt, wenn der Gehäusekörperverbund durch Formpressen ausgebildet wird, da hier das relativ dick aufgebrachte Umformungsmaterial zurückgeschliffen werden muss, um die Rückseite der Halbleiterchips für deren Kontaktierung freizulegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die reflektierende Schicht dadurch ausgebildet, dass der Hilfsträger mit der Mehrzahl von darauf angeordneten Halbleiterchips in ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, getaucht wird, welche reflektierende Pigmente oder Partikel umfasst. Wiederum eignen sich nichtmetallische Partikel wie beispielsweise solche aus Titandioxid. Der Hilfsträger wird bevorzugt lediglich mit der Seite, auf der die Halbleiterchips angeordnet sind, in das Medium getaucht. Überschüssiges Material tropft anschließend ab. Die Seite des Hilfsträgers, die von den Halbleiterchips abgewandt ist, wird entweder gar nicht in das Medium eingetaucht oder wird vor Kontakt mit dem Medium geschützt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Hilfsträger vor dem Befestigen der Halbleiterchips zumindest bereichsweise mit einer elektrisch leitfähigen Keimschicht bedeckt. Die reflektierende Schicht wird zumindest auf Teilabschnitten der Keimschicht, bevorzugt auf der gesamten Keimschicht, elektrophoretisch abgeschieden. Die Keimschicht kann ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen und weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 nm und 100 nm, besonders bevorzugt zwischen 40 nm und 60 nm, typischerweise 50 nm, auf.
  • Beispielsweise kann die Keimschicht den Hilfsträger vollflächig bedecken. Hierzu ist bevorzugt die Dicke der Keimschicht so gering gewählt, dass eine Klebkraft des Hilfsträgers nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Alternativ kann unter Verwendung einer Maske mit einer Keimschicht aus Aluminium beschichtet werden, wobei Aussparungen der Keimschicht in den Bereichen vorgesehen sind, in denen die Halbleiterchips befestigt werden sollen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Hilfsträger in den Bereichen der Halbleiterchips seine Haftkraft beibehält.
  • Sind die Halbleiterchips ausreichend gegenüber dem Hilfsträger isoliert, beispielsweise durch eine Passivierungsschicht auf der Vorderseite der Halbleiterchips, durch ein isolierendes Trägermaterial der Halbleiterchips oder speziell bei der Verwendung von Halbleiterchips, welche einen Träger aus Saphir aufweisen, so wird bei der elektrophoretischen Beschichtung lediglich der Hilfsträger in den Bereichen zwischen den Halbleiterchips, nicht jedoch die Halbleiterchips auf deren Seitenflanken oder Rückseiten beschichtet. Da somit die Notwendigkeit einer Entfernung der reflektierenden Schicht von den Rückseiten der Halbleiterchips entfällt, kann die Ausbildung des Gehäusekörperverbunds sowohl durch Formpressen als auch durch ein folienassistiertes Gießverfahren erfolgen.
  • Sind die Halbleiterchips dagegen nicht ausreichend gegenüber dem Hilfsträger und der darauf aufgebrachten Keimschicht isoliert (beispielsweise, wenn eine Passivierungsschicht auf der Vorderseite der Halbleiterchips fehlt), so werden bei der elektrophoretischen Beschichtung aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung mit der Keimschicht auch die Seitenflanken und die Rückseiten der Halbleiterchips mit der reflektierenden Schicht bedeckt. In diesem Fall bietet sich die Ausbildung des Gehäusekörperverbunds durch Formpressen an, da hier die Rückseiten der Halbleiterchips gesondert freigelegt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem eine Keimschicht erst nach dem Befestigen der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger ausgebildet wird. Die Keimschicht bedeckt hierbei sowohl den Hilfsträger in den Bereichen zwischen den Halbleiterchips als auch Seitenflächen und/oder Rückseiten der Halbleiterchips. Die reflektierende Schicht wird wiederum zumindest auf Teilabschnitten der Keimschicht, bevorzugt auf der gesamten Keimschicht, elektrophoretisch abgeschieden.
  • Allgemein gilt, dass in dem Fall, dass die Rückseiten der Halbleiterchips von der reflektierenden Schicht unbedeckt bleiben, die Ausbildung des Gehäusekörperverbunds sowohl durch Formpressen als auch durch ein folienassistiertes Gießverfahren erfolgen kann. Dagegen bietet sich in dem Fall, dass die Rückseiten der Halbleiterchips von der reflektierenden Schicht bedeckt sind, die Anwendung eines folienassistierten Gießverfahrens nicht an, da hierbei auf ein gesondertes Rückschleifen des Gehäusekörperverbunds verzichtet wird und die reflektierende Schicht auf der Rückseite der Halbleiterchips somit nicht entfernt wird. Eine Ausnahme liegt dann vor, wenn auf eine rückseitige Kontaktierung der Halbleiterchips ohnehin verzichtet werden kann, da dann die Bedeckung der Rückseiten der Halbleiterchips mit reflektierender Schicht unschädlich ist. Zu beachten ist jedoch, dass die rückseitige Bedeckung der Halbleiterchips mit der reflektierenden Schicht zu einer Erhöhung des thermischen Widerstands führt, welche in vielen Fällen nicht gewünscht ist.
  • Die Verwendung einer reflektierenden Schicht, welche Streupartikel aufweist, weist im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Metallspiegeln den Vorteil einer Korrosionsstabilität bei gleichzeitig sehr hoher Reflektivität auf. Außerdem entfällt der eingangs beschriebene, im Stand der Technik erforderliche zusätzliche Strukturierungsschritt.
  • Bei einer elektrophoretischen Abscheidung der reflektierenden Schicht werden die darin enthaltenen Streupartikel erst bei der Ausbildung des Gehäusekörperverbunds fixiert. Zu beachten ist weiterhin, dass die Dicke der reflektierenden Schicht derart eingestellt werden muss, dass ein mögliches Eindringen des Umformungsmaterials nicht zu einer Verringerung der reflektierenden Eigenschaften führt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die reflektierende Schicht auf den Rückseiten der Halbleiterchips, die keinen Kontakt mit dem Gehäusekörperverbund aufweist und somit nicht fixiert ist, entfernt, beispielsweise durch Waschen, Abwischen oder eine Wasserstrahlreinigung.
  • Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Montagefläche und eine der Montagefläche gegenüberliegende Strahlungsaustrittsfläche auf. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper auf, der den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung umgibt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf dem Gehäusekörper zumindest bereichsweise eine reflektierende Schicht angeordnet, welche Streupartikel insbesondere aus Titandioxid aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind Seitenflächen des Gehäusekörpers von der reflektierenden Schicht unbedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Konversionsschicht auf, wobei die reflektierende Schicht zumindest bereichsweise zwischen der Konversionsschicht und dem Gehäusekörper angeordnet ist.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist für die Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Verfahren angeführte Merkmale können daher auch für das Halbleiterbauelement herangezogen werden oder umgekehrt.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
  • Die 1A bis 1G, 2A bis 2F, 3A bis 3G, 4A bis 4F, 5A bis 5G, 6A bis 6G, 7A bis 7F und 8A bis 8G jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
  • In den 1A bis 1G ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gezeigt. Wie in 1A dargestellt, wird zunächst ein Hilfsträger 2 bereitgestellt. Für den Hilfsträger 2 eignet sich beispielsweise eine selbsthaftende Folie. Alternativ kann die Befestigung der Halbleiterchips auch mittels eines temporären Klebstoffs erfolgen.
  • In dem in 1B dargestellten Verfahrensschritt werden eine Mehrzahl von Halbleiterchips 4 unmittelbar auf dem Hilfsträger 2 befestigt. Die Halbleiterchips 4 sind matrixartig angeordnet und in einer lateralen Richtung, das heißt in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers 2 voneinander beabstandet.
  • Die nachfolgende Beschreibung erfolgt exemplarisch für strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente. Die Halbleiterchips sind beispielsweise Lumineszenzdiodenhalbleiterchips, etwa Leuchtdiodenhalbleiterchips. Davon abweichend können die Halbleiterbauelemente aber auch zum Empfangen von Strahlung vorgesehen sein und beispielsweise einen als Fotodiode ausgebildeten Halbleiterchip aufweisen.
  • In einer vertikalen Richtung erstrecken sich die Halbleiterchips 4 zwischen einer Vorderseite 42 und einer Rückseite 44. Außerdem weisen die Halbleiterchips 4 Seitenflächen 46 auf. Die Halbleiterchips 4 sind derart auf dem Hilfsträger 2 angeordnet, dass die Vorderseite 42 dem Hilfsträger 2 zugewandt ist.
  • In dem in 1C gezeigten Verfahrensschritt wird eine reflektierende Schicht 6, welche Streupartikel aus Titandioxid enthält, durch Sprühbeschichtung auf die Seite des Hilfsträgers 2 aufgebracht, auf der die Halbleiterchips 4 befestigt sind. Die reflektierende Schicht 6 bedeckt sowohl die Bereiche 22 des Hilfsträgers 2, welche zwischen den Halbleiterchips 4 liegen, als auch Seitenflächen 46 und Rückseiten 44 der Halbleiterchips.
  • In dem nachfolgenden, in 1D dargestellten Verfahrensschritt wird ein Gehäusekörperverbund 8 durch Formpressen erzeugt, welcher auf der reflektierenden Schicht 6 angeordnet ist und die Bereiche zwischen benachbarten Halbleiterchips 4 ausfüllt.
  • In dem nachfolgenden, in 1E gezeigten Verfahrensschritt wird der Gehäusekörperverbund 8 von der dem Hilfsträger 2 abgewandten Seite her gedünnt, beispielsweise mittels eines mechanischen Verfahrens wie Schleifens, sodass die Rückseiten 44 der Halbleiterchips freiliegen.
  • In dem in 1F dargestellten Verfahrensschritt wird der Hilfsträger 2 durch Delaminieren entfernt. An seine Stelle tritt in 1G eine Konversionsschicht 10, die bereichsweise an die Vorderseiten 42 der Halbleiterchips sowie mit ihrer restlichen Fläche an die reflektierende Schicht 6 angrenzt.
  • Zum Vereinzeln in Halbleiterbauelemente 100 kann der Gehäusekörperverbund 8 entlang von Vereinzelungslinien 12 durchtrennt werden. Dies kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Sägens, chemisch, beispielsweise mittels Ätzens und/oder mittels kohärenter Strahlung, etwa durch Laserablation, erfolgen. Jedes Halbleiterbauelement 100 weist zumindest einen Halbleiterchip 4, einen Teil der reflektierenden Schicht 6 und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper 82 auf.
  • Das in den 2A bis 2F dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1G beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu wird anstelle eines Überformens der Halbleiterchips 4 auf deren Rückseite 44 und eines nachfolgenden Dünnens des Gehäusekörperverbunds 8 der Gehäusekörperverbund 8 bereits so ausgebildet, dass die Rückseiten 44 der Halbleiterchips 4 freiliegen (siehe 2D). Hierfür wird beispielsweise ein folienassistiertes Gießverfahren verwendet, welches dazu führt, dass der Gehäusekörperverbund 8 und die auf den Rückseiten 44 der Halbleiterchips angeordnete reflektierende Schicht 6 bündig nebeneinander angrenzen.
  • Die 1A bis 1G sowie 2A bis 2F stellen die gleichen Verfahrensschritte dar, welche auch durchgeführt werden, wenn die reflektierende Schicht nicht durch Sprühbeschichtung, sondern dadurch erzeugt wird, dass der Hilfsträger 2 mit der Mehrzahl von Halbleiterchips 4 in eine Flüssigkeit getaucht wird, welche Streupartikel umfasst.
  • Die Kontaktierung der fertigen optoelektronischen Bauelemente 100, beispielsweise durch metallische Verbindungselemente oder Bonddrähte, ist in den Figuren nicht detailliert dargestellt.
  • In den 3A bis 3G ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens dargestellt, in welchem die reflektierende Schicht 6 durch Elektrophorese ausgebildet wird. Hierzu wird auf den Hilfsträger 2 eine elektrisch leitfähige Schicht 14, welche eine Dicke zwischen 1 und 10 nm, bevorzugt zwischen 4 und 7 nm, aufweist, aufgedampft (3A). In dem in 3B dargestellten Verfahrensschritt werden die Halbleiterchips 4 auf die leitfähige Keimschicht 14 befestigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Seitenflächen 46 der Halbleiterchips 4 gegenüber der leitfähigen Keimschicht 14 elektrisch isoliert. Dies kann entweder darauf zurückzuführen sein, dass auf der Vorderseite 42 der Halbleiterchips 4 eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) angeordnet ist, welche als Isolationsschicht zwischen der Keimschicht 14 und dem übrigen Halbleiterchip 4 wirkt. Des Weiteren kann die elektrische Isolierung darauf zurückzuführen sein, dass die Halbleiterchips 4 ein isolierendes Trägerelement, beispielsweise aus Saphir, aufweisen, sodass, wenn überhaupt, nur wenig Raum einnehmende Bereiche der Halbleiterchips 4 mit der Keimschicht 14 elektrisch leitend verbunden sind.
  • Dadurch, dass die Seitenflächen 46 entweder teilweise oder vollständig elektrisch isoliert gegenüber der Keimschicht 14 sind, bleiben die Seitenflächen 46 bei dem in 3C dargestellten Aufbringen der reflektiven Schicht 6 durch Elektrophorese unbedeckt. Dadurch ist die reflektierende Schicht 6 lediglich zwischen dem Hilfsträger 2 und dem Gehäusekörperverbund 8 angeordnet. In dem in 3E gezeigten Verfahrensschritt wird die Keimschicht 14 zusammen mit dem Hilfsträger 2 entfernt, so dass die Konversionsschicht 10 nachfolgend direkt auf der reflektierenden Schicht 6 ausgebildet wird.
  • In den 4A bis 4F ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt, in welchem im Unterschied zu dem in den 3A bis 3G gezeigten Ausführungsbeispiel ein folienassistiertes Gießverfahren verwendet wird, wodurch auf den in 3E gezeigten Schleifprozess verzichtet werden kann.
  • Die 5A bis 5G zeigen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens, welches im Wesentlichen dem in den 3A bis 3G gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht und ebenfalls einen Verfahrensschritt umfasst, in welchem die reflektive Schicht 6 durch Elektrophorese aufgebracht wird (5C). Im Unterschied zu dem in den 3A bis 3G gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Seitenflächen 46 der Halbleiterchips 4 elektrisch mit der Keimschicht 14 verbunden, entweder weil der Halbleiterchip 4 gar keine oder zumindest nur eine sehr dünne Passivierungsschicht aufweist, die keine ausreichende Isolation der Seitenflächen 46 zur Folge hat. Dadurch bedeckt die durch Elektrophorese aufgebrachte reflektierende Schicht 6 auch die Seitenflächen 46 und die Rückseiten 44 der Halbleiterchips 4.
  • Die Verwendung eines folienassistierten Gießverfahrens ist in dieser Situation nicht vorteilhaft, da hier kein gesonderter Dünnungsprozess durchgeführt wird und durch die Bedeckung der Rückseiten 44 der Halbleiterchips 4 mit der reflektierenden Schicht 6 eine Kontaktierung der Halbleiterchips 4 nur von der Vorderseite 42 her möglich ist.
  • In den 6A bis 6G ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt, in welchem die reflektierende Schicht 6 ebenfalls durch Elektrophorese auf die Keimschicht 14 aufgebracht wird. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen wird die Keimschicht 14 jedoch erst aufgebracht, wenn die Halbleiterchips 4 bereits auf dem Hilfsträger 14 befestigt sind (6B). Auf diese Weise bedeckt die Keimschicht 14 auch die Seitenflächen 46 und die Rückseiten 44 der Halbleiterchips 4. Somit bedeckt die reflektierende Schicht 6 die Keimschicht 14 vollflächig (6C). In den 6D und 6E sind die beiden genannten Schichten der Vereinfachung halber nicht gesondert dargestellt, sondern erscheinen als eine einheitliche Schicht. Während die Ausbildung des Gehäusekörperverbunds 8 sowie dessen Dünnung wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen gezeigt erfolgt, unterscheidet sich der in 6F gezeigte Verfahrensschritt, in welchem der Hilfsträger 2 entfernt wird, darin von den vorherigen Ausführungsbeispielen, dass die Keimschicht 14 nur in den Bereichen, in welchen sie an den Hilfsträger 2 angrenzt, zusammen mit dem Hilfsträger 2 entfernt wird. In den Bereichen der Seitenflächen 46 der Halbleiterchips bleibt sie weiterhin erhalten. Wie in 6G dargestellt, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt wiederum die Konversionsschicht 10 derart ausgebildet, dass sie an die reflektierende Schicht 6 angrenzt.
  • Die 7A bis 7F entsprechen dem in den 6A bis 6G gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, dass ein folienassistiertes Gießverfahren verwendet wird, wodurch wiederum auf ein Rückschleifen des Gehäusekörperverbunds 8 verzichtet werden kann (siehe 7D). Im Allgemeinen ist das in den 7A bis 7F gezeigte Verfahren nur mit Vorteil in einer Situation anzuwenden, in welcher eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips von der Rückseite her nicht erforderlich ist, da die reflektierende Schicht 6 isolierend ausgebildet ist.
  • Die 8A bis 8G zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens, welches im Wesentlichen analog zu dem in den 7A bis 7F gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. Im Unterschied werden Teile der Keimschicht 14 und der reflektierenden Schicht 6 im Bereich der Rückseiten 44 der Halbleiterchips entfernt (siehe 8E), indem die genannten Schichten beispielsweise durch Wasserstrahlreinigung herausgelöst werden. Ähnlich kann die Entfernung durch Waschen oder Abwischen der dem Hilfsträger 2 abgewandten Seite des Gehäusekörperverbunds 8 erfolgen. Dies kann auch dadurch erleichtert werden, dass die reflektierende Schicht 6 im Bereich der Rückseiten 44 der Halbleiterchips 4 nicht wie in 8D gezeigt bündig mit dem Gehäusekörperverbund 8 abschließt. Vielmehr können die reflektierende Schicht 6 und die Keimschicht 14 in diesen Bereichen vertikal über den Gehäusekörperverbund 8 hinüberragen, wobei die Stufenhöhe von einer Eindrücktiefe der Halbleiterchips in den Hilfsträger 2 abhängig ist.
  • Dadurch, dass nach Herauslösen der reflektierenden Schicht 6 in den Bereichen der Rückseiten 44 der Halbleiterchips diese nunmehr freiliegen, ist es möglich, die Halbleiterchips auch von ihrer Rückseite her zu kontaktieren. In den 8F und 8G sind exemplarisch Vorderseitenkontakte 54 und Rückseitenkontakte 52 gezeigt, welche die Halbleiterchips 4 mit elektrischem Strom versorgen können.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Viel mehr 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (100) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Hilfsträgers (2); b) Befestigen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (4) auf dem Hilfsträger, wobei die Halbleiterchips in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind; c) Ausbilden einer reflektierenden Schicht (6) zumindest in Bereichen (22) zwischen den Halbleiterchips; d) Ausbilden eines Gehäusekörperverbunds (8), der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist; e) Entfernen des Hilfsträgers; und f) Vereinzeln des Gehäusekörperverbunds in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (100), wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip, einen Teil der reflektierenden Schicht und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper (82) aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach Schritt e) eine Konversionsschicht (10) ausgebildet wird und jedes der in Schritt f) vereinzelten Halbleiterbauelemente einen Teil der Konversionsschicht aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die reflektierende Schicht (6) in Schritt c) lediglich in den Bereichen zwischen den Halbleiterchips ausgebildet wird und Seitenflächen (46) und Rückseiten (44) der Halbleiterchips zumindest bis auf 10% ihrer Fläche von der reflektierenden Schicht unbedeckt bleiben.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die reflektierende Schicht (6) in Schritt c) ferner auf Seitenflächen (46) und Rückseiten (44) der Halbleiterchips ausgebildet wird und zumindest 80% ihrer Fläche bedeckt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Schicht (6) in Schritt c) durch Sprühbeschichtung ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Hilfsträger (2) in Schritt c) mit der Mehrzahl von Halbleiterchips (4) in eine Flüssigkeit getaucht wird, welche reflektierende Pigmente oder Partikel umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der in Schritt a) bereitgestellte Hilfsträger (2) zumindest bereichsweise mit einer elektrisch leitfähigen Keimschicht (14) bedeckt ist und die reflektierende Schicht (6) in Schritt c) zumindest auf Teilabschnitten der Keimschicht elektrophoretisch abgeschieden wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwischen den Schritten b) und c) eine Keimschicht (14) ausgebildet wird, welche den Hilfsträger (2) in den Bereichen (22) zwischen den Halbleiterchips sowie Seitenflächen (46) und Rückseiten (44) der Halbleiterchips bedeckt, und die reflektierende Schicht in Schritt c) zumindest auf Teilabschnitten der Keimschicht elektrophoretisch abgeschieden wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (4) jeweils an einer einer Montagefläche gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterbauelemente frei von Material des Gehäusekörperverbundes (8) sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Halbleiterchips jeweils an der Montagefläche der Halbleiterbauelemente frei von Material des Gehäusekörperverbundes (8) sind.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäusekörperverbund (8) in Schritt d) durch Formpressen oder durch ein folienassistiertes Gieß-Verfahren ausgebildet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips (4) in Schritt d) überformt werden und der Gehäusekörperverbund (8) nachfolgend gedünnt wird, so dass die Halbleiterchips bereichsweise freiliegen.
  13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1), wobei – das Halbleiterbauelement einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip (4) aufweist; – das Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper (82) aufweist, der den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung umgibt; – auf dem Gehäusekörper eine reflektierende Schicht (6) angeordnet ist, welche Streupartikel aufweist; und – Seitenflächen des Gehäusekörpers von der reflektierenden Schicht unbedeckt sind.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, das eine Konversionsschicht (10) aufweist, wobei die reflektierende Schicht zumindest bereichsweise zwischen der Konversionsschicht und dem Gehäusekörper (82) angeordnet ist.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
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