DE102013113185A1

DE102013113185A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils sowie optoelektronisches Halbleiterbauteil und optoelektronische Anordnung

Info

Publication number: DE102013113185A1
Application number: DE102013113185.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Gebuhr; Michael Zitzlsperger; Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-05-28
Also published as: WO2015078857A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, mit: – zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (2), umfassend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) und ein Gehäuse (22), und – zumindest einem optisch inaktiven Bauelement (4, 5), wobei – das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement (2) und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement (4, 5) an ihren lateral liegenden Seitenflächen (2c, 4c, 5c) über einen strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) miteinander verbunden sind.

Description

Die Druckschrift WO 2011/015449 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterbauteils.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils anzugeben, wobei gewünschte Funktionen bei der Herstellung variabel in das optoelektronische Halbleiterbauteil integriert werden können. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und eine optoelektronische Anordnung anzugeben, welche jeweils einfach und kostengünstig hergestellt werden können, wobei bei der Herstellung gewünschte Funktionen variabel integriert werden können.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Alternativ kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil auch um eine Fotodiode handeln, die zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Es ist ferner möglich, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil in einem Betriebszustand Strahlung emittiert und in einem zweiten Betriebszustand Strahlung detektiert beziehungsweise absorbiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Träger bereitgestellt. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen temporären Träger handeln, der in einem anschließenden Verfahrensschritt wieder entfernt wird oder aber auch um einen Träger, der nach der Herstellung an dem optoelektronischen Halbleiterbauteil verbleibt. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um eine Folie (englisch: Foil), eine Leiterplatte oder allgemein um eine Platte handeln, die mit einem Kunststoffmaterial, einem Metall, einem keramischen Material oder einem Halbleitermaterial gebildet ist. Ferner ist es möglich, dass der Träger sowohl eine Folie, als auch eine Leiterplatte oder Platte enthält.
Der Träger weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der er sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene, in der vertikalen Richtung, weist der Träger eine Dicke auf. Die Dicke des Trägers ist klein gegen die maximale Erstreckung des Trägers in einer lateralen Richtung. Eine Hauptebene des Trägers bildet eine Deckfläche des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement bereitgestellt, welches zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Gehäuse umfasst. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip, einen Fotodiodenchip oder einen Laserdiodenchip. Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um eine strahlungsdurchlässige Umhüllung und/oder eine strahlungsundurchlässige Umhüllung und/oder eine anderweitige mechanisch stabilisierende Komponente handeln. Hier und im Folgenden bedeutet „mechanisch stabilisierend“, dass die mechanische Handhabung des optoelektronischen Halbleiterbauelements durch den stabilisierenden Teil des Gehäuses verbessert wird und dadurch beispielsweise eine höhere externe Kraft an dem optoelektronischen Halbleiterbauelement wirken kann, ohne dass dieses zerstört wird. Insbesondere kann das optoelektronische Halbleiterbauelement durch den stabilisierenden Teil des Gehäuses mechanisch selbsttragend werden, das heißt, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement etwa im Rahmen eines Fertigungsverfahrens mit Werkzeugen wie beispielsweise einer Pinzette gehandhabt werden kann, ohne dass ein weiteres stützendes Element vorhanden sein muss.
Ferner bedeutet hier und im Folgenden „strahlungsdurchlässig“, dass die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte beziehungsweise absorbierte elektromagnetische Strahlung von dem verwendeten Material größtenteils, also wenigstens zu 50 %, insbesondere zu wenigstens 75 %, transmittiert wird. „Strahlungsundurchlässig“ bedeutet, dass die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte beziehungsweise absorbierte elektromagnetische Strahlung fast vollständig, also wenigstens zu 75 %, insbesondere zu wenigstens 85 % absorbiert oder reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein optisch inaktives Bauelement bereitgestellt. Bei dem optisch inaktiven Bauelement kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Bauelement handeln. Dieses elektronische Bauelement kann beispielsweise ein Widerstand, zum Beispiel ein SMT-Widerstand, eine Diode, zum Beispiel eine Zener-Diode, ein elektronischer Treiber für das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement, ein integrierter Schaltkreis und/oder eine sonstige elektronische Komponente sein. Weiterhin kann es sich bei dem optisch inaktiven Bauelement um ein mechanisches Bauelement handeln. Dieses mechanische Bauelement kann beispielsweise eine Hülse, ein Rahmen, ein Ausrichtungsloch, ein Schraubenloch, eine Buchse, eine Raste oder eine andere mechanische Komponente sein. Die Wahl des spezifischen Typus des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements orientiert sich dabei an dem konkreten Anwendungsgebiet des optoelektronischen Bauteils und der hierfür benötigten Eigenschaften des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements. Das mechanische Bauelement ermöglicht mitunter eine genaue Positionierung von weiteren optischen, elektronischen oder mechanischen Bauelementen, wie beispielsweise einer Linse. Die räumliche Positionierung beziehungsweise Justage des weiteren Bauelements kann hierbei genauer, das heißt mit einer geringeren Orts-Toleranz, erfolgen als bei einem vergleichbaren optoelektronischen Halbleiterbauteil, bei welchem das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement nicht mit einem gemeinsamen Formkörper mit dem optisch inaktiven Bauelement verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement an der Deckfläche des Trägers angeordnet. Es können auch eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und/oder eine Vielzahl von optisch inaktiven Bauelementen auf dem Träger angeordnet werden.
Die Positionierung der Bauelemente auf dem Träger erfolgt zum Beispiel mit einer Montage-Anlage oder Bestückungsanlage. Die Verbindung zwischen dem Träger und einer dem Träger zugewandten Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder einer dem Träger zugewandten Bodenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements erfolgt vorzugsweise über einen Klebstoff, der beispielsweise leitende oder elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen kann. Es ist jedoch auch eine Lötverbindung oder eine sonstige mechanische Verbindung zwischen dem Träger und den Bauelementen möglich. Die Verbindung kann temporär oder permanent sein, das heißt, dass sie sowohl rückstandslos entfernbar sein kann als auch Rückstände beim Entfernen hinterlassen kann oder gar nicht entfernt werden kann, ohne das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement und/oder das zumindest eine optisch inaktive Bauelement zu zerstören.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement mit einem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper umformt oder umhüllt. Das Umformen oder Umhüllen kann beispielsweise mittels Formpressens, Flüssigspritzpressens, Spritzpressens, Gießens, Flüssigspritzgießens, Druckens oder dergleichen erfolgen. Das Umformen oder Umhüllen kann für alle Bauelemente insbesondere in einem gemeinsamen Verfahrensschritt, also im Rahmen der Herstellungstoleranz gleichzeitig, erfolgen.
Der strahlungsundurchlässige Formkörper kann beispielsweise aus einem Kunststoff, aus Epoxidharz, aus Silikon, aus Epoxid-Silikonhybridmaterial, aus einem thermisch verformbaren Kunststoff, mit einem glasartigen Kunststoff, aus einem Glas oder aus einem keramischen Material gebildet sein oder zumindest eines dieser Materialien enthalten. Der strahlungsundurchlässige Formkörper kann strahlungsreflektierend oder strahlungsabsorbierend ausgebildet sein. Er kann unter Lichteinfall weiß, farbig oder schwarz erscheinen. Dabei ist es möglich, dass der strahlungsundurchlässige Formkörper weitere Materialien, wie beispielsweise strahlungsreflektierende oder strahlungsabsorbierende Partikel, umfasst. Die reflektierenden Partikel können beispielsweise aus einem Metalloxid, wie zum Beispiel Titandioxid (TiO₂), bestehen oder ein Metalloxid enthalten, das in ein Matrixmaterial des Formkörpers, zum Beispiel aus Silikon, eingebracht wird.
Die strahlungsundurchlässige Ausführung des Formkörpers ermöglicht eine optische Trennung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente voneinander. Mit anderen Worten, durch den strahlungsundurchlässigen Formkörper wird die seitliche Abstrahlung eines jeden optoelektronischen Halbleiterbauelements verhindert und die Abstrahlung erfolgt nur über eine Strahlungsdurchtrittsfläche, welche sich an der dem Träger abgewandten Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements befindet und im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zur Deckfläche des Trägers verläuft. Dies verhindert auch das Übersprechen zwischen den einzelnen Lichtquellen. Dadurch kann beispielsweise eine definiertere Abstrahlcharakteristik als bei gleichartigen optoelektronischen Halbleiterbauelementen ohne eine verhinderte seitliche Abstrahlung erreicht werden. Dies hat insbesondere eine hohe Richtwirkung und eine geringe Ausdehnung des von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierten Strahlenbündels zur Folge. Weiterhin ermöglicht die optische Trennung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente eine gezielte Detektion von auf das optoelektronische Halbleiterbauelement eintreffender elektromagnetischer Strahlung mit einer hohen Ortsauflösung. Mit anderen Worten, durch die Verhinderung der seitlichen Abstrahlung kann der Lichtleitwert (sogenannte Étendue) des optoelektronischen Halbleiterbauelements im Vergleich zu einem gleichartigen optoelektronischen Halbleiterbauelement ohne einen lateral liegenden strahlungsundurchlässigen Formkörper reduziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bedeckt der Formkörper eine die Bodenfläche und die Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbindende Seitenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und eine die Bodenfläche und eine dem Träger abgewandte Deckfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements verbindende Seitenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements zumindest stellenweise. Dabei steht der Formkörper mit den lateral liegenden, verbindenden Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und den lateral liegenden, verbindenden Seitenflächen des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements in direktem Kontakt. Der Formköper ist dort mit den Seitenflächen verbindungsmittelfrei verbunden. Hier und im Folgenden bedeutet „verbindungsmittelfrei“, dass sich kein verbindendes Material zwischen den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements und den Seitenflächen des optisch inaktiven Bauelements und dem Formkörper befindet und die verbindenden Seitenflächen somit in direktem Kontakt mit dem Formkörper stehen.
Es ist möglich, dass alle Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements vollständig vom Formkörper bedeckt sind. Es ist jedoch auch möglich, dass das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement und/oder das zumindest eine optisch inaktive Bauelement nur bis zu einer bestimmten Höhe ausgehend von der Deckfläche an ihren verbindenden Seitenflächen vom Formkörper bedeckt sind und Teile des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements aus dem Formkörper herausragen, sodass die verbindenden Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder die verbindenden Seitenflächen des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements stellenweise frei vom strahlungsundurchlässigen Formkörper sind und somit von außen frei zugänglich sind.
Ferner bleibt die Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und die Bodenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements frei vom Formkörper oder wird durch Entfernen des Formkörpers freigelegt. Weiterhin bleibt die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements frei vom Formkörper oder wird durch Entfernen des Formkörpers freigelegt. Dabei kann die Strahlungsdurchtrittsfläche beispielsweise durch eine mechanische Abdeckung vom Formkörper freigehalten werden. Beispielsweise kann die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Folie abgedeckt werden, welche nach dem Umformen rückstandslos von der Strahlungsdurchtrittsfläche abgelöst werden kann. Der Formkörper kann zudem chemisch oder mechanisch von der Bodenfläche und/oder der Deckfläche entfernt werden. Beispielsweise kann der Formkörper erwärmt oder abgeschliffen oder chemisch abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Trägers mit einer Deckfläche,
– Bereitstellen von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement, umfassend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Gehäuse,
– Bereitstellen von zumindest einem optisch inaktiven Bauelement,
– Anordnen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements an der Deckfläche des Trägers,
– Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements mit einem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper, wobei
– eine dem Träger zugewandte Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und eine dem Träger zugewandte Bodenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements und/oder eine dem Träger abgewandte Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements frei vom strahlungsundurchlässigen Formkörper bleiben oder freigelegt werden, und
– der Formkörper alle die Strahlungsdurchtrittsfläche und die Bodenfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements verbindenden des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und alle eine dem Träger abgewandte Deckfläche und die Bodenfläche des optisch inaktiven Bauelements verbindenden Seitenflächen des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements zumindest stellenweise bedeckt.

Die beschriebenen Verfahrensschritte werden dabei vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Hierbei ist es gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass das zumindest eine optisch inaktive Bauelement durch ein optisch aktives Bauelement und/oder ein strahlungsdetektierendes Bauelement ersetzt ist.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird insbesondere die Idee verfolgt, dass Funktionen, die bei der Herstellung gewünscht werden, mit einem kostengünstigen und vereinfachten Herstellungsverfahren variabel in das optoelektronische Halbleiterbauteil integriert werden können. Dies wird insbesondere durch die Umformung des zumindest einen optischen Halbleiterbauelements und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements mit einem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper in einem gemeinsamen Verfahrensschritt, also im Rahmen der Herstellungstoleranz gleichzeitig, erreicht. Mit anderen Worten, die Konfektionierung des optoelektronischen Halbleiterbauteils wird durch das gleichzeitige Umformen der gewünschten Bauelemente mit dem gemeinsamen Formkörper vereinfacht und es wird eine hohe Integration von Funktionen ermöglicht, ohne eine Vielzahl von unterschiedlichen optoelektronischen Halbleiterbauteilvarianten zur Verfügung stellen zu müssen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Träger ein Hilfsträger, der nach dem Umformen oder Umhüllen mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper von dem Verbund aus dem strahlungsundurchlässigen Formkörper und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement entfernt wird. Der als Hilfsträger ausgebildete Träger kann beispielsweise eine Folie oder eine starre Platte sein. Er kann zum Beispiel einen Kunststoff, ein Metall oder ein keramisches Material enthalten. Das Entfernen kann beispielsweise über Aufwärmen, Abschleifen oder chemisches Ablösen erfolgen. Zwischen dem Träger und den Komponenten des Halbleiterbauteils kann zum Beispiel eine Klebeschicht angeordnet sein, die thermisch und/oder chemisch lösbar ist.
Nach dem Entfernen des Trägers sind die ursprünglich dem Träger zugewandte Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und die ursprünglich dem Träger zugewandte Bodenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements frei zugänglich. Mit anderen Worten, die beiden Bodenflächen sind frei vom Trägermaterial und/oder einem anderen Material. Die Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements stehen in direktem Kontakt mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper. Dementsprechend stellt der Formkörper einen mechanisch stabilisierenden Körper dar, der – falls vorhanden – eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und/oder optisch inaktiven Bauelementen miteinander verbindet. Der Verbund aus dem strahlungsundurchlässigen Formkörper, dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement kann dabei mechanisch selbsttragend sein. „Mechanisch selbsttragend“ bedeutet hierbei, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil etwa im Rahmen des Fertigungsverfahrens des Bauteils mit Werkzeugen wie beispielsweise einer Pinzette gehandhabt werden kann, ohne dass ein weiteres mechanisch stützendes Element vorhanden sein muss. Es kann jedoch ein weiterer Träger vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Gehäuse des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements zumindest eine strahlungsdurchlässige Umhüllung, die in direktem physischem Kontakt mit dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip steht. Bei der zumindest einen strahlungsdurchlässigen Umhüllung kann es sich beispielsweise um einen Vergusskörper handeln, der ein Lumineszenzkonversionsmaterial und/oder ein strahlungsstreuendes Material enthält. Alternativ ist es möglich, dass die strahlungsdurchlässige Umhüllung optisch klarsichtig ist. Ferner kann es sich bei der strahlungsdurchlässigen Umhüllung um eine Linse handeln, welche zur Strahlformung für die von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte beziehungsweise absorbierte Strahlung vorgesehen ist.
Die strahlungsdurchlässige Umhüllung kann beispielsweise mit Silikon, einem Leuchtstoff, Glas, Kunststoff, Keramik, Epoxidharz, Epoxid-Silikonhybridmaterial oder einem anderen transparenten oder semi-transparenten Material gebildet sein. Die strahlungsdurchlässige Umhüllung kann weiterhin ein Matrixmaterial umfassen, in welches reflektierende oder absorbierende Partikel eingebracht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement vor dem Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements mit dem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper mit der strahlungsdurchlässigen Umhüllung umgossen.
Das Aufbringen der strahlungsdurchlässigen Umhüllung kann beispielsweise mittels Formpressens, Flüssigspritzpressens, Spritzpressens, Gießens, Flüssigspritzgießens, Druckens oder einem ähnlichen Verfahren erfolgen. Nach dem Aufbringen der zumindest einen strahlungsdurchlässigen Umhüllung bildet eine dem Träger abgewandte Deckfläche dieser Umhüllung die Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Verbindung zwischen dem Träger und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement zerstörungsfrei lösbar. Das heißt, die Verbindung kann beispielsweise über einen Klebstoff, der durch Aufwärmen oder chemisches Ablösen entfernt werden kann, erfolgen. Zerstörungsfrei lösbar bedeutet hierbei, dass an dem optoelektronischen Halbleiterbauteil nach dem Ablösen des Trägers keine Spuren des Trägers und eines Verbindungsmittels mehr nachgewiesen werden können. Ferner werden beim zerstörungsfreien Lösen vorzugsweise weder der Träger noch das optoelektronische Halbleiterbauteil beschädigt. Das optoelektronische Halbleiterbauteil besteht nach dem Lösen des Trägers nur aus dem Verbund des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements, des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements und des strahlungsundurchlässigen Formkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements während des Umformens oder Umgießens mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper mit einem Material abgedeckt, welches die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements von dem Formkörper schützt. Durch das Abdecken mit diesem Material bleibt die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements frei vom Formkörper. Das abdeckende Material kann beispielsweise eine Folie sein. Das Material kann insbesondere rückstandslos von der Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements abgelöst werden.
Es wird ferner ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil ist vorzugsweise mittels einem der hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, umfassend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Gehäuse, und zumindest ein optisch inaktives Bauelement. Dabei sind das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement an ihre lateral liegenden, die Deckfläche beziehungsweise Strahlungsdurchtrittsfläche und die Bodenfläche verbindenden Seitenflächen über einen strahlungsundurchlässigen Formkörper miteinander verbunden und stehen mit diesem in direktem Kontakt. Die Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements können dabei vollständig von dem strahlungsundurchlässigen Formkörper bedeckt sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Seitenflächen nur bis zu einer bestimmten Höhe über der Deckfläche des Trägers vom Formkörper bedeckt sind und stellenweise frei zugänglich sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Verbund aus dem strahlungsundurchlässigen Formkörper, dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement mechanisch selbsttragend.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils besitzt der strahlungsundurchlässige Formkörper eine Deckfläche und eine Bodenfläche, wobei die Deckfläche des strahlungsundurchlässigen Formkörpers mit der Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und die Bodenfläche des strahlungsundurchlässigen Formkörpers mit der Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder mit der Bodenfläche des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements eine bündige Fläche bildet. Mit anderen Worten, die Deckfläche beziehungsweise die Bodenfläche des strahlungsundurchlässigen Formkörpers überragt die Strahlungsdurchtrittsfläche beziehungsweise die Bodenfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder die Bodenfläche des optisch inaktiven Bauelements nicht und umgekehrt. Die Bodenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements, des optisch inaktiven Bauelements und des strahlungsundurchlässigen Formkörpers liegen also im Wesentlichen, das heißt, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in einer Ebene. Ebenso liegen die Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements und die Deckfläche des strahlungsundurchlässigen Formkörpers im Rahmen der Herstellungstoleranzen in einer Ebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils besitzt das Gehäuse des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements eine strahlungsdurchlässige Umhüllung, die mit dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip in direktem physischen Kontakt steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Gehäuse zumindest eine strahlungsundurchlässige Umhüllung, wobei die zumindest eine strahlungsundurchlässige Umhüllung lateral beabstandet zu dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet ist und den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip zumindest in lateraler Richtung umschließt. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung kann beispielsweise aus Epoxidharz, aus Silikon, aus Epoxid-Silikonhybridmaterial mit einem Kunststoff oder einem anderweitigen strahlungsundurchlässigen Material gebildet sein. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung kann insbesondere das gleiche Material wie der strahlungsdurchlässige Formkörper enthalten. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung erfüllt dabei einen ähnlichen oder gleichen Zweck wie der strahlungsundurchlässige Formkörper und dient insbesondere der optischen Trennung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente. Zwischen der strahlungsundurchlässigen Umhüllung und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip kann sich beispielsweise eine strahlungsdurchlässige Umhüllung oder ein gasgefüllter Zwischenraum befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils oder des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement ein vorgefertigtes Bauelement, welches ein Gehäuse und äußere elektrische Anschlussstellen, die von außen frei zugänglich sind, umfasst, wobei ein Teil des Gehäuses den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip an einer der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandten Bodenfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips vollständig überdeckt und die äußeren elektrischen Anschlussstellen zwischen dem besagten Teil des Gehäuses und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet sind. Bei dem Teil des Gehäuses, welcher den optoelektronischen Halbleiterchip an dessen Bodenfläche überdeckt, kann es sich beispielsweise um eine Umhüllung handeln, die strahlungsdurchlässig oder strahlungsundurchlässig ist. Ferner kann es sich um eine mechanisch stabilisierende Umhüllung handeln. Das Teil des Gehäuses kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, ein Metall, einen Kunststoff oder ein keramisches Material enthalten. Bei den äußeren elektrischen Anschlussstellen kann es sich beispielsweise um eine metallische Schicht, einen Leiterrahmen oder eine Durchkontaktierung handeln, welche mit dem Gehäuse in direktem Kontakt steht. Der optoelektronische Halbleiterchip ist dabei beispielsweise über einen dünnen Draht, einen Drahtkontakt, eine Durchkontaktierung oder über einen direkten physischen Kontakt mit den elektrischen Anschlussstellen verbunden. Bei dem vorgefertigten Bauelement kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode oder eine Fotodiode handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist zumindest eine im Rahmen der Herstellungstoleranzen senkrecht zur Decken- und/oder zur Bodenfläche des strahlungsundurchlässigen Formkörpers stehende Außenfläche, im Folgenden als Seitenfläche bezeichnet, des strahlungsundurchlässigen Formkörpers Spuren von Vereinzelung auf. Zum Beispiel weist die Seitenfläche Spuren eines Materialabtrags oder eines Sägeprozesses auf und besitzt eine höhere Rauigkeit als nicht vereinzelte Flächen. Eine durchgeführte Vereinzelung ist also aufgrund der Vereinzelungsspuren am fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil nachweisbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Träger ein Anschlussträger und der strahlungsundurchlässige Formkörper ist zumindest stellenweise verbindungsmittelfrei mit dem Anschlussträger verbunden. Das bedeutet, dass sich kein verbindendes Material zwischen einer Bodenfläche des Formkörpers und der Deckfläche des Trägers befindet und die beiden Flächen somit in direktem Kontakt stehen. Die Verbindung zwischen Anschlussträger und Körper entsteht beim Aushärten des Formkörpers am Anschlussträger. Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine bedruckte Leiterplatte (PCB), eine Metallkernplatine, einen vorgeformten Leiterrahmen, einen Keramikträger mit Leiterbahnen oder dergleichen handeln.
Weiterhin wird eine optoelektronische Anordnung angegeben. Die optoelektronische Anordnung umfasst insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil, welches vorzugsweise mittels einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Das heißt, sämtliche für das Verfahren und für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für die optoelektronische Anordnung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung umfasst diese zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einer hier beschriebenen Ausführungsform und eine Leiterplatte mit einer Deckfläche, einem ersten Bereich und zumindest einem zweiten Bereich, wobei das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauteil auf der Deckfläche der Leiterplatte angeordnet ist, wobei zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauteils über dem ersten Bereich der Leiterplatte angeordnet ist und mit diesem ersten Bereich im thermischen Kontakt steht, und zumindest ein optisch inaktives Bauelement des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauteils im zweiten Bereich der Leiterplatte angeordnet ist und mit diesem zweiten Bereich im thermischen Kontakt steht. Der thermische Kontakt kann beispielsweise mit einer Lötverbindung oder einem Klebstoff, welcher leitend oder nichtleitend ausgebildet sein kann, oder einem sonstigen thermischen Kontaktmittel hergestellt werden. Dabei weist der erste Bereich der Leiterplatte eine höhere thermische Leitfähigkeit auf als der zweite Bereich der Leiterplatte. Bei der Leiterplatte kann es sich beispielsweise zumindest abschnittsweise um eine bedruckte Leiterplatte (PCB), eine Metallkernplatine, einen vorgeformten Leiterrahmen, einen Keramikträger mit Leiterbahnen oder dergleichen handeln.
Der erste Teil der Leiterplatte kann beispielsweise mit einem thermisch leitfähigeren Material als der zweite Teil der Leiterplatte gebildet sein. Es ist zudem möglich, die Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils so zusammenzufügen, dass Komponenten mit gleichen Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte räumlich gruppiert sind. Das Teil des optoelektronischen Halbleiterbauteils, der im ersten Bereich der Leiterplatte angeordnet ist, kann beispielsweise die Gesamtheit der optoelektronischen Halbleiterbauelemente umfassen, welche höhere Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte stellen. Das Teil des optoelektronischen Halbleiterbauteils, der im zweiten Bereich der Leiterplatte angeordnet ist, kann beispielsweise optisch inaktive Bauteile umfassen, welche geringere Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte stellen und insbesondere keine oder nur eine geringe Kühlung benötigen.
Es ist insbesondere möglich, dass die beiden Bereiche der Leiterplatte thermisch voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann sich zwischen den beiden Bereichen ein thermisch isolierendes Material oder ein Zwischenraum befinden. Ferner ist es möglich, dass das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauteil nur über dem ersten Bereich der Leiterplatte angeordnet ist und nur mit besagtem Bereich im thermischen Kontakt steht. Über dem zweiten Bereich der Leiterplatte kann dann beispielsweise ein weiteres optoelektronisches Halbleiterbauteil mit geringeren Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit des Bereichs der Leiterplatte angeordnet sein.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil und die hier beschriebene optoelektronische Anordnung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1 und die 2 zeigen Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 3 bis 6 zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterbauteile.
Die 7 zeigt schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen hier beschriebener optoelektronischer Anordnungen.
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 zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 1A ist ein erster Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 9 näher erläutert. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Träger 1 mit einer Deckfläche 1a bereitgestellt. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen temporären Träger handeln, der in einem anschließenden Verfahrensschritt wieder entfernt wird oder aber auch um einen Träger, der nach der Herstellung an dem optoelektronischen Halbleiterbauteil verbleibt. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um eine Folie (englisch: Foil), eine Leiterplatte oder allgemein um eine Platte handeln, die mit einem Kunststoffmaterial, einem Metall, einem keramischen Material oder einem Halbleitermaterial gebildet ist.
An der Deckfläche 1a des Trägers 1 sind eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 2 und eine Vielzahl von optisch inaktiven Bauelementen 4, 5 angeordnet. Die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 2 und optisch inaktiven Bauelementen 4, 5 steht dabei an ihren Seitenflächen 2c, 4c, 5c nicht in direktem Kontakt zueinander. Die Bodenfläche 2b des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und die Bodenfläche 4b, 5b des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 sind der Deckfläche 1a des Trägers 1 zugewandt.
Bei dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 handelt es sich im vorliegenden Fall um ein vorgefertigtes Bauelement. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 kann es sich um ein Leuchtdiodenbauelement oder um ein Fotodiodenbauelement handeln.
Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 umfasst zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21, ein Gehäuse 22, 25, 26, äußere elektrische Anschlussstellen 24 und einen Drahtkontakt 23. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 21 kann es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder einen Fotodiodenchip handeln.
Das Gehäuse 22, 25, 26 des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst zumindest eine strahlungsdurchlässige Umhüllung 25 und einen mechanisch stabilisierenden Teil 26, der den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 an dessen Bodenfläche 21b vollständig überdeckt. Bei der strahlungsdurchlässigen Umhüllung 25 kann es sich beispielsweise um einen Vergusskörper handeln, der ein Lumineszenzkonversionsmaterial und/oder ein strahlungsstreuendes Material enthält. Alternativ ist es möglich, dass die strahlungsdurchlässige Umhüllung 25 optisch klarsichtig ist. Bei dem mechanisch stabilisierenden Teil 26 kann es sich beispielsweise um ein Substrat handeln. Ferner können der mechanisch stabilisierende Teil 26 und die strahlungsdurchlässige Umhüllung 25 einstückig ausgebildet sein.
Die strahlungsdurchlässige Umhüllung kann beispielsweise aus Silikon, einem Leuchtstoff, Glas, Kunststoff, Keramik, Epoxidharz, Epoxid-Silikonhybridmaterial oder einem anderen transparenten oder semi-transparenten Material gebildet sein. Die strahlungsdurchlässige Umhüllung 25 kann zum Beispiel eines der genannten Materialien als Matrixmaterial umfassen, in welches reflektierende oder absorbierende Partikel eingebracht sind.
Bei dem Teil des Gehäuses 26, welcher den optoelektronischen Halbleiterchip an dessen Bodenfläche 21b überdeckt, kann es sich beispielsweise um eine Umhüllung handeln, die strahlungsdurchlässig oder strahlungsundurchlässig ist. Ferner kann es sich um eine mechanisch stabilisierende Umhüllung handeln. Das Teil des Gehäuses 26 kann beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, einem Metall, einem Kunststoff oder einem keramischen Material gebildet sein.
Die äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 sind zwischen dem Teil des Gehäuses 26, welcher die Bodenfläche 21b überdeckt, und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 angeordnet. Bei den äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 kann es sich beispielsweise um eine metallische Schicht, einen Leiterrahmen oder eine Durchkontaktierung handeln. Die äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 stehen mit dem Gehäuse in direktem Kontakt. Der optoelektronische Halbleiterchip ist über den Drahtkontakt 23 elektrisch mit den äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 verbunden.
Bei dem optisch inaktiven Bauelement 4, 5 kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Bauelement 4 handeln. Dieses elektronische Bauelement 4 kann beispielsweise ein Widerstand, zum Beispiel ein SMT-Widerstand, eine Diode, zum Beispiel eine Zener-Diode, ein elektronischer Treiber für das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement, ein integrierter Schaltkreis und/oder eine sonstige elektronische Komponente sein. Bei dem elektronischen Bauelement in 1A handelt es sich um einen Widerstand mit zwei elektrischen Kontakten 42 und einem Widerstandskörper 41.
Weiterhin kann es sich bei dem optisch inaktiven Bauelement um ein mechanisches Bauelement 5 handeln. Dieses mechanische Bauelement 5 kann beispielsweise eine Hülse, ein Rahmen, ein Ausrichtungsloch, ein Schraubenloch, eine Buchse, eine Raste oder eine andere mechanische Komponente sein. Bei dem mechanischen Bauelement 5 in 1A handelt es sich um eine mechanische Durchführung mit einem Hohlraum 52 und einem Hülsenkörper 51. Der Hohlraum 52 ist frei von einem füllenden Material und dient beispielsweise als Führungsrohr für ein verbindendes Werkstück, wie eine Schraube oder ein Stift.
Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement 4, 5 können beispielsweise mit einer Montage-Anlage oder einer Bestückungsanlage auf dem Träger 1 positioniert werden. Die Verbindung zwischen dem Träger 1 und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 und/oder dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement 4, 5 erfolgt vorzugsweise über einen Klebstoff, der beispielsweise leitende oder elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen kann. Es ist jedoch auch eine Lötverbindung oder eine sonstige mechanische Verbindung zwischen dem Träger 1 und den Bauelementen 2, 4, 5 möglich. Die Verbindung kann temporär oder permanent sein, das heißt, dass sie sowohl rückstandslos entfernbar sein kann als auch Rückstände beim Entfernen hinterlassen kann oder gar nicht entfernt werden kann, ohne das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 und/oder das zumindest eine optisch inaktive Bauelement 4, 5 zu zerstören.
In Verbindung mit der 1B ist ein weiterer Verfahrensschritt erläutert. In diesem Verfahrensschritt werden die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 2 und die optisch inaktiven Bauelemente 4, 5 mit einem strahlungsdurchlässigen Formkörper 6 umformt oder umhüllt. Das Umformen oder Umhüllen kann beispielsweise mittels Formpressens, Flüssigspritzpressens, Spritzpressens, Gießens, Flüssigspritzgießens, Druckens oder dergleichen erfolgen. Das Umformen oder Umhüllen kann für alle Bauelemente insbesondere in einem gemeinsamen Verfahrensschritt, also im Rahmen der Herstellungstoleranz gleichzeitig, erfolgen.
Der strahlungsundurchlässige Formkörper 6 kann beispielsweise aus einem Kunststoff, aus Epoxidharz, aus Silikon, aus Epoxid-Silikonhybridmaterial, aus einem thermisch verformbaren Kunststoff, aus einem glasartigen Kunststoff, aus einem Glas oder aus einem keramischen Material bestehen oder zumindest eines dieser Materialien enthalten. Der strahlungsundurchlässige Formkörper kann strahlungsreflektierend oder strahlungsabsorbierend, ausgebildet sein. Der Formkörper 6 kann unter Lichteinfall weiß, farbig oder schwarz erscheinen. Dabei ist es möglich, dass der strahlungsundurchlässige Formkörper 6 weitere Materialien, wie beispielsweise strahlungsreflektierende oder strahlungsabsorbierende Partikel, umfasst. Die reflektierenden Partikel können beispielsweise aus einem Metalloxid, wie zum Beispiel Titandioxid (TiO₂) gebildet sein oder ein Metalloxid enthalten, und in ein Matrixmaterial des Formkörpers 6, zum Beispiel aus Silikon, eingebracht sein.
Die Umformung oder Umhüllung des zumindest einen optoelektronischen Bauelements 2 und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper 6 erfolgt derart, dass das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement 4, 5 an ihren Seitenflächen 2c, 4c, 5c über den strahlungsundurchlässigen Formkörper 6 miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, die Seitenflächen 2c des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und die Seitenflächen 4c, 5c des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 stehen mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper 6 in direktem Kontakt.
Nach dem Umformen sind alle Seitenflächen 2c, 4c, 5c des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 vollständig vom Formkörper 6 bedeckt. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Formkörper 6 – anders als in der 1B dargestellt – die Seitenflächen 2c, 4c, 5c des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 nur bis zu einer bestimmten Höhe ausgehend von der Deckfläche 1a des Trägers 1 bedeckt, sodass die Seitenflächen 2c des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und/oder die Seitenflächen 4c, 5c des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 stellenweise frei vom strahlungsundurchlässigen Formkörper 6 sind und somit von außen frei zugänglich sind.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens kann der Trägers 1 in einem nicht dargestellten Verfahrensschritt abgelöst werden, er kann jedoch auch an dem Verbund aus dem Formkörper 6, dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement 4, 5 verbleiben.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen und der schematischen Draufsichten der 2 ist ein weiteres hier beschriebenes Verfahren erläutert.
Die 2A und die 2B zeigen einen ersten Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 9.
Die 2A zeigt den Verfahrensschritt anhand einer schematischen Draufsicht und die 2B anhand einer schematischen Schnittdarstellung. Auf der Deckfläche 2a des Trägers 1 ist eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips 21 angeordnet. Dabei sind äußere elektrische Anschlussstellen 24 für die Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 21 vorgesehen. Ein Drahtkontakt 23 dient zur elektrischen Verbindung zwischen den frei zugänglichen äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 und den optoelektronischen Halbleiterchips 21. Die äußeren elektrischen Anschlussstellen 24 durchdringen den Träger 1 vollständig, wodurch eine Kontaktierung der optoelektronischen Halbleiterchips 21 von der Bodenfläche 1b des Trägers 1 her möglich ist.
Die 2C und die 2D zeigen einen weiteren Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. Die 2C zeigt den Verfahrensschritt anhand einer schematischen Draufsicht und die 2D anhand einer schematischen Schnittdarstellung. Die optoelektronischen Halbleiterchips 21 werden mit der strahlungsdurchlässigen Umhüllung 25 umformt. Das Umformen kann beispielsweise mittels Formpressens, Flüssigspritzpressens, Spritzpressens, Gießens, Flüssigspritzgießens, Druckens oder dergleichen erfolgen. Dabei können sich Verbindungsstege 29 zwischen den strahlungsdurchlässigen Umhüllungen 25 benachbarter optoelektronischer Halbleiterchips ausbilden. Durch das Aufbringen der strahlungsdurchlässigen Umhüllung 25 erhält man zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2, mit einem Gehäuse 22, umfassend eine strahlungsundurchlässige Umhüllung 25, und einem optoelektronischen Halbleiterchip 21.
Die 2E und die 2F zeigen einen weiteren Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. Die 2E zeigt den Verfahrensschritt anhand einer schematischen Draufsicht und die 2F anhand einer schematischen Schnittdarstellung. Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 wird nun mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper 6 umformt. Hierbei kann der strahlungsundurchlässige Formkörper 6 die Seitenflächen 2c der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 2 vollständig oder nur bis zu einer gewissen Höhe über der Deckfläche 1a des Trägers 1 bedecken.
Die 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. Die 3A zeigt das Ausführungsbeispiel anhand einer schematischen Schnittdarstellung und die 3B anhand einer schematischen Draufsicht. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 kann mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden, wobei der Träger 1 abgelöst ist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2 und zumindest ein optisch inaktives Bauelement 4, 5. Bei dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement 4, 5 handelt es sich um Komponenten, die beispielsweise in Verbindung mit der 1 und der 2 beschrieben sind.
Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 und die optisch inaktiven Bauelemente 4, 5 sind mittels eines strahlungsundurchlässigen Formkörpers 6 miteinander verbunden. Dabei schließen die Deckfläche 6a und die Bodenfläche 6b des Formkörpers bündig mit der Strahlungsdurchtrittsfläche 2a des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 beziehungsweise der Bodenfläche 2c, 4c, 4b des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und/oder des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 ab. Die Bodenfläche 2b des optoelektronischen Halbleiterbauelements 2, die Bodenfläche 4b, 5b des optisch inaktiven Bauelements 4, 5 und die Bodenfläche 6b des strahlungsundurchlässigen Formkörpers 6 liegen also im Wesentlichen, das heißt, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in einer Ebene. Ebenso liegen die Strahlungsdurchtrittsfläche 2a des optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und die Deckfläche 6a des strahlungsundurchlässigen Formkörpers 6 im Rahmen der Herstellungstoleranzen in einer Ebene.
Die 4 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 erneut zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2 und zumindest ein optisch inaktives Bauelement 4, 5. Das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement 2 umfasst zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 und ein Gehäuse 22, 25, 26, welches eine strahlungsundurchlässige Umhüllung 27 umfasst, die lateral zu dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 beabstandet ist. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung 27 umschließt den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 lateral vollständig. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung 27 kann beispielsweise aus Epoxidharz, aus Silikon, aus Epoxid-Silikonhybridmaterial, aus einem Kunststoff oder einem anderweitigen strahlungsundurchlässigen Material gebildet sein. Die strahlungsundurchlässige Umhüllung 27 kann insbesondere das gleiche Material wie der strahlungsdurchlässige Formkörper 6 enthalten.
5 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der Träger 1 nicht abgelöst und der Träger 1 ist ein Anschlussträger. Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine bedruckte Leiterplatte (PCB), eine Metallkernplatine, einen vorgeformten Leiterrahmen, einen Keramikträger mit Leiterbahnen oder dergleichen handeln. Der strahlungsundurchlässige Formkörper 6 steht dabei in direktem Kontakt mit der Deckfläche 1a des Trägers 1 und ist verbindungsmittelfrei mit der Deckfläche 1a des Trägers 1 verbunden. Auf dem Träger 1 ist zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2 angeordnet, mit einem Gehäuse 22, 25, umfassend eine strahlungsdurchlässige Umhüllung 25, und einem optoelektronischen Halbleiterchip 21. Ferner kann – anders als in 5 gezeigt – zumindest ein optisch inaktives Bauelement 4, 5 auf dem Träger 1 angeordnet sein. Der Träger 1 beinhaltet frei zugängliche äußere elektrische Anschlussstellen 24 für die elektrische Kontaktierung des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips 21. Bei den elektrischen Anschlussstellen 24 kann es sich beispielsweise um eine metallische Schicht, einen Leiterrahmen oder eine Durchkontaktierung handeln.
Die 6 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 9. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 genau ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2, welches zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip 21 und ein Gehäuse 22, 25, 26 umfasst, zumindest ein optisch inaktives Bauelement 4, 5 und einen das optoelektronische Halbleiterbauelement 2 und das optisch inaktive Bauelement 4, 5 verbindenden strahlungsundurchlässigen Formkörper. Der strahlungsundurchlässige Formkörper 6 weist an seinen Seitenflächen 6c Spuren von Vereinzelung 61 auf. Zum Beispiel weisen die Seitenflächen 6c Spuren eines Materialabtrags oder eines Sägeprozesses auf.
Die 7 zeigt schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Anordnungen.
Das in 7A gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst eine Leiterplatte 7, welche einen ersten Bereich 71 und einen zweiten Bereich 72 umfasst. Bei der Leiterplatte 7 kann es sich beispielsweise zumindest abschnittsweise um eine bedruckte Leiterplatte (PCB), eine Metallkernplatine, einen vorgeformten Leiterrahmen, einen Keramikträger mit Leiterbahnen oder dergleichen handeln.
Die Leiterplatte 72 umfasst weiterhin eine Deckfläche 7a, auf welcher ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil 9 angeordnet ist. Dabei ist zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 2 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 9 über dem ersten Bereich 71 der Leiterplatte 7 angeordnet und steht mit diesem ersten Bereich 71 im thermischen Kontakt. Ferner ist zumindest ein optisch inaktives Bauelement 4, 5 über dem zweiten Bereich der Leiterplatte 72 angeordnet und steht mit besagtem zweiten Bereich 72 ebenfalls in thermischem Kontakt. Der thermische Kontakt kann beispielsweise mit einer Lötverbindung oder einem Klebstoff, welcher leitend oder nichtleitend ausgebildet sein kann, oder einem sonstigen thermischen Kontaktmittel hergestellt werden.
Der erste Bereich 71 der Leiterplatte 7 besitzt eine höhere thermische Leitfähigkeit als der zweite Bereich 72 der Leiterplatte 7. In dem in 7A dargestellten Ausführungsbeispiel sind die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 2 und die optisch inaktiven Bauelemente 4, 5 nach ihren thermischen Eigenschaften vorsortiert und nach diesen in dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 9 gruppiert. Dies ermöglicht eine effektive Wärmeableitung von dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 9.
Die 7B zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen optoelektronischen Anordnung. Die optoelektronische Anordnung umfasst erneut eine Leiterplatte 7, wobei die Leiterplatte 7 nun einen ersten Bereich 71, einen zweiten Bereich 72 und einen dritten Bereich 73 umfasst. Der dritte Bereich 73 ist bevorzugt thermisch isolierend oder thermisch schlecht leitend ausgebildet. Bei dem dritten Bereich 73 kann es sich beispielsweise um eine Keramik oder um Luft handeln. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 ist über dem ersten Bereich 71 der Leiterplatte 7 angeordnet. Dabei stehen sämtliche Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils 9 in thermischem Kontakt mit dem ersten Bereich 71 der Leiterplatte 7. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 beinhaltet also bevorzugt nur die Komponenten, welche hohe Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte 7 stellen. Dies minimiert den Flächenverbrauch der optoelektronischen Anordnung. Über dem zweiten Bereich 72 der Leiterplatte 7, welcher erneut eine geringere thermische Leitfähigkeit als der erste Bereich 71 aufweist, kann beispielsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 9 angeordnet sein, das eine geringere Anforderung an die Wärmeabfuhr stellen, als das über dem ersten Bereich 71 angeordnete optoelektronische Halbleiterbauteil 9. Weiterhin können über dem zweiten Bereich 72 nur optisch inaktive Bauelemente 4, 5 angeordnet werden. Der zweite Bereich 72 der Leiterplatte 7 kann beispielsweise eine separate Leiterplatte 7 sein.
Das hier beschriebene Verfahren ist aufgrund des Umformens des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements 4, 5 in einem gemeinsamen Verfahrensschritt sehr einfach, zeitsparend und kostengünstig, da vor allem weniger Verfahrensschritte als bei bisher verwendeten Verfahren nötig sind. Dabei können gewünschte Funktionen variabel bei der Herstellung in das optoelektronische Halbleiterbauteil 9 integriert werden. Ferner kann die Anordnung aus dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement 2 und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement 4, 5 auf dem Träger 1 sehr platzsparend erfolgen, wodurch die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 9 ermöglicht wird, das insbesondere gute Wärmeleiteigenschaften und eine optimale Flächenausnutzung aufweist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/015449 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (9) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Trägers (1) mit einer Deckfläche (1a), – Bereitstellen von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (2), umfassend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) und ein Gehäuse (22), – Bereitstellen von zumindest einem optisch inaktiven Bauelement (4, 5), – Anordnen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) an der Deckfläche (1a) des Trägers (1), – Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) mit einem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper (6), wobei – eine dem Träger zugewandte Bodenfläche (2b) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und eine dem Träger zugewandte Bodenfläche (4b, 5b) des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) und/oder eine dem Träger abgewandte Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) frei vom strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) bleiben oder freigelegt werden, und – der Formkörper (6) alle die Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) und die Bodenfläche (2b) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) verbindenden Seitenflächen (2c) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und alle eine dem Träger (1) abgewandte Deckfläche (4a, 5a) und die Bodenfläche (4b, 5b) des optisch inaktiven Bauelements (4, 5) verbindenden Seitenflächen (4c, 5c) des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) zumindest stellenweise bedeckt.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Träger (1) ein Hilfsträger ist, der nach dem Umhüllen mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Gehäuse (22) zumindest eine strahlungsdurchlässige Umhüllung (25) umfasst, die in direktem physischen Kontakt mit dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) steht, wobei – das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement (2) vor dem Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) mit dem gemeinsamen strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) mit der strahlungsdurchlässigen Umhüllung (25) umhüllt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen dem Träger (1) und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement (2) und/oder dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement (4, 5) zerstörungsfrei lösbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlungsdurchtrittsfläche des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) während des Umformens mit dem strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) mit einem Material abgedeckt wird, wodurch die Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements frei vom strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) bleibt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) mit – zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (2), umfassend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) und ein Gehäuse (22), und – zumindest einem optisch inaktiven Bauelement (4, 5), wobei – das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement (2) und das zumindest eine optisch inaktive Bauelement (4, 5) an ihren lateral beabstandeten Seitenflächen (2c, 4c, 5c) über einen strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) miteinander verbunden sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Anordnung aus dem strahlungsundurchlässigen Formkörper, dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelement (2) und dem zumindest einen optisch inaktiven Bauelement (4, 5) mechanisch selbsttragend ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der strahlungsundurchlässige Formkörper eine Deckfläche (6a) und eine Bodenfläche (6b) umfasst, wobei die Deckfläche (6a) des strahlungsundurchlässigen Formkörpers (6) mit der Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und bei dem die Bodenfläche (6b) des strahlungsundurchlässigen Formkörpers (6) mit der Bodenfläche (2b) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterbauelements (2) und/oder mit der Bodenfläche (4b, 5b) des zumindest einen optisch inaktiven Bauelements (4, 5) eine bündige Fläche bilden.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (22) eine strahlungsdurchlässige Umhüllung (25) umfasst, die mit dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) in direktem physischen Kontakt steht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die strahlungsdurchlässige Umhüllung (25) direkt an den strahlungsundurchlässigen Formkörper (6) angrenzt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (22) zumindest eine strahlungsundurchlässige Umhüllung (27) umfasst, wobei die zumindest eine strahlungsundurchlässige Umhüllung (27) lateral beabstandet zu dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) angeordnet ist und den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) zumindest in lateraler Richtung umschließt.
Verfahren oder optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauelement (2) ein vorgefertigtes Bauelement ist, welches ein Gehäuse (22) und äußere elektrische Anschlussstellen (24) umfasst, wobei ein Teil des Gehäuses (25) den zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) an einer der Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) abgewandten Bodenfläche (21b) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips (21) vollständig überdeckt und die äußeren elektrischen Anschlussstellen (24) zwischen dem Teil des Gehäuses (25), welcher die Bodenfläche (21b) überdeckt, und dem zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (21) angeordnet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest eine Seitenfläche (6c) des strahlungsundurchlässigen Formkörpers (6) Spuren von Vereinzelung (61) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Träger (1) ein Anschlussträger (3) ist und der strahlungsundurchlässige Formkörper (6) stellenweise verbindungsmittelfrei mit dem Anschlussträger (3) verbunden ist.
Optoelektronische Anordnung umfassend – zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche und – eine Leiterplatte (7), umfassend eine Deckfläche (7a), einen ersten Bereich (71) und einen zweiten Bereich (72), wobei – das zumindest eine optoelektronische Halbleiterbauteil (9) auf der Deckfläche der Leiterplatte (7) angeordnet ist, – zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (2) des optoelektronischen Halbleiterbauteils (9) im ersten Bereich (71) der Leiterplatte (7) angeordnet ist und mit diesem ersten Bereich (71) im thermischen Kontakt steht, – zumindest ein optisch inaktives Bauelement (4, 5) des optoelektronischen Halbleiterbauteils (9) im zweiten Bereich (72) der Leiterplatte (7) angeordnet ist und mit diesem zweiten Bereich (72) im thermischen Kontakt steht, und – der erste Bereich (71) der Leiterplatte eine höhere thermische Leitfähigkeit als der zweite Bereich (72) der Leiterplatte (7) aufweist.