DE102013202910A1

DE102013202910A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102013202910A1
Application number: DE102013202910.1A
Authority: DE
Inventors: Tansen Varghese; Hans-Jürgen Lugauer; Thomas Schwarz; Jürgen Moosburger; Stefan Illek
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-25
Also published as: CN104995754B; CN104995754A; WO2014127934A1; US20160013380A1; US9812619B2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer ersten Oberfläche, zum Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Oberfläche, zum Ausbilden eines Formkörpers, wobei der optoelektronische Halbleiterchip zumindest teilweise in den Formkörper eingebettet wird, und zum Entfernen der Opferschicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß Patentanspruch 1 sowie ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 11.
Optoelektronische Bauelemente weisen im Stand der Technik Gehäuse auf, die mehrere Funktionen erfüllen. Hierzu gehören die Bereitstellung elektrischer Anschlüsse für optoelektronische Halbleiterchips der optoelektronischen Bauelemente, die Bereitstellung geeigneter Montageschnittstellen, beispielsweise für eine Oberflächenmontage nach einem SMT-Verfahren, und die mechanische Verbindung der einzelnen Komponenten der optoelektronischen Bauelemente. Es können auch eine ESD-Schutzdiode zum Schutz eines optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements vor einer Beschädigung durch eine elektrostatische Entladung, Vorrichtungen zur Ein- oder Auskopplung von Licht, zur Strahlformung oder zur Wellenlängenkonversion integriert sein. Wegen dieser Vielzahl zu erfüllender Funktionen stellen die Gehäuse herkömmlicher optoelektronischer Bauelemente einen signifikanten Kostenfaktor dar.
Aus der DE 10 2009 036 621 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bekannt, bei dem optoelektronische Halbleiterchips an einer Oberseite eines Trägers angeordnet werden. Die optoelektronischen Halbleiterchips werden mit einem Formkörper umformt, der alle Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips bedeckt. Ober- und Unterseiten der optoelektronischen Halbleiterchips bleiben bevorzugt frei. Nach dem Entfernen des Trägers können die optoelektronischen Halbleiterchips vereinzelt werden. An den Ober- und/oder Unterseiten jedes Halbleiterchips können Kontaktstellen vorgesehen sein. Der Formkörper kann beispielsweise aus einem auf einem Epoxid basierenden Moldmaterial bestehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Mögliche und bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements weist Schritte auf zum Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer ersten Oberfläche, zum Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Oberfläche, zum Ausbilden eines Formkörpers, wobei der optoelektronische Halbleiterchip zumindest teilweise in den Formkörper eingebettet wird, und zum Entfernen der Opferschicht. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem Formkörper, der eine an den in den Formkörper eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchip angrenzende Aussparung aufweist. Diese Aussparung ist präzise am optoelektronischen Halbleiterchip ausgerichtet, ohne dass hierfür eine vorherige präzise Platzierung des Halbleiterchips oder einer anderen Komponente erforderlich ist. Die Aussparung des Formkörpers kann dann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, weitere Komponenten des optoelektronischen Bauelements mit hoher Präzision relativ zu dem optoelektronischen Halbleiterchip zu positionieren. Vorteilhafterweise kommt das Verfahren auch ohne aufwendige lithographische Prozessschritte aus.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Entfernen der Opferschicht ein weiterer Schritt durchgeführt zum teilweisen Entfernen des Formkörpers, um die Opferschicht zugänglich zu machen. Vorteilhafterweise muss die Opferschicht dadurch während des Einbettens des optoelektronischen Halbleiterchips in den Formkörper nicht frei bleiben, sondern kann durch den Formkörper bedeckt werden. Während des teilweisen Entfernens des Formkörpers ist der optoelektronische Halbleiterchip vorteilhafterweise durch die Opferschicht geschützt, wodurch eine Beschädigung des optoelektronischen Halbleiterchips vermieden werden kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die erste Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zum Durchtritt elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Vorteilhafterweise wird die Aussparung in dem Formkörper des optoelektronischen Bauelements dann angrenzend an diese Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angelegt. Dies ermöglicht es, die Aussparung im Formkörper zur selbstjustierenden Anordnung einer Komponente des optoelektronischen Bauelements relativ zu dieser Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zu nutzen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein elektrisch leitender Kontaktstift mit einer auf dem Kontaktstift angeordneten Kontaktstift-Opferschicht gemeinsam mit dem optoelektronischen Halbleiterchip in den Formkörper eingebettet. Dann wird die Kontaktstift-Opferschicht gemeinsam mit der Opferschicht entfernt. Vorteilhafterweise kann der in den Formkörper eingebettete Kontaktstift dann zum Durchführen einer elektrischen Verbindung durch den Formkörper genutzt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem an der ersten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordneten elektrischen Kontakt und dem Kontaktstift. Vorteilhafterweise führt der Kontaktstift eine elektrisch leitende Verbindung zu dem elektrischen Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips dann durch den Formkörper, wodurch der optoelektronische Halbleiterchip an der anderen Seite des Formkörpers elektrisch kontaktiert werden kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Anordnen einer optischen Linse an einer Oberseite des Formkörpers. Vorteilhafterweise ermöglicht die im Formkörper angrenzend an den optoelektronischen Halbleiterchip ausgebildete Aussparung eine präzise selbstjustierende Ausrichtung der optischen Linse bezüglich des optoelektronischen Halbleiterchips. Zur Ausrichtung der optischen Linse ist dadurch keine zeitaufwendige und teure Platzierung der optischen Linse mit hoher Genauigkeit erforderlich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der optoelektronische Halbleiterchip derart in den Formkörper eingebettet, dass eine zweite Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips bündig mit einer Unterseite des Formkörpers abschließt. Vorteilhafterweise ist die zweite Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips dann an der Unterseite des Formkörpers des optoelektronischen Bauelements zugänglich. Dies ermöglicht eine elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements an der Unterseite des Formkörpers.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Ausbilden des Formkörpers ein Schritt durchgeführt zum Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger, wobei die zweite Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips einer Oberseite des Trägers zugewandt wird. Vorteilhafterweise wird durch diesen Verfahrensschritt sichergestellt, dass die zweite Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips an der Unterseite des anschließend ausgebildeten Formkörpers zugänglich bleibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der optoelektronische Halbleiterchip zwischen dem Aufbringen der Opferschicht und dem Ausbilden des Formkörpers aus einem Waferverbund gelöst. Vorteilhafterweise erfolgt das Aufbringen der Opferschicht dann im Waferverbund des optoelektronischen Halbleiterchips, wodurch gleichzeitig eine Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips kostengünstig mit einer Opferschicht versehen werden kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips gemeinsam in dem Formkörper eingebettet. Später wird der Formkörper zerteilt, um eine Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente zu erhalten. Vorteilhafterweise gestattet das Verfahren dadurch eine parallele Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Bauelemente in gemeinsamen Arbeitsgängen. Hieraus ergibt sich vorteilhafterweise eine drastische Reduzierung der Herstellungskosten pro optoelektronischem Bauelement.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer ersten Oberfläche. Der optoelektronische Halbleiterchip ist in einen Formkörper mit einer Oberseite eingebettet. Die erste Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips ist an der Oberseite des Formkörpers zugänglich. Die Oberseite des Formkörpers ist gegenüber der ersten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips erhaben. Vorteilhafterweise bildet die erhabene Oberseite des Formkörpers um die erste Oberfläche des in den Formkörpers des optoelektronischen Bauelements eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips einen Justagebereich, an dem weitere Komponenten des optoelektronischen Bauelements selbstjustierend mit hoher Präzision relativ zu dem optoelektronischen Halbleiterchip ausgerichtet werden können.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die erste Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zum Durchtritt elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Vorteilhafterweise ist der durch den über die erste Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips erhabenen Teil des Formkörpers gebildete Justagebereich damit über der Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet, was eine präzise und selbstjustierende Ausrichtung einer Komponente des optoelektronischen Bauelements über der Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips ermöglicht.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist eine optische Linse an der Oberseite des Formkörpers angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Linse an dem durch den erhabenen Abschnitt des Formkörpers gebildeten Justagebereich selbstjustierend präzise relativ zu dem optoelektronischen Halbleiterchip ausgerichtet sein, wodurch das optoelektronische Bauelement hochwertige optische Eigenschaften aufweisen kann.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements liegt die optische Linse an einer Justagestruktur an, die einstückig mit dem Formkörper ausgebildet ist. Vorteilhafterweise weist das optoelektronische Bauelement einen einfachen Aufbau aus wenigen Einzelteilen auf und ist dadurch kostengünstig herstellbar.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist ein elektrisch leitender Kontaktstift in den Formkörper eingebettet. Der Kontaktstift ist an der Oberseite des Formkörpers zugänglich. Ein an der ersten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordneter elektrischer Kontakt ist dabei elektrisch leitend mit dem Kontaktstift verbunden. Vorteilhafterweise kann der optoelektronische Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements dann an einer der Oberseite des Formkörpers gegenüberliegenden Unterseite des Formkörpers elektrisch kontaktiert werden. Die elektrische Verbindung wird dabei über den Kontaktstift und die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem elektrischen Kontakt an der ersten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips geführt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist eine zweite Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips an einer Unterseite des Formkörpers zugänglich und schließt bündig mit der Unterseite des Formkörpers ab. Vorteilhafterweise kann ein zweiter elektrischer Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements dann an der zweiten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips an der Unterseite des Formkörpers elektrisch kontaktiert werden. Dies ermöglicht es, das optoelektronische Bauelement beispielsweise durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) nach einem Verfahren zur Oberflächenmontage (SMT-Verfahren) elektrisch zu kontaktieren.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist an der zweiten Oberfläche des optoelektronischen Halbleiterchips eine Metallisierung angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Metallisierung zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips mittels eines Lötverfahrens dienen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung:
1 einen Schnitt durch eine Halbleiterscheibe mit einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips und einer darauf angeordneten Opferschicht;
2 die Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips nach Zerteilen der Halbleiterscheibe;
3 einen Schnitt durch einen Chipträger mit einer Mehrzahl darauf angeordneter optoelektronischer Halbleiterchips;
4 einen Schnitt durch den Chipträger mit einem darauf ausgebildeten Formkörper;
5 einen Schnitt durch den Formkörper mit darin eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips;
6 einen Schnitt durch den Formkörper nach dem Entfernen eines Teils des Formkörpers;
7 einen Schnitt durch den Formkörper nach dem Entfernen der auf den Halbleiterchips angeordneten Opferschichten;
8 eine Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements; und
9 eine Aufsicht auf das optoelektronische Bauelement.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Halbleiterscheibe 120. Die Halbleiterscheibe 120 kann auch als Wafer bezeichnet werden. Die Halbleiterscheibe 120 ist als flache Scheibe mit einer ersten Oberfläche 121 und einer der ersten Oberfläche 121 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 122 ausgebildet. In oder auf der Halbleiterscheibe 120 sind mit den Methoden der Halbleitertechnologie eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips ausgebildet worden, die in 1 nicht detailliert dargestellt sind.
Auf der ersten Oberfläche 121 der Halbleiterscheibe 120 ist eine Opferschicht 110 angeordnet. Die Opferschicht 110 kann beispielsweise ein Polymer oder ein Dielektrikum aufweisen. Die Opferschicht 110 kann beispielsweise durch Aufschleudern (spin coating) oder durch Aufsprühen (spray coating) auf die erste Oberfläche 121 der Halbleiterscheibe 120 aufgebracht worden sein. Nach dem Aufbringen auf die erste Oberfläche 121 der Halbleiterscheibe 120 kann die Opferschicht 110 zusätzlich ausgehärtet worden sein, beispielsweise durch Erhitzen. In Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 121 der Halbleiterscheibe 120 kann die Opferschicht 110 eine Dicke zwischen einigen µm und einigen hundert µm aufweisen.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips 100, die durch Zerteilen der Halbleiterscheibe 120 der 1 gebildet wurde. Jeder der optoelektronischer Halbleiterchips 100 weist eine erste Oberfläche 101 auf, die aus der ersten Oberfläche 121 der Halbleiterschebe 120 entstanden ist. Außerdem weist jeder optoelektronische Halbleiterchip 100 eine der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegende zweite Oberfläche 102 auf, die aus der zweiten Oberfläche 122 der Halbleiterscheibe 120 entstanden ist.
Die erste Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist bevorzugt eine Strahlungsdurchtrittsfläche, die zum Durchtritt elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise sichtbaren Lichts, vorgesehen ist. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips 100 kann es sich beispielsweise um LED-Chips handeln. In diesem Fall ist die erste Oberfläche 101 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 bevorzugt eine Strahlungsemissionsfläche, durch die in den optoelektronischen Halbleiterchips 100 erzeugte elektromagnetische Strahlung aus den optoelektronischen Halbleiterchips 100 austritt. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips 100 kann es sich beispielsweise auch um Solarzellen-Chips handeln. In diesem Fall ist die erste Oberfläche 101 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 bevorzugt eine Strahlungseintrittsfläche, durch die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Sonnenlicht, in die optoelektronischen Halbleiterchips 100 eindringt.
Auf der ersten Oberfläche 101 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist ein erster elektrischer Kontakt 103 zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet. An der zweiten Oberfläche 102 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist ein zweiter elektrischer Kontakt 104 zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet. Außerdem kann an der zweiten Oberfläche 102 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 eine erste Kontaktfläche 105 vorgesehen sein, die zur elektrischen Kontaktierung des zweiten elektrischen Kontakts 104 dient. Die erste Kontaktfläche 105 kann beispielsweise als Metallisierung ausgebildet sein.
Auf der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist ein Teil der Opferschicht 110 angeordnet. Die Opferschicht 110 wurde gemeinsam mit der Halbleiterscheibe 120 zerteilt. Der auf der ersten Oberfläche 101 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnete Teil der Opferschicht 110 weist dieselben lateralen Abmessungen wie der jeweilige optoelektronische Halbleiterchip 100 auf.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Chipträgers 300. Der Chipträger 300 kann beispielsweise Teil einer Anlage zur Durchführung eines Spritzgießprozesses, eines Spritzpressprozesses oder eines anderen Moldprozesses sein. Der Chipträger 300 weist eine im dargestellten Beispiel im Wesentlichen ebene Trägerseite 301 auf. Die Trägerseite 301 könnte jedoch in anderen Ausführungsformen auch strukturiert ausgebildet sein. Auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 ist eine Haftschicht 310 angeordnet. Die Haftschicht 310 kann beispielsweise als beidseitig haftender Film ausgebildet sein. Die Haftschicht 310 kann so ausgebildet sein, dass sich die Haftung der Haftschicht 310 durch thermische Behandlung, chemische Behandlung oder eine andere Behandlung reduzieren oder beseitigen lässt.
Mehrere optoelektronische Halbleiterchips 100 sind auf der Haftschicht 310 auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 angeordnet. Die optoelektronischen Halbleiterchips 100 sind derart auf dem Chipträger 300 angeordnet, dass die zweite Oberfläche 102 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 zugewandt ist.
Die optoelektronischen Halbleiterchips 100 können beispielsweise in einer regelmäßigen, zweidimensionalen Matrixanordnung beabstandet voneinander auf dem Chipträger 300 angeordnet sein. Die Platziergenauigkeit der einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 100 muss dabei keine hohen Anforderungen erfüllen. Die optoelektronischen Halbleiterchips 100 können mittels eines schnellen und kostengünstigen Platzierungsverfahrens (Pick-and-Place-Verfahren) auf dem Chipträger 300 platziert werden.
Zusätzlich zu den optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist eine Mehrzahl von Kontaktstiften 200 auf der Haftschicht 310 auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 angeordnet. Die Kontaktstifte 200 weisen ein elektrisch leitendes Material auf. Beispielsweise können die Kontaktstifte 200 ein dotiertes Halbleitermaterial oder ein Metall aufweisen.
Pro optoelektronischem Halbleiterchip 100 können ein oder mehrere Kontaktstifte 200 vorgesehen sein. Die ein oder mehreren Kontaktstifte 200 pro optoelektronischem Halbleiterchip 100 sind nahe bei dem jeweils zugeordneten Halbleiterchip 100 angeordnet, von diesem jedoch beabstandet.
Jeder Kontaktstift 200 weist eine erste Seite 201 und eine der ersten Seite 201 gegenüberliegende zweite Seite 202 auf. Die Länge der Kontaktstifte 200 zwischen der jeweiligen ersten Seite 201 und der jeweiligen zweiten Seite 202 entspricht im Wesentlichen der Dicke der optoelektronischen Halbleiterchips 100 zwischen der jeweiligen ersten Oberfläche 101 und der jeweiligen zweiten Oberfläche 102.
An der zweiten Seite 202 jedes Kontaktstifts 200 kann eine zweite Kontaktfläche 203 angeordnet sein, die sich zum Herstellen einer Bond- oder Lötverbindung eignet. Die zweite Kontaktfläche 203 kann beispielsweise als Metallisierung ausgebildet sein.
An der ersten Seite 201 jedes Kontaktstifts 200 ist eine Kontaktstift-Opferschicht 210 angeordnet. Die Kontaktstift-Opferschicht 210 kann wie die Opferschicht 110 auf der ersten Oberfläche 101 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 ausgebildet sein. Insbesondere weist die Kontaktstift-Opferschicht 210 jedes Kontaktstifts 200 eine Dicke auf, die im Wesentlichen der Dicke der Opferschicht 110 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 entspricht.
Im nächsten Verfahrensschritt wird ein Formkörper an der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 ausgebildet. Dabei werden die auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 100 angeordneten optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 angeordneten Kontaktstifte 200 in den Formkörper eingebettet. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Formkörpers 400 an der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 mit den eingebetteten optoelektronischen Halbleitechips 100 und den eingebetteten Kontaktstiften 200.
Der Formkörper 400 weist ein elektrisch isolierendes Material auf, beispielsweise ein auf einem Epoxid basierendes Moldmaterial. Der Formkörper 400 kann durch einen Moldprozess, beispielsweise durch Spritzgießen oder Spritzpressen hergestellt werden.
Der Formkörper 400 weist eine Oberseite 401 und eine der Oberseite 401 gegenüberliegende Unterseite 402 auf. Die Unterseite 402 des Formkörpers 400 ist an der auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 angeordneten Haftschicht 310 ausgebildet.
Die sich in Anlage mit der Haftschicht 310 an der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 befindlichen zweiten Oberflächen 102 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die an der Haftschicht 310 anliegenden zweiten Seiten 202 der Kontaktstifte 200 sind nicht durch den Formkörper 400 bedeckt, sondern an der Unterseite 402 des Formkörpers 400 zugänglich. Die zweiten Oberflächen 102 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die zweiten Seiten 202 der Kontaktstifte 200 schließen dabei etwa bündig mit der Unterseite 402 des Formkörpers 400 ab.
Die erste Oberfläche 101 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die auf der ersten Oberfläche 101 angeordnete Opferschicht 110 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist durch den Formkörper 400 bedeckt. Entsprechend sind auch die erste Seite 201 und die auf der ersten Seite 201 angeordnete Kontaktstift-Opferschicht 210 jedes Kontaktstifts 200 durch den Formkörper 400 bedeckt.
Im nächsten Verfahrensschritt kann der Formkörper 400 von dem Chipträger 300 abgelöst werden. Hierzu kann der Formkörper 400 direkt von der auf der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 verbleibenden Haftschicht 310 abgelöst werden. Alternativ kann auch zunächst die Haftschicht 310 von der Trägerseite 301 des Chipträgers 300 und anschließend von der Unterseite 402 des Formkörpers 400 abgelöst werden. Zum Ablösen der Haftschicht 310 kann die Haftfähigkeit der Haftschicht 310 beispielsweise durch thermische Behandlung, durch chemische Behandlung oder eine andere Behandlung reduziert werden. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Formkörpers 400 nach dem Ablösen des Formkörpers 400 von dem Chipträger 300.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird ein Teil des Formkörpers 400 ausgehend von der Oberseite 401 des Formkörpers 400 entfernt, um die Opferschicht 110 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die Kontaktstift-Opferschicht 210 jedes Kontaktstifts 200 zugänglich zu machen. Das teilweise Entfernen des Formkörpers 400 kann wahlweise auch bereits vor dem Ablösen des Formkörpers 400 von dem Chipträger 300 erfolgen. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Formkörpers 400 nach dem Entfernen eines Teils des Formkörpers 400.
Der Formkörper 400 wurde, ausgehend von der Oberseite 401, teilweise entfernt, sodass der Formkörper 400 nun eine zurückgesetzte Oberseite 403 aufweist. An der zurückgesetzten Oberseite 403 des Formkörpers 400 ist die Opferschicht 110 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die Kontaktstift-Opferschicht 210 jedes Kontaktstifts 200 zugänglich.
Das teilweise Entfernen des Formkörpers 400 von der Oberseite 401 des Formkörpers 400 her erfolgt solange, bis die Opferschichten 110, 210 an der zurückgesetzten Oberseite 403 zugänglich sind. Das teilweise Entfernen des Formkörpers 400 kann wahlweise solange fortgesetzt werden, bis auch ein Teil der Opferschichten 110 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und der Kontaktstift-Opferschichten 210 der Kontaktstifte 200 entfernt ist.
Das teilweise Entfernen des Formkörpers 400 kann beispielsweise durch Abschleifen des Formkörpers 400 erfolgen. Vorteilhafterweise kann die abgeschliffene zurückgesetzte Oberseite 403 des Formkörpers 400 dann besonders plan und glatt ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise erfolgt das Abschleifen oder anderweitige teilweise Entfernen des Formkörpers 400 von der Oberseite 401 des Formkörpers 400 her in Richtung der Opferschichten 110, 210 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und der Kontaktstifte 200 und maximal in die Opferschichten 110, 210 hinein. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Beschädigung der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und/oder der Kontaktstifte 200 während des teilweisen Entfernen des Formkörpers 400 vermieden.
Es ist alternativ auch möglich, den Formkörper 400, beispielsweise durch folienunterstütztes Transfermolding, so auszubilden, dass die Opferschicht 110 jedes optoelektronischen Halbleiterchips 100 und die Kontaktstift-Opferschicht 210 jedes Kontaktstifts 200 nicht durch den Formkörper 400 bedeckt, sondern an der Oberseite 401 zugänglich sind. In diesem Fall kann das teilweise Entfernen des Formkörpers 400 entfallen. Die zurückgesetzte Oberseite 403 des Formkörpers 400 entspricht dann seiner Oberseite 401.
Die an der zurückgesetzten Oberseite 401 des Formkörpers 400 zugänglichen Opferschichten 110, 210 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und Kontaktstifte 200 können in einem nachfolgenden Verfahrensschritt entfernt werden. Beispielsweise können die Opferschichten 110, 210 mit einem Lösungsmittel aufgelöst werden. 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Formkörpers 400 nach dem Entfernen der Opferschichten 110, 210.
Durch das Entfernen der Opferschichten 110, 210 sind an der zurückgesetzten Oberseite 403 des Formkörpers 400 Vertiefungen entstanden. Über der ersten Oberfläche 101 jedes in den Formkörper 400 eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips 100 ist jeweils eine erste Vertiefung 410 ausgebildet, die zuvor von der jeweiligen Opferschicht 110 gefüllt war. Über der ersten Seite 201 jedes in den Formkörper 400 eingebetteten Kontaktstifts 200 ist jeweils eine zweite Vertiefung 420 ausgebildet, die zuvor von der jeweiligen Kontaktstift-Opferschicht 210 gefüllt war.
Durch die ersten Vertiefungen 410 sind die an den ersten Oberflächen 101 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordneten ersten elektrischen Kontakte 103 der optoelektronischen Halbleiterchips 100 zugänglich. Durch die zweiten Vertiefungen 420 sind die ersten Seite 201 der Kontaktstifte 200 zugänglich.
Die Tiefe der ersten Vertiefungen 410 und der zweiten Vertiefungen 420 in Richtung senkrecht zur zurückgesetzten Oberseite 403 des Formkörpers 400 entspricht der Dicke der nach dem teilweisen Entfernen des Formkörpers 400 im in 6 dargestellten Bearbeitungsstand des Formkörpers 400 im Formkörper 400 verbliebenen Opferschichten 110, 210.
Die lateralen Abmessungen der ersten Vertiefungen 410 entsprechen sehr genau den lateralen Abmessungen der ersten Oberflächen 101 der optoelektronischen Halbleiterchips 100. Genauso entsprechen auch die lateralen Abmessungen der zweiten Vertiefungen 420 sehr genau den lateralen Abmessungen der ersten Seiten 201 der Kontaktstifte 200. Die ersten Vertiefungen 410 sind sehr genau oberhalb der ersten Oberflächen 101 der jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Entsprechend sind auch die zweiten Vertiefungen 420 sehr genau über den ersten Seiten 201 der jeweiligen Kontaktstifte 200 angeordnet. Vorteilhafterweise wird die Genauigkeit der Größen und der Positionen der Vertiefungen 410, 420 erreicht, ohne dass hierfür ein entsprechend genauer Platzierungs- oder Strukturierungsschritt erforderlich ist.
In einem anschließenden Verfahrensschritt kann der Formkörper 400 zerteilt werden, um die in den Formkörper 400 eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips 100 voneinander zu trennen. Der Formkörper 400 wird in eine Mehrzahl kleinerer Formkörperteile 430 unterteilt. In jedem der Formkörperteile 430 können beispielsweise ein optoelektronischer Halbleiterchip 100 und ein oder mehrere dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 zugeordnete Kontaktstifte 200 eingebettet sein. Anschließend erfolgt eine weitere Bearbeitung der voneinander getrennten Formkörperteile 430.
8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements 10, dass einen der Formkörperteile 430 umfasst. 9 zeigt eine Aufsicht auf das optoelektronische Bauelement 10. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise eine Leuchtdiode oder ein Photovoltaikelement sein.
Aus 9 ist erkennbar, dass in den Formkörperteil 430 des optoelektronischen Bauelements 10 neben einem optoelektronischen Halbleiterchip 100 zwei Kontaktstifte 200 eingebettet sind, ein erster Kontaktstift 220 und ein zweiter Kontaktstift 230. Es ist jedoch auch möglich, lediglich einen Kontaktstift 200 oder mehr als zwei Kontaktstifte 200 vorzusehen.
Der Formkörperteil 430 ist auf einem Schaltungsträger 500 angeordnet. Der Schaltungsträger 500 ist als flaches Board ausgebildet und weist auf einer seiner Oberflächen eine erste Trägermetallisierung 510 und eine zweite Trägermetallisierung 520 auf. Die erste Trägermetallisierung 510 und die zweite Trägermetallisierung 520 sind gegeneinander elektrisch isoliert. Der Formkörperteil 430 ist derart auf dem Schaltungsträger 500 angeordnet, dass die Unterseite 402 des Formkörperteils 430 den Trägermetallisierungen 510, 520 zugewandt ist.
Der zweite elektrische Kontakt 104 an der zweiten Oberfläche 102 des in den Formkörperteil 430 eingebetteten optoelektronischen Halbleiterchips 100 und gegebenenfalls die an dem zweiten elektrischen Kontakt 104 ausgebildete erste Kontaktfläche 105 stehen in Kontakt mit der ersten Trägermetallisierung 510 des Schaltungsträgers 500, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 104 und der ersten Trägermetallisierung 510 besteht.
Die zweite Seite 202 beider in den Formkörperteil 430 eingebetteten Kontaktstifte 200, 220, 230 und gegebenenfalls die an den zweiten Seiten 202 der Kontaktstifte 200 ausgebildeten zweiten Kontaktflächen 203 stehen in Kontakt mit der zweiten Trägermetallisierung 520 des Schaltungsträgers 500, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der zweiten Trägermetallisierung 520 und den zweiten Seiten 202 der Kontaktstifte 200, 220, 230 besteht.
Bevorzugt ist der Formkörperteil 430 mittels Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) oder mittels eines anderen Verfahrens zur Oberflächenmontage (SMT-Verfahren) auf dem Schaltungsträger 500 angeordnet worden. Hierzu sollten die zweite Oberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 die als Metallisierung ausgebildete erste Kontaktfläche 105 und die zweiten Seiten 202 der Kontaktstifte 200, 220, 230 die als Metallisierung ausgebildeten zweiten Kontaktflächen 203 aufweisen. Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements 10 besteht darin, dass die Kontaktflächen 105, 203 bereits vor dem Einbetten der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und der Kontaktstifte 200 in den Formkörper 400 an den optoelektronischen Halbleiterchips 100 und den Kontaktstiften 200 ausgebildet werden können.
Zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 103 an der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 und der ersten Seite 201 jedes Kontaktstifts 200, 220, 230 besteht eine elektrisch leitende Verbindung 530. Die elektrisch leitenden Verbindungen 530 sind bevorzugt mittels eines dünnen Drahts (Bond-Draht) hergestellt, der sich von dem ersten elektrischen Kontakt 103 an der ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 über die zurückgesetzte Oberseite 403 des zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 und dem jeweiligen Kontaktstift 200, 220, 230 angeordneten Teils des Formkörpers 400 zur ersten Seite 201 des jeweiligen Kontaktstifts 200, 220, 230 erstreckt. Die elektrisch leitende Verbindung 530 zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 und dem ersten Kontaktstift 220 verläuft dabei in einem ersten Eckbereich 411 der ersten Vertiefung 410 des Formkörpers 430. Die elektrisch leitende Verbindung 530 zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 und dem zweiten Kontaktstift 200, 230 verläuft in einem zweiten Eckbereich 412 der ersten Vertiefung 410 des Formkörperteils 430.
Über der zurückgesetzten Oberseite 403 des Formkörperteils 430 des optoelektronischen Bauelements 10 ist eine optische Linse 600 angeordnet. Im dargestellten Beispiel ist die optische Linse 600 als sphärische Kugellinse ausgebildet. Die optische Linse 600 könnte jedoch auch eine andere Form aufweisen. Die optische Linse 600 ist präzise über der eine Strahlungsdurchtrittsfläche bildenden ersten Oberfläche 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 ausgerichtet. Dies ist dadurch erreicht, dass die optische Linse 600 am Rand der ersten Vertiefung 410 des Formkörperteils 430 anliegt. Der Rand der ersten Vertiefung 410 bildet somit einen Justagebereich 610. Der Justagebereich 610 ist einstückig mit dem Formkörperteil 430 des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet. Die Anlage der optischen Linse 600 am durch die erste Vertiefung 410 gebildeten Justagebereich 610 erlaubt eine selbstjustierende Anordnung und Ausrichtung der optischen Linse 600, ohne dass hierfür eine aufwendige Platzierung der optischen Linse 600 erforderlich ist. Die in den Eckbereichen 411, 412 der ersten Vertiefung 410 verlaufenden elektrisch leitenden Verbindungen 530 werden durch die optische Linse 600 nicht beeinträchtigt.
Die erste Vertiefung 410 und/oder die zweite Vertiefung 420 können wahlweise vor dem Anordnen der optischen Linse 600 über der zurückgesetzten Oberseite 403 des Formkörperteils 430 ganz oder teilweise mit einem Silikonmaterial oder einem anderen Material verfüllt werden. Das Füllmaterial kann wahlweise auch Partikel zur Wellenlängenkonversion aufweisen.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: optoelektronisches Bauelement
100: optoelektronischer Halbleiterchip
101: erste Oberfläche
102: zweite Oberfläche
103: erster elektrischer Kontakt
104: zweiter elektrischer Kontakt
105: erste Kontaktfläche (Metallisierung)
110: Opferschicht
120: Halbleiterscheibe
121: erste Oberfläche
122: zweite Oberfläche
200: Kontaktstift
201: erste Seite
202: zweite Seite
203: zweite Kontaktfläche (Metallisierung)
210: Kontaktstift-Opferschicht
220: erster Kontaktstift
230: zweiter Kontaktstift
300: Chipträger
301: Trägerseite
310: Haftschicht
400: Formkörper
401: Oberseite
402: Unterseite
403: zurückgesetzte Oberseite
410: erste Vertiefung (über Chip)
411: erster Eckbereich
412: zweiter Eckbereich
420: zweite Vertiefung (über Kontaktstift)
430: Formkörperteil
500: Schaltungsträger
510: erste Trägermetallisierung
520: zweite Trägermetallisierung
530: elektrisch leitende Verbindung (Bonddraht)
600: optische Linse
610: Justagebereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009036621 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) mit einer ersten Oberfläche (101); – Aufbringen einer Opferschicht (110) auf der ersten Oberfläche (101); – Ausbilden eines Formkörpers (400), wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) zumindest teilweise in den Formkörper (400) eingebettet wird; – Entfernen der Opferschicht (110).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei vor dem Entfernen der Opferschicht (110) der folgende Schritt durchgeführt wird: – Teilweises Entfernen des Formkörpers (400), um die Opferschicht (110) zugänglich zu machen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) zum Durchtritt elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrisch leitender Kontaktstift (200) mit einer auf dem Kontaktstift (200) angeordneten Kontaktstift-Opferschicht (210) gemeinsam mit dem optoelektronischen Halbleiterchip (100) in den Formkörper (400) eingebettet wird, wobei die Kontaktstift-Opferschicht (210) gemeinsam mit der Opferschicht (110) entfernt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der folgende weitere Schritt durchgeführt wird: – Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung (530) zwischen einem an der ersten Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) angeordneten elektrischen Kontakt (103) und dem Kontaktstift (200).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der folgende weitere Schritt durchgeführt wird: – Anordnen einer optischen Linse (600) an einer Oberseite (401) des Formkörpers (400).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) derart in den Formkörper (400) eingebettet wird, dass eine zweite Oberfläche (102) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) bündig mit einer Unterseite (402) des Formkörpers (400) abschließt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei vor dem Ausbilden des Formkörpers (400) der folgende Schritt durchgeführt wird: – Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips (100) auf einem Träger (300), wobei die zweite Oberfläche (102) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) einer Oberseite (301) des Trägers (300) zugewandt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) zwischen dem Aufbringen der Opferschicht (110) und dem Ausbilden des Formkörpers (400) aus einem Waferverbund (120) gelöst wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips (100) gemeinsam in den Formkörper (400) eingebettet wird, wobei der Formkörper (400) zerteilt wird, um eine Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente (10) zu erhalten.
Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (100) mit einer ersten Oberfläche (101), wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) in einen Formkörper (400) mit einer Oberseite (403) eingebettet ist, wobei die erste Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) an der Oberseite (403) des Formkörpers (400) zugänglich ist, wobei die Oberseite (403) des Formkörpers (400) gegenüber der ersten Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) erhaben ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 11, wobei die erste Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) zum Durchtritt elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der Ansprüche 11 und 12, wobei eine optische Linse (600) an der Oberseite (403) des Formkörpers (400) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 13, wobei die optische Linse (600) an einer Justagestruktur (610) anliegt, die einstückig mit dem Formkörper (400) ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei ein elektrisch leitender Kontaktstift (200) in den Formkörper (400) eingebettet ist, wobei der Kontaktstift (200) an der Oberseite (403) des Formkörpers (400) zugänglich ist, wobei ein an der ersten Oberfläche (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) angeordneter elektrischer Kontakt (103) elektrisch leitend mit dem Kontaktstift (200) verbunden ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei eine zweite Oberfläche (102) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) an einer Unterseite (402) des Formkörpers (400) zugänglich ist und bündig mit der Unterseite (402) des Formkörpers (400) abschließt.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 16, wobei an der zweiten Oberfläche (102) des optoelektronischen Halbleiterchips (100) eine Metallisierung (105) angeordnet ist.