DE102014102183A1

DE102014102183A1 - Herstellung optoelektronischer Bauelemente

Info

Publication number: DE102014102183A1
Application number: DE102014102183.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Brandl; Tobias Gebuhr
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-08-20
Also published as: US20170062382A1; US9847316B2; WO2015124608A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Hilfsträgers, ein Ausbilden von separaten Anschlusselementen auf dem Hilfsträger, und ein Ausbilden eines Formkörpers auf dem Hilfsträger mit Ausnehmungen. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf Anschlusselementen in den Ausnehmungen des Formkörpers, ein Entfernen des Hilfsträgers, und ein Durchtrennen des Formkörpers zum Bilden von vereinzelten optoelektronischen Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein optoelektronisches Bauelement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein optoelektronisches Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente zum Erzeugen von Lichtstrahlung können in Form von QFN Packages (Quad Flat No Leads) verwirklicht sein. Die klassische Herstellung solcher Bauelemente kann mit Nachteilen verbunden sein.
Üblicherweise wird ein Leiterrahmen bereitgestellt, welcher Anschlussflächen und stegförmige Verbindungsstrukturen aufweist. Hierfür wird ein Träger aus Kupfer strukturiert. Dies kann durch Maskieren von Trägerbereichen mit einem Fotolack und Ätzen erfolgen. Der strukturierte Leiterrahmen wird ferner durch Elektroplattieren mit einer teuren Beschichtung (zum Beispiel NiAg oder NiPdAu) versehen. Hierdurch ist der Leiterrahmen zum Löten und Anschließen von Bonddrähten geeignet. Obwohl nur in Bond- und Lötbereichen benötigt, wird zumeist der ganze Leiterrahmen beschichtet, was einen Kostennachteil bedeutet. Alternativ können Bereiche des Leiterrahmens maskiert werden, um diesen lediglich lokal zu beschichten (Spotplating). Dies ist aufwändig und kostspielig.
Der Leiterrahmen wird des Weiteren mit einer Formmasse zum Ausbilden eines Formkörpers umspritzt. Der Formkörper weist Ausnehmungen auf, über welche die Anschlussflächen an einer Vorderseite freigestellt sind. An diesen Stellen werden lichtemittierende Halbleiterchips auf den Anschlussflächen angeordnet und elektrisch mit diesen verbunden. Die Rückseiten der Anschlussflächen bleiben ebenfalls frei, um die hergestellten QFN-Bauelemente auf eine Leiterplatte löten zu können. Weitere Prozesse sind ein Verfüllen der Ausnehmungen mit einer Vergussmasse, und ein Vereinzeln des auf diese Weise erzeugten Bauelementverbunds.
Prozessbedingt können die Anschlussflächen an der Vorderseite Rückstände der Formmasse aufweisen. Um hiermit verbundene Probleme beim Anordnen der Halbleiterchips zu vermeiden, wird nach dem Umspritzen üblicherweise ein Reinigungsschritt zum Entfernen der Rückstände durchgeführt (Deflashing). In diesem Prozess kann es zur Ausbildung von Spalten zwischen dem Leiterrahmen und dem Formkörper kommen. Das nachfolgende Verfüllen der Ausnehmungen des Formkörpers kann zur Folge haben, dass die verwendete Vergussmasse durch die Spalte kriecht, und hierdurch die Rückseiten der Anschlussflächen verunreinigt werden (Seepage). Dies kann Lötprobleme bei den Bauelementen verursachen. Präventive Maßnahmen wie das Aufkleben einer Rückseitenfolie oder das Aufbringen eines rückseitigen Schutzlacks, oder ein nachträgliches Entfernen der Rückstände der Vergussmasse, sind aufwändig und teuer.
Beim Vereinzeln erfolgt ein Durchtrennen, in der Regel Sägen, durch eine inhomogene Materialkombination, d.h. den Formkörper und die stegförmigen Verbindungsstrukturen des Kupfer-Leiterrahmens. Dies begrenzt die mögliche Sägegeschwindigkeit, um saubere Außenkanten der Bauelemente zu erzeugen. Bei diesem Prozess soll ein Verschmieren von Material der Kupferstege vermieden werden, da es ansonsten zu Kurzschlüssen kommen kann. Die Kupferstege reichen bei den vereinzelten Bauelementen an deren Außenseiten heran und können daher korrodieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Herstellung optoelektronischer Bauelemente anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen vorgeschlagen.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Hilfsträgers, ein Ausbilden von separaten Anschlusselementen auf dem Hilfsträger, und ein Ausbilden eines Formkörpers auf dem Hilfsträger mit Ausnehmungen. Weiter vorgesehen sind ein Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf Anschlusselementen in den Ausnehmungen des Formkörpers, ein Entfernen des Hilfsträgers, und ein Durchtrennen des Formkörpers zum Bilden von vereinzelten optoelektronischen Bauelementen.
Bei dem Verfahren werden separate Anschlusselemente auf dem temporär verwendeten Hilfsträger ausgebildet, welche elektrisch leitfähig sind. Separat bedeutet in diesem Zusammenhang räumlich getrennt, so dass die Anschlusselemente nicht durch Material der Anschlusselemente miteinander verbunden sind. Es ist möglich, zuerst die Anschlusselemente und nachfolgend den Formkörper auf dem Hilfsträger auszubilden. Alternativ können diese zwei Schritte in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Anschließend können die weiteren Schritte des Verfahrens in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden, d.h. Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf Anschlusselementen in den Ausnehmungen des Formkörpers, nachfolgend Entfernen des Hilfsträgers, und nachfolgend Durchtrennen des Formkörpers zum Bilden vereinzelter optoelektronischer Bauelemente.
Die optoelektronischen Bauelemente, welche durch Vereinzeln des zuvor erzeugten Bauelementverbunds gebildet werden, können sogenannte QFN Packages (Quad Flat No Leads) sein, welche für eine Oberflächenmontage (SMT, Surface-Mounting Technology) geeignet sind. Die Anschlusselemente, mit denen die Bauelemente auf eine Leiterplatte gelötet werden können, können in Form von flächigen Schichtelementen bzw. Anschlussflächen (Bondpads) verwirklicht sein.
Das Verfahren bietet mehrere Vorteile. Das Ausbilden von separaten Anschlusselementen anstelle der Verwendung eines Kupfer-Leiterrahmens mit Anschlussflächen und unterstützenden Verbindungsstrukturen macht es möglich, zum Vereinzeln des Bauelementverbunds lediglich den Formkörper zu durchtrennen.
Auf diese Weise kann dieser Prozess einfach und schnell erfolgen. Dadurch sind ein hoher Fertigungsdurchsatz und infolgedessen eine Kosteneinsparung möglich.
Das Durchtrennen des Formkörpers kann zum Beispiel durch Sägen durchgeführt werden. Hierbei kann das Sägen mit einer hohen Sägegeschwindigkeit von bis zu 500 mm/s erfolgen. Bei einem herkömmlichen Fertigungsverfahren wird das Sägen durch die hier vorliegende inhomogene Materialkombination (Formkörper, Verbindungsstrukturen) mit einer weit geringeren Sägegeschwindigkeit, zum Beispiel von nur etwa 50 mm/s, durchgeführt.
Neben einem Sägen können zum Vereinzeln auch andere Prozesse zum Einsatz kommen. Möglich sind zum Beispiel ein Laserschneiden oder ein Wasserstrahlschneiden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Bauelementverbund, bedingt durch den Einsatz der separaten Anschlusselemente anstelle eines Leiterrahmens mit Anschlussflächen und Verbindungsstrukturen, mit einer hohen bzw. höheren Packungsdichte verwirklicht werden kann. Auch hieraus resultiert eine Kosteneinsparung.
Des Weiteren können die bei Verwendung eines herkömmlichen Leiterrahmens durchgeführten aufwändigen Prozesse wie ein Strukturieren eines Trägers in den Leiterrahmen und Beschichten des Leiterrahmens entfallen.
Von Vorteil ist darüber hinaus, dass die vereinzelten optoelektronischen Bauelemente keine zur Außenseite heranreichenden Kupferstege aufweisen können. Die Bauelemente können daher korrosionsstabil und unempfindlich gegenüber Kurzschlüssen sein.
Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens näher beschrieben.
In einer möglichen Ausführungsform wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die gemäß dem Verfahren hergestellten optoelektronischen Bauelemente Einzelchip-Bauelemente sind. Hierbei können die Bauelemente jeweils einen aus dem Formkörper hervorgegangenen Gehäusekörper mit einer Ausnehmung, mehrere bzw. zwei separate und an einer Rückseite freiliegende Anschlusselemente, und einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen. Der Halbleiterchip kann in der Ausnehmung des Gehäusekörpers auf einem Anschlusselement angeordnet sein.
Die Anschlusselemente können zum Beispiel in Form einer einzelnen Schicht ausgebildet werden, welche ein elektrisch leitfähiges bzw. metallisches Material, zum Beispiel Ag oder Au, aufweist. Möglich ist auch ein mehrschichtiger Aufbau, so dass die Anschlusselemente in Form eines Schichtenstapels aus unterschiedlichen und übereinander angeordneten Teilschichten verwirklicht sind. In Betracht kommt zum Beispiel eine Übereinanderanordnung aus einer ersten Teilschicht aufweisend Ag, einer zweiten Teilschicht aufweisend Cu und einer dritten Teilschicht aufweisend Ag.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Ausbilden der separaten Anschlusselemente ein Aufbringen von Material auf den Hilfsträger in separaten, d.h. räumlich getrennten bzw. voneinander beabstandeten Aufbringbereichen. Hierbei kann Material der Anschlusselemente in gezielter Weise mit einer für die Anschlusselemente vorgesehenen Struktur und Form auf den Hilfsträger aufgebracht werden. Möglich ist ferner ein materialsparendes Ausbilden der Anschlusselemente, wodurch eine Kosteneinsparung weiter begünstigt werden kann.
Für das Ausbilden der Anschlusselemente bzw. das Aufbringen von Material der Anschlusselemente können unterschiedliche Prozesse zum Einsatz kommen. Ein möglicher Prozess ist ein Druckprozess, in welchem Material der Anschlusselemente auf den Hilfsträger gedruckt wird. Bei dem Druckprozess kann eine geeignete Druckform zum Einsatz kommen, wodurch Material der Anschlusselemente in gezielter Weise mit der für die Anschlusselemente vorgesehenen Struktur in separaten Druckbereichen auf den Hilfsträger aufgebracht werden kann. Nach dem Drucken kann ein Temperaturprozess (Sintern) zum Aushärten der Anschlusselemente durchgeführt werden.
Ein weiterer möglicher Prozess ist eine elektrochemische Abscheidung (Electroplating). Vor der Abscheidung kann eine strukturierte Maskierungsschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, auf dem Hilfsträger ausgebildet werden, welche den Hilfsträger teilweise bedeckt, so dass der Hilfsträger in separaten Öffnungsbereichen freigestellt ist. Hierdurch ist eine gezielte Abscheidung von Material der Anschlusselemente auf dem Hilfsträger in den Öffnungsbereichen möglich.
Ein weiterer möglicher Prozess ist eine stromlose chemische Abscheidung (Electroless Plating). Hierbei kann ebenfalls vor der Abscheidung eine strukturierte Maskierungsschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, auf dem Hilfsträger ausgebildet werden, welche den Hilfsträger teilweise bedeckt, so dass der Hilfsträger in separaten Öffnungsbereichen freigestellt ist. Hierdurch ist eine gezielte Abscheidung von Material der Anschlusselemente auf dem Hilfsträger in den Öffnungsbereichen möglich.
Ein weiterer möglicher Prozess ist ein Sputterprozess (Kathodenzerstäubung). In diesem Zusammenhang kann zum Beispiel ein Lift-Off-Verfahren zur Anwendung kommen. Hierbei wird vor dem Sputtern eine strukturierte Maskierungsschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, auf dem Hilfsträger ausgebildet, welche den Hilfsträger teilweise bedeckt, so dass der Hilfsträger in separaten Öffnungsbereichen freigestellt ist. Beim Sputtern kann Material der Anschlusselemente ganzflächig, also sowohl direkt auf den Hilfsträger in den Öffnungsbereichen als auch auf der Maskierungsschicht, abgeschieden werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht entfernt werden. Beim Entfernen der Maskierungsschicht kann ein auf der Maskierungsschicht befindlicher Anteil des gesputterten Materials mit entfernt werden, so dass lediglich die separaten Anschlusselemente auf dem Hilfsträger verbleiben.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Ausbilden der separaten Anschlusselemente ein Ausbilden einer (durchgehenden) Ausgangsschicht auf dem Hilfsträger und ein Strukturieren der Ausgangsschicht in die Anschlusselemente. Auf diese Weise können die Anschlusselemente ebenfalls in gezielter Weise mit einer für die Anschlusselemente vorgesehenen Struktur auf dem Hilfsträger ausgebildet werden. Das Ausbilden der Ausgangsschicht kann zum Beispiel das Durchführen eines Sputterprozesses umfassen. Das Strukturieren der Ausgangsschicht kann zum Beispiel mit Hilfe eines Ätzprozesses unter Verwendung einer strukturierten Maskierungsschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, durchgeführt werden. Die Maskierungsschicht kann vor dem Strukturieren auf der Ausgangsschicht ausgebildet werden.
Eine mehrschichtige Ausgestaltung der Anschlusselemente aus mehreren Teilschichten kann verwirklicht werden, indem mehrere der oben genannten Materialaufbringungsprozesse nacheinander zum Aufbringen unterschiedlicher Materialien durchgeführt werden. Beispielsweise können mehrere Druckprozesse nacheinander durchgeführt werden. Auch können mehrere galvanische bzw. elektrochemische Abscheidungsprozesse, oder auch mehrere chemische Abscheidungsprozesse, jeweils unter Verwendung derselben Maskierungsschicht, nacheinander durchgeführt werden. In gleicher Weise können mehrere Sputterprozesse, bei Verwendung einer Maskierung jeweils mit derselben Maskierungsschicht, nacheinander durchgeführt werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht entfernt werden. In entsprechender Weise kann eine Ausgangsschicht, welche zum Beispiel durch Durchführen mehrerer aufeinanderfolgender Sputterprozesse aus mehreren Teilschichten aufgebaut wird, nachfolgend in separate Anschlusselemente strukturiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zuerst die separaten Anschlusselemente auf dem Hilfsträger ausgebildet, und wird nach dem Ausbilden der Anschlusselemente der Formkörper auf dem Hilfsträger ausgebildet. Der Formkörper wird derart erzeugt, dass die Anschlusselemente über die Ausnehmungen des Formkörpers an einer Vorderseite (wenigstens teilweise) freigestellt sind. Auf diese Weise können anschließend optoelektronische Halbleiterchips in den Ausnehmungen auf Anschlusselementen angeordnet werden. Die Anschlusselemente können an der Vorderseite am Rand zum Teil von dem Formkörper bedeckt sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zuerst der Formkörper auf dem Hilfsträger ausgebildet. Der Formkörper bedeckt einen Teil des Hilfsträgers, so dass der Hilfsträger in separaten Öffnungsbereichen freigestellt ist. Nach dem Ausbilden des Formkörpers werden die separaten Anschlusselemente ausgebildet. Hierzu wird Material in den Öffnungsbereichen auf den Hilfsträger aufgebracht. Bei dieser Vorgehensweise kann der Formkörper als Maskierungsschicht dienen. Eine Verwendung einer anderen Maskierungsschicht kann daher entfallen. In dieser Ausführungsform lässt sich das Verfahren folglich flexibel und kostengünstig durchführen.
In der vorgenannten Ausgestaltung des Verfahrens, in welcher Aufbringbereiche auf dem Hilfsträger mit Hilfe des maskierenden Formkörper vorgegeben werden, kann das Ausbilden der separaten Anschlusselemente ein (gegebenenfalls mehrmaliges) Durchführen einer elektrochemischen Abscheidung umfassen. Möglich ist auch ein (gegebenenfalls mehrmaliges) Durchführen einer stromlosen chemischen Abscheidung.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Ausbilden des Formkörpers ein Durchführen eines Form- bzw. Moldprozesses. In diesem Prozess wird eine geeignete Form- bzw. Moldmasse auf den Hilfsträger aufgebracht. Verwendbar ist zum Beispiel ein Matrixmaterial aus Epoxidharz oder Silikon, in welchem eine Partikelfüllung, zum Beispiel SiO2-Partikel, enthalten ist. Gegebenenfalls kann es in Betracht kommen, nach dem Ausbilden des Formkörpers einen zusätzlichen Prozess zum Entfernen von Rückständen der Formmasse auf Vorderseiten der Anschlusselemente durchzuführen (Deflashing).
Der Moldprozess kann ein Spritzpressprozess (Transfer Molding) sein. Hierbei kann es sich ferner um einen folienunterstützten Spritzpressprozess (Film Assisted Transfer Molding) handeln. Bei diesem Prozess sind die Formkerne eines Werkzeugteils eines Moldwerkzeugs für eine bessere Abdichtung mit einer Folie ummantelt. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass die Anschlusselemente mit einer hohen Zuverlässigkeit vorderseitig nicht mit unerwünschten Rückständen der Formmasse bedeckt werden.
Der Formkörper kann derart ausgebildet werden, dass über jede Ausnehmung des Formkörpers jeweils wenigstens zwei Anschlusselemente vorderseitig freigestellt sind. Bei einem Ausbilden des Formkörpers vor einem Ausbilden der Anschlusselemente kann der Formkörper derart ausgebildet werden, dass im Bereich von jeder Ausnehmung des Formkörpers jeweils wenigstens zwei den Hilfsträger freistellende Öffnungsbereiche (in welchen der Hilfsträger nachfolgend mit Material der Anschlusselemente beschichtet wird) vorliegen. Innerhalb jeder Ausnehmung kann jeweils zwischen zwei Anschlusselementen bzw. Öffnungsbereichen ein zum Beispiel stegförmiger Teil des Formkörpers vorhanden sein, welcher eine geringere Dicke besitzen kann als ein die dazugehörige Ausnehmung umgebender Teil des Formkörpers.
Die optoelektronischen Halbleiterchips, welche zum Erzeugen von Lichtstrahlung ausgebildet sein können, können Leuchtdiodenchips sein. Die Halbleiterchips können einen Vorderseitenkontakt und einen Rückseitenkontakt aufweisen. In Bezug auf eine solche Ausgestaltung können für jeden der Halbleiterchips zwei Anschlusselemente vorgesehen sein. Ein in einer Ausnehmung des Formkörpers platzierter Halbleiterchip kann mit dem Rückseitenkontakt elektrisch und mechanisch mit einem Anschlusselement verbunden werden. Eine Verbindung kann über eine geeignete Verbindungsschicht, zum Beispiel eine Lotschicht oder eine Schicht eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs, hergestellt werden. Der Vorderseitenkontakt des betreffenden Halbleiterchips kann über eine geeignete Verbindungsstruktur, zum Beispiel einen Bonddraht, mit einem weiteren Anschlusselement verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Einbringen einer Vergussmasse in die Ausnehmungen des Formkörpers. Das Einbringen der Vergussmasse kann nach dem Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips auf Anschlusselementen in den Ausnehmungen des Formkörpers und vor dem Entfernen des Hilfsträgers durchgeführt werden. Die Vergussmasse kann die Halbleiterchips (und die Bonddrähte) umgeben, und auf diese Weise eine schützende Verkapselung bilden. In Bezug auf das Einbringen der Vergussmasse kann sich das Verfahren ebenfalls als vorteilhaft erweisen. Denn mit Hilfe des Hilfsträgers kann der Verbund umfassend den Formkörper und die Anschlusselemente zur Rückseite hin abgedichtet sein. Auf diese Weise kann eine rückseitige Verunreinigung der Anschlusselemente mit der Vergussmasse vermieden werden.
Die Vergussmasse kann ein strahlungsdurchlässiges Vergussmaterial, zum Beispiel Silikon, aufweisen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Vergussmasse zusätzlich in dem Vergussmaterial eingebettete Leuchtstoffpartikel zur Strahlungskonversion aufweist. Auf diese Weise kann die Vergussmasse wenigstens einen Teil einer im Betrieb von den Halbleiterchips erzeugten Lichtstrahlung konvertieren (Volumenkonversion). Alternativ können die optoelektronischen Halbleiterchips auf einer Vorderseite Konversionsschichten bzw. plättchenförmige Konversionselemente zur Strahlungskonversion aufweisen (Oberflächenkonversion). In dieser Ausgestaltung kann die Vergussmasse lediglich ein strahlungsdurchlässiges Vergussmaterial aufweisen.
Für den Hilfsträger, welcher am Prozessende wieder abgelöst wird, können unterschiedliche Ausgestaltungen in Betracht kommen. In einer möglichen Ausführungsform weist der Hilfsträger ein elektrisch leitfähiges Material auf. Auf diese Weise ist der Hilfsträger zum Beispiel geeignet für ein Ausbilden der Anschlusselemente mit Hilfe einer elektrochemischen Abscheidung oder mit Hilfe einer stromlosen chemischen Abscheidung.
Ein mögliches Beispiel ist ein Hilfsträger aus Kupfer. Das Entfernen des Kupfer-Hilfsträgers kann derart erfolgen, dass zumindest ein Teil des Kupfers recycelt wird. Hierdurch ist ein weiterer Kostenvorteil erzielbar.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hilfsträger eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf. Die Anschlusselemente und der Formkörper werden auf der zweiten Schicht ausgebildet. Die zweite Schicht kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Schicht, zum Beispiel aus ZnO, sein. Auf diese Weise ist der Hilfsträger ebenfalls geeignet für ein Ausbilden der Anschlusselemente mit Hilfe einer elektrochemischen Abscheidung oder mit Hilfe einer stromlosen chemischen Abscheidung. Die erste Schicht kann zum Beispiel Glas oder Silizium aufweisen.
In Bezug auf einen anderen Aufbringungsprozess zum Ausbilden der Anschlusselemente können auch andere bzw. elektrisch nicht leitfähige Materialien für den Hilfsträger zum Einsatz kommen. In einer möglichen Ausgestaltung des Hilfsträgers mit erster und zweiter Schicht kann der Hilfsträger eine zweite Schicht aus zum Beispiel SiN aufweisen. Hierbei kann die erste Schicht zum Beispiel aus Glas ausgebildet sein.
Je nach Ausgestaltung des Hilfsträgers können unterschiedliche Prozesse zum Entfernen desselben durchgeführt werden. Ein möglicher Prozess ist ein Ätzprozess. Dieser kann bei einem Hilfsträger aus Kupfer zum Einsatz kommen. Bei einer Ausgestaltung des Hilfsträgers mit erster und zweiter Schicht kann (lediglich) die zweite Schicht geätzt werden.
Ein weiterer möglicher Prozess ist ein mit Hilfe eines Lasers durchgeführter Laser-Lift-Off-Prozess. Ein solcher Prozess lässt sich bei einem Hilfsträger mit einer ersten Schicht aus Glas und einer zweiten Schicht aus einem anderen Material durchführen. Unter Verwendung des Lasers, welcher die Glas-Schicht durchstrahlen kann, kann die zweite Schicht aufgelöst werden.
Für das Verfahren können ferner weitere Merkmale und Details zur Anwendung kommen. Beispielsweise lässt sich das Verfahren derart durchführen, dass Multichip-Bauelemente hergestellt werden, welche mehrere optoelektronische Halbleiterchips aufweisen. Derartige Bauelemente können zum Beispiel jeweils einen aus dem Formkörper hervorgegangenen Gehäusekörper mit mehreren separaten Ausnehmungen aufweisen, in welchen Halbleiterchips auf entsprechenden Anschlusselementen angeordnet sein können.
Darüber hinaus lassen sich Multichip-Bauelemente fertigen, welche jeweils einen aus dem Formkörper hervorgegangenen Gehäusekörper mit einer gemeinsamen Ausnehmung für mehrere Halbleiterchips aufweisen. Mehrere Halbleiterchips können hierbei auf einzelnen, oder auch auf einem oder mehreren gemeinsamen Anschlusselementen angeordnet sein. Hierfür kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass im Bereich von jeder Ausnehmung des Formkörpers jeweils eine Mehrzahl an vorderseitig freiliegenden Anschlusselementen bzw. zu beschichtenden Öffnungsbereichen vorhanden ist. Des Weiteren ist es möglich, jeweils mehrere in einer gemeinsamen Ausnehmung des Formkörpers platzierte Halbleiterchips untereinander elektrisch zu verbinden, zum Beispiel mit Hilfe von Bonddrähten. Eine Verbindung von zwei Halbleiterchips kann zum Beispiel verwirklicht werden, indem ein Bonddraht an einen Vorderseitenkontakt eines Halbleiterchips und an ein Anschlusselement, auf welchem ein weiterer Halbleiterchip angeordnet ist, angeschlossen wird.
Bei dem Verfahren können darüber hinaus Halbleiterchips verwendet werden, welche zum Beispiel lediglich zwei Rückseitenkontakte oder lediglich zwei Vorderseitenkontakte aufweisen. In der ersten Variante kann ein Halbleiterchip jeweils mit den zwei Rückseitenkontakten auf zwei Anschlusselementen angeordnet und mit diesen verbunden werden. In der zweiten Variante kann ein Halbleiterchip jeweils auf einem Anschlusselement angeordnet, und kann einer der zwei Vorderseitenkontakte über einen Bonddraht an dasselbe Anschlusselement angeschlossen werden. Der andere Vorderseitenkontakt kann über einen weiteren Bonddraht mit einem weiteren Anschlusselement verbunden werden. Alternativ können drei Anschlusselemente für einen Halbleiterchip vorgesehen sein, von denen zwei Anschlusselemente zur Verbindung mit den Vorderseitenkontakten, und ein weiteres Anschlusselement (lediglich) zum Befestigen eines Halbleiterchips genutzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronisches Bauelement vorgeschlagen, welches durch Durchführen des oben angegebenen Verfahrens oder einer der möglichen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt ist. Das Bauelement weist einen durch das Durchtrennen aus dem Formkörper hervorgegangenen Gehäusekörper auf. Des Weiteren weist das Bauelement eine umlaufende Mantelfläche auf, welche ausschließlich durch den Gehäusekörper, und damit die Formmasse, gebildet ist. An die Mantelfläche heranreichende Kupferstege liegen somit nicht vor. Daher kann das Bauelement korrosionsstabil und unempfindlich gegenüber Kurzschlüssen sein.
Der hier verwendete Ausdruck Mantelfläche ist gleichbedeutend mit dem lateralen Rand bzw. Randbereich des Bauelements. Die Mantelfläche, welche zwischen einer Vorder- und einer Rückseite des Bauelements vorliegt, setzt sich aus sämtlichen lateralen Außenseiten bzw. Seitenflanken des Bauelements zusammen. Das gemäß dem Verfahren hergestellte Bauelement kann zum Beispiel in der Aufsicht eine rechteckige Kontur bzw. insgesamt eine Quaderform aufweisen, so dass sich die Mantelfläche aus vier rechtwinklig aneinandergrenzenden Seitenwänden zusammensetzen kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass oben mit Bezug auf das Herstellungsverfahren genannte Aspekte und Details auch bei dem optoelektronischen Bauelement zur Anwendung kommen können. In dieser Hinsicht kann der Gehäusekörper des Bauelements wenigstens eine Ausnehmung aufweisen. Das Bauelement kann wenigstens zwei separate und an einer Rückseite freiliegende Anschlusselemente, und wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen. Der Halbleiterchip kann in der bzw. in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers auf einem Anschlusselement angeordnet sein. Die wenigstens eine Ausnehmung kann ferner mit einer Vergussmasse verfüllt sein. Das Bauelement kann ein Einzelchip-Bauelement, oder ein Multichip-Bauelement sein.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 bis 10 einen möglichen Verfahrensablauf zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, bei welchem Anschlusselemente vor dem Erzeugen eines Formkörpers auf einem Hilfsträger ausgebildet werden; und
11 bis 20 einen weiteren möglichen Verfahrensablauf zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen, bei welchem ein Ausbilden von Anschlusselementen nach einem Erzeugen eines Formkörpers durchgeführt wird.
Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente beschrieben. Hierbei können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung optoelektronischer Bauelemente bekannte Prozesse durchgeführt werden und in diesen Gebieten übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können die Bauelemente zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten mit weiteren Komponenten und Strukturen gefertigt werden. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
Die 1 bis 10 zeigen ein mögliches Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente 100. Bei den Bauelementen 100 handelt es sich um oberflächenmontierbare Einzelchip-Bauelemente, welche jeweils in Form eines QFN Packages verwirklicht sind. Jedes Bauelement 100 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 140 zur Strahlungserzeugung auf.
In dem Verfahren wird ein Verbund aus zusammenhängenden Bauelementen gefertigt, welcher nachfolgend in die Bauelemente 100 vereinzelt wird. Die 1 bis 10 veranschaulichen das Verfahren anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen. Gezeigt ist jeweils ein Ausschnitt des Verbunds bzw. der jeweils vorliegenden Gegebenheiten. Die in den Figuren gezeigten Strukturen können daher in einer Ebene sich vielfach wiederholend nebeneinander vorliegen.
Bei dem Verfahren wird ein temporär verwendeter Hilfsträger 110 bereitgestellt, welcher in 1 von der Seite gezeigt ist. Der Hilfsträger 110 weist eine erste Schicht 111 und eine zweite Schicht 112 auf. Auf der zweiten Schicht 112 bzw. einer freiliegenden Hauptseite derselben werden nachfolgend weitere Komponenten ausgebildet. Die Schicht 112 kann elektrisch leitfähig ausgebildet sein, und zum Beispiel ZnO aufweisen. Möglich ist auch eine Ausgestaltung der Schicht 112 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, zum Beispiel aus SiN. Die erste Schicht 111 kann zum Beispiel Silizium oder Glas aufweisen.
Des Weiteren werden, wie in 1 von der Seite und in 2 in der Aufsicht gezeigt ist, separate flächige Anschlusselemente 121, 122 auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 ausgebildet. Die Anschlusselemente 121, 122, welche elektrisch leitfähig sind, sind räumlich voneinander getrennt, und nicht durch Material der Anschlusselemente 121, 122 miteinander verbunden. Die Anschlusselemente 121, 122 können eine Rechteckform aufweisen, und können in Form eines Rasters aus Zeilen und Spalten auf dem Hilfsträger 110 ausgebildet werden (vgl. 2).
Das Ausbilden der separaten Anschlusselemente 121, 122 anstelle der Verwendung eines Leiterrahmens, bei welchem Anschlusselemente durch Verbindungsstrukturen verbunden sind, bietet die Möglichkeit, eine Ausgestaltung der Anschlusselemente 121, 122 mit kleinen Abständen zueinander vorzusehen. Dadurch kann der Bauelementverbund mit einer hohen Packungsdichte verwirklicht werden.
Die Anschlusselemente 121, 122 werden im Folgenden, aufgrund der flächigen Struktur, als Anschlussflächen 121, 121 bezeichnet. Hierbei werden die größeren Anschlussflächen 121 auch als erste Anschlussflächen 121, und die kleineren Anschlussflächen 122 als zweite Anschlussflächen bezeichnet. Für jedes der herzustellenden Bauelemente 100 ist jeweils ein Paar aus einer ersten und einer zweiten Anschlussfläche 121, 122 vorgesehen.
Die Anschlussflächen 121, 122 können jeweils in Form einer einzelnen Schicht ausgebildet werden, welche ein elektrisch leitfähiges bzw. metallisches Material aufweist. Bei dem metallischen Material kann es sich zum Beispiel um Ag oder Au handeln.
Das Ausbilden der metallischen Anschlussflächen 121, 122 kann dadurch erfolgen, dass Material der Anschlussflächen 121, 122 in separaten Bereichen 191, 192 auf den Hilfsträger 110 bzw. dessen Schicht 112 aufgebracht wird. Die Materialaufbringung kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden.
Eine mögliche Vorgehensweise ist das Durchführen eines Druckprozesses. Hierbei kann eine geeignete Druckform zum Einsatz kommen, mit deren Hilfe Material der Anschlussflächen 121, 122 in separaten Bereichen 191, 192 auf den Hilfsträger 110 gedruckt werden kann. Das zu druckende Material kann in Form einer Metallpaste vorliegen. Die Druckform kann eine Siebdruckform oder eine Schablonendruckform sein. Nach dem Drucken kann ein Temperaturprozess (Sintern) durchgeführt werden, um die gedruckten Anschlussflächen 121, 122 auszuhärten.
Ein weiterer möglicher Prozess ist eine elektrochemische Abscheidung. Für das Elektroplattieren ist die Schicht 112 des Hilfsträgers 110 elektrisch leitfähig, zum Beispiel wie oben angegeben aus ZnO ausgebildet. Hierdurch kann die Schicht 112 als Abscheideelektrode dienen, an welche für die Abscheidung ein entsprechendes elektrisches Potential angelegt wird. Vor dem Abscheidungsprozess wird eine strukturierte Maskierungsschicht, zum Beispiel eine Fotolackschicht, auf der Schicht 112 ausgebildet (nicht dargestellt). Die Maskierungsschicht weist eine solche Struktur auf, dass ein Teil der Schicht 112 bedeckt ist, und die Schicht 112 in separaten Bereichen 191, 192 geöffnet ist. Auf diese Weise kann im Rahmen der elektrochemischen Abscheidung Material selektiv in den Öffnungsbereichen 191, 192 auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 aufgewachsen werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht wieder entfernt werden.
Ein hierzu ähnlicher möglicher Prozess ist eine stromlose chemische Abscheidung. Hierfür ist die Schicht 112 des Hilfsträgers 110 ebenfalls elektrisch leitfähig, zum Beispiel wie oben angegeben aus ZnO ausgebildet. Auch hierbei wird vor dem Abscheidungsprozess eine strukturierte Maskierungsschicht, zum Beispiel eine Fotolackschicht, auf der Schicht 112 ausgebildet (nicht dargestellt). Die Maskierungsschicht weist eine solche Struktur auf, dass ein Teil der Schicht 112 bedeckt ist, und die Schicht 112 in separaten Bereichen 191, 192 geöffnet ist. Auf diese Weise kann im Rahmen der chemischen Abscheidung Material selektiv in den Öffnungsbereichen 191, 192 auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 aufgewachsen werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht wieder entfernt werden.
Ein weiterer in Betracht kommender Prozess ist ein Sputterprozess. Der Sputterprozess kann im Rahmen eines Lift-Off-Verfahrens zur Anwendung kommen. Hierfür wird vor dem Sputtern eine strukturierte Maskierungsschicht, zum Beispiel einer Fotolackschicht, auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 ausgebildet, welche die Schicht 112 teilweise bedeckt, so dass die Schicht 112 in separaten Bereichen 191, 192 geöffnet ist (nicht dargestellt). Im Zuge des Sputterns kann Material großflächig, also sowohl direkt auf die Schicht 112 des Hilfsträgers 110 in den Bereichen 191, 192 als auch auf die Maskierungsschicht, abgeschieden werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht entfernt werden. Hierbei kann gleichzeitig der auf der Maskierungsschicht befindliche Anteil des gesputterten Materials abgelöst werden, wodurch lediglich die separaten Anschlussflächen 121, 122 auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 verbleiben.
Für das Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 können ferner weitere Vorgehensweisen in Betracht kommen. Es ist zum Beispiel möglich, eine Ausgangsschicht ganzflächig auf der Schicht 112 des Hilfsträgers 110 auszubilden, zum Beispiel durch Sputtern (nicht dargestellt). Nachfolgend kann die Ausgangsschicht durch Ätzen in die Anschlussflächen 121, 122 strukturiert werden. Der Ätzprozess kann unter Verwendung einer nachträglich auf der Ausgangsschicht ausgebildeten strukturierten Maskierungsschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, durchgeführt werden.
Für die Anschlussflächen 121, 122 kann auch ein mehrschichtiger Aufbau in Betracht kommen, so dass die Anschlussflächen 121, 122 in Form eines Schichtenstapels mit Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind (nicht dargestellt). Hierfür können oben genannte Materialaufbringungsprozesse mehrfach durchgeführt werden. Beispielsweise können mehrere Druckprozesse nacheinander durchgeführt werden. Auch können mehrere elektrochemische Abscheidungsprozesse oder mehrere chemische Abscheidungsprozesse, jeweils unter Verwendung derselben Maskierungsschicht, nacheinander durchgeführt werden. In gleicher Weise können mehrere Sputterprozesse, bei Durchführen eines Lift-Off-Verfahrens jeweils mit derselben Maskierungsschicht, nacheinander durchgeführt werden. Nachfolgend kann die Maskierungsschicht entfernt werden. Möglich ist es auch, eine Ausgangsschicht zum Beispiel mit Hilfe mehrerer nacheinander durchgeführter Sputterprozesse aus mehreren Teilschichten auszubilden und nachfolgend in die Anschlussflächen 121, 122 zu strukturieren. Ein Beispiel für einen mehrschichtigen Aufbau der Anschlussflächen 121, 122 ist eine Übereinanderanordnung aus einer ersten Teilschicht aufweisend Ag, einer zweiten Teilschicht aufweisend Cu und einer dritten Teilschicht aufweisend Ag.
Im Anschluss an das Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 wird, wie in 3 von der Seite und in 4 in der Aufsicht gezeigt ist, ein zusammenhängender Formkörper 130 auf dem Hilfsträger 110 bzw. dessen Schicht 112 ausgebildet. Hierfür kann ein Spritzpressprozess (Transfer Molding) durchgeführt werden, in welchem eine Formmasse (Mold Compound) auf den Hilfsträger 110 aufgebracht wird. In diesem Prozess kommt ein geeignetes nicht gezeigtes Werkzeug zum Einsatz. Nach dem Aufbringen kann die Formmasse ausgehärtet werden.
Der Formkörper 130 weist Ausnehmungen bzw. Kavitäten 131 auf, über welche die Anschlussflächen 121, 122 an einer Vorderseite freigelegt sind. Jede Ausnehmung 131 ist jeweils einem Paar aus einer ersten und einer zweiten Anschlussfläche 121, 122 zugeordnet, so dass diese freigestellt sind. Die Ausnehmungen 131 sind zu diesem Zweck entsprechend des Rasters der Anschlussflächen 121, 122 ausgebildet. Am Rand der Ausnehmungen 131 können die Anschlussflächen 121, 122 vorderseitig zum Teil von dem Formkörper 130 bedeckt sein, wie anhand von 3 deutlich wird.
Innerhalb jeder Ausnehmung 131 ist zwischen den Anschlussflächen 121, 122 jeweils ein Steg 132 des Formkörpers 130 vorhanden, welcher eine geringere Dicke besitzt als ein die Ausnehmungen 131 umgebender Teil des Formkörpers 130. Die Stege 132 können die gleiche Dicke aufweisen wie die Anschlussflächen 121, 122. Die Ausnehmungen 131 können schräg verlaufende Seitenwände, und in der Aufsicht eine rechteckige Kontur mit abgerundeten Ecken aufweisen (vgl. 4).
Die zum Ausbilden des Formkörpers 130 eingesetzte Formmasse kann ein Matrixmaterial, zum Beispiel Epoxidharz oder Silikon, und eine in dem Matrixmaterial enthaltene Partikelfüllung, zum Beispiel SiO2-Partikel, aufweisen.
Das Ausbilden des Formkörpers 130 kann gegebenenfalls zur Folge haben, dass innerhalb der Ausnehmungen 131 die Anschlussflächen 121, 122 vorderseitig unerwünschte Rückstände der Formmasse aufweisen (nicht dargestellt). Nach dem Ausbilden des Formkörpers 130 kann es daher in Betracht kommen, einen Prozess zum Entfernen solcher Rückstände durchzuführen (Deflashing).
Um dies zu vermeiden, kann ein folienunterstützter Spritzpressprozess (Film Assisted Transfer Molding) zum Ausbilden des Formkörpers 130 durchgeführt werden. Hierbei sind die Formkerne eines Werkzeugteils des eingesetzten Werkzeugs für eine bessere Abdichtung mit einer Folie, zum Beispiel aus ET-FE (Ethylen-Tetrafluorethylen), ummantelt. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass die Anschlussflächen 121, 122 nach dem Spritzpressprozess vorderseitig nicht mit unerwünschten Rückständen der Formmasse behaftet sind.
Nachfolgend werden, wie in 5 von der Seite und in 6 in der Aufsicht gezeigt ist, optoelektronische Halbleiterchips 140 auf den ersten Anschlussflächen 121 innerhalb der Ausnehmungen 131 angeordnet und mit den zweiten Anschlussflächen 122 über Bonddrähte 145 elektrisch verbunden. Die Halbleiterchips 140, welche zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet sind, können zum Beispiel Leuchtdiodenchips sein. Die Halbleiterchips 140 können in geeigneter Weise hergestellt sein, und nicht gezeigte Komponenten wie eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung, Kontakte zum Kontaktieren der Halbleiterchips 140, usw. aufweisen.
In der in den Figuren angedeuteten Ausgestaltung weisen die Halbleiterchips 140 jeweils einen Vorderseitenkontakt und einen Rückseitenkontakt auf. Über die Rückseitenkontakte und nicht gezeigte Verbindungsschichten, zum Beispiel Lotschichten oder elektrisch leitfähige Klebstoffschichten, werden die Halbleiterchips 140 elektrisch und mechanisch mit den ersten Anschlussflächen 121 verbunden. Die Vorderseitenkontakte der Halbleiterchips 140 werden über die Bonddrähte 145 an die zweiten Anschlussflächen 122 angeschlossen.
Im Anschluss an das Anordnen und Kontaktieren der Halbleiterchips 140 wird, wie in 7 von der Seite gezeigt ist, eine Vergussmasse 150 in die Ausnehmungen 131 des Formkörpers 130 eingebracht. Jede Ausnehmung 131 kann vollständig mit der Vergussmasse 150 verfüllt werden. Die Vergussmasse 150 umgibt die Halbleiterchips 140 und die Bonddrähte 145, und bildet auf diese Weise eine schützende Verkapselung. Die Vergussmasse 150 weist ein strahlungsdurchlässiges Vergussmaterial wie zum Beispiel Silikon auf. Das Verfüllen der Ausnehmungen 131 mit der Vergussmasse 150 kann durch Vergießen erfolgen.
Beim Verfüllen der Ausnehmungen 131 kann der Hilfsträger 110 ein rückseitiges Abdichten bewirken. Trotz gegebenenfalls vorliegender Spalten zwischen dem Formkörper 130 und den Anschlussflächen 121, 122 (nicht dargestellt) kann daher ein Verunreinigen von Rückseiten der Anschlussflächen 121, 122 mit der Vergussmasse 150 vermieden werden.
Die Vergussmasse 150 kann nicht nur zur Verkapselung, sondern auch zur Strahlungskonversion eingesetzt werden. In dieser Ausgestaltung kann die Vergussmasse 150 zusätzlich zu dem Vergussmaterial in dem Vergussmaterial eingebettete Leuchtstoffpartikel zur Strahlungskonversion aufweisen (nicht dargestellt). Auf diese Weise kann die Vergussmasse 150 wenigstens einen Teil einer im Betrieb von den Halbleiterchips 140 erzeugten Lichtstrahlung konvertieren (Volumenkonversion).
Alternativ können die optoelektronischen Halbleiterchips 140 auf einer Vorderseite nicht gezeigte Konversionsschichten zur Strahlungskonversion aufweisen (Oberflächenkonversion). Derartige Konversionsschichten können zum Beispiel nach dem Anordnen der Halbleiterchips 140 auf den ersten Anschlussflächen 121 bzw. nach dem Drahtbonden und vor dem Einbringen der Vergussmasse 150 in die Ausnehmungen 131 auf die Halbleiterchips 140 aufgebracht werden. In dieser Ausgestaltung kann die Vergussmasse 150 lediglich das strahlungsdurchlässige Vergussmaterial aufweisen.
Nachfolgend bzw. nach einem Aushärten der Vergussmasse 150 wird, wie in 8 von der Seite gezeigt ist, der temporäre Hilfsträger 110 entfernt. Auf diese Weise liegt ein zusammenhängender Bauelementverbund vor, welcher nachfolgend vereinzelt werden kann. Zum Entfernen des Hilfsträgers 110 kann zum Beispiel ein Ätzen der Schicht 112 durchgeführt werden. Auf diese Weise kann auch die andere Schicht 111 abgelöst werden.
Ein weiterer möglicher Prozess zum Entfernen des Hilfsträgers 110 ist ein mit Hilfe eines Lasers durchgeführter Laser-Lift-Off-Prozess. Ein solcher Prozess lässt sich bei einer Schicht 111 aus Glas durchführen. Mit Hilfe des Lasers, welcher die Glas-Schicht 111 durchstrahlen kann, kann die Schicht 112 aufgelöst werden.
Nach dem Entfernen des Hilfsträgers 110 wird, wie in 9 von der Seite und in 10 in der Aufsicht gezeigt ist, der Bauelementverbund in separate optoelektronische Bauelemente 100 vereinzelt. Die Ausgestaltung mit den separaten Anschlussflächen 121, 122 ermöglicht es, hierfür lediglich den Formkörper 130 zu durchtrennen. Infolgedessen ist ein einfaches und schnelles Vereinzeln möglich. Das Durchtrennen kann entlang von in der Aufsicht senkrecht zueinander orientierten Trennlinien 195 in Bereichen des Formkörpers 130 zwischen den Ausnehmungen 131 durchgeführt werden (vgl. 10). Dadurch können die Bauelemente 100 eine Quaderform, und in der Aufsicht eine rechteckige Kontur aufweisen.
Für das Durchtrennen kann zum Beispiel ein Sägeprozess zur Anwendung kommen. Das Sägen kann mit einer hohen Sägegeschwindigkeit, zum Beispiel von bis zu 500 mm/s, erfolgen. Alternativ sind andere Prozesse, zum Beispiel Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden, möglich.
Die vereinzelten optoelektronischen Bauelemente 100 liegen in Form von Einzelchip-Bauelementen vor. Die Bauelemente 100 weisen jeweils einen aus dem Formkörper 130 hervorgegangenen Gehäusekörper 135 mit einer Ausnehmung 131, zwei separate und an einer Rückseite freiliegende Anschlussflächen 121, 122, und einen optoelektronischen Halbleiterchip 140 auf. Der Halbleiterchip 140 ist in der Ausnehmung 131 des Gehäusekörpers 135 auf einer ersten Anschlussfläche 121 angeordnet, über einen Bonddraht 145 an eine zweite Anschlussfläche 122 angeschlossen, und von der in die Ausnehmung 131 eingebrachten Vergussmasse 150 umgeben. Die Vergussmasse 150 bildet bei den Bauelementen 100 jeweils einen Teil einer Vorderseite. Mit Hilfe der rückseitig freiliegenden Anschlussflächen 121, 122 können die Bauelemente 100 mittels Löten bzw. Wiederaufschmelzlöten auf einer nicht gezeigten Leiterplatte angeordnet werden.
Jedes Bauelement 100 weist eine zwischen Vorder- und Rückseite vorliegende umlaufende Mantelfläche 137 auf, welche ausschließlich durch den Gehäusekörper 135 gebildet ist. Die Mantelfläche 137 setzt sich bei den Bauelementen 100 aus vier rechtwinklig aneinandergrenzenden Seitenwänden zusammen. Die Bauelemente 100 weisen keine an die Mantelfläche 137 heranreichenden Kupferstege auf. Daher sind die Bauelemente 100 korrosionsstabil und unempfindlich gegenüber Kurzschlüssen.
Die 11 bis 20 zeigen ein weiteres mögliches Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente 101. Hierbei handelt es sich ebenfalls um oberflächenmontierbare Einzelchip-Bauelemente, welche jeweils in Form eines QFN Packages verwirklicht sind. Das Verfahren der 11 bis 20 stimmt im Wesentlichen mit dem Verfahren der 1 bis 10 überein. Übereinstimmende Merkmale, Prozesse und mögliche Vorteile sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten werden daher im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.
In dem Verfahren der 11 bis 20 wird ebenfalls ein Verbund aus zusammenhängenden Bauelementen gefertigt, welcher nachfolgend in die Bauelemente 101 vereinzelt wird. Die 11 bis 20 veranschaulichen das Verfahren anhand von seitlichen Darstellungen und Aufsichtsdarstellungen. Gezeigt ist auch hier jeweils ein Ausschnitt des Verbunds bzw. der jeweils vorliegenden Gegebenheiten.
Bei dem Verfahren wird ein temporär verwendeter Hilfsträger 115 bereitgestellt, welcher in 11 von der Seite gezeigt ist. Der Hilfsträger 115 ist im Unterschied zu dem Hilfsträger 110 einschichtig ausgebildet. Der Hilfsträger 115 ist elektrisch leitfähig bzw. metallisch, und zum Beispiel aus Kupfer ausgebildet. Auf dem Hilfsträger 115 werden nachfolgend weitere Komponenten ausgebildet.
Zunächst wird, wie in 11 von der Seite und in 12 in der Aufsicht gezeigt ist, ein Formkörper 130 mit Ausnehmungen 131 auf einer Hauptseite des Hilfsträgers 115 ausgebildet. Der Formkörper 130 weist eine solche Struktur auf, dass ein Teil der Hauptseite des Hilfsträgers 115 bedeckt ist, und der Hilfsträger 115 in separaten Bereichen 191, 192 am Boden der Ausnehmungen 131 geöffnet bzw. freigestellt ist. Diese Ausgestaltung wird nachfolgend zum Ausbilden von Anschlussflächen 121, 122 genutzt.
Im Bereich jeder Ausnehmung 131 sind jeweils zwei Öffnungsbereiche 191, 192 vorgesehen. Innerhalb jeder Ausnehmung 131 ist zwischen den Öffnungsbereichen 191, 192 jeweils ein Steg 133 des Formkörpers 130 vorhanden, welcher eine geringere Dicke besitzt als ein die Ausnehmungen 131 umgebender Teil des Formkörpers 130. Die Ausnehmungen 131 können schräg verlaufende Seitenwände, und in der Aufsicht eine rechteckige Kontur mit abgerundeten Ecken aufweisen. Des Weiteren können die Ausnehmungen 131 und die dazugehörigen Öffnungsbereiche 191, 192 in Form eines Rasters aus Zeilen und Spalten vorliegen (vgl. 12).
Das Ausbilden des Formkörpers 130 kann mit Hilfe eines Spritzpressprozesses durchgeführt werden, in welchem eine Formmasse auf den Hilfsträger 115 aufgebracht wird. Nachfolgend kann die Formmasse ausgehärtet werden. Gegebenenfalls kann anschließend ein Prozess zum Entfernen von unerwünschten Rückständen der Formmasse auf dem Hilfsträger 115 innerhalb der Ausnehmungen 131 (sofern vorhanden) durchgeführt werden. Um dies zu vermeiden, kann auch ein folienunterstützter Spritzpressprozess zum Ausbilden des Formkörpers 130 durchgeführt werden.
Nach dem Ausbilden des Formkörpers 130 werden, wie in 13 von der Seite und in 14 in der Aufsicht gezeigt ist, separate elektrisch leitfähige bzw. metallische Anschlussflächen 121, 122 auf der mit dem Formkörper 130 versehenen Hauptseite des Hilfsträgers 115 in den Öffnungsbereichen 191, 192 ausgebildet. Zu diesem Zweck kann eine elektrochemische Abscheidung durchgeführt werden, bei welcher der elektrisch leitfähige Hilfsträger 115 als Abscheideelektrode verwendet wird. Für die Abscheidung wird ein entsprechendes elektrisches Potential an den Hilfsträger 115 angelegt. Der Formkörper 130 dient bei diesem Prozess als Maskierungsschicht und sorgt dafür, dass ein gezieltes Beschichten des Hilfsträgers 115 in den Öffnungsbereichen 191, 192 erfolgen kann. Eine Verwendung einer anderen Maskierungsschicht, wie sie bei dem Verfahren der 1 bis 10 zum Einsatz kommen kann, kann somit entfallen. Dadurch kann das Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 kostengünstig durchgeführt werden. Da das elektrochemische Abscheiden der Anschlussflächen 121, 122 vorliegend nach dem Ausbilden des Formkörpers 130 stattfindet, kann dieser Prozess als Postplating bezeichnet werden.
Dies trifft in gleicher Weise auf eine weitere mögliche Vorgehensweise zu, in welcher zum Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 auf der mit dem Formkörper 130 versehenen Hauptseite des elektrisch leitfähigen Hilfsträgers 115 in den Öffnungsbereichen 191, 192 eine stromlose chemische Abscheidung durchgeführt wird. Auch hierbei dient der Formkörper 130 als Maskierungsschicht und sorgt dafür, dass ein gezieltes Beschichten des Hilfsträgers 115 in den Öffnungsbereichen 191, 192 erfolgen kann. Auf diese Weise kann das Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 ebenfalls kostengünstig durchgeführt werden.
Auch bei dem Verfahren der 11 bis 20 wird für jedes der herzustellenden Bauelemente 101 jeweils ein Paar aus einer ersten größeren und einer zweiten kleineren Anschlussfläche 121, 122 ausgebildet. Die Kontur der Anschlussflächen 121, 122 richtet sich nach der Form der den Hilfsträger 115 freistellenden Öffnungsbereiche 191, 192. Die Anschlussflächen 121, 122 können, wie in 14 gezeigt ist, in der Aufsicht im Wesentlichen eine Rechteckform mit zum Teil abgerundeten Ecken aufweisen. Die Anschlussflächen 121, 122 können ferner derart ausgebildet werden, dass die Anschlussflächen 121, 122 eine kleinere Dicke als die Stege 133 des Formkörpers 130 aufweisen. Hierdurch kann vermieden werden, dass ein Paar aus zwei Anschlussflächen 121, 122 miteinander verbunden ausgebildet wird und dadurch kurzgeschlossen ist.
Die Anschlussflächen 121, 122 können einschichtig, oder alternativ mehrschichtig aus verschiedenen Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet werden (nicht dargestellt). Zum Verwirklichen einer mehrschichtigen Ausgestaltung können mehrere elektrochemische Abscheidungsprozesse oder mehrere chemische Abscheidungsprozesse nacheinander durchgeführt werden.
Nach dem Ausbilden der Anschlussflächen 121, 122 werden, wie in 15 von der Seite und in 16 in der Aufsicht gezeigt ist, optoelektronische Halbleiterchips 140 auf den ersten Anschlussflächen 121 innerhalb der Ausnehmungen 131 angeordnet und über Bonddrähte 145 mit den zweiten Anschlussflächen 122 verbunden. Die Halbleiterchips 140, welche zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet sind, können zum Beispiel Leuchtdiodenchips sein.
Nachfolgend wird, wie in 17 von der Seite gezeigt ist, eine Vergussmasse 150 in die Ausnehmungen 131 des Formkörpers 130 eingebracht. Jede Ausnehmung 131 kann vollständig mit der Vergussmasse 150 verfüllt werden. Die Vergussmasse 150 umgibt die Halbleiterchips 140 und die Bonddrähte 145, und bildet auf diese Weise eine schützende Verkapselung. Die Vergussmasse 150 weist ein strahlungsdurchlässiges Material auf. Die Vergussmasse 150 kann darüber hinaus in dem Vergussmaterial eingebettete Leuchtstoffpartikel zur Strahlungs- bzw. Volumenkonversion aufweisen (nicht dargestellt). Alternativ können auf den Vorderseiten der optoelektronischen Halbleiterchips 140 nicht gezeigte Konversionsschichten zur Strahlungs- bzw. Oberflächenkonversion vorgesehen sein.
Nachfolgend bzw. nach einem Aushärten der Vergussmasse 150 wird, wie in 18 von der Seite gezeigt ist, der temporäre Hilfsträger 115 entfernt. Zu diesem Zweck kann ein Ätzprozess durchgeführt werden. Hierbei kann zumindest ein Teil des Trägermaterials des Hilfsträgers 115, also zum Beispiel Kupfer, recycelt werden.
Nach dem Entfernen des Hilfsträgers 115 liegt ein zusammenhängender Bauelementverbund vor, welcher nachfolgend, wie in 19 von der Seite und in 20 in der Aufsicht gezeigt ist, in optoelektronische Bauelemente 101 vereinzelt wird. Hierbei kann erneut, aufgrund der Ausgestaltung mit den separaten Anschlussflächen 121, 122, lediglich der Formkörper 130 durchtrennt werden. Das Durchtrennen kann entlang von in der Aufsicht senkrecht zueinander orientierten Trennlinien 195 in Bereichen des Formkörpers 130 zwischen den Ausnehmungen 131 erfolgen (vgl. 20). Auf diese Weise können die Bauelemente 101 in der Aufsicht eine rechteckige Kontur bzw. eine Quaderform aufweisen. Das Durchtrennen lässt sich durch Sägen oder einen anderen Prozess wie zum Beispiel Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden durchführen.
Die optoelektronischen Bauelemente 101 liegen ebenfalls in Form von oberflächenmontierbaren Einzelchip-Bauelementen vor. Die Bauelemente 101 weisen jeweils einen aus dem Formkörper 130 hervorgegangenen Gehäusekörper 135 mit einer Ausnehmung 131, zwei separate und rückseitig freiliegende Anschlussflächen 121, 122, und einen optoelektronischen Halbleiterchip 140 auf. Der Halbleiterchip 140 ist in der Ausnehmung 131 des Gehäusekörpers 135 auf einer ersten Anschlussfläche 121 angeordnet, über einen Bonddraht 145 an eine zweite Anschlussfläche 122 angeschlossen, und mit der Vergussmasse 150 vergossen.
Auch die Bauelemente 101 weisen eine aus vier Seitenwänden zusammengesetzte umlaufende Mantelfläche 137 auf, welche ausschließlich durch den Gehäusekörper 135 gebildet ist. Daher sind die Bauelemente 101 korrosionsstabil und unempfindlich gegenüber Kurzschlüssen.
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Es ist zum Beispiel möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden. Auch können anstelle von oben angegebenen Prozessen andere Prozesse durchgeführt werden. Dies betrifft zum Beispiel ein Aufbringen von Material der Anschlusselemente 121, 122.
Das in den 1 bis 10 gezeigte Verfahren kann derart abgewandelt werden, dass anstelle des zweischichtigen Hilfsträgers 110 der einschichtige Hilfsträger 115 des Verfahrens der 11 bis 20 zum Einsatz kommt. In gleicher Weise kann bei dem Verfahren der 11 bis 20 der zweischichtige Hilfsträger 110 eingesetzt werden. Hierbei ist die Schicht 112 elektrisch leitfähig, und zum Beispiel aus ZnO ausgebildet, um eine elektrochemische Abscheidung oder eine stromlose chemische Abscheidung zu ermöglichen.
Des Weiteren können Komponenten und Strukturen, zum Beispiel Anschlusselemente 121, 122 sowie Ausnehmungen 131 eines Formkörpers 130, mit anderen Formen und Geometrien verwirklicht werden. Beispielsweise können anstelle von rechteckförmigen Ausnehmungen 131 in der Aufsicht runde bzw. ovale Ausnehmungen vorgesehen sein.
Weitere mögliche Abwandlungen betreffen die verwendbaren optoelektronischen Halbleiterchips 140. Es können zum Beispiel Halbleiterchips 140 zum Einsatz kommen, welche zwei Rückseitenkontakte aufweisen. In einer solchen Ausgestaltung können für jeden der Halbleiterchips 140 zwei Anschlusselemente 121, 122 vorgesehen sein. Jeder Halbleiterchip 140 kann hierdurch mit den zwei Rückseitenkontakten auf zwei Anschlusselementen 121, 122 angeordnet und mit diesen verbunden werden.
Darüber hinaus können auch Halbleiterchips 140 mit zwei Vorderseitenkontakten zum Einsatz kommen. In einer solchen Ausgestaltung können ebenfalls für jeden der Halbleiterchips 140 zwei Anschlusselemente 121, 122 vorgesehen sein. Hierbei kann jeder Halbleiterchip 140 auf einem Anschlusselement 121 angeordnet, und kann einer der zwei Vorderseitenkontakte über einen Bonddraht 145 an dasselbe Anschlusselement 121 angeschlossen werden. Der andere Vorderseitenkontakt kann über einen weiteren Bonddraht 145 mit einem weiteren Anschlusselement 122 verbunden werden.
Für Halbleiterchips 140 mit zwei Vorderseitenkontakten können auch jeweils drei Anschlusselemente vorgesehen sein. Auf diese Weise kann jeder Halbleiterchip 140 auf einem Anschlusselement angeordnet werden, und können die Vorderseitenkontakte über Bonddrähte 145 mit zwei weiteren Anschlusselementen verbunden werden.
Ein Fertigungsverfahren kann des Weiteren derart abgewandelt werden, dass anstelle von Einzelchip-Bauelementen Multichip-Bauelemente hergestellt werden, welche mehrere optoelektronische Halbleiterchips 140 aufweisen. Derartige Bauelemente können zum Beispiel jeweils einen aus einem Formkörper 130 hervorgegangenen Gehäusekörper mit mehreren separaten Ausnehmungen 131 aufweisen, in welchen Halbleiterchips 140 auf entsprechenden Anschlusselementen angeordnet sein können.
In diesem Zusammenhang wird auf die Möglichkeit hingewiesen, den in 8 oder 18 abgebildeten Bauelementverbund durch eine entsprechende Wahl der Trennlinien 195 in Multichip-Bauelemente mit mehreren Ausnehmungen 131, und nicht in die gezeigten Bauelemente 100, 101, zu vereinzeln. Bei derartigen Multichip-Bauelementen können die in den Ausnehmungen 131 angeordneten Halbleiterchips 140 getrennt betrieben werden.
Möglich ist auch die Fertigung von Multichip-Bauelementen, welche jeweils einen Gehäusekörper mit einer gemeinsamen Ausnehmung, und mehrere innerhalb der gemeinsamen Ausnehmung angeordnete Halbleiterchips 140 aufweisen. Mehrere Halbleiterchips 140 können auf einzelnen, oder auch auf einem oder mehreren gemeinsamen Anschlusselementen angeordnet sein. Das Fertigungsverfahren kann zu diesem Zweck derart durchgeführt werden, dass im Bereich einer Ausnehmung des Formkörpers 130 jeweils eine Mehrzahl an Anschlusselementen bzw. zu beschichtenden Öffnungsbereichen vorhanden ist. Des Weiteren können mehrere in einer gemeinsamen Ausnehmung des Formkörpers 130 platzierte Halbleiterchips 140 untereinander elektrisch verbunden werden, zum Beispiel mit Hilfe von Bonddrähten 145.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100, 101: Bauelement
110: Hilfsträger
111, 112: Schicht
115: Hilfsträger
121, 122: Anschlussfläche
130: Formkörper
131: Ausnehmung
132, 133: Steg
135: Gehäusekörper
137: Mantelfläche
140: Halbleiterchip
145: Bonddraht
150: Vergussmasse
191, 192: Bereich
195: Trennlinie

Claims

Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelementen (100, 101), umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Hilfsträgers (110, 115); Ausbilden von separaten Anschlusselementen (121, 122) auf dem Hilfsträger (110, 115); Ausbilden eines Formkörpers (130) auf dem Hilfsträger (110, 115) mit Ausnehmungen (131); Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips (140) auf Anschlusselementen (121) in den Ausnehmungen (131) des Formkörpers (130); Entfernen des Hilfsträgers (110, 115); und Durchtrennen des Formkörpers (130) zum Bilden von vereinzelten optoelektronischen Bauelementen (100, 101).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) ein Aufbringen von Material auf den Hilfsträger (110, 115) in separaten Aufbringbereichen (191, 192) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) ein Durchführen eines der folgenden Prozesse umfasst: Druckprozess; elektrochemische Abscheidung; Sputterprozess; chemische Abscheidung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) ein Ausbilden einer Ausgangsschicht auf dem Hilfsträger (110) und ein Strukturieren der Ausgangsschicht in die Anschlusselemente (121, 122) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die separaten Anschlusselemente (121, 122) auf dem Hilfsträger (110) ausgebildet werden, und wobei nach dem Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) der Formkörper (130) auf dem Hilfsträger (110) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Formkörper (130) auf dem Hilfsträger (115) ausgebildet wird, wobei der Formkörper (130) einen Teil des Hilfsträgers (115) bedeckt, so dass der Hilfsträger (115) in separaten Öffnungsbereichen (191, 192) freigestellt ist, wobei nach dem Ausbilden des Formkörpers (130) die separaten Anschlusselemente (121, 122) ausgebildet werden, und wobei das Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) ein Aufbringen von Material auf den Hilfsträger (115) in den Öffnungsbereichen (191, 192) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausbilden der separaten Anschlusselemente (121, 122) ein Durchführen eines der folgenden Prozesse umfasst: elektrochemische Abscheidung; chemische Abscheidung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Einbringen einer Vergussmasse (150) in die Ausnehmungen (131) des Formkörpers (130).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsträger (110, 115) ein elektrisch leitfähiges Material aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsträger (110) eine erste Schicht (111) und eine zweite Schicht (112) aufweist, und wobei die Anschlusselemente (121, 122) und der Formkörper (130) auf der zweiten Schicht (112) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen des Hilfsträgers (110, 115) mit Hilfe eines der folgenden Prozesse durchgeführt wird: Ätzprozess; Laser-Lift-Off-Prozess.
Optoelektronisches Bauelement (100, 101), hergestellt durch Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (100, 101) einen durch das Durchtrennen aus dem Formkörper (130) hervorgegangenen Gehäusekörper (135) aufweist, und wobei das Bauelement (100, 101) eine umlaufende Mantelfläche (137) aufweist, welche ausschließlich durch den Gehäusekörper (135) gebildet ist.