DE102014106791B4 - Halbleiterbauelement, Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Halbleiterbauelement, Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Halbleiterbauelement (1) mit- einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweisen;- einer Strahlungsaustrittsseite (10), die parallel zu den aktiven Bereichen verläuft;- einer Montageseitenfläche (11), die für die Befestigung des Halbleiterbauelements vorgesehen ist und schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite verläuft;- einem Formkörper (4), der stellenweise an die Halbleiterchips angeformt ist und zumindest bereichsweise die Montageseitenfläche bildet, wobei der Formkörper (4) zumindest in einer Längsrichtung jeweils zumindest bereichsweise an die Seitenflächen der Halbleiterchips (2) angrenzt; und- einer Kontaktstruktur (50), die auf dem Formkörper angeordnet ist und zumindest zwei Halbleiterchips der Mehrzahl von Halbleiterchips auf einer Vorderseite (45) des Formkörpers elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Vorderseite des Formkörpers der Strahlungsaustrittsseite (10) des Halbleiterbauelements zugewandt ist; wobei- die Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche (51) und eine zweite Kontaktfläche (52) für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements aufweist und die Kontaktflächen an der Montageseitenfläche zugänglich sind; und- der Formkörper eine der Strahlungsaustrittsseite (10) abgewandte Rückseite (292) der Halbleiterchips jeweils zumindest bereichsweise bedeckt.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Halbleiterbauelement, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Bei handgehaltenen elektronischen Geräten, wie beispielsweise Mobilfunkgeräten, finden oftmals hinterleuchtete Flüssigkristallanzeigen Anwendung. Bei einer Verringerung der Bauhöhe solcher Geräte ergeben sich auch Anforderungen an die Bauhöhe der Lichtquellen, die mit konventionellen LED-Bauformen nicht ohne Weiteres erzielbar sind.
  • In der Druckschrift DE 10 2012 002 605 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. In der Druckschrift WO 2013/021519 A1 sind ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil und ein lichtemittierendes Modul beschrieben.
  • Die Druckschrift US 2005 / 0 219 835 A1 beschreibt eine Licht emittierende Diode, bei der auf einer Oberfläche eines Substrats Verbindungselektroden angeordnet sind.
  • Die Druckschrift US 2008 / 0 142 832 A1 betrifft ein in seitliche Richtung blickendes optisches Diodengehäuse, das auf eine Leiterplatte montiert ist.
  • Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch eine geringe Bauhöhe auszeichnet und zugleich einen für die Anwendung des Geräts ausreichenden Lichtstrom bietet. Weiterhin sollen eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solches Halbleiterbauelement einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform zumindest einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf, erfindungsgemäß eine Mehrzahl solcher Halbleiterchips. Jeder dieser Halbleiterchips weist eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich ist insbesondere zur Erzeugung von Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge weist beispielsweise eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps auf. Der aktive Bereich ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips weist der Halbleiterchip zweckmäßigerweise einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf. Insbesondere sind der erste Kontakt zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht und der zweite Kontakt zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen. Die Kontakte können jeweils als Teilbereiche der ersten Halbleiterschicht beziehungsweise der zweiten Halbleiterschicht oder als mit diesen Schichten elektrisch leitfähig verbundene zusätzliche Schichten, beispielsweise Metallschichten, ausgebildet sein. Beispielsweise weist der Halbleiterchip einen Träger auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Der Träger kann das Aufwachssubstrat für die insbesondere epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge sein. Alternativ kann der Träger von einem Aufwachssubstrat verschieden sein. In diesem Fall dient der Träger der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge, so dass das Aufwachssubstrat nicht mehr erforderlich ist und vollständig oder zumindest bereichsweise entfernt oder gedünnt sein kann.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements verläuft eine Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements parallel zu den aktiven Bereichen, also parallel zu einer Haupterstreckungsebene dieser aktiven Bereiche. Insbesondere weist das optoelektronische Halbleiterbauelement genau eine Strahlungsaustrittsseite auf.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Montageseitenfläche auf, die für die Befestigung des Halbleiterbauelements vorgesehen ist und schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite verläuft. Insbesondere verläuft die Montageseitenfläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite. Unter im Wesentlichen senkrecht wird eine Abweichung von höchstens 10° zur senkrechten Ausrichtung verstanden.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Formkörper auf, der stellenweise an die Halbleiterchips angeformt ist. An den Stellen, an denen der Formkörper an den Halbleiterchip angeformt ist, grenzt der Formkörper insbesondere unmittelbar an den Halbleiterchip an. Der Formkörper ist beispielsweise einstückig ausgebildet. Weiterhin ist der Formkörper beispielsweise elektrisch isolierend ausgebildet. Insbesondere bildet der Formkörper zumindest bereichsweise die Montageseitenfläche. Der Formkörper bildet insbesondere zumindest bereichsweise mindestens eine Seitenfläche des Halbleiterbauelements. Der Formkörper kann auch zwei oder mehr, beispielsweise auch alle Seitenflächen des Halbleiterbauelements bilden. Unter den Seitenflächen werden im Zweifel diejenigen äußeren Flächen des Halbleiterbauelements verstanden, die schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite verlaufen. Mit anderen Worten verlaufen die Seitenflächen und insbesondere die Montageseitenfläche zwischen einer der Strahlungsaustrittsseite abgewandten Rückseite und einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite des Formkörpers.
  • An der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements sind die Halbleiterchips zweckmäßigerweise vollständig oder zumindest bereichsweise frei von dem Formkörper. Die Halbleiterchips sind in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite also nicht oder nur stellenweise von dem Formkörper bedeckt. Der Formkörper ist insbesondere für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung undurchlässig ausgebildet. Beispielsweise ist der Formkörper für die erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet, etwa mit einer Reflektivität von mindestens 60 %, beispielsweise mindestens 80 %. Der Formkörper kann jedoch auch für die Strahlung transparent oder zumindest transluzent ausgebildet sein.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Kontaktstruktur auf. Die Kontaktstruktur ist auf dem Formkörper angeordnet. Die Kontaktstruktur verbindet auf der Vorderseite des Formkörpers zumindest zwei der Halbleiterchips elektrisch leitend miteinander. Beispielsweise weist die Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche für die externe elektrische Kontaktierung von zumindest einem der Halbleiterchips auf. Die Halbleiterchips können zumindest teilweise zueinander elektrisch in Serie oder elektrisch parallel oder in einer Kombination aus Serienschaltung und Parallelschaltung verschaltet sein.
  • In der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Eine Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements verläuft parallel zu den aktiven Bereichen. Eine Montageseitenfläche des Halbleiterbauelements, die für die Befestigung des Halbleiterbauelements vorgesehen ist, verläuft schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite.
  • Das Halbleiterbauelement weist einen Formkörper auf, der stellenweise an die Halbleiterchips angeformt ist und zumindest bereichsweise die Montageseitenfläche bildet. Das Halbleiterbauelement weist weiterhin eine Kontaktstruktur auf, die auf dem Formkörper angeordnet ist und zumindest zwei Halbleiterchips der Mehrzahl von Halbleiterchips elektrisch leitend miteinander verbindet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind alle zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements entlang einer parallel zur Strahlungsaustrittsseite verlaufenden Längsrichtung nebeneinander angeordnet. Die Anordnung des Halbleiterbauelements ist also zeilenförmig. In einer senkrecht zur Längsrichtung und parallel zu den aktiven Bereichen verlaufenden Querrichtung sind also an keiner Stelle zwei Halbleiterchips nebeneinander angeordnet. Eine maximale Ausdehnung des Halbleiterbauelements in Längsrichtung ist vorzugsweise mindestens fünfmal so groß wie eine maximale Ausdehnung in Querrichtung. In Querrichtung ist die maximale Ausdehnung vorzugsweise um höchstens 50 % größer als die maximale Ausdehnung der Halbleiterchips entlang dieser Richtung. Die Bauteilhöhe ist also nur geringfügig höher als die für den Strahlungsaustritt maßgebliche Höhe des Halbleiterchips.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements bedeckt der Formkörper eine der Strahlungsaustrittsseite abgewandte Rückseite der Halbleiterchips jeweils zumindest bereichsweise. Insbesondere kann der Formkörper die Rückseiten der Halbleiterchips jeweils vollständig bedecken.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weisen die Halbleiterchips jeweils zwei Kontakte auf, die der Strahlungsaustrittsseite zugewandt und mit der Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden sind. Mit anderen Worten weisen die Halbleiterchips zwei vorderseitige Kontakte auf, wobei als Vorderseite diejenige Seite angesehen wird, die der Strahlungsaustrittsseite zugewandt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche der Kontaktstruktur an der Montageseitenfläche und optional zusätzlich an der Strahlungsaustrittsseite zugänglich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement zumindest ein elektronisches Bauelement auf, das mit der Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden und über die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche extern elektrisch kontaktierbar ist. Beispielsweise ist das elektronische Bauelement eine Konstantstromquelle, ein Schutzelement vor elektrostatischer Entladung (Electro Static Discharge, ESD) oder Sensor, etwa ein optischer Sensor. Beispielsweise ist der Formkörper zumindest stellenweise an das elektronische Bauelement angeformt. Alternativ kann das elektronische Bauelement auf dem Formkörper angeordnet sein.
  • In Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite erstreckt sich das Halbleiterbauelement in Längsrichtung zwischen einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die erste Kontaktfläche in einem an die erste Endfläche angrenzenden ersten Endbereich und die zweite Kontaktfläche in einem an die zweite Endfläche angrenzenden zweiten Endbereich des Halbleiterbauelements angeordnet. Die elektrische Kontaktierung erfolgt also an gegenüberliegenden Enden des Halbleiterbauelements. Als Endbereich wird derjenige Bereich des Bauelements angesehen, der sich zwischen der Endfläche und dem dieser Endfläche nächstgelegenen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchip befindet. Beispielsweise sind alle zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements zueinander elektrisch in Serie verschaltet und durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche extern elektrisch kontaktierbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche in dem an die erste Endfläche angrenzenden ersten Endbereich des Halbleiterbauelements angeordnet. Das Halbleiterbauelement ist also einseitig kontaktierbar. Beispielsweise weist die Kontaktstruktur zumindest eine Kontaktbahn auf, die in Längsrichtung verläuft und in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite an zumindest einem Halbleiterchip, beispielsweise an allen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements seitlich vorbei läuft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement zumindest einen elektrisch leitfähigen Volumenkontaktkörper auf, an den der Formkörper angeformt ist und der mit den Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden ist. Beispielsweise erstreckt sich der Volumenkontaktkörper in einer senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite verlaufenden vertikalen Richtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig durch den Formkörper hindurch. Der Volumenkontaktkörper ist insbesondere zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements von einer Seitenfläche des Halbleiterbauelements her vorgesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite eine rechteckige Grundform mit zumindest einer Einbuchtung auf, wobei die Kontaktstruktur eine Seitenfläche der Einbuchtung zumindest bereichsweise bedeckt. Das Halbleiterbauelement kann auch mehrere solche Einbuchtungen aufweisen. Beispielsweise ist an der ersten Endfläche und/oder an der zweiten Endfläche eine Einbuchtung ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann zumindest eine der Einbuchtungen zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips angeordnet sein.
  • Die zumindest eine Einbuchtung ist insbesondere von der Montageseitenfläche her zugänglich. Die Einbuchtung weist beispielsweise im Wesentlichen die Form eines Teils eines Kreises auf. Derartige Einbuchtungen sind einfach herstellbar. Es kann aber auch eine andere Grundform für die Einbuchtung Anwendung finden. Die zumindest eine Einbuchtung ist beispielsweise am Rand oder in einer Ecke der rechteckigen Grundform ausgebildet. Die in Aufsicht gerade verlaufenden Bereiche der rechteckigen Grundform sind insbesondere frei von dem Material der Kontaktstruktur.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements in zumindest zwei Gruppen unterteilt, wobei die Gruppen mittels der in den Einbuchtungen angeordneten Kontaktstruktur unabhängig voneinander extern elektrisch kontaktierbar sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Segmenten auf, zwischen denen Durchtrennungsstellen angeordnet sind, so dass die Segmente vor einem Durchtrennen an den Durchtrennungsstellen elektrisch leitend miteinander verbunden und nach dem Durchtrennen unabhängig voneinander montierbar und extern elektrisch kontaktierbar sind. Das Halbleiterbauelement ist also in einzelne, unabhängig voneinander montierbare Segmente unterteilbar. Insbesondere weisen die einzelnen Segmente jeweils zumindest eine erste und eine zweite Kontaktfläche für die externe elektrische Kontaktierung auf. Beispielsweise ist dadurch die Länge des Halbleiterbauelements an die anwendungsspezifischen Anforderungen anpassbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Isolationsschicht auf, die insbesondere bereichsweise zwischen dem Formkörper und der Kontaktstruktur verläuft. Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite bereichsweise den Formkörper und bereichsweise zumindest einen der zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchips. Mit anderen Worten verläuft die Isolationsschicht in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite bereichsweise über eine Kante des Halbleiterchips.
  • Eine Beleuchtungsvorrichtung weist gemäß zumindest einer Ausführungsform zumindest ein Halbleiterbauelement und einen Lichtleiter auf, wobei das Halbleiterbauelement mindestens eines der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist. Im Betrieb koppelt durch die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements austretende Strahlung beispielsweise in eine Seitenfläche des Lichtleiters ein. Beispielsweise ist die Beleuchtungsvorrichtung zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, etwa einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung (LCD), vorgesehen. Die Beleuchtungsvorrichtung ist beispielsweise in einem insbesondere mobilen elektronischen Gerät, etwa einem Mobiltelefon oder einem mobilen Computer, angeordnet.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch mehr als ein solches Halbleiterbauelement aufweisen. Beispielsweise sind zumindest zwei Halbleiterbauelemente entlang der Seitenfläche des Lichtleiters nebeneinander angeordnet. Im Vergleich zu einer Serienverschaltung aller zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchips der Beleuchtungsvorrichtung kann die an dem einzelnen Halbleiterbauelement anzulegende Betriebsspannung - und bei einer Parallelschaltung der Halbleiterbauelemente damit auch die insgesamt anzulegende Betriebsspannung - bei gleicher Anzahl der insgesamt für die Beleuchtungsvorrichtung vorgesehenen Halbleiterchips durch Aufteilung auf n Halbleiterbauelemente um den Faktor 1/n verringert werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen Schritt auf, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt wird, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem die Halbleiterchips mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds bereichsweise umformt werden. Das Umformen kann beispielsweise mittels eines Gieß-Verfahrens erfolgen, wobei der Begriff Gieß-Verfahren allgemein Verfahren zum Aufbringen einer Formmasse bezeichnet und insbesondere Spritzgießen (Injection Molding), Spritzpressen (Transfer Molding), Formpressen (Compression Molding) und Gießen (Casting) umfasst.
  • Vor dem Umformen können die Halbleiterchips an den Seitenflächen und/oder an einer einer Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips gegenüberliegenden Rückseite des Halbleiterchips zumindest bereichsweise mit einer reflektierenden Schicht versehen werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine insbesondere elektrisch leitfähige Beschichtung auf dem Formkörperverbund zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips ausgebildet wird. Die Beschichtung wird für die Kontaktierung der Halbleiterchips strukturiert, also nicht vollflächig, ausgebildet. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern ausgebildet werden. In einem späteren Schritt kann die Dicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung insbesondere zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit, erhöht werden, beispielsweise mittels galvanischer oder stromloser Abscheidung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Formkörperverbund in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelemente vereinzelt wird, wobei jeweils zumindest zwei der Halbleiterchips eines Halbleiterbauelements mittels einer durch die strukturierte Beschichtung gebildete Kontaktstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden sind und eine beim Vereinzeln entstehende Seitenfläche der vereinzelten Formkörper eine Montageseitenfläche des Halbleiterbauelements bildet.
  • Das Vereinzeln erfolgt insbesondere erst nach dem Aufbringen der Beschichtung, so dass die beim Vereinzeln entstehenden Seitenflächen der Halbleiterbauelemente frei von Material für die Beschichtung sind. Das Vereinzeln kann zum Beispiel durch ein mechanisches Verfahren, beispielsweise Sägen, oder mittels kohärenter Strahlung, etwa mittels Lasertrennens, erfolgen.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements wird eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Die Halbleiterchips werden bereichsweise mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds umformt. Der Formkörperverbund wird in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelemente vereinzelt, die jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterchips aufweisen, wobei jeweils zumindest zwei der Halbleiterchips eines Halbleiterbauelements mittels einer durch die strukturierte Beschichtung gebildete Kontaktstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden sind und eine beim Vereinzeln entstehende Seitenfläche der vereinzelten Formkörper eine Montageseitenfläche des Halbleiterbauelements bildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Formkörperverbund vor dem Ausbilden der Beschichtung zumindest zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips eine Ausnehmung auf, die mit der Beschichtung versehen wird. Die Ausnehmungen können sich vollständig oder nur teilweise durch den Formkörperverbund hindurch erstrecken. Der Formkörperverbund kann so ausgebildet werden, dass der Formkörperverbund bereits die Ausnehmungen aufweist. Alternativ können die Ausnehmungen durch Materialabtrag nach dem Ausbilden des Formkörperverbunds und vor dem Aufbringen der Beschichtung in den Formkörperverbund eingebracht werden, beispielsweise mechanisch, etwa mittels Bohrens, oder mittels kohärenter Strahlung.
  • Insbesondere erfolgt das Vereinzeln des Formkörperverbunds durch die Ausnehmungen hindurch. Beispielsweise erfolgt das Vereinzeln derart, dass die vereinzelten Halbleiterbauelemente eine rechteckige Grundform mit zumindest einer Einbuchtung aufweisen. Insbesondere können die Halbleiterbauelemente an einer Ecke und/oder an der Montageseitenfläche eine Einbuchtung aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Ausbilden des Formkörperverbunds elektrisch leitfähige Volumenkontaktkörper bereitgestellt, an die der Formkörperverbund angeformt wird und die über die strukturierte Beschichtung elektrisch leitend mit zumindest einem der Halbleiterchips werden.
  • Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement genannte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
  • Bei dem beschriebenen Verfahren entsteht die Montageseitenfläche und weiterhin auch die der Montageseitenfläche gegenüberliegende Seitenfläche des Halbleiterbauelements beim Vereinzelungsschritt. Die Bauteilhöhe, also die Ausdehnung vertikal zur Montageseitenfläche, ist also durch den Abstand paralleler Trennlinien beim Vereinzelungsschritt bestimmt und kann daher auch besonders niedrige Werte annehmen. Insbesondere kann die Bauteilhöhe kleiner oder gleich 500 um sein. Bevorzugt beträgt die Bauteilhöhe zwischen einschließlich 100 um und einschließlich 400 um. Dadurch kann ein besonders kompaktes Halbleiterbauelement bereitgestellt werden, das im Betrieb einen ausreichenden Lichtstrom zur Verfügung stellt. Die insgesamt emittierbare Lichtleistung ist weiterhin über die Anzahl der Mehrzahl der Halbleiterchips eines Bauelements einstellbar.
  • Das Ausbilden der Formkörper kann großflächig für eine Vielzahl von Bauelementen in einem gemeinsamen Vereinzelungsschritt erfolgen. Hierbei entstehen insbesondere die einzelnen Formkörper erst, nachdem die Halbleiterchips bereits innerhalb des herzustellenden Formkörpers angeordnet sind. Die Halbleiterchips müssen also nicht in vorgefertigten Gehäusen platziert und elektrisch kontaktiert werden. Vielmehr wird der das Gehäuse bildende Formkörper erst durch die Vereinzelung des Formkörperverbunds mit den darin eingebetteten Halbleiterchips gebildet. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements entstehen die Seitenflächen, insbesondere auch die Montageseitenfläche, bei der Vereinzelung des Formkörperverbunds. Diese Seitenflächen, insbesondere die Montageseitenfläche, können daher Vereinzelungsspuren, beispielsweise Sägespuren oder Spuren eines Lasertrennverfahrens aufweisen.
  • Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Es zeigen:
    • Die 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in Draufsicht (1B) und zugehöriger Schnittansicht (1A);
    • die 1C und 1D jeweils eine vergrößerte Darstellung in Schnittansicht mit einem Halbleiterchip gemäß einer ersten Variante (1C) und einer zweiten Variante (1D);
    • die 2, 3 und 4 jeweils ein zweites, drittes beziehungsweise viertes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht;
    • die 5A und 5B ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht (5B) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie BB' (5A);
    • die 6A und 6B ein sechstes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht (6B) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie CC' (6A);
    • die 7A und 7B ein siebtes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht (7B) und zugehöriger Seitenansicht (7A) und
    • 7C ein Ausführungsbeispiel für die Kontaktierung des Halbleiterbauelements gemäß 7A und 7B;
    • die 8A und 8B ein achtes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht (8B) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie DD' (8A);
    • 9A ein Ausführungsbeispiel für ein Gerät mit einer Beleuchtungsvorrichtung in schematischer Draufsicht;
    • 9B eine alternative Anordnung für Halbleiterbauelemente in einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß 9A;
    • die 10A bis 10E ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von jeweils in schematischer Draufsicht dargestellten Zwischenschritten; und
    • die 11A und 11B ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von zwei schematisch in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 ist in 1B in Draufsicht und in 1A in Schnittansicht entlang der Linie AA' gezeigt. Der Begriff „Draufsicht“ bezieht sich im Folgenden auf eine Draufsicht auf eine Strahlungsaustrittsseite 10 des Halbleiterbauelements 1, sofern nicht explizit anders angegeben.
  • Das Halbleiterbauelement 1 weist eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 auf, die jeweils zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Betrieb des Halbleiterbauelements vorgesehen sind. Die Halbleiterbauelemente sind entlang einer Längsrichtung nebeneinander angeordnet, insbesondere zeilenförmig.
  • Die Strahlungsaustrittsseite 10 verläuft parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs der Halbleiterchips (vergleiche 1C und 1D).
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin einen Formkörper 4, der an die Halbleiterchips 2 angeformt ist und die Halbleiterchips mechanisch stabil miteinander verbindet. In vertikaler Richtung, also senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite 10, erstreckt sich der Formkörper zwischen einer der Strahlungsaustrittsseite 10 zugewandten Vorderseite 45 und eine von der Vorderseite abgewandten Rückseite 46. In Längsrichtung erstreckt sich das Halbleiterbauelement zwischen einer ersten Endfläche 13 und einer zweiten Endfläche 14.
  • Der Formkörper 4 grenzt zumindest in Längsrichtung jeweils zumindest bereichsweise an die Seitenflächen der Halbleiterchips an. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt der Formkörper an alle vier Seitenflächen der Halbleiterchips an. Die Halbleiterchips 2 sind weiterhin auf einer der Strahlungsaustrittsseite 10 abgewandten Rückseite 292 mit Material des Formkörpers bedeckt.
  • Der Formkörper 4 kann ein Polymermaterial enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Beispielsweise kann das Polymermaterial ein Epoxid, ein Silikon, PPA oder Polyester enthalten. Das Polymermaterial kann mit insbesondere anorganischen Partikeln gefüllt sein, beispielsweise zur Steigerung der Reflektivität des Materials des Formkörpers und/oder zur Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Partikel können beispielsweise Glas, TiO2, Al2O3 oder ZrO enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin eine Isolationsschicht 30. In Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 10 bedeckt die Isolationsschicht 30 bereichsweise den Halbleiterchip 2 und den Formkörper 4. Insbesondere verläuft die Isolationsschicht 30 über eine den Halbleiterchip 2 in lateraler Richtung begrenzende Kante hinaus. Die Isolationsschicht dient einer vereinfachten elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2, insbesondere mittels einer planaren Kontaktierung, also einer Kontaktierung, die frei von Drahtbond-Verbindungen ist.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin eine Kontaktstruktur 50. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Kontaktstruktur ausschließlich auf der Vorderseite 45 des Formkörpers 4. Eine rückseitige Bearbeitung des Formkörpers zu Kontaktierungszwecken ist also nicht erforderlich.
  • Die Kontaktstruktur umfasst eine erste Kontaktfläche 51 und eine zweite Kontaktfläche 52. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche sind zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements 1 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Kontaktfläche 51 in einem an die erste Endfläche 13 angrenzenden ersten Endbereich 130 und die zweite Kontaktfläche 52 in einem am die zweite Endfläche 14 angrenzenden zweiten Endbereich 140 des Halbleiterbauelements angeordnet. Die Halbleiterchips 2 sind mittels der Kontaktstruktur 50 mit der ersten Kontaktfläche 51 und der zweiten Kontaktfläche 52 elektrisch leitend verbunden und zueinander in Serie verschaltet. Benachbarte Halbleiterchips 2 sind jeweils über Kontaktbahnen 55 der Kontaktstruktur 50 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktstruktur 50 bildet eine planare Kontaktierung der Halbleiterchips.
  • An den Kanten des Halbleiterchips 2, über die die Kontaktstruktur 50 geführt ist, ist die Isolationsschicht 30 in vertikaler Richtung gesehen zwischen der Kante des Halbleiterchips und der Kontaktstruktur 50 angeordnet.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst Seitenflächen 12, die die Vorderseite 45 mit der Rückseite 46 verbinden. Eine der Seitenflächen ist als Montageseitenfläche 11 ausgebildet. Bei der Befestigung an einem Anschlussträger, beispielsweise einer Leiterplatte oder einem Gehäuseteil, ist die Montageseitenfläche als eine Auflagefläche ausgebildet, sodass senkrecht durch die Strahlungsaustrittsseite 10 emittierte Strahlung parallel zur Hauptfläche des Anschlussträgers verläuft.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Kontaktfläche 51 und die zweite Kontaktfläche 52 von der Strahlungsaustrittsseite 10 her für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements 1 zugänglich.
  • Eine der Rückseite 292 gegenüberliegende Vorderseite der Halbleiterchips ist frei von Material des Formkörpers 4. Die Halbleiterchips 2 weisen jeweils zwei Kontakte auf, die mit der Kontaktstruktur 50 elektrisch leitend verbunden sind. Zwei Varianten für geeignete Halbleiterchips werden anhand eines jeweils in vergrößerter Darstellung abgebildeten Ausschnitts in den 1C und 1D näher beschrieben.
  • Bei dem in 1C dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Halbleiterchip 2 eine Halbleiterschichtenfolge 200, die auf einem Träger 29 angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20. Der aktive Bereich 20 ist zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 und einer zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet, wobei die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 zumindest stellenweise bezüglich des Ladungstyps voneinander verschieden sind, sodass sich der aktive Bereich 20 in einem pn-Übergang befindet. Beispielweise ist die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n-leitend oder umgekehrt. Die erste Halbleiterschicht 21 ist zwischen dem aktiven Bereich 20 und dem Träger 29 angeordnet.
  • Der in 1C dargestellte Halbleiterchip ist als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet, bei dem ein Aufwachssubstrat für die insbesondere epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge 200 entfernt ist und der Träger 29 die Halbleiterschichtenfolge 200 mechanisch stabilisiert. Die Halbleiterschichtenfolge 200 ist mittels einer Verbindungsschicht 28, beispielsweise einer Lotschicht oder einer Klebeschicht an dem Träger 29 befestigt.
  • Die erste Halbleiterschicht ist über eine erste Anschlussschicht 25 elektrisch leitend mit dem ersten Kontakt 23 verbunden. Die erste Anschlussschicht verläuft bereichsweise zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und dem Träger 29. Die erste Anschlussschicht oder zumindest eine Teilschicht davon ist insbesondere als eine Spiegelschicht für die im aktiven Bereich 20 erzeugte Strahlung ausgebildet. Beispielsweise enthält die erste Anschlussschicht Silber, Aluminium, Palladium oder Rhodium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 200 umfasst eine Mehrzahl von Ausnehmungen 27, die sich durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 hinein erstrecken. In den Ausnehmungen 27 ist die zweite Halbleiterschicht 22 über eine zweite Anschlussschicht 26 mit dem zweiten Kontakt 24 elektrisch leitend verbunden. Die erste Anschlussschicht 25 verläuft in vertikaler Richtung gesehen bereichsweise zwischen der zweiten Anschlussschicht 26 und der Halbleiterschichtenfolge 200. Der erste Kontakt 23 und der zweite Kontakt 24 sind jeweils auf der Vorderseite 291 des Trägers 29 ausgebildet. Die Kontakte sind seitlich der Halbleiterschichtenfolge 200 angeordnet. Eine Abschattung des aktiven Bereichs durch metallische Schichten zur elektrischen Kontaktierung kann so vermieden werden.
  • Bei dem in 1D dargestellten Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips ist der Träger im Unterschied hierzu durch das Aufwachssubstrat 29 gebildet. Eine Verbindungsschicht zwischen Halbleiterschichtenfolge 200 und Träger 29 ist also nicht erforderlich. Auch dieser Halbleiterchip weist zwei vorderseitige Kontakte für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 2 auf.
  • Bei beiden Varianten können die Halbleiterchips 2, wie in 1C gezeigt, in vertikaler Richtung aus dem Formkörper 4 heraus ragen. So kann vereinfacht erzielt werden, dass die Strahlungsaustrittsseite der Halbleiterchips frei von Material des Formkörpers ist. Die Halbleiterchips können jedoch auch bündig mit dem Formkörper abschließen oder, wie in 1D gezeigt, mit ihrer Strahlungsaustrittsseite in vertikaler Richtung gesehen unter der Vorderseite 45 des Formkörpers 4 angeordnet sein.
  • Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements 1 entstehen die Seitenflächen 12 und insbesondere die Montageseitenfläche 11 bei der Vereinzelung eines Verbunds in die Halbleiterbauelemente. Die Seitenflächen können daher zumindest bereichsweise Vereinzelungsspuren, beispielsweise Sägespuren oder Spuren eines Lasertrennverfahrens aufweisen.
  • Im Vergleich zu einem Halbleiterbauelement, bei dem Halbleiterbauelemente in einem vorgefertigten Gehäuse platziert werden, entsteht der Formkörper 4 bei der Herstellung durch ein Anformen einer Formmasse an die Halbleiterchips 2. Dadurch können einfach und zuverlässig geringe Abstände zwischen benachbarten Halbleiterchips und damit geringe Abstände zwischen den leuchtenden Bereichen auf der Strahlungsaustrittsseite 10 realisiert werden.
  • Beispielsweise beträgt ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 5 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 1 mm.
  • Auch in vertikaler Richtung können die Dimensionen des Halbleiterbauelements 1 besonders gering sein. Beispielsweise beträgt die vertikale Ausdehnung zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 1,5 mm. Bei Verwendung eines solchen Halbleiterbauelements für die Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung in einem Gerät kann so der Abstand der Anzeigevorrichtung zum Rand des Geräts reduziert werden. Dies wird im Zusammenhang mit 9A näher beschrieben.
  • Die Querausdehnung des Halbleiterbauelements 1 senkrecht zur Längsrichtung in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 10 gesehen ist vorzugsweise um höchstens 50 %, besonders bevorzugt um höchstens 30 %, größer als die Ausdehnung des Halbleiterchips 2 entlang dieser Richtung. Bei einer Montage des Halbleiterbauelements an der Montageseitenfläche 11 entspricht die Querausdehnung der Höhe des Halbleiterbauelements. Die Höhe des Halbleiterbauelements 1 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 1 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 0,5 mm.
  • In Längsrichtung kann die Ausdehnung vereinfacht an die anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst und in weiten Grenzen variiert werden. Die Ausdehnung in Längsrichtung kann mehrere Millimeter, beispielsweise mindestens 2 mm, oder auch 1 cm oder mehr betragen.
  • Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind die erste Kontaktfläche 51 und die zweite Kontaktfläche 52 jeweils im ersten Endbereich 130 des Halbleiterbauelements 1 angeordnet. Bei einer Serienverschaltung der Halbleiterchips 2 kann zwischen dem der zweiten Endfläche 14 nächstgelegenen Halbleiterchip 2 und der zweiten Kontaktfläche 52 eine Rückleitung 56 ausgebildet sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Rückleitung in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement seitlich an den Halbleiterchips 2 vorbei. Bei einem derartigen Halbleiterbauelement 1 stehen also, insbesondere auch bei einer Serienverschaltung der Halbleiterchips, beide für die externe elektrische Kontaktierung erforderlichen Kontakte in einem Endbereich zur Verfügung.
  • Das in 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 zumindest ein elektronisches Bauelement auf. Das elektronische Bauelement 61 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Konstantstromquelle ausgebildet und mit der Kontaktstruktur 50 elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist das elektronische Bauelement in einem Strompfad zwischen der ersten Kontaktfläche 51 und der zweiten Kontaktfläche 52 angeordnet. Zusätzlich ist ein weiteres elektronisches Bauelement 62 vorgesehen. Das weitere elektronische Bauelement ist als ein ESD-Schutzelement, beispielsweise als eine ESD-Schutzdiode oder als ein Widerstand ausgebildet. Das weitere elektronische Bauelement 62 ist parallel zu den Halbleiterchips 2 verschaltet. Das elektronische Bauelement, beispielsweise die Konstantstromquelle, kann als integrierter Schaltkreis in einem Gehäuse oder als ein ungehäuster flacher Flip-Chip ausgebildet sein.
  • Selbstverständlich kann das Halbleiterbauelement 1 auch mehr als zwei elektronische Bauelemente oder nur ein elektronisches Bauelement aufweisen, beispielsweise nur eine Konstantstromquelle oder nur ein ESD-Schutzelement.
  • Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 3 beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 eine Mehrzahl von Segmenten auf. In dem gezeigten Ausschnitt sind ein Segment 1a und ein weiteres Segment 1b gezeigt. Zwischen den Segmenten 1a, 1b ist eine Durchtrennungsstelle 15 ausgebildet. Die Segmente weisen jeweils mindestens einen Halbleiterchip 2, bevorzugt zwei oder mehr Halbleiterchips auf. Die Segmente 1a, 1b weisen weiterhin jeweils eine erste Kontaktfläche 51 und eine zweite Kontaktfläche 52 auf. Vor dem Durchtrennen entlang der Durchtrennungsstelle 15 sind die erste Kontaktfläche 51 des Segments 1a und die erste Kontaktfläche 51 des Segments 1b sowie die zweite Kontaktfläche 52 des Segments 1a und die zweite Kontaktfläche des Segments 1b elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Segmente sind gemeinsam betreibbar und in dem gezeigten Ausführungsbeispielzueinander parallel verschaltet. Durch das Durchtrennen entlang der Durchtrennungsstelle 15 entstehen zwei unabhängig voneinander montierbare und betreibbare Segmente.
  • Durch ein Durchtrennen an den Durchtrennungsstellen 15 kann die Länge des zu verwendenden Halbleiterbauelements auf einfache Weise auch kundenseitig variiert werden. Abhängig von der Art der elektrischen Verschaltung der einzelnen Segmente zueinander ist durch Variation der Länge auch die Betriebsspannung einstellbar, beispielsweise bei einer elektrischen Serienverschaltung der einzelnen Segmente.
  • Das in den 5A und 5B dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
  • Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 eine Mehrzahl von Volumenkontaktkörpern 53 auf. In vertikaler Richtung erstrecken sich die Volumenkontaktkörper vorzugsweise vollständig durch den Formkörper 4 hindurch. Die erste Kontaktfläche 51 und die zweite Kontaktfläche 52 sind jeweils durch einen Volumenkontaktkörper gebildet. Die Volumenkontaktkörper sind über die Kontaktstruktur 50 mit den Halbleiterchips 2 elektrisch leitend verbunden. Der Formkörper 4 ist an zumindest einer Seitenfläche des Volumenkontaktkörpers 3 an diesen angeformt. Der Volumenkontaktkörper 3 liegt zumindest an einer Seitenfläche des Halbleiterbauelements 1, beispielsweise an der Montageseitenfläche 11 frei. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Volumenkontaktkörper 53 jeweils an der Montageseitenfläche 11 und der der Montageseitenfläche 11 gegenüberliegenden Seitenfläche 12 frei. Weiterhin bildet einer der Volumenkontaktkörper 53 die erste Endfläche 13 und einer der Volumenkontaktkörper 53 die zweite Endfläche 14. Die elektrische Kontaktierung kann also insbesondere über die Montageseitenfläche 11, die Strahlungsaustrittsseite 10 oder die erste Endfläche 13 beziehungsweise die zweite Endfläche 14 erfolgen, ohne dass bei der Herstellung des Halbleiterbauelements die zur Ausbildung der Kontaktstruktur abgeschiedene Beschichtung die Seitenflächen des Halbleiterbauelements bedecken muss.
  • Das in den 6A und 6B dargestellte sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 10 Einbuchtungen 16 auf. Die Seitenflächen 160 der Einbuchtungen 16 sind mit einer Beschichtung 54 als Teil der Kontaktstruktur 50 versehen. Die elektrische Kontaktierung kann also nicht nur von der Strahlungsaustrittsseite 10 her, sondern auch von der ersten Endfläche 13 beziehungsweise der zweiten Endfläche 14 her erfolgen. In Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 weist die Einbuchtung vorzugsweise die Grundform eines Kreissegments auf. Eine derartige Form ist besonders einfach herzustellen. Grundsätzlich kann jedoch auch eine andere Form für die Einbuchtung 16 Anwendung finden.
  • Das in den 7A und 7B dargestellte siebte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 6A und 6B beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 auch zumindest zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips 2 Einbuchtungen 16 auf. Die Seitenflächen der Einbuchtungen 16 sind wiederum mit einer Beschichtung 54 versehen. Über die Einbuchtungen 16 ist das Halbleiterbauelement 1 nicht nur in den Endbereichen 130, 140 elektrisch Kontaktierbar, sondern auch zwischen den Halbleiterchips 2, insbesondere von der Montagseitenfläche 11 her.
  • Mittels der beschichteten Einbuchtungen 16 wird weiterhin auch die mechanische und thermische Anbindung des Halbleiterbauelements 1 verbessert. Insbesondere kann über das Metall der Beschichtung eine Wärmeabfuhr nahe den Halbleiterchips 2 erzielt werden.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin optional ein Strahlungskonversionselement 97. Das Strahlungskonversionselement überdeckt jeweils einen Halbleiterchip 2 in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 10 vollständig oder zumindest bereichsweise, sodass im Halbleiterchip 2 erzeugte Primärstrahlung vollständig oder zumindest teilweise in Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen Peak-Wellenlänge umgewandelt wird. Beispielsweise wird für das Auge weiß erscheinendes Mischlicht abgestrahlt. Ein derartiges Strahlungskonversionselement kann selbstverständlich auch bei den anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen Anwendung finden.
  • 7C zeigt eine mögliche Kontaktierung des in 7B dargestellten Halbleiterbauelements 1. Hierin ist das Halbleiterbauelement 1 in eine Gruppe 17a und eine weitere Gruppe 17b unterteilt, wobei die erste Gruppe exemplarisch einen Halbleiterchip 2 und die zweite Gruppe mehrere Halbleiterchips 2 aufweist. Die elektrische Kontaktierung der Gruppe 17a erfolgt über die erste Kontaktfläche 51 im ersten Endbereich 130 und die Beschichtung 54 der Einbuchtung 16. Die Kontaktierung der weiteren Gruppe 17b erfolgt über die Beschichtung 54 der Einbuchtung 16 und die zweite Kontaktfläche 52, die im zweiten Endbereich 140 angeordnet ist. Im Vergleich zu einer gemeinsamen elektrischen Kontaktierung aller Halbleiterchips 2 in Serie kann so die erforderliche Spannung für die Gruppen 17a, 17b reduziert werden. Selbstverständlich kann das Halbleiterbauelement 1 auch in mehr als zwei Gruppen unterteilt sein, wobei die einzelnen Gruppen jeweils gleich viele Halbleiterchips oder zumindest teilweise voneinander verschiedene Anzahlen von Halbleiterchips aufweisen können.
  • Das in den 8A und 8B dargestellte achte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Insbesondere sind die erste Kontaktfläche 51 und die zweite Kontaktfläche 52 im ersten Endbereich 130 angeordnet. Das Halbleiterbauelement ist also in Längsrichtung gesehen von einer Seite her elektrisch kontaktierbar. Zwischen dem der zweiten Endfläche 14 nächstgelegenen Halbleiterchip 2 und der zweiten Kontaktfläche 52 ist eine Rückleitung 56 ausgebildet. Die Rückleitung verläuft bereichsweise an der Rückseite 46. Die Rückleitung verläuft weiterhin durch Aussparungen 57, die sich in vertikaler Richtung durch den Formkörper 4 hindurch erstrecken. Auf eine in Draufsicht seitlich an den Halbleiterchips 2 vorbei geführte Rückleitung kann verzichtet werden. Die Bauhöhe des Halbleiterbauelements kann so auch bei einer Serienverschaltung und beiden Kontaktflächen in einem Endbereich weiter verringert werden.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft ein Strompfad zwischen der zweiten Kontaktfläche und dem der zweiten Endfläche 14 nächstgelegenen Halbleiterchip 2 in vertikaler Richtung zweimal durch den Formkörper 4. Davon abweichend kann die zweite Kontaktfläche 52 im ersten Endbereich 130 auch an der Rückseite 46 angeordnet sein. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich auch die erste Kontaktfläche 51 an der Rückseite angeordnet sein und beispielsweise über eine Aussparung im Formkörper 4 mit dem der ersten Endfläche nächst gelegenen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchip 2 elektrisch leitend verbunden sein. Es können also beide Kontaktflächen an der Rückseite 46 des Formkörpers angeordnet sein.
  • In 9A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung 9 in einem Gerät 95, beispielsweise einem mobilen elektronischen Gerät, etwa einem Mobiltelefon oder einem mobilen Computer, gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung 9 umfasst ein Halbleiterbauelement 1, das exemplarisch wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschrieben ausgebildet ist. Es eignen sich alternativ jedoch auch die weiteren vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Beleuchtungsvorrichtung 9 umfasst weiterhin einen Lichtleiter 91 zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, etwa einer Flüssigkristallanzeige, wobei im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung die von den Halbleiterchips 2 emittierte Strahlung durch eine Seitenfläche 910 des Lichtleiters eingekoppelt wird. Die elektrische Kontaktierung der ersten Kontaktfläche 51 und der zweiten Kontaktfläche 52 erfolgt über Anschlusselemente 96 des Geräts, beispielsweise Federpins, angelötete oder angeklebte Stecker oder Kabel. Das Halbleiterbauelement kann auch direkt am Lichtleiter 91 befestigt werden. In diesem Fall ist das Halbleiterbauelement bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise an den Lichtleiter angepasst.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 9 kann, wie in 9B schematisch dargestellt, auch mehr als ein Halbleiterbauelement 1 aufweisen, beispielsweise zwei nebeneinander entlang der Seitenfläche 910 angeordnete Halbleiterbauelemente. Bei einer Serienverschaltung der Halbleiterchips in einem Halbleiterbauelement 1 kann die für den Betrieb erforderliche Versorgungsspannung durch Aufteilung der erforderlichen Halbleiterchips auf zwei Halbleiterbauelemente halbiert werden.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der Seitenfläche 910 des Lichtleiters 91 ein Strahlungskonversionselement 97 angeordnet. Davon abweichend kann das Halbleiterbauelement 1 das Strahlungskonversionselement aufweisen, wie beispielsweise im Zusammenhang mit 7A beschrieben.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist in den 10A bis 10E schematisch in Draufsicht auf die spätere Strahlungsaustrittsseite gezeigt, wobei exemplarisch Halbleiterbauelemente hergestellt werden, die wie im Zusammenhang mit den 5A und 5B beschrieben ausgebildet sind.
  • Wie in 10A gezeigt, wird eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 bereitgestellt, beispielsweise auf einem Hilfsträger, etwa einer Folie oder einem starren Träger. Weiterhin werden vorgefertigte Volumenkontaktkörper 53 bereitgestellt.
  • Nachfolgend werden die Halbleiterkörper 2 und die Volumenkontaktkörper 53 von einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds 40 umformt (10B). Hierfür eignet sich beispielsweise ein Gieß-Verfahren. Die Vorderseite der Halbleiterchips bleibt frei von der Formmasse.
  • Wie in 10C dargestellt, wird auf dem Formkörperverbund 40 mit den Halbleiterchips 2 eine Isolationsschicht 30 aufgebracht. Nachfolgend wird über die Kanten der Halbleiterchips 2, auf denen die Isolationsschicht 30 aufgebracht ist, eine Beschichtung 5 zur elektrischen Verbindung der Halbleiterchips 2 untereinander ausgebildet (10D). Die Beschichtung 5 kann beispielsweise mittels Aufdampfens oder Sputterns erfolgen und gegebenenfalls nachfolgend verstärkt werden, beispielsweise mittels galvanischer Abscheidung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird lediglich die Vorderseite des Formkörperverbunds mit der Beschichtung versehen.
  • Zur Ausbildung der einzelnen Halbleiterbauelemente 1 wird der Formkörperverbund 40 entlang von ersten Trennlinien 491 und senkrecht dazu verlaufenden zweiten Trennlinien 492 vereinzelt. Beim Vereinzeln entstehen die Seitenflächen der Halbleiterbauelemente 1, insbesondere die Montageseitenfläche 11. Die Bauhöhe der Halbleiterbauelemente 1 ist also bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente durch den Mittenabstand der ersten Trennlinien 491 zueinander und die Spurbreite beim Vereinzeln vorgegeben.
  • Das Vereinzeln kann mechanisch, beispielsweise mittels Sägens, chemisch, beispielsweise mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, oder mittels kohärenter Strahlung erfolgen.
  • Beim Vereinzeln entlang der ersten Trennlinien 491 und/oder entlang der zweiten Trennlinien 492 werden zudem die Volumenkontaktkörper 53 freigelegt, sodass die Halbleiterbauelemente 1 auch an den einander gegenüberliegenden ersten Endflächen 13 und zweiten Endflächen 14 und/oder an der Montageseitenfläche 11 extern elektrisch kontaktierbar sind.
  • Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann auf die Volumenkontaktkörper 53 auch verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements 1 vorzugsweise seitens der Strahlungsaustrittsseite 10, wie beispielsweise im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben.
  • In den 11A und 11B ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von zwei Zwischenschritten gezeigt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 10A bis 10E beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu werden keine Volumenkontaktkörper 53 bereitgestellt. Stattdessen wird der Formkörperverbund 40 derart ausgebildet, dass dieser Ausnehmungen 42 aufweist. Vorzugsweise erstrecken sich die Ausnehmungen 42 in vertikaler Richtung vollständig durch den Formkörperverbund 40 hindurch. Die Ausnehmungen können bereits beim Ausbilden des Formkörperverbunds, etwa durch eine entsprechende Gießform, oder nachträglich im Formkörperverbund ausgebildet werden, beispielsweise mittels kohärenter Strahlung, mechanisch oder chemisch.
  • Nachfolgend wird die Beschichtung 5, wie in 11A gezeigt, derart ausgebildet, dass die Seitenflächen der Ausnehmungen 42 mit dem Material der Beschichtung bedeckt werden. Zur vereinfachten Darstellung ist die Isolationsschicht 30 in den 11A und 11B nicht gezeigt. Eine solche Isolationsschicht kann jedoch wie vorstehend beschrieben vorhanden und ausgebildet sein.
  • Das Vereinzeln erfolgt, wie in 11B dargestellt, derart, dass die Vereinzelung entlang der ersten Trennlinien 491 und/oder der zweiten Trennlinien 492 durch die Ausnehmungen 42 verläuft. In 11B verlaufen exemplarisch die zweiten Trennlinien 492 durch die Ausnehmungen 42, sodass die bei der Vereinzelung entstehenden ersten Endflächen 13 und zweiten Endflächen 14 jeweils eine durch die Ausnehmung 42 gebildete Einbuchtung aufweisen.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und zuverlässige Weise Halbleiterbauelemente hergestellt werden, die sich durch eine besonders kompakte Bauform, insbesondere eine geringe Bauhöhe, auszeichnen und gleichzeitig eine effiziente Einkopplung vergleichsweise hoher Strahlungsleistungen auch in dünne Lichtleiter erlauben.

Claims (19)

  1. Halbleiterbauelement (1) mit - einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweisen; - einer Strahlungsaustrittsseite (10), die parallel zu den aktiven Bereichen verläuft; - einer Montageseitenfläche (11), die für die Befestigung des Halbleiterbauelements vorgesehen ist und schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsseite verläuft; - einem Formkörper (4), der stellenweise an die Halbleiterchips angeformt ist und zumindest bereichsweise die Montageseitenfläche bildet, wobei der Formkörper (4) zumindest in einer Längsrichtung jeweils zumindest bereichsweise an die Seitenflächen der Halbleiterchips (2) angrenzt; und - einer Kontaktstruktur (50), die auf dem Formkörper angeordnet ist und zumindest zwei Halbleiterchips der Mehrzahl von Halbleiterchips auf einer Vorderseite (45) des Formkörpers elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Vorderseite des Formkörpers der Strahlungsaustrittsseite (10) des Halbleiterbauelements zugewandt ist; wobei - die Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche (51) und eine zweite Kontaktfläche (52) für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements aufweist und die Kontaktflächen an der Montageseitenfläche zugänglich sind; und - der Formkörper eine der Strahlungsaustrittsseite (10) abgewandte Rückseite (292) der Halbleiterchips jeweils zumindest bereichsweise bedeckt.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei alle zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements entlang der Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Längsrichtung parallel zur Strahlungsaustrittsseite verläuft.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips jeweils einen ersten Kontakt (23) und einen zweiten Kontakt (24) aufweisen, die der Strahlungsaustrittsseite zugewandt und mit der Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden sind.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement zumindest ein elektronisches Bauelement (61, 62) aufweist, das mit der Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden und über die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche extern elektrisch kontaktierbar ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Halbleiterbauelement in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite zwischen einer ersten Endfläche (13) und einer zweiten Endfläche (14) erstreckt, wobei die erste Kontaktfläche in einem an die erste Endfläche angrenzenden ersten Endbereich (130) und die zweite Kontaktfläche in einem an die zweite Endfläche angrenzenden zweiten Endbereich (140) des Halbleiterbauelements angeordnet sind.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich das Halbleiterbauelement in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite zwischen einer ersten Endfläche (13) und einer zweiten Endfläche (14) erstreckt, wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche in einem an die erste Endfläche angrenzenden ersten Endbereich (130) des Halbleiterbauelements angeordnet sind.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement zumindest einen elektrisch leitfähigen Volumenkontaktkörper (53) aufweist, an den der Formkörper angeformt ist und mit den Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden ist.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite eine rechteckige Grundform mit zumindest einer Einbuchtung (16) aufweist, wobei die Kontaktstruktur eine Seitenfläche (160) der Einbuchtung zumindest bereichsweise bedeckt.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei das Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Einbuchtungen aufweist und zumindest eine der Einbuchtungen zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips angeordnet ist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips des Halbleiterbauelements in zumindest zwei Gruppen (17a, 17b) unterteilt sind, wobei die Gruppen mittels der in den Einbuchtungen angeordneten Kontaktstruktur unabhängig voneinander extern elektrisch kontaktierbar sind.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Segmenten (1a, 1b) aufweist, zwischen denen Durchtrennungsstellen (15) angeordnet sind, so dass die Segmente vor einem Durchtrennen an den Durchtrennungsstellen elektrisch leitend miteinander verbunden und nach dem Durchtrennen unabhängig voneinander montierbar und extern elektrisch kontaktierbar sind.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement zwischen dem Formkörper und der Kontaktstruktur eine Isolationsschicht (30) aufweist, die in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite bereichsweise den Formkörper und bereichsweise zumindest einen der zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchips bedeckt.
  13. Beleuchtungsvorrichtung (9) mit zumindest einem Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Lichtleiter (91), wobei im Betrieb durch die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauelements austretende Strahlung in eine Seitenfläche (910) des Lichtleiters einkoppelt.
  14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der zumindest zwei Halbleiterbauelemente entlang der Seitenfläche des Lichtleiters nebeneinander angeordnet sind.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweisen; b) bereichsweises Umformen der Halbleiterchips mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds (40); c) Ausbilden einer strukturierten Beschichtung (5) auf dem Formkörperverbund zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips; und d) Vereinzeln des Formkörperverbunds in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelemente, die jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterchips aufweisen, wobei - jeweils zumindest zwei der Halbleiterchips eines Halbleiterbauelements mittels einer durch die strukturierte Beschichtung gebildeten Kontaktstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden sind und eine beim Vereinzeln entstehende Seitenfläche (12) der vereinzelten Formkörper eine Montageseitenfläche (11) des Halbleiterbauelements bildet, - die Kontaktstruktur zumindest zwei Halbleiterchips auf einer Vorderseite (45) des Formkörpers elektrisch leitend miteinander verbindet, - die Vorderseite des Formkörpers einer Strahlungsaustrittsseite (10) des Halbleiterbauelements zugewandt ist; und - der Formkörper eine der Strahlungsaustrittsseite abgewandte Rückseite (292) der Halbleiterchips jeweils zumindest bereichsweise bedeckt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Formkörperverbund vor Schritt c) zumindest zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips eine Ausnehmung (42) aufweist, die mit der Beschichtung versehen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei vor Schritt b) elektrisch leitfähige Volumenkontaktkörper (53) bereitgestellt werden, an die der Formkörperverbund in Schritt b) angeformt wird und die in Schritt c) über die strukturierte Beschichtung elektrisch leitend mit zumindest einem der Halbleiterchips verbunden werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Kontaktstruktur eine erste Kontaktfläche (51) und eine zweite Kontaktfläche (52) für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements aufweist und die Kontaktflächen an der Montageseitenfläche zugänglich sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird.
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