DE102015109877A1 - Optoelektronisches Bauelement - Google Patents

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Harald Jaeger
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen Träger und einen auf einer Oberseite des Trägers angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip. Der Träger weist einen in ein Formmaterial eingebetteten ersten Leiterrahmenabschnitt auf. Eine Oberseite des ersten Leiterrahmenabschnitts schließt an der Oberseite des Trägers bündig mit dem Formmaterial ab. Der optoelektronische Halbleiterchip ist teilweise auf der Oberseite des ersten Leiterrahmenabschnitts und teilweise auf dem Formmaterial angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1.
  • Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, mit Gehäusen auszubilden, die einen Träger umfassen, der in ein Formmaterial eingebettete Leiterrahmenabschnitte aufweist. Bei diesen optoelektronischen Bauelementen wird ein optoelektronischer Halbleiterchip auf einem der metallisierten Leiterrahmenabschnitte des Trägers angeordnet.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen Träger und einen auf einer Oberseite des Trägers angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip. Der Träger weist einen in ein Formmaterial eingebetteten ersten Leiterrahmenabschnitt auf. Eine Oberseite des ersten Leiterrahmenabschnitts schließt an einer Oberseite des Trägers bündig mit dem Formmaterial ab. Der optoelektronische Halbleiterchip ist teilweise auf der Oberseite des ersten Leiterrahmenabschnitts und teilweise auf dem Formmaterial angeordnet.
  • Dadurch, dass der optoelektronische Halbleiterchip bei diesem optoelektronischen Bauelement teilweise auf dem Formmaterial des Trägers angeordnet ist, wird es ermöglicht, den Träger des optoelektronischen Bauelements mit sehr geringen lateralen Abmessungen auszubilden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des optoelektronischen Bauelements. Durch die geringen lateralen Abmessungen des Trägers des optoelektronischen Bauelements kann das optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise auch in Anwendungsfeldern mit begrenzt zur Verfügung stehendem Bauraum eingesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist eine der Oberseite des Trägers zugewandte Rückseite des optoelektronischen Halbleiterchips elektrisch isolierend. Vorteilhafterweise wird dadurch ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und dem ersten Leiterrahmenabschnitt des Trägers des optoelektronischen Bauelements verhindert.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip als Saphirchip oder als Dünnfilmchip ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip über einen Bonddraht elektrisch leitend mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt verbunden. Vorteilhafterweise wird bei dem optoelektronischen Bauelement dadurch eine elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips über den ersten Leiterrahmenabschnitt des Trägers des optoelektronischen Bauelements ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist der Träger einen in das Formmaterial eingebetteten zweiten Leiterrahmenabschnitt auf. Dabei ist der optoelektronische Halbleiterchip über einen Bonddraht elektrisch leitend mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt verbunden. Vorteilhafterweise wird dadurch eine elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips über den zweiten Leiterrahmenabschnitt des Trägers des optoelektronischen Bauelements ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip mit einem Kleber an der Oberseite des Trägers befestigt. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache, kostengünstige und mechanisch robuste Befestigung des optoelektronischen Halbleiterchips an der Oberseite des Trägers des optoelektronischen Bauelements.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist der Kleber ein Silikon und/oder ein Epoxid auf. Vorteilhafterweise ist der Kleber dadurch kostengünstig erhältlich, einfach anwendbar und weist günstige mechanische Eigenschaften auf.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist der Kleber einen eingebetteten Füllstoff auf. Vorteilhafterweise kann der Kleber dadurch eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, wodurch eine wirksame Abfuhr von im Betrieb des optoelektronischen Bauelements in dem optoelektronischen Halbleiterchip anfallender Abwärme ermöglicht wird.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Formmaterial ein Silikon und/oder ein Epoxid auf. Vorteilhafterweise ist das Formmaterial dadurch kostengünstig erhältlich, lässt sich einfach und kostengünstig verarbeiten und weist günstige mechanische Eigenschaften auf.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Formmaterial einen eingebetteten Füllstoff auf. Vorteilhafterweise kann das Formmaterial dadurch eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, wodurch eine besonders wirksame Abfuhr von im Betrieb des optoelektronischen Bauelements in dem optoelektronischen Halbleiterchip anfallende Abwärme über den Träger des optoelektronischen Bauelements ermöglicht wird.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist dieses einen weiteren optoelektronischen Halbleiterchip auf, der auf der Oberseite des Trägers angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann das optoelektronische Bauelement dadurch eine besonders hohe Leistung aufweisen. Durch die gemeinsame Anordnung des optoelektronischen Halbleiterchips und des weiteren optoelektronischen Halbleiterchips auf der Oberseite des Trägers weist das optoelektronische Bauelement dabei besonders kompakte äußere Abmessungen auf.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der erste Leiterrahmenabschnitt an einer der Oberseite des Trägers gegenüberliegenden Unterseite des Trägers zugänglich. Dabei kann der an der Unterseite des Trägers zugängliche Teil des ersten Leiterrahmenabschnitts zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements dienen. Das optoelektronische Bauelement kann sich dadurch beispielsweise für eine Oberflächenmontage eignen, insbesondere beispielsweise für eine Oberflächenmontage mittels Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten).
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
  • 1 eine Aufsicht auf einen Träger eines optoelektronischen Bauelements;
  • 2 eine geschnittene Seitenansicht des Trägers;
  • 3 eine Aufsicht auf ein den Träger umfassendes optoelektronisches Bauelement; und
  • 4 eine geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements.
  • 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Oberseite 101 eines Trägers 100, der zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements vorgesehen ist. 2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des Trägers 100.
  • Der Träger 100 weist im in 1 und 2 dargestellten Beispiel einen ersten Leiterrahmenabschnitt 210, einen zweiten Leiterrahmenabschnitt 220 und einen dritten Leiterrahmenabschnitt 230 auf. Der erste Leiterrahmenabschnitt 210, der zweite Leiterrahmenabschnitt 220 und der dritte Leiterrahmenabschnitt 230 werden durch Abschnitte eines gemeinsamen Leiterrahmens 200 gebildet und sind durch im Leiterrahmen 200 ausgebildete Durchbrüche körperlich voneinander getrennt und elektrisch gegeneinander isoliert. Es ist möglich, den Träger 100 mit weniger oder mit mehr als drei Leiterrahmenabschnitten 210, 220, 230 auszubilden.
  • Der Leiterrahmen 200 ist als dünnes Blech mit einer Oberseite 201 und einer der Oberseite 201 gegenüberliegenden Unterseite 202 ausgebildet. Die die Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 voneinander trennenden Durchbrüche erstrecken sich zwischen der Oberseite 201 und der Unterseite 202 durch den Leiterrahmen 200. Zusätzlich kann der Leiterrahmen 200 an seiner Oberseite 201 und/oder an seiner Unterseite 202 Aussparungen oder Vertiefungen aufweisen, durch die die Dicke des Leiterrahmens 200 über seine laterale Ausdehnung hinweg variiert. Die Durchbrüche und Vertiefungen des Leiterrahmens 200 können beispielsweise mittels eines Ätzprozesses angelegt worden sein.
  • Der Leiterrahmen 200 weist ein elektrisch leitendes Material auf, beispielsweise ein Metall. Der Leiterrahmen 200 kann an seiner Oberseite 201 und/oder an seiner Unterseite 202 metallische Beschichtungen aufweisen, die dazu vorgesehen sind, ein optisches Reflexionsvermögen des Leiterrahmens 200 zu erhöhen, eine Kontaktierbarkeit des Leiterrahmens 200 mittels eines Bonddrahts zu verbessern oder eine Kontaktierbarkeit des Leiterrahmens 200 mittels eines Lötverfahrens zu verbessern.
  • Die Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 sind in einen Formkörper 300 eingebettet. Gemeinsam bilden der Formkörper 300 und die in den Formkörper 300 eingebetteten Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 den Träger 100.
  • Der Formkörper 300 weist ein Formmaterial 310 auf. Das Formmaterial 310 kann beispielsweise ein Silikon und/oder ein Epoxid aufweisen. Das Formmaterial 310 kann auch einen eingebetteten Füllstoff aufweisen, der dazu vorgesehen ist, die Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers 300 zu erhöhen.
  • Der Formkörper 300 ist durch Umformen der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 mit dem Formmaterial 310 ausgebildet worden. Beispielsweise kann der Formkörper 300 durch Spritzpressen (Transfer Molding) oder durch Spritzgießen (Injection Molding) hergestellt worden sein.
  • Die Oberseite 201 der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 ist zumindest teilweise nicht durch das Formmaterial 310 des Formkörpers 300 bedeckt, sondern schließt bündig mit einer Oberseite 301 des Formkörpers 300 ab. Gemeinsam bilden die Oberseite 301 des Formkörpers 300 und die Oberseite 201 der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 die Oberseite 101 des Trägers 100. Auch die Unterseite 202 der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 ist zumindest teilweise nicht durch das Formmaterial 310 des Formkörpers 300 bedeckt, sondern schließt bündig mit einer Unterseite 302 des Formkörpers 300 ab. Gemeinsam bilden die Unterseite 202 der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 und die Unterseite 302 des Formkörpers 300 eine Unterseite 102 des Trägers 100.
  • Der Träger 100 kann gemeinsam mit einer Vielzahl weiterer gleichartiger Träger 100 in einem Trägerverbund hergestellt werden. In diesem Fall umfasst der Leiterrahmen 200 neben dem ersten Leiterrahmenabschnitt 210, dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 220 und dem dritten Leiterrahmenabschnitt 230 eine Vielzahl gleichartiger weiterer Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230. Der erste Leiterrahmenabschnitt 210, der zweite Leiterrahmenabschnitt 220 und der dritte Leiterrahmenabschnitt 230 können in diesem Fall über die weiteren Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 körperlich miteinander verbunden sein. Der ausgedehnte Leiterrahmen 200 wird in seiner Gesamtheit in das Formmaterial 310 eingebettet, um hierdurch den Trägerverbund zu bilden. In einem späteren Bearbeitungsschritt wird der Trägerverbund, beispielsweise mittels eines Sägeprozesses, in die einzelnen Träger 100 zerteilt, wodurch der erste Leiterrahmenabschnitt 210, der zweite Leiterrahmenabschnitt 220 und der dritte Leiterrahmenabschnitt 230 körperlich voneinander getrennt werden.
  • 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement 10. 4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) sein.
  • Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst den in 1 und 2 gezeigten Träger 100 sowie einen optoelektronischen Halbleiterchip 400. Der optoelektronische Halbleiterchip 400 ist auf der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet. Falls der Träger 100 gemeinsam mit einer Vielzahl weiterer Träger 100 in einem Trägerverbund hergestellt worden ist, so ist der optoelektronische Halbleiterchip 400 bevorzugt bereits vor dem Zerteilen des Trägerverbunds auf der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet worden.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 400 weist eine Vorderseite 401 und eine der Vorderseite 401 gegenüberliegende Rückseite 402 auf. Der optoelektronische Halbleiterchip 400 kann beispielsweise ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip) sein. In diesem Fall kann die Vorderseite 401 des optoelektronischen Halbleiterchips 400 eine Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 400 bilden. Die Rückseite 402 des optoelektronischen Halbleiterchips 400 ist elektrisch isolierend. Der optoelektronische Halbleiterchip 400 kann beispielsweise als Saphirchip oder als Dünnfilmchip ausgebildet sein.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 400 ist derart an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet, dass die Rückseite 402 des optoelektronischen Halbleiterchips 400 der Oberseite 101 des Trägers 100 zugewandt ist. Dabei ist der optoelektronische Halbleiterchip 400 teilweise auf der Oberseite 201 des ersten Leiterrahmenabschnitts 200 und teilweise auf der Oberseite 201 des Formkörpers 300 angeordnet. Außerdem ist der optoelektronische Halbleiterchip 400 in dem in 3 und 4 gezeigten Beispiel teilweise auf der Oberseite 201 des zweiten Leiterrahmenabschnitts 220 angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es wäre ausreichend, den optoelektronischen Halbleiterchip 400 teilweise auf der Oberseite 201 des ersten Leiterrahmenabschnitts 210 und teilweise auf der Oberseite 301 des Formkörpers 300 anzuordnen.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 400 ist mittels eines Klebers 500 mit der Oberseite 101 des Trägers 100 verbunden. Der Kleber 500 kann beispielsweise ein Silikon und/oder ein Epoxid aufweisen. Der Kleber 500 kann auch einen eingebetteten Füllstoff aufweisen, der beispielsweise dazu vorgesehen sein kann, eine Wärmeleitfähigkeit des Klebers 500 zu erhöhen.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 400 weist an seiner Vorderseite 401 eine erste elektrische Kontaktfläche 410 und eine zweite elektrische Kontaktfläche 420 auf. Die erste elektrische Kontaktfläche 410 ist über einen ersten Bonddraht 510 elektrisch leitend mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 210 des Trägers 100 verbunden. Die zweite elektrische Kontaktfläche 420 des optoelektronischen Halbleiterchips 400 ist über einen zweiten Bonddraht 520 elektrisch leitend mit dem dritten Leiterrahmenabschnitt 230 verbunden. Es wäre aber auch möglich, die erste elektrische Kontaktfläche 410 und/oder die zweite elektrische Kontaktfläche 420 des optoelektronischen Halbleiterchips 400 mit einem anderen der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 zu verbinden, solange die erste elektrische Kontaktfläche 410 und die zweite elektrische Kontaktfläche 420 mit unterschiedlichen Leiterrahmenabschnitten 210, 220, 230 des Trägers 100 verbunden werden.
  • An der Unterseite 102 des Trägers 100 liegen zumindest Teile der Leiterrahmenabschnitte 210, 220, 230 des Leiterrahmens 200 frei und ermöglichen dadurch eine elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise als SMD-Bauelement für eine Oberflächenmontage vorgesehen sein, insbesondere beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten).
  • Das optoelektronische Bauelement 10 kann neben dem optoelektronischen Halbleiterchip 400 mindestens einen weiteren optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen, der gemeinsam mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 400 an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet ist.
  • An der Oberseite 101 des Trägers 100 des optoelektronischen Bauelements 10 kann ein Vergussmaterial angeordnet sein. In diesem Fall ist der optoelektronische Halbleiterchip 400 in das Vergussmaterial eingebettet. Das Vergussmaterial kann beispielsweise ein Silikon aufweisen. Das Vergussmaterial kann auch eingebettete wellenlängenkonvertierende Partikel aufweisen, die dazu vorgesehen sind, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 400 emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Falls der Träger 100 gemeinsam mit weiteren Trägern 100 in einem Trägerverbund hergestellt wird, so kann das Vergussmaterial bereits vor dem Zerteilen des Trägerverbunds an der Oberseite des Trägerverbunds angeordnet werden.
  • Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt.
  • Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    optoelektronisches Bauelement
    100
    Träger
    101
    Oberseite
    102
    Unterseite
    200
    Leiterrahmen
    201
    Oberseite
    202
    Unterseite
    210
    erster Leiterrahmenabschnitt
    220
    zweiter Leiterrahmenabschnitt
    230
    dritter Leiterrahmenabschnitt
    300
    Formkörper
    301
    Oberseite
    302
    Unterseite
    310
    Formmaterial
    400
    optoelektronischer Halbleiterchip
    401
    Vorderseite
    402
    Rückseite
    410
    erste elektrische Kontaktfläche
    420
    zweite elektrische Kontaktfläche
    500
    Kleber
    510
    erster Bonddraht
    520
    zweiter Bonddraht

Claims (12)

  1. Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem Träger (100) und einem auf einer Oberseite (101) des Trägers (100) angeordneten optoelektronischen Halbleiterchip (400), wobei der Träger (100) einen in ein Formmaterial (310) eingebetteten ersten Leiterrahmenabschnitt (210) aufweist, wobei eine Oberseite (201) des ersten Leiterrahmenabschnitts (210) an der Oberseite (101) des Trägers (100) bündig mit dem Formmaterial (310) abschließt, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (400) teilweise auf der Oberseite (201) des ersten Leiterrahmenabschnitts (210) und teilweise auf dem Formmaterial (310) angeordnet ist.
  2. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 1, wobei eine der Oberseite (101) des Trägers (100) zugewandte Rückseite (402) des optoelektronischen Halbleiterchips (400) elektrisch isolierend ist.
  3. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 2, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (400) als Saphirchip oder als Dünnfilmchip ausgebildet ist.
  4. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (400) über einen Bonddraht (510) elektrisch leitend mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt (210) verbunden ist.
  5. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (100) einen in das Formmaterial (310) eingebetteten zweiten Leiterrahmenabschnitt (220) aufweist, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (400) über einen Bonddraht (520) elektrisch leitend mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt (220) verbunden ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (400) mit einem Kleber (500) an der Oberseite (101) des Trägers (100) befestigt ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 6, wobei der Kleber (500) ein Silikon und/oder ein Epoxid aufweist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, wobei der Kleber (500) einen eingebetteten Füllstoff aufweist.
  9. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formmaterial (310) ein Silikon und/oder ein Epoxid aufweist.
  10. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formmaterial (310) einen eingebetteten Füllstoff aufweist.
  11. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Bauelement (10) einen weiteren optoelektronischen Halbleiterchip (400) aufweist, der auf der Oberseite (101) des Trägers (100) angeordnet ist.
  12. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leiterrahmenabschnitt (210) an einer der Oberseite (101) des Trägers (100) gegenüberliegenden Unterseite (102) des Trägers (100) zugänglich ist.
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