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Es wird ein optoelektronisches Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, welches besonders Material sparend, einfach und kosteneffizient hergestellt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
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Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil ist beispielsweise ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauteil. Es kann sich bei dem optoelektronischen Bauteil insbesondere um eine Leuchtdiode oder um ein Leuchtdioden-Modul handeln. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des optoelektronischen Bauteils wird mittels des optoelektronischen Bauteils elektromagnetische Strahlung erzeugt und emittiert. Dabei ist es möglich, dass das optoelektronische Bauteil elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarot-Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, erzeugt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Anschlussfläche, einer der Anschlussfläche gegenüberliegenden Deckfläche und lateralen Seitenflächen, welche die Anschlussfläche und die Deckfläche miteinander verbinden. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, zum Beispiel einen Leuchtdiodenchip, welcher dazu ausgebildet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
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Der Halbleiterchip kann an seiner Anschlussfläche zumindest eine Kontaktfläche aufweisen, über die der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert und betrieben werden kann. Während des Betriebs tritt ein Großteil der im Halbleiterchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung durch die der Anschlussfläche gegenüberliegende Deckfläche aus dem Halbleiterchip aus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauteil einen ersten Vergusskörper auf. Der erste Vergusskörper umfasst beispielsweise ein Kunststoffmaterial, insbesondere Silikon, oder besteht aus diesem. Zusätzlich kann der erste Vergusskörper zumindest ein Konversionsmittel umfassen. Das Konversionsmittel ist dazu ausgebildet, im Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Bei dem Konversionsmittel kann es sich beispielsweise um Partikel eines Leuchtstoffs handeln. Vorteilhafterweise hat der erste Vergusskörper auch eine schützende Funktion für den Halbleiterchip, sodass mittels des ersten Vergusskörpers der Halbleiterchip beispielsweise vor mechanischen und/oder chemischen Beschädigungen geschützt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil einen zweiten Vergusskörper. Der zweite Vergusskörper ist insbesondere mit einem transparenten Material, beispielsweise mit einem Kunststoff, insbesondere Silikon, gebildet oder besteht aus diesem.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der erste Vergusskörper alle lateralen Seitenflächen und die Deckfläche des Halbleiterchips, insbesondere vollständig. Beispielsweise ist die Dicke des ersten Vergusskörpers auf den lateralen Seitenflächen des Halbleiterchips, gemessen senkrecht zu den lateralen Seitenflächen des Halbleiterchips, im Rahmen der Herstellungstoleranz genau so groß wie die Dicke auf der Deckfläche, gemessen senkrecht zu der Deckfläche des Halbleiterchips. "Im Rahmen der Herstellungstoleranz" heißt hier und im Folgenden, dass eine Abweichung höchstens 5 %, insbesondere höchstens 1 % beträgt.
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Der erste Vergusskörper steht in direktem Kontakt mit den lateralen Seitenflächen und der Deckfläche des Halbleiterchips. Insbesondere sind der erste Vergusskörper und der Halbleiterchip ohne ein weiteres Verbindungsmittel zwischen ihnen stoffschlüssig miteinander verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Vergusskörper eine Bodenfläche auf, die bündig oder im Wesentlichen bündig mit der Anschlussfläche des Halbleiterchips abschließt. "Im Wesentlichen bündig" heißt dabei, dass der erste Vergusskörper mit seiner Bodenfläche die Anschlussfläche um die Höhe von gegebenenfalls vorhandenen Anschlussstellen an der Anschlussfläche überragen kann, falls die Anschlussstellen nicht bündig mit der Anschlussfläche abschließen. Beispielsweise erstreckt sich die Bodenfläche des ersten Vergusskörpers im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zur Anschlussfläche des Halbleiterchips. Insbesondere liegen die Bodenfläche des ersten Vergusskörpers und die Anschlussfläche des Halbleiterchips im Rahmen der Herstellungstoleranz in der gleichen Ebene.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Vergusskörper eine Bodenfläche auf, die im Rahmen der Herstellungstoleranz bündig mit der Bodenfläche des ersten Vergusskörpers abschließt. Beispielsweise erstreckt sich die Bodenfläche des zweiten Vergusskörpers im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zur Anschlussfläche des ersten Vergusskörpers. Insbesondere liegen die Bodenfläche des ersten Vergusskörpers und die Bodenfläche des zweiten Vergusskörpers im Rahmen der Herstellungstoleranz in der gleichen Ebene. In der Draufsicht auf die Anschlussfläche des Halbleiterchips, ist die Anschlussfläche des Halbleiterchips in einer lateralen Ebene vollständig von der Bodenfläche des ersten Vergusskörpers umgeben. Die laterale Ebene ist die Ebene, welche sich parallel zur Anschlussfläche des Halbleiterchips erstreckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils bedeckt der zweite Vergusskörper alle dem Halbleiterchip abgewandten Seitenflächen des ersten Vergusskörpers vollständig. Beispielsweise steht der zweite Vergusskörper mit den dem Halbleiterchip abgewandten Seitenflächen des ersten Vergusskörpers in direktem Kontakt. Insbesondere besteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Vergusskörper, welche frei von einem weiteren Verbindungsmittel zwischen den beiden Vergusskörpern ist und die sich nur unter Zerstörung einer der beiden Vergusskörper lösen lässt. In der Draufsicht auf die Anschlussfläche des Halbleiterchips ist die Bodenfläche des ersten Vergusskörpers in einer lateralen Ebene vollständig von der Bodenfläche des zweiten Vergusskörpers umgeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist eine der Anschlussfläche gegenüberliegende Deckfläche des zweiten Vergusskörpers konvex gekrümmt. Die Deckfläche des zweiten Vergusskörpers ist die Fläche, durch die ein Großteil der im Betrieb des optoelektronischen Bauteils erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem optoelektronischen Bauteil austritt. In diesem Zusammenhang bedeutet konvex gekrümmt zum Beispiel, dass der Mittelpunkt des Krümmungsradiusses der konvex gekrümmten Fläche auf der dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandten Seite der Deckfläche des zweiten Vergusskörpers liegt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Anschlussfläche, einer der Anschlussfläche gegenüberliegenden Deckfläche und lateralen Seitenflächen, welche die Anschlussfläche und die Deckfläche miteinander verbinden. Weiter umfasst das optoelektronische Bauteil einen ersten Vergusskörper und einen zweiten Vergusskörper, wobei der erste Vergusskörper alle lateralen Seitenflächen und die Deckfläche des Halbleiterchips bedeckt. Der erste Vergusskörper weist eine Bodenfläche auf, die bündig mit der Anschlussfläche des Halbleiterchips abschließt. Der zweite Vergusskörper weist eine Bodenfläche auf, die bündig mit der Bodenfläche des ersten Vergusskörpers abschließt. Der zweite Vergusskörper bedeckt alle dem Halbleiterchip abgewandten Seitenflächen des erstens Vergusskörpers vollständig. Eine der Anschlussfläche gegenüberliegende Deckfläche des zweiten Vergusskörpers ist konvex gekrümmt.
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Einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Um optoelektronische Bauteile vor Umwelteinflüssen zu schützen, umfassen diese beispielsweise einen Verguss oder ein schützendes Element anderer Art, welches zumindest einen Teil der nach außen freiliegenden Flächen des optoelektronischen Bauteils bildet. Der Verguss kann dabei derart ausgebildet sein, dass dieser außer dem Schutz des Bauteils weitere Funktionen übernimmt. Diese Funktionen können beispielsweise optische Eigenschaften des optoelektronischen Bauteils betreffen.
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Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, den Verguss aus einem ersten und einem zweiten Vergusskörper zu bilden, die jeweils unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, um beispielsweise unterschiedliche optische Funktionen zu realisieren.
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Vorteilhafterweise können der erste und der zweite Vergusskörper in separaten und jeweils optimierten Prozessschritten hergestellt werden, sodass das gesamte optoelektronische Bauteil besonders Material sparend und kosteneffizient hergestellt werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger, der mit dem ersten Vergusskörper und dem zweiten Vergusskörper stellenweise in direktem Kontakt steht, wobei der Träger mit dem ersten Vergusskörper und mit dem zweiten Vergusskörper verbindungsmittelfrei verbunden ist. Der Träger kann beispielsweise eine Leiterplatte, eine gedruckte Leiterplatte (englisch: printed circuit board, PCB), eine Metallkernplatine, ein Keramikträger oder ein so genanntes Quad-Flat-No-Leads-Package (QFN) sein.
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Insbesondere steht der Träger in direktem Kontakt mit der Bodenfläche des ersten und des zweiten Vergusskörpers. Weiter ist der Träger an der Anschlussfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet. Beispielsweise kann der Träger elektrische Kontaktstrukturen, Leiterbahnen und/oder weitere Komponenten aufweisen, mittels denen das optoelektronische Bauteil elektrisch kontaktiert und betrieben werden kann. In diesem Fall sind Kontaktflächen des Halbleiterchips in direktem Kontakt mit den Kontaktstrukturen des Trägers. Die Kontaktflächen des Halbleiterchips können die Kontaktflächen senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene über die Anschlussfläche des Halbleiterchips hinaus ragen. Insbesondere kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip bestehen. Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei ein Verbindungsmittel, insbesondere einen elektrisch leitenden Klebstoff oder ein Lot, umfassen. Vorteilhafterweise ist die elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Träger vor Umwelteinflüssen geschützt, da die Bodenflächen des ersten und zweiten Vergusskörpers mit dem Träger in direktem Kontakt stehen und die Bodenflächen des ersten und zweiten Vergusskörpers die Anschlussfläche des Halbleiterchips in einer lateralen Ebene vollständig umgeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils sind der optoelektronische Halbleiterchip, der erste Vergusskörper und der zweite Vergusskörper an einer Unterseite des optoelektronischen Bauteils frei zugänglich. Insbesondere sind die Anschlussfläche des Halbleiterchips und die Bodenflächen des ersten und des zweiten Vergusskörpers nach außen zumindest stellenweise freiliegend. Somit kann das optoelektronische Bauteil mit der Unterseite auf einem Träger angeordnet werden, um über diesen elektrisch leitend kontaktiert und betrieben zu werden. Beispielsweise kann der Träger zusätzlich als Kühlkörper für das optoelektronische Bauteil dienen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist der Halbleiterchip ausschließlich an seiner Anschlussfläche freiliegende elektrische Kontaktflächen auf, über die der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert und betrieben werden kann. Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterchip dann um einen oberflächenmontierbaren Halbleiterchip, zum Beispiel einen Flip-Chip, dessen Kontaktflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Seite liegen, durch die ein Großteil der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung emittiert wird. Vorteilhafterweise werden die Kontaktflächen des Halbleiterchips nicht mittels eines Bonddrahtes elektrisch kontaktiert, sondern können direkt auf einer elektrisch leitenden Struktur angeordnet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Vergusskörper klarsichtig. Klarsichtig heißt in diesem Zusammenhang, dass elektromagnetische Strahlung beim Durchlaufen des zweiten Vergusskörpers nur in geringem Maße reflektiert, absorbiert oder gestreut wird. Vorteilhafterweise fungiert der klarsichtige zweite Vergusskörper mit der konvex gekrümmten Deckfläche als optische Linse für im Betrieb im Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung. Mittels des zweiten Vergusskörpers kann somit die Effizienz erhöht werden, mit der elektromagnetische Strahlung aus dem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils steht der erste Vergusskörper in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip. Insbesondere steht der erste Vergusskörper mit den lateralen Seitenflächen und der Deckfläche des Halbleiterchips in direktem mechanischem Kontakt. Der erste Vergusskörper und der Halbleiterchip sind stoffschlüssig ohne ein weiteres Verbindungsmittel miteinander verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Vergusskörper kann nur unter Zerstörung einer der beiden gelöst werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils sind der erste und der zweite Vergusskörper verbindungsmittelfrei miteinander verbunden. Der erste und der zweite Vergusskörper weisen eine stoffschlüssige Verbindung zueinander auf, welche sich nur unter Zerstörung einer der Vergusskörper lösen lässt. Sowohl der erste Vergusskörper als auch der zweite Vergusskörper umfassen ein Kunststoffmaterial, beispielsweise Silikon, welches eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Vorteilhafterweise muss kein weiteres Material, wie beispielsweise ein Haftvermittler oder ein Klebstoff, im Strahlengang der durch den Halbleiterchip emittierten Strahlung angeordnet werden, welches einen Teil der Strahlung reflektieren oder absorbieren könnte.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weisen der erste und der zweite Vergusskörper in der lateralen Ebene eine Kontur auf, die nicht ähnlich ist. In der Draufsicht auf die Anschlussfläche des optoelektronischen Halbleiterchips kann die Kontur des zweiten Vergusskörpers die Kontur des ersten Vergusskörpers in der lateralen Ebene vollständig umgeben. Die Kontur des ersten Vergusskörpers wird dabei durch die lateralen Seitenflächen des ersten Vergusskörpers, die die Bodenfläche und die gegenüberliegende Deckfläche des ersten Vergusskörpers verbinden, definiert. Die Kontur des zweiten Vergusskörpers wird dabei durch die lateralen Seitenflächen des zweiten Vergusskörpers, die die Bodenfläche und die gegenüberliegende Deckfläche des zweiten Vergusskörpers verbinden, definiert.
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Sind die Kontur des ersten Vergusskörpers und des zweiten Vergusskörpers nicht ähnlich zueinander, so sind die Konturen durch Ähnlichkeitsabbildungen nicht ineinander überführbar. Das heißt, es gibt keine geometrische Abbildung, die sich aus zentrischen Streckungen und Kongruenzabbildungen, also Verschiebungen, Drehungen und Spiegelungen, zusammensetzen lässt, die die eine Kontur auf die andere abbildet.
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Vorteilhafterweise kann die Kontur des ersten Vergusskörpers sich nicht nur in ihrer Größe, sondern auch in ihrer geometrischen Form unterscheiden. Dadurch können jeweils die optischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Vergusskörpers separat voneinander optimiert werden.
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Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
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Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils betrifft insbesondere die Herstellung eines Strahlung emittierenden optoelektronischen Bauteils. Das optoelektronische Bauteil ist dazu ausgebildet, im bestimmungsgemäßen Betrieb optoelektronische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, zwischen UV-Strahlung und Infrarot-Strahlung, zu erzeugen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Träger bereitgestellt. Der Träger kann beispielsweise eine Folie, eine Leiterplatte, eine bedruckte Leiterplatte (englisch: printed circuit board), eine Metallkernplatine, ein Keramikträger oder ein Quad-Flat-No-Leads-Package (QFN) sein.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Maske auf dem Träger angeordnet. Die zweite Maske weist Aussparungen auf, die die zweite Maske senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene vollständig durchdringen. Die Aussparung sind im Rahmen der Herstellungstoleranz in der lateralen Ebene, welche sich parallel zur Haupterstreckungsebene der zweiten Maske erstreckt, an den Eckpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Die Aussparungen können in der lateralen Ebene beliebige vieleckige und/oder runde Konturen aufweisen.
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Die zweite Maske ist selbsttragend ausgebildet und kann beispielsweise ein Polymer, eine Keramik oder ein Metall umfassen, insbesondere kann die zweite Maske Edelstahl umfassen, oder aus diesen bestehen. Zusätzlich kann die zweite Maske eine Beschichtung, insbesondere eine Beschichtung aus Teflon, aufweisen. Vorteilhafterweise ist die Beschichtung dazu ausgebildet, das Risiko des Anhaftens des zweiten Vergusskörpers an die zweite Maske zu reduzieren.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine erste Maske auf dem Träger angeordnet, sodass die erste Maske die zweite Maske überdeckt. Die erste Maske weist Aussparungen auf, die die erste Maske senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene vollständig durchdringen. Die Aussparungen sind in der lateralen Ebene, welche sich parallel zur Haupterstreckungsebene der ersten Maske erstreckt, im Rahmen der Herstellungstoleranz an den Eckpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Die Aussparungen können in der lateralen Ebene beliebige vieleckige und/oder runde Konturen aufweisen.
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Die erste Maske ist selbsttragend ausgebildet und kann beispielsweise ein Polymer, eine Keramik oder ein Metall umfassen, insbesondere kann die erste Maske Edelstahl umfassen, oder aus diesen bestehen. Zusätzlich kann die erste Maske eine Beschichtung, insbesondere eine Beschichtung aus Teflon, aufweisen. Vorteilhafterweise ist die Beschichtung dazu ausgebildet, das Risiko des Anhaftens des ersten Vergusskörpers an die erste Maske zu reduzieren.
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Außerdem weist die erste Maske einen Bereich auf, in dem die zweite Maske in die erste Maske einlegbar ist. Die erste Maske wird so auf der zweiten Maske angeordnet, dass die erste Maske in diesem Bereich freiliegende Außenflächen der zweiten Maske überdeckt. Freiliegende Außenflächen sind dabei die Flächen der zweiten Maske, die nicht in direktem Kontakt mit dem Träger stehen. Insbesondere bedeckt die erste Maske die zweite Maske zumindest im Bereich der Aussparungen vollständig.
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Beim Anordnen der ersten Maske auf der zweiten Maske stehen die erste und die zweite Maske zumindest stellenweise in direktem Kontakt zueinander. Beispielsweise wird die erste Maske mittels der zweiten Maske relativ zum Träger ausgerichtet. Insbesondere wird die erste Maske relativ zur zweiten Maske so ausgerichtet, dass die Aussparungen der ersten Maske in der lateralen Ebene innerhalb der Aussparungen der zweiten Maske liegen. Die erste und die zweite Maske weisen dabei jeweils eine Bodenfläche auf, die in direktem Kontakt mit dem Träger steht.
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In einem weiteren Verfahrensschritt werden optoelektronische Halbleiterchips auf dem Träger in Aussparungen der ersten Maske angeordnet. Insbesondere wird genau ein Halbleiterchip in jeweils einer Aussparung der ersten Maske angeordnet. Bei den Halbleiterchips handelt es sich insbesondere um Strahlung emittierende Halbleiterchips, die im bestimmungsgemäßen Betrieb Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren.
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Die optoelektronischen Halbleiterchips sind nach dem Anordnen auf dem Träger in der lateralen Ebene vollständig von der ersten Maske umgeben. Insbesondere überragt die erste Maske die Halbleiterchips senkrecht zur Haupterstreckungsebene der ersten Maske. Die optoelektronischen Halbleiterchips stehen nicht in direktem mechanischem Kontakt mit der ersten Maske. Insbesondere ist der Abstand in der lateralen Ebene zwischen den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips und der der entsprechenden Seitenfläche zugewandten Seitenfläche der ersten Maske, innerhalb der Herstellungstoleranz, gleich.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein erstes Vergussmittel in den Aussparungen der ersten Maske, zur Bildung eines ersten Vergusskörpers, aufgebracht. Das erste Vergussmittel umfasst ein Grundstoffmaterial, beispielsweise Silikon, und ein Konversionsmittel. Das erste Vergussmittel ist zunächst flüssig und wird zur Bildung des ersten Vergusskörpers ausgehärtet. Das Konversionsmittel kann beispielsweise Partikel, insbesondere Partikel eines Leuchtstoffs, umfassen.
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Das erste Vergussmittel wird derart in den Aussparungen der ersten Maske aufgebracht, dass die Dicke, gemessen senkrecht auf der Deckfläche des Halbleiterchips und gemessen senkrecht auf den lateralen Seitenflächen des Halbleiterchips, innerhalb der Fertigungstoleranzen gleich ist. Beispielsweise wird dazu das erste Vergussmittel mittels Rakelns, Gießens oder Siebdruck aufgebracht.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird die erste Maske entfernt. Die erste Maske wird zerstörungsfrei von dem Träger entfernt, sodass diese nach dem Entfernen von dem Träger wiederverwendet werden kann. Beispielsweise wird die erste Maske mittels Auseinanderziehens der ersten Maske und des Trägers oder der ersten und der zweiten Maske entfernt. Alternativ wird die erste Maske mittels eines bürstenförmigen Werkzeugs von dem Träger entfernt. Das bürstenförmige Werkzeug weist erhabene Strukturen auf, die lateral nebeneinander im Abstand der Aussparungen der ersten Maske zueinander angeordnet sind. Zum Entfernen der ersten Maske werden die erhabenen Strukturen auf die dem Träger gegenüberliegenden Flächen des ersten Vergusskörpers in den Aussparungen der ersten Maske gedrückt. Dabei wird die erste Maske entgegen der Druckrichtung fixiert.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein zweites Vergussmittel in den Aussparungen der zweiten Maske zur Bildung eines zweiten Vergusskörpers aufgebracht. Das zweite Vergussmittel umfasst ein Kunststoffmaterial, insbesondere Silikon. Das zweite Vergussmittel ist klarsichtig, sodass elektromagnetische Strahlung nur in geringem Maße absorbiert, reflektiert oder gestreut wird.
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Das zweite Vergussmittel ist zunächst flüssig und wird zur Bildung des zweiten Vergusskörpers ausgehärtet. Das zweite Vergussmittel wird beispielsweise mittels Gießens, Spritzens oder Dispensierens aufgebracht. Beispielsweise wird das zweite Vergussmittel derart aufgebracht, dass die Deckfläche des zweiten Vergussmittels eine konvexe Wölbung über der Deckfläche des optoelektronischen Halbleiterchips aufweist. Das zweite Vergussmittel weist beispielsweise nicht benetzende Eigenschaften für die Oberfläche der zweiten Maske auf, sodass das zweite Vergussmittel derart aufgebracht werden kann, dass es die dem Träger abgewandte Seite der zweiten Maske überragt und einen konvexen Meniskus ausbildet. Vorteilhafterweise kann der Krümmungsradius der konvex gekrümmten Deckfläche, mittels der Benetzungseigenschaften des zweiten Vergussmittels auf der zweiten Maske, angepasst werden. Eine Vergrößerung des Kontaktwinkels zwischen dem zweiten Vergussmittel und der zweiten Maske verkleinert den Krümmungsradius der konvex gekrümmten Deckfläche des zweiten Vergusskörpers.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird die zweite Maske entfernt. Die zweite Maske wird zerstörungsfrei von dem Träger entfernt, sodass diese nach dem Entfernen von dem Träger wiederverwendet werden kann. Beispielsweise wird die zweite Maske mittels Auseinanderziehens der zweiten Maske und des Trägers entfernt. Alternativ wird die erste Maske mittels eines bürstenförmigen Werkzeugs von dem Träger entfernt. Das bürstenförmige Werkzeug weist erhabene Strukturen auf, die lateral nebeneinander im Abstand der Aussparungen der zweiten Maske zueinander angeordnet sind. Zum Entfernen der zweiten Maske werden die erhabenen Strukturen auf die dem Träger gegenüberliegenden Deckflächen des zweiten Vergusskörpers in den Aussparungen der ersten Maske gedrückt. Dabei wird die zweite Maske entgegen der Druckrichtung fixiert.
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In einem weiteren Verfahrensschritt werden die optoelektronischen Halbleiterchips entlang zumindest einem Teil der durch eine Gitterstruktur der zweiten Maske entstandenen Gräben im zweiten Vergusskörper vereinzelt. Die optoelektronischen Halbleiterchips werden beispielsweise mittels Durchtrennens des Trägers vereinzelt. Alternativ können die optoelektronischen Halbleiterchips durch Ablösen des Trägers von den optoelektronischen Halbleiterchips und dem ersten und zweiten Vergusskörper vereinzelt werden. Vorteilhafterweise kann es sich bei dem Träger um eine Folie handeln, sodass durch Abziehen der Folie die optoelektronischen Bauteile vereinzelt werden.
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Insbesondere können nach dem Vereinzeln zwei oder mehr Halbleiterchips miteinander mechanisch verbunden sein. In diesem Fall umfasst ein optoelektronisches Bauteil zwei oder mehr Halbleiterchips. Dabei ist jedem Halbleiterchip genau ein erster Vergusskörper und genau ein zweiter Vergusskörper zugeordnet. Somit weist jeder einzelne Halbleiterchip eine ihm eindeutig zugeordnete konvex gekrümmte Deckfläche auf.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Träger entfernt. Der Träger kann vor dem Entfernen der zweiten Maske oder nach dem Entfernen der zweiten Maske entfernt werden. Der Träger kann beispielsweise mechanisch entfernt werden, indem dieser von den optoelektronischen Halbleiterchips und dem ersten und dem zweiten Vergusskörper abgezogen wird. Insbesondere handelt es sich dann bei dem Träger um eine Folie.
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Gemäß einer Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens ist die Aussparung in der ersten Maske nicht ähnlich zu den Aussparungen in der zweiten Maske. Sind die Kontur der Aussparungen der ersten Maske und die Konturen der zweiten Maske nicht ähnlich zueinander, so sind die Konturen durch Ähnlichkeitsabbildungen nicht ineinander überführbar. Das heißt, es gibt keine geometrische Abbildung, die sich aus zentrischen Streckungen und Kongruenzabbildungen, also Verschiebungen, Drehungen und Spiegelungen, zusammensetzen lässt, die die eine Kontur auf die andere abbildet. Beispielsweise können die Aussparungen in der ersten Maske in der lateralen Ebene vieleckige, insbesondere viereckige, Konturen aufweisen, wobei die Aussparungen der zweiten Maske in der lateralen Ebene runde Konturen aufweisen. In einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens ist das zweite Vergussmaterial im flüssigen Zustand nicht benetzend für das Material der zweiten Maske. Der Kontaktwinkel zwischen dem zweiten Vergussmaterial und dem Material der zweiten Maske ist also größer als 90°. Vorteilhafterweise kann durch Anpassen des Kontaktwinkels zwischen der zweiten Maske und dem zweiten Vergussmaterial die konvexe Krümmung der Deckfläche des zweiten Vergusskörpers angepasst werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauteils und des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauteils ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F schematische Schnittansichten nach verschiedenen Verfahrensschritten des Herstellungsprozesses zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils ohne Träger 10.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils mit Träger 10.
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4 zeigt eine Draufsicht der ersten 31 und zweiten Maske 32 von der während eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Herstellungsverfahrens dem Träger 10 zugewandten Seite. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen der ersten 311 und der zweiten Maske 321 nicht ähnlich zueinander.
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5 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten Maske 31 und einer zweiten Maske 32 von der während eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen des Herstellungsverfahrens dem Träger 10 zugewandten Seite.
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6A, 6B, 6C und 6D zeigen jeweils eine schematische Draufsicht unterschiedlicher Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Bauteilen 1 mit einer Vielzahl von Halbleiterchips 100, die auf einem gemeinsamen Träger 10 angeordnet sind.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1A bis 1F zeigen anhand schematischer Schnittdarstellungen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
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Anhand der 1A ist ein erster Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei wird auf einem Träger 10 zunächst eine zweite Maske 32 und anschließend eine erste Maske 31 angeordnet. Im Bereich von Aussparungen 311 der ersten Maske 31 ist der Träger 10 frei von der ersten 31 und der zweiten Maske 32 und ist an seiner den Masken 31, 32 zugewandten Oberseite frei zugänglich. Die zweite Maske 32 ist an allen Seiten, die nicht von dem Träger 10 überdeckt sind, durch die erste Maske 31 überdeckt. Die erste Maske 31, die zweite Maske 32 und der Träger 10 stehen in direktem mechanischem Kontakt zueinander. Die zweite Maske 32 kann in einem dafür vorgesehenen Bereich der ersten Maske 31 eingelegt werden, sodass sowohl die erste Maske 31 als auch die zweite Maske 32 in direktem Kontakt zu dem Träger 10 stehen.
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Anhand der 1B ist ein zweiter Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei werden optoelektronische Halbleiterchips 1 in den Aussparungen 311 der ersten Maske 31 angeordnet. Die Halbleiterchips 100 werden stoffschlüssig mit dem Träger 10 verbunden. Der Träger 10 kann Kontaktstrukturen aufweisen, über die die Halbleiterchips 100 elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden können. Die Halbleiterchips 100 sind mit ihrer Anschlussseite 100b auf dem Träger 10 angeordnet. Das heißt, bei den Halbleiterchips 100 handelt es sich um oberflächenmontierbare Chips, zum Beispiel um Flip-Chips, die ausschließlich von ihrer Anschlussseite 100b her kontaktiert und betrieben werden können.
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Insbesondere sind die Halbleiterchips 100 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen Seitenflächen 100c der optoelektronischen Halbleiterchips 100 und der ersten Maske 31 in der lateralen Ebene zu allen Seiten gleich ist und die optoelektronischen Halbleiterchips 100 nicht in direktem mechanischem Kontakt mit der ersten Maske 31 stehen.
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Anhand der 1C ist ein dritter Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei werden in den Aussparungen 311 der ersten Maske 31 erste Vergusskörper 21 angeordnet. Die ersten Vergusskörper 21 sind jeweils auf Seitenflächen 100c und Deckflächen 100a der optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet und mit diesen stoffschlüssig verbunden. Die laterale Ausdehnung der ersten Vergusskörper 21 wird mittels der Konturen der Aussparungen 311 der ersten Maske 31 vorgegeben. Beispielsweise wird das Vergussmaterial der ersten Vergusskörper 21 derart angeordnet, dass eine Dicke der ersten Vergusskörper 21 auf den Deckflächen 100a der Halbleiterchips 100, gemessen senkrecht zu den Deckflächen 100a des Halbleiterchips, und eine Dicke auf den lateralen Seitenflächen 100c, gemessen senkrecht zu den lateralen Seitenflächen 100c, gleich ist.
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Die ersten Vergusskörper 21 umfassen beispielsweise Silikon und ein Konversionsmittel. Das Konversionsmittel ist dazu ausgebildet, in den Halbleiterchips 100 erzeugte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
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Anhand der 1D ist ein vierter Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei wird die erste Maske 31 entfernt. Insbesondere wird die erste Maske 31 zerstörungsfrei entfernt und kann wiederverwendet werden. Nach dem Entfernen der ersten Maske 31 liegen die Flächen der zweiten Maske 32, welche nicht durch den Träger 10 bedeckt sind, nach außen frei. Innerhalb von Aussparungen 321 der zweiten Maske 32 liegt der Träger 10 in Bereichen, in denen nicht der optoelektronische Halbleiterchip 1 oder der erste Vergusskörper 21 angeordnet ist, frei.
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Anhand der 1E ist ein fünfter Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei werden in den Aussparungen 321 der zweiten Maske 32 zweite Vergusskörper 22 angeordnet. Die zweiten Vergusskörper 22 überragen die zweite Maske 32 auf der dem Träger 10 abgewandten Seite. Deckflächen 22a des zweiten Vergusskörpers 22, auf der dem Träger abgewandten Seite, sind konvex gekrümmt. Die zweiten Vergusskörper 22 überdecken jeweils alle dem Halbleiterchip 100 abgewandten Flächen der ersten Vergusskörper 21 und sind mit diesen jeweils stoffschlüssig direkt verbunden. Bodenflächen 22b des zweiten Vergusskörpers schließen bündig mit Bodenflächen 21b der ersten Vergusskörper 21 ab. In der lateralen Ebene wird die Ausdehnung der zweiten Vergusskörper 22 durch die zweite Maske 32 begrenzt.
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Die zweiten Vergusskörper 22 umfassen beispielsweise Silikon und sind klarsichtig ausgebildet. Insbesondere sind die zweiten Vergusskörper 22 transparent für die von den optoelektronischen Bauteilen emittierte elektromagnetische Strahlung.
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Anhand der 1F ist ein sechster Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Dabei wird die zweite Maske 32 entfernt. Insbesondere wird die zweite Maske 32 bei dem Entfernen nicht beschädigt oder zerstört. Nach dem Entfernen der zweiten Maske 32 weist der Träger 10 auf der den optoelektronischen Halbleiterchips 100 zugewandten Seite freiliegende Bereiche auf. Beispielsweise können in einem darauffolgenden Schritt die optoelektronischen Halbleiterchips 100 entlang dieser freiliegenden Bereiche, mittels Durchtrennens des Trägers 10 oder Ablösens des Trägers 10, vereinzelt werden. Insbesondere können die Halbleiterchips 100 entlang nur eines Teils dieser freiliegenden Bereiche vereinzelt werden, sodass ein optoelektronisches Bauelement mehrere Halbleiterchips 100 umfasst, die über einen gemeinsamen Träger 100 in direktem mechanischem Kontakt stehen.
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Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 weist eine freiliegende Anschlussfläche 100b auf, über die der optoelektronische Halbleiterchip 100 elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden kann. Die Deckfläche 100a und die lateralen Seitenflächen 100c, welche die Anschlussfläche 100b und die Deckfläche 100a des optoelektronischen Halbleiterchips 100 miteinander verbinden, sind von dem ersten Vergusskörper 21 überdeckt. Insbesondere steht der optoelektronische Halbleiterchip 100 an diesen Flächen in direktem mechanischem Kontakt mit dem ersten Vergusskörper 21. Die Bodenfläche 21b des ersten Vergusskörpers 21 schließt bündig mit der Anschlussfläche 100b des Halbleiterchips 100 ab. Auf den dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 abgewandten Seiten des ersten Vergusskörpers 21 ist der zweite Vergusskörper 22 angeordnet. Der zweite Vergusskörper 22 bedeckt die dem Halbleiterchip 100 abgewandten Seiten des ersten Vergusskörpers vollständig und steht mit diesen in direktem Kontakt. Die Bodenfläche 22b des zweiten Vergusskörpers 22 schließt bündig mit der Bodenfläche 21b des ersten Vergusskörpers 21 ab. Die Deckfläche 22a des zweiten Vergusskörpers 22 ist konvex gekrümmt.
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Der erste Vergusskörper 21 umfasst beispielsweise ein Polymermaterial, insbesondere Silikon, und ein Konversionsmittel. Das Konversionsmittel wandelt im bestimmungsgemäßen Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 100 erzeugte elektromagnetische Strahlung in Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs um. Das Konversionsmittel kann beispielsweise Phosphorpartikel umfassen oder aus diesen bestehen. Der erste Vergusskörper 21 ist nicht klarsichtig.
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Der zweite Vergusskörper 22 umfasst beispielsweise ein Polymermaterial, insbesondere Silikon. Der zweite Vergusskörper 22 ist klarsichtig. Somit hat dieser aufgrund der konvexen Krümmung der Deckfläche 22a die Wirkung einer optischen Linse.
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Die 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Das optoelektronische Bauteil umfasst analog zu dem optoelektronischen Bauteil aus 2 einen optoelektronischen Halbleiterchip 1, einen ersten Vergusskörper 21 und einen zweiten Vergusskörper 22. Zusätzlich umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger 10, welcher an der Anschlussfläche 100b und an den mit der Anschlussfläche 100b bündig abschließenden Bodenflächen 21b, 22b des ersten 21 und des zweiten 22 Vergusskörpers angeordnet ist. Der Träger 10 kann beispielsweise elektrische Leiterbahnen und Kontaktstrukturen zur elektrischen Kontaktierung und zum Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 100 umfassen. Insbesondere handelt es sich bei dem Träger um eine Leiterplatte (englisch: printed circuit board, PCB), eine Metallkern-Platine oder einen Keramikträger.
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Die 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten 31 und einer zweiten Maske 32 von der Seite, die bei der Herstellung eines optoelektronischen Bauteils dem Träger 10 zugewandt ist. Die erste Maske 31 weist quadratische Aussparungen 311 auf, die sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene der ersten Maske 31 vollständig durch diese durchstrecken. Die Aussparungen 311 der ersten Maske 31 sind in der Haupterstreckungsebene der ersten Maske 31 an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Die zweite Maske 32 weist kreisförmige Aussparungen 321 auf, die diese senkrecht zur Haupterstreckungsebene der zweiten Maske 32 vollständig durchdringen. Die Aussparungen 321 in der zweiten Maske 32 sind entlang der Haupterstreckungsebene der zweiten Maske an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Die Aussparungen 311, 321 der ersten 31 und der zweiten Maske 32 sind derart angeordnet, dass jede Kontur der Aussparungen 311 der ersten Maske 31 vollständig von einer Kontur der Aussparungen 321 der zweiten Maske 32 in einer lateralen Ebene umgeben ist. Dabei ist die laterale Ebene die Ebene, welche sich parallel zur Haupterstreckungsrichtung der ersten 31 und zweiten 32 Maske erstreckt.
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Die erste Maske 31 weist einen Bereich auf, der dafür vorgesehen ist, die zweite Maske 32 in die erste Maske 31 einzulegen. Im eingelegten Zustand schließen die erste Maske 31 und die zweite Maske 32 auf der dem Träger 10 zugewandten Seite bündig miteinander ab. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Konturen der Aussparungen 311 der ersten Maske 31 und der Aussparungen 321 der zweiten Maske 32 nicht ähnlich zueinander.
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Die 5 zeigt eine schematische Draufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der ersten 31 und der zweiten 32 Maske. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der ersten 31 und zweiten Maske 32, die in 4 dargestellt sind, sind in diesem Ausführungsbeispiel die Konturen der Aussparungen 311 der ersten Maske 31 und 321 der zweiten Maske 32 ähnlich zueinander.
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Die 6A zeigt eine schematische Draufsicht auf die Deckfläche eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils 1, welches einen Träger 10 und eine Vielzahl von Halbleiterchips 100 umfasst. Die Halbleiterchips 100 sind in einer lateralen Ebene, entlang einer Gerade auf einer Oberfläche des Trägers 10, angeordnet und sind jeweils, wie in 3 dargestellt, von dem ersten 21 und dem zweiten 22 Vergusskörper überdeckt.
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Der Träger 10 umfasst Leiterbahnen und Kontaktstrukturen, mittels denen die Halbleiterchips 100 elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden können. Darüber hinaus ist der Träger 10 die mechanisch tragende Komponente des optoelektronischen Bauteils 1. Insbesondere wurden der erste 21 und der zweite 22 Vergusskörper auf dem Träger 10 hergestellt. Anschließend wurde der Träger bestimmungsgemäß durchtrennt, sodass ein optoelektronisches Bauteil 1 mit sechs Halbleiterchips 100 entstanden ist.
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Die 6B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Deckfläche eines optoelektronischen Bauteils 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 6A im Wesentlichen dadurch, dass der Träger 10 derart durchtrennt ist, dass das optoelektronische Bauteil 1 eine rechteckige Anordnung von 24 Halbleiterchips 100 umfasst, die entlang eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind.
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Die 6C zeigt eine schematische Draufsicht auf die Deckfläche eines optoelektronischen Bauteils 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 6A im Wesentlichen dadurch, dass der Träger 10 derart durchtrennt ist, dass das optoelektronische Bauteil 1 eine F-förmige Anordnung von 12 Halbleiterchips 100 umfasst.
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Die 6D zeigt eine schematische Draufsicht auf die Deckfläche eines optoelektronischen Bauteils 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 6A im Wesentlichen dadurch, dass der Träger 10 derart durchtrennt ist, dass das optoelektronische Bauteil 1 eine kreuzförmige Anordnung von neun Halbleiterchips 100 umfasst.
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Alternativ kann das optoelektronischen Bauteil 1 in seiner Haupterstreckungsebene weitere Konturen aufweisen, entlang denen der Träger 10 durchtrennt ist.
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Insgesamt ist es möglich, durch entsprechende Vereinzelung hier beschriebene Bauteile in unterschiedlichen Formen auszuführen, die beispielsweise Buchstaben, Symbole oder Piktogramme nachbilden.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optoelektronisches Bauteil
- 10
- Träger
- 100
- Halbleiterchip
- 100a
- Deckfläche des Halbleiterchips
- 100b
- Anschlussfläche des Halbleiterchips
- 100c
- Laterale Seitenfläche des Halbleiterchips
- 21
- Erster Vergusskörper
- 21b
- Bodenfläche des ersten Vergusskörpers
- 22
- Zweiter Vergusskörper
- 22a
- Deckfläche des zweiten Vergusskörpers
- 22b
- Bodenfläche des zweiten Vergusskörpers
- 31
- Erste Maske
- 311
- Aussparung in der ersten Maske
- 32
- Zweite Maske
- 321
- Aussparung in der zweiten Maske