DE102016111790A1

DE102016111790A1 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen

Info

Publication number: DE102016111790A1
Application number: DE102016111790.0A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann; Matthias Sperl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-12-28

Abstract

In einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) bestimmt und umfasst die Schritte: A) Erzeugen einer elektrischen Kontaktstruktur (8) mit elektrischen Kontaktstegen (81, 82), B) Erzeugen eines Gehäuseverbunds (25) mit Gehäusen (2), C) Anbringen je mindestens eines ersten und eines zweiten Halbleiterchips (32) zur Erzeugung von Licht einer ersten und einer zweiten Farbe, und D) Vereinzeln des Gehäuseverbunds (25) zu den oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteilen (1), wobei bei den fertigen Halbleiterbauteilen (1) – im Betrieb entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) eine Mischstrahlung emittiert wird, – der erste Halbleiterchip (31) in einer ersten Ebene (P1) und der zweite Halbleiterchip (31) in einer zweiten Ebene (P2) angeordnet sind und die Ebenen (P1, P2) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) aufeinander folgen, – in Draufsicht aktive Zonen (33) der Halbleiterchips (31, 32) nebeneinander angeordnet sind, – das Gehäuse (2) in Draufsicht zu mindestens 20 % von den Halbleiterchips (31, 32, 37) ausgefüllt ist, und – zumindest der zweite Halbleiterchip (32) über die Kontaktstruktur (8) elektrisch kontaktiert ist.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Platz sparendes optoelektronisches Halbleiterbauteil herstellbar ist, das variabel verschiedenfarbiges Licht emittieren kann.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer elektrischen Kontaktstruktur. Die Kontaktstruktur beinhaltet einen oder mehrere elektrische Kontaktstege. Über den zumindest einen Kontaktsteg ist das Halbleiterbauteil extern elektrisch kontaktierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Gehäuseverbund bereitgestellt. Der Gehäuseverbund beinhaltet mehrere Gehäuse. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gehäuse um diejenige Komponente des fertigen Halbleiterbauteils, das dieses mechanisch trägt und mechanisch stützt. Bevorzugt ist das Gehäuse starr, sodass sich das Halbleiterbauteil im bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht verformt. Durch das Gehäuse kann ein Schutz gegenüber äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen wie Verschmutzungen gegeben sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Gehäuse die eine Ausnehmung, insbesondere genau eine durchgehende Ausnehmung. Bevorzugt ist die Ausnehmung an Seitenflächen ringsum von einem Material des zugehörigen Gehäuses umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das fertige Halbleiterbauteil einen oder mehrere erste Halbleiterchips auf. Der zumindest eine erste Halbleiterchip ist zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das fertige Halbleiterbauteil außerdem einen oder mehrere zweite Halbleiterchips auf. Der mindestens eine zweite Halbleiterchip ist zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe eingerichtet. Die zweite Farbe ist von der ersten Farbe verschieden.
Bei den Halbleiterchips handelt es sich bevorzugt jeweils um Leuchtdiodenchips, kurz LED-Chips. Die Begriffe erste Farbe und zweite Farbe können im Wesentlichen einfarbiges, monochromes Licht bezeichnen oder auch mischfarbiges Licht wie etwa weißes Licht. Neben den Licht emittierenden Halbleiterchips sind bevorzugt keine weiteren aktiven Komponenten in dem Gehäuse und/oder in dem Halbleiterbauteil untergebracht. Insbesondere kann das Halbleiterbauteil frei sein von Chips zu einer Adressierung oder einer Ansteuerung der Licht erzeugenden Halbleiterchips. Dies schließt nicht aus, dass in dem Halbleiterbauteil ein Element zum Schutz vor Schäden durch elektrostatische Entladungen untergebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleiterchips in oder an dem Gehäuse angebracht.
Insbesondere sind hierbei die Halbleiterchips über die elektrischen Kontaktstege elektrisch kontaktiert. Beispielsweise werden die Halbleiterchips oder zumindest ein Teil der Halbleiterchips auf die Kontaktstege elektrisch leitfähig aufgeklebt oder angelötet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Vereinzelns des Gehäuseverbunds zu den Halbleiterbauteilen. Dabei weisen die Halbleiterbauteile bevorzugt je genau eines der Gehäuse mit bevorzugt je genau einer Ausnehmung auf. Das Vereinzeln erfolgt beispielsweise durch ein Sägen. Bei dem Vereinzeln ist es möglich, dass ein Material für die Gehäuse, das sich zwischen den Gehäusen befindet, in Vereinzelungsbereichen entfernt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass beim Vereinzeln die Kontaktstruktur ebenso zerteilt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil oberflächenmontierbar. Das heißt, bei dem Halbleiterbauteil kann es sich um ein SMT-Bauteil handeln, wobei SMT für Surface Mount Technology steht. Insbesondere verfügt das Halbleiterbauteil über eine Montagefläche, an der das Halbleiterbauteil sowohl mechanisch als auch elektrisch kontaktierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das fertige Halbleiterbauteil im Betrieb eine Mischstrahlung. Die Mischstrahlung wird insbesondere in einer Hauptabstrahlrichtung emittiert. Die Hauptabstrahlrichtung ist diejenige Richtung, entlang der die höchste Leistung, insbesondere gemessen in mW, emittiert wird. Die Mischstrahlung umfasst dabei zumindest Licht der ersten Farbe und/oder der zweiten Farbe. Bevorzugt umfasst die Mischstrahlung sowohl Licht der ersten Farbe als auch Licht der zweiten Farbe und optional noch weiteres Licht, das beispielsweise mittels eines Leuchtstoffs, etwa aus Licht der zweiten Farbe, erzeugt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der oder die ersten Halbleiterchips in einer ersten Ebene angeordnet. Entsprechend können der oder die zweiten Halbleiterchips in einer zweiten Ebene angeordnet sein. Dabei folgen die Ebenen entlang der Hauptabstrahlrichtung aufeinander. In der ersten Ebene befinden sich bevorzugt nur die ersten Halbleiterchips und nicht die zweiten Halbleiterchips, Entsprechendes gilt für die zweite Ebene. Es folgt, entlang der Hauptabstrahlrichtung, die zweite Ebene bevorzugt der ersten Ebene nach. Die beiden Ebenen können parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein und schneiden sich insbesondere innerhalb des Halbleiterbauteils bevorzugt nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der oder die ersten und der oder die zweiten Halbleiterchips in der Ausnehmung angeordnet. Insbesondere befinden sich alle Halbleiterchips vollständig innerhalb der Ausnehmung und überragen somit das Gehäuse nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterchips, die zur Lichterzeugung vorgesehen sind, jeweils eine aktive Zone, insbesondere genau eine aktive Zone, auf. Die aktive Zone ist zum Beispiel je durch eine oder mehrere Halbleiterschichten der zugehörigen Halbleiterchips gebildet. Insbesondere erfolgt in den aktiven Zonen die Erzeugung des Lichts aufgrund einer Ladungsträger-Rekombination.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht gesehen, also in Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung, die aktiven Zonen der Halbleiterchips teilweise oder vollständig nebeneinander angeordnet. Dies kann bedeuten, dass sich in Draufsicht gesehen die aktiven Zonen nicht oder nur zum Teil überlappen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips in dem Gehäuse dicht über der Montagefläche angeordnet. Das heißt, das Gehäuse ist, in Draufsicht gesehen, zu einem erheblichen Teil von den Halbleiterchips ausgefüllt. Beispielsweise ist das Gehäuse, in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % oder 40 % oder 60 % oder 80 % oder 90 % von den Halbleiterchips ausgefüllt. Hierdurch ist ein kompaktes optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer hohen Leuchtdichte und mit kleinen lateralen Abmessungen erzielbar. Bevorzugt sind die Halbleiterchips in Draufsicht gesehen rundum von einem Material des Gehäuses umgeben.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die Schritte:

A) Erzeugen einer elektrischen Kontaktstruktur mit elektrischen Kontaktstegen,
B) Erzeugen eines Gehäuseverbunds mit mehreren Gehäusen,
C) Anbringen je mindestens eines ersten Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe und mindestens eines zweiten Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe, die von der ersten Farbe verschieden ist, und
D) Vereinzeln des Gehäuseverbunds zu den oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteilen mit je einem der Gehäuse, wobei bei den fertigen Halbleiterbauteilen
– im Betrieb entlang einer Hauptabstrahlrichtung eine Mischstrahlung, umfassend Licht der ersten und der zweiten Farbe, emittiert wird,
– der erste Halbleiterchip in einer ersten Ebene und der zweite Halbleiterchip in einer zweiten Ebene angeordnet sind und die Ebenen entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) aufeinander folgen,
– in Draufsicht parallel zur Hauptabstrahlrichtung gesehen aktive Zonen der Halbleiterchips nebeneinander angeordnet sind,
– das Gehäuse, in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % von den Halbleiterchips ausgefüllt ist, und
– zumindest der zweite Halbleiterchip über die Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert ist.

Verschiedenfarbig emittierende Leuchtdioden weisen häufig mehrere, verschiedenfarbig emittierende Leuchtdiodenchips auf, beispielsweise rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchips, um eine so genannte RGB-LED zu realisieren. In solchen Bauteilen sind die Halbleiterchips üblicherweise in einer gemeinsamen Ebene lateral nebeneinander in vergleichsweise großen Abständen angeordnet. Hierdurch wird viel Platz benötigt. Alternativ können die Leuchtdiodenchips übereinander gestapelt angeordnet werden, wobei die Leuchtdiodenchips im Regelfall parallel zueinander orientiert sind. Hierbei treten aufgrund von Absorption innerhalb der Leuchtdiodenchips vergleichsweise große Leistungsverluste auf.
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil sind die Halbleiterchips derart angeordnet, sodass sich in Draufsicht gesehen die aktiven Zonen nicht oder nicht signifikant überlappen. Die Licht emittierenden Halbleiterchips können dabei einander durchaus überlappen. Durch eine solche Anordnung ist eine Platzersparnis realisiert und Verluste durch gegenseitige Absorption von in den verschiedenen Halbleiterchips erzeugtem Licht sind minimiert, sodass eine hohe Effizienz realisierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte in der Reihenfolge der Schritte A), B), C) und D) durchgeführt. Das heißt, zuerst wird die Kontaktstruktur erzeugt, beispielsweise durch Stanzen, Biegen, Falten und/oder Laserschneiden aus einem blechförmigen Halbzeug heraus. Dabei kann unmittelbar nach dem Schritt A) die Kontaktstruktur zusammenhängend sein, so dass alle Kontaktstege untereinander über ein Material der Kontaktstruktur selbst verbunden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur durch einen metallischen Leiterrahmen gebildet. Der Leiterrahmen basiert bevorzugt auf einem strukturierten, gefalteten und/oder gestanzten Metallblech, etwa aus Kupfer oder Aluminium. Das Metallblech kann mit Beschichtungen etwa aus Silber, Gold, Platin, Rhodium, Titan und/oder Palladium versehen sein. Über solche Beschichtungen ist ein optisches Verhalten des Leiterrahmens, insbesondere ein Reflexionsvermögen, einstellbar. Ebenso kann über solche Beschichtungen erreicht werden, dass die Halbleiterchips effizient an dem Leiterrahmen befestigt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Leiterrahmen um einen laminierten Leiterrahmen mit einer Metallstruktur und mit einer Unterstützungsfolie. Die Metallstruktur ist beispielsweise aus dem Blech gebildet. Bei der Unterstützungsfolie handelt es sich insbesondere um eine einlagige oder um eine mehrlagige Kunststofffolie. Durch eine solche Unterstützungsfolie ist es möglich, dass die Kontaktstruktur unmittelbar nach dem Schritt A) zusammenhängt, obwohl keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Kontaktstegen durch ein Material der Kontaktstege selbst gegeben ist. Mit Hilfe einer solchen Unterstützungsfolie sind vergleichsweise komplexe Kontaktstrukturen und Kontaktstege realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Unterstützungsfolie in den fertigen Halbleiterbauteilen teilweise oder vollständig vorhanden. Beispielsweise ist ein Teil der Montagefläche dann durch die Unterstützungsfolie gebildet. Alternativ kann die Unterstützungsfolie während des Verfahrens vollständig entfernt werden, so dass die fertigen Halbleiterbauteile frei von der Unterstützungsfolie sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leiterrahmen aus einer Metallstruktur wie einem Blech gebildet, die dreidimensional gebogen und/oder gefaltet ist. Dabei kann optional eine Unterstützungsfolie vorhanden sein. Durch die entsprechend geformte Metallstruktur sind bereits im Schritt A) die Ebenen für die ersten und zweiten Halbleiterchips definiert. Nach dem Schritt A) erfolgt bevorzugt keine oder keine signifikante weitere Verformung der Metallstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leiterrahmen und/oder die Kontaktstruktur und damit die Kontaktstege stellenweise unterschiedliche Dicken auf. Durch die unterschiedlichen Dicken sind die Ebenen mit den ersten und zweiten Halbleiterchips bevorzugt schon im Schritt A) definiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte in der Reihenfolge B), A), C), D) durchgeführt. Das bedeutet, zuerst wird der Gehäuseverbund gebildet, beispielsweise durch ein Spritzgießen oder Spritzpressen. Anschließend werden die Kontaktstege der Kontaktstruktur erzeugt, etwa durch Galvanisierung, Aufdrucken oder Auflaminieren. Damit kann die Kontaktstruktur durch elektrisch leitfähige Beschichtungen und/oder Durchkontaktierungen an und/oder in den Gehäusen gebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Gehäuseverbund und die Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Beispielsweise wird hierzu ein Kunststoff oder eine Keramik verwendet. Es können auch Verbundmaterialien zum Beispiel aus mehreren Keramikschichten oder aus verschiedenen Kunststoffen herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich in den fertigen Halbleiterbauteilen alle Halbleiterchips auf der Kontaktstruktur. Mit anderen Worten liegen die Halbleiterchips jeweils teilweise oder vollständig auf der Kontaktstruktur, in Draufsicht gesehen. Somit können die Halbleiterchips ausschließlich über die elektrische Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert sein. Insbesondere befindet sich jeweils ein elektrischer Kontaktsteg zwischen der Montagefläche und dem zugehörigen Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich mindestens einer der Halbleiterchips, insbesondere einer oder alle der ersten Halbleiterchips, teilweise oder vollständig neben der Kontaktstruktur, in Draufsicht gesehen. Mit anderen Worten befindet sich dann kein Kontaktsteg zwischen der Montagefläche und dem entsprechenden Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste und/oder der zweite Halbleiterchip elektrische Anschlussflächen auf. Die elektrischen Anschlussflächen befinden sich bevorzugt an einer einzigen Seite des Halbleiterchips, sodass der erste und/oder der zweite Halbleiterchip als so genannter Flip-Chip gestaltet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellen die elektrischen Anschlussflächen des Halbleiterchips, insbesondere des ersten Halbleiterchips, einen Teil der Montagefläche des Halbleiterbauteils dar. Dabei ist das Halbleiterbauteil bevorzugt an der Montagefläche oberflächenmontierbar. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die elektrischen Anschlussflächen des ersten Halbleiterchips bei einer Montage des Halbleiterbauteils direkt elektrisch kontaktiert werden, ohne dass weitere Komponenten des Halbleiterbauteils involviert sind. Der zumindest eine zweite Halbleiterchip ist hingegen indirekt über die Kontaktstege elektrisch angeschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Hauptemissionsrichtung des mindestens einen ersten Halbleiterchips parallel oder näherungsweise parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils ausgerichtet. Dies kann ebenso für eine Hauptemissionsrichtung des mindestens einen zweiten Halbleiterchips gelten. Näherungsweise bedeutet zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 15° oder 10° oder 5°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hauptemissionsrichtung des zumindest einen zweiten Halbleiterchips quer, insbesondere senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils orientiert. Mit anderen Worten können die ersten und die zweiten Halbleiterchips senkrecht zueinander orientierte Hauptemissionsrichtungen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die ersten und die zweiten Halbleiterchips, in Projektion in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils gesehen, einander nicht. Mit anderen Worten überdecken sich die Halbleiterchips dann, in Seitenansicht gesehen, nicht. Es besteht somit ein ausreichender Versatz der ersten und zweiten Halbleiterchips zueinander entlang der Hauptabstrahlrichtung, wobei dieser Versatz mindestens einer Dicke der Halbleiterchips entsprechen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere zweite Halbleiterchips vorhanden. Die zweiten Halbleiterchips oder zumindest deren aktive Zonen sind, in Draufsicht gesehen, an oder um den ersten Halbleiterchip herum angeordnet. Dabei können sich, in Draufsicht gesehen, die zweiten Halbleiterchips an zwei oder mehr als zwei Seiten des ersten Halbleiterchips befinden, beispielsweise an einander gegenüberliegenden Seiten oder auch an benachbarten Seiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung im Querschnitt gesehen stufenförmig gestaltet. Dabei sind die Stufen bevorzugt symmetrisch zu einer Achse parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils ausgerichtet. Flanken der Stufen sind bevorzugt parallel zur Hauptabstrahlrichtung ausgerichtet und Verbindungslinien zwischen den Flanken senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung. Mit anderen Worten kann die Ausnehmung, im Querschnitt gesehen, als rechtwinklige Stufenanordnung erscheinen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine zweite Halbleiterchip so in der Ausnehmung montiert, dass die zugehörige aktive Zone der ersten Ebene zugewandt ist. Mit anderen Worten kann, entlang der Hauptabstrahlrichtung, die folgende Reihenfolge vorliegen: erster Halbleiterchip, aktive Zone sowie Halbleiterschichtenfolge des zweiten Halbleiterchips, ein Aufwachssubstrat des zweiten Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an dem Gehäuse, insbesondere in der Ausnehmung, eine lichtdurchlässige, Licht streuende Füllung und/oder eine Lichtverteilungsplatte und/oder ein Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung. Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffmischung kann dabei in der Füllung und/oder in der Lichtverteilungsplatte integriert sein. Es ist möglich, dass die Ausnehmung, zusammen mit den Licht erzeugenden Halbleiterchips, vollständig von der Füllung, der Lichtverteilungsplatte und/oder dem Leuchtstoff ausgefüllt ist. Alternativ ist es möglich, dass sich insbesondere zwischen der Lichtverteilungsplatte und dem mindestens einen ersten Halbleiterchip ein Luftspalt befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in die Ausnehmung mindestens ein Spiegel eingebracht. Durch den Spiegel ist verhindert oder zumindest die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Licht der zweiten Farbe auf direktem Weg, also ohne Strahlungsumlenkung, zur aktiven Zone des ersten Halbleiterchips gelangt. Bevorzugt gilt Entsprechendes auch umgekehrt, sodass insbesondere aufgrund des Spiegels kein Licht der ersten Farbe auf direktem Weg zur aktiven Zone des zweiten Halbleiterchips gelangt. Entsprechende Spiegel können metallische Spiegel sein, etwa mit einer reflektierenden Silberschicht oder Aluminiumschicht. Ebenso können solche Spiegel als Bragg-Spiegel und/oder als dielektrische Spiegel mit einer Abfolge mehrerer Schichten mit unterschiedlich hohen Brechungsindizes realisiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen ersten Halbleiterchip um einen Oberflächenemitter. Dies bedeutet, dass der erste Halbleiterchip dann im Wesentlichen nur an einer Hauptseite das Licht der ersten Farbe emittiert. Der erste Halbleiterchip weist bevorzugt eine Lambert’sche Abstrahlcharakteristik auf. Bei dem ersten Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen rotes, oranges oder gelbes Licht emittierenden Halbleiterchip auf der Basis von AlInGaAs oder AlInGaP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen zweiten Halbleiterchip um einen Volumenemitter. Hierbei weist der zweite Halbleiterchip bevorzugt ein lichtdurchlässiges Aufwachssubstrat auf, das optisch mit der Licht erzeugenden aktiven Zone verbunden ist. Ein Volumenemitter weist somit eine Lichtabstrahlung an mehreren Seiten, insbesondere an allen Seiten, auf. Ist der zweite Halbleiterchip als Würfel oder Quader gestaltet, so liegt also eine Lichtemission im Falle eines Volumenemitters an allen sechs Seiten des Quaders oder Würfels vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten Halbleiterchips insbesondere wie auch die ersten Halbleiterchips als Flip-Chips gestaltet. Dabei können alle elektrischen Kontaktflächen aller Halbleiterchips gemeinsam in dieselbe Richtung weisen. Alternativ ist es möglich, dass die elektrischen Kontaktflächen des zumindest einen ersten Halbleiterchips und des zumindest einen zweiten Halbleiterchips senkrecht oder näherungsweise senkrecht zueinander orientiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die zweiten Halbleiterchips oder der zumindest eine zweite Halbleiterchip bonddrahtfrei innerhalb des Gehäuses und/oder innerhalb der Ausnehmung kontaktiert. Bevorzugt sind alle Halbleiterchips des Halbleiterbauteils bonddrahtfrei elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und entsprechend hergestellte optoelektronische Halbleiterbauteile unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 und 2 schematische Explosionszeichnungen von Ausführungsbeispielen von wie hier beschrieben hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
3 und 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren,
6 schematische perspektivische Darstellungen von wie hier beschrieben hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
7 schematische perspektivische Darstellungen von Modulen mit wie hier beschrieben hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
4 und 8 bis 16 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von wie hier beschrieben hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
17 bis 22 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von wie hier beschrieben hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellten oberflächenmontierbaren optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst ein einstückiges Gehäuse 2, das beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik ist. Das Gehäuse 2 weist eine stufenförmige Ausnehmung 20 auf. In einem Zentralbereich durchdringt die Ausnehmung 20 das Gehäuse 2 vollständig, in Richtung parallel zu einer Hauptabstrahlrichtung M des Halbleiterbauteils 1. Dieser zentrale Bereich der Ausnehmung 20 ist mittig in dem Gehäuse 2 angeordnet.
An einer Montagefläche 22 des Gehäuses 2 ist es möglich, dass zwei Schienen geformt sind. Diese Schienen können sich vollständig entlang von gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses 2 erstrecken. Die Montagefläche 22 ist senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M ausgerichtet.
In der Ausnehmung 20 befindet sich ein Licht emittierender erster Halbleiterchip 31. Beispielsweise ist der erste Halbleiterchip 31 in Draufsicht gesehen quadratisch geformt. Der erste Halbleiterchip 31 ist relativ dünn und kann als Lambert’scher Strahler gestaltet sein. Eine erste Hauptemissionsrichtung E1 des ersten Halbleiterchips 31 ist parallel zur Hauptabstrahlrichtung M orientiert.
Entlang der Hauptabstrahlrichtung M ist dem ersten Halbleiterchip 31, der insbesondere rotes und/oder gelbes Licht emittiert, ein zweiter Halbleiterchip 32 nachgeordnet. Der zweite Halbleiterchip 32 erzeugt beispielsweise blaues Licht. Eine aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 ist senkrecht zu einer aktiven Zone 33 des ersten Halbleiterchips 31 orientiert. Somit liegt eine Hauptemissionsrichtung E2 des zweiten Halbleiterchips 32 quer zur ersten Emissionsrichtung E1 des ersten Halbleiterchips 1. Dabei liegt, in Draufsicht gesehen, die aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 vollständig neben der aktiven Zone 33 des ersten Halbleiterchips 31. Die aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 befindet sich dabei auf einem lichtdurchlässigen Aufwachssubstrat 35, das den ersten Halbleiterchip 31 vollständig überdeckt.
Optional befindet sich an einer dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandten Seite des Aufwachssubstrats 35 des zweiten Halbleiterchips 32 ein Spiegel 5, der bevorzugt als Bragg-Spiegel gestaltet ist. An dem Spiegel 5 wird bevorzugt nur Licht einer zweiten Farbe, das in dem zweiten Halbleiterchip 32 erzeugt wird, reflektiert. Der Spiegel 5 ist für Licht einer ersten Farbe, erzeugt in dem ersten Halbleiterchip 31, durchlässig.
Elektrische Kontaktflächen 62 des zweiten Halbleiterchips 32 befinden sich an derjenigen Seite, an der sich auch die aktive Zone 33 befindet. Der zweite Halbleiterchip 32 ist somit als Flip-Chip gestaltet. Jede der Kontaktflächen 62 des zweiten Halbleiterchips 32 befindet sich an elektrischen Kontaktstegen 82, die an dem Gehäuse 2 beispielsweise durch eine Galvanisierung oder durch Aufdrucken erzeugt sind. Die Kontaktstege 82 reichen bis an die Montagefläche 22. Über die Kontaktstege 82, durch die eine elektrische Kontaktstruktur 8 gebildet ist, ist der zweite Halbleiterchip 32 elektrisch kontaktiert. Anders als dargestellt können die Kontaktstege 82 die Schienen des Gehäuses 2 an der Montagefläche 22 bedecken.
Elektrische Kontaktflächen 61 des ersten Halbleiterchips 31 liegen direkt an der Montagefläche 22 und bilden einen Teil der Montagefläche 22. Somit ist der erste Halbleiterchip 31 über die Kontaktflächen 61 direkt elektrisch kontaktierbar.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 1 ein optional vorhandenes Verbindungsmittel, das die Halbleiterchips 31, 32 mechanisch und elektrisch mit der Kontaktstruktur 8 oder dem Gehäuse 2 verbindet, nicht gezeichnet.
Bei dem zweiten Halbleiterchip 32 handelt es sich insbesondere um einen Saphir-Flip-Chip mit einem ungewöhnlichen Aspektverhältnis. Das Aufwachssubstrat 35 ist hierbei aus Saphir und angeordnet. Somit weist der zweite Halbleiterchip 32 eine größere Dicke auf, entlang der zweiten Emissionsrichtung E2, als eine Ausdehnung des zweiten Halbleiterchips 32 entlang der Hauptabstrahlrichtung M beträgt. Der zweite Halbleiterchip 32 ist beispielsweise nach einem epitaktischen Wachsen einer Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 33 durch Ritzen und Brechen vereinzelt. Die hierbei entstehenden Facetten können spiegelglatt sein und als Grundlage für den Spiegel 5 dienen. Die aktive Zone 33 des zweiten Halbleiterchips 32 weist beispielsweise eine Grundfläche zwischen einschließlich 150 µm × 1000 µm bis 300 µm × 1400 µm auf. Entlang der zweiten Emissionsrichtung E2 liegt eine Ausdehnung des Aufwachssubstrats 35 beispielsweise bei mindestens 150 µm und/oder höchstens 1000 µm.
Alle Halbleiterchips 31, 32 sind bonddrahtfrei elektrisch kontaktiert und elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. In dem Halbleiterbauteil 1 werden demnach nur Flip-Chips verwendet. Dies ist nicht zwingend erforderlich, auch andere Halbleiterchip-Bauformen können entsprechend eingesetzt werden.
Anders als in 1 gezeichnet und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen auch, ist es möglich, dass das Aufwachssubstrat 35 nur einen Bereich nahe der aktiven Zone 33 ausmacht und in verbleibenden Bereichen durch einen nicht dargestellten lichtdurchlässigen Ersatzkörper, etwa aus Glas, ersetzt ist. Alternativ kann zu einem solchen Ersatzkörper auch eine Lichtverteilerplatte, siehe weiter unten, vorhanden sein.
In Draufsicht gesehen weist das Gehäuse 2 beispielsweise eine Grundfläche von ungefähr 1,5 mm × 1,5 mm = 2,25 mm² auf. Die darin verbaute Chipgrundfläche, vorliegend insbesondere eine Fläche des zweiten Halbleiterchips 32 in Draufsicht gesehen, liegt beispielsweise bei ungefähr 1,5 mm² bis 2 mm² und beträgt damit näherungsweise 75 % der Grundfläche des Gehäuses 2. Somit ist ein Platz sparendes verschiedenfarbig emittierendes Halbleiterbauteil 1 mit einer hohen Effizienz durch diese Anordnung der Halbleiterchips 31, 32 realisiert.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Abweichend von 1 sind zwei der zweiten Halbleiterchips 32 vorhanden. Die zweiten Halbleiterchips 32 sind streifenförmig gestaltet, wobei Längsausdehnungen der zweiten Halbleiterchips 32 senkrecht zu Längsausdehnungen der Segmente 23 des Gehäuses 2 ausgerichtet sind. Aktive Zonen 33 der zweiten Halbleiterchips 32 sind jeweils dem ersten Halbleiterchip 31 und somit der Montagefläche 22 zugewandt.
Zwischen den beiden zweiten Halbleiterchips 32 befindet sich in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M, die parallel zu den beiden Emissionsrichtungen E1, E2 der Halbleiterchips 31, 32 ausgerichtet ist, eine Lichtverteilerplatte 42. Durch die Lichtverteilerplatte 42 wird eine homogene Strahlungsdurchmischung des Lichts von den Halbleiterchips 31, 32 erzielt, sodass insgesamt eine homogene Abstrahlung erfolgt.
Dabei kann der erste Halbleiterchip 31 vollständig von der Lichtverteilungsplatte 42 überdeckt sein, wobei ein Luftspalt zwischen der Lichtverteilungsplatte 42 und dem ersten Halbleiterchip 31 vorhanden sein kann. Optional kann die Lichtverteilungsplatte 42 an einer dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandten Seite mit einem Spiegel 5 versehen sein, analog zum Aufwachssubstrat 35 in 1.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann eine Abdeckung 7 vorhanden sein. Die Abdeckung 7 ist beispielsweise in Form einer kuppelartigen Sammellinse gestaltet.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 2 dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In 3 ist ein Herstellungsverfahren für das Halbleiterbauteil 1 illustriert, siehe die perspektivischen Darstellungen in den 3A, 3B, 3C und 3F sowie die Schnittdarstellungen der 3D und 3E.
Gemäß 3A wird ein dreidimensional geformter Leiterrahmen bereitgestellt. Durch den Leiterrahmen ist die elektrische Kontaktstruktur 8 gebildet. Durch die Kontaktstege 81 wird eine erste Ebene P1 definiert, in der sich der erste Halbleiterchip 31 befindet. Die Kontaktstege 82 sind so gebogen, sodass eine zweite Ebene P2 für den zweiten Halbleiterchip 32 entsteht. Die Ebene P1, P2 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Ebene P2 entlang der Hauptabstrahlrichtung M der ersten Ebene P1 nachfolgt. Dies ist auch in den 3B und 3C illustriert, wobei gemäß 3B analog zu 1 ein zweiter Halbleiterchip 32 und gemäß 3C zwei zweite Halbleiterchips 32 analog zu 2 vorhanden sind.
In den 3D und 3F ist gezeigt, dass das Gehäuse 2 erzeugt wird. Dabei kann das Gehäuse 2 die Halbleiterchips 31, 32 vollständig einschließen. Somit ist, anders als in den 1 und 2 nicht zwingend eine Ausnehmung 20 vorhanden.
Optional, siehe 3E, kann die Kontaktstruktur 8 außerhalb des Gehäuses 2 gebogen werden, so dass die Montagefläche 22 durch die umgebogene Kontaktstruktur 8 gebildet ist.
Optional, siehe 3A, können etwa senkrecht zu den Kontaktstegen 81, 82 weitere Kontaktstege 87 für weitere Halbleiterchips 37 vorhanden sein. Die weiteren Kontaktstege 87 können eine weitere Ebene P3 definieren. In Draufsicht gesehen können die weiteren Kontaktstege 87 quer, insbesondere senkrecht, zu den Kontaktstegen 81, 82 ausgerichtet sein. Dies ist auch in der Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der 4 dargestellt.
In 5 ist in Schnittdarstellungen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens gezeigt. Gemäß 5A wird ein laminierter Leiterrahmen für die Kontaktstruktur 8 bereitgestellt. Die Kontaktstruktur 8 ist aus einer Unterstützungsfolie 84 gebildet, auf der eine Metallstruktur 83 angebracht ist. Die Metallstruktur 83 ist dreidimensional geformt und durch die Unterstützungsfolie 84, bei der es sich um eine Kunststofffolie handeln kann, mechanisch stabilisiert und getragen.
Auf der Unterstützungsfolie 84 sind nachfolgend die Gehäuse 2 in Form eines Gehäuseverbunds 25 erzeugt, beispielsweise durch Spritzpressen. Im Verfahrensschritt der 5A können dabei die Gehäuse 2, anders als dargestellt, noch einstückig ausgebildet sein.
In 5A, linke Seite, ist gezeigt, dass die Unterstützungsfolie 84 durchgehend an einer Unterseite des zugehörigen Gehäuses 2 angebracht ist. In 5A, rechte Seite, ist in der Unterstützungsfolie 84 im Bereich der Ausnehmung 20 eine Öffnung geformt.
Gemäß 5B werden die Halbleiterchips 31, 32 angebracht. Dabei können die Anschlussflächen 61 in die Unterstützungsfolie 84 gedrückt werden oder auf die Unterstützungsfolie 84 bündig aufgebracht werden, siehe die linke Seite in 5B.
In der rechten Seite der 5B ist illustriert, dass die Unterstützungsfolie 84 bereits vollständig entfernt sein kann, da durch den Gehäuseverbund 25 bereits eine hinreichende mechanische Stabilisierung der Metallstruktur 83 erzielt ist. Die Anschlussflächen 61 können entlang der Hauptabstrahlrichtung M bündig mit dem Gehäuse 2 abschließen oder das Gehäuse 2 nach unten hin überragen.
In 5C sind die Emissionsspektren E1, E2 zusätzlich illustriert. Ferner ist gezeigt, dass in die Ausnehmung 20 eine lichtstreuende Füllung 41 eingebracht sein kann. Ferner ist es möglich, dass das Gehäuse 2 die Füllung 41 und/oder die zweiten Halbleiterchips 32 zum Teil bedeckt. Gemäß 5D wird die Füllung 41 ähnlich einer Sammellinse geformt.
Die Füllung 41 wird beispielsweise eingegossen. Alternativ kann ein Streukörper eingesetzt werden, der anschließend mit einem Kunststoff, der transparent oder lichtundurchlässig sein kann, umgossen oder ausgegossen werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass das Gehäuse 2 und/oder die Füllung 41 durch Transfer Molding hergestellt werden. Das Gehäuse 2 wird beispielsweise rahmenförmig aus Kunststoff gespritzt und danach werden die Halbleiterchips 31, 32 eingesetzt.
Im Verfahrensschritt der 5E wird optional eine reflektierende Abdeckschicht 45 aufgebracht. Die Abdeckschicht 45 ist beispielsweise durch eine auflaminierte Folie realisiert.
Anschließend folgt, siehe 5F, ein Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen 1. Dabei kann die Unterstützungsfolie 84 teilweise in den Halbleiterbauteilen 1 verbleiben und optional die Kontaktstege 81 für den ersten Halbleiterchip 31 enthalten, siehe 5F, linke Seite. Alternativ, siehe 5F, rechte Seite, ist die Unterstützungsfolie 84 vollständig entfernt.
Beim Ausführungsbeispiel der 6 ist das Gehäuse 2 durch einen Grundkörper aus Keramik oder Kunststoff gebildet und die Kontaktstruktur 8 mit den Kontaktstegen 82 für den zumindest einen zweiten Halbleiterchip ist großflächig in der Ausnehmung 20 aufgebracht. Durch die Kontaktstege 82 sind näherungsweise zwei Halbschalen gebildet, die durch einen schmalen Spalt entlang der Seitenwände der Ausnehmung 20 voneinander separiert sind. Auf einer Bodenfläche der Ausnehmung 20 sind die Kontaktstege 81 für den ersten Halbleiterchip aufgebracht, siehe 6A.
In 6B ist die Montagefläche 22 zu sehen. Die Kontaktstege 81, 82 sind an der Montagefläche 22 fortgeführt. Dabei ist über schematisch angedeutete elektrische Durchkontaktierungen 86 eine Verbindung zu den Kontaktstegen 81, 82 in der Ausnehmung 20 realisiert.
Die Kontaktstruktur 8 insbesondere an der Bodenfläche der Ausnehmung 20 kann alternativ auch durch einen Leiterrahmen und/oder durch einen Folienlaminat realisiert sein. Insofern können die Ausführungsformen etwa der 1 und 2 mit dem Verfahren insbesondere der 5 kombiniert werden.
In 7 ist eine perspektivische Darstellung eines Moduls 10 mit mehreren der Halbleiterbauteile 1 gezeigt, siehe die Draufsicht in 7A und die Unteransicht in 7B. Die einzelnen Halbleiterbauteile 1 können dabei in einem gemeinsamen Vergusskörper 11 miteinander verbunden sein.
In den Schnittdarstellungen der 8 sind Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauteils 1 illustriert, bei denen dieses als QFN-Bauteil realisiert ist. Gemäß 8A wird dabei die Metallstruktur 83 mit gleichbleibender Dicke verwendet. Hierbei sind bevorzugt die Halbleiterchips 31, 32 unterschiedlich dick, um die Ebenen P1, P2 zu definieren.
Demgegenüber weist die Metallstruktur 83 der 8B unterschiedliche Dicken auf. So sind die Kontaktstege 81 für den ersten Halbleiterchip 31 dünner als die Kontaktstege 82 für den zweiten Halbleiterchip 32. Das Gehäuse 2 ist hierbei bevorzugt reflektorförmig gestaltet.
Beim Ausführungsbeispiel der 9 weist das Gehäuse 2 reflektierende Seitenwände auf, beispielsweise aus einem weißen Kunststoff oder aus einem Metall. Der erste Halbleiterchip 31 ist ausmittig an der Montagefläche 22 angebracht, verbleibende Gebiete der Montagefläche 22 sind mit einem reflektierenden Verguss 44 ausgefüllt. In Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung M schließt der Verguss 44 bevorzugt bündig mit dem ersten Halbleiterchip 31 ab.
Der erste Halbleiterchip 31 weist einen Träger 36 auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 33 angebracht ist, sodass der erste Halbleiterchip 31 ein Oberflächenemitter ist. Der erste Halbleiterchip 31 befindet sich zusammen mit dem Verguss 44 in der ersten Ebene P1. Der zweite Halbleiterchip 32 befindet sich in der zweiten Ebene P2. In keiner Seitenansicht überlappen sich die Halbleiterchips 31, 32.
Beim Ausführungsbeispiel der 10 befindet sich der erste Halbleiterchip 31 mittig an der Montagefläche 22. Ferner sind zwei zweite Halbleiterchips 32 vorhanden, die durch den Spiegel 5, der zentral und mittig und parallel zur Hauptabstrahlrichtung M angeordnet ist, voneinander separiert sind. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 4 dem der 9.
In 11 ist gezeigt, dass die Ausnehmung 20 des Gehäuses 2, neben den zweiten Halbleiterchips 32 und dem ersten Halbleiterchip 31, von der lichtdurchlässigen, Licht streuenden Füllung 41 ausgefüllt ist. Der Füllung 41 ist optional ein Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung 43 beigegeben, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann.
Die Füllung 41, optional mit dem Leuchtstoff 43, kann die Halbleiterchips 31, 32 in Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung M überragen und/oder bündig mit dem Gehäuse 2 abschließen oder auch linsenförmig geformt sein. Durch die Füllung 41 ist bevorzugt eine gleichmäßige Lichtverteilung realisierbar.
Die zwei zweiten Halbleiterchips 32 sind derart montiert, so dass die aktive Zone 33 dem Verguss 44 zugewandt ist. Optional kann sich an einem oder an beiden zweiten Halbleiterchips 32 je ein Spiegel 5, etwa aus einem Metall, befinden, um eine Wechselwirkung der jeweils emittierten Strahlung zwischen den aktiven Zonen 33 der Halbleiterchips 31, 32 zu unterbinden.
Zusammen mit der Füllung 41 und dem Verguss 44 ist das Gehäuse 2 und somit das Halbleiterbauteil 1 als planparallele Platte und als Flächenlichtquelle gestaltet, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann. Alternativ ist analog zu 2 eine linsenförmige Abdeckung 7 vorhanden.
Im Ausführungsbeispiel der 12 ist der dritte Halbleiterchip 37 vorhanden, der zum Beispiel grünes Licht emittiert. Zusätzlich zu dem blaues Licht emittierenden zweiten Halbleiterchip 32 und dem rotes Licht emittierenden Halbleiterchip 31 ist somit ein RGB-Bauteil realisiert. Alle Emissionsrichtungen E1, E2, E3 der Halbleiterchips 31, 32, 37 sind parallel zur Hauptabstrahlrichtung M ausgerichtet.
In 13 ist gezeigt, dass die Substrate 35 der zweiten Halbleiterchips 32 vergleichsweise kurz gestaltet sind. In Draufsicht gesehen überlappen somit die Halbleiterchips 31, 32 nicht. Ein Bereich direkt oberhalb des ersten Halbleiterchips 31 ist durch zwei Lichtverteilungsplatten 42 realisiert, zwischen denen mittig ein erster Spiegel 5a angebracht sein kann. An den dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandten Seiten kann sich ein zweiter Spiegel 5b, insbesondere einen Bragg-Spiegel, befinden. Die Lichtverteilungsplatten 42 können einstückig mit dem jeweiligen zweiten Halbleiterchip 32 gestaltet sein und somit fest mit dem zugehörigen Aufwachssubstrat 35 verbunden sein. Der erste Spiegel 5a kann mechanisch fest und bevorzugt elektrisch isoliert mit den Segmenten 23 verbunden sein.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 13 dem Ausführungsbeispiel der 10.
Bei dem Leuchtstoff oder der Leuchtstoffmischung 43 kann es sich um organische oder auch anorganische Leuchtstoffe handeln. Auch Quantenpunkte können als Leuchtstoff eingesetzt werden. Entsprechende Leuchtstoffe können als Vollmaterial vorliegen, etwa als Keramikplättchen, oder als Partikel in ein Matrixmaterial, etwa aus einem Silikon, eingebettet sein.
Anders als beim Ausführungsbeispiel der 12 können beim Ausführungsbeispiel der 14 auch nur gleichfarbig emittierende zweite Halbleiterchips 32, 37 vorhanden sein. Insbesondere in diesem Fall kann der Leuchtstoff 43 vorhanden sein.
Beim Ausführungsbeispiel der 15 befindet sich zwischen den Halbleiterchips 32 die Lichtverteilungsplatte 42 für das Licht der ersten Farbe des ersten Halbleiterchips 31. Entlang der Hauptabstrahlrichtung M folgt der optionalen Lichtverteilungsplatte 42 ganzflächig die ebenfalls optionale Füllung 41 nach, die auch die Halbleiterchips 32 überdecken kann.
Die Spiegel 5 können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, direkt an Seitenflächen der zweiten Halbleiterchips 32 angebracht sein, insbesondere schon im Rahmen der Herstellung der zweiten Halbleiterchips 32, sodass die Spiegel 5 dann nicht erst in der Ausnehmung 20 erzeugt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Spiegel 5 einen integralen Bestandteil der zweiten Halbleiterchips 32 bilden. Insbesondere sind zumindest oder nur solche Seitenflächen der zweiten Halbleiterchips 32 verspiegelt, die dem ersten Halbleiterchip 31 zugewandt sind. Entsprechendes kann für die optional vorhandenen dritten Halbleiterchips 37 oder für weitere Halbleiterchips gelten.
In 16 ist gezeigt, dass die drei Ebenen P1, P2, P3 vorhanden sind, in denen die Halbleiterchips 31, 32, 37 angeordnet sind. Hierbei ist die Ausnehmung 20 mit zwei Stufen gestaltet, an denen sich die Halbleiterchips 32, 37 befinden.
Anders als dargestellt können die beiden Emissionsrichtungen E1, E2 der Halbleiterchips 32, 37 auch in die gleiche Richtung weisen, entweder parallel zur Hauptabstrahlrichtung M oder auch senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M. Es können auch jeweils mehr als drei Arten von verschiedenfarbig emittierenden Halbleiterchips 31, 32, 37 miteinander kombiniert werden.
Hinsichtlich der Leuchtstoffe 43, der Füllung 41, der Lichtverteilungsplatte 42 und möglicher Spiegelkonfigurationen 5 kann auf die übrigen Ausführungsbeispiele entsprechend zurückgegriffen werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind jeweils nur ein erster Halbleiterchip 31 in der Ausnehmung 20 nahe der Montagefläche 22 angebracht, wobei diese Halbleiterchips 31 jeweils Licht derselben Farbe emittieren. Abweichend hiervon können auch mehrere erste Halbleiterchips 31 mit unterschiedlichen Emissionsfarben in dieser Öffnung nahe der Montagefläche 22 angebracht sein.
In 17 ist gezeigt, dass die zweiten Halbleiterchips 32 nicht an gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31 angebracht sind, sondern in Draufsicht gesehen L-förmig angeordnet sind.
Beim Ausführungsbeispiel der 18 befinden sich die zweiten Halbleiterchips 32 an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31, die weiteren Halbleiterchips 37 sind senkrecht hierzu angeordnet.
Gemäß 19 liegt eine symmetrische Anordnung der zweiten und weiteren Halbleiterchips 32, 37 an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Halbleiterchips 31 vor.
In 20 ist gezeigt, dass zwei erste Halbleiterchips 31 vorhanden sind, die sich symmetrisch und mittig zwischen den zweiten Halbleiterchips 32 befinden.
Auch eine matrixartige Anordnung aus den Halbleiterchips 31, 32, 37 ist möglich, siehe 21.
Gemäß 22 befinden sich die ersten Halbleiterchips 31 an einem Rand, sodass die zweiten Halbleiterchips 32 mittig zwischen den ersten Halbleiterchips 31 angeordnet sind.
Die in den 17 bis 22 gezeigten Anordnungen können jeweils für die Ausführungsbeispiele der 1 bis 16 entsprechend herangezogen werden.
Mit den hier beschriebenen Halbleiterbauteilen sind insbesondere Flächenlichtquellen realisierbar, mit einem oder mehreren der Halbleiterbauteile 1. Durch den hohen Anteil der Chipflächen an einer Grundfläche der Halbleiterbauteile 1 sind hohe Leuchtdichten realisierbar, etwa für die Allgemeinbeleuchtung, für Pixel in einem Display als Einzelbauform oder auch in einem Verbund in einem Display.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
10: Modul
11: Vergusskörper
2: Gehäuse
20: Ausnehmung
22: Montagefläche
25: Gehäuseverbund
31: lichtemittierender erster Halbleiterchip
32: lichtemittierender zweiter Halbleiterchip
33: aktive Zonen der Halbleiterchips
35: Aufwachssubstrat
36: Träger
37: lichtemittierender dritter Halbleiterchip
41: lichtdurchlässige, lichtstreuende Füllung
42: Lichtverteilungsplatte
43: Leuchtstoff
44: reflektierender Verguss
45: reflektierende Abdeckschicht
5: Spiegel
61: elektrische Anschlussflächen des ersten Halbleiterchips
62: elektrische Anschlussflächen des zweiten Halbleiterchips
7: Abdeckung
8: elektrische Kontaktstruktur
81: elektrische Kontaktstege für den ersten Halbleiterchip
82: elektrische Kontaktstege für den zweiten Halbleiterchip
83: Metallstruktur
84: Unterstützungsfolie
86: elektrische Durchkontaktierung
87: elektrische Kontaktstege für den dritten Halbleiterchip
E1: Hauptemissionsrichtung des ersten Halbleiterchips
E2: Hauptemissionsrichtung des zweiten Halbleiterchips
E3: Hauptemissionsrichtung des dritten Halbleiterchips
P1: erste Ebene mit dem ersten Halbleiterchip
P2: zweite Ebene mit dem zweiten Halbleiterchip
P3: dritte Ebene mit dem dritten Halbleiterchip
M: Hauptabstrahlrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten: A) Erzeugen einer elektrischen Kontaktstruktur (8) mit elektrischen Kontaktstegen (81, 82), B) Erzeugen eines Gehäuseverbunds (25) mit mehreren Gehäusen (2), C) Anbringen je mindestens eines ersten Halbleiterchips (31) zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe und mindestens eines zweiten Halbleiterchips (32) zur Erzeugung von Licht einer zweiten Farbe, die von der ersten Farbe verschieden ist, und D) Vereinzeln des Gehäuseverbunds (25) zu den oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteilen (1) mit je einem der Gehäuse (2), wobei bei den fertigen Halbleiterbauteilen (1) – im Betrieb entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) eine Mischstrahlung, umfassend Licht der ersten und der zweiten Farbe, emittiert wird, – der erste Halbleiterchip (31) in einer ersten Ebene (P1) und der zweite Halbleiterchip (31) in einer zweiten Ebene (P2) angeordnet sind und die Ebenen (P1, P2) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) aufeinander folgen, – in Draufsicht parallel zur Hauptabstrahlrichtung (M) gesehen aktive Zonen (33) der Halbleiterchips (31, 32) nebeneinander angeordnet sind, – das Gehäuse (2), in Draufsicht gesehen, zu mindestens 20 % von den Halbleiterchips (31, 32, 37) ausgefüllt ist, und – zumindest der zweite Halbleiterchip (32) über die Kontaktstruktur (8) elektrisch kontaktiert ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verfahrensschritte in der Reihenfolge A), B), C), D) durchgeführt werden, wobei die Kontaktstruktur (8) durch einen metallischen Leiterrahmen gebildet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem es sich im Schritt A) bei dem Leiterrahmen um einen laminierten Leiterrahmen mit einer Metallstruktur (83) und mit einer Unterstützungsfolie (84) handelt, wobei die Unterstützungsfolie (84) in den fertigen Halbleiterbauteilen (1) zum Teil noch vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im Schritt A) der Leiterrahmen aus einer Metallstruktur (83) gebildet ist, die dreidimensional gebogen ist, sodass durch die Metallstruktur (83) im Schritt A) die Ebenen (P1, P2, P3) mit den ersten und zweiten Halbleiterchips (31, 32) definiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der Leiterrahmen und die Kontaktstruktur (8) stellenweise unterschiedliche Dicken aufweisen, sodass durch die unterschiedlichen Dicken die Ebenen (P1, P2, P3) mit den ersten und zweiten Halbleiterchips (31, 32) definiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte in der Reihenfolge B), A), C), D) durchgeführt werden, wobei der Gehäuseverbund (25) aus zumindest einem Kunststoff oder zumindest einer Keramik hergestellt und strukturiert wird, und wobei die Kontaktstruktur (8) durch elektrisch leitfähige Beschichtungen und/oder Durchkontaktierungen (86) an und/oder in den Gehäusen (2) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich in den fertigen Halbleiterbauteilen (1) alle erste und zweite Halbleiterchips (31, 32) auf der Kontaktstruktur (8) befinden, sodass alle erste und zweite Halbleiterchips (31, 32) ausschließlich über die Kontaktstruktur (8) elektrisch kontaktiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich in den fertigen Halbleiterbauteilen (1) der mindestens eine erste Halbleiterchip (31) in Draufsicht gesehen neben der Kontaktstruktur (8) befindet, sodass der erste Halbleiterchip (31) direkt von außerhalb des Halbleiterbauteils (1) kontaktierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste Hauptemissionsrichtung (E1) des ersten Halbleiterchips (31) parallel und eine zweite Hauptemissionsrichtung (E1) des zweiten Halbleiterchips (32) quer zur Hauptabstrahlrichtung (M) orientiert sind und die zweite Ebene (P2) der ersten Ebene (P1) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) nachfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten Halbleiterchips (31) und die zweiten Halbleiterchips (32), in Projektion in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung (M) gesehen, einander nicht überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gehäuse (2) je eine Ausnehmung (20) umfasst und je mehrere der zweiten Halbleiterchips (32) in den Ausnehmungen (20) angeordnet werden, wobei die zweiten Halbleiterchips (32), in Draufsicht gesehen, je um den zugehörigen ersten Halbleiterchip (31) herum angeordnet sind und sich der erste Halbleiterchip (31) mittig in der stufenförmigen Ausnehmung (20) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausnehmung (20) je mit einer lichtdurchlässigen, lichtstreuenden Füllung (41) und/oder einer Lichtverteilungsplatte (42) aufgefüllt ist oder hiermit abgedeckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in die Ausnehmung (20) je mindestens ein Spiegel (5) eingebracht wird, wobei durch den Spiegel (5) verhindert ist, dass Licht der zweiten Farbe auf direktem Weg zur aktiven Zone (33) des ersten Halbleiterchips (31) gelangt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) so montiert wird, sodass seine aktive Zone (33) der ersten Ebene (E1) zugewandt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine erste Halbleiterchip (31) je ein Oberflächenemitter mit einer Lambert’schen Abstrahlcharakteristik an nur einer Hauptseite und der mindestens eine zweite Halbleiterchip (32) ein Volumenemitter mit einer Lichtabstrahlung an mehreren Seiten ist, wobei alle erste und zweite Halbleiterchips (31, 32) als Flip-Chips gestaltet sind und bonddrahtfrei kontaktiert sind.