DE102016121510A1 - Leiterrahmen, optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Leiterrahmen (1) für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (7) mit einem ersten Element (2) mit einer ersten Haupterstreckungsebene, einem zweiten Element (3) mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und einem dritten Element (4) mit einer dritten Haupterstreckungsebene angegeben,
wobei
die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind,
die drei Elemente (2, 3, 4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind, und
das dritte Element (4) eine Auflagefläche (9) für den Halbleiterchip (7) aufweist, die kleiner ist als eine Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7).
Weiterhin werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
wobei
die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind,
die drei Elemente (2, 3, 4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind, und
das dritte Element (4) eine Auflagefläche (9) für den Halbleiterchip (7) aufweist, die kleiner ist als eine Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7).
Weiterhin werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
Description
- Es werden ein Leiterrahmen (englisch „leadframe“), ein optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
- Es soll ein Leiterrahmen für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip angegeben werden, der eine verbesserte Montage des Halbleiterchips, insbesondere mittels Kleben, ermöglicht. Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung angegeben werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit verbesserter Lichtauskopplung angegeben werden.
- Diese Aufgaben werden durch einen Leiterrahmen mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 , durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs6 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 15 gelöst. - Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Leiterrahmens, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Leiterrahmen ein erstes Element mit einer ersten Haupterstreckungsebene, ein zweites Element mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und ein drittes Element mit einer dritten Haupterstreckungsebene.
- Der Leiterrahmen ist besonders bevorzugt aus dem ersten Element, dem zweiten Element und dem dritten Element gebildet. Die drei Elemente sind bevorzugt einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten weisen die drei Elemente des Leiterrahmens bevorzugt keine Grenzflächen zueinander auf. Insbesondere ist der Leiterrahmen bevorzugt nicht aus drei separat gefertigten Elementen zusammengesetzt. Vielmehr ist der Leiterrahmen bevorzugt in einem Stück gefertigt.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens ist das zweite Element zwischen dem ersten Element und dem dritten Element angeordnet, wobei das dritte Element einer Vorderseite des Leiterrahmens zugewandt ist und das erste Element einer Rückseite des Leiterrahmens zugewandt ist.
- Die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Weiterhin sind die drei Elemente bevorzugt in einer Stapelrichtung übereinander angeordnet. Die Stapelrichtung ist hierbei besonders bevorzugt senkrecht zu den drei Haupterstreckungsebenen angeordnet.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens umfasst das dritte Element eine Auflagefläche für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, die kleiner ist als eine Montagefläche des Halbleiterchips. Das dritte Element ist bevorzugt als Podest ausgebildet. Das Podest ragt bevorzugt aus dem Leiterrahmen heraus, während jeweils seitlich des Podests eine plane Oberfläche des zweiten Elements angeordnet ist, die gegenüber dem Podest zurückgesetzt ist.
- Beispielsweise weist das Podest die Form eines Quaders mit vier Seitenflächen auf, wobei die Auflagefläche durch eine frei zugängliche Oberfläche des Quaders gebildet ist, die parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Elements verläuft. Die Seitenflächen sind hierbei bevorzugt senkrecht zu der Auflagefläche angeordnet. Die Auflagefläche weist besonders bevorzugt eine rechteckige Form auf. Das Podest kann aber auch in der Form eines Pyramidenstumpfes oder eines Kegelstumpfes ausgebildet sein. Das Podest weist besonders bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer auf.
- Besonders bevorzugt weist der Leiterrahmen lediglich ein einziges Podest mit einer Auflagefläche auf, die zur Montage des strahlungsemittierenden Halbleiterchips vorgesehen ist. Mit anderen Worten weist der Leiterrahmen bevorzugt lediglich eine einzige Auflagefläche auf, die zur Montage des Halbleiterchips vorgesehen ist.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens weist das erste Element elektrische Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung des Leiterrahmens mit einem Anschlussträger auf. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Anschlussstellen auf dem ersten Element lötfähig. Beispielsweise handelt es sich bei den elektrischen Anschlussstellen um Lötpads.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens weist das zweite Element auf einer Oberfläche, die zu dem ersten Element weist, mindestens eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips auf. Bevorzugt ist diese elektrische Kontaktstelle bondfähig. Mit anderen Worten ist die elektrische Kontaktstelle auf dem zweiten Element dazu geeignet, mit einem Bonddraht elektrisch leitend verbunden zu werden. Es handelt sich bei der elektrischen Kontaktstelle auf dem zweiten Element also bevorzugt um ein Bondpad.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens ragt das zweite Element lateral über das erste Element und das dritte Element hinaus. Bevorzugt ist das zweite Element dazu geeignet, mehrere Leiterrahmen in einem Verbund miteinander zu verbinden. Beispielsweise weist das zweite Element Strukturelemente, wie Stege auf, die seitlich aus dem zweiten Element über das erste Element und das zweite Element herausragen, und die dazu vorgesehen sind, mehrere Leiterrahmen zu einem Verbund miteinander zu verbinden.
- Besonders bevorzugt ist der Leiterrahmen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet. Es ist auch möglich, dass der Leiterrahmen einen Kern aufweist, der aus einem anderen Material gebildet ist als eine Beschichtung des Leiterrahmens. Auch der Kern und die Beschichtung des Leiterrahmens sind bevorzugt aus Metallen gebildet.
- Der Leiterrahmen ist insbesondere dafür geeignet, in einem optoelektronischen Bauelement verwendet zu sein. Das optoelektronische Bauelement umfasst neben dem Leiterrahmen besonders bevorzugt einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
- Der strahlungsemittierende Halbleiterchip weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge auf, die eine aktive Zone umfasst, die im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung aussendet. Die elektromagnetische Strahlung wird von einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgesandt. Die Strahlungsaustrittsfläche liegt hierbei einer Montagefläche des Halbleiterchips gegenüber.
- Beispielsweise basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oder besteht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, blaues Licht zu erzeugen.
- Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial besteht. Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, blau-grünes Licht zu erzeugen.
- Schließlich ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial besteht. Arsenid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, Licht aus dem roten bis infraroten Spektralbereich zu erzeugen.
- Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten „Volumenemitter“. Ein volumenemittierender Halbleiterchip weist ein Aufwachssubstrat auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde. Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, so kann das Aufwachssubstrat beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Saphir, Siliziumcarbid. Diese Materialien sind in der Regel transparent für das in der aktiven Zone erzeugte Licht. Volumenemittierende Halbleiterchips senden die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung in der Regel nicht nur über die Strahlungsaustrittsfläche aus, sondern auch über ihre Seitenflächen. Weist der volumenemittierende Halbleiterchip ein elektrisch isolierendes Aufwachssubstrat auf, so weist der Halbleiterchip in der Regel zwei vorderseitige elektrische Kontakte auf.
- Weiterhin kann es sich bei dem Halbleiterchip auch um einen Dünnfilm-Halbleiterchip handeln. Dünnfilm-Halbleiterchips weisen eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtfolge auf, die auf einen Träger aufgebracht ist, der von dem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge verschieden ist. Besonders bevorzugt ist zwischen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und dem Träger eine Spiegelschicht angeordnet, die Strahlung der aktiven Zone zur Strahlungsaustrittsfläche lenkt. Dünnfilm-Halbleiterchips senden die elektromagnetische Strahlung, die im Betrieb in der aktiven Zone erzeugt wird, in der Regel nicht über die Seitenflächen des Trägers aus, sondern haben eine im Wesentliche Lambertsche Abstrahlcharakteristik. Ein Dünnfilm-Halbleiterchip weist den Vorteil auf, dass das Trägermaterial vergleichsweise frei gewählt sein kann. Ist das Trägermaterial elektrisch leitend ausgebildet, so weist der Dünnfilm-Halbleiterchip in der Regel einen einzigen vorderseitigen elektrischen Kontakt auf, während der weitere elektrische Kontakt über die Montagefläche des Halbleiterchips hergestellt wird.
- Der Halbleiterchip ist bevorzugt mit der Montagefläche auf der Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens aufgebracht. Die Auflagefläche des dritten Elements ist bevorzugt kleiner als die Montagefläche des Halbleiterchips, sodass der Halbleiterchip seitlich über die Auflagefläche des dritten Elements herausragt. Auf diese Art und Weise kann das Kriechen eines Klebers von der Auflagefläche des dritten Elements auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder auf seine Strahlungsaustrittsfläche mit Vorteil vermieden werden. Insbesondere, wenn es sich bei dem Halbleiterchip um einen volumenemittierenden Halbleiterchip handelt, der Strahlung über seine Seitenflächen aussendet, wird so die Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip mit Vorteil erhöht.
- Der Halbleiterchip weist hierbei bevorzugt eine Montagefläche auf, die, bevorzugt umlaufend, um mindestens 1 Mikrometer größer ist als die Auflagefläche des dritten Elements.
- Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip zentriert auf der Auflagefläche des dritten Elements angeordnet.
- Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst der Leiterrahmen nur ein einziges drittes Element, das aus dem Leiterrahmen herausragt. Bevorzugt weist der Leiterrahmen bei dieser Ausführungsform nur einen einzigen Halbleiterchip auf, der auf der Auflagefläche des dritten Elements angeordnet ist. Das einzige dritte Element des Leiterrahmens ist hierbei bevorzugt als Podest ausgebildet. Weitere Podeste umfasst der Leiterrahmen bei dieser Ausführungsform besonders bevorzugt nicht.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst der Leiterrahmen mehrere dritte Elemente, von denen jedes dazu vorgesehen ist, genau einen Halbleiterchip aufzunehmen. Mit anderen Worten umfasst der Leiterrahmen die gleiche Anzahl an dritten Elementen wie das Bauelement Halbleiterchips umfasst. Jeder Halbleiterchip ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt auf der Auflagefläche eines dritten Elements aufgebracht.
- Insbesondere handelt es sich bei dem dritten Element des Leiterrahmens bevorzugt nicht um eine Kontaktstelle für einen Halbleiterchip in Flip-Chip-Bauweise. Halbleiterchips in Flip-Chip-Bauweise umfassen sämtliche elektrischen Kontakte auf ihrer Rückseite, über die sie auch montiert werden.
- Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip mit seiner Montagefläche auf die Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens geklebt und die Seitenflanken des Halbleiterchips sind frei von Klebstoff. Dies ist insbesondere mit Vorteil möglich, da die Auflagefläche des dritten Elements, die zur Montage des Halbleiterchips vorgesehen ist, kleiner ist als die Montagefläche des Halbleiterchips. Als Klebstoff kann beispielsweise ein transparentes Silikon mit einem niedrigen Brechungsindex verwendet werden.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Leiterrahmen in einen reflektierenden Verguss eingebettet. Der reflektierende Verguss umhüllt den Leiterrahmen hierbei besonders bevorzugt derart, dass die Auflagefläche des dritten Elements sowie eine Rückseite des Leiterrahmens nicht von dem reflektierenden Verguss bedeckt sind. Hohlräume in dem Leiterrahmen, beispielsweise zwischen den drei Elementen werden von dem reflektierenden Verguss bevorzugt gefüllt, besonders bevorzugt vollständig.
- Der reflektierende Verguss ist beispielsweise durch ein Harz gebildet, in das reflektierende Partikel eingebettet sind. Bei dem Harz handelt es sich beispielsweise um ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser beiden Materialien. Bei den reflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um Titandioxid-Partikel. Beispielsweise ist der reflektierende Verguss durch ein Silikonharz gebildet, in das Titandioxid-Partikel eingebracht sind. Hierbei weisen die Titandioxid-Partikel in dem Silikonharz beispielsweise einen Füllgrad zwischen einschließlich 30 Gew% und einschließlich 95 Gew% auf.
- Der reflektierende Verguss ist besonders bevorzugt diffus reflektierend ausgebildet. Der reflektierende Verguss verhindert mit Vorteil zum Einen die Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch den Leiterrahmen und zum Anderen eine Degeneration des Leiterrahmens durch einfallendes Licht („leadframe browning effect“). Dies erhöht die Langzeitstabilität des Bauelements.
- Besonders bevorzugt ist der reflektierende Verguss derart angeordnet, dass er den Halbleiterchip nicht berührt. Hierdurch wird ein Kriechen der Vergussmasse auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder auf die Strahlungsdurchtrittsfläche mit Vorteil vermieden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet der reflektierende Verguss eine plane Oberfläche aus, die zu der Montagefläche des Halbleiterchips weist. Bevorzugt ist die Oberfläche des reflektierenden Vergusses parallel zu der ersten Haupterstreckungsebene, der zweiten Haupterstreckungsebene und/oder der dritten Haupterstreckungsebene angeordnet. Besonders bevorzugt ist die plane Oberfläche vollflächig unterhalb und seitlich des Halbleiterchips ausgebildet.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist ein Spalt zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird ein Kriechen der reflektierenden Vergussmasse bei der Herstellung des Bauelements auf die Seitenflächen des Halbleiterchips mit Vorteil vermieden.
- Der Spalt zwischen dem Verguss und der Montagefläche des Halbleiterchips weist bevorzugt eine Dicke auf, die mindestens 1 Mikrometer beträgt. Eine Obergrenze der Dicke des Spalts ergibt sich bevorzugt aus der Dicke des Podests minus einem Mikrometer. Beispielsweise weist der Spalt eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 145 Mikrometer auf.
- Besonders bevorzugt ist die plane Oberfläche des reflektierenden Vergusses unterhalb und seitlich des Halbleiterchips angeordnet. Diese Anordnung der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses weist den Vorteil auf, elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips, die in Richtung des reflektierenden Vergusses ausgesandt wird, zu einer strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelements zu lenken.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement weiterhin eine Kavität, in der der Halbleiterchip angeordnet ist. Bevorzugt dient die Kavität als Reflektor.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen weiteren Verguss auf, der transparent oder wellenlängenkonvertierend ausgebildet ist. Der weitere Verguss umhüllt bevorzugt den Halbleiterchip. Besonders bevorzugt umhüllt der weitere Verguss den Halbleiterchip vollständig. Bei dem weiteren Verguss kann es sich beispielsweise um ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser beiden Materialien handeln. Ist der weitere Verguss wellenlängenkonvertierend ausgebildet, so umfasst er bevorzugt Leuchtstoffpartikel, die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandeln. Umfasst das Bauelement eine Kavität, so kann die Kavität mit dem weiteren Verguss gefüllt sein.
- Besonders bevorzugt weist der weitere Verguss mit dem reflektierenden Verguss eine gemeinsame Grenzfläche auf. Der reflektierende Verguss weist hierbei mit Vorteil eine sehr gute Haftung zu dem weiteren Verguss auf.
- Ein optoelektronisches Bauelement kann beispielsweise hergestellt werden, indem in einem ersten Schritt ein hier beschriebener Leiterrahmen zur Verfügung gestellt wird. Auf die Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens wird dann ein Klebstoff, beispielsweise in Form eines Tropfens, aufgebracht und der Halbleiterchip mit seiner Montagefläche auf die Auflagefläche des Leiterrahmens mit dem Klebstoff aufgesetzt. Schließlich wird der Halbleiterchip an den Leiterrahmen angepresst, sodass eine dünne Klebstoffschicht zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der Auflagefläche des Leiterrahmens entsteht. Nach dem Aushärten der Klebstoffschicht fixiert diese den Halbleiterchip an der Auflagefläche des Leiterrahmens.
- Besonders bevorzugt ist die Klebstoffschicht vergleichsweise dünn ausgebildet. Eine vergleichsweise dünne Klebstoffschicht weist den Vorteil auf, eine gute Wärmeanbindung zwischen Halbleiterchip und Leiterrahmen zu gewährleisten. Beispielsweise weist die Klebstoffschicht eine Dicke auf, die höchstens 5 Mikrometer beträgt. Besonders bevorzugt weist die Klebeschicht eine Dicke zwischen einschließlich 0,1 Mikrometer und einschließlich 2 Mikrometer auf.
- Das Anpressen eines Halbleiterchips mit einer Chipgröße von ungefähr 500 Mikrometer mal 900 Mikormeter erfolgt hierbei beispielsweise mit einer Anpresskraft zwischen einschließlich 70 g und einschließlich 250 g.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Leiterrahmen mit einer reflektierenden Vergussmasse durch Gießen, Jetten, Dispensen oder einem vergleichbaren Verfahren derart umhüllt, dass sich nach einem Aushärten ein reflektierender Verguss mit einer planen Oberfläche unterhalb und seitlich des Halbleiterchips ausbildet. Besonders bevorzugt bildet sich hierbei ein Spalt zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses aus.
- Die vorliegend in Verbindung mit dem Leiterrahmen beschriebenen Merkmale können ebenso bei dem optoelektronischen Bauelement als auch bei dem Verfahren ausgebildet sein. Ebenso können Merkmale, die lediglich in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement beschrieben sind, bei dem Leiterrahmen und bei dem Verfahren ausgebildet sein. Weiterhin können auch Merkmale und Ausbildungen, die vorliegend nur in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, ebenso bei dem optoelektronischen Bauelement und bei dem Leiterrahmen ausgebildet sein.
- Die vorliegende Anmeldung basiert auf der Idee, einen Leiterrahmen mit einer Auflagefläche für den Halbleiterchip zu verwenden, wobei die Auflagefläche kleiner ist als die Montagefläche des Halbleiterchips. Hierdurch wird ein Kleberhof um den Halbleiterchip und ein Kriechen des Klebers auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder dessen Strahlungsaustrittsfläche verhindert. Insbesondere bei Verwendung eines volumenemittierenden Halbleiterchips, der Strahlung über seine Seitenflächen aussendet, kann so eine Verminderung der Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip aufgrund einer in der Regel niedrigbrechenden Klebstoffschicht vermieden werden. Weiterhin wird die Beaufschlagung des Leiterrahmens mit elektromagnetischer Strahlung des Halbleiterchips, die zu einer Degeneration des Leiterrahmenmaterials führen kann, mit Vorteil verringert. Dies erhöht die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements. Zudem ist der Halbleiterchip trotzdem über die Auflagefläche gut wärmeleitend mit dem Leiterrahmen verbunden. Dies führt zu einem guten Wärmemanagement des Bauelements.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
- Anhand der schematischen Darstellungen der
1 bis14 wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. - Anhand der schematischen Darstellungen der
1 bis4 wird ein Leiterrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.1 zeigt hierbei schematisch eine Draufsicht auf eine Vorderseite des Leiterrahmens,2 eine schematische Draufsicht auf eine Rückseite des Leiterrahmens und3 eine schematische Schnittdarstellung des Leiterrahmens, während4 den Ausschnitt B aus der3 im Detail wiedergibt. - Anhand der schematischen Darstellungen der
12 bis14 wird ein fertiges optoelektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.11 zeigt hierbei eine schematische Draufsicht auf das optoelektronische Bauelement,12 eine schematische Schnittdarstellung entlang der LinieF -F' der1 und13 eine schematische Schnittdarstellung entlang der LinieD -D' der11 .14 zeigt schematisch den Ausschnitt aus der13 . -
15 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. - Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
- Der Leiterrahmen
1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 bis4 weist ein erstes Element2 , ein zweites Element3 und ein drittes Element4 auf. Das erste Element2 bildet hierbei eine Rückseite des Leiterrahmens1 aus, während das dritte Element4 die Vorderseite des Leiterrahmens1 ausbildet. Zwischen dem ersten Element2 und dem dritten Element4 ist das zweite Element3 angeordnet. - Das zweite Element
3 des Leiterrahmens1 ist aus zwei separaten Strukturelementen gebildet, die räumlich getrennt voneinander angeordnet sind (1 ). Die beiden Strukturelemente können hierbei jeweils mit einer elektrischen Kontaktstelle versehen sein, die dazu geeignet sind, mit einem Bonddraht elektrisch leitend verbunden zu werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass das zweite Element3 selber bondfähig ist. - Das erste Strukturelement des zweiten Elements
3 ist schmetterlingsförmig mit vier Ausbuchtungen ausgebildet. Zwischen zwei Ausbuchtungen weist das erste Strukturelement Stege5 auf, die dazu geeignet sind, mehrere Leiterrahmen1 zu einem Verbund zu verbinden. Das zweite Strukturelement des zweiten Elements3 weist zwei Ausbuchtungen auf und ist insgesamt deutlich schmäler ausgebildet als das erste Strukturelement. - Das erste Element
2 des Leiterrahmens1 ist ebenfalls durch zwei separate, räumlich voneinander getrennte Strukturelemente gebildet, die beide rechteckig ausgebildet sind (2 ). Die zwei voneinander getrennten Strukturelemente können hierbei als rückseitige elektrische Anschlussstellen6 ,6' zur elektrischen Kontaktierung mit einem Anschlussträger ausgebildet sein. Bevorzugt sind die elektrischen Anschlussstellen6 ,6' lötfähig ausgebildet. Teile des zweiten Elements3 ragen seitlich über die Strukturelemente des ersten Elements2 hinaus. - Das dritte Element
4 des Leiterrahmens1 ist auf dem zweiten Element3 angeordnet und weist eine rechteckige Form auf. Das dritte Element4 ist als quaderförmiges Podest ausgebildet. Das zweite Element3 ragt seitlich vollständig entlang der Umrandung des dritten Elements4 über dieses hinaus. Das dritte Element4 ist als Podest ausgebildet, das aus dem Leiterrahmen1 herausragt (3 ). - Das erste Element
2 , das zweite Element3 und das dritte Element4 des Leiterrahmens1 weisen jeweils eine Haupterstreckungsebene auf, die parallel zueinander angeordnet sind (3 und4 ). Weiterhin sind das erste Element2 , das zweite Element3 und das dritte Elemente4 in direktem Kontakt miteinander entlang einer StapelrichtungR angeordnet. Die StapelrichtungR steht hierbei senkrecht auf den Haupterstreckungsebenen der drei Elemente2 ,3 ,4 . Das dritte Element4 ist vollflächig an das zweite Element3 angebunden. - Bei dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den
1 bis14 wird zunächst ein Leiterrahmen bereitgestellt, wie er anhand der1 bis4 im Detail beschrieben wurde. - Wie schematisch in den
5 bis7 dargestellt, wird nun ein strahlungsemittierender Halbleiterchip7 mit einer Montagefläche8 auf eine Auflagefläche9 des dritten Elements4 aufgebracht.6 zeigt hierbei eine schematische Schnittdarstellung entlang der SchnittlinieF -F' der schematischen Draufsicht der5 , während7 eine schematische Schnittdarstellung entlang der LinieD -D' der5 zeigt. - Die Montagefläche
8 des Halbleiterchips7 ist größer ausgebildet als die Auflagefläche9 des dritten Elements4 (6 und7 ). Die Montagefläche8 ragt entlang dem vollständigen Umfang der Auflagefläche9 seitlich über die Auflagefläche9 des dritten Elements4 hinaus. Der Halbleiterchip7 ist hierbei zentriert auf der Auflagefläche9 angeordnet. - Vorliegend ist als Halbleiterchip
7 ein volumenemittierender Halbleiterchip mit einem strahlungsdurchlässigen Aufwachssubstrat sowie zwei vorderseitigen elektrischen Kontakten10 verwendet, wie schematisch in5 gezeigt. Der Halbleiterchip7 sendet daher Licht nicht nur über seine Strahlungsaustrittsfläche aus, die der Montagefläche gegenüberliegt, sondern auch zumindest teilweise über seine Seitenflächen. - In einem nächsten Schritt, der schematisch in den
8 bis10 dargestellt ist, werden die vorderseitigen elektrischen Kontakte10 des optoelektronischen Halbleiterchips7 jeweils mit einem Bonddraht11 mit einer elektrischen Kontaktstelle auf dem zweiten Element3 des Leiterrahmens1 elektrisch leitend verbunden. Jedes Strukturelement des zweiten Elements weist hierbei eine Kontaktstelle auf. -
9 zeigt hierbei eine schematische Schnittdarstellung entlang der LinieF -F' der schematischen Draufsicht der8 , während10 eine schematische Schnittdarstellung entlang der LinieD -D' der8 zeigt. - In einem nächsten Schritt, der schematisch in den
11 bis14 dargestellt ist, wird der Leiterrahmen1 mit einer reflektierenden Vergussmasse umhüllt, beispielsweise durch Gießen, Jetten, Dispensen oder einem vergleichbaren Verfahren. Die reflektierende Vergussmasse ist aus einem Silikon gebildet, in das Titandioxid-Partikel mit einem Füllgrad zwischen einschließlich 30 Gew% und 95 Gew% eingebracht sind. Nach dem Aufbringen der Vergussmasse wird diese ausgehärtet, so dass ein reflektierender Verguss12 entsteht. - Wie etwa anhand der schematischen Draufsicht der
11 gezeigt, umhüllt der reflektierende Verguss12 den Leiterrahmen1 seitlich vollständig. Weiterhin bildet der reflektierende Verguss12 eine plane Oberfläche aus, die zu der Montagefläche8 des Halbleiterchips7 weist und zu dieser parallel ist (12 und13 ). Ein Teil des Bonddrahts11 wird hierbei von dem reflektierenden Verguss12 umhüllt. Weiterhin ist ein Spalt13 zwischen der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses12 und der Montagefläche8 des Halbleiterchips7 ausgebildet, wie schematisch in14 gezeigt. - Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der
15 weist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß der11 bis14 eine Kavität auf, in der der Halbleiterchip7 auf dem Leiterrahmen1 angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Bauelement einen wellenlängenkonvertierenden Verguss 15, der in der Kavität14 angeordnet ist und mit dem reflektierenden Verguss12 eine gemeinsame Grenzfläche aufweist. - 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.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Leiterrahmen
- 2
- erstes Element
- 3
- zweites Element
- 4
- drittes Element
- 5
- Stege
- R
- Stapelrichtung
- 6, 6'
- elektrische Anschlussstellen
- 7
- Halbleiterchip
- 8
- Montagefläche
- 9
- Auflagefläche
- 10
- elektrische Kontakte
- 11
- Bonddraht
- 12
- reflektierender Verguss
- 13
- Spalt
- 14
- Kavität
Claims (18)
- Leiterrahmen (1) für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (7) mit: einem ersten Element (2) mit einer ersten Haupterstreckungsebene, einem zweiten Element (3) mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und einem dritten Element (4) mit einer dritten Haupterstreckungsebene, wobei - die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind, - die drei Elemente (2, 3, 4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind, und - das dritte Element (4) eine Auflagefläche (9) für den Halbleiterchip (7) aufweist, die kleiner ist als eine Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7).
- Leiterrahmen (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das dritte Element (4) als Podest ausgebildet ist und eine Dicke zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer aufweist.
- Leiterrahmen (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das erste Element (2) elektrische Anschlussstellen (6, 6') zur elektrischen Kontaktierung des Leiterrahmens (1) mit einem Anschlussträger aufweist.
- Leiterrahmen (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das zweite Element (3) auf einer zum ersten Element (2) weisenden Hauptseite mindestens eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (7) aufweist.
- Leiterrahmen (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das zweite Element (3) stellenweise lateral über das erste Element (2) und das dritte Element (4) herausragt und dazu geeignet ist, mehrere Leiterrahmen (1) in einem Verbund miteinander zu verbinden.
- Optoelektronisches Bauelement umfassend einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (7) und einen Leiterrahmen (1) mit: einem ersten Element (2) mit einer ersten Haupterstreckungsebene, einem zweiten Element (3) mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und einem dritten Element (4) mit einer dritten Haupterstreckungsebene, wobei - die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind, - das erste Element (2), das zweite Element (3) und das dritte Element (4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind, und - der Halbleiterchip (7) mit einer Montagefläche (8) auf einer Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) aufgebracht ist, die kleiner ist als die Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7), so dass der Halbleiterchip (7) seitlich über die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) herausragt.
- Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterchip (7) eine Montagefläche (8) aufweist, die um mindestens 1 Mikrometer größer ist als die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4).
- Optoelektronisches Bauelement nach einem der
Ansprüche 6 bis7 , bei dem der Halbleiterchip (7) zentriert auf der Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) angeordnet ist. - Optoelektronisches Bauelement nach einem der
Ansprüche 6 bis8 , bei dem der Halbleiterchip (7) im Betrieb elektromagnetische Strahlung über eine Strahlungsaustrittsfläche und über Seitenflächen aussendet. - Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterchip (7) mit seiner Montagefläche (8) auf die Auflagefläche (9) geklebt ist und die Seitenflächen des Halbleiterchips (7) frei sind von Klebstoff.
- Optoelektronisches Bauelement nach einem der
Ansprüche 6 bis10 , bei dem der Leiterrahmen (1) in einen reflektierenden Verguss (12) eingebettet ist. - Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei - der reflektierende Verguss (12) eine plane Oberfläche ausbildet, die zu der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) weist, und - ein Spalt (13) zwischen der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) ausgebildet ist.
- Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Spalt (13) eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 145 Mikrometer aufweist.
- Optoelektronisches Bauelement nach einem der
Ansprüche 6 bis13 , bei dem die plane Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) unterhalb und seitlich des Halbleiterchips (7) angeordnet ist. - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Leiterrahmens (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , - Aufbringen eines Klebstoffs auf die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) des Leiterrahmens (1), - Aufsetzen des Halbleiterchips (7) auf die Auflagefläche (9) mit dem Klebstoff, und - Anpressen des Halbleiterchips (7) an die Auflagefläche (9), so dass eine dünne Klebstoffschicht entsteht. - Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Klebstoffschicht eine Dicke aufweist, die höchstens 5 Mikrometer beträgt.
- Verfahren nach einem der
Ansprüche 15 bis16 , bei dem der Leiterrahmen (1) mit einer reflektierenden Vergussmasse durch Gießen, Jetten oder Dispensen derart umhüllt wird, dass sich ein reflektierender Verguss (12) mit einer planen Oberfläche unterhalb und seitlich des Halbleiterchips (7) ausbildet. - Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Spalt (13) zwischen der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) ausgebildet wird.
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