DE102017104851A1

DE102017104851A1 - Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102017104851A1
Application number: DE102017104851.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Pindl; Markus Burger; Markus Boss; Matthias Lermer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US10950765B2; US20200075818A1; WO2018162470A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement (100) aufweisend die Schritte:A) Bereitstellen eines Substrats (1), das zumindest einen Durchbruch (11) aufweist,B) Aufbringen von zumindest einem Halbleiterchip (2) mit einer Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) auf das Substrat (1),C) Anordnen von Begrenzungsstrukturen (3), wobei der Halbleiterchip (2) im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) beabstandet angeordnet ist,D) Aufbringen eines Hilfsträgers (4) zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) und auf die Begrenzungsstrukturen (3),E) Einbringen eines Vergussmaterials (5) über den zumindest einen Durchbruch (11) des Substrats (1), so dass das Vergussmaterial (5) zumindest zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) und dem Halbleiterchip (2) angeordnet wird, wobei die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) frei von dem Vergussmaterial (5) ist,F) Aushärten des Vergussmaterials (5), und gegebenenfallsG) Entfernen des Hilfsträgers (4), so dass das Vergussmaterial (5) und die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) im Seitenquerschnitt gesehen in einer Ebene angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement bereitzustellen, das ein leichtes Herstellen des optoelektronischen Bauelements ermöglicht. Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges optoelektronisches Bauelement bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 16 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement die Schritte auf:

A) Bereitstellen eines Substrats, das zumindest einen Durchbruch aufweist,
B) Aufbringen von zumindest einem Halbleiterchip auf das Substrat, wobei der zumindest eine Halbleiterchip eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche aufweist, die dem Substrat abgewandt angeordnet ist,
C) Anordnen von Begrenzungsstrukturen, sofern die Begrenzungsstrukturen nicht bereits Teil des Substrats sind, wobei der Halbleiterchip im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen beanstandet angeordnet ist,
D) Aufbringen eines Hilfsträgers zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche und auf die Begrenzungsstrukturen,
E) Einbringen eines Vergussmaterials über den zumindest einen Durchbruch des Substrats, sodass das Vergussmaterial zumindest zwischen den Begrenzungsstrukturen und dem Halbleiterchip sowie zwischen dem Substrat und dem Hilfsträger angeordnet wird, wobei die Hauptstrahlungsaustrittsfläche frei von dem Vergussmaterial ist,
F) Aushärten des Vergussmaterials, und gegebenenfalls
G) Entfernen des Hilfsträgers, sodass das Vergussmaterial und die Hauptstrahlungsaustrittsfläche im Seitenquerschnitt gesehen in einer Ebene angeordnet sind.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch das hier beschriebene Verfahren ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden kann, das einfach mit einem Vergussmaterial, insbesondere einem hochreflektiven Vergussmaterial, umfüllt werden kann, sodass die Seitenflächen des Halbleiterchips von dem Vergussmaterial bedeckt sind und lediglich die Hauptstrahlungsaustrittsfläche, also die lichtemittierende Fläche des Halbleiterchips, frei von dem Vergussmaterial bleibt.
Derzeit werden typischerweise Verfahren eingesetzt, wie beispielsweise Film Assisted Molding (FAM), bei dem vollständig die Hauptstrahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips übermoldet wird und anschließend ein Rückschleifen erfolgen muss. Zudem können bei diesen herkömmlichen Technologien lediglich harte Elemente eingemoldet werden. Die Erfinder haben erkannt, dass durch das Verwenden des hier beschriebenen Verfahrens auf ein derartiges Übermolden und Abschleifen verzichtet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen eines Substrats, das zumindest einen Durchbruch aufweist. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um eine Keramik, eine Leiterplatte oder allgemein um eine Platte handeln, die mit einem Kunststoffmaterial, einem Metall, einem keramischen Material oder einem Halbmaterial gebildet ist. Das Substrat kann auch ein PCB (Printed Circuit Board) sein. Das Substrat weist zumindest einen Durchbruch auf. Insbesondere weist das Substrat mehr als einen Durchbruch, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs Durchbrüche, auf. Bei den Durchbrüchen des Substrats handelt es sich um Öffnungen, die das Substrat vollständig durchdringen. Mit anderen Worten kann so im Schritt E) das Vergussmaterial über diese Durchbrüche injiziert oder eingebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat mindestens zwei Durchbrüche auf, wobei über den ersten Durchbruch Schritt E) erfolgt und/oder über den zweiten Durchbruch zumindest während des Schritts E) eine Entlüftung erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform entweicht über den zweiten Durchbruch Luft, sodass Luftblasen in dem Vergussmaterial reduziert oder vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine erste Art von Durchbrüchen, über die Schritt E) erfolgt, und eine zweite Art von Durchbrüchen auf, über die eine Entlüftung erfolgt. Erste oder zweite Art von Durchbrüchen meint hier, dass die Durchbrüche der einen Art eine gleiche Funktion oder Aufgabe aufweisen, die von der anderen Art verschieden ist. Mit anderen Worten kann auch mehr als ein Durchbruch für das Einbringen des Vergussmaterials und auch mehr als ein Durchbruch als Entlüftung verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zumindest eine Durchbruch eine längliche oder runde Form auf. Der Durchbruch kann zum Beispiel die Form eines Schlitzes oder einer runden Öffnung, über die mittels einer Nadel das Vergussmaterial eingebracht wird, aufweisen. Im Prinzip sind auch andere Formen des Durchbruchs denkbar, beispielsweise eine kreuzförmige Form.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Aufbringen von zumindest einem Halbleiterchip auf das Substrat. Der zumindest eine Halbleiterchip weist eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche auf. Die Hauptstrahlungsaustrittsfläche ist dem Substrat abgewandt angeordnet.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Der Halbleiterchip ist also im Betrieb dazu eingerichtet, Strahlung zu emittieren. Eine Wellenlänge oder das Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich insbesondere um eine Leuchtdiode, kurz LED. Der Halbleiterchip ist bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Flip-Chip. Damit ist hier und im Folgenden gemeint, dass der Halbleiterchip seine elektrischen Kontakte alle auf einer Seite angeordnet hat. Insbesondere sind die Kontakte dann zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat angeordnet. Solche Halbleiterchips zeigen den Vorteil, dass für den elektrischen Anschluss beispielsweise keine zusätzlichen elektrischen Kontakte, etwa in Form von Bonddrähten, mehr notwendig sind.
Insbesondere weist das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement auf, wobei das Konversionselement der Halbleiterschichtenfolge direkt nachgeordnet ist. „Direkt“ meint hier, dass zwischen Konversionselement und der Halbleiterschichtenfolge keine weiteren Schichten oder Elemente aufgebracht sind. Alternativ kann das Konversionselement auch unmittelbar der Halbleiterschichtenfolge nachgeordnet sein. In dem Fall kann beispielsweise eine Klebeschicht zwischen dem Konversionselement und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein. Das Konversionselement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, im Betrieb Strahlung einer Wellenlänge in Strahlung mit einer anderen, meist längeren Wellenlänge zu konvertieren. Das Konversionselement weist insbesondere Konversionsmaterialien, wie Granate, Orthosilikate, Nitride auf, die beispielsweise in einem Matrixmaterial eingebettet sind. Alternativ kann das Konversionselement auch als Keramik ausgeformt sein, sodass das Konversionselement im Wesentlichen aus den Konversionsmaterialien besteht. Im Wesentlichen meint hier, dass abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen das Konversionselement ausschließlich aus dem Konversionsmaterial geformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip ein Glasplättchen auf, wobei das Glasplättchen der Halbleiterschichtenfolge direkt nachgeordnet ist. Alternativ ist das Glasplättchen der Halbleiterschichtenfolge unmittelbar nachgeordnet, wobei zwischen Glasplättchen und Halbleiterschichtenfolge beispielsweise eine Klebeschicht angeordnet ist. Das Glasplättchen kann beispielsweise als Linse ausgeformt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Glasplättchen auch als Abstandshalter dienen.
Der Halbleiterchip weist eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche auf. Über die Hauptstrahlungsaustrittsfläche wird zumindest ein Großteil der von der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung emittiert. Die Hauptstrahlungsaustrittsfläche ist der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge senkrecht angeordnet. Die Hauptstrahlungsaustrittsfläche ist dem Substrat abgewandt angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) auf, Anordnen von Begrenzungsstrukturen. Der Schritt C) kann auch entfallen, sofern die Begrenzungsstrukturen bereits Teil des Substrats sind. Mit anderen Worten kann das Substrat an den Rändern Erhebungen aufweisen, die die Begrenzungsstrukturen bilden. Der zumindest eine Halbleiterchip oder eine Vielzahl von Halbleiterchips sind im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen beabstandet angeordnet. Beabstandet angeordnet meint hier, dass zwischen den Begrenzungsstrukturen und den Seitenflächen des Halbleiterchips eine laterale Beabstandung vorhanden ist, die Halbleiterchips also nicht direkt an den Begrenzungsstrukturen angrenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Begrenzungsstrukturen in Draufsicht auf das optoelektronische Bauelement rahmenartig ausgeformt. Damit kann beim Durchführen des Schritts E) das Vergussmaterial nicht über die Seitenkanten des Substrats überlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Begrenzungsstrukturen im Seitenquerschnitt die gleiche Höhe auf wie die Höhe des Halbleiterchips. Insbesondere sind mit Höhe des Halbleiterchips die Höhe der Halbleiterschichtenfolge und die Höhe des Konversionsmaterials oder Glasplättchens gemeint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Begrenzungsstrukturen eine längliche Form, also einen Schlitz, auf, wobei die Breite des Schlitzes mindestens 200 µm bis 300 µm und ≤ 1 mm ist. Vorzugsweise ist die Breite des Schlitzes zwischen einschließlich 200 µm bis einschließlich 1 mm.
Die Begrenzungsstrukturen können im Schritt C) angeordnet werden. Alternativ können die Begrenzungsstrukturen auch ein Teil des Substrats sein, sodass Schritt C) entfallen kann. Die Begrenzungsstrukturen begrenzen die Kavität des Vergussmaterials.
Bei den Begrenzungsstrukturen kann es sich hier und im Folgenden auch um eine Begrenzungsstruktur handeln, insbesondere wenn in Draufsicht gesehen die Begrenzungsstruktur in Form eines Damms oder eines Rahmens ausgestaltet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt D) auf, Aufbringen eines Hilfsträgers zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche und auf die Begrenzungsstrukturen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hilfsträger um eine Folie. Die Folie kann eine Schichtdicke zwischen 50 µm und 100 µm, beispielsweise zwischen 60 µm und 80 µm, aufweisen. Die Folie kann beispielsweise aus Polyamid sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Hilfsträger flexibel ausgeformt. Alternativ kann der Träger auch starr ausgeformt sein. Der Hilfsträger kann auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips oder auf die Hauptstrahlungsaustrittsflächen einer Vielzahl von Halbleiterchips aufgeklebt oder auflaminiert werden. Damit wird in dem späteren Verfahrensschritt E), also beim Einbringen eines Vergussmaterials, verhindert, dass das Vergussmaterial auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche gelangt. Die Hauptstrahlungsaustrittsfläche bleibt also frei von dem Vergussmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Hilfsträger eine Klebeschicht auf. Die Klebeschicht ist zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche und dem Hilfsträger angeordnet. Insbesondere ist die Klebeschicht der zumindest einen Hauptstrahlungsaustrittsfläche direkt nachgeordnet. Damit wird ein Anordnen des Vergussmaterials auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche im Schritt E) verhindert.
Die Klebeschicht kann einen Kleber aufweisen, beispielsweise Acrylat oder Silikon.
Die Klebeschicht wird vorzugsweise ganzflächig auf den Hilfsträger aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt E) auf, Einbringen eines Vergussmaterials über den zumindest einen Durchbruch des Substrats, sodass das Vergussmaterial zumindest zwischen den Begrenzungsstrukturen und dem Halbleiterchip sowie zwischen dem Substrat und dem Hilfsträger angeordnet wird, wobei die Hauptstrahlungsaustrittsfläche frei von dem Vergussmaterial ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Schritt E) mittels einem Nadeldosierverfahren oder Jetting durchgeführt.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch das rückseitige Einbringen des Vergussmaterials über die Durchbrüche des Substrats auf ein Rückschleifen, beispielsweise in einem sogenannten Moldingprozess, verzichtet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden im Seitenquerschnitt gesehen der Hilfsträger, die Begrenzungsstrukturen und das Substrat einen Rahmen, in dem das Vergussmaterial eingebracht wird. Das Vergussmaterial kann über die Durchbrüche in diesem Rahmen rein dosiert werden und sich durch die Kapillarwirkung des Spalts zwischen dem Substrat, dem Halbleiterchip und dem Hilfsträger verteilen. Vorzugsweise weist zumindest ein Durchbruch die Funktion einer Entlüftung auf, wobei die Luft, die vorher in dem Rahmen aus Substrat, Begrenzungsstrukturen und Hilfsträger angeordnet war, aus dem Bauelement entweichen kann. Vorzugsweise wird dieser Raum innerhalb des Rahmens komplett mit dem Vergussmaterial befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt F) auf, Aushärten des Vergussmaterials. Das Aushärten kann bei erhöhten Temperaturen von größer als 100 °C erfolgen. Bei dem Vergussmaterial kann es sich beispielsweise um Silikon oder Epoxid handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Vergussmaterial reflektive Partikel auf. Die reflektiven Partikel sind insbesondere dazu eingerichtet, eine Reflexion von > 90 %, > 95 % oder 99 % aufzuweisen. Das Vergussmaterial und die reflektiven Partikel bilden vorzugsweise nach Schritt F) das Gehäuse des Bauelements. Das Gehäuse kann eine Oberfläche aufweisen, die dem Substrat abgewandt angeordnet ist und planar zur Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die reflektiven Partikel aus Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumdioxid oder Zirkoniumdioxid geformt. Vorzugsweise handelt es sich bei den reflektiven Partikeln um Titandioxid. Die reflektiven Partikel können in dem Vergussmaterial homogen verteilt sein. Alternativ können die reflektiven Partikel in dem Vergussmaterial einen Konzentrationsgradienten aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Vergussmaterial Silikon oder Epoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Vergussmaterial um Silikon und bei den reflektiven Partikeln um Titandioxid. Als Silikon kann beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS) oder ein Polydialkylarylsiloxan, wie beispielsweise Polymethylphenylsiloxan, oder Polydiphenylsiloxan verwendet werden.
Das Dosieren im Schritt E) eines hochreflektierenden Vergussmaterials kann gemäß einer Ausführungsform von der Substratrückseite durch die Durchbrüche her erfolgen. Das Material verteilt sich dabei in erster Linie durch die Kapillarwirkung des Spalts oder des Durchbruchs zwischen dem Hilfsträger, der insbesondere eine auflaminierte Folie ist, und dem Substrat. Die Dosier- und Entlüftungsdurchbrüche können dabei so angelegt oder ausgeformt sein, dass durch das Befüllen keine Lufteinschlüsse entstehen.
Das Aushärten des Vergussmaterials kann zusätzlich auch in einem Autoklaven unter Vakuum erfolgen. Damit können die Luftblasen in dem Vergussmaterial reduziert oder ganz vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt G) auf, Entfernen des Hilfsträgers, sodass das Vergussmaterial und die Hauptstrahlungsaustrittsfläche im Seitenquerschnitt gesehen in einer Ebene angeordnet sind. Der Schritt G) kann optional sein. Mit anderen Worten kann der Hilfsträger auch in einem fertigen optoelektronischen Bauelement vorhanden sein. Insbesondere ist dies der Fall, wenn der Hilfsträger zum Beispiel eine Filter- oder Streufunktion übernimmt.
Das Entfernen des Hilfsträgers kann beispielsweise maschinell oder per Hand erfolgen. Vorzugsweise wird hier als Hilfsträger eine Folie verwendet. Die Folie kann dann abgezogen werden. Alternativ kann auch ein Förderband mit einer stark klebenden Folie verwendet werden, die den Hilfsträger entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen zusätzlichen Schritt H) auf, wobei die im Schritt D) erzeugte Anordnung gedreht wird, sodass das Substrat entgegen der Richtung der Schwerkraft über dem Halbleiterchip angeordnet ist.
Mit anderen Worten kann dieser Verfahrensschritt H) vorzugsweise vor Schritt E) erfolgen, sodass das Substrat nun in Richtung entgegen der Schwerkraft angeordnet ist. Im Seitenquerschnitt ist damit das Substrat über dem Hilfsträger und über dem Halbleiterchip angeordnet. Der Schritt E) kann damit von oben her erfolgen, sodass das Vergussmaterial über die Durchbrüche des Substrats eingebracht werden kann und beispielsweise sich aufgrund der Kapillarwirkung und/oder der Schwerkraft des Vergussmaterials innerhalb und zwischen den Halbleiterchips oder zwischen dem Halbleiterchip und den Begrenzungsstrukturen verteilen kann. Zumindest nach dem Einbringen des Vergussmaterials kann die Anordnung wieder zurückgedreht werden.
Vorzugsweise wird der Bereich zwischen den Begrenzungsstrukturen und den Halbleiterchips oder zwischen benachbarten Halbleiterchips vollständig mit dem Vergussmaterial aufgefüllt. Es resultiert eine planare Ebene, in der die Hauptstrahlungsaustrittsfläche und die Oberfläche des ausgehärteten Vergussmaterials angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Hauptstrahlungsaustrittsfläche im Seitenquerschnitt gesehen und das Vergussmaterial auf einer Höhe angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren eine Vielzahl von Halbleiterchips auf. Die Halbleiterchips sind auf dem Substrat angeordnet. Vorzugsweise sind die Halbleiterchips in Draufsicht auf das Substrat matrixförmig angeordnet. Die Halbleiterchips sind im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen beabstandet angeordnet, wobei sich der Hilfsträger über die Begrenzungsstrukturen und die Hauptstrahlungsaustrittsflächen der jeweiligen Halbleiterchips erstreckt. Im Schritt E) wird das Vergussmaterial zwischen den Begrenzungsstrukturen und den Halbleiterchips und zwischen benachbarten Halbleiterchips angeordnet, wobei nach Schritt F) die Halbleiterchips vereinzelt werden. Das Vereinzeln kann beispielsweise mittels Sägen oder mittels eines Lasers erfolgen. Die Halbleiterchips sind also rahmenartig von dem Vergussmaterial umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die Verfahrensschritte B) und C) auch vertauscht sein. Die hier angegebenen Verfahrensschritte müssen nicht zwingend in der Reihenfolge A bis G durchgeführt werden. Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte aber in der im Anspruch 1 angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Die Erfindung betrifft ferner ein optoelektronisches Bauelement. Das optoelektronische Bauelement ist vorzugsweise mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Verfahrens auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch das hier beschriebene Verfahren ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden kann, das eine ebene oder planare Bauteiloberfläche aufweist. Zudem können als Vergussmaterial lichtbeständige Silikone verwendet werden. Durch das Aufkleben des Hilfsträgers, insbesondere einer Folie, können die Konversionselemente zuverlässig frei von dem Vergussmaterial gehalten werden. Dies ermöglicht die Verwendung von weichen Konversionselementen, insbesondere von forminstabilen Konversionselementen. Zudem weist das Vergussmaterial, in dem beispielsweise reflektive Partikel eingebettet sind, einen hohen Reflexionsgrad auf, insbesondere wenn die reflektiven Partikel Titandioxid sind. Das Verfahren kann damit auf Moldingprozesse verzichten.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

Die 1A bis 8B ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
die 9 eine schematische Seitenansicht einer mit dem hier beschriebenen Verfahren erzeugten Anordnung,
die 10A und 10B eine schematische Draufsicht auf eine hier während des Verfahrens erzeugten Anordnung, und
die 11 eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die 1A bis 8B zeigen ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, hier am Beispiel von acht Bauelementen, die matrixförmig angeordnet sind. Die jeweiligen Figuren XA mit X = 1 bis 8 zeigen den Seitenquerschnitt des jeweiligen Verfahrensstadiums und die jeweiligen Figuren XB mit X = 1 bis 8 zeigen eine Draufsicht auf den jeweiligen Verfahrensschritt.
Die 1A und 1B zeigen die Bereitstellung eines Substrats 1. Das Substrat 1 weist zumindest einen Durchbruch 11, vorzugsweise mehrere Durchbrüche, auf. Auf dem Substrat 1 wird zumindest ein Halbleiterchip 2, hier 16 Halbleiterchips 2, aufgebracht. Die Halbleiterchips 2 weisen jeweils eine Halbleiterschichtenfolge 23 und ein Konversionselement 22a oder eine Glasplatte 22b auf. Zudem weisen die Halbleiterchips 2 jeweils einen Bonddraht 24 auf. Alternativ können hier auch andere Halbleiterchips 2 verwendet werden, beispielsweise ein sogenannter Flip-Chip. Der zumindest eine Halbleiterchip 2 weist eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 auf. Zudem werden auf dem Substrat 1 Begrenzungsstrukturen 3 im Seitenquerschnitt gesehen angeordnet. Alternativ können die Begrenzungsstrukturen 3 auch schon bereits Teil des Substrats 1 sein. Bei den Begrenzungsstrukturen 3 kann es sich auch nur um eine Begrenzungsstruktur handeln, die wie hier rahmenförmig auf dem Substrat angeordnet ist, sodass beim späteren Einbringen des Vergussmaterials ein Überlaufen über die Kanten des Substrats 1 vermieden wird.
Die 2A und 2B zeigen das Aufbringen eines Hilfsträgers 4 zumindest auf die jeweiligen Hauptstrahlungsaustrittsflächen der Halbleiterchips 2 und auf die Begrenzungsstrukturen 3. Vorzugsweise schließt der Hilfsträger 4 stoff- und formschlüssig mit den Begrenzungsstrukturen 3 ab, sodass ein dichter Rahmen im Seitenquerschnitt gesehen zwischen Begrenzungsstrukturen 3, Hilfsträger 4 und Substrat 1 erzeugt werden kann und ein Einbringen des Vergussmaterials nicht zum Überlaufen über die Seitenkanten des Substrats 1 oder über die Bereiche zwischen Begrenzungsstrukturen 3 und Hilfsträger 4 (überlappenden Bereiche) erfolgt. Der Hilfsträger 4 kann eine Folie sein, die mit einer Klebeschicht auflaminiert ist. Vorzugsweise ist die Folie flexibel ausgeformt.
Anschließend, wie in den 3A und 3B gezeigt, kann optional die in der 2A und B erzeugte Anordnung gedreht werden, sodass im Seitenquerschnitt gesehen der Hilfsträger 4 unterhalb des Substrats 1 angeordnet ist. Damit kann ein leichtes Befüllen mit Vergussmaterial 5 über die Rückseite des Substrats 1 von oben her erfolgen. Die Durchbrüche 11 sind hier in dem Beispiel länglich ausgeformt. Alternativ können die Durchbrüche 11 auch eine runde Form oder eine Kreuzform aufweisen. Sofern der Hilfsträger 4 flexibel ausgeformt wird, kann dieser mittels Vakuum bearbeitet werden, sodass dieser eine planare Oberfläche aufweist.
Im anschließenden Schritt, wie in den 4A und 4B gezeigt, kann das Vergussmaterial 5 auf das Substrat 1 aufgebracht werden. Insbesondere weist das Vergussmaterial 5 reflektive Partikel 8, wie Titandioxid, auf. Das Vergussmaterial 5 kann beispielsweise Silikon sein. Aufgrund der Kapillarwirkung der Durchbrüche 111 kann das Vergussmaterial 5 zwischen Substrat 1, Halbleiterchip 2 und Hilfsträger 4 gelangen. Zudem kann Luft durch die Durchbrüche 112 aus dem Bauelement 100 entweichen. Das Vergussmaterial 5 ist zumindest zwischen den Begrenzungsstrukturen 3 und dem Halbleiterchip 2 sowie gegebenenfalls zwischen benachbarten Halbleiterchips 2 angeordnet. Ferner ist das Vergussmaterial 5 zwischen dem Substrat 1 und dem Hilfsträger 4 angeordnet. Das Substrat 1 kann unterschiedliche Arten von Durchbrüchen 11 aufweisen. Das Substrat kann Durchbrüche 111 aufweisen, auch erste Durchbrüche genannt, die zum Einbringen des Vergussmaterials 5 dienen. Zusätzlich kann das Substrat zweite Durchbrüche 112 aufweisen, die als Entlüftung dienen.
Anschließend kann, wie in den 5A und 5B gezeigt, der Raum zwischen Hilfsträger 4, Substrat 1 und Begrenzungsstrukturen 3 komplett mit dem Vergussmaterial ausgefüllt werden.
Anschließend kann der Verfahrensschritt F) erfolgen, sodass das Vergussmaterial 5 ausgehärtet wird und damit seine Formstabilität erhält. Luftblasen können durch den Einsatz eines Autoklaven oder durch Vakuum vermieden werden.
Anschließend kann optional, wie in den 6A und 6B gezeigt, die Anordnung wieder gedreht werden. Damit weist die Anordnung der 6A und 6B im Seitenquerschnitt und in Strahlungsrichtung der emittierenden Strahlung des Halbleiterchips 2 gesehen die Reihenfolge auf: Substrat 1, Halbleiterchip 2 und Hilfsträger 4.
Die 7A und 7B zeigen den optionalen Schritt G), dass der Hilfsträger 4 wieder entfernt werden kann. Vorzugsweise wird der Hilfsträger 4 wieder entfernt. Ist der Hilfsträger 4 eine Folie, so kann diese maschinell oder per Hand abgezogen werden. Damit weist das Vergussmaterial 5 und die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 im Seitenquerschnitt gesehen eine planare Ausgestaltung auf. Mit anderen Worten sind die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 und die Oberfläche des Vergussmaterials 91 in einer Ebene angeordnet.
Es kann damit ein Bauelement 100 bereitgestellt werden, das eine ebene Bauteiloberfläche aufweist, ohne dass ein nachträgliches Abschleifen erforderlich ist.
Die 8A und 8B zeigen das Vereinzeln von Halbleiterchips 2, sodass eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 100 erzeugt werden können.
Die optoelektronischen Bauelemente 100 können die wie in 11 gezeigte Ausgestaltung aufweisen. Beispielsweise weist das optoelektronische Bauelement 100 ein Substrat 1 aus Keramik auf. Auf dem Substrat 1 ist ein Halbleiterchip 2 angeordnet. Die Seitenflächen 25 des Halbleiterchips sind von einem Gehäuse 9 stoff- und formschlüssig umgeben. Das Gehäuse 9 weist das ausgehärtete Vergussmaterial 5 auf, in dem reflektive Partikel 8, beispielsweise Titandioxid, eingebettet sind. Aufgrund des Herstellungsverfahrens liegen die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 und die Oberfläche des Gehäuses 91 in einer Ebene. Die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 ist dabei frei von dem Vergussmaterial 5. Damit kann die in dem Halbleiterchip 2 erzeugte Strahlung über die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 vollständig ausgekoppelt werden. Die über die Seitenflächen 25 austretende Strahlung wird an dem Gehäuse reflektiert und kann über die Hauptstrahlungsaustrittsfläche 21 auf dem Bauelement 100 auskoppeln.
Die 9 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Anordnung, die während des Verfahrens erzeugt ist. Die Anordnung weist ein Substrat 1 auf, auf dem hier eine Vielzahl von Halbleiterchips 2, hier am Beispiel von zwei Halbleiterchips 2, angeordnet sind. Über den Halbleiterchips 2 ist ein Hilfsträger 4 angeordnet. Zwischen dem Hilfsträger 4 und den Hauptstrahlungsaustrittsflächen 21 der Halbleiterchips 2 ist eine Klebeschicht 7, beispielsweise aus Silikon, angeordnet. Dadurch kann eine bessere Haftung zwischen den Hauptstrahlungsaustrittsflächen 21 und dem Hilfsträger 4 erzeugt werden.
Die 10A und 10B zeigen eine Draufsicht einer Anordnung, die während des Verfahrens erzeugt wurde. Die Anordnung zeigt hier die Ausgestaltung der Durchbrüche 11. Im Beispiel der 10A sind die Durchbrüche 11 rund ausgeformt, sodass beispielsweise mit einem Nadeldosierverfahren leicht über die Durchbrüche das Vergussmaterial eingebracht werden kann.
Die 10B zeigt die Ausgestaltung der Durchbrüche 11 als Schlitze, die zwischen Halbleiterchips 2 und Begrenzungsstrukturen 3 (hier nicht gezeigt) angeordnet sind. Im anschließenden Vereinzelungsverfahren können die Stellen, an denen sich die Durchbrüche 11 befinden, vereinzelt werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombinieren, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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

100: optoelektronisches Bauelement
1: Substrat
11: Durchbruch
111: erster Durchbruch
112: zweiter Durchbruch (Entlüftung)
2: Halbleiterchip oder eine Vielzahl von Halbleiterchips
21: Hauptstrahlungsaustrittsfläche
22a: Konversionselement
22b: Glasplättchen
23: Halbleiterschichtenfolge
24: Bonddraht
25: Seitenflächen des Halbleiterchips
3: Begrenzungsstrukturen
4: Hilfsträger
5: Vergussmaterial
6: Vereinzeln
7: Klebeschicht
8: reflektive Partikel
9: Gehäuse
91: Oberfläche des Gehäuses

Claims

Verfahren zur Herstellung von zumindest einem optoelektronischen Bauelement (100) aufweisend die Schritte: A) Bereitstellen eines Substrats (1), das zumindest einen Durchbruch (11) aufweist, B) Aufbringen von zumindest einem Halbleiterchip (2) auf das Substrat (1), wobei der zumindest eine Halbleiterchip (2) eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) aufweist, die dem Substrat (1) abgewandt angeordnet ist, C) Anordnen von Begrenzungsstrukturen (3), sofern die Begrenzungsstrukturen (3) nicht bereits Teil des Substrats (1) sind, wobei der Halbleiterchip (2) im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) beabstandet angeordnet ist, D) Aufbringen eines Hilfsträgers (4) zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) und auf die Begrenzungsstrukturen (3), E) Einbringen eines Vergussmaterials (5) über den zumindest einen Durchbruch (11) des Substrats (1), so dass das Vergussmaterial (5) zumindest zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) und dem Halbleiterchip (2) sowie zwischen dem Substrat (1) und dem Hilfsträger (4) angeordnet wird, wobei die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) frei von dem Vergussmaterial (5) ist, F) Aushärten des Vergussmaterials (5), und gegebenenfalls G) Entfernen des Hilfsträgers (4), so dass das Vergussmaterial (5) und die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) im Seitenquerschnitt gesehen in einer Ebene angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Halbleiterchips (2) auf dem Substrat (1) matrixförmig angeordnet ist, wobei die Halbleiterchips (2) im Seitenquerschnitt gesehen zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) beabstandet angeordnet sind, wobei sich der Hilfsträger (4) über die Begrenzungsstrukturen (3) und die Hauptstrahlungsaustrittsflächen (21) der Halbleiterchips (2) erstreckt, wobei im Schritt E) das Vergussmaterial (5) zwischen den Begrenzungsstrukturen (3) und den Halbleiterchips (2) und zwischen benachbarten Halbleiterchips (2) angeordnet wird, wobei nach Schritt F) die Halbleiterchips (2) vereinzelt (6) werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Begrenzungsstrukturen (3) im Seitenquerschnitt die gleiche Höhe aufweisen wie die Höhe des Halbleiterchips (2).
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsträger (4) eine Klebeschicht aufweist, auf der die zumindest eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) direkt angeordnet ist und ein Anordnen des Vergussmaterials (5) auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) im Schritt E) verhindert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (2) mindestens zwei Durchbrüche (11) aufweist, wobei über den ersten Durchbruch (111) Schritt E) erfolgt und über den zweiten Durchbruch (112) zumindest während Schritt E) eine Entlüftung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei über den zweiten Durchbruch (112) Luft entweicht, so dass Luftblasen in dem Vergussmaterial (5) vermieden werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Durchbruch (11) eine längliche oder runde Form aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt E) mittels einem Nadeldosierverfahren oder Jetting durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Schritt D) erzeugte Anordnung gedreht wird, so dass das Substrat (1) entgegen der Richtung der Schwerkraft über dem Halbleiterchip (2) angeordnet ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsträger (4) eine Folie ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) eine Halbleiterschichtenfolge (23), die im Betrieb des Bauelements Strahlung emittiert, und ein Konversionselement (22a) aufweist, wobei das Konversionselement (22a) der Halbleiterschichtenfolge (23) direkt nachgeordnet ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) eine Halbleiterschichtenfolge (23), die im Betrieb des Bauelements Strahlung emittiert, und ein Glasplättchen (22b) aufweist, wobei das Glasplättchen (22b) der Halbleiterschichtenfolge (23) direkt nachgeordnet ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumenmaterial (5) reflektive Partikel (8) aufweist und nach Schritt F) das Gehäuse (9) des Bauelements (100) bildet, wobei das Gehäuse (9) eine Oberfläche (91) aufweist, die planar zur Hauptstrahlungsaustrittsfläche (21) angeordnet ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die reflektiven Partikel (8) aus Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumdioxid oder Zirkoniumdioxid geformt sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vergussmaterial (5) Silikon oder Epoxid ist.
Optoelektronisches Bauelement (100), das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 erhältlich ist.