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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Halbleiterbauelement und eine Anzeigevorrichtung.
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Bei Großveranstaltungen wie zum Beispiel Konzerten sowie auch in modernen Arenen und Stadien werden sogenannte Videowände eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Anzeigeflächen, welche aus mehreren Anzeigemodulen aufgebaut sind. Ein Anzeigemodul weist eine Leiterplatte auf, auf welcher eine Mehrzahl an lichtemittierenden Halbleiterbauelementen angeordnet ist. Die Halbleiterbauelemente sind in Form von Leuchtdioden (LEDs, Light Emitting Diode) verwirklicht.
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Für Anwendungen im Outdoor-Bereich ist es erforderlich, die elektrischen Anschlüsse der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen. Eine übliche Maßnahme besteht darin, auf einer Leiterplatte eines Moduls ein schützendes Vergussmaterial in Bereichen zwischen den Halbleiterbauelementen anzuordnen (Potting). Dies setzt eine ausreichende Höhe der Bauelemente voraus, um das Vergussmaterial mit einer geeigneten Dicke ausbilden zu können.
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In einer herkömmlichen Ausgestaltung kommen Halbleiterbauelemente mit einem Premold-Träger zum Einsatz, welcher einen von einem Kunststoffgehäuse umgebenen Leiterrahmen aufweist. Das Gehäuse umfasst eine Kavität, innerhalb derer mehrere LED-Chips auf dem Leiterrahmen angeordnet sind. Die tief sitzende Anordnung der LED-Chips innerhalb der Kavität ist mit einer geringen Lichtauskoppeleffizienz verbunden. Die Effizienz kann verbessert werden, indem das Chipniveau durch eine gebogene oder umgeformte Gestalt des Leiterrahmens erhöht wird.
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In einer weiteren Bauform von Halbleiterbauelementen befinden sich LED-Chips auf einem Träger ohne Kavität, und sind von einem auf dem Träger angeordneten lichtdurchlässigen Verkapselungsmaterial umschlossen. Derartige Bauelemente besitzen eine geringe Höhe und werden daher nur für Indoor-Anwendungen genutzt. Aufgrund der fehlenden Gehäusekavität und der über das Verkapselungsmaterial stattfindenden Lichtauskopplung kann es zu einer ungeeigneten Abstrahlcharakteristik kommen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Halbleiterbauelement, ein dazugehöriges Herstellungsverfahren sowie eine Anzeigevorrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen. In dem Verfahren wird ein Träger mit Leiterstrukturen bereitgestellt. Die Leiterstrukturen weisen vorderseitige Leiterabschnitte, rückseitige Leiterabschnitte und sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte auf. Die vorderseitigen Leiterabschnitte liegen an einer Vorderseite, und die rückseitigen Leiterabschnitte liegen an einer Rückseite des Trägers frei. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Anordnen von Halbleiterchips auf der Vorderseite des Trägers. Hierbei werden die Halbleiterchips mit vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers elektrisch verbunden. Die auf dem Träger angeordneten Halbleiterchips stehen gegenüber dem Träger hervor. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist ein Ausbilden einer Einbettungsschicht auf der Vorderseite des Trägers. Die Einbettungsschicht grenzt an die Halbleiterchips an. Weiter vorgesehen ist ein Durchführen eines Vereinzelungsprozesses. Hierbei werden der Träger und die Einbettungsschicht durchtrennt, und werden vereinzelte Halbleiterbauelemente mit wenigstens einem Halbleiterchip gebildet.
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Die Schritte des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens können in der vorstehend angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, d.h. dass der Träger bereitgestellt wird, nachfolgend Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet werden, welche an der Vorderseite des Trägers gegenüber dem Träger hervorstehen, im Anschluss hieran die Einbettungsschicht auf dem Träger ausgebildet wird, und der dadurch gebildete Bauelementverbund anschließend in separate Halbleiterbauelemente vereinzelt wird.
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Die mit Hilfe des Verfahrens in gemeinsamer Weise hergestellten Halbleiterbauelemente weisen jeweils einen Teil des Trägers mit als Umverdrahtung dienenden Leiterstrukturen und wenigstens einen auf der Vorderseite des Trägers angeordneten Halbleiterchip auf. Die Vorderseite des Trägers ist mit der Einbettungsschicht versehen, welche an den wenigstens einen Halbleiterchip angrenzt.
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Die Halbleiterbauelemente eignen sich für eine Oberflächenmontage, und können daher als oberflächenmontierbare Halbleiterbauelemente (SMT-Bauelemente, Surface Mounting Technology) bezeichnet werden. Die rückseitigen Leiterabschnitte, welche über die Verbindungsabschnitte der Leiterstrukturen mit den vorderseitigen Leiterabschnitten verbunden sein können, können als Anschlüsse der Halbleiterbauelemente dienen. Mit Hilfe der rückseitigen Leiterabschnitte können die Halbleiterbauelemente auf Gegenanschlüssen einer Trägervorrichtung wie zum Beispiel einer Leiterplatte montiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, einem Halbleiterbauelement und damit dem wenigstens einen dazugehörigen Halbleiterchip über die rückseitigen Leiterabschnitte elektrische Energie zuzuführen.
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Das Verfahren lässt sich mit einer geringen Anzahl an Herstellungsprozessen durchführen. Infolgedessen können die Halbleiterbauelemente auf einfache und kostengünstige Weise gefertigt werden. Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, die Halbleiterbauelemente mit einer geringen Bauteilkomplexität und mit einer geringen Anzahl an Schnittstellen oder Grenzflächen unterschiedlicher Materialien herzustellen. Auf diese Weise können sich die Halbleiterbauelemente durch eine hohe Stabilität und Robustheit auszeichnen, und kann ein Versagen oder ein Ausfall von Bestandteilen der Halbleiterbauelemente mit einer hohen Zuverlässigkeit vermieden werden.
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Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungsformen näher beschrieben, welche für das Verfahren und für die gemäß dem Verfahren hergestellten Halbleiterbauelemente in Betracht kommen können.
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Das Ausbilden der Einbettungsschicht auf dem Träger kann derart erfolgen, dass die Einbettungsschicht seitlich an die Halbleiterchips angrenzt und Vorderseiten der Halbleiterchips nicht mit der Einbettungsschicht bedeckt sind. Hierbei kann die Einbettungsschicht an laterale Seitenflanken der Halbleiterchips angrenzen, und können die Halbleiterchips seitlich von der Einbettungsschicht umschlossen sein. Die Einbettungsschicht kann auch an Rückseiten der Halbleiterchips angrenzen bzw. sich in Bereichen zwischen den Rückseiten der Halbleiterchips und der Vorderseite des Trägers befinden. Die Vorderseiten der Halbleiterchips können bündig mit der Einbettungsschicht abschließen. In dieser Ausführungsform des Verfahrens können Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei welchen die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips freiliegend ist.
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Die Leiterstrukturen des bereitgestellten Trägers können aus einem metallischen Material ausgebildet sein. Jede Leiterstruktur kann wenigstens einen vorderseitigen Leiterabschnitt, wenigstens einen rückseitigen Leiterabschnitt und wenigstens einen Verbindungsabschnitt aufweisen. Neben den Leiterstrukturen kann der Träger ein elektrisch isolierendes Trägermaterial aufweisen. In dem Vereinzelungsprozess können wenigstens das elektrisch isolierende Trägermaterial des Trägers und die Einbettungsschicht durchtrennt werden.
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Der bereitgestellte Träger kann eine große Dicke besitzen, so dass ein großer Abstand zwischen der Vorderseite und der als Montageseite bei den Halbleiterbauelementen dienenden entgegengesetzten Rückseite vorliegen kann. In entsprechender Weise können die Halbleiterbauelemente mit einer großen Bauhöhe gefertigt werden. Dadurch kann sich der wenigstens eine vorderseitig angeordnete Halbleiterchip der Halbleiterbauelemente in einem großen Abstand zur Montageseite befinden.
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Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn mit Hilfe des Verfahrens strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente hergestellt werden. In einer solchen Ausführungsform sind die verwendeten und auf der Vorderseite des Trägers angeordneten Halbleiterchips strahlungsemittierende Halbleiterchips. Die Halbleiterchips können zum Beispiel Leuchtdiodenchips (LED-Chips) sein.
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Wie oben angegeben wurde, können die Halbleiterbauelemente derart hergestellt werden, dass die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips bei den Halbleiterbauelementen unbedeckt ist. Im Leuchtbetrieb solcher Halbleiterbauelemente kann eine Strahlungsemission jeweils über die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips erfolgen. Da die Vorderseite unbedeckt ist, kann eine definierte und unbeeinträchtigte Abstrahlcharakteristik ermöglicht werden.
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Die mit Hilfe des Verfahrens hergestellten strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente können zum Beispiel beim Aufbau einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise eines Moduls für eine Videowand, eingesetzt werden. Hierbei können mehrere Halbleiterbauelemente auf einer Leiterplatte montiert werden, und kann auf der Leiterplatte in Bereichen neben und zwischen den Halbleiterbauelementen ein schützendes Vergussmaterial angeordnet werden. Eine große Bauhöhe der Halbleiterbauelemente ermöglicht ein Ausbilden des Vergussmaterials mit einer großen Dicke. Dadurch können die rückseitigen Leiterabschnitte der Halbleiterbauelemente zuverlässig abgedichtet und sicher vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Durch die vorderseitige und gegenüber dem Träger hervorstehende Anordnung des wenigstens einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann des Weiteren eine hohe Lichtauskoppeleffizienz erzielt werden. Auf diese Weise kann ein effizienter Leuchtbetrieb mit einer hohen Helligkeit ermöglicht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterbauelementen mit einer Kavität zum Aufnehmen von Halbleiterchips können die Effizienz und damit die Helligkeit zum Beispiel um 50% bis 100% gesteigert werden. Anstelle einer Helligkeitssteigerung besteht die alternative Möglichkeit, kleinere Halbleiterchips vorzusehen und dadurch eine Kostenersparnis zu erreichen. Möglich ist zum Beispiel ein Schrumpfen der Chipgrößen auf knapp über die Hälfte. Das Fehlen einer Kavität bietet ferner die Möglichkeit, die Halbleiterbauelemente mit kleinen laterale Abmessungen herzustellen. Auf diese Weise kann eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Auflösung aufgebaut werden.
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Die Einbettungsschicht kann aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial ausgebildet werden. Möglich ist zum Beispiel die Verwendung eines Epoxidmaterials. In Bezug auf eine Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, bei welchen die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips nicht mit der Einbettungsschicht bedeckt ist, kann es ferner in Betracht kommen, für die Einbettungsschicht ein schwarzes Kunststoffmaterial einzusetzen. Dadurch ist ein Leuchtbetrieb mit hohem Kontrast möglich.
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Für das Ausbilden der Einbettungsschicht auf der Vorderseite des Träges können unterschiedliche Prozesse durchgeführt werden. In einer möglichen Ausführungsform erfolgt ein Aufbringen von Material der Einbettungsschicht durch Durchführen eines Formprozesses (Moldprozesses) mit Hilfe eines Formwerkzeugs. Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen folienunterstützten Spritzpressprozess (FAM, Foil Assisted Molding) handeln. Bei diesem Prozess kann auf einem Werkzeugteil des verwendeten Form- bzw. Spritzpresswerkzeugs eine Folie aus einem Kunststoffmaterial angeordnet sein. In dem Spritzpressprozess kann das betreffende Werkzeugteil mit der Folie an die Halbleiterchips angedrückt sein. Hierdurch kann ein Bedecken der Vorderseiten der Halbleiterchips mit der Einbettungsschicht vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Ausbilden der Einbettungsschicht auf dem Träge durch Verfüllen oder Vergießen von Material der Einbettungsschicht unter Verwendung einer umschließenden Begrenzungsstruktur durchgeführt. Dieses Vorgehen wird auch als Dam-and-Fill Verfahren bezeichnet. Die Begrenzungsstruktur, welche rahmenförmig ausgestaltet sein kann, kann auf dem Träger ausgebildet oder angeordnet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die in dem Verfahren verwendeten Halbleiterchips Oberflächenemitter. Solche Halbleiterchips können eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Zone im Bereich der Vorderseite der Halbleiterchips aufweisen. In entsprechender Weise kann im Betrieb solcher Halbleiterchips eine Strahlungsemission ausschließlich oder nahezu vollständig über die Vorderseite erfolgen. Dadurch kann eine effiziente Betriebsweise der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente weiter begünstigt werden.
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Die Halbleiterchips können Kontakte aufweisen, über welche die Halbleiterchips mit elektrischer Energie versorgt werden können. Im Rahmens des Anordnens der Halbleiterchips auf dem Träger können die Chipkontakte mit vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers verbunden werden. In diesem Zusammenhang kann folgende Ausführungsform zur Anwendung kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die eingesetzten Halbleiterchips lediglich rückseitige Kontakte auf. Im Rahmen des Anordnens der Halbleiterchips auf dem Träger werden die rückseitigen Kontakte der Halbleiterchips mit vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers elektrisch und auch mechanisch verbunden. In dieser Ausgestaltung können die Halbleiterchips sogenannte Flip-Chips sein. Die Verbindung zwischen den rückseitigen Chipkontakten und den vorderseitigen Leiterabschnitten kann über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial wie zum Beispiel ein Lotmittel oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff hergestellt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Montage der Halbleiterchips auf dem Träger. Darüber hinaus kann, im Hinblick auf eine Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, eine Abschattung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips, wie sie zum Beispiel bei einer Verwendung von Bonddrähten auftreten kann, vermieden werden.
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Die rückseitigen Kontakte der Halbleiterchips können relativ klein sein. Demgegenüber können die rückseitigen Leiterabschnitte des Trägers relativ groß, und damit relativ einfach kontaktierbar sein. In diesem Sinne können der Träger und dessen Leiterstrukturen als Mittel zum Auffächern (Fan Out) der Chipkontakte angesehen werden.
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Mit Hilfe des Verfahrens können Einzelchip-Bauelemente mit lediglich einem einzelnen Halbleiterchip bzw. einem einzelnen strahlungsemittierenden Halbleiterchip gefertigt werden. Möglich ist auch eine Herstellung von Multichip-Bauelementen, welche mehrere Halbleiterchips bzw. mehrere strahlungsemittierende Halbleiterchips aufweisen. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Leiterstrukturen des Trägers können die Halbleiterbauelemente ferner derart hergestellt werden, dass die mehreren Halbleiterchips der jeweiligen Halbleiterbauelemente separat angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden können.
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In Bezug auf eine Herstellung von Halbleiterbauelementen mit mehreren strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann es in Betracht kommen, unterschiedliche und zum Erzeugen verschiedener Lichtstrahlungen ausgebildete Halbleiterchips auf dem Träger anzuordnen und Halbleiterbauelemente zu fertigen, welche mehrere unterschiedliche Halbleiterchips aufweisen.
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In diesem Sinne ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass Halbleiterchips zum Erzeugen einer ersten Lichtstrahlung, Halbleiterchips zum Erzeugen einer zweiten Lichtstrahlung und Halbleiterchips zum Erzeugen einer dritten Lichtstrahlung auf der Vorderseite des Trägers angeordnet werden. Im Rahmen des Vereinzelungsprozesses werden separate Halbleiterbauelemente gebildet, welche einen Halbleiterchip zum Erzeugen der ersten Lichtstrahlung, einen Halbleiterchip zum Erzeugen der zweiten Lichtstrahlung und einen Halbleiterchip zum Erzeugen der dritten Lichtstrahlung aufweisen. Die Halbleiterbauelemente können wie vorstehend angegeben derart hergestellt werden, dass die unterschiedlichen Halbleiterchips der Halbleiterbauelemente separat angesteuert und dadurch unabhängig voneinander zur Abgabe ihrer jeweiligen Lichtstrahlung betrieben werden können. Hierdurch können die Halbleiterbauelemente als Pixel einer Anzeigevorrichtung eingesetzt werden, deren Farbe individuell einstellbar ist.
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In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform können die erste, zweite und dritte Lichtstrahlung zum Beispiel eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtstrahlung sein. Die auf diese Weise hergestellten Halbleiterbauelemente können infolgedessen als RGB-Pixel zur Anwendung kommen.
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Bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen mit einer Kavität, welche als RGB-Pixel ausgebildet sind, ist eine Anordnung der in der Kavität aufgenommenen Halbleiterchips entlang einer Linie erforderlich, um eine gute Farbmischung zu erzielen. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens werden im Unterschied hierzu Halbleiterbauelemente ohne eine Kavität und mit vorderseitig platzierten Halbleiterchips ausgebildet. Dies macht eine Linienanordnung der Halbleiterchips entbehrlich. Daher können Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei welchen die Halbleiterchips in einer anderen Anordnung positioniert sind, um zum Beispiel Verbesserungen in Bezug auf den Betrachtungswinkel und die Farbmischung zu erzielen. Aufgrund der fehlenden Kavität können die Halbleiterbauelemente ferner mit kleinen lateralen Bauformen verwirklicht werden.
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Dadurch sind kleine Pixel-Abstände und eine hohe Auflösung möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, welche in Bezug auf ein Vorsehen einer anderen Chipanordnung in Betracht kommen kann, werden die zum Erzeugen der ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlung ausgebildeten Halbleiterchips in dreieckförmigen Anordnungen auf dem Träger montiert. Des Weiteren werden vereinzelte Halbleiterbauelemente gebildet, bei welchen die Halbleiterchips zum Erzeugen der ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlung jeweils in einer dreieckigen Anordnung positioniert sind.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der bereitgestellte Träger eine Dicke von wenigstens 2mm auf. Möglich ist auch eine Dicke von wenigstens 2,5mm. In entsprechender Weise können Halbleiterbauelemente mit einer Bauhöhe von wenigstens 2mm oder 2,5mm hergestellt werden. In dieser Ausgestaltung kann der Einsatz der Halbleiterbauelemente bei einer Videowand begünstigt werden, um einen zuverlässigen Schutzverguss neben und zwischen den Halbleiterbauelementen auszubilden.
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Die Leiterstrukturen des bereitgestellten Trägers weisen vorderseitige Leiterabschnitte, rückseitige Leiterabschnitte und sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte auf. Über die Verbindungsabschnitte können vorderseitige und rückseitige Leiterabschnitte miteinander verbunden sein. Die vorder- und rückseitigen Leiterabschnitte können in Form von Kontaktflächen verwirklicht sein. Die Verbindungsabschnitte können in Form von sich vertikal durch den Träger erstreckenden Durchkontaktierungen verwirklicht sein.
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In dem Vereinzelungsprozess kann nicht nur ein Durchtrennen von elektrisch isolierendem Trägermaterial des Trägers und der Einbettungsschicht erfolgen. Es ist möglich, dass in diesem Prozess auch Leiterstrukturen bzw. Bestandteile von Leiterstrukturen des Trägers durchtrennt und dadurch auf mehrere Halbleiterbauelemente verteilt werden. Möglich ist zum Beispiel ein Durchtrennen von vorderseitigen und/oder rückseitigen Leiterabschnitten der Leiterstrukturen.
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In einer weiteren Ausführungsform werden in dem Vereinzelungsprozess Verbindungsabschnitte von Leiterstrukturen des Trägers durchtrennt und auf mehrere Halbleiterbauelemente verteilt. Auf diese Weise ist eine Kostenersparnis möglich.
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Der bereitgestellte Träger kann eine plattenförmige und ebene oder im Wesentlichen ebene Form aufweisen. Möglich ist auch eine andere Ausgestaltung, wie im Folgenden erläutert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger an der Vorderseite hervorstehende Montageabschnitte auf, welche durch eine Grabenstruktur voneinander getrennt sind. Die Grabenstruktur kann in Form einer zusammenhängenden und zum Beispiel gitterförmigen Struktur, in Draufsicht gesehen, verwirklicht sein. Das Anordnen der Halbleiterchips erfolgt auf den Montageabschnitten. Bei dem Ausbilden der Einbettungsschicht wird die Grabenstruktur mit Material der Einbettungsschicht verfüllt. In dem Vereinzelungsprozess wird ein Durchtrennen im Bereich der Grabenstruktur durchgeführt. In dieser Ausführungsform können Halbleiterbauelemente hergestellt werden, welche jeweils einen seitlich von der Einbettungsschicht umschlossenen Montageabschnitt aufweisen. Auf dem Montageabschnitt kann wenigstens ein Halbleiterchip angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann die Einbettungsschicht einen wesentlichen Teil von lateralen Seitenflanken der Halbleiterbauelemente bilden. Die Einbettungsschicht kann aus einem Material mit hoher Robustheit und Alterungsstabilität ausgebildet werden, so dass auf diese Weise eine hohe Zuverlässigkeit der Halbleiterbauelemente erzielt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der bereitgestellte Träger eine Leiterplatte. In dieser Ausgestaltung kann das isolierende Trägermaterial des Trägers ein Leiterplattenmaterial wie zum Beispiel FR4 sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der verwendete Träger ein keramischer Träger. In dieser Ausgestaltung kann das isolierende Trägermaterial ein keramisches Material sein.
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Wie oben angegeben wurde, können mit Hilfe des Verfahrens strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei welchen die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips freiliegend ist. Möglich ist auch eine Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, bei welchen die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips nicht freiliegend ist. Solche Halbleiterbauelemente können zum Beispiel mit einer dem wenigstens einen Halbleiterchip nachgeordneten Linse verwirklicht sein. Dementsprechend kann im Leuchtbetrieb derartiger Halbleiterbauelemente eine Strahlungsemission über die Linse erfolgen. Auf diese Weise kann eine definierte Abstrahlcharakteristik ermöglicht werden. In diesem Zusammenhang können folgende Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Linsen auf dem mit den Halbleiterchips und der Einbettungsschicht versehenen Träger ausgebildet. Dieser Schritt erfolgt vor dem Vereinzelungsprozess. Der Vereinzelungsprozess wird derart durchgeführt, dass die vereinzelten Halbleiterbauelemente mit einer Linse gebildet werden.
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In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform kann die Einbettungsschicht wie oben angegeben derart ausgebildet werden, dass die Einbettungsschicht seitlich an die Halbleiterchips angrenzt und Vorderseiten der Halbleiterchips nicht mit der Einbettungsschicht bedeckt sind. Auf diese Weise können die Linsen auf den Halbleiterchips und ggf. auf der Einbettungsschicht ausgebildet werden. Die Linsen können aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoffmaterial wie zum Beispiel einem Silikonmaterial oder einem Epoxidmaterial ausgebildet werden. Das Ausbilden der Linsen kann mit Hilfe eines Formprozesses unter Verwendung eines Formwerkzeugs durchgeführt werden.
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Das Ausbilden der Linsen kann ferner derart erfolgen, dass nebeneinander angeordnete separate und nicht über Linsenmaterial verbundene Linsen auf dem mit den Halbleiterchips und der Einbettungsschicht versehenen Träger ausgebildet werden. Alternativ kann eine Linsenschicht auf dem mit den Halbleiterchips und der Einbettungsschicht versehenen Träger ausgebildet werden, welche eine Struktur aus Linsen aufweist. Die Linsenschicht kann zusammenhängend sein und auf den Halbleiterchips und auf der Einbettungsschicht ausgebildet werden. In dem Vereinzelungsprozess kann neben dem Träger und der Einbettungsschicht auch die Linsenschicht durchtrennt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Herstellung der Halbleiterbauelemente mit einer Linse unter Verwendung der Einbettungsschicht selbst. Zu diesem Zweck wird die Einbettungsschicht derart auf dem Träger ausgebildet, dass die Einbettungsschicht eine Struktur aus Linsen aufweist. Der Vereinzelungsprozess wird derart durchgeführt, dass die vereinzelten Halbleiterbauelemente mit einer Linse gebildet werden.
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In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform kann die Einbettungsschicht derart auf dem Träger ausgebildet werden, dass die Halbleiterchips und damit deren Vorderseiten mit der Einbettungsschicht bedeckt sind. Die Einbettungsschicht kann aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoffmaterial wie zum Beispiel einem Silikonmaterial oder einem Epoxidmaterial ausgebildet werden. Das Ausbilden der Einbettungsschicht mit der Struktur aus Linsen kann mit Hilfe eines Formprozesses unter Verwendung eines Formwerkzeugs durchgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen. Das Halbleiterbauelement weist einen Träger mit Leiterstrukturen auf. Die Leiterstrukturen weisen vorderseitige Leiterabschnitte, rückseitige Leiterabschnitte und sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte auf. Die vorderseitigen Leiterabschnitte sind an einer Vorderseite, und die rückseitigen Leiterabschnitte sind an einer Rückseite des Trägers vorhanden. Das Halbleiterbauelement weist des Weiteren wenigstens einen auf der Vorderseite des Trägers angeordneten Halbleiterchip auf. Der wenigstens eine Halbleiterchip ist mit vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers elektrisch verbunden und steht an der Vorderseite des Trägers gegenüber dem Träger hervor. Ein weiterer Bestandteil des Halbleiterbauelements ist eine auf der Vorderseite des Trägers angeordnete Einbettungsschicht, welche an den wenigstens einen Halbleiterchip angrenzt.
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Das Halbleiterbauelement kann gemäß dem oben erläuterten Verfahren bzw. gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein. Für das Halbleiterbauelement sind dieselben Ausgestaltungen denkbar und können dieselben Vorteile in Betracht kommen, wie sie oben erläutert wurden. Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement kostengünstig hergestellt sein, und sich durch eine hohe Robustheit auszeichnen. Auch kann das Halbleiterbauelement ein SMT-Bauelement sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement in Form eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements verwirklicht, indem der wenigstens eine Halbleiterchip ein strahlungsemittierender Halbleiterchip ist. Auf diese Weise kann das Halbleiterbauelement bei einer Anzeigevorrichtung zur Anwendung kommen. Die vorderseitige und gegenüber dem Träger hervorstehende Anordnung des wenigstens einen Halbleiterchips ermöglicht eine hohe Lichtauskoppeleffizienz.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine Halbleiterchip ein strahlungsemittierender Halbleiterchip in Form eines Oberflächenemitters. Diese Ausgestaltung begünstigt einen effizienten Leuchtbetrieb des Halbleiterbauelements.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der wenigstens eine Halbleiterchip lediglich rückseitige Kontakte auf, welche mit vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers elektrisch verbunden sind. Hierbei kann der wenigstens eine Halbleiterchip ein Flip-Chip sein. Die Verbindung zwischen den rückseitigen Chipkontakten und den vorderseitigen Leiterabschnitten des Trägers kann über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial wie zum Beispiel ein Lotmittel oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff hergestellt sein. In dieser Ausgestaltung kann eine Abschattung des wenigstens einen Halbleiterchips vermieden werden.
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Das Halbleiterbauelement kann lediglich einen einzelnen Halbleiterchip aufweisen. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher das Halbleiterbauelement mit mehreren auf der Vorderseite des Trägers angeordneten Halbleiterchips verwirklicht ist. Die mehreren Halbleiterchips, an welche die Einbettungsschicht angrenzt, können separat ansteuerbar sein.
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Das Halbleiterbauelement kann ferner mit mehreren unterschiedlichen und separat ansteuerbaren Halbleiterchips zum Erzeugen verschiedener Lichtstrahlungen verwirklicht sein. In diesem Sinne ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass auf der Vorderseite des Trägers ein Halbleiterchip zum Erzeugen einer ersten Lichtstrahlung, ein Halbleiterchip zum Erzeugen einer zweiten Lichtstrahlung und ein Halbleiterchip zum Erzeugen einer dritten Lichtstrahlung angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung kann das Halbleiterbauelement als Pixel einer Anzeigevorrichtung zum Einsatz kommen. Die erste, zweite und dritte Lichtstrahlung können eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtstrahlung sein.
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In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform ist es ferner denkbar, dass die zum Erzeugen der verschiedenen Lichtstrahlungen ausgebildeten Halbleiterchips in einer dreieckigen Anordnung positioniert sind. Auf diese Weise können Verbesserungen im Hinblick auf den Betrachtungswinkel und die Farbmischung erzielt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger eine Dicke von wenigstens 2mm auf. Dadurch kann das Halbleiterbauelement eine Bauhöhe von wenigstens 2mm besitzen. Diese Ausgestaltung begünstigt eine Verwendung des Halbleiterbauelements bei einer Anzeigevorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform liegen die Verbindungsabschnitte von Leiterstrukturen an lateralen Seiten des Trägers und damit an lateralen Seiten des Halbleiterbauelements frei. Diese Ausgestaltung begünstigt eine kosteneffiziente Herstellung des Halbleiterbauelements.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger einen vorderseitig hervorstehenden Montageabschnitt auf. Der wenigstens eine Halbleiterchip ist auf dem Montageabschnitt angeordnet. Der Montageabschnitt ist seitlich von der Einbettungsschicht umgeben. In dieser Ausgestaltung kann die Einbettungsschicht einen wesentlichen Teil von lateralen Seiten des Halbleiterbauelements bilden. Dies ermöglicht eine hohe Robustheit des Halbleiterbauelements. Bei einer Ausgestaltung des Halbleiterbauelement mit mehreren bzw. drei unterschiedlichen Halbleiterchips zum Erzeugen verschiedener Lichtstrahlungen können die betreffenden Halbleiterchips auf dem Montageabschnitt angeordnet sein.
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Der Träger des Halbleiterbauelements kann zum Beispiel eine Leiterplatte bzw. ein vereinzelter Teil einer Leiterplatte sein. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher der Träger ein keramischer Träger bzw. ein vereinzelter Teil eines keramischen Trägers ist.
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Es ist möglich, dass die Einbettungsschicht seitlich an den wenigstens einen Halbleiterchip des Halbleiterbauelements angrenzt und eine Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips nicht mit der Einbettungsschicht bedeckt ist. Hierbei kann der wenigstens eine Halbleiterchip seitlich von der Einbettungsschicht umschlossen sein. Die Einbettungsschicht kann auch an eine Rückseite des wenigstens einen Halbleiterchips angrenzen bzw. sich in einem Bereich zwischen der Rückseite des wenigstens einen Halbleiterchips und der Vorderseite des Trägers befinden. Die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips kann bündig mit der Einbettungsschicht abschlie-ßen. Des Weiteren kann die Vorderseite des wenigstens einen Halbleiterchips freiliegend sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Einbettungsschicht aus einem schwarzen Kunststoffmaterial ausgebildet. Auf diese Weise ist ein Leuchtbetrieb mit hohem Kontrast möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement eine Linse auf. Die Linse kann aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Es können ferner folgende Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
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Die Linse kann auf dem wenigstens einen Halbleiterchip und ggf. auf der Einbettungsschicht angeordnet sein. Des Weiteren kann die Linse durch eine Linsenschicht gebildet sein.
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Möglich ist es auch, dass die Linse durch die Einbettungsschicht selbst gebildet ist. In dieser Ausführungsform kann die Einbettungsschicht aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Hierbei können der wenigstens eine Halbleiterchip und damit dessen Vorderseite mit der Einbettungsschicht bedeckt sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung vorgeschlagen. Die Anzeigevorrichtung weist eine Leiterplatte, mehrere auf der Leiterplatte angeordnete Halbleiterbauelemente und ein Vergussmaterial auf. Das Vergussmaterial ist auf der Leiterplatte in Bereichen neben und zwischen den Halbleiterbauelementen angeordnet. Die Halbleiterbauelemente weisen den oben beschriebenen Aufbau bzw. einen Aufbau gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen auf. Auch können die Halbleiterbauelemente gemäß dem oben erläuterten Verfahren bzw. gemäß einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein. In Bezug auf den Einsatz bei der Anzeigevorrichtung sind die Halbleiterbauelemente strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente. Daher ist der wenigstens eine Halbleiterchip der Halbleiterbauelemente ein strahlungsemittierender Halbleiterchip.
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Wie oben angegeben wurde, können die Halbleiterbauelemente eine große Bauhöhe von zum Beispiel wenigstens 2mm aufweisen. In entsprechender Weise kann das Vergussmaterial mit einer großen Dicke auf der Leiterplatte ausgebildet werden. Auf diese Weise können die rückseitigen Leiterabschnitte der Halbleiterbauelemente zuverlässig abgedichtet und sicher vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden. Die vorderseitige Anordnung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf den Halbleiterbauelementen ermöglicht des Weiteren einen effizienten Leuchtbetrieb der Anzeigevorrichtung. Da die Halbleiterbauelemente ferner mit kleinen lateralen Abmessungen verwirklicht sein können, kann die Anzeigevorrichtung eine hohe Auflösung aufweisen.
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Für die Anzeigevorrichtung können ferner einzelne oder mehrere der folgenden Ausgestaltungen vorliegen. Die Anzeigevorrichtung kann ein Modul für eine Videowand sein. Auch kann die Anzeigevorrichtung für eine Anwendung im Outdoor-Bereich geeignet sein. Die Halbleiterbauelemente können über die rückseitigen Leiterabschnitte und ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial elektrisch und mechanisch mit Anschlüssen der Leiterplatte verbunden sein. Das Vergussmaterial kann ein Kunststoff- bzw. Silikonmaterial sein. Des Weiteren kann das Vergussmaterial eine schwarze Farbe aufweisen, wodurch ein Leuchtbetrieb mit hohem Kontrast möglich ist.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbare Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 bis 4 einen Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen, wobei ein Träger mit Leiterstrukturen bereitgestellt wird, Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet und mit den Leiterstrukturen elektrisch verbunden werden, eine seitlich an die Halbleiterchips angrenzende Einbettungsschicht auf dem Träger ausgebildet wird, und ein Vereinzelungsprozess durchgeführt wird;
- 5 bis 8 Aufsichtsdarstellungen des Verfahrensablaufs der 1 bis 4;
- 9 und 10 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen, bei welchem in einem Vereinzelungsprozess vorder- und rückseitige Leiterabschnitte von Leiterstrukturen eines Trägers durchtrennt werden;
- 11 und 12 Aufsichtsdarstellungen des Verfahrensablaufs der 9 und 10;
- 13 und 14 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen, bei welchem in einem Vereinzelungsprozess vorder- und rückseitige Leiterabschnitte und sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte von Leiterstrukturen eines Trägers durchtrennt werden;
- 15 und 16 Aufsichtsdarstellungen des Verfahrensablaufs der 13 und 14;
- 17 bis 19 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen, wobei ein Träger mit an der Vorderseite hervorstehenden Montageabschnitten verwendet wird;
- 20 bis 22 Aufsichtsdarstellungen des Verfahrensablaufs der 17 bis 19;
- 23 und 24 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von Aufsichtsdarstellungen, wobei Halbleiterbauelemente mit in einer dreieckigen Anordnung positionierten Halbleiterchips hergestellt werden;
- 25 eine seitliche Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung;
- 26 und 27 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von Aufsichtsdarstellungen, wobei Halbleiterbauelemente mit einem einzelnen Halbleiterchip hergestellt werden; und
- 28 bis 33 weitere Verfahrensabläufe zur Herstellung von Halbleiterbauelementen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen, wobei Halbleiterbauelemente mit einer Linse hergestellt werden.
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Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausgestaltungen eines Verfahrens zum parallelen Herstellen von oberflächenmontierbaren strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 100 beschrieben. Die Halbleiterbauelemente 100 können bei Anzeigevorrichtungen im Outdoor-Bereich zum Einsatz kommen. Bei dem Verfahren können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung elektronischer und optoelektronischer Bauelemente bekannte Prozesse durchgeführt werden und können in diesen Gebieten übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Prozessen weitere Prozesse durchgeführt werden und können die Bauelemente 100 zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten mit weiteren Komponenten und Strukturen gefertigt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die im Folgenden erläuterten Verfahrensabläufe lediglich in einem Ausschnitt in den Figuren dargestellt sind. Hierbei können die jeweils gezeigten Gegebenheiten sich vielfach wiederholend vorliegen. In den Aufsichtsdarstellungen sind zur besseren Veranschaulichung zum Teil ergänzend Schnittlinien angedeutet, welche sich auf Schnittebenen der dazugehörigen seitlichen Schnittdarstellungen beziehen. Hinsichtlich der Aufsichtsdarstellungen wird ferner darauf hingewiesen, dass verdeckte Bestandteile und Strukturen anhand von gestrichelten Linien angedeutet sind.
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Die 1 bis 4 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen ein mögliches Verfahren zum gemeinsamen Herstellen von oberflächenmontierbaren Halbleiterbauelementen 100. In den 5 bis 8 ist das Verfahren zusätzlich anhand von Aufsichtsdarstellungen veranschaulicht. Die Bauelemente 100 sind Multichip-Bauelemente 100, welche drei getrennt ansteuerbare strahlungsemittierende Halbleiterchips 130 aufweisen (vgl. 8). Die drei Halbleiterchips 130 können zum Erzeugen von unterschiedlichen Lichtstrahlungen, d.h. einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Halbleiterbauelemente 100 als RGB-Pixel einer Anzeigevorrichtung eingesetzt werden. Diese Anwendung kann durch eine mit Hilfe des Verfahrens erzielbare große Bauhöhe der Bauelemente 100 begünstigt werden.
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In dem Verfahren wird ein Träger 110 bereitgestellt, wie in 1 im Querschnitt und in 5 in einer vorderseitigen Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Der Träger 110 besitzt eine plattenförmige und im Wesentlichen ebene Gestalt, und weist ein elektrisch isolierendes Trägermaterial 115 und metallische Leiterstrukturen 120 auf. Die Leiterstrukturen 120 weisen vorderseitige Leiterabschnitte 121, rückseitige Leiterabschnitte 122 und sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte 123 auf. Die vorderseitigen Leiterabschnitte 121 befinden sich an einer Vorderseite 111, und die rückseitigen Leiterabschnitte 122 befinden sich an einer hierzu entgegengesetzten Rückseite 112 des Trägers 110. Die vorder- und rückseitigen Leiterabschnitte 121, 122 können übereinstimmende Formen und, in Draufsicht gesehen, zueinander deckungsgleich sein. Der Träger 110 kann eine Dicke von wenigstens 2mm oder 2,5mm aufweisen.
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Die vorderseitigen und rückseitigen Leiterabschnitte 121, 122 des Trägers 110 sind flächig ausgebildet, und können daher als Kontakt- oder Lötflächen bezeichnet werden. Die Verbindungsabschnitte 123, über welche die vorderseitigen und rückseitigen Leiterabschnitte 121, 122 miteinander verbunden sind, liegen in Form von sich vertikal durch den Träger 110 erstreckenden Durchkontaktierungen vor. In der in den 1 und 5 gezeigten Ausgestaltung umfasst jede Leiterstruktur 120 jeweils einen vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einen rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einen die beiden Leiterabschnitte 121, 122 verbindenden Verbindungsabschnitt 123.
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In 5 ist ergänzend anhand von gestrichelten Linien ein rechteckiger bzw. quadratischer Bauelementbereich 150 angedeutet, anhand dessen die geometrische Ausdehnung von einem der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 veranschaulicht ist. Die Halbleiterbauelemente 100 werden vorliegend mit drei Halbleiterchips 130 hergestellt, wobei für jeden Halbleiterchip 130 zwei Leiterstrukturen 120 vorgesehen sind. Infolgedessen umfasst der in 5 angedeutete Bauelementbereich 150 sechs Leiterstrukturen 120.
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Der bereitgestellte Träger 110 kann zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) sein. In dieser Ausgestaltung ist das isolierende Trägermaterial 115 ein isolierendes Leiterplattenmaterial wie zum Beispiel FR4. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Träger 110 ein keramischer Träger ist. In dieser Ausgestaltung ist das isolierende Trägermaterial 115 ein keramisches Material.
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Anschließend werden strahlungsemittierende Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110 angeordnet, wie in 2 im Querschnitt und in 6 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Die Halbleiterchips 130 stehen an der Vorderseite 111 des Trägers 110 gegenüber dem Träger 110 hervor. Die Halbleiterchips 130, welche vorliegend von oben betrachtet eine rechteckige Kontur besitzen, können zum Beispiel LED-Chips (Light Emitting Diode) sein. Die Halbleiterchips 130 weisen eine Vorderseite 131 und eine hierzu entgegengesetzte Rückseite 132 auf. Bei den hergestellten Halbleiterbauelementen 100 wird die Vorderseite 131 der Halbleiterchips 130 zur Lichtabstrahlung genutzt.
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Die Halbleiterchips 130 weisen jeweils zwei Kontakte 135 an der Rückseite 132 auf. Über die Kontakte 135 können die Halbleiterchips 130 mit elektrischer Energie versorgt werden. In dieser Ausgestaltung kann es sich bei den Halbleiterchips 130 um sogenannte Flip-Chips handeln. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 130 mit den rückseitigen Kontakten 135 und unter Verwendung eines nicht dargestellten elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials elektrisch und mechanisch mit den vorderseitigen Leiterabschnitten 121 der Leiterstrukturen 120 verbunden. Das Verbindungsmaterial kann zum Beispiel ein Lotmittel oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein. Jeder Halbleiterchip 130 wird mit dessen Kontakten 135 an zwei benachbarte Leiterstrukturen 120 angeschlossen.
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Wie oben angedeutet wurde, können mit Hilfe des Verfahrens als RGB-Pixel dienende Halbleiterbauelemente 100 hergestellt werden. Für diese Ausgestaltung werden auf dem Träger 110 drei unterschiedliche Typen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 montiert, welche zum Erzeugen einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sind. Dies erfolgt derart, dass für jedes der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 eine Gruppe aus einem rot emittierenden, einem grün emittierenden und einem blau emittierenden Halbleiterchip 130 auf dem Träger 110 angeordnet wird. Eine solche Gruppe aus drei unterschiedlichen und nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 130 kann in dem in 6 angedeuteten Bauelementbereich 150 vorgesehen sein.
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Die lichtemittierenden Halbleiterchips 130 weisen neben den Chipkontakten 135 weitere nicht dargestellte Bestandteile wie ein Chipsubstrat und eine darauf angeordnete Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Zone auf. Es ist möglich, dass die Halbleiterchips 130 sogenannte Oberflächenemitter sind. In dieser Bauform befindet sich die Halbleiterschichtenfolge mit der strahlungserzeugenden aktiven Zone jeweils im Bereich der Vorderseite 131 der Halbleiterchips 130. Das Chipsubstrat, welches strahlungsundurchlässig sein kann, kann jeweils laterale Seitenflanken bzw. einen wesentlichen Teil der lateralen Seitenflanken und, zusammen mit den Kontakten 135, die Rückseite 132 der Halbleiterchips 130 bilden. Im Betrieb können solche Halbleiterchips 130 eine Lichtstrahlung vollständig oder nahezu vollständig über die Vorderseite 131 emittieren, wohingegen eine Strahlungsemission über die Seitenflanken, wie sie bei sogenannten Volumenemittern auftreten kann, vermieden wird.
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Nachfolgend wird eine Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110 ausgebildet, wie in 3 im Querschnitt und in 7 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Dies erfolgt derart, dass die Einbettungsschicht 140 an die lateralen Seitenflanken der Halbleiterchips 130 angrenzt, und sich ferner zwischen den Halbleiterchips 130 und dem Träger 110 befindet. Auf diese Weise sind die Vorderseite 111 des Trägers 110 und damit die vorderseitigen Leiterabschnitte 121 der Leiterstrukturen 120 seitlich und unterhalb der Halbleiterchips 130 mit der Einbettungsschicht 140 bedeckt. Die Einbettungsschicht 140 reicht bis zu den Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130, so dass die Vorderseiten 131 nicht mit der Einbettungsschicht 140 bedeckt sind und freiliegen. Die Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 schließen bündig mit der Einbettungsschicht 140 ab.
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Die Einbettungsschicht 140 wird aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial ausgebildet. Möglich ist zum Beispiel ein Epoxidmaterial. Um im Leuchtbetrieb der Halbleiterbauelemente 100 einen hohen Kontrast zu erzielen, kann ein schwarzes Kunststoff- bzw. Epoxidmaterial zum Einsatz kommen.
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Zum Ausbilden der Einbettungsschicht 140 auf dem Träger kann zum Beispiel ein Formprozess (Moldprozess) mit Hilfe eines Formwerkzeugs durchgeführt werden (nicht dargestellt). Möglich ist zum Beispiel ein Durchführen eines folienunterstützten Spritzpressprozesses (FAM, Foil Assisted Molding). Hierbei kann auf einem Werkzeugteil eines verwendeten Spritzpresswerkzeugs eine Folie aus einem Kunststoffmaterial angeordnet sein. In dem Spritzpressprozess kann dieses Werkzeugteil mit der Folie an die Halbleiterchips 130 angedrückt sein. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 mit Material der Einbettungsschicht 140 bedeckt werden.
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Ein weiterer nicht dargestellter Prozess, mit dessen Hilfe die Einbettungsschicht 140 auf dem Träger 110 ausgebildet werden kann, ist ein Verfüllen oder Vergießen von Material der Einbettungsschicht 140 auf dem Träger 110 unter Verwendung einer umschließenden Begrenzungsstruktur (sogenanntes Dam-and-Fill Verfahren). Die Begrenzungsstruktur, welche eine Rahmenform besitzen kann, kann zuvor auf dem Träger 110 ausgebildet oder angeordnet werden.
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Im Anschluss hieran bzw. nach einem Aushärten der Einbettungsschicht 140 wird ein Vereinzelungsprozess durchgeführt, wie in 4 im Querschnitt und in 8 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Bei diesem Prozess wird der Verbund aus dem mit Halbleiterchips 130 bestückten und mit der Einbettungsschicht 140 versehenen Träger 110 entlang von Trennlinien 155 durchtrennt, so dass separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100 gebildet werden. Der Vereinzelungsprozess, bei welchem ein Durchtrennen des isolierenden Trägermaterials 115 und der Einbettungsschicht 140 erfolgt, kann zum Beispiel mittels Sägen durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Die auf diese Weise gefertigten Halbleiterbauelemente 100 besitzen eine quaderförmige Gestalt, und weisen jeweils einen Teil des Trägers 110 mit sechs Leiterstrukturen 120, einen Teil der Einbettungsschicht 140 und eine Gruppe aus drei nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf. Die Leiterstrukturen 120 dienen als Umverdrahtung. Die den Träger 110 vorderseitig bedeckende Einbettungsschicht 140 grenzt jeweils seitlich an die Halbleiterchips 130 der Halbleiterbauelemente 100 an. Die Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130, über welche die Halbleiterchips 130 im Leuchtbetrieb der Halbleiterbauelemente 100 eine Lichtstrahlung emittieren können, sind unbedeckt.
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Die Halbleiterchips 130 der Halbleiterbauelemente 100 sind jeweils an ein Paar aus zwei Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Die Paare aus Leiterstrukturen 120 dienen als Kathode und Anode der Halbleiterchips 130, und ermöglichen es, die Halbleiterchips 130 unabhängig voneinander zu bestromen und dadurch separat voneinander zur Lichtemission anzusteuern. Die drei Halbleiterchips 130 der Halbleiterbauelemente 100 können zum Erzeugen unterschiedlicher Lichtstrahlungen, d.h. einer roten, einer grünen und einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein, so dass die Halbleiterbauelemente 100 als RGB-Pixel einer Anzeigevorrichtung verwendet werden können. Die separate Ansteuerbarkeit der Halbleiterchips 130 macht es möglich, die Farbe der RGB-Pixel individuell einzustellen. Die rückseitigen Leiterabschnitte 122 der Leiterstrukturen 120 der Halbleiterbauelemente 100 dienen als rückseitige Anschlüsse bzw. Lötflächen der Halbleiterbauelemente 100. Über die rückseitigen Leiterabschnitte 122 können die Halbleiterbauelemente 100 und damit deren Halbleiterchips 130 mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren umfasst eine relativ geringe Anzahl an Herstellungsprozessen, und lässt sich daher auf einfache und kostengünstige Weise durchführen. Die mit Hilfe des Verfahrens hergestellten Halbleiterbauelemente 100 besitzen eine geringe Bauteilkomplexität mit einer geringen Anzahl an Schnittstellen unterschiedlicher Materialien, so dass ein Ausfall oder Versagen von Bestandteilen der Halbleiterbauelemente 100 mit einer hohen Zuverlässigkeit vermieden werden kann. Daher können die Halbleiterbauelemente 100 eine hohe Stabilität und Robustheit besitzen.
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Der in dem Verfahren verwendete Träger 110 kann, wie oben angegeben, eine relativ große Dicke von wenigstens 2mm oder wenigstens 2,5mm aufweisen. In entsprechender Weise können die mit Hilfe des Verfahrens hergestellten Halbleiterbauelemente 100 eine Bauhöhe von wenigstens 2mm oder wenigstens 2,5mm aufweisen. Dies begünstigt die Verwendung der Halbleiterbauelemente 100 bei einer Anzeigevorrichtung.
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Weitere Vorteile im Aufbau der Halbleiterbauelemente 100 sind die vorderseitige und gegenüber dem Träger 110 hervorstehende Anordnung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 und die freiliegenden strahlungsemittierenden Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130. Durch diese Ausgestaltung können eine hohe Lichtauskoppeleffizienz und eine definierte Abstrahlcharakteristik erzielt werden. Günstig für die Effizienz ist des Weiteren, wenn, wie oben angegeben, Oberflächenemitter zum Einsatz kommen. Die Halbleiterbauelemente 100 können infolgedessen derart hergestellt werden, dass ein Leuchtbetrieb mit einer hohen Helligkeit möglich ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterbauelementen, welche eine Kavität zum Aufnehmen von Halbleiterchips aufweisen, können die Effizienz und die Helligkeit zum Beispiel um 50% bis 100% gesteigert werden. Anstelle einer Helligkeitssteigerung kann es alternativ in Betracht kommen, die Halbleiterbauelemente 100 mit kleinen Halbleiterchips 130 herzustellen. Dies begünstigt die Kosteneffizienz des Verfahrens. Darüber hinaus können die Halbleiterbauelemente 100 aufgrund der fehlenden Kavität mit kleinen lateralen Abmessungen gefertigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, unter Verwendung der Halbleiterbauelemente 100 eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Auflösung zu verwirklichen.
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Im Folgenden werden mögliche Varianten und Abwandlungen des anhand der 1 bis 8 erläuterten Verfahrensablaufs beschrieben. Übereinstimmende Verfahrensschritte und Merkmale sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten werden im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Des Weiteren können Aspekte und Details, welche in Bezug auf eine Verfahrensvariante genannt werden, auch in Bezug auf eine andere Verfahrensvariante zur Anwendung kommen und können Merkmale von zwei oder mehreren Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden.
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Bei dem Verfahrensablauf der 1 bis 8 werden in dem Vereinzelungsprozess lediglich das isolierende Trägermaterial 115 und die Einbettungsschicht 140 durchtrennt. Es ist alternativ möglich, dass bei dem Vereinzeln auch Leiterstrukturen 120 durchtrennt und dadurch auf mehrere Halbleiterbauelemente 100 verteilt werden. Auf diese Weise kann die Kosteneffizienz des Herstellungsverfahrens weiter begünstigt werden.
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Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die 9 bis 12 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100 mit drei strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130, welche in Form von RGB-Pixeln verwirklicht sein können. In dem Verfahren wird ein plattenförmiger Träger 110 bereitgestellt, wie in 9 im Querschnitt und in 11 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Der Träger 110 weist ein isolierendes Trägermaterial 115 und miteinander verbundene bzw. zusammenhängende metallische Leiterstrukturen 120 auf, welche zunächst noch mehreren der herzustellenden Halbleiterbauelementen 100 zugeordnet sind. Dies wird anhand des in 11 angedeuteten und Leiterstrukturen 120 des Trägers 110 lediglich teilweise überdeckenden Bauelementbereichs 150 deutlich. Die Leiterstrukturen 120 umfassen jeweils einen vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einen rückseitigen Leiterabschnitt 122 und mehrere sich dazwischen erstreckende Verbindungsabschnitte 123. Hierbei liegen größere Leiterstrukturen 120 vor, welche jeweils einen vorder- und rückseitigen Leiterabschnitt 121, 122 mit größeren lateralen Abmessungen und vier Verbindungsabschnitte 123 aufweisen, sowie kleinere Leiterstrukturen 120, welche jeweils einen vorder- und rückseitigen Leiterabschnitt 121, 122 mit kleineren lateralen Abmessungen und zwei Verbindungsabschnitte 123 aufweisen.
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Anschließend erfolgen die weiteren der oben erläuterten Prozesse, d.h. das Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, das Ausbilden einer Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, welche die Halbleiterchips 130 seitlich umschließt, so dass Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 freiliegen, und das Vereinzeln des Bauelementverbunds in separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100, wie in 10 im Querschnitt und in 12 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 130 mit deren rückseitigen Kontakten 135 jeweils an zwei benachbarte Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Im Hinblick auf die Herstellung von RGB-Pixeln wird für jedes der Halbleiterbauelemente 100 eine Gruppe aus einem rot emittierenden, einem grün emittierenden und einem blau emittierenden Halbleiterchip 130 auf dem Träger 110 angeordnet.
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In dem Vereinzelungsprozess werden neben dem isolierenden Trägermaterial 115 und der Einbettungsschicht 140 auch die Leiterstrukturen 120, d.h. vorliegend deren vorder- und rückseitige Leiterabschnitte 121, 122 durchtrennt und dadurch auf mehrere Halbleiterbauelemente 100 verteilt. Je nach Position und Größe der Leiterstrukturen 120 erfolgt die Verteilung auf vier oder zwei Halbleiterbauelemente 100 (vgl. die 11 und 12). Die vereinzelten Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110 mit sechs durch das Durchtrennen gebildeten Leiterstrukturen 120 auf, über welche die dazugehörigen Halbleiterchips 130 separat angesteuert werden können. Die Leiterstrukturen 120 umfassen jeweils einen vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einen rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einen Verbindungsabschnitt 123.
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Ein weiteres mögliches Verfahren, in welchem ein Durchtrennen von Leiterstrukturen 120 stattfindet, ist in den 13 bis 16 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen veranschaulicht. Auch in diesem Verfahren werden Halbleiterbauelemente 100 mit drei Halbleiterchips 130 hergestellt, welche in Form von RGB-Pixeln verwirklicht sein können. In dem Verfahren wird ein plattenförmiger Träger 110 bereitgestellt, wie in 13 im Querschnitt und in 15 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Der Träger 110 weist ein isolierendes Trägermaterial 115 und metallische Leiterstrukturen 120 auf, welche zunächst noch mehreren der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet sind. Dies wird anhand des in 15 angedeuteten und Leiterstrukturen 120 des Trägers 110 lediglich teilweise überdeckenden Bauelementbereichs 150 deutlich. Die Leiterstrukturen 120 umfassen jeweils einen vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einen rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einen sich dazwischen erstreckenden Verbindungsabschnitt 123. Hierbei liegen größere Leiterstrukturen 120 vor, welche jeweils einen vorder- und rückseitigen Leiterabschnitt 121, 122 und einen Verbindungsabschnitt 123 mit größeren lateralen Abmessungen aufweisen, sowie kleinere Leiterstrukturen 120, welche jeweils einen vorder- und rückseitigen Leiterabschnitt 121, 122 und einen Verbindungsabschnitt 123 mit kleineren lateralen Abmessungen aufweisen.
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Im Anschluss hieran erfolgen die weiteren der oben erläuterten Prozesse, d.h. das Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, das Ausbilden einer die Halbleiterchips 130 seitlich umschließenden und bis zu Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 reichenden Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, und das Vereinzeln des Bauelementverbunds in separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100, wie in 14 im Querschnitt und in 16 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 130 mit deren rückseitigen Kontakten 135 jeweils an zwei benachbarte Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Im Hinblick auf die Herstellung von RGB-Pixeln wird für jedes der Halbleiterbauelemente 100 eine Gruppe aus einem rot emittierenden, einem grün emittierenden und einem blau emittierenden Halbleiterchip 130 auf dem Träger 110 montiert.
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In dem Vereinzelungsprozess werden neben dem isolierenden Trägermaterial 115 und der Einbettungsschicht 140 auch die Leiterstrukturen 120, d.h. vorliegend die vorder- und rückseitigen Leiterabschnitte 121, 122 und die im Bereich der Trennlinien 155 vorhandenen Verbindungsabschnitte 123 durchtrennt und dadurch auf mehrere Halbleiterbauelemente 100 verteilt. Je nach Position und Größe der Leiterstrukturen 120 erfolgt die Verteilung auf vier oder zwei Halbleiterbauelemente 100 (vgl. die 15 und 16). Die vereinzelten Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 100 mit sechs durch das Durchtrennen gebildeten Leiterstrukturen 120 auf, über welche die dazugehörigen Halbleiterchips 130 separat angesteuert werden können. Die Leiterstrukturen 120 umfassen jeweils einen vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einen rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einen Verbindungsabschnitt 123. In dieser Ausgestaltung liegen die durchtrennten, d.h. vorliegend geviertelten oder halbierten Verbindungsabschnitte 123 an lateralen Seiten der Halbleiterbauelemente 100 frei.
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Die 17 bis 22 zeigen anhand von seitlichen Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100, welche in Form von RGB-Pixeln verwirklicht sein können. In dem Verfahren wird ein Träger 110 bereitgestellt, wie in 17 im Querschnitt und in 20 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Der Träger 110 weist ein isolierendes Trägermaterial 115 und Leiterstrukturen 120 mit jeweils einem vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einem rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einem Verbindungsabschnitt 123 auf. Die Leiterstrukturen 120 sind lediglich einzelnen der Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet. Dies wird anhand des in 20 angedeuteten und sechs Leiterstrukturen 120 umfassenden Bauelementbereichs 150 deutlich.
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Der in den 17 und 20 gezeigte Träger 110 unterscheidet sich von den in den vorherigen Figuren abgebildeten Trägern 110 dadurch, dass der Träger 110 keine im Wesentlichen ebene Gestalt, sondern stattdessen eine strukturierte Form mit an der Vorderseite 111 hervorstehenden Montageabschnitten 117 aufweist (vgl. 17). Die durch das isolierende Trägermaterial 115 gebildeten und die Leiterstrukturen 120 enthaltenden Montageabschnitte 117 sind jeweils einem der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet, wie ebenfalls anhand des in 20 gezeigten Bauelementbereichs 150 deutlich wird. Im Bereich der Montageabschnitte 117 sind daher jeweils sechs Leiterstrukturen 120 vorgesehen. Die Montageabschnitte 117 sind durch eine zusammenhängende Grabenstruktur 118 voneinander getrennt. Die Grabenstruktur 118 besitzt, in Draufsicht gesehen, eine Gitterform.
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Im Rahmen der nachfolgenden Chipmontage erfolgt ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf den Montageabschnitten 117 des Trägers 110, wie in 18 im Querschnitt und in 21 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Hierbei werden die Halbleiterchips 130 mit deren rückseitigen Kontakten 135 jeweils an zwei sich auf einem Montageabschnitt 117 befindende Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Im Hinblick auf die Herstellung von RGB-Pixeln wird für jedes der Halbleiterbauelemente 100 eine Gruppe aus einem rot emittierenden, einem grün emittierenden und einem blau emittierenden Halbleiterchip 130 auf dem dazugehörigen Montageabschnitt 117 montiert. In 21 (und auch in 22) sind die verdeckten Verbindungsabschnitte 123 der Leiterstrukturen 120 nicht dargestellt.
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Anschließend erfolgt ein Ausbilden einer die Halbleiterchips 130 seitlich umschließenden und bis zu Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 reichenden Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, wie ebenfalls in den 18 und 21 dargestellt ist. Hierbei wird die Grabenstruktur 118 mit Material der Einbettungsschicht 140 verfüllt.
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Nachfolgend wird der Bauelementverbund in separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100 vereinzelt, wie in 19 im Querschnitt und in 22 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist. Bei diesem Prozess erfolgt ein Durchtrennen im Bereich der Grabenstruktur 118. Vorliegend werden lediglich das isolierende Trägermaterial 115 und die Einbettungsschicht 140 durchtrennt. Die auf diese Weise gebildeten Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110 mit einem Montageabschnitt 117 und mit sechs Leiterstrukturen 120 auf, auf welchem drei separat ansteuerbare Halbleiterchips 130 angeordnet sind. Der Montageabschnitt 117 ist seitlich von der Einbettungsschicht 140 umschlossen, so dass die Einbettungsschicht 140 einen wesentlichen Teil von lateralen Seitenflanken der Halbleiterbauelemente 100 bildet. Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von den Halbleiterbauelementen 100 der vorhergehend erläuterten Verfahrensabläufe, in welchen die Seitenflanken zu einem großen Teil durch das isolierende Trägermaterial 115 gebildet sind. Die Ausgestaltung der Halbleiterbauelemente 100 mit im Wesentlichen durch die Einbettungsschicht 140 gebildeten Seitenflanken ermöglicht eine hohe Zuverlässigkeit. Denn die Einbettungsschicht 140 kann aus einem Material mit hoher Robustheit und Alterungsstabilität ausgebildet werden.
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Das anhand der 17 bis 22 erläuterte Verfahren kann in entsprechender Weise derart abgewandelt werden, dass ein Träger 110 mit Leiterstrukturen 120 bereitgestellt wird, welche zunächst noch mehreren der herzustellenden Halbleiterbauelementen 100 zugeordnet sind, und welche in dem Vereinzelungsprozess auf mehrere Halbleiterbauelemente 100 verteilt werden. Hierfür können die Leiterstrukturen 120 zusammenhängende rückseitige Leiterabschnitte 122 aufweisen, welche bei dem Vereinzeln durchtrennt werden (nicht dargestellt).
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Bei den anhand der vorhergehenden Figuren erläuterten Verfahrensabläufen werden Halbleiterbauelemente 100 hergestellt, deren Halbleiterchips 130 entlang einer gemeinsamen Linie nebeneinander angeordnet sind (vgl. die 8, 12, 16 und 22). Die Bauelemente 100 können als RGB-Pixel ausgebildet sein. Da die Halbleiterbauelemente 100 ohne eine Kavität zum Aufnehmen von Halbleiterchips 130 gefertigt werden, können die Verfahrensabläufe auch derart abgewandelt werden, dass als RGB-Pixel ausgeführte Bauelemente 100 hergestellt werden, bei welchen die Halbleiterchips 130 in einer anderen Anordnung positioniert sind. Möglich ist zum Beispiel eine dreieckige Chipanordnung. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Verbesserungen in Bezug auf den Betrachtungswinkel und die Farbmischung erzielen. Derartige Ausgestaltungen können mit hierauf abgestimmten Trägern 110 verwirklicht werden.
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Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die 23 und 24 anhand von Aufsichtsdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100, welche drei strahlungsemittierende und dreieckig zueinander angeordnete Halbleiterchips 130 aufweisen. Das Verfahren stellt eine Abwandlung des anhand der 1 bis 8 erläuterten Verfahrensablaufs dar, so dass die seitlichen Schnittdarstellungen der 1 bis 4 in entsprechender Weise zur Anwendung kommen können.
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In dem Verfahren wird ein plattenförmiger Träger 110 bereitgestellt, wie in 23 gezeigt ist. Der Träger 110 weist ein isolierendes Trägermaterial 115 und separate Leiterstrukturen 120 mit jeweils einem vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einem rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einem Verbindungsabschnitt 123 auf. Die Leiterstrukturen 120 sind lediglich einzelnen der Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet. Dies wird anhand des in 23 angedeuteten und sechs Leiterstrukturen 120 umfassenden Bauelementbereichs 150 deutlich. Die Leiterstrukturen 120 sind mit einer auf die dreieckige Chipanordnung abgestimmten Anordnung und Form ausgebildet.
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Im Anschluss hieran werden die weiteren der oben erläuterten Prozesse durchgeführt, d.h. das Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, das Ausbilden einer die Halbleiterchips 130 seitlich umschließenden und bis zu Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 reichenden Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, und das Vereinzeln des Bauelementverbunds in separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100, wie in 24 gezeigt ist. In der vorliegenden Ausgestaltung kommen Halbleiterchips 130 zum Einsatz, welche von oben betrachtet eine quadratische Kontur besitzen. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 130 in dreieckförmigen und den herzustellenden Halbleiterbauelementen 100 zugeordneten Anordnungen auf dem Träger 110 montiert. Im Hinblick auf die Herstellung von RGB-Pixeln umfasst jede dieser Chipanordnungen einen rot emittierenden, einen grün emittierenden und einen blau emittierenden Halbleiterchip 130. Die Halbleiterchips 130 werden mit deren rückseitigen Kontakten 135 jeweils an zwei benachbarte Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Die durch das Vereinzeln gebildeten Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110 mit sechs Leiterstrukturen 120 auf, auf welchem drei separat ansteuerbare Halbleiterchips 130 dreieckförmig zueinander angeordnet sind.
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Auch die anderen der oben erläuterten Verfahrensabläufe, in welchen Leiterstrukturen 120 beim Vereinzeln durchtrennt werden und/oder ein Träger 110 mit hervorstehenden Montageabschnitten 117 zum Einsatz kommt, können in entsprechender Weise durch eine geeignete Ausgestaltung des Trägers 110 bzw. von Leiterstrukturen 120 des Trägers 110 derart abgewandelt werden, dass Halbleiterbauelemente 100 mit dreieckförmigen Chipanordnungen hergestellt werden.
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Es besteht die Möglichkeit, aus mehreren der hier beschriebenen Halbleiterbauelementen 100 eine Anzeigevorrichtung aufzubauen. Zur beispielhaften Veranschaulichung ist in 25 eine solche Anzeigevorrichtung 160 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. Die Anzeigevorrichtung 160 kann ein Modul einer Videowand sein.
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Die Anzeigevorrichtung 160 weist eine Leiterplatte 165, mehrere auf der Leiterplatte 165 angeordnete strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100 und ein Vergussmaterial 166 auf. Die Halbleiterbauelemente 100 besitzen eine der oben (oder auch nachfolgend) beschriebenen Ausgestaltungen bzw. sind gemäß einem der vorhergehend (oder auch nachfolgend) erläuterten Herstellungsverfahren hergestellt. Das Vergussmaterial 166 befindet sich auf der Leiterplatte 165 in Bereichen neben und zwischen den Halbleiterbauelementen 100. Das Vergussmaterial 166, welches seitlich an die Halbleiterbauelemente 100 angrenzt, reicht (nahezu) bis zu den Vorderseiten der Halbleiterbauelemente 100, so dass die Vorderseiten der Halbleiterbauelemente 100 freiliegen und zur Lichtemission genutzt werden können. Das Vergussmaterial 166 kann ein Kunststoff- bzw. Silikonmaterial sein. Das Vergussmaterial 166 kann eine schwarze Farbe aufweisen, wodurch ein Leuchtbetrieb der Anzeigevorrichtung 160 mit hohem Kontrast möglich ist.
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Zum Herstellen der Anzeigevorrichtung 160 wird eine Oberflächenmontage durchgeführt, in welcher die Halbleiterbauelementen 100 mit den rückseitigen Leiterabschnitten 122 und unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials wie zum Beispiel eines Lotmittels elektrisch und mechanisch mit Anschlüssen der Leiterplatte 165 verbunden werden (nicht dargestellt). Nachfolgend wird das Vergussmaterial 166 neben und zwischen den Halbleiterbauelementen 100 auf die Leiterplatte 165 aufgebracht, zum Beispiel mittels Vergießen oder Verfüllen.
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Die große Bauhöhe der Halbleiterbauelemente 100, welche wie oben angegeben wenigstens 2mm oder wenigstens 2,5mm betragen kann, bietet die Möglichkeit, das Vergussmaterial 166 mit einer Dicke von 2mm oder einer größeren Dicke auszubilden. Auf diese Weise können die rückseitigen Leiterabschnitte 122 der Halbleiterbauelemente 100 zuverlässig abgedichtet werden. Dadurch eignet sich die Anzeigevorrichtung 160 für eine Anwendung im Outdoor-Bereich.
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Von Vorteil ist des Weiteren die Ausgestaltung der Halbleiterbauelemente 100 mit den vorderseitig angeordneten Halbleiterchips 130, was einen effizienten Leuchtbetrieb der Anzeigevorrichtung 160 möglich macht. Darüber hinaus können die Halbleiterbauelemente 100 mit einer kleinen Bauteilgröße mit kleinen lateralen Abmessungen verwirklicht sein, so dass die Anzeigevorrichtung 160 eine hohe Auflösung besitzen kann.
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Anhand der folgenden Figuren werden weitere mögliche Varianten und Abwandlungen beschrieben, welche für das Herstellungsverfahren und für strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100 in Betracht kommen können. Auch in dieser Hinsicht wird in Bezug auf übereinstimmende Merkmale und Details auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Ferner können Aspekte und Details, welche in Bezug auf eine Verfahrensvariante genannt werden, auch in Bezug auf eine andere Verfahrensvariante zur Anwendung kommen und können Merkmale von zwei oder mehreren Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden. In entsprechender Weise können die Halbleiterbauelemente 100 bei einer Anzeigevorrichtung 160 zur Anwendung kommen, wie sie anhand von 25 erläutert wurde.
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Es besteht die Möglichkeit, die hier beschriebenen Ansätze zur Herstellung von Halbleiterbauelementen 100 mit anderen Anzahlen an Halbleiterchips 130 einzusetzen. Dies umfasst auch Halbleiterbauelemente 100 mit lediglich einem einzelnen Halbleiterchip 130.
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Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die 26 und 27 anhand von Aufsichtsdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100, welche in Form von Einzelchip-Bauelementen verwirklicht sind. Das Verfahren stellt eine weitere Abwandlung des anhand der 1 bis 8 erläuterten Verfahrensablaufs dar, so dass die seitlichen Schnittdarstellungen der 1 bis 4 in entsprechender Weise zur Anwendung kommen können.
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In dem Verfahren wird ein plattenförmiger Träger 110 bereitgestellt, wie in 26 gezeigt ist. Der Träger 110 weist ein isolierendes Trägermaterial 115 und separate Leiterstrukturen 120 mit jeweils einem vorderseitigen Leiterabschnitt 121, einem rückseitigen Leiterabschnitt 122 und einem Verbindungsabschnitt 123 auf. Dies wird anhand des in 26 angedeuteten und zwei Leiterstrukturen 120 umfassenden Bauelementbereichs 150 deutlich.
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Anschließend erfolgen die oben erläuterten Prozesse wie das Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, das Ausbilden einer die Halbleiterchips 130 seitlich umschließenden und bis zu Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 reichenden Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, und das Vereinzeln des Bauelementverbunds in separate strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 100, wie in 27 dargestellt ist. In der gezeigten Ausgestaltung kommen Halbleiterchips 130 mit einer quadratischen Kontur zum Einsatz. Bei der Chipmontage werden die Halbleiterchips 130 mit deren rückseitigen Kontakten 135 jeweils an zwei benachbarte Leiterstrukturen 120 angeschlossen. Die durch das Vereinzeln gebildeten Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110 mit zwei Leiterstrukturen 120 auf, auf welchem ein einzelner Halbleiterchip 130 angeordnet ist.
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Auch die anderen der oben erläuterten Verfahrensabläufe, in welchen Leiterstrukturen 120 beim Vereinzeln durchtrennt werden und/oder ein Träger 110 mit hervorstehenden Montageabschnitten 117 zum Einsatz kommt, können in entsprechender Weise durch eine geeignete Ausgestaltung des Trägers 110 derart abgewandelt werden, dass Einzelchip-Bauelemente hergestellt werden.
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Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, Halbleiterbauelemente 100 mit einer Linse 180 herzustellen. Auf diese Weise kann eine definierte Abstrahlcharakteristik festgelegt werden. Mögliche Ausgestaltungen werden im Folgenden näher erläutert.
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Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die 28 und 29 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100. Die Halbleiterbauelemente 100 können mit mehreren Halbleiterchips 130 bzw. in Form von RGB-Pixeln verwirklicht sein. Denkbar ist auch eine Ausgestaltung in Form von Einzelchip-Bauelementen. Das Verfahren stellt eine weitere Abwandlung des anhand der 1 bis 8 erläuterten Verfahrensablaufs dar.
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In dem Verfahren werden zunächst oben erläuterte Prozesse durchgeführt, d.h. ein Bereitstellen eines plattenförmigen Trägers 110 mit Leiterstrukturen 120, ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110, und ein Ausbilden einer die Halbleiterchips 130 seitlich umschließenden und bis zu Vorderseiten 131 der Halbleiterchips 130 reichenden Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110. Anschließend wird eine Linsenschicht 170 auf der Einbettungsschicht 140 und auf den Halbleiterchips 130 ausgebildet, wie in 28 gezeigt ist. Die Linsenschicht 170 weist eine Struktur aus nebeneinander angeordneten Linsen 180 auf. Jede Linse 180 ist einem der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet.
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Die Linsenschicht 170 wird aus einem strahlungsdurchlässigen klaren Kunststoffmaterial wie zum Beispiel einem Silikonmaterial oder einem Epoxidmaterial ausgebildet. Für das Ausbilden der Linsenschicht 170 kann ein Formprozess unter Verwendung eines Formwerkzeugs durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Im Anschluss hieran bzw. nach einem Aushärten der Linsenschicht 170 wird ein Vereinzelungsprozess durchgeführt, wie in 29 gezeigt ist. Bei diesem Prozess erfolgt ein Durchtrennen des Trägers 110, der Einbettungsschicht 140 und der Linsenschicht 170 entlang von Trennlinien 155 in Bereichen neben und zwischen den Linsen 180, so dass separate Halbleiterbauelemente 100 gebildet werden. Die Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110, je nach Ausgestaltung einen oder mehrere und von der Einbettungsschicht 140 seitlich umschlossene Halbleiterchips 130, sowie eine Linse 180 auf. Im Leuchtbetrieb der Halbleiterbauelemente 100 kann die von dem einen oder von den mehreren Halbleiterchips 130 erzeugte Lichtstrahlung über die Linse 180 abgegeben werden.
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Auch die anderen der oben erläuterten Verfahrensabläufe können in entsprechender Weise zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100 mit einer Linse 180 herangezogen werden, indem vor dem Vereinzelungsprozess eine Linsenschicht 170 auf dem jeweiligen mit Halbleiterchips 130 und einer Einbettungsschicht 140 versehenen Träger 110 ausgebildet wird. In Bezug auf den anhand der 17 bis 22 erläuterten Verfahrensablauf, in welchem ein Träger 110 mit vorderseitig hervorstehenden Montageabschnitten 117 zum Einsatz kommt und eine die Montageabschnitte 117 trennende Grabenstruktur 118 mit Material einer Einbettungsschicht 140 verfüllt wird, ist diese Vorgehensweise in 30 in einer seitlichen Schnittdarstellung veranschaulicht. Die durch das Vereinzeln gebildeten Halbleiterbauelemente 100 weisen demensprechend zusätzlich eine Linse 180 auf.
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Die Herstellung von Halbleiterbauelementen 100 mit einer Linse 180 kann alternativ unter Verwendung der Einbettungsschicht 140 selbst erfolgen. Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die 31 und 32 anhand von seitlichen Schnittdarstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 100. Die Halbleiterbauelemente 100 können ebenfalls mit mehreren Halbleiterchips 130 bzw. in Form von RGB-Pixeln verwirklicht sein, oder in Form von Einzelchip-Bauelementen. Das Verfahren stellt eine weitere Abwandlung des anhand der 1 bis 8 erläuterten Verfahrensablaufs dar.
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In dem Verfahren werden zunächst oben erläuterte Prozesse durchgeführt, d.h. ein Bereitstellen eines plattenförmigen Trägers 110 mit Leiterstrukturen 120 und ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite 111 des Trägers 110. Anschließend wird eine Einbettungsschicht 140 auf der Vorderseite 111 des mit den Halbleiterchips 130 bestückten Trägers 110 ausgebildet, wie in 31 gezeigt ist. Die Einbettungsschicht 140, mit welcher die Halbleiterchips 130 bedeckt und damit vollständig eingekapselt werden, weist eine Struktur aus nebeneinander angeordneten Linsen 180 auf. Jede Linse 180 ist einem der herzustellenden Halbleiterbauelemente 100 zugeordnet.
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In der vorliegenden Ausgestaltung wird die Einbettungsschicht 140 aus einem strahlungsdurchlässigen klaren Kunststoffmaterial wie zum Beispiel einem Silikonmaterial oder einem Epoxidmaterial ausgebildet. Für das Ausbilden der die Linsen 180 aufweisenden Einbettungsschicht 140 kann ein Formprozess unter Verwendung eines Formwerkzeugs durchgeführt werden (nicht dargestellt).
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Nachfolgend bzw. nach einem Aushärten der Einbettungsschicht 140 wird ein Vereinzelungsprozess durchgeführt, wie in 32 gezeigt ist. Hierbei erfolgt ein Durchtrennen des Trägers 110 und der Einbettungsschicht 140 entlang von Trennlinien 155 in Bereichen neben und zwischen den Linsen 180, so dass separate Halbleiterbauelemente 100 gebildet werden. Die Halbleiterbauelemente 100 weisen jeweils einen Teil des Trägers 110, je nach Ausgestaltung einen oder mehrere und mit der Einbettungsschicht 140 bedeckte Halbleiterchips 130, sowie eine durch die Einbettungsschicht 140 gebildete Linse 180 auf. Im Leuchtbetrieb der Halbleiterbauelemente 100 kann die von dem einen oder von den mehreren Halbleiterchips 130 erzeugte Lichtstrahlung über die Linse 180 abgegeben werden.
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Auch die anderen der oben erläuterten Verfahrensabläufe können in entsprechender Weise derart abgewandelt werden, dass eine Halbleiterchips 130 bedeckende Einbettungsschicht 140 mit einer Struktur aus nebeneinander angeordneten Linsen 180 auf dem jeweiligen mit Halbleiterchips 130 versehenen Träger 110 ausgebildet wird, um Halbleiterbauelemente 100 mit einer Linse 180 herzustellen. In Bezug auf den anhand der 17 bis 22 erläuterten Verfahrensablauf, in welchem ein Träger 110 mit vorderseitig hervorstehenden Montageabschnitten 117 zum Einsatz kommt und eine die Montageabschnitte 117 trennende Grabenstruktur 118 mit Material der Einbettungsschicht 140 verfüllt wird, ist diese Vorgehensweise in 33 in einer seitlichen Schnittdarstellung veranschaulicht. Die nach dem Vereinzeln vorliegenden Halbleiterbauelemente 100 weisen dementsprechend zusätzlich eine durch die Einbettungsschicht 140 gebildete Linse 180 auf.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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Es ist zum Beispiel möglich anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien einzusetzen.
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Weitere Abwandlungen können darin bestehen, Träger 100 mit von den Figuren abweichenden Ausgestaltungen von Leiterstrukturen 120 einzusetzen.
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In diesem Sinne ist es zum Beispiel möglich, Halbleiterbauelemente 100 mit drei separat ansteuerbaren Halbleiterchips 130 zu fertigen, welche nicht sechs, sondern stattdessen vier separate Leiterstrukturen 120 aufweisen. Hierbei kann eine Leiterstruktur 120 als gemeinsame Leiterstruktur 120 genutzt werden, an welche sämtliche Halbleiterchips 130 angeschlossen sind, und können die übrigen Leiterstrukturen 120 lediglich mit jeweils einem der Halbleiterchips 130 verbunden sein.
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Es ist des Weiteren möglich, mit Hilfe der oben erläuterten Ansätze Halbleiterbauelemente 100 mit von den Figuren abweichenden anderen Anordnungen von Halbleiterchips 130 zu fertigen. In entsprechender Weise können Halbleiterbauelemente 100 mit anderen Anzahlen an Halbleiterchips 130 hergestellt werden.
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Im Hinblick auf eine Herstellung von Halbleiterbauelementen 100 mit einer Linse 180 besteht die Möglichkeit, abweichend von den 30 bis 32 und abweichend von der obigen Beschreibung keine Linsenschicht 170, sondern stattdessen separate und nicht über Linsenmaterial verbundene Linsen 180 auf einem mit Halbleiterchips 130 und einer Einbettungsschicht 140 versehenen Träger 110 auszubilden. Auch hierbei kann ein Formprozess zur Anwendung kommen. In dem Vereinzelungsprozess können lediglich der Träger 110 und die Einbettungsschicht 140 durchtrennt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Halbleiterbauelement
- 110
- Träger
- 111
- Vorderseite
- 112
- Rückseite
- 115
- Trägermaterial
- 117
- Montageabschnitt
- 118
- Grabenstruktur
- 120
- Leiterstruktur
- 121
- Leiterabschnitt
- 122
- Leiterabschnitt
- 123
- Verbindungsabschnitt
- 130
- Halbleiterchip
- 131
- Vorderseite
- 132
- Rückseite
- 135
- Kontakt
- 140
- Einbettungsschicht
- 150
- Bauelementbereich
- 155
- Trennlinie
- 160
- Anzeigevorrichtung
- 165
- Leiterplatte
- 166
- Vergussmaterial
- 170
- Linsenschicht
- 180
- Linse