DE102017113388A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Trägers (1),
B) Aufbringen eines Klebers (2) auf den Träger (1),
C) Aufbringen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (3) mit einer Strahlungshauptfläche (31) und Seitenflächen (32) auf den Träger (1), so dass der Kleber (2) die Strahlungshauptfläche (31) bedeckt und die Seitenflächen (32) des Halbleiterchips (3) zumindest überwiegend und schräg bedeckt,
D) Aufbringen einer Reflektorschicht (5) zumindest auf eine Kleberaußenfläche (21), die schräg zu den Seitenflächen (32) des Halbleiterchips (3) angeordnet sind, wobei der Träger (1) gegebenenfalls nach Schritt C) wieder entfernt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Ferner betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, das ein Bauelement mit einer verbesserten Lichtauskopplung erzeugt. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement mit einer verbesserten Lichtauskopplung im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Anspruch 18 gelöst.
  • In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die Schritte auf:
    1. A) Bereitstellen eines Trägers,
    2. B) Aufbringen eines Klebers auf den Träger,
    3. C) Aufbringen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einer Strahlungshauptfläche und Seitenflächen auf den Träger, so dass der Kleber die Strahlungshauptfläche bedeckt und die Seitenflächen des Halbleiterchips zumindest überwiegend und schräg bedeckt,
    4. D) Aufbringen einer Reflektorschicht zumindest auf eine Kleberaußenfläche, die schräg zu den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet sind,
    wobei der Träger gegebenenfalls nach Schritt C) wieder entfernt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein optoelektronisches Bauelement, das aus diesem hier beschriebenen Verfahren mit den hier beschriebenen Ausgestaltungen erhältlich ist. Dabei gelten vorzugsweise alle Ausgestaltungen und Definitionen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen eines Trägers. Der Träger kann beispielsweise ein oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff, Metall, Edelstahl, Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB), Siliziumwafer. Insbesondere weist der Träger Glas, eine Edelstahlplatte oder PCB auf oder besteht daraus.
  • Der Träger ist vorzugsweise temporär ausgestaltet. Mit anderen Worten wird der Träger in einem späteren Verfahrensschritt, vorzugsweise nach Schritt C), wieder entfernt, so dass der Träger nicht Bestandteil des fertigen optoelektronischen Bauelements ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Aufbringen eines Klebers auf den Träger.
  • Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei 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 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 ist der Kleber ein anorganischer und/oder organischer Kleber. Insbesondere ist der Kleber ein Silikon, wie beispielsweise Dimethylsiloxan, Arylalkylsiloxan oder Diarylsiloxan. Vorzugsweise ist der Kleber Silikon und weist keine Streupartikel auf. Mit anderen Worten ist der Kleber frei von Streupartikeln oder Füllstoffen. Die Streupartikel oder Füllstoffe können beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, andere keramische als auch glasartige Partikel, Metalloxide oder andere anorganische Partikel sein.
  • Alternativ kann der Kleber auch ein Epoxidharz sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) auf, Aufbringen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einer Strahlungshauptfläche und Seitenflächen auf den Träger, so dass der Kleber die Strahlungshauptseite bedeckt. Alternativ oder zusätzlich bedeckt der Kleber die Seitenflächen des Halbleiterchips zumindest überwiegend und/oder schräg.
  • „Zumindest überwiegend“ kann hier und im Folgenden meinen, dass insbesondere die Seitenflächen zu einem Anteil von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % von dem Kleber bedeckt sind.
  • „Schräg bedeckt“ kann hier meinen, dass der Kleber im Seitenquerschnitt gesehen eine Kleberaußenfläche bildet, die in Bezug auf die Seitenflächen schräg angeordnet ist, also einen Winkel zwischen Seitenflächen und Kleberaußenfläche vorliegt, so dass der Kleber zumindest bereichsweise eine schräge Ausgestaltung aufweist. Vorzugsweise weist der Kleber, der im Seitenquerschnitt gesehen an den Seitenflächen der Halbleiterchips angeordnet ist, eine annähernd dreieckförmige Ausgestaltung auf.
  • Der Halbleiterchip weist mindestens eine Halbleiterschichtenfolge auf. Bei der Halbleiterschichtenfolge handelt es sich bevorzugt um ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Das Halbleitermaterial kann bevorzugt auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. „Auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise InxAlyGa1-x-yN, umfasst, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des InxAlyGa1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Das optoelektronische Bauelement beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das Bauelement ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues, rotes oder grünes Licht oder in Verbindung mit einer Konversionsschicht weißes Licht zu emittieren.
  • Der Halbleiterchip weist jeweils eine Strahlungshauptfläche auf. Die Strahlungshauptfläche ist vorzugsweise senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die Strahlungshauptfläche wird insbesondere auf den Träger im Schritt B) aufgebracht. Mit anderen Worten ist die Strahlungshauptfläche des jeweiligen Halbleiterchips mittelbar oder unmittelbar dem Träger nachgeordnet. Mittelbar meint hier insbesondere, dass beispielsweise ein Kleber zwischen dem Träger und der Strahlungshauptfläche angeordnet ist. Unmittelbar meint hier, dass keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen dem Träger und der Strahlungshauptfläche angeordnet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet. Insbesondere werden die Halbleiterchips matrixförmig, vorzugsweise als Array, auf dem Träger angeordnet. Die Halbleiterchips werden vorzugsweise auf dem Träger derart angeordnet, dass sie im Querschnitt lateral zueinander beabstandet sind. Die Halbleiterchips sind insbesondere dazu eingerichtet, vorzugsweise Strahlung aus dem sichtbaren Bereich zu emittieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip oder der jeweilige Halbleiterchip Kontaktstrukturen auf. Insbesondere sind die Kontaktstrukturen ein p-Kontakt zur Kontaktierung der zumindest einen p-dotierten Halbleiterschicht und ein n-Kontakt zur Kontaktierung der zumindest einen n-dotierten Halbleiterschicht des Halbleiterchips. Die Kontaktstrukturen sind insbesondere beide auf der der Strahlungshauptfläche gegenüberliegenden Seite, also der Montagefläche, angeordnet.
  • Die Seitenflächen sind vorzugsweise senkrecht zur Strahlungshauptfläche angeordnet. Ist der Halbleiterchip als Quader ausgeformt, so weist der Halbleiterchip zumindest vier Seitenflächen, eine Strahlungshauptfläche und die der Strahlungshauptfläche gegenüberliegende Montagefläche auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt D) auf, Aufbringen einer Reflektorschicht zumindest auf eine Kleberaußenseite. Die Kleberaußenseite ist insbesondere schräg zu den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Träger nach Schritt C) wieder entfernt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der Kleber die Strahlungshauptseite und die Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig stoffschlüssig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Reflektorschicht zusätzlich zumindest bereichsweise auf der Montagefläche des Halbleiterchips angeordnet. Die Reflektorschicht umgibt im Seitenquerschnitt gesehen den Halbleiterchip rahmen- oder schüsselartig. Mit anderen Worten bedeckt die Reflektorschicht sowohl die Seitenflächen des Halbleiterchips als auch die Montageunterseite mit Ausnahme der Bereiche, die von den Kontaktstrukturen des Halbleiterchips bedeckt sind. Vorzugsweise ist die Reflektorschicht derart aufgebracht, dass ein Kurzschluss vermieden wird.
  • Die Reflektorschicht kann aus einem isolierenden Material geformt sein. Das Material kann anorganisch sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Material auch reflektierend ausgeformt sein. Die Reflektorschicht kann auch ein dielektrischer Spiegel, beispielsweise aus Aluminium geformt, sein. Im Prinzip sind aber auch alle anderen Metalle oder Materialien geeignet, die dazu in der Lage sind, das von dem Halbleiterchip emittierende Licht zu reflektieren und somit aus dem Bauelement effizient auszukoppeln. Beispielsweise kann die Reflektorschicht aus Silber geformt sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der Kleber im oder nach Schritt C) im Seitenquerschnitt gesehen die Seitenflächen des Halbleiterchips lateral um maximal 100 nm bis 1 µm, 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm oder 100 µm.
  • Durch das Bereitstellen eines Trägers und Aufbringen eines Klebers vorzugsweise im Überschuss auf den Träger und anschließendes Aufbringen des Halbleiterchips auf dem Kleber in Folge von Oberflächenspannung und/oder Volumenverdrängung kann der Kleber sowohl die Strahlungshauptfläche als auch die Seitenflächen des Halbleiterchips bedecken und damit den Halbleiterchip rahmenartig an den Seitenflächen und an der Strahlungshauptfläche umgeben. Im anschließenden Verfahrensschritt kann eine Reflektorschicht aufgebracht werden, die im Betrieb das von dem Halbleiterchip emittierte Licht reflektiert und somit die Lichtauskopplung über die Strahlungshauptfläche erhöht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der auf der Strahlungshauptfläche angeordnete Kleber entfernt. Das Entfernen kann beispielsweise mittels Abschleifen erfolgen. Insbeondere erfolgt das Abschleifen nach dem Erzeugen eines Gehäuses, um Kontaktpads wieder freizulegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der auf der Strahlungshauptfläche angeordnete Kleber nicht entfernt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach Schritt D) ein Gehäuse erzeugt, das die Reflektorschicht rahmenartig umgibt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Material des Gehäuses verschieden von dem Material der Reflektorschicht.
  • Es wird hier also vorzugsweise die Reflektorschicht nicht mit dem Material des Gehäuses oder Bauteils erzeugt. Die Funktionalitäten, also die Reflexionsfähigkeit und das Gehäusematerial, werden voneinander getrennt erzeugt und können damit auf den jeweiligen Zweck optimiert werden.
  • Hier und im Folgenden meint Reflexion, dass das von dem Halbleiterchip emittierte Licht mindestens zu 80 %, 90 %, 95 % an der Reflektorschicht reflektiert wird und somit aus dem Bauelement, insbesondere über die Strahlungshauptfläche gerichtet nach vorne ausgekoppelt wird.
  • Bei der Herstellung von optoelektronischen Bauelementen, beispielsweise bei Halbleiterchips, die als Volumenemitter ausgeformt sind, hat der Erfinder erkannt, dass durch das hier beschriebene optoelektronische Bauelement eine Verbesserung der Lichtauskopplung an den Seitenflächen in Richtung Strahlungshauptfläche erfolgen kann. Bisher sind nur Halbleiterbauelemente bekannt, die schräge Strukturen aufweisen, so dass das Licht entsprechend umgelenkt wird. Dabei weisen die herkömmlichen Bauelemente reflektierende Schichten aus Silikon auf, die häufig mit Streupartikeln, wie Titandioxid oder Siliziumdioxid, gefüllt sind. Diese gefüllten Silikone bilden gleichzeitig auch das Bauteilgehäuse. Bei dieser Technik sind die Eigenschaften der Reflektorschicht jedoch an die Materialeigenschaften des Füllmaterials (Silikon und Füllstoff wie beispielsweise Titandioxid) gebunden und somit eingeschränkt. Solche Bauelemente können sowohl einfarbige (rot, blau, grün, et cetera), aber auch weißes Licht emittieren, so dass noch eine zusätzliche Konversionsschicht notwendig ist.
  • Das bisher verwendete hochreflektive und alterungsstabile Material wie Silikon und Titandioxid und gegebenenfalls Siliziumdioxid ist schlecht verarbeitbar und wenig belastbar. Auch die Haftung des Materials ist nicht sehr gut. Bei herkömmlichen Bauelementen wird die Reflektorschicht aus dem Material hergestellt, wie auch das Gehäuse hergestellt wird. Daher muss ein Kompromiss zwischen der Verarbeitbarkeit des Materials, wie beispielsweise Silikon und Titandioxid, der Reflektivität und den restlichen Materialeigenschaften, wie beispielsweise Temperaturbeständigkeit, Alterungsstabilität, thermische Ausdehnungskoeffizienten, Materialfestigkeit und Haftung gefunden werden.
  • Der Erfinder hat nun erkannt, dass durch das separate Ausgestalten des Reflektorelements auf ein zusätzliches Gehäuse verzichtet werden kann. Alternativ kann auch ein Gehäuse verwendet werden, wobei das Material des Gehäuses insbesondere verschieden von dem Material der Reflektorschicht ist. Damit können die Schichten beziehungsweise das Gehäuse für den jeweiligen Zweck optimal separat angepasst werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach Schritt D) eine Konversionsschicht zumindest auf die Strahlungshauptfläche aufgebracht. Die Konversionsschicht kann Konvertermaterialien, wie beispielsweise Leuchtstoffe, wie YAG, Granate, Kalsine, Orthosilikate oder Erdalkalinitride aufweisen. Diese Leuchtstoffe können in einem Matrixmaterial, beispielsweise Silikon, eingebettet sein. Die Einbettung kann homogen oder inhomogen, also mit einem Konzentrationsgradienten erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Kleberaußenflächen und die jeweilige Seitenfläche einen Winkel a von kleiner oder gleich 45°, 30°, 25°, 20°, 10° auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Montagefläche des Halbleiterchips und die Kleberaußenseite einen Winkel b von kleiner oder gleich 45°, 40°, 35°, 30°, 25°, 20°, 15°, 10°, 5° auf. Gegebenenfalls kann der Winkel a und/oder b durch weitere Bearbeitungsschritte erzeugt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Kontaktstrukturen an der Montagefläche des Halbleiterchips angeordnet. Vor Schritt D) wird ein Maskierungselement über die Kontaktstrukturen angeordnet, das nach Schritt D) wieder entfernt wird. Das Maskierungselement ist vorzugsweise eine Fotolackmaske. Damit kann die Reflektorschicht strukturiert auf die Montagefläche und gegebenenfalls auf die Kleberaußenfläche aufgebracht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Strahlung in dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugt und gelangt über die Seitenflächen zur Reflektorschicht und wird dort reflektiert. Damit wird ein Großteil der Strahlung des Bauelements über die Strahlungshauptfläche ausgekoppelt. Mit anderen Worten verlässt die Strahlung das Bauelement im Wesentlichen über die Strahlungshauptfläche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Bauelement frei von einem Gehäuse. Vorzugsweise bildet dann die Reflektorschicht die Abschlussschicht des Bauelements, umgibt also den Halbleiterchip rahmenartig, wobei kein zusätzliches Gehäuse, in dem der Halbleiterchip eingebettet ist, vorliegt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Reflektorschicht mittels Abscheidung im Vakuum erzeugt. Als Abscheidetechnik kann beispielsweise physikalische Abscheidung im Vakuum (PVD, Physical Vapour Deposition, wie Elektronenstrahlverdampfen oder Sputtern) oder chemische Dampfabscheidung (CVD, Chemical Vapour Deposition) verwendet werden. Auch Chemische Abscheidung aus einer Flüssigkeit ist eine Option.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Reflektorschicht aus Silber geformt. Mit anderen Worten bildet die Reflektorschicht einen Silberspiegel aus.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Reflektorschicht eine Schichtdicke von 100 nm bis 10 µm auf. Insbesondere hängt die Schichtdicke von der Art der Reflektorschicht ab. Ein Silberspiegel kann beispielsweise eine Schichtdicke von einigen 10 µm aufweisen. Eine anorganische Reflektorschicht, beispielswiese eine Abfolge von AlN und Al2O3, kann eine Schichtdicke von unter 1 µm, beispielsweise 100 nm bis 900 nm aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kleber für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung transparent. Der Kleber ist vorzugsweise Silikon oder weist Silikon auf, wobei der Kleber frei von Streupartikeln ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt C) eine Vielzahl von Halbleiterchips auf dem Träger aufgebracht. Die Halbleiterchips sind vorzugsweise in Form einer Matrix als Array ausgeformt.
  • Um die geometrische Form der Reflektorschicht zu erzeugen, wird um den Halbleiterchip herum mit einem transparenten Kleber beispielsweise Silikon ohne Füllstoffe erzeugt. Diese Reflektorschicht wird vorzugsweise aufgrund der Meniskusbildung, aufgrund der Oberflächenspannung der Kleberschicht, erzeugt.
  • Anschließend kann die Reflektorschicht als eigenständige Schicht oder Element mittels CVD oder PVD und gegebenenfalls mit Hilfe von Maskentechniken aufgebracht werden. Dadurch kann die Reflektorschicht an die gegebenen Anforderungen angepasst werden. Ist die Reflektorschicht aus einem leitfähigen Material geformt, kann eine teilweise zusätzliche Maskierung des Bauelements notwendig sein, um beispielsweise Kurzschlüsse zwischen den Kontaktstrukturen durch die leitende Reflektorschicht zu verhindern. Die Maskentechnik kann auch bei nichtleitenden Reflektoren nötig sein, da diese sonst die Kontaktpads isolieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Haftvermittler aufgebracht. Der Haftvermittler kann die Haftung der Reflektorschicht am Gehäusematerial verbessern.
  • Das hier beschriebene Verfahren kann sowohl im Frontofflineals auch im Endoffline-Prozess erfolgen.
  • Dadurch, dass die Reflektorschicht als eigenständige Schicht aufgebracht wird, kann auch das Gehäusematerial separat aufgebracht werden und das Material dafür entsprechend den Anforderungen ausgewählt beziehungsweise angepasst werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Gehäuse komplett weggelassen wird. Für den Fall, dass zusätzliches Gehäusematerial aufgebracht wird, kann die Haftung zwischen der Reflektorschicht und dem Gehäuse durch eine Haftvermittlerschicht oder weiteren Haftvermittler optimiert werden.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass mit dem hier beschriebenen Verfahren die Reflektorschicht an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst und optimiert werden kann. Zudem kann das Gehäusematerial an die Bedürfnisse und die Verarbeitbarkeit unabhängig von den Anforderungen der Reflektorschicht angepasst und optimiert werden. Es ist auch möglich, dass das Bauelement kein Gehäuse aufweist.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den in folgenden Verbindungen mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • die 1A bis 1E sowie die 5A bis 5D jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelement,
    • die 2A bis 2D und 3A bis 3C jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und
    • die 4A und 4B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß eines Vergleichsbeispiels.
  • In den Ausführungsbeispielen und in den 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 1E zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
  • Wie in 1A gezeigt, wird ein Träger 1 bereitgestellt. Der Träger kann beispielsweise aus Glas, Edelstahl oder als Leiterplatte geformt sein.
  • Auf dem Träger wird ein Kleber 2 aufgebracht (1B). Der Kleber 2 kann beispielsweise aus Silikon ohne Füll- und/oder Streupartikel geformt sein.
  • Auf dem Kleber 2 und/oder Träger 1 wird zumindest ein Halbleiterchip 3 aufgebracht (1C). Dabei wird die Strahlungshauptfläche 31 in den Kleber 2 getaucht beziehungsweise auf den Kleber 2 angeordnet. In Folge von Oberflächenspannungen werden auch die Seitenflächen 32 des Halbleiterchips 3 von dem Kleber bedeckt.
  • Vorzugsweise wird die Strahlungshauptfläche 31 und die Seitenflächen 32 vollständig von dem Kleber bedeckt. Es bildet sich an den Seitenflächen 32 eine Schräge, also eine Kleberaußenseite 21 aus. An der Kleberaußenseite 21 kann, wie in 1D gezeigt, die Reflektorschicht 5 aufgebracht sein.
  • Die Reflektorschicht 5 kann beispielsweise eine Schichtdicke von 100 nm aufweisen. Die Reflektorschicht 5 kann aus Silber geformt sein.
  • Anschließend kann optional, wie in 1E gezeigt, der Träger 1 wieder entfernt werden. Insbeondere wird der Träger 1 entfernt, so dass einzelne LED-Bauteile erzeugt werden.
  • Es resultiert daher ein optoelektronisches Bauelement 100, das einen Halbleiterchip 3 aufweist, der an seinen Seitenflächen 32 und an der Strahlungshauptfläche 31 von dem Kleber 2 bedeckt ist. Zudem weist das Bauelement 100 eine schräg ausgeformte Kleberaußenseite 21 auf, die von der Reflektorschicht 5 bedeckt ist. Das Bauelement 100 kann zusätzlich Kontaktstrukturen 4 aufweisen, die zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 3 dienen.
  • Die 2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip 3 weist an seinen Seitenflächen 32 den Kleber 2 auf. Hier ist der Kleber dreieckförmig ausgeformt. Der Kleber 32 überragt vorzugsweise die Chipseitenkanten in einem Abstand d von ungefähr 100 µm. Insbesondere entspricht der Abstand d in etwa der Höhe h des Halbleiterchips.
  • Der Kleber 2 ist vorzugsweise transparent ausgeformt. Die Kleberaußenseite 21 und die jeweilige Seitenfläche 32 weisen einen Winkel a von kleiner oder gleich 45°auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Montagefläche 33 des Halbleiterchips 3 und die Kleberaußenfläche 21 einen Winkel b von kleiner oder gleich 45° oder größer oder gleich 45° auf. Die Winkel a und b ergeben in der Summe 90°.
  • Die 2B zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 weist ein Maskierungselement 8, vorzugsweise eine Fotolackmaske auf. Nach Aufbringen des Maskierungselements 8 kann die Reflektorschicht 5 aufgebracht werden. In einem anschließenden Verfahrensschritt kann das Maskierungselement 8 wieder entfernt werden. Es resultiert eine strukturierte Reflektorschicht 5, die insbesondere strukturiert auf der Montageseitenfläche 33 aufgebracht wird. Insbesondere ist eine leitfähige Reflektorschicht 5 von den Kontaktstrukturen 4 beabstandet, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
  • Die 2C zeigt die schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, das zusätzlich ein Gehäuse 7 aufweist. Das Gehäuse 7 und die Reflektorschicht 5 wurden hier separat erzeugt und vorzugsweise mit unterschiedlichen Materialien erzeugt. Daher kann sowohl die Reflektorschicht 5 als auch das Gehäuse 7 an die unterschiedlichen Zwecke oder Bedingungen optimal angepasst werden.
  • Die 2D zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. In dieser schematischen Seitenansicht erfolgt die Maskierung mit einer Fotolackmaske 8 über die Kontaktstrukturen 4. Anschließend kann das Reflektorelement 5 aufgebracht werden und bedeckt somit die Kleberaußenfläche 21 als auch die Montagefläche 33 des Halbleiterchips 3 stoff- und formschlüssig. Wenn die Fotolackmaske 8 die Kontaktstrukturen umformt, kann es zwischen Reflektor- und Padkante eine Lücke geben. Ist das nicht gewollt, darf die Fotolackmaske 8 nur auf dem Pad angeordnet sein.
  • Das Maskierungselement 8 kann in einem anschließenden Verfahrensschritt wieder entfernt werden. Es resultiert ein Bauelement, das eine Reflektorschicht 5 aufweist, die die Halbleiterschicht rahmenartig umgibt und zusätzlich im Falle eines leitfähigen Reflektorelements Kurzschlüsse vermeidet.
  • Die 3A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Hier ist ein fertiges Bauelement 100 gezeigt, das frei von einem Gehäuse 7 ist. Mit anderen Worten bildet die Reflektorschicht 5 das Abschlusselement des optoelektronischen Bauelements. Im Hinblick auf die anderen Elemente oder Schichten des Bauelements wird auf die vorhergehenden Ausführungen zu den Figuren verwiesen.
  • Die 3B zeigt eine schematische Seitenansicht eines Verfahrensschritts gemäß einer Ausführungsform. In diesem Beispiel ist das Aufbringen einer Vielzahl von Halbleiterchips 3 auf einen Träger 1 gezeigt. Der jeweilige Halbleiterchip 3 weist einen zwischen dem Träger 1 und dem Halbleiterchip 3 angeordneten Kleber 2 auf und eine jeweilige Reflektorschicht 5, die die Seitenflächen des jeweiligen Halbleiterchips 3, vorzugsweise rahmenartig umgibt. Die Reflektorschicht 5 ist vorzugsweise stoff- und formschlüssig an dem Kleber 2 angeordnet.
  • Der Träger 1 kann in einem abschließenden Verfahrensschritt wieder entfernt werden, so dass eine Vielzahl von Halbleiterchips mit der hier beschriebenen Ausgestaltung erzeugt werden kann.
  • Die 3C zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement der 3C unterscheidet sich von dem Bauelement der 3A dadurch, dass das Bauelement zusätzlich eine Konversionsschicht 6 aufweist. Die Konversionsschicht ist vorzugsweise der Strahlungshauptfläche 31 direkt nachgeordnet. Insbesondere ist die Konversionsschicht 6 auch dem Kleber 2 direkt nachgeordnet. Die Konversionsschicht 6 ist dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in Strahlung mit veränderter, meist längerer Wellenlänge vollständig oder teilweise zu konvertieren. Aus dem Bauelement kann beispielsweise weißes Licht austreten.
  • Der Halbleiterchip 3 kann in allen Ausgestaltungen als Volumenemitter ausformt sein.
  • Die 4A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß eines Vergleichsbeispiels. Der Halbleiterchip 3 ist vorzugsweise als Volumenemitter ausformt und weist Kontaktstrukturen 4 auf. Der Halbleiterchip 3 kann in einem Gehäuse 7 angeordnet sein. Zwischen dem Gehäuse 7 und der Seitenflächen des Halbleiterchips 3 kann ein Kleber 2 angeordnet sein. Im Vergleich zu dem hier beschriebenen Verfahren weist dieses Bauelement keine Reflektorschicht 5 auf, die unabhängig von dem Material des Gehäuses 7 gewählt werden kann.
  • Die 4B zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 100 gemäß eines Vergleichsbeispiels. Im Vergleich zu dem Bauelement der 4A unterscheidet sich das Bauelement der 4B dadurch, dass es zusätzlich eine Konversionsschicht 6 aufweist. Die Konversionsschicht 6 ist der Strahlungshauptfläche 31 direkt nachgeordnet. Der Halbleiterchip 3 kann beispielsweise blaues Licht emittieren, wobei die Leuchtstoffe der Konversionsschicht 6 das blau emittierende Licht in grünes oder rotes Licht konvertieren können. Das aus dem Bauelement austretende Gesamtlicht kann beispielsweise weiß, grün, blau oder rot sein.
  • Die 5A bis 5D zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
  • Die 5A entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 3B. Es ist eine schematische Seitenansicht eines Verfahrensschritts gemäß einer Ausführungsform gezeigt. In diesem Beispiel ist ein Träger 1 gezeigt, auf dem eine Vielzahl von Halbleiterchips 3 angeordnet sind. Der jeweilige Halbleiterchip 3 weist einen zwischen dem Träger 1 und dem Halbleiterchip 3 angeordneten Kleber 2 und eine jeweilige Reflektorschicht 5 auf, die die Seitenflächen des jeweiligen Halbleiterchips 3 vorzugsweise rahmenartig umgibt oder umgeben. Die Reflektorschicht 5 ist vorzugsweise stoff- und formschlüssig an den Kleber 2 angeordnet. Die 5A zeigt also einen Träger mit LED-Arrays, die eine Reflektorschicht 5 aufweisen.
  • Wie in 5B gezeigt, wird auf den LED-Arrays ein weiterer Träger 9 aufgebracht. Als weiterer Träger 9 können die gleichen Materialien wie zum Träger 1 beschrieben verwendet werden. Der weitere Träger 9 wird auf die Rückseite der LED-Arrays aufgebracht.
  • Anschließend kann der Träger 1 von der Vorderseite der LED-Arrays, wie in 5C gezeigt, entfernt werden.
  • Anschließend kann, wie in 5D gezeigt, die Vorderseite der LED-Arrays mit einem Konversionselement 6 beschichtet werden. Vorzugsweise wird die gesamte Anzahl der LEDs oder der optoelektronischen Bauelemente mit einem Konversionselement oder einer Konversionsschicht beschichtet.
  • Der Schritt gemäß 5D kann optional sein. Anschließend kann optional der weitere Träger 9 wieder entfernt werden oder in dem Bauelement belassen werden. Die LED-Arrays können anschließend vereinzelt werden, wobei eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen erzeugt wird.
  • Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, 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 Allgemeinteil 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
    Träger
    2
    Kleber
    21
    Kleberaußenfläche
    3
    Halbleiterchip
    31
    Strahlungshauptfläche
    32
    Seitenflächen
    33
    Montagefläche
    4
    Kontaktstrukturen
    5
    Reflektorschicht
    6
    Konversionselement oder Konversionsschicht
    7
    Gehäuse
    8
    Maskierungselement
    9
    weiterer Träger
    a
    Winkel zwischen Kleberaußenflächen und jeweiliger Seitenfläche
    b
    Winkel zwischen Montagefläche des Halbleiterchips und der Kleberaußenfläche

Claims (18)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Trägers (1), B) Aufbringen eines Klebers (2) auf den Träger (1), C) Aufbringen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (3) mit einer Strahlungshauptfläche (31) und Seitenflächen (32) auf den Träger (1), so dass der Kleber (2) die Strahlungshauptfläche (31) bedeckt und die Seitenflächen (32) des Halbleiterchips (3) zumindest überwiegend und schräg bedeckt, D) Aufbringen einer Reflektorschicht (5) zumindest auf eine Kleberaußenfläche (21), die schräg zu den Seitenflächen (32) des Halbleiterchips (3) angeordnet sind, wobei der Träger (1) gegebenenfalls nach Schritt C) wieder entfernt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kleber (2) die Strahlungshauptfläche (31) und die Seitenflächen (32) des Halbleiterchips (3) vollständig stoffschlüssig bedeckt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektorschicht (5) zusätzlich zumindest bereichsweise auf einer Montagefläche (33) des Halbleiterchips (3) angeordnet wird, die der Strahlungshauptfläche (31) gegenüberliegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kleber im oder nach Schritt C) im Seitenquerschnitt gesehen die Seitenflächen des Halbleiterchips lateral um maximal 100 µm überragt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der auf der Strahlungshauptfläche (31) angeordnete Kleber (2) entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Schritt D) ein Gehäuse (7) erzeugt wird, das die Reflektorschicht (5) rahmenartig umgibt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des Gehäuses (7) verschieden von dem Material der Reflektorschicht (5) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Schritt D) eine Konversionsschicht (6) zumindest auf die Strahlungshauptfläche (31) aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kleber eine Kleberaußenfläche (21) aufweist, wobei die Kleberaußenfläche (21) und die jeweilige Seitenfläche (32) einen Winkel (a) von kleiner oder gleich 45° bilden, und/oder wobei die Montagefläche (33) des Halbleiterchips (3) und die Kleberaußenfläche (21) einen Winkel (b) von kleiner oder gleich 45° bilden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Kontaktstrukturen (4) an der Montagefläche (33) angeordnet sind, wobei vor Schritt D) ein Maskierungselement (8) zumindest über die Kontaktstrukturen (4) angeordnet wird, das nach Schritt D) wieder entfernt wird, wobei das Maskierungselement (8) eine Fotolackmaske ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Strahlung in dem Halbleiterchip (3) im Betrieb erzeugt wird und über die Seitenflächen (32) zur Reflektorschicht (5) gelangt und an der Reflektorschicht (5) reflektiert wird, so dass ein Großteil der Strahlung das Bauelement (100) über die Strahlungshauptfläche (31) verlässt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 oder 8 bis 11, wobei das Bauelement (100) frei von einem Gehäuse (7) ist.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektorschicht (5) mittels Dampfabscheidung erzeugt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektorschicht (5) aus Silber geformt ist.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektorschicht (5) eine Schichtdicke von 100 nm bis 10 µm aufweist.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kleber (2) für die von dem Halbleiterchip (3) emittierte Strahlung transparent ist, wobei der Kleber (2) Silikon aufweist, wobei der Kleber frei von Streupartikeln ist.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt C) eine Vielzahl von Halbleiterchips (3) auf den Träger (1) aufgebracht wird.
  18. Optoelektronisches Bauelement (100), das aus einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 erhältlich ist.
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