DE102018101710A1

DE102018101710A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements

Info

Publication number: DE102018101710A1
Application number: DE102018101710.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reeswinkel; Kathy Schmidtke
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US11398588B2; US20210043813A1; CN111937165A; WO2019145229A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (1) aufweisend zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, eine Verkapselung (3) um den Halbleiterchip (2), wobei die Verkapselung (3) ein Polysiloxan aufweist, und zumindest eine Barriereschicht (4) zum Schutz vor Schadgasen (V), die auf der Verkapselung (3) angeordnet ist, wobei es sich bei der Barriereschicht um eine plasmapolymerisierte Schicht handelt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Optoelektronische Bauelemente weisen oftmals Verkapselungen auf, die eine gewisse Gasdurchlässigkeit besitzen. Aus diesem Grund können Schadgase, wie etwa flüchtige organische Verbindungen (sogenannte VOCs = volatile organic compounds), die Verkapselung durchdringen und bis zur Oberfläche des Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements gelangen. Die von einem solchen Halbleiterchip emittierte Strahlung in Verbindung mit den in der Nähe des Halbleiterchips lokal erhöhten Temperaturen führen schließlich zur Zersetzung und Abscheidung der Schadgase im Inneren des optoelektronischen Bauelements. So kommt es zu Helligkeitsverlusten, etwa aufgrund von Kohlenstoffablagerungen, die aus der Abscheidung von VOCsim Strahlengang des Bauelements resultieren. Ein solches optoelektronisches Bauelement leuchtet dann mit verminderter Helligkeit und in einer veränderten Lichtfarbe. Das optoelektronische Bauelement ist also in Gegenwart der Schadgase nicht stabil.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauelement zur Verfügung zu stellen, das gegenüber Schadgasen, wie VOCs, stabil ist. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, das ein gegenüber Schadgasen stabiles Bauelement erzeugt.
Die Aufgaben werden durch das optoelektronische Bauelement und das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
In zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement genau einen Halbleiterchip aufweisen. Beispielsweise kann der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung im UV-Wellenlängenbereich oder im blauen Spektrum des sichtbaren Lichts emittieren.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement eine Verkapselung. Die Verkapselung ist um den Halbleiterchip angeordnet, umschließt diesen also zumindest teilweise. Beispielsweise kann der Halbleiterchip auf einem Substrat angeordnet sein und die Verkapselung umschließt den Halbeiterchip auf dem Substrat. Beispielsweise können die Verkapselung und das Substrat den Halbleiterchip gemeinsam vollständig umgeben. Ebenso kann der Halbleiterchip in einer Einbuchtung eines Gehäuses angeordnet sein, sodass das Gehäuse zusammen mit der Verkapselung den Halbleiterchip vollständig umgeben. Vollständig umgeben meint dabei jeweils, dass keine Öffnung verbleibt. Die Verkapselung kann mit dem Halbleiterchip in direktem Kontakt stehen oder vom Halbleiterchip beabstandet sein. Die Verkapselung ist im Hinblick auf ihre Geometrie nicht beschränkt und kann beispielsweise flach oder linsenförmig ausgestaltet sein. Sie kann auch eine Kavität aufweisen oder als konvexe Linse gestaltet sein. Es kann sich bei der Verkapselung beispielsweise um einen Verguss handeln. Beispielsweise kann es sich hierbei auch um einen mehrstufigen Verguss handeln.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst die Verkapselung ein Polysiloxan. Unter Polysiloxanen sind insbesondere Polyorganosiloxane, also Silikone, zu verstehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Silikon um ein Zweikomponentensilikon („2K-Silikon“), wie zum Beispiel thermisch härtbare, additionsvernetzende Zweikomponenten-Silikone auf der Basis von Dimethylsiloxan. Beispielsweise weist die Verkapselung neben dem Polysiloxan noch einen oder mehrere andere Stoffe auf. Die Verkapselung kann also mehrere Stoffe umfassen oder aus mehreren Stoffen bestehen. Beispielsweise kann die Verkapselung einen oder mehrere Leucht- und/oder Konverterstoffe umfassen, die etwa in Form von Partikeln in der Verkapselung verteilt sein könnnen. Ein Konverterstoff wandelt eine Primärstrahlung mit kürzerer Wellenlänge in eine Sekundärstrahlung mit längerer Wellenlänge um. Beispielsweise kann es sich bei dem Konverterstoff um einen Stoff handeln, der mit Hilfe von blauem Licht angeregt wird und gelbes Licht emittiert. Bei nur teilweiser Umwandlung des blauen in gelbes Licht kann eine additive Mischung verschiedener Spektralfarben erreicht werden. Dieses Prinzip kann auch zur Erzeugung von weißem Licht genutzt werden. Die Verkapselung kann aber auch frei von Leuchtstoffen und Konverterstoffen sein. Beispielsweise besteht die Verkapselung aus dem Polysiloxan.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement zumindest eine Barriereschicht zum Schutz vor Schadgasen. Beispielsweise umfasst das Bauelement genau eine oder genau zwei Barriereschichten. Unter einer Barriereschicht ist eine Schicht zu verstehen, die das Eindringen von Schadgasen in das Innere des Bauelements, insbesondere in die Nähe des Halbleiterchips verlangsamt oder gänzlich verhindert. Beispielsweise ist unter einer Barriereschicht eine Schicht zu verstehen, die eine Diffusionsbarriere für Schadgase bildet.
Mit Schadgasen sind hier und im Folgenden gasförmige Stoffe gemeint, die unter Einwirkung von Strahlung des Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements und/oder unter Einwirkung von Wärme zersetzt und abgeschieden werden können. Eine Abscheidung im Inneren des optoelektronischen Bauelements, vor allem im Strahlengang des Bauelements, führt zu Helligkeitsverlusten und Farbänderungen. Insbesondere handelt es sich bei den Schadgasen um sogenannte VOCs, also um flüchtige organische Verbindungen. Dies ist eine Sammelbezeichnung für organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen bzw. schon bei niedrigen Temperaturen, z. B. Raumtemperatur, als Gas vorliegen. Das Wort flüchtig bedeutet, dass die zu der Gruppe der VOC zählenden Stoffe aufgrund ihres hohen Dampfdruckes bzw. niedrigen Siedepunktes schnell verdampfen. Beispielsweise sind unter VOCs organische Verbindungen zu verstehen, die bei 293,15 Kelvin einen Dampfdruck von 0,01 Kilopascal oder mehr aufweisen oder unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen eine entsprechende Flüchtigkeit aufweisen. Da VOCs Kohlenstoff enthalten, können sie Kohlenstoffablagerungen im Strahlengang des optoelektronischen Bauelements verursachen.
In zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine Barriereschicht auf der Verkapselung angeordnet. Sie kann insbesondere direkt auf der Verkapselung angeordnet sein. Dabei bedeutet direkt auf der Verkapselung angeordnet, dass die Verkapselung und die Barriereschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen.
In zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine Barriereschicht durch eine geringere Durchlässigkeit für Schadgase gekennzeichnet, als das in der Verkapselung enthaltene Polysiloxan.
In zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Barriereschicht um eine plasmapolymerisierte Schicht, also um eine Schicht, die mit Hilfe von Plasmapolymerisation abgeschieden wird. Plasmapolymerisation ist eine spezielle plasmaaktivierte Variante der chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD). Bei der Plasmapolymerisation werden Vorläuferverbindungen, sogenannte Precursor, in der Gasphase durch ein Plasma aktiviert. Durch die Aktivierung entstehen ionische Moleküle und es bilden sich bereits in der Gasphase erste Molekülfragmente etwa in Form von Clustern oder Ketten. Die anschließende Kondensation dieser Fragmente auf den entsprechenden Oberflächen, z.B. Oberflächen der Verkapselung, bewirkt dann unter Einwirkung von Temperatur, Elektronen- und Ionenbeschuss die Polymerisation und somit die Bildung einer plasmapolymerisierten Schicht.
Zumindest eine Ausführungsform betrifft ein optoelektronisches Bauelement aufweisend

- zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist,
- eine Verkapselung um den Halbleiterchip, wobei die Verkapselung ein Polysiloxan aufweist, und
- zumindest eine Barriereschicht zum Schutz vor Schadgasen, die auf der Verkapselung angeordnet ist, wobei es sich bei der Barriereschicht um eine plasmapolymerisierte Schicht handelt.

Diese Ausführungsform wird im Folgenden noch näher erläutert:

Polysiloxane zeichnen sich durch eine besonders gute Langzeitstabilität gegenüber Licht und Wärme aus und sind darin anderen Verkapselungsmaterialien, wie z.B. Epoxidharzen, überlegen. Der Einsatz von Polysiloxanen, wie insbesondere Silikonen, als Verkapselungsmaterial ermöglicht es folglich optoelektronische Bauelemente zu erhalten, die unter normalen Alterungsbedingungen, also in Abwesenheit von Schadgasen wie VOCs, eine hohe Helligkeits- und Farbstabilität besitzen. Demgegenüber zeigen Epoxide für die meisten Anwendungen heute keine ausreichende Lichtalterungsstabilität mehr.

Während Polysiloxane unter Einwirkung von Licht und Wärme kaum altern, zeigen sie jedoch eine vergleichsweise hohe Gasdurchlässigkeit. Aus diesem Grund bieten sie in der Regel keinen ausreichenden Schutz gegenüber Schadgasen, insbesondere VOCs. So besitzen etwa die meisten Silikone Gasdurchlässigkeiten von 10 bis 120 g/m²/d [g/m²/d = Gramm/Quadratmeter*Tag]. Auch die Gasdurchlässigkeit von Silikonen auf Dimethylsiloxan-Basis liegt in diesem Bereich. Die Gasdurchlässigkeit lässt sich gemäß der DIN EN ISO 12572 (Stand: Mai 2017) bestimmen. Hierbei wird die Wasserdampfdurchlässigkeit von 1 mm dicken Proben untersucht und die Wasserdampfdiffusionsstromdichte ermittelt. Auch wenn die absolute Gasdurchlässigkeit für ein Material vom jeweils verwendeten Gas abhängt, so können Unterschiede in der Gasdurchlässigkeit zwischen verschiedenen Materialien gut mit Hilfe der Gasdurchlässigkeitswerte für Wasserdampf miteinander verglichen werden, da sich für VOCs und Wasserdampf die gleichen Trends beobachten lassen. Auch die im weiteren Verlauf der Anmeldung angegebenen Werte für die Gasdurchlässigkeit werden gemäß dem hier genannten Messverfahren bestimmt und angegeben.
Zwar gibt es auch Verkapselungssilikone, die eine etwas geringere Gasdurchlässigkeit aufweisen, die meisten dieser Materialien zeigen aber andere Schwächen, z.B. eine stärkere Lichtalterung, sodass ihr Einsatz für optoelektronische Bauelemente, wie LEDs, eingeschränkt bleibt. Eine Reduktion der Gasdurchlässigkeit durch den Einsatz hochbrechender Silikone, die als Strukturelement einen Phenylring aufweisen, wurde ebenfalls angedacht. Die besten Materialien dieser Art zeigen eine Gasdurchlässigkeit von 8 g/m²/d. Dennoch können auch diese Materialien keine vergleichbar geringen Gasdurchlässigkeiten wie Epoxidharze, mit etwa 3 g/m²/d und darunter, erreichen.
Aus diesem Grund sind optoelektronische Bauelemente, die als Verkapselung ein Polysiloxan aufweisen, zwar in Abwesenheit von Schadgasen stabiler als optoelektronische Bauelemente mit anderen Verkapselungsmaterialien. In Anwesenheit von bestimmten Schadgasen, wie VOCs, büßen sie jedoch rasch an Helligkeit ein und ändern ihre Farbeigenschaften. Optoelektronische Bauelemente, die ein Polysiloxan als Verkapselung aufweisen, sind also nicht ausreichend stabil gegenüber Schadgasen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, dass optoelektronische Bauelemente vielfach mit Schadgasen in Kontakt gelangen und dass diese Schadgase zu einer Verschlechterung der Abstrahlcharakteristik der Bauelemente führen. Optoelektronische Bauelemente werden regelmäßig nach ihrer Herstellung weiterverarbeitet. Sie werden beispielsweise in andere Bauelemente, Maschinen oder Fahrzeuge eingebaut. Gelegentlich werden sie zudem mit Sekundäroptiken versehen. Hierbei können die optoelektronischen Bauelemente mit Stoffen in Kontakt kommen, die ihrerseits Schadgase, etwa VOCs, freisetzen. Beispielsweise setzen eine Reihe von Klebstoffen, z.B. Klebstoffe auf Polyurethan-Basis, VOCs frei. Bauelemente, die gemeinsam mit solchen Stoffen verbaut werden, können im Betrieb VOCs aufnehmen. Die VOCs durchdringen Verkapselungen, die Polysiloxane enthalten und scheiden sich im Inneren des optoelektronischen Bauelements z.B. als Kohlenstoffablagerungen ab, was zu den zuvor beschriebenen Helligkeitseinbußen und Farbänderungen führt.
Optoelektronische Bauelemente der hier beschriebenen Ausführungsform weisen daher eine Barriereschicht zum Schutz vor Schadgasen auf, die auf der Verkapselung umfassend das Polysiloxan angeordnet ist. Bei der Barriereschicht handelt es sich um eine plasmapolymerisierte Schicht.
Die Eigenschaften von plasmapolymerisierten Schichten unterscheiden sich deutlich von denen herkömmlicher Schichten auf Polymerbasis. Ein signifikanter Unterschied besteht darin, dass Schichten, die durch Plasmapolymerisation erhalten werden, keine regelmäßigen Wiederholeinheiten aufweisen, sondern komplexe, unregelmäßige Strukturen bilden. Sie lassen sich chemisch also nicht mit Hilfe einer Strukturformel beschreiben. Die bei der Plasmapolymerisation resultierenden Polymerketten sind hochgradig verzweigt und weisen zudem einen hohen Vernetzungsgrad auf. Dies führt zu einer besonders guten Dichtigkeit gegenüber Gasen. Plasmapolymerisierte Schichten sind also durch eine besonders geringe Gasdurchlässigkeit gekennzeichnet. Sie sind bilden eine besonders effektive Diffusionsbarriere für Schadgase.
Optoelektronische Bauelemente der genannten Ausführungsform zeichnen sich also dadurch aus, dass sie zum einen sowohl bei normalen Bedingungen - also in Abwesenheit von Schadgasen - eine besonders hohe Stabilität gegenüber Licht und Wärme aufweisen und zugleich eine hohe Stabilität in Gegenwart von Schadgasen zeigen. Insbesondere VOCs können durch die plasmapolymerisierte Schicht effektiv abgehalten werden.
Bauelemente dieser Art können folglich auch gemeinsam mit Komponenten verbaut werden, welche Schadgase freisetzen. Sie können also auch mit VOC-kritischen Materialien kombiniert werden und zwar ohne die Gefahr für einen VOC-bedingten Helligkeitsabfall. Dies erleichtert die Weiterverarbeitung und senkt das Risiko unerwünschter Ausfälle von optoelektronischen Bauelementen. Der Anwendungsbereich der Bauelemente wird somit erweitert. Demgegenüber mussten bei herkömmlichen Bauelementen bei der Weiterverarbeitung bislang zahlreiche Bestimmungen eingehalten werden um einen Kontakt mit Materialien zu vermeiden, die Schadgase freisetzen. Auch ein Verzicht auf Polysiloxan in der Verkapselung ist in Gegenwart von VOC-kritischen Materialien aufgrund der Barriereschicht nicht mehr erforderlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED (light emitting diode). Das Bauelement ist bevorzugt dazu eingerichtet, gelbes, blaues, rotes, orangefarbenes, grünes oder weißes Licht oder UV-Licht zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um Al_xGa_1-xAs handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten, IR- und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 200 nm und 700 nm, etwa zwischen 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Substrat auf, z.B. einen Leiterrahmen oder ein Keramiksubstrat. Beispielsweise ist der Halbleiterchip auf dem Substrat angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement elektrische Kontaktierungen auf, die eine Stromzufuhr zum Halbleiterchip ermöglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement Bond-Drähte auf.
Gemäß zumindes einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um ein Bauelement vom „Flip-Chip-Typ“.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement zumindest ein Konverterplättchen auf. Das Konverterplättchen enthält zumindest einen Leucht- oder Konverterstoff, der eine Primärstrahlung mit längerer Wellenlänge in eine Sekundärstrahlung mit kürzerer Wellenlänge überführt. Beispielsweise wird blaues in gelbes Licht überführt. Beispielsweise überlagert sich nicht konvertiertes blaues und gelbes Licht, sodass eine additive Mischung verschiedener Spektralfarben erreicht wird. Beispielsweise emittiert das Bauelement weißes Licht. Das Konverterplättchen kann direkt auf dem Halbleiterchip angeordnet sein oder vom Halbleiterchip beabstandet sein. Es kann von der Verkapselung umschlossen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Gasdurchlässigkeit der zumindest einen Barriereschicht 2,5 g/m²/d oder weniger, bevorzugt 1 g/m²/d oder weniger, weiter bevorzugt 0,1 g/m²/d oder weniger. Beispielsweise beträgt die Gasdurchlässigkeit zwischen 0,001 g/m²/d und 2,5 g/m²/d, bevorzugt zwischen 0,001 g/m²/d und 1 g/m²/d, weiter bevorzugt zwischen 0,001 g/m²/d und 0,1 g/m²/d. Die Gasdurchlässigkeit kann auch zwischen 0,01 g/m²/d und 2,5 g/m²/d, etwa zwischen 0,01 g/m²/d und 1 g/m²/d liegen. Barriereschichten mit derart geringen Gasdurchlässigkeiten bieten einen besonders guten Schutz für das Bauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Barriereschicht des optoelektronischen Bauelements eine Schichtdicke von mindestens 10 nm, bevorzugt mindestens 25 nm, weiter bevorzugt mindestens 40 nm, insbesondere mindestens 50 nm oder mindestens 60 nm auf. Je dicker die Barriereschicht, umso effektiver ist die Barrierewirkung der Schicht. Schichtdicken von weniger als 10 nm können dazu führen, dass nur noch eine geringe Schutzwirkung gegenüber Schadgasen erreicht wird. Zudem kann die zu beschichtende Oberfläche mikroskopische Stukturen bzw. Rauhigkeiten aufweisen, die ausreichend überformt werden müssen. Eine Schichtdicke von mindestens 25 nm ist bevorzugt, weil sich so Löcher (z.B. „Pinholes“) in der Schicht besonders gut vermeiden lassen und eine gewisse Oberflächenrauhigkeit der zu beschichtenden Oberflächen gut ausgeglichen werden kann. Je höher die Schichtdicke umso einfacher können Oberflächenrauhigkeiten ausgeglichen und geschlossene Schichten erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Barriereschicht des optoelektronische Bauelements eine Schichtdicke von höchstens 20 µm auf, beispielsweise höchstens 10 µm oder höchstens 2 µm,bevorzugt höchstens 500 nm, weiter bevorzugt höchstens 200 nm, höchstens 150 nm oder höchstens 120 nm. Je dünner die Barriereschicht, umso weniger beeinflusst die Barriereschicht die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements. Eine Absorption und folglich Helligkeitsverluste treten im genannten Bereich kaum auf und verringern sich umso mehr, je geringer die Schichtdicke. Dünnere Schichten sind zudem flexibler und passen sich somit besonders gut an das vergleichsweise weiche und verformbare Polysiloxan der Verkapselung an. Bei einer Verformung des Polysiloxans der Verkapselung, sind dünnere Barriereschichten hinreichend flexibel um trotz derartiger Verformungen nicht brüchig zu werden. Eine Ausbildung von Rissen, die negative Folgen für den Schutz vor Schadgasen haben könnte, kann so auch bei mechanischen Belastungen in der Regel vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Barriereschicht des optoelektronischen Bauelements eine Schichtdicke von 10 nm bis 20 µm auf, bevorzugt von 25 nm bis 500 nm, weiter bevorzugt von 50 nm bis 200, beispielsweise 60 nm bis 120 nm. Diese sind ohne hohen Fertigungsaufwand z.B. mittels Plasmapolymerisation abscheidbar und bieten einen guten Schutz vor Schadgasen. Je dünner die Schicht, umso rascher kann die Abscheidung erfolgen. Dünnere Schichtdicken (z.B. unter 500 nm) sind wie bereits ausgeführt zudem vorteilhaft um das Risiko unerwünschter mechanischer Spannungen in der Barriereschicht zu vermeiden. Zugleich wird durch die geringe Schichtdicke eine Absorption minimiert, sodass die Helligkeit und der Farbort der vom Bauelement emittierten Strahlung nicht oder kaum beeinträchtigt wird. Besonders gute Gasundurchlässigkeiten bei zugleich hervorragenden optischen und mechanischen Eigenschaften der Barriereschicht lassen sich also vor allem bei Schichtdicken zwischen 25 und 500 nm, etwa zwischen 50 und 200 nm erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verkapselung des optoelektronischen Bauelements zumindest eine Oberfläche auf, die eine Außenoberfläche des optoelektronischen Bauelements bildet, wobei die Barriereschicht direkt auf dieser Oberfläche angeordnet ist. Bevorzugt bildet die Barriereschicht die äußerste Schicht des optoelektronischen Bauelements, also eine Abschlussschicht des Bauelements nach außen.
Bevorzugt umfasst die zumindest eine Oberfläche der Verkapselung zumindest eine Hauptstrahlenaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements. Unter einer Hauptstrahlenaustrittsfläche kann dabei insbesondere eine Außenoberfläche des optoelektronischen Bauelements verstanden werden, die sich im Strahlengang des Halbleiterchips befindet, und über welche ein größerer Teil der insgesamt emittierten Strahlung abgestrahlt wird, als über die übrigen Außenoberflächen des optoelektronischen Bauelements. In diesem Fall ist die Barriereschicht also zumindest auf einer Oberfläche der Verkapselung angeordnet, die die Hauptstrahlenaustrittsfläche bildet. Beispielsweise befindet sich die Hauptstrahlenaustrittsfläche auf der einem Substrat des Bauelements gegenüberliegenden Außenoberfläche des Bauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verkapselung weitere Oberflächen auf, die Außenflächen des optoelektronischen Bauelements bilden, bei denen es sich um Seitenflächen des Bauelements handelt und auf denen die Barriereschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Barriereschicht nur auf der Oberfläche der Verkapselung angeordnet, die die Hauptstrahlenaustrittsfläche bildet. Solche optoelektronischen Bauelemente lassen sich mit einem besonders geringen Aufwand herstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Barriereschicht auf der Oberfläche der Verkapselung angeordnet, die die Hauptstrahlenaustrittsfläche bildet und zusätzlich auf den Oberflächen der Verkapselung, die Seitenflächen des optoelektronischen Bauelements bilden. Bevorzugt ist die Barriereschicht auf allen Oberflächen der Verkapselung angeordnet, die Außenoberflächen des optoelektronischen Bauelements bilden. In diesem Fall wird ein besonders effektiver Schutz gegenüber Schadgasen erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Gehäuse auf, das eine Kavität aufweist, in welcher der zumindest eine Halbleiterchip angeordnet ist, wobei die Verkapselung umfassend ein Polysiloxan den Halbleiterchip gemeinsam mit dem Gehäuse umgibt. In diesem Fall kann die plasmapolymerisierte Schicht neben der Verkapselung auch auf dem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann aber auch frei von der plasmapolymerisierten Schicht sein. Die für Gehäuse verwendeten Materialien sind in der Regel deutlich undurchlässiger für Schadgase als Polysiloxane. Es ist daher nicht erforderlich eine Barriereschicht auf das Gehäuse aufzubringen. Eine teilweise Abscheidung auf dem Gehäuse ist mit einem geringeren Fertigungsaufwand verbunden, weil in diesem Fall auf Abdeckungen bzw. Abschattungen des Gehäuses im Rahmen der Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht verzichtet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der zumindest einen Barriereschicht des optoelektronischen Bauelements um eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht. Bevorzugt ist die plasmapolymerisierte Siloxanschicht direkt auf der Verkapselung angeordnet, weist also eine gemeinsame Grenzfläche mit der Verkapselung auf. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass plasmapolymerisierte Siloxanschichten sich besonders zum Schutz vor Schadgasen eignen. Sie verbinden sich besonders innig mit Verkapselungen, die Polysiloxane aufweisen. Schließlich zeichnen sich plasmapolymerisierte Siloxanschichten durch einen hohen Vernetzungsgrad und eine besonders geringe Gasdurchlässigkeit aus. So können Gasdurchlässigkeiten von 1 g/m²/d oder weniger, bevorzugt 0,1 g/m²/d oder weniger erreicht werden, beispielsweise Gasdurchlässigkeiten von 0,001 bis 1 g/m²/d. Plasmapolymerisierte Siloxanschichten zeichnen sich zudem durch eine deutlich höhere Alterungsstabilität aus, als viele herkömmliche plasmapolymerisierte Schichten, etwa auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, die überwiegend C-C und C-H Bindungen aufweisen. Außerdem besitzen plasmapolymerisierte Siloxanschichten im Vergleich zu anderen plasmapolymerisierten Schichten einen ähnlichen Brechungsindex wie typische auf Silikon bzw. Polysiloxan basierende Verkapselungsmaterialien bei sehr hoher Transparenz für Strahlung insbesondere im sichtbaren Spektrum. Die Transparenz von plasmapolymerisierten Siloxanschichten ist für gewöhnlich größer 90%, oftmals größer als 92% für das Spektrum des sichtbaren Lichts. Plasmapolymerisierte Siloxane zeigen keine bzw. allenfalls eine äußerst geringe Eigenfärbung. Plasmapolymerisierte Siloxanschichten können also so gestaltet werden, dass sie weitgehend frei von gelblichen oder gar bräunlichen Farbtönungen sind. Je geringer der Kohlenwasserstoffanteil in der plasmapolymerisierten Siloxanschicht, umso geringer sind Eigenfärbungen. Plasmapolymerisierte Siloxanschichten sind zwar vergleichsweise dicht, aber mechanisch immer noch etwas flexibel bzw. duktil, sodass bei einer Abscheidung auf einem eher weichen Verkapselungssilikon eine Rissbildung weitestgehend vermieden wird. Anders als z.B. bei rein anorganischen Schichten, wie z.B. reinen SiO₂-Schichten, ist auch der thermische Ausdehnungskoeffizient ähnlicher zu der zu beschichtenden Verkapselung, sodass auch die bei Temperatursprüngen auftretenden mechanischen Spannungen geringer sind. Die Eigenschaften von plasmapolymerisierten Siloxanschichten, lassen sich durch die genaue Prozessführung noch weiter einstellen. So können die Barrierewirkung, die optische Transparenz, die Haftung auf der Verkapselung, sowie die mechanischen Eigenschaften z.B. bezüglich des Ausdehnungskoeffizienten und der Oberflächenenergie weiter verfeinert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Barriereschicht um eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht die

- einen Silizium-Anteil an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht zwischen 24 und 35 Atomprozent umfasst,
- einen Kohlenstoff-Anteil an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht zwischen 5 und 50 Atomprozent umfasst und
- einen Sauerstoff-Anteil an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht zwiwschen 23 und 63 Atomprozent umfasst.

Die Atomprozent-Angaben sind hierbei so normiert, dass Kohlenstoff, Silizium und Sauerstoff in der Summe 100 Atomprozent ergeben. Das bedeutet, dass der Anteil an Wasserstoff in der Schicht nicht berücksichtigt wird, da der Wasserstoff-Anteil an der Schicht nicht zuverlässig mit den gängigen Verfahren bestimmbar ist. In den Schichten ist naturgemäß auch noch ein gewisser Anteil an Wasserstoff enthalten, der insbesondere in den Alkylseitenketten des polymerisierten Siloxans vorliegt. Die Zusammensetzung lässt sich mit herkömmlichen Methoden, insbesondere XPS oder EDX nach den üblichen Verfahren bestimmen.
Die Zusammensetzung der plasmapolymerisierten Siloxanschicht der vorliegenden Erfindung bewegt sich also gerade in einem Bereich der zwischen den Zusammensetzungen von reinem SiO₂ und der Zusammensetzung des verwendeten Precursors (z.B. HMDSO) liegt.
Eine Weiterbildung der soeben genannten Ausführungsform weist einen Kohlenstoff-Anteil an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht größer oder gleich 5 und kleiner 25 Atomprozent auf, beispielsweise größer oder gleich 5 und kleiner 15 Atomprozent auf. Die Schicht ist also vergleichsweise Kohlenstoffarm. In diesem Fall ist die Schicht vergleichsweise hart und zeigt eine besonders hohe Gasundurchlässigkeit.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der zuvor genannten Ausführungsform weist die plasmapolymerisierte Siloxanschicht einen Kohlenstoff-Anteil an der plasmapolymerisierten Schicht größer oder gleich 25 und kleiner oder gleich 50 Atomprozent auf. In diesem Fall ist die Schicht Kohlenstoffreich und folglich duktiler. Schichten dieser Art passen sich besser an das Polysiloxan der Verkapselung an.
Kohlenstoffreiche Schichten sind vergleichsweise sauerstoffarm. In diesem Fall kann der Sauerstoffanteil an der Schicht zum Beispiel zwischen 23 und 40 Atomprozent betragen. Hingegen sind kohlenstoffarme Schichten vergleichsweise sauerstoffreich. In diesem Fall kann der Sauerstoffanteil an der Schicht zum Beispiel größer 40 Atomprozent und kleiner oder gleich 63 Atomprozent sein. Der Silizium-Anteil in der Schicht ist unabhängig davon vergleichsweise konstant und liegt stets in dem Bereich zwischen 24 und 35 Atomprozent an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht, bevorzugt zwischen 28 und 34 Atomprozent an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht.
Je höher der Sauerstoffanteil bzw. je mehr sich die Schicht in ihrer Zusammensetzung dem reinen SiO₂ annähert, umso härter und gasundurchlässiger. Je höher der Anteil an Kohlenstoff (genauer Kohlenwasserstoff) an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht, umso weniger hart und spröde ist die Schicht.
In diesem Fall ist die Schicht flexibler und kann daher mechanischen Belastungen besser Stand halten. Wenn das unter der Schicht liegende weiche Polysiloxan der Verkapselung verformt wird, neigt die plasmapolymerisierte Siloxanschicht umso weniger zur Ausbildung von Rissen, je höher der Kohlenstoffgehalt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht auf, die aus einem Precursor ausgewählt aus linearen, verzweigten oder cyclischen Siloxanen hergestellt ist. Unter Precursor ist ein Ausgangsstoff, also ein Reaktand, für die Plasmapolymerisation zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht auf, die aus einem Precursor der folgenden allgemeinen Formel hergestellt ist:
wobei

- R¹ bis R⁸ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, und
- n ausgewählt ist aus 0, 1, 2 und 3.

Alkyl bedeutet hierbei insbesondere C1-C5 Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl und Propyl. Bevorzugt handelt es sich bei Alkyl um Methyl. Methyl-Gruppen lassen sich im Rahmen der Plasmapolymerisation gut aktivieren und abspalten, was eine gute Vernetzung bei zugleich rascher Reaktionsführung gestattet. Alkenyl bedeutet hierbei insbesondere C2-C5 Alkenyl, zum Beispiel Vinyl oder Allyl. Bevorzugt handelt es sich bei Alkenyl um Vinyl. Vinyl-Gruppen sind funktionelle Gruppen, die eine zusätzliche Art der Vernetzung im Zuge der Plasmapolymerisation gestatten.
n ist bevorzugt 0 oder 1. Kleine Werte für n können sich günstig auf die Reaktionsgeschwindigkeit auswirken, sprich die Reaktion beschleunigen. Bei zu hohen Werten für n sind die Precursor zudem nur noch schwer zu verdampfen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die plasmapolymerisierte Siloxanschicht aus mehreren Precursorn, beispielsweise aus zwei der genannten Precursor hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist n gleich 0, sodass der Precursor die folgende allgemeine Formel aufweist:
wobei R¹ bis R⁶ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Methyl und Vinyl.
Bevorzugt sind zumindest zwei der drei Reste R¹ bis R³ Methyl und zumindest zwei der drei Reste R⁴ bis R⁶ sind Methyl.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Precursor ausgewählt aus der Gruppe umfassend:
Hexamethyldisiloxan (HMDSO),
Tetramethyldisiloxan (TMDSO),
Divinyltetramethyldisiloxan (DVTMDSO),
Tetramethylcyclotetrasiloxan (TMCTS),
und Mischungen davon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die plasmapolymerisierte Schicht dadurch gekennzeichnet, dass ihre Abscheidung im Hochfrequenzfeld erfolgt. Die Höhe der Frequenz richtet sich dabei nach der Größe und Ausgestaltung der Anlage zur Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht und kann im kHz, MHz oder GHz-Bereich liegen. Die Frequenz kann z.B. zwischen 10 kHz und 3 Ghz betragen. Die Frequenz ist dabei in der Regel anlagenspezifisch, hängt also von der Art der Plasmaabscheidungsanlage ab (Typische Beispiele für Frequenzen verschiedener Anlagen zur Plasmapolymerisation sind sind 13,65 MHz, 27,125 MHz, 2,45 GHz (Mikrowelle) und 10 bzw. 40-100 kHz). Plasmapolymerisierte Schichten, die in diesem Frequenzbereich abgeschieden werden, zeigen hohe Vernetzungsgrade, aufgrund des hohen Energieeintrages und damit geringe Gasundurchlässigkeiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die plasmapolymerisierte Schicht dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem induktiv gekoppelten Plasma (kurz ICP) abgeschieden wird. Aber auch andere Entladungsarten wie kapazitiv gekoppelte oder mikrowelleninduzierte Plasmen sind denkbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie bei Atmosphärendruck oder im Vakuum abgeschieden wird, beispielsweise bei einem Druck von 101325 Pa also 1 atm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie im Vakuum abgeschieden wird, z.B. bei 0,1 Pa bis 1000 Pa. Eine Abscheidung im Vakuum ermöglicht eine besonders kontrollierte und gleichmäßige Abscheidung. Die Abscheidung im Vakuum kann bei niedrigen Temperaturen erfolgen. Das optoelektronische Bauelement wird während eines solchen Prozesses beispielsweise auf eine Temperatur von nur 60 bis 70 °C erhitzt. Die Erwärmung des Bauelements bzw. der Verkapselung auf der die Abscheidung erfolgt ist auf die Verlustwärme des Plasmas zurückzuführen. Ein derartiges Verfahren ist besonders schonend für das Bauelement und sorgt für eine hohe Qualität der plasmapolymerisierten Schicht.
Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie unter Atmosphärendruck abgeschieden wird, also im Atmosphärenplasma. Eine Abscheidung im Atmosphärenplasma hat den Vorteil, dass sie höhere Abscheidungsraten ermöglicht als bei einer Abscheidung im Vakuum. Eine Abscheidung bei Atmosphärendruck ermöglicht zudem einen deutlich geringerem apparativen Aufwand mit geringeren Kosten als bei einer Abscheidung im Vakuum. Eine Vakuumkammer ist dann nicht erforderlich. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass auch bei einer Abscheidung im Atmosphärenplasma eine ausgezeichnete Barrierewirkung der plasmapolymerisierten Schicht erreicht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie in Abwesenheit von Sauerstoff abgeschieden wird. Beispielsweise kann die Abscheidung in Gegenwart von Argon erfolgen. Es ist außerdem möglich, dass die Abscheidung nur in Gegenwart des Precursors erfolgt, ohne dass Argon oder ein anderes Gas anwesend ist. Die Abscheidung in Abwesenheit von Sauerstoff führt dazu, dass die resultierende plasmapolymerisierte Schicht einen geringeren Sauerstoff-Anteil aufweist und einen höheren Kohlenstoff- bzw. Kohlenwasserstoffanteil, als wenn die Abscheidung in Gegenwart von O₂ erfolgt. Je geringer der Sauerstoffanteil an der Atmosphäre im Plasma beim Abscheideprozess, umso höher ist der Anteil an Kohlenstoff bzw. Kohlenwasserstoff in der resultierenden plasmapolymerisierten Schicht und umso geringer ist der Sauerstoffanteil. Dies trifft insbesondere auf plasmapolymerisierte Siloxanschichten zu. plasmapolymerisierte Siloxanschichten, die in einer Atmosphäre mit geringem Sauerstoffanteil abgeschieden werden, besitzen einen vergleichsweise hohen Anteil an Alkylseitenketten, die nicht im Zuge der Plasmapolymerisation abgespalten werden. Dies führt zu einer guten Duktilität und Weichheit des plasmapolymerisierten Siloxans.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie in Gegenwart eines oxidierenden Gases, insbesonders eines sauerstoffhaltigen Gases, z.B. Sauerstoff (O₂), abgeschieden wird. Je höher der Anteil des sauerstoffhaltigen Gases in der Atmosphäre in der die plasmapolymerisierte Schicht abgeschieden wird, umso höher ist der Sauerstoffgehalt der resultierenden Schicht. Dies trifft insbesondere auf plasmapolymerisierte Siloxanschichten zu. Wenn die Abscheidung einer plasmapolymerisierten Siloxanschicht bei hohem O₂-Anteil in der Atmosphäre durchgeführt wird, verbleibt nur noch ein kleiner Anteil an Alkylseitenketten in der plasmapolymerisierten Schicht. Folglich ist der Kohlenstoff- und Wasserstoffanteil an der plasmapolymerisierten Siloxanschicht gering. Die Schicht nähert sich in ihrer elementaren Zusammensetzung dann einer Schicht der Zusammensetzung SiO₂ an, wobei jedoch ein gewisser Anteil an Kohlenstoff und Wasserstoff im Bereich von einigen at.% in der Schicht verleiben kann. Beispielsweise kann das Verhältnis von Precursor zu Sauerstoff bei dem die Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht erfolgt zwischen 1:1 und 1:2 liegen. Das Verhältnis bezieht sich hierbei und im Folgenden jeweils auf die Volumenströme der im Rahmen der Plasmapolymerisation zugeführten Gaszuflüsse des Precursors und des Sauerstoffs. Die Verhältnisse können je nach gewählter Anlagenkonfiguration weiter angepasst werden. Im Falle von plasmapolymerisierten Siloxanschichten lassen sich bei derartig hohen Sauerstoffgehalten Schichten mit einer besonders hohen Gasundurchlässigkeit erhalten. Diese Schichten nähern sich in in ihrer Zusammensetzung SiO₂, sind aber aufgrund eines gewissen Restkohlenstoff- und Wasserstoffgehalts noch etwas duktiler und weniger spröde als reines SiO₂. Derartige plasmapolymerisierte Schichten sind kratzfest und bieten exzellenten Schutz gegenüber VOCs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass die Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht in Gegenwart von Luft erfolgt. Auf diesem Wege kann eine Schicht mit hohem Sauerstoffanteil erreicht werden. Zugleich ist so die Abscheidung mit geringem Aufwand und besonders preisgünstig zu leisten. Dieses Verfahren eignet sich auch für den industriellen Maßstab und kann gut mit einer Abscheidung im Atmosphärenplasma bei Atmosphärendruck kombiniert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass das Verhältnis des Precursors zu Sauerstoff bei der Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht zwischen 1:0 und 1:2 beträgt, etwa zwischen 1:0 und 1:1 beträgt. Ist das Verhältnis zwischen 1:0 und 1:1, so ist die erhaltene plasmapolymerisierte Schicht vergleichsweise kohlenstoffreich bzw. sauerstoffarm und folglich vergleichsweise weich. Ist das Verhältnis zwischen 1:1 und 1:2 so wird eine kohlenstoffärmere bzw. sauerstoffreichere und folglich härtere Schicht erhalten. Die Flexibilität bzw. Duktilität der Schicht kann also je nach Wunsch eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der palsmapolymerisierten Siloxanschicht in Abwesenheit eines oxidierenden Gases. Dann erfolgt die Abscheidung z.B. in Gegenwart eines Inertgases wie Argon oder Alternativ nur in Gegenwart des Precursors. In diesem Fall wird ein besonders hoher Kohlenstoffanteil in der plasmapolymerisierten Siloxanschicht erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass bei ihrer Abscheidung ein Parameter oder mehrere Parameter variiert werden, sodass die plasmapolymerisierte Schicht zumindest einen Gradienten aufweist. Beispielsweise wird das Verhältnis zwischen Precursor und Sauerstoff, , der Druck oder die Plasmaleistung verändert. Häufig wird die Plasmaleistung jedoch durch die genutzte Anlage für die Plasmapolymerisation vorgegeben und bleibt unverändert. Für das Beispiel einer plasmapolymerisierten Siloxanschicht führt eine höhere Plasmaleistung in der Regel dazu, dass die Alkylseitenketten bei der Plasmapolymerisation eher abgespalten werden und die resultierende Schicht daher kohlenstoffärmer bzw. sauerstoffreicher wird. Durch die geeignete Wahl der Parameter kann beispielsweise ein Gradient im Anteil an Sauerstoff in der plasmapolymerisierten Schicht erhalten werden. Dies ist wie zuvor beschrieben vor allem durch eine geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen Precursor und Sauerstoff bei der Abscheidung möglich. Zum Beispiel kann die Plasmapolymerisation mit einem geringen O₂-Anteil oder gänzlich ohne O₂ begonnen werden, etwa in einer Atmosphäre die neben dem Precursor nur Ar aufweist. Nachdem auf diesem Wege ein erster Teil der Barriereschicht mit einer gewissen Schichtdicke, z.B. von 20 nm abgeschieden wird, kann dann der O₂-Anteil erhöht werden. Das Verhältnis zwischen Precursor und Sauerstoff bei der Abscheidung wird also in Richtung eines höheren Sauerstoffanteils verschoben. Auf diese Weise entsteht ein Gradient betreffend den Sauerstoffgehalt in der plasmapolymerisierten Schicht. Der Sauerstoffgehalt nimmt in diesem Fall von innen nach außen, bezogen auf das optoelektronische Bauelement zu und in gleicher Weise der Kohlenstoff- und damit der Kohlenwasserstoffgehalt von innen nach außen ab. Die Schicht ist dann im Inneren weicher als außen. Nach außen wir die Barriereschicht so zunehmend härter und gasundurchlässiger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement zumindest eine weitere Barriereschicht, also eine zweite Barriereschicht, auf der ersten Barriereschicht auf. Bevorzugt ist die weitere Barriereschicht direkt auf der ersten Barriereschicht angeordnet, d.h. die beiden Schichten weisen eine gemeinsame Grenzfläche auf. Bevorzugt handelt es sich bei beiden Schichten um plasmapolymerisierte Schichten, insbesondere um plasmapolymerisierte Siloxanschichten. Beispielsweise können beide Schichten auf die gleiche Weise abgeschieden werden und folglich die gleichen Eigenschaften bzgl. ihrer Zusammensetzung und Barrierewirkung aufweisen. Bevorzugt werden die beiden plasmapolymerisierten Schichten jedoch unter Variation zumindest eines Parameters bei der Plasmapolymerisation abgeschieden. Weiter bevorzugt handelt es sich bei beiden Barriereschichten um plasmapolymerisierte Siloxanschichten, wobei die zweite Schicht in Gegenwart eines höheren Anteils an O₂ abgeschieden wird, als die erste Schicht. Auf diese Weise wird auf der Verkapselung umfassend ein Polysiloxan zunächst eine erste Barriereschicht erhalten, die noch einen höheren Kohlenstoffanteil aufweist. Die erste Schicht weist bereits gute Barriereeigenschaften auf. Die zweite plasmapolymeriserte Siloxanschicht, die in Gegenwart eines höheren O₂-Anteils als die erste Schicht abgeschieden wird, zeichnet sich schließlich durch einen höheren Sauerstoffgehalt in der Schicht aus und ist härter, kratzfester und besonders gasundurchlässig. Die erste Barriereschicht ist dann weicher. Wie oben bereits beschrieben, ist die plasmapolymerisierte Schicht dann besser an das darunter liegende Polysiloxan der Verkapselung angepasst. Bei einer Verformung des zumeist deutlich weicheren Polysiloxans der Verkapselung ist die darüber befindliche plasmapolymerisierte Siloxanschicht, dann flexibel genug um trotz Verformung in gewissen Toleranzbereichen nicht zu brechen und somit keine Risse auszubilden. Die zweite Barriereschicht ist besonders gasundurchlässig. Durch die Kombination dieser Schichten wird insgesamt eine besonders gute Schutzwirkung gegenüber VOCs erreicht.
Desweiteren können durch einen Gradienten oder eine dünne Abschlusschicht (mit einer Dicke von einigen zehntel nm bis einigen nm) die Oberflächenenergie bzw. die Oberflächeneingenschaften der Schicht eingestellt werden. Die Schicht kann beispielsweise hydrophil oder hydrophob gestaltet werden, je nachdem ob das Verhältnis von Precursor zu Sauerstoff groß oder klein gewählt wird. Wenn der Anteil von Sauerstoff hoch ist (z.B. Verhältnis von 1:1 bis 1:2) wird die Oberfläche der Schicht hydrophil. Wenn dagegen der Anteil von Sauerstoff gering ist oder kein Sauerstoff bei der Abscheidung der Schicht zugegen ist wird die Schicht hydrophob. Auf diesem Wege können die Eigenschaften der Schicht wunschgemäß gestaltet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeichnet sich die plasmapolymerisierte Schicht dadurch aus, dass sie mit Hilfe einer Düse abgeschieden wird. Dieses Verfahren eignet sich, wenn die Abscheidung mittels Atmosphärenplasma erfolgt. Beispielsweise wird die Düse über das optoelektronische Bauteil oder über eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen gleicher Art gerastert. Dies gestattet eine einfache Fertigung mit gleichmäßiger Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Vorzugsweise wird mit dem hier beschriebenen Verfahren das hier beschriebene optoelektronische Bauelement erzeugt. Es gelten insbesondere alle für das optoelektronische Bauelement gemachten Ausführungen, sowohl für das Verfahren als auch für das Bauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die folgenden Schritte auf:

A) Bereitstellen zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips (1), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, und zumindest einer Verkapselung (2) um den Halbleiterchip (1), wobei die Verkapselung (2) ein Polysiloxan aufweist,
B) Abscheiden zumindest einer Barriereschicht (3) zum Schutz vor Schadgasen, auf der Verkapselung (2) mittels Plasmapolymerisation.

Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Ausführungsformen und Angaben zum optoelektronischen Bauelement, welche die Abscheidung der Barriereschicht, insbesondere der plasmapolymerisierten Schicht betreffen, für das erfindungsgemäße Verfahren und hierbei insbesondere im Hinblick auf Verfahrensschritt B) Gültigkeit haben.
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Bauelementen, die nicht nur in Abwesenheit von Schadgasen besonders stabil gegenüber Lichtalterung und Wärme sind, sondern auch unempfindlich gegenüber Schadgasen sind. Das Verfahren ist zudem für den industriellen Maßstab geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt vor Schritt B) eine Vorbehandlung oder Reinigung einer Oberfläche der Verkapselung. Auf diesem Wege kann die Schichthaftung der plasmapolymerisierten Schicht verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt vor Schritt B) eine Vorbehandlung einer Oberfläche der Verkapselung mittels Plasma. Eine Vorbehandlung bzw. Reinigung mittels Plasma, z.B. mittels Ar-, O₂-, N₂-, NH₃-Plasma sowie Mischungen davon, führt zu einer besonders guten Schichthaftung der plasmapolymerisierten Schicht auf der Verkapselung. Luft-Plasma eignet sich insbesondere im Falle der Plasmapolymerisation bei Atmosphärenplasma. Ar-Plasma eignet sich insbesondere falls die Plasmapolymerisation im Vakuum erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Vorbehandlung mittels Plasma unmittelbar vor der Beschichtung. Die Vorbehandlung kann beispielsweise in der gleichen Anlage zur Plasmaabscheidung erfolgen, wie auch die Plasmapolymerisation.
Zumindest eine Ausführungsform des Verfahrens umfassent die weiteren Verfahrensschritte A0) und C), wobei in Schritt A0), welcher Schritt A) vorausgeht, eine Vielzahl von Halbleiterchips (2) auf einem Substrat (7) aufgebracht und befestigt werden und mit einer Verkapselung (3) versehen werden, und wobei in Schritt C) eine Vereinzelung der Halbleiterchips mit Verkapselung erfolgt, wobei Schritt C) vor oder nach Schritt B) erfolgt.
Unter Vereinzelung ist eine Trennung zu verstehen. Es werden also die Halbleiterchips mit Verkapselung, die jeweils ein optoelektronisches Bauelement ergeben, voneinander getrennt. Die Trennung kann z.B. durch Sägen, Trennschleifen, Schneiden oder Ätzen erfolgen. Dabei kann beispielsweise das Substrat bereits durchtrennt werden. Alternativ wird die Verkapselung durchtrennt, noch nicht aber das Substrat. Es entstehen dann Abstände zwischen den einzelnen Einheiten jeweils umfassend einen Halbleiterchip und eine Verkapselung. Da es sich bei dem Substrat um eine dehnbare Folie, z.B. eine Sägefolie, handeln kann, können die Abstände durch Strecken der Folie vergrößert werden (Wenn es sich bei dem Substrat um eine dehnbare Folie handelt spricht man auch von einem temporären Substrat). Die Abstände zwischen den Bauelementen, können folglich geeignet eingestellt werden, um wahlweise eine Beschichtung nicht nur auf der Oberfläche der Bauelemente, sondern auch auf den Seitenflächen zu erreichen.
Wenn die Vereinzelung vor Schritt B) also vor der Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht erfolgt, führt dies dazu, dass die einzelnen Bauteile bevorzugt nicht nur auf der Hauptstrahlenaustrittsfläche des Bauelements, also der Oberfläche der Verkapselung über welche der Großteil der Strahlung das Bauelement verlässt, sondern auch die Seitenflächen der Verkapselung gleichmäßig beschichtet werden. Auf diesem Wege werden also alle Oberflächen der Verkapselung, die Außenoberflächen des optoelektronischen Bauelements bilden mit der plasmapolymerisierten Schicht, beschichtet. So wird nach allen Seiten hin ein effektiver Schutz vor Schadgasen erreicht.
Wenn dagegen die Vereinzelung nach Schritt B) erfolgt, wird nur die Oberfläche der Verkapselung beschichtet, welche die Hauptstrahlenaustrittsfläche des Bauelements bildet. Dies ist verfahrenstechnisch besonders einfach zu realisieren und preiswerter. In diesem Fall sind die Seitenflächen nicht mit der Barriereschicht beschichtet. Da die Diffusionswege je nach Geometrie des Bauelements bei einem Eindringen von Schadgasen von den Seitenflächen her länger sind, als bei einem Eindringen von der Hauptstrahlenaustrittfläche her, reicht bei geeigneter Geometrie des Bauelements eine Beschichtung der Hauptstrahlenaustrittsfläche oftmals aus, um einen effektiven Schutz vor Schadgasen zu erreichen. In manchen Bauelementen ist der Halbleiterchip zudem in einer Kavität eines Gehäuses angeordnet, sodass seitlich der Halbleiterchip bereits hinreichend durch das Gehäuse geschützt ist.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Vereinzelung mittels Ausstanzen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A und 1B schematische Darstellungen herkömmlicher optoelektronischer Bauelemente in Gegenwart von Schadgasen.
2 eine schematische Darstellung, des Abfalls des Lichtstroms eines herkömmlichen optoelektronischen Bauelements mit zunehmender Betriebszeit in Gegenwart von Schadgasen.
3A bis 3F eine schematische Darstellung der Vorgänge im Inneren eines herkömmlichen optoelektronischen Bauelements, welche zu einem Verlust an Helligkeit und zu Farbänderungen führen.
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements.
5A und 5B eine schematische Darstellung eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements in Gegenwart von Schadgasen.
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements mit zwei Barriereschichten.
7A und 7B schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements mit einer Barriereschicht auf der Hauptstrahlenaustrittsfläche und optional zusätzlich auf den Seitenflächen der Verkapselung.
8 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht vor Vereinzelung der Bauelemente.
9 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht nach Vereinzelung der Bauelemente.
10 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht vor Vereinzelung der Bauelemente, wobei die Bauelemente eine Verkapselung in Linsenform aufweisen.
11 eine Versuchsanordnung zur Bestimmung der Stabilität optoelektronischer Bauelemente in Gegenwart von Schadgasen.
12A und 12B schematische Illustrationen optoelektronischer Bauelemente nach einem Stabilitätstest mit und ohne Ablagerungen von Zersetzungsprodukten von Schadgasen.
12C und 12D Fotografien optoelektronischer Bauelemente nach einem Stabilitätstest mit und ohne Ablagerungen von Zersetzungsprodukten von Schadgasen.

Im Folgenden wird auf die einzelnen Figuren noch näher eingegangen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
1A und 1B zeigen schematische Darstellungen herkömmlicher optoelektronischer Bauelemente (1) in Gegenwart von Schadgasen (V). Die Bauelemente können einen Halbleiterchip (2) und eine Verkapselung (3) aufweisen. Die Bauelemente können weiterhin ein Substrat (7), elektrische Kontaktierungen (5), Bond-Drähte (6) und Konverterplättchen (8) aufweisen. Optoelektronische Bauelemente werden nach ihrer Herstellung vielfach gemeinsam mit Materialien weiterverarbeitet, die ihrerseits Schadgase (V), wie VOCs freisetzen. Die einzelnen Moleküle dieser Schadgase (V) können durch die Verkapselung (3) von herkömmlichen Bauelementen diffundieren. Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere Silikone als Verkapselungsmaterialien besonders durchlässig für vielerlei Gase sind. Auf diesem Weg können die Schadgase in die Nähe des Halbleiterchips (2) gelangen und sich dort unter Einwirkung von Wärme und Licht, v.a. von UV-Strahlung oder von blauem Licht zersetzen. Die Bildung farbiger Zersetzungsprodukte beschleunigt die weitere Degradation und führt zu lokal erhöhten Temperaturen wie auch der Absorption von blauem Licht. Der Lichtstrom nimmt ab und eine CxCy-Verschiebung hin zu gelb ist zu beobachten. Diese Prozesse finden insbesondere statt, wenn sich das optoelektronische Bauelement in einer nach außen geschlossenen Umgebung befindet, also wenn kein ausreichender Gasaustausch stattfindet.
2 zeigt wie sich der Lichtstrom, angegeben in Flux, von herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen in Gegenwart von VOCs mit der Zeit verändert. Der ursprüngliche Lichtstrom sinkt mit zunehmender Betriebsdauer ab. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine herkömmliche Verkapselung auf Polysiloxanbasis, die Schadgase nicht dauerhaft abhalten kann. Nach einem Vordringen der Schadgase in die Nähe des Halbleiterchips kommt es zu der genannten Zersetzung und Abscheidung im Inneren des Bauelements und folglich zur dargestellten Abnahme des Lichtstroms.
3A bis 3F illustrieren schematisch, welche Vorgänge sich im Inneren eines herkömmlichen optoelektronischen Bauelements in Gegenwart von Schadgasen (V) ereignen. 3A zeigt schematisch die Struktur eines Silikons, mit Polymerketten (P) und deren Vernetzung an Knotenpunkten (K), wie sie in Verkapselungen zum Einsatz kommen. Silikone zeichnen sich durch lose verknüpfte Polymerketten auf, die ein Si-O-Rückgrat besitzen. Wegen des großen freien Volumens im Silikonnetzwerk können insbesondere flüchtige organische Verbindungen einfach in das Silikon eindringen und durch das Silikon diffundieren. Auf diesem Weg gelangen VOCs auch in die Nähe des Halbleiterchips, z.B. eines Halbleiterchips (2), der blaues Licht emittiert (2) (3C und 3D). Unter dem Einfluss dergestalt energiereicher elektromagnetischer Strahlung (h.ν) sowie unter dem Einfluss von lokal erhöhten Temperaturen (T) beginnen sich organische Verbindungen in der Nähe des Halbleiterchips (2) zu zersetzen und sich zu verfärben, sodass zunächst eine gelbliche, schließlich bräunliche Farbe und letztlich eine Schwärzung zu beobachten ist. Die gelblich, bräunlichen Zersetzungsprodukte (Z1) absorbieren die elektromagnetische Strahlung, etwa blaue Photonen, besonders stark und beschleunigen so ein lokales Aufheizen und damit die weitere Zersetzung und Degradation. Die organischen Verbindungen zersetzen sich weiter und bilden schließlich feste Ablagerungen (Z2) auf der Oberfläche des Halbleiterchips (3E). Schließlich wird die gesamte Oberfläche des Halbleiterchips mit einer bräunlichen, schwarzen Schicht (Z3) von Zersetzungsprodukten bzw. Ablagerungen bedeckt, die überwiegend Kohlenstoff enthalten (3F). In diesem Stadium sinkt der Lichtstrom auf null ab, da keine Photonen mehr durch die Schicht von Ablagerungen (Z3) dringen können. Aufgrund der hohen Temperaturen dieser Schicht (teilweise T > 200°C), können sich zudem Silikone in der Nähe der Schicht (Z3) zersetzen.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements (1), mit Halbleiterchip (2) und Verkapselung (3) um den Halbleiterchip (2). Die Verkapselung umfasst ein Polysiloxan. Das optoelektronische Bauelement kann weiterhin Bond-Drähte (6) aufweisen, die den Halbleiterchip (2) mit elektrischen Kontaktierungen (5) verbinden können. Der Halbleiterchip (2) kann auf einem Substrat bzw. Träger (7) aufgebracht sein, sodass die Verkapselung (3) gemeinsam mit dem Substrat (7) den Halbleiterchip (2) umgibt. Die gezeigte Ausführungsform weist eine Barriereschicht (4) zum Schutz vor Schadgasen (V) auf, insbesondere eine plasmapolymerisierte Schicht (4), welche auf der Verkapselung (3) angeordnet ist, bevorzugt angeordnet auf zumindest einer Oberfläche der Verkapselung, die eine Außenoberfläche des Bauelements bildet. Beispielsweise kann es sich bei der Außenoberfläche um die Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) des Bauelements handeln. Die Barriereschicht (4) stellt eine Barriere für Schadgase (V) dar und verlangsamt bzw. verhindert somit die zuvor beschriebenen Degradationsvorgänge.
5A und 5B zeigen eine schematische Darstellung von Querschnittsansichten eines herkömmlichen Bauelements ( 5A) ohne Barriereschicht und eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements (5B) mit Barriereschicht (4), jeweils in Gegenwart von Schadgasen (V). Bei der Barriereschicht handelt es sich um eine plasmapolymerisierte Schicht, insbesondere um eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht, die beispielsweise aus Precursorn wie HMDSO, TMDSO oder DVTMDSO hergestellt sein kann. Die Abscheidung erfolgt dabei im Plasma- bzw. PECVD-Verfahren, vorzugsweise als Niederdruckprozess. Während beim herkömmlichen Bauelement (1) Schadgase (V) die Verkapselung umfassend Polysiloxan (3) durchdringen, verlangsamt oder verhindert die Barriereschicht (4) der in 5B gezeigten Ausführungsform ein Eindringen von Schadgasen (V) ins Innere des Bauelements (1). Das erfindungsgemäße Bauelement kann ein Gehäuse (9) aufweisen. Die meisten gängigen Gehäusematerialien sind weniger gasdurchlässig als Verkapselungen umfassend Silikone. Daher braucht das Gehäuse nicht mit der Barriereschicht beschichtet werden. Die Außenoberfläche des Gehäuses kann also zumindest teilweise frei von der Barriereschicht sein. Es können aber auch Teile des Gehäuses (9a) mit der Barriereschicht (4) bedeckt sein. Insbesondere die Außenoberfläche des Bauelements (9a), die eine Oberfläche des Gehäuses (9) darstellt und an die Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) des Bauelements (3a) angrenzt, kann ganz oder teilweise mit der Barriereschicht (4) beschichtet sein. So ist es nicht erforderlich beim Abscheideprozess der Barriereschicht, Abschattungen bzw. Abdeckungen des Gehäuses vorzunehmen.
6 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements (1) mit zwei Barriereschichten (4), (40). Zwei oder noch mehr Barriereschichten verbessern die Schutzwirkung gegenüber VOCs. Die Schichten können gleich sein, oder unterschiedlich. Bevorzugt unterscheiden sich die beiden Barriereschichten in ihrer Zusammensetzung. Weiter bevorzugt weist die erste Barriereschicht (4) einen höheren Kohlenstoffanteil auf als die zweite Barriereschicht (40). Bevorzugt weist die zweite Barriereschicht (40) eine Zusammensetzung mit einem höheren Sauerstoffanteil auf als die erste Barriereschicht (4). So ist die erste Barriereschicht (4) weicher und duktiler und verbindet sich besonders gut mit dem Polysiloxan der Verkapselung (3) und die zweite Barriereschicht (40) ist besonders hart und gasundurchlässig. Dies gilt jeweils nicht nur für optoelektronische Bauelemente mit Gehäuse (9) wie in 6 gezeigt, sondern auch für alle anderen Ausführungsformen.
7A und 7B zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements (1). In 7A ist die Barriereschicht (4a) auf einer Oberfläche der Verkapselung (3) angeordnet, die zugleich eine Außenoberfläche des Bauelements (1) bildet und eine Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) des Bauelements (1) darstellt. Die Seitenflächen (3b) sind dagegen frei von der Barriereschicht (4). 7B zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Barriereschicht (4a, 4b) zusätzlich auch auf den Seitenflächen (3b) der Verkapselung (3) angeordnet ist. Das Bauelement weist zudem einen Halbleiterchip (2) auf. Das in den 7A und 7B gezeigte Bauelement weist zudem Bonddrähte (6) und elektrische Kontaktierungen (5) auf. In den 7A und 7B handelt es sich bei der unterhalb der Kontaktierung (5) befindlichen Schicht um ein temporäres Substrat. Dieses stammt vom Fertigungsprozess (vgl. temporäres Substrat (7) von 8 und 9). Im fertigen Bauelement (1) ist das temporäre Substrat nicht mehr enthalten, sodass die elektrischen Kontakte (5), bei denen es sich beispielsweise um Metallkontakte handelt, die Unterseite des Baulements bilden.
8 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente (1) mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht (4) vor Vereinzelung der Bauelemente (1). Hierbei werden zunächst Halbleiterchips (2) sowie eine Verkapselung (3) bereitgestellt. Die Halbleiterchips (2) werden hierzu bevorzugt auf einem temporären Substrat (7) angeordnet und darauf befestigt. Bei der Verkapselung (3) kann es sich beispielsweise um flach vergossenes oder flach gemoldetes Silikon handeln. In der in 8 gezeigten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Abscheiden der zumindest einen Barriereschicht (4) im Substratverbund. Das bedeutet, dass die Abscheidung der Barriereschicht (4) vor der Vereinzelung der Bauelemente (1) stattfindet. Im Rahmen eines solchen Verfahrens werden Bauelemente (1) erhalten, die nur auf ihrer Oberseite, also auf der Außenoberfläche der Verkapselung beschichtet sind, die eine Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) des Bauelements bildet. Die Seitenflächen (3b) sind dagegen frei von der Barriereschicht (4). Auf diesem Weg wird ein Bauelement (1) nach 7A erhalten. Solche Bauelemente sind prozesstechnisch mit geringerem Aufwand herzustellen. Das temporäre Substrat (7) kann am Ende entfernt werden.
9 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente (1) mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht(4) nach der Vereinzelung der Bauelemente. Das Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren der 8 also nur dahingehend, dass zuerst die Vereinzelung der Bauelemente (1) und erst dann die Abscheidung der Barriereschicht (4) erfolgt. Auf diesem Wege werden sowohl die Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) als auch die Seitenflächen (3b) beschichtet. Es wird ein optoelektronisches Bauelement gemäß 7B erhalten. Solche Bauelemente bieten nach allen Seiten hin Schutz vor Schadgasen und sind somit besonders stabil. Auch hier kann das temporäre Substrat am Ende des Fertigungsprozesses entfernt werden.
10 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit einer Aufbringung der plasmapolymerisierten Schicht (4) vor Vereinzelung der Bauelemente (1), wobei die Bauelemente eine Verkapselung in Linsenform (3) aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine gespritzte Silikonlinse handeln. Diese Bauelemente verfügen über Seitenflächen (3b) die im Vergleich zur Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) nur einen kleinen Anteil der Gesamtoberfläche der Verkapselung (3) ausmachen. Gerade bei Bauelementen mit einer Verkapselung in Linsenform (3) ist eine Beschichtung der Seitenflächen (3b) aufgrund der langen Diffusionswege von der Seite des Bauelements bis zum Halbleiterchip (2) und der vergleichsweise geringen unbeschichteten bzw. ungeschützten Verkapselungsoberfläche meist nicht erforderlich, um eine ausreichende Schutzwirkung vor Schadgasen zu erreichen. Es ist aber auch eine Vereinzelung vor der Beschichtung möglich.
11 zeigt eine Versuchsanordnung zur Bestimmung der Stabilität optoelektronischer Bauelemente in Gegenwart von Schadgasen. Es wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei welchen zunächst herkömmliche Bauelemente getestet wurden. Zu diesem Zweck, wurde das zu testende Bauelement mit einer definierten Menge an Polyurethan-Klebstoff (12) umgeben. Polyurethan-Klebstoffe setzen beträchtliche Mengen an VOCs frei.. Es wurden mehrere Versuche mit unterschiedlich hohen Mengen an Klebstoff, nämlich mit 3 g bis 6 g durchgeführt. Das Bauelement wurde schließlich elektrisch kontaktiert und im Anschluss daran mit einem Glas (10) bedeckt, sodass das Bauelement in einem geschlossenen System, das keinen Gasaustausch mit der Umgebung zulässt, betrieben werden konnte. Im Inneren des Glases befanden sich somit VOCs, die vom Polyurethan-Klebstoff freigesetzt werden. Es wurden Tests mit Bechergläsern unterschiedlicher Volumina durchgeführt (Bechergläser mit Durchmesser x Höhe = 1,5 cm x 1,35 cm; 1,0 cm x 2,55 cm; 2,2 cm x 4,5 cm). Die optoelektronischen Bauelemente wurden mit Stromstärken in der Höhe von 0,1 A, 1 A und 1,2 A betrieben. Ein Test dauerte jeweils 500 h, Effekte lassen sich jedoch bereits nach wenigen Stunden (in der Regel deutlich weniger als 24 h) beobachten.
12A zeigt die schematische Darstellung und 12C die zugehörige Fotografie eines herkömmlichen optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der soeben beschriebenen Tests. Im vorliegenden Fall wurden LEDs getestet. Auf der Fotografie ist noch der Klebstoff (12) zu erkennen, der für den Test um das Bauteil (1) aufgetragen wurde. Das Bauteil wurde nach dem Test aufgetrennt und somit zerstört, um die Ablagerungen im Inneren des Bauteils sichtbar zu machen. Die Fotografie zeigt den unteren Teil des zerstörten Bauelements (1) mit dem Halbleiterchip (2). Ferner zeigt die Fotografie den oberen Teil mit Linse und Konverterplättchen (8). Der obere Teil wurde nach dem Auftrennen umgedreht, sodass die Unterseite des Konverterplättchens (8a) sichtbar wird. Wie aus 12A und der Fotografie von 12C zu erkennen ist, weist ein herkömmliches Bauelement nach dem Test einen sehr hohen Anteil an Ablagerungen auf der Unterseite des Konverterplättchens (8a) auf. Die Ablagerungen haben sich also in der Nähe des Halbleiterchips, nämlich an der Grenzfläche zwischen Halbleiterchip und Konverterplättchen abgeschieden. Während des Betriebs des getesteten Bauelements konnte zudem ein starkes Absinken des Lichtstroms beobachtet werden.
Demgegenüber zeigt 12B und Fotografie 12D ein herkömmliches optoelektronisches Bauelement, bei welchem zuächst der gleiche Test mit Anwendung der gleichen Bedingungen durchgeführt wurde, wie im soeben genannten Beispiel (also Exposition mit VOCs von einem Polyurethan-Klebstoff im Becherglas, also in einem geschlossenen System). Im Anschluss daran wurde das Becherglas entfernt und das Bauteil weiter betrieben. In diesem Fall kann beobachtet werden, dass in offenen Systemen bei hinreichender Durchlüftung die Kohlenstoffablagerungen sich langsam wieder entfernen. Bei hinreichend langem Betrieb in einem offenen System kann die Helligkeit weitgehend wiederhergestellt werden. Im vorliegenden Fall wurde der Test über mehrere hundert Stunden fortgesetzt, sodass eine Helligkeit von 95% des ursprungswertes wiedererlangt werden konnte. Da jedoch viele optoelektronische Bauelemente fest in geschlossenen Systemen gemeinsam z.B. mit Polyurethan-Klebstoffen oder anderen VOC absondernden Komponenten verbaut sind, tritt in solchen Fällen eine Erholung der Helligkeit nicht ein. Dieses Problem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt und durch das erfindungsgemäße Bauelement gelöst. Experimente an erfindungsgemäßen Bauelementen mit einer Barriereschicht, insbesondere einer plasmapolymerisierten Siloxanschicht, führen nach der Durchführung des zuvor genannten Tests, einer Exposition mit VOCs in einem geschlossenen System (ohne anschließenden Betrieb in einem offenen System), von Anfang an nicht zu einer nennenswerten Ablagerung von Kohlenstoffen und es kommt kaum zu Helligkeitsverlusten. Bei der Auftrennung eines erfindungsgemäßen Bauelements zeigt sich folglich das gleiche Bild, wie in 12B und 12D zu sehen ist, nämlich keinerlei nennenswerte Kohlenstoffablagerungen und kaum Einbußen des Lichtstromes.Die Barriereschicht, bietet somit effektiven Schutz gegenüber Schadgasen, sodass Lichtstrom, Helligkeit und Farbe des Bauelements auch bei Betrieb in Gegenwart von Schadgasen weitgehend unverändert bleiben. Die Barriereschicht ermöglicht somit Bauelemente, die auch in Gegenwart von Schadgasen besonders stabil sind.
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 beschrieben oder gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

V: Schadgas, z.B. VOC (flüchtige organische Verbindung)
P: Polymer, z.B. Silikon
K: Knotenpunkte, an denen Polymerketten miteinander verknüpft sind (Vernetzung)
Z1,Z2,Z3: Zersetzungsprodukte
1: Optoelektronisches Bauelement
2: Halbleiterchip
3: Verkapselung
3a: Oberfläche der Verkapselung, Hauptstrahlenaustrittsfläche
3b: Oberfläche der Verkapselung, Seitenfläche
4: Barriereschicht
4a: Barriereschicht auf Hauptstrahlenaustrittsfläche der Verkapselung
4b: Barriereschicht auf Seitenfläche der Verkapselung
40: zweite Barriereschicht
5: Elektrische Kontaktierung
6: Bond-Draht
7: Substrat
8: Konverterplättchen
8a: Konverterplättchenunterseite
9: Gehäuse
9a: Gehäuseoberfläche
10: Becherglas
11: Auflage
12: Klebstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 12572 [0016]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (1) aufweisend - zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, - eine Verkapselung (3) um den Halbleiterchip (2), wobei die Verkapselung (3) ein Polysiloxan aufweist, und - zumindest eine Barriereschicht (4) zum Schutz vor Schadgasen (V), die auf der Verkapselung (3) angeordnet ist, wobei es sich bei der Barriereschicht (4) um eine plasmapolymerisierte Schicht (4) handelt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Barriereschicht (4) eine Schichtdicke von 10 nm bis 20 µm aufweist, bevorzugt eine Schichtdicke von 25 nm bis 500 nm.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verkapselung (3) zumindest eine Oberfläche (3a) aufweist, die eine Außenoberfläche des optoelektronischen Bauelements (1) bildet und wobei die Barriereschicht (4) direkt auf der Oberfläche (3a) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Oberfläche (3a) zumindest eine Hauptstrahlenaustrittsfläche (3a) des optoelektronischen Bauelements (1) umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Barriereschicht (4) um eine plasmapolymerisierte Siloxanschicht (4) handelt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 5, wobei die plasmapolymerisierte Siloxanschicht (4) aus zumindest einem Precursor der folgenden allgemeinen Formelen hergestellt ist:
wobei - R¹ bis R⁸ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, und - n ausgewählt ist aus 0, 1, 2 und 3.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 6 erste Alternative, wobei n gleich 0, sodass der Precursor die folgende allgemeine Formel aufweist:
wobei R¹ bis R⁶ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Methyl und Vinyl.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 6, wobei der Precursor ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend

oder Mischungen davon.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die plasmapolymerisierte Schicht (4) bei Atmosphärendruck oder im Vakuum abgeschieden wird.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht (4) in Gegenwart eines oxidierenden Gases und/oder in der Gegenwart eines Inertgases erfolgt, insbesondere in Gegenwart von O₂ und/oder Ar erfolgt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Abscheidung der plasmapolymerisierten Schicht (4) in Gegenwart von Luft erfolgt.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die plasmapolymerisierte Schicht (4) auf eine Weise abgeschieden wird, bei der ein oder mehrere Abscheideparameter variiert werden, sodass die plasmapolymerisierte Schicht (4) zumindest einen Gradienten aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1-12, aufweisend zumindest eine weitere Barriereschicht auf der ersten Barriereschicht, wobei es sich bei der zweiten Barriereschicht ebenfalls um eine plasmapolymerisierte Schicht handelt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) umfassend die Schritte: A) Bereitstellen zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips (1), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, und zumindest einer Verkapselung (2) um den Halbleiterchip (1), wobei die Verkapselung (2) ein Polysiloxan aufweist, B) Abscheiden zumindest einer Barriereschicht (4) zum Schutz vor Schadgasen, auf der Verkapselung (2) mittels Plasmapolymerisation.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor Schritt B) eine Vorbehandlung oder Reinigung einer Oberfläche der Verkapselung erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Vorbehandlung oder Reinigung mit Hilfe eines Plasmas erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, umfassend die weiteren Verfahrensschritte A0) und C), wobei in Schritt A0), der Schritt A) vorausgeht, eine Vielzahl von Halbleiterchips (2) auf einem Substrat (7) aufgebracht und befestigt werden und mit einer Verkapselung (3) versehen werden, und wobei in Schritt C) eine Vereinzelung der Halbleiterchips mit Verkapselung erfolgt, wobei Schritt C) vor oder nach Schritt B) erfolgt.