DE102018106972A1

DE102018106972A1 - Optoelektronisches bauelement mit reflektiver vergussmasse und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements

Info

Publication number: DE102018106972A1
Application number: DE102018106972.3A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Gmeinwieser
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-24
Also published as: WO2019179834A1; US11367817B2; DE102018106972B4; US20210098667A1

Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement (10) umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip (100), der jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche (130, 140) sowie eine dritte und vierte Seitenfläche (145, 150), die die erste und die zweite Seitenfläche (130, 140) schneiden, und eine erste Hauptoberfläche (110) aufweist, an der mindestens eine Anschlussfläche (115) angeordnet ist. Das optoelektronische Bauelement (10) umfasst weiterhin eine erste Vergussmasse (210, 220), die an die erste Seitenfläche (130) angrenzt, und eine reflektive Vergussmasse (215, 217), die an die zweite Seitenfläche (140)angrenzt.

Description

HINTERGRUND
Optoelektronische Bauelemente, die Licht in eine Richtung parallel zu einer Substratoberfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips ausstrahlen, werden weit verbreitet in Verbindung mit einem flächigen Lichtleiter, beispielsweise zur Beleuchtung von Anzeigevorrichtungen, verwendet. Derartige optoelektronische Bauelemente, die Licht in eine Richtung parallel zur Substratoberfläche ausstrahlen, werden auch als Sidelooker-Bauelemente bezeichnet.
Es ist wünschenswert derartige Sidelooker-Bauelemente mit reduziertem Flächenbedarf herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand oder das Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip, der jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche sowie eine dritte und vierte Seitenfläche, die die erste und die zweite Seitenfläche schneiden, und eine erste Hauptoberfläche aufweist, an der mindestens eine Anschlussfläche angeordnet ist. Das optoelektronische Bauelement umfasst ferner eine erste Vergussmasse, die an die erste Seitenfläche angrenzt, und eine reflektive Vergussmasse, die an die zweite Seitenfläche angrenzt.
Zusätzlich kann die reflektive Vergussmasse mindestens teilweise an jeweils die dritte und vierte Seitenfläche sowie an eine zweite Hauptoberfläche angrenzen. Beispielsweise kann stellenweise ein Teil der ersten Vergussmasse zwischen Teilen der dritten oder vierten Seitenfläche und der reflektiven Vergussmasse vorliegen. Weiterhin kann ein Teil der ersten Vergussmasse zwischen einem Teil der zweiten Hauptoberfläche und der reflektiven Vergussmasse angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass eine geeignete Zwischenschicht zwischen der dritten oder vierten Seitenfläche und der reflektiven Vergussmasse oder zwischen der zweiten Hauptoberfläche und der reflektiven Vergussmasse angeordnet ist.
Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse weiterhin an einen Bereich zwischen zweiter Seitenfläche und Anschlussfläche angrenzen. Die reflektive Vergussmasse kann dabei an einen Teil der ersten Hauptoberfläche angrenzen. Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse an den Teil der ersten Hauptoberfläche angrenzen, an dem keine Anschlussfläche vorliegt.
Die erste Vergussmasse kann ein Konvertermaterial enthalten. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Vergussmasse transparent sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Bauelement ein Konverterelement auf der Seite der ersten Seitenoberfläche aufweisen, wobei die erste Vergussmasse zwischen erster Seitenfläche und Konverterelement angeordnet ist.
Eine Höhe des Konverterelements kann größer sein als eine Höhe des optoelektronischen Halbleiterchips, wobei die Höhe des Halbleiterchips senkrecht zur ersten Hauptoberfläche gemessen ist. Durch Einstellen der Bemessung des Konverterelements, also beispielsweise der Höhe und der Breite, kann die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements eingestellt werden.
Das beschriebene optoelektronisches Bauelement ist geeignet, in einer Richtung senkrecht zur ersten Seitenfläche elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Das optoelektronische Bauelement stellt somit ein Sidelooker-Bauelement dar.
Ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen umfasst das Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips, die jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche sowie eine dritte und vierte Seitenfläche, die die erste und die zweite Seitenfläche schneiden, und eine erste Hauptoberfläche aufweisen, an der jeweils mindestens eine Anschlussfläche angeordnet ist, auf einem Träger, so dass die erste Hauptoberfläche jeweils benachbart zum Träger positioniert ist. Eine erste Vergussmasse wird zwischen benachbarten Halbleiterchips eingebracht, so dass die erste Vergussmasse jeweils an die erste Seitenfläche angrenzt. Eine reflektive Vergussmasse wird aufgebracht, so dass die reflektive Vergussmasse an die zweite Seitenfläche angrenzt. Anschließend werden die optoelektronischen Bauelemente derart vereinzelt, dass jedes optoelektronische Bauelement wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweist.
Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse zusätzlich mindestens teilweise jeweils an die dritte oder vierte Seitenfläche sowie an eine zweite Hauptoberfläche angrenzen.
Das Verfahren kann ferner das Einbringen von Konverterelementen jeweils auf der Seite der ersten Seitenfläche umfassen, wobei die erste Vergussmasse zwischen Konverterelement und erster Seitenfläche eingebracht wird.
Beispielsweise kann das Konverterelement vor Einbringen der ersten Vergussmasse eingebracht werden. Das Konverterelement kann auch nach oder gleichzeitig mit Einbringen der ersten Vergussmasse eingebracht werden.
Gemäß Ausführungsformen kann vor Einbringen der ersten Vergussmasse weiterhin eine reflektierende Vorvergussmasse angrenzend an die zweite Seitenfläche eingebracht werden.
Vor Einbringen der ersten Vergussmasse kann eine Zwischenschicht zwischen ersten Seitenflächen benachbarter Halbleiterchips eingebracht werden. Beispielsweise kann die Position dieser Zwischenschicht eine Position definieren, an der eine Vereinzelung der einzelnen optoelektronischen Bauelemente stattfindet.
Gemäß Ausführungsformen können zwischen zwei optoelektronischen Halbleiterchips mindestens zwei Konverterelemente eingebracht werden. Die Vereinzelung kann zwischen den mindestens zwei Konverterelementen erfolgen. Beispielsweise kann eine Zwischenschicht zwischen zwei Konverterelementen eingebracht werden.
Eine elektrische Vorrichtung kann das optoelektronische Bauelement wie vorstehend definiert enthalten. Beispielsweise kann die elektrische Vorrichtung ferner einen Lichtleiter aufweisen. Das von dem optoelektronischen Bauelement emittierte Licht kann von dem Lichtleiter zur Ausbildung eines flächenhaften Beleuchtungselements weitergeleitet werden. Die elektrische Vorrichtung kann ein mobiles Kommunikationsgerät oder ein Anzeigegerät sein.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

1A und 1B zeigen schematische Querschnittsansichten von Komponenten eines optoelektronischen Bauelements bei Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
1C bis 1E zeigen schematische Draufsichten auf Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
1F bis 1G zeigen schematische Querschnittsansichten von Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
1H bis 1J zeigen schematische horizontale Querschnittsansichten durch Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
1K zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
2A und 2B zeigen schematische Querschnittsansichten von optoelektronischen Bauelementen gemäß Ausführungsformen.
2C und 2D zeigen schematische Querschnittsansichten von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
2E zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
3A bis 3D zeigen Querschnittsansichten von Komponenten von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
4A bis 4E sind Querschnittsansichten durch Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung von Varianten des beschriebenen Verfahrens.
5A bis 5E zeigen Querschnittsansichten von Komponenten von optoelektronischen Bauelementen bei Durchführung weiterer Verfahrensvarianten.
6A bis 6C veranschaulichen elektrische Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen.
7 veranschaulicht das Verfahren gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial gewachsen sein. Die Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial kann auch auf einem isolierenden Substrat, beispielsweise einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga₂O₃, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emittierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines LED-Chips, der blaues Licht emittiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Beispielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die geeignet sind, Licht einer weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emittieren, umfassen kann.
Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Metallsulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen können darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdmaterialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce³⁺ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (Y₃Al₅O₁₂)) oder (Sr_1.7Ba_0.2Eu_0.1)SiO₄ verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSiO₄:Eu²⁺, worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine erwünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele weitere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt.
Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstoffmaterial, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harz- oder Polymerzusammensetzung wie beispielsweise ein Silikon- oder ein Epoxidharz umfassen. Die Größe der Leuchtstoffteilchen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometerbereich liegen.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sintern des Glases, beispielsweise SiO₂ mit weiteren Zusätzen und Leuchtstoffpulver gebildet werden, unter Bildung eines Leuchtstoffs im Glas (PiG).
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst unter Ausbildung einer Keramik gesintert werden. Beispielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der keramische Leuchtstoff eine polykristalline Struktur haben.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial unter Ausbildung eines einkristallinen Leuchtstoffs gewachsen werden, beispielsweise unter Verwendung des Czochralski (Cz-) Verfahrens.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine geeignete Bandlücke zur Absorption des von der LED emittierten Lichtes und zur Emission der gewünschten Konversionswellenlänge aufweist. Insbesondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial handeln in dem ein oder mehrere Quantentröge bzw. Quantentöpfe gebildet sind. Dieses Halbleitermaterial kann mit oder ohne Wachstumssubstrat vorliegen. Das Halbleitermaterial kann in Stücke geeigneter Größe (Halbleiterplättchen) getrennt sein.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Die oder eines Chips sein.
Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
Die 1A bis 1K veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
Optoelektronische Halbleiterchips 100 werden, wie in 1A veranschaulicht, auf einem geeigneten Träger 200 platziert. Die optoelektronischen Halbleiterchips 100 weisen dabei jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche 130, 140 sowie eine dritte und vierte Seitenfläche 145, 150 (dargestellt in 1C), die die erste und zweite Seitenfläche schneiden, auf. Die erste Seitenfläche 130 ist auf der Seite angeordnet, auf der die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung emittiert werden wird. Der Halbleiterchip 100 kann beispielsweise eine LED sein. Der Halbleiterchip 100 kann als Flipchip realisiert sein. Zum Beispiel kann die LED eine erste Halbleiterschicht 160 sowie eine zweite Halbleiterschicht 165 enthalten, die jeweils über einem Trägersubstrat 155 angeordnet sind. Dies ist im rechtsseitigen Teil der 1A dargestellt.
Beispielsweise kann das Trägersubstrat 155 ein Saphir-Substrat oder ein anderes für die emittierte elektromagnetische Strahlung transparentes Substrat sein. Das Trägersubstrat 155 kann beispielsweise ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen der ersten und der zweiten Halbleiterschichten 160, 165 sein. Das Trägersubstrat 155 kann jedoch auch ein anderes als das Wachstumssubstrat sein. Die erste Halbleiterschicht 160 kann beispielsweise mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, z.B. n-Typ dotiert sein, und die zweite Halbleiterschicht kann beispielsweise mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ dotiert sein. Weitere Schichten, beispielsweise Halbleiterschichten, in denen ein oder mehrere Quantentöpfe ausgebildet sind, können zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 160, 165 oder angrenzend an die erste oder die zweite Halbleiterschicht angeordnet sein. Die Materialien der ersten und zweiten Halbleiterschichten können abgesehen vom Leitfähigkeitstyp identisch oder auch verschieden sein und zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet sein. Beispielsweise können die Halbleiterschichten 160, 165 AlInGaNbasiert sein. Eine Schichtdicke des Trägersubstrats 155 kann beispielsweise 50 bis 600 µm betragen, die Dicke der aufgewachsenen Halbleiterschichten beträgt beispielsweise 3 bis 15 µm. Üblicherweise werden die erste sowie die zweite Halbleiterschicht 160, 165 über einem geeigneten Trägersubstrat 155 ausgebildet. Sodann werden auf einer ersten Hauptoberfläche 110 Anschlussflächen 115 zur elektrischen Kontaktierung der ersten und/oder zweiten Halbleiterschicht ausgebildet. Da die genaue Art und Weise, wie diese Schichten kontaktiert werden, für das beschriebene Verfahren oder das beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement nebensächlich sind, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Die Halbleiterchips 100 werden derart auf dem Träger 200 platziert, dass ihre erste Hauptoberfläche 110, an der beispielsweise die Anschlussflächen 115 vorgesehen sind, dem Träger 200 zugewandt sind, während die zweite Hauptoberfläche 120, an der beispielsweise das Trägersubstrat 155 vorliegen kann, auf der vom Träger 200 abgewandten Seite des Halbleiterchips 100 angeordnet ist. Die Halbleiterchips 100 können beispielsweise derartig angeordnet sein, dass erste Seitenflächen 130 benachbarter Halbleiterchips 100 sich jeweils gegenüberstehen. Weiterhin können die zweiten Seitenflächen 140 sich jeweils gegenüberstehen. Beispielsweise können die Halbleiterchips 100 derartig angeordnet werden, dass der Abstand zwischen benachbarten ersten Seitenflächen 130 größer ist als der Abstand zwischen benachbarten zweiten Seitenflächen 140.
Der Träger 200 kann aus einem für die weitere Prozessierung der optoelektronischen Bauelemente geeigneten Material aufgebaut sein. Er kann beispielsweise eine geeignete Folie sein. Die Halbleiterchips können beispielsweise eine Höhe h von 50 bis 1000 µm haben. Eine Länge s, die entlang der dritten und vierten Seitenfläche gemessen ist, kann etwa 100 bis 2000 µm betragen. Je größer die Länge s, desto größer die Helligkeit der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung bei gleicher Bauhöhe und Breite des fertigen Bauteiles. Die Breite b der Halbleiterchips 100 kann etwa 50 bis 5000 µm betragen. Je kleiner die Breite b, desto größer die Leuchtdichte bei gleichbleibender Bestromung des Bauteiles oder höherer Tiefe des Bauteiles. Je größer die Länge b, desto größer die Helligkeit der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung bei gleicher Bauhöhe und Tiefe des fertigen Bauteiles.
Als nächstes wird, wie in 1B dargestellt ist, beispielsweise ein Konverterelement 205 jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Seitenflächen 130 eingebracht. Das Konverterelement kann beispielsweise als Plättchen ausgebildet sein. Je nach Ausgestaltung des Konvertermaterials kann das Konverterelement beispielsweise ein konvertergefülltes gehärtetes Harz- oder Polymermaterial, ein Keramikkonverterplättchen, ein Konverter-in-Glas-Plättchen, ein Halbleiterplättchen oder ein Schichtstapel aus mehreren der genannten Konverterelemente sein. Beispielsweise können bei einem Schichtstapel die einzelnen Konverterelemente jeweils unterschiedliche Konversionseigenschaften haben. Die Form der Konverterelemente 205 kann beispielsweise gemäß einer gewünschten Helligkeit oder Leuchtdichte ausgewählt sein. Die Konverterelemente können als einzelne Plättchen oder aber auch, wie in 1C gezeigt ist, als Strang oder linienförmig ausgebildet sein.
Das Konverterelement 205 kann eine Dicke d haben, die genauso groß wie eine Höhe h des Halbleiterchips 100 ist. Die Dicke d des Konverterelements 205 kann aber auch größer oder kleiner als die Höhe h des Halbleiterchips sein. Die Dicke des Konverterelements 205 und die Höhe des Halbleiterchips sind jeweils in einer Richtung senkrecht zu einer horizontalen Oberfläche des Trägers 200 gemessen. Die Höhe h setzt sich dabei durch die Dicke des Halbleiterchips 100 sowie darauf aufgebrachter Schichten, wie beispielsweise der Anschlussfläche 115 zusammen. Der Abstand zwischen Konverterelement 205 und Chip 100 kann dabei derart bemessen sein, dass sich eine später einzufüllende transparente Vergussmasse 210 durch Kapillarkräfte zwischen Halbleiterchip 100 und Konverterelement 205 zieht. Beispielsweise kann der Abstand derart bemessen sein, dass sich in einer vertikalen Querschnittsansicht im Wesentlichen kein Meniskus ausbildet. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann jedoch, wie in 3A veranschaulicht, auch vorgesehen sein, dass sich ein gewisser Meniskus ausbildet, durch den beispielsweise eine gekrümmte Grenzfläche ausgebildet wird.
Die 1C, 1D und 1E zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen des Konverterelements 205. So kann beispielsweise das Konverterelement 205 als Strang oder Linie ausgeführt sein, dessen Länge ein Vielfaches der Breite b der einzelnen Halbleiterchips 100 beträgt. Die Länge des Konverterelements 205 ist entlang der y-Richtung, wie in 1C dargestellt, gemessen. Ist das Konverterelement 205 als Strang oder Linie ausgeführt, so kann die Dicke d des Konverterelements konstant sein. Sie kann aber auch, wie im rechten oder unteren Teil der 1C veranschaulicht variieren. Beispielsweise kann, wie unter i) veranschaulicht das Maximum der Dicke an einer Position, die dem Mittelpunkt der jeweiligen Halbleiterchips 100 entspricht, vorliegen. Beispielsweise kann das linien- oder strangartig ausgeführte Konverterelement an einer zum Träger benachbarten Seite plan oder ebenfalls strukturiert sein. Die vom Träger 200 abgewandte Seite des Konverterelements kann ebenfalls entsprechend strukturiert sein. Beispielsweise kann die Strukturierung der dem Träger 200 zugewandten Seite spiegelsymmetrisch zur Strukturierung der dem Träger 200 abgewandten Seite sein.
Weiterhin kann bei einer linien- oder strangartigen Ausgestaltung des Konverterelements dieses derart ausgebildet sein, dass verschiedene einzelne Konverterelemente durch Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements vereinfacht werden, da die Platzierung des Konverterelements vereinfacht werden kann. Beispielsweise können die Verbindungsstege dünn ausgeführt sein oder auch abgeschrägt Kanten aufweisen. Bereich ii) der 1C veranschaulicht den Fall, dass die Kanten abgeschrägt sind. Bereich iii) der 1C veranschaulicht den Fall, dass die Oberflächenstrukturierung des strangartigen Konverterelements jeweils spiegelsymmetrisch ausgeführt ist. Wie im Bereich iv) der 1C veranschaulicht, müssen die Seitenwände der einzelnen aneinandergefügten Konverterelemente nicht notwendigerweise senkrecht zur Oberfläche des Trägers 20 verlaufen sondern können sie zum Bauteilrand verbreitern oder verjüngen. Beispielsweise können die einzelnen Konverterelemente trapezartig ausgebildet sein.
Die Darstellungen der Bereiche i), ii), iii) und iv) sind nur als schematische Darstellungen der Form des Konverterelements zu verstehen.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann die Breite w der Konverterelemente 205 in etwa der Breite b der Halbleiterchips 100 entsprechen. Diese Ausgestaltung ist in 1D gezeigt. Die Breiten b sowie w sind jeweils entlang der y-Richtung gemessen, die der Reihenrichtung der angeordneten Halbleiterchips 100 entspricht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Breite w des Konverterelements 205 etwas größer als die Breite b der Halbleiterchips sein, wie beispielsweise in 1E gezeigt ist. Beispielsweise kann folgende Relation gelten: b < w ≤ 3*b oder b < w ≤ 2*b.
Der untere Teil der 1E zeigt Querschnittsansichten von Beispielen von Konverterelementen 205 in einer (y,z)-Ebene, die die x-Richtung schneidet. In diesem Fall kann die Breite w der Konverterelemente 205 ungefähr genauso groß sein wie die Breite b der Halbleiterchips 100 oder davon abweichen. Beispielsweise kann die Höhe d der Konverterelemente so groß sein wie die Höhe h der Halbleiterchips. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Höhe d der Konverterelemente kleiner als die Höhe h der Halbleiterchips sein. Die Seitenwände der Konverterelemente 205 müssen nicht notwendigerweise senkrecht zur y-Richtung verlaufen. Sie können auch diagonal ausgeführt sein. Beispielsweise können die Konverterelemente sich zum Chiprand hin bzw. in z-Richtung verbreitern oder verjüngen.
Als nächstes wird, wie in 1F gezeigt, eine erste Vergussmasse, beispielsweise eine transparente Vergussmasse 210 (aushärtender Klarverguss oder Kleber) zwischen Konverterelement 205 und Halbleiterchip 100 eingebracht. Beispielsweise kann die transparente Vergussmasse 210 dispensiert werden. Die transparente Vergussmasse 210 wird so eingebracht, dass sie beispielsweise den Zwischenraum zwischen erster Seitenfläche 130 des Halbleiterchips und Konverterelement 205 vollständig ausfüllt. Die transparente Vergussmasse 210 grenzt an die erste Seitenfläche 130 an. Beispielsweise kann die transparente Vergussmasse 210 Silikon, Epoxidharz oder ein Hybridmaterial, das beispielsweise auf einer Silikon-Epoxid-Mischung beruht, sein. Der Zwischenraum zwischen zweiten Seitenflächen 140 wird nicht mit der transparenten Vergussmasse 210 gefüllt.
Anschließend wird eine reflektive Vergussmasse 215 so vergossen, dass sie die freiliegenden Oberflächen 120, 145, 150 des Halbleiterchips bedeckt. Die reflektive Vergussmasse kann beispielsweise Silikon oder ein anderes geeignetes Harz- oder Polymermaterial mit beispielsweise ZrO₂-, SiO₂- oder TiO₂-Partikeln sein. Schichtdicke und Konzentration der TiO₂-Partikel können derart bemessen sein, dass ein ausreichendes Reflexionsvermögen der Schicht bereitgestellt wird. Generell kann jedoch jede beliebige reflektive Vergussmasse, die ein ausreichendes Reflexionsvermögen bereitstellt, verwendet werden. 1G zeigt ein Beispiel für eine sich ergebende Querschnittsansicht nach Vergießen mit der reflektiven Vergussmasse.
Die 1H bis 1J zeigen Beispiele für horizontale Querschnittsansichten durch die in 1G dargestellte Anordnung.
Gemäß 1H ist Konverterelement 205 wie in 1C dargestellt ausgestaltet. In diesem Fall füllt die reflektive Vergussmasse 215 die Zwischenräume zwischen benachbarten Halbleiterchips 100 aus. Bezugszeichen 207, 208 zeigen Säge- oder Trennlinien, entlang denen in einem späteren Verfahrensschritt die einzelnen optoelektronischen Bauelemente vereinzelt werden. Bei Vereinzelung der einzelnen optoelektronischen Bauelemente entlang der Linie 208 müssen sowohl das Konverterelement 205 als auch die erste Vergussmasse 210 durchtrennt werden.
Gemäß der in 1I gezeigten Anordnung, bei der die Konverterelemente 205 wie in 1D ausgestaltet sind, erfolgt das Vereinzeln entlang der Trennlinie 208 durch die reflektive Vergussmasse hindurch. Gemäß der in 1J gezeigten Darstellung, bei der die Konverterelemente 205 wie in 1E dargestellt ausgestaltet sind, bildet die transparente Vergussmasse 210 einen Meniskus aus, so dass die Grenzfläche zwischen reflektiver Vergussmasse 215 und erster Vergussmasse 210 ebenfalls bogenförmig ausgebildet ist.
Anschließend wird der Träger entfernt. Weiterhin werden die einzelnen Halbleiterbauelemente beispielsweise durch Sägen oder Lasertrennen vereinzelt. Das Vereinzeln kann vor oder nach Entfernen des Trägers stattfinden. 1K zeigt eine schematische Veranschaulichung dieses Prozesses.
2A zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Bauelements gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. 2B zeigt eine Querschnittsansicht parallel zu einer Hauptoberfläche 110 des optoelektronischen Bauelements. Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 100, der jeweils eine erste Seitenfläche 130 und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche 140 sowie eine dritte Seitenfläche 145 und eine vierte Seitenfläche 150 aufweist. Die dritte und vierte Seitenfläche 145, 150 liegen einander gegenüber und schneiden jede sowohl die erste Seitenfläche 130 als auch die zweite Seitenfläche 140. Der Halbleiterchip 100 weist eine erste Hauptoberfläche 110 auf, an der mindestens eine Anschlussfläche 115 angeordnet ist. Der Halbleiterchip umfasst eine erste Vergussmasse 210, die an die erste Seitenfläche 130 angrenzt.
Wie in 2A und 2B dargestellt ist, ist weiterhin ein Konverterelement 205 auf der Seite der ersten Seitenfläche 130 angeordnet. Die erste Vergussmasse 210 ist zwischen erster Seitenfläche 130 und Konverterelement 205 angeordnet. Zum Beispiel ist das Konverterelement 205 angrenzend an die erste Vergussmasse 210 angeordnet. Das optoelektronische Bauelement 10 weist darüber hinaus eine reflektive Vergussmasse 215 auf, die an die zweite Seitenfläche 140 angrenzt. Gemäß Ausführungsformen grenzt die reflektive Vergussmasse 215 weiterhin mindestens teilweise jeweils an die dritte und vierte Seitenfläche 145, 150 sowie an die zweite Hauptoberfläche 120 des Halbleiterchips 100 an. Beispielsweise kann die reflektive Vergussmasse weiterhin an einen Bereich zwischen zweiter Seitenfläche 140 und Anschlussfläche 115 im Bereich der ersten Hauptoberfläche 110 angrenzen. Gemäß Ausführungsformen kann ein Teil der ersten Vergussmasse 210 zwischen der dritten oder vierten Seitenfläche und der reflektiven Vergussmasse angeordnet sein. Weiterhin kann ein Teil der ersten Vergussmasse zwischen der zweiten Hauptoberfläche und der reflektiven Vergussmasse 215 angeordnet sein. In der in 2B gezeigten Querschnittsansicht ist somit der Halbleiterchip 100 an mindestens drei Seiten von der reflektiven Vergussmasse 215 umgeben. Beispielsweise bildet die reflektive Vergussmasse 215 einen Abschluss bzw. ein Gehäuse des optoelektronischen Bauelements 10 an fünf Seiten des optoelektronischen Bauelements. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Kombination aus reflektiver Vergussmasse, Konverterelement 205 und gegebenenfalls erste Vergussmasse 210 einen Abschluss des optoelektronischen Bauelements 10 bilden.
Wie in 2A und 2B dargestellt ist, wird elektromagnetische Strahlung 15 von einer ersten Seitenfläche 11 des Bauelements emittiert. Die erste Seitenfläche 11 des Bauelements ist an einer Seite benachbart zur ersten Seitenfläche 130 des Halbleiterchips angeordnet. Eine Seitenfläche des Konverterelements 205 kann beispielsweise die erste Seitenfläche des Bauelements 11 bilden. Wie in den 2A und 2B dargestellt ist, kann ein optoelektronisches Bauelement, das beispielsweise elektromagnetische Strahlung 15 aus einer ersten Seitenfläche 11 des Bauelements emittiert, von einer ersten Hauptoberfläche 12 des Bauelements über Anschlussflächen 115 elektrisch kontaktiert werden. Das optoelektronische Bauelement 10 kann in kompakter Weise realisiert werden, da beispielsweise die reflektive Vergussmasse 215 direkt an den Halbleiterchip 100 angrenzt und direkt auf den Halbleiterchip 100 aufgebracht worden ist. Auch die weiteren Komponenten, beispielsweise die erste Vergussmasse 210 sowie das Konverterelement 205 sind platzsparend benachbart zur ersten Seitenfläche des Halbleiterchips 130 angeordnet. Insbesondere weist das optoelektronische Bauelement 10 eine geringe Höhe in Richtung senkrecht zu seiner ersten Hauptoberfläche 12 auf. Das optoelektronische Bauelement stellt somit ein Chip-Size-Package dar. Wie unter Bezugnahme auf die 1A bis 1K beschrieben worden ist, kann eine Vielzahl optoelektronischer Bauelemente 10 durch parallele Bearbeitung gleichzeitig hergestellt werden, wodurch das Verfahren weiterhin vereinfacht werden kann.
Die 2C und 2D zeigen jeweils eine Querschnittsansicht senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips 100 sowie parallel zur ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung. Das in 2C und 2D dargestellte optoelektronische Bauelement ist identisch zu dem in den 2A und 2B gezeigten, mit der Ausnahme, dass das Konverterelement 205 weggelassen ist. Wie dem Fachmann sofort erkennbar ist, kann, wenn beispielsweise das Konverterelement 205 jeweils weggelassen wird und die Halbleiterchips 100 in einem angepassten, gegebenenfalls verringertem Abstand zueinander auf dem Träger 200 angeordnet werden, das in den 2C und 2D dargestellte optoelektronische Bauelement hergestellt werden. In diesem Fall stellt die freiliegende Seitenfläche der transparenten Vergussmasse 210 eine erste Seitenfläche 11 des Bauelements dar. Auf diese Weise lassen sich Bauelemente ohne Konverter herstellen. Es ist aber auch möglich, z.B. pulverförmige Konversionsmaterialien in die erste Vergussmasse 210 einzubringen. Entsprechend lassen sich bei derartiger Gestaltung der ersten Vergussmasse 210 optoelektronische Bauelemente mit Konversion herstellen.
2E zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Das optoelektronische Bauelement 10 ist ähnlich wie das in 2A gezeigte ausgeführt. Zusätzlich ist ein reflektierendes Material 221 an der Seite der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips 100 des Konverterelements 205 angeordnet. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ ein reflektierendes Material 222 an der Seite der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips 100 der ersten Vergussmasse 210 vorgesehen sein.
Das reflektierende Material 221 an der Unterseite des Konverterelements 205 kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass das reflektierende Material 221 auf der dem Träger 200 zugewandten Seite des Konverterelements 205 vorgesehen wird. Beispielsweise kann das reflektierende Material 221 eine die spiegelnde Schicht sein, die eine metallisch oder dielektrische Schicht oder ein Kombination dieser Schichten enthält. Weiterhin kann das reflektierende Material 221 diffus reflektierend sein und beispielsweise durch eine mit ZrO₂-, SiO₂- oder TiO₂ gefüllte Harz- oder Polymerschicht oder Keramik realisiert sein.
Durch das reflektierende Material 221 und/oder 222 wird eine Abstrahlung von Licht in Richtung der ersten Hauptoberfläche 110 weiter verringert. Gemäß Ausführungsformen können das reflektierende Material 221 und/oder 222 durch die unter Bezugnahme auf die in den 4D und 4E beschriebene Verfahrensvariante hergestellt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements das Konverterplättchen 205 oder das strangförmige Konverterelement 205 in gewissen Abständen Abstandshalter vom Träger 200 aufweisen. So kann das Plättchen von der reflektiven Vergussmasse 215 unterkrochen und so nach unten „abgedichtet“ werden. Gemäß Ausführungsformen können bei Verwendung von strangförmigen Konverterelementen oder zusammenhängenden Konverterplättchen die Abstandshalter so platziert werden, dass sie bei der späteren Vereinzelung der optoelektronischen Bauelemente entfernt werden. Beispielsweise können sie in einem Trennbereich zwischen den Halbleiterchips 100 angebracht werden. Je nach Material des Konverterelements können die Abstandshalter der Einfachheit halber auch aus dem Material des Konverterelements Plättchens gefertigt sein, beispielsweise bei Verwendung von Konverterelementen aus Glas oder Keramik.
3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform. Abweichend von dem in 2A dargestellten Bauelement ist die Höhe d des Konverterelements 205 größer als die Höhe h des Halbleiterchips 100. Die transparente Vergussmasse 210 ist derartig in den Zwischenraum zwischen Konverterelement 205 und Halbleiterchip 100 eingebracht, dass sich ein Meniskus ausbildet. Als Ergebnis ist die Grenzfläche 218 zwischen reflektiver Vergussmasse 215 und erster Vergussmasse 210 bogenförmig ausgebildet. Durch diese Art der Ausbildung der reflektiven Vergussmasse 215 kann das Reflexionsvermögen der reflektiven Vergussmasse in geeigneter Weise beeinflusst werden, so dass eine erhöhte Lichtbündelung in x-Richtung auftritt. Bei geeigneter Veränderung des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise indem das Konverterelement 215 durch ein Plättchen aus transparenter ausgehärteter Vergussmasse ersetzt wird, kann das in 3A dargestellte Bauelement auch so abgewandelt werden, dass erste Vergussmasse 210 und reflektive Vergussmasse 215 die in 3A dargestellte Form annehmen, auch wenn kein Konverterelement 205 vorliegt. Je nach Geometrie der Anordnung und Größe des Konverterelements 205 sowie Beschaffenheit der ersten Vergussmasse 210, kann ein Teil der ersten Vergussmasse 210 auch zwischen beispielsweise zweiter Hauptoberfläche 120 des Halbleiterchips und reflektiver Vergussmasse 215 vorliegen, wie durch die gestrichelte Grenzfläche 218 in 3A dargestellt ist.
Gemäß der in 3B dargestellten Ausführungsform kann die Höhe d des Konverterplättchens 205 auch geringer sein als die Höhe h des Halbleiterchips. Auch hier bildet sich ein Meniskus aus. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn eine hohe Leuchtdichte an der der Seitenfläche 11 des Bauelements erreicht werden soll.
Die Vereinzelung der jeweiligen optoelektronischen Bauelemente muss nicht in der Weise erfolgen, dass je optoelektronischem Bauelement ein einziger Halbleiterchip vorgesehen ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist möglich, dass ein optoelektronisches Bauelement mehrere Halbleiterchips aufweist. Wie in 3C dargestellt, können beispielsweise mehrere Halbleiterchips 100₁ , ... 100_n nebeneinander entlang der y-Richtung angeordnet sein. Beispielsweise können die in 3B dargestellten Halbleiterchips 100₁ , 100₂ , 100₃ jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren. Beispielsweise kann der Halbleiterchip 100₁ eine rotes Licht emittierende LED sein, Halbleiterchip 100₂ kann eine grünes Licht emittierende LED sein und Halbleiterchip 100₃ kann eine blaues Licht emittierende LED sein.
Ausführungsformen, bei denen ein optoelektronisches Bauelement mehr als einen Halbleiterchip enthält, können in vielfältiger Weise variiert werden. Beispielsweise kann in dem Fall, dass die einzelnen Halbleiterchips 100₁ , 100₂ ,... 100₃ jeweils elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, der Konverter 205 mindestens teilweise weggelassen oder in geeigneter Weise angepasst werden. Beispielsweise kann ein transparentes Plättchen anstelle des Konverterelements 205 vorgesehen sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Halbleiterchip 100₁ , 100₂ , 100₃ jeweils identisch sein, und die Konverterelemente 205₁ , 205₂ , 205₃ sind jeweils unterschiedlich ausgeführt. Weiterhin können sowohl die Halbleiterchips 100₁ , 100₂ , 100₃ als auch die Konverterelemente 205₁ , 205₂ , 205₃ mindestens teilweise unterschiedlich ausgeführt sein. Beispielsweise können die Halbleiterchips 100₁ , 100₂ , 100₃ jeweils geeignet sein, blaues Licht zu emittieren, und an einem ersten Halbleiterchip 100₁ liegt kein Konverterelement vor, während das Konverterelement 205₂ , das dem zweiten Halbleiterchip 100₂ zugeordnet ist, ein vollständig rot konvertierendes Konverterelement ist und das Konverterelement 205₃ , das dem dritten Halbleiterchip 100₃ zugeordnet ist, ein vollständig grün konvertierendes Konverterelement ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann beispielsweise ein blau emittierender Halbleiterchip mit transparentem Plättchen mit einem blau emittierenden Halbleiterchip mit vollständig grün konvertierendem Konverterelement sowie rot emittierenden Halbleiterchip und transparentem Plättchen kombiniert werden.
Gemäß der in 3D dargestellten Ausführungsform kann die Breite w des Konverterelements 205 größer sein als die Breite b des Halbleiterchips. Die Breiten b und w sind jeweils entlang der y-Richtung gemessen. Auch hier kann die erste Vergussmasse 210 in der Weise ausgebildet sein, dass sich ein bogenförmiger Meniskus ausbildet. Als Folge kann auch eine Grenzfläche zwischen reflektiver Vergussmasse 215 und erster Vergussmasse 210 bogenförmig ausgebildet sein. Als Ergebnis kann eine verbesserte Helligkeit des optoelektronischen Bauelements bereitgestellt werden. Weiterhin kann durch eine Krümmung der Grenzfläche zwischen reflektiver Vergussmasse 215 und erster Vergussmasse 210 die Licht-Abstrahl-Charakteristik geeignet eingestellt werden.
Je nach Abstand zwischen Halbleiterchip 100 und Konverterelement 205 oder allgemeiner Geometrie der Anordnung kann ein Teil der ersten Vergussmasse 210 auch angrenzend an die dritte und vierte Seitenfläche 145, 150 angeordnet sein, so dass die bogenförmige Grenzfläche zwischen reflektiver Vergussmasse 215 und erster Vergussmasse 20 entlang der y-Richtung teilweise mit dem Halbleiterchip 100 überlappt. Dies ist in 3D durch die gestrichelte Grenzfläche 218 angedeutet.
Weitere Varianten des in 1A bis 1K dargestellten Verfahrens werden unter Bezugnahme auf die 4A bis 5E erläutert. Beispielsweise kann anstelle des Konverterelements 205 eine erste Vergussmasse 220 verwendet werden, die ein Konvertermaterial enthält. Beispielsweise kann diese Vergussmasse wie vorstehend beschrieben zusammengesetzt sein und zusätzlich eine Konverterbeimischung enthalten. Beispielsweise kann in diesem Fall der Abstand zwischen benachbarten ersten Seitenflächen 130 des Halbleiterchips 100 derart bemessen sein, dass sich kein Meniskus zwischen den ersten Seitenflächen 130 ausbildet. 4A zeigt eine Querschnittsansicht von Halbleiterchips 100 mit dazwischen angeordneter konverterhaltiger Vergussmasse 220.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, wie in 4B dargestellt, kann eine transparente Vergussmasse 210 zwischen benachbarten ersten Seitenflächen 130 von Halbleiterchips 100 ausgebildet werden. Die transparente Vergussmasse 210 kann beispielsweise kein Konvertermaterial enthalten. In diesem Fall wird von dem fertiggestellten Bauelement, das beispielsweise in den 2C und 2D dargestellt ist, die elektromagnetische Strahlung ohne Durchgang durch einen Konverter durch die Seitenfläche 11 emittiert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine reflektive Vorvergussmasse 217 vor Einbringen der ersten Vergussmasse 210, 220 eingebracht werden. Beispielsweise kann die reflektive Vorvergussmasse 217 angrenzend an die zweite Seitenfläche 140 eingebracht werden. Die reflektive Vorvergussmasse 217 kann auch den Zwischenraum zwischen erster Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips und Trägersubstrat 200 zwischen der zweiten Seitenfläche 140 und der Anschlussfläche 115 ausfüllen. 4C veranschaulicht eine Querschnittsansicht durch eine entsprechende Chipanordnung.
Gemäß einer weiteren Variante kann diese reflektive Vorvergussmasse 217 zusätzlich im Bereich der ersten Seitenfläche 130 eingebracht werden. Dieser Verfahrensschritt kann derart ausgestaltet sein, dass die Vorvergussmasse 217 unter den Halbleiterchip 100 bis hin zur ersten Seitenfläche 130 kriecht und einen Meniskus ausbildet. Bei dieser Variante wird die Ausbildung der reflektiven Vorvergussmasse 217 beispielsweise derart ausgeführt, dass die erste Seitenfläche 130 des Halbleiterchips 100 nicht von der reflektiven Vorvergussmasse 217 bedeckt wird. In diesem Fall kann beispielsweise der Bereich zwischen erster Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips und Träger 200 mit der reflektiven Vorvergussmasse 217 ausgefüllt werden, um die „Unterseite“ des optoelektronischen Halbleiterbauelements mit reflektiver Vorvergussmasse 217 vollständig auszukleiden. Beispielsweise können in diesem Fall die Anschlussflächen 115 geeignet ausgebildet werden. Beispielsweise kann ihre Höhe oder die Höhe der Anschlusspads entsprechend vergrößert werden, damit der Zwischenraum besser gefüllt werden kann.
Unabhängig davon, ob zunächst eine reflektive Vorvergussmasse 217 eingebracht wird oder nicht, kann eine vergrößerte Höhe der Anschlussflächen 115 oder Anschlusspads bewirken, dass eine Mindestdicke der reflektiven Vergussmasse 215, 217 vorliegt, wodurch sichergestellt wird, dass sie auch reflektierend wirkt. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen erster Hauptoberfläche 110 und Träger 200 durch Einstellen der Höhe der Anschlussflächen 115 oder Anschlusspads eingestellt wird. Diese Einstellung kann unter Berücksichtigung der Dichte der reflektierenden Teilchen der reflektiven Vergussmasse, beispielsweise der TiO₂-Teilchendichte erfolgen, um ein ausreichendes Reflexionsvermögen der reflektiven Vergussmasse 215, 217 zu bewirken. Beispielsweise können die Anschlussflächen galvanisch verstärkt sein, wodurch zusätzlich die Festigkeit der optoelektronischen Bauelemente erhöht wird.
Die 4D und 4E zeigen jeweils Beispiele schematischer Querschnittsansichten einer Chipanordnung nach Einbringen der reflektiven Vorvergussmasse 217. Dadurch, dass die reflektive Vorvergussmasse 217 eingebracht wird, können Streulicht und Licht unerwünschter Farbe nach unten, d.h. in Richtung der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchips 100 vermieden werden. Licht unerwünschter Farbe kann bei Abwesenheit der reflektiven Vorvergussmasse 217 beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das emittierte Licht nicht oder nur unzureichend durch das Konverterelement 205 durchgegangen ist. Weiterhin kann ein Kriechen der transparenten oder konverterhaltigen Vergussmasse 210, 220 unter den Halbleiterchip 100, d.h. in den Raum zwischen erster Hauptoberfläche 110 des Halbleiterchip und Träger 200 vermieden werden.
Gemäß der in 4E gezeigten Implementierung bedeckt die Vorvergussmasse 217 den Boden und kriecht unter die Chips. Er bildet keine Menisken aus. Beispielsweise ist die Vorvergussmasse 217 derart dünnflüssig, dass kein Meniskus ausgebildet wird, oder die Halbleiterchips 100 sind derart beschaffen oder beschichtet, dass die Vorvergussmasse 217 nicht an ihnen entlangkriecht und einen Meniskus ausbildet. Dadurch kann besonders geeignet eine Abstrahlung von Licht nach unten, das heißt in Richtung der ersten Hauptoberfläche 110 unterdrückt werden. Das Einbringen der reflektiven Vorvergussmasse 217 ist mit allen Ausführungsformen kombinierbar. Insbesondere lässt sich bei Einbringen der reflektiven Vorvergussmasse 217, wie in den 4D und 4E beschrieben, das in 2E gezeigte optoelektronische Bauelement einfach herstellen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können anstelle eines Konverterelements auch mehrere Konverterelemente 205, 206 zwischen benachbarten Seitenflächen 130 von Halbleiterchips 100 angeordnet werden. 5A zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Konverterelemente 205, 206 zwischen jeweils zwei zweiten Seitenflächen 130 angeordnet sind. Die Konverterelemente können wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben ausgestaltet sein.
Anschließend wird, wie in 5B gezeigt, eine transparente Vergussmasse 210 zwischen den Konverterelementen 205, 206 sowie jeweils zwischen den Konverterelementen 205 oder 206 und den ersten Seitenflächen 130 eingefüllt. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Konverterelemente können die optoelektronischen Bauelemente jeweils zwischen zwei Konverterelementen 205, 206 durchtrennt werden. Dabei tritt der Vorteil auf, dass nicht das Konverterelement 205 selbst durchtrennt wird. Stattdessen wird die Trennung außerhalb des Konverterelements vorgenommen. Als Folge kann eine Dickenvariation und damit eine Änderung des Farb-Orts des Konverterelements vermieden werden. Als Folge wird der Farb-Ort nur durch die Dicke der Konverterelemente 205, 206 und nicht durch die Stelle, an der die Vereinzelung durchgeführt wird, bestimmt.
Diese Vorgehensweise unterdrückt in Fällen, in denen das Leuchtstoffmaterial des Konverterelements 205 ein Halbleitermaterial ist, insbesondere eines, welches eine oder mehrere aktive Zone(n) aufweist, mögliche Beschädigungen des Konverterelements. Beispielsweise können Konverterelemente, die ein Halbleitermaterial enthalten, empfindlich auf Verletzungen reagieren. Weiterhin kann das Verhalten der Konverter besonders sensibel hinsichtlich der Stelle der Durchtrennung sein. In diesem Fall kann durch diese Ausgestaltung des Konverterelements der Einfluss der exakten Positionierung der Trennposition verringert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wie beispielsweise in 5C dargestellt, kann ein Verbund aus Konverterelementen 205, 206 und dazwischen angeordneter Zwischenschicht 212 zwischen ersten Seitenflächen 130 benachbarter Halbleiterchips 100 eingebracht werden. In diesem Fall kann ebenso wie unter Bezugnahme auf 5B beschrieben, die Zwischenschicht 212 durchtrennt werden. Das Material der Zwischenschicht 212 kann so ausgewählt sein, dass es nach Vereinzeln der optoelektronischen Bauelemente entfernbar ist, so dass sich eine definierte Emissionsoberfläche ergibt. Auch diese Ausgestaltung ist günstig mit Konverterelementen, die auf einem Halbleitermaterial basieren und insbesondere aufeinandergestapelte Halbleiterschichten enthalten, kombinierbar.
Die Zwischenschicht 212 kann als separates Materialplättchen analog zur Ausbildung des Konverterelements 205, wie in den 1C bis 1E dargestellt, zwischen ersten Seitenflächen 130 benachbarter Halbleiterchips eingebracht werden. Dies ist beispielsweise in 5D dargestellt.
Sodann wird eine Vergussmasse 210, 220, die beispielsweise als transparente oder konverterhaltige Vergussmasse 210, 220 ausgebildet sein kann, jeweils zwischen Zwischenschicht 212 und erster Seitenfläche 130 eingebracht. Dies ist beispielsweise in 5E dargestellt. Sodann werden die einzelnen optoelektronischen Bauelemente wie zuvor beschrieben vereinzelt. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 212 nach oder während dem Vereinzeln der einzelnen Bauelemente herausgelöst werden, so dass sich die freiliegende Seitenfläche der Vergussmasse 210, 220 als erste Seitenfläche des Bauelements ergibt. Auch bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise die erste Vergussmasse als transparente Vergussmasse ausgeführt sein, so dass sich keine Umwandlung der emittierten Wellenlänge ergibt.
Die im vorstehenden beschriebenen Varianten lassen sich in beliebiger Weise miteinander kombinieren.
Wie dargelegt worden ist, wird durch das beschriebene Verfahren ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, das elektromagnetische Strahlung 15 durch eine erste Seitenfläche des Bauelements 11, die senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleiterchips verläuft, emittiert. Das beschriebene Verfahren ist in einfacher Weise durchzuführen und stellt ein optoelektronisches Bauelement mit kompakter Bauweise und hoher Strahlungseffizienz bereit.
6A zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Vorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform. Die elektrische Vorrichtung 20 enthält das beschriebene optoelektronische Bauelement 10. Die elektrische Vorrichtung 20 kann beispielsweise mobiles Kommunikationsgerät wie ein Handy sein, und das optoelektronische Bauelement ist ein Element der Handybeleuchtung. Aufgrund der flachen Bauform des optoelektronischen Bauelements 10 kann dieses in derartigen Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die elektrische Vorrichtung 20 einen Lichtleiter 25 enthalten, der die von dem optoelektronischen Bauelement 10 emittierte elektromagnetische Strahlung in geeigneter Weise verteilt. Beispielsweise kann eine derartige elektrische Vorrichtung eine Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display), beispielsweise für mobile Kommunikationsgeräte, Anzeigegeräte, Fernseher oder Computer, oder eine Markierungsanzeige sein oder enthalten, bei der durch den Lichtleiter 25 eine gleichmäßige Lichtverteilung erzeugt wird.
6B zeigt ein Beispiel für eine Kombination des optoelektronischen Bauelements 10 mit einem Lichtleiter 25. Aufgrund der kompakten und flachen Bauform des seitlich emittierenden optoelektronischen Bauelements 10 kann dieses in Kombination mit einem ebenfalls flachen Lichtleiter 25 vorteilhaft eingesetzt werden. Beispielsweise können, wie in 6B dargestellt ist, optoelektronische Bauelemente 10 an der Seite des Lichtleiters 25 angeordnet sein.
Aufgrund der besonders flachen Bauweise der optoelektronischen Bauelemente ist es auch möglich, diese direkt in einen Lichtleiter 25 zu integrieren. 6C zeigt ein weiteres Beispiel einer entsprechenden Komponente einer elektrischen Vorrichtung. Dabei können die optoelektronischen Bauelemente auf einem geeigneten Träger, beispielsweise eine Leiterplatte („printed circuit board“, PCB, nicht dargestellt) angeordnet sein, so dass jeweils die Anschlussflächen 115 durch Leitungen der Leiterplatte ansteuerbar sind. Eine Emissionsoberfläche 11 der optoelektronischen Bauelemente verläuft senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte. Ein Material zur Ausbildung des Lichtleiters 25, beispielsweise eine transparente Harz- oder Polymermasse wird über und zwischen den optoelektronischen Bauelementen 10 eingebracht. Als Folge sind die optoelektronischen Bauelemente 10 in den Lichtleiter eingebettet. Streukörper und/oder Maskierungsteile können über dem Lichtleiter 25 ausgebildet werden. Auf diese Weise lässt sich ein Bauteil in flacher Bauweise zur „lokalen“ Hinterleuchtung realisieren. Beispielsweise kann ein derartiges Bauteil mit einer LCD („liquid crystal device“, Flüssigkristallvorrichtung) kombiniert werden. Die einzelnen, in den Lichtleiter 25 eingebetteten optoelektronischen Bauelemente 10 lassen sich lokal an- und abschalten. Entsprechend ist es möglich, eine inhomogene Helligkeitsverteilung zu erzielen. Beispielsweise können dunkle Stellen in einem Bild beispielsweise dunkler hinterleuchtet werden, um einen höheren Kontrast zu erzeugen.
7 fasst das beschriebene Verfahren zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen umfasst das Anordnen S100 von optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger. Die optoelektronischen Halbleiterchips weisen jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche sowie eine dritte und vierte Seitenfläche auf, die die erste und die zweite Seitenfläche schneiden. Die Halbleiterchips weisen ferner eine erste Hauptoberfläche auf, an der mindestens eine Anschlussfläche angeordnet ist. Die Halbleiterchips werden jeweils derart auf dem Träger angeordnet, dass die erste Hauptoberfläche jeweils benachbart zum Träger positioniert ist. Eine erste Vergussmasse wird zwischen benachbarten lichtemittierenden Elementen eingebracht S110, so dass die erste Vergussmasse jeweils an die erste Seitenfläche angrenzt. Eine reflektive Vergussmasse wird aufgebracht S120, so dass die reflektive Vergussmasse an die zweite, Seitenfläche angrenzt. Die lichtemittierenden Elemente werden vereinzelt S130.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: optoelektronisches Bauelement
11: erste Seitenfläche des Bauelements (Emissionsoberfläche)
12: erste Hauptoberfläche des Bauelements
15: elektromagnetische Strahlung
20: elektrische Vorrichtung
25: Lichtleiter
100: optoelektronischer Halbleiterchip
110: erste Hauptoberfläche
115: Anschlussfläche
120: zweite Hauptoberfläche
130: erste Seitenfläche
140: zweite Seitenfläche
145: dritte Seitenfläche
150: vierte Seitenfläche
155: Trägersubstrat
160: erste optoelektronisch aktive Schicht
165: zweite optoelektronisch aktive Schicht
200: Träger
205: Konverterelement
206: Konverterelement
207: Trennlinie
208: Trennlinie
210: transparente Vergussmasse
212: Zwischenschicht
215: reflektive Vergussmasse
217: reflektive Vorvergussmasse
218: Grenzfläche
220: konverterhaltige Vergussmasse
221: reflektierendes Material
222: reflektierendes Material

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) umfassend: einen optoelektronischen Halbleiterchip (100), der jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche (130, 140) sowie eine dritte und vierte Seitenfläche (145, 150), die die erste und die zweite Seitenfläche (130, 140) schneiden, und eine erste Hauptoberfläche (110) aufweist, an der mindestens eine Anschlussfläche (115) angeordnet ist, eine erste Vergussmasse (210, 220), die an die erste Seitenfläche (130) angrenzt; und eine reflektive Vergussmasse (215, 217), die an die zweite Seitenfläche (140) angrenzt.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die reflektive Vergussmasse (215) weiterhin mindestens teilweise jeweils an die dritte und vierte Seitenfläche (140, 145, 150) sowie an eine zweite Hauptoberfläche (120) angrenzt.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die die reflektive Vergussmasse (215, 217) weiterhin an einen Bereich zwischen zweiter Seitenfläche (140) und Anschlussfläche (115) angrenzt.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Vergussmasse (220) ein Konvertermaterial enthält.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Vergussmasse (210) transparent ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Konverterelement (205, 206) auf der Seite der ersten Seitenoberfläche (130), wobei die erste Vergussmasse (215, 217) zwischen erster Seitenfläche (130) und Konverterelement (205, 206) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 6, bei dem eine Höhe des Konverterelements (205, 206) von einer Höhe des optoelektronischen Halbleiterchips (100) verschieden ist, wobei die Höhe des Halbleiterchips (100) senkrecht zur ersten Hauptoberfläche (110) gemessen ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das geeignet ist in einer Richtung senkrecht zur ersten Seitenfläche (130) elektromagnetische Strahlung zu emittieren.
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen (10), umfassend: Anordnen von optoelektronischen Halbleiterchips, die jeweils eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seitenfläche (130, 140) sowie eine dritte und vierte Seitenfläche (145, 150), die die erste und die zweite Seitenfläche (130, 140) schneiden, und eine erste Hauptoberfläche (110) aufweisen, an der jeweils mindestens eine Anschlussfläche (115) angeordnet ist, auf einem Träger (200), so dass die erste Hauptoberfläche (110) jeweils benachbart zum Träger (200) positioniert ist; Einbringen einer ersten Vergussmasse (210, 220) zwischen benachbarten Halbleiterchips (100), so dass die erste Vergussmasse (210, 220) jeweils an die erste Seitenfläche (130) angrenzt; Aufbringen einer reflektiven Vergussmasse (215), so dass die reflektive Vergussmasse (215) an die zweite Seitenfläche (140) angrenzt; und Vereinzeln der optoelektronischen Bauelemente (10) derart, dass jedes optoelektronische Bauelement wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die reflektive Vergussmasse (215) derart aufgebracht wird, dass sie zusätzlich mindestens teilweise jeweils an die dritte und vierte Seitenfläche (145, 150) sowie an eine zweite Hauptoberfläche (120) angrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, ferner umfassend das Einbringen von Konverterelementen (205, 206) jeweils auf der Seite der ersten Seitenfläche (130), wobei die erste Vergussmasse (210, 220) zwischen Konverterelement und erster Seitenfläche eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Konverterelement (205, 206) vor Einbringen der ersten Vergussmasse (210, 220) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Konverterelement (205, 206) nach oder gleichzeitig mit Einbringen der ersten Vergussmasse (210, 220) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem vor Einbringen der ersten Vergussmasse (210, 220) weiterhin eine reflektierende Vorvergussmasse (217) angrenzend an die zweite Seitenfläche (130) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner mit Einbringen einer Zwischenschicht (212) vor Einbringen der ersten Vergussmasse (210, 220).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem zwischen zwei optoelektronischen Halbleiterchips (100₁, 100₂) mindestens zwei Konverterelemente (205, 206) eingebracht werden und die Vereinzelung zwischen den mindestens zwei Konverterelementen (205, 206) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem zusätzlich eine Zwischenschicht (212) zwischen zwei Konverterelementen (205, 206) eingebracht wird.
Elektrische Vorrichtung (20) mit dem optoelektronischen Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Elektrische Vorrichtung (20) nach Anspruch 18, welche ferner einen Lichtleiter (25) enthält.
Elektrische Vorrichtung (20) nach Anspruch 18 oder 19, wobei die elektrische Vorrichtung ein mobiles Kommunikationsgerät oder ein Anzeigegerät ist.