DE102018131775A1 - Elektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements - Google Patents

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Ivar Tångring
Thomas Schlereth
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Ein elektronisches Bauelement (100) umfasst einen Anschlussträger (20) mit einer Oberseite (25) und einen Halbleiterchip (10) auf dem Anschlussträger (20). Der Halbleiterchip (10) umfasst eine Montageseite (15), die zumindest teilweise aus Metall gebildet ist und die der Oberseite (25) zugewandt ist. Des Weiteren umfasst das elektronische Bauelement ein erstes Verbindungsmittel (30). Der Halbleiterchip (10) ist an den Anschlussträger (20) elektrisch angeschlossen. Das erste Verbindungsmittel (30) ist ein Lötmaterial und/oder Sintermaterial. Über das erste Verbindungsmittel (30) ist der Halbleiterchip (10) auf der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) befestigt und thermisch an den Anschlussträger (20) gekoppelt. Das erste Verbindungsmittel (20) steht in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite (15). Dabei machen die Kontaktbereiche zusammen höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite (15) aus.

Description

  • Es wird ein elektronisches Bauelement angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein elektronisches Bauelement mit einer hohen Thermostabilität anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement einen Anschlussträger mit einer Oberseite. Der Anschlussträger ist beispielsweise in einem oder mehreren Bereichen aus Metall gebildet. Bei dem Metall handelt es sich zum Beispiel um Kupfer. Vorzugsweise umfasst der Anschlussträger zwei oder mehr metallische Bereiche. Beispielsweise sind die metallischen Bereiche derart gebildet, dass über sie eine elektrische Kontaktierung erfolgen kann. Die Oberseite ist im Rahmen der Herstellungstoleranz zum Beispiel eben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement einen elektronischen Halbleiterchip, der eine Montageseite aufweist. Die Montageseite ist zur Montage des Halbleiterchips auf dem Anschlussträger vorgesehen beziehungsweise eingerichtet.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen optoelektronischen Halbleiterchip. Insbesondere ist das elektronische Bauelement ein optoelektronisches Bauelement.
  • Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine der Montageseite gegenüberliegende Strahlungsseite. Beispielsweise erzeugt der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich. Die Strahlung wird im bestimmungsgemäßen Betrieb zum Beispiel über die Strahlungsseite emittiert. Beispielweise werden zumindest 20 % oder zumindest 50 % oder zumindest 75 % der erzeugten Strahlung über die Strahlungsseite emittiert.
  • Der Halbleiterchip umfasst bevorzugt eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung oder zur Absorption der elektromagnetischen Strahlung. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamAs oder AlnIn1-n-mGamAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
  • Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine, insbesondere genau eine, zusammenhängende, insbesondere einfach zusammenhängende, aktive Schicht. Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein.
  • Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Insbesondere weisen Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder höchstens 10 % oder höchstens 20 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder der Halbleiterschichtenfolge. Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise noch das Aufwachssubstrat, auf dem die gesamte Halbleiterschichtenfolge gewachsen ist.
  • Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Saphir-Chip oder auch ein Flip-Chip, sein. In diesem Fall umfasst der Halbleiterchip bevorzugt noch das Aufwachssubstrat, das beispielsweise aus Saphir gebildet ist. Alternativ kann der Halbleiterchip auch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip sein. In diesem Fall ist das Aufwachssubstrat beispielsweise abgelöst. Bei dem Aufwachssubstrat handelt es sich beispielsweise um ein Saphir-Substrat.
  • Der Halbleiterchip kann zudem eine Spiegelschicht umfassen. Beispielsweise ist die Halbleiterschichtenfolge zwischen der Strahlungsseite und der Spiegelschicht angeordnet. Die Spiegelschicht kann beispielsweise einen Teil der Montageseite bilden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Montageseite des Halbleiterchips zumindest teilweise aus Metall gebildet. Die Montageseite kann also vollständig oder teilweise aus Metall gebildet sein. Beispielsweise umfasst die Montageseite Gold, Silber, Aluminium, Palladium, Platin, Titan, Nickel oder besteht aus einem dieser Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien. Beispielsweise umfasst die Montageseite genau einen zusammenhängend ausgebildeten metallischen Bereich. Alternativ umfasst die Montageseite mehrere, jeweils metallisch und zusammenhängend ausgebildete Bereiche, die voneinander getrennt und bevorzugt elektrisch voneinander isoliert sind. Zwischen den metallischen Bereichen kann die Montageseite elektrisch isolierend gebildet sein. Die metallischen Bereiche können zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips dienen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf dem Anschlussträger aufgebracht. Dabei ist die Montageseite des Halbleiterchips der Oberseite des Anschlussträgers zugewandt. Eine laterale Ausdehnung des Anschlussträgers ist beispielsweise zumindest doppelt so groß und/oder höchstens zehnmal so groß wie eine laterale Ausdehnung des Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement ein erstes Verbindungsmittel. Insbesondere ist der Halbleiterchip über das erste Verbindungsmittel mechanisch auf dem Anschlussträger befestigt. Bevorzugt umfasst das erste Verbindungsmittel ein oder mehrere Metalle, zum Beispiel Gold oder Silber oder Zinn, oder besteht daraus. Insbesondere ist das erste Verbindungsmittel elektrisch leitend.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen. Beispielsweise ist der Halbleiterchip mittels einer oder mehreren elektrischen Verbindungen an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen. Beispielsweise ist zumindest eine elektrische Verbindung mittels eines Bonddrahts oder einer Leiterbahn hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterchip über das erste Verbindungsmittel an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen sein. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip mittels zwei oder mehr elektrischen Verbindungen an dem Anschlussträger angeschlossen. Beispielsweise ist der Halbleiterchip an den metallischen Bereichen des Anschlussträgers elektrisch angeschlossen. Insbesondere sind mehrere unterschiedliche elektrische Verbindungen an mehreren unterschiedlichen metallischen Bereichen des Anschlussträgers angeschlossen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Verbindungsmittel ein Lötmaterial und/oder ein Sintermaterial. Beispielsweise ist das Lötmaterial ein Silberlot oder ein Messinglot oder ein Zinnlot, wie AuSn. Das Sintermaterial ist beispielsweise eine Ag-Sinterpaste.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip über das erste Verbindungsmittel auf der Oberseite des Anschlussträgers befestigt und thermisch an den Anschlussträger gekoppelt. Dabei ist der Halbleiterchip über das erste Verbindungsmittel mechanisch fest und dauerhaft mit dem Anschlussträger verbunden. „Thermisch gekoppelt“ heißt, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger zumindest teilweise über das erste Verbindungsmittel stattfindet. Vorzugsweise kann über das erste Verbindungsmittel Wärme, die im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips entsteht, an den Anschlussträger abgeführt werden. Somit werden eine Überhitzung und eine damit einhergehende Beeinträchtigung und/oder eine Beschädigung des Halbleiterchips vermieden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das erste Verbindungsmittel in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite. Es kann genau einen Kontaktbereich oder mehrere, voneinander beabstandete und voneinander getrennte Kontaktbereiche geben. Ein Kontaktbereich kann auch als Kontaktfläche bezeichnet werden. Ein Kontaktbereich oder eine Kontaktfläche ist der Bereich oder die Fläche, in der das erste Verbindungsmittel direkt an das Metall der Montageseite grenzt. In einem Kontaktbereich ist insbesondere eine Grenzfläche zwischen dem ersten Verbindungsmittel und dem Metall der Montageseite vorhanden. Die Grenzfläche ist mit dem bloßen Auge oder einem Mikroskop sichtbar. Mit anderen Worten sind das Metall der Montageseite und das darauf befindliche erste Verbindungsmittel nicht einstückig miteinander ausgebildet.
  • Zusätzlich kann das erste Verbindungsmittel auch in direktem Kontakt mit Bereichen der Montageseite stehen, die nicht aus Metall gebildet sind. Vorzugsweise steht das erste Verbindungsmittel aber nur mit metallischen Bereichen der Montageseite in direktem Kontakt.
  • Alle im Folgenden gemachten Angaben zu einem Kontaktbereich können auch für mehrere oder alle Kontaktbereiche gelten. Ein Kontaktbereich ist insbesondere ein zusammenhängender, bevorzugt einfach zusammenhängender Bereich, in dem an jeder Stelle das erste Verbindungsmittel in direktem Kontakt zum Metall der Montageseite steht. Vorteilhafterweise kann über den direkten Kontakt des ersten Verbindungsmittels mit dem Metall der Montageseite ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger erfolgen.
  • Des Weiteren steht das erste Verbindungsmittel bevorzugt in direktem Kontakt mit einem oder mehreren aus Metall gebildeten Bereichen der Oberseite des Anschlussträgers. Insbesondere in einem Fall, in dem der Halbleiterchip mittels des ersten Verbindungsmittels an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen ist, ist das erste Verbindungsmittel in direktem Kontakt mit zumindest einem metallischen Bereich der Oberseite des Anschlussträgers. Entlang einer Richtung von der Oberseite des Anschlussträgers zur Montageseite des Halbleiterchips ist das erste Verbindungsmittel bevorzugt zusammenhängend, besonders bevorzugt einfach zusammenhängend, und ganz besonders bevorzugt einstückig ausgebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform machen die Kontaktbereiche zusammen höchstens 30 % oder höchstens 40 % oder höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus. Damit ist gemeint, dass die Summe der Flächeninhalte aller Kontaktbereiche einen ersten Flächeninhalt bildet und die Summe der Flächeninhalte aller metallischen Bereiche der Montageseite einen zweiten Flächeninhalt bildet. Der erste Flächeninhalt beträgt höchstens 30 % oder höchstens 40 % oder höchstens 50 % des zweiten Flächeninhalts. Insbesondere ist die Fläche der Montageseite, die nicht in direktem Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel steht, frei von Sinter- und Lötmaterial.
  • Bevorzugt machen die Kontaktbereiche zusammen aber zumindest 1 % oder zumindest 5 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus.
  • In mindestens einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement einen Anschlussträger mit einer Oberseite und einen Halbleiterchip auf dem Anschlussträger. Der Halbleiterchip umfasst eine Montageseite, die zumindest teilweise aus Metall gebildet ist und die der Oberseite zugewandt ist. Des Weiteren umfasst das elektronische Bauelement ein erstes Verbindungsmittel. Der Halbleiterchip ist an den Anschlussträger elektrisch angeschlossen. Das erste Verbindungsmittel ist ein Lötmaterial und/oder Sintermaterial. Über das erste Verbindungsmittel ist der Halbleiterchip auf der Oberseite des Anschlussträgers befestigt und thermisch an den Anschlussträger gekoppelt. Das erste Verbindungsmittel steht in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite. Dabei machen die Kontaktbereiche zusammen höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus.
  • Der hier beschriebenen Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass für eine gute thermische Kopplung zwischen einem Halbleiterchip und einem Anschlussträger der Halbleiterchip üblicherweise großflächig mit einem Löt- oder Sintermaterial an dem Anschlussträger befestigt wird. Diese Art der Befestigung hat aber den Nachteil, dass bei großen Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips und des Anschlussträgers und bei einer geringen Elastizität des verwendeten Löt- oder Sintermaterials die Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger schnell altert, was sich beispielsweise durch Rissbildung bemerkbar macht bis hin zu Zerstörung der Verbindung. Dieser Effekt tritt insbesondere bei thermischen Schocks und wiederholtem zyklischen Ändern der Temperatur mit einer hohen Änderungsrate, Englisch thermal cycling genannt, auf. Große Halbleiterchips sind davon besonders betroffen, da sie über eine große Fläche an dem Anschlussträger befestigt sind. Große Halbleiterchips werden deshalb alternativ auf den Anschlussträger mittels eines flexiblen Kunststoffes geklebt, um die Elastizität der Verbindung zu erhöhen. Nachteilig ist dabei der typischerweise hohe Wärmewiderstand der verwendeten Klebstoffe.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird von der Idee Gebrauch gemacht, das Löt- und/oder Sintermaterial in einem oder mehreren Kontaktbereichen, die nur einen Teil der metallischen Fläche der Montageseite des Halbleiterchips ausmachen, zu verwenden. Dadurch können Rissbildungen im Löt- und/oder Sintermaterial vermieden werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass auch Kontaktbereiche, die insgesamt weniger als 50 % der Fläche der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite ausmachen, ausreichend sein können, um eine gute thermische Kopplung des Halbleiterchips an den Anschlussträger zu erzielen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement ein weiteres Verbindungsmittel. Das weitere Verbindungsmittel ist bevorzugt zwischen der Oberseite des Anschlussträgers und der Montageseite des Halbleiterchips angeordnet und verbindet den Halbleiterchip mit dem Anschlussträger. Insbesondere steht das weitere Verbindungsmittel mit der Montageseite in direktem Kontakt. Insbesondere steht das weitere Verbindungsmittel mit einem oder mehreren Bereichen der Montageseite in direktem Kontakt, die nicht in Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel stehen. Zum Beispiel steht das weitere Verbindungsmittel überall dort in direktem Kontakt mit der Montagseite, wo nicht das erste Verbindungsmittel in direktem Kontakt zur Montageseite steht. Das weitere Verbindungsmittel steht bevorzugt auch mit der Oberseite des Anschlussträgers in direktem Kontakt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das weitere Verbindungsmittel eine von dem ersten Verbindungsmittel verschiedene Materialzusammensetzung auf. Beispielsweise ist das weitere Verbindungsmittel elektrisch isolierend.
  • Vorteilhafterweise können durch die Wahl der Materialzusammensetzung des ersten Verbindungsmittels und des weiteren Verbindungsmittels die thermischen Eigenschaften sowie die mechanische Stabilität des elektronischen Bauelements gezielt erhöht werden. Vorzugsweise wird durch das weitere Verbindungsmittel die mechanische Stabilität der Verbindung des Halbleiterchips mit dem Anschlussträger verbessert. Dadurch wird eine Verbindung, die mechanisch stabil ist, bei gleichzeitig geringem Wärmewiderstand realisiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt das weitere Verbindungsmittel das erste Verbindungsmittel in einer lateralen Richtung vollständig. Der Ausdruck „laterale Richtung“ meint dabei insbesondere eine beliebige Richtung parallel zur Oberseite des Anschlussträgers beziehungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers. Beispielsweise ist ein Kontaktbereich in lateraler Richtung vollständig von dem weiteren Verbindungsmittel umschlossen. Vorzugsweise sind alle Kontaktbereiche von dem weiteren Verbindungsmittel in lateraler Richtung vollständig umschlossen. Insbesondere erstreckt sich das weitere Verbindungsmittel im Bereich zwischen zwei Kontaktbereichen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Verbindungsmittel nur in dem Bereich zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger angeordnet. Beispielsweise liegt jeweils eine Konturlinie eines Kontaktbereichs innerhalb der Montageseite. Dadurch ist in Draufsicht auf die Oberseite des Anschlussträgers betrachtet das erste Verbindungsmittel zum Beispiel vollständig von dem Halbleiterchip überdeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf einer der Montageseite abgewandten Seite des Halbleiterchips ein erstes Kontaktelement ausgebildet. Das erste Kontaktelement dient zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Zum Beispiel ist das erste Kontaktelement eine Anode. Das erste Kontaktelement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, beispielsweise aus Metall. Beispielsweise umfasst das erste Kontaktelement Gold, Silber, Aluminium, Titan, Platin, Palladium, Chrom oder besteht aus einem dieser Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien.
  • Der Halbleiterchip ist über das erste Kontaktelement mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch an dem Anschlussträger angeschlossen. Zum Beispiel handelt es sich bei der elektrischen Verbindung um einen Bonddraht. Insbesondere ist der Bonddraht an einem Ende mit dem ersten Kontaktelement des Halbleiterchips und am anderen Ende mit einem metallischen Bereich des Anschlussträgers verbunden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip ein zweites Kontaktelement. Das zweite Kontaktelement dient zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Zum Beispiel ist das zweite Kontaktelement eine Kathode. Das zweite Kontaktelement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, beispielsweise aus Metall. Beispielsweise umfasst das zweite Kontaktelement Gold, Silber, Aluminium, Titan, Platin, Palladium, Chrom oder besteht aus einem dieser Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Montageseite das zweite Kontaktelement. Das zweite Kontaktelement ist dann Teil der Montageseite. Beispielsweise ist der Halbleiterchip mittels des ersten Verbindungsmittels über das zweite Kontaktelement elektrisch an dem Anschlussträger angeschlossen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite Kontaktelement auf einer der Montageseite abgewandten Seite des Halbleiterchips ausgebildet. Beispielsweise ist der Halbleiterchip über das zweite Kontaktelement mittels einer elektrischen Verbindung an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen. Die elektrische Verbindung ist zum Beispiel ein Bonddraht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform führt das erste Verbindungsmittel im bestimmungsgemäßen Betrieb des elektronischen Bauelements keinen elektrischen Strom. Die Montageseite dient dann nicht zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Beispielsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips ausschließlich über Kontaktelemente auf einer der Montageseite abgewandten Seite des Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Montageseite des Halbleiterchips einen Flächeninhalt A von mindestens 4 mm2 oder mindestens 2 mm2 oder mindestens 1 mm2 auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform machen die Kontaktbereiche zusammen höchstens 5%•2mm2/A oder höchstens 10%•2mm2/A oder höchstens 30%•2mm2/A oder höchstens 40%•2 mm2/A oder höchstens 50%•2mm2/A der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus, wobei A den Flächeninhalt der Montageseite bezeichnet. Insgesamt machen die Kontaktbereiche aber bevorzugt zumindest 1 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Verbindungsmittel eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/(m•K) oder mindestens 50 W/(m•K) oder mindestens 20 W/(m•K) auf. Dadurch kann ein guter Abtransport der Wärme, die der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Betrieb erzeugt, stattfinden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Verbindungsmittel eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das weitere Verbindungsmittel. Zum Beispiel ist die Wärmeleitfähigkeit des ersten Verbindungsmittels zumindest doppelt so groß oder zumindest 10-mal so groß oder zumindest 50-mal so groß wie die des weiteren Verbindungsmittels. Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des weiteren Verbindungsmittels höchstens 0,5 W/(m•K) oder höchstens 1 W/(m•K) oder höchstens 2 W/(m•K).
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das weitere Verbindungsmittel elastischer als das erste Verbindungsmittel. Das heißt, das erste Verbindungsmittel weist ein höheres E-Modul als das weitere Verbindungsmittel auf. Für das erste Verbindungsmittel beträgt das E-Modul zum Beispiel 30 GPa und mehr. Vorzugsweise beträgt das E-Modul für das weitere Verbindungsmittel höchstens 1/10 oder höchstens 1/100 oder höchstens 1/1000 des E-Moduls des ersten Verbindungsmittels. Vorteilhafterweise ist eine Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger, die aus dem ersten Verbindungsmittel und dem weiteren Verbindungsmittel gebildet ist, dann temperaturbeständig. Gleichzeitig weist die gesamte Verbindung einen geringen Wärmewiderstand auf und verhindert insbesondere eine Überhitzung des Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das weitere Verbindungsmittel ein Klebstoff. Beispielsweise basiert der Klebstoff auf Siloxan, insbesondere auf Silikon. Vorzugsweise ist der Klebstoff transparent für die Strahlung, die von dem Halbleiterchip emittiert wird.
  • Ferner ist es möglich, dass das weitere Verbindungsmittel reflektierende Partikel, wie TiO2-Partikel, umfasst, die dann zwischen der Montageseite und der Oberseite angeordnet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Anschlussträger einen Leiterrahmen. Beispielsweise umfasst der Anschlussträger einen Kupferleiterrahmen, wodurch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit erreicht wird. Der Leiterrahmen umfasst zum Beispiel zwei metallische Abschnitte, die über ein isolierendes Material miteinander verbunden sind.
  • Alternativ kann der Anschlussträger auch ein Keramikträger mit metallischen Bereichen sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der Montageseite des Halbleiterchips ein Sockel ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist an der Oberseite des Anschlussträgers ein Sockel ausgebildet. Beispielsweise steht im Bereich des Sockels das erste Verbindungsmittel in Kontakt mit der Montageseite. Alternativ oder zusätzlich ist das erste Verbindungsmittel in Kontakt mit dem Sockel der Oberseite.
  • Insbesondere umfasst oder besteht der Sockel aus Metall, zum Beispiel Kupfer. Vorteilhafterweise kann über ein oder mehrere solcher Sockel der Kontaktbereich des ersten Verbindungsmittels mit der Montageseite besonders genau vorgegeben werden. Der Sockel hat beispielsweise ein Höhe, gemessen senkrecht zu Montageseite beziehungsweise Oberseite von höchstens 1 µm oder höchstens 5 µm oder höchstens 10 µm.
  • Alternativ hat der Sockel beispielsweise eine Höhe von höchstens 30 µm oder höchstens 50 µm oder höchstens 75 µm oder höchstens 100 µm.
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, ein wie eben beschriebenes Bauelement herzustellen. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem ein Anschlussträger mit einer Oberseite und ein Halbleiterchip mit einer Montageseite bereitgestellt werden. Die Montageseite ist teilweise oder vollständig aus Metall gebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem ein erstes Verbindungsmittel auf der Oberseite des Anschlussträgers und/oder auf die Montageseite des Halbleiterchips aufgebracht wird. Das erste Verbindungsmittel ist ein Löt- und/oder Sintermaterial.
    Das erste Verbindungsmittel wird beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern, Drucken oder Dispensen aufgebracht. Dabei kann ein Schutzlack oder eine Schattenmaske verwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem Schritt C) die Oberseite des Anschlussträgers und die Montageseite des Halbleiterchips miteinander verbunden. Zum Beispiel wird dazu zunächst das erste Verbindungsmittel erhitzt, insbesondere aufgeschmolzen. Anschließend wird beispielsweise die Montageseite auf die Oberseite des Anschlussträgers gedrückt und durch das erste Verbindungsmittel an diesem befestigt. Der Abstand zwischen dem Anschlussträger und dem Halbleiterchip beträgt nach dem Verbinden beispielsweise zwischen einschließlich 0,1 µm und 100 µm. Das erste Verbindungsmittel steht nach dem Verbinden in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite. Die Kontaktbereiche machen dabei zusammen höchstens 50 % oder höchstens 40 % oder höchstens 30 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite aus. Die Fläche der Montageseite, die nach dem Verbinden nicht in direktem Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel steht, ist insbesondere frei von Löt- und Sintermaterial.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D), in dem eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger hergestellt wird. Beispielsweise wird der Halbleiterchip über einen oder mehrere Bonddrähte an dem Anschlussträger angeschlossen. Alternativ oder zusätzlich wird der Halbleiterchip über das erste Verbindungsmittel an dem Anschlussträger elektrisch angeschlossen. Dann fallen der Schritt C) und D) zusammen.
  • Bevorzugt werden die Schritte A) bis C) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt. Der Schritt D) kann gleichzeitig mit dem Schritt C) oder nach dem Schritt C) ausgeführt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest ein weiteres Verbindungsmittel auf der Oberseite und/oder auf der Montageseite aufgebracht. Das weitere Verbindungsmittel verbindet den Halbleiterchip mit dem Anschlussträger. Das weitere Verbindungsmittel wird dabei mit der Montageseite in Kontakt gebracht. Das weitere Verbindungsmittel weist eine von dem ersten Verbindungsmittel verschiedene Materialzusammensetzung auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) oder nach dem Schritt D) das weitere Verbindungsmittel neben dem Halbleiterchip aufgebracht. Das weitere Verbindungsmittel breitet sich anschließend in den Bereich zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger, der nicht durch das erste Verbindungsmittel ausgefüllt ist, aus.
  • Beispielsweise ist das weitere Verbindungsmittel anfangs flüssig oder zähflüssig. Aufgrund der Minimierung der Oberflächenenergie breitet sich das weitere Verbindungsmaterial dann von selbst in den Bereich zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger aus. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Montageseite und der Oberseite groß genug, sodass das weitere Verbindungsmittel frei um das erste Verbindungsmittel fließen kann und zusätzlich aufgrund von Kapillarkräften in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger gezogen wird. Vorteilhafterweise kann dadurch die gesamte Fläche der Montageseite mit dem ersten und dem weiteren Verbindungsmittel bedeckt werden, wodurch eine mechanisch besonders stabile Verbindung zum Anschlussträger entsteht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das weitere Verbindungsmittel ein Verguss für den Halbleiterchip. Beispielsweise kann das weitere Verbindungsmittel in einer derartigen Menge aufgebracht werden, dass der Halbleiterchip vollständig von dem weiteren Verbindungsmittel umschlossen wird. Insbesondere füllt das weitere Verbindungsmittel dabei den Zwischenraum zwischen der Montageseite und der Oberseite des Anschlussträgers, der nicht durch das erste Verbindungsmittel ausgefüllt ist, vollständig auf. Beispielsweise umfasst das weitere Verbindungsmittel ein Matrixmaterial, zum Beispiel Silikon, in dem Partikel eines Konvertermaterials und/oder Partikel eines reflektierenden Materials, wie zum Beispiel Titandioxid, verteilt sein können.
  • Zum Beispiel sind Partikel eines Konvertermaterials so groß gewählt, dass sie nicht in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger vordringen können. Die reflektierenden Partikel können so klein gewählt sein, dass sie in den Zwischenraum vordringen.
  • Alternativ kann ein Verguss erst nach dem weiteren Verbindungsmittel zusätzlich aufgebracht werden. Anschließend können zusätzlich weitere Vergüsse aufgebracht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das weitere Verbindungsmittel vor dem Verfahrensschritt C) auf und/oder neben dem ersten Verbindungsmittel aufgebracht. Beispielsweise wird das weitere Verbindungsmittel auf dem ersten Verbindungsmittel aufgebracht. Dadurch umschließt das weitere Verbindungsmittel das erste Verbindungsmittel von allen Seiten, die nicht in direktem Kontakt mit der Oberseite und/oder der Montageseite stehen. Wird beispielsweise das erste Verbindungsmittel auf der Oberseite des Anschlussträgers aufgebracht und anschließend das weitere Verbindungsmittel auf dem ersten Verbindungsmittel, so ist in der Draufsicht auf die Oberseite das erste Verbindungsmittel von dem weiteren Verbindungsmittel überdeckt.
  • Alternativ wird das weitere Verbindungsmittel zum Beispiel neben dem ersten Verbindungsmittel aufgebracht. Dabei umschließt das weitere Verbindungsmittel das erste Verbindungsmittel in einer lateralen Richtung. Beispielsweise wird das erste Verbindungsmittel auf der Oberseite des Anschlussträgers aufgebracht und das weitere Verbindungsmittel neben dem ersten Verbindungsmittel aufgebracht. In diesem Fall ist in Draufsicht sowohl das erste als auch das weitere Verbindungsmittel zu sehen, wobei das weitere Verbindungsmittel das erste vollständig umgibt.
  • Im folgenden Verfahrensschritt C) wird dann der Halbleiterchip auf den Anschlussträger aufgebracht, wobei die Verbindung zwischen der Oberseite und der Montageseite mittels beider Verbindungsmittel erfolgt.
  • Nachfolgend wird ein hier beschriebenes elektronisches Bauelement sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1A bis 2D und 6A bis 10D verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements und Ausführungsbeispiele des elektronischen Bauelements,
    • 3A und 3B Ausschnitte aus Positionen eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements,
    • 4, 5, 11, 12 und 13 Ausführungsbeispiele des elektronischen Bauelements.
  • In der 1A ist eine erste Position in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements 100 gezeigt. Vorliegend wird ein optoelektronisches Bauelement hergestellt. Dazu werden ein optoelektronischer Halbleiterchip 10 mit einer Montageseite 15 und ein Anschlussträger 20 mit einer Oberseite 25 bereitgestellt. Die Montageseite 15 des Halbleiterchips 1 ist teilweise oder vollständig aus Metall gebildet. Der Halbleiterchip 1 umfasst eine der Montageseite 15 gegenüberliegende Strahlungsseite 14.
  • Der Halbleiterchip 10 umfasst ferner eine metallische Spiegelschicht 13, die zumindest einen Teil, vorliegend beispielsweise zumindest 90 %, der Montageseite 15 bildet, sowie ein Substrat 12 und eine Halbleiterschichtenfolge 11. Die Halbleiterschichtenfolge 11 ist zwischen der Strahlungsseite 14 und dem Substrat 12 angeordnet. Das Substrat 12 ist zum Beispiel aus Saphir gebildet. Der Halbleiterchip 10 ist beispielsweise zur Emission elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich eingerichtet. Bei dem Halbleiterchip 10 der 1A handelt es sich insbesondere um einen Saphir-Chip.
  • Des Weiteren umfasst der Halbleiterchip 10 ein erstes 41 und ein zweites Kontaktelement 42, über die der Halbleiterchip 10 elektrisch kontaktiert werden kann. Beide Kontaktelemente 41, 42 sind an einer der Montageseite 15 abgewandten Seite des Halbleiterchips 10 angeordnet.
  • Der Anschlussträger 20 umfasst einen Leiterrahmen 201, der zum Beispiel ein Cu-Leiterrahmen ist. Alternativ kann der Leiterrahmen auch ein mit Silber beschichteter Cu-Leiterrahmen sein. Der Leiterrahmen umfasst zwei metallische Bereiche. Die metallischen Bereiche sind durch ein elektrisch isolierendes Verbundmaterial 202 miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert.
  • In der 1B ist eine zweite Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem ein erstes Verbindungsmittel 30 auf die Oberseite 25 des Anschlussträgers 20 aufgebracht wurde. Das erste Verbindungsmittel 30 ist zum Beispiel ein AuSn-Lötmaterial. Vorliegend ist das erste Verbindungsmittel 30 zum Beispiel flüssig.
  • In der 1C ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem der Halbleiterchip 10 mit dem Anschlussträger 20 verbunden wurde. Dabei tritt das erste Verbindungsmittel 30 mit der Montageseite 15 in Kontakt. Über das erste Verbindungsmittel 30 wird der Halbleiterchip 10 auf dem Anschlussträger 20 befestigt und thermisch angeschlossen. Nach dem Aushärten des ersten Verbindungsmittels 30 ist das erste Verbindungsmittel 30 in einem Kontaktbereich beziehungsweise in einer Kontaktfläche in direktem Kontakt zum Metall der Montageseite. Die gesamte Kontaktfläche beziehungsweise der gesamte Kontaktbereich nehmen dabei aber nur einen Teil, insbesondere höchstens 50 %, der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite 15 ein.
  • Um diese Größe des Kontaktbereichs zu erreichen, wurden die Menge und die Verteilung des ersten Verbindungsmittels 30 beim Aufbringen auf den Anschlussträger 20 entsprechend gewählt. Beim Aufdrücken des Halbleiterchips 10 kann über eine Regulierung des Anpressdrucks gesteuert werden, wie weit sich das erste Verbindungsmittel lateral verteilt. Alternativ oder zusätzlich umfasst das erste Verbindungsmittel 30 Abstandspartikel, durch die ein Mindestabstand von beispielsweise 1 µm zwischen der Montageseite 15 zur Oberseite 25 eingehalten wird. Die Abstandspartikel verhindern beim Aufbringen des Halbleiterchips, dass sich das erste Verbindungsmittel 30 zu weit lateral ausdehnt.
  • In der 1D ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem der Halbleiterchip 10 mittels elektrischen Verbindungen 40 in Form von Bonddrähten 40 über die elektrischen Kontaktelemente 41 und 42 an dem Anschlussträger 20 elektrisch angeschlossen wurde. Dabei werden die Bonddrähte 40 an verschiedenen aus Metall gebildeten Bereichen des Anschlussträgers 20 angeschlossen. Gleichzeitig zeigt 1D ein erstes Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Bauelements 100.
  • In der 2A ist eine Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements 100 gezeigt. Vorliegend wird ein optoelektronisches Bauelement 100 gemäß der 1D weiterverarbeitet. Dazu wird zusätzlich ein weiteres Verbindungsmittel 31 auf dem Anschlussträger 20 aufgebracht. Das weitere Verbindungsmittel 31 wird neben dem Halbleiterchip 10 auf die Oberseite 25 des Anschlussträgers 20 aufgebracht. Das weitere Verbindungsmittel 31 ist dabei flüssig. Das weitere Verbindungsmittel 31 ist beispielsweise Silikon. Insbesondere kann das weitere Verbindungsmittel 31 ein HRI-Silikon sein.
  • In der 2B ist eine Position gezeigt, in der das weitere Verbindungsmittel 31 sich in den Zwischenraum zwischen dem Anschlussträger 20 und dem Halbleiterchip 10 ausgebreitet hat. Zusammen mit dem ersten Verbindungsmittel 30 füllt das weitere Verbindungsmittel 31 den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Anschlussträger 20 vollständig aus. Zusätzlich bedeckt das weitere Verbindungsmittel 31 Seitenflächen des Halbleiterchips 10, die quer zur Montageseite 15 und quer zur Strahlungsseite 14 verlaufen.
  • In der 2C ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt, in der ein Verguss 50 auf den Halbleiterchip 10 aufgebracht wird. Der Verguss 50 umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial 53, wie Silikon, mit darin eingebetteten Konverterpartikeln. Das Matrixmaterial 53 kann das gleiche Material wie das weitere Verbindungsmittel 31 sein.
  • In der 2D ist eine weitere, optionale Position des Verfahrens gezeigt. Nach einer gewissen Zeit haben sich die Konverterpartikel aufgrund von Sedimentation abgesetzt, sodass sich eine Konverterschicht 51 gebildet hat. Die Konverterpartikel sind dabei auch teilweise in das noch flüssige weitere Verbindungsmittel 31 eingedrungen. Oberhalb der Konverterschicht 51 hat sich das Matrixmaterial 53 angereichert. Die Größe der Konverterpartikel wurde so gewählt, dass sie nicht in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Anschlussträger 20 vordringen konnten. Gleichzeitig zeigt 2D ein weiteres Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Bauelements 100.
  • In der 3A ist ein Ausschnitt aus der 2C gezeigt. Wird der Halbleiterchip 10 in dieser Position des Verfahrens betrieben, dringt elektromagnetische Strahlung 61 aus dem Halbleiterchip 10 durch die Seitenfläche in das weitere Verbindungsmittel 31 und wird teilweise in Richtung des Anschlussträgers 20 gebrochen. Trifft diese Strahlung 61 auf die Oberseite 25, wird ein Teil der Strahlung 61 durch den Anschlussträger 20 absorbiert und der verbliebene Teil an der Oberseite 25 in Richtung des Vergusses 50 reflektiert. Durch die Konverterpartikel, die in dem Verguss 50 enthalten sind, wird zumindest ein Teil der Strahlung 61 in elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlänge umgewandelt, beispielsweise in elektromagnetische Strahlung in einem zweiten 62 und einem dritten 63 Spektralbereich.
  • In der 3B ist ein Ausschnitt aus der 2D gezeigt. Der Ausschnitt ist dabei der gleiche Ausschnitt, der in 2A gezeigt ist, mit dem Unterschied, dass nun die Konverterpartikel auch in das weitere Verbindungsmittel 31 eingedrungen sind. Dadurch wird im Betrieb des Halbleiterchips 10 ein größerer Anteil der Strahlung 61, die durch die Seitenfläche austritt, in Strahlung anderer Wellenlänge 62, 63 umgewandelt, bevor diese auf die Oberseite 25 des Anschlussträgers 20 trifft. Somit wird der Strahlungsverlust aufgrund von Absorption durch den Anschlussträger 20 verringert.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt. Das optoelektronische Bauelement entspricht größtenteils dem Bauelement der 1D. Vorliegend bildet das Verbundmaterial 202 des Anschlussträgers 20 einen reflektierenden Damm um den Halbleiterchip 10. Das Verbundmaterial 202 ist beispielsweise weißes Epoxid.
  • In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt. Die vorliegende Figur zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie die 1D mit dem Unterschied, dass das zweite Kontaktelement 42 nun Teil der Montageseite 15 ist. Bei dem Halbleiterchip 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Dünnfilm-Chip. Der Halbleiterchip 10 ist nur mittels eines Bonddrahtes 40 über das erste Kontaktelement 41 an dem Anschlussträger 20 elektrisch angeschlossen. Die elektrische Kontaktierung des zweiten Kontaktelements 42 erfolgt mittels des ersten Verbindungsmittels 30. Das Substrat 12 ist hier aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel Silizium, gebildet.
  • In allen gezeigten Ausführungsbeispielen des elektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des elektronischen Bauelements können entweder Halbleiterchips wie in der 1 gezeigt oder wie in der 5 gezeigt verwendet und elektrisch angeschlossen werden.
  • In der 6A ist eine Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements 100 gezeigt. Dabei wird das zuvor beschriebene Verfahren nach der Position der 2B fortgesetzt. Auf den Anschlussträger 20 wird ein reflektierender Verguss 52 aus einem reflektierenden Material aufgebracht. Der Verguss 52 wird zum Beispiel in flüssiger Form aufgebracht. Das reflektierende Material umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial 53, wie Silikon, mit darin eingebetteten TiO2-Partikeln. Der Verguss 52 reicht von der Oberseite 25 bis zur Strahlungsseite 14 des Halbleiterchips 10 und bedeckt die Strahlungsseite 14 nicht.
  • In der 6B ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt, in der auf den reflektierenden Verguss 52 und auf die Strahlungsseite 14 eine Konverterschicht 51 aufgebracht wird. Die Konverterschicht 51 umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial 53, wie Silikon, mit darin eingebetteten Konverterpartikeln. Beispielsweise wird die Konverterschicht 51 durch Sprühbeschichtung aufgebracht. Es kann die Konverterschicht 51 aber auch als Plättchen, zum Beispiel als keramisches Plättchen, aufgeklebt werden. Gleichzeitig zeigt 6B ein Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Bauelements 100.
  • In der 7A ist eine Position des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt. Die vorliegende Position schließt sich an die in 1D gezeigte Position an. Es wird dabei ein beispielsweise flüssiger, reflektierender Verguss 52 aus reflektierendem Material auf den Anschlussträger 20 aufgebracht. Das reflektierende Material umfasst zum Beispiel ein Matrixmaterial 53, wie Silikon, mit darin eingebetteten TiO2-Partikeln. Der reflektierende Verguss 52 reicht von der Oberseite 25 bis zur Strahlungsseite 14 des Halbleiterchips 10 und bedeckt die Strahlungsseite 14 nicht. Der reflektierende Verguss 52 breitet sich in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Anschlussträger 20 aus. Gleichzeitig bildet der reflektierende Verguss 52 das weitere Verbindungsmittel 31. Insbesondere können die reflektierenden TiO2-Partikel klein genug sein, um in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Anschlussträger 20 vorzudringen, sodass auch der Zwischenraum reflektierend wird.
  • In der 7B ist eine weitere Position gezeigt. Analog zu der Position der 6B wird auf den reflektierenden Verguss 52 eine Konverterschicht 51 aufgebracht.
  • In der Position der 8A wird anders als in der Position der 2B gezeigt ein Verguss 50 als weiteres Verbindungsmittel 31 aufgebracht. Der Verguss 50 wird in flüssiger Form aufgebracht.
  • In 8B ist gezeigt, wie sich ein Teil des Vergusses 50 in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Anschlussträger 20 ausbreitet. Die in dem Verguss 50 eingebetteten Konverterpartikel können sich aufgrund ihrer Größe nicht in den Zwischenraum ausbreiten. Zum Beispiel dringt nur das Matrixmaterial 53 des Vergusses 50 in den Zwischenraum vor. Das Matrixmaterial 53 bildet somit das weitere Verbindungsmittel 31.
  • In 8C ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei der sich nach einer gewissen Zeit die Konverterpartikel aufgrund von Sedimentation abgesetzt haben. Analog zu dem Ausführungsbeispiel der 2D bilden die Konverterpartikel eine Konverterschicht 51. Oberhalb der Konverterschicht 51 hat sich das Matrixmaterial 53 des Vergusses 50 angereichert. 8C zeigt gleichzeitig ein Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Bauelements 100.
  • In der 9A ist eine erste Position in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Das erste Verbindungsmittel 30 ist in flüssigem Zustand auf der Oberseite 25 des Anschlussträgers 20 aufgebracht.
  • In der 9B ist eine zweite Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem das weitere Verbindungsmittel 31 in flüssiger Form auf dem ersten Verbindungsmittel 30 aufgebracht wurde. Dabei umschließt das weitere Verbindungsmittel 31 das erste Verbindungsmittel 30 vollständig. In einer nicht gezeigten Draufsicht auf die Oberseite 25 ist das erste Verbindungsmittel 30 vollständig von dem weiteren Verbindungsmittel 31 überdeckt.
  • In der 9C ist eine dritte Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem ein wie zuvor beschriebener Halbleiterchip 10 bereitgestellt wird und mit der Montageseite 15 voran auf die Oberseite 25 aufgebracht wird.
  • In der 9D ist eine vierte Position in dem Verfahren gezeigt, in der der Halbleiterchip 10 mit dem Anschlussträger 20 in Verbindung gebracht wird. Der Halbleiterchip 10 hat das weitere Verbindungsmittel 31 seitlich verdrängt, sodass die Montageseite 15 in Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel 30 gekommen ist.
  • Der Halbleiterchip wird zudem noch elektrisch an den Anschlussträger angeschlossen.
  • In der 10A ist eine erste Position in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Das erste Verbindungsmittel 30 ist wie in der 9A in flüssigem Zustand auf der Oberseite 25 des Anschlussträgers 20 aufgebracht.
  • In der 10B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, in der das weitere Verbindungsmittel 31 anders als in 9B das erste Verbindungsmittel 30 nicht vollständig überdeckt, sondern lediglich in einer lateralen Richtung umschließt.
  • In der 10C ist eine dritte Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem ein wie zuvor beschriebener Halbleiterchip 10 bereitgestellt ist und mit der Montageseite 15 voran auf die Oberseite 25 aufgebracht wird.
  • In der 10D ist die Montageseite 15 des Halbleiterchips 10 in Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel 30 gebracht.
  • Auch hier wird der Halbleiterchip noch elektrisch an den Anschlussträger angeschlossen.
  • In der 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Der Anschlussträger 20 umfasst einen Sockel 21. Der Sockel 21 ist dabei mittels des ersten Verbindungsmittels 30 mit der Montageseite 15 des Halbleiterchips 10 verbunden. Der Sockel 21 ist beispielsweise aus Metall gebildet. Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung eines Sockels 21 der Kontaktbereich des ersten Verbindungsmittels 30 mit der Montageseite 15 vorgegeben werden. Der Sockel 21 hat eine laterale Ausdehnung, die so gewählt ist, dass höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite 15 in direktem Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel 30 steht. Vorliegend ist das erste Verbindungsmittel 30 zum Beispiel eine Ag-Sinterpaste.
  • In der 12 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt, bei dem die Montageseite 15 einen Sockel 21 umfasst. Dabei steht der Sockel 21 in direktem Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel 30. Der Sockel 21 ist zum Beispiel aus Metall gebildet. Analog zu dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel kann über die Größe und Position des Sockels 21 der Kontaktbereich des ersten Verbindungsmittels 30 mit der Montageseite 15 vorgegeben werden, wobei der Kontaktbereich höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite 15 umfasst.
  • In der 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt, bei dem als erstes Verbindungsmittel 30 ein strukturiertes AuSn-Lot verwendet ist.
  • 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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleiterchip
    11
    Halbleiterschichtenfolge
    12
    Substrat
    13
    Spiegelschicht
    14
    Strahlungsseite des Halbleiterchips
    15
    Montageseite des Halbleiterchips
    100
    elektronisches Bauelement
    20
    Anschlussträger
    21
    Sockel
    25
    Oberseite des Anschlussträgers
    201
    Leiterrahmen
    202
    Verbundmaterial
    30
    erstes Verbindungsmittel
    31
    weiteres Verbindungsmittel
    40
    Bonddraht
    41
    erstes Kontaktelement
    42
    zweites Kontaktelement
    50
    Verguss
    51
    Konverterschicht
    52
    reflektierender Verguss
    53
    Matrixmaterial
    61
    elektromagnetische Strahlung in einem ersten Spektralbereich
    62
    elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Spektralbereich
    63
    elektromagnetische Strahlung in einem dritten Spektralbereich

Claims (19)

  1. Elektronisches Bauelement (100) umfassend: - einen Anschlussträger (20) mit einer Oberseite (25), - einen Halbleiterchip (10) auf dem Anschlussträger (20), wobei der Halbleiterchip (10) eine Montageseite (15) aufweist, die zumindest teilweise aus Metall gebildet ist und der Oberseite (25) zugewandt ist, - ein erstes Verbindungsmittel (30), wobei - der Halbleiterchip (10) an dem Anschlussträger (20) elektrisch angeschlossen ist, - das erste Verbindungsmittel (30) ein Lötmaterial und/oder ein Sintermaterial ist, - der Halbleiterchip (10) über das erste Verbindungsmittel (30) auf der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) befestigt und thermisch an den Anschlussträger (20) gekoppelt ist, - das erste Verbindungsmittel (30) in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite (15) steht, - die Kontaktbereiche zusammen höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite (15) ausmachen.
  2. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei zumindest ein weiteres Verbindungsmittel (31) zwischen der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) und der Montageseite (15) des Halbleiterchips (10) angeordnet ist und den Halbleiterchip (10) mit dem Anschlussträger (20) verbindet, wobei - das weitere Verbindungsmittel (31) mit der Montageseite (15) in Kontakt steht, - das weitere Verbindungsmittel (31) eine von dem ersten Verbindungsmittel (30) verschiedene Materialzusammensetzung aufweist.
  3. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 2, wobei das weitere Verbindungsmittel (31) das erste Verbindungsmittel (30) in einer lateralen Richtung vollständig umgibt.
  4. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (30) nur in dem Bereich zwischen dem Halbleiterchip (10) und dem Anschlussträger (20) angeordnet ist.
  5. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer der Montageseite (15) abgewandten Seite des Halbleiterchips (10) ein erstes Kontaktelement (41) ausgebildet ist, wobei der Halbleiterchip (10) über das erste Kontaktelement (41) mittels einer elektrischen Verbindung (40) elektrisch an dem Anschlussträger (20) angeschlossen ist.
  6. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Montageseite ein zweites Kontaktelement (42) umfasst, wobei über das zweite Kontaktelement (42) eine elektrische Verbindung zum Anschlussträger (20) mittels des ersten Verbindungsmittels (30) hergestellt ist.
  7. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei ein zweites Kontaktelement (42) auf einer der Montageseite (15) abgewandten Seite des Halbleiterchips (10) ausgebildet ist, wobei - der Halbleiterchip (10) über das zweite Kontaktelement (42) mittels einer elektrischen Verbindung (40) an dem Anschlussträger (20) elektrisch angeschlossen ist, und - das erste Verbindungsmittel (30) im bestimmungsgemäßen Betrieb keinen elektrischen Strom führt.
  8. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Montageseite (15) des Halbleiterchips (10) einen Flächeninhalt A von mindestens 1 mm2 aufweist.
  9. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Montageseite (15) einen Flächeninhalt A größer oder gleich 2 mm2 aufweist, - die Kontaktbereiche zusammen höchstens 50%•2mm2/A und mindestens 1 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite (15) ausmachen.
  10. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (30) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 20 W/(m•K) aufweist.
  11. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 10 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 2, wobei - das erste Verbindungsmittel (30) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das weitere Verbindungsmittel (31) aufweist, - das weitere Verbindungsmittel (31) elastischer ist als das erste Verbindungsmittel (30).
  12. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 11 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 2, wobei das weitere Verbindungsmittel (31) ein Klebstoff ist.
  13. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anschlussträger (20) einen Leiterrahmen umfasst.
  14. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Montageseite (15) und/oder der Oberseite (25) ein Sockel (21) ausgebildet ist, wobei im Bereich des Sockels (21) das erste Verbindungsmittel (30) in Kontakt mit der Montageseite (15) und/oder der Oberseite (25) ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Anschlussträgers (20) mit einer Oberseite (25) und eines Halbleiterchips (10) mit einer Montageseite (15), die zumindest teilweise aus Metall gebildet ist; B) Aufbringen eines ersten Verbindungsmittels (30) auf der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) und/oder auf die Montageseite (15) des Halbleiterchips (10), wobei - das erste Verbindungsmittel (30) ein Lötmaterial und/oder Sintermaterial ist; C) Verbinden der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) und der Montageseite (15) des Halbleiterchips (10) mittels des ersten Verbindungsmittels (30), wobei nach dem Verbinden - das erste Verbindungsmittel (30) in einem oder mehreren Kontaktbereichen in direktem Kontakt mit dem Metall der Montageseite (15) steht, - die Kontaktbereiche zusammen höchstens 50 % der aus Metall gebildeten Fläche der Montageseite (15) ausmachen; D) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Halbleiterchip (10) und dem Anschlussträger (20).
  16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest ein weiteres Verbindungsmittel (31) auf der Oberseite (25) des Anschlussträgers (20) und/oder auf der Montageseite (15) des Halbleiterchips (10) aufgebracht wird, das den Halbleiterchip (10) mit dem Anschlussträger (20) verbindet, wobei - das weitere Verbindungsmittel (31) mit der Montageseite (15) in Kontakt gebracht wird, - das weitere Verbindungsmittel (31) eine von dem ersten Verbindungsmittel (30) verschiedene Materialzusammensetzung aufweist.
  17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das weitere Verbindungsmittel (31) nach dem Schritt C) neben dem Halbleiterchip (10) aufgebracht wird und sich anschließend in den Bereich zwischen dem Halbleiterchip (10) und dem Anschlussträger (20), der nicht durch das erste Verbindungsmittel (30) ausgefüllt ist, ausbreitet.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das weitere Verbindungsmittel (31) ein Verguss für den Halbleiterchip (10) ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das weitere Verbindungsmittel (31) vor dem Verfahrensschritt C) auf und/oder neben dem ersten Verbindungsmittel (30) aufgebracht wird.
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