DE102019217865A1

DE102019217865A1 - Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements und elektronisches bauelement

Info

Publication number: DE102019217865A1
Application number: DE102019217865.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hien
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2021099435A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit den folgenden Schritten angegeben:
- Aufbringen zumindest zweier elektronischer Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) in einem vorgegebenen Abstand (d) zueinander auf einen Hilfsträger (2),
- Einbringen eines ersten flüssigen Fügestoffs (4) zwischen die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y),
- Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs (4) zu einem ersten festen Fügestoff (4), so dass ein Halbleiterchipverbund (6) umfassend die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) und den ersten festen Fügestoff (4') entsteht, und
- Anordnen des Halbleiterchipverbunds (6) auf einer Montagefläche (7).
Außerdem wird ein elektronisches Bauelement angegeben.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements und ein elektronisches Bauelement angegeben.
Es soll ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit einer vereinfachten Montage vergleichsweise kleiner elektronischer Halbleiterchips angegeben werden, insbesondere auf eine gemeinsame Montagefläche. Außerdem soll ein elektronisches Bauelement angegeben werden, das mit einem derartigen Verfahren hergestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch ein elektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des elektronischen Bauelements sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements werden zumindest zwei elektronische Halbleiterchips in einem vorgegebenen Abstand zueinander auf einen Hilfsträger aufgebracht. Bevorzugt werden die elektronischen Halbleiterchips einzeln auf dem Hilfsträger vorsortiert, das heißt in einer gewünschten Anordnung auf dem Hilfsträger angeordnet.
Merkmale und Ausführungsformen der elektronischen Halbleiterchips, die vorliegend nur in Bezug auf einen elektronischen Halbleiterchip beschrieben sind, können bei einigen oder allen elektronischen Halbleiterchips ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere, bevorzugt gleiche, Anordnungen elektronischer Halbleiterchips auf dem Hilfsträger aufgebracht und gleichartig parallel prozessiert. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich somit um einen Batch-Prozess.
Auch Merkmale und Ausführungsformen der Anordnung, die vorliegend nur in Bezug auf eine Anordnung beschrieben sind, können bei einigen oder allen Anordnungen ausgebildet sein.
Die elektronischen Halbleiterchips werden bevorzugt mit einer ersten Hauptfläche auf den Hilfsträger aufgebracht, so dass eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche der elektronischen Halbleiterchips frei zugänglich ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die elektronischen Halbleiterchips mit der ersten Hauptfläche auf den Hilfsträger aufgebracht werden.
Bei den elektronischen Halbleiterchips handelt es sich bevorzugt um strahlungsemittierende Halbleiterchips, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung in einer aktiven Zone erzeugen. Besonders bevorzugt erzeugt der strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht in der aktiven Zone.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei zumindest einem elektronischen Halbleiterchips um einen Sensor, beispielsweise zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung.
Die aktive Zone ist in der Regel Teil einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial oder besteht aus einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial.
Bei dem III/V-Verbindungshalbleitermaterial kann es sich beispielsweise um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial handeln. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, so erzeugt die aktive Zone im Betrieb in der Regel elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich.
Bei dem III/V-Verbindungshalbleitermaterial kann es sich auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial handeln. Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, so erzeugt die aktive Zone im Betrieb in der Regel elektromagnetische Strahlung aus dem grünen bis roten Spektralbereich.
Weiterhin kann es sich bei dem III/V-Verbindungshalbleitermaterial auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial handeln. Arsenid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, so erzeugt die aktive Zone im Betrieb in der Regel elektromagnetische Strahlung aus dem roten bis infraroten Spektralbereich.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip sendet die in der aktiven Zone im Betrieb erzeuge elektromagnetische Strahlung in der Regel von einer Strahlungsaustrittsfläche aus. Die Strahlungsaustrittsfläche umfasst besonders bevorzugt zumindest eine Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, in der Regel die zweite Hauptfläche. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips Seitenwände des strahlungsemittierenden Halbleiterchips zumindest teilweise umfasst. Strahlungsemittierende Halbleiterchips, die die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung vollständig oder zum größten Teil von der zweiten Hauptfläche aussenden, werden auch als „oberflächenemittierende Halbleiterchips“ bezeichnet, während strahlungsemittierende Halbleiterchips, die die im Betrieb erzeugte Strahlung auch von Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips emittieren, volumenemittierende Halbleiterchips genannt werden.
Beispielsweise handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip.
Bevorzugt entspricht der Abstand zwischen den beiden elektronischen Halbleiterchips dem Abstand zwischen direkt benachbarten Seitenwänden zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein erster flüssiger Fügestoff zwischen die Halbleiterchips eingebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der erste flüssige Fügestoff ausgehärtet, so dass ein Halbleiterchipverbund umfassend die elektronischen Halbleiterchips und den ersten festen Fügestoff entsteht. Beim Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs wird der erste flüssige Fügestoff in einen ersten festen Fügestoff umgewandelt. Aufgrund des ersten festen Fügestoffs entsteht ein mechanisch stabiler Halbleiterchipverbund, der die elektronischen Halbleiterchips und den ersten festen Fügestoff umfasst oder aus den elektronischen Halbleiterchips und dem ersten festen Fügestoff besteht. Der Halbleiterchipverbund umfasst zum Beispiel eine einzige Anordnung elektronischer Halbleiterchips. Es ist jedoch auch möglich, dass der Halbleiterchipverbund mehrere Anordnungen elektronischer Halbleiterchips umfasst, die bevorzugt gleichartig ausgebildet sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die zumindest zwei elektronischen Halbleiterchips in dem vorgegebenen Abstand zueinander auf dem Hilfsträger aufgebracht. Dann wird der erste flüssige Fügestoff zwischen die elektronischen Halbleiterchips eingebracht und der erste flüssige Fügestoff ausgehärtet, so dass der Halbleiterchipverbund umfassend die elektronischen Halbleiterchips und den ersten festen Fügestoff entsteht. Dieser Halbleiterchipverbund wird dann auf der Montagefläche angeordnet. Die Verfahrensschritte werden besonders bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der erste flüssige Fügestoff durch Dispensen mit einer Düse zwischen die elektronischen Halbleiterchips eingebracht. Hierbei wird die Düse besonders bevorzugt über einem Anspritzpunkt des Hilfsträgers, auf den der erste flüssige Fügestoff aufgebracht werden soll, positioniert. Dann wird eine vorgegebene Menge des ersten flüssigen Fügestoffs aus der Düse auf den Anspritzpunkt aufgebracht. Ausgehend von dem Anspritzpunkt auf dem Hilfsträger verteilt sich dann der erste flüssige Fügestoff zwischen den elektronischen Halbleiterchips. Der Anspritzpunkt auf dem Hilfsträger, auf den der erste flüssige Fügestoff durch Dispensen mit der Düse aufgebracht wird, liegt besonders bevorzugt zwischen den elektronischen Halbleiterchips. Beim Dispensen wird besonders bevorzugt kein erster flüssiger Fügestoff auf die zweiten Hauptflächen der elektronischen Halbleiterchips aufgebracht.
Besonders bevorzugt ist ein Durchmesser der Düse, durch die der erste flüssige Fügestoff beim Dispensen tritt, kleiner als der Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips. Beispielsweise weist die Düse einen Durchmesser zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf. Mit einer kleinen Düse kann der flüssige Fügestoff mit Vorteil besonders genau zwischen die elektronischen Halbleiterchips eingebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens breitet sich der erste flüssige Fügestoff aufgrund von Kapillarkräften zwischen den Seitenwänden der elektronischen Halbleiterchips aus. Besonders bevorzugt breitet sich der erste flüssige Fügestoff nach dem Dispensen auf den Anspritzpunkt des Hilfsträgers aufgrund von Kapillarkräften zwischen den Seitenwänden der elektronischen Halbleiterchips aus. Insbesondere wirken effektive Kapillarkräfte auf den ersten flüssigen Fügestoff, wenn die Seitenwände der elektronischen Halbleiterchips, zwischen denen sich der erste flüssige Fügestoff ausbreitet, eine größere Höhe aufweisen als der Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips, insbesondere der Abstand zwischen den Seitenwänden der elektronischen Halbleiterchips.
Beispielsweise weisen die Seitenwände der elektronischen Halbleiterchips eine Höhe zwischen einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 500 Mikrometer auf. Besonders bevorzugt bilden die Seitenwände zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips einen Graben aus, in dem sich der erste flüssige Fügestoff aufgrund der Kapillarkräfte ausbreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens bilden die elektronischen Halbleiterchips auf dem Hilfsträger eine Anordnung mit einem geometrischen Schwerpunkt aus, der zwischen den elektronischen Halbleiterchips liegt. Beispielsweise umfasst die Anordnung eine gerade Anzahl an elektronischen Halbleiterchips, die in Reihen und Spalten angeordnet sind.
Umfasst die Anordnung zum Beispiel vier elektronische Halbleiterchips, so sind diese bevorzugt in zwei Reihen mit je zwei elektronischen Halbleiterchips und zwei Spalten mit je zwei elektronischen Halbleiterchips angeordnet. Eine Einhüllende der Anordnung der vier elektronischen Halbleiterchips bildet bei dieser Ausführungsform bevorzugt ein Quadrat oder ein Rechteck aus. Der geometrische Schwerpunkt dieser Anordnung fällt mit dem geometrischen Schwerpunkt des Quadrats oder des Rechtecks zusammen. Bei dem geometrischen Schwerpunkt eines Quadrats handelt es sich in der Regel um den Mittelpunkt des Quadrats oder des Rechtecks.
Besonders bevorzugt wird der erste flüssige Fügestoff auf den geometrischen Schwerpunkt der Anordnung der elektronischen Halbleiterchips auf den Hilfsträger aufgebracht und breitet sich aufgrund der Kapillarkräfte zwischen den Seitenwänden der elektronischen Halbleiterchips der Anordnung aus.
Befinden sich mehrere Anordnungen elektronischer Halbleiterchips auf dem Hilfsträger, so werden bevorzugt nacheinander alle Anordnungen mit dem flüssigen ersten Fügestoff versehen. Der erste flüssige Fügestoff breitet sich bevorzugt lediglich zwischen den elektronischen Halbleiterchips einer einzigen Anordnung aus, so dass beim Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs zu dem ersten festen Fügestoff lediglich die elektronischen Halbleiterchips einer einzigen Anordnung zu dem Halbleiterchipverbund verbunden werden.
Es ist auch möglich, dass sich der flüssige Fügestoff zwischen den elektronischen Halbleiterchips mehrerer oder aller Anordnungen auf dem Hilfsträger ausbreitet und beim Aushärten zu dem Halbleiterchipverbund verbunden wird. In diesem Fall wird der Halbleiterchipverbund nach dem Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs bevorzugt vereinzelt, so dass nur noch eine einzige Anordnung von dem Halbleiterchipverbund umfasst ist.
Beispielsweise ist ein Verhältnis einer Länge der Seitenwand zumindest eines elektronischen Halbleiterchips zu einem Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips nicht größer als 15. Insbesondere ist das Verhältnis der Länge der Seitenwand zumindest eines elektronischen Halbleiterchips zu einem Abstand zwischen zwei direkt benachbarten elektronischen Halbleiterchips nicht größer als 15.
Bevorzugt ist die Länge der Seitenwand zumindest eines elektronischen Halbleiterchips nicht größer als 2 Millimeter. Besonders bevorzugt ist die Länge der Seitenwand zumindest eines elektronischen Halbleiterchips nicht größer als 750 Mikrometer.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips nicht größer als 100 Mikrometer, besonders bevorzugt nicht größer als 50 Mikrometer. Bevorzugt ist der Abstand zwischen den Seitenwänden zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips nicht größer als 100 Mikrometer, besonders bevorzugt nicht größer als 50 Mikrometer. Besonders bevorzugt ist der Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips nicht kleiner als 5 Mikrometer. Besonders bevorzugt ist der Abstand zwischen den Seitenwänden zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips nicht kleiner als 5 Mikrometer.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform bleiben die zweiten Hauptflächen der elektronischen Halbleiterchips frei von dem ersten flüssigen Fügestoff. Besonders bevorzugt sind die zweiten Hauptflächen von dem Hilfsträger abgewandt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der erste flüssige Fügestoff ein flüssiges Harz. Bei dem flüssigen Harz handelt es sich beispielsweise um ein Polymer, etwa ein Silikon oder ein Epoxid. Das flüssige Polymer kann insbesondere durch Aushärten in den ersten festen Fügestoff umgewandelt werden. Besonders bevorzugt ist der erste Fügestoff in flüssiger und fester Form elektrisch isolierend ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Fügestoff in flüssiger und fester Form frei von Füllstoffen oder zumindest frei von elektrisch leitenden Füllstoffen.
Das flüssige Polymer umfasst in der Regel eine Vielzahl von Monomeren. Im völlig ungehärteten Zustand sind die Monomere nicht durch chemische Bindungen miteinander verbunden. Bei einer Polymerisation des flüssigen Polymers, die beispielsweise durch UV-Licht oder Wärme initiiert wird, reagieren die Monomere chemisch miteinander, so dass sie sich miteinander mit chemischen Bindungen verbinden und das Polymer aushärtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Hilfsträger eine Klebefolie. Auf der Klebefolie können die elektronischen Halbleiterchips besonders einfach befestigt werden. Außerdem kann der Halbleiterchipverbund auf einfache Art und Weise wieder von der Klebefolie abgenommen werden, beispielsweise durch ein Pick-and-Place-Verfahren. Besonders bevorzugt lässt sich der ausgehärtete erste Fügestoff einfach von der Klebefolie ablösen. Insbesondere lässt sich der ausgehärtete erste Fügestoff von der Klebefolie besonders einfach ablösen, wenn als Klebefolie eine Thermo-Release-Folie verwendet wird, die mit Vorteil in der Regel ihre adhesiven Eigenschaften beim Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs verliert.
Besonders bevorzugt wird der Halbleiterchipverbund mit einem zweiten flüssigen Fügestoff auf der Montagefläche befestigt. Hierbei liegt der zweite Fügestoff in der Regel zunächst in flüssiger Form vor und wird zur Befestigung des Halbleiterchipverbunds auf der Montagefläche zu einem zweiten festen Fügestoff ausgehärtet.
Im Unterschied zu einem herkömmlichen Verfahren, bei dem für jeden der elektronischen Halbleiterchips ein einzelner Tropfen des zweiten Fügestoffs zur Befestigung auf der Montagefläche gesetzt werden muss, kann der Halbleiterchipverbund bei dem vorliegenden Verfahren mit einem einzigen Tropfen des zweiten flüssigen Fügestoffs auf der Montagefläche befestigt werden. Alternativ ist es bei dem vorliegenden Verfahren möglich, mehrere Tropfen des zweiten flüssigen Fügestoffs zur Montage des Halbleiterchipverbunds auf der Montagefläche aufzubringen, die sich überschneiden ohne dass Überschuss des zweiten flüssigen Fügestoff an den Seitenwänden der Halbleiterchips hinaufsteigt. Das vorliegende Verfahren ist folglich deutlich vereinfacht gegenüber einem herkömmlichen Verfahren.
Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Fügestoff um einen Klebstoff. Besonders bevorzugt ist der zweite Fügestoff in flüssiger und fester Form elektrisch leitend ausgebildet. Beispielsweise umfasst der zweite Fügestoff ein Harz oder ein Polymer, in das elektrisch leitende Füllstoffe, wie Silberpartikel, eingebracht sind.
Besonders bevorzugt weist die Montagefläche elektrische Kontaktstellen auf, über die die elektronischen Halbleiterchips in dem fertigen elektronischen Bauelement elektrisch leitend kontaktiert sind. Hierzu wird besonders bevorzugt ein zweiter Fügestoff zur Befestigung des Halbleiterchipverbunds auf der Montagefläche verwendet, der elektrisch leitend ausgebildet ist.
Die Montagefläche ist beispielsweise Teil eines Trägers, eines Leiterrahmens oder Teil eines vorgefertigten Gehäuses, in das der Halbleiterchipverbund montiert wird.
Besonders bevorzugt ist die Montagefläche frei von Stoppstrukturen für den ersten flüssigen Fügestoff oder den zweiten flüssigen Fügestoff. Dies ist mit Vorteil möglich, da die elektronischen Halbleiterchips bei dem vorliegenden Verfahren zunächst mit dem ersten Fügestoff zu einem Halbleiterchipverbund verbunden werden und danach als Teil des Halbleiterchipverbunds auf der Montagefläche befestigt werden. Daher sind die Bereiche zwischen den elektronischen Halbleiterchips des Halbleiterchipverbunds durch den ersten Fügestoff gefüllt, bevorzugt vollständig, so dass der zweite Fügestoff zur Befestigung des Halbleiterchipverbunds auf der Montagefläche nicht zwischen den elektronischen Halbleiterchips auf deren Seitenwände kriechen und zu Kurzschlüssen führen kann.
Eine Idee der vorliegenden Anmeldung ist es, die elektronischen Halbleiterchips, die auf eine gemeinsame Montagefläche aufgebracht werden sollen, zunächst durch den ersten Fügestoff mechanisch stabil miteinander zu einem Halbleiterchipverbund zu verbinden und dann den entstandenen Halbleiterchipverbund auf der gemeinsamen Montagefläche zu fixieren, bevorzugt mit einem zweiten Fügestoff.
Hierbei werden die elektronischen Halbleiterchips bevorzugt in einem ersten Schritt auf dem Hilfsträger positioniert, besonders bevorzugt in Form der Anordnung. Die Positionierung der elektronischen Halbleiterchips auf dem Hilfsträger zueinander erfolgt bevorzugt unter Einhaltung besonders kleiner Toleranzen. Bevorzugt werden danach alle elektronischen Halbleiterchips gemeinsam, umfasst von dem fertigen Halbleiterchipverbund, in einem zweiten Schritt auf der Montagefläche positioniert. Die bei diesem zweiten Positionierungsschritt einzuhaltenden Toleranzen sind in der Regel größer als bei der Positionierung der einzelnen elektronischen Halbleiterchips auf dem Hilfsträger.
Die Genauigkeit, mit der die elektronischen Halbleiterchips auf der Montagefläche angeordnet werden, hängen bei dem vorliegenden Verfahren besonders bevorzugt nur von der Toleranz einer einzigen Maschine ab, nämlich von der Maschine, die die elektronischen Halbleiterchips auf dem Hilfsträger positioniert.
Gegenüber einem herkömmlichen Verfahren, bei dem die elektronischen Halbleiterchips einzeln auf die Montagefläche gesetzt und befestigt werden, ohne dass vorher ein Halbleiterchipverbund mit den elektronischen Halbleiterchips ausgebildet wird, weist das vorliegende Verfahren den Vorteil auf, dass die Abstände zwischen den elektronischen Halbleiterchips verkleinert werden können. Weiterhin ist der Abstand zwischen zwei direkt benachbarten elektronischen Halbleiterchips bei dem vorliegenden Verfahren mit Vorteil nicht durch einen Durchmesser eines Tropfens des zweiten Fügestoffs auf der Montagefläche begrenzt, wie dies bei dem herkömmlichen Verfahren in der Regel der Fall ist.
Bevorzugt wird bei dem vorliegenden Verfahren das Auftreten von Kapillarkräften ausgenutzt, um den ersten flüssigen Fügestoff zwischen den elektronischen Halbleiterchips zu verteilen. Dies vereinfacht mit Vorteil das Verfahren. Außerdem kann so in der Regel auf einfache Weise vermieden werden, dass erster flüssiger Fügestoff auf die freiliegenden zweiten Hauptflächen der elektronischen Halbleiterchips gelangt. Insbesondere bei Verwendung strahlungsemittierender Halbleiterchips als elektronische Halbleiterchips, bei denen die zweite Hauptfläche in der Regel Teil der Strahlungsaustrittsfläche ist oder die Strahlungsaustrittsfläche ausbildet, wird so eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips durch ersten Fügestoff auf der Strahlungsaustrittsfläche mit Vorteil verhindert.
Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, ein elektronisches Bauelement herzustellen. Sämtliche in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale können daher bei dem elektronischen Bauelement ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement zumindest zwei elektronische Halbleiterchips, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Abstand zwischen den elektronischen Halbleiterchips um den Abstand der Seitenwände zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement einen ersten festen Fügestoff, der die elektronischen Halbleiterchips mechanisch stabil miteinander verbindet, so dass die elektronischen Halbleiterchips und der erste feste Fügestoff einen Halbleiterchipverbund ausbilden. Bei dem ersten festen Fügestoff handelt es sich beispielsweise um ein ausgehärtetes Harz oder um ein ausgehärtetes Polymer, etwa um ein ausgehärtetes Silikon oder ein ausgehärtetes Epoxid. Besonders bevorzugt ist der erste feste Fügestoff elektrisch isolierend ausgebildet und isoliert die elektronischen Halbleiterchips des Halbleiterchipverbunds elektrisch voneinander.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement eine Montagefläche, auf dem der Halbleiterchipverbund angeordnet ist. Bevorzugt ist der Halbleiterchipverbund mit einem zweiten festen Fügestoff, der besonders bevorzugt elektrisch leitend ausgebildet ist, auf der Montagefläche befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Bauelements weist die Montagefläche zumindest eine elektrische Kontaktstelle auf, mit der jeder der elektronischen Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden ist. Bevorzugt weist das elektronische Bauelement eine gemeinsame Anode oder eine gemeinsame Kathode aller elektronischen Halbleiterchips auf. Mit anderen Worten liegt an den elektronischen Halbleiterchips im Betrieb des elektronischen Bauelements ein gemeinsames elektrisches Potential an.
Besonders bevorzugt umfasst das elektronische Bauelement als elektronischen Halbleiterchip strahlungsemittierende Halbleiterchips, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aussenden. Besonders bevorzugt senden die strahlungsemittierenden Halbleiterchips Licht unterschiedlicher Farbe aus. Beispielsweise sendet ein strahlungsemittierender Halbleiterchip im Betrieb rotes Licht, ein strahlungsemittierender Halbleiterchip im Betrieb grünes Licht und ein weiterer strahlungsemittierender Halbleiterchip im Betrieb blaues Licht aus.
Insbesondere bei Verwendung strahlungsemittierender Halbleiterchips als elektronische Halbleiterchips kann das hier beschriebene elektronische Bauelement zur Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs oder als Bildpunkt in einer Videowand verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement nur im Betrieb rotes Licht und/oder gelbes Licht emittierende Halbleiterchips. Derartige Bauelemente sind insbesondere im Kraftfahrzeug als Lichtquelle für einen Blinker oder ein Rücklicht verwendbar.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des elektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des elektronischen Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Anhand der schematischen Draufsichten der 1 bis 3 wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Draufsichten der 5 bis 6 wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die 7 bis 10 zeigen schematische Draufsichten verschiedener Anordnungen elektronischer Halbleiterchips gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 werden in einem ersten Schritt elektronische Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B auf einem Hilfsträger 2 in einem vorgegebenen Abstand d zueinander angeordnet. Die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B werden mit ersten Hauptflächen auf den Hilfsträger aufgebracht. Vorliegend handelt es sich bei dem Hilfsträger 2 um eine Klebefolie, auf die die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B aufgeklebt werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 werden strahlungsemittierende Halbleiterchips als elektronische Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B verwendet. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips senden elektromagnetische Strahlung, die in einer aktiven Zone der strahlungsemittierenden Halbleiterchips erzeugt wird, von einer zweiten Hauptfläche aus, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt und von dem Hilfsträger 2 abgewandt ist.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 werden mehrere gleichartige Anordnungen 3 von elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B auf den Hilfsträger 2 aufgebracht. Mit anderen Worten werden die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B auf dem Hilfsträger 2 vorsortiert.
Eine Anordnung 3 umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen elektronischen Halbleiterchip 1R, der im Betrieb rotes Licht aussendet, einen elektronischen Halbleiterchip 1G, der im Betrieb grünes Licht, einen elektronischen Halbleiterchip 1Y, der im Betrieb gelbes Licht und einen elektronischen Halbleiterchip 1B, der im Betrieb blaues Licht aussendet (1).
Die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B einer einzigen Anordnung 3 weisen hierbei einen vorgegebenen Abstand d zueinander auf. Die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B der Anordnung 3 sind in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei jede Zeile und jede Spalte zwei elektronische Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B aufweist. Besonders bevorzugt weist der Abstand d der Seitenwände 9 zweier direkt benachbarter elektronischer Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B jeweils den gleichen Abstand d auf. Vorliegend weist jede Anordnung 3 der elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B einen Schwerpunkt S auf, der mittig in der Anordnung 3 angeordnet ist.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in 2 dargestellt ist, wird ein erster flüssiger Fügestoff 4 durch Dispensen mit einer Düse 5 auf den Schwerpunkt S jeder Anordnung 3 aufgebracht. Anschließend fließt der erste flüssige Fügestoff 4 zwischen die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B der Anordnung 3 aufgrund von Kapillarkräften. Hierbei werden die freiliegenden ersten Hauptflächen der elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B nicht durch den ersten flüssigen Fügestoff 4 bedeckt.
Die Anordnungen 3 gemäß der 2 werden nacheinander mit der Düse 5 mit dem ersten flüssigen Fügestoff 4 versehen. Insbesondere wird der Schwerpunkt S jeder Anordnung 3 mit einem Tropfen des ersten flüssigen Fügestoffs 4 versehen, so dass der erste flüssige Fügestoff 4 aufgrund von Kapillarkräften die Bereiche zwischen den elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B bedeckt. Der erste flüssige Fügestoff 4 breitet sich aufgrund von Kapillarkräften zwischen den Seitenwänden 9 der elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B aus. Der erste flüssige Fügestoff 4 ist vorliegend elektrisch isolierend ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten flüssigen Fügestoff 4 um ein Silikon oder ein Epoxid.
In einem nächsten Schritt wird der erste flüssige Fügestoff 4 zwischen den elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B ausgehärtet, so dass ein mechanisch stabiler Halbleiterchipverbund 6 entsteht, der den ersten festen ausgehärteten Fügestoff 4' und die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B einer Anordnung 3 umfasst.
In einem nächsten Schritt wird eine Montagefläche 7 bereitgestellt, auf der ein einziger Tropfen eines zweiten flüssigen Fügestoffs 8 aufgebracht ist (3). Bei dem zweiten flüssigen Fügestoff 8 handelt es sich vorliegend um einen elektrisch leitenden Klebstoff, der mit Silberpartikeln gefüllt ist. Die Montagefläche 7 ist beispielsweise Teil eines Trägers, eines Gehäuses oder eines Leiterrahmens.
In einem nächsten Schritt wird jeweils ein Halbleiterchipverbund 6 von dem Hilfsträger 2 abgenommen und auf der Montagefläche 7 angeordnet. Dann wird der zweite flüssige Fügestoff 8 ausgehärtet, so dass der Halbleiterchipverbund 6 mechanisch stabil und elektrisch leitend mit der Montagefläche 7 verbunden wird. Das fertige elektronische Bauelement ist schematisch in 4 dargestellt und wird im Folgenden beschrieben.
Das elektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 weist einen Träger mit einer Montagefläche 7 auf. Auf der Montagefläche 7 ist ein Halbleiterchipverbund 6 befestigt, vorliegend mit einem elektrisch leitenden zweiten Fügestoff 8, beispielsweise einem Silikon, das mit Silberpartikeln gefüllt ist. Der Halbleiterchipverbund 6 weist vorliegende vier strahlungsemittierende Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B auf, von denen einer im Betrieb blaues Licht, einer im Betrieb grünes Licht, einer im Betrieb gelbes Licht und einer im Betrieb rotes Licht aussendet.
Jeder elektronische Halbleiterchip 1R, 1G, 1Y, 1B des Halbleiterchipverbunds 6 ist vorliegend mit dem elektrisch leitenden zweiten Fügestoff 8 mechanisch stabil und elektrisch leitend mit der Montagefläche 7 verbunden. Insbesondere ist jeder elektronische Halbleiterchip 1R, 1G, 1Y, 1B des Halbleiterchipverbunds 6 mit dem zweiten elektrisch leitenden Fügestoff 8 mechanisch stabil und elektrisch leitend mit einer gemeinsamen Kontaktstelle (nicht dargestellt) verbunden, die von der Montagefläche 7 umfasst ist.
Die Montagefläche 7 ist vorliegend frei von Stoppstrukturen für den zweiten flüssigen Fügestoff 8. Da die elektronischen Halbleiterchips 1R, 1G, 1Y, 1B vor der Montage auf die Montagefläche 7 bereits mit dem ersten festen Fügestoff 4' zu einem mechanisch stabilen Halbleiterchipverbund 6 verbunden sind, kann mit Vorteil auf Stoppstrukturen auf der Montagefläche 7 verzichtet werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 werden zunächst die Schritte durchgeführt wie anhand der 1 bis 2 bereits beschrieben. Dann wird im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 mehrere Tropfen eines zweiten flüssigen Fügestoffs 8, beispielsweise eines elektrisch leitenden Klebstoffs, auf die Montagefläche 7 aufgebracht (5). Die Tropfen des zweiten flüssigen Fügestoffs 8 stehen hierbei miteinander in direktem Kontakt. Auf die Tropfen des zweiten flüssigen Fügestoffs 8 wird ein Halbleiterchipverbund 6 aufgesetzt und der zweite flüssige Fügestoff 8 ausgehärtet, so dass der Halbleiterchipverbund 6 mechanisch stabil mit der Montagefläche 7 verbunden ist (6).
Die Anordnung 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 umfasst im Unterschied zu den Anordnungen 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 lediglich zwei elektronische Halbleiterchips 1B, 1G, von denen der eine im Betrieb blaues Licht und der andere im Betrieb grünes Licht von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Die elektronischen Halbleiterchips 1B, 1G weisen vorliegend gleiche Abmessungen auf. Besonders bevorzugt werden elektronische Halbleiterchips 1B, 1G mit vergleichsweise kleiner Länge L der Seitenwände 9, beispielsweise nicht größer als 2 Millimeter oder nicht größer als 750 Mikrometer, verwendet. Der Abstand d zwischen den Seitenwänden 9 der beiden elektronischen Halbleiterchips 1B, 1G ist vorliegend nicht größer als 100 Mikrometer, besonders bevorzugt nicht größer als 50 Mikrometer. Ein Schwerpunkt S der Anordnung 3 liegt zwischen den beiden elektronischen Halbleiterchips 1B, 1G.
Die Anordnung der elektronischen Halbleiterchips 1B, 1G gemäß dem Ausführungsbeispiel der 8 weist im Unterschied zu der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 einen zusätzlichen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1R auf, der im Betrieb rotes Licht emittiert. Der Schwerpunkt S der Anordnung 3, auf den der erste flüssige Fügestoff 4 zur Bildung eines Halbleiterchipverbunds 6 aufgebracht wird, ist hierbei zwischen den elektronischen Halbleiterchips 1B, 1G, 1R angeordnet.
Die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 9 weist im Unterschied zu der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 statt des im Betrieb grün emittierenden Halbleiterchips 1G einen elektronischen Halbleiterchip 1B auf, der im Betrieb blaues Licht emittiert.
Die Anordnung 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 weist sechs elektronische Halbleiterchips 1B, 1G auf. Hierbei emittiert ein elektronischer Halbleiterchip 1B im Betrieb blaues Licht, ein elektronischer Halbleiterchip 1G im Betrieb grünes Licht, zwei elektronische Halbleiterchips 1Y im Betrieb gelbes Licht und zwei elektronische Halbleiterchips 1R im Betrieb rotes Licht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1R, 1G, 1B, 1Y: elektronischer Halbleiterchip
2: Hilfsträger
3: Anordnung
4, 4': erster Fügestoff
5: Düse
6: Halbleiterchipverbund
7: Montagefläche
8: zweiter Fügestoff
9: Seitenwand
d: Abstand
S: Schwerpunkt
L: Länge der Seitenwand

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit den Schritten: - Aufbringen zumindest zweier elektronischer Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) in einem vorgegebenen Abstand (d) zueinander auf einen Hilfsträger (2), - Einbringen eines ersten flüssigen Fügestoffs (4) zwischen die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y), - Aushärten des ersten flüssigen Fügestoffs (4) zu einem ersten festen Fügestoff (4'), so dass ein Halbleiterchipverbund (6) umfassend die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) und den ersten festen Fügestoff (4') entsteht, und - Anordnen des Halbleiterchipverbunds (6) auf einer Montagefläche (7).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der erste flüssige Fügestoff (4) durch Dispensen mit einer Düse (5) zwischen die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) eingebracht wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Durchmesser der Düse (5) kleiner ist als der Abstand (d) zwischen den elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y).
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich der erste flüssige Fügestoff (4) aufgrund von Kapillarkräften zwischen Seitenwänden (9) der elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) ausbreitet.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) auf dem Hilfsträger (2) eine Anordnung (3) mit einem geometrischen Schwerpunkt (S) ausbilden, der zwischen den elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) liegt, - der erste flüssige Fügestoff (4) auf den geometrischen Schwerpunkt (S) aufgebracht wird, und - sich der erste flüssige Fügestoff (4) aufgrund von Kapillarkräften zwischen den Seitenwänden (9) der elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) ausbreitet.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Verhältnis einer Länge (L) einer Seitenwand (9) zumindest eines elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) zu einem Abstand (d) zwischen den elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) nicht größer ist als 15.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Länge (L) der Seitenwände (9) zumindest eines elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) nicht größer ist als 2 Millimeter.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Abstand (d) zwischen den elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) nicht größer ist als 100 Mikrometer.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zweite Hauptflächen der elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) frei bleiben von dem ersten flüssigen Fügestoff (4).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der erste flüssige Fügestoff (4) ein flüssiges Harz ist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Hilfsträger (7) eine Klebefolie ist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Halbleiterchipverbund (6) mit einem zweiten flüssigen Fügestoff (8) auf der Montagefläche (7) befestigt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Montagefläche (7) frei ist von Stoppstrukturen für den ersten flüssigen Fügestoff (4) und/oder den zweiten flüssigen Fügestoff (8).
Elektronisches Bauelement mit: - zumindest zwei elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y), die in einem Abstand (d) zueinander angeordnet sind, - einem ersten festen Fügestoff (4'), der die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) mechanisch stabil miteinander verbindet, so dass die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) und der erste feste Fügestoff (4') einen Halbleiterchipverbund (6) ausbilden, und - einer Montagefläche (7), auf dem der Halbleiterchipverbund (6) angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Montagefläche (7) eine elektrische Kontaktstelle aufweist, mit der jeder der elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) elektrisch leitend verbunden ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem die elektronischen Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) strahlungsemittierende Halbleiterchips sind, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussenden.
Elektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1R, 1G, 1B, 1Y) Licht unterschiedlicher Farbe aussenden.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem es sich bei zumindest einem elektronischen Halbleiterchips um einen Sensor handelt.