DE102019219016A1

DE102019219016A1 - Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer optoelektronischen vorrichtung

Info

Publication number: DE102019219016A1
Application number: DE102019219016.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dobner; Ludwig Hofbauer; Bernd Boehm; Bjoern Hoxhold; Matthias Stark; Andreas Waldschik; Hermann Nuss; Stefan Merl; Stefan Rass; Erwin Beer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN114730759A; US20230006118A1; WO2021110580A1

Abstract

Es wird eine optoelektronische Vorrichtung (1) mit einem Träger (3) und einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2) angegeben, wobei die Halbleiterchips mit einem Verbindungsmittel (4) an dem Träger befestigt sind und die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche (21) jeweils zumindest eine Kontaktfläche (25) aufweisen. Die Kontaktflächen sind jeweils mit einer Anschlussbahn (5) elektrisch kontaktiert, wobei die Anschlussbahn über eine Kante (210) der Hauptfläche des Halbleiterchips auf den Träger geführt ist.Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.
Zur Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen werden oftmals Leuchtdioden (kurz LEDs) auf Leiterplatten montiert und mit diesen elektrisch leitend verbunden.
Eine Aufgabe ist es, eine optoelektronische Vorrichtung anzugeben, welche vereinfacht herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine optoelektronische Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird eine optoelektronische Vorrichtung mit einem Träger und einer Mehrzahl von Halbleiterchips angegeben. Die Halbleiterchips sind beispielsweise zur Erzeugung von Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Beispielsweise weisen die Halbleiterchips mindestens einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Die Halbleiterchips einer optoelektronischen Vorrichtung können bezüglich der emittierten Strahlung gleichartig sein. Die Halbleiterchips unterscheiden sich also hinsichtlich ihrer spektralen Abstrahlcharakteristik nur im Rahmen herstellungsbedingter Toleranzen. Alternativ können auf dem Träger unterschiedliche Halbleiterchips angeordnet sein, beispielsweise Halbleiterchips, die in unterschiedlichen Spektralbereichen Strahlung emittieren, etwa im roten, grünen und blauen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung sind die Halbleiterchips mit einem Verbindungsmittel an dem Träger befestigt. Das Verbindungsmittel dient insbesondere der mechanisch stabilen Befestigung der Halbleiterchips an dem Träger. Beispielsweise enthält das Verbindungsmittel einen Klebstoff, etwa ein Polymermaterial wie ein Silikon oder ein Epoxid.
Insbesondere kann das Verbindungsmittel elektrisch isolierend sein. Das Verbindungsmittel dient also nicht der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips.
Weiterhin kann das Verbindungsmittel für die im Betrieb von der optoelektronischen Vorrichtung abzustrahlende Strahlung durchlässig sein. Beispielsweise ist das Verbindungsmittel zwischen den Halbleiterchips und einer Strahlungsaustrittsfläche der optoelektronischen Vorrichtung angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weisen die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche zumindest eine Kontaktfläche auf. Insbesondere können die Halbleiterchips alle für die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips erforderlichen Kontaktflächen an dieser Hauptfläche aufweisen. Die Kontaktflächen dienen beispielsweise der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips, sodass durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei Kontaktflächen Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich gelangen und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung sind die Kontaktflächen jeweils mit einer Anschlussbahn elektrisch kontaktiert. Die Anschlussbahn grenzt insbesondere unmittelbar an die Kontaktflächen an.
Die Anschlussbahnen dienen insbesondere auch der elektrischen Verbindung der Halbleiterchips untereinander. Beispielsweise ist zumindest ein Teil der Halbleiterchips in einer Serienschaltung oder einer Parallelschaltung oder einer Kombination aus einer Serienschaltung und einer Parallelschaltung miteinander verbunden. Weiterhin können sich einige der Halbleiterchips oder auch alle Halbleiterchips auch in einer Matrix-Verschaltung befinden, beispielsweise in Form einer Aktiv-Matrix oder einer Passiv-Matrix.
Insbesondere ist die Anschlussbahn über eine Kante der Hauptfläche des Halbleiterchips auf den Träger geführt. Die Anschlussbahn ist zum Beispiel in Form einer Beschichtung des Trägers mit den auf dem Träger angeordneten Halbleiterchips ausgebildet. Bonddrähte sind für die elektrische Kontaktierung der auf der Hauptfläche angeordneten Kontaktflächen der Halbleiterchips also nicht erforderlich. Insbesondere befindet sich zwischen den Halbleiterchips und der Anschlussbahn kein gasförmiges Medium wie beispielsweise Luft.
In mindestens einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die optoelektronische Vorrichtung einen Träger und eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, wobei die Halbleiterchips mit einem Verbindungsmittel an dem Träger befestigt sind und die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche jeweils zumindest eine Kontaktfläche aufweisen. Die Kontaktflächen sind jeweils mit einer Anschlussbahn elektrisch kontaktiert, wobei die Anschlussbahn über eine Kante der Hauptfläche des Halbleiterchips auf dem Träger geführt ist.
Bei der Herstellung einer solchen optoelektronischen Vorrichtung können die Halbleiterchips auf einem Träger angeordnet werden, wobei der Träger zu diesem Zeitpunkt selbst noch völlig unstrukturiert sein kann. Insbesondere benötigt der Träger zu diesem Zeitpunkt noch keine Leiterbahnen, mit welchen die Halbleiterchips elektrisch kontaktiert werden. Die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips über die Anschlussbahnen kann also zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem die Halbleiterchips bereits an dem Träger befestigt sind. Durch das Ausbilden der Anschlussbahnen in Form einer Beschichtung können alle Anschlussbahnen gleichzeitig ausgebildet werden, so dass alle Halbleiterchips in einem Herstellungsschritt elektrisch kontaktiert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung bedeckt das Verbindungsmittel eine Seitenfläche des Halbleiterchips zumindest bereichsweise. In einer Draufsicht auf die optoelektronische Vorrichtung weist das Verbindungsmittel eine größere laterale Ausdehnung auf als der jeweilige Halbleiterchip, der mit dem Verbindungsmittel an dem Träger befestigt ist. Zum Beispiel umläuft das Verbindungsmittel den jeweiligen Halbleiterchip entlang des gesamten Umfangs des Halbleiterchips.
Der Begriff „lateral“ bezieht sich hierbei auf eine Richtung, welche parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Trägers verläuft. Entsprechend bezeichnet eine vertikale Richtung eine senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers verlaufende Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist das Verbindungsmittel eine Viskosität zwischen einschließlich 5 Pa*s und einschließlich 30 Pa*s, bevorzugt zwischen einschließlich 10 Pa*s und einschließlich 20 Pa*s auf. Es hat sich gezeigt, dass ein Verbindungsmittel mit einer Viskosität in diesem Bereich besonders zuverlässig die Seitenflächen der Halbleiterchips bedecken kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist das Verbindungsmittel einen Thixotropie-Index zwischen einschließlich 2 und einschließlich 8, insbesondere zwischen einschließlich 3 und einschließlich 5 auf. Der Thixotropie-Index eines Materials ist ein Maß dafür, wie stark sich die Viskosität des Materials infolge äußerer mechanischer Einflüsse, etwa durch Einwirkung von Druck und/oder Scherkräften, verändert. Beispielsweise ist der Thixotropie-Index durch den Quotienten zwischen einer Viskosität bei niedriger Drehzahl und einer Viskosität bei hoher Drehzahl eines Rotationsviskosimeters bestimmbar, wobei die hohe Drehzahl typischerweise zehnmal so groß ist wie die niedrige Drehzahl. Je stärker sich die Viskosität bei hohen Drehzahlen verringert, desto höher ist der Thixotropie-Index. Es hat sich gezeigt, dass ein Verbindungsmittel mit einem Thixotropie-Index in diesem Bereich besonders zuverlässig so verarbeitbar ist, dass die Seitenflächen der Halbleiterchips bedeckt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung grenzt die Anschlussbahn unmittelbar an das Verbindungsmittel an. Insbesondere kann das Verbindungsmittel in lateraler Richtung gesehen das einzige Element sein, welches sich zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips und der Anschlussbahn befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung ist der zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene aktive Bereich des Halbleiterchips an der Seitenfläche von dem Verbindungsmittel bedeckt. Das Verbindungsmittel kann also der elektrischen Isolierung des aktiven Bereichs von der Anschlussbahn dienen. Der Halbleiterchip selbst muss an der Seitenfläche also keine Isolationsschicht wie beispielsweise eine Passivierungsschicht aufweisen. Eine solche Isolationsschicht kann jedoch zusätzlich vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung ist die Seitenfläche des Halbleiterchips vom Träger aus gesehen bis mindestens 1 %, mindestens 30 % oder mindestens 50 % oder mindestens 80 % einer Höhe des Halbleiterchips mit dem Verbindungsmittel bedeckt. Weiterhin kann die Seitenfläche bis zu 100 % der Höhe des Halbleiterchips bedeckt sein, etwa zwischen einschließlich 1 % und einschließlich 100 %.
Die Höhe bezeichnet hierbei die Ausdehnung des Halbleiterchips in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers. Je weiter sich das Verbindungsmittel vom Träger in Richtung der Kante der Hauptfläche der Halbleiterchips erstreckt, desto geringer ist der Höhenunterschied, welcher von der Anschlussbahn an der Kante des Halbleiterchips überwunden werden muss. Dadurch vereinfachen sich eine zuverlässige Herstellung der Anschlussbahn und damit die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung beträgt ein Winkel zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips und einer Außenfläche des Verbindungsmittels zumindest stellenweise mindestens 10° oder mindestens 30° oder mindestens 45°. Die Außenfläche ist hierbei diejenige Fläche des Verbindungsmittels, die der Seitenfläche des Halbleiterchips abgewandt ist. Bei einer gekrümmten Außenfläche ändert sich dieser Winkel abhängig vom Abstand von der Seitenfläche. In diesem Fall bezieht sich der Winkel auf eine Tangente an der jeweiligen Stelle der Außenfläche in einer Schnittebene, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trägers und senkrecht zur Seitenfläche des Halbleiterchips verläuft. Beispielsweise beträgt der Winkel an jeder Stelle der Außenfläche mindestens 10° oder mindestens 30°.
Je größer der Winkel zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips und der Außenfläche des Verbindungsmittels ist, desto flacher ist die von der Anschlussbahn zu überformenden Flanke.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung grenzt die Anschlussbahn stellenweise unmittelbar an die Seitenfläche des Halbleiterchips an. Beispielsweise grenzt die Anschlussbahn entlang der Seitenfläche des Halbleiterchips gesehen zwischen der Kante der Hauptfläche des Halbleiterchips und der Außenfläche des Verbindungsmittels im Bereich der Seitenfläche des Halbleiterchips an die Seitenfläche des Halbleiterchips an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung sind der Träger und das Verbindungsmittel für eine von den Halbleiterchips im Betrieb zu erzeugende Strahlung durchlässig. Insbesondere kann eine den Halbleiterchips abgewandte Seite des Trägers die Strahlungsaustrittsfläche der optoelektronischen Vorrichtung bilden.
Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips auf einer Montageseite des Trägers angeordnet und eine der Montageseite gegenüberliegende Rückseite des Trägers bildet die Strahlungsaustrittsfläche der optoelektronischen Vorrichtung. Die in den aktiven Bereichen der Halbleiterchips erzeugte Strahlung durchläuft also das Verbindungsmittel und den Träger, bevor sie aus der Strahlungsaustrittsfläche der optoelektronischen Vorrichtung austritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Anschlussbahn in einer Draufsicht auf die optoelektronische Vorrichtung eine Querausdehnung von höchstens 30 µm oder höchstens 20 µm auf.
Die Querausdehnung der Anschlussbahn bezeichnet hierbei die Ausdehnung der Anschlussbahn senkrecht zu einer Haupterstreckungsachse der Anschlussbahn. Die Haupterstreckungsachse der Anschlussbahn kann gerade oder stellenweise gekrümmt oder geknickt sein.
Anschlussbahnen mit einer geringen Querausdehnung eignen sich insbesondere in Verbindung mit einem strahlungsdurchlässigen Träger. Insbesondere können die Anschlussbahnen so dünn sein, dass sie für das menschliche Auge bei einer Durchsicht durch die optoelektronische Vorrichtung, insbesondere auch im ausgeschalteten Zustand, nicht störend wirken.
Alternativ kann die Querausdehnung der Anschlussbahn auch größer sein. Beispielsweise ist die Querausdehnung höchstens so groß wie eine Kantenlänge des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung grenzen die Anschlussbahnen stellenweise unmittelbar an den Träger an, insbesondere an die Montageseite des Trägers. Insbesondere grenzen die Anschlussbahnen an den Stellen unmittelbar an den Träger an, an denen der Träger in Draufsicht auf die optoelektronische Vorrichtung frei von dem Verbindungsmittel ist. Beispielsweise grenzen die Anschlussbahnen zwischen benachbarten Halbleiterchips stellenweise unmittelbar an den Träger an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung ist das Verbindungsmittel einstückig ausgebildet und seitlich des Halbleiterchips das einzige Element zwischen dem Träger und der Anschlussbahn. Es hat sich gezeigt, dass das für die Befestigung der Halbleiterchips vorgesehene Verbindungsmittel so ausgebildet werden kann, dass es zusätzlich weitere Funktionen erfüllen kann, insbesondere das vereinfachte Führen der Anschlussbahnen über die Kante der Halbleiterchips und/oder die elektrische Isolierung der aktiven Bereiche von den jeweiligen Anschlussbahnen. Zusätzliche Elemente wie beispielsweise Isolierungsschichten, welche nach dem Befestigen der Halbleiterchips auf dem Träger aufgebracht werden, sind nicht erforderlich.
In alternativen Ausführungsformen der optoelektronischen Vorrichtung kann jedoch zusätzlich zu dem Verbindungsmittel eine solche Isolationsschicht vorgesehen sein, wobei die Isolationsschicht zumindest stellenweise zwischen dem Träger und der Anschlussbahn verläuft. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung einer vorstehend beschriebenen optoelektronischen Vorrichtung. Im Zusammenhang mit der optoelektronischen Vorrichtung beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung wird ein Träger bereitgestellt und eine Mehrzahl von Halbleiterchips wird auf dem Träger angeordnet, wobei die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche jeweils mindestens eine Anschlussfläche aufweisen. Auf dem Träger mit den auf dem Träger angeordneten Halbleiterchips werden Anschlussbahnen ausgebildet. Das Ausbilden der Anschlussbahnen erfolgt also erst, nachdem die Halbleiterchips an dem Träger bereits angeordnet und insbesondere an dem Träger befestigt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden Positionen der Halbleiterchips, insbesondere Positionen der Anschlussflächen der Halbleiterchips, auf dem Träger nach dem Anordnen auf dem Träger erfasst und die Anschlussbahnen werden basierend auf den ermittelten Positionen ausgebildet.
Für jede herzustellende optoelektronische Vorrichtung kann also ermittelt werden, an welchen Positionen die Halbleiterchips exakt platziert worden sind und wo sich die mit den Anschlussbahnen zu kontaktierenden Anschlussflächen tatsächlich befinden. Fertigungstoleranzen bedingt durch den Platzierungsprozess der Halbleiterchips auf dem Träger können so beim Ausbilden der Anschlussbahnen berücksichtigt werden. Dadurch kann auch mit besonders schmalen Anschlussbahnen eine zuverlässige Kontaktierung der Halbleiterchips erfolgen. Im Unterschied hierzu müssen bei Vorrichtungen, bei denen sich auf dem Träger bereits vor der Montage der Halbleiterchips elektrisch leitfähige Flächen für die Montage und die Kontaktierung der Halbleiterchips befinden, diese elektrisch leitfähigen Flächen so groß ausgebildet sein, dass die zu elektrisch kontaktierenden Halbleiterchips auch bei einem lateralen Versatz im Rahmen der Herstellungstoleranzen bei der Platzierung der Halbleiterchips elektrisch kontaktiert werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist dagegen die Breite der Anschlussbahnen in lateraler Richtung völlig unabhängig von der Genauigkeit des Platzierungsverfahrens, mit dem die Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Positionen mittels automatischer optischer Inspektion erfasst. Die optisch erfasste tatsächliche Position der Halbleiterchips kann beispielsweise in einem Speicher hinterlegt werden und für das nachfolgende Ausbilden der Anschlussbahnen genutzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Träger eine Folie oder enthält ein Glas. Beispielsweise ist der Träger zumindest während des Anordnens der Halbleiterchips auf dem Träger und/oder während des Ausbildens der Anschlussbahnen auf dem Träger auf einem Hilfsträger angeordnet.
Beispielsweise wird der Träger, insbesondere in Form einer Folie, auf einen Hilfsträger laminiert und nach der Herstellung von dem Hilfsträger wieder entfernt. Dadurch können die Vorteile eines flexiblen Trägers mit der vereinfachten Prozessierung auf einem starren Träger vereint werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips beim Anordnen auf dem Träger mit einem Verbindungsmittel an dem Träger befestigt und das Verbindungsmittel bedeckt beim Befestigen der Halbleiterchips zumindest stellenweise die Seitenflächen der Halbleiterchips.
Insbesondere wird pro Halbleiterchip gezielt mehr Material des Verbindungsmittels verwendet als für die reine Befestigung des Halbleiterchips an dem Träger erforderlich wäre. Das lateral über die Halbleiterchips hinauslaufende Material des Verbindungsmittels kann die Seitenflächen der Halbleiterchips bedecken. Der Grad der Bedeckung der Seitenflächen ist beispielsweise über die Menge des Verbindungsmittels und/oder die Viskosität des Verbindungsmittels und/oder den Thixotropie-Index einstellbar.
Mit der beschriebenen optoelektronischen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren können insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
Die Halbleiterchips können mittels der Anschlussbahnen elektrisch kontaktiert werden, nachdem sie bereits auf dem Träger angeordnet und insbesondere an diesem befestigt sind. Der Träger kann hierbei starr oder flexibel sein und kann zum Zeitpunkt der Bestückung mit Halbleiterchips völlig unstrukturiert, insbesondere frei von metallischen Kontaktbahnen ausgebildet sein.
Das Verbindungsmittel, mit dem die Halbleiterchips an dem Träger befestigt werden, kann zusätzlich weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise die Funktion einer elektrischen Isolierung der aktiven Bereiche der Halbleiterchips von den zugeordneten Anschlussbahnen und/oder der Ausbildung einer Rampe an den Seitenflächen der Halbleiterchips, über die eine Führung der Anschlussbahnen erfolgen kann. Auf zusätzliche Isolationsschichten an der Seitenfläche des Halbleiterchips und/oder auf dem Träger kann verzichtet werden. Solche Isolationsschichten können jedoch zusätzlich vorhanden sein. Eine derartige Befestigung eignet sich sowohl für starre als auch für flexible Träger.
Die Abstrahlung der optoelektronischen Vorrichtung kann durch den Träger hindurch erfolgen. Weiterhin kann die optoelektronische Vorrichtung insgesamt im ausgeschalteten Zustand eine hohe Durchlässigkeit aufweisen, sodass die optoelektronische Vorrichtung beispielsweise auch an einem Fenster oder einer Scheibe eines Fahrzeugs befestigt werden kann, ohne die Sicht durch das Fenster oder die Scheibe wesentlich zu beeinträchtigen.
Während der Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung können die Positionen der auf dem Träger angeordneten Halbleiterchips erfasst werden, bevor die Anschlussbahnen ausgebildet werden. Die laterale Struktur der Beschichtung, mit der die Anschlussbahnen ausgebildet werden, kann in Kenntnis der realen Position der Halbleiterchips spezifisch für die jeweilige Vorrichtung ausgebildet werden, sodass Positionsabweichungen aufgrund von Justagetoleranzen des Platzierungsprozesses berücksichtigt werden können. Dadurch können besonders schmale Anschlussbahnen erreicht werden. Für eine hinreichende Stromtragfähigkeit kann der Querschnitt der Anschlussbahnen gegebenenfalls durch Erhöhung der Dicke der Anschlussbahnen vergrößert werden, ohne eine signifikant verstärkte Abschattung beim Blick durch die optoelektronische Vorrichtung zu bewirken.
Die optoelektronische Vorrichtung eignet sich generell für Anwendungen, bei denen mehrere Halbleiterchips erforderlich sind, beispielsweise in einer matrixförmigen Anordnung. Insbesondere können die Vorrichtungen auch für eine Montage an gekrümmten Flächen und/oder an Fenstern oder Scheiben ausgebildet werden, beispielsweise in einem Fahrzeug, etwa einem Kraftfahrzeug.
Weiterhin können die Vorrichtungen einfach an spezifische Anforderungen hinsichtlich des Designs von Lichtquellen oder Anzeigevorrichtungen angepasst werden.
Weitere Zweckmäßigkeiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:

Die 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Vorrichtung anhand eines Ausschnitts in Schnittansicht (1A) und in Draufsicht (1B);
die 2A, 2B und 2C ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten;
die 3A und 3B ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung anhand von Zwischenschritten in schematischer Schnittansicht (3A) und in schematischer Draufsicht (3B); und
4 eine Messung eines Linienprofils eines mit einem Verbindungsmittel befestigten Halbleiterchips.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Insbesondere können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur verbesserten Darstellung oder zum verbesserten Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung ist lediglich zur vereinfachten Darstellung ein Ausschnitt mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip 2 gezeigt. Die optoelektronische Vorrichtung 1 kann eine Vielzahl solcher Halbleiterchips 2 auf einem Träger 3 aufweisen, beispielsweise mindestens 5 oder mindestens 10 oder mindestens 100. Beispielsweise sind die Halbleiterchips 2 zumindest teilweise zueinander elektrisch in Serie und/oder elektrisch parallel zueinander verschaltet. Weiterhin können die Halbleiterchips 2 oder Gruppen von Halbleiterchips einzeln ansteuerbar sein, beispielsweise mittels einer Matrixverschaltung, etwa einer Aktiv-Matrix-Verschaltung oder einer Passiv-Matrix-Verschaltung.
Der Halbleiterchip 2 ist mittels eines Verbindungsmittels 4 an dem Träger 3 befestigt. Der Träger 3 weist eine den Halbleiterchips zugewandte Montageseite 31 und eine der Montageseite gegenüberliegende Rückseite 32 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Rückseite des Trägers 3 eine Strahlungsaustrittsfläche 10 der optoelektronischen Vorrichtung 1. Der Halbleiterchip 2 weist auf einer dem Träger 3 abgewandten Hauptfläche 21 Kontaktflächen 25 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 auf. Die dem Träger 3 zugewandte Seite des Halbleiterchips 2 ist frei von Kontakten für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 2.
Im Betrieb der optoelektronischen Vorrichtung 1 können über die Kontaktflächen 25 Ladungsträger in den Halbleiterchip 2 injiziert werden und in einem aktiven Bereich 20 des Halbleiterchips, beispielsweise einem pn-Übergang, unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Beispielsweise eignen sich für die Halbleiterchips 2 LEDs in so genannter Flipchip-Geometrie, bei denen an der Hauptfläche, an denen sich die Kontaktflächen befinden, keine oder zumindest nur ein geringer Anteil der im Betrieb erzeugten Strahlung ausstritt.
Die Kontaktflächen 25 sind jeweils über eine Anschlussbahn 5 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktbahn 5 ist über eine Kante 210 der Hauptfläche 21 des Halbleiterchips 2 geführt. In einer Draufsicht auf die Montageseite 31 des Trägers 3 überdeckt eine Anschlussbahn 5 jeweils eine Kontaktfläche 25 des Halbleiterchips 2 zumindest bereichsweise.
Das Verbindungsmittel 4 bedeckt bereichsweise eine Seitenfläche 22 des Halbleiterchips 2. Insbesondere bedeckt das Verbindungsmittel 4 die Seitenfläche 22 auf Höhe des aktiven Bereichs 20. Das Verbindungsmittel 4 isoliert den aktiven Bereich 20 elektrisch von der Anschlussbahn 5.
Die Hauptfläche 21 des Halbleiterchips 2 ist frei von Material des Verbindungsmittels 4. In lateraler Richtung ragt das Verbindungsmittel 4 in Draufsicht auf die optoelektronische Vorrichtung 1 über den Halbleiterchip 2 hinaus, insbesondere entlang des gesamten Umfangs des Halbleiterchips 2. Die Anschlussbahn 5 grenzt unmittelbar an das Verbindungsmittel 4 an. Seitlich der Halbleiterchips 2 grenzt die Anschlussbahn 5 unmittelbar an die Montageseite 31 des Trägers 3 an.
In einem Bereich der Seitenfläche 22, der von dem Verbindungsmittel 4 nicht bedeckt ist, grenzt die Anschlussbahn 5 an den Halbleiterchip 2 an. Insbesondere ist das Verbindungsmittel 4 das einzige Element, welches in lateraler Richtung gesehen zwischen der Seitenfläche 22 des Halbleiterchips 2 und der Anschlussbahn 5 angeordnet ist. Auf der der Rückseite 32 abgewandten Seite des Trägers 3 kann optional eine Schutzschicht 6 ausgebildet sein.
Beispielsweise ist die Schutzschicht 6 auf dem Träger 3 auflaminiert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Träger 3 zweckmäßigerweise strahlungsdurchlässig. Beispielsweise enthält der Träger 3 ein Kunststoff-Material, beispielsweise Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), ein Imid, etwa Polyimid (PI), oder Polymethylmethacrylat (PMMA), oder ein Glas.
Derartige Materialien eignen sich insbesondere auch für einen Träger 3, welcher flexibel in Form einer Folie ausgebildet ist. Alternativ kann auch ein starrer Träger 3 Anwendung finden, beispielsweise kann der Träger ein Glas enthalten.
Eine Querausdehnung der Anschlussbahnen 5 kann besonders filigran ausgebildet werden. Beispielsweise beträgt die Querausdehnung höchstens 30 µm oder höchstens 20 µm. In Verbindung mit einem strahlungsdurchlässigen Träger 3 kann so eine optoelektronische Vorrichtung 1 realisiert werden, welche seitlich der Halbleiterchips 2 weitestgehend durchsichtig ist. Insbesondere können die Anschlussbahnen 5 so dünn ausgeführt werden, dass sie für einen menschlichen Betrachter beim Durchblick durch die optoelektronische Vorrichtung nicht störend wirken.
Zwischen dem aktiven Bereich 20 und dem Träger 3 befinden sich also keine strahlungsundurchlässigen Schichten wie beispielsweise Metallschichten für die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips 2.
In 4 ist eine Messung eines Linienprofils einer Höhe h eines Halbleiterchips 2 gezeigt, welcher wie vorstehend beschrieben mittels eines Verbindungsmittels 4 an einem Träger 3 befestigt ist. Diese Messung belegt, dass ein großer Teil der Seitenflächen des Halbleiterchips durch das Verbindungsmittel 4 bedeckt werden kann. Weiterhin können große Winkel zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips 2 und der Außenfläche des Verbindungsmittels 4 realisiert werden.
Das Ausbilden der Anschlussbahnen 5 in Form einer Beschichtung wird mittels des die Seitenflächen 22 bedeckenden Verbindungsmittels 4 vereinfacht. Je weiter sich das Verbindungsmittel 4 in vertikaler Richtung entlang der Seitenfläche 22 bis zur Kante 210 der Hauptfläche 21 erstreckt, desto geringer ist der Höhenunterschied, der an der Kante 210 von der Anschlussbahn 5 überformt werden muss. Weiterhin kann eine Außenfläche 41 des Verbindungsmittels 4 einen vergleichsweise großen Winkel 410 zur Seitenfläche 22 des Halbleiterchips 2 einnehmen, beispielsweise mindestens 30° oder mindestens 45°. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Anschlussbahn 5 über die Kante 210 hinweg weiter erhöht.
Als strahlungsdurchlässiges Verbindungsmittel eignet sich beispielsweise ein Epoxid oder ein Silikon. Vorzugsweise handelt es sich um ein Epoxid oder Silikon mit einer Viskosität zwischen 10 und 20 Pa*s und einem Thixotropie-Index zwischen 3 und 5.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend eignet sich die beschriebene Ausgestaltung des Verbindungsmittels 4 aber auch für andere Formen der optoelektronischen Vorrichtung 1. Beispielsweise kann die Abstrahlung der optoelektronischen Vorrichtung 1 auch an der Seite erfolgen, auf der sich die Halbleiterchips 2 auf dem Träger 3 befinden, also an der Montageseite. In diesem Fall kann der Träger 3 auch strahlungsundurchlässig, beispielsweise für die zu erzeugende Strahlung reflektierend sein. Weiterhin kann auch das Verbindungsmittel 4 strahlungsundurchlässig sein, beispielsweise reflektierend.
Ferner kann auch ein starrer Träger Anwendung finden. Weiterhin ist auch denkbar, dass der Halbleiterchip 2 an der Hauptfläche 21 nur eine Kontaktfläche 25 aufweist und eine weitere Kontaktfläche auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips 2 angeordnet ist. In diesem Fall kann also auch nur eine Kontaktfläche pro Halbleiterchip mittels einer Anschlussbahn in Form einer Beschichtung elektrisch kontaktiert werden.
Anhand der 2A bis 2C ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung gezeigt, wobei exemplarisch eine Vorrichtung hergestellt wird, wie sie im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben ausgebildet ist.
Ein Träger 3 wird bereitgestellt (2A). Bei einem flexiblen Träger 3 wird dieser vorzugsweise auf einem Hilfsträger 7 angeordnet. Beispielsweise wird der Träger 3 auf den Hilfsträger 7 geklebt, etwa durch Laminierung unter Verwendung eines Trockenresists.
Die Prozessierung auf dem flexiblen Träger 3 kann so analog zur Prozessierung auf einem starren Träger erfolgen.
Auf den Träger 3 werden Halbleiterchips 2 mittels eines Verbindungsmittels 4 aufgebracht (2B). Beim Platzieren der Halbleiterchips 2 auf dem Träger 3 wird Material des Verbindungsmittels 4 seitlich verdrängt und bedeckt stellenweise die Seitenflächen 22 der Halbleiterchips 2. Der Grad der Bedeckung der Seitenflächen 22 ist über die Menge des Verbindungsmittels in Kombination mit der Viskosität des Verbindungsmittels und dessen Thixotropie-Indizes einstellbar. Beispielsweise basiert das Verbindungsmittel auf einem Polymermaterial, etwa einem Epoxid oder einem Silikon.
Das Verbindungsmittel 4 ist in vertikaler Richtung gesehen das einzige Element zwischen der Montageseite 31 des Trägers 3 und dem Halbleiterchip 2.
Die Hauptfläche 21 des Halbleiterchips 2 bleibt frei von dem Verbindungsmittel 4, insbesondere die Kontaktflächen 25. Das Verbindungsmittel 4 bildet in Schnittansicht gesehen seitlich des Halbleiterchips 2 eine Rampe von der Montageseite 31 des Trägers 3 in Richtung der vom Träger 3 abgewandten Hauptfläche 21 des Halbleiterchips 2.
Nachfolgend wird eine strukturierte metallische Beschichtung zur Ausbildung der Anschlussbahnen 5 aufgebracht. Für die Anschlussbahnen 5 eignet sich beispielsweise Kupfer. Die Anschlussbahnen 5 grenzen jeweils unmittelbar an die zugeordneten Kontaktflächen 25, den zugeordneten Halbleiterchip 2, das Verbindungsmittel 4, und die Montageseite 31 des Trägers 3 an.
Optional kann der Träger 3 mit den darauf aufgebrachten Halbleiterchips 2 nachfolgend mit einer Schutzschicht versehen werden, beispielsweise durch Aufbringen einer Folie, etwa durch Laminieren.
Abschließend kann der Hilfsträger 7 entfernt werden. Der Träger 3 kann auch in Form eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens zu optoelektronischen Vorrichtungen verarbeitet werden.
Die 3A und 3B zeigen Zwischenschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung. Dieses Verfahren entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 2A bis 2C beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Insbesondere können die Halbleiterchips 2 wie im Zusammenhang mit den 2A und 2B beschrieben auf einem Träger 3 befestigt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass das Verbindungsmittel 4 die Seitenflächen 22 der Halbleiterchips 2 nicht oder nicht wesentlich bedeckt und stattdessen beispielsweise nach dem Befestigen der Halbleiterchips auf dem Träger 3 eine Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei diese Isolationsschicht die Seitenflächen 22 der Halbleiterchips 2 stellenweise bedeckt.
Nach dem Befestigen der Halbleiterchips 2 werden die exakten Positionen der Halbleiterchips 2 erfasst, beispielsweise optisch mittels eines Bildaufnahmegeräts 8. Wie in 3B dargestellt, können die Positionen P11, P12, P21, P22, ... der in dem Ausschnitt dargestellten vier Halbleiterchips 2 in einer nominell gleichförmigen Matrixanordnung aufgrund von Toleranzen bei der Platzierung der Halbleiterchips 2 auf dem Träger 3 von einem exakten regulären Muster abweichen. Typische Justagetoleranzen können bis zu 50 µm betragen.
Nach dem Erfassen der Positionen P11, P12, P21, P22,... werden die Anschlussbahnen 5 in Kenntnis dieser Positionen ausgebildet. Der Verlauf der Anschlussbahnen 5 berücksichtigt also die reale Position der Kontaktflächen 25 der Halbleiterchips 2 auf dem Träger 3. Zusammen mit den Anschlussbahnen 5 können auch externe Anschlussflächen 51 der optoelektronischen Vorrichtung 1 ausgebildet werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind rein exemplarisch die Halbleiterchips 2 einer Zeile jeweils elektrisch in Serie verschaltet. Die Art der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips 2 kann jedoch in weiten Grenzen variiert werden.
Insgesamt kann mit diesem Verfahren eine hohe Filigranität der Anschlussbahnen 5 und damit eine hohe Transparenz einer optoelektronischen Vorrichtung 1 erzielt werden. Der für eine hinreichende Stromtragfähigkeit erforderliche Querschnitt der Anschlussbahnen kann durch Erhöhung der Schichtdicke bei der Abscheidung der Anschlussbahnen erreicht werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronische Vorrichtung
10: Strahlungsaustrittsfläche
2: Halbleiterchip
20: aktiver Bereich
21: Hauptfläche
210: Kante
22: Seitenfläche
25: Kontaktfläche
3: Träger
31: Montageseite
32: Rückseite
4: Verbindungsmittel
41: Außenfläche
410: Winkel
5: Anschlussbahn
51: externe Anschlussfläche
6: Schutzschicht
7: Hilfsträger
P11, P12, P21, P22: Position
8: Bildaufnahmegerät

Claims

Optoelektronische Vorrichtung (1) mit einem Träger (3) und einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), wobei - die Halbleiterchips mit einem Verbindungsmittel (4) an dem Träger befestigt sind; - die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche (21) jeweils zumindest eine Kontaktfläche (25) aufweisen; und - die Kontaktflächen jeweils mit einer Anschlussbahn (5) elektrisch kontaktiert sind, wobei die Anschlussbahn über eine Kante (210) der Hauptfläche des Halbleiterchips auf den Träger geführt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmittel eine Seitenfläche (22) des Halbleiterchips zumindest stellenweise bedeckt und die Anschlussbahn unmittelbar an das Verbindungsmittel angrenzt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein zur Erzeugung von Strahlung vorgesehener aktiver Bereich (20) des Halbleiterchips an der Seitenfläche von dem Verbindungsmittel bedeckt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Seitenfläche des Halbleiterchips vom Träger aus gesehen zwischen einschließlich 1 % und einschließlich 100 % einer Höhe des Halbleiterchips mit dem Verbindungsmittel bedeckt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Winkel (410) zwischen der Seitenfläche des Halbleiterchips und einer Außenfläche (41) des Verbindungsmittels zumindest stellenweise mindestens 10° beträgt.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Anschlussbahn stellenweise unmittelbar an die Seitenfläche des Halbleiterchips angrenzt.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger und das Verbindungsmittel für eine von den Halbleiterchips im Betrieb zu erzeugende Strahlung durchlässig sind und wobei eine den Halbleiterchips abgewandte Seite des Trägers eine Strahlungsaustrittsfläche (10) der optoelektronischen Vorrichtung bildet.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussbahn in einer Draufsicht auf die optoelektronischen Vorrichtung eine Querausdehnung von höchstens 30 µm aufweist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussbahnen stellenweise unmittelbar an den Träger angrenzen.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel einstückig ausgebildet ist und seitlich der Halbleiterchips das einzige Element zwischen dem Träger und der Anschlussbahn ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel eine Viskosität zwischen einschließlich 5 Pa*s und einschließlich 30 Pa*s und einen Thixotropie-Index zwischen einschließlich 2 und einschließlich 8 aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Trägers (3); b) Anordnen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2) auf dem Träger, wobei die Halbleiterchips auf einer dem Träger abgewandten Hauptfläche (21) jeweils mindestens eine Anschlussfläche (25) aufweisen; c) Ausbilden von Anschlussbahnen (5) auf dem Träger mit den auf dem Träger angeordneten Halbleiterchips.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Positionen (P11, P12, P21, P22,...) der Halbleiterchips auf dem Träger nach Schritt b) erfasst wird und die Anschlussbahnen in Schritt c) basierend auf den ermittelten Positionen ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Positionen mittels automatischer optischer Inspektion erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Träger eine Folie ist und der Träger zumindest während Schritt b) und c) auf einem Hilfsträger (7) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Träger ein Glas enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Halbleiterchips in Schritt b) mit einem Verbindungsmittel (4) an dem Träger befestigt werden und das Verbindungsmittel beim Befestigen der Halbleiterchips zumindest stellenweise die Seitenflächen der Halbleiterchips bedeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.