DE102020107409B4

DE102020107409B4 - Gehäuse für ein optoelektronisches halbleiterbauelement und optoelektronisches halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102020107409B4
Application number: DE102020107409.3A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Arndt
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP7432002B2; WO2021185598A1; US20230006108A1; KR20220140828A; JP2023518749A; DE102020107409A1

Abstract

Gehäuse (1) für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer Montageseite (10), einem Leiterrahmen (2) und einem Gehäusekörper (5), der an den Leiterrahmen (2) angeformt ist, wobei- der Leiterrahmen (2) ein erstes Leiterrahmenteil (21) und ein zweites Leiterrahmenteil (22) aufweist;- der Gehäusekörper (5) an einer der Montageseite (10) abgewandten Vorderseite (15) eine Kavität (17) zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterchips aufweist;- der Leiterrahmen (2) in der Kavität (17) nur an einer ersten Anschlussstelle (31) des ersten Leiterrahmenteils (21) und an einer zweiten Anschlussstelle (32) des zweiten Leiterrahmenteils (22) des Leiterrahmens (2) freiliegt, wobei- das erste Leiterrahmenteil (21) einen ersten Innenbereich (211) und einen ersten Randbereich (212) aufweist, wobei- der erste Innenbereich (211) und der erste Randbereich (212) an der Montageseite (10) des Gehäuses (1) freiliegen,- der erste Innenbereich (211) in Draufsicht auf das Gehäuse (1) mit der ersten Anschlussstelle (31) überlappt,- der erste Randbereich (212) an einer ersten Seitenfläche (11) des Gehäuses (1) freiliegt,- der erste Innenbereich (211) und der erste Randbereich (212) über einen ersten vorderseitigen Bereich (215) des ersten Leiterrahmenteils (21) miteinander verbunden sind, wobei der erste vorderseitige Bereich (215) von der Montageseite (10) beabstandet ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Gehäuse für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
Für optoelektronische Halbleiterbauelemente, beispielsweise Leuchtdioden, kurz LEDs, können die Halbleiterchips in Gehäusen mit einem Leiterrahmen montiert werden. Zur Verringerung von Reflexionsverlusten kann der Leiterrahmen mit Silber beschichtet sein. Allerdings besteht die Gefahr, dass sich dieses Silber aufgrund von Korrosion im Betrieb des Bauelements verfärbt, wodurch Reflexionsverluste verstärkt auftreten.
Die US 2017 / 0 288 109 A1 beschreibt ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Gehäuse mit einem in einen Gehäusekörper eingebetteten Leiterrahmen.
Die US 2013 / 0 056 788 A1 beschreibt ein Gehäuse für ein lichtemittierendes Bauelement aus einem lichtbeständigen Material.
Die US 2011 / 0 272 716 A1 beschreibt ein Chipgehäuse mit einem Leiterrahmen.
Die CN 1 09 830 588 A beschreibt einen LED-Träger mit einem Leiterrahmen.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement vereinfacht und zuverlässig mit guten Eigenschaften zu erzielen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Gehäuse und durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein Gehäuse für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben, insbesondere als ein oberflächenmontierbares Bauelement (surface mounted device, smd). Das Gehäuse weist beispielsweise eine Montageseite auf, an der alle für die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements erforderlichen elektrischen Kontakte extern zugänglich sind. In vertikaler Richtung, also senkrecht zur Montageseite, erstreckt sich das Gehäuse beispielsweise zwischen der Montageseite und einer der von der Montage abgewandten Vorderseite. Entlang einer Längsachse des Gehäuses erstreckt sich das Gehäuse beispielsweise zwischen zwei ersten Seitenflächen. Senkrecht zur Längsachse erstreckt sich das Gehäuse beispielsweise zwischen zwei zweiten Seitenflächen des Gehäuses. Die Längsachse und die Querachse verlaufen in Draufsicht auf das Gehäuse insbesondere jeweils mittig, so dass ein Schnittpunkt zwischen der Längsachse und der Querachse beispielsweise einen Mittelpunkt des Gehäuses in Draufsicht auf das Gehäuse bildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses weist das Gehäuse einen Leiterrahmen und einen Gehäusekörper, der an den Leiterrahmen angeformt ist, auf. Der Gehäusekörper weist beispielsweise einen Kunststoff auf. Der Gehäusekörper ist beispielsweise durch ein Gießverfahren hergestellt.
Unter einem Gießverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff „Gießverfahren“ Gießen (molding), Folien assistiertes Gießen (film assisted molding), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).
In vertikaler Richtung erstreckt sich der Leiterrahmen beispielsweise zwischen einer Rückseite des Leiterrahmens und einer Vorderseite des Leiterrahmens. Beispielsweise ist der Leiterrahmen ein teilgeätzter Leiterrahmen, auch als halbgeätzter Leiterrahmen (englisch semi-etched lead frame) bezeichnet. Das bedeutet, dass der Leiterrahmen unterschiedlich dicke Teilbereiche aufweist, wobei sich die Dicke des Leiterrahmens auf die vertikale Ausdehnung bezieht. Hierfür kann ein Ausgangsblech des Leiterrahmens, etwa ein beschichtetes oder unbeschichtetes Kupferblech, von der Vorderseite und/oder von der Rückseite her teilweise geätzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leiterrahmens weist der Leiterrahmen ein erstes Leiterrahmenteil und ein zweites Leiterrahmenteil auf. Das erste Leiterrahmenteil und das zweite Leiterrahmenteil sind insbesondere in Draufsicht auf das Gehäuse überlappungsfrei zueinander angeordnet und an keiner Stelle direkt miteinander elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind das erste Leiterrahmenteil und das zweite Leiterrahmenteil nur über den Gehäusekörper mechanisch stabil miteinander verbunden.
Das erste Leiterrahmenteil und das zweite Leiterrahmenteil können jeweils einstückig im Sinne eines zusammenhängenden Körpers sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses weist der Gehäusekörper an der Vorderseite des Gehäuses eine Kavität zur Aufnahme eines Halbleiterchips auf. Eine vertikale Ausdehnung der Kavität, also ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der Kavität und der Vorderseite des Gehäuses, ist insbesondere so groß, dass der aufzunehmende Halbleiterchip vollständig innerhalb der Kavität angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses liegt der Leiterrahmen in der Kavität nur an einer ersten Anschlussstelle des ersten Leiterrahmenteils und an einer zweiten Anschlussstelle des zweiten Leiterrahmenteils des Leiterrahmens frei. Mit anderen Worten sind bei einer Draufsicht auf das Gehäuse vom Leiterrahmen nur die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sichtbar. Insbesondere werden die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle bei der bestimmungsgemäßen Montage eines in der Kavität aufzunehmenden Halbleiterchips von dem Halbleiterchip vollständig überdeckt.
Die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sind insbesondere für die elektrische Kontaktierung eines Halbleiterchips mit zwei elektrischen Kontakten auf der der Montageseite zugewandten Seite des Halbleiterchips eingerichtet, beispielsweise für die Montage von Halbleiterchips in Flipchip-Geometrie.
Beispielsweise sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle jeweils höchstens halb so groß wie der aufzunehmende Halbleiterchip.
In mindestens einer Ausführungsform des Gehäuses für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist das Gehäuse eine Montageseite, einen Leiterrahmen und einen Gehäusekörper, der an den Leiterrahmen angeformt ist, auf, wobei der Leiterrahmen ein erstes Leiterrahmenteil und ein zweites Leiterrahmenteil aufweist und der Gehäusekörper an einer der Montageseite abgewandten Vorderseite eine Kavität zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterchips aufweist. Der Leiterrahmen liegt in der Kavität nur an einer ersten Anschlussstelle des ersten Leiterrahmenteils und an einer zweiten Anschlussstelle des zweiten Leiterrahmenteils des Leiterrahmens frei.
Bei der Montage eines optoelektronischen Halbleiterchips in einem solchen Gehäuse sind nach der Montage des optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise mittels eines Verbindungsmittels, etwa eines Lots, keine freiliegenden Bereiche des Leiterrahmens innerhalb der Kavität vorhanden. Insbesondere können die von dem Gehäusekörper nicht bedeckten Teile des Leiterrahmens vollständig durch das Verbindungsmittel überdeckt werden.
Die Gefahr, dass in der Kavität freiliegende Teile des Leiterrahmens korrodieren, wird so vermieden. Im Unterschied hierzu sind bei konventionellen optoelektronischen Halbleiterbauelementen Teile des Leiterrahmens seitlich des Halbleiterchips nicht von dem Gehäusekörper bedeckt. Sind diese Teile nur von Polymermaterialien wie beispielsweise einem Verguss des Halbleiterchips bedeckt, können Penetrationspfade zu einer Korrosion führen. Bei dem beschriebenen Gehäuse muss der Verguss im Unterschied hierzu dagegen selbst nicht in der Lage sein, Penetrationspfade zu blockieren und so ein Eindringen von Korrosion verursachenden Gasen wie beispielsweise Schwefelwasserstoff zu unterdrücken. Für den Verguss können somit auch Materialien, beispielsweise Silikone Anwendung finden, welche eine vergleichsweise hohe Permeabilität gegenüber Schwefelwasserstoff aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses weist eine Bodenfläche der Kavität im Bereich der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle eine Vertiefung auf, in der die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle freiliegen. Die Vertiefung kann eine gemeinsame Vertiefung für beide Anschlussstellen sein. In diesem Fall erstreckt sich die Vertiefung also durchgängig über die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle. Davon abweichend kann der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle jeweils eine separate Vertiefung zugeordnet sein. Die Vertiefung ist beispielsweise zur Aufnahme eines Verbindungsmittels, etwa eines Lots ausgebildet.
Eine vertikale Ausdehnung der Vertiefung, also ein vertikaler Abstand des Gehäusekörpers im Bereich der Vertiefung von der Bodenfläche des Gehäusekörpers ist vorzugsweise klein gegenüber der vertikalen Ausdehnung der Kavität. Beispielsweise ist die vertikale Ausdehnung der Vertiefung mindestens doppelt oder mindestens fünf Mal so groß wie die vertikale Ausdehnung der Kavität.
Das erste Leiterrahmenteil weist einen ersten Innenbereich auf. Der erste Innenbereich überlappt insbesondere in Draufsicht auf das Gehäuse mit der ersten Anschlussstelle. Der erste Innenbereich liegt an der Montageseite des Gehäuses frei. insbesondere bildet der erste Innenbereich stellenweise die Rückseite des Leiterrahmens.
Das erste Leiterrahmenteil weist einen ersten Randbereich auf, wobei der erste Randbereich an der Montageseite des Gehäuses freiliegt und der erste Randbereich an einer Seitenfläche des Gehäuses freiliegt. Die Seitenfläche des Gehäuses ist insbesondere eine erste Seitenfläche, die das Gehäuse entlang der Längsachse in lateraler Richtung begrenzt.
Der erste Innenbereich und der erste Randbereich sind Teile eines zusammenhängenden ersten Leiterrahmenteils. Der erste Innenbereich und der erste Randbereich über einen ersten vorderseitigen Bereich des ersten Leiterrahmenteils miteinander verbunden. Der erste vorderseitige Bereich ist von der Montageseite beabstandet. Der vorderseitige Bereich bildet also stellenweise die Vorderseite des Leiterrahmens, erstreckt sich in vertikaler Richtung jedoch nicht bis zur Rückseite des Leiterrahmens. Insbesondere ist der vorderseitige Bereich in einer Rückansicht des Gehäuses von dem Gehäusekörper überdeckt und somit nicht sichtbar. Vorzugsweise sind der erste Innenbereich und der erste Randbereich nur über den ersten vorderseitigen Bereich miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses weist der erste Randbereich eine Ausnehmung auf, die an der Montageseite und an der Seitenfläche des Gehäuses zugänglich ist. Beispielsweise erstreckt sich die Ausnehmung in vertikaler Richtung nur teilweise durch den Leiterrahmen hindurch. Die Ausnehmung kann sich jedoch auch vollständig in vertikaler Richtung durch den Leiterrahmen hindurch erstrecken. Die Ausnehmung kann die Funktion einer Lotkontrollstruktur erfüllen, sodass von der Seite des Gehäuses her erkennbar ist, ob eine Lötung des Gehäuses, beispielsweise auf einen Anschlussträger wie eine Leiterplatte zuverlässig erfolgt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses verläuft der erste vorderseitige Bereich in Draufsicht auf das Gehäuse entlang von zwei Rändern des ersten Innenbereichs. Die zwei Ränder verlaufen insbesondere schräg oder senkrecht zueinander. Dadurch erhöht sich die mechanische Stabilität des Gehäuses.
Weiterhin erhöht sich die Zuverlässigkeit in der Herstellung des Gehäuses, da der erste Innenbereich für die Ausbildung des Gehäusekörpers mittels eines Folien assistierten Gießverfahrens zuverlässig in die dafür verwendete Folie gepresst werden kann. Eine ungewollte Bedeckung der Rückseite des Leiterrahmens mit Material für den Gehäusekörper kann so effizient vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses ist das erste Leiterrahmenteil zwischen dem ersten Innenbereich und dem ersten Randbereich in Draufsicht auf das Gehäuse entlang der Längsachse des Gehäuses unterbrochen. Dadurch kann eine direkte Kraftübertragung entlang der Längsachse zwischen dem ersten Randbereich und dem ersten Innenbereich vermieden oder zumindest reduziert werden. Eine solche Kraftübertragung kann beispielsweise auftreten, wenn das Gehäuse beim Löten an einen Anschlussträger erhitzt wird und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien zu thermomechanischen Verspannungen führen. Die Gefahr einer Schädigung eines Halbleiterbauelements mit einem solchen Gehäuse bei der Montage des Gehäuses kann so verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses sind der erste Innenbereich und der erste Randbereich in Draufsicht auf das Gehäuse entlang der Längsachse des Gehäuses gesehen nur auf einer Seite der Längsachse über den ersten vorderseitigen Bereich miteinander verbunden. Insbesondere bildet das erste Leiterrahmenteil in Draufsicht auf das Gehäuse keine geschlossene Struktur wie beispielsweise eine O-förmige Struktur. Beispielsweise ist derjenige Teil des ersten vorderseitigen Bereichs, der den ersten Innenbereich mit dem ersten Randbereich verbindet, in Draufsicht C-förmig ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses weist der erste vorderseitige Bereich des ersten Leiterrahmenteils einen ersten Fortsatz auf, der sich zwischen der zweiten Anschlussstelle und einer parallel zur Längsachse verlaufenden zweiten Seitenfläche des Gehäuses erstreckt. Der erste Fortsatz ragt beispielsweise über die Querachse des Gehäuses hinaus. Mit anderen Worten befindet sich der erste Fortsatz zumindest stellenweise in Draufsicht auf das Gehäuse auf derjenigen Seite der Querachse des Gehäuses, auf der die zweite Anschlussstelle des zweiten Leiterrahmenteils angeordnet ist. In einer Seitenansicht des Gehäuses überlappt also der erste Fortsatz des ersten Leiterrahmenteils mit dem zweiten Leiterrahmenteil. Es hat sich gezeigt, dass durch einen solchen Fortsatz die mechanische Stabilität des Gehäuses verbessert werden kann, insbesondere gegenüber einer Verbiegung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses verläuft der erste Fortsatz entlang der Längsachse des Gehäuses gesehen entlang von mindestens 50 % der Ausdehnung der zweiten Anschlussstelle. Der erste Fortsatz kann sich auch über die gesamte Länge der zweiten Anschlussstelle entlang der Längsachse gesehen erstrecken. Die mechanische Stabilität des Gehäuses wird so weitergehend verbessert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses beträgt ein Flächenmaß der ersten Anschlussstelle und ein Flächenmaß der zweiten Anschlussstelle jeweils höchstens 30% eines Flächenmaßes der Bodenfläche der Kavität. Die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sind also klein gegenüber der Gesamtfläche der Bodenfläche der Kavität. Bei der bestimmungsgemäßen Montage eines optoelektronischen Halbleiterchips in der Kavität ist so auf einfache Weise gewährleistet, dass die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle vollständig von dem optoelektronischen Halbleiterchip überdeckt werden.
Das erste Leiterrahmenteil und das zweite Leiterrahmenteil können bezüglich ihrer Grundform gleichartig ausgebildet sein. Insbesondere kann das zweite Leiterrahmenteil einen zweiten Innenbereich und/oder einen zweiten Randbereich und/oder einen zweiten vorderseitigen Bereich und/oder einen zweiten Fortsatz aufweisen und diese Elemente können einige oder auch alle der im Zusammenhang mit dem ersten Leiterrahmenteil angeführten Merkmale zeigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Gehäuses sind das zweite Leiterrahmenteil und das erste Leiterrahmenteil bezüglich ihrer Grundform punktsymmetrisch zueinander ausgebildet, insbesondere punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Gehäuses. Beispielsweise unterscheiden sich das zweite Leiterrahmenteil und das erste Leiterrahmenteil lediglich um eine Markierung zur vereinfachten Identifizierung der Polarität der Kontakte des Gehäuses. Insbesondere sind das erste Leiterrahmenteil und das zweite Leiterrahmenteil bezüglich ihrer Grundform weder zur Längsachse noch zur Querachse achsensymmetrisch.
Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse angegeben. Als Gehäuse eignet sich insbesondere das vorstehend beschriebene Gehäuse. In Zusammenhang mit dem Gehäuse angeführte Merkmale können daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement herangezogen werden und umgekehrt.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist insbesondere einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, der beispielsweise in der Kavität des Gehäuses angeordnet ist und mit der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle elektrisch leitend verbunden ist. Der Halbleiterchip ist beispielsweise zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von Strahlung ausgebildet, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Insbesondere ist der optoelektronische Halbleiterchip mit zwei Kontakten an der der Montageseite zugewandten Seite ausgebildet, etwa als ein Flipchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements überdeckt der optoelektronische Halbleiterchip die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle vollständig. In einer Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauelement ist der Leiterrahmen des optoelektronischen Halbleiterbauelements innerhalb der Kavität also nicht sichtbar. Alle Teile des Leiterrahmens, die in der Kavität des Gehäuses freiliegen, werden also bei der Montage des Halbleiterchips vom Halbleiterchip überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement jeweils höchstens halb so groß wie der optoelektronische Halbleiterchip. Der optoelektronische Halbleiterchip überlappt insbesondere sowohl mit der ersten Anschlussstelle als auch mit der zweiten Anschlussstelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip in einen Verguss eingebettet. Der Verguss ist insbesondere für die im optoelektronischen Halbleiterchip zu empfangende und/oder zu erzeugende Strahlung durchlässig. Vorzugsweise grenzt der Verguss an keiner Stelle direkt an den Leiterrahmen an. Für den Verguss kann die Wahl des Materials daher unabhängig von seinen Haftungseigenschaften an metallischen Flächen gewählt werden.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:

1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G ein Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse anhand einer schematischen Draufsicht (1A), einer schematischen Schnittansicht entlang der Längsachse (1B), einer Rückansicht (1C), einer schematischen Draufsicht mit einer Darstellung des Verlaufs des Leiterrahmens (1D), einer perspektivischen Schnittansicht (1E), sowie anhand einer schematischen Darstellung des Leiterrahmens in einer perspektivischen Vorderseitenansicht (1F) und einer schematischen Rückseitenansicht (1G); und
2A, 2B ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht (2A) und in einer zugehörigen perspektivischen Schnittansicht (2B).

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Insbesondere können vergleichsweise kleine Elemente oder Schichtdicken übertrieben groß dargestellt sein.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse 1 ist in anhand der 1A bis 1G in verschiedenen Ansichten veranschaulicht.
Das Gehäuse 1 erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen einer Montageseite 10 und einer von der Montageseite abgewandten Vorderseite 15. Die Vorderseite 15 weist eine Kavität 17 zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterchips auf.
Das Gehäuse 1 umfasst weiterhin einen Leiterrahmen 2 mit einem ersten Leiterrahmenteil 21 und einem zweiten Leiterrahmenteil 22. Ein Gehäusekörper 5 ist an den Leiterrahmen 2 angeformt und verbindet das erste Leiterrahmenteil 21 und das zweite Leiterrahmenteil 22 mechanisch stabil miteinander. Der Gehäusekörper 5 weist beispielsweise ein Polymermaterial auf und ist durch ein Gieß-Verfahren hergestellt. Zur Erhöhung der Reflektivität des Gehäusekörpers 5 kann der Gehäusekörper 5 mit reflektierenden Partikeln, beispielsweise Titandioxidpartikeln versetzt sein.
In der Kavität 17 liegt der Leiterrahmen 2 nur an einer ersten Anschlussstelle 31 des ersten Leiterrahmenteils 21 und an einer zweiten Anschlussstelle 32 des zweiten Leiterrahmenteils 22 frei. Eine Bodenfläche 170 weist eine Vertiefung 19 im Bereich der ersten Anschlussstelle 31 und der zweiten Anschlussstelle 32 auf, in der diese Anschlussstellen freiliegen. Bei der Befestigung eines optoelektronischen Halbleiterchips in dem Gehäuse 1 mittels eines Verbindungsmittels 97 kann die laterale Ausdehnung des Verbindungsmittels über die Vertiefung 19 begrenzt werden.
Außer im Bereich der Vertiefung 19 überdeckt der Gehäusekörper 5 den Leiterrahmen 2 in Draufsicht auf das Gehäuse 1 also vollständig. Die erste Anschlussstelle 31 und die zweite Anschlussstelle 32 sind jeweils klein gegenüber der Bodenfläche 170 der Kavität 17. Beispielsweise betragen ein Flächenmaß der ersten Anschlussstelle 31 und ein Flächenmaß der zweiten Anschlussstelle 32 jeweils höchstens 30% eines Flächenmaßes der Bodenfläche 170 der Kavität 17.
In vertikaler Richtung erstreckt sich der Leiterrahmen 2 zwischen einer Rückseite 200 und einer Vorderseite 205. Der Leiterrahmen ist von der Rückseite 200 und von der Vorderseite 205 her geätzt, so dass der Leiterrahmen 2 Bereiche mit unterschiedlichen Dicken aufweist.
Entlang einer Längsachse 81 erstreckt sich das Gehäuse 1 zwischen zwei ersten Seitenflächen 11. Senkrecht zur Längsachse, also entlang der Querachse 82 erstreckt sich das Gehäuse in Draufsicht zwischen zwei zweiten Seitenflächen 12.
Die Längsachse 81 und die Querachse 82 sind jeweils mittig zur Gehäuse ausgebildet, sodass der Schnittpunkt der Längsachse 81 und der Querachse 82 einen Mittelpunkt 83 des Gehäuses bilden. Die Querachse verläuft zwischen der ersten Anschlussstelle 31 und der zweiten Anschlussstelle 32.
In 1B ist eine Schnittansicht entlang der Längsachse 81 durch das Gehäuse 1 gezeigt.
Das erste Leiterrahmenteil 21 weist einen ersten Innenbereich 211 und einen ersten Randbereich 212 auf. Der erste Innenbereich 211 und der erste Randbereich 212 erstrecken sich jeweils bis zur Rückseite 200 des Leiterrahmens. Wie in 1C dargestellt, liegen der erste Innenbereich 211 und der erste Randbereich 212 an der Montageseite 10 frei und sind somit von der Montageseite 10 her zugänglich.
Das zweite Leiterrahmenteil 22 ist analog zum ersten Leiterrahmenteil 21 ausgebildet und weist einen zweiten Innenbereich 221 und einen zweiten Randbereich 222 auf.
Der erste Randbereich 212 und der zweite Randbereich 222 weisen jeweils eine Ausnehmung 4 auf, die sich bis zur ersten Seitenfläche 11 und bis zur Montageseite 10 erstreckt. Bei der Montage des Gehäuses 1 kann die Ausnehmung 4 die Funktion einer Lotkontrollstruktur erfüllen.
Das erste Leiterrahmenteil 21 und das zweite Leiterrahmenteil 22 sind, wie aus der Schnittansicht in 1B ersichtlich, jeweils entlang der Längsachse 81 unterbrochen. Aus 1D wird jedoch deutlich, dass das erste Leiterrahmenteil 21 und das zweite Leiterrahmenteil 22 jeweils einstückig ausgebildet sind.
Das erste Leiterrahmenteil 21 weist einen ersten vorderseitigen Bereich 215 auf, über den der erste Innenbereich 211 und der erste Randbereich 212 miteinander verbunden sind. In 1D sind die vom Gehäusekörper 5 verdeckten Teile der Umrandung des ersten Leiterrahmenteils 21 und des zweiten Leiterrahmenteils 22 durch gestrichelte Linien dargestellt, wobei eine Umrandung des ersten Innenbereichs 211 und des zweiten Innenbereichs 221 mittels einer gepunkteten Linie illustriert sind.
Der erste vorderseitige Bereich 215 bildet die erste Anschlussstelle 31. Der zweite vorderseitige Bereich 225 bildet die zweite Anschlussstelle 32.
In den 1F und 1G sind die Leiterrahmenteile des Leiterrahmens 2 ohne den Gehäusekörper 5 gezeigt. In Draufsicht auf das Gehäuse 1 sind der erste Innenbereich 211 und der erste Randbereich 212 entlang der Längsachse 81 des Gehäuses 1 gesehen nur auf einer Seite der Längsachse 81 über den ersten vorderseitigen Bereich 215 miteinander verbunden.
In der anderen Hälfte des Gehäuses 1 entlang der Längsachse 81 ist das erste Leiterrahmenteil 21 unterbrochen, sodass das erste Leiterrahmenteil 21 in Draufsicht keine geschlossene Struktur bildet. Das erste Leiterrahmenteil 21 und das zweite Leiterrahmenteil 22, insbesondere der jeweilige vorderseitige Bereich davon, weisen jeweils eine C-förmige Grundform auf, wie anhand der Linie 85 in 1 veranschaulicht ist.
Der erste vorderseitige Bereich 215 ist von der Rückseite 200 des Leiterrahmens 2 beabstandet, sodass der erste vorderseitige Bereich 215 ebenso wie der zweite vorderseitige Bereich 225 eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist. Von der Rückseite des Gehäuses 1 gesehen sind der erste vorderseitige Bereich 215 und der zweite vorderseitige Bereich 225 von Material des Gehäusekörpers 5 bedeckt. Eine mechanische Kraftübertragung aufgrund von thermomechanischen Verspannungen zwischen dem ersten Randbereich 212 und dem ersten Innenbereich 211 wird im Vergleich zu dem Fall, dass ein verbindender Bereich zwischen dem ersten Innenbereich und dem ersten Randbereich nicht gedünnt wäre, verringert, insbesondere in Verbindung mit der Unterbrechung des ersten Leiterrahmenteils 21 und des zweiten Leiterrahmenteils 22 entlang der Längsachse 81.
Dadurch wird die Gefahr reduziert, dass thermomechanischen Verspannungen dazu führen, dass ein an der ersten Anschlussstelle 31 und der zweiten Anschlussstelle 32 befestigter optoelektronischer Halbleiterchip oder eine elektrische Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und den Anschlussstellen 31, 32 aufgrund von thermomechanischen Spannungen beschädigt wird.
Das erste Leiterrahmenteil 21, insbesondere der erste vorderseitige Bereich 215 weist weiterhin einen ersten Fortsatz 217 auf. Der erste Fortsatz 217 erstreckt sich über die Querachse 82 hinweg auf diejenige Seite des Gehäuses 1, in der der zweite Innenbereich 221 des zweiten Leiterrahmenteils und die zweite Anschlussstelle 32 angeordnet sind. Der erste Fortsatz 217 erstreckt sich zumindest stellenweise zwischen der zweiten Anschlussstelle 32 und der zweiten Seitenfläche 12 des Gehäuses 1.
In analoger Weise weist das zweite Leiterrahmenteil 22, insbesondere der zweite vorderseitige Bereich 225, einen zweiten Fortsatz 227 auf, wobei sich der zweite Fortsatz über die Querachse 82 hinweg auf diejenige Hälfte des Gehäuses 1 erstreckt, in der der ersten Innenbereich 211 des ersten Leiterrahmenteils 21 ausgebildet ist. In einer Seitenansicht des Gehäuses 1 überlappen also das erste Leiterrahmenteil 21 und das zweite Leiterrahmenteil 22 aufgrund der Fortsätze 217, 227.
Über den ersten Fortsatz 217 und den zweiten Fortsatz 227 wird die mechanische Stabilität des Gehäuses 1 insbesondere gegenüber einer Verbiegung oder einer Bruchbeanspruchung verbessert.
Der erste Innenbereich 215 weist beispielsweise eine quaderförmige Grundform auf und ist stellenweise von dem ersten vorderseitigen Bereich 215 bedeckt. Wie in 1G ersichtlich verläuft der erste vorderseitige Bereich 215 entlang zweier Ränder 2110 des ersten Innenbereichs, wobei diese Ränder senkrecht zueinander verlaufen.
Entsprechend verläuft der zweite vorderseitige Bereich 225 entlang zweier Ränder 2210 des zweiten Innenbereichs 221. Dadurch wird die mechanische Stabilität des Gehäuses, insbesondere beim Einpressen des Leiterrahmens in eine Folie zur Herstellung des Gehäusekörpers 5 durch ein Folien assistiertes Gießverfahren verbessert.
Der Leiterrahmen 2 ist hinsichtlich seiner Grundform punktsymmetrisch zum Mittelpunkt 83, insbesondere abgesehen von einer Markierung zur vereinfachten Identifizierung der Polarität des Gehäuses 1 in Form einer abgeschnittenen Ecke des zweiten Innenbereichs 212.
In den 2A und 2B ist ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 9 gezeigt, bei dem das Gehäuse 1 wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1G beschrieben ausgebildet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 9 weist weiterhin einen optoelektronischen Halbleiterchip 95 auf. Die erste Anschlussstelle 31 und die zweite Anschlussstelle 32 sind jeweils mit einem Kontakt 951 des optoelektronischen Halbleiterchips 95 elektrisch leitend verbunden, etwa über ein Verbindungsmittel 97 wie ein Lot. Der optoelektronische Halbleiterchip 95 ist in Flipchip-Geometrie ausgebildet und weist die Kontakte 951 jeweils an der der Montageseite 10 des Gehäuses 1 zugewandten Seite auf. Zum Beispiel ist der Halbleiterchip 95 eine Leuchtdiode mit einem ein Saphir-Substrat als Aufwachssubstrat und einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
In Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauelement 9 überdeckt der optoelektronische Halbleiterchip 95 die erste Anschlussstelle 31 und die zweite Anschlussstelle 32 vollständig. Insbesondere können die erste Anschlussstelle 31 und die zweite Anschlussstelle 32 von metallischem Material des Verbindungsmittels 97 überdeckt werden. Die Vertiefung 19 des Gehäuses 1 begrenzt die laterale Ausdehnung des Verbindungsmittels 97.
Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 erzeugte Abwärme kann direkt in vertikaler Richtung über den ersten vorderseitigen Bereich 215 und den ersten Innenbereich 211 beziehungsweise den zweiten vorderseitigen Bereich 225 und den zweiten Innenbereich 221 des Leiterrahmens 2 abgeführt werden.
Der optoelektronische Halbleiterchip 95 ist in einen Verguss 99 eingebettet. Der Verguss 99 ist zweckmäßigerweise für die vom optoelektronischen Halbleiterchip zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung durchlässig und kann beispielsweise mit einem Leuchtstoff versetzt sein. Der Verguss 99 grenzt insbesondere an keiner Stelle an den Leiterrahmen 2 des optoelektronischen Halbeiterbauelements 9 an, sodass das Material für den Verguss 99 unabhängig davon gewählt werden kann, wie gut das Material an metallischen Flächen haftet.
Für die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 95 sind weiterhin keine Bonddrähte erforderlich. Somit besteht nicht die Gefahr, dass der Verguss 99 beispielsweise beim Löten des optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 an einen Anschlussträger wie eine Leiterplatte die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 95 beeinträchtigt wird. Weiterhin besteht keine Gefahr einer Korrosion des Leiterrahmens 2 innerhalb der Kavität 17, unabhängig davon, ob der Verguss 99 für Korrosionsgase, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff, durchlässig ist und/oder ob der Verguss 99 oder der Gehäusekörper 5 Penetrationspfade zum Leiterrahmen 2 in der Kavität 17 zulässt.
Die beschriebene Ausgestaltung des Gehäuses 1 eignet sich besonders für die Realisierung kleiner Gehäusebauformen.
Beispielsweise beträgt eine Ausdehnung des Gehäuses entlang der Längsachse 81 höchstens 3 mm oder höchstens 2 mm. Zum Beispiel ist das Gehäuse 1 ein Gehäuse für eine Leuchtdiode der Bauform 1608, also eine Leuchtdiode mit einer Grundfläche von 1,6 × 0,8 mm², insbesondere in QFN (Quad Flat No Lead)-Technologie. Die elektrischen Anschlüsse des Gehäuses 1 ragen in Draufsicht also nicht seitlich über den Gehäusekörper 5 hinaus.
Für ein Ausführungsbeispiel der Bauform 1608 sind die Figuren maßstabsgetreu. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente untereinander können jedoch hiervon auch abweichen. Weiterhin eignet sich der beschriebene Aufbau des Gehäuses auch für andere Bauformen.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
10: Montageseite
11: erste Seitenfläche
12: zweite Seitenfläche
15: Vorderseite
17: Kavität
170: Bodenfläche
19: Vertiefung
2: Leiterrahmen
200: Rückseite des Leiterrahmens
205: Vorderseite des Leiterrahmens
21: erstes Leiterrahmenteil
211: erster Innenbereich
2110: Rand des ersten Innenbereichs
212: erster Randbereich
215: erster vorderseitiger Bereich
217: erster Fortsatz
22: zweites Leiterrahmenteil
221: zweiter Innenbereich
2210: Rand des zweiten Innenbereichs
222: zweiter Randbereich
225: zweiter vorderseitiger Bereich
227: zweiter Fortsatz
31: erste Anschlussstelle
32: zweite Anschlussstelle
4: Ausnehmung
5: Gehäusekörper
81: Längsachse
82: Querachse
83: Mittelpunkt
85: Linie
9: Halbleiterbauelement
95: optoelektronischer Halbleiterchip
951: Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips
97: Verbindungsmittel
99: Verguss

Claims

Gehäuse (1) für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer Montageseite (10), einem Leiterrahmen (2) und einem Gehäusekörper (5), der an den Leiterrahmen (2) angeformt ist, wobei - der Leiterrahmen (2) ein erstes Leiterrahmenteil (21) und ein zweites Leiterrahmenteil (22) aufweist; - der Gehäusekörper (5) an einer der Montageseite (10) abgewandten Vorderseite (15) eine Kavität (17) zur Aufnahme eines optoelektronischen Halbleiterchips aufweist; - der Leiterrahmen (2) in der Kavität (17) nur an einer ersten Anschlussstelle (31) des ersten Leiterrahmenteils (21) und an einer zweiten Anschlussstelle (32) des zweiten Leiterrahmenteils (22) des Leiterrahmens (2) freiliegt, wobei - das erste Leiterrahmenteil (21) einen ersten Innenbereich (211) und einen ersten Randbereich (212) aufweist, wobei - der erste Innenbereich (211) und der erste Randbereich (212) an der Montageseite (10) des Gehäuses (1) freiliegen, - der erste Innenbereich (211) in Draufsicht auf das Gehäuse (1) mit der ersten Anschlussstelle (31) überlappt, - der erste Randbereich (212) an einer ersten Seitenfläche (11) des Gehäuses (1) freiliegt, - der erste Innenbereich (211) und der erste Randbereich (212) über einen ersten vorderseitigen Bereich (215) des ersten Leiterrahmenteils (21) miteinander verbunden sind, wobei der erste vorderseitige Bereich (215) von der Montageseite (10) beabstandet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1, wobei eine Bodenfläche (170) der Kavität (17) im Bereich der ersten Anschlussstelle (31) und der zweiten Anschlussstelle (32) eine Vertiefung (19) aufweist, in der die erste Anschlussstelle (31) und die zweite Anschlussstelle (32) freiliegen.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Randbereich (212) eine Ausnehmung (4) aufweist, die an der Montageseite (10) und an der Seitenfläche (11) des Gehäuses (1) zugänglich ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste vorderseitige Bereich (215) in Draufsicht auf das Gehäuse (1) entlang von zwei Rändern (2110) des ersten Innenbereichs (211) verläuft.
Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Leiterrahmenteil (21) zwischen dem ersten Innenbereich (211) und dem ersten Randbereich (212) in Draufsicht auf das Gehäuse (1) entlang einer Längsachse (81) des Gehäuses (1) unterbrochen ist.
Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Innenbereich (211) und der erste Randbereich (212) in Draufsicht auf das Gehäuse (1) entlang der Längsachse (81) des Gehäuses (1) gesehen nur auf einer Seite der Längsachse (81) über den ersten vorderseitigen Bereich (215) miteinander verbunden sind.
Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste vorderseitige Bereich (215) des ersten Leiterrahmenteils (21) einen ersten Fortsatz (217) aufweist, der sich zwischen der zweiten Anschlussstelle (32) und einer parallel zur Längsachse (81) verlaufenden zweiten Seitenfläche (12) des Gehäuses (1) erstreckt.
Gehäuse (1) nach Anspruch 7, wobei der erste Fortsatz (217) entlang der Längsachse (81) gesehen entlang von mindestens 50 % der Ausdehnung der zweiten Anschlussstelle (32) verläuft.
Gehäuse (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Flächenmaß der ersten Anschlussstelle (31) und ein Flächenmaß der zweiten Anschlussstelle (32) jeweils höchstens 30% eines Flächenmaßes der Bodenfläche (170) der Kavität (17) beträgt.
Gehäuse (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Leiterrahmenteil (22) und das erste Leiterrahmenteil (21) bezüglich ihrer Grundform punktsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) mit einem Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (95), der in der Kavität (17) angeordnet ist und mit der ersten Anschlussstelle (31) und der zweiten Anschlussstelle (32) elektrisch leitend verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterchip (95) die erste Anschlussstelle (31) und die zweite Anschlussstelle (32) vollständig überdeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste Anschlussstelle (31) und die zweite Anschlussstelle (32) in Draufsicht auf das Halbleiterbauelement (9) jeweils höchstens halb so groß sind wie der Halbleiterchip (95).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (95) in einen Verguss (99) eingebettet ist, wobei der Verguss (99) an keiner Stelle direkt an den Leiterrahmen (2) angrenzt.