DE102020114485A1 - Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements und elektronisches bauelement - Google Patents

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Jürgen Moosburger
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100) umfasst dieses einen Schritt A), in dem ein erstes Element (1) und ein zweites Element (2) bereitgestellt werden. Zumindest eines der Elemente umfasst eine elektronische Komponente (3). Die Elemente weisen jeweils eine Verbindungsstelle (10, 20) auf. Auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements ist eine aufschmelzbare Verbindungsschicht (4) aufgebracht. Auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements ist eine ferromagnetische Schicht (5) aufgebracht. In einem Schritt B) werden das erste Element und das zweite Element aufeinandergelegt, so dass die Verbindungsstellen einander gegenüberliegen und so dass die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht übereinander liegen. In einem Schritt C) wird die ferromagnetische Schicht induktiv erwärmt, wobei die Verbindungsschicht aufgeschmolzen wird. In einem Schritt D) wird die Verbindungsschicht ausgehärtet, wodurch das erste Element und das zweite Element stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Description

  • Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements und ein elektronisches Bauelement angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements anzugeben, bei dem Schäden aufgrund von thermischer Überbelastung reduziert werden. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein elektronisches Bauelement anzugeben, das mit einem solchen Verfahren hergestellt wird.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Zunächst wird das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben. Das elektronische Bauelement ist insbesondere ein mikroelektronisches Bauelement. Höhen, Breiten und Längen des fertigen Bauelements sind jeweils bevorzugt kleiner als 1 mm, beispielsweise höchstens 500 µm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem ein erstes Element und ein zweites Element bereitgestellt werden. Das erste Element und das zweite Element sind dazu vorgesehen, stoffschlüssig und dauerhaft miteinander verbunden zu werden. Eines der Elemente ist oder umfasst bevorzugt einen selbsttragenden Träger, der das fertige Bauelement stabilisiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst zumindest eines der Elemente eine elektronische Komponente, beispielsweise einen Halbleiterchip mit einem integrierten Schaltkreis und/oder einen optoelektronischen Halbleiterchip, wie zum Beispiel einen LED-Chip oder einen Laserdioden-Chip, und/oder ein Filter. Zum Beispiel handelt es sich bei der elektronischen Komponente um einen Flip-Chip oder Dünnfilm-Chip.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Elemente jeweils eine Verbindungsstelle auf. Die Verbindungsstellen sind Bereiche der Elemente, über die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Elementen hergestellt wird. Die Verbindungsstellen können zum Beispiel Klebestellen oder Lötstellen sein. Beispielsweise umfassen die Verbindungsstellen jeweils eine metallische Beschichtung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements eine aufschmelzbare Verbindungsschicht aufgebracht. Die aufschmelzbare Verbindungsschicht kann ein Lötmetall, insbesondere ein Weichlot, aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ kann die Verbindungsschicht auch ein Glas, zum Beispiel ein ultraniedrigschmelzendes Glas, aufweisen oder daraus bestehen. Ferner kann die Verbindungsschicht einen organischen oder anorganischen Kleber aufweisen oder daraus bestehen. Solche aufschmelzbaren Verbindungsschichten können auf den Verbindungsstellen beider Elemente aufgebracht sein oder nur auf der oder den Verbindungsstellen eines Elements.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements eine ferromagnetische Schicht aufgebracht. Die ferromagnetische Schicht kann beispielsweise Eisen, Nickel oder Kobalt aufweisen oder aus einem oder mehreren dieser Elemente bestehen. Die ferromagnetische Schicht kann auch eine ferromagnetische Legierung, wie AlNiCo, SmCo, Nd2Fe14B, Ni80Fe20 oder NiFeCO, aufweisen oder daraus bestehen. Solche ferromagnetischen Schichten können auf den Verbindungsstellen beider Elemente aufgebracht sein oder nur auf der oder den Verbindungsstellen eines Elements.
  • Die aufschmelzbare Verbindungsschicht und/oder die ferromagnetische Schicht können beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen oder Gasphasenabscheidung und/oder galvanisch auf den Verbindungsstellen aufgebracht werden. Beispielsweise wird dazu eine fotostrukturierte Maske aus Fotolack verwendet.
  • Im Falle, dass mehrere Verbindungsschichten und/oder mehrere ferromagnetische Schichten verwendet werden, sind alle hier und im Folgenden im Zusammenhang mit einer Verbindungsschicht und einer ferromagnetischen Schicht offenbarten Merkmale auch für die mehreren Verbindungsschichten beziehungsweise ferromagnetischen Schichten offenbart.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem das erste und das zweite Element aufeinandergelegt werden, so dass die Verbindungsstellen einander gegenüberliegen und so dass die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht übereinander liegen. Das heißt, in Draufsicht auf eine der Verbindungsstellen überlappen die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht zumindest teilweise, bevorzugt vollständig.
  • Die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht können nach dem Schritt B) direkt aufeinander liegen. Alternativ ist denkbar, dass zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Verbindungsschicht eine dünne Zwischenschicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann zum Beispiel eine Barriereschicht oder Anhaftschicht sein. Insbesondere bei einer metallischen Verbindungsschicht kann eine metallische Barriereschicht, zum Beispiel aus Pt, Ti oder Au, verwendet werden. Bei einer Verbindungsschicht aus Glas kann zur Verbindung mit der ferromagnetischen Schicht eine Anhaftschicht, zum Beispiel aus Metalloxid, vorteilhaft verwendet werden. Das Metalloxid kann ein Oxid der ferromagnetischen Schicht sein oder ein Oxid eines anderen Metalls. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Verbindungsschicht dann aber höchstens 1 µm oder höchstens 200 nm oder höchstens 50 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem die ferromagnetische Schicht induktiv erwärmt wird. Dabei wird die Verbindungsschicht aufgeschmolzen.
  • Im Schritt C) wird beispielsweise eine Spule, zum Beispiel mit einem Eisenkern, in die Nähe der ferromagnetischen Schicht gebracht. Eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom wird an die Spule angelegt, so dass diese ein Wechselfeld in der ferromagnetischen Schicht erzeugt. Dieses Wechselfeld führt in der ferromagnetischen Schicht zu Wirbelströmen und insbesondere Ummagnetisierungen. Die dabei auftretende Verlustwärme führt zur Erwärmung beziehungsweise Erhitzung der ferromagnetischen Schicht. Aufgrund des geringen Abstands der ferromagnetischen Schicht zur Verbindungsschicht wird auch die Verbindungsschicht erwärmt und aufgeschmolzen.
  • Insbesondere wird also die ferromagnetische Schicht induktiv so stark erwärmt, dass dadurch die Verbindungsschicht aufgeschmolzen wird. Bevorzugt wird die ferromagnetische Schicht ausschließlich induktiv erwärmt. Es wird also insbesondere nicht durch ein wärmeabgebendes Heizelement, wie ein Heiz-Chuck, Wärme zugeführt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D), in dem die Verbindungsschicht ausgehärtet wird, wodurch das erste Element und das zweite Element stoffschlüssig, bevorzugt auch fest und dauerhaft, miteinander verbunden werden. Nach dem induktiven Erwärmen der ferromagnetischen Schicht und dem damit einhergehenden Schmelzen der Verbindungsschicht wird also die Verbindungsschicht wieder abgekühlt, bis diese ausgehärtet ist.
  • Die Schritte A) bis D) werden bevorzugt nacheinander und in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements umfasst dieses einen Schritt A), in dem ein erstes Element und ein zweites Element bereitgestellt werden. Zumindest eines der Elemente umfasst eine elektronische Komponente. Die Elemente weisen jeweils eine Verbindungsstelle auf. Auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements ist eine aufschmelzbare Verbindungsschicht aufgebracht. Auf der Verbindungsstelle zumindest eines Elements ist eine ferromagnetische Schicht aufgebracht. In einem Schritt B) werden das erste Element und das zweite Element aufeinandergelegt, so dass die Verbindungsstellen einander gegenüberliegen und so dass die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht übereinander liegen. In einem Schritt C) wird die ferromagnetische Schicht induktiv erwärmt, wobei die Verbindungsschicht aufgeschmolzen wird. In einem Schritt D) wird die Verbindungsschicht ausgehärtet, wodurch das erste Element und das zweite Element stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass bei diversen Verbindungstechnologien in der Mikroelektronik, und auch speziell bei der Herstellung von LEDs (Leuchtdioden) und Laserbauteilen, ein lokaler Wärmeeintrag nötig ist, um ein Verbindungsmaterial zu erweichen beziehungsweise zu verflüssigen, mit dem dann zwei Elemente des Bauelements stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Beispielsweise erfolgt dies über Löten, Kleben mit temperaturbasiertem Härten oder Schmelzen von Glas. Üblicherweise wird dafür das gesamte Bauelement auf die erforderliche Schmelztemperatur des Verbindungsmaterials gebracht. Dies wird beispielsweise durch einen Heiz-Chuck, welcher auf der Unterseite des Bauelements oder eines Waferverbunds angeordnet ist, realisiert. Dabei besteht jedoch häufig das Problem, dass die für den Verbindungsprozess benötigten Temperaturen an anderer Stelle im Bauelement zu einer kritischen oder überkritischen thermischen Belastung führen kann.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird nun von der Idee Gebrauch gemacht, die Erwärmung lokal stark zu begrenzen, indem die Erwärmung durch Induktion einer ferromagnetischen Schicht erfolgt. Ferromagnetische Schichten werden insbesondere durch Ummagnetisierungsprozesse stark erhitzt. Solche Ummagnetisierungsprozesse treten außer in der ferromagnetischen Schicht in anderen Bereichen des Bauelements gar nicht oder in sehr geringem Maße auf, da diese Bereiche meist nicht ferromagnetisch sind. Das heißt, die Induktion führt primär nur zur Erwärmung der ferromagnetischen Schicht. Diese überträgt dann Wärme an die benachbarte Verbindungsschicht, welche daraufhin aufgeschmolzen wird. Die meisten Bereiche des zu entstehenden Bauelements werden nur wenig erwärmt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Schritt A) auf zumindest einer Verbindungsstelle eine thermische Isolierschicht angeordnet, die nach dem Schritt B) zwischen der ferromagnetischen Schicht und einer der Verbindungsstellen angeordnet ist. Das Material der thermischen Isolierschicht weist eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Material der ferromagnetischen Schicht und/oder als das Material, das an der der ferromagnetischen Schicht gegenüberliegenden Seite der Isolierschicht angrenzt, auf. Die thermische Isolierschicht verhindert einen großen Wärmeübertrag von der ferromagnetischen Schicht auf die darunterliegende Verbindungstelle und damit auf das der Verbindungsstelle zugeordnete Element.
  • Eine thermische Isolierschicht ist beispielsweise im Schritt A) zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Verbindungsstelle, auf der die ferromagnetische Schicht aufgebracht ist, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann eine thermische Isolierschicht auf der Verbindungsstelle des Elements aufgebracht sein, auf der keine ferromagnetische Schicht aufgebracht ist. Bevorzugt ist nach dem Schritt B) eine solche thermische Isolierschicht zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Verbindungsstelle desjenigen Elements angeordnet, das die elektronische Komponente umfasst. Eine solche thermische Isolierschicht kann nach dem Schritt B) jeweils zwischen den Verbindungsstellen der beiden Elemente und der ferromagnetischen Schicht angeordnet sein.
  • Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Materials der thermischen Isolierschicht höchstens ein Fünftel oder höchstens ein Zehntel der Wärmeleitfähigkeit des Materials der ferromagnetischen Schicht. Die Wärmeleitfähigkeit des Materials der thermischen Isolierschicht beträgt beispielsweise höchstens 5 W/(m·K) oder höchstens 1 W/(m·K) oder höchstens 0,8 W/(m·K).
  • Eine mittlere Dicke der thermischen Isolierschicht beträgt beispielsweise zumindest 100 nm oder zumindest 1 µm. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Dicke der Isolierschicht beispielsweise höchstens 5 µm oder höchstens 3 µm sein.
  • In Draufsicht auf eine Verbindungsstelle betrachtet überlappen die ferromagnetische Schicht und die thermische Isolierschicht bevorzugt vollständig, so dass diese Verbindungsstelle thermisch von der ferromagnetischen Schicht isoliert ist.
  • Die thermische Isolierschicht weist beispielsweise ein dielektrisches Material, wie Glas oder Keramik auf. Bevorzugt besteht die Isolierschicht aus mehreren übereinandergelegten Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere keramische Materialien. An den Grenzflächen zwischen den Einzelschichten werden Phononen reflektiert.
  • Die thermische Isolierschicht kann beispielsweise wie die Verbindungsschicht oder die ferromagnetische Schicht durch Sputtern, Verdampfen oder Gasphasenabscheidung aufgebracht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verbindungsschicht eine niedrigere Schmelztemperatur auf als die ferromagnetische Schicht. Beispielsweise ist die Schmelztemperatur der Verbindungsschicht zumindest 100 °C oder zumindest 200 °C geringer als die der ferromagnetischen Schicht. Beim induktiven Erwärmen der ferromagnetischen Schicht wird diese bevorzugt nur soweit erwärmt, dass die Verbindungsschicht schmilzt, die ferromagnetische Schicht aber noch nicht schmilzt. Das Gleiche gilt bevorzugt auch in Bezug auf die Verbindungsschicht und die thermische Isolierschicht.
  • Beispielsweise liegt die Schmelztemperatur der Verbindungsschicht bei höchstens 600 °C oder höchstens 500 °C oder höchstens 400 °C.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verbindungsschicht ein Glas oder ein Lötmetall auf oder besteht daraus. Als Glas eignen sich insbesondere ultraniedrigschmelzende Gläser, wie beispielsweise TeO2-V2O5 oder Telluritglas oder Bismutglas oder Vanadatglas oder eine Mischung aus solchen Gläsern. Beispielsweise liegt das Glas vor dem Schritt C) als Glasfritte oder als Mischung aus einem Pulver, Binder und Lösemittel vor. Als Lötmetall wird zum Beispiel ein Weichlot, beispielsweise ein Zinn-basiertes Lot, wie AuSn oder AgSn oder SnPb oder SnAgCu, verwendet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind im Schritt A) die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht auf der Verbindungsstelle desselben Elements aufgebracht, wobei die ferromagnetische Schicht zwischen der Verbindungsschicht und der Verbindungsstelle angeordnet ist. Im Schritt A) liegt die Verbindungsschicht an einer der Verbindungsstelle abgewandten Seite dann bevorzugt frei.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Schritt A) die Verbindungsschicht auf der Verbindungsstelle eines Elements angeordnet und die ferromagnetische Schicht auf der Verbindungsstelle des anderen Elements. Erst durch Aufeinanderlegen des ersten Elements und des zweiten Elements werden also die ferromagnetische Schicht und die Verbindungsschicht übereinander gelegt und nahe aneinander gebracht. Im Schritt A) liegen dann die Verbindungsschicht und die ferromagnetische Schicht an den den Verbindungsstellen abgewandten Seiten zum Beispiel jeweils frei. Alternativ kann auf die ferromagnetische Schicht auch eine dünne Haftschicht aufgebracht sein, die dann frei liegt. Die Haftschicht besteht zum Beispiel aus Metall, wie Au. Die Dicke der Haftschicht beträgt beispielsweise höchstens 1 µm oder höchstens 200 nm. Durch eine solche Haftschicht kann eine verbesserte Verbindung zwischen der Verbindungsschicht und der ferromagnetischen Schicht realisiert werden, insbesondere wenn die Verbindungsschicht ein Lötmetall ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das erste Element einen Träger, zum Beispiel einen selbsttragenden Träger, mit der darauf angeordneten elektronischen Komponente. Die elektronische Komponente kann auf dem Träger beispielsweise elektrisch angeschlossen sein. Bei dem Träger handelt es sich zum Beispiel um einen Keramikträger mit elektrisch leitenden Anschlussbereichen oder um eine Leiterplatte, Englisch Printed Circuit Board, kurz PCB, oder um einen Träger mit einem dielektrischen Verguss und einem darin eingebetteten metallischen Leiterrahmen. Laterale Abmessungen des Trägers sind bevorzugt größer als die der elektronischen Komponente, zum Beispiel zumindest doppelt so groß.
  • Die Verbindungsstelle oder die Verbindungsstellen des ersten Elements sind bevorzugt seitlich neben der elektronischen Komponente angeordnet. Beispielsweise sind die Verbindungsstellen am Rand des Trägers angeordnet. Zum Beispiel sind auf dem Träger ein oder mehrere Abstandshalter angeordnet, die seitlich neben der elektronischen Komponente angeordnet sind und die elektronische Komponente in Richtung weg vom Träger überragen. Der oder die Abstandshalter können zum Beispiel aus Glas oder Keramik oder Metall gebildet sein. Die dem Träger abgewandten Seiten der Abstandshalter bilden beispielsweise die Verbindungsstellen des ersten Elements. Beispielsweise umfasst das erste Element einen durchgehend lateral um die elektronische Komponente verlaufenden Abstandshalter in Form eines Rahmens.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das zweite Element einen Deckel oder besteht aus einem Deckel. Bei dem Deckel handelt es sich beispielsweise um einen Glasdeckel, insbesondere um ein Glasplättchen. Der Deckel kann selbsttragend sein. Insbesondere ist der Deckel für eine von der elektronischen Komponente im Betrieb emittierte Strahlung durchlässig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Deckel nach dem Schritt D) die elektronische Komponente. Beispielsweise ist der Deckel auf die Abstandshalter aufgebracht und dadurch beabstandet von der elektronischen Komponente gehalten. Die elektronische Komponente ist dann zwischen dem Träger und dem Deckel angeordnet. Beispielsweise ist nach dem Schritt D) die elektronische Komponente von dem Deckel, dem Träger und dem oder den Abstandshaltern hermetisch eingeschlossen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das erste Element die elektronische Komponente. Die Verbindungsstelle des ersten Elements ist eine elektronische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente. Insbesondere ist die Verbindungsstelle dann elektrisch leitend ausgebildet und elektrisch leitend mit funktionellen Bereichen der elektronischen Komponente, beispielsweise einer Halbleiterschichtenfolge, verbunden. Zum Beispiel ist die Verbindungsstelle eine metallische Fläche des ersten Elements.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das zweite Element einen Träger, insbesondere einen selbsttragenden Träger. Die Verbindungsstelle des zweiten Elements ist eine elektrische Anschlussstelle. Die elektrische Anschlussstelle ist dann insbesondere elektrisch leitend. Zum Beispiel ist die Anschlussstelle eine metallische Fläche des Trägers. Bei dem Träger kann es sich um einem keramischen Träger oder um eine Leiterplatte oder um einen Träger mit einem dielektrischen Verguss, in dem ein Leiterrahmen eingebettet ist, handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist nach dem Schritt D) die Kontaktstelle elektrisch leitend mit der Anschlussstelle verbunden. Nach dem Schritt D) ist somit die elektronische Komponente elektrisch leitend mit dem Träger verbunden. Insbesondere ist in diesem Fall das Material der Verbindungsschicht elektrisch leitend.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente eine optoelektronische Komponente, insbesondere ein LED-Chip oder Laserdiodenchip. Beispielsweise emittiert der Chip im Betrieb Strahlung im sichtbaren Spektralbereich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weicht der thermische Ausdehnungskoeffizient der Verbindungsschicht um höchstens 10 % oder höchstens 5 % bei Raumtemperatur von dem der ferromagnetischen Schicht ab. Dadurch entstehen beim Erwärmen und anschließenden Aushärten wenig thermisch induzierte Verspannungen.
  • Als nächstes wird ein elektronisches Bauelement angegeben. Das elektronische Bauelement kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Alle im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind daher auch für das elektronische Bauelement offenbart und umgekehrt. Insbesondere handelt es sich bei dem elektronischen Bauelement um ein mikroelektronisches Bauelement. Das Bauelement kann beispielsweise in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug oder als Hintergrundbeleuchtung in einem Display verwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement ein erstes Element und ein zweites Element mit jeweils einer Verbindungsstelle, wobei eines der Elemente eine elektronische Komponente aufweist. Das erste Element und das zweite Element sind aufeinander aufgebracht, derart, dass die Verbindungsstellen einander gegenüberliegen. Das erste Element und das zweite Element sind über eine Verbindungsschicht zwischen den Verbindungsstellen stoffschlüssig miteinander verbunden. Zwischen der Verbindungsschicht und einer Verbindungsstelle eines der Elemente ist eine ferromagnetische Schicht angeordnet, so dass die Verbindungsschicht und die ferromagnetische Schicht übereinander liegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verbindungsschicht ein Lötmetall oder ein Glas auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der ferromagnetischen Schicht und einer Verbindungsstelle eine thermische Isolierschicht angeordnet. Es können auch zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Verbindungsstellen zwei thermische Isolierschichten angeordnet sein, wobei zwischen den beiden Isolierschichten dann die ferromagnetische Schicht angeordnet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Material der thermischen Isolierschicht oder der Isolierschichten eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf als das Material der ferromagnetischen Schicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente eine optoelektronische Komponente zur Emission elektromagnetischer Strahlung. Insbesondere ist die elektronische Komponente ein LED-Chip oder ein Laserdioden-Chip. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich beispielsweise um sichtbares Licht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Element einen Träger auf, auf der die optoelektronische Komponente befestigt und elektrisch angeschlossen ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das zweite Element einen strahlungsdurchlässigen Deckel. Insbesondere ist der Deckel durchlässig für die Strahlung der optoelektronischen Komponente.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Deckel die optoelektronische Komponente. In Draufsicht betrachtet überdeckt der Deckel die optoelektronische Komponente bevorzugt vollständig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das erste Element die elektronische Komponente und die Verbindungsstelle des ersten Elements ist eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das zweite Element einen Träger und die Verbindungsstelle des zweiten Elements ist eine elektrische Anschlussstelle.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kontaktstelle und die Anschlussstelle über die Verbindungsschicht stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements und des elektronischen Bauelements ergeben sich aus den folgenden im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen 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 für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1A bis 1D verschiedene Positionen in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens sowie ein erstes Ausführungsbeispiel des elektronischen Bauelements,
    • 2 eine Position in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens,
    • 3A und 3B verschiedene Positionen in einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens sowie ein zweites Ausführungsbeispiel des elektronischen Bauelements.
  • 1A zeigt eine erste Position in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. In dieser Position sind ein erstes Element 1 und ein zweites Element 2 bereitgestellt. Das erste Element 1 umfasst einen selbsttragenden Träger 11 und eine elektronische Komponente 3, die auf dem Träger 11 befestigt und elektrisch angeschlossen ist. Bei der elektronischen Komponente 3 handelt es sich beispielsweise um einen Laserdioden-Chip oder einen LED-Chip. Der Träger 1 ist beispielsweise ein Keramikträger oder eine Leiterplatte.
  • Laterale Abmessungen des Trägers 11 sind größer als die der elektronischen Komponente 3. Seitlich neben der elektronischen Komponente 3 sind auf dem Träger 11 Abstandshalter 13 angeordnet, die ebenfalls dem ersten Element 1 zugehören. Die Abstandshalter 13 überragen die elektronische Komponente 3 in Richtung weg vom Träger 11. Die Abstandshalter 13 sind zum Beispiel aus Keramik.
  • Die dem Träger 11 abgewandten Seiten der Abstandshalter 13 bilden Verbindungsstellen 10 des ersten Elements 1. Auf den Verbindungsstellen 10 sind jeweils eine thermische Isolierschicht 6, beispielsweise aus Keramik, eine ferromagnetische Schicht 5, beispielsweise aus Nickel, und eine Verbindungsschicht 4, beispielsweise aus einem ultraniedrigschmelzenden Glas, wie TeO2-V2O5, in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt. Die Verbindungsschicht 4 und die ferromagnetische Schicht 5 sind dabei unmittelbar aufeinander angeordnet.
  • Das zweite Element 2 ist durch einen Deckel 21, beispielsweise aus Glas, gebildet. Der Deckel 21 ist zum Beispiel durchlässig für die von der elektronischen Komponente 3 im Betrieb emittierten Strahlung. Eine Unterseite des Deckels 21 umfasst Verbindungsstellen 20. Die Verbindungsstellen 20 des zweiten Elements 2 sind vorliegend Bereiche der Unterseite des Deckels 21, die aus Glas gebildet sind. Diese unterscheiden sich in Bezug auf die Materialzusammensetzung nicht von dem restlichen Bereich der Unterseite des Deckels 21.
  • In der 1A wird das zweite Element 2 auf das erste Element 1 aufgelegt.
  • 1B zeigt eine zweite Position in dem Verfahren, in der nun das zweite Element 2 auf dem ersten Element 1 aufgelegt ist, so dass die Verbindungsschichten 4 in direktem Kontakt zu den Verbindungsstellen 20 des zweiten Elements 2 stehen. Der Deckel 21 überdeckt dabei die elektronische Komponente 3 vollständig.
  • 1C zeigt eine dritte Position in dem Verfahren, in der die ferromagnetischen Schichten 5 mithilfe einer Spule 7 induktiv erwärmt werden. Die Spule 7 erzeugt ein Wechselfeld in den ferromagnetischen Schichten 5, wodurch eine Ummagnetisierung induziert wird. Die dabei auftretende Verlustwärme führt zu einer Erwärmung der ferromagnetischen Schichten 5. Ein Teil der Wärme wird auf die Verbindungsschichten 4 übertragen. Vorliegend werden die ferromagnetischen Schichten 5 derart stark induktiv erwärmt, dass die Verbindungsschichten 4 aufschmelzen. Das von der Spule 7 erzeugte Wechselfeld führt nur in den ferromagnetischen Schichten 5 zu einer signifikanten Erwärmung, denn nur dort findet eine signifikante Ummagnetisierung statt. Die thermische Isolierschicht 6 verhindert, dass das erste Element 1, insbesondere die elektronische Komponente 3, stark erwärmt wird.
  • In der 1D ist eine vierte Position in dem Verfahren gezeigt, in der die Verbindungsschichten 4 ausgehärtet wurden. Dadurch ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 entstanden. Gleichzeitig zeigt die 1D ein Ausführungsbeispiel des fertigen elektronischen Bauelements 100.
  • In der 2 ist eine Position in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Diese entspricht im Wesentlichen der Position der 1A. Anders als in der 1A sind nun aber die Verbindungsschichten 4 nicht auf dem ersten Element 1, sondern auf den Verbindungstellen 20 des zweiten Elements 2 angeordnet. Die Verbindungsschichten 4 liegen an einer den Verbindungsstellen 20 abgewandten Seite frei. Bei dem ersten Element 1 liegen die den Verbindungsstellen 10 abgewandten Seiten der ferromagnetischen Schichten 5 frei. Bei den Verbindungsschichten 4 in der 2 handelt es sich beispielsweise um Lotschichten, zum Beispiel aus AuSn, die im Bereich der Verbindungsstellen 20 auf das zweite Element 2 aufgesputtert oder aufgedampft wurden.
  • Das zweite Element 2 wird nun wieder auf das erste Element 1 aufgelegt, derart dass die Verbindungsstellen 10, 20 sich gegenüberliegen und die ferromagnetischen Schichten 5 und die Verbindungsschichten 4 übereinander angeordnet werden. Dabei werden die Verbindungsschichten 4 und die ferromagnetischen Schichten 5 in direkten Kontakt gebracht. Dann werden die ferromagnetischen Schichten 5 wieder induktiv erwärmt, sodass die Verbindungsschichten 4 aufschmelzen. In einem anschließenden Schritt werden die Verbindungsschichten 4 ausgehärtet.
  • Anders als in der 2 gezeigt wäre es aber auch möglich, dass die Verbindungsschichten 4 aus Lötmetall auf den ferromagnetischen Schichten 5 aufgebracht sind. Die Verbindungsstellen 20 des zweiten Elements 2 sind dann bevorzugt metallisch. Zum Beispiel wurde dazu im Bereich der Verbindungstellen 20 eine metallische Schicht aufgedampft. Nach dem Zusammenbringen des ersten 1 und zweiten 2 Elements und dem Aufschmelzen der Verbindungsschichten 4 entsteht dann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den metallischen Verbindungsstellen 20 und den Verbindungsschichten 4.
  • 3A zeigt eine Position in einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Hier ist das erste Element 1 eine elektronische Komponente 3, insbesondere ein optoelektronischer Flip-Chip zur Erzeugung und Emission von Strahlung. Auf einer Unterseite der Komponente 3 im Bereich von metallischen Verbindungsstellen 10 sind Verbindungsschichten 4, beispielsweise aus einem Weichlot, wie AuSn, aufgebracht. Die Verbindungsstellen 10 sind vorliegend Kontaktstellen zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente 3.
  • Das zweite Element 2 ist ein selbsttragender Träger 22 mit Verbindungsstellen 20 in Form von elektrischen Anschlussstellen. Die elektrischen Anschlussstellen sind beispielsweise über Durchkontaktierungen mit einer Rückseite des Trägers 22 verbunden (nicht gezeigt). Auf den Anschlussstellen 20 des zweiten Elements 2 ist jeweils eine ferromagnetische Schicht 5, beispielsweise aus Nickel, aufgebracht.
  • 3B zeigt eine Position in dem Verfahren, nachdem das erste Element 1 auf das zweite Element 2 aufgelegt wurde, derart dass die Verbindungsstellen 10, 20 einander gegenüberliegen und die Verbindungsschichten 4 über den ferromagnetischen Schichten 5 angeordnet wurden. Nach einem induktiven Erwärmen der ferromagnetischen Schichten 5 und einem damit einhergehenden Aufschmelzen der Verbindungsschichten 4 wurden die Verbindungsschichten 4 ausgehärtet, wodurch das erste Element 1 und das zweite Element 2 stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden wurden. 3B zeigt gleichzeitig ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Bauelements 100.
  • Anders als in den 2, 3A und 3B dargestellt, könnte vor dem Zusammenfügen des ersten 1 und zweiten Elements 2 auf den den Verbindungsstellen 10, 20 abgewandten Seiten der ferromagnetischen Schichten 5 auch noch jeweils eine dünne Haftschicht, von beispielsweise höchstens 200 nm Dicke, aufgebracht sein, um eine bessere Verbindung zu den Verbindungsschichten 4 zu erreichen. Solche Haftschichten könnten bei Verwendung von AuSn als Verbindungsschichten 4 zum Beispiel aus Au bestehen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Element
    2
    zweites Element
    3
    elektronische Komponente
    4
    aufschmelzbare Verbindungsschicht
    5
    ferromagnetische Schicht
    6
    thermische Isolierschicht
    7
    Spule
    10
    Verbindungsstelle
    11
    Träger
    13
    Abstandshalter
    20
    Verbindungsstelle
    21
    Deckel
    22
    Träger
    100
    elektronisches Bauelement

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines ersten Elements (1) und eines zweiten Elements (2), wobei - zumindest eines der Elemente (1, 2) eine elektronische Komponente (3) umfasst, - die Elemente (1, 2) jeweils eine Verbindungstelle (10, 20) aufweisen, - auf der Verbindungstelle (10, 20) zumindest eines Elements (1, 2) eine aufschmelzbare Verbindungsschicht (4) aufgebracht ist, - auf der Verbindungsstelle (10, 20) zumindest eines Elements (1, 2) eine ferromagnetische Schicht (5) aufgebracht ist; B) Aufeinanderlegen des ersten (1) und des zweiten (2) Elements, sodass die Verbindungsstellen (10, 20) einander gegenüberliegen und sodass die ferromagnetische Schicht (5) und die Verbindungsschicht (4) übereinander liegen; C) Induktives Erwärmen der ferromagnetischen Schicht (5), wobei die Verbindungsschicht (4) aufgeschmolzen wird; D) Aushärten der Verbindungsschicht (4), wodurch das erste Element (1) und das zweite Element (2) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt A) auf zumindest einer Verbindungsstelle (10, 20) eine thermische Isolierschicht (6) aufgebracht ist, die nach dem Schritt B) zwischen der ferromagnetischen Schicht (5) und einer der Verbindungstellen (10, 20) angeordnet ist, wobei das Material der thermischen Isolierschicht (6) eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Material der ferromagnetischen Schicht (5) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsschicht (4) eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als die ferromagnetische Schicht (5) .
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsschicht (4) ein Glas oder ein Lötmetall aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt A) die ferromagnetische Schicht (5) und die Verbindungsschicht (4) auf der Verbindungstelle (10, 20) desselben Elements (1, 2) aufgebracht sind, wobei die ferromagnetische Schicht (5) zwischen der Verbindungsschicht (4) und der Verbindungsstelle (10, 20) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Schritt A) die Verbindungsschicht (4) auf der Verbindungsstelle (10, 20) eines Elements (1, 2) angeordnet ist und die ferromagnetische Schicht (5) auf der Verbindungsstelle (10, 20) des anderen Elements (20) angeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das erste Element (1) einen Träger (11) mit der darauf angeordneten elektronischen Komponente (3) umfasst, - das zweite Element (2) einen Deckel (21) umfasst, - nach dem Schritt D) der Deckel (21) die elektronische Komponente (3) überdeckt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - das erste Element (1) die elektronische Komponente (3) umfasst und die Verbindungstelle (10) des ersten Elements (1) eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente (3) ist, - das zweite Element (2) einen Träger (22) umfasst und die Verbindungsstelle (20) des zweiten Elements (2) eine elektrische Anschlussstelle ist, - nach dem Schritt D) die Kontaktstelle (10) elektrisch leitend mit der Anschlussstelle (20) verbunden ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Komponente (3) eine optoelektronische Komponente ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient der Verbindungsschicht (4) um höchstens 10 % von dem der ferromagnetischen Schicht (5) abweicht.
  11. Elektronisches Bauelement (100), umfassend - ein erstes Element (1) und ein zweites Element (2) mit jeweils einer Verbindungsstelle (10, 20), wobei eines der Elemente (1, 2) eine elektronische Komponente (3) aufweist, wobei - das erste Element (1) und das zweite Element (2) aufeinander aufgebracht sind, derart, dass die Verbindungsstellen (10, 20) einander gegenüberliegen, - das erste Element (1) und das zweite Element (2) über eine Verbindungsschicht (4) zwischen den Verbindungsstellen (10, 20) stoffschlüssig miteinander verbunden sind, - zwischen der Verbindungsschicht (4) und einer Verbindungstelle (10, 20) eines der Elemente (1, 2) eine ferromagnetische Schicht (5) angeordnet ist, sodass die Verbindungsschicht (4) und die ferromagnetische Schicht (5) übereinander liegen.
  12. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 11, wobei die Verbindungsschicht (4) ein Lötmetall oder ein Glas aufweist.
  13. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei - zwischen der ferromagnetischen Schicht (5) und einer Verbindungstelle (10, 20) eine thermische Isolierschicht (6) angeordnet ist, - das Material der thermischen Isolierschicht (6) eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Material der ferromagnetischen Schicht (5) aufweist.
  14. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei - die elektronische Komponente (3) eine optoelektronische Komponente zur Emission elektromagnetischer Strahlung ist, - das erste Element (1) einen Träger (11) aufweist, auf der die optoelektronische Komponente (3) befestigt und elektrisch angeschlossen ist, - das zweite Element (2) einen strahlungsdurchlässigen Deckel (21) umfasst, - der Deckel (12) die optoelektronische Komponente (3) überdeckt.
  15. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei - das erste Element (1) die elektronische Komponente (3) umfasst und die Verbindungstelle (10) des ersten Elements (1) eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente (3) ist, - das zweite Element (2) einen Träger (22) umfasst und die Verbindungsstelle (20) des zweiten Elements (2) eine elektrische Anschlussstelle ist, - die Kontaktstelle und die Anschlussstelle über die Verbindungsschicht (4) stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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