DE102020133750A1 - Verfahren zum befüllen zumindest einer kavität mit einem flüssigen verguss und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Verfahren zum befüllen zumindest einer kavität mit einem flüssigen verguss und optoelektronisches bauelement Download PDF

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Gregory Bellynck
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Befüllen zumindest einer Kavität (9) mit einem flüssigen Verguss (13) umfassend die folgenden Schritte angegeben:- Bereitstellen eines Trägers (1) mit zumindest einer zu befüllenden Kavität (9),- Positionieren eines Tropfens (12) des flüssigen Vergusses (13) auf oder neben einer Öffnung (10) der zu befüllenden Kavität (9),- Schrägstellen des Trägers (1) um einen Winkel α und/oder Zentrifugieren des Trägers (1), so dass der Tropfen (12) des flüssigen Vergusses (13) in die zu befüllende Kavität (9) fließt.Außerdem wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Description

  • Es werden ein Verfahren zum Befüllen zumindest einer Kavität mit einem flüssigen Verguss und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
  • Es soll ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem vergleichsweise kleine Kavitäten mit einem flüssigen Verguss auf einfache Art und Weise gefüllt werden können. Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement angegeben werden, das unter anderem durch ein derartiges Verfahren hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
  • Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Befüllen zumindest einer Kavität mit einem flüssigen Verguss wird ein Träger mit zumindest einer zu befüllenden Kavität bereitgestellt. Mit dem Begriff „Träger mit zumindest einer zu befüllenden Kavität“ ist vorliegend gemeint, dass zumindest ein Teil einer Oberfläche des Trägers die zu befüllende Kavität begrenzt. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass die zu befüllende Kavität vollständig von dem Träger umfasst ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist die zu befüllende Kavität in einer Hauptfläche des Trägers angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei der zu befüllenden Kavität um einen Graben in der Hauptfläche des Trägers.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Tropfen des flüssigen Vergusses auf oder neben einer Öffnung der zu befüllenden Kavität positioniert.
  • Der Tropfen weist beispielsweise ein Gewicht zwischen einschließlich 5 Mikrogramm und einschließlich 50 Mikrogramm auf. Ein Volumen des Tropfens liegt beispielsweise zwischen einschließlich 3 Nanoliter und einschließlich 35 Nanoliter.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger um einen Winkel α schräggestellt, sodass der Tropfen des flüssigen Vergusses in die zu befüllende Kavität fließt. Insbesondere nimmt der Tropfen bei der Schrägstellung in der Regel eine abgeflachte Form an, so dass er leichter in die zu befüllende Kavität fließt. Die Schrägstellung um den Winkel α führt mit Vorteil dazu, dass eine Komponente der Gewichtskraft auf den Tropfen entsteht, die den Tropfen zu der zu befüllenden Kavität hinzieht. Besonders bevorzugt fließt ein überwiegender Teil des Tropfens hierbei in die zu befüllende Kavität, bevorzugt mehr als 95 %.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger zusätzlich oder alternativ zu dem Schrägstellen zentrifugiert. Auch bei der Zentrifugation nimmt der Tropfen in der Regel eine abgeflachte Form an. So kann der Tropfen des flüssigen Vergusses besonders effizient in die zu befüllende Kavität eingebracht werden. Bei dem Zentrifugieren weist die G-Zahl besonders bevorzugt einen Wert im dreistelligen Bereich, beispielsweise zwischen einschließlich 100 und einschließlich 200 auf.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Befüllen der zumindest einer Kavität mit dem flüssigen Verguss die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen des Trägers mit der zumindest einen zu befüllenden Kavität,
    • - Positionieren des Tropfens des flüssigen Vergusses auf oder neben der Öffnung der zu befüllenden Kavität,
    • - Schrägstellen des Trägers und/oder Zentrifugieren des Trägers, so dass der Tropfen des flüssigen Vergusses in die zu befüllende Kavität fließt.
  • Bevorzugt werden die aufgeführten Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
  • Besonders bevorzugt wird die zu befüllende Kavität vollständig mit dem flüssigen Verguss gefüllt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Tropfen an flüssigem Verguss durch Dispensen positioniert. Besonders bevorzugt wird ein kontaktloses Dispensverfahren, wie Jetten, verwendet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der flüssige Verguss ausgehärtet. Nach dem Aushärten liegt der Verguss in einem festen Zustand vor.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger um einen Winkel α schräggestellt, dessen Wert zwischen einschließlich 15° und einschließlich 90° liegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Verguss ein Matrixmaterial, in das eine Vielzahl an Partikeln eingebracht ist. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich besonders bevorzugt um ein Polymer, beispielsweise um ein Epoxid, ein Silikon oder eine Mischung eines Epoxids und eines Silikons. Insbesondere kann ein Polysiloxan als Matrixmaterial verwendet werden.
  • Das Matrixmaterial, das als Polymer ausgebildet ist, liegt in der Regel zunächst in einer unvernetzten Form vor, sodass das Matrixmaterial und damit auch der Verguss flüssig ausgebildet sind. Zum Aushärten wird das Polymer in der Regel vernetzt, sodass der Verguss fest wird.
  • Weiterhin kann das Matrixmaterial auch ein Thermoplast, etwa ein Hotmelt aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Ein solches Matrixmaterial wird in der Regel durch einen Temperaturwechsel ausgehärtet.
  • Besonders bevorzugt sind die Partikel in dem Matrixmaterial reflektierend, insbesondere diffus reflektierend ausgebildet. Die Wahl der Partikelform und des Partikelmaterials ist von dem Wellenlängenbereich der zur reflektierenden elektromagnetischen Strahlung abhängig. Beispielsweise umfassen die reflektierenden Partikel Titandioxid oder sind aus Titandioxid gebildet. Ein Verguss, der Titandioxidpartikel aufweist, ist insbesondere diffus reflektierend ausgebildet. In der Regel erscheint ein diffus reflektierender Verguss weiß für einen menschlichen Betrachter, insbesondere bei Tageslicht.
  • Ein diffus reflektierender Verguss wird besonders bevorzugt in einem optoelektronischen Bauelement zur Erhöhung der ausgekoppelten Strahlung verwendet, wie weiter unten näher beschrieben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Verguss mit einem vergleichsweise hohen Anteil an Partikeln versehen, insbesondere wenn die Partikel diffus reflektierend ausgebildet sind. Bevorzugt beträgt der Anteil der Partikel in dem Matrixmaterial mindestens 20 Gew%, mindestens 40 Gew%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew%. Insbesondere ein diffus reflektierender Verguss weist bevorzugt einen vergleichsweise hohen Anteil an diffus reflektierenden Partikeln auf, damit dieser einen hohen Reflexionsgrad aufweist. Allerdings erhöht sich mit dem Anteil an Partikeln in der Regel auch die Viskosität des Vergusses, so dass das hier beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft ist.
  • Insbesondere Matrixmaterialien auf Polymerbasis mit einem hohen Anteil an Partikeln, wie beispielsweise diffus reflektierende Partikel, weisen eine vergleichsweise hohe Viskosität und/oder eine vergleichsweise hohe Oberflächenspannung auf, sodass vergleichsweise kleine Kavitäten nur schwierig mit herkömmlichen Methoden, wie beispielsweise Dispensen, gefüllt werden können.
  • Der flüssige Verguss weist beispielsweise eine Viskosität zwischen einschließlich 10*3 mPa*s und einschließlich 10*5 mPa*s auf.
  • Die Oberflächenspannung des flüssigen Vergusses liegt beispielsweise zwischen einschließlich 1 mN/m und einschließlich 100 mN/m.
  • Eine Abmessung der zu befüllenden Kavität liegt beispielsweise zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 80 Mikrometer, bevorzugt zwischen 1 Mikrometer und 60 Mikrometer und besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer. Beispielsweise liegt ein Durchmesser der Öffnung der Kavität zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer, bevorzugt zwischen 1 Mikrometer und 60 Mikrometer und besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer.
  • Insbesondere mit dem vorliegend beschriebenen Verfahren ist es mit Vorteil möglich, vergleichsweise kleine Kavitäten mit hochviskosen Materialien, die zusätzlich oder alternativ eine vergleichsweise hohe Oberflächenspannung aufweisen, auf einfache Art und Weise zu füllen. Insbesondere kann bei dem vorliegenden Verfahren auf eine Plasmabehandlung der zu befüllenden Kavität verzichtet werden, die eine nachteilige Oxidation der Oberfläche zur Folge hätte.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Träger mit zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip versehen, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Insbesondere ein diffus reflektierender Verguss verbessert die aus einem optoelektronischen Bauelement umfassend einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgekoppelte Strahlung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip zwei elektrische Kontakte auf, die an einer Montagefläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind. Die Montagefläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist hierbei in einem montierten Zustand zu dem Träger. Beispielsweise ist die Montagefläche durch eine Hauptfläche eines strahlungsdurchlässigen Substrats ausgebildet, auf dem eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge umfasst eine aktive Zone, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt.
  • Bei einem derartigen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der auch als Flip-Chip bezeichnet wird, wird Strahlung durch das Substrat zu dem Träger hin ausgesandt. Weiterhin wird durch die Montagefläche und den Träger eine Kavität begrenzt. Besonders bevorzugt wird diese Kavität bei dem vorliegenden Verfahren mit dem flüssigen Verguss befüllt.
  • Beispielsweise wird hierbei der Tropfen des flüssigen Vergusses neben einer Öffnung der zu befüllenden Kavität positioniert und der Träger entsprechend schräggestellt, sodass der flüssige Verguss in die zu befüllende Kavität zwischen die Montagefläche und den Träger fließt. Ist der flüssige Verguss nun diffus reflektierend ausgebildet, so entsteht nach Aushärten des flüssigen Vergusses eine diffus reflektierende Unterfüllung unter dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips, die elektromagnetische Strahlung, die im Betrieb durch die Montagefläche ausgesendet wird, zu einer Strahlungsaustrittsfläche des fertigen optoelektronischen Bauelements reflektiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Befüllen der mindestens einen Kavität ein Reflektor aus einem flüssigen Material auf dem Träger gebildet. Bevorzugt wird der strahlungsemittierende Halbleiterchip von einem Graben in dem Träger umlaufen, der die zu befüllende Kavität ausbildet. Bevorzugt ist der Graben vollständig umlaufend um den strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgebildet. Der Graben dient hierbei bevorzugt als Stoppgeometrie für das flüssige Material, aus dem der Reflektor gebildet wird. Zur Bildung des Reflektors wird das flüssige Material ausgehärtet.
  • Das flüssige Material, aus dem der Reflektor gebildet wird, umfasst, wie auch der flüssige Verguss, bevorzugt ein Matrixmaterial, in das eine Vielzahl an diffus reflektierenden Partikeln eingebracht ist. Beispielsweise ist das Matrixmaterial das gleiche Matrixmaterial wie für den flüssigen Verguss. Insbesondere können auch in das Matrixmaterial des flüssigen Materials Titandioxidpartikel als diffus reflektierende Partikel eingebracht sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem flüssigen Material um das gleiche Material wie der flüssige Verguss.
  • Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere die Kavität mit einem ebenfalls diffus reflektierenden Verguss gefüllt, sodass die Effizienz des späteren optoelektronischen Bauelements verbessert ist.
  • Beispielsweise werden mehrere Tropfen des flüssigen Vergusses auf einer Flanke des Reflektors entlang des Grabens positioniert und der Träger zentrifugiert, sodass der flüssige Verguss den Graben füllt. Besonders bevorzugt füllt der flüssige Verguss den Graben hierbei vollständig.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Tropfen des flüssigen Vergusses mit einer Temperatur beaufschlagt wird, so dass er sich weiter verflüssigt. Beispielsweise erniedrigt sich eine Viskosität des flüssigen Vergusses durch die Temperaturbeaufschlagung, so dass der Tropfen des flüssigen Vergusses fließfähiger wird und die zu befüllende Kavität ausfüllt.
  • Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dafür geeignet, ein optoelektronisches Bauelement herzustellen. Sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, können auch bei dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein und umgekehrt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Träger mit einer Kavität, wobei auf einer Hauptfläche des Trägers zumindest ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen diffus reflektierenden Verguss, der die Kavität ausfüllt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Kavität als Graben ausgebildet, der den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip umgibt. Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement bevorzugt einen Reflektor, der umlaufend um den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet ist. Der Reflektor ist beispielsweise auch aus einem diffus reflektierenden Material gebildet oder umfasst ein diffus reflektierendes Material. Beispielsweise weist der Reflektor das gleiche Material auf wie der diffus reflektierende Verguss. Der Reflektor ist insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des zumindest einen Halbleiterchips diffus zu reflektieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Reflektor eine Ausnehmung auf, in der der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchips angeordnet ist. Eine Bodenfläche der Ausnehmung wird in der Regel durch einen Bereich der Hauptfläche des Trägers gebildet, der durch die zu befüllende Kavität, insbesondere den Graben, begrenzt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung mit einem weiteren Verguss gefüllt. Der weitere Verguss kann durchlässig für von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesandte elektromagnetische Strahlung sein. Weiterhin können sich in dem Verguss wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffpartikel befinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Graben zwischen dem Reflektor und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet. Der Graben dient bei der Herstellung des Reflektors als Stoppgeometrie. Beispielsweise grenzt der Reflektor an den Graben direkt an. Ist der Graben mit einem diffus reflektierenden Material gefüllt, bevorzugt vollständig, so ist die Effizienz des optoelektronischen Bauelements mit Vorteil erhöht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Kavität durch die Hauptfläche des Trägers und eine Montagefläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips begrenzt. Hierbei handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip bevorzugt um einen Flip-Chip mit einem strahlungsdurchlässigen Substrat. Der diffus reflektierende Verguss in der Kavität zwischen der Hauptfläche des Trägers und der Montagefläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bildet eine diffus reflektierende Unterfüllung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und erhöht die Effizienz des optoelektronischen Bauelements, da er verhindert, dass elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips von dem Träger absorbiert wird.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des optoelektronischen Bauelements werden im Folgenden im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die schematischen Schnittdarstellungen der 1 bis 5 zeigen Stadien eines Verfahrens zum Befüllen einer Kavität gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die schematischen Darstellungen der 7 bis 11 zeigen Stadien eines Verfahrens zum Befüllen einer Kavität gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 wird in einem ersten Schritt ein Träger 1 bereitgestellt, (1). Auf einer Hauptfläche 2 des Trägers 1 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 3 aufgebracht. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 ist vorliegend als Flip-Chip ausgebildet.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 in Flip-Chip-Bauweise weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 mit einer aktiven Zone 5 auf, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 ist vorliegend auf einem Substrat 6 epitaktisch gewachsen, das für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 5 durchlässig ist. „Durchlässig“ bedeutet vorliegend beispielsweise, dass mindestens 85 % und bevorzugt mindestens 90 % der elektromagnetischen Strahlung transmittiert wird. Beispielsweise weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 und insbesondere die aktive Zone 5 ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf oder besteht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
  • Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine aktive Zone 5, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, Licht aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich zu erzeugen.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 und insbesondere die aktive Zone 5 ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist oder aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial besteht.
  • Phoshpid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine aktive Zone 5, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Phosphid -Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, Licht aus dem roten bis infraroten Spektralbereich zu erzeugen.
  • Als Material für ein Substrat 6, auf dem eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, epitaktisch gewachsen werden kann, eignet sich beispielsweise Saphir oder Siliziumcarbid. Ein Substrat 6 umfassend Saphir oder Siliziumcarbid ist insbesondere durchlässig für elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich, wie sie von einer aktiven Zone 5 basierend auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, im Betrieb erzeugt wird.
  • An einer Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 sind zwei elektrische Kontakte 8 angeordnet, die mit dem Träger 1 elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden sind, beispielsweise durch Löten.
  • Die Montagefläche 7 und die Hauptfläche 2 des Trägers 1 bilden vorliegend eine zu befüllende Kavität 9 aus. Die zu befüllende Kavität 9 weist eine Öffnung 10 auf, deren Abmessung 11 vorliegend durch einen Abstand d zwischen der Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 und der Hauptfläche 2 des Trägers 1 vorgegeben wird. Beispielsweise weist der Abstand d einen Wert von ungefähr 30 Mikrometer auf.
  • In einem nächsten Schritt wird auf der Hauptfläche 2 des Trägers 1 neben der Öffnung 10 der zu befüllenden Kavität 9 ein Tropfen 12 eines flüssigen Vergusses 13 aufgebracht, beispielsweise durch Dispensen (2). Der flüssige Verguss 13 weist vorliegend ein Matrixmaterial 14 auf, in das diffus reflektierende Partikeln 15 eingebracht sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem Matrixmaterial 14 um ein Polysiloxan, während die diffus reflektierenden Partikel 15 Titandioxid aufweisen oder aus Titandioxid gebildet sind.
  • Weist der Tropfen 12 des flüssigen Vergusses 13 neben der Öffnung 10 der zu befüllenden Kavität 9 einen Radius r auf, so herrscht an der Grenzfläche Flüssigkeit/Gas ein aufgrund der Oberflächenspannung γ um Δp erhöhter Druck, der sich aus der Young-Laplace-Gleichung wie folgt ergibt: Δ p = 2 * γ / r .
    Figure DE102020133750A1_0001
    Der Druck ist also umso größer, je kleiner der Radius r ist. Daher lassen sich insbesondere besonders kleine zu befüllende Kavitäten 9, etwa die vorliegende zu befüllende Kavität 9 zwischen der Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 und der Hauptfläche 2 des Trägers 1, nur schlecht mit dem flüssigen Verguss 13 befüllen.
  • In einem nächsten Schritt wird der Träger 1 um einen Winkel α aus der Horizontalen H schräggestellt, sodass der Tropfen 12 des flüssigen Vergusses 13 in die zu befüllende Kavität 9 läuft (3).
  • Wie anhand der 4 und 5 schematisch gezeigt, wird bei der Schrägstellung des Trägers 1 um einen Winkel α aus der Horizontalen H die Gewichtskraft FG= ρ*V*g eines Tropfens 12 eines flüssigen Vergusses mit Dichte p und Volumen V in zwei Komponenten FA=FG*sin α und FN= FG*cos α aufgespalten, wobei die Komponenten FA den Tropfen 12 zu der zu befüllenden Kavität 9 hinzieht. Zusätzlich oder alternativ kann der Träger 1 mit dem Tropfen 12 auch zentrifugiert werden, so dass der Tropfen 12 die zu befüllende Kavität füllt.
  • Der Tropfen 12 des flüssigen Vergusses 13 fließt besonders bevorzugt vollständig in die zu befüllende Kavität 9 zwischen der Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 und der Hauptfläche 2 des Trägers 1.
  • In einem nächsten Schritt wird der flüssige Verguss 13 ausgehärtet, sodass sich eine feste diffus reflektierende Unterfüllung 16 unter dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 3 zwischen der Hauptfläche 2 des Trägers 1 und der Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 ausbildet (nicht dargestellt).
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 umfasst einen Träger 1 mit einer Hauptfläche 2. Mit der Hauptfläche 2 des Trägers 1 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 3 elektrisch leitend und mechanisch stabil über zwei elektrische Kontakte 8 verbunden.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 weist ein Substrat 6 auf, auf dem eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 mit einer aktiven Zone 5 epitaktisch gewachsen ist. Die aktive Zone 5 erzeugt im Betrieb elektromagnetische Strahlung, beispielsweise aus dem blauen Spektralbereich. Das Substrat 6 ist vorliegend durchlässig für die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone 5 erzeugt wird. Beispielsweise ist das Substrat 6 aus Saphir gebildet, während die aktive Zone 5 ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist.
  • Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 eine Montagefläche 7, an der die beiden elektrischen Kontakte 8 angeordnet sind. Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 3 des optoelektronischen Bauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 handelt es sich um einen Flip-Chip. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 in Flip-Chip-Bauweise sendet im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche 26 aus, die durch eine der Montagefläche gegenüberliegende Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und durch Seitenflächen des Halbleiterchips gebildet ist.
  • Zwischen der Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 und der Hauptfläche 2 des Trägers 1 ist eine diffus reflektierende Unterfüllung 16 angeordnet. Diese füllt eine Kavität 9 zwischen der Montagefläche 7 und der Hauptfläche 2 des Trägers 1 vollständig aus.
  • Elektromagentische Strahlung, die in der aktiven Zone 5 erzeugt und zur Montagefläche 7 ausgesendet wird, wird vorteilhafterweise durch die diffus reflektierende Unterfüllung 16 in eine Richtung weg von dem Träger 1 gelenkt, sodass eine Lichtauskopplung und eine Effizienz des optoelektronischen Bauelements erhöht wird.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 11 wird in einem ersten Schritt wiederum ein Träger 1 bereitgestellt (7). In einer Hauptfläche 2 des Trägers 1 ist eine zu befüllende Kavität 9 ausgebildet, die vorliegend die Form eines Grabens 17 hat. Der Graben 17 weist eine Öffnung 10 mit einer Abmessung 11 auf, die vorliegend durch die Breite b des Grabens 17 gegeben ist.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in 8 dargestellt ist, wird ein Reflektor 18 aus einem flüssigen Material 19 auf die Hauptfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht. Das flüssige Material 19 weist hierbei ein flüssiges Matrixmaterial 14 auf, beispielsweise ein Polysiloxan. In das flüssige Matrixmaterial 14 sind diffus reflektierende Partikel 15 eingebracht, die beispielsweise Titandioxid aufweisen oder aus Titandioxid bestehen.
  • Beim Aufbringen des flüssigen Materials 19 zur Bildung des Reflektors 18 dient der Graben 9 als Stoppgeometrie. Aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Materials 19 und der Geometrie des Grabens 17 fließt das flüssige Material 19 zur Bildung des Reflektors 18 nicht in den Graben 17 oder über diesen hinaus. Weiterhin bilden sich aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Materials 19 gekrümmte Flanken 20 des Reflektors aus. Nach Aufbringen des flüssigen Materials 19 wird das flüssige Material 19 ausgehärtet, um den Reflektor 18 auszubilden.
  • Die Flanke 20 des Reflektors 18 grenzt direkt an den Graben 17 an. Weiterhin umläuft der Reflektor 18 den Graben 17 vollständig.
  • In einem weiteren Schritt werden auf die Hauptfläche 2 des Trägers 1 strahlungsemittierende Halbleiterchips 3 montiert (9).
  • Auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 ist vorliegend jeweils ein wellenlängenkonvertierendes Element 21 aufgebracht, dass elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 5 zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt. Erzeugt die aktive Zone 5 blaues Licht, so wird das blaue Licht bei Durchtritt durch das eine wellenlängenkonvertierende Element 21 beispielsweise teilweise in gelbes Licht umgewandelt, während ein Teil des blauen Lichts der aktiven Zone 5 das wellenlängenkonvertierende Element 21 unkonvertiert durchläuft.
  • Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 sind vorliegend auf einen Bereich 22 der Hauptfläche 2 des Trägers 1 aufgebracht, die von dem Graben 17 umlaufen wird. Der Bereich 22 der Hauptfläche 2 des Trägers 1, auf den die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 aufgebracht sind, wird von dem Graben 17 begrenzt.
  • Der Graben 17 umläuft die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vollständig, wie auch in 8 gezeigt. Weiterhin ist der Graben 17 zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 und dem Reflektor 18 angeordnet.
  • In einem nächsten Schritt wird auf die Flanken 20 des Reflektors 18 eine Vielzahl an Tropfen 12 eines flüssigen Vergusses 13 aufgebracht, beispielsweise mittels Dispensen oder Jetten (siehe 10 und 11). Wie in 10 dargestellt, wird beispielsweise in jede Ecke des Reflektors 18 ein Tropfen 12 des flüssigen Vergusses 13 gesetzt.
  • In einem nächsten Schritt wird der Träger 1 zentrifugiert. Wird die Anordnung des Trägers 1 mit dem Tropfen 12 zentrifugiert, so erhöht sich die Kraft, die den Tropfen 12 zu dem Graben 17 zieht, um den G-Wert der Zentrifuge. Für die Kraft, die beim Zentrifugieren auf den Tropfen 12 wirkt, ergibt sich: FG=G* ρ*V*g.
  • Mit dem Verfahren, wie es anhand der 7 bis 11 beschrieben wurde, kann ein optoelektronisches Bauelement erzielt werden, wie es beispielsweise in 12 dargestellt ist.
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 12 weist einen Träger 1 mit einer Hauptfläche 2 auf, in der ein Graben 17 angeordnet ist. Bei dem Träger 1 handelt es sich beispielsweise um einen Leiterrahmen. In einem Bereich 22 der Hauptfläche 2 des Trägers 1, der von dem Graben 17 umlaufen wird, sind vorliegend zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips 3 angeordnet. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 können gleich oder auch voneinander verschieden ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dass die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 elektromagnetische Strahlung aus verschiedenen Spektralbereichen aussendet.
  • Vorliegend sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 gleich ausgebildet und weisen jeweils eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 mit einer aktiven Zone 5 auf, die im Betrieb blaues Licht erzeugen. Weiterhin umfasst jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 ein Saphirsubstrat 6, auf dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 epitaktisch gewachsen ist.
  • Auf einer einer Montagefläche 7 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 gegenüberliegenden Hauptfläche 23 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 3 sind zwei elektrische Kontakte 8 angeordnet, die mit elektrischen Anschlussstellen auf dem Träger 1 elektrisch leitend durch Bonddrähte verbunden sind.
  • Jeder strahlungsemittierende Halbleiterchip 3 ist vorliegend mit einem wellenlängenkonvertierenden Element 21 versehen, das blaues Licht, das in der aktiven Zone 5 erzeugt wird, teilweise in gelbes Licht umwandelt. Ein Teil des blauen Lichts der aktiven Zone 5 durchläuft das wellenlängenkonvertierende Element 21 unkonvertiert, so dass das optoelektronische Bauelement mischfarbiges weißes Licht aussendet.
  • Umlaufend um den Graben 17 ist weiterhin ein Reflektor 18 angeordnet, der aus einem ausgehärteten Matrixmaterial 14 mit eingebrachten diffus reflektierenden Partikeln 15 gebildet ist. Der Reflektor 18 ist folglich auch diffus reflektierend ausgebildet. Insbesondere reflektiert der Reflektor 18 elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 5 und durch das wellenlängenkonvertierende Element 21 umgewandelte elektromagnetische Strahlung.
  • Die Flanke 20 des Reflektors 18 grenzt direkt an den Graben 17 an. Der Graben 17 ist mit einem ausgehärteten diffus reflektierenden Verguss 13 vollständig gefüllt. Der diffus reflektierende Verguss 13 reflektiert wie der Reflektor 18 elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 5 und durch das wellenlängenkonvertierende Element 21 umgewandelte elektromagnetische Strahlung. Dies erhöht die Effizienz des optoelektronischen Bauelements.
  • Der Reflektor 18 weist weiterhin eine Ausnehmung 24 auf, deren Bodenfläche durch den von dem Graben 17 umlaufenden Bereich 22 der Hauptfläche 2 des Trägers 1 gebildet ist. Die Ausnehmung 24 ist mit einem weiteren Verguss 25 gefüllt. Beispielsweise ist der weitere Verguss 25 durchlässig für die von dem optoelektronischen Bauelement ausgesandte elektromagnetische Strahlung.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass in den weiteren Verguss 25 wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 5 in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandeln. Bevorzugt ist die Ausnehmung 24 vollständig mit dem weiteren Verguss 25 gefüllt.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Träger
    2
    Hauptfläche
    3
    strahlungsemittierender Halbleiterchip
    4
    epitaktische Halbleiterschichtenfolge
    5
    aktive Zone
    6
    Substrat
    7
    Montagefläche
    8
    elektrischer Kontakt
    9
    Kavität
    10
    Öffnung
    11
    Abmessung
    12
    Tropfen
    13
    Verguss
    14
    Matrixmaterial
    15
    Partikel
    16
    Unterfüllung
    17
    Graben
    18
    Reflektor
    19
    flüssiges Material
    20
    Flanke
    21
    wellenlängenkonvertierendes Element
    22
    Bereich
    23
    Hauptfläche des Halbleiterchips
    24
    Ausnehmung
    25
    weiterer Verguss
    26
    Strahlungsaustrittsfläche
    d
    Abstand
    r
    Radius
    α
    Winkel
    H
    Horizontale
    b
    Breite

Claims (17)

  1. Verfahren zum Befüllen zumindest einer Kavität (9) mit einem flüssigen Verguss (13) umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Trägers (1) mit zumindest einer zu befüllenden Kavität (9), - Positionieren eines Tropfens (12) des flüssigen Vergusses (13) auf oder neben einer Öffnung (10) der zu befüllenden Kavität (9), - Schrägstellen des Trägers (1) um einen Winkel α und/oder Zentrifugieren des Trägers (1), so dass der Tropfen (12) des flüssigen Vergusses (13) in die zu befüllende Kavität (9) fließt.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Verguss (13) ein Matrixmaterial (14) umfasst, in das eine Vielzahl an Partikeln (15) eingebracht ist.
  3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Partikel (15) reflektierend ausgebildet sind.
  4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Anteil der Partikel (15) in dem Matrixmaterial (14) mindestens 20 Gew% beträgt.
  5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Träger (1) mit zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3) versehen ist, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche (26) aussendet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem - der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip (3) zwei elektrische Kontakte (8) aufweist, die an einer Montagefläche (7) des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (3) angeordnet sind, und - die zu befüllende Kavität (9) durch die Montagefläche (7) und den Träger (1) begrenzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, bei dem - der strahlungsemittierende Halbleiterchip (3) von einem Graben (17) in dem Träger (1) umlaufen wird, und - der Graben (17) die zu befüllende Kavität (9) ausbildet.
  8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - vor dem Befüllen der mindestens einen Kavität (9) ein Reflektor (18) aus einem flüssigen Material (19) auf dem Träger (1) gebildet wird, und - die zu befüllende Kavität (9) als Stoppgeometrie für das flüssige Material (19) dient, aus dem der Reflektor (18) gebildet wird.
  9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das flüssige Material (18) ein Matrixmaterial (14) umfasst, in das eine Vielzahl an reflektierenden Partikeln (15) eingebracht ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem - mehrere Tropfen (12) des flüssigen Vergusses (13) auf einer Flanke (20) des Reflektors (18) entlang des Grabens (17) positioniert werden, und - der Träger (1) zentrifugiert wird, so dass der flüssige Verguss (13) den Graben (17) füllt.
  11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die zu befüllende Kavität (9) vollständig mit dem flüssigen Verguss (13) gefüllt wird.
  12. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Tropfen (12) durch Dispensen auf den Träger (1) aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Tropfen (12) mit einer Temperatur beaufschlagt wird, so dass er sich verflüssigt.
  14. Optoelektronisches Bauelement umfassend: - einen Träger (1) mit einer Kavität (9), - zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3) auf einer Hauptfläche (2) des Trägers (1), und - einen diffus reflektierenden Verguss (13), der die Kavität (9) ausfüllt.
  15. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Kavität (9) als Graben (17) ausgebildet ist, der den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3) umgibt, - ein Reflektor (18) umlaufend um den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3) angeordnet ist, wobei - der Graben (17) zwischen dem Reflektor (18) und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (3) angeordnet ist.
  16. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Reflektor (18) an den Graben (17) angrenzt.
  17. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, bei dem die Kavität (9) durch die Hauptfläche (2) des Trägers (1) und eine Montagefläche (7) des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (3) begrenzt ist.
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