DE102021121365A1

DE102021121365A1 - Oberflächenmontierbares optoelektronisches halbleiterbauteil und leiterrahmenverbund

Info

Publication number: DE102021121365A1
Application number: DE102021121365.7A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Arndt
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2023-02-02

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1), das oberflächenmontierbar ist,- ein metallisches erstes Leiterrahmenteil (21),- ein metallisches zweites Leiterrahmenteil (22),- einen elektrisch isolierenden Grundkörper (3), der die Leiterrahmenteile (21, 22) mechanisch miteinander verbindet und die Leiterrahmenteile (21, 22) direkt umgibt, und- einen optoelektronischen Halbleiterchip (4),wobei- die Leiterrahmenteile (21, 22) je eine Bauteileseite (25) und eine gegenüberliegende Montageseite (26) aufweisen,- der Halbleiterchip (4) an der Bauteileseite (25) des ersten Leiterrahmenteils (21) angebracht ist,- in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen das erste Leiterrahmenteil (21) mindestens eine Zunge (24) aufweist, die hin zu einem Rand des Grundkörpers (3) verläuft und innerhalb des Grundkörpers (3) endet, und- die Zunge (24) beabstandet zu einer Montageebene (30) verläuft, in der die Montagseiten (26) liegen.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Leiterrahmenverbund angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das zuverlässig montierbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch einen Leiterrahmenverbund mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil oberflächenmontierbar. Dies bedeutet, das Halbleiterbauteil ist mittels Oberflächenmontage, englisch Surface Mount Technology oder kurz SMT, auf einem externen Montageträger anbringbar ist. Insbesondere verfügt das Halbleiterbauteil dazu über eine plane Montageebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine Leiterrahmeneinheit. Die Leiterrahmeneinheit beinhaltet mindestens ein erstes Leiterrahmenteil und mindestens ein zweites Leiterrahmenteil. Darüber hinaus kann zumindest ein weiteres Leiterrahmenteil vorhanden sein. Die Leiterrahmeneinheit und damit die Leiterrahmenteile sind metallisch. Zum Beispiel ist die Leiterrahmeneinheit aus einem Kupferblech. Dabei können auf dem Kupferblech eine oder mehrere Beschichtungen aufgebracht sein, zum Beispiel, um eine Lötbarkeit zu verbessern oder ein Reflektivität zu erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leiterrahmenteile je eine Bauteileseite und eine gegenüberliegende Montageseite auf. Bevorzugt liegen alle Bauteileseiten in einer gemeinsamen Ebene. Ebenso befinden sich bevorzugt alle Montageseiten in der Montageebene. Eine Dicke der Leiterrahmenteile ist insbesondere gleich einem Abstand zwischen der gemeinsamen Ebene der Bauteileseiten und der Montageebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leiterrahmenteile plane, unverbogene Teile. Das heißt, die Leiterrahmenteile können frei von Biegungen sein, insbesondere in Richtung senkrecht zur Montageebene. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Leiterrahmenteile nur entlang der Montageebene und parallel zur Montageebene verlaufen. Haupterstreckungsrichtungen der Leiterrahmenteile können parallel zur Montageebene ausgerichtet sein. Alternativ kann zumindest eines der Leiterrahmenteile auch aus der Montageebene heraus gebogen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen Grundkörper. Der Grundkörper ist aus einem elektrisch isolierenden Material, wie einem Kunststoff. Insbesondere ist der Grundkörper mittels Spritzen und/oder Pressen hergestellt. Der Grundkörper befindet sich direkt an den Leiterrahmenteilen. Die Leiterrahmenteile sind durch den Grundkörper mechanisch miteinander verbunden. Insbesondere ist ein Verbund aus dem Grundkörper zusammen mit den Leiterrahmenteilen die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stützende Komponente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip. Es kann zudem alternativ oder zusätzlich zumindest ein Fotodiodenchip vorhanden sein. Sind mehrere der optoelektronischen Halbleiterchips vorhanden, so können diese Halbleiterchips baugleich sein oder es sind unterschiedliche Typen von optoelektronischen Halbleiterchips miteinander kombiniert, zum Beispiel optoelektronische Halbleiterchips zur Emission von weißem Licht mit verschiedenen Farbtemperaturen oder optoelektronische Halbleiterchips zur Erzeugung von rotem, grünem und blauem Licht.
Zusätzlich zu dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip kann mindestens ein weiterer Halbleiterchip vorhanden sein, zum Beispiel zum Schutz vor Schäden durch elektrostatische Entladungen oder zum Ansteuern des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip auf der Bauteileseite des ersten Leiterrahmenteils angebracht. Sind mehrere der optoelektronischen Halbleiterchips vorhanden, so können sich alle optoelektronischen Halbleiterchips auf dem gleichen ersten Leiterrahmenteil befinden oder es sind mehrere der ersten Leiterrahmenteile vorhanden, auf denen sich je mindestens einer der optoelektronischen Halbleiterchips befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Leiterrahmenteil, in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen, eine oder mehrere Zungen auf. Die mindestens eine Zunge ist einstückig mit dem ersten Leiterrahmenteil geformt. Somit sind die mindestens eine Zunge und das gesamte erste Leiterrahmenteil aus demselben Material, zum Beispiel aus demselben Kupferblech.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft die mindestens eine Zunge hin zu einem Rand des Grundkörpers, in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen. Das heißt zum Beispiel, dass sich die mindestens ein Zunge von einem Gebiet, auf dem sich der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip befindet, wegerstreckt, insbesondere radial wegerstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform endet die mindestens eine Zunge innerhalb des Grundkörpers, in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen. Das heißt, die mindestens eine Zunge reicht nicht bis an äußere Seitenflächen des Halbleiterbauteils heran. Es ist möglich, dass die mindestens eine Zunge von außerhalb des Halbleiterbauteils gesehen mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft die mindestens eine Zunge beabstandet zur Montageebene. Das heißt, die Montageebene ist bevorzugt frei von der mindestens einen Zunge. Dies lässt sich zum Beispiel durch ein Halbätzen der Leiterrahmenteile erreichen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil, das oberflächenmontierbar ist,

- ein metallisches erstes Leiterrahmenteil,
- ein metallisches zweites Leiterrahmenteil,
- einen elektrisch isolierenden Grundkörper, der die Leiterrahmenteile mechanisch miteinander verbindet und die Leiterrahmenteile direkt umgibt, und
- einen optoelektronischen Halbleiterchip, wobei
- die Leiterrahmenteile je eine Bauteileseite und eine gegenüberliegende Montageseite aufweisen,
- der Halbleiterchip an der Bauteileseite des ersten Leiterrahmenteils angebracht ist,
- in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen das erste Leiterrahmenteil mindestens eine Zunge aufweist, die hin zu einem Rand des Grundkörpers verläuft und innerhalb des Grundkörpers endet, und
- die mindestens eine Zunge beabstandet zu einer Montageebene verläuft, in der die Montagseiten liegen.

Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil handelt es sich somit insbesondere um QFN-Bauteil mit Metallzungen.
Bei einer Oberflächenmontage von Halbleiterbauteilen können Brüche in einem Kunststoffgehäuse, also im Grundkörper, auftreten. Diese Brüche werden in der Regel nach einem Löten entdeckt. Eine Ursache für die Brüche scheint aber nicht das Löten selbst zu sein, sondern eine spezielle mechanische Belastung, die bei der Handhabung während der Montage der Halbleiterbauteile oder bei einem Transport von Platinen auftritt.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil wird das Gehäuse, also der Grundkörper, durch verdeckt angebrachte Metallzungen im Leiterrahmen, auch als Leadframe bezeichnet, verstärkt. Dadurch wird das Halbleiterbauteil mechanisch stabiler.
Das heißt, Metallzungen werden bis in Kunststoffecken der Grundkörpers gezogen. Dadurch bricht der Kunststoff nicht so leicht, wenn von oben Druck auf das Halbleiterbauteil ausgewirkt wird, zum Beispiel währen einer Montage des Halbleiterbauteils. Der metallverstärkte Kunststoff kann größere Kräfte aufnehmen und Schäden beim Transport von Platinen oder auch durch unsachgemäße Handhabung bei der Montage werden vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das erste Leiterrahmenteil in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen eine eckige Grundform auf. Alternativ weist das erste Leiterrahmenteil in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen eine rund oder halbrunde Grundform auf, sodass das erste Leiterrahmenteil in Draufsicht gesehen zum Beispiel eine Ellipse oder ein Halbkreis ist. Die mindestens eine Zunge erstreckt sich von einer Umfanglinie dieser Grundform aus weg in Richtung des Rands des Grundkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform geht die mindestens eine Zunge von einer dem zweiten Leiterrahmenteil abgewandten Ecke der Grundform aus. Alternativ oder zusätzlich geht die mindestens eine Zunge von einer dem zweiten Leiterrahmenteil abgewandten Seitenkante der Grundform aus, wiederum in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil mehrere der Zungen. Zum Beispiel geht von jeder dem zweiten Leiterrahmenteil abgewandten Ecke der Grundform je eine der Zungen aus.
Alternativ oder zusätzlich geht von einigen oder von jeder Seitenkante der Grundform, wobei die betreffende Seitenkante nicht dem zweiten Leiterrahmenteil zugewandt ist, eine der Zungen aus. Dies gilt insbesondere in Draufsicht auf die betreffende Bauteileseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen die Zungen symmetrisch zu einer Bauteillängsachse gestaltet. Mit anderen Worten bildet die Bauteillängsachse eine Spiegelachse für die Zungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leiterrahmenteile insgesamt unsymmetrisch bezüglich der Bauteillängsachse geformt. Mit anderen Worten bildet die Bauteillängsachse keine Spiegelachse für die ersten und/oder zweiten Leiterrahmenteile. Es ist möglich, dass das erste Leiterrahmenteil und/oder das zweite Leiterrahmenteil keine Spiegelsymmetrieachse aufzeigen, in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Grundform ein Rechteck oder auch ein Quadrat. Alternativ kann die Grundform auch ein Sechseck, wie ein regelmäßiges Sechseck, oder ein anderes regelmäßiges oder unregelmäßiges Polygon sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein erster Abstand der mindestens einen Zunge zu den äußeren Seitenflächen des Grundkörpers (3) mindestens 50 pm oder mindestens 75 pm oder mindestens 100 pm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser erste Abstand bei höchstens 250 pm oder bei höchstens 150 µm oder bei höchstens 125 pm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein zweiter Abstand der Grundform zu den äußeren Seitenflächen mindestens doppelt so groß oder mindestens dreimal so groß wie der erste Abstand. Alternativ oder zusätzlich beträgt der zweite Abstand höchstens ein Achtfaches oder höchstens ein Fünffaches des ersten Abstands.
Der erste und der zweite Abstand werden insbesondere in Draufsicht auf die Bauteleseite gesehen ermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen eine Längsachse der mindestens einen Zunge auf eine zugeordnete Ecke des Grundkörpers hin. Insbesondere schneidet die Längsachse die zugeordnete Ecke des Grundkörpers, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 10 µm. Die Längsachse kann eine Symmetrieachse der Zunge sein, in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Längsachse hinsichtlich dieser Ecke des Grundkörpers eine Winkelhalbierende. Das heißt, die Längsachse der betreffenden Zunge zerteilt die zugeordnete Ecke in zwei gleiche Winkel. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 10° oder von höchstens 5° oder von höchstens 2°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Leiterrahmenteil im Bereich der mindestens einen Zunge dünner ist als unter dem Halbleiterchip. Beispielsweise beträgt eine Dicke der Zunge mindestens 20 % oder mindestens 30 % und/oder höchstens 70 % oder höchstens 60 % einer Gesamtdicke des ersten Leiterrahmenteils, wobei die Gesamtdicke unter dem Halbleiterchip vorliegen kann. Die Gesamtdicke beträgt zum Beispiel mindestens 40 µm oder mindestens 100 µm und/oder höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,2 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen die mindestens eine Zunge eine Länge von mindestens 3 % oder von mindestens 5 % oder von mindestens 7 % einer Diagonalenlänge des Grundkörpers auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Länge bei höchstens 25 % oder bei höchstens 20 % oder bei höchstens 15 % der Diagonalenlänge des Grundkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen eine Breite der mindestens einen Zunge mindestens 1 % oder mindestens 2 % oder mindestens 3 % der Diagonalenlänge des Grundkörpers. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Breite bei höchstens 20 % oder bei höchstens 15 % oder bei höchstens 10 % der Diagonalenlänge des Grundkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip in einer Wanne des Grundkörpers angebracht. Die Wanne ist von einer umlaufenden Wand begrenzt. Die Wand kann die Wanne ringsum umlaufen, wobei die Wand eine gleichbleibende Höhe aufweisen kann. Insbesondere sind aufgrund der Wanne das erste und das zweiten Leiterrahmenteil von einer der Montageebene gegenüberliegenden Seite des Halbleiterbauteils her stellenweise freigelegt, sodass der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip auf den Leiterrahmenteilen montierbar ist. Die Wanne kann optional teilweise oder vollständig mit einer Füllung aufgefüllt sein. Eine solche Füllung beinhaltet zum Beispiel zumindest einen Leuchtstoff zur Umwandlung einer Wellenlänge einer vom mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb erzeugten Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform macht in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen die Zunge oder alle Zungen zusammengenommen höchstens 10 % oder höchstens 5 % oder höchstens 3 % einer Grundfläche der umlaufenden Wand aus. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Wert bei mindestens 1 % oder bei mindestens 2 %. Durch die mindestens eine Zunge wird also eine Materialstärke des Grundkörpers, die von der Montageebene her zu einer der Montageebene gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers reicht, nicht zu sehr verringert. Das heißt, durch die mindestens eine Zunge ist eine Gefahr eines Ablösens von Teilen des Grundkörpers an der Montageebene von übrigen Teilen des Grundkörpers nicht oder nicht stark erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Leiterrahmenteile je mehrere Verbindungsstege, englisch auch als Tie Bars bezeichnet. Die Verbindungsstege reichen in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen bis zu den äußeren Seitenflächen des Grundkörpers. Insbesondere sind die Verbindungsstege von außen auf die Seitenflächen gesehen mit bloßem Auge sichtbar. Durch solche Verbindungsstege sind benachbarte Leiterrahmeneinheiten im Leiterrahmenverbund mechanisch miteinander verbindbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest einige der Leiterrahmenteile, insbesondere die zugehörigen Verbindungsstege, je mit einer Lötkontrollbucht versehen. Die Lötkontrollbuchten gehen dabei von den Montageseiten der betreffenden Leiterrahmenteile aus. Es ist möglich, dass alle Verbindungsstege des ersten Leiterrahmenteils, aber nur einige oder nur einer der Verbindungsstege des zweiten Leiterrahmenteils mit einer Lötkontrollbucht versehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Leiterrahmenteil und/oder das sind zweite Leiterrahmenteil in Draufsicht auf die Montageebene gesehen T-förmig gestaltet. Beim ersten Leiterrahmenteil können dabei alle drei Endpunkte des T's in der Montageebene bis an die Seitenflächen des Grundkörpers reichen. Dagegen reicht beim zweiten Leiterrahmenteil optional nur ein Fußpunkt des T's bis an eine der Seitenflächen heran.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind einige oder alle der Zungen gleich geformt. Dies schließt nicht aus, dass die betreffenden Zungen spiegelsymmetrisch oder punktsymmetrisch zueinander geformt sind. Alternativ können auch verschieden geformte Zungen vorhanden sein.
Darüber hinaus wird ein Leiterrahmenverbund für solche optoelektronischen Halbleiterbauteile, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben, angegeben. Merkmale des Leiterrahmenverbunds sind daher auch für die optoelektronischen Halbleiterbauteile offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform ist der Leiterrahmenverbund für optoelektronische Halbleiterbauteile vorgesehen und umfasst eine Vielzahl von metallischen Leiterrahmeneinheiten je mit einem ersten Leiterrahmenteil und einem zweiten Leiterrahmenteil, wobei:

- die Leiterrahmenteile je eine Bauteileseite und eine gegenüberliegende Montageseite aufweisen,
- die Bauteileseiten der ersten Leiterrahmenteile je dazu eingerichtet sind, mit mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip versehen zu werden,

- in Draufsicht auf die Bauteileseite gesehen die ersten Leiterrahmenteile je mindestens eine Zunge aufweisen und sich die mindestens eine Zunge sternförmig von dem zugehörigen ersten Leiterrahmenteil weg erstreckt, und
- die Zungen je beabstandet zu einer Montageebene, in der die Montagseiten verlaufen, liegen.

Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein hier beschriebener Leiterrahmenverbund unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines abgewandelten Halbleiterbauteils,
2 eine schematische Draufsicht auf Bauteileseiten von Leiterrahmenteilen des Halbleiterbauteils der 1,
3 eine schematische Draufsicht auf Montageseiten der Leiterrahmenteile des Halbleiterbauteils der 1,
4 eine schematische Draufsicht auf eine Montageebene eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
5 eine schematische Draufsicht auf eine Montageseite en von unten auf das Bauteil aus eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
6 eine schematische Schnittdarstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils der 4 und 5,
7 und 8 schematische perspektivische Darstellungen der Leiterrahmenteile des optoelektronischen Halbleiterbauteils der 4 und 5,
9 und 10 schematische Draufsichten auf Leiterrahmenteile für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
11 eine schematische Draufsicht auf einen Leiterrahmenverbund für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile.

In den 1 bis 3 ist eine Abwandlung eines Halbleiterbauteils 9 zu sehen. Das Halbleiterbauteil 9 umfasst einen Grundkörper 3, zum Beispiel aus einem Kunststoff. In den Grundkörper 3 sind ein erste Leiterrahmenteil 21 und ein zweites Leiterrahmenteil 22 eingebettet. Auf einer Bauteileseite 25 des größeren, ersten Leiterrahmenteils 21 befindet sich ein optoelektronischer Halbleiterchip 4, wie ein Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip.
Der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist dabei in einer Wanne 32 angeordnet, wobei die Wanne 32 ringsum von einer Wand 33 des Grundkörpers 3 umlaufen wird. Die Wand 33 und die Wanne 32 sind zur Vereinfachung der Darstellung in 2 nicht gezeichnet. Die Wanne 32 kann mit einer Füllung 5 versehen sein, die den optoelektronischen Halbleiterchip 4 überdeckt.
Wie in 1 zu erkennen ist, ist das Halbleiterbauteil 9 auf einem externen Montageträger 8 angebracht, insbesondere mittels eines Lots 81. Damit befindet sich das Lot 81 zwischen dem Montageträger 8 und einer Montageebene 30 des Halbleiterbauteils 9, allerdings nur an den Leiterrahmenteilen 21, 22. Das Lot 81 hat zwischen den Leiterrahmenteilen 21, 22 und dem Montageträger 8 zum Beispiel eine Dicke zwischen 50 pm und 100 µm. Somit sind nicht durch die Leiterrahmenteile 21, 22, sondern durch den Grundkörper 3 gebildete Bereiche der Montageebene 30 von dem Montageträger 8 beabstandet.
Wird nun ein Druck p auf eine dem Montageträger 8 abgewandte Seite des Halbleiterbauteils 9 ausgeübt, so können Risse 82 in dem Grundkörper 3 an äußeren Seitenflächen 31 auftreten, da der Grundkörper 3 an Eckbereichen 83 des Halbleiterbauteils 9 nicht auf dem Montageträger 8 abgestützt ist.
In den 4 bis 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 beschrieben. Auch das Halbleiterbauteil 1 umfasst ein erstes Leiterrahmenteil 21 und ein zweites Leiterrahmenteil 22, wobei das erste Leiterrahmenteil 21 optional größer ist als das zweite Leiterrahmenteil 22. Auf dem ersten Leiterrahmenteil 21 befindet sich einer oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips 4, wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur ein solcher Halbleiterchip 4 gezeichnet ist.
Der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist zum Beispiel auf dem ersten Leiterrahmenteil 21 angelötet oder elektrisch leitfähig geklebt. Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 4 erfolgt zum Beispiel über einen Bonddraht 41, der zu dem zweiten Leiterrahmenteil 22 reicht. Elektrische Kontaktflächen des Halbleiterchips 4 liegen also auf einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Halbleiterchips 4. Alternativ kann der Halbleiterchip 4 aber auch ein Flip-Chip sein. Dann erfolgt eine elektrische Kontaktierung entweder über elektrische Verbindungsmittel, wie Bonddrähte, hin zu beiden Leiterrahmenteilen 21, 22 oder der Halbleiterchip 4 ist auf beiden Leiterrahmenteilen 21, 22 befestigt, insbesondere angelötet.
Der mindestens eine Halbleiterchips 4 befindet sich in einem Zentralbereich des ersten Leiterrahmenteils 21. Der Zentralbereich, der sich in Draufsicht gesehen mittig oder ungefähr mittig in dem Grundkörper 3 befinden kann, weist eine rechteckige Grundform 27 auf. Das die Grundform 27 bildende Rechteck kann abgerundete Ecken aufweisen. Auch das zweite Leiterrahmenteil 22 kann eine rechteckige Grundform aufweisen.
Von der Grundform 27 des ersten Leiterrahmenteils 27 erstrecken sich zwei Zungen 24 weg hin zu Ecken des Grundkörpers 3. Die Zungen 24 beginnen an dem zweiten Leiterrahmenteil 22 abgewandten Ecken der Grundform 27 des ersten Leiterrahmenteils 21. Mit anderen Worten stellen die Zungen 24 Ausbuchtungen aus der Grundform 27 dar. Die Zungen 24 können somit als Vorsprünge über die Grundform 27 hinaus angesehen werden.
Dabei enden die Zungen 24, in Draufsicht auf die Bauteileseite 25 gesehen, innerhalb des Grundkörpers 3, siehe insbesondere 4, sodass die Zungen 24 nicht bis an die äußeren Seitenflächen 31 des Grundkörpers 3 heran reichen. Zum Beispiel beträgt ein Abstand D1 der Zungen 24 zu den äußeren Seitenflächen 31 mindestens 75 µm.
Die Zungen 24 verlaufen entlang der Bauteileseite 25, die bevorzugt in einer Ebene liegt. Das heißt, die Zungen 24 reichen nicht bis an die Montageebene 30 heran, siehe etwa die 5 und 8. Somit sind die Leiterrahmenteile 21, 22 halbgeätzt. Außerdem ist in den 7 und 8 zu erkennen, dass die Grundform 27 sowohl an der Bauteileseite 25 als auch an einer gegenüberliegenden Montageseite 26 durch die gleiche geometrische Figur, wie ein Rechteck oder ein Quadrat, gebildet sein kann, wobei diese geometrische Figur an der Bauteileseite 25 und an der Montageseite 26 unterschiedlich groß sein kann. Zum Beispiel ist die Grundform 27 an der Bauteileseite 25 größer als an der Montageseite 26 des ersten Leiterrahmenteils 21 und optional auch des zweiten Leiterrahmenteils 22.
Somit weisen die Leiterrahmenteile 21, 22 in ihren Zentralgebieten, insbesondere unterhalb des mindestens einen Halbleiterchips 4, ihre maximale Materialstärke auf, wohingegen das erste Leiterrahmenteil 21 im Bereich der Zungen 24 dünner ist.
Eine Breite B der Zungen 24 beträgt zum Beispiel mindestens 5 % und höchstens 15 % einer Diagonalenlänge L2 des Grundkörpers 3. Alternativ oder zusätzlich liegt eine Länge L1 der Zungen 24 über die Grundform 27 hinaus bei mindestens 5 % und bei höchstens 20 % der Diagonalenlänge L2. Die Diagonalenlänge L2 liegt zum Beispiel bei mindestens 1,4 mm und/oder bei höchstens 10 mm.
Optional erstrecken sich die Zungen 24 direkt hin zu den Ecken des Grundkörpers 3, siehe 4. Das heißt zum Beispiel, dass eine Längsachse A der Zungen 24 die zugehörigen äußeren Ecken des Grundkörpers 3 schneidet. Die Längsachse A kann eine Winkelhalbierende für die zugeordnete Ecke sein, sodass die Längsachse A einen Winkel zwischen den Seitenflächen 31, welche die entsprechende Ecke des Grundkörpers 3 definieren, halbiert.
Als weitere Option können die Zungen 24 spiegelsymmetrisch zu einer Bauteillängsachse S angeordnet sein. Ein Punkt, in dem die Längsachsen A der Zungen 24 die Bauteillängsachse S schneiden, kann von dem Halbleiterchip 4 überdeckt sein oder ist höchstens eine Diagonalenlänge des Halbleiterchips 4 von diesem entfernt.
Um eine ausreichende Materialstärke des Grundkörpers 3 seitlich um die Leiterrahmenteile 21, 22 herum von der Wand 33 zur Montageseite 30 zu ermöglichen, sind die Zungen 24 bevorzugt relativ klein. Das heißt, durch die Zungen 24 wird zwar eine Biegefestigkeit des Grundkörpers 3 erhöht, eine mechanische Integrität des Grundkörpers 3 um die Leiterrahmenteile 21, 22 herum von der Montageebene 30 hin zu den Bauteileseiten 25 ist aber nicht oder nicht signifikant beeinträchtigt. Ein Abstand D2 zwischen der Grundform 27 und den äußeren Seitenflächen 31 ist daher bevorzugt deutlich größer als der Abstand D1 zwischen den Zungen 24 und den Seitenflächen 31.
Es ist möglich, dass die Zungen 24 vollständig unterhalb der Wand 33 verlaufen. Das heißt, die Zungen 24 sind durch die Wanne 32 bevorzugt nicht freigelegt, siehe etwa die 4 und 6. Die Wanne 32 ist optional mit einer Füllung 5 aufgefüllt, die den Halbleiterchip 4 sowie den Bonddraht 41 überdeckt. Der Halbleiterchip 4 und der Bonddraht 41 liegen damit bevorzugt vollständig innerhalb der Wanne 32. Die Füllung ist zum Beispiel aus einem transparenten Matrixmaterial und darin eingebetteten Partikeln, wie Leuchtstoffpartikeln.
Durch die Zungen 24 erfolgt somit eine mechanische Verstärkung des Grundkörpers 3 in den Eckbereichen, die nicht von den Montageseiten 26 gestützt sind. Die beiden verbleibenden Ecken des Grundkörpers 3, in denen sich keine Zungen 24 befinden, sind bevorzugt mittels der Verbindungsstege 23, die vom zweiten Leiterrahmenteil 22 ausgehen, mechanisch verstärkt.
Optional weisen die Leiterrahmenteile 21, 22 je einen oder mehrere Verbindungsstege 23 auf, auch als Tie Bars bezeichnet. Die Verbindungsstege 23 reichen bis an die äußeren Seitenflächen 31, sodass die äußeren Seitenflächen 31 teilweise durch die Verbindungsstege 23 gebildet sind. Beispielsweise befinden sich vier der Verbindungsstege 23 an dem ersten Leiterrahmenteil 21 und drei der Verbindungsstege 23 an dem zweiten Leiterrahmenteil 22.
Als weitere Option sind die Leiterrahmenteile 21, 22 oder zumindest eines der Leiterrahmenteile 21, 22 mit zumindest einer Lötkontrollbucht 28 versehen. Die Lötkontrollbuchten 28 beginnen an der Montageebene 30 und reichen bevorzugt nicht bis zur Bauteileseite 25. Beispielsweise befinden sich drei der Lötkontrollbuchten 28 an dem größerem ersten Leiterrahmenteil 21 und nur eine der Lötkontrollbuchten 28 an dem kleineren zweiten Leiterrahmenteil 22, siehe insbesondere die 7 und 8. Bevorzugt reichen die Lötkontrollbuchten 28 von den Seitenflächen 31 her nicht bis an die Grundform 27 der Bauteileseite 25, in Draufsicht gesehen, siehe etwa 8.
Diejenigen Verbindungsstege 23, die nicht mit einer der Lötkontrollbuchten 28 versehen sind, reichen bevorzugt nicht bis an die Montageebene 30 heran, sondern verlaufen entlang der Bauteileseite 25. Das heißt, zwischen der Montageebene 30 und diesen Verbindungsstegen 23 ohne Lötkontrollbucht befindet sich der Grundkörper 3. Zum Beispiel umfasst das erste Leiterrahmenteil 21 einen Verbindungssteg 23 ohne Lötkontrollbucht und das zweite Leiterrahmenteil 22 drei Verbindungsstege 23 ohne Lötkontrollbucht.
Es ist möglich, dass die Grundformen 27 der Montageseite 26 ringsum von einem Sims entlang der Bauteileseite 25 umlaufen sind. Mit anderen Worten stehen die Grundformen 27 der Bauteileseiten 25 dann ringsum über die Grundformen 27 der Montageseiten 26 über, optional mit Ausnahme entlang einer dem zweiten Leiterrahmenteil 22 zugewandten Seite des ersten Leiterrahmenteils 21.
Im Ausführungsbeispiel der 9 beginnen die Zungen 24 nicht an den Ecken des ersten Leiterrahmenteils 21, sondern an dessen Seiten. Es können somit mehr als zwei der Zungen 24 vorhanden sein, zum Beispiel insgesamt vier der Zungen 24. Eine solche Anordnung der Zungen 24 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 4 bis 8 in gleicher Weise für 9, und umgekehrt.
Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist gezeigt, dass die Grundform 27 kein Rechteck oder Polygon zu sein braucht, sondern auch durch eine runde geometrische Figur, wie eine Ellipse oder Halbellipse, gebildet sein kann. Das gleiche gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
Die Zungen 24 starten gemäß 10 zum Beispiel von Stellen der Umfanglinie der Grundform 27, die den zugeordneten Ecken des Grundkörpers 3, in 10 nicht gezeichnet, am nächsten liegen.
Als weitere Option ist in 10 illustriert, dass die Zungen 24 nicht gerade verlaufen müssen, sondern auch eine gekrümmt oder geknickt verlaufende Längsachse A aufweisen können. Bevorzugt jedoch verläuft die Längsachse A entlang einer geraden Linie. Entsprechendes gilt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 4 bis 9 in gleicher Weise für 10, und umgekehrt.
In 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leiterrahmenverbunds 2 dargestellt, der eine Vielzahl von Leiterrahmeneinheiten 20 umfasst. Jede der Leiterrahmeneinheiten 20 ist für eines der optoelektronischen Halbleiterbauteile 1 vorgesehen. Bevorzugt sind alle Leiterrahmeneinheiten 20 baugleich.
Die Leiterrahmeneinheiten 20 werden zum Beispiel mittels Stanzen, Ätzen und/oder Schneiden aus einem Metallblech, wie einem Kupferblech, erzeugt. Mittels der Verbindungsstege 23 sind die Leiterrahmeneinheiten 20 miteinander mechanisch verbunden. Zwischen benachbarten Leiterrahmeneinheiten 20 verlaufen Vereinzelungslinien 29, entlang derer nach einem Erzeugen der Grundkörper 3 die Leiterrahmeneinheiten 20 zu den Halbleiterbauteilen 1 vereinzelt werden.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 4 bis 10 in gleicher Weise für 11, und umgekehrt.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge aufeinander, insbesondere unmittelbar aufeinander, sofern nichts anderes beschrieben ist. Sich in den Figuren nicht berührende Komponenten weisen bevorzugt einen Abstand zueinander auf. Sofern Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die zugeordneten Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Außerdem sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben, falls nichts anderes angegeben ist.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 119 451.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: Leiterrahmenverbund
20: Leiterrahmeneinheit
21: erstes Leiterrahmenteil
22: zweites Leiterrahmenteil
23: Verbindungssteg
24: Zunge
25: Bauteileseite
26: Montageseite
27: Grundform
28: Lötkontrollbucht
29: Vereinzelungslinie
3: Grundkörper
30: Montageebene
31: äußere Seitenfläche
32: Wanne
33: Wand
4: optoelektronischer Halbleiterchip
41: Bonddraht
5: Füllung
8: Montageträger
81: Lot
82: Riss
83: unverstärkter Bereich
9: abgewandeltes Halbleiterbauteil
A: Längsachse der Zunge
B: Breite der Zunge
D1: Abstand äußere Seitenfläche - Zunge
D2: Abstand äußere Seitenfläche - Grundform
L1: Länge der Zunge
L2: Diagonalenlänge des Grundkörpers
p: Druck
S: Bauteillängsachse

Claims

Oberflächenmontierbares optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einem metallischen ersten Leiterrahmenteil (21), - einem metallischen zweiten Leiterrahmenteil (22), - einem elektrisch isolierenden Grundkörper (3), der die Leiterrahmenteile (21, 22) mechanisch miteinander verbindet und die Leiterrahmenteile (21, 22) direkt umgibt, und - einem optoelektronischen Halbleiterchip (4), wobei - die Leiterrahmenteile (21, 22) je eine Bauteileseite (25) und eine gegenüberliegende Montageseite (26) aufweisen, - der Halbleiterchip (4) an der Bauteileseite (25) des ersten Leiterrahmenteils (21) angebracht ist, - in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen das erste Leiterrahmenteil (21) mindestens eine Zunge (24) aufweist, die hin zu einem Rand des Grundkörpers (3) verläuft und innerhalb des Grundkörpers (3) endet, und - die mindestens eine Zunge (24) beabstandet zu einer Montageebene (30) verläuft, in der die Montagseiten (26) liegen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen das erste Leiterrahmenteil (21) eine eckige Grundform (27) aufweist und die mindestens eine Zunge (24) von einer dem zweiten Leiterrahmenteil (22) abgewandten Ecke der Grundform (27) ausgeht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend mehrere der Zungen (25), wobei von jeder dem zweiten Leiterrahmenteil (22) abgewandten Ecke der Grundform (27) je eine der Zungen (25) ausgeht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen die Zungen (25) symmetrisch zu einer Bauteillängsachse (S) gestaltet sind, wobei die Leiterrahmenteile (21, 22) insgesamt unsymmetrisch bezüglich der Bauteillängsachse (S) geformt sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grundform (27) ein Rechteck ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erster Abstand (D1) der mindestens einen Zunge (24) zu äußeren Seitenflächen (31) des Grundkörpers (3) mindestens 50 pm beträgt, wobei ein zweiter Abstand (D2) der Grundform (27) zu den äußeren Seitenflächen (31) mindestens doppelt so groß ist wie der erste Abstand (D1).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen eine Längsachse (A) der mindestens einen Zunge (24) auf eine zugeordnete Ecke des Grundkörpers (3) hin verläuft und die Längsachse (A) hinsichtlich dieser Ecke des Grundkörpers (3) eine Winkelhalbierende ist, mit einer Toleranz von höchstens 10°.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Leiterrahmenteil (21) im Bereich der mindestens einen Zunge (24) dünner ist als unter dem Halbleiterchip (4).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen die mindestens eine Zunge (24) eine Länge (L1) von mindestens 5 % und von höchstens 20 % einer Diagonalenlänge (L2) des Grundkörpers (3) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen eine Breite (B) der mindestens einen Zunge (24) mindestens 2 % und höchstens 15 % der Diagonalenlänge (L2) des Grundkörpers (3) beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterchip (4) in einer Wanne (32) des Grundkörpers (3) angebracht ist, wobei die Wanne (32) von einer umlaufenden Wand (33) begrenzt ist, und wobei in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen die mindestens eine Zunge (24) höchstens 5 % einer Grundfläche der umlaufenden Wand (33) ausmacht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterrahmenteile (21, 22) je mehrere Verbindungsstege (23) umfassen, wobei die Verbindungsstege (23) in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen bis zu den äußeren Seitenflächen (31) des Grundkörpers (3) reichen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zumindest einige der Verbindungsstege (23) je mit einer Lötkontrollbucht (28) versehen sind, wobei die Lötkontrollbuchten (28) von den Montageseiten (26) der Leiterrahmenteile (21, 22) ausgehen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterrahmenteile (21, 22) in Draufsicht auf die Montageebene (30) gesehen jeweils T-förmig sind.
Leiterrahmenverbund (2) für optoelektronische Halbleiterbauteile (1), umfassend eine Vielzahl von metallischen Leiterrahmeneinheiten (20) je mit einem ersten Leiterrahmenteil (21) und einem zweiten Leiterrahmenteil (22), wobei: - die Leiterrahmenteile (21, 22) je eine Bauteileseite (25) und eine gegenüberliegende Montageseite (26) aufweisen, - die Bauteileseiten (25) der ersten Leiterrahmenteile (21) je dazu eingerichtet sind, mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (4) versehen zu werden, - in Draufsicht auf die Bauteileseite (25) gesehen die ersten Leiterrahmenteile (21) je mindestens eine Zunge (24) aufweisen und die Zungen sich je sternförmig von dem zugehörigen ersten Leiterrahmenteil (21) weg erstrecken, und - die Zungen (24) je beabstandet zu einer Montageebene (30) verlaufen, in der die Montagseiten (26) liegen.