DE102022112418A1 - Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer optoelektronischen vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung umfassend ein Trägersubstrat mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich, und ein lichtemittierendes Bauelement, das auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt ist. Zudem umfasst die Vorrichtung eine reflektierende Verkapselung, die auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, die das lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung umgibt, die das lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und die eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelementes ausbildet. In der Kavität ist auf dem lichtemittierenden Bauelement eine Lichtkonversionsschicht angeordnet, die in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist. Die ausgebildete Kavität weist einen Boden auf, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt, und die ausgebildete Kavität weist Seitenflächen auf, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und der reflektierenden Verkapselung ergibt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.
• Hintergrund
• Bei der Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen, insbesondere LED-Packages umfassend eine Konversionsschicht zur Lichtkonversion von beispielsweise blauem Licht in weißes Licht, besteht zum gegenwärtigen Zeitpunkt das Problem, dass:
• - bekannte Möglichkeiten zur Aufbringung einer Konversionsschicht auf einen LED-Chip nicht die gewünschte Effizienz im Hinblick auf die Konversion des Lichts liefern;
• - die optoelektronische Vorrichtung nicht ausreichend robust gegenüber äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen ist; und/oder
• - die thermische und elektrische Anbindung des LED-Chips an beispielsweise einer Leiterplatte nicht optimal ist, da für eine optimale Anbindung zumeist hohe Temperaturen zu einem Zeitpunkt benötigt würden, bei dem die Konversionsschicht bereits auf dem LED-Chip aufgebracht ist, die Konversionsschicht durch die hohen Temperaturen jedoch beschädigt werden würde.
Zudem bedürfen Möglichkeiten mit dem Versuch der Verbesserung zumindest eines der genannten Probleme zum gegenwärtigen Zeitpunkt aufwendige Fertigungskonzepte und Prozessflüsse und verursachen so hohe Prozesskosten (z. B. durch aufwändige sequentielle Prozesse oder Hilfsprozesse) und damit hohe Produktkosten.
• Es besteht daher das Bedürfnis, eine optoelektronische Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung anzugeben, welches zumindest einem der vorgenannten Probleme entgegenwirkt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Diesem Bedürfnis wird durch eine in Anspruch 1 genannte optoelektronische Vorrichtung, sowie durch das in Anspruch 9 genannte Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung Rechnung getragen. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Kern der Erfindung ist es eine Konversionsschicht sehr nahe, genau, und ohne Kleberfuge über der lichterzeugenden epitaktischen Schicht eines lichtemittierenden Chips anzuordnen, und die Konversionsschicht erst zu einem Zeitpunkt auf dem Chip anzuordnen, nachdem der Chip auf einem Trägersubstrat, wie beispielsweise ein Leadframe oder eine Leiterplatte, aufgebracht worden ist. Dadurch wird die Effizienz der Lichtkonversion erhöht, da sich das Konversionsmaterial der Konversionsschicht zum einen auf den Bereich der lichterzeugenden epitaktischen Schicht bzw. der Lichtemissionsfläche des Chips beschränkt und somit Verluste an den Rändern der Lichtemissionsfläche reduziert werden und da durch den Wegfall einer Klebeschicht zum anderen Auskoppelverluste reduziert werden. Zudem kann die thermische und elektrische Anbindung des Chips auf dem Trägersubstrat erhöht werden, da die Anbindung zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die Konversionsschicht noch nicht auf dem Chip angeordnet ist und somit höhere Temperaturen verwendet werden können.
• Der Chip wird dazu gemäß einer ersten Ausführungsform auf einem Trägersubstrat, wie beispielsweise einem Leadframe oder einer Leiterplatte, angeordnet, elektrisch angeschlossen, und anschließend mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt. Das Trägersubstrat bildet dabei insbesondere bereits das endgültige Substrat, auf dem der Chip auch in der finalen Vorrichtung angeordnet ist. Durch den Schritt des Verkapselns wird der Chip in laterale Richtung von dem Verkapselungsmaterial umschlossen und somit durch die Verkapselung geschützt. Zudem ist das Werkzeug zum Verkapseln des Chips derart ausgebildet, dass das Verkapselungsmaterial den Chip in vertikale Richtung überragt und oberhalb der lichterzeugenden epitaktischen Schicht bzw. der Lichtemissionsfläche des Chips eine Kavität ausgebildet ist, die zumindest die Lichtemissionsfläche freilegt.
• Da der Schritt des Verkapselns ein verhältnismäßig ungenauer Prozess zum Erzeugen einer Kavität ist, die sowohl größentechnisch als auch positionstechnisch im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet bzw. angeordnet ist, kann die Kavität bewusst größer als die Lichtemissionsfläche gewählt sein, sodass trotz Fertigungstoleranzen die Lichtemissionsfläche vollständig innerhalb der Kavität liegt und nicht durch das Verkapselungsmaterial bedeckt wird.
• Aufgrund der Fertigungstoleranzen und der insbesondere größer dimensionierten Kavität ist die genaue Position der Lichtemissionsfläche gegenüber der Kavität jedoch nicht genau bekannt und kann von Vorrichtung zu Vorrichtung abweichen. In einem weiteren Schritt wird daher die Position der Lichtemissionsfläche gegenüber der Kavität bestimmt. Dies kann mittels sehr genauen optischen Verfahren erfolgen, entweder in einem Zustand in dem der Chip durch die Lichtemissionsfläche Licht emittiert, oder in einem Zustand in dem der Chip kein Licht emittiert. Die bekannte Position der Lichtemissionsfläche gegenüber der Kavität kann dann verwendet werden, um ein in die Kavität eingebrachtes photosensitives Material zu strukturieren, nämlich derart, dass das photosensitive Material im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche eine Öffnung aufweist.
• Im Vergleich zu dem Schritt des Verkapselns handelt es sich bei dem Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials um einen verhältnismäßig genauen Prozess zum Erzeugen einer Öffnung bzw. Kavität. Mittels des photosensitiven Materials und dem Strukturieren des photosensitiven Materials kann somit in der verhältnismäßig ungenau positionierten und „überdimensionierten“ Kavität in dem Verkapselungsmaterial in einem Folgeschritt eine verhältnismäßig genau positionierte und genau dimensionierte Öffnung gegenüber der Lichtemissionsfläche erzeugt werden. Der Schritt des Strukturierens des photosensitiven Material bzw. insbesondere ein Belichten des photosensitiven Material zum Öffnen des photosensitiven Materials in einem gewünschten Bereich kann dabei zum einen mit einer externen/separaten Lichtquelle erfolgen, jedoch ist es auch denkbar, dass mittels des lichtemittierenden Bauelements der optoelektronischen Vorrichtung selbst das photosensitive Material oberhalb der Lichtemissionsfläche geöffnet wird.
• Die entstandene Öffnung in dem photosensitiven Material dient im Weiteren dann als Schablone bzw. Maske um eine Lichtkonversionsschicht sehr nahe, genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche direkt auf dem Chip zu erzeugen. Dazu wird die Öffnung beispielsweise mit einem lichtkonvertierenden Material, beispielsweise ein Matrixmaterial umfassend lichtkonvertierende Partikel, gefüllt und das Material ausgehärtet.
• Das verbliebene photosensitive Material kann anschließend entfernt werden, und der dadurch entstehende Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht kann mit einem reflektierenden Vergussmaterial gefüllt werden, um die Auskoppeleffizienz und Effizienz der Lichtkonversion weiter zu erhöhen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Chip auf einem Trägersubstrat, wie beispielsweise einem Leadframe oder einer Leiterplatte, angeordnet, elektrisch angeschlossen und die Position der Lichtemissionsfläche des Chips wird gegenüber bzw. in Bezug auf das Trägersubstrat bestimmt. Dies kann mittels sehr genauen optischen Verfahren erfolgen, entweder in einem Zustand in dem der Chip durch die Lichtemissionsfläche Licht emittiert, oder in einem Zustand in dem der Chip kein Licht emittiert. Die Bestimmung der Position kann beispielsweise notwendig sein, da das Anordnen des Chips auf dem Trägersubstrat aufgrund von Positionierungstoleranzen verhältnismäßig ungenau sein kann, sodass die Position der Lichtemissionsfläche in Bezug auf das Trägersubstrat nur verhältnismäßig ungenau bekannt sein kann.
• Die durch die Bestimmung bekannte Position der Lichtemissionsfläche gegenüber dem Trägersubstrat kann dann verwendet werden, um ein auf den Chip und optional auch auf das Trägersubstrat aufgebrachtes photosensitives Material zu strukturieren, nämlich derart, dass das photosensitive Material im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche verbleibt und Bereiche des photosensitiven Materials, die nicht deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche sind, entfernt werden. Durch das Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche in Kombination mit dem Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials kann somit mittels eines einfachen aber verhältnismäßig genauen Prozesses das photosensitive Material derart strukturiert werden, dass es verhältnismäßig genau positioniert und genau dimensioniert im Wesentlichen deckungsgleich auf der Lichtemissionsfläche verbleibt.
• Der Schritt des Strukturierens des photosensitiven Materials bzw. insbesondere ein Belichten des photosensitiven Materials in einem gewünschten Bereich kann dabei zum einen mit einer externen/separaten Lichtquelle erfolgen, jedoch ist es auch denkbar, dass mittels des lichtemittierenden Bauelements selbst das photosensitive Material oberhalb der Lichtemissionsfläche belichtet wird.
• Alternativ ist es möglich, dass das photosensitive Material bereits zu einem Zeitpunkt positionsgenau auf die Lichtemissionsfläche aufgebracht bzw. strukturiert wird, zu dem sich der Chip noch im Wafer Verbund, also auf dem Aufwachswafer bzw. Herstellungssubstrat des Chips befindet. Eine Bestimmung der Position der Lichtemissionsfläche des Chips mittels eines separaten optischen Verfahrens kann in solch einem Fall entfallen, da die genaue Position der Lichtemissionsfläche des Chips gegenüber dem Wachstumssubstrat aufgrund der Herstellung auf demselben Substrat bereits bekannt sein kann bzw. leicht ohne ein separates optisches Verfahren bestimmt werden kann. Entsprechend kann das photosensitive Material bereits vorab positionsgenau auf der Lichtemissionsfläche des Chips angeordnet werde, ohne, dass ein weiteres optisches Verfahren zur Bestimmung der Position der Lichtemissionsfläche zu einem späteren Zeitpunkt notwendig ist.
• Das auf der Lichtemissionsfläche und im Wesentlich deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche angeordnete photosensitive Material kann im Weiteren als Platzhalter für eine Lichtkonversionsschicht dienen, die zu einem späteren Zeitpunkt auf der Lichtemissionsfläche anstelle des photosensitiven Materials ausgebildet wird. Dazu wird der Chip auf dem Trägersubstrat mit dem auf dem Chip angeordneten photosensitive Material mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt. Durch den Schritt des Verkapselns wird der Chip und das photosensitive Material in laterale Richtung von dem Verkapselungsmaterial umschlossen und somit durch die Verkapselung geschützt. Das Verkapselungsmaterial kann dabei an einer Oberfläche gegenüber dem Trägersubstrat im Wesentlichen Plan mit dem photosensitiven Material abschließen, oder es kann mittels einem entsprechendem Werkzeug zum Verkapseln des Chips eine Kavität oberhalb des photosensitiven Materials derart ausgebildet werden, dass das Verkapselungsmaterial den Chip und das photosensitive Material in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist, die zumindest das photosensitive Material freilegt.
• Das photosensitive Material als positionsgenauer Platzhalter für die spätere Lichtkonversionsschicht kann in einem verhältnismäßig ungenauen Prozess, wie das Verkapseln des Chips auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial, verwendet werden, um eine positionsgenaue Kavität in der reflektierenden Verkapselung auszubilden, die dann mit einem Lichtkonversionsmaterial zur Ausbildung der Lichtkonversionsschicht gefüllt werden kann. Dazu wird nach dem Verkapseln des Chips auf dem Trägersubstrat und einem Aushärten des reflektierenden Verkapselungsmaterials das photosensitive Material auf der Lichtemissionsfläche entfernt, und die dadurch entstehende Kavität in der reflektierenden Verkapselung dient als Schablone bzw. Maske um eine Lichtkonversionsschicht sehr nahe, genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche direkt auf dem Chip zu erzeugen. Dazu wird die Kavität beispielsweise mit einem lichtkonvertierenden Material, beispielsweise ein Matrixmaterial umfassend lichtkonvertierende Partikel, gefüllt und das Material ausgehärtet.
• Das durch die beschriebenen Schritte der verschiedenen Ausführungsformen entstehende Package schützt alle empfindlichen Elemente der Vorrichtung und ist mechanisch deshalb sehr robust. Es lässt sich aufgrund des großen Anteils an parallelisierbaren Prozessen zudem kostengünstig herstellen, und es kann eine Helligkeitssteigerung der optoelektronischen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Vorrichtungen erzielt werden.
• Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung kombiniert die Merkmale:
• - Genau definierte Lage und geringe Dicke einer Konversionsschicht möglich, sowie Verzicht auf eine Kleberfuge (im Vergleich zu einem sogenannten Layer Attach Prozess oder anderen alternativen Ansätzen);
• - Realisierung einer Konversionsschicht zu einem späten Zeitpunkt im Herstellungsprozess (im Vergleich zu Prozessen, bei denen eine Lichtkonversionsschicht auf einen Chip zu einem Zeitpunkt aufgebracht wird, bei dem sich der Chip noch im Wafer Verbund befindet) und die damit einhergehenden Vorteile;
• - Realisierbarkeit einer Konversionsschicht ohne Verwendung eines temporären Trägers und die damit einhergehenden Vorteile, da der Schritt des Aufbringens der Konversionsschicht durchgeführt wird, wenn der Chip bereits auf dem endgültigen Trägersubstrat abgeordnet ist.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst eine optoelektronische Vorrichtung ein Trägersubstrat mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich, und ein lichtemittierendes Bauelement, das auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt ist. Zudem ist eine reflektierende Verkapselung auf dem Trägersubstrat angeordnet, die das lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung umgibt, die das lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und die eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelementes ausbildet. In der Kavität ist auf dem lichtemittierenden Bauelement eine Lichtkonversionsschicht angeordnet, die in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist. Die ausgebildete Kavität weist einen Boden auf, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt, und die ausgebildete Kavität weist Seitenflächen auf, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und der reflektierenden Verkapselung ergibt.
• Bei der Lichtkonversionsschicht kann es sich beispielsweise um eine Schicht umfassend ein Matrixmaterial mit darin befindlichen Lichtkonversionspartikeln handeln, die dazu ausgebildet sind, ein von dem lichtemittierenden Bauelement emittiertes Licht einer ersten Wellenlänge, welches auf die Lichtkonversionspartikel auftrifft, in Licht einer zur ersten unterschiedlichen zweiten Wellenlänge zu konvertieren. Bei den Lichtkonversionspartikeln kann es sich beispielweise um sogenannte Leuchtstoffe oder Phosphore handeln. Bei dem Matrixmaterial kann es sich beispielsweise um ein Silikon handeln.
• Bei der reflektierenden Verkapselung bzw. dem reflektierenden Verkapselungsmaterial kann es sich beispielsweise um eine weiße Verkapselung bzw. ein weißes Verkapselungsmaterial handeln.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Boden der ausgebildeten Kavität, in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche, größer als die Lichtemissionsfläche. Insbesondere ist die Grundfläche der Kavität größer als die Lichtemissionsfläche und derart gegenüber der Lichtemissionsfläche angeordnet, dass die Lichtemissionsfläche von der reflektierenden Verkapselung freibleibt.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Abstand von einer ersten Seitenfläche der Kavität hin zu einem zur ersten Seitenfläche nächstliegenden ersten Rand der Lichtemissionsfläche größer ist als ein Abstand von einer zweiten Seitenfläche der Kavität hin zu einem zur zweiten Seitenfläche nächstliegenden zweiten Rand der Lichtemissionsfläche. Der Boden bzw. die Grundfläche der Kavität kann entsprechend außermittig bzw. nicht symmetrisch gegenüber dem Schwerpunkt der Lichtemissionsfläche angeordnet sein.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der Kavität von einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung hin zum Boden der Kavität ab. Die Seitenflächen der Kavität sind entsprechend gegenüber der Lichtemissionsfläche bzw. der dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung geneigt, insbesondere um einen Winkel zwischen 0° und 90°, sodass sich die Kavität in Richtung der Lichtemissionsfläche verjüngt. Dies kann insbesondere dadurch bedingt sein, dass ein Werkzeug/Stempel zum Ausbilden der Kavität Formschrägen zum Entformen der Kavität aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass über die Neigung der Seitenflächen eine gewünschte Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Vorrichtung erreicht wird.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optoelektronische Vorrichtung ferner ein Vergussmaterial, das in dem Zwischenraum zwischen der reflektierenden Verkapselung und der Lichtkonversionsschicht in der Kavität angeordnet ist, und insbesondere den Zwischenrau auffüllt. Bei dem Vergussmaterial kann es sich beispielsweise um ein TiO₂-Silikon handeln, das in den Zwischenraum eingebracht ist und das dazu ausgebildet ist ein von dem lichtemittierenden Bauelement emittiertes Licht und von der Konversionsschicht konvertiertes Licht in Richtung einer Hauptemissionsrichtung der optoelektronische Vorrichtung zu reflektieren.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt eine Oberseite der Lichtkonversionsschicht mit einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung im Wesentlichen plan ab. Die Lichtkonversionsschicht kann entsprechend eine Dicke aufweisen, sodass sie in vertikale Richtung plan mit der reflektierenden Verkapselung abschließt. Eine derartige Planarität kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Menge eines in die Öffnung eingebrachten Lichtkonvertierenden Materials zur Erzeugung der Lichtkonversionsschicht exakt gewählt ist, sodass das Lichtkonvertierende Material die Öffnung exakt ausfüllt, oder die Planarität kann durch Abschleifen der Lichtkonversionsschicht und/oder der reflektierenden Verkapselung erzielt werden.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtkonversionsschicht von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln auf. Ein Großteil der Lichtkonversionspartikel in der Lichtkonversionsschicht kann sich entsprechend in einem Bereich der Lichtkonversionsschicht nahe der Lichtemissionsfläche befinden, wohingegen ein Bereich der Lichtkonversionsschicht weiter weg von der Lichtemissionsfläche eine geringere Konzentration an Lichtkonversionspartikel aufweisen kann. Dadurch kann zum einen eine erhöhte Effizienz der Lichtkonversion erreicht werden, und die optoelektronische Vorrichtung kann abgeschliffen werden, ohne eine Farbortänderungen zu riskieren, da sich an der Oberseite der Lichtkonversionsschicht keine oder nur kaum Lichtkonversionspartikel befinden, die bei einem Schleifen der Oberseite herausgerissen werden könnten.
• Bei dem lichtemittierenden Bauelement kann es sich um einen LED-Chip handeln, der dazu ausgebildet ist Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. Insbesondere kann es sich bei dem lichtemittierenden Bauelement um einen entsprechend der emittierten Wellenlänge vorsortierten LED-Chip handeln, der beispielsweise dazu ausgebildet ist, blaues Licht zu emittieren.
• Das lichtemittierenden Bauelement kann beispielsweise ein Lichtemissionsfläche mit einer Größe im Bereich von 0,5 mm² bis 2 mm², beispielsweise 1mm², und eine Höhe von 80 um bis zu 200 um, insbesondere bis zu 120µm aufweisen. Die Kantenlange eines solchen lichtemittierenden Bauelements kann beispielsweise im Bereich zwischen 10 um bis 50 um liegen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauelement durch einen Flip-Chip gebildet. Der Flip-Chip kann elektrische Anschlussflächen auf derselben Seite, nämlich der Unterseite des Chips aufweisen. Die elektrischen Anschlussflächen auf der Unterseite können auf dem ersten bzw. zweiten Kontaktbereich angeordnet sein und mit diesem elektrisch verbunden sein. Die reflektierende Verkapselung kann dabei insbesondere nur geringfügig höher als der Chip auf dem Trägersubstrat ausgebildet sein, sodass sich für die Kavität eine Tiefe ergibt, die mit einer gewünschten Dicke der Konversionsschicht korreliert.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauelement mittels eines Bonddrahtes mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt, und der Bonddraht ist vollständig von der reflektierenden Verkapselung umschlossen. Das lichtemittierende Bauelement kann beispielsweise durch einen Top Contact Chip gebildet sein, der eine elektrische Anschlussfläche auf dessen Unterseite und eine elektrische Anschlussfläche auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Chips aufweist. Die elektrische Anschlussfläche auf der Unterseite kann auf dem ersten Kontaktbereich angeordnet sein und mit diesem elektrisch verbunden sein, und die elektrische Anschlussfläche auf der Oberseite kann mittels eines Bonddrahtes mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein. Die reflektierende Verkapselung kann dabei insbesondere mindestens so hoch auf dem Trägersubstrat ausgebildet sein, dass der Bonddraht vollständig von dem Verkapselungsmaterial bedeckt ist. Aufgrund der dadurch entstehenden Höhe der reflektierenden Verkapselung kann die Kavität in entsprechender Weise eine Höhe aufweisen, die größer als im Falle der Verwendung eines Flip-Chips ist. Aufgrund der Höhe der Kavität kann es daher gewünscht sein, dass die Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist, sodass sich eine Epi-nahe, dichte Leuchtstoffpackung von Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht ergibt.
• Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
• - Bereitstellen eines Trägersubstrats mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement welches eine Lichtemissionsfläche aufweist;
• - Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche;
• - Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials derart, dass eine Öffnung in dem photosensitiven Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist, oder, dass das photosensitive Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist;
• - Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements auf dem Trägersubstrat mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial derart, dass
  • das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist,
  • das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und
  • das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet, die einen Boden aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt;
  und
• - Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht in der Kavität auf der Lichtemissionsfläche derart, dass die Lichtkonversionsschicht in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist.
• Die Schritte des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials können insbesondere gängige Fotolithographie-Prozesse, sowie Nanoimprint-, Laser- und Ätzprozesse zur Erzeugung der jeweilig gewünschten Strukturierung in einem photosensitiven Material umfassen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Entfernen des photosensitiven Materials nachdem das wenigstens einen lichtemittierende Bauelement auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt worden ist, sodass sich oberhalb der Lichtemissionsfläche eine positionsgenaue Kavität in dem Verkapselungsmaterial ausbildet. Der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht kann dann nach dem Schritt des Entfernens des photosensitiven Materials in der positionsgenauen Kavität erfolgen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials nach dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements in der in dem reflektierenden ersten Verkapselungsmaterial ausgebildeten Kavität. Die ausgebildete Kavität weist dabei insbesondere Seitenflächen auf, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtemissionsfläche und somit zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind und das Anordnen und Strukturieren des photosensitiven Materials erfolgt insbesondere derart, dass eine Öffnung in dem photosensitiven Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist. Die Lichtkonversionsschicht wird anschließend in der Öffnung erzeugt, sodass ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial mit dem photosensitiven Material gefüllt ist.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials hingegen vor dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements. Insbesondere erfolgt der der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials dabei derart, dass das photosensitive Material in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche auf der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist. Anschließend wird das lichtemittierende Bauelement auf dem Trägersubstrat mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verkapselt, derart, dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement und das photosensitive Material auf der Lichtemissionsfläche in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist, das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb der Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet, die mit dem photosensitiven Material gefüllt ist. Anschließend wird das photosensitive Material in der Kavität entfernt und in der Kavität kann eine mit der Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich ausgebildete Lichtkonversionsschicht ausgebildet werden.
• Der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht in der Kavität des reflektierenden Verkapselungsmaterials bzw. in der Öffnung des photosensitiven Materials kann ein Auffüllen der Öffnung mit einem lichtkonvertierenden Material umfassen. Das Auffüllen mit dem lichtkonvertierenden Material kann beispielsweise mittels Rakeln, Drucken, Jetten, Dispensen, oder Sprühen erfolgen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht zudem ein Aushärten bzw. Ausheizen des lichtkonvertierenden Materials, sodass dieses zum einen in sich selbst stabil ist, und zum anderen eine feste Verbindung mit dem wenigstens einen lichtemittierenden Bauelement eingeht. Die dadurch entstehende Konversionsschicht kann entsprechend eine feste Verbindung mit dem wenigstens einen lichtemittierenden Bauelement aufweisen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements einen Film-Assisted-Molding Schritt. Film-Assisted Molding (FAM) ist eine Variante des Transfer Molding. Beim Film-Assisted Molding werden Kunststofffolien in einer Form verwendet und diese unter Vakuum in die inneren Oberflächen der Form (Angüsse, Kavitäten und Anschnitte) gesaugt, bevor die zu verkapselnden Produkte in die Form eingelegt werden. Danach folgt ein Umspritzungs- bzw. Verkapselungsprozess. Die Formmasse wird zunächst durch Hitze und Druck verflüssigt, dann in geschlossene Formhohlräume gepresst und dort unter weiterer Hitze und Druck gehalten, bis das gesamte Material erstarrt (d. h. ausgehärtet) ist. Nach dem Öffnen der Form werden die eingekapselten Produkte entnommen. Das Film-Assisted Molding bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellem Transfermolding. Dazu gehören die einfache Entformung der umspritzten Produkte und die Tatsache, dass Metalloberflächen der Form von klebriger Formmasse freigehalten werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Folie als Schutz fungiert, was zu einem geringeren Verschleiß der Formteile, d.h. zu einer längeren Lebensdauer führt. Zudem ist es auch möglich filigranerer und enger beieinander liegende Strukturen mittels FAM herzustellen bzw. sauber zu Entformen.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Entfernen des photosensitiven Materials in dem Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht. Der Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht und insbesondere die finale optoelektronische Vorrichtung können entsprechend frei von dem photosensitiven Material sein.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zudem ein Einbringen eines Vergussmaterials, insbesondere eines reflektierenden Vergussmaterials, in den Zwischenraum zwischen dem reflektierenden Verkapselungsmaterial und der Lichtkonversionsschicht. Das Vergussmaterial kann dabei als Reflektor dienen, der die Effizienz der optoelektronischen Vorrichtung weiter erhöht.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Planarisieren zumindest der Lichtkonversionsschicht, und optional auch des reflektierenden Verkapselungsmaterials und des reflektierenden Vergussmaterials.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht, sodass die Lichtkonversionsschicht von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist.
• Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
• - Bereitstellen eines Trägersubstrat mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement;
• - Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements auf dem Trägersubstrat mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial derart, dass
  • das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in laterale Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial umgeben ist,
  • das reflektierende Verkapselungsmaterial das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement in vertikale Richtung überragt, und
  • das reflektierende Verkapselungsmaterial eine Kavität oberhalb einer Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes ausbildet die einen Boden aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche liegt;
• - Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes gegenüber der ausgebildeten Kavität;
• - Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials in der Kavität derart, dass eine Öffnung des photosensitiven Materials in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet ist; und
• - Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht auf der Lichtemissionsfläche in der Öffnung des photosensitiven Materials;

wobei die ausgebildete Kavität Seitenflächen aufweist, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht angeordnet sind; und
wobei während dem Erzeugen der Lichtkonversionsschicht ein Zwischenraum zwischen der Lichtkonversionsschicht und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial mit dem photosensitiven Material gefüllt ist.
• Mögliche Vorteile, die sich durch die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung ergeben können, sind:
• - Der Prozessfluss ist sowohl auf einem Leadframe als auch auf Leiterplatten, Keramiksubstraten oder anderen Substraten realisierbar;
• - Eine Konversionsrate der Konversionsschicht ist nicht von der Höhe des Lichtemittierenden Chips abhängig;
• - Die Trägersubstratrückseite ist während der gesamten Prozesskette zugänglich, sodass jeder Chip elektrisch kontaktierbar ist, z. B. für Farbortregelung.;
• - Verschiedene Chips und somit verschiedene optoelektronische Vorrichtungen sind individuell anpassbar bzgl. der Menge an Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht, d.h. anpassbar auf eine (bekannte) Wellenlänge;
• - Individuell einstellbare Menge an Lichtkonvertierungspartikeln in Kombination mit der ständigen Betreibbarkeit des Chips führt dazu, dass der Farbort des konvertierten Lichts individuell während der Herstellung bestimmt und geregelt werden kann;
• - Die Konversionsschicht ist nicht durch Hochtemperaturprozesse, wie Drahtbond oder Thermokompressionsbond Prozesse, belastet;
• - Eine Epi-nahe, dichte Leuchtstoffpackung, beispielsweise mittels Sedimentation der Lichtkonvertierungspartikeln in der Lichtkonversionsschicht;
• - Eine exakte Ausrichtung der Konversionsschicht gegenüber der Lichtemissionsfläche;
• - Kein Kleber zwischen Lichtkonversionsschicht und Chip bzw. Lichtemissionsfläche;
• - Die Konversionsschicht wird während der Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung keinem mechanischen Druck ausgesetzt;
• - Ein hartes Package (Mold compound) aufgrund der Verkapselung mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial;
• - Ein möglicher Bonddraht ist vollständig in dem hartem Verkapselungsmaterial eingebettet und dadurch geschützt;
• - Die optoelektronische Vorrichtung ist überschleifbar ohne Farbortänderungen zu riskieren und ohne Leuchtstoffkörner schleifen zu müssen (Ausbruchgefahr);
• - Der Kontrast der Lichtemission der optoelektronische Vorrichtung ist optimierbar durch reflektierendes Vergussmaterial, bspw. TiO₂-Silikon, in den Zwischenräumen zwischen Konversionsschicht und reflektierendem Verkapselungsmaterial;
• - Die optoelektronische Vorrichtung kann sowohl Chiptpyen mit Topkontakt oder rückseitigen Kontakten (z.B. Flipchip) umfassen.;
• - In verschiedenen Bauformen und Substrattypen realisierbar;
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
• 1A bis 1K Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
• 2A bis 2N Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung; und
• 3A bis 3M Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.
• Detaillierte Beschreibung
• Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
• Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
• 1A bis 1K zeigen Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
• In einem ersten Schritt wird dazu, wie in 1A dargestellt, ein Trägersubstrat 2 wie beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Leadframe mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich 3a, 3b bereitgestellt. Auf dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 3a, 3b ist jeweils ein Kontaktpad vorgesehen, auf das in einem nachfolgenden Schritt, wie in 1B dargestellt, ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Flip-Chips aufgebracht wird. Das lichtemittierende Bauteil 4 weist eine Lichtemissionsfläche 4a auf einer den elektrischen Anschlussflächen des Bauteils gegenüberliegenden Seite auf, und ist dazu ausgebildet Licht in Richtung der Hauptemissionsrichtung L zu emittieren.
• In einem weiteren Schritt wird dann, wie in 1C dargestellt, das lichtemittierende Bauteil 4 mittels einem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 verkapselt. Bei dem Schritt des Verkapselns kann es sich insbesondere um ein Film-Asissted Molding handeln, mittels dem das lichtemittierende Bauteil 4 derart verkapselt wird, dass das lichtemittierende Bauteil 4 lateral von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 umschlossen ist, dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt, und, dass eine Kavität 6 oberhalb der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist, sodass zumindest die Lichtemissionsfläche 4a von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 freibleibt.
• Die Kavität weist einen Boden 6a auf, der mit der Lichtemissionsfläche zusammenfällt bzw. mit der Lichtemissionsfläche in derselben Eben liegt. Ferner weist die Kavität Seitenflächen 6b, 6c auf, die jeweils beabstandet zu jeweils nächstliegenden Rändern der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet sind. Im dargestellten Fall ist die Lichtemissionsfläche mittig in der Kavität angeordnet, sodass der Schwerpunkt der Lichtemissionsfläche und der Schwerpunkt des Bodens der Kavität zusammenfallen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kavität bzw. der Boden versetzt gegenüber der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist.
• Insbesondere kann die Position der Kavität gegenüber der Lichtemissionsfläche aufgrund von Fertigungstoleranzen und dem relativ ungenauen Fertigungsschritt zum Erzeugen der Kavität von Vorrichtung zu Vorrichtung abweichen, weshalb die Kavität in einem ersten Schritt gewünscht „überdimensioniert“ ausgebildet ist, um sicherzustellen, dass die Lichtemissionsfläche von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial freibleibt.
• In einem Weiteren Schritt, wie in 1D dargestellt, wird anschließend die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber der Kavität 6 mittels eines optischen Verfahrens bestimmt (dargestellt durch die beiden Pfeile). Die dadurch gewonnene Information wird anschließend verwendet, um, wie in den 1E bis 1G dargestellt, ein in die Kavität 6 eingebrechtes photosensitives Material 11 (siehe 1E) derart zu strukturieren (siehe die Pfeile in 1F), dass es eine Öffnung 12 aufweist (siehe 1G), die in Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche 4a im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist. Die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber Trägersubstrat 2 kann auch zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise nachdem das lichtemittierende Bauteil 4 auf dem Trägersubstrat 2 positioniert worden ist.
• Durch das Einbringen und Strukturieren des photosensitiven Materials 11 in der Kavität 6 und durch das Erzeugen der Öffnung 12 in dem photosensitiven Material 11 wird die relativ ungenau gefertigte Kavität 6 mittels eines relativ genau einstellbaren Verfahrens verkleinert. Dadurch ist es möglich eine Öffnung 12 zu erzeugen, die im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist und, die für verschiedene Position der Lichtemissionsfläche 4a individuell an der entsprechenden Position erzeugt werden kann.
• In die nun sehr genau positionierte Öffnung 12 kann in einem weiteren Schritt, wie in 1H dargestellt, ein lichtkonvertierendes Material zum Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht 7 eingebracht werden. Durch die sehr genau positionierte Öffnung 12 ist es so auf einfache Weise möglich, die Lichtkonversionsschicht 7 derart zu dimensionieren und auszubilden, dass sie sehr nahe, genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist und nicht über diese hinausragt.
• Nachdem die Lichtkonversionsschicht 7 ausgehärtet ist kann das verbliebene photosensitive Material 11 in dem Zwischenraum 8 zwischen der Lichtkonversionsschicht 7 und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5, wie in 1I dargestellt, entfernt werden. Der Zwischenraum 8 kann nun frei von jeglichem Material bleiben, oder er kann mit einem Vergussmaterial 9, insbesondere einem reflektiven Vergussmaterial, wie in 1J dargestellt, aufgefüllt werden.
• Anschließend wird die optoelektronische Vorrichtung 1, durch Vereinzeln, beispielsweise mittels Sägen durch das Trägersubstrat 2 und das Verkapselungsmaterial 5, wie in 1K dargestellt, aus dem Verbund herausgelöst. Exemplarisch ist in den Schritten 1A bis 1K lediglich das Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass mittels des beschriebenen Verfahrens gleichzeitig auch mehrere optoelektronische Vorrichtungen 1 auf demselben Trägersubstrat 2 erzeugt werden können, die abschließend durch einen Trennschritt, wie in 1K dargestellt, vereinzelt werden.
• 2A bis 2N zeigen Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
• Gegenüber der in den 1A bis 1K gezeigten Schritte wird auf das Trägersubstrat 2, wie in 2A und 2B dargestellt, jedoch ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Top Contact Chips auf dem ersten Kontaktbereich 3a angeordnet und mittels eines Bonddrahtes 10 mit dem zweiten Kontaktbereich 3b elektrisch angeschlossen.
• Der Bonddraht führt im Weiteren auch dazu, dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5, wie in 2D dargestellt eine größere Höhe aufweist, da mittels dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 auch der Bonddraht 10 verkapselt wird, um diesen vor äußeren Einflüssen zu schützen. Daraus resultiert, im Vergleich zu dem in 1C dargestellten Schritt, gleichzeitig, dass die Kavität 6 eine größere Tiefe aufweist. Zudem kann der Bonddraht 10 bzw. die Position des Bonddrahtes 10, wie in 2D dargestellt, dazu führen, dass die Kavität 6 gegenüber der Lichtemissionsfläche 4a außermittig angeordnet ist, sodass Seitenflächen 6a, 6c der Kavität 6 einen unterschiedlichen Abstand zu einem jeweils nächstliegenden Rand der Lichtemissionsfläche 4a aufweisen.
• Die Schritte der 2E bis 2H können anschließend entsprechend der in den 1D bis 1G beschriebenen Schritte durchgeführt werden.
• Aufgrund der größeren Tiefe der Kavität kann das Erzeugen der Lichtkonversionsschicht 7, wie für 1H beschrieben, zudem jedoch ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht 7 umfassen, sodass die Lichtkonversionsschicht 7 von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement 4 einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist. Eine derartige Ausführung soll durch die beiden Bereiche der Lichtkonversionsschicht in 2J angedeutet werden, wobei der Bereich der Konversionsschicht 7, der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt, eine höhere Konzentration an Lichtkonversionspartikeln aufweist als der darüberliegende Bereich. Die in 21 hingegen dargestellte Lichtkonversionsschicht 7 weist hingegen lediglich einen Bereich auf, in dem die Lichtkonversionspartikel homogen verteilt sind.
• Durch das Erzeugen, oder beim Erzeugen der Lichtkonversionsschicht 7 kann es zudem vorkommen, dass diese das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 überragt (dargestellt durch die schraffierte Fläche in 2K). Dies kann entweder gewünscht sein, jedoch kann es auch gewünscht sein den überstehenden Bereich durch Abschleifen zu entfernen. Im Falle, dass es gewünscht ist den überstehenden Bereich der Lichtkonversionsschicht abzuschleifen kann es bevorzugt sein, dass durch Sedimentieren die Lichtkonversionspartikel in der Lichtkonversionsschicht 7 die Lichtkonversionspartikel vermehrt in dem Bereich der Konversionsschicht 7, der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt, angeordnet sind, und so die Lichtkonversionsschicht durch Abschleifen derselben nicht beschädigt wird oder deren Eigenschaften verändert werden.
• Die Schritte der 2L bis 2N können anschließend entsprechend der in den 1I bis 1K beschriebenen Schritte durchgeführt werden.
• 3A bis 3M zeigen Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
• Gegenüber der in den 1A bis 1K und 2A bis 2K gezeigten Schritte erfolgt das Erzeugen einer positionsgenauen Kavität bzw. Öffnung zum Erzeugen der positionsgenauen Lichtkonversionsschicht, die im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche des lichtemittierenden Bauelements ist, in leicht abgewandelter Form.
• Das photosensitive Material wird nämlich sozusagen in Form einer kinematischen Umkehr nicht als positive Form für die positionsgenaue Kavität bzw. Öffnung, sondern als negative Form zur Erzeugung der positionsgenauen Kavität bzw. Öffnung in dem reflektierenden Verkapselungsmaterial verwendet.
• In einem ersten Schritt wird, wie in 3A dargestellt, ein Trägersubstrat 2 wie beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Leadframe mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich 3a, 3b bereitgestellt. Auf das Trägersubstrat 2 wird wie in 3B dargestellt ein lichtemittierendes Bauteil 4 in Form eines Top Contact Chips auf dem ersten Kontaktbereich 3a angeordnet und, wie in 3C dargestellt, mittels eines Bonddrahtes 10 mit dem zweiten Kontaktbereich 3b elektrisch angeschlossen.
• In einem weiteren Schritt, wie in 3D dargestellt, wird anschließend die genaue Position der Lichtemissionsfläche 4a gegenüber dem Trägersubstrat 2 mittels eines optischen Verfahrens bestimmt (dargestellt durch die beiden Pfeile). Die dadurch gewonnene Information wird anschließend verwendet, um, wie in den 3E bis 3G dargestellt, ein auf das lichtemittierende Bauteil 4 und das Trägersubstrat 2 aufgebrachte photosensitive Material 11 (siehe 3E) derart zu strukturieren (siehe die Pfeile in 3F), dass das photosensitive Material 11 lediglich auf einem Bereich des lichtemittierenden Bauteils 4 verbleibt, der in Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche 4a im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche 4a ausgebildet ist (siehe 3G).
• In einem weiteren Schritt wird dann, wie in 3H dargestellt, das lichtemittierende Bauteil 4 sowie das photosensitive Material 11 mittels einem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 verkapselt. Bei dem Schritt des Verkapselns kann es sich beispielsweise um ein Film-Asissted Molding handeln, mittels dem das lichtemittierende Bauteil 4 verkapselt wird. Das lichtemittierende Bauteil 4 und das photosensitive Material 11 werden derart verkapselt, dass das lichtemittierende Bauteil 4 und das photosensitive Material 11 lateral von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 umschlossen sind, und, dass das reflektierende Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt und mit dem photosensitiven Material 11 zumindest bündig abschließt.
• Das photosensitive Material 11 wird anschließend, wie in 3I gezeigt entfernt, sodass sich in dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 eine positionsgenaue Kavität 6 oberhalb der Lichtemissionsfläche 4a ergibt, die in einem weiteren Schritt, wie in 3J gezeigt, mit einem Konversionsmaterial gefüllt wird, sodass sich die Konversionsschicht 7 ergibt. Durch die sehr genau positionierte Kavität 6 ist es so auf einfache Weise möglich, die Lichtkonversionsschicht 7 derart zu dimensionieren und auszubilden, dass sie sehr nahe, genau, und ohne Kleberfuge über der Lichtemissionsfläche 4a angeordnet ist und nicht über diese hinausragt.
• Anschließend wird die optoelektronische Vorrichtung 1, durch Vereinzeln, beispielsweise mittels Sägen durch das Trägersubstrat 2 und das Verkapselungsmaterial 5, wie in 3K dargestellt, aus dem Verbund herausgelöst. Exemplarisch ist in den Schritten 3A bis 3K lediglich das Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass mittels des beschriebenen Verfahrens gleichzeitig auch mehrere optoelektronische Vorrichtungen 1 auf demselben Trägersubstrat 2 erzeugt werden können, die abschließend durch einen Trennschritt, wie in 3K dargestellt, vereinzelt werden.
• Die 3L und 3M zeigen weitere Ausführungsformen einer derart hergestellten optoelektronischen Vorrichtung 1.
• Die Lichtkonversionsschicht 7 bzw. die Herstellung der optoelektronischen Vorrichtung 1, wie in 3L dargestellt, kann zudem ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht 7 umfassen, sodass die Lichtkonversionsschicht 7 von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement 4 einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist. Dies soll durch die beiden Bereiche der Lichtkonversionsschicht in 3L angedeutet werden, wobei der Bereich der Konversionsschicht 7, der benachbart zu der Lichtemissionsfläche 4a liegt, eine höhere Konzentration an Lichtkonversionspartikeln aufweist als der darüberliegende Bereich.
• Gemäß der in 3M dargestellten Ausführungsform erfolgt der Schritt des Verkapselns des lichtemittierenden Bauteils 4 sowie des photosensitiven Materials 11 mittels dem reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 derart, dass das reflektierenden Verkapselungsmaterial 5 das lichtemittierende Bauteil 4 in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist. Mittels einem entsprechend strukturierten Werkzeug zum Verkapseln des Chips kann die Kavität oberhalb des photosensitiven Materials derart ausgebildet werden, dass das Verkapselungsmaterial den Chip und das photosensitive Material in vertikale Richtung überragt und oberhalb des photosensitiven Materials eine Kavität ausgebildet ist, die zumindest das photosensitive Material freilegt.
• BEZUGSZEICHENLISTE

1

optoelektronische Vorrichtung

2

Trägersubstrat

3a, 3b

Kontaktbereich

4

lichtemittierendes Bauelement

4a

Lichtemissionsfläche

5

reflektierendes Verkapselungsmaterial

6

Kavität

6a

Boden

6b, 6c

Seitenfläche

7

Lichtkonversionsschicht

8

Zwischenraum

9

Vergussmaterial

10

Bonddraht

11

photosensitives Material

12

Öffnung

L

Hauptemissionsrichtung

Claims (16)

1. Optoelektronische Vorrichtung (1) umfassend: ein Trägersubstrat (2) mit einem ersten und einem davon elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich (3a, 3b) ; ein lichtemittierendes Bauelement (4), das auf dem Trägersubstrat (2) angeordnet ist und mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich (3a, 3b) elektrisch gekoppelt ist; eine reflektierende Verkapselung (5), die auf dem Trägersubstrat (2) angeordnet ist, die das lichtemittierende Bauelement (4) in lateraler Richtung umgibt, die das lichtemittierende Bauelement (4) in vertikaler Richtung überragt, und die eine Kavität (6) oberhalb einer Lichtemissionsfläche (4a) des lichtemittierenden Bauelementes (4) ausbildet; und eine Lichtkonversionsschicht (7), die auf dem lichtemittierenden Bauelement (4) in der Kavität (6) angeordnet ist; wobei die Lichtkonversionsschicht (7) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist, wobei die ausgebildete Kavität (6) einen Boden (6a) aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche (4a) liegt, und wobei die ausgebildete Kavität (6) Seitenflächen (6b, 6c) aufweist, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht (7) angeordnet sind, sodass sich ein Zwischenraum (8) zwischen der Lichtkonversionsschicht (7) und der reflektierenden Verkapselung (5) ergibt.
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Boden (6a) der ausgebildeten Kavität (6), in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a), größer als die Lichtemissionsfläche (4a) ist.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand von einer ersten Seitenfläche (6b) der Kavität (6) hin zu einem zur ersten Seitenfläche (6b) nächstliegenden ersten Rand der Lichtemissionsfläche (4a) größer ist als ein Abstand von einer zweiten Seitenfläche (6c) der Kavität (6) hin zu einem zur zweiten Seitenfläche (6c) nächstliegenden zweiten Rand der Lichtemissionsfläche (4a).
4. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen (6b, 6c) der Kavität (6) von einer dem Trägersubstrat (2) gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung (5) hin zum Boden (6a) der Kavität (6) abnimmt.
5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Vergussmaterial (9), das in dem Zwischenraum (8) zwischen der reflektierenden Verkapselung (5) und der Lichtkonversionsschicht (7) in der Kavität (6) angeordnet ist, und insbesondere den Zwischenraum (8) auffüllt.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Oberseite der Lichtkonversionsschicht (7) mit einer dem Trägersubstrat (2) gegenüberliegenden Seite der reflektierenden Verkapselung (5) im Wesentlichen plan abschließt.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtkonversionsschicht (7) von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht (7) hin zu dem lichtemittierenden Bauelement (4) einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht (7) angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das lichtemittierende Bauelement (4) mittels eines Bonddrahtes (10) mit dem zweiten Kontaktbereich (3b) elektrisch gekoppelt ist und der Bonddraht (10) vollständig von der reflektierenden Verkapselung (5) umschlossen ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung (1) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Trägersubstrats (2) mit wenigstens einem darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelement (4) welches eine Lichtemissionsfläche (4a) aufweist; Bestimmen der Position der Lichtemissionsfläche (4a); Anordnen und Strukturieren eines photosensitiven Materials (11) derart, dass eine Öffnung (12) in dem photosensitiven Material (11) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist, oder, dass das photosensitive Material (11) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) auf der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist; Verkapseln des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (4) auf dem Trägersubstrat (2) mit einem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) derart, dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement (4) in lateraler Richtung von dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) umgeben ist, das reflektierende Verkapselungsmaterial (5) das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement (4) in vertikale Richtung überragt, und das reflektierende Verkapselungsmaterial (5) eine Kavität (6) oberhalb einer Lichtemissionsfläche (4a) des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes (4) ausbildet, die einen Boden (6a) aufweist, der in einer gleichen Ebene wie die Lichtemissionsfläche (4a) liegt; und Erzeugen einer Lichtkonversionsschicht (7) in der Kavität (6) auf der Lichtemissionsfläche (4a) derart, dass die Lichtkonversionsschicht (7) in einer Draufsicht auf die Lichtemissionsfläche (4a) im Wesentlichen deckungsgleich mit der Lichtemissionsfläche (4a) auf der Lichtemissionsfläche (4a) ausgebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Entfernen des photosensitiven Materials (11) nachdem das wenigstens einen lichtemittierende Bauelement (4) auf dem Trägersubstrat (2) mit dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) verkapselt worden ist, wobei der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht (7) nach dem Schritt des Entfernens des photosensitiven Materials (11) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Anordnens und Strukturierens des photosensitiven Materials (11) nach dem Schritt des Verkapselns des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (4) in der ausgebildeten Kavität (6) erfolgt, und wobei die Lichtkonversionsschicht (7) in der Öffnung (12) erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die ausgebildete Kavität (6) Seitenflächen (6b, 6c) aufweist, die zumindest teilweise beabstandet zu der Lichtkonversionsschicht (7) angeordnet sind und ein Zwischenraum (8) zwischen der Lichtkonversionsschicht (7) und dem reflektierenden Verkapselungsmaterial (5) mit dem photosensitiven Material (11) gefüllt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Entfernen des photosensitiven Materials (11) in dem Zwischenraum (8).
14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Einbringen eines Vergussmaterials (9), insbesondere eines reflektierenden Vergussmaterials, in den Zwischenraum (8).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner umfassend ein Planarisieren zumindest der Lichtkonversionsschicht (7).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Schritt des Erzeugens der Lichtkonversionsschicht (7) ein Sedimentieren von Lichtkonversionspartikeln innerhalb der Lichtkonversionsschicht (7) umfasst, sodass die Lichtkonversionsschicht (7) von einer Oberseite der Lichtkonversionsschicht hin zu dem lichtemittierenden Bauelement (4) einen zunehmenden Konzentrationsgradienten an in der Lichtkonversionsschicht angeordneten Lichtkonversionspartikeln aufweist.

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