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Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 036 621 A1 betrifft ein Herstellungsverfahren für optoelektronische Halbleiterbauteile und optoelektronische Halbleiterbauteile.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 030 129 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Bauteile bekannt.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem optoelektronische Halbleiterbauteile effizient und kostengünstig herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das Verfahren ist zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet. Das Herstellen erfolgt bevorzugt in einem Trägerverbund. Bei den fertigen Halbleiterbauteilen handelt es sich insbesondere um Leuchtdioden oder um Fotodetektoren.
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Das Verfahren weist den Schritt des Bereitstellens eines Zwischenträgers auf. Der Zwischenträger weist eine Trägeroberseite auf. An der Trägeroberseite befinden sich mehrere Befestigungsstellen. Bei einem Material des Zwischenträgers kann es sich um ein anorganisches Material handeln, beispielsweise um ein Glas oder eine Keramik oder eine Metallfolie. Ebenso ist es möglich, dass für den Zwischenträger organische Materialien herangezogen werden, insbesondere Polymere, speziell duroplastische Materialien.
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Es wird zumindest ein optoelektronischer Halbleiterchip bereitgestellt. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Fotodetektorchip.
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Der Halbleiterchip weist eine Chipoberseite und eine dieser gegenüberliegende Montageseite auf. Bei der Chipoberseite kann es sich um eine Strahlungshauptseite des Halbleiterchips handeln. Bevorzugt emittiert der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Gebrauch sowohl Strahlung an der Chipoberseite als auch an Seitenflächen des Halbleiterchips, wobei die Seitenflächen die Chipoberseite mit der Montageseite verbinden. In diesem Fall kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen so genannten Volumenemitter handeln.
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Es befindet sich zumindest eine oder befinden sich alle elektrischen Kontaktstellen des Halbleiterchips jeweils an der Montageseite. Insbesondere weist der Halbleiterchip genau zwei elektrische Kontaktstellen auf, die jeweils an der Montageseite angebracht sind. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Halbleiterchip dann um einen so genannten Flip Chip.
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Es werden lokal an den Kontaktstellen und/oder an den Befestigungsstellen mehrere Verbindungsmittel angebracht. Das heißt, die Verbindungsmittel werden entweder an den Kontaktstellen an den Halbleiterchips angebracht oder alternativ an den Befestigungsstellen an dem Zwischenträger. Der Begriff lokal bedeutet dabei insbesondere, dass das Verbindungsmittel nicht vollflächig aufgebracht wird, sondern dass das Verbindungsmittel begrenzt auf die Kontaktstelle und/oder Befestigungsstellen aufgebracht wird. Das Aufbringen des Verbindungsmittels erfolgt beispielsweise über ein Druckverfahren oder über ein nur lokal benetzendes Abscheideverfahren, bei dem ein Material der Verbindungsmittel zum Beispiel nur an den Befestigungsstellen haftet und von anderen Bereichen der Trägeroberseite abperlt.
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Die Kontaktstellen und damit die Halbleiterchips werden an den Befestigungsstellen des Zwischenträgers befestigt. Das Befestigen erfolgt mittels der Verbindungsmittel. Jede Kontaktstelle ist dabei bevorzugt über genau ein Verbindungsmittel eineindeutig mit der zugehörigen Befestigungsstelle verbunden. Die Befestigung der Halbleiterchips an dem Zwischenträger ist insbesondere derart, sodass kein vorzeitiges Lösen der Halbleiterchips von dem Zwischenträger im bestimmungsgemäßen Verfahrensablauf erfolgt.
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Es wird eine oder es werden mehrere Vergussschichten an der Trägeroberseite erzeugt. Durch die mindestens eine Vergussschicht sind die Halbleiterchips und die Kontaktstellen sowie bevorzugt auch die Verbindungsmittel ringsum von der Vergussschicht umgeben. Das heißt, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen umgibt dann ein Material der Vergussschicht die Halbleiterchips sowie die Verbindungsmittel und die Kontaktstellen jeweils ringsum in einer geschlossenen Bahn. Dabei steht ein Material der Vergussschicht bevorzugt stellenweise oder ganzflächig in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip, den Kontaktstellen und/oder den Verbindungsmitteln. Die Trägeroberseite kann dabei eben oder auch gekrümmt geformt sein. Mit gekrümmten Trägeroberseiten lassen sich beispielsweise Reflektorformen erzeugen, insbesondere wenn die Vergussschicht mit einer gleichmäßigen Dicke auf die Trägeroberseite aufgebracht wird.
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Ein Material der Vergussschicht bedeckt Seitenflächen der Kontaktstellen und der Verbindungsmittel vollständig. Die Seitenflächen sind dabei senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht oder schräg zu der Trägeroberseite und/oder der Montageseite orientiert. Die Seitenflächen der Halbleiterchips sind bevorzugt nur teilweise von derjenigen Vergussschicht bedeckt, die dem Zwischenträger am nächsten liegt.
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Das Verfahren umfasst den Schritt des Ablösens der Halbleiterchips von dem Zwischenträger. Bei diesem Schritt werden bevorzugt die Verbindungsmittel teilweise oder vollständig von den Halbleiterchips entfernt. Hierdurch ist es möglich, dass die Kontaktstellen freigelegt werden und zumindest stellenweise frei zugänglich sind.
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Das Ablösen der Halbleiterchips von dem Zwischenträger erfolgt derart, dass an den Kontaktstellen je eine Ausnehmung in der Vergussschicht zurückbleibt. Die Ausnehmungen haben je eine Form, die einer Negativform zu den zuvor auf den Kontaktstellen angebrachten Verbindungsmitteln entspricht. Mit anderen Worten umformt die Vergussschicht zuerst die Verbindungsmittel ringsum und die Verbindungsmittel werden anschließend herausgelöst, so dass anstelle der Verbindungsmittel in der Vergussschicht die Ausnehmungen entstehen.
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Elektrische Kontaktstrukturen werden an den Kontaktstellen erzeugt. Die elektrischen Kontaktstrukturen sind bevorzugt zu einer mechanischen und auch elektrischen Befestigung der Halbleiterbauteile eingerichtet. Über die Kontaktstrukturen können die fertigen Halbleiterbauteile bevorzugt über Löten oder über elektrisch leitfähiges Kleben etwa an einer Leiterplatte oder einer Wärmesenke mit Leiterbahnen montiert werden.
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In mindestens einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Verfahren also zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte:
- A) Bereitstellen eines Zwischenträgers mit einer Trägeroberseite mit mehreren Befestigungsstellen,
- B) Bereitstellen von optoelektronischen Halbleiterchips mit je einer Chipoberseite und einer dieser gegenüberliegenden Montageseite, wobei sich elektrische Kontaktstellen der Halbleiterchips je an den Montageseiten befinden,
- C) Anbringen von Verbindungsmitteln lokal auf den Kontaktstellen und/oder auf den Befestigungsstellen,
- D) Befestigen der Kontaktstellen und damit der Halbleiterchips auf den Befestigungsstellen mittels der Verbindungsmittel,
- E) Erzeugen mindestens einer Vergussschicht an der Trägeroberseite, so dass die Halbleiterchips und die Kontaktstellen und die Verbindungsmittel seitlich ringsum direkt von der Vergussschicht umgeben sind und sich die Vergussschicht wenigstens stellenweise zwischen den Montageseiten und der Trägeroberseite befindet,
- F) Ablösen der Halbleiterchips von dem Zwischenträger, sodass die Verbindungsmittel von den Halbleiterchips entfernt werden und an den Kontaktstellen als Negativform zu den Verbindungsmitteln je Ausnehmungen entstehen, und
- G) Erzeugen von elektrischen Kontaktstrukturen an den Kontaktstellen.
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Die Verfahrensschritte C) bis G) werden in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt, wobei die Verfahrensschritte A) und B) vorausgehen. Die Verfahrensschritte A) und B) können in ihrer Reihenfolge auch miteinander vertauscht werden.
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Bei dem hier beschriebenen Verfahren werden durch die reversibel an den Kontaktstellen anbringbaren Verbindungsmittel in der Vergussschicht die Ausnehmungen geformt. Die Ausnehmungen dienen somit als Form für die später zu erzeugenden elektrischen Kontaktstrukturen. Hierdurch ist es möglich, auf eine fotolithographische Strukturierung der elektrischen Kontaktstrukturen zu verzichten. Da fotolithographische Strukturierungsschritte vergleichsweise kostenintensiv sind, ist das hier beschriebene Verfahren daher kosteneffizient durchführbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt G) die elektrischen Kontaktstrukturen derart in die Ausnehmungen eingebracht, so dass die Kontaktstrukturen die Ausnehmungen vollständig ausfüllen. Dabei können die erzeugten Kontaktstrukturen in Richtung weg von den Halbleiterchips bündig mit der Vergussschicht abschließen, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 0,4 µm oder 1 µm oder 2 µm oder 5 µm. Alternativ ist es möglich, dass die Kontaktstrukturen, in Richtung weg von den Halbleiterchips, die Vergussschicht überragen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedecken die fertig erzeugten Kontaktstrukturen eine den Halbleiterchips abgewandte Vergussschichtunterseite je zum Teil. Das heißt, in Richtung hin zu den Halbleiterchips nimmt ein mittlerer Durchmesser der Kontaktstrukturen zumindest bereichsweise ab.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Material der elektrischen Kontaktstrukturen nur lokal in den Ausnehmungen und/oder nahe der Ausnehmungen aufgebracht. Insbesondere wird beim Erzeugen der Kontaktstrukturen keine durchgehende Schicht aus einem Material der Kontaktstrukturen erzeugt. Das heißt, das Material der Kontaktstrukturen wird inselartig an den Ausnehmungen aufgebracht. Benachbarte Ausnehmungen sind dann nicht durch eine durchgehende Bahn aus einem Material der Kontaktstrukturen miteinander verbunden. Besonders bevorzugt wird das aufgebrachte Material der Kontaktstrukturen nachträglich nicht wieder entfernt. Mit anderen Worten erfolgt das Aufbringen der Kontaktstrukturen strukturiert und gezielt, ohne nachgelagerten Materialabtrag.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verbindungsmittel lokal nur auf den Befestigungsstellen aufgebracht. Das heißt, die Verbindungsmittel sind, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, inselförmige Bereiche, die sich nur auf den Befestigungsstellen befinden. Benachbarte Befestigungsstellen sind dann nicht durch ein Material der Verbindungsmittel miteinander verbunden. Es erfolgt im Schritt C) nach dem Aufbringen des Materials für die Verbindungsmittel bevorzugt kein nachträgliches Entfernen eines Teils dieses Materials.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Verbindungsmittel je aus einem thermoplastischen Material geformt, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff. Bevorzugt liegt eine Verarbeitungstemperatur und/oder ein Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials bei mindestens 50 °C oder 100 °C oder 150 °C oder 175 °C und/oder bei höchstens 350 °C oder 275 °C oder 220 °C.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Schritt D) der Zwischenträger auf eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur, also oberhalb 23 °C, geheizt. Dabei liegt die Temperatur des Zwischenträgers unterhalb einer Verarbeitungstemperatur des thermoplastischen Materials. Die Verarbeitungstemperatur des thermoplastischen Materials ist insbesondere eine solche Temperatur, bei der durch das Verbindungsmittel eine mechanisch feste Verbindung zwischen den Halbleiterchips und dem Zwischenträger erzeugt werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt im Schritt D) die Temperatur der Halbleiterchips oberhalb der Verarbeitungstemperatur des thermoplastischen Materials. Mit anderen Worten werden die Halbleiterchips vergleichsweise heiß auf die Verbindungsmittel aufgedrückt. Durch das Aufdrücken der heißen Halbleiterchips auf die Verbindungsmittel werden die Verbindungsmittel kurzzeitig über die Verarbeitungstemperatur gebracht. Hierdurch erfolgt bevorzugt ein temporäres Anschmelzen oder ein Aufschmelzen der Verbindungsmittel, so dass die Halbleiterchips an das Verbindungsmittel anhaften.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleiterchips im Schritt D) mit einem Bestückungsautomaten auf den Verbindungsmitteln platziert. Bevorzugt erfolgt dabei ein Heizen der Halbleiterchips durch den Bestückungsautomaten. Das Heizen erfolgt zumindest oder ausschließlich in einer Bewegung des Halbleiterchips durch den Bestückungsautomaten. Das heißt, während die Bestückungsautomaten etwa von einem Wafer auf den Zwischenträger bewegt werden, sogenannt on the fly, werden die Halbleiterchips aufgeheizt. Das Heizen erfolgt bevorzugt auf eine Temperatur knapp, also zum Beispiel mindestens 10 °C oder 25°C und/oder höchstens 100 °C oder 50 °C, oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials der Verbindungsmittel.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Kontaktstellen, in Draufsicht auf die Montageseite gesehen, einen größeren Durchmesser auf als die Verbindungsmittel. Insbesondere überragen die Kontaktstellen die je zugeordneten Verbindungsmittel ringsum, in Draufsicht gesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die fertigen Kontaktstrukturen einen größeren Durchmesser auf als die Kontaktstellen und/oder die Verbindungsmittel. Insbesondere überdecken die Kontaktstrukturen die Kontaktstellen und/oder die Verbindungsmittel vollständig, in Draufsicht gesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der Trägeroberseite des Zwischenträgers stellenweise eine Antihaftschicht angebracht, beispielsweise eine Schicht aus einem perfluorierten Material wie Polytetrafluorethylen. Durch die Antihaftschicht ist ein Anhaften der Verbindungsmittel und/oder der Vergussschicht an dem Zwischenträger stellenweise verringert oder verhindert. Beispielsweise ist es durch eine solche Antihaftschicht möglich, dass sich ein Material der aufgeschmolzenen Verbindungsmittel nicht flächig über die Trägeroberseite verteilt, insbesondere nicht über die Befestigungsstellen oder bestimmter, vorgegebener Teilgebiete der Befestigungsstellen hinaus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vergussschicht reflektierend für die von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierte Strahlung gestaltet. Insbesondere ist die Vergussschicht auch undurchlässig für diese Strahlung. Beispielsweise erscheint die Vergussschicht einem Betrachter weiß.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Bauteilunterseite der fertigen Halbleiterbauteile vollständig durch die Vergussschicht zusammen mit den Kontaktstrukturen gebildet. Das heißt, das Bauteil wird nach unten hin ausschließlich durch die Kontaktstrukturen und die Vergussschicht gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mindestens die Verfahrensschritte C) bis G) frei von fotolithographischen Strukturierungsprozessen. Insbesondere werden die Kontaktstrukturen nur lokal und somit strukturiert aufgebracht, speziell nur im Bereich der Ausnehmungen in der Vergussschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Befestigungsstellen an der Trägeroberseite durch Podeste ausgebildet. Das heißt, die Befestigungsstellen überragen dann verbleibende Bereiche der Trägeroberseite. Ein Überstand der Podeste über die verbleibenden Bereiche der Trägeroberseite liegt beispielsweise bei mindestens 0,5 µm oder 1 µm oder 2 µm und/oder bei höchstens 10 µm oder 5 µm oder 2 µm. Die Podeste werden von den Verbindungsmitteln insbesondere in den Schritten D) und E) nur unvollständig bedeckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Podeste ringsum im Schritt E) von dem Vergusskörper umgeben. Das heißt, Seitenflächen der Podeste sind dann bevorzugt vollständig von einem Material der Vergussschicht in direktem Kontakt bedeckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließen die Kontaktstrukturen, in Richtung weg von den Halbleiterchips, nach dem Schritt G) bündig mit der Vergussschicht ab, bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 5 µm oder 2 µm oder 0,5 µm. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Kontaktstrukturen die Vergussschicht überragen, in Richtung weg von den Halbleiterchips.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Verfahrensschritt E) mehrere Vergussschichten erzeugt, die bevorzugt jeweils unmittelbar aufeinander folgen. Hierbei reicht die Vergussschicht, die die Kontaktstellen berührt und die dem Zwischenträger am nächsten liegt, bevorzugt zu höchstens 10 % oder 25 % oder 45 % einer Dicke der Halbleiterchips, in Richtung weg von dem Zwischenträger. Das heißt, Seitenflächen der Halbleiterchips sind dann nur zu einem kleinen Teil von dieser Vergussschicht bedeckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine oder mehrere der Vergussschichten zumindest einen Leuchtstoff auf. Der Leuchtstoff ist dazu eingerichtet, einen Teil oder die gesamte vom Halbleiterchip im Betrieb emittierte Strahlung in eine Strahlung einer anderen, größeren Wellenlänge umzuwandeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind genau zwei, genau drei, genau vier oder mehr als vier Vergussschichten vorhanden. Die Vergussschichten unterscheiden sich bevorzugt wenigstens zum Teil hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften. Beispielsweise ist genau eine Vergussschicht mit einem Leuchtstoff vorhanden, die zwischen zwei transparente Vergussschichten eingebettet ist. Die Vergussschicht an den Kontaktstellen ist bevorzugt reflektierend gestaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Vergussschichten unmittelbar nach dem Schritt E) durchgehende, ununterbrochene Schichten. Das heißt, jede der Vergussschichten wird dann lückenlos und ganzflächig aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine oder sind mehrere der Vergussschichten linsenförmig gestaltet, wenigstens in Teilbereichen. In diesem Fall kann durch die Vergussschichten insbesondere eine konvexe Linsenform realisiert werden. Jede der Linsenformen kann genau einem der Halbleiterchips zugeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine der Vergussschichten eine ebene Vergussschichtoberseite auf, die dem Halbleiterchip abgewandt ist. Diese ebene Vergussschichtoberseite ist bevorzugt in den fertigen Halbleiterbauteilen vorhanden. Hierdurch ist es möglich, dass die fertigen Halbleiterbauteile quaderförmig, also kubisch, oder auch würfelförmig geformt sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die oder wird zumindest eine der Vergussschichten aus oder mit einer Folie erzeugt. Hierzu wird im Schritt E), nach dem Schritt D), zuerst zumindest eine Folie aufgebracht. Die Folie oder wenigstens eine der Folien weist vorgefertigte Löcher für die Halbleiterchips auf. Die mindestens eine Folie wird so auf den Zwischenträger angebracht, sodass sich die Halbleiterchips in den Löchern befinden. Nachfolgend wird die zumindest eine Folie aufgeschmolzen oder angeschmolzen oder es wird alternativ oder zusätzlich ein weiteres Vergussmaterial eingebracht, sodass die zumindest eine Folie und/oder das weitere Vergussmaterial in direktem Kontakt zu den Kontaktstellen, den Verbindungsmitteln und den Halbleiterchips gelangen. Durch diese Art des Formpressens, englisch Molding, wird die mindestens eine Vergussschicht ausgebildet.
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Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil ist bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
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Das Halbleiterbauteil weist einen oder mehrere Leuchtdiodenchips auf, die eine Chipoberseite und eine dieser gegenüberliegende Montageseite aufweisen. Elektrische Kontaktstellen des mindestens einen Leuchtdiodenchips befinden sich ausschließlich an der Montageseite. Das Halbleiterbauteil umfasst ferner mindestens eine Vergussschicht und elektrische Kontaktstrukturen an den Kontaktstellen. Der Leuchtdiodenchip, die Kontaktstellen und die Kontaktstrukturen sind seitlich ringsum direkt von der Vergussschicht umgeben. Die Vergussschicht ist dabei undurchlässig und reflektierend für eine von dem Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierte Strahlung. Ferner ist die Vergussschicht bevorzugt elektrisch isolierend. Die Vergussschicht bildet, zusammen mit den elektrischen Kontaktstrukturen, vollständig eine Bauteilunterseite. In Draufsicht auf die Bauteilunterseite gesehen weisen die Kontaktstrukturen bevorzugt einen größeren Durchmesser auf als die Kontaktstellen. Ferner verkleinern sich bevorzugt die Kontaktstrukturen in Richtung hin zur Montageseite bereichsweise. Hierdurch befindet sich stellenweise die Vergussschicht zwischen den Kontaktstrukturen und den Kontaktstellen, in Richtung senkrecht zur Montageseite.
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Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand einer Abwandlung 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.
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Es zeigen:
- 1, 4 und 5 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
- 2 schematische Schnittdarstellungen von optoelektronischen Halbleiterchips für mit dem Verfahren herzustellende optoelektronische Halbleiterbauteile, und
- 3 schematische Schnittdarstellungen einer nicht erfindungsgemäßen Abwandlung eines Verfahrens.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1 gezeigt.
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Gemäß 1A werden mehrere optoelektronische Halbleiterchips 3, insbesondere Leuchtdiodenchips, bereitgestellt. Die Leuchtdiodenchips 3 weisen eine Chipoberseite 30 und eine dieser gegenüberliegende Montageseite 32 auf. Elektrische Kontaktstellen 34 der Halbleiterchips 3 befinden sich an der Montageseite 32. Bei dem Halbleiterchip 3 handelt es sich bevorzugt um einen Volumenemitter, der dazu eingerichtet ist, Strahlung an der Chipoberseite 30 und auch an Seitenflächen zu emittieren.
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Ferner wird ein Zwischenträger 2 bereitgestellt. Der Zwischenträger 2 ist bevorzugt thermisch stabil. Dies kann bedeuten, dass der Zwischenträger 2 bei Temperaturen von zum Beispiel 250 °C oder 300 °C temperaturbeständig ist und mechanisch stabil. Beispielsweise ist der Zwischenträger 2 durch eine Glasplatte, eine Metallfolie, eine Keramikscheibe, einen Wafer etwa aus Silizium, einer Metallplatte etwa aus Molybdän oder aus einem duroplastischen Kunststoff gebildet. Ebenso können Verbundmaterialien für den Zwischenträger 2 eingesetzt werden.
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An einer Trägeroberseite 20 des Zwischenträgers 2 befinden sich mehrere Befestigungsstellen 23. Die Befestigungsstellen 23 erheben sich bevorzugt podestartig über restliche Bereiche der Trägeroberseite 20.
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Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann sich an der Trägeroberseite 20 und auch an den Befestigungsstellen 23 stellenweise eine Antihaftschicht 7, etwa eine Polytetrafluorethylenschicht, befinden. Durch diese Antihaftschicht 7 wird ein Ablösen der nachfolgend hergestellten Halbleiterbauteile 1 von den Zwischenträgern 2 vereinfacht.
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Ferner werden gemäß 1A mehrere Verbindungsmittel 4 angebracht. Die Verbindungsmittel 4 werden entweder unmittelbar an den Befestigungsstellen 23, siehe die linke Figurenhälfte, oder an den Kontaktstellen 34 angebracht, siehe die rechte Figurenseite. Durch die Antihaftschicht 7 ist erreichbar, dass bei einem Zusammenfügen der Halbleiterchips 3 mit dem Zwischenträger 2, vergleiche auch 1B, ein Verfließen der Verbindungsmittel 4 unterbleibt.
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Sind die Verbindungsmittel 4, wie in 1A, linke Seite, gezeigt, an den Zwischenträger 2 angebracht, so wird bevorzugt der Zwischenträger 2 auf einer Temperatur gehalten, die unterhalb einer Verarbeitungstemperatur, insbesondere einer Schmelztemperatur der Verbindungsmittel 4 liegt. Zum Beispiel weist der Zwischenträger 2 eine Temperatur von ungefähr 80 °C auf. Die Halbleiterchips 3 werden insbesondere durch einen Bestückungsautomaten, englisch Pick and Place-Tool, insbesondere im Flug auf die Schmelztemperatur der Verbindungsmittel 4 gebracht. Eine Temperatur der Halbleiterchips liegt dann beispielsweise bei zirka 200 °C. In diesem Fall kann es sich bei dem Verbindungsmittel 4 um das Material „Waferbond HT-10.10 Temporary Bonding Material“ handeln. Als Materialien für die Verbindungsmittel 4 kommen auch in Frage Acrylnitrilbutadienstyrol, kurz ABS, Polyamide, kurz PA, Polylactat, kurz PLA, Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, Polycarbonat, kurz PC, Polyethylenterephthalat, kurz PET, Polyethylen, kurz PE, Polypropylen, kurz PP, Polystyrol, kurz PS, Polyetheretherketon, kurz PEEK, Polyvinylchlorid, kurz PVC, Zelluloid, Polyolefine.
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Werden die Verbindungsmittel 4 vorab auf den Halbleiterchips 3 aufgebracht, siehe 1A, rechte Seite, wird bevorzugt der Zwischenträger 2 lokal beheizt, beispielsweise elektrisch oder optisch.
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Bevorzugt werden jeweils eine größere Anzahl der Halbleiterchips 3 matrixartig auf dem Zwischenträger 2 befestigt, siehe auch 1C. In 1C ist ferner gezeigt, dass eine erste Vergussschicht 5 aufgebracht wird. Bei der Vergussschicht 5 handelt es sich bevorzugt um ein Strahlung reflektierendes Material. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Vergussschicht 5 um eine Silikonschicht, der Titandioxid-Streupartikel beigegeben sind, beispielsweise in einem Masseanteil von ungefähr 25 %. Hierdurch erscheint die erste Vergussschicht 5 diffus reflektierend und weiß.
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Die erste Vergussschicht 5 bildet eine dem Träger 2 zugewandte Vergussschichtunterseite 55 aus. Die erste Vergussschicht 5 umgibt die Verbindungsmittel 4, die Befestigungsstellen 23 sowie die elektrischen Kontaktstellen 34 ringsum und formschlüssig. Die gesamten, nicht von den Kontaktstellen 34 bedeckten Bereiche der Montageseite 32 sind von der ersten Vergussschicht 5 bedeckt.
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Anders als dargestellt ist es möglich, dass die reflektierende, erste Vergussschicht 5 Seitenflächen der Halbleiterchips 3 nicht nur teilweise, sondern auch vollständig bedeckt. Gemäß 1C reicht die erste Vergussschicht 5, in Richtung weg von dem Zwischenträger 2, jedoch nur bis knapp über die Montageseite 32. Beispielsweise bedeckt die erste Vergussschicht 5 die Seitenflächen der Halbleiterchips 3, gemessen ab der Montageseite 32, mit einer Höhe von mindestens 5 µm oder 10 µm oder 25 µm und/oder mit einer Höhe von höchstens 100 µm oder 50 µm oder 15 µm. Eine Gesamtdicke der ersten Vergussschicht 5 liegt zum Beispiel zwischen 10 µm und 50 µm oder zwischen 15 µm und 40 µm.
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Eine Dicke der elektrischen Kontaktstellen 34 beträgt beispielsweise mindestens 200 nm oder 400 nm und/oder höchstens 5 µm oder 2 µm. Die Dicke der Verbindungsmittel 4 liegt bevorzugt bei mindestens 0,5 µm oder 1,5 µm und/oder bei höchstens 5 µm oder 2 µm. Ferner weisen die podestartig geformten Befestigungsstellen 23 insbesondere eine Höhe von mindestens 0,5 µm oder 2 µm und/oder von höchstens 100 µm oder 50 µm oder 25 µm oder 5 µm oder 2,5 µm auf.
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In 1D ist gezeigt, dass eine optionale, zweite Vergussschicht 5a aufgebracht wird. Zum Beispiel wird die zweite Vergussschicht 5a durch Aufsprühen oder durch Spritzpressen erzeugt. Ebenso kann die zweite Vergussschicht 5a aufgedruckt werden. Insbesondere handelt es sich bei der zweiten Vergussschicht 5a um eine Schicht aus einem transparenten Material, etwa um eine Silikonschicht. An den Halbleiterchips 3 kann die zweite Vergussschicht 5a linsenförmig, insbesondere ähnlich zu Konvexlinsen, geformt sein. Das heißt, an den Halbleiterchips 3 ist die zweite Vergussschicht 5a dann kuppelförmig und/oder sphärisch geformt.
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In 1E ist zu sehen, dass auf die zweite Vergussschicht 5a eine dritte Vergussschicht 5b aufgebracht wird, beispielsweise mittels Übersprühen oder Aufdrucken. Alternativ kann es sich bei der dritten Vergussschicht 5b um eine Folie handeln, die aufgelegt und/oder auflaminiert wird. Bei einem Material der dritten Vergussschicht 5b handelt es sich bevorzugt auch um ein Silikon. Ferner kann die dritte Vergussschicht 5b einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung enthalten. Eine Dicke der dritten Vergussschicht 5b liegt insbesondere bei mindestens 10 µm oder 20 µm und/oder bei höchstens 100 µm oder 60 µm.
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Außerdem ist in 1E zu sehen, dass eine vierte Vergussschicht 5c aufgebracht wird, beispielsweise mittels Formpressen oder Formspritzen, englisch Molding. Ein Material der vierten Vergussschicht 5c ist wiederum bevorzugt ein Silikon. Weiterhin bevorzugt ist die vierte Vergussschicht 5c klarsichtig und transparent, kann alternativ aber auch Partikel etwa zu einer Lichtstreuung oder zu einer Einfärbung aufweisen. Durch die vierte Vergussschicht 5c ist eine Vergussschichtoberseite 52 gebildet.
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Gemäß 1F werden der Zwischenträger 2 und die Verbindungsmittel 4 abgelöst. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Erwärmen und ein Abschieben des Zwischenträgers 2. Ebenso ist es möglich, dass die Verbindungsmittel 4 über Laserablation aufgelöst werden. In diesem Fall handelt es sich bei dem Zwischenträger 2 bevorzugt um einen lichtdurchlässigen Träger, etwa um einem Glasträger.
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Durch das Ablösen vom Zwischenträger 2 und das Auslösen der Verbindungsmittel 4 entstehen Ausnehmungen 44. Die Ausnehmungen 44 stellen eine Negativform der Befestigungsstellen 23 und der Verbindungsmittel 4, wie noch im Verfahrensschritt gemäß 1E vorhanden, dar. Das heißt, die elektrischen Kontaktstellen 34 sind dann stellenweise oder vollständig freigelegt. Bevorzugt sind die Kontaktstellen 34 nur stellenweise freigelegt.
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In 1G ist dargestellt, dass elektrische Kontaktstrukturen 6 an den elektrischen Kontaktstellen 34 ausgebildet werden. Die elektrischen Kontaktstrukturen 6 füllen die Ausnehmungen aus dem Verfahrensschritt gemäß 1F bevorzugt vollständig aus und können bündig mit der Vergussschichtunterseite 55 abschließen. Die Kontaktstrukturen 6 werden insbesondere durch ein Druckverfahren, beispielsweise durch Siebdrucken, erstellt. Die Kontaktstrukturen 6 sind bevorzugt aus zumindest einem Metall oder zumindest einer Metalllegierung gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei einem Material für die Kontaktstrukturen 6 um eine Legierung mit Sn, Ag und/oder Cu. Die Kontaktstellen 34 können aus einer von den Kontaktstrukturen 6 verschiedenen Materialzusammensetzung hergestellt sein und beispielsweise Ti, Au, Pt, Pd und/oder Ni aufweisen oder hieraus bestehen.
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Im Verfahrensschritt, wie in 1H dargestellt, erfolgt ein Vereinzeln zu den fertigen Halbleiterbauteilen 1. Bei diesem Vereinzeln ist es möglich, dass nur die Vergussschichten 5, 5a, 5b, 5c, die bevorzugt allesamt aus weichen Materialien, speziell aus Silikonmaterialien, gebildet sind, durchtrennt werden müssen. Beim Vereinzeln bleiben die kuppelförmigen Bereiche der zweiten Vergussschicht 5a bevorzugt vollständig erhalten.
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Eine Bauteilunterseite 11 der fertigen Halbleiterbauteile 1 ist damit vollständig durch die erste Vergussschicht 5 und durch die Kontaktstrukturen 6 gebildet. Eine Fläche der Kontaktstrukturen 6, in Draufsicht auf die Bauteilunterseite 11 gesehen, ist bevorzugt größer als eine Fläche der Kontaktstellen 34. In Richtung hin zu den Halbleiterchips 3 weisen die Kontaktstrukturen 6 stellenweise eine kleinere Fläche und/oder einen kleineren Durchmesser auf als unmittelbar an der Bauteilunterseite 11. Mit anderen Worten ist eine Fläche der Kontaktstrukturen 6, gegenüber einer Fläche der Kontaktstellen 34, durch das hier beschriebene Verfahren expandierbar.
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Außerdem können die Kontaktstrukturen 6 in dieser Anordnung thermische Verspannungen auffangen, insbesondere ermöglicht durch den Bereich der Kontaktstrukturen 6 nahe der Kontaktstellen 34 mit einem reduzierten Durchmesser. Aufgrund der vergleichsweise dünnen ersten Vergussschicht 5 kann zudem eine relativ große Emissionsfläche erzielt werden, insbesondere ist eine Emission von Licht an den Seitenflächen der Halbleiterchips 3 möglich. Durch die Gestaltung der weiteren Vergussschichten 5a, 5b, 5c können die optischen Eigenschaften, hinsichtlich Strahlverlauf und Wellenlänge, gezielt eingestellt werden.
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In
2 sind Beispiele für Halbleiterchips
3 gezeigt, die mit dem in
1 beschriebenen Verfahren bearbeitet werden können. Gemäß der
2A und
2B weisen die Halbleiterchips
3 jeweils ein Substrat
31 auf, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge
33 aufgebracht ist. Durch eine aktive Zone hindurch sind eine Durchkontaktierung
36, siehe
2A, oder mehrere Durchkontaktierungen
36, vergleiche
2B, vorhanden. Insbesondere sind die Halbleiterchips
3 gemäß der
2A und
2B geformt, wie in der Druckschrift
US 2010/0171135 A1 angegeben.
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Bei dem Halbleiterchip 3, wie in 2C gezeigt, ist die Halbleiterschichtenfolge 33 an einem Randbereich durch eine aktive Zone hinweg entfernt. Die Kontaktstellen 34 sind damit direkt auf eine p-leitende Schicht sowie eine n-leitende Schicht der Halbleiterschichtenfolge 33 angebracht.
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Eine Abwandlung des Herstellungsverfahrens gemäß 1 ist in 3 skizziert. Gemäß 3A werden die Halbleiterchips 3 mit den Kontaktstellen 34 auf ein Befestigungsband 91, das sich an dem Zwischenträger 2 befindet, aufgedrückt. Dabei können die Kontaktstellen 34 teilweise oder vollständig in das Befestigungsband 91 eingedrückt werden.
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Anschließend werden eine Vergussschicht 5 und optional eine zwischenliegende weitere Vergussschicht 5a geformt, siehe 3B. Nachfolgend werden das Befestigungsband 91 und der Zwischenträger 2 entfernt, siehe 3C.
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Daraufhin wird eine elektrische Isolierschicht 92 aufgebracht, wobei die elektrischen Kontaktstellen 34 bevorzugt frei bleiben, siehe 3D. Wie in 3E gezeigt, wird ganzflächig eine Metallanwachsschicht 93, auch als Metallization Seed Layer bezeichnet, etwa mittels Sputtern erzeugt.
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Gemäß 3F wird eine Fotomaske 94 aufgebracht und strukturiert. Nachfolgend geschieht, siehe 3G, das Erzeugen einer Metallisierung 95, insbesondere galvanisch.
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Gemäß 3H erfolgt dann ein Ätzen der Metallisierung 95 sowie der Metallanwachsschicht 93 zu den elektrischen Kontaktstrukturen 6. Ein Vereinzeln zu Halbleiterbauteilen ist in 3I gezeigt.
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Bei dem Verfahren gemäß der 3 ist zumindest eine Fotomaske 94 aufzubringen, um die Kontaktstrukturen 6 zu erzeugen. Beim Verfahren, wie in 1 illustriert, ist zum Erzeugen der Kontaktstrukturen 6 keine fotolithographische Strukturierung und damit auch keine Fotomaske erforderlich. Hierdurch ist das Verfahren gemäß 1 kosteneffizienter durchführbar.
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In 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren angegeben. Gemäß 4A werden die Halbleiterchips 3 auf dem Zwischenträger 2 aufgebracht, analog zu den 1A und 1B. Zur Vereinfachung der Darstellung sind hierbei in 4 die Kontaktstellen 34, die Verbindungsmittel 34 und die Befestigungsstellen 23 nur zusammengefasst gezeichnet.
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In 4B ist perspektivisch dargestellt, dass eine Folie 53 für die spätere Vergussschicht 5 bereitgestellt wird. Die Folie 53 weist mehrere Löcher oder Öffnungen 54 auf, die für die Halbleiterchips 3 vorgesehen sind.
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Gemäß 4C wird die Folie 53 aus 4B auf den Zwischenträger 2 aufgebracht, wobei die Halbleiterchips 3 in den Öffnungen 54 platziert werden. Die Folie 53 kann dabei beabstandet zu den Halbleiterchips 3 angeordnet werden. Optional werden weitere Folien 53a, 53b aufgebracht und übereinander gestapelt. Die oberste Folie 53b ist dabei eine durchgehende Folie, die bevorzugt einen Leuchtstoff oder einen Leuchtstoff und zusätzliche Streupartikel zur Lichtstreuung umfasst, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. Dabei ist es möglich, dass die unterste Folie 53 dünner ist als die mittlere Folie 53a. Hinsichtlich der Folien 53, 53a kann im Übrigen dasselbe gelten wie für die Vergussschichten 5, 5a, 5b aus 1.
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Anders als dargestellt ist es möglich, dass nur eine einzige Folie verwendet wird, die anstatt durchgehender Öffnungen 54 lediglich Sacklöcher für die Halbleiterchips 3 aufweist.
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Im Verfahrensschritt, wie in 5D gezeigt, werden über ein Formpressen die Folien 53, 53a, 53b aufgeschmolzen oder angeschmolzen und/oder durch Druckeinwirkung verformt und miteinander fest verbunden, sodass mittels Formpressen die Vergussschichten 5, 5a, 5b entstehen. Bei diesem Verformen legen sich zumindest die untersten Folien 53, 53a direkt an die Halbleiterchips 3 mit den Kontaktstellen 34 an. Die unterste Folie 53 umformt die Verbindungsmittel 34 und die Befestigungsstellen 23.
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Alternativ oder zusätzlich zum Verfahrensschritt der 4D kann ein weiteres Vergussmaterial eingesetzt werden, um die Folien 53, 53a, 53b untereinander und mit den Halbleiterchips 3 dauerhaft zu verbinden. Bevorzugt jedoch ist kein solches zusätzliches Material vorhanden.
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Die weiteren Verfahrensschritte sind in 4 nicht gezeigt und können in gleicher Weise wie in den 1F bis 1H durchgeführt werden.
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In 5A ist gezeigt, dass die Trägeroberseite 20 gekrümmt gestaltet ist. Dabei ist die Trägeroberseite 20 insbesondere nur in Bereichen neben und außerhalb der Befestigungsstellen 23 gekrümmt und kann im Bereich der Befestigungsstellen 23 und zwischen diesen eben verlaufen. Es steigt die Trägeroberseite 20 in Richtung weg von den Befestigungsstellen 23 bevorzugt an.
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In 5B ist das mit einem solchen Zwischenträger 2 hergestellte Halbleiterbauteil 1 gezeigt, die nicht dargestellten Zwischenschritte verlaufen bevorzugt gemäß der 1C bis 1H. Die erste Vergussschicht 5 ist gleichmäßig dick, wie auch in 1C. Jedoch aufgrund der gebogenen Trägeroberseite 20, siehe 5A, ist die erste Vergussschicht 5 als konvexer Reflektor geformt. Im Übrigen entspricht das Halbleiterbauteil 1 der 5B dem der 1H.
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Beim Ausführungsbeispiel der 5C befindet sich die optionale vierte Vergussschicht 5c an der Bauteilunterseite 11. Somit planarisiert die vierte Vergussschicht 5c die Bauteilunterseite 11, im Vergleich zu 5B.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass die diffus reflektierende erste Vergussschicht 5 sich bis zu einer durch die Chipoberseite 30 definierten Ebene erstreckt und bevorzugt bündig mit der Chipoberseite 30 abschließt. Ein Bereich zwischen der ersten Vergussschicht 5 und dem Halbleiterchip 3 ist bevorzugt vollständig von der transparenten, in Draufsicht damit rahmenförmigen zweiten Vergussschicht 5a ausgefüllt.
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Die als Konversionsschicht gestaltete dritte Vergussschicht 5b erstreckt sich in konstanter Dicke über das gesamte Halbleiterbauteil 1 hinweg und bildet alleine die Vergussschichtoberseite 52 aus, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann. Die erste, die zweite und/oder die dritte Vergussschicht 5, 5b, 5c schließen in seitlicher Richtung bevorzugt bündig miteinander ab, sodass das Halbleiterbauteil 1 einen rechteckigen oder näherungsweise rechteckigen Querschnitt aufweist, unter Vernachlässigung der elektrischen Kontaktstruktur 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optoelektronisches Halbleiterbauteil
- 11
- Bauteilunterseite
- 2
- Zwischenträger
- 20
- Trägeroberseite des Zwischenträgers
- 23
- Befestigungsstellen des Zwischenträgers
- 3
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 30
- Chipoberseite
- 31
- Substrat
- 32
- Montageseite
- 33
- Halbleiterschichtenfolge
- 34
- elektrische Kontaktstelle
- 36
- Durchkontaktierung
- 4
- Verbindungsmittel
- 44
- Ausnehmung
- 5
- Vergussschicht
- 53
- Folie
- 54
- Öffnung in der Folie
- 52
- Vergussschichtoberseite
- 55
- Vergussschichtunterseite
- 6
- elektrische Kontaktstruktur
- 7
- Antihaftschicht
- 8
- Leuchtstoff
- 91
- Befestigungsband
- 92
- elektrische Isolierschicht
- 93
- Metallanwachsschicht
- 94
- Fotomaske
- 95
- Metallisierung
