DE112017005653B4 - Leiterrahmen, optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

Leiterrahmen, optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements Download PDF

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Abstract

Optoelektronisches Bauelement umfassend einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (7) und einen Leiterrahmen (1) mit:einem ersten Element (2) mit einer erstenHaupterstreckungsebene, einem zweiten Element (3) mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und einem dritten Element (4) mit einer dritten Haupterstreckungsebene,wobei- die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind,- das erste Element (2), das zweite Element (3) und das dritte Element (4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind,- der Halbleiterchip (7) mit einer Montagefläche (8) auf einer Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) aufgebracht ist, die kleiner ist als die Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7), so dass der Halbleiterchip (7) seitlich über die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) herausragt,- der Halbleiterchip (7) mit seiner Montagefläche (8) auf die Auflagefläche (9) geklebt ist und die Seitenflächen des Halbleiterchips (7) frei sind von Klebstoff,- der Leiterrahmen (1) in einen reflektierenden Verguss (12) eingebettet ist,- der reflektierende Verguss (12) eine plane Oberfläche ausbildet, die zu der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) weist, und- ein Spalt (13) zwischen der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) ausgebildet ist.

Description

  • Es werden ein Leiterrahmen (englisch „leadframe“), ein optoelektronisches Bauelement mit einem Leiterrahmen und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
  • Das Dokument DE 10 2012 102 847 A1 beschreibt ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements.
  • Das Dokument DE 10 2012 109 905 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
  • Das Dokument US 2013 / 0 334 549 A1 beschreibt eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung und eine Gehäuseanordnung.
  • Es soll ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung angegeben werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit verbesserter Lichtauskopplung angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Leiterrahmens, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Leiterrahmen ein erstes Element mit einer ersten Haupterstreckungsebene, ein zweites Element mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und ein drittes Element mit einer dritten Haupterstreckungsebene.
  • Der Leiterrahmen ist besonders bevorzugt aus dem ersten Element, dem zweiten Element und dem dritten Element gebildet. Die drei Elemente sind bevorzugt einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten weisen die drei Elemente des Leiterrahmens bevorzugt keine Grenzflächen zueinander auf. Insbesondere ist der Leiterrahmen bevorzugt nicht aus drei separat gefertigten Elementen zusammengesetzt. Vielmehr ist der Leiterrahmen bevorzugt in einem Stück gefertigt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens ist das zweite Element zwischen dem ersten Element und dem dritten Element angeordnet, wobei das dritte Element einer Vorderseite des Leiterrahmens zugewandt ist und das erste Element einer Rückseite des Leiterrahmens zugewandt ist.
  • Die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Weiterhin sind die drei Elemente bevorzugt in einer Stapelrichtung übereinander angeordnet. Die Stapelrichtung ist hierbei besonders bevorzugt senkrecht zu den drei Haupterstreckungsebenen angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens umfasst das dritte Element eine Auflagefläche für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, die kleiner ist als eine Montagefläche des Halbleiterchips. Das dritte Element ist bevorzugt als Podest ausgebildet. Das Podest ragt bevorzugt aus dem Leiterrahmen heraus, während jeweils seitlich des Podests eine plane Oberfläche des zweiten Elements angeordnet ist, die gegenüber dem Podest zurückgesetzt ist.
  • Beispielsweise weist das Podest die Form eines Quaders mit vier Seitenflächen auf, wobei die Auflagefläche durch eine frei zugängliche Oberfläche des Quaders gebildet ist, die parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Elements verläuft. Die Seitenflächen sind hierbei bevorzugt senkrecht zu der Auflagefläche angeordnet. Die Auflagefläche weist besonders bevorzugt eine rechteckige Form auf. Das Podest kann aber auch in der Form eines Pyramidenstumpfes oder eines Kegelstumpfes ausgebildet sein. Das Podest weist besonders bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer auf.
  • Besonders bevorzugt weist der Leiterrahmen lediglich ein einziges Podest mit einer Auflagefläche auf, die zur Montage des strahlungsemittierenden Halbleiterchips vorgesehen ist. Mit anderen Worten weist der Leiterrahmen bevorzugt lediglich eine einzige Auflagefläche auf, die zur Montage des Halbleiterchips vorgesehen ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens weist das erste Element elektrische Anschlussstellen zur elektrischen Kontaktierung des Leiterrahmens mit einem Anschlussträger auf. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Anschlussstellen auf dem ersten Element lötfähig. Beispielsweise handelt es sich bei den elektrischen Anschlussstellen um Lötpads.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens weist das zweite Element auf einer Oberfläche, die zu dem ersten Element weist, mindestens eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips auf. Bevorzugt ist diese elektrische Kontaktstelle bondfähig. Mit anderen Worten ist die elektrische Kontaktstelle auf dem zweiten Element dazu geeignet, mit einem Bonddraht elektrisch leitend verbunden zu werden. Es handelt sich bei der elektrischen Kontaktstelle auf dem zweiten Element also bevorzugt um ein Bondpad.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leiterrahmens ragt das zweite Element lateral über das erste Element und das dritte Element hinaus. Bevorzugt ist das zweite Element dazu geeignet, mehrere Leiterrahmen in einem Verbund miteinander zu verbinden. Beispielsweise weist das zweite Element Strukturelemente, wie Stege auf, die seitlich aus dem zweiten Element über das erste Element und das zweite Element herausragen, und die dazu vorgesehen sind, mehrere Leiterrahmen zu einem Verbund miteinander zu verbinden.
  • Besonders bevorzugt ist der Leiterrahmen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet. Es ist auch möglich, dass der Leiterrahmen einen Kern aufweist, der aus einem anderen Material gebildet ist als eine Beschichtung des Leiterrahmens. Auch der Kern und die Beschichtung des Leiterrahmens sind bevorzugt aus Metallen gebildet.
  • Der Leiterrahmen ist insbesondere dafür geeignet, in einem optoelektronischen Bauelement verwendet zu sein. Das optoelektronische Bauelement umfasst neben dem Leiterrahmen besonders bevorzugt einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
  • Bevorzugt ist der Leiterrahmen separat von dem Halbleiterchip gefertigt, beispielsweise mittels Stanzen aus einem Blech. Außerdem ist der Leiterrahmen bevorzugt alleine selbsttragend und mechanisch stabil ausgebildet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Leiterrahmen nicht um Schichten oder Elemente, die bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements auf dem Halbleiterchip abgeschieden oder auf dem Halbleiterchip gebildet werden. Besonders bevorzugt ist die Auflagefläche des Leiterrahmens im unverbauten Zustamd von außen frei zugänglich.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge auf, die eine aktive Zone umfasst, die im Betrieb des Halbleiterchips elektromagnetische Strahlung aussendet. Die elektromagnetische Strahlung wird von einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgesandt. Die Strahlungsaustrittsfläche liegt hierbei einer Montagefläche des Halbleiterchips gegenüber.
  • Beispielsweise basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oder besteht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, blaues Licht zu erzeugen.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial besteht. Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, blau-grünes Licht zu erzeugen.
  • Schließlich ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial besteht. Arsenid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Epitaktische Halbleiterschichten, die auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basieren, sind in der Regel dazu geeignet, Licht aus dem roten bis infraroten Spektralbereich zu erzeugen.
  • Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten „Volumenemitter“. Ein volumenemittierender Halbleiterchip weist ein Aufwachssubstrat auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde. Basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, so kann das Aufwachssubstrat beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Saphir, Siliziumcarbid. Diese Materialien sind in der Regel transparent für das in der aktiven Zone erzeugte Licht. Volumenemittierende Halbleiterchips senden die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung in der Regel nicht nur über die Strahlungsaustrittsfläche aus, sondern auch über ihre Seitenflächen. Weist der volumenemittierende Halbleiterchip ein elektrisch isolierendes Aufwachssubstrat auf, so weist der Halbleiterchip in der Regel zwei vorderseitige elektrische Kontakte auf.
  • Weiterhin kann es sich bei dem Halbleiterchip auch um einen Dünnfilm-Halbleiterchip handeln. Dünnfilm-Halbleiterchips weisen eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtfolge auf, die auf einen Träger aufgebracht ist, der von dem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge verschieden ist. Besonders bevorzugt ist zwischen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und dem Träger eine Spiegelschicht angeordnet, die Strahlung der aktiven Zone zur Strahlungsaustrittsfläche lenkt. Dünnfilm-Halbleiterchips senden die elektromagnetische Strahlung, die im Betrieb in der aktiven Zone erzeugt wird, in der Regel nicht über die Seitenflächen des Trägers aus, sondern haben eine im Wesentliche Lambertsche Abstrahlcharakteristik. Ein Dünnfilm-Halbleiterchip weist den Vorteil auf, dass das Trägermaterial vergleichsweise frei gewählt sein kann. Ist das Trägermaterial elektrisch leitend ausgebildet, so weist der Dünnfilm-Halbleiterchip in der Regel einen einzigen vorderseitigen elektrischen Kontakt auf, während der weitere elektrische Kontakt über die Montagefläche des Halbleiterchips hergestellt wird.
  • Der Halbleiterchip ist bevorzugt mit der Montagefläche auf der Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens aufgebracht. Die Auflagefläche des dritten Elements ist bevorzugt kleiner als die Montagefläche des Halbleiterchips, sodass der Halbleiterchip seitlich über die Auflagefläche des dritten Elements herausragt. Auf diese Art und Weise kann das Kriechen eines Klebers von der Auflagefläche des dritten Elements auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder auf seine Strahlungsaustrittsfläche mit Vorteil vermieden werden. Insbesondere, wenn es sich bei dem Halbleiterchip um einen volumenemittierenden Halbleiterchip handelt, der Strahlung über seine Seitenflächen aussendet, wird so die Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip mit Vorteil erhöht.
  • Der Halbleiterchip weist hierbei bevorzugt eine Montagefläche auf, die, bevorzugt umlaufend, um mindestens 1 Mikrometer größer ist als die Auflagefläche des dritten Elements.
  • Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip zentriert auf der Auflagefläche des dritten Elements angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst der Leiterrahmen nur ein einziges drittes Element, das aus dem Leiterrahmen herausragt. Bevorzugt weist der Leiterrahmen bei dieser Ausführungsform nur einen einzigen Halbleiterchip auf, der auf der Auflagefläche des dritten Elements angeordnet ist. Das einzige dritte Element des Leiterrahmens ist hierbei bevorzugt als Podest ausgebildet. Weitere Podeste umfasst der Leiterrahmen bei dieser Ausführungsform besonders bevorzugt nicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst der Leiterrahmen mehrere dritte Elemente, von denen jedes dazu vorgesehen ist, genau einen Halbleiterchip aufzunehmen. Mit anderen Worten umfasst der Leiterrahmen die gleiche Anzahl an dritten Elementen wie das Bauelement Halbleiterchips umfasst. Jeder Halbleiterchip ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt auf der Auflagefläche eines dritten Elements aufgebracht.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem dritten Element des Leiterrahmens bevorzugt nicht um eine Kontaktstelle für einen Halbleiterchip in Flip-Chip-Bauweise. Halbleiterchips in Flip-Chip-Bauweise umfassen sämtliche elektrischen Kontakte auf ihrer Rückseite, über die sie auch montiert werden.
  • Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip mit seiner Montagefläche auf die Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens geklebt und die Seitenflanken des Halbleiterchips sind frei von Klebstoff. Dies ist insbesondere mit Vorteil möglich, da die Auflagefläche des dritten Elements, die zur Montage des Halbleiterchips vorgesehen ist, kleiner ist als die Montagefläche des Halbleiterchips. Als Klebstoff kann beispielsweise ein transparentes Silikon mit einem niedrigen Brechungsindex verwendet werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Leiterrahmen in einen reflektierenden Verguss eingebettet. Der reflektierende Verguss umhüllt den Leiterrahmen hierbei besonders bevorzugt derart, dass die Auflagefläche des dritten Elements sowie eine Rückseite des Leiterrahmens nicht von dem reflektierenden Verguss bedeckt sind. Hohlräume in dem Leiterrahmen, beispielsweise zwischen den drei Elementen werden von dem reflektierenden Verguss bevorzugt gefüllt, besonders bevorzugt vollständig.
  • Der reflektierende Verguss ist beispielsweise durch ein Harz gebildet, in das reflektierende Partikel eingebettet sind. Bei dem Harz handelt es sich beispielsweise um ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser beiden Materialien. Bei den reflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um Titandioxid-Partikel. Beispielsweise ist der reflektierende Verguss durch ein Silikonharz gebildet, in das Titandioxid-Partikel eingebracht sind. Hierbei weisen die Titandioxid-Partikel in dem Silikonharz beispielsweise einen Füllgrad zwischen einschließlich 30 Gew% und einschließlich 95 Gew% auf.
  • Der reflektierende Verguss ist besonders bevorzugt diffus reflektierend ausgebildet. Der reflektierende Verguss verhindert mit Vorteil zum Einen die Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch den Leiterrahmen und zum Anderen eine Degeneration des Leiterrahmens durch einfallendes Licht („leadframe browning effect“). Dies erhöht die Langzeitstabilität des Bauelements.
  • Besonders bevorzugt ist der reflektierende Verguss derart angeordnet, dass er den Halbleiterchip nicht berührt. Hierdurch wird ein Kriechen der Vergussmasse auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder auf die Strahlungsdurchtrittsfläche mit Vorteil vermieden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet der reflektierende Verguss eine plane Oberfläche aus, die zu der Montagefläche des Halbleiterchips weist. Bevorzugt ist die Oberfläche des reflektierenden Vergusses parallel zu der ersten Haupterstreckungsebene, der zweiten Haupterstreckungsebene und/oder der dritten Haupterstreckungsebene angeordnet. Besonders bevorzugt ist die plane Oberfläche vollflächig unterhalb und seitlich des Halbleiterchips ausgebildet.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist ein Spalt zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird ein Kriechen der reflektierenden Vergussmasse bei der Herstellung des Bauelements auf die Seitenflächen des Halbleiterchips mit Vorteil vermieden.
  • Der Spalt zwischen dem Verguss und der Montagefläche des Halbleiterchips weist bevorzugt eine Dicke auf, die mindestens 1 Mikrometer beträgt. Eine Obergrenze der Dicke des Spalts ergibt sich bevorzugt aus der Dicke des Podests minus einem Mikrometer. Beispielsweise weist der Spalt eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 145 Mikrometer auf.
  • Besonders bevorzugt ist die plane Oberfläche des reflektierenden Vergusses unterhalb und seitlich des Halbleiterchips angeordnet. Diese Anordnung der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses weist den Vorteil auf, elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips, die in Richtung des reflektierenden Vergusses ausgesandt wird, zu einer strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelements zu lenken.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement weiterhin eine Kavität, in der der Halbleiterchip angeordnet ist. Bevorzugt dient die Kavität als Reflektor.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen weiteren Verguss auf, der transparent oder wellenlängenkonvertierend ausgebildet ist. Der weitere Verguss umhüllt bevorzugt den Halbleiterchip. Besonders bevorzugt umhüllt der weitere Verguss den Halbleiterchip vollständig. Bei dem weiteren Verguss kann es sich beispielsweise um ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser beiden Materialien handeln. Ist der weitere Verguss wellenlängenkonvertierend ausgebildet, so umfasst er bevorzugt Leuchtstoffpartikel, die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandeln. Umfasst das Bauelement eine Kavität, so kann die Kavität mit dem weiteren Verguss gefüllt sein.
  • Besonders bevorzugt weist der weitere Verguss mit dem reflektierenden Verguss eine gemeinsame Grenzfläche auf. Der reflektierende Verguss weist hierbei mit Vorteil eine sehr gute Haftung zu dem weiteren Verguss auf.
  • Ein optoelektronisches Bauelement kann beispielsweise hergestellt werden, indem in einem ersten Schritt ein hier beschriebener Leiterrahmen zur Verfügung gestellt wird. Auf die Auflagefläche des dritten Elements des Leiterrahmens wird dann ein Klebstoff, beispielsweise in Form eines Tropfens, aufgebracht und der Halbleiterchip mit seiner Montagefläche auf die Auflagefläche des Leiterrahmens mit dem Klebstoff aufgesetzt. Schließlich wird der Halbleiterchip an den Leiterrahmen angepresst, sodass eine dünne Klebstoffschicht zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der Auflagefläche des Leiterrahmens entsteht. Nach dem Aushärten der Klebstoffschicht fixiert diese den Halbleiterchip an der Auflagefläche des Leiterrahmens.
  • Besonders bevorzugt ist die Klebstoffschicht vergleichsweise dünn ausgebildet. Eine vergleichsweise dünne Klebstoffschicht weist den Vorteil auf, eine gute Wärmeanbindung zwischen Halbleiterchip und Leiterrahmen zu gewährleisten. Beispielsweise weist die Klebstoffschicht eine Dicke auf, die höchstens 5 Mikrometer beträgt. Besonders bevorzugt weist die Klebeschicht eine Dicke zwischen einschließlich 0,1 Mikrometer und einschließlich 2 Mikrometer auf.
  • Das Anpressen eines Halbleiterchips mit einer Chipgröße von ungefähr 500 Mikrometer mal 900 Mikormeter erfolgt hierbei beispielsweise mit einer Anpresskraft zwischen einschließlich 70 g und einschließlich 250 g.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Leiterrahmen mit einer reflektierenden Vergussmasse durch Gießen, Jetten, Dispensen oder einem vergleichbaren Verfahren derart umhüllt, dass sich nach einem Aushärten ein reflektierender Verguss mit einer planen Oberfläche unterhalb und seitlich des Halbleiterchips ausbildet. Besonders bevorzugt bildet sich hierbei ein Spalt zwischen der Montagefläche des Halbleiterchips und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses aus.
  • Die vorliegend in Verbindung mit dem Leiterrahmen beschriebenen Merkmale können ebenso bei dem optoelektronischen Bauelement als auch bei dem Verfahren ausgebildet sein. Ebenso können Merkmale, die lediglich in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement beschrieben sind, bei dem Leiterrahmen und bei dem Verfahren ausgebildet sein. Weiterhin können auch Merkmale und Ausbildungen, die vorliegend nur in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, ebenso bei dem optoelektronischen Bauelement und bei dem Leiterrahmen ausgebildet sein.
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf der Idee, einen Leiterrahmen mit einer Auflagefläche für den Halbleiterchip zu verwenden, wobei die Auflagefläche kleiner ist als die Montagefläche des Halbleiterchips. Hierdurch wird ein Kleberhof um den Halbleiterchip und ein Kriechen des Klebers auf Seitenflächen des Halbleiterchips oder dessen Strahlungsaustrittsfläche verhindert. Insbesondere bei Verwendung eines volumenemittierenden Halbleiterchips, der Strahlung über seine Seitenflächen aussendet, kann so eine Verminderung der Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip aufgrund einer in der Regel niedrigbrechenden Klebstoffschicht vermieden werden. Weiterhin wird die Beaufschlagung des Leiterrahmens mit elektromagnetischer Strahlung des Halbleiterchips, die zu einer Degeneration des Leiterrahmenmaterials führen kann, mit Vorteil verringert. Dies erhöht die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements. Zudem ist der Halbleiterchip trotzdem über die Auflagefläche gut wärmeleitend mit dem Leiterrahmen verbunden. Dies führt zu einem guten Wärmemanagement des Bauelements.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 14 wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 4 wird ein Leiterrahmen eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. 1 zeigt hierbei schematisch eine Draufsicht auf eine Vorderseite des Leiterrahmens, 2 eine schematische Draufsicht auf eine Rückseite des Leiterrahmens und 3 eine schematische Schnittdarstellung des Leiterrahmens, während 4 den Ausschnitt B aus der 3 im Detail wiedergibt.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 12 bis 14 wird ein fertiges optoelektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. 11 zeigt hierbei eine schematische Draufsicht auf das optoelektronische Bauelement, 12 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie F-F' der 1 und 13 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie D-D' der 11. 14 zeigt schematisch den Ausschnitt aus der 13.
  • 15 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Der Leiterrahmen 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 weist ein erstes Element 2, ein zweites Element 3 und ein drittes Element 4 auf. Das erste Element 2 bildet hierbei eine Rückseite des Leiterrahmens 1 aus, während das dritte Element 4 die Vorderseite des Leiterrahmens 1 ausbildet. Zwischen dem ersten Element 2 und dem dritten Element 4 ist das zweite Element 3 angeordnet.
  • Das zweite Element 3 des Leiterrahmens 1 ist aus zwei separaten Strukturelementen gebildet, die räumlich getrennt voneinander angeordnet sind (1). Die beiden Strukturelemente können hierbei jeweils mit einer elektrischen Kontaktstelle versehen sein, die dazu geeignet sind, mit einem Bonddraht elektrisch leitend verbunden zu werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass das zweite Element 3 selber bondfähig ist.
  • Das erste Strukturelement des zweiten Elements 3 ist schmetterlingsförmig mit vier Ausbuchtungen ausgebildet. Zwischen zwei Ausbuchtungen weist das erste Strukturelement Stege 5 auf, die dazu geeignet sind, mehrere Leiterrahmen 1 zu einem Verbund zu verbinden. Das zweite Strukturelement des zweiten Elements 3 weist zwei Ausbuchtungen auf und ist insgesamt deutlich schmäler ausgebildet als das erste Strukturelement.
  • Das erste Element 2 des Leiterrahmens 1 ist ebenfalls durch zwei separate, räumlich voneinander getrennte Strukturelemente gebildet, die beide rechteckig ausgebildet sind (2). Die zwei voneinander getrennten Strukturelemente können hierbei als rückseitige elektrische Anschlussstellen 6, 6' zur elektrischen Kontaktierung mit einem Anschlussträger ausgebildet sein. Bevorzugt sind die elektrischen Anschlussstellen 6, 6' lötfähig ausgebildet. Teile des zweiten Elements 3 ragen seitlich über die Strukturelemente des ersten Elements 2 hinaus.
  • Das dritte Element 4 des Leiterrahmens 1 ist auf dem zweiten Element 3 angeordnet und weist eine rechteckige Form auf. Das dritte Element 4 ist als quaderförmiges Podest ausgebildet. Das zweite Element 3 ragt seitlich vollständig entlang der Umrandung des dritten Elements 4 über dieses hinaus. Das dritte Element 4 ist als Podest ausgebildet, das aus dem Leiterrahmen 1 herausragt (3).
  • Das erste Element 2, das zweite Element 3 und das dritte Element 4 des Leiterrahmens 1 weisen jeweils eine Haupterstreckungsebene auf, die parallel zueinander angeordnet sind (3 und 4). Weiterhin sind das erste Element 2, das zweite Element 3 und das dritte Elemente 4 in direktem Kontakt miteinander entlang einer Stapelrichtung R angeordnet. Die Stapelrichtung R steht hierbei senkrecht auf den Haupterstreckungsebenen der drei Elemente 2, 3, 4. Das dritte Element 4 ist vollflächig an das zweite Element 3 angebunden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den 1 bis 14 wird zunächst ein Leiterrahmen bereitgestellt, wie er anhand der 1 bis 4 im Detail beschrieben wurde.
  • Wie schematisch in den 5 bis 7 dargestellt, wird nun ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 7 mit einer Montagefläche 8 auf eine Auflagefläche 9 des dritten Elements 4 aufgebracht. 6 zeigt hierbei eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie F-F' der schematischen Draufsicht der 5, während 7 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie D-D' der 5 zeigt.
  • Die Montagefläche 8 des Halbleiterchips 7 ist größer ausgebildet als die Auflagefläche 9 des dritten Elements 4 (6 und 7). Die Montagefläche 8 ragt entlang dem vollständigen Umfang der Auflagefläche 9 seitlich über die Auflagefläche 9 des dritten Elements 4 hinaus. Der Halbleiterchip 7 ist hierbei zentriert auf der Auflagefläche 9 angeordnet.
  • Vorliegend ist als Halbleiterchip 7 ein volumenemittierender Halbleiterchip mit einem strahlungsdurchlässigen Aufwachssubstrat sowie zwei vorderseitigen elektrischen Kontakten 10 verwendet, wie schematisch in 5 gezeigt. Der Halbleiterchip 7 sendet daher Licht nicht nur über seine Strahlungsaustrittsfläche aus, die der Montagefläche gegenüberliegt, sondern auch zumindest teilweise über seine Seitenflächen.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 8 bis 10 dargestellt ist, werden die vorderseitigen elektrischen Kontakte 10 des optoelektronischen Halbleiterchips 7 jeweils mit einem Bonddraht 11 mit einer elektrischen Kontaktstelle auf dem zweiten Element 3 des Leiterrahmens 1 elektrisch leitend verbunden. Jedes Strukturelement des zweiten Elements weist hierbei eine Kontaktstelle auf.
  • 9 zeigt hierbei eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie F-F' der schematischen Draufsicht der 8, während 10 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie D-D' der 8 zeigt.
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in den 11 bis 14 dargestellt ist, wird der Leiterrahmen 1 mit einer reflektierenden Vergussmasse umhüllt, beispielsweise durch Gießen, Jetten, Dispensen oder einem vergleichbaren Verfahren. Die reflektierende Vergussmasse ist aus einem Silikon gebildet, in das Titandioxid-Partikel mit einem Füllgrad zwischen einschließlich 30 Gew% und 95 Gew% eingebracht sind. Nach dem Aufbringen der Vergussmasse wird diese ausgehärtet, so dass ein reflektierender Verguss 12 entsteht.
  • Wie etwa anhand der schematischen Draufsicht der 11 gezeigt, umhüllt der reflektierende Verguss 12 den Leiterrahmen 1 seitlich vollständig. Weiterhin bildet der reflektierende Verguss 12 eine plane Oberfläche aus, die zu der Montagefläche 8 des Halbleiterchips 7 weist und zu dieser parallel ist (12 und 13). Ein Teil des Bonddrahts 11 wird hierbei von dem reflektierenden Verguss 12 umhüllt. Weiterhin ist ein Spalt 13 zwischen der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses 12 und der Montagefläche 8 des Halbleiterchips 7 ausgebildet, wie schematisch in 14 gezeigt.
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 15 weist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß der 11 bis 14 eine Kavität auf, in der der Halbleiterchip 7 auf dem Leiterrahmen 1 angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Bauelement einen wellenlängenkonvertierenden Verguss 15, der in der Kavität 14 angeordnet ist und mit dem reflektierenden Verguss 12 eine gemeinsame Grenzfläche aufweist.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102016121510.4 .
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leiterrahmen
    2
    erstes Element
    3
    zweites Element
    4
    drittes Element
    5
    Stege
    R
    Stapelrichtung
    6, 6'
    elektrische Anschlussstellen
    7
    Halbleiterchip
    8
    Montagefläche
    9
    Auflagefläche
    10
    elektrische Kontakte
    11
    Bonddraht
    12
    reflektierender Verguss
    13
    Spalt
    14
    Kavität

Claims (14)

  1. Optoelektronisches Bauelement umfassend einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (7) und einen Leiterrahmen (1) mit: einem ersten Element (2) mit einer ersten Haupterstreckungsebene, einem zweiten Element (3) mit einer zweiten Haupterstreckungsebene und einem dritten Element (4) mit einer dritten Haupterstreckungsebene, wobei - die erste Haupterstreckungsebene, die zweite Haupterstreckungsebene und die dritte Haupterstreckungsebene parallel zueinander angeordnet sind, - das erste Element (2), das zweite Element (3) und das dritte Element (4) in einer Stapelrichtung (R) übereinander angeordnet sind, - der Halbleiterchip (7) mit einer Montagefläche (8) auf einer Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) aufgebracht ist, die kleiner ist als die Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7), so dass der Halbleiterchip (7) seitlich über die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) herausragt, - der Halbleiterchip (7) mit seiner Montagefläche (8) auf die Auflagefläche (9) geklebt ist und die Seitenflächen des Halbleiterchips (7) frei sind von Klebstoff, - der Leiterrahmen (1) in einen reflektierenden Verguss (12) eingebettet ist, - der reflektierende Verguss (12) eine plane Oberfläche ausbildet, die zu der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) weist, und - ein Spalt (13) zwischen der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) ausgebildet ist.
  2. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterchip (7) eine Montagefläche (8) aufweist, die um mindestens 1 Mikrometer größer ist als die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4).
  3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Halbleiterchip (7) zentriert auf der Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) angeordnet ist.
  4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Halbleiterchip (7) im Betrieb elektromagnetische Strahlung über eine Strahlungsaustrittsfläche und über Seitenflächen aussendet.
  5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Spalt (13) eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 145 Mikrometer aufweist.
  6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die plane Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) unterhalb und seitlich des Halbleiterchips (7) angeordnet ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das dritte Element (4) als Podest ausgebildet ist und eine Dicke zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer aufweist.
  8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das erste Element (2) elektrische Anschlussstellen (6, 6') zur elektrischen Kontaktierung des Leiterrahmens (1) mit einem Anschlussträger aufweist.
  9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das zweite Element (3) auf einer zum ersten Element (2) weisenden Hauptseite mindestens eine elektrische Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (7) aufweist.
  10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das zweite Element (3) stellenweise lateral über das erste Element (2) und das dritte Element (4) herausragt und dazu geeignet ist, mehrere Leiterrahmen (1) in einem Verbund miteinander zu verbinden.
  11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Leiterrahmens (1), - Aufbringen eines Klebstoffs auf die Auflagefläche (9) des dritten Elements (4) des Leiterrahmens (1), - Aufsetzen des Halbleiterchips (7) auf die Auflagefläche (9) mit dem Klebstoff, und - Anpressen des Halbleiterchips (7) an die Auflagefläche (9), so dass eine dünne Klebstoffschicht entsteht.
  12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Klebstoffschicht eine Dicke aufweist, die höchstens 5 Mikrometer beträgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem der Leiterrahmen (1) mit einer reflektierenden Vergussmasse durch Gießen, Jetten oder Dispensen derart umhüllt wird, dass sich ein reflektierender Verguss (12) mit einer planen Oberfläche unterhalb und seitlich des Halbleiterchips (7) ausbildet.
  14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Spalt (13) zwischen der Montagefläche (8) des Halbleiterchips (7) und der planen Oberfläche des reflektierenden Vergusses (12) ausgebildet wird.
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