DE19640006A1 - Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von mindestens einem elektronischen Bauelement, bei dem min­ destens eine elektronische Vorrichtung auf einer vorgefertig­ ten Trägerplatte befestigt und mit einer Umhüllung versehen wird.
Bislang werden beispielsweise Halbleiterbauelement mit Kunst­ stoffumhüllung oftmals dadurch hergestellt, daß ein auf einer Trägerplatte, z. B. auf einer Montagefläche eines Leiterrah­ mens (Leadframe) aufgebrachter Halbleiterchip in eine Spritz­ gußform gegeben und mit einer Kunststoffmasse umgossen oder umspritzt wird. Die Kunststoffmasse wird nachfolgend ther­ misch gehärtet. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 20 700 A1 be­ schrieben.
Weiterhin sind sogenannte PCB(Printed Circuit Board)-LEDs be­ kannt, die nach folgendem Verfahren hergestellt werden: Zunächst werden auf einer mit elektrischen Leiterbahnen ver­ sehenen Leiterplatte eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips be­ festigt und deren elektrische Anschlüsse mit den elektrischen Leiterbahnen verbunden. Als nächster Schritt wird auf die Leiterplatte eine Verguß-Schablone aus einem Gummimaterial oder aus Polyethylen aufgebracht, die derart gestaltet ist, daß sie Zwischenräume zwischen den Leuchtdiodenchips abdeckt und daß die Leuchtdiodenchips in Aussparungen der Schablone zu liegen kommen. Die Aussparungen werden nachfolgend mit Gießharz gefüllt, das anschließend thermisch gehärtet wird. Nach dem Abziehen der Vergußschablone von der Leiterplatte wird diese zersägt, so daß einzelne PCB-LED-Bauelemente ent­ stehen.
Die oben beschriebenen Verfahren haben den besonderen Nach­ teil, daß während des thermischen Härteprozesses die Halblei­ terchips sowohl thermisch als auch mechanisch (Verspannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizien­ ten) belastet werden. Außerdem sind beide Verfahren technisch sehr aufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die elektroni­ sche Vorrichtung möglichst geringen thermischen und mechani­ schen Belastungen ausgesetzt wird und das technisch einfach durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiter­ bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem nach dem Herstellen der Trägerplatte und nach dem Befestigen der elektronischen Vorrichtung auf der Trägerplatte auf diese und auf die freie Oberfläche der elektronischen Vorrichtung eine ein lichthärtbares Material aufweisende Schicht aufgebracht wird. Nachfolgend wird mittels partiellem Bestrahlen der Schicht mit elektromagnetischer Strahlung, z. B. Infrarot­ strahlung, ultraviolette Strahlung, sichtbares Licht usw., ein als Umhüllung vorgesehener Teilbereich der Schicht gehär­ tet. Der nichtgehärtete Teilbereich der Schicht wird danach z. B. mittels eines geeigneten Lösungsmittels entfernt. Als freie Oberfläche der elektronischen Vorrichtung ist der Teil der Oberfläche zu verstehen, der auf keinem Bestandteil der Trägerplatte aufliegt oder von irgendeinem anderen Medium ab­ gedeckt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektronische Vorrichtung auf einer aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Trägerplatte be­ festigt, die mindestens eine erste und mindestens eine zweite elektrische Anschlußbahn aufweist. Ein erster und ein zweiter elektrischer Anschluß der elektronischen Vorrichtung wird mit diesen Anschlußbahnen elektrisch leitend verbunden. Danach wird nur diejenige Seite der Trägerplatte, auf welcher die elektronische Vorrichtung befestigt ist und die gesamte freie Oberfläche des Halbleiterkörpers mit der einen lichthärtbaren Kunststoff aufweisenden Schicht versehen. Diese Schicht wird nachfolgend nur im Bereich der elektronischen Vorrichtung mittels der elektromagnetischen Strahlung gehärtet. Zuletzt wird der nicht gehärtete Teilbereich der Schicht von der Trä­ gerplatte entfernt.
Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Herstellung von sogenannten PCB-LEDs einsetzen. Hier­ bei wird beispielsweise eine Anzahl von Licht aussendenden Halbleiterkörpern, z. B. Leuchtdiodenchips oder Laserdioden­ chips, mit je mindestens einem Rückseitenkontakt und je min­ destens einem Vorderseitenkontakt mittels eines jeweils zwi­ schen dem Rückseitenkontakt und der zugehörigen ersten elek­ trischen Anschlußbahn angeordneten elektrisch leitenden Ver­ bindungsmittels auf der Trägerplatte befestigt. Die Vorder­ seitenkontakte werden nachfolgend jeweils mittels eines Bond­ drahtes mit der zughörigen zweiten Anschlußbahn elektrisch leitend verbunden, bevor auf die mit den Halbleiterkörpern versehene Seite der Trägerplatte einschließlich der freien Oberflächen der Halbleiterkörper die den lichthärtbaren Kunststoff aufweisende Schicht aufgebracht wird. Diese Schicht ist für das von den Halbleiterkörpern ausgesandte Licht zumindest teildurchlässig und wird im Bereich der Halb­ leiterkörper mittels elektromagnetischer Strahlung partiell gehärtet, so daß zumindest jeweils die gesamte freie Oberflä­ che der Halbleiterkörper einschließlich Bonddraht von einer gehärteten Kunststoffschicht bedeckt ist. Diese gehärtete Kunststoffschicht stellt die Umhüllung für die Halbleiterkör­ per dar und bildet zusammen mit der Trägerplatte für diese jeweils ein Gehäuse aus. Ein zwischen den Halbleiterkörpern verbliebener nicht gehärteter Teil der Schicht wird anschlie­ ßend, z. B. mittels eines Lösungsmittels, vollständig von der Trägerplatte entfernt. Als letzter Schritt wird die Träger­ platte entlang von zwischen den Halbleiterkörpern liegenden Trennlinien durchtrennt, derart, daß einzelne Leuchtdioden­ bauelemente entstehen.
Die Erfindung wird im weiteren anhand von zwei Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ablaufes eines er­ sten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufes eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche und gleichwirkende Bestandteile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensablauf wird zu­ nächst auf einer Trägerplatte 2, auf der eine erste 7 und ei­ ne zweite elektrische Anschlußbahn 8 aufgebracht ist, eine elektronische Vorrichtung 1, beispielsweise ein Leuchtdioden­ chip oder ein IC-Chip, mittels eines Verbindungsmittels (Klebstoff o. ä.) befestigt. Die elektronische Vorrichtung 1 weist einen ersten 9 und einen zweiten Kontakt 10 auf, die mittels Bonddrähten 14 mit den elektrischen Anschlußbahnen 7, 8 elektrisch leitend verbunden werden. Danach wird auf die Trägerplatte 2, auf die erste 7 und die zweite elektrische Anschlußbahn 8 und auf die freie Oberfläche 5 der elektroni­ schen Vorrichtung 1 einschließlich der Bonddrähte 14 eine ei­ nen lichthärtbaren Kunststoff aufweisende Schicht 4 aufge­ bracht. Nach diesen Schritten liegt das in Teilbild A von Fig. 1 im Schnitt dargestellte Zwischenprodukt vor.
Im Anschluß an die oben angegebenen Verfahrensschritte wird, wie in Teilbild B schematisch dargestellt, mittels partiellem Bestrahlen 6 mit elektromagnetischer Strahlung, z. B. Laser­ strahlung, ein Teilbereich der Schicht 4 gehärtet. Gemäß Teilbild B von Fig. 1 ist dies beispielsweise nur ein zwi­ schen den beiden strichpunktierten Begrenzungslinien I und II liegender Teilbereich der Schicht 4.
Bei einem nachfolgenden Verfahrensschritt (man vergleiche Teilbild C von Fig. 1) werden zwischen den elektrischen Vor­ richtungen 1 liegende nicht gehärtete Teilbereiche 16 der Schicht 4 beispielsweise mittels eines geeigneten Lösungsmit­ tels vollständig von der Trägerplatte entfernt. Dieser Vor­ gang ist durch die mit dem Bezugszeichen 15 versehenen Pfeile angedeutet.
Wie aus Teilbild D ersichtlich, liegt nach Durchführung der oben beschriebenen Verfahrensschritte ein elektronisches Bau­ element vor, bei dem die elektronische Vorrichtung 1 auf ei­ ner vorgefertigten Trägerplatte 2 befestigt und mit einer aus gehärtetem Kunststoff bestehenden Umhüllung 3 versehen ist. Die Trägerplatte 2 bildet somit zusammen mit der Umhüllung 3 ein Gehäuse für die elektronische Vorrichtung 1 aus.
Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Ablauf eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird auf einer aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden Trägerplatte 2, z. B. ein PCB (Printed Circuit Board), zunächst eine Mehrzahl von ersten 7 und zweiten elek­ trischen Anschlußbahnen 8 hergestellt. Dies kann beispiels­ weise durch Aufsputtern oder Aufdampfen erfolgen. Auf die er­ sten elektrischen Anschlußbahnen 7 wird jeweils eine elektro­ nische Vorrichtung 1, in diesem Fall ein Leuchtdiodenchip, aufgebracht. Jeder dieser Leuchtdiodenchips besitzt einen Rückseitenkontakt 11, der mittels eines elektrisch leitenden Verbindungsmittels 13 (z. B. metallisches Lot, elektrisch leitender Klebstoff usw.) mit der jeweils zugehörigen ersten elektrischen Anschlußbahn 7 verbunden wird.
Der Vorderseitenkontakt 12 wird jeweils mittels eines Bond­ drahtes 14 mit der jeweils zugehörigen zweiten elektrischen Anschlußbahn 8 elektrisch leitend verbunden. Auf die die er­ sten 7 und zweiten elektrischen Anschlußbahnen 8 und die elektronischen Vorrichtungen 1 aufweisende Seite der Träger­ platte 2 und auf die freien Oberflächen 5 der Leuchtdioden­ chips wird nachfolgend eine Schicht 4 aufgebracht, die aus einem lichtdurchlässigen lichthärtbaren Kunststoff besteht. Die Schichtdicke der Schicht 4 ist so gewählt, daß die Leuchtdiodenchips einschließlich der Bonddrähte 14 vollstän­ dig mit dem Kunststoff bedeckt sind. Eine Draufsicht eines Ausschnittes einer derart hergestellten Trägerplatte 2 mit elektrischen Anschlußbahnen 7, 8, Leuchtdiodenchips und Schicht 4 ist in Teilbild A von Fig. 2 dargestellt.
Wie in Teilbild B von Fig. 2 angedeutet, wird in einem nach­ folgenden Verfahrensschritt die Schicht 4 mittels Bestrahlen 6 mit elektromagnetischer Strahlung jeweils nur zwischen den strichpunktierten Begrenzungslinien I und II im Bereich der Leuchtdiodenchips 1 gehärtet. Ein nichtgehärteter Teilbereich 16 der Schicht 4 wird, wie durch die mit dem Bezugszeichen 15 versehenen Pfeile von Teilbild C der Fig. 2 angedeutet, bei­ spielsweise mittels eines Lösungsmittels von der Trägerplatte entfernt, bevor diese entlang von Trennlinien 17 durchtrennt wird. Dadurch entstehen voneinander getrennte sogenannte PCB- LEDs, wie sie in Teilbild D von Fig. 2 schematisch darge­ stellt sind. Hierbei bildet jeweils eine aus gehärtetem Kunststoff bestehende Umhüllung 3 zusammen mit einem Teil­ stück der Trägerplatte 2 ein Gehäuse für den Leuchtdiodenchip aus.
Für die Schicht 4 können vorteilhafterweise herkömmliche lichthärtbare Kunststoffe, wie z. B. Epoxidharz, Polyimid oder Polyacrylat, verwendet werden. Die Schicht 4 kann bei­ spielsweise mittels Eintauchen der Trägerplatte 2 mit den elektronischen Vorrichtungen nach unten (up side down) in den lichthärtbaren Kunststoff aufgebracht werden. Der lichthärt­ bare Kunststoff kann mittels Licht entweder partiell voll­ ständig ausgehärtet oder nur angehärtet werden. Im zweiten Fall wird der Kunststoff thermisch nachgehärtet.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Schicht 4 nach dem Eintauchen der Träger­ platte 2 inklusive elektronische Vorrichtungen in den licht­ härtbaren Kunststoff (up side down) von unten beispielsweise durch eine Glasplatte hindurch mit einem Laser partiell be­ strahlt und gehärtet wird.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß die Schicht 4 z. B. mittels eines Lasers be­ liebig strukturiert gehärtet werden kann. Die Herstellung von komplizierten Gußformen ist daher nicht notwendig.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Her­ stellen von Licht emittierenden elektronischen Bauelementen kann vorteilhafterweise das lichthärtbare Material mit einem Lumineszenzkonversionsstoff versetzt sein. Dieser Lumines­ zenzkonversionsstoff absorbiert einen Teil der von einer Strahlung emittierenden elektronischen Vorrichtung ausgesand­ ten Strahlung und emittiert Strahlung mit einer gegenüber der absorbierten Strahlung geänderten Wellenlänge. Der Lumines­ zenzkonversionsstoff kann beispielsweise ein organischer Lu­ mineszenzfarbstoff, z. B. ein Perylen-Lumineszenzfarbstoff, oder ein anorganischer Leuchtstoff, wie beispielsweise ein Phosphor, sein. Auf diese Weise lassen sich z. B. mit Hilfe von blau oder grün leuchtenden Leuchtdiodenchips sehr einfach mischfarbiges Licht emittierende, insbesondere weißes Licht emittierende elektronische Bauelemente herstellen.
Bezugszeichenliste
1 Elektronische Vorrichtung
2 Trägerplatte
3 Umhüllung
4 lichthärtbaren Kunststoff aufweisende Schicht
5 Oberfläche
6 Partielles Bestrahlen
7 erste elektrische Anschlußbahn
8 zweite elektrische Anschlußbahn
9 erster elektrischer Kontakt
10 zweiter elektrischer Kontakt
11 Unterseitenkontakt
12 Oberseitenkontakt
13 Verbindungsmittel
14 Bonddraht
15 Entfernen eines nicht gehärteten Teilbereiches
16 nicht gehärteter Teilbereich
17 Trennlinien
I, II Begrenzungslinien

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von mindestens einem elektroni­ schen Bauelement, bei dem mindestens eine elektronische Vor­ richtung (1) auf einer vorgefertigten Trägerplatte (2) befe­ stigt und mit einer Umhüllung (3) versehen wird, gekenn­ zeichnet durch die Verfahrensschritte:
  • - Aufbringen einer ein lichthärtbares Material aufweisenden Schicht (4) auf die Trägerplatte (2) und auf die freie Ober­ fläche (5) der elektronischen Vorrichtung (1),
  • - Partielles Bestrahlen (6) der Schicht (4) mit elektromagne­ tischer Strahlung, so daß ein als Umhüllung (3) vorgesehener Teilbereich der Schicht (4) gehärtet wird, und
  • - Entfernen (15) eines nicht gehärteten Teilbereiches (16) der Schicht (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,
  • - daß die Trägerplatte (2) aus elektrisch isolierendem Mate­ rial besteht und mindestens eine erste (7) und mindestens ei­ ne zweite elektrische Anschlußbahn (8) aufweist, mit denen mindestens ein erster (9) und mindestens ein zweiter elektri­ scher Kontakt (10) der elektronischen Vorrichtung (1) elek­ trisch leitend verbunden werden,
  • - daß nur diejenige Seite der Trägerplatte (2), auf welcher die elektronische Vorrichtung (1) befestigt ist, und die ge­ samte freie Oberfläche (5) des Halbleiterkörpers (1) mit der Schicht (4) versehen wird,
  • - daß nur ein die elektronische Vorrichtung (1) abdeckender Teilbereich der Schicht (4) mittels der elektromagnetischen Strahlung gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektronische Vorrichtung (1) eine Strahlung aussendende aktive Zone aufweist und daß die Umhüllung (3) für eine von der aktiven Zone ausgesandte Strahlung zumindest teildurchlässig ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umhüllung (3) einen Lumineszenzkonversions­ stoff aufweist, der einen Teil der von der elektronischen Vorrichtung (1) ausgesandten Strahlung absorbiert und Strah­ lung mit einer gegenüber der absorbierten Strahlung geänder­ ten Wellenlänge emittiert.
5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 zum Her­ stellen von mindestens zwei Leuchtdiodenbauelementen, wobei bei jedem Leuchtdiodenbauelement als elektronische Vorrich­ tung (1) mindestens je ein Leuchtdiodenchip vorgesehen ist, der mindestens einen Rückseitenkontakt (11) und mindestens einen Vorderseitenkontakt (12) aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, - daß jeder Leuchtdiodenchip mittels eines zwischen dem Rück­ seitenkontakt (11) und der ersten elektrischen Anschlußbahn (7) angeordneten elektrisch leitenden Verbindungsmittels (13) auf der Trägerplatte (2) befestigt wird,
  • - daß der jeweilige Vorderseitenkontakt (12) mittels eines Bonddrahtes (14) mit der zugehörigen zweiten Anschlußbahn (8) elektrisch leitend verbunden wird,
  • - daß die Schicht (4) auf die mit den Leuchtdiodenchips ver­ sehene Seitenfläche der Trägerplatte (2) und auf die freien Oberflächen (5) der Leuchtdiodenchips aufgebracht wird und aus einem lichtdurchlässigen lichthärtbaren Kunststoff be­ steht,
  • - daß die Schicht (4) jeweils nur im Bereich des Leuchtdi­ odenchips mittels elektromagnetischer Strahlung gehärtet wird, derart, daß jeweils die gesamte freie Oberfläche (5) des Leuchtdiodenchips einschließlich Bonddraht (14) mit ge­ härtetem Kunststoff bedeckt ist,
  • - daß ein zwischen den Leuchtdiodenchips verbliebener nicht gehärteter Teil der Schicht (4) vollständig von der Träger­ platte (2) entfernt wird und
  • - daß die Trägerplatte (2) entlang mindestens einer zwischen den Halbleiterkörpern (1) liegenden Trennlinie (17) durch­ trennt wird, derart, daß einzelne Leuchtdiodenbauelemente er­ zeugt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (2) eine gedruck­ te Leiterplatte ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) mittels Laser­ strahlung partiell gehärtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen des nicht ge­ härteten Teiles (16) der Schicht (4) die gehärtete Kunst­ stoffumhüllung (3) thermisch nachgehärtet wird.
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