EP4646747A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement

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Publication number
EP4646747A1
EP4646747A1 EP24716274.6A EP24716274A EP4646747A1 EP 4646747 A1 EP4646747 A1 EP 4646747A1 EP 24716274 A EP24716274 A EP 24716274A EP 4646747 A1 EP4646747 A1 EP 4646747A1
Authority
EP
European Patent Office
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optoelectronic component
radiation
semiconductor chip
layer
emitting semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24716274.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hanisch
Thomas HUCKENBECK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
Publication of EP4646747A1 publication Critical patent/EP4646747A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0361—Manufacture or treatment of packages of wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/882—Scattering means

Definitions

  • a method for producing an optoelectronic component and an optoelectronic component are specified.
  • One of the objects is to provide a simple and efficient method for producing an optoelectronic component. Furthermore, an optoelectronic component with increased efficiency is to be provided.
  • a radiation-emitting semiconductor chip is provided.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is designed to emit electromagnetic radiation in the ultraviolet and/or visible wavelength range of the electromagnetic spectrum.
  • the radiation-emitting semiconductor chip emits ultraviolet to blue electromagnetic radiation.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip.
  • a layer is provided.
  • the layer comprises a partially cured matrix material and a phosphor.
  • the layer is provided in the form of a plate.
  • the layer has the size of a wafer.
  • the plate when viewed in plan view, has a similar or identical shape and/or size to the radiation-emitting semiconductor chip or the composite of semiconductor chips when viewed in plan view.
  • the partially cured matrix material is solid at room temperature, that is to say between 20 °C and 30 °C inclusive.
  • the partially cured matrix material is thermoresponsive.
  • the partially cured matrix material shows in particular no or only very low reactivity with regard to crosslinking to form a cured matrix material. Storing the partially cured matrix material below 10 °C or below 0 °C reduces in particular the reactivity of the partially cured matrix material.
  • the phosphor is in particular homogeneously distributed in the partially cured matrix material.
  • the phosphor is embedded in the partially cured matrix material.
  • the phosphor can convert the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the phosphor converts the electromagnetic radiation that emitted by the semiconductor chip into electromagnetic radiation with a lower energy. This is particularly evident in the fact that electromagnetic radiation emitted by the phosphor has longer wavelengths compared to the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the phosphor is also possible for the phosphor to be layered in the partially cured matrix material.
  • this allows heat generated by conversion to be better dissipated from the phosphor.
  • This also makes it possible to use temperature-sensitive phosphors.
  • the radiation-emitting semiconductor chip and the layer are connected.
  • the radiation-emitting semiconductor chip and the layer are in direct contact with one another at least in places, in particular completely, during and/or after the connection.
  • no further layer, such as an additional adhesive layer is arranged between the semiconductor chip and the layer.
  • the connection is carried out in particular using pressure and/or elevated temperature.
  • pressure and an increased temperature are applied to connect the radiation-emitting semiconductor chip and the layer.
  • the increased temperature can melt the partially cured matrix material.
  • the pressure in particular ensures sufficient adhesion of the layer to the radiation-emitting
  • the partially cured matrix material is cured, in particular completely, to form a matrix material. It is possible that the partially cured matrix material is cured during the bonding of the layer and the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the partially cured matrix material is cured in particular using temperature and/or pressure.
  • the partially cured matrix material crosslinks to form the matrix material under the influence of increased temperature. Elevated temperature is understood here and below in particular to mean a temperature above room temperature.
  • the curing takes place in such a way that a conversion layer is formed in direct contact with the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion layer comprises the matrix material and the phosphor.
  • the layer with the partially cured matrix material and the phosphor is therefore in particular a precursor for the conversion layer.
  • the layer with the partially cured matrix material is converted into the conversion layer.
  • the matrix material has, for example, adhesive properties. This advantageously ensures effective adhesion of the conversion layer to the radiation-emitting semiconductor chip even without an additional adhesive layer.
  • the method for producing an optoelectronic component comprises the steps: - Providing a radiation-emitting
  • an additional adhesive layer is used in particular to connect the radiation-emitting semiconductor chip to the conversion layer.
  • the thickness of the additional adhesive layer is important here. If the thickness is too great, this can have a negative effect on the heat distribution in the optoelectronic component.
  • heat distribution is understood to mean the dissipation of the heat generated by a Stokes shift during conversion in the conversion layer via the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip serves, for example, as a heat sink.
  • Insufficient heat distribution in particular insufficient heat dissipation via the radiation-emitting semiconductor chip as a heat sink, can reduce the lifetime of the optoelectronic component due to overheating of individual elements. It is also possible that an additional adhesive layer that is too thick or a poorly controlled formation of the additional Adhesive layer has a negative influence on the component brightness. This can reduce the emission efficiency of the optoelectronic component. If the additional adhesive layer is too thin, however, it is possible that the radiation-emitting semiconductor chip is damaged during the connection of the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer or that air bubbles form between the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer. The air bubbles can result in poorer heat distribution, in particular poorer heat dissipation, and/or lower emission efficiency. The low emission efficiency can be explained in particular by additional scattering centers.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is in direct contact with the conversion layer, i.e. no additional adhesive layer is used between the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer.
  • the optoelectronic component produced advantageously has improved heat distribution and emission efficiency.
  • the method described here is advantageous in terms of process control and process stability, since no additional adhesive layer is produced between the conversion layer and the radiation-emitting semiconductor chip and thus there are fewer interfaces for potential delamination damage mechanisms.
  • the adhesive can only be dosed under increased Effort possible. In the process described here, this step is not required because there is no additional adhesive layer.
  • the method described here therefore simplifies the manufacture of optoelectronic components and at the same time provides a more efficient and longer-lasting optoelectronic component. This is particularly due to the fact that the radiation-emitting semiconductor chip is in direct contact with the conversion layer, with the matrix material serving in particular to adhere the conversion layer to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the partially cured matrix material has a lower degree of cross-linking than the matrix material.
  • degree of cross-linking is understood here and below to mean how high the cross-linking density is in a material.
  • the degree of cross-linking of a material describes how many groups of a material that are suitable for cross-linking are already connected to another group that is suitable for cross-linking.
  • the degree of cross-linking in the present case is not dependent on the number of groups of a material that are suitable for cross-linking. This means that a material with many groups that are suitable for cross-linking does not automatically have a higher degree of cross-linking than a material with fewer groups that are suitable for cross-linking.
  • the matrix material comprises a polysiloxane.
  • the partially cured matrix material is also a polysiloxane, which, for example, has a lower degree of networking than the
  • the polysiloxane of the partially cured matrix material is a precursor to the polysiloxane of the matrix material.
  • polysiloxane is understood to mean a polymer that is made up of the building units M unit, D unit, T unit and/or Q unit and primarily has a basic structure of alternating oxygen atoms and silicon atoms.
  • the polysiloxane has only a few, ideally no, carbon-carbon bonds in the basic structure.
  • the polysiloxane is not a block copolymer. This means that the building units of the polysiloxane are randomly connected to one another in the polysiloxane.
  • the organic radicals on the silicon atoms are in particular selected independently of one another from a group consisting of aliphatic and aromatic hydrocarbon groups.
  • an organic radical is methyl (Me, CH 3 ), ethyl (CH 3 CH 2 , Et), propyl (CH 3 CH 2 CH 2 , Pr) or phenyl (Ph, C 6 H 5 ).
  • the organic radicals on the M, D and T units can be the same or different.
  • the polysiloxane has a proportion of at least 25 wt. % T units. In other words, 25 wt. % of the structural units of the polysiloxane are T units.
  • the polysiloxane has a proportion of at least 50 wt. % T units, in particular at least 70 wt. %, for example at least 80 wt. %.
  • a polysiloxane with at least 25 wt. % T units is characterized by greater hardness and higher thermal stability compared to polysiloxanes with only D units.
  • Polysiloxanes that only have D units are also referred to as silicones.
  • the partially cured matrix material has a molecular weight of at least 5000 g/mol, in particular of at least 10000 g/mol.
  • the molecular weight increases, so that the matrix material has a greater molecular weight than the partially cured matrix material. Due to the high molecular weight, the partially cured matrix material is in the solid state in particular.
  • the partially cured matrix material and/or the matrix material has a refractive index in the range between 1.51 and 1.59 inclusive, in particular between 1.53 and 1.55 inclusive.
  • the partially cured matrix material and/or the matrix material has a refractive index in the range between 1.51 and 1.59 inclusive, in particular between 1.53 and 1.55 inclusive.
  • the refractive index is increased to .
  • An additional adhesive layer between the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer has, for example, a refractive index in the range between 1.41 and 1.44 inclusive.
  • the difference in the refractive index of the radiation-emitting semiconductor chip and the additional adhesive layer, which generates an additional interface, can reduce the emission efficiency of the optoelectronic component. Since in the method described here for producing an optoelectronic component no additional adhesive layer is used to connect the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer, the emission efficiency of the optoelectronic component is increased. The number of interfaces at which reflection occurs due to differences in refractive index can be reduced by the absence of an additional adhesive layer.
  • the phosphor is a ceramic phosphor and/or a quantum dot phosphor.
  • the phosphor is a mixture of at least two different phosphors.
  • the phosphor comprises at least one material from the following group:
  • Ce 3+ doped garnets such as YAG and LuAG, for example (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Al 1-x , Ga x ) 5 O 12 : Ce 3+ ; Eu 2+ doped nitrides, for example (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu 2+ , Sr (Ca, Sr) Si 2 Al 2 N 6 : Eu 2+ (SCASN) , (Sr, Ca) AlSiN 3 ⁇ Si 2 N 2 O:Eu 2+ , (Ca, Ba, Sr ) 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ ,
  • SrLiAl 3 N 4 Eu 2+ , SrLi 2 Al 2 O 2 N 2 : Eu 2+ ; Ce 3+ doped nitrides, for example (Ca, Sr) Al (1-4x/3) Si (1+x) N 3 : Ce; (x 0.2 0, 5) ;
  • Nitrido-orthosilicates for example AE 2-xa RE x EU a Si 1-y O 4-x-2y N x ),
  • Orthosilicates such as (Ba, Sr, Ca) 2 SiO 4 : Eu 2+ ; Chlorosilicates such as
  • the phosphor comprises an aluminium-containing and/or silicon-containing phosphor, in particular selected from the following group:
  • Nitrides such as (Bai-xy. Ca y ) Si 2 O 2 N 2 :Eu 2+ (0 ⁇ x ⁇ 1; 0 ⁇ y ⁇ 1),
  • Nitrides such as La 3 Si 6 N 11 : Ce 3+ , (Ba 1-xy Sr x Ca y ) 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , (Ca 1-x- y Sr x Ba y ) AlSiN 3 :Eu 2 + (0 ⁇ x ⁇ 1; 0 ⁇ y ⁇ 1) , Sr (Sr 1 - xCax) Al 2 Si 2 N 6 :Eu 2+ (0 ⁇ x ⁇ 0.2) , Sr (Sr 1-x Ca x ) Al 2 Si 2 N 6 :Ce 3+ (0 ⁇ ⁇ 0.2) SrAlSi 4 N 7 :Eu 2+ , (Bai-x-ySr x Cay) SiN 2 :Eu 2+ (0 ⁇ x ⁇ 1; 0 ⁇ y ⁇ 1) , (Ba 1-xy Sr x Ca y ) SiN 2 :Ce 3+ (0 ⁇ x
  • the proportion of the phosphor in the conversion layer and/or the layer is between 50 wt.% and 85 wt.% inclusive, in particular between 65 wt.% and 80 wt.% inclusive, for example between 70 wt.% and 76 wt.% inclusive.
  • the remaining proportion of the conversion layer and/or the layer is formed by the matrix material or the partially cured matrix material.
  • a phosphor proportion of at least 50 wt.% ensures in particular that the conversion layer is not too soft to separate.
  • a phosphor proportion of at most 85 wt.% advantageously ensures that the conversion layer is hard but not brittle.
  • the layer is provided on a carrier.
  • the carrier comprises a material that is transparent to the phosphor and/or the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the carrier transmits at least 90%, in particular at least 95%, for example at least 99% of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor and/or the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the carrier comprises a glass or sapphire or consists of glass or sapphire.
  • the carrier provides a higher
  • the carrier also enables better force distribution when connecting the layer and the radiation-emitting semiconductor chip .
  • the provision of the layer comprises the steps of providing the carrier, applying a mixture of the partially cured matrix material, the phosphor and a solvent to the carrier and removing the solvent so that the layer is formed on the carrier.
  • the mixture of the partially cured matrix material, the phosphor and the solvent is applied to the carrier by means of a coating process such as doctor blade coating or tape casting or a spraying process.
  • the solvent is removed, for example, by increased temperature and/or under reduced pressure.
  • the solvent is selected from carboxylic acid esters or ethers having a boiling point of at least 100 °C.
  • methyl ether or acetic acid esters are used as solvents.
  • the solvent is propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), butyl acetate or anisole.
  • the carrier when provided, has a multiple of the size of the radiation-emitting semiconductor chip, in particular each seen from above. After removing the
  • the carrier is separated with the layer.
  • the separation is carried out, for example, by means of punching, sawing, laser cutting (engl. "laser dicing") or hybrid cutting (engl. "hybrid dicing").
  • laser dicing laser cutting
  • hybrid cutting engagingl. "hybrid dicing”
  • a proportion of the phosphor in the layer in the range between 50 wt. % and 85 wt. % is particularly advantageous. Such a proportion of phosphor advantageously ensures that saw edges of good quality are formed during the separation.
  • the layer is tested for its optical properties before being connected to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the color location of electromagnetic radiation emitted and/or transmitted by the layer is examined. This can advantageously prevent the production of optoelectronic components with a faulty color location. For example, production costs can be reduced in this way because fewer faulty optoelectronic components are produced.
  • the bonding of the layer and the radiation-emitting semiconductor chip takes place at a temperature in the range between 60 ° C and 180 ° C inclusive, in particular in the range between 100 ° C and 150 ° C.
  • the hardening of the partially hardened matrix material to form the matrix material also takes place at this temperature.
  • the partially hardened matrix material condenses to form the matrix material. Condensation in particular increases the molecular weight.
  • the partially cured matrix material is cured in an additional step.
  • the curing takes place at a temperature in the range between 60 ° C and 200 ° C inclusive, for example between 100 ° C and 180 ° C inclusive.
  • the curing of the matrix material takes place in particular for a time of 1 hour to 10 hours inclusive, in particular from 1 hour to 5 hours inclusive. For example, curing takes place for about 4 hours at a temperature of about 160 ° C.
  • a pressure of between 0.1 N and 5 N inclusive, in particular between 1.0 N and 2.5 N inclusive is exerted on the layer.
  • a good connection is advantageously created between the layer and also between the conversion layer and the radiation-emitting semiconductor chip. It is also possible that the time and/or the temperature required for the connection can be reduced by a suitable choice of pressure. This advantageously allows a greater number of optoelectronic components can be produced per time interval.
  • a pressure is exerted on the layer for a time of at most 60 seconds, in particular of at most 30 seconds, for example of at most 1 second.
  • the pressure is exerted on the layer for a time of approximately 5 seconds.
  • a time of at most 60 seconds enables an effective connection of the layer to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • An optoelectronic component is also specified.
  • the optoelectronic component is preferably produced using the method described here for producing an optoelectronic component.
  • Features, embodiments and advantages that are described in connection with the method therefore also apply to the optoelectronic component and vice versa.
  • embodiments that were made for the layer with the partially cured matrix material also apply to the conversion layer and vice versa.
  • the optoelectronic component has a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the optoelectronic component has a conversion layer.
  • the conversion layer comprises a matrix material and a phosphor.
  • the conversion layer is arranged on the main emission surface of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion layer is in direct contact with the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion layer is in direct contact with the main emission surface of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the optoelectronic component has no additional adhesive layer between the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer.
  • side surfaces of the radiation-emitting semiconductor chip are free of the conversion layer.
  • the side surfaces extend perpendicular to a main extension plane of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the side surfaces and the main emission surface form edges of the optoelectronic component.
  • the optoelectronic component comprises a radiation-emitting semiconductor chip and a conversion layer with a matrix material and a phosphor, wherein the Conversion layer is in direct contact with the radiation-emitting semiconductor chip and side surfaces of the radiation-emitting semiconductor chip are free of the conversion layer.
  • the optoelectronic component advantageously has better heat distribution. Furthermore, an increased reliability of the optoelectronic component can be observed due to the absence of an additional adhesive layer.
  • the adhesive properties of the matrix material of the conversion layer serve to adhere the conversion layer to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion layer and the radiation-emitting semiconductor chip are flush at the side surfaces.
  • the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer each have the same or approximately the same shape and extent when viewed from above. This advantageously provides a compact optoelectronic component without protruding regions.
  • a carrier is arranged on a side of the conversion layer facing away from the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion layer is arranged between the carrier and the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the carrier is in particular in direct contact with the conversion layer .
  • the carrier comprises glass or sapphire or is made of glass or sapphire .
  • the carrier is in particular not a lens .
  • the carrier does not have any optical structures, such as scattering particles or a structured surface .
  • the carrier advantageously serves for the mechanical stabilization of the conversion layer, in particular during the process for producing the optoelectronic component.
  • the carrier has a thickness of between 50 micrometers and 200 micrometers inclusive, in particular between 100 micrometers and 175 micrometers inclusive.
  • the conversion layer has a thickness of between 10 micrometers and 250 micrometers inclusive, in particular between 30 micrometers and 150 micrometers inclusive.
  • the conversion layer comprises fillers and/or scattering particles.
  • the conversion layer may comprise no fillers and/or scattering particles.
  • the layer with the partially cured matrix material also comprises fillers and/or scattering particles during the process for producing an optoelectronic component.
  • the fillers advantageously provide a hardness of the conversion layer
  • the fillers and/or scattering particles can also influence the rheological properties of the layer with the partially cured matrix material and/or the conversion layer.
  • the fillers and/or scattering particles are, for example, designed to be non-converting. In other words, the fillers and/or scattering particles do not convert the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip and/or the phosphor in the conversion layer.
  • particles with an inorganic oxide such as SiO2 are used as a filler.
  • particles with an inorganic oxide By using particles with an inorganic oxide, the hardness of the conversion layer can be increased.
  • particles with a polysiloxane can be used as a filler.
  • the polysiloxane of the filler particles has a higher proportion of D units than the matrix material. In this way, the hardness of the conversion layer can be reduced.
  • Scattering particles in particular comprise an inorganic compound.
  • the scattering particles comprise an oxide such as SiO2, TiO2 or Al2O3, or are formed from it.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a micro light emitting diode (LED).
  • LED micro light emitting diode
  • Micro-LEDs can have a width, length, thickness and/or diameter less than or equal to 100
  • Micrometers in particular less than or equal to 70 micrometers, for example less than or equal to 50 micrometers.
  • micro-LEDs for example rectangular micro-LEDs, have an edge length, in particular in plan view of the layers of the layer stack, of a luminous area less than or equal to 70 micrometers, for example less than or equal to 50 micrometers.
  • a micro-LED is, for example, a light-emitting diode in which a growth substrate has been removed, so that a thickness of the micro-LED is, for example, in the range from 1.5 micrometers inclusive to 10 micrometers inclusive.
  • the micro-LED is provided on a wafer with detachable holding structures.
  • the micro-LED can be removed from the wafer without causing any damage.
  • the conversion layer does not detach from the radiation-emitting semiconductor chip under a shear force of at least 0.40 kilogram-force (kg-f), in particular of at least 0.80 kg-f, for example of at least 1.10 kg-f. 1 kg-f corresponds in particular to 9.80665 N.
  • the optoelectronic component described here therefore tolerates similar shear forces as an optoelectronic component with an additional adhesive layer between the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion layer.
  • the method is advantageously simplified compared to other methods and has fewer steps. This can be explained, for example, by the fact that no additional adhesive layer is applied.
  • the simplification of the method advantageously saves costs.
  • the optoelectronic component is characterized in particular by a longer service life and improved heat distribution.
  • Figures 1 to 4 show schematic sectional views of various steps of a method for producing an optoelectronic component according to an embodiment.
  • Figure 5 shows a diagram in which shear forces are represented for different optoelectronic components.
  • a radiation-emitting semiconductor chip 2 is provided, which is shown in Figure 1.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is designed to generate electromagnetic radiation in the ultraviolet to visible range of the electromagnetic spectrum.
  • the electromagnetic radiation generated is emitted through a main emission surface.
  • the main emission surface of the radiation-emitting semiconductor chip 2 is parallel to a main extension plane of the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • a carrier 8 is provided.
  • the carrier 8 has a multiple of the size of the semiconductor chip 2 in plan view.
  • the carrier 8 has a material that is transparent to visible light.
  • the carrier 8 is made of glass.
  • the carrier 8 has a thickness in the range between 50 micrometers and 200 micrometers inclusive.
  • a mixture of a partially cured matrix material 4, a solvent and a luminescent material 5 is applied to the carrier 8 by doctor blade coating or film casting.
  • the partially cured matrix material 4 comprises a polysiloxane with a proportion of at least 80% by weight of T units.
  • the partially cured matrix material 4 has a molecular weight of at least 5000 g/mol.
  • the solvent is
  • Propylene glycol monomethyl ether acetate Propylene glycol monomethyl ether acetate.
  • the organic residues on the silicon atoms of the siloxane groups in the partially cured matrix material are methyl or phenyl.
  • the carrier 8 shown in Figure 3 is formed with a layer 3 comprising the partially cured matrix material 4 and the phosphor 5.
  • the partially cured matrix material 4 is solid, but can be liquefied under the influence of elevated temperature and pressure.
  • the layer 3 has a proportion of between 70% by weight and 72% by weight of the phosphor 5.
  • the carrier 8 with the layer 3 is separated by sawing or punching. After the separation, the carrier 8 with the layer 3 has, when viewed from above, an approximately identical dimension to the semiconductor chip 2. The separation therefore forms a plate with the carrier 8 and layer 3.
  • the plate is applied to the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the layer 3 is connected to the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the layer 3 is in direct contact with the main emission surface of the semiconductor chip 2.
  • the layer 3 is cured.
  • the partially cured matrix material 4 reacts to form the matrix material 6 and a conversion layer 7 is formed.
  • the matrix material 6 has a higher degree of crosslinking than the partially cured matrix material 4. Curing of the partially cured matrix material 4 to the matrix material 6 is induced by pressure and/or elevated temperature. Reaction parameters for curing and bonding are shown in Table 1, which is described in connection with Figure 5.
  • the optoelectronic component 1 produced using the method is shown in Figure 4.
  • the optoelectronic component 1 has the radiation-emitting semiconductor chip 2, the conversion layer 7 and the carrier 8.
  • the conversion layer 7 is in direct contact with the carrier 8 and the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the conversion layer has a thickness in the range between 10 micrometers and 250 micrometers inclusive.
  • the conversion layer 7 in the present case has a polysiloxane with a proportion of at least 80 wt. % T units as matrix material 6.
  • the phosphor 5 is distributed in the conversion layer 7.
  • the phosphor 5 has a proportion in the range between 70 wt. % and 72 wt. % inclusive of the conversion layer.
  • the phosphor 5 is embedded in the matrix material 6.
  • the side surfaces 9 of the carrier 8, the conversion layer 7 and the radiation-emitting semiconductor chip 2 are flush with one another.
  • the conversion layer 7 is arranged on the main emission surface of the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 does not have its own conversion layers. In other words, the radiation-emitting semiconductor chip 2 only the electromagnetic radiation that is generated in the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • Figure 5 shows a diagram showing the shear forces F in kg - f that are tolerated by optoelectronic components 1 that were produced according to the method described here.
  • the dashed line R serves as a reference and represents the shear force that an optoelectronic component with an additional adhesive layer between the cured conversion layer 7 and the radiation-emitting semiconductor chip 2 tolerates.
  • Table 1 shows the process parameters that were used in the production of the optoelectronic components 1. In particular, these process parameters were used when connecting and curing the layer 3 and the radiation-emitting semiconductor chip 2.
  • the measured shear forces F show that by increasing the temperature and pressure during the bonding and curing of the radiation-emitting semiconductor chip 2 and the layer 3, the stability of the optoelectronic component 1 can be increased. This is shown by the fact that the optoelectronic component 1 tolerates higher shear forces.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), Bereitstellen einer Schicht (3) umfassend ein teilweise ausgehärtetes Matrixmaterial (4) und einen Leuchtstoff (5) Verbinden des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) und der Schicht (3), Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials (4) zu einem Matrixmaterial (6) sodass eine Konversionsschicht (7) mit dem Matrixmaterial (6) und dem Leuchtstoff (5) in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) gebildet wird. Weiterhin wird ein optoelektronisches Bauelement (1), insbesondere mit einer Mikro-LED, beschrieben.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Beschreibung
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement angegeben .
Die Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2023 108 532 . 8 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Es ist unter anderem eine Aufgabe , ein einfaches und ef fi zientes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen . Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement mit einer erhöhten Ef fi zienz bereitgestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip bereitgestellt . Insbesondere ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip dazu eingerichtet elektromagnetische Strahlung im ultravioletten und/oder sichtbaren Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren . Beispielsweise emittiert der strahlungsemittierende Halbleiterchip ultraviolette bis blaue elektromagnetische Strahlung . Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip .
Dabei ist es möglich, dass einzelne Halbleiterchips oder eine Viel zahl von Halbleiterchips im Verbund - zum Beispiel im Waferverbund - bereitgestellt werden . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Schicht bereitgestellt . Die Schicht umfasst ein teilweise ausgehärtetes Matrixmaterial und einen Leuchtstof f . Beispielsweise wird die Schicht in Form eines Plättchens bereitgestellt . Alternativ weist die Schicht die Größe eines Wafers auf . Insbesondere weist das Plättchen in Draufsicht gesehen eine ähnliche oder gleiche Form und/oder Größe wie der strahlungsemittierende Halbleiterchip oder der Verbund von Halbleiterchips in Draufsicht gesehen auf .
Insbesondere ist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial bei Raumtemperatur, das heißt zwischen einschließlich 20 ° C und einschließlich 30 ° C, fest . Es ist j edoch möglich, das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial durch eine Erhöhung von Temperatur und/oder Druck zumindest teilweise zu verflüssigen oder zu schmel zen . Mit anderen Worten ist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial thermoresponsiv . Das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial zeigt bei Raumtemperatur insbesondere keine oder lediglich eine sehr geringe Reaktivität hinsichtlich einer Vernetzung zu einem ausgehärteten Matrixmaterial . Durch eine Lagerung des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials unter 10 ° C oder unter 0 ° C wird insbesondere die Reaktivität des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials herabgesetzt .
Der Leuchtstof f ist insbesondere homogen in dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial verteilt . Beispielsweise ist der Leuchtstof f in dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial eingebettet . Der Leuchtstof f kann die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung konvertieren . Beispielsweise wandelt der Leuchtstof f die elektromagnetische Strahlung, die von dem Halbleiterchip emittiert wird, in elektromagnetische Strahlung mit einer geringeren Energie um . Das zeigt sich insbesondere darin, dass eine von dem Leuchtstof f emittierte elektromagnetische Strahlung größere Wellenlängen im Vergleich zu der von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist .
Es ist weiterhin möglich, dass der Leuchtstof f geschichtet in dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial vorhanden ist . Vorteilhafterweise kann so eine durch Konversion entstehende Wärme besser von dem Leuchtstof f abgeleitet werden . Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich auch temperatursensitive Leuchtstof f einzusetzen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden der strahlungsemittierende Halbleiterchip und die Schicht verbunden . Insbesondere stehen der strahlungsemittierende Halbleiterchip und die Schicht während und/oder nach dem Verbinden zumindest stellenweise , insbesondere vollständig in direktem Kontakt miteinander . Mit anderen Worten ist keine weitere Schicht , wie beispielsweise eine zusätzliche Klebeschicht , zwischen dem Halbleiterchip und der Schicht angeordnet . Das Verbinden erfolgt insbesondere unter einer Verwendung von Druck und/oder erhöhter Temperatur .
Beispielsweise werden Druck und eine erhöhte Temperatur angewendet um den strahlungsemittierenden Halbleiterchip und die Schicht zu verbinden . Durch die erhöhte Temperatur kann das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial auf geschmol zen werden . Durch den Druck wird insbesondere eine ausreichende Anhaftung der Schicht an dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip erzielt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial , insbesondere vollständig, zu einem Matrixmaterial ausgehärtet . Es ist möglich, dass das Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials während des Verbindens der Schicht und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips erfolgt . Das Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials erfolgt insbesondere unter der Verwendung von Temperatur und/oder Druck . Beispielsweise vernetzt sich das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial unter dem Einfluss von erhöhter Temperatur zu dem Matrixmaterial . Unter erhöhter Temperatur wird hier und im Folgenden insbesondere eine Temperatur über Raumtemperatur verstanden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Aushärten so , dass eine Konversionsschicht in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip gebildet wird . Die Konversionsschicht umfasst dabei das Matrixmaterial und den Leuchtstof f . Bei der Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial und dem Leuchtstof f handelt es sich also insbesondere um einen Vorläufer für die Konversionsschicht . Mit anderen Worten wird beim Aushärten die Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial in die Konversionsschicht umgewandelt . Das Matrixmaterial weist beispielsweise adhäsive Eigenschaften auf . Hierdurch wird vorteilhafterweise ein ef fektives Anhaften der Konversionsschicht auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip auch ohne zusätzliche Klebeschicht sichergestellt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die Schritte : - Bereitstellen eines strahlungsemittierenden
Halbleiterchips ,
- Bereitstellen einer Schicht umfassend ein teilweise ausgehärtetes Matrixmaterial und einen Leuchtstof f ,
- Verbinden des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und der Schicht ,
- Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials zu einem Matrixmaterial , sodass eine Konversionsschicht mit dem Matrixmaterial und dem Leuchtstof f in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip gebildet wird .
Bei anderen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird insbesondere eine zusätzliche Klebeschicht eingesetzt , um den strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit der Konversionsschicht zu verbinden . Dabei ist eine Dicke der zusätzlichen Klebeschicht von Bedeutung . I st die Dicke zu groß , so kann dies einen negativen Ef fekt auf die Wärmeverteilung in dem optoelektronischen Bauelement haben . Insbesondere wird hier und im Folgenden unter Wärmeverteilung eine Abfuhr der durch eine Stokes-Verschiebung bei der Konversion in der Konversionsschicht generierten Wärme über den strahlungsemittierenden Halbleiterchip verstanden . Der strahlungsemittierende Halbleiterchips dient beispielsweise dabei als Wärmesenke .
Durch eine ungenügende Wärmeverteilung, insbesondere eine ungenügenden Wärmeabfuhr über den strahlungsemittierenden Halbleiterchip als Wärmesenke , kann die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements aufgrund von Überhitzung von einzelnen Elementen verringert werden . Ferner ist es möglich, dass eine zu dicke zusätzliche Klebeschicht oder eine schlecht kontrollierte Aus formung der zusätzlichen Klebeschicht einen negativen Einfluss auf die Bauteilhelligkeit hat . Hierdurch kann eine Emissionsef fi zienz des optoelektronischen Bauelements sinken . Bei einer zu dünnen zusätzlichen Klebeschicht ist es hingegen möglich, dass während des Verbindens des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und der Konversionsschicht der strahlungsemittierende Halbleiterchip beschädigt wird oder Luftblasen zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und der Konversionsschicht entstehen . Die Luftblasen können in einer schlechteren Wärmeverteilung, insbesondere einer schlechteren Wärmeabfuhr, und/oder einer geringeren Emissionsef fi zienz resultieren . Die geringe Emissionsef fi zient lässt sich insbesondere durch zusätzliche Streuzentren erklären .
Vorliegend ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip in direktem Kontakt mit der Konversionsschicht , das heißt es wird keine zusätzliche Klebeschicht zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und der Konversionsschicht eingesetzt . Dadurch weist das hergestellte optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise eine verbesserte Wärmeverteilung und Emissionsef fi zienz auf . Zudem ist das hier beschriebene Verfahren vorteilhaft hinsichtlich Prozesskontrolle und Prozessstabilität , da keine zusätzliche Klebeschicht zwischen der Konversionsschicht und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip hergestellt wird und somit weniger Grenz flächen für potentielle Delaminations- Schadenmechanismen vorliegen .
Weiterhin ist insbesondere bei einer Miniaturisierung des optoelektronischen Bauelements , beispielsweise durch Verwendung einer Mikro-LED als strahlungsemittierenden Halbleiterchip, eine Dosierung des Klebers nur unter erhöhtem Aufwand möglich . In dem hier beschriebenen Verfahren wird dieser Verfahrensschritt nicht benötigt , da keine zusätzliche Klebeschicht vorhanden ist .
Das hier beschriebene Verfahren vereinfacht also die Herstellung von optoelektronischen Bauelementen und stellt gleichzeitig ein ef fi zienteres und langlebigeres optoelektronisches Bauelement bereit . Dies liegt insbesondere darin begründet , dass der strahlungsemittierende Halbleiterchip in direktem Kontakt mit der Konversionsschicht steht , wobei das Matrixmaterial insbesondere zur Anhaftung der Konversionsschicht an dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip dient .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial einen geringeren Vernetzungsgrad als das Matrixmaterial auf . Unter Vernetzungsgrad wird hier und im Folgenden verstanden, wie hoch eine Vernetzungsdichte in einem Material ist . Mit anderen Worten beschreibt der Vernetzungsgrad eines Materials wie viele Gruppen eines Materials , die zur Vernetzung geeignet sind, bereits mit einer weiteren Gruppe , die zur Vernetzung geeignet ist , verbunden sind . Insbesondere ist der Vernetzungsgrad vorliegend nicht abhängig von einer Anzahl von Gruppen eines Materials , die zur Vernetzung geeignet sind . Das heißt , ein Material mit vielen Gruppen, die zur Vernetzung geeignet sind, weist nicht automatisch einen höheren Vernetzungsgrad auf als ein Material mit weniger Gruppen, die zur Vernetzung geeignet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das Matrixmaterial ein Polysiloxan auf . Insbesondere ist auch das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial ein Polysiloxan, das beispielsweise einen geringeren Vernetzungsgrad als das
Polysiloxan des Matrixmaterials hat. Mit anderen Worten ist das Polysiloxan des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials ein Vorläufer für das Polysiloxan des Matrixmaterials.
Hier und im Folgen wird unter Polysiloxan ein Polymer verstanden, das aus den Baueinheiten M-Einheit, D-Einheit, T- Einheit und/oder Q-Einheit aufgebaut ist und primär ein Grundgerüst aus sich abwechselnden Sauerstoff-Atomen und Silizium-Atomen aufweist. Beispielsweise weist das Polysiloxan in dem Grundgerüst lediglich wenige, im Idealfall keine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen auf. Bei dem Polysiloxan handelt es sich insbesondere nicht um ein Blockcopolymer. Das heißt, die Baueinheiten des Polysiloxans sind in dem Polysiloxan zufällig miteinander verbunden.
In einer M-Einheit (RaSiO-) sind drei organische Reste und ein Sauerstoff an ein Silizium-Atom gebunden. In einer D- Einheit (-OSiR2O-) sind zwei organische Reste und zwei Sauerstoffe an ein Silizium-Atom gebunden. In einer T-Einheit (-OSiRO2-) sind ein organischer Rest und drei Sauerstoffe an ein Silizium-Atom gebunden. In einer Q-Einheit (-OSiO3-) sind vier Sauerstoffe an ein Silizium-Atom gebunden. Polysiloxane zeichnen sich vorteilhafterweise durch eine hohe thermische und chemische Stabilität aus.
Die organischen Reste an den Silizium-Atomen sind insbesondere unabhängig voneinander gewählt aus einer Gruppe bestehend aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoff gruppen . Beispielsweise ist ein organischer Rest Methyl (Me, CH3) , Ethyl (CH3CH2, Et) , Propyl (CH3CH2CH2, Pr) oder Phenyl (Ph, C6H5) . Die organischen Reste an den M-, D- und T-Einheiten können gleich oder verschieden sein. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das Polysiloxan einen Anteil von zumindest 25 Gew . % T- Einheiten auf . Mit anderen Worten sind 25 Gew . % der Baueinheiten des Polysiloxans T-Einheiten . Insbesondere weist das Polysiloxan einen Anteil von zumindest 50 Gew . % T- Einheiten auf , insbesondere zumindest 70 Gew . % , beispielsweise zumindest 80 Gew . % . Ein Polysiloxan mit zumindest 25 Gew . % T-Einheiten zeichnet sich durch eine größere Härte und eine höhere thermische Stabilität im Vergleich zu Polysiloxanen mit nur D-Einheiten aus . Polysiloxane , die lediglich D-Einheiten aufweisen, werden auch als Silikone bezeichnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial ein Molekulargewicht von zumindest 5000 g/mol , insbesondere von zumindest 10000 g/mol auf . Beim Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials vergrößert sich das Molekulargewicht , sodass das Matrixmaterial ein größeres Molekulargewicht aufweist als das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial . Aufgrund des hohen Molekulargewichts ist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial insbesondere im festen Aggregats zustand .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial und/oder das Matrixmaterial einen Brechungsindex im Bereich zwischen einschließlich 1 , 51 und einschließlich 1 , 59 auf , insbesondere zwischen einschließlich 1 , 53 und einschließlich 1 , 55 . Vorteilhafterweise weist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial und/oder das Matrixmaterial also einen im Vergleich zu anderen Polysiloxanen oder Silikonen erhöhten Brechungsindex auf .
Eine zusätzliche Klebeschicht zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und der Konversionsschicht weist beispielsweise einen Brechungsindex im Bereich zwischen einschließlich 1 , 41 und einschließlich 1 , 44 auf . Durch den Unterschied des Brechungsindex des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und der zusätzlichen Klebeschicht , die eine zusätzliche Grenz fläche generiert , kann die Emissionsef fi zienz des optoelektronischen Bauelements verringert werden . Da in dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements keine zusätzliche Klebeschicht eingesetzt wird, um den strahlungsemittierenden Halbleiterchip und die Konversionsschicht zu verbinden, wird die Emissionsef fi zienz des optoelektronischen Bauelements gesteigert . Die Anzahl von Grenz flächen, an denen Reflektion aufgrund von Brechungsindexunterschieden auftreten, kann durch die Abwesenheit einer zusätzlichen Klebeschicht verringert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens ist der Leuchtstof f ein keramischer Leuchtstof f und/oder ein Quantenpunktleuchtstof f . Insbesondere handelt es sich bei dem Leuchtstof f um eine Mischung aus zumindest zwei verschiedenen Leuchtstof fen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der Leuchtstof f zumindest ein Material aus der folgenden Gruppe :
Ce3+ dotierte Granate wie YAG und LuAG, beispielsweise (Y , Lu, Gd, Tb ) 3 (Al1-x, Gax) 5O12 : Ce3+; Eu2+ dotierte Nitride , beispielsweise ( Ca, Sr ) AlSiN3 : Eu2+, Sr ( Ca, Sr ) Si2Al2N6 : Eu2+ (SCASN) , (Sr, Ca) AlSiN3·Si2N2O:Eu2+, (Ca, Ba, Sr ) 2Si5N8 : Eu2+,
SrLiAl3N4 : Eu2+, SrLi2Al2O2N2 : Eu2+; Ce3+ dotierte Nitride, beispielsweise (Ca, Sr) Al (1-4x/3) Si (1+x)N3 : Ce; (x 0,2 0, 5) ;
Eu2+ dotierte Sulfide, (Ba,Sr,Ca) Si2O2N2 : Eu2+, SiAlONe,
Nitrido-Orthosilikate (zum Beispiel AE2-x-a RExEUaSi1-yO4-x-2yNx) ,
Orthosilikate wie (Ba, Sr, Ca) 2SiO4 : Eu2+; Chlorosilikate wie
Ca8Mg ( SiO4 ) 4CI2 : Eu2+; Mn4+ dotierte Fluoride, beispielsweise
(K, Na) 2 ( Si , Ti ) F6 :Mn4+; Eu2+ oder Ce3+ dotierte Litho-Silikate, wie (Li , Na, K, Rb, Cs ) (Li3SiO4) :E mit E Eu2+, Ce3+,
(Sr, Li ) Li3AlO4 : Eu2+ oder Sr Li3AlO4 : Eu2+, und Mischungen daraus.
Alternativ oder zusätzlich umfasst der Leuchtstoff einen aluminiumhaltigen und/oder siliziumhaltigen Leuchtstoff, insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
( Ba1-x-y Cay) SiO4:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) , (Bai-- ySrxCay) 3SiO5:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) , Li2SrSiO4:Eu2+, Oxo-
Nitride wie (Bai-x-y. Cay) Si2O2N2:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) ,
SrSiAl2O3N2:Eu2+, Ba4-xCaxSi6ON10:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1) , (Bai-
Srx) Y2Si2Al2O2N5:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1) , SrxSi(6-y)AlyOyN(8-y) :Eu2+ (0, 05 ≤ x ≤ 0, 5; 0, 001 ≤ y ≤ 0, 5) , Ba3Si6O12N2:Eu2+, Si6-zAlzOzN8-z : Eu2+
(0 ≤ z ≤ 0, 42) , MxSi12 -m-nAlm+nOnN16-n:EU2+ (M Li, Mg, Ca, Y; m/v; v Wertigkeit von M, x ≤ 2 ) , MxSi12 -m-n Alm+nOnN16-n : Ce3+,
AE2-x-a RExEUaS i 1-yO4-x-2yN: (AE Sr, Ba, Ca , Mg ; RE
Seltenerdmetallelemente) , AE2-x-a RExEUaS i1-yO4-x-2yN: (AE Sr ,
Ba, Ca, Mg ; RE Seltenerdmetallelemente) , Ba3Si6O12N2 : Eu2+ oder
Nitride wie La3Si6N11 : Ce3+, (Ba1-x-ySrxCay) 2Si5N8 : Eu2+, (Ca1-x- ySrxBay) AlSiN3:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) , Sr (Sr1- xCax) Al2Si2N6:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 0,2) , Sr (Sr1-xCax) Al2Si2N6:Ce3+ (0 ≤ ≤ 0,2) SrAlSi4N7:Eu2+, (Bai-x-ySrxCay) SiN2:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) , (Ba1-x-ySrxCay) SiN2:Ce3+ (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) , (Sri- xCax) LiAl3N4:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1) , (Ba1-x-ySrxCay)Mg2Al2N4:Eu2+ (0 ≤ ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) , (Bai-x-ySrxCay)Mg3SiN4:Eu2+ (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) und Mischungen daraus.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens beträgt ein Anteil des Leuchtstoffs in der Konversionsschicht und/oder der Schicht zwischen einschließlich 50 Gew.% und einschließlich 85 Gew.%, insbesondere zwischen einschließlich 65 Gew.% und einschließlich 80 Gew.%, beispielsweise zwischen einschließlich 70 Gew.% und einschließlich 76 Gew.%. Beispielsweise wird der verbleibende Anteil der Konversionsschicht und/oder der Schicht durch das Matrixmaterial beziehungsweise das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial gebildet. Mit einem Leuchtstoff anteil von mindestens 50 Gew.% wird insbesondere gewährleistet, dass die Konversionsschicht nicht zu weich zum Vereinzeln ist. Ein Leuchtstoff anteil von höchstens 85 Gew.% wird mit Vorteil gewährleistet, dass die Konversionsschicht zwar hart, jedoch nicht spröde ist.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Schicht auf einem Träger bereitgestellt. Insbesondere umfasst der Träger ein für die von dem Leuchtstoff und/oder dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip transparentes Material. Beispielsweise transmittiert der Träger mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, beispielsweise mindestens 99% der von dem Leuchtstoff und/oder dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung. Beispielsweise umfasst der Träger ein Glas oder Saphir oder besteht aus Glas oder Saphir .
Vorteilhafterweise wird durch den Träger eine höhere
Formstabilität der Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial erreicht . Dies kann zu einer besseren Handhabbarkeit der Schicht während des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements führen . Beispielsweise ermöglicht der Träger auch eine besser Kraftverteilung beim Verbinden der Schicht und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Bereitstellen der Schicht die Schritte Bereitstellen des Trägers , Aufbringen einer Mischung aus dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial , dem Leuchtstof f und einem Lösungsmittel auf den Träger und Entfernen des Lösungsmittels , sodass die Schicht auf dem Träger gebildet wird .
Insbesondere wird die Mischung aus dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial , dem Leuchtstof f und dem Lösungsmittel mit Hil fe eines Beschichtungsverfahrens , wie Rakeln oder Foliengießen ( engl . „tapecasting" ) , oder eines Sprühprozesses auf den Träger aufgebracht . Das Lösungsmittel wird beispielsweise durch erhöhte Temperatur und/oder unter vermindertem Druck entfernt .
Beispielsweise ist das Lösungsmittel ausgewählt aus Carbonsäureestern oder Ethern mit einem Siedepunkt von zumindest 100 ° C . Insbesondere werden als Lösungsmittel Methylether oder Essigsäureester eingesetzt . Beispielsweise ist das Lösungsmittel Propylenglycolmonomethyletheracetat ( PGMEA) , Butylacetat oder Anisol .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Träger bei dessen Bereitstellen ein Viel faches der Größe des strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf , insbesondere j eweils in Draufsicht gesehen . Nach dem Entfernen des
Lösungsmittels , sodass die Schicht auf dem Träger gebildet wird, wird der Träger mit der Schicht vereinzelt . Das Vereinzeln erfolgt beispielsweise mittels Stanzen, Sägen, Laserschneiden ( engl . „laser dicing" ) oder Hybridschneiden ( engl . „hybrid dicing" ) . Auf diese Weise werden beispielsweise Plättchen mit der Schicht gebildet , die dann mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip oder Halbleiterwafer verbunden werden .
Bei dem Vereinzeln des Trägers mit der Schicht ist insbesondere ein Anteil des Leuchtstof fs in der Schicht im Bereich zwischen einschließlich 50 Gew . % und einschließlich 85 Gew . % vorteilhaft . Mit solch einem Leuchtstof f anteil wird vorteilhafterweise gewährleistet , dass beim Vereinzeln Sägekanten in guter Qualität ausgebildet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Schicht vor dem Verbinden mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf seine optischen Eigenschaften getestet . Insbesondere wird der Farbort einer von der Schicht emittierten und/oder transmittierten elektromagnetischen Strahlung untersucht . Vorteilhafterweise kann so das Herstellen von optoelektronischen Bauelementen mit einem fehlerhaften Farbort verhindert werden . Beispielsweise können auf diese Weise Produktionskosten gesenkt werden, da weniger fehlerhafte optoelektronische Bauelemente hergestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahren erfolgt das Verbinden der Schicht und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bei einer Temperatur im Bereich zwischen einschließlich 60 ° C und einschließlich 180 ° C, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 100 ° C und einschließlich 150 ° C . Insbesondere erfolgt auch das Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials zum Matrixmaterial bei dieser Temperatur . Beispielsweise kondensiert das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial , sodass das Matrixmaterial gebildet wird . Durch eine Kondensation erhöht sich insbesondere das Molekulargewicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials in einem zusätzlichen Schritt . Insbesondere erfolgt das Aushärten bei einer Temperatur im Bereich zwischen einschließlich 60 ° C und einschließlich 200 ° C, beispielsweise zwischen einschließlich 100 ° C und einschließlich 180 ° C . Das Aushärten des Matrixmaterials erfolgt insbesondere für eine Zeit von einschließlich 1 Stunde bis einschließlich 10 Stunden, insbesondere von einschließlich 1 Stunde bis einschließlich 5 Stunden . Beispielsweise wird für etwa 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 160 ° C ausgehärtet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird bei dem Verbinden der Schicht und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ein Druck zwischen einschließlich 0 , 1 N und 5 N auf , insbesondere zwischen einschließlich 1 , 0 N und einschließlich 2 , 5 N die Schicht ausgeübt . Vorteilhafterweise wird durch das Ausüben des Drucks auf die Schicht eine gute Verbindung von der Schicht und auch von der Konversionsschicht mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips erzeugt . Es ist zudem möglich, dass durch eine geeignete Wahl des Drucks die benötigte Zeit und/oder die benötigte Temperatur für das Verbinden gesenkt werden kann . Hierdurch kann vorteilhafterweise eine größere Stückzahl pro Zeitintervall an optoelektronischen Bauelementen hergestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird beim dem Verbinden der Schicht und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ein Druck für eine Zeit von höchstens 60 Sekunden, insbesondere von höchstens 30 Sekunden, beispielsweise von höchstens 1 Sekunde auf die Schicht ausgeübt . Es wird zum Beispiel der Druck für eine Zeit von ungefähr 5 Sekunden auf die Schicht ausgeübt . Eine Zeit von höchstens 60 Sekunden ermöglicht ein ef fektives Verbinden der Schicht mit dem strahlungsemittierenden Halbeiterchip . Durch eine Temperatur im Bereich von einschließlich 100 ° C und einschließlich 150 ° C und durch einen Druck im Bereich von einschließlich 1 , 0 N bis einschließlich 1 , 5 N kann vorteilhafterweise die Zeit in der der Druck auf die Schicht ausgeübt wird auf höchstens 5 Sekunden reduziert werden .
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement angegeben . Vorzugsweise wird das optoelektronischen Bauelement mit dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements hergestellt . Merkmale , Aus führungs formen und Vorteile , die in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, gelten daher auch für das optoelektronischen Bauelement und umgekehrt . Insbesondere gelten Aus führungen, die zur Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial gemacht wurden, auch für die Konversionsschicht und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf . Insbesondere weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine
Hauptemissions fläche auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optoelektronische Bauelement eine Konversionsschicht auf . Die Konversionsschicht umfasst ein Matrixmaterial und einen Leuchtstof f . Insbesondere ist die Konversionsschicht an der Hauptemissions fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements steht die Konversionsschicht in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip . Insbesondere steht die Konversionsschicht in direktem Kontakt mit der Hauptemissions fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips . Mit anderen Worten weist das optoelektronische Bauelement keine zusätzliche Klebeschicht zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und der Konversionsschicht auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements sind Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips frei von der Konversionsschicht . Insbesondere erstrecken sich die Seitenflächen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Halbleiterchips . Beispielsweise bilden die Seitenflächen und die Hauptemissions fläche Kanten des optoelektronischen Bauelements aus .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und eine Konversionsschicht mit einem Matrixmaterial und einem Leuchtstof f , wobei die Konversionsschicht in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip steht und Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips frei von der Konversionsschicht sind .
Durch den direkten Kontakt zwischen der Konversionsschicht und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip weist das optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise eine bessere Wärmeverteilung auf . Weiterhin kann eine erhöhte Zuverlässigkeit des optoelektronischen Bauelements auf Grund der nicht vorhandenen zusätzlichen Klebeschicht beobachtet werden . Dabei dienen die adhäsiven Eigenschaften des Matrixmaterials der Konversionsschicht zur Anhaftung der Konversionsschicht an den strahlungsemittierenden Halbleiterchip .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements schließen die Konversionsschicht und der strahlungsemittierende Halbleiterchip an den Seitenflächen bündig ab . Mit anderen Worten weisen der strahlungsemittierende Halbleiterchip und die Konversionsschicht j eweils in Draufsicht gesehen die gleiche oder annähernd die gleiche Form und Ausdehnung auf . Vorteilhafterweise wird dadurch ein kompaktes optoelektronisches Bauelement ohne hervorstehende Bereiche be reit gestellt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements ist an einer dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip abgewandten Seite der Konversionsschicht ein Träger angeordnet . Mit anderen Worten ist die Konversionsschicht zwischen Träger und strahlungsemittierendem Halbleiterchip angeordnet . Der Träger steht insbesondere direkt mit der Konversionsschicht in Kontakt . Beispielsweise umfasst der Träger Glas oder Saphir oder besteht aus Glas oder Saphir . Bei dem Träger handelt es sich insbesondere nicht um eine Linse . Beispielsweise weist der Träger keine optischen Strukturen, wie Streupartikel oder eine strukturierte Oberfläche , auf .
Der Träger dient vorteilhafterweise zur mechanischen Stabilisierung des Konversionsschicht , insbesondere während des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements weist der Träger eine Dicke zwischen einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer auf , insbesondere zwischen einschließlich 100 Mikrometer und einschließlich 175 Mikrometer .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements weist die Konversionsschicht eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 250 Mikrometer auf , insbesondere zwischen einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements weist die Konversionsschicht Füllstof fe und/oder Streupartikel auf . Alternativ ist es möglich, dass die Konversionsschicht keine Füllstof fe und/oder Streupartikel aufweist . Insbesondere weist auch die Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial während des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements Füllstof fe und/oder Streupartikel auf . Vorteilhafterweise wird durch die Füllstof fe eine Härte der Konversionsschicht eingestellt . Durch die Füllstof fe und/oder Streupartikel können auch rheologische Eigenschaften der Schicht mit dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial und/oder der Konversionsschicht beeinflusst werden .
Die Füllstof fe und/oder Streupartikel sind beispielsweise nicht konvertierend ausgebildet . Mit anderen Worten konvertieren die Füllstof fe und/oder Streupartikel die elektromagnetische Strahlung, die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und/oder dem Leuchtstof f in der Konversionsschicht ausgesendet wird, nicht .
Beispielsweise werden Partikel mit einem anorganischen Oxid, wie SiO2 , als Füllstof f eingesetzt . Durch den Einsatz von Partikeln mit einem anorganischen Oxid kann die Härte der Konversionsschicht erhöht werden . Alternativ oder zusätzlich können Partikel mit einem Polysiloxan als Füllstof f eingesetzt werden . Beispielsweise weist das Polysiloxan der Füllstof f "Partikel einen höheren Anteil an D-Einheiten auf als das Matrixmaterial . Auf diese Weise kann die Härte der Konversionsschicht verringert werden .
Streupartikel weisen insbesondere eine anorganische Verbindung auf . Beispielsweise umfassen die Streupartikel ein Oxid, wie SiÜ2 , TiÜ2 oder AI2O3, oder sind daraus gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements , umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Mikro-Leuchtdiode ( engl . „light emitting diode" , LED) . Insbesondere ist der strahlungsemittierende
Halbleiterchip eine Mikro-LED . Mikro-LEDs können eine Breite, eine Länge, eine Dicke und/oder einen Durchmesser kleiner als oder gleich 100
Mikrometer, insbesondere kleiner als oder gleich 70 Mikrometer, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 Mikrometer aufweisen. Insbesondere weisen Mikro-LEDs, beispielsweise rechteckige Mikro-LEDs, eine Kantenlänge, insbesondere in Draufsicht auf die Schichten des Schichtstapels , einer Leuchtfläche kleiner als oder gleich 70 Mikrometer, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 Mikrometer auf. Eine Mikro-LED ist beispielsweise eine Leuchtdiode, bei der ein Aufwachssubstrat entfernt ist, so dass eine Dicke der Mikro-LED beispielsweise im Bereich von 1,5 Mikrometer einschließlich bis 10 Mikrometer einschließlich liegt.
Beispielsweise wird die Mikro-LED auf einem Wafer mit lösbaren Haltestrukturen bereitgestellt. Die Mikro-LED kann zerstörungsfrei von dem Wafer gelöst werden.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements löst sich die Konversionsschicht bei einer Scherkraft von mindestens 0,40 Kilogramm- Force (kg-f) , insbesondere von mindestens 0,80 kg-f, beispielsweise von mindestens 1,10 kg-f nicht von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip. 1 kg-f entspricht insbesondere 9,80665 N. Das hier beschrieben optoelektronische Bauelement toleriert also ähnliche Scherkräfte wie ein optoelektronisches Bauelement mit einer zusätzlichen Klebeschicht zwischen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und Konversionsschicht .
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem oder mehrerer der hier beschriebenen Aus führungs formen des Verfahrens beschrieben, wobei das optoelektronische Bauelement nach einer oder mehrerer Aus führungs formen des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements hergestellt wird .
Vorteilhafterweise ist das Verfahren gegenüber anderen Verfahren vereinfacht und weist weniger Schritte auf . Dies lässt beispielsweise dadurch erklären, dass keine zusätzliche Klebeschicht aufgebracht wird . Vorteilhafterweise werden durch die Vereinfachung des Verfahrens Kosten eingespart . Das optoelektronische Bauelement zeichnet sich insbesondere durch eine größere Lebensdauer und eine verbesserte Wärmeverteilung aus .
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .
Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematische Schnittdarstellungen verschiedener Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 5 zeigt ein Diagramm in dem Scherkräfte für verschiedene optoelektronische Bauelemente dargestellt sind .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen 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 .
In einem Schritt zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem Aus führungsbeispiel wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 2 bereitgestellt , der in der Figur 1 dargestellt ist . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist dazu eingerichtet elektromagnetische Strahlung im ultravioletten bis sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erzeugen . Die erzeugte elektromagnetische Strahlung wird durch eine Hauptemissions fläche hindurch emittiert . Die Hauptemmissions f läche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ist parallel zu einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 .
Gemäß einem weiteren Schritt , der in der Figur 2 gezeigt ist , wird ein Träger 8 bereitgestellt . Der Träger 8 weist in Draufsicht gesehen vorliegend ein Viel faches der Größe des Halbleiterchips 2 in Draufsicht gesehen auf . Der Träger 8 weist ein für sichtbares Licht transparentes Material auf . Vorliegend ist der Träger 8 aus Glas gebildet . Der Träger 8 weist eine Dicke im Bereich zwischen einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer auf .
Auf den Träger 8 wird eine Mischung aus einem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial 4 , einem Lösungsmittel und einem Leuchtstof f 5 durch Rakeln oder Foliengießen aufgebracht . Vorliegend weist das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 ein Polysiloxan mit einem Anteil von zumindest 80 Gew . % T- Einheiten auf . Das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 weist ein Molekulargewicht von mindestens 5000 g/mol auf . Bei dem Lösungsmittel handelt es sich um
Propylenglycolmonomethyletheracetat . Die organischen Reste an den Sili zium-Atomen der Siloxangruppen in dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial sind vorliegend Methyl oder Phenyl .
Das Lösungsmittel wird unter erhöhter Temperatur und/oder vermindertem Druck entfernt . Auf diese Weise wird der in Figur 3 gezeigte Träger 8 mit einer Schicht 3 umfassend das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 und den Leuchtstof f 5 gebildet . Das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 ist fest , lässt sich j edoch unter dem Einfluss von erhöhter Temperatur und Druck verflüssigen . Die Schicht 3 weist einen Anteil zwischen einschließlich 70 Gew . % und einschließlich 72 Gew . % an dem Leuchtstof f 5 auf .
Nach dem Ausbilden der Schicht 3 wird der Träger 8 mit der Schicht 3 durch Sägen oder Stanzen vereinzelt . Nach dem Vereinzeln weist der Träger 8 mit der Schicht 3 in Draufsicht gesehen eine annähernd gleiche Ausdehnung wie der Halbleiterchip 2 auf . Durch das Vereinzeln wird demnach ein Plättchen mit Träger 8 und Schicht 3 gebildet .
Das Plättchen wird auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 aufgebracht . Dabei wird die Schicht 3 mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 verbunden . Die Schicht 3 steht in direktem Kontakt mit der Hauptemissions fläche des Halbleiterchips 2 . Während des Verbindens der Schicht 3 mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 wird die Schicht 3 ausgehärtet . Dabei reagiert das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 zum Matrixmaterial 6 und es wird eine Konversionsschicht 7 gebildet . Das Matrixmaterial 6 weist einen höheren Vernetzungsgrad auf als das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial 4 . Das Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials 4 zum Matrixmaterial 6 wird durch Druck und/oder erhöhte Temperatur induziert . Reaktionsparameter für das Aushärten und Verbinden sind in der Tabelle 1 gezeigt , die in Verbindung mit der Figur 5 beschrieben wird .
Das mit dem Verfahren hergestellte optoelektronische Bauelement 1 ist in der Figur 4 gezeigt . Das optoelektronische Bauelement 1 weist den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 , die Konversionsschicht 7 und den Träger 8 auf . Die Konversionsschicht 7 steht in direktem Kontakt mit dem Träger 8 und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 . Die Konversionsschicht weist eine Dicke im Bereich zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 250 Mikrometer auf .
Die Konversionsschicht 7 weist vorliegend ein Polysiloxan mit einem Anteil von zumindest 80 Gew . % T-Einheiten als Matrixmaterial 6 auf . Der Leuchtstof f 5 ist in der Konversionsschicht 7 verteilt . Dabei weist der Leuchtstof f 5 einen Anteil im Bereich zwischen einschließlich 70 Gew . % und einschließlich 72 Gew . % an der Konversionsschicht auf . Der Leuchtstof f 5 ist in dem Matrixmaterial 6 eingebettet .
Die Seitenflächen 9 des Trägers 8 , der Konversionsschicht 7 und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 schließen vorliegend bündig miteinander ab . Die Konversionsschicht 7 ist auf der Hauptemissions fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 angeordnet . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 weist vorliegend keine eigenen Konversionsschichten auf . Mit anderen Worten emittiert der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 lediglich die elektromagnetische Strahlung, die im strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 erzeugt wird .
In der Figur 5 ist ein Diagramm dargestellt , das die Scherkräfte F in kg - f zeigt , die von optoelektronischen Bauelementen 1 , die gemäß dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, toleriert werden . Die gestrichelte Linie R dient als Referenz und stellt die Scherkraft dar, die ein optoelektronisches Bauelement mit einer zusätzlichen Klebeschicht zwischen der ausgehärteten Konversionsschicht 7 und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 toleriert . In der Tabelle 1 sind die Verfahrensparameter wiedergegeben, die bei der Herstellung der optoelektronischen Bauelemente 1 angewendet wurden . Insbesondere wurden diese Verfahrensparameter beim Verbinden und Aushärten der Schicht 3 und des strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 angewendet .
Tabelle 1 : Verfahrensparameter
Die gemessenen Scherkräfte F zeigen, dass durch eine Erhöhung der Temperatur sowie des Drucks beim Verbinden und Aushärten des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 und der Schicht 3 eine Stabilität des optoelektronischen Bauelements 1 erhöht werden kann . Dies zeigt sich darin, dass das optoelektronische Bauelement 1 höhere Scherkräfte toleriert .
Weiterhin wird insbesondere bei den Aus führungsbeispielen 5-
4 , 5-5 und 5- 6 sogar eine mitunter höhere Stabilität des optoelektronischen Bauelements 1 erreicht im Vergleich zur Referenz R .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 strahlungsemittierender Halbleiterchip 3 Schicht
4 teilweise ausgehärtetes Matrixmaterial
5 Leuchtstof f
6 Matrixmaterial
7 Konversionsschicht 8 Träger
9 Seitenfläche
F Scherkraft R Referenz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) umfassend die Schritte
- Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) ,
- Bereitstellen einer Schicht (3) umfassend ein teilweise ausgehärtetes Matrixmaterial (4) und einen Leuchtstoff (5) ,
- Verbinden des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) und der Schicht (3) ,
- Aushärten des teilweise ausgehärteten Matrixmaterials (4) zu einem Matrixmaterial (6) , sodass eine Konversionsschicht (7) mit dem Matrixmaterial (6) und dem Leuchtstoff (5) in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) gebildet wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial (4) einen geringeren Vernetzungsgrad aufweist als das Matrixmaterial (6) .
3. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Matrixmaterial (6) ein Polysiloxan aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Polysiloxan einen Anteil von zumindest 25 Gew.% T-Einheiten aufweist .
5. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das teilweise ausgehärtete Matrixmaterial (4) ein Molekulargewicht von zumindest 5000 g/mol aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anteil des Leuchtstoffs (5) in der Konversionsschicht (7) zwischen einschließlich 50 Gew.% und einschließlich 85 Gew.% beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) auf einem Träger (8) bereitgestellt wird .
8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bereitstellen der Schicht (3) die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen des Trägers (8) ,
- Aufbringen einer Mischung aus dem teilweise ausgehärteten Matrixmaterial (4) , dem Leuchtstoff (5) und einem Lösungsmittel auf den Träger (8) , und
- Entfernen des Lösungsmittels, sodass die Schicht (3) auf dem Träger (8) gebildet wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbinden der Schicht (3) und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) bei einer Temperatur im Bereich zwischen einschließlich 100 °C und einschließlich 150 °C erfolgt.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Verbinden der Schicht (3) und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) ein Druck zwischen einschließlich 0,1 N und 5 N auf die Schicht (3) ausgeübt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Verbinden der Schicht (3) und des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) ein Druck für eine Zeit von höchstens 60 Sekunden auf die Schicht (3) ausgeübt wird.
12. Optoelektronisches Bauelement (1) mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) , und
- einer Konversionsschicht (7) mit einem Matrixmaterial (6) und einem Leuchtstoff (5) , wobei
- die Konversionsschicht (7) in direktem Kontakt mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) steht, und
- Seitenflächen (9) des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) frei von der Konversionsschicht (7) sind.
13. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Konversionsschicht (7) und der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) an den Seitenflächen (9) bündig abschließen .
14. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) abgewandten Seite der Konversionsschicht (7) ein Träger (8) angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei der Träger (8) eine Dicke zwischen einschließlich 50
Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer aufweist.
16. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionsschicht (7) eine Dicke zwischen einschließlich
10 Mikrometer und einschließlich 250 Mikrometer aufweist.
17. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionsschicht (7) Füllstoffe und/oder Streupartikel aufweist .
18. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) eine Mikro-LED umfasst .
19. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das optoelektronische Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 18 hergestellt wird.
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