WO2012084516A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2012084516A1
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semiconductor chip
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optoelectronic component
cavity
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Herbert Brunner
Harald JÄGER
Markus Pindl
Stephan Preuss
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an optoelectronic component and to an optoelectronic component.
  • An optoelectronic component has a
  • Semiconductor chip on On and / or around the semiconductor chip conversion material is applied.
  • the semiconductor chip emits primary light, for example blue light.
  • the conversion material has luminescent offparticles incorporated in a matrix material.
  • Phosphor particles convert short-wave primary light into longer-wave secondary light, for example yellow
  • the mixed light of primary light and secondary light can produce white light.
  • the operation of the mixed light of primary light and secondary light can produce white light.
  • Heat generated by phosphor particles can damage the matrix material if the heat can not be dissipated to the semiconductor chip, or only to a limited extent. In the following methods, the heat can be dissipated to the semiconductor chip only to a limited extent.
  • the phosphor particles are on average too far from the
  • Semiconductor chip can be arranged, be present.
  • a large lens in particular made of silicone, can be arranged above the semiconductor chip cast with clear matrix material.
  • the phosphor particles are incorporated in the lens and therefore relatively far away from the semiconductor chip.
  • the thermal properties are disadvantageous, since the heat can be dissipated only limited to the semiconductor chip.
  • the silicone in the large lens is strongly heated by the phosphor particles. The silicone embrittles.
  • Various embodiments have a method for producing an optoelectronic component. First, a cavity is provided. Subsequently, a liquid matrix material is introduced into the cavity.
  • the matrix material is cured. This is a phosphor particles on iron
  • the conversion layer generated.
  • the conversion layer is in direct contact with the semiconductor chip
  • the fluorescent articles generate heat.
  • the conversion layer sedimented in the matrix material and the surrounding matrix material can be heated. Because the
  • the semiconductor chip has a good
  • the semiconductor chip can deliver the heat emitted by the phosphor particles to a substrate. Further, by flushing the conversion layer with the semiconductor chip, the
  • Conversion layers are called, also called layer-Trans method, often remains a gap between the edge of the semiconductor chip and the conversion layer. At this edge, the primary light can be undesirable escape. In the case of volute emitters based on sapphire chips, the layer transfer method is generally not possible.
  • the matrix material used is silicone, epoxy or a hybrid.
  • hybrids can be silicone-epoxy or
  • Silicone-polyester can be used. Especially,
  • soft silicone with a hardness of about Shore A 20 to about Shore A 60, preferably about Shore A 40.
  • Soft silicones are less prone to cracking (higher elongation at break) and exert lower forces on the bonding wire and the
  • a cavity is advantageous since semiconductor chips on different substrates can also be cast into the matrix material therein.
  • a substrate a printed circuit board, a metal core board, laminates of a punched tape whose openings are closed or serve a ceramic.
  • the ceramic is particularly preferred because of its favorable thermal
  • the phosphor particles may comprise yttrium aluminum garnet or orthosilicates.
  • the sedimentation of the phosphor particles takes place by the action of gravity and / or centrifugal force on the phosphor article.
  • the sedimentation is particularly advantageous, as this will get the phosphor in the immediate vicinity of the semiconductor chip and as a conversion layer on the semiconductor chip
  • the heat generated during operation of the component in the phosphor particles can be given off particularly well to the semiconductor chip.
  • the matrix material is exposed to a low thermooxidative load.
  • Curing is particularly advantageous because it creates a stationary conversion layer in the hardened matrix material from the sedimented phosphor particles.
  • the curing is divided into a hardening for 2 min to 15 min and a post-curing for 0, 5h to 4 h.
  • the splitting of curing in curing and post curing is advantageous for the following reason.
  • the molds can be removed and reused for the next parts.
  • the post-curing can be done in the oven as a batch process. In other words, many substrates can be postcured simultaneously in a single process step. Thus, a total of less Vergussformen necessary what a
  • Molding yields 50% to 60% Shore hardness (Shore A, D), the remaining hardness is produced by post-curing.
  • the cavity is formed by the arrangement of elastic side walls generated inelastic plate.
  • the elastic sidewalls comprise silicone, fluoroelastomers, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) or a thermoplastic elastomer.
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • the inelastic plate has metal.
  • the metal can with polytetrafluoroethylene (PTFE) anti-stick
  • the elastic side walls close tightly with the inelastic plate. It is particularly advantageous that the cavity is reusable.
  • the elastic sidewalls and the inelastic panel are particularly easily detached from the cured matrix material for two reasons. First, the elastic sidewalls and the inelastic panel may be coated with Teflon or PTFE. Secondly
  • the elastic side walls lead to curved side surfaces of the optoelectronic
  • a substrate with a semiconductor chip arranged thereon is applied to the elastic side walls of the cavity so that the semiconductor chip faces the inelastic plate.
  • the volume formed by the substrate, the inelastic plate and the elastic sidewalls coincides with the volume
  • Matrix material is filled, compressed.
  • the Compressing is particularly advantageous, since thereby the gesarate semiconductor chip completely in the liquid
  • the unit is made of substrate, inelastic plate and elastic
  • Semiconductor chip can be done.
  • the cavity can be produced by the arrangement of partially elastic sidewalls on a substrate.
  • the partially elastic side walls close tightly with the substrate.
  • On the substrate is a
  • the partially elastic sidewalls may include Teflon, non-stick coated metal or thermoplastics. That's why they are
  • Partial elastic sidewalls particularly easily solvable from the cured matrix material.
  • the partially elastic sidewalls are reusable.
  • the removal of the cavity is particularly advantageous, as this results in the side surfaces of the optoelectronic
  • Matrix material into which scattering particles are introduced laterally potted. This is particularly advantageous since the scattering particles scatter back primary light and secondary light into the first matrix material. This backscattered light can be at least partially decoupled from the optoelectronic component.
  • the laterally potted matrix material preferably comprises hard silicone.
  • the scattering particles may have TiO 2 .
  • the silicone, in which the scattering particles are introduced is preferably harder than the silicone, in which the phosphor particles are introduced. The hardness range for silicone with
  • the scattering particle is larger than the Shore A 60.
  • the silicone has a high viscosity.
  • the high toughness of the silicone ensures that the scattering particles do not sediment. Only if the scattering particles in the
  • Hard silicone with a Shore Hardness of greater than A 60 can be used for all areas that are supposed to take on a mechanical function of the housing or through which sawing should take place. Molded lenses also have material with a Shore hardness greater than A 60.
  • an imaging optics, in particular a lens is applied to the optoelectronic component. This can be done after removal of the side walls or after the lateral casting with a second matrix material. The lens can be made by overmolding the optoelectronic component
  • This imaging optic is special advantageous because they are primary light and secondary light
  • phosphor in the form of a converter-filled small plate is applied to the surface of the semiconductor chip facing away from the substrate.
  • the plate may be formed as a silicone plate, wherein the phosphor is embedded in the silicone plate.
  • the plate may be sintered
  • Phosphor is embedded in the ceramic tile.
  • the layer transfer is an example in W02010017831
  • Layerprinting uses screen printing to apply phosphor to a complete wafer. Subsequently, the optoelectronic components are separated.
  • Layerprinting is exemplary in DE102006061175. Layerprin ing is disadvantageous because of the high costs and difficult color control. Various embodiments include
  • Optoelectronic component with a substrate on.
  • a semiconductor chip is arranged on the substrate.
  • a sedimented layer On the semiconductor chip is a sedimented layer
  • the semiconductor chip is completely enclosed by a body of cured matrix material.
  • the conversion layer completely covers the surface of the semiconductor chip facing away from the substrate. This arrangement is advantageous for several reasons. On the one hand, due to the direct contact of the conversion layer with the semiconductor chip, the heat generated in the conversion layer can be released particularly well to the semiconductor chip. This improves the thermal properties of the optoelectronic
  • the body has concavely curved side surfaces.
  • the body has straight side surfaces which are perpendicular to the substrate.
  • Viewing angle can be achieved. This results in a white mixed light with almost uniform color temperature over all viewing angles.
  • a second matrix material having scattering particles embedded therein.
  • a second matrix material can be any suitable material having scattering particles embedded therein.
  • Silicone are used.
  • scattering particles Ti0 2 particles can be used. This embodiment is advantageous because the primary light and the
  • viscous silicone as a further matrix material, since the scattering particles should not sediment before curing. Additionally or alternatively, the
  • Speed of sedimentation can be influenced by the size of the scattering particles. The smaller the
  • Optoelectronic component arranged semiconductor chip based on a III-V compound semiconductor material As material system GaN and InGaN can be used.
  • the semiconductor chips have at least one active zone which emits electromagnetic radiation.
  • the active zones may include pn junctions, double heterostructure, multiple quantum well structure (MQ), single
  • Quantum well structure (SQW) be. Quantum structure means quantum wells (3-dim), quantum wires (2-dim) and quantum dots (1-dim).
  • the semiconductor chip can be used as a surface emitter
  • Oer thin film chip is for example from the
  • FIG. 1 shows a flowchart of two alternative
  • Figures Bl .1, Bl .2, B1.3, B2, B3 show intermediates of the manufacturing process according to alternative B in a sectional view;
  • Figure 2a shows an embodiment of a
  • FIG. 2b shows an embodiment of a
  • FIG. 3 a shows an exemplary embodiment of an arrangement with optoelectronic components with lateral stray casting in plan view
  • FIG. 3b, 1 and 3b.2 each show one
  • Figures 3c .1 and 3c .2 each show one
  • FIG. 4 shows an embodiment of a
  • Optoelectronic component with lateral scattering and a lens in a sectional view Optoelectronic component with lateral scattering and a lens in a sectional view.
  • FIG. 1 shows a flowchart of two alternative embodiments
  • Step S1 Production method A or B for an optoelectronic component.
  • the manufacturing process can be broken down into the steps S1 to S4. Steps S5, S6 and S7 are optional.
  • step S1 a semiconductor chip 110 is transformed into a first liquid matrix material 112 having a homogeneous distribution therein Fluorescent articles 114 introduced.
  • FIG. 1 shows two alternative paths, SA1 and SB1, for executing method step S1.
  • the first alternative SA1 has the sub-steps SA1.1, SA1.2, SA1.3, SA1. and SAl .5 on.
  • an inelastic plate 140 ' with elastic sidewalls 142 arranged thereon is provided.
  • the elastic sidewalls 142 may include silicone, fluoroelastomers, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), or a thermoplastic elastomer.
  • the elastic side walls 142 have no sulfur.
  • the intermediate step belonging to sub-step SA1 .1 is shown in FIG.
  • the cavity of inelastic plate 140 and the elastic sidewalls 142 of a dispenser is filled with a liquid matrix material 112.
  • matrix material 112 may be provided a silicone, an epoxy or a hybrid.
  • Phosphor particles 114 can be introduced into the matrix material 112.
  • the fluorescent article 114 yttrium aluminum garnet or orthosilicates or can be used. That to
  • Sub-step SAl .2 belonging intermediate product is shown in Figure AI .2.
  • the phosphor particles 114 may be homogeneously distributed in the matrix material 112.
  • the cavity is only filled to about% of its volume with the matrix material 112.
  • a substrate 102 with a semiconductor chip 110 arranged thereon is thus placed on the elastic side walls 142 of the cavity 103 is applied so that the semiconductor chip 110 faces the inelastic plate 140.
  • the populated substrate 102 is in a
  • the semiconductor chip 110 may at least partially dip into the first matrix material 112.
  • the intermediate product belonging to substep SA1.3 is shown in FIG. AI .3.
  • the semiconductor chip 110 is connected to the substrate 102 via a semiconductor chip contact layer 104.
  • the substrate 102 may be a ceramic substrate.
  • a contact pad 108 is provided on the semiconductor chip 110.
  • a bonding pad 106 is arranged on the substrate 102.
  • a bonding wire 116 provides the electrical connection of contact pad 108 and bond pad 106.
  • a notch 118 may be incorporated.
  • inelastischer plate 140 and the elastic side walls 142 formed volumes, which with the liquid
  • Matrix material 112 is filled, compressed.
  • the flexible cavity 103 with the elastic side walls 142 follows the shape of the ceramic substrate 102. It also takes place by the compression of a balance of
  • Plate 140 and substrate 102 is formed volume
  • Phosphor particles 114 are approximately homogeneously distributed.
  • the elastic side walls 142 are through the Contact pressure deformed.
  • sub-step SA1.5 the closed unit of substrate 102, inelastic plate 140 and elastic side walls 142 is rotated in the compressed state by 180 °.
  • the rotation of the unit occurs about an axis that is in between the semiconductor chip and the substrate
  • the second alternative SB1 has the substeps SB1.1, SB1.2, SB1.3.
  • sub-step SB1.1 a semiconductor chip 110 is provided on a substrate 102.
  • the intermediate step belonging to sub-step SB1.1 is shown in FIG.
  • the semiconductor chip 110 is over the
  • Semiconductor chip contact layer 104 electrically and
  • the contact pad 108 on the semiconductor chip 110 is connected via the bonding wire 116 in an electrically conductive manner to the bonding pad 106 on the substrate.
  • a cavity 103 is produced by placing partially elastic sidewalls 120 on the substrate 102.
  • the intermediate step belonging to sub-step SB1.2 is shown in FIG.
  • the partially elastic side walls 120 close tightly with the Substrate 102 from. This creates the avidity that completely accommodates the semiconductor chip 110 with its contact pad 108, the bonding wire 116 and the bond ad 106.
  • sub-step SB1 .3 the volume formed by substrate 102 and partially elastic sidewalls 120 is filled with a liquid matrix material 112.
  • a dispenser 144 is used. Phosphor particles 114 are introduced into the first matrix material 112.
  • the intermediate step belonging to sub-step SB1 .3 is shown in FIG.
  • the phosphor particles 114 are approximately homogeneously distributed in the first matrix material 112.
  • the liquid matrix material 112 can be metered from above. The substrate 102 is no longer immersed in the
  • liquid matrix material 112. The unit of substrate 102 and partially elastic sidewalls 120 need not be rotated prior to the sedimentation step. The risk of blistering is reduced.
  • step S2 the phosphor particles 114
  • the driving force acting on the phosphor particles 114 may be the
  • the sedimentation can be done in a centrifuge.
  • the driving force here is the centrifugal force. Also a combination of both
  • step S2 Sedimentation methods is applicable.
  • the intermediates belonging to step S2 are shown in FIGS. A2 and B2.
  • On the surface facing away from the substrate 102 of the semiconductor chip 110, on the regions of the semiconductor chip contact layer 104 not covered by the semiconductor chip 110, on the contact pad 108, on the bond pad 106 and on exposed regions of the substrate 102 are the
  • Phosphor particles 114 sedimented.
  • a conversion layer 115 forms.
  • the matrix material 112 adjoining the conversion layer 115 is almost clear. In other words, only very few phosphor particles 114 are present in the matrix material 112 between the conversion layer 115 and the air matrix material interface 112.
  • the proportion of phosphor particles is 0.5% to 5% by weight.
  • step S3 the first matrix material 112 is cured with the conversion layer 115 having the phosphor particles 114. First, the first matrix material 112 during a period of 2 min to 15 min
  • step S4 the side walls 142 and 120, respectively
  • Figures A3 and B3 show the intermediates during stripping of the side walls 142 and 120, respectively.
  • Figure A3 shows the intermediate in the case of
  • elastic sidewalls 142 relaxes the elastic deformation.
  • the elastic sidewalls 142 simply lift off the first matrix material 112
  • FIG. B3 shows the intermediate product in the case of partially elastic sidewalls 120.
  • the partially elastic sidewalls 120 may be provided with a non-stick coating, in particular Teflon, whereby the detachment of the partially elastic Sides 120 of the molded-in semiconductor chip 110 facilitates.
  • step S4 After execution of step S4 arise
  • Optoelectronic component 101 The optoelectronic component 100, 101, 200, 201 has a substrate 102, on which a semiconductor chip 110 is arranged. On the semiconductor chip, a layer 115 is made
  • Phosphor particles 114 sedimented.
  • a body 146 of cured matrix material 112 closes the
  • FIG. 2 a shows the optoelectronic component 100 resulting from the production method with the sub-step SA 1.
  • the body 146 has concavely curved
  • FIG. 2b shows the optoelectronic component 101 resulting from the production method with the partial step SB1.
  • the body 146 has straight side surfaces 148 that are perpendicular to the substrate 102.
  • Figure 2a differs from Figure 2b only by the lateral shape of the cured matrix material 112. Since this lateral shape has no effect on the
  • FIGS. 2b and 2a Properties of the optoelectronic components 100 or. 101, FIGS. 2b and 2a will be described together below.
  • the conversion layer 115 has a concentration of phosphor particles 114 of 20% -95% by weight.
  • the phosphor particles 114 of the conversion layer 115 are embedded in a matrix material 112, in particular in a silicone, in an epoxide or in a hybrid.
  • the conversion layer 115 has a homogeneous thickness of 5 ⁇ - 120 ⁇ ⁇ .
  • the semiconductor chip 110 completely potted with the matrix material 112 is laterally potted with a further matrix material 130.
  • the further matrix material 130 may be harder than the matrix material 112.
  • scattering particles 132 are homogeneously distributed.
  • FIG. 3 a shows a plan view of a product with four optoelectronic components 100, 101. Between the optoelectronic components 100, 101, the
  • Figure 3b.1 and Figure 3b.2 show schematic side sectional views of the product. The majority of the primary light and the secondary light emitted by the conversion layer 115 leave the
  • Scattering particles 132 may backscatter the mixed light.
  • the backscattered mixed light can at least partially leave the optoelectronic component.
  • step S6 the arrangement shown in FIG. 3a, FIG. 3b .1 and FIG. 3b.2 with a plurality of potted halved chips 110 can be divided into individual ones optoelectronic components 200 and 201 are separated. This can be achieved by a sawing process, in particular laser saws.
  • the result of step S6 is shown in Figure 3c .1 and Figure 3c.2.
  • Figure 3c .1 shows an embodiment of an optoelectronic
  • Embodiment of an optoelectronic component 201 which results from singulation from the arrangement in Figure 3b.2.
  • step S7 a lens 150 is placed on the potted semiconductor chip 110.
  • the step S7 may directly follow the step S4, directly to the step S5 or directly to the step S6.
  • Attachment of the lens 150 may be accomplished by overmolding a clear potting material, particularly silicone, onto the potted semiconductor chip 110.
  • a clear potting material particularly silicone
  • the lens 150 is placed on the optoelectronic component 200 shown in FIG. 3c.
  • the clear potting material of the lens 150 is harder than the matrix material 112 with the
  • Semiconductor chip 110 is shed. This facilitates the handling during the shaping of the lens.
  • the lens 150 overlaps with the regions of the further matrix material 130 into which the scattering particles 132 are embedded. This increases the proportion of mixed light that can be collected by the lens 150. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (100, 101, 200, 201) beschrieben. Zunächst wird eine Kavität (103) bereitgestellt. Anschließend wird ein flüssiges Matrixmaterial (112) in die Kavität (103) eingebracht. Im Matrixmaterial (112) sind Leuchtstoffpartikel (114) verteilt. Anschließend wird ein Halbleiterchip (110) in das Matrixmaterial (112) eingebracht. Daraufhin werden die Leuchtstoffpartikel (114 ) im Matrixmaterial ( 112 ) sedimentiert. Anschließend wird das Matrixmaterial (112) ausgehärtet. Dabei wird eine Leuchtstoffpartikel (114 ) aufweisende Konversionsschicht (115) erzeugt. Die Konversionsschicht (115) ist auf dem Halbleiterchip (110) angeordnet.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES
OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement .
Ein optoelektronisches Bauelement weist einen
Halbleiterchip auf . Auf und/oder um den Halbleiterchip ist Konversionsmaterial aufgebracht . Der Halbleiterchip emittiert Primärlicht, beispielsweise blaues Licht. Das Konversionsmaterial weist Leuchts offpartikel auf , die in einem Matrixmaterial eingebracht sind. Die
Leuchtstoffpartikel wandeln kurzwelliges Primärlicht in längerwelliges Sekundärlicht , beispielsweise gelbes
Licht . Das Mischlicht aus Primärlicht und Sekundärlicht kann weißes Licht ergeben. Die beim Betrieb des
optoelektronischen Bauelements in den
Leuchtstoffpartikeln erzeugte Wärme (sog. Stokes -Shift) kann das Matrixmaterial schädigen, wenn die Wärme nicht oder nur eingeschränkt an den Halbleiterchip abgegeben werden kann. In den folgenden Ver ahren kann die Wärme nur eingeschränkt an den Halbleiterchip abgegeben werden. Die Leuchtstoffpartikel sind im Mittel zu weit vom
Halbleiterchip entfernt , um eine ausreichende Entwärmung zu gewährleisten .
Beim Volumenverguss , bei dem Leuchtstoffpartikel homogen in einem Verguss aus einem Matrixmaterial verteilt sind, ist die hohe thermische Belastung des Matrixmaterials durch die in den Leuchtstoffpartikeln erzeugte Wärme nachteilhaft. Zudem muss eine Kavität , in der der
Halbleiterchip anordnenbar ist, vorhanden sein. Alternativ zum Volumenverguss kann über dem mit klarem Matrixmaterial vergossenen Halbleiterchip eine große Linse, insbesondere aus Silikon, angeordnet werden . Die Leuchtstoffpartikel sind in der Linse eingebracht und deshalb relativ weit von dem Halbleiterchip entfernt . Auch hier sind die thermischen Eigenschaften nachteilig, da die Wärme nur eingeschränkt an den Halbleiterchip abgeführt werden kann . Das Silikon in der großen Linse wird durch die Leuchtstoffpartikel stark erhitzt . Das Silikon verspröde . Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements , sowie ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, bei dem die in den Leuchtstoffpartikeln erzeugte Wärme effektiv an den Halbleiterchip abgegeben werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch 1 und durch ein
optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des elektronischen Bauelements und des Verfahrens zur
Herstellung des elektronischen Bauelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beispielhafte Ausführungsformen Verschiedene Ausführungsforme weisen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements auf . Zunächst wird eine Kavität bereitgestellt . Anschließend wird in die Kavität ein flüssiges Matrixmaterial
eingebracht . Im Matrixmaterial sind Leuchtstoff artikel eingebracht . Anschließend wird ein Halbleiterchip in das Matrixmaterial eingebracht . Anschließend werden die
Leuchts offpartikel im Matrixmaterial sedimentiert
Anschließend wird das Matrixmaterial ausgehärtet . Dabei wird eine Leuchtstoffpartikel auf eisende
Konversionsschicht erzeugt . Die Konversionsschicht ist auf dem Halbleiterchip in unmittelbarem Kontakt zum
Halbleiterchip angeordnet . Bei der Wellenlängenkonversion erzeugen die Leuchtstoff artikel Wärme . Dadurch kann sich die im Matrixmaterial sedimentierte Konversionsschicht und das umgebende Matrixmaterial erwärmen . Da die
Sedimentierte KonversionsSchicht in unmittelbarem
Kontakt zum Halbleiterchip angeordnet ist , kann diese Wärme besonders effektiv an den Halbleiterchip abgegeben werden. Der Halbleiterchip weist eine gute
Wärmeleitfähigkeit auf . Der Halbleiterchip kann die von den Leuchtstoffpartikeln abgegebene Wärme an ein Substrat abgeben . Weiter kann durch das bündige Abschließen der KonversionsSchicht mit dem Halbleiterchip die
unerwünschte seitliche Emission von Primärlicht ,
insbesondere blauem Licht , aus dem optoelektronischen Bauelement verhindert werden. Bei Verwendung von
Halbleiterchips , die mit Konversionsschichten
(Konversionslayern) bestückt sind, auch Layer-Trans er- Verfahren genannt , bleibt oft ein Spalt zwischen dem Rand des Halblei erchips und der Konversionsschicht . An diesem Rand kann das Primärlicht in unerwünschter Weise austreten. Bei Voluraenemittern, basierend auf Saphir- Chips ist das Layer-Transfer-Verfahren generell nicht möglich.
Als Matrixmaterial kommt Silikon, Epoxid oder ein Hybrid zum Einsatz. Als Hybride können Silikon-Epoxy oder
Silikon- Polyester eingesetzt werden. Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung von weichem Silikon mit einem Härtegrad von etwa Shore A 20 bis etwa Shore A 60, bevorzugt von etwa Shore A 40. Weiche Silikone sind weniger anfällig für Rissebildung (höhere Reißdehnung) und üben geringere Kräfte auf den Bonddraht und den
Halbleiterchip aus. Vor allem ist es wichtig, dass das Matrixmaterial vor dem Härten sehr niederviskos ist.
Dadurch kann erreicht werden, dass Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial rasch sedimentieren .
Das Bilden einer Kavität ist vorteilhaft, da darin auch Halbleiterchips auf verschiedenen Substraten in das Matrixmaterial eingegossen werden können. Als Substrat kann ein printed circuit board, eine Metallkernplatine, Laminate aus einem Stanzband dessen Öffnungen geschlossen sind oder eine Keramik dienen. Die Keramik ist besonders bevorzugt wegen seiner günstigen thermischen
Eigenschafte .
Die Leuchtstoffpartikel können Yttrium Aluminium Granat oder Orthosilikate aufweisen.
Das Sedimentieren der Leuchtstoffpartikel erfolgt durch Einwirkung der Schwerkraft und/oder Zentrifugalkraft auf die Leuchtstoff artikel . Das Sedimentieren ist besonders vorteilhaft, da dadurch die Leuchtstoff artikel in unmittelbare Nähe zum Halbleiterchip gelangen und sich als eine Konversionsschicht auf dem Halbleiterchip
ablagern . Dadurch kann die im Betrieb des Bauelements in den Leuchtstoffpartikeln entstehende Wärme besonders gut an den Halbleiterchip abgeben werden. Das Matrixmaterial ist einer geringen thermooxidativen Belastung ausgesetzt .
Das Aushärten ist besonders vorteilhaft, da dadurch aus den Sedimentierten Leuchtstoffpar ikeln eine ortsfeste Konversionsschicht in dem ausgehärteten Matrixmaterial entsteht . Das Aushärten gliedert sich in ein Anhärten während 2 min bis 15 min und ein Nachhärten während 0 , 5h bis 4 h. Die Aufspaltung des Aushärtens in Anhärten und Nachhärten ist aus folgendem Grund vorteilhaft . Nach dem Anhärten können die Formen abgenommen werden und für die nächsten Teile wiederverwendet werden. Das Nachhärten kann im Ofen als Batch-Prozess erfolgen. Mit anderen Worten können viele Substrate gleichzeitig in einem einzigen Prozessschritt nachgehärtet werde . Somit sind insgesamt weniger Vergussformen notwendig , was eine
Kostenersparnis mit sich bringt . Bei bekannten Moldverfahren ist keine Sedimentation möglich. Das Moldverfahren hat hierfür einen zu hohen Durchsatz . Das im Moldverfahren als Matrixmaterial verwendete Silikon wird schnell angehärtet ; es bleibt keine Zeit für eine Sedimentation von
Leuchtstoffpartikeln. Nach dem Anhärten wird Nachgehärtet bis das Matrixmaterial fest ist . Das Anhärten beim
Moldverfahren ergibt 50% bis 60% Shorehärte (Shore A, D) die restliche Härte entsteht durchs Nachhärten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kavität durch die Anordnung von elastischen Seitenwänden auf inelastische Platte erzeugt. Die elastischen Seitenwände weisen Silikon, Fluorelastomere, Ethylen- Propylen-Dien- Kautschuk (EPDM) oder ein thermoplastisches Elastomer auf. Die inelastische Platte weist Metall auf. Das Metall kann mit Polytetrafluorethylen (PTFE) anti-haft
beschichtet sein. Die elastischen Seitenwände schließen dicht mit der inelastischen Platte ab. Es ist besonders vorteilhaft, dass die Kavität wieder verwendbar ist. Die elastischen Seitenwände und die inelastische Platte lassen sich aus zweierlei Gründen besonders leicht von dem ausgehärteten Matrixmaterial lösen.. Erstens können die elastischen Seitenwände und die inelastische Platte mit Teflon oder PTFE beschichtet sein. Zweitens
relaxieren die elastischen Seitenwände beim Entfernen der Kavität, wenn der Druck auf sie reduziert wird. Die relaxierten elastischen Seitenwände weisen keinen Kontakt mit dem ausgehärtetem Matrixmaterial auf. Deshalb lassen sich sie sich besonders gut von dem ausgehärteten
Matrixmaterial lösen. Die elastischen Seitenwände führen zu gekrümmten Seitenflächen des optoelektronischen
Bauelements. Beim Entformen löst sich die Form leicht vom Material, da die elastischen Seitenwände wieder in ihre ursprüngliche gerade Form zurückgehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Substrat mit einem darauf angeordneten Halbleiterchip auf die elastischen Seitenwände der Kavität so aufgebracht, dass der Halbleiterchip zur inelastischen Platte weist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das von dem Substrat, der inelastischen Platte und den elastischen Seitenwänden gebildete Volumen, das mit dem
Matrixmaterial gefüllt ist, zusammengepresst . Das Zusammenpressen ist besonders vorteilhaft, da dadurch der gesarate Halbleiterchip vollständig in das flüssige
Matrixmaterial eintaucht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Einheit aus Substrat, inelastischer Platte und elastischen
Seitenwänden in zusammengepresstem Zustand gedreht . Die Drehung der Einheit erfolgt um eine Achse, die in der zwischen Halbleiterchip und Substrat gebildeten Ebene liegt . Der Drehwinkel beträgt 180° . Diese Drehung ist besonders vorteilhaft, da dadurch ermöglicht wird, dass die Sedimentation der Leuchtstoffpartikel auf den
Halbleiterchip erfolgen kann.
Alternativ zur Kavitat aus elastischen Seitenwänden und inelastischer Platte kann die Kavität durch die Anordnung von teilelastischen Seitenwänden auf einem Substrat erzeugt werden. Die teilelastischen Seitenwände schließen dicht mit dem Substrat ab. Auf dem Substrat ist ein
Halbleiterchip angeordnet . Das Bilden einer Kavität mit teilelastischen Seitenwänden ist besonders vorteilhaft , da das Verfahren mit besonders wenigen und einfachen
Verfahrensschritten realisierbar ist . Die teilelastischen Seitenwände können Teflon, antihaft-beschichtetes Metall oder Thermoplaste aufweisen. Deshalb sind die
teilelastischen Seitenwände besonders leicht von dem ausgehärteten Matrixmaterial lösbar . Zudem sind die teilelastischen Seitenwände mehrfach verwendbar .
Das Entfernen der Kavität ist besonders vorteilhaft, da dadurch an den Seitenflächen des optoelektronischen
Bauelements Raum für Materialien für weitere
Prozessschritte entsteht . In einer bevorzugten Ausführungsform wird das
optoelektronische Bauelement mit einem weiteren
Matrixmaterial, in das Streupartikel eingebracht sind, seitlich vergossen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Streupartikel Primärlicht und Sekundärlicht in das erste Matrixmaterial zurückstreuen. Dieses rückgestreute Licht kann zumindest teilweise aus dem optoelektronischen Bauelement ausgekoppelt werden. Das seitlich vergossene Matrixmaterial weist vorzugsweise hartes Silikon auf. Die Streupartikel können Ti02 aufweisen . Das Silikon, in das die Streupartikel eingebracht sind, ist vorzugsweise härter als das Silikon, in das die Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Der Härtebereich für Silikon mit
Streupartikel ist größer als Shore A 60. Das Silikon weist eine hohe Viskosität auf . Durch die hohe Zähigkeit des Silikons wird erreicht , dass die Streupartikel nicht sedimentieren. Nur wenn die Streupartikel auch im
ausgehärteten weiteren Matrixmaterial möglichst homogen verteilt sind, wird Licht effektiv ins Matrixmaterial zurückgestreut . Hartes Silikon mit einer Shorehärte von größer als A 60 ist für alle Bereiche einsetzbar, die eine mechanische Funktion des Gehäuses übernehmen sollen oder durch die gesägt werden soll . Auch gemoldete Linsen weisen Material mit einer Shorehärte von größer A 60 auf . In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine abbildende Optik, insbesondere eine Linse , auf das optoelektronische Bauelement aufgebracht . Dies kann nach dem Abziehen der Seitenwände oder nach dem seitlichen Verguss mit einem zweiten Matrixmaterial erfolgen . Die Linse kann durch Übermolden auf das optoelektronische Bauelement
aufgesetzt werden . Diese abbildende Optik ist besonders vorteilhaft, da sie Primärlicht und Sekundärlicht
einsammelt und in Vorwärtsrichtung bündelt. Vorteilhaft bei Bauelementen mit chipnaher Konversion und einer Linse ist es auch, dass die Konversion der elektromagnetischen Strahlung in einer Fokus -Ebene mit dem Chip erfolgt. Es wird kein Licht in der Linse durch Leuchtstoffpartikel gestreut .
Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements ist vorteilhaft gegenüber bekannten Verfahren, die beispielhaft im Folgenden genannt sind.
Beim Layertransfer wird auf die vom Substrat abgewandte Fläche des Halbleiterchips Leuchtstoff in Form eines konvertergefüllten Plättchens aufgebracht. Das Plättchen kann als Silikonplättchen ausgebildet sein, bei dem der Leuchtstoff in das Silikonplättchen eingebettet ist.
Alternativ kann das Plättchen als gesintertes
Keramikplättchen ausgebildet sein, bei dem der
Leuchtstoff in das Keramikplättchen eingebettet ist. Der Layertransfer ist exemplarisch in W02010017831
beschrieben. Beim Layertransfer sind die hohen Kosten sowie die unerwünschte seitliche Emission von
Primärlicht, insbesondere von blauem Licht, nachteilhaft,
Beim Layerprinting wird durch Siebdruck Leuchtstoff auf einen kompletten Wafer aufgetragen. Anschließend werden die optoelektronischen Bauelemente vereinzelt. Das
Layerprinting ist exemplarisch in DE102006061175. Beim Layerprin ing sind die hohen Kosten sowie die schwierige FarbortSteuerung nachteilhaft . Verschiedene Ausführungsformen weisen ein
optoelektronisches Bauelement mit einem Substrat auf . Auf dem Substrat ist ein Halbleiterchip angeordnet . Auf dem Halbleiterchip ist eine sedimentierte Schicht aus
Leuchtstoff artikeln angeordnet . Der Halbleiterchip wird von einem Körper aus ausgehärtetem Matrixmaterial vollständig einschlössen. Die Konversionsschicht bedeckt die vom Substrat abgewandte Fläche des Halbleiterchips vollständig. Diese Anordnung ist aus mehreren Gründen vorteilhaft . Zum einen kann durch den direkten Kontakt der Konversionsschicht zum Halbleiterchip die in der Konversionsschicht erzeugte Wärme besonders gut an den Halbleiterchip abgegeben werden. Dies verbessert die thermischen Eigenschaften des optoelektronischen
Bauelements . Zum anderen wird die Farbhomogenität über den Betrachtungswinkel verbessert .
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Körper konkav gekrümmte Seitenflächen auf .
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Körper gerade Seitenflächen auf , die senkrecht zum Substrat stehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die
Konversionsschicht eine homogene Dicke auf . Dies ist vorteilhaft, da dadurch eine einheitliche Intensität von wellenlängenkonvertiertem Sekundärlicht über den
Betrachtungswinkel erreicht werden kann. Damit ergibt sich auch ein weißes Mischlicht mit nahezu einheitlicher Farbtemperatur über alle Betrachtungswinkel .
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen seitlichen Verguss aus einem zweiten Matrixmaterial mit darin eingebetteten Streupartikeln auf . Als zweites Matrixmaterial kann
Silikon zum Einsatz kommen. Als Streupartikel können Ti02-Partikel zum Einsatz kommen . Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da das Primärlicht und das
Sekundärlicht , das das Bauelement in seitlicher Richtung verlässt in das Bauelement zurückreflektiert wird.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von hoch
viskosem Silikon als weiterem Matrixmaterial, da die Streupartikel vor dem Aushärten nicht sedimentieren sollen. Zusätzlich oder alternativ kann die
Geschwindigkeit der Sedimentation durch die Größe der Streupartikel beeinflusst werden. Je kleiner die
Streupartikel , desto langsamer sedimentieren die
Streupartikel . Zusätzlich oder alternativ kann die
Sedimentation durch ein sofortiges Härten nach dem
Vergießen beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der im
optoelektronischen Bauelement angeordnete Halbleiterchip auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basieren . Als Materialsystem kann GaN und InGaN zum Einsatz kommen . Die Halbleiterchips weisen mindestens eine aktive Zone auf , die elektromagnetische Strahlung emittiert . Die aktiven Zonen können pn-Übergänge , Doppelheterostruktur, Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQ ) , Einfach-
Quantentopfstruktur (SQW) sein. Quantentop struktur bedeutet : Quantentöpfe (3-dim) , Quantendrähte (2-dim) und Quantenpunkte (1-dim) .
Der Halbleiterchip kann als Oberflächenemitter,
insbesondere als sogenannter Dünnfilmchip ausgelegt sein. Oer Dünnfilmchip ist beispielsweise aus der
Offenlegungsschrift WO20C5081319A1 bekannt.
KU RZE B ES C H RE I B U N G D E R Z E I CH N U N G E N
Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende
Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm zweier alternativer
Herstellungsverfahren A bzw. B für ein optoelektronisches Bauelement ;
Figuren AI .1 , AI .2 , AI .3 , AI . , AI.5, A2 , A3 zeigen
Zwischenprodukte des Herstellungsverfahrens gemäß Alternative A in einer Schnittansicht ;
Figuren Bl .1, Bl .2 , B1.3, B2 , B3 zeigen Zwischenprodukte des Herstellungsverfahrens gemäß Alternative B in einer Schnittansicht ;
Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements hergestellt durch das Herstellungsverf hren gemäß Variante A in einer Schnittansicht ; Figur 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements hergestellt durch das Herstellungsverfahren gemäß Variante B in einer Schnittansicht;
Figur 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit optoelektronischen Bauelementen mit seitlichem Streuverguss in Draufsicht ;
Figuren 3b, 1 und 3b.2 zeigen je ein
Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit optoelektronischen Bauelementen mit seitlichem Streuverguss in einer Schnittansicht ;
Figuren 3c .1 und 3c .2 zeigen je ein
Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements mit seitlichem Streuverguss in einer Schnittansicht ;
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements mit seitlichem Streuverguss und einer Linse in einer Schnittansicht .
AU S F Ü H RU N G SB E I S P I E L E Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm zweier alternativer
Herstellungsverfahren A bzw. B für ein optoelektronisches Bauelement . Der Herstellungsprozess lässt sich in die Schritte Sl bis S4 aufgliedern. Die Schritte S5, S6 und S7 sind optional . Im Schritt Sl wird ein Halbleiterchip 110 in ein erstes flüssiges Matrixmaterial 112 mit darin homogen verteilten Leuchtstoff artikeln 114 eingebracht. In Figur 1 werden zwei alternative Wege, SAl und SB1, zur Ausführung des Verfahrensschritt Sl gezeigt.
Die erste Alternative SAl weist die Teilschritte SAl .1 , SAl.2, SAl.3, SAl . und SAl .5 auf.
In Teilschritt SAl .1 wird eine inelastische Platte 140 'mit darauf angeordneten elastischen Seitenwänden 142 bereitgestellt. Die elastischen Seitenwände 142 können Silikon, Fluorelastomere, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder ein thermoplastisches Elastomer aufweisen. Die elastischen Seitenwände 142 weisen keinen Schwefel auf . Das zum Teilschritt SAl .1 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur AI .1 dargestellt . Die elastischen
Seitenwände 142 schließen dicht mit der inelastischen Platte 140 ab und bilden so eine Kavität .
In Teilschritt SAl .2 wird die Kavität aus inelastischer Platte 140 und den elastischen Seitenwänden 142 aus einem Dispenser mit einem flüssigen Matrixmaterial 112 gefüllt . Als Matrixmaterial 112 kann ein Silikon, ein Epoxid oder ein Hybrid vorgesehen sein. In das Matrixmaterial 112 können Leuchtstoffpartikel 114 eingebracht sein. Als Leuchtstoff artikel 114 können Yttrium Aluminium Granat oder Orthosilikate oder zum Einsatz kommen . Das zum
Teilschritt SAl .2 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur AI .2 dargestellt . Die Leuchtstoffpartikel 114 können in dem Matrixmaterial 112 homogen verteilt sein. Die Kavität ist nur zu etwa % ihres Volumens mit dem Matrixmaterial 112 gefüllt .
In Teilschritt SAl .3 wird ein Substrat 102 mit einem darauf angeordneten Halbleiterchip 110 so auf die elastischen Seitenwände 142 der Kavität 103 aufgebracht, dass der Halbleiterchip 110 zur inelastischen Platte 140 weist. Das bestückte Substrat 102 wird in einem
Autoklaven oder in einem Vakuum auf die Kavität
aufgebracht . Der Halbleiterchip 110 kann zumindest teilweise in das erste Matrixmaterial 112 eintauchen. Das zum Teilschritt SA1.3 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur AI .3 dargestellt . Der Halbleiterchip 110 ist über eine Halbleiterchipkontaktschicht 104 mit dem Substrat 102 verbunden . Das Substrat 102 kann ein Keramiksubstrat sein. Auf dem Halbleiterchip 110 ist ein Kontaktpad 108 vorgesehen. Auf dem Substrat 102 ist ein Bondpad 106 angeordnet . Ein Bonddraht 116 schafft die elektrische Verbindung von Kontaktpad 108 und Bondpad 106. In dem Substrat 102 kann eine Kerbe 118 eingebracht sein.
In Teilschritt SA1.4 wird das von Substrat 102 ,
inelastischer Platte 140 und den elastischen Seitenwänden 142 gebildete Volumen, das mit dem flüssigen
Matrixmaterial 112 gefüllt ist, zusammengepresst . Die flexible Kavität 103 mit den elastischen Seitenwänden 142 folgt der Form des Keramiksubstrats 102. Es erfolgt durch das Zusammenpressen auch ein Ausgleich von
Volumenschwankunge . So kann eine eventuelle
Ungleichmäßigkeit im Substrat, insbesondere in Form einer Kerbe 118 , ausgeglichen werden. Das zum Teilschritt SA1.4 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur AI .4 dargestellt . Das aus elastischen Seitenwänden 142 , inelastischer
Platte 140 und Substrat 102 gebildete Volumen ist
vollständig mit dem Matrixmaterial 112 gefüllt . Die
Leuchtstoffpartikel 114 sind näherungsweise homogen verteilt . Die elastischen Seitenwände 142 sind durch den Anpressdruck verformt . Insbesondere sind die elastischen
Seitenwände 142 in Richtung zur Kavität ausgebeult und in Richtung senkrecht zur inelastischen Platte 140 verkürzt.
Im Teilschritt SA1.5 wird die geschlossene Einheit aus Substrat 102, inelastischer Platte 140 und elastischen Seitenwänden 142 in zusammengepressten Zustand um 180° gedreht. Die Drehung der Einheit erfolgt um eine Achse, die in der zwischen Halbleiterchip und Substrat
gebildeten Ebene liegt. Das zum Teilschritt SA1.5
gehörige Zwischenprodukt ist in Figur AI.5 dargestellt. Das Matrixmaterial 112 füllt nach wie vor das gesamte Volumen der geschlossenen Einheit aus. Die
Leuchtstoffpartikel 114 sind nach wie vor homogen im Matrixmaterial 112 verteilt. Die zweite Alternative SB1 weist die Teilschritte SB1.1, SB1.2, SB1.3 auf.
In Teilschritt SB1.1 wird ein Halbleiterchip 110 auf einem Substrat 102 bereitgestellt. Das zum Teilschritt SB1.1 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur Bl.l
dargestellt. Der Halbleiterchip 110 ist über die
Halbleiterchipkontaktschicht 104 elektrisch und
mechanisch mit dem Substrat 102 verbunden. Das Kontaktpad 108 auf dem Halbleitechip 110 ist über den Bonddraht 116 elektrisch leitend mit dem Bondpad 106 auf dem Substrat verbunde .
In Teilschritt SB1.2 wird eine Kavität 103 erzeugt, indem teilelastische Seitenwände 120 auf das Substrat 102 aufgesetzt werden. Das zum Teilschritt SB1.2 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur Bl .2 dargestellt. Die teilelastischen Seitenwände 120 schließen dicht mit dem Substrat 102 ab. Dadurch wird die avität geschaffen, die den Halbleiterchip 110 mit seinem Kontaktpad 108, den Bonddraht 116 und das Bond ad 106 vollständig aufnimmt .
Im Teilschritt SBl .3 wird das von Substrat 102 und teilelastischen Seitenwänden 120 gebildete Volumen mit einem flüssigen Matrixmaterial 112 gefüllt . Hierzu wird ein Dispenser 144 verwendet . In das erste Matrixmaterial 112 sind Leuchtstoffpartikel 114 eingebracht . Das zum Teilschritt SBl .3 gehörige Zwischenprodukt ist in Figur Bl .3 dargestellt . Der Halbleiterchip 110 mit seinem
Kontaktpad 108 , der Bonddraht 116 und das Bondpad 106 sind vollständig in dem Matrixmaterial 112 eingegossen. Die Leuchtstoffpartikel 114 sind näherungsweise homogen im ersten Matrixmaterial 112 verteilt . Vorteilhafterweise kann das flüssige Matrixmaterial 112 von oben dosiert werden. Das Substrat 102 taucht nicht mehr in das
flüssige Matrixmaterial 112 ein. Die Einheit aus Substrat 102 und teilelastischen Seitenwänden 120 muss vor dem Schritt zum Sediemtieren nicht mehr gedreht werden. Die Gefahr der Blasenbildung ist reduziert .
Im Schritt S2 werden die Leuchtstoffpartikel 114
sedimentiert . Die Sedimentation erfolgt über mehrere Stunden zwischen 1h und 12h bei leicht erhöhter
Temperatur zwischen 25°C und 70 °C . Die treibende Kraft, die auf die Leuchtstoffpartikel 114 wirkt , kann die
Schwerkraft sein. Alternativ kann die Sedimentation in einer Zentrifuge erfolgen. Die treibende Kraft ist hier die Zentrifugalkraft . Auch eine Kombination beider
Sedimentationsmethoden ist anwendbar . Die zum Schritt S2 gehörigen Zwischenprodukte sind in Figur A2 und B2 dargestellt . Auf der vom Substrat 102 abgewandten Fläche des Halbleiterchip 110, auf den nicht vom Halbleiterchip 110 bedeckten Bereichen der Halbleiterchipkontaktschicht 104, auf dem Kontaktpad 108, auf dem Bondpad 106 und auf freiliegenden Bereichen des Substrats 102 sind die
Leuchtstoffpartikel 114 sedimentiert . Es bildet sich eine Konversionsschicht 115. Das an die Konversionsschicht 115 angrenzende Matrixmaterial 112 ist nahezu klar. Mit anderen Worten sind zwischen der KonversionsSchicht 115 und der Grenzfläche Luft-Matrixmaterial 112 nur noch sehr wenige Leuchtstoffpartikel 114 im Matrixmaterial 112 vorhanden, Der Anteil an LeuchtstoffpartikeIn liegt bei 0 , 5%-5% Gewichtsprozent .
Im Schritt S3 wird das erste Matrixmaterial 112 mit der Leuchtstoffpartikel 114 aufweisenden KonversionsSchicht 115 ausgehärtet. Zunächst wird das erste Matrixmaterial 112 während einer Zeitspanne von 2 min bis 15 min
angehärtet. Anschließend erfolgt ein Nachhärten während einer Zeitspanne von 1 h bis 4 h.
Im Schritt S4 werden die Seitenwände 142 bzw. 120
abgezogen, Figur A3 und B3 zeigen die Zwischenprodukte während des Abziehens der seitlichen Wände 142 bzw. 120. Figur A3 zeigt das Zwischenprodukt im Falle von
elastischen Seitenwänden 142. Beim Abheben der
elastischen Seitenwände 142 relaxiert die elastische Verformung, Die elastischen Seitenwände 142 heben sich in einfacher Weise vom im ersten Matrixmaterial 112
eingegossenen Halbleiterchip 110 ab. Figur B3 zeigt das Zwischenprodukt im Falle von teilelastischen Seitenwänden 120. Die teilelastischen Seitenwände 120 können mit einer Antihaft-Beschichtung, insbesondere Teflon, versehen sein, wodurch sich das Ablösen der teilelastischen Seiten ände 120 vom eingegossenen Halbleiterchip 110 erleichtert .
Nach Ausführen von Schritt S4 ergeben sich
Ausführungsbeispiele des Endprodukts, das
optoelektronische Bauelement 100 bzw. das
optoelektronische Bauelement 101. Das Optoelektronisches Bauelement 100, 101, 200, 201 weist ein Substrat 102 auf, auf dem ein Halbleiterchip 110 angeordnet ist. Auf dem Halbleiterchip ist eine Schicht 115 aus
Leuchtstoffpartikel 114 sedimentiert . Ein Körper 146 aus ausgehärtetem Matrixmaterial 112 schließt den
Halbleiterchip 110 vollständig ein .
Figur 2a zeigt das optoelektronische Bauelement 100 das sich durch das Herstellungsverfahren mit dem Teilschritt SA1 ergibt . Der Körper 146 weist konkav gekrümmte
Seitenflächen 148 auf .
Figur 2b zeigt das optoelektronische Bauelement 101 das sich durch das Herstellungsverfahren mit dem Teilschritt SB1 ergibt . Der Körper 146 weist gerade Seitenflächen 148 auf , die senkrecht zum Substrat 102 stehen .
Figur 2a unterscheidet sich von Figur 2b nur durch die seitliche Form des ausgehärteten Matrixmaterials 112. Da diese seitliche Form keinen Einfluss auf die
Eigenschaften der optoelektronischen Bauelemente 100 bzw . 101 hat, werden im Folgenden Figur 2b und Figur 2a gemeinsam beschrieben.
Die Konversionsschicht 115 weist eine Konzentration von LeuchtstoffPartikeln 114 von 20%- 95% Gewichtsprozent auf . Die Leuchtstoffpartikel 114 der Konversionsschicht 115 sind in ein Matrixmaterial 112, insbesondere in ein Silikon, in ein Epoxid oder in ein Hybrid, eingebettet. Die Konversionsschicht 115 weist eine homogene Dicke von 5 πι - 120μπ\ auf. Im optionalen Schritt S5 wird der mit dem Matrixmaterial 112 vollständig vergossene Halbleiterchip 110 mit einem weiteren Matrixmaterial 130 seitlich vergossen. Das weitere Matrixmaterial 130 kann härter sein als das Matrixmaterial 112. Im weiteren Matrixmaterial 130 sind Streupartikel 132 homogen verteilt. Figuren 3a, 3b .1 und 3b.2 zeigen das Produkt nach Ausführung von Schritt S5. Figur 3a zeigt eine Draufsicht auf ein Produkt mit vier optoelektronischen Bauelementen 100, 101. Zwischen den optoelektronischen Bauelementen 100, 101 ist das
ausgehärtete, weitere Matrixmaterial 130 angeordnet.
Figur 3b.1 und Figur 3b.2 zeigen schematische seitliche Schnittansichten des Produkts. Der überwiegende Teil des Primariichts und des von der KonversionsSchicht 115 emittierten Sekundärlichts verlassen das
optoelektronische Bauelement 100 bzw. 101 durch das im wesentlichen klare Matrixmaterial 112 auf der vom
Substrat 102 abgewandten Fläche des Halbleiterchips 110. Seitlich emittiertes Mischlicht kann in den Bereich mit dem weiteren, härteren Matrixmaterial 130 , eindringen. Die im weiteren Matrixmaterial 130 eingebetteten
Streupartikel 132 können das Mischlicht zurückstreuen . Das zurück gestreute Mischlicht kann zumindest teilweise das optoelektronische Bauelement verlassen.
In einem optionalen Schritt S6 kann die in Figur 3a, Figur 3b .1 und Figur 3b.2 gezeigte Anordnung mit mehreren vergossenen Halbierterchips 110 in einzelne optoelektronische Bauelemente 200 bzw. 201 getrennt werden. Dies kann durch einen Sägeprozess, insbesondere Lasersägen, erreicht werden. Das Ergebnis des Schritt S6 ist in Figur 3c .1 und Figur 3c.2 gezeigt . Figur 3c .1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Bauelements 200 das durch Vereinzeln aus der Anordnung in Figur 3b.1 hervorgeht . Figur 3c .2 zeigt ein
Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 201 das durch Vereinzeln aus der Anordnung in Figur 3b.2 hervorgeht .
Im optionalen Schritt S7 wird eine Linse 150 auf den vergossenen Halbleiterchip 110 aufgesetzt . Der Schritt S7 kann sich direkt an den Schritt S4 , direkt an den Schritt S5 oder direkt an den Schritt S6 anschließen. Das
Aufsetzen der Linse 150 kann durch Übermolden eines klaren Vergussmaterials , insbesondere Silikon, auf den vergossenen Halbleiterchip 110 erfolgen . Im in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Linse 150 auf das in Figur 3c .1 gezeigte optoelektronische Bauelement 200 aufgesetzt . Das klare Vergussmaterial der Linse 150 ist härter als das Matrixmaterial 112 mit dem der
Halbleiterchip 110 vergossen ist . Dies erleichtert das Handling bei der Formgebung der Linse . Die Linse 150 überlappt mit den Bereichen des weiteren Matrixmaterials 130 in das die Streupartikel 132 eingebettet sind. Dies erhöht den Anteil an Mischlicht, das von der Linse 150 eingesammelt werden kann. Bezugszeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
101 optoelektronisches Bauelement 102 Substrat
103 Kavität
104 Halbleiterchipkontaktschicht 106 Bondpad auf Substrat
108 Kontaktpad auf Halbleiterchip 110 Halbleiterchip
112 Matrixmaterial (weich)
114 Leuchtstoff artikel
115 Konversionsschicht
116 Bonddraht
118 Kerbe im Substrat
120 teiielastische Seitenwände
130 weiteres Matrixmaterial (hart)
132 Streupartikel
140 inelastische Platte
142 elastische Seitenwände 144 Dispenser
146 Körper
148 Seitenflächen des Körpers
150 abbildende Optik (Linse) 200 optoelektronisches Bauelement
201 optoelektronisches Bauelement

Claims

PAT E NTAN S P R Ü C H E
1, Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (100, 101, 200, 201) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Kavität (103) ;
- Einbringen eines flüssigen Matrixmaterials (112) mit darin verteilten Leuchtstoff artikeln (114) in die Kavität (103);
- Einbringen eines Halbleiterchips (110) in das
Matrixmaterial (112) ;
- Sedimentieren der Leuchtstoffpartikel (114) im
Matrixmaterial (112) ;
- Aushärten des Matrixmaterials (112) , wobei eine Leuchtstoffpartikel (114) aufweisende
Konversionsschicht (115) erzeugt wird, die auf dem
Halbleiterchip (110) angeordnet ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nach dem
Aushärten des Matrixmaterials (112) die Kavität (103) entfernt wird.
3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei die
Kavität (103) durch die Anordnung von elastischen Seitenwänden (142) auf eine inelastische Platte (140) erzeugt wird.
4. Verfahren gemäß Patentanspruch 3, wobei ein Substrat (102) mit einem darauf angeordneten Halbleiterchip
(110) auf die elastischen Seitenwände (142) der
Kavität (103) so aufgebracht wird, dass der Halbieiterchip (110) zur inelastischen Platte (140) weist .
5. Verfahren gemäß Patentanspruch 4 , wobei das von dem Substrat (102) , der inelastischen Platte (140) und den elastischen Seitenwänden (142) gebildete Volumen, das mit dem Matrixmaterial (112) gefüllt ist,
zusammengepresst wird .
6. Verfahren gemäß Patentanspruch 5, wobei die Einheit aus Substrat (102) , inelastischer Platte (140) und elastischen Seitenwänden (142) in zusammengepresstem
Zustand um eine Achse , die in der zwischen
Halbleiterchip (110) und Substrat (102) gebildeten Ebene liegt , um 180° gedreht wird.
7. Verfahren gemäß Patentanspruch 2 , wobei das
Entfernen der Kavität (103 ) durch das Ablösen der
Einheit aus elastischen Seitenwänden ( 142 ) und
inelastischer Platte (140) vom Substrat (102) erfolgt .
8. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , wobei die Kavität (103) durch die Anordnung von teilelastischen
Seitenwänden (120) auf einem Substrat (102) erzeugt wird, wobei auf dem Substrat (102) ein Halbleiterchip (110) angeordnet ist .
9. Verfahren gemäß Patentanspruch 8 , wobei das
Entfernen der Kavität (103) durch das Ablösen der teilelastischen Seitenwände (120) vom Substrat (102) erfolgt .
10. Verfahren gemäß einem der vorigen
Patentansprüche , wobei das optoelektronische
Bauelement ( 100 , 101) mit einem weiteren Matrixmaterial (130) , in das Streupartikel (132) eingebracht sind, seitlich vergossen wird.
11. Verfahren gemäß einem der vorigen Patentansprüche, wobei eine abbildende Optik (150) , insbesondere eine Linse, auf das optoelektronische Bauelement (100, 101) aufgebracht wird.
12. Optoelektronisches Bauelement (100, 101 , 200 ,
201) mit;
- einem Substrat (102) ,
- einem auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchip
(110) ,
- einer auf dem Halbleiterchip sedimentierten Schicht (115) aus Leuchtstoffpartikel (114) und
- einem Körper (146) aus ausgehärtetem Matrixmaterial (112) , der den Halbleiterchip (110) vollständig
einschließt .
13. Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 12 , wobei der Körper (146) konkav gekrümmte Seitenflächen (148) aufweist .
14. Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 12 , wobei der Körper (146) gerade Seitenflächen (148) aufweist, die senkrecht zum Substrat (102) stehen.
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