WO2012126852A1 - Anschlussträger für halbleiterchips und halbleiterbauelement - Google Patents

Anschlussträger für halbleiterchips und halbleiterbauelement Download PDF

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Raimund Oberschmid
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Definitions

  • Connection carrier for semiconductor chips and semiconductor component The present application relates to a connection carrier for at least one semiconductor chip and to a semiconductor component with such a connection carrier.
  • connection carrier with two contacts on the underside and are in electrical contact
  • mechanical stresses for example due to a thermal expansion of the connection carrier or a connection
  • connection carrier Bending of the connection carrier as a result of mechanical stress, cause one of the electrical
  • Connection carrier dissolves and the semiconductor chip fails.
  • One object is to provide a connection carrier, in which the risk that a connection to a on the
  • Connection carrier attached semiconductor chip dissolves, is reduced.
  • a connection carrier for at least one semiconductor chip has a carrier body with a main surface. On the main surface are a first
  • Connection carrier has a mechanical Decoupling on, in particular for it
  • Terminal surface in particular to a connection region of the first pad to reduce.
  • Connection area is preferably for electrical connection with an electrical contact of a
  • connection layer between the first pad and the contact of the semiconductor chip in the connection region directly adjacent to the first pad.
  • a mechanical decoupling device is understood to mean, in particular, in general a region of the connection carrier which is provided, at least in a region intended for the attachment of a semiconductor chip, during a bending of the carrier body and / or one
  • the recess is preferably formed on the part of the main surface of the connection carrier. In a vertical direction, ie in a direction perpendicular to
  • Main surface of the connection carrier extending direction, the recess preferably does not extend completely through the carrier body.
  • Filler preferably has a smaller one
  • the filler is softer than the material of the carrier body.
  • the modulus of elasticity of the filling material is at most 0.7 times, more preferably at most 0.5 times, the modulus of elasticity of the filling material
  • Carrier body By means of the compared with the support body softer filling material acting on the support body mechanical stresses, such as compressive or tensile stresses, only to a lesser extent on the
  • the mechanical decoupling device is formed by means of a bead.
  • the bead is preferably formed in the filler, with which the recess is filled.
  • the bead can also be formed in the carrier body itself.
  • Carrier body is mechanically decoupled.
  • connection carrier In a plan view of the connection carrier, the recess preferably overlaps with the first connection surface.
  • connection region is preferably arranged completely within the recess. Further preferably, the
  • connection carrier Recess in view of the connection carrier with the first connection surface and with the second connection surface
  • the expansion of the recess can amount to 50% or more of the base area of the semiconductor chip to be fastened in a plan view of the connection carrier.
  • the recess may project beyond the lateral extent of the semiconductor chip
  • the mechanical decoupling means by means of a meandering
  • the mechanical decoupling device is formed by means of the meandering region and the recess, the recess preferably at least
  • the mechanical decoupling device is formed by means of a region of the first connection surface, in which the first connection surface rests freely on the main surface. In other words, the region of the first connection surface is not mechanically connected directly to the main surface of the carrier, so that a bending stress of the carrier body in the
  • connection area of the first pad which is intended for the attachment of the semiconductor chip, only
  • the second connection surface is preferably larger than the first connection surface.
  • the second is preferred
  • Pad at least 1.5 times as large, more preferably at least 3 times as large as the first
  • the mechanically stable attachment of the semiconductor chip preferably takes place predominantly via the second connection area.
  • the first interface is
  • connection to the semiconductor chip does not dissolve even with a mechanical load on the connection carrier.
  • an outer border of the second connecting surface has at least two points, wherein an imaginary direct connecting line extending between these points lies outside the second
  • Connecting surface runs. An embodiment in which the second connection surface is substantially larger than the first one
  • the second connection area surrounds the first connection area, in particular the connection area, in regions.
  • a semiconductor component with such a connection carrier preferably has at least one semiconductor chip, particularly preferably a plurality of, in particular, optoelectronic semiconductor chips.
  • the at least one semiconductor chip has, on a bottom side facing the connection carrier, a first contact and a second contact, the first contact being electrically conductively connected to the first connection area and the second contact being electrically conductively connected to the second connection area.
  • Figures 1A and 1B a first embodiment of a
  • Figure 4B Semiconductor component with a connection carrier in a schematic plan view (Figure 4B) and associated sectional view along the line C-C (Figure 4A);
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of a
  • a semiconductor device 8 according to the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B has one
  • Connection carrier 1 on which a semiconductor chip 7 is attached.
  • Laser diode semiconductor chip may be configured, a first contact 71 and a second contact 72, through which
  • Applying an external electrical voltage charge carriers can be injected into the semiconductor chip 7 and there by emitting radiation in one for generating radiation provided active area (not explicitly shown) can recombine.
  • the contacts 71, 72 are arranged on a side of the semiconductor chip facing the connection carrier 1. For example, a metal layer or a layer sequence with several is suitable for the contacts
  • the contacts can be applied by vapor deposition or sputtering.
  • the contacts or at least one layer thereof may, for example, contain gold or consist of gold.
  • connection carrier 1 has a carrier body 2 with a main surface 20 facing the semiconductor chip.
  • an insulating layer 4 On the main surface of an insulating layer 4 is formed, for example, an oxide layer, such as a
  • Silicon oxide layer or a nitride layer such as one
  • a first connection surface 31 and a second connection surface 32 spaced from the first connection surface and electrically insulated are formed on the side of the insulating layer 4 facing away from the carrier body 2.
  • connection layer 6 for example a solder layer or an electrically conductive adhesive layer
  • connection layer 6 for example a solder layer or an electrically conductive adhesive layer
  • the first connection surface 31 with the first contact 71 and the second connection surface 32 with the second contact 72 are electrically connected.
  • the first connection surface has a connection region 313 which is provided for connection to the first contact 71 and in which the
  • a solder such as a tin-containing solder such as an indium tin solder, is suitable for the bonding layer 6 or a gold-tin solder (eutectic melting point at about 280 ° C).
  • the pads 31, 32 for example, copper is suitable.
  • the thickness of the pads is preferably between 10 ⁇ and including 60 ⁇ .
  • connection carrier 1 has a mechanical
  • Embodiment is formed by means of a recess 21.
  • the recess is formed in the carrier body 2 from the main surface 20.
  • the recess is filled with a filling material 31.
  • a modulus of elasticity of the filler is
  • the modulus of elasticity of the filler material may also be smaller than that by a factor of 10 or more
  • the filling material can be filled into the recess 21, for example, cast or pressed, be or fixed in already prefabricated form on the support body 2, for example by means
  • the filling material 31 is preferably designed to be electrically insulating. Conveniently, the filler material
  • the filling material 31 may be, for example, an elastomer or an elastomer alloy, a rubber or a silicate
  • the mechanical decoupling device 5 is such
  • Connection to the first contact 71 of the semiconductor chip is not overstressed.
  • Bonding layer of 100 N / mm 2 the maximum stress due to tensile or shear forces shall not exceed 0.4 N.
  • connection carrier 1 In plan view of the connection carrier 1 overlaps the
  • connection carrier 1 Top view of the connection carrier 1, the connection region 313 and further also the first contact 71 is disposed completely within the recess 21, so that the
  • connection region 313 and thus the connection between the first contact 71 and the connection carrier 1 is mechanically decoupled from the carrier 2 by means of the mechanical decoupling device 5.
  • Feed region 314 of the first connection surface 31 projects beyond the recess 21 in a plan view.
  • an outer border 321 of the second connection layer 32 extends along three side surfaces 310a, 310b, 310c of the first connection surface 31, wherein the side surface 310b connects the opposite and preferably mutually parallel side surfaces 310a and 310c.
  • Terminal surface 32 thus surrounds the first connection surface 31, in particular the connection region 313.
  • a considerably larger second connection surface 32 is realized in a simple manner compared to the first connection surface 31.
  • the second pad is preferably at least 1.5 times as large as the first pad, especially
  • the second connection surface is used
  • Pad 31 is the second pad 32nd
  • Outline 321 of the second pad outside the second pad and in places extends through the first pad 31.
  • the carrier body 2 may be formed by means of an electrically conductive material, for example by means of a sheet, which preferably has a thickness of between 100 ⁇ and 1 mm, preferably between 200 ⁇ inclusive and including 500 ⁇ , for example, a thickness of about 200 ⁇ , may have.
  • the carrier body 2 and an electrically insulating material find application, for example a
  • Plastic which is preferably relatively thick, for example, with a thickness between 0.3 mm and 1.5 mm, and tough and further ensures a high heat dissipation.
  • an electrically insulating carrier body is the
  • Insulation layer 4 is not required and can, as shown in Figure 3, also be omitted.
  • an acrylic glass for example, an acrylic glass, a polystyrene (also
  • Polystyrene or a polyamide.
  • a modulus of elasticity of the carrier body is preferably between 1 GPa inclusive and 50 GPa inclusive.
  • An electrically insulating support body 2 is preferably formed with respect to its voltage breakdown strength such that it meets the requirements for a fully insulated device even at one of the connection surfaces 31, 32nd
  • applied grid potential such as 220 V
  • the carrier body may also be multi-layered.
  • a plastic on the underside with a stiffening metal layer such as a metal sheet, such as an iron sheet, be underlaid or glued.
  • the metal layer in particular the
  • Sheet metal for example, may have a thickness of between 0.3 mm and 0.8 mm inclusive. For a simplified illustration, only a region of the connection carrier is shown on which a semiconductor chip 7
  • connection carrier 1 is attached.
  • connection carrier 1 is attached to the connection carrier 1 and electrically conductively connected thereto, for example at least partially
  • An LED semiconductor chip lighting chain for example for the LED general lighting, can be produced in a particularly cost-effective manner.
  • Terminal surface 31 are formed, for example by pressing.
  • the bead 52 causes a spring action, by acting on the carrier body 2 mechanical stresses in relation to the transmission to the connection of the first
  • the bead has, relative to the main surface 20 of the carrier body, at least one recess 521 and an elevation 522.
  • the shape of the first connection surface 31 follows the shape of the bead 52. From the
  • the bead can also be formed directly in the carrier body 2.
  • the third exemplary embodiment of a semiconductor component shown in FIG. 3 essentially corresponds to the first embodiment described in connection with FIG. 1
  • connection carrier 1 The lateral extent of the recess is illustrated in the figure by means of an arrow 55. Deviating from the described embodiment, the
  • Recess 21 extend at least along a lateral direction completely over the semiconductor chip 7 also and thus have a greater extent than that
  • Recess 21 is particularly useful when the thermal conductivity of the filler 51 is as high as or at least only slightly, for example by at most 30%, less than the thermal conductivity of the material of the carrier body 2.
  • the protection of the compound of the filler 51 is as high as or at least only slightly, for example by at most 30%, less than the thermal conductivity of the material of the carrier body 2.
  • the carrier body 2 is electrically insulating, so that a
  • Insulating layer on the main surface 20 of the carrier body is not required. Deviating from that
  • Carrier body 2 may be formed electrically conductive in this embodiment and a running as described in connection with Figures 1A and 1B
  • Insulation layer 4 have.
  • the fourth exemplary embodiment illustrated in FIGS. 4A and 4B substantially corresponds to that in FIG.
  • Decoupling device 5 by means of a meandering
  • Area 33 of the first pad 31 is formed.
  • the meandering region is formed between the supply region 314 and the connection region 313.
  • a recess 21 is partially in the carrier body 2
  • the recess 21 extends between the first connection surface 31 and the second connection surface 32.
  • the recess 21 extends along two
  • Bend period for the meandering area shown can also be two or more such bending periods, for example, between 2 and inclusive 5
  • a columnar region 53 of the carrier body 2 is formed.
  • the columnar region 53 with the meandering region 33 formed thereon as electrical supply leads to a spring action which leads to a mechanical decoupling of the connection to the first contact 71 from the carrier body 2.
  • the recess 21 can
  • the spring action may be formed for example by milling, for example, with a fine end mill, or embossing.
  • Recess at least partially laterally overhanging recess be formed (not explicitly shown in the figure). Such a recess can be produced, for example, by etching.
  • the recess 21 is in this embodiment
  • Figures 1A and 1B described first embodiment.
  • the carrier body 2 is free of a recess.
  • the mechanical decoupling device 5 is by means of a freely resting portion 34 of the first
  • Pad 31 is formed.
  • the connecting portion 313 is disposed entirely within the exposed portion 34. In the free-lying area there is no direct frictional connection between the first
  • Pad 31 is only partially attached to the support body 2, for example, glued, is.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

Es wird ein Anschlussträger (1) für zumindest einen Halbleiterchip (7) angegeben, wobei der Anschlussträger einen Trägerkörper (2) mit einer Hauptfläche (20) aufweist. Auf der Hauptfläche sind eine erste Anschlussfläche (31) und eine von der ersten Anschlussfläche beabstandete zweite Anschlussfläche (32) ausgebildet. Der Anschlussträger weist eine mechanische Entkopplungseinrichtung (5) auf, die dafür vorgesehen ist, eine Übertragung von mechanischen Kräften von dem Trägerkörper auf zumindest einen Bereich der ersten Anschlussfläche zu verringern. Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement (8) mit einem solchen Anschlussträger angegeben.

Description

Beschreibung
Anschlussträger für Halbleiterchips und Halbleiterbauelement Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Anschlussträger für zumindest einen Halbleiterchip sowie ein Halbleiterbauelement mit einem solchen Anschlussträger.
Bei optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise LED- Chips, die mit zwei Kontakten an der Unterseite an einem Anschlussträger befestigt und elektrisch kontaktiert sind, können mechanische Spannungen, beispielsweise aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Anschlussträgers oder einer
Verbiegung des Anschlussträgers infolge einer mechanischen Belastung, dazu führen, dass sich eine der elektrischen
Verbindungen zwischen dem Halbleiterchip und dem
Anschlussträger löst und der Halbleiterchip ausfällt.
Eine Aufgabe ist es, einen Anschlussträger anzugeben, bei dem die Gefahr, dass sich eine Verbindung zu einem an dem
Anschlussträger befestigten Halbleiterchip löst, vermindert ist .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Aus führungs form weist ein Anschlussträger für zumindest einen Halbleiterchip einen Trägerkörper mit einer Hauptfläche auf. Auf der Hauptfläche sind eine erste
Anschlussfläche und eine von der ersten Anschlussfläche beabstandete zweite Anschlussfläche ausgebildet. Der
Anschlussträger weist eine mechanische Entkopplungseinrichtung auf, die insbesondere dafür
vorgesehen ist, eine Übertragung von mechanischen Kräften von dem Trägerkörper auf zumindest einen Bereich der ersten
Anschlussfläche, insbesondere auf einen Verbindungsbereich der ersten Anschlussfläche, zu verringern. Der
Verbindungsbereich ist vorzugsweise für die elektrische Verbindung mit einem elektrischen Kontakt eines
Halbleiterchips vorgesehen, wobei eine Verbindungsschicht zwischen der ersten Anschlussfläche und dem Kontakt des Halbleiterchips im Verbindungsbereich unmittelbar an die erste Anschlussfläche angrenzt.
Unter einer mechanischen Entkopplungseinrichtung wird insbesondere allgemein ein Bereich des Anschlussträgers verstanden, der dafür vorgesehen ist, zumindest in einem für die Befestigung eines Halbleiterchips vorgesehenen Bereich bei einer Biegung des Trägerkörpers und/oder einer
Temperaturänderung des Trägerkörpers auftretende mechanische Spannungen gezielt abzuschwächen. Die unmittelbare
Kraftübertragung auf einen für eine Verbindung mit einem Halbleiterchip vorgesehenen Bereich der ersten
Anschlussfläche bei Einwirken einer mechanischen Kraft auf den Trägerkörper ist im Vergleich zu einem unstrukturierten, homogen ausgebildeten Trägerkörper mit einer darauf
aufgebrachten Anschlussfläche abgeschwächt.
Die Gefahr, dass sich ein an dem Anschlussträger,
insbesondere an der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche befestigter und elektrisch kontaktierter Halbleiterchip bei Temperaturschwankungen und/oder bei einer mechanischen Belastung des Trägerkörpers ablöst, ist so vermindert. Auch bei unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten für den Anschlussträger und den Halbleiterchip ist eine dauerhafte und zuverlässige
elektrische Verbindung gewährleistet.
In einer Ausgestaltungsvariante ist die mechanische
Entkopplungseinrichtung mittels einer Ausnehmung in dem
Trägerkörper gebildet. Die Ausnehmung ist vorzugsweise seitens der Hauptfläche des Anschlussträgers ausgebildet. In einer vertikalen Richtung, also in einer senkrecht zur
Hauptfläche des Anschlussträgers verlaufenden Richtung, erstreckt sich die Ausnehmung vorzugsweise nicht vollständig durch den Trägerkörper hindurch.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Ausnehmung
zumindest teilweise mit einem Füllmaterial befüllt. Das
Füllmaterial weist vorzugsweise einen geringeren
Elastizitätsmodul auf als der Trägerkörper. Mit anderen
Worten ist das Füllmaterial weicher als das Material des Trägerkörpers. Vorzugsweise beträgt der Elastizitätsmodul dei Füllmaterials höchstens das 0,7-Fache, besonders bevorzugt höchstens das 0,5-Fache des Elastizitätsmoduls des
Trägerkörpers. Mittels des verglichen mit dem Trägerkörper weicheren Füllmaterials können sich auf den Trägerkörper wirkende mechanische Spannungen, beispielsweise Druck- oder Zugspannungen, nur in einem verminderten Ausmaß auf die
Verbindung zu zumindest einem elektrischen Kontakt des
Halbleiterchips auswirken.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels einer Sicke gebildet. Die Sicke ist vorzugsweise in dem Füllmaterial ausgebildet, mit dem die Ausnehmung befüllt ist. Die Sicke kann aber auch in dem Trägerkörper selbst ausgebildet sein. Mittels der Sicke kann eine Federwirkung erzielt werden, wodurch der Verbindungsbereich der ersten Anschlussfläche von dem
Trägerkörper mechanisch entkoppelt wird.
In Aufsicht auf den Anschlussträger überlappt die Ausnehmung vorzugsweise mit der ersten Anschlussfläche. Insbesondere ist der Verbindungsbereich vorzugsweise vollständig innerhalb der Ausnehmung angeordnet. Weiterhin bevorzugt kann die
Ausnehmung in Aufsicht auf den Anschlussträger mit der ersten Anschlussfläche und mit der zweiten Anschlussfläche
überlappen. Die Ausdehnung der Ausnehmung kann in Aufsicht auf den Anschlussträger 50 % oder mehr der Grundfläche des zu befestigenden Halbleiterchips betragen.
Zumindest in einer lateralen Richtung kann die Ausnehmung die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips überragen,
beispielsweise um zwischen einschließlich 1 % und
einschließlich 50 %, bevorzugt um zwischen einschließlich 1 % und einschließlich 30 %, der lateralen Ausdehnung des
Halbleiterchips entlang dieser Richtung.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels eines mäanderförmig
verlaufenden Bereichs der ersten Anschlussfläche gebildet. Mittels des mäanderförmigen Bereichs kann eine Schubspannung zwischen den Kontakten des Halbleiterchips durch eine
Federwirkung gemildert werden.
Bevorzugt ist die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels des mäanderförmig verlaufenden Bereichs und der Ausnehmung gebildet, wobei die Ausnehmung vorzugsweise zumindest
bereichsweise entlang einer äußeren Umrandung des
mäanderförmig verlaufenden Bereichs ausgebildet ist. Die Ausnehmung kann befüllt oder unbefüllt ausgebildet sein. In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels eines Bereichs der ersten Anschlussfläche gebildet, in dem die erste Anschlussfläche auf der Hauptfläche frei aufliegt. Mit anderen Worten ist der Bereich der ersten Anschlussfläche nicht unmittelbar mit der Hauptfläche des Trägers mechanisch verbunden, sodass sich eine Biegebeanspruchung des Trägerkörpers in dem
Verbindungsbereich der ersten Anschlussfläche, der für die Befestigung des Halbleiterchips vorgesehen ist, nur
vermindert auswirkt.
Die zweite Anschlussfläche ist vorzugsweise größer als die erste Anschlussfläche. Bevorzugt ist die zweite
Anschlussfläche mindestens 1,5-fach so groß, besonders bevorzugt mindestens 3-fach so groß wie die erste
Anschlussfläche. Die mechanisch stabile Befestigung des Halbleiterchips erfolgt vorzugsweise überwiegend über die zweite Anschlussfläche. Die erste Anschlussfläche ist
vorzugsweise so ausgeführt, dass sich die Verbindung zu dem Halbleiterchip auch bei einer mechanischen Belastung des Anschlussträgers nicht löst.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist eine äußere Umrandung der zweiten Anschlussfläche zumindest zwei Punkte auf, wobei eine zwischen diesen Punkten verlaufende gedachte direkte Verbindungslinie außerhalb der zweiten
Anschlussfläche und weiterhin bevorzugt durch die erste
Anschlussfläche verläuft. Eine Ausgestaltung, bei der die zweite Anschlussfläche wesentlich größer als die erste
Anschlussfläche ist, ist so auf einfache Weise erzielbar.
In einer bevorzugten Weiterbildung verläuft die äußere
Umrandung der zweiten Anschlussfläche zumindest bereichsweise entlang von zumindest zwei Seitenflächen, besonders bevorzugt entlang von drei Seitenflächen der ersten Anschlussfläche. Mit anderen Worten umgreift die zweite Anschlussfläche die erste Anschlussfläche, insbesondere den Verbindungsbereich, bereichsweise.
Ein Halbleiterbauelement mit einem solchen Anschlussträger weist vorzugsweise zumindest einen Halbleiterchip, besonders bevorzugt eine Mehrzahl von insbesondere optoelektronischen Halbleiterchips auf. Der zumindest eine Halbleiterchip weist auf einer dem Anschlussträger zugewandten Unterseite einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, wobei der erste Kontakt mit der ersten Anschlussfläche und der zweite Kontakt mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch leitend verbunden ist.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement mit einem Anschlussträger in schematischer Aufsicht (Figur 1B) und zugehöriger
Schnittansicht entlang der Linie A-A' (Figur 1A) ;
Figuren 2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement mit einem Anschlussträger in schematischer Aufsicht (Figur 2B) und zugehöriger
Schnittansicht entlang der Linie B-B' (Figur 2A) ; Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement mit einem Anschlussträger in schematischer Schnittansicht; Figuren 4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement mit einem Anschlussträger in schematischer Aufsicht (Figur 4B) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie C-C (Figur 4A) ; Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement in schematischer
Schnittansicht .
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/oder zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Ein Halbleiterbauelement 8 gemäß dem in den Figuren 1A und 1B dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist einen
Anschlussträger 1 auf, an dem ein Halbleiterchip 7 befestigt ist. Auf einer dem Anschlussträger 1 zugewandten Unterseite des Halbleiterchips 7 weist der Halbleiterchip, der
beispielsweise als ein LED-Halbleiterchip oder als ein
Laserdioden-Halbleiterchip ausgeführt sein kann, einen ersten Kontakt 71 und einen zweiten Kontakt 72 auf, über die durch
Anlegen einer externen elektrischen Spannung Ladungsträger in den Halbleiterchip 7 injiziert werden können und dort unter Emission von Strahlung in einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (nicht explizit dargestellt) rekombinieren können. Die Kontakte 71, 72 sind an einer dem Anschlussträger 1 zugewandten Unterseite des Halbleiterchips angeordnet. Für die Kontakte eignet sich beispielsweise eine Metallschicht oder eine Schichtfolge mit mehreren
Metallschichten. Die Kontakte können durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht sein. Die Kontakte oder zumindest eine Schicht davon kann beispielsweise Gold enthalten oder aus Gold bestehen.
Der Anschlussträger 1 weist einen Trägerkörper 2 mit einer dem Halbleiterchip zugewandten Hauptfläche 20 auf. Auf der Hauptfläche ist eine Isolationsschicht 4 ausgebildet, beispielsweise eine Oxidschicht, etwa eine
Siliziumoxidschicht oder eine Nitridschicht, etwa eine
Siliziumnitridschicht. Auf der dem Trägerkörper 2 abgewandten Seite der Isolationsschicht 4 sind eine erste Anschlussfläche 31 und eine von der ersten Anschlussfläche beabstandete und elektrisch isolierte zweite Anschlussfläche 32 ausgebildet.
Mittels einer Verbindungsschicht 6, beispielsweise einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, sind die erste Anschlussfläche 31 mit dem ersten Kontakt 71 und die zweite Anschlussfläche 32 mit dem zweiten Kontakt 72 elektrisch leitend verbunden. Die erste Anschlussfläche weist einen Verbindungsbereich 313 auf, der für die Verbindung mit dem ersten Kontakt 71 vorgesehen ist und in dem die
Verbindungsschicht 6 unmittelbar an die erste
Anschlussschicht angrenzt.
Für die Verbindungsschicht 6 eignet sich beispielsweise ein Weichlot, etwa ein Zinn-haltiges Lot wie ein Indium-Zinn-Lot oder ein Gold-Zinn-Lot ( eutektischer Schmelzpunkt bei etwa 280° C) .
Für die Anschlussflächen 31, 32 eignet sich beispielsweise Kupfer. Die Dicke der Anschlussflächen liegt bevorzugt zwischen einschließlich 10 μπι und einschließlich 60 μπι.
Der Anschlussträger 1 weist eine mechanische
Entkopplungseinrichtung 5 auf, die in diesem
Ausführungsbeispiel mittels einer Ausnehmung 21 gebildet ist. Die Ausnehmung ist von der Hauptfläche 20 her im Trägerkörper 2 ausgebildet. Die Ausnehmung ist mit einem Füllmaterial 31 befüllt. Ein Elastizitätsmodul des Füllmaterials ist
vorzugsweise höchstens 0,7-fach so groß, besonders bevorzugt höchstens halb so groß wie ein Elastizitätsmodul des
Trägerkörpers 2. Der Elastizitätsmodul des Füllmaterials kann auch um einen Faktor 10 oder mehr kleiner sein als der
Elastizitätsmodul des Trägerkörpers. Das Füllmaterial kann in die Ausnehmung 21 eingefüllt, beispielsweise eingegossen oder eingepresst, sein oder in bereits vorgefertigter Form an dem Trägerkörper 2 befestigt sein, beispielsweise mittels
Einklebens in die Ausnehmung 21.
Das Füllmaterial 31 ist vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist das Füllmaterial
zusätzlich zu einem geringen Elastizitätsmodul auch eine hohe thermische Leitfähigkeit auf.
Das Füllmaterial 31 kann beispielsweise ein Elastomer oder eine Elastomer-Legierung, ein Gummi oder ein Silikat
enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Der
Elastizitätsmodul des Füllmaterials beträgt bevorzugt
zwischen einschließlich 0,01 GPa und einschließlich 1 GPa. Die mechanische Entkopplungseinrichtung 5 ist derart
ausgebildet, dass die mechanische Belastbarkeit der
Verbindung zum ersten Kontakt 71 des Halbleiterchips nicht überbeansprucht wird. Beispielsweise sollte bei einem Kontakt der Größe von (0,6 mm) 2 und einer Haftfestigkeit der
Verbindungsschicht von 100 N/mm2 die maximale Beanspruchung durch Zug- oder Scherkräfte 0,4 N nicht überschreiten.
In Aufsicht auf den Anschlussträger 1 überlappt die
Ausnehmung 21 mit der ersten Anschlussfläche 31. In Aufsicht auf das Halbleiterbauelement 8 verlaufen der
Verbindungsbereich 313 und der erste Kontakt 71
deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich. In
Aufsicht auf den Anschlussträger 1 ist der Verbindungsbereich 313 und weiterhin auch der erste Kontakt 71 vollständig innerhalb der Ausnehmung 21 angeordnet, sodass der
Verbindungsbereich 313 und somit die Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 71 und dem Anschlussträger 1 mittels der mechanischen Entkopplungseinrichtung 5 von dem Träger 2 mechanisch entkoppelt ist.
Ein für die elektrische Stromzufuhr vorgesehener
Zuleitungsbereich 314 der ersten Anschlussfläche 31 überragt die Ausnehmung 21 in Aufsicht.
Die Gefahr einer Schädigung der Verbindung zwischen der ersten Anschlussfläche 31 und dem ersten Kontakt 71 bei einer Biegebeanspruchung auf den Trägerkörper 2, beispielsweise aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Anschlussträgers mit einem vom Halbleiterchip 7 verschiedenen
Ausdehnungskoeffizienten oder aufgrund einer extern auf den Trägerkörper 2 einwirkenden mechanischen Belastung, wird mittels der befüllten Ausnehmung 21 vermindert. In Aufsicht auf den Anschlussträger 1 verläuft eine äußere Umrandung 321 der zweiten Anschlussschicht 32 entlang drei Seitenflächen 310a, 310b, 310c der ersten Anschlussfläche 31, wobei die Seitenfläche 310b die gegenüberliegenden und vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen 310a und 310c miteinander verbindet. Die zweite
Anschlussfläche 32 umgreift also die erste Anschlussfläche 31, insbesondere den Verbindungsbereich 313. So ist auf einfache Weise eine im Vergleich zur ersten Anschlussfläche 31 wesentlich größere zweite Anschlussfläche 32 realisiert.
Die zweite Anschlussfläche ist vorzugsweise mindestens 1,5- fach so groß wie die erste Anschlussfläche, besonders
bevorzugt mindestens 3-fach so groß wie die erste
Anschlussfläche. Die zweite Anschlussfläche dient
vorzugsweise zusätzlich zur elektrischen Kontaktierung auch der Wärmeabfuhr der im Halbleiterchip im Betrieb erzeugten Verlustwärme . In der Nähe des Verbindungsbereichs 313 der ersten
Anschlussfläche 31 ist die zweite Anschlussfläche 32
ausgespart, sodass in Aufsicht eine gedachte Verbindungslinie (in Figur 1B veranschaulicht durch eine gestrichelte Linie 321c) zwischen zwei Punkten 321a, 321b auf der äußeren
Umrandung 321 der zweiten Anschlussfläche außerhalb der zweiten Anschlussfläche und stellenweise auch durch die erste Anschlussfläche 31 verläuft.
Der Trägerkörper 2 kann mittels eines elektrisch leitfähigen Materials gebildet sein, beispielsweise mittels eines Blechs, das vorzugsweise eine Dicke zwischen einschließlich 100 μπι und 1 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 200 μπι und einschließlich 500 μπι, beispielsweise eine Dicke von etwa 200 μπι, aufweisen kann.
Alternativ kann für den Trägerkörper 2 auch ein elektrisch isolierendes Material Anwendung finden, beispielsweise ein
Kunststoff, der vorzugsweise relativ dick, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 0,3 mm und 1,5 mm, und zäh ist und weiterhin eine hohe Wärmeableitung gewährleistet. Bei einem elektrisch isolierenden Trägerkörper ist die
Isolationsschicht 4 nicht erforderlich und kann, wie in Figur 3 dargestellt, auch weggelassen werden.
Als Kunststoff für den Trägerkörper eignet sich
beispielsweise ein Acrylglas, ein Polystyrol (auch
Polystyren) oder ein Polyamid.
Ein Elastizitätsmodul des Trägerkörpers liegt vorzugsweise zwischen einschließlich 1 GPa und einschließlich 50 GPa. Ein elektrisch isolierender Trägerkörper 2 ist vorzugsweise bezüglich seiner Spannungsdurchschlagsfestigkeit derart ausgebildet, dass er die Anforderungen an ein vollisoliertes Gerät auch bei einem an den Anschlussflächen 31, 32
anliegenden Netzpotenzial, beispielsweise 220 V, erfüllt.
Von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichend kann der Trägerkörper auch mehrschichtig sein. Beispielsweise kann ein Kunststoff unterseitig mit einer versteifenden Metallschicht, beispielsweise einem Blech, etwa einem Eisenblech, unterlegt oder verklebt sein. Die Metallschicht, insbesondere das
Blech, kann beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 0,3 mm und einschließlich 0,8 mm aufweisen. Zur vereinfachten Darstellung ist lediglich ein Bereich des Anschlussträgers gezeigt, an dem ein Halbleiterchip 7
befestigt ist. Vorzugsweise sind an dem Anschlussträger 1 mehrere Halbleiterchips befestigt und mit diesem elektrisch leitend verbunden, beispielsweise zumindest teilweise
elektrisch in Serie und/oder zumindest teilweise elektrisch parallel zueinander. Eine LED-Halbleiterchip- Beleuchtungskette, beispielsweise für die LED- Allgemeinbeleuchtung, ist so auf besonders kostengünstige Weise herstellbar.
Das in den Figuren 2A und 2B dargestellte zweite
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist in dem
Füllmaterial 51 der Ausnehmung 21 eine Sicke 52 ausgebildet. Die Sicke kann bereits vor dem Ausbilden der ersten
Anschlussfläche 31 ausgeformt werden, beispielsweise durch Einpressen. Die Sicke 52 bewirkt eine Federwirkung, durch die auf den Trägerkörper 2 einwirkende mechanische Spannungen in Bezug auf die Übertragung zur Verbindung der ersten
Anschlussfläche mit der ersten Kontaktfläche 71 abgemildert werden können. Die Sicke weist bezogen auf die Hauptfläche 20 des Trägerkörpers zumindest eine Vertiefung 521 und eine Erhöhung 522 auf. In Schnittansicht folgt die Form der ersten Anschlussfläche 31 der Form der Sicke 52. Von dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann die Sicke auch unmittelbar in dem Trägerkörper 2 ausgebildet sein. Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu überlappt die Ausnehmung 21 mit der ersten Anschlussfläche 31 und der zweiten Anschlussfläche 32 in Aufsicht auf den
Anschlussträger 1. Die laterale Ausdehnung der Ausnehmung ist in der Figur mittels eines Pfeils 55 veranschaulicht. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann sich die
Ausnehmung 21 auch zumindest entlang einer lateralen Richtung vollständig über den Halbleiterchip 7 hinaus erstrecken und somit eine größere Ausdehnung aufweisen als der
Halbleiterchip. Beispielsweise kann die Ausnehmung in
Aufsicht bezogen auf die laterale Ausdehnung des
Halbleiterchips den Halbleiterchip auf einer Seite um
zwischen einschließlich 1 % und einschließlich 50 %,
bevorzugt um zwischen einschließlich 1 % und einschließlich 30 %, überragen.
Eine vergleichsweise großflächige Ausgestaltung der
Ausnehmung 21 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials 51 so hoch ist wie oder zumindest nur unwesentlich, beispielsweise um höchstens 30 %, geringer, ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Trägerkörpers 2. Der Schutz der Verbindung des
Halbleiterchips 7 mit dem Anschlussträger 1 kann so
weitergehend verbessert werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Trägerkörper 2 elektrisch isolierend ausgebildet, sodass eine
Isolationsschicht auf der Hauptfläche 20 des Trägerkörpers nicht erforderlich ist. Davon abweichend kann der
Trägerkörper 2 auch in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig ausgebildet sein und eine wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgeführte
Isolationsschicht 4 aufweisen. Das in den Figuren 4A und 4B dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel .
Im Unterschied hierzu ist die mechanische
Entkopplungseinrichtung 5 mittels eines mäanderförmigen
Bereichs 33 der ersten Anschlussfläche 31 gebildet. Der mäanderförmige Bereich ist zwischen dem Zuleitungsbereich 314 und dem Verbindungsbereich 313 ausgebildet. Entlang einer äußeren Umrandung 331 des mäanderförmigen Bereichs 33 ist in dem Trägerkörper 2 bereichsweise eine Ausnehmung 21
ausgebildet. Die Ausnehmung 21 verläuft zwischen der ersten Anschlussfläche 31 und der zweiten Anschlussfläche 32.
Weiterhin verläuft die Ausnehmung 21 entlang zwei
gegenüberliegenden Seiten des mäanderförmigen Bereichs 33. Zur vereinfachten Darstellung ist lediglich eine
Biegungsperiode für den mäanderförmigen Bereich gezeigt. Zur Verbesserung der mechanischen Entkopplung können aber auch zwei oder mehr solcher Biegungsperioden, beispielsweise zwischen einschließlich 2 und einschließlich 5
Biegungsperioden, vorgesehen sein.
Mittels der Ausnehmung 21 ist ein säulenartiger Bereich 53 des Trägerkörpers 2 gebildet. Der säulenartige Bereich 53 mit dem darauf ausgebildeten mäanderförmigen Bereich 33 als elektrische Zuleitung bewirkt eine Federwirkung, die zu einer mechanischen Entkopplung der Verbindung zum ersten Kontakt 71 vom Trägerkörper 2 führt. Die Ausnehmung 21 kann
beispielsweise mittels Fräsens, beispielsweise mit einem feinen Stirnfräser, oder Prägens ausgebildet werden. Zur noch weitergehenden Verstärkung der Federwirkung kann die
Ausnehmung zumindest bereichsweise seitlich überhängend ausgebildet sein (in der Figur nicht explizit dargestellt) . Eine solche Ausnehmung ist beispielsweise mittels Ätzens herstellbar . Die Ausnehmung 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise frei von einem Füllmaterial. Davon abweichend kann aber auch zumindest bereichsweise ein Füllmaterial, das insbesondere wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgeführt sein kann, vorgesehen sein.
Das in Figur 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den
Figuren 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Trägerkörper 2 frei von einer Ausnehmung. Die mechanische Entkopplungseinrichtung 5 ist mittels eines frei aufliegenden Bereichs 34 der ersten
Anschlussfläche 31 gebildet. Der Verbindungsbereich 313 ist vollständig innerhalb des frei aufliegenden Bereichs 34 angeordnet. In dem frei aufliegenden Bereich besteht keine direkte kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten
Anschlussfläche 31 und dem Trägerkörper 2. Dies kann
beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die
Anschlussfläche 31 nur bereichsweise an dem Trägerkörper 2 befestigt, beispielsweise angeklebt, ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 014 584.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Anschlussträger (1) für zumindest einen Halbleiterchip ( 7 ) , wobei
- der Anschlussträger einen Trägerkörper (2) mit einer
Hauptfläche (20) aufweist,
- auf der Hauptfläche eine erste Anschlussfläche (31) und eine von der ersten Anschlussfläche beabstandete zweite
Anschlussfläche (32) ausgebildet sind,
- der Anschlussträger eine mechanische
Entkopplungseinrichtung (5) aufweist, die dafür vorgesehen ist, eine Übertragung von mechanischen Kräften von dem
Trägerkörper auf zumindest einen Bereich der ersten
Anschlussfläche zu verringern.
2. Anschlussträger nach Anspruch 1,
bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels einer Ausnehmung (21) in dem Trägerkörper gebildet ist.
3. Anschlussträger nach Anspruch 2,
bei dem die Ausnehmung mit einem Füllmaterial (51) befüllt ist, das einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist als der Trägerkörper .
4. Anschlussträger nach Anspruch 3,
bei dem der Elastizitätsmodul des Füllmaterials höchstens das 0,7-Fache des Elastizitätsmoduls des Trägerkörpers beträgt.
5. Anschlussträger nach Anspruch 3,
bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels einer Sicke gebildet ist, die in dem Füllmaterial ausgebildet ist.
6. Anschlussträger nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
bei dem die Ausnehmung in Aufsicht auf den Anschlussträger mit der ersten Anschlussfläche und mit der zweiten
Anschlussfläche überlappt.
7. Anschlussträger nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels einer Sicke (52) gebildet ist.
8. Anschlussträger nach Anspruch 1,
bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels eines mäanderförmig verlaufenden Bereichs (33) der ersten
Anschlussfläche gebildet ist.
9. Anschlussträger nach Anspruch 8,
bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels einer Ausnehmung (21) gebildet ist, wobei die Ausnehmung
bereichsweise entlang einer äußeren Umrandung (331) des mäanderförmig verlaufenden Bereichs ausgebildet ist.
10. Anschlussträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mechanische Entkopplungseinrichtung mittels eines Bereichs (34) der ersten Anschlussfläche gebildet ist, in dem die erste Anschlussfläche auf der Hauptfläche frei aufliegt.
11. Anschlussträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Anschlussfläche mindestens 1,5-fach so groß ist wie die erste Anschlussfläche.
12. Anschlussträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine äußere Umrandung (321) der zweiten
Anschlussfläche zumindest zwei Punkte aufweist, wobei eine zwischen diesen Punkten verlaufende gedachte direkte
Verbindungslinie durch die erste Anschlussfläche verläuft.
13. Anschlussträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die äußere Umrandung der zweiten Anschlussfläche zumindest bereichsweise entlang von drei Seitenflächen (310a, 310b, 310c) der ersten Anschlussfläche verläuft.
14. Halbleiterbauelement (8) mit einem Anschlussträger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit zumindest einem Halbleiterchip (7), der auf einer dem Anschlussträger zugewandten Unterseite (73) einen ersten Kontakt (71) und einen zweiten Kontakt (72) aufweist, wobei der erste Kontakt mit der ersten Anschlussfläche und der zweite Kontakt mit der zweiten Anschlussfläche elektrisch verbunden ist.
PCT/EP2012/054713 2011-03-21 2012-03-16 Anschlussträger für halbleiterchips und halbleiterbauelement Ceased WO2012126852A1 (de)

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