WO2013149772A1 - Licht emittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterbauelements - Google Patents

Licht emittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterbauelements Download PDF

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thermal
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Thomas Schwarz
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Definitions

  • Light-emitting semiconductor chips are known whose electrical connections are all arranged on a main surface, via which the semiconductor chips are respectively mounted on carriers.
  • Such semiconductor chips which have the advantage that for the electrical connection, for example, no additional electrical contacts, such as in the form of bonding wires, more necessary, are also referred to as so-called "flip-chips".
  • Ceramic substrates are attached and connected to this.
  • the advantage of a ceramic substrate is that it is electrically insulating and good heat conductive and that the thermal expansion coefficient may be selected to be similar to the semiconductor chip.
  • There are various possibilities for connecting the semiconductor chip to the conductor tracks of the ceramic substrate for example soldering, gold-on-gold ultrasonic bonding, gluing or sintering at a low temperature (LTS: low temperature
  • a so-called second-level heatsink such as a metal core board on which the mounted semiconductor chip is mounted with the ceramic substrate.
  • housings of the so-called QFN type QFN:
  • the achievable minimum feature sizes in QFN packages are limited by the minimum etching width of a lead frame and, for example, in a 200 ⁇ thick lead frame more than 100 ⁇ .
  • a dielectric layer for example of diamond-like carbon (DLC) or polyimide, which, for example, has to be covered with an additional metal layer, must be applied
  • the QFN housing can be mounted by soldering
  • Isolation of the bottom of the QFN housing can be achieved, but are suitable for the insulation materials with higher costs and often with a worse
  • At least one object of certain embodiments is to provide a light-emitting semiconductor device. At least one more task of certain
  • Embodiments is to provide a method for producing a light-emitting semiconductor device.
  • emitting semiconductor device to a light-emitting semiconductor chip having a semiconductor layer sequence with an active region for generating light.
  • the semiconductor layer sequence by means of an epitaxial process, for example by means of
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • the semiconductor layer sequence has semiconductor layers which run along a
  • the light-emitting semiconductor chip has two main surfaces, which are arranged perpendicular to the growth direction.
  • One of the main surfaces is as
  • the light-emitting semiconductor chip may vary depending on
  • Wavelength have a semiconductor layer sequence based on different semiconductor material systems.
  • a semiconductor layer sequence based on In x Ga y Alix x y As suitable, for red to yellow radiation, for example a semiconductor layer sequence based on In x Ga y Al x - y P and suitable for short wavelength visible, so in particular for green to blue, radiation and / or UV radiation is for example a semiconductor layer sequence based on In x Ga y Al x _ y N suitable, where in each case 0 -S x -S 1 and 0 -Sy -S 1 applies.
  • a semiconductor layer sequence based on an antimonide for example InSb, GaSb, AlSb or a combination thereof, may be suitable for long-wavelength
  • the growth substrate may be an insulator material or a
  • the growth substrate may include or may be sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, and / or Ge.
  • Semiconductor chips may have an active region
  • a conventional pn junction for example, a conventional pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure).
  • quantum well structure encompasses in particular any structure, in the case of the charge carriers by confinement
  • quantum well structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, for example p-doped or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers undoped or p- or n- doped confinement, cladding or waveguide layers, barrier layers, planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrodes and combinations thereof.
  • the structures described here relating to the active region or the further functional layers and regions are the person skilled in the art in particular
  • a growth substrate in the form of a wafer is provided, onto which the semiconductor layer sequence is grown over a large area.
  • the grown semiconductor layer sequence can in another
  • Process step are separated into individual semiconductor chips, wherein the side surfaces of the semiconductor chips can be formed by the singulation.
  • Rear side surface of the semiconductor chip at least two
  • the light-emitting semiconductor chip has electrical and
  • thermal contact layers only on the backside surface, while the other surfaces of the semiconductor chip, in particular the light outcoupling surface, is free of contact layers.
  • the thermal contact layer is formed in particular potential-free. In other words, the thermal
  • the semiconductor layer sequence can for this purpose be applied to a substrate and the electrically insulating layer in the form of a passivation layer can be formed on a side of the semiconductor layer sequence opposite the substrate, in particular the growth substrate.
  • the electrically insulating layer it is also possible for the electrically insulating layer to be formed by a substrate on which the semiconductor layer sequence is arranged, for example a carrier substrate, for example a ceramic substrate.
  • the thermal contact layer is in this case on the
  • the electrical contact layers can, for example, directly on the semiconductor layer sequence, ie in
  • insulating layer are arranged and via electrical feedthroughs, called vias, with the
  • Semiconductor layer sequence are electrically connected. If the semiconductor chip has two electrical contact layers, these serve to apply an electrical voltage to the entire semiconductor chip. If the semiconductor chip has more than two electrical contact layers, then the
  • Semiconductor chip also have a plurality of separately controllable lighting segments.
  • Contact layer have in particular one or more metals or metal alloys or metal layer sequences.
  • the electrical contact layers and the thermal contact layer are identical.
  • the contact layers may comprise Ti, Pt, Pd, Au or mixtures, alloys or layer combinations thereof.
  • the electrical contact layers and the electrical contact layers may comprise Ti, Pt, Pd, Au or mixtures, alloys or layer combinations thereof.
  • thermal contact layers may particularly preferably comprise, for example, an adhesion promoter layer, for example Ti, and an assembly layer, for example Au.
  • Pt and / or Pd be arranged.
  • Contact layer can be used in the production of light
  • emitting semiconductor chips are applied and provided as part of the semiconductor chip prior to the formation of the carrier body described below. Furthermore, the contact layers, for example, by a
  • Galvanikvon be formed after the forming of the semiconductor chip described below with the molding and before the production of the connection elements described below.
  • the thermal contact layer occupies a larger area than the electrical one
  • Contact layer is formed, particularly preferably in
  • the carrier body can be any suitable carrier body which carries the light-emitting semiconductor chip and over which the heat generated during operation in the light-emitting semiconductor chip can be dissipated.
  • the carrier body can be any suitable carrier body which carries the light-emitting semiconductor chip and over which the heat generated during operation in the light-emitting semiconductor chip can be dissipated.
  • a so-called second-level heatsink for example in the form of a metallic heat sink, a
  • Metal core board or a circuit board to be arranged are Metal core board or a circuit board to be arranged.
  • the carrier body has a shaped body, which forms the side surfaces of the
  • the shaped body is formed in particular on the semiconductor chip and surrounds the semiconductor chip in a lateral direction, that is to say in a direction along the main extension plane of the light coupling-out surface of the semiconductor chip.
  • the shaped body can be designed such that the
  • the side surfaces of the semiconductor chip can be completely or viewed from the rear side surface to be covered to a certain height in the direction of the light outcoupling surface, so that the shaped body has an upper side, the
  • Light output surface is reset.
  • the side surfaces can be completely covered, so that the
  • Shaped body has a top that is flush with the
  • this can be a depression over the
  • the molding can over
  • Lichtauskoppel be formed, for example, so that it has suitable optical property.
  • the molding may in particular comprise a plastic material, preferably a silicone, an epoxide, an epoxy-silicone hybrid material, a polyester, or a
  • the shaped body can form a mechanically stabilizing element which substantially effects the stability of the carrier body.
  • the semiconductor chip Through the molded body is the semiconductor chip
  • the molding may in particular in a molding process, for example by means of injection molding, casting, pressing,
  • the shaped body by a
  • Transfer molding process such as a film transfer molding process, are formed. If the light-emitting semiconductor component has a plurality of light-emitting semiconductor chips, then these may be embedded in a common carrier body and thus formed with a common shaped body in one process step.
  • Shaped body is for example in the document WO 2011/015449 AI described, the disclosure of which
  • the shaped body is designed to be optically reflective. This can be achieved, for example, by introducing optically reflecting particles into a matrix material of the shaped body, in particular of one of the abovementioned materials for the shaped body. Light exiting at the side surfaces of the light-emitting semiconductor chip may then be emitted from the shaped body
  • Shaped body is transparent. This may be particularly advantageous in the case of light-emitting semiconductor chips which emit a large portion of their light through the side surfaces. In the case where the light-emitting semiconductor chip generates the generated light in the
  • Losses are accepted by the light emitted by the side surface light, the molded article, for example, light absorbing and may have, for example, a black epoxy resin, which compared to a white epoxy resin greater mechanical stability
  • the carrier body has electrical on the rear side surface of the semiconductor chip
  • connection elements and a thermal connection element.
  • the electrical connection elements are in
  • the thermal connection element of the carrier body is in direct contact with the thermal contact layer of the semiconductor chip.
  • connection element is in contact with a contact layer without a further intermediate layer or a further bonding material between the latter and, in particular, the connection elements are not formed in part or entirely by bonding layers or bonding materials such as, for example, a solder or an electrically conductive adhesive the thermal connection element forms at least partially a mounting surface facing away from the semiconductor chip
  • the electrical connection elements and the thermal connection element are applied galvanically on the semiconductor chip.
  • the electrical and the thermal connection element after forming the molded body on the back surface of the
  • Connection element to be freely selectable, so this
  • the electrical connection elements can also be partially applied to the molding and thus of the electrical contact layers in a
  • connection elements and the thermal connection element comprise copper and / or nickel.
  • connection elements are formed by copper, which can be applied process-technically simply by a galvanic process.
  • Connection elements in the carrier body, the carrier body may comprise at least one electrical feedthrough, the electrical with an electrical connection element
  • An electrical feedthrough can be
  • the molding for example, protrude through the molding and be formed as a so-called via in the molding.
  • the electrical implementation can in this case during forming of the
  • the electrical feedthrough is formed in the molded body after the forming of the semiconductor chip.
  • the molding can
  • each electrical connection element have an electrical feedthrough, so that the electrical connection elements and thus the electrical contact layers of the semiconductor chip from the top of the shaped body, ie next to the light output surface of the light-emitting
  • Semiconductor chips are contactable. Alternatively, it is also possible that, for example, an electric
  • Implementation is formed to the mounting surface of the semiconductor device.
  • the semiconductor device for this purpose, for example, the
  • thermal connection element have an opening through which the electrical feedthrough projects.
  • Connection element an electrical feedthrough
  • Carrier body is present, which extends to the mounting surface, so that the light-emitting semiconductor component is electrically contactable via the mounting surface. Furthermore, it is also possible that an electrical connection element via an electrical feedthrough from the top of
  • the electrical connection elements are arranged in the interior of the carrier body. This means in particular that the electric
  • Connection elements are embedded in the carrier body and are not directly contacted, but only by electrical feedthroughs from the outside.
  • the thermal connection element preferably forms the entire mounting surface of the semiconductor component.
  • the underside of the carrier body is formed exclusively by the thermal connection element.
  • the thermal connection element may have a thickness in the direction from the rear side surface of the semiconductor chip to the mounting surface which is greater than the thickness of the
  • the electrical connection elements is such that the thermal connection element projects beyond the electrical connection elements.
  • the thermal connection element projects beyond the electrical connection elements in a lateral direction, so that the cross section of the thermal
  • Terminal element widened in one direction from the semiconductor chip to the mounting surface. This can increase the thermal conductivity or a reduction of the thermal resistance can be achieved, whereby an effective heat dissipation from the semiconductor chip can be made possible.
  • Connection element arranged an electrically insulating material.
  • This can be formed for example by an organic material, in particular a polymer material.
  • the electrically insulating material may be formed by a material based on benzocyclobutene (BCB).
  • Light outcoupling surface of the light-emitting semiconductor chip arranged a wavelength conversion element.
  • Wavelength conversion element can be arranged before or after the forming of the semiconductor chip with the molding on the light output surface and in particular by a layer with one or more
  • Wavelength conversion materials are formed.
  • a plurality of light-emitting semiconductor chips in the carrier body may be a common
  • the wavelength conversion element has at least one or more wavelength conversion substances which are suitable for at least partially introducing the light emitted by the light-emitting semiconductor chip or a plurality of light-emitting semiconductor chips To convert light having a different wavelength, so that the semiconductor light-emitting device can emit a mixed light from the light emitted primarily from the semiconductor chip and the converted secondary light.
  • a light-emitting semiconductor chip may emit blue light emitted from a
  • Wavelength conversion element is at least partially converted into green and red and / or yellow light, so that the semiconductor device can emit white light during operation.
  • the wavelength conversion element can be applied, for example, in the form of particles which are in a
  • Matrix material such as a plastic, such as silicone, or ceramic are embedded. Furthermore, it is also possible that the wavelength conversion element as
  • Wavelength conversion element can be applied in particular directly to the light output surface.
  • a plurality of light-emitting semiconductor chips are arranged laterally next to one another in the molded body. This means in particular that the light-emitting semiconductor component in a plan view of the light output surfaces of the semiconductor chips and the
  • the carrier body can particularly preferably have a coherent thermal connection element with which the thermal contact layers of the
  • a method for producing a light-emitting semiconductor component comprises the following steps:
  • Semiconductor chips are arranged two electrical contact layers and a thermal contact layer, of the electrical contact layers and the
  • thermal connection element in direct contact with the electrical contact layers of the semiconductor chip and a thermal connection element in direct contact with the thermal contact layer of the semiconductor chip by a galvanic process, wherein the thermal connection element is applied with a thickness such that it forms a side facing away from the semiconductor chip mounting side of the semiconductor device.
  • the emissive in conjunction with the light
  • Semiconductor device and the method for producing this can by the thermal connection element of the carrier body, which is in direct contact with the thermal contact layer of the light-emitting semiconductor chip, a good
  • Heat dissipation can be achieved from the semiconductor chip.
  • the method described here is particularly characterized by the fact that the carrier body described here is less expensive than, for example, a ceramic carrier body and that by the thermal contact element in the carrier body, an adaptation of the thermal expansion coefficient of
  • Connection elements are smaller structure sizes than
  • the light-emitting semiconductor device described here may have smaller dimensions.
  • a plurality of light-emitting semiconductor chips is a
  • Figures 1A and 1B are schematic representations of a light
  • Figures 2A and 2B are schematic representations of light
  • Figure 3 is a schematic representation of a light
  • Figure 4 is a schematic representation of a light
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better presentation and / or better understanding may be exaggerated.
  • FIGS. 1A and 1B is a light-emitting
  • FIG. 1B shows a sectional view of the semiconductor component 100 shown in FIG. 1A along the sectional plane A-A indicated in FIG. 1A.
  • the dotted lines indicate the cross sections of the electrical
  • the light-emitting semiconductor device 100 has a light-emitting semiconductor chip 1, which is of a
  • the light-emitting semiconductor chip 1 has a
  • Semiconductor chip 1 a substrate in the form of a growth substrate or a carrier substrate, on which the
  • Embodiments of semiconductor light-emitting chips 1, which are described below, are shown.
  • the light generated during operation is transmitted via a
  • the light output surface 11 and the rear side surface 12 are connected to each other via side surfaces 13.
  • the light generated during operation can also be radiated through the side surfaces and / or through parts of the rear side surface 12 in addition to the light outcoupling surface 11.
  • the semiconductor chip 1 On the rear side surface 12, the semiconductor chip 1 has two electrical contact layers 14, via which the
  • semiconductor layer sequence of the semiconductor chip 1 can be electrically contacted. Furthermore, the semiconductor chip 1 has a thermal contact layer 15 which is electrically
  • the Thermal contact layer 15 is thus formed potential-free in the semiconductor chip 1.
  • the thermal contact layer 15 preferably forms a majority of the thermal contact layer 15
  • the thermal contact layer 15 is formed such that, apart from the electrical contact layers 14 and gaps for electrical insulation of the thermal contact layer 15 of the electrical
  • the carrier body 2 has a shaped body 20 which positively and directly covers the side surfaces 13 of the semiconductor chip 1.
  • the molded body 20 may be formed such that it, as shown in Figure 1A, the side surfaces 13 of the semiconductor chip 1 completely covered. Alternatively, it may also be possible for the
  • Side surfaces 13 of the semiconductor chip 1 are only partially covered by the molded body 20 so that it may have a lower height than the semiconductor chip 1.
  • the shaped body 20 does not cover the light outcoupling surface 11 of the semiconductor chip 1 and has an upper side 21 which, as shown in FIG. 1A, is flush with the surface
  • the molded body 20 with its upper side 21 project beyond the light coupling-out surface 11 without the
  • a wavelength conversion element For example, a wavelength conversion element. 3
  • Shaped body 20, the light outcoupling surface 11 also overlap, so that the semiconductor chip 1 is enclosed in the carrier body 2 and surrounded by this on all sides.
  • the shaped body 20 may be formed, for example, specifically or material-specifically over the light output surface 11,
  • the molded body 20 is molded onto the semiconductor chip 1 and has or can be a material that can be processed in a molding process, for example an epoxide, a silicone, a silicone-epoxy hybrid material or a polyester. Depending on the radiation characteristics of the semiconductor chip 1, the molded body 20 can be transparent, light-absorbing, light-reflecting or light-scattering, and can have corresponding particles and / or fillers in the abovementioned material.
  • a wavelength conversion element 3 may be applied, which can convert at least a portion of the light generated by the light emitting semiconductor chip 1 into a different light.
  • the semiconductor chip 1 is provided.
  • exemplary embodiments of light-emitting semiconductor chips 1 are shown in FIGS. 2A and 2B, each of which may be provided for the light-emitting semiconductor component 100 and which each have a substrate 16 on which a semiconductor layer sequence 17 having an active semiconductor layer 17 is provided
  • FIG. 2A shows a light-emitting semiconductor chip 1, in which the substrate 16 is formed by the growth substrate for producing the semiconductor layer sequence 17.
  • electrical contact layer 14 can be arranged on the same side of the semiconductor layer sequence 17.
  • Semiconductor layer sequence 17 is electrically isolated.
  • Passivation layer preferably comprises silica, diamond or alumina and a thickness of greater than or equal to 100 nm.
  • the light-emitting semiconductor chip 1 in FIG. 2B has as the substrate 16 a ceramic substrate formed as a carrier substrate, onto which the semiconductor layer sequence 17 has been transferred after being grown on a growth substrate.
  • the electrical contact layers 14 are applied and contacted via electrical feedthroughs 141 with the semiconductor layer sequence 17.
  • Reference numeral 142 denotes an electrical insulation of a the feedthroughs 141 for contacting the side facing away from the substrate 16 of the semiconductor layer sequence 17th
  • the thermal contact layer 15 is further applied, wherein the substrate 16 in this case forms the electrically insulating layer 18 to the thermal
  • the carrier body 2 is produced.
  • the side surfaces 13 of the semiconductor chip 1 form-fitting and directly with the
  • Material of the molded body 20 is covered. This is done by forming the semiconductor chip with the molded body 20 in a molding process, in the embodiment shown in particular by a transfer molding process. In a further method step for producing the
  • Carrier body 2 are in direct contact with the
  • Connection element 25 applied by means of a galvanic process on the electrical contact layers 14 and on the thermal contact layer 15. As can be seen from FIG. 1A, the electrical connection elements 24 can be removed from the
  • Leading semiconductor chip 1 also partially on the
  • Moldings 20 are applied.
  • Terminal element 25 covered.
  • the electrically insulating material 26 is removed above the already applied part of the thermal connection element 25, so that it can be further reinforced by a continuation of the electroplating process. In particular, this makes it possible for the thermal connection elements 24 in the electrical
  • Terminal element 25 can thereby be formed so that it is thicker than the electrical connection elements 24 and the electrical connection elements 24 in addition to a vertical direction in a lateral direction
  • the electrical connection elements 24 and the thermal connection element 25 have in particular copper and / or
  • connection elements 24, 25 are formed by copper, which can be applied process-technically simply by a galvanic process.
  • the electroplating process is a process technology
  • connection elements 24, 25 with the contact layers 14, 15 possible, the small feature widths in the order of about 50 ⁇ allowed.
  • connection elements 24, 25 may be a small
  • thermal stresses can be achieved on the semiconductor chip 1, while that compared to the electrical Connection elements 24 significantly thicker thermal connection element 25 allows good thermal conductivity.
  • the thermal contact layer 15 is designed to be floating, ie electrically insulated, on the semiconductor layer sequence 17 of the semiconductor chip 1, the thermal connection element 25 is likewise electrically insulated from the semiconductor layer sequence 17 of the semiconductor chip 1, so that an additional electrical insulation of the thermal
  • Connecting element 25 is not necessary.
  • Embodiment carried out by electrical feedthroughs 27 in the molding 20. These may be in the form of so-called vias, which may be discrete, for example
  • Elements are provided together with the light-emitting semiconductor chip 1 and formed with the molded body 20. Furthermore, it is also possible to provide or form openings in the molded body 20, which with an electric
  • Passages are at least partially or completely filled.
  • the light-emitting semiconductor device 100 may include
  • a plurality of light-emitting semiconductor chips 1 can be formed with a common shaped body 20. After training the electrical and thermal connection elements 24, 25 and optionally the electrical feedthroughs 27 and thus the completion of a carrier body composite, this can be divided into individual semiconductor devices 100. By separating side surfaces of the support body 2 are generated, which may have traces of material removal, for example in the form of Sägerillen or
  • FIG. 3 shows a light-emitting semiconductor component 200 according to a further exemplary embodiment, which enables electrical contacting of the mounting surface 22 in comparison to the light-emitting semiconductor component 100.
  • the thermal connection element 25 has openings in which electrical feedthroughs 27
  • the mounting surface 22 with respect to the thermal and electrical connection options can be configured arbitrarily.
  • Embodiment of a light-emitting Semiconductor device 300 shown that compared to the previous embodiments, a plurality of
  • Shaped bodies 20 are formed.
  • the semiconductor chips 1 are interconnected via electrical connection elements 24 in the carrier body 20. Furthermore, the light-emitting semiconductor component 300 has a thermal connection element 25, to which the thermal contact layers 15 of the semiconductor chips 1 directly adjoin, so that the thermal connection element 25 can be formed as a coherent thermal connection element that can dissipate the heat generated by the semiconductor chips 1 during operation ,
  • the light-emitting semiconductor devices 100, 200, 300 may also have further features as described in the general part.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) angegeben mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (17), einer Lichtauskoppelfläche (11), einer der Lichtauskoppelfläche (11) gegenüber liegenden Rückseitenfläche (12) und Seitenflächen (13) und mit einem Trägerkörper (2) mit einem Formkörper (20), der die Seitenflächen (13) formschlüssig und unmittelbar bedeckt, wobei auf der Rückseitenfläche (12) zwei elektrische Kontaktschichten (14) und eine thermische Kontaktschicht (15) ausgebildet sind, wobei die thermische Kontaktschicht (15) von den elektrischen Kontaktschichten (14) und der Halbleiterschichtenfolge (17) elektrisch isoliert ist, wobei der Trägerkörper (2) an der Rückseitenfläche (12) elektrische Anschlusselemente (24) in unmittelbaren Kontakt mit den elektrischen Kontaktschichten (14) und ein thermisches Anschlusselement (25) in unmittelbarem Kontakt mit der thermischen Kontaktschicht (15) aufweist und wobei das thermische Anschlusselement (25) zumindest teilweise eine dem Halbleiterchip (1) abgewandte Montagefläche (22) des Halbleiterbauelements (100, 200, 300) bildet. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements angegeben.

Description

Beschreibung
Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 102 847.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements angegeben.
Es sind Licht emittierende Halbleiterchips bekannt, deren elektrische Anschlüsse alle auf einer Hauptfläche angeordnet sind, über die die Halbleiterchips jeweils auf Trägern montiert werden. Solche Halbleiterchips, die den Vorteil aufweisen, dass für den elektrischen Anschluss beispielsweise keine zusätzlichen elektrischen Kontakte, etwa in Form von Bonddrähten, mehr notwendig sind, werden auch als so genannte „Flip-Chips" bezeichnet.
Da ein Flip-Chip typischerweise nur über seine elektrischen Anschlüsse auf einem Träger montiert wird, ergibt sich das Problem einer effektiven Entwärmung des Halbleiterchips während des Betriebs.
Es ist bekannt, einen Flip-Chip beispielsweise auf ein
Keramiksubstrat zu montieren, wobei die elektrischen
Anschlüsse auf entsprechende Leiterbahnen des
Keramiksubstrats aufgesetzt und an diese angeschlossen werden. Der Vorteil eines Keramiksubstrats liegt darin, dass es elektrisch isolierend und gut Wärme leitend ist und dass der thermische Ausdehnungskoeffizient so gewählt werden kann, dass er ähnlich dem Halbleiterchip ist. Zum Anschluss des Halbleiterchips an die Leiterbahnen des Keramiksubstrats bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, beispielsweise Löten, Gold-auf-Gold-Ultraschall-Bonden, Kleben oder Sintern bei einer niedrigen Temperatur (LTS: "low temperature
sintering"). Demgegenüber stehen jedoch erhöhte Kosten, insbesondere bei großflächigen Keramiksubstraten, sowie eine problematische Anpassung des thermischen
Wärmeausdehnungskoeffizienten an eine weitere Wärmesenke, eine so genannte Second-Level-Heatsink, beispielsweise eine Metallkernplatine, auf die der montierte Halbleiterchip mit dem Keramiksubstrat montiert wird. Weiterhin sind Gehäuse der so genannten QFN-Bauart (QFN:
"quad flat no leads") bekannt, die Leiterrahmenteile in einem Kunststoffgehäuse aufweisen, auf denen beispielsweise ein Flip-Chip montiert werden kann. In diesem Fall können
Verbindungsmöglichkeiten, wie sie für das Keramiksubstrat beschrieben sind, verwendet werden, jedoch weist ein QFN-
Gehäuse eine bessere Wärmeleitung als ein Keramiksubstrat auf und ist auch kostengünstiger als dieses. Weiterhin ist die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an eine Second-Level-Heatsink besser als im Falle eines
Keramiksubstrats. Nachteilig ist bei einem QFN-Gehäuse jedoch, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des
Gehäuses deutlich von dem des Halbleiterchips abweicht, was zu Zuverlässigkeitsproblemen führen kann. Außerdem sind die erreichbaren minimalen Strukturgrößen bei QFN-Gehäusen durch die minimale Ätzbreite eines Leiterrahmens begrenzt und betragen beispielsweise bei einem 200 μιη dicken Leiterrahmen mehr als 100 μιη. Um eine elektrisch isolierende Montageseite für ein QFN- Gehäuse zu erreichen, muss zusätzlich eine dielektrische Schicht, beispielsweise aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC: „diamond-like carbon") oder Polyimid, aufgebracht werden, die beispielsweise mit einer zusätzlichen Metallschicht bedeckt werden muss, um das QFN-Gehäuse beispielsweise durch Löten montieren zu können. Dadurch kann zwar eine elektrische
Isolation der Unterseite des QFN-Gehäuses erreicht werden, jedoch sind für die Isolierung geeignete Werkstoffe mit höheren Kosten und oft auch mit einer schlechteren
thermischen Leitfähigkeit verbunden.
Unter einem erhöhten Aufwand in der Prozesstechnik ist es auch möglich, ein QFN-Gehäuse mit einer geeigneten
elektrischen Isolierung auf einer dem Halbleiterchip
zugewandten Seite auszuführen.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten
Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Licht
emittierendes Halbleiterbauelement einen Licht emittierenden Halbleiterchip auf, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung von Licht aufweist.
Besonders bevorzugt kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels
metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder
Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Die Halbleiterschichtenfolge weist hierdurch Halbleiterschichten auf, die entlang einer
Anordnungsrichtung, die durch die Aufwachsrichtung gegeben ist, übereinander angeordnet sind. Senkrecht zur
Anordnungsrichtung weisen die Schichten der
Halbleiterschichtenfolge eine Haupterstreckungsebene auf.
Der Licht emittierende Halbleiterchip weist insbesondere zwei Hauptoberflächen auf, die senkrecht zur Aufwachsrichtung angeordnet sind. Eine der Hauptoberflächen ist als
Lichtauskoppelfläche ausgebildet, über die das im Betrieb erzeugte Licht abgestrahlt wird. Weiterhin weist der
Halbleiterchip eine der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegende Rückseitenfläche auf, die die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips bildet. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche sind über Seitenflächen miteinander
verbunden. Zusätzlich zur Abstrahlung von Licht durch die Lichtauskoppelfläche kann das im Betrieb in der aktiven
Schicht erzeugte Licht zumindest teilweise auch über
Seitenfläche und/oder die Rückseitenfläche abgestrahlt werden .
Der Licht emittierende Halbleiterchip kann je nach
Wellenlänge eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x-yAs geeignet, für rote bis gelbe Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x-yP geeignet und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere für grüne bis blaue, Strahlung und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAli-x_yN geeignet, wobei jeweils 0 -S x -S 1 und 0 -S y -S 1 gilt. Weiterhin kann eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem Antimonid, beispielsweise InSb, GaSb, AlSb oder eine Kombination daraus, geeignet sein für langwellige
Infrarotstrahlung .
Das Aufwachssubstrat kann ein Isolatormaterial oder ein
Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes
Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen. Insbesondere kann das Aufwachssubstrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Die Halbleiterschichtenfolge des Licht emittierenden
Halbleiterchips kann einen aktiven Bereich aufweisen,
beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW- Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW- Struktur) . Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement " ) eine
Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können.
Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, undotierte oder p- oder n- dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus aufweisen. Die hier beschriebenen Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der Aufwachsprozess kann insbesondere im Waferverbund
stattfinden. Mit anderen Worten wird ein Aufwachssubstrat in Form eines Wafers bereitgestellt, auf den großflächig die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge kann in einem weiteren
Verfahrensschritt in einzelne Halbleiterchips vereinzelt werden, wobei durch die Vereinzelung die Seitenflächen der Halbleiterchips gebildet werden können.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem
Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt werden, also zumindest
teilweise oder ganz entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf der
Rückseitenfläche des Halbleiterchips zumindest zwei
elektrische Kontaktschichten und eine thermische
Kontaktschicht ausgebildet, wobei die thermische
Kontaktschicht von den zumindest zwei elektrischen
Kontaktschichten elektrisch isoliert ist. Insbesondere weist der Licht emittierende Halbleiterchip elektrische und
thermische Kontaktschichten nur auf der Rückseitenfläche auf, während die anderen Flächen des Halbleiterchips, insbesondere die Lichtauskoppelfläche, frei von Kontaktschichten ist. Die thermische Kontaktschicht ist insbesondere potenzialfrei ausgebildet. Mit anderen Worten ist die thermische
Kontaktschicht von der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterchips elektrisch isoliert. Hierzu kann der
Halbleiterchip zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der thermischen Kontaktschicht eine elektrisch isolierende
Schicht aufweisen, die beispielsweise Siliziumdioxid, Diamant oder Aluminiumoxid aufweist und mit einer Dicke von größer oder gleich 100 nm aufgebracht wird. Bei der Herstellung des Halbleiterchips können hierzu die Halbleiterschichtenfolge auf einem Substrat aufgebracht und die elektrisch isolierende Schicht in Form einer Passivierungsschicht auf einer dem Substrat, insbesondere dem Aufwachssubstrat , gegenüber liegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge gebildet werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht durch ein Substrat gebildet ist, auf dem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, beispielsweise ein Trägersubstrat, etwa ein Keramiksubstrat. Die thermische Kontaktschicht wird in diesem Fall auf der der
Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegenden Seite des
Substrats ausgebildet.
Die elektrischen Kontaktschichten können beispielsweise direkt auf der Halbleiterschichtenfolge, also in
unmittelbarem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge, angeordnet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die elektrischen Kontaktschichten auf einer elektrisch
isolierenden Schicht angeordnet sind und über elektrische Durchführungen, so genannte Vias, mit der
Halbleiterschichtenfolge elektrisch verbunden sind. Weist der Halbleiterchip zwei elektrische Kontaktschichten auf, so dienen diese dem Anlegen einer elektrischen Spannung an den gesamten Halbleiterchip. Weist der Halbleiterchip mehr als zwei elektrische Kontaktschichten auf, so kann der
Halbleiterchip auch mehrere getrennt voneinander ansteuerbare Leuchtsegmente aufweisen.
Die elektrischen Kontaktschichten sowie die thermische
Kontaktschicht weisen insbesondere eines oder mehrere Metalle oder Metalllegierungen oder Metallschichtenfolgen auf.
Besonders bevorzugt sind die elektrischen Kontaktschichten und die thermische Kontaktschicht gleich ausgebildet.
Beispielsweise können die Kontaktschichten Ti, Pt, Pd, Au oder Mischungen, Legierungen oder Schichtkombinationen daraus aufweisen. Die elektrischen Kontaktschichten und die
thermischen Kontaktschichten können besonders bevorzugt beispielsweise eine Haftvermittlerschicht, beispielsweise Ti, und eine Montageschicht, beispielsweise Au, aufweisen.
Dazwischen kann weiterhin auch eine Barrierenschicht,
beispielsweise Pt und/oder Pd, angeordnet sein.
Die elektrischen Kontaktschichten und die thermische
Kontaktschicht können bei der Fertigung des Licht
emittierenden Halbleiterchips aufgebracht werden und vor der Ausbildung des weiter unten beschriebenen Trägerkörpers als Teil des Halbleiterchips bereitgestellt werden. Weiterhin können die Kontaktschichten beispielsweise durch ein
Galvanikverfahren auch nach dem weiter unten beschriebenen Umformen des Halbleiterchips mit dem Formkörper und vor dem Herstellen der weiter unten beschriebenen Anschlusselemente ausgebildet werden.
Im Vergleich zu bekannten Halbleiterchips, die in Form von Flip-Chips ausgeführt sind und nur elektrische Anschlussschichten aufweisen, über die gleichzeitig auch die Wärme aus dem Halbleiterchip abgeführt werden muss, weist der hier beschriebene Halbleiterchip zusätzlich zu den
elektrischen Kontaktschichten die thermische Kontaktschicht auf, die einen großflächigen thermischen Anschluss des
Halbleiterchips an eine Wärmesenke ermöglichen kann, sodass die Anforderungen bezüglich Wärmeableitung an die
elektrischen Kontaktschichten klein oder sogar
vernachlässigbar ist. Dadurch, dass die thermische
Kontaktschicht von den elektrischen Kontaktschichten und der Halbleiterschichtenfolge elektrisch isoliert ist, ist es möglich, den Halbleiterchip mit der thermischen
Kontaktschicht auf eine beliebige Oberfläche mit einem beliebigen Potenzial aufzusetzen, insbesondere, wenn die elektrisch isolierende Schicht zwischen der thermischen
Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge sicher gegen elektrische Durchbrüche ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt die thermische Kontaktschicht eine größere Fläche als die elektrischen
Kontaktschichten auf der Rückseitenfläche des Halbleiterchips ein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein Großteil der Fläche der Rückseitenfläche durch die thermische
Kontaktschicht gebildet wird, besonders bevorzugt im
Wesentlichen der Teil der Rückseitenfläche, der nicht von den elektrischen Kontaktschichten bedeckt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht
emittierende Halbleiterbauelement einen Trägerkörper auf, der den Licht emittierenden Halbleiterchip trägt und über den die im Betrieb im Licht emittierenden Halbleiterchip erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Der Trägerkörper kann
beispielsweise geeignet sein, auf eine weitere Wärmesenke, also eine so genannte Second-Level-Heatsink, beispielsweise in Form einer metallischen Wärmesenke, einer
Metallkernplatine oder einer Leiterplatte, angeordnet zu werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Trägerkörper einen Formkörper auf, der die Seitenflächen des
Halbleiterchips formschlüssig und unmittelbar bedeckt. Der Formkörper ist insbesondere an den Halbleiterchip angeformt und umgibt den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung, also in einer Richtung entlang der Haupterstreckungsebene der Lichtauskoppelfläche des Halbleiterchips. Insbesondere kann der Formkörper so ausgebildet sein, dass die
Lichtauskoppelfläche des Halbleiterchips nicht bedeckt ist. Die Seitenflächen des Halbleiterchips können ganz oder von der Rückseitenfläche aus gesehen bis zu einer gewissen Höhe in Richtung der Lichtauskoppelfläche bedeckt sein, sodass der Formkörper eine Oberseite aufweist, die zur
Lichtauskoppelfläche zurückgesetzt ist. Besonders bevorzugt können die Seitenflächen ganz bedeckt sein, sodass der
Formkörper eine Oberseite aufweist, die bündig mit der
Lichtauskoppelfläche abschließt. Weiterhin kann auch die Rückseitenfläche, also insbesondere die der
Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegenden Flächen der Kontaktschichten elektrischen Kontaktschichten, frei vom Formkörper sein. Weiterhin kann der Formkörper mit seiner Oberseite auch die Lichtauskoppelfläche überragen ohne die Lichtauskoppelfläche zu überdecken. Dadurch kann die
mechanische Stabilität des Trägerkörpers erhöht werden.
Weiterhin kann dadurch eine Vertiefung über der
Lichtauskoppelfläche gebildet werden, in der beispielsweise ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet werden kann. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Formkörper die Lichtauskoppelfläche überdeckt, so dass der Halbleiterchip im Trägerkörper eingebettet und vom Trägerkörper ganz
umschlossen ist. Der Formkörper kann über
Lichtauskoppelfläche beispielsweise so ausgebildet sein, dass er geeignete optische Eigenschaft aufweist.
Der Formkörper kann insbesondere ein Kunststoffmaterial aufweisen, bevorzugt ein Silikon, ein Epoxid, ein Epoxid- Silikon-Hybridmaterial , einen Polyester, oder ein
niederschmelzendes Glas oder eine niederschmelzende
Glaskeramik. Mit „nierderschmelzend" werden hier solche
Gläser und Glaskeramiken bezeichnet, die sich in einem
Formprozess bei Temperaturen verarbeiten lassen, bei denen der Halbleiterchip nicht geschädigt wird. Insbesondere kann der Formkörper ein mechanisch stabilisierendes Element bilden, das die Stabilität des Trägerkörpers im Wesentlichen bewirkt. Durch den Formkörper ist der Halbleiterchip
insbesondere im Trägerkörper eingebettet. Der Formkörper kann insbesondere in einem Formprozess, beispielsweise mittels Spritzens, Gießens, Drückens,
Auflaminierens einer Folie oder dergleichen erfolgen.
Besonders bevorzugt kann der Formkörper durch einen
Spritzpress-Prozess ("transfer molding"), beispielsweise einen Folien-Spritzpress-Prozess , gebildet werden. Weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips auf, so können diese in einen gemeinsamen Trägerkörper eingebettet sein und somit mit einem gemeinsamen Formkörper in einem Verfahrensschritt umformt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen
Formkörpers ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2011/015449 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug aufgenommen wird . Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Formkörper optisch reflektierend ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass optisch reflektierende Partikel in ein Matrixmaterial des Formkörpers, insbesondere eines der oben genannten Materialien für den Formkörper, eingebracht sind. Licht, das an den Seitenflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips austritt, kann dann vom Formkörper
reflektiert werden. Weiterhin ist es möglich, dass der
Formkörper lichtdurchlässig ausgebildet ist. Dies kann insbesondere vorteilhaft für den Fall von Licht emittierenden Halbleiterchips sein, die einen großen Anteil ihres Lichts durch die Seitenflächen emittieren. Für den Fall, dass der Licht emittierende Halbleiterchip das erzeugte Licht im
Wesentlichen oder ausschließlich über die
Lichtauskoppelfläche abstrahlt, oder für den Fall, dass
Verluste durch das durch die Seitenfläche emittierte Licht in Kauf genommen werden, kann der Formkörper beispielsweise auch Licht absorbierend ausgebildet sein und beispielsweise ein schwarzes Epoxidharz aufweisen, das im Vergleich zu einem weißen Epoxidharz eine größere mechanische Stabilität
aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Trägerkörper an der Rückseitenfläche des Halbleiterchips elektrische
Anschlusselemente und ein thermisches Anschlusselement auf. Die elektrischen Anschlusselemente stehen dabei in
unmittelbarem Kontakt mit den elektrischen Kontaktschichten des Halbleiterchips. Das thermische Anschlusselement des Trägerkörpers steht in unmittelbarem Kontakt mit der thermischen Kontaktschicht des Halbleiterchips . „In
unmittelbarem Kontakt" bedeutet, dass ein Anschlusselement mit einer Kontaktschicht ohne weitere Zwischenschicht oder ein weiteres Verbindungsmaterial zwischen diesen in Kontakt steht. Die Anschlusselemente werden dabei insbesondere auch nicht teilweise oder gänzlich von Verbindungsschichten oder Verbindungsmaterialien wie beispielsweise einem Lot oder einem elektrisch leitenden Klebstoff gebildet. Weiterhin bildet das thermische Anschlusselement zumindest teilweise eine dem Halbleiterchip abgewandte Montagefläche des
Halbleiterbauelements .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Anschlusselemente und das thermische Anschlusselement galvanisch auf dem Halbleiterchip aufgebracht. Hierzu werden die elektrischen und das thermische Anschlusselement nach dem Ausbilden des Formkörpers auf der Rückseitenfläche des
Halbleiterchips auf den jeweiligen Kontaktschichten des Halbleiterchips galvanisch aufgebracht. Hierdurch sind kleine Strukturbreiten in der Größenordnung von 50 μιη möglich, sodass das Licht emittierende Halbleiterbauelement mit kompakten Abmessungen hergestellt werden kann. Weiterhin können bei Galvanikverfahren die Formen und Abmessungen der elektrischen Anschlusselemente und des thermischen
Anschlusselements frei wählbar sein, sodass diese
beispielsweise gewünschten Kundenspezifikationen entsprechen können .
Die elektrischen Anschlusselemente können weiterhin auch teilweise auf dem Formkörper aufgebracht werden und sich somit von den elektrischen Kontaktschichten in einer
lateralen Richtung wegerstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die elektrischen Anschlusselemente und das thermische Anschlusselement Kupfer und/oder Nickel auf. Bevorzugt werden die Anschlusselemente durch Kupfer gebildet, das sich prozesstechnisch einfach durch ein Galvanikverfahren aufbringen lässt.
Zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen
Anschlusselemente im Trägerkörper kann der Trägerkörper zumindest eine elektrische Durchführung aufweisen, die elektrischen mit einem elektrischen Anschlusselement
verbunden ist. Eine elektrische Durchführung kann
beispielsweise durch den Formkörper hindurch ragen und als so genannter Via im Formkörper ausgebildet sein. Die elektrische Durchführung kann in diesem Fall beim Umformen des
Halbleiterchips mit dem Formkörper in den Formkörper
integriert werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die elektrische Durchführung im Formkörper nach dem Umformen des Halbleiterchips ausgebildet wird. Der Formkörper kann
beispielsweise für jedes elektrische Anschlusselement eine elektrische Durchführung aufweisen, sodass die elektrischen Anschlusselemente und damit die elektrischen Kontaktschichten des Halbleiterchips von der Oberseite des Formkörpers, also neben der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden
Halbleiterchips, kontaktierbar sind. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass beispielsweise eine elektrische
Durchführung zur Montagefläche des Halbleiterbauelements ausgebildet ist. Hierzu kann beispielsweise auch das
thermische Anschlusselement eine Öffnung aufweisen, durch die die elektrische Durchführung hindurch ragt.
Es ist weiterhin möglich, dass für jedes elektrische
Anschlusselement eine elektrische Durchführung im
Trägerkörper vorhanden ist, die zur Montagefläche reicht, sodass das Licht emittierende Halbleiterbauelement über die Montagefläche elektrisch kontaktierbar ist. Weiterhin ist es auch möglich, dass ein elektrisches Anschlusselement über eine elektrische Durchführung von der Oberseite des
Formkörpers beziehungsweise des Trägerkörpers her
kontaktierbar ist, während ein weiteres elektrisches
Kontaktelement von der Montagefläche des Trägerkörpers her kontaktierbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Anschlusselemente im Inneren des Trägerkörpers angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass die elektrischen
Anschlusselemente im Trägerkörper eingebettet sind und nicht direkt, sondern nur durch elektrische Durchführungen von außen kontaktierbar sind.
Im Fall, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement von der Oberseite des Trägerkörpers her elektrisch kontaktierbar ist, bildet das thermische Anschlusselement bevorzugt die gesamte Montagefläche des Halbleiterbauelements. Mit anderen Worten wird die Unterseite des Trägerkörpers ausschließlich durch das thermische Anschlusselement gebildet.
Das thermische Anschlusselement kann insbesondere eine Dicke in Richtung von der Rückseitenfläche des Halbleiterchips zur Montagefläche aufweisen, die größer als die Dicke der
elektrischen Anschlusselemente ist, sodass das thermische Anschlusselement die elektrischen Anschlusselemente überragt. Besonders bevorzugt überragt das thermische Anschlusselement die elektrischen Anschlusselemente auch in einer lateralen Richtung, sodass sich der Querschnitt des thermischen
Anschlusselements in einer Richtung vom Halbleiterchip zur Montagefläche verbreitert. Hierdurch kann eine Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit beziehungsweise eine Verringerung des thermischen Widerstands erreicht werden, wodurch eine effektive Wärmeableitung aus dem Halbleiterchip ermöglicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den elektrischen Anschlusselementen und dem thermischen
Anschlusselement ein elektrisch isolierendes Material angeordnet. Dies kann beispielsweise durch ein organisches Material, insbesondere ein Polymermaterial, gebildet werden. Beispielsweise kann das elektrisch isolierende Material durch ein Material basierend auf Benzocyclobuten (BCB) gebildet werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der
Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet. Das
Wellenlängenkonversionselement kann dabei vor oder nach dem Umformen des Halbleiterchips mit dem Formkörper auf der Lichtauskoppelfläche angeordnet werden und insbesondere durch eine Schicht mit einem oder mehreren
Wellenlängenkonversionsstoffen gebildet werden. Im Falle einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips im Trägerkörper kann den Halbleiterchips ein gemeinsames
Wellenlängenkonversionselement nachgeordnet sein oder alternativ dazu jedem der Halbleiterchips ein eigens
zugeordnetes Wellenlängenkonversionselement .
Das Wellenlängenkonversionselement weist insbesondere zumindest einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe auf, die geeignet sind, das von dem Licht emittierenden Halbleiterchip oder einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips emittierte Licht zumindest teilweise in ein Licht mit einer anderen Wellenlänge umzuwandeln, sodass das Licht emittierende Halbleiterbauelement ein Mischlicht aus dem primär von dem Halbleiterchip emittierten Licht und dem umgewandelten sekundären Licht abstrahlen kann.
Beispielsweise kann ein Licht emittierender Halbleiterchip blaues Licht emittieren, das von einem
Wellenlängenkonversionselement zumindest teilweise in grünes und rotes und/oder gelbes Licht umgewandelt wird, sodass das Halbleiterbauelement im Betrieb weißes Licht abstrahlen kann. Das Wellenlängenkonversionselement kann beispielsweise in Form von Partikel aufgebracht werden, die in einem
Matrixmaterial wie beispielsweise einem Kunststoff, etwa Silikon, oder Keramik eingebettet sind. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Wellenlängenkonversionselement als
Keramikplättchen ausgeführt ist, das den
Wellenlängenkonversionsstoff enthält oder aus einem
keramischen Wellenlängenkonversionsstoff besteht. Das
Wellenlängenkonversionselement kann insbesondere unmittelbar auf die Lichtauskoppelfläche aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind im Formkörper eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips lateral nebeneinander angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement in einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelflächen der Halbleiterchips und die
Oberseite des Formkörpers beziehungsweise des Trägerkörpers die Halbleiterchips nebeneinander aufweist. Die Licht
emittierenden Halbleiterchips können insbesondere durch elektrische Anschlusselemente im Formkörper miteinander verschaltet sein. Weiterhin kann der Trägerkörper besonders bevorzugt ein zusammenhängendes thermisches Anschlusselement aufweisen, mit dem die thermischen Kontaktschichten der
Halbleiterchips in unmittelbarem Kontakt stehen, sodass die in den Halbleiterchips im Betrieb erzeugte Wärme durch das gemeinsame thermische Anschlusselement zur Montagefläche abgeleitet werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Licht emittierenden Halbleiterchips mit einer Halbleiterschichtenfolge, mit einer
Lichtauskoppelfläche, mit einer der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegenden Rückseitenfläche und mit die
Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche verbindenden Seitenflächen, wobei auf der Rückseitenfläche des
Halbleiterchips zwei elektrische Kontaktschichten und eine thermische Kontaktschicht angeordnet sind, die von den elektrischen Kontaktschichten und der
Halbleiterschichtenfolge elektrisch isoliert ist;
B) Ausbilden eines Trägerkörpers für den Halbleiterchip mit den Teilschritten:
Bl) Umformen des Halbleiterchips mit einem Formkörper, der die Seitenflächen des Halbleiterchips formschlüssig und unmittelbar bedeckt;
B2) Ausbilden von elektrischen Anschlusselementen in
unmittelbaren Kontakt mit den elektrischen Kontaktschichten des Halbleiterchips und eines thermischen Anschlusselements in unmittelbarem Kontakt mit der thermischen Kontaktschicht des Halbleiterchip durch ein Galvanikverfahren, wobei das thermische Anschlusselement mit einer derartigen Dicke aufgebracht wird, dass es eine dem Halbleiterchip abgewandte Montageseite des Halbleiterbauelements bildet.
Die in Verbindung mit dem Licht emittierenden
Halbleiterbauelement beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterbauelements und umgekehrt .
Bei dem hier beschriebenen Licht emittierenden
Halbleiterbauelement und dem Verfahren zur Herstellung dieses kann durch das thermische Anschlusselement des Trägerkörpers, das in direktem Kontakt zur thermischen Kontaktschicht des Licht emittierenden Halbleiterchips steht, eine gute
Wärmeableitung aus dem Halbleiterchip erreicht werden. Das hier beschriebene Verfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, dass der hier beschriebene Trägerkörper kostengünstiger als beispielsweise ein keramischer Trägerkörper ist und das durch das thermische Kontaktelement im Trägerkörper eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Trägerkörpers und damit des Licht emittierenden
Halbleiterbauelements an eine so genannte Second-Level- Heatsink besser möglich ist als beispielsweise im Falle eines Keramiksubstrats. Aufgrund des Galvanikverfahrens zur
Herstellung der elektrischen und thermischen
Anschlusselemente sind kleinere Strukturgrößen als
beispielsweise im Falle eines QFN-Gehäuses möglich, sodass das hier beschriebene Licht emittierende Halbleiterbauelement kleinere Abmessungen aufweisen kann. Im Falle einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips ist eine
prozesstechnisch einfache Verschaltung der Halbleiterchips über das Galvanikverfahren möglich.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen eines Licht
emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen von Licht
emittierenden Halbleiterchips gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Licht
emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Licht
emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In den Figuren 1A und 1B ist ein Licht emittierendes
Halbleiterbauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Figur 1B zeigt eine Schnittdarstellung des in Figur 1A gezeigten Halbleiterbauelements 100 entlang der in Figur 1A angedeuteten Schnittebene A-A. In Figur 1B deuten die gepunkteten Linien die Querschnitte der elektrischen
Anschlusselemente 24 und des thermischen Anschlusselements 25 direkt unmittelbar unterhalb des Halbleiterchips 1 an. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 weist einen Licht emittierenden Halbleiterchip 1 auf, der von einem
Trägerkörper 2 getragen wird. Der Licht emittierende Halbleiterchip 1 weist eine
Halbleiterschichtenfolge auf, die zumindest eine aktive
Schicht umfasst, die im Betrieb des Halbleiterchips Licht abstrahlt. Weiterhin kann der Licht emittierende
Halbleiterchip 1 ein Substrat in Form eines Aufwachssubstrats oder eines Trägersubstrats aufweisen, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Der
Übersichtlichkeit halber sind die Halbleiterschichtenfolge und das Substrat des Halbleiterchips 1 in Figur 1A nicht gezeigt. In Verbindung mit den Figuren 2A und 2B sind
Ausführungsbeispiele für Licht emittierende Halbleiterchips 1 gezeigt, die weiter unten beschrieben sind.
Das im Betrieb erzeugte Licht wird über eine
Lichtauskoppelfläche 11 abgestrahlt. Gegenüber der
Lichtauskoppelfläche 11 weist der Halbleiterchip 1 eine
Rückseitenfläche 12 auf. Die Lichtauskoppelfläche 11 und die Rückseitenfläche 12 sind über Seitenflächen 13 miteinander verbunden. Das im Betrieb erzeugte Licht kann zusätzlich zur Lichtauskoppelfläche 11 auch durch die Seitenflächen und/oder durch Teile der Rückseitenfläche 12 abgestrahlt werden. An der Rückseitenfläche 12 weist der Halbleiterchip 1 zwei elektrische Kontaktschichten 14 auf, über die der
Halbleiterchip 1 und insbesondere die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1 elektrisch kontaktiert werden kann. Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 eine thermische Kontaktschicht 15 auf, die elektrisch
isoliert zu den elektrischen Kontaktschichten 14 und zur Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1 ist. Die thermische Kontaktschicht 15 ist somit potenzialfrei im Halbleiterchip 1 ausgebildet.
Wie aus Figur 1B ersichtlich ist, bildet die thermische Kontaktschicht 15 bevorzugt einen Großteil der
Rückseitenfläche 12 des Halbleiterchips, sodass ein
großflächiger thermischer Anschluss des Halbleiterchips möglich ist. Insbesondere ist die thermische Kontaktschicht 15 derart ausgebildet, dass sie bis auf die elektrischen Kontaktschichten 14 sowie Spalte zur elektrischen Isolation der thermischen Kontaktschicht 15 von den elektrischen
Kontaktschichten 14 die gesamte Rückseitenfläche 12 des elektrischen Halbleiterchips bildet. Der Trägerkörper 2 weist einen Formkörper 20 auf, der die Seitenflächen 13 des Halbleiterchips 1 formschlüssig und unmittelbar bedeckt. Der Formkörper 20 kann dabei derart ausgebildet sein, dass er, wie in Figur 1A gezeigt ist, die Seitenflächen 13 des Halbleiterchips 1 komplett bedeckt. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die
Seitenflächen 13 des Halbleiterchips 1 nur teilweise vom Formkörper 20 bedeckt sind, sodass diese eine geringere Höhe als der Halbleiterchip 1 aufweisen kann. Besonders bevorzugt bedeckt der Formkörper 20 nicht die Lichtauskoppelfläche 11 des Halbleiterchips 1 und weist eine Oberseite 21 auf, die, wie in Figur 1A gezeigt ist, bündig mit der
Lichtauskoppelfläche 11 abschließt.
Weiterhin kann der Formkörper 20 mit seiner Oberseite 21 die Lichtauskoppelfläche 11 überragen ohne die
Lichtauskoppelfläche 11 zu überdecken. Dadurch kann die mechanische Stabilität des Trägerkörpers 2 erhöht werden. Weiterhin kann dadurch eine Vertiefung über der Lichtauskoppelfläche 11 gebildet werden, in der
beispielsweise ein Wellenlängenkonversionselement 3
angeordnet werden kann. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der
Formkörper 20 die Lichtauskoppelfläche 11 auch überdecken, so dass der Halbleiterchip 1 im Trägerkörper 2 eingeschlossen und von diesem allseitig umgeben ist. Der Formköper 20 kann über der Lichtauskoppelfläche 11 beispielsweise gezielt ausgeformt oder materialspezifisch ausgebildet sein,
beispielsweise linsenförmig oder mit Füllstoffen versehen, um gewünschte optische Eigenschaften, beispielsweise eine gewünschte Lichtbündelung oder -Streuung, aufzuweisen. Der Formkörper 20 ist an den Halbleiterchip 1 angeformt und weist ein in einem Formprozess verarbeitbares Material, beispielsweise ein Epoxid, ein Silikon, ein Silikon-Epoxid- Hybridmaterial oder einen Polyester, auf oder ist daraus sein. Je nach Abstrahleigenschaften des Halbleiterchips 1 kann der Formkörper 20 transparent, Licht absorbierend, Licht reflektierend oder Licht streuend ausgebildet sein und entsprechende Partikel und/oder Füllstoffe im vorgenannten Material aufweisen. Auf der Lichtauskoppelfläche 11 des Halbleiterchips und damit auf der Oberseite 21 des Trägerkörpers 2 beziehungsweise des Formkörpers 20 kann ein Wellenlängenkonversionselement 3 aufgebracht sein, das zumindest einen Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip 1 erzeugten Lichts in ein dazu unterschiedliches Licht umwandeln kann.
Zur Herstellung des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 100 wird der Halbleiterchip 1 bereitgestellt. In den Figuren 2A und 2B sind hierzu Ausführungsbeispiele für Licht emittierende Halbleiterchips 1 gezeigt, die jeweils für das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 vorgesehen sein können und die jeweils ein Substrat 16 aufweisen, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 17 mit einem aktiven
Bereich angeordnet ist.
In Figur 2A ist ein Licht emittierender Halbleiterchip 1 gezeigt, bei dem das Substrat 16 durch das Aufwachssubstrat zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge 17 gebildet wird. Durch eine Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge 17 können elektrische Kontaktschicht 14 auf derselben Seite der Halbleiterschichtenfolge 17 angeordnet werden.
Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 auf der
Halbleiterschichtenfolge 17 eine thermische Kontaktschicht 15 auf, die durch eine elektrisch isolierende Schicht 18 gebildet durch eine Passivierungsschicht 19 von der
Halbleiterschichtenfolge 17 elektrisch isoliert ist. Die
Passivierungsschicht weist bevorzugt Siliziumdioxid, Diamant oder Aluminiumoxid und eine Dicke von größer oder gleich 100 nm auf. Der Licht emittierende Halbleiterchip 1 in Figur 2B hingegen weist als Substrat 16 ein als Trägersubstrat ausgebildetes Keramiksubstrat auf, auf das die Halbleiterschichtenfolge 17 nach dem Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat übertragen wurde. Auf der der Halbleiterschichtenfolge 17 abgewandten Seite des Substrats 16 sind die elektrischen Kontaktschichten 14 aufgebracht und über elektrische Durchführungen 141 mit der Halbleiterschichtenfolge 17 kontaktiert. Das
Bezugszeichen 142 bezeichnet eine elektrische Isolation einer der Durchführungen 141 zur Kontaktierung der dem Substrat 16 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 17.
Auf der der Halbleiterschichtenfolge 17 abgewandten Seite des Substrats 16 ist weiterhin die thermische Kontaktschicht 15 aufgebracht, wobei das Substrat 16 hierbei die elektrisch isolierende Schicht 18 bildet, um die thermische
Kontaktschicht 15 von der Halbleiterschichtenfolge 17
elektrisch zu isolieren.
Nach der Bereitstellung des Licht emittierenden
Halbleiterchips 1 wird der Trägerkörper 2 hergestellt. Hierzu werden in einem ersten Teilschritt die Seitenflächen 13 des Halbleiterchips 1 formschlüssig und unmittelbar mit dem
Material des Formkörpers 20 bedeckt. Dies erfolgt durch ein Umformen des Halbleiterchips mit dem Formkörper 20 in einem Formprozess, im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere durch einen Spritzpress-Prozess . In einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des
Trägerkörpers 2 werden in unmittelbarem Kontakt mit den
Kontaktschichten 14, 15 des Halbleiterchips Anschlusselemente 24, 25 ausgebildet. Hierzu werden die elektrischen
Anschlusselemente 24 sowie ein Teil des thermischen
Anschlusselements 25 mittels eines Galvanikverfahrens auf den elektrischen Kontaktschichten 14 sowie auf der thermischen Kontaktschicht 15 aufgebracht. Wie aus Figur 1A ersichtlich ist, können die elektrischen Anschlusselemente 24 vom
Halbleiterchip 1 weg führend auch teilweise auf dem
Formkörper 20 aufgebracht werden.
Anschließend wird ein elektrisch isolierendes Material 26 aufgebracht, das die elektrischen Anschlusselemente 24 sowie den bereits aufgebrachten Teil des thermischen
Anschlusselements 25 bedeckt. Das elektrisch isolierende Material 26 wird über dem schon aufgebrachten Teil des thermischen Anschlusselements 25 wieder entfernt, sodass dieses durch eine Fortführung des Galvanikverfahrens weiter verstärkt werden kann. Insbesondere ist es dadurch möglich, die thermischen Anschlusselemente 24 im elektrisch
isolierenden Material 26 und damit im Trägerkörper 2
einzubetten und das thermische Anschlusselement 25 mit einer sich vergrößernden Breite herzustellen. Das thermische
Anschlusselement 25 kann dadurch so ausgebildet werden, dass es dicker als die elektrischen Anschlusselemente 24 ist und die elektrischen Anschlusselemente 24 zusätzlich zu einer vertikalen Richtung auch in einer lateralen Richtung
überragt. Das elektrisch isolierende Material 26 wird
insbesondere durch ein fotostrukturierbares Material wie etwa einen fotostrukturierbaren Lack gebildet, beispielsweise durch ein Polymer auf Basis von BCB . Die elektrischen Anschlusselemente 24 und das thermische Anschlusselement 25 weisen insbesondere Kupfer und/oder
Nickel auf. Bevorzugt werden die Anschlusselemente 24, 25 durch Kupfer gebildet, das sich prozesstechnisch einfach durch ein Galvanikverfahren aufbringen lässt.
Durch das Galvanikverfahren ist eine prozesstechnisch
einfache Verbindung der Anschlusselemente 24, 25 mit den Kontaktschichten 14, 15 möglich, die kleine Strukturbreiten in der Größenordnung von etwa 50 μιη erlaubt. Im Falle von dünnen Anschlusselementen 24, 25 kann eine geringe
Stressbelastung, beispielsweise hervorgerufen durch
thermische Verspannungen, auf den Halbleiterchip 1 erreicht werden, während das im Vergleich zu den elektrischen Anschlusselementen 24 deutlich dickere thermische Anschlusselement 25 eine gute Wärmeleitfähigkeit ermöglicht. Dadurch, dass die thermische Kontaktschicht 15 potenzialfrei, also elektrisch isoliert, auf der Halbleiterschichtenfolge 17 des Halbleiterchips 1 ausgebildet ist, ist das thermische Anschlusselement 25 ebenfalls elektrisch isoliert von der Halbleiterschichtenfolge 17 des Halbleiterchips 1, sodass eine zusätzliche elektrische Isolation des thermischen
Anschlusselements 25 nicht nötig ist.
Die elektrische Kontaktierung der elektrischen
Anschlusselemente 24 von außen kann, wie im gezeigten
Ausführungsbeispiel, durch elektrische Durchführungen 27 im Formkörper 20 erfolgen. Diese können in Form von so genannten Vias ausgebildet sein, die beispielsweise als diskrete
Elemente zusammen mit dem Licht emittierenden Halbleiterchip 1 bereitgestellt und mit dem Formkörper 20 umformt werden. Weiterhin ist es auch möglich, im Formkörper 20 Öffnungen vorzusehen oder auszubilden, die mit einem elektrisch
leitenden Material zur Ausbildung der elektrischen
Durchführungen zumindest teilweise oder gänzlich gefüllt werden. Durch die elektrischen Durchführungen 27 ist es möglich, den Licht emittierenden Halbleiterchip 1 und damit das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 von der
Oberseite 21 des Trägerkörpers 2 her zu kontaktieren, sodass das thermische Anschlusselement 25 bevorzugt die gesamte der Oberseite 21 gegenüber liegende Montagefläche 22 bildet.
Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 kann
besonders bevorzugt im Verbund mit weiteren
Halbleiterbauelementen hergestellt werden. Hierzu können eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 1 mit einem gemeinsamen Formkörper 20 umformt werden. Nach dem Ausbilden der elektrischen und thermischen Anschlusselemente 24, 25 sowie gegebenenfalls der elektrischen Durchführungen 27 und damit der Fertigstellung eines Trägerkörperverbunds kann dieser in einzelne Halbleiterbauelemente 100 zerteilt werden. Durch das Vereinzeln werden Seitenflächen des Trägerkörpers 2 erzeugt, welche Spuren eines Materialabtragens aufweisen können, beispielsweise in Form von Sägerillen oder
Schleifspuren, die vom Vereinzeln herrühren. In Figur 3 ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Vergleich zum Licht emittierenden Halbleiterbauelement 100 eine elektrische Kontaktierung von der Montagefläche 22 her ermöglicht. Hierzu weist das thermische Anschlusselement 25 Öffnungen auf, in denen elektrische Durchführungen 27
angeordnet und durch das elektrisch isolierende Material 26 vom thermischen Anschlusselement 25 isoliert sind.
Weiterhin ist es auch möglich, sowohl auf der Oberseite 21 als auch auf der Unterseite bzw. Montagefläche 22 elektrische Anschlussmöglichkeiten in Form von Durchführungen 27
vorzusehen .
Durch das Galvanikverfahren zum Aufbringen der elektrischen Anschlusselemente 24 und des thermischen Anschlusselements 25 sowie durch die Anordnung von elektrischen Durchführungen 27 im Formkörper 20 und/oder im thermischen Anschlusselement 25 kann die Montagefläche 22 hinsichtlich der thermischen und elektrischen Anschlussmöglichkeiten beliebig ausgestaltet werden.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 300 gezeigt, das im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von
Halbleiterchips 1 aufweist, die von einem gemeinsamen
Formkörper 20 umformt sind.
Die Halbleiterchips 1 sind über elektrische Anschlusselemente 24 im Trägerkörper 20 miteinander verschaltet. Weiterhin weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement 300 ein thermisches Anschlusselement 25 auf, an das die thermischen Kontaktschichten 15 der Halbleiterchips 1 unmittelbar angrenzen, sodass das thermische Anschlusselement 25 als zusammenhängendes thermisches Anschlusselement ausgebildet sein kann, das die von den Halbleiterchips 1 im Betrieb erzeugte Wärme abführen kann.
Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen und Merkmale können auch miteinander kombiniert werden.
Zusätzlich oder alternativ zu den in den
Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmalen können die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 100, 200, 300 auch weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
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. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200,
300), aufweisend
zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (17), einer
Lichtauskoppelfläche (11), einer der
Lichtauskoppelfläche (11) gegenüber liegenden
Rückseitenfläche (12) und Seitenflächen (13), die die Lichtauskoppelfläche (11) und die Rückseitenfläche (12) verbinden, und
einem Trägerkörper (2), der einen Formkörper (20) aufweist, der die Seitenflächen (13) des Halbleiterchips
(1) formschlüssig und unmittelbar bedeckt,
wobei auf der Rückseitenfläche (12) des Halbleiterchips
(1) zwei elektrische Kontaktschichten (14) und eine thermische Kontaktschicht (15) ausgebildet sind, wobei die thermische Kontaktschicht (15) von den
elektrischen Kontaktschichten (14) und der
Halbleiterschichtenfolge (17) elektrisch isoliert ist, wobei der Trägerkörper (2) an der Rückseitenfläche (12) des Halbleiterchips (1) elektrische Anschlusselemente
(24) in unmittelbaren Kontakt mit den elektrischen
Kontaktschichten (14) des Halbleiterchips (1) und ein thermisches Anschlusselement (25) in unmittelbarem
Kontakt mit der thermischen Kontaktschicht (15) des Halbleiterchips (1) aufweist und
wobei das thermische Anschlusselement (25) zumindest teilweise eine dem Halbleiterchip (1) abgewandte
Montagefläche (22) des Halbleiterbauelements (100, 200, 300) bildet.
2. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei der Formkörper (20) die
Lichtauskoppelfläche (11) nicht bedeckt.
3. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Formkörper (20) bündig mit der Lichtauskoppelfläche (11) abschließt.
4. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der
Lichtauskoppelfläche (11) ein
Wellenlängenkonversionselement (3) angeordnet ist.
5. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Trägerkörper (2) zwischen den elektrischen
Anschlusselementen (24) und dem thermischen
Anschlusselement (25) ein elektrisch isolierendes
Material (26) aufweist.
6. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
elektrischen Anschlusselemente (24) im Inneren des
Trägerkörpers (2) angeordnet sind.
7. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
elektrischen Anschlusselemente (24) teilweise auf dem Formkörper (20) aufgebracht sind.
8. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das
thermische Anschlusselement (25) die elektrischen Anschlusselemente (24) in einer lateralen Richtung überragt .
9. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
elektrischen Anschlusselemente (24) und das thermische Anschlusselement (25) galvanisch auf dem Halbleiterchip (1) aufgebracht sind.
10. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Formkörper (20) zumindest eine elektrische Durchführung (27) aufweist, die elektrisch mit einem elektrischen Anschlusselement (24) verbunden ist.
11. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach Anspruch 10, wobei das thermische Anschlusselement die (25) gesamte Montagefläche (22) des
Halbleiterbauelements (100, 200, 300) bildet.
12. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Halbleiterchip (1) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (17) und der thermischen Kontaktschicht (15) eine elektrisch isolierende Schicht (18) aufweist.
13. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
thermische Kontaktschicht (15) eine größere Fläche als die elektrischen Kontaktschichten (14) auf der
Rückseitenfläche (12) des Halbleiterchips (1) einnimmt. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (100, 200, 300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Formkörper (20) eine Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips (1) lateral nebeneinander angeordnet sind und der Trägerkörper (2) ein zusammenhängendes thermisches Anschlusselement (25) aufweist, mit dem die thermischen Kontaktschichten (15) der Halbleiterchips (1) in unmittelbarem Kontakt stehen. 15. Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements (100, 200, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Licht emittierenden Halbleiterchips
(I) mit einer Halbleiterschichtenfolge (17), mit einer Lichtauskoppelfläche (11), mit einer der
Lichtauskoppelfläche (11) gegenüber liegenden
Rückseitenfläche (12) und mit die Lichtauskoppelfläche
(II) und die Rückseitenfläche (12) verbindenden
Seitenflächen (13), wobei auf der Rückseitenfläche (12) des Halbleiterchips (1) zwei elektrische
Kontaktschichten (14) und eine thermische Kontaktschicht (15) angeordnet sind und die thermische Kontaktschicht (15) von den elektrischen Kontaktschichten (14) und der Halbleiterschichtenfolge (17) elektrisch isoliert ist, B) Ausbilden eines Trägerkörpers (2) für den Halbleiterchip (1) mit den Teilschritten:
Bl) Umformen des Halbleiterchips (1) mit einem Formkörper
(20), der die Seitenflächen (13) des Halbleiterchips (1) formschlüssig und unmittelbar bedeckt,
B2) Ausbilden von elektrischen Anschlusselementen (24) in unmittelbaren Kontakt mit den elektrischen
Kontaktschichten (14) des Halbleiterchips (1) und eines thermischen Anschlusselements (25) in unmittelbarem Kontakt mit der thermischen Kontaktschicht (15) des Halbleiterchips (1) durch ein Galvanikverfahren, wobe das thermische Anschlusselement (25) mit einer derartigen Dicke aufgebracht wird, dass es eine dem Halbleiterchip (1) abgewandte Montageseite (22) des Halbleiterbauelements (100, 200, 300) bildet.
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