WO2014023617A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil, konversionsmittelplättchen und verfahren zur herstellung eines konversionsmittelplättchens - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil, konversionsmittelplättchen und verfahren zur herstellung eines konversionsmittelplättchens Download PDF

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layer
particles
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PCT/EP2013/066011
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Ales Markytan
Christian Gärtner
Hans-Christoph Gallmeier
Ion Stoll
Herbert Brunner
Thomas Schlereth
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • this includes
  • Optoelectronic semiconductor device at least one
  • the semiconductor chip is set up to generate a primary radiation.
  • Primary radiation is preferably ultraviolet radiation, blue light or green light.
  • the semiconductor chip is preferably a light-emitting diode chip, or LED chip for short.
  • the semiconductor component can then be a light-emitting diode module.
  • this includes
  • Semiconductor component at least one conversion agent platelet.
  • the conversion agent tile is adapted to the Partially or completely absorbing primary radiation and partially or completely absorbing secondary radiation
  • the secondary radiation in particular has a greater wavelength than the primary radiation.
  • Spectral width of the secondary radiation may exceed a spectral width of the primary radiation.
  • Conversion medium platelets attached directly or indirectly to a main radiation side of the semiconductor chip. This may mean that the conversion agent plate touches the main radiation side or that between the main radiation side and the conversion medium plate only a connecting means for fixing the
  • Conversion medium platelets is located.
  • Radiation main side of the semiconductor chip is in particular that main side on which the semiconductor chip in
  • Radiation main side can by a radiation-transparent substrate of the semiconductor chip or by an epitaxially grown semiconductor material or by a
  • Seal layer of the semiconductor chip may be formed.
  • this includes
  • Conversion medium platelets a matrix material.
  • Matrix material is preferably clear for the
  • the matrix material is a silicone, an epoxy or a silicone-epoxy hybrid material. In accordance with at least one embodiment, this includes
  • Conversion agent platelets at least one or more varieties of conversion agent particles.
  • Conversion agent particles are in the matrix material
  • Conversion agent particles are surrounded around the matrix material.
  • Conversion medium platelets on a conversion layer is one such layer of the conversion agent wafer that is closest to the semiconductor chip.
  • the conversion layer are the conversion agent particles.
  • Conversion agent particles alone or together with optiona existing diffusion media particles, with a
  • the conversion agent particles i of the conversion layer are packed tightly or almost densely.
  • Conversion medium platelets at least one binding layer.
  • the bonding layer is in particular that layer of the conversion agent platelet which is furthest away from the semiconductor chip.
  • a volume fraction of the conversion agent particles in the bonding layer is at most 2.5% or at most 1% or at most 0.5%. Is preferred the binding layer free of the conversion agent particles.
  • the binder layer may contain diffuser particles.
  • the binding layer immediately follows the at least one conversion layer.
  • the binding layer produces a mechanical connection of the conversion agent particles with one another.
  • the tie layer may be the the conversion agent platelet
  • Binding layer and the conversion layer each one
  • the binding layer and the conversion layer have the same matrix material.
  • Example are the conversion agent particles in the
  • this includes
  • Optoelectronic semiconductor device one or more optoelectronic semiconductor chips for generating a
  • the semiconductor component comprises at least one conversion medium plate, which is attached to a main radiation side of the semiconductor chip and which is adapted for the at least partial conversion of the primary radiation into a secondary radiation.
  • Conversion agent plate has a matrix material and embedded therein conversion agent particles. Furthermore, the conversion agent platelet comprises one or more
  • Conversion medium particles The conversion agent particles, alone or together with optional ones
  • Diffusion agent particles make up a volume fraction of at least 50% of the conversion layer. Further, the conversion agent pad includes a tie layer farthest from the semiconductor chip. In the bonding layer, the conversion agent particles are present with a volume fraction of at most 2.5 ⁇ 6.
  • Such a conversion agent plate can be produced efficiently by means of electrophoresis. Further, in such a conversion agent plate is a good thermal contact between the conversion agent particles and the
  • a volume fraction of the conversion agent particles in the conversion layer is comparatively low, since there are generally at least small fractions of the matrix material between adjacent conversion agent particles.
  • Conversion agent on a semiconductor chip is the conversion agent particles directly on the
  • Reproducibility of the process depends on the exact geometry and also tolerances in an assembly of the Semiconductor chips can influence the resulting color location by a varying layer thickness of the conversion agent layer.
  • Conversion medium platelets exactly two, exactly three or more than three of the conversion layers. It is also possible that the conversion agent platelets exactly one
  • Conversion layer includes. Does that know
  • Conversion medium platelets multiple conversion layers, they may be the same or different
  • the comprises
  • a further conversion layer comprises second conversion agent particles.
  • the further conversion layer follows the conversion layer closest to the semiconductor chip.
  • Conversion medium particles For example, of the first conversion agent particles of blue light becomes red light and green light from the second blue medium conversion agent particles. Alternatively, it is also possible that the first conversion agent particles for
  • Generation of short-wave light are set up, compared to the second conversion agent particles.
  • Conversion agent particles which are located in the semiconductor chip closest conversion layer, a smaller average diameter than the second
  • the average diameters differ by at least a factor of 1.5 or by at least a factor of 2 or by at least a factor of 3.
  • Conversion agent particles also have a larger mean
  • the first and / or the second conversion agent particles are in each case alone or together with the optionally present ones
  • Conversion agent particles alone or together with the optional diffuser particles, many through
  • Diffusion agent particles thus preferably have one
  • a volume fraction of the conversion agent particles, alone or together with the optional diffusion agent particles is at least 70%. or at least 80% or at least 90% of
  • the densest packing of these conversion agent particles is the densest sphere packing.
  • a volume share is about 74%.
  • volume fraction is above the volume fraction for the densest spherical packing for spherical particles of the same diameter.
  • the first and / or the second conversion agent particles have a
  • the average diameter is at most 5.0 ym or at most 4.0 ym or at most 3.0 ym.
  • Conversion agent particles have an average diameter of at least 5 ym or at least 7.5 ym or of
  • the mean diameter is at most 25 ym or at most 20 ym or at most 15 ym. According to at least one embodiment, this includes
  • Semiconductor device a carrier with a carrier top.
  • the carrier is preferably the component mechanically stabilizing and carrying the semiconductor component.
  • the semiconductor chip is directly or indirectly on the top of the carrier
  • Connecting means for fixing the semiconductor chip
  • the conversion agent plate does not touch the carrier.
  • a distance between the carrier and the conversion medium plate corresponds, for example, to at least the thickness of the semiconductor chip.
  • Conversion agent platelets have a thickness of at least 30 ym or at least 50 ym or at least 70 ym.
  • the bonding layer has a proportion of the thickness of the conversion agent platelets of at least 60% or at least 70% or at least 80%. Alternatively or additionally, this percentage is at most 95% or at most 90% or at most 85%. In other words, a majority of the thickness of the conversion agent chip makes up the bonding layer.
  • Thin can mean that the transition region has a thickness of at most 1.5 times, at most 1.0 times or at most 0.5 times the mean diameter of the Conversion agent particles of these adjacent
  • Conversion layers apply, in which case in particular the average diameter of the smaller conversion agent particles is used. In other words, then the conversion agent particles of the conversion layers do not mix and the individual conversion layers are sharp
  • the conversion layer located closer to the semiconductor chip also comprises conversion agent particles from the at least one further conversion layer.
  • Conversion agent particles from the further conversion layer is then, for example, at least 2.5% by volume or at least 5% by volume and alternatively or additionally at most 20% by volume or at most 15% by volume.
  • the conversion agent particles from the further conversion layer have a small mean
  • the further one is selected from:
  • Conversion layer which is located farther away from the semiconductor chip, free of conversion agent particles from the closer to the semiconductor chip
  • Conversion layer In other words, it is possible that mixing of the conversion agent particles toward the semiconductor chip is possible, in the direction away from the semiconductor chip
  • Conversion medium platelets limited to the main radiation side of the semiconductor chip. It is thus possible that the conversion agent plate does not project beyond the main radiation side laterally or not significantly. It is also possible for the conversion medium plate and the semiconductor chip to terminate laterally flush with a tolerance of at most 5 ⁇ m or at most 50 ⁇ m all around.
  • this includes
  • the diffusion agent particles are preferably from a
  • the diffusing agent particles are made of silicon oxide
  • Alumina or formed from aluminum nitride is Alumina or formed from aluminum nitride.
  • Diffusing agent particles can have a spherical basic form. According to at least one embodiment, the
  • Diffusing agent particles have an average diameter of at least 2 ym or at least 3 ym. Alternatively or additionally, the average diameter of the
  • a volume fraction of the diffusion agent particles lies in the at least one
  • Diffusion agent particles in the bonding layer with a Volume fraction of at least 1.0% or at least 2.5% or at least 5%. This volume fraction in the binding layer is for example at most 30% or at most 20% or at most 15%.
  • the conversion agent wafer is intended in particular for an optoelectronic semiconductor component, as in
  • Conversion medium plate mechanically self-supporting. This may mean that the conversion agent platelets by means of a pick and place machine, English pick-and-place machine,
  • Conversion medium platelets a mechanically coherent, not decaying unit under normal use.
  • Optoelectronic semiconductor device is used. Characteristics of the method are therefore also for that
  • Conversion medium platelets as well as for the optoelectronic semiconductor device disclosed and vice versa.
  • the method comprises at least or exactly the following steps:
  • the application of the conversion agent particles by means of electrophoresis is preferably by means of a
  • Liquid phase process such as a dispensing or printing applied.
  • the step of applying the matrix material follows the step of applying the conversion agent particles. In other words, then all the conversion agent particles can be applied before the matrix material is added.
  • the method takes place with the aid of an intermediate carrier.
  • the intermediate carrier has a carrier top side. It includes the intermediate carrier an electrically insulating masking layer or it is at the top of the intermediate carrier such
  • the masking layer preferably comprises a plurality of openings.
  • the openings are designed to deposit the conversion agent particles in the openings in an electrophoretically targeted manner.
  • an electrically conductive material is located in the openings.
  • the electrically conductive material may be exposed and form an upper side of the intermediate carrier.
  • the electrically conductive layer of one in comparison is covered to the masking layer thin, further insulating layer.
  • one form of the conversion agent platelets in particular in FIG. 1
  • the openings for the matrix material act as a kind of casting mold. Specifically, it can be dispensed with a separation of the conversion agent platelets, after the detachment from the intermediate carrier.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • FIGS. 1 to 5 are schematic sectional views of
  • FIG. 1 is an embodiment of a
  • the semiconductor component comprises a carrier 2 with a carrier top 20.
  • the carrier 2 includes unshown interconnects and electrical contact structures for connecting a
  • the semiconductor chip 3 which is preferably a light-emitting diode chip, is attached to the carrier top side 20.
  • the semiconductor chip 3 faces away from the carrier 2.
  • the semiconductor chip 3 emits blue light during operation.
  • the semiconductor device 1 comprises a
  • connection means 5 is in particular a silicone adhesive.
  • a thickness of the bonding agent 5 is preferably at most 6 ⁇ m or at most 4 ⁇ m.
  • the conversion agent plate 4 comprises a
  • Conversion layer 41a and a bonding layer 41c Conversion layer 41a and a bonding layer 41c.
  • the two layers 41a, 41c follow each other directly and are mechanically firmly connected.
  • the layers 41a, 41c of the conversion medium plate 4 are symbolically separated from each other by a dashed line.
  • conversion agent particles 43 are densely packed. A volume fraction of
  • Conversion agent particles 43 at the conversion layer 41a is, for example, about 75%.
  • Conversion agent particles 43 may be approximately spherically shaped.
  • the conversion agent particles 43 are based on a rare earth-doped garnet,
  • the conversion agent particles 43 are set up to produce yellow light.
  • the bonding layer 41c is free from the
  • the matrix material 42 and the conversion agent particles 43 are mechanically connected to each other. Via the matrix material 42, a mechanical integrity of the conversion medium plate 4 is achieved.
  • the matrix material 42 is, for example, a
  • Methylsiloxane or a phenylsiloxane is Methylsiloxane or a phenylsiloxane.
  • Binding layer 41c preferably exceeds a thickness of
  • the bonding layer 41c has a surface facing away from the conversion layer 41a, which forms a platelet top side 40 of the conversion agent platelet 4.
  • the wafer top 40 is an exposed surface of the wafer
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • Conversion medium platelet 4 shown. According to FIG. 4 the conversion agent plate 4 two conversion layers 41a, 41b. The further conversion layer 41b is disposed between the first conversion layer 41a and the bonding layer 41c. The conversion agent particles 43a in the
  • Conversion layer 41a have a smaller diameter than the conversion agent particles 43b in the
  • the two conversion layers 41a, 41b have only a thin transition region, so that the conversion agent particles 43a, 43b are separated from one another and do not or not substantially mix.
  • the first conversion layer 41a has a higher one
  • Conversion layer 41a has a larger volume fraction of conversion agent particles than the other
  • the smaller average diameter conversion agent particles 43a are, for example, a conversion agent for generating red light.
  • Conversion agent particles 43b with the larger average diameter are particularly adapted to produce green light.
  • Conversion agent particles 43a are closer to the not
  • Conversion layer 41a is a higher temperature stability and a longer life reachable, since specifically red-emitting conversion agent particles are more sensitive to elevated temperatures and also a stronger
  • remote platelet top 40 are located.
  • Platelet top 40 are present, but that a
  • Diffusion agent particles 45 remain the same or increase.
  • the gradient toward the wafer top 40 can be both volume fractional
  • Conversion medium plate 4 according to Figure 3 is a
  • Conversion agent particles 43a, 43b reversed, in comparison to Figure 2.
  • the conversion agent particles 43a with the smaller diameter partially enter the conversion layer 41a with the conversion agent particles 43a with the larger
  • Conversion layers 41a, 41b has.
  • an additional conversion layer for generating yellow light may be present.
  • Diffusionsmittelp Microwaves GmbH 45, hatched drawn.
  • the diffusion agent particles 45 for example, by
  • Silica particles are formed, can occur both in the conversion layer 41a and in the bonding layer 41c or even in only one of these layers 41a, 41c.
  • a volume fraction of the diffusion agent particles 45 may be in the conversion layer 41a of a volume fraction in the
  • Tie layer 41c be different or equal. Such diffusion agent particles 45 may also be present in all other embodiments.
  • a wafer top 40 which faces away from the semiconductor chip 3 in the semiconductor component 1, is curved.
  • the Platelet top 40 shaped in the form of a converging lens.
  • the wafer top 40 may also have other, non-planar shapes, for example
  • One of the platelet upper side 40 opposite underside of the conversion medium plate 4 is preferably planar and planar.
  • the conversion plate 4 has two
  • Bonding layers 41c, 41d and a scattering layer 41e which is located between the two bonding layers 41c, 41d.
  • the scattering layer 41e is thus spaced from the conversion layer 41a.
  • Platelet top 40 may be thicker than the other
  • Tie layer 41d different from drawn.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a
  • the intermediate carrier 6 comprises a substrate 61 and a continuous, electrically conductive layer 62, for example of a transparent conductive oxide such as ITO or aluminum-doped tin oxide. It is also possible that the electrically conductive layer 62 of a
  • the masking layer 7 is made of a material having a comparatively low
  • the conversion agent particles 43 are deliberately deposited in the openings 74 on the electrically conductive layer 62.
  • the electrically conductive layer 62 At the electrically conductive
  • Layer 62 is hereby applied a voltage for electrophoresis.
  • the particles 43 are deposited tightly packed.
  • Grain size distributions are deposited in one or more layers, as indicated in connection in particular with the figures 2 to 5.
  • the opening 74 is completely filled up. Notwithstanding this, it is also possible that the matrix material projects beyond the opening 74 or does not completely fill the opening 74.
  • the matrix material 42 is preferably applied to the conversion agent particles 43 in a low-viscosity state so that the liquid matrix material 42 has spaces between them
  • Conversion agent particles 43 completely or partially fills and so that after curing, a mechanically cohesive conversion agent plate 4 is formed.
  • a mounting carrier 8 is applied and, compare FIG. 6E, the conversion agent plate 4 is released from the intermediate carrier 6 with the masking layer 7.
  • Conversion medium wafer 4 is shown in FIG. According to FIG. 7, the electrically conductive layer 62 is structured and connected to the substrate 61 by means of plated-through holes 64 with an electrode 63.
  • the method steps can be carried out analogously to the method according to FIG.
  • the intermediate carrier 6 in this case comprises a plurality of openings 74.
  • the openings 74 have a square basic shape, wherein a recess 44 is present in one of the corners. By the recess 44 is in the
  • Bonding wire ready for contacting the semiconductor chip.
  • two of the recesses 44 are provided on two opposite longitudinal sides, via which recesses for two bonding wires can be realized.
  • corresponding indentations 44 can also be mounted centrally in the openings 74 or in one of the

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil (1) einen optoelektronischen Halbleiterchip (3). Ferner umfasst das Halbleiterbauteil (1) ein Konversionsmittelplättchen (4), das an einer Strahlungshauptseite (30) des Halbleiterchips (3) angebracht und zur Umwandlung einer Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung eingerichtet ist. Das Konversionsmittelplättchen (4) weist ein Matrixmaterial (42) und darin eingebettete Konversionsmittelpartikel (43) auf. Ferner umfasst das Konversionsmittelplättchen (4) eine Konversionsschicht (41a). In der mindestens einen Konversionsschicht (41a) befinden sich die Konversionsmittelpartikel (43). Die Konversionsmittelpartikel (43), alleine oder zusammen mit optional vorhandenen Diffusionsmittelpartikeln (45), machen einen Volumenanteil von mindestens 50 % der Konversionsschicht (41a) aus. Ferner umfasst das Konversionsmittelplättchen (4) eine Bindeschicht (41c), in der die Konversionsmittelpartikel (43) mit einem Volumenanteil von höchstens 2,5 % vorliegen.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil ,
Konversionsmittelplättchen und Verfahren zur Herstellung eines Konversionsmittelplättchens
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Konversionsplättchen für ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein
Herstellungsverfahren für ein Konversionsmittelplättchen angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein effizient
herstellbares Konversionsmittelplättchen anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, durch ein Konversionsmittelplättchen und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil mindestens einen
optoelektronischen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Primärstrahlung eingerichtet. Bei der
Primärstrahlung handelt es sich bevorzugt um ultraviolette Strahlung, um blaues Licht oder um grünes Licht. Bevorzugt ist der Halbleiterchip ein Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip. Das Halbleiterbauteil kann dann ein Leuchtdiodenmodul sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil mindestens ein Konversionsmittelplättchen. Das Konversionsmittelplättchen ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung teilweise oder vollständig zu absorbieren und teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung
umzuwandeln. Die Sekundärstrahlung weist insbesondere eine größere Wellenlänge auf als die Primärstrahlung. Eine
spektrale Breite der Sekundärstrahlung kann eine spektrale Breite der Primärstrahlung übersteigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionsmittelplättchen mittelbar oder unmittelbar an einer Strahlungshauptseite des Halbleiterchips angebracht. Das kann bedeuten, dass das Konversionsmittelplättchen die Strahlungshauptseite berührt oder dass sich zwischen der Strahlungshauptseite und dem Konversionsmittelplättchen lediglich ein Verbindungsmittel zur Befestigung des
Konversionsmittelplättchens befindet. Die
Strahlungshauptseite des Halbleiterchips ist insbesondere diejenige Hauptseite, an der der Halbleiterchip im
bestimmungsgemäßen Gebrauch einen wesentlichen Anteil von Strahlung emittiert. Beispielsweise ist die
Strahlungshauptseite einem Träger abgewandt. Die
Strahlungshauptseite kann durch ein strahlungsdurchlässiges Substrat des Halbleiterchips oder durch ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial oder durch eine
Versiegelungsschicht des Halbleiterchips gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionsmittelplättchen ein Matrixmaterial. Das
Matrixmaterial ist bevorzugt klarsichtig für die
Primärstrahlung und/oder für die Sekundärstrahlung.
Beispielsweise ist das Matrixmaterial ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Konversionsmittelplättchen mindestens eine Sorte oder mehrere Sorten von Konversionsmittelpartikeln. Die
Konversionsmittelpartikel sind in das Matrixmaterial
eingebettet. Das kann bedeuten, dass mindestens ein Teil der Konversionsmittelpartikel in unmittelbarem Kontakt zu dem Matrixmaterial steht. Es ist nicht nötig, dass alle
Konversionsmittelpartikel rings um von dem Matrixmaterial umgeben sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionsmittelplättchen eine Konversionsschicht auf. Die Konversionsschicht ist insbesondere eine solche Schicht des Konversionsmittelplättchens , die sich am nächsten zu dem Halbleiterchip befindet. In der Konversionsschicht befinden sich die Konversionsmittelpartikel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die
Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit optiona vorhandenen Diffusionsmittelpartikeln, mit einem
Volumenanteil von mindestens 50 % oder von mindestens 60 % vor. Mit anderen Worten sind die Konversionsmittelpartikel i der Konversionsschicht dicht oder nahezu dicht gepackt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionsmittelplättchen mindestens eine Bindeschicht auf. Die Bindeschicht ist insbesondere diejenige Schicht des Konversionsmittelplättchens, die sich am weitesten von dem Halbleiterchip entfernt befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Volumenanteil der Konversionsmittelpartikel in der Bindeschicht höchstens 2,5 % oder höchstens 1 % oder höchstens 0,5 %. Bevorzugt ist die Bindeschicht frei von den Konversionsmittelpartikeln. In der Bindeschicht können sich jedoch Diffusionsmittelpartikel befinden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt die Bindeschicht der mindestens einen Konversionsschicht unmittelbar nach. Durch die Bindeschicht ist eine mechanische Verbindung der Konversionsmittelpartikel untereinander hergestellt. Die Bindeschicht kann die das Konversionsmittelplättchen
mechanisch tragende Schicht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthalten die
Bindeschicht und die Konversionsschicht jeweils ein
Matrixmaterial. Insbesondere weisen die Bindeschicht und die Konversionsschicht ein gleiches Matrixmaterial auf. Zum
Beispiel sind die Konversionsmittelpartikel in das
Matrixmaterial eingebettet.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips zur Erzeugung einer
Primärstrahlung. Ferner umfasst das Halbleiterbauteil mindestens ein Konversionsmittelplättchen, das an einer Strahlungshauptseite des Halbleiterchips angebracht ist und das zur zumindest teilweisen Umwandlung der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung eingerichtet ist. Das
Konversionsmittelplättchen weist ein Matrixmaterial und darin eingebettete Konversionsmittelpartikel auf. Ferner umfasst das Konversionsmittelplättchen eine oder mehrere
Konversionsschichten, die sich am nächsten zu dem
Halbleiterchip befinden. In der mindestens einen
Konversionsschicht befinden sich die
Konversionsmittelpartikel. Die Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit optional vorhandenen
Diffusionsmittelpartikeln, machen einen Volumenanteil von mindestens 50 % der Konversionsschicht aus. Ferner umfasst das Konversionsmittelplättchen eine Bindeschicht, die sich am weitesten von dem Halbleiterchip entfernt befindet. In der Bindeschicht liegen die Konversionsmittelpartikel mit einem Volumenanteil von höchstens 2,5 ~6 vor.
Ein solches Konversionsmittelplättchen ist effizient mittels Elektrophorese herstellbar. Ferner ist bei einem solchen Konversionsmittelplättchen ein guter thermischer Kontakt zwischen den Konversionsmittelpartikeln und dem
Halbleiterchip herstellbar. Eine andere Möglichkeit, ein Konversionsmittelplättchen herzustellen, besteht darin, Konversionsmittelpartikel in ein Matrixmaterial einzumischen und eine Konversionsschicht durch Sedimentation der Konversionsmittelpartikel zu erzeugen. Bei einer derartigen Sedimentation bestehen allerdings
Limitierungen hinsichtlich der verwendbaren Partikelgrößen. Außerdem ist ein Volumenanteil der Konversionsmittelpartikel in der Konversionsschicht vergleichsweise gering, da sich zwischen benachbarten Konversionsmittelpartikeln in der Regel zumindest kleine Anteile des Matrixmaterials befinden.
Eine weitere Möglichkeit zur Aufbringung eines
Konversionsmittels auf einen Halbleiterchip besteht darin, die Konversionsmittelpartikel unmittelbar auf dem
Halbleiterchip, beispielsweise mittels Elektrophorese, abzuscheiden. Hierbei ist jedoch eine Farbortsteuerung des Bauteils vergleichsweise schwierig, da eine
Reproduzierbarkeit des Prozesses von der genauen Geometrie abhängt und auch Toleranzen bei einer Montage des Halbleiterchips Einfluss auf den resultierenden Farbort durch eine variierende Schichtdicke der Konversionsmittelschicht haben können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform berühren sich
benachbarte Konversionsmittelpartikel unmittelbar. Mit anderen Worten befindet sich zwischen zumindest einem Teil der Konversionsmittelpartikel punktuell kein Matrixmaterial. Hierdurch ist eine besonders große Packungsdichte der
Konversionsmittelpartikel erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionsmittelplättchen genau zwei, genau drei oder mehr als drei der Konversionsschichten auf. Ebenso ist es möglich, dass das Konversionsmittelplättchen genau eine
Konversionsschicht beinhaltet. Weist das
Konversionsmittelplättchen mehrere Konversionsschichten auf, so können diese dieselben oder unterschiedliche
Konversionsmittelpartikel beinhalten. Die
Konversionsschichten könnten unmittelbar aufeinander folgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die dem
Halbleiterchip nächstgelegene Konversionsschicht erste
Konversionsmittelpartikel. Außerdem umfasst eine weitere Konversionsschicht zweite Konversionsmittelpartikel. Die weitere Konversionsschicht folgt der dem Halbleiterchip nächstgelegenen Konversionsschicht nach.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Konversionsmittelpartikel zur Erzeugung einer langwelligeren Strahlung eingerichtet als die zweiten
Konversionsmittelpartikel. Beispielsweise wird von den ersten Konversionsmittelpartikeln aus blauem Licht rotes Licht erzeugt und aus den zweiten Konversionsmittelpartikeln aus blauem Licht grünes Licht. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die ersten Konversionsmittelpartikel zur
Erzeugung von kurzwelligerem Licht eingerichtet sind, im Vergleich zu den zweiten Konversionsmittelpartikeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten
Konversionsmittelpartikel, die sich in der dem Halbleiterchip nächstgelegenen Konversionsschicht befinden, einen kleineren mittleren Durchmesser auf als die zweiten
Konversionsmittelpartikel. Beispielsweise unterscheiden sich die mittleren Durchmesser um mindestens einen Faktor 1,5 oder um mindestens einen Faktor 2 oder um mindestens einen Faktor 3. Alternativ hierzu können die ersten
Konversionsmittelpartikel auch einen größeren mittleren
Durchmesser aufweisen als die zweiten
Konversionsmittelpartikel .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die ersten und/oder die zweiten Konversionsmittelpartikel, jeweils alleine oder zusammen mit den optional vorhandenen
Diffusionsmittelpartikeln, jeweils dicht gepackt in den
Konversionsschichten vor. Insbesondere können durch die
Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit den optionalen Diffusionsmittelpartikeln, viele durchgehende
Wärmeleitpfade in den Konversionsschichten ausgebildet sein. Die Konversionsmittelpartikel und/oder die
Diffusionsmittelpartikel weisen also bevorzugt eine
Konzentration weit oberhalb einer Perkolationsschwelle auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Volumenanteil der Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit den optionalen Diffusionsmittelpartikeln, bei mindestens 70 % oder bei mindestens 80 % oder bei mindestens 90 % der
dichtesten Packung der entsprechenden Partikel. Weisen die Konversionsmittelpartikel beispielsweise eine sphärische Form auf und nur eine vernachlässigbare Durchmesserverteilung, so ist die dichteste Packung dieser Konversionsmittelpartikel die dichteste Kugelpackung. Für die dichteste Kugelpackung ist ein Volumenanteil zirka 74 %.
Bei sphärischen Partikeln mit einer nicht vernachlässigbaren Verteilung der Durchmesser ist es möglich, dass der
Volumenanteil oberhalb des Volumenanteils für die dichteste Kugelpackung für sphärische Partikel gleicher Durchmesser liegt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten und/oder die zweiten Konversionsmittelpartikel einen
mittleren Durchmesser von mindestens 0,5 ym oder von
mindestens 1,0 ym auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Durchmesser höchstens 5,0 ym oder höchstens 4,0 ym oder höchstens 3,0 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die zweiten Konversionsmittelpartikel und/oder die ersten
Konversionsmittelpartikel einen mittleren Durchmesser von mindestens 5 ym oder von mindestens 7,5 ym oder von
mindestens 10 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Durchmesser bei höchstens 25 ym oder bei höchstens 20 ym oder bei höchstens 15 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen Träger mit einer Trägeroberseite. Der Träger ist bevorzugt die das Halbleiterbauteil mechanisch stabilisierende und tragende Komponente. Der Halbleiterchip ist an der Trägeroberseite mittelbar oder unmittelbar
angebracht. Insbesondere befindet sich zwischen der
Trägeroberseite und dem Halbleiterchip lediglich ein
Verbindungsmittel zur Befestigung des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionsmittelplättchen beabstandet von dem Träger
angeordnet. Das heißt, das Konversionsmittelplättchen berührt den Träger nicht. Ein Abstand zwischen dem Träger und dem Konversionsmittelplättchen entspricht zum Beispiel mindestens der Dicke des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionsmittelplättchen eine Dicke von mindestens 30 ym oder von mindestens 50 ym oder von mindestens 70 ym auf.
Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke des
Konversionsmittelplättchens bei höchstens 300 ym oder bei höchstens 200 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Bindeschicht einen Anteil an der Dicke des Konversionsmittelplättchen von mindestens 60 % oder von mindestens 70 % oder von mindestens 80 % auf. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Anteil bei höchstens 95 % oder bei höchstens 90 % oder bei höchstens 85 %. Mit anderen Worten macht einen Großteil der Dicke des Konversionsmittelplättchens die Bindeschicht aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein
Übergangsbereich zwischen der Bindeschicht und der
unmittelbar angrenzenden Konversionsschicht dünn. Dünn kann bedeuten, dass der Übergangsbereich eine Dicke von höchstens dem 1,5-Fachen, höchstens dem 1,0-Fachen oder höchstens dem 0,5-Fachen des mittleren Durchmessers der Konversionsmittelpartikel dieser angrenzenden
Konversionsschicht beträgt. Entsprechendes kann für einen Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten
Konversionsschichten gelten, wobei hierbei insbesondere der mittlere Durchmesser der kleineren Konversionsmittelpartikel herangezogen wird. Mit anderen Worten durchmischen sich dann die Konversionsmittelpartikel der Konversionsschichten nicht und die einzelnen Konversionsschichten sind scharf
voneinander abgegrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die sich näher an dem Halbleiterchip befindliche Konversionsschicht auch Konversionsmittelpartikel aus der mindestens einen weiteren Konversionsschicht. Ein Volumenanteil der
Konversionsmittelpartikel aus der weiteren Konversionsschicht liegt dann beispielsweise bei mindestens 2,5 Volumen-% oder bei mindestens 5 Volumen-% und alternativ oder zusätzlich bei höchstens 20 Volumen-% oder bei höchstens 15 Volumen-%.
Insbesondere weisen die Konversionsmittelpartikel aus der weiteren Konversionsschicht einen kleinen mittleren
Durchmesser auf als die Konversionsmittelpartikel der sich näher am Halbleiterchip befindlichen Konversionsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die weitere
Konversionsschicht, die sich weiter von dem Halbleiterchip entfernt befindet, frei von Konversionsmittelpartikeln aus der sich näher am Halbleiterchip befindlichen
Konversionsschicht. Es ist also mit anderen Worten möglich, dass eine Durchmischung von Konversionsmittelpartikeln hin zu dem Halbleiterchip möglich ist, in Richtung weg von dem
Halbleiterchip jedoch unterbunden ist, bezogen jeweils auf die mehrheitlich in der jeweiligen Konversionsschicht
auftretenden Konversionsmittelpartikel . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionsmittelplättchen auf die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips beschränkt. Es ist also möglich, dass das Konversionsmittelplättchen die Strahlungshauptseite lateral nicht oder nicht signifikant überragt. Ebenso ist es möglich, dass das Konversionsmittelplättchen und der Halbleiterchip mit einer Toleranz von höchstens 5 ym oder von höchstens 50 ym ringsum lateral bündig abschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionsmittelplättchen Diffusionsmittelpartikel. Die Diffusionsmittelpartikel sind bevorzugt aus einem
strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Beispielsweise sind die Diffusionsmittelpartikel aus Siliziumoxid, aus
Aluminiumoxid oder aus Aluminiumnitrid geformt. Die
Diffusionsmittelpartikel können eine sphärische Grundform haben . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Diffusionsmittelpartikel einen mittleren Durchmesser von mindestens 2 ym oder von mindestens 3 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Durchmesser der
Diffusionsmittelpartikel bei höchstens 8 ym oder bei
höchstens 6 ym oder bei höchstens 5 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Volumenanteil der Diffusionsmittelpartikel in der mindestens einen
Konversionsschicht oder in allen Konversionsschichten, die Diffusionsmittelpartikel aufweisen, bei höchstens 20 % oder bei höchstens 10 % oder bei höchstens 5 % oder bei höchstens 2,5 %. Es ist ferner möglich, dass die
Diffusionsmittelpartikel in der Bindeschicht mit einem Volumenanteil von mindestens 1,0 % oder von mindestens 2,5 % oder von mindestens 5 % vorliegen. Dieser Volumenanteil in der Bindeschicht beträgt beispielsweise höchstens 30 % oder höchstens 20 % oder höchstens 15 %.
Darüber hinaus wird ein Konversionsmittelplättchen angegeben. Das Konversionsmittelplättchen ist insbesondere für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil bestimmt, wie in
Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten
Ausführungsformen angegeben. Merkmale des
Konversionsmittelplättchens sind daher auch für das
optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionsmittelplättchen mechanisch selbsttragend. Das kann bedeuten, dass das Konversionsmittelplättchen mittels einer Bestückungsmaschine, englisch Pick-and-Place-Machine,
handhabbar ist. Insbesondere bildet das
Konversionsmittelplättchen eine mechanisch zusammenhängende, im bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht zerfallende Einheit.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Konversionsmittelplättchens angegeben, das für ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil verwendbar ist. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das
Konversionsmittelplättchen sowie für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens oder genau die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Zwischenträgers mit einer Oberseite,
- Aufbringen der Konversionsmittelpartikel auf die Oberseite, - Aufbringen des Matrixmaterials auf die
Konversionsmittelpartikel ,
- Aushärten des Matrixmaterials, und
- Ablösen des Konversionsmittelplättchens von dem
Zwischenträger .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Konversionsmittelpartikel mittels Elektrophorese. Das Matrixmaterial wird bevorzugt mittels eines
Flüssigphasenprozesses , beispielsweise einem Dispensen oder einem Drucken, aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens folgt der Schritt des Aufbringens des Matrixmaterials dem Schritt des Aufbringens der Konversionsmittelpartikel nach. Mit anderen Worten können dann alle Konversionsmittelpartikel aufgebracht sein, bevor das Matrixmaterial hinzugegeben wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Verfahren mit Hilfe eines Zwischenträgers. Der Zwischenträger weist eine Trägeroberseite auf. Es beinhaltet der Zwischenträger eine elektrisch isolierende Maskierungsschicht oder es ist an der Oberseite des Zwischenträgers eine solche
Maskierungsschicht angebracht. Die Maskierungsschicht umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Öffnungen. Die Öffnungen sind dazu eingerichtet, die Konversionsmittelpartikel gezielt in den Öffnungen elektrophoretisch abzuscheiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich in den Öffnungen ein elektrisch leitfähiges Material. Das elektrisch leitfähige Material kann frei liegen und eine Oberseite des Zwischenträgers bilden. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die elektrisch leitfähige Schicht von einer im Vergleich zur Maskierungsschicht dünnen, weiteren isolierenden Schicht bedeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist eine Form der Konversionsmittelplättchen, insbesondere in
Draufsicht gesehen, durch die Öffnungen vorgegeben. Es ist also möglich, dass die Öffnungen für das Matrixmaterial als eine Art Gussform wirken. Speziell kann auf ein Vereinzeln der Konversionsmittelplättchen, nach dem Ablösen von dem Zwischenträger, verzichtet werden.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil, ein hier beschriebenes
Konversionsmittelplättchen und ein hier beschriebenes
Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figuren 2 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Konversionsmittelplättchen, und Figuren 6 bis 8 schematische Illustrationen von hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen Konversionsmittelplättchen . In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 in einer
Schnittdarstellung gezeigt. Das Halbleiterbauteil umfasst einen Träger 2 mit einer Trägeroberseite 20. Bevorzugt beinhaltet der Träger 2 nicht gezeichnete Leiterbahnen und elektrische Kontaktstrukturen zum Anschließen eines
optoelektronischen Halbleiterchips 3. Ferner kann der Träger
2 eine Wärmesenke, nicht gezeichnet, beinhalten.
Der Halbleiterchip 3, bei dem es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip handelt, ist an der Trägeroberseite 20 angebracht. Eine Strahlungshauptseite 30 des Halbleiterchips
3 ist dem Träger 2 abgewandt. Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip 3 im Betrieb blaues Licht. Weiterhin umfasst das Halbleiterbauteil 1 ein
Konversionsmittelplättchen 4. Das Konversionsmittelplättchen
4 ist an der Strahlungshauptseite 30 mittels eines
Verbindungsmittels 5 angebracht. Bei dem Verbindungsmittel 5 handelt es sich insbesondere um einen Silikonkleber. Eine Dicke des Verbindungsmittels 5 liegt bevorzugt bei höchstens 6 ym oder bei höchstens 4 ym.
Das Konversionsmittelplättchen 4 umfasst eine
Konversionsschicht 41a und eine Bindeschicht 41c. Die beiden Schichten 41a, 41c folgen unmittelbar aufeinander und sind mechanisch fest verbunden. In den Figuren sind die Schichten 41a, 41c des Konversionsmittelplättchens 4 symbolisch jeweils durch eine Strich-Linie voneinander getrennt. In der Konversionsschicht 41a sind Konversionsmittelpartikel 43 dicht gepackt. Ein Volumenanteil der
Konversionsmittelpartikel 43 an der Konversionsschicht 41a liegt beispielsweise bei ungefähr 75 %. Die
Konversionsmittelpartikel 43 können näherungsweise sphärisch geformt sein. Es basieren die Konversionsmittelpartikel 43 beispielsweise auf einem seltenerdendotierten Granat,
Silikat, Nitrid, Orthosilikat oder Oxinitrid. Beispielsweise sind die Konversionsmittelpartikel 43 zur Erzeugung von gelbem Licht eingerichtet.
Die Bindeschicht 41c ist frei von den
Konversionsmittelpartikeln 43 und besteht im Wesentlichen aus einem Matrixmaterial 42. Durch das Matrixmaterial 42 sind auch die Konversionsmittelpartikel 43 mechanisch miteinander verbunden. Über das Matrixmaterial 42 ist eine mechanische Integrität des Konversionsmittelplättchens 4 erzielt. Bei dem Matrixmaterial 42 handelt es sich beispielsweise um ein
Methylsiloxan oder um ein Phenylsiloxan . Eine Dicke der
Bindeschicht 41c übersteigt bevorzugt eine Dicke der
Konversionsschicht 41a.
Die Bindeschicht 41c weist eine der Konversionsschicht 41a abgewandte Oberfläche auf, die eine Plättchenoberseite 40 des Konversionsmittelplättchen 4 bildet. Insbesondere ist die Plättchenoberseite 40 eine freiliegende Oberfläche des
Konversionsmittelplättchen 4. Das heißt, die räumliche
Ausdehnung des Konversionsmittelplättchens ist durch die Plättchenoberseite 40 begrenzt.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Konversionsmittelplättchens 4 gezeigt. Gemäß Figur 4 umfasst das Konversionsmittelplättchen 4 zwei Konversionsschichten 41a, 41b. Die weitere Konversionsschicht 41b ist zwischen der ersten Konversionsschicht 41a und der Bindeschicht 41c angeordnet. Die Konversionsmittelpartikel 43a in der
Konversionsschicht 41a weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Konversionsmittelpartikel 43b in der
Konversionsschicht 41b. Die beiden Konversionsschichten 41a, 41b weisen nur einen dünnen Übergangsbereich auf, so dass die Konversionsmittelpartikel 43a, 43b voneinander separiert sind und nicht oder nicht wesentlich durchmischen. Insbesondere weist die erste Konversionsschicht 41a eine höhere
Konzentration an Konversionsmittelpartikel auf als die weitere Konversionsschicht 41b. Das heißt, die erste
Konversionsschicht 41a weist einen größeren Volumenanteil an Konversionsmittelpartikel auf als die weitere
Konversionsschicht 41b. Beispielsweise weist das
Konversionsmittelplättchen 4 einen Gradienten bezüglich des Volumenanteils der Konversionsmittelpartikel auf, wobei der Volumenanteil der Konversionsmittelpartikel von der ersten Konversionsschicht 41a über die weitere Konversionsschicht 41b zu der Bindeschicht 41c abnimmt.
Bei den Konversionsmittelpartikeln 43a mit dem kleineren mittleren Durchmesser handelt es sich beispielsweise um ein Konversionsmittel zur Erzeugung von rotem Licht. Die
Konversionsmittelpartikel 43b mit dem größeren mittleren Durchmesser sind insbesondere zur Erzeugung von grünem Licht eingerichtet. Dadurch, dass die kleineren
Konversionsmittelpartikel 43a sich näher an dem nicht
gezeichneten Halbleiterchip 3 in einem Halbleiterbauelement 1 befinden, ist eine bessere Entwärmung hin zu dem nicht gezeichneten Halbleiterchip möglich. Außerdem ist eine
Reabsorption von grünem Licht, durch die Konversionsmittelpartikel 43b erzeugt, bei dieser Anordnung verringerbar .
Durch die gute Entwärmung insbesondere der unteren
Konversionsschicht 41a ist eine höhere Temperaturstabilität und eine höhere Lebensdauer erreichbar, da speziell rot emittierende Konversionsmittelpartikel sensitiver auf erhöhte Temperaturen reagieren und auch eine stärkere
Temperaturabhängigkeit des emittierten Spektrums aufzeigen.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich die stärker lichtstreuend wirkenden Konversionsmittelpartikel näher an einer dem nicht gezeichneten Halbleiterchip
abgewandten Plättchenoberseite 40 befinden.
Anders als dargestellt ist es ferner möglich, dass die
Konversionsmittelpartikel 43a, 43b nicht in einer
gleichbleibenden Konzentration in Richtung hin zu der
Plättchenoberseite 40 vorliegen, sondern dass ein
Konzentrationsgradient eingestellt ist. So kann ein
Volumenanteil der Konversionsmittelpartikel 43a, 43b in
Richtung hin zu der Plättchenoberseite 40 abnehmen. Hin zur Plättchenoberseite 40 kann der Volumenanteil der
Diffusionsmittelpartikel 45 gleichbleiben oder auch zunehmen. Der Gradient in Richtung hin zu der Plättchenoberseite 40 kann sowohl hinsichtlich des Volumenanteils als auch
alternativ oder zusätzlich hinsichtlich einer
Korngrößenverteilung der Konversionsmittelpartikel vorliegen. Werden mehrere verschiedene Konversionsmittelpartikel 43a, 43b verwendet, so können diese in einem vergleichsweise breiten Übergangsbereich auch gezielt durchmischt aufgebracht sein, anders als in Figur 2 gezeigt. Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel des
Konversionsmittelplättchens 4 gemäß Figur 3 ist eine
Schichtung hinsichtlich der Durchmesser der
Konversionsmittelpartikel 43a, 43b umgekehrt, im Vergleich zu Figur 2. Die Konversionsmittelpartikel 43a mit dem kleineren Durchmesser gelangen teilweise in die Konversionsschicht 41a mit den Konversionsmittelpartikeln 43a mit dem größeren
Durchmesser .
Anders als dargestellt ist es, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, möglich, dass das
Konversionsmittelplättchen 4 mehr als zwei
Konversionsschichten 41a, 41b aufweist. Beispielsweise kann eine zusätzliche Konversionsschicht zur Erzeugung von gelbem Licht vorhanden sein.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 umfasst das
Konversionsmittelplättchen 4 zusätzlich
Diffusionsmittelpartikel 45, schraffiert gezeichnet. Die Diffusionsmittelpartikel 45, die beispielsweise durch
Siliziumdioxidpartikel gebildet sind, können sowohl in der Konversionsschicht 41a als auch in der Bindeschicht 41c auftreten oder auch nur in einer dieser Schichten 41a, 41c. Ein Volumenanteil der Diffusionsmittelpartikel 45 kann in der Konversionsschicht 41a von einem Volumenanteil in der
Bindeschicht 41c verschieden oder auch gleich sein. Derartige Diffusionsmittelpartikel 45 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Gemäß Figur 4 ist eine Plättchenoberseite 40, die in dem Halbleiterbauteil 1 dem Halbleiterchip 3 abgewandt ist, gekrümmt gezeichnet. Beispielsweise ist die Plättchenoberseite 40 in Form einer Sammellinse geformt.
Alternativ hierzu kann die Plättchenoberseite 40 auch andere, nicht planare Formgebungen aufweisen, beispielsweise
Strukturierungen zu einer Verbesserung der Lichtauskopplung oder andere Linsenformen. Eine der Plättchenoberseite 40 gegenüberliegende Unterseite des Konversionsmittelplättchens 4 ist bevorzugt eben und planar geformt.
Gemäß Figur 5 weist das Konversionsplättchen 4 zwei
Bindeschichten 41c, 41d auf sowie eine Streuschicht 41e, die sich zwischen den beiden Bindeschichten 41c, 41d befindet. Die Streuschicht 41e ist somit von der Konversionsschicht 41a beabstandet. Die Bindeschicht 41c näher an der
Plättchenoberseite 40 kann dicker sein als die weitere
Bindeschicht 41d, anders als gezeichnet.
In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines
Herstellungsverfahrens für das Konversionsmittelplättchen 4 illustriert. Gemäß Figur 6A wird ein Zwischenträger 6
bereitgestellt. Der Zwischenträger 6 umfasst ein Substrat 61 sowie eine durchgehende, elektrisch leitfähige Schicht 62, beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO oder aluminiumdotiertes Zinnoxid. Ebenso ist es möglich, dass die elektrisch leitfähige Schicht 62 aus einem
metallischen Leiter gebildet wird.
An einer Trägeroberseite 60 ist eine Maskierungsschicht 7 mit Öffnungen 74 angebracht. Die Maskierungsschicht 7 ist aus einem Material mit einem vergleichsweise niedrigen
Haftungsvermögen hinsichtlich des Matrixmaterials gebildet, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen . Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Figur 6 nur eine Öffnung 74 in der Maskierungsschicht 7 gezeigt. Gemäß Figur 6B werden die Konversionsmittelpartikel 43 gezielt in den Öffnungen 74 auf der elektrisch leitfähigen Schicht 62 abgeschieden. An der elektrisch leitfähigen
Schicht 62 wird hierbei zur Elektrophorese eine Spannung angelegt. Die Partikel 43 werden dicht gepackt abgeschieden.
Es kann sein, dass zu verschiedenen Zeitpunkten
elektrophoretisch verschiedene Konversionsmittelpartikel, die sich hinsichtlich des Konversionsmaterials und/oder der
Korngrößenverteilung voneinander unterscheiden können, oder auch zusätzlich die Diffusionsmittelpartikel, auch mit unterschiedlichen Diffusionsmaterialien oder
Korngrößenverteilungen, in einer oder in mehreren Schichten abgeschieden werden, wie in Verbindung insbesondere mit den Figuren 2 bis 5 angegeben.
Beim Verfahrensschritt gemäß Figur 6C wird auf die
Konversionsmittelpartikel 43 das Matrixmaterial 42
aufgebracht. Gemäß Figur 6C wird die Öffnung 74 vollständig aufgefüllt. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass das Matrixmaterial die Öffnung 74 überragt oder die Öffnung 74 nicht vollständig ausfüllt. Das Matrixmaterial 42 wird bevorzugt in dünnflüssigem Zustand auf die Konversionsmittelpartikel 43 aufgebracht, so dass das flüssige Matrixmaterial 42 Zwischenräume zwischen den
Konversionsmittelpartikeln 43 vollständig oder teilweise auffüllt und so dass nach einem Aushärten ein mechanisch zusammenhängendes Konversionsmittelplättchen 4 entsteht. Gemäß Figur 6D wird ein Montageträger 8 aufgebracht und, vergleiche 6E, das Konversionsmittelplättchen 4 wird von dem Zwischenträger 6 mit der Maskierungsschicht 7 gelöst. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des
Konversionsmittelplättchens 4 ist in Figur 7 gezeigt. Gemäß Figur 7 ist die elektrisch leitfähige Schicht 62 strukturiert und mittels Durchkontaktierungen 64 mit einer Elektrode 63 an dem Substrat 61 verbunden. Die Verfahrensschritte können analog zum Verfahren gemäß Figur 6 durchgeführt werden.
In Figur 8 sind perspektivische Darstellungen des
Zwischenträgers 6 und der Maskierungsschicht 7 gezeigt, in Figur 8A in einer Gesamtansicht. In den Figuren 8B und 8C sind Detailansichten gezeigt. Der Zwischenträger 6 umfasst hierbei eine Vielzahl der Öffnungen 74.
Gemäß Figur 8B weisen die Öffnungen 74 eine quadratische Grundform auf, wobei in einer der Ecken eine Einbuchtung 44 vorhanden ist. Durch die Einbuchtung 44 ist in dem
Konversionsmittelplättchen 4 eine Aussparung für einen
Bonddraht zur Kontaktierung des Halbleiterchips fertigbar.
Gemäß Figur 8C sind zwei der Einbuchtungen 44 an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten vorgesehen, über die Aussparungen für zwei Bonddrähte realisierbar sind.
Abweichend von den Darstellungen gemäß der Figuren 8B und 8C können entsprechende Einbuchtungen 44 auch zentral in den Öffnungen 74 angebracht sein oder in einer von den
Darstellungen abweichenden Anzahl vorgesehen sein.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 107290.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3) zur Erzeugung einer Primärstrahlung, und
- einem Konversionsmittelplättchen (4), das an einer
Strahlungshauptseite (30) des Halbleiterchips (3) angebracht ist und das zur zumindest teilweisen Umwandlung der
Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung eingerichtet ist, wobei
- das Konversionsmittelplättchen (4) ein Matrixmaterial (42) und darin eingebettete Konversionsmittelpartikel (43) umfasst ,
- das Konversionsmittelplättchen (4) mindestens eine
Konversionsschicht (41a, 41b) aufweist, die sich am nächsten zu dem Halbleiterchip (3) befindet, und in der die
Konversionsmittelpartikel (43) , alleine oder zusammen mit optionalen Diffusionsmittelpartikeln (45) , mit einem
Volumenanteil von mindestens 50 % vorliegen, und
- das Konversionsmittelplättchen (4) eine Bindeschicht (41c) umfasst, die sich am weitesten von dem Halbleiterchip (3) entfernt befindet und in der die Konversionsmittelpartikel (43) einen Volumenanteil von höchstens 2,5 % aufweisen.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- das Konversionsmittelplättchen (4) mindestens eine erste Konversionsschicht (41a) und eine weitere Konversionsschicht (41b) aufweist, wobei die weitere Konversionsschicht zwischen der ersten Konversionsschicht und der Bindeschicht angeordnet ist,
- die erste Konversionsschicht (41a) erste
Konversionsmittelpartikel (43a) zur Erzeugung einer langwelligeren Strahlung umfasst und die weitere Konversionsschicht (41b) zweite Konversionsmittelpartikel (43b) zur Erzeugung einer kurzwelligeren Strahlung umfasst, wobei die ersten Konversionsmittelpartikel (43a) einen kleineren mittleren Durchmesser aufweisen als die zweiten Konversionsmittelpartikel (43b) , und
- die ersten und zweiten Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit den Diffusionsmittelpartikeln, jeweils dicht gepackt vorliegen.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die Konversionsschicht (41a, 41b) und die Bindeschicht (41c) jeweils ein Matrixmaterial aufweisen, in das die
Konversionsmittelpartikel (43) eingebettet sind, wobei das Matrixmaterial ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon- Epoxid-Hybridmaterial ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionsmittelplättchen (4) mindestens zwei oder genau zwei der Konversionsschichten (41b) aufweist, wobei
- die dem Halbleiterchip (3) nächstgelegene
Konversionsschicht (41a) erste Konversionsmittelpartikel (43a) zur Erzeugung von rotem Licht umfasst,
- die weitere Konversionsschicht (41b) zweite
Konversionsmittelpartikel (43b) zur Erzeugung von grünem Licht umfasst,
- die ersten Konversionsmittelpartikel (43a) einen kleineren mittleren Durchmesser aufweisen als die zweiten
Konversionsmittelpartikel (43b) , und
- die ersten (43a) und zweiten Konversionsmittelpartikel (43b) , alleine oder zusammen mit den
Diffusionsmittelpartikeln (43), jeweils dicht gepackt vorliegen .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Konversionsschichten (41a, 42b) und die
Bindeschicht (41c) unmittelbar aufeinanderfolgen und die ersten Konversionsmittelpartikel (43a) einen mittleren
Durchmesser zwischen einschließlich 0,5 ym und 5,0 ym
aufweisen und die zweiten Konversionsmittelpartikel (43b) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 5 ym und 25 ym.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das ferner einen Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20) umfasst ,
wobei
- der Halbleiterchip (3) an der Trägeroberseite (20)
angebracht ist, und
- das Konversionsmittelplättchen (4) von dem Träger (2) beabstandet ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Konversionsmittelpartikel (43) zumindest zum Teil gegenseitig berühren, sodass sich zwischen diesen
Konversionsmittelpartikeln (43) stellenweise kein
Matrixmaterial (42) befindet.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionsmittelplättchen (4) eine Dicke zwischen einschließlich 30 ym und 300 ym aufweist, wobei die Bindeschicht (41c) einen Anteil an der Dicke des
Konversionsmittelplättchens (4) von mindestens 70 % ausmacht.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der ein Übergangsbereich zwischen der Bindeschicht (41c) und der unmittelbar angrenzenden Konversionsschicht (41a, 41b) ein Dicke von höchstens dem 1,5-Fachen des mittleren Durchmessers der Konversionsmittelpartikel dieser
Konversionsschicht (41a, 41b) beträgt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das mindestens zwei der Konversionsschichten (41a, 41b) umfasst, wobei
- die sich näher an dem Halbleiterchip (3) befindliche
Konversionsschicht (41a) auch Konversionsmittelpartikel (43b) aus der weiteren Konversionsschicht (43b) umfasst, und
- die weitere Konversionsschicht (43b) frei ist von
Konversionsmittelpartikeln (43a) aus der sich näher an dem Halbleiterchip (3) befindlichen Konversionsschicht (41a) .
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionsmittelplättchen (4) auf die
Strahlungshauptseite (30) beschränkt ist und den
Halbleiterchip (3) lateral nicht überragt.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionsmittelplättchen (4) die
Diffusionsmittelpartikel (45) umfasst,
wobei - die Diffusionsmittelpartikel (45) aus einem
strahlungsdurchlässigen Material gebildet sind,
- ein mittlerer Durchmesser der Diffusionsmittelpartikel (45) zwischen einschließlich 2 ym und 6 ym liegt,
- ein Volumenanteil der Diffusionsmittelpartikel (45) an der mindestens einen Konversionsschicht (41a, 41b) höchstens 2,5 % beträgt und in der Bindeschicht (41c) zwischen
einschließlich 1,0 % und 20 % liegt.
13. Konversionsmittelplättchen (4) für ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit einem
Matrixmaterial (42) und darin eingebetteten
Konversionsmittelpartikeln (43) ,
wobei
- das Konversionsmittelplättchen (4) eine oder mehrere
Konversionsschichten (41a, 41b) aufweist, in der die
Konversionsmittelpartikel (43) , alleine oder zusammen mit optionalen Diffusionsmittelpartikeln (45) , mit einem
Volumenanteil von mindestens 50 % vorliegen,
- das Konversionsmittelplättchen (4) eine Bindeschicht (41c) umfasst, in der die Konversionsmittelpartikel (43) einen Volumenanteil von höchstens 0,5 % aufweisen, und
- das Konversionsmittelplättchen (4) mechanisch selbsttragend ist .
14. Konversionsmittelplättchen (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- das Konversionsmittelplättchen (4) mindestens eine erste Konversionsschicht (41a) und eine weitere Konversionsschicht (41b) aufweist, wobei die weitere Konversionsschicht zwischen der ersten Konversionsschicht und der Bindeschicht angeordnet ist, - die erste Konversionsschicht (41a) erste
Konversionsmittelpartikel (43a) zur Erzeugung einer
langwelligeren Strahlung umfasst und die weitere
Konversionsschicht (41b) zweite Konversionsmittelpartikel (43b) zur Erzeugung einer kurzwelligeren Strahlung umfasst, wobei die ersten Konversionsmittelpartikel (43a) einen kleineren mittleren Durchmesser aufweisen als die zweiten Konversionsmittelpartikel (43b) , und
- die ersten und zweiten Konversionsmittelpartikel, alleine oder zusammen mit den Diffusionsmittelpartikeln, jeweils dicht gepackt vorliegen.
15. Konversionsmittelplättchen (4) nach Ansprüche 13 oder 14, bei dem
die eine oder mehreren Konversionsschichten (41a, 41b) und die Bindeschicht (41c) jeweils ein Matrixmaterial aufweisen, in das die Konversionsmittelpartikel (43) eingebettet sind, wobei das Matrixmaterial ein Silikon, ein Epoxid oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist .
16. Verfahren zur Herstellung eines
Konversionsmittelplättchens (4) für ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil (1), bei dem das Konversionsmittelplättchen ein Matrixmaterial (42) und darin eingebettete
Konversionsmittelpartikel (43) aufweist, wobei
- das Konversionsmittelplättchen (4) eine oder mehrere
Konversionsschichten (41a, 41b) aufweist, in der die
Konversionsmittelpartikel (43) , alleine oder zusammen mit optionalen Diffusionsmittelpartikeln (45) , mit einem
Volumenanteil von mindestens 50 % vorliegen,
- das Konversionsmittelplättchen (4) eine Bindeschicht (41c) umfasst, in der die Konversionsmittelpartikel (43) einen
Volumenanteil von höchstens 0,5 % aufweisen, und - das Konversionsmittelplättchen (4) mechanisch selbsttragend ist, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Zwischenträgers (6) mit einer Oberseite (60),
- Aufbringen der Konversionsmittelpartikel (43) auf die
Oberseite ( 60 ) ,
- Aufbringen des Matrixmaterials (42) auf die
Konversionsmittelpartikel (43) ,
- Aushärten des Matrixmaterials (42), und
- Ablösen des Konversionsmittelplättchens (4) von dem
Zwischenträger (6), wobei das Aufbringen der
Konversionsmittelpartikel (43) mittels Elektrophorese
erfolgt .
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Schritt des Aufbringens des Matrixmaterials (42) dem Schritt des Aufbringens der Konversionsmittelpartikel (43) nachfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17,
bei dem der Zwischenträger (6) eine elektrisch isolierende Maskierungsschicht (7) umfasst,
wobei
- die Maskierungsschicht (7) eine Vielzahl von Öffnungen (74) aufweist,
- die Konversionsmittelpartikel (43) und das Matrixmaterial (4) gezielt in den Öffnungen (74) aufgebracht wird, und
- eine Form der Konversionsplättchen (4), in Draufsicht gesehen, durch die Öffnungen (74) vorgegeben ist.
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