WO2014095895A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2014095895A1
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semiconductor chip
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electrically conductive
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Siegfried Herrmann
Walter Wegleiter
Andreas PLÖSSL
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • Y10T29/49131—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc. by utilizing optical sighting device

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • a headlight with an optoelectronic component is specified. Furthermore, a headlight with an optoelectronic component
  • an optoelectronic component in short a component, is specified.
  • the component has a carrier.
  • the carrier is used as a mechanical support for a
  • LED Light emitting diode
  • the carrier comprises, for example, silicon, a silicon nitride (S1 3 N 4 ) and / or an aluminum nitride (A1N) ceramic.
  • the support may also contain zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN),
  • the carrier can contain at least one of said materials or consist of one of the materials.
  • the carrier has a high mechanical
  • Carrier preferably has a high thermal conductivity.
  • S 1 3 4 is particularly well suited in this regard as a material for the carrier, since it has a very high thermal conductivity of about
  • S 1 3 N 4 has a high mechanical stability. Furthermore, the thermal expansion coefficient of S 1 3 N 4 is very low.
  • a support with S 1 3 N 4 has a
  • the thermal expansion coefficient of the carrier is about as large as the coefficient of thermal expansion of a
  • the carrier is for example in the manner of a disc
  • the extension of the carrier in the lateral direction is greater than its extent in the vertical direction perpendicular thereto.
  • “Lateral direction” in this context means a direction parallel to
  • Main extension direction or to the main extension plane of the carrier is a direction perpendicular to the main direction of extension or to the main extension plane of the carrier, that is, for example, the thickness
  • the carrier has a small thickness.
  • the thickness of the carrier is between about 700 ⁇ and about 50 ym.
  • the carrier has a thickness between 500 ⁇ and 150 ⁇ .
  • the thickness of the support is particularly preferably between 200 ⁇ m and 300 ⁇ m, for example at 220 ⁇ m, 230 ⁇ m, 250 ⁇ m or 270 ⁇ m.
  • On the support is an electrically conductive layer
  • the electrically conductive layer is arranged at least in partial regions of the carrier.
  • the electrically conductive layer is for example a
  • the electrically conductive layer is used for contacting the aforementioned optoelectronic
  • the component further has at least one optoelectronic structure, in particular a semiconductor chip, preferably two, three or more, for example ten or 100
  • the semiconductor chip has an active layer for generating electromagnetic radiation
  • the semiconductor chip is preferably a light-emitting diode, particularly preferably a flip-chip LED.
  • a flip-chip LED the electrical contacting of the semiconductor chip is in particular formed on one side. This is the result
  • the semiconductor chip is preferably a substrateless LED chip. That is, a growth substrate on which semiconductor layers of the LED chip epitaxially grown up, is removed from the epitaxially grown layers.
  • the semiconductor chip therefore consists of its epitaxially grown semiconductor layers and optionally metallizations and / or
  • Insulating layers which are applied, for example, on an outer surface of the semiconductor body formed by the epitaxially grown semiconductor layers.
  • substrateless semiconductor chip is characterized among other things by its small thickness.
  • the substrateless semiconductor chip is characterized among other things by its small thickness.
  • substrateless semiconductor chip has a thickness of less than 10 ⁇ , preferably less than 7 ⁇ , for example, 6 ⁇ on.
  • the layer stack of the semiconductor chip preferably contains an I I I / V semiconductor material.
  • I I / V semiconductor materials are particularly well suited for generating radiation in the ultraviolet, over the visible to the infrared spectral range.
  • the semiconductor chip is applied to the carrier and in particular to the electrically conductive layer.
  • the semiconductor chip is soldered planar on the electrically conductive layer or at least on portions of the electrically conductive layer.
  • the semiconductor chip is electrically conductively connected via the electrically conductive layer and mechanically connected to the carrier.
  • the carrier may further comprise a protective diode or a protective diode structure.
  • Protective diode structure is the semiconductor chip in front of a
  • A for example, due to electrostatic charge resulting, electrical voltage which is applied with respect to the forward direction of the active region of the semiconductor chip in the reverse direction, can drain via the protective diode structure. Damage to the semiconductor chip is thus avoided.
  • Zener diode for example, a Zener diode, but also a
  • Luminescence diode can be used, which are connected in anti-parallel to be protected LED.
  • Zener diode the current-voltage characteristic of the
  • threshold value is understood to mean the zener voltage acting in the reverse direction of the zener diode .With a voltage which is smaller than the threshold value, no or at least no significant current flow through the protective diode structure takes place.
  • the threshold value is preferably at least 1 V,
  • the protective diode is electrically isolated from the carrier.
  • the protection diode can
  • the component further has a holder.
  • the holder has a metal, for example copper (Cu), on.
  • the holder serves as a heat sink of the device.
  • the holder serves to deliver the heat generated by the semiconductor chip to the environment.
  • a surface of the carrier facing away from the semiconductor chip is arranged on the holder.
  • a carrier-facing surface of the holder may be formed convex to improve by a slight bias the thermal coupling to the carrier.
  • the carrier is attached to the holder, preferably permanently attached.
  • the carrier is by at least one fastening element, preferably two
  • the fastener completely penetrates the carrier in the vertical direction. In particular, this extends
  • the device is therefore particularly simple and has only a small number of components. Thus, a particularly inexpensive and simple component is provided.
  • the device has an optimal heat coupling to the holder. This increases the life and reliability of the device.
  • a connection takes place between spatially
  • Redistribution layer can thus be omitted and the number of components of the device can be reduced.
  • Isolation layer can be provided on the support to prevent short-circuiting.
  • An example of this is one annularly encircled by the cathode (s)
  • the anode contact which is annularly provided by the cathode proves to be particularly advantageous, because cracks in the region of an insulation gap between the electrodes are reliably avoided when detaching an epitaxial substrate, for example by laser lift-off the epitaxial layer is not supported by a connection to the carrier.
  • a flip-chip can also be a
  • the component has two or more
  • the respective fastening element may have the same material as the electrically conductive layer.
  • the respective fastening element may consist of a metal or at least comprise a metal.
  • the fastener has a good conducting metal such as brass, steel, copper, gold, silver and / or aluminum. These materials are also characterized by a high thermal conductivity.
  • the fastening element may also comprise a plastic.
  • the plastic may be with a metal, preferably one of the above
  • the fastening element may have insulation, for example a plastic coating, at least in a partial area.
  • the respective fastening element is preferably designed pin-shaped.
  • the respective fastening element may have a screw, a nail, a fixing pin or a rivet.
  • the carrier also has two or more apertures.
  • the openings completely penetrate the carrier in the vertical direction.
  • the breakthroughs can, for example
  • the apertures may be open towards the edge of the carrier.
  • the respective breakthrough can as slit-like indentation or Notch be formed on the edge of the carrier, wherein the respective aperture completely penetrates the carrier in the vertical direction.
  • the apertures are laterally spaced from each other.
  • the openings of the carrier are further arranged laterally spaced from a mounting region of the semiconductor chip. The openings are electrically isolated from each other.
  • Breakthroughs are made for example by laser beams, punching, drilling or etching of the carrier.
  • the breakthroughs are suitable and designed that the above
  • the respective fastening element is at least partially introduced into the respective opening.
  • Fastener may be of the semiconductor chip
  • the respective fastening element can also be introduced into the aperture from the surface of the carrier facing away from the semiconductor chip.
  • the fastening element is preferably a threaded rod and is from the semiconductor chip side facing the carrier ago, for example by means of a mother, on the support
  • the fastener also from an edge of the carrier ago, so from horizontal
  • the aperture may have first and second regions, the first region having a larger diameter than the second region.
  • the first area represents an opening area of the opening.
  • the respective fastening element is moved further from the first area into the opening and
  • Fastener can then be fixed by means of the second region by a rotational movement, similar to a Baj onettver gleich.
  • the respective fastening element is preferably designed as a fixing pin.
  • the respective fastener fills the vertical
  • Fastener is also on particularly simple or easily manufacturable components
  • the fastening element has a first and a second end region.
  • the first end of the Fastening element for example a head end of
  • the first end area may be the one mentioned above
  • Insulation such as a plastic cap have.
  • the holder has at least one n-side contact region, at least one p-side contact region and a base body.
  • the contact areas are laterally spaced from each other. The contact areas are from
  • the second end region of the fastening element is electrically conductively connected to the respective contact region.
  • the end portion of a first fastening element is connected to the side in ⁇ contact region and the end region of a second fastening element is connected to the p-side
  • the electrically conductive layer has an n-type
  • the electrically conductive layer has a p-type region, which is connected via a further fastening element to the p-side contact region.
  • the n-type area is ring-shaped.
  • the n-type region and the p-type region of the electroconductive layer are electrically isolated from each other.
  • the semiconductor chip is over the p-type region
  • Fastening elements is electrically conductively connected to the n-side contact region of the holder, the
  • the device produced thereby preferably corresponds to the device described above. All for the
  • Optoelectronic device disclosed features are also disclosed for the method and vice versa.
  • the carrier described above is provided.
  • the carrier has, for example, a
  • the carrier is a mechanically stable carrier on the outer surfaces of which semiconductor chips can be arranged and fastened. In other words, that is
  • Carrier self-supporting and represents a stable mounting and / or support base for a semiconductor chip.
  • Carrier trained, for example by means of laser beams, Drilling, punching and / or etching. Alternatively, the breakthroughs in the green state of the wearer before the
  • Burning of the carrier are formed.
  • the carrier has two openings. But also a larger number of breakthroughs is conceivable.
  • the respective breakthrough is formed such that a
  • Diameter of the respective aperture is greater than or equal to a diameter of the region of the fastener which is to be inserted into the opening.
  • the diameter of the respective opening is smaller than a diameter of the first end region of the fastening element described above. Insertion of the first end region into the aperture is thus prevented.
  • the diameter of the respective aperture is greater than or equal to a diameter of the above-described second end portion of the fastener.
  • the carrier is coated with the electrically conductive layer.
  • the semiconductor chip is electrically conductively connected to the electrically conductive layer on the carrier.
  • the semiconductor chip is electrically conductively and mechanically connected to the electrically conductive layer, and thus to the carrier, with the aid of a solder material.
  • the solder material may comprise, for example, gold (Au) and / or tin (Sn).
  • a plurality of Semiconductor chips for example, five, 50 or 100 semiconductor chips, arranged on the carrier and electrically conductively connected thereto.
  • Solder material may be located on the semiconductor chip itself or on a so-called bonding or contact region (bond pad) of the electrically conductive layer.
  • bond pad bonding or contact region
  • Silver powders or isothermal solidification for example, with copper-tin (Cu-Sn), are connected to the carrier. especially the
  • Silver sintered compound but also the isothermal solidification, allow a very good thermal connection between the semiconductor chip and carrier.
  • the semiconductor chip is arranged on the carrier or the electrically conductive layer so that it is spaced from the openings in the carrier. Seen in plan view of the carrier, the semiconductor chip can be arranged, for example, in a region between the openings.
  • the carrier is arranged on the holder.
  • the carrier is arranged on the holder, that the openings are seen in plan view of the carrier over the contact areas of the holder.
  • the fastening elements are provided.
  • the fasteners may have screws, pins, nails or rivets. The number of fasteners provided equals
  • the number of openings in the carrier preferably the number of openings in the carrier.
  • two fasteners are provided.
  • Breakthroughs for example, if an additional
  • Breakthrough is provided for providing a protection diode in the carrier.
  • the carrier is fastened to the holder with the fastening elements for the mechanical connection of the carrier to the holder and for the electrical contacting of the semiconductor chip.
  • the fasteners are guided for attachment of the carrier through the openings. That is, by means of fastening elements takes place at the same time a mechanical attachment and an electrical contact.
  • the second end region of the respective fastening element is inserted into the opening and passed through it so that the second end region protrudes from the support at the surface of the support facing away from the semiconductor chip.
  • the second end region serves to electrically conductively connect the respective contact region of the holder with the respective conductive region of the carrier.
  • the second end region preferably protrudes into the respective contact region of the holder after it has been guided through the opening.
  • the first end portion of the fastener has a
  • the first end region is therefore not inserted in the breakthrough.
  • the first end portion serves to lock the fastener against further movement relative to the bracket and the bracket secure as soon as a surface of the first end portion is in mechanical contact with the surface of the carrier, which faces the semiconductor chip.
  • a growth substrate is removed from a surface of the semiconductor chip facing away from the carrier.
  • the growth substrate serves to mechanically stabilize the semiconductor chip until the semiconductor chip is attached to the carrier. After fixing is a mechanical stabilization of the
  • the removal of the growth substrate can be effected, for example, mechanically, for example by means of grinding, lapping or polishing and / or chemically, for example by wet-chemical or dry-chemical etching and / or by means of coherent radiation, in particular laser radiation.
  • the removal of the growth substrate by means of incoherent radiation of sufficient intensity can take place.
  • the device is manufactured by the method described above.
  • a headlight In another aspect, a headlight
  • the headlight is suitable, for example, for use as a headlight in a vehicle. But other uses for the headlight,
  • the headlight has an optoelectronic component.
  • the headlight preferably has the above-described optoelectronic component. In particular, that is
  • the headlight has an optical element.
  • the optical element can be used, for example, for bundling or scattering of the semiconductor chip
  • radiated radiation can be provided.
  • the optical element has a lens.
  • the optical element may also have a conversion element.
  • the conversion element is designed by the
  • Conversion element can be used with a mixture of green and red emitting converter materials to a white semiconductor emitting device
  • the conversion element can be used to produce long-wavelength, approximately monochromatic light by means of a semiconductor chip emitting in the blue region.
  • the optical element is arranged downstream of the component in a radiation direction.
  • a particularly cost-effective headlamp can be provided, which has only a small number of components, and is therefore particularly simple in construction and less susceptible to errors.
  • FIG. 1 shows a side view of an optoelectronic device
  • FIG. 2 shows a perspective view of a part of the component from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a plan view of a part of the FIG.
  • FIG. 4 shows a plan view of a part of the FIG.
  • FIG. 5 shows a side view of an optoelectronic component according to another
  • FIG. 6 shows a side view of an optoelectronic
  • Figures 7A, 7B and 7C show a top view of the carrier.
  • FIG. 1 shows an optoelectronic component 1, in short
  • the component 1 has a carrier 2.
  • the carrier 2 has two openings 8, for example, holes on.
  • the openings 8 are laterally spaced apart (see, for example, Figures 7A to 7C) and
  • the openings 8 extend in the vertical direction perpendicular to the main extension direction of the carrier 2 completely through the carrier 2.
  • the openings 8 can be formed as bulges or slots in an edge region of the carrier 2, as shown in FIGS. 7B and 7C is.
  • the openings 8 are from each other
  • the carrier 2 may further comprise an ESD protection diode, for example a luminescence or zener diode (not explicitly shown).
  • the protective diode can be incorporated in a further, separate opening 8 of the carrier 2 (not explicitly shown). Consequently, the carrier 2 may also have three or more apertures 8.
  • the component 1 also has an electrically conductive
  • the electrically conductive layer 3 is arranged at least on a region of the surface of the carrier 2.
  • the electrically conductive layer 3 may extend over the entire surface of the carrier 2. Alternatively, however, the electrically conductive layer 3 can also only over partial areas of the
  • Breakthroughs 8 in a central region of the carrier 2, on which a semiconductor chip 4 is arranged (see in particular
  • a semiconductor chip 4 is arranged and fixed in FIG. 1 on the electrically conductive layer 3, for example via a solder or connecting medium layer 19.
  • more than one semiconductor chip 4 may be arranged on the electrically conductive layer 3, for example three, ten or 50 semiconductor chips 4 (see FIGS. 2, 4 and 6).
  • the semiconductor chip 4 is arranged between the openings 8 of the carrier 2.
  • the semiconductor chips 4 and the apertures 8 do not overlap.
  • the semiconductor chip 4 comprises a semiconductor layer sequence which, for example, is based on a III-V connection. Semiconductor material based.
  • the semiconductor layer sequence comprises a p-layer 14, an n-layer 13 and an active layer 15 arranged therebetween
  • the semiconductor chip 4 is connected to the carrier 2 or the electrically conductive layer 3 by means of
  • Connecting agent layer 19 electrically conductively and mechanically connected.
  • the connecting medium layer 19 contains the
  • Example a solder material such as gold and / or tin.
  • the connecting medium layer 19 is in places in electrically conductive contact with the electrically conductive layer 3. In other areas, between the
  • Layer 3 may be arranged a passivation layer (not explicitly shown).
  • the passivation layer is
  • the passivation layer is formed of an insulating material, for example aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (S13N 4 ) and / or silicon dioxide (SiO 2 ).
  • AlN aluminum nitride
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the passivation layer can be obtained, for example, by the sintering together of powder or by means of physical or chemical
  • Vapor phase deposition process can be produced.
  • the connecting medium layer 19 has an n-region (not explicitly shown), which is electrically conductively connected to the n-layer 13 of the semiconductor layer sequence.
  • the connecting medium layer 19 furthermore has a p-region (not explicitly shown) which is connected in an electrically conductive manner to the p-layer 14 of the semiconductor layer sequence.
  • the bonding agent layer can be realized for example by means of an electrically insulating adhesive, allows the mechanical cohesion, however, at sufficiently many points of ruggedness peaks of the metallic joining partner surfaces (electrically conductive layer 3 and p-layer 14) is broken, where the metal-metal compound provides the electrical connection.
  • German application DE 10 2006 028692 AI the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • a mirror layer is arranged, which may consist of two or more layers (not explicitly shown).
  • the mirror layer may also have only one layer.
  • the mirror layer is applied to the p-layer 14 and serves for p-side contacting of
  • the mirror layer is for
  • Reflection provided in the active layer 15 of the semiconductor chip 4 generated electromagnetic radiation.
  • Mirror layer is attached, for example, to the p-layer 14 of the semiconductor layer sequence and mechanically connected thereto. Electric power to operate the active
  • Layer 15 can also be impressed via the mirror layer into the p-layer 14 of the semiconductor layer sequence, provided that the mirror layer is designed to be electrically conductive.
  • the mirror layer contains a reflective material such as gold or silver.
  • the plated-through holes are formed by an opening 16 in the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip 4.
  • the vias are formed by an opening 16 in the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip 4.
  • Vias are filled, for example, with material of the bonding agent layer 19 and contact the n-type region 6 of the electrically conductive layer 3, the semiconductor layer sequence (see, for example, Figures 3 and 4), as described in detail below.
  • the component 1 also has a holder 11.
  • the holder 11 has a metal, such as copper.
  • the holder 11 may be configured in several parts or in one piece. According to those shown in Figures 1, 5 and 6
  • the holder 11 is formed of three separate elements.
  • the holder 11 has a
  • the holder 11 also has an n-soifigen contact area 10 and a p-side
  • the contact regions 9, 10 are arranged in this embodiment on a carrier 2 facing surface of the holder 11.
  • the contact regions 9, 10 can also be provided on a surface of the holder 11 facing away from the carrier 2
  • Base body 20 have the same vertical extent in this embodiment.
  • the contact regions 9, 10 extend over the entire vertical extension of the holder 11.
  • the contact regions 9, 10 are electrically insulated from one another and from the main body 20 by means of an insulation 12.
  • the contact areas 9, 10 are formed, for example, with highly conductive metals such as gold, silver and / or aluminum.
  • the carrier 2 is arranged with the surface facing away from the semiconductor chip 4 on the holder 11.
  • the carrier 2 is mechanically fastened to the holder 11, for example screwed, nailed or riveted. That's what this shows
  • Component 1 two fasteners 5, such as screws, nails, pins or rivets on.
  • Fasteners 5 are electrically conductive.
  • Fasteners 5 are in electrically conductive contact with the electrically conductive layer 3 (see Figure 4).
  • the fastening elements 5 are made of a metal or have at least one metal.
  • the fastening elements 5 may also have an insulation 17 at least in a partial area, as will be explained in more detail in connection with FIG.
  • the fasteners 5 are partially inserted into the apertures 8. If the fastening element 5 is a screw, the respective opening 8 can be a screw thread
  • Fastening elements 5 penetrate the respective opening 8 and thus the carrier 2 completely.
  • the fastening elements 5 each have a first
  • End portion 5A and a second end portion 5B The first end region 5A protrudes at the semiconductor chip 4 facing
  • the second end region 5B projects out of the carrier 2 on the surface facing away from the semiconductor chip 4 (see FIG. 2).
  • the holder 11 may have corresponding openings (see Figure 6).
  • the second end region 5B of the respective fastening element 5 is in electrical contact with the n- side or the p-side contact area 9, 10 of the
  • the second end region 5B of the fastening element 5 is electrically conductively connected to the respective contact region 9, 10, as will be described in detail below.
  • the first end region 5 A lies on the electrically conductive layer 3 and consequently is in electrically conductive contact with the electrically conductive layer 3.
  • the first end region 5A has a larger lateral
  • the surface of the first end region 5A facing the carrier 2 rests on the upper side of the carrier 2 and in particular on the electrically conductive layer 3 when the carrier 2 is connected to the holder 11 or attached thereto. Due to the direct contact of the first end region 5A on the electrically conductive layer 3, an electrical connection of the semiconductor chip 4 to the holder 11 takes place.
  • the semiconductor chip 4 becomes electrically conductive with the holder 11 and in particular with the fastening elements 5 and in particular the second end regions 5B
  • Semiconductor chip 4 are embossed.
  • the electrically conductive layer 3 distributes the current impressed by the contact regions 9, 10 on the upper side of the carrier 2.
  • the electrically conductive layer 3 is electrically conductively connected to the n-type contact region 9 in the previously mentioned n-type region 6 (see FIGS. 3 and 4) via one of the two fastening elements 5 and in a p-type region 7 (see FIGS and 4) are electrically conductively connected to the p-side contact region 10 via the other of the two fastening elements 5.
  • the n-type region 6 and the p-type region 7 of the electrically conductive layer 3 are electrically isolated from each other.
  • the n-type region 6 may be p-type
  • the n-type region 6 is annular.
  • the semiconductor chip 4 via the p-type region 7, via one of the
  • Fastening elements 5 is electrically conductively connected to the p-side contact region 10, p-side electrical
  • the electrically conductive layer 3 serves as
  • FIG. 5 shows a side view of an optoelectronic component 1 according to a further exemplary embodiment.
  • the general features of the component 1 reference is largely made to the preceding description of Figures 1 to 4.
  • the contact areas 9, 10 in this embodiment are again arranged on the surface of the holder 11 facing the carrier 2.
  • the contact areas 9, 10 here do not extend over the entire vertical extent of the
  • the contact areas 9, 10 are mounted on the base body 20.
  • the base body 20 in the region of the contact areas 9, 10 a recess, so that the vertical extent of the base body 20 in this area and the vertical extent of the respective
  • Contact area 9, 10 the total vertical extent of the holder 11 results.
  • the respective recess is arranged on the carrier 2 facing surface of the holder 11.
  • the contact areas 9, 10 are in turn by means of
  • the second end regions 5B of the fastening means 5 protrude into the contact regions 9, 10 for the electrical contacting of the semiconductor chip 4 and for the mechanical fastening of the carrier 2 to the holder 11.
  • the component 1 in this embodiment has a heat sink 18.
  • the heat sink 18 is attached to a support 2 facing away from the surface of the holder, for example, glued. With the help of the heat sink 18, the heat-emitting surface of the device 1 is increased, thereby preventing possible damage to the device 1 by overheating.
  • FIG. 6 shows a side view of an optoelectronic component 1 according to a further exemplary embodiment.
  • the component 1 With regard to the general features of the component 1, reference is made to the preceding description of FIGS. 1 to 5.
  • the contact areas 9, 10 are arranged in this embodiment on the carrier 2 remote from the surface of the holder 11.
  • the contact areas 9, 10 face the heat sink 18.
  • the contact regions 9, 10 do not extend over the entire vertical extent of the holder 11.
  • the contact regions 9, 10 are mounted on the base body 20.
  • the base body 20 in the region of the contact regions 9, 10 a recess.
  • the respective recess is arranged on the support 2 facing away from the surface of the holder 11.
  • the contact areas 9, 10 are electrically insulated from one another and from the main body 20 by means of the insulation 12.
  • the fastening means 5 protrude in the region of the contact regions 9, 10 through the main body 20 and into the
  • the fastening means 5 further comprise an insulation 17 in this embodiment.
  • the insulation 17 is arranged in the first end region 5A of the respective fastening means 5.
  • the insulation 17 may, for example, a
  • the optoelectronic component 1 described above is produced as follows:
  • the carrier 2 formed for example by drilling, punching and / or etching in the carrier 2, so that the openings 8 completely penetrate the carrier 2. In particular, penetrate the
  • the openings 8 can already in the green state of the carrier 2 in its manufacture and
  • the openings 8 are in edge regions of the carrier. 2
  • Breakthroughs 8 can in the edge region of the carrier. 2
  • Represent carrier 2 (see Figures 7B and 7C). This allows the fasteners 5 later from the broad side of the device (ie from the horizontal direction) in the
  • Breakthroughs 8 are introduced.
  • the upper side of the carrier 2 is provided with the electrically conductive layer 3.
  • the carrier 2 is at least partially coated with the electrically conductive layer 3.
  • the electrically conductive layer 3 is formed in particular in a region between the openings 8 and around the openings 8 around. In particular, a part of the electrically conductive layer 3 can lead away from an opening 8 into a region on which the semiconductor chip 4 is arranged in a following step (see, for example, FIG. 4).
  • the semiconductor chip 4 is arranged between the openings 8.
  • the carrier 2 is arranged on the holder 11.
  • the carrier 2 is thereby arranged on the holder 11 such that the openings 8 of the carrier 2 are arranged above the contact regions 9, 10.
  • the fastening elements 5 are provided. Thereafter, the carrier 2 is mounted on the holder 11.
  • the fastening elements 5 are partially guided through the openings 8 of the carrier 2. More specifically, in this embodiment, the second end portion 5B is inserted and passed through the respective aperture 8 of the carrier so that the second end portion 5B
  • Holder 11 protrudes.
  • the first end region 5A then projects out of the carrier 2 on the surface of the carrier 2 facing away from the holder 11. After fastening the carrier 2, the first end region 5A is in mechanical and electrically conductive contact with the electrically conductive layer 3. With the aid of the fastening elements 5, the semiconductor chip 4 is electrically conductively connected to the holder 11.
  • the growth substrate is removed from the surface of the semiconductor chip 4 facing away from the carrier 2.
  • a mechanical stabilization of the semiconductor chip 4 now takes place by means of the carrier 2 and the holder 11.
  • the surface of the semiconductor chip 4 facing away from the carrier 2 is roughened

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (1) angegeben, aufweisend einen Träger (2), wobei auf dem Träger (2) eine elektrisch leitende Schicht (3) angeordnet ist, und wenigstens einen Halbleiterchip (4). Der Halbleiterchip (4) weist eine aktive Schicht (15) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf. Der Halbleiterchip (4) ist über die elektrisch leitende Schicht (3) elektrisch leitend und mechanisch mit dem Träger (2) verbunden. Das optoelektronische Bauelement (1) weist ferner eine Halterung (11) auf, wobei eine dem Halbleiterchip (4) abgewandte Oberfläche des Trägers (2) auf der Halterung (11) angeordnet ist, wobei der Träger (2) durch wenigstens ein Befestigungselement (5) mit der Halterung (11) mechanisch verbunden ist, wobei das Befestigungselement (5) den Träger (2) vollständig durchdringt, und wobei der Halbleiterchip (4) durch das Befestigungselement (5) mit der Halterung (11) elektrisch leitend verbunden ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) und ein Scheinwerfer mit einem optoelektronischen Bauelement (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements angegeben. Ferner wird ein Scheinwerfer mit einem optoelektronischen Bauelement
angegeben .
Die Druckschrift WO 2012/013500 beschreibt
optoelektronisches Bauelement.
Es ist eine zu lösende Aufgabe , ein optoelektronisches
Bauelement anzugeben, das besonders einfach aufgebaut und kostengünstig ist. Ferner ist es eine zu lösende Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines zuverlässigen,
kostengünstigen und einfachen optoelektronischen Bauelements anzugeben. Ferner ist es eine zu lösende Aufgabe, einen kostengünstigen und effizienten Scheinwerfer anzugeben.
Gemäß einem Aspekt wird ein optoelektronisches Bauelement, kurz Bauelement, angegeben. Das Bauelement weist einen Träger auf. Der Träger ist als mechanische Stütze für eine
optoelektronische Struktur, beispielsweise für eine
Leuchtdiode (LED), geeignet.
Der Träger weist zum Beispiel Silizium, eine Siliziumnitrid- (S13N4) und/oder eine Aluminiumnitrid- (A1N) Keramik auf. Der Träger kann aber auch Zinkoxid (ZnO) , Bornitrid (BN) ,
Borcarbid (B4C) , Aluminiumoxid (AI2O3) oder mit Zirkonoxid (ZrC>2) verstärktes Aluminiumoxid aufweisen. Der Träger kann dabei zumindest eines der genannten Materialien enthalten oder aus einem der Materialien bestehen.
Vorzugsweise weist der Träger eine hohe mechanische
Stabilität auf. Zusätzlich oder alternativ dazu weist der
Träger vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
S 13 4 ist diesbezüglich als Material für den Träger besonders gut geeignet, da es eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von ca.
90 bis 110 W/mK, beispielsweise 100 W/mK, aufweist. Ferner weist S 13N4 eine hohe mechanische Stabilität auf. Ferner ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von S 13N4 nur sehr gering.
Beispielsweise weist ein Träger mit S 13N4 einen
Wärmeausdehnungskoeffizient von etwa 3,2 10~^/K auf.
Vorzugsweise ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers in etwa so groß wie der Wärmeausdehnungskoeffizient eines
Halbleitermaterials der optoelektronischen Struktur.
Der Träger ist beispielsweise nach Art einer Scheibe
ausgebildet. Insbesondere ist die Erstreckung des Trägers in lateraler Richtung größer als seine Erstreckung in der dazu senkrechten vertikalen Richtung. "Laterale Richtung" heißt in diesem Zusammenhang eine Richtung parallel zur
Haupterstreckungsrichtung oder zur Haupterstreckungsebene des Trägers. "Vertikale Richtung" ist eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung oder zur Haupterstreckungsebene des Trägers, bezeichnet also zum Beispiel die Dicke
beziehungsweise Höhe des Trägers. Der Träger weist eine geringe Dicke auf. Vorzugsweise liegt die Dicke des Trägers zwischen ca. 700 μιη und ca. 50 ym. Beispielsweise weist der Träger eine Dicke zwischen 500 μιη und 150 μιη auf. Besonders bevorzugt liegt die Dicke des Trägers zwischen 200 μιη und 300 μιη, beispielsweise bei 220 μιτι, 230 μιτι, 250 μιη oder 270 μιη. Auf dem Träger ist eine elektrisch leitende Schicht
angeordnet. Insbesondere ist die elektrisch leitende Schicht zumindest in Teilbereichen des Trägers angeordnet. Die elektrisch leitende Schicht ist beispielsweise eine
Metallschicht. Die elektrisch leitende Schicht dient zur Kontaktierung der vorher erwähnten optoelektronischen
Struktur .
Das Bauelement weist ferner wenigstens eine optoelektronische Struktur, insbesondere einen Halbleiterchip, vorzugsweise zwei, drei oder mehr, beispielsweise zehn oder 100
Halbleiterchips, auf. Der Halbleiterchip weist eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung,
beispielsweise Licht, auf.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt eine Leuchtdiode, besonders bevorzugt eine Flip-Chip-LED. Bei einer Flip-Chip-LED ist die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips insbesondere einseitig ausgebildet. Dadurch ist die
Strahlungsauskoppelfläche des Halbleiterchips frei von
Kontaktstrukturen. Auf der Strahlungsauskoppelseite des Halbleiterchips sind somit keine absorbierenden
Kontaktstrukturen oder StromaufWeitungsschichten angeordnet, durch welche das von dem Halbleiterchip emittierte Licht zumindest teilweise absorbiert werden könnte.
Absorptionsverluste an derartigen, an der
Strahlungsauskoppelfläche angeordneten Kontaktschichten oder StromaufWeitungsschichten werden somit vermieden, so dass sich die Lichtemission des Bauelements erhöht.
Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen substratlosen LED-Chip. Das heißt, ein Aufwachssubstrat , auf welches Halbleiterschichten des LED-Chips epitaktisch aufgewachsen werden, ist von den epitaktisch gewachsenen Schichten entfernt. Der Halbleiterchip besteht daher aus seinen epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten und gegebenenfalls aus Metallisierungen und/oder
Isolationsschichten, die zum Beispiel an einer Außenfläche des durch die epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten gebildeten Halbleiterkörpers aufgebracht sind. Der
substratlose Halbleiterchip zeichnet sich dabei unter anderem durch seine geringe Dicke aus. Vorzugsweise weist der
substratlose Halbleiterchip eine Dicke von weniger als 10 μιτι, vorzugsweise weniger als 7 μιτι, zum Beispiel 6 μιη auf.
Der Schichtenstapel des Halbleiterchips enthält vorzugsweise ein I I I /V-Halbleitermaterial . I I I /V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten, über den sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich besonders gut geeignet.
Der Halbleiterchip ist auf dem Träger und insbesondere auf der elektrisch leitenden Schicht aufgebracht. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip planar auf der elektrisch leitenden Schicht beziehungsweise zumindest auf Teilbereichen der elektrisch leitenden Schicht aufgelötet. Der Halbleiterchip ist über die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend und mechanisch mit dem Träger verbunden.
Der Träger kann ferner eine Schutzdiode beziehungsweise eine Schutzdiodenstruktur aufweisen. Mittels der
Schutzdiodenstruktur ist der Halbleiterchip vor einer
elektrostatischen Entladung geschützt. Eine, beispielsweise aufgrund elektrostatischer Aufladung entstehende, elektrische Spannung, die bezogen auf die Durchlassrichtung des aktiven Bereichs des Halbleiterchips in Sperrrichtung anliegt, kann über die Schutzdiodenstruktur abfließen. Eine Schädigung des Halbleiterchips wird somit vermieden.
Als Schutz vor elektrostatischer Entladung kann
beispielsweise eine Zener-Diode, aber auch eine
Lumineszenzdiode verwendet werden, die antiparallel zur zu schützenden Leuchtdiode geschaltet sind. Bei einer Zenerdiode weist die Strom-Spannungs-Charakteristik der
Schutzdiodenstruktur in Durchlassrichtung des aktiven
Bereichs des zu schützenden Bauelements (Halbleiterchip) einen Schwellwert auf. Unter dem Begriff „Schwellwert" wird dabei die in Sperrrichtung der Zenerdiode wirkende Zener- Spannung verstanden. Bei einer Spannung, die betragsmäßig kleiner als der Schwellwert ist, erfolgt kein oder zumindest kein wesentlicher Stromfluss durch die Schutzdiodenstruktur. Der Schwellwert beträgt vorzugsweise mindestens 1 V,
besonders bevorzugt mindestens 2 V. Die Schutzdiode ist von dem Träger elektrisch isoliert. Die Schutzdiode kann
beispielsweise in einem elektrisch isolierten, vertikal separierten Durchbruch des Trägers eingebracht sein.
Das Bauelement weist ferner eine Halterung auf. Die Halterung weist ein Metall, beispielsweise Kupfer (Cu) , auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Halterung Aluminium, eine
Aluminiumlegierung oder einen thermisch leitfähigen
Kunststoff aufweisen. Die Halterung dient als Wärmesenke des Bauelements. Insbesondere dient die Halterung dazu, die von dem Halbleiterchip erzeugte Wärme an die Umgebung abzugeben. Eine dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche des Trägers ist auf der Halterung angeordnet. Eine dem Träger zugewandte Oberfläche der Halterung kann konvex ausgebildet sein, um durch eine leichte Vorspannung die thermische Ankopplung zu dem Träger zu verbessern. Der Träger ist an der Halterung befestigt, vorzugsweise permanent befestigt. Insbesondere ist der Träger durch wenigstens ein Befestigungselement, vorzugsweise zwei
Befestigungselemente, mit der Halterung mechanisch verbunden.
Das Befestigungselement durchdringt den Träger in vertikaler Richtung vollständig. Insbesondere erstreckt sich das
Befestigungselement von einer dem Halbleiterchip zugewandten Oberfläche des Trägers durch den Träger hindurch bis zu der dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche des Trägers. Der Halbleiterchip ist durch das Befestigungselement mit
Kontaktanschlüssen in der Halterung elektrisch leitend verbunden, das heißt kontaktiert. Auf Grund der Kontaktierung des Halbleiterchips mit Hilfe des Befestigungselements kann eine Draht-Kontaktierung
beziehungsweise ein Drahtbonden oder eine Lotkontaktierung des Halbleiterchips entfallen. Das Bauelement ist demnach besonders einfach aufgebaut und weist nur eine geringe Anzahl an Komponenten auf. Somit wird ein besonders kostengünstiges und einfaches Bauelement bereitgestellt.
Dadurch dass der Träger nur eine geringe Dicke und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, weist das Bauelement eine optimale Wärmeankopplung an die Halterung auf. Dadurch wird die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Bauelements gesteigert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements erfolgt eine Verbindung zwischen räumlich
isolierten Kontaktbereichen gleicher Polarität des
Bauelements ausschließlich an der dem Halbleiterchip
zugewandten Oberfläche des Trägers. Insbesondere erfolgt die Verbindung zwischen den räumlich isolierten Kontaktbereichen gleicher Polarität über die elektrisch leitende Schicht an der Oberfläche des Trägers, also in dem Bereich zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip.
Eine zusätzliche, beispielsweise innerhalb des Trägers oder zwischen Träger und Halterung angeordnete,
Umverdrahtungsschicht kann somit entfallen und die Zahl der Komponenten des Bauelements reduziert werden.
Für den Anschluss räumlich isolierter Bereiche
unterschiedlicher Polarität muss unter Umständen eine
Isolationsschicht auf dem Träger bereit gestellt werden, um ein Kurzschließen zu verhindern. Ein Beispiel dafür ist ein von der Kathode / den Kathoden ringförmig umfasster
Anodenkontakt (p) , wo eine Isolationsschicht einen
Kurzschluss verhindert (und dabei Höhenunterschiede nach sich zieht) . Bei den so genannten substratlosen LED-Chips erweist sich der ringförmig von der Kathode umfasste Anodenkontakt als besonders vorteilhaft, weil damit beim Ablösen eines Epitaxiesubstrats, beispielsweise durch Laser-Lift-off, zuverlässig Risse im Bereich eines Isolationsspalts zwischen den Elektroden vermieden werden, in denen die Epitaxieschicht nicht durch eine Anbindung an den Träger gestützt ist.
Grundsätzlich ist aber auch eine Anordnung von Elektroden möglich, die für beide Polaritäten einen Kontaktzugang von einem Rand des Bauelements aus ermöglicht (also ohne ein Umschließen des einen Kontakts durch den anderen) . In
gleicher Weise kann auch ein Flip-Chip eine
Elektrodenstruktur aufweisen, bei der eine Polarität die andere völlig umschließt, bei der auf dem Träger also eine Isolationsschicht nötig wird, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Das Bereitstellen einer zusätzlichen Isolationsschicht ist hingegen nicht erforderlich, wenn jede Polarität an einem Außenumfang des Bauelements abgreifbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Bauelement zwei oder mehr
Befestigungselemente auf. Das jeweilige Befestigungselement kann das gleiche Material aufweisen wie die elektrisch leitende Schicht. Das jeweilige Befestigungselement kann aus einem Metall bestehen oder zumindest ein Metall aufweisen.
Vorzugsweise weist das Befestigungselement ein gut leitendes Metall wie Messing, Stahl, Kupfer, Gold, Silber und/oder Aluminium auf. Diese Materialien zeichnen sich auch durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Das Befestigungselement kann auch einen Kunststoff aufweisen. Der Kunststoff kann mit einem Metall, vorzugsweise einem der oben angegebenen
Metalle, ummantelt sein.
Das Befestigungselement kann zumindest in einem Teilbereich eine Isolierung, beispielsweise einen KunststoffÜberzug, aufweisen. Das jeweilige Befestigungselement ist vorzugsweise stiftförmig ausgebildet. Das jeweilige Befestigungselement kann eine Schraube, einen Nagel, einen Fixierstift oder eine Niete aufweisen.
Der Träger weist ferner zwei oder mehr Durchbrüche auf. Die Durchbrüche durchdringen den Träger in vertikaler Richtung vollständig. Die Durchbrüche können beispielsweise
schlitzartig ausgebildet sein. Beispielsweise können die Durchbrüche jeweils in einem Randbereich des Trägers
ausgebildet sein. Die Durchbrüche können zu dem Rand des Trägers hin offen ausgebildet sein. Mit anderen Worten, der jeweilige Durchbruch kann als schlitzartige Einbuchtung oder Einkerbung am Rand des Trägers ausgebildet sein, wobei der jeweilige Durchbruch den Träger in vertikaler Richtung vollständig durchdringt. Die Durchbrüche sind lateral voneinander beabstandet. Die Durchbrüche des Trägers sind ferner lateral beabstandet von einem Montagebereich des Halbleiterchips angeordnet. Die Durchbrüche sind elektrisch voneinander isoliert. Die
Durchbrüche sind beispielsweise durch Laserstrahlen, Stanzen, Bohren oder Ätzen des Trägers hergestellt. Die Durchbrüche sind dazu geeignet und ausgebildet, dass die oben
beschriebenen Befestigungselemente zumindest teilweise in die Durchbrüche ein- und durch sie hindurch geführt werden können .
Das jeweilige Befestigungselement ist zumindest teilweise in den jeweiligen Durchbruch eingebracht. Das jeweilige
Befestigungselement kann von der dem Halbleiterchip
zugewandten Oberfläche des Trägers in den Durchbruch
eingeführt sein.
Alternativ dazu kann das jeweilige Befestigungselement auch von der dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche des Trägers her in den Durchbruch eingeführt sein. In diesem Fall ist das Befestigungselement vorzugsweise eine Gewindestange und wird von der dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Trägers her, beispielsweise mit Hilfe einer Mutter, auf dem Träger
fixiert. Alternativ dazu kann das Befestigungselement auch von einem Rand des Trägers her, also aus horizontaler
Richtung, in den jeweiligen Durchbruch eingeführt werden. In diesem Fall ist der Durchbruch, wie oben erläutert,
vorzugsweise schlitzförmig ausgestaltet bzw. stellt eine Öffnung/Einbuchtung/Einschlitzung am Rand des Trägers dar. Alternativ dazu kann der Durchbruch einen ersten und einen zweiten Bereich aufweisen, wobei der erste Bereich einen größeren Durchmesser aufweist, als der zweite Bereich. Der erste Bereich stellt einen Öffnungsbereich des Durchbruchs dar. Insbesondere wird das jeweilige Befestigungselement von dem ersten Bereich her weiter in den Durchbruch und
insbesondere in den zweiten Bereich eingebracht. Das
Befestigungselement kann dann mit Hilfe des zweiten Bereichs durch eine Rotationsbewegung fixiert werden, ähnlich wie bei einem Baj onettverschluss . Bei dieser Ausführung ist das jeweilige Befestigungselement vorzugsweise als Fixierstift ausgebildet .
Das jeweilige Befestigungselement füllt die vertikale
Ausdehnung des Durchbruchs vollständig aus. Mit Hilfe des Befestigungselements und des Durchbruchs ist der Träger an der Halterung befestigt. Zur vereinfachten Befestigung kann der Durchbruch auch eine Schraubwindung aufweisen. Über die Durchbrüche ist der Halbleiterchip von der dem
Halbleiterchip abgewandten Seite des Trägers her elektrisch kontaktierbar . Eine Kontaktierung des Halbleiterchips mit Hilfe von Drähten ist somit redundant. Das Bauelement ist folglich besonders einfach aufgebaut. Durch die Verwendung von einer Schraube, einem Nagel oder einer Niete als
Befestigungselement wird ferner auf besonders einfache beziehungsweise leicht herstellbare Komponenten
zurückgegriffen, so dass ein kostengünstiges und einfaches Bauelement bereitgestellt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Befestigungselement einen ersten und einen zweiten Endbereich auf. Der erste Endbereich des Befestigungselements, beispielsweise ein Kopfende der
Schraube, der Niete oder des Nagels, ragt an einer von der Halterung abgewandten Oberfläche des Trägers aus dem Träger heraus. Der erste Endbereich kann die oben erwähnte
Isolierung, beispielsweise eine Kunststoffkappe, aufweisen. Der zweite Endbereich des Befestigungselements,
beispielsweise ein stumpfes oder spitzes Ende der Schraube, der Niete oder des Nagels, ragt an einer der Halterung zugewandten Oberfläche des Trägers aus dem Träger heraus. Der zweite Endbereich des Befestigungselements durchdringt die Halterung zumindest teilweise. Somit wird eine sichere mechanische Verbindung zwischen dem Träger und der Halterung mit Hilfe des Befestigungselements hergestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Halterung wenigstens einen n-seitigen Kontaktbereich, wenigstens einen p-seitigen Kontaktbereich und einen Grundkörper auf. Die Kontaktbereiche sind lateral voneinander beabstandet. Die Kontaktbereiche sind vom
Grundkörper und voneinander elektrisch isoliert. Der zweite Endbereich des Befestigungselements ist mit dem jeweiligen Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist der Endbereich eines ersten Befestigungselements mit dem in ¬ seitigen Kontaktbereich verbunden und der Endbereich eines zweiten Befestigungselements ist mit dem p-seitigen
Kontaktbereich verbunden.
Die elektrisch leitende Schicht weist einen n-leitenden
Bereich auf, der über das Befestigungselement mit dem n- seitigen Kontaktbereich verbunden ist. Ferner weist die elektrisch leitende Schicht einen p-leitenden Bereich auf, der über ein weiteres Befestigungselement mit dem p-seitigen Kontaktbereich verbunden ist. Der n-leitende Bereich ist ringförmig ausgebildet. Der n-leitende Bereich und der p- leitende Bereich der elektrisch leitenden Schicht sind elektrisch voneinander isoliert. Der Halbleiterchip wird über den p-leitenden Bereich
der mit Hilfe eines der Befestigungselemente elektrisch leitend mit dem p-seitigen Kontaktbereich der Halterung verbunden ist, p-seitig elektrisch angeschlossen. Über den n- leitenden Bereich, der mit Hilfe eines weiteren der
Befestigungselemente elektrisch leitend mit dem n-seitigen Kontaktbereich der Halterung verbunden ist, wird der
Halbleiterchip n-seitig angeschlossen. Somit wird auf
einfache Weise eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips erreicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements beschrieben. Das dabei hergestellte Bauelement entspricht vorzugsweise dem oben beschriebenen Bauelement. Sämtliche für das
optoelektronische Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
In einem ersten Schritt wird der oben beschriebene Träger bereitgestellt. Der Träger weist beispielsweise eine
Siliziumnitrid-Keramik oder eine Aluminiumnitrid-Keramik auf. Bei dem Träger handelt es sich um einen mechanisch stabilen Träger, auf dessen Außenflächen Halbleiterchips angeordnet und befestigt werden können. Mit anderen Worten ist der
Träger selbsttragend und stellt eine stabile Montage- und/oder Trägergrundlage für einen Halbleiterchip dar.
In einem weiteren Schritt werden die Durchbrüche in dem
Träger ausgebildet, beispielsweise mittels Laserstrahlen, Bohren, Stanzen und/oder Ätzen. Alternativ dazu können die Durchbrüche bereits im Grünzustand des Trägers vor dem
Brennen des Trägers ausgebildet werden. Vorzugsweise weist der Träger zwei Durchbrüche auf. Aber auch eine größere Anzahl an Durchbrüchen ist vorstellbar. Der jeweilige Durchbruch wird derart ausgebildet, dass ein
Durchmesser des jeweiligen Durchbruchs größer oder gleich zu einem Durchmesser des Bereichs des Befestigungselements ist, welcher in den Durchbruch eingeführt werden soll.
Vorzugsweise ist der Durchmesser des jeweiligen Durchbruchs kleiner als ein Durchmesser des oben beschriebenen ersten Endbereichs des Befestigungselements. Ein Einführen des ersten Endbereichs in den Durchbruch wird somit verhindert. Vorzugsweise ist der Durchmesser des jeweiligen Durchbruchs größer oder gleich wie ein Durchmesser des oben beschriebenen zweiten Endbereichs des Befestigungselements. Somit kann der zweite Endbereich komplett durch den Durchbruch
hindurchgeführt werden.
In einem weiteren Schritt wird die elektrisch leitende
Schicht auf dem Träger ausgebildet. Beispielsweise wird der Träger mit der elektrisch leitenden Schicht beschichtet. In einem weiteren Schritt wird der wenigstens eine
Halbleiterchip auf dem Träger angeordnet. Insbesondere wird der Halbleiterchip mit der elektrisch leitenden Schicht auf dem Träger elektrisch leitend verbunden. Der Halbleiterchip wird beispielsweise mit Hilfe eines Lotmaterials elektrisch leitend und mechanisch mit der elektrisch leitenden Schicht, und damit mit dem Träger, verbunden. Das Lotmaterial kann beispielsweise Gold (Au) und/oder Zinn (Sn) aufweisen.
Vorzugsweise werden in diesem Schritt eine Vielzahl von Halbleiterchips, beispielsweise fünf, 50 oder 100 Halbleiterchips, auf dem Träger angeordnet und elektrisch leitend mit diesem verbunden. Lotmaterial kann sich dabei auf dem Halbleiterchip selbst oder auf einem so genannten Bond- beziehungsweise Kontaktbereich (Bondpad) der elektrisch leitenden Schicht befinden. Alternativ dazu kann der
Halbleiterchip auch mittels Thermokompression, Gold-Gold- Reibschweißen, Kleben mit einem anisotrop leitfähigem
Klebstoff, Niedertemperaturfügen durch Sintern von
Silberpulvern oder isothermer Erstarrung (so genanntes liquid phase bonding) , beispielsweise mit Kupfer-Zinn (Cu-Sn) , mit dem Träger verbunden werden. Insbesondere die
Silbersinterverbindung, aber auch die isotherme Erstarrung, ermöglichen eine thermisch sehr gute Verbindung zwischen Halbleiterchip und Träger.
Der Halbleiterchip wird so auf dem Träger beziehungsweise der elektrisch leitenden Schicht angeordnet, dass er von den Durchbrüchen in dem Träger beabstandet ist. In Draufsicht auf den Träger gesehen kann der Halbleiterchip beispielsweise in einem Bereich zwischen den Durchbrüchen angeordnet sein.
In einem weiteren Schritt wird der Träger auf der Halterung angeordnet. Vorzugsweise wird der Träger so auf der Halterung angeordnet, dass die Durchbrüche in Draufsicht auf den Träger gesehen über den Kontaktbereichen der Halterung angeordnet sind .
In einem weiteren Schritt werden die Befestigungselemente bereitgestellt. Die Befestigungselemente können Schrauben, Fixierstifte, Nägel oder Nieten aufweisen. Die Anzahl der bereit gestellten Befestigungselemente entspricht
vorzugsweise der Anzahl der Durchbrüche in dem Träger. Vorzugsweise werden zwei Befestigungselemente bereitgestellt. Alternativ dazu kann die Anzahl der bereitgestellten
Befestigungselemente auch kleiner als die Anzahl der
Durchbrüche sein, beispielsweise wenn ein zusätzlicher
Durchbruch zum Bereitstellen einer Schutzdiode in dem Träger vorgesehen ist.
In einem weiteren Schritt wird der Träger auf der Halterung mit den Befestigungselementen befestigt zur mechanischen Verbindung des Trägers mit der Halterung und zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Die Befestigungselemente werden zur Befestigung des Trägers durch die Durchbrüche geführt. Das heißt, mittels der Befestigungselemente erfolgt zeitgleich eine mechanische Befestigung und eine elektrische Kontaktierung.
Beispielsweise wird zunächst der zweite Endbereich des jeweiligen Befestigungselements in den Durchbruch ein- und durch ihn hindurchgeführt, so dass der zweite Endbereich an der dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche des Trägers aus dem Träger wieder hinausragt. Der zweite Endbereich dient dazu, den jeweiligen Kontaktbereich der Halterung elektrisch leitend mit dem jeweiligen leitenden Bereich des Trägers zu verbinden. Der zweite Endbereich ragt dazu in den jeweiligen Kontaktbereich der Halterung vorzugsweise hinein, nachdem er durch den Durchbruch geführt wurde.
Der erste Endbereich des Befestigungselements hat eine
Abmessung und insbesondere einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Durchbruchs. Der erste Endbereich wird daher nicht in den Durchbruch eingeführt. Der erste Endbereich dient dazu, das Befestigungselement gegen weitere Bewegungen bezüglich der Halterung und des Trägers zu sichern, sobald eine Oberfläche des ersten Endbereichs in mechanischem Kontakt mit der Oberfläche des Trägers steht, welche dem Halbleiterchip zugewandt ist. Insbesondere
verhindert der erste Endbereich ein komplettes Durchrutschen des Befestigungselements durch den Träger.
Mit Hilfe des Befestigungselements wird auf einfache Weise eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips erreicht. Drähte oder weitere Komponenten zur elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips sind überflüssig. Somit kann auf einfache Weise ein zuverlässiges und kostengünstiges Bauelement hergestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt ein Aufwachssubstrat von einer dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips entfernt. Das Aufwachssubstrat dient der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterchips bis zum Befestigen des Halbleiterchips an dem Träger. Nach der Befestigung ist eine mechanische Stabilisierung des
Halbleiterchips auf Grund der soliden Struktur des Trägers nicht mehr erforderlich, so dass das Aufwachssubstrat
entfernt werden kann. Das Entfernen des Aufwachssubstrats kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Schleifens, Läppens oder Polierens und/oder chemisch, beispielsweise mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens und/oder mittels kohärenter Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgen. Ebenso kann das Entfernen des Aufwachssubstrats mittels inkohärenter Strahlung ausreichender Intensität erfolgen .
In einem weiteren Schritt kann die Oberfläche des
Halbleiterchips, welche vom Träger abgewandt ist, aufgeraut beziehungsweise strukturiert werden. Dies geschieht beispielsweise mittels Ätzen, Bürsten, Schleifen oder (Sand)- Strahlen. Dadurch wird die Emission des Halbleiterchips gesteigert . Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements,
vorzugsweise des oben beschriebenen optoelektronischen
Bauelements, beschrieben. Das Bauelement wird durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Scheinwerfer
beschrieben. Der Scheinwerfer ist beispielsweise für einen Einsatz als Frontscheinwerfer in einem Fahrzeug geeignet. Aber auch andere Verwendungen für den Scheinwerfer,
beispielsweise in Flutlichtanlagen oder Stirnlampen, sind möglich .
Der Scheinwerfer weist ein optoelektronisches Bauelement auf. Vorzugsweise weist der Scheinwerfer das oben beschriebene optoelektronische Bauelement auf. Insbesondere ist das
Bauelement vorzugsweise mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Ferner weist der Scheinwerfer ein optisches Element auf. Das optische Element kann beispielsweise zur Bündelung oder Streuung der von dem Halbleiterchip
abgestrahlten Strahlung vorgesehen sein.
Beispielsweise weist das optische Element eine Linse auf. Das optische Element kann auch ein Konversionselement aufweisen. Das Konversionselement ist dazu ausgebildet die vom
Halbleiterchip emittierte Strahlung teilweise oder
vollständig in eine weitere Strahlung mit einer von der emittierten Strahlung unterschiedlichen Wellenlänge zu konvertieren. Zum Beispiel können ein im blauen Bereich des Spektrums emittierender Halbleiterchip und ein
Konversionselement mit einer Mischung aus im grünen und roten Bereich emittierenden Konvertermaterialien verwendet werden, um ein weiß emittierendes Halbleiterbauelement
bereitzustellen. Alternativ dazu kann das Konversionselement dazu verwendet werden, um mittels eines im blauen Bereich emittierenden Halbleiterchips langwelligeres, annähernd monochromatisches Licht zu erzeugen. Das optische Element ist dem Bauelement in einer Abstrahlungsrichtung nachgeordnet.
Durch den Einsatz des oben beschriebenen Bauelements in dem Scheinwerfer kann ein besonders kostengünstiger Scheinwerfer bereitgestellt werden, welcher nur eine geringe Anzahl an Komponenten aufweist, und daher besonders einfach aufgebaut und wenig fehleranfällig ist.
Im Folgenden werden das optoelektronische Bauelement und das Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den
dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen
Bauelements ,
Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Bauelements aus Figur 1,
Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des
Bauelements aus Figur 1,
Die Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des
Bauelements aus Figur 1, Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels , Die Figur 6 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen
Bauelements gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels ,
Die Figuren 7A, 7B und 7C zeigen eine Draufsicht auf den Träger.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Figur 1 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 1, kurz
Bauelement 1. Das Bauelement 1 weist einen Träger 2 auf. Der Träger 2 weist zwei Durchbrüche 8, beispielsweise Bohrungen, auf. Die Durchbrüche 8 sind lateral voneinander beabstandet (siehe hierzu beispielsweise Figuren 7A bis 7C) und
durchdringen den Träger 2 vollständig. Insbesondere verlaufen die Durchbrüche 8 in vertikaler Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung des Trägers 2 vollständig durch den Träger 2. Die Durchbrüche 8 können als Ausbuchtungen bzw. Einkerbungen oder als Schlitze in einem Randbereich des Trägers 2 ausgebildet sein, wie aus den Figuren 7B und 7C ersichtlich ist. Die Durchbrüche 8 sind voneinander
elektrisch isoliert. Der Träger 2 kann ferner eine ESD-Schutzdiode, beispielsweise eine Lumineszenz- oder Zener-Diode aufweisen (nicht explizit dargestellt) . Die Schutzdiode kann in einem weiteren, separaten Durchbruch 8 des Trägers 2 eingebracht sein (nicht explizit dargestellt) . Folglich kann der Träger 2 auch drei oder mehr Durchbrüche 8 aufweisen.
Das Bauelement 1 weist ferner eine elektrisch leitende
Schicht 3, beispielsweise eine Metallschicht, auf. Die elektrisch leitende Schicht 3 ist zumindest auf einem Bereich der Oberfläche des Trägers 2 angeordnet. Die elektrisch leitende Schicht 3 kann sich über die gesamte Oberfläche des Trägers 2 erstrecken. Alternativ kann sich die elektrisch leitende Schicht 3 aber auch nur über Teilbereiche der
Oberfläche des Trägers 2 erstrecken (siehe Figuren 2 bis 4) . Die elektrisch leitende Schicht 3 führt dann von den
Durchbrüchen 8 in einen Mittelbereich des Trägers 2, auf dem ein Halbleiterchip 4 angeordnet ist (siehe insbesondere
Figuren 2 und 6) .
Auf der elektrisch leitenden Schicht 3 ist in Figur 1 ein Halbleiterchip 4 angeordnet und befestigt, zum Beispiel über eine Lot- beziehungsweise Verbindungsmittelschicht 19.
Alternativ dazu kann auf der elektrisch leitenden Schicht 3 aber auch mehr als ein Halbleiterchip 4 angeordnet sein, beispielsweise drei, zehn, oder 50 Halbleiterchips 4 (siehe Figuren 2, 4 und 6) . Der Halbleiterchip 4 ist zwischen den Durchbrüchen 8 des Trägers 2 angeordnet. Insbesondere
überlappen sich die Halbleiterchips 4 und die Durchbrüche 8 nicht.
Der Halbleiterchip 4 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge, die beispielsweise auf einem III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial basiert. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine p-Schicht 14, eine n-Schicht 13 sowie eine dazwischen angeordnete aktive Schicht 15. Ein
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge ist
vollständig entfernt.
Der Halbleiterchip 4 ist mit dem Träger 2 beziehungsweise der elektrisch leitenden Schicht 3 mittels der
Verbindungsmittelschicht 19 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Die Verbindungsmittelschicht 19 enthält zum
Beispiel ein Lotmaterial wie etwa Gold und/oder Zinn. Die Verbindungsmittelschicht 19 befindet sich stellenweise in elektrisch leitendem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 3. In anderen Bereichen kann zwischen der
Verbindungsmittelschicht 19 und der elektrisch leitenden
Schicht 3 eine Passivierungsschicht angeordnet sein (nicht explizit dargestellt) . Die Passivierungsschicht ist
elektrisch isolierend. Die Passivierungsschicht wird aus einem isolierenden Material, beispielsweise Aluminiumnitrid (A1N) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Siliziumnitrid (S13N4) und/oder Siliziumdioxid (S1O2) gebildet. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise durch das Zusammensintern von Pulver oder mittels physikalischen oder chemischen
Dampfphasenabscheideverfahren hergestellt werden.
Die Verbindungsmittelschicht 19 weist einen n-Bereich auf (nicht explizit dargestellt) , der mit der n-Schicht 13 der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden ist. Die Verbindungsmittelschicht 19 weist ferner einen p-Bereich auf (nicht explizit dargestellt) , der elektrisch leitend mit der p-Schicht 14 der Halbleiterschichtenfolge verbunden ist. Die Verbindungsmittelschicht kann beispielsweise mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs realisiert werden, der mechanischen Zusammenhalt ermöglicht, an ausreichend vielen Stellen jedoch von Rauhigkeitsspitzen der metallischen Fügepartneroberflächen (elektrisch leitende Schicht 3 und p- Schicht 14) durchbrochen ist, wo die Metall-Metall-Verbindung für die elektrische Verbindung sorgt. In dieser Hinsicht wird auf die deutsche Anmeldung DE 10 2006 028692 AI verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . An der dem Träger 2 zugewandten Seite des Halbleiterchips 4 ist eine Spiegelschicht angeordnet, die aus zwei oder mehr Schichten bestehen kann (nicht explizit dargestellt) .
Alternativ dazu kann die Spiegelschicht auch nur eine Schicht aufweisen. Die Spiegelschicht ist dabei auf der p-Schicht 14 aufgebracht und dient zur p-seitigen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge. Die Spiegelschicht ist zur
Reflexion von in der aktiven Schicht 15 des Halbleiterchips 4 erzeugter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Die
Spiegelschicht ist beispielsweise an der p-Schicht 14 der Halbleiterschichtenfolge angebracht und mechanisch mit dieser verbunden. Elektrischer Strom zum Betreiben der aktiven
Schicht 15 kann dabei auch über die Spiegelschicht in die p- Schicht 14 der Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden, sofern die Spiegelschicht elektrisch leitend ausgebildet ist. Beispielsweise enthält die Spiegelschicht ein reflektierendes Material wie Gold oder Silber.
Zur n-seitigen Kontaktierung der n-Schicht 13 der
Halbleiterschichtenfolge weist der Halbleiterchip 4
Durchkontaktierungen auf. Die Durchkontaktierungen werden durch einen Durchbruch 16 in der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 4 gebildet. Die Durchkontaktierungen
erstrecken sich durch die Spiegelschicht, die p-Schicht 14 und die aktive Schicht 15 bis zur n-Schicht 13. Die
Durchkontaktierungen sind beispielsweise mit Material der Verbindungsmittelschicht 19 gefüllt und kontaktieren an einem n-leitenden Bereich 6 der elektrisch leitenden Schicht 3 die Halbleiterschichtenfolge (siehe beispielsweise Figuren 3 und 4), wie weiter unten im Detail beschrieben ist.
Das Bauelement 1 weist ferner eine Halterung 11 auf. Die Halterung 11 weist ein Metall, beispielsweise Kupfer auf. Die Halterung 11 kann mehrteilig oder einstückig ausgestaltet sein. Gemäß den in den Figuren 1, 5 und 6 gezeigten
Ausführungsformen ist die Halterung 11 aus drei separaten Elementen ausgebildet. Die Halterung 11 weist einen
Grundkörper 20 auf. Die Halterung 11 weist ferner einen n- seifigen Kontaktbereich 10 und einen p-seitigen
Kontaktbereich 9 auf.
Die Kontaktbereiche 9, 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel an einer dem Träger 2 zugewandten Oberfläche der Halterung 11 angeordnet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel (siehe Figur 6) können die Kontaktbereiche 9, 10 aber auch an einer dem Träger 2 abgewandten Oberfläche der Halterung 11
angeordnet sein. Die Kontaktbereiche 9, 10 und der
Grundkörper 20 weisen in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche vertikale Ausdehnung auf. Insbesondere erstrecken sich die Kontaktbereiche 9, 10 über die gesamte vertikale Ausdehnung der Halterung 11. Die Kontaktbereiche 9, 10 sind mittels einer Isolierung 12 voneinander und vom Grundkörper 20 elektrisch isoliert. Die Kontaktbereiche 9, 10 sind zum Beispiel mit gut leitenden Metallen wie Gold, Silber und/oder Aluminium gebildet. Der Träger 2 ist mit der dem Halbleiterchip 4 abgewandten Oberfläche auf der Halterung 11 angeordnet. Der Träger 2 ist an der Halterung 11 mechanisch befestigt, zum Beispiel angeschraubt, vernagelt oder vernietet. Dafür weist das
Bauelement 1 zwei Befestigungselemente 5, beispielsweise Schrauben, Nägel, Fixierstifte oder Nieten auf. Die
Befestigungselemente 5 sind elektrisch leitfähig. Die
Befestigungselemente 5 stehen in elektrisch leitendem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 3 (siehe Figur 4) . Die Befestigungselemente 5 bestehen aus einem Metall oder weisen zumindest ein Metall auf. Die Befestigungselemente 5 können zumindest in einem Teilbereich auch eine Isolierung 17 aufweisen, wie im Zusammenhang mit Figur 6 genauer erläutert wird .
Die Befestigungselemente 5 sind teilweise in die Durchbrüche 8 eingeführt. Ist das Befestigungselement 5 eine Schraube, kann der jeweilige Durchbruch 8 ein Schraubengewinde
aufweisen (nicht explizit dargestellt) . Die
Befestigungselemente 5 durchdringen den jeweiligen Durchbruch 8 und damit den Träger 2 vollständig.
Die Befestigungselemente 5 weisen jeweils einen ersten
Endbereich 5A und einen zweiten Endbereich 5B auf. Der erste Endbereich 5A ragt an der dem Halbleiterchip 4 zugewandten
Oberfläche aus dem Träger 2 heraus (siehe insbesondere Figur 2) . Der zweite Endbereich 5B ragt an der dem Halbleiterchip 4 abgewandten Oberfläche aus dem Träger 2 heraus (siehe
insbesondere Figur 2) und in die Halterung 11 hinein (siehe Figuren 1, 5 und 6) . Zu diesem Zweck kann die Halterung 11 entsprechende Durchbrüche aufweisen (siehe Figur 6) .
Insbesondere steht der zweite Endbereich 5B des jeweiligen Befestigungselements 5 in elektrischem Kontakt mit dem n- seitigen oder dem p-seitigen Kontaktbereich 9, 10 der
Halterung 11, sobald das Befestigungselement 5 eine
Endposition in Bezug auf Träger 2 und Halterung 11 erreicht hat und damit der Träger 2 an der Halterung 11 befestigt ist. Der zweite Endbereich 5B des Befestigungselements 5 ist mit dem jeweiligen Kontaktbereich 9, 10 dadurch elektrisch leitend verbunden, wie weiter unten im Detail beschrieben wird. Der erste Endbereich 5A liegt auf der elektrisch leitenden Schicht 3 auf und steht folglich in elektrisch leitendem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 3.
Der erste Endbereich 5A weist eine größere laterale
Ausdehnung beziehungsweise einen größeren Durchmesser auf als der zweite Endbereich 5B. Insbesondere ist die laterale
Ausdehnung des ersten Endbereichs 5A größer als die laterale Ausdehnung des Durchbruchs 8, in dem das Befestigungselement 5 teilweise eingebracht ist. Somit wird ein Eindringen des ersten Endbereichs 5A in den Durchbruch 8 verhindert. Der erste Endbereich 5A begrenzt folglich die Bewegung des
Befestigungselements 5 in Richtung der Halterung 11. Sobald eine Oberfläche des ersten Endbereichs 5A, die dem Träger 2 zugewandt ist, mit der Oberfläche des Trägers 2
beziehungsweise der elektrisch leitenden Schicht 3
wechselwirkt, hat das Befestigungselement 5 die finale
Position in Bezug auf Träger 2 und Halterung 11 erreicht.
Insbesondere liegt die dem Träger 2 zugewandte Oberfläche des ersten Endbereichs 5A auf der Oberseite des Trägers 2 und insbesondere auf der elektrisch leitenden Schicht 3 auf, wenn der Träger 2 mit der Halterung 11 verbunden beziehungsweise an dieser befestigt ist. Durch das unmittelbare Aufliegen des ersten Endbereichs 5A auf der elektrisch leitenden Schicht 3 erfolgt eine elektrische Verbindung des Halbleiterchips 4 mit der Halterung 11. Der Halbleiterchip 4 wird durch die Befestigungselemente 5 und insbesondere die zweiten Endbereiche 5B elektrisch leitend mit der Halterung 11 und insbesondere den
Kontaktbereichen 9, 10 verbunden. Hingegen entsteht keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 4 und dem Grundkörper 20, welcher von den Kontaktbereichen 9, 10 elektrisch isoliert ist.
Über den n-seitigen Kontaktbereich 9 kann über die
Befestigungselemente 5 und/oder den zweiten Endbereich 5B, der in den n-seitigen Kontaktbereich 9 hineinragt,
elektrischer Strom in den am Träger 2 befestigten
Halbleiterchip 4 eingeprägt werden. Die elektrisch leitende Schicht 3 verteilt den durch die Kontaktbereiche 9, 10 eingeprägten Strom an der Oberseite des Trägers 2.
Die elektrisch leitende Schicht 3 ist in dem vorher erwähnten n-leitenden Bereich 6 (siehe Figuren 3 und 4) über eines der beiden Befestigungselemente 5 elektrisch leitend mit dem n- seifigen Kontaktbereich 9 verbunden und in einem p-leitenden Bereich 7 (siehe Figuren 3 und 4) über das andere der beiden Befestigungselemente 5 elektrisch leitend mit dem p-seitigen Kontaktbereich 10 verbunden. Der n-leitende Bereich 6 und der p-leitende Bereich 7 der elektrisch leitenden Schicht 3 sind elektrisch voneinander isoliert. Der n-leitende Bereich 6 kann vom p-leitenden
Bereich 7 umschlossen sein. Der n-leitende Bereich 6 ist ringförmig ausgebildet. Insbesondere wird der Halbleiterchip 4 über den p-leitenden Bereich 7, der über eines der
Befestigungselemente 5 elektrisch leitend mit dem p-seitigen Kontaktbereich 10 verbunden ist, p-seitig elektrisch
angeschlossen. Über den n-leitenden Bereich 6, der über das andere der Befestigungselemente 5 elektrisch leitend mit dem n-seitigen Kontaktbereich 9 der Halterung 11 verbunden ist, wird der Halbleiterchip 4 n-seitig angeschlossen. Die elektrisch leitende Schicht 3 dient als
Umverdrahtungsebene des Bauelements 1. Insbesondere erfolgt die Verbindung der Kontaktbereiche 9, 10 der Halterung 11 mit den p- beziehungsweise n-leitenden Bereichen 6, 7
ausschließlich an der dem Halbleiterchip 4 zugewandten
Oberfläche des Trägers 2 über die elektrisch leitende Schicht 3, wie insbesondere aus Figur 2 beziehungsweise 6 ersichtlich ist. Eine weitere Kontaktierung des Halbleiterchips 4, beispielsweise mit Hilfe von Drähten, ist überflüssig. Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. In Bezug auf die allgemeinen Merkmale des Bauelements 1 wird dabei weitgehend auf die vorangegangene Beschreibung zu den Figuren 1 bis 4 verwiesen.
Wie in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktbereiche 9, 10 in diesem Ausführungsbeispiel wiederum an der dem Träger 2 zugewandten Oberfläche der Halterung 11 angeordnet. Allerdings erstrecken sich die Kontaktbereiche 9, 10 hier nicht über die gesamte vertikale Ausdehnung der
Halterung 11. Vielmehr sind die Kontaktbereiche 9, 10 auf dem Grundkörper 20 angebracht. Hierzu weist der Grundkörper 20 im Bereich der Kontaktbereiche 9, 10 eine Aussparung auf, so dass die vertikale Ausdehnung des Grundkörpers 20 in diesem Bereich sowie die vertikale Ausdehnung des jeweiligen
Kontaktbereichs 9, 10 die gesamte vertikale Ausdehnung der Halterung 11 ergibt. Die jeweilige Aussparung ist an der dem Träger 2 zugewandten Oberfläche der Halterung 11 angeordnet. Die Kontaktbereiche 9, 10 sind wiederum mittels der
Isolierung 12 voneinander und vom Grundkörper 20 elektrisch isoliert. Die zweiten Endbereiche 5B der Befestigungsmittel 5 ragen in die Kontaktbereiche 9, 10 hinein zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 4 und zur mechanischen Befestigung des Trägers 2 an der Halterung 11.
Ferner weist das Bauelement 1 in diesem Ausführungsbeispiel einen Kühlkörper 18 auf. Der Kühlkörper 18 ist an einer dem Träger 2 abgewandten Oberfläche der Halterung befestigt, zum Beispiel angeklebt. Mit Hilfe des Kühlkörpers 18 wird die Wärme abgebende Oberfläche des Bauelements 1 vergrößert und damit einer möglichen Beschädigung des Bauelements 1 durch Überhitzung vorgebeugt.
Die Figur 6 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. In Bezug auf die allgemeinen Merkmale des Bauelements 1 wird weitgehend auf die vorangegangene Beschreibung zu den Figuren 1 bis 5 verwiesen.
Im Gegensatz zu den in den Figuren 1 und 5 gezeigten
Ausführungsbeispielen sind die Kontaktbereiche 9, 10 in diesem Ausführungsbeispiel an der dem Träger 2 abgewandten Oberfläche der Halterung 11 angeordnet. Mit anderen Worten, die Kontaktbereiche 9, 10 sind dem Kühlkörper 18 zugewandt. Die Kontaktbereiche 9, 10 erstrecken sich nicht über die gesamte vertikale Ausdehnung des Halterung 11. Insbesondere sind die Kontaktbereiche 9, 10 auf dem Grundkörper 20 angebracht. Hierzu weist der Grundkörper 20 im Bereich der Kontaktbereiche 9, 10 eine Aussparung auf. Die jeweilige Aussparung ist an der dem Träger 2 abgewandten Oberfläche der Halterung 11 angeordnet. Die Kontaktbereiche 9, 10 sind mittels der Isolierung 12 voneinander und vom Grundkörper 20 elektrisch isoliert. Die Befestigungsmittel 5 ragen im Bereich der Kontaktbereiche 9, 10 durch den Grundkörper 20 hindurch und in die
Kontaktbereiche 9, 10 hinein zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 4 und zur mechanischen Befestigung des Trägers 2 an der Halterung 11. Zu diesem Zweck weist die Halterung 11, wie oben beschrieben, entsprechende Durchbrüche auf, um die Befestigungsmittel 5 zumindest teilweise durch die Halterung 11 hindurch zu führen.
Die Befestigungsmittel 5 weisen in diesem Ausführungsbeispiel ferner eine Isolierung 17 auf. Die Isolierung 17 ist in dem ersten Endbereich 5A des jeweiligen Befestigungsmittels 5 angeordnet. Die Isolierung 17 kann beispielsweise eine
Kunststoffkappe aufweisen, welche im ersten Endbereich 5A befestigt, zum Beispiel aufgesteckt, ist.
Das oben beschriebene optoelektronische Bauelement 1 wird wie folgt hergestellt:
In einem ersten Schritt wird der oben beschriebene Träger 2 bereitgestellt. Danach werden die Durchbrüche 8
beispielsweise durch Bohren, Stanzen und/oder Ätzen in dem Träger 2 ausgebildet, so dass die Durchbrüche 8 den Träger 2 vollständig durchdringen. Insbesondere Durchdringen die
Durchbrüche den Träger 2 in vertikaler Richtung vollständig, wie beispielsweise aus den Figuren 1, 5 und 6 ersichtlich ist. Alternativ dazu können die Durchbrüche 8 bereits im Grünzustand des Trägers 2 bei dessen Herstellung und
insbesondere vor dem Brennen des Trägers 2 eingebracht werden . Die Durchbrüche 8 sind in Randbereichen des Trägers 2
ausgebildet (siehe Figuren 1, 5, 6 und 7A bis 7C) . Die
Durchbrüche 8 können in den Randbereich des Trägers 2
übergehen, wie aus den Figuren 7B und 7C ersichtlich ist. Insbesondere können die Durchbrüche 8 Auskerbungen,
Einbuchtungen bzw. Einschlitzungen des Randbereichs des
Trägers 2 darstellen (siehe Figuren 7B und 7C) . Dadurch können die Befestigungselemente 5 später von der Breitseite des Bauelements (also aus horizontaler Richtung) in die
Durchbrüche 8 eingebracht werden.
In einem weiteren Schritt wird die Oberseite des Trägers 2 mit der elektrisch leitenden Schicht 3 versehen. Insbesondere wird der Träger 2 zumindest teilweise mit der elektrisch leitenden Schicht 3 beschichtet. Die elektrisch leitende Schicht 3 wird insbesondere in einem Bereich zwischen den Durchbrüchen 8 und um die Durchbrüche 8 herum ausgebildet. Insbesondere kann ein Teil der elektrisch leitenden Schicht 3 von einem Durchbruch 8 weg in einen Bereich führen, auf den der Halbleiterchip 4 in einem folgenden Schritt angeordnet wird (siehe beispielsweise Figur 4) .
In einem weiteren Schritt wird der Halbleiterchip 4 auf der elektrisch leitenden Schicht 3 mittels der
Verbindungsmittelschicht 19 angebracht. Der Halbleiterchip 4 wird zwischen den Durchbrüchen 8 angeordnet.
In einem weiteren Schritt wird der Träger 2 auf der Halterung 11 angeordnet. Der Träger 2 wird dabei so auf der Halterung 11 angeordnet, dass die Durchbrüche 8 des Trägers 2 über den Kontaktbereichen 9, 10 angeordnet sind. In einem weiteren Schritt werden die Befestigungselemente 5 bereitgestellt. Danach wird der Träger 2 auf der Halterung 11 befestigt. Hierzu werden die Befestigungselemente 5 teilweise durch die Durchbrüche 8 des Trägers 2 geführt. Insbesondere wird in diesem Ausführungsbeispiel der zweite Endbereich 5B in den jeweiligen Durchbruch 8 des Trägers ein- und durch ihn hindurchgeführt, so dass der zweite Endbereich 5B
anschließend in den jeweiligen Kontaktbereich 9, 10 der
Halterung 11 hineinragt. Der erste Endbereich 5A ragt dann an dem von der Halterung 11 abgewandten Oberfläche des Trägers 2 aus dem Träger 2 heraus. Der erste Endbereich 5A steht nach dem Befestigen des Trägers 2 in mechanischem und elektrisch leitendem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht 3. Mit Hilfe der Befestigungselemente 5 ist der Halbleiterchip 4 mit der Halterung 11 elektrisch leitend verbunden.
In einem weiteren Schritt wird das Aufwachssubstrat von der dem Träger 2 abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips 4 entfernt. Eine mechanische Stabilisierung des Halbleiterchips 4 erfolgt nunmehr mittels des Trägers 2 und der Halterung 11.
In einem weiteren optionalen Schritt wird die vom Träger 2 abgewandte Oberfläche des Halbleiterchips 4 aufgeraut
beziehungsweise strukturiert.
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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012112988.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) aufweisend
- einen Träger (2), wobei auf dem Träger (2) eine elektrisch leitende Schicht (3) angeordnet ist,
- wenigstens einen Halbleiterchip (4) aufweisend eine aktive Schicht (15) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, wobei der Halbleiterchip (4) über die elektrisch leitende Schicht (3) elektrisch leitend und mechanisch mit dem Träger (2) verbunden ist,
- eine Halterung (11), wobei eine dem Halbleiterchip (4) abgewandte Oberfläche des Trägers (2) auf der Halterung (11) angeordnet ist, wobei der Träger (2) durch wenigstens ein Befestigungselement (5) mit der Halterung (11) mechanisch verbunden und an der Halterung (11) befestigt ist, wobei das Befestigungselement (5) den Träger (2) vollständig
durchdringt, und wobei der Halbleiterchip (4) durch das Befestigungselement (5) mit der Halterung (11) elektrisch leitend verbunden ist.
2. Bauelement (1) nach Anspruch 1,
bei dem eine Verbindung zwischen räumlich isolierten
Kontaktbereichen (6, 7, 9, 10) gleicher Polarität des
Bauelements (1) ausschließlich an der dem Halbleiterchip (4) zugewandten Oberfläche des Trägers (2) erfolgt.
3. Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Bauelement (1) zwei oder mehr Befestigungselemente (5) aufweist, und wobei der Träger (2) Durchbrüche (8) aufweist, wobei die Durchbrüche (8) den Träger (2)
vollständig durchdringen, wobei die Durchbrüche (8)
elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei das jeweilige Befestigungselement (5) zumindest teilweise in den jeweiligen Durchbruch (8) eingebracht ist.
4. Bauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei ein erster Endbereich (5A) des Befestigungselements (5) an einer von der Halterung (11) abgewandten Oberfläche des Trägers (2) aus dem Träger (2) herausragt, und wobei ein zweiter Endbereich (5B) des Befestigungselements (5) an einer der Halterung (11) zugewandten Oberfläche des Trägers (2) aus dem Träger (2) herausragt.
5. Bauelement (1) nach Anspruch 4,
wobei der zweite Endbereich (5B) des Befestigungselements (5) die Halterung (11) zumindest teilweise durchdringt.
6. Bauelement (1) nach Anspruch 5,
wobei die Halterung (11) einen Kontaktbereich (9, 10)
aufweist, in welchen der zweite Endbereich (5B) des
Befestigungselements (5) hineinragt.
7. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
wobei die Halterung (11) wenigstens einen n-seitigen
Kontaktbereich (10), wenigstens einen p-seitigen
Kontaktbereich (9) und einen Grundkörper (20) aufweist, wobei die Kontaktbereiche (9, 10) vom Grundkörper (20) und
voneinander elektrisch isoliert sind, und wobei der zweite Endbereich (5B) des Befestigungselements (5) mit dem
jeweiligen Kontaktbereich (9, 10) elektrisch leitend
verbunden ist.
8. Bauelement (1) nach Anspruch 7,
wobei die elektrisch leitende Schicht (3) einen n-leitenden Bereich (6) aufweist, der über das Befestigungselement (5) mit dem n-seitigen Kontaktbereich (10) verbunden ist und wobei die elektrisch leitende Schicht (3) einen p-leitenden Bereich (7) aufweist, der über ein weiteres
Befestigungselement (5) mit dem p-seitigen Kontaktbereich (9) verbunden ist, und wobei der n-leitende Bereich (6) und der p-leitende Bereich (7) der elektrisch leitenden Schicht (3) elektrisch voneinander isoliert sind.
9. Bauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei das Befestigungselement (5) eine Schraube, einen Nagel, einen Fixierstift oder eine Niete aufweist.
10. Bauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei das Befestigungselement (5) zumindest in einem
Teilbereich eine Isolierung (17) aufweist.
11. Bauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei das Befestigungselement (5) aus einem Metall besteht oder zumindest ein Metall aufweist.
12. Bauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Träger (2) eine Siliziumnitrid-Keramik enthält oder daraus besteht.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (1) nach einem der vorigen Ansprüche aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen des Trägers (2) mit den Durchbrüchen (8),
- Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht (3) auf dem Träger (2),
- Anordnen des wenigstens einen Halbleiterchips (4) auf dem Träger (2), wobei der Halbleiterchip (4) mit der elektrisch leitenden Schicht (3) elektrisch leitend verbunden ist, - Anordnen des Trägers (2) auf der Halterung (11),
- Bereitstellen der Befestigungselemente (5) ,
- Befestigen des Trägers (2) auf der Halterung (11) mit den Befestigungselementen (5) zur mechanischen Verbindung des Trägers (2) mit der Halterung (11) und zur elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips (4).
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei zur Befestigung des Trägers (2) die
Befestigungselemente (5) durch die Durchbrüche (8) geführt werden .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
wobei in einem weiteren Schritt ein Aufwachssubstrat von einer dem Träger (2) abgewandten Oberfläche des
Halbleiterchips (4) entfernt wird.
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (1), wobei das Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 hergestellt wird.
17. Scheinwerfer aufweisend ein optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und ein optisches Element, das dem Bauelement (1) in einer Abstrahlungsrichtung nachgeordnet ist.
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