WO2014166763A1 - Modul mit wenigstens zwei halbleiterchips - Google Patents

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WO2014166763A1
WO2014166763A1 PCT/EP2014/056320 EP2014056320W WO2014166763A1 WO 2014166763 A1 WO2014166763 A1 WO 2014166763A1 EP 2014056320 W EP2014056320 W EP 2014056320W WO 2014166763 A1 WO2014166763 A1 WO 2014166763A1
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Siegfried Herrmann
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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    • H10H20/8514—Wavelength conversion means characterised by their shape, e.g. plate or foil
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls

Definitions

  • Module with at least two semiconductor chips The invention relates to a module with at least two
  • the object of the invention is to provide an improved module with at least two semiconductor chips for generating light.
  • the carrier is constructed from at least two carrier elements, wherein the two carrier elements are flexibly connected to each other. In this way, mechanical stresses that are generated, for example, when mounting the semiconductor chips on the carrier, balanced. Thus, you can
  • the use of an elastic material for connecting the two carrier elements allows a secure connection of the two carrier elements.
  • via the elastic material and the conductor can be performed.
  • the elastic material of the compound may have a significantly lower Young's modulus of elasticity as the material of the at least two carrier elements.
  • the Young's modulus of the elastic material of the compound may be at most 10%, preferably at most 5%, of the Young's modulus of the material of the at least two support members.
  • the elastic material may have a Young's modulus of at most 10 kN / mm 2 , preferably of at most 5 kN / mm 2 , while the material of the at least two carrier elements along at least one main crystal direction has a Young's modulus of at least 100 kN / mm 2 , preferably of at least 150 kN / mm 2 .
  • connection and the at least two carrier elements to consist of different ones
  • a plastic such as e.g. a polyimide, a polyamide or a polymer or a liquid crystal polymer may be used.
  • the carrier elements can be made, for example, of silicon, aluminum nitride,
  • Alumina and / or silicon nitride may be formed.
  • the elastic materials described can be easily and inexpensively processed by using several
  • Carrier elements to provide a large-area carrier to provide a large-area carrier.
  • a one-piece rigid conversion element is provided on the semiconductor chips.
  • the conversion element serves to shift a wavelength of the light radiation of the semiconductor chips. Due to the one-piece design of the conversion element an additional stiffening of the arrangement is achieved. Thus, that takes over
  • Carrier function For example, as a conversion element, a rigid plate, in particular a ceramic plate can be used. It is possible that the material of the
  • Conversion element is stiffer than the elastic material of the compound.
  • the material of the Conversion element is stiffer than the elastic material of the compound.
  • the Young's modulus of the material of the conversion element can thus be equal to or greater than the Young's modulus of the material of the at least two support elements.
  • the Young's modulus of the conversion element may be at least 200 kN / mm 2 .
  • the rigid plate provides sufficient mechanical
  • the mechanical handling of the module can be improved by the conversion element and thereby in
  • the conversion element for example, a higher external force acting on the module, without this being destroyed.
  • the module is mechanically self-supporting by the conversion element, that is, that the module can be handled as part of a manufacturing process with tools such as tweezers, without the need for another supporting element must be present.
  • ceramic plates in the field of semiconductor chips are known as conversion elements.
  • Conversion element can be used.
  • the carrier has two
  • Top side but also be electrically contacted from the back. This provides increased flexibility in the use of the module.
  • the upper side of the mechanical connection is arranged at the same height as the upper side of the carrier elements. As a result, a continuous flat surface is formed.
  • the interconnect can be used without problems in a single process both on the
  • the conductor track is, for example, both on the support elements as well as on the mechanical
  • the conductor can be deposited by means of a CVD method.
  • the plastic comprises light-reflecting particles, e.g. Titanium dioxide on.
  • the radiation of light upwards in the direction of emission of the semiconductor chip can be supported.
  • the semiconductor chips are designed essentially in the form of semiconductor layers, in particular epilayers. This will give a precise height of the semiconductor layers, in particular epilayers.
  • Semiconductor chips are formed, for example, identical.
  • the carrier is on a further carrier, in particular on a carrier plate
  • the carrier plate can, for example, as
  • the carrier is fastened on the further carrier by means of a solder connection.
  • solder connection allows a safe
  • the semiconductor chips in particular also formed thin
  • semiconductor chips are soldered individually to the carrier.
  • the semiconductor chips have, for example, a thickness of 200 ⁇ m. Due to the small size of the individual support elements, the
  • a protective diode is integrated in a carrier element.
  • FIG. 2 is a schematic partial section of the carrier with two carrier elements and a conductor track
  • Fig. 6 is an enlarged view of a cross section through the module
  • Fig. 7 shows a module with arad.uxisme
  • Fig. 8 shows a schematic cross section through a conductor track of this module.
  • 1 shows a schematic representation of a module 1, which has a carrier 3.
  • the carrier 3 is constructed from a plurality of carrier elements 2.
  • the carrier elements 2 are arranged next to one another and adjacent carrier elements 2 are connected to each other via a mechanical connection 5.
  • On some of the support elements 2 is a
  • Carrier elements 2 may be formed, for example, of an electrically insulating material such as undoped silicon or a ceramic material. Furthermore, it is possible to form the carrier elements 2 from an electrically conductive or an electrically semiconducting material, but in this case suitable electrical insulating coatings are provided.
  • the conductor 7 is of a support element 2 for
  • the conductor track 7 may be formed, for example, of metal and be applied to the carrier elements 2 and the mechanical connection 5 by means of a deposition method, for example a CVD method. In this case, suitable methods for structuring the conductor track such. Etching process can be used with photoresist layers.
  • Semiconductor chip 4 arranged on a support element 2.
  • the dimensioning of the carrier element 2 is selected in such a way that a semiconductor chip 4 occupies the largest area of the surface of the carrier element 2. This will be the
  • the support elements 2, which limit the carrier 3, without semiconductor chip 4 is formed.
  • Conductor surfaces serve as contact surfaces 9, 10 for
  • Each semiconductor chip 4 has an active zone for generating light radiation.
  • the active zone has correspondingly formed semiconductor layers which are formed, for example, in the form of a pn junction and in the form of quantum wells or quantum well structures.
  • As the material for the active region for example, aluminum gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, gallium phosphide, silicon carbide, zinc selenide, indium gallium nitride or gallium nitride can be used.
  • Embodiment arranged only a one-piece conversion element 8.
  • a plurality of conversion elements 8 are provided, wherein a
  • Conversion element 8 covers at least two adjacent semiconductor chips 4.
  • the conversion element 8 serves to shift the wavelength of the light emitted from the semiconductor chips 4 upwards.
  • Conversion element 8 is in the form of a rigid plate, for example in the form of a ceramic.
  • the ceramic may, for example, comprise yttrium aluminum oxide (YAG) doped with Ce.
  • YAG yttrium aluminum oxide
  • the ceramics can be others too
  • the conversion element may have a thickness between 50 ym and 200 ym.
  • Phosphors can z. As grenades, aluminates, silicates,
  • the conversion element can also be designed in the form of a transparent plate which is connected to a corresponding one
  • the rigid plate can also be made of a carrier material
  • the conversion element 8 is glued to the semiconductor chip, for example, by means of an adhesive.
  • silicone may be used as the adhesive.
  • the translucent plate may be formed of glass, preferably toughened glass or silicon dioxide.
  • the converter material can be made of an opto-ceramic, a glass ceramic, a
  • the conversion element is essentially non-plastic when used in conventional temperatures
  • the conversion element can be single-layered or
  • the individual layers may have different conversion properties, in particular with regard to the conversion.
  • Connection layer 11 is provided.
  • the connecting layer 11 serves to connect the carrier 3 to a further carrier, which is not shown in FIG.
  • the connecting layer 11 serves to connect the carrier 3 to a further carrier, which is not shown in FIG.
  • Connecting layer 11 may be formed, for example, in the form of a metallic solder. In addition to the mechanical connection, the connection layer 11 also assumes a thermal coupling. Depending on the design, it is also possible to use a soft conversion element or to dispense with the conversion element.
  • Conversion element 8 may also be formed of a soft, elastic potting compound.
  • Fig. 2 shows in a schematic partial section parts of two juxtaposed support elements 2, which are interconnected via a connection 5.
  • the compound 5 may be formed, for example, of plastic.
  • plastics for example, polyimide, polyamide,
  • light-reflecting particles 6 can be embedded in the plastic. This will make a reflection of the light upwards
  • connection 5 in the Formed such that the surface of the compound 5 is arranged at the same height as the surface of the
  • Carrier elements 2 This is a smooth transition for the
  • FIG. 3 shows in a schematic plan view the carrier 3 with five carrier elements 2, 2 ⁇ , 2 ⁇ ⁇ .
  • the carrier elements 2, 2 2 ⁇ ⁇ are each connected elastically to each other via a mechanical connection 5.
  • Carrier element 2 ⁇ ⁇ is a contact surface 9, 10 of the conductor 7 is provided.
  • the contact surface 9, 10 may in particular be part of the conductor 7.
  • the contact surfaces 9, 10 are each formed as a narrow strip, which is arranged adjacent to the mechanical connection 5 almost over the entire width of the carrier element 2 ⁇ ⁇ .
  • the first contact surface 9 is connected via a connecting piece 15 to the adjacent
  • the connecting piece 15 is in communication with a second connecting piece 16.
  • the second connecting piece 16 is guided perpendicular to the longitudinal extension of the carrier 2 in a central region of the carrier element 2.
  • the second connecting piece 16 is guided perpendicular to the longitudinal extension of the carrier 2 in a central region of the carrier element 2.
  • the first contact surface 9, the connecting piece 15, the second connecting piece 16 and the contact region 24 can
  • the second connector 16 is of a
  • Chip contact surface 17 surrounded.
  • the chip pad 17 is electrically isolated from the second connector 16.
  • the chip contact surface 17 in turn is over another
  • the further second connecting piece 19 is surrounded by a further chip contact surface 17.
  • the chip contact surface 17 has almost the same area as the carrier element 2, 2 ⁇ . Thus, with the chip contact surface 17 a
  • the chip contact surface 17 can cover substantially the entire base area of a semiconductor chip.
  • Chip contact surfaces 17 may in particular be integrally formed with one of the further connecting pieces 16, 19.
  • the chip contact surfaces 17 and the further connecting pieces 16, 19 can also be part of the conductor track 7 or together form it.
  • the conductor track 7 can cover substantially the entire base area of a semiconductor chip 4.
  • the chip contact surface 17 may cover at least 90% of the base area of a semiconductor chip 4.
  • Base surface of a semiconductor chip 4 may be given by the two-dimensional extent of the semiconductor chip 4 along the surface of the support member 2, 2 ⁇ .
  • the formation of the second connecting piece 16, 19 serves to provide a second electrical connection of the
  • the second connecting piece 16, 19 may be provided with an insulating layer up to an end region.
  • the penultimate on the right side support member 2 ⁇ has a further connector 18, to the
  • the further connector 18 may be part of
  • the first and the last carrier element 2 ⁇ ⁇ have a
  • Mounting surface 14, via which the module 1 can be mechanically fixed can be mechanically fixed.
  • fixation can be done using a
  • Protective diode 26 may be integrated into the carrier element 2.
  • the carrier element 2, 2 ⁇ , 2 ⁇ ⁇ made of silicon and the protective diode by a corresponding
  • FIG. 4 shows a process section in which a respective semiconductor chip 4 has been applied to the carrier 3 of FIG. 3 on the corresponding carrier elements 2.
  • the semiconductor chips 4 were, for example, via a solder joint or a
  • the filling layer 27 consists e.g. made of an electrically insulating material, e.g. Plastic.
  • the filling layer increases mechanical stability and reduces the presence of voids.
  • On the filling layer 27 can also be dispensed with.
  • the semiconductor chips 4 are formed in the illustrated embodiment as a thin semiconductor chips.
  • the semiconductor chips 4 are mechanically and / or electrically connected via a connecting layer 11 to the carrier elements 2.
  • the connecting layer 11 may be soldered or
  • Adhesive joint be formed.
  • the carrier 3 has a second connection layer 20 on a lower side.
  • a conversion element 8 is placed on the free upper side of the semiconductor chips 4 and connected to the free upper sides of the semiconductor chips 4.
  • the connection can be made using a translucent
  • Glue in particular silicone be executed.
  • Conversion element 8 is, as already described, formed in the form of a rigid plate. This process status is shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the module 1, which is connected to a further carrier 12 via a second connecting layer 20.
  • the second connection layer 20 is, for example, using an adhesive layer or a
  • the further carrier 12 is formed of a thermally conductive material, for example of metal.
  • the further carrier 12 may be formed in the form of a metal plate. Due to the formation of the carrier 3 in the form of several elastically with each other
  • support elements 2 thermal stresses are reduced, which are generated by the assembly, for example, when soldering the support elements 2 on the other support 12.
  • the support elements 2 are made, for example
  • Silicon aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride formed. It can also be other electrically insulating
  • the further carrier 12 can
  • Fig. 7 shows a further embodiment in which the
  • Conductor 7 is guided on the first and the last carrier element 2 via a via 21 on the back of the carrier 3.
  • the further carrier 12 is surrounded by a frame 22.
  • On the frame 22 is another
  • Conductor 23 is formed with the respective
  • connection 21 is electrically connected. In this way, an electrical contacting of the module 1 from the bottom is possible.
  • the carrier element 2 is formed, for example, from silicon nitride.
  • Chip contact surface 17 is formed in the lower region, for example, titanium / platinum / gold.
  • the contact surface 17 and the further connecting piece 18 have a gold / tin layer in an upper region.
  • the further connector 18 is laterally over an insulating layer 25 of the
  • Chip contact surface 17 electrically isolated.
  • Insulation layer 25 is formed, for example, as silicon nitride.
  • the semiconductor chips 4 may have different contact terminals. Accordingly, the conductor tracks 7 may also be formed differently on the carrier 3.
  • the semiconductor chip 4 with two pixels
  • Semiconductor chip 4 is provided to electrically contact the p and n terminals of the active pn-zone.
  • Such a semiconductor chip 4 has, for example, a plurality of n connections and a p connection.
  • Wiring level are several n-connections of the

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul (1) mit wenigstens zwei Halbleiterchips (4) zur Erzeugung von Licht, mit einem Träger (3), wobei der Träger wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Trägerelemente (2) aufweist, wobei die Trägerelemente über eine mechanische Verbindung (5) flexibel miteinander verbunden sind, wobei jeweils ein Halbleiterchip auf einem Trägerelement angeordnet ist, und wobei eine Leiterbahn (7) vorgesehen ist, die mit den zwei Halbleiterchips elektrisch verbunden ist, wobei sich die Leiterbahn über die zwei Trägerelemente erstreckt.

Description

Beschreibung
Modul mit wenigstens zwei Halbleiterchips Die Erfindung betrifft ein Modul mit wenigstens zwei
Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht.
Im Stand der Technik ist es bekannt, als Modul mehrere
Halbleiterchips auf einen Träger aufzubringen und am Träger zu befestigen. Dadurch ergeben sich großflächige
Lötverbindungen .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Modul mit wenigstens zwei Halbleiterchips zur Erzeugung von Licht bereitzustellen.
Ein Vorteil des beschriebenen Moduls besteht darin, dass der Träger aus wenigstens zwei Trägerelementen aufgebaut ist, wobei die zwei Trägerelemente flexibel miteinander verbunden sind. Auf diese Weise werden mechanische Spannungen, die beispielsweise beim Befestigen der Halbleiterchips auf dem Träger erzeugt werden, ausgeglichen. Somit können
Halbleiterchips mit dünnen Schichten auf dem Träger oder das Modul auf einem weiteren Träger befestigt werden, ohne dass eine Beschädigung der Halbleiterchips aufgrund mechanischer Verspannungen die Folge ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird die mechanische
Verbindung zwischen den Trägerelementen in Form eines elastischen Materials ausgebildet, das insbesondere
elastischer ist als das Material, mit dem die Trägerelemente gebildet sind. Die Verwendung eines elastischen Materials zur Verbindung der zwei Trägerelemente ermöglicht eine sichere Verbindung der zwei Trägerelemente. Zudem kann über das elastische Material auch die Leiterbahn geführt werden.
Das elastische Material der Verbindung kann insbesondere einen wesentlich niedrigeren Young' sehen Elastizitätsmodul als das Material der zumindest zwei Trägerelemente aufweisen. Beispielsweise kann der Young' sehe Modul des elastischen Materials der Verbindung höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 5 % des Young' sehen Moduls des Materials der zumindest zwei Trägerelemente betragen. Beispielsweise kann das elastische Material einen Young' sehen Modul von höchstens 10 kN/mm2, bevorzugt von höchstens 5 kN/mm2, aufweisen, während das Material der zumindest zwei Trägerelemente entlang zumindest einer Hauptkristallrichtung einen Young' sehen Modul von wenigstens 100 kN/mm2, bevorzugt von wenigstens 150 kN/mm2, aufweisen kann.
Insbesondere ist es möglich, dass die Verbindung und die zumindest zwei Trägerelemente aus unterschiedlichen
Materialien bestehen.
Beispielsweise kann als elastisches Material ein Kunststoff wie z.B. ein Polyimid, ein Polyamid oder ein Polymer oder ein Flüssigkristallpolymer verwendet werden. Die Trägerelemente können beispielsweise aus Silizium, Aluminiumnitrid,
Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid ausgebildet sein. Die beschriebenen elastischen Materialien können einfach und kostengünstig verarbeitet werden, um mithilfe mehrerer
Trägerelemente einen großflächigen Träger bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf den Halbleiterchips ein einteiliges steifes Konversionselement vorgesehen. Das Konversionselement dient zur Verschiebung einer Wellenlänge der Lichtstrahlung der Halbleiterchips. Durch die einteilige Ausbildung des Konversionselementes wird eine zusätzliche Versteifung der Anordnung erreicht. Somit übernimmt das
Konversionselement zusätzlich zum Träger auch eine
Trägerfunktion. Beispielsweise kann als Konversionselement eine steife Platte, insbesondere eine Keramikplatte verwendet werden. Hierbei ist es möglich, dass das Material des
Konversionselements steifer ist als das elastische Material der Verbindung. Insbesondere kann das Material des
Konversionselements ähnlich steif oder steifer als das Material der Trägerelemente sein. Der Young' sehe Modul des Materials des Konversionselements kann damit gleich groß oder größer als der Young' sehe Modul des Materials der zumindest zwei Trägerelemente sein. Beispielsweise kann der Young' sehe Modul des Konversionselements wenigstens 200 kN/mm2 betragen.
Die steife Platte bietet eine ausreichende mechanische
Stabilität zur Unterstützung der Trägerfunktion des Trägers. Hierbei kann die mechanische Handhabung des Moduls durch das Konversionselement verbessert werden und dadurch in
Anwesenheit des Konversionselements beispielsweise eine höhere externe Kraft an dem Modul wirken, ohne dass dieses zerstört wird. Zudem ist es möglich, dass das Modul durch das Konversionselement mechanisch selbsttragend wird, das heißt, dass das Modul etwa im Rahmen eines Fertigungsverfahrens mit Werkzeugen wie beispielsweise einer Pinzette gehandhabt werden kann, ohne dass ein weiteres stützendes Element vorhanden sein muss. Zudem sind Keramikplatten im Bereich der Halbleiterchips als Konversionselemente bekannt. Somit können bekannte Verfahren zur Montage und bekannte Materialien zur Ausbildung des
Konversionselementes eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger zwei
Durchkontaktierungen auf, wobei auf der Rückseite des Trägers Anschlussflächen zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Modul nicht nur von der
Oberseite her, sondern auch von der Rückseite her elektrisch kontaktiert werden. Damit ist eine erhöhte Flexibilität beim Einsatz des Moduls gegeben.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberseite der mechanischen Verbindung auf gleicher Höhe angeordnet wie die Oberseite der Trägerelemente. Dadurch ist eine durchgehende ebene Fläche ausgebildet. Somit kann die Leiterbahn ohne Probleme in einem einzigen Verfahren sowohl auf die
Trägerelemente als auch auf die mechanische Verbindung aufgebracht werden. Die Leiterbahn wird beispielsweise sowohl auf die Trägerelemente als auch auf die mechanische
Verbindung abgeschieden. Beispielsweise kann die Leiterbahn mithilfe eines CVD-Verfahrens abgeschieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Kunststoff Licht reflektierende Teilchen, wie z.B. Titandioxid auf. Somit kann die Abstrahlung von Licht nach oben in die Abstrahlrichtung des Halbleiterchips unterstützt werden.
Beispielsweise sind die Halbleiterchips im Wesentlichen in Form von Halbleiterschichten, insbesondere Epischichten ausgebildet. Dadurch wird eine präzise Höhe der
Halbleiterchips erreicht. Somit kann das einteilige
Konversionselement präzise auf die Halbleiterchips aufgelegt und auf den Halbleiterchips befestigt werden. Die
Halbleiterchips sind beispielsweise identisch ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Träger auf einem weiteren Träger, insbesondere auf einer Trägerplatte
befestigt. Die Trägerplatte kann beispielsweise als
Metallplatte ausgebildet sein und die Funktion einer
Wärmesenke erfüllen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Träger auf dem weiteren Träger mithilfe einer Lötverbindung befestigt. Die Verwendung der Lötverbindung ermöglicht eine sichere
Befestigung und zudem eine gute thermisch leitende Verbindung zwischen dem Träger und dem weiteren Träger.
Durch die beschriebene Ausbildung des Trägers können die Halbleiterchips, insbesondere auch dünn ausgebildete
Halbleiterchips einzeln auf den Träger aufgelötet werden. In einer weiteren Ausführungsform weisen die Halbleiterchips beispielsweise eine Dicke von 200 ym auf. Aufgrund der geringen Größe der einzelnen Trägerelemente, die
beispielsweise im Bereich der Fläche der Halbleiterchip liegt, werden größere thermische Verspannungen bei der
Montage vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen zwei
benachbarten Halbleiterchips eine Füllschicht angeordnet. Dadurch werden Hohlräume vermieden und die mechanische
Stabilität wird erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Schutzdiode in einem Trägerelement integriert.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Moduls,
Fig. 2 einen schematischen Teilausschnitt des Trägers mit zwei Trägerelementen und einer Leiterbahn,
Figuren 3 bis 5 verschiedene Verfahrensschritte für die
Herstellung des Moduls,
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch das Modul, Fig. 7 ein Modul mit einer Rückseitenkontaktierung, und
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch eine Leiterbahn dieses Moduls zeigt. Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Modul 1, das einen Träger 3 aufweist. Der Träger 3 ist aus mehreren Trägerelementen 2 aufgebaut. Die Trägerelemente 2 sind nebeneinander angeordnet und benachbarte Trägerelemente 2 sind über eine mechanische Verbindung 5 jeweils miteinander verbunden. Auf einigen der Trägerelemente 2 ist ein
Halbleiterchip 4 angeordnet. Zudem ist eine Leiterbahn 7 auf dem Träger 3 vorgesehen, die sich über alle Trägerelemente 2 und die mechanischen Verbindungen 5 erstreckt. Die
Trägerelemente 2 können beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material wie undotiertem Silizium oder einem keramischen Material ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, die Trägerelemente 2 aus einem elektrisch leitenden oder einem elektrisch halbleitenden Material auszubilden, wobei jedoch bei diesem Fall geeignete elektrische isolierende Beschichtungen vorgesehen sind.
Die Leiterbahn 7 ist von einem Trägerelement 2 zum
benachbarten Trägerelement 2 über die mechanische Verbindung 5 geführt. Die Leiterbahn 7 kann beispielsweise aus Metall ausgebildet sein und mithilfe eines Abscheideverfahrens, beispielsweise einem CVD-Verfahren auf die Trägerelemente 2 und die mechanische Verbindung 5 aufgebracht werden. Dabei können geeignete Verfahren zur Strukturierung der Leiterbahn wie z.B. Ätzverfahren mit Fotolackschichten verwendet werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist jeweils ein
Halbleiterchip 4 auf einem Trägerelement 2 angeordnet. Die Dimensionierung des Trägerelementes 2 ist in der Weise gewählt, dass ein Halbleiterchip 4 den größten Bereich der Fläche des Trägerelementes 2 einnimmt. Dadurch wird die
Ausbildung von mechanischen Verspannungen bei der Montage des Halbleiterchips auf dem Trägerelement reduziert. Zudem wird die zum Aufbau des Moduls 1 benötigte Fläche für die
Halbleiterchips 4 reduziert. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die Trägerelemente 2, die den Träger 3 begrenzen, ohne Halbleiterchip 4 ausgebildet. Auf den endseitigen Trägerelementen 2 ist jeweils eine vergrößerte Leiterbahnfläche vorgesehen. Die vergrößerten
Leiterbahnflächen dienen als Kontaktflächen 9, 10 zur
elektrischen Kontaktierung des Moduls 1. Jeder Halbleiterchip 4 weist eine aktive Zone zur Erzeugung von Lichtstrahlung auf. Die aktive Zone weist entsprechend ausgebildete Halbleiterschichten auf, die beispielsweise in Form eines pn-Überganges und in Form von Quantentöpfen oder Quantentopfstrukturen ausgebildet sind. Als Material für die aktive Zone kann beispielsweise Aluminiumgalliumarsenid, Galliumarsenidphosphid, Galliumphosphid, Siliziumcarbid, Zinkselenid, Indiumgalliumnitrid oder Galliumnitrid verwendet werden .
Auf den Halbleiterchips 4 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel nur ein einteiliges Konversionselement 8 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Konversionselemente 8 vorgesehen, wobei ein
Konversionselement 8 wenigstens zwei benachbart angeordnete Halbleiterchips 4 überdeckt. Das Konversionselement 8 dient zur Verschiebung der Wellenlänge des Lichts, das von den Halbleiterchips 4 nach oben abgestrahlt wird. Das
Konversionselement 8 ist in Form einer steifen Platte, beispielsweise in Form einer Keramik ausgebildet. Die Keramik kann beispielsweise ein Yttriumaluminiumoxid (YAG) aufweisen, das mit Ce dotiert ist. Die Keramik kann auch andere
Leuchtstoffe aufweisen, die eine gewünschte Verschiebung der Wellenlänge des Lichts verursachen, das von dem
Halbleiterchip emittiert wird. Das Konversionselement kann eine Dicke zwischen 50 ym und 200 ym aufweisen. Als
Leuchtstoffe können z. B. Granate, Aluminate, Silikate,
Oxinitride, Aluminiumoxinitride, Siliziumnitride oder Sialone verwendet werden, die mit Metallen der seltenen Erden dotiert sind.
Das Konversionselement kann auch in Form einer durchsichtigen Platte ausgebildet sein, die mit einem entsprechenden
Leuchtstoff versehen ist, um die Konversion zu erreichen. Das starre Plättchen kann auch aus einem Trägermaterial,
beispielsweise Silikon mit einem Leuchtstoff ausgebildet sein. Das Konversionselement 8 wird beispielsweise mithilfe eines Klebers auf den Halbleiterchip aufgeklebt. Beispielsweise kann als Kleber Silicon verwendet werden. Die lichtdurchlässige Platte kann aus Glas, bevorzugt Hartglas oder Siliziumdioxid ausgebildet sein. Das Konvertermaterial kann aus einer Opto-Keramik, einer Glaskeramik, einem
keramisierten Glas oder einem Phosphor im Glasmaterial aufgebaut sein. Das Konversionselement ist bei im Einsatz üblichen Temperaturen im Wesentlichen nicht plastisch
verformbar. Das Konversionselement kann einlagig oder
mehrlagig ausgebildet sein. Die einzelnen Lagen können unterschiedliche Konversionseigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Konversion aufweisen.
Auf der Unterseite der Trägerelemente 2 ist eine
Verbindungsschicht 11 vorgesehen. Die Verbindungsschicht 11 dient dazu, um den Träger 3 mit einem weiteren Träger, der in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, zu verbinden. Die
Verbindungsschicht 11 kann beispielsweise in Form eines metallischen Lotes ausgebildet sein. Neben der mechanischen Verbindung übernimmt die Verbindungsschicht 11 auch eine thermische Kopplung. Abhängig von der Ausführung kann auch ein weiches Konversionselement verwendet werden oder auf das Konversionselement verzichtet werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das
Konversionselement 8 auch aus einer weichen, elastischen Vergussmasse gebildet sein.
Fig. 2 zeigt in einem schematischen Teilausschnitt Teile von zwei nebeneinander angeordneten Trägerelementen 2, die über eine Verbindung 5 miteinander verbunden sind. Die Verbindung 5 kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Als Kunststoffe kommen beispielsweise Polyimid, Polyamid,
Polymere oder Flüssigkristallpolymere infrage. Zudem können in dem Kunststoff Licht reflektierende Teilchen 6 eingebettet sein. Damit wird eine Reflexion des Lichtes nach oben
erreicht. Dadurch wird das von den Halbleiterchips erzeugte Licht in die Abstrahlrichtung nach oben zurückreflektiert. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verbindung 5 in der Weise ausgebildet, dass die Oberfläche der Verbindung 5 auf gleicher Höhe angeordnet ist wie die Oberfläche der
Trägerelemente 2. Damit ist ein ebener Übergang für die
Leiterbahn 7 gegeben. Die Leiterbahn 7 ist beispielsweise aus Metall ausgebildet und in gewissem Maße flexibel. Dadurch können geringe Änderungen der relativen Position der zwei nebeneinander angeordneten Trägerelemente auftreten, ohne dass die Leiterbahn 7 beeinträchtigt wird. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Aufsicht den Träger 3 mit fünf Trägerelementen 2, 2λ, 2λ λ. Die Trägerelemente 2, 2 2λ λ sind jeweils über eine mechanische Verbindung 5 elastisch miteinander verbunden. Auf dem ersten und dem letzten
Trägerelement 2λ λ ist eine Kontaktfläche 9, 10 der Leiterbahn 7 vorgesehen. Die Kontaktfläche 9, 10 kann insbesondere Teil der Leiterbahn 7 sein. Die Kontaktflächen 9, 10 sind jeweils als schmaler Streifen ausgebildet, der angrenzend an die mechanische Verbindung 5 nahezu über die gesamte Breite des Trägerelementes 2λ λ angeordnet ist. Die erste Kontaktfläche 9 ist über ein Verbindungsstück 15 auf das benachbarte
Trägerelement 2 geführt. Das Verbindungsstück 15 steht mit einem zweiten Verbindungsstück 16 in Verbindung. Das zweite Verbindungsstück 16 ist senkrecht zur Längserstreckung des Trägers 2 in einen Mittenbereich des Trägerelementes 2 geführt. Im Kontaktbereich 24 wird das zweite
Verbindungsstück 16 bei der Montage des Halbleiterchips 4 mit einem Anschlusskontakt des Halbleiterchips 4 verbunden. Die erste Kontaktfläche 9, das Verbindungsstück 15, das zweite Verbindungsstück 16 und der Kontaktbereich 24 können
insbesondere einstückig ausgebildet und Teil der Leiterbahn 7 sein oder gemeinsam die Leiterbahn 7 bilden.
Das zweite Verbindungsstück 16 ist von einer
Chipkontaktfläche 17 umgeben. Die Chipkontaktfläche 17 ist elektrisch vom zweiten Verbindungsstück 16 isoliert. Die Chipkontaktfläche 17 wiederum ist über ein weiteres
Verbindungsstück 18 zu einem weiteren zweiten
Verbindungsstück 19 des benachbarten Trägerelementes 2, 2λ geführt. Das weitere zweite Verbindungsstück 19 ist von einer weiteren Chipkontaktfläche 17 umgeben. Die Chipkontaktfläche 17 weist nahezu die gleiche Fläche wie das Trägerelement 2, 2λ auf. Somit kann mit der Chipkontaktfläche 17 ein
Halbleiterchip großflächig unterstützt und elektrisch
kontaktiert werden.
Die Chipkontaktfläche 17 kann im Wesentlichen die gesamte Grundfläche eines Halbleiterchips abdecken. Jede der
Chipkontaktflächen 17 kann insbesondere einstückig mit einem der weiteren Verbindungsstücke 16, 19 ausgebildet sein. Die Chipkontaktflächen 17 und die weiteren Verbindungsstücke 16, 19 können ebenfalls Teil der Leiterbahn 7 sein oder gemeinsam diese bilden. Somit kann die Leiterbahn 7 im Wesentlichen die gesamte Grundfläche eines Halbleiterchips 4 abdecken.
Beispielsweise kann die Chipkontaktfläche 17 wenigstens 90 % der Grundfläche eines Halbleiterchips 4 bedecken. Die
Grundfläche eines Halbleiterchips 4 kann hierbei durch die zweidimensionale Ausdehnung des Halbleiterchips 4 entlang der Oberfläche des Trägerelements 2, 2λ gegeben sein.
Die Ausbildung des zweiten Verbindungsstückes 16, 19 dient dazu, um einen zweiten elektrischen Anschluss des
Halbleiterchips elektrisch zu kontaktieren. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das zweite Verbindungsstück 16, 19 bis zu einem Endbereich mit einer Isolationsschicht versehen sein.
Das auf der rechten Seite vorletzte Trägerelement 2 λ weist ein weiteres Verbindungsstück 18 auf, das zu der
Kontaktfläche 10 des endseitigen Trägerelementes 2λ λ geführt ist. Das weitere Verbindungsstück 18 kann Teil der
Kontaktfläche 10 und somit auch Teil der Leiterbahn 7 sein.
Das erste und das letzte Trägerelement 2 λ λ weisen eine
Montagefläche 14 auf, über die das Modul 1 mechanisch fixiert werden kann. Beispielsweise kann die Fixierung mithilfe einer
Klammer durchgeführt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine
Schutzdiode 26 in das Trägerelement 2 integriert sein.
Beispielsweise kann das Trägerelement 2, 2λ, 2λ λ aus Silizium bestehen und die Schutzdiode durch eine entsprechende
Dotierung hergestellt sein.
Fig. 4 zeigt einen Prozessabschnitt, bei dem auf den Träger 3 der Fig. 3 auf die entsprechenden Trägerelemente 2 jeweils ein Halbleiterchip 4 aufgebracht wurde. Die Halbleiterchips 4 wurden beispielsweise über eine Lotverbindung oder eine
Klebeverbindung auf dem jeweiligen Trägerelement 2 befestigt. Nach der Montage der Halbleiterchips 4 auf dem Träger 3 sind Wachstumssubstrate der Halbleiterchips 4 entfernt worden. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen zwei
benachbarten Halbleiterchips 4 eine Füllschicht 27
eingebracht. Die Füllschicht 27 besteht z.B. aus einem elektrisch isolierenden Material wie z.B. Kunststoff. Die Füllschicht erhöht die mechanische Stabilität und reduziert das Vorliegen von Hohlräumen. Auf die Füllschicht 27 kann auch verzichtet werden. Somit sind die Halbleiterchips 4 in der dargestellten Ausführungsform als dünne Halbleiterchips ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Halbleiterchips 4 über eine Verbindungsschicht 11 mit den Trägerelementen 2 mechanisch und/oder elektrisch verbunden. Die Verbindungsschicht 11 kann als Lotverbindung oder
Klebeverbindung ausgebildet sein. Der Träger 3 weist auf einer Unterseite eine zweite Verbindungsschicht 20 auf.
Anschließend wird ein Konversionselement 8 auf die freie Oberseite der Halbleiterchips 4 aufgelegt und mit den freien Oberseiten der Halbleiterchips 4 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mithilfe eines lichtdurchlässigen
Klebers, insbesondere Silikon ausgeführt werden. Das
Konversionselement 8 ist, wie bereits beschrieben, in Form eines steifen Plättchens ausgebildet. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 5 dargestellt. Fig. 6 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das Modul 1, das über eine zweite Verbindungsschicht 20 mit einem weiteren Träger 12 verbunden ist. Die zweite Verbindungsschicht 20 ist beispielsweise mithilfe einer Klebeschicht oder einer
Lotschicht ausgebildet. Der weitere Träger 12 ist aus einem thermisch leitenden Material, beispielsweise aus Metall ausgebildet. Insbesondere kann der weitere Träger 12 in Form einer Metallplatte ausgebildet sein. Durch die Ausbildung des Trägers 3 in Form von mehreren elastisch miteinander
verbundenen Trägerelementen 2 werden thermische Verspannungen reduziert, die durch die Montage beispielsweise beim Auflöten der Trägerelemente 2 auf den weiteren Träger 12 erzeugt werden. Die Trägerelemente 2 sind beispielsweise aus
Silizium, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid ausgebildet. Es können auch andere elektrisch isolierende
Materialien verwendet werden, die elektrisch isolierend sind und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3 und 6 x 10_6/K aufweisen. Der weitere Träger 12 kann
beispielsweise aus Kupfer bestehen, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 16 x 10"6/K aufweist.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die
Leiterbahn 7 auf dem ersten und dem letzten Trägerelement 2 über eine Durchkontaktierung 21 auf der Rückseite des Trägers 3 geführt ist. Zudem ist der weitere Träger 12 von einem Rahmen 22 umgeben. Auf dem Rahmen 22 ist eine weitere
Leiterbahn 23 ausgebildet, die mit der jeweiligen
Durchkontaktierung 21 elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise ist eine elektrische Kontaktierung des Moduls 1 von der Unterseite her möglich.
Fig. 8 zeigt in einem schematischen Querschnitt durch ein Trägerelement 2 im Bereich des Kontaktbereiches 24 des weiteren Verbindungsstückes 18. Das Trägerelement 2 ist beispielsweise aus Siliziumnitrid ausgebildet. Die
Chipkontaktfläche 17 ist im unteren Bereich beispielsweise aus Titan/Platin/Gold ausgebildet. Ebenso ist das weitere Verbindungsstück 18 im unteren Bereich aus Titan/Platin/Gold ausgebildet. Zudem weisen die Kontaktfläche 17 und das weitere Verbindungsstück 18 in einem oberen Bereich eine Gold/Zinn-Schicht auf. Das weitere Verbindungsstück 18 ist seitlich über eine Isolationsschicht 25 von der
Chipkontaktfläche 17 elektrisch isoliert. Die
Isolationsschicht 25 ist beispielsweise als Siliziumnitrid ausgebildet .
Die Halbleiterchips 4 können verschiedene Kontaktanschlüsse aufweisen. Entsprechend können die Leiterbahnen 7 auf dem Träger 3 auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Beispielsweise kann der Halbleiterchip 4 mit zwei
Rückseitenkontakten ausgebildet sein. Bei dieser
Ausführungsform ist eine elektrische Umverdrahtung im
Halbleiterchip 4 vorgesehen, um die p- und n-Anschlüsse der aktiven pn-Zone elektrisch zu kontaktieren.
Ein solcher Halbleiterchip 4 weist beispielsweise mehrere n- Anschlüsse und einen p-Anschluss auf. Durch eine
Umverdrahtungsebene sind mehrere n-Anschlüsse des
Halbleiterchips 4 auf einen einzigen Rückseitenkontakt geführt. Zudem ist ein zweiter Rückseitenkontakt für den p- Anschluss vorgesehen. Die Rückseitenkontakte sind durch eine elektrisch isolierende Schicht auf der Unterseite des
Halbleiterchips geführt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102013103600.7, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Modul (1) mit
- einem Träger (3) , der wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Trägerelemente (2) aufweist, und
- wenigstens zwei Halbleiterchips (4) zur Erzeugung von Licht, wobei ein Halbleiterchip (4) auf einem
Trägerelement (2) angeordnet ist, und
- einer Leiterbahn (7), die mit den zwei Halbleiterchips
(4) elektrisch verbunden ist,
wobei
- die Trägerelemente (2) über eine flexible Verbindung
(5) miteinander verbunden sind, und
- sich die Leiterbahn (7) über die zwei Trägerelemente (2) erstreckt.
2. Modul nach Anspruch 1, wobei die Verbindung (5) aus
einem elastischen Material, insbesondere mit einem
Material, das elastischer ist als das Material, mit dem die Trägerelemente (2) gebildet sind, gebildet ist.
3. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf den Halbleiterchips (4) ein einteiliges
Konversionselement (8) zur Verschiebung einer
Wellenlänge einer Lichtstrahlung angeordnet ist, wobei das Konversionselement (8) eine so hohe Steifigkeit, insbesondere einen höheren Young' sehen Modul als das Material der Verbindung, aufweist, dass das
Konversionselement als weiterer Träger zur
Stabilisierung des Moduls wirkt.
4. Modul nach Anspruch 3, wobei das Konversionselement (8) eine steife Platte, insbesondere eine Keramikplatte aufweist .
5. Modul nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (4) über die
Leiterbahn (7) elektrisch in Serie geschaltet sind.
6. Modul nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Träger (3) zwei
Durchkontaktierungen (21) aufweist, über die
Anschlussflächen (23) auf einer Rückseite des Trägers ausgebildet sind.
7. Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die
Verbindung (5) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist .
8. Modul nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei eine Oberseite der mechanischen
Verbindung (5) auf gleicher Höhe wie eine Oberseite der Trägerelemente (2) angeordnet ist.
9. Modul nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Leiterbahn (7) im Wesentlichen eine gesamte Grundfläche eines Halbleiterchips (4) abdeckt.
10. Modul nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Träger (3) auf einem weiteren
Träger (12), insbesondere auf einer Trägerplatte
befestigt ist, und wobei die Trägerplatte insbesondere als Metallplatte ausgebildet ist.
11. Modul nach einem der Ansprüche 7 bis 10 wobei das
Kunststoffmaterial reflektierende Teilchen (6) aufweist. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Halbleiterchips in Form von Halbleiterschichten, insbesondere in Form von Epischichten ausgebildet sin
13. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zwei Halbleiterchips (4) eine Füllschicht (27) vorgesehen ist.
14. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens in einem der Trägerelemente (2) eine
Schutzdiode (26) integriert ist.
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