WO2015071109A1 - Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen und optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen und optoelektronisches halbleiterbauelement Download PDF

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Markus Pindl
Thomas Schwarz
Frank Singer
Sandra Sobczyk
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • One object is to provide a method of manufacture by which optoelectronic
  • a method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor components is specified.
  • the method has a step in which a plurality of semiconductor chips is provided.
  • Optoelectronic semiconductor chips are in a lateral Direction spaced from each other.
  • the semiconductor chips are present on an auxiliary carrier.
  • the subcarrier can be flexible, for example as a film or rigid
  • the method comprises a step in which a housing body composite is formed which is arranged at least in regions between the semiconductor chips.
  • the housing body composite is produced in particular by means of a casting process.
  • casting includes casting, injection molding, transfer molding and compression molding.
  • Housing body composite formed housing body is
  • the housing body is designed to be reflective for the radiation, that is to say the one
  • Housing body has a reflectivity of at least 55%.
  • the reflectivity is preferably at least 80%.
  • Housing body designed to absorb the radiation absorbing. That is, the housing body absorbs at least 55% of the incident radiation.
  • the housing body is formed by a black material.
  • the semiconductor chips have in particular one
  • the semiconductor body with an active area provided for the generation of radiation.
  • the semiconductor body in particular the active region contains, for example, a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor chip in particular comprises a carrier on which the
  • Semiconductor body is arranged.
  • the semiconductor body is arranged.
  • the semiconductor body is arranged.
  • Carrier a growth substrate for the semiconductor layers of the semiconductor body.
  • the carrier is one
  • Carrier of the mechanical stabilization of the semiconductor body so that the growth substrate for this is not required and can be removed.
  • a semiconductor chip with the growth substrate removed is also referred to as a thin-film semiconductor chip.
  • the method comprises a step in which a plurality of throats are formed, each of which is connected to a semiconductor chip
  • the grooves are bounded in each case by a side surface of the respective semiconductor chip and the housing body composite. In the region of the throats, the housing body assembly thus does not directly adjoin the side surface of the semiconductor chips.
  • the throats can extend over the entire height of the semiconductor chip or only over a part of the semiconductor chip. Under a vertical direction in doubt, a direction is understood that is perpendicular to the mounting surface of the semiconductor device.
  • a lateral direction runs parallel to the mounting surface.
  • the throats are in particular to increase the
  • the method comprises a step in which the housing body assembly is divided into a plurality of optoelectronic
  • isolated semiconductor device at least one
  • the housing body arise from the housing body composite so only when singulating and thus at a time when the semiconductor chips already in the housing body
  • the semiconductor chips are in each case at one of a mounting surface opposite when singulating the housing body composite
  • semiconductor chips are therefore only in lateral Direction embedded in the housing body. In the vertical direction, the semiconductor chips can extend completely through the housing body.
  • a plurality of semiconductor chips is provided, which are spaced apart in a lateral direction.
  • a housing body composite is formed, which is arranged at least partially between the semiconductor chips.
  • a plurality of throats is formed, each of which adjoins a semiconductor chip and which are delimited in the lateral direction by a side surface of the respective semiconductor chip and the housing body composite.
  • the housing body composite is in a plurality of
  • each semiconductor device having at least one semiconductor chip and a part of the housing body composite as a housing body and wherein the semiconductor chips on one of a
  • Housing body are.
  • a maximum lateral extent of the throat is preferably at most 100 ym, particularly preferably at most 50 ym.
  • Embodiment of the semiconductor device is simplified.
  • the Halbleierchips on the mounting surface are each free of material of the housing body.
  • the semiconductor chips are therefore at the Mounting surface accessible, for example, for a thermal contact and / or electrical contact.
  • the throat is radiolucent.
  • the throat is transparent or at least translucent to that of the
  • the generated radiation can be coupled into the throat on a side surface of the semiconductor chip and exit the throat from the radiation exit surface.
  • the throat has a reflectivity of at least 80%.
  • the throat has a higher reflectivity than the material of the housing body.
  • the absorption losses can be reduced by means of the throat
  • Semiconductor chips are at least partially covered and the forming material is formed in forming the housing body composite of a molding material for the housing body composite.
  • the formation of the throats, in particular the definition of the geometric shape of the grooves is thus at least partially before the housing body composite is formed.
  • the molding compound for the housing body composite does not directly adjoin the side surface of the molding material at the locations where the molding material is present
  • the semiconductor chips are arranged on a subcarrier during the formation of the housing body assembly and / or during the formation of the plurality of throats.
  • the subcarrier can be removed.
  • a film such as a self-adhesive film or a rigid carrier is suitable.
  • the deformation material is applied such that it at least partially covers the side surfaces of the semiconductor chips and the auxiliary carrier.
  • the semiconductor chips are thus already arranged on the subcarrier.
  • the deformation material is applied in particular to the semiconductor chips in such a way that the main surface of the semiconductor chips facing away from the auxiliary carrier is free of the semiconductor chip
  • Forming material remains.
  • the forming material may be printed or applied by means of a dispenser.
  • the deformation material is applied to an auxiliary carrier and the semiconductor chips are pressed into the deformation material in such a way that the deformation material, at least in some areas, is the
  • the forming material may simultaneously serve to fix the semiconductor chips to the submount.
  • the thickness of the deformation material is specifically set so that the side surfaces of the semiconductor chips are wetted completely or at least in regions with the transformation material.
  • the deformation material is a filling material which is incorporated into the
  • the filler material is a radiation-transmissive material.
  • Filler material may further include a radiation conversion material provided for at least partial radiation conversion of radiation generated in the semiconductor chips.
  • Radiation have a reflectivity of at least 80%.
  • Radiation absorption on the housing body in particular also in the case of an absorbent housing body, can be avoided or at least reduced.
  • the deformation material is an auxiliary material which is removed after the formation of the housing body composite.
  • the auxiliary material thus serves only to form the plurality of throats when forming the housing body composite.
  • the auxiliary material determines the geometric shape of the later throats.
  • Housing body composite completely covers the side surfaces of the semiconductor chips to be formed.
  • an adhesive that is relatively easy to remove, for example by
  • the formation of the plurality of throats takes place after the formation of the housing body composite.
  • Housing body composite can thus cover the side surfaces of the semiconductor chips over the entire surface before forming the throats.
  • material of the housing body composite is removed. This is done for example by means of coherent radiation, such as laser radiation.
  • Formation of the throats preferably takes place in such a way that the molding compound of the housing body assembly adjoins the side surfaces with a surface coverage of at most 50% of the side surfaces of the semiconductor chips.
  • the throat is filled with a filling material after the formation of the housing body composite.
  • the refractive index difference on the side surface of the semiconductor chip can be reduced by means of the filling material.
  • the semiconductor chips are overmolded during the formation of the housing body composite and the housing body composite is subsequently thinned so that the semiconductor chips are exposed in regions. The subcarrier facing away from the main surface of the
  • Housing body composite covered and subsequently exposed again.
  • the thinning of the housing body composite can be
  • An optoelectronic semiconductor component has, according to at least one embodiment, a mounting surface and a radiation exit surface opposite the mounting surface. Furthermore, the semiconductor component has a semiconductor chip provided for generating and / or receiving radiation.
  • the semiconductor component has a housing body, which surrounds the semiconductor chip in a lateral direction, the semiconductor chip being connected to the semiconductor chip
  • Housing body is.
  • the housing body does not protrude in the vertical direction on the side opposite the mounting surface or at least not substantially, for example by at most 10 ym, beyond the semiconductor chip.
  • the semiconductor component has a mounting surface and a radiation exit surface opposite the mounting surface.
  • the semiconductor device knows a provided for generating and / or receiving radiation semiconductor chip.
  • the semiconductor device has a case body surrounding the semiconductor chip in a lateral direction.
  • the semiconductor chip is at the radiation exit surface free of the material of
  • Housing body On a side surface of the semiconductor chip adjoins a throat, which is bounded in a direction parallel to the mounting surface lateral direction by the side surface of the semiconductor chip and the housing body.
  • the housing body can be directly adjacent to the semiconductor chip in regions, or can be spaced from the semiconductor chip at any point along the entire circumference of the semiconductor chip.
  • the housing body can be directly adjacent to the semiconductor chip in regions, or can be spaced from the semiconductor chip at any point along the entire circumference of the semiconductor chip.
  • Housing body at at least one point a distance of at most 10 ym from the semiconductor chip. In this way, a particularly compact semiconductor component can be realized.
  • Semiconductor device extends the throat along the entire circumference of the semiconductor chip.
  • the semiconductor body thus does not directly adjoin the semiconductor chip along the entire circumference in the vertical direction, at least in regions. According to at least one embodiment of the
  • Radiation can be so normal to the radiation
  • Radiation exit surface are deflected out. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor device includes the throat
  • Radiation conversion material is for example intended to convert primary radiation generated in the semiconductor chip with a first peak wavelength into secondary radiation having a second peak wavelength different from the first peak wavelength.
  • Semiconductor device can be used or vice versa.
  • FIGS. 4A and 4B show an exemplary embodiment of FIG
  • FIGS. 1A to IE show a first exemplary embodiment of a method for producing a plurality of
  • FIG. 1A a plurality of semiconductor chips 2 are arranged on an auxiliary carrier 5. The following
  • luminescence diode semiconductor chips such as
  • Light-emitting semiconductor chips Deviating from the semiconductor devices but can also be provided for receiving radiation and, for example, have a designed as a photodiode semiconductor chip.
  • the front side is one side of Designates semiconductor chips through which emerges during operation of the later semiconductor devices, the radiation generated in the semiconductor chips.
  • the semiconductor chips are so on the
  • Subcarrier 5 arranged that the front of the
  • Subcarrier is facing.
  • the attachment of the semiconductor chips can also take place by means of a temporary adhesive, by means of a wax, by means of so-called Expancels or by means of a silicone. That the liability of
  • the subcarrier may be covered over its entire surface.
  • the wetting surfaces 51 may be hydrophilic and the other areas of the surface of the subcarrier 5 are hydrophobic.
  • silicone may be hydrophobic
  • the geometric shape of the throats is therefore not determined by a predefined casting mold, but self-organized.
  • the geometric shape is determined by the material properties of the filling material 40, for example the surface tension and the viscosity, and
  • the lateral extent of the throat 4 decreases from the front side of the semiconductor chip 28 in the direction of the rear side 29.
  • the auxiliary carrier 5 between adjacent semiconductor chips 2 is partially free of the filling material.
  • the semiconductor chips 4 are formed with the laterally adjacent to the semiconductor chips 2 throats 4 of a molding material to form a housing body composite 30 ( Figure IC).
  • the housing body composite 30 also covers the rear side 29 of the semiconductor chips 2.
  • the housing body composite 30 is formed, for example, by means of a casting method.
  • Housing body composite 30 are thinned from the side facing away from the subcarrier 5 side, for example by means of a mechanical method such as grinding.
  • Housing body composite 30, the housing body composite can already be formed so that the backs 28 of the semiconductor chips 2 are exposed.
  • a film-assisted casting process film-assisted molding find application.
  • FIG. 1D the housing body composite 30 with the semiconductor chips 2 embedded therein is shown after removal of the semiconductor body
  • Subcarrier 5 shown. After removal of the subcarrier 5, the front side of the semiconductor chip 28 is accessible, for example, for an electrical contact of the
  • Housing body composite 30 are severed along singulation lines 7. This can, for example, mechanically, for example by means of sawing, chemically, for example by means of etching and / or by means of coherent radiation, such as by
  • a radiation-permeable throat 4 radiation can also escape through the side surfaces 20 of the semiconductor chip 2 during operation of the semiconductor component.
  • An existing between the throat 4 and the resulting from the housing body composite housing body 3 interface 31 may form a reflector surface through which the side
  • emerging radiation can be bundled.
  • the filler 40 may further with a
  • Be offset radiation conversion material the radiation generated during operation of the semiconductor chips 2, for example, blue radiation at least partially converted into secondary radiation, for example in yellow radiation.
  • the interface 31 is reflective and has, for example, a Reflectivity of at least 80%.
  • the housing body 3 is formed by a material that is mixed with white pigments.
  • the throat 4 itself from a
  • Be formed filler which has a high reflectivity, for example, a reflectivity of at least 80% for the radiation generated in the semiconductor chip.
  • the throat thus also protects the housing body 3 from damage by radiation generated in the semiconductor chip during operation.
  • the material for the housing body 3 can be selected independently of the optical properties and its radiation stability.
  • a black epoxy material is suitable for the housing body 3.
  • Such a material is particularly cost-effective because of its broad use in electronics
  • the back side 29 of the semiconductor chips 2 is located at one
  • the material of the housing body 3 covers the rear side 29 of the semiconductor chip 2.
  • Embodiment corresponds substantially to the im Connection with Figures 1A to IE described first embodiment. In contrast, on the
  • Subcarrier 5 applied an auxiliary material 41 before the semiconductor chips 2 are fixed to the carrier 5 ( Figure 2A).
  • the application of the auxiliary material can be done for example by means of printing or a jetting process.
  • the semiconductor chips 2 are pressed into the auxiliary material 41 so that the auxiliary material 41 wets the side surfaces 20 of the semiconductor chips 2.
  • Auxiliary material 41 has a smaller vertical extent than in the area in which the auxiliary material to the
  • auxiliary material 41 thus also serves to attach the Hableiterchips 2 to the subcarrier 5.
  • auxiliary material 41 is in particular a material that is easy and in a later process step without the risk of damage to the other elements
  • the semiconductor chips 2 with the auxiliary material 41 are subsequently formed by a molding compound to form a housing body composite 30. This can be done as described in connection with FIG.
  • Housing body composite 30 is not or at least one
  • Figure 2D shows a process stage in which the subcarrier 5 and the auxiliary material 41 are removed.
  • a solvent, an etching method or a thermal treatment in which the auxiliary material 41 melts is suitable.
  • the throat 4 formed by means of the auxiliary material 41 can subsequently be filled with a filling material 40. This can be done, for example, by means of a dosing method, for example by means of a dispenser or by means of a casting method.
  • the throat 4 may be designed in conjunction with FIG. 1A.
  • the throat 4 is not filled with a filling material, but remains free. Thereby, the refractive index difference on the side surface 20 of the semiconductor chip 2 is maximized. Due to total reflection, the proportion of radiation that can escape through the side surface 20 of the semiconductor chips 2 is thus minimized.
  • the semiconductor chips 2 are placed such that the rear side 29 of the semiconductor chips faces the auxiliary carrier 5.
  • the formation of the housing body composite 30 can again take place such that the semiconductor chips 2 are first completely embedded in the molding compound for the housing body composite 30 and
  • the housing body composite is thinned so that the front side 28 of the semiconductor chips 2 is exposed.
  • material of the housing body composite 30, which is adjacent to the side surfaces 20 of the semiconductor chips partially removed. This can be done for example by means of
  • the throat 4 extends only partially over the side surface 20 of the semiconductor chip 2, so that even after the formation of the throat 4 material of the housing body composite 30 adjacent to the side surface 20. The larger the area in which the throat 4 material of the housing body composite 30 adjacent to the side surface 20.
  • the area occupancy with which the housing body composite 30 covers the side surfaces 20 of the semiconductor chip 2 after the formation of the throats 4 is preferably at most 50%.
  • FIG. 4B An exemplary embodiment of a semiconductor component is shown in FIG. 4B in a plan view and in a schematic sectional view along the line ⁇ ⁇ in FIG. 4A.
  • Semiconductor component 1 has a semiconductor chip 2. Of the Semiconductor chip 2 comprises a semiconductor body 21 having an active region 22 provided for generating radiation and a substrate 25. At a rear side 29 of the semiconductor chip 2
  • the mirror layer may, for example, a metallic
  • the semiconductor chip 2 has two connection surfaces for electrically contacting the semiconductor chip (not explicitly
  • the substrate 25 is, for example, the growth substrate for the semiconductor body 21.
  • a radiation-transmissive substrate such as sapphire or silicon carbide is suitable as the substrate.
  • the semiconductor chip 2 is enclosed by a housing body 3.
  • the throat 4 runs around the semiconductor chip 2 in the lateral direction along the entire circumference. Furthermore, the throat 4 has a lateral extent, which decreases with increasing distance from the radiation exit area 10 of the semiconductor component 1.
  • the throat 4 may be radiation-transmissive or reflective as described in connection with FIG.
  • the semiconductor device 1 has at one of
  • Pages are injected into the active region 22 and recombine there under the emission of radiation.
  • the first contact 61 and the second contact 62 are each over Through holes 63 through the housing body 3 and
  • Connecting lines 64 electrically connected to the semiconductor chip 2.
  • the connecting lines 64 extend laterally over the side surface 20 of the
  • connection line 64 is formed as a coating. Deviating from this, however, a wire bond connection can also be used.
  • the semiconductor device 1 may comprise a radiation conversion element (not explicitly shown).
  • Contact routing to the semiconductor chip 2 can be varied within limits.
  • a semiconductor chip can also be used which has a front and a rear connection area. In this case, only one
  • connection 63 required.
  • a semiconductor chip with two rear connection surfaces is also conceivable.
  • the semiconductor chip 2 as a
  • Thin-film semiconductor chip may be formed with an electrically conductive substrate 25.
  • simulations were carried out, to which a semiconductor chip with a
  • Radiation conversion material formed.
  • the semiconductor chip facing away from the interface surface of the semiconductor chip is inclined at an angle of 45 °, and with a
  • the throat is not filled with a radiation conversion material, but with a silicone with a high
  • Refractive index of about 1.5 the efficiency can be achieved by about 6.25% compared to the comparison structure.
  • the simulations were each based on a height of the semiconductor chip of 150 ym.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben, das folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind; b) Ausbilden eines Gehäusekörperverbunds (30), der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist; c) Ausbilden einer Mehrzahl von Kehlen (4), die jeweils an einen Halbleiterchip angrenzen und die in lateraler Richtung durch eine Seitenfläche (20) des jeweiligen Halbleiterchips und den Gehäusekörperverbund begrenzt sind; und d) Vereinzeln des Gehäusekörperverbunds in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper (3) aufweist und wobei die Halbleiterchips jeweils an einer einer Montagefläche (15) gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche (10) der Halbleiterbauelemente frei von Material des Gehäusekörpers sind. Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen und optoelektronisches
Halbleiterbauelement
Für Halbleiterbauelemente wie Leuchtdioden sind
beispielsweise Bauformen bekannt, bei denen die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips in vorgefertigte Gehäuse montiert werden. Solche Bauformen sind zur
Herstellung besonders kompakter LEDs nur schwer
miniaturisierbar.
Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung anzugeben, durch das die sich durch optoelektronische
Halbleiterbauelemente mit einer kompakten Bauform und einer hohen Auskoppeleffizienz zuverlässig hergestellt werden können. Weiterhin soll ein solches Halbleiterbauelement angegeben werden.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren beziehungsweise ein Halbleiterbauelement gemäß den
unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt wird. Die insbesondere
optoelektronischen Halbleiterchips sind in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet. Beispielsweise liegen die Halbleiterchips auf einem Hilfsträger vor. Der Hilfsträger kann flexibel, beispielsweise als Folie oder starr
ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Gehäusekörperverbund ausgebildet wird, der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist. Der Gehäusekörperverbund wird insbesondere mittels eines Gieß-Verfahrens hergestellt. Unter den Begriff Gieß-Verfahren fallen hierbei alle
Herstellungsverfahren, bei denen eine Formmasse in eine vorgegebene Form eingebracht wird und insbesondere
nachfolgend gehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff Gieß-Verfahren Gießen (casting) , Spritzgießen (injection molding) , Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding) .
Der Gehäusekörperverbund und damit die aus dem
Gehäusekörperverbund ausgebildeten Gehäusekörper ist
insbesondere für die von dem in Betrieb des
Halbleiterbauelements vom Halbleiterchip zu detektierende oder emittierte Strahlung strahlungsundurchlässig
ausgebildet .
In einer Ausgestaltungsvariante ist der Gehäusekörper für die Strahlung reflektierend ausgebildet, das heißt der
Gehäusekörper weist eine Reflektivität von mindestens 55 % auf. Bevorzugt beträgt die Reflektivität mindestens 80 %.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist der
Gehäusekörper für die Strahlung absorbierend ausgebildet. Das heißt, der Gehäusekörper absorbiert mindestens 55 % der auftreffenden Strahlung. Beispielsweise ist der Gehäusekörper durch ein schwarzes Material gebildet.
Die Halbleiterchips weisen insbesondere einen
Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich enthält beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Weiterhin umfasst der Halbleiterchip insbesondere einen Träger, auf dem der
Halbleiterkörper angeordnet ist. Beispielsweise ist der
Träger ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers. Alternativ ist der Träger von einem
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichten des
Halbleiterkörpers verschieden. In diesem Fall dient der
Träger der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers, sodass das Aufwachssubstrat hierfür nicht erforderlich ist und entfernt werden kann.
Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Mehrzahl von Kehlen ausgebildet wird, die jeweils an einen Halbleiterchip
angrenzen. In lateraler Richtung sind die Kehlen jeweils durch eine Seitenfläche des jeweiligen Halbleiterchips und den Gehäusekörperverbund begrenzt. Im Bereich der Kehlen grenzt der Gehäusekörperverbund also nicht unmittelbar an die Seitenfläche der Halbleiterchips an.
In vertikaler Richtung können sich die Kehlen über die gesamte Höhe des Halbleiterchips oder nur über einen Teil des Halbleiterchips erstrecken. Unter einer vertikalen Richtung wird im Zweifel eine Richtung verstanden, die senkrecht zur Montagefläche des Halbleiterbauelements verläuft.
Entsprechend verläuft eine laterale Richtung parallel zur Montagefläche .
Die Kehlen sind insbesondere zur Erhöhung der
Auskoppeleffizienz der Halbleiterchips vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Gehäusekörperverbund in eine Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen vereinzelt wird, wobei jedes
vereinzelte Halbleiterbauelement zumindest einen
Halbleiterchip und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper aufweist.
Die Gehäusekörper entstehen aus dem Gehäusekörperverbund also erst beim Vereinzeln und somit zu einem Zeitpunkt, zu dem sich die Halbleiterchips bereits in dem Gehäusekörper
befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Halbleiterchips beim Vereinzeln des Gehäusekörperverbunds jeweils an einer einer Montagefläche gegenüberliegenden
Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterbauelemente frei vom Material des Gehäusekörpers. Weiterhin können die
Halbleiterchips an der Montagefläche frei vom Material des Gehäusekörpers. Auf der Strahlungsaustrittsfläche und
gegebenenfalls auch auf der Montagefläche befindet sich also abgesehen von allenfalls fertigungsbedingten Rückständen kein Material des Gehäusekörpers. Die in dem Gehäusekörper
angeordneten und mechanisch stabil mit dem Gehäusekörper verbundenen Halbleiterchips sind also lediglich in lateraler Richtung in dem Gehäusekörper eingebettet. In vertikaler Richtung können sich die Halbleiterchips vollständig durch den Gehäusekörper hindurch erstrecken. In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen wird eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, die in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind. Ein Gehäusekörperverbund wird ausgebildet, der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Kehlen wird ausgebildet, die jeweils an einen Halbleiterchip angrenzen und die in lateraler Richtung durch eine Seitenfläche des jeweiligen Halbleiterchips und den Gehäusekörperverbund begrenzt sind. Der Gehäusekörperverbund wird in eine Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen vereinzelt, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper aufweist und wobei die Halbleiterchips an einer einer
Montagefläche gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterbauelemente frei vom Material des
Gehäusekörpers sind.
Mittels der Kehle kann im Falle eines als Strahlungsemitter ausgebildeten Halbleiterbauelements die Auskoppeleffizienz aus dem Halbleiterchip erhöht werden. Eine maximale laterale Ausdehnung der Kehle beträgt vorzugsweise höchstens 100 ym, besonders bevorzugt höchstens 50 ym. Eine kompakte
Ausgestaltung des Halbleiterbauelements wird so vereinfacht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Halbleierchips an der Montagefläche jeweils frei von Material des Gehäusekörpers. Die Halbleiterchips sind also an der Montagefläche zugänglich, beispielsweise für eine thermische Kontaktierung und/oder eine elektrische Kontaktierung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Kehle strahlungsdurchlässig. Insbesondere ist die Kehle transparent oder zumindest transluzent für die von dem
Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugte oder zu
detektierende Strahlung. Die erzeugte Strahlung kann an einer Seitenfläche des Halbleiterchips in die Kehle eingekoppelt werden und seitens der Strahlungsaustrittsfläche aus der Kehle austreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Kehle eine Reflektivität von mindestens 80 % auf.
Insbesondere weist die Kehle eine höhere Reflektivität auf als das Material des Gehäusekörpers. In diesem Fall können mittels der Kehle die Absorptionsverluste reduziert werden
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips zur Ausbildung der Kehlen vor dem
Ausbilden des Gehäusekörperverbunds derart mit einem
Umformungsmaterial umformt, dass die Seitenflächen der
Halbleiterchips zumindest teilweise bedeckt sind und das Umformungsmaterial beim Ausbilden des Gehäusekörperverbunds von einer Formmasse für den Gehäusekörperverbund umformt wird. Das Ausbilden der Kehlen, insbesondere die Definition der geometrischen Form der Kehlen erfolgt also zumindest teilweise noch bevor der Gehäusekörperverbund ausgebildet wird. Die Formmasse für den Gehäusekörperverbund grenzt an den Stellen, an denen das Umformungsmaterial vorhanden ist, nicht direkt an die Seitenfläche der zu umformenden
Halbleiterchips an. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Halbleiterchips beim Ausbilden des Gehäusekörperverbunds und/oder beim Ausbilden der Mehrzahl von Kehlen auf einem Hilfsträger angeordnet. Vor dem Vereinzeln des
Gehäusekörperverbunds kann der Hilfsträger entfernt werden.
Als Hilfsträger eignet sich beispielsweise eine Folie, etwa eine selbsthaftende Folie oder ein starrer Träger. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Umformungsmaterial so aufgebracht, dass es die Seitenflächen der Halbleiterchips und den Hilfsträger jeweils zumindest teilweise bedeckt. Beim Aufbringen des Umformungsmaterials sind die Halbleiterchips also bereits auf dem Hilfsträger angeordnet. Das Umformungsmaterial wird insbesondere so auf die Halbleiterchips aufgebracht, dass die dem Hilfsträger abgewandte Hauptfläche der Halbleiterchips frei von dem
Umformungsmaterial bleibt. Das Umformungsmaterial kann beispielsweise aufgedruckt oder mittels eines Dispensers aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Umformungsmaterial auf einen Hilfsträger aufgebracht und die Halbleiterchips werden so in das Umformungsmaterial gedrückt, dass das Umformungsmaterial zumindest bereichsweise die
Seitenflächen der Halbleiterchips bedeckt. In diesem Fall kann das Umformungsmaterial gleichzeitig der Befestigung der Halbleiterchips an dem Hilfsträger dienen. Die Dicke des Umformungsmaterials ist hierbei gezielt so eingestellt, dass die Seitenflächen der Halbleiterchips vollständig oder zumindest bereichsweise mit dem Umformungsmaterial benetzt werden. Die dem Hilfsträger abgewandte Hauptfläche der
Halbleiterchips bleibt frei von dem Umformungsmaterial. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Umformungsmaterial ein Füllmaterial, das in den
Halbleiterbauelementen verbleibt. Beispielsweise ist das Füllmaterial ein strahlungsdurchlässiges Material. Das
Füllmaterial kann weiterhin ein Strahlungskonversionsmaterial enthalten, das zur zumindest teilweisen Strahlungskonversion von in den Halbleiterchips erzeugter Strahlung vorgesehen ist . Alternativ kann das Füllmaterial für die von dem
Halbleiterchip zu erzeugende und/oder zu empfangende
Strahlung eine Reflektivität von mindestens 80 % aufweisen. Mittels einer reflektierend ausgebildeten Kehle kann eine Strahlungsabsorption am Gehäusekörper, insbesondere auch bei einem absorbierend ausgebildeten Gehäusekörper, vermieden oder zumindest verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Umformungsmaterial ein Hilfsmaterial, das nach dem Ausbilden des Gehäusekörperverbunds entfernt wird. Das Hilfsmaterial dient also lediglich beim Ausbilden des Gehäusekörperverbunds zur Ausbildung der Mehrzahl von Kehlen. Mit anderen Worten wird durch das Hilfsmaterial die geometrische Form der späteren Kehlen festgelegt. Mittels des Hilfsmaterials wird also vermieden, dass die Formmasse beim Ausbilden des
Gehäusekörperverbunds die Seitenflächen der zu umformenden Halbleiterchips vollständig bedeckt. Beispielsweise eignet sich als Hilfsmaterial ein Klebstoff, der vergleichsweise leicht entfernbar ist, beispielsweise durch
Temperatureinwirkung, ein Lösungsmittel und/oder ein
nasschemisches Ätzverfahren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ausbilden der Mehrzahl von Kehlen nach dem Ausbilden des Gehäusekörperverbunds. Die Formmasse des
Gehäusekörperverbunds kann also vor dem Ausbilden der Kehlen die Seitenflächen der Halbleiterchips vollflächig bedecken. Zur Ausbildung der Kehlen wird beispielsweise Material des Gehäusekörperverbunds entfernt. Dies erfolgt beispielsweise mittels kohärenter Strahlung, etwa Laser-Strahlung. Die
Ausbildung der Kehlen erfolgt vorzugsweise derart, dass die Formmasse des Gehäusekörperverbunds mit einer Flächenbelegung von höchstens 50 % der Seitenflächen der Halbleiterchips an die Seitenflächen angrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Kehle nach dem Ausbilden des Gehäusekörperverbunds mit einem Füllmaterial befüllt. Im Vergleich zu einer unbefüllten Kehle kann mittels des Füllmaterials der Brechungsindexunterschied an der Seitenfläche des Halbleiterchips verringert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips beim Ausbilden des Gehäusekörperverbunds überformt und der Gehäusekörperverbund wird nachfolgend gedünnt, sodass die Halbleiterchips bereichsweise freiliegen. Die dem Hilfsträger abgewandte Hauptfläche der
Halbleiterchips wird also zunächst vom Material des
Gehäusekörperverbunds überdeckt und nachfolgend wieder freigelegt. Das Dünnen des Gehäusekörperverbunds kann
beispielsweise mechanisch, etwa mittels Schleifens oder
Läppens erfolgen.
Durch das Freilegen der Halbleiterchips können
Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei denen die im Betrieb in den Halbleiterchips erzeugte Verlustwärme direkt an der Montagefläche der Halbleiterbauelemente abgeführt werden kann, ohne dass die Wärme Material des Gehäusekörpers passieren muss. Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Montagefläche und eine der Montagefläche gegenüberliegende Strahlungsaustrittsfläche auf. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper auf, der den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung umgibt, wobei der Halbleiterchip an der
Strahlungsaustrittsfläche frei vom Material des
Gehäusekörpers ist. Beispielsweise ragt der Gehäusekörper in vertikaler Richtung auf der der Montagefläche gegenüber liegenden Seite nicht oder zumindest nicht wesentlich, beispielsweise um höchstens 10 ym, über den Halbleiterchip hinaus .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements grenzt an eine Seitenfläche des
Halbleiterchips eine Kehle an, die in einer parallel zur Montagefläche verlaufenden lateralen Richtung durch die
Seitenfläche des Halbleiterchips unter dem Gehäusekörper begrenzt ist.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Montagefläche und eine der Montagefläche gegenüberliegende Strahlungsaustrittsfläche auf. Das Halbleiterbauelement wei einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf. Das Halbleiterbauelement weist einen Gehäusekörper auf, der den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung umgibt. Der Halbleiterchip ist an der Strahlungsaustrittsfläche frei vom Material des
Gehäusekörpers. An einer Seitenfläche des Halbleiterchips grenzt eine Kehle an, die in einer parallel zur Montagefläche verlaufenden lateralen Richtung durch die Seitenfläche des Halbleiterchips und den Gehäusekörper begrenzt ist.
Der Gehäusekörper kann in lateraler Richtung bereichsweise an den Halbleiterchip unmittelbar angrenzen oder entlang des gesamten Umfangs des Halbleiterchips an jeder Stelle von dem Halbleiterchip beabstandet sein. Vorzugsweise weist der
Gehäusekörper an zumindest einer Stelle einen Abstand von höchstens 10 ym vom Halbleiterchip auf. Auf diese Weise ist ein besonders kompaktes Halbleiterbauelement realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements verläuft die Kehle entlang des gesamten Umfangs des Halbleiterchips. Der Halbleiterkörper grenzt also entlang des gesamten Umfangs in vertikaler Richtung zumindest bereichsweise nicht direkt an den Halbleiterchip an. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements verjüngt sich die Kehle von der
Strahlungsaustrittsfläche aus gesehen in Richtung der
Montagefläche. Beispielsweise weist die Kehle von der
Strahlungsaustrittsfläche aus gesehen eine konvexe Krümmung auf. Aus der Seitenfläche des Halbleiterchips austretende
Strahlung kann so effizient zur Normalen auf die
Strahlungsaustrittsfläche hin umgelenkt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements enthält die Kehle ein
Strahlungskonversionsmaterial . Das
Strahlungskonversionsmaterial ist beispielsweise dafür vorgesehen, im Halbleiterchip erzeugte Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Wellenlänge in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Peak-Wellenlänge verschiedenen zweiten Peak- Wellenlänge zu konvertieren. Beispielsweise ist das
Halbleiterbauelement zur Erzeugung eines Mischlichts, insbesondere eines für das menschliche Auge weiß
erscheinenden Mischlichts, vorgesehen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist für die
Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. In Zusammenhang mit dem Verfahren angeführte Merkmale können daher auch für das
Halbleiterbauelement herangezogen werden oder umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen: die Figuren 1A bis IE, 2A bis 2E und 3A bis 3E
jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten
Zwischenschritten; und die Figuren 4A und 4B ein Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement in Draufsicht (Figur 4B) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 4A) .
In den Figuren 1A bis IE ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen gezeigt. Wie in Figur 1A dargestellt wird eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 auf einem Hilfsträger 5 angeordnet. Die nachfolgende
Beschreibung erfolgt exemplarisch für Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente. Die Halbleiterchips sind
beispielsweise Luminiszenzdioden-Halbleiterchips, etwa
Leuchtdioden-Halbleiterchips. Davon abweichend können die Halbleiterbauelemente aber auch zum Empfangen von Strahlung vorgesehen sein und beispielsweise einen als Photodiode ausgebildeten Halbleiterchip aufweisen.
In einer vertikalen Richtung erstrecken sich die
Hableiterchips 2 zwischen einer Vorderseite 28 und einer Rückseite 29. Als Vorderseite wird diejenige Seite der Halbleiterchips bezeichnet, durch die im Betrieb der späteren Halbleiterbauelemente die in den Halbleiterchips erzeugte Strahlung austritt. Die Halbleiterchips sind so auf dem
Hilfsträger 5 angeordnet, dass die Vorderseite dem
Hilfsträger zugewandt ist.
Für den Hilfsträger 5 eignet sich beispielsweise eine
selbsthaftende Folie. Alternativ kann die Befestigung der Halbleiterchips auch mittels eines temporären Klebstoffs, mittels eines Wachses, mittels so genannter Expancels oder mittels eines Silikons erfolgen. Das die Haftung der
Halbleiterchips bewirkende Mittel kann ausschließlich
unterhalb der Halbleiterchips ausgebildet sein, so dass der Hilfsträger zwischen den Halbleiterchips freiliegt.
Alternativ kann der Hilfsträger vollflächig bedeckt sein.
Auf den Hilfsträger 5 wird ein Füllmaterial 40 so
aufgebracht, dass das Füllmaterial die Seitenflächen 20 der Halbleiterchips vollständig oder zumindest bereichsweise bedeckt. Dies kann beispielsweise mittels eines Dispensers erfolgen. Optional kann der Hilfsträger 5 in lateraler
Richtung derart strukturiert sein, dass er Benetzungsflächen 51 aufweist. Die Benetzungsflächen weisen eine höhere
Benetzbarkeit auf als die zwischen den Benetzungsflächen 51 angeordneten Bereiche der den Halbleiterchips 2 zugewandten Oberfläche des Hilfsträgers 5. Beispielsweise können die Benetzungsflächen 51 hydrophil und die weiteren Bereiche der Oberfläche des Hilfsträgers 5 hydrophob ausgebildet sein. Beispielsweise kann sich Silikon durch hydrophobe
Eigenschaften auszeichnen.
Die geometrische Form der Kehlen wird also nicht durch eine vordefinierte Gießform bestimmt, sondern selbstorganisiert. Insbesondere ist die geometrische Form durch die Materialeigenschaften des Füllmaterials 40, beispielsweise die Oberflächenspannung und die Viskosität, und die
Benetzbarkeit des Hilfsträgers und der Halbleiterchips 2 mit dem Füllmaterial einstellbar.
Die laterale Ausdehnung der Kehle 4 verringert sich von der Vorderseite des Halbleiterchips 28 in Richtung der Rückseite 29. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hilfsträger 5 zwischen benachbarten Halbleiterchips 2 bereichsweise frei von dem Füllmaterial.
Nachfolgend werden die Halbleiterchips 4 mit den in lateraler Richtung an die Halbleiterchips 2 angrenzenden Kehlen 4 von einer Formmasse zur Ausbildung eines Gehäusekörperverbunds 30 umformt (Figur IC) . In den gezeigten Ausführungsbeispielen bedeckt der Gehäusekörperverbund 30 auch die Rückseite 29 der Halbleiterchips 2. Das Ausbilden des Gehäusekörperverbunds 30 erfolgt beispielsweise mittels eines Gieß-Verfahrens .
In einem nachfolgenden Herstellungsschritt kann der
Gehäusekörperverbund 30 von der dem Hilfsträger 5 abgewandten Seite her gedünnt werden, beispielsweise mittels eines mechanischen Verfahrens wie Schleifens.
Anstelle eines Überformens der Halbleiterchips 2 auf der Rückseite 29 und eines nachfolgenden Dünnens des
Gehäusekörperverbunds 30 kann der Gehäusekörperverbund auch bereits so ausgebildet werden, dass die Rückseiten 28 der Halbleiterchips 2 freiliegen. Hierfür kann beispielsweise ein folienassistiertes Gieß-Verfahren (Film-Assisted Molding) Anwendung finden. In Figur 1D ist der Gehäusekörperverbund 30 mit den darin eingebetteten Halbleiterchips 2 nach dem Entfernen des
Hilfsträgers 5 gezeigt. Nach dem Entfernen des Hilfsträgers 5 ist die Vorderseite des Halbleiterchips 28 zugänglich, beispielsweise für eine elektrische Kontaktierung der
Halbleiterchips. Dies ist zur vereinfachten Darstellung in den Figuren nicht gezeigt und wird ebenso wie mögliche
Ausgestaltungen der Halbleiterchips anhand der Figuren 4A und 4B erläutert.
Zum Vereinzeln in Halbleiterbauelemente 1 kann der
Gehäusekörperverbund 30 entlang von Vereinzelungslinien 7 durchtrennt werden. Dies kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Sägens, chemisch, beispielsweise mittels Ätzens und/oder mittels kohärenter Strahlung, etwa durch
Laserablation, erfolgen.
Bei einer strahlungsdurchlässig ausgebildeten Kehle 4 kann im Betrieb des Halbleiterbauelements Strahlung auch durch die Seitenflächen 20 des Halbleiterchips 2 austreten. Eine zwischen der Kehle 4 und dem aus dem Gehäusekörperverbund hervorgehenden Gehäusekörper 3 bestehende Grenzfläche 31 kann eine Reflektorfläche bilden, durch die die seitlich
austretende Strahlung gebündelt werden kann.
Das Füllmaterial 40 kann weiterhin mit einem
Strahlungskonversionsmaterial versetzt sein, das im Betrieb der Halbleiterchips 2 erzeugte Strahlung, beispielsweise blaue Strahlung zumindest zum Teil in Sekundärstrahlung konvertiert, beispielsweise in gelbe Strahlung.
Bei einer strahlungsdurchlässigen Kehle 4 ist die Grenzfläche 31 reflektierend ausgebildet und weist beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 80 % auf. Beispielsweise ist der Gehäusekörper 3 durch ein Material gebildet, das mit Weiß- Pigmenten versetzt ist. Alternativ kann die Kehle 4 auch selbst aus einem
Füllmaterial gebildet sein, das für die im Halbleiterchip erzeugte Strahlung eine hohe Reflektivität , beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 80 % aufweist. Die Kehle schützt somit auch den Gehäusekörper 3 vor einer Schädigung durch in dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Strahlung.
Das Material für den Gehäusekörper 3 kann unabhängig von den optischen Eigenschaften und seiner Strahlungsstabilität gewählt werden. Beispielsweise eignet sich in diesem Fall für den Gehäusekörper 3 ein schwarzes Epoxid-Material („black epoxy") . Ein solches Material ist aufgrund seiner breiten Verbreitung in der Elektronik besonders kostengünstig
verfügbar und zeichnet sich durch eine gute Verarbeitbarkeit aus .
Die Rückseite 29 der Halbleiterchips 2 liegt an einer
Montagefläche 15 des Halbleiterbauelements 1 frei, sodass im Betrieb die im Halbleiterchip erzeugte Abwärme effizient über die Montagefläche 15 abgeführt werden kann. Davon abweichend ist jedoch auch denkbar, dass das Material des Gehäusekörpers 3 die Rückseite 29 des Halbleiterchips 2 bedeckt.
Auf der der Montagefläche abgewandten Seite ragt der
Gehäusekörper in vertikaler Richtung nicht oder zumindest nicht wesentlich über den Halbleiterchip hinaus. Eine
besonders kompakte Bauform wird so vereinfacht.
Das in den Figuren 2A bis 2E dargestellte zweite
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen den im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis IE beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu wird auf dem
Hilfsträger 5 ein Hilfsmaterial 41 aufgebracht, noch bevor die Halbleiterchips 2 an dem Träger 5 befestigt werden (Figur 2A) . Das Aufbringen des Hilfsmaterials kann beispielsweise mittels Druckens oder eines Jetting-Verfahrens erfolgen.
Nachfolgend werden die Halbleiterchips 2 in das Hilfsmaterial 41 eingedrückt, sodass das Hilfsmaterial 41 die Seitenflächen 20 der Halbleiterchips 2 benetzt. Zwischen benachbarten
Halbleiterchips 2 bildet sich in dem Hilfsmaterial 41 ein Meniskus 410 aus. Im Bereich des Meniskus 410 weist das
Hilfsmaterial 41 eine geringere vertikale Ausdehnung auf als in dem Bereich, in dem das Hilfsmaterial an die
Halbleiterchips 2 angrenzt (Figur 2B) .
Das Hilfsmaterial 41 dient also auch der Befestigung der Hableiterchips 2 an dem Hilfsträger 5. Als Hilfsmaterial 41 eignet sich insbesondere ein Material, das sich in einem späteren Verfahrensschritt ohne die Gefahr einer Schädigung der weiteren Elemente einfach und
zuverlässig entfernen lässt. Wie in Figur 2C dargestellt, werden die Halbleiterchips 2 mit dem Hilfsmaterial 41 nachfolgend von einer Formmasse zur Ausbildung eines Gehäusekörperverbunds 30 umformt. Dies kann wie im Zusammenhang mit Figur IC beschrieben erfolgen.
Aufgrund des Hilfsmaterials 41 grenzt der
Gehäusekörperverbund 30 nicht oder zumindest mit einer
Flächenbelegung von höchstens 20 %, bevorzugt von höchstens 10 %, an die Halbleiterchips 2 an. Figur 2D zeigt ein Verfahrensstadium, in dem der Hilfsträger 5 und das Hilfsmaterial 41 entfernt sind. Für das Entfernen des Hilfsmaterials eignet sich abhängig vom Hilfsmaterial beispielsweise ein Lösungsmittel, ein Ätzverfahren oder eine thermische Behandlung, bei der das Hilfsmaterial 41 schmilzt.
Die mittels des Hilfsmaterials 41 gebildete Kehle 4 kann nachfolgend mit einem Füllmaterial 40 befüllt werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Dosierungs-Verfahrens, etwa mittels eines Dispensers oder mittels eines Gieß-Verfahrens erfolgen .
Bezüglich ihrer optischen Eigenschaften kann die Kehle 4 im Zusammenhang mit Figur 1A beschrieben ausgebildet sein.
Alternativ ist auch denkbar, dass die Kehle 4 nicht mit einem Füllmaterial befüllt wird, sondern frei bleibt. Dadurch wird der Brechungsindexunterschied an der Seitenfläche 20 des Halbleiterchips 2 maximiert. Aufgrund von Totalreflexion wird so der Strahlungsanteil minimiert, der durch die Seitenfläche 20 der Halbleiterchips 2 austreten kann.
Das in Figuren 3A bis 3E dargestellte dritte
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in
Zusammenhang mit den Figuren 1A bis IE beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu werden die auf dem Hilfsträger 5 bereitgestellten Halbleiterchips 2 (Figur 3A) zunächst so von einer Formmasse zur Ausbildung eines
Gehäusekörperverbunds 30 umformt, dass die Formmasse
vollflächig an die Seitenflächen 20 der Halbleiterchips 20 angrenzt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel werden die Halbleiterchips 2 so platziert, dass die Rückseite 29 der Halbleiterchips dem Hilfsträger 5 zugewandt ist. Wie in den Figuren 3B und 3C gezeigt kann das Ausbilden des Gehäusekörperverbunds 30 wiederum derart erfolgen, dass die Halbleiterchips 2 zunächst vollständig in die Formmasse für den Gehäusekörperverbund 30 eingebettet werden und
nachfolgend der Gehäusekörperverbund so gedünnt wird, dass die Vorderseite 28 der Halbleiterchips 2 freiliegt.
Nachfolgend wird Material des Gehäusekörperverbunds 30, das an die Seitenflächen 20 der Halbleiterchips angrenzt, bereichsweise abgetragen. Dies kann beispielsweise mittels
Laserablation erfolgen. In vertikaler Richtung erstreckt sich die Kehle 4 nur bereichsweise über die Seitenfläche 20 der Halbleiterchips 2, sodass auch nach dem Ausbilden der Kehle 4 Material des Gehäusekörperverbunds 30 an die Seitenfläche 20 angrenzt. Je größer der Bereich ist, in dem der
Gehäusekörperverbund 30 an die Halbleiterchips 2 angrenzt, desto leichter ist eine mechanisch stabile Verbindung
zwischen den Halbleiterchips 2 und dem Gehäusekörperverbund 30 erzielbar. Andererseits kann durch eine größere vertikale Ausdehnung der Kehlen 4 die Auskoppeleffizienz verbessert werden. Die Flächenbelegung, mit der der Gehäusekörperverbund 30 nach dem Ausbilden der Kehlen 4 die Seitenflächen 20 des Halbleiterchips 2 bedeckt, beträgt vorzugsweise höchstens 50 %.
Nach dem Ausbilden der Kehlen 4 können diese wie im
Zusammenhang mit Figur 2E beschrieben befüllt werden oder unbefüllt bleiben. Ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement ist in Figur 4B in Draufsicht und in schematischer Schnittansicht entlang der Linie ΑΑλ in Figur 4A dargestellt. Das
Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterchip 2 auf. Der Halbleiterchip 2 umfasst einen Halbleiterkörper 21 mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 22 und ein Substrat 25. An einer Rückseite 29 des
Halbleiterchips 2 ist eine Spiegelschicht 26 ausgebildet. Die Spiegelschicht kann beispielsweise eine metallische
Spiegelschicht oder ein Bragg-Spiegel mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten sein. An einer Vorderseite 28 weist der Halbleiterchip 2 zwei Anschlussflächen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips auf (nicht explizit
dargestellt) .
Das Substrat 25 ist beispielsweise das Aufwachssubstrat für den Halbleiterkörper 21. Beispielsweise eignet sich als Substrat ein strahlungsdurchlässiges Substrat wie Saphir oder Siliziumcarbid. In lateraler Richtung ist der Halbleiterchip 2 von einem Gehäusekörper 3 umschlossen. Zwischen dem
Gehäusekörper 3 und dem Halbleiterchip 2 ist eine Kehle 4 ausgebildet. Die Kehle 4 umläuft den Halbleiterchip 2 in lateraler Richtung entlang des gesamten Umfangs . Weiterhin weist die Kehle 4 eine laterale Ausdehnung auf, die mit zunehmendem Abstand von der Strahlungsaustrittsfläche 10 des Halbleiterbauelements 1 abnimmt. Die Kehle 4 kann wie im Zusammenhang mit Figur IE beschrieben strahlungsdurchlässig oder reflektierend ausgebildet sein.
Das Halbleiterbauelement 1 weist an einer der
Strahlungsaustrittsfläche 10 gegenüberliegenden Montagefläche 15 einen ersten Kontakt 61 und einen zweiten Kontakt 62 auf. Durch Anlegen an externen elektrischen Spannungen zwischen diesen Kontakten können Ladungsträger von verschiedenen
Seiten in den aktiven Bereich 22 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren. Der erste Kontakt 61 und der zweite Kontakt 62 sind jeweils über Durchkontaktierungen 63 durch den Gehäusekörper 3 und
Verbindungsleitungen 64 mit dem Halbleiterchip 2 elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungsleitungen 64 erstrecken sich in lateraler Richtung über die Seitenfläche 20 des
Halbleiterchips 2 hinaus und bedecken den Gehäusekörper 3 bereichsweise. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsleitung 64 als eine Beschichtung ausgebildet. Davon abweichend kann jedoch auch eine Drahtbond-Verbindung Anwendung finden. Auf der der Montagefläche 15
gegenüberliegenden Seite kann das Halbleiterbauelement 1 ein Strahlungskonversionselement aufweisen (nicht explizit dargestellt) .
Die geometrische Anordnung der Kontakte und die
Kontaktführung zum Halbleiterchip 2 kann jedoch in Grenzen variiert werden. Beispielsweise kann auch ein Halbleiterchip Anwendung finden, der eine vorderseitige und eine rückseitige Anschlussfläche aufweist. In diesem Fall ist nur eine
Durchkontaktierung 63 erforderlich. Auch ein Halbleiterchip mit zwei rückseitigen Anschlussflächen ist denkbar.
Beispielsweise kann der Halbleiterchip 2 auch als ein
Dünnfilm-Halbleiterchip mit einem elektrisch leitfähigen Substrat 25 ausgebildet sein. Zur Ermittlung der erzielbaren Effizienz wurden Simulationen durchgeführt, denen ein Halbleiterchip mit einem
transparenten Substrat 25 zugrunde gelegt wurde, sodass
Strahlung auch zu einem erheblichen Anteil aus der
Seitenfläche 20 der Halbleiterchips ausgekoppelt werden kann. Als Ausgangspunkt für die Simulationen wurde eine
Vergleichsstruktur zugrunde gelegt, bei der der
Halbleiterchip rückseitig und an den Seitenflächen jeweils an ein Material mit einer Reflektivität von 92 % angrenzt. An der Vorderseite des Halbleiterchips ist ein
Strahlungskonversionsmaterial ausgebildet. Durch eine um den Halbleiterchip umlaufende Kehle, deren dem Halbleiterchip abgewandte Grenzfläche zur Seitenfläche des Halbleiterchips mit einem Winkel von 45° geneigt ist, und die mit einem
Strahlungskonversionsmaterial befüllt ist, kann eine
Steigerung der Effizienz θΠ 6 "6 erzielt werden.
Wird die Kehle nicht mit einem Strahlungskonversionsmaterial befüllt, sondern mit einem Silikon mit einem hohen
Brechungsindex von etwa 1,5 so kann die Effizienz um etwa 6,25 % im Vergleich zur Vergleichsstruktur erzielt werden. Den Simulationen wurde jeweils eine Höhe des Halbleiterchips von 150 ym zugrunde gelegt.
Durch die beschriebene Kehle, kann also eine signifikante Erhöhung der Effizienz des Halbleiterbauelements auf
technisch einfach zu realisierende Weise erzielt werden. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 112 549.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Viel mehr 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) mit den
Schritten:
a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind; b) Ausbilden eines Gehäusekörperverbunds (30), der zumindest bereichsweise zwischen den Halbleiterchips angeordnet ist; c) Ausbilden einer Mehrzahl von Kehlen (4), die jeweils an einen Halbleiterchip angrenzen und die in lateraler Richtung durch eine Seitenfläche (20) des jeweiligen Halbleiterchips und den Gehäusekörperverbund begrenzt sind; und
d) Vereinzeln des Gehäusekörperverbunds in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wobei jedes
Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip und einen Teil des Gehäusekörperverbunds als Gehäusekörper (3) aufweist und wobei die Halbleiterchips jeweils an einer einer
Montagefläche (15) gegenüberliegenden
Strahlungsaustrittsfläche (10) der Halbleiterbauelemente frei von Material des Gehäusekörpers sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die Kehle strahlungsdurchlässig ist oder eine
Reflektivität von mindestens 80 % aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Halbleiterchips jeweils an der Montagefläche der Halbleiterbauelemente frei von Material des Gehäusekörpers sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Halbleiterchips zur Ausbildung der Kehlen vor Schritt b) mit einem Umformungsmaterial derart umformt werden, dass die Seitenflächen der Halbleiterchips zumindest teilweise bedeckt sind und das Umformungsmaterial in Schritt b) von einer Formmasse für den Gehäusekörperverbund umformt wird .
5. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem die Halbleiterchips beim Aufbringen des
Umformungsmaterials auf einem Hilfsträger (5) angeordnet sind und das Umformungsmaterial so aufgebracht wird, dass es die Seitenflächen der Halbleiterchips und den Hilfsträger jeweils zumindest teilweise bedeckt.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem das Umformungsmaterial auf einen Hilfsträger (5) aufgebracht wird und die Halbleiterchips so in das
Umformungsmaterial gedrückt werden, dass das
Umformungsmaterial zumindest bereichsweise die Seitenflächen der Halbleiterchips bedeckt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
bei dem das Umformungsmaterial ein Füllmaterial (40) ist, das in den Halbleiterbauelementen verbleibt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
bei dem das Umformungsmaterial ein Hilfsmaterial (41) ist, das nach Schritt b) entfernt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem Schritt c) nach Schritt b) durchgeführt wird, wobei Material des Gehäusekörperverbunds zur Ausbildung der Kehlen entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
bei dem die Kehle nach Schritt b) mit einem Füllmaterial befüllt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips in Schritt b) überformt werden und der Gehäusekörperverbund nachfolgend gedünnt wird, so dass die Halbleiterchips bereichsweise freiliegen.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einer Montagefläche (15) und einer der Montagefläche gegenüber liegenden Strahlungsaustrittsfläche (10), wobei
- das Halbleiterbauelement einen zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip (2) aufweist;
- das Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper (3) aufweist, der den Halbleiterchip in einer lateralen Richtung umgibt;
- der Halbleiterchip an der Strahlungsaustrittsfläche frei von Material des Gehäusekörpers ist; und
- an eine Seitenfläche (20) des Halbleiterchips eine Kehle (4) angrenzt, die in einer parallel zur Montagefläche verlaufenden lateralen Richtung durch die Seitenfläche des Halbleiterchips und den Gehäusekörper begrenzt ist.
13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12,
wobei die Kehle entlang des gesamten Umfangs des
Halbleiterchips verläuft und sich von der
Strahlungsaustrittsfläche aus gesehen in Richtung der
Montagefläche verjüngt.
14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12 oder 13,
wobei die Kehle ein Strahlungskonversionsmaterial enthält.
15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
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