WO2016180732A1 - Verfahren zur herstellung optoelektronischer bauelemente und oberflächenmontierbares optoelektronisches bauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung optoelektronischer bauelemente und oberflächenmontierbares optoelektronisches bauelement Download PDF

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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing optoelectronic components.
  • An object to be solved is to provide a method for producing optoelectronic components, with which a converter layer is homogeneously applied to semiconductor chips and at the same time side surfaces of the
  • the method for producing optoelectronic components comprises a step A), in which a carrier and a plurality of optoelectronic semiconductor chips are provided.
  • the carrier may be, for example, a metal carrier or glass carrier or
  • Semiconductor chip has contact elements for external electrical contacting.
  • the contact elements are arranged on a contact side of the semiconductor chip.
  • all contact elements, which are necessary for external contacting of the semiconductor chip are arranged on a single side of the semiconductor chip, namely the contact side.
  • the contact elements are freely accessible in the unmounted state of the semiconductor chip.
  • the method comprises a step B), in which the semiconductor chips are laterally
  • the semiconductor chips are preferably applied so that the contact sides are each facing the carrier. The contact elements are so after the
  • the method comprises a step C), in which an electrically conductive layer is applied to at least partial regions of the non-carrier-covered sides of the semiconductor chips. Preference is given to all non-covered by the carrier pages of
  • the electrically conductive layer on the carrier and on the semiconductor chips coherent, continuous and uninterrupted
  • the electrically conductive layer on the plurality of semiconductor chips around a single layer.
  • the electrically conductive layer is applied directly to the semiconductor chips, is then in direct contact with the semiconductor chips. In this case, no further layers are previously applied to the semiconductor chips.
  • the application of the electrically conductive layer can be
  • the thickness of the electrically conductive layer is
  • the thickness of the electrically conductive layer is at most 2 ⁇ m or 1 ⁇ m or 500 nm.
  • the thickness of the electrically conductive layer is preferably understood to be the maximum or average or minimum thickness along the entire extent of the electrically conductive layer.
  • a protective layer is applied to at least partial regions of lateral surfaces of the semiconductor chips running transversely to the contact surface.
  • the protective layer is preferably electrically insulating or non-conductive.
  • Protective layer is a polymer or an acrylate or an omocer or an epoxy resin or a photoresist or a Plastic, like a white plastic, on or consists of it. Possible here, for example, a silicone or resin with titanium dioxide particles introduced therein.
  • Layer thickness of the protective layer on the side surfaces is before or after a possible singulation process of
  • the protective layer on the side surfaces is at most 100 ym or 80 ym or 70 ym.
  • the converter layer is set up to convert at least part of a radiation emitted by the semiconductor chips into radiation of another wavelength range during normal operation.
  • the semiconductor chips emit visible light between 400 nm and 800 nm inclusive, or light in the UV range between 200 nm and 400 nm inclusive.
  • the converter layer converts the from the
  • the converter layer is a full conversion of the
  • Dipped electrophoresis which is mixed with, for example, organic solvents and converter particles.
  • the converter layer is formed, which is preferably in direct contact with the electrically conductive layer.
  • the converter layer deposited by the electrophoresis method is continuous, continuous and uninterrupted on the electrically conductive layer.
  • the converter layer preferably covers the
  • Carrier or the protective layer are covered, partially or completely.
  • a radiation exit side facing away from the carrier is the
  • grenades such as
  • Silicon nitrides such as (Ca, Ba, Sr) 2 Si 5 Ng: Eu 24 "
  • doped silicon aluminum nitrides such as (Ca, Sr) AIS 1 N 3: Eu 24" or
  • Silicon oxynitrides such as (Ba, Sr, Ca) Si 2 O 2 N 2 : Eu 2 + or
  • the converter particles have, for example, grain sizes of at least 100 nm or 1 ⁇ m or 10 ⁇ m. Alternatively or additionally, the grain sizes are at most 50 ym or 20 ym or 1 ym. In addition to the converter layer and other layers, for example, with materials for light scattering and / or with
  • Converter particles are deposited in a common electrophoresis process. In accordance with at least one embodiment, in one step
  • removing can be done via a protic
  • Converter layer structurally changed and / or dissolved out.
  • dissolving out or structurally changing the electrically conductive layer it is achieved that at least 90% or 95% or 99% of the electromagnetic radiation emerging from the semiconductor chip enters the
  • Each optoelectronic component produced by this method then comprises exactly one, for example
  • semiconductor chip with the converter layer applied thereto and the remaining on at least partial areas of the side surfaces of the semiconductor chips electrically conductive layer.
  • semiconductor layers of the semiconductor chip are preferred by an insulating layer on the side surfaces of the insulated electrically conductive layer, so later
  • the method for producing optoelectronic components comprises a step A), in which a carrier and a plurality of optoelectronic components
  • Semiconductor chip has contact elements for external electrical contacting, which on a contact side of the
  • semiconductor chips are arranged.
  • the semiconductor chips are applied laterally side by side on the carrier, the contact sides facing the carrier during application.
  • an electrically conductive layer is applied to at least partial regions of the non-carrier-covered sides of the semiconductor chips, wherein the electrically conductive layer
  • a protective layer is applied to at least partial regions of lateral surfaces of the semiconductor chips extending transversely to the contact surface.
  • a converter layer is deposited electrophoretically on the electrically conductive layer, wherein the converter layer is set up to convert at least part of a radiation emitted by the semiconductor chips into radiation of another wavelength range during normal operation.
  • the electrically conductive layer is formed in a step F) from areas between the converter layer and the
  • the invention described here is based in particular on the idea of covering semiconductor chips with a converter element in the form of a thin converter layer via an electrophoretic method. Through the thin converter layer are the thermal properties of the finished components compared to components with thick converter elements
  • Converter elements whereby typical temperature effects, such as discoloration and cracking in the converter element or shift of the color coordinates or efficiency drops can be reduced. It also has a thin
  • Converter layer opposite, for example, a thick
  • Anschlußus carrier is emitted.
  • the invention makes use of the fact that an electrically conductive layer, such as a metal layer, is used for electrophoretic deposition.
  • This electrically conductive layer may, for example, be reflective of radiation emitted by the semiconductor chips during operation.
  • the fact that the side surfaces of the semiconductor chips are covered with the protective layer in step D) avoids, on the one hand, the fact that the converter layer is applied to the
  • the protective layer preferably protects the electrically conductive layer in step E) from being detached, so that the
  • electrically conductive layer after step E) still covers the side surfaces and preferably mirrored.
  • the method thus provides a homogeneous deposition of converter layers on semiconductor chips and a
  • steps A) to F) are carried out in the stated order.
  • Protective layer in step F) removing the electrically conductive layer in the areas covered by the protective layer.
  • the electrically conductive layer in areas under the protective layer in step E) is preferably not structurally changed or dissolved out at all, so that, for example, at least 90% or 95% or 100% of the originally formed electrically conductive layer is retained in these areas.
  • the regions of the electrically conductive layer covered by the protective layer remain free of the converter layer in step E).
  • the converter layer and the electrically conductive layer there is no direct contact of the converter layer and the electrically conductive layer in these areas.
  • the side surfaces of the semiconductor chips or at least the areas of the side surfaces of the semiconductor chips covered by the protective layer are in the finished one
  • the electrically conductive layer is reflective for an operation of the
  • the electrically conductive layer has a reflectivity for this radiation of at least 80% or 90% or 95%.
  • the reflectivity may be, for example, a mean reflectance averaged over the entire emission spectrum of the semiconductor chip. It is also possible that the
  • Reflectivity is specified at the wavelength at which the Emission spectrum of the semiconductor chip has a global intensity maximum.
  • the electrically conductive layer is applied in step C) to all non-carrier-covered sides of the semiconductor chips.
  • the electrically conductive layer preferably covers all of these sides, in particular the sides, during or after step C)
  • step D) between two adjacent semiconductor chips are located
  • the carrier can be free before filling.
  • the protective layer is a potting material with which the free spaces can be completely filled up.
  • the protective layer is preferably around the
  • Semiconductor chips arranged so that at least one or all side surfaces of the semiconductor chips are each covered to at least 90% or 95% or 100% of the protective layer.
  • the protective layer or the potting material can for example be introduced and / or structured between the components by one of the following methods: photolithography, laser direct writing, laser ablation,
  • Impression technology such as embossing, microspray application
  • the protective layer can after separating the
  • the protective layer also remains in the finished components on the side surfaces of
  • Radiation exit side is in particular the side which in step E) partially or completely from the
  • a bonding layer is applied on the carrier.
  • the contact elements are for example pressed so deep into the connecting layer that the contact elements are protected in step C) from being covered with the electrically conductive layer and thus from the risk of short circuits.
  • the contact elements for example
  • connection layer completely pressed into the connection layer.
  • Connecting layer is therefore preferably deformable and / or elastic.
  • connection layer extends
  • the bonding layer has, for example, a thickness of at least 2 ⁇ m or 5 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • the tie layer has a thickness of at most 30 ym or 20 ym or 15 ym. According to at least one embodiment, the
  • Bonding layer on a thermoplastic material or consists thereof are in particular plastics that can be deformed in a certain temperature range.
  • the connecting layer can preferably be applied to a
  • the semiconductor chips with the converter layer can be singulated after detachment or before detachment from the carrier, for example along separation planes through the potting material in the form of the protective layer. In this way, individual
  • the contact elements of the semiconductor chips are preferably free in the finished components and are freely accessible.
  • the components detached and separated from the carrier are mechanically self-supporting and stable even without further potting materials, ie even without the protective layer.
  • the optoelectronic components are preferably adapted in terms of their dimensions to the dimensions of the semiconductor chips, ie, they deviate in their lateral and / or vertical dimensions by less than 10% or 5% or 1% of the corresponding dimensions of the semiconductor chips.
  • Radiation exit sides of the semiconductor chips to at least 90% or 95% or 99% or completely.
  • step F) the electrically conductive layer is removed by means of a wet chemical process.
  • the electrically conductive layer comprises at least one metal or one
  • Metal alloy on or consists of it Possible metals are, for example: Al, Ag, Au, Ti, Pt, Li, Na, Ka, Ru, Cs, Be, Ca, Mg, Sr, Ba, Sc, Si, Ga, Sn. But it is also possible that the electrically conductive layer is a conductive
  • transparent material such as ITO or ZnO, comprises or consists of.
  • step F) the metal of the electrically conductive layer is partially or completely converted into a salt from a chemical reaction by a chemical reaction
  • the electrically conductive layer for example, with a protic reactant in
  • Solvent are washed out.
  • Such a method is known for example from the document WO 2014/001149 AI.
  • Mole fraction of the salt in the converter layer after the Step F) at least 0.001% or 0.01% or 0.1%.
  • the mole fraction of the salt is at most 2% or at most 1% or 0.5%.
  • the salt can actually be distributed within the converter layer and / or form a separate layer below the converter layer. In the latter case, this will
  • the converter layer for example, considered as part of the converter layer. According to at least one embodiment, the
  • Converter layer after the deposition process in step E) a homogeneous layer thickness with maximum thickness variations of 20% or 10% or 5% or 3% or 1% to an average of the layer thickness.
  • the mean value of the layer thickness is, for example, along the entire extent of the
  • Layer thickness can be a particularly high Farborthomogentician along the entire radiation exit surface of the
  • Layer thickness of the converter layer after step F) at most 70 ym or 50 ym or 30 ym.
  • the layer thickness after step F) is at least 10 ⁇ m or 20 ⁇ m or 30 ⁇ m. Under the layer thickness is, for example, the maximum or average
  • Radiation exit surface continuous, coherent and uninterrupted. According to at least one embodiment, the
  • Converter layer formed from a powder of converter particles.
  • the converter layer is thus free of one
  • Binder such as a silicone or a resin that connects the individual converter particles together.
  • Converter layer at least 90% or 95% or 99%.
  • the converter layer taken on its own is, for example, porous and / or friable and / or fragile and / or mechanically unstable.
  • the converter layer is not ceramic and / or not sintered.
  • Converter layer may be kept at least temporarily dimensionally stable on the semiconductor chip via van der Waals forces, for example.
  • Converter layer after step E) surrounded by a capsule layer, for example, surrounded by a form-fitting.
  • Capsule layer can be in direct contact with the
  • Converter layer and preferably prevents later flaking or crumbling or detachment of the converter layer of the semiconductor chips.
  • the capsule layer comprises, for example, a silicone or parylene or resin or consists thereof.
  • the layer thickness of the capsule layer on the converter layer is, for example, at least 100 nm or 500 nm or 1 ⁇ m. Alternatively or additionally, the layer thickness of the capsule layer is at most 500 ⁇ m or 300 ⁇ m or 100 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • the capsule layer may also be a potting compound, for example a silicone potting compound, which is applied to the semiconductor chips with the converter layer. But it is also possible between the capsule layer and the converter layer nor a thin fixing layer for
  • the fixing layer is based on a polymer and has a thickness of between 100 nm and 1 ⁇ m inclusive.
  • Capsule layer is a transparent material or consists of it.
  • the transparent material is at least 80% or 90% or 95% transparent to the radiation emitted by the semiconductor chip and / or to the radiation emitted by the converter element.
  • the carrier is a printed circuit board on which the semiconductor chips are electrically connected in step B) and mechanically permanently fixed. If such a printed circuit board is used as the carrier, the carrier preferably remains on the semiconductor chips, ie it is not detached from the semiconductor chips after step F).
  • the printed circuit board may be, for example, an active matrix element, via which the individual
  • a protective frame for example made of a plastic material resistant to wet chemical processes, is provided on the carrier for each semiconductor chip.
  • the semiconductor chips are so-called volume emitters with a
  • the growth substrate simultaneously forms the stabilizing component in the semiconductor chip; further stabilization measures are then not necessary.
  • the growth substrate may be, for example, sapphire or silicon or germanium or SiC or GaN
  • the semiconductor layer sequence is based for example on a III-V compound semiconductor material, in particular on AlInGaN or AlGaAs.
  • the semiconductor layer sequence preferably has an active layer which has at least one pn junction and / or one quantum well structure.
  • the semiconductor chips may be so-called flip chips, in particular sapphire flip chips. According to at least one embodiment, the semiconductor chips
  • Semiconductor chips each thin-film semiconductor chip with a substrate stabilizing the semiconductor chip and a semiconductor layer sequence applied to the substrate.
  • the substrate is different from the growth substrate of the semiconductor layer sequence, and the growth substrate is removed.
  • the substrate itself then forms for example alone
  • the contact elements are in this case preferably on one of the semiconductor layer sequence
  • Optoelectronic component can be produced in particular by the method described here. That is, all disclosed in connection with the device
  • the contact elements for external electrical contacting of the device.
  • the contact elements are arranged on a common contact side of the semiconductor chip.
  • Radiation exit side covered to at least 90%.
  • a capsule layer is applied to the converter layer and covers the
  • the capsule layer surrounds the converter layer in a form-fitting manner and / or is in direct contact with the converter layer.
  • an electrically conductive layer is applied to lateral surfaces of the semiconductor chip extending transversely to the contact side, in particular applied directly.
  • the electrically conductive layer preferably covers all side surfaces in each case to at least 90%.
  • Converter layer adapted to convert at least part of a radiation emitted by the semiconductor chip radiation in radiation of another wavelength range in the normal operation of the device.
  • the Converter layer along its entire lateral extent on the semiconductor chip a homogeneous layer thickness with maximum thickness variations of 5% to an average of the layer thickness. According to at least one embodiment, the
  • Layer thickness of the converter layer at most 70 ym.
  • Converter layer a powder of converter particles, which is held by the capsule layer on the semiconductor chip.
  • the electrically conductive layer has a layer thickness of between 100 nm and 500 nm inclusive.
  • the reflectivity of the electrically conductive layer for a radiation emitted by the semiconductor chip is, for example, at least 80%. According to at least one embodiment, the
  • the protective layer comprises, for example, a white plastic or consists thereof.
  • FIGS. 1A to 2 are cross-sectional views of various components
  • FIGS. 4A and 4B each show a light source in FIG.
  • FIG. 1A shows a first method step for producing exemplary embodiments of optoelectronic components 100.
  • a carrier 2 for example a glass carrier
  • semiconductor chips 1 are provided.
  • the semiconductor chips 1 comprise a substrate 13 and an applied thereto
  • the substrate 13 is, for example, a growth substrate for the
  • the substrate 13 is
  • a sapphire substrate on which an AlInGaN semiconductor layer sequence 14 is grown For example, a sapphire substrate on which an AlInGaN semiconductor layer sequence 14 is grown.
  • Semiconductor layer sequence 14 is as contact side 12
  • a side of the semiconductor chip 1 facing away from the contact side 12 is in each case designed as a radiation exit side 16, over which a large part, for example at least 90%, of the radiation generated by the semiconductor chip 1 is emitted during operation.
  • the contact side 12 and the radiation side 16 are connected to each other via transverse to the contact side 12 extending side surfaces 15.
  • the semiconductor chips 1 are applied to the carrier 2, wherein the contact sides 12 the carrier 2 are facing.
  • On the support 2 is also a continuous and contiguous trained
  • Bonding layer 20 applied which consists for example of a thermoplastic material.
  • Connection layer 20 is pressed, in particular completely pressed, and embedded in the connection layer 20. In this way, the contact elements 10, 11 through the connection layer 20 from influences from further
  • Growth substrate 13 touches the bonding layer 20.
  • the connection layer 20 and / or the carrier 2 and / or the semiconductor chips 1 are heated to a specific temperature at which the semiconductor chips 1 can be pressed into the connection layer 20.
  • the carrier 2 was heated to approximately 80 ° C., the semiconductor chips 1 to approximately 200 ° C.
  • the semiconductor chips 1 are laterally spaced apart from one another, ie that gaps are formed between the semiconductor chips 1 in which the carrier 2 or the connection layer 20 is exposed.
  • an electrically conductive layer 4 for example of a metal, such as Al or Ag, is positively and directly applied to the
  • the electrically conductive layer 4 is thereby formed as a continuous, contiguous and uninterrupted layer applied, which covers all sides of the semiconductor chips 1, which are not covered by the carrier 2.
  • the areas of the carrier 2 between the semiconductor chips 1 are of the
  • electrically conductive layer 4 covered.
  • the application of the electrically conductive layer 4 can be carried out, for example, by a sputtering method or by evaporation or by atomic layer deposition.
  • the electrically conductive layer 4 for example, a
  • the electrically conductive layer 4 has a
  • FIG. 1D shows a method step in which a protective layer 7 in the form of a potting material is introduced between the semiconductor chips 1.
  • the introduction of the protective layer 7 can be done for example via jetting or transfer molding or injection molding.
  • Protective layer 7 is, for example, a white plastic.
  • the protective layer 7 is filled up between the semiconductor chips 1 so far that the side surfaces 15 and the electrically conductive layer 4 applied thereto are completely covered by the protective layer 7. In this case, the protective layer 7 laterally transforms the semiconductor chips 1 and encloses them completely.
  • FIG. 1D shows how a converter layer 5 is applied to the semiconductor chips 1.
  • Converter layer 5 is preferably applied after the application of the protective layer 7. The application of the
  • Converter layer 5 via an electrophoresis process as for example in the document WO 2014/001149 AI is described.
  • the converter layer 5 is only on the not covered by the protective layer 7 regions of the electrically conductive layer 4, in the present case only on the radiation exit sides 16 of the semiconductor chip 1.
  • Converter layer 5 each continuous, continuous and uninterrupted.
  • the converter layer 5 is preferably formed from a powder of converter particles, that is, is free of compounding agents. Furthermore, a layer thickness of the converter layer 5 is preferably at most 70 ⁇ m. The areas between the
  • Converter layer 5 arranged electrically conductive layer 4 has been removed.
  • the removal can be done for example by a wet chemical process, wherein the metal of the
  • electrically conductive layer 4 is converted into a salt of the metal.
  • the salt may be at least partially removed by a solvent from the converter layer 5.
  • the electrically conductive layer is removed predominantly or exclusively in the region of FIG. 1E
  • FIG. 1F shows an additional intermediate step, in which the protective layer 7 is removed again from the side surfaces 15, in particular completely removed. This can again be done by a solvent.
  • the step of removing the protective layer 7 is optional.
  • the carrier 2 is detached from the semiconductor chips 1, but the semiconductor chips 1 are still by the potting material in the form of
  • connection layer 20 may be, for example, by heating the semiconductor chips 1, the carrier 2 or the
  • Connection layer 20 take place.
  • FIG. 2 shows an alternative method step which substantially corresponds to the method step of FIG. 1B.
  • no connecting layer 20 is applied to the carrier 2, but instead the carrier 2 in FIG. 2 has one for each semiconductor chip 1
  • the protective frame 21 which is based for example on a plastic.
  • the protective frame 21 fulfills essentially the same task as the connecting layer 20 and should the contact elements 10, 11 during further
  • the carrier 2 is designed as a printed circuit board on which connection regions 200, 201 are formed.
  • the connection areas 200, 201 are with the
  • the carrier 2 is
  • each semiconductor chip 1 electrically individually and independently
  • the component 100 essentially corresponds to one of the components 100, which were produced via the method steps 1A to II. However, in the case of the component 100 of FIG. 3A, the protective layer 7 is detached again from the side surfaces 15, so that the electrically conductive layer 4 is exposed to the outside. It is also possible that, for example, a thin passivation layer on the electrically conductive
  • Layer 4 is applied and protects the electrically conductive layer 4 from external influences.
  • the converter layer 5 projects beyond the converter layer 5
  • the converter layer 5 is coated with a capsule layer 6, which surrounds the
  • Converter layer 5 completely encloses.
  • the capsule layer 6 is intended here a crumbling or crumbling the
  • Converter layer 5 which predominantly as a powder
  • Capsule layer 6 thereby formed from a transparent, especially transparent material, such as S1O2 or silicone.
  • FIG. 3B shows the dimensions of the component of FIG. 3A.
  • the original semiconductor chip 1 is shown before an electrically conductive layer 4 or a converter layer 5 is applied to it.
  • the lateral dimension of the semiconductor chip 1 parallel to the contact side 12 is approximately 1015 ym.
  • the vertical dimension perpendicular to the contact side 12 is approximately 100 ym.
  • Device 100 of Figure 3A shown and compared with the dimensions of the semiconductor chip 1. It can be seen that the lateral dimensions of the component 100 are less than 1% of the lateral dimensions of the semiconductor chip 1
  • the electrically conductive layer 4 has a layer thickness of less than 500 nm on the
  • the on the Radiation exit side 16 applied converter layer 5 has a thickness of about 20 ym.
  • the protective layer 7 is still applied on the side surfaces 15 or on the electrically conductive layer 4.
  • the protective layer 7 extends completely laterally around the semiconductor chip 1 and covers the
  • Layer thickness of the protective layer 7 on the semiconductor chip 100 is, for example, between 50 microns inclusive and
  • the protective layer 7 can be an additional layer
  • FIG. 4A shows a luminous means in which a plurality of the elements described here are mounted on a carrier 2
  • the carrier 2 is now not a temporary carrier which is detached again from the semiconductor chips 1, but rather the carrier 2 remains permanently on the optoelectronic components 100.
  • the illuminant of FIG. 4A can be detected, for example, via the method steps of FIG.
  • FIGS. 1A to II be prepared, only the detachment of the carrier 2 is omitted.
  • the carrier 2 may be, for example, an active matrix element or a printed circuit board, PCB for short, or a metal core board.
  • the individual components 100 may be electrically connected, for example.
  • a display can be realized by the luminous means of FIG. 4A be in which each device forms a pixel. By mirroring the side surfaces 15 of the semiconductor chips 1, the individual pixels of the luminous means can optically
  • FIG. 4B shows, like FIG. 4A, a light source with a light source
  • the semiconductor chips 1 but now no volume emitter with a
  • the substrate 13 now forms the stabilizing instead of the growth substrate
  • the substrate 13 is formed of metal or a semiconductor material.
  • the semiconductor chips 1 of FIG. 4B are generally referred to as thin-film semiconductor chips.
  • FIG. 5 compares the radiation characteristic of a plurality of optoelectronic components.
  • UX 3 chip
  • FIG. 5 In the middle part on the left side of FIG. 5 is an optoelectronic component as shown in FIG. 3A shown (s-FC helped).
  • the radiation characteristics of the s-FC half device are very similar to those of the UX: 3 chips.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente umfasst einen Schritt A), in dem ein Träger (2) und eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips (1) bereitgestellt werden, wobei jeder Halbleiterchip (1) Kontaktelemente (10, 11) zur elektrischen Kontaktierung aufweist, die auf einer Kontaktseite (12) des Halbleiterchips (1) angeordnet sind. In einem Schritt B) werden die Halbleiterchips (1) lateral nebeneinander auf dem Träger (2) aufgebracht, wobei beim Aufbringen die Kontaktseiten (12) dem Träger (2) zugewandt werden. In einem Schritt C) wird eine elektrisch leitende Schicht (4) auf zumindest Teilbereiche der nicht vom Träger (2) bedeckten Seiten der Halbleiterchips (1) aufgebracht, wobei die elektrisch leitende Schicht (4) zusammenhängend ausgebildet ist. In einem Schritt D) wird eine Schutzschicht (7) auf zumindest Teilbereiche von quer zur Kontaktfläche (12) verlaufenden Seitenflächen (15) der Halbleiterchips (1) aufgebracht. In einem Schritt E) wird eine Konverterschicht (5) auf der elektrisch leitenden Schicht (4) elektrophoretisch abgeschieden. Die elektrisch leitende Schicht (4) wird in einem Schritt F) aus Bereichen zwischen der Konverterschicht (5) und den Halbleiterchips (1) entfernt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente und oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement
Es wird ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente angegeben. Darüber hinaus wird ein
oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement
angegeben .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 588.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Ein Verfahren zur Aufbringung einer Konverterschicht auf einem Halbleiterchip ist zum Beispiel aus der Druckschrift WO 2014/001149 AI bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente anzugeben, mit dem eine Konverterschicht homogen auf Halbleiterchips aufgebracht wird und mit dem gleichzeitig Seitenflächen der
Halbleiterchips verspiegelt werden. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit verspiegelten Seitenflächen und einer homogenen
Konverterschicht anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente einen Schritt A) , in dem ein Träger und eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips bereitgestellt werden. Der Träger kann zum Beispiel ein Metallträger oder Glasträger oder
Halbleiterträger oder Kunststoffträger sein. Jeder
Halbleiterchip weist dabei Kontaktelemente zur externen elektrischen Kontaktierung auf. Die Kontaktelemente sind auf einer Kontaktseite des Halbleiterchips angeordnet. Bevorzugt sind alle Kontaktelemente, die zur externen Kontaktierung des Halbleiterchips nötig sind, auf einer einzigen Seite des Halbleiterchips, nämlich der Kontaktseite, angeordnet.
Insbesondere sind die Kontaktelemente im unmontierten Zustand des Halbleiterchips frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , bei dem die Halbleiterchips lateral
nebeneinander auf dem Träger aufgebracht werden. Die laterale Richtung ist dabei durch die Haupterstreckungsrichtung des Trägers bestimmt. Die Halbleiterchips werden dabei bevorzugt so aufgebracht, dass die Kontaktseiten jeweils dem Träger zugewandt sind. Die Kontaktelemente sind also nach dem
Aufbringen bevorzugt von dem Träger bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C) , bei dem eine elektrisch leitende Schicht auf zumindest Teilbereiche der nicht vom Träger bedeckten Seiten der Halbleiterchips aufgebracht wird. Bevorzugt werden dabei alle nicht vom Träger überdeckten Seiten der
Halbleiterchips von der elektrisch leitenden Schicht
überdeckt, bevorzugt vollständig und/oder formschlüssig überdeckt. Besonders bevorzugt ist die elektrisch leitende Schicht auf dem Träger und auf den Halbleiterchips zusammenhängend, durchgehend und unterbrechungsfrei
ausgebildet. Es handelt sich dann bei der elektrisch
leitenden Schicht auf der Mehrzahl der Halbleiterchips um eine einzige Schicht. Insbesondere wird die elektrisch leitende Schicht direkt auf die Halbleiterchips aufgebracht, befindet sich mit den Halbleiterchips dann also in direktem Kontakt. In diesem Fall werden zuvor keine weiteren Schichten auf die Halbleiterchips aufgebracht. Das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht kann
beispielsweise über ein Sputterverfahren oder über Aufdampfen oder über Atomlagenabscheidung, im Englischen Atomic Layer Deposition, kurz ALD, oder chemische Gasphasenabscheidung, im Englischen Chemical Vapor Deposition, kurz CVD, oder
physikalische Gasphasenabscheidung, im Englischen Physical Vapor Deposition, kurz PVD, erfolgen.
Die Dicke der elektrisch leitenden Schicht beträgt
beispielsweise zumindest 20 nm oder 100 nm oder 300 nm.
Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke der elektrisch leitenden Schicht höchstens 2 ym oder 1 ym oder 500 nm. Unter der Dicke der elektrisch leitenden Schicht wird dabei bevorzugt die maximale oder mittlere oder minimale Dicke entlang der gesamten Ausdehnung der elektrisch leitenden Schicht verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt D) eine Schutzschicht auf zumindest Teilbereiche von quer zur Kontaktfläche verlaufenden Seitenflächen der Halbleiterchips aufgebracht. Die Schutzschicht ist bevorzugt elektrisch isolierend oder nicht leitend. Beispielsweise weist die
Schutzschicht ein Polymer oder ein Acrylat oder ein Omocer oder ein Epoxidharz oder einen Fotolack oder einen Kunststoff, wie einen weißen Kunststoff, auf oder besteht daraus. Möglich ist hier zum Beispiel ein Silikon oder Harz mit darin eingebrachten Titandioxidpartikeln. Die
Schichtdicke der Schutzschicht auf den Seitenflächen ist vor oder nach einem etwaigen Vereinzelungsprozess der
Halbleiterchips zum Beispiel zumindest 10 ym oder 20 ym oder 50 ym. Alternativ oder zusätzlich ist die Schutzschicht auf den Seitenflächen höchstens 100 ym oder 80 ym oder 70 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
E) eine Konverterschicht elektrophoretisch auf der elektrisch leitenden Schicht abgeschieden, insbesondere direkt und/oder formschlüssig auf der elektrisch leitenden Schicht
abgeschieden. Die Konverterschicht ist dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest einen Teil einer von den Halbleiterchips emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren.
Die Halbleiterchips emittieren im Betrieb beispielsweise sichtbares Licht zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm oder Licht im UV-Bereich zwischen einschließlich 200 nm und 400 nm. Die Konverterschicht konvertiert die vom
Halbleiterchip emittierte Strahlung beispielsweise in
sichtbares Licht, wie rotes und/oder gelbes und/oder grünes und/oder blaues Licht. Insbesondere ist denkbar, dass die Konverterschicht eine Vollkonversion der aus den
Halbleiterchips emittierten Strahlung bewirkt.
Zur elektrophoretischen Abscheidung der Konverterschicht wird der Träger mit den Halbleiterchips beispielsweise in ein
Elektrophoresebad getaucht, das zum Beispiel mit organischen Lösungsmitteln und Konverterpartikeln versetzt ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Elektrophoresebad wandern die abzuscheidenden Konverterpartikel zu der
insbesondere freiliegenden, elektrisch leitenden Schicht und setzen sich auf dieser ab. Auf diese Weise bildet sich die Konverterschicht, die bevorzugt in direktem Kontakt mit der elektrisch leitenden Schicht ist.
Insbesondere ist die durch das Elektrophoreseverfahren abgeschiedene Konverterschicht zusammenhängend, durchgehend und unterbrechungsfrei auf der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet. Die Konverterschicht bedeckt bevorzugt die
Bereiche oder Seiten der Halbleiterchips, die nicht vom
Träger oder der Schutzschicht überdeckt sind, teilweise oder vollständig. Insbesondere wird also im Schritt E) jeweils eine vom Träger abgewandte Strahlungsaustrittsseite der
Halbleiterchips von der Konverterschicht bedeckt.
Als Materialien für Konverterpartikel der Konverterschicht eignen sich beispielsweise Granate, wie
(Y, Lu, Gd, Tb)3(Al]__x, Gax) 5O12 : Ce3+ oder dotierte
Siliziumnitride, wie (Ca, Ba, Sr) 2Si5Ng : Eu24", oder dotierte Siliziumaluminiumnitride, wie (Ca, Sr) AIS1N3 : Eu24" oder
Sr(Ca, Sr) Si2Al2N6 :Eu2+ oder (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20 : Eu2+ oder (Ca, Sr) AI ( ]__4x/3 ) Si ( ]_+x) N3 : Ce (x=0,2-0,5), oder
Siliziumoxinitride, wie (Ba, Sr, Ca) Si202N2 : Eu2 + oder
AE2_x_aRExEuaSi1_y04_x_2yNx oder AE2_x_aRExEuaSi1_y04_x_2yNy, oder dotierte Siliziumoxide, wie (Ba, Sr, Ca) 2Si04 : Eu2 + oder CagMg (S1O4) 4C12 :Eu2+, wobei AE ein Erdalkalimetall und RE ein Seltenerd-Metall ist. Die Konverterpartikel haben beispielsweise Korngrößen von zumindest 100 nm oder 1 ym oder 10 ym. Alternativ oder zusätzlich sind die Korngrößen höchstens 50 ym oder 20 ym oder 1 ym. Neben der Konverterschicht können auch weitere Schichten, zum Beispiel mit Materialien zur Lichtstreuung und/oder mit
Farbpigmenten, auf der elektrisch leitenden Schicht
abgeschieden werden, insbesondere elektrophoretisch
abgeschieden werden. Auch können Materialien zur
Lichtstreuung und/oder Farbpigmente gemeinsam mit den
Konverterpartikeln in einem gemeinsamen Elektrophoreseprozess abgeschieden werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
F) die elektrisch leitende Schicht aus Bereichen zwischen der Konverterschicht und den Halbleiterchips entfernt. Das
Entfernen kann beispielsweise über einen protischen
Reaktionspartner und/oder ein Lösungsmittel erfolgen. Dabei wird die elektrisch leitende Schicht unterhalb der
Konverterschicht strukturell verändert und/oder herausgelöst. Insbesondere wird durch das Herauslösen oder das strukturelle Verändern der elektrisch leitenden Schicht erreicht, dass zumindest 90 % oder 95 % oder 99 % der aus dem Halbleiterchip austretenden elektromagnetischen Strahlung in die
Konverterschicht gelangen. Eine zuvor möglicherweise
vorhandene Strahlungsabsorbierende Wirkung der elektrisch leitenden Schicht wird durch das Entfernen bevorzugt
reduziert oder eliminiert.
Jedes mit diesem Verfahren hergestellte optoelektronische Bauelement umfasst dann beispielsweise genau einen
Halbleiterchip mit der darauf aufgebrachten Konverterschicht und der auf zumindest Teilbereichen der Seitenflächen der Halbleiterchips verbleibenden elektrisch leitenden Schicht. Bevorzugt sind dabei Halbleiterschichten des Halbleiterchips durch eine Isolierungsschicht an den Seitenflächen von der elektrisch leitenden Schicht isoliert, sodass spätere
Kurzschlüsse während des Betriebs vermieden werden.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente einen Schritt A) , in dem ein Träger und eine Mehrzahl optoelektronischer
Halbleiterchips bereitgestellt wird, wobei jeder
Halbleiterchip Kontaktelemente zur externen elektrischen Kontaktierung aufweist, die auf einer Kontaktseite des
Halbleiterchips angeordnet sind. In einem Schritt B) werden die Halbleiterchips lateral nebeneinander auf dem Träger aufgebracht, wobei beim Aufbringen die Kontaktseiten dem Träger zugewandt werden. In einem Schritt C) wird eine elektrisch leitende Schicht auf zumindest Teilbereiche der nicht vom Träger bedeckten Seiten der Halbleiterchips aufgebracht, wobei die elektrisch leitende Schicht
zusammenhängend ausgebildet ist. In einem Schritt D) wird eine Schutzschicht auf zumindest Teilbereiche von quer zur Kontaktfläche verlaufenden Seitenflächen der Halbleiterchips aufgebracht. In einem Schritt E) wird eine Konverterschicht auf der elektrisch leitenden Schicht elektrophoretisch abgeschieden, wobei die Konverterschicht dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest einen Teil einer von den Halbleiterchips emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren. Die elektrisch leitende Schicht wird in einem Schritt F) aus Bereichen zwischen der Konverterschicht und den
Halbleiterchips entfernt. Der hier beschriebenen Erfindung liegt insbesondere die Idee zugrunde, Halbleiterchips mit einem Konverterelement in Form einer dünnen Konverterschicht über ein elektrophoretisches Verfahren zu bedecken. Durch die dünne Konverterschicht sind die thermischen Eigenschaften der fertigen Bauelemente gegenüber Bauelementen mit dicken Konverterelementen
verbessert. Insbesondere kommt es dann zu einer weniger starken Aufheizung der Halbleiterchips oder der
Konverterelemente, wodurch typische Temperatureffekte, wie Verfärbungen und Rissbildungen im Konverterelement oder Verschiebung der Farbkoordinaten oder Effizienzeinbrüche, reduziert werden können. Außerdem hat eine dünne
Konverterschicht gegenüber zum Beispiel einem dicken
Konverterverguss den Vorteil, dass weniger Strahlung in
Richtung der Rückseite, zum Beispiel in Richtung eines
Anschlussträgers, emittiert wird.
Weiterhin wird bei der Erfindung ausgenutzt, dass zur elektrophoretischen Abscheidung eine elektrisch leitende Schicht, wie eine Metallschicht, verwendet wird. Diese elektrisch leitende Schicht kann zum Beispiel spiegelnd für eine von den Halbleiterchips im Betrieb emittierte Strahlung sein. Dadurch, dass die Seitenflächen der Halbleiterchips im Schritt D) mit der Schutzschicht bedeckt werden, wird zum einen vermieden, dass sich die Konverterschicht auf den
Seitenflächen der Halbleiterchips absetzt, zum anderen schützt die Schutzschicht bevorzugt die elektrisch leitende Schicht im Schritt E) vor einem Ablösen, sodass die
elektrisch leitende Schicht nach dem Schritt E) immer noch die Seitenflächen bedeckt und bevorzugt verspiegelt.
Insgesamt bietet das Verfahren also eine homogene Abscheidung von Konverterschichten auf Halbleiterchips und ein
Verspiegeln von Seitenflächen der Halbleiterchips in nur wenigen Prozessschritten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis F) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verhindert die
Schutzschicht im Schritt F) ein Entfernen der elektrisch leitenden Schicht in den von der Schutzschicht überdeckten Bereichen. Bevorzugt wird die elektrisch leitende Schicht in Bereichen unter der Schutzschicht im Schritt E) nahezu überhaupt nicht strukturell verändert oder herausgelöst, sodass in diesen Bereichen zum Beispiel zumindest 90 % oder 95 % oder 100 % der ursprünglich ausgebildeten elektrisch leitenden Schicht erhalten bleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bleiben die von der Schutzschicht bedeckten Bereiche der elektrisch leitenden Schicht im Schritt E) frei von der Konverterschicht.
Insbesondere kommt es in diesen Bereichen zu keinem direkten Kontakt der Konverterschicht und der elektrisch leitenden Schicht. Bevorzugt sind die Seitenflächen der Halbleiterchips oder zumindest die von der Schutzschicht bedeckten Bereiche der Seitenflächen der Halbleiterchips bei den fertigen
Bauelementen also nicht von der Konverterschicht überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektrisch leitende Schicht spiegelnd für eine im Betrieb vom
Halbleiterchip erzeugte Strahlung. Zum Beispiel weist die elektrisch leitende Schicht eine Reflektivität für diese Strahlung von zumindest 80 % oder 90 % oder 95 % auf. Dabei kann die Reflektivität beispielsweise eine mittlere, über das gesamte Emissionsspektrum des Halbleiterchips gemittelte Reflektivität sein. Es ist auch möglich, dass die
Reflektivität bei der Wellenlänge angegeben ist, bei der das Emissionsspektrum des Halbleiterchips ein globales Intensitätsmaximum aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die elektrisch leitende Schicht im Schritt C) auf alle nicht vom Träger bedeckten Seiten der Halbleiterchips aufgebracht. Bevorzugt überdeckt die elektrisch leitende Schicht während oder nach dem Schritt C) alle diese Seiten, insbesondere die
Seitenflächen der Halbleiterchips zu zumindest 90 % oder 95 % oder 99 % oder vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt D) zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips befindliche
Freiräume mit der Schutzschicht aufgefüllt. In den Freiräumen kann der Träger vor dem Auffüllen frei liegen. Insbesondere handelt es sich bei der Schutzschicht um ein Vergussmaterial, mit dem die Freiräume vollständig aufgefüllt werden können. Die Schutzschicht wird dabei bevorzugt ringsum die
Halbleiterchips angeordnet, sodass zumindest jeweils eine oder alle Seitenflächen der Halbleiterchips jeweils zu zumindest 90 % oder 95 % oder 100 % von der Schutzschicht bedeckt werden.
Die Schutzschicht beziehungsweise das Vergussmaterial kann beispielsweise durch eines der folgenden Verfahren zwischen den Bauelementen eingebracht und/oder strukturiert werden: Photolithographie, Laserdirektschreiben, Laserablation,
Abformtechnologie, wie Prägen, Mikrosprühauftragung,
Siebdruck, Tampondruck, Jetten, Dispensen, Spritzgießen, englisch Inj ection-Molding, Spritzpressen, englisch Transfer- Molding, Sprühtechnik, Folientechnik. Die Schutzschicht kann nach dem Vereinzeln der
Halbleiterchips wieder von den Halbleiterchips abgelöst werden. Alternativ verbleibt die Schutzschicht auch in den fertigen Bauelementen auf den Seitenflächen der
Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bleibt im Schritt D) jeweils eine der Kontaktseite der Halbleiterchips
gegenüberliegende Strahlungsaustrittseite teilweise oder vollständig frei von der Schutzschicht. Die
Strahlungsaustrittsseite ist insbesondere die Seite, die im Schritt E) teilweise oder vollständig von der
Konverterschicht überdeckt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf dem Träger eine Verbindungsschicht aufgebracht. Beim Aufbringen im Schritt B) werden die Kontaktelemente beispielsweise so tief in die Verbindungsschicht eingedrückt, dass die Kontaktelemente im Schritt C) vor einer Bedeckung mit der elektrisch leitenden Schicht und somit vor der Gefahr von Kurzschlüssen geschützt sind. Dazu werden die Kontaktelemente beispielsweise
vollständig in die Verbindungsschicht eingedrückt. Die
Verbindungsschicht ist also bevorzugt verformbar und/oder elastisch .
Insbesondere erstreckt sich die Verbindungsschicht
durchgehend und zusammenhängend entlang des Trägers und weist keine Unterbrechungen zwischen den Halbleiterchips oder im Bereich der Halbleiterchips auf. Die Verbindungsschicht hat beispielsweise eine Dicke von zumindest 2 ym oder 5 ym oder 10 ym. Alternativ oder zusätzlich hat die Verbindungsschicht eine Dicke von höchstens 30 ym oder 20 ym oder 15 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Verbindungsschicht ein thermoplastisches Material auf oder besteht daraus. Thermoplaste sind insbesondere Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. Zum Aufbringen der Halbleiterchips auf dem Träger kann also die Verbindungsschicht bevorzugt auf eine
entsprechende Temperatur gebracht werden, so dass die
Kontaktelemente in die Verbindungsschicht eingedrückt werden können. Die Erfinder haben herausgefunden, dass
Verbindungsschichten, zum Beispiel aus thermoplastischen Materialien, auch einen besonders guten Schutz der
Kontaktelemente vor insbesondere nasschemischen Prozessen bieten . Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Halbleiterchips nach dem Schritt F) von dem Träger abgelöst, beispielsweise durch entsprechendes Erwärmen der
Verbindungsschicht oder des Trägers. Die Halbleiterchips mit der Konverterschicht können nach dem Ablösen oder vor dem Ablösen vom Träger vereinzelt werden, beispielsweise entlang von Trennungsebenen durch das Vergussmaterial in Form der Schutzschicht. Auf diese Weise werden einzelne
optoelektronische Bauelemente erzeugt. Die Kontaktelemente der Halbleiterchips liegen bei den fertigen Bauelementen bevorzugt frei und sind frei zugänglich.
Insbesondere sind die vom Träger abgelösten und vereinzelten Bauelemente auch ohne weitere Vergussmaterialien, also auch ohne die Schutzschicht, mechanisch selbsttragend und stabil ausgebildet. Die optoelektronischen Bauelemente sind in ihren Abmessungen bevorzugt an die Abmessungen der Halbleiterchips angepasst, weichen also in ihren lateralen und/oder vertikalen Abmessungen um weniger als 10 % oder 5 % oder 1 % von den entsprechenden Abmessungen der Halbleiterchips ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt die
Konverterschicht nach dem Schritt E) die
Strahlungsaustrittsseiten der Halbleiterchips zu zumindest 90 % oder 95 % oder 99 % oder vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt F) die elektrisch leitende Schicht mittels eines nasschemischen Prozesses entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die elektrisch leitende Schicht zumindest ein Metall oder eine
Metalllegierung auf oder besteht daraus. Mögliche Metalle sind zum Beispiel: AI, Ag, Au, Ti, Pt, Li, Na, Ka, Ru, Cs, Be, Ca, Mg, Sr, Ba, Sc, Si, Ga, Sn. Möglich ist aber auch, dass die elektrisch leitende Schicht ein leitfähiges
transparentes Material, wie ITO oder ZnO, umfasst oder daraus besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt F) das Metall der elektrisch leitenden Schicht durch eine chemische Reaktion teilweise oder vollständig in ein Salz aus dem
Metall umgewandelt. Dazu kann die elektrisch leitende Schicht beispielsweise mit einem protischen Reaktionspartner in
Kontakt gebracht werden und anschließend mit einem
Lösungsmittel herausgewaschen werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2014/001149 AI bekannt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
Stoffmengenanteil des Salzes in der Konverterschicht nach dem Schritt F) zumindest 0,001 % oder 0,01 % oder 0,1 %.
Alternativ oder zusätzlich beträgt der Stoffmengenanteil des Salzes höchstens 2 % oder höchstens 1 % oder 0,5 %. Dabei kann das Salz tatsächlich innerhalb der Konverterschicht verteilt sein und/oder eine separate Schicht unterhalb der Konverterschicht bilden. Im letzteren Fall wird diese
separate Schicht zum Beispiel als Teil der Konverterschicht betrachtet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Konverterschicht nach dem Abscheideprozess im Schritt E) eine homogene Schichtdicke mit maximalen Dickenschwankungen von 20 % oder 10 % oder 5 % oder 3 % oder 1 % um einen Mittelwert der Schichtdicke auf. Der Mittelwert der Schichtdicke wird beispielsweise entlang der gesamten Ausdehnung der
Konverterschicht bestimmt. Durch eine solch homogene
Schichtdicke kann eine besonders hohe Farborthomogenität entlang der gesamten Strahlungsaustrittsfläche der
Halbleiterchips realisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die
Schichtdicke der Konverterschicht nach dem Schritt F) höchstens 70 ym oder 50 ym oder 30 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Schichtdicke nach dem Schritt F) zumindest 10 ym oder 20 ym oder 30 ym. Unter der Schichtdicke wird dabei beispielsweise die maximale oder mittlere
Schichtdicke der Konverterschicht verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft die
Konverterschicht nach dem Schritt F) auf jedem einzelnen Halbleiterchip, insbesondere auf der
Strahlungsaustrittsfläche, durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konverterschicht aus einem Pulver von Konverterpartikeln gebildet. Die Konverterschicht ist also frei von einem
Bindemittel, wie einem Silikon oder einem Harz, das die einzelnen Konverterpartikel miteinander verbindet. Bevorzugt ist der Stoffmengenanteil der Konverterpartikel in der
Konverterschicht zumindest 90 % oder 95 % oder 99 %. Die Konverterschicht für sich alleine genommen ist beispielsweise porös und/oder bröckelig und/oder zerbrechlich und/oder mechanisch instabil. Insbesondere ist die Konverterschicht nicht keramisch und/oder nicht gesintert. Die
Konverterschicht kann zum Beispiel auf dem Halbleiterchip über Van-der-Waals-Kräfte zumindest vorübergehend formstabil gehalten sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Konverterschicht nach dem Schritt E) mit einer Kapselschicht umgeben, zum Beispiel formschlüssig umgeben. Die
Kapselschicht kann in direktem Kontakt mit der
Konverterschicht sein und verhindert bevorzugt ein späteres Abblättern oder Abbröckeln oder Ablösen der Konverterschicht von den Halbleiterchips. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Konverterschicht bevorzugt aus einem Pulver von Konverterpartikeln besteht. Die Kapselschicht weist beispielsweise ein Silikon oder Parylen oder Harz auf oder besteht daraus. Die Schichtdicke der Kapselschicht auf der Konverterschicht beträgt beispielsweise zumindest 100 nm oder 500 nm oder 1 ym. Alternativ oder zusätzlich ist die Schichtdicke der Kapselschicht höchstens 500 ym oder 300 ym oder 100 ym oder 10 ym. Insbesondere kann es sich bei der Kapselschicht auch um einen Verguss, beispielsweise um einen Silikonverguss , handeln, der auf den Halbleiterchips mit der Konverterschicht aufgebracht ist. Es ist aber auch möglich, zwischen der Kapselschicht und der Konverterschicht noch eine dünne Fixierungsschicht zur
Fixierung der Konverterpartikel oder der Konverterschicht auf den Halbleiterchips anzuordnen. Die Fixierungsschicht basiert beispielsweise auf einem Polymer und hat eine Dicke zwischen einschließlich 100 nm und 1 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Kapselschicht ein transparentes Material oder besteht daraus. Insbesondere ist das transparente Material für die von dem Halbleiterchip und/oder für die von dem Konverterelement emittierte Strahlung zu zumindest 80 % oder 90 % oder 95 % durchlässig . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger eine Leiterplatte, auf der die Halbleiterchips im Schritt B) elektrisch angeschlossen und mechanisch dauerhaft befestigt werden. Wird eine solche Leiterplatte als Träger verwendet, verbleibt der Träger bevorzugt auf den Halbleiterchips, wird also nicht nach dem Schritt F) von den Halbleiterchips abgelöst. Bei der Leiterplatte kann es sich beispielsweise um ein Aktivmatrixelement handeln, über das die einzelnen
Halbleiterchips einzeln und unabhängig voneinander
angesteuert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf dem Träger für jeden Halbleiterchip ein Schutzrahmen, zum Beispiel aus einem gegen nasschemische Prozesse resistenten Kunststoff,
aufgebracht. Beim Aufbringen im Schritt B) werden die
Halbleiterchips dann bevorzugt so auf dem Träger platziert, dass die Kontaktelemente teilweise oder vollständig von dem entsprechenden Schutzrahmen umgeben sind. Insbesondere soll der Schutzrahmen ein Bedecken der Kontaktelemente mit der elektrisch leitenden Schicht im Schritt C) verhindern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterchips um sogenannte Volumenemitter mit einem
Aufwachssubstrat und einer auf dem Aufwachssubstrat
gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Das Aufwachssubstrat bildet dabei gleichzeitig die stabilisierende Komponente in dem Halbleiterchip; weitere Stabilisierungsmaßnahmen sind dann nicht nötig. Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise Saphir oder Silizium oder Germanium oder SiC oder GaN
aufweisen oder daraus bestehen. Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial , insbesondere auf AlInGaN oder AlGaAs . Außerdem weist die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt eine aktive Schicht auf, die zumindest einen pn-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Es kann sich also bei den Halbleiterchips um sogenannte Flip-Chips, insbesondere Saphir-Flip-Chips, handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterchips jeweils Dünnfilmhalbleiterchips mit einem den Halbleiterchip stabilisierenden Substrat und einer auf dem Substrat aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge. Das Substrat ist dabei vom Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge unterschiedlich, und das Aufwachssubstrat ist entfernt. Das Substrat selbst bildet dann zum Beispiel alleine die
stabilisierende Komponente des Halbleiterchips, ohne dass Reste eines Aufwachssubstrats zur Stabilisierung beitragen oder beitragen müssen. Die Kontaktelemente sind in diesem Fall bevorzugt auf einer der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Seite des Substrats aufgebracht.
Darüber hinaus wird ein oberflächenmontierbares
optoelektronisches Bauelement angegeben. Das
optoelektronische Bauelement kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten
Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
oberflächenmontierbare optoelektronische Bauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip mit freiliegenden
Kontaktelementen zur externen elektrischen Kontaktierung des Bauelements auf. Die Kontaktelemente sind dabei auf einer gemeinsamen Kontaktseite des Halbleiterchips angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf einer der
Kontaktseite gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsseite eine durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei
ausgebildete Konverterschicht aufgebracht, insbesondere direkt aufgebracht, wobei die Konverterschicht die
Strahlungsaustrittsseite zu zumindest 90 % überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Kapselschicht auf die Konverterschicht aufgebracht und bedeckt die
Konverterschicht vollständig und umschließt diese.
Insbesondere umgibt die Kapselschicht die Konverterschicht formschlüssig und/oder ist mit der Konverterschicht in direktem Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine elektrisch leitende Schicht auf quer zu der Kontaktseite verlaufenden Seitenflächen des Halbleiterchips aufgebracht, insbesondere direkt aufgebracht. Bevorzugt überdeckt die elektrisch leitende Schicht alle Seitenflächen jeweils zu zumindest 90 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konverterschicht dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements zumindest einen Teil einer von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Konverterschicht entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung auf dem Halbleiterchip eine homogene Schichtdicke auf mit maximalen Dickenschwankungen von 5 % um einen Mittelwert der Schichtdicke . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die
Schichtdicke der Konverterschicht höchstens 70 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konverterschicht ein Pulver aus Konverterpartikeln, das durch die Kapselschicht auf dem Halbleiterchip gehalten wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die elektrisch leitende Schicht eine Schichtdicke zwischen einschließlich 100 nm und 500 nm auf. Die Reflektivität der elektrisch leitenden Schicht für eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung beträgt zum Beispiel zumindest 80 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Konverterschicht ein Salz eines Metalls auf, dessen
Stoffmengenanteil in der Konverterschicht zwischen
einschließlich 0,001 % und 2 % beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die spiegelnde, metallische Schicht und damit auf die Seitenflächen der
Halbleiterchips eine Schutzschicht aufgebracht, die
unterbrechungsfrei rings um den Halbleiterchip verläuft. Die Schutzschicht weist zum Beispiel einen weißen Kunststoff auf oder besteht daraus.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren zur
Herstellung optoelektronischer Bauelemente sowie ein hier beschriebenes oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt; vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen: Figuren 1A bis 2 Querschnittsansichten verschiedener
Verfahrensschritte zur Herstellung von
Ausführungsbeispielen optoelektronischer Bauelemente, Figuren 3A bis 3C Ausführungsbeispiele eines
oberflächenmontierbaren optoelektronischen Bauelements in Querschnittsansicht, Figuren 4A und 4B jeweils ein Leuchtmittel in
Querschnittsansicht mit einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen, Figur 5 Strahlungscharakteristika verschiedenerer
optoelektronischer Bauelemente.
Figur 1A zeigt einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung von Ausführungsbeispielen optoelektronischer Bauelemente 100. Dabei werden ein Träger 2, beispielsweise ein Glasträger, und Halbleiterchips 1 bereitgestellt. Die Halbleiterchips 1 umfassen ein Substrat 13 und eine darauf aufgebrachte
Halbleiterschichtenfolge 14. Bei dem Substrat 13 handelt es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 14. Das Substrat 13 ist
beispielsweise ein Saphirsubstrat, auf dem eine AlInGaN- Halbleiterschichtenfolge 14 aufgewachsen ist. Eine dem
Aufwachssubstrat 13 abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge 14 ist als Kontaktseite 12
ausgebildet, auf der Kontaktelemente 10, 11 zur externen elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 14 beziehungsweise des Halbleiterchips 1 angebracht sind.
Eine der Kontaktseite 12 abgewandte Seite des Halbleiterchips 1 ist jeweils als Strahlungsaustrittsseite 16 ausgebildet, über die im Betrieb ein Großteil, zum Beispiel zumindest 90 %, der vom Halbleiterchip 1 erzeugten Strahlung, emittiert wird. Die Kontaktseite 12 und die Strahlungsseite 16 sind über quer zur Kontaktseite 12 verlaufende Seitenflächen 15 miteinander verbunden.
Im Verfahrensschritt der Figur 1A werden die Halbleiterchips 1 auf den Träger 2 aufgebracht, wobei die Kontaktseiten 12 dem Träger 2 zugewandt sind. Auf dem Träger 2 ist außerdem eine durchgehend und zusammenhängend ausgebildete
Verbindungsschicht 20 aufgebracht, die beispielsweise aus einem thermoplastischen Material besteht.
In dem in Figur 1B gezeigten Verfahrensschritt sind die
Halbleiterchips 1 auf dem Träger 2 lateral nebeneinander angeordnet, wobei die Kontaktelemente 10, 11 in die
Verbindungsschicht 20 eingedrückt, insbesondere vollständig eingedrückt, und in der Verbindungsschicht 20 eingebettet sind. Auf diese Weise werden die Kontaktelemente 10, 11 durch die Verbindungsschicht 20 vor Einflüssen aus weiteren
Verfahrensschritten geschützt. Zum Beispiel wurden die
Halbleiterchips 1 soweit eingedrückt, dass das
Aufwachssubstrat 13 die Verbindungsschicht 20 berührt. Dazu sind beispielsweise die Verbindungsschicht 20 und/oder der Träger 2 und/oder die Halbleiterchips 1 auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, bei der sich die Halbleiterchips 1 in die Verbindungsschicht 20 eindrücken lassen. Vorliegend wurde der Träger 2 auf zirka 80 °C, die Halbleiterchips 1 auf zirka 200 °C erwärmt.
Außerdem ist in Figur 1B erkennbar, dass die Halbleiterchips 1 lateral zueinander beabstandet sind, also zwischen den Halbleiterchips 1 Zwischenräume gebildet sind, in denen der Träger 2 oder die Verbindungsschicht 20 freiliegt.
Im Verfahrensschritt der Figur IC ist gezeigt, wie eine elektrisch leitende Schicht 4, zum Beispiel aus einem Metall, wie AI oder Ag, formschlüssig und direkt auf die
Halbleiterchips 1 und den Träger 2 aufgebracht wird. Die elektrisch leitende Schicht 4 wird dabei als durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildete Schicht aufgebracht, die alle Seiten der Halbleiterchips 1, die nicht vom Träger 2 überdeckt sind, bedeckt. Auch die Bereiche des Trägers 2 zwischen den Halbleiterchips 1 sind von der
elektrisch leitenden Schicht 4 bedeckt.
Das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht 4 kann beispielsweise über ein Sputterverfahren oder über Verdampfen oder über Atomlagenabscheidung erfolgen. Vorliegend weist die elektrisch leitende Schicht 4 beispielsweise eine
Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm und 2 ym auf.
Insbesondere hat die elektrisch leitende Schicht 4 eine
Reflektivität für eine von den Halbleiterchips 1 emittierte Strahlung von zumindest 80 %. In Figur 1D ist ein Verfahrensschritt gezeigt, bei dem zwischen die Halbleiterchips 1 eine Schutzschicht 7 in Form eines Vergussmaterials eingebracht wird. Das Einbringen der Schutzschicht 7 kann beispielsweise über Jetten oder Transfer Molding oder Injection Molding erfolgen. Bei der
Schutzschicht 7 handelt es sich beispielsweise um einen weißen Kunststoff. Die Schutzschicht 7 ist soweit zwischen den Halbleiterchips 1 aufgefüllt, dass die Seitenflächen 15 und die darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht 4 vollständig von der Schutzschicht 7 bedeckt werden. Dabei umformt die Schutzschicht 7 die Halbleiterchips 1 seitlich und umschließt diese vollständig.
Außerdem ist in Figur 1D gezeigt, wie eine Konverterschicht 5 auf die Halbleiterchips 1 aufgebracht wird. Die
Konverterschicht 5 wird dabei bevorzugt nach dem Aufbringen der Schutzschicht 7 aufgebracht. Das Aufbringen der
Konverterschicht 5 erfolgt über ein Elektrophoreseverfahren, wie es zum Beispiel in der Druckschrift WO 2014/001149 AI beschrieben ist. Dabei setzt sich die Konverterschicht 5 nur auf den nicht von der Schutzschicht 7 überdeckten Bereichen der elektrisch leitenden Schicht 4 ab, vorliegend also nur auf den Strahlungsaustrittsseiten 16 der Halbleiterchips 1. Auf den Strahlungsaustrittsseiten 16 verläuft die
Konverterschicht 5 jeweils zusammenhängend, durchgehend und unterbrechungsfrei .
Die Konverterschicht 5 ist bevorzugt aus einem Pulver von Konverterpartikeln gebildet, ist also verbindungsmittelfrei . Ferner beträgt eine Schichtdicke der Konverterschicht 5 bevorzugt höchstens 70 ym. Die Bereiche zwischen den
Halbleiterchips 1, die mit der Schutzschicht 7 befüllt sind, sind nicht von der Konverterschicht 5 überdeckt.
In Figur IE ist ein weiterer Verfahrensschritt gezeigt, in dem die zwischen den Halbleiterchips 1 und der
Konverterschicht 5 angeordnete elektrisch leitende Schicht 4 entfernt wurde. Das Entfernen kann beispielsweise über einen nasschemischen Prozess erfolgen, wobei das Metall der
elektrisch leitenden Schicht 4 in ein Salz des Metalls umgewandelt wird. Außerdem kann das Salz zumindest teilweise durch ein Lösungsmittel aus der Konverterschicht 5 entfernt sein .
In Figur IE erfolgt ein Entfernen der elektrisch leitenden Schicht überwiegend oder ausschließlich im Bereich der
Strahlungsaustrittsseite 16. Die Seitenflächen 15 der
Halbleiterchips 1 bleiben nach wie vor von der elektrisch leitenden Schicht 4 bedeckt, insbesondere vollständig
bedeckt. Die Schutzschicht 7 schützt in dem Verfahrensschritt die elektrisch leitende Schicht 4 vor dem nasschemischen Prozess . In Figur 1F ist ein zusätzlicher Zwischenschritt gezeigt, bei dem die Schutzschicht 7 von den Seitenflächen 15 wieder entfernt wird, insbesondere vollständig entfernt wird. Dies kann wiederum durch ein Lösungsmittel erfolgen. Der Schritt des Entfernens der Schutzschicht 7 ist optional.
Im Verfahrensschritt der Figur IG ist der Träger 2 von den Halbleiterchips 1 abgelöst, die Halbleiterchips 1 sind aber nach wie vor durch das Vergussmaterial in Form der
Schutzschicht 7 miteinander verbunden.
Im Verfahrensschritt der Figur 1H wird außerdem die
Verbindungsschicht 20 von den Kontaktseiten 12
beziehungsweise den Kontaktelementen 10, 11 der
Halbleiterchips 1 abgelöst. Das Ablösen des Trägers 2
und/oder der Verbindungsschicht 20 kann beispielsweise durch Erwärmen der Halbleiterchips 1, des Trägers 2 oder der
Verbindungsschicht 20 erfolgen. Im Ausführungsbeispiel der Figur II werden die nach wie vor miteinander verbundenen Halbleiterchips 1 auf einen
Zwischenträger aufgebracht, wobei die Konverterschichten 5 der Halbleiterchips 1 dem Zwischenträger zugewandt werden. Auf dem Zwischenträger werden die Halbleiterchips 1 dann entlang von Trennungsebenen, hier dargestellt durch
gestrichelte Linien, durch die Schutzschicht 7 und die elektrisch leitende Schicht 4 hindurch vereinzelt. Auf diese Weise entstehen einzelne oberflächenmontierbare,
optoelektronische Bauelemente, die jeweils einen
Halbleiterchip 1, eine Konverterschicht 5 und verspiegelte Seitenflächen 15 aufweisen. In Figur 2 ist ein alternativer Verfahrensschritt gezeigt, der im Wesentlichen dem Verfahrensschritt der Figur 1B entspricht. Im Unterschied zu Figur 1B ist auf dem Träger 2 nun aber keine Verbindungsschicht 20 aufgebracht, dafür weist der Träger 2 in Figur 2 für jeden Halbleiterchip 1 einen
Schutzrahmen 21 auf, der beispielsweise auf einem Kunststoff basiert. Der Schutzrahmen 21 erfüllt dabei im Wesentlichen die gleiche Aufgabe wie die Verbindungsschicht 20 und soll die Kontaktelemente 10, 11 während weiterer
Verfahrensschritte schützen.
In Figur 2 ist außerdem der Träger 2 als eine Leiterplatte ausgebildet, auf der Anschlussbereiche 200, 201 ausgebildet sind. Die Anschlussbereiche 200, 201 sind dabei mit den
Kontaktelementen 10, 11 elektrisch leitend verbunden, sodass über den Träger 2 die Halbleiterchips 1 elektrisch
angeschlossen sind. Bei dem Träger 2 handelt es sich
beispielsweise um ein Aktivmatrixelement, über das jeder Halbleiterchip 1 elektrisch einzeln und unabhängig
voneinander angesteuert werden kann.
In Figur 3A ist ein Ausführungsbeispiel eines
oberflächenmontierbaren optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt. Das Bauelement 100 entspricht im Wesentlichen einem der Bauelemente 100, die über die Verfahrensschritte 1A bis II hergestellt wurden. Allerdings ist bei dem Bauelement 100 der Figur 3A die Schutzschicht 7 von den Seitenflächen 15 wieder abgelöst, sodass die elektrisch leitende Schicht 4 nach außen freiliegt. Es ist auch möglich, dass zum Beispiel eine dünne Passivierungsschicht auf die elektrisch leitende
Schicht 4 aufgebracht ist und die elektrisch leitende Schicht 4 vor äußeren Einflüssen schützt. In Figur 3A überragt die Konverterschicht 5 den
Halbleiterchip 1 lateral, also parallel zur
Strahlungsaustrittsseite 16. Dabei schließt die
Konverterschicht 5 lateral bündig mit der elektrisch
leitenden Schicht 4 ab.
Außerdem ist in Figur 3A erkennbar, dass die Konverterschicht 5 mit einer Kapselschicht 6 überzogen ist, die die
Konverterschicht 5 vollständig umschließt. Die Kapselschicht 6 soll dabei ein Abbröseln oder ein Abbröckeln der
Konverterschicht 5, welche überwiegend als ein Pulver
gebildet ist, verhindern. Beispielsweise ist die
Kapselschicht 6 dabei aus einem transparenten, insbesondere klarsichtigen Material, wie S1O2 oder Silikon, gebildet.
In Figur 3B sind die Abmessungen des Bauelements der Figur 3A dargestellt. Im oberen Teil des Bildes ist der ursprüngliche Halbleiterchip 1 gezeigt, bevor auf diesen eine elektrisch leitende Schicht 4 beziehungsweise eine Konverterschicht 5 aufgebracht ist. Die laterale Abmessung des Halbleiterchips 1 parallel zur Kontaktseite 12 beträgt zirka 1015 ym. Die vertikale Abmessung senkrecht zur Kontaktseite 12 beträgt zirka 100 ym. Im unteren Teil der Figur 3B ist das optoelektronische
Bauelement 100 der Figur 3A gezeigt und mit den Abmessungen des Halbleiterchips 1 verglichen. Zu erkennen ist, dass die lateralen Abmessungen des Bauelements 100 um weniger als 1 % von den lateralen Abmessungen des Halbleiterchips 1
abweichen. Insbesondere weist die elektrisch leitende Schicht 4 eine Schichtdicke von weniger als 500 nm auf den
Seitenflächen 15 des Halbleiterchips 1 auf. Die auf der Strahlungsaustrittsseite 16 aufgebrachte Konverterschicht 5 hat eine Dicke von zirka 20 ym.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3C ist im Unterschied zu Figur 3A auf den Seitenflächen 15 beziehungsweise auf der elektrisch leitenden Schicht 4 nach wie vor die Schutzschicht 7 aufgebracht. Die Schutzschicht 7 verläuft dabei vollständig lateral rings um den Halbleiterchip 1 und bedeckt die
Seitenflächen 15 beispielsweise zu zumindest 90 %. Die
Schichtdicke der Schutzschicht 7 auf dem Halbleiterchip 100 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 50 ym und
100 ym. Die Schutzschicht 7 kann eine zusätzliche
reflektierende Wirkung für eine vom Halbleiterchip 1
emittierte Strahlung haben und verspiegelt neben der
elektrisch leitenden Schicht 4 die Seitenflächen 15 des
Halbleiterchips 1.
In Figur 4A ist ein Leuchtmittel dargestellt, bei dem auf einem Träger 2 eine Mehrzahl von hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelementen 100 aufgebracht ist. Anders als in den Figuren 1A bis II ist der Träger 2 nun kein temporärer Träger, der wieder von den Halbleiterchips 1 abgelöst wird, vielmehr verbleibt der Träger 2 dauerhaft auf den optoelektronischen Bauelementen 100. Das Leuchtmittel der Figur 4A kann zum Beispiel über die Verfahrensschritte der
Figuren 1A bis II hergestellt sein, lediglich das Ablösen des Trägers 2 entfällt.
Der Träger 2 kann zum Beispiel ein Aktivmatrixelement oder eine Leiterplatte, kurz PCB, oder eine Metallkernplatine sein. Über dem Träger 2 können die einzelnen Bauelemente 100 zum Beispiel elektrisch angeschlossen sein. Insbesondere kann durch das Leuchtmittel der Figur 4A ein Display realisiert sein, bei dem jedes Bauelement ein Pixel bildet. Durch die Verspiegelung der Seitenflächen 15 der Halbleiterchips 1 können die einzelnen Pixel des Leuchtmittels optisch
eindeutig voneinander separiert sein.
Figur 4B zeigt wie Figur 4A ein Leuchtmittel mit einer
Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen 100 auf einem Träger 2. Im Unterschied zu Figur 4A sind die Halbleiterchips 1 aber nun keine Volumenemitter mit einem
Saphiraufwachssubstrat 13 und einer darauf aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge 14. Vielmehr ist in Figur 4B von jedem einzelnen Halbleiterchip 1 das Aufwachssubstrat
abgelöst und stattdessen ist die Halbleiterschichtenfolge 14 auf ein neues Substrat 13 aufgebracht. Das Substrat 13 bildet nun statt des Aufwachssubstrats die stabilisierende
mechanische Komponente der Halbleiterchips 1. Beispielsweise ist das Substrat 13 aus Metall oder einem Halbleitermaterial gebildet. Die Halbleiterchips 1 der Figur 4B werden allgemein als Dünnfilmhalbleiterchips bezeichnet.
In Figur 5 ist die Strahlungscharakteristik einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen verglichen. Im oberen linken Teil der Figur 5 ist ein sogenannter UX:3-Chip
dargestellt, der im Wesentlichen einem Dünnfilmhalbleiterchip entspricht. Auf dem Dünnfilmhalbleiterchip ist eine
Konverterschicht 5 aufgebracht. Im rechten Teil des Bildes ist die Strahlungscharakteristik des UX3-Chips gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass diese nahezu einer Lambert ' sehen
Verteilung folgt.
Im mittleren Teil auf der linken Seite der Figur 5 ist ein wie in Figur 3A gezeigtes optoelektronisches Bauelement gezeigt (s-FC half) . Die Strahlungscharakteristik des s-FC half-Bauelements kommt der des UX:3-Chips sehr nahe.
Im unteren Teil auf der linken Seite der Figur 5 ist ein ähnliches Bauelement wie in Figur 3A gezeigt, bei dem nun aber zusätzlich auch Seitenflächen der Konverterschicht 5 mit der elektrisch leitenden Schicht 4 überdeckt sind (s-FC- full) . Der Unterschied zum s-FC half-Bauelement bezüglich der Strahlungscharakteristik ist nur gering.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombinationen selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterchip
2 Träger
4 elektrisch leitende Schicht
5 Konverterschicht
6 KapselSchicht
7 Schutzschicht
10 Kontaktelernent
11 Kontaktelernent
12 Kontaktseite
13 Substrat
14 Halbleiterschichtenfolge
15 Seitenfläche des Halbleiterchips 1
16 Strahlungsaustrittsseite
20 Verbindungsschicht
21 Schutzrahmen
100 optoelektronisches Bauelement
200 Anschlussbereich
201 Anschlussbereich

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung optoelektronischer
Bauelemente (100) umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Träger (2) und einer Mehrzahl optoelektronischen Halbleiterchips (1), wobei jeder Halbleiterchip (1) Kontaktelemente (10, 11) zur
externen elektrischen Kontaktierung aufweist, die auf einer Kontaktseite (12) des Halbleiterchips (1)
angeordnet sind;
B) Aufbringen der Halbleiterchips (1) lateral
nebeneinander auf den Träger (2), wobei beim Aufbringen die Kontaktseiten (12) dem Träger (2) zugewandt werden;
C) Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (4) auf zumindest Teilbereiche der nicht vom Träger (2) bedeckten Seiten der Halbleiterchips (1), wobei die elektrisch leitende Schicht (4) zusammenhängend
ausgebildet wird;
D) Aufbringen einer Schutzschicht (7) auf zumindest Teilbereiche von quer zur Kontaktfläche (12)
verlaufenden Seitenflächen (15) der Halbleiterchips (l) ;
E) elektrophoretisches Abscheiden einer
Konverterschicht (5) auf der elektrisch leitenden
Schicht (4), wobei die Konverterschicht (5) dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb
zumindest einen Teil einer von den Halbleiterchips (1) emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs zu konvertieren;
F) Entfernen der elektrisch leitenden Schicht (4) aus Bereichen zwischen der Konverterschicht (5) und den Halbleiterchips (1) . Verfahren nach Anspruch 1, wobei
- die Schutzschicht (7) im Schritt F) ein Entfernen der elektrisch leitenden Schicht (4) in von der
Schutzschicht (7) überdeckten Bereichen verhindert,
- die von der Schutzschicht (7) bedeckten Bereiche der elektrisch leitenden Schicht (4) im Schritt E) von der Konverterschicht (5) frei bleiben,
- die elektrisch leitende Schicht (4) spiegelnd für ein von den Halbleiterchips (1) im Betrieb emittiertes Licht ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei
- im Schritt C) die elektrisch leitende Schicht auf alle nicht vom Träger (2) bedeckten Seiten der
Halbleiterchips (1) aufgebracht wird und dabei die Seitenflächen (15) jeweils zu zumindest 90 %
überdeckt,
- im Schritt D) zwischen zwei benachbarten
Halbleiterchips (1) befindliche Freiräume mit der Schutzschicht (7) aufgefüllt werden, wobei die
Schutzschicht (7) lateral rings um die
Halbleiterchips (1) angeordnet wird, sodass alle Seitenflächen (15) der Halbleiterchips (1) jeweils zu zumindest 90 % von der Schutzschicht (7) bedeckt werden .
Verfahren nach mindestens Anspruch 1,
wobei im Schritt D) jeweils eine der Kontaktseite (12) der Halbleiterchips (1) gegenüberliegende
Strahlungsaustrittseite (16) zumindest teilweise frei von der Schutzschicht (7) bleibt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- auf dem Träger (2) eine Verbindungsschicht (20) aufgebracht ist,
- beim Aufbringen im Schritt B) die Kontaktelemente
(10, 11) so tief in die Verbindungsschicht (20) eingedrückt werden, dass die Kontaktelemente (10, 11) im Schritt C) vor einer Bedeckung mit der elektrisch leitenden Schicht (4) geschützt sind,
- die Verbindungsschicht (20) ein thermoplastisches
Material aufweist oder daraus besteht,
- die Halbleiterchips (1) nach dem Schritt F) von dem Träger (2) abgelöst und vereinzelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- im Schritt F) die elektrisch leitende Schicht (4) mittels eines nasschemischen Prozesses entfernt wird,
- die elektrisch leitende Schicht (4) zumindest ein
Metall aufweist oder aus zumindest einem Metall gebildet ist,
- im Schritt F) das Metall durch eine chemische
Reaktion teilweise oder vollständig in ein Salz aus dem Metall umgewandelt wird,
- nach dem Schritt F) der Stoffmengenanteil des Salzes in der Konverterschicht (5) zwischen einschließlich 0, 001 % und 2 % beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Konverterschicht (5) entlang ihrer gesamten
Ausdehnung auf den Halbleiterchips (1) eine homogene Schichtdicke aufweist mit maximalen Dickenschwankungen von 5 % von einem Mittelwert der Schichtdicke,
- die Schichtdicke der Konverterschicht (5) nach dem Schritt F) höchstens 70 ym beträgt,
- die Konverterschicht (5) nach dem Schritt F)
durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei auf den Halbleiterchips (1) verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Konverterschicht (5) aus einem Pulver von
Konverterpartikeln besteht,
- die Konverterschicht (5) nach dem Schritt F) mit einer Kapselschicht (6) umgeben wird, die ein Ablösen oder Abblättern der Konverterschicht (5) von dem Halbleiterchip (1) verhindert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Schutzschicht (7) einen weißen Kunststoff aufweist oder daraus besteht,
- die elektrisch leitende Schicht (4) eine Schichtdicke zwischen einschließlich 100 nm und 500 nm aufweist,
- eine Schichtdicke der Schutzschicht (7) auf den
Seitenflächen (15) zwischen einschließlich 10 ym und 100 ym beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Träger (2) eine Leiterplatte ist, auf der die Halbleiterchips (1) im Schritt B) elektrisch
angeschlossen und mechanisch befestigt werden. - Sö ¬
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- auf dem Träger (2) für jeden Halbleiterchip (1) ein Schutzrahmen (21) aufgebracht ist,
- beim Aufbringen im Schritt B) die Halbleiterchips (1) so auf dem Träger (2) platziert werden, dass die Kontaktelemente (10, 11) zumindest teilweise von dem entsprechenden Schutzrahmen (21) umgeben sind,
- der Schutzrahmen (21) ein Bedecken der
Kontaktelemente (10, 11) mit der elektrisch leitenden Schicht (4) im Schritt C) verhindert.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Halbleiterchips (1) Saphir-Flip-Chips mit jeweils einem den Halbleiterchip (1) stabilisierenden Saphir- Aufwachssubstrat (13) und einer auf dem Saphir- Aufwachssubstrat (13) gewachsenen
Halbleiterschichtenfolge (14) sind,
- die Kontaktelemente (10, 11) auf einer dem Saphir- Aufwachssubstrat (13) abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge (14) angeordnet sind.
13. Oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement
(100) aufweisend:
- einen optoelektronischen Halbleiterchip (1) mit
freiliegenden Kontaktelementen (10, 11) zur externen elektrischen Kontaktierung des Bauelements (100), wobei die Kontaktelemente (10, 11) auf einer gemeinsamen Kontakteseite (12) des Halbleiterchips (1) angeordnet sind,
- eine durchgehend, zusammenhängend und
unterbrechungsfrei ausgebildete Konverterschicht (5) , die eine der Kontaktseite (12) gegenüberliegende Strahlungsaustrittseite (16) zu zumindest 90 % überdeckt,
- eine Kapselschicht (6), die auf die Konverterschicht
(5) aufgebracht ist und die Konverterschicht (5) vollständig überdeckt und umschließt,
- eine elektrisch leitende Schicht (4) auf quer zu der Kontaktseite (12) verlaufenden Seitenflächen (15) des Halbleiterchips (1), wobei
- die Konverterschicht (5) dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements (100) zumindest einen Teil einer vom Halbleiterchip (1) emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren,
- die Konverterschicht (5) entlang ihrer gesamten
Ausdehnung auf dem Halbleiterchip (1) eine homogene Schichtdicke aufweist mit maximalen
Dickenschwankungen von 5 % von einem Mittelwert der Schichtdicke,
- die Schichtdicke der Konverterschicht höchstens 70 ym beträgt,
- die Konverterschicht (5) ein Pulver aus
Konverterpartikeln ist, das durch die Kapselschicht
(6) auf dem Halbleiterchip (1) gehalten ist,
- die elektrisch leitende Schicht (4) eine Schichtdicke (4) zwischen einschließlich 100 nm und 500 nm
aufweist, alle Seitenflächen (15) des Halbleiterchips (1) jeweils zu zumindest 90 % überdeckt und eine
Reflektivität von der vom Halbleiterchip (1)
emittierten Strahlung von zumindest 80 % aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch, wobei die Konverterschicht (5) ein Salz eines Metalls aufweist, dessen Stoffmengenanteil in der
Konverterschicht (5) zwischen einschließlich 0,001 % und 2 % beträgt.
15. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei
- auf die elektrisch leitende Schicht (4) eine
Schutzschicht (7) aufgebracht ist, die
unterbrechungsfrei rings um den Halbleiterchip (1) verläuft ,
- die Schutzschicht (7) einen weißen Kunststoff
aufweist oder daraus besteht.
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