WO2016180780A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils Download PDF

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optoelectronic semiconductor
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optoelectronic
electrically conductive
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Markus Maute
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • the semiconductor device Furthermore, the invention relates to a
  • Optoelectronic semiconductor components may comprise semiconductor chips which may be embedded in a shaped body.
  • the shaped body In the process flow, the shaped body must be ground to the typical thickness of a semiconductor chip in order to be able to expose the backside of the semiconductor chips and make contact. This results in a small thickness of the
  • An object of the invention is to provide a mechanically stable optoelectronic semiconductor device.
  • an object of the invention is a
  • this includes
  • Optoelectronic semiconductor device at least one
  • the optoelectronic semiconductor chip in particular exactly one optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip has side surfaces and a bottom side. These side surfaces and underside are at least partially covered by a shaped body.
  • the molded body is electrically conductive and for electrical contacting of the
  • Optoelectronic semiconductor device has at least one via.
  • the via has or includes an electrically conductive material.
  • Through-hole is arranged laterally spaced from the semiconductor chip.
  • the via completely penetrates the molded body, with the through-connection from an upper side of the molded body and to an underside of the molded body
  • Shaped body extends.
  • Semiconductor component comprises an insulation element.
  • Insulation element is disposed between the via and the semiconductor chip, in particular within the molded body.
  • the insulating element extends from the top of the molded body to the bottom of the molded body. In particular, the isolation element prevents a direct current flow between the semiconductor chip and the
  • the optoelectronic semiconductor device has an electrically conductive connection.
  • the electrically conductive connection is with the semiconductor chip and the
  • connection electrically connected Through connection electrically connected. According to at least one embodiment, the
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material may preferably be based on a nitride compound semiconductor material.
  • "Based on a nitride compound semiconductor material” in the present context means that the semiconductor layer sequence or at least one layer thereof comprises a III-nitride compound semiconductor material, preferably In x AlyGa ] __ x _yN, where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1. This material does not necessarily have a
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures.
  • a wavelength of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or
  • the semiconductor chip is a light-emitting diode, or LED for short.
  • the semiconductor chip is a thin-film LED.
  • the semiconductor chip is then preferably configured to blue light
  • the semiconductor device is adapted to emit blue light, red light, green light and / or white light.
  • Optoelectronic semiconductor chip a substrate.
  • the substrate may be a silicon, germanium or
  • Example SiC or GaN have.
  • Semiconductor layer sequence can be arranged over the entire surface of the substrate.
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element is directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • Optoelectronic semiconductor chip at least one
  • Main radiation side oriented perpendicular to a growth direction of the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip.
  • the main radiation side forms the upper side of the semiconductor chip.
  • the radiation generated in the active layer is emitted via the main radiation side.
  • the semiconductor chip has side surfaces and a bottom side. The side surfaces are arranged in particular perpendicular to the main radiation side.
  • the underside is, in particular, the side of the semiconductor chip opposite the radiation main side.
  • a first contact layer for example, formed as n-contact
  • a second contact layer for example, formed as n-contact
  • Contact layer for example, formed as a p-contact on.
  • the first contact layer is below the
  • Substrate of the semiconductor chip in particular in direct mechanical contact, arranged.
  • the second contact layer may be disposed on the substrate.
  • the contact layers are in particular for electrical contacting of the
  • Optoelectronic semiconductor device on a shaped body.
  • the shaped body at least partially covers the optoelectronic semiconductor chip, in particular its side surfaces and the underside of the semiconductor chip.
  • the covered Shaped body the bottom of the semiconductor chip completely and / or the side surfaces at least partially.
  • “at least partially” here can mean that at least the side surfaces of the substrate and / or the side surfaces of the first contact layer are completely covered by the molded body, wherein the side surfaces of the
  • Semiconductor layer sequence are free of the molded body.
  • the molded body completely covers the side surfaces and the bottom surface of the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is embedded in the molded body, so that only the
  • Shaped body is.
  • the shaped body is electrically conductive.
  • the molding is additionally thermally conductive.
  • a molded article can be provided, which has both an electrical and a thermal conductivity.
  • the shaped body is formed from a conductive polymer.
  • conductive polymer is here and below with a chemical substance
  • the conductive polymer is selected from a group comprising polypyrrole,
  • Polythiophene and polyaniline includes. According to at least one embodiment, the conductive
  • Polymer free of thermoplastic properties By this is meant here and below that the conductive polymer can not be deformed within a certain temperature range.
  • the deformation is in particular a reversible deformation, which means that the deformation can be repeated as often as desired by cooling and reheating, as long as there is no overheating of the conductive
  • the shaped body has a uniform thickness at least below the semiconductor chip.
  • the thickness is at least 150 ym, 170 ym, 180 ym, 190 ym or 200 ym.
  • the maximum thickness is 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1000 ⁇ m, 800 ⁇ m or 700 ⁇ m.
  • the shaped body is in particular adapted to a current flow at least below the
  • the conductive shaped body serves as an electrical contact for the semiconductor chip.
  • the shaped body allows a flow of current between a further contact point, the
  • the further contact point may be, for example, a printed circuit board, a metal plate or a contact material.
  • a sufficient mechanical stability of the optoelectronic semiconductor device is generated due to the thickness of the molded body, wherein the optoelectronic semiconductor device has a high
  • Breaking strength, especially along the Semiconductor chip edges and at the transition to the molding is achieved.
  • the shaped body is at least of a mechanically stabilizing
  • non-conductive molding material and a conductive filler formed.
  • the nonconductive molding material is selected from the group consisting of epoxy, silicone, epoxy-silicone hybrid, polyamide 6, glass and
  • Glass ceramic includes.
  • the shaped body covers in particular all side surfaces and the lower surface of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is enveloped by the shaped body.
  • the forming or wrapping can be done, for example, by spraying, casting, printing, laminating a film or the like.
  • the molding can be made of a mechanical
  • stabilizing material such as a plastic, a low-melting glass or a low-melting glass ceramic.
  • a conductive filler is embedded in the stabilizing nonconductive molding material.
  • the conductive filler comprises a material of aluminum, gold, silver, copper, tin,
  • the conductive filler is copper
  • the low-melting metal is a tin alloy.
  • the non-conductive molding material is a polyamide 6. Specifically Schulatec ® TINCO by Schulman GmbH as the conductive filler
  • SCHULATEC ® TinCo is a material that is used as
  • Molding material a polyamide 6, to which copper fibers and a low-melting tin alloy are added.
  • the conductive filler is formed as a particle or nanotube and embedded in the nonconductive molding material.
  • the conductive filler is formed of aluminum flakes, carbon black and / or carbon nanotubes.
  • Aluminum flakes can be particles here, the
  • individual particles have a predominantly different outer shape.
  • soot is here meant a black powdered solid which, depending on the quality and use, consists of 80 to 99.5% carbon. With carbon nanotubes are microscopic
  • tubular structures made of carbon. Their walls consist in particular only of carbon, the
  • Carbon atoms occupy a honeycomb structure with hexagons and three binding partners (sp ⁇ - hybridization).
  • the binding partners sp ⁇ - hybridization
  • Carbon nanotubes have a diameter in the range of 1 to 50 nm, for example 5 nm.
  • Carbon nanotubes can range from several millimeters up to 20 cm for carbon nanoparticles.
  • conductive fillers as particles or nanotubes in a non-conductive molding material of the molding leads to the electrical contacting of the optoelectronic
  • the thickness of the component is increased by the conductive molded body in comparison to an optoelectronic semiconductor component that does not have a conductive molded body
  • a semiconductor device having. Thereby, a semiconductor device can be produced, which has a higher mechanical stability and / or is self-supporting.
  • the conductive filler is homogeneously embedded in the stabilizing nonconductive molding material.
  • a uniform thermal and / or electrical conductivity can be generated.
  • the shaped body is in direct contact at least in places with the side surfaces, which for example can run transversely or perpendicular to the surface of the carrier, and the underside. It is possible that all side surfaces of the at least one
  • the molding Semiconductor chips covered by the molding. However, it is also possible that the semiconductor chip is embedded only up to a certain height in the molding and
  • the inventor has realized that by using a conductive molding, the total thickness of the molding material is increased
  • Optoelectronic semiconductor device in particular during manufacture can be significantly increased. Furthermore, it is no longer necessary to ground down to the semiconductor chip in order to contact it.
  • the optoelectronic semiconductor chip is in particular of all side surfaces, ie
  • the covering is done by direct mechanical and / or
  • the via comprises an electrically conductive material.
  • the via is lateral
  • the molding Penetrates the molding completely and extends from an upper side of the molding to an underside of the molding. This means that the plated-through hole is freely accessible at least at one lower side of the molded body.
  • the via can additionally be covered by a phosphor layer.
  • the through-connection can be produced, for example, by means of contact pins which, prior to forming on the upper side of the carrier, between the
  • the contact pins are made of an electrically conductive material such as
  • the contact pins can also be integrally formed with the carrier, that is, as a carrier is a substrate with existing
  • the carrier may be a stamped grid.
  • the plated-through hole is produced by the production of recesses in the molded body after the forming of the semiconductor chip.
  • a conductive material may be, for example, an electroplating, a solder material or a conductive adhesive.
  • the conductive material may have an additional metallization. In particular, the metallization is on the
  • the metallization envelops the via
  • the insulation element is arranged in a side view at least between the via and the semiconductor chip at least within the molded body.
  • the insulating element extends from the upper side of the molded body to the lower side of the molded body.
  • Isolation element penetrates the molding in particular completely.
  • the insulating element can be freely accessible at least on the underside of the molded body. At the top of the
  • Isolation element set up a direct
  • the electrically conductive connection is electrically conductively connected to the upper side of the semiconductor chip and extends along the upper side of the molded body.
  • the electrically conductive connection is, for example, with a bonding wire at the top of the associated semiconductor chip in
  • the electrically conductive connection extends at the top of the molding either on the outside of the molding or just below the outside of the molding.
  • the electrically conductive connection can be produced by means of sputtering, photolithography, electroplating and / or back etching. Furthermore, it is possible to print insulating material and metal to produce the electrically conductive connection. This can be done for example by means of a sintering process. For example, it is also possible that the electrically conductive connection is applied by means of an injection molding process. That is, the electrically conductive
  • the insulation element covers at least the side surfaces of the
  • the insulation element extends at least from the top to the bottom of the molding.
  • the isolation element prevents direct current flow between the semiconductor chip and the via.
  • the insulation element forms an electrically insulating barrier between the plated-through hole and the optoelectronic semiconductor chip within the molded body. As a result, a direct current flow, that is a current flow between the semiconductor chip and the via, is prevented via the molded body.
  • Semiconductor device preferably produces an optoelectronic semiconductor device described herein. This means,
  • the method comprises the following steps:
  • Semiconductor chips having a shaped body, wherein the shaped body at least partially covers all side surfaces and the underside of the at least one optoelectronic semiconductor chip and the molded body is electrically conductive and for electrically contacting the at least one
  • the upper side and / or the lower side of the at least one semiconductor chip is free of the molded body
  • the top and / or bottom is exposed.
  • the method comprises a step D) removing the carrier.
  • a carrier is first provided.
  • the carrier is a temporary carrier which is removed in a final process step.
  • the carrier may be, for example, a foil, a printed circuit board, or generally a plate formed with a plastic material, a metal, a ceramic material or a semiconductor material.
  • At least one optoelectronic semiconductor chip is arranged on an upper side of the carrier on the carrier.
  • Optoelectronic semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip (LED) or a photodiode chip.
  • LED light-emitting diode chip
  • photodiode chip it can also be a
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is preferably fastened on the carrier in such a way that a mechanical connection is produced between the optoelectronic semiconductor chip and the carrier, which is later used for the optoelectronic semiconductor chip
  • a sacrificial layer is arranged between the semiconductor chip and the carrier.
  • the optoelectronic semiconductor chip can be solved non-destructively.
  • Semiconductor chips are then a so-called artificial wafer, in which a plurality of preferably similar optoelectronic semiconductor chips are arranged on a common carrier.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip preferably the multiplicity of optoelectronic semiconductor chips, is formed with a shaped body (step C).
  • the shaped body at least partially or completely reshapes all side surfaces of the at least one optoelectronic element
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip can be completely enveloped by the shaped body.
  • Forming or wrapping can be done, for example, by spraying, casting, printing, laminating a film or the like.
  • the optoelectronic semiconductor chip is applied in particular to the carrier in such a way that the main radiation side of the optoelectronic semiconductor chip is in direct mechanical or electrical contact with the carrier.
  • the carrier becomes
  • the carrier of the at least one optoelectronic semiconductor chip After the forming of the at least one optoelectronic semiconductor chip, the carrier of the
  • the removal can be done for example by heating or thinning of the carrier. Furthermore, it is possible that the removal takes place by chemical detachment of the carrier or an existing adhesive layer. After removing the
  • the carrier is originally the carrier-facing underside of the at least one optoelectronic semiconductor chip freely accessible.
  • the bottom can be the
  • Radiation main side of the semiconductor chip act through which emerges during operation of the semiconductor chip radiation from this. In other words, the semiconductor chip is then applied face down on the carrier.
  • a multiplicity of optoelectronic semiconductor chips are arranged on the upper side of the
  • each of the semiconductor chips is for generating electromagnetic Radiation suitable. During operation, the semiconductor chip generates electromagnetic radiation in a specific manner
  • Radiation has a maximum in the wavelength range at a certain wavelength of the peak wavelength.
  • the peak wavelength is the dominant wavelength of the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip during operation.
  • Semiconductor chips can from an average of
  • Peak wavelength of all optoelectronic semiconductor chips by more than +/- 2% or +/- 1%. That is, in the optoelectronic semiconductor chips are optoelectronic semiconductor chips, the electromagnetic radiation at the same or similar wavelengths
  • Semiconductor chips are arranged at the top of the carrier, wherein each of the semiconductor chips in operation for
  • Provision of electromagnetic radiation having a different peak wavelength is provided.
  • At least three semiconductor chips can be arranged which emit electromagnetic radiation from the red, green and blue regions (RGB).
  • RGB red, green and blue regions
  • step C) at least below the at least one optoelectronic semiconductor chip, a shaped body is produced which has a thickness of at least 200 ⁇ m.
  • each semiconductor chip is formed before or after the forming Through contact made with an electrically conductive material.
  • the plated-through hole is arranged laterally to the associated semiconductor chip.
  • Through-hole penetrates the molding at least in the finished manufactured component completely.
  • an insulation element is arranged, which is arranged laterally spaced from the associated semiconductor chip and the molded body completely at least in the finished manufactured component
  • the isolation element is within the
  • Isolation element is also not completely through the
  • Shaped body extend.
  • the insulation element extends to a maximum of two thirds of the height of the
  • the molding can be abraded.
  • the shaped body is ground down so far that the at least one
  • Through hole and / or the insulation element extends from the top of the molding to an underside of the molding.
  • the shaped body and / or the insulating element are ground in such a way that they have the height of the shaped body in this area.
  • the electrically conductive connection is electrically conductive with the carrier surface facing away from the Connected to the top of the semiconductor chip and extends at the top of the molding.
  • the optoelectronic semiconductor chip can be completely embedded in the molded body, ie with its side surfaces and the lower surface in the molded body, so that only the main radiation side is free of the molded body.
  • the electrical molded body is used for contacting.
  • the shaped body comprises an insulation element which is embedded in the shaped body.
  • the insulating element is arranged in particular between the anode and cathode.
  • Optoelectronic semiconductor devices can also be easily handled in a so-called pick-and-place process. Furthermore, it is not necessary to ground down to the semiconductor chip height in order to contact the semiconductor chip, as has hitherto been known in the prior art.
  • the electrically conductive connection and / or contact points Schulatec ® TINCO are used as the electrically conductive connection and / or contact points Schulatec ® TINCO as moldings and Ti, Pt and / or gold.
  • the inventor has recognized that by using a conductive shaped body, the component thickness can be increased significantly and still sufficient electrical
  • Carrier can be dispensed with. This saves process costs and material.
  • optoelectronic semiconductor components with an electrical molded body are easy to process and show high reliability and a very high yield during production.
  • Figure 2 is a schematic side view of a
  • Figures 3A and 3B each show a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor device according to an embodiment
  • Figure 4 shows a method for producing a
  • Figure 5 shows a schematic side view of a
  • Figure 6 is a schematic plan view of a
  • Figure 7 shows schematically a method for producing an optoelectronic semiconductor device according to an embodiment.
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements, such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be exaggerated.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a
  • FIG. 1A shows, by way of example, the simultaneous production of six plated-through holes 6, which comprise electrically conductive material.
  • the electrically conductive material may be a structurable and conductive material, such as
  • the structuring can be a metal such as gold or silver, or a doped silicon.
  • the structuring can be a metal such as gold or silver, or a doped silicon.
  • a metallization 5 may optionally be effected on the structured surface of the electrically conductive material.
  • a metallization 5 for example, every possible
  • the isolation element 9 can, for example Be silica.
  • the isolation element 9 covers the through-connection 6 in a form-fitting manner. Subsequently, the singulation can be carried out to produce plated-through holes 6 covered by the insulation element 9 (FIG. 1D).
  • Figure 2 shows schematically a side view of a
  • Optoelectronic semiconductor device 100 according to a
  • the semiconductor device 100 has an optoelectronic semiconductor chip 2. Of the
  • Optoelectronic semiconductor chip 2 has side surfaces 2c and a bottom 2b which are at least partially covered by a shaped body 3.
  • the semiconductor chip 2 has a semiconductor layer sequence 21, a substrate 22 and a first contact layer 23.
  • the first contact layer 23 is in particular an n-contact, ie an electrical
  • the molded body 3 covers the side surfaces of the substrate 22 and the first contact layer 23 of the semiconductor chip 2.
  • the molded body 3 is electrically conductive.
  • the molded body 3 comprises a material of an electrically conductive polymer.
  • Polymer also be thermally conductive.
  • the electrically conductive polymer has no constituents of
  • the optoelectronic semiconductor device 100 has a via 6, which comprises an electrically conductive material.
  • the via 6 is laterally spaced from the semiconductor chip.
  • FIG. 2 shows that the plated-through hole 6 in an insulation element 9 is embedded.
  • the insulation element 9 prevents a direct current flow via the molded body 3 to the semiconductor chip 2.
  • the optoelectronic semiconductor component 100 furthermore has an electrically conductive connection 7.
  • the electrically conductive connection 7 connects the semiconductor chip 2 and the through-connection 6 to one another in an electrically conductive manner.
  • an insulating material 10 is applied for electrical insulation with respect to the electrically conductive molded body 3.
  • the insulating material 10 may be, for example, silicon dioxide.
  • the optoelectronic semiconductor component 100 can have at least one further contact point 8 which effects a vertical flow of current through the shaped body 3 into the
  • the further contact point 8 may be a printed circuit board or a metal plate.
  • FIGS 3A and 3B each show views of one here
  • FIG. 3A shows the semiconductor device 100 from the upper side 2a of FIG
  • the semiconductor device 100 includes exactly one semiconductor chip 2, which is completely surrounded by the molded body 3 at its side surfaces 2 c.
  • Shaped body 3 is passed through a via 6, which by means of electrically conductive connection 7 with the
  • Contact point 4c is connected to the upper side 2a of the semiconductor chip.
  • a contact point 4a is formed, by means of which the semiconductor chip 2 is contacted on the p-side, for example.
  • the n-side contacting takes place by means of the contact point 4b, which is formed by the plated-through hole 6.
  • Semiconductor chip 2 is also the shaped body 3 is arranged. Furthermore, the optoelectronic semiconductor component 100 has an insulation element 9 which electrically insulates the through-connection 6 and the semiconductor chip, so that there is no direct current flow via the electrically conductive molded body 3
  • both contact points 4a, 4b can be located on the same side. Furthermore, it is possible that the bottom 2b or the top 2a to the
  • Side surfaces 2c and the outer surface at the top 2a and / or the bottom 2b include.
  • FIG. 4 schematically shows a method for producing an optoelectronic semiconductor component 100 according to FIG. 4
  • a carrier 1 is provided. On this carrier 1, a semiconductor chip 2 is arranged. Further, a via 6, which for example
  • the through-connection 6 can be enveloped by an insulation element 9.
  • the production of a through-connection 6 enveloped by an insulation element 9 is described in FIG.
  • the forming of the at least one optoelectronic semiconductor chip 2 takes place with the shaped body 3, wherein the shaped body covers all side surfaces 2c and the bottom 2b of the at least one optoelectronic semiconductor chip 2 and the shaped body 3 is electrically conductive.
  • the molded body 3 is for contacting the at least one optoelectronic semiconductor chip 2
  • the upper side 2 a and / or the lower side 2 b of the at least one semiconductor chip 2 can be free of the molded body or be exposed.
  • the exposure of the upper side 2a of the semiconductor chip 2 is carried out by grinding.
  • the carrier 1 may be, for example, a film.
  • the removal of the carrier 1 can be done for example by peeling off the film.
  • the removal of the carrier can also be carried out before forming with the molded body 3.
  • an electrically conductive connection 7 can be generated, which is electrically conductive with the semiconductor chip
  • FIG. 5 shows schematically a side view of a
  • Optoelectronic semiconductor device 100 according to a
  • the optoelectronic semiconductor device 100 of FIG. 5 differs from the optoelectronic semiconductor device 100 of FIG. 2 in that the
  • Isolation element 9 is spaced from the feedthrough. The isolation element 9 is between the
  • the insulating member 9 is at least from the side surfaces of the via 6 and the side surfaces of the
  • the insulating element 9 does not allow a direct current flow between the
  • FIG. 6 shows schematically a plan view of a
  • Optoelectronic semiconductor device 100 according to a
  • the via 6 may be sheathed by a metallization 12 to provide better electrical conductivity.
  • the insulation element 9 extends in particular through the molding 3 in plan view.
  • the insulation element 9 extends from the upper side 3 a of the molded body 3 to the lower side 3 b of the molded body 3 (not shown here). This can do that
  • Isolation element 9 a direct current flow through the electrically conductive molding 3 of the
  • FIG. 7 schematically shows a method for producing an optoelectronic semiconductor component 100 according to an embodiment.
  • the method of Figure 7 differs from the method of Figure 4 in that here the insulation element 9 is not applied together with the feedthrough 6 on the carrier 1, but in separate steps.
  • the insulation element 9 is not applied together with the feedthrough 6 on the carrier 1, but in separate steps.
  • at least the insulation element 9 is not applied together with the feedthrough 6 on the carrier 1, but in separate steps.
  • Insulation element 9 and the via 6 are simultaneously applied to the carrier 1 at the same time. Furthermore, the semiconductor chip 2 can be applied to the carrier 1 by means of a pick-and-place process. Thus, three elements are arranged on the carrier 1 by means of a pick-and-place process. Subsequently, the forming of the three elements 6, 9 and 2 by means of the shaped body 3.
  • the molded body 3 is
  • the carrier 1 can be removed again. It can then be sanded down to the through-hole 6 of the molded body 3. This extends the
  • Process steps can be carried out analogously to the method of FIG. 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) mit - einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), dessen Seitenflächen (2c) und Unterseite (2b) von einem Formkörper (3) zumindest teilweise bedeckt sind, wobei der Formkörper (3) elektrisch leitfähig ist und zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips (2) eingerichtet ist, - zumindest einer Durchkontaktierung (6), die ein elektrisch leitendes Material umfasst und lateral beabstandet zum Halbleiterchip (2) angeordnet ist, wobei die Durchkontaktierung (6) den Formkörper (3) vollständig durchdringt, wobei sich die Durchkontaktierung (6) von einer Oberseite (3a) des Formkörpers (3) zu einer Unterseite (3b) des Formkörpers (3) erstreckt, - zumindest einem Isolationselement (9), das zwischen der Durchkontaktierung (6) und dem Halbleiterchip (2) innerhalb des Formkörpers (3) angeordnet ist und sich von der Oberseite (3a) des Formkörpers (3) zu der Unterseite (3b) des Formkörpers (3) erstreckt, - einer elektrisch leitenden Verbindung (7), die elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip (2) und der Durchkontaktierung (6) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil. Ferner betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils .
Optoelektronische Halbleiterbauteile können Halbleiterchips aufweisen, die in einem Formkörper eingebettet sein können. Im Prozessfluss muss der Formkörper auf die typische Dicke eines Halbleiterchips geschliffen werden, um die Rückseite der Halbleiterchips freilegen zu können und kontaktieren zu können. Daraus resultiert eine geringe Dicke des
Halbleiterchips und/oder des optoelektronischen
Halbleiterbauteils von beispielsweise 100 ym bis 120 ym. Diese geringe Dicke führt zu Schwierigkeiten beim Handhaben und späteren Vereinzeln der optoelektronischen
Halbleiterchips. Außerdem können diese optoelektronischen Halbleiterchips und/oder optoelektronischen
Halbleiterbauteile aufgrund ihrer geringen Dicke leicht brechen .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisch stabiles optoelektronisches Halbleiterbauteil bereitzustellen.
Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil bereitzustellen, das bruchstabil ist.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem
unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 und 15.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil zumindest einen
optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere genau einen optoelektronischen Halbleiterchip. Der optoelektronische Halbleiterchip weist Seitenflächen und eine Unterseite auf. Diese Seitenflächen und Unterseite sind von einem Formkörper zumindest teilweise bedeckt. Der Formkörper ist elektrisch leitfähig und zur elektrischen Kontaktierung des
optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet. Das
optoelektronische Halbleiterbauteil weist zumindest eine Durchkontaktierung auf. Die Durchkontaktierung weist ein elektrisch leitendes Material auf oder umfasst dieses. Die
Durchkontaktierung ist lateral zum Halbleiterchip beabstandet angeordnet. Die Durchkontaktierung durchdringt den Formkörper vollständig, wobei sich die Durchkontaktierung von einer Oberseite des Formkörpers und zu einer Unterseite des
Formkörpers erstreckt. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil umfasst ein Isolationselement. Das
Isolationselement ist zwischen der Durchkontaktierung und dem Halbleiterchip, insbesondere innerhalb des Formkörpers, angeordnet. Das Isolationselement erstreckt sich von der Oberseite des Formkörpers zu der Unterseite des Formkörpers. Insbesondere verhindert das Isolationselement einen direkten Stromfluss zwischen dem Halbleiterchip und der
Durchkontaktierung. Das optoelektronische Halbleiterbauteil weist eine elektrisch leitende Verbindung auf. Die elektrisch leitende Verbindung ist mit dem Halbleiterchip und der
Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Das Halbleitermaterial kann bevorzugt auf ein Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. "Auf ein Nitridverbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise InxAlyGa]__x_yN umfasst, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die
charakteristischen physikalischen Eigenschaften des
InxAlyGa]__x_yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, AI, Ga, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb des
Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder
sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterchip um eine Leuchtdiode, kurz LED. Insbesondere ist der Halbleiterchip eine Dünnfilm-LED. Der Halbleiterchip ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht zu
emittieren. Insbesondere ist das Halbleiterbauteil dazu eingerichtet blaues Licht, rotes Licht, grünes Licht und/oder weißes Licht zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip ein Substrat. Insbesondere kann das Substrat ein Silizium-, Germanium- oder
Saphirsubstrat sein. Alternativ kann das Substrat zum
Beispiel SiC oder GaN aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat, insbesondere in direktem mechanischem Kontakt, angeordnet. Die
Halbleiterschichtenfolge kann ganzflächig auf dem Substrat angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen dem einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
optoelektronische Halbleiterchip mindestens eine
Strahlungshauptseite auf. Insbesondere ist die
Strahlungshauptseite senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips orientiert.
Insbesondere bildet die Strahlungshauptseite die Oberseite des Halbleiterchips. Insbesondere wird die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung über die Strahlungshauptseite emittiert. Der Halbleiterchip weist Seitenflächen und eine Unterseite auf. Die Seitenflächen sind insbesondere senkrecht zur Strahlungshauptseite angeordnet. Die Unterseite ist insbesondere der Strahlungshauptseite gegenüberliegende Seite des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine erste Kontaktschicht, beispielsweise als n-Kontakt ausgeformt, und eine zweite
Kontaktschicht, beispielsweise als p-Kontakt ausgeformt, auf. Insbesondere ist die erste Kontaktschicht unterhalb des
Substrats des Halbleiterchips, insbesondere in direktem mechanischem Kontakt, angeordnet. Die zweite Kontaktschicht kann auf dem Substrat angeordnet sein. Die Kontaktschichten sind insbesondere zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen Formkörper auf. Der Formkörper bedeckt zumindest teilweise den optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere dessen Seitenflächen und die Unterseite des Halbleiterchips. Insbesondere bedeckt der Formkörper die Unterseite des Halbleiterchips vollständig und/oder die Seitenflächen zumindest teilweise. "Zumindest teilweise" kann hier beispielsweise bedeuten, dass zumindest die Seitenflächen des Substrats und/oder die Seitenflächen der ersten Kontaktschicht von dem Formkörper vollständig bedeckt sind, wobei die Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge frei von dem Formkörper sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der Formkörper die Seitenflächen und die Unterfläche des Halbleiterchips vollständig. Mit anderen Worten, ist der Halbleiterchip in dem Formkörper eingebettet, so dass nur noch die
Strahlungshauptseite des Halbleiterchips frei von dem
Formkörper ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Formkörper elektrisch leitfähig. Insbesondere ist der Formkörper zusätzlich thermisch leitfähig. Damit kann ein Formkörper bereitgestellt werden, der sowohl eine elektrische als auch thermische Leitfähigkeit aufweist. Damit kann zum einen der Formkörper zur elektrischen Kontaktierung des
optoelektronischen Halbleiterchips als auch zur Entwärmung des Halbleiterchips verwendet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Formkörper aus einem leitfähigen Polymer gebildet. Mit leitfähigem Polymer wird hier und im Folgenden ein chemischer Stoff mit
konstitutionellen Repetiereinheiten oder Wiederholeinheiten verstanden, der elektrisch leitfähige und/oder thermisch leitfähige Eigenschaften aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das leitfähige Polymer aus einer Gruppe ausgewählt, die Polypyrrol,
Polythiophen und Polyanilin umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das leitfähige
Polymer frei von thermoplastischen Eigenschaften. Damit ist hier und im Folgenden gemeint, dass das leitfähige Polymer sich in einem bestimmten Temperaturbereich nicht verformen lässt. Bei der Verformung handelt es sich insbesondere um eine reversible Verformung, das heißt, dass die Verformung durch Abkühlung und Wiedererwärmung beliebig oft wiederholt werden kann, solange keine Überhitzung des leitfähigen
Polymers erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Formkörper zumindest unterhalb des Halbleiterchips eine einheitliche Dicke auf. Die Dicke ist mindestens 150 ym, 170 ym, 180 ym, 190 ym oder 200 ym. Alternativ oder zusätzlich ist die maximale Dicke 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1000 ym, 800 ym oder 700 ym. Der Formkörper ist insbesondere dazu eingerichtet, einen Stromfluss zumindest unterhalb des
Halbleiterchips zu erzeugen. Mit anderen Worten dient der leitfähige Formkörper als elektrische Kontaktierung für den Halbleiterchip. Insbesondere ermöglicht der Formkörper einen Stromfluss zwischen einer weiteren Kontaktstelle, die
unterhalb des Formkörpers angeordnet ist, und der ersten Kontaktschicht des Halbleiterchips. Die weitere Kontaktstelle kann beispielsweise eine Leiterplatte, eine Metallplatte oder ein Kontaktmaterial sein. Zudem ist aufgrund der Dicke des Formkörpers eine ausreichende mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauteils erzeugt, wobei das optoelektronische Halbleiterbauteil eine hohe
Bruchfestigkeit, insbesondere entlang der Halbleiterchipkanten und am Übergang zum Formkörper erreicht wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Formkörper zumindest aus einem mechanisch stabilisierenden
nichtleitenden Formmaterial und einem leitfähigen Füllstoff gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das nichtleitende Formmaterial aus einer Gruppe ausgewählt, die Epoxidharz, Silikon, Epoxid-Silikonhybrid, Polyamid 6, Glas und
Glaskeramik umfasst. Der Formkörper bedeckt insbesondere alle Seitenflächen und die Unterfläche des optoelektronischen Halbleiterchips. Mit anderen Worten wird der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip vom Formkörper umhüllt. Das Umformen oder Umhüllen kann beispielsweise mittels Spritzen, Gießen, Drucken, Auflaminieren einer Folie oder dergleichen erfolgen. Der Formkörper kann aus einem mechanisch
stabilisierenden Material gebildet sein, wie beispielsweise einem Kunststoff, einem niederschmelzenden Glas oder einer niederschmelzenden Glaskeramik. Insbesondere ist das
mechanisch stabilisierende Formmaterial nichtleitend, dient also nicht zur elektrischen Kontaktierung . Ist dies der Fall, dann dient nur der leitfähige Füllstoff zur elektrischen Kontaktierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein leitfähiger Füllstoff in dem stabilisierenden nichtleitenden Formmaterial eingebettet. Insbesondere weist der leitfähige Füllstoff ein Material aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zinn,
Kohlenstoff oder Kombinationen daraus auf. Insbesondere wird als leitfähiger Füllstoff Kupfer,
insbesondere Kupferfasern, mit einem niedrig schmelzenden Metall verwendet. Insbesondere ist das niedrig schmelzende Metall eine Zinnlegierung. Insbesondere ist das nichtleitende Formmaterial ein Polyamid 6. Insbesondere wird SCHULATEC® TinCo von der Schulman GmbH als leitfähiger Füllstoff
verwendet. SCHULATEC® TinCo ist ein Material, das als
Formmaterial ein Polyamid 6, dem Kupferfasern und eine niedrig schmelzende Zinnlegierung zugesetzt werden, aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der leitfähige Füllstoff als Partikel oder Nanoröhrchen ausgebildet und in dem nichtleitenden Formmaterial eingebettet. Insbesondere ist der leitfähige Füllstoff aus Aluminiumflocken, Ruß und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen ausgeformt.
Aluminiumflocken können hier Partikel sein, wobei die
einzelnen Partikel eine vorwiegend unterschiedliche äußere Gestalt aufweisen.
Mit Ruß ist hier ein schwarzer pulverförmiger Feststoff gemeint, der je nach Qualität und Verwendung aus 80 bis 99,5 % Kohlenstoff besteht. Mit Kohlenstoffnanoröhrchen sind mikroskopisch kleine
röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff gemeint. Ihre Wände bestehen insbesondere nur aus Kohlenstoff, wobei die
Kohlenstoffatome eine wabenförmige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen (sp^- Hybridisierung) . Insbesondere weisen die
Kohlenstoffnanoröhrchen einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 nm, beispielsweise 5 nm, auf. Die Länge der
Kohlenstoffnanoröhrchen kann von mehreren Millimetern bis zu 20 cm für Kohlenstoffnanobündel sein. Die Verwendung von leitfähigen Füllstoffen als Partikel oder Nanoröhrchen in einem nichtleitenden Formmaterial des Formkörpers führt zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen
Halbleiterchips.
Damit ist eine direkte Kontaktierung des Halbleiterchips mit beispielsweise einer weiteren Kontaktstelle an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips nicht erforderlich. Zudem wird durch den leitfähigen Formkörper die Dicke des Bauteils erhöht im Vergleich zu einem optoelektronischen Halbleiterbauteil, das keinen leitfähigen Formkörper
aufweist. Dadurch kann ein Halbleiterbauteil erzeugt werden, das eine höhere mechanische Stabilität aufweist und/oder selbsttragend ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der leitfähige Füllstoff in dem stabilisierenden nichtleitenden Formmaterial homogen eingebettet. Damit kann eine gleichmäßige thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit erzeugt werden.
Alternativ kann der leitfähige Füllstoff in dem
stabilisierenden nichtleitenden Formmaterial mit einem
Konzentrationsgradienten eingebettet sein. Damit kann
beispielsweise in Bereichen, die eine erhöhte
Wärmeentwicklung aufweisen, durch Erhöhung der Konzentration des leitfähigen Füllstoffs in diesem Bereich eine verstärkte Wärmeabfuhr bewirkt werden. Der Formkörper wird derart auf einem Träger während der
Herstellung aufgebracht, dass er zumindest bereichsweise die Oberfläche des Trägers bedeckt und mit dieser Oberfläche in direktem Kontakt steht. Insbesondere wird die Oberfläche des Trägers bedeckt, die keinen Kontakt mit dem Halbleiterchip und/oder der Durchkontaktierung und/oder dem
Isolationselement aufweist. Ferner steht der Formkörper mit den Seitenflächen, die zum Beispiel quer oder senkrecht zur Oberfläche des Trägers verlaufen können, und der Unterseite zumindest stellenweise in direktem Kontakt. Dabei ist es möglich, dass alle Seitenflächen des zumindest einen
Halbleiterchips vollständig vom Formkörper bedeckt sind.
Insbesondere ist die Unterseite des optoelektronischen
Halbleiterchips von dem Formkörper bedeckt. Es ist jedoch auch möglich, dass der Halbleiterchip nur bis zu einer bestimmten Höhe in dem Formkörper eingebettet ist und
Bereiche des zumindest einen Halbleiterchips aus dem
Formkörper herausragen, sodass die Seitenflächen des
zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips
stellenweise frei von dem Formkörper sind. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der Formkörper zumindest während der Herstellung den Halbleiterchip an seinen freiliegenden
Flächen vollständig bedeckt.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch die Verwendung eines leitfähigen Formkörpers die Gesamtdicke des
optoelektronischen Halbleiterbauteils, insbesondere während der Herstellung deutlich erhöht werden kann. Es muss ferner nicht mehr bis auf den Halbleiterchip geschliffen werden, um diesen zu kontaktieren. Der optoelektronische Halbleiterchip ist dabei insbesondere von allen Seitenflächen, also
insbesondere vier Seitenflächen, und zusätzlich der
Unterseite von dem Formkörper bedeckt. Insbesondere erfolgt die Bedeckung durch direkten mechanischen und/oder
elektrischen Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine Durchkontaktierung auf. Die Durchkontaktierung umfasst ein elektrisch leitendes Material. Die Durchkontaktierung ist dabei lateral
beabstandet zum zugeordneten Halbleiterchip angeordnet. Das heißt, in einer Richtung, die beispielsweise parallel zur Oberfläche eines Trägers verläuft, die dem Halbleiterchip zugeordnet ist, wird im Abstand zum Halbleiterchip eine
Durchkontaktierung erzeugt. Die Durchkontaktierung
durchdringt den Formkörper dabei vollständig und erstreckt sich von einer Oberseite des Formkörpers zu einer Unterseite des Formkörpers. Das bedeutet, dass die Durchkontaktierung zumindest an einer Unterseite des Formkörpers frei zugänglich ist. An der Oberseite des Formkörpers kann zusätzlich die Durchkontaktierung von einer LeuchtstoffSchicht bedeckt sein.
Vor dem Umformen des Formkörpers kann die Durchkontaktierung beispielsweise mittels Kontaktstifte erzeugt werden, die vor dem Umformen an der Oberseite des Trägers zwischen dem
Halbleiterchip angeordnet werden. Die Kontaktstifte sind dabei aus einem elektrisch leitenden Material wie
beispielsweise Kupfer gebildet. Die Kontaktstifte können dabei auch einstückig mit dem Träger ausgebildet sein, das heißt als Träger wird ein Substrat mit vorhandenen
Durchkontaktierungen genutzt. Ferner kann es bei dem Träger um ein Stanzgitter handeln.
Alternativ ist es möglich, dass die Durchkontaktierung durch das Erzeugen von Ausnehmungen im Formkörper nach dem Umformen des Halbleiterchips erzeugt wird. Beispielsweise können durch Laserbohren oder andere Arten des Materialabtrags Löcher im Formkörper erzeugt werden, die den Formkörper vollständig durchdringen und sich von seiner Oberseite zu seiner Unterseite erstrecken. Diese Löcher werden dann mit einem leitfähigen Material gefüllt. Bei dem leitfähigen Material kann es sich beispielsweise um eine Galvanik handeln, ein Lotmaterial oder ein Leitkleber. Alternativ oder zusätzlich kann das leitfähige Material eine zusätzliche Metallisierung aufweisen. Insbesondere ist die Metallisierung auf der
Oberfläche des leitfähigen Materials angeordnet. Insbesondere umhüllt die Metallisierung die Durchkontaktierung
vollständig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil ein Isolationselement auf. Das Isolationselement ist in Seitenansicht zumindest zwischen der Durchkontaktierung und dem Halbleiterchip zumindest innerhalb des Formkörpers angeordnet. Insbesondere erstreckt sich das Isolationselement von der Oberseite des Formkörpers zu der Unterseite des Formkörpers. Das
Isolationselement durchdringt den Formkörper insbesondere dabei vollständig.
Das Isolationselement kann zumindest an der Unterseite des Formkörpers frei zugänglich sein. An der Oberseite des
Formkörpers kann das Isolationselement von einer
Leuchtstoffschicht bedeckt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Isolationselement dazu eingerichtet, einen direkten
Stromfluss zwischen dem Halbleiterchip und der
Durchkontaktierung zu verhindern. Insbesondere meint dies, dass kein direkter Strom zwischen der Durchkontaktierung über den Formkörper zum Halbleiterchip und umgekehrt fließt. Der Stromfluss erfolgt über eine elektrisch leitende Verbindung, die elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip und der Durchkontaktierung verbunden ist. Insbesondere ist die elektrisch leitende Verbindung dabei elektrisch leitend mit der Oberseite des Halbleiterchips verbunden und erstreckt sich entlang der Oberseite des Formkörpers. Die elektrisch leitende Verbindung steht beispielsweise mit einem Bonddraht an der Oberseite des zugeordneten Halbleiterchips in
elektrisch leitendem Kontakt und erstreckt sich bis zur
Durchkontaktierung. Die elektrisch leitende Verbindung erstreckt sich dabei an der Oberseite des Formkörpers entweder auf der Außenseite des Formkörpers oder dicht unterhalb der Außenseite des Formkörpers. Die elektrisch leitende Verbindung kann mittels Sputtern, Fotolithografie, Galvanik und/oder Rückätzen erzeugt werden. Ferner ist es möglich, zur Erzeugung der elektrisch leitenden Verbindung isolierendes Material und Metall aufzudrucken. Dies kann beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens erfolgen. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die elektrisch leitende Verbindung mittels eines Spritzgussverfahrens aufgebracht wird. Das heißt, die elektrisch leitende
Verbindung wird dann nach Art eines "molded interconnected devices (MID) " (Deutsch: spritzgegossene Schaltungsträger) aufgebracht .
Die Erzeugung von Durchkontaktierungen und zugeordneten elektrisch leitenden Verbindung ist vorteilhaft, wenn die optoelektronischen Halbleiterchips an ihrer Oberseite und der Oberseite abgewandten Unterseite elektrisch leitende
Kontaktstellen aufweisen. Aiterativ ist die Verwendung von Flip-Chip-Halbleiterchips möglich, die elektrische
Kontaktstellen nur an einer Seite, entweder der Unterseite oder der Oberseite, aufweisen. In diesem Fall kann die
Durchkontaktierung durch den Formkörper entfallen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt das Isolationselement zumindest die Seitenflächen der
Durchkontaktierung direkt, also in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt. Das Isolationselement
verhindert dabei einen direkten Stromfluss zwischen dem
Halbleiterchip und der Durchkontaktierung, insbesondere innerhalb des Formkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Isolationselement von den Seitenflächen der
Durchkontaktierung und von den Seitenflächen des
Halbleiterchips, insbesondere lateral, beabstandet.
Insbesondere erstreckt sich das Isolationselement zumindest von der Oberseite bis zur Unterseite des Formkörpers. Das Isolationselement verhindert einen direkten Stromfluss zwischen dem Halbleiterchip und der Durchkontaktierung. Mit anderen Worten bildet das Isolationselement eine elektrisch isolierende Barriere zwischen der Durchkontaktierung und dem optoelektronischen Halbleiterchip innerhalb des Formkörpers. Dadurch wird ein direkter Stromfluss, also ein Stromfluss zwischen Halbleiterchip und Durchkontaktierung, über den Formkörper verhindert.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Das
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils stellt vorzugsweise ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil her. Das heißt,
sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Trägers,
B) Anordnen zumindest eines optoelektronischen
Halbleiterchips an einer Oberseite des Trägers,
C) Umformen des zumindest einen optoelektronischen
Halbleiterchips mit einem Formkörper, wobei der Formkörper alle Seitenflächen und die Unterseite des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips zumindest teilweise bedeckt und der Formkörper elektrisch leitfähig ist und zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen
optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet ist.
Insbesondere ist die Oberseite und/oder die Unterseite des zumindest einen Halbleiterchips frei vom Formkörper,
insbesondere wird die Oberseite und/oder die Unterseite freigelegt. Insbesondere weist das Verfahren einen Schritt D) auf, Entfernen des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Träger bereitgestellt. Bei dem Träger handelt es sich um einen temporären Träger, der in einem abschließenden Verfahrensschritt wieder entfernt wird. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um eine Folie (Englisch: foil) , eine Leiterplatte oder allgemein um eine Platte handeln, die mit einem Kunststoffmaterial , einem Metall, einem keramischen Material oder einem Halbleitermaterial gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein optoelektronischer Halbleiterchip an einer Oberseite des Trägers auf dem Träger angeordnet. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip (LED) oder einen Fotodiodenchip. Ferner kann es sich auch um einen
Laserdiodenchip handeln. Der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip wird auf dem Träger vorzugsweise derart befestigt, dass sich eine mechanische Verbindung zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und dem Träger ergibt, die später für den optoelektronischen Halbleiterchip
zerstörungsfrei gelöst werden kann. Mit anderen Worten wird zwischen dem Halbleiterchip und dem Träger eine Opferschicht angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip kann
beispielsweise auf dem Träger mittels eines Klebstoffs befestigt werden. Bevorzugt wird eine Vielzahl von optoelektronischen
Halbleiterchips auf dem Träger befestigt. Bei der Anordnung des Trägers und der Vielzahl von optoelektronischen
Halbleiterchips handelt es sich dann um einen sogenannten Kunstwafer, bei dem eine Vielzahl vorzugsweise gleichartiger optoelektronischer Halbleiterchips auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip, vorzugsweise die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips, mit einem Formkörper umformt (Schritt C) . Insbesondere umformt der Formkörper zumindest teilweise oder vollständig alle Seitenflächen des zumindest einen optoelektronischen
Halbleiterchips sowie die Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips. Mit anderen Worten kann der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip vom Formkörper vollständig umhüllt werden. Insbesondere werden alle Seitenflächen, insbesondere vier Seitenflächen, und die Unterseite und damit fünf Flächen vom Formkörper formschlüssig umhüllt. Das
Umformen oder Umhüllen kann beispielsweise mittels Spritzen, Gießen, Drucken, Auflaminieren einer Folie oder dergleichen erfolgen .
Der optoelektronische Halbleiterchip wird insbesondere derart auf dem Träger aufgebracht, dass die Strahlungshauptseite des optoelektronischen Halbleiterchips direkt, also in direktem mechanischem oder elektrischem Kontakt, mit dem Träger steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Träger
entfernt. Das heißt, nach dem Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips wird der Träger vom
Verbund aus Formkörper und optoelektronischem Halbleiterchip entfernt. Das Entfernen kann beispielsweise durch Erwärmen oder Dünnen des Trägers erfolgen. Ferner ist es möglich, dass das Entfernen durch chemisches Ablösen des Trägers oder einer vorhandenen Haftschicht erfolgt. Nach dem Entfernen des
Trägers ist die ursprünglich dem Träger zugewandte Unterseite des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips frei zugänglich. Bei der Unterseite kann es sich um die
Strahlungshauptseite des Halbleiterchips handeln, durch die im Betrieb des Halbleiterchips Strahlung aus diesem austritt. Mit anderen Worten wird der Halbleiterchip dann face down auf dem Träger aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips an der Oberseite des
Trägers angeordnet, wobei jeder der Halbleiterchips im
Betrieb zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eines Wellenlängenbereichs mit einer dem Halbleiterchip
zugeordneten Peakwellenlänge vorgesehen ist. Das heißt, jeder der Halbleiterchips ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet. Der Halbleiterchip erzeugt im Betrieb dabei elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten
Wellenlängenbereich. Die erzeugte elektromagnetische
Strahlung weist im Wellenlängenbereich bei einer bestimmten Wellenlänge der Peakwellenlänge ein Maximum auf. Mit anderen Worten ist die Peakwellenlänge die dominante Wellenlänge der vom Halbleiterchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Die Peakwellenlänge eines jeden der
Halbleiterchips kann dabei von einem Mittelwert der
Peakwellenlänge aller optoelektronischen Halbleiterchips um höchstens +/- 2 % oder +/- 1 % abweichen. Das heißt, bei den optoelektronischen Halbleiterchips handelt es sich um optoelektronische Halbleiterchips, die elektromagnetische Strahlung bei gleichen oder ähnlichen Wellenlängen
emittieren. Insbesondere sind die optoelektronischen
Halbleiterchips baugleich.
Alternativ kann eine Vielzahl von optoelektronischen
Halbleiterchips an der Oberseite des Trägers angeordnet werden, wobei jeder der Halbleiterchips im Betrieb zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer unterschiedlichen Peakwellenlänge vorgesehen ist.
Beispielsweise können zumindest drei Halbleiterchips angeordnet werden, die elektromagnetische Strahlung aus dem roten, grünen und blauen Bereich (RGB) emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt C) zumindest unterhalb des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips ein Formkörper erzeugt, der eine Dicke von mindestens 200 ym aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor oder nach dem Umformen für jeden Halbleiterchip zumindest eine Durchkontaktierung mit einem elektrisch leitenden Material erzeugt. Insbesondere ist die Durchkontaktierung lateral zum zugeordneten Halbleiterchip angeordnet. Die
Durchkontaktierung durchdringt den Formkörper zumindest im fertig hergestellten Bauteil vollständig. Zwischen der
Durchkontaktierung und dem zugeordneten Halbleiterchip ist ein Isolationselement angeordnet, das lateral beabstandet zum zugeordneten Halbleiterchip angeordnet ist und den Formkörper zumindest im fertig hergestellten Bauteil vollständig
durchdringt. Das Isolationselement ist innerhalb des
Formkörpers angeordnet. Mit anderen Worten ist das
Isolationselement von dem Formkörper eingebettet und
erstreckt sich bei dem fertigen optoelektronischen
Halbleiterbauteil von der Oberseite bis zur Unterseite des Formkörpers. Während der Herstellung kann das
Isolationselement sich auch nicht vollständig durch den
Formkörper erstrecken. Beispielsweise erstreckt sich das Isolationselement bis maximal zwei Drittel der Höhe des
Formkörpers .
In einem anschließenden Verfahrensprozess kann der Formkörper abgeschliffen werden. Der Formkörper wird dabei soweit abgeschliffen, dass sich die zumindest eine
Durchkontaktierung und/oder das Isolationselement von der Oberseite des Formkörpers zu einer Unterseite des Formkörpers erstreckt. Mit anderen Worten werden der Formkörper und/oder das Isolationselement derart abgeschliffen, dass diese die Höhe des Formkörpers in diesem Bereich aufweisen. Es wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der
Durchkontaktierung und dem zugeordneten Halbleiterchip erzeugt. Die elektrisch leitende Verbindung ist elektrisch leitend mit der dem Träger abgewandten Oberfläche an der Oberseite des Halbleiterchips verbunden und erstreckt sich an der Oberseite des Formkörpers.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch die Verwendung eines leitfähigen Formkörpers der optoelektronische Halbleiterchip vollständig in dem Formkörper, also mit seinen Seitenflächen und der Unterfläche in dem Formkörper eingebettet werden kann, so dass nur noch die Strahlungshauptseite frei von dem Formkörper ist. Insbesondere wird der elektrische Formkörper zur Kontaktierung verwendet. Ferner umfasst der Formkörper ein Isolationselement, welches in dem Formkörper eingebettet ist. Das Isolationselement ist insbesondere zwischen der Anode und Kathode angeordnet. Damit können insbesondere die Sollbruchstellen entlang der Halbleiterchipkanten vermieden und ein weitgehend zusammenhängender Untergrund für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil geschaffen werden.
Insbesondere entstehen keine stark gekrümmten Wafer mehr, die entstehenden Halbleiterbauteile sind leicht zu handhaben und sind auch sehr bruchstabil. Die vereinzelten
optoelektronischen Halbleiterbauteile können ferner bei einem sogenannten Pick-and-Place-Prozess leicht gehandhabt werden. Ferner muss nicht bis auf die Halbleiterchiphöhe geschliffen werden, um den Halbleiterchip zu kontaktieren, wie es bisher im Stand der Technik bekannt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird SCHULATEC® TinCo als Formkörper und Ti, Pt und/oder Gold als elektrisch leitende Verbindung und/oder Kontaktstellen verwendet. Der Erfinder hat erkannt, dass durch die Verwendung eines leitfähigen Formkörpers die Bauteildicke deutlich erhöht werden kann und trotzdem eine ausreichende elektrische
Kontaktierung erreicht werden kann. Dies verringert Durchbiegungen und Brüche, sodass auf harte zusätzliche
Träger verzichtet werden kann. Dies spart Prozesskosten und Material. Zudem sind optoelektronische Halbleiterbauteile mit einem elektrischen Formkörper leicht verarbeitbar und zeigen eine hohe Zuverlässigkeit und eine sehr hohe Ausbeute während der Produktion.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen: Die Figur 1 schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer
Durchkontaktierung gemäß einer Ausführungsform, die Figur 2 eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 3A und 3B jeweils eine schematische Draufsicht eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, die Figur 4 ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, die Figur 5 schematisch eine Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, die Figur 6 eine schematische Draufsicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, und die Figur 7 schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines
Verfahrens zur Herstellung zumindest einer Durchkontaktierung 6. Figur 1A zeigt exemplarisch die gleichzeitige Herstellung von sechs Durchkontaktierungen 6, welche elektrisch leitendes Material umfassen. Das elektrisch leitende Material kann ein strukturierfähiges und leitfähiges Material, wie
beispielsweise ein Metall, wie Gold oder Silber, oder ein dotiertes Silizium sein. Die Strukturierung kann
beispielsweise mittels Ätzprozesse erfolgen. Anschließend kann optional eine Metallisierung 5 auf die strukturierte Oberfläche des elektrisch leitenden Materials erfolgen. Als Metallisierung 5 kommen beispielsweise jede möglichen
leitfähigen Metalle in Frage, beispielsweise Gold (Figur 1B) . Anschließend kann das strukturierte elektrisch leitende
Material mit einem Isolationselement 9 vergossen werden
(Figur IC) . Das Isolationselement 9 kann beispielsweise Siliziumdioxid sein. Das Isolationselement 9 bedeckt dabei formschlüssig die Durchkontaktierung 6. Anschließend kann das Vereinzeln zur Erzeugung von mit dem Isolationselement 9 bedeckten Durchkontaktierungen 6 erfolgen (Figur 1D) .
Figur 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das Halbleiterbauteil 100 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 2 auf. Der
optoelektronische Halbleiterchip 2 weist Seitenflächen 2c und eine Unterseite 2b auf, die von einem Formkörper 3 zumindest teilweise bedeckt sind. Insbesondere weist der Halbleiterchip 2 eine Halbleiterschichtenfolge 21, ein Substrat 22 und eine erste Kontaktschicht 23 auf. Die erste Kontaktschicht 23 ist insbesondere ein n-Kontakt, also eine elektrische
Kontaktierung zu zumindest einer n-Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge 21. Ferner kann das
Halbleiterbauteil 100 eine zweite Kontaktschicht 24
aufweisen, welche insbesondere als p-Kontakt zur
Kontaktierung zumindest einer p-Halbleiterschicht der
Halbleiterschichtenfolge 21 eingerichtet ist. Insbesondere bedeckt der Formkörper 3 die Seitenflächen des Substrats 22 und der ersten Kontaktschicht 23 des Halbleiterchips 2. Der Formkörper 3 ist elektrisch leitfähig. Insbesondere weist der Formkörper 3 ein Material aus einem elektrisch leitfähigen Polymer auf. Zusätzlich kann das elektrisch leitfähige
Polymer auch thermisch leitfähig sein. Insbesondere weist das elektrisch leitfähige Polymer keine Bestandteile von
Thermoplasten auf. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist eine Durchkontaktierung 6 auf, die ein elektrisch leitendes Material umfasst. Die Durchkontaktierung 6 ist lateral zum Halbleiterchip beabstandet. Figur 2 zeigt, dass die Durchkontaktierung 6 in einem Isolationselement 9 eingebettet ist. Das Isolationselement 9 verhindert einen direkten Stromfluss über den Formkörper 3 zum Halbleiterchip 2. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist ferner eine elektrisch leitende Verbindung 7 auf. Die elektrisch leitende Verbindung 7 verbindet den Halbleiterchip 2 und die Durchkontaktierung 6 elektrisch leitend miteinander.
Unterhalb der elektrisch leitenden Verbindung 7 ist zur elektrischen Isolation gegenüber dem elektrisch leitfähigen Formkörper 3 ein isolierendes Material 10 aufgebracht. Das isolierende Material 10 kann beispielsweise Siliziumdioxid sein. Ferner kann das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 zumindest eine weitere Kontaktstelle 8 aufweisen, die einen vertikalen Stromfluss über den Formkörper 3 in den
Halbleiterchip 2 ermöglichen. Die weitere Kontaktstelle 8 kann eine Leiterplatte oder eine Metallplatte sein.
Figuren 3A und 3B zeigen jeweils Ansichten eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 in einer schematischen Perspektivdarstellung. Die Figur 3A zeigt das Halbleiterbauteil 100 von der Oberseite 2a des
Halbleiterchips 2 her. Das Halbleiterbauteil 100 umfasst genau einen Halbleiterchip 2, der an seinen Seitenflächen 2c vollständig von dem Formkörper 3 umgeben ist. Durch den
Formkörper 3 ist eine Durchkontaktierung 6 hindurchgeführt, die mittels elektrisch leitender Verbindung 7 mit der
Kontaktstelle 4c an der Oberseite 2a des Halbleiterchips verbunden ist. An der Unterseite des Halbleiterbauteils, siehe die Figur 3B, ist eine Kontaktstelle 4a ausgebildet, mittels der der Halbleiterchip 2 beispielsweise p-seitig kontaktiert wird. Die n-seitige Kontaktierung erfolgt mittels der Kontaktstelle 4b, die durch die Durchkontaktierung 6 gebildet ist. Zwischen der Durchkontaktierung 6 und dem
Halbleiterchip 2 ist ebenfalls der Formkörper 3 angeordnet. Ferner weist das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 ein Isolationselement 9 auf, das die Durchkontaktierung 6 und den Halbleiterchip elektrisch isoliert, sodass kein direkter Stromfluss über den elektrisch leitenden Formkörper 3
erfolgt.
Es ist dabei möglich, dass sich eine Kontaktstelle 4a an der Oberseite 2a und eine Kontaktstelle 4b an der Unterseite 2b befindet. Ferner können sich beide Kontaktstellen 4a, 4b an derselben Seite befinden. Ferner ist es möglich, dass es sich bei der Unterseite 2b oder der Oberseite 2a um die
Abstrahlseite oder die Strahlungshauptseite des
Halbleiterchips 2 handelt. Das heißt, die
Strahlungshauptseite des Halbleiterchips 2 kann die
Seitenflächen 2c und die Außenfläche an der Oberseite 2a und/oder der Unterseite 2b umfassen.
Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Es wird ein Träger 1 bereitgestellt. Auf diesen Träger 1 wird ein Halbleiterchip 2 angeordnet. Ferner wird eine Durchkontaktierung 6, welche beispielsweise
zusätzlich eine Metallisierung 5 aufweisen kann, aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt insbesondere in einem sogenannten Pick-and-Place-Prozess . Die Durchkontaktierung 6 kann von einem Isolationselement 9 umhüllt sein. Die Herstellung einer mit einem Isolationselement 9 umhüllten Durchkontaktierung 6 ist in Figur 1 beschrieben. Anschließend erfolgt das Umformen des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips 2 mit dem Formkörper 3, wobei der Formkörper alle Seitenflächen 2c und die Unterseite 2b des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips 2 bedeckt und der Formkörper 3 elektrisch leitfähig ist. Der Formkörper 3 ist zur Kontaktierung des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips 2
eingerichtet. Anschließend kann die Oberseite 2a und/oder die Unterseite 2b des zumindest einen Halbleiterchips 2 frei vom Formkörper sein oder freigelegt werden. Insbesondere erfolgt das Freilegen der Oberseite 2a des Halbleiterchips 2 durch Schleifen. Dabei wird der Formkörper 3 und zumindest
teilweise das Isolationselement 9 abgeschliffen, insbesondere bis zur Höhe der Durchkontaktierung 6. Anschließend kann das Entfernen des Trägers 1 erfolgen. Der Träger 1 kann beispielsweise eine Folie sein. Das Entfernen des Trägers 1 kann beispielsweise durch Abziehen der Folie erfolgen. Alternativ kann das Entfernen des Trägers auch vor dem Umformen mit dem Formkörper 3 erfolgen.
Anschließend kann eine elektrisch leitende Verbindung 7 erzeugt werden, die elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip
2 verbunden ist und sich an der Oberseite 3a des Formkörpers
3 erstreckt.
Figur 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 der Figur 5 unterscheidet sich von dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 100 der Figur 2 dadurch, dass das
Isolationselement 9 von der Durchkontaktierung beabstandet ist. Das Isolationselement 9 ist zwischen der
Durchkontaktierung 6 und dem Halbleiterchip 2 angeordnet. Das Isolationselement 9 ist zumindest von den Seitenflächen der Durchkontaktierung 6 und den Seitenflächen des
Halbleiterchips 2 beabstandet. Das Isolationselement 9 ermöglicht keinen direkten Stromfluss zwischen dem
Halbleiterchip 2 und der Durchkontaktierung 6. Der Stromfluss erfolgt von dem Halbleiterchip 2 zur Durchkontaktierung 6 über die elektrisch leitende Verbindung 7.
Figur 6 zeigt schematisch eine Draufsicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Die Durchkontaktierung 6 kann mittels einer Metallisierung 12 umhüllt sein, um eine bessere elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen. Das Isolationselement 9 erstreckt sich insbesondere in Draufsicht durch den Formkörper 3.
Insbesondere erstreckt sich das Isolationselement 9 von der Oberseite 3a des Formkörpers 3 bis zur Unterseite 3b des Formkörpers 3 (hier nicht gezeigt) . Damit kann das
Isolationselement 9 einen direkten Stromfluss über den elektrisch leitfähigen Formkörper 3 von der
Durchkontaktierung 6 und dem Halbleiterchip 2 oder umgekehrt verhindern .
Die Figur 7 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren der Figur 7 unterscheidet sich im Vergleich zum Verfahren der Figur 4 dadurch, dass hier das Isolationselement 9 nicht zusammen mit der Durchkontaktierung 6 auf den Träger 1 aufgebracht wird, sondern in getrennten Schritten. Insbesondere können zumindest das
Isolationselement 9 und die Durchkontaktierung 6 zeitlich gleichzeitig auf den Träger 1 aufgebracht werden. Ferner kann der Halbleiterchip 2 mittels Pick-and-Place-Prozess auf den Träger 1 aufgebracht werden. Es werden also drei Elemente mittels Pick-and-Place-Prozess auf den Träger 1 angeordnet. Anschließend erfolgt das Umformen der drei Elemente 6, 9 und 2 mittels des Formkörpers 3. Der Formkörper 3 ist
insbesondere elektrisch leitend und/oder thermisch leitend. Nach dem Umformen kann der Träger 1 wieder entfernt werden. Es kann dann der Formkörper 3 bis zur Durchkontaktierung 6 abgeschliffen werden. Dabei erstreckt sich die
Durchkontaktierung 6 von der Oberseite 3a des Formkörpers 3 zur Unterseite 3b des Formkörpers 3. Weitere
Verfahrensschritte können analog dem Verfahren der Figur 4 durchgeführt werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen und Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 591.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 Träger
la Oberfläche des Trägers
2 optoelektronischer Halbleiterchip
21 Halbleiterschichtenfolge
22 Substrat
23 erste Kontaktschicht (n-Kontakt)
24 zweite Kontaktschicht (p-Kontakt)
2a Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips
2b Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips
2c Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterchips
3 Formkörper
31 Formmaterial des Formkörpers
32 Füllstoff des Formkörpers
3a Oberseite des Formkörpers
3b Unterseite des Formkörpers
4 Kontaktstellen
5 Metallisierung
6 Durchkontaktierung
7 elektrisch leitende Verbindung
8 weitere Kontaktstellen
9 Isolationselement
10 isolierendes Material

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) mit
- einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), dessen
Seitenflächen (2c) und Unterseite (2b) von einem Formkörper (3) zumindest teilweise bedeckt sind,
wobei der Formkörper (3) elektrisch leitfähig ist und zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen
Halbleiterchips (2) eingerichtet ist,
- zumindest einer Durchkontaktierung (6), die ein elektrisch leitendes Material umfasst und lateral beabstandet zum
Halbleiterchip (2) angeordnet ist,
wobei die Durchkontaktierung (6) den Formkörper (3)
vollständig durchdringt, wobei sich die Durchkontaktierung (6) von einer Oberseite (3a) des Formkörpers (3) zu einer Unterseite (3b) des Formkörpers (3) erstreckt,
- zumindest einem Isolationselement (9), das zwischen der Durchkontaktierung (6) und dem Halbleiterchip (2) innerhalb des Formkörpers (3) angeordnet ist und sich von der Oberseite (3a) des Formkörpers (3) zu der Unterseite (3b) des
Formkörpers (3) erstreckt,
- einer elektrisch leitenden Verbindung (7), die elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip (2) und der Durchkontaktierung (6) verbunden ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1,
wobei der Formkörper (3) zusätzlich thermisch leitfähig ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Formkörper (3) aus einem leitfähigen Polymer gebildet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei das leitfähige Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polypyrrol, Polythiophen und Polyanilin umfasst.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3 oder 4,
wobei das leitfähige Polymer frei von thermoplastischen
Eigenschaften ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Formkörper (3) zumindest unterhalb des
Halbleiterchips (2) mit einer einheitlichen Dicke ausgeformt ist, die mindestens 200 ym ist und wobei ein Stromfluss durch den Formkörper (3) zumindest unterhalb des Halbleiterchips (2) erfolgt.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Formkörper (3) zumindest aus einem mechanisch stabilisierenden nichtleitendem Formmaterial (31) und einem leitfähigen Füllstoff (32) gebildet ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei der leitfähige Füllstoff (32) ein Material aus
Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Kohlenstoff oder
Kombinationen daraus aufweist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der leitfähige Füllstoff (32) als Partikel oder
Nanoröhrchen ausgebildet ist und in dem nichtleitenden
Formmaterial (31) eingebettet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
wobei das nichtleitende Formmaterial aus einer Gruppe
ausgewählt ist, die Epoxidharz, Silikon, Epoxid- Silikonhybrid, Polyamid 6, Glas und Glaskeramik umfasst.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Isolationselement (9) zumindest die Seitenflächen der Durchkontaktierung (6) direkt bedeckt, wobei das
Isolationselement (9) einen direkten Stromfluss zwischen dem Halbleiterchip (2) und der Durchkontaktierung (6) verhindert.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Isolationselement (9) zumindest von den
Seitenflächen der Durchkontaktierung (6) und den
Seitenflächen des Halbleiterchips (2) beabstandet ist und wobei das Isolationselement (9) einen direkten Stromfluss zwischen dem Halbleiterchip (2) und der Durchkontaktierung (6) verhindert.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils mit den folgenden Schritten:
A) Bereitstellen eines Trägers (1),
B) Anordnen zumindest eines optoelektronischen
Halbleiterchips (2) an einer Oberseite (la) des Trägers (1), C) Umformen des zumindest einen optoelektronischen
Halbleiterchips (2) mit einem Formkörper (3), wobei der Formkörper (3) alle Seitenflächen (2c) und die Unterseite (2b) des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips
(2) zumindest teilweise bedeckt und der Formkörper (3) elektrisch leitfähig ist und zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips (2) eingerichtet ist,
wobei die Oberseite (2a) oder die Unterseite (2b) des
zumindest einen Halbleiterchips (2) frei vom Formkörper (3) bleibt oder freigelegt wird,
D) Entfernen des Trägers (1) .
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei im Schritt C) zumindest unterhalb des zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchips (2) ein Formköper (3) erzeugt wird, der eine Dicke von mindestens 200 ym aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
wobei
- vor oder nach dem Umformen für jeden Halbleiterchip (2) zumindest eine Durchkontaktierung (6) mit einem elektrisch leitenden Material erzeugt wird, wobei
- die Durchkontaktierung (6) lateral beabstandet zum
zugeordneten Halbleiterchip (2) angeordnet ist, und
- die Durchkontaktierung (6) den Formkörper (3) vollständig durchdringt,
wobei zwischen der Durchkontaktierung (6) und dem
zugeordneten Halbleiterchip (2) und innerhalb des Formkörpers
(3) ein Isolationselement (9) angeordnet ist, das lateral beabstandet zum zugeordneten Halbleiterchip (2) angeordnet ist und den Formkörper (3) vollständig durchdringt und wobei zwischen der Durchkontaktierung (6) und dem
zugeordneten Halbleiterchip (2) eine elektrisch leitende Verbindung (7) erzeugt wird, die elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip (2) verbunden ist und sich an der Oberseite (3a) des Formkörpers (3) erstreckt.
PCT/EP2016/060335 2015-05-13 2016-05-09 Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils WO2016180780A1 (de)

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