WO2017144451A1 - Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements - Google Patents

Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements Download PDF

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WO2017144451A1
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molded body
conversion element
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Korbinian Perzlmaier
Christian LEIRER
Matthias Sperl
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/8312—Electrodes characterised by their shape extending at least partially through the bodies

Definitions

  • Specify semiconductor device which can be produced particularly inexpensive. Another object to be solved is to specify a method for producing such a semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component can be set up to emit and / or detect electromagnetic radiation, in particular light, during operation.
  • the semiconductor device comprises at least one semiconductor chip.
  • the semiconductor chip may be an electronic or an optoelectronic semiconductor chip. Is this the case Semiconductor chip to an optoelectronic semiconductor chip, then the semiconductor chip is set to during operation electromagnetic radiation, in particular light, too
  • the semiconductor chip may then be, for example, a light-emitting diode chip. In this case, it is the
  • the semiconductor chip comprises a semiconductor body with an active region.
  • the function of the semiconductor body In the active region of the semiconductor body, the function of the
  • the semiconductor body has grown at least partially epitaxially and is based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor chip comprises a conversion element and a carrier which has at least one first conductor body, at least one second conductor body and at least one first conductor body
  • Shaped body comprises.
  • the carrier is a first component
  • the semiconductor chip which gives the semiconductor chip at least part of its mechanical stability.
  • the semiconductor chip can be energized via the conductor body, with the first conductor body and the second conductor body then lying at a different electrical potential.
  • the conductor body for example, formed as a solid body containing at least one metal or consist of at least one metal.
  • the conductor body can be used for producing the carrier, for example as
  • Solid bodies are provided or the conductor bodies are used in the manufacture of the carrier, for example electroless or galvanic deposition generated.
  • Conductivity and a high thermal conductivity are at the same potential during operation of the semiconductor chip. Also, any existing two or more second conductor body are in the operation of the
  • the conductor body can therefore be formed in one piece or in several parts. If a ladder body in several parts
  • the carrier further comprises a first shaped body.
  • the first molded body is formed with an electrically insulating material.
  • the first molded body may be formed with a plastic material.
  • the first shaped body may be the conductor body of the carrier in lateral directions
  • directions are those directions which are parallel to a main extension plane of the semiconductor chip
  • Conductor body each having at least two opposing exposed surfaces, not from the first
  • the conductor bodies may be on a side of the carrier facing the semiconductor body and one of the Semiconductor body side facing away from the carrier flush with the first molded body.
  • the first molded body can be molded onto the conductor body.
  • direct interfaces between the first shaped body and the conductor bodies may be present.
  • the material of the first molded body for molding on the conductor body may be flowable and solidify after molding.
  • the first shaped body electrically isolates the first and second conductor bodies from one another, so that an electrical connection of the semiconductor body is possible via the conductor bodies.
  • the first molded body is located at least between the first and the second
  • Semiconductor body facing side of the carrier and connect the side facing away from the semiconductor body side of the carrier may be formed completely with the first mold body, so that the conductor body only on the side facing away from the semiconductor body side of the carrier, that is, on the back of the semiconductor chip for a further contacting are accessible.
  • the side surfaces are formed at least in places by the conductor body. In this case, the conductor bodies are thus exposed on the side surfaces of the semiconductor chip and the first molded body is present in the region between the conductor bodies.
  • the first molded body may be integrally formed.
  • the first molded body may be formed with a matrix material which comprises, for example, a thermoplastic and / or a thermoset and / or an epoxy material and / or a silicone material. Fillers can be introduced into the matrix material be, which mechanical, thermal and / or optical
  • the semiconductor chip comprises a conversion element.
  • Conversion element comprises at least one
  • Luminescence conversion material which is adapted to convert an electromagnetic radiation generated in operation in the semiconductor chip into radiation of another, in particular a longer wavelength.
  • the conversion element may comprise a matrix material in addition to the at least one luminescence conversion material.
  • the conversion element can be arranged on the side of the semiconductor body facing away from the carrier, in particular a direct interface between the semiconductor body and the conversion element can be present.
  • the conversion element is arranged on the semiconductor body that generated during operation in the active region
  • the semiconductor chip may be adjacent to the semiconductor body, the
  • Carrier and the conversion element further elements such as contact layers, solder layers,
  • Passivation layers and / or adhesion-promoting layers include, which may be arranged, for example, on the back of the carrier facing away from the semiconductor body.
  • a side of the carrier facing away from the active area at least partially forms a rear side of the semiconductor chip.
  • a side of the conversion element facing away from the active region at least partially forms a front side of the
  • the side surfaces of the semiconductor chip are the areas connecting the front and the back of the semiconductor chip with each other.
  • the semiconductor device comprises a second molded body.
  • the second molded body is formed with an electrically insulating material.
  • the second molded body may be formed with a plastic material.
  • Shaped body can the semiconductor chip in the lateral
  • the second molded body can be molded onto the semiconductor chip.
  • direct interfaces between the second molded body and the semiconductor chip may be present.
  • At least one direct interface between the conversion element and the second molded body is present.
  • the material of the second molded body can be flowable for molding onto the semiconductor chip and solidify after molding. Side surfaces of the
  • Semiconductor device having a front side and a
  • the semiconductor chip is not covered by the second molded body only on its front side and on its rear side.
  • the second molded body may be formed in one piece.
  • the second shaped body may be formed with a matrix material, for example, a thermoplastic and / or a Duroplast and / or an epoxy material and / or a silicone material.
  • the molded body may comprise silicone, spin-on glass and / or metal.
  • Matrix material may be introduced fillers, which mechanical, thermal, electrical and / or optical
  • Fillers may for example contain or consist of TiO 2.
  • the second molded body may be formed with a material different from the first molded body. It is possible that the first and the second shaped body both different matrix materials as well
  • the two shaped bodies for example, have the same matrix material, but differ from one another with regard to fillers in the matrix material.
  • the second body surrounds the
  • the semiconductor chip in lateral directions completely. That is, the semiconductor chip is of the second molded body
  • the semiconductor chip completely penetrates the second molded body in the vertical direction. That is, the front and the back of the Semiconductor chips are at least in places, in particular completely free of the material of the second molded body.
  • Semiconductor device is the carrier of the semiconductor chip
  • the carrier can be from the semiconductor body of the semiconductor chip
  • both the conductor body of the carrier and the first molded body are materially connected to the semiconductor body.
  • a connecting region between the carrier and the semiconductor body can be arranged, which mediates a mechanical connection between the two components of the semiconductor chip.
  • the active region is electrically conductive with the first conductor body and the second
  • Operation of the semiconductor chip necessary electrical current through the first and the second conductor body and energized via this the active area.
  • the second molded body directly adjacent to the semiconductor chip. That is, the side surfaces of the semiconductor chip.
  • passivation layers for example, passivation layers,
  • Bonding layers and / or mirror layers include.
  • the second molded body directly adjoins the semiconductor chip and, for example, forms an intimate connection with the semiconductor chip on the side surfaces of the semiconductor chip, so that the second molded body is permanently mechanically connected to the semiconductor chip. A release of the second molded body from the semiconductor chip is then possible only by destruction of one of the components of the semiconductor device.
  • the second molded body forms in this way a housing for the
  • the second molded body covers at the side surfaces of the semiconductor chip exposed surfaces of the conversion element at least partially.
  • Shaped body can be in direct mechanical contact with these exposed surfaces.
  • a method for manufacturing a plurality of semiconductor devices In particular, a semiconductor component described here can be produced by the method. That is, all for the
  • each one the semiconductor chip comprises a semiconductor body having an active region, a conversion element and a carrier having a first conductor body, a second conductor body and a first shaped body.
  • the semiconductor chips may in particular be semiconductor chips, as used in the
  • the semiconductor chips with the side on which the
  • Conversion element is mounted on a subcarrier.
  • the semiconductor chips can in particular by means of a
  • thermally or by UV-releasable adhesive are attached to the submount.
  • the thermally dissolvable adhesive may comprise, for example, a bonding material in which particles of a material are introduced, which expand under heat and thus allow detachment.
  • the subcarrier can, for example, at his from the
  • Semiconductor chips side facing a base body, which is formed with a rigid, self-supporting material, for example a metal. On its side facing the semiconductor chip can on the subcarrier on a
  • a film such as a
  • thermo-release film for example REVALPHA tape from Nitto
  • UV release film for example UV release film
  • the semiconductor chips are mounted laterally spaced apart on the submount.
  • the semiconductor chips are formed with a second shaped body such that the second shaped body completely surrounds the semiconductor chips in lateral directions and the second Shaped body at least on the side surfaces of
  • the respective conversion element can directly adjoin the respective carrier and / or semiconductor body.
  • the second molded body is one as described in connection with the semiconductor device.
  • the second molded body can be applied in such a way that it supports the semiconductor chips at its from the auxiliary carrier
  • Main extension plane of the subcarrier has a thickness which is greater than the thickness of the semiconductor chips.
  • the second molded body is subsequently thinned such that the semiconductor chips are exposed on the side of the second molded body facing away from the auxiliary carrier.
  • the second shaped body it is also possible for the second shaped body to be applied in such a way that the sides of the semiconductor chips remote from the auxiliary carrier remain free of the material of the second shaped body.
  • the subcarrier is removed and the arrangement of semiconductor chips and second molded body in a plurality of
  • Semiconductor device comprises at least one semiconductor chip.
  • the method comprises the following steps:
  • each of the semiconductor chips comprises a semiconductor body having an active region, a conversion element and a carrier a first conductor body, a second conductor body and a first shaped body,
  • each semiconductor device at least one
  • Semiconductor chip includes. The steps can be carried out in particular in the order given.
  • a semiconductor device described here and a method described here prove to be surprisingly advantageous in many ways.
  • the first molded body and the second molded body different
  • Shaped bodies are adapted. Due to the fact that the second molded body laterally surrounds the semiconductor chip and thus the first molded body, it is possible to specify a semiconductor component in which no or no
  • Shaped body meets.
  • the first molded body can therefore with
  • materials that are sensitive to the light generated by the semiconductor chip during operation or UV radiation are, for example, due to good thermal conductivity and / or low cost are advantageous.
  • the first molded article in a particular color or with a certain
  • the optical impression of the semiconductor component can be determined by appropriate choice of the material with which the second molded body is formed. It is possible, for example, that the second molded body is black, colored or reflective white. As on the first molding no in the
  • Semiconductor chip generated electromagnetic radiation can make this can be formed with radiation-sensitive materials such as an epoxy resin or an epoxy-silicone hybrid material.
  • the second shaped body can be formed, for example, with a silicone material as matrix material.
  • the second molded body completely covers the outer side surfaces of the semiconductor chip and thus also of the conversion element, it can be achieved that
  • Electromagnetic radiation via the side surfaces of the conversion element or the semiconductor body is not or only to a significantly reduced extent coupled out of the semiconductor device.
  • the second shaped body for in the active zone formed and converted by the conversion element electromagnetic radiation reflective so it can be formed by a particularly efficient semiconductor device.
  • Shaped body on the side surfaces of the semiconductor chip is a cross-talk between lateral
  • such small semiconductor chips are easy to handle and, for example, can be realized as an SMD component.
  • the carrier is formed in the semiconductor chips used only with conductor bodies and the first molded body and The second molded body can also be formed with a low-cost plastic material can on
  • Semiconductor chips are dispensed with expensive semiconductor carriers or expensive housing materials of the semiconductor chips.
  • the first molded body is formed, for example, such that it completely surrounds the conductor body of the semiconductor chip in lateral directions, and a side surface of the semiconductor chip is formed in places by the first molded body.
  • the adhesion between the first molded body and the second molded body can be made particularly resistant to mechanical stress.
  • first shaped body and the second shaped body contain identical or similar matrix materials. Furthermore, the first shaped body can face on its side facing the second shaped body
  • Molded body engages.
  • Surfaces of the first shaped body which border directly on the second Fromisson, have chemical modifications of the surface.
  • this surface of the first molded body which is in direct mechanical contact with the second molded body, be treated before the application of the second molded body in a plasma or coated with an adhesion promoter.
  • Separation method are isolated, which generates a roughened outer surface of the first molded body as a singulation track.
  • the semiconductor chips can be singulated by sawing, whereby a roughened surface of the first molded body, which has, for example sawing, can arise.
  • the second molded body then engages in this separation tracks and is connected in this way particularly intimately with the first molded body.
  • the first molded body comprises particulate fillers which are exposed or present on an outer surface of the shaped body and thus project into the second shaped body and in this way an anchoring between the two shaped bodies is produced.
  • particulate fillers in the first molding by etching at the
  • Anchoring of the second molded body in the first molded body takes place.
  • the second molded body overlaps on the side surfaces of the semiconductor chip
  • the exposed surfaces of the conversion element may have a different length in the vertical direction and may be in
  • a portion of the exposed surfaces may not be at all, partially or completely covered, with a total of at least 50% of the exposed surfaces covered.
  • the second shaped body directly adjoins the semiconductor chip, in particular directly to the carrier and to the conversion element.
  • the second molded body has a protective function for the semiconductor chip.
  • the second molded body protects the semiconductor chip from moisture and / or mechanical damage.
  • Shaped body reflective at least in places light
  • Conversion element borders be formed reflective.
  • the first one is a titanium oxide or a zirconium oxide is filled.
  • the first one is a titanium oxide or a zirconium oxide.
  • Shaped body at least partially absorbing light
  • this can be formed with a material that is radiation sensitive, for example, but for
  • the material of the second shaped body can be filled, for example, with fillers which give the second shaped body a colored or black impression that in particular at least 50%, in particular at least 75%, of a radiation impinging on the first shaped body is absorbed or reflected. So it will be a maximum of 50%, especially a maximum of 25%, one at first
  • Conductor body extending from the semiconductor body to the side facing away from the semiconductor body side of the second molded body are arranged in a plan view of the front side of the semiconductor chip completely below the semiconductor body and do not protrude laterally beyond the semiconductor body. In this way, and in particular in the event that the conductor body completely from the material of the first
  • Molded bodies can be enclosed on one at a time
  • Semiconductor body produced electromagnetic radiation laterally past the conversion element, without the
  • the electrically insulating layer may have at least one first opening and at least one second opening
  • Area of the opening is not a material of the electric
  • the electrically insulating layer is formed, for example, with a dielectric.
  • the layer may include any of the following materials or may be comprised of one of the following materials: oxide, nitride, silicone, epoxy, polymer.
  • the electrically insulating layer it is also possible for the electrically insulating layer to be formed with the same material as the first shaped body and / or the second shaped body or with the same material as the matrix material of at least one of the shaped bodies.
  • the electrically insulating layer has a thickness which is smaller than the thickness of the second shaped body. Further, it is possible that the thickness is smaller than the thickness of the first molded body. For example, the thickness is the
  • connection points serve for contacting the semiconductor chip from the outside and are arranged, for example, on a common surface, for example on the rear side of the semiconductor chip and on the back side of the second molded body, that is to say the rear side of the semiconductor component.
  • the semiconductor chip and thus the semiconductor device can in this case
  • connection points are formed with an electrically conductive material and can be one or more metals
  • connection points may have an outer surface facing away from the semiconductor body, which is characterized by good connectivity, for example good solderability.
  • connection points are applied to the back of the semiconductor device and it is located between the two connection points an electrical
  • connection points two separated by the insulating layer areas can in this case up to a side surface of the semiconductor device
  • Conductor body at a first distance and has the first connection point of the second connection point a second distance, wherein the first distance is smaller than the second distance.
  • the ladder body are therefore closer
  • the second distance ie the distance between the connection points
  • the distance between the conductor bodies may then be 100 ym or less, for example 60 ym and less or 40 ym and less.
  • the semiconductor component described here and the method described here are inter alia the
  • Conductor body the better heat can be dissipated via the conductor body of the active area.
  • a large distance of the conductor body leads to an inhomogeneous
  • the manufacturing process is applied to the rear side facing away from the semiconductor body of the carrier and the second
  • the electrically insulating layer is at locations where the Terminals are formed, open or not
  • connection points are connected via this opening with the electrical conductor bodies.
  • the electrically insulating layer may extend over the entire area away from the semiconductor body
  • Form body is completely covered there by the electrically insulating layer.
  • the electrically insulating layer partially borders directly on the conductor body, the connection points and the first shaped body as well as the second shaped body.
  • the electrically insulating layer can thus serve as a mechanically connecting component between said components of the semiconductor component and further increase a mechanical stability of the semiconductor component.
  • Semiconductor device this may comprise a plurality of spaced in the second molded body of semiconductor chips.
  • the semiconductor chips may be similar semiconductor chips which, for example, emit light of the same color during operation. Alternatively, it is possible that they are different semiconductor chips, which can emit, for example, light of different colors.
  • the semiconductor chips are each embedded in the described manner in the second molded body.
  • connection carrier for example a
  • a plurality of semiconductor chips are arranged on the auxiliary carrier such that the conversion element of each
  • this includes
  • Conversion element at least one
  • Lumineszenzkonversionsmaterial which is adapted to a generated in operation in the semiconductor chips
  • Conversion element can in addition to the at least one
  • Lumineszenzkonversionsmaterial comprise a matrix material.
  • the conversion element is applied, for example, by spraying, knife coating or spin coating.
  • the conversion element may be formed as a self-supporting element. The conversion element can then be manufactured in a separate process and subsequently to the
  • Semiconductor body can be applied.
  • the semiconductor chips before being mounted on the auxiliary carrier, to be in the operating mode with respect to the wavelength of the latter
  • Semiconductor chips is generated, to be set very precisely, as with a uniform layer thickness of
  • Figures 1A, 1B, 2 and 3A and 3B show
  • Figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E and 4F show with reference
  • FIG. 1A shows by way of a schematic
  • the semiconductor component comprises a semiconductor chip 10.
  • the semiconductor chip 10 comprises a semiconductor body 1, a connection region 2, a carrier 3 and a conversion element 6
  • Conversion element 6 are shown in greater detail in the enlarged detail of Figure 1B.
  • the semiconductor body 1 is fastened and connected mechanically and electrically to the carrier 3 via the connection region 2.
  • the conversion element 6 is arranged on the side facing away from the carrier 3 side of the semiconductor body 1.
  • the side facing away from the semiconductor body 1 side of the conversion element 6 forms the front side 101 of
  • the carrier 3 comprises a first conductor body 31, a second conductor body 32 and a first shaped body 33.
  • the semiconductor body 1 comprises, for example, a first conductive region 11, which may be formed, for example, n-type, an active region 12 and a second conductive region 13, for example p-type
  • the semiconductor chip 10 may be a radiation-emitting semiconductor chip in which When operating in the active area 12 light is generated, for example blue light.
  • the semiconductor chip 10 is then, for example, a light-emitting diode chip.
  • the semiconductor body 1 is mechanically fixed and electrically conductively connected to the carrier 3 via the connection region 2. That is, the semiconductor body 1 can only destroy at least one of the components of the
  • Connection area 2 includes, for example, a first one
  • Contact layer 21 via which the second conductive region 13 of the semiconductor body 1 is contacted, and a second contact layer 22, via which the first conductive region 11 of the semiconductor body 1 can be contacted.
  • Contact layer 22 may be electrically separated from the first contact layer 21 by an insulating layer 23.
  • the via 24 extends from the side facing away from the carrier 3 side of the semiconductor body through the second conductive region 13 and the active region 12 into the first conductive region 11.
  • the first contact layer 21 and the second contact layer 22 extend in places parallel to each other and overlap in the vertical direction V, which is perpendicular to the lateral directions L, which extend parallel to a main extension plane of the semiconductor chip or the semiconductor device.
  • the connection region 2 may comprise further layers which are used for power conduction and / or for other functions in the
  • the semiconductor body 1 and the connection portion 2 are formed differently than shown.
  • the semiconductor body 1 could without
  • Via contacts are contacted or contact layers of the connection region 2 do not run one above the other in the vertical direction.
  • the carrier 3 comprises in the present embodiment, a first conductor body 31 and a second conductor body 32.
  • the first conductor body 31 is electrically connected to the first contact layer 21 and the second
  • Conductor body 32 is electrically conductive to the second
  • the conductor bodies 31, 32 are formed, for example, with a metal and produced galvanically, wherein a layer of the connection region 2 can serve as a seed layer for the electrodeposition of the conductor bodies 31, 32. Furthermore, it is possible that the
  • Conductor body 31, 32 are formed as a solid body, which are connected via solder layers, which may also be parts of the connection region 2, with the semiconductor body 1.
  • the conductor bodies 31, 32 are completely enclosed in the lateral directions L by the first shaped body 33 and close at the semiconductor body 1 Front and facing away from the semiconductor body 1
  • Shaped body 33 from.
  • the conductor body 31, 32 are arranged at a distance Dl to each other.
  • Patent applications DE 102015114587.1 and DE 102015115900.7 described, the disclosure content of which is hereby expressly incorporated by reference.
  • the semiconductor chip 10 is in lateral directions L
  • the semiconductor chip 10 completely penetrates the second molded body 5 in the vertical direction V.
  • first and second connection points 51, 52 are formed, which the connection points for mounting and an electrical connection of
  • Shaped body 5 an electrically insulating layer 4.
  • the electrically insulating layer 4 covers the second
  • Shaped body and the first molded body 33 at least
  • connection points 51, 52 are located in the openings 41, 42 in direct contact with the moldings 5, 33.
  • connection points 51, 52 are arranged at a distance D2 from each other, which is greater than the distance Dl between the conductor bodies 31, 32. In this way, is a solderability of the semiconductor device
  • Connection points 51, 52 and not on the side surfaces of the component is present.
  • a further exemplary embodiment of a semiconductor component described here is described, in which a planar ESD protection diode is introduced as ESD protection element 8 into the second molded body 5 and at least partially embedded there.
  • the ESD protection element 8 can in
  • Connection points 51, 52 take place, as shown schematically in the plan view of Figure 3B.
  • a plurality of semiconductor chips 10 are provided, which are, for example, light-emitting diode chips, for example as as described above, which may be, for example, electromagnetic emissions emitted during operation
  • the semiconductor chips 10 are arranged facing the auxiliary carrier 7 with the side on which the conversion element 6 is located.
  • the subcarrier 7 comprises, for example, a main body 71, which is provided with a rigid material,
  • the auxiliary carrier 7 comprises a connecting layer 72, with which a film 73 is attached to the main body 71.
  • the film 73 is, for example, a thermally releasable film which has a thermally releasable adhesive 74 at its from
  • Semiconductor chips 10 are attached with its front side 101 on the auxiliary carrier thermally detachable.
  • the second shaped body 5 is applied, for example, by means of mounts in such a way that it is arranged between and above the semiconductor chip 10.
  • the second molded body covers the
  • Ladder body 31 and the second conductor body 32 are exposed. This process step can be omitted if the second molded body 5, the semiconductor chips 10 from the auxiliary carrier. 7 seen from not overmoulded, but remote from the subcarrier 7 front of the semiconductor chip 10 remains free from the second shaped body 5.
  • the molded body 5 may be applied by transfer molding.
  • connection points 51, 52 take place, via which the semiconductor chips 10 can also be interconnected electrically conductively with each other.
  • connection points 51, 52 take place, via which the semiconductor chips 10 can also be interconnected electrically conductively with each other.

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Halbleiterbauelement - mit mindestens einem Halbleiterchip (10), der einen Halbleiterkörper (1) mit einem aktiven Bereich (12), ein Konversionselement (6) und einen Träger (3) umfasst, und der Träger (3) einen ersten Formkörper (33), einen ersten Leiterkörper (31) und einen zweiten Leiterkörper (32) aufweist, und die Leiterkörper (31, 32) mit dem aktiven Bereich (12) elektrisch leidend verbunden sind, und bei dem eine vom aktiven Bereich (12) abgewandte Seite des Konversionselements (6) eine Vorderseite (101) des Halbleiterchips (10) bildet und eine vom aktiven Bereich (12) abgewandte Seite des Trägers (3) eine Rückseite (102) des Halbleiterchips (10) bildet, und Seitenflächen (103) des Halbleiterchips Vorder- (101) und Rückseite (102) miteinander verbinden, und - mit einem zweiten Formkörper (5), wobei - der Halbleiterchip (10) den zweiten Formkörper (5) vollständig durchdringt, derart, dass der zweite Formkörper (5) einen Rahmen um den Halbleiterchip (10) bildet und dass die Vorderseite (101) und die Rückseite (102) des Halbleiterchips (10) zumindest stellenweise frei vom zweiten Formkörper (5) sind, und - der zweite Formkörper (5) an den Seitenflächen des Halbleiterchips (10) freiliegende Flächen des Konversionselements (6) zumindest teilweise überdeckt.

Description

Beschreibung
Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
Die Druckschrift US 2012/0119233 AI beschreibt ein
Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein derartiges
Halbleiterbauelement anzugeben, das besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden insbesondere durch ein
Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 bzw. durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19 gelöst. Hiermit wird der Offenbarungsgehalt der
Patentansprüche ausdrücklich durch Rückbezug in die
vorliegende Beschreibung aufgenommen.
Es wird ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement, angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann dazu eingerichtet sein, im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu emittieren und/oder zu detektieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement mindestens einen Halbleiterchip. Bei dem Halbleiterchip kann es sich um einen elektronischen oder einen optoelektronischen Halbleiterchip handeln. Handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen optoelektronischen Halbleiterchip, dann ist der Halbleiterchip dazu eingerichtet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu
emittieren und/oder zu detektieren. Bei dem Halbleiterchip kann es sich dann beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip handeln. In diesem Fall handelt es sich beim
Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode.
Der Halbleiterchip umfasst einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich. Im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers wird im Betrieb des Halbleiterchips die Funktion des
Halbleiterchips, beispielsweise die Erzeugung von Licht, bewirkt. Der Halbleiterkörper ist beispielsweise zumindest teilweise epitaktisch gewachsen und basiert auf einem III-V- Verbindungs-Halbleitermaterial .
Der Halbleiterchip umfasst ein Konversionselement und einen Träger, der zumindest einen ersten Leiterkörper, zumindest einen zweiten Leiterkörper und zumindest einen ersten
Formkörper umfasst. Bei dem Träger handelt es sich
insbesondere um eine oder um die mechanisch stützende
Komponente des Halbleiterchips, welche dem Halbleiterchip zumindest einen Teil seiner mechanischen Stabilität verleiht. Über die Leiterkörper kann der Halbleiterchip im Betrieb bestromt werden, wobei der erste Leiterkörper und der zweite Leiterkörper dann auf einem unterschiedlichen elektrischen Potenzial liegen. Die Leiterkörper sind beispielsweise als Vollkörper ausgebildet, die zumindest ein Metall enthalten oder aus zumindest einem Metall bestehen. Die Leiterkörper können zur Herstellung des Trägers beispielsweise als
Vollkörper bereitgestellt werden oder die Leiterkörper werden bei der Herstellung des Trägers, zum Beispiel durch stromloses oder galvanisches Abscheiden, erzeugt. Die
Leiterkörper zeichnen sich durch eine hohe elektrische
Leitfähigkeit sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Sollte der Träger zwei oder mehr erste Leiterkörper umfassen, so liegen diese im Betrieb des Halbleiterchips auf dem gleichen Potenzial. Ebenfalls liegen eventuell vorhandene zwei oder mehr zweite Leiterkörper im Betrieb des
Halbleiterchips auf dem gleichen Potenzial, welches sich vom Potenzial, auf dem der oder die ersten Leiterkörper liegen, unterscheidet .
Die Leiterkörper können also einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Falls ein Leiterkörper mehrteilig
ausgebildet ist, liegen alle Teile des mehrteilig
ausgebildeten Leiterkörpers auf dem gleichen elektrischen Potenzial .
Der Träger umfasst weiter einen ersten Formkörper. Der erste Formkörper ist mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Beispielsweise kann der erste Formkörper mit einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Der erste Formkörper kann die Leiterkörper des Trägers in lateralen Richtungen
teilweise oder vollständig umschließen. Die lateralen
Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips parallel
verlaufen. Dabei ist es möglich, dass die Leiterkörper den ersten Formkörper vollständig durchdringen, sodass die
Leiterkörper jeweils mindestens zwei gegenüberliegende, freiliegende Flächen aufweisen, die nicht vom ersten
Formkörper bedeckt sind. Die Leiterkörper können an einer dem Halbleiterkörper zugewandten Seite des Trägers und einer vom Halbleiterkörper abgewandten Seite des Trägers bündig mit dem ersten Formkörper abschließen.
Der erste Formkörper kann an die Leiterkörper angeformt sein. Insbesondere können direkte Grenzflächen zwischen dem ersten Formkörper und den Leiterkörpern vorhanden sein.
Beispielsweise kann das Material des ersten Formkörpers für das Anformen an die Leiterkörper fließfähig sein und nach dem Anformen verfestigen. Der erste Formkörper isoliert die ersten und zweiten Leiterkörper elektrisch voneinander, so dass über die Leiterkörper ein elektrisches Anschließen des Halbleiterkörpers möglich ist. Der erste Formkörper befindet sich dazu zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten
Leiterkörper. Seitenflächen des Trägers, welche die dem
Halbleiterkörper zugewandte Seite des Trägers und die vom Halbleiterkörper abgewandte Seite des Trägers miteinander verbinden, können beispielsweise vollständig mit dem ersten Formkörper gebildet sein, so dass die Leiterkörper lediglich an der vom Halbleiterkörper abgewandten Seite des Trägers, das heißt, an der Rückseite des Halbleiterchips für eine weitere Kontaktierung zugänglich sind. Alternativ ist es möglich, dass die Seitenflächen zumindest stellenweise durch die Leiterkörper gebildet sind. In diesem Fall liegen die Leiterkörper also an den Seitenflächen des Halbleiterchips frei und der erste Formkörper ist im Bereich zwischen den Leiterkörpern vorhanden.
Der erste Formkörper kann einstückig ausgebildet sein. Der erste Formkörper kann mit einem Matrixmaterial gebildet sein, welches beispielsweise ein Thermoplast und/oder ein Duroplast und/oder ein Epoxidmaterial und/oder ein Silikonmaterial umfasst. In das Matrixmaterial können Füllstoffe eingebracht sein, welche mechanische, thermische und/oder optische
Eigenschaften des ersten Formkörpers beeinflussen.
Der Halbleiterchip umfasst ein Konversionselement. Das
Konversionselement umfasst dabei wenigstens ein
Lumineszenzkonversionsmaterial, das dazu eingerichtet ist, eine im Betrieb im Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung in Strahlung einer anderen, insbesondere einer längeren Wellenlänge umzuwandeln. Das Konversionselement kann neben dem zumindest einen Lumineszenzkonversionsmaterial ein Matrixmaterial umfassen.
Das Konversionselement kann auf der vom Träger abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein, insbesondere kann eine direkte Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem Konversionselement vorhanden sein. Dabei ist das Konversionselement so auf dem Halbleiterkörper angeordnet, dass während des Betriebs im aktiven Bereich erzeugte
elektromagnetische Strahlung auf das Konversionselement trifft.
Der Halbleiterchip kann neben dem Halbleiterkörper, dem
Träger und dem Konversionselement weitere Elemente wie zum Beispiel Kontaktschichten, Lotschichten,
Passivierungsschichten und/oder Haftvermittlungsschichten umfassen, die zum Beispiel an der dem Halbleiterkörper abgewandten Rückseite des Trägers angeordnet sein können.
Eine vom aktiven Bereich abgewandte Seite des Trägers bildet zumindest teilweise eine Rückseite des Halbleiterchips. Eine vom aktiven Bereich abgewandte Seite des Konversionselements bildet zumindest teilweise eine Vorderseite des
Halbleiterchips. Die Seitenflächen des Halbleiterchips sind die Flächen, welche die Vorderseite und die Rückseite des Halbleiterchips miteinander verbinden.
Das Halbleiterbauelement umfasst einen zweiten Formkörper. Der zweite Formkörper ist mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Beispielsweise kann der zweite Formkörper mit einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Der zweite
Formkörper kann den Halbleiterchip in den lateralen
Richtungen vollständig umschließen. Dabei ist es möglich, dass der Halbleiterchip den zweiten Formkörper in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zu den lateralen
Richtungen verläuft, vollständig durchdringt. Der zweite Formkörper kann an den Halbleiterchip angeformt sein.
Insbesondere können direkte Grenzflächen zwischen dem zweiten Formkörper und dem Halbleiterchip vorhanden sein.
Insbesondere ist dann mindestens eine direkte Grenzfläche zwischen dem Konversionselement und dem zweiten Formkörper vorhanden . Beispielsweise kann das Material des zweiten Formkörpers für das Anformen an den Halbleiterchip fließfähig sein und nach dem Anformen verfestigen. Seitenflächen des
Halbleiterbauelements, welche eine Vorderseite und eine
Rückseite des Halbleiterbauelements miteinander verbinden, können beispielsweise vollständig durch den zweiten
Formkörper gebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Halbleiterchip lediglich an seiner Vorderseite und an seiner Rückseite nicht vom zweiten Formkörper überdeckt ist .
Der zweite Formkörper kann einstückig ausgebildet sein. Der zweite Formkörper kann mit einem Matrixmaterial gebildet sein, das beispielsweise ein Thermoplast und/oder ein Duroplast und/oder ein Epoxidmaterial und/oder ein Silikonmaterial umfasst. Insbesondere kann der Formkörper Silikon, Spin-on Glass und/oder Metall umfassen. In das
Matrixmaterial können Füllstoffe eingebracht sein, welche mechanische, thermische, elektrische und/oder optische
Eigenschaften des zweiten Formkörpers beeinflussen. Die
Füllstoffe können beispielsweise Ti02 enthalten oder daraus bestehen. Der zweite Formkörper kann mit einem zum ersten Formkörper unterschiedlichen Material gebildet sein. Dabei ist es möglich, dass der erste und der zweite Formkörper sowohl unterschiedliche Matrixmaterialien als auch
unterschiedliche Füllstoffe aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden Formkörper beispielsweise das gleiche Matrixmaterial aufweisen, sich jedoch im Hinblick auf Füllstoffe im Matrixmaterial voneinander unterscheiden.
Ebenso ist es möglich, dass die beiden Formkörper
unterschiedliche Matrixmaterialien aufweisen und sich
hinsichtlich der eingebrachten Füllstoffe nicht voneinander unterscheiden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements umgibt der zweite Körper den
Halbleiterchip in lateralen Richtungen vollständig. Das heißt, der Halbleiterchip ist vom zweiten Formkörper
rahmenartig umschlossen und die Seitenfläche des
Halbleiterbauelements ist vollständig durch den zweiten
Formkörper gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements durchdringt der Halbleiterchip den zweiten Formkörper in der vertikalen Richtung vollständig. Das heißt, die Vorderseite und die Rückseite des Halbleiterchips sind zumindest stellenweise, insbesondere vollständig frei vom Material des zweiten Formkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist der Träger des Halbleiterchips
Stoffschlüssig mit dem Halbleiterkörper verbunden. Der Träger lässt sich vom Halbleiterkörper des Halbleiterchips
insbesondere nur unter Zerstörung zumindest einer der
Komponenten des Halbleiterchips lösen. Dabei ist es möglich, dass sowohl die Leiterkörper des Trägers als auch der erste Formkörper stoffschlüssig mit dem Halbleiterkörper verbunden sind. Dazu kann ein Verbindungsbereich zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet sein, welcher eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten des Halbleiterchips vermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist der aktive Bereich elektrisch leitend mit dem ersten Leiterkörper und dem zweiten
Leiterkörper verbunden. Das heißt, über die beiden
Leiterkörper ist der aktive Bereich des Halbleiterchips elektrisch angeschlossen. Im Betrieb fließt der für den
Betrieb des Halbleiterchips notwendige elektrische Strom über den ersten und den zweiten Leiterkörper und bestromt über diese den aktiven Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements grenzt der zweite Formkörper direkt an den Halbleiterchip. Das heißt, die Seitenflächen des
Halbleiterchips sind zumindest teilweise vom zweiten
Formkörper bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements grenzt der zweite Formkörper direkt an den Träger und/oder den Halbleiterkörper und/oder weitere Elemente des Halbleiterchips. Weitere Elemente können
beispielsweise Passivierungsschichten,
Haftvermittlungsschichten und/oder Spiegelschichten umfassen. Mit anderen Worten grenzt der zweite Formkörper direkt an den Halbleiterchip und geht beispielsweise an den Seitenflächen des Halbleiterchips eine innige Verbindung mit diesem ein, so dass der zweite Formkörper mit dem Halbleiterchip dauerhaft mechanisch verbunden ist. Ein Lösen des zweiten Formkörpers vom Halbleiterchip ist dann nur mehr durch Zerstörung einer der Komponenten des Halbleiterbauelements möglich. Der zweite Formkörper bildet auf diese Weise ein Gehäuse für den
Halbleiterchip, in welches dieser in den lateralen Richtungen eingebettet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements überdeckt der zweite Formkörper an den Seitenflächen des Halbleiterchips freiliegende Flächen des Konversionselements zumindest teilweise. Der zweite
Formkörper kann mit diesen freiliegenden Flächen in direktem mechanischen Kontakt stehen. Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes Halbleiterbauelement hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das
Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, wobei jeder der Halbleiterchips einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, einem Konversionselement und einem Träger mit einem ersten Leiterkörper, einem zweiten Leiterkörper und einem ersten Formkörper umfasst. Bei den Halbleiterchips kann es sich insbesondere um Halbleiterchips handeln, wie sie im
Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement näher beschrieben sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips mit der Seite, auf der sich das
Konversionselement befindet, auf einem Hilfsträger befestigt. Die Halbleiterchips können insbesondere mittels eines
thermisch oder durch UV-Strahlung lösbaren Klebstoffs am Hilfsträger befestigt werden. Der thermisch lösbare Klebstoff kann zum Beispiel ein Verbindungsmaterial umfassen, in das Partikel eines Materials eingebracht sind, die sich unter Wärme ausdehnen und auf diese Weise ein Ablösen ermöglichen.
Der Hilfsträger kann beispielsweise an seiner von den
Halbleiterchips abgewandten Seite einen Grundkörper umfassen, der mit einem starren, selbsttragenden Material, zum Beispiel einem Metall, gebildet ist. An seiner den Halbleiterchips zugewandten Seite kann auf dem Hilfsträger über eine
Verbindungsschicht eine Folie, beispielsweise eine so
genannte Thermo-Release Folie (zum Beispiel REVALPHA-Tape von Nitto) oder eine UV-Release Folie angeordnet sein. Die
Halbleiterchips werden lateral beabstandet zueinander auf dem Hilfsträger befestigt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Umformen der Halbleiterchips mit einem zweiten Formkörper derart, dass der zweite Formkörper die Halbleiterchips in lateralen Richtungen vollständig umgibt und der zweite Formkörper zumindest an die Seitenflächen der
Halbleiterchips, insbesondere direkt, grenzt. Zusätzlich kann das jeweilige Konversionselement direkt an den jeweiligen Träger und/oder Halbleiterkörper grenzen. Bei dem zweiten Formkörper handelt es sich insbesondere um einen solchen, wie er in Verbindung mit dem Halbleiterbauelement beschriebenen wurde .
Der zweite Formkörper kann dabei derart aufgebracht werden, dass er die Halbleiterchips an ihrer vom Hilfsträger
abgewandten Seite überdeckt, beispielsweise vollständig überdeckt, so dass der zweite Formkörper senkrecht zur
Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der Halbleiterchips. In diesem Fall wird nachfolgend der zweite Formkörper derart gedünnt, dass die Halbleiterchips an der vom Hilfsträger abgewandten Seite des zweiten Formkörpers freigelegt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der zweite Formkörper derart aufgebracht wird, dass die vom Hilfsträger abgewandten Seiten der Halbleiterchips frei vom Material des zweiten Formkörpers bleiben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Hilfsträger entfernt und die Anordnung aus Halbleiterchips und zweitem Formkörper in eine Vielzahl von
Halbleiterbauelementen vereinzelt, wobei jedes
Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Vielzahl von Halbleiterchips, wobei jeder der Halbleiterchips einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, ein Konversionselement und einen Träger mit einem ersten Leiterkörper, einem zweiten Leiterkörper und einem ersten Formkörper umfasst,
- Befestigen der Halbleiterchips auf einem Hilfsträger mit der Seite, auf der sich das Konversionselement befindet, - Umformen der Vielzahl von Halbleiterchips mit einem zweiten Formkörper, derart, dass der zweite Formkörper die Vielzahl von Halbleiterchips in lateralen Richtungen vollständig umgibt und der zweite Formkörper direkt an jeden
Halbleiterchip grenzt,
- Entfernen des Hilfsträgers,
- Vereinzeln in eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen
Halbleiterchip umfasst. Die Schritte können dabei insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Ein hier beschriebenes Halbleiterbauelement sowie ein hier beschriebenes Verfahren erweisen sich in vielfacher Weise als überraschend vorteilhaft. So ist es möglich, für den ersten Formkörper und den zweiten Formkörper unterschiedliche
Materialien zu wählen, die auf die Anfordernisse an die
Formkörper angepasst sind. Aufgrund der Tatsache, dass der zweite Formkörper den Halbleiterchip und damit den ersten Formkörper seitlich umgibt, kann ein Halbleiterbauelement angegeben werden, bei dem im Betrieb keine oder
vernachlässigbare, beispielsweise in der aktiven Zone
erzeugte, elektromagnetische Strahlung auf den ersten
Formkörper trifft. Der erste Formkörper kann daher mit
Materialien gebildet werden, die beispielsweise empfindlich gegen das vom Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Licht oder UV-Strahlung sind aber beispielsweise aufgrund guter thermischer Leitfähigkeit und/oder geringer Kosten vorteilhaft sind.
Ferner ist es nicht notwendig, dass der erste Formkörper in einer bestimmten Farbe oder mit einer bestimmten
Reflektivität ausgebildet ist. Der optische Eindruck des Halbleiterbauelements kann durch entsprechende Wahl des Materials, mit dem der zweite Formkörper gebildet ist, festgelegt werden. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der zweite Formkörper schwarz, farbig oder reflektierend weiß ausgebildet ist. Da auf den ersten Formkörper keine im
Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung treffen kann, kann dieser mit strahlungsempfindlichen Materialien wie beispielsweise einem Epoxidharz oder einem Epoxid-Silikon- Hybridmaterial gebildet werden. Der zweite Formkörper kann demgegenüber beispielsweise mit einem Silikonmaterial als Matrixmaterial gebildet werden.
Wenn der zweite Formkörper die äußeren Seitenflächen des Halbleiterchips und damit auch des Konversionselements vollständig bedeckt, kann erreicht werden, dass
elektromagnetische Strahlung über die Seitenflächen des Konversionselements oder des Halbleiterkörpers nicht oder nur in deutlich verringertem Maße aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelt wird. Durch die Seitenflächen des
Konversionselements und/oder des Halbleiterkörpers emittierte Strahlung wird dazu beispielsweise vollständig oder teilweise reflektiert oder absorbiert. Mittels der Anordnung des zweiten Formkörpers an den
Seitenflächen des Halbleiterchips werden die optischen
Parameter des Halbleiterbauteils verbessert. Ist
beispielsweise der zweite Formkörper für in der aktiven Zone erzeugte und durch das Konversionselement konvertierte elektromagentische Strahlung reflektierend ausgebildet, so kann dadurch ein besonders effizientes Halbleiterbauelement gebildet werden. Mittels der Anordnung des zweiten
Formkörpers an den Seitenflächen des Halbleiterchips wird ein Übersprechen (englisch: cross-talk) zwischen lateral
nebeneinander angeordneten Halbleiterchips deutlich
vermindert, insbesondere verhindert. Aufgrund der Tatsache, dass der Halbleiterchip den zweiten Formkörper in einer vertikalen Richtung vollständig
durchdringt, ist es weiter beim hier beschriebenen
Halbleiterbauelement nicht notwendig, weitere Leiterkörper in den zweiten Formkörper einzubringen, welche diesen
vollständig durchdringen. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung des Halbleiterbauelements. Das heißt, es kann insbesondere auf teure metallische oder halbleitende Durchkontaktierungselemente verzichtet werden. Aufgrund der Tatsache, dass durch den zweiten Formkörper parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips die Querschnittsfläche des Halbleiterbauelements gegenüber der Querschnittsfläche des Halbleiterchips vergrößert wird, können Halbleiterchips mit sehr kleinen Kantenlängen
beispielsweise von < 0,5 mm verwendet werden, von denen zwei oder mehr in einem Halbleiterbauelement vorhanden sein können. Aufgrund des zweiten Formkörpers und des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens sind sind derart kleine Halbleiterchips gut handhabbar und zum Beispiel als SMD- Bauteil realisierbar.
Da der Träger bei den verwendeten Halbleiterchips lediglich mit Leiterkörpern und dem ersten Formkörper gebildet ist und der zweite Formkörper ebenfalls mit einem kostengünstigen Kunststoffmaterial gebildet werden kann, kann auf
Halbleiterchips mit teuren Halbleiterträgern oder auf teure Gehäusematerialien der Halbleiterchips verzichtet werden.
Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf hier beschriebene Halbleiterbauelemente sowie auf hier
beschriebene Verfahren zur Herstellung von
Halbleiterbauelementen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt der zweite
Formkörper stellenweise direkt an den ersten Formkörper. In diesem Fall ist der erste Formkörper beispielsweise derart ausgebildet, dass er die Leiterkörper des Halbleiterchips in lateralen Richtungen vollständig umgibt und eine Seitenfläche des Halbleiterchips stellenweise durch den ersten Formkörper gebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die Haftung zwischen dem ersten Formkörper und dem zweiten Formkörper besonders widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen ausgeführt werden kann.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass für die Materialien des ersten und des zweiten Formkörpers
Materialien gewählt werden, welche besonders gut aneinander haften. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass der erste Formkörper und der zweite Formkörper gleiche oder ähnliche Matrixmaterialien enthalten. Ferner kann der erste Formkörper an seiner dem zweiten Formkörper zugewandten
Oberfläche Strukturierungen wie etwa Aufrauungen, Vorsprünge, Unterschneidungen und/oder Einkerbungen aufweisen, welche eine Haftung zum zweiten Formkörper dadurch erhöhen, dass der zweite Formkörper in diese Strukturierungen des ersten
Formkörpers eingreift. Alternativ oder zusätzlich können Flächen des ersten Formkörpers, die direkt an den zweiten Fromkörper grenzen, chemische Modifikationen der Oberfläche aufweisen. Beispielsweise kann diese Oberfläche des ersten Formkörpers, welche mit dem zweiten Formkörper in direktem mechanischen Kontakt steht, vor dem Aufbringen des zweiten Formkörpers in einem Plasma behandelt sein oder mit einem Haftvermittler beschichtet sein.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Halbleiterchips bei ihrer Herstellung durch ein
Trennverfahren vereinzelt werden, welches eine aufgeraute Außenfläche des ersten Formkörpers als Vereinzelungsspur erzeugt. Beispielsweise können die Halbleiterchips durch Sägen vereinzelt sein, wodurch eine aufgeraute Oberfläche des ersten Formkörpers, die beispielsweise Sägerillen aufweist, entstehen kann. Der zweite Formkörper greift dann in diese Vereinzelungsspuren und ist auf diese Weise besonders innig mit dem ersten Formkörper verbunden. Darüber hinaus ist es möglich, dass der erste Formkörper partikelartige Füllstoffe umfasst, die an einer Außenfläche des Formkörpers freiliegen oder vorhanden sind und damit in den zweiten Formkörper hineinragen und auf diese Weise eine Verankerung zwischen den beiden Formkörpern hergestellt wird.
Ferner ist es möglich, dass beispielsweise partikelartige Füllstoffe im ersten Formkörper durch Ätzen an der
Außenfläche des ersten Formkörpers herausgelöst werden und die resultierenden Einbuchtungen mit Material des zweiten Formkörpers verfüllt werden und auf diese Weise eine
Verankerung des zweiten Formkörpers im ersten Formkörper erfolgt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform, überdeckt der zweite Formkörper an den Seitenflächen des Halbleiterchips
freiliegende Flächen des Konversionselements (6) zu mehr als 50%, insbesondere vollständig. Die freiliegenden Flächen des Konversionselements können in vertikaler Richtung eine unterschiedliche Länge aufweisen und können in
unterschiedlich großen Bereichen bedeckt sein. Das heißt ein Teil der freiliegenden Flächen kann garnicht, teilweise oder vollständig bedeckt sein, wobei in Summe mindestens 50% der freiliegenden Flächen bedeckt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform, grenzt der zweite Formkörper direkt an den Halbleiterchip, insbesondere direkt an den Träger und an das Konversionselement. Es besteht also direkter mechanischer Kontakt zwischen dem zweiten Formkörper und dem Halbleiterchip. Vorteilhafterweise erhöht dies die mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements. Zusätzlich hat der zweite Formkörper eine schützende Funktion für den Halbleiterchip. Beispielsweise schützt der zweite Formkörper den Halbleiterchip vor Feuchtigkeit und/oder mechanischen Beschädigungen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Formkörper zumindest stellenweise Licht reflektierend
ausgebildet. Zum Beispiel kann der zweite Formkörper
zumindest an der Grenzfläche, an der der zweite Formkörper an den Halbleiterkörper des Halbleiterchips und/oder das
Konversionselement grenzt, reflektierend ausgebildet sein. Beispielsweise weist der zweite Formkörper in seinen
reflektierend ausgebildeten Bereichen für die auftreffende, beispielsweise im Halbleiterchip im Betrieb erzeugte, elektromagnetische Strahlung eine Reflektivität von
wenigstens 60%, wenigstens 75 %, wenigstens 80 %, oder insbesondere wenigstens 90 %, für die auftreffende,
beispielsweise im Halbleiterchip im Betrieb erzeugte, elektromagnetische Strahlung auf. Dazu ist es beispielsweise möglich, dass der zweite
Formkörper mit Partikeln eines streuenden oder
reflektierenden Füllstoffs, zum Beispiel aus einem Titanoxid oder einem Zirkoniumoxid, gefüllt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Formkörper zumindest stellenweise Licht absorbierend
ausgebildet. Da beim vorliegenden Halbleiterbauelement vorteilhafterweise sichergestellt werden kann, dass nur geringfügige oder keine im Halbleiterchip erzeugte
elektromagnetische Strahlung auf den ersten Formkörper trifft, kann dieser mit einem Material gebildet werden, das beispielsweise strahlungsempfindlich ist, dafür aber
beispielsweise eine besonders hohe mechanische Festigkeit und/oder eine besonders hohe thermische Festigkeit aufweist. Das Material des zweiten Formkörpers kann dazu beispielsweise mit Füllstoffen befüllt sein, die dem zweiten Formkörper einen farbigen oder schwarzen Eindruck verleihen, dass insbesondere wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, einer auf den ersten Formkörper auftreffenden Strahlung absorbiert oder reflektiert werden. Es werden also maximal 50%, insbesondere maximal 25%, einer auf den ersten
Formkörper auftreffenden Strahlung transmittiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der
Halbleiterkörper die Leiterkörper in lateralen Richtungen oder schließt bündig mit ihnen ab. Das heißt, die
Leiterkörper, die sich vom Halbleiterkörper bis zu der vom Halbleiterkörper abgewandten Seite des zweiten Formkörpers erstrecken können, sind in Draufsicht auf die Vorderseite des Halbleiterchips vollständig unterhalb des Halbleiterkörpers angeordnet und ragen nicht seitlich über den Halbleiterkörper hinaus. Auf diese Weise und insbesondere für den Fall, dass die Leiterkörper vollständig vom Material des ersten
Formkörpers umschlossen sind, kann auf eine mitunter
aufwändige Verankerung der Leiterkörper im zweiten Formkörper verzichtet werden und das Material für den zweiten Formkörper muss nicht hinsichtlich einer besonders guten Haftung an die Leiterkörper ausgewählt werden. Da auch zusätzliche
metallische oder halbleitende Durchkontaktierungselemente durch den zweiten Formkörper vorliegend nicht notwendig sind, erweist sich dies als besonders vorteilhaft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt das
Konversionselement den Halbleiterkörper seitlich oder
schließt bündig mit diesem ab. Durch diese Anordnung kann keine oder nur ein verringerter Bruchteil, der im
Halbleiterkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung seitlich an dem Konversionselement vorbei, ohne das
Konversionselement zu durchlaufen, aus dem
Halbleiterbauelement austreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt eine
elektrisch isolierende Schicht den Träger an dessen vom
Halbleiterkörper abgewandten Seite sowie den zweiten
Formkörper an seiner vom Halbleiterkörper abgewandten Seite stellenweise. Die elektrisch isolierende Schicht kann dabei zumindest eine erste Öffnung und zumindest eine zweite
Öffnung umfassen. Die Öffnungen in der elektrisch
isolierenden Schicht durchdringen diese vollständig. Im
Bereich der Öffnung ist kein Material der elektrisch
isolierenden Schicht vorhanden. Die elektrisch isolierende Schicht ist beispielsweise mit einem Dielektrikum gebildet. Die elektrisch isolierende
Schicht kann zum Beispiel eines der folgenden Materialien enthalten oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Oxid, Nitrid, Silikon, Epoxidharz, Polymer. Insbesondere ist es auch möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht mit dem gleichen Material wie der erste Formkörper und/oder der zweite Formkörper oder mit dem gleichen Material wie das Matrixmaterial zumindest eines der Formkörper gebildet ist.
Die elektrisch isolierende Schicht weist eine Dicke auf, die kleiner als die Dicke des zweiten Formkörpers ist. Ferner ist es möglich, dass die Dicke kleiner als die Dicke des ersten Formkörpers ist. Zum Beispiel beträgt die Dicke der
elektrisch isolierenden Schicht höchstens 10 % der Dicke des zweiten Formkörpers oder höchstens 10 % der Dicke des ersten Formkörpers. Auf diese Weise stellt die elektrisch
isolierende Schicht kaum ein Hindernis für Wärme dar, die über die Leiterkörper an sie herangeführt wird.
Durch die erste Öffnung der elektrisch isolierenden Schicht kann eine erste Anschlussstelle mit dem ersten Leiterkörper verbunden sein und eine zweite Anschlussstelle kann durch die zweite Öffnung der elektrisch isolierenden Schicht mit dem zweiten Leiterkörper verbunden sein. Die Anschlussstellen dienen zur Kontaktierung des Halbleiterchips von außen und sind beispielsweise an einer gemeinsamen Fläche angeordnet, zum Beispiel an der Rückseite des Halbleiterchips sowie an der Rückseite des zweiten Formkörpers, sprich der Rückseite des Halbleiterbauelements. Der Halbleiterchip und damit das Halbleiterbauelement können in diesem Fall
oberflächenmontierbar sein. Die Anschlussstellen sind mit einem elektrisch leitfähigen Material gebildet und können ein oder mehrere Metalle
umfassen. Insbesondere können die Anschlussstellen eine dem Halbleiterkörper abgewandte Außenfläche aufweisen, die sich durch eine gute Verbindbarkeit , beispielsweise eine gute Lötbarkeit, auszeichnet.
Alternativ sind die beiden Anschlussstellen auf der Rückseite des Halbleiterbauelements aufgebracht und es befindet sich zwischen den beiden Anschlussstellen eine elektrisch
isolierende Schicht. In diesem Fall bilden die
Anschlussstellen zwei durch die isolierende Schicht getrennte Bereiche aus. Die Anschlussstellen können sich in diesem Fall bis zu einer Seitenfläche des Halbeiterbauelements
erstrecken.
Bevorzugt weist der erste Leiterkörper vom zweiten
Leiterkörper einen ersten Abstand auf und weist die erste Anschlussstelle von der zweiten Anschlussstelle einen zweiten Abstand auf, wobei der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand ist. Die Leiterkörper liegen demnach näher
beieinander als die Anschlussstellen.
Insbesondere ist es möglich, dass der zweite Abstand, also der Abstand zwischen den Anschlussstellen, wenigstens das
1,45-Fache des ersten Abstands beträgt. Der Abstand zwischen den Leiterkörpern kann dann 100 ym oder kleiner sein, zum Beispiel 60 ym und kleiner oder 40 ym und kleiner. Dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement sowie dem hier beschriebenen Verfahren liegt dabei unter anderem die
Erkenntnis zugrunde, dass ein Querschnitt der Leiterkörper in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips entscheidend für das thermische Verhalten des Halbleiterchips ist. Je größer der Querschnitt der
Leiterkörper, desto besser kann Wärme über die Leiterkörper vom aktiven Bereich abgeführt werden. Insbesondere ein großer Abstand der Leiterkörper führt zu einer inhomogenen
Entwärmung des Halbleiterkörpers und somit zu
Effizienzeinbußen. Ferner kann eine inhomogene Entwärmung zu einem inhomogenen Leuchtbild sowie zu lokal erhöhten
Temperaturen im Halbleiterchip führen, was schlussendlich eine schnellere Alterung des Halbleiterchips zur Folge hat.
Andererseits darf der Abstand zwischen den Leiterkörpern, falls über sie eine Kontaktierung des Halbleiterchips von außen direkt erfolgt, sie also an der Rückseite des
Halbleiterchips freilegen, nicht zu klein gewählt werden, da sonst ein Mindestabstand, der beispielsweise zum Anschließen des Halbleiterchips mittels Lötens erforderlich ist, nicht eingehalten wird. Ein hier beschriebenes Halbleiterbauelement kommt nun auf überraschende Weise den beiden genannten widerstrebenden Anforderungen - ein kleiner Abstand der
Leiterkörper zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften und ein großer Abstand der Anschlussstellen zur Erleichterung eines Verbindungsprozesses, insbesondere eines Lötverfahrens - entgegen.
Bei einem hier beschriebenen Halbleiterbauelement bzw.
Herstellungsverfahren wird an die vom Halbleiterkörper abgewandte Rückseite des Trägers sowie des zweiten
Formkörpers eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, welche die Leiterkörper an ihrer vom Halbleiterkörper
abgewandten Seite isoliert und eine neue elektrisch
isolierende Rückseite des Halbleiterbauelements formt. Die elektrisch isolierende Schicht ist an Stellen, an denen die Anschlussstellen gebildet werden, geöffnet oder nicht
vorhanden und die Anschlussstellen sind über diese Öffnung mit den elektrischen Leiterkörpern verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Leiterkörper mit einem hinreichend kleinen Abstand auszubilden, ohne Einschränkungen im späteren Verbindungsprozess des Halbleiterbauelements beachten zu müssen. Die elektrisch isolierende Schicht kann sich über die gesamte vom Halbleiterkörper abgewandte
Rückseite des zweiten Formkörpers erstrecken, sodass der
Formkörper dort vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht überdeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die elektrisch isolierende Schicht bereichsweise direkt an die Leiterkörper, die Anschlussstellen und den ersten Formkörper sowie den zweiten Formkörper. Die elektrisch isolierende Schicht kann damit als mechanisch verbindende Komponente zwischen den genannten Komponenten des Halbleiterbauelements dienen und eine mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements weiter erhöhen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements, kann dieses eine Vielzahl von im zweiten Formkörper voneinder beabstandeten Halbleiterchips umfassen. Bei den Halbleiterchips kann es sich dabei um gleichartige Halbleiterchips handeln, die beispielsweise im Betrieb Licht der gleichen Farbe emittieren. Alternativ ist es möglich, dass es sich um unterschiedliche Halbleiterchips handelt, die beispielsweise Licht unterschiedlicher Farbe emittieren können. Die Halbleiterchips sind jeweils in der beschriebenen Weise in den zweiten Formkörper eingebettet. Eine elektrische
Verschaltung der Halbleiterchips, beispielsweise in einer Reihen- oder Parallelschaltung, kann über entsprechende
Strukturierung der elektrisch isolierenden Schicht und der Anschlussstellen erfolgen. Ferner ist es möglich, dass eine Verschaltung der Halbleiterchips untereinander erst durch Montage des Halbleiterbauelements auf einen entsprechend strukturierten Anschlussträger, beispielsweise eine
Leiterplatte, erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von Halbleiterchips derart auf dem Hilfsträger angeordnet, dass das Konversionselement eines jeden
Halbleiterchips dem Hilfsträger zugewandt und der Träger eines jeden Halbleiterchips vom Hilfsträger abgewandt ist. Auf diese Weise ist es möglich, den zweiten Formkörper nach dem Umhüllen der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger zu dünnen, ohne dabei ein zu hohes Risiko einer Beschädigung des Halbleiterkörpers oder des Konversionselements in Kauf nehmen zu müssen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement wenigstens ein
Lumineszenzkonversionsmaterial, das dazu eingerichtet ist, eine im Betrieb in den Halbleiterchips erzeugte
elektromagnetische Strahlung in Strahlung einer anderen, insbesondere einer längeren Wellenlänge umzuwandeln.
Beispielsweise kann das derart hergestellte
Halbleiterbauelement dann im Betrieb Mischlicht,
beispielsweise weißes Mischlicht, abstrahlen. Das
Konversionselement kann neben dem zumindest einen
Lumineszenzkonversionsmaterial ein Matrixmaterial umfassen. Das Konversionselement wird beispielsweise durch Sprühen, Rakeln oder Spin-Coating aufgebracht. Alternativ kann das Konversionselement als selbsttragendes Element ausgebildet sein. Das Konversionselement kann dann in einem separaten Prozess gefertigt sein und nachfolgend auf den
Halbleiterkörper aufgebracht werden.
Beim vorliegenden Verfahren ist es insbesondere möglich, dass die Halbleiterchips vor dem Befestigen auf dem Hilfsträger hinsichtlich der Wellenlänge des von ihnen im Betrieb
emittierten Lichts vorsortiert werden. Dieser Prozess wird auch „binning" genannt. Auf diese Weise kann der Farbort des resultierenden Mischlichts, welches durch Konversion am
Konversionselement und primärer Strahlung aus den
Halbleiterchips erzeugt wird, besonders genau eingestellt werden, da bei einer gleichmäßigen Schichtdicke des
Konversionselements alle Halbleiterchips des Verbunds aus Halbleiterchips und zweitem Formkörper gleiche oder im
Wesentlichen gleiche Primärstrahlung emittieren.
Im Folgenden werden das hier beschriebene
Halbleiterbauelement sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren 1A, 1B, 2 und 3A und 3B zeigen
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen
Halbleiterbauelementen in schematischen Ansichten. Die Figuren 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F zeigen anhand
schematischer Schnittdarstellungen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Figur 1A zeigt anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterchip 10. Der Halbleiterchip 10 umfasst einen Halbleiterkörper 1, einen Verbindungsbereich 2, einen Träger 3 sowie ein Konversionselement 6. Der
Halbleiterkörper 1, der Verbindungsbereich 2 sowie das
Konversionselement 6 sind in der Ausschnittsvergrößerung der Figur 1B näher dargestellt. Der Halbleiterkörper 1 ist über den Verbindungsbereich 2 mechanisch und elektrisch am Träger 3 befestigt und angeschlossen. Das Konversionselement 6 ist auf der vom Träger 3 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 1 angeordnet. Die vom Halbleiterkörper 1 abgewandte Seite des Konversionselements 6 bildet die Vorderseite 101 des
Hableiterchips 10 und die vom Halbleiterkörper 1 abgewandte Seite des Trägers bildet die Rückseite 102 des
Halbleiterchips 10. Seitliche Flächen des Trägers 3, des Verbindungsbereichs 2 und des Halbleiterkörpers 1 bilden zumindest einen Teil der Seitenflächen 103 des
Halbleiterchips 10, die Vorder- 101 und Rückseite 10
verbinden .
Der Träger 3 umfasst einen ersten Leiterkörper 31, einen zweiten Leiterkörper 32 und einen ersten Formkörper 33.
Der Halbleiterkörper 1 umfasst beispielsweise einen ersten leitenden Bereich 11, der zum Beispiel n-leitend ausgebildet sein kann, einen aktiven Bereich 12 sowie einen zweiten leitenden Bereich 13, der beispielsweise p-leitend
ausgebildet sein kann. Im Betrieb des Halbleiterbauelements erfolgt eine Funktion des Halbleiterchips im aktiven Bereich 12. Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterchip 10 um einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip handeln, bei dem im Betrieb im aktiven Bereich 12 Licht erzeugt wird, zum Beispiel blaues Licht. Beim Halbleiterchip 10 handelt es sich dann beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip. Der Halbleiterkörper 1 ist über den Verbindungsbereich 2 mechanisch fest und elektrisch leitend mit dem Träger 3 verbunden. Das heißt, der Halbleiterkörper 1 kann nur unter Zerstörung zumindest einer der Komponenten des
Halbleiterchips 10 vom Träger 3 gelöst werden. Der
Verbindungsbereich 2 umfasst beispielsweise eine erste
Kontaktschicht 21, über die der zweite leitende Bereich 13 des Halbleiterkörpers 1 kontaktiert wird, und eine zweite Kontaktschicht 22, über die der erste leitende Bereich 11 des Halbleiterkörpers 1 kontaktiert werden kann. Beispielsweise wird der erste leitende Bereich 11 von der zweiten
Kontaktschicht 22 über eine Durchkontaktierung 24
kontaktiert. Die Durchkontaktierung 24 und die zweite
Kontaktschicht 22 können durch eine Isolationsschicht 23 von der ersten Kontaktschicht 21 elektrisch getrennt sein. Die Durchkontaktierung 24 erstreckt sich dabei von der vom Träger 3 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers durch den zweiten leitenden Bereich 13 und den aktiven Bereich 12 hindurch in den ersten leitenden Bereich 11. Die erste Kontaktschicht 21 kann beispielsweise für die im Betrieb des aktiven Bereichs 12 erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend sein. In einer bevorzugten
Ausführungsform trifft zumindest ein Großteil der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das
Konversionselement 6.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1A und 1B verlaufen die erste Kontaktschicht 21 und die zweite Kontaktschicht 22 stellenweise parallel zueinander und überlappen in vertikaler Richtung V, die senkrecht zu den lateralen Richtungen L verläuft, welche parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips oder des Halbleiterbauelements verlaufen. Der Verbindungsbereich 2 kann weitere Schichten umfassen, die zur Stromleitung und/oder für andere Funktionen im
Halbleiterchip, wie beispielsweise eine Reflexion von
elektromagnetischer Strahlung, eingerichtet sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Halbleiterkörper 1 und der Verbindungsbereich 2 anders als gezeigt ausgebildet sind. Beispielsweise könnte der Halbleiterkörper 1 ohne
Durchkontaktierungen kontaktiert werden oder Kontaktschichten des Verbindungsbereichs 2 verlaufen in vertikaler Richtung nicht übereinander.
Der Träger 3 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Leiterkörper 31 und einen zweiten Leiterkörper 32. Der erste Leiterkörper 31 ist elektrisch leitend an die erste Kontaktschicht 21 angeschlossen und der zweite
Leiterkörper 32 ist elektrisch leitend an die zweite
Kontaktschicht 22 angeschlossen. Die Leiterkörper 31, 32 sind beispielsweise mit einem Metall gebildet und galvanisch erzeugt, wobei eine Schicht des Verbindungsbereichs 2 als Keimschicht für das galvanische Abscheiden der Leiterkörper 31, 32 dienen kann. Ferner ist es möglich, dass die
Leiterkörper 31, 32 als Vollkörper ausgebildet sind, die über Lotschichten, welche ebenfalls Teile des Verbindungsbereichs 2 sein können, mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden sind.
Die Leiterkörper 31, 32 sind vorliegend vom ersten Formkörper 33 in den lateralen Richtungen L vollständig umschlossen und schließen an der dem Halbleiterkörper 1 zugewandten Vorderseite und der vom Halbleiterkörper 1 abgewandten
Rückseite des Trägers 3 jeweils bündig mit dem ersten
Formkörper 33 ab. Die Leiterkörper 31, 32 sind dabei in einem Abstand Dl zueinander angeordnet.
Eine ähnliche Ausführungsform eines derartigen
Halbleiterchips 10 ist zum Beispiel in den deutschen
Patentanmeldungen DE 102015114587.1 und DE 102015115900.7 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt dahingehend hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Der Halbleiterchip 10 ist in lateralen Richtungen L
vollständig von einem zweiten Formkörper 5 umgeben, der direkt an den Träger 3 sowie den Halbleiterkörper 1, den Verbindungsbereich 2 und das Konversionselement 6 grenzt. Vorliegend durchdringt der Halbleiterchip 10 den zweiten Formkörper 5 in der vertikalen Richtung V vollständig.
An der vom Halbleiterkörper 1 abgewandten Rückseite der Leiterkörper 31, 32, des ersten Formkörpers 33 sowie des zweiten Formkörpers 5 sind erste und zweite Anschlussstellen 51, 52 ausgebildet, welche die Anschlussstellen für eine Montage und ein elekrisches Anschließen des
Halbleiterbauelements bilden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist das
Halbleiterbauelement an einer Rückseite des zweiten
Formkörpers 5 eine elektrisch isolierende Schicht 4 auf. Die elektrisch isolierende Schicht 4 bedeckt den zweiten
Formkörper sowie den ersten Formkörper 33 zumindest
stellenweise und befindet sich mit den Formkörpern 5, 33 in direktem Kontakt. Sie weist in diesem Ausführungsbeispiel Öffnungen 41, 42 auf, in denen Material der Anschlussstellen 51, 52 angeordnet ist, bei dem es sich beispielsweise um ein Metall handelt. Die Anschlussstellen 51, 52 befinden sich in den Öffnungen 41, 42 in direktem Kontakt mit den
Leiterkörpern 31, 32. Die Anschlussstellen 51, 52 sind in einem Abstand D2 voneinander angeordnet, der größer ist als der Abstand Dl zwischen den Leiterkörpern 31, 32. Auf diese Weise ist eine Lötbarkeit des Halbleiterbauelements
erleichtert. Es ist aber auch möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht 4 ausschließlich zwischen den
Anschlussstellen 51, 52 und nicht an den Seitenflächen des Bauteils vorhanden ist.
In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der Figuren 3A und 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterbauelements beschrieben, bei dem eine planare ESD-Schutzdiode als ESD-Schutzelement 8 in den zweiten Formkörper 5 mit eingebracht und zumindest teilweise dort eingebettet ist. Das ESD-Schutzelement 8 kann in
vertikaler Richtung eine Dicke aufweisen, die zum Beispiel höchstens der Dicke des zweiten Formkörpers 5 entspricht und diesen in diesem Fall vollständig durchdringt. Eine
Verschaltung des ESD-Schutzelements 8, beispielsweise
antiparallel zum aktiven Bereich 12 des Halbleiterchips 10, kann dann durch entsprechende Strukturierung der
Anschlussstellen 51, 52 erfolgen, wie dies schematisch in der Draufsicht der Figur 3B gezeigt ist.
In Verbindung mit den Figuren 4A bis 4F ist anhand
schematischer Schnittdarstellungen ein Ausführungsbeispiel eines oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines
Halbleiterbauelements erläutert. Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl von Halbleiterchips 10 bereitgestellt, bei denen es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips, beispielsweise wie sie oben beschrieben sind, handeln kann, die beispielsweise hinsichtlich im Betrieb emittierter elektromagnetischer
Strahlung vorsortiert sind. Die Halbleiterchips 10 werden mit der Seite, an der sich das Konversionselement 6 befindet, dem Hilfsträger 7 zugewandt angeordnet. Der Hilfsträger 7 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 71, der mit einem starren Material,
beispielsweise einem Metall, gebildet ist. Ferner umfasst der Hilfsträger 7 eine Verbindungsschicht 72, mit der eine Folie 73 am Grundkörper 71 befestigt ist. Bei der Folie 73 handelt es sich beispielsweise um eine thermisch lösbare Folie, die einen thermisch lösbaren Klebstoff 74 an ihrer vom
Grundkörper 71 abgewandten Seite umfasst, mit der die
Halbleiterchips 10 mit ihrer Vorderseite 101 am Hilfsträger thermisch lösbar befestigt sind.
In einem nächsten Schritt (vgl. Figur 4B) wird der zweite Formkörper 5 beispielsweise durch Moulden derart aufgebracht, dass er zwischen und über den Halbleiterchips 10 angeordnet ist. Insbesondere bedeckt der zweite Formkörper die
Seitenflächen 103 und die Rückseiten 102 der Halbleiterchips.
In einem nächsten Verfahrensschritt (vgl. Figur 4C) wird der Hilfsträger 7 vom zweiten Formkörper 5 sowie von den
Halbleiterchips 10 abgelöst.
Danach (vgl. Figur 4D) erfolgt ein Verfahrensschritt, bei dem der zweite Formkörper 5 beispielsweise durch Schleifen gedünnt wird, so dass an seiner Rückseite die ersten
Leiterkörper 31 und die zweiten Leiterkörper 32 freigelegt werden. Dieser Verfahrensschritt kann entfallen, wenn der zweite Formkörper 5 die Halbleiterchips 10 vom Hilfsträger 7 aus gesehen nicht überformt, sondern die vom Hilfsträger 7 abgewandte Vorderseite der Halbleiterchips 10 frei vom zweiten Formkörper 5 bleibt. Zum Beispiel kann der Formkörper 5 dazu durch Transfer-Moulding aufgebracht werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt (vgl . Figur 4E) kann das Aufbringen der Anschlussstellen 51, 52 erfolgen, über welche die Halbleiterchips 10 auch untereinander elektrisch leitend miteinander verbunden werden können. Nachfolgend erfolgt noch ein Vereinzeln zu einzelnen
Halbleiterbauelementen, siehe Figur 4F, welche jeweils zumindest einen Halbleiterchip 10 umfassen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102016103059.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterkörper
11 erster leitender Bereich
12 aktiver Bereich
13 zweiter leitender Bereich
2 Verbindungsbereich
21 erste Kontaktschicht
22 zweite Kontaktschicht
23 IsolationsSchicht
24 Durchkontaktierung
3 Träger
31 erster Leiterkörper
32 zweite Leiterkörper
33 erster Formkörper
4 elektrisch isolierende Schicht
41 erste Öffnung
42 zweite Öffnung
5 zweiter Formkörper
51 erste Anschlussstelle
52 zweite Anschlussstelle
6 Konversionselement
7 Hilfsträger
71 Grundkörper
72 VerbindungsSchicht
73 Folie
74 Klebstoff
8 ESD-Schutzelement
10 Halbleiterchip
101 Vorderseite
102 Rückseite
103 Seitenfläche

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterbauelement
- mit mindestens einem Halbleiterchip (10),
der einen Halbleiterkörper (1) mit einem aktiven
Bereich (12), ein Konversionselement (6) und einen Träger (3) umfasst, und der Träger (3) einen ersten Formkörper (33), einen ersten Leiterkörper (31) und einen zweiten Leiterkörper (32) aufweist, und die Leiterkörper (31,32) mit dem aktiven Bereich (12) elektrisch leidend verbunden sind, und
bei dem eine vom aktiven Bereich (12) abgewandte Seite des Konversionselements (6) eine Vorderseite (101) des Halbleiterchips (10) bildet und eine vom aktiven Bereich (12) abgewandte Seite des Trägers (3) eine Rückseite (102) des Halbleiterchips (10) bildet, und Seitenflächen (103) des Halbleiterchips Vorder- (101) und Rückseite (102) miteinander verbinden, und
- mit einem zweiten Formkörper (5) ,
wobei
- der Halbleiterchip (10) den zweiten Formkörper (5) vollständig durchdringt, derart, dass der zweite Formkörper (5) einen Rahmen um den Halbleiterchip (10) bildet und dass die Vorderseite (101) und die Rückseite (102) des Halbleiterchips (10) zumindest stellenweise frei vom zweiten Formkörper (5) sind, und
- der zweite Formkörper (5) an den Seitenflächen des Halbleiterchips (10) freiliegende Flächen des Konversionselements (6) zumindest teilweise
überdeckt .
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der zweite Formkörper (5) an den Seitenflächen des
Halbleiterchips (10) freiliegende Flächen des
Konversionselements (6) zu mehr als 50%, insbesondere vollständig, überdeckt.
3. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der zweite Formkörper (5) direkt an den Halbleiterchip, insbesondere direkt an den Träger (3) und an das Konversionselement (6), grenzt.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der zweite Formkörper (5) den
Halbleiterchip 10 in lateralen Richtungen (L)
vollständig umschließt.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der zweite Formkörper (5)
stellenweise direkt an den ersten Formkörper (33) grenzt .
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der zweite Formkörper (5) zumindest stellenweise Licht reflektierend ausgebildet ist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der erste Formkörper (33) zumindest stellenweise lichtabsorbierend ausgebildet ist.
8. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) in
lateralen Richtungen die Leiterkörper (31, 32) überragt oder bündig mit ihnen abschließt. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem das Konversionselement (6) in lateralen Richtungen den Halbleiterkörper (10) überragt oder bündig mit ihm abschließt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche mit
- einer elektrisch isolierenden Schicht (4),
- einer ersten Anschlussstelle (51), die elektrisch leitend ist, und einer zweiten Anschlussstelle (52), die elektrisch leitend ist, wobei
- die elektrisch isolierende Schicht (4) den Träger (3) an dessen vom Halbleiterkörper (1) abgewandten
Rückseite sowie den zweiten Formkörper (5)
stellenweise bedeckt,
- die erste Anschlussstelle (51) elektrisch leitend mit dem ersten Leiterkörper (31) verbunden ist,
- die zweite Anschlussstelle (52) elektrisch leitend mit dem zweiten Leiterkörper (32) verbunden ist,
- der erste Leiterkörper (31) vom zweiten Leiterkörper (32) einen ersten Abstand (Dl) aufweist,
- die erste Anschlussstelle (51) von der zweiten
Anschlussstelle (52) an der vom Halbleiterchip (10) abgewandten Seite der elektrisch isolierenden
Schicht (4) einen zweiten Abstand (D2) aufweist, und
- der erste Abstand (Dl) kleiner als der zweite Abstand (D2) ist.
Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die elektrisch isolierende Schicht (4) eine erste
Öffnung (41) und eine zweite Öffnung (42) umfasst, - die erste Anschlussstelle (51) durch die erste
Öffnung (41) elektrisch leitend mit dem ersten
Leiterkörper
(31) verbunden ist, und
- die zweite Anschlussstelle (52) durch die zweite
Öffnung (42) elektrisch leitend mit dem zweiten
Leiterkörper (32) verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem die elektrisch isolierende Schicht
(4) bereichsweise direkt an die Leiterkörper (31,
32), die Anschlussstellen (51, 52), den ersten Formkörper
(33) und/oder den zweiten Formkörper (5) grenzt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem das Halbleiterbauelement eine
Mehrzahl von Halbleiterchips (10) umfasst, die lateral beabstandet zueinander im zweiten Formkörper angeordnet sind .
Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem mehrere, insbesondere alle Halbleiterchips (10) elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem der zweite Formkörper (5) mit einem zum ersten Formkörper (33) unterschiedlichen Material gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Vielzahl von Halbleiterchips
(10), wobei jeder der Halbleiterchips (10) einen Halbleiterkörper (1) mit einem aktiven Bereich (12), sowie ein Konversionselement (6) und einen Träger (3) mit einem ersten Leiterkörper (31), einem zweiten Leiterkörper (32) und einem ersten Formkörper (33) umfasst ,
- Befestigen der Halbleiterchips (10) auf einem
Hilfsträger (7) mit der Seite, auf der sich das
Konversionselement (6) befindet,
- Umformen der Vielzahl von Halbleiterchips (10) mit einem zweiten Formkörper (5) , derart, dass der zweite Formkörper (5) die Vielzahl von Halbleiterchips (10) in lateralen Richtungen (L) umgibt und der zweite Formkörper (5) Seitenflächen (103) des
Konversionselements (6) zumindest stellenweise überdeckt,
- Entfernen des Hilfsträgers (7),
- Vereinzeln in eine Vielzahl von
Halbleiterbauelementen, wobei jedes
Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip (10) umfasst.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Vielzahl von Halbleiterchips (10) derart auf dem
Hilfsträger (7) angeordnet wird, dass das
Konversionselement (6) eines jeden Halbleiterchips (10) dem Hilfsträger (7) zugewandt und der Träger (3) eines jeden Halbleiterchips (10) vom Hilfsträger (7)
abgewandt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei der zweite Formkörper (5) nach dem Umformen der
Halbleiterchips (10) senkrecht zur
Haupterstreckungsebene des Hilfsträgers (7) eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der Halbleiterchips (10).
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der zweite Formkörper (5) derart gedünnt wird, dass die
Halbleiterchips (10) an der vom Hilfsträger (7) abgewandten Seite des zweiten Formkörpers (5)
freigelegt werden. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt wird.
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