WO2017162736A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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semiconductor chips
film
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reflection element
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Siegfried Herrmann
Georg DIRSCHERL
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optoelectronic component. Furthermore, the invention relates to an optoelectronic component. An object of the invention is to provide a method for
  • the component is stable for radiation from the UV and / or blue-emitting region.
  • the device has a compact construction.
  • the method for producing an optoelectronic component comprises
  • the substrate comprises or consists of glass, a thermoplastic or a releasable adhesive.
  • the substrate is preferably designed temporarily. In other words, the substrate will be in a later
  • this has a step B), applying semiconductor chips to the substrate, wherein the semiconductor chips laterally
  • the element arranged or applied may mean that one layer, film or one element is arranged directly in direct mechanical and / or electrical contact with the other layer, film or the other element. Furthermore, it can also mean that one layer, film or one element is arranged indirectly on or over the other layer, foil or the other element. In this case, further layers, films and / or elements can then be arranged between the one and the other layer or film or between the one and the other element.
  • Radiation exit surface is arranged.
  • the semiconductor chips are in particular arranged on the substrate in such a way that they are laterally spaced apart in cross section.
  • the semiconductor chips are in particular adapted, preferably radiation from the visible
  • the composite carrier has a layer sequence, that is to say a film sandwich, made of a transparent fluoropolymer film and a metal foil or of a transparent fluoropolymer foil and a
  • the fluoropolymer has a structural unit A of the following general formula:
  • Ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE)
  • the substrate is formed from the fluoropolymer.
  • the composite support then has a metal foil or plastic film, so that after step E) the reflection element of the fluoropolymer of the substrate and the metal foil of the composite carrier is formed.
  • the composite carrier comprises a transparent fluoropolymer and a metal foil or
  • the metal foil or plastic film is shaped in particular as a frame.
  • the fluoropolymer in the composite carrier has in particular two
  • the light is reflected by the low-refraction fluoropolymer, then the light continues to penetrate and attaches to the metal foil or plastic foil, which is called the
  • Reflector serves, thrown back. It is therefore a heterogeneous composite reflection element.
  • the inventors have recognized that by using the ductile plastic material in combination with a ductile, very thin metal foil or plastic film, a compact and UV or blue light stable component
  • Fluoropolymer and the supporting low refractive index have a high reflectivity. Also own
  • the transparent or opaque layer is formed reflective and white.
  • the transparent or opaque layer may in the composite support and / or in the reflection element a
  • the fluoropolymer serves as a matrix material in which the converter material is embedded.
  • the radiation exit surface of the Semiconductor chips free of the reflection element.
  • the semiconductor chip is embedded in the reflective element such that it covers the side surfaces and the
  • FIGS. 1A to II a method for producing an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIGS. 2A to 21 a method for producing an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIGS. 3A to 5B each an optoelectronic component
  • FIG. 6A shows a heating curve of a fluoropolymer according to one embodiment
  • FIGS. 1A to II show a method for producing an optoelectronic component according to FIG.
  • a substrate 1 in particular a
  • the semiconductor chips 2 each have a semiconductor layer sequence which
  • FIG. 1B shows the provision of a composite carrier 3.
  • the composite support 3 comprises a fluoropolymer film 32 comprising the fluoropolymer 7.
  • the composite carrier 3 further comprises a metal foil 31, for example
  • Plastic film 31 can be used.
  • FIG. 1C shows the molding of the composite support by means of a molding tool 4.
  • the mold 4 can
  • FIG. 1D it is shown that the composite carrier 3 is applied to the forming tool 4 and, taking advantage of the thermoplastic and ductile properties of the
  • Composite support for example, by a hot mold with negative pressure is formed.
  • the hot mold with negative pressure is formed.
  • Composite support 3 a negative impression of the pressing tool 4.
  • FIG. IE it is shown that the composite carrier 3 and the
  • Substrate 1 are pressed together.
  • the pressing can be done, for example, at temperatures greater than or equal to 150 °.
  • This surface is especially in cross section the surface between the contacts and left and right sides of the contacts.
  • FIG. 1G it is shown that the substrate 1 is removed again.
  • the result is a composite of semiconductor chips 2, each having a reflection element 6, which comprises at least the fluoropolymer 7.
  • Reflection element on a metal foil or plastic film 61 Reflection element on a metal foil or plastic film 61.
  • FIG. 1H shows that the semiconductor chips 2
  • Method vias 8 can be produced by at least the metal foil 61.
  • the plated-through hole 8 may already be provided in the laminate or be made subsequently with the known methods.
  • FIGS. 2A to 21 show a method for producing an optoelectronic component according to FIG.
  • the substrate 1 is formed from the fluoropolymer and is not removed completely or not at all in a subsequent process.
  • FIG. 2A the provision of the substrate 1 comprising the fluoropolymer is shown.
  • FIG. 2B shows the provision of a composite carrier 3, which here is formed only from a metal foil or plastic film 31.
  • FIG. 2C provides a pressing tool 4 which, as shown in FIG. 2D, forms the composite carrier 3.
  • FIG. 2E shows the pressing of the composite carrier, that is to say the metal foil 31, with the substrate 1, which has the fluoropolymer 7, so that a reflection element 6 is formed, which comprises at least the fluoropolymer 7.
  • Pressing can be done by means of pressure and / or temperature 5.
  • the process steps, as shown in FIGS. 2G to 21, can be carried out analogously to the process steps as explained in FIGS. IG to II.
  • FIG. 3A shows a plan view of an optoelectronic component 100 according to an embodiment.
  • the component 100 has a semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 is surrounded by a reflection element 6 which has at least one fluoropolymer 7.
  • the reflection element 6 also has a metal foil 61 as a border.
  • the fluoropolymer 7 is formed in a transparent manner and the metal foil is reflective.
  • an optoelectronic component 100 can be provided, which has a compact design and is also UV and / or blue light stable.
  • the metal foil 61 may be missing.
  • the fluoropolymer is formed reflective.
  • a plastic film can be used.
  • FIG. 3B shows a bottom view of an optoelectronic component 100 according to an embodiment.
  • the component 100 has a reflection element 6, in particular here the metal foil 61 is shown as a border.
  • the metal foil 61 in cross-section laterally surrounds both the semiconductor chip 2 and the radiation exit surface
  • Metal foil 61 has holes which serve for contacting the p and n contacts.
  • FIGS. 4A to 4C each show a schematic
  • the component 100 of FIG. 4A has a semiconductor chip 2 which is embedded in a reflection element 6.
  • the side surfaces of the semiconductor chip 2 and the side opposite the radiation exit surface have a direct mechanical contact with the fluoropolymer 7.
  • the reflection element 6 also has a metal foil 61 which forms a border of the
  • Reflection element 6 represents.
  • another component geometry is one
  • the component of FIG. 4B additionally has a converter element 9, which in the
  • Reflection element 6 is additionally embedded.
  • the side surfaces of the converter element 9 and the side surfaces of the semiconductor chip form and
  • Reflection element 6 covered. In particular, only the Radiation exit surface of the converter element 9 free of the fluoropolymer. 7
  • a converter for example, a YAG phosphor
  • FIG. 4C shows a plated-through hole 21 which extends out of the reflection element 6 beyond the metal foil.
  • FIGS. 5A and 5B each show a schematic
  • the component geometries may be different.
  • the fluoropolymer is formed in a transparent manner and a reflective metal foil 61 is arranged as a border. As a result, a better light mixture can be generated because of the distance of the reflector.
  • FIG. 5B shows the less expensive and more compact variant.
  • no metal foil 61 is used as a metal frame, but only the fluoropolymer as
  • the fluoropolymer is here in particular reflective, for example white, shaped, so that the radiation emitted by the semiconductor chip 2 is reflected.
  • a transparent fluoropolymer and instead of a metal foil 61, a reflective fluoropolymer or plastic film may be used as the reflection element 6 (not shown here).
  • Fluoropolymer 7 can be adjusted by the degree of crystallization.
  • Figure 6A shows differential calorimetric curves (DSC) of one or several fluoropolymers.
  • the WR5775 ECA 3000 from the former DuPont was used.
  • the melting temperature of the fluoropolymer increases from 315 ° C to 322 ° C. It is a long-term growth to recognize, that is, the heat resistance increased by the formation of larger lamellae. growing
  • the reflectivity can be increased or adjusted by the temperature pretreatment.
  • Figure 6B shows the confirmation and the melting temperature for different fluoropolymers.
  • fluoropolymers can be applied by injection molding, injection compression or transfer molding. With the melting temperatures above, the fluoropolymers can be made into a film that can be laminated or applied by hot stamping or welding.
  • the PFA IV can be melted.
  • the so-called MOLDFLON III can be melted.
  • the modified PTFE II the polytetrafluoroethylene
  • the polytetrafluoroethylene I can be melted.
  • the PTFE is not by nature
  • Figure 7A shows a transmission curve in percent of different fluoropolymers at different
  • the data are based on measurements of a reflection element 6 consisting of the respective
  • Reference numeral IV curve shows the transmission of a fluoropolymer consisting of a combination of PFA-1 and MFA. It can be seen from the transmission curves that in particular the fluoropolymer IV has a high transparency even for smaller wavelengths, in particular for wavelengths of 200 to 400 nm, in comparison to the fluoropolymers I to III.
  • the MOLDFLON is a fluoropolymer available from ElringKlinger Kunststofftechnik.
  • FIG. 7B shows possible fluoropolymers according to
  • these are blue light and / or temperature stable.
  • Column II shows the chemical structural formulas.
  • the PTFE is a homopolymer
  • the MFA is a random copolymer
  • the PFA and FEP are each a random copolymer
  • the ECTFE is an alternating copolymer
  • the PVDF is a homopolymer
  • the ETFE is an alternating copolymer
  • the PCTFE is a homopolymer.
  • concentrations of comonomers in percent are in the Column III shown.
  • the column T m in ° C shows the
  • the pressing takes place at least in these
  • Substrate 1 are joined together.
  • Figure 7C shows the adhesive ETFE.
  • the PA has a terminal amine group.
  • the backbone of the ETFE attaches the terminal amine group at 260 ° C to 330 ° C, which leads to the formation of an imide bond.
  • FIGS. 8A to 10 each show a schematic
  • the reflection element 6 of Figure 8A is formed as a heterogeneous film reflector.
  • the reflection element 6 is formed as a multi-stage reflector. In the first layer, a large part of the light is reflected.
  • Reflection element 6 has a metal foil 61.
  • Metal foil 61 is formed of aluminum, for example.
  • the metal foil 61 is followed by a fluoropolymer film 62, in which scattering particles 10, such as titanium dioxide, are embedded.
  • the combination of the metal foil 61 and the scattering particles 10, such as titanium dioxide, in the plastic matrix or fluoropolymer foil 62 results in particular in an absolutely light-tight aging-stable and super-thin
  • FIG. 8B shows a scanning electron microscope
  • the scattering particles 10 have in particular a diameter of 300 nm.
  • the fluoropolymer film 62 has a light transmittance.
  • the transmission is about 10% with a layer thickness of 250 ym.
  • the proportion of scattering particles 10, such as titanium dioxide, is 25% in the fluoropolymer film as
  • FIG. 9A shows a reflection element 6, which in the
  • the reflection element 6 of FIG. 9B shows a plated-through hole 8 as well as a
  • Insulation 81 Alternatively, instead of a metal foil 61, a plastic film may also be used. Alternatively, instead of an aluminum metal foil and copper, silver
  • FIG. 9C shows a reflection element 6 with a
  • Metal foil 61 Another metal foil 63 and a
  • Fluoropolymer film 62 are embedded in the scattering particles 10.
  • the further metal foil 63 may be the same
  • metal foil 61 Have materials such as the metal foil 61.
  • the metal foil 61 and the further metal foil 63 may each comprise a different material.
  • FIG. 10 shows a schematic side view of a reflection element 6.
  • the reflection element 6 has a Plastic insulation with titanium dioxide 11 on, an adhesive bond 12 and on the back of a metal or a double-sided insulation on. Furthermore, the
  • Reflection element 6 a metal core 14.
  • scattering particles a variety of scattering materials can be used.
  • litter materials of the following table may be used.
  • the table shows plastics that can also be used in the reflection element 6.
  • FIGS. IIA and IIB each show reflection spectra. In each case, the reflection R in percent% as a function of the wavelength ⁇ in nm is shown.
  • Figure IIA shows the reflectance curve of aluminum, gold and silver, respectively, and
  • Figure IIB shows reflectance spectra of titania as anastas and rutile. I designates in FIG. IIB
  • Ultraviolet spectral range II referred to in Figure IIB the visible spectral range and III denotes the infrared spectral range in Figure IIB.
  • FIG. 12A shows the relative scattering force S in
  • FIG. 12B shows the difference between light diffraction (left) and light scattering (right) at scattering particles 10.
  • a thin ductile metal foil 61 in particular with a layer thickness of less than 50 ⁇ m, is used here.
  • the metal foil 61 acts in particular as
  • the inventors have found that by using a reflection element 6, side emission with a small wall thickness of the semiconductor chip can be avoided. In comparison, in standard designs, light is emitted through the thin sidewall.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Substrats (1), B) Aufbringen von Halbleiterchips (2) auf das Substrat (1), wobei die Halbleiterchips (2) lateral zueinander beabstandet und zur Emission von Strahlung befähigt sind, C) Bereitstellen eines Verbundträgers (3), D) Formen des Verbundträgers (3) mittels eines Formwerkzeugs (4), E) Verpressen des Verbundträgers (3) und des Substrats (1), so dass ein Reflexionselement (6) ausgeformt wird, - wobei das Reflexionselement (6) zumindest ein Fluorpolymer (7) umfasst, das die Struktureinheit A der folgenden allgemeinen Formel (I) umfasst: - wobei das Reflexionselement (6) lateral zu den Halbleiterchips (2) und zumindest bereichsweise auf der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche (22) der Halbleiterchips (2) angeordnet ist, und F) Vereinzeln der Halbleiterchips (2).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements und optoelektronisches Bauelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Ferner betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
bereitzustellen, das leicht durchführbar ist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das sich durch eine besonders hohe
Stabilität und eine lange Lebensdauer auszeichnet.
Insbesondere ist das Bauelement für Strahlung aus dem UV- und/oder blau-emittierenden Bereich stabil. Zudem weist insbesondere das Bauelement einen kompakten Aufbau auf. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner wird diese Aufgabe durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Anspruch 14 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die
Schritte :
A) Bereitstellen eines Substrats, insbesondere temporären Substrats , B) Aufbringen von Halbleiterchips auf das Substrat, wobei die Halbleiterchips lateral zueinander beabstandet und zur
Emission von Strahlung befähigt sind,
C) Bereitstellen eines Verbundträgers,
D) Formen des Verbundträgers mittels eines Formwerkzeugs,
E) Verpressen des Verbundträgers und des Substrats, sodass ein Reflexionselement ausgeformt wird, wobei das
Reflexionselement zumindest ein Fluorpolymer umfasst oder daraus besteht, wobei das Reflexionselement lateral zu den Halbleiterchips und zumindest bereichsweise auf der dem
Substrat abgewandten Oberfläche der Halbleiterchips
angeordnet ist und insbesondere die Halbleiterchips umgibt, und
F) Vereinzeln der Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen eines Substrats. Das Substrat kann beispielsweise ein oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz,
Kunststoff, Metall, Siliziumwafer . Insbesondere weist das Substrat Glas, einen thermoplastischen Kunststoff oder einen lösbaren Klebstoff auf oder besteht daraus. Das Substrat ist vorzugsweise temporär ausgestaltet. Mit anderen Worten wird das Substrat in einem späteren
Verfahrensschritt wieder entfernt, sodass es nicht
Bestandteil des fertigen optoelektronischen Bauelements ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist dieses einen Schritt B) auf, Aufbringen von Halbleiterchips auf das Substrat, wobei die Halbleiterchips lateral
zueinander beabstandet sind und zur Emission von Strahlung eingerichtet sind. Insbesondere werden mehrere
Halbleiterchips auf einem Substrat, beispielsweise einem Wafer, aufgebracht. Dass eine Schicht, eine Folie oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht, Folie oder einem anderen
Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht, Folie oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht, Folie oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht, Folie oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht, Folie oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten, Folien und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht bzw. Folie beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Der Halbleiterchip weist mindestens eine
Halbleiterschichtenfolge auf. Bei der
Halbleiterschichtenfolge handelt es sich bevorzugt um ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Das Halbleitermaterial kann bevorzugt auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. "Auf einem 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.
Das optoelektronische Bauelement und/oder der Halbleiterchip beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn- Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren
Quantentopfstrukturen . Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, 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 optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das Bauelement ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht oder weißes Licht zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht auf. Die aktive Schicht ist zwischen den Halbleiterbereichen angeordnet.
Insbesondere ist die aktive Schicht sowohl zum n-dotierten als auch zum p-dotierten Halbleiterbereich in direktem
Kontakt angeordnet. Direkt meint hier, direkter mechanischer und/oder elektrischer Kontakt. Der aktive Bereich der
Halbleiterschichtenfolge ist insbesondere zur
Strahlungserzeugung, also zur Emission oder Absorption von Strahlung, eingerichtet. Bevorzugt ist der aktive Bereich überall entlang der gesamten lateralen Ausdehnung zur Emission oder Absorption von Strahlung eingerichtet und bildet dort eine Leuchtfläche oder Detektionsfläche .
Beispielsweise ist die aktive Schicht innerhalb des aktiven Bereichs zusammenhängend ausgebildet. Es kann der aktive Bereich auch eine pixelierte oder segmentierte Leuchtfläche bilden .
Die Halbleiterchips weisen jeweils eine
Strahlungsaustrittsfläche auf. Die Strahlungsaustrittsfläche ist vorzugsweise senkrecht zur Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die
Strahlungsaustrittsfläche wird insbesondere auf dem Substrat im Schritt B) aufgebracht. Mit anderen Worten ist die
Strahlungsaustrittsfläche des jeweiligen Halbleiterchips mittelbar oder unmittelbar dem Substrat nachgeordnet.
Mittelbar meint hier insbesondere, dass beispielsweise eine Klebeschicht zwischen dem Substrat und der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Die Halbleiterchips werden insbesondere auf das Substrat derart angeordnet, dass sie im Querschnitt lateral zueinander beabstandet sind. Die Halbleiterchips sind insbesondere dazu eingerichtet, vorzugsweise Strahlung aus dem sichtbaren
Bereich zu emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip Kontaktierungen auf, insbesondere einen p- und n-Kontakt, der zumindest die p-dotierte
Halbleiterschicht und die zumindest eine n-dotierte
Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert. Die Kontaktierungen sind vorzugsweise beide auf der der Strahlungsaustrittsfläche des jeweiligen Halbleiterchips gegenüberliegenden Seite angeordnet. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge auf ein weiteres Substrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat, aufgebracht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) Bereitstellen eines Verbundträgers auf. Im Schritt D) wird anschließend der Verbundträger geformt. Das Formen kann mittels eines Formwerkzeugs, beispielsweise eines Presswerkzeuges, wie einem Stempel, erfolgen. Die Formung kann unter Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen > 200°, und/oder im Vakuum erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger eine strahlungsdurchlässige Fluorpolymerfolie, die das
Fluorpolymer aufweist, und eine reflektierende Metallfolie oder eine reflektierende Kunststofffolie auf. Dadurch wird nach Schritt E) ein Reflexionselement aus der
Fluorpolymerfolie und der Metallfolie oder der
Kunststofffolie gebildet, wobei die Fluorpolymerfolie
zwischen dem jeweiligen Halbleiterchip und der Metallfolie insbesondere in direktem mechanischem Kontakt angeordnet ist. Mit „strahlungsdurchlässig" wird hier und im Folgenden ein
Element, Folie oder eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht oder UV-Licht ist. Dabei kann die transparente Schicht klar durchscheinend oder zumindest teilweise lichtstreuend und/oder teilweise lichtabsorbierend sein, sodass die strahlungsdurchlässige Folie beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist ein hier als strahlungsdurchlässig bezeichnetes Element oder Folie möglichst lichtdurchlässig, sodass
insbesondere die Absorption von im Betrieb des Bauelements in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Lichts oder Strahlung so gering wie möglich ist. Mit „reflektierend" wird hier und im Folgenden gemeint, dass das Element, die Schicht oder die Folie ein Reflexionsgrad von > 99 % aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger eine strahlungsdurchlässige Fluorpolymerfolie und eine reflektierende Fluorpolymerfolie auf. Damit wird nach Schritt E) das Reflexionselement aus beiden Fluorpolymerfolien gebildet. Vorzugsweise ist die strahlungsdurchlässige
Fluorpolymerfolie zwischen den Halbleiterchips und der reflektierenden Fluorpolymerfolie lateral im Querschnitt gesehen angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger eine reflektierende Fluorpolymerfolie auf. Die
Fluorpolymerfolie weist insbesondere das Fluorpolymer auf. Nach Schritt E) wird ein Reflexionselement aus der
Fluorpolymerfolie gebildet, das in direktem lateralem Kontakt zu den Halbleiterchips angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Fluorpolymerfolie Streupartikel auf. Vorzugsweise sind die Streupartikel Titandioxid. Die Streupartikel sind in der
Fluorpolymerfolie eingebettet und in mittelbarem lateralem Kontakt zu den Halbleiterchips angeordnet. Mit anderen Worten sind die Streupartikel in der Fluorpolymerfolie eingebettet und von den Halbleiterchips beabstandet. Sie grenzen also nicht direkt an die Seitenflächen der Halbleiterchips an, sondern sind durch das Fluorpolymer räumlich beabstandet zu den Seitenflächen der Halbleiterchips. Die Fluorpolymerfolie ist in direktem mechanischem Kontakt zu den Seitenflächen der jeweiligen Halbleiterchips angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger eine Fluorpolymerfolie auf, die insbesondere für den äußeren Betrachter einen weißen Eindruck erweckt. Diese
Fluorpolymerfolie ist insbesondere reflektierend ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger eine Schichtenfolge, also ein Foliensandwich, aus einer transparenten Fluorpolymerfolie und einer Metallfolie oder aus einer transparenten Fluorpolymerfolie und einer
Kunststofffolie auf. Alternativ kann die Schichtenfolge des Verbundträgers aus einer transparenten und reflektierenden Fluorpolymerfolie ausgeformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt E) auf, Verpressen des Verbundträgers und des Substrats. Durch das Verpressen wird ein Reflexionselement ausgeformt. Das Reflexionselement umfasst oder besteht aus dem Fluorpolymer. Das Reflexionselement ist lateral zu den Halbleiterchips und/oder zumindest bereichsweise auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche der Halbleiterchips
angeordnet. Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips in dem Reflexionselement mit deren Seitenflächen und der
Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegenden Seite in dem Reflexionselement eingebettet. Insbesondere ist die
Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterchips frei von dem Reflexionselement .
Das Verpressen kann bei hohen Temperaturen erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen im Schritt E) bei einer Temperatur von mindestens der
Schmelztemperatur des Fluorpolymers, wobei das Fluorpolymer durch Spritzgießen, Spritzprägen, Transferpressen, Heißprägen oder Schweißen aufgebracht und/oder befestigt wird. Durch das Verpressen entsteht ein Reflexionselement, das zumindest das Fluorpolymer aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist das Fluorpolymer eine Metallfolie oder Kunststofffolie auf.
Insbesondere ist das Reflexionselement reflektierend, also als Verspiegelung, ausgeformt. Das Reflexionselement kann gleichzeitig als Gehäuse für die Halbleiterchips dienen. Die Umrandung, also die Metallfolie oder Kunststofffolie, kann sehr dünn ausgeformt sein. Insbesondere weist die Umrandung eine Dicke von kleiner als 50 ym, 40 ym, 30 ym, 20 ym oder 15 ym auf. Wird keine Metallfolie oder Kunststofffolie
verwendet, so weist insbesondere das Reflexionselement nur das Fluorpolymer auf, das dann reflektierend ausgeformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Metallfolie reflektierend ausgeformt, ist also völlig lichtundurchlässig. Lichtundurchlässig meint hier, dass eine Transmission von < 1 % oder 0,5 % vorliegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren Schritt F) und vorzugsweise nach Schritt E) einen weiteren Schritt auf, Entfernen des Substrats. Mit anderen Worten werden die Halbleiterchips von dem Substrat abgelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt F) auf, Vereinzeln der Halbleiterchips. Das Vereinzeln oder Trennen kann beispielsweise mittels Plasma oder eines Lasers erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fluorpolymer eine Struktureinheit A der folgenden allgemeinen Formel auf:
Figure imgf000011_0001
wobei die Substituenten Xi bis X4 jeweils unabhängig
voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend:
- Wasserstoff,
- Halogene, insbesondere F und Cl,
- R,
- OR,
wobei R jeweils ein Kohlenwasserstoffrest C1-C10 oder ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest C1-C10 sein kann, und wobei zumindest einer der Substituenten Xi bis X4 Fluor ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Fluorpolymer aus folgender Gruppe oder Kombinationen daraus ausgewählt: Polytetrafluorethylen (PTFE) ,
- Perfluormethylalkoxy-Copolymer (MFA) ,
- Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) ,
- Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer (ECTFE) ,
- Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) ,
- Fluoriertes-Ethylen-Propylen-Copolymer (FEP)
- Polyvinylidenfluorid (PVDF) ,
- Polychlortrifluorethylen (PCTFE) .
Insbesondere ist das Fluorpolymer ein Perfluormethylalkoxy- Copolymer (MFA) , Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) oder ein
Fluoriertes-Ethylen-Propylen-Copolymer (FEP) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Fluorpolymer ein modifiziertes Polytetrafluorethylen (PTFE) . Unter Fluorpolymer sind insbesondere organische
Fluorpolymere, aufweisend Kohlenstoff, Fluorbindungen sowie ein Grundgerüst, umfassend Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, zu verstehen. Organische Fluorpolymere besitzen eine äußerst starke CF- Bindung (460 kJ/mol) . Die Fluorgruppen schirmen zudem das Polymerrückgrad, aufweisend C-C-Bindungen, nach außen ab. Aus diesem Grund eignen sich Fluorpolymere für
Dauergebrauchstemperaturen von etwa 260 °C. Dies liegt deutlich über Temperaturen von etwa 150 °C, wie sie in
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen, beispielsweise in LEDs (lichtemittierende Dioden) auftreten können. Daneben sind Fluorpolymere auch resistent gegenüber einer großen Bandbreite an Chemikalien und besitzen eine geringe Entflammbarkeit. Hinzu kommt eine sehr hohe
Transparenz und Strahlendurchlässigkeit sogar gegenüber kurzwelliger UV-Strahlung, insbesondere auch gegenüber hochenergetischer UVB- und UVA-Strahlung .
Fluorpolymere besitzen eine hohe Stabilität in einem breiten Spektralbereich gegenüber UV-Strahlung. Dabei halten sie sogar eine Dauerbestrahlung mit UV-Strahlung, insbesondere auch gegenüber hochenergetischer UVB- und UVA-Strahlung,
Stand. Diese hohe Langzeitstabilität gegenüber kurzwelliger Strahlung ist überraschenderweise auch für Fluorpolymere gegeben, welche eine hohe Transmission gegenüber UV-Strahlung und sichtbares Licht aufweisen. Bei derartigen Fluorpolymeren mit hoher Durchlässigkeit für kurzwellige Strahlung und sichtbares Licht wird die Strahlung nicht bereits durch die äußeren Schichten des Polymermaterials reflektiert oder absorbiert . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat aus dem Fluorpolymer geformt. Der Verbundträger weist dann eine Metallfolie oder Kunststofffolie auf, sodass nach Schritt E) das Reflexionselement aus dem Fluorpolymer des Substrats und der Metallfolie des Verbundträgers gebildet wird. Die
Erfinder haben erkannt, dass durch die Bereitstellung eines Substrats aus dem Fluorpolymer und das anschließende
Verpressen im Verfahrensschritt E) das Fluorpolymer zum
Reflexionselement geformt werden kann, sodass ein
anschließendes Entfernen des Substrats nicht erforderlich ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbundträger ein transparentes Fluorpolymer und eine Metallfolie oder
Kunststofffolie auf. Die Metallfolie oder Kunststofffolie ist insbesondere als Rahmen ausgeformt. Die transparenten
Eigenschaften des Flurpolymers und der niedrige
Brechungsindex sind hier insbesondere wichtige
Materialeigenschaften neben der hohen Stabilität gegenüber
Blaulicht und/oder UV-Licht und/oder Temperatur. Zudem weist der Verbundträger eine hohe Totalreflexion aufgrund der großen Brechungszahlunterschiede zum Halbleiterchip auf. Das fertige Bauelement weist somit ein Reflexionselement, also eine Seitenverspiegelung aus einem
Metallkunststofffolienlaminat oder Kunststofffolienlaminat, auf, welches den Halbleiterchip seitlich oder konformal umformt . Das Fluorpolymer im Verbundträger hat insbesondere zwei
Funktionen. Zum einen dient es zur elektrischen Isolation und zum anderen zur Verbesserung der Reflektivität . In der ersten Ebene wird das Licht am niedrig brechenden Fluorpolymer reflektiert, anschließend dringt das Licht weiter ein und wird an der Metallfolie oder Kunststofffolie, das als
Reflektor dient, zurückgeworfen. Es handelt sich also um ein heterogenes zusammengesetztes Reflexionselement. Zudem haben die Erfinder erkannt, dass durch die Verwendung des duktilen Kunststoffmaterials in Kombination mit einer duktilen, sehr dünnen Metallfolie oder Kunststofffolie ein kompaktes und UV- oder blaulichtstabiles Bauelement
bereitgestellt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann auch nur das
Fluorpolymer Bestandteil des Verbundträgers sein.
Insbesondere umgibt das Fluorpolymer dann direkt die
Seitenflächen der jeweiligen Halbleiterchips als Umrandung. Insbesondere erweckt das Fluorpolymer einen weißen
Farbeindruck für einen äußeren Betrachter. Das weiße
Fluorpolymer sowie der unterstützende niedrige Brechungsindex weisen eine hohe Reflektivität auf. Zudem besitzen
insbesondere vollfluorinierte Fluorpolymere die höchste
Stabilität gegenüber Blaulicht und/oder UV-Licht und/oder Temperatur .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Halbleiterchip auch eine andere Bauform als hier beschrieben aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Reflexionsgrad des Fluorpolymers über den Kristallisationsgrad eingestellt. Damit kann ein Fluorpolymertyp verwendet werden, der durch Einstellung des Kristallisationsgrads sowohl transparente als auch reflektierende Eigenschaften aufweisen kann.
Insbesondere wird das Reflexionselement mit dem sogenannten Heißpressen, im Englischen Hot Embossing Prozess, geformt. Im Anschluss kann die äußere Schicht nahe dem Schmelzpunkt des Fluorpolymers nachtemperiert werden, sodass sich der
Kristallisationsgrad erhöht und damit die transparente oder opake Schicht reflektiv und weiß ausgeformt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann in dem Verbundträger und/oder in dem Reflexionselement ein
Leuchtstoff oder ein Konvertermaterial eingebettet werden. Insbesondere dient das Fluorpolymer als Matrixmaterial, in dem das Konvertermaterial eingebettet ist. Der
Kristallisationseffekt des Fluorpolymers wird bei einigen Anwendungen, beispielsweise Blitzlichtanwendungen, zur
Erzeugung einer weißen Oberfläche verwendet (White
Appearance) .
Das Konvertermaterial kann als Partikel ausgeformt sein und in dem Fluorpolymer eingebettet sein. Als
Konvertermaterialien können beispielsweise Leuchtstoffe, wie YAG-Leuchtstoffe, Granate, Calsine, Orthosilikate oder
Erdalkalinitride, verwendet werden.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement
angegeben. Vorzugsweise wird das optoelektronische Bauelement mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip mit einer Strahlungsaustrittsfläche auf. Der Halbleiterchip ist im Betrieb dazu eingerichtet, Strahlung über die
Strahlungsaustrittsfläche zu emittieren. Das Bauelement weist ein Reflexionselement auf. Das Reflexionselement umfasst oder besteht aus dem Fluorpolymer. Das Reflexionselement ist lateral zu dem Halbleiterchip und/oder zumindest
bereichsweise auf der der Strahlungsaustrittsfläche
abgewandten Oberfläche der Halbleiterchips angeordnet.
Vorzugsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips frei von dem Reflexionselement. Mit anderen Worten ist der Halbleiterchip derart in dem Reflexionselement eingebettet, dass es die Seitenflächen und die der
Strahlungsaustrittsseite abgewandte Oberfläche in dem
Fluorpolymer umgibt, wobei die Strahlungsaustrittsfläche frei von dem Reflexionselement ist.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Die Figuren 1A bis II ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 2A bis 21 ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 3A bis 5B jeweils ein optoelektronisches
Bauelement gemäß einer Ausführungsform, die Figur 6A eine Heizkurve eines Fluorpolymers gemäß einer
Ausführungsform, die Figur 6B die Temperaturabhängigkeit des Fluorpolymers gemäß einer Ausführungsform, die Figur 7A ein Transmissionsspektrum eines Fluorpolymers gemäß einer Ausführungsform, die Figur 7B Fluorpolymere gemäß einer Ausführungsform, die Figur 7C ein Fluorpolymer gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 8A bis 10 jeweils ein Reflexionselement gemäß
einer Ausführungsform, die Figuren IIA und IIB jeweils ein Reflexionsspektrum, und die Figuren 12A und 12B Lichtstreuung bzw. Lichtbeugung.
In den Ausführungsbeispielen und in den 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 Figuren 1A bis II zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform.
In Figur 1A wird ein Substrat 1, das insbesondere ein
Substrat aus Glas und temporär ausgeformt ist,
bereitgestellt. Auf diesem Substrat 1 werden Halbleiterchips 2 aufgebracht. Die Halbleiterchips 2 werden insbesondere jeweils mit ihrer Strahlungsaustrittsfläche 23 auf die
Oberfläche des Substrats 1 angeordnet. Die Halbleiterchips 2 weisen jeweils eine Halbleiterschichtenfolge auf, die
insbesondere zur Emission von Strahlung aus dem UV- oder blau-emittierenden Bereich befähigt sind. Der
Strahlungsaustrittsfläche 23 abgewandten Seite sind Kontaktierungen 21 zur Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge gezeigt .
In Figur 1B wird das Bereitstellen eines Verbundträgers 3 gezeigt. Der Verbundträger 3 weist eine Fluorpolymerfolie 32, die das Fluorpolymer 7 umfasst, auf. Der Verbundträger 3 weist ferner eine Metallfolie 31, beispielsweise aus
Aluminium, auf. Statt einer Metallfolie kann auch eine reflektierende
Kunststofffolie 31 verwendet werden.
In Figur IC ist das Formen des Verbundträgers mittels eines Formwerkzeuges 4 gezeigt. Das Formwerkzeug 4 kann
beispielsweise ein Presswerkzeug sein.
In Figur 1D ist gezeigt, dass der Verbundträger 3 auf das Formwerkzeug 4 aufgebracht wird und unter Ausnutzung der thermoplastischen und duktilen Eigenschaften des
Verbundträgers zum Beispiel durch ein heißes Formwerkzeug mit Unterdruck geformt wird. Mit anderen Worten weist der
Verbundträger 3 einen Negativabdruck des Presswerkzeugs 4 auf . In Figur IE ist gezeigt, dass der Verbundträger 3 und das
Substrat 1 miteinander verpresst werden. Das Verpressen kann beispielsweise bei Temperaturen größer oder gleich 150° erfolgen. Dadurch wird, wie in Figur 1F gezeigt, der
jeweilige Halbleiterchip 2 in das Fluorpolymer 7 eingebettet, ist also lateral zur Halbleiterschichtenfolge und zum
Halbleiterchip 2 und zumindest bereichsweise auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche der Halbleiterchips
angeordnet. Diese Oberfläche ist insbesondere im Querschnitt die Oberfläche zwischen den Kontaktierungen und links- und rechtsseitig von den Kontaktierungen.
Das Formwerkzeug 4 kann formgebend sein. Beispielsweise kann es ein Parabolspiegel CSP sein.
In Figur IG ist gezeigt, dass das Substrat 1 wieder entfernt wird. Es resultiert ein Verbund von Halbleiterchips 2, die jeweils ein Reflexionselement 6 aufweisen, das zumindest das Fluorpolymer 7 umfasst. Zusätzlich weist das
Reflexionselement eine Metallfolie oder Kunststofffolie 61 auf .
In Figur 1H ist gezeigt, dass die Halbleiterchips 2
vereinzelt werden oder wurden, sodass ein optoelektronisches Bauelement 100 erzeugt wird. In einem anschließenden
Verfahren können Durchkontaktierungen 8 durch zumindest die Metallfolie 61 erzeugt werden. Die Durchkontaktierung 8 kann bereits im Laminat vorgesehen sein oder nachträglich mit den bekannten Methoden erfolgen.
Das Erzeugen der Durchgangslöcher für die Kontaktierung 8 kann beispielsweise mittels eines Lasers erzeugt werden. Die Figuren 2A bis 21 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform. Im Vergleich zum Verfahren der Figur 1 ist das Substrat 1 aus dem Fluorpolymer geformt und wird in einem anschließenden Prozess nicht vollständig oder gar nicht entfernt. In Figur 2A ist das Bereitstellen des Substrats 1, das das Fluorpolymer aufweist, gezeigt. Auf dem Substrat 1 sind die Halbleiterchips 2, wie in Figur 1 erläutert, aufgebracht. In Figur 2B ist das Bereitstellen eines Verbundträgers 3, der hier nur aus einer Metallfolie oder Kunststofffolie 31 geformt ist, gezeigt.
In Figur 2C wird ein Presswerkzeug 4 bereitgestellt, das, wie in Figur 2D gezeigt, den Verbundträger 3 formt.
In Figur 2E ist das Verpressen des Verbundträgers, also der Metallfolie 31, mit dem Substrat 1, das das Fluorpolymer 7 aufweist, gezeigt, sodass ein Reflexionselement 6 ausgeformt wird, das zumindest das Fluorpolymer 7 umfasst. Das
Verpressen kann mittels Druck und/oder Temperatur 5 erfolgen. Die Verfahrensschritte, wie in Figur 2G bis 21 gezeigt, können analog zu den Verfahrensschritten, wie in Figur IG bis II erläutert, erfolgen.
Die Figur 3A zeigt eine Draufsicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 weist einen Halbleiterchip 2 auf. Der Halbleiterchip 2 ist von einem Reflexionselement 6 umgeben, das zumindest ein Fluorpolymer 7 aufweist. Das Reflexionselement 6 weist ferner eine Metallfolie 61 als Umrandung auf. Insbesondere ist das Fluorpolymer 7 transparent ausgeformt und die Metallfolie reflektierend. Damit kann ein optoelektronisches Bauelement 100 bereitgestellt werden, das eine kompakte Bauform aufweist und zudem UV- und/oder blaulichtstabil ist. Alternativ kann die Metallfolie 61 auch fehlen. Insbesondere ist dann das Fluorpolymer reflektierend ausgeformt. Alternativ kann statt der Metallfolie 61 auch eine Kunststofffolie verwendet werden .
Die Figur 3B zeigt eine Unteransicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 weist ein Reflexionselement 6 auf, insbesondere ist hier die Metallfolie 61 als Umrandung gezeigt. Die Metallfolie 61 umrandet im Querschnitt sowohl lateral den Halbleiterchip 2 als auch die von der Strahlungsaustrittsfläche
gegenüberliegende Seite des Halbleiterchips 2. Die
Metallfolie 61 weist Löcher auf, die zur Kontaktierung der p- und n-Kontakte dienen.
Die Figuren 4A bis 4C zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 4A weist einen Halbleiterchip 2 auf, der in einem Reflexionselement 6 eingebettet ist. Insbesondere weisen die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 sowie die der Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegende Seite einen direkten mechanischen Kontakt zum Fluorpolymer 7 auf. Das Reflexionselement 6 weist zudem eine Metallfolie 61 auf, die eine Umrandung des
Reflexionselements 6 darstellt. In Figur 4B ist eine andere Bauteilgeometrie eines
optoelektronischen Bauteils gezeigt. Das Bauteil der Figur 4B weist zusätzlich ein Konverterelement 9 auf, das in dem
Reflexionselement 6 zusätzlich eingebettet ist. Mit anderen Worten werden die Seitenflächen des Konverterelements 9 sowie die Seitenflächen des Halbleiterchips form- und
Stoffschlüssig von dem Fluorpolymer 7 und/oder dem
Reflexionselement 6 bedeckt. Insbesondere ist nur die Strahlungsaustrittsfläche des Konverterelements 9 frei von dem Fluorpolymer 7.
Als Konverter kann beispielsweise ein YAG-Leuchtstoff
eingebettet sein.
Die Figur 4C zeigt eine Durchkontaktierung 21, die sich über die Metallfolie hinaus aus dem Reflexionselement 6 erstreckt. Figuren 5A und 5B zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Je nach Reflektivität des
Fluorpolymers 7 können die Bauteilgeometrien unterschiedlich sein .
In Figur 5A ist das Fluorpolymer transparent ausgeformt und eine reflektierende Metallfolie 61 als Umrandung angeordnet. Dadurch kann eine bessere Lichtmischung wegen des Abstandes des Reflektors erzeugt werden.
In Figur 5B ist die kostengünstigere und kompaktere Variante dargestellt. Hier wird keine Metallfolie 61 als Metallrahmen verwendet, sondern lediglich das Fluorpolymer als
Reflexionselement 6. Das Fluorpolymer ist hier insbesondere reflektierend, beispielsweise weiß, ausgeformt, sodass die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung reflektiert wird. Alternativ kann auch ein transparentes Fluorpolymer und statt einer Metallfolie 61 ein reflektierendes Fluorpolymer oder Kunststofffolie als Reflexionselement 6 verwendet werden (hier nicht gezeigt) . Die Reflektivität oder Strahlungsdurchlässigkeit des
Fluorpolymers 7 kann mittels des Kristallisationsgrads eingestellt werden. Die Figur 6A zeigt differenzkalometrische Kurven (DSC) eines oder verschiedener Fluorpolymere. Es wurde das WR5775 ECA 3000 von ehemals DuPont verwendet.
Es ist die Wärme Q in W · g~l in Abhängigkeit von a.u.
dargestellt. Die Schmelztemperatur des Fluorpolymers steigt von 315 °C auf 322 °C. Es ist ein Langperiodenwachstum zu erkennen, das heißt, dass die Wärmeformbeständigkeit durch die Ausbildung größerer Lamellen erhöht. Wachsende
kristalline Bereiche führen zu reflektivem Verhalten. Die Reflektivität kann durch die Temperaturvorbehandlung erhöht bzw. eingestellt werden.
Die Figur 6B zeigt die Konfirmation und die Schmelztemperatur für unterschiedliche Fluorpolymere. Bei Schmelztemperaturen unter 320 °C lassen sich Fluorpolymere durch Spritzgießen, Spritzprägen oder Transferpressen aufbringen. Liegen die Schmelztemperaturen darüber, lassen sich die Fluorpolymere zu einer Folie verarbeiten, die laminiert werden kann oder durch Heißprägen oder Schweißen aufgebracht werden kann. Bei einer Schmelztemperatur von 305 °C kann das PFA IV geschmolzen werden. Bei einer Temperatur von 320 °C kann das sogenannte MOLDFLON III geschmolzen werden. Bei einer Temperatur von 327 °C kann das modifizierte PTFE II, das Polytetrafluorethylen, geschmolzen werden. Bei 327 °C kann das Polytetrafluorethylen I geschmolzen werden. Das PTFE ist von Haus aus nicht
moldbar. Erst durch Seitenkettenmodifizierung, beispielsweise Moldflon oder PFA, ist es beispielsweise spritzgießbar . Die Figur 7A zeigt eine Transmissionskurve in Prozent von verschiedenen Fluorpolymeren bei unterschiedlichen
Wellenlängen λ in nm. Die Daten basieren auf Messungen eines Reflexionselements 6 bestehend aus dem jeweiligen
Fluorpolymer mit einer Schichtdicke von jeweils 0,5 mm. Die mit dem Bezugszeichen I versehene Kurve zeigt die
Transmission von Hyflon® PFA. Die mit dem Bezugszeichen II versehene Kurve zeigt die Transmission von Hyflon PFA M640, die mit dem Bezugszeichen III versehene Kurve zeigt die
Transmission von Hyflon MFA F1540 und die mit dem
Bezugszeichen IV versehene Kurve zeigt die Transmission von einem Fluorpolymer bestehend aus einer Kombination von PFA-1 und MFA. Aus den Transmissionskurven ist erkennbar, dass insbesondere das Fluorpolymer IV eine hohe Transparenz auch für kleinere Wellenlängen, insbesondere für Wellenlängen von 200 bis 400 nm im Vergleich zu den Fluorpolymeren I bis III, aufweist .
Das MOLDFLON ist ein Fluorpolymer, das von ElringKlinger Kunststofftechnik erhältlich ist.
Die Figur 7B zeigt mögliche Fluorpolymere gemäß einer
Ausführungsform. Die hier dargestellten Fluorpolymere, die mit den Abkürzungen in der Spalte I gezeigt sind, sind sehr stabil und für den Einsatz in optoelektronischen
Bauelementen, insbesondere LEDs, hervorragend geeignet.
Vorzugsweise sind diese blaulicht- und/oder temperaturstabil. Die Spalte II zeigt die chemischen Strukturformeln. Das PTFE ist ein Homopolymer, das MFA ein Random Copolymer, das PFA und FEP ist jeweils ein Random Copolymer, das ECTFE ist ein alternierendes Copolymer, das PVDF ein Homopolymer, das ETFE ein alternierendes Copolymer und das PCTFE ein Homopolymer. Die Konzentrationen der Comonomere in Prozent sind in der Spalte III dargestellt. Die Spalte Tm in °C zeigt die
Schmelztemperaturen der entsprechenden Fluorpolymere.
Insbesondere erfolgt das Pressen zumindest bei diesen
Schmelztemperaturen, damit der Verbundträger 3 und das
Substrat 1 miteinander verbunden werden.
Die Figur 7C zeigt das adhäsive ETFE. Insbesondere wird hier die Adhäsion des ETFE an Polyamid 12 PA gezeigt. Das PA weist eine terminale Amingruppe auf. An einem funktionellen
Rückgrad des ETFE wird die terminale Amingruppe bei 260 °C bis 330 °C angelagert, das zur Bildung einer Imidbindung führt .
Die Figuren 8A bis 10 zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines Reflexionselements gemäß einer
Ausführungsform.
Das Reflexionselement 6 der Figur 8A ist als heterogener Folienreflektor ausgeformt. Das Reflexionselement 6 ist als Mehrstufenreflektor ausgeformt. In der ersten Schicht wird dabei ein Großteil des Lichtes reflektiert. Das
Reflexionselement 6 weist eine Metallfolie 61 auf. Die
Metallfolie 61 ist beispielsweise aus Aluminium geformt. Der Metallfolie 61 ist eine Fluorpolymerfolie 62 nachgeordnet, in der Streupartikel 10, wie beispielsweise Titandioxid, eingebettet sind. Die Kombination der Metallfolie 61 und der Streupartikel 10, wie Titandioxid, in der Kunststoffmatrix oder Fluorpolymerfolie 62 ergibt insbesondere einen absolut lichtdichten alterungsstabilen und superdünnes
Reflexionselement 6.
Die Figur 8B zeigt eine rasterelektronenmikroskopische
Aufnahme der Metallfolie 61, auf dem die Streupartikel 10 angeordnet sind. Die Streupartikel 10 weisen insbesondere einen Durchmesser von 300 nm auf.
Wie in Figur 8C gezeigt, weist die Fluorpolymerfolie 62 eine Lichtdurchlässigkeit auf. Insbesondere ist die Transmission ungefähr 10 % bei einer Schichtdicke von 250 ym. Vorzugsweise ist der Anteil der Streupartikel 10, wie beispielsweise des Titandioxids, 25 % in der Fluorpolymerfolie als
Matrixmaterial .
Die Figur 9A zeigt ein Reflexionselement 6, das im
Wesentlichen so wie das Reflexionselement 6 der Figur 8A aufgebaut ist. Im Unterschied dazu weist das
Reflexionselement 6 der Figur 8A beidseitig von der
Metallfolie 61 die Fluorpolymerfolie 62 auf, die in der Figur 9A auf der einen Seite fehlt. Das Reflexionselement 6 der Figur 9B zeigt eine Durchkontaktierung 8 sowie eine
Isolierung 81. Alternativ kann statt einer Metallfolie 61 auch eine Kunststofffolie verwendet werden. Alternativ kann statt einer Aluminiummetallfolie auch Kupfer, Silber
beziehungsweise verschiedenste Metalle oder beschichtete Metalle wie Kupfer-Silber verwendet werden.
Die Figur 9C zeigt ein Reflexionselement 6 mit einer
Metallfolie 61, einer weiteren Metallfolie 63 und einer
Fluorpolymerfolie 62, in dem Streupartikel 10 eingebettet sind. Die weitere Metallfolie 63 kann die gleichen
Materialien wie die Metallfolie 61 aufweisen. Alternativ kann die Metallfolie 61 und die weitere Metallfolie 63 jeweils ein unterschiedliches Material aufweisen.
Die Figur 10 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Reflexionselements 6. Das Reflexionselement 6 weist eine Kunststoffisolation mit Titandioxid 11 auf, eine Klebeverbindung 12 und auf der Rückseite ein Metall oder eine doppelseitige Isolation auf. Ferner weist das
Reflexionselement 6 einen Metallkern 14 auf.
Als Streupartikel können verschiedenste Streumaterialien verwendet werden. Beispielsweise können Streumaterialien der nachfolgenden Tabelle verwendet werden. Die Tabelle zeigt Kunststoffe, die ebenfalls in dem Reflexionselement 6 verwendet werden können.
Figure imgf000028_0001
Die Figuren IIA und IIB zeigen jeweils Reflexionsspektren. Es ist jeweils die Reflexion R in Prozent % in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Figur IIA zeigt jeweils die Reflexionskurve von Aluminium, Gold und Silber, die Figur IIB zeigt Reflexionsspektren von Titandioxid als Anastas und Rutil. I bezeichnet in Figur IIB den
ultravioletten Spektralbereich, II bezeichnet in Figur IIB den sichtbaren Spektralbereich und III bezeichnet in Figur IIB den infraroten Spektralbereich.
Die Figur 12A zeigt die relative Streuungskraft S in
Abhängigkeit von der Partikelgröße d in ym von Streupartikeln 10. Die Figur 12B zeigt den Unterschied einer Lichtbeugung (links) und der Lichtstreuung (rechts) an Streupartikeln 10.
Erfindungsgemäß wird hier eine dünne duktile Metallfolie 61, insbesondere mit einer Schichtdicke von kleiner als 50 ym verwendet. Die Metallfolie 61 wirkt insbesondere als
lichtdichter Spiegel, sodass sich eine weiß erscheinende Oberfläche ergibt. Das Licht wird hier also neben der
Streuung und Beugung zusätzlich an der Metallfolie 61 reflektiert.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Verwendung eines Reflexionselements 6 eine Seitenemission bei geringer Wandstärke des Halbleiterchips vermieden werden kann. Im Vergleich dazu wird bei Standardbauformen Licht durch die dünne Seitenwand emittiert.
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 oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 105 582.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 Substrat
2 Halbleiterchip
21 Kontaktierung
22 die von dem Substrat abgewandte Oberfläche
23 Strahlungsaustrittsfläche
3 Verbundträger
31 Metallfolie oder Kunststofffolie
32 Fluorpolymerfolie
4 Formwerkzeug
5 Druck oder Temperatur
6 Reflexionselement
61 Metallfolie oder Kunststofffolie
62 Fluorpolymerfolie
63 weitere Metallfolie oder Kunststofffolie
7 Fluorpolymer
8 Durchkontaktierung oder Kontaktierung
81 Isolierung
9 Konverter
10 Streupartikel
11 Kunstoffisolation mit Titandioxid
12 KlebeVerbindung
13 Metall
14 Metallkern

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Substrats (1),
B) Aufbringen von Halbleiterchips (2) auf das Substrat (1), wobei die Halbleiterchips (2) lateral zueinander beabstandet und zur Emission von Strahlung befähigt sind,
C) Bereitstellen eines Verbundträgers (3) ,
D) Formen des Verbundträgers (3) mittels eines Formwerkzeugs (4) ,
E) Verpressen des Verbundträgers (3) und des Substrats (1), so dass ein Reflexionselement (6) ausgeformt wird,
- wobei das Reflexionselement (6) zumindest ein Fluorpolymer (7) umfasst,
- wobei das Reflexionselement (6) lateral zu den
Halbleiterchips (2) und zumindest bereichsweise auf der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche (22) der Halbleiterchips (2) angeordnet ist, und
F) Vereinzeln der Halbleiterchips (2) .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Fluorpolymer (7) eine Struktureinheit A der folgenden allgemeinen Formel umfasst:
Figure imgf000032_0001
wobei die Substituenten Xi bis X4 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend:
- Wasserstoff,
- Halogene, insbesondere F und Cl, - R,
- OR,
wobei R jeweils ein Kohlenwasserstoffrest Ci-Cio oder ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest Ci-Cio sein kann, und wobei zumindest einer der Substituenten Xi bis X4 Fluor ist .
3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Verpressen im Schritt E) bei einer Temperatur von mindestens der Schmelztemperatur des Fluorpolymers (7) erfolgt, wobei das Fluorpolymer (7) durch Spritzgießen,
Spritzprägen, Transferpressen, Heißprägen oder Schweißen aufgebracht und/oder befestigt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Verbundträger (3) eine strahlungsdurchlässige
Fluorpolymerfolie (32), die das Fluorpolymer (7) aufweist, und eine reflektierende Metallfolie oder Kunststofffolie (31) aufweist, so dass nach Schritt E) das Reflexionselement (6) aus der Fluorpolymerfolie (32) und der Metallfolie oder
Kunststofffolie (31) gebildet wird, wobei die
Fluorpolymerfolie (32) zwischen dem Halbleiterchip (2) und der Metallfolie oder Kunststofffolie (31) angeordnet ist.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Verbundträger (3) eine strahlungsdurchlässige
Fluorpolymerfolie und eine reflektierende Fluorpolymerfolie aufweist, so dass nach Schritt E) das Reflexionselement (6) aus den Fluorpolymerfolien gebildet wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Substrat (1) das Fluorpolymer (7) aufweist und der Verbundträger (3) eine Metallfolie oder Kunststofffolie (31) aufweist, so dass nach Schritt E) das Reflexionselement (6) aus dem Fluorpolymer (7) und der Metallfolie oder
Kunststofffolie (31) gebildet wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Verbundträger (3) eine reflektierende
Fluorpolymerfolie (32), die das Fluorpolymer (7) aufweist, aufweist, so dass nach Schritt E) das Reflexionselement (6) aus der Fluorpolymerfolie (32) gebildet wird und in direktem lateralem Kontakt zu den Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Fluorpolymerfolie (32) Streupartikel (10) aus Titandioxid aufweist, die in der Fluorpolymerfolie (32) eingebettet sind und in mittelbarem lateralem Kontakt zu den Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei vor Schritt F) ein zusätzlicher Schritt erfolgt:
Entfernen des Substrats (1) .
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Fluorpolymer (7) aus folgender Gruppe oder
Kombinationen daraus ausgewählt ist:
- Polytetrafluorethylen (PTFE) ,
- Perfluormethylalkoxy-Copolymer (MFA) , - Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) ,
- Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer (ECTFE) ,
- Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) ,
- Fluoriertes-Ethylen-Propylen-Copolymer (FEP)
- Polyvinylidenfluorid (PVDF) ,
- Polychlortrifluorethylen (PCTFE) .
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Fluorpolymer (7) ein Perfluormethylalkoxy-Copolymer (MFA) , Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) oder Fluoriertes-Ethylen- Propylen-Copolymer (FEP) ist.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Fluorpolymer (7) ein modifiziertes
Polytetrafluorethylen (PTFE) ist.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Halbleiterchips (2) jeweils eine
Strahlungsaustrittsfläche aufweisen und die jeweilige
Strahlungsaustrittsfläche (23) auf dem Substrat (1) im
Schritt B) aufgebracht wird.
14. Optoelektronischen Bauelements (100) aufweisend
einen Halbleiterchip (2) mit einer
Strahlungsaustrittsfläche (23) , wobei der Halbleiterchip (2) im Betrieb Strahlung über die
Strahlungsaustrittsfläche (23) emittiert,
ein Reflexionselement (6), das zumindest ein Fluorpolymer (7) umfasst, wobei das Reflexionselement (6) lateral zu dem Halbleiterchip (2) und zumindest bereichsweise auf der der Strahlungsaustrittsfläche (23) abgewandten
Oberfläche (21) der Halbleiterchips angeordnet ist, wobe die Strahlungsaustrittsfläche (23) des Halbleiterchips (2) frei von dem Reflexionselement (6) ist.
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